专利名称：一种制造ic卡的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造卡的方法，该卡嵌有至少一块集成电路，也就是通常所说的“IC卡”或“智能卡”。
背景技术：
卡作为数据载体已经使用很久了。普通的卡可以携带可视数据，比如将信息或其它数据印刷或写在卡的一个或两个主表面上。卡还可以以磁卡的形式作为磁性的数据载体。在磁卡中，将磁条压制在卡的特定位置上。磁条携带的数据可以通过磁数据读卡机读取。磁卡可以用来作火车票，银行卡等等。然而，这样的磁卡有携带或存储在磁条上的数据总量小的缺点。还有，磁卡能被重写的次数相对少，还很容易损坏。磁卡还容易受到环境中磁场的影响，甚至遗失存储在其中的数据。
作为上述常规数据携带卡的改进，出现了“智能卡”或“IC卡”。这种卡嵌有用于储存数据的集成电路(IC)。根据现有技术，一块IC可以存储的数据超过30K字节以上，可以被重写、识读100000次以上。由于IC可以储存数据和程序，所以这种智能卡可以被用作远程计算机的终端。IC卡可以作为电话卡或信用卡使用。这种卡有时也带有一个磁条，这样能提供两个接口。
IC卡通常可以分为接触式卡和非接触式卡。对于接触式卡，带有读/写接口的IC的至少一个主表面要裸露于外部环境之中。当使用的时候，IC卡的读/写接口直接与计算机终端或处理机的读/写头进行接触，由此可将数据写进卡上的IC和/或从卡上的IC读出。另一方面，非接触式卡设有铜导线线圈，线圈的两端固定或是靠近IC，而IC完全嵌在IC卡内。铜导线线圈用作发射和/或接收无线电频率信号的天线。这样IC可以通过无线电频率(RF)传输与外部系统，例如一个计算机系统耦合。在这种情况下，IC不需要和外部计算机系统的任何读/写头直接接触。
如果一个接触式IC卡被频繁使用，假设一天使用一次或两次，或者次数更多，嵌在卡上的IC会很容易损坏。在某些时候，使用接触式卡会耗费更多时间。比如，当付高速公路费时，使用接触式卡意味着每个卡通过收费机时必须停下来等待付费过程。所以，对于相对频繁但交易数额小的情况，适合使用非接触式卡。
非接触式IC卡还可以进一步分成高频非接触式IC卡和低频非接触式IC卡。高频非接触式IC卡(也称为高频卡)工作频率是13.56MHz，低频非接触式IC卡(也称为低频卡)的工作频率是125KHz。高频卡配有4至5匝铜导线的线圈，使用距离大约是10cm以内。高频卡偶然影响或被附近其它正在使用的高频卡影响的可能性很小，因而使用高频卡很可靠。低频卡配备有250至300匝铜导线线圈。尽管生产低频卡的工艺很复杂，而且不容易形成自动化生产，然而它的主要优点是使用距离可以长至3m。
高频卡通常适于个人使用，比如在乘火车或汽车时使用。至于低频卡，由于无线电频率信号可以长距离发射，并且很容易辨认不同的车，因此低频卡可以在高速公路付费时使用。
对于高频卡，主要有三种在卡上设置线圈的方式，也就是印刷、蚀刻、嵌入这三种方法。在印刷方式中将导电油墨印刷在芯板上以形成有数匝导线的线圈。这种方法制造速度快，设备的花费相对少。然而，这种方法的缺点是印刷的“导线”容易折断。另外，由于电导率取决于导电金属粉末和油墨的混合，因此会造成电阻不一致。这种方法印刷出来的电路也非常薄，不能通过相应的国际标准下的弯曲试验。还有，由于印刷方法中相邻的导线匝不能相互靠的很近，这样明显的减弱了无线电频率发射的效率。由于上述问题，现在很少使用这种方法。
这里的蚀刻方法与生产电路板所使用的蚀刻方法类似。然而，由于相邻的导线匝不能相互靠的很近，所以无线电频率发射的效率受到影响。另外，还存在生产过程中污染环境的问题。通过这种方法生产的卡也不能通过弯曲试验。因此，也很少使用这种方法。
嵌入方法非常通用，两个邻近的导线匝可以相互接触，这样大大地提高了无线电频率发射的效率。这种方法容易形成自动化生产，并且对环境没有不好的影响。使用这种方法生产出来的卡可以通过弯曲试验。
在常规的生产高频非接触式IC卡的方法中，将基片粘贴在垫片上，该基片上有容纳IC的凹槽。接着将一层粘合胶涂在垫片上基片的凹槽的露空部位，接着将一块IC芯片放置在凹槽内，通过粘合胶固定在其中。接着将导线放置在基片上，通过热压的方式将导线的两个末端紧贴IC芯片焊接。然而，这样一种常规方法有如下缺点a.由于IC芯片被相对软的垫片支承，在焊接的时候压力施加在其上，软垫片会吸收一些压力。因此会影响焊接的效果。
b.如果芯片缺货，只能先切割出板材，其余的制造过程只能停下来直到有新的IC芯片货源供应。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种克服上述缺点的IC卡生产方法，至少是给公众提供一种有用的可选择方法。
根据本发明，提供了一种嵌有至少一块集成电路和天线线圈的卡的制造方法，该方法包括提供下述步骤(a)提供一块底板，该底板有至少一个能容纳至少一部分所述集成电路的凹槽；(b)在所述底板上设置所述天线线圈；(c)将所述集成电路放置于所述底板的所述凹槽中；(d)将所述集成电路与所述天线线圈固定在一起，其中步骤(c)在所述步骤(b)之后进行。
现在参考附图以举例的方式描述根据本发明的一个实施例图1显示根据本发明的方法所使用的配线机的一部分和一块芯板；图2显示粘在如图1所示芯板上的胶带；图3显示将IC放入如图2所示的芯板；图4显示根据本发明所述准备焊接IC的芯板的剖视图；图5显示根据本发明的部分焊接过程；图6显示根据本发明将多个底板层压在一起；以及图7显示常规非接触式高频IC卡的剖视图；以及图8显示根据本发明冲压出的IC卡产品。
具体实施例方式
为了使用本方法生产出IC卡，要在芯板12上冲压出两个导引孔。导引孔在以后的工艺过程中起到有助于将芯板12与各种设备对准的作用。芯板12上还形成一个容纳一部分IC的凹槽，该凹槽比如可以通过冲压的方式形成。该方式在后面讨论。
图1显示配线机10的一部分和一块芯板12。芯板12的材料通常为热塑性材料(比如有机玻璃，聚氯乙烯，聚丙烯和氰乙烯丁二烯苯乙烯)，或是覆盖一层薄的(比如大约为导线14直径的一半)部分硫化的热固性粘接剂的耐热材料(比如环氧玻璃纤维)。导线14从一个线轴(没有显示出来)穿入导线给进机构15，该机构将导线14送至芯板12的上表面16上。配线机10有一个激励驱动线圈20的超声波发生器18。激励驱动线圈20可以驱动端部带有触针24的超声传感器22。触针24有适应导线14形状的槽(没有显示出来)。为了支承超声传感器22，器械10内部配备两个片弹簧悬挂装置26。
通过这种装置，触针24可以设置成以超声波频率上下振动的形式。这样的振动产生的热量能熔化芯板12的上表面16上导线14之下的材料。触针24的向下压力将导线14压入上表面16。当触针24向上运动时，软化的热塑性材料很快硬化，这样将导线14固定在芯板12的某一位置上。通过间歇的停下导线给进机构15和旋转导线给进机构15，接着将导线14转向新的方向，导线14可以形成电路图案。使用位于触针24端部的小剪刀28在轨迹的末端切断导线14。这样嵌入的导线14形成接收、发送无线电频率信号的天线线圈，通过这种方式可以将数据写入IC卡和/或从IC卡读取数据。
超声波焊接的优点在于在基片(也就是芯板12)本身内通过振动的机械压力产生热量。这样在需要产生热量的地方，也就是在导线14下面很小的范围内能很快生成热。由于热量的产生限于局部范围，并且只产生在基板上，所以触针24一旦移走，材料就固化。超声波加热速度非常快，以至于热量还没传导开之前，导线14下面的基片就熔化了。相邻的基片，即使仅仅相隔一个导线直径的距离，也完全不会受到影响。这使得焊接以每秒几英寸的直线速度进展，而且不影响已经焊接的导线14。
导线14通常是涂敷耐磨、有弹性绝缘涂层的实心铜质材料，该涂层可以是如聚酰亚胺，聚酯，，聚亚氨酯。由于聚酰亚胺在交叉部位的抗机械断裂性能好，所以特别适合复杂的图案。在导线14上涂敷一层薄的(比如0.0005至0.01英寸)焊接材料可以实现焊接一层以上的导线14。根据本申请，导线14可以以每分钟5至15英尺的速度旋放到芯板12的上表面16上。
如图2所示，将导线14嵌入芯板12的上表面16上之后，接着将胶带30粘贴在上表面16上，有粘结剂的一边面向下(如图2示意性的表示)。胶带30跨越容纳部分IC的凹槽32延伸。可以看到导线14的两端34也在凹槽32之上延伸。胶带30可以是从文具店买到的文具胶带。虽然图2中仅示意性地显示了一匝导线14，但应当明确对于高频非接触式IC卡，通常有4至5匝导线14。
接着将芯板12从上向下翻转(如图3所示)，使底面36面向上。然后将集成电路(IC)38放置在凹槽32内。这样胶带30与IC38接触，起到临时保持IC38固定位置的作用。接着再次翻转芯板12，如图4所示，使导线14的末端34面向上。将芯板12放置于坚硬的平台40之上，通过热压焊接将导线14的末端34与IC38固定并电性连通。特别是在焊接过程中，脉冲电流传送到导线14上熔化导线14的绝缘层，将铜导线焊接在IC38上。由于将芯板12置于坚硬支撑也就是平台40上，所以在焊接过程中焊接效果显著地提高。
如图5所示，使用焊接剂42焊接后，移走胶带30。嵌有导线14和IC38的芯板12在接下来的IC卡制造过程中被使用。如图6所示，芯板12放置于其它底板44，46之间以待层压。芯板12和其它底板44，46堆叠在一起。由于芯板12和底板44，46都有导引孔，这样可以准确容易的将它们相互定位。使用点焊将这些板固定在一起以保证在层压过程中各层之间正确的相对位置。在层压过程中，芯板12和其它底板44，46在高温和压力下相互固定。层压后，如图8所示，从层压底片板中冲压出产品IC卡47，以备使用。
图7显示常规非接触式高频IC卡的剖视图，其除了包括固定于芯板12的IC38之外，还有垫板48，两个防护板50，两个印有图形的板52，两个外部透明板54。这样一块IC卡的总厚度是大约0.84mm。在另外一种结构中，没有防护板。还有一种结构尽管没有防护板，但有一层附加垫板。
本发明还有一个优点是，即使在缺少IC芯片供应时，也可以进行导线嵌入芯板的工艺。由于嵌入导线的过程所花费的时间要比将IC放入凹槽中然后将天线线圈焊接在IC上花费的时间要多，所以制造商可以先进行嵌入导线工艺，一旦有IC芯片供应，再进行接下来的花费时间相对少的工艺生产最终产品。
应当明确上述只是描述本发明可以实施的一个例子，可以在不背离本发明本质的情况下有各种不同的变形和/或更改。
还应当明确，为了简明起见在一个实施例的内容中描述的本发明的各个特征，可以单独使用，也可以在任何合适的情况下结合使用。
权利要求
1.嵌有至少一块集成电路和天线线圈的卡的制造方法，所述方法包括提供下述步骤(a)提供一块板，该板有至少一个能容纳至少一部分所述集成电路的凹槽；(b)在所述板上设置所述天线线圈；(c)将所述集成电路放置于所述板的所述凹槽中；(d)将所述集成电路和所述天线线圈电性连接，其中所述步骤(c)在所述步骤(b)之后进行。
2.根据权利要求1的方法，其中所述集成电路与所述天线线圈固定。
3.根据权利要求1和2的方法，还包括步骤(e)，该步骤提供暂时将所述集成电路保持在所述板的所述凹槽内的工具。
4.根据权利要求3的方法，其中所述保持工具包括胶带。
5.根据上述任何一项权利要求的方法，还包括步骤(f)，该步骤是为了将所述集成电路放置在所述凹槽中，而翻转所述板。
6.根据权利要求5的方法，还包括步骤(g)，该步骤再将执行上述步骤(f)后的板翻转。
7.根据上述任何一项权利要求的方法，其中通过热压粘贴的方式将所述集成电路与所述天线线圈固定。
8.根据上述任何一项权利要求的方法，其中在步骤(d)中将所述板直接放置在硬的支承上。
9.根据权利要求3至8中任何一项所述的方法，还包括移走保持工具的步骤(h)。
10.根据上述任何一项权利要求的方法，还包括步骤(i)，其中步骤(d)完成后，将所述板放置在至少两个外层板之间以进行层压。
11.根据权利要求5的方法，还包括将产品卡从层压板中冲压出来的步骤(j)。
全文摘要
本发明公开了一种嵌有至少一块集成电路(IC)和天线线圈的卡的制造方法,该方法包括提供下述步骤(a)提供一块芯板,该板有至少一个能容纳至少一部分所述集成电路的凹槽;(b)在所述芯板上有所述天线线圈;(c)将所述集成电路放置于所述芯板的所述凹槽中;(d)将所述集成电路和所述天线线圈进行电连接,其中步骤(c)在所述步骤(b)之后进行。
文档编号G06K19/077GK1365083SQ01141568
公开日2002年8月21日 申请日期2001年10月19日 优先权日2001年1月18日
发明者李志强, 关国霖 申请人:锐安工程有限公司