CN102007503A - 芯片卡及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种形式为ID-1型卡、插入式SIM卡或USB令牌卡的芯片卡，该芯片卡包括带有两个(4，5)或三个(4，5，9)在整个芯片卡上延伸的层(4，5，4，5`)的复合层(12)。在此，位于外部的薄膜层(4)在其朝外的正面(4a)上设有通信触点布设区(2)，而在其背面(4b)具有倒装芯片(7)以及与正面的所述通信触点布设区(2)导电连接的倒装芯片触点布设区(6)。

Description

芯片卡及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造形式为插入式SIM卡或标准智能卡(尤其是ID-1型格式的标准智能卡)的芯片卡的方法。在此，该芯片卡也可以是双接口卡或者是具有其它形状因子的卡，例如带有相应的USB触点连接的USB令牌卡。
背景技术
芯片卡的制造尤其屈从于成本压力。因此，在该技术领域尤其追求降低制造成本。常见的是在预先制好的芯片卡体中置入芯片模块，通常是粘结在在芯片卡体中为之设置的凹槽中。芯片模块的制造和卡体的制造相应分开。卡体主要按照薄膜制造技术中制造为弧形或卷，而芯片模块在卡体从薄膜复合结构冲压下之前或之后置入卡体中。
芯片模块通常具有形式为支承带的薄膜基体，并且在置入卡体时从支承带冲压下来，以便一部分支承带被一起转移。ISO接触面位于支承带的正面，用于与外部的通信装置保持接触地通信，而芯片和用于芯片的接触面位于支承带的背侧，芯片通过该接触面与支承带正面的接触面导电连接。最近，芯片在倒装技术中被安装在背面的接触面上。因此，节约了耗费的连接布线，并且必要时也可以省略用环氧树脂或类似物包封芯片和敏感的金属线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，进一步降低这种芯片卡的制造成本。
相应规定，薄膜基体与至少一个加强层连接为复合层，然后从该复合层分离出具有最终芯片卡尺寸的若干单个芯片卡，其中，所述薄膜基体在正面设有用于保持接触的通信的多个触点布设区，而在背面设有多个触点布设区和安装或待安装在触点布设区上的倒装芯片。
因此，替代从薄膜基体或支承带冲裁出芯片模块并将其植入芯片卡体内，薄膜基体以及安装在其上的芯片模块整体上是复合层的组成部分，因此能够节约主要的生产步骤。相应地，承载倒装芯片的薄膜基体具有相当于由其制造出的芯片卡的宽度或长度的多倍的宽度和/或长度。薄膜基体——以及当加强层作为薄膜存在时的加强薄膜——作为弧形物或物料卷提供。
至少在正面的触点布设区并且优选在薄膜基体的背面的触点布设区也有利地实现为薄膜表面的金属化。在此，相应的触点布设区可由原本的整个面的金属化、例如通过腐蚀或者添加剂腐蚀产生。此外，在背面的触点布设区可以具有用于附加无接触地数据交换和/或无接触地向卡供电的线圈的必要的组成部分(双接口卡)。
复合层可以有利地仅由两个前述的层组成。然而，按照一种优选的实施形式，在薄膜基体和加强层之间设置一中间薄膜，以便保护最终的卡中的倒装芯片不受机械载荷影响。为此，按照第一种变型，中间薄膜可以具有凹陷，倒装芯片放置在该凹陷中。凹陷的深度优选约相当于倒装芯片的厚度，也就是说该凹陷也可以略微更深，但无论如何不能比薄膜基体上的倒装芯片结构更平。中间薄膜的凹陷可以有利地作为中间薄膜中的通孔存在，该通过例如可通过冲裁廉价地产生。
按照第二种变型，为保护倒装芯片，为中间层选择这样一种材料，该材料比薄膜基体以及与其连接的加强薄膜的材料更软。倒装芯片可以在薄膜层连接成复合层时埋入这种中间薄膜材料中。中间薄膜的材料是一种相应柔性并且可塑性变形的材料，尤其是泡沫材料。
在设有中间薄膜的情况下，复合薄膜优选仅由三个所述的层组成，以便使制造成本保持较小，但也可以在需要时由多于三个薄膜层组成。
在将薄膜层连接成复合薄膜时可以使用粘结剂。在热塑性薄膜层的情况下可以省去使用粘结剂。但在各种情况下有利的是，在使用升高的压力和温度的情况下将薄膜层成层压(Laminieren)复合薄膜，这尤其是在热塑性薄膜层不使用粘结剂相互连接时是有利的。
按照本发明的另一种实施形式，作为把薄膜作为加强层的替代，可选地通过薄膜基体或必要时中间薄膜的后注塑把加强层作为注塑层制造。
优选这样选择复合层的厚度，使得其符合ID-1型芯片卡或相应的插入式SIM卡的ISO标准厚度。但是也可以具有其它的尺寸，例如具有USB-令牌卡的构造。作为USB令牌卡，位于外面的接触面设计用于与USB接口通信，并且这样选择芯片卡的尺寸，使得卡能通过其USB接口插入USB-接头。在此，尤其可以超过ISO标准厚度。
芯片卡可以在进一步的方法步骤中个性化和/或打印，其中，这些方法步骤出于成本原因优选在从复合层分离出芯片卡之前进行。
附图说明
以下根据附图示例说明本发明。在附图中示出：
图1是ID-1型格式的芯片卡的俯视示意图；
图2是图1所示的芯片卡的层结构的横截面示意图；
图3是图1所示的芯片卡的一种可选结构的横截面示意图；
图4是图1所示的芯片卡的另一种可选结构的横截面图；
图5是在卷-到-卷(Rolle-zu-Rolle)工艺过程中制造图1所示的芯片卡的步骤；
图6是格式为USB令牌卡的芯片卡；
图7是图1所示的芯片卡的另一种可选的层结构的横截面示意图；
图8是图7所示的条状复合层的俯视图，各个芯片卡已经从该条状复合层冲裁出。
具体实施方式
图1示意性地在俯视图中示出了ID-1型格式的芯片卡1，带有用于保持接触地通信和/或通过外部的数据处理装置(如支付终端、门禁装置、计算机等)供电的、位于外面的触点布设区2。芯片卡1在此设计为双接口卡，并且相应为了无接触地数据传输和/或能量传输而具有集成在芯片卡中的线圈3，该线圈在图1中以虚线示出。替代ID-1型芯片卡，图1所示的芯片卡1也可以具有其它形状因子，例如插入式SIM卡，但通常没有线圈3。
图2至图4示意地在横截面图中示出了按第三种实施形式的图1所示芯片卡。在图2所示的第一种实施形式中，芯片卡1实现为两层的复合层12，并且包括作为第一层的薄膜基体4和作为第二层的加强薄膜5。在薄膜基体4的正面4a设置有用于保持接触地通信的、形式为腐蚀金属化的触点布设区2。第二触点布设区6位于金属基体4的背面4b，倒装芯片7以传统的倒装芯片技术安装在该第二触点布设区上。倒装芯片7在此没有详细示出的接头通过倒装芯片触点布设区6以及还通过穿过薄膜基体4的连接件8(Vias)与位于薄膜基体正面4a的通信触点布设区2导电连接。倒装芯片触点布设区6例如也实现为腐蚀的金属化。同时，通过制造倒装芯片触点布设区6产生线圈3的线匝3a(除了张紧线圈的线匝的“桥”)，也就是同样优选作为腐蚀的金属化层。
薄膜层4，5具有相当于完成的卡的厚度的总厚度D。在使用升高的压力和升高的温度时将两个薄膜层4，5连接成具有总厚度D的完成的复合层12。当为两个薄膜层4，5使用恰当的热塑性塑料作为材料时，可以以这种方式在不使用额外的粘结剂的情况下实现两个层的紧密连接。然而，在为一个和/或另一个薄膜层使用不兼容的热塑性塑料和/或热固性塑料，使用粘结剂是合适的。尤其在可热激活的粘结剂的情况下，而且尤其在此时使用升高的压力和升高的温度也是有意义的。
图3所示的第二种实施例与图2所示的实施例的区别仅在于，复合层12在薄膜基体4和加强薄膜5之间具有作为第三薄膜层的中间薄膜9。中间薄膜9具有凹陷10，为防止受到机械载荷，倒装芯片7容纳在该凹陷中。当倒装芯片7非常薄且柔软，则可以如图2所示实施例的情况一样，省略带有凹陷10的中间薄膜9。在图2所示的实施例中，也可以考虑在加强薄膜5中设置用于承接倒装芯片7的凹陷。该凹陷然后具有相应于或略大于倒装芯片7或倒装芯片结构的厚度的深度。但因为设置这种凹陷是耗费的并相应昂贵，在较厚和/或不柔软的倒装芯片7的情况下使用中间薄膜9是有利的，因为在这种情况下，凹陷10可以作为通孔简单地例如在冲裁工序中产生。因为凹陷的深度仅相当于或略大于倒装芯片7或倒装芯片结构的厚度，可以选择具有相应小厚度的中间薄膜9。
图4所示的第三种实施例示出了用于保护较厚和/或不柔软的倒装芯片7使其免受机械载荷的另一种变型。而中间薄膜9设置在薄膜基体4和加强薄膜5之间。然而，在这种情况下，中间薄膜9不具有凹陷，而是由比薄膜基体4和加强薄膜9的材料更软的材料制成。这至少适合于将三个薄膜层连接成三层的复合层12的时候。因此，中间薄膜9例如具有比薄膜基体4和加强薄膜5更低的软化点，使得中间薄膜在以升高的温度层压各层时比薄膜基体4和加强薄膜5的薄膜层明显更软。通过这种方式可以在中间薄膜9中埋入倒装芯片7。
中间薄膜9尤其也可以由泡沫材料制成，其与另外两个薄膜层4，5热粘结或冷粘结。倒装芯片7的区域可以在粘结剂粘结时保持自由，使得在倒装芯片7和中间层9之间没有固定连接。因此，倒装芯片7与中间层9机械解耦。
图5示例示出了芯片卡1在卷到卷(Rolle-zu-Rolle)工艺方法中的制造。芯片卡1也可以用相应的方式由所提供的弧形薄膜层制成。
该方法起始于制备薄膜基体4，在该薄膜基体上至少存在通信触点布设区2和倒装芯片触点布设区6，并且借助于连接件8(图2)相互导电连接。在还不存在通信触点布设区2和倒装芯片触点布设区6时，首先将倒装芯片2安装到倒装芯片触点布设区6上。接着将薄膜基体4和加强薄膜5以及在这种情况下将中间薄膜9一起导引。在导引到一起之前，在第一个冲裁站11中从中间薄膜9冲裁出凹陷10，接下来在该凹陷中放入倒装芯片7。接着在使用升高的压力p和升高的温度T的情况下将薄膜层4，5，9层压成一复合层12。然后在第二冲裁站13从复合层12冲裁出芯片卡1。复合薄膜12的剩余部分卷绕成废料卷。芯片卡1还可以在在分离之前在相应的、在此没有使出的工作站个性化和/或打印，例如通过激光标记。
图6示出了USB令牌卡构造的芯片卡1。用于保持接触地通信以及通过外部装置供电的触点布设区2包括两个位于外部的用于供电的引脚14，15和用于数据传输的较短的引脚16，17。
图7在横截面图中示意示出了层结构12的另一实施例，其与图2至图4所示实施例的主要区别在于，替代加强薄膜5设置一注塑层5`作为加强层，以便形成复合层12。如参照图3所述，可以额外设置带有用于容纳倒装芯片7的凹陷10的中间层9。注塑层5`与薄膜基体4——或可选地与中间层9——的连接可以通过简单的方式由此实现，即，将薄膜基体4用注塑层5`的注塑材料后注塑。为此，整个薄膜基体4以及安装在其上的倒装芯片7可以被后注塑。作为替代，薄膜基体4可以事先被切割成条，然后用注塑层5`后注塑。这种条在图8中示出。然后从条状的复合层12分离出(例如冲裁)芯片卡1，并且在复合层12中留下相应的孔18。

Claims (33)

1.一种用于制造芯片卡(1)的方法，该方法包括以下步骤：
-提供一带有正面(4a)和背面(4b)的薄膜基体(4)，其中，在所述正面(4a)存在用于待制造的芯片卡与外部的通信装置保持接触地通信的多个触点布设区(2)，而在所述背面(4b)存在用于分别连接至少一个倒装芯片(7)的多个触点布设区(6)，并且，所述多个倒装芯片触点布设区(6)与所述多个通信触点布设区(2)中的各一个导电连接，
-只要所述多个倒装芯片触点布设区(6)还没有安装所述倒装芯片(7)，就在所述倒装芯片触点布设区(6)上安装倒装芯片(6)，
-提供加强层(5，5`)，
-将安装有所述倒装芯片(7)的薄膜基体(4)与所述加强层(5，5`)连接成一复合层(12)，以及
-从所述复合层(12)分离出具有芯片卡成品尺寸的若干单个芯片卡(1)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜基体(4)具有设在所述背侧(4b)的线圈(3，3a)，该线圈与所述倒装芯片(7)或倒装芯片触点布设区(8)连接或被置于连接状态，或者在所述薄膜基体(4)的背侧(4b)设置一个这种线圈(3，3a)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加强层作为加强薄膜(5)提供。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述复合层(12)仅由两个所述薄膜层(4，5)制成。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于在连接成所述复合层(12)的步骤之前提供中间薄膜(9)和在所述薄膜基体(4)和所述加强薄膜(5)之间布置所述中间薄膜的另一步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中间薄膜(9)具有用于容纳所述倒装芯片(7)的凹陷(10)，并且这样设置在所述薄膜基体(4)和所述加强薄膜(5)之间，使得在所述凹陷(10)内各放置一个倒装芯片(7)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，这样选择所述中间薄膜(9)的凹槽(10)的深度，使得该深度相当于所述倒装芯片(7)的厚度。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，提供这样的中间薄膜(9)，其中，所述凹陷(10)设计为所述中间薄膜中的通孔。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，为所述中间薄膜(9)选择这样一种材料，该材料比所述薄膜基体(4)和所述加强薄膜(5)的材料更软，其中，在连接成所述复合层(12)的步骤时将所述倒装芯片(7)埋入所述中间薄膜(9)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，选择泡沫材料作为所述中间薄膜(9)的材料。
11.如权利要求5至10之一所述的方法，其特征在于，所述复合薄膜(12)仅由所述的三个薄膜层(4，5，9)制成。
12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，加强层提供为注塑材料(5`)，该注塑材料通过所述薄膜基体(4)的后注塑与所述薄膜基体(4)连接。
13.如权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，连接成复合层(12)的步骤包括使用压力(p)和温度(T)。
14.如权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，这样选择所述复合层(12)的厚度(D)，使得其相当于ID-1型芯片卡的ISO-厚度。
15.如权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，所述芯片卡成品尺寸相当于插入式SIM卡或ID-1型芯片卡的尺寸。
16.如权利要求1至15之一所述的方法，其特征在于，从所述复合层(12)分离构造为USB令牌卡(图6)的芯片卡(1)。
17.如权利要求1至16之一所述的方法，其特征在于个性化所述芯片卡(1)的其它步骤。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在从所述复合层(12)分离所述芯片卡之前个性化所述芯片卡(1)。
19.如权利要求1至18之一所述的方法，其特征在于，所述薄膜基体(4)提供为弧形材料或料卷。
20.一种芯片卡(1)，该芯片卡包括带有两个在整个芯片卡上延伸的层(4，5；4，5`)的复合层，其中，第一层设计为薄膜层(4)，并且具有朝外的正面(4a)和朝内的背面(4b)，其中，在所述正面(4a)设有用于所述芯片卡(1)与外部的通信装置保持接触地通信的触点布设区(2)，所述通信触点布设区(2)与所述背面(4b)上的倒装芯片触点布设区(6)导电连接，在所述倒装芯片触点布设区上安装有倒装芯片(7)。
21.如权利要求20所述的芯片卡，其特征在于，至少所述第一层(4)的正面(4a)上的接触层(2)作为所述第一层的金属化层存在。
22.如权利要求20或21所述的芯片卡，其特征在于，在所述第一层(4)的背面(4b)设置一与所述倒装芯片触点布设区(6)或与所述倒装芯片(7)连接的线圈(3，3a)。
23.如权利要求20至22之一所述的芯片卡，其特征在于，所述第二层同样设计为薄膜层(5)。
24.如权利要求23所述的芯片卡，其特征在于，所述复合层(12)是两层的。
25.如权利要求23所述的芯片卡，其特征在于，位于所述第一层(4)和所述第二层(5)之间的中间薄膜(9)。
26.如权利要求25所述的芯片卡，其特征在于，所述中间薄膜(9)具有一凹陷(10)，在所述凹陷中设有所述倒装芯片(7)。
27.如权利要求26所述的芯片卡，其特征在于，所述凹陷(10)具有相当于所述倒装芯片(7)厚度的深度。
28.如权利要求26或27所述的芯片卡，其特征在于，所述凹陷(10)设计为所述中间薄膜(9)中的通孔。
29.如权利要求25所述的芯片卡，其特征在于，所述倒装芯片(7)埋在所述中间薄膜(9)中。
30.如权利要求25至29之一所述的芯片卡，其特征在于，所述复合层(12)是三层的。
31.如权利要求20至22之一所述的芯片卡，其特征在于，所述第二层是注塑层(5`)。
32.如权利要求20至31之一所述的芯片卡，其特征在于，所述芯片卡(1)有插入式SIM卡或ID-1型芯片卡的尺寸。
33.如权利要求20至31之一所述的芯片卡，其特征在于，所述芯片卡(1)是USB令牌卡(图6)。
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