智能卡的制造方法

专利名称：智能卡的制造方法
背景技术：
智能卡被用作银行卡、ID卡、电话卡等。它们取决于在智能卡的电子部件和读卡机或其它接收装置之间所用的电磁耦合(通过直接物理接触或者通过电磁波)。这种耦合可以用于单独实现读取模式或实现读取/写入模式。通常这种卡是通过将几层塑料薄片组装成叠层阵列来制造的。在所谓的“非接触式”智能卡(即，其电子部件是由电磁波接触的而非采用物理接触的那些智能卡)的情况下，可聚合树脂的中心层完全包封了一个电子模块，该电子模块可以包括例如一个连接于感应线圈式天线的IC芯片，该天线能够通过卡的主体接收电磁波。
智能卡的制造方法是多种多样的。例如，欧洲专利0 350 179公开了一种智能卡，其中电路被包封在一层塑料材料中，该塑料材料层被置入在卡的两个表面层之间。该方法还包括将具有高拉伸强度的保持部件抵靠着塑模的一侧，将智能卡的电子部件相对于该侧定位并且之后将一种可反应模塑的聚合材料注射到塑模中以使其包封着电子部件。
欧洲专利申请95400365.3讲述了一种制造非接触式智能卡的方法。该方法采用刚性框架将一个电子模块定位和固定在位于上部热塑性塑料片和下部热塑性塑料片之间的一个空隙中。在将框架机械固定到下部热塑性塑料片之后，该空隙充满了可聚合的树脂材料。
美国专利5 399 847讲述了一种信用卡，该信用卡包括三层，即第一外层、第二外层和一个中间层。该中间层是通过注射热塑性粘合材料使之将智能卡的电子元件(例如IC芯片和天线)包封在中间层材料中来形成的。粘合材料优选由共聚多酰胺或粘合剂的掺合物制成，该粘合剂具有在与空气接触时会变硬的两种或更多种化学反应成分。这种智能卡的外层可以由各种聚合材料，例如聚氯乙烯或聚氨酯制成。
美国专利5 417 905讲述了一种制造塑料信用卡的方法，其中由两个模套构成的塑模被闭合以便限定一个用以制造这种卡的型腔。在每个模套内设置一个标签或图象支承件。接着将模套合在一起并且将热塑性塑料注射到塑模中以便形成卡。射入的塑料将标签或图象支承件压靠在相应的塑模面上。
美国专利5 510 074讲述了一种制造智能卡的方法，该智能卡具有一个卡体、一个支承件以及一个电子模块，该卡体具有基本上平行的主侧面，该支承件在其至少一侧上带有一个图形元件，该电子模块包括一个固定于芯片的触头阵列。该制造方法总体包括以下步骤(1)将支承件放入塑模中，该塑模限定了卡的容积和形状；(2)将所述支承件贴靠着塑模第一主壁加以固定；(3)将热塑性塑料注射到由中空空间所限定的容积中以便填充容积中未被支承元件所占据的那部分；以及(4)在所注射的材料完全凝固之前将电子模块插入在所述热塑性塑料中的适当的位置。
美国专利4 339 407讲述了一种托架形式的电路封装装置，该托架具有壁，该壁具有特定设置的凸棱、凹槽和凸台以及特定的孔口。塑模的壁部分将电路组件以给定的准直关系加以固定。托架的壁由稍具挠性的材料制成，以便于插入智能卡的电路。托架可插入外塑模中。这使得托架的壁可彼此相向移动，以便在将热塑性塑料注射的过程中将各部件牢固地保持在一条直线上。托架的壁的外侧上具有突起，该突起与塑模壁上的凹槽相配合，以便将托架安放且定位在塑模中。塑模还具有孔，用以使夹带的气体逸出。
美国专利5 350 553讲述了一种在注射模塑机中在塑料卡上形成装饰图案并且将电路放置在该塑料卡中的方法。该方法包括以下步骤(a)在注射模塑机中将一个薄膜(例如一个载有装饰图案的薄膜)置入和定位在一个打开的模腔上；(b)闭合模腔，从而将薄膜在该模腔中固定夹紧就位；(c)将电路芯片通过塑模的开口插入模腔中，以便将芯片定位在该模腔中；(d)将热塑性支承组合物注射到模腔中以形成一个单一的卡；以及(e)之后除去任何多余的材料，打开模腔并且取出卡。
美国专利4 961 893讲述了一种智能卡，该智能卡的主要特征是一个支承着集成电路芯片的支承元件。该支承元件用于将芯片定位在一个模腔中。卡体是通过将塑性材料注射到模腔中使得芯片完全嵌入在塑性材料中来实现的。在某些实施方案中，支承件的边缘区域被夹紧在相应塑模的承载表面之间。支承元件可以是从成品卡上剥离下来的薄膜，或者它可以是作为卡的一个整体部分而被保留的一个薄片。如果支承元件是一个剥离膜，那么其中所包含的任何图形元件都被复制到卡上并且是看得见的。如果支承元件是卡的一个整体部分，那么这种图形元件形成在卡的一个表面上的，因此对于卡的使用者而言是能看见的。
美国专利5 498 388讲述了一种智能卡装置，该智能卡装置包括一个具有通孔的卡板。一个半导体模块安装到这个开口上。将树脂注射到开口中，使得在下述这种情形下形成树脂模塑，即仅仅露出用以外连接所述半导体模块的电极端面。通过将一个具有通孔的卡板安装在两个相对塑模的下塑模上、将半导体模块安装在所述卡板的开口上、将具有浇口的上塑模拧到下塑模上并且通过将树脂经浇口注射到开口中来获得该卡板。
美国专利5 423 705讲述了一种盘，该盘具有由热塑性塑料注塑而成的盘体，还具有一个与该盘体整体连接的叠层。叠层包括一个透明外层以及一个不透明的白色内层。一种成像材料被夹在这些叠层之间。
所有这些现有技术的智能卡制造方法在某种程度上而言涉及将电子部件、模块或组件定位和固定在智能卡中的问题。如果电子部件没有被适当地固定，当在相当高的热固性材料注射压力下将热塑性塑料注射到形成卡或形成卡芯的空腔中时，所述电子部件将移动到随机的位置。上述现有技术批露了在热塑性塑料注射工艺的过程中常用于将电子元件加以定位和固定的各种实体保持部件，例如框架或支承件。然而，较大的具有明显限定的硬质本体的机械保持装置用于在这种热固性材料的注射过程中将电子部件保持就位，其已产生了一些问题。例如，这些较大(即相对于其所固定的电子部件而言比较大)的保持装置的本体经常受到在正常(以及异常)使用过程中卡可能遇到的那些冲击、弯曲和/或扭转力的负面作用。为了尽可能减小由这种力引起的损坏，由某些明显限定的硬质本体所固定的电子部件通常定位在这种智能卡的角部。这种定位的限制通常对可以放置在这种卡中的电子部件的尺寸和数量有所限制。
此外，由于用于制造这些较大的保持装置的材料其膨胀系数与这些卡的其它元件的膨胀系数是不同的，在包含这种电子部件保持装置的成品卡的外表面上常常会出现变形。也就是说，当卡在其制造过程中经受了各种温度和压力时，仅仅由于在卡的主体内存在这种保持部件而可能导致这种表面变形。这种变形在最好的情形下是看不见的，在最差的情形下，它们甚至会阻碍卡在某些读卡机中完全平整地放置在卡接纳凹槽中。
某些智能卡制造商已经通过下述方式来解决这个问题，即在热塑性塑料注射工艺中借助各种粘合剂(而不是机械互连的锁定装置)将其支架(并因此将支架所固定的电子部件)牢固定位在其形成卡的空腔中来减小这种保持装置的尺寸和/或本体。然而，采用粘合剂来固定这些支架装置产生了另外一组问题。它们通常引起以下事实大多数市场上可购得的用以将这些电子部件支架固定就位的快速固化粘合剂通常所具备的特征在于其高收缩性。此外，当支架受到进入的热固性材料的冲击时，需要比较大量的粘合剂用以固定这些较大的支架。采用比较大量的高收缩性的粘合剂来将这些支架固定就位将会使这些粘合剂所涂敷的塑料薄片或层的区域产生皱褶和其它变形。由这些皱褶状的变形在用以形成智能卡表面层的塑料薄片(例如聚氯乙烯的薄片)内表面上产生的力被传送通过这些薄片材料的比较薄的主体(例如从约0.075至约0.25mm)。这些力通常使得智能卡的外表面呈现局部的波纹状、弯曲状、甚或皱褶状的特性。除了一定的公差之外，这些波纹状、弯曲状或皱褶状的变形在智能卡的工业中是不可接受的。因此，已经开发了许多技术来试图至少尽可能减小这种变形。遗憾的是，这种变形依旧是一个问题，特别是当采用各种高速粘接方法将这些较大的支架装置粘接到用以形成大多数智能卡之外侧面的塑性材料(例如PVC)薄片上来制造智能卡时更是如此。
发明概述本申请人的智能卡(例如信用卡、个人识别卡、出入控制卡、电话卡等)及其制造方法主要取决于下文更充分描述的某些粘合剂和粘接工序的应用。然而，通过采用某些其它特定材料和制造方法，申请人采用的粘合剂和粘接工序的有利效果可以得到加大和增强。例如，通过采用以下条件可以使申请人采用的粘合剂和粘接工序的有利效果进一步得到增强(1)在下文将更加充分描述的特定“冷”、“低压”成形工序，(2)电子元件在这些智能卡中的确定定位，(3)特定的热固性流动浇口构造以及(4)位于本申请人的塑模中的用于接纳热固性材料的某些贮槽，所注射的热固性材料多于用以形成申请人智能卡芯体区域所需的量。在任何情况下，本申请人的智能卡的特征具体在于它们的高质量外表面。在此专利公开内容中的术语“高质量”意指一个基本上平坦的表面(即不具有波纹、弯曲、皱褶或麻点的表面)。
本申请人的智能卡由一个具有内表面和外表面的顶层、一个具有内表面和外表面的底层以及一个夹在该顶层和底层之间的中间层或芯层构成。所有这三层通过在用以制造芯层的热固性聚合材料和用以制造顶层及底层的材料之间进行粘合而构成了一个智能卡主体。在申请人本发明的某些优选实施方案中，这个粘合效果可以通过采用在下文将要更充分描述的对顶层和/或底层的内表面进行的各种处理来得以加强。
申请人智能卡的电子部件(例如计算机芯片、天线、电容器等)被埋置在构成智能卡中心层或芯层的热固性聚合材料中。因此，这些电子部件未形成申请人成品智能卡外表面的部分。而且，这种卡通常被称作“非接触式”智能卡。这些智能卡经由其天线部件通过智能卡的主体与其所接收到(以及在某些情况下所传送出)的电磁波连通。为了广泛的商业用途，这些智能卡必须被制造成非常精确的标准尺寸。例如，ISO标准7810规定智能卡的标称长度为85.6mm、标称宽度为53.98mm、而标称厚度为0.76mm。
在进一步深入研究本申请人的用于制造下述智能卡的方法的细节之前，应当首先指出，针对本发明的公开内容，术语“上”和“下”、或“顶”和“底”层均应认为是相对的。也就是说，它们指的是用于制造这些卡的各模套的相对位置。因此，这些术语并不意指任何绝对位置或方位。然而，申请人具有优选用于制造本专利智能卡的特定相对位置。例如，因为在这里所述的工艺中某些液态或半液态粘合剂的使用发挥了特别重要的作用，在某些应用中术语“底”意指某些确定的优选位置。例如，本申请人的粘合剂优选用于将卡的电子部件(天线、芯片、电容器等)定位在最终将成为智能卡“底层”的材料片(例如PVC)的“顶表面”上。当本申请人的液态或半液态粘合剂被首次铺设或以其它方式分配时，这种优选遵从于作用在该粘合剂上的重力作用。
基于这种顶/底术语，下文描述的用于制造非接触式智能卡的方法将采用反应注射模塑机(其通常被单独地称作“RIM”)。这些机器与一个顶模套和一个底模套相关联，该顶模套和底模套能够在至少一片聚合材料(例如，PVC)上执行下文更详细描述的特定冷低压成形操作，该聚合材料片构成申请人智能卡两个主要的外表面层。这种顶和底模套以聚合材料模塑领域中的技术人员众所周知的方式配合操作。然而，在本申请人的特定工艺的使用中，RIM模套中的至少一个模套、例如顶模套将具有至少一个型腔，以用于局部限定原始智能卡主体(precursor smart card)的厚度和其总体的周边尺寸，该原始智能卡主体在两模套之间冷低压形成。
还应指出的是，申请人采用术语“原始智能卡主体”(其将包括“多余”聚合材料的主体)来将由这种模塑装置形成的经大致限定的卡体与以下述方式制造而成的“成品”智能卡区分开来，该制造“成品”智能卡的方式为对于任何给定的成品智能卡而言将多余的聚合材料除去(例如将其从原始卡体上修剪掉)并且将原始卡体切割到预定尺寸(例如根据ISO标准7810为85.6mm×53.98mm)而形成。这种切割到预定尺寸的操作还可以在一个切割/修剪操作中除去多余的材料。本领域的技术人员还应充分理解，在工业制造操作中用于制造这种卡的模塑装置最好具有带多个(例如2、4、6、8等)型腔的模套，以便同时制造几个这样的卡。
本领域的技术人员还应理解，申请人采用类似“聚合的”、“塑料的”、“热塑性的”和“热固性的”之类的术语意指材料的选择范围很广。尽管如此，申请人采用的聚合材料通常将落入两个子范畴-热塑性材料或热固性材料之一内。热塑性材料(例如其覆盖材料)由未连接于其它聚合物分子的具有侧链或侧基的长分子(线性分子或者支链分子)构成。因此，热塑性材料可以通过加热和冷却而重复地软化和硬化，从而它们可以成形并且冷却，使得它们硬化成最终所需的形状。一般而言，在这种由热驱动的成形操作中没有产生明显的化学变化。与此相反，热固性材料(例如其树脂)具有在其聚合反应过程中在其各长分子之间形成化学交联的化学反应部分。这些线性聚合物链粘接在一起以形成立体化学结构。因此，一旦这些热固性树脂被硬化，通过加热而不使这些化学交联中的至少某些化学交联发生降解，将不能使所得到的材料软化。
任一种形式的聚合材料(热塑性的或热固性的)可以用于申请人智能卡的顶层和/或底层。因此，申请人针对可以用于制造顶层和底层的材料所采用的通用术语“聚合的”应当包括热固性材料以及热塑性材料。然而，热固性材料高度优选用于制造智能卡的中心层或芯层。这样设置有几个原因。例如，热固性聚合物大体与优选用于制造顶层和底层的材料(例如PVC)粘合。热固性聚合物也可以从市场上购得，而易于采用特别适用于本申请人的冷低压成形操作的液态单体聚合物混合物或者部分聚合的模塑化合物。
某些可以用于制造本申请人的顶层和底层的代表性聚合材料(热塑性的或热固性的)包括聚氯乙烯、聚二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、丙烯腈-丁苯、乙烯基乙酸酯共聚物、聚酯、聚乙烯、环氧树脂和硅酮。这种顶层和底层还可以由其它聚合材料例如聚碳酸酯、乙酸纤维素和含有乙酸丁酸纤维素的材料制成。然而，在所用的可以用于制造本申请人的顶层和底层的聚合材料中，聚氯乙烯是特别优选的，因为这种材料的透明-不透明性能、其可以接受印刷的性能以及其相对较低的成本。
用于本申请人的注射用途的最优选的热固性材料是聚氨酯、环氧树脂和不饱和的聚酯聚合材料。在某些更为特定的实施例中，特别优选的是由环氧丙烷或三氯环氧丁烷衍生的多元醇与异氰酸酯进行缩合反应而制成的聚氨酯。在申请人工艺中采用的各种聚酯中，那些其特征可以被进一步描述为“不饱和的烯”的聚酯是特别优选的，因为它们可以通过双键与可配伍的单体(也包含不饱和乙烯)和与制造顶层和底层所用的材料进行交联。在本发明的实践过程中更为优选的环氧树脂材料是由环氧氯丙烷与双酚A或者由环氧氯丙烷与脂肪醇(例如丙三醇)制成的。它们是特别优选的，因为它们可以与制造顶层和底层的某些更为优选的材料(例如，聚氯乙烯)粘合。三种通用的热固性材料(聚氨酯、环氧树脂和不饱和的聚酯)也是优选的，因为它们不会与本申请人的更为优选的粘合剂(例如各种腈基丙烯酸酯基的粘合剂)产生化学反应而在形成卡体的芯部区域形成看不见的“人为物”。
其次，应当指出，申请人采用“冷的低压成形条件”等来意指下达这样的成形条件，即所喷射的液态或半液态聚合材料的温度低于冷成形的塑料片材料(例如，本申请人智能卡的顶层)的热变形温度，其压力低于约500psi(磅/英寸2)。在这里描述的工艺中更为优选的一些实施方案中，在申请人工艺中采用的冷成形温度将比被模塑塑料片材料的热变形温度至少低100°F。在更特定的实施例中，许多聚氯乙烯(PVC)材料的热变形温度是约230°F。因此，在本申请人的工艺中用于冷成形这种PVC片的温度优选不超过约130°F(230°F-100°F)。
本申请人的更为优选的冷低压成形工序将涉及在优选处于约大气压力至约500psi范围内的压力下将温度为约56°F至约160°F范围内的热固性聚合材料加以注射。更优选的，在优选处于80-120psi的注射压力下注射到卡体的中心或芯部区域中的热固性聚合物的温度将处于约65°F至约70°F。在本发明的某些最优选的实施方案中，液态或半液态的热固性聚合材料将在这些优选温度和压力条件下以约0.1-50克/秒/卡成形型腔的流速注射到任何给定的卡成形型腔中。1.5-1.7克/秒/卡成形型腔的流速是更加优选的。本领域的技术人员还应理解，本申请人的低温度和压力条件与许多现有技术的高速智能卡层压或注塑制造操作中采用的高得多的温度(例如200°F-1000°F)和压力(例如500-2000psi)相比有很大的不同。
其次，应当指出，申请人采用这种比较冷的低压成形条件可能需要比现有技术的热高压操作中使用的那些浇口更大的任何给定的浇口(即将一个浇道与各卡成形型腔相连的通道)。本申请人的浇口优选大于现有技术的浇口，使得它们在本申请人的冷低压成形条件下能够迅速通过被注射的热固性材料。同样，浇道(即在模塑系统中从热固性材料源通向各单独浇口的热固性材料主供给通道)通常将是多浇口或歧管阵列的形式，因此，该浇道应当能够在本申请人工艺中的比较冷的温度(例如56°F-160°F)和比较低的压力(例如大气压-500psi)条件下同时对歧管系统中的多个浇口/卡成形型腔(例如4-8个型腔)进行供给。对此还应指出，尽管处在本申请人的低温和低压条件下，但聚合物热固性材料的流速仍能使得它们在约10秒/卡成形型腔或更少的时间内(并且，更优选的是少于约3秒)完全充满一个给定的卡成形型腔。低于一秒的卡成形型腔填充时间是更优选的。考虑到这些条件，本申请人智能卡制造工艺的某些优选实施方案将采用其宽度为待形成卡之前缘(即与浇口相连的一个卡边缘)长度的一大部分的浇口。本申请人优选的是使一个给定浇口的宽度为所形成智能卡的一个前缘(或多个边缘-多个浇口可用于充填相同的卡成形型腔)即“浇口”边缘的宽度的约20％-200％。
申请人还优选采用从较宽的流入区域向位于所形成卡体的前缘处或该前缘附近的较窄芯部区域渐窄的浇口。最优选地，这些浇口将从与热固性材料供给浇道以流体方式连通的较宽直径(例如约5-10mm)的注射口向较窄直径(例如0.10mm)的浇口/卡边缘变窄，在该浇口/卡边缘处，该浇口将热固性材料供给到最终形成为本申请人成品卡之中心或芯体部分的空隙中。在另一个实施例中，申请人已发现，在申请人的优选的冷低压注射条件下，从约7.0mm初始直径渐细降至最小直径约0.13mm的浇口将产生特别好的结果。
与本申请人的粘合剂和粘接工序有利于一起使用的另一个选择性特征是采用具有一个或多个用以容纳“多余”聚合材料的贮槽的模套，该聚合材料可以被注射到顶层与底层之间的空隙中以便将任何空气和/或其它气体(例如在将用于配制大多数聚合热固性材料的成分混合在一起时发生的放热化学反应所形成的那些气体)从所述空隙中排除。这些热固性成分仅仅在被注射到空隙中之前(例如在此之前约30秒)优选被混合在一起。
可以用于增强采用本申请人粘合剂和粘接方法的结果的其它选择性的工序可以包括采用(1)促使和/或增强在顶层和底层的内表面与所注射的热固性材料之间的粘合作用的处理，(2)显示了在卡体主表面上可见的字母数字/图形信息的薄膜，(3)促进(或防止)不透明性的薄膜或层，(4)至少由前述模塑操作(例如前述现有技术类型的“热”模塑操作或前述例如在本专利文献中描述的那些“冷”模塑操作)部分预模塑成的顶层或底层，以及(5)热固性材料中的促使不透明性的颜料。还应指出，由申请人的制造工艺得到的智能卡的外表面此后可以被模压或印刷以便显示字母数字/图形信息。
在此所述工艺中采用的粘合剂的最佳特征为“低收缩”粘合剂。就此还应指出，一给定粘合剂的“固化”量(其通常与“收缩量”有关)可以以几种方式进行测量或至少加以估计。例如，粘合剂的固化程度通常由粘合剂的体积减小来测量。固化量还常常通过粘合剂由于固化导致的密度增大来加以测量。不管用于测量这些现象的方法如何，申请人采用术语“低收缩粘合剂”意指体积减少(或密度增大)并未超过15％的粘合剂。
本申请人已经发现，某些最佳满足其“低收缩性”要求的更优选的粘合剂将包括(但并不限于)某些腈基丙烯酸酯粘接剂(其常常被称作“CAs”)以及某些所谓的“UV可固化”粘合剂。例如，本申请人已经发现，各种CAs仅通过暴露于大气就将在少于约40秒的时间内固化(在某些情况下，少于约5秒)。这种粘合剂还将在0.1秒-约0.5秒的时间内“部分固化”到某种程度，使得已与部分固化的粘合剂相关联的电子部件在本申请人工艺中的冷低压条件下被浸入到热固性材料中时将能保持在原位。事实上，在本专利的公开内容中，术语“部分固化的粘合剂”意指能够在申请人的总体工艺的热固性聚合物注射过程中将一电子部件或一包含电子部件的组件固定就位的粘合剂，但是该粘合剂会在被浸入到热固性聚合物中时产生进一步的固化。
这种部分固化通常将通过在新配送的低收缩粘合剂的主体周围形成一个“表皮”来显现出来。也就是说，在处于这种部分固化的状态中时，这种表皮将围绕着低收缩粘合剂的仍旧半液态的主体。在Building 220-7E-01，St.Paul，MN55144-1000的3M中心由3MAdhesive Systems Industrial Tape and Specialties Division在1996年5月公开的“ProntoTMand Pronto PlusTMInstant Adhesives”的技术公开文本中对许多这种CA型粘合剂进行了进一步详细的描述，该公开文本在此引入作为参考。
其它各种粘合剂也可用于申请人的工艺中。不过，许多粘合剂需要通过暴露于“人造的“能源(即除了环境热和/或光)而产生部分固化。例如，这种人造能源的特征是其可以产生给定波长的电磁波。例如，某些粘合剂可以通过暴露于能发射波长为约200纳米(nm)至约400纳米的电磁波的能源而产生更加快速的固化。这种粘合剂常常被称作“UV可固化粘合剂”。本领域技术人员已知的电动UV和/或微波产生装置可以用作这种200-400nm波形的能源。当采用某些其中的UV可固化粘合剂时，采用发射260-270nm波形的装置是更为优选的。
在许多可以用于申请人工艺中的UV可固化低收缩粘合剂之中，那些具有丙烯酸酯组分的粘合剂是特别优选的。在申请人的某些工艺中，基于氨酯的含有丙烯酸酯的粘合剂是特别有效的。例如，由Loctite Corporation of Rocky Hill，Connecticut制造的其牌号为Loctite 3104的基于氨酯的丙烯酸酯粘合剂具有显著的优点。
不管所采用的粘合剂的类型如何，本申请人的“部分固化”过程在约0.1至约5.0秒的之间内将是最优选发生的。特别是少于3秒的部分固化时间是更为优选的。然而，不管这些部分固化过程的相对速度如何，本申请人的低收缩粘合剂最优选地应以至少一个小堆、微滴或半球形的形式用在智能卡底层(或顶层)的内表面上。这种粘合剂堆还可以涂覆在待粘接于卡底层(或顶层)内表面上一给定位置处的电子部件上。在申请人工艺的某些更优选的实施方案中，将采用两个或多个这种粘合剂堆以便支承电子部件模块或组件中的一个天线部件的两个区域，其中天线是该电子部件模块或组件的一个元件。在这些更优选的实施方案中，两个或多个粘合剂堆以“垫座式”的方式将电子部件支承在涂覆有粘合剂的层(例如底层)表面上。当将这种粘合剂(例如以微滴的形式)配送在底层的内表面上时，它们将在重力和表面张力现象的影响下大体呈现出一种堆状或半球状的外形。
在这些更优选的实施方案中，这些粘合剂堆的体积将是非常小的(例如小于1cc(立方厘米)并优选小于0.1cc，最优选地在约0.01cc至约0.001cc之间)。在此还应指出，固定本申请人电子部件所需的粘合剂体积显著小于用以固定现有技术的固定装置所需的粘合剂体积，其中该固定装置此前曾在其“热高压”注射工艺中用于将其电子部件固定就位。在任何情况下，申请人已经发现，体积为约0.007cc的粘合剂微滴将产生高度或厚度特别适用于在申请人的部分固化过程中将电子部件保持就位并且确保冷低压注射操作的粘合剂堆。考虑到在顶层和底层之间的空隙的高度(即芯层的厚度)，申请人已发现其高度(例如一个半球状的粘合剂主体的垂直半径)在部分固化时处于约0.20mm至约0.01mm的粘合剂堆将获得特别优良的效果。在约0.075mm至约0.13mm的粘合剂主体高度或厚度是更加优选的。
在此还应当指出，一般而言，被置于这种新配送的粘合剂主体上的电子部件将在某种程度上“沉降”在该粘合剂主体中。事实上，在某些情况下，电子部件在粘合剂主体“部分固化”之前可以被特意地机械式压入到该粘合剂的主体中。在任何情况下，申请人优选使其智能卡的电子部件不与其上设置有粘合剂的薄片材料层贴合接触。因此，粘合剂将在某种程度上部分固化，使得电子部件不会“沉降”到与底层产生直接接触。这种优选源自于以下事实，即申请人已发现，如果这种电子部件事实上完全浸入形成卡之芯层的热固性材料中，那么电子部件能更好地受到保护以防扭转力和/或撞击的影响。换言之，本申请人优选将其电子部件设置在一个粘合剂“垫座”结构上使得能在其电子部件的底部和其上设置有粘合剂的层材料的顶部之间的空隙中产生热固。在仅采用本申请人粘接方法的实施例中，一个天线的一部分可以“桥接”或跨接两个粘合剂堆之间的距离，使得射入的热固性塑料可以容易地侵入天线下面以及天线上面和其周围的空间。考虑到本申请人的电子部件将在重力作用下在某种程度上“沉降”在新铺设的粘合剂堆中，申请人优选使其电子部件以距离其上粘接有粘合剂的薄层材料内表面约0.01mm至约20mm的距离(例如在该内表面的上方)大体最终定位在“部分固化”的粘合剂中(术语“部分固化的“用于本专利公开文本中)。此外，在本发明的某些更优选的实施方案中，这种电子部件最终将以约0.075至约0.13mm的距离高度定位在智能卡的粘合剂接触层的上方，以便将电子部件定位在空隙的中心区域附近且因此定位在成品智能卡顶层和底层之间的已固化热固性材料的芯部中心区域附近。
不管粘合剂的实际位置、其准确的体积、其收缩百分率或与其实际接触的电子部件的一致性如何，本申请人的低收缩性粘合剂的进一步的特征在于其能够在约0.1秒至约40秒的时间内(甚至更优选在约0.1秒至约5秒的时间内)“至少部分固化”，但是优选不完全固化。最好它们应在小于3秒的时间内至少部分固化。此外，在本专利的公开内容中，术语“至少部分固化”意指粘合剂固化到一种程度，使得在所使用的注射压力下(例如在80-120psi的注射压力下)将电子部件浸入热固性聚合材料中时该粘合剂能将电子部件固定就位，此后当其被浸入到热固性聚合物中时它被“完全”固化。采用较高的热固性注射压力通常将赋予更大范围的部分固化。此外，在将粘合剂浸入到热固性材料中之前并不希望产生完全固化，因为这种完全固化(即使是低收缩粘合剂的完全固化)可能导致其上设置有粘合剂的薄片材料或层材料(例如，PVC)产生损坏。
此后，本申请人的部分固化的粘合剂(CA型粘合剂或UV可固化的粘合剂或某种其它类型的粘合剂)堆通过浸入到热固性材料中和/或滞留在该热固性材料中比较长的时间、例如滞留了比优选的5秒或不足5秒时间长很多的时间而产生“完全”固化，其中在这5秒或不足5秒的时间内粘合剂“部分固化”到使其在本申请人总体制造工艺的注射过程中能将电子部件固定就位的程度。事实上，许多“部分固化”的粘合剂在这种热固性材料中的完全固化可能需要几个小时、甚至几天。当这种部分固化的粘合剂浸入到一种热固性聚合材料中时，这种粘合剂的“最终固化”(例如粘合剂完全固化的最后90％)对该粘合剂所涂覆于其上的聚合材料薄片所造成的损害与在将粘合剂浸入到热固性聚合材料中之前其已完全干燥的情况下可能对该聚合材料薄片造成的损害相比，前者的损害几乎是没有的。在本专利的公开内容中，本申请人的“部分固化”的粘合剂可以是在将粘合剂浸入已注射到位于卡的顶、底层之间空隙内的热固性材料中之后其所发生的固化占其完全固化的约10％-约90％。换言之，该粘合剂可以是在将其浸入到热固性材料中之前产生约10％-约90％的部分固化。
在此还应指出，据信本申请人的粘合剂大致按照其形式为C＝1-etK的对数函数进行固化，其中C是占粘合剂完全固化的百分比，t是时间(秒)，K是比例常数而e＝2.7183。事实上，申请人力图使其粘合剂产生部分固化以便使得将粘合剂浸入到热固性材料中之前的固化百分比处于其中完全固化百分比为10％-90％的那些点之间。还应指出，在这一点上，许多热固性聚合物在被注射到位于顶、底层之间的空隙中之后要花费约24小时来进行固化。因此，在粘合剂完全固化之前，热固性材料可以(或不能)完全固化。
优选地，这些低收缩粘合剂的进一步特征在于，它们不会通过与所注射的热固性材料产生化学反应而在卡的中间层或芯层内产生任何所谓的“人为物”，其中该热固性材料最终成为卡的中心层。也就是说，这种粘合剂优选将不与热固性聚合材料形成化学反应产物，(1)该反应产物的颜色与已固化热固性聚合物的颜色显著不同，或者(2)该反应产物使得热塑性塑料的底层/顶层起泡隆起。
用于制造本专利所公开智能卡的本申请人的方法作为一个选择性的特征还包括采用至少一个通气工序和/或至少一个多余的聚合材料接纳贮槽。更优选地是每个卡成形型腔具有至少一个这种贮槽。这种通气和/或多余材料接纳贮槽的存在将使得气体(例如空气、和与那些通常为聚合材料形成成分的放热化学反应有关的气体反应产物)和/或比较小量的射入的热固性聚合材料本身在申请人的冷低压成形操作的过程中从每个空隙中逃逸并且被接纳在这种贮槽中和/或完全从模塑系统中冲出。这种通气工序和多余材料贮槽通常用以防止在其它情况下在聚合材料的注射过程中由于在空隙中夹带有气体而可能产生的缺陷。
因此，本发明的这个方面包括在工艺中将可流动的液态或半液态可模塑聚合材料注射到位于智能卡顶层和底层之间的空隙中，其中，上塑模和下塑模分别在一定压力下在塑模分型线周边或边缘区域与智能卡的顶层和底层贴靠着，该压力足以(a)在这里所述的工艺中所采用的冷成形条件下利用液态或半液态热固性聚合材料完全填满空隙，(b)将较少量的聚合材料从卡成形型腔中驱赶出去并进入到多余材料贮槽中和/或(c)使空隙中的气体进入到多余材料贮槽中和/或将这种气体全部从模塑系统中驱赶出去(例如将这些气体在上塑模和下塑模相结合在一起的分型线处驱出塑模)。因此，在本申请人的工序中采用的塑模边缘压力应足以保持注射热塑性材料的压力(例如在约环境压力至200psi之间)以便能完全填满位于顶层和底层之间的空隙，但仍能使得少量的热固性材料和任何气体在塑模系统的分型线处被冲出或喷出塑模系统。换言之，在这些优选的实施方案中，本申请人的“多余”材料贮槽无需但优选不接纳注射到空隙中的所有多余材料。多余的热固性材料和/或气体还可以且优选在整个模塑系统的分型线处从该模塑系统排出，在该分型线处上塑模边缘和下塑模边缘相互贴靠在一起，例如如图3(A)(1)中的分型线7所示，或者与顶层24和底层26贴靠在一起，如图3(A)所示。事实上，射入的液态或半液态热固性聚合材料完全填满了空隙，浸入电子部件并且将在顶层和底层之间的空隙中的任何气体(以及由聚合材料原成分的化学反应所产生的任何气体)从空隙中压出并且在某些优选的情况下从塑模系统中完全压出。所有这些作用足以消除任何表面缺陷，例如表面“麻点”和/或如果在热固性聚合材料固化以形成卡的芯部区域时在该热固性聚合材料中夹带有这些气体的情况下可能形成的封闭气泡。
最后，还应当指出，在本申请人的工艺中所采用的顶层和/或底层在其被放置到用于制造本专利智能卡的模塑系统中之前可以至少部分模塑成含有型腔的形式。因此，在本专利公开内容中所谓的“冷低压”模塑操作可以只是这些层或薄片材料所受到的总模塑的一部分。因此，例如冷低压模塑工序可以仅提供由智能卡的模塑顶层所经受的总模塑的一部分。然而，在本发明的更优选的实施方案中，通过本专利的冷低压模塑操作顶层将经受总模塑的大部分、例如至少50％，而更优选地经受总模塑的全部(如由模塑操作所产生的模腔容积的变化所限定的)。
在本专利权利要求书中，提供了本申请人的用于制造智能卡的工艺的一个优选实施方案，其中该智能卡具有一个顶层、一个其中埋置有电子部件的芯层以及一个底层，该方案包括(1)采用至少一个低收缩粘合剂堆以便将电子部件连接至智能卡底层的内表面，从而形成一个底层/低收缩粘合剂/电子部件组件；(2)使低收缩粘合剂产生部分固化以便形成一个底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件；(3)将底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件放置在下塑模中；(4)将顶层放置在上塑模中；(5)以在顶层和底层之间形成空隙的方式将上塑模闭合在下塑模上；(6)在一定的温度和压力下将热固性聚合材料注射到空隙中，该温度和压力使得(a)电子部件由部分固化的粘合剂保持就位，(b)至少智能卡的一层被至少部分冷低压模塑到模塑装置的型腔中，(c)将气体和多余的聚合材料从空隙中驱赶出去，(d)在部分固化的粘合剂完全固化之前将电子部件封装在热固性聚合材料中以及(e)热固性聚合材料与顶层和底层相粘合以便形成一个单一的原始智能卡主体；(7)将单一的原始智能卡主体从模塑装置中取出；并且(8)将原始智能卡修剪到所需尺寸以便制造一个智能卡。在本专利公开内容中描述的其它选择性的工序可以用来进一步促进和增强这种优选的工艺以便制造具有良好表面质量特性的智能卡。
附图简述

图1是可以用于制造本申请人的智能卡的塑料材料(例如PVC)层或薄片的侧剖视图。这个视图示出了在将现有技术的“高收缩”粘合剂滴在那层塑料层上固化之前(图1(A))和之后(图1(B))的情况。
图2是根据本专利内容宗旨制造的智能卡的侧剖视图。
图3(A)知图3(B)是用于制造本专利智能卡的一个优选实施方案的模塑工具的侧剖视图，其中示出了以下两种情况下的某些智能卡部件，即在将液态聚合材料注射到卡的顶层和底层之间之前(图3(A))，以及将聚合材料注射到位于顶层和底层之间的空隙中之后且由此利用聚合材料填充所述空隙并且使智能卡的顶层按照上塑模中的卡成形型腔的轮廓冷成形(图3(B))。
图3(A)(1)示出本发明的另一个优选实施方案，其中图3(A)所示的模塑工具还设有一个多余聚合材料和/或气体接纳贮槽。图3(B)(1)示出将热固性聚合材料在这种工艺的冷成形低压条件下注射到图3(A)(1)所示的模塑系统中的结果。
图3(A)(2)示出本发明的另一个实施方案，其中本申请人卡的薄片或层部件的末端在多余材料接纳贮槽的前缘。图3(B)(2)示出图3(A)(2)中所示的系统在通过注射热固性聚合材料而将空隙(以及多余材料贮槽)加以填满以后的情况。
图4是用于制造本专利第二实施方案的模塑工具的侧剖视图，其中顶层和底层均在其相应的塑模型腔内冷成形。
图5是从由图3(B)(1)总体所示系统形成的原始智能卡主体上除去的模塑工具的侧剖视图。
图6示出用于注射本申请人的热固性材料的各种可比的浇口的剖开平面图和截面图。
图7示出能够同时制造多个(即4个)智能卡的模塑工具系统。
本发明的详细描述图1(A)是与图1(B)相对比的。事实上，图1(B)示出采用本专利的智能卡制造工艺所解决的问题。为此，图1(A)以剖面图示出塑料材料薄片或层10(例如聚氯乙烯、聚氨酯等的薄片或层)，其具有上表面12和下表面14。这种薄片大体具有约0.075mm至约0.25mm的厚度13。示出液态或半液态高收缩粘合剂的堆、滴或小块16被最新配送到图1(A)所示塑料片10的上表面12上。图1(A)所示的最新配送的粘合剂堆16具有初始宽度W1。与此相反，图1(B)(以放大形式)示出图1(A)所示的粘合剂堆16固化成较小的已固化粘合剂堆16′的结果。在图1(B)所示的已固化粘合剂堆16′的宽度W2显著小于在图1(A)中最新设置的液态或半液态粘合剂的宽度W1。为了简单起见，最新配送的高收缩粘合剂堆的原始厚度W1的减小或收缩量(即ΔW1)在图1(B)中由位于该堆16′左侧的尺寸“ΔW1”以及位于其右侧的可比尺寸“ΔW”表示。这种固化还由原始粘合剂堆16的体积减小来表示。例如，在许多高收缩粘合剂中体积的减小可多达20％-30％。
如前所述，“高收缩”粘合剂与“低收缩”粘合剂之比的概念还可以借助已固化粘合剂的密度相对于最新铺设状态下的该粘合剂密度的增大来加以研究。此外，在本专利的公开内容中，这些变化中的每一个变化(体积的减小或密度的增大)可以以百分比来表示并且表示百分比变化的每一方法都可以用于本专利中。换言之，为了简单起见，在本专利的公开内容中，已固化粘合剂相对于新配送或未固化粘合剂的体积减小(或密度增大)的给定百分比变化可以被认作基本上是相同的。因此，体积减少10％的粘合剂(即“收缩”10％的粘合剂)还可以被认作其密度增大10％的粘合剂，尽管这个百分比在任何给定的情况下并不是确切相同的。
除了粘合剂百分收缩率的描述之外，可以指出，与高收缩粘合剂有关的固化过程使得在图1(A)中所示的粘合剂堆16从可以被认作具有初始宽度W1(其中粘合剂堆处于半液态或粘滞状态)的初始尺寸收缩至最终宽度W2(其中已固化粘合剂16′处于基本上凝固的状态)，并且这种高程度的收缩(例如大于约15％-常常多达20-30％)使得塑料材料层或薄片的上表面12产生“皱曲”或其它方式的变形，例如形成如图1(B)中以数字18示出的那些皱曲。这种变形作用在塑料材料10的相对薄的层(例如0.075-0.25mm厚)中产生了力。这些力被传递到塑料材料层10的下表面14。这些被传递的力接着在塑料层10的下表面14上产生变形20(曲线、弯曲、波纹、皱曲等)。此外，从平滑表面14产生的任何这种偏差都被认作是智能卡工业所不希望的变形，因此应被尽可能最大程度地减小。所以获得不具有这种波纹、弯曲、皱曲等的智能卡表面是本专利工艺的主要目的之一。
图2示出按照本发明宗旨制造的智能卡22的侧剖视图。成品形式的这种智能卡由一个顶层24、一个底层26以及一个中心层或芯层28构成，在该中心层或芯层中，智能卡的电子部件(例如天线30、计算机芯片32等)被埋置在热固性聚合材料34(例如初始液态或半液态的热固性树脂)中，而该热固性聚合材料在固化时构成了成品智能卡的中心层或芯层28。最终形成智能卡中心层28的热固性材料34被注射到顶层24和底层26之间的空隙36中。这种被注射的聚合材料34应能够在本申请人工艺中的比较冷的低压成形条件下被注射。
在任何情况下，这种热固性聚合材料将被注射到顶层24之内表面38和底层26之内表面40之间所限定的空隙36中并充填该空隙。中心层28的聚合材料34在固化时应该粘合或以其它方式粘接到顶层24的内表面38和底层26的内表面40上，从而形成一个单一的卡主体。通过以几种方式中的任一方式对顶层和底层之间的内表面38和40进行处理可有助于这种粘接。例如，可以采用本领域已知的粘合剂来增强在用以形成芯层的热固性材料和用以制造顶层和底层的材料(例如PVC)之间的粘合。作为例子，Minnesota Mining andManufacturing的底层涂料产品4475可以用于增强这种粘合的目的，特别是当顶层或底层材料为PVC时更是如此。对顶层和/底层进行的其它处理可以包括等离子体电晕放电处理和酸蚀处理。
智能卡的厚度39通过将热固性材料注射到空隙36中时的塑模面的位置(图2中未示出)来限定，其中该注射操作是本专利的冷低压成形工艺的一部分。事实上，注射到顶层和底层之间的空隙36中的热固性材料填满了该空隙36的并未以其它方式被电子部件或其上设置有该电子部件的低收缩粘合剂堆所占据的任何部分。
图2还示出如何在顶层和/或底层24和/或26的内表面上设置带有字母数字和/或图形信息和图样的薄膜条。因此，如果顶层是由例如PVC的半透明聚合材料制成，那么对于卡的使用者而言可以看见字母数字/图形信息。例如，在图2中，这种具有字母数字/图形信息的薄膜条41被放置在顶层24的内表面38上。这些层的内表面还可设有诸如薄膜层或涂层等材料层，该材料层的作用是增大(或减小)卡体的不透明度，以便其电子部件不能透过卡体看到。
其次，应当指出，智能卡的电子部件(例如天线30、芯片32等)优选通过本申请人的一个或多个低收缩粘合剂滴或小块42而定位在底层26的内表面40的上方。最优选地是将电子部件以图2中概略示出的方式设置在两个或多个粘合剂堆42、42′的顶部上，使得射入的液态或半液态聚合材料将在这些电子部件的下面流动并且将从这些电子部件的上方和其侧面对其进行浸没。换言之，在本发明的更为优选的实施方案中，粘合剂堆将用作一个或多个其上放置有电子部件的“垫座”，使得电子部件的下侧不会与底层26的顶表面40直接接触，而是浸入在射入的热塑性材料34中。这种情况使得这些电子部件能够更好地抵抗在智能卡的其中一个或其全部的两个主外表面上或在其四个外侧边缘表面中的任一个之上所可能遭受的挠曲力和/或扭转力。在本发明的某些更为优选的实施方案中，这些电子部件(例如天线32)将借助于粘合剂以在底层26的内表面40以上约0.075mm至约0.13mm的距离43定位。
图3(A)和图3(B)相对比地示出了用于制造智能卡的本申请人方法的第一个优选实施方案。也就是说，图3(A)示出本发明的一个特别优选的实施方案，图中示出了在根据本专利的宗旨冷低压成形之前的例如PVC等塑料材料平坦的顶层或薄片24。换言之，图3(A)示出在将聚合材料注射入之前安装好的模塑工具，并且图中示出了被初始放置在上塑模44的卡成形型腔下面的平坦顶层24(例如PVC平坦薄片)和被放置在下塑模46之上的底层26(例如另一个PVC平坦薄片)。然而，在本申请人工艺的某些优选性较小的但仍可行的实施方案中，顶层24可以优选地被预模塑或至少被部分预模塑成上塑模中的卡成形型腔的大致轮廓。相比之下，下塑模46不具有与上塑模44中的型腔相当的型腔。图3(B)示出将热固性聚合材料注射到顶层24和底层26之间的空隙36中的效果。因此，图3(B)示出在已模塑到上塑模44的卡成形型腔64中的顶层24。图中示出用于注射液态或半液态热塑性或热固性聚合材料34的一个喷嘴48，该喷嘴被插入通向空隙36的一个孔口49中，该空隙36位于顶层24的内表面38和底层26的内表面40之间。顶层上表面与下部卡下表面之间的距离为距离50。图中示出空隙36从并置的顶层24和底层26的左端52延伸到右端54。换言之，在图3(A)中，顶层24的外表面55还未与上塑模44中的卡成形型腔64的内表面56接触。相比之下，底层26的外表面58是基本上平坦的，其与下塑模46的内表面60贴靠接触着。
在图3(A)和3(B)中，智能卡的电子部件(例如其天线30、芯片32等)位于底层36的内表面40的上方。仅作为例子，这些电子部件被搁置在本申请人的低收缩粘合剂的两个小团或小块62和62′上。这些粘合剂垫座将电子部件保持在底层内表面40以上足够远的位置(例如大约0.075mm至0.13mm)，使得射入的热固性聚合材料34可以侵占电子部件下方的区域63以及该电子部件上方的区域。此外，这些粘合剂垫座结构是优选的，因为存在于电子部件下面的热固性聚合材料加大了对这些电子部件的保护而抵抗可能由卡的外表面(即底层的外侧和/或上表面的外侧)所受到的任何力或撞击。
在图3(A)中，示出了具有一个型腔64的上塑模44，该型腔64在注射过程中限定了智能卡顶部的表面轮廓。为此，液态或半液态热固性聚合材料34的注射应当在一定的压力和温度条件下进行，使得顶层24冷低压成形于上塑模44的型腔64中。图3(B)示出了本专利的冷低压成形工艺实际上是如何将顶层24的上表面55按照上塑模44中的卡成形型腔成形的。此外，在图3(B)中示出了底层26的下表面58贴靠着下塑模46的一个基本上平坦的内表面60模塑成形。这是用于制造本专利智能卡的一个特别优选的结构方案。
在图3(A)和图3(B)中示出了上塑模44的前缘区域66与下塑模46的前缘区域68相互间隔开一个距离70，该距离70(考虑了顶层24和底层26的厚度)事实上限定了在两个塑模44和46的边缘区域处在顶层24和底层26之间的距离36(即空隙的宽度)。这个距离70应使得热固性聚合材料34可以在卡的整个长度上(例如从其左侧52向其右侧54)注射到空隙36中。位于图3(A)所示系统右侧的模塑装置的对应距离70′可以与左侧的其对应距离70不同。在任何情况下，距离70′应使得在顶层24的内表面38和底层26的内表面38之间限定的距离36′非常小-但仍是有限的，其中该顶层24的内表面38穿过上塑模44的后边缘66′，而底层26的内表面40穿过下塑模46的后边缘68′。也就是说，这个非常小的距离36′不应太小以便使原始存在于顶层24和底层26之间的空隙36(图3(A))中的气体72(例如空气、聚合物成分反应产物气体等)以及多余的聚合材料可以从所述空隙36中排出，但也不应太大以便保持用于注射热固性聚合材料的注射压力。事实上，距离36′的尺寸优选足够大以使得非常薄的液态聚合材料层34本身从空隙36中“喷出”或“泄出”，并由此使得存留或产生在空隙36中的所有气体36从所述空隙中且实际上从模塑系统本身中排除。因此，所有的这些气体72完全由射入的液态热固性材料34取代。这种气体排放技术足以防止气泡形成在最终(即；在热固性材料固化时)包括中心层28的热固性材料34的主体内。
图3(A)(1)和图3(B)(1)示出总体在图3(A)和图3(B)中所示工艺的一个更为优选的实施方案。在图3(A)和图3(B)中示出顶层24和底层26的后侧或右侧54从其各自的塑模44和46突出。因此，气体72(空气和化学反应产物气体)以及“多余”的聚合材料(即多于为填满空隙36所需要的聚合材料34)从塑模44和46中被除去或排出。这种塑模与排放结构与某些热固性注射材料(以及某些顶层和底层材料)一起使用将比与其它材料一起使用的工作效果更好。然而，申请人还发现，在某些情况下，在图3(A)和图3(B)中所示的整个模塑系统有时会残留有已固化的多余聚合材料的残留物，这些残留物会以一种方式或另一种方式妨碍后续智能卡的制造。事实上，这种结构有时会将总体模塑装置留在一个“肮脏“的条件下，该肮脏条件不利于在高速模塑操作的连续循环中制造高质量的智能卡。
图3(A)(1)和图3(B)(1)所示的实施方案可以用于改正这个问题。通过采用还具有一个多余材料贮槽型腔74的上塑模44来实现这一点。这个多余材料贮槽型腔74的作用是(1)通过将聚合材料34注射到所述空隙36中来接收和容纳从该空隙36中排出的任何多余的热固性材料和任何气体76(空气、化学反应产物气体)。事实上，在本发明的某些更为优选的实施方案中，多余的聚合材料34′将特意注射到空隙36中以便将在其它情况下可能截留或夹带在卡的中心层28中的任何气体驱赶出去。本申请人的多余材料注射工序可以将这些气体中的某些气体以图3(B)(1)中总体示出的方式截留在多余的聚合材料34′中，或者可以将这些气体中的某些气体或全部气体在分型线77处沿箭头72所示方向从模塑系统中排出。此外，最终将“多余”的热固性材料34′从这种“原始”卡上修剪下来，以便制造一个“成品”卡。还应当指出，在本申请人工艺的这个优选实施方案中，顶层24以与将其模塑到卡成形型腔64中大致相同的方式模塑到多余材料贮槽74的顶部区域78中。
相比之下，图3(A)(2)和图3(B)(2)示出本发明的另一个优选实施方案，其中顶层24和底层26仅延伸到多余材料贮槽74的前缘80处。因此，顶层24并未如图3(B)(1)中所示的情况那样模塑到多余材料贮槽74中。在这个实施方案中，截留的气体76和多余的聚合材料34′并未如图3(B)中所示的工艺那样完全从塑模型腔系统中喷射出，而是被“捕集”在一个其本身也位于整体塑模型腔系统中的贮槽74中。还应指出，在图3(B)(2)中，顶层24的顶部55并未如图3(B)(1)所示的系统中那样延伸到贮槽74的侧表面80′处。那些并未截留在多余聚合材料34′中的气体72可以且优选在分型线77处从模型系统中排出。
图4示出本发明的一个优选性较小但仍可行的实施方案，其中下塑模46设有一个型腔82，同样上塑模44也具有一个这样的型腔64。
图5示出从模塑系统中取出的如图3(B)(1)中所示类型的一个半成品的或原始的智能卡。剖面线84-84和86-86分别示出如何切掉或修剪掉原始智能卡的左端和右端以便形成成品智能卡的尖锐边缘和精确尺寸。例如，ISO标准7810要求这种卡的长度74为85mm。
图6(A)至图6(E)比较了各种浇口，热固性聚合材料可以注射到该浇口中以便形成给定的智能卡。例如，图6(A)示出一个通常被称作扇形指的是浇口的现有技术浇口构型Q、R、S、T。术语“扇形”指的是浇口的大致扇形的构型，热固性聚合材料34从一个浇道94注射到该浇口中，该浇道94以歧管方式喂送给各种浇口。这些扇形的浇口构型通常与现有技术的热高压模塑工序一起使用。图中示出扇形Q、R、S、T的最窄部分设有一个注射口88以用于接收射入的热固性聚合材料34。如图6(A)和图6AA所示，相对于在浇口喂送到用以形成待成形智能卡总体轮廓线S、T、U、V的型腔的区域中的扇形宽度92(即从点S到点T的距离)而言，注射口88具有比较小的直径90。
图6(D)和图6(E)相对比地示出了本申请人的浇口构型。还应指出，本申请人意图使这些浇口以如前所述的方式渐细但并未在图6(B)至图6(E)中示出。在任何情况下，本申请人浇口的直径显著大于在现有技术智能卡模塑工艺中采用的浇口。例如，这种现有技术系统的注射口88的直径90可能约为7.0mm，而沿着从点S延伸到点T的直线的扇形宽度(也可称为待成形信用卡的标称宽度)约为54mm(根据ISO标准7810的要求)。因此，如图6AA的截面图所示，从主要聚合材料供给浇道94通向浇口96的图6(A)所示现有技术注射口88的直径约为待成形卡的边缘宽度92的1/10。这种相对的尺寸关系(浇口为通过该浇口所浇注形成的卡之边缘宽度的1/10)满足向热塑性材料施加热高压成形条件的大多数现有技术制造方法的需要。例如，某些现有技术工艺将其聚合材料以超过200°F至1000°F的温度和500至20000psi的压力进行注射。此外，这种高温和高压条件与本申请人工艺中采用的低温和低压条件显著不同。
与例如图6(A)中所示的这种现有技术的浇口系统相比，如图6(B)至图6(E)所示的通过较冷低压条件用于制造智能卡的本申请人的浇口系统的特征在于其比较宽的浇口。本申请人已经发现，在这种冷低压成形(例如56°F至100°F以及环境压力至200psi)条件下，当浇口96′的注射口88′的宽度或直径90′显著宽于在现有技术的制造方法中所采用的宽度或直径时，能生产出具有较高质量的原始卡(且因而得到较高质量的成品卡)。为此，图6(B)至图6(E)示出本申请人的“宽浇口”构思的四种变形。在图6(B)中，例如注射口或浇口88′的直径90′约为待成形原始卡的宽度92′的50％。在图6(C)中，注射口或浇口88′的宽度90′约为原始卡的宽度(从点S′至点T′的距离)的80％。在图6(D)中，注射口或浇口88′的宽度90′和原始信用卡(S′、T′、U′、V′)的宽度92′(从点S′至点T′的距离)基本上相同。图6(E)示出一个卡模塑系统，其中浇口的宽度80′大于(例如大于约25％)原始智能卡S′、T′、U′、V′边缘(由从点S′至点T′的距离示出)的宽度92′。总之，本申请人已经发现，当浇口的宽度90′为利用该浇口所浇注形成的原始卡之边缘宽度(从点S′至点T′的距离)的约25％至约200％可得到最好的结果。这与大多数现有技术(高温/高压)系统具有显著的不同，在现有技术的系统中，注射口的宽度(再次注意在图6(A)中所示的从点Q到点R的距离)通常小于通过该浇口所浇注形成的卡之边缘宽度(从点S待点T)的约10％。
图7示出按照本专利的某些优选实施方案实施的一个模塑工序，其中在一个系统中同时模塑了四个信用卡，在该系统的一个例子中，通过相应的浇口96′对最近的两个型腔(离注射喷嘴48最近)喂送射入的热固性聚合材料34，该浇口96′的宽度(例如从点98到点100的距离)约为原始智能卡的宽度(从点102到点104的距离)的一半，而两个较远(即离注射喷嘴48较远)的卡成形型腔所具有的注射口和浇口的宽度基本上与原始智能卡本身宽度(102至104)相等。图7所示的虚线106表示智能卡的边缘已被修剪(到一给定尺寸并消除多余材料贮槽74中的多余热固性材料)以制造一成品智能卡(例如根据ISO标准7810其长度为85mm、宽度为54mm的一个成品智能卡)后的轮廓。此外，这些卡可以通过在其主要外表面上加上字母数字/图形信息来进一步“精加工”，例如通过采用本领域的技术人员所周知的各种印刷和/或薄膜涂覆工序。
尽管本发明已经参照各种具体实施例和涉及特定粘合剂和粘接工序的使用构思的精神进行了描述，但应该理解，在此所述的本发明的范围应该仅受以下属权利要求书的限制。
权利要求
1.一种用于制造智能卡的方法，该智能卡包括一个顶层、一个其中埋置有电子部件的芯层以及一个底层，该方法包括(1)采用至少一个低收缩粘合剂堆以便将一个电子部件连接于智能卡底层的内表面，从而形成一个底层/低收缩粘合剂/电子部件组件；(2)使低收缩粘合剂堆产生部分固化，以便产生一个底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件；(3)将所述底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件放置在一个下塑模中；(4)将一个顶层放置在一个上塑模中；(5)将上塑模闭合到下塑模上，使得在所述顶层和底层之间形成一个空隙；(6)将热固性聚合材料在一定的温度和压力条件下注射到空隙中，该温度和压力条件是(a)当将电子部件和部分固化的粘合剂堆浸入到热固性材料中时，能利用该部分固化的粘合剂堆将该电子部件保持就位，(b)智能卡的至少一层能至少部分被冷低压模塑到一个位于上塑模内的型腔中，(c)能将气体和多余的聚合材料从空隙中驱赶出去，(d)在所述部分固化的粘合剂完全固化之前，能将电子部件包封在热固性聚合材料中，以及(e)使热固性聚合材料与顶层和底层粘接以便形成一个单一的原始智能卡主体；(7)将单一的原始智能卡主体从模塑装置中取出；以及(8)将原始的智能卡修剪到所需尺寸以便制造一个智能卡。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述电子部件并不与底层进行物理接触。
3.权利要求1的方法，其特征在于，所述电子部件被放置在底层以上至少0.01mm处。
4.权利要求1的方法，其特征在于，电子部件是一个被搁置在至少两个粘合剂堆之上的天线，该粘合剂堆将该天线固定在底层以上至少0.01mm处。
5.权利要求1的方法，其特征在于，所述低收缩粘合剂是一种腈基丙烯酸酯粘接剂型的粘合剂，它能够在少于约5秒的时间内至少部分固化。
6.权利要求1的方法，其特征在于，所述低收缩粘合剂是一种UV可固化粘合剂，它能够在少于约5秒的时间内至少部分固化。
7.权利要求1的方法，其特征在于，所述低收缩粘合剂能够在少于约3秒的时间内产生至少10％的固化。
8.权利要求1的方法，其特征在于，所述低收缩粘合剂能够在浸入到热固性材料中时产生约10％至约90％的固化。
9.权利要求1的方法，其特征在于，顶层的内表面和底层的内表面经过处理以便于在顶层和热固性材料以及在底层和热固性材料之间形成一种坚固的粘接。
10.权利要求1的方法，其特征在于，所述顶层的内表面和底层的内表面通过分别被涂覆一种粘合剂而加以处理。
11.权利要求1的方法，其特征在于，所述顶层的内表面和底层的内表面通过电晕放电工艺来加以处理。
12.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料在约环境压力至约500psi之间的压力下被注射到空隙中。
13.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料在约80psi至约120psi之间的压力下被注射到空隙中。
14.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料在约56°F至约100°F之间的温度下被注射到空隙中。
15.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料在约65°F至约70°F之间的温度下被注射到位于顶层和底层之间的空隙中。
16.权利要求1的方法，其特征在于，一个载有字母数字/图形信息的薄膜被施加到顶层的内表面上。
17.权利要求1的方法，其特征在于，一个防止不透明的材料层被施加到顶层的内表面和底层的内表面上。
18.权利要求1的方法，其特征在于，电子部件是一个电连接于芯片的天线。
19.权利要求1的方法，其特征在于，顶层和底层分别由一个平坦的聚合材料薄片形成。
20.权利要求1的方法，其特征在于，顶层利用至少一个卡成形型腔形成。
21.权利要求1的方法，其特征在于，顶层被模塑到上塑模的卡成形型腔中，并且底层贴靠着一个下塑模的基本上平坦的表面被模塑。
22.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料是聚氨酯。
23.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料是环氧树脂。
24.权利要求1的方法，其特征在于，所述热固性材料是不饱和聚酯。
25.权利要求1的方法，其特征在于，所述空隙被一个浇口所填充，该浇口的宽度至少约为由其所浇注形成的原始卡之边缘宽度的25％。
26.一种用于制造智能卡的方法，该智能卡包括一个顶层、一个其中埋置有电子部件的芯层以及一个底层，该方法包括(1)采用至少一个其体积小于约0.1cc的低收缩粘合剂堆以便将一个电子部件定位到距离智能卡底层内表面约0.075mm至约0.13mm的位置处，从而形成一个底层/低收缩粘合剂/电子部件组件；(2)若使低收缩粘合剂堆产生完全固化的约10％至约90％的固化，则该粘合剂将需要经历少于约5秒的时间，以便产生一个底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件；(3)将所述底层/部分固化的粘合剂/电子部件组件放置在一个下塑模中；(4)将一个顶层放置在一个上塑模中；(5)将上塑模闭合到下塑模上，使得在所述顶层和底层之间形成一个空隙；(6)将热固性聚合材料在约65°F至约70°F之间的温度和约80psi至约120psi的压力下注射到空隙中，该温度和压力条件是(a)当将电子部件和部分固化的粘合剂堆浸入到热固性材料中时，能利用该部分固化的粘合剂堆将该电子部件保持就位，(b)智能卡的至少一层能至少部分被冷低压模塑到一个位于上塑模内的型腔中，(c)能将气体和多余的聚合材料从空隙中驱赶出去，(d)在所述部分固化的粘合剂完全固化之前，能将电子部件包封在热固性聚合材料中，以及(e)使热固性聚合材料与顶层和底层粘接以便形成一个单一的原始智能卡主体；(7)将单一的原始智能卡主体从模塑装置中取出；以及(8)将原始的智能卡修剪到所需尺寸以便制造一个智能卡。
27.一种智能卡，它包括一个顶层、一个其中埋置有电子部件的芯层以及一个底层，其特征在于，所述智能卡还包括至少一个低收缩粘合剂堆，该粘合剂堆用于将电子部件保持在芯层中给定的位置。
28.权利要求27的智能卡，其特征在于，所述低收缩粘合剂堆将电子部件定位在底层以上至少约0.01mm处。
29.权利要求27的智能卡，还包括设置在所述顶层和芯层之间的粘合剂以及设置在所述底层和芯层之间的粘合剂。
30.权利要求27的智能卡，还包括一个被放置在顶层和芯层之间的包含字母数字/图形信息的薄膜。
31.权利要求27的智能卡，还包括一个被放置在顶层和芯层之间的用以增加不透明性的材料层以及设有用以增加不透明性的颜料的热固性材料。
32.权利要求27的智能卡，还包括设置在智能卡的主要外表面上的字母数字/图形信息。
33.一种智能卡，它包括一个顶层、一个其中埋置有电子部件的芯层以及一个底层，其特征在于，所述智能卡还包括其体积小于约0.1cc的至少一个低收缩粘合剂堆，该粘合剂堆用于将电子部件保持就位在底层内表面以上约0.075mm至约0.13mm的位置处。
全文摘要
一种具有高质量外表面(55,58)的智能卡,它能够这样制造,即:在将智能卡的电子元件(30,32)浸入到将构成卡体芯层的热固性材料(34)中时,通过采用部分固化的低收缩粘合剂(42,42′,62,62′)来将该电子元件保持就位。
文档编号B42D15/10GK1264331SQ98807373
公开日2000年8月23日 申请日期1998年4月7日 优先权日1997年5月19日
发明者H·J·蒂法尼三世 申请人:卡德爱克斯公司