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CA 02321893 2000-08-24
WO 99/44172 PCT/FR99/00291
Dispositif électronique à mémoire électronique
sans contact, et procédé de fabrication d'un tel dispositif
s La présente invention concerne un procédé de
fabrication d'un dispositif électronique sans contact flexible et
pliable de fine épaisseur (10), tel qu'une carte, une étiquette,
un ticket ou un jeton, comportant au moins un microcircuit
électronique (20} qui est agencé dans l'épaisseur d'un support
io et qui comporte des plots reliés à une antenne (24) d'interface
agencée dans l'épaisseur du support, ce dernier comportant au
moins deux feuilles opposées, inférieure (12) et supérieure
(16}, de protection, ledit procédé comprenant les étapes
consécutives suivantes
is On connaît de nombreux exemples de tels dispositifs
électroniques, couramment appelés cartes à puce, qui sont
soit des cartes rigides dont le support est réalisé en matière
plastique, soit des étiquettes, dites « étiquettes
électroniques », pour l'étiquetage de produits de grande
2o consommation qui sont à usage unique, c'est-à-dire qui ont
pour but d'étre collées une fois sur un produit et qui sont
constituées essentiellement par une feuille de papier.
II existe ainsi un besoin pour un dispositif électronique
du type mentionné précédemment, par exemple une carte à
2s puce sans contact de fine épaisseur (épaisseur inférieure par
exemple à environ 400 Nm, voire 280 Nm) et flexible voire
pliable en deux, qui puisse étre utilisée plusieurs fois, dont le
coût soit particulièrement réduit de méme que son épaisseur
pour pouvoir étre utilisé dans de nombreuses applications
3o faisant appel à une puce à mémoire électronique pour
lesquelles il est aujourd'hui impossible, pour des raisons de
coût et/ou d'épaisseur du support, de faire appel à des cartes,
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des étiquettes, des tickets ou des jetons à mémoire
électronique sans contact.
II existe également un besoin pour des dispositifs plus
résistants autorisant une manipulation sans précaution voire
s quelques pliages en deux sans altération de leur
fonctionnement. C'est le cas par exemple de tickets de métro.
Alternativement, il existe un besoin pour des. dispositifs
sans contact très fins et d'excellente qualité de surface
pouvant servir de support à une impression de haute qualité.
lo C'est le cas notamment de carte à jouer ou de carte d'identité.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de
fabrication d'un dispositif électronique du type mentionné
précédemment, comprenant les étapes consécutives suivantes:
a) réaliser une feuille inférieure de protection en
ls a1 ) posant au moins un microcircuit électronique
sur la face interne de la feuille inférieure;
a2) réalisant au moins une antenne d'interface sur
la face interne de la feuille inférieure, notamment par
sérigraphie ;
2o a3) raccordant électriquement des plots du micro-
circuit électronique à l'antenne d'interface ;
b) réaliser un empilage en superposant ia feuille
inférieure de protection, une feuille intermédiaire de collage
dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont
2s munies de colle, et une feuille supérieure de protection;
c) assembler les trois feuilles superposées en les
comprimant.
Selon d'autres caractéristiques du procédé selon
l'invention
30 - l'étape c) d'assemblage consiste en une opération de
laminage à chaud ;
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- la feuille intermédiaire de collage comporte un
évidement au droit du microcircuit électronique ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de
colle thermofusible ;
s - la feuille intermédiaire de collage est une feuille de
papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure
sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- lors de l'étape a) de réalisation de la feuille inférieure
de protection, les opérations a1 ), a2) et a3) sont réalisées
lo successivement ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de
papier.
- le procédé comporte une étape supplémentaire
d'impression sur l'une et/ou l'autre des faces externes des
Is deux feuilles inférieure et supérieure de protection du support.
De préférence l'impression est réalisée avant le report de
l'antenne et/ ou la puce.
- il comporte une étape supplémentaire de découpe du
dispositif électronique, selon un contour déterminé de carte,
2o d'étiquette, de ticket ou de jeton ;
- on réalise simultanément plusieurs dispositifs
électroniques à partir de feuilles de protection et d'une feuille
de collage en rouleaux, et on sépare les dispositifs
électroniques lors de l'étape supplémentaire de découpe.
2s L'invention concerne aussi un dispositif électronique
sans contact du type mentionné précédemment, caractérisé en
ce qu'il comprend un empilage
- d'une feuille inférieure de protection dont la face
interne porte au moins un microcircuit électronique et au moins
3o une antenne d'interface ;
- d'une feuille intermédiaire de collage dont les deux
faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle ;
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- et d'une feuille supérieure de protection.
Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon
l'invention
- la feuille intermédiaire de collage comporte un
s évidement au droit du microcircuit électronique ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de
colle thermofusible ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de
papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure
io sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de
papier.
- Le dispositif a une épaisseûr inférieure à 400 Nm,
voire 280 ~tm.
is - la feuille supportant l'antenne et le microcircuit (la
puce) a une épaisseur inférieure ou égale à 75 Nm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va
suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux
2o dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en section
longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention
et sur laquelle l'empilage des trois feuilles qui la constituent
2s est illustré avant l'opération de laminage à chaud ;
- la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1
qui illustre un deuxième mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention;
- les figures 3A à 3C illustrent de manière schématique
30 les trois opérations permettant de réaliser une feuille
inférieure de protection en papier pour un dispositif
électronique conforme aux enseignements de l'invention ; et
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s
- la figure 4 est une vue schématique illustrant la
réalisation de l'empilage par superposition des trois feuilles
constitutives du support d'une carte à puce ~ réalisée
conformément aux enseignements de l'invention.
s Dans la description qui va suivre, des éléments
identiques, similaires ou analogues seront désignés par les
mêmes chiffres de référence, et dans la description et les
revendications, les termes inférieur, supérieur, vertical, etc.
seront utilisés à titre non limitatif en référence aux figures
io pour faciliter les explications.
Par définition, on entend par flexible, une propriété
mécanique identique à celle des cartes à jouer.
Le cas échéant, le produit de l'invention est conçu de
manière à pouvoir être manipulé comme un ticket de métro,
ls enroulé voire plié à la main sans altération de son
fonctionnement émetteur récepteur.
On a représenté à la figure 1 une carte à puce 10 qui
est constituée par un empilage vertical de trois feuilles 12, 14
et 16.
2o La feuille inférieure 12 est une première feuille de
papier dont l'épaisseur est par exemple égale à 75 microns
réalisée en papier « Maine » commercialisé par la société
Arjo-Wiggins.
La feuille inférieure de papier 12 constitue une feuille
2s inférieure de protection de la carte 10 tandis que la feuille
supérieure 16, de même constitution et de même épaisseur
que la feuille inférieure 12 constitue une feuille supérieure de
protection en papier de la carte 10.
La feuille intermédiaire 14 est une feuille de collage
3o mutuel des deux feuilles inférieure 12 et supérieure 16 qui,
dans ce premier mode de réalisation, est une feuille ou film de
colle thermofusible, aussi appelée feuille « Hot Melt » d'une
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épaisseur de 100 microns commercialisée par la société
Polyconcept. Cette feuille hot melt a l'avantage d'étre molle à
température ambiante et de ne pas endommager la puce lors
de l'empilage.
s Conformément à une caractéristique de l'invention,
lorsque la feuille intermédiaire de collage 14 est dure comme
du papier, elle peut comporter éventuellement un évidement ou
fenêtre 18 q.ui est agencé verticalement au droit d'un
microcircuit électronique 20, ou puce, posé sur la face
io supérieure interne 22 de la feuille inférieure 12.
Le microcircuit électronique 20 est relié à une antenne
d'interface 24 qui, selon une technique connue, est par
exemple réalisée par sérigraphie sur la face supérieure 22 au
moyen d'une encre conductrice à base d'argent qui est par
1s exemple l'encre E520 commercialisée par la société Dupont de
Nemours.
Le microcircuit électronique 20 est par exemple un
« Chip Mifare Amtel AT 8100 » dont l'épaisseur est réduite à
par exemple 70 microns. II peut étre fixé sur la face 22 par
2o exemple par collage.
Le raccordement électrique de plot du microcircuit
électronique ou module électronique 20 à l'antenne d'interface
24 est réalisé, selon une technique connue, de préférence par
des cordons 26 de colle conductrice qui est par exemple de la
2s colle commercialisée sous la dénomination « Ablestick Silver
Glue ».
Le second mode de réalisation illustré à la figure 2
diffère du premier mode de réalisation qui vient d'étre décrit
par la structure de la feuille intermédiaire de collage 14.
so En effet, la feuille de collage 14 est ici constituée par
une feuille intermédiaire de papier 14A dont les deux faces
externes opposées sont revêtues d'une couche de colle
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thermofusible 148, le composite qui constitue ainsi la feuille
intermédiaire de collage 14 étant interposé entre les feuilles
inférieure 12 et supérieure 16 de protection en papier de la
même manière que la feuille de collage 14 de la figure 1 qui
s est constituée uniquement par un film de colle thermofusible.
On décrira maintenant un exemple d'un procédé de
fabrication des cartes 10 illustrées à la figure 1 ou à la figure
2.
Afin de proposer un procédé industriel permettant de
lo fabriquer en grande série des dispositifs électroniques, tels
que les cartes 10, plusieurs dispositifs sont réalisés
simultanément et/ou à la file en faisant notamment appel pour
les trois feuilles 12, 14 et 16 à des bandes ou rouleaux
continus.
ls II faut tout d'abord réaliser les feuilles inférieures 12 de
protection en papier.
Dans ce but, comme cela est illustré à la figure 3A, on
part d'une feuille de papier 12 sur la face supérieure 22 de
laquelle on colle, pour chaque dispositif électronique à
2o réaliser, un microcircuit électronique ou module 20.
Ensuite, comme cela est illustré à la figure 3B, on
réalise les antennes 24, de préférence par sérigraphie sur la
face supérieure 22. Alternativement, on peut réaliser l'antenne
préalablement à la fixation et connexion du module.
2s Enfin, comme cela est illustré à la figure 3C, on réalise
les connexions ou raccordements électriques des microcircuits
électroniques 20 aux antennes 24 par dép8t de cordons 26 de
colle conductrice.
Ainsi, à la fin de l'opération illustrée à la figure 3C, on
so dispose d'une bande ou d'un rouleau d'une feuille de papier
inférieure 12 qui doit ensuite être associée par empilage aux
autres feuilles 14 et 16.
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Cette étape suivante est illustrée à la figure 4 sur
laquelle on a représenté de manière schématique en
perspective éclatée l'empilage de la feuille inférieure 12
préalablement réalisée, d'une feuille intermédiaire de collage
s 14 dans laquelle on a, le cas échéant, préalablement réalisé
les fenétres ou découpes 18, et d'une feuille supérieure 16 de
protection en papier.
L'empilage ou sandwich ainsi réalisé est ensuite, lors
d'une étape suivante, non représenté sur les figures, assemblé
io en comprimant à chaud les trois feuilles superposées 12, 14 et
16, par exemple au cours d'une opération de laminage à
chaud, c'est-à-dire é une température permettant de provoquer
la fusion de la colle thermofusible constituant en elle-même la
feuille intermédiaire 14 (figure 1 ) ou constituant les couches
is 14B de colle de la feuille intermédiaire de collage 14 (figure
2).
Cette opération de laminage, aussi appelée lamifiage,
permet d'associer définitivement les trois feuilles de l'empilage
et de réduire l'épaisseur totale du dispositif électronique ainsi
Zo réalisé à une valeur inférieure ou égale à 260 microns.
Au cours de l'opération de laminage, la présence d'une
fenêtre 18 au droit de chaque microcircuit électronique 20
permet d'éviter d'endommager ceux-ci.
Afin d'assurer la mise en correspondance des fenêtres
2s 18 avec les microcircuits électroniques 20, il est bien entendu
nécessaire de prévoir des moyens d'indexation des rouleaux
ou bandes des feuilles 12 et 14.
A l'issue de l'étape d'assemblage par laminage à chaud;
on dispose d'une bande ou d'un rouleau dans laquelle les
3o dispositifs électroniques, qu'il s'agisse de cartes, d'étiquettes,
de tickets ou de jetons, doivent ensuite étre découpés par des
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moyens connus, par exemple selon une technique à l'emporte-
pièce.
Lors d'une étape supplémentaire, préalable ou
postérieure à la découpe des dispositifs électroniques, il est
s bien entendu possible d'imprimer l'une et/ou l'autre des faces
externes des feuilles inférieure 12 et supérieure 16 de
protection en papier.
L'invention permet ainsi de disposer de dispositifs
électroniques à mémoire électronique sans contact de coût
io réduit et d'épaisseur réduite permettant de remplacer d'autres
produits comportant des moyens d'identification, tels que par
exemple les tickets souples à piste magnétique ou a code
barre, ces nouveaux dispositifs électroniques étant de plus
biodégradables.
is L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et
au procédé qui viennent d'âtre décrits.
Les différentes opérations permettant notamment
d'aboutir à la réalisation de la feuille inférieure de protection
en papier 12 munie du microcircuit électronique 20 et de
20 l'antenne 24 peuvent être réalisées selon d'autres
technologies connues, l'antenne pouvant par exemple être
réalisée dans un premier temps et le raccordement du
microcircuit électronique étant réalisé automatiquement lors de
la pose de ce dernier avec ses plots conducteurs de contact
2s tournés vers la face supérieure 22 et posés directement sur
des tronçons conducteurs de l'antenne 24(< Flip Chip »).
Le raccordement d'un microcircuit électronique 20 à
l'antenne 24 pourrait âtre réalisé selon une technique de
microcâblage ou de soudage des connexions (« Wire
so Bonding ») mais serait plus fragile et plus encombrante en
épaisseur.
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La présence de la colle thermofusible, quelle que soit la
structure de la feuille intermédiaire de collage 14, permet
d'éviter de recourir à un enrobage en boîtier (« Potting »)
consistant à protéger le microcircuit électronique 24 et ses
s connexions en utilisant une résine.
La nature de la colle thermofusible utilisée peut aussi
étre telle qu'elle soit légèrement collante au contact à froid de
manière à assurer un préassemblage de l'empilage des trois
feuilles préalablement à l'opération de laminage à chaud.
lo La feuille de protection en papier (12, 16) ainsi que la
feuille 14 peuvent être réalisées également en un polymère
notamment parmi ceux couramment utilisés dans le domaine
des cartes à puce ( PVC, PE, PP).
Ces feuilles peuvent également étre constituée à base
ls de cellulose chargée de polymère pour améliorer certaines de
ses propriétés (étanchéité, tenue mécanique...).
L'invention a nécessité de réunir plusieurs paramètres.
Au delà du recours à des puces de petite taille (inférieures à
70Nm), et à des feuilles de protection fines, il a fallu recourir
2o de préférence à une couche intermédiaire thermofusible ou
thermocollante dite de « hot melt » pour l'assemblage de
l'ensemble. Cette couche du fait de sa ductilité à froid a
l'avantage de ne pas endommager la puce de silicium venant
directement à son contact pendant le laminage. A ce propos,
2s un évidemment dans la couche intermédiaire n'est pas
indispensable.
Le recours au laminage à chaud avec des plaques
lisses permet d'améliorer l'état de surface initial des feuilles
de protection.
so II est possible d'utiliser des feuilles de papier plus
économiques que certaines feuilles en polymère précitées.
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Pour la réalisation de l'antenne, on a préféré recourir à
la sérigraphie. En effet, de nombreux essais avec ia gravure
(aluminium, cuivre...) sur des feuilles en papier montrent des
altérations chimiques du papier qui se traduisent par des
s ondulations et un jaunissement de ce dernier.
D'autre part, il est impossible de pré-imprimer la feuille
de protection avant la réalisation de l'antenne par sérigraphie.
(l'avantage étant de pouvoir faire un contr8le de l'impression
et d'éviter des rebuts après assemblage de la puce).
lo Un autre problème peut se poser dans le recours à la
technique de sérigraphie sur des feuilles de protection fines
notamment en papier ou polymère en absence de précaution
particulières. II s'agit de l'apparition d'ondulations de surface
résultant du séchage de l'encre. Ce problème et la solution
Is apportée sont décrits dans la demande de brevet FR 97/13734
du 03/10/97. Ils sont inclus par référence dans le procédé de
l'invention pour réaliser des dispositifs présentant une
excellente qualité de surface (absence d'ondulations).
I_a sérigraphie selon la demande ci-dessus a l'avantage
2o de réaliser des pistes d'antenne au contour précis, de bonne
qualité de conduction (particules d'argent). L'encre étant à
base polymère et étant séchée partiellement selon le procédé
décrit dans la demande ci-dessus, ie dispositif peut étre plié
plusieurs fois à la main, 5 fois par exemple sans
2s endommagement de l'antenne.
En outre, le recours à une antenne sérigraphiée
chargée argent facilite à moindre coGt la connexion antenne à
la puce par un élément de connexion ci-après
comparativement au recours d'une antenne réalisée par
30 gravure.
L'élément de connexion est de préférence soit un
cordon de colle conductrice chargée argent la puce étant fixée
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é l'endroit soit un point de colle conductrice, la puce étant
fixée à l'envers (flip-chip).
Ces connexions ont comparativement aux connexions
du type à fils soudés (wire-bonding), l'avantage d'étre de
s faible épaisseur et de mieux résister à des contraintes
mécaniques.
