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[推荐]薄型非接触IC卡中的组成部分分析和选择
薄型非接触IC卡的组成和标准非接触IC卡的组成一样,都是由芯片、卡基材料、天线等部分组成,但是根据具体使用情况的不同,也各有区别。现分别讨论如下: 1.芯片封装形式的选择 传统的非接触IC卡生产在采用芯片封装时形式上都是用模塑封装后的模块来生产的。如果要生产薄型非接触IC卡,在采用外形尺寸为4.8mm×5.1mm×0.30mm的模块尺寸时,困难就比较大。因此需要采用更小尺寸的没有封装的裸芯片,如飞利浦公司ultralight裸芯片的外形尺寸约为0.55mm×0.55mm×0.13mm,由于其厚度仅为0.13mm,这就为生产薄型非接触IC卡创造了一个有利的条件。 (1)模块封装的主要生产工艺(如图1所示):智能停车场系统其生产过程一般是由模块封装厂来完成的。由于过程中增加了下述这些生产环节,这就使得用模块封装和采用裸芯片封装的方式相比,其生产成本明显要高,同时模块的厚度也比裸芯片要厚很多,其中仅封胶的厚度就达0.3mm左右。 (2)为了更详细地分析这两种形式的不同,下面通过结构示意图来简单介绍。图2a、2b是模块封装和倒装连接(FLIPCHIP)的结构对比,从图中可以看到:模块封装结构比倒装连接要复杂。在图2a中,和金线相连的基材一般是芯片的引脚,在生产中需要把封装好的模块从载带上冲切下来,然后和绕线天线的两个触点进行碰焊,来完成非接触IC卡的电路部分。而采用倒装连接技术时,如图2b所示,其基材可以是蚀刻天线(或者印刷天线)的触点,这样既省去了图1的模块封装工艺,也不需要从载带冲切模块和碰焊等生产工序。而且还能够实现焊区与焊区直接导连,减小了其互连产生的杂散电容、互连电阻及互连电感。简化了生产过程,提高了非接触IC卡的可靠性。同时由于采用芯片直连技术,就使得生产出的天线层(inlay)在厚度上一般能够控制在0.26mm以内,为生产厚度0.5mm的非接触IC卡奠定了较好的基础。 在图2b中如果基材不是蚀刻天线(或者印刷天线),而是载带的话,这样的结构形式就是FCP形式,采用这种结构,同样可以生产厚度在0.26mm的天线层。 (3)倒装连接是一种新的内连(interconnect)技术,目前在半导体行业中有着比较广泛的应用。虽然在生产非接触IC卡中采用的倒装技术(图2b中基材是天线触点的情况)是来自半导体行业,但还是有一些比较大的区别。表1中简单列举了在非接触IC卡和半导体行业生产中应用倒装技术的一些区别。从表中可以看到,针对非接触IC卡的具体情况,倒装连接工艺具有自己的特点,它是根据采用基材的特性和芯片的种类来考虑的。 根据上面的分析可知,模塑封装的模块在外形尺寸上比较大,其不适宜生产厚度在0.5mm及以下的非接触IC卡中,而倒装工艺是一种非常成熟的技术,采用这种技术可以生产更薄的非接触IC卡(厚度甚至能够达到0.4mm或者更薄)。同时采用倒装工艺也是IC卡行业今后的发展方向之一。 2.卡基材料的选择 目前,在生产非接触IC卡时采用的卡基材料一般有PVC、PET、纸等几种,下面分别对这几种材料的特性和应用做一简单介绍: (1)PVC(学名聚氯乙稀),是目前生产非接触IC卡中常用的材料,它的软化点(Vicat)点一般在50~700℃之间,PVC的热温定性稍差,当它加热到1300℃以上时即开始分解放出有毒的氯化氢,在2000℃左右就会急剧分解而炭化。所以在常规生产的工艺参数中,温度一般都控制在1700℃以内。由于这种材料在适当的加热、加压情况下,能够把几层PVC完全融合为一个整体。所以,这种材料在非接触IC卡的行业中得到了广泛的应用。采用这种材料来生产单程票也是可行的。但是由于PVC的强度、耐磨性等方面不如PET,所以在卡片的厚度上不能生产出像磁卡(PET材料)那样薄,一般PVC卡片的厚度要大于0.3mm以上,最理想在0.4mm以上,才能够保证有足够的强度和耐磨性。 (2)PET(学名聚对苯二甲酸乙二醇酯),软化范围在230~240℃,熔点在255~260℃,具有比较好的抗弯性、耐磨性等特点。但是在目前的技术条件下,还达不到像PVC卡一样通过加热、加压的方式把几层PET卡片融合为一个整体。因此,大多数情况下是采用双面胶作为粘结的材料来解决这个问题。也有生产厂家采用价格比较高的热固性胶来作为粘结材料,但是这样就会增加产品的成本。同时,如果采用PET生产单程票的话,在层压工序时采用生产非接触IC卡的工艺参数时,防盗报警就不能像PVC在加热时会软化延伸来填补空隙。所以,即使其层压后卡基的厚度能够达到0.4mm以下,而其中芯片位置的厚度仍然远远大于这个数值。 (3)纸作为一种生产非接触IC卡的材料,价格相对便宜,一般是用来生产电子标签,如果作为单程票,就需要解决防潮及卡基强度等问题。 根据目前使用的卡基材料,通过上述分析可知,PET和纸虽然各自具有一定的优点,但是生产单程票比较理想的材料还是PVC。 3.天线种类的选择 非接触IC卡(含电子标签)中使用的天线种类一般有绕线天线、蚀刻天线、印刷天线等几种。传统的非接触IC卡中大多数都采用绕线天线,少数采用蚀刻天线,通过使用实验证明,这种蚀刻天线性能稳定,技术上比较成熟。而印刷天线则是采用导电银浆通过丝网印刷来制作的,这种天线存在着弯折时其线圈电阻值会改变的缺点,用这种天线生产的单程票在发卡时一般会发生信号不稳定的情况(通常100张中有差不多2~4张有问题,比例占2~4%)。这类丝网印刷的天线一般是用在电子标签中。另外,绕线天线也只能在PVC基材上绕制;蚀刻天线则可以在PVC和PET两种材料上制作;而印刷天线则都能够在这三种材料上印刷。 薄型非接触IC卡的组成和标准非接触IC卡的组成一样,都是由芯片http://www.ahlinbo.com、卡基材料、天线等部分组成,但是根据具体使用情况的不同,也各有区别。现分别讨论如下: 1.芯片封装形式的选择 传统的非接触IC卡生产在采用芯片封装时形式上都是用模塑封装后的模块来生产的。如果要生产薄型非接触IC卡,在采用外形尺寸为4.8mm×5.1mm×0.30mm的模块尺寸时,困难就比较大。因此需要采用更小尺寸的没有封装的裸芯片,如飞利浦公司ultralight裸芯片的外形尺寸约为0.55mm×0.55mm×0.13mm,由于其厚度仅为0.13mm,这就为生产薄型非接触IC卡创造了一个有利的条件。合肥停车场系统 (1)模块封装的主要生产工艺(如图1所示):其生产过程一般是由模块封装厂来完成的。由于过程中增加了下述这些生产环节,这就使得用模块封装和采用裸芯片封装的方式相比,其生产成本明显要高,同时模块的厚度也比裸芯片要厚很多,其中仅封胶的厚度就达0.3mm左右。 (2)为了更详细地分析这两种形式的不同,下面通过结构示意图来简单介绍。图2a、2b是模块封装和倒装连接(FLIPCHIP)的结构对比,从图中可以看到:模块封装结构比倒装连接要复杂。在图2a中,和金线相连的基材一般是芯片的引脚,在生产中需要把封装好的模块从载带上冲切下来,然后和绕线天线的两个触点进行碰焊,来完成非接触IC卡的电路部分。而采用倒装连接技术时,如图2b所示,其基材可以是蚀刻天线(或者印刷天线)的触点,这样既省去了图1的模块封装工艺,也不需要从载带冲切模块和碰焊等生产工序。而且还能够实现焊区与焊区直接导连,减小了其互连产生的杂散电容、合肥刷卡门禁互连电阻及互连电感。简化了生产过程,提高了非接触IC卡的可靠性。同时由于采用芯片直连技术,就使得生产出的天线层(inlay)在厚度上一般能够控制在0.26mm以内,为生产厚度0.5mm的非接触IC卡奠定了较好的基础。 在图2b中如果基材不是蚀刻天线(或者印刷天线),而是载带的话,这样的结构形式就是FCP形式,采用这种结构,同样可以生产厚度在0.26mm的天线层。 (3)倒装连接是一种新的内连(interconnect)技术,目前在半导体行业中有着比较广泛的应用。虽然在生产非接触IC卡中采用的倒装技术(图2b中基材是天线触点的情况)是来自半导体行业,但还是有一些比较大的区别。表1中简单列举了在非接触IC卡和半导体行业生产中应用倒装技术的一些区别。从表中可以看到,针对非接触IC卡的具体情况,倒装连接工艺具有自己的特点,它是根据采用基材的特性和芯片的种类来考虑的。 根据上面的分析可知,模塑封装的模块在外形尺寸上比较大,其不适宜生产厚度在0.5mm及以下的非接触IC卡中,而倒装工艺是一种非常成熟的技术,采用这种技术可以生产更薄的非接触IC卡(厚度甚至能够达到0.4mm或者更薄)。同时采用倒装工艺也是IC卡行业今后的发展方向之一。 2.卡基材料的选择 目前,在生产非接触IC卡时采用的卡基材料一般有PVC、合肥门禁系统PET、纸等几种,下面分别对这几种材料的特性和应用做一简单介绍: (1)PVC(学名聚氯乙稀),是目前生产非接触IC卡中常用的材料,它的软化点(Vicat)点一般在50~700℃之间,PVC的热温定性稍差,当它加热到1300℃以上时即开始分解放出有毒的氯化氢,在2000℃左右就会急剧分解而炭化。所以在常规生产的工艺参数中,温度一般都控制在1700℃以内。由于这种材料在适当的加热、加压情况下,能够把几层PVC完全融合为一个整体。所以,这种材料在非接触IC卡的行业中得到了广泛的应用。采用这种材料来生产单程票也是可行的。但是由于PVC的强度、耐磨性等方面不如PET,所以在卡片的厚度上不能生产出像磁卡(PET材料)那样薄,一般PVC卡片的厚度要大于0.3mm以上,最理想在0.4mm以上,才能够保证有足够的强度和耐磨性。 (2)PET(学名聚对苯二甲酸乙二醇酯),软化范围在230~240℃,熔点在255~260℃,具有比较好的抗弯性、耐磨性等特点。但是在目前的技术条件下,还达不到像PVC卡一样通过加热、加压的方式把几层PET卡片融合为一个整体。因此,大多数情况下是采用双面胶作为粘结的材料来解决这个问题。也有生产厂家采用价格比较高的热固性胶来作为粘结材料,但是这样就会增加产品的成本。同时,如果采用PET生产单程票的话,在层压工序时采用生产非接触IC卡的工艺参数时,就不能像PVC在加热时会软化延伸来填补空隙。所以,即使其层压后卡基的厚度能够达到0.4mm以下,而其中芯片位置的厚度仍然远远大于这个数值。 (3)纸作为一种生产非接触IC卡的材料,价格相对便宜,一般是用来生产电子标签,如果作为单程票,就需要解决防潮及卡基强度等问题。 根据目前使用的卡基材料,通过上述分析可知,PET和纸虽然各自具有一定的优点,但是生产单程票比较理想的材料还是PVC。 3.天线种类的选择岗亭 非接触IC卡(含电子标签)中使用的天线种类一般有绕线天线、蚀刻天线、印刷天线等几种。传统的非接触IC卡中大多数都采用绕线天线,少数采用蚀刻天线,通过使用实验证明,这种蚀刻天线性能稳定,技术上比较成熟。而印刷天线则是采用导电银浆通过丝网印刷来制作的,这种天线存在着弯折时其线圈电阻值会改变的缺点,用这种天线生产的单程票在发卡时一般会发生信号不稳定的情况(通常100张中有差不多2~4张有问题,比例占2~4%)。这类丝网印刷的天线一般是用在电子标签中。另外,绕线天线也只能在PVC基材上绕制;蚀刻天线则可以在PVC和PET两种材料上制作;而印刷天线则都能够在这三种材料上印刷。