CN104361386B - 一种多层布线式耦合式双界面卡载带模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于多种芯片封装模式的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，包括：载带基层、电极膜片层、调谐电容层、射频识别RFID线圈层、焊盘以及过孔；载带基层的一面为载带模块正面，载带基层的另一面为载带模块背面，电极膜片层以及调谐电容层位于载带基层正面，RFID线圈层以及焊盘位于载带基层背面；焊盘根据芯片的引脚位置布置；过孔经过孔金属化处理，用于实现载带模块正面的电极膜片层与载带模块背面的焊盘的电连接；电极膜片层用于进行接触式数据传输；RFID线圈层与调谐电容层匹配，用于调整载带模块的非接触式数据传输频率；适应性强，制作工艺简单，成本低，生产效率高，质量稳定性好，能满足双界面卡的市场需求。

Description

一种多层布线式耦合式双界面卡载带模块
技术领域
本发明涉及集成电路以及信息交互领域，具体涉及一种适用于多种芯片封装模式的多层布线式耦合式双界面卡载带模块。
背景技术
双界面卡，也叫双接口卡(DualInterfaceCard)，是在一张IC(IntegratedCircuit，集成电路)卡上，基于单芯片同时提供了“接触式”和“非接触式”两种与外界接口的方式。其外形与接触式IC卡一致，具有符合国际标准的金属触点，可以通过接触触点访问芯片；其内部结构则与非接触式卡相似，有天线、芯片等射频模块，可以在一定距离(10cm内)以射频方式访问芯片。因此，它有两个操作界面，分别遵循两个不同的标准，接触界面符合ISO/IEC7816标准；非接触界面符合ISO/IEC15693标准或ISO11784/ISO11785标准，两者共享同一个微处理器、操作系统和EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，带电可擦可编程只读存储器)/FLASH。因此，它集合了接触式IC卡与非接触式卡的优点，是一种多功能卡，具有广泛的适用性，可满足城市一卡通用、一卡多用的需要，几乎可以用在各种场合，尤其对于原来已经使用非接触式卡或接触式IC卡系统的用户，不需要更换系统和机具等硬件设备，只需在软件上作修改就可以升级使用双界面卡，因此，双界面卡的市场前景不可限量。
目前，现有技术中双界面卡的基本制造方法是：
1、双界面卡的载带正面为电极膜片，用于和读写机具进行接触式数据传输，满足接触式IC卡的功能；
2、双界面卡的载带背面有若干个盲孔和两个金属触盘，所述盲孔的底部为载带正面的电极膜片；
3、双界面卡的芯片放置在载带的背面，芯片正向放置，有源面朝外，暴露出芯片的所有接触式引脚和非接触式引脚；
4、采用常规的飞线键合形式，通过若干个盲孔，使芯片的若干个接触式引脚与载带正面的电极膜片相连接；
5、采用常规的飞线键合形式，使芯片的两个非接触引脚与载带背面的两个金属触盘连接；
6、通过环氧胶、传统的塑料或陶瓷封装，将芯片及飞线等密封起来，制成载带模块；
7、制作非接触卡的无线射频识别天线，RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别)天线；
8、将RFID天线层压到卡基中；
9、在卡基的载带模块封装位置铣槽，槽内裸露出RFID天线的两个端头；
10、双界面卡的载带模块背面朝下，嵌入到卡基的铣槽内；
11、载带模块上两个非接触式触盘与铣槽内的RFID天线的两个端头通过导电胶粘结或焊接等方法接触连接；
12、双界面卡的载带模块封装在铣槽内，载带模块正面的电极膜片与卡基表面基本平齐。
目前的技术制作双界面卡，存在以下几个问题：
1、采用常规的飞线键合方式将芯片的各引脚与载带正面的电极膜片或背面的非接触式金属触盘连接，工艺复杂，且使用环氧胶或塑料、陶瓷封装将芯片及飞线密封起来，不利于IC芯片运算时的热能发散，增加芯片电感，降低芯片电性能；同时若干细长的键合飞线将降低数据传输的频宽，增加电流损耗，降低数据传输的稳定性。
2、载带模块的两个非接触式金属触点与卡基内RFID天线的两个端点的连接均需要手工操作，难度大，生产效率低，连接稳定性差，易脱落，且使用寿命较短，无法满足应用需求。
因此，一方面双界面卡的市场前景十分广阔，另一方面，现有技术双界面卡的制造方法工艺难度较大，生产效率较低，同时得到的双界面卡质量稳定性差，使用寿命较短，远不能满足双界面卡的市场需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适用于多种芯片封装模式的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，以解决现有技术中存在的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
一种多层布线式耦合式双界面卡载带模块，包括：
载带基层、电极膜片层、调谐电容层、射频识别RFID线圈层、焊盘以及过孔；
所述电极膜片层、所述调谐电容层、所述载带基层、所述RFID线圈层以及所述焊盘为一种双面覆金属的整体材料；
所述载带基层的一面为所述载带模块正面，所述载带基层的另一面为所述载带模块背面，所述电极膜片层以及所述调谐电容层位于所述载带基层正面，所述RFID线圈层以及所述焊盘位于所述载带基层背面；
所述焊盘根据芯片的引脚位置布置；
所述过孔经过孔金属化处理，用于实现所述载带模块正面的所述电极膜片层与所述载带模块背面的所述焊盘的电连接；
所述电极膜片层用于进行接触式数据传输；
所述RFID线圈层与所述调谐电容层匹配，用于调整所述载带模块的非接触式数据传输频率。
相应的，所述焊盘包括第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘以及第四焊盘，所述过孔包括第一过孔、第二过孔以及第三过孔；
所述第一过孔在所述第一焊盘上，所述第二过孔在所述第二焊盘上，所述第三过孔在所述第三焊盘上；
所述第二焊盘连接于所述RFID线圈层的外端点，所述第四焊盘连接于所述RFID线圈层的内端点，所述第二焊盘通过所述第二过孔与所述第三焊盘通过所述第三通孔连接于所述电极膜片上的同一金属触块，所述第一焊盘通过所述第一过孔连接于所述电极膜片上的其他金属触块。
相应的，所述第一焊盘共5-8个，每个所述第一焊盘分别对应于一组所述第一过孔，每个所述第一焊盘通过所述第一过孔连接于所述电极膜片上不同的金属触块；所述第二焊盘对应于一组所述第二过孔；所述第三焊盘对应于一组所述第三过孔。
相应的，根据过孔直径，一组过孔的数量为1-5个，所述过孔直径与所述一组过孔的数量呈反比，以增加所述焊盘与所述电极膜片层的电连接稳定性。
相应的，所述过孔直径为0.1mm-2mm。
相应的，所述过孔为从所述焊盘到所述电极膜片层的盲孔，或者所述过孔为从所述焊盘到所述电极膜片层打通的通孔。
相应的，所述过孔采用机械模具加工、或者激光雕刻技术加工、或者常规过孔技术加工。
相应的，所述芯片采用倒封装模式与所述焊盘连接，或者所述芯片采用飞线键合模式与所述焊盘连接。
相应的，所述电极膜片层以及所述调谐电容为厚度相同的金属；所述RFID线圈层以及所述焊盘为厚度相同的金属。
相应的，所述载带基层的材料包括FR-4材料、CEM-3材料、CEM-1材料、94HB材料、94VO材料、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯PETG、聚酰亚胺PI中的一种或多种的组合。
由此可见，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例采用金属化的盲孔或通孔实现载带正面电极膜片层与载带背面焊盘的电连接，使芯片引脚直接连接焊盘即可以实现芯片与电极膜片层的连接，工艺简单，这样，既可以采用倒装芯片模式封装芯片，也可以采用常规的飞线键合模式封装芯片或者其他各种芯片封装模式，适应范围更广。
同时，调谐电容层，避免了外接电容，RFID线圈层与调谐电容层匹配调整载带模块的非接触式数据传输频率，使载带模块的非接触式模块与基卡的非接触式模块可以通过耦合连接，即本发明实施例中的载带模块不再需要和卡基中的RFID天线层直接连接，避免了载带芯片与卡基之间的线连接，生产效率更高。
从而，本发明实施例可以实现大规模的全自动化生产，不仅完全适用现有的接触式IC卡和非接触式卡的读写器及使用方法，而且双界面芯片与载带模块的封装既可以采用常规的飞线键合模式，还可以采用更具优越性能的倒装芯片模式，适应目前各种芯片封装设备，制作工艺简单，成本低，生产效率高，质量稳定性好，能满足双界面卡的市场需求。
附图说明
图1为本发明实施例中多层布线式耦合式双界面卡载带模块实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中过孔为盲孔时载带模块正面的结构示意图；
图3为本发明实施例中过孔为通孔时载带模块正面的结构示意图；
图4为本发明实施例中载带基层的结构示意图；
图5为本发明实施例中载带模块背面的结构示意图；
图6为本发明实施例中经过孔金属化处理后的盲孔的结构示意图；
图7为本发明实施例中经过孔金属化处理后的通孔的结构示意图；
图8为本发明实施例中倒装芯片模式的平面结构示意图；
图9为本发明实施例中倒装芯片模式的截面结构示意图；
图10为本发明实施例中飞线键合模式的平面结构示意图；
图11为本发明实施例中飞线键合模式的截面结构示意图；
图12为本发明实施例中飞线键合模式的模塑封装结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。
现有技术中双界面卡载带模块只能使用飞线键合方式，使用飞线通过盲孔，将芯片引脚连接于载带正面的电极膜片层上，工艺复杂，且无法使用其他芯片封装方式；同时现有技术中载带模块需要将两个非接触式金属触点通过手工焊接卡基内RFID天线的两个端点相连，难度大，生产效率低，连接稳定性差，易脱落，且使用寿命较短，无法满足应用需求。本发明实施例中提供的多层布线式耦合式双界面卡载带模块实施例，是针对上述技术问题，提出使用金属化过孔实现载带正面与背面的电连接，处于载带背面的芯片可以直接与处于同一平面的焊盘相连以连接于载带正面的电极膜片层，通过焊盘既可以采用倒装芯片模式封装芯片，也可以采用常规飞线键合模式或其他各种芯片封装方式封装芯片，适应范围广；同时，利用RFID线圈层与调谐电容层进行匹配，可以与卡基中的RFID天线耦合连接，不再需要将载带模块与卡基进行人工焊接，生产效率更高，可以实现大规模全自动化生产。
具体的，参见图1所示，本发明实施例中提供的适用于多种芯片封装模式的多层布线式耦合式双界面卡载带模块实施例，包括：
载带基层1、电极膜片层2、调谐电容层3、射频识别RFID线圈层4、焊5盘以及过孔6。
电极膜片层2、调谐电容层3、载带基层1、RFID线圈层4以及焊盘5可以为一种双面覆金属的整体材料。
载带基层1的一面为载带模块正面，载带基层1的另一面为载带模块背面，电极膜片层2以及调谐电容层3位于同一平面上，位于载带基层正面，RFID线圈层4以及焊盘5位于同一平面上，位于载带基层背面。电极膜片层用于和读写机具进行接触式数据传输；RFID线圈层与调谐电容层匹配，用于调整载带模块的非接触式数据传输频率。
过孔经过孔金属化处理，用于实现载带模块正面的电极膜片层与载带模块背面的焊盘的电连接；过孔为从焊盘到电极膜片层的盲孔，或者过孔为从焊盘到电极膜片层打通的通孔。
当过孔为盲孔时，即电极膜片上没有孔，参见图2所示，是载带模块正面的示意图，载带模块正面中央为电极膜片层2，电极膜片层2符合相应标准，电极膜片层2周围环绕分布调谐电容层3；当过孔为通孔时，电极膜片层有孔，参见图3所示，是载带模块正面的示意图，载带模块的正面中央为具有过孔6的电极膜片层2，电极膜片层2符合相应标准，电极膜片层2周围环绕分布调谐电容层3；相应的，参见图4所示，为带有过孔6的载带基层1的结构示意图。
参见图5所示，是载带模块背面的示意图，焊盘6根据芯片的引脚位置布置，其中，中间区域7可以放置双界面芯片；在本发明的一些实施例中，焊盘5可以包括第一焊盘5-1、第二焊盘5-2、第三焊盘5-3以及第四焊盘5-4，则过孔可以包括第一过孔6-1、第二过孔6-2以及第三过孔6-3；
第一过孔6-1在第一焊盘5-1上，第二过孔6-2在第二焊盘5-2上，第三过孔6-3在第三焊盘5-3上；第一焊盘5-1共5-8个，可以根据实际情况确定具体数目，每个第一焊盘5-1分别对应于一组第一过孔6-1，每个第一焊盘5-1通过第一过孔6-1连接于电极膜片上不同的金属触块；第二焊盘5-2可以对应于一组第二过孔6-2；第三焊盘5-3可以对应于一组第三过孔6-3。
第二焊盘5-2连接于RFID线圈层的外端点，第四焊盘5-4连接于RFID线圈层的内端点，第四焊盘5-4上没有过孔，第二焊盘5-2通过第二过孔6-2与第三焊盘5-3通过第三通孔6-3连接于电极膜片上的同一金属触块。
具体的，各组第一过孔6-1分别连接载带模块正面的电极膜片层2的相应触块，实现载带模块正面的电极膜片层2与载带模块背面的焊盘5的电连接；一组第二过孔6-2使载带正面模块的电极膜片层2的相应触块与载带模块背面的RFID线圈层4外端点的第二焊盘5-2实现电连接；一组第三过孔6-3使载带模块正面的电极膜片层2的相应触块与载带模块背面的第三焊盘5-3实现电连接。通过第二过孔6-2和第三过孔6-3、第三焊盘5-3，将RFID线圈层4的外端点第二焊盘5-2与第三焊盘5-3连接成为一体。第三焊盘5-4连接于RFID线圈层4的内端点。则调谐电容层3与RFID线圈层4可以相互匹配，达到耦合式双界面卡的载带模块所需要的非接触式RFID标签的设计频率。
双界面芯片放置在载带背面的中间区域7内。各个第一焊盘5-1、第三焊盘5-3、第四焊盘5-4的位置根据所使用的双界面芯片的各引脚位置以及电极膜片层2各个金属触块的要求来确定。每个第一焊盘5-1用于分别与双界面芯片相应的接触式引脚实现电连接，通过第一过孔6-1连接电极膜片层2，使双界面芯片与外界的读写机具接触式连接，进行数据传输，满足接触式IC卡的功能。双界面卡的接触式界面符合接触式IC卡的ISO/IEC7816标准。
第三焊盘5-3和第四焊盘5-4与双界面芯片的2个非接触引脚实现电连接，双界面卡的非接触界面符合ISO/IEC15693标准或ISO11784/ISO11785标准。
在本发明的一些实施例中，根据过孔直径，一组过孔的数量为1-5个，过孔直径与一组过孔的数量呈反比，即过孔直径越小，过孔数量越多，以增加焊盘与电极膜片层的电连接稳定性；过孔直径可以为0.1mm-2mm范围内的取值。
参见图6与图7所示，为过孔6的两种结构形式。图6为经过孔金属化处理后的盲孔，图7为经过孔金属化处理后的通孔。孔壁上的镀层金属8连接孔的上金属层(电极膜片层)2和下金属层(焊盘)5。
在本发明的一些实施例中，过孔6可以采用机械模具加工、或者激光雕刻技术加工、或者其他常规过孔技术加工。
在本发明的一些实施例中，芯片可以采用倒封装模式与焊盘连接，或者芯片可以采用飞线键合模式以及其他芯片封装模式与焊盘连接。
载带模块的封装方式优先选择方便快捷、性能优良的倒装芯片模式，参见图8与图9所示，其中图8为倒装芯片模式平面结构图，图9为倒装芯片模式截面结构图，双界面芯片可以倒置在载带模块上，即芯片的各引脚9朝内，与载带模块背面上的各焊盘5通过焊锡膏印刷的导体10或其它导体10实现电连接。
同时，本发明实施例中的双界面芯片与载带模块的封装模式也适合于常规的飞线键合模式，参见图10与图11所示，其中图10为飞线键合模式平面结构图，图11为飞线键合模式截面结构图，双界面芯片可以正向放置在载带模块上，即芯片的各引脚9朝外，芯片各引脚9与各焊盘5使用金线11进行连接。参见图12所示，飞线键合后还需要进行塑模封装，使用UV胶、塑料、陶瓷或橡胶等包装12将芯片、金线11及焊盘5密封起来。
另外，在本发明的一些实施例中，电极膜片层以及调谐电容可以为厚度相同的金属；RFID线圈层以及焊盘可以为厚度相同的金属。
在本发明的一些实施例中，载带基层的材料可以包括FR-4材料、CEM-3材料、CEM-1材料、94HB材料、94VO材料、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯PETG、聚酰亚胺PI中的一种或多种的组合。
本发明实施例采用金属化的盲孔或通孔实现载带正面电极膜片层与载带背面焊盘的电连接，使芯片引脚直接连接焊盘即可以实现芯片与电极膜片层的连接，工艺简单，也避免了RFID线圈层的过桥这样，既可以采用倒装芯片模式封装芯片，也可以采用常规的飞线键合模式封装芯片或者其他各种芯片封装模式，适应范围更广。
同时，调谐电容层，避免了外接电容，RFID线圈层与调谐电容层匹配调整载带模块的非接触式数据传输频率，使载带模块的非接触式模块与基卡的非接触式模块可以通过耦合连接，即本发明实施例中的载带模块不再需要和卡基中的RFID天线层直接连接，避免了载带芯片与卡基之间的线连接，生产效率更高。
从而，本发明实施例可以实现大规模的全自动化生产，不仅完全适用现有的接触式IC卡和非接触式卡的读写器及使用方法，而且双界面芯片与载带模块的封装既可以采用常规的飞线键合模式，还可以采用更具优越性能的倒装芯片模式，适应目前各种芯片封装设备，制作工艺简单，成本低，生产效率高，质量稳定性好，能满足双界面卡的市场需求。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，包括：
载带基层、电极膜片层、调谐电容层、射频识别RFID线圈层、焊盘以及过孔；
所述电极膜片层、所述调谐电容层、所述载带基层、所述RFID线圈层以及所述焊盘为一种双面覆金属的整体材料；
所述载带基层的一面为所述载带模块正面，所述载带基层的另一面为所述载带模块背面，所述电极膜片层以及所述调谐电容层位于所述载带基层正面，所述RFID线圈层以及所述焊盘位于所述载带基层背面；
所述焊盘根据芯片的引脚位置布置；
所述过孔经过孔金属化处理，用于实现所述载带模块正面的所述电极膜片层与所述载带模块背面的所述焊盘的电连接；
所述电极膜片层用于进行接触式数据传输；
所述RFID线圈层与所述调谐电容层匹配，用于调整所述载带模块的非接触式数据传输频率。
2.根据权利要求1所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，
所述焊盘包括第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘以及第四焊盘，所述过孔包括第一过孔、第二过孔以及第三过孔；
所述第一过孔在所述第一焊盘上，所述第二过孔在所述第二焊盘上，所述第三过孔在所述第三焊盘上；
所述第二焊盘连接于所述RFID线圈层的外端点，所述第四焊盘连接于所述RFID线圈层的内端点，所述第二焊盘通过所述第二过孔与所述第三焊盘通过所述第三过孔连接于所述电极膜片上的同一金属触块，所述第一焊盘通过所述第一过孔连接于所述电极膜片上的其他金属触块。
3.根据权利要求2所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述第一焊盘共5-8个，每个所述第一焊盘分别对应于一组所述第一过孔，每个所述第一焊盘通过所述第一过孔连接于所述电极膜片上不同的金属触块；所述第二焊盘对应于一组所述第二过孔；所述第三焊盘对应于一组所述第三过孔。
4.根据权利要求3所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，根据过孔直径，一组过孔的数量为1-5个，所述过孔直径与所述一组过孔的数量呈反比，以增加所述焊盘与所述电极膜片层的电连接稳定性。
5.根据权利要求4所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述过孔直径为0.1mm-2mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述过孔为从所述焊盘到所述电极膜片层的盲孔，或者所述过孔为从所述焊盘到所述电极膜片层打通的通孔。
7.根据权利要求6所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述过孔采用机械模具加工、或者激光雕刻技术加工、或者过孔加工技术加工。
8.根据权利要求1所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述芯片采用倒封装模式与所述焊盘连接，或者所述芯片采用飞线键合模式与所述焊盘连接。
9.根据权利要求1所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述电极膜片层以及所述调谐电容为厚度相同的金属；所述RFID线圈层以及所述焊盘为厚度相同的金属。
10.根据权利要求1所述的多层布线式耦合式双界面卡载带模块，其特征在于，所述载带基层的材料包括FR-4材料、CEM-3材料、CEM-1材料、94HB材料、94VO材料、聚氯乙烯PVC、聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯PETG、聚酰亚胺PI中的一种或多种的组合。
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