CN104603800B - 用于芯片卡的电子模块以及制造该模块的印刷电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计划被集成到诸如芯片卡的卡中的模块(2)。该模块(2)包括芯片和用于与所述芯片通信的双接口装置。触头允许所述芯片和用于读/写与所述芯片交换的数据的电子装置之间的电连接。天线(9)允许所述模块(2)与用于读/写与所述芯片交换的数据的装置进行电磁耦合。所述天线(9)包括以在其每个端部处终止于连接片(11g，11h)中的导电轨的形式被形成的至少一匝。最外匝的连接片(11g)被设置在离被所述芯片覆盖的模块区域(18)小于500微米的距离处，并且所述天线的至少一匝在该连接片(11g)和被所述芯片覆盖的模块区域(18)之间经过。

Description

用于芯片卡的电子模块以及制造该模块的印刷电路
技术领域
本发明涉及用于芯片卡的电子模块领域。
背景技术
芯片卡具有多种用途：信用卡，用于移动电话的SIM卡，旅行卡，身份证，等等。
这些卡通常包括硬支撑物，例如塑料的，其构成卡的关键，单独制造的电子模块被合并在其中。该电子模块包括例如可挠的印刷电路，该印刷电路配有芯片(集成电路)并配有一些装置，这些装置用于将芯片连接至使得可以读和/或写芯片中的数据的装置。
本发明特别涉及所谓的“双(Dual)”卡领域，也即这种卡具有与芯片的双通信接口装置。其还称作具有和不具有触头的卡，或称作“两用(Combi)”卡。
对于使用“具有触头”的情况，各触头被连接到芯片并且与模块的表面齐平以便当卡被插入到读和/或写装置中时允许电连接到该装置。
对于使用“不具有触头”(“无触头”)的情况，存在两种类型的双卡。
根据第一种类型的卡，RFID天线被直接地物理电连接到芯片。在这种情况下，芯片可以要么通过在读/写装置和模块的触头之间形成直接电连接、要么通过在天线和读/写装置之间形成直接电磁耦合而与读/写装置交换数据。
根据第二种类型的卡，被称为“模块天线”的第一RFID天线被集成到模块中并允许与被称作“调压器天线或主天线”的第二天线电磁耦合(因此没有任何物理连接)，该第二天线被合并至卡的上述硬支撑物中。第一天线小于第二天线。具有与卡的尺寸类似的尺寸的该第二天线，使得可以获得适当的通信范围。在这种情况下，芯片还可以要么通过在读/写装置和模块的触头之间形成直接电连接、要么通过一方面在模块天线和调压器天线之间且另一方面在调压器天线和读/写装置之间形成电磁耦合而与读/写装置交换数据。模块的天线与读和/或写装置经由调压器天线进行通信(利用共振效应)。因此在该第二种类型的双卡中仅有的物理连接只是在模块的高度上在芯片和模块天线之间。因此其避免了必须在合并于卡中的天线和合并至模块中的芯片之间形成直接电接触。
因此，包括具有支撑着触头的正面和支撑着芯片及模块天线的背面的可挠的印刷电路的模块由于文献WO2007026077而已知。孔(还称作“井”或“过孔”)然后被形成在印刷电路中，并且然后这些孔的内壁被金属化以便电连接模块的正面和背面，并因此将各触头连接至芯片并连接至模块天线的两个端部。如在文献WO2007026077的图2的附图标记19的高度上可以看到的，这些孔在现有技术中一般而言是“露出的”。也就是说，它们不仅穿过印刷电路，而且还穿过各触头以便在正面上露出。
为便于将模块集成至卡中，天线必须被包含在模块中，该模块的尺寸中的一些由ISO标准7816-2规定。为了正常运行，模块的天线可以不被金属层完全覆盖，特别是当金属层被设置在模块的正面上时。除此之外，有必要在模块的背面上设置用于安置芯片的区域、用于金属化各孔的复数个区域、具有用于将集成电路连接至各触头并连接至天线的垫的区域。此外，现有技术中已知的是，有必要使天线的各匝被形成为具有确定的宽度和各匝之间的最小距离以便获得期望的电磁特性。
所有这些限制因此使得新颖的天线设计在设计时非常复杂并且在制造时昂贵。
发明内容
尽管如此，申请人仍期望发明一种新颖的模块，其使得能够获得上述应用所需的电磁性能，同时允许对制造该模块的方法的可能的简化。
为此目的，已根据本发明设计出一种包括下列设置的用于芯片卡的电子模块。其包括芯片和与该芯片的双通信接口装置。因而该接口装置本身包括至少两个触头以及模块天线。例如触头的数量是六个。模块包括印刷电路(可挠的或非可挠的)，其具有两个主表面：彼此相反的正面和背面。所述通信接口装置之一被设置在正面上。另一个通信接口装置被设置在背面上。正面支撑着触头且背面支撑着模块天线。背面还包括计划用来接纳芯片的区域。模块天线包括以在两个端部之间延伸的导电轨的形式被形成的至少一匝。根据本发明的模块的特征在于，最外匝的端部被设置在离计划用来接纳芯片的区域小于500微米、优选小于450微米以及更优选小于250微米的距离处。此外，天线的至少一匝在该端部和所述模块的计划用来接纳芯片的区域之间经过。
于是根据本发明，模块天线的各匝包括导电轨，所述导电轨的宽度小于对于这种类型的应用而言通常所倡导的宽度。通过减小导电轨的宽度，还可以减小各匝之间的距离以及匝数。
与本领域的技术人员的先入之见相反的是，这种类型的应用所需的性能是可获得的。此外，已经可以将天线的端部之一设置至接近于计划被芯片所覆盖的区域，从而使得可以避免必须形成金属化的孔，并且即使是在具有盲孔(还称作“非露出的”孔)的时候也可以这样做，如将进一步说明的。
天线例如包括导电轨，诸如金属轨。于是，其可以是透过由照相制版限定的图案将预先电沉积的铜层进行蚀刻而形成的铜轨。这类蚀刻方法是公知的并且将不在本专利申请中进一步被描述。根据本发明，具有宽度l并且延续超过n匝、在两个相继的匝之间具有距离d的该轨满足关系式l×n+d×(n-1)＝≤500微米(或实际上450微米或甚至250微米)，其中n≥1。即使如前面所指出的，即通过电沉积和照相制版形成天线的方法是公知的，但设想制造如此小宽度的导电轨以形成天线，尤其是具有下列参数：l优选在30和70μ之间且更优选大约等于40μ，n优选在1匝和6匝之间且更优选等于5，并且d优选在30和70μ之间且更优选大约等于30μ，仍是非同寻常的。而在现有技术的用于双卡的模块中，l在100μ和200μ之间，d也在100μ和200μ之间，且n＝7、8、11或12。
本发明因此使得可以将天线的端部设置至更靠近计划用来接纳芯片的区域。因此使用具有在背面上敞开且在正面上被触头塞住的盲孔的工艺来通过穿过这些盲孔的金属线将芯片直接地(不对盲孔的壁进行金属化)连接到各触头成为可能。这种设置省去了如在文献WO2007026077中所教导的制造金属化的孔的过程。
本发明还涉及用于制造根据本发明的模块的印刷电路。
附图说明
本发明的其它特性和优点在阅读具体实施方式和附图后将趋于明显，附图中：
图1以透视图示意性示出了包括根据本发明的范例性模块的芯片卡；
图2以透视图示意性示出了图1的芯片卡的模块的正面；
图3详细地示意性示出了在示于图2中的模块正面上形成的导电轨；
图4以透视图示意性示出了图1的芯片卡的模块的背面；
图5详细地示意性示出了在示于图4中的模块背面上形成的导电轨；
图6以横截面示意性示出了示于图1、2和4中的模块的印刷电路的结构；
图7示意性示出了诸如示于图5中的模块的背面的一个区域的放大视图；
图8详细地示意性示出了示于图3和5中的模块正面和背面的导电轨的重叠；
图9示意性示出了模块与卡天线的范例性系统，该系统计划被安装在示于图1中的卡中；
图10对应于表现出由图9的天线系统根据频率对电磁波进行吸收的图表。
具体实施方式
图1示出了包括根据本发明的电子模块2的芯片卡1。当模块2被集成至卡中时，各触头3与卡的表面齐平以便允许与读卡器(未示出)电连接。
模块2在图2中被独立地示出，该图是从其正面4看到的。各触头3形成在可挠的基底5(用于印刷电路的基底)上。各触头3的端部设有开口6，如将被进一步说明的那样，这些开口允许由模块天线产生的或检测的磁通量较好地通过。其它的开口6形成在模块2的金属化周边区域7中。模块2的以及触头3的尺寸由ISO标准7816-2规定。
该正面4在图3中更详细地示出。在其中可以看出，模块2在正面4上包括六个触头3a-3f。触头3a-3f端部的以及周边区域7的开口6具有例如150μ的宽度。周边区域7的功能不是形成触头，而是固定模块2。这些周边区域7还通过为模块2的整个正面4提供相同的金属化外观而具有美学功能。这些周边区域7还允许读卡器的电触头片在大致与整个正面处于相同高度的表面上滑行，从而防止在将卡在读卡器中插入或取出的过程中触头3被撕下。
图4示出了从背面8看到的同一模块2。模块天线9和连接轨10形成在该背面8上。该背面还接纳集成电路17。背面8在图5中更详细地被示出。
天线9在模块2的背面8上延伸，基本上在背面8的周边处。连接轨10围绕并连接着连接区域11。每个连接区域11包括盲孔12。
如图6中所示，盲孔12包括可挠的基底5的穿孔，该穿孔在一侧上被触头所封闭。换句话说，触头3的背面形成盲孔12的底部。实际上，以本身已知的方式，模块2由第一金属层14(例如铜)和可挠的基底5(例如玻璃纤维环氧树脂)与介于这二者之间的粘合剂层15的叠层形成。第一金属层14随后被置于模块2的正面4上，而背面8通过类似的工艺接纳第二金属层16(例如所谓的“电沉积”铜)。镍、金等的其它金属化可以在第一和第二金属层14、16上通过电沉积被形成，以改善它们的电导率、抗蚀能力和美学外观。
回到图4和5，可以看出，连接轨10在计划用来接纳芯片17的区域或范围18的轮廓外面延伸。区域18可以对应于直接设置在如图4和5中所示的基底5的背面8的表面上的区域。根据本发明的一个变体，区域18可以对应于在如图6中所示的基底5(与第一和第二铜层一起构成印刷电路)的厚度中切出的腔。连接轨10形成例如大致正方形并且电连接七个连接区域11。七个连接区域11被布置成以下形式：对应于该正方形的两个相对行的两行三个连接区域11(分别为11a、11b、11c和11d、11e、11f)、加上布置在连接区域11e和11f之间的第七连接区域11g。连接区域11g构成焊料盘(如将进一步说明的)。独立于连接轨10之外的第八连接区域11h被布置在该正方形的连接那两个行的侧边的大致中间处。连接区域11h构成另一焊料盘(如也将进一步说明的那样)。六个盲孔12分别对应于连接区域11a，11b，11c和11d，11e或11f之一。这些盲孔12具有由触头3的背面构成的底部，该底部本身是导电的，但在各连接区域11和盲孔12的底部之间并不存在电连接。各盲孔被设置成围绕并接近于计划被芯片17所覆盖的区域18。更精确地，最大150μ的距离设置在盲孔12的边缘和芯片17之间，以便能够通过金属线(例如金的)将集成电路17的端子连接到触头3的背面同时使这些线的长度最小。
图7示出了图5的放大区域。从中可以看出，天线9一方面在其端部中的一个的高度上被电连接(事实上是保持连贯)至连接轨10，经由该连接轨10其被电连接至连接区域11g，并且另一方面，在其端部中的另一个的高度上被电连接(事实上是保持连贯)至上述的连接区域11h。注意的是，在该图7中，连接区域11h和11g非常靠近计划被芯片所覆盖的区域18。
在由这些图示出的实施方式中，天线9包括非常精细的铜轨，其具有宽度l＝40μ，延续超过n＝3匝，其中在两个相继的匝之间的距离d＝30μ。然后我们得到关系式l×n+d×(n-1)＝180微米。以通常方式，根据本发明，要寻求满足关系式l×n+d×(n-1)＝≤500微米(或实际上450μ或甚至250μ)，其中优选利用n≥1。于是，被电连接至最外匝的那个连接区域11h被置于离计划被芯片17所覆盖的区域18的一定距离处，这实际上遵守了在上文中指示的不等式，其中天线的三匝在该连接区域11h和计划被芯片所覆盖区域18之间通过。天线9的这些匝包括环19，其从模块2的周边返回至计划被芯片所覆盖的区域18。该环19被电连接至连接区域11g。天线9的两端因此分别在焊料盘的高度上被连接，也即分别在连接区域11h的高度上(对于最外匝)和在连接区域11g的高度上(对于最内匝)。连接区域11g和11h分别形成天线的输出和输入端子。
芯片17包括其上表面上(也即在其与搁置在基底5上的那个表面相反的表面上)的连接端子。这些连接端子利用穿过盲孔12的金属线(例如金或铜)被直接(不穿过被金属化的孔)电连接到触头3的背面。此外，天线9的各端部还利用连接各连接端子的金属线被直接连接到连接区域11g和11h。
凭借本发明，并且尤其是凭借由金属线在芯片的连接端子和模块正面的触头3之间的直接连接，可以不必使用具有用于与远距离定位的芯片进行连接的垫的金属化孔的工艺。这是特别有利的，因为由于在这些垫的级别上铜的表面粗糙度的缘故，将金属线焊接在这些垫上可能是困难的。
将集成电路(芯片)17的连接端子连接到触头3背面或连接到天线9的端部的金属线具有500μ的最大长度。与集成电路的高度相比，这些连接线的刚度和长度为使得这些连接线没有短路各匝的风险。在将连接线一方面连接到集成电路17、并且另一方面连接到触头3背面或连接到连接区域11h和11g以后，模块背面的整体通过已知的方法被包封。模块2于是可以被插入至卡1中，诸如示于图1中的那样。
这些匝的主要部分被设置在模块的周边处，全部在计划被芯片17所覆盖的区域18外侧。然而它们全部被外切在由ISO标准7816-2所规定的尺寸内。
图8示出了正面4和背面8的金属轨的重叠。该图中，可以看出天线9的各匝的主要部分(也即这些匝的设置在模块2的周边处的那部分)设置在触头3和周边区域7的包括开口6那些部分下方。这样在这些匝中或由这些匝产生的磁通量可以与这些匝中的每一个的平面垂直地穿过这些开口6上升，从而使得可以确保与结合图9描述的卡的调压器天线20更好地耦合。
在图9中，卡的本体被透明地表示出以便展现被集成到卡中的调压器天线20。模块天线9和调压器天线20被设计成当模块2被集成到芯片卡1中时能够彼此耦合并彼此通信。调压器天线20具有适合于在比模块天线9所能通信的距离大的距离上进行通信的形状和尺寸。于是，被电连接到模块天线9的芯片能够经由本身被电磁耦合至模块天线9的调压器天线20而无接触地与读/写装置交换信息。
触头3和天线9形成与芯片17的双通信接口装置。
图10示出了两条曲线，其表现出要么由具有17pF电容的芯片以及要么由具有70pF电容的芯片分别根据谐振频率发出的电磁响应。该图是在调压器卡20的天线和本身被电附着至芯片的模块的小天线被与彼此电磁耦合时得到的。因此其表明，天线的谐振频率被调谐到大约13.5MHz(更精确地是13.64MHz)，此时具有类似的信号幅度而不管芯片的电容是多少(对于每条曲线分别是17pF和70pF)。
使天线9的特性(宽度，厚度，长度，匝数，各匝之间的间隔，材料，等)适合于集成电路17的规格显然是可能的。

Claims (14)

1.用于芯片卡的电子模块，其包括芯片(17)和与所述芯片的双通信接口装置，所述接口装置本身包括至少两个触头(3)以及天线(9)，
所述模块(2)包括具有彼此相反的正面(4)和背面(8)的印刷电路，所述正面(4)支撑所述触头(3)，且所述背面(8)支撑所述天线(9)并包括计划被所述芯片(17)所覆盖的区域(18)，
所述天线(9)包括以在两个端部之间完全在所述计划被所述芯片(17)所覆盖的区域(18)之外延伸的导电轨的形式被形成的至少一匝，并且
所述模块(2)的特征在于，所述至少一匝包括环(19)，所述环从所述模块(2)的周边返回至所述计划被所述芯片所覆盖的区域(18)，并且所述环形成最外匝，所述最外匝的端部(11h)被设置在离计划被所述芯片(17)所覆盖的区域(18)小于250微米的距离处，并且所述天线(9)的至少一匝在该端部(11h)和所述模块的计划用来接纳所述芯片(17)的区域(18)之间经过。
2.如权利要求1所述的模块，其中所述天线(9)包括铜轨，所述铜轨具有宽度l，延续超过n匝，在两个相继的匝之间的距离为d，其中l×n+d×(n-1)≤500微米，并且n≥1。
3.如权利要求2所述的模块，其中l是在30微米和70微米之间，n是在1匝和6匝之间，以及d是在30微米和70微米之间。
4.如前述权利要求之一所述的模块，其中所述印刷电路包括在所述背面(8)上敞开且在所述正面(4)上被所述触头(3)封闭的盲孔(12)，所述芯片(17)通过金属线而被穿过所述盲孔(12)地直接连接到所述触头(3)。
5.如权利要求1至3之一所述的模块，其中所述天线(9)是将预先层叠在基底(5)上的铜层透过由照相制版限定的图案进行蚀刻而形成。
6.如权利要求4所述的模块，其中所述天线(9)是将预先层叠在基底(5)上的铜层透过由照相制版限定的图案进行蚀刻而形成。
7.如权利要求1所述的模块，其中所述天线(9)包括铜轨，所述铜轨具有宽度l，延续超过n匝，在两个相继的匝之间的距离为d，其中l×n+d×(n-1)≤450微米，并且n≥1。
8.如权利要求1所述的模块，其中所述天线(9)包括铜轨，所述铜轨具有宽度l，延续超过n匝，在两个相继的匝之间的距离为d，其中l×n+d×(n-1)≤250微米，并且n≥1。
9.如权利要求3所述的模块，其中l等于40微米，n等于5匝，以及d等于30微米。
10.用于制造如前述权利要求之一所述的模块的印刷电路，其具有彼此相反的正面(4)和背面(8)，所述正面(4)支撑触头(3)，且所述背面(8)支撑天线(9)并包括计划被芯片(17)所覆盖的区域(18)，其中
所述天线(9)包括以在两个端部之间完全在所述计划被所述芯片(17)所覆盖的区域(18)之外延伸的导电轨的形式被形成的至少一匝，所述至少一匝包括环(19)，所述环从所述模块(2)的周边返回至所述计划被所述芯片所覆盖的区域(18)，并且所述环形成最外匝，所述最外匝的端部(11h)被设置在离计划被所述芯片(17)所覆盖的区域(18)小于500微米的距离处，并且
所述天线(9)的至少一匝在该端部(11h)和所述计划用来接纳所述芯片(17)的区域之间经过。
11.如权利要求10所述的印刷电路，其中计划被所述芯片(17)所覆盖的所述区域(18)对应于直接设置在其背面(8)的表面处的区域。
12.如权利要求10所述的印刷电路，其中计划被所述芯片(17)所覆盖的所述区域(18)对应于在所述印刷电路的厚度中切出的腔。
13.如权利要求10所述的印刷电路，其中所述距离小于450微米。
14.如权利要求10所述的印刷电路，其中所述距离小于250微米。
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