CN115039107A - 集成生物计量传感器模块和制造包括集成生物计量传感器模块的智能卡的方法 - Google Patents

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Abstract

智能卡(100)包括：多个智能卡基板层(200)；包括天线(218)的天线层(208)；嵌入智能卡中并且连接至天线层的指纹传感器模块(102)，该指纹传感器模块被配置成经由天线接收能量并且与读取装置通信，其中，该指纹传感器模块与智能卡的外部电隔离。

Description

集成生物计量传感器模块和制造包括集成生物计量传感器模 块的智能卡的方法
技术领域
本发明涉及集成生物计量传感器模块。特别地，本发明涉及包括集成生物计量传感器模块的智能卡和用于制造包括生物计量传感器模块的智能卡的方法。
背景技术
随着用于身份验证的生物计量装置，特别是指纹感测装置，的发展，已经产生了更小、更便宜并且更节能的装置，对于这样的装置的应用范围在不断增加。
特别地，由于形状因数小、成本/性能因数相对有利、以及用户接受度高，指纹感测已经越来越多地应用于例如消费类电子装置中。
基于用于提供指纹感测元件和辅助逻辑电路的CMOS技术而构建的电容式指纹感测装置越来越受欢迎，这是因为这样的感测装置可以被制造得既小又节能，同时能够以高准确度识别指纹。因此，电容式指纹传感器有利地用于消费电子装置，例如便携式计算机、平板电脑和移动电话。对于在智能卡中使用指纹传感器以使得能够在诸如银行卡的卡中实现生物计量识别(在该卡中其他类型的生物计量系统不适用)的兴趣也在日益增加。
可以通过以下方式将指纹传感器包括在智能卡中：在智能卡被生产之后通过所谓的铣削和钻孔工艺添加指纹传感器，并且将传感器模块表面安装至在卡表面中形成的孔中。这需要制造坚固的指纹传感器，为暴露在智能卡表面处的磨损做准备。
然而，仍然期望探索用于将生物计量传感器集成在智能卡中的另外的方法，特别是在降低成本方面，这在某种程度上与制造过程的复杂性有关。
发明内容
鉴于现有技术的上面提及的缺点和其他缺点，本发明的目的是提供一种改进的智能卡和用于制造包括指纹传感器模块的智能卡的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种智能卡，该智能卡包括：多个智能卡基板层；包括天线的天线层；嵌入智能卡中并且连接至天线层的指纹传感器模块，该指纹传感器模块被配置成经由天线接收能量并且与读取装置通信，并且其中，该指纹传感器模块与智能卡的外部电隔离。
智能卡可以被认为是包括诸如生物计量感测的功能的任何卡，并且智能卡可以用作支付卡、身份证、门禁卡以及需要具有内置功能的卡的其他应用中。在本文上下文中，智能卡包括连接至天线的指纹传感器模块，但是这并不排除智能卡中包括其他特征。此外，即使本描述针对智能卡，但嵌入式和电隔离的指纹传感器模块也可以在其他应用(例如加密狗、密钥卡等)中实现。
本发明基于的认识是提供以下智能卡是有利的：指纹传感器模块电隔离地在智能卡内。因此，本发明描述了一种如何形成包括有电隔离的指纹传感器模块的智能卡的解决方案。
通过嵌入指纹传感器模块，为传感器模块中的电子装置提供了更好的机械和电保护。通过将传感器模块直接连接至为智能卡供电的天线，智能卡的生产也得到了简化。因此，即使用户带有大量电荷，也不存在电荷损坏指纹传感器或卡中的任何其他电子部件或与卡接触的支付终端的路径。
本发明是通过下述指纹传感器实现的：该指纹传感器能够在没有与用户的电连接的情况下进行操作，并且因此没有边框或任何其他外部电极。EP3123395中描述了这种没有边框的指纹传感器。
指纹传感器模块至少包括具有有源感测表面的指纹传感器，并且指纹传感器可以有利地是包括导电感测元件阵列的电容式指纹传感器。电容式指纹传感器应当被理解为还包括连接至感测元件的感测电路，以用于从感测元件读取信号。感测电路又可以包括读出电路或者连接至读出电路，用于将感测装置的结果提供至外部装置以用于进一步处理，在当前情况下，外部装置可以包括在指纹传感器模块中。指纹传感器模块还可以包括另外的无源或有源部件。
可以认为智能卡被形成为包括多个层(例如一个或更多个核心层以及在核心层的各个侧上的外层)的层压结构。通常，智能卡还将包括嵌入卡中的一个或更多个导电层，以在卡的不同部分之间路由信号，和/或用作为用于电力收集和通信的天线。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器模块可以包括在与该模块的感测侧相对的该模块的背侧上的接触垫，其中，接触垫直接连接至天线。指纹传感器模块的接触垫与天线直接接触，即机械和物理接触，既确保了良好的电连接，又简化了制造，这是因为卡中不需要另外的通信路径。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器模块是T形模块，该T形模块包括在模块的延伸部分上的接触垫，接触垫面向与模块的感测侧相同的方向，其中，接触垫直接连接至天线。T形模块的延伸部分——有时被称为翼部——使得接触垫的布置能够面向与模块的感测表面相同的方向，这在一些实现方式中可能是有利的。T形模块可以布置为倒T形，即传感器模块的感测表面面向上的倒置T形。
根据本发明的一个实施方式，天线层位于智能卡的中间，并且指纹传感器模块位于天线层的一侧。从机械稳定性/翘曲的角度来看，优选地，卡中的层的堆叠尽可能对称，因此优选地在天线层的任一侧都具有两个核心层，默认情况下将天线放置于卡的中心附近。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器模块被层压至智能卡中。因此，使用在制造卡时已经普遍使用的工艺，指纹传感器模块可以完全嵌入卡中并且电隔离，从而促进包括指纹传感器模块的智能卡的实现。
根据本发明的一个实施方式，指纹传感器模块包括安全元件和处理单元中的至少一个。由于指纹传感器模块被提供为集成在智能卡中的单个模块，因此将生物计量识别和验证所需的另外的部件包括在该模块中可能是有利的，以避免必须使用单独的处理步骤将这样的部件集成到卡中。该部件可以例如是安全元件，安全元件本身通常包括处理单元，或者是在指纹获取和验证过程中使用的单独处理单元。
根据本发明的一个实施方式，智能卡在从天线层至外表面的方向上包括至少一个核心层、印刷层和外层，其中，指纹传感器模块被布置在至少一个核心层的开口中，使得指纹传感器模块的顶表面与核心层的顶表面对齐。通过在指纹传感器模块上方布置印刷层，可以提供卡的期望视觉外观。印刷层可以例如包括对指纹传感器的有源感测区域的位置的视觉指示。
根据本发明的一个实施方式，智能卡在从天线层至外表面的方向上包括至少一个核心层、印刷层和外层，其中，指纹传感器模块被布置在至少一个核心层和印刷层的开口中，使得指纹传感器模块的顶表面与印刷层的顶表面对齐。在一些实现方式中，期望使指纹传感器与卡表面之间的距离最小化，并且这可以通过在核心层和印刷层两者上形成开口来实现，使得指纹传感器仅被卡的外层覆盖。通过使感测表面与手指之间的距离最小化，也有助于在更困难的条件下获取指纹。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种指纹传感器组件，该指纹传感器组件包括：指纹传感器模块，该指纹传感器模块包括用于接触天线的接触垫，其中，接触垫位于指纹传感器模块的与该模块的感测表面相对的一侧上；以及天线膜，该天线膜包括在天线载体上布置的嵌入绝缘涂层中的导电天线，其中，天线膜附接至指纹传感器模块，天线载体包括与指纹传感器模块的相应接触垫对应并且对准的开口，并且其中，在接触垫的位置处不存在天线的绝缘涂层，使得在导电天线与接触垫之间形成机械和电连接。所描述的指纹传感器组件可以被视为适合并准备好集成在智能卡中的组件，其中，天线层已经附接至指纹传感器模块，并且其中，天线本身电连接至指纹传感器模块的接触垫。然而，所描述的指纹传感器组件也可以适于集成在其他部件中，例如集成在需要嵌入式指纹传感器模块的加密狗或密钥卡中。指纹传感器组件也可以作为独立模块而被嵌入或者提供，以集成在需要生物计量识别的其他系统中。
在已知的智能卡制造过程中，天线通常以天线膜的形式来提供，该天线膜包括以期望图案布置的导线。由于天线的厚度非常薄，因此将其布置在塑料材料的天线载体层上，并且天线还嵌入在绝缘涂层中，以使天线交叉而不会造成短路。通过在天线载体中形成开口，可以使用加热工具接近天线，以熔化接触垫位置处的绝缘层，从而在天线与接触垫之间形成电接触。在天线膜中没有开口的情况下，不可能仅熔化绝缘涂层，这是因为天线膜也会熔化，从而可能损坏工具。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造智能卡的方法，该方法包括：提供包括有用于接触天线的接触垫的指纹传感器模块；提供天线膜，该天线膜包括在天线载体上布置的嵌入绝缘涂层中的导电天线；在天线载体中与指纹传感器模块的接触垫对应的位置形成开口；将天线膜布置在指纹传感器模块上，使得开口与接触垫对准并且使得导电天线面向接触垫；通过天线载体中的开口，使用加热工具接触导电天线以熔化接触垫的位置处的绝缘涂层，从而在导电天线与接触垫之间形成电接触；以及嵌入天线膜和指纹传感器模块以及另外的智能卡层，以形成层压智能卡。
借助于所描述的方法，可以使用常规的卡制造步骤来制造包括指纹传感器模块的智能卡，在该常规的卡制造步骤中，塑料材料的不同片被层压在一起以形成最终的卡。因此，指纹传感器模块附接至天线膜，在相邻层中形成合适的开口以容纳传感器模块，并且包括指纹传感器模块的天线膜可以容易地集成在卡制造过程中。
根据本发明的一个实施方式，该方法包括：使用在与指纹传感器模块的位置对应的位置处具有突出部分的层压板执行热层压，使得在智能卡表面中在指纹传感器模块的感测区域的位置处形成凹部。在卡表面处形成凹部有若干益处。一个优点是增加了触感，以提高成像期间手指放置的准确性，另一优点是减少了在传感器正上方的材料量，以增加手指与指纹传感器之间的电容耦合，从而改善成像信号。
本发明的第二方面的另外的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的那些效果和特征。
在研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建不同于以下描述的实施方式的实施方式。
附图说明
现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些方面和其他方面，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的包括指纹传感器模块的智能卡；
图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的智能卡的一部分。
图3是概述根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图；
图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的制造智能卡的方法的所选步骤；
图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的智能卡的一部分；
图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的智能卡的一部分；以及
图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的智能卡的一部分。
具体实施方式
在本详细描述中，主要参照包括有嵌入其中的电容式指纹传感器的智能卡来描述根据本发明的智能卡和用于制造智能卡的方法的各种实施方式。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的包括指纹传感器模块102的智能卡100。
图2是根据本发明的实施方式的智能卡100的示意性截面图。智能卡包括多个智能卡基板层200，所述多个智能卡基板层200中的一个是包括天线218的天线层208。智能卡可以包括大量的层，例如，被称为核心层或箔的一些层，以及被称为覆盖层或箔的一些层。覆盖箔通常较薄且透明，而核心箔是纯色的，通常是白色，并且较厚。覆盖箔通常是卡的顶部和底部上的外层，并且根据卡的美学要求被设计成具有光面或哑光饰面。核心箔给出了卡的物理结构和重量。所使用的箔的数目取决于卡上所需要的特征。例如，除了核心箔和覆盖箔之外，还可以有“签名面板箔”、“磁条箔”、“安全覆盖箔”。也可以将若干覆盖箔堆叠在一起以形成总体卡的期望厚度。
在所示的示例中，智能卡100从底部起包括两个覆盖层202、204、核心层206、天线层208、覆盖层210、核心层212、印刷层214、以及最后的形成智能卡100的上表面的覆盖层216。
智能卡100还包括嵌入智能卡中并且连接至天线层208中的天线218的指纹传感器模块102，指纹传感器模块102被配置成经由天线218接收能量并且与读取装置通信。此外，指纹传感器模块102与智能卡的外部电隔离，即，指纹传感器模块和任何相关联的部件(例如天线218)被完全嵌入智能卡中，从而没有从指纹传感器模块102到卡的外部的导电路径。
如图2进一步所示，指纹传感器模块100包括接触垫220，接触垫220在模块100的与该模块的感测侧224相对的背侧上，其中，接触垫220直接连接至天线218。指纹传感器模块102与天线218之间的直接连接简化了制造过程，并且还确保了传感器模块102与天线218之间存在可靠的电连接。
图2还示出了在接触垫220的位置处在天线膜208中的开口226。天线膜208包括塑料材料形式的天线载体和天线218本身。形成开口226是为了能够在制造期间使用加热工具接近天线，这将在描述制造过程时更详细地描述。然而，在最终的卡中，层压(lamination)过程将熔化塑料，使得开口部分地或全部地被周围熔化的塑料材料填充。因此，图2中的开口226是出于说明的目的而提供的，并且不应当被视为最终智能卡的精确表示。然而，接触垫220与天线218之间的直接连接将仍然存在于最终的智能卡中，并且可以在卡的截面中看到。
图3是概述根据本发明的实施方式的制造智能卡100的方法的步骤的流程图，图4A至图4D示出了该方法的所选步骤。具体地，图4A至图4D突出了与指纹传感器模块100的天线和接触垫之间的接触形成有关的步骤。可以假设使用各种塑料箔和热层压来形成智能卡的一般步骤对于技术人员而言是公知的，并且因此将在本文中不再详述。
首先，提供300包括有用于接触天线的接触垫220的指纹传感器模块102，随后提供302图4A所示的天线载体层400。
接下来，在天线载体层400中与指纹传感器模块的接触垫220对应的位置形成304开口226，如图4B所示。
图4C示出了在天线载体层上形成306导电天线218，以形成完整的天线膜402。导电天线包括根据例如来自CAD模板中的预定图案而布置在天线载体上的铜线。天线218即铜线被嵌入绝缘涂层中，以允许天线交叉而不会使天线短路。
一旦天线膜402与图案化天线一起完成，天线膜402就被上下翻转并且布置308在指纹传感器模块102上，指纹传感器模块102被放置成使接触垫220面向上，如图4D所示。开口226与接触垫220对准，使得天线218面向接触垫220并且也与接触垫220交叠。
在下一步骤中，通过天线载体层400中的开口，导电天线218与加热工具接触，以熔化接触垫220的位置处的绝缘涂层，从而在导电天线218与接触垫220之间形成312电接触。加热工具可以例如是热焊嘴等，其可以通过开口26接近露出的天线218。当绝缘涂层熔化时，在导电天线218与接触垫之间形成直接的物理接触，从而形成良好的电连接。
最后，通过层压将天线膜和指纹传感器模块嵌入314智能卡中。层压可以以热层压的形式进行，在热层压中，层的堆叠一起形成智能卡100的主体。
层压过程还可以包括使用层压板，该层压板在与指纹传感器模块的位置对应的位置处具有突出部分。这将具有以下效果：在智能卡表面中在指纹传感器模块102的感测区域的位置处形成凹部500，如图5所示。凹部的优点在于其会引导用户将手指正确地放置在智能卡上。此外，凹部将起到保护智能卡的外表面免受传感器位置处的刮擦等的作用。
图6示意性地示出了智能卡100的一部分的示例实施方式，在该智能卡100中，指纹传感器模块600包括翼部602，使得指纹传感器模块600的截面为T形，在此被视为倒置的T。用于连接天线218的接触垫220位于传感器模块的背面，与前述实施方式相同。因此，所描述的智能卡配置适用于指纹传感器模块的不同设计。
图7示意性地示出了智能卡100的一部分的示例实施方式，在该智能卡100中，指纹传感器模块700再次包括翼部702，但是接触垫704位于翼部702的顶侧，使得接触垫704面向与指纹传感器模块700的感测表面224相同的方向。所示的实施方式在以下实现方式中可能是有利的：期望在焊接步骤期间以感测侧朝上的方式放置传感器，和/或如果期望使天线更靠近卡的表面。
还可以将指纹传感器模块的接触垫布置在模块的侧面，直接在模块的侧面，或者在T形模块的翼部的侧面。面向接触垫的一侧可以例如使用所谓的雉堞工艺(castellationprocess)来制成。
在以上描述中，指纹传感器模块被描述为单个模块。然而，该模块可以包括另外的部件例如安全元件(SE)，和/或一个或更多个另外的有源或无源部件例如处理单元。此外，还可以将安全元件和处理单元中的一个或更多个布置在指纹传感器模块自身的外部，并且使用智能卡中的布线将部件连接至指纹传感器模块。应当注意，由于连接至模块的部件均没有外部接口，因此指纹传感器模块仍将与卡的外部电隔离。
尽管已经参照本发明的具体例示实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的更改、修改等将变得明显。此外，应当注意，方法的部分可以以各种方式省略、互换或排列，而方法还能够执行本发明的功能。
另外，根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中描述某些手段的这一事实不表示不能有利地使用这些手段的组合。

Claims (16)

1.一种智能卡(100)，包括：
多个智能卡基板层(200)；
包括天线(218)的天线层(208)；
嵌入所述智能卡(100)中并且连接至所述天线层(208)的指纹传感器模块(102)，所述指纹传感器模块被配置成经由所述天线(218)接收能量并且与读取装置通信，其中，所述指纹传感器模块(102)与所述智能卡(100)的外部电隔离。
2.根据权利要求1所述的智能卡，其中，所述指纹传感器模块包括接触垫(220)，所述接触垫(220)在与所述模块的感测侧相对的所述模块的背侧上，并且其中，所述接触垫直接连接至所述天线。
3.根据权利要求1所述的智能卡，其中，所述指纹传感器模块是T形模块，所述T形模块包括在所述模块的延伸部分上的接触垫，所述接触垫面向与所述模块的感测侧相同的方向，并且其中，所述接触垫直接连接至所述天线。
4.根据权利要求2或3所述的智能卡，其中，所述接触垫与所述天线的导线物理接触。
5.根据权利要求1或2所述的智能卡，其中，所述天线层位于所述智能卡的中间，并且其中，所述指纹传感器模块位于所述天线层的一侧。
6.根据前述权利要求中任一项所述的智能卡，其中，所述指纹传感器模块被层压到所述智能卡中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的智能卡，其中，所述指纹传感器模块包括安全元件和处理单元中的至少一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的智能卡，其中，所述智能卡在从所述天线层至外表面的方向上包括至少一个核心层、印刷层和外层，并且其中，所述指纹传感器模块被布置在所述至少一个核心层的开口中，使得所述指纹传感器模块的顶表面与所述核心层的顶表面对齐。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的智能卡，其中，所述智能卡在从所述天线层至外表面的方向上包括至少一个核心层、印刷层和外层，并且其中，所述指纹传感器模块被布置在所述至少一个核心层和所述印刷层的开口中，使得所述指纹传感器模块的顶表面与所述印刷层的顶表面对齐。
10.一种指纹传感器组件，包括：
指纹传感器模块(102)，所述指纹传感器模块(102)包括用于接触天线的接触垫(220)，其中，所述接触垫(220)位于所述指纹传感器模块(102)的与所述模块的感测表面相对的一侧上；以及
天线膜(402)，所述天线膜(402)包括在天线载体(400)上布置的嵌入绝缘涂层中的导电天线(218)，其中，
所述天线膜(402)附接至所述指纹传感器模块(102)，
所述天线载体(400)包括与所述指纹传感器模块(102)的相应接触垫(220)对应并且对准的开口(226)，使得当所述天线膜附接至所述指纹传感器模块时，能够通过所述开口接近所述天线膜，并且
其中，在所述接触垫的位置处不存在所述天线的绝缘涂层，使得在所述导电天线(218)与所述接触垫(220)之间形成机械和电连接。
11.一种用于制造智能卡的方法，包括：
提供(300)包括有用于接触天线的接触垫(220)的指纹传感器模块(102)；
提供(302)天线载体层(400)；
在所述天线载体层中与所述指纹传感器模块的接触垫对应的位置形成(304)开口(226)；
形成(306)在所述天线载体层上的嵌入在绝缘涂层中的导电天线(208)，以形成天线膜(402)；
将所述天线膜布置(308)在所述指纹传感器模块上，使得所述开口与所述接触垫对准并且使得所述导电天线面向所述接触垫；
通过所述天线载体层中的开口，使用加热工具接触(310)所述导电天线以熔化所述接触垫的位置处的所述绝缘涂层，从而在所述导电天线与所述接触垫之间形成(312)电接触；以及
嵌入(314)所述天线膜和所述指纹传感器模块以及另外的智能卡层，以形成层压智能卡。
12.根据权利要求13所述的方法，其中，使用加热工具接触所述导电天线的步骤包括熔化所述绝缘涂层，使得在所述导电天线与所述接触垫之间形成物理接触。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述加热工具是热焊嘴。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，将所述天线膜和所述指纹传感器模块嵌入层压智能卡中包括：对形成所述智能卡的主体的层的堆叠执行热层压。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，执行热层压包括：使用在与所述指纹传感器模块的位置对应的位置处具有突出部分的层压板，使得在所述智能卡表面中在所述指纹传感器模块的感测区域的位置处形成凹部。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，将所述天线膜和所述指纹传感器模块嵌入层压智能卡中还包括：
在智能卡核心层中形成开口；以及
将所述智能卡核心层布置在所述天线膜上，使得所述指纹传感器模块位于所述智能卡核心层的开口中。
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