CN1201265C - 能以接触和非接触方式操作的智能卡制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种制造称为复合卡的能通过接触或非接触方式进行操作的智能卡和非接触型智能卡的方法。为了避免有损害天线的危险，这种方法包括在支持片上形成至少有两匝的天线，所述天线各匝都配置在连接垫的外侧，以及配置一个隔离桥，使得天线的每个端部分别与一个连接垫连接。

Description

能以接触和非接触方式操作的智能卡制造方法
技术领域
本发明涉及能以接触或非接触方式操作的智能卡的制造技术。这些卡都配置有一个与卡集成一体的天线和一个与天线连接的微型模块。通过天线(因此是非接触方式)或与卡表面齐平的接触点与外界进行信息交换。
背景技术
在本说明中，这种卡称为复合卡或复合智能卡。
所提出的制造方法也涉及非接触型智能卡，这种智能卡能不用接触进行工作，仅通过天线与外界进行信息交换。
然而，为了使以下说明简明起见，将就称为复合卡，虽然所述方法也可用于非接触型智能卡，如上所述。
复合智能卡用来使各种操作更为简便，例如银行操作、电话通信、识别操作、支付或再装计费单位操作，以及各种能通过将卡插入阅读器执行的或者通过收发终端与放置在收发终端作用范围内的卡之间的电磁耦合(原则上是电感型的)遥控执行的操作。
复合卡必须具有与传统的接触型智能卡一致的外形尺寸。对于只是以不接触方式工作的卡来说这也是所希望的。
按正规标准IS07810规定，接触型卡为85mm长、54mm宽、0.76mm厚。齐平的接触点在卡表面上的位置有明确的规定。
这些标准对制造加了严格的限制。具体地说，卡的厚度很小(800μm)是一个主要限制，而对复合卡的限制比接触型的卡还要严格，因为复合卡内必须配置天线。
所遇到的技术问题是由于天线占据几乎卡的整个表面而引起的天线相对于卡的定位问题，使集成电路模块(包括微型芯片和它的接触点)能保证卡的电子操作的模块定位问题，以及保证模块与天线之间精确、可靠连接的问题，还要考虑机械强度、可靠性和制造成本等问题。
天线通常是由一个导电件形成的，是一个沉积在一个塑料支持片上的薄层。在天线的末端形成连接垫，这些连接垫必须暴露出来，以便能与电子模块的接触点连接。
在以下的说明中，形成天线的导电件将称为天线丝，它可以是嵌入支持片内的细丝或者是一些印制轨线，这取决于所采用的技术。
制造复合智能卡的一种常用方法是：利用一些在由天线丝两端形成的天线连接垫区预先开孔的塑料箔，叠在支持天线的片上，再通过热或冷叠压组装在一起。天线连接垫的位置由电子模块的位置限定，而电子模块本身由ISO标准限定。
然后，在卡体上必须加工出一个容纳电子模块的凹穴。这个凹穴开在天线连接垫之间和在覆盖天线的塑料箔内形成的孔的上方。接着，必须通过在孔内填上导电粘胶使电子模块的接触点与天线的连接垫连接。天线丝通常绕成几圈。这些圈绕在连接垫之间，使它们能与位于微型模块附近的连接垫连接。
由于这种结构的特点而出现的第一个问题是在加工凹穴时可能会损伤天线圈。确实，如果天线相对凹穴位置的定位不是非常精确的话在这个机械加工期间甚至可能被关断。
发明内容
本发明提供了一种制造智能卡的方法，所述智能卡包括一个天线，它的端部配置有与一个电子模块连接的连接垫，所述制造方法包括至少这样一个步骤：在一个支持片上形成包括至少两匝的天线，该天线各匝位于连接垫外，以及用一个隔离桥将用每个天线端部分别与一个连接垫连接，所述隔离桥是通过一个隔离层在一个区域覆盖天线各匝再在该隔离层上沉积出一个导电件来形成的；其特征是，所述方法还包括：将支持片与一些塑料箔组装成一个卡体；然后，在卡体的上表面上加工出一个凹穴和一些连接槽；接着，将一个电子模块固定在凹穴内，使模块的下侧朝向凹穴内，导电垫通过处在连接槽内的导电链接件与天线的连接垫电接触。
本发明的制造方法的这个步骤使得在天线的连接垫之间能有一个自由空间。在这个自由空间内可以形成一个容纳模块的凹穴而不会有损伤天线各匝的危险。
隔离桥是通过用一个隔离层在一个区域覆盖天线各圈再在这个隔离层上沉积出一个导电件来形成的，这样就可将天线的一个外侧端部接至一个连接垫。
形成隔离桥的另一种方法是在支持片的两侧形成天线，而连接垫配置在支持片的同一侧。
此外，在现有技术采用的方法中，由于卡体是由一些箔片选压而成的，因此开在每个箔片上的孔必须重叠。然而，在叠压阶段，孔的几何关系不受控制，因而可能有参差。而且，在叠压阶段，压力在垂直于孔处为零，而在整个卡体上相当高。这样的压差便会造成卡表面的缺陷。
为了克服卡形变这个问题，本发明还提出将所有形成卡体的塑料箔叠合在一起后再对卡体进行机械加工，形成容纳电子模块的凹穴和暴露天线的连接垫的连接槽。
这种机械加工最好一步完成，这是由于能精确控制天线与凹穴的相对位置而实现的。
凹穴和连接槽同时加工大大地简化和加快了制造过程。
此外，本发明还提出了解决有损伤甚至毁坏天线危险的问题的第二方法。确实，本发明提出了一种制造智能卡的方法，所述智能卡包括一个天线，在天线的两端配置有与一个电子模块连接的连接垫，所述方法的特征是它包括至少这样一个步骤：在卡体的上表面上加工出一个凹穴和一些连接槽，使得凹穴的底的加工面处在天线平面的上方，而连接槽处在天线的连接垫上方，使这些连接垫暴露出来。
此外，模块与天线之间的连接件所达到的效果称为互连，在测试卡期间由于弯、扭可能会受到损害。为了使在测试期间对互连受到的应力最小，本发明提出将天线配置在卡的应力最低的区域。因此，将支持天线的箔片配置在卡的弹力中性轴上或附近。卡的中性轴定义为是处在卡的厚度中心的层。
此外，在加工了凹穴后，通常是用一种导电粘胶填入连接槽将天线接到电子模块上的。在将模块装入卡时，加热时间太短，不能保证粘胶正确聚合。在这些条件下，必须使卡在炉里烘烤较长的时间。然而，卡体能经受的最高温度通常低于100℃，因此就很难保证既能达到良好的互连，卡体又不变形。结果，在这些条件下制造卡时间长而困难大，不能适合大规模生产。
本发明提供了解决这个互连问题的不同方法。具体地说，本发明提出利用低熔点的焊料，也就是熔点相当低于180℃的焊料，形成天线的连接垫与电子模块之间的互连。为此，这种焊料包括一种含铟锡基、铋锡铅基或铋铟锡基的合金。
按照本发明的其他特征，天线的连接垫与电子模块之间的连接用充有金属粒子的导电脂或硅填料形成。
附图说明
本发明的其他特性和优点可以从以下结合附图对非限制性例子的说明中看出。在这些附图中：
图1示出了在支持片上形成的智能卡的天线的示意性透视图；
图2示出了图1所示的天线的隔离桥的示意性剖视图；
图3示出了形成智能卡的天线的另一种方法的示意性透视图；
图4示出了形成智能卡的天线的又一种方法的示意性透视图；
图5A至5C示出了卡在按照本发明进行制造的不同阶段的剖视图；
图6示出了按照本发明另一种方法制造的卡的示意性剖视图；
图7A示出了单侧模块的齐平接触点的顶视图；
图7B示出了例示在卡体内形成的连接槽与凹穴相对位置的透视图；
图7C和7D示出了在双侧模块的内表面上的接触点的两个视图；以及
图7E示出了例示连接槽在凹穴内的位置的透视图。
具体实施方式
通常，复合智能卡的生产过程包括：将插有天线导体的一些塑料箔粘合(热或冷层迭)在一起；在粘合组装的塑料箔内形成一个凹穴，凹穴开在天线导体两端的连接垫之间，形成一个可以容纳带集成电路的电子模块的空间；以及安装这个模块，使得模决的两个导电垫直接或常常通过导电链接件中介与天线导体两端的连接垫电接触。
图1示出了形成包括至少两圈要封在非接触型智能卡的卡体内的天线11的第一种方法。在天线丝11的两端分别设置了连接垫12。在制造这种非接触型智能卡的方法中，一个重要的步骤就是在支持片10上形成天线11，使得它在卡体内的位置相对要加工出的容纳电子模块的凹穴的位置精确限定。
按照形成天线的第一种方式，天线11各圈配置在连接垫12外侧，形成一个隔离桥13，使天线每一端分别与一个连接垫12连接，而不会有短路的危险。这样形成天线就使得在天线11的连接垫12之间可以有一个自由空间，因为其中并没有天线哪圈经过。由于形成了一个自由空间，因此在以后加工容纳微型模块的凹穴期间不会有损伤天线轨线的危险，而且定位公差也大大放宽了。
图2为沿图1A-A的剖视图，示出了天线11的隔离桥13。隔离桥13是通过用一个隔离层14覆盖区域Z内天线11的各圈、再在隔离层14上沉积出一个导电件15来形成的。导电件15使得一圈的端点，具体来说是处在支持片10最外侧的最后一圈的端点，可以与天线的连接垫12之一连接。
按照图3和4所示的另一种生产方法，天线11形成在支持片10的两侧。在这种情况下，在支持片上形成连接通路(金属化孔)16、17。天线的连接垫12形成在同一个表面上。因此，隔离桥13通过提供配置在支持片12两侧的天线丝之间的连接的金属化孔形成，如图3和4中的虚线所示。
这样，隔离桥13就使天线线圈可以交叉而不直接重叠，因此不会引起短路。
在塑料支持片10上形成天线后，就将支持片10与其他塑料片或箔20、30、40、50组装、用热或冷叠压粘合在一起。这个组装步骤示于图5A。
箔20和40表示卡体的上、下箔，可以是印刷而成。箔30和50分别为上、下保护箔，用来保护印刷箔20、40。
也可以用另一种实现方式，在支持片10上再加一个第六塑料箔，封住天线11。
下一个步骤示于图5B，在通过组装箔片10、20、30、40、50形成的卡体的上表面上加工出凹穴61和连接槽62。这种机械加工例如可以一步完成。
凹穴61的加工面低于天线11的连接垫12。连接槽62开在连接垫12的上方，使这些连接垫可以暴露出来。
凹穴和连接槽用进刀量受控制的铣刀加工。
最后一个步骤示于图5C，将电子模块M固定在凹穴61内。模块M的下侧朝向凹穴内，它的导电垫72通过处在连接槽62内的导电链接件66与天线的连接垫12电连接。建立模块与天线之间的连接的方式将在下面详细说明。
按照另一种生产方法制造复合智能卡的情况示于图6。可见，天线相对容纳模块的凹穴的定位必需非常精确。
按照这种实现方法，天线11以常用的方式形成在支持片上，也就是说天线的线圈经过连接垫12之间。支持天线的支持片与其他塑料箔组装在一起后，在箔片组成的卡体的上表面上加工出凹穴61和连接槽62。这一步骤使得凹穴61的底的加工面处在天线11的轨线平面上方，而连接槽62处在天线的连接垫12的上方，暴露出这些连接垫12。然后，将电子模块M固定在凹穴内，使得它的导电垫72通过连接槽62与天线的连接垫12电连接。
在所有情况下，可以通过沉积在塑料支持片上形成天线11。这种沉积处理以已知方式用超声波过程实现。
而且，为了使互连受到的应力最小(特别是在对卡进行弯、扭试验期间)，本发明提出将天线配置在卡的弹力中性轴上。因此，可以设想将支持天线的支持片10配置成形成卡的中性轴。卡的中性轴确定为处在卡的厚度的中心。
此外，在按照本发明实现的另一种方式中，可以将连接槽加工成穿过天线的连接垫12。在这种情况下，电子模块通过加在连接槽内的导电连接件侧向(即通过连接垫的切缘)与连接垫的侧缘连接。
通常，天线的连接垫的接触表面是很小的，因为它与形成天线的导电丝的宽度具有相同的数量级(即几十微米)。这样，与电子模块的互连就很难实现，要求很高的加工精度。因此，最好是将连接垫12做成曲折形，以增大它们的接触表面。这种曲折形是通过弯曲天线丝来形成的(见图1、3、4)。
模块M可以是一个单侧印刷电路模块，也可以是一个双侧印刷电路模块。对于后一种情况，可以有两种可能的配置，稍后将再加以说明。
模块M在图5和6中示在凹穴61的上方。在这些例子中，它是一个双侧印制电路模块，包括处在朝向凹穴外的侧面上的上导体70和处在朝向凹穴内的侧面上的下导体72。这些导体形成在一个绝缘箔80上，上导体70与下导体72(如有的话)之间有连接它们的导电通路。一个埋在保护树脂74内的微型芯片安装在下表面上，与导体72连接(通过它们与导体70连接)。
模块嵌入按它的尺寸加工的凹穴61内。模块的下表面上的两个导电垫正好处在天线的连接垫12的上方，通过导电链接件66分别与这两个连接垫电连接。
在一个特别有趣的实现方式中，模块是一个载有集成电路微片的双侧印制电路，但这个双侧电路在两个表面上的导电之间没有导电通路，这使它的成本更低一些。在这种情况下，这个双侧电路包括一个绝缘箔80，在它的一个面上载有第一组导电垫70，用作智能卡的接入接触点，而在它的另一个面上载有第二组导电垫72，用来与天线连接。一些连接丝通过绝缘箔的开放区焊在微型芯片与第一导电垫之间，而另一些连接丝焊在微型芯片与第二组导电垫之间，不通过绝缘箔。
限定单侧模块在复合卡上的位置在于找出天线的接触点的位置，这有以下一些困难：
·由ISO和AFNOR标准规定的接触区不能接受天线的接触点，否则可能使阅读器短路；
·在组件侧，保护微型芯片的树脂和粘合树脂排除了模块的中心区域；以及
·卡的抗弯性能需要有不会导致产生接触侧金属脆裂区的优先形变线。
图7A示意性地示出了对付这些问题的具有单侧模块的智能卡的齐平接触点的顶视图。模块包括接触垫1、2、3、4、5和1’、2’、3’、4’、5’，它们的位置遵从ISO和AFNOR标准。这些接触垫与微型芯片连接，以使模块能进行工作。用来将模块与天线连接的接触区的位置只能处在模块的轴65两侧的上区域6、7和下区域8、9内，也就是说ISO标准规定的接触区以外。
因此，在这些条件下，天线的连接垫的位置和卡体内连接槽的位置受电子模块的接触区的标准位置的限制，也受卡体内这模块的位置的限制，而这本身是由ISO标准规定的。
图7B例示了连接槽62，因而也就是相应的连接垫，并排地配置在凹穴61的中垂线65两侧的情况。这相应于图7A中模块的接触区6和7与天线的连接垫电连接的情况。
此外，如果采用双侧模块，也必需能克服在考虑单侧模块时所提到的缺点。
图7C和7D中所示的接触点配置提供了解决这些问题的途径。具体地说，电路的每一侧都有两条轨线100和101，使得不同的微型芯片配置可以与同样的模块连接。
这两种为双侧模块形成接触点的方法都包括至少一条其边缘与微型芯片平行的轨线，与接触区110和120连接。接触区110和120表示与天线可能接触区域。
图7E例示了连接槽62，因而也就是天线的连接垫，经向相对地配置在凹穴中垂线65上的情况。这种情况相应于图7C中模块的接触区110和120与天线的连接垫电连接的情况。
图7B和7E例示了与凹穴连续形成的连接槽，图中示出了这种具体形状。当然，这些槽也可以与凹槽分开形成，呈现为任何形状的孔，它们的定位情况如前面所规定的那样。
可以用焊料型的导电链接件实现电子模块与天线之间的互连。然而，通常这些产品的再熔温度很高，大约要180℃。这样高的温度与用来形成卡体的塑料不相容，这种材料经受不了比100℃高得太多的温度。
本发明提出了一种保证与卡体良好相容、具有低熔点的焊料。为此，值得推荐的是采用一种包括具有铟、锡基，或具有铋、锡、铅基，或具有铋、锡、铟基的合金的焊料。
在铟、锡合金的情况下，焊料包括重量百分比不高于52％的铟和48％的锡。这样成分的焊料的熔点为118℃。
在铋、锡、铅合金的情况下，焊料包括重量百分比不高于46％的铋，34％的锡和20％的铅。这样成分的焊料的熔点为100℃。
在铋、铟、锡合金的情况下，焊料包括重量百分比不高于57％的铋、26％的铟和17％的锡。这样成分的焊料的熔点为79℃。
另一种形成互连的方法是将充有金属粒子的导电脂填入连接槽。于是，用摩擦实现接触，保证天线与模块之间电连接，而且不论加到卡上的机械应力是多少。
第三种形成互连的方法是采用充有金属粒子的硅填料。这样的解决途径的优点是提供了非常柔顺的连接接合。在这种情况下，硅填料的尺寸要大于连接槽的深度，使得硅填料受到压缩，金属粒子充分接触。
无论采用哪个解决途径，利用在模块的导电垫72上附着一些金的颗粒可以提高天线与模块之间的互连的可靠性。这些金的颗粒并不提供连接，但增大了粘合表面和改变了在卡受到机械负荷时导电接合内的应力分布。这些颗粒通过热压附着。此外，能将它们堆积起来，增大接触表面的高度。

Claims (22)

1.一种制造智能卡的方法，所述智能卡包括一个天线(11)，它的端部配置有与一个电子模块连接的连接垫(12)，所述制造方法包括步骤：在一个支持片(10)上形成包括至少两匝的天线(11)，该天线各匝位于连接垫(12)外，以及用一个隔离桥(13)将每个天线端部分别与一个连接垫连接，
所述隔离桥(13)是通过一个隔离层(14)在一个区域(Z)覆盖天线(11)各匝再在该隔离层上沉积出一个导电件(15)来形成的；
其特征是，所述方法还包括：
将支持片(10)与塑料箔(20，30，40，50)组装成一个卡体；然后，
在卡体的上表面上加工出一个凹穴(61)和连接槽(62)；接着，
将一个电子模块(M)固定在凹穴(61)内，使模块的下侧朝向凹穴内，所述电子模块的导电垫(72)通过处在连接槽(62)内的导电链接件(66)与天线的连接垫(12)电接触。
2.按权利要求1所述的制造方法，其特征是，为了形成隔离桥(13)，天线(11)形成在支持片(10)的两侧，而连接垫(12)配置在支持片(10)的同一侧。
3.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是，一个加工出凹穴(61)的加工面处在所述天线(11)的连接垫(12)形成的一个平面下方，而连接槽(62)配置在这些连接垫(12)的上方，使这些连接垫(12)能暴露出来。
4.按权利要求1或2的制造方法，其特征是，所述在卡体的上表面上加工出一个凹穴(61)和连接槽(62)的步骤是按以下方式进行的：在天线(11)平面的上方配置加工凹穴底面的一个平面，并在所述连接垫(12)上方配置所述连接槽(62)，使这些连接垫暴露出来。
5.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是，所述支持片(10)配置在所述塑料箔之间，形成卡的中性轴。
6.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述天线(11)是通过沉积在支持片(10)上形成的。
7.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述连接垫(12)都做成曲折状形。
8.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述连接槽(62)加工成穿过天线(11)的连接垫(12)。
9.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述连接槽(62)径向相对，处在凹穴(61)的中垂线(65)上。
10.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述连接槽(62)并排地处在凹穴(61)的中垂线(65)的一侧。
11.按权利要求1或2所述的制造方法，其中所述电子模块(7)包括一个集成电路微型芯片和一个具有由ISO标准规定的齐平接触区的单侧印刷电路，所述制造方法的特征是提供与天线接触的接触垫处在由ISO标准规定的这些接触区之外。
12.按权利要求1或2所述的制造方法，其中所述电子模块(M)包括一个集成电路微型芯片和一个在两个表面之间设有导电通路的双侧印刷电路，所述双侧印刷电路包括一个绝缘箔(80)，在它的一个面上载有用作智能卡接入接触点的第一组导电垫(70)，而在它的另一个面上载有用来与天线连接的第二组导电垫(72)，所述第二组导电垫包括配置在与凹穴同一侧上的接触区，这些接触区或者处于这个凹穴的一条中垂线的某一侧，或者处于凹穴的一条中垂线上相对的两侧，所述接触区处在具有与电子模块平行的边缘的轨线的延长部位上。
13.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述在天线(11)的连接垫(12)与模块(M)的导电垫(72)之间的连接是用一种低熔点的焊料形成的。
14.按权利要求13所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括一种具有铟、锡基的合金。
15.按权利要求13所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括重量百分比不高于52％的铟和48％的锡。
16.按权利要求13所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括一种具有铋、锡、铅基的合金。
17.按权利要求16所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括重量百分比不高于46％的铋、34％的锡和20％的铅。
18.按权利要求13所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括一种具有铋、锡、铟基的合金。
19.按权利要求18所述的制造方法，其特征是所用的焊料包括重量百分比不高于57％的铋、26％的铟和17％的锡。
20.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述在天线(11)的连接垫(12)与模块(M)的导电垫(72)之间的连接是用一种充有金属粒子的导电脂形成的。
21.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是所述在天线(11)的连接垫(12)与模块(M)的导电垫(72)之间的连接是用一种充有金属粒子的硅填料形成的。
22.按权利要求1或2所述的制造方法，其特征是用热压将一些金的颗粒附着在模块(M)的导电垫(72)上，以增大模块与天线之间的接合表面。
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