非接觸式和雙界面嵌體及其生產方法

2023-12-07 07:31:51 3

專利名稱：非接觸式和雙界面嵌體及其生產方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及智慧卡領域，具體地涉及在智慧卡中使用的非接觸式和雙 界面嵌體的設計和生產方法。
背景技術：
智慧卡也稱為晶片卡和IC卡，是包含一個或多個半導體晶片的近似信用卡大小 的塑料(通常)卡片。智慧卡可以用於許多不同的應用。例如，智慧卡可以在電信業中用 於移動SIM卡和預付費卡。它們可以在銀行業中用於電子支付和交易與驗證應用。它們可 以在安全業中用於從訪問控制到護照、居民身份證和/或駕照的應用。它們還可以在物流 業中用於目標識別和跟蹤性。在許多的這些應用中，卡是「非接觸式」的，這意味著卡使用 射頻(RF)技術在卡和接收器/發射器之間執行數據傳輸。在其它應用中，卡可以是「接觸 式」卡，這需要卡和讀卡器之間的物理連接。此外，「雙界面」卡可以通過使用單晶片模塊而 具有這兩種能力。類似地，複合卡(combi card)可以通過使用一個晶片用於非接觸式應用 和使用一個單獨的晶片用於接觸式應用而實現這兩種能力。當前，可以使用許多不同的工藝製造這些卡。在大多數的這些工藝中，晶片在多個 集成電路(IC)焊盤之間被引線接合到環氧樹脂載帶上。然後可以用紫外線(UV)固化環氧 樹脂通過圓頂封裝(glob top)法對它們進行封裝，或者通過預製腔將它們模塑成期望的形 狀和厚度而成為多種類型的模塊。對於電話卡和銀行卡，最普及的IC模塊是M4或M8模塊 封裝。這些封裝在物理上和電學上遵從多項國際標準組織(ISO)標準，例如，ANSI/IS0/IEC 7816/7810。當今，非接觸式卡以2006年的大約1億-2億塊的相對較少的數量生產，這大約是 當前生產的智慧卡數量的10%。製造非接觸式產品的最常見方法是使用將晶片模塊連接到 在聚氯乙烯(PVC)塑料內預嵌入的導線天線的工藝。通常，通過使用在電子嵌體上層壓的 從而建立卡厚度的附加層裝配電子嵌體(晶片+天線+支撐)來製造帶有天線的空白卡， 例如，ISO 14443標準和ISO 7816ID-1標準。通常，卡製造在例如幾個卡寬度和變化長度 的薄片上。當晶片尺寸封裝的使用增加時，可選的晶片接合技術(例如，倒裝晶片接合)正 由於其在引線接合技術之上的使用而受到歡迎。雙界面卡是接觸式卡和非接觸式卡的衍生品。在層壓之後，將薄片衝壓成單塊卡， 然後研磨用於晶片模塊的空腔。必須採取附加步驟來「層打開(Ply open)」第一研磨空腔 的肩部下面的天線空腔，以接近天線觸點。因為施加上層薄片的層壓工藝遮蓋了天線，所以 僅可以通過使用某種研磨工藝接近天線接線端。然後可以將導電粘合劑放置到研磨的空腔 內，以提供天線引線和晶片模塊上的接觸表面之間的電接觸。導電粘合劑可以是，例如填充 了鎳-聚合物顆粒的環氧樹脂糊。從而，晶片電連接至天線。此外，可以向研磨出的空腔的肩部塗敷不導電的粘合劑，以便將晶片模塊機械固 定到智慧卡卡身上。因為單獨的非導電粘合劑稍便宜並且具有比導電粘合劑更好的粘合質 量，所以它用來將晶片模塊保持在卡身內。
通常使用液體粘合劑，例如氰基丙烯酸酯粘合劑，作為稍便宜的智慧卡的非導電 粘合劑。在更重要的智慧卡應用中，可以使用雙面的熱固化的粘合帶。通常，首先用熱壓機 將這個雙面的熱固化的非導電粘合劑塗敷到晶片模塊的內側。然後，將晶片模塊插入到空 腔內並且通過熱和壓力將塗敷的非導電粘合劑接合到卡身上。當前卡的問題1)非接觸式卡
由於超聲導線嵌入工藝的速度限制，使用導線天線嵌入的產量相當低，這使得與 使用導線嵌入工藝生產這種卡關聯的成本相對較高。2)雙界面卡將晶片模塊可靠地附接至天線引線可能是困難的。例如，即使模塊和天線引線之 間的連接可以通過使用導電粘合劑、熱壓接合或者低溫焊接材料來實現，根據現有技術方 法生產的雙界面卡中還不到80 %是有用的，S卩，十分之二以上是有缺陷的。此外，在製造期間向嵌體添加多層的塑料薄片，以使雙界面卡達到期望厚度。在熱 層壓工藝期間，塑料薄片的各層的不可預測的收縮可以大大降低雙界面模塊和天線之間的 連接可靠性。3)天線業內還公知的是，可選的天線可以通過使用在例如PVC (聚氯乙烯)或者PET (聚 對苯二甲酸乙二醇酯)的塑料膜上蝕刻的層壓鋁來製造，以便生產非接觸式卡。一般而言， 使用這樣蝕刻的天線來生產具有更短的讀取距離的卡(推測具有更低的品質因數或Q因 數)。傳統的知識是蝕刻的鋁天線不能提供電性能，例如，對於使用高頻IS014443Mifare芯 片的系統典型的10cm(最小)和20cm(最大)的讀取距離，也不能提供對於使用高頻ISO 15693Icode SL2晶片的系統典型的60cm(最小)到IOOcm(最大)的讀取距離。由於這些 原因，在使用蝕刻的天線製造ISO卡方面已經沒有主要的開發工作。此外，由蝕刻的鋁製造的天線一直具有開環。為了關閉這個環，必須在天線的外部 和天線的內部之間提供十字連接。當形成完整的天線嵌體時，關閉這個環經常需要額外的 生產步驟。與鋁天線有關的另一問題是，當在高熱和高壓下層壓多種類型的卡時添加到蝕刻 的天線的壓力大小。因此，認為這種卡在ISO工業標準測試上不能夠實現令人滿意的結果。 例如，對於長期耐用性(5年以上的使用)而言，在ISO 10373彎曲和扭轉測試中執行多達 20，000次循環的能力是實際上的工業標準(對於卡的正常使用，ISO 10373規定對於正常 的卡使用 1000 次循環)。傳統上以 M0A2、M0A4、M0B6、FCP2、MCC2、MCC8、M8. 4、D7、D8、CID Pak等模塊形式提供用於無非接觸式和雙界面卡的微模塊。用於非接觸式和雙界面卡的天 線路線選擇和天線端子焊盤位置傳統上對於不同的模塊尺寸輪廓和晶片系統是不同的。一 個模塊(例如，M0A2)中的天線接線端位置處於與另一模塊(例如，FCP2)的接線端位置不 同的位置。這導致生產用於不同應用的嵌體時的低效，因為需要不同的自動化系統和/或 設置來生產嵌體。使生產過程快速地且有效地自動化的能力是保持低生產成本的關鍵。能夠在處理 微模塊中以更好的靈活性以捲筒形式生產天線嵌體是自動化的進步之階，特別是當一根天 線必須迎合許多標準時，即，ISO卡、卡裡普索(Calypso)票據和用於安全文檔的非ISO(例 如ICA09303part-l建議)。目前的生產方法不能實現這種功能。
因此，迫切需要一種改進的製造工藝，該改進的工藝可以連接智慧卡的部件，同時 解決以上討論的問題中的一個或多個
發明內容

本發明的實施方式提供了一種新的方法，以將聚合物PCB附接於天線結構，從而 生產在非接觸式和雙界面卡、票據和安全文檔中使用的嵌體。所述方法提供以超聲方式接 合到天線端子焊盤兩端的薄的聚合物PCB。這個聚合物PCB可以具有或者不具有接合到其 上的晶片。在示例性實施方式中，在由用於接觸式和雙界面模塊的ISO 7816標準指定的 準確位置處放置和連接所述聚合物PCB。所述聚合物PCB可以是具有特定尺寸公差的雙層 PCB。在一些實施方式中，所述聚合物PCB包括金屬表面，以使用超聲接合技術在所述模塊 接觸表面和天線焊盤之間實現電連接。為了解決這些連接問題，可以將銅帶或鋁帶(聚合 物PCB)連接到蝕刻的鋁天線，該蝕刻的鋁天線具有根據ISO 7816尺寸標準放置的兩個接 合焊盤。此外，通過確保接合焊盤位置被設置成使得它們準確匹配接觸模塊附接所需的位 置，可以研磨掉所述聚合物PCB的不想要的部分，以留下兩個連接表面。這些表面(豎直橋) 可以用於將天線直接連接到所述雙界面晶片模塊的所述接觸焊盤，以生產雙界面嵌體。不 包含研磨步驟的相同概念可以將所述聚合物PCB布置為操縱電纜(水平橋)，以在製造非接 觸式嵌體時承載晶片。此外，通過用低維卡軟化塑料薄片將天線層夾在中間，大大地降低了 作用在所述蝕刻的鋁天線上的扭曲和機械應力，天線可以承受更多的彎曲和扭轉循環。本發明的一個方面提供一種用於智慧卡的嵌體，所述嵌體包括嵌體基板；位於 所述嵌體基板上的天線，所述天線具有至少兩個端子焊盤；和聚合物PCB，接合到所述端子 焊盤並且使每個所述端子焊盤之間形成電連接；其中，所述端子焊盤和所述聚合物PCB被 安置成允許所述嵌體用於期望的智慧卡應用，所述應用選自接觸式智慧卡、非接觸式智能 卡、票據、安全文檔、複合智慧卡和雙界面智慧卡；其中，當所述嵌體用於非接觸式智慧卡、 票據、安全文檔或者複合智慧卡時，所述聚合物PCB用作晶片的載體；當所述嵌體用於雙界 面或接觸式智慧卡時，所述聚合物PCB的端部用作帶引線(strap lead)，以將所述雙界面 或非接觸式智慧卡的嵌入式晶片連接到所述天線。所述聚合物PCB可以是具有附接於其正面和背面中的每一個上的鋁箔層或銅箔 層的基板，其中，所述晶片電連接到在所述正面和所述背面其中之一上的所述鋁箔層或銅 箔層和所述端子焊盤，供所述非接觸式智慧卡、所述票據、所述安全文檔或者所述複合智能 卡中使用，並且所述鋁箔層在所述端子焊盤和所述晶片或晶片模塊之間提供電連接。在一些實施方式中，所述晶片可以選自M0A2、M0A4、M0B4、M0B6、MCC2、MCC8、CID、 Cubit、I0A2、E0A2、E0A8、E0A9、FCP3和NSL-I微模塊。所述端子焊盤的面積可以至少是0. 25 平方毫米。所述聚合物PCB可以包括基板，所述基板具有附接於所述基板的正面和背面中 的每一個上的鋁箔層或銅箔層，供生產所述雙界面智慧卡和所述接觸式智慧卡時使用，所 述天線包括三個端子焊盤，並且所述鋁箔層或銅箔層在所述端子焊盤和雙界面模塊之間提 供電連接。所述嵌體可以夾在多個層壓薄片之間以產生所述雙界面智慧卡的坯體。可以研磨 掉所述多個層壓薄片和所述聚合物PCB的一部分，以產生空腔，使得所述聚合物PCB的剩餘 部分提供所述帶引線，所述帶引線用作將所述雙界面模塊電連接至所述天線的塔橋，以生產智慧卡。在一些實施方式中，所述雙界面模塊可以進一步包括一對窗口，以便於將所述雙 界面模塊接合到所述帶引線。可以根據選自ISO 7816/7810ID-1、ID-2、ID-3 標準、ISO 15457TFC. 1 標準、用於 交通票據的卡裡普索標準和ICAO 9303Part-l建議的工業標準放置所述天線焊盤和所述 聚合物PCB。所述天線可以由蝕刻的鋁製成，所述蝕刻的鋁具有大約9微米到大約35微米 的厚度、大約100微米到大約1200微米的跡線寬度和大約100微米到大約1200微米的間
隔寬度。在一些實施方式中，可以使用超聲接合工藝將所述聚合物PCB接合到天線的所述 至少兩個端子焊盤。所述超聲接合工藝可以使用具有至少兩個焊盤的焊頭，所述至少兩個 焊盤的焊盤尺寸是大約0. 25mm乘以0. 25mm,間隔距離大約是0. 5mm，節錐角大約是90度。在一些實施方式中，所述嵌體還可以包括至少一個上部低維卡塑料層。本發明的可選方面提供了一種生產用於智慧卡的嵌體的方法。所述方法可以包括 以下步驟提供嵌體基板，所述嵌體基板上具有天線，所述天線具有至少兩個端子焊盤；提 供聚合物PCB，所述聚合物PCB能夠使所述至少兩個端子焊盤之間形成電連接；以及將所述 聚合物PCB接合到每一個所述端子焊盤上；其中，所述端子焊盤和聚合物PCB被安置成允許 所述嵌體用於期望的智慧卡應用，所述應用選自接觸式智慧卡、票據、安全文檔、非接觸式 智慧卡、複合智慧卡和雙界面智慧卡。在所述方法的一些實施方式中，所述聚合物PCB可以包括基板，所述基板具有附 接於所述基板的正面和背面中的每一個上的鋁箔層或銅箔層，其中，晶片電連接至在所述 正面和所述背面其中之一上的所述鋁箔層或銅箔層以及所述端子焊盤，使得所述超聲接合 步驟在所述天線和所述晶片之間提供電連接，以供所述非接觸式智慧卡、所述票據、所述安 全文檔或者所述複合智慧卡中使用。所述晶片可以是選自M0A2、M0A4、M0B4、M0B6、MCC2、MCC8、CID、Cubit、10A2、E0A2、 E0A8、E0A9、FCP3和NSL-I微模塊的微模塊。所述端子焊盤的面積可以至少是0. 25平方毫 米。在一些實施方式中，所述方法可以進一步包括向所述嵌體的頂部施加至少一個上 部低維卡塑料層，並且向所述嵌體的底部施加至少一個下部低維卡塑料層。所述聚合物PCB 可以包括基板，所述基板具有附接於所述基板的正面和背面的每一個上的鋁箔層或銅箔 層，以供生產所述雙界面和所述接觸式智慧卡時使用。在一些實施方式中，所述方法可以進一步包括至少將第一材料層層壓至所述嵌 體的頂部表面；至少將第二材料層層壓至所述嵌體的底部表面，所述第一材料層、所述第二 材料層和所述嵌體包括用於生產雙界面智慧卡的坯體；以及研磨所述第一材料層和所述嵌 體的一部分以移除所述聚合物PCB的一部分從而產生塔橋，並且提供用於接收雙界面模塊 的空腔。所述方法可以進一步包括將所述雙界面模塊連接到所述坯體，以生產所述雙界面 智慧卡。所述連接步驟可以包括將所述雙界面模塊超聲接合到所述塔橋，以提供到天線的 電連接，並且使用非導電的粘合劑將所述雙界面模塊固定到所述坯體。所述超聲接合工藝可以使用焊頭，所述焊頭具有大約0. 25mm乘以0. 25mm的焊盤
8尺寸、大約0. 5mm的間隔距離、大約90度的節錐角。所述雙界面模塊可以進一步包括位於 其頂部表面的一對窗口。所述窗口可以促進所述超聲接合工藝、軟雷射接合工藝、熱壓接合 工藝或者微型焊機接合工藝。在可選實施方式中，兩個提供步驟可以進一步包括根據工業標準放置所述天線 焊盤和所述聚合物PCB，所述工業標準選自IS07816/7810ID-1、ID-2和ID-3標準、ISO 15457TFC. 1標準、用於交通票據的卡裡普索標準和ICAO 9393Part-l建議。使用超聲接合 工藝，所述聚合物PCB可以接合到所述端子焊盤。


僅通過實施例並且結合附圖，本領域的技術人員將從下面的書面描述中更好地理 解並且清晰明白本發明的實施方式，其中圖1示出用來生產根據本發明的一個實施方式的嵌體的天線單板的俯視圖；圖2a示出了可以附接於圖1的天線單板上的天線以生產根據本發明的一個實施 方式的嵌體的聚合物PCB的俯視圖；圖2b示出了圖2a的聚合物PCB的仰視圖；圖3a示出了圖1的天線單板、圖2a和2b的聚合物PCB、以及根據本發明的一個實 施方式可以用來連接二者的超聲接合機的一部分的橫截面圖；圖3b示出從根據本發明的一個實施方式的圖3a產生的嵌體的橫截面圖；圖3c示出用於生產圖3b和圖5a的嵌體的方法的一個實施方式；圖3d示出圖3a中示出的超聲焊頭的一個實施方式；圖3e示出圖3b的天線嵌體的頂部透視圖；圖4a示出可以附接於圖1的天線單板上的天線以生產根據本發明的可選實施方 式的嵌體的聚合物PCB的俯視圖；圖4b示出了圖4a的聚合物PCB的仰視圖；圖5a示出了根據本發明的可選實施方式的天線嵌體的頂部透視圖；圖5b示出了根據ID-I標準的圖5a的天線嵌體的生產薄片；圖5c示出了根據ID-2標準的圖5a的天線嵌體的生產薄片；圖5d示出了根據ID-3標準的圖5a的天線嵌體的生產薄片；圖5e示出了圖3d的預層壓的嵌體的一個實施方式；圖6示出了可以使用圖5a和圖5b的嵌體生產的雙界面卡的一個實施方式的分解 透視圖；圖7a示出了可以與圖6的雙界面卡一起使用的雙界面模塊的分解的透視圖；圖7b示出了圖7a的雙界面模塊的俯視圖；圖7c示出了圖7a的雙界面模塊的仰視圖；圖8a示出了在裝配之前圖6的層壓的雙界面卡和圖7a_7c的雙界面模塊的一個 實施方式的橫截面圖；圖8b示出了在準備雙界面卡之後圖8a的層壓的雙界面卡和雙界面模塊的橫截面 圖；以及圖8c示出了本發明的裝配的雙界面卡的一個實施方式的橫截面圖。
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詳細描述本發明的實施方式提供了可以用於非接觸式或者雙界面應用的智慧卡嵌體的新 設計及其生產方法。這些卡是根據多項工業標準生產的。在本說明書中，術語「卡」或「智 能卡」包括卡、電子籤證標籤、護照、票據、標籤、識別標籤、防偽標籤和其它安全文檔。所述標準可以包括形狀因子標準(Form Factor standards)、互操作性/調製特徵 標準、安全標準和/或測試標準。例如，形狀因子標準可以包括ISO 7816/7810 (ID-UID-2 和ID-3)尺寸、ISO 15457TFC. 1尺寸。互操作性/調製特徵標準可以包括ISO 14443和ISO 15693 (13. 56MHz)、ISO 18000 (860_965MHz)、服從 UHF 和 EPC 的 RIFD 標準。安全標準可以 包括EALl+和EAL 4+作業系統平臺、EAL5+認證晶片和ICAO建議。測試標準可以包括ISO 10373和FIPS 201。要理解，可以使用附加的標準來生產本發明的實施方式。類似地，還可 以生產非標準卡。圖1示出了用來生產根據本發明的一個實施方式的嵌體220 (參見圖3e、圖5a) 的天線單板102的俯視圖。每個天線單板102可以具有蝕刻在塑料薄片104的正面105 上的天線103。每根天線103可以具有兩個或兩個以上的端子焊盤(terminal pad) 106a, 106b。準確地放置這些端子焊盤106a、106b以便於聚合物PCB的連接，從而生產可以用於 ISO 7816標準ID-U ID-2和ID-3智慧卡和ISO 15457TFC. 1票據的雙界面或非接觸式嵌 體220。在示出的實施方式中，在正面105上提供附加的端子焊盤106c，以促進天線103的 端部之間的電連接。這提供了單個步驟過程，以將非接觸式天線103的開放端連接至聚合 物PCB 200。可選實施方式可以在天線單板102的背面上提供橋(沒有示出)。可以設置 橋的位置以提供到正面105的直通連接，從而為天線103提供連續電路。在優選的實施方 式中，蝕刻的天線103由鋁製成。但是應理解，還可以使用其它金屬，例如銅，來生產蝕刻的 天線103。下面對蝕刻的鋁天線103的所有提述都被認為還包括其它金屬。ID-I、ID-2和ID-3卡和ISO 15457TFC. 1票據全部可以使用採用IC晶片系統的 類似的天線設計概念。這種系統可以包括，例如但不限於ISO 14443類型A、ISO 14443類 型B、ISO 15693晶片或者IS018000-6晶片。但是，依賴於應用，這些標準中的每一個限定 了不同尺寸的卡。例如，ID-I標準可以用來創建居民身份證卡，ID-2標準可以用來創建籤 證貼紙，並且ID-3標準可以用來創建護照(參見，例如圖5b-圖5d)。TFC.1票據可以用來 創建遠程票據務或者公共運輸票據。因為雙界面天線焊盤106a、106b和106c的特定位置 和完成的卡的尺寸可以根據ISO 7816標準得出，所以這裡將不討論這些尺寸。還可以使用 其它標準。如下面將討論的，還可以使用不同的天線焊盤設計和形狀來適應對於單個天線 嵌體200上的多項應用。要理解，僅通過實施例提供了在圖1中示出的特定設計。依賴於 正在使用的特定標準或者依賴於其它設計要求，可以按需要確定天線同心環或繞組的數量 以及接觸焊盤106a、106b和106c的位置。在一些實施方式中，聚合物PCB 200可以包括晶片215 (圖2a)晶片215允許完成 的嵌體220用於非接觸式智慧卡應用。在可選實施方式中，聚合物PCB 200為可以用於雙 界面卡的塔橋提供基礎。因而無論用做非接觸式智慧卡還是雙界面卡，在單個天線單板102 上都提供嵌體220上的全部天線連接106a、106b和106c。下面參照圖2a-圖5e提供這兩 種實施方式的實施例。這些天線單板102提供電子層中作為智慧卡的基礎的部分。最初，塑料薄片104與
10例如鋁箔或銅箔相層壓。還可以使用其它金屬。層壓工藝使用粘合劑薄層(3-5微米)，以 將鋁箔或銅箔接合到薄片104上。塑料薄片104可以具有30微米到200微米的厚度。類 似地，金屬箔可以具有9微米到70微米的厚度。依賴於特定應用，天線103的繞組數量、天線跡線的寬度以及跡線之間的間隔距 離可以變化。在示出的實施方式中，使用了跡線寬度為0. 3mm和間隔為0. 3mm的三個繞組。 在可選實施方式中，繞組的數量可以從大約3變化到7，跡線寬度可以從大約0. 2mm變化到 大約1. 2mm，並且間隔距離可以從大約0. 2mm變化到大約1. 2mm。塑料薄片105可以是，例如但不限於聚氯乙烯(PVC)或者聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、ABS (工程塑料)、PC (聚碳酸酯)、紙、塗有聚乙烯的紙或者PVC/ABS、PVC/PC、PVC/ PET的共聚物。要理解，能夠接收箔層壓片的任何類型的柔性塑料薄片或者甚至天然的或合 成的紙和漿產品都可以用於本發明的實施方式。天線103通常包括幾個同心環或者繞組，以提供適當的接收和傳輸能力。通常可 以通過蝕刻掉不想要的鋁或銅並且通過層壓，而在塑料薄片104的正面105上製備天線 103。使用抗蝕油墨層作為掩模以形成電路圖案層，可以對在PET或者PVC薄片104上層壓 的鋁箔或銅箔進行蝕刻。此後，移除抗蝕油墨層。在可選實施方式中，可以執行類似的步驟， 以在天線單板102的下側產生橋(沒有示出)。這個工藝對本領域的技術人員而言是公知 的，這裡將不對其進行詳細描述。在圖1示出的實施方式中，蝕刻工藝在正面105上產生天線103和接觸焊盤106a、 106b和106c。蝕刻工藝允許接觸焊盤106a、106b和106c大於使用銅線作為天線的對應觸 點，以便於連接不同類型的微模塊(下面詳細討論)。接觸焊盤106a、106b和106c可以具 有不規則形狀，以便於這些連接。依賴於應用，這樣產生的天線103可以具有任何期望的設計。值得注意的是，天線 103可以設計成便於使用高頻(13.56MHz)或者超高頻(860_965MHz)晶片系統。用於設計 智慧卡的天線的方法是本領域公知的。可用來確定特定天線特徵的設計軟體的一個實施例 是公知的由Zeland軟體公司開發的IE3D軟體，所述天線特徵例如為鋁或銅的跡線寬度、長 邊和短邊的間隔寬度。可以理解，對於供智慧卡中使用的特定應用，許多其它程序也可用於 定製設計天線。可以購買從許多公知的出處定製的具有特定定製天線設計的天線單板102的卷 筒或薄片(參見圖5b-圖5d)和/或多種捲筒圖案。例如但不限於，這些捲筒或者薄片在一 行內可以具有1個到5個的天線單板103，依賴於完成的嵌體220的特定應用，在單板103 之間提供各種間距。根據本發明的一個實施方式，包含晶片的聚合物PCB可以連接至天線單板102，以 產生智慧卡嵌體220。為了提供嵌體220的準確的尺寸公差，在設計聚合物PCB時必須小 心。圖2a和2b分別示出了根據本發明的一個實施方式的一般地由參考編號200表示的聚 合物PCB的俯視圖和仰視圖。依賴於PCB的類型和特定應用，可能需要不同的橫截面尺寸。 在圖2a和2b中示出的實施方式中，使用與上面描述的鋁天線蝕刻工藝類似的蝕刻工藝在 兩側用鋁箔製造聚合物PCB 200。還可以使用其它材料，例如，銅。當生產供雙界面應用中使用的嵌體220時，聚合物PCB 200還稱為塔橋。這一點 在下面參照圖4a_5b更詳細地進行討論。
在圖2a中，聚合物PCB 200包括在頂部和底部上分別帶有鋁層的預製的PET基礎 帶(base tape) 2020要理解，對於基礎帶202，還可以使用聚醯亞胺(Kapton)或者其它塑 料，並且還可以使用其它金屬，例如銅。聚合物PCB 200可包括第一金屬化區204a和第二 金屬化區204b。為了生產將在非接觸式應用中使用的聚合物PCB，把第一金屬化區204a連 接到第二金屬化區204b的晶片215可以通過使用例如對本領域技術人員公知的倒裝晶片 接合工藝放置在基礎帶202上。高耐熱級的PET和/或聚醯亞胺防止聚合物PCB在層壓工藝期間融化和導致可能 發生的短路。因此，不必提供帶有通板(plate-through)連接的旁路，以連接天線的開放 端。但是，PET或者聚醯亞胺層的存在可能需要更長的超聲接合時間，以消除聚合物層。使 用雙面金屬化層將超聲接合時間降低至大約1秒鐘。儘管雙面聚合物PCB比單面更貴，但 是考慮到聚合物PCB的相對小尺寸，增加的成本可忽略。下面參照圖3a-3c描述超聲接合 工藝。為了生產雙界面嵌體，可以將不帶有晶片215的基礎帶202接合到天線單板102。 然後需要額外的準備。這個將在下面參照圖4a_圖8c進行討論。在圖2b中，聚合物PCB 200的背面207還可以包括第一金屬化區205a、第二金屬 化區205b和第三金屬化區205c。在聚合物PCB 200的正面和背面上的金屬化區204、205 提供用於連接至天線單板102的天線103上的對應點的第一接合點206a、第二接合點206b 和第三接合點206c。聚合物PCB 200橫跨接觸焊盤106a、106b和106c在精確的位置處連 接到天線單板102。接合分別形成在基礎帶202上的接合點206a、206b和206c以及天線單 板102上的天線焊盤106a、106b和106c之間。有利地，這允許在兩個端部連接天線103，而 同時將聚合物PCB倒裝晶片模塊200連接到天線103。裝配的嵌體220可以用來產生雙界 面卡或非接觸式卡。接觸焊盤106的精確位置可以由特定應用和/或由國際或其它標準確 定。這種標準的一個實施例是ISO 7816規範。在圖1示出的實施方式中，天線103的一端位於環的內側，而天線103的另一端位 於環的外側。焊盤106a和106c提供了天線103的兩個端部的開放連接。通過使用聚合物 PCB 200，接合點206a、206b和206c以及天線焊盤106a、106b和106c之間的超聲接合既閉 合了天線的開放連接，又在非接觸式卡情況中將晶片215連接到天線。當聚合物PCB焊盤 206a連接到蝕刻的天線焊盤106a並且聚合物PCB焊盤206c連接到蝕刻的天線焊盤106c 時，第一超聲接合和第二超聲接合閉合開放天線連接。當涉及生產雙界面嵌體時，第三超聲 接合將雙界面模塊RF焊盤528a連接到聚合物PCB焊盤206a，將雙界面模塊RF焊盤528b 連接到聚合物PCB焊盤206b (參見圖7a到圖7c)。下面敘述適用於使用雙面鋁帶202製備聚合物PCB 200。要理解，當使用雙面銅帶 時，可以採用類似的製備步驟。因為雙界面模塊的用途是用作「單個晶片」以在同一晶片內 執行接觸式和非接觸式處理，所以天線103連接到雙界面模塊520 (圖7a-圖7c)需要鋁帶 或銅帶202用作塔橋，以補償熱層壓之後的塑料收縮。因為聚合物PCB 200的鍍層厚度是 容易定製的或者可改變的，所以通過使聚合物PCB 200用作「柔性凸點」或者「塔橋」可以 更好地實現使雙界面模塊520的厚度與包含嵌體(蝕刻的天線)的卡身匹配。如果目標是製造雙界面嵌體220，那麼銅-PET-銅帶或者鋁-PET-鋁帶202將不需 要連接有晶片(也就是說，不需要倒裝晶片接合)。在此情況下，聚合物PCB 200已經準備
12好超聲接合到天線103。如果目標是生產在非接觸式應用中使用的嵌體220，那麼晶片必須 被倒裝晶片接合到聚合物PCB 200。在一些實施方式中，在預生產過程期間，可以向聚合物 PCB 200提供晶片215。將多種類型的晶片倒裝晶片接合到聚合物帶的工藝是本領域公知 的。圖2a示出了已經附接有晶片的聚合物PCB 200。下面參照圖3a_3e描述將聚合物PCB 超聲接合到天線單板102的工藝。在本發明的實施方式中使用蝕刻的鋁天線103生產用於非接觸式應用的嵌體220 還可以通過將包含晶片的第三方聚合物PCB模塊直接安裝在天線103上來實現。例如但不 限於，可以使用FCP3 (荷蘭的NXP公司)、NSL-1 (荷蘭的Nedcard公司)和其它聚合物PCB 模塊。已經開展了對於基於非聚合物PCB的模塊的工作。還可以使用基於引線框的模 塊，例如，M0A2、M0A4、M0B4、M0B6、MCC2、MCC8、CID pak、Cub i t、10A2、E0A2、E0A8、E0A9、N0A2、 N0A3等，來連接到蝕刻的鋁天線。為了適應這些各種各樣的微模塊，可以設計具有變化的幾 何尺寸形狀的端子焊盤106a、106b和106c，例如但是不限於階梯形或者其它圖案。換句話說，使用蝕刻的鋁作為天線103，可以綑紮寬範圍的材料，例如，引線框、聚 合物或金屬化帶。一旦聚合物PCB 200附接至天線單板102上的天線接觸焊盤106，則可以 在利用熱層壓或冷層壓添加了頂部薄片之後採用完成的嵌體220來生產複合卡、非接觸式 智慧卡或者雙界面卡。使用多種技術，例如釺焊、壓接、使用導電粘合劑的粘結和熱壓接合(也稱為微 焊)，將非接觸式微模塊傳統地附接於銅線天線。熱壓接合是目前最廣泛使用的技術。但是， 因為存在可能阻止良好電氣觸頭的聚合物材料層，所以可能難以將這項技術應用於聚合物 PCB。在優選的實施方式中，聚合物PCB 200 (附接有或者沒有附接晶片)使用超聲接 合連接到天線單板102。圖3a示出了在進行超聲接合以生產嵌體220之前天線單板102、 包含晶片215的聚合物PCB 200以及部分的超聲接合機的橫截面圖，其一般地由參考數字 300表示。圖3b示出了在已經執行了超聲接合之後圖3a的嵌體220。圖3e示出了天線嵌 體220的一個實施方式的透視圖。超聲接合在天線單板102和聚合物PCB 200之間提供電 連接和機械連接，以生產嵌體220。在圖3b中通過圖形將這個連接示出為點107a、107b和 107c。儘管圖3a示出了包含晶片215的聚合物PCB 200的接合工藝，要理解，類似的工藝 可以用於不包含晶片的聚合物PCB 200。下面參照圖4a-圖5b更詳細地進行討論。包含 不帶有晶片的聚合物PCB 200的嵌體220可以用來生產雙界面智慧卡。下面參照圖5-圖 7討論生產雙界面智慧卡的工藝。為了將聚合物PCB 200以超聲方式接合到天線單板102，需要具有期望圖案的超 聲焊頭302a、302b和302c以及鐵砧304a、304b和304c引起聚合物PCB 200的接合焊盤 206a、206b、206c的金屬表面和天線單板102上的天線103的接觸焊盤106a、106b、106c的 金屬表面的分子間的相互擴散。焊頭302a、302b和302c之間的間距可以由特定應用確定。 例如，在圖3a示出的實施方式中，焊頭302c、302b之間的間距大約是4. 8mm，焊頭302b、 302c之間的間距大約是10. 9mm。要理解，還可以按需要使用許多其它間距。超聲接合機採用振動、力和時間，通過擠壓待連接在一起的部分並且使它們彼此 摩擦以打碎並驅散表面氧化物和汙物而形成焊接。所形成的乾淨的基礎金屬表面被緊緊地夾持在一起。在不達到正在連接的金屬的融化溫度的條件下，使晶界在彼此的原子距離內， 允許在整個界面上強的原子吸引力以建立冶金接合。通常，超聲接合過程始於將基板(天線單板102)放置在平板上。可以通過真空 將基板保持在適當位置。然後使用真空壓力和特定的超聲接合頭302將帶有或不帶有芯 片215的聚合物PCB 200固定在天線單板102上。通過採用振動、力和時間，然後使用焊頭 302和鐵砧304形成電和機械連接。仔細調整倒裝晶片模塊200和天線單板102之間的共 面性。當施加超聲功率時，聚合物PCB 200和焊頭302沿著水平設置方向振動。由於聚合 物PCB 200的第一金屬表面(接合焊盤206a、206b和206c)和天線焊盤106a、106b和106c 的第二金屬表面的相對運動，摩擦和熱使氧化物破碎並且驅散表面氧化物和汙物。這在它 們之間形成微焊，從而產生裝配的嵌體220。在圖3c中示出了用於生產嵌體220的方法的一個實施方式，其總體上用附圖標記 350標識。方法350可以包括如由附圖標記352示出的第一步驟，該第一步驟提供其上具有 天線的嵌體基板，所述天線具有至少兩個端子焊盤106a、106b。方法350還可以包括以下 步驟提供能夠在至少兩個端子焊盤106a、106b之間進行電連接的聚合物PCB200、250，如 由附圖標記354所示；以及將聚合物PCB 200、250接合到端子焊盤106a、106b中的每一個 上，使得端子焊盤106a、106b和聚合物PCB 200,250被定位成允許嵌體220用於期望的智 能卡應用，所述應用選自接觸式智慧卡、票據、安全文檔、非接觸式智慧卡、複合智慧卡和雙 界面智慧卡。下面參照圖4a-圖8c討論附加步驟。上面討論的接合步驟可以包括將聚合 物PCB以超聲方式接合到端子焊盤。圖3d示出了焊頭302的優選實施方式。焊頭302可以具有焊盤320、節錐角322 和間隔距離324。當執行超聲接合時，焊頭盤尺寸、節距、焊頭和鐵砧圖案以及單位總可接 合區域的焊盤的數量可以影響接合過程的質量。接合力(壓力，以kPa測量)、幅度(μπι)、 超聲功率(焦耳)和接合時間(秒)也是主要因素。在圖3b示出的實施方式中，焊盤大小 320可以是大約0. 25mm乘以0. 25mm、間隔距離324可以是大約0. 5mm，節錐角322可以是大 約90度。儘管示出的焊頭3b的實施方式的總體形狀是圓形，但是要理解，還可以使用其它 形狀。類似地，焊盤320的尺寸、節錐角322和間隔324可以變化。 在一個實施方式中，向在50微米的PET基板上具有30微米鋁層的天線單板102施 加大約140kPa、幅度為45微米、功率為100焦耳的接合力大約1秒鐘。要理解，多種因素的 許多其它組合也可以用於產生天線單板和聚合物PCB 200之間的有效超聲接合。一旦完成 接合，可以對所結合的結構進行測試，以保證良好的電和機械連接。例如，可以提供能夠對 於某一標準進行測試的內嵌的功能測試儀。標準可以是，例如但不限於ISO 14443類型A、 ISO 14443類型B、ISO 15693、UHF ISO 18000-6等。可以在生產線的末端放置讀卡器，以 根據累計的良品率跟蹤互連。如果良品率低於閾值，例如99%，則可以停止生產，並且可以 檢查焊頭302是否有磨損和裂口。還可以檢查聚合物PCB200和/或其它要素的對準。用 於執行這樣測試的許多其它技術是本領域公知的。 圖4a和圖4b分別示出了可以與天線單板102 —起使用以生產在雙界面應用中使 用的嵌體220的聚合物PCB(其總體上用附圖標記250標識)的可選實施方式的俯視圖和 仰視圖。聚合物PCB 250包括在正面253上帶有銅層或鋁層252a、252b的預製的PET基礎 帶251。類似地，背面255上具有銅層或鋁層254a、254b和254c。要理解，還可以使用PVC
14或其它塑料。部分的正面銅層或鋁層252a、252b以及部分的背面銅層或鋁層254a、254b和 254c提供用於附接於天線單板102的天線焊盤106a、106b和106c的對應的接合點256a、 256b和256c。上面參照圖3a到圖3d討論了接合聚合物PCB 200、250的工藝。當聚合物PCB 250用作塔橋時其總厚度應當足夠大，以補償雙界面模塊和表面研 磨的天線之間的卡結構和對準缺失。所述厚度還應當考慮到層壓之後預計的塑料收縮量。 下面將參照圖6討論覆蓋層。因而，可以用作塔橋的聚合物PCB 250應當具有範圍從120 微米-180微米的厚度。這個厚度可以採用例如在兩側被兩個35-70微米的鋁層夾入中間 的38微米的PET來實現。在優選的實施方式中，聚合物PCB250的厚度應當包括38微米的 PET以及在PET每一側的50微米的鋁，總計大約150微米(包括在兩個金屬層和PET之間 的每一個粘結層的5微米)。出於大批生產的目的，可以以多種構造生產包含多個天線單板102的薄片。圖 5b-圖5d示出了薄片101的幾個實施例，薄片101包含準備用於智慧卡應用的多個裝配嵌 體220。圖5b示出根據ID-I標準準備的三個嵌體220。圖5c示出根據ID-2標準的多個 嵌體220，圖5d示出根據ID-3標準為生產護照或者其它檔案準備的多個嵌體220。類似地，可以在適合於大批生產的大捲筒中生產聚合物PCB 200、250(帶有或者 不帶有接合到它們的晶片215)。儘管聚合物PCB 200和天線單板102都採取捲筒形狀，但 是聚合物PCB 200可以連接到天線單板102，並且高速直列式設備(in-line machine)可 以裝備有切割和分發單元，以安裝聚合物PCB 200,250並且將它們綑紮到平板上的天線單 板102的連續捲筒上，以實現超聲接合工藝。然後可以將所形成的智慧卡嵌體220分離成 4 X 6個單板或者3 X 8個單板構造的嵌體薄片規格。依賴於使用的特定層壓機，其它構造也 是可能的。為了製造非接觸式卡，所完成的帶有接合了倒裝晶片的聚合物PCB 200的嵌體 220，現在連接至天線焊盤106a、106b和106c，其然後可以經歷一個或多個預層壓或者層壓 步驟來生產易於運輸的半成品。例如，在聚合物PCB 200超聲接合到鋁天線103的端子焊 盤106a、106b和106c之後，可以將嵌體切割成薄片規格，最通常地包括3 X 8個單板、4 X 6 個單板，和/或按需要的其它規格。圖5e示出了圖3d的預層壓的嵌體的一個實施方式，其總體上用附圖標記270標 識。預層壓的嵌體270可以包括第一頂部薄片272、附加薄片274、最終頂部薄片276和底部 薄片278。可以將這些頂部薄片272、274和276添加到嵌體220，以產生預層壓的嵌體270。 在一些實施方式中，頂部薄片272、274可以包括凹進窗口，使得晶片215位於凹進窗口內以 提供「零壓」負載保護。因而示出第一頂部薄片272具有凹進窗口 273，而附加薄片274包 括凹進窗口 275。可選地，頂部薄片272、274中的一個或多個可以選自具有比支撐層104更低的維 卡軟化點的材料。維卡軟化點由用於不具有明確熔點的多種聚合物材料的工業標準限定。 熱層壓是不通過使用粘合劑在增加的溫度和壓力下將兩個或多個層或者塑料薄片接合在 一起的一種方法。溫度和壓力對於層壓質量具有相反效果。溫度需要足夠高以允許層熔化 在一起。但是，由於溫度和壓力，薄膜(因而天線)可以開始流動，導致薄片(因而天線) 變形。例如在頂部薄片272中使用更低維卡軟化點的材料允許薄片272在預加熱循環期間 在相對低溫(例如，60攝氏度)下軟化並且「熔化」。這允許在對嵌體220施加任何壓力之
15前，薄片272開始包含並且嵌入蝕刻的鋁天線103的75%。添加這種低維卡軟化材料極大 地增強了天線103的表面平整性和結構/機械耐久性。因此，通過使用低維卡塑料薄片272 覆蓋嵌體220並且包括用於聚合物PCB 200的窗口 273，可以通過在層壓期間防止由間隔寬 度的改變導致的蝕刻天線跡線的任何變形來降低工作頻率的偏移。目標是在層壓前和層壓 後保持由蝕刻的天線的跡線寬度和間隔寬度決定的天線電容值。如果在層壓工藝期間天線 的跡線寬度(頸縮)和間隔寬度發生任何變化，則Q因數可能改變，讀取距離可能偏離(由 於寄生電容改變)並且蝕刻的天線可能發生彎曲或者在最壞的情況下實際上折斷。對於圖5e示出的實施方式，第一頂部薄片272可以具有大約40微米的厚度，附加 薄片274可以具有大約150微米的厚度，並且最終頂部薄片276和底部薄片278中的每一 個可以具有大約40微米的厚度。要理解，依賴於正使用的特定元件，可以使用其它厚度。在一些實施方式中，為了創建ISO 15457TFC. 1預層壓的嵌體，用於遠程票據務 的預層壓票據嵌體270的厚度應當是大約280微米+/-40微米。類似地，為了創建ISO 7816/7810ID-1預層壓嵌體，預層壓的卡嵌體270的厚度應當是大約400微米+/-40微米。 對於ISO 15457TFC. 1票據，所完成的產品270的厚度應當是大約360微米+/-40微米。對 於ISO 7816/7810ID-1卡，卡的厚度應當是大約760+/-40微米。在一個實施方式中，為了進一步預層壓嵌體220，可以用單排的ID-2大小的天線 在卷到卷過程(reel-to-reel process)中將卷到卷的頂部薄片，例如100微米的PVC薄 膜，堆疊到鋁箔和PET樹脂薄膜的蝕刻體的表面上。這個頂部薄片可以具有衝壓出的凹進 窗口，使得晶片模塊位於這個用於「零」壓負載保護的凹進處內。此外，印刷有背面粘性的安 全標籤的頂部薄片和覆蓋薄片可以卷過(go over)天線捲筒，以生產例如電子籤證頁。這 允許大量生產電子籤證。許多其它應用也可以使用類似技術來提供大量的生產量。在可選實施方式中，可以將ID-3大小的蝕刻鋁嵌體220集成到前端和後蓋或者夾 頁，以生產護照。可以沿著護照頁的邊緣對護照嵌體上的蝕刻的天線103進行優化和定製。 封裝了環氧樹脂的模塊，例如M0B4或者M0B6，更適合於長壽命周期使用。還可以通過使用 前面描述的超聲技術實現將M0B4和M0B6模塊連接到天線焊盤。將聚合物PCB 200,250準確放置到天線單板102上允許嵌體220用於多種應用。 如果不使用嵌體220來製造非接觸式卡，而是採用聚合物PCB 200,250擔當天線端子焊盤 106a、106b和106c以及雙界面模塊之間的橋，則可以生產雙界面卡。在這個實施方式中，聚 合物PCB200、250可以附接於如上所述的天線焊盤106a、106b和106c。為了在蝕刻的鋁天 線焊盤106a、106b和106c以及聚合物PCB 200、250之間形成可靠的連接，無論使用銅還是 鋁都必須破壞氧化鋁層。不管工藝是否用來將鋁接合到鋁還是將銅接合到鋁，事實都是這 樣。上面參照圖3a論述的超聲接合工藝實現了這項功能。然後可以研磨掉一部分的聚合 物PCB 200,250,以提供用於雙界面模塊或者接觸式模塊的接觸引線。這一點將在下面進行 討論。為了生產雙界面卡，必須了解整個卡的構造以及涉及的多個層。圖6示出了總體 上用附圖標記500標識的雙界面卡的一個實施例實施方式的分解透視圖。要理解，僅為了 說明目的提供了這個實施方式。雙界面嵌體220和描述的用於生產智慧卡的多種方法可以 應用於具有比在實施例實施方式中示出的那些卡更多或更少的層的任何類型的智慧卡。圖 6示出的雙界面卡500的分解圖示出了已經完成研磨過程(下面討論)之後的卡500。
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雙界面卡500可以包括具有大約40微米厚度的上層覆蓋薄片502、具有大約210 微米厚度的上層印刷薄片504、具有大約40微米厚度的頂部覆蓋薄片510、具有大約100微 米厚度的嵌體薄片220、具有大約40微米厚度的底層覆蓋薄片512、每個100微米的兩個附 加薄片508和506、具有大約210微米厚度的底層印刷薄片514以及具有大約40微米厚度 的底層覆蓋薄片516。頂部覆蓋薄片510和底部薄片512可以在上面討論的預層壓階段附 接於嵌體薄片220上。上面論述的尺寸僅用於說明目的。要理解，還可以使用具有不同厚 度的更多或更少的薄片。還要理解，卡可以在雙界面模塊520的插入之前被製成單體(通 過從所層壓的薄片衝壓)並且遵從包括頂部/底部印刷薄片和覆蓋薄片的0. 76+/-40微米 的ISO 7816/7810標準厚度。可以將雙界面模塊520安裝在雙界面卡500上。圖7a示出了雙界面模塊520的一 個實施方式的分解透視圖。圖7b和圖7c分別示出了雙界面模塊520的俯視圖和仰視圖。 雙界面模塊520可以包括上層鍍金-鎳的銅層522、中間環氧玻璃層524 (例如，由環氧樹脂 層壓片製成)和提供環氧樹脂封裝以保護晶片的底層526。中間層524的背面可以包括一 層銅或者其它金屬。可以對鍍金_鎳的銅層522進行蝕刻，以生產用於接觸晶片輸入/輸 出引腳連接的適合電路。類似地，可以從中間層524的背面上的銅層對一對雙面金屬化焊 盤528a、528b以及連接點527a、527b進行蝕刻，以在雙界面模塊520和嵌體220中的天線 103之間提供RF電連接。典型的雙界面微處理器晶片具有6個輸入/輸出引腳(S卩，電源、復位信號、時鐘 信號、地線、編程電壓和數據輸入/輸出)。在IS0/IEC1/SC17標準內預留剩餘的兩個觸點， 供今後使用。這6個引腳連接到各自的ISO 7816/7810規範位置，通過環氧玻璃帶中的孔 533連接到各自的頂部金屬化層522。雙界面晶片的RF部分僅具有兩個引腳。依賴於芯 片和金屬化焊盤528a、528b之間的最短關鍵路徑，這兩個引腳可以沿著環狀圓形軌道連接 到最近的圓形焊盤527a、527b。底層526可以封裝用來製造多個電連接(例如，圓形焊盤 527a、527b和模塊520之間的連接)的多條導線531 (圖8a)。層522、524中的每一個可以具有一對相應的窗529a、529b，窗529a、529b便於超 聲接合頭302的進入，以將金屬化焊盤528a、528b超聲接合到嵌體220上的塔橋的對應部 分。可以將這些窗529a、529b放置在區域531外面的模塊上的任何位置，區域531包含模 塊520內的6個ISO 7816接觸模塊電連接和晶片。任何類型的雙界面模塊520可以用來構造根據實施方式的雙界面卡500。例如但 不限於，模塊可以是D7或D8模塊(ST微電子)、M8.4模塊(英飛凌(Infineon))或者本領 域的技術人員公知的其它模塊中的任何一種。當使用M8. 4模塊時，上層可以具有13mm乘 以11. 8mm的尺寸。模塊520可以具有大約0. 58mm的厚度。底層526可以是大約8. 6mm乘 以8. 6mm,厚度大約是0. 35mm。在大批生產中，可以在35mm的帶捲筒上遞送模塊520，每行 2個模塊的矩陣以及模塊之間的間隔大約為14. 25mm。為了將雙界面模塊520連接到雙界面卡500，應當採取幾個預備步驟。圖8a-圖 8c示出了該過程。圖8a示出了在採取任何預備步驟之前層壓的雙界面卡500和雙界面模 塊520的一個實施方式。圖8b示出了準備接受雙界面模塊520的雙界面卡500。圖8c示 出了安裝了雙界面模塊520的裝配的雙界面卡500。注意圖不是按比例繪出的，而是僅提供 它們來說明研磨過程。
圖8a示出了包含附接有聚合物PCB 200、250的嵌體220的雙界面卡500。為了將 雙界面模塊520連接到卡500，必須研磨卡500的一部分以暴露一部分的聚合物PCB 200、 250，一部分的聚合物PCB 200、250然後用作塔橋。塔橋用作帶狀引線，以提供雙界面模塊 520和天線103之間的電連接。在一個實施方式中，當準備用於雙界面卡500的帶有聚合 物PCB 250的嵌體220時，具有至少35微米的鋁箔表面的塔橋是優選的。參照圖8b，可以 從雙界面卡500中精確研磨出兩個分離的腔。可以對與模塊520的外邊緣對應的第一腔 602進行研磨，以暴露塔橋200。對第二腔604進行精確研磨，以容納雙界面模塊520的底層 526。當準備第二腔604時，還研磨掉塔橋200的中央部分，留下仍然電連接到如前所述的 天線103的對應的接觸引線200a、200b。此外，在優選實施方式中，還可以研磨掉接觸引線 200a、200b的5-10微米部分，分別在接觸引線200a、200b中留下微小溝槽606a、606b。這 些溝槽606a、606b使一部分的接觸引線200a、200b暴露出，以確保接觸引線200a、200b之 間的良好電連接，可以對接觸引線200a、200b進行研磨，以提供用於超聲接合的暴露引線， 所述超聲接合分別在金屬化焊盤528a、528b和接觸引線200a、200b之間形成電連接。溝槽 606a、606b可以形成有專門設計的寬度和深度，以接收位於雙界面模塊520上的對應的金 屬化焊盤528a、528b。如上所述，對接觸引線200a、200b和金屬化焊盤528a、528b的準確大小和位置進 行選擇，以確保遵從期望的標準。例如，可以使用ISO 7816-1物理規範。可選地，依賴於對 於所裝配的智慧卡500的特定設計考慮，可以使用其它特定規範。可以使用的其它規範的 實施例可以包括 ANSI/IS0/IEC 7816/7810 和 ISO 10373。為了將晶片模塊520機械地附接於智慧卡500的卡身上，可以向第二腔604的底 部605和/或向雙界面模塊520的下層526的下部表面526a塗敷非導電的粘合劑。非導 電的粘合劑可以是，例如但不限於氰基丙烯酸脂、環氧樹脂、光敏環氧樹脂和丙烯酸脂。此 外，可以向架臺602而不是向天線接觸引線200a、200b以及第二腔604內的其它位置塗敷 非導電粘合劑或者熱固化德莎(Tesa)膠帶，以便將晶片模塊520機械地固定到智慧卡500 的卡身上。在一些實施方式中，可以在下層526的下表面526a貼上熱熔膠帶。熱熔膠帶可 以具有可以適應使用上面描述的非導電粘合劑的一個或多個孔。在大批生產過程中，可以將雙界面模塊520固定在膠帶的捲筒(沒有示出)上，以 便於快速裝配智慧卡500。在這個過程中，然後可以從膠帶的捲筒上移走雙界面模塊520並 且將其翻轉或者插入，以使其金屬化焊盤528a、528b分別與天線接觸引線200a、200b對準。 用垂直於基板表面的較小的力將雙界面模塊520放置在第一和第二腔602、604內，以完成 裝配。在優選的實施方式中，研磨的腔602、604的總深度應當匹配雙界面模塊520的厚度。 模塊的Z向深度位置的詳細要求在ISO 7816-1標準中清晰地規定，從而接觸表面上沒有點 比卡的相鄰表面高0. 05mm或者低0. Imm0這允許雙界面模塊520的頂部在對應的ISO 7816 讀卡器(沒有示出)的規範內。使用具有0. 5mm到Imm直徑的焊接瓣(weld lobe)的定製的超聲焊頭302，超聲焊 頭302可以通過窗口 529a、529b到達金屬化焊盤528a、528b，以形成與天線接觸引線256a、 256b的電和機械連接。在可選實施方式中，通過使用對本領域的技術人員公知的晶片處理 技術，可以處理和連接雙界面模塊520。圖8c示出使用上面概述的步驟生產的雙界面智能 卡500的橫截面圖。然後可以使用半導體等級熱塑性或者熱硬化性高溫熱熔膠封閉腔529a和 529b。上面所述的嵌體的實施方式相對於現有技術提供了幾項優勢。超聲接合工藝使用 聚合物PCB實現天線連接的通板(plate-through)效應。這提供了對於非接觸式智慧卡、 複合智慧卡和雙界面智慧卡有用的固態連接。本發明的實施方式使用帶有聚合物PCB的蝕刻的鋁天線生產非接觸式嵌體。通過 將包括晶片模塊的聚合物PCB放置為操縱線纜(使用聚合物PCB作為水平橋)，可以生產用 作非接觸式卡的嵌體。可能沿著當前布局的路徑的豎直軸將非接觸式聚合物帶延展到任何 位置，在這裡第二位置等待聚合物PCB帶，因而為確定可以將聚合物PCB在哪裡附接於該非 接觸式天線提供了更多靈活性。通過放置用作虛擬帶(dummy strap)的聚合物PCB，可以通 過使用聚合物PCB上的更厚的金屬層作為垂直橋來創建塔橋。然後可以生產用作複合卡、 接觸式卡或者雙界面卡的嵌體。當前，工業上具有足夠的能力來製造2億隻接觸式&雙界 面卡。在不必對製造卡中使用的昂貴設備進行升級或者以其它方式更改的條件下，根據這 些實施方式生產的嵌體允許現有卡製造商使用現有設備來製造非接觸式卡和雙界面卡。使用具有蝕刻的鋁天線生產的ISO卡的實施方式能夠忍受多達20，000個周期的 ISO 10373彎曲和扭轉測試。因而證明了錯誤的傳統知識，傳統知識預測這種卡僅能夠執行 幾個或者幾千個周期的IS010373彎曲和扭轉可靠性測試。根據嵌體的實施方式生產的卡 還能夠達到對於近處晶片規定的通信距離，即，對於Mifare IK卡最小10cm，Mifare IK卡 使用在關於ISO 14443晶片的ISO 10373測試方法中規定的讀卡器測試標準。使用三層低維卡軟化塑料來將天線層夾在中間有助於防止天線扭曲。此外，使用 這種塑料強化了蝕刻的天線抵抗電容變化，電容變化可能由於壓力的原因在其它方面產 生，壓力是通過在熱層壓過程期間引起扭曲的熱維卡剛性薄片提供在蝕刻的天線上的。本發明的嵌體允許生產複合卡、接觸式卡、非接觸式卡或者使用蝕刻的鋁嵌體作 為基礎天線的雙界面卡。這大大縮短了製造過程需要的時間，因為可以以捲筒形狀生產蝕 刻的天線、附加的頂部薄片和印刷的(安全特徵或者甚至粘性標籤)覆蓋層。因為可以以 鋸齒形、階梯形或者其它變化的圖案設計對蝕刻的天線終端進行構圖，所以容易使嵌體的 實施方式適應於使用通常在封裝非接觸式模塊和雙界面模塊中使用的多種工業微模塊。此 外，當生產雙界面卡時，上述過程使卡具有使用傳統的銅線技術不能實現的可靠性。要理解，儘管對天線結構的一種設計進行討論以示出過程，但是任何類型的天線 結構或設計(例如，圓形、矩形、方形或者其它奇怪形狀和尺寸的天線形狀)都可以用於 嵌體的實施方式。可以以任何尺寸生產具有最終用戶期望的任何厚度的卡。類似地，使用 在多種智慧卡應用(例如，HF、UHF和其它應用)中使用的許多種晶片或模塊可以製造嵌 體。這些嵌體可以用於這樣的應用中，這些應用可以包括但是不限於HF IS014443類型A、 ISO 14443類型B、ISO 15693、符合ISO 18000UHF或者EPC的RFID，或者任何其它形狀要 素雙界面或非接觸式使用(例如，ISO 7816/7810 (ID-l、ID-2和ID-3)票據、標籤和卡、ISO 15457TFC. 1票據、用於交通的卡裡普索標準、用於RFID規範的EPC標準和用於安全文檔的 ICAO 9309Part-l 建議。可以理解，在不背離如概括描述的本發明的精神或範圍的條件下，可以如在特定 實施方式中示出的那樣對本發明進行多種變化和/或修改。因此在任何方面將提供的實施 方式認為是說明性的而不是限制性的。
權利要求
一種用於智慧卡的嵌體，所述嵌體包括嵌體基板；位於所述嵌體基板上的天線，所述天線具有至少兩個端子焊盤；和聚合物PCB，接合到所述端子焊盤並且使每個所述端子焊盤之間形成電連接；其中，所述端子焊盤和所述聚合物PCB被安置成允許所述嵌體用於期望的智慧卡應用，所述應用選自接觸式智慧卡、非接觸式智慧卡、票據、安全文檔、複合智慧卡和雙界面智慧卡；其中，當所述嵌體用於非接觸式智慧卡、票據、安全文檔或者複合智慧卡時，所述聚合物PCB用作晶片的載體；並且其中，當所述嵌體用於雙界面或接觸式智慧卡時，所述聚合物PCB的端部用作帶引線，以將所述雙界面或非接觸式智慧卡的嵌入式晶片連接到所述天線。
2.根據權利要求1所述的嵌體，其中，所述聚合物PCB包括基板，所述基板具有附接於 其正面和背面中的每一個上的鋁箔層或銅箔層，其中，所述晶片電連接到在所述正面和所 述背面其中之一上的所述鋁箔層或銅箔層和所述端子焊盤，供在所述非接觸式智慧卡、所 述票據、所述安全文檔或者所述複合智慧卡中使用，並且所述鋁箔層在所述端子焊盤和所 述晶片或晶片模塊之間提供電連接。
3.根據權利要求2所述的嵌體，其中，所述晶片模塊選自M0A2、M0A4、M0B4、M0B6、MCC2、 MCC8、CID、Cubit、I0A2、E0A2、E0A8、E0A9、FCP3 禾口 NSL—1 微模塊。
4.根據權利要求2或3所述的嵌體，其中，所述端子焊盤的面積至少是0.25平方毫米。
5.根據權利要求1或4所述的嵌體，其中，所述聚合物PCB包括基板，所述基板具有附 接於其正面和背面中每一個上的鋁箔層或銅箔層，供生產所述雙界面智慧卡和所述接觸式 智慧卡時使用，所述天線包括三個端子焊盤，並且所述鋁箔層或銅箔層在所述端子焊盤和 雙界面模塊之間提供電連接。
6.根據權利要求5所述的嵌體，其中，所述嵌體夾在多個層壓薄片之間，以產生所述雙 界面智慧卡的坯體。
7.根據權利要求6所述的嵌體和卡，其中，研磨掉所述多個層壓薄片和所述聚合物PCB 的一部分，以產生空腔，使得所述聚合物PCB的剩餘部分提供帶引線，所述帶引線用作將所 述雙界面模塊電連接至所述天線以生產所述智慧卡的塔橋。
8.根據權利要求7所述的嵌體，其中，所述雙界面模塊進一步包括一對窗口，以便於將 所述雙界面模塊接合到所述帶引線。
9.根據前面的權利要求中任何一項所述的嵌體，其中，相應地安置所述天線焊盤和所 述聚合物PCB，以適合工業標準，所述工業標準選自ISO 7816/7810ID-l、ID-2和ID-3標準、 ISO 15457TFC. 1標準、用於交通票據的卡裡普索標準和ICAO 9303Part_l建議。
10.根據前面的權利要求中任何一項所述的嵌體，其中，所述天線包括蝕刻的鋁，所述 蝕刻的鋁具有大約9微米到大約35微米的厚度、大約100微米到大約1200微米的跡線寬 度和大約100微米到大約1200微米的間隔寬度。
11.根據前面的權利要求中任何一項所述的嵌體，其中，使用超聲接合工藝將所述聚合 物PCB接合到所述天線的所述至少兩個端子焊盤。
12.根據權利要求13所述的嵌體，其中，所述超聲接合工藝使用具有至少兩個焊盤的焊頭，所述至少兩個焊盤的焊盤尺寸至少是0. 25mm乘以0. 25mm，間隔距離大約是0. 5mm，節 錐角大約是90度。
13.根據前面的權利要求中任何一項所述的嵌體，進一步包括 至少一個上部低維卡塑料層。
14.一種生產用於智慧卡的嵌體的方法。所述方法包括以下步驟提供嵌體基板，所述嵌體基板上具有天線，所述天線具有至少兩個端子焊盤； 提供聚合物PCB，所述聚合物PCB能夠使所述至少兩個端子焊盤之間形成電連接；以及 將所述聚合物PCB接合到每一個所述端子焊盤上；其中，所述端子焊盤和聚合物PCB被安置成允許所述嵌體用於期望的智慧卡應用，所 述應用選自接觸式智慧卡、票據、安全文檔、非接觸式智慧卡、複合智慧卡和雙界面智慧卡。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述聚合物PCB包括基板，所述基板具有附接 於所述基板的正面和背面中的每一個上的鋁箔層或銅箔層，其中，晶片電連接至所述正面 和所述背面其中之一上的所述鋁箔層或銅箔層以及所述端子焊盤，使得所述接合步驟在所 述天線和所述晶片之間提供電連接，以供所述非接觸式智慧卡、所述票據、所述安全文檔或 者所述複合智慧卡中使用。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述晶片包括選自M0A2、M0A4、M0B4、M0B6、 MCC2, MCC8、CID、Cubit、I0A2、E0A2, E0A8、E0A9、FCP3 禾口 NSL—1 模塊的微模塊。
17.根據權利要求14-16中任何一項所述的方法，其中，所述端子焊盤的面積至少是 0. 25平方毫米。
18.根據權利要求14-17中任何一項所述的方法，進一步包括向所述嵌體的頂部施加至少一個上部低維卡塑料層，並且向所述嵌體的底部施加至少 一個下部低維卡塑料層。
19.根據權利要求14所述的方法，其中，所述聚合物PCB包括基板，所述基板具有附接 於所述基板的正面和背面中的每一個上的鋁箔層或銅箔層，供生產所述雙界面和所述接觸 式智慧卡時使用。
20.根據權利要求19所述的方法，進一步包括 至少將第一材料層層壓至所述嵌體的頂部表面；至少將第二材料層層壓至所述嵌體的底部表面，所述第一材料層、所述第二材料層和 所述嵌體包括用於生產雙界面智慧卡的坯體；以及研磨所述第一材料層和所述嵌體的一部分以移除所述聚合物PCB的一部分從而產生 塔橋，並且提供用於接收雙界面模塊的空腔。
21.根據權利要求20所述的方法，進一步包括將所述雙界面模塊連接到所述坯體，以 生產所述雙界面智慧卡。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，所述連接步驟進一步包括 將所述雙界面模塊超聲接合到所述塔橋，以提供到所述天線的電連接；以及 使用非導電的粘合劑將所述雙界面模塊固定到所述坯體。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述超聲接合工藝使用焊頭，所述焊頭具有至 少0. 25mm乘以0. 25mm的焊盤尺寸、大約0. 5mm的間隔距離、以及大約90度的節錐角。
24.根據權利要求20-23中任何一項所述的方法，其中，所述雙界面模塊進一步包括位於其頂部表面的一對窗口。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，所述窗口促進了所述超聲接合工藝、軟雷射接 合工藝、熱壓接合工藝或者微型焊機接合工藝。
26.根據權利要求14-25中任何一項所述的方法，其中，所述兩個提供步驟進一 步包括根據工業標準安置所述天線焊盤和所述聚合物PCB，所述工業標準選自ISO 7816/7810ID-1、ID-2和ID-3標準，IS015457TFC. 1標準，用於交通票據的卡裡普索標準和 ICAO 9393Part-l 建議。
27.根據權利要求14-26中任何一項所述的方法，其中，使用超聲接合工藝將所述聚合 物PCB接合到所述端子焊盤。
全文摘要
本發明的實施方式提供了用於多個應用的嵌體，所述應用包括接觸式智慧卡、非接觸式智慧卡、票據、安全文檔、複合智慧卡和雙界面智慧卡。嵌體可以包括嵌體基板；位於嵌體基板上的天線，天線具有至少兩個端子焊盤；和聚合物PCB，接合到端子焊盤並且使每個端子焊盤之間形成電連接；其中，端子焊盤和聚合物PCB被安置成允許嵌體用於期望的智慧卡應用，所述應用選自接觸式智慧卡、非接觸式智慧卡、票據、安全文檔、複合智慧卡和雙界面智慧卡，其中，當嵌體用於非接觸式智慧卡、票據、安全文檔或複合卡時，聚合物PCB用作晶片的載體；當嵌體用於雙界面或接觸智慧卡時，聚合物PCB的端部用作帶引線，以將雙界面或非接觸式智慧卡的嵌入式晶片連接到天線。還公開了一種用於生產嵌體的方法。
文檔編號G06K19/02GK101971194SQ200780102303
公開日2011年2月9日 申請日期2007年12月19日 優先權日2007年12月19日
發明者謝玉蓮 申請人:謝玉蓮