Brevet FR3047101A1 — publié le 20170728

Procédé de fabrication d'un module de carte à puce et d'une carte à puce L'invention concerne le domaine des cartes à puces. Les cartes à puce sont bien connues du public, qui en a de multiples usages : cartes de paiement, cartes SIM pour 5 téléphones portables, cartes de transport, cartes d'identité, etc. Les cartes à puce comportent des moyens de transmission pour transmettre des données d'une puce électronique (circuit intégré) à un dispositif lecteur de carte (lecture) ou de ce dispositif à la carte (écriture). Ces moyens de transmission peuvent être « à contact », « sans contact » ou bien à double-interface lorsqu'ils combinent les deux 10 précédents moyens. L'invention permet de réaliser en particulier des cartes à puce à double interface. Les cartes à puce à double interface sont appelées « dual » (ou « dual interface ») si les modes « avec contact » et « sans contact » sont gérés par une seule puce ou « hybrides » si les modes « avec contact » et « sans contact » sont gérés par deux puces physiquement distinctes, l'une des puces étant connectée aux contacts et 15 l'autre étant connectée à l'antenne. L'invention concerne plutôt les cartes à puce « dual ». Les cartes à puce à double interface dual sont généralement constituées d'un support rigide en matière plastique de type PVC, PVC/ABS, PET ou polycarbonate constituant l'essentiel de la carte, dans lequel sont incorporés un module électronique et 20 une antenne fabriqués séparément. Le module électronique comporte un circuit imprimé généralement flexible muni d'une puce électronique et de plages de contacts électriquement connectées à des plots de connexion de la puce. Les plages de contacts affleurent sur le module électronique, en surface du support constitutif de la carte, pour une connexion par contact électrique avec un dispositif lecteur de carte. Les cartes à 25 puce à double interface, et notamment « dual », comportent en outre au moins une antenne pour transmettre des données entre la puce et un système radiofréquence permettant la lecture ou l'écriture de données, sans contact. Dans l'art antérieur, le module électronique comprenant des contacts et la puce, d'une part, et l'antenne éventuellement intégrée à un support (« inlay » selon la 30 terminologie anglo-saxonne) d'autre part, sont généralement fabriqués séparément, puis l'antenne est connectée au module. La connexion entre l'antenne et le module est réalisée selon des procédés complexes qui impactent négativement la productivité, les rendements de fabrication et la fiabilité des cartes lors de leur utilisation. Un but de l'invention est de simplifier et de fiabiliser ce type de procédés. 3047101 2 Ce but est au moins en partie atteint grâce à un procédé de fabrication d'un module de carte à puce, dans lequel - on fournit un substrat ayant une première et une deuxième faces principales, avec sur la première face du substrat, des contacts pour une connexion électrique 5 temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, - on attache une puce électronique au substrat, - on connecte directement au moins un fil, par une première extrémité, sur un plot de connexion de la puce (« directement » signifie qu'il n'y a pas d'autre conducteur, plage de connexion ou conducteur intermédiaire, entre la première extrémité du fil et le 10 plot de connexion de la puce), et - on encapsule la puce et la première extrémité du fil dans une résine, mais on laisse une deuxième extrémité du fil, hors de la résine. Grace à ces dispositions, et notamment au fait qu'après réalisation du module, l'extrémité (appelée ci-dessus « deuxième extrémité ») des fils de connexion entre la 15 puce et l'antenne ne soit pas encapsulée permet de l'utiliser pour établir directement (c'est-à-dire sans autre conducteur, plage de connexion ou conducteur intermédiaire) une connexion avec une plage de connexion de l'antenne. Le procédé selon l'invention apporte donc une simplification par rapport aux procédés de l'art antérieur dans lesquels la deuxième extrémité du fil est reportée sur une piste conductrice, sur la face avant 20 (dite aussi « face contact ») ou sur la face arrière (dite aussi « face bonding »), et dans lesquels cette piste conductrice doit être elle-même connectée, par exemple par soudure et/ou à l'aide d'un autre fil, aux plages de connexion de l'antenne. Ce procédé de fabrication d'un module de carte à puce comporte éventuellement l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment des autres 25 ou en combinaison d'une ou plusieurs autres : - il comporte une étape au cours de laquelle on fixe la deuxième extrémité du fil sur un plot de report, à travers un puits de connexion préalablement réalisé à travers le substrat ; cette disposition permet de maintenir la deuxième extrémité du fil avant que celle-ci ne puisse être maintenue d'une autre manière (par exemple à l'aide d'une 30 couche de matériau thermofusible comme indiqué ci-dessous) ; - il comporte une étape au cours de laquelle on réalise une découpe autour d'une puce connectée à la première extrémité d'un fil, cette découpe délimitant un module et définissant les dimensions finales du module individualisé, et le puits de connexion dans lequel est fixée la deuxième extrémité du fil se trouvant, après découpe hors du 35 module ; ainsi, le puits de connexion, qui correspond dans ce cas à une structure temporaire, n'apparaît plus sur le produit fini ; 3047101 3 - il comporte une étape au cours de laquelle on applique un matériau thermofusible sur la deuxième face du substrat, de manière à ce que le fil soit accessible sur une portion, et maintenue, sur une autre portion, entre le substrat et le matériau thermofusible ; par exemple on ménage une fenêtre dans le matériau thermofusible, en laissant le fil accessible à travers la fenêtre ; et - il comporte une étape une étape au cours de laquelle le module est individualisé en le découpant selon ses dimensions finales (c'est-à-dire les dimensions du module lorsqu'il est logé dans une carte), la portion du fil laissée accessible étant alors située sur le module individualisé Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une carte à puce. Ce procédé comprend - la réalisation d'un module comportant un substrat ayant une première et une deuxième faces principales, avec sur la première face du substrat, des contacts pour une connexion électrique temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, et 15 comportant une puce électronique attachée au substrat, - la réalisation d'une antenne sur un support, cette antenne comprenant deux extrémités, chacune munie d'une plage de connexion, - la réalisation d'une cavité dans au moins une couche de la carte recouvrant au moins partiellement le support, cette cavité étant destinée à loger le module et rendre 20 apparentes les plages de connexion de l'antenne, - la connexion d'au moins un fil, par une première extrémité, directement sur un plot de connexion de la puce, et - la connexion d'une portion de ce fil, éventuellement après avoir logé le module dans la cavité, directement à une plage de connexion de l'antenne. 25 Ce procédé de fabrication d'une carte à puce comporte éventuellement l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment des autres ou en combinaison d'une ou plusieurs autres : - la première extrémité du fil est encapsulée dans une résine d'encapsulation ; - une portion du fil est maintenue, hors de la résine d'encapsulation, au moins 30 partiellement sur le substrat à l'aide d'un matériau thermofusible ; - une portion d'un fil connecté à la puce, est soudée à une plage de connexion de l'antenne en appliquant une thermode sur un contact situé sur la première face (face contact) du substrat. Selon un autre aspect, l'invention concerne un module de carte à puce. Ce module 35 de carte à puce comprend 3047101 4 - un substrat ayant une première et une deuxième faces principales, avec sur la première face du substrat, des contacts pour une connexion électrique temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, - une puce électronique fixée au substrat, 5 - au moins un fil connecté par une première extrémité, sur un plot de connexion de la puce, la puce et la première extrémité du fil étant encapsulées dans une résine. Dans ce module de carte à puce, une portion du fil s'étend hors de la résine. Eventuellement, ce module de carte à puce comprend en outre une couche de matériau thermofusible appliquée sur la deuxième face du substrat en laissant au moins 10 une portion du fil découverte par le matériau thermofusible. Selon un autre aspect, l'invention concerne une carte à puce comprenant un module avec une puce, et une antenne. Cette carte à puce comporte en outre au moins un fil ayant une première extrémité connectée directement sur un plot de connexion de la puce et une portion connectée directement sur une plage de connexion de l'antenne. Eventuellement, la première extrémité du fil est encapsulée avec la puce dans une résine et la portion hors de la résine d'encapsulation est soudée, à travers une ouverture ménagée dans un feuillet thermofusible, à une plage de connexion de l'antenne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 20 description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente schématiquement, en perspective, une carte à puce selon l'invention ; - La figure 2 représente schématiquement, en perspective et de manière éclatée, la carte à puce de la figure 1 ; 25 - La figure 3 représente schématiquement, vue de dessus et par la face avant, une portion d'une bande de substrat pour la réalisation de modules de carte à puce telle que celle des figures 1 et 2 ; - la figure 4 représente schématiquement, en perspective et de manière éclatée, la bande de substrat de la figure 3 vue par la face arrière ; et 30 - la figure 5 représente schématiquement, en perspective, un module de carte à puce telle que celle des figures 1 et 2. Comme représenté sur la figure 1, une carte à puce 1 comporte un module 2. La carte à puce 1 est constituée de plusieurs couches 3, 4, 5 laminées les unes sur les autres. 3047101 5 Par exemple, la carte à puce montrée sur la figure 2, comporte une couche de finition inférieure 3, un support d'antenne (« inlay ») 4 et une couche de finition supérieure 5. Les couches de finition inférieure 3 et supérieure 5 peuvent être, par exemple, des 5 couches de PVC imprimées. Le support d'antenne 4 est généralement lui-même, de manière connue, composée de plusieurs couches entre lesquelles est intégrée une antenne filaire ou gravée dans un feuillet métallique (sur la figure 2, l'antenne 6 insérée entre deux couches est représentée en traits pointillés). Les différentes couches constitutives du 10 support d'antenne 4 sont par exemple également réalisées en PVC. L'antenne 6 comporte par exemple une ligne conductrice enroulée sur plusieurs boucles s'étendant en périphérie de la carte 1. Chacune des deux extrémités de la ligne est reliée à une plage de connexion 7. Les plages de connexion 7 sont au moins en partie apparentes et accessibles au niveau d'une ouverture 8 ménagée dans une 15 couche supérieure 9 du support d'antenne 4. Les plages de connexion 7 comportent par exemple des plots de soudure 10. Les plots de soudure 10 sont constitués d'un matériau ayant une température de fusion comprise entre 120°C et 230°C, et plus préférentiellement entre 160°C et 190°C. Lors de la mise en oeuvre du procédé de fabrication de la carte à puce 1, les couches de finition inférieure 3, supérieure 5 et le support d'antenne 4 sont laminés ensemble, puis une cavité 11 est fraisée dans la couche de finition supérieure 5, pour pouvoir y loger un module 2 et pour mettre à nu les plages de connexion 7 de l'antenne 6, munies chacune respectivement d'un plot de soudure 10. Par ailleurs, le procédé de fabrication du module 2 comporte la réalisation de 25 contacts 12 métalliques sur un substrat 13 flexible (voir figure 3). Le substrat 13 comporte une première 14 et une deuxième 15 faces principales, avec les contacts 12 sur la première face 14 du substrat 13 (face avant ou face contact). Ces contacts 12 sont réalisés par exemple de manière connue par gravure d'un feuillet métallique (ex : alliage de cuivre) supporté par un substrat diélectrique (ex : verre 30 epoxy) ou par découpe de motifs métalliques et report de ces motifs sur un substrat diélectrique (technologie dite « leadframe »). Comme représenté sur la figure 4, le substrat 13 est perforé pour réaliser des puits de connexion 16 dont le fond est obturé par les contacts 12. Des puces 17 (une par module) sont collées en face arrière 15 du substrat 13 (face bonding). Chaque puce 17 35 est connectée à l'aide de fils conducteurs 18 reliant, à travers les puits de connexion 16, des contacts 12 à des plots de connexion de la puce 17. 3047101 6 En outre, deux plots de connexion de la puce sont reliés, également par des fils 18 traversant des puits de connexion 16, chacun respectivement à un plot de report 19. Chaque plot de report 19 est réalisé de manière semblable aux contacts 12 et simultanément avec ceux-ci. Les fils 18 de connexion de la puce 17 à l'antenne 6 sont 5 donc chacun reliés par une première extrémité à la puce 17 et par une deuxième extrémité à un plot de report 19. Une couche de matériau thermofusible 20 dans laquelle sont ménagées des ouvertures 21, 22 est ensuite appliquée sur la face arrière 15 du substrat 13. Cette couche de matériau thermofusible 20 permet de fixer le module 2 dans sa cavité 11 10 fraisée dans la carte 1. Les ouvertures 21, 22 sont de deux types : de grandes ouvertures 21 dans lesquelles viennent prendre place les puces 17 et les fils de connexion 18 de la puce 17 aux contacts 12, et des fenêtres 22 plus petites, à travers chacune desquelles un fil de connexion 18 de la puce 17 à l'antenne 6 reste apparent et accessible. Chacune de ces fenêtres 22 est traversée par une portion 23 du fil 18 de 15 connexion de la puce 17 à l'antenne 7 (Voir FIG. 5). Cette portion 23 du fil 18 est maintenue sur deux côtés opposés de chaque fenêtre 22, entre le matériau thermofusible 20 et le substrat 13. La portion 23 du fil 18 traversant chaque fenêtre 22 est relativement libre. Elle est étendue sur la surface du substrat 13 sans y adhérer. Une résine 25 d'encapsulation recouvre la puce 17 et les fils 18 de connexion de 20 la puce 17 aux contacts 12. La goutte de résine 25 d'encapsulation se trouve circonscrite par le bord des grandes ouvertures 21. Les fenêtres 22 à travers lesquelles passe une portion 23 des fils 18 de connexion de la puce 17 à l'antenne 6, sont dépourvues de résine 25. Sur le module 2 fini et individualisé, la couche de matériau thermofusible 20 forme un cadre tout autour de la puce 17. Seules deux fenêtres 23 sont découpées dans ce cadre. Les dimensions de ces fenêtres 23 sont relativement faibles (par exemple 1mmx2mm). Ainsi, la présence de ces fenêtres 23 n'a pratiquement pas d'influence sur l'adhésion du module 2 sur des rebords 24 réalisées lors du fraisage de la cavité 11 de la carte 1 (Voir FIG. 2). Après découpe du module 2 ainsi individualisé dans ses dimensions finales, les puits de report 19 auxquels étaient reliées les deuxièmes extrémités des fils 18 de connexion de la puce 17 à l'antenne 6, ont été éliminés. Le module 2 est ensuite reporté dans une cavité 11 fraisée dans une carte à puce 1. Les fenêtres 23 traversées par les fils 18 de connexion de la puce 17 à l'antenne 6 35 sont placées en vis-à-vis des plages de connexion 7 de l'antenne 6 laissées apparentes dans la cavité 11. 3047101 7 Une thermode (non-représentée) est appliquée sur la face contact 14 du module 2. La chaleur fournie par la thermode réactive le matériau thermofusible 20 situé en face arrière 15 du module 2. Le matériau thermofusible 20 adhère à des rebords 24 créés dans la cavité 11 lors de son fraisage. Par ailleurs, la thermode fait fondre les plots de 5 soudure 10 placés sur les plages de connexion 7 de l'antenne 6. La thermode est par exemple chauffée à une température comprise entre 120°C et 250°C. La conduction de la chaleur entre la thermode et le plot de soudure 10 est particulièrement efficace puisqu'elle se fait seulement à travers les contacts 12 qui sont bon conducteurs thermiques et le substrat 13. 10 La soudure fondue des plots de soudure 10 vient au contact de la portion 23 de fil 18 traversant chaque fenêtre 22. La portion 23 de fil 18 ainsi en partie enrobée de soudure est alors électriquement connectée à l'antenne 6. En outre, la soudure n'adhérant pas au substrat 13 ou au matériau thermofusible 20, la portion 23 de fil 18 prise dans la soudure est solidaire des plots de connexion 7 de l'antenne 6, mais 15 conserve une relative liberté de déplacement par rapport au module 2. Cette relative liberté de déplacement et les propriétés d'élongation du fil 18 permettent de compenser les mouvements du module 2 par rapport au reste du corps de la carte 1, et d'absorber les contraintes générées entre eux, lors de l'utilisation de cette dernière, et évitent les déconnexions accidentelles de l'antenne 6 parfois constatées dans les cartes de l'art 20 antérieur. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un module (2) de carte à puce (1), dans lequel - on fournit un substrat (13) ayant une première (14) et une deuxième (15) faces principales, avec sur la première face (14) du substrat (13), des contacts (12) pour une connexion électrique temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, - on attache une puce électronique (17) au substrat (13), - on connecte directement au moins un fil (18), par une première extrémité, sur un plot de connexion de la puce (17), et on encapsule la puce (17) et la première extrémité du fil (18) dans une résine (25), caractérisé par le fait qu'on laisse une deuxième extrémité du fil (18), hors de la résine (25). 2. Procédé selon la revendication 1, comportant une étape au cours de laquelle on fixe la deuxième extrémité du fil (18) sur un plot de report (19), à travers un puits de connexion (16) préalablement réalisé à travers le substrat (13). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on réalise une découpe autour d'une puce (17) connectée à la première extrémité d'un fil (18), cette' découpe délimitant un module (2) et définissant les dimensions finales du module (2) individualisé, et le puits de connexion (16) dans lequel est fixée la deuxième extrémité du fil (18) se trouvant, après découpe hors du module (2). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant une étape au cours de laquelle on applique un matériau thermofusible (20) sur la deuxième face (15) du substrat (13), de manière à ce que le fil (18) soit accessible sur une portion (23), et maintenue, sur une autre portion, entre le substrat (13) et le matériau thermofusible (20). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on applique sur la deuxième face (15) du substrat (13) un matériau thermofusible (20) dans lequel une fenêtre (23) a été ménagée, en laissant le fil (18) accessible à travers la fenêtre (23). 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, comportant une étape au cours de laquelle le module (2) est individualisé en le découpant selon ses dimensions finales, la portion (23) du fil (18) laissée accessible étant alors située sur le module (2) individualisé. 7. Procédé de fabrication d'une carte à puce (1) comprenant - la réalisation d'un module (2) conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 6, ce module comportant un substrat (13) ayant une première 3047101 9 (14) et une deuxième (15) faces principales, avec sur la première face (14) du substrat (13), des contacts (12) pour une connexion électrique temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, et comportant une puce (17) électronique attachée au substrat (13), 5 - la réalisation d'une antenne (6) sur un support (4), cette antenne (6) comprenant deux extrémités, chacune munie d'une plage de connexion (7), - la réalisation d'une cavité (11) dans au moins une couche (5) de la carte (1) recouvrant au moins partiellement le support (4), pour loger le module (2) et rendre apparentes les plages de connexion (7) de l'antenne (6), 10 - la connexion d'au moins un fil (18), par une première extrémité, directement sur un plot de connexion de la puce (17), dans lequel une portion (23) du fil (18) est connectée, directement à une plage de connexion (7) de l'antenne (6). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la première extrémité du fil 15 (18) est encapsulée dans une résine (25) d'encapsulation. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une portion (23) du fil (18), est maintenue, hors de la résine (25) d'encapsulation, au moins partiellement sur le substrat (13), à l'aide d'un matériau thermofusible (20). 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel une portion 20 (23) d'un fil (18) connecté à la puce (17), est soudée à une plage de connexion (7) de l'antenne (6) en appliquant une thermode sur un contact (12) situé sur la première face (14) du substrat (13). 11. Module de carte à puce comprenant - un substrat (13) ayant une première (14) et une deuxième (15) faces 25 principales, avec sur la première face (14) du substrat (13), des contacts (12) pour une connexion électrique temporaire avec un dispositif de lecture de carte à contacts, - une puce électronique (17) fixée au substrat (13), - au moins un fil (18) connecté par une première extrémité, sur un plot de 30 connexion de la puce (17), dans lequel la puce (17) et la première extrémité du fil (18) sont encapsulées dans une résine (25), caractérisé par le fait qu'une portion (23) du fil (18) s'étend hors de la résine (25). 35 12. Module selon la revendication 11, comprenant une couche de matériau thermofusible (20) appliquée sur la deuxième face (15) du substrat (13) en laissant 3047101 10 au moins une portion (23) du fil (18) découverte par le matériau thermofusible (20). 13. Carte à puce comprenant un module (2) selon l'une des revendications 11 et 12, avec une puce (17), et une antenne (6), comportant au moins un fil (18) 5 ayant une première extrémité connectée directement sur un plot de connexion de la puce (17) et une portion (23) connectée directement sur une plage de connexion (7) de l'antenne (6). 14. Carte à puce selon la revendication 13, dans laquelle la première extrémité du fil (18) est encapsulée avec la puce (17) dans une résine (25) et une 10 portion (23) hors de la résine (25) d'encapsulation est soudée, à travers une ouverture (22) ménagée dans un feuillet thermofusible (20), à une plage de connexion (7) de l'antenne (6). 15