EP3259708A1 - Procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique associé à un substrat et à une antenne - Google Patents

Procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique associé à un substrat et à une antenne

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EP3259708A1
EP3259708A1 EP15706454.4A EP15706454A EP3259708A1 EP 3259708 A1 EP3259708 A1 EP 3259708A1 EP 15706454 A EP15706454 A EP 15706454A EP 3259708 A1 EP3259708 A1 EP 3259708A1
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EP
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substrate
antenna
electronic element
upper face
card
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15706454.4A
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Inventor
François Droz
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Original Assignee
NID SA
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Publication date
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    • G06K19/07773—Antenna details

Definitions

  • Method of manufacturing a device comprising at least one electronic element associated with a substrate and an antenna
  • the present invention relates to a method of manufacturing a device comprising at least one electronic element associated with a substrate and an antenna, such a device can for example find applications as a smart card or in a passport.
  • the present invention also further relates to the device thus obtained, whether it is a finished product or a semi-finished product.
  • the major aim of the present invention is to propose a method which makes it possible to produce a device of the same type as some of the assemblies obtained by the process proposed in the above-mentioned international application, but which notably has a lower thickness, an improved quality, in particular higher robustness, as well as lower manufacturing costs.
  • This object is achieved by means of a method of manufacturing a device comprising at least one electronic element associated with a substrate and an antenna, this method being unique in that it comprises the following steps:
  • an antenna is arranged on the upper face of a substrate; at least partially an electronic element is introduced into the substrate;
  • the assembly is laminated so as to allow the antenna and the electronic element to enter entirely into the substrate; and - the rolled substrate is cooled in press.
  • the rolling operations serve to assemble at least two layers of material
  • the rolling serves to introduce the antenna and the still emerging part of the electronic element entirely into the substrate, which has the advantage of providing a product consisting of a single layer in which are embedded the electronic element and the antenna.
  • the device according to the present invention comprises only one layer having the element fully enclosed electronics.
  • FIG. 2 the electronic element-substrate-antenna assembly after assembly
  • Figure 3 the assembly of Figure 2 after rolling and before the optional application of a sealing sheet
  • FIG. 4 a substrate similar to the substrate of FIG. 1;
  • FIG. 7 the introduction of an electronic element into the substrate of FIG. 6;
  • FIG. 1 shows an electronic element 3 composed of an electronic chip 4 with its connectors 5 situated above it and a support or substrate 1 having an upper face 6 on which it has been arranged in a known manner (for example by printing) an antenna 2.
  • the antenna 2 thus protrudes with respect to the upper face 6 of the substrate 1.
  • the thickness of the electronic chip 4 is generally from 75 to 150 microns and that of its connectors 5 from 8 to 50 microns.
  • Such a set chip 4 -connectors 5 (the electronic element) is generally called "strap".
  • the antenna 2 generally also has a thickness of the order of 8 to 50 microns.
  • the strap 3 is deposited in the substrate 1, then the assembly is laminated in a hot press which softens the substrate 1 and allows all the elements (the antenna 2, the strap 3 and the insulating bridge to penetrate). ) in the substrate 1. Then, everything is solidified by a cold press.
  • the rolling method therefore comprises first a pressure step at a high temperature, then a pressure step at a lower temperature).
  • a pressure (or rather pressures) is used, while a hot pressure and generally followed by a pressure at cold) sufficiently strong (s) to fully penetrate the electronic element 3 in the substrate 1.
  • a pressure at cold sufficiently strong (s) to fully penetrate the electronic element 3 in the substrate 1.
  • the chip 4 and its connectors 5 are fully incorporated in the substrate 1.
  • a sheet made of a non-stick material is generally used.
  • a "standard” sheet it is also possible to use a "standard" sheet, but to have a non-stick sheet on this sheet to prevent adhesion of the rolled elements on the sheet.
  • This non-stick sheet if it is used, is therefore a sheet that does not adhere to the upper face 6 of the substrate 1, nor when it is simply deposited on this face 6, nor because of the pressure exerted during rolling. . It is for example made of a teflon sheet.
  • an electronic element 10 generally called “electronic module” which is composed of an electronic chip connected to a “lead frame", the chip being coated with a mechanical protective coating.
  • FIGS. 4 to 8 We then proceed as shown in FIGS. 4 to 8: starting from a substrate 1 which can in this case consist in particular of plastic or cardboard of appropriate rigidity (FIG 4);
  • an antenna 2 (FIG 5) on the upper face 6 of the substrate 1, for example by printing;
  • a generally open hole 9 is made (FIG.6) in order to accommodate a portion of the electronic module 10;
  • the electronic module 10 is introduced in the opening hole 9 (FIG 7), a small portion of the antenna 2 in contact with the side plates of the lead frame then being also inserted into the substrate 1; the lead frame at least partially projecting from the upper face 6 of the substrate 1; and - rolling is carried out as explained in the first embodiment to drive or finish driving the lead frame and the rest of the antenna 2 in the substrate 1 ( Figure 8).
  • the dimensions of the through hole 9 can be provided so that it only houses the chip of the electronic module 10 with its coating. It is also possible to provide an additional step to enable the electronic module 10 to be fixed on the substrate 1, in particular when the substrates 1 with the antennas 2 and the electronic modules 10 are moved towards the rolling machine (hence between FIG. and Fig. 8). In this case, for example, an adhesive layer may be applied between the substrate 1 and the electronic module 10. Alternatively, the electronic module 10 may also be forced into the through-hole 9 in order to remain attached thereto.
  • the device obtained as indicated in the aforementioned embodiments is a semi-finished product.
  • the through hole 9 is not made in the substrate 1 before rolling. Indeed, in certain cases, it would also be possible to proceed with the rolling of the substrate 1 only with the antenna 2 and to use the plates with appropriate reliefs in order to create cavities (blind holes) in the places provided for the insertion of the electronic element 10.
  • the substrates 1 with the antenna 2 introduced into the substrate 1 and the housing cavities provided for the electronic elements 10 in the substrate 1 can be used as semi-finished products. Then, the electronic elements 10 can be inserted into the cavities and either rolled again or fixed in the cavities with an adhesive or the like.
  • the thickness of the substrate 1 is preferably slightly greater than that of the electronic element 3 or 10 so that during the rolling step, this electronic element 3 or 10 can fully penetrate into the substrate .
  • the semi-finished product is therefore without relief both on the side of the upper face 6 than on the lower face 8, this making it possible to produce thinner and more flexible products, which considerably increases their quality, in particular because such products are more resistant to bending and deformation.
  • the incorporation, in the mass of the substrate, of the element 3 or 10 electronics as well as antenna 2 provides a semifinished product thinner, more robust and less expensive.
  • the semi-finished product can be converted into a finished product, by providing an additional step of applying a sealing layer (or film) 7 (see Figs 3 and 10) on the upper face 6 and / or the lower face 8 of the substrate 1 to protect the latter against any penetration of moisture that could change the desired characteristics of the final product.
  • a sealing layer or film
  • a smart card such as an RFID card can be made, which can be a card for transport, payment, access to a place, access to a service, or in a non-limiting manner an electronic passport, etc. ., the chip / antenna assembly forming a transponder.
  • a cover 1 1 for example for the realization an electronic document.
  • the nature of this cover 1 1 depends on the intended use of the finished product, which may be for example an identity document such as a passport, an identity card or a residence permit.
  • the device may comprise several electrical elements each having an antenna or a common antenna.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique (3) associé à un substrat (1) et une antenne (4). Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes : - on dispose l'antenne (2) sur la face supérieure (6) du substrat (1) - on introduit au moins partiellement l'élément électronique (3, 10) dans le substrat (1); - on lamine l'ensemble de manière à permettre à l'antenne (2) et à l'élément électronique (3, 10) d'entrer entièrement dans le substrat (1); et - on refroidit le substrat (1) laminé sous presse. L'invention a également trait au dispositif ainsi obtenu, que celui-ci soit un produit fini ou un produit semi-fini. Ce dispositif peut trouver des applications comme carte à puce ou dans un passeport.

Description

Procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique associé à un substrat et à une antenne
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique associé à un substrat et à une antenne, un tel dispositif pouvant par exemple trouver des applications comme carte à puce ou dans un passeport.
La présente invention a en outre également trait au dispositif ainsi obtenu, que celui-ci soit un produit fini ou un produit semi-fini.
Arrière-plan de l'invention
On connaît d'après la demande internationale n° WO2004102469 un procédé d'assemblage d'un composant électronique sur un substrat.
Exposé sommaire de l'invention
Le but majeur de la présente invention est de proposer un procédé qui permette de réaliser un dispositif du même type que certains des assemblages obtenus par le procédé proposé dans la demande internationale précitée, mais qui présente notamment une épaisseur plus faible, une qualité améliorée, notamment une robustesse plus élevée, ainsi que des coûts de fabrications plus bas.
Ce but est atteint au moyen d'un procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique associé à un substrat et à une antenne, ce procédé ayant ceci de particulier qu'il comporte les étapes suivantes :
- on dispose une antenne sur la face supérieure d'un substrat ; - on introduit au moins partiellement un élément électronique dans le substrat ;
- on lamine l'ensemble de manière à permettre à l'antenne et à l'élément électronique d'entrer entièrement dans le substrat ; et - on refroidit le substrat laminé sous presse.
Ainsi, alors que dans les procédés de l'art antérieur, les laminages servent à assembler au moins deux couches de matière, selon la présente invention, le laminage sert à introduire l'antenne et la partie encore émergée de l'élément électronique entièrement dans le substrat, ce qui a l'avantage de permettre d'obtenir un produit constitué d'une seule couche dans laquelle sont noyés l'élément électronique et l'antenne. En effet, contrairement au cas du laminage standard, connu à ce jour, dans lequel le dispositif obtenu comprend un élément électronique placé entre les deux couches de matière laminées, le dispositif selon la présente invention ne comprend qu'une seule couche ayant l'élément électronique entièrement compris dedans.
Il s'ensuit que le dispositif obtenu est moins épais que ceux obtenus en mettant en œuvre les procédés de l'art antérieur.
De plus, il utilise moins de couches de matériau et donc moins de matière, ce qui le rend plus facile à réaliser et plus économique.
En outre, il a été constaté une meilleure conductivité au niveau de l'antenne - due à la température et à la compression des particules de l'encre ainsi que la liaison entre l'antenne et la puce lors du laminage - ce qui conduit à de meilleures performances.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont maintenant être décrits en détail dans l'exposé suivant qui est donné en référence aux figures annexées, lesquelles représentent schématiquement : - figure 1 : un élément électronique positionné en vue de son assemblage dans un substrat revêtu d'une antenne ;
- figure 2 : l'ensemble élément électronique-substrat-antenne après l'assemblage ;
- figure 3 : l'ensemble de la figure 2 après laminage et avant l'application facultative d'une feuille d'étanchéification ;
- figure 4 : un substrat similaire au substrat de la figure 1 ;
- figure 5 : le substrat de la figure 4 après dépôt d'une antenne ;
- figure 6 : le substrat de la figure 5 après réalisation d'un trou ;
- figure 7 : l'introduction d'un élément électronique dans le substrat de la figure 6 ;
- figure 8 : le substrat de la figure 7 après laminage ;
- figure 9 : l'application d'une feuille sur la face supérieure du substrat ; et
- figure 10 : la mise en place d'une couche d'étanchéification sur la face inférieure du substrat.
Exposé détaillé de l'invention Premier mode de réalisation
Un premier mode de réalisation de l'invention est représenté sur les figures 1 à 3. Sur la figure 1 , on peut voir un élément électronique 3 composé d'une puce électronique 4 avec ses connecteurs 5 situés au-dessus d'elle et un support ou substrat 1 ayant une face supérieure 6 sur laquelle on a disposé de façon connue (par exemple par impression) une antenne 2. L'antenne 2 fait donc saillie par rapport à la face supérieure 6 du substrat 1 .
Celui-ci présente globalement la forme d'une feuille en général rectangulaire. Son épaisseur peut par exemple être comprise entre 100 et 250 microns.
L'épaisseur de la puce électronique 4 est généralement de 75 à 150 microns et celle de ses connecteurs 5 de 8 à 50 microns. Un tel ensemble puce 4 -connecteurs 5 (l'élément électronique) est généralement appelé « strap ».
L'antenne 2 a généralement aussi une épaisseur de l'ordre de 8 à 50 microns.
Pour passer de la figure 1 à la figure 2, c'est-à-dire pour faire disparaître le relief créé par l'antenne 2, la puce 4, les connecteurs 5 et le pont isolant (non représenté aux figures) qui sert à permettre à une extrémité de l'antenne 2 de rejoindre l'autre extrémité de l'antenne 2 par-dessus des spires de l'antenne 2 au vu de la connexion de celle-ci et des connecteurs 5 de la puce 4 sans créer de court-circuit, on dépose le strap 3 dans le substrat 1 , puis on lamine l'ensemble dans une presse à chaud qui ramollit le substrat 1 et qui laisse pénétrer tous les éléments (l'antenne 2, le strap 3 et le pont isolant) dans le substrat 1 . Ensuite, le tout est solidifié par une presse à froid.
Le procédé de laminage comprend donc d'abord une étape de pression à une température élevée, puis une étape de pression à une température plus basse).
De préférence, on emploie une pression (ou plutôt des pressions, sachant qu'une pression à chaud et généralement suivie d'une pression à froide) suffisamment forte(s) pour faire pénétrer totalement l'élément électronique 3 dans le substrat 1 . En d'autres termes, la puce 4 ainsi que ses connecteurs 5 sont totalement incorporés dans le substrat 1 .
Etant donné que les connecteurs 5 sont en contact avec une petite partie de l'antenne 2, cette partie est alors également entraînée à l'intérieur du substrat 1 .
Pour éviter que, lors du laminage, certains éléments (par exemple l'antenne 2) restent coller sur les dispositifs qui appliquent la pression sur la face supérieure 6 du substrat 1 , on utilise généralement une tôle fabriqué en un matériau anti-adhérent. Alternativement, il est également possible d'utiliser une tôle « standard », mais de disposer une feuille anti-adhérente sur cette tôle afin d'éviter l'adhésion des éléments laminés sur la tôle.
Cette feuille d'anti-adhérence, si elle est utilisée, est donc une feuille n'adhérant à la face supérieure 6 du substrat 1 , ni lors de son simple dépôt sur cette face 6, ni en raison de la pression exercée lors du laminage. Elle est par exemple constituée d'une feuille de téflon.
Ainsi, après le laminage et l'enlèvement de cette feuille d'anti- adhérence (si elle a été utilisée), on obtient le dispositif que l'on peut voir sur la figure 3. Comme on peut le constater, l'élément électronique 3 avec sa puce 4 et les connecteurs 5 et l'antenne 2 sont complètement incorporés dans le substrat 1 .
Second mode de réalisation
Suivant un second mode de réalisation, on emploie un élément électronique 10 appelé généralement « module électronique » qui est composé d'une puce électronique connectée sur un « lead frame », la puce étant revêtue d'un enrobage de protection mécanique.
On procède ensuite comme représenté sur les figures 4 à 8 : - on part d'un substrat 1 qui peut ici être constitué notamment de plastique ou de carton de rigidité appropriée (Fig. 4) ;
- on dispose, comme dans le premier mode de réalisation, une antenne 2 (Fig. 5), sur la face supérieure 6 du substrat 1 , par exemple par impression ;
- on réalise dans la face supérieure 6 du substrat 1 un trou généralement débouchant 9 (Fig. 6) afin de pouvoir y loger une partie du module électronique 10 ;
- on introduit à fond le module électronique 10 dans le trou débouchant 9 (Fig. 7), une petite partie de l'antenne 2 en contact avec les plages latérales du lead frame étant alors également enfoncée dans le substrat 1 ; le lead frame faisant au moins partiellement saillie par rapport à la face supérieure 6 du substrat 1 ; et - on procède au laminage comme expliqué dans le cadre du premier mode de réalisation pour enfoncer ou terminer d'enfoncer le lead frame et le reste de l'antenne 2 dans le substrat 1 (Fig. 8).
On obtient ainsi un substrat 1 avec une face supérieure 6 parfaitement lisse, comprenant entièrement l'antenne 2 et le module
électronique 10.
Il est important de remarquer que, lors de l'étape de laminage, les particules de l'encre de l'antenne 2 sont comprimées, ce qui conduit à de meilleures performances au niveau de la conductivité.
Comme avec le procédé selon le premier mode de réalisation de la présente invention, on peut de nouveau utiliser une tôle fabriqué en un matériau anti-adhérent lors du laminage. Alternativement, il est aussi possible d'utiliser une tôle « standard », mais de disposer une feuille anti-adhérente sur cette tôle afin d'éviter l'adhésion des éléments laminés sur la tôle.
Les dimensions du trou débouchant 9 peuvent être prévues pour que celui-ci ne loge que la puce du module électronique 10 avec son enrobage. Il est également possible de prévoir une étape supplémentaire afin de permettre de fixer le module électronique 10 sur le substrat 1 , notamment lorsque les substrats 1 avec les antennes 2 et les modules électroniques 10 sont déplacés vers la machine de laminage (donc entre Fig. 7 et Fig. 8). Dans ce cas, on peut par exemple applique une couche de colle entre le substrat 1 et le module électronique 10. Alternativement, le module électronique 10 peut aussi être introduit de force dans le trou débouchant 9 afin d'y rester fixé.
Le dispositif obtenu comme indiqué dans les modes de réalisation précités est un produit semi-fini.
Dans une variante alternative du procédé, le trou débouchant 9 n'est pas réalisé dans le substrat 1 avant le laminage. En effet, dans certains cas, il serait également possible de procéder au laminage du substrat 1 uniquement avec l'antenne 2 et d'utiliser les tôles avec des reliefs appropriés afin de créer des cavités (des trous borgnes) aux endroits prévus pour l'insertion de l'élément électronique 10.
Dans ce cas, les substrats 1 avec l'antenne 2 introduite dans le substrat 1 et les cavités de logement prévus pour les éléments électroniques 10 dans le substrat 1 peuvent être utilisés comme produits semi-finis. Ensuite, les éléments électroniques 10 peuvent être insérés dans les cavités et soit laminés une nouvelle fois, soit fixés dans les cavités à l'aide d'une colle ou similaire.
En tout cas, l'épaisseur du substrat 1 est de préférence légèrement plus importante que celle de l'élément électronique 3 ou 10 afin que lors de l'étape de laminage, cet élément électronique 3 ou 10 puisse intégralement s'enfoncer dans le substrat.
Le produit semi-fini est donc sans relief tant du côté de la face supérieure 6 que de la face inférieure 8, ceci permettant de réaliser des produits plus minces et plus souples, ce qui augmente considérablement leur qualité, en particulier parce que de tels produits sont plus résistants aux pliages et aux déformations. L'incorporation, dans la masse du substrat, de l'élément électronique 3 ou 10 ainsi que de l'antenne 2 permet d'obtenir un produit semi- fini plus mince, plus robuste et moins coûteux.
Dans certains cas, le produit semi-fini peut être transformé en un produit fini, en prévoyant une étape supplémentaire d'application d'une couche (ou d'un film) d'étanchéification 7 (cf. Figs. 3 et 10) sur la face supérieure 6 et/ou sur la face inférieure 8 du substrat 1 afin de protéger ce dernier contre toute pénétration d'humidité qui risquerait de modifier les caractéristiques recherchées du produit final.
On peut réaliser ainsi une carte à puce telle qu'une carte RFID, qui peut être une carte de transport, de paiement, d'accès à un lieu, d'accès à un service, ou de façon non limitative un passeport électronique, etc., l'ensemble puce/antenne formant un transpondeur.
On peut aussi prévoir une autre étape supplémentaire visible sur la figure 9, qui consiste à déposer une couche de colle 12 sur tout ou partie de la face supérieure 6 du substrat 1 avant d'y appliquer une couverture 1 1 (par exemple pour la réalisation d'un document électronique). La nature de cette couverture 1 1 dépend de l'utilisation prévue pour le produit fini, celui-ci pouvant être par exemple un document d'identité tel qu'un passeport, une carte d'identité ou un titre de séjour.
En ajoutant au dispositif des figures 3 ou 8 une feuille de papier sur la face supérieure et une autre sur la face inférieure du substrat, on obtient par exemple un « billet électronique » ou un autre document de valeur.
Il va sans dire que le dispositif peut comprendre plusieurs éléments électriques ayant chacun une antenne ou une antenne commune.
La position du ou des éléments peut bien entendu être adaptée en fonction du produit à réaliser pour respecter les contraintes mécaniques du produit. Bien que divers modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'exposer de manière exhaustive tous les modes de réalisation possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. Toutes ces modifications font partie des connaissances communes d'un homme du métier dans le domaine technologique de la fabrication des produits semi-finis et produits finaux décrits.

Claims

Revendications
1 . Procédé de fabrication d'un dispositif comportant au moins un élément électronique (3, 10) associé à un substrat (1 ) et à une antenne (2), comprenant les étapes suivantes :
- on dispose l'antenne (2) sur la face supérieure (6) du substrat (1 ) ;
- on introduit au moins partiellement l'élément électronique (3, 10) dans le substrat (1 ) ; - on lamine l'ensemble de manière à permettre à l'antenne (2) et à l'élément électronique (3, 10) d'entrer entièrement dans le substrat (1 ) ; et
- on refroidit le substrat (1 ) laminé sous presse.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'antenne (2) est imprimée sur ladite face supérieure (6) du substrat (1 ).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel lors de l'étape de laminage, les particules de l'encre de l'antenne (2) sont comprimées, ce qui résulte en de meilleures performances au niveau de la conductivité.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément électronique (3) est un strap.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément électronique (10) est un module électronique.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'introduction de l'élément électronique (3) dans le substrat (1 ) s'effectue par pression à une température élevée.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dans laquelle on réalise dans la face supérieure (6) du substrat (1 ) un trou (9) et en ce que l'élément électronique (3, 10) est introduit au moins partiellement dans ce trou (9).
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le trou (9) est un trou débouchant.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'enrobage de l'élément électronique (3) est fixé dans le trou (9) par introduction de force.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel avant le laminage, on applique une feuille anti-adhérence sur la face supérieure (6) du substrat (1 ) et, après le refroidissement, on enlève la feuille antiadhérence.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la feuille d'anti-adhérence est une feuille polymère ou une feuille téflonisée.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant une étape supplémentaire d'application d'une couche d'étanchéification (7) sur la face inférieure (9) et/ou sur la face supérieure (6) du substrat (1 ).
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant une étape supplémentaire d'application d'une couverture (1 1 ) sur la face supérieure (6) du substrat (1 ).
14. Produit obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13.
15. Carte à puce comprenant un produit selon la revendication 14.
16. Carte à puce selon la revendication 15, cette carte étant une carte de transport, une carte de paiement, une carte d'accès à un lieu ou une carte d'accès à un service.
17. Document d'identité ou billet électronique comprenant un produit selon la revendication 14.
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