Brevet FR3122948A1 — publié le 20221118

L'invention concerne un procédé de fabrication d’au moins une antenne pour identifiant RFID, dans lequel : - i) on réalise une première piste électriquement conductrice (7) sur une première partie de substrat (5), - ii) on rapporte une seconde partie de substrat (5’) sur ladite première partie de substrat (5), de manière à prendre en sandwich ladite piste (7), - iii) on solidarise l’ensemble ainsi obtenu en faisant passer ladite piste électriquement conductrice d’un état mou à un état solide, par élévation de température suivi d’un refroidissement et/ou par séchage et/ou par polymérisation. (Fig. 3) Procédé de fabrication d’antennes pour identifiants RFID La présente demande de brevet se rapporte au domaine de la fabrication des identifiants RFID, expression générique couvrant les « étiquettes RFID » et les « tags RFID ». « RFID » est un acronyme anglais signifiant « Radio Frequency Identification ». Un identifiant RFID comprend classiquement un substrat - formé souvent d’une pluralité de couches de matériaux polymères, supportant une puce électronique et une antenne. Un tel identifiant RFID peut ainsi recevoir et répondre à des requêtes radio émises par un émetteur / récepteur extérieur, sans contact. Une « étiquette RFID » est obtenue par un procédé continu d’appariement de puces avec des antennes disposées sur un rouleau de substrat souple : le produit fini présente une certaine flexibilité. Un « tag RFID » est obtenu par un assemblage paire par paire de puces avec des antennes, situées chacune sur un substrat rigide : le produit fini est beaucoup plus rigide qu’une étiquette RFID. Un enjeu stratégique dans le domaine de la fabrication des identifiants RFID est la miniaturisation des antennes : ce sont en effet elles qui imposent les dimensions globales des identifiants RFID, et l’on est à la recherche permanente du meilleur compromis possible efficacité/dimensions de l’antenne. En d’autres termes, on cherche en permanence à réduire la taille de l’antenne, tout en conservant ses qualités de radio-transmission, permettant de transmettre des données entre la puce de l’identifiant RFID et un terminal de lecture fixe ou mobile, sans contact voire à distance de ce terminal fixe. En pratique, lorsqu’on réduit la taille d’une antenne, on réduit ses performances, sauf à jouer sur les autres paramètres suivants : constante diélectrique du substrat de l’antenne, conductivité du matériau constitutif de l’antenne, caractéristiques du contact entre l’antenne et le substrat. S’agissant de la constante diélectrique – ou permittivité relative – du substrat, il importe qu’elle soit la plus élevée possible. En effet, pour une onde de longueur d’onde se propageant dans un substrat de permittivité relative et de perméabilité relative , on a la relation suivante : , où est la longueur d’onde dans le vide. Cette équation montre que plus la permittivité relative du substrat est grande, moins la longueur de l’onde traversant ce substrat est élevée. En pratique, comme il convient que la taille de l’antenne soit proportionnelle à la longueur d’onde, on déduit de ce qui précède qu’une permittivité relative élevée du substrat permet de réaliser une antenne de faibles dimensions. S’agissant du matériau constitutif de l’antenne, il importe que sa conductivité électrique soit la plus élevée possible : on recourt pour cela classiquement à de l’argent, à du cuivre, à de l’or, ou bien à des alliages de ces métaux. S’agissant du contact entre l’antenne et le substrat, il convient qu’il soit le plus parfait possible, c’est-à-dire exempt de toute impureté ou d’air. De nombreux travaux ont été effectués jusqu’à ce jour sur ce dernier point, sans toutefois déboucher sur une solution tout à fait satisfaisante. Un premier axe de recherche est le post-frittage de matériaux en céramique, tel qu’illustré sur la ci-annexée. Dans ce procédé, on commence par placer de la poudre de céramique 1 à l’intérieur d’un moule 3, et l’on soumet cette poudre 1 à une pression très élevée, par application d’une force F, comme cela est illustré à l’étape A. On soumet ensuite cette poudre à une température située entre 1200°C et 1500°C, permettant d’obtenir par frittage le substrat 5, comme cela est illustré à l’étape B. On vient ensuite déposer une ou plusieurs pistes conductrices 7 en cuivre, argent ou or sur le substrat 5, de manière à réaliser le motif d’antenne souhaité, comme cela est illustré à l’étape C. On place le complexe ainsi obtenu en le recouvrant de poudre de céramique 9 à l’intérieur du moule 3, et l’on soumet l’ensemble à une pression très élevée, par application d’une force F, comme cela est illustré à l’étape D. Enfin, on soumet le complexe ainsi obtenu à une température située entre 1200°C et 1500°C, de manière à fritter la poudre de céramique ajoutée à l’étape D, comme cela est illustré à l’étape E. Bien que théoriquement prometteur, ce procédé de post-frittage présente comme inconvénient majeur de nécessiter des températures de frittage de la céramique qui sont bien plus élevés que les températures de fusion des métaux ou alliages métalliques utilisés pour la réalisation de la ou des pistes conductrices 7. En pratique, cela conduit à une liquéfaction et à une migration du métal de la piste conductrice 7 à l’intérieur de la poudre de céramique 9. De plus, le retrait de la céramique lors du refroidissement (qui peut atteindre jusqu’à 20% des dimensions du substrat) va entraîner une déformation du motif de l’antenne, de sorte que l’on ne satisfait plus aux spécifications initiales. Cette solution n’est donc pas satisfaisante, car elle conduit à l’obtention d’une interface non maîtrisée entre l’antenne et le substrat. Un second axe de recherche pour améliorer l’interface entre l’antenne et le substrat est le post-assemblage, tel qu’illustré sur la ci-annexée. Dans ce procédé, on réalise un complexe de céramique frittée 5 et de piste conductrice 7 de la même manière qu’aux étapes A à C du procédé illustré à la : il s’agit des étapes A à C de la . Parallèlement, on réalise un autre substrat de céramique frittée 5’ à partir de poudre de céramique 1’ aux étapes 2D et 2E, et l’on applique une couche de colle ou de résine 11 sur ce substrat 5’, à l’étape F. A l’étape G, on vient assembler le complexe obtenu à l’issue de l’étape C sur celui issu de l’étape F, de manière à appliquer la piste conductrice 7 contre la couche de colle ou de résine 11. On applique alors une pression sur le complexe ainsi obtenu, et on laisse sécher et/ou se polymériser, à l’étape H, afin que la colle ou la résine 11 remplisse complètement l’interface entre les deux substrats en céramique 5, 5’ autour de la piste conductrice7, puis durcisse. Bien que plus prometteur que le précédent, ce procédé présente comme inconvénient d’entraîner la présence de traces de colle ou de résine entre la piste conductrice 7 et le substrat de céramique 5’, conduisant ainsi à l’obtention d’une interface imparfaite entre ces éléments. Une parade à cet inconvénient peut consister à délimiter la zone d’application de la colle ou de la résine 11 sur le substrat de céramique 5’, de sorte que cette colle ou résine n’atteigne pas la piste conductrice 7 lors de l’étape d’application du substrat 5 sur le substrat 5’, à l’étape H. Avec cette manière de faire toutefois, il reste des zones d’air ou de vide entre la piste conductrice 7 et le substrat de céramique 5’, de sorte que l’on obtient encore une interface imparfaite entre ces éléments. Comme on l’aura compris à la lumière de l’exposé ci-dessus, il n’existe pas dans l’état de la technique de solution satisfaisante pour obtenir une interface parfaite entre la piste conductrice de l’antenne, et le substrat dans lequel cette piste conductrice est encapsulée. Aussi la présente invention se propose-t-elle comme but principal de fournir un procédé permettant d’améliorer cette interface. On atteint ce but de l’invention, ainsi que d’autres avantages qui résulteront de l’exposé qui va suivre, avec un procédé de fabrication d’au moins une antenne pour identifiant RFID, dans lequel : - i) on réalise une première piste électriquement conductrice sur une première partie de substrat, - ii) on rapporte une seconde partie de substrat sur ladite première partie de substrat, de manière à prendre en sandwich ladite piste, - iii) on solidarise l’ensemble ainsi obtenu en faisant passer ladite piste électriquement conductrice d’un état mou à un état solide, par élévation de température suivi d’un refroidissement et/ou par séchage et/ou par polymérisation. Dans le cadre de la présente invention, les termes « mou » et « solide » doivent s’entendre aux habituelles plages de température ambiante, c’est-à-dire aux environs de 20°C. Grâce à ce procédé, il n’est plus nécessaire de fritter le matériau formant la seconde partie de substrat après application sur le premier substrat : on ne risque donc plus de liquéfier le matériau formant la piste conductrice. De plus, il n’est plus nécessaire de recourir à des colles ou résines : on s’affranchit de la sorte de tout risque d’introduction de vide, d’air ou d’impuretés à l’interface entre la piste conductrice et le substrat. Lors du passage de son état mou à son état solide, la piste conductrice se lie intimement avec le substrat. On obtient ainsi une liaison purement conductrice entre le matériau formant la piste conductrice et le substrat, ce qui permet d’obtenir une interface parfaite, et donc, in fine , de miniaturer l’antenne, en vertu des principes exposés ci-dessus. Suivant d’autre caractéristiques optionnelles du procédé selon l’invention, prises seules ou en combinaison : - on réalise une seconde piste électriquement conductrice sur ladite seconde partie de substrat, en miroir de ladite première piste, après l’étape i) et avant l’étape ii) : cette solution à deux pistes en miroir permet de maîtriser parfaitement la qualité d’adhésion du matériau formant chaque piste à sa partie de substrat respective ; - on dépose un agent de liaison électriquement conducteur sur au moins l’une desdites pistes, avant l’étape ii), la température de fusion de cet agent étant choisie inférieure à la température de fusion du matériau de ladite piste : cet agent de liaison permet une liaison électrique intime des deux pistes conductrices ; - ledit agent de liaison est choisi dans le groupe comprenant une pâte de brasage et une encre conductrice : ces matériaux, aisément disponibles, permettent d’optimiser la liaison électrique entre les deux pistes conductrices ; - à l’étape i), on réalise une pluralité de premières pistes électriquement conductrices sur une première plaque de substrat puis, avant l’étape ii), on réalise une pluralité de secondes pistes électriquement conductrices sur une seconde plaque de substrat, en miroir desdites première pistes, puis on vient rapporter cette seconde plaque de substrat sur la première plaque de substrat de sorte que lesdites premières et secondes pistes viennent en vis-à-vis puis, postérieurement à l’étape iii), on découpe l’ensemble obtenu de manière à récupérer une pluralité d’antennes : ce procédé permet de fabriquer simultanément des antennes en grande quantité ; - ledit substrat est en céramique : ce matériau est couramment utilisé dans la fabrication des antennes pour identifiants RFID. La présente invention se rapporte également à une antenne pour identifiant RFID, fabriquée par un procédé conforme à ce qui précède, et comprenant notamment deux parties de substrat sur lesquelles ont été réalisées deux pistes conductrices, reliées entre elles par brasage. La présente invention se rapporte également à un identifiant RFID comprenant une telle antenne. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : : une succession d’étapes du procédé de post-frittage de la technique antérieure, décrit ci-dessus ; : une succession d’étapes du procédé de post-assemblage de la technique antérieure, décrit ci-dessus ; : une succession d’étapes du procédé général de la présente invention ; : une succession d’étapes d’une version améliorée de ce procédé général ; : une succession d’étapes d’une version de fabrication d’antennes par paquet selon le procédé de l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. Dans le procédé selon l’invention, illustré sous sa forme la plus générale à la , les étapes A à C sont analogues aux étapes A à C de la , et conduisent à l’obtention d’un complexe comprenant un substrat de céramique 5 sur lequel est réalisée une piste électriquement conductrice 7. Cette piste conductrice peut être formée au moyen d’une pâte conductrice, d’une encre conductrice, ou bien d’une résine conductrice ou bien par gravure chimique, laser ( « etching » ) ou mécanique à la suite d’une métallisation totale ou partielle du substrat. Des exemples d’encres conductrices pouvant convenir sont les encres DUPONT PE410 ou DUPONT KAPTON KA801 de la société DU PONT, ou bien METALON JS-B25P de la société NOVACENTRIX. Les étapes D et E sont quant à elles analogues aux étapes D et E de la , et conduisent à l’obtention d’un substrat de céramique 5’. Ensuite, contrairement au procédé illustré aux étapes A à H de la , on ne recourt pas dans le procédé selon l’invention à une colle ou à une résine pour les étapes suivantes. On vient en effet directement appliquer le substrat de céramique 5’ sur le substrat de céramique 5 muni de sa piste conductrice 7, dans un milieu sous vide d’air, comme cela est illustré à l’étape F. Lorsque cette piste conductrice est formée d’une pâte conductrice, on vient ensuite chauffer le complexe ainsi obtenu à une température légèrement supérieure à la température de fusion du matériau formant la piste conductrice 7, comme cela est illustré à l’étape G. Ce faisant, cette piste conductrice 7 se ramollit, et vient adhérer au substrat de céramique 5’, réalisant ainsi une liaison parfaite avec ce substrat 5’, sans air, ni vide, ni impuretés à l’interface entre ces deux éléments. On laisse ensuite l’ensemble refroidir, après quoi l’antenne réalisée à partir de la piste conductrice 7 se trouve parfaitement emprisonnée de manière rigide entre les deux substrats de céramique 5 et 5’. Lorsque la piste conductrice 7 est formée d’une encre conductrice, on remplace l’étape G de chauffage par une étape de séchage de cette encre. Lorsque la piste conductrice 7 est formée d’une résine conductrice, on remplace l’étape G de chauffage par une étape de polymérisation de cette résine. En pratique, on a pu constater que le procédé selon l’invention qui vient d’être décrit, bien que permettant d’obtenir une interface parfaite entre l’antenne et son substrat, pouvait présenter quelques difficultés lors de l’étape de chauffage (ou séchage ou polymérisation) illustrée à l’étape G : en effet, selon la pression à laquelle les substrats 5 et 5’ sont appliqués l’un contre l’autre, il peut exister un risque de déformation de la piste conductrice 7 pendant que celle-ci se trouve encore à l’état mou, conduisant ainsi à une antenne dont la forme définitive ne serait pas complètement maîtrisée. Pour parer à cet inconvénient, un perfectionnement au procédé selon l’invention consiste à opérer comme illustré aux étapes de la : on réalise deux complexes de substrat en céramique 5 et 5’ sur lesquels on réalise des pistes conductrices en miroir l’une de l’autre 7 et 7’ (étapes B et E), chacun de ces complexes étant réalisé conformément aux étapes A à E de la décrites ci-dessus. A l’étape C illustrée à la , on vient appliquer sur la piste conductrice 7 une couche de d’agent de liaison électriquement conducteur thermodurcissable tel que de la pâte à braser 13, et l’on vient assembler l’un contre l’autre les complexes formés d’une part par le substrat 5, la piste conductrice 7 et la pâte à braser 13, et d’autre part par le substrat 5’ et la piste conductrice 7’, comme cela est illustré à l’étape F. Des exemples de pâtes à braser pouvant convenir sont les pâtes CR77 de la société EDSYN GMBH EUROPA ou bien MP218 de la société MULTICORE. Dans le cadre de la présente invention, « agent de liaison électriquement conducteur thermodurcissable » désigne un matériau électriquement conducteur qui, lorsqu’il est chauffé, a vocation à se lier intimement avec les pistes conductrices adjacentes, puis à se durcir en refroidissant, et à agir ainsi comme une colle électriquement conductrice entre ces pistes. De manière alternative, l’agent de liaison électriquement conducteur peut être une encre conductrice. Ce faisant, les pistes conductrices 7 et 7’, dont les motifs sont en miroir, viennent s’appliquer l’une vis-à-vis de l’autre, en prenant en sandwich la pâte à braser 13. La pâte à braser 13 est choisie telle que sa température de fusion soit inférieure à celle du matériau choisi pour réaliser les pistes conductrices 7 et 7’. Sans appliquer aucune pression à l’ensemble ainsi obtenu, on le chauffe sous vide, comme illustré à l’étape G : on réalise de la sorte le brasage et la liaison métallique parfaite des pistes conductrices 7, 7’ l’une à l’autre. Avec ce perfectionnement, aucun écrasement des pistes conductrices 7, 7’ n’est réalisé, ce qui permet d’obtenir l’exacte forme souhaitée pour l’antenne. Lorsque les pistes conductrices 7, 7’ sont réalisées au moyen d’une encre conductrice ou d’une résine conductrice, on peut s’affranchir de l’opération de brasage, la liaison intime entre ces pistes étant obtenue par le séchage ou par la polymérisation. Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, le procédé selon l’invention permet de réaliser une liaison purement métallique des éléments constitutifs de l’antenne avec le substrat en céramique, conduisant ainsi à l’absence totale de vide, d’air ou d’impureté entre l’antenne et son substrat. Ceci concourt efficacement à la réalisation d’antennes de très petites dimensions présentant d’excellentes caractéristiques de réception et de transmission de signaux radio. Dans un contexte de fabrication industrielle, on peut réaliser les pistes conductrices 7, 7’ sur des plaques de substrat en céramique 5, 5’ comprenant chacune une pluralité de telles pistes conductrices, comme cela est représenté aux étapes B et E de la . Puis à l’étape C on vient déposer sur les pistes conductrices 7 de l’une de ces plaques 5 de la pâte à braser 13. Puis à l’étape F on assemble ces plaques l’une contre l’autre, puis à l’étape G on chauffe l’ensemble ainsi obtenu, puis à l’étape H on découpe selon un quadrillage le complexe ainsi obtenu, permettant d’obtenir une grande quantité d’antennes. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. C’est ainsi par exemple que l’on pourrait envisager d’utiliser des matériaux différents pour former chacune des pistes conductrices 7 et 7’. C’est ainsi également que l’on pourrait envisager d’utiliser d’autres matériaux que de la pâte à braser pour assembler ces pistes conductrices 7 et 7’ l’une à l’autre : certaines encres conductrices pourraient par exemple convenir. C’est ainsi par exemple que d’autres substrats que de la céramique pourraient convenir. Procédé de fabrication d’au moins une antenne pour identifiant RFID, dans lequel : - i) on réalise au moins une première piste électriquement conductrice (7) sur un premier substrat (5), et on dépose éventuellement un agent de liaison électriquement conducteur sur ladite piste (7), la température de fusion de cet agent (13) étant choisie inférieure à la température de fusion du matériau de ladite piste (7), - ii) on rapporte un second substrat (5’) sur ledit premier substrat (5), de manière à prendre en sandwich ladite piste (7), et éventuellement ledit agent de liaison électriquement conducteur, - iii) on solidarise l’ensemble ainsi obtenu en faisant passer ladite piste électriquement conductrice ou ledit agent de liaison électriquement conducteur d’un état mou à un état solide, par élévation de température suivi d’un refroidissement et/ou par séchage et/ou par polymérisation. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise au moins une seconde piste électriquement conductrice (7’) sur ledit second substrat (5’), en miroir de ladite première piste (7), après l’étape i) et avant l’étape ii). Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit agent de liaison (13) est choisi dans le groupe comprenant une pâte de brasage et/ou une encre conductrice. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, à l’étape i), on réalise une pluralité de premières pistes électriquement conductrices (7) sur le premier substrat (5) puis, avant l’étape ii), on réalise une pluralité de secondes pistes électriquement conductrices (7’) sur le second substrat (5’), en miroir desdites première pistes (7), puis on vient rapporter le second substrat (5’) sur le premier substrat (5) de sorte que lesdites premières (7) et secondes (7’) pistes viennent en vis-à-vis puis, postérieurement à l’étape iii), on découpe l’ensemble obtenu de manière à récupérer une pluralité d’antennes. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits premier et second substrats (5, 5’) sont en céramique. Antenne pour identifiant RFID, fabriquée par un procédé conforme à l’une quelconque des revendications précédentes. Antenne selon la revendication 6 lorsqu’elle dépend de la revendication 3, comprenant deux substrats (5, 5’) sur lesquels ont été réalisées deux pistes conductrices (7, 7’), reliées entre elles par brasage. Identifiant RFID comprenant une antenne conforme à l’une des revendications 6 ou 7.