插入夹持器的芯片卡的制作方法

专利名称：插入夹持器的芯片卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种插入夹持器的芯片卡，所述夹持器具备电装置触 点和按压装置，所述芯片卡包括电绝缘平面基片，具有第一表面和 相对的第二表面；金属平面触点区，被应用到第一表面；芯片，位于 第二表面上，并与触点区电连接；以及单片封装，位于第二表面上， 用于包围芯片。本发明还涉及如上所述的多种芯片卡的配置。
背景技术：
在现代世界中芯片卡具有很多应用，例如，电话卡、ATM卡、付 费电视的接入卡和所谓的"订户身份模块"(简称SIM)卡。为了尽可 能节省成本地制造这些卡，达成如下一致信用卡的形式为85X54mm 的统一尺寸。这确保对所述卡的便易操作。在GSM时代的开始，在90 年代早期，甚至SIM卡也使用这种形式。但是，随着日益发展的小型 化，当今的SIM卡只有初始大小的一部分。尽管如此，还是使用90年代早期的相同工艺来制造SIM卡。在该 工艺中，在尺寸为85X54mm的载体中安装具有近似尺寸的触点区的相 对较小的芯片卡模块，触点区的近似尺寸是根据IS0 7810而标准化的。 一种可能的方法是基于将芯片卡模块粘合到芯片卡的印模(milled) 凹槽(recess)中。另一可能方法是基于在模制卡时将芯片卡模块放 置到模子，这样将其安装到载体中。然后从载体中打孔以取出当今的小型SIM卡，或者制造穿孔，以 从载体中移出SIM卡。在这一过程之前，可以将SIM模块个人化，艮卩， 给SB!模块专有电子编码，该专有电子编码稍后将许可订户向电话网 络的肯定识别。只有从载体中打孔或取出之后，SIM卡才能插入移动电话中的夹持器中。诸如移动电话等使用芯片卡的设备具有夹持器，为了插入芯片卡， 该夹持器具有装置触点和按压装置。如果芯片卡插入夹持器中，则按 压装置确保芯片的平面触点区与装置触点之间的可靠接触。由于普遍使用的按压装置的设计，芯片卡的厚度起着重要作用， 这是因为一方面只有限定的厚度才允许芯片卡插入夹持器，另一方面， 确保需要的接触压力。当插入芯片卡时，向芯片卡上施加压力的按压 装置发生弹性形变，依据芯片卡的厚度，向芯片卡产生更大或更小程 度的压力。更厚的芯片卡导致更大的压力和由此产生的接触压力，更 薄的芯片卡导致更小的压力和由此产生的接触压力。通常使用附加的 弹簧承重接触，由于相对低的弹簧常数，所以弹簧接触能够更好地补 偿组件容差。按压装置的示例是在其下插入卡的导轨。这些导轨允许芯片卡沿 插入方向运动，同时防止任何横向运动。当芯片卡插入到具有弹簧承 重接触的夹持器中时，芯片卡将这些接触推开，由于弹簧常数，使触 点区压住装置触点。按压装置的其他示例是压在芯片卡上的口盖(fl邻)、或者是在从 限定位置沿插入方向插入期间防止芯片卡的相反运动的闩锁装置，它 可以与触点区代表的表面成直角地延伸。由于上述原因，普通使用的夹持器是针对大约0.8皿的信用卡厚 度而设计的。相反，这表示如果芯片卡要令人满意地工作，芯片卡必 须具有这种厚度。如上所述，通过将芯片卡模块安装到卡载体中来实 现这种厚度，这可以非常微小的容差来制造。芯片卡模块必须相应地 更薄，具有大约0.6mm的厚度。除了以不必要的浪费来污染环境之外，由于包括许多工艺步骤， 所以常规的制造方法在技术上比较复杂，从而成本较高。此外，由于 这种技术，芯片卡可用的容积极其有限。芯片的制造要么要求允许小 型结构的高成本方法，要么必须牺牲功能性。在任何一种情况下，制 造芯片卡的条件都无法令人满意。发明内容因此，本发明的目的是设计一种克服上述缺点的芯片卡。 通过设计一种开篇段落中提出的芯片卡来实现这种目的，其中所 述芯片卡的封装具有这样的厚度，使得在插入所述芯片卡时，所述封 装具有与按压装置的体接触，触点区具有与装置触点的体接触，所述 触点区与装置触点可靠地电接触。因此，选择包围芯片的封装厚度，使所述芯片卡与夹持器一起表 现出令人满意的接触。当然，必须考虑基片厚度和触点区厚度。不涉 及其他的载体，显著地简化了芯片卡的制造工艺。不再需要芯片卡模 块与载体的粘合以及后续芯片卡的打孔取出。因此，环境不再受到打 孔残渣的污染。尤其考虑到每年制造的芯片卡的巨大数量，这代表了 实质上的进步。在此应该指出，本发明不限于用作SIM卡的芯片卡，而包括针对 任何应用的卡。特别是将来小型化影响到信用卡、ATM卡、顾客卡(customer card)、数字电视或无线电接入卡等，本发明是可行的。 例如，可设想相对较小的信用卡可以插入诸如移动电话或PDA等移动 终端设备中，将来可以通过上述终端设备、使用无线系统来完成付费 交易。如果在触点区的区域中的封装具有在插入芯片卡时使触点区与装 置触点可靠地接触的底表面，则这是有利的。由于基片和触点区相对 较薄，所以它们的机械强度相当差。由此，必须考虑到接触压力和日 常使用中产生的负荷，以一些其他方式来使芯片卡具有要求的强度。 由此，使其主要目的是用于保护芯片的封装延伸到触点区的主要区域 (essential region),从而允许夹持器的按压装置与触点区可靠地接 触。如果封装的底表面至少与触点区一样大，并且不突出超过基片边 缘，则这是特别有利的。这确保整个触点区与夹持器的装置触点可靠 地接触。当然，在不影响接触的情况下，封装可以延伸超出触点区。 但是，优选的是封装不延伸超出基片，因为这样简化根据本发明的芯 片卡的制造。在应用了封装之后，将芯片卡从基片中打孔取出，或沿外壳边缘在基片上穿孔。如果基片稍微超过封装而突出，则两种工艺都更容易一些。推荐大约0.2mm的外伸作为实际尺寸。在根据本发明的芯片卡的尤其有利的设计中，围绕触点区设置朝 向基片的边缘。这一措施也在对基片打孔或穿孔时提供了优点。原因 在于，制成触点区并且通常由具有金涂层的铜构成的金属层不如通常 由渗入环氧树脂的玻璃纤维制成的基片那样容易分离。当基片直接破 碎时，金属层在分离时易于受到磨损。例如，如果手动地分离具有穿 孔基片的芯片卡，在极端情况下，至少可以将金属层与基片部分地分 离。朝向基片的触点区的边缘进一步简化了向夹持器插入芯片卡的过 程。尤其在具有弹簧承重接触的单元中，相对坚固的基片首先与装置 触点进行机械接触，从而将其推开。仅在此时，触点区才接触装置触 点，从而在频繁使用期间阻止了触点区与基片的分离。如果基片具有从第一表面引向第二表面的孔，并且如果封装延伸 到这些孔中，则这是特别有利的。上述孔能够完成双重功能。 一方面， 这些孔允许所谓"粘合"，g卩，通过一般由金制成的配线将位于基片第 二表面上的芯片与位于基片第一表面上的触点区接合。另一方面，应 用于注射模塑法等工艺的封装也能够穿透进入孔中，因此与基片更好 地接合。尤其当芯片卡插入夹持器中时，芯片卡内产生切变应力，在 最坏情况下，这可能导致封装与基片分离，从而损坏芯片卡。由突出 进入孔中的封装部分实现的基片与封装之间的有效连接阻止了这种趋 势。因为通常的塑料封装与金涂层的金属层只是非常差地粘附在一起， 所以如上论述的效果尤其出现在双面都金属化的基片中。合适的外部尺寸与用于移动电话的SIM卡的外部尺寸相对应。如 果使封装形成所需尺寸，以结合基片和触点区来提供SIM卡大小的芯 片卡，则根据本发明的芯片卡可以直接用于移动电话等设备中，而不 必修改所述的设备。对于普遍使用的芯片卡，其中触点区是大约35iam 厚，基片是ll(Him厚，那么考虑到组件容差，可针对封装选择大约 655pm的厚度。当然，这表示封装的厚度可以不同于上述尺寸。如果在位于第二表面上的芯片之上在设置至少一个芯片，并且封 装包围所有芯片，则这是特别有利的。通过省去载体材料，在组件高度中可以获得大约200)tim的富余，对于厚度大约为150pm的附加芯片 来说，这是可用的。例如，可以将存储器芯片背负式地放置在芯片卡 的处理器芯片上，以扩展其功能范围。也可设想对涵盖符合"近场通 信"(简称NFC)标准的功能的附加处理器进行集成。甚至可以相对容 易地组合数字和模拟标准芯片。按照相同方式，如果还在位于第二表面上的芯片旁边添加至少一 个芯片，并且封装包围所有芯片，则这是有利的。在这种情况下，附 加芯片不放置在现有芯片之上，而放置在旁边。通过省略粘合所需的 凸缘，针对附加芯片的容积是可用的。根据本发明的芯片卡有利地消 除了现有技术对可用容积的限制。但是，可选地，可设想针对更加便 宜(即，粗糙)的芯片技术使用获取的空间。因此，可以将等同的功 能集成到更大从而在技术上更简单的芯片中。在这种情况下，如果将芯片中的至少一个设计成处理器，至少另 一个芯片设计成存储器，则这是有利的。例如，在现有处理器芯片之 上以背负方式放置存储器芯片。这表示可以使用标准存储芯片，标准 存储芯片是可以比处理器芯片上的存储区更加便宜地批量制造的。本 发明的这种变体的另一优点在于如下事实可以将粗糙结构芯片技术 的处理器芯片与精细结构芯片技术的存储器芯片集成在同一芯片卡 内。由于现有技术制造方法，目前还无法获得这种便利。本发明的有利变体的特征在于具有至少一个插入方向的芯片卡、 以及使沿适当方向插入更方便的封装。 一般通过注射模塑法制造封装 的这一事实开启了对于芯片卡成形的新的可能性。例如，可以在沿插 入方向的前端对封装进行倒角(chamfer)或倒圆(radius)操作，以 使芯片卡出入夹持器更加容易。可以在注射模塑工艺期间执行倒角或 倒圆，或者可以通过铣削(milling)或磨削(grinding)来执行倒角 或倒圆。考虑到公知制造方法的打孔工艺，以前是不可能制造这种形 状的芯片卡的。本发明的有利变体的特征在于具有至少一个插入方向的芯片卡、 以及防止插入与所述插入方向相反的封装。由于注射模塑技术，芯片 卡可以具有沿插入方向延伸的单侧凹槽，这允许仅沿一个方向将芯片卡插入夹持器中。在插入过程中，专门设计的夹持器导轨与该凹槽啮 合。因为凹槽与导轨错开会防止错误地插入芯片卡，所以无法沿错误 的方向插入芯片卡。其他可设想的设计包括位于相对插入方向的芯片卡前边缘上的凹坑(recess)和凸缘(lug)。这里也必须在夹持器上 设置对应装置，以防止沿相反方向的插入。本发明的目的还通过多个芯片卡的配置来实现，其中这些芯片卡 位于共用基片上，各个芯片卡的封装间隔开来，使芯片卡是可容易地 分离的。对于芯片卡的进一步处理，同时处理多个芯片卡可以是有用的。 例如，可以向移动无线电电话操作员提供SIM卡条(strip)或巻 (roll),使其以经济的方式将芯片卡个人化。在这一过程之后，例如， 通过切割或裁剪(clip)来分离SIM卡，并转发给终端用户。在这种情况下，如果在各个芯片卡的封装之间对基片穿孔，则是 有利的。基于以上示例，可以不需要任何工具而将卡分离。由于穿孔， 可以简单地将各个SIM卡从条或巻上分离。当然，为了完整起见，应 该提及本发明的设计不限于SIM卡，而可以应用于一般的芯片卡。本发明的这些和其他方案将从参考下文所述的实施例的描述中明 显可见，并得到阐述，但本发明不限于所述实施例。


图中图la是根据现有技术的芯片卡模块的横截面图。 图lb示出了粘合到载体材料中的图la的芯片卡。 图2示出了根据现有技术的所谓"智能媒体卡"。 图3示出了根据现有技术的所谓"球栅阵列"。 图4示出了根据本发明的芯片卡CC。 图5a示出了根据本发明具有多个芯片的芯片卡。 图5b示出了部分插入夹持器的图5a芯片卡。 图6示出了多个芯片在共用基片上的配置。
具体实施方式
图la示出了根据现有技术的芯片卡模块CM。触点区K施加到基 片S的第一侧上，芯片C粘合到基片S的与第一侧相对的第二侧上。 芯片C通过配线D与触点区K相连，所述配线D通过基片S中的孔， 所述孔从基片S的第一侧导向第二侧。芯片C和配线D内嵌在封装V 中，封装V保护芯片C和配线D不受外部影响，并且在本示例中， 封装V显著地小于基片S。图lb示出了芯片卡CC，其中图1中芯片卡模块己粘合到载体材 料T中。载体材料T的特征在于比芯片卡模块CM略微大的凹坑，通 过铣削等方法制造该凹坑。借助于胶粘层KL将芯片卡模块安装到载 体材料T中，以形成芯片卡CC。例如，载体材料T具有信用卡或SIM 卡的尺寸。由于夹持器的设计，芯片卡CC还必须具有限定的厚度d， 以便在插入芯片卡CC之后，触点区K与夹持器的装置触点之间可靠 地接触。通常芯片卡CC的插入方向ER平行于基片S的第一表面。 但是，取决于夹持器的设计，可以有不同的插入方向ER。图2示出了根据现有技术的所谓"智能媒体卡"。例如，这种卡用 作数字摄像机的存储卡。相比于根据图lb的芯片卡CC，以两部分形 成载体材料。借助于胶粘层KL，将芯片卡模块CM安装到第一载体部 分T1中，之后粘合第二载体部分T2。可选地，将两个载体部分T1和 T2焊接在一起来制造智能媒体卡SMC也是可行的。使用最普遍的智能 媒体卡SMC的插入方向ER也是平行于基片S的第一表面而延伸的。由 于夹持器的设计，类似地，智能媒体卡SMC也必须具有限定的厚度d， 以便在插入智能媒体卡SMC之后，触点区K与夹持器的装置触点之 间可靠地接触。图3示出了根据现有技术的所谓"球栅阵列"BGA，其中再次包括 具有施加到第一表面上的触点区K的基片S。但是，在这种情况下， 基片S比上述芯片卡模块CM的基片略微厚一些。原因在于通常球栅阵 列BGA要求多个导线层，以将多个触点与芯片C相连。导线L1和L2、 以及芯片C位于与第一表面相对的基片S第二表面上。这里，芯片C 也通过配线D与导线L1和L2相连，从而与触点区K相连。相比于根据图la的芯片卡模块CM，配线D不穿过基片S中的孔，而在基片S 的第二表面上终止。芯片C和配线D被封装V包围，在球栅阵列BGA 中，封装V—般与基片S—样大。位于触点区K上的锡球B将球栅阵 列BGA连接到装置板。为了组装，将球栅阵列BGA放置在板上，然后 从上面加热，直到锡球B融化并与装置板上的触点相接合。因此，球 栅阵列BGA的厚度d对于可靠的接触是无关紧要的。为了完整起见，在此应该提及所谓的"针栅阵列"；它们的结构与 球栅阵列BGA类似，但是接触针脚取代了带有锡球B的平面触点区K。 针栅阵列的公知示例是用于PC的商用处理器。针栅阵列的插入方向 ER与基片S的第一表面成直角。因此，针栅阵列的厚度d对于可靠的 接触同样是无关紧要的。图4最终示出了根据本发明的芯片卡CC。类似于芯片卡模块CM， 芯片卡CC的结构与图la所示的相似，但是封装V的尺寸实质上与基 片S的尺寸相同，封装V的厚度dV与夹持器的厚度匹配，以确保在插 入芯片卡CC之后触点区K与夹持器的装置触点之间的可靠接触。芯片 卡CC的插入方向ER再次平行于基片S的第一表面。但是，根据夹持 器的类型，诸如与基片S的第一表面成直角的其他插入方向ER也是可 能的。可设想，芯片卡CC可以插入带有保持口盖的夹持器中。容易识别出根据图la的芯片卡CC与根据图2的智能媒体卡SMC 之间的不同。后者要求附加的载体材料T或载体部分T1和T2，以分 别限定芯片卡CC或智能媒体卡SMC的外部尺寸，而在当前情况下，使 基片S和封装V形成需要的尺寸。图5a以正视图和侧视图示出了具有多个芯片Cl、 C2、 C3和C4 的芯片卡CC。触点区K设置在基片S的第一侧，而第三芯片C3和第 四芯片C4与基片S的相对于第一侧的第二侧粘合。第一芯片Cl裱贴 在第三芯片C3之上，第二芯片C2裱贴在第四芯片C4之上。第三芯片 C3可以是根据现有技术的SIM模块，第四芯片C4可以是NFC模块， 第一芯片C1和第二芯片C2可以是标准存储芯片。为了简明起见，未 示出各个电连接。芯片C1、 C2、 C3和C4全部内嵌在封装V中，在当 前情况下，封装V具有倒角F，以简化沿插入方向ER向夹持器中插入芯片CC。此外，封装V具有凹槽，以防止将芯片CC沿与插入方向ER相反的方向插入夹持器。图5b示出了沿插入方向ER部分地插入图示夹持器HV中的根据图5a的芯片卡CC。容易看到，封装V与按压装置AE体接触，触点区K 与装置触点GK体接触。普遍使用的夹持器HV的装置触点GK配置成与 按压装置AE相距恒定距离。按压装置AE通常由塑料制成，因而相对 容易变形。适当地选择厚度dV，可以调整触点区K与装置触点GK之 间的接触力，以形成可靠的电接触。图6最后示出了多个芯片卡CC1、.. 、CC5在共用基片S上的配置， 在各个芯片卡CC1、. . 、 CC5之间设置有穿孔P，以简化芯片卡CC1、..、 CC5的分离。共用基片S上的多个芯片卡CC1、 ..、 CC5的制造特别经 济。由于基片S的弹性，甚至可以将多个芯片卡CC1、 ..、 CC5巻起。总之，应该注意，优选地，可以将本发明多个实施例的特征独立 地呈现或将其组合。
权利要求
1. 一种插入夹持器(HV)的芯片卡(CC)，所述夹持器(HV)配备有电装置触点(GK)和按压装置(AE)，所述芯片卡(CC)包括电绝缘平面基片(S)，具有第一表面和与之相对的第二表面，金属平面触点区(K)，被设置到所述第一表面，芯片(C)，位于所述第二表面上，并与所述触点区(K)电连接，以及单片封装(V)，位于所述第二表面上，并包围所述芯片(C)，其中所述封装(V)具有这样的厚度(dV)，使得在插入所述芯片卡(CC)时，所述封装(V)具有与所述按压装置(AE)的体接触，所述触点区(K)具有与所述装置触点(GK)的体接触，所述触点区(K)与所述装置触点(GK)可靠地电接触。
2. 根据权利要求1所述的芯片卡(CC)，其特征在于，在所述触 点区(K)的区域中的所述封装(V)具有在插入所述芯片卡(CC)时 使所述触点区(K)与所述装置触点(GK)可靠地接触的底表面。
3. 根据权利要求2所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述封装 (V)的所述底表面至少与所述触点区(K) 一样大，并且没有突出超过所述基片(S)的边缘。
4. 根据权利要求1所述的芯片卡(CC)，其特征在于，朝向所述 基片(S)的边缘设置在所述触点区(K)周围。
5. 根据权利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述基片 (S)具有从所述第一表面引向所述第二表面的孔，并且所述封装(V)延伸到这些孔中。
6. 根据权利要求1所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述芯片 卡(CC)的外部尺寸符合用于移动电话的SIM卡的外部尺寸。
7. 根据权利要求1到6之一所述的芯片卡(CC)，其特征在于， 在位于所述第二表面上的芯片(C3，C4)之上再配置至少一个芯片(C1， C2)，并且所述封装(V)包围所有芯片(Cl， ..， C4)。
8. 根据权利要求1到6之一所述的芯片卡(CC)，其特征在于， 在位于所述第二表面上的芯片(C3)旁边再配置至少一个芯片(C4)， 并且所述封装(V)包围所有芯片(C3， C4)。
9. 根据权利要求1到6之一所述的芯片卡(CC)，其特征在于， 将芯片(Cl， ..， C4)中的至少一个设计成处理器，以及将至少另一 个芯片(Cl， ..， C4)设计成存储器。
10. 根据权利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述芯片 卡(CC)具有至少一个插入方向(ER)，以及所述封装(V)具有使沿 所述方向的插入更简单的形状。
11. 根据权利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述芯片 卡(CC)具有至少一个插入方向(ER)，以及所述封装(V)具有防止 与所述插入方向(ER)相反地插入的形状。
12. —种根据权利要求1到11之一的多个芯片卡(CC1， . . ， CC5) 的配置，其特征在于，所述芯片卡(CC1， . . ， CC5)位于共用基片(S) 上，并且使各个芯片卡(CC1， ..， CC5)的封装(V)间隔开来，使所 述芯片卡(CC1， ..， CC5)是可容易地分离的。
13. 根据权利要求12所述的配置，其特征在于，所述基片(S) 具有在所述各个芯片卡(CC1， . . ， CC5)的封装(V)之间的穿孔(P)。
全文摘要
本发明涉及一种插入夹持器(HH)以进行操作的芯片卡(CC)，特别是SIM卡，其中所述夹持器(HH)配备电装置触点(GK)和按压装置(AE)。所述芯片卡(CC)包括基片(S)、触点区(K)、芯片(C)和单片封装(V)。根据本发明，所述封装(V)具有确保在插入所述芯片卡(CC)时所述封装(V)具有与所述按压装置(AE)的体接触的厚度(dV)，所述触点区(K)具有与所述装置触点(GK)的体接触，所述触点区(K)与所述装置触点(GK)可靠地电接触。不再设置载体材料(T)。
文档编号G06K19/077GK101228539SQ200580028756
公开日2008年7月23日 申请日期2005年6月22日 优先权日2004年6月30日
发明者克里斯彻·赞兹, 约阿西姆·斯库柏 申请人:Nxp股份有限公司