FR2803439A1 - Antenne de couplage a capacite variable - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne donc une antenne de couplage connectée à un dispositif d'émission / réception d'ondes électromagnétiques contenant un ou plusieurs condensateurs intégrés. Cette antenne de couplage comprend au moins une spire (24) sérigraphiée sur un support (28) constitué par un substrat diélectrique isolant et comprend également un condensateur sérigraphié sur le support, connecté en parallèle, permettant ainsi de réduire la capacité fournie par le (s) condensateur (s) intégré (s) dans le dispositif, pour que la capacité résultante forme un circuit résonant avec la spire. L'invention concerne également le procédé de fabrication d'une telle antenne et l'utilisation de cette antenne dans une carte à puce sans contact ou hybride contact - sans contact.

Description

La présente invention concerne les systèmes d'émission et de reception sans contact, et plus particulièrement une antenne de couplage, avec un condensateur serigraphié, utilisée notamment dans les cartes à puce sans contact ou hybride contact - sans contact.
La carte à puce sans contact est un système de plus en plus utilisé dans différents secteurs. Ainsi, dans le secteur des transports, elle a été développée comme moyen paiement. C'est cas également du porte-monnaie électronique. De nombreuses sociétés ont également développé moyens d'identification de leur personnel par cartes à puce sans contact.
L'echange d'informations entre une carte sans contact et le dispositif de lecture associé s'effectue par couplage électromagnétique à distance entre une antenne logée dans la carte sans contact et une deuxième antenne située dans le lecteur. Pour élaborer, stocker et traiter les informations, la carte est munie d'une puce ou d'un module électronique qui est relie(e) à l'antenne. L'antenne et la puce se trouvent généralement sur un support diélectrique en matière plastique (polychlorure de vinyle (PVC), polyester (PET), polycarbonate (PC)...). L'antenne est obtenue par gravure chimique du cuivre ou de l'aluminium sur le support ou bobinage d'un de métal conducteur. La puce, comportant une zone mémoire et un microprocesseur, contient des condensateurs qui definissent une capacité d'entrée associée à la puce. Le fonctionnement optimal couplage antenne - puce qui doit être résistif est obtenu lorsque la loi de résonance du circuit suivante est respectée LCCO z = 1 (1) dans laquelle L représente l'inductance de 'antenne, C représente la capacité d'entrée et co la pulsation égale à 27cf, dans laquelle f représente la fréquence normalisée (par exemple à 13.56 MHz). L'observation de cette loi impose aux fabricants de puce, appelés aussi fondeurs, d'insérer dans les puces des condensateurs adéquats pour obtenir des valeurs de capacité suffisamment importantes. Ainsi, le coût de fabrication des puces se trouve fortement augmenté par la présence des condensateurs.
Le développement des cartes électroniques sans contact passe nécessairement par une réduction des couts de production des puces utilisées dans ces cartes. Afin de réduire le prix de revient des puces, les fondeurs sont amenés de plus en plus diminuer la dimension du condensateur intégré dans celles-ci et ainsi à réduire la capacité d'entrée circuit. Ils peuvent ainsi produire des puces de plus petites dimensions.
Afin de respecter la loi LCW2 = 1 et d'obtenir un couplage optimal, on a cherché à augmenter l'inductance L de l'antenne pour compenser la baisse de la valeur de la capacité d'entrée de la puce. Dans le cas des antennes réalisées par gravure chimique du cuivre ou de l'aluminium, sous forme de spires sur un support diélectrique plastique, on a augmenté l'inductance en augmentant le nombre de spires. Cette solution engendre toutefois plusieurs inconvénients importants. En effet, tout circuit électrique ayant une résistance, l'augmentation du nombre de spires, qui correspond en fait à un allongement du circuit, entraîne une forte augmentation de la valeur de cette résistance. Ceci affecte considérablement les performances de l'antenne et donc de la carte. En effet, la distance de lecture de la carte est fortement diminuée.
Pour limiter l'encombrement et conserver la section utile pour le flux électromagnétique à travers la carte, la largeur des pistes de cuivre doit être réduite. Cela a pour effet d'augmenter la résistance de l'antenne, et surtout la fiabilité des cartes est détériorée car le risque de coupures des spires de l'antenne lors de la lamination sous pression à chaud des corps de carte est plus important.
Le prix de revient unitaire de l'antenne gravée augmente de façon significative. Ainsi, la réduction de coût obtenue par les fondeurs avec des puces ayant une capacité d'entrée plus faible se trouve annulée par ce surcoût des antennes. La fabrication l'utilisation des cartes ne se trouvent donc pas plus rentables.
Déplacer la capacité de la puce vers l'antenne, en connectant directement un ou plusieurs condensateurs à l'antenne n' pas non plus une solution acceptable. En effet, les condensateurs classiques ont prix de revient élevé, ce ne résout pas le problème du coût des cartes. De plus, la mise en place des condensateurs le support et leur connexion à l'antenne n'est pas facile.
Le but de l'invention est de pallier inconvénients en fournissant une antenne avec une capacité parallèle obtenue à moindre coût, permettant d'obtenir une carte à puce dont le prix de revient est fortement diminué par rapport à celui des cartes à puce actuellement sur le marché, grâce à la diminution du nombre de condensateurs contenus dans la puce.
L'invention concerne donc une antenne de couplage connectée à un dispositif d'émission / réception d'ondes électromagnétiques contenant un ou plusieurs condensateurs intégrés. Cette antenne de couplage comprend au moins une spire sérigraphiée sur un support constitue par un substrat diélectrique isolant et comprend également un condensateur sérigraphié sur le support, connecté en parallèle, permettant ainsi de réduire la capacité fournie par le(s) condensateur(s) intégré(s) dans le dispositif, pour que la capacité résultante forme un circuit résonant avec la spire.
L'invention concerne également un procedé de fabrication de cette antenne qui consiste à - réaliser un première sérigraphie d'au moins une spire de l'antenne, de la plaque inférieure du condensateur, des plots de connexion de l'antenne à une puce ou à un module, et de la connexion de l'antenne à la plaque inférieure du condensateur, par dépôt d'encre conductrice sur le support, - réaliser une deuxième sérigraphie de la bande isolante du condensateur, par dépôt d'encre diélectrique permettant de recouvrir la plaque inférieure du condensateur, - réaliser la troisième sérigraphie de la plaque supérieure du condensateur et de la connexion de l'antenne à la plaque supérieure du condensateur.
Les buts, objets et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit faite référence aux dessins joints dans lesquels La figure 1 représente le schéma électrique d'une carte à mémoire sans contact classique.
La figure 2 représente l'antenne de couplage selon un mode de réalisation particulier, après la première étape de cette réalisation.
La figure 3 représente l'antenne de couplage selon l'invention, après la deuxième étape de réalisation.
La figure 4 représente l'antenne de couplage selon l'invention, après la dernière étape de réalisation.
La figure 5 représente le schéma électrique d'une carte à puce comprenant l'antenne de couplage selon invention. Selon la figure 1, le circuit électrique d'une carte à puce 10 se subdivise en deux composants : antenne et la puce. La puce 12 possède une capacité interne Cs 14 obtenue par l'intermédiaire des condensateurs contenus dans la puce. Celle-ci comporte également une partie électronique 16 correspondant à la zone mémoire et au processeur. La puce 12 est reliée à l'antenne 18 par l'intermédiaire du circuit 10. L'antenne 18 possède une inductance Ls 22 présente une resistance Rs 20.
Les figures 2, 3 et 4 représentent l'antenne après les trois étapes principales du procédé de fabrication. Selon un mode particulier, l'antenne est constituée deux spires en serie et d'un condensateur sérigraphié. Lors de la première étape du procédé de fabrication, représentee à la figure 2, deux spires 24 et 26 sont sérigraphiées le support 28 constitué par un substrat diélectrique isolant. Sont serigraphiés en même temps, les deux plots 30 32 permettant la connexion de l'antenne à la puce, et la plaque inférieure 34 du condensateur. Une extrémité de la spire est connectée à la plaque 34 et au plot de connexion 30 par un pont électrique 36. L'autre extrémité de la spire 26 est laissée libre. Une extrémité de la spire 24 est connecté au plot de connexion 32 et l'autre est laissée libre. Le substrat diélectrique constituant le support est en matière plastique, en papier ou en tissu de verre imprégné de résine thermodurcissable ou réticulable par rayonnement U.V. La matière plastique utilisée est par exemple du polychlorure de vinyle (PVC), du polyester (PET, PETG), du polycarbonate (PC), de l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). L'encre conductrice utilisée contient des polymères et est chargée en éléments conducteurs qui peuvent être des métaux. Préférentiellement, l'encre utilisée est chargée en argent. Toutefois, elle peut être également chargée en cuivre ou en carbone. L'encre peut ainsi contenir entre 50 et 70 % d'argent sous forme de billes ou de lamelles. Les polymères utilisés sont des polyesters ou des résines acryliques. L'encre contient aussi un solvant qui sert de véhicule. Selon un mode de réalisation particulier, le solvant utilisé est un éther de glycol.
La figure 3 représente l'antenne à la fin de la deuxième étape du procédé de fabrication. Une deuxième sérigraphie est réalisée. Cette deuxième sérigraphie correspond au dépôt d'encre diélectrique constituant la bande isolante 38 qui sépare les deux plaques du condensateur. Une bande isolante 40 est également sérigraphiée sur le pont électrique 36. Selon un mode de réalisation préféré, chaque couche a une épaisseur de 25 microns. Cette encre contient des polymères et réticule lorsqu'elle est soumise à un rayonnement U.V. Les polymères peuvent être des résines acrylates ou des polyesters insaturés. Contrairement à l'encre conductrice, cette encre ne contient pas de solvant. Les polymères contenus dans l'encre vont réticuler lorsqu'on soumet l'encre à un rayonnement U.V. Cette réticulation provoque un durcissement de l'encre. Ainsi la géométrie du condensateur est très stable et surtout l'épaisseur de cette bande isolante ne varie pas. Par conséquent, la distance entre les deux plaques ne varie pas non plus, ce qui permet au condensateur et donc à l'antenne de conserver une qualité de fonctionnement optimale. Cette encre, afin d'être suffisamment isolante, doit posséder une permittivité relative la plus élevée possible. La valeur de la permittivité est en générale supérieure à 3. Dans un mode de réalisation préféré de l'antenne de couplage selon 'invention, la permittivité de l'encre utilisée pour sérigraphier la bande isolante est de 3,9. Afin d'assurer un pouvoir isolant à la bande, au moins deux couches 'encre sont nécessaires. En effet, après réticulation, la couche 'encre possède une porosité importante qui l'empêche avoir un pouvoir isolant élevé. Afin de résoudre ce problème deux couches successives et superposées sont sérigraphiées et constituent une bande avec un fort pouvoir isolant. La bande isolante 38 est superposée à la plaque 34 et recouvre entièrement cette dernière. La bande isolante 40 recouvre également le pont électrique 36. Cette bande permet d'isoler pont électrique du raccordement réalisé entre les extrémités libres des spires 24 et 26 lors de la dernière étape du procédé de fabrication.
La figure 4 montre l'antenne après la troisième et dernière étape de son procédé de fabrication. Lors cette étape, une troisième sérigraphie est réalisée, il s'agit de la plaque supérieure 42 du condensateur qui est superposée à la bande isolante 38. Une connexion 44 est sérigraphiée afin de relier la plaque 42 au plot de connexion 32 et permet de connecter le condensateur à l'antenne, en parallèle. Enfin, le raccordement 46 des extrémités libres des spires 24 et 26 est également réalisé par sérigraphie.
L'antenne ainsi obtenue est constituée par deux spires reliées en série et par un condensateur. Le schéma électrique d'une carte à puce intégrant cette antenne est représentée à figure 5.
Le circuit électrique 48 se subdivise également en deux parties qui sont la puce 50 et l'antenne 52. La puce 50 possède une partie électronique 54 correspondant à la zone mémoire et au processeur, et une capacité interne Csl 56. Cette capacité est beaucoup plus faible que la capacité interne d'une puce classique. Cette valeur de capacité plus faible est compensée par la valeur de la capacité Cs, obtenue avec le condensateur sérigraphié de l'antenne 52. Cette antenne possède également une résistance Rs 60 et une inductance Ls 62 propre. La capacité Cs, a une valeur variable qui dépend de la taille du condensateur. Selon un mode préférentiel de réalisation, la capacité Csz de l'antenne est plus importante que la capacité Csl de la puce.
Une carte à puce de ce type est constituée d'un support plan portant au moins une antenne de couplage avec au moins un condensateur en parallèle, reliée à une puce ou un module dont la capacité interne est faible, voire nulle selon un mode de réalisation particulier. Selon un type particulier de cartes à puce sans contact, le support est inséré entre deux corps de carte ces corps de carte étant fixés de chaque côté du support afin de rigidifier ces cartes. Ces corps de carte peuvent être en plastique. Dans ce cas, le plastique utilisé peut etre le polychlorure de vinyle (PVC), le polyester (PET, PETG) le polycarbonate (PC), ou l'acrylonitrile-butadiène- styrène (ABS). Lorsque les corps de carte sont en plastique, leur fixation de chaque côté du support portant une ou plusieurs antennes selon l'invention, est réalisée par pressage à chaud ou à froid des trois élément constituant la carte appelé encore lamination à chaud ou à froid.
Ainsi, l'antenne de couplage obtenue présente plusieurs avantages importants. En effet, le fait de réaliser un condensateur externe à la puce améliore les performances de la carte notamment lorsqu'on 1a compare à une carte traditionnelle dont la puce possède la même valeur de capacité interne.
L'utilisation de la sérigraphie permet 'obtenir un condensateur qui possède une certaine élasticité ce qui le rend plus résistant aux contraintes mécaniques peut subir la carte lors de sont utilisation. Ainsi, la valeur de la capacité n'évolue pas du fait de la déterioration du condensateur. De plus, en jouant sur les paramètres condensateur tels que la surface des plaques ou l'épaisseur de la bande isolante, est possible d'ajuster la valeur la capacité pour obtenir une résonance parfaite. I1 est également possible de faire varier fortement la valeur de la capacité sans avoir à modifier le procédé de fabrication. On obtient donc un procédé fabrication d'antenne et de carte peut être adapté facilement et rapidement aux contraintes apportées par la puce a une capacité interne définie et fixe.
Enfin, le prix de revient d'une carte à puce comprenant une antenne de couplage avec un condensateur serigraphié est sans commune mesure avec le prix de revient d' carte à puce avec une antenne plus classique telle qu'une antenne gravée au cuivre, une puce possédant une forte capacité interne.
Cette réduction de coût est d'autant plus importante que le procédé fabrication d'une telle carte n est pas plus difficile à mettre en #uvre , puisque les spires de l'antenne et le ou les condensateurs sont sérigraphiés simultanément.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS . Antenne de couplage, connectée à un dispositif d'émission / réception d'ondes électromagnétiques contenant un ou plusieurs condensateurs intégrés, ladite antenne de couplage comprenant au moins une spire sérigraphiée sur un support constitué par un substrat diélectrique isolant ; ladite antenne étant caractérisée ce qu'elle comprend également un condensateur sérigraphié sur ledit support, connecté en parallèle à ladite antenne, permettant ainsi réduire la capacité fournie par le(s) condensateur(s) intégré (s) dans ledit dispositif, pour la capacité résultante forme un circuit résonant avec ladite spire. 2. Antenne de couplage selon la revendication 1, dans laquelle ledit condensateur est constitué moins deux plaques d'encre sérigraphiées, superposées et séparées par une bande isolante d'encre diélectrique également sérigraphiée. . Antenne de couplage selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le substrat diélectrique constituant le support est en matière plastique papier ou en tissu de verre imprégné de résine thermodurcissable ou réticulable par rayonnement U.V. . Antenne de couplage selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'encre utilisée pour la sérigraphie des spires et des plaques de condensateur est une encre conductrice polymère chargée en éléments conducteurs. 5. Antenne de couplage selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle ladite bande isolante est constituée d'au moins deux couches d'encre diélectrique, permettant d'avoir un pouvoir isolant élevé. 6. Antenne de couplage selon la revendication 5 dans laquelle l'encre diélectrique formant les deux couches de la bande isolante est une encre polymère réticulable par rayonnement U.V. 7. Procédé de fabrication d'une antenne de couplage selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il consiste à - réaliser un première sérigraphie d'au moins spire de l'antenne, de la plaque inférieure dudit condensateur, des plots de connexion de ladite antenne à puce ou un module, et de la connexion de l'antenne à ladite plaque inférieure du condensateur, par dépôt d'encre conductrice sur ledit support, - réaliser une deuxième sérigraphie de la bande isolante dudit condensateur, par dépôt d'encre diélectrique permettant recouvrir ladite plaque inférieure dudit condensateur - réaliser une troisième sérigraphie de la plaque supérieure dudit condensateur superposée à ladite bande isolante, de la connexion de l'antenne à ladite plaque supérieure dudit condensateur. 8. Carte à puce sans contact constituée d'un support portant moins une antenne de couplage selon l'une revendication 1 à 6 reliée à une puce ou un module. 9. Carte à puce sans contact selon la revendication 8 dans laquelle ladite puce ou ledit module ne possède pas capacité interne. 10. Carte à puce sans contact selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le support est inséré entre deux corps carte, lesdits corps de carte étant fixés de chaque côté dudit support, permettant ainsi de rigidifier ladite carte à puce. 11. Carte à puce sans contact selon la revendication dans laquelle les corps de carte sont fixés au support l'antenne par lamination à chaud ou à froid.
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