CN102708399A - 双界面智能卡的焊接封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双界面智能卡的焊接封装方法，通过对设有的天线电子层的第一电子层的制备、添加金属件、芯片焊接处理等工艺及其工艺参数的独特设置，解决了本领域速度慢、加工废品高的技术问题，达到了能够双界面智能卡封装工艺中的挑线、手工焊接、手动安装、可以制备半成品，加工工艺简易，加工速度快且成品率更高，高智能传输和使用寿命长以及使用更加灵活的有益技术效果。

Description

双界面智能卡的焊接封装方法

技术领域

本发明涉及一种智能卡技术领域，尤其涉及双界面智能卡制造技术领域，特别是涉及一种双界面智能卡的焊接封装方法。

背景技术

在智能卡及相关行业，在生产成品接触式智能卡、射频智能卡、双界面卡(单芯片同时具备接触和非接触功能)之前，智能卡芯片供应商一般都向智能卡制造商和开发商提供封装成条带方式的芯片，作为智能卡部件的重要组成部分。

所谓条带，是一种外观类似于电影胶带的特殊玻璃纤维材料的电路板。长度一般为数十米到上百米，宽度只有3.5厘米。在一个条带上面可以封装2排上万颗智能卡芯片。这个条带就相当于上万个小电路板串接在一起。这种外观和结构很适合智能卡生产线的全自动流水线来生产，因此智能卡芯片供应商基本上都是将智能卡芯片封装成条带方式来供应给智能卡制造商和开发商。

目前智能卡行业的现有的条带封装技术和工艺仅限于对单颗智能卡芯片的封装，还没有成熟的基于条带的多芯片封装技术。

双界面智能卡是一种集成了接触式、非接触式两种通信界面的CPU卡。它结合了接触式和非接触IC卡的优点，以存储容量大、可靠性强、安全性高、适用性强等特点，因而广泛应用于金融、电信、公交、社会保险等领域。

双界面智能卡的生产中有许多关键技术有别于单界面卡的生产，比如双界面卡内有一组天线，这根天线的两端要与双界面芯片背面两端焊盘连接，所以在封装过程中，须将天线两线头铣出，还有双界面芯片两端与天线连接后，会形成一处锡点，所以在第二层槽上须铣出能容纳锡点的凹槽。

通常，如图3所示，双界面智能卡生产过程如下：

(1)埋线。将天线植入卡片，现在常用的线型为“∑”型和“N”型，这些线型起始点都在放置二层槽区域；

(2)叠装。由5-7层PVC或PET材料组成，天线放置在中芯层；

(3)层压。利用高温、高压将卡片压融在一起；

(4)铣一层槽。在卡基上与天线相应的位置铣出能容纳芯片的第一层凹槽，露出天线；

(5)挑、拉线头。挑、拉出与芯片上两处端点相连的天线；

(7)铣二层槽。铣出能容纳芯片包封和端点的第二层凹槽；

(7)拉、剪线头。按照芯片上两个端点位置的长度拉、剪掉多余的天线；

(8)封装。利用封装机将天线与芯片进行连接。

由于目前双界面智能卡的整个封装无法实现全自动化，所以，整个生产工艺相当复杂，导致产品质量波动性大、生产效率低、生产成本高等问题。

带非接触界面的SIM卡是一种集成了接触式、非接触式两种通信界面的SIM卡。它结合了接触式和非接触IC卡的优点，既有接触式IC卡的存储容量大、可靠性强、安全性高的特点，又有非接触式IC卡的无需插拔卡、操作方便、交易快速、抗环境污染和静电能力强等特点。

因此，它一出现就受到人们的重视，显示出良好的应用前景，它在公共汽车、地铁、轮渡等得到应用，特别是将其应用于移动终端等嵌入式设备实现移动支付、身份认证等，这些应用给人们的生活带来极大便利。

在应用中，带非接触界面的SIM卡需要外接天线来感应能量，提供内部工作需要的电流。目前普遍使用粘贴式天线，由于采用粘贴胶连接天线和SIM卡，因此存在着与SIM卡之间由于粘贴错位、虚接、以及老化等原因造成的接触不良问题。

另外一种普遍使用的焊接式天线，采用焊接某几个点与SIM卡连接，存在着虚焊、焊点脱落、焊点腐蚀老化等问题，从而原因造成通讯故障问题。

例如，申请号为200920222371.9的实用新型公开了一种饰件天线，该天线包括壳体；所述壳体内部封装有天线线圈，所述天线线圈的两个出线端引出壳体外，以用于连接IC卡芯片的非接触点。通过将天线独立出来，将天线线圈设置在专门的壳体内，将线圈两个接头引出载体外，与近距离通讯设备中的非接触IC卡芯片连接完成非接触通讯，这种饰件天线与芯片独立。

上述专利并没有解决粘贴式和焊接式天线存在的技术缺陷，即天线与SIM卡连接点暴露在空气中容易造成的老化、腐蚀等问题。

双界面智能卡具备接触式读卡功能和非接触式读卡功能，接触式读卡功能在芯片表面的结构中已经得到解决，而非接触式读卡功能则是芯片引脚与卡基内部的天线连接形成感应功能来获得。

目前制造的双界面智能卡的工艺中，由于天线过细，如果直接在天线表面进行铣槽和打磨，容易造成天线短裂，并且由于接触面过小，焊接不牢固耐用，而造成不能直接引脚与天线焊接；通常需要将天线挑出在外部与芯片引脚焊接，然后再通过热压技术将芯片粘结在卡基上。参见图1从卡基的基板槽1中将天线2挑出，并焊接在芯片的引脚3上，并通过热压设备进行热压到标准卡槽中，芯片底盖4与卡基的底盖槽6相粘结，芯片基板底部与卡基的基板槽1相粘结，引脚和天线焊接点有些突出，所以特意开出的半圆槽7和8是放置这两个凸出点的，而其他引线则被压置在底盖槽内部。这种工艺因为中料无法预先做半成品，自动化程度不高，所以存在速度慢，容易出现废品的缺点。

智能卡目前的封装形式主要是金线焊接和倒芯片焊接。通常为了实现智能卡模块的功能，现有技术是由采用了一层或者两层线路的印制电路板(智能卡载带)，银浆，芯片，金线以及保护芯片的塑封胶所组成的智能卡模块封装技术。

通常智能卡模块使用引线键合工艺，通过金线1实现芯片300的铝焊盘2和智能卡接触点3的连接，然后使用塑封胶600保护芯片300和金线1。智能卡载带分为接触面和焊接面，首先将芯片300通过粘结剂(例如，银浆)400粘结在焊接面上，然后进行金线键合，连接芯片铝焊盘2和智能卡焊接面的接触点3，实现模块的电路连接，最后用塑封胶600把芯片300和金线1包封起来，起到保护芯片和金线的作用。

智能卡载带目前主要使用树脂基材，PCB成本比较高，并且使用金线键合工艺，需要的工艺流程多，封装效率不高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，主要解决本领域长期以来困扰和一直没有解决的技术问题：(1)为了解决现在流行的双界面智能卡所存在的问题而发明的一种双界面智能卡；(2)为了解决现在流行的双界面智能卡封装工艺中的挑线、手工焊接、手动安装、无法制备半成品而造成的速度慢、加工废品高的问题，而发明的一种双界面智能卡封装工艺；达到了能够双界面智能卡封装工艺中的挑线、手工焊接、手动安装、可以制备半成品，加工工艺简易，加工速度快且成品率更高，高智能传输和使用寿命长以及使用更加灵活的有益技术效果。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种双界面智能卡的焊接封装方法，所述双界面智能卡包括卡基、内部天线、内部天线电子层和芯片；其特征在于，采用金属件将内部天线电子层进行跃层、增大、增宽和增厚，在所述芯片引脚上低温添加焊锡，芯片底部引脚外部分使用粘结剂，使用热压触头将芯片进行热压处理，使所述芯片引脚上的低温焊锡与所述内部天线电子层中的金属件焊接，所述芯片底部与所述卡基进行粘结合为一体；所述内部天线电子层的基座部分与内部天线进行碰焊焊接，而所述内部天线电子层的金属件的焊接面外露在所述内部天线电子层表面，形成具有金属触点的天线电子层，经过所述卡基的层压和所述的卡基的铣芯片槽，将金属件多余部分被切除，所述金属触点外露且位于芯片基板槽双侧，在芯片引脚上低温添加焊锡，进行热压，将芯片引脚焊接在金属件触点上；其双界面智能卡焊接封装工艺具体包括以下步骤：

(1)所述内部天线电子层的第一电子层的制备；在所述第一电子层的片材表面上，多个单独的区域均匀设置对应的多个成对的长方形空槽，所述长方形空槽的横截面与对应的金属件形状相同；

(2)添加金属件；在所述成对的长方形空槽中，放置所述对应的金属件；

(3)内部天线埋设；在放置所述对应的金属件的所述第一电子层的片材上，在每个单独的区域内进行内部天线的埋设，并将内部天线的起始位和末端位焊接在金属件上；

(4)内部天线与金属件进行焊接；将内部天线和金属件焊接的位置，通过低压高流碰焊机进行碰焊；其中，将内部天线的表面打磨以去除绝缘层后将内部天线的五分之二至五分之三的部分打入金属件中进行低温慢速焊锡焊接；

(5)层压前搭配；所述第一电子层片材中的内部天线与金属焊接点的A面，外露金属面的B面；在所述A面上覆盖一层同样材质的片材，厚度设置在100-350nm(原文：厚度设置在200-350nm)；在所述B面上覆盖一层在层压中避免外露的金属面与金属层压板粘合的屏蔽层，该屏蔽层对所述同样材质的片材和金属件起到缓冲保护，且在述卡基的层压后，所述屏蔽层与所述同样材质的片材不粘合但可剥离的；

(6)层压合成；将上述步骤(5)层压前搭配的材料，逐层放置在金属层压板中，并通过温度设置在120-180℃、压力为2-8MPa、时间保持10-30分钟，(并通过温度设置在140℃、压力为600N、时间保持46～48分钟)，将第一电子层片材和第二电子层片材合成在一起，外表面平整；

(7)层压后剥离附加材料；上述步骤(6)层压合成后，将所述屏蔽层从合成后的片材中剥离出来，形成具有金属触点的天线电子层；

(8)卡基的制备；在所述具有金属触点的天线电子层的上下两面附上设有彩色印刷层和透明保护层的卡片表面薄片，进行温度在120-150℃、压力为2-8MPa、时间保持10-30分钟(原文：600℃)的热压，并在冲卡机上进行固定尺寸冲切，形成单张卡片；

(9)卡基的铣槽制备；卡基的铣槽是在金属触点的位置上进行铣槽得到放置芯片的卡槽，所述卡槽包括基板槽和底盖槽，所述铣槽在所述长方形空槽中填入填充片，并使用聚合物材料将所述填充片固定，其中，在金属触点位置铣槽，直到露出填充片，并将所述填充片铣掉约一半厚度；通过真空抽气抽取剩余的填充片直到露出金属触点；

(10)芯片焊接预处理；芯片在焊接前，需要在芯片底部引脚上低温添加焊锡，所述底盖槽对应的底盖和芯片基板底部均匀涂有粘结剂；

(11)芯片焊接；将芯片放置在所述卡槽中，使用接触式封装热压装置进行温度在230-233℃的高温热压，芯片引脚通过低温焊锡与金属件表面进行焊接，芯片基板底部和所述底盖槽对应的底盖通过粘结剂和卡槽粘结。

作为优选技术方案：步骤(4)中将内部天线的表面打磨以去除绝缘层后将内部天线的二分之一的部分打入金属件中进行低温慢速焊锡焊接。

根据所述的一种双界面智能卡的焊接封装方法制备的双界面智能卡。

此外，本发明的关键技术还在于：双界面智能卡的焊接封装方法，所述双界面智能卡包括卡基，内部天线电子层和芯片，其特征在于，在制备天线电子层步骤中，增加了一种金属件，天线线圈与金属件的基座相连接，而金属件的外露面则裸露于天线电子层表面，从而得到具有金属触点的天线电子层，将具有金属触点的天线电子层合层到卡基中，并将卡基进行标准的铣槽步骤，将金属触点裸露于芯片基板槽的表面两侧，而芯片引脚用低温焊锡经过热压而与卡基的金属触点相连接；具体包括以下焊接封装方法步骤。

A)第一层材料的生产步骤

在第一层材料片材上，根据需要可以排列的标准的区域，根据对应的金属件形状在每个范围内开出两个长方形的空槽；

B)添加金属件的生产步骤

在空槽的位置中，放置金属件；

C)进行天线埋设的生产步骤

在放置好金属件的片材上，进行每个单独的区域内进行天线的埋设，并将天线的起始位和末端位通过金属件的焊接位置上；

D)天线与金属件进行焊接的生产步骤

将天线和金属件焊接位置，通过低压高流碰焊机进行碰焊，将天线的外漆打掉并将天线大概一半打入金属件中，形成良好的焊接效果；如果天线外部没有绝缘材料，可通过低温焊锡工艺进行焊接；

E)搭配层压前材料的生产步骤

将第一层片材中有天线与金属焊接点的那一面称为A面，将要外露金属面的那一面称为B面；在A面上覆盖一层同样材质的片材，厚度可根据需要改变；在B面上覆盖一层屏蔽层(所谓屏蔽层，是为了在层压中，避免外露的金属面与金属层压板粘合，并且对片材和金属件起到缓冲保护作用的，并且屏蔽层在层压后，不会和材料片材粘合，可以剥离下来。)；

F)层压合成材料的生产步骤

层压步骤，是将搭配好的材料，逐层放置在金属层压板中，并通过设置一定值的温度、压力、时间，有效的将第一层片材和第二层片材合成在一起，外观平整；

G)层压后剥离附加材料的生产步骤

层压完毕后，将剥离层从合成好的片材中剥离出来，形成具有金属触点的天线电子层。

H)制备卡基的生产步骤

在天线电子层的上下两面附上卡片表面材料(通常是彩色印刷层和透明保护层)，进行热压，并在冲卡机上进行冲切，形成单张卡片。

I)卡基的铣槽生产步骤

卡基的铣槽是在金属触点的位置上，进行标准的铣槽动作，得到放置芯片的基板槽和底盖槽。

J)芯片焊接的预处理步骤

芯片在焊接前，需要在引脚上添加低温焊锡，底盖和基板底部加粘结剂。

K)芯片焊接的生产步骤

将芯片放置在卡槽中，使用接触式封装热压设备，进行热压，芯片引脚通过低温焊锡与金属面进行焊接，芯片基板底部和底盖通过粘结剂和卡槽粘结。

附图说明

图1是现在流行的双界面智能卡的挑线焊接封装工艺示意图；

图2是本发明使用的第一层材料上规则排列区域的部分示意图；

图3是图2的剖视图；

图4为本发明中的金属件的简单示意图，(1)为金属件的俯视图，(2)为金属件的剖视图；

图5是本发明的第一层材料的槽中，填装了金属件后的材料，有基板部分的那一面的示意图；

图6是本发明的第一层材料的槽中，填装了金属件后的材料，有外露金属面的那一面的示意图；

图7是图5和图6的剖视图；

图8是本发明的填装金属件后进行天线埋设后的第一层材料的部分结构示意图；

图9是图8的剖视图；

图10本发明的进行天线与金属件的焊接示意剖视图；

图11是本发明在层压制备具有金属触点的天线电子层之前的配料示意图；

图12是本发明的层压后的结构示意图；

图13是本发明的层压后剥离屏蔽材料层后的结构剖视图；

图14是本发明的层压后剥离屏蔽材料层后的部分结构示意图；

图15是本发明的用具有金属触电的天线电子层为中间材料，上下配备彩膜材料和透明保护材料的层压成卡基前的装备结构示意图；

图16是本发明制备卡基层压后，将中间天线电子层材料、彩膜材料、透明保护膜材料进行层压后，合为一体的结构示意图；

图17是本发明中，将材料用冲卡机进行冲切成单张卡基的示意图；

图18是本发明中，将单张卡基进行铣槽得到具有标准的双界面智能卡芯片槽的示意图；

图19是图18的剖视示意图；

图20是本发明中，双界面智能卡芯片的引脚上低温焊锡的示意图，其中(1)部分是芯片底部俯视图，(2)部分是芯片的剖视图；

图21是本发明中双界面智能卡芯片和卡基通过热压头进行热压的结构示意图。

具体实施方式

根据对本发明的生产流程和技术特点进行说明，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明的双界面智能卡的封装工艺，有以下步骤：

A)第一层材料的生产步骤

在第一层材料片材101上，根据需要可以排列的标准的区域102，根据对应的金属件形状在每个范围内开出两个长方形的空槽103；具体参见图1和图2。

B)添加金属件的生产步骤；

图3为金属件104的结构示意图，具体参见图3；

将金属件104的外露部分填装在空槽103的位置中，连个金属件放置位置相对(具体根据产品要求进行放置)；参见图4和图5、图6。

C)进行天线埋设的生产步骤；

在放置好金属件的片材101上，进行每个单独的范围内进行天线105的埋设，并将天线105的起始位和末端位通过金属件104的焊接位置上；参见图7和图8。

D)天线与金属件进行焊接的生产步骤；

将天线105和金属件104焊接位置，通过低压高流碰焊机进行碰焊，将天线的外漆打掉并将天线大概一半打入金属件中，形成良好的焊接效果；如果天线外部没有绝缘材料，可通过低温焊锡工艺进行焊接；参见图9

E)搭配层压前材料的生产步骤；

将第一层片材101中有天线与金属焊接点的那一面称为A面，将要外露金属面的那一面称为B面；在A面上覆盖一层同样材质的片材106，厚度可根据需要改变；

在B面上覆盖一层屏蔽层107(所谓屏蔽层，是为了在层压中，避免外露的金属面与金属层压板粘合，并且对片材和金属件起到缓冲保护作用的，并且屏蔽层在层压后，不会和材料片材粘合，可以剥离下来。)；参见图10。

F)层压合成材料的生产步骤

层压步骤，是将搭配好的材料(106+101+107)，逐层放置在金属层压板中，并通过设置一定值的温度、压力、时间，有效的将第一层片材101和第二层片材106合成在一起形成108，外观平整；参见图11。

G)层压后剥离附加材料的生产步骤

层压完毕后，将剥离层107从合成好的片材108是上剥离出来，形成具有金属触点的天线电子层109；参见图12和图13、图14。

H)制备卡基的生产步骤

在天线电子层的上下两面附上卡片表面材料110(通常是彩色印刷层和透明保护层)，进行热压，并在冲卡机上进行冲切，形成单张卡基111，见图15、图16、图17。

I)卡基的铣槽生产步骤

卡基111的铣槽是在金属触点的位置上，进行标准的铣槽动作，得到放置芯片的卡槽112，卡槽包括基板槽113和底盖槽114，而金属件的外露触点115在113的两侧，对应着双界面智能卡芯片的引脚位置，见图18和图19。

J)芯片焊接的预处理步骤

芯片在焊接前，需要在引脚117上添加低温焊锡，底盖116和基板底部118加粘结剂。见图20，(1)为底部俯视图，(2)为剖视图。

K)芯片焊接的生产步骤

将芯片放置在卡槽112中，使用接触式封装热压设备，进行热压，芯片引脚117通过低温焊锡与金属件外露部分115进行焊接，芯片基板底部118与卡槽中的基板槽113粘结，芯片底盖116与卡槽中的底盖槽114粘结。

本发明的双界面智能卡焊接封装方法通过独特的设计与现在流行的挑线焊接工艺相比结果见表格1。

表格1

本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述方案只作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。事实上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入权利要求书的范围之内。

Claims (3)

1.一种双界面智能卡的焊接封装方法，所述双界面智能卡包括卡基、内部天线、内部天线电子层和芯片；其特征在于，采用金属件将内部天线电子层进行跃层、增大、增宽和增厚，在所述芯片引脚上低温添加焊锡，芯片底部引脚外部分使用粘结剂，使用热压触头将芯片进行热压处理，使所述芯片引脚上的低温焊锡与所述内部天线电子层中的金属件焊接，所述芯片底部与所述卡基进行粘结合为一体；所述内部天线电子层的基座部分与内部天线进行碰焊焊接，而所述内部天线电子层的金属件的焊接面外露在所述内部天线电子层表面，形成具有金属触点的天线电子层，经过所述卡基的层压和所述的卡基的铣芯片槽，将金属件多余部分被切除，所述金属触点外露且位于芯片基板槽双侧，在芯片引脚上低温添加焊锡，进行热压，将芯片引脚焊接在金属件触点上；其双界面智能卡焊接封装工艺具体包括以下步骤：

(1)所述内部天线电子层的第一电子层的制备；在所述第一电子层的片材表面上，多个单独的区域均匀设置对应的多个成对的长方形空槽，所述长方形空槽的横截面与对应的金属件形状相同；

(2)添加金属件；在所述成对的长方形空槽中，放置所述对应的金属件；

(3)内部天线埋设；在放置所述对应的金属件的所述第一电子层的片材上，在每个单独的区域内进行内部天线的埋设，并将内部天线的起始位和末端位焊接在金属件上；

(4)内部天线与金属件进行焊接；将内部天线和金属件焊接的位置，通过低压高流碰焊机进行碰焊；其中，将内部天线的表面打磨以去除绝缘层后将内部天线的五分之二至五分之三的部分打入金属件中进行低温慢速焊锡焊接；

(5)层压前搭配；所述第一电子层片材中的内部天线与金属焊接点的A面，外露金属面的B面；在所述A面上覆盖一层同样材质的片材，厚度设置在100-350nm(原文：厚度设置在200-350nm)；在所述B面上覆盖一层在层压中避免外露的金属面与金属层压板粘合的屏蔽层，该屏蔽层对所述同样材质的片材和金属件起到缓冲保护，且在述卡基的层压后，所述屏蔽层与所述同样材质的片材不粘合但可剥离的；

(6)层压合成；将上述步骤(5)层压前搭配的材料，逐层放置在金属层压板中，并通过温度设置在120-180℃、压力为2-8MPa、时间保持10-30分钟，(并通过温度设置在140℃、压力为600N、时间保持46～48分钟)，将第一电子层片材和第二电子层片材合成在一起，外表面平整；

(7)层压后剥离附加材料；上述步骤(6)层压合成后，将所述屏蔽层从合成后的片材中剥离出来，形成具有金属触点的天线电子层；

(8)卡基的制备；在所述具有金属触点的天线电子层的上下两面附上设有彩色印刷层和透明保护层的卡片表面薄片，进行温度在120-150℃、压力为2-8MPa、时间保持10-30分钟(原文：600℃)的热压，并在冲卡机上进行固定尺寸冲切，形成单张卡片；

(9)卡基的铣槽制备；卡基的铣槽是在金属触点的位置上进行铣槽得到放置芯片的卡槽，所述卡槽包括基板槽和底盖槽，所述铣槽在所述长方形空槽中填入填充片，并使用聚合物材料将所述填充片固定，其中，在金属触点位置铣槽，直到露出填充片，并将所述填充片铣掉约一半厚度；通过真空抽气抽取剩余的填充片直到露出金属触点；

(10)芯片焊接预处理；芯片在焊接前，需要在芯片底部引脚上低温添加焊锡，所述底盖槽对应的底盖和芯片基板底部均匀涂有粘结剂；

(11)芯片焊接；将芯片放置在所述卡槽中，使用接触式封装热压装置进行温度在230-233℃的高温热压，芯片引脚通过低温焊锡与金属件表面进行焊接，芯片基板底部和所述底盖槽对应的底盖通过粘结剂和卡槽粘结。

2.根据权利要求1或2所述的一种双界面智能卡的焊接封装方法，其特征在于，步骤(4)中将内部天线的表面打磨以去除绝缘层后将内部天线的二分之一的部分打入金属件中进行低温慢速焊锡焊接。

3.根据权利要求1所述的一种双界面智能卡的焊接封装方法制备的双界面智能卡。

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