專利名稱：插入夾持器的芯片卡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種插入夾持器的芯片卡，所述夾持器具備電裝置觸 點和按壓裝置，所述芯片卡包括電絕緣平面基片，具有第一表面和 相對的第二表面；金屬平面觸點區(qū)，被應用到第一表面；芯片，位于 第二表面上，并與觸點區(qū)電連接；以及單片封裝，位于第二表面上， 用于包圍芯片。本發(fā)明還涉及如上所述的多種芯片卡的配置。
背景技術：
在現代世界中芯片卡具有很多應用，例如，電話卡、ATM卡、付 費電視的接入卡和所謂的"訂戶身份模塊"(簡稱SIM)卡。為了盡可 能節(jié)省成本地制造這些卡，達成如下一致信用卡的形式為85X54mm 的統(tǒng)一尺寸。這確保對所述卡的便易操作。在GSM時代的開始，在90 年代早期，甚至SIM卡也使用這種形式。但是，隨著日益發(fā)展的小型 化，當今的SIM卡只有初始大小的一部分。盡管如此，還是使用90年代早期的相同工藝來制造SIM卡。在該 工藝中，在尺寸為85X54mm的載體中安裝具有近似尺寸的觸點區(qū)的相 對較小的芯片卡模塊，觸點區(qū)的近似尺寸是根據IS0 7810而標準化的。 一種可能的方法是基于將芯片卡模塊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時將芯片卡模塊放 置到模子，這樣將其安裝到載體中。然后從載體中打孔以取出當今的小型SIM卡，或者制造穿孔，以 從載體中移出SIM卡。在這一過程之前，可以將SIM模塊個人化，艮卩， 給SB!模塊專有電子編碼，該專有電子編碼稍后將許可訂戶向電話網 絡的肯定識別。只有從載體中打孔或取出之后，SIM卡才能插入移動電話中的夾持器中。諸如移動電話等使用芯片卡的設備具有夾持器，為了插入芯片卡， 該夾持器具有裝置觸點和按壓裝置。如果芯片卡插入夾持器中，則按 壓裝置確保芯片的平面觸點區(qū)與裝置觸點之間的可靠接觸。由于普遍使用的按壓裝置的設計，芯片卡的厚度起著重要作用， 這是因為一方面只有限定的厚度才允許芯片卡插入夾持器，另一方面， 確保需要的接觸壓力。當插入芯片卡時，向芯片卡上施加壓力的按壓 裝置發(fā)生彈性形變，依據芯片卡的厚度，向芯片卡產生更大或更小程 度的壓力。更厚的芯片卡導致更大的壓力和由此產生的接觸壓力，更 薄的芯片卡導致更小的壓力和由此產生的接觸壓力。通常使用附加的 彈簧承重接觸，由于相對低的彈簧常數，所以彈簧接觸能夠更好地補 償組件容差。按壓裝置的示例是在其下插入卡的導軌。這些導軌允許芯片卡沿 插入方向運動，同時防止任何橫向運動。當芯片卡插入到具有彈簧承 重接觸的夾持器中時，芯片卡將這些接觸推開，由于彈簧常數，使觸 點區(qū)壓住裝置觸點。按壓裝置的其他示例是壓在芯片卡上的口蓋(fl鄰)、或者是在從 限定位置沿插入方向插入期間防止芯片卡的相反運動的閂鎖裝置，它 可以與觸點區(qū)代表的表面成直角地延伸。由于上述原因，普通使用的夾持器是針對大約0.8皿的信用卡厚 度而設計的。相反，這表示如果芯片卡要令人滿意地工作，芯片卡必 須具有這種厚度。如上所述，通過將芯片卡模塊安裝到卡載體中來實 現這種厚度，這可以非常微小的容差來制造。芯片卡模塊必須相應地 更薄，具有大約0.6mm的厚度。除了以不必要的浪費來污染環(huán)境之外，由于包括許多工藝步驟， 所以常規(guī)的制造方法在技術上比較復雜，從而成本較高。此外，由于 這種技術，芯片卡可用的容積極其有限。芯片的制造要么要求允許小 型結構的高成本方法，要么必須犧牲功能性。在任何一種情況下，制 造芯片卡的條件都無法令人滿意。發(fā)明內容因此，本發(fā)明的目的是設計一種克服上述缺點的芯片卡。 通過設計一種開篇段落中提出的芯片卡來實現這種目的，其中所 述芯片卡的封裝具有這樣的厚度，使得在插入所述芯片卡時，所述封 裝具有與按壓裝置的體接觸，觸點區(qū)具有與裝置觸點的體接觸，所述 觸點區(qū)與裝置觸點可靠地電接觸。因此，選擇包圍芯片的封裝厚度，使所述芯片卡與夾持器一起表 現出令人滿意的接觸。當然，必須考慮基片厚度和觸點區(qū)厚度。不涉 及其他的載體，顯著地簡化了芯片卡的制造工藝。不再需要芯片卡模 塊與載體的粘合以及后續(xù)芯片卡的打孔取出。因此，環(huán)境不再受到打 孔殘渣的污染。尤其考慮到每年制造的芯片卡的巨大數量，這代表了 實質上的進步。在此應該指出，本發(fā)明不限于用作SIM卡的芯片卡，而包括針對 任何應用的卡。特別是將來小型化影響到信用卡、ATM卡、顧客卡(customer card)、數字電視或無線電接入卡等，本發(fā)明是可行的。 例如，可設想相對較小的信用卡可以插入諸如移動電話或PDA等移動 終端設備中，將來可以通過上述終端設備、使用無線系統(tǒng)來完成付費 交易。如果在觸點區(qū)的區(qū)域中的封裝具有在插入芯片卡時使觸點區(qū)與裝 置觸點可靠地接觸的底表面，則這是有利的。由于基片和觸點區(qū)相對 較薄，所以它們的機械強度相當差。由此，必須考慮到接觸壓力和日 常使用中產生的負荷，以一些其他方式來使芯片卡具有要求的強度。 由此，使其主要目的是用于保護芯片的封裝延伸到觸點區(qū)的主要區(qū)域 (essential region),從而允許夾持器的按壓裝置與觸點區(qū)可靠地接 觸。如果封裝的底表面至少與觸點區(qū)一樣大，并且不突出超過基片邊 緣，則這是特別有利的。這確保整個觸點區(qū)與夾持器的裝置觸點可靠 地接觸。當然，在不影響接觸的情況下，封裝可以延伸超出觸點區(qū)。 但是，優(yōu)選的是封裝不延伸超出基片，因為這樣簡化根據本發(fā)明的芯 片卡的制造。在應用了封裝之后，將芯片卡從基片中打孔取出，或沿外殼邊緣在基片上穿孔。如果基片稍微超過封裝而突出，則兩種工藝都更容易一些。推薦大約0.2mm的外伸作為實際尺寸。在根據本發(fā)明的芯片卡的尤其有利的設計中，圍繞觸點區(qū)設置朝 向基片的邊緣。這一措施也在對基片打孔或穿孔時提供了優(yōu)點。原因 在于，制成觸點區(qū)并且通常由具有金涂層的銅構成的金屬層不如通常 由滲入環(huán)氧樹脂的玻璃纖維制成的基片那樣容易分離。當基片直接破 碎時，金屬層在分離時易于受到磨損。例如，如果手動地分離具有穿 孔基片的芯片卡，在極端情況下，至少可以將金屬層與基片部分地分 離。朝向基片的觸點區(qū)的邊緣進一步簡化了向夾持器插入芯片卡的過 程。尤其在具有彈簧承重接觸的單元中，相對堅固的基片首先與裝置 觸點進行機械接觸，從而將其推開。僅在此時，觸點區(qū)才接觸裝置觸 點，從而在頻繁使用期間阻止了觸點區(qū)與基片的分離。如果基片具有從第一表面引向第二表面的孔，并且如果封裝延伸 到這些孔中，則這是特別有利的。上述孔能夠完成雙重功能。 一方面， 這些孔允許所謂"粘合"，g卩，通過一般由金制成的配線將位于基片第 二表面上的芯片與位于基片第一表面上的觸點區(qū)接合。另一方面，應 用于注射模塑法等工藝的封裝也能夠穿透進入孔中，因此與基片更好 地接合。尤其當芯片卡插入夾持器中時，芯片卡內產生切變應力，在 最壞情況下，這可能導致封裝與基片分離，從而損壞芯片卡。由突出 進入孔中的封裝部分實現的基片與封裝之間的有效連接阻止了這種趨 勢。因為通常的塑料封裝與金涂層的金屬層只是非常差地粘附在一起， 所以如上論述的效果尤其出現在雙面都金屬化的基片中。合適的外部尺寸與用于移動電話的SIM卡的外部尺寸相對應。如 果使封裝形成所需尺寸，以結合基片和觸點區(qū)來提供SIM卡大小的芯 片卡，則根據本發(fā)明的芯片卡可以直接用于移動電話等設備中，而不 必修改所述的設備。對于普遍使用的芯片卡，其中觸點區(qū)是大約35iam 厚，基片是ll(Him厚，那么考慮到組件容差，可針對封裝選擇大約 655pm的厚度。當然，這表示封裝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設置至少一個芯片，并且封 裝包圍所有芯片，則這是特別有利的。通過省去載體材料，在組件高度中可以獲得大約200)tim的富余，對于厚度大約為150pm的附加芯片 來說，這是可用的。例如，可以將存儲器芯片背負式地放置在芯片卡 的處理器芯片上，以擴展其功能范圍。也可設想對涵蓋符合"近場通 信"(簡稱NFC)標準的功能的附加處理器進行集成。甚至可以相對容 易地組合數字和模擬標準芯片。按照相同方式，如果還在位于第二表面上的芯片旁邊添加至少一 個芯片，并且封裝包圍所有芯片，則這是有利的。在這種情況下，附 加芯片不放置在現有芯片之上，而放置在旁邊。通過省略粘合所需的 凸緣，針對附加芯片的容積是可用的。根據本發(fā)明的芯片卡有利地消 除了現有技術對可用容積的限制。但是，可選地，可設想針對更加便 宜(即，粗糙)的芯片技術使用獲取的空間。因此，可以將等同的功 能集成到更大從而在技術上更簡單的芯片中。在這種情況下，如果將芯片中的至少一個設計成處理器，至少另 一個芯片設計成存儲器，則這是有利的。例如，在現有處理器芯片之 上以背負方式放置存儲器芯片。這表示可以使用標準存儲芯片，標準 存儲芯片是可以比處理器芯片上的存儲區(qū)更加便宜地批量制造的。本 發(fā)明的這種變體的另一優(yōu)點在于如下事實可以將粗糙結構芯片技術 的處理器芯片與精細結構芯片技術的存儲器芯片集成在同一芯片卡 內。由于現有技術制造方法，目前還無法獲得這種便利。本發(fā)明的有利變體的特征在于具有至少一個插入方向的芯片卡、 以及使沿適當方向插入更方便的封裝。 一般通過注射模塑法制造封裝 的這一事實開啟了對于芯片卡成形的新的可能性。例如，可以在沿插 入方向的前端對封裝進行倒角(chamfer)或倒圓(radius)操作，以 使芯片卡出入夾持器更加容易?？梢栽谧⑸淠Ｋ芄に嚻陂g執(zhí)行倒角或 倒圓，或者可以通過銑削(milling)或磨削(grinding)來執(zhí)行倒角 或倒圓?？紤]到公知制造方法的打孔工藝，以前是不可能制造這種形 狀的芯片卡的。本發(fā)明的有利變體的特征在于具有至少一個插入方向的芯片卡、 以及防止插入與所述插入方向相反的封裝。由于注射模塑技術，芯片 卡可以具有沿插入方向延伸的單側凹槽，這允許僅沿一個方向將芯片卡插入夾持器中。在插入過程中，專門設計的夾持器導軌與該凹槽嚙 合。因為凹槽與導軌錯開會防止錯誤地插入芯片卡，所以無法沿錯誤 的方向插入芯片卡。其他可設想的設計包括位于相對插入方向的芯片卡前邊緣上的凹坑(recess)和凸緣(lug)。這里也必須在夾持器上 設置對應裝置，以防止沿相反方向的插入。本發(fā)明的目的還通過多個芯片卡的配置來實現，其中這些芯片卡 位于共用基片上，各個芯片卡的封裝間隔開來，使芯片卡是可容易地 分離的。對于芯片卡的進一步處理，同時處理多個芯片卡可以是有用的。 例如，可以向移動無線電電話操作員提供SIM卡條(strip)或巻 (roll),使其以經濟的方式將芯片卡個人化。在這一過程之后，例如， 通過切割或裁剪(clip)來分離SIM卡，并轉發(fā)給終端用戶。在這種情況下，如果在各個芯片卡的封裝之間對基片穿孔，則是 有利的?；谝陨鲜纠?，可以不需要任何工具而將卡分離。由于穿孔， 可以簡單地將各個SIM卡從條或巻上分離。當然，為了完整起見，應 該提及本發(fā)明的設計不限于SIM卡，而可以應用于一般的芯片卡。本發(fā)明的這些和其他方案將從參考下文所述的實施例的描述中明 顯可見，并得到闡述，但本發(fā)明不限于所述實施例。


圖中圖la是根據現有技術的芯片卡模塊的橫截面圖。 圖lb示出了粘合到載體材料中的圖la的芯片卡。 圖2示出了根據現有技術的所謂"智能媒體卡"。 圖3示出了根據現有技術的所謂"球柵陣列"。 圖4示出了根據本發(fā)明的芯片卡CC。 圖5a示出了根據本發(fā)明具有多個芯片的芯片卡。 圖5b示出了部分插入夾持器的圖5a芯片卡。 圖6示出了多個芯片在共用基片上的配置。
具體實施方式
圖la示出了根據現有技術的芯片卡模塊CM。觸點區(qū)K施加到基 片S的第一側上，芯片C粘合到基片S的與第一側相對的第二側上。 芯片C通過配線D與觸點區(qū)K相連，所述配線D通過基片S中的孔， 所述孔從基片S的第一側導向第二側。芯片C和配線D內嵌在封裝V 中，封裝V保護芯片C和配線D不受外部影響，并且在本示例中， 封裝V顯著地小于基片S。圖lb示出了芯片卡CC，其中圖1中芯片卡模塊己粘合到載體材 料T中。載體材料T的特征在于比芯片卡模塊CM略微大的凹坑，通 過銑削等方法制造該凹坑。借助于膠粘層KL將芯片卡模塊安裝到載 體材料T中，以形成芯片卡CC。例如，載體材料T具有信用卡或SIM 卡的尺寸。由于夾持器的設計，芯片卡CC還必須具有限定的厚度d， 以便在插入芯片卡CC之后，觸點區(qū)K與夾持器的裝置觸點之間可靠 地接觸。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，取決于夾持器的設計，可以有不同的插入方向ER。圖2示出了根據現有技術的所謂"智能媒體卡"。例如，這種卡用 作數字攝像機的存儲卡。相比于根據圖lb的芯片卡CC，以兩部分形 成載體材料。借助于膠粘層KL，將芯片卡模塊CM安裝到第一載體部 分T1中，之后粘合第二載體部分T2?？蛇x地，將兩個載體部分T1和 T2焊接在一起來制造智能媒體卡SMC也是可行的。使用最普遍的智能 媒體卡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 于夾持器的設計，類似地，智能媒體卡SMC也必須具有限定的厚度d， 以便在插入智能媒體卡SMC之后，觸點區(qū)K與夾持器的裝置觸點之 間可靠地接觸。圖3示出了根據現有技術的所謂"球柵陣列"BGA，其中再次包括 具有施加到第一表面上的觸點區(qū)K的基片S。但是，在這種情況下， 基片S比上述芯片卡模塊CM的基片略微厚一些。原因在于通常球柵陣 列BGA要求多個導線層，以將多個觸點與芯片C相連。導線L1和L2、 以及芯片C位于與第一表面相對的基片S第二表面上。這里，芯片C 也通過配線D與導線L1和L2相連，從而與觸點區(qū)K相連。相比于根據圖la的芯片卡模塊CM，配線D不穿過基片S中的孔，而在基片S 的第二表面上終止。芯片C和配線D被封裝V包圍，在球柵陣列BGA 中，封裝V—般與基片S—樣大。位于觸點區(qū)K上的錫球B將球柵陣 列BGA連接到裝置板。為了組裝，將球柵陣列BGA放置在板上，然后 從上面加熱，直到錫球B融化并與裝置板上的觸點相接合。因此，球 柵陣列BGA的厚度d對于可靠的接觸是無關緊要的。為了完整起見，在此應該提及所謂的"針柵陣列"；它們的結構與 球柵陣列BGA類似，但是接觸針腳取代了帶有錫球B的平面觸點區(qū)K。 針柵陣列的公知示例是用于PC的商用處理器。針柵陣列的插入方向 ER與基片S的第一表面成直角。因此，針柵陣列的厚度d對于可靠的 接觸同樣是無關緊要的。圖4最終示出了根據本發(fā)明的芯片卡CC。類似于芯片卡模塊CM， 芯片卡CC的結構與圖la所示的相似，但是封裝V的尺寸實質上與基 片S的尺寸相同，封裝V的厚度dV與夾持器的厚度匹配，以確保在插 入芯片卡CC之后觸點區(qū)K與夾持器的裝置觸點之間的可靠接觸。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，根據夾持 器的類型，諸如與基片S的第一表面成直角的其他插入方向ER也是可 能的。可設想，芯片卡CC可以插入帶有保持口蓋的夾持器中。容易識別出根據圖la的芯片卡CC與根據圖2的智能媒體卡SMC 之間的不同。后者要求附加的載體材料T或載體部分T1和T2，以分 別限定芯片卡CC或智能媒體卡SMC的外部尺寸，而在當前情況下，使 基片S和封裝V形成需要的尺寸。圖5a以正視圖和側視圖示出了具有多個芯片Cl、 C2、 C3和C4 的芯片卡CC。觸點區(qū)K設置在基片S的第一側，而第三芯片C3和第 四芯片C4與基片S的相對于第一側的第二側粘合。第一芯片Cl裱貼 在第三芯片C3之上，第二芯片C2裱貼在第四芯片C4之上。第三芯片 C3可以是根據現有技術的SIM模塊，第四芯片C4可以是NFC模塊， 第一芯片C1和第二芯片C2可以是標準存儲芯片。為了簡明起見，未 示出各個電連接。芯片C1、 C2、 C3和C4全部內嵌在封裝V中，在當 前情況下，封裝V具有倒角F，以簡化沿插入方向ER向夾持器中插入芯片CC。此外，封裝V具有凹槽，以防止將芯片CC沿與插入方向ER相反的方向插入夾持器。圖5b示出了沿插入方向ER部分地插入圖示夾持器HV中的根據圖5a的芯片卡CC。容易看到，封裝V與按壓裝置AE體接觸，觸點區(qū)K 與裝置觸點GK體接觸。普遍使用的夾持器HV的裝置觸點GK配置成與 按壓裝置AE相距恒定距離。按壓裝置AE通常由塑料制成，因而相對 容易變形。適當地選擇厚度dV，可以調整觸點區(qū)K與裝置觸點GK之 間的接觸力，以形成可靠的電接觸。圖6最后示出了多個芯片卡CC1、.. 、CC5在共用基片S上的配置， 在各個芯片卡CC1、. . 、 CC5之間設置有穿孔P，以簡化芯片卡CC1、..、 CC5的分離。共用基片S上的多個芯片卡CC1、 ..、 CC5的制造特別經 濟。由于基片S的彈性，甚至可以將多個芯片卡CC1、 ..、 CC5巻起。總之，應該注意，優(yōu)選地，可以將本發(fā)明多個實施例的特征獨立 地呈現或將其組合。
權利要求
1. 一種插入夾持器(HV)的芯片卡(CC)，所述夾持器(HV)配備有電裝置觸點(GK)和按壓裝置(AE)，所述芯片卡(CC)包括電絕緣平面基片(S)，具有第一表面和與之相對的第二表面，金屬平面觸點區(qū)(K)，被設置到所述第一表面，芯片(C)，位于所述第二表面上，并與所述觸點區(qū)(K)電連接，以及單片封裝(V)，位于所述第二表面上，并包圍所述芯片(C)，其中所述封裝(V)具有這樣的厚度(dV)，使得在插入所述芯片卡(CC)時，所述封裝(V)具有與所述按壓裝置(AE)的體接觸，所述觸點區(qū)(K)具有與所述裝置觸點(GK)的體接觸，所述觸點區(qū)(K)與所述裝置觸點(GK)可靠地電接觸。
2. 根據權利要求1所述的芯片卡(CC)，其特征在于，在所述觸 點區(qū)(K)的區(qū)域中的所述封裝(V)具有在插入所述芯片卡(CC)時 使所述觸點區(qū)(K)與所述裝置觸點(GK)可靠地接觸的底表面。
3. 根據權利要求2所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述封裝 (V)的所述底表面至少與所述觸點區(qū)(K) 一樣大，并且沒有突出超過所述基片(S)的邊緣。
4. 根據權利要求1所述的芯片卡(CC)，其特征在于，朝向所述 基片(S)的邊緣設置在所述觸點區(qū)(K)周圍。
5. 根據權利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述基片 (S)具有從所述第一表面引向所述第二表面的孔，并且所述封裝(V)延伸到這些孔中。
6. 根據權利要求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動電話的SIM卡的外部尺寸。
7. 根據權利要求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)之上再配置至少一個芯片(C1， C2)，并且所述封裝(V)包圍所有芯片(Cl， ..， C4)。
8. 根據權利要求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)旁邊再配置至少一個芯片(C4)， 并且所述封裝(V)包圍所有芯片(C3， C4)。
9. 根據權利要求1到6之一所述的芯片卡(CC)，其特征在于， 將芯片(Cl， ..， C4)中的至少一個設計成處理器，以及將至少另一 個芯片(Cl， ..， C4)設計成存儲器。
10. 根據權利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述芯片 卡(CC)具有至少一個插入方向(ER)，以及所述封裝(V)具有使沿 所述方向的插入更簡單的形狀。
11. 根據權利要求l所述的芯片卡(CC)，其特征在于，所述芯片 卡(CC)具有至少一個插入方向(ER)，以及所述封裝(V)具有防止 與所述插入方向(ER)相反地插入的形狀。
12. —種根據權利要求1到11之一的多個芯片卡(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，并且使各個芯片卡(CC1， ..， CC5)的封裝(V)間隔開來，使所 述芯片卡(CC1， ..， CC5)是可容易地分離的。
13. 根據權利要求12所述的配置，其特征在于，所述基片(S) 具有在所述各個芯片卡(CC1， . . ， CC5)的封裝(V)之間的穿孔(P)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種插入夾持器(HH)以進行操作的芯片卡(CC)，特別是SIM卡，其中所述夾持器(HH)配備電裝置觸點(GK)和按壓裝置(AE)。所述芯片卡(CC)包括基片(S)、觸點區(qū)(K)、芯片(C)和單片封裝(V)。根據本發(fā)明，所述封裝(V)具有確保在插入所述芯片卡(CC)時所述封裝(V)具有與所述按壓裝置(AE)的體接觸的厚度(dV)，所述觸點區(qū)(K)具有與所述裝置觸點(GK)的體接觸，所述觸點區(qū)(K)與所述裝置觸點(GK)可靠地電接觸。不再設置載體材料(T)。
文檔編號G06K19/077GK101228539SQ200580028756
公開日2008年7月23日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權日2004年6月30日
發(fā)明者克里斯徹·贊茲, 約阿西姆·斯庫柏 申請人:Nxp股份有限公司