Brevet FR3081583A1 — publié le 20191129

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CARTES A PUCE ELECTRONIQUE ET CARTES A PUCE ELECTRONIQUE FABRIQUEES PAR CE PROCEDE [1] L'invention concerne un procédé de fabrication de cartes à puce électronique et une carte à puce fabriquée à l'aide de ce procédé. [2] Dans le domaine de la fabrication des cartes à puce, il existe deux principales catégories de procédés. Selon l'une de ces deux catégories, on utilise un substrat diélectrique sur lequel auront été réalisés des contacts (par exemple par gravure d'un feuillet conducteur laminé sur le substrat diélectrique). Selon l'autre de ces deux catégories, on utilise une grille de contacts découpés dans un feuillet de matériau conducteur (il s'agit alors de la technologie dite « leadframe » en anglais). Dans les deux cas, il faut fournir une puce électronique et la connecter électriquement aux contacts. [3] Le procédé selon l'invention dérive de la deuxième de ces catégories, à savoir celle dans laquelle on réalise et on utilise une grille de contacts découpés dans un feuillet métallique. [4] La demande de brevet publiée sous le numéro US 2015/0076240 Al décrit un procédé de cette catégorie, dans lequel on réalise les étapes suivantes : Une étape A de découpe d'un matériau métallique en bande pour former des ensembles de zones de contact. Ces ensembles de zones de contact sont rattachés, par un moins une patte, à au moins une bande support. Ces ensembles de zones de contact sont régulièrement agencés, avec un pas déterminé, le long de la bande support ; un ensemble de zones de contact correspond à un connecteur de carte à module d'identification de l'abonné, aussi appelée « carte SIM ». Ce connecteur a une face avant et une face arrière, la face avant étant destinée à établir une connexion électrique avec un lecteur de carte. Une étape C, postérieure à l'étape A, d'injection d'une matière plastique électriquement isolante au niveau d'au moins un ensemble de zones de contact, pour recouvrir, à la fois, au moins une partie de la face arrière du connecteur, et une portion de la bande support, et en formant ainsi une jonction entre les deux. [5] Lors de l'étape C d'injection de la matière plastique, une cavité et des puits de connexion sont ménagés dans la matière plastique. Ainsi, une puce électronique peut être logée dans la cavité et connectée, à travers les puits de connexion, aux zones de contact. 2 [6] Les inventeurs ont souhaité trouver un procédé alternatif à ceux de l'art antérieur. [7] Ainsi, le procédé selon l'invention comporte en outre, entre l'étape A et l'étape C, une étape B de fixation d'une puce électronique sur la face arrière d'un 5 connecteur, et de connexion de la puce électronique à au moins certaines zones de contact de ce connecteur. La puce électronique est fixée au niveau de la partie de la face arrière du connecteur qui va se trouver recouverte, à l'étape C, d'une première matière plastique. [8] Le procédé selon l'invention permet notamment une mise en oeuvre en 10 continu, de rouleau à rouleau (« reel-to-reel » ou « roll-to-roll » en anglais), de l'étape de déroulement de la bande de matériau métallique, jusqu'à l'étape d'individualisation des cartes à puce munies de leur puce, en passant par une ou plusieurs étapes de moulage par injection de matière plastique. [9] Le procédé selon l'invention comporte en outre l'une des caractéristiques 15 suivantes, considérées isolément et indépendamment les unes des autres, ou en combinaison d'une ou plusieurs autres : on réalise une étape D, postérieure à l'étape C, de section de chaque patte de matériau métallique rattachant au moins un ensemble de zones de contact à une bande support ; 20 on réalise une étape E, éventuellement postérieurement à l'étape D, d'injection d'une deuxième matière plastique pour recouvrir au moins partiellement la première matière plastique ; on réalise une étape A' de déformation du matériau métallique en bande, pour former une structure d'ancrage de la première matière plastique injectée ; 25 la première matière plastique est choisie dans l'une des familles de produits suivantes : les matières thermofusibles (« Hotmelt » en anglais), le polypropylène, les matières polymères à cristaux liquides (« LCP », soit « Liquid Crystal Polymer » en anglais), le polycarbonate ; la deuxième matière plastique est choisie dans l'une des familles de produits suivantes : le polypropylène, les matières polymères à cristaux 30 liquides, le polycarbonate. la connexion électrique, à l'étape B, entre la puce électronique et au moins certaines zones de contact, est réalisée à l'aide de fils métalliques conducteurs ; on réalise une étape F de séparation, de la bande support à laquelle elle est rattachée, d'une carte comprenant au moins un ensemble de zones de contact, une puce 3 électronique encapsulée avec la première matière plastique, en coupant au moins une jonction formée de la première matière plastique ; la puce électronique est programmée avant de réaliser l'étape F. [10] Selon un autre aspect, l'invention concerne une carte à puce réalisée grâce au 5 procédé selon l'invention. Cette carte à puce comporte donc notamment une puce électronique directement fixée sur une zone de contact. [11] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, accompagnée de figures, d'un exemple de mode de mise en oeuvre de l'invention. 10 [012] Sur les dessins : [13] - La figure 1 représente schématiquement la succession chronologique des principales étapes de l'exemple de procédé choisi pour illustrer l'invention ; [14] - Les figures 2A et 2B, représentent schématiquement, respectivement, vue en perspective et de dessus, une portion de matériau conducteur en bande à l'issue 15 d'étapes de découpe et d'embossage ; [15] - La figure 3 représente schématiquement, vue par la face arrière, une portion de matériau conducteur en bande, après fixation des puces sur cette face arrière et connexion des puces aux zones de contact ; [16] - Les figures 4A et 4B, représentent schématiquement, respectivement, vue 20 par la face arrière et par la face avant, une portion de matériau conducteur en bande à l'issue d'une étape d'injection de la première matière plastique ; [17] - Les figures 5A et 5B, représentent schématiquement, respectivement, vue par la face arrière et par la face avant, une portion de matériau conducteur en bande à l'issue d'une étape de section des pattes de matériau métallique qui maintenaient les 25 ensembles de zones de contacts aux bandes latérales, centrale et transversales ; [18] - Les figures 6A et 6B, représentent schématiquement, respectivement, vue par la face arrière et par la face avant, une portion de matériau conducteur en bande à l'issue d'une étape d'injection de la deuxième matière plastique ; [19] - La figure 7, représente schématiquement en perspective et en semi- 30 transparence une portion de matériau conducteur en bande à l'issue d'une étape d'injection de la deuxième matière plastique ; deux zones sont agrandies pour mieux montrer comment les cartes à puce sont ancrées sur les bandes support latérales d' entrainement et sur la bande support centrale ; 4 [020] Les figures 8A, 8B et 8C représentent schématiquement, respectivement, vue par la face arrière, vue en perspective et en semi-transparence, ainsi que vue par la face avant, une carte à puce réalisée à l'aide de l'exemple de procédé choisi pour illustrer l'invention. 5 [021] L'invention est exemplifiée ci-dessous à l'aide d'un exemple de procédé de fabrication d'une carte SIM. Mais l'invention peut être appliquée à la fabrication d'autres type de cartes à puce. [022] Cet exemple de procédé est réalisé en continu, de bobine à bobine. Comme illustré par la figure 1, il comporte successivement : 10 - une étape A de découpe d'un matériau métallique en bande et une étape A' de déformation de celui-ci, pour former des zones de contacts rattachées à des bandes support, par des pattes formées dans le matériau métallique, - une étape B de fixation d'une puce électronique, - une étape C d'injection d'une première matière plastique, 15 - une étape D de section des jonctions ayant maintenu les zones de contacts aux bandes support, - une étape E d'injection d'une deuxième matière plastique, et - une étape F de séparation, de chaque carte à puce des bandes support auxquelles elles étaient respectivement rattachées. 20 [023] L'étape A et l'étape A' sont connues de l'homme de l'art. Elles ne sont pas nécessairement réalisées dans l'ordre chronologique A puis A'. L'étape A' peut être réalisée avant l'étape A, ou seulement partiellement avant l'étape A, ou bien encore avant ou après certaines sous-étapes de l'étape A. Des sous-étapes des étapes A et A' peuvent être intercalées les unes entre les autres. 25 [024] Les étapes A et A' sont réalisées à partir d'un rouleau de matériau métallique en bande. Ce matériau métallique peut être un alliage de cuivre, un acier, un alliage d'aluminium, etc. Les étapes A et A' peuvent être suivies ou précédées d'une étape consistant à déposer (par exemple par électro-déposition) une ou plusieurs couches de matériaux destinés à protéger le matériau métallique et/ou améliorer la qualité de 30 soudure ou de contact sur celui-ci. Le dépôt de ces couches peut être local (en utilisant par exemple une technique de masquage) ou sur la totalité de l'une, de l'autre ou des deux faces principales de la bande de matériau métallique. [025] La bande de matériau métallique fait par exemple 70mm de large et permet ainsi une prédécoupe de deux bandes de 35mm de large chacune. Chacune de ces deux 5 bandes de 35mm de large permet de réaliser dans sa largeur deux ensembles de zones de contact. Ce sont des portions de ces bandes de 35 mm de large qui sont montrées sur les figures. [26] Pour l'exemple représenté sur les figures, chaque ensemble de zones de 5 contact correspond à un connecteur de cinq plots de contact destinés à être électriquement isolés les uns des autres. [27] Comme représenté sur les figures 2A et 2B, à l'issue des étapes A et A', on obtient des ensembles 10 (huit sur la figure 2B) de cinq zones de contact 1. Chacun de ces ensembles 10 est rattaché à des bandes support 20, 21, 22, 23. Ces bandes support 10 20, 21, 22, 23 comportent par exemple deux bandes support latérales 20, 21 avec des crans d'entrainement 25, une bande support centrale 22 et une bande support transversale 23 de part et d'autre de chaque ensemble 10 de zones de contact 1. Les bandes support latérales 20, 21 et la bande support centrale 22 s'étendent longitudinalement dans le sens de déroulement et de défilement de la bobine de 15 matériau conducteur. Les bandes support transversales 23 s'étendent longitudinalement essentiellement sur l'ensemble de la largeur de la bande de matériau métallique 24, et perpendiculairement au sens de déroulement et de défilement de la bobine de matériau conducteur. [28] Un embossage a permis de réaliser des structures d'ancrage 26 (voir figure 20 2A). Ces structures d'ancrage 26 se présentent sous forme de languettes s'étendant essentiellement hors du plan des zones de contact 1 (par exemple perpendiculairement à ce plan). Ces structures d'ancrage 26 sont réparties sur des bords périphériques de chaque zone de contact 1, ainsi que sur des bords des bandes support latérales 20 et de la bande support centrale 22. 25 [029] Comme représenté sur la figure 3, à l'issue de l'étape B, une puce électronique 30 est fixée sur la face arrière de l'une des zones de contact 1. Pour l'exemple représenté sur cette figure, la puce électronique 30 est fixée sur la zone de contact 1 centrale. Celle-ci offre une plus grande surface que les autres. Par ailleurs, des plots de contact de chaque puce électronique sont reliés électriquement par des fils 30 conducteurs 31 (par exemple d'un diamètre inférieur ou égal à 25 p.m) à chacune des cinq zones de contact 1. La technique utilisée pour attacher et souder les fils 31 sur les plots et les zones de contact 1 est choisie parmi celles bien connues de l'homme du métier (par thermo-compression, par ultra-sons, etc., c'est-à-dire l'ensemble des techniques regroupées sous la terminologie anglaise « wire bonding »). 6 [030] Comme représenté sur les figures 4A et 4B, à l'issue de l'étape C, un pré- moulage a été réalisé par injection d'une première matière plastique 40 dans un moule approprié, afin d'encapsuler et de protéger la puce électronique 30 et les fils de connexion 31. Cette étape de pré-moulage est réalisée à partir d'une première matière 5 plastique 40 choisie parmi : - les matières thermofusibles (« Hotmelt » en anglais) par exemple à base de polyoléfines, de co-polyesters, ou de copolyamides, - le polypropylène, - des matériaux ultra-techniques, tels que les matières polymères à cristaux 10 liquides ou le polycarbonate. [031] Cette matière plastique 40 est injectée dans un moule approprié, par exemple dans les conditions suivantes : Polypropylène Thermofusible Thermofusible Thermofusible LCP à base de à base de à base de polyoléfines polyesters polyamides T°(°C) 30° 30° 30° 30° ou 50° 100°C Moule Selon le type employé T°(°C) 230°C 200°C 190°C 180°C ou 340°C Fusion 230°C Q Très rapide Moyen Moyen Moyen Très injection rapide [32] On pourra également se référer aux conditions d'utilisation du ou des 15 matériau(x) choisi(s) pour la première matière plastique, données par leur fournisseur. [33] On obtient ainsi une viscosité de la matière plastique 40 injectée permettant d'injecter la matière plastique 40 sans engendrer de dommage pour la puce électronique 30 et les fils de connexion 31, tout en conservant des vitesses d'injection compatibles avec un procédé industriel en continu. Des exemples de vitesses 20 d'injection sont donnés dans le tableau ci-dessus, dans lequel « Très rapide » correspond à une vitesse d'injection «Q injection » de l'ordre de 80 à 85 cm3/s et « Moyen » correspond à une vitesse d'injection « Q injection » de l'ordre de 30 à 50 cm3/s. 7 [34] Le pré-moulage de l'étape C a permis de recouvrir une partie de la face arrière du connecteur, et une portion des bandes support latérales 20, 21 et centrale 22. Des jonctions 41 en matière plastique ont pu ainsi être formées entre, d'une part, chaque ensemble 10 de zones de contact 1 et, d'autre part, les bandes support latérales 20, 21 5 et centrale 22. Ces jonctions 41 sont par exemple au nombre de quatre : deux reliant chaque carte 100 à une bande support latérale 20 ou 21 et deux reliant chaque carte 100 à la bande support centrale 22. Entre chaque carte 100 et une bande support latérale 20, 21, ainsi qu'entre chaque carte 100 et la bande support centrale 22, les jonctions 41 présentent une portion dépourvue de matériau métallique 24, au niveau de laquelle 10 il n'y a que de la matière plastique 40. [35] Chaque carte 100 étant maintenue sur l'une des bandes support latérale 20 ou 21 et sur la bande support centrale 22, il est possible de couper toutes les pattes 27 de matériau métallique 24 entre chaque carte 100 et les bandes support latérale 20, 21, centrale 22 et transversales 23. L'étape C d'injection est donc suivie d'une étape de 15 section de toutes les pattes 27 de matériau métallique 24. Cette étape de section est aussi appelée étape de décourcircuitage. Chaque contact 1 est ainsi électriquement isolé des autres. [36] A l'issue de l'étape C et de l'étape de décourcircuitage, les cartes 100 comprennent chacune un ensemble 10 de zones de contact 1 formant un connecteur, 20 avec une puce électronique 30 reliée aux zones de contact 1 par des fils conducteurs 31, la puce électronique 30 et les fils conducteurs 31 étant encapsulés, et donc protégés, dans la première matière plastique, comme représenté sur les figures 5A et 5B. [37] Comme représenté sur la figure 7, les cartes 100 ne sont plus attachées aux bandes latérales 20, 21 et centrale 22, que par des jonctions 41 constitués de la première 25 matière plastique, celle-ci englobant les structures d'ancrage 26. L'accrochage de la matière plastique sur les bandes support 20, 21, 22 est ainsi renforcé. [38] Comme représenté sur les figures 6A et 6B, à l'issue de l'étape D, l'ensemble de la face arrière de la carte 100 est recouvert d'une deuxième matière plastique 42. Cette deuxième matière plastique 42 a été injectée dans un moule aux formes 30 appropriées. Cette deuxième matière plastique 42 est choisie parmi : - le polypropylène, -les matières polymères à cristaux liquides, - le polycarbonate. 8 [39] Comme on peut le constater, la deuxième matière plastique 42 peut être choisie dans des familles semblables à celles de la première matière plastique 10. Eventuellement, on pourra également se reporter au tableau ci-dessus pour leurs conditions d'utilisation. On pourra également se référer aux conditions d'utilisation du 5 ou des matériau(x) choisis pour la deuxième matière plastique, données par leur fournisseur. [40] Cette deuxième matière plastique 42 est injectée dans un moule. Cette injection laisse découverte une portion des jonctions 41. Donc seules ces portions des jonctions 41 retiennent la carte 100 aux bandes support latérales 20, 21 et centrale 22 10 (d'où l'importance des structures d'ancrage 26). Cette portion des jonctions étant constituée uniquement de la première matière plastique 40, sa découpe ultérieure est relativement aisée. A l'issue de cette étape D, les cartes 100 sont matériellement complètement finies, il ne reste plus qu'a les programmer et les individualiser. L'opération de programmation des cartes 100 peut être réalisée en continu, de rouleau 15 à rouleau, en se connectant aux contacts 1 de chacune des cartes. Après cette étape, les cartes 100 sont individualisées en sectionnant les jonctions 41 et en les séparant des bandes support latérales 20, 21 et centrale 22. Les figures 8A et 8C représentent les deux faces d'une carte 100 ainsi individualisée. La face arrière de la carte (Figure 8A est complètement recouverte de la deuxième matière plastique 42. La face avant de la 20 carte (Figure 8C) est partiellement recouverte de la première 40 et de la deuxième 42 matières plastiques, mais le connecteur avec ses zones de contact 1 est laissé découvert. [41] Comme représenté sur la figure 8B, une carte 100 avec une puce électronique 30 directement fixée sur une zone de contact 1, est reliée aux zones de contact 1 par 25 des fils conducteurs 31. L'expression « directement fixée » doit être comprise dans ce texte, comme indiquant que la zone de contact constitue elle-même le support de la puce, par contre un adhésif ou une autre matière est éventuellement intercalé entre la puce et la zone de contact qui la supporte. La première matière plastique 40 recouvre la puce électronique 30, les fils conducteurs 31 et l'essentiel de la face arrière des zones 30 de contact. La deuxième matière plastique 42 permet d'obtenir le facteur de forme définitif de la carte 100 en laissant affleurants l'ensemble REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une carte à puce électronique, dans lequel on réalise les étapes suivantes : Une étape A de découpe d'un matériau métallique (24) en bande pour former des ensembles (10) de zones de contact (1) rattachés, par un moins une patte (27), à au moins une bande support (20, 21 ou 22), ces ensembles (10) de zones de contact (1) étant régulièrement agencés, avec un pas déterminé, le long de la bande support, un ensemble (10) de zones de contact (1) correspondant à un connecteur, ce connecteur ayant une face avant et une face arrière, la face avant étant destinée à établir une connexion électrique avec un lecteur de carte, Une étape C, postérieure à l'étape A, d'injection d'une première matière plastique électriquement isolante au niveau d'au moins un ensemble (10) de zones de contact (1), pour recouvrir, à la fois, au moins une partie de la face arrière du connecteur, et une portion de la bande support (20, 21 ou 22), en formant ainsi une jonction (41) entre les deux. caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, entre l'étape A et l'étape C, une étape B de fixation d'une puce électronique (30) sur la face arrière d'un connecteur, et de connexion de la puce électronique (30) à au moins certaines zones de contact (1) de ce connecteur, la puce électronique (30) étant fixée au niveau de la partie de la face arrière du connecteur recouverte, à l'étape B, de la première matière plastique (40). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise une étape D, postérieure à l'étape C, de section de chaque patte (27) de la bande de matériau métallique rattachant au moins un ensemble (10) de zones de contact (1) à une bande support (20, 21 ou 22). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on réalise une étape E d'injection d'une deuxième matière plastique (42) pour recouvrir au moins partiellement la première matière plastique (41). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on réalise une étape A' de déformation du matériau métallique (24) en bande, pour former une structure d'ancrage (26) de la première matière plastique injectée. 10 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première matière plastique (40) est choisie dans l'une des familles de produit suivantes : les matières thermofusibles, le polypropylène, les matières polymères à cristaux, le polycarbonate. 5 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la deuxième matière plastique (42) est choisie dans l'une des familles de produit suivantes : le polypropylène, les matières polymères à cristaux liquides, le polycarbonate. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la connexion 10 électrique, à l'étape B, entre la puce électronique (30) et au moins certaines zones de contact (1), est réalisée à l'aide de fils métalliques conducteurs (31). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on réalise une étape F de séparation, de la bande support (20 ou 21 et 22), à laquelle elle est rattachée, d'une 15 carte (100) comprenant au moins un ensemble (10) de zones de contact (1), une puce électronique (30) encapsulée avec la première matière plastique (40), en coupant au moins une jonction (41) formée de la première matière plastique (40). 9. Procédé selon la revendication 8, dans laquelle la puce électronique (30) est 20 programmée avant de réaliser l'étape F. 10. Carte à puce fabriquée à l'aide d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une puce électronique (30) directement fixée sur une zone de contact (1). 25