[0001]生产具有双界面的卡的方法以及这样获得的微电路卡
[0002]技术领域
[0003]本发明涉及一种微电路卡，它包括一微电路以及位于其厚度内通向必须与那个微电路的内触点连接的部件的连接端子。本发明尤其但不唯一涉及双界面(interface)式卡，即使用了借助触点传送的数据以及没有借助触点而是借助天线传送的数据。这种卡通常被称为“双界面”卡或“Combi”卡。
[0004]背景技术
[0005]在本领域中尤其从专利FR-2716281(GEMPLUS)已知只使用一个微电路的这种卡。
[0006]该微电路形成包括用于将微电路承载在其内表面上的支撑膜的模块的一部分。该支撑膜还具有位于其外表面上与微电路连接的外触点和位于其内表面上也与微电路连接并且与在卡的厚度内的天线连接端子协作的内触点。该模块在形成天线的厚度内装配到卡主体的空腔中，并且这些天线端子可以在那个空腔中接触到。
[0007]双界面卡会产生严重的可靠性问题，从而导致在天线端子和与微电路的微处理器的射频输入/输出连接的模块的内触点之间的电连接中断。
[0008]通常采用以糊状物形式的金属合金(通常为锡-铅，铟-镉-铅或铟-锡)进行焊接、通过采用导电粘接剂粘接或者通过采用各向异性粘接剂固定微电路来实现那些连接。
[0009]实际上，该空腔以可以通向这些端子的台阶为界，从而它们能够与微电路连接。设有这些端子的台阶可以为单个台阶，在该情况中单独通过各向异性导电粘接剂实现的连接可以足以确保机械保持力和电连接，或者在侧面有第二台阶，在该情况中可以通过在模块的周边和该第二台阶之间的粘接来固定该模块，同时采用焊剂或导电粘接剂(参见上面)实现在微电路和端子之间的电连接。至于微电路，由于保护的原因它通常涂覆在封装树脂中。
[0010]现在，在卡在其使用期间不可避免地受到的机械弯曲的情况下，各个连接部分受到高机械应力，这些机械应力趋向于使微电路与支撑膜脱离，并且更重要的是使模块与卡主体脱离，这会使在所述微电路和天线端子之间的电连接中断。
[0011]在模块和天线之间的连接实际上必须足够刚性，以在弯曲周期期间保持住微电路，并且维持电连接，但是它们最好也要足够柔性以在不出现断裂的情况下吸收施加在它们上的高应力。
[0012]在这方面，使用焊剂或导电粘接剂的连接似乎太刚性，因为它们往往容易断裂(内聚力断裂)。
[0013]导电各向异性粘接剂的性能随着其柔性而变化。
[0014]因此，具有高杨氏模量的刚性粘接剂即使对于小变形而言也受到高应力，并且容易保持变形(超过其弹性极限)或者断裂。
[0015]相反，柔性粘接剂会很容易变形并且由此吸收这些应力。但是，这种变形程度在保持电连接方面不是理想的，因为采用各向异性导电粘接剂实现的电连接是通过嵌入在粘接剂物质中的导电球实现的。另外，承载着通常由塑料材料制成的天线端子的卡主体在弯曲时自身会永久或者粘弹性变形，或者由于热循环而变形。非常柔性的粘接剂物质因此会导致导电球的运动，并且因此可能导致电连接部分的不可逆或间断断裂。
[0016]各向异性导电粘接剂的基本特征在于，只有在足够量的导电球(实际上为每mm2几十个球)“挤压”在由所述粘接剂连接的两个导电表面之间的情况下来实现导电性。
[0017]因此显然塑料卡主体或承载着微电路的模块的残余变形和粘接剂物质的明显位移(拉伸)通过使球运动或者通过增大在两个表面之间的距离来明显影响这些电连接，从而这些球不再与那些表面的一个或另一个接触。
[0018]由于用单种材料不能在柔性和刚性之间实现令人满意的折中，所以一个选择方案在于在位于模块和空腔的周边处的材料上作文章，使用一种材料来提供与塑料支撑件的机械粘接并且使用另一种材料形成电连接。但是，由于以下原因，当前在空腔周边处使用的材料组合(另一方面为绝缘粘接剂并且另一方面为焊糊或导电粘接剂)不是令人满意：
[0019]＊该结构不能防止塑料卡主体和/或微电路的残余变形；
[0020]＊往往难以在彼此紧挨着的区域中使用两种不同的材料(存在混合和相互污染的危险)；
[0021]＊实践表明施加在导电材料上的机械应力仍然太高。
[0022]上面的问题不仅在天线而且还有在与位于卡主体的厚度内的端子连接的其他部件(不论是否为嵌入的)中会碰到，尤其在显示屏、热传感器、电池、指纹传感器等中会碰到。
[0023]发明内容
[0024]本发明的目的在于通过这样一种结构来克服上述缺陷，该结构不会使制造过程明显复杂化但是保证施加在电连接部分上的应力较低，同时降低了出现在空腔附近的卡主体的残余变形的危险。
[0025]为此，本发明提出了一种制造微电路卡的方法，其中制造具有在其厚度内将其连接到电子部件的连接端子并且设有具有一底部并且以所述连接端子位于其上的台阶为界的卡主体，并且制造包括具有带有外触点的外表面和带有内触点的内表面的支撑膜和与所述内触点连接的微电路的模块，其中：
[0026]将各向异性柔性导电粘接剂涂覆在所述膜的内表面的周边上；
[0027]将在聚合之后比粘接剂更刚性的树脂导入进卡主体的空腔中；
[0028]按照使各向异性粘接剂相对于空腔台阶周边设置这样一种方式将模块插入到空腔中；
[0029]在压力作用下将各向异性粘接剂热激活并且使树脂聚合。
[0030]所述部件优选为一天线。
[0031]换句话说，本发明提出组合使用在空腔周边处的柔性各向异性粘接剂和刚性树脂来将微电路装配到空腔中。
[0032]采用这种结构允许在周边处的粘接剂在机械弯曲情况下弹性变形，同时大大降低了支撑膜和在空腔中的微电路的变形，并且趋向于使该系统在弯曲之后返回到其初始状态。
[0033]在塑料材料实际应用中，使用微电路保护树脂来将微电路装配到在卡主体中的空腔中实际上在本领域中是已知的，尤其可以从申请人的以下文献中得知：EP-0519564、EP-1050844、EP-1050845和FR-2833801。通过涂覆微电路及其连接引线的封装树脂将模块装配到空腔中。实际上，用于封装微处理器及其连接引线的该树脂没有沉积在微电路的支撑膜上，而是在插入微电路之前沉积在塑料支撑件的空腔中。因此容易控制由空腔所限制的封装树脂的体积。
[0034]文献EP-0519564甚至还提出在模块的周边和界定空腔的台阶之间设置适度的粘接剂。但是，粘接剂和树脂具有相同的机械粘接功能。
[0035]还应该强调的是，上面的文献涉及比本发明所涉及的那些卡更简单的卡，因为它们没有包括任何天线或者设有埋入连接端子的部件，从而唯一所要解决的问题在于确保模块和它所包含的微电路的良好机械保持力，同时不必考虑在模块和卡主体之间的电连接。因此，在上面文献中没有提及在空腔周边处保留任何端子。
[0036]由于在模块和天线端子之间形成良好电连接的通常问题，在“双界面”卡的制造中的常规做法是在将模块安装在卡主体中的空腔中之前封装该微电路(术语“预封装微电路”指的是该实践)。
[0037]而且，在已经提出采用各向异性导电粘接剂时，通常已经同时形成机械粘接和电连接，但是没有提出与另一种材料合作，从而提供机械粘接功能。
[0038]然而本发明提出了组合这些材料，并且另外根据彼此选择各向异性导电粘接剂和树脂，从而粘接剂明显比树脂更柔性，即其杨氏模量低于树脂的杨氏模量。
[0039]现在，已经清楚，封装树脂和各向异性导电粘接剂优选是兼容的，并且因此可以同时使用，从而不会出现两种材料混合的危险，并且不会出现在空腔周边处的导电端子劣化的危险。另外，现代生产工艺目前能够在微电路的连接触点和在卡主体内的天线端子之间形成可靠的电连接，同时将微电路装配到空腔中。
[0040]根据本发明，优选的选择具有明显收缩系数(百分之几)的微电路封装树脂。
[0041]树脂收缩或由树脂所占据的体积缩减的现象在树脂聚合期间出现。因此，例如环氧树脂通过形成聚合树脂的分子特性的三维阵列而从粘性状态变为固态。
[0042]上面的机理与用在该树脂中的溶剂的蒸发一起导致封装剂的体积以及更通常的是整个模块收缩，这因此在位于卡主体中的空腔中的表面(通常为底部)和微电路之间施加“回复力”。
[0043]该现象(大约几个体积百分比，通常为1至5％)有助于防止在界面处分离的作用，由此有助于强化卡主体加上在空腔区域中的微电路组件(以及因此天线端子)，由此大大限制了在弯曲之后的残余变形。
[0044]这使之更优选的是选择非常柔性的各向异性粘接剂(例如采用聚酯基质)，因为后者更容易承受机械应力，并且这不会导致电连接部分(还记得，是通过“挤压”导电球而获得的)的不可逆劣化。
[0045]例如，在根据本发明生产出的双界面卡和在采用通过在本领域中所广泛使用的半刚性各向异性粘接剂粘接的预封装微电路生产出的双界面卡上根据国际标准ISO10373进行机械弯曲循环：根据本发明生产出的卡似乎在4000弯曲循环之后功能完好，而某些“参考”卡仅仅在1250循环之后就不再功能完好，并且在4000循环之后所有参考卡都似乎已经失效。
[0046]还知道，所获得的结构另外能够更好地抵抗压力，将微电路粘接在空腔底部上的树脂在将压力施加在其上的情况下防止了微电路相对于塑料卡主体变形。
[0047]要指出的是，本发明优选应用于塑料卡主体结构交替层，其机械和热性能优化成能够承受机械弯曲而不会引发内部裂纹，这些内部裂纹也会影响在微电路和天线(或所涉及的部件)之间的连接部分的强度。
[0048]根据本发明的另一个优选特征，天线端子为多个并且划分成在空腔周围的多个区域(优选相对于卡主体的纵向轴线纵向和横向)，这减少对在固定期间使模块相对于空腔良好定位的需要，并且降低了在平行于卡的短边或平行卡的长边弯曲时断开的危险。
[0049]因此，根据本发明的优选特征，可以适当的组合一下特征：
[0050]部件为一天线；
[0051]树脂选择为在聚合时具有大约至少1％的收缩系数，由此由所述树脂占据的体积在那个操作期间收缩；
[0052]该树脂在低于使粘接剂热激活的温度的温度下聚合；
[0053]在150℃-160℃的激活温度下激活粘接剂，并且在明显低于那个激活温度的温度下使树脂聚合(例如大约为60℃)；
[0054]这些连接端子如此设置，从而这两个区域位于该台阶的相对于卡主体的参考方向具有不同取向的区域中；
[0055]每个连接端子如此设置，从而它划分为至少两个在不同方向面对着另一个连接端子的连接区域的连接区域；
[0056]每个连接端子如此设置，从而其每一个划分为至少两个连接区域，其中一个相对于卡主体横向地界定空腔，并且另一个相对于卡主体纵向地界定空腔；
[0057]面对着连接端子的模块的内触点形成为多个触点区域；
[0058]这些触点区域如此设置，从而它们沿着不同方向界定该空腔；
[0059]卡主体由选自聚氯乙稀、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯的材料层形成；
[0060]卡主体以这些层的交替布置形式形成。
[0061]本发明还提出了一种适用于根据该方法获得的微电路卡，也就是说这样一种微电路卡，它包括在其厚度内具有使之与部件连接的连接端子的卡主体、具有一底部并且由连接端子位于其上的台阶所界定的空腔以及一模块，该模块包括具有承载着外触点的外表面和承载着内触点的内表面的一支撑膜以及与所述内触点连接的一微电路，在该微电路卡中：
[0062]内触点通过各向异性导电粘接剂与连接端子连接；
[0063]所述微电路封装在比粘接剂更刚性的树脂中并且延伸至空腔底部的一部分。
[0064]上面参照该方法提出的有利特征在这里也适用。具体地说，部件优选为一天线。
[0065]附图说明
[0066]从以非限定举例说明的方式给出的以下说明中并且参考这些附图将了解本发明的目的、特征和优点，其中：
[0067]图1为在本发明一优选实施方案中的天线及其连接端子的顶视图；
[0068]图2为该模块的底视图，显示出内触点；
[0069]图3为一顶视图，显示出天线和该模块的内触点和连接端子的叠置；
[0070]图4为集成了天线和模块的微芯片卡的局部剖视图；并且
[0071]图5为一剖视图，显示出在本发明的不同实施方案中的适用于与图2的组件合作的卡主体。
[0072]具体实施方式
[0073]这些附图显示出在本发明微芯片卡的制造中的各个步骤。
[0074]图1显示出由在通称为嵌入件(inlay)的膜11上形成的天线10构成的部件。这里嵌入件具有与天线构成其一部分的卡主体相同的形式(format)，并且线圈基本上沿着嵌入件的每一侧延伸。在未示出的不同实施方案中，天线实质上更小。
[0075]天线由通常用光刻铜制成的导电线圈形成。
[0076]天线优选包括划分成多个区域的两个连接端子，在这里每个端子两个区域：更确切地说，该天线具有沿着嵌入件的纵向方向面对面设置的两个导电区域12A和13A以及也面对面但是沿着与上述区域不同的方向在这里沿着嵌入件的横向方向设置的两个其他连接区域12B和13B。
[0077]因此，在这里所考虑的实施例中，天线的每个端部划分成至少两个区域，这些区域沿着嵌入件的至少两个不同方向面对着其其他端部的区域。
[0078]实际上，从厚度大约为200微米的PVC膜开始，例如通过将电镀铜层化学蚀刻为大约35微米的厚度来描绘出大体上相同的天线阵列。
[0079]如在本领域中所知的一样，天线的几何形状遵循具体的电规范(尤其是，对于每个天线打算与之合作的印刷电路的给定电容而言的调谐频率，根据Q选择的电阻等)。最重要的几何参数是天线的宽度、线圈的宽度和间距、铜的厚度等。
[0080]将该天线的端部划分成多个连接区域增大了形成连接的区域(并且因此降低了触点电阻)，并且使得最终连接可靠。这是因为横向区域12A和13A(在嵌入件的纵向上设置)对沿着长边的弯曲应力更敏感，而垂直区域12B和13B(在嵌入件的横向上设置)对沿着嵌入件的短边的弯曲应力更敏感。因此这优化了保持与天线接触的可能性，而不管所受到的弯曲类型。
[0081]要指出的是，该天线在这里是不完整的，因为图1显示出设置在下纤维上方和下方的两个端子14A和14B。在这些端子之间的连接可以通过形成在嵌入件的与天线线圈相反的表面上的桥接件(15，图3)来实现。
[0082]热压操作有利地将这些线圈和桥接件埋入在构成嵌入件的材料厚度中，这减小了由这些线圈和桥接件引起的升高图案。
[0083]按照本身公知的方式，然后进行层压步骤，从而将其上形成有天线阵列的膜夹在位于卡主体阵列内的其他膜之间。然后按照传统的方式裁切每个卡主体。
[0084]所层压的膜的厚度选择为使线圈位于所需的深度处，例如位于离卡主体的上表面260微米的深度处。根据该天线打算与之合作的模块的几何形状来限定该距离。
[0085]在将它们切成微芯片卡形状之后，这些层压膜一起形成一卡主体。
[0086]与上面同时，为每个天线制备一模块20，它包括位于支撑膜21上的外触点22、微电路23和通过引线23A与微电路连接的内触点(参见上面)。
[0087]该制备步骤例如包括锯切印刷电路然后将它们粘接在支撑膜上，通过焊接固定连接引线。用于双界面卡的模块的生产优选需要使用在其每个表面上具有导线层的模块，并且具有贯穿支撑膜的孔，而不管是否镀有金属；例如存在如在具有外触点的传统模块上一样的35微米铜导线的高水平面，以及用于使天线与微电路的输入端电连接的低水平面。原则上，不能从外面够到该天线。
[0088]外触点22的几何形状在这里没有详细说明，因为它们没有形成本发明的一部分。
[0089]图2显示出模块的内触点的几何形状的一个实施方案(它们因此处于上述的低水平面)。通过分析已经参照天线连接部分形状所述的内容，该模块的每个内部触点分成至少两个沿着至少两个方向面对着另一个触点的区域的区域。
[0090]更具体地说，模块20这里包括划分成通过迹线与另一个区域24C连接的两个区域24A-24B的第一内触点和划分成通过迹线与另一个区域25C连接的两个区域25A-25B的第二内触点。这些区域24A-24B和区域25A-25B沿着变为卡主体的纵向方向的方向彼此面对，并且这些区域24C和25C沿着与第一方向垂直的方向彼此面对。这里，接触区域为梯形或矩形，并且连接在用于与电线连接的圆形区域上。当然这些接触区域也可以有其他形状。
[0091]图3和4显示出卡主体和模块的组合。为了使图3清楚，某些部件显示出好像实际上覆盖它们的部件为透明的。
[0092]每个卡主体包括用于接收模块的空腔。
[0093]该空腔横越天线平面，并且天线的连接端子位于界定该空腔的台阶上。该空腔可以预先存在，但是优选在装配卡主体的最后形成。为此，可以采用本领域所知的任意适当的手段来检测天线的位置，然后去除材料(例如PVC)直到使这些线圈的铜裸露出。
[0094]图3显示出该天线的线圈、在嵌入件下面连接端子14A和14B的桥接件15、空腔的轮廓(外轮廓26和内轮廓27)、微电路23和模块的连接区域，就好像实际上覆盖着它们的部件是透明的。要指出的是，区域24A至24C和区域25A至25C共同与天线连接端子接触。
[0095]图4为根据图3结构装配到卡主体中的模块的剖视图。
[0096]要指出的是，粘接剂30设置在位于端子12B和13B以及区域24C和25C之间的由图3的轮廓26和27界定的台阶上，并且封装微电路23的树脂40块在天线平面下方延伸至空腔底部。
[0097]粘接剂30为导电各向异性粘接剂，并且包含有示意性显示出的导电球31(它们当然比它们在该图中看起来的更小，该图不是按比例绘制的)。
[0098]如此选择粘接剂和树脂，从而粘接剂30比树脂40更柔性。
[0099]树脂40优选例如由于其聚合或溶剂蒸发而会收缩。
[0100]将该模块装配到卡主体中的操作可以如上所述一样进行。
[0101]在准备好模块时，用粘接剂30涂覆其周边，该粘接剂优选为具有埋入在能够由110℃至150℃的温度激活的基质中的直径大约为20至40微米的镀银球的“热熔融”粘接剂。为了获得足够的柔性，基质(matrix)例如为聚酯基质。
[0102]而且，树脂40在模块之前沉积在卡主体的空腔中，以便将微电路封装在树脂中，并且使粘接剂30与天线端子接触。
[0103]该树脂40优选为具有明显收缩系数的离子纯度较高的环氧树脂。
[0104]在安放该模块之后，在500ms至2s非常短时间的接近160℃的温度下并且在适当的压力下激活粘接剂，以确保粘接剂30与与之电连接的区域的良好粘接。该树脂然后在明显更低的温度通常大约为45℃-60℃下聚合(以便使该粘接剂弱化)。
[0105]要理解的是，虽然粘接剂是在明显高于聚合温度的温度下激活，并且给予了用于粘接剂激活所需的时间，但是不同材料的同时处理似乎不会产生任何特殊的实施问题。
[0106]在当前实施例中，采用具有高收缩系数的树脂保证总是存在用来使模块朝着空腔底部运动的力，这有助于在卡主体/模块组件即所获得的智能卡可能受到的弯曲力的情况中降低在模块的内触点和天线端子之间的电中断。
[0107]图5显示出从中得到卡主体的一叠膜的一个实施方案。
[0108]层压涉及在高温并且在压力下将聚合物(PVC、PET等)膜设置在嵌入件的两个相对侧面上。
[0109]在所示的实施例中，厚为200微米的嵌入件11夹在两个大约100微米厚的补偿层之间；这个层叠件50+11+51又夹在两个通常为140微米厚的印刷层52和53之间。最后，覆盖层54和55形成该卡主体的外表面。
[0110]因此，该卡主体优选由选自聚氯乙稀、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯的材料层的层叠件形成；优选存在这些层的交替层。
[0111]已经将这些层分开以使该图清楚，但是必须理解的是，实际上它们是邻接的。
[0112]还要指出的是，在嵌入件的上表面上形成台阶，并且空腔穿过嵌入件和补偿层下降至该表面平面下方，从而下印刷层和覆盖层保持完整。
[0113]因此该方法的流程图如下规定：
[0114]锯切集成电路
[0115]粘接到模块中
[0116]焊剂连接引线
[0117]沉积各向异性导电粘接剂
[0118]机加工空腔
[0119]沉积树脂
[0120]将模块装配到卡主体中
[0121]预个人化测试
[0122]图形个人化
[0123]这在物理上完成了该卡。
