CN109271835A - 具有指纹采集器的电子板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性电子板及其制造方法。该柔性电子板包括：板主体(1)，其包括上表面(11)和下表面(12)；至少一个腔(13、13’)，其形成在所述板主体中并且在所述上表面开口；以及指纹模块(2)，其用于采集用户的指纹，所述指纹模块位于所述腔(13)中并且与所述板主体的上表面齐平；所述指纹模块(2)包括柔性基板(22)，所述柔性基板(22)包括工作部(21)和微控制器(23)，所述工作部(21)是采集器工作部并且与所述板主体的上表面齐平，所述微控制器(23)位于所述柔性基板下方。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子板以及及其制造方法，特别地涉及具有指纹采集器的电子板。
背景技术
已知存在具有指纹采集器的电子板。
具有指纹采集器的电子板的趋势在于，与常规的集成电路板具有相同的柔性，从而尽可能地满足尺寸上的约束。在标准ISO 781 ID1、ISO 7816标准(针对银行应用)和ISO10373标准中对柔性和尺寸约束进行了说明。
问题在于，指纹采集器很脆弱并且无法强行支持这样的柔性和尺寸限制。
为了解决这一问题，已经考虑了多种电子板。这些电子板，或者同时增加板的硬度和厚度(参见文献WO 2009/140968)，或者在板的指纹采集器处增加加固元件(参见文献WO2017/093514)。
这些板的另一个问题在于，指纹采集器的存在使得这些组件(通常为处理器和/或存储器)中的某一些需要安装在介于板的两个塑料层之间的内嵌层中(英文为inlay)。
这些解决方案并不是完全令人满意的，这是因为电子板的制造很复杂并且ISO7816标准中对于柔性和尺寸的约束无法得到满足。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有指纹采集器的电子板。该电子板符合标准ISO 781 ID1标准、ISO 7816标准(针对银行应用的以及ISO 10373标准中对于尺寸和柔性的约束。
本发明的另一目的在于提供一种用于具有指纹采集器的电子板的制造方法。该方法易于实现。
为此，本发明提出了一种柔性电子板，包括：
-板主体，其包括上表面和下表面；
-至少一个腔，其形成在所述板主体中并且在所述上表面开口；以及
-指纹模块，其用于采集用户的指纹，所述指纹模块位于所述腔中并且与所述板主体的上表面齐平；所述指纹模块包括柔性基板，所述柔性基板包括工作部和微控制器，所述工作部是采集器工作部并且与所述板主体的上表面齐平，所述微控制器位于所述柔性基板下方。
与指纹模块相对于板主体的上表面凸起或者相反地凹进的板相比，与板主体的上表面齐平的指纹模块在板的功效性、制造方便性、强度以及使用寿命方面具有优势。
事实上，相对于上表面凸起的指纹模块使得板放入诸如自动提款机之类的终端中变得困难、甚至是不可能的。
此外，相对于上表面凹进的指纹模块使得板的结构变得脆弱并且使得大规模的制造更加复杂。因为在上表面和指纹模块之间的缝隙中累积的杂质和灰尘造成装置的损坏，板的使用寿命同样被缩短。
最后，与板的上表面齐平的指纹模块使得能够使得用于将手指放在指纹模块上时更加舒服，用户在放置手指时不会通过该手指触摸到凸起或凹进。
有利地，本发明还具有以下特征，这些特征单独或者根据技术上的任意可能组合被采用。
指纹模块还包括多个连接片，连接片用于将指纹模块连接到天线或第二模块。
腔的最大深度使得板主体的下表面和腔的底部之间的距离大于或等于160μm。
腔的内部立体剖面与指纹模块的内部凹凸相匹配。
板包括两个腔，其中，一个腔容置指纹模块，另一个腔容置第二模块，第二模块为银行模块或访问模块。
板主体包括中间层，即互连层，中间层由导电材料制成并且集成有天线。
板主体包括中间层，即互连层，中间层由半导体材料制成并且集成有用于将指纹模块连接到第二模块上的电路。
板包括从至少一个腔向互连层形成的镂空部。
板主体从上表面到下表面包括层压的以下层：
-上透明保护层；
-第一PVC基板；
-中间互连层；
-第二PVC基板；以及
-下透明保护层。
板还包括触摸标记和/或对准标记，触摸标记和/或对准标记位于板主体的上表面上靠近指纹模块，触摸标记使得能够进行指纹模块上的手指的位置修正。
另一方面，本发明还涉及一种用于本发明的电子板的制造方法，该方法包括以下步骤：
-获得板主体；
-在板主体中形成至少一个腔；
-在腔中放置指纹模块，指纹模块包括柔性基板，柔性基板包括工作部和微控制器，工作部是采集器工作部并且与板主体的上表面齐平，微控制器位于柔性基板下方。
获得板主体的步骤包括在中间层上集成天线的子步骤。
该方法包括在板主体中获得两个腔，以及将指纹模块放置在两个腔中的一个腔内并在另一腔内放置第二模块；获得板主体的步骤还包括集成用于将指纹模块连接到第二模块上的连接电路。
获得板主体的步骤包括对上层、第一基板、中间层和下层进行热层压的子步骤。
板包括在板主体中从腔向中间层获得至少一个镂空部的步骤。
通过本发明的板，整个指纹模块位于同一个腔中。因此，不需要为了容置该模块而预备额外的连接或腔。
指纹模块很容易集成在常规的电子板中。
附图说明
通过以下参见附图给出的仅说明而非限制性的说明，本发明的其它特点、目的和优点将变得明显。在附图中：
图1a和1b分别为根据本发明的实施例的电子卡的顶视图和剖视图；
图2为根据本发明的实施例的电子板的指纹模块的剖视图；
图3为根据本发明的实施例的电子板、由于用户的手指造成形变的指纹模块的剖视图；
图4为根据本发明的实施例的电子板的立体腔中指纹模块的剖视图；
图5为根据本发明的实施例的电子板的板主体的剖视图；
图6为根据本发明的实施例的具有触摸标记的电子板的顶视图；
图7为针对指纹采集器应用的根据本发明的实施例的电子板的剖视图；
图8为针对指纹采集器应用与另一应用耦接的根据本发明的实施例的电子板的剖视图；
图9为图8中的电子板的互连层的顶视图；以及
图10为根据本发明的电子板的制造方法的步骤。
附图中类似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1a和1b为包括板主体1和指纹模块2的电子板。
板主体1包括上表面11和下表面12，并且板主体1的尺寸符合ISO 781 ID1标准。特别是，板主体1的厚度介于780mm和840mm之间。
另外，板主体包括多个层。这多个层之间通过热层压工艺进行组装以满足ISO 781ID1表中对于多个层的约束。
电子板包括位于腔13中的指纹模块2。腔13形成于板主体1的厚度中。腔13在板主体1的上表面开口并且与板主体的上表面齐平。有利地，腔13通过对板主体1铣削所期望的厚度来得到。
指纹模块2配置为获取用户的指纹的图像并且验证电子板的持有者的身份。
模块2包括半导体基板22。该半导体基板22通常是柔性的并且由聚合物和环氧树脂制成，从而能够满足上述标准中的柔性约束并且足够牢固。
该基板22的一部分构成模块的工作部21。持有者将手指放置在工作部21上以使得该持有者的指纹图像被采集。
基板22的其余部分使得能够将指纹模块2组装在板上并且支持对微控制器23(配置为将采集的最新的指纹与参考指纹进行比较)并最终对存储器24(包括预先存储的用户的参考指纹)进行组装。
因此，微控制器配置为实现指纹的采集以及对所述指纹进行处理。尤其是，指纹的图像通过工作部进行捕获并之后由微控制器进行处理，从而提取出模型。在之前的加入阶段，该模型用于与持有者将要记录在板中的图像进行比较。
指纹模块因此包括基板2。基板2包括工作面221以及与工作面221相对的连接面222。工作面221是指纹模块中与板主体1的上表面齐平且包括工作部21的部分。
例如，对于厚度为600mm的指纹模块2，工作面221可以与板主体1的上表面11齐平，并且容差为大约100mm，优选地为大约50mm。
这样的容差使得能够符合将板及其模块2在自动提款机类型的终端中的放置约束，而相比于上表面11更高的指纹模块2将会使得难以甚至无法放置板。
这样的容差使得还该板能够具有结构强度以及制造方便，而位于板的厚度的更低处的指纹模块2使得结构更脆弱并且使得大规模制造更加复杂。
此外，杂质和灰尘在上表面11和指纹模块2之间的缝隙中的累积造成装置的损坏，因而缩短模块2位于板的厚度的更低处的板的使用寿命。
最后，位于相对于上表面11的凹进中的指纹模块2能够造成用户将其手指放置在凹进的工作面221上具有不适的约束感。因此，与板的上表面11齐平的模块更容易适应用于。
有利地，微控制器23并且必要时还有存储器通常在连接面222上通过各向异性低温粘接或者熔接来组装在基板2上。
连接面222是指纹模块中位于腔13中的部分。腔13形成于板主体1中。指纹模块包括多个连接片25。连接片25使得能够将指纹模块连接到天线上或者连接到其它模块上。再次从头考虑。
需要注意的是，图2中示出了4个连接片。然而，连接片的数量可以根据所需要的连接功能的不同而变化。
这些连接片25以使得用于工作部21和组件安装的空间损失尽可能少的方式置于基板2的周围。然而，任何连接线或组件都不应当距离这些连接片0.3mm以内，从而确保将模块良好地安装在板上。此外，基板轮廓上优选地设置有加固件，从而避免用于组装的该部分具有过大的柔性。该加固件可以是位于基板内部且由导电材料制成的环。
基板及其组件的最大高度应当为600μm，从而能够被集成在板中而不会造成损坏，并且确保背景足以满足ISO 781 ID1对于柔性和鲁棒性的要求。
如上所述，指纹模块2的基板是柔性的。同样，为了避免在用户的手指产生的形变的影响下造成基板22损坏，一旦指纹模块被安装在板上，有利地设置腔13。腔13的内部立体剖面使得该内部立体剖面大体上符合所连接的元件的剖面，使得指纹模块2的基板22的连接面212凸出。
在图2中，腔是“标准的”且不具有特殊的剖面。在图3中，当用户的手指置于指纹模块的工作部上时，腔中的指纹模块发生形变。在图4中，腔具有立体剖面。
组件23、24被直接安装在基板2的下方的连接面上并且用于抑制形变。此外，腔的内部立体剖面大体上符合指纹模块2的形状，这使得能够具有一个或多个限位块18。限位块18使得能够限制指纹模块2的基板2的形变。
参见图5，板主体从板主体的上表面11向板主体1的下表面12包括以下堆叠：
-由塑料制成的上透明保护层13；
-由塑料制成的第一基板14；
-具有基于铜的导电材料的中间层15；
-由塑料制成的第二基板16；
-由塑料制成的下透明保护层17。
各塑料层例如为PVC(polyvinyl chloride)或PC(polycarbonate)或PET(polyethylene terephthalate)。
各塑料层设置用于支持可能的铭文(客户视觉信息、各种装饰、身份等)。并且各保护层设置用于保护塑料层并容置板的持有者的个人信息。
中间层15设置用于支承可能的用于将指纹模块连接到天线或其它模块上的导电轨。在下文中对此进行详述。
有利地，参见图6，在板主体的上表面11上，上透明保护层13包括触摸标记4。触摸标记4通过触摸漆的印刷或者通过对上透明保护层13的刻蚀来添加。该触摸标记位于指纹采集器21的附近(并因此位于指纹模块2的附近)，从而引导用户将手指放置在指纹采集器21上。触摸标记4使得指纹的采集更加方便。
尤其是，触摸标记4使得当用户放置手指时，所要采集的指纹正确放置在指纹采集器21上。
有利地，在对各层进行层压时通过触摸漆的丝网印刷或者刻蚀，又或者通过激光刻蚀来印刷触摸标记4。触摸标记的最大厚度为50μm，从而符合ISO 781 ID1的大小约束。
对于宽度为15mm至18mm的矩形指纹模块，触摸标记距离工作部的最大距离为8mm至12mm，优选地为10mm。
触摸标记的形状优选地为半月形(参见图6)。其它形状也是可能的。
该触摸标记4的图案的粗糙度与支承该标记的表面的粗糙度不同。
替选地或补充地，在必要时，使得能够向用户指出将手指放置的板主体的哪一处的对准标记5被印刷在第一基板14上并且由上透明保护层13保护。对准标记5通常是圆形中代表手指端部的部分。
根据一个实施例，如图7中所示，在工作最后通过非接触接口(通过天线上的短波或中波射频)来使用电子板。持有者的认证以及持有者身份的验证能够以非接触方式实现访问、支付等。通过与板通信的非接触终端为板供电。实现这些应用的该终端是访问读取器、支付终端等。
由此，设置天线30与指纹模块2连接。天线30位于层压载板主体1上的中间层上。因此，至少一个连接片25通过电连接工艺经由导电树脂等连接到天线30上。为了使指纹模块2与天线30之间连接，在板主体1中设置腔41。腔41例如中填充有导电树脂51等。
根据所谓的“非接触”工作，非接触终端与板通信并包含天线。为该终端供电；并且由于交变电流通过该终端的天线，终端产生交变磁场。由于该终端的天线的存在，位于该交变磁场附近的板可以获取该交变磁场的能量。此外，终端的交变电流被调制到两个不同的频率。这使得能够在传输能量的同时传递数据。因此，在接收到能量的同时，板对信号进行解调并同时得到由终端调制并传递的数据。
以上对非接触工作进行了说明。但是，所述的板在此适用于其它工作，例如：
-接触工作(经由符合ISO 7816-2的典型接口模块)；或
-“双模”，即同时采用两种供电方式(接触或非接触)。
终端和板之间的通信协议是标准化的，从而保证联合操作性。这样的标准例如为ISO 14443标准和ISO 15693标准。
参见图8，除了指纹模块2之外，电子板还包括第二模块3。第二模块3包括芯片。该芯片配置为执行技术人员已知的其它功能，例如，对于地点和/或交通网络的访问控制功能，和/或个人权利验证功能，和/或支付功能。
根据该实施例，板的持有者的认证以及持有者身份的验证能够通过接触或非接触方式实现访问、支付等。
始终参见图8，板因此包括位于专用的腔13’中的第二模块3。
第二模块3经由位于中间层上的电路40连接到指纹模块2上。模块3包括微控制器(芯片)31。
指纹模块2和第二模块3经由镂空部41、42、43、44连接到电路上。镂空部41、42、43、44设置在板主体中并且填充有例如导电树脂51等。在图8中示出了4个镂空部。但是，镂空部的数量可以根据需要来设置。
图9为图8中的电子板的互连层的详细视图。
在图9中，4根接线将指纹模块2连接到支付模块3上。当然，接线的数量和位置能够根据连接电路的类型而改变。
补充地，第二模块3能够以接触和非接触方式(称为DUAL模式工作)形成接口。一旦需要非接触模式，则将天线(图8中未示出)置于互连层上或者直接添加到第二模块3上。
上述电子板有利地通过结合图10所述的方法来制造。
该制造方法主要包括以下步骤：
-获得100板主体；
-在板主体1中形成300至少一个腔13、13’；
-在腔中放置400指纹模块2。
根据电子板的应用，板主体1的获得包括：
-在中间层上集成110天线30的子步骤110；和/或
-集成连接电路的子步骤110’，使得将指纹模块连接到第二模块3上。
天线和/或连接电路的集成通过在板主体的其它层上组装的特定层来实现。
有利地，通过对构成板主体的各层进行层压的方法来获得板主体1(步骤120)；各层包括：保护层、其上印刷有包括对准标记在内的板的视觉信息的层、以及能够携带用于非接触或DUAL工作模式的天线的下互连层。
该方法的参数依赖于所使用的材料，但是能够从数秒内的低于100摄氏度的温度变化到20分钟内在不同的压强下的高于180摄氏度的温度。工作的目的在于得到符合ISO781 ID1的均匀结构。该结构中的各层之间粘合。在该方法中，通过使用预先刻蚀的层压片可以产生触摸标记。
附加地，若不在层压过程中进行，则进行触摸标记的印刷步骤。被层压的各层则通过触摸漆来印刷。所使用的工艺为丝网印刷，从而使得具有一厚度。该厚度符合标准(50μm)并足以获得触感。对于在板上印刷的视觉信息，还可以通过激光刻蚀来添加该触觉标记。晦暗的视觉信息优选地为清楚的视觉信息，从而使用对晦暗的轨迹材料进行标记的技术。
此外，在将一个或多个模块放置在所形成的腔内之前，该方法包括在板主体中从腔向中间层获得至少一个镂空部的步骤200。镂空部使得能够将模块与互连层进行必要的连接。
Claims (15)
1.一种柔性电子板，包括：
-板主体(1)，其包括上表面(11)和下表面(12)；
-至少一个腔(13、13’)，其形成在所述板主体中并且在所述上表面开口；以及
-指纹模块(2)，其用于采集用户的指纹，所述指纹模块位于所述腔(13)中并且与所述板主体的上表面齐平；所述指纹模块(2)包括柔性基板(22)，所述柔性基板(22)包括工作部(21)和微控制器(23)，所述工作部(21)是采集器工作部并且与所述板主体的上表面齐平，所述微控制器(23)位于所述柔性基板下方。
2.根据权利要求1所述电子板，其中，所述指纹模块(2)还包括多个连接片，所述连接片用于将所述指纹模块(2)连接到天线(30)或第二模块(3)。
3.根据权利要求1或2所述的电子板，其中，所述腔(13、13’)的最大深度使得所述板主体的下表面和所述腔的底部之间的距离大于或等于160μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子板，其中，所述腔(13、13’)的内部立体剖面与所述指纹模块(2)的内部凹凸相匹配。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子板，包括两个腔(13、13’)，其中，一个腔容置所述指纹模块，另一个腔容置第二模块(3)，所述第二模块(3)为银行模块或访问模块。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子板，其中，所述板主体(1)包括中间层，所述中间层是由导电材料制成并且集成有天线的互连层。
7.根据权利要求5所述的电子板，其中，所述板主体(1)包括中间层，所述中间层是由半导体材料制成并且集成有用于将所述指纹模块连接到所述第二模块(3)上的电路的互连层。
8.根据权利要求7所述的电子板，包括从所述至少一个腔向所述互连层形成的镂空部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电子板，其中，所述板主体从所述上表面到所述下表面包括层压的以下层：
-上透明保护层(13)；
-第一PVC基板(14)；
-中间互连层(15)；
-第二PVC基板(16)；以及
-下透明保护层(17)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子板，还包括触摸标记(4)和/或对准标记(5)，所述触摸标记(4)和/或所述对准标记(5)位于所述板主体的上表面上靠近所述指纹模块(2)，所述触摸标记使得能够进行所述指纹模块(2)上的手指的位置修正。
11.一种用于根据权利要求1至10中任一项所述的电子板的制造方法，包括以下步骤：
-获得(100)板主体；
-在所述板主体中形成(300)至少一个腔(13、13’)；
-在所述腔中放置(400)指纹模块(2)，所述指纹模块(2)包括柔性基板(22)，所述柔性基板(22)包括工作部(21)和微控制器(23)，所述工作部(21)是采集器工作部并且与所述板主体的上表面齐平，所述微控制器(23)位于所述柔性基板下方。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，获得所述板主体的步骤包括在所述中间层(15)上集成(110)天线的子步骤。
13.根据权利要求11或12所述的制造方法，包括在所述板主体(1)中获得(200)两个腔，以及将所述指纹模块放置(400)在所述两个腔中的一个腔内并在另一腔内放置第二模块(3)；获得(100)所述板主体的步骤还包括集成(110’)用于将所述指纹模块(2)连接到所述第二模块(3)上的连接电路(40)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的制造方法，其中，获得(100)所述板主体(1)的步骤包括对所述上层(13)、所述第一基板(14)、所述中间层(15)和所述下层(17)进行热层压(110)的子步骤。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的制造方法，包括在所述板主体中从所述腔向所述中间层获得(200)至少一个镂空部的步骤。
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