СХЕМНЫЙ СЛОЙ ДЛЯ КАРТЫ С ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМОЙ
CIRCUIT LAYER FOR A CARD WITH INTEGRATED CIRCUIT

Настоящее изобретение относится к схемному слою для карты с интегральной схемой (ИС), такой как карта с ИС, интеллектуальная карта, смарт-карта, карта с микросхемой, SIM-карта и другие общеизвестные карты, такие как карты с динамическими магнитными полосками, идентификационные карты и т.д. Эти карты обычно включают в себя подложку, несущую схему, например, включающую в себя кристалл. Эти карты используются для различных целей, например, для аутентификации или идентификации, в качестве платежных карт, или, в общем, для защищенного обмена данными. Эти карты имеют обычно стандартные размеры, соответствующие коммуникационному гнезду конкретного электронного устройства, которое должно обмениваться данными с картой, например, согласно формату ISO7810 ID-1.
В частности, настоящее изобретение относится к схемному слою, содержащему подложку с противоположными первой и второй поверхностями, определяющими направление толщины схемного слоя в направлении, перпендикулярном первой и второй поверхностям, электронную схему, встроенную в подложку и/или скомпонованную на подложке, и покрытие, покрывающее первую поверхность. Электронная схема содержит множество контактных площадок, открытых на первой поверхности, и покрытие образует по меньшей мере один сектор, открывающий по меньшей мере участок соответствующей контактной площадки.
Такие карты используются в очень больших количествах, и их производят на очень эффективных производственных средствах, что обеспечивает их низкую стоимость. Производство включает в себя ряд технологических операций, и предполагается некоторый допуск в x-направлении и y-направлении. Далее мы будет называть его «коллимационной ошибкой».
Обычно, подложку с электронной схемой и контактными площадками изготавливают в первом производственном процессе первой машиной. Затем, подложку перемещают ко второй машине и наносят покрытие на первую поверхность.
После нанесения покрытия, карту вырезают в формате, пригодном для данного применения, например, в формате ID-1. Этот процесс способствует увеличению коллимационной ошибки.
После отверждения покрытия и вырезания карты в надлежащем формате, применяют машину для открывания контактных площадок для обеспечения возможности контакта с контактными площадками снаружи схемного слоя. Открывание контактных площадок часто выполняют посредством процесса резания, например, посредством сверления и/или фрезерования слоя покрытия для удаления покрытия в секторах выше контактных площадок.
Поскольку особое внимание уделяется производственным затратам, и вследствие многих последующих технологических переходов, в общем, желательно обеспечить коллимационную ошибку в диапазоне +/-0,4-0,8 мм в x-направлении и +/-0,4-0,8 мм в y-направлении. В частности, когда ошибки имеются как в x-направлении, так и в y-направлении, общая коллимационная ошибка увеличивается, и существует опасность того, что секторы будут смещены слишком далеко от контактных площадок и не будут обеспечивать возможность протекания электрического тока.
Одним решением этой проблемы могло бы быть увеличение размера контактных площадок. Это, однако, может привести к другой проблеме, связанной с размером карты и необходимостью размещения многих контактных площадок на малой площади. Общее изменение размера может также противоречить стандартам, определяющим положение контактных площадок.
Соответственно, существует противоречие между очень малыми размерами карт со встроенными схемами, требуемыми низкими производственными затратами, и увеличивающейся сложностью, например, при необходимости увеличивать число контактных площадок или повысить сложность карты в целом.
С целью устранения вышеупомянутых проблем, варианты осуществления настоящего изобретения, в первом аспекте, обеспечивают схемный слой, в котором контактные площадки имеют четырехугольную форму.
Вследствие четырехугольной формы контактных площадок, секторы, которые часто являются круглыми, будут более вероятно перекрывать контактную площадку, даже когда коллимационная ошибка будет достигать пределов как в x-направлении, так и в y-направлении. В то же время, контактные площадки могут быть расположены на одинаковом расстоянии от смежных контактных площадок и, таким образом, могут быть обеспечены требуемые взаимные положения и компоновка контактных площадок. Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает возможность больших допусков без ограничения возможности расположения контактных площадок близко друг к другу.
Подложка может быть, в частности, листом пластика, например, поливинилхлорида, полиэфиров на основе полиэтилентерефталата, акрилонитрилбутадиенстирола, поликарбоната, полиимида, FR4 или комбинации упомянутых материалов, например, включающей в себя подложечный лист PVC и слой PCB с полиимидом, и т.д. Подложка и покрытие могут иметь толщину, т.е. размер в направлении толщины, меньшую нескольких миллиметров, в частности, толщину в диапазоне 500-2000 мкм или, более конкретно, в диапазоне 600-1200 мкм. Покрытие может, в частности, составлять 40-60 процентов от толщины.
Другие размеры, т.е. ширина и длина, называются здесь x-размером и y-размером. Они являются размерами на поверхности схемного слоя. x-размер и y-размер могут быть большими, чем толщина, например, большими по меньшей мере в 20-100 раз.
Подложка может, дополнительно к электронной схеме, содержать разные другие признаки, например, магнитно-читаемую метку, поверхностные структуры разных видов, например, тисненые буквы или поверхностный декор, например, включающий в себя голограммы или другие признаки, делающие слой трудновоспроизводимым.
Электронная схема может, дополнительно к контактным площадкам, содержать электронные соединители, процессоры, устройства считывания отпечатков пальцев, и другие признаки, связанные с компьютерами. Термин «встроенный» здесь означает, что электронная схема либо запрессована в подложку, либо присоединена к поверхности подложки, обычно к первой поверхности, на которую затем наносят покрытие.
Упомянутые первая и вторая поверхности могут быть, в частности, параллельными друг другу.
Контактные площадки открыты на первой поверхности, и они могут продолжаться вверх от первой поверхности. Контактные площадки, таким образом, образуют трехмерную структуру с основанием на первой поверхности и телом, продолжающимся вверх по направлению к верхушке, где контактная площадка имеет наибольшее расстояние от первой поверхности.
Контактные площадки имеют четырехугольную форму, Здесь это означает, что по меньшей мере основание каждой контактной площадки является четырехугольным и, необязательно, тело имеет четырехугольное поперечное сечение. Термин «четырехугольный» означает, что основание имеет два набора по существу параллельных боковых поверхностей, причем первый набор предпочтительно является по существу перпендикулярным второму набору по существу параллельных боковых поверхностей.
Термин «по существу параллельный» означает, что расстояния между параллельными поверхностями отличаются менее чем на 10 процентов от одного конца до другого конца боковых поверхностей, например, на 0 процентов.
Боковые поверхности первого набора боковых поверхностей предпочтительно продолжаются по существу перпендикулярно боковым поверхностям второго набора боковых поверхностей. Термин «по существу перпендикулярно» означает здесь нахождение под углом 80-100 градусов друг к другу, например, под углом 90 градусов друг к другу.
В углах, где боковые поверхности первого набора боковых поверхностей пересекают боковые поверхности второго набора боковых поверхностей, основание может иметь форму остроконечных углов или углов с некоторым радиусом кривизны, например, с радиусом в диапазоне 1-50 процентов, например, 2-25 процентов, например, 3-15 процентов, от наименьшей длины боковых поверхностей. Все четыре угла в четырехугольном основании могут иметь одинаковые радиусы кривизны, или они могут иметь разные радиусы кривизны.
Боковые поверхности первого набора боковых поверхностей могут иметь ту же самую длину или отличную длину по сравнению с боковыми поверхностями второго набора боковых поверхностей, в результате чего четырехугольная форма является либо квадратной, либо прямоугольной. В одном варианте осуществления, боковые поверхности первого набора боковых поверхностей имеют длину в диапазоне 100-150 процентов от длины боковых поверхностей второго набора боковых поверхностей, например, 100-125 процентов, например, 100-115 процентов.
В предпочтительном варианте осуществления, две смежные контактные площадки имеют стороны, обращенные друг к другу, причем эти стороны являются по существу параллельными, и расстояние между ними составляет 10-250 мкм, например, 50-200 мкм, например, 75-150 мкм. В этом контексте, угол между упомянутыми сторонами составляет 15° или менее, например, 10° или менее, например, 5° или менее.
Основание контактных площадок может быть образовано плоскими проводящими поверхностями, и тело контактных площадок может быть образовано посредством нанесения проводящего материала на плоское проводящее основание, например, посредством пайки. Тело может иметь форму конуса с однородно скругленной верхушкой. В поперечном сечении, параллельном первой поверхности, тело может, например, иметь четырехугольную форму или круглую форму или эллиптическую форму или продолговатую форму с прямыми боковыми секциями, соединяющими два концевых участка, каждый из которых образует полуокружность, или другие формы.
По меньшей мере один или каждый сектор может быть изготовлен сверлением отверстия в покрытии в местоположении соответствующей контактной площадки. Это может обеспечить сектор круглой формы и образовать отверстие или «скважину» в покрытии.
По меньшей мере один или каждый сектор может быть изготовлен фрезерованием, выборкой, или снятием материала слоя покрытия в конкретной области, например, области, покрывающей более чем одну контактную площадку, в результате чего по меньшей мере участок нескольких или всех контактных площадок открывается одним и тем же сектором.
Покрытие может образовывать внешнюю поверхность схемного слоя, и в секторе (секторах) схемный слой может быть соединен с электропроводящей структурой.
В одном варианте осуществления, электропроводящая структура является набором, содержащим по меньшей мере одну контактную пластину, по одной на каждую контактную площадку, и выполнена с возможностью передачи электрических сигналов на соответствующий набор контактов в устройстве.
В одном варианте осуществления, электропроводящая структура образована другим схемным слоем, причем схемные слои пакетированы таким образом, что секторы и контактные площадки одного схемного слоя находятся смежно с секторами и/или контактными площадками другого схемного слоя. Посредством этой компоновки, слои могут обмениваться электрическими сигналами через смежные контактные площадки.
Хороший электрический контакт между контактными площадками и проводящей структурой может быть обеспечен посредством соответствующего электрического интерфейса, расположенного между контактными площадками и электропроводящей структурой.
В одном варианте осуществления, электрический интерфейс может быть образован одним или несколькими упруго деформируемыми телами из проводящего материала, например, проводящей резины. Деформируемые тела могут, например, иметь сферическую форму.
В другом варианте осуществления, электрический интерфейс образован одним или несколькими слоями анизотропного связующего вещества, клея, или ленты, которые могут проводить электрический ток только в направлении толщины, при нанесении на сектор.
Четырехугольная форма основания может включать в себя по меньшей мере две стороны, имеющие длину, которая больше, чем толщина подложки, например, по меньшей мере в 20, 40, 60, 80 или 100 раз большую, чем толщина подложки.
В одном варианте осуществления, толщина подложки больше, чем толщина покрытия, например, вплоть до двойной толщины.
Когда контактные площадки содержат основание, находящееся по существу в одной плоскости с первой поверхностью, и тело, выступающее из основания, толщина покрытия может быть достаточно большой, чтобы покрывать тело, т.е. большей, чем высота, на которую тело выступает выше первой поверхности. Высота выступания может находиться, например, в диапазоне 300-400 мкм, например, 320-370 мкм, например, может иметь размер 350 мкм. Перекрывающая часть покрытия, т.е. толщина покрытия поверх тела, может находиться в диапазоне 150-220 мкм, например, в диапазоне 165-205 мкм, например, может быть равной 180 мкм. В одном варианте осуществления, покрытие может иметь толщину, в 1,1-2,5 раза большую высоты выступания.
Толщина покрытия может быть по меньшей мере вдвое большей высоты выступания тел, и, как упомянуто выше, тела могут иметь круглую или овальную или эллиптическую форму в плоскости, перпендикулярной первой и второй поверхностям.
Подложка может иметь толщину в диапазоне 400-1000 мкм, и покрытие может иметь толщину в диапазоне 300-1000 мкм. Общая толщина может находиться в диапазоне 700-1400 мкм или, более предпочтительно, в диапазоне 720-1000 мкм.
Секторы и/или контактные площадки могут быть расположены по меньшей мере в одном массиве из по меньшей мере трех секторов и/или контактных площадок, например, в двух или трех таких массивах, в результате чего образуется матрица контактных площадок и/или секторов.
В одном варианте осуществления, покрытие образует неплоскую внешнюю поверхность с поднятыми и пониженными участками поверхности, причем пониженный участок поверхности образует по меньшей мере один из секторов.
Во втором аспекте, настоящее изобретение обеспечивает карту с интегральной схемой, содержащую по меньшей мере один схемный слой, описанный выше, и проводящую структуру, расположенную выше первой поверхности. Схемный слой и проводящая структура могут быть расположены таким образом, чтобы первые поверхности были обращены к проводящей структуре.
Электропроводящая структура может содержать набор, содержащий по меньшей мере одну контактную пластину, по одной на каждую контактную площадку, и может быть выполнена с возможностью передавать электрические сигналы на соответствующий набор контактов в устройстве, или проводящая структура может быть образована другим схемным слоем, или пользовательским интерфейсом, таким как переключатель или датчик отпечатков пальцев. Поверхностные слои могут пакетироваться таким образом, чтобы секторы и контактные площадки одного схемного слоя находились смежно с секторами и/или контактными площадками другого схемного слоя. Посредством этой компоновки, слои могут обмениваться электрическими сигналами через смежные контактные площадки.
Хороший электрический контакт между контактными площадками и проводящей структурой может быть обеспечен соответствующим электрическим интерфейсом, расположенным между контактными площадками и электропроводящей структурой.
В одном варианте осуществления, электрический интерфейс может быть образован одним или несколькими упруго деформируемыми телами из проводящего материала, например, проводящей резины. Деформируемые тела могут, например, иметь сферическую форму.
В другом варианте осуществления, электрический интерфейс образован одним или несколькими слоями анизотропного связующего вещества или анизотропной ленты, которые могут проводить электрический ток только в направлении толщины, при нанесении на сектор.
В третьем аспекте, настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления схемного слоя для карты с интегральной схемой, причем способ содержит:
- этап, на котором обеспечивают электронную схему с контактными площадками, имеющими четырехугольную форму;
- этап, на котором встраивают электронную схему в подложку таким образом, что контактные площадки электронной схемы открыты на первой поверхности подложки;
- этап, на котором встраивают первую поверхность и контактные площадки в материал покрытия;
- первичный этап удаления, на котором удаляют материал покрытия для образования таким образом секторов круглой формы, открывающих по меньшей мере участок каждой контактной площадки.
Способ может содержать вторичный этап удаления, на котором удаляют участок материала покрытия перед первичным этапом удаления. Соответственно, слой покрытия может быть, во-первых, сфрезерован и, во-вторых, скважины, например, круглой формы, могут быть просверлены в отфрезерованной области вниз до контактных площадок.
В частности, способ может включать в себя этап, на котором обеспечивают контактную площадку с основанием и телом, продолжающимся вверх от основания, причем основание имеет четырехугольную форму.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает карту с интегральной схемой;
Фиг. 2 показывает схемный слой;
Фиг. 3 показывает первую поверхность, покрытую покрытием;
Фиг. 4 показывает проводящую структуру с отдельными контактными пластинами;
Фиг. 5 показывает контактную площадку; и
Фиг. 6 и 7a, 7b, 7c показывают эффект четырехугольной формы основания контактной площадки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Дополнительный объем применимости настоящего изобретения станет понятным из нижеследующего подробного описания и конкретных примеров. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, указывающие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, приведены только для иллюстрации, поскольку из этого подробного описания специалистам в данной области техники станут понятны различные изменения и модификации, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения.
Фиг. 1 показывает карту 1 с интегральной схемой с проводящей структурой 2, расположенной в проводящем контакте с контактными площадками (не показаны) интегральной схемы, показанной пунктирной линией 3. ИС и контактные площадки встроены в карту.
Фиг. 2 показывает схемный слой 4, изготовленный из поливинилхлорида и выполненный с возможностью образования части карты с интегральной схемой, показанной на фиг. 1. Карта со схемой содержит подложку 5 с противоположными первой и второй поверхностями 6, 7, определяющими направление толщины, указанное стрелкой 8. Определенное направление толщины перпендикулярно первой и второй поверхностям. Здесь мы дополнительно упоминаем указанные стрелки x-направления и y-направления, находящиеся в плоскости, параллельной первой и второй поверхностям.
Схемный слой содержит электронную схему 3, которая встроена в подложку. Электронная схема содержит множество контактных площадок 9, которые открыты на первой поверхности 6. Проводящая структура 2, в этом варианте осуществления, расположена непосредственно выше контактных площадок 9 схемы 3 и находится с ними в электропроводящем контакте. Проводящая структура может быть также образована другой электронной схемой.
Фиг. 3 показывает, что первая поверхность 6 покрыта покрытием 10, которое защищает электронную схему и контактные площадки, показанные областью 11. Для обеспечения электрического соединения между контактными площадками (не показаны) и проводящей структурой 2, покрытие образует круглые секторы, изготовленные сверлением. Каждый из секторов 12 соответствует контактной пластине 13-20 проводящей структуры 2, см. также фиг. 4. Альтернативно, покрытие 10 может образовывать один или несколько больших секторов, открывающих несколько или все контактные площадки.
Фиг. 4 показывает проводящую структуру с отдельными контактными пластинами 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 которые должны сообщаться с контактными площадками электронной схемы через секторы 12, причем для каждой контактной пластины предназначен один сектор. Контактные пластины согласуются с соответствующей контактной структурой электронного устройства, например, устройства считывания с карт в телефоне или в системе для электронных платежей, или контактные пластины или контактные площадки включают в себя пользовательское устройство ввода, такие как датчик отпечатков пальцев или переключатель и т.д.
Фиг. 5 показывает контактную площадку 21 и, в частности, показывает, что каждая контактная площадка может содержать основание 22, которое находится по существу в одной плоскости с первой поверхностью. Основание обычно является покрытой медью или золотом областью поверхности на первой поверхности. Основание является четырехугольным в пределах определения, обеспеченного выше, т.е. углы являются скругленными, и стороны каждой пары сторон не обязательно строго параллельны, и пары сторон не обязательно строго перпендикулярны.
Тело 23 из припоя выступает из верхней поверхности основания. Вследствие четырехугольной формы основания, тело становится не круглым, и, в частности, оно подходит ближе к углам основания.
Фиг. 6 и 7a, 7b, 7c показывают эффект четырехугольной формы основания. В поперечном сечении фиг. 6, сектор 24 смещен относительно контактной площадки 25, но поскольку основание контактной площадки является четырехугольным, тело контактной площадки находится ближе к углу основания, и достаточный контакт может быть установлен через сектор, несмотря на смещение. Линия 26 указывает на то, что покрытие 10 сфрезеровано вниз до первого уровня, находящегося ниже верхней поверхности 27. Затем, секторы 24, 28, 29 изготовлены сверлением дальше в покрытие, или процесс фрезерования может быть также выполнен в единственном процессе вплоть до контактных площадок, в частности, в комбинации с изотропной лентой или клеем.
На фиг. 6, толщина покрытия указана пунктирными линиями 30 на правой стороне чертежа. Это указывает на то, что толщина покрытия больше, чем высота выступания тел контактных площадок.
Фиг. 7 показывает тот же самый схемный слой, что и фиг. 6, но при наблюдении сверху и видимый для наглядности через покрытие, как если бы покрытие было прозрачным. На всех трех фиг. 7a-7c, смещение в x-направлении и y-направлении является относительно большим, причем объединенное смещение под углом 45 градусов относительно смещения в x-направлении и y-направлении является, таким образом, даже большим. На фиг. 7а, основание 31 контактной площадки является круглым, и зона 32 перекрытия между основанием 31 и сектором 33 является очень малой и недостаточной для электрического соединения. На фиг. 7b, основание 34 контактной площадки все еще является круглым, но имеет больший диаметр. В этой ситуации, зона 35 перекрытия между телом контактной площадки и сектором 36 все же является малой и недостаточной для электрического соединения. На фиг. 7с, основание 37 контактной площадки является четырехугольным и перекрытие 38 между контактной площадкой и сектором 39 является значительно большим и достаточным для электрического соединения. Таким образом, фиг. 7а-с показывают эффект четырехугольного основания при идентичном смещении.
ПРОНУМЕРОВАННЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
1. Схемный слой (4) для карты (1) с интегральной схемой, причем схемный слой содержит подложку (5) с противоположными первой и второй поверхностями (6, 7), определяющими направление толщины схемного слоя в направлении, перпендикулярном первой и второй поверхностям, электронную схему (3), встроенную в подложку, и покрытие (10), покрывающее первую поверхность, причем электронная схема содержит множество контактных площадок (9), открытых на первой поверхности, и покрытие образует по меньшей мере один сектор (12), причем каждый сектор открывает по меньшей мере участок по меньшей мере одной соответствующей контактной площадки, причем контактные площадки имеют четырехугольную форму.
2. Схемный слой согласно варианту осуществления 1, в котором по меньшей мере один сектор имеет круглую форму.
3. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором четырехугольная форма включает в себя по меньшей мере две стороны, имеющие длину, которая больше, чем толщина подложки.
4. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором толщина подложки больше, чем толщина покрытия.
5. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором каждая контактная площадка содержит основание (22), находящееся по существу в одной плоскости с первой поверхностью, и тело (23), выступающее на высоту выступания вверх от основания.
6. Схемный слой согласно варианту осуществления 5, в котором толщина покрытия больше, чем высота выступания тел.
7. Схемный слой согласно варианту осуществления 6, в котором толщина покрытия по меньшей мере в два раза больше, чем высота выступания тел.
8. Схемный слой согласно любому из вариантов 5-7 осуществления, в котором тела имеют круглую, овальную или эллиптическую форму в плоскости, перпендикулярной первой и второй поверхностям.
9. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором подложка имеет толщину в диапазоне 400-1000 мкм.
10. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором покрытие имеет толщину в диапазоне 300-1000 мкм.
11. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором секторы и контактные площадки расположены по меньшей мере в одном массиве из по меньшей мере трех секторов и контактных площадок.
12. Схемный слой согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, в котором покрытие образует неплоскую внешнюю поверхность с поднятыми и пониженными участками поверхности, и в котором по меньшей мере один из пониженных участков поверхности образует по меньшей мере один сектор.
13. Карта с интегральной схемой, содержащая по меньшей мере один схемный слой согласно любому из вариантов 1-12 осуществления и проводящую структуру, расположенную таким образом, что первая поверхность обращена к проводящей структуре.
14. Карта с интегральной схемой согласно варианту 13 осуществления, содержащая для каждого сектора электрический интерфейс, расположенный между контактными площадками и электропроводящей структурой.
15. Способ изготовления схемного слоя для карты с интегральной схемой, причем способ содержит:
- этап, на котором обеспечивают электронную схему с контактными площадками, имеющими четырехугольную форму;
- этап, на котором встраивают электронную схему в подложку таким образом, что контактные площадки электронной схемы открыты на первой поверхности подложки;
- этап, на котором встраивают первую поверхность и контактные площадки в материал покрытия;
- первичный этап удаления, на котором удаляют материал покрытия для образования таким образом секторов круглой формы, открывающих по меньшей мере участок каждой контактной площадки.
16. Способ согласно варианту 15 осуществления, дополнительно содержащий вторичный этап удаления, на котором удаляют участок материала покрытия перед первичным этапом удаления.
17. Способ согласно вариантам 15 или 16 осуществления, в котором этап, на котором обеспечивают контактную площадку четырехугольной формы, включает в себя этап, на котором обеспечивают основание и тело, продолжающееся вверх от основания, причем упомянутая четырехугольная форма является формой основания.