CZ197098A3 - Způsob výroby čipové karty pro bezkontaktní provoz - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu výroby čipové karty, u které se předpokládají induktivní a/nebo kapacitní vazební prvky pro bezkontaktní přenos energie a/nebo dat a také s vazebními prvky spojené integrované obvody ( v podobě alespoň jednoho čipu a/nebo elektronického modulu ), přičemž alespoň jedna vnější plocha karty je tvořena etiketou.

Dosavadní stav techniky

Kromě známých čipových karet, které mají na své vnější straně kontaktní pole a pomocí tohoto pole komunikují s načítacím ( a zapisovacím ) zařízením, jsou známy také různé tzv. bezkontaktní čipové karty. U těchto karet není ( alespoň pro výměnu dat ) potřeba vytvořit galvanický kontakt mezi kartou a načítacím zařízením. Bezdrátový přenos je zrealizován pomocí vazebních prvků, které jsou zabudovány v kartě a v načítacím zařízení. Přitom je podle použití rozlišováno mezi přenosem na blízkou vzdálenost ( close coupling ), u kterého musí být karta zavedena do načítacího zařízení, a mezi přenosem na střední nebo větší vzdálenost ( remote coupling ), který umožňuje • · φ * ♦ φφφφ φφφ φφφφ φ φ φφφ φφ · φ φ φ φ· « komunikaci ” za pochodu ”, tedy bez zavedení karty do načítacího zařízení. Kromě převládající induktivní vazby, která by kromě přenosu dat měla také umožňovat bezkontaktní napájení obvodu karty ( čipu ), je známa také vazba kapacitní, která je však považována za vhodnou pouze pro přenos dat. Lze také uvažovat karty pro bezkontaktní provoz, které jsou opatřeny běžným vnějším kontaktním pole ( tak zvané hybridní nebo kombinované karty ) - Literatura: například K. Sickert, H. Weinerth: Schlusseltechnologie Mikroelektronik, 24. kapitola: Von der kontaktbehafteten zur kontaktlosen Chipkarte. Elektronik 1989, svazek 25, strany 66 - 78.

V praxi jsou již známa různorodá použití bezkontaktních čipových karet a také již byly vyvinuty odp ovídající, vysoce kvalitní přenosové a obvodové systémy, čipy a software. Avšak co se týče výroby, respektive konstrukce podobných karet, je známo pouze velmi málo řešení, která by využívala zvláštní vlastnosti bezdrátového přenosu.

První řešení předpokládá laminátovou konstrukci karty s větším počtem navzájem svařených vrstev ( mimojiné s potištěnou krycí fólií, respektive etiketou ), přičemž uvnitř se nacházející substrátová fólie je opatřena vodivými dráhami včetně dvou malých přenosových cívek ( pro přenos na krátkou vzdálenost ) a je osazena čipy. Čip obepínající prstenec slouží jako mechanická ochrana ( viz výše zmíněná publikace, strana 75, 76, obrázek 8 vpravo a obrázek 10 ). Nehledě na nutné

9 •999 9· prostorově přesné společné umístění většího počtu fólií, ukazuje se velkoplošné svařování také jako přinejmenším problematické, jelikož uložené čipy a též potištěná fólie jsou velmi citlivé konstrukční prvky.

Jiné řešení předpokládá jeden jediný čip o rozměrech 4*4 mm s hybridním obvodem a vysokofrekvenční anténní cívku, umístěnou na zadní straně čipu. Podobně jako u minulého řešení se karta skládá ze svazku většího počtu fólií, přičemž čip musí být uložen ve vybrání fólie, která se nachází uvnitř svazku. ( R. Jurisch: mic3 - Die neue kontaktlose Chipkartentechnologie. Card-Forum 1995, svazek 3, strany 82-84). Co se týče vícevrstvové fóliové konstrukce, platí výše uvedené poznámky; především se však čip nabízí příliš omezenou plochu pro umístění anténní cívky, což by mělo v každém případě vyloučit použití pro dálkové přenosy.

Z EP-A-0 682 321 je znám způsob výroby čipové karty, která obsahuje induktivní vazební prvky pro bezdrátový přenos energie a/nebo dat a také s vazebními prvky spojené integrované obvody v podobě alespoň jednoho čipu a/nebo elektronického modulu. Pro alespoň jednu vnější plochu karty je přitom použita krycí vrstva, respektive etiketa, na jejíž stranu, která je odvrácená od náhradní strana φ * φφφ · φ » φφφφ φφ ·· ·· ·· ·· potištěné vnější strany, jsou umístěny zmíněné vazební prvky. I v tomto případě stavu techniky je tělo karty vytvořeno laminací z většího počtu na sebe vyrovnaných fólií.

Podstata vynálezu

Způsob podle vynálezu by měl umožnit racionální, málo nákladnou a spolehlivou sériovou výrobu bezkontaktních čipových karet, přičemž by byly zohledněny zvláštní nároky vazebních prvků pro bezkontaktní provoz a též by bylo co možná nejvíce sníženo ohrožení drahých speciálních Čipů samotným výrobním procesem.

Tento úkol je podle vynálezu vyřešen výrobním postupem s charakteristikami patentového nároku 1.

Použité etikety jsou přednostně již potištěny na vnější straně, avšak také mohou být použity bílé etikety a hotové karty mohou být dodatečně podle potřeby potištěny. Jako vazební prvky lze použít jak cívky, tak i kondenzátorové polepy, v jedné kartě mohou také být použity prvky pro induktivní i kapacitní vazbu. Elektronickým modulem se v daných souvislostech náhradní strana rozumí předem připravená, do karty zapuštěná jednotka, která obsahuje alespoň jeden čip s ochranným pouzdrem a připojovacími kontakty. Pokud se na každé vnější straně karty předpokládá jedna etiketa, mohou být obě etikety nebo také jen jedna z nich připraveny uvedeným způsobem k uložení do formy.

Etiketa, která je prakticky vždy potřeba, získá výhodně u způsobu podle vynálezu dvojí funkci. Vazební prvky mohou být provedeny nejrůznějším způsobem a umístěny na etiketě, čímž není zabráněno manipulaci s nimi jako např. stohování, vyjímání ze stohu a vkládání do formy. Vazební prvky mají k dispozici prakticky celou plochu etikety, respektive karty, takže je možné zrealizovat i průřezy cívek a počet závitů, které jsou potřeba pro dálkový přenos, nebo kondenzátorové polepy pro kapacitní vazbu. K prostorově přesnému uložení modulu nebo čipu do formy jsou k dispozici zařízení ( manipulátory ), která se osvědčila již při výrobě běžných čipových karet. Střikové odlévání je úsporná technologie pro výrobu čipových karet a zaručuje citlivé a současně pevné uložení čipů a modulů do těla karty.

Speciální varianty způsobu podle vynálezu, definovaného v patentovém nároku 1, jsou uvedeny v závislých nárocích.

• * · *· * · · · · * • · · · · · ···· * ··· · · · ··· · · • · · · · · · « ··· «· ··· ·· «· ··

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže vysvětlen pomocí příkladů provedení a pomocí obrázků.

Obr. 1 až 4 zobrazují různé příklady etiket s vazebními prvky, umístěnými na jejich vnitřní straně, které jsou po umístění do střikové odlévací formy - různými způsoby osazeny, respektive zkontaktovány s integrovanými obvody.

Obr. 5 v řezu zobrazuje část střikové odlévací formy s vloženými etiketami a integrovanými obvody, přičemž forma je připravena ke střikovému odlévání.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 až 4 je vždy zobrazena vnitřní strana etikety 1, jaká je používána při výrobě čipových karet ke zhotovení vnější plochy karty. Jedná se o plastovou fólii ve tvaru karty o tloušťce například 0,1 mm, která obvykle slouží jako podklad pro písmo a/nebo obraz. Často jsou obě vnější plochy čipové karty tvořeny vždy jednou podobnou etiketou. Přednostně je na obrázcích neviditelná vnější strana etikety již potištěna, avšak dodatečné potištění hotové karty je také možné.

U všech čtyřech příkladů provedení jsou na zobrazené straně etikety, která je odvrácena od vnější strany, ♦ · ·* • · · · · * · • · · · • · • ··· «· « «« ·· ·· • * · · » * » ·· « « ♦♦ · * • · · «· ·· ·· umístěny vazební prvky 3_, 6, 8 pro bezkontaktní provoz karty. Jak je zobrazeno pouze na obr. 1 vlevo, je takto připravená etiketa 1_ uložena ve spodní části 20 střikové odlévací formy ( viz také obr. 5 ). Dále je zobrazen integrovaný obvod v podobě polovodičového čipu 2, 21, nebo elektronického modulu 12, 12’. Jak je též znázorněno na obr. 1 vpravo, jsou tyto konstrukční prvky separátně připraveny a jsou uloženy do střikové odlévací formy na etiketu 1_. Přitom jsou jejich kontaktní místa ( 41 na obr. 1 ) umístěna pomocí nezobrazeného manipulátoru přesně na přípoje vazebních prvků a jsou s nimi zkontaktována. Výše uvedený postup platí i pro později popisované příklady provedení podle obr. 2 až 4.

V případě podle obr. 1 je cívka pro induktivní vazbu navinuta jako cívka 3_ s drátovým návinem. Cívka má obdélníkový tvar, který je přizpůsoben tvaru karty, a je na etiketu j_ přilepena podél jejího okraje. Vpravo samostatně zobrazený čip 2 ( zobrazena je “spodní strana “ ) je opatřen kontaktními místy 4’ ( bond pads ) pro cívku 3_. Jedná se o například o jednočip, jehož integrovaný obvod provádí všechny funkce karty včetně pomocí cívky 3. prováděné datové komunikace a energetického napájení obvodu. Spojení konců cívky s čipem 2 je možné zrealizovat pomocí přívodů 4 a popřípadě pomocí drátového můstku 5. ( zobrazeno na obrázcích ), přičemž přívody 4 se nacházejí na etiketě 1 a jsou zkontaktovány se zmíněnými kontaktními místy 41 v

čipu 2. Cip 2 může být navíc na etiketě 1_ přilepen.

00 · «00 · 0 00 0 00» 000 00 00 0 000 Β 0 0 0 0 000 0 0

Ο 0 0 00» »0» ^ν 0000 ·» 000 00 00 00

U příkladu provedení podle obr. 2 je vazební cívka 6 s potřebným počtem závitů provedena v podobě tištěného obvodu na etiketě j_. Známou technologií je současně možně účelně vytvarovat konce 7 cívky pro přímé připojení k čipu 2. Čip přitom může být, jak je zobrazeno, umístěn přednostně přes vinutí cívky 6, takže odpadne zvláštní převádění jednoho konce cívky. Pokud je k vinutí cívky natočená strana čipu 2 opatřena izolující pasivační vrstvou, není potřeba provádět další opatření. V případě potřeby je možné před uložením čipu 2 opatřit cívku 6 izolačním potahem.

U příkladu provedení podle obr. 3 je na etiketu 1 v podobě tištěného obvodu nanesena více či méně formát karty vyplňující vazební cívka 6. Současně jsou stejnou technologií uvnitř plochy cívky vytvořeny kondenzátorové polepy 8, pro kapacitní vazbu v podobě dvou vodivých ploch. Integrovaný obvod ( čip 2 ) je zde obsažen v plochém elektronickém modulu 12. Ten obsahuje kontaktní místa v podobě modulových přípojů 13 pro připojení jak obou konců cívky, tak i obou kondenzátorových polepů 8 a je opět účelně umístěn takovým způsobem, že přemosťuje vinutí cívky 6.

Integrované obvody karty nemusí být koncentrovány v jednom jediném čipu nebo modulu, nýbrž mohou být známým způsobem rozděleny mezi dva nebo více podobných konstrukčních prvků. Potom lze účelně na etiketu nanést tištěné vodivé dráhy ke vzájemnému propojení zmíněných konstrukčních prvků mezi sebou • · ·· • · · · • · ·♦ *· · 0 * • · 4 ·· «0

a/nebo k připojení vazebních prvků. Odpovídající příklad je zobrazen na obr. 4. Jedná se o čipovou kartu, která je kromě bezkontaktního provozu určena také pro připojení pomocí galvanických kontaktů. Podle obr. 4 je v souladu s tímto příkladem uvnitř tištěné cívky 6. na etiketě 1 umístěn modul 12’ s kontakty 15, ale také samostatný čip 2’.

V případě čipu 2’ se jedná například o takzvaný komunikační čip, ve kterém jsou sjednoceny funkce bezdrátového přenosu dat a popřípadě i napájení kartového obvodu. Jak je zobrazeno na obrázcích, může být přímo spojen s jedním koncem cívky a s druhým koncem cívky pomocí drátového můstku 5_. V případě elektronického modulu 12’ se jedná o podobnou součástku s obzvláště plochou konstrukcí, jejíž kontaktní pole 15 je z důvodů připojování k načítacímu zařízení umístěno v jedné vnější ploše karty ( podobně jako modul, který je popsán například v EP-A-0 599 194 ). Kontakty vnějšího kontaktního pole 15 obsahují zahnuté “ nožičky “ 16, které se umístí na etiketě L Krom toho se na modulu 12’ nacházejí další kontakty 17, které nejsou z vnějšku přístupné. Jsou spojeny s tištěnými vodivými dráhami 14 na etiketě a vytváření na ní spojení modulu 12’ s čipem 21 ( viz též obr. 5 ) - nebo v případě, že se nepředpokládá samostatný komunikační čip, jsou spojeny přímo s vazebními prvky. Mezi komunikačním čipem 21 a modulem 12’ je v případě potřeby samozřejmě možné předpokládat i jiná spojení pomocí vodivých drah 14.

ι· * ·· ·· ·· • · 4 4 · 4 4 · 4 4 4

444 4 4 4 · 4 44

4*4 4 4 4 4 * 4*4 * *

4 444 4*4 *444 4* *44 44 44 44

Rozumí se, že vazební prvky na etiketě mohou být vytvořeny v souladu s požadavky systému karty, zejména mohou být vedle sebe umístěny dvě vazební cívky. Ikdyž se příklady podle obr. 1 až 4 týkají jedné jediné etikety i, je možné u karet, u nichž se každá z vnějších stran skládá z jedné etikety, opatřit i obě etikety vazebními prvky. Například mohou být na jednu etiketu karty umístěny jedna nebo více cívek a na druhou etiketu kondenzátorové polepy. Nebo může být každá z obou etiket opatřena jedním kondenzátorovým polepem atd.. Integrované obvody je potom potřeba z důvodů připojení vazebních prvků na obou etiketách opatřit po obou stranách odpovídajícími kontaktními místy, respektive modulovými přípoji.

Připravené etikety ( popřípadě jen jedna na každou kartu ) a integrované obvody jsou, jak již bylo řečeno, postupně umístěny do střikové odlévací formy. Na obr. 5 je schématicky znázorněná podobná forma s oběma polovinami 20 a 21 a v dělící rovně je též schématicky znázorněn vstřikovací kanál 22. U zobrazeného příkladu je použita připravená etiketa podle obr. 4. Ta ve formě 20, 21 tvoří spodní etiketu 1 a. Do horní poloviny 21 formy je uložena druhá etiketa lb. Tato horní etiketa lb má (jak je již samo o sobě známo ) obdélníkové vybrání 18, do kterého se uloží kontaktní pole 15 modulu 12*. Další kontakty 17 modulu neleží volně na vnější ploše karty, nýbrž jsou překryty spodní etiketou 1 a.

Poté, co je do střikové odlévací formy vsazena etiketa, respektive etikety a též integrované obvody a poté, co je forma uzavřena ( příklad podle obr. 5 ), je vytvořeno tělo karty a to tak, že dutý prostor 23 odlévací formy je střikovou odlévací technologií vyplněn plastem. Vstříknutý materiál se přitom spojí s vnitřní stranou etikety, respektive etiket. Integrované obvody jsou zároveň pohlceny materiálem, to znamená, že jsou zality do těla karty. Poté je možné z formy vyjmout hotovou čipovou kartu, opatřenou všemi součástkami, potřebnými pro bezkontaktní provoz.

Za účelem vytvoření elektricky vodivých spojů mezi integrovanými obvody a vazebními prvky, respektive vodivých drah ve střikové odlévací formě lze použít různé již známé postupy jako například spojování pomocí lokálně naneseného, elektricky vodivého lepidla. Přímý spoj kov-kov lze ale také vytvořit pouhým mechanickým kontaktním tlakem, avšak v každém případě podporovaným ultrazvukovým svařováním. Jak vyplývá z příkladu podle obr. 5, jsou v případě použití modulu 12», který se rozprostírá přes prakticky celou tloušťku karty, jeho kontakty 17 přitlačeny v uzavřené formě 20, 21 na vodivé dráhy 14, což přispívá ke zkontaktování uvnitř formy. Při výrobě spojů je přitom možné využít velké síly, které během střikového odlévání působí na zalévané součásti v důsledku velkého tlaku ve vstřikovací plastové hmotě. Vysoké teploty, které nastávají během střikového odlévání, je též možné s výhodou použít pro vytváření kontaktů a to použitím

Φ φ • φ · φ φ φ

φ φφφφ φφφ φ

φφ φφ φφφ φ φ φφ φ φ φ φ φφφ φ φ φφφ φφφ φφφ φφ φφ φφ na tďplo reagujícího, ve formě již vytvrzeného tepildJa nebo současným použitím tlaku a zvýšené teploty ( termokomprese ) při vytváření mechanických kontaktů. Je také možné uvažovat vytváření kontaktů pomocí předem natvarovaných dávek měkké pájky ( preforms ), které se ve střikové odlévací formě roztaví.

Zastupuje

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby čipové karty, která obsahuje induktivní a/nebo kapacitní vazební prvky (3, 6, 8) pro bezkontaktní přenos energie a/nebo dat a také s vazebními prvky spojené integrované obvody (2, 12) v podobě alespoň jednoho čipu a/nebo elektronického modulu,

- přičemž pro alespoň jednu vnější plochu karty je použita etiketa (1), na jejíž stranu, která je odvrácená od vnější strany, jenž je potištěna nebo má být potištěna, jsou umístěny zmíněné vazební prvky (3, 6, 8),

- přičemž takto připravená etiketa (1) je umístěna do střikové odlévací formy (20, 21),

- přičemž odděleně připravené, kontaktními místy (4’, 13) pro vazební prvky (3, 6, 8) opatřené integrované obvody (2, 12) jsou umístěny do střikové odlévací formy (20, 21) na etiketu (1) a přitom jsou kontaktní místa (4’, 13) umístěna přesně na přípoje (4, 7) vazebních prvků a jsou s nimi zkontaktována,

- přičemž poté je na etiketu (1) střikovou odlévací technologií odlito tělo karty a současně jsou integrované obvody (2, 12) zality do těla karty, náhradní strana • 9 ·♦ ► ·· » 9 ·<

- a přičemž elektricky vodivé spoje mezi vazebními prvky (3, 6, 8) a integrovanými obvody (2, 12) jsou ve střikové odlévací formě (20, 21) vytvořeny mechanickým kontaktním tlakem, elektricky vodivým lepidlem a/nebo nízkoteplotním pájením.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že na etiketu (1) je umístěna alespoň jedna cívka pro induktivní vazbu v podobě ploché vinuté cívky (3) s drátovým návinem.

3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že vazební prvky (6, 8) jsou na etiketě (1) vytvořeny v podobě tištěného obvodu.

4. Způsob podle nároku 3 vyznačující se tím, že v případě použití tištěné cívky (6) je čip (2) nebo elektronický modul (12) uložen napříč přes její vinutí a vnější a vnitřní konec cívky je s ním zkontaktován.

5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků vyznačující se tím, že na etiketu (1) jsou naneseny tištěné vodivé dráhy (4, 14) pro připojení vazebních prvků (3, 6, 8) k integrovaným obvodům (2,