CN105684001A - 用于不同连接技术的集成电路模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于安装在便携式数据载体(4)中并与位于所述数据载体(4)中的电子部件(5)电连接的集成电路(IC)模块(1)。所述模块(1)支持至少两种不同的连接技术。为此，它具有接触元件，所述接触元件包括用于第一种连接技术的第一组接触区(2、3)以及用于第二种连接技术的第二组接触区(13、14)。所述第一组接触区(2、3)中的每个接触区都以导电方式连接至所述第二组接触垫(13、14)中的一个接触垫。所述连接优选通过压力型技术或通过用作焊接连接的连接线(23)实现。

Description

用于不同连接技术的集成电路模块
技术领域
本发明涉及一种适合于安装在便携式数据载体中并连接至存在于所述数据载体中的电子装置的集成电路(IC)模块。更确切地说，本发明涉及一种用于安装在内部形成有天线线圈的芯片卡中的IC模块。
背景技术
EP1567979B1公开了一种IC模块，所述IC模块插入到芯片卡的卡片本体中，在插入时连接至排布在所述卡片本体中的天线。为此目的，在所述卡片本体中布置有凹部，天线的接触端子终结在所述凹部中。所述模块具有与所述天线端子对应的模块端子。在所述天线端子或所述模块端子上附有圆锥体形式的弹性导电胶材料。因此，所述模块在压力下插入到所述凹部中，从而所述导电胶圆锥体变形为薄饼形。通过这种方式，在所述模块端子和所述天线端子之间形成压力型电连接，而无需采取任何其它措施。
实践证明，把模块侧接触区域设计为具有由导电轨道围住的自由区域的网格图案形式比较有利。所述自由区域由不导电模块材料构成，并支撑粘合连接。这种网格图案形式的接触区域当然仅在一定程度上适合于制作用于接线的常规焊接连接。因此，具有这种接触区域的模块受限于特定连接技术。
EP1654694B1还公开了一种用于安装在芯片卡中、具有两对模块端子的IC模块。其中一对端子用于附接制造在卡中的天线，另一对端子用于附接制造在卡中的开关。所述模块以所谓的引线框作为底座，即，在已被凹部细分为多个元件的原有粘性的大接触垫上。四个所述元件形成两对模块端子。因此，与卡侧装置端子的电连接是通过相同的连接技术实现的，即，在引线框的情况中，是通过焊接实现的。
发明内容
本发明的目的是改进用于压力型连接的模块配置，使其也适合于焊接连接。
此目的是通过一种具有主权利要求中的特征的模块来实现的。本发明的模块的优点是，所述模块也可保证利用金属丝形成的焊接连接的高接触可靠性，同时几乎不需要额外的工作。这是通过在提供针对压力型连接优化的接触垫之外在每种情况下还提供附加的接触垫来实现的，所述附加接触垫尤其支持焊接端子。特别优选的是，所述的两种不同类型的接触垫构造为直接连接成一个单元。本发明的提供附加接触垫的方法的优点是易于实现。采用具有两组接触垫的模块，能够把该模块用于不同构造的数据载体。由于不再需要为每种数据载体提供自己的模块，因此能够降低总制造成本。另外，还简化了制造。而且，附加接触垫的优点是，不论使用哪种连接技术，都能通过扩展连接区来提高连接可靠性。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明本发明的一种具体实施方式的实例。在附图中：
图1是在通过第一种连接技术把模块安装在数据载体中之前所述模块的斜视平面透视图；
图2是模块的底面的示意图；
图3是在使用第二种连接技术把模块安装在数据载体中之前所述模块的斜视平面透视图；
图4示出了在一个公共结构中用于不同连接技术的接触垫的设计；
图5示出了在一个公共结构中用于不同连接技术的接触垫的设计的一种变化形式；
图6示出了在一个公共结构中用于不同连接技术的接触垫的设计的另一种变化形式；和
图7是在使用接触垫的一种设计变化形式把模块安装在数据载体中之前所述模块的斜视平面透视图。
具体实施方式
图1示出了一种已知的IC模块1，所述IC模块1在其底面10上具有接触元件，所述接触元件采用两对接触垫2、3、13、14的形式。所述接触垫2、3、13、14用于与形成在数据载体4中的电子装置5形成电连接。在所有附图中示出的所有尺寸不是按比例绘制的，仅用于示意性地示出所述的原理。
接触垫2、3针对利用压力型技术的连接进行了优化。因此，它们构造为结构化的接触垫，如放大图中所示。即，它们例如拥有交叉网格图案形式的结构，具有由导电轨道框12围绕的自由区11。比较有利的方式是，自由区11由模块本体的不导电基本材料构成。它们相对于凸起的导电轨道框下凹一些，通常下凹数微米，并通过最小纹理化方式形成电荷可流过的很大接触面积。另外，它们与包含粘胶的配合接触元件形成良好的粘合连接。可替代地，自由区域11本身可在形成导电轨道框12的导电材料上构造为凸起结构。
接触垫13、14针对利用金属丝形成的焊接型连接进行了优化；在下文中将参照图2和图3对它们进行说明。
比较有利的方式是，IC模块1(在下文中称为模块)布置在具有塑料涂层的载体带中。比较有利的方式是，接触垫2、3以及所有其它导电轨道元件通过刻蚀技术形成。
数据载体4例如是具有符合ISO7816标准的标准尺寸的卡。但是，也可为其他尺寸或具有完全不同的几何形状的其它构造形式。数据载体4具有与模块1的构造形式相配的凹部8。通常，模块1设计为：在插入状态中，模块1的顶面9构成数据载体4的表面的一部分。在一种实施方式中，模块1可在其顶面9上承载导电接触垫。
在数据载体4中形成有电子装置5。装置5例如可为天线，如图1所示。也可为其它装置，例如开关或传感器。装置5具有端接在凹部8中的配合接触元件。所述配合接触元件与模块侧接触垫2、3对应，并用于把装置5连接至模块1。
在图1所示的实例中，所述配合接触元件具有可压缩导电材料凸点31、32的形式。比较有利的方式是，导电材料凸点31、32的材料稍稍具有弹性，并且在变形后产生持续的反压力。比较有利的方式是，它同时还作为粘胶。导电材料凸点31、32与结构化模块侧接触垫2、3相配。它们例如具有角锥形、锥顶形、半球形、圆柱形或类似的堆形形状。
在安装模块1时，模块侧结构化接触垫2、3落在凹部8中的可压缩导电材料凸点31、32上，并对其进行压缩。因而，导电材料凸点31、32发生变形，成为类似于扁饼的形状。因此它们可增大接触垫2、3上的可用连接面积，使得所述连接面积变为很大的导电连接面积。因此，在模块1和电子装置5之间产生了高导电性电连接。当导电材料凸点31、32的材料还具有粘接作用时，连接会更加牢固。
图2示出了模块1的底面10的平面图。在底面10上形成有接触元件，所述接触元件为两个接触垫区段6、7的形式，在每种情况下，所述接触垫区段6、7至少由两种不同设计的接触垫组成。第一组接触垫构造为一对结构化接触垫2、3的形式，如图1所示。第二组接触垫13、14具有焊接区的形式。焊接区13、14是扩大的导电轨道区域，并具有与结构接触垫2、3大致相同的尺寸。焊接区13、14分别通过导电轨道元件20连接至结构化接触垫2、3。
在图4中所示的变化形式中，焊接区13、14和结构化接触垫2、3构造为一种公共结构，不同的接触垫彼此互连起来，中间没有过渡。在此，省略了导电轨道元件20。在此例子中，焊接区13、14分别形成为从结构化接触垫2、3的一侧延伸出的锥形延长部。锥形延长部(即，焊接区域13、14)的纵向延长尺寸大致与结构化接触垫2、3的宽度对应。当然，其它几何形状也是可能的。
在图5所示的变化形式中，焊接区13、14同样构造为具有结构化接触垫2、3的公共结构。但是，焊接区13、14在三侧围绕结构化接触垫2、3，形成马蹄铁形状。接触垫马蹄铁形状的径向延伸部分大约与结构化接触垫2、3的宽度对应。
在图6所示的变化形式中，焊接区13、14同样形成具有结构化接触垫2、3的公共结构。在此，焊接区13、14完全围绕结构化接触垫2、3，形成焊接区环13、14。
结构化接触垫2、3的自由区11分别包括位于穿过接触垫2、3的两个(最好正交的)轴24的交点处的中央自由区11以及位于轴24之外的外自由区11。轴24具有区域带的形式，所述区域带决定两个相对的外自由区11之间的最短距离。所述带或轴24的宽度与通常用于与模块1连接的导线或连接构造的宽度相符。其尺寸优选使得轴24例如能够完全接收横跨接触垫2、3敷设的导线，所述导线在中央自由区11上承置在模块1的基本材料上，并在轴24的其余部分上完全布置在接触垫2、3上。在所述承置区域中，结构化接触垫2、3可同样作为焊接区，并且所述导线通过焊接连接至接触垫2、3。自由区11的布置例如可按骰子上的五点图案的方式实现，如图6所示。焊接区环13、14的径向延伸尺寸可小于结构化接触区2、3的宽度，因为由轴24形成的直至中央自由区11的带也分别可用作焊接区。
焊接区环13、14以及自由区11的几何形状可在一个大框架内设计。例如，如图6所示的焊接区环13、14可具有单个的直侧边，或者整体构造为矩形环。外自由区11例如可设计为三角形或肾形。
在图2所示的实施方式变化形式中，接触垫区段6、7还分别具有接触垫15、16，所述接触垫15、16同样具有焊接区的形式。所述的焊接区15、16构造为第一对焊接区13、14的镜像。比较有利地方式是，它们具有与第一对焊接区13、14相同或相似的几何形状，并且像焊接区13、14那样经由导电轨道元件20连接至结构化接触垫2、3。
可以在结构化接触垫2、3周围提供更多数目的焊接区。焊接区13、14、15、16的布置形式和数目不一定必须在结构化接触垫2、3上对称分布。而且，焊接区13、14、15、16的形式可在一个大框架内变化。除了点对称和轴对称的几何形状，也可采用特定的自由形式。焊接区13、14、15、16尽可能由接触垫2、3形成，没有过渡部分。
而且，在底面10上形成有联结系统17，所述联结系统17用于把接触垫2、3、13、14、15、16耦合至模块1的IC。联结系统17由一对汇流排18、19组成，导电路径从所述汇流排18、19分别延伸至接触垫2、3、13、14、15、16。与IC的耦合例如是通过焊线实现的。如图2所示，联结系统17的布局可基于圆圈形几何形状，并具有半圆形汇流排18、19；当然，任意的其它几何形状也是可能的。
接触垫2、3、13、14、15、16优选分别经由至少两条导电路径连接至联结系统17。通常，结构化接触垫2、3至少在一方面经由布置在一条几何直线上的导电轨道元件21连接至联结系统17，在另一方面经由另一条冗余的导电路径22连接至联结系统17。不论是采用结构化接触垫2、3还是采用焊接区13、14、15、16，冗余导电路径22都能提高接触可靠性。比较有利的方式是，接触垫2、3、13、14、15、16中的每一个都经由一条导电路径直接连接至联结系统17。
在图2中所示的接触垫布置变化形式中，结构化接触垫2、3和焊接区13、14、15、16不是并排成一行的，而是布置在联结系统17的汇流排的相对侧。
上述的模块1允许使用不同的连接技术与配合接触元件形成导电连接：在一方面，电连接可利用压力型技术形成，在另一方面，可利用连接线23通过焊接形成。因此，模块1既可在配合接触元件具有可压缩导电材料凸点的形式的数据载体4中使用，又可在配合接触元件具有焊接端子区的形式的数据载体4中使用。当在模块1中安装时，分别只利用一组接触垫，例如，只利用结构化接触垫2、3，或者只利用一对焊接区13、14、15、16。相应的另一组接触垫不被使用。
图3示出了模块1在数据载体中的安装，其中，不是利用结构化接触垫2、3来形成电连接，而是利用构造为焊接区的接触垫13、14来形成电连接。
电子装置5也是天线线圈。其配合接触元件在此构造为平面接线端子区41、42，所述平面接线端子区41、41在凹部8中布置为开放形式。模块1和天线5之间的连接利用连接线23实现，连接线23分别焊接至焊接区13、14以及相应的接线端子区41、42。在进行实际的模块安装之前在此组合体中形成模块1和数据载体4之间的电连接比较有利。为此，凹部8的尺寸和设计使得在安装模块1下留有用于连接线23的空间。在一种变化形式中，天线5构造为绕线线圈的形式。在此情况中，可省略接线端子区41、42。取而代之的是，天线5的末端保持开放形式，并直接形成连接线23。
图7示出了模块1在数据载体中的安装，其中，焊接区13、14形成具有结构化接触垫2、3的公共结构，如图6中所示。焊接区13、14完全围绕结构化接触垫2、3，并形成焊接区环13、14，在结构化接触垫2、3的自由区11之间形成轴24，所述轴24可作为附加的焊接区；自由区11和结构化接触垫2、3的设计是以简化形式示出的。
电子装置5也是天线线圈。配合接触元件在此简单地构造为线端，所述线端在凹部8中布置为开放形式，并形成连接线23。模块1和天线5之间的连接通过把所述线端直接连接至模块1来实现，即，把它们分别焊接至焊接区13、15。在凹部8中示出了焊接区与线端的会合。在此实施方式的例子中，天线线圈的线端与焊接区13、14沿纵向会合。
在保持提供具有用于不同连接技术的多组接触垫的IC模块的基本思想的前提下，本发明的方案允许更多的实施方式和变化形式，在此不对这些实施方式和变化形式进行详述。通过相应地改造接触垫，能支持不同的或更多的连接技术，而不仅是上述的连接技术，即，压力型技术和金属丝焊接技术。例如，除了上述的连接技术，或者作为上述的连接技术的一种替代，可提供需要外加激发的连接，例如通过红外辐射激发。相应的接触垫例如可覆有可激活材料。可在一个大框架之内进一步设计接触垫2、3、13、14、15、16以及联结系统17和导电路径的布局。而且，从理论上说，也可省略联结系统17。此时，接触垫区段6、7直接连接至模块1的IC。
标号列表
1.IC模块
2.结构化接触垫
3.结构化接触垫
4.数据载体
5.电子装置(天线)
6.接触垫区段
7.接触垫区段
8.凹部
9.模块的顶面
10.模块的底面
11.自由区
12.导电轨道框
13.接触垫(焊接区)
14.接触垫(焊接区)
15.接触垫(焊接区)
16.接触垫(焊接区)
17.联结系统
18.汇流排
19.汇流排
20.导电轨道元件
21.导电轨道元件
22.冗余导电路径
23.连接线
24.轴(带)
31.导电材料凸点
32.导电材料凸点
41.接线端子区
42.接线端子区

Claims (10)

1.一种用于安装在便携式数据载体(4)中的集成电路(IC)模块，具有：顶面(9)，在安装后的状态中，所述顶面(9)形成数据载体(4)的表面的一部分；以及接触元件，用于与在数据载体(4)的凹部(8)中构造为开放形式的配合接触元件形成电连接，其特征在于，所述接触元件具有用于第一种连接技术的至少第一组接触垫(2、3)以及用于第二种连接技术的至少第二组接触垫(13、14)，其中，第一组接触垫(2、3)中的接触垫在每种情况下都导电连接至第二组接触垫(13、14)中的接触垫。
2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一组接触垫中的接触垫是结构化接触垫(2、3)，并形成具有自由区(11)的图案，所述自由区(11)被由导电轨道(12)组成的外框围绕，以支持与构造为导电材料凸点(31、32)形式的配合接触元件的电连接。
3.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第二组接触垫中的接触垫是焊接区(13、14、15、16)，以能够使得使用一方面连接至焊接区(13、14、15、16)并且另一方面连接至所述配合接触元件的连接线(23)形成电连接。
4.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第二组接触垫中的接触垫(13、14、15、16)不经过过渡构造就连接至所述第一组接触垫中的接触垫(2、3)。
5.如前述权利要求中任何一项所述的模块，其特征在于，所述第二组接触垫中的接触垫(13、14)分别围绕所述第一组接触垫构造为闭环或开环的形式，所述接触垫(13、14)形成带有导电轨道框(12)的单元。
6.如前述权利要求中任何一项所述的模块，其特征在于，所述第一组接触垫的自由区(11)布置在两个带状轴(24)的交点处，所有其它的自由区(11)布置在所述轴(24)之外。
7.如前述权利要求中任何一项所述的模块，其特征在于，所述配合接触元件构造为接线端子区(41、42)。
8.如前述权利要求中任何一项所述的模块，其特征在于，该模块具有至少一个联结系统(30)，所述联结系统(30)一方面连接至模块(1)的IC，另一方面连接至至少一个接触垫(2、3、13、14、15、16)。
9.一种制造具有IC和电子装置的便携式数据载体的方法，所述方法具有以下步骤：
-提供前述权利要求中任何一项所述的IC模块(1)，
-提供便携式数据载体(4)，所述便携式数据载体(4)具有准备接收所述IC模块的凹部(8)，并具有电子装置(5)，所述电子装置(5)形成在所述数据载体中并连接至在所述凹部(8)中准备好的配合接触元件，
-把所述IC模块(1)插入到所述数据载体的凹部(8)中，其特征在于，
-在插入所述IC模块(1)时，所述多组接触垫中的一组通过配套的连接技术连接至准备好的配合接触元件。
10.使用如权利要求1至8中任何一项所述的IC模块来制造便携式数据载体，所述数据载体具有形成在该数据载体表面上的电接触垫并具有形成在该数据载体本体内的天线线圈。
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