УСТРОЙСТВО С ЭЛЕКТРОННЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ, СИСТЕМА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
DEVICE HAVING ELECTRONIC INTERFACE, SYSTEM AND METHOD OF MAKING SAID DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к области карт с электронным интерфейсом, также известных как "смарт-карты" (карты с интегрированными электронными схемами) и, в частности, к картам с электронным интерфейсом, обладающим средствами для контактного и (или) бесконтактного применения.
Уровень техники
Уровень техники настоящего изобретения представлен, в частности, следующими патентами: US 7278580; US 7271039; US 7269021; US 7243840; US 7240847; US 7204427 и US 6881605.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения являются создание усовершенствованных карт с электронным интерфейсом и разработка способов их изготовления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, предлагается способ изготовления карты с электронным интерфейсом, при осуществлении которого формируют пару отверстий в слое подложки, объединяют (связывают) антенну со слоем подложки так, что противоположные концы антенны заканчиваются в отверстиях, помещают проводник в каждое из отверстий, соединяют антенну с проводником, формируют углубление в слое подложки, прикрепляют непрерывные соединительные проволоки к множеству модулей микросхемы, прикрепляют непрерывные соединительные проволоки к множеству проводников на соответствующих слоях множества подложек, отрезают непрерывные соединительные проволоки так, чтобы сохранить те их части, которые соединяют каждый модуль микросхемы с соответствующей парой проводников и герметизируют модуль микросхемы в углублении.
В предпочтительном варианте осуществления способа также ламинируют слой подложки с по меньшей мере верхним слоем и формируют углубление в верхнем слое, перекрывающем углубление в слое подложки. Кроме того, верхний слой включает первый верхний слой подложки и второй верхний слой подложки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, при герметизации помещают клеящую накладку на обратную сторону модуля микросхемы и вставляют модуль микросхемы в углубление так, что обратная сторона соединяется с заглубленной поверхностью.
В предпочтительном варианте осуществления способа также складывают проволоки под модулем микросхемы.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, способ автоматизирован, и соседние модули микросхемы располагают вдоль соединительных проволок с заранее заданным интервалом, а проводники соседних карт разносят друг от друга на заранее заданные интервалы перед прикреплением непрерывных соединительных проволок к нескольким проводникам. Дополнительно, или взамен, при прикреплении непрерывных соединительных проволок к проводникам используют лазерную сварку. Дополнительно, или взамен, при прикреплении непрерывных соединительных проволок к проводникам используют пайку.
В предпочтительном варианте длина проволок значительно превышает расстояние между их соответствующими противоположными концами в карте с электронным интерфейсом.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, предложен способ изготовления карты с электронным интерфейсом, при осуществлении которого формируют подложку, имеющую по меньшей мере один слой, формируют антенну в по меньшей мере одном слое, соединяют проволоками модуль микросхемы и антенну посредством: прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству модулей микросхемы, прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству антенн и обрезания непрерывных соединительных проволок так, чтобы сохранить их части, которые соединяют каждый модуль микросхемы с соответствующей антенной, и устанавливают модуль микросхемы на подложку.
В предпочтительном варианте, соседние модули микросхемы разделяют вдоль соединительных проволок заранее заданным интервалом, и, перед прикреплением непрерывных соединительных проволок к множеству антенн, антенны на соседних подложках отделяют друг от друга заранее заданным интервалом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, длина проволок существенно больше расстояния между их соответствующих противоположных концов в карте с электронным интерфейсом. Дополнительно, или взамен, при установке складывают проволоку под модулем микросхемы.
В предпочтительном варианте, осуществление способа автоматизировано.
В настоящем изобретении также предложена система для изготовления карты с электронным интерфейсом, основанной на узле электронного интерфейса, включающем подложку, имеющую по меньшей мере один слой, по меньшей мере два проводника, расположенные в по меньшей мере одном слое, и объединенную с подложкой проволочную антенну, электрически соединенную с по меньшей мере двумя проводниками, при этом система включает формирователь углубления для формирования углубления в слое подложки, средства прикрепления проволоки для: прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству модулей микросхемы, прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству проводников на соответствующих слоях множества подложек и обрезания непрерывных соединительных проволок так, чтобы сохранить их части, соединяющие каждый модуль микросхемы с соответствующей парой проводников, и герметизирующее устройство для герметизации модуля микросхемы в углублении.
В предпочтительном варианте, система также включает ламинирующее устройство для ламинирования слоя подложки с верхним слоем и нижним слоем.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, также предложен способ изготовления узла электронного интерфейса, при осуществлении которого подготавливают подложку, имеющую по меньшей мере один слой подложки, объединяют антенну с по меньшей мере одним слоем подложки, соединяют антенну с проводниками, связанными с по меньшей мере одним слоем подложки, прикрепляют модуль микросхемы к проводникам путем: прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству модулей микросхемы, прикрепления непрерывных соединительных проволок к множеству проводников на соответствующих слоях множества подложек, и обрезания непрерывных соединительных проволок так, чтобы сохранить их части, соединяющие каждый модуль микросхемы с соответствующей парой проводников, и герметизируют модуль микросхемы к подложке.
В предпочтительном варианте, при осуществлении способа также формируют пару отверстий в слое подложки так, чтобы противоположные концы антенны заканчивались в отверстиях, и помещают проводники в каждое отверстие перед соединением. Дополнительно или взамен, при осуществлении способа также ламинируют подложку с верхним слоем и нижним слоем.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет лучше понято и оценено после ознакомления с приведенным далее подробным описанием, рассмотренным вместе с чертежами, на которых:
на фиг.1 представлено упрощенное изображение и сечение карты с электронным интерфейсом, обладающей средствами для контактного и (или) бесконтактного применения, изготовленной и работающей в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 представлена упрощенная иллюстрация первого шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.3А и 3Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения следующего шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.4А и 4Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения следующего далее шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.5А и 5Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения еще одного следующего шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.6А и 6Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.7А и 7Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения следующего дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.8А и 8Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения еще одного дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.9 представлено упрощенное изображение еще одного дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.10 представлено упрощенное изображение еще одного дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1;
на фиг.11 представлено упрощенное изображение еще одного дополнительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1; и
на фиг.12А и 12Б, соответственно, представлены упрощенные изображения и сечения заключительного шага изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлена карта 100 с электронным интерфейсом, обладающая средствами для контактного и (или) бесконтактного применения, изготовленная и работающая в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, в предпочтительном варианте карта 100 с электронным интерфейсом включает многослойную подложку, включающую верхний и нижний защитные слои 102 и 104, обычно выполняемые из ПВХ (поливинилхлорид), каждый обычно имеющий толщину 0,05 мм. В других вариантах защитные слои 102 и 104 могут быть сформированы из любого другого подходящего материала, например Teslin, ПЭТ-Г (полиэтилентерефталат-гликоль), ПЭТФ-пленки (пленка из полиэтилентерефталата), поликарбоната или ABS (акрилонитрилбутадиенстирол).
В предпочтительном варианте под обоими защитными слоями 102 и 104 располагаются несущие графические изображения слои 106 и 108, обычно выполняемые из ПВХ, каждый обычно имеющий толщину 0,15 мм, и на которые нанесено графическое изображение, видимое сквозь соответствующие защитные слои 102 и 104. В альтернативном варианте слои 106 и 108 с графическими изображениями могут быть выполнены из любого подходящего материала, например Teslin, ПЭТ-Г, ПЭТФ-пленки, поликарбоната или ABS. В другом варианте слои 106 и 108 с графическими изображениями могут не использоваться.
В предпочтительном варианте, внутри слоев 106 и 108 с графическими изображениями находится вставка 110, включающая проволочную антенну 112, желательно из проволоки диаметром 0,1 мм, запрессованную в первый слой 114 вставки, обычно выполненный из ПВХ, имеющий, в предпочтительном варианте, толщину 0,15 мм. Вставка 110 также включает второй и третий слои 116 и 118 вставки, также, желательно, выполненные из ПВХ, имеющие, соответственно, толщину 0,1 мм и 0,15 мм. В альтернативном варианте, первый, второй и третий слои 114, 116 и 118 вставки могут быть выполнены из любого другого подходящего материала, например Teslin, ПЭТ-Г, ПЭТФ-пленки, поликарбоната или ABS.
В предпочтительном варианте, модуль 120 микросхемы устанавливается в углубление 122, сформированное в карте 100 с электронным интерфейсом. Модуль микросхемы, в предпочтительном варианте, включает микросхему 124 смарт-карты в корпусе, имеющую контактные площадки 126 и матрицу 128 контактов, желательно толщиной 0,06 мм. В альтернативном варианте, контакты 128 могут не использоваться и функциональность микросхемы 124 смарт-карты будет обеспечена бесконтактным путем.
Электрические соединения между модулем 120 микросхемы и запрессованной антенной 112 обеспечиваются проволоками 130, желательно имеющими толщину 0,1 мм, которые, в предпочтительном варианте, припаиваются своими первыми концами к контактным площадкам 126, а их противоположные концы прикрепляются лазерной сваркой к металлическим элементам 132, которые прикреплены к соответствующим концам проволочной антенны 112. Следует иметь в виду, что где это возможно, использование лазерной сварки и обычной пайки взаимозаменяемо. Специфическим признаком настоящего изобретения является то, что длина проволок 130 между контактными площадками 126 и соответствующими металлическими элементами 132 значительно превышает расстояние между контактными площадками 126 и металлическими элементами 132 в собранной карте. Этот признак обеспечивает повышенную надежность.
Слой 134 термоплавкого клея, расположенный по периферии с обратной стороны матрицы 128 контактов, удерживает модуль 120 микросхемы в углублении 122, сцепляясь с соответствующей утопленной обращенной наружу поверхностью 136 слоя 106.
Далее рассматривается фиг.2, на которой в упрощенном виде иллюстрируется начальный шаг изготовления карты с электронным интерфейсом, показанной на фиг.1, в котором в слое 114 пробиваются пара отверстий 150. Как показано на фиг.3А и 3Б, антенна 112 связана со слоем 114 известной технологией запрессовки, обычно использующей ультразвуковую головку, поставляемую компанией РСК Technology Inc., Ислип, шт.Нью-Йорк, США. Противоположные концы 152 антенны 112 заканчиваются в отверстиях 150, как это показано на фиг.3А и 3Б.
В альтернативном варианте, антенна 112 может представлять собой печатную антенну, сформированную на подложке 114 подходящей технологией печати, либо может представлять собой антенну, прикрепленную к подложке 114 любым способом крепления.
На фиг.4А и 4Б показано, что на слой 114 по соответствующим краям 156 отверстий 150 установлены клеящие накладки 154. Как показано на фиг.5А и 5Б, металлические элементы 132 помещаются в отверстия 150 и удерживаются в этом положении клеящими накладками 154. В предпочтительном варианте, концы 152 антенны 112 соединены с металлическими элементами 132 термокомпрессионной сваркой либо другим подходящим способом. Вслед за этим шагом соединения необходимости в клеящих накладках 154 для удерживания металлических элементов 132 больше нет, и они удаляются. Понятно, что в альтернативном варианте клеящие накладки 154 могут и не удаляться.
На этом этапе, как показано на фиг.6А и 6Б, на обратную сторону слоя 114 наносятся слои 116 и 118, и все слои 102, 104, 106 и 108 ламинируются вместе с ними, образуя ламинированную структуру, которая выглядит, как показано на фиг.7А и 7Б.
Как далее показано на фиг.8А и 8Б, в слоях 102, 106 и 114, желательно фрезерованием, формируется углубление 122, и обнажаются металлические элементы 132 и утопленная периферийная обработанная поверхность 136 слоя 106. Понятно, что в альтернативном варианте углубление может быть сформировано на противоположной поверхности карты.
Далее, на фиг.9 представлены частично собранные карты, показанные на фиг.8Б, расположенные бок о бок на конвейерной ленте 160 с прецизионным интервалом, обозначенным "L", между металлическими элементами 132 соседних карт. В предпочтительном варианте, прецизионный интервал поддерживается выступающими элементами 162, сформированными на конвейерной ленте 160. Конвейерная лента 160 перемещает частично собранные карты, показанные на фиг.8Б, в направлении, показанном стрелкой I.
Далее рассмотрим фиг.10, на которой показаны модули 120 микросхемы (фиг.1), расположенные бок о бок вдоль конвейерной ленты 170 с прецизионным интервалом "L" между ними, идентичным интервалу "L" между металлическими элементами 132 соседних карт (фиг.9). Прецизионный интервал может поддерживается, например, выступающими элементами 171, сформированными на конвейерной ленте 170.
Как показано на фиг.10, две непрерывных проволоки 172 сматываются с соответствующих катушек 174 через ось 176 так, что проходят над соответствующими контактными площадками 126 модулей 120 микросхемы вблизи или соприкасаясь с площадками 126, как ясно видно на увеличенном изображении А и в сечении А-А на фиг.10. В предпочтительном варианте, проволоки 172 сохраняются натянутыми по всей их длине.
Проволоки 172 припаиваются к площадкам 126, например, парой наконечников 178 микропаяльника, которые, соответственно, прикрепляют проволоки 172 к контактным площадкам 126. Следует иметь в виду, что где это возможно, использование лазерной сварки и обычной пайки взаимозаменяемо. Желательно, на этом этапе, как это показано на увеличенном изображении В и в сечении В-В, чтобы проволоки 172 поддерживались как натянутыми вдоль их длины, так и прижатыми к контактным площадкам 126 так, чтобы они оказались по меньшей мере частично погруженными в контактные площадки 126 при расплавлении на них припоя наконечниками 178 микропаяльника, и остались в этом погруженном положении после контакта с наконечниками микропаяльника, как это показано на увеличенном изображении С и в сечении С-С. Далее, после затвердевания припоя на контактных площадках 126 модули 120 микросхем, прикрепленные к проволокам 172, перемещаются в направлении, показанном стрелкой II.
Далее, на фиг.11 показана сборка прикрепленных к проволокам модулей микросхемы, подготовленных, как показано на фиг.10, с частично собранными картами, показанными на фиг.9. Понятно, что в предпочтительном варианте направления I и II перемещения частично собранных карт, показанных на фиг.9, и модулей 120 микросхемы, закрепленных на проволоках 172, идентичны. В процессе непрерывной операции движение конвейерной ленты 160 в направлении I, несущей частично собранные карты 100, к которым, как описано ниже, привариваются проволоки 172, способствует натяжению проволок 172.
В увеличенном изображении А и сечении А-А на фиг.11 показано, как проволоки 172 перед модулем 120 микросхемы припаиваются к металлическим элементам 132 частично собранных карт 100 парой нагретых наконечников 180 микропаяльника. Следует иметь в виду, что где это возможно, использование лазерной сварки и обычной пайки взаимозаменяемо. Отрезки проволоки 172, проходящие между металлическими элементами 132 частично собранных карт 100 и соответствующими контактными площадками 126 модулей 120 микросхемы, обозначены на фиг.11 через "F". Затем проволоки 172 отрезаются соответствующими отрезными головками 182 и 184 непосредственно за контактными площадками 126, как это видно в увеличенном изображении В, и непосредственно перед металлическими элементами 132, как показано на увеличенном изображении С, в результате чего остаются отрезки 130 проволок (фиг.1) длиной F, соединяющие соответствующие контактные площадки 126 каждого модуля 120 микросхемы с соответствующими металлическими элементами 132 каждой частично собранной карты. Оставшиеся отрезки проволоки 172 удаляются, как показано обозначением 186. Частично собранные, соединенные, как показано на увеличенном изображении D, с модулем 120 микросхемы, карты снимаются с ленты 160 конвейера.
На фиг.12А и 12Б показано, как вслед за прикреплением проволок 130 к соответствующим контактным площадкам 126 модуля 120 микросхемы и нанесением термоплавкого клея 134 по периферии обратной стороны матрицы 128 контактов, модуль 120 микросхемы вставляется в углубление 122 так, что периферия матрицы 128 герметично соединяется с периферийной обработанной поверхностью 136 слоя 106. При таком способе установки проволоки 130 складываются под модулем 120 микросхемы, как показано на фиг.1.
В предпочтительном варианте описанная выше по чертежам на фиг.1-12Б технология имеет высокую степень автоматизации.
Следует иметь в виду, что хотя проиллюстрированный описанный вариант осуществления включает слои 102, 104, 106, 108, 114, 116 и 118 подложки, многослойная подложка карты 100 с электронным интерфейсом может включать любое требуемое число слоев любой необходимой толщины.
Следует также иметь в виду, что любой или все слои многослойной подложки карты 100 с электронным интерфейсом могут быть сформированы из любых описанных выше материалов, либо из любого другого подходящего материала, например, композиционного материала. Кроме того, слои многослойной подложки карты 100 с электронным интерфейсом не должны быть обязательно сформированы из одного и того же материала, и каждый слой может быть сформирован из отличающегося материала или разных материалов.
Специалистам должно быть понятно, что область притязаний настоящего изобретения не ограничена конкретно показанным и описанным выше. Напротив, изобретение включает как комбинации и субкомбинации различных описанных выше признаков, так и его модификации и изменения, которые могут предложить специалисты в данной области после ознакомления с представленным описанием и чертежами, и которые не раскрыты в уровне техники.