專利名稱：用于混合式智能卡的雙面電子模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種為混合式接觸-非接觸型智能卡設計的雙面集成電路，具體說來，涉及一種用于混合式智能卡的雙面電子模塊。
背景技術：
非接觸型智能卡目前廣泛用于諸如運輸部分和銀行業部分的許多領域，并用于識別人員和物品。非接觸型智能卡的特征在于將天線嵌入卡中，并將其連接到插入該卡中的電子芯片，該芯片用于開發、存儲和處理信息。
這種卡允許通過所述天線與位于相關閱讀器中的另一天線之間的、遠程的并因此非接觸的電磁耦合與外部交換信息。混合式接觸-非接觸型智能卡具有一組與卡表面齊平的接觸端，從而可通過數據在卡的電子模塊的齊平接觸端與閱讀器的閱讀頭的接觸端之間的電子傳輸來實現信息的交換，其中，卡被插入所述閱讀頭。
因此，混合式智能卡的芯片必須一端連接到所述齊平接觸端組，另一端連接到天線的焊盤。存在幾種用于在混合式智能卡中實現芯片的這種雙連接的解決方案。
在圖1的截面圖中示出第一種解決方案，其包括創建由非導電支撐物10組成的電子模塊，所述支撐物在第一面上裝有適于連接閱讀器的閱讀頭的接觸端的齊平接觸端組12，在另一面上裝有適于連接卡的天線的接觸端14。然后，使用經由專門設計的孔20穿過支撐物的焊金線18將芯片16連接到齊平接觸端組12，同樣通過焊金線22將芯片16連接到天線的接觸端14。隨后，通過澆鑄在上面的樹脂24來保護和密封芯片16以及線18和22。在樹脂硬化之后，如圖2所示，芯片和線被包住，表面上只可以看出接觸端14的一部分，其被設計用來連接天線的焊盤。由于這種模塊的特征在于兩面均有接觸端，其不同于用于制造接觸型智能卡并且僅包括齊平接觸端組的單面集成電路，所以將這種模塊稱為雙面集成電路。
如圖3所示，所述模塊由此在卡體30中所軋出的空孔中形成空倉。所述空孔包括厚度為600μm的內側部分32，其容納被包住的芯片；以及厚度為200μm的外側部分34，其容納表征為齊平接觸端組的電路部分。在空孔的外側部分中還軋出兩個凹孔36，其允許焊盤與天線分開。
下一步驟包括使用使得模塊固定在空孔的外部的粘合劑和使得模塊連接到借助所述兩個凹孔36分開的天線的焊盤的導電粘合劑來插入模塊。外部空孔34的較小表面由于被包在樹脂24中的芯片的大小而不允許粘合劑遍布整個周界。結果，只有在如圖中用陰影表示的兩個位置40和42覆蓋有粘合劑。為此，當卡特別沿著它的寬邊折疊時，利用在模塊的接觸端14與位于凹孔36底部的天線焊盤之間的導電粘合劑制成的連接承受最大的機械彎曲應力。當卡折疊時，芯片16與天線接觸端14之間的焊金連接線22也承受機械彎曲應力。因此，電子模塊承受應力，這可改變與天線的連接，并由此改變卡的可靠性。此外，鑒于標準要求的0.76mm的其小的厚度，在卡體中軋出的空孔削弱了卡的堅固性。由于被包住的芯片的較大尺寸而將接觸端14的位置置于非常靠近模塊邊緣的處理也意味著由于導電粘合劑會移動為淤積狀態并產生與齊平接觸端的短路，所以當將模塊安裝在空孔中時會出現問題。
除了這些機械強度和可靠性的技術問題之外，還必須考慮這種模塊的生產成本。雙面電路的費用大約是單面電路的三倍，而利用金線進行連接進一步增加了卡的成本價格。
電子模塊與天線的連接是生產這種智能卡的問題之一，另一解決方案在于不使用雙面電路。該解決方案在第FR 2 810 768號專利申請中進行了詳細的描述，其包括在將組成卡的各個層壓合在一起之前，直接將芯片移動并連接到天線。隨后，在卡體中軋出非常小的空孔，其適于容納由齊平接觸端組組成的單面電路。通過一組連接凹孔以及布線線路來制成芯片與接觸端組之間的連接，其中，在天線支撐物上預先產生所述布線線路并將其連接到芯片。這一解決方案使得能夠使用單面電路，并且有助于將芯片在卡體中重新定位于下述位置，其中，在所述位置，應力最小(即，中間厚度處)，并且該位置優選地為角落位置。這種解決方案的主要問題來自于將要廢棄的卡。實際中，在卡的制作過程的開始階段就插入了芯片，如果隨后出現了分層或印刷問題，則所述芯片就隨著卡一起被丟棄，這意味著卡的成本價格中一項重要的花費。
發明內容
這就是是研究本發明的原因，本發明的目的在于在不增加混合式接觸-非接觸型智能卡的成本價格的情況下，解決作用于所述卡的天線與電子模塊之間的連接上的機械應力的問題。
本發明的另一目的在于具體提出一種混合式接觸-非接觸型智能卡的制作過程，其中，天線與電子模塊之間的連接能夠經受住施加在卡上的機械彎曲應力。
因此，本發明的目的為一種混合式接觸-非接觸型智能卡的雙面電子模塊，其形成于非導體的支撐物上，并且被設計為安置于卡的空孔中并被連接到嵌入卡中的天線的焊盤。所述空孔包括用于安置芯片的內側部分以及厚度小于內側部分的外側部分，所述模塊在一面上包括一組接觸端，某些接觸端各自覆蓋支撐物中的過孔，調整所述接觸端組，從而接觸端與卡表面齊平。根據本發明的主要特征，在模塊的第二面上是絲網印刷的第一布線線路和第二布線線路，所述第一布線線路的第一端連接到過孔，另一端連接到芯片的焊盤，第二布線線路在一側各自分別連接到絲網印刷的焊盤，在另一側連接到芯片的焊盤中的兩個焊盤，將所述焊盤定位，從而當將模塊插入空孔中時，其面對天線的焊盤，并且允許模塊在設置到這一端的外側部分中沿著它的整個周界來粘合。
通過下面結合附圖進行的描述，本發明的目標、目的和優點將會變得更加清楚，其中圖1示出根據現有技術的雙面電子模塊的截面，圖2示出從芯片側查看的根據現有技術的雙面電子模塊，圖3示出根據現有技術的智能卡以及能夠容納雙面模塊的空孔的位置，圖4示出在其上生成單面印刷電路的膜，圖5示出根據本發明的雙面電子模塊的第一面，圖6示出根據本發明的雙面電子模塊的第二面，圖7示出根據本發明的雙面電子模塊的第二面以及芯片；圖8示出根據本發明的智能卡以及能夠容納雙面模塊的空孔的位置。
具體實施例方式
通過如圖4所示的單面電路來制造實現本發明主題的電子模塊。每個單面電路的特征在于一組齊平接觸端52，其適于連接到閱讀器的讀取頭的接觸端。作為實際中的標準，所述齊平接觸端組通常按照連續方式形成于電子非導體支撐物50的第一面上，在2、4和8個模塊的情況下的寬度分別為35mm、70mm或150mm。所述支撐物50由厚度在0.1到0.2mm之間的環氧型玻璃纖維、聚酯或紙制成。所述接觸端組由銅制成，而且還可利用充入銀粒子或金粒子的導電環氧基的墨對其進行絲網印刷，或者利用導電聚合物來進行絲網印刷。
參照圖5，每個電子模塊由此在它的第一面51上由一組齊平接觸端52-1到52-10組成，某些齊平接觸端被置于支撐物中的過孔(附圖中未示出)上，以便覆蓋所述過孔。通常52-2、52-3、52-4、52-7、52-8和52-9這六個齊平接觸端均穿過過孔。圖6所示的模塊的第二面53的特征在于在膜50的第二面上，通過利用導電墨進行絲網印刷或通過導電聚合物連續進行絲網印刷而形成的圖案。所述導電墨是充入銀粒子或金粒子的環氧類型的墨。在圖6中加黑表示的設計由5條第一布線線路54和2條第二布線線路56和58組成，其中，所述第一布線線路54將5個接觸端52中的每一個連接到被設計用來容納芯片的焊盤的位置，所述第二布線線路56和58被設計用來將芯片的兩個焊盤連接到卡的天線的焊盤。通過過孔來實現第一布線線路54與一組接觸端52-2、52-3、52-4、52-7和52-9之間的鏈接，其中，每個布線線路的端點55形成大于過孔表面的表面，從而過孔的表面被覆蓋。第二布線線路56和58的端點57和59形成兩個焊盤，其定位于距離模塊邊緣約1.5mm處并且處在相對于模塊的另兩個邊緣的中心的位置。根據圖6所示的實施例，焊盤57和59處在相對于模塊的短邊的中心的位置。此外，沿著平行于模塊的短邊的方向排列所述盤。當考慮到模塊的長邊時，所述焊盤距離邊緣足夠遠(優選地為1.5mm或更遠的距離)，以便空出足夠的沿模塊的整個周界的區域，從而可將粘合劑的細珠附在上面。借助于絲網印刷的使用，以及通過根據稱為“倒裝法(flip-chip)”的裝配處理將模塊的有源側直接連接到天線的焊盤上將芯片裝配到模塊上，將焊盤57和59以及形成布線線路54的端點55的焊盤緊密排列。
參照圖7，隨后通過使用非導電粘合劑進行粘合將集成電路60的芯片按照以下方式置于電子模塊的第二面53上將芯片的焊盤設置為相對于5條第一布線線路54，其中，在所述集成電路60上，焊接優選為金焊盤的焊盤。隨后對芯片加壓，從而芯片的接觸端進入為布線線路54、56和58設置的位置。如此構成的雙面模塊隨后從它的支撐物分離，并且被粘合到卡和連接到嵌入卡中的天線的焊盤。
圖8所示的具有標準規格85.6mm×54mm的智能卡體61包括圍繞支撐物壓合在一起的若干層，其中，在所述支撐物上絲網印刷有天線，該電線的兩個端點形成兩個焊盤。優選地，所述天線包括充入銀或導電聚合物的環氧類型的導電墨。在卡體中軋出空孔。所述空孔包括厚度為400μm的內側部分62，其容納芯片60；以及厚度為180μm的外側部分64，其容納表征為齊平接觸端組的電路部分。在外部空孔中還軋出兩個凹孔66，其允許焊盤與天線分開。以下步驟包括使用使得模塊固定在外部空孔上的粘合劑和使得模塊連接到借助所述兩個凹孔36分開的天線的焊盤的導電粘合劑來插入模塊。導電粘合劑是首先從兩個凹孔66的底部上至卡的天線接觸端進行澆注的。隨后將氰基丙烯酸鹽粘合劑置于外部空孔64的周界，從而形成連續的粘合劑帶，其經過空孔66與外部空孔64的邊緣之間。
被設計用來裝入芯片的內部空孔62相對于用來裝入被包住的電子模塊的空孔要小，如圖3所示。通過這種方式，用來分開天線焊盤的空孔也位于中心，并且方便地相對于卡的橫切方向排列，橫切方向也就是指平行于卡的短邊的方向。將粘合劑附在灰色區域98，以便形成細小連續的珠。外部空孔的較大區域以及焊盤的排列允許沿著模塊的整個周界來焊接。通過這種方式，根據本發明的模塊的粘合劑表面68相對于根據現有技術的模塊的粘合劑表面40和42增加了50％。因此，顯著改進了模塊與天線之間連接的可靠性。
通過這種方式制成的電子模塊的優點在于比較薄，這產生了若干相對于將芯片包住的傳統模塊的優勢。在卡體中軋出的空孔的最大厚度是400μm的級別上的，而不是電子模塊被包住情況下的600μm的級別。
優點在于，借助于包含在被澆注進入卡的連接凹孔66中的導電材料里以及絲網印刷的墨里的銀粒子制成天線的焊盤與模塊之間的電連接，從而生成布線線路55和56、模塊第二面上的焊盤57和58以及天線焊盤。
由于通過根據本發明的電子模塊及其用于連接天線的手段提供的優點，施加在天線與芯片之間的連接上的機械應力被減小。
然而，可通過使用諸如硅有機樹脂或聚氨酯的導電粘合劑以便在卡的空孔66中產生電接合，使得所述連接更加能夠抗住機械應力，其中，所述導電粘合劑包括具有柔韌性和半剛性結合的產物。對于環氧類型的墨，將銀和碳充入硅有機樹脂或聚氨酯以使其導電。假設80％的銀粒子具有55μm或更小的大小，銀粒子占了最終產物重量的40％到65％，并具有30-230μm的大小。基于硅有機樹脂或聚氨酯的導電粘合劑被置于卡的連接凹孔66中，以便形成天線與模塊之間的電接合，由于硅有機樹脂或聚氨酯不會產生任何與氰基丙烯酸鹽粘合劑的不相容，所以不需要與用于附上模塊的氰基丙烯酸鹽粘合劑相互作用，所述粘合劑在環境溫度下就會聚合。此外，由于硅有機樹脂和聚氨酯一旦被聚合就會保留某種程度的柔軟性，所以電接合更加能夠抗住機械切斷應力。對配備有所述類型的模塊與天線之間電連接的卡執行斷裂測試類型的機械測試顯示與配備有充入銀的環氧類型的電接合的卡相比，所述卡能夠承受多出25％的斷裂測試。
權利要求
1.一種混合式接觸-非接觸型智能卡的雙面電子模塊，其形成于非導體的支撐物上，并且被設計為安置于卡的空孔中并被連接到嵌入卡中的天線的焊盤，所述空孔包括用于安置芯片的內側部分(62)以及厚度小于所述內側部分的外側部分(64)，所述模塊在支撐物的一面上包括一組接觸端(52-1到52-10)，所述接觸端中的一些各自覆蓋支撐物中的過孔，所述接觸端組被配置為形成與卡表面齊平的接觸端，其特征在于在模塊的第二面上是絲網印刷的第一布線線路(54)和第二布線線路(56和58)，所述第一布線線路的第一端(55)連接到所述過孔，另一端連接到芯片的焊盤，每個第二布線線路(56和58)在一側分別連接到絲網印刷的焊盤(57和59)，在另一側連接到芯片的焊盤中的兩個焊盤，將所述焊盤定位，從而當將模塊插入空孔中時，它們面對天線的焊盤，并且允許模塊在設置到這一端的外側部分(64)中沿著其整個周界來粘合。
2.如權利要求1所述的電子模塊，其中，通過形成電接合的導電材料將所述焊盤(57和59)連接到所述天線的焊盤。
3.如權利要求1或2所述的電子模塊，其中，通過利用充入銀粒子的導電墨進行的絲網印刷來制成天線和焊盤。
4.如權利要求3所述的電子模塊，其中，通過使用充入銀粒子的導電墨來實現第一布線線路(54)和(56和58)以及焊盤(57和59)的絲網印刷。
5.如權利要求2所述的電子模塊，其中，使用充入銀粒子的環氧類型的粘合劑來制成將天線的焊盤連接到模塊的電接合。
6.如權利要求2所述的電子模塊，其中，使用充入銀粒子的硅有機樹脂來制成將天線的焊盤連接到模塊的電接合。
7.如權利要求2所述的電子模塊，其中，使用充入銀粒子的聚氨酯來制成將天線的焊盤連接到模塊的電接合。
8.根據任何上述權利要求的電子模塊，其中，將進行連接的盤(57和59)定位在距離模塊的邊緣超出1.5mm的距離處。
9.一種混合式接觸-非接觸型智能卡，其被配置有根據任何上述權利要求的電子模塊。
全文摘要
本發明涉及一種混合式接觸－非接觸型智能卡的雙面電子模塊，其被設計為安置于卡的空孔中并被連接到嵌入卡中的天線的焊盤，所述模塊在支撐物的第一面上包括一組接觸端(52)，某些接觸端各自覆蓋支撐物中的過孔。根據本發明的主要特征，在模塊的第二面上是絲網印刷的第一布線線路和第二布線線路，所述第一布線線路的第一端(55)連接到所述過孔，另一端連接到芯片的焊盤，每個第二布線線路在一側分別連接到絲網印刷的焊盤(57和59)，在另一側連接到芯片的焊盤中的兩個焊盤，將所述焊盤定位，從而當將模塊插入空孔中時，它們面對天線的焊盤，并且允許模塊沿著它的整個周界來粘合。
文檔編號H01L21/60GK101095220SQ200580045280
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月28日 優先權日2004年12月28日
發明者維吉爾·梅瑞樂斯, 皮埃爾·貝納托 申請人:Ask股份有限公司