TWI781699B - 用於智慧卡晶片模組之電路、智慧卡晶片模組及製造智慧卡晶片模組之方法 - Google Patents

用於智慧卡晶片模組之電路、智慧卡晶片模組及製造智慧卡晶片模組之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於一智慧卡晶片模組(2)之電路，其包括具有一前主面及一後主面(7)之一絕緣層。一天線(8)製作於鋪設在該後主面(7)上之一第一導電層中。此天線(8)延伸於由一周邊邊緣(10)定界之一天線區域上方。該天線(8)包括至少一個內迴路及一個外迴路。該外迴路沿著該周邊邊緣(10)延伸，惟在從該周邊邊緣(10)轉向該天線區域之一中央區(15)或在該中央區(15)中之至少一第一及一第二連接片段(16、18)上方除外。 此外，該等第一及第二連接片段(16、18)之每一者分別定位於垂直於該天線區域之穿過該天線區域之一中心之一平面的一個側上，且該天線(8)基本上關於該平面對稱。

Description

用於智慧卡晶片模組之電路、智慧卡晶片模組及製造智慧卡晶片模組之方法
本發明係關於智慧卡之領域，且更特定言之係關於用於智慧卡之電子模組之領域。
智慧卡具有多種用途：信用卡、用於行動電話之SIM卡、交通卡(transport card)、身份證(identity card)等。
智慧卡通常由例如由塑膠製成之一剛性載體或支撐件組成，該剛性載體或支撐件形成卡之本體，一單獨製造之電子模組(亦稱為晶片模組)容納於該本體之一腔中。此晶片模組包括例如具有一電子晶片之一可撓性電路(積體電路)及用於將晶片連接至一裝置用於讀取及/或寫入記錄於晶片中之資料的構件。
本發明特定言之係關於所謂的「雙」卡之領域，即，具有與晶片之雙通信介面。換言之，此等卡容許接觸式或非接觸式通信。其等亦被稱為「Combi」卡。
對於使用「接觸式」，接觸件經連接至晶片且定位於模組之一個側上以與卡表面齊平，且在卡被插入至一讀取及/或寫入裝置中時容許電連接至此裝置。
存在用於「非接觸式」用途之兩種類型之雙卡。
根據第一類型之卡，放置(即，整合、嵌入等)於卡本體中之一天線電連接至晶片。在此情況中，晶片可與一讀取/寫入裝置交換資料，其藉由在讀取/寫入裝置與模組接觸件之間形成一直接電連接，抑或藉由在天線與讀取/寫入裝置之間進行一直接電磁通信(例如使用一近場通信(NFC)技術)。
根據第二類型之卡，一第一天線(稱為「模組天線」)整合於模組中，且容許藉由感應耦合(因此不具有電連接)與一第二天線(稱為「增幅(booster)或主天線」)電磁耦合，該第二天線嵌入於上文提及之剛性卡本體中。第一天線小於第二天線。第二天線可覆蓋比模組大之卡本體之一區域。此提供更大通信距離之一範圍。同樣在此情況中，晶片可與一讀取/寫入裝置交換資料，其藉由在讀取/寫入裝置與模組接觸件之間形成一直接電連接，抑或藉由一方面在模組天線與增幅天線及另一方面在增幅天線與讀取/寫入裝置之間進行一電磁通信。因此，模組天線經由增幅天線與一非接觸式讀取及/或寫入裝置進行通信(運用一諧振效應)。因此，此第二類型之雙卡中之僅有實體連接在模組級，在晶片與接觸件之間且在晶片與模組天線之間。所有此等連接形成於模組上。此避免必須在併入於卡本體中之天線與併入於模組中之晶片之間形成一實體互連。
例如，國際專利申請案WO2014016332A1描述一種包括一可撓性電路之模組，該可撓性電路包括具有支撐接觸件之一正面及支撐晶片及模組天線之一背面的一絕緣層。接著，可穿過絕緣層形成孔(亦稱為「通孔」)，此等孔之內表面經金屬化以電連接模組之正面及背面。晶片運用一線接合或運用一覆晶技術連接至接觸件及模組天線。
為了有利於將模組整合於卡中，必須將天線裝納在一模組中，該模組具有由ISO 7816-2標準定義之尺寸。在此等尺寸內，必須在模組之背面上提供：用於放置晶片之一區域、用於孔之區域、具有用於將晶片連接至接觸件及天線之連接墊或接合墊的一區域。另外，天線迴路必須以足够數目製作，具有一特定寬度且在迴路之間具有一最小距離以獲得用於達成所要諧振頻率之電磁特性。例如，迴路之數目愈高，則電感愈高。
本發明旨在提供更大靈活性以使天線特性適應晶片規格。本發明亦可能旨在提供具有較高電感之一模組天線。
根據一解決方案，揭示一種根據技術方案1之電路。
實際上，使至少兩個片段從周邊邊緣轉向提供一較長天線。此外，天線之對稱性改良藉由天線偵測或產生之表面電流及磁場。
所揭示電路亦可視情況包含如技術方案2至8中任一項之特徵之一者及/或另一者。
本發明亦涉及一種根據技術方案9之晶片模組，以及一種根據技術方案10或11之用於製造晶片模組之方法。
下文描述一電路實施例之一實例。
圖1中展示包括一模組2之一接觸式及非接觸式智慧卡1。模組2包含特定言之一電路3及一晶片100 (在圖1中不可見)。模組2製造為一單獨組件，其插入至銑削於卡1之本體中之一凹槽中。一增幅天線(未展示)以一已知方式整合至卡1之本體中。
圖2中展示電路3之前側6 (即，接觸側)。圖3中展示電路3之後側7 (接合側)。圖2、圖3及圖4中展示之電路3係雙面印刷電路板，其具有在正面6上之接觸件5及在背面7上之一天線8。接觸件5製作於鋪設在一絕緣層(例如，環氧玻璃、紙、PET、PEN或聚醯亞胺)之正面6上的一第一導電層(例如，銅、銅合金、鋁、鋁合金層)中。天線8及連接墊9製作於鋪設在絕緣層之背面7上的一第二導電層(例如，銅、銅合金、鋁、鋁合金層)中。第一及/或第二導電層可鍍覆有以下金屬之至少一者：鎳、金、鈀或銀。
事實上，僅在圖中展示電路3之一部分。此部分基本上對應於需要製作一模組2之電路3之部分。數個類似部分可藉由相同可撓性基板支撐，例如用於根據本發明之程序之連續(即，「捲盤對捲盤」或「捲對捲」)實施。一模組2藉由一周邊邊緣10界定於電路3上。對應於一模組2之電路3之一部分的周邊邊緣10具有一矩形形狀，其在兩個鄰邊11、12之間具有一圓角。周邊邊緣10包括對應於矩形形狀之兩條最短邊之兩條短邊11，及對應於矩形形狀之兩條最長邊之兩條長邊12。
電路3具有一晶片100將連接至之數個接觸件5 (參見圖4)。例如，電路3之各模組2包括六個接觸件5。此接觸件之一者係L形且在其他接觸件5之兩個列之間延伸。
例如，天線8具有約十個至十三個迴路。迴路具有例如40微米至100微米之一寬度。迴路之間之間隙係例如25微米至100微米寬。天線8在一起始連接墊13與最終連接墊14之間延伸。最終連接墊直接連接至天線8之內迴路(「直接」意謂天線跡線與最終連接墊14之間沒有天線或任何其他連接部分，即，連接墊14之一個側對應於天線跡線)。起始連接墊13定位成靠近其中將附接晶片100之天線8的一中央區或在該中央區中。在此文獻中，中央區15定義為由天線之內迴路(除其U形內部部分以外)定界之模組2之區(參見圖3上之虛線)。起始連接墊13距離模組之中心點足够近，以減小將晶片100電連接至天線8之導線之長度。從起始連接墊13，天線8形成基本上垂直於最長邊12延伸之一第一連接片段16。第一連接片段16使天線8之外迴路從最長邊12之一者轉向，而在中央區15中。
天線8亦具有一中間連接墊17，中間連接墊17基本上關於在兩條最短邊11中間連結且穿過該兩條最短邊11的一中線ML1與起始連接墊13對稱。此中線ML1亦對應於天線位於其內之平面與垂直於後者(「後者」對應於天線平面)之一平面之間的交叉線。
中間連接墊17定位於天線8之中央區15中。中間連接墊17距離模組2之中心點足够近，以減小將晶片100電連接至天線8之導線之長度。從中間連接墊17，天線8形成基本上垂直於最長邊12延伸之兩個第二連接片段18。第二連接片段18使天線8之外迴路從最長邊12之一者轉向，而在中央區15中。第一及第二連接片段16、18彼此平行地延伸。第一及第二連接片段各自分別直接電連接至一連接墊13、17 (「直接」意謂天線跡線與連接墊13或17之間沒有天線或任何其他連接部分，即，連接墊13或17之一個側對應於天線跡線)。
天線8包括迴路，該等迴路具有基本上平行於周邊邊緣10之各自邊11、12之筆直部分，在周邊邊緣10之隅角中之彎曲部分，及基本上在最長邊12中間之U形內部部分。此等U形內部部分繞過起始及中間連接墊13、17。U形內部部分在背面7上延伸於由L形接觸件覆蓋於正面6上之一區域(參見圖4)上方。迴路之大體形狀基本上關於在兩條最短邊11中間連結且穿過該兩條最短邊11的中線ML1，以及關於在兩條最長邊12中間連結且穿過該兩條最長邊12的另一中線ML2對稱。內部連接墊19直接電連接至天線之內迴路，且不一定遵循相同對稱性(「直接」意謂天線跡線與所考量連接墊19之間沒有天線或任何其他連接部分，即，經考量連接墊19之一個側對應於天線跡線)。其等各自位置關於模組2之中心相當對稱。模組之中心對應於分別在兩條最短邊11及兩條最長邊12中間連結且穿過該兩條最短邊11及該兩條最長邊12之中線ML1、ML2的交叉點。
天線8之對稱性改良藉由天線8偵測或產生之表面電流及磁場。
天線迴路形成兩個支撐區，晶片100可跨該兩個支撐區放置，此兩個支撐區定位於連接片段16、18之間。即，U形內部部分在中央區域15中延伸且形成至少1.5x1.5平方毫米之一共面結構，晶片可附接至該共面結構上。此共面結構避免可能與晶片100之傾斜連續之問題。
孔20在由L形接觸件之最長分支覆蓋於正面6上之區域的任一側上經形成穿過絕緣層。此等孔20之每一者具有一內部圓柱形壁，該內部圓柱形壁可鍍覆有一導電資料(但此在本發明中並非必要的)。各孔20之底部亦藉由第一導電層封閉。此等孔20用於將晶片100連接至接觸件5。此等孔可製造成不具有導電環。例如，吾人可參考專利文件FR3006551B1以獲得用於製作不具有導電環之此等接合孔之方法的一揭示內容。沒有導電環為增加天線迴路之數目及/或內部連接墊19之數目留下更多空間。此亦為定位內部連接墊19提供更大靈活性。此亦減少將在環中循環且將與由天線8偵測或產生之磁場產生干擾的表面電流。
如圖4上所示，上文描述之天線組態容許各種連接路線(當然，並非在圖4中展示為在晶片100與連接墊13、14、17、19之間之所有連接皆針對一實際產品進行製作。晶片100僅用兩個連接墊連接至天線)。晶片之天線接合墊之一者可各自連接至起始及中間連接墊13、17之一者，而晶片之另一天線接合墊與最終連接墊14或內部連接墊19之一者或另一者連接(例如，參見圖4中之路線A及B)。此各種連接線路將晶片連接至各種長度之天線。因此，此不僅容許適應諸如晶片電感之晶片特性，而且容許晶片上之天線接合墊之各種位置，該等位置隨商業晶片而改變。特定言之，在起始13與中間17連接墊之間之晶片100的一連接使得可使用較短導線。換言之，取決於晶片規格，晶片100可使用各種墊連接至天線8。例如，晶片100具有一墊，該墊連接至直接連接至第一連接片段16之一個連接墊，抑或連接至直接連接至第二連接片段18之另一個連接墊。類似地，取決於晶片規格，晶片100亦可連接至直接連接至內迴路之一個連接墊14、19，或連接至直接連接至內迴路之另一個連接墊。
歸因於孔周圍沒有導電環，可降低導線而不具有短路之風險。此亦容許提高導線接合程序之速度。
作為上文描述之電路3之一變體，L形接觸件具有一個或數個切口，該一個或數個切口可對應於一標誌21 (參見圖5)。例如，此等切口可容許將電感增加0.3微亨利或0.4微亨利。
1:智慧卡 2:智慧卡晶片模組 3:電路 5:接觸件/接觸墊 6:前側/正面/前主面 7:後側/背面/後主面 8:天線 9:連接墊 10:周邊邊緣 11:短邊/最短邊 12:長邊/最長邊 13:起始連接墊 14:最終連接墊 15:中央區/中央區域 16:第一連接片段 17:中間連接墊 18:第二連接片段 19:內部連接墊 20:接合孔 21:標誌/切口 100:晶片 A:路線 B:路線 ML1:中線 ML2:中線
藉由閱讀以下[實施方式]及隨附圖式，本發明之其他特徵、目的及優點將變得顯而易見，隨附圖式作為非限制性實例給出且其中：
圖1以透視圖示意性地展示容納一晶片模組之一智慧卡之一實例；
圖2係用於諸如圖1中展示之智慧卡之一智慧卡的一晶片模組之一實例的正面之一正視圖；
圖3係圖2中展示之一晶片模組之實例的背面之一正視圖；
圖4係用於連接晶片之各種解決方案之一示意性繪示；
圖5係圖2中展示之晶片模組之實例之一變體的正面之一正視圖。
3:電路
7:後側/背面/後主面
8:天線
9:連接墊
10:周邊邊緣
11:短邊/最短邊
12:長邊/最長邊
13:起始連接墊
14:最終連接墊
15:中央區/中央區域
16:第一連接片段
17:中間連接墊
18:第二連接片段
19:內部連接墊
20:接合孔
ML1:中線
ML2:中線

Claims (11)

  1. 一種用於一智慧卡晶片模組(2)之電路，其包括具有一前主面(6)及一後主面(7)之一絕緣層，其中一天線(8)界定於鋪設在該後主面(7)上之一導電層中，此天線(8)延伸於由一周邊邊緣(10)定界之一天線區域上方，該天線(8)包括至少一個內迴路及一個外迴路，該外迴路沿著該周邊邊緣(10)延伸，惟在至少一個第一連接片段(16)及至少一第二連接片段(18)上方除外，該第一連接片段(16)及該第二連接片段(18)兩者皆從該周邊邊緣(10)轉向該天線區域之一中央區(15)或在該中央區(15)中， 其中該等第一及第二連接片段(16、18)之每一者分別定位於垂直於該天線區域之穿過該天線區域之一中心之一平面的一個側上，及 其中該天線(8)基本上關於該平面對稱。
  2. 如請求項1之電路，其中各連接片段(16、18)直接電連接至一連接墊(13、17)。
  3. 如請求項1或2之電路，其中該內迴路包括兩個內部部分，此等內部部分之每一者在該天線區域之該中央區(15)中延伸，在該第一與該第二連接片段(16、18)之間行進且直接電連接至至少一個連接墊(19)。
  4. 如請求項1或2之電路，其中該周邊邊緣(10)具有一大體矩形形狀，且該平面穿過該矩形形狀之兩條相對邊(11)之中間，該等第一及第二連接片段(16、18)各自從分別定位於該周邊邊緣(10)之另外兩條邊(12)之每一者的中間之該周邊邊緣(10)之一區段轉向。
  5. 如請求項1或2之電路，其包括界定於鋪設在該前主面(6)上之另一導電層中之接觸墊(5)，此等接觸墊(5)之至少一者具有與該天線區域相對之至少一個切口(21)。
  6. 如請求項1或2之電路，其包括界定於鋪設在該前主面(6)上之另一導電層中之接觸墊(5)，此等接觸墊(5)之至少一者連接至穿過該絕緣層之一接合孔(20)。
  7. 如請求項6之電路，其中該接合孔(20)在該後主面(7)上不具有圍繞其之導電環。
  8. 如請求項1或2之電路，其中該等天線迴路形成至少兩個支撐區，一晶片(100)可跨該至少兩個支撐區放置，此兩個支撐區定位於該等連接片段(16、18)之間。
  9. 一種用於一智慧卡之晶片模組，其包括如前述請求項中任一項之電路(3)及一晶片(100)，該晶片(100)連接至直接連接至該等第一及第二連接片段(16、18)之一者之一個連接墊(13、17)，且連接至直接連接至該內迴路之一個連接墊(14、19)。
  10. 一種用於製造如請求項9之晶片模組之方法，其包括將該晶片(100)連接至該天線(8)之步驟，且其中，取決於晶片規格，該晶片(100)連接至直接連接至該第一連接片段(16)之一個連接墊，抑或連接至直接連接至該第二連接片段(18)之一個連接墊。
  11. 如請求項10之製造方法，其中，取決於該等晶片規格，該晶片(100)連接至直接連接至該內迴路之一個連接墊(14、19)，抑或連接至直接連接至該內迴路之另一個連接墊。
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