印刷天線式非接觸IC卡的制造技術(shù)
文章出處:http://m.dipdnbxp.cn 作者: 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2012年02月19日
[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:本文試圖從簡(jiǎn)單介紹印刷天線工藝方面出發(fā),從中論述二種工藝的特點(diǎn)和差異,以供同行商討。本文僅涉及到符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn),工作頻率為13.56MHz的非接觸卡。
前言
非接觸IC卡的制造工藝的核心內(nèi)容是天線及應(yīng)答器(簡(jiǎn)稱INLAY)的制造工藝。目前在制卡業(yè)界流行著三種非接觸卡天線及應(yīng)答器制造工藝:繞線、蝕刻和印刷。其中,繞線和印刷工藝在國(guó)內(nèi)得到了較為廣泛的應(yīng)用。而蝕刻工藝主要應(yīng)用于歐洲地區(qū)。國(guó)內(nèi)普遍使用的這兩種工藝有何不同,各有什么特點(diǎn)?本文試圖從簡(jiǎn)單介紹印刷天線工藝方面出發(fā),從中論述二種工藝的特點(diǎn)和差異,以供同行商討。本文僅涉及到符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn),工作頻率為13.56MHz的非接觸卡。
一 結(jié)構(gòu)
非接觸IC卡與接觸式IC卡等其他卡產(chǎn)品的顯著不同之處是包括了一個(gè)含有天線和芯片的INLAY層。不同INLAY制造方式形成各有特點(diǎn)的制造工藝。不同的制造工藝也影響非接觸IC卡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一張INLAY的兩面都加上印刷層和保護(hù)膜即組成了一張非接觸IC卡。這里主要介紹INLAY的結(jié)構(gòu)。
黃石捷德萬(wàn)達(dá)金卡有限公司從1999年開(kāi)始采用印刷天線制造工藝生產(chǎn)非接觸卡,積累了非接觸IC卡產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及許多實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)典型的印刷天線INLAY的結(jié)構(gòu)圖如下:
相比之下,此種結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn):
1) 可精確調(diào)整電性能參數(shù),優(yōu)化卡片使用性能;
非接觸卡電性能參數(shù)的設(shè)計(jì)是十分重要的,它直接影響了非接觸卡的讀卡距離、對(duì)讀卡器的適應(yīng)性和工作穩(wěn)定性。非接觸卡的主要工藝電性能參數(shù)有:諧振頻率、Q值和阻抗。為了達(dá)到最優(yōu)性能,所有的非接觸卡制造工藝都可以采用改變天線匝數(shù)、天線外尺寸大小和線徑粗細(xì)等方法來(lái)獲得。但印刷天線工藝除此以外,還可以通過(guò)局部改變線的寬度,改變芯層的厚度等精確調(diào)整到所需的目標(biāo)值。
非接觸卡的諧振頻率、Q值和阻抗可以采用阻抗儀或者網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)出。黃石捷德萬(wàn)達(dá)金卡有限公司擁有全套安捷倫(Agilent)公司提供的非接觸卡檢測(cè)儀器,可保證為用戶設(shè)計(jì)和制造出高性能、高可靠性的非接觸IC卡。
2) 適合于各種不同廠家提供的芯片模塊;
隨著非接觸卡的廣泛使用,越來(lái)越多的IC芯片廠家都加入到生產(chǎn)非接觸芯片和模塊的隊(duì)伍。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),各個(gè)廠家提供的芯片封裝形式不同,電性能參數(shù)也不同。而印刷天線INLAY結(jié)構(gòu)的靈活性,可分別地與各種不同芯片以及采用不同封裝形式的模塊相匹配,以達(dá)到最佳使用性能。
3) 可任意改變線圈形狀,以適應(yīng)用戶表面加工要求;
由于非接觸卡的多用途使用,以及各種個(gè)性化的要求越來(lái)越多,將對(duì)非接觸卡表面及卡體夾層有種種限制,如打凸字、敏感圖形等。印刷天線INLAY可按要求,方便地改變成任何形狀,甚至為非規(guī)則曲線以滿足客戶要求,而不降低任何使用性能。
4) 可使用各種不同卡體材料
此種結(jié)構(gòu)可按用戶要求,使用不同卡體材料,除PVC外,還可使用PET-G、PET、ABS、PC和紙基材料等。這是其它任何非接觸卡制造工藝所很難辦到的。如果采用繞線工藝,就很難用PC等材料生產(chǎn)出適應(yīng)高溫等用卡環(huán)境惡劣的條件的非接觸IC卡。
二 INLAY加工工藝流程
從此流程可以看出,印刷天線INLAY的制造工藝比較簡(jiǎn)單,所需的設(shè)備投資較小,而效率很高。主要設(shè)備為絲網(wǎng)印刷機(jī)和沖孔機(jī)。幾乎所有的制卡廠都有絲網(wǎng)印刷機(jī),可不需要另外投資。芯層和補(bǔ)償膜的沖孔機(jī)的投資不到20萬(wàn),投資很少。但生產(chǎn)靈活性很強(qiáng)。一條生產(chǎn)線的一般產(chǎn)能可達(dá)50,000片/班。在不增加設(shè)備情況下,最高可達(dá)200,000片/班。由于投資少,降低了生產(chǎn)成本,也減少了投資風(fēng)險(xiǎn)。
三 天線印刷工藝
從INLAY工藝流程圖中,可以看出天線印刷是一道重要加工工序。
天線印刷工藝與一般絲印工藝相同。首先按設(shè)計(jì)好的天線形狀進(jìn)行制版。絲印版網(wǎng)目可按實(shí)際需要在100—257目/英寸之間選用。絲印油墨的選用十分關(guān)鍵。由于油墨是導(dǎo)電體。油墨主要成份是金屬如銀和鋁等。要選用那些低電阻率,性價(jià)比高的油墨。印刷后線圈的電阻一般在2—25Ω之間。根據(jù)實(shí)際工藝需要,采用單面或雙面印刷天線,以獲得所需要的感抗。要想獲得高質(zhì)量的天線,還需要在許多細(xì)微之外進(jìn)行改進(jìn),如油墨選用、油墨調(diào)合、壓力大小、網(wǎng)目選用等,絲印版制作和油墨干燥等方面。這些都需要長(zhǎng)期的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。
與繞線和蝕刻天線相比,印刷天線工藝的最顯著特點(diǎn)是投資少、效率高。一臺(tái)繞線機(jī)價(jià)格大約在150萬(wàn)—300萬(wàn)人民幣之間。而產(chǎn)能僅為150—350片/小時(shí)。而一臺(tái)全自動(dòng)絲印機(jī)的價(jià)格為50—100萬(wàn)人民幣,而產(chǎn)能可高達(dá)10,000片/小時(shí)。
四 連接工藝
連接是指芯片模塊與天線之間的連接,它是所有不同天線制造工藝中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。印刷天線與模塊之間一般采用導(dǎo)電膠粘合或者直接壓合的方法。印刷天線的搭接面積一般都大于模塊連接端的面積,保證了連接的可靠性。再加上層壓時(shí)高溫高壓,使得模塊引線端與天線搭接塊熔為一體。此種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是工藝可操作性高和性能可靠性高。繞線式天線通常采用碰焊的方法連接模塊。此種工藝在保證焊頭、天線引頭和模塊位置十分準(zhǔn)確以及碰焊電流控制較好的情況下,能保證較好的連接。但因受控的因素較多,易出現(xiàn)虛焊、假焊和偏焊等缺陷。
此種連接方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可使用體積細(xì)小的模塊,如Mifare one、FCP2模塊等方便連接,而不降低產(chǎn)能和增加成本。采用此類小型封裝模塊,可以制作厚度≤0.5mm非接觸IC卡,而且表面無(wú)痕跡?,F(xiàn)在,在制卡業(yè)界已經(jīng)有將芯片(Die)與印刷天線粘合的工藝應(yīng)用,并廣泛用于智能標(biāo)簽(Smart label)的生產(chǎn)。
五 試驗(yàn)結(jié)果及使用效果
我公司采用印刷天線工藝制作的非接觸卡,在我公司的產(chǎn)品試驗(yàn)室經(jīng)過(guò)多次包括沖擊、腐蝕、振動(dòng)、溫度變化、紫外線、靜磁場(chǎng)和彎扭等試驗(yàn)內(nèi)容的破壞性試驗(yàn)。每次抗彎扭試驗(yàn)循環(huán)均可過(guò)到2萬(wàn)次以上,為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的10倍。而破壞的原因主要是卡體破裂造成。此外,我公司每年送印刷天線非接觸卡到國(guó)家質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè),每次都一次通過(guò),沒(méi)有反映任何問(wèn)題。
采用此種工藝生產(chǎn)的非接觸卡已在國(guó)內(nèi)售出達(dá)500萬(wàn)片以上,并出口日本、新加坡、墨西哥和西班牙等國(guó)家達(dá)150萬(wàn)片以上,用戶反映良好。
在此值得一提的是非接觸IC卡使用性能的測(cè)試方法。人們常常要求非接觸IC卡的讀寫距離大于10cm或5cm。這種要求是不精確的。讀寫距離除與卡片有關(guān),更多的與讀卡器有關(guān)。讀卡器的工作頻率偏差、輸出功率的大小,都會(huì)影響讀寫距離。我們?cè)龅竭@樣一種情況:我公司生產(chǎn)的非接觸卡在一種型號(hào)讀卡器上測(cè)試的讀寫距離高達(dá)15cm。但換了另一種型號(hào)的讀卡器后,卻無(wú)任何響應(yīng)。判別一種非接觸IC卡的使用性能的科學(xué)方法是遵循IS014443標(biāo)準(zhǔn)。在讀卡器工作頻率準(zhǔn)確調(diào)整為13.56MHz時(shí),卡片分別在最大場(chǎng)強(qiáng)7.5A/m或最低場(chǎng)強(qiáng)1.5A/m情況下,都能正常讀寫,即為合格產(chǎn)品.質(zhì)量越高的產(chǎn)品,適應(yīng)的范圍越大.用此種標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)減少一些合同糾紛,生產(chǎn)廠家也可用此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì).
六 結(jié)論
采用印刷天線工藝生產(chǎn)非接觸卡具有投資少、性能高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),具有較強(qiáng)的生命力,將與繞線式工藝和蝕刻工藝長(zhǎng)期并存。絲印天線工藝生產(chǎn)的各類非接觸卡已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的各行各業(yè),并獲得廣泛好評(píng)。絲印天線工藝必將以其高效率、高可靠性、靈活性更好地滿足客戶的各種不同需求。
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