ES2226994T3 - Modulo electronico sin contacto para una tarjeta o etiqueta. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación de un objeto portátil con módulo electrónico sin contacto; este procedimiento comprende las etapas que prevén: realizar el módulo (6) en un substrato de soporte (3, 8), recibiendo en el substrato (3, 8) un microcircuito electrónico (7); conectando este microcircuito (7) a una antena (2); caracterizado porque comprende etapas que prevén realizar la antena (2) con espiras directamente sobre o en el substrato (3, 8) y prácticamente en el mismo plano que dicho substrato (3, 8); recortar a partir del substrato (3, 8), un primer elemento (29) incorporando el módulo (6), el recorte de este módulo se da por tener una forma dada (8) que deja subsistir materia del substrato (3, 8) alrededor del módulo; recortar a partir de un substrato (3, 8), un segundo elemento (28), con la misma forma (8) que el primero (29); seguidamente ensamblar este primer y segundo elementos (28, 29), con objeto de que el módulo (6) se incorpore entre los elementos y quede protegido por la materiadel substrato (3, 8) alrededor del módulo (6).

Description

Módulo electrónico sin contacto para una tarjeta o etiqueta.

El invento concierne el campo de los objetos portátiles, tales como etiquetas electrónicas y las tarjetas inteligentes, equipadas de un módulo electrónico que comprende un microcircuito integrado.

El invento concierne un procedimiento de fabricación de dichos objetos portátiles, definido en las reivindicaciones.

Ya se conocen objetos portátiles en forma de tarjetas sin contacto, al formato ISO, que se destinan a la realización de diversas operaciones, como p. ej., transacciones de pago de prestaciones de transporte, telefónicas u otras. Estas operaciones se efectúan gracias a un acoplamiento a distancia entre el módulo electrónico de la tarjeta y un aparato receptor o lector. El acoplamiento puede realizarse en modo lectura sola o en modo lectura/escritura.

En lo que se refiere a las tarjetas, cabe mencionar que el invento sólo concierne únicamente las tarjetas que tienen un funcionamiento exclusivamente sin contacto. Implica igualmente tarjetas mixtas o híbridas, que tienen la posibilidad de funcionar según los dos modos sin contacto y por contacto. Estas tarjetas mixtas se destinan, p.ej., a operaciones de tipo telebillética, en las que, tras haber sido cargadas en unidad de valor (unidades monetarias, unidades de pago de diversas prestaciones), se cargan en cuenta a distancia de un cierto número de dichas unidades de valor cuando pasan cerca de un Terminal de lectura: este tipo de débito supone un funcionamiento sin contacto. Si fuera necesario, estas tarjetas pueden recargarse en un distribuidor adaptado para este fin.

Para las necesidades de la presente descripción, y para simplificar, designaremos tanto las tarjetas mixtas como las tarjetas sin contacto, mediante la misma terminología de tarjetas sin contacto.

Por otra parte, ya se conocen objetos portátiles en forma de etiquetas electrónicas, generalmente utilizadas para distintas operaciones de identificación o de seguimiento. Están compuestas por una parte de un módulo electrónico de microcircuito, y por otra parte de un soporte de este módulo asociado a una antena embobinada que funciona a una frecuencia relativamente baja (150 Khz) y con dimensiones relativamente grandes respecto a las del módulo.

Tal y como se realizan actualmente, los objetos portátiles en forma de etiquetas electrónicas comprenden antenas que tienen un gran número de vueltas, a menudo superior a 100, y sus dimensiones hacen que su manipulación sea delicada, principalmente durante las etapas de fabricación de las etiquetas que emplean la conexión por soldadura de la antena al microcircuito del módulo.

De modo similar, los objetos portátiles en forma de tarjetas sin contacto presentan igualmente inconvenientes. Tal como se realizan actualmente, las tarjetas sin contacto son objetos portátiles de dimensiones normalizadas. Una norma usual pero en absoluto limitativa para el presente invento es la denominada ISO 7810 que corresponde a una tarjeta de formato estándar de 85 mm de longitud, de 54 mm de anchura y de 0,76 mm de espesor.

En la mayoría de las tarjetas conocidas sin contacto, cada tarjeta comprende un cuerpo de tarjeta realizado mediante una ensambladura de hojas en materia plástica, y en el interior de esta ensambladura, un módulo electrónico que comprende un circuito integrado o microcircuito, igualmente denominado "chip", conectado mediante dos terminales de conexión a una antena embobinada de tipo self inductancia. El chip comprende una memoria, y puede en ciertos casos poseer un microprocesador. Las dimensiones del módulo electrónico son prácticamente inferiores a las dimensiones de la tarjeta, el módulo está, por lo general, colocado en uno de los ángulos de la tarjeta, ya que las tensiones mecánicas que se imponen al módulo debido a las flexiones de la tarjeta son allí menos elevadas que en el centro de la tarjeta.

En algunas tarjetas sin contacto, no obstante conocidas, está previsto un cuerpo de tarjeta equipado de una cavidad y de un módulo que incluye una bobina conectada a un circuito integrado, para asegurar un funcionamiento sin contacto de la tarjeta.

El documento DE4311493 describe un módulo electrónico que comprende un soporte. Pero no muestra como se efectúa el posicionamiento del chip en las espiras de la antena. Este documento está considerado como el arte anterior más próximo que refleja el preámbulo de la reivindicación 1. En este documento, la antena corona el chip y la antena es de forma denominada "en el aire", enrollada e insertada en el chip.

El documento DE3721822 describe una tarjeta inteligente sin contacto, en condiciones de asegurar una conexión fiable entre en enrollamiento de antena y un chip. Esta tarjeta no comprende ningún módulo, puesto que la antena está fabricada en el chip, al mismo tiempo que sus pistas superiores.

El documento EP0376062 describe un módulo electrónico para un objeto portátil, tal como una tarjeta inteligente. Este módulo comprende un enrollamiento de antena formado por un hilo en el aire.

El documento EP0620537 describe una etiqueta electrónica o tarjeta en la que la antena comprende un enrollamiento sin núcleo, con una pluralidad de enrollamientos colocados según varias capas superpuestas. Este documento no describe una antena producida de modo a estar plana, y que esté en paralelo al substrato de éste último.

La antena según este documento está colocada sobre la superficie entera de la tarjeta. Este documento propone fijar fácilmente el módulo en la tarjeta, y conectarlo a la antena de tamaño prácticamente idéntico al de la tarjeta. También se conoce una tarjeta con módulo en la que la antena se presenta en forma de una antena de aire embobinada, que se lleva encima del chip, lo que presenta dificultades de realización, de coste, de rendimiento, y de falta de homogeneidad de los resultados.

Se conoce igualmente una tarjeta inteligente sin módulo, se ha realizado una antena a nivel del semiconductor al mismo tiempo que las pistas superiores del circuito integrado de 4x6 a 6x8 mm, que soporta 20 pequeñas espiras.

De ello resulta que la superficie útil de la antena es muy débil, lo que perjudica el alcance. Además, la tarjeta según este documento no puede fabricarse de manera muy económica. En efecto, se sabe que el tamaño de una pastilla semiconductora elementa es uno de los principales factores de coste de un circuito integrado que se produce en grandes cantidades. Ahora bien, en este documento, la dimensión mínima del circuito integrado que incorpora la antena es del orden de 24 mm^{2} como mínimo, mientras que las tarjetas sin contacto a buen precio utilizan por lo general microcircuitos cuya dimensión es muy pequeña, del orden de 1 mm^{2}.

Se conocen asimismo otros procedimientos de realización de tarjetas sin contacto, tales como los que se describen en las demandas de patente francesas de la misma demandante, depositadas con números 95400305.9, 95400365.3, y 95400790.2. Estas demandas de patente tienen como punto común describir una tarjeta sin contacto equipada de una antena prácticamente de la dimensión de la tarjeta, conectada a un micromódulo que lleva el chip.

Esta antena presenta la ventaja de tener un alcance relativamente elevado para un campo magnético de lectura o de escritura dado. En efecto, la relación que vincula la fuerza electrónica E que aparece en los terminales de la antena de reopción cuando corta un campo electromagnético es del siguiente tipo:

(1)E_{r}= L_{e} (K_{e}.S_{e}.N_{e}).(K_{r}.S_{r}.N_{r}/D^{3}

en donde K es una constante S, S designa la superficie de una espira mediana de antena, N designa el número de espiras que están enrolladas para formar la antena, los índices e y r representan respectivamente los laterales emisión y recepción, y D designa la distancia de lectura, es decir, la distancia entre la antena de la tarjeta, y la antena del lector exterior.

Ahora bien, con el fin de hacer funcionar los circuitos del chip de la tarjeta para inicializar y efectuar una operación de lectura, la tensión E, debe superar un cierto umbral, que es por lo general del orden de 3 Voltios.

Por lo tanto, vemos que para una distancia de lectura o de escritura D dada que se intenta alcanzar con la tarjeta sin contacto, es preciso aumentar la superficie de la espira mediana y/o el número N de espiras de la antena del lado lectura y/o escritura.

La eficacia de la antena estará acondicionada, a la frecuencia retenida para la lectura o la escritura, por el coeficiente de sobretensión de la bobina de antena, que se da por la expresión:

(2)Q=L\omega/R

en donde L es la inductancia de la bobina, que aumenta con el diámetro de la bobina y el número de vueltas, \omega=2\pif en donde f designa la frecuencia de lectura, que es fija para una aplicación dada, y R designa la resistencia eléctrica de la bobina de antena, que es proporcional a la longitud del hilo que la constituye.

Las amplitudes L y R tienen influencias contrarias sobre la eficacia de la antena, tienden a compensarse de tal modo que el verdadero factor de eficacia de la antena está vinculado sobretodo a la superficie total S,N de la antena.

Ahora bien para una dimensión de bobina planar dada, el número N de espiras está limitado por la anchura de una espira y por el intervalo entre dos espiras, que dependen de la tecnología de realización.

Podemos observar que a pesar de esta similitud, la tendencia natural para obtener una buena antena para tarjeta sin contacto, y que ya se ha empleado ampliamente en la práctica, consiste en utilizar en la tarjeta sin contacto una antena cuya dimensión de cada espira se acerque lo más posible a la superficie de la tarjeta. Por esta razón las tarjetas si contacto comercializadas comprenden una antena integrada en el cuerpo de tarjeta, cerca de su periferia.

Pero, como ya lo ha demostrado la experiencia de la fabricación de estas tarjetas sin contacto, esta elección conlleva igualmente un cierto número de inconvenientes.

En efecto, la manipulación de una antena de esta dimensión en vista de su integración en la tarjeta y de su conexión eléctrica al módulo electrónico plantea serios problemas técnicos (como sucede en el caso anteriormente mencionado de las etiquetas electrónicas).

En efecto, a pesar de las técnicas utilizadas, la ensambladura de la tarjeta y de la antena sigue siendo todavía compleja y costosa, puesto que es preciso conectar el módulo electrónico y la bobina de antena con medios difíciles de automatizar. Seguidamente, la ensambladura sufre una laminación, que es un procedimiento costoso que necesita la añadidura de reina para poder introducir la bobina y el módulo en la tarjeta, de tal modo que no aparezcan en la superficie de la tarjeta y no deformen las hojas superiores e inferiores para la colaminación.

Además, la complejidad del procedimiento no permite obtener rendimientos comparables con los que se obtienen durante la fabricación de tarjetas con contacto. Esto es tanto más cierto cuanto que se integran los apremios requeridos mediante ciertos tipos de impresión de la tarjeta, y por la presencia eventual de una pista magnética o de una grabación en relieve. En efecto, para ciertos tipos de impresión de la tarjeta, o para la realización de una banda magnética en la tarjeta, ésta debe presentar una planeidad casi perfecta, con defectos inferiores a 6 \mum. En caso de grabación en relieve, deben elegirse materiales compatibles con el procedimiento de fabricación de la tarjeta, y la antena debe, principalmente, dejar libre la zona prevista para la grabación en relieve, en caso contrario se estropearía durante la grabación en
relieve.

Habida cuenta del conjunto de los inconvenientes ligados a los modos actuales de fabricación de tarjetas sin contacto y de etiquetas electrónicas, que se traducen principalmente por un coste de fabricación elevado, los ingenieros de la demandante se han fijado por objetivo proponer nuevos procedimientos de fabricación de tarjetas y de etiquetas sin contacto, susceptibles de evitar el conjunto de los inconvenientes mencionados.

Más precisamente, el fin del presente invento consiste en proponer medios poco costosos en condiciones de ser utilizados durante la fabricación de objetos portátiles de tipo tarjetas inteligentes y/o de etiquetas electrónicas.

Otro objetivo del invento radica en facilitar procedimientos de fabricación de tarjetas y de etiquetas sin contacto, a bajo coste, que permitan una fabricación fiable y de calidad con ayuda de las máquinas automatizadas.

Otro fin del invento consiste en proponer un procedimiento de fabricación que permita obtener tarjetas sin contacto perfectamente planas.

Un fin suplementario del invento es proponer un procedimiento de fabricación de tarjetas sin contacto, que sea compatible con todas las etapas subsecuentes a la ensambladura del cuerpo de tarjeta y de la antena, y principalmente con la impresión offset de las tarjetas, la grabación en relieve, o el depósito de una pista magnética.

Para este fin, el invento se define en las reivindicaciones.

El invento prevé utilizar para la fabricación de objetos portátiles las cadenas de fabricación de las tarjetas sin contacto.

El invento se comprenderá mejor con ayuda de la siguiente descripción que hacemos a título de ejemplo no limitativo acompañada de los dibujos anexados, en los que:

- la figura 1 representa una tarjeta sin contacto según el estado de la técnica,

- la figura 2 representa una tarjeta sin contacto según el invento;

- la figura 3 representa una banda utilizada para la fabricación en continuo de módulos electrónicos según el invento, destinados a tarjetas sin contacto o a etiquetas electrónicas según el invento, así como una tarjeta destinada a recibir el módulo;

- las figuras 4A a 4G representan algunas variantes de realización de un módulo electrónico según el invento, apto o destinado a ser incorporado en el cuerpo de una tarjeta sin contacto o en una etiqueta electrónica;

- las figuras 5A a 5D representan en corte algunas variantes de realización de un módulo electrónico equipado de una antena, según el invento;

- la figura 6 representa en corte un módulo para tarjeta híbrida de contacto y sin contacto.

- la figura 7 representa las etapas de un procedimiento de fabricación de una variante de etiqueta electrónica que utiliza el módulo electrónico según el invento.

Se designan con los mismos números de referencia elementos similares en el conjunto de las figuras.

Nos referimos a la figura 1 que muestra de manera esquemática y en plano una tarjeta sin contacto 1 del tipo de las que se comercializan efectivamente. Como podemos bóxervar, una antena 2 en forma de una bobina de gran dimensión, ligeramente inferior a la dimensión de la tarjeta, está integrada en el cuerpo de tarjeta 3, y dos extremos de la bobina de antena 2 están conectados a contactos de alimentación 4, 5 de un módulo electrónico 6 que lleva un microcircuito integrado 7 aún denominado chip.

La bobina está representada a escala, excepto lo que se refiere al número de espiras, solamente se han representado cuatro espiras. Para ensamblar esta bobina 2 con el cuerpo de tarjeta 3, es necesario efectuar complejas y costosas operaciones de laminado o inyección, con los inconvenientes mencionados anteriormente. Esta antena permite leer las informaciones de la tarjeta, a partir de una distancia de 70 mm, para una frecuencia utilizada de unos Mhz.

A diferencia de la tarjeta de la figura 1, el principio general subyacente al invento consiste en eliminar las antenas de gran dimensión actualmente utilizadas para las tarjetas sin contacto, con el fin de suprimir los inconvenientes mencionados más arriba. El invento intenta utilizar igualmente, para lograr los objetivos de fiabilidad y de bajo coste de fabricación fijados, ciertos principios y las cadenas de fabricación utilizadas durante la fabricación de tarjetas sin contacto, esta fabricación ya se domina ahora y permite obtener bajos costes de fabricación.

La solución propuesta se representa de manera esquemática en la tarjeta 1 de la figura 2. Esta consiste en utilizar un módulo particular 6 de tarjeta inteligente que combine en un mismo soporte pequeñas dimensiones, funciones electrónicas de los módulos clásicos con chip, y la función de antena de emisión/recepción para la transmisión sin contacto de información entre la tarjeta y un dispositivo de lectura/escritura (no representado).

El módulo 6 presenta dimensiones compatibles con los procedimientos de realización conocidos y utilizados para fabricar las tarjetas sin contacto, tanto en el sentido del espesor y en plano, como en el sentido de la longitud y de la anchura del módu-
lo.

Evidentemente, para que pueda realizarse un módulo equipado de una antena, es preciso, al contrario de las enseñanzas del estado de la técnica, que la antena se obtenga a dimensiones compatibles con las del módulo, conservando a su vez un número de espiras que garanticen la posibilidad de una transmisión electromagnética a una distancia suficiente, del orden de unos centímetros. Para este fin, la antena se realiza en forma de una espiral formada por un conjunto de espiras situadas directamente en el substrato de soporte y prácticamente en el mismo plano, lo que excluye las bobinas de aire que enseñan ciertos documentos del estado de la técnica citado anteriormente.

A fin de adaptarse lo mejor posible a la forma del módulo y a la superficie disponible, la antena puede tener una espira exterior de forma prácticamente cuadrada, rectangular, circular u ovalada, o cualquier otra forma apropiada. Los dos extremos de la antena están conectados a terminales de alimentación de un circuito integrado, principalmente a una memoria y/o un microprocesador, situado (a) igualmente en el módulo, como se esquematiza en 7 en la figura 2, pero representado más en detalle en las fig. 4 a 6.

Nos referiremos a la figura 3 que ilustra la separación de un módulo electrónico 6 según el invento, a partir de una banda 8 que comprende una pluralidad de módulos 6 colocados por ejemplo en dos hileras. La fabricación de módulos electrónicos clásicos en dichas bandas se conoce muy bien de por sí en el campo de la fabricación de tarjetas con contacto, y por esta razón no lo describiremos más ampliamente.

Un módulo 6 según el invento, por ejemplo de tipo que comprenda un circuito integrado 7 "a caballo" sobre las espiras de una antena 2 en forma de espiral cuadrada, se separa de la banda 8 por un procedimiento de recorte, por ejemplo, un recorte mecánico. El módulo recortado se retira por medios automáticos no representado pero conocidos, y se lleva, de preferencia al contrario (circuito integrado y antena orientada hacia el fondo de la abertura del cuerpo de tarjeta) en frente de una abertura ciega 9 acondicionada en el cuerpo de tarjeta 3 de una tarjeta inteligente 1 sin contacto. La fijación del módulo 6 en la abertura 9 prevista se hace mediante encolado, soldadura o cualquier otro medio apropiado.

De ello resulta una tarjeta sin contacto conforme al invento, equipada de una antena 2 localizada a nivel del módulo electrónico 6, y cuya fabricación se reduce principalmente a las etapas que acaban de describirse, seguidas evidentemente, llegado el caso, de etapas de impresión y de personalización clásicas.

Las figuras 4A a 4G representan de manera más detallada algunas variantes de módulos destinados a encartarse para fabricar tarjetas sin contacto, o aún integradas en un soporte de forma diferente de la tarjeta, por ejemplo para fabricar etiquetas electrónicas.

Un módulo 6 está compuesto por un substrato de soporte 10 tradicional (en film relativamente flexible, en mylar, epoxi o capton) sobre el que se lleva, ya no una bobina, sino un motivo de antena 2, que puede realizarse de varias maneras, como se explica más adelante. La antena 2 se realiza por ejemplo por embutido de la hoja embutida con el substrato de soporte. El substrato de soporte 10 y la antena 2 son, llegado el caso, ensamblados de manera precisa, utilizando los medios de accionamiento y posicionamiento conocidos del substrato.

La antena 2 también puede obtenerse por grabado fotoquímico del motivo de antena, o por depósito de materia metálica sobre un film flexible que forma el substrato 10. La elección del substrato de soporte 10 apropiada tiene consecuencias sobre el espesor del módulo, y depende principalmente de la utilización prevista para el módulo. Esta elección está libremente a disposición del profesional.

En una variante propuesta para el módulo electrónico 6, la antena 2 está constituida por una pista de cobre del orden de 15 \mum a 70 \mum de espesor, realizada en espiral con una distancia entre espiras de la misma dimensión. Los extremos 11, 12 de esta espira están ensanchados preferentemente con objeto de constituir contactos del ruptor para la conexión con el microcircuito 7.

Se han previsto algunas variantes de posicionamiento respectivo del microcircuito y de la antena. En un primer modo de realización práctico y de pequeñas dimensiones del módulo 6 (figura 4A), el chip 7 está pegado en el centro de la antena 2. En la figura 4B, también hemos representado hilos conductores de conexión 13, 14 para conectar un Terminal respectivo del chip 7 a un extremo respectivo correspondiente 11, 12 de la antena. Para ello, es necesario pasar un hilo 15 por encima de las pistas de la antena. Para este fin, se coloca previamente un aislante 16, principalmente por serigrafía, entre la zona correspondiente de las pistas y el hilo de conexión 15.

En otro modo de realización del módulo 6 (figura 4C), la antena 2 ocupa todo un lado del módulo y está desprovista de espacio libre en su centro. En este caso, el invento prevé pegar el microcircuito 7, ya sea en la cara del módulo desprovisto de antena, ya sea en la misma cara que la antena (figura 4D), después de haber interpuesto un aislante (parte oscura 16) entre la antena 2 y el microcircuito 7.

En la figura 4E se representa una variante de módulo electrónico 6, en el que la antena 2 tiene forma de una espiral circular, el microcircuito 7 está colocado por encima del plano de las espiras, con interposición de un aislante 16. Esta configuración permite minimizar la longitud de los hilos de conexión entre la antena y el microcircuito.

En la figura 4F se ha representado una variante suplementaria del módulo 6 según el invento, particularmente adaptada en los casos en los que el módulo oblongo o rectangular es necesario. En este caso, el motivo de antena 2 tiene una forma de espiral prácticamente oblonga, el microcircuito 7 está preferentemente colocado en el centro de la antena, y las conexiones entre los bornes del microcircuito y los contactos de la bobina se realizan como se describe en conexión con la figura 4B.

Cabe mencionar que la conexión entre los contactos del ruptor del chip y los terminales de contacto de la antena puede realizarse utilizando una técnica convencional de conexión de hilos conductores, como por ejemplo, la conexión denominada por "bonding" que consiste en hilos conductores soldados entre un contacto del microcircuito y un Terminal respectivo de la antena, o aún utilizando la técnica denominada de "slip-chip" que consiste en llevar el microcircuito sobre el substrato de módulo 10, con la cara que lleva la antena y el microcircuito pegada en el substrato. La protección por resina de los contactos se efectúa seguidamente utilizando los procedimientos tradicionales de realización de las tarjetas inteligentes con contactos.

La figura 4G representa en una vista más detallada un módulo electrónico 6 según el invento, en el que un condensador de sintonía 17 se ha realizado a caballo sobre las espiras de antena, depositando encima una capa de aislante 16 (parte grisácea). A fin de conectar el condensador en paralelo entre los bornes 11, 12 de la antena 2 y los contactos 13, 14 del microcircuito, un borne 18 del condensador 17 se ha conectado al Terminal 12 y al contacto 14 y el otro Terminal 19 del condensador 17 está conectado al Terminal 11 y al contacto 13, por mediación de contactos intermediarios 20, 21 conectados mediante una conexión intermediaria 22 situada entre los contactos intermedios 20, 21 y realizada por encima de la capa aislante 16, con objeto de no crear un cortocircuito en las espiras de la antena.

Evidentemente, son posibles otras disposiciones del condensador de sintonía 17. En particular, será posible integrarlo en el mismo microcircuito 7, en la fase de su concepción, lo que economizará etapas de fabricación del módulo 6.

El motivo de antena está determinado para permitir un funcionamiento de alta frecuencia, del orden del Mhz, el valor del condensador de sintonía 17 se ha elegido para obtener una frecuencia determinada de funcionamiento de la antena 2 situadas en un campo de altas frecuencias del orden de 1 Mhz a 450 Mhz. En un ejemplo de realización que permite obtener una frecuencia de funcionamiento usual de aproximadamente 13,56 Mhz, el condensador de sintonía 17 tiene un valor del orden de 12 a 180 picoFarad. En otra variante que permite un funcionamiento a 8,2 Mhz, el condensador de sintonía tiene un valor del orden de 30 a 500 picoFarad.

Las figuras 5 y 6 muestran diversos modos de realización del módulo 6, representado en corte. En la figura 5, hemos utilizado como antena una rejilla metálica recortada y seguidamente pegada sobre un substrato de soporte 10. El recorte mecánico de una antena espiral conviene para anchuras de pistas no demasiado finas, del orden de 300 \mum como mínimo a la hora actual.

En la figura 5A, el microcircuito 7 y la antena 2 están situados en las dos caras opuestas del substrato de soporte 10 del módulo, los terminales de contacto 11, 12 de la antena 2 están conectados a contactos del microcircuito (no representados) por mediación de hilos de conexión 15 que se llevan a través de perforaciones 23 realizadas en el soporte 10.

En la figura 5B, el microcircuito 7 está del mismo lado que la antena 2, y colocado por encima de sus espira con interposición de un aislante 16. En la figura 5C, el microcircuito 7 está colocado en una cavidad 25 acondicionada para este fin en el soporte 10 del módulo, lo que permite disminuir el espesor del conjunto del módulo 6. En la figura 5 D, el microcircuito 7 está pegado sencillamente en el centro de la antena 2, como se muestra igualmente en las figuras 4A, 4B. De todos modos, la antena está situada completamente sobre el substrato de soporte 10 formando parte del módulo, y el microcircuito se lleva a esta estructura de substrato de antena.

Cabe mencionar que para reducir el espesor del módulo 6, es posible utilizara para la antena 2 una rejilla grabada en o depositada por metalización o de otro modo sobre un substrato de soporte 10 apropiado en vez de una rejilla metálica recortada.

Ahora nos referimos a la figura 6 en la que se ha representado en corte y en vista de arriba otra forma de realización del módulo electrónico 6, con el fin de obtener un módulo híbrido de contacto y sin contacto, particularmente adaptado a la fabricación de tarjetas híbridas. En este módulo, el microcircuito 7 y la antena están colocados en una primera cara del substrato de soporte 10 del módulo, como ya se describió en enlace con la figura 5. Además, contractos 26 usuales idénticos a los contactos de las tarjetas de contacto están conectados a los contactos correspondientes del microcircuito mediante hilos conductores 27. El microcircuito dialogará con el exterior utilizando los contactos 26 o la antena 2, en función de la señal exterior aplicada. El conjunto de los componentes útiles para el funcionamiento de la tarjeta híbrida, incluida la antena 2, se coloca por lo tanto sobre un módulo híbrido 6 de pequeñas dimensiones, en condiciones de encartarse, es decir incorporarse en un cuerpo de tarjeta.

De manera ventajosa, podrán realizarse dos módulos 6 de uno de los tipos descritos más arriba juntos en la anchura de un film 10 estándar (ya sea 35 mm) pero otras disposiciones de los módulos 6 sobre una banda de soporte 8 están comprendidos en el marco del invento. Cada módulo 6 podrá llevarse seguidamente sobre un cuerpo de tarjeta 3 con formato ISO estándar utilizando el procedimiento tradicional de transferencia de los módulos en los cuerpos de tarjetas, tal como se utiliza para la fabricación de tarjetas con contactos.

Alternativamente, los módulos 6 pueden utilizarse para la fabricación de etiquetas electrónicas, del tipo de las utilizadas para la identificación de objetos. Si fuera necesario, una vez recortados a partir de la banda de soporte 8, los módulos 6 se protegerán mediante un revestimiento protector en resina o en otro material apropiado, lo que permitirá obtener a bajo coste etiquetas de pequeñas dimensiones. Por supuesto, los módulos pueden igualmente integrarse a o fijarse en soportes diferentes o más voluminosos (llaves, embalajes, etc...), en función de la aplicación prevista.

Nos referimos ahora a la figura 7. Como variante interesante del procedimiento de fabricación de etiquetas, con objeto de aprovechar de los ahorros de escala y de las líneas de fabricación de tarjetas sin contacto utilizando a su vez módulos 6 según el invento, también es posible fabricar etiquetas electrónicas según un procedimiento que comprende únicamente la etapa que consiste en recortar un módulo electrónico 6, tal como se describe más arriba, a partir de una tarjeta sin contacto 1 que incorpora dicho módulo, con objeto de dejar subsistir alrededor del módulo electrónico 6 un poco de materia del cuerpo de tarjeta, para fines de protección del módulo 6. De este modo, se obtiene muy fácilmente a partir de tarjetas sin contacto según el invento, fabricadas en gran número, etiquetas electrónicas que presentan el espesor de una tarjeta, pero dimensiones en plano mucho más pequeñas.

Sin embargo, en este caso aparece un inconveniente que puede resultar primordial en ciertas aplicaciones; al proceder por simple recorte a partir de una tarjeta sin contacto, la etiqueta sólo queda protegida por un lado mediante la protección mínima proporcionada en un lado de la cavidad de la tarjeta por un velo de materia plástica de un centenar de micrómetros de espesor, mientras que la otra cara del módulo queda expuesta. Para solucionar este inconveniente, es posible de manera razonable recortar en una parte de la tarjeta 1 representada en la figura 7(a), que de todos modos se tiraría, una primera pieza 28 al formato previsto para la etiqueta. A continuación, como se representa en la figura 7(b), se lleva esta pieza 28 sobre la cara de la etiqueta mostrando el módulo 6 aparente y no protegido. La pieza 28 se monta en la tarjeta 1 como se representa en la figura 7 (d), mediante una técnica cualesquiera apropiada, principalmente el encolado o la soldadura por ultrasonidos. Por último, como se representa en la figura 7(e) se recorta de nuevo en la tarjeta una pieza 29 al formato de la pieza 28 y a nivel de ésta. Se obtiene así por un coste mínimo, una etiqueta electrónica 30 simétrica representada agrandada en la figura 7(f), evidentemente, también se podrían recortar las piezas 28, 29 por separado para ensamblarlas a continuación.

Esta etiqueta 30 incorpora un módulo 6 protegido por ambos lados, y es susceptible de personalizarse gráficamente por los dos lados para hacer etiquetas utilizables en juegos o cualquier otra aplicación.

En lo que se refiere a los resultados de los módulos, tarjetas y etiquetas según el invento, los resultados teóricos y prácticos muestran que se obtiene en el módulo 6 una antena eficiente que puede funcionar en la gama de frecuencias de 1 a 450 Mhz.

Para obtener los resultados de conexión buscados para una aplicación dada, basta con utilizar una frecuencia de modulación lo suficientemente elevada (13.56 Mhz por ejemplo) para obtener resultados aceptables en distancia de lectura/escritura.

Si consideramos por ejemplo que la frecuencia de 13,56 Mhz corrientemente utilizada en las aplicaciones telebilléticas, los resultados obtenidos son excepcionales. Un chip 7 montado mediante este procedimiento permite obtener actualmente con la antena 2 asociada, una distancia de funcionamiento del orden de 50 mm, allí donde el mismo chip montado con una bobina clásica con dimensiones de una tarjeta permite alcanzar aproximadamente 70 a 75 mm. Esta diferencia no se critica en la mayoría de las aplicaciones sin contacto en las que se pone la mira hoy en día. Además, estos resultados podrán mejorarse prácticamente trabajando a nivel de los circuitos de emisión y de recuperación de energía electromagnética del módulo y de los lectores externos.

Según un ejemplo de realización práctico, las dimensiones del módulo utilizado son del orden de 12 mm x 12 mm, pero se pueden prever formatos oblongos ligeramente mayores para aumentar los resultados o aún una optimización de la antena del lector o del propio chip en lo que se refiere al consumo, para mejorar los resultados y alcanzar los de una antena de mayor tamaño.

Gracias al concepto del invento, en caso de utilización del módulo 6 para fabricar tarjetas, se conserva la integridad del cuerpo de tarjeta durante el proceso de fabricación. El cuerpo de tarjeta puede por consiguiente utilizarse fácilmente de manera tradicional para recibir una pista magnética. Además, podrá imprimirse por todos los procedimientos existentes sin tensiones particulares, otras que las que ya se conocen para la fabricación de una tarjeta de contacto clásica.

Del mismo modo, la elección del material del cuerpo de tarjeta es completamente libre; por lo tanto permitirá adaptarla a las necesidades requeridas por las diversas aplicaciones previstas.

Por consiguiente, el invento permite resolver de un golpe todos los inconvenientes citados anteriormente y ligados a la fabricación de módulos sin contacto para tarjetas sin contacto, y principalmente al coste, a las dimensiones de impresión, compatibilidad con la grabación en relieve o la realización de una pista magnética. Las pequeñas dimensiones de la antena inducen ventajas comparables en caso de fabricación de etiquetas electrónicas que no son tributarias de la forma de un cuerpo de tarjeta.

El interés económico del invento es indiscutible; esto permite realizar en las mismas cadenas de fabricación, módulos electrónicos con antena integrada, etiquetas electrónicas y tarjetas sin contacto funcionales, a una fracción del coste actual constatado en los procedimientos utilizados para la producción de tarjetas o de etiquetas sin contacto, y esto a todas las etapas de fabricación.

Otras ventajas anexas ligadas al módulo, a la etiqueta electrónica y a la tarjeta sin contacto según el invento y a sus procedimientos de fabricación residen en el hecho de que no hay ninguna manipulación de bobina de antena, ni de soldadura con estaño, de posicionamiento preciso de la bobina, o de impresión antes del encartado.

Claims (22)

1. Procedimiento de fabricación de un objeto portátil con módulo electrónico sin contacto; este procedimiento comprende las etapas que prevén: realizar el módulo (6) en un substrato de soporte (3, 8), recibiendo en el substrato (3, 8) un microcircuito electrónico (7); conectando este microcircuito (7) a una antena (2); caracterizado porque comprende etapas que prevén realizar la antena (2) con espiras directamente sobre o en el substrato (3, 8) y prácticamente en el mismo plano que dicho substrato (3, 8); recortar a partir del substrato (3, 8), un primer elemento (29) incorporando el módulo (6), el recorte de este módulo se da por tener una forma dada (8) que deja subsistir materia del substrato (3, 8) alrededor del módulo; recortar a partir de un substrato (3, 8), un segundo elemento (28), con la misma forma (8) que el primero (29); seguidamente ensamblar este primer y segundo elementos (28, 29), con objeto de que el módulo (6) se incorpore entre los elementos y quede protegido por la materia del substrato (3, 8) alrededor del módulo (6).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato (3, 8) del primer y/o segundo elemento (28; 29) es un cuerpo (3) de tarjeta (1).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato (3, 8) del primer y/o segundo elemento (28; 29) es una banda (8) de film flexible (10), por ejemplo para la fabricación de una etiqueta electrónica.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato (3, 8) del primer y/o segundo elemento (28; 29) es una rejilla, por ejemplo para la fabricación de una etiqueta electrónica.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el substrato (3,8) del primer y segundo elemento (28; 29) es el mismo (1,10), por ejemplo para la fabricación de una etiqueta electrónica.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la realización de la antena (2) directamente sobre o en el substrato (3,8) y prácticamente en su plano se efectúa mediante grabado fotoquímico del motivo de antena, por ejemplo el substrato es una rejilla metálica y la antena (2) está realizada en dicha rejilla.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la realización de la antena (2) directamente sobre el substrato (3,8) y prácticamente en su plano se efectúa mediante depósito de materia metálica, por ejemplo por impresión.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los recortes del primer y segundo elemento (28; 29) se efectúan de manera a que la mayor dimensión del módulo (6) sea del orden de 5 a 15 mm, por ejemplo para la fabricación de una antena electrónica.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la antena (2) está constituida por una espiral de dimensiones exteriores del orden de 5 a 15 mm, de preferencia del orden de 12 mm, cuyos terminales de los extremos (11,12) están conectados a contactos de ruptor (13, 14) del microcircuito (7) por ejemplo, para la fabricación de una etiqueta electrónica.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la antena (2) es de espiral conductora y comprende entre unas 6 y 50 espiras aproximadamente que poseen una anchura prácticamente en el plano del substrato (3, 8) del orden de 50 a 300 \mum, el espacio entre dos espiras contiguas es del orden de 50 a 200 \mum, por ejemplo, para la fabricación de una etiqueta electrónica.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la espiral tiene una forma exterior prácticamente circular, de diámetro exterior del orden de 5 a 15 mm, y principalmente de unos 12 mm, por ejemplo, para la fabricación de una etiqueta electrónica.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la espiral tiene una forma exterior prácticamente cuadrada, con un lado exterior del orden de 5 a 15 mm, y preferentemente de unos 12 mm, por ejemplo, para la fabricación de una etiqueta electrónica.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la espiral tiene una forma exterior prácticamente ovalada, que presenta una dimensión del orden de 15 mm, considerada la mayor dimensión, y una dimensión del orden de 5 mm considera la pequeña dimensión, por ejemplo, para la fabricación de una etiqueta electrónica.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el microcircuito (7) está colocado en el centro de la antena (2) y del mismo lado del módulo (6) que la antena, los terminales de conexión (11,12) de la antena están conectados a contactos de ruptores (13,14) correspondientes respectivos del módulo (6) o del microcircuito (7) por mediación de hilos conductores (15).

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el microcircuito (7) está colocado del mismo lado que la antena (2) y a caballo sobre sus espiras, los terminales de conexión (11, 12) de la antena están conectados a contactos de ruptores (13, 14) correspondientes respectivos del módulo (6) o del microcircuito (7) por mediación de hilos conductores (15, y un aislante (16) está interpuesto entre el microcircuito (7) y por lo menos la zona de la antena debajo del microcircuito.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el microcircuito (7) está colocado del lado del módulo (6) desprovisto de antena, los terminales de conexión (11, 12) de la antena están conectados a contactos de ruptores (13, 14) correspondientes respectivos del módulo (6) o del microcircuito (7) por mediación de hilos conductores (15, que atraviesan perforaciones (23) acondicionadas en el substrato (3; 8) a nivel de dichos terminales de conexión (11, 12).

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque un condensador de sintonía (17) está conectado en paralelo a los terminales (11, 12) de la antena a contactos de ruptores (13, 14) del microcircuito (7), el valor del condensador (17) se elige de manera a obtener una frecuencia de funcionamiento del módulo (6) situado en un campo del orden de 1 Mhz a 450 Mhz.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (17) tiene un valor del orden de 12 a 180 picoFarad, y porque la frecuencia de funcionamiento del módulo es de 13,56 MHz aproximadamente.

19. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el condensador (17) tiene un valor del orden de 30 a 500 picoFarad, y porque la frecuencia de funcionamiento del módulo es de 8,2 MHz aproximadamente.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque el condensador (17) se obtiene por depósito de silicio oxidado sobre la superficie del microcircuito (7) previamente revestido de un aislante (16).

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende en una cara del soporte (3, 8) una antena (2) conectada al microcircuito (7), y en la otra cara del soporte (10), contactos (26) aparentes e igualmente conectados al microcircuito (7), de manera a obtener un objeto portátil denominado tarjeta híbrida que puede leerse y escribirse por mediación de contactos (26) y/o de la antena (2).

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el objeto es una etiqueta solidaria de un objeto por identificar, mediante fijación o integración del soporte (3, 8) del módulo (6) sobre o en este objeto por identificar.