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FR2803675A1 - Carte a puce avec capteur d'empreintes digitales - Google Patents

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Abstract

Carte à puce, comportant une carte en matière plastique (1) susceptible de subir élastiquement une courbure relative et dans laquelle est enrobée une puce microélectronique (4) de traitement d'information, une plaquette microélectronique mince (5) en matériau semi-conducteur, tel qu'un capteur d'empreintes digitales, étant également solidarisée à la carte (1). Ladite plaquette (5) est subdivisée en un petit nombre de pastilles juxtaposées (7), disposées selon un motif donné, qui sont séparées les unes des autres d'une distance prédéterminée (d) suffisante pour que chaque bande séparatrice (8) de matière plastique puisse être faiblement courbée sans qu'il en résulte un décollement et/ ou une cassure des pastilles (7) adjacentes; des liaisons électriques sont établies entre les pastilles pour assurer la continuité électrique.

Description

CARTE A PUCE AVEC CAPTEUR D'EMPREINTES DIGITALES
La présente invention concerne des perfectionne-
ments apportés aux cartes à puce, comportant une carte en matière plastique susceptible de subir élastiquement une courbure relative et dans laquelle est enrobée une puce microélectronique de traitement d'information, une
plaquette mince microélectronique en matériau semi-
conducteur étant également solidarisée sur la carte en
matière plastique.
La carte, constituée en matière plastique, est susceptible de pouvoir subir une courbure relative sans se rompre. Du fait des dimensions réduites de la puce par rapport aux dimensions de la carte, une courbure relative de la carte n'entraîne pas, en général, de rupture et/ou
de décollement de la puce.
Il n'en va pas de même avec une plaquette microélectronique en silicium très mince, très cassante et de dimensions relativement importantes: une courbure de la carte en matière plastique risque alors d'entraîner un
décollement et/ou une rupture de cette plaquette.
Dans la pratique, ce problème peut se rencontrer en particulier avec des capteurs d'empreintes digitales: il est connu d'équiper une carte à puce d'un capteur
d'empreintes digitales, pouvant être connecté fonction-
nellement avec la puce (laquelle incorpore en général un microprocesseur), afin de permettre l'identification de l'utilisateur de la carte par comparaison des empreintes digitales détectées par le capteur avec des empreintes digitales préalablement mémorisées notamment dans une mémoire de la puce microélectronique. Or la plaquette en silicium constitutive d'un capteur d'empreintes digitales doit être suffisamment grande pour que puisse y être appliquée la plus grande partie de la surface inférieure de la première phalange d'un doigt (souvent l'index): pour fixer les idées, un tel capteur peut avoir des
dimensions d'environ 10 à 20 mm sur environ 10 à 20 mm.
Or ce type de carte à puce équipée d'un capteur d'empreintes digitales est appelé à un très grand développement, notamment pour remplacer des cartes à puce à code alphanumérique confidentiel, par exemple pour les
cartes d'accès ou les cartes bancaires.
L'invention a essentiellement pour but de proposer un agencement perfectionné de carte à puce équipée d'une plaquette microélectronique mince qui donne mieux satisfaction aux exigences de la pratique, en particulier pour ce qui concerne sa tenue dans le temps même en presence de courbures relatives de la carte en matière plastique, et sans qu'il en résulte une sensible complication de la fabrication ni un sensible
accroissement du coût de fabrication.
A cette fin, une carte à puce telle que mentionnée au préambule se caractérise, étant agencée conformément à l'invention, en ce que - ladite plaquette est subdivisée en un petit nombre de pastilles juxtaposées, disposées selon un motif donné, - lesdites pastilles sont séparées les unes des autres d'une distance prédéterminée suffisante pour que chaque bande séparatrice de matière plastique puisse être faiblement courbée sans qu'il en résulte un décollement et/ou une cassure des pastilles adjacentes, et - des liaisons électriques sont établies entre les
pastilles pour assurer la continuité électrique.
Grâce à cet agencement, la plaquette mince en silicium, qui est fragile, voit sa surface de fixation subdivisée et les pastilles adjacentes sont séparées les unes des autres par des bandes séparatrices propres à absorber la courbure imposée à la carte. Pour que cette faculté puisse être satisfaite sans risque, il est souhaitable que la distance entre les bords en regard de
deux pastilles adjacentes soit au moins égale à sensible-
ment 1 mm.
En général, on peut prévoir que chaque pastille soit de forme approximativement quadrangulaire rectangle et que les pastilles soient disposées avec leurs bords respectivement sensiblement parallèles. En pratique, les
pastilles sont alignées en rangées et colonnes sensi-
blement perpendiculaires, ou bien encore alignées selon
des diagonales.
Pour parvenir au résultat recherché, il n'est pas besoin que la plaquette soit fortement subdivisée: il suffit que les pastilles soient disposées en deux à quatre rangées et/ou en deux à quatre colonnes selon la dimension
des pastilles.
Dans un exemple préféré d'application, la plaquette mince est un capteur d'empreintes digitales qui
est raccordé électriquement à la puce microélectronique.
Dans ces conditions, il sera avantageux de prévoir - par exemple associés à ou incorporés dans la puce microélectronique, raccordée électriquement au capteur d'empreintes digitales - des moyens d'interpolation aptes à reconstruire par interpolation une image complète d'empreintes digitales, y compris dans les zones correspondant aux bandes séparatrices des pastilles; l'algorithme d'interpolation est adapté à la dimension de la séparation entre les pastilles et cette dimension doit être aussi réduite que possible afin de rendre la détection aussi fidèle que possible. Dans ce contexte, l'intervalle entre pastilles peut être compris entre 1 et 1, 5 mm, typiquement environ 1 mm, ce qui correspond à un compromis qui paraît acceptable entre une relative déformabilité de la carte dans les intervalles entre pastilles et la fiabilité de la détection et de la
reconstitution par interpolation des empreintes digitales.
Dans un mode de réalisation pratique préféré, le capteur d'empreintes digitales est de type capacitif incorporant une multiplicité élevée de microcondensateurs élémentaires; chaque pastille incorpore une multiplicité de tels microcondensateurs formés en un réseau; et les liaisons électriques entre les pastilles assurent la
continuité électrique entre les réseaux de microconden-
sateurs élémentaires appartenant à deux pastilles
adjacentes.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description détaillée qui suit de certains modes de
réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans
cette description, on se réfère aux dessins annexés sur
lesquels: - la figure 1 est une vue schématique illustrant l'agencement de principe d'une carte à puce du type visé par l'invention, qui est équipée d'une plaquette microélectronique mince; - la figure 2 est une vue, à échelle agrandie, d'un mode de réalisation d'un capteur d'empreintes digitales agencé conformément à l'invention; et - les figures 3 à 5 sont des vues schématiques illustrant d'autres modes de réalisation possibles du
capteur.
En se référant tout d'abord à la figure 1, une carte à puce visée par l'invention comprend une carte 1 en matière plastique, mince, présentant une relative déformabilité l'autorisant à être légèrement cintrée ou courbée aussi bien longitudinalement que transversalement, voire l'autorisant à supporter une légère torsion. Dans cette carte est enrobé un module microélectronique 2 comportant une vignette 3 constituée par l'ensemble des contacts disposés autour d'une zone centrale occupée par une puce microélectronique 4 (incluant en général un microprocesseur) propre à assurer un traitement d'informations, des fils de liaison (non visibles) reliant
la carte 4 aux contacts respectifs.
A des fins d'utilisation spécifique de la carte, on peut en outre mettre en oeuvre une plaquette microélectronique mince 5 enrobée dans la carte en matière
plastique de la même manière que le micromodule 2.
La plaquette 5 peut être reliée par des fils (non visibles) à la puce microélectronique 4 (cette liaison est schématisée par la double flèche 6) , de sorte que la puce
4 assure la gestion fonctionnelle de la plaquette 5.
La plaquette 5, élaborée à partir d'une plaquette en silicium mince, est donc très cassante et ses dimensions relativement importantes ne l'autorise pas à suivre la possible courbure, bien que de faible amplitude, que peut subir la carte en matière plastique sur laquelle
elle est fixée.
Bien que l'invention ne soit pas limitée à ce seul exemple d'application, la plaquette 5 peut être un capteur d'empreintes digitales intégré dans la carte pour permettre l'authentification de l'utilisateur de la carte (carte bancaire, carte d'accès,... par exemple) et c'est ce cas qui est plus particulièrement envisagé dans la suite
de la description.
Pour assurer une coopération fiable de la carte en matière plastique et de la plaquette en silicium du capteur fixée sur celle-ci, on prévoit, comme illustré à la figure 2, de subdiviser la plaquette 5 en plusieurs pastilles 7 séparées les unes des autres par un intervalle 8. L'obtention d'une déformabilité, même réduite, dans la zone du capteur 5 conduit à donner aux intervalles libres 8 une dimension d qui ne soit pas inférieure à environ 1 mm. De plus, pour obtenir une image continue des empreintes digitales malgré des intervalles 8, on met en oeuvre un algorithme d'interpolation qui est adapté à la dimension des intervalles 8; toutefois, pour que les empreintes puissent être reconstituées de façon fiable et que les points caractéristiques (noeuds, fourches,...) d'une empreinte puissent être identifiés de façon fiable en nombre suffisant (par exemple détection de 14 points caractéristiques pour authentifier une personne), il est souhaitable que la largeur des intervalles 8 ne soit pas excessive et n'excède pas de beaucoup la valeur de l'ordre
de 1 mm mentionnée plus haut.
Dans ces conditions, des intervalles ayant une largeur de l'ordre de 1 à 1,5 mm semblent représenter un compromis acceptable. En pratique, une valeur d'environ 1 mm pourra être retenue, comme illustré aux figures 2 et suivantes. Pour mieux fixer les idées, à la figure 2 on a superposé sur le dessin simplifié du capteur 5 le dessin d'une empreinte digitale 11 d'un doigt (les lignes sombres 9 correspondant aux crêtes saillantes ou bombées de
l'empreinte, tandis que les lignes claires 10 corres-
pondent aux sillons ou creux de l'empreinte).
Pour satisfaire au but recherché conformément à l'invention - savoir éviter le bris et/ou le décollement de la plaquette de silicium incorporé dans le capteur -, il n'est pas besoin que le capteur soit fortement subdivisé: il suffit qu'il soit subdivisé en un petit nombre de pastilles 7 séparées par quelques intervalles 8 de manière qu'une éventuelle courbure de la carte en matière plastique 1 dans cette région soit reportée sur
les seuls intervalles 8.
D'une façon générale, ce but est atteint avec des pastilles 7 disposées selon un motif donné, en lignes et/ou en colonnes et/ou en diagonales, notamment au nombre de deux à quatre, de manière que les intervalles 8 se présentent en un réseau croisé propre à absorber toute courbure et/ou torsion de faible amplitude de la carte; les intervalles peuvent ainsi être présents en un nombre
compris, pour chaque direction, entre un et trois.
En particulier, de façon simple les pastilles 7 peuvent être de forme approximativement quadrangulaire
rectangle et être disposées avec leurs bords respecti-
vement sensiblement parallèles.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, les pastilles 7 sont disposées en rangées et en colonnes sensiblement orthogonales, à raison de trois pastilles dans chaque sens, définissant un réseau de deux fois deux intervalles 8 orthogonaux. Dans l'exemple représenté, chaque pastille 7 est un carré d'environ 5 mm de côté, et
les intervalles 8 ont une largeur d'environ 1 mm.
Comme on peut le voir, le capteur 5 ainsi constitué reçoit la quasi totalité de la surface de l'empreinte digitale 11. On remarque que la pastille 7 centrale reçoit la zone centrale de l'empreinte 11, cette zone centrale contenant le plus grand nombre des points
caractéristiques de l'empreinte 11.
Au contraire, les moitiés extérieures des pastilles 7 périphériques soit ne sont pas couvertes pas l'empreinte, soit sont couvertes par des zones de l'empreinte qui ne présentent qu'un nombre minime de points caractéristiques et qui de ce fait ne sont pas
essentielles pour l'authentification.
Dans ces conditions, on peut envisager une réduction de la surface du capteur 5 afin d'en réduire le coût, en ne conservant que les régions correspondant aux zones les plus utiles (c'est-à-dire les plus riches en
points caractéristiques) de l'empreinte.
Une première solution, illustrée à la figure 3, peut consister à constituer le capteur 5 par réunion de pastilles de dimensions différentes: la pastille centrale 7 conserve les dimensions de la pastille centrale de la figure 2 (par exemple carré de 5 mm de côté) afin de couvrir la zone centrale de l'empreinte 11, tandis que les pastilles périphériques 7p ont des dimensions réduites afin de correspondre au mieux au contour exact des zones utiles (relativement riches en points caractéristiques) de l'empreinte. Le contour 12 de l'empreinte digitale 11 a été représenté en tirets. Dans cet exemple, chaque pastille périphérique 7p a été réduite de moitié sur une de ses dimensions, ce qui représente une économie substantielle en matériau. De plus, la surface réduite de ces pastilles périphériques 7p diminue le risque d'un endommagement (bris et/ou décollement) en présence d'une courbure du support. Pour le reste, l'agencement des pastilles 7 reste un agencement en réseau orthogonal
analogue à celui de la figure 2.
A la figure 4, les pastilles 7 demeurent alignées
en rangées, mais ces.rangées sont mutuellement décalées.
Ainsi, si la rangée centrale est toujours constituée de trois pastilles comme dans les agencements des figures 2 et 3, les deux rangées supérieure et inférieure ne possèdent respectivement que deux pastilles. Dans cet arrangement, les pastilles 7 sont toutes identiques et analogues à celles de la figure 2 (par exemple carrés d'environ 5 mm de côté) et sont séparées par des intervalles d ayant par exemple environ 1 mm. Le contour 12 de l'empreinte a été dessiné en tirets. Ce réseau de pastilles est disposé en correspondance plus étroite avec le contour de l'empreinte: la pastille centrale recueille la zone centrale de l'empreinte, en même temps que les pastilles périphériques sont recouvertes au moins en grande partie. Une économie de deux pastilles est réalisée
en regard du réseau de la figure 2.
Bien entendu, de nombreux agencements peuvent être envisagés pour constituer le réseau de pastilles 7, aussi bien selon une disposition orthogonale que selon d'autres dispositions, par exemple diagonale comme illustré à la
figure 5.
Les pastilles sont reliées entre elles électriquement, par des liaisons (non montrées) propres à assurer une continuité électrique conférant à la mosaïque de pastilles 7 une fonctionnalité analogue à celle d'un
capteur monobloc.
Bien que le capteur d'empreintes 5 puisse être de tout type approprié connu de l'homme du métier, il est cependant avantageux que ce capteur soit, de façon en soi connue, de type capacitif incorporant une multiplicité élevée de microcondensateurs élémentaires; chaque pastille 7 de subdivision du capteur 5 comprend ainsi une multiplicité de tels microcondensateurs formés en un réseau et les liaisons électriques prévues entre pastilles adjacentes assurent la continuité électrique des réseaux de condensateurs (continuité des rangées et/ou des
colonnes de condensateurs).
O10

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Carte à puce, comportant une carte en matière plastique (1) susceptible de subir élastiquement une courbure relative et dans laquelle est enrobée une puce microélectronique (4) de traitement d'information, une
plaquette mince microélectronique en matériau semi-
conducteur étant également solidarisée sur la carte en matière plastique, caractérisée en ce que - ladite plaquette (5) est subdivisée en un petit nombre de pastilles juxtaposées (7), disposées selon un motif donné, lesdites pastilles (7) sont séparées les unes des autres d'une distance prédéterminée (d) suffisante pour que chaque bande séparatrice (8) de matière plastique puisse être faiblement courbée sans qu'il en résulte un décollement et/ou une cassure des pastilles (7) adjacentes, et - des liaisons électriques sont établies entre les
pastilles pour assurer la continuité électrique.
2. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance (d) entre les bords en regard de deux pastilles adjacentes est au moins égale à
sensiblement 1 mm.
3. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque
pastille (7) est de forme approximativement quadrangulaire rectangle et en ce que les pastilles (7) sont disposées
avec leurs bords respectivement sensiblement parallèles.
4. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les
l! pastilles (7) sont alignées en rangées et colonnes
sensiblement perpendiculaires.
5. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les
pastilles (7) sont alignées selon des diagonales.
6. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les
pastilles (7) sont disposées en deux à quatre rangées.
7. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que les
pastilles (7) sont disposées en deux à quatre colonnes.
8. Carte à puce selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisée en ce que la
plaquette mince est un capteur d'empreintes digitales qui
est raccordé électriquement à la puce microélectronique.
9. Carte à puce selon la revendication 8, caractérisée en ce que la puce microélectronique (4), raccordée électriquement au capteur d'empreintes digitales (5), comprend des moyens d'interpolation aptes à reconstruire par interpolation une image complète d'empreintes digitales, y compris dans les zones correspondant aux bandes séparatrices (8) des pastilles (7) .
10. Carte à puce selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le capteur d'empreintes digitales (5) est de type capacitif incorporant une multiplicité élevée de microcondensateurs élémentaires, en ce que chaque pastille (7) incorpore une multiplicité de tels microcondensateurs formés en un réseau, et en ce que les liaisons électriques entre les pastilles (7) assurent la
continuité électrique entre les réseaux de microcon-
densateurs élémentaires appartenant à deux pastilles adjacentes.
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