Brevet FR3000822A1 — publié le 20140711

La présente invention concerne le domaine des dispositifs radio-fréquence et leur procédé de fabrication et concerne en particulier un dispositif radio-fréquence en plastique pour carte à puce sans contact ou document de sécurité ou de valeur sans contact et son procédé de fabrication pour éviter les fissures. Les cartes à puce sans contact sont constituées d'un ensemble de couches à l'intérieur desquelles sont logés une antenne et une puce ou un module de circuit intégré connectés ensemble. L'ensemble des couches peut être assemblé en une fois ou en plusieurs fois. Un premier assemblage consiste à laminer ensemble au moins la couche qui supporte l'antenne et la couche située sur la couche de support de l'antenne du côté de celle-ci ; Ce premier assemblage peut également comprendre la couche située sur le support d'antenne mais du côté opposé au côté portant l'antenne. Ainsi obtenu, ce premier assemblage de deux ou trois couches constitue un dispositif radio-fréquence destiné à la fabrication d'une carte à puce ou d'un document de sécurité ou de valeur. Ce produit semi-fini est également appelé « inlay ». Le dispositif radio-fréquence qui nous intéresse ici est en plastique et comporte un module de circuit intégré. Le module est composé globalement de deux parties, une première partie comprenant une coque ou encapsulation à l'intérieur de laquelle sont protégées la puce et ses fils de connexion et une seconde partie comprenant une plaque rigide métallique ou plage de contacts appelée « lead frame » destinée à venir se connecter au circuit donc dans notre cas à l'antenne. Lorsque le dispositif radiofréquence est fabriqué à partir de couche en plastique, la montée en températures observée pendant l'étape de lamination est plus rapide dans la plaque métallique de connexion du module que dans les couches en matière plastique. La plaque métallique de connexion du module très conductrice thermiquement par rapport à la couche en contact avec elle crée des gradients de température important dans la matière plastique des couches situées à proximité du module. Ces gradients de température stressent physiquement la matière plastique et la fragilisent. Cela se traduit par des fissures ou des cracks du plastique de la carte ou du produit semi fini au niveau du module. Des solutions existent pour faire disparaitre ces fissures et sont décrites dans les documents de brevet cités ci-après. La demande internationale W02010/094790 décrit un dispositif radio fréquence capable d'absorber les stresses mécaniques grâce à des renfoncements situés de part et d'autre du module. Cette solution présente l'inconvénient d'être difficile à mettre en oeuvre et augmente les coûts de revient du produit. La demande américaine US2012/0201994 décrit un 15 dispositif radiofréquence dans lequel le module est entouré par un matériau élastique et résistant à la température avant d'être inséré dans le dispositif de façon à réduire les risques de cracks et de fissures le long des côtés du module et sur les angles. Cette solution complique 20 considérablement le procédé de fabrication en rajoutant plusieurs étapes supplémentaires. La demande internationale W02007/089140 décrit un document d'identité dans lequel une couche absorbante est située au niveau du module entre la première couche 25 adjacente au module et une seconde couche placée sur la première. Cette couche absorbante en élastomère permet d'absorber le stress subit par la première couche et d'empêcher qu'il ne se transmette à la seconde. De cette façon aucunes fissures n'apparait sur la seconde couche. 30 L'inconvénient d'un tel dispositif est le grand nombre de couche et le risque de surépaisseur au niveau du module. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif radiofréquence qui résout les inconvénients précités et en particulier qui empêche les fissures et les 35 cracks de se former au niveau du module. Un autre but de l'invention est de fournir le procédé de fabrication d'un tel dispositif. L'objet de l'invention est donc un procédé de fabrication d'un dispositif radiofréquence comprenant une antenne et un module de circuit intégré comportant sur sa première face une plage supérieure de contacts et sur sa deuxième face une puce encapsulée dans une résine et au moins deux plages inférieures de contacts, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réaliser l'antenne sur une première couche en matière plastique, b) connecter ledit module à ladite antenne par l'intermédiaire des plages inférieures de contact, c) superposer une seconde couche sur ladite première couche du côté de l'antenne, cette seconde couche comprenant une cavité traversante centrée sur le module, d) superposer une troisième couche sur ladite seconde couche, e) laminer ensemble les trois couches (10, 20, 30). Le procédé est caractérisé par une étape supplémentaire comprise entre l'étape c) et d) qui consiste à superposer une couche supplémentaire entre les dites première et seconde couche en matière plastique sur la plage supérieure de contacts du module de façon à la recouvrir entièrement. Un autre objet de l'invention est un dispositif radiofréquence comprenant : - une antenne et un module de circuit intégré comportant sur sa première face une plage supérieure de contacts et sur sa deuxième face une puce encapsulée dans une résine et 30 au moins deux plages inférieures de contacts, au moins trois couches de matière plastique laminées entre elles, la première couche comportant sur sa première face l'antenne et le module connecté à l'antenne par l'intermédiaire des plages inférieures de contact, la seconde couche comportant une cavité de la taille de la plage supérieure de contacts du module, la seconde couche étant disposée sur la première face de la première couche de façon à recouvrir l'antenne, la troisième couche en matière plastique recouvrant entièrement la seconde couche. Selon la caractéristique principale une couche supplémentaire est disposée entre les dites première et seconde couches en matière plastique sur la plage supérieure de contacts du module de façon à la recouvrir entièrement. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 représente une vue de face des différentes couches constituant le dispositif radiofréquence selon l'invention, La figure 2 représente une coupe du dispositif radiofréquence selon l'invention. Selon la figure 1, une première couche 10 en matière plastique supporte une antenne 11 et un module de circuit intégré 29. L'antenne 11 comporte un enroulement de plusieurs spires et deux plots de connexion 17 et 18 situés aux deux extrémités de l'enroulement. Les spires de l'antenne et les plots de connexion sont réalisés par impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d'encre à partir d'encre conductrice de type encre époxy chargée de particules conductrices telles que par exemple d'argent ou d'or ou à partir d'un polymère conducteur. Une perforation 19 est effectuée dans la première couche entre les plots de connexion 17 et 18. La couche 10 est de préférence en polycarbonate. Le module de circuit intégré 29 comprend une encapsulation à l'intérieure de laquelle est logée une puce 12 et des plages de connexion positionnées sur les deux faces du module. Sur la face inférieure du module c'est à dire la face où est implantée l'encapsulation de la puce 12, sont disposées les plages de contacts inférieures 23 et 24 tandis que la face opposée du module appelée face supérieure du module comprend la plage supérieure de contacts 25. Les plages de contact sont faites d'un matériau conducteur métallique tel que de l'aluminium et leur épaisseur est comprise entre 70 et 100 pin. Le module est positionné sur la première couche 10 de sorte que les plots de connexion 17 et 18 soient en contact avec les plages inférieures de contact 23 et 24 du module 15 et que l'encapsulation 27 soit dans la cavité 19. Une seconde couche 20 est représentée sur la figure 1. Cette seconde couche est de préférence une couche de polycarbonate (PC) d'épaisseur comprise entre 50 et 60 pin. Dans cette couche au moins une cavité traversante 39 est 20 réalisée. La cavité 39 est située sur la couche 20 de façon à ce que lorsque la couche 20 recouvre la couche 10 en se superposant bord à bord, la plage supérieure de contact du module apparait dans l'espace laissé libre de la cavité. De cette façon, la cavité 39 est centrée sur le module 29. 25 Une troisième couche 30 en matière plastique est également positionnée sur la couche 20. La couche 30 a une épaisseur comprise entre 50 et 60 pin et de préférence égale à 50 pm. Les couches 10, 20 et 30 ont des dimensions longitudinale et transversale identiques. 30 Une couche supplémentaire 50 est disposée entre la première couche 10 et la seconde couche 20 sur la partie métallique formée par la plage supérieure de contacts 25 du module 29 de façon à remplir la cavité 39 de la seconde couche 20. Cette couche supplémentaire est réalisée à partir d'une pâte thermique non conductrice électriquement mais étant caractérisée par une bonne conductivité thermique. La pâte thermique utilisée contient des graisses synthétiques et ne contient ni silicone ni particules conductrices électriquement. L'absence de silicone confère à la pâte thermique une grande stabilité dans le temps et l'empêche de durcir. L'absence de particules conductrices électriquement évite tout risque de court-circuit au sein du module. Théoriquement, la pâte thermique est utilisée dans l'industrie électronique, automobile et électrique pour réaliser un joint thermique entre un élément source de chaleur et un élément dissipateur de cette chaleur pour augmenter la conductivité thermique entre les surfaces de ces deux éléments. Lors de la lamination, toutes les couches du dispositif subissent une montée en température jusqu'à 180°C et une montée en pression. Pendant l'étape de lamination, la montée en température est plus rapide dans la plage de contacts du module que dans les couches en matière plastique. En théorie, la pâte thermique améliore la dissipation de chaleur de la plage de contacts du module. En effet, quelle que soit la précision de l'usinage de la plage de contact du module, elle présente des rugosités et lorsqu'elle est en contact avec un autre matériau, les contacts sont aléatoires et dans les interstices se loge de l'air très mauvais conducteur. En recouvrant la surface de la plage supérieure de contacts avec de la pâte thermique les poches d'air sont réduites et la résistance thermique de contact est diminuée. Ce qui tend à augmenter le flux de chaleur allant de la paroi la plus chaude à la paroi la plus froide. Cependant, ce n'est pas cet effet qui est recherché ici. La pâte thermique permet d'homogénéiser le flux de chaleur allant de la plage de contact aux couches en plastique adjacentes 20 et 30 ce qui a pour effet de diminuer les gradients de température au sein même des couches adjacentes 20 et 30 et ainsi d'empêcher la formation ultérieure de cracks et de fissures. Elle permet également d'isoler la couche 20 de la plages supérieure de contacts métallique du module. La matière plastique des couches 10, 20 et 30 est de préférence un thermoplastique et selon le mode de réalisation préféré de l'invention les couches 10, 20 et 30 sont en polycarbonate. Pendant la lamination, la présence de la pâte thermique protège le polycarbonate des gradients de température trop importants et trop rapides qui pourraient compromettre l'ordonnancement du réseau de molécule du polycarbonate pendant la lamination et fragiliser ainsi sa structure. La conductivité thermique du polycarbonate est faible, de l'ordre de 0.20 W/m.K, tandis que la conductivité thermique de la pâte thermique est de préférence comparable à celle d'un liquide non métallique donc de l'ordre de 1 W/m.K. De façon générale, la conductivité thermique de la pâte thermique est supérieure à la conductivité thermique du polycarbonate et de façon générale supérieure à la conductivité thermique de la couche adjacente 20. Comme son nom l'indique la pâte thermique a une consistance pâteuse. Sous l'effet de la pression la pâte thermique bouche les trous et les interstices situés autour du module. A l'issue de l'étape de lamination, les trois couches 10, 20 et 30 sont soudées ensemble telles qu'on peut le voir sur la figure 2. Une fois soudées ensemble, les couches de polycarbonate ne se distinguent plus dans l'épaisseur du dispositif RFID. L'antenne 11 comprenant les spires, les deux plots de connexion 17 et 18, le module de circuit intégré 29 et la couche 50 de pâte thermique sont complètement noyés dans le polycarbonate des trois couches 10, 20 et 30 soudées ensemble. La couche de pâte thermique a une épaisseur comprise entre 5 et 20 pm. Le dispositif radiofréquence obtenu selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication d'une carte à puce sans contact. Dans ce cas, le dispositif selon l'invention est le corps de la carte et des couches supplémentaires sont laminées de part et d'autre du corps de carte de façon à former une carte sans contact fini. De même, le dispositif radiofréquence selon l'invention peut-être utilisé pour la fabrication d'un document d'identité tel qu'un passeport ou pour la fabrication d'un document de sécurité ou de valeur tel qu'une carte d'identité ou un permis de conduire. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif radiofréquence comprenant une antenne (11) et un module de circuit intégré (29) comportant sur sa première face une plage supérieure (25) de contacts et sur sa deuxième face une puce (12) encapsulée dans une résine et au moins deux plages inférieures (23 et 24) de contacts, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réaliser l'antenne sur une première couche (10) en matière plastique, b) connecter ledit module à ladite antenne par l'intermédiaire des plages inférieures de contact, c) superposer une seconde couche (20) sur ladite première couche du côté de l'antenne, cette seconde couche comprenant une cavité traversante (19) centrée sur le module, d) superposer une troisième couche (30) sur ladite seconde couche, e) laminer ensemble les trois couches (10, 20, 30), Caractérisé en ce que le procédé comprend une étape supplémentaire comprise entre l'étape c) et d) qui consiste à superposer une couche supplémentaire (50) entre lesdites première (10) et seconde couche (20) en matière plastique sur ladite plage supérieure (25) de contacts dudit module (29) de façon à la recouvrir entièrement. 2. Dispositif radiofréquence comprenant une antenne (11) et un module de circuit intégré (29) comportant sur sa première face une plage supérieure (25) de contacts et sur sa deuxième face une puce (12) encapsulée dans une résine et au moins deux plages inférieures (23 et 24) de contacts,-au moins trois couches de matière plastique (10, 20 et 30) laminées entre elles, la première couche comportant sur sa première face ladite antenne et ledit module connecté à l'antenne par l'intermédiaire desdites plages inférieures de contact, la seconde couche comportant une cavité (19) de la taille de ladite plage supérieure de contacts du module, ladite seconde couche étant disposée sur la première face de la première couche de façon à recouvrir l'antenne, la troisième couche en matière plastique recouvrant entièrement la seconde couche, Caractérisé en ce qu'une couche supplémentaire (50) est disposée entre lesdites première (10) et seconde (20) couches en matière plastique sur ladite plage supérieure (25) de contacts dudit module (29) de façon à la recouvrir entièrement. 3. Dispositif radiofréquence selon la revendication 2 dans lequel ladite première couche (10) comprend une cavité (19) dans laquelle vient se loger la puce (12) encapsulée du module. 4. Dispositif radiofréquence selon la revendication 2 ou 3 dans lequel ladite couche supplémentaire (50) présente une épaisseur comprise entre 5 et 20 ffl. 5. Dispositif radiofréquence selon la revendication 2 ou 3 dans lequel ladite couche supplémentaire (50) se compose d'une pâte thermique. 6. Dispositif radiofréquence selon la revendication 5 dans lequel ladite pâte thermique ne contient pas de silicone afin de ne pas sécher dans le temps. 7. Dispositif radiofréquence selon la revendication 5 ou 6 dans lequel ladite pâte thermique a une conductivitéthermique supérieure à la conductivité thermique du matériau desdites couche (10, 20 et 30). 8. Dispositif radiofréquence selon l'une des revendications 2 à 7 dans lequel la matière plastique desdites couches (10, 20 et 30) est du polycarbonate. 9. Utilisation du dispositif radiofréquence selon l'une des revendications 2 à 8 comme stratifié pour la fabrication d'un document d'identité tel qu'un passeport ou pour la fabrication d'un document de sécurité ou de valeur tel qu'une carte d'identité ou un permis de conduire. 10. Utilisation du dispositif radiofréquence selon l'une des revendications 2 à 8 dans la fabrication d'une carte à puce sans contact.