Brevet FR3076375A1 — publié le 20190705

Antenne booster pour carte a puce sans contact L'invention concerne les antennes du type de celles utilisees pour les cartes a puce a fonctionnement sans contact et les passeports electroniques, et plus specifiquement les antennes d'amplification dites « booster » en terminologie anglo-saxonne et qui font ('interface d'un point de vue electromagnetique entre l'antenne du module electronique de Ia carte a puce ou du passeport, et l'antenne du lecteur de carte a puce. Etat de Ia technique II existe déjà dans l'etat de Ia technique un concentrateur standard, realise par une inductance disposee dans le corps de la carte a puce en regard de l'antenne du module de la carte a puce. On a alors un systerne de deux antennes dans le corps de Ia carte a puce, a savoir une antenne dite antenne ID1 conforme au format normalise selon la norme ISO 7816, destinee a etre couplee electro magnetiquement avec un lecteur externe, et une antenne concentrateur (encore designee plus simplement comme le concentrateur) proche du format d'un module electronique pour carte a puce, disposee dans le corps de carte ou sur une page de couverture d'un Iivret de passeport electronique. Cette antenne concentrateur est destinee a etre couplee electro magnetiquement avec l'antenne du module, et elle est connect& electriquement en serie ou en parallele avec l'antenne ID1. Un reseau de capacites ajustables integrees aux deux antennes ID1 et concentrateur permet de faire resonner l'ensemble du systerne d'antennes a une frequence de fonctionnement determinee. On entend donc par systerne d'antennes, l'antenne ID1, l'antenne concentrateur, et les capacites ajustables permettant d'ajuster la frequence de resonnance de l'ensemble. Le systerne d'antennes precite est couple electro magnetiquement a un module electronique disposant lui aussi d'une antenne, disposee a la peripherie du module electronique et appelee antenne du module, qu'il s'agisse par exemple du module electronique d'une carte a puce sans contact, ou de celui d'un passeport 2 electronique. L'antenne du module est limit& en terme de nombre de tours par la taille reduite du module, celui-ci devant en outre recevoir une puce electronique et eventuellement des contacts galvaniques de type ISO 7816-2, par exemple pour les cartes dites duales, a fonctionnement a contact et sans contact. 5 Dans les realisations connues de telles antennes booster, les antennes sont realisees notamment par des pistes gravees en aluminium de tres faible largeur disposees sur un substrat en PET (polyterephtalate d'ethylene), et les capacites d'ajustement sont realisees par des placards metalliques situes de part et d'autre du substrat de l'antenne booster. Pour fermer le circuit electrique, on a 10 ('habitude d'utiliser un "crimp" en terminologie anglo-saxonne, a savoir une connexion electrique realisee par sertissage ou estampage pour relier des plages metalliques situees de part et d'autre du substrat de l'antenne. Dans ce mode de realisation connu, les pistes metalliques des antennes ont typiquement une epaisseur de l'ordre de 30 micrometres, et l'epaisseur du substrat dielectrique est 15 de l'ordre de 38 micrometres, ce qui permet d'obtenir des performances de fonctionnement radiofrequence conformes aux normes en vigueur (ISO 14443 et 10373-6). Or certains materiaux et certaines dimensions de pistes ne permettent pas la realisation de "crimps" fiables. En outre, it serait interessant de pouvoir 20 supprimer completement l'etape de realisation de "crimps", ce qui permettrait de supprimer une etape de fabrication et de diminuer le tout des antennes booster. Ceci est encore plus vrai si !'on cherche a utiliser des antennes avec des spires realisees en encre conductrice. On decrira !Invention en reference a la terminologie habituelle des 25 composants d'une carte a puce sans contact ou d'une carte a puce duale, etant entendu qu'elle est transposable sans limitation a d'autres produits de format different, comme les passeports electroniques. Buts de ('invention 30 Un but general de ('invention est par consequent de proposer une structure amelioree de systerne d'antennes, notamment pour le corps d'une carte a puce 3 sans contact ou pour un passeport electronique, et qui soit depourvue des inconvenients precites. Un autre but plus specifique de !Invention est de proposer une structure d'antenne booster pour carte a puce sans contact ou equivalent, qui soit 5 depourvue de liaisons de type "crimp" entre les faces du substrat de l'antenne. Un autre but specifique de !'invention est de proposer une structure d'antenne booster utilisant une capacite a la place des crimps connus, sans affecter negativement la performance radiofrequence de l'antenne booster. io Résumé de !'invention Selon le principe de !Invention, on supprime la liaison de type "crimp" et on connecte certaines parties metalliques des deux faces du substrat de l'antenne booster par une liaison capacitive, obtenue par une capacite en serie avec 15 l'antenne concentrateur, et dont les armatures sont situees de part et d'autre du substrat, dans une zone situ& pour l'essentiel a l'interieur des spires du concentrateur. Cette disposition permet de connecter les spires du concentrateur l'antenne ID1 sans croisements de pistes et sans utiliser de crimp pour passer d'une face a l'autre du substrat. 20 L'invention a donc pour objet une antenne booster pour dispositif couplage inductif pourvu d'un module microelectronique connecte a une antenne de module, ladite antenne booster comportant un substrat pourvu d'un systeme d'antennes constitue par une antenne principale connect& avec une antenne concentrateur, ladite antenne concentrateur etant destinee a etre couplee avec 25 ladite antenne de module, l'antenne booster etant caracterisee en ce qu'elle comporte une capacite de liaison connect& en serie avec l'antenne concentrateur et en ce que les armatures de ladite capacite de liaison sont formees par des placards metalliques en regard situes a l'interieur d'une zone delimit& par les spires de l'antenne concentrateur. 30 La valeur de la capacite de liaison remplagant le crimp doit etre suffisante pour realiser une connexion effective entre les deux faces, mais pas trop grande pour ne pas perturber le fonctionnement electromagnetique de l'antenne booster, 4 en particulier le couplage entre l'antenne concentrateur et l'antenne du module de la carte a puce sans contact utilisant l'antenne booster. On en decluit un ensemble de variantes de realisation qui restent compatibles avec les buts recherches. 5 Selon un mode de realisation, le dispositif a couplage inductif est une carte a puce et en ce que les spires de l'antenne principale (L1) sont sensiblement au format dit ID1. Selon un mode de realisation de l'antenne booster selon ('invention, les spires du concentrateur s'etendent dans une zone annulaire destinee a etre 10 disposee de facon concentrique aux spires de l'antenne du module, et dans une zone en forme de boucle longitudinale destinee a se prolonger au-dela de Ia zone des spires de l'antenne du module, et les armatures de la capacite de liaison sont situees dans la zone en forme de boucle longitudinale. Ce mode de realisation permet d'obtenir des capacites de liaison de valeur maximale, au detriment de la 15 qualite du couplage entre l'antenne booster et l'antenne module. Selon un autre mode de realisation, les spires du concentrateur forment simplement une boucle annulaire, et les armatures de la capacite de liaison sont situees a l'interieur de ladite bouche annulaire. Selon un mode de realisation, les armatures de la capacite de liaison ont 20 une forme d'anneau ouvert par une fente. Lorsque la fente a une dimension plus elevee, les armatures de la capacite de liaison adoptent la forme d'un "U" ou en forme de fer a cheval. Selon un mode de realisation particulierement avantageux du point de vue de la qualite de couplage entre le booster et l'antenne de module, il peut etre 25 prevu qu'au moins rune des armatures de la capacite de liaison est prolong& par une spire interne de concentrateur. Cede spire est alors aussi longue que possible, mais non refermee sur elle-meme. Certains produits susceptibles d'utiliser l'antenne booster selon ('invention comportent une zone pour l'embossage de caracteres. Dans ce cas il est utile que 30 les spires du concentrateur soient situees a l'exterieur de Ia zone d'embossage et longent la zone d'embossage, et que l'ouverture des armatures en "U" ou en fer 5 cheval situdes a l'interieur des spires du concentrateur soit orient& en direction de ladite zone d'embossage. Selon un mode de realisation, les spires des antennes du booster sont des pistes en aluminium d'une epaisseur d'environ 10 micrometres. Ces spires des 5 sont realisees en pistes d'aluminium, ou en encre conductrice. L'invention a egalement pour objet un dispositif a couplage inductif, notamment carte a puce a fonctionnement sans contact ou passeport electronique, comportant un module microelectronique pourvu d'une antenne de module (L3), et une antenne booster telle que decrite. 10 D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaltront a la lecture de la description detail& et des dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 illustre une vue en plan d'une antenne booster de type connu; la figure 2 represente le schema electrique equivalent de l'antenne booster de la figure 1 ; 15 la figure 3 illustre le schema equivalent de l'antenne booster selon !Invention ; - la figure 4A represente une vue en plan d'un premier mode de realisation d'une antenne booster selon l'invention; - la figure 4B represente une vue en coupe eclat& longitudinale d'un 20 dispositif de type carte a puce ou equivalent utilisant l'antenne de la figure 4A; - la figure 5A represente une vue en plan d'un second mode de realisation d'une antenne booster selon l'invention; la figure 5B represente une vue en coupe eclat& longitudinale d'un dispositif de type carte a puce ou equivalent incorporant l'antenne de la figure 5A; 25 - la figure 5C represente une vue en perspective eclat& de la zone de concentrateur de l'antenne de la figure 5A; - la figure 6A represente une vue en plan d'un troisierne mode de realisation d'une antenne booster selon l'invention, correspondant au schema electrique de la figure 6C; 30 la figure 6B represente une vue en coupe eclat& longitudinale d'un dispositif de type carte a puce ou equivalent incorporant l'antenne de la figure 6A; 6 la figure 6C represente le schema electrique equivalent correspondant a la variante de realisation de l'antenne booster correspondant aux figures 5A, 6A, 6B; la figure 7A represente une vue en plan d'un quatrieme mode de realisation d'une antenne booster selon l'invention, correspondant au schema electrique 5 equivalent de la figure 5D; la figure 7B represente une vue en coupe eclat& longitudinale d'un dispositif de type carte a puce ou equivalent incorporant l'antenne de la figure 7A; la figure 8A represente une vue en plan d'un cinquierne mode de realisation d'une antenne booster selon l'invention; 10 la figure 8B represente une vue en coupe eclat& longitudinale d'un dispositif de type carte a puce ou equivalent incorporant l'antenne de la figure 8A; la figure 8C represente une variante de l'antenne booster de la figure 8A. Description cletaillee 15 On se refere a la figure 1. On a represente dans cette figure une antenne booster 1 connue pour un support portable de type carte a puce sans contact. L'antenne booster 1 comporte une self inductance de valeur L1 de relativement grande taille, notee L1, dont les spires sont sensiblement au format dit ID1, une 20 self inductance L2, notee L2, dont les spires sont situees dans la zone qui sera en regard de l'antenne L3 du module de la carte a puce destinee a utiliser l'antenne booster 1, et un reseau C1 de capacites ajustables permettant I'ajustement de la frequence de resonnance de l'antenne booster 1. Les spires des self inductances L1, L2 sont situees sur une premiere face du support de l'antenne booster, et une 25 partie des armatures des capacites C1 sont situees sur I'autre face du support. Aussi, afin de fermer le circuit electrique de l'antenne booster, celle-ci comporte en outre une connexion 2 de type crimp, comme connu en soi. L'ajustement de la valeur de la capacite C1 se fait notamment par une methode connue d'enlevement de matiere, dite « trimming » en terminologie 30 anglo-saxonne, qui permet d'ajuster precisement la capacite C1 et par consequent la frequence de resonnance Fo de l'antenne booster, sachant que F0 = 1/211/LC1, oa L vaut L1 + L2. 7 En figure 2 on a represents le schema electrique equivalent de l'antenne booster 1 de la figure 1. Selon ('invention, on a cherche a supprimer Ia connexion 2 de type crimp, en la remplagant par une connexion capacitive, pour obtenir le schema electrique 5 equivalent represents en figure 3, faisant apparaitre une capacite C2 connect& en serie avec les autres composants. II est donc necessaire de realiser en pratique la capacite C2, sans utiliser de vias ou de croisements des fils ou des pistes d'antenne. On se refere aux figures 4 a 8 pour expliquer differents modes de io realisation de la capacite C2. En figures 4A, 4B, la capacite C2 est real's& sous la forme de deux placards metalliques P2 de grande taille, realises de part et d'autre du support S de l'antenne booster 10, a l'interieur des spires du concentrateur L2. La figure 4B correspond a une vue en coupe longitudinale selon un trait de is coupe identique a celui represents en pointille sur la figure 5A. Les vues en coupe des figures 4B, 5B, 6B, 7B, 8B sont realisees selon le merne trait de coupe. Dans le mode de realisation de la figure 4A, la valeur de la capacite C2 peut etre relativement elevee, allant par exemple jusqu'a 200 pF. La taille des placards P2 pour obtenir une valeur de capacite C2 aussi elevee impose que le 20 concentrateur L2 ait une forme particuliere. Cette forme comporte une zone 12 sensiblement annulaire destinee a s'etendre de fawn concentrique aux spires de l'antenne L3 du module (represent& en figure 4B), et une zone 11 en forme de boucle longitudinale destinee a se prolonger au-dela de la zone des spires de l'antenne L3 du module. Les armatures P2 de la capacite de liaison C2 sont alors 25 situees dans la pate 11 en forme de boucle longitudinale. La structure de booster 10 represent& en figure 4A permet effectivement de se passer d'une connexion de type crimp et de la remplacer par une liaison capacitive. Mais it est a noter que du fait de ('extension longitudinale du concentrateur L2 dans Ia zone 11, le centre de gravite du concentrateur ne 30 coincide plus avec le centre de gravite de l'antenne L3 du module M, ce qui a tendance a diminuer la qualite du couplage entre le module M et le concentrateur L2. 8 Afin de remedier a cela, !Invention prevoit un mode de realisation plus avantageux, represents en figure 5, qui convient mieux lorsque la capacite C2 peut etre de valeur plus faible (environ 60 pF ). Dans ce mode de realisation, le concentrateur L2 a une forme d'anneau circulaire et les armatures P2 de la 5 capacite de liaison C2 sont situees integralement dans la zone annulaire, a l'interieur des spires du concentrateur L2. La capacite C2 est si besoin decoupee en son centre pour recevoir la goutte d'enrobage G de la puce P du module lors de ['assemblage module avec l'antenne booster pour former un produit fini, par exemple de type carte a puce sans contact. Les armatures P2 de la capacite 10 d'ajustement C2 sont alors en forme d'anneau ouvert. Lorsque l'antenne booster 10 est prevue pour une carte a puce presentant une zone 13 reservee a l'embossage de caracteres alphanumeriques, comme cela est souvent le cas dans les applications bancaires, l'antenne L1 peut comporter une pluralite de pistes 14 entourant les zones a embosser, et l'anneau forme par 15 le concentrateur L2 peut etre tronque en partie inferieure, comme represents en figure 5A, de sorte que les spires du concentrateur longent la zone d'embossage 13. Dans ce cas, les armatures P2 de la capacite de liaison C2 sont par exemple en forme de U ou de fer a cheval, l'ouverture du U ou du fer a cheval etant orient& en direction de la zone d'embossage 13 du produit carte a puce destine a 20 utiliser l'antenne booster 10. Les spires 15 du concentrateur L2 peuvent etre toutes situdes sur rune des faces du substrat S du booster 10 (option non representee), ou reparties entre ses deux faces, comme represents en figure 5C. Cede derniere disposition a davantage de presenter davantage de spires d'antenne L2 a proximite des spires 25 de l'antenne L3 du module M, ce qui ameliore le couplage electromagnetique entre le concentrateur L2 et le module M. Afin d'aller plus loin dans ce sens et accroTtre encore la qualite du couplage entre le module M et le concentrateur L2, it est possible d'adopter la solution represent& en figures 6A, 6B, 7A, 7B, correspondant au schema 30 electrique equivalent de la figure 6C. Dans ces cas, !'une ou I'autre des armatures P2 du condensateur C2, ou les deux armatures P2 du condensateur C2, sont prolongees par une spire interne 16 non fermee, ce qui a pour effet de rapprocher 9 encore davantage la geometrie du concentrateur L2, de celle de l'antenne L3 du module M, entrainant un meilleur couplage entre le concentrateur L2 et l'antenne L3 du module. Ainsi, en figure 6 est represents le mode de realisation avec une seule 5 spire interne 16 disposee en prolongement de ('armature P2 inferieure du condensateur C2. En figure 7 est represents le mode de realisation avec une spire interne 16 disposee en prolongement des armatures P2 inferieure et superieure du condensateur C2. En figure 8A est represents un mode de realisation dans lequel la surface 10 des armatures P2 du condensateur, et donc la valeur de la capacite C2, est maximisee. Dans ce cas, les armatures P2 occupent sensiblement tout I'espace l'interieur de la zone annulaire 12 des spires du concentrateur, a ('exception d'une ouverture en forme de fente 17. En figure 8C est represents un mode de realisation dans lequel la surface 15 des armatures P2 est reduite au moyen d'une &coupe centrale 18, real's& par exemple par usinage apres l'assemblage de l'antenne booster 10 dans une corps de corps a puce. Avantages de ('invention 20 En definitive, ('invention permet d'atteindre les buts fixes. En particulier, elle permet simultanement la suppression de la connexion par crimp et la simplification du procede de fabrication de l'antenne booster, et l'optimisation du couplage electromagnetique entre le concentrateur C2 et l'antenne L3 du module M d'une 25 carte a puce sans contact, ou d'un REVENDICATIONS1 - Antenne booster (10) pour dispositif a couplage inductif comportant un module microelectronique (M) connecte a une antenne (L3) de module, ladite antenne booster (10) comportant un substrat (S) pourvu d'un systeme (L1,L2) d'antennes constitue par une antenne principale (L1) connect& avec une antenne concentrateur (L2), ladite antenne concentrateur (L2) etant destinee a etre coup& avec ladite antenne (L3) de module, caracterisee en ce qu'elle comporte une capacite de liaison (C2) connect& en serie avec l'antenne concentrateur (L2) et dont les armatures sont formees par des placards metalliques en regard situes a l'interieur d'une zone (11, 12) delimit& par les spires (15) de l'antenne concentrateur (L2). 2 - Antenne booster (10) selon la revendication 1, caracterisee en ce que le dispositif a couplage inductif est une carte a puce et en ce que les spires de l'antenne principale (L1) sont sensiblement au format dit ID1. 3 - Antenne booster (10) selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce que les spires (15) du concentrateur (L2) s'etendent dans une zone annulaire (12) destinee a etre disposee de facon concentrique aux spires de l'antenne (L3) du module (M), et dans une zone (11) en forme de boucle longitudinale destinee a se prolonger au-dela de la zone des spires de l'antenne (L3) du module (M), et en ce que les armatures (P2) de la capacite de liaison (C2) sont situees dans la zone (11) en forme de boucle longitudinale. 4 - Antenne booster (10) selon l'une quelconque des revendications 1 a 2, caracterisee en ce que les spires (15) du concentrateur (L2) forment une boucle annulaire, et en ce que les armatures (P2) de la capacite de liaison (C2) sont situees a l'interieur de ladite bouche annulaire. 11 5 - Antenne booster (10) selon la revendication 4, caracterise en ce que les armatures (P2) de la capacite de liaison (C2) ont une forme d'anneau ouvert par une fente (17). 5 6 - Antenne booster (10) selon la revendication 4, caracterise en ce que les armatures (P2) de la capacite de liaison (C2) ont une forme de "U" ou de fer cheval. 7 - Antenne booster (10) selon rune quelconque des revendications 4 a 6, 10 caracterisee en ce qu'au moins rune des armatures (P2) de la capacite de liaison (C2) est prolong& par une spire interne (16) de concentrateur. 8 - Antenne booster (10) selon rune quelconque des revendications 4 a 7, l'antenne principale (11) comportant des spires destinees a etre situees 15 l'exterieur d'une zone d'embossage du dispositif, caracterisee en ce que le spires (15) du concentrateur (L2) longent ladite zone d'embossage et en ce que l'ouverture des armatures en "U" ou en fer a cheval est orient& en direction de ladite zone d'embossage. 20 9 - Antenne booster (10) selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en ce que les spires des antennes (L1,L2) sont des pistes en aluminium d'une epaisseur d'environ 10 micrometres, ou des pistes realisees en encre conductrice. 25 10 - Dispositif a couplage inductif, notamment carte a puce a fonctionnement sans contact ou passeport electronique, comportant un module microelectronique pourvu d'une antenne de module (L3), caracterise en ce qu'il comporte une antenne booster (10) selon l'une quelconque des revendications precedentes. 30