Brevet FR3094528A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : Carte à puce sans contact à âme métallique [0001] L'invention concerne les cartes d'identification à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, pourvues d'une plaque métallique pour renforcer ou alourdir la carte. État de la technique [0002] La plupart des cartes à puce sans contact ou cartes duales à fonctionnement mixte à contact et sans contact connues comportent un corps de carte en matière plastique multicouche, un module électronique inséré dans une cavité du corps de carte et comportant une puce microélectronique, et une antenne disposée dans le corps de carte. L'antenne du corps de carte est soit électriquement connectée à des plots de sortie de la puce microélectronique, soit couplée par couplage inductif avec le module électronique pourvu lui-même d'une antenne. [0003] Les cartes à puce connues ont un format normalisé selon la norme lSO 7810, et elles sont en général en matière plastique pour des raisons de coût et de flexibilité. [0004] Or un segment du marché qui tend à se développer vise des cartes à puce sans contact, ou des cartes à puce duales à fonctionnement à contact et sans contact présentant des caractéristiques physiques assimilées à une gamme plus statutaire ou plus exclusive, en raison d'un poids plus élevé qui assure une meilleure prise en main, et une apparence plus haut de gamme et plus statutaire. [0005] Mais, comme cela est connu, l'introduction d'une plaque métallique dans la carte à puce a des conséquences néfastes sur le plan électromagnétique, puisque la plaque métallique constitue un blindage partiel, voire important, des ondes électromagnétiques susceptibles de se propager entre la carte à puce sans contact et le lecteur de carte à puce. Cela a pour conséquence possible, soit que les performances de communication sans contact des cartes connues sont réduites, soit que la carte ne fonctionne plus en mode sans contact que de façon asymétrique, c'est-à-dire que son fonctionnement en mode sans contact est dégradé sur une face par rapport à son fonctionnement sur l'autre face. [0006] Plusieurs documents de l'état de la technique ont tenté de résoudre au moins par- tiellement ce problème de blindage. [0007] Mais l'évolution du marché des cartes à puce à couche métallique implique des critères encore plus précis : idéalement, en plus des critères de performance électromagnétique déjà évoqués, il faut que la carte soit « lourde » par rapport à des cartes classiques en matière plastique, et fasse un bruit différent lorsqu'on la laisse tomber sur un support ou une table. En outre, il est nécessaire que la couche métallique soit bien visible sur la tranche de la carte ou sur le corps de carte. 2 But de l'invention 100081 Un but général de l'invention est par conséquent de proposer une carte à puce sus- ceptible de résoudre les inconvénients restants des cartes à puce à couche métallique connues. 100091 Un but particulier de l'invention est de proposer une structure optimisée de carte à puce sans contact ou de carte à puce duale pourvue d'une plaque d'un matériau métallique alourdissant la carte, sans que cette conception n'ait de conséquences néfastes perceptibles sur le fonctionnement de la carte à puce en mode sans contact, et tout en étant compatible avec les nouveaux critères précités de perception qualitative de prise en main de la carte par son utilisateur. [0010] Un autre but particulier de l'invention est de proposer une carte à puce renforcée et alourdie par une couche en métal visible sur l'intégralité du pourtour de la carte, et qui puisse être fabriquée industriellement de façon simple et économique. Résumé de l'invention [0011] Selon le principe de l'invention, une plaque métallique de même taille que la carte à puce est incorporée dans le corps de carte, de façon à ce que ses bords restent visibles sur les côtés de la carte. Un orifice traversant est aménagé dans la plaque métallique à l'endroit correspondant à l'incorporation du module électronique dans la carte à puce. De plus, la plaque métallique comporte sur sa périphérie au moins un rebord, de sorte que les autres couches internes et externes de la carte à puce soient positionnées à l'intérieur du volume délimité par ce ou ces rebord(s). En conséquence, la couche métallique possède une surface et un poids maximisés, et elle reste visible sur tout le pourtour de la carte, et sur quasiment toute son épaisseur, contribuant à l'aspect haut de gamme du produit. 100121 L'invention a par conséquent pour premier objet une carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant un corps de carte constitué d'un empilement de couches et pourvu d'une cavité dans laquelle est inséré un module électronique comportant une puce microélectronique connectée à un moyen de couplage inductif ou capacitif avec au moins une antenne disposée dans le corps de carte, caractérisée en ce que le corps de carte comporte une plaque métallique formant une âme et dont la périphérie présente au moins un rebord délimitant au moins un logement dans lequel sont positionnées les autres couches de la carte à puce. 100131 Selon un mode de réalisation, l'âme métallique est disposée à l'intérieur du corps de carte elle comporte deux rebords qui s'étendent de part et d'autre de la surface de l'âme métallique sur une épaisseur sensiblement égale à l'intégralité de l'épaisseur de la carte. [0014] Dans cc cas, la carte à puce comporte, de part et d'autre de la surface de l'âme mé- 3 tallique, un empilement de couches comportant, dans l'ordre en allant de l'âme métallique vers l'extérieur de la carte, une couche de matière électriquement isolante, une couche de ferrite, une antenne, une couche de matière plastique optionnelle jouant le rôle d'entretoise, et une couche externe de protection, imprimée ou transparente. [0015] Selon un mode de réalisation, les couches externes de protection s'étendent par- dessus les rebords de la couche métallique, jusqu'au bord externe du corps de carte. [0016] Selon une variante de réalisation, les couches externes de protection s'étendent jusqu'à la périphérie interne du rebord de la couche métallique. [0017] Selon un autre mode de réalisation, l'âme métallique est disposée sur une première face externe du corps de carte et son rebord s'étend en direction de la seconde face externe du corps de carte, substantiellement sur l'intégralité de l'épaisseur de la carte. [0018] Dans ce cas, la carte à puce comporte un empilement de couches comportant, dans l'ordre en allant de l'âme métallique vers la face externe de la carte à puce, une première couche de matière plastique permettant d'isoler le métal de la ferrite et de l'antenne pour un meilleur comportement radiofréquence, une couche de ferrite, une couche de matière électriquement isolante (PVC ou adhésif), une antenne en couplage inductif, capacitif ou en connexion directe avec l'antenne du module, une seconde couche de matière plastique formant entretoise, et une couche externe de protection overlay, par exemple en PVC imprimé ou transparent. [0019] Avantageusement, la plaque métallique est en un métal lourd, pris notamment parmi le tungstène, l'acier, l'acier inoxydable, le titane, l'or, l'iridium, l'osmium, le platine, ou l'argent, de préférence le tungstène. [0020] L'âme de la plaque métallique a une épaisseur de l'ordre de 100 micromètres à 400 micromètres, l'épaisseur totale de la carte étant comprise entre 680 micromètres et 840 micromètres, conformément à la norme ISO 7810. [0021] De ce fait la plaque métallique a un poids de l'ordre de 10 à 25 grammes, et le poids total de la carte à puce peut être de l'ordre de 15 à 30 grammes, substantiellement supérieur au poids des cartes classiques en matière plastique. [0022] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de carte à puce selon l'invention, comportant des étapes consistant à : [0023] 1. fournir une plaque métallique ayant une épaisseur correspondant substan- tiellement à l'épaisseur d'une carte à puce selon la norme ISO 7810 ; 2. usiner ladite plaque sur une fraction de son épaisseur de façon à former au moins un logement et à laisser subsister une âme métallique parallèle au plan de la plaque et au moins un rebord s'étendant en périphérie de l'âme métallique; 3. évider la plaque métallique comportant l'âme métallique pour créer un orifice au niveau de l'emplacement réservé pour le module microélectronique puis le combler avec une entretoise électriquement isolante. Ceci a deux buts : 1/ permettre au flux électromagnétique de pouvoir traverser la plaque métallique par cet orifice, et 2/ permettre aux deux antennes d'être couplées entre elles et à l'antenne module. 4. former un insert laminé; 5. reporter dans le ou lesdits logement(s) le ou les insert(s) laminés ; 6. solidariser les différentes couches ensemble par laminage à chaud d'une couche superficielle imprimée et/ou transparente et électriquement isolante ; 7. découper la plaque métallique et l'ensemble des couches à l'extérieur du rebord métallique pour obtenir une carte à puce au format 1S0 7810. [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés dans lesquels : [0025] - la figure 1 représente une carte à puce selon un premier mode de réalisation connu; la figure 2 représente une vue en perspective éclatée d'un second mode dc réalisation connu; la figure 3 représente une vue en perspective éclatée d'un troisième mode de réalisation connu ; la figure 4 représente une vue schématique en coupe transversale d'une carte à puce selon l'invention ; la figure 5 représente une vue en plan de la carte à puce de la figure 4 avant encartage du module ; la figure 6 représente une vue schématique en coupe transversale d'un second mode de réalisation de la carte à puce selon l'invention. Description détaillée [0026] Afin de faciliter la compréhension et la visibilité, les épaisseurs des couches dc matériaux dans les vues en coupe (figures 4, 6) sont fortement exagérées par rapport aux proportions réelles d'une carte à puce. [0027] Les éléments identiques sur les figures 4 à 6 portent les mêmes numéros dc référence. [0028] La figure 1 correspond à la figure 5C du document US 2016/0110639 Al (Finn) qui décrit en particulier des cartes à puce ayant une couche métallique. Selon ce document, le bon fonctionnement sans contact de cette carte à puce requière que la couche métallique présente une fente (« slit » 530 (S)). Or cette fente reste visible sur le produit fini, dans certaines conditions de luminosité ou d'éclairage, ce qui n'est pas acceptable pour les clients de produits haut de gamme dont l'apparence doit être parfaite. [0029] La figure 2 correspond à la figure 8 du document FR 3032094 Al (Smart Packaging Solutions). Elle montre une carte à puce comportant une plaque métallique 11 destinée à alourdir la carte, et deux antennes booster de part et d'autre qui permettent un très bonne communication radiofréquence avec un lecteur distant. En revanche, la plaque métallique n'est pas visible de l'extérieur du produit, ce qui nuit à son aspect statutaire. [0030] La figure 3 correspond à la figure 10A du document WO 201 8/1 5221 8 Al (CPT Card Group). Elle représente une carte pourvue d'un cadre métallique (210) et un insert non métallique (280). En conséquence de sa taille réduite, la contribution du cadre métallique au poids de la carte reste très limitée. [0031] La figure 4 représente une vue en coupe schématique d'un premier mode de réa- lisation de la carte à puce selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le corps de carte 1 comporte une plaque métallique formant une âme centrale 3, d'une épaisseur de 200 à 600 micromètres, qui s'étend jusqu'en périphérie du corps de carte 1, où elle se prolonge par deux rebords 4,5 qui s'étendent perpendiculairement à l'âme centrale 3 de façon à délimiter de part et d'autre de l'âme centrale 3, deux volumes qui permettent de recevoir les autres couches et composants de la carte à puce. [0032] L'âme centrale 3 est percée de part en part par un orifice 13 qui permet l'insertion du module microélectronique 2. Entre la parois de l'orifice 13 et le module 2 est disposé une entretoise isolante 11 qui permet notamment d'éviter que les couches de ferrite 7 ne se déforment et se déplacent dans l'orifice 13 pendant la phase d'assemblage par laminage du produit. [0033] Les rebords métalliques 4,5 s'étendent substantiellement sur l'intégralité de l'épaisseur de la carte, à l'exception peut-être, comme représenté, de la couche de protection externe 10, appelée « overlay » en terminologie anglo-saxonne. [0034] Selon l'exemple représenté, l'empilement des couches disposées de part et d'autre de l'âme métallique 3 comporte, dans l'ordre allant de l'âme centrale 3 vers l'extérieur de la carte, une couche 6 électriquement isolante, par exemple en PET, de 30 à 60 micromètres d'épaisseur, une couche de ferrite 7 de 50 à 200 micromètres d'épaisseur, une antenne 8 de 30 à 100 micromètres d'épaisseur, connectée à ou couplée avec une antenne (non représentée) disposée sur le module 2 de la carte à puce, une couche de matière plastique 9, par exemple en PVC, de 50 à 200 micromètres d'épaisseur et servant d'entretoise pour obtenir l'épaisseur finale recherchée pour la carte, et enfin une couche externe de protection 10, d'environ 50 micromètres d'épaisseur, typiquement en PVC. Les couches isolantes 6 permettent de séparer la couche de ferrite 7 et l'antenne 8 de l'âme métallique 3, ce qui permet d'optimiser le fonctionnement électromagnétique de la carte à puce. [0035] Grâce à cette structure, chaque empilement de part et d'autre de l'âme métallique 3 permet d'obtenir une communication de bonne qualité avec un lecteur distant, quelle que soit l'orientation de la carte à puce. [0036] Dans cette figure 4, la couche externe de protection 10, typiquement une couche 6 imprimée ou transparente, s'étend par-dessus les rebords 4,5 de la couche métallique, jusqu'au bord externe du corps de carte 1, de sorte que l'épaisseur visible des rebords 4,5 est égale à l'épaisseur de la carte moins l'épaisseur des deux couches d'ovcrlay 10. Cependant, lorsque les couches externes 10 sont choisies en matériau transparent, on voit aussi les rebords 4,5 par transparence en regardant les faces supérieure et inférieure de la carte à puce, ce qui contribue à l'aspect valorisant de la carte à puce. [0037] Selon un autre mode de réalisation (non représenté), la couche externe de protection s'étend jusqu'à la périphérie interne des rebords 4,5 métalliques. Dans cc cas, les rebords métalliques 4,5 visibles ont une épaisseur égale à toute l'épaisseur de la carte à puce, ce qui constitue la version la plus valorisante d'un point de vue esthétique. [0038] Les caractéristiques et dimensions effectives des couches de matériau de l'empilement et leurs épaisseurs seront aisément déterminées par l'homme du métier en fonction des applications visées. La figure 5 montre une vue en plan de la carte à puce de la figure 4, selon un plan de coupe passant par une couche 8 comportant une antenne. Cette figure 5 montre en particulier le rebord métallique 4,5 qui fait tout le tour de la carte à puce, ainsi que la géométrie d'une des deux antennes du produit, comprenant une spire 8a de grande taille au format dit « IDl », et une antenne concentrateur 8h destinée à être couplée avec l'antenne du module 2 (non représentée). La figure 5 correspond à une représentation avant encartage du module. On y voit aussi la cavité 12 pour l'insertion du module. [0039] La figure 6 représente un autre mode de réalisation, dans lequel l'âme métallique 3 est disposée sur une première face externe du corps de carte et un rebord unique 4 s'étend en direction de la seconde face externe du corps de carte. [0040] Là encore, la carte à puce comporte un empilement de couches comportant, en partant de l'âme métallique 3, une première couche de matière plastique 6, une couche de ferrite 7, une antenne unique 8, une seconde couche de matière plastique 9, et une couche externe de protection 10. [0041] Ce mode de réalisation présente l'avantage de laisser visible toute la surface de la plaque métallique, ainsi que son rebord 4 sur l'intégralité de l'épaisseur de la carte à puce, moins éventuellement l'épaisseur de l'overlay 10. En outre, cette réalisation est particulièrement simple à fabriquer, puisque les autres couches 7,8,9,10 de la carte sont toutes situées d'un seul et même côté de la plaque métallique. Ces avantages sont cependant obtenus au prix d'une communication radiofréquence limitée à une seule face de la carte à puce. [0042] L'usinage de la plaque de métal pour former l'âme métallique 3 et les rebords 4, 5 peut être effectuée notamment par fraisage, voire par moulage. [0043] En pratique, au lieu de réaliser une carte l'une après l'autre, on peut travailler sur des feuilles de plus grande taille comportant une plaque métallique et plusieurs inserts, on 7 assemble le tout, et on individualise les cartes finies par découpe pour obtenir des cartes unitaires au format 1S0 7810. Avantages de l'invention 100441 En définitive, l'invention propose une conception de carte à puce permettant d'atteindre les buts visés. [0045] Elle utilise une plaque en un matériau lourd, typiquement un métal du type tungstène ou équivalent, visible sur tout le pourtour de la carte et quasiment sur toute l'épaisseur de la carte. La structure du corps de carte permet d'annuler ou de limiter les effets de blindage de cette plaque métallique à l'égard des signaux radiofréquence à échanger avec un lecteur de carte à puce. [0046] En particulier, la structure de la carte à puce selon l'invention permet d'obtenir sur au moins l'une des faces de la carte à puce des performances de communication radiofréquence tout à fait satisfaisantes par rapport aux normes imposées. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant un corps de carte (1) constitué d'un empilement de couches et pourvu d'une cavité (12) dans laquelle est inséré un module électronique (2) comportant une puce microélectronique connectée à un moyen de couplage inductif, capacitif, ou une connexion physique avec au moins une antenne (8) disposée dans le corps de carte, caractérisée en ce que le corps de carte (1) comporte une plaque métallique formant une âme (3) et dont la périphérie présente au moins un rebord (4,5) délimitant au moins un logement dans lequel sont positionnées les autres couches (6,7,8,9,10) de la carte à puce. [Revendication 2] Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme mé- tallique (3) est disposée à l'intérieur du corps de carte et en ce qu'elle comporte deux rebords (4,5) qui s'étendent de part et d'autre de la surface de la plaque métallique sur une épaisseur sensiblement égale à l'intégralité de l'épaisseur de la carte. [Revendication 3] Carte à puce selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte, de part et d'autre de l'âme métallique (3), un empilement de couches (6,7,8,9,10) comportant, dans l'ordre en allant de l'intérieur vers l'extérieur de la carte, une couche de matière électriquement isolante (6), une couche de ferrite (7), une antenne (8), une couche de matière plastique (9) optionnelle jouant le rôle d'entretoise, et une couche externe (10) de protection imprimée ou transparente. [Revendication 4] Carte à puce selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche externe de protection (10) s'étend par-dessus le rebord (4,5) de l'âme métallique (3), jusqu'au bord externe du corps de carte. [Revendication 5] Carte à puce selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche externe de protection (10) s'étend jusqu'à la périphérie interne du rebord (4,5) de l'âme métallique (3). [Revendication 6] Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme mé- tallique (3) est disposée sur une première face externe (20) du corps de carte (1) et en ce que son rebord (4) s'étend en direction de la seconde face externe (21) du corps de carte, substantiellement sur l'intégralité de l'épaisseur de la carte. [Revendication 7] Carte à puce selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un empilement de couches (6,7,8,9,10) comportant, dans l'ordre en allant de l'âme métallique (3) vers la face externe de la carte à 9 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] puce, une première couche de matière plastique (6), une couche de ferrite (7), une antenne (8), une seconde couche de matière plastique (9), et une couche externe de protection (10). Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en cc que la plaque métallique est en un métal lourd, pris notamment parmi le tungstène, l'acier, l'acier inoxydable, le titane, l'or, l'iridium, l'osmium, le platine, ou l'argent, de préférence le tungstène. Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en cc que la plaque métallique possède une âme (3) d'une épaisseur de l'ordre de 100 micromètres à 400 micromètres, l'épaisseur totale de la carte étant comprise entre 680 micromètres et 840 micromètres. Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en cc que la plaque métallique a un poids de l'ordre de 10 à 25 grammes, le poids total de la carte à puce étant de l'ordre de 15 à 30 grammes. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en cc qu'il comporte des étapes consistant à : - fournir une plaque métallique ayant une épaisseur correspondant substantiellement à l'épaisseur d'une carte à puce, à savoir entre 680 et 840 micromètres ; - usiner ladite plaque sur une fraction de son épaisseur de façon à former au moins un logement et à laisser subsister une âme métallique (3) parallèle au plan de la plaque et au moins un rebord (4,5) s'étendant en périphérie de l'âme métallique (3); - évider la plaque métallique comportant l'âme métallique (3) pour y former un orifice (13) au niveau de l'emplacement réservé pour le module microélectronique (2) puis le combler avec une entretoise (11) électriquement isolante ; - former un insert laminé; - reporter dans le ou lesdits logement(s) le ou les insert(s) laminés ; - solidariser les différentes couches ensemble par laminage à chaud d'une couche superficielle (10) imprimée et/ou transparente électriquement isolante ; - découper la plaque métallique et l'ensemble des couches à l'extérieur du rebord métallique (4,5) pour obtenir une carte à puce au format ISO 7810. 10 [Revendication 12] Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'insert laminé est composé d'une couche électriquement isolante (6), une couche de ferrite (7), une couche électriquement isolante (6), une antenne (8), et une couche électriquement isolante (9) formant entretoise.