ПЕРЕХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ МИКРОПРОЦЕССОРА В ПОЛУМЕТАЛЛИЧЕСКУЮ КАРТУ Российский патент 2025 года по МПК G06K19/00 

Изобретение относится к области изготовления платежных и идентификационных карт, имеющих металлические слои в конструкции и предназначенные для бесконтактной оплаты или идентификации. Более конкретно предлагаемое техническое решение раскрывает узел установки микропроцессора в описанную выше карту, и представляет собой переходное устройство для обеспечения возможности работы в одной карте микропроцессора, предназначенного для физической припайки к антенне, совместно с антенной предназначенной для работы с микропроцессором с индуктивной связью.

Известен способ изготовления полуметаллических карт, описанный в патенте RU2789826, опубликованном 10.02.2023. В данной технологии наиболее трудоемким и сложным процессом является установка микропроцессора. Сложность заключается в том, что при установке микропроцессора необходимо обеспечить взаимосвязь микропроцессора и антенны, встроенной в карту, для реализации бесконтактного интерфейса.

Существует два основных способа взаимодействия микропроцессора и антенны. Один из них подразумевает физический контакт между контактами микропроцессора и антенной, для этого могут быть использованы различные способы: пайка, соединение при помощи электропроводного клея, соединение при помощи анизотропной термоклеевой ленты и т.п. Имплантирование микропроцессоров в полуметаллическую карту по этому варианту осложняется тем, что антенна в карте находится на гораздо большей глубине относительно антенны в пластиковых картах, и есть необходимость в компенсации этой разницы, для того чтобы внешние контакты микропроцессора, предназначенные для работы контактного интерфейса, находились на уровне лицевой поверхности карты. Одно из решений этой проблемы описано нами в патенте RU2789826 на способ производства полуметаллических карт. Этот момент делает такой способ имплантации чрезвычайно сложным для автоматизированной установки микропроцессоров. Второй способ подразумевает индуктивную связь между чипом и антенной. В этом варианте не требуется физический контакт между микропроцессором и антенной. Для осуществления такого способа необходимы микропроцессоры в корпусах, содержащих электрическую катушку, посредством которой осуществляется индуктивная связь с антенной (фиг. 3). Технология с индуктивной связью лишена проблемы с глубиной залегания антенны, что делает такую технологию гораздо более простой для применения автоматизированных систем имплантирования микропроцессоров. Использование этой технологии для производства в настоящее время ограничено в связи с тем, что приобретение микропроцессоров с индуктивной технологией чрезвычайно затруднено.

Также известно решение, описанное в публикации (WO2023239109A1, 14.12.2023), наиболее близкое к предлагаемому, в котором металлическая карта содержит антенный слой, радиочастотную (РЧ) микросхему, в которую встроена катушка микросхемы для радиочастотной связи с антенным слоем; и вставку с катушкой, которая поддерживает радиочастотную микросхему, при этом вставка с катушкой содержит катушку, которая вставлена в верхнюю часть корпуса, примыкающую к катушке микросхемы, и имеет канал, сформированный для проводной связи катушки микросхемы с катушкой антенны антенного слоя. Таким образом, к чипу, уже имеющему встроенную антенну, добавлен переходное устройство с катушкой, который присоединяется к антенне, предназначенной для соединения с обычными чипами.

Предлагаемое техническое решение решает задачу, обратную задаче, описанной в известном из WO2023239109A1 решении, а именно позволяет использовать микропроцессоры, предназначенные для физической припайки к антенне, совместно с антенной предназначенной для чипов с индуктивной связью.

Поставленная задача решена разработкой переходного устройства между микропроцессором и антенной.

Техническим результатом патентуемого устройства является автоматизация процесса имплантации микропроцессоров и обеспечение возможности использования микропроцессоров без индуктивной технологии для реализации бесконтактного интерфейса.

Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструкции переходного устройства для установки микропроцессора в полуметаллическую карту, представляющего собой многослойную печатную плату с отверстием для размещения кристалла микропроцессора, многослойная печатная плата включает, по меньшей мере, два слоя фольгированного материала, скрепленные между собой клеевым композитным составом, и контакты, расположенные на поверхности переходного устройства, обращенной при установке в корпус карты к лицевой стороне карты, и предназначенные для соединения с контактами микропроцессора, при этом на каждом слое многослойной печатной платы расположены витки электрической катушки, связанные между собой и с контактами посредством металлизированного покрытия на стенках отверстий в слоях многослойной печатной платы.

В частном случае слои многослойной печатной платы выполнены из стеклотекстолита, полиамида, или гетинакса и других материалов, применяемых при изготовлении печатных плат.

В частном случае клеевой композитный состав представляет собой листы тканых либо нетканых материалов, в качестве основы может быть использовано углеволокно, стекловолокно, базальтовое волокно, кевлар пропитанные термореактивными либо химически отверждаемыми смолами.

Углубление по центру в переходном устройстве предназначено для того, чтобы локальное утолщение микропроцессора в области установки кристалла не влияло на глубину его установки. Выполнение печатной платы в виде многослойной конструкции позволяет разместить необходимое число витков в катушке при сохранении необходимых размеров переходного устройства и с использованием стандартных параметров технологических процессов изготовления печатных плат.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

Фиг. 1 - послойная конструкция карты при использовании в ней антенны с индуктивной связью.

Фиг. 2 - общая конструкция переходного устройства.

Фиг. 3 - типичная конструкция микропроцессора, предназначенного для индуктивной связи с антенной.

Фиг. 4 - конструкция переходного устройства.

Фиг. 5 - схема установки переходного устройства при производстве карты.

Фиг. 6 - схема установки микропроцессора в карту с переходным устройством.

На фиг.1 изображена послойная конструкция карты при использовании в ней антенны с индуктивной связью. На схеме показан разрез карты в области (7) установки микропроцессора. На лицевой стороне карты располагается металлический слой (1), под которым расположен слой из материала, поглощающего электромагнитное излучение (ЭМИ) (2), слои (3) и (4), представляющие собой листы из ПВХ, и служащие для обеспечения некоторого расстояния между антенной (6) и слоем, поглощающим ЭМИ (2), и слой (5), служащий основой для намотки антенны (6). Антенна (6) изготавливается из медной проволоки методом ультразвукового вплавления. Глубина (a) полости (7) для установки микропроцессора, составляет порядка 600 мкм. На антенне (6) в области (7) установки микропроцессора располагается катушка для индуктивной связи с микропроцессором.

В области (7) размещают переходное устройство, причем оно должно быть такой толщины, чтобы размещенный сверху микропроцессор не выступал по высоте за пределы лицевой стороны карты. Учитывая, что на микропроцессоре по центру есть область, в которой расположен кристалл и эта область защищена компаундом, то толщина микропроцессора в этом месте значительно превышает толщину микропроцессора по периметру, следовательно, в переходном устройстве должно быть предусмотрено по центру углубление или отверстие чтобы локальное утолщение микропроцессора не влияло на глубину его установки. На фиг. 2 представлена общая конструкция переходного устройства (8) с основными элементами: катушка (9), контакты для подключения микропроцессора (10), проводящее металлизированное покрытие (12) в каналах, образованных отверстиями в слоях, и обеспечивающее соединение между катушкой (9) и контактами (10), отверстие (11) для размещения кристалла микропроцессора. Металлизированное покрытие на стенках отверстий в слоях многослойной печатной платы образует каналы, проходящие между контактами микропроцессора и витками, через которые должно осуществляться электрическое соединение проводников на разных сторонах материала, представляет собой слой меди, и через образовавшуюся медную «трубку» осуществляется электрический контакт между слоями фольги. Толщина (b) переходного устройства, определяется как толщина (а) углубления (7) минус толщина подложки микропроцессора. Переходное устройство наиболее проще и технологичнее выполнить по технологии изготовления печатных плат. Эта технология позволяет на одном изделии выполнить катушку с контактами для присоединения микропроцессора и обеспечить точные геометрические размеры, а также сформировать необходимые отверстия по центру переходного устройства. На фиг. 3 представлена типичная конструкция микропроцессора, предназначенного для индуктивной связи с антенной. Как можно увидеть, что катушка (13) для связи выполнена непосредственно на корпусе микропроцессора (14) печатным способом. Можно обратить внимание, насколько мала ширина проводников катушки и насколько малы зазоры между витками катушки. Для обеспечения столь малых значений требуется специализированное оборудование, т.к. даже для современных производств по изготовлению печатных плат подобные значения являются недосягаемыми.

При разработке конструкции переходного устройства мы учитывали, что количество витков в катушке переходного устройства, как показали расчеты и данные полученные эмпирическим путем, может быть в диапазоне от 12 до 16 витков. При расчетах количества витков учитывалась определенная внутренняя электрическая емкость микропроцессоров, составляющая порядка 15-20 pF, при этом следует отметить, что если у микропроцессоров будет существенно изменена ёмкость, то необходимое количество витков переходного устройства также изменится. При расчете количества витков на переходном устройстве принималась во внимание резонансная частота антенной катушки, предназначенной для связи с микропроцессором. Для обеспечения оптимальной работы схемы резонансные частоты на переходном устройстве и на антенной катушке должны примерно совпадать. Повлиять на резонансную частоту катушки, расположенной на антенне мы практически не можем, т.к. она ограничена по размеру площадью микропроцессора, а количество витков на ней ограничено возможностью оборудования, предназначенного для намотки антенн, таким образом, единственное что мы можем корректировать, это количество витков на переходном устройстве. При маленьком количестве витков (9-11) и при подключенном к переходному устройству микропроцессоре, мы получаем резонансную частоту в районе 25 МГц, что гораздо выше резонансной частоты катушки антенны, которая составляет около 20 МГц, для снижения резонансной частоты переходного устройства, нам необходимо либо увеличить количество витков в катушке, либо увеличить внутреннюю электрическую емкость цепей микропроцессора. На электрическую емкость цепей микропроцессора мы повлиять не можем, поэтому нам остается только лишь увеличивать количество витков катушки переходного устройства. Проведя ряд экспериментов с переходными устройствами с различным количеством витков, мы пришли к выводу, что оптимальным количеством витков в нашем случае будет количество витков равное 12-16, т.к. именно при этом количестве витков резонансные частоты переходного устройства и катушки антенны примерно совпадают и карта с установленным микропроцессором срабатывает на максимально возможной высоте (около 45-50 мм). Разместить такое количество витков на одном слое печатной платы по площади равной площади банковского чипа, да еще и с отверстием посередине на сегодняшний день не представляется возможным, т.к. самый точный класс производства печатных плат для проводников спирального типа при толщине фольги 18 мкм, позволяется реализовать толщину дорожки и зазор между дорожками равные 0,1 мм, что соответствует 6-8 витков на одной поверхности. Принимая во внимание все вышеперечисленные моменты, мы реализовали переходное устройство в виде многослойной печатной платы. Конструкция переходного устройства показана на фиг.4. Переходное устройство представляет собой многослойную печатную плату, выполненную из слоев (15) фольгированного материала (стеклотекстолит, полиамид, гетинакс и другие материалы, применяемые при изготовлении печатных плат), скрепленных между собой клеевым композитным составом (16), представляющим собой листы тканых либо нетканых материалов, в качестве которых может быть использовано углеволокно, стекловолокно, базальтовое волокно, кевлар, пропитанных термореактивными либо химически отверждаемыми смолами, количество слоев может быть различным, но не менее двух (т.к. разместить на одном слое и катушку и контакты для соединения с микропроцессором при таких размерах совершенно невозможно), в зависимости от технологических возможностей изготовителя. Решение, позволившее реализовать такое переходное устройство - это расположение витков катушки на разных слоях многослойной печатной платы, в результате чего стало возможным изготовить необходимое количество витков при сохранении необходимых размеров переходного устройства и с использованием стандартных параметров технологических процессов изготовления печатных плат. Один из вариантов реализации - это применение четырехслойной печатной платы, на которой проводники шириной 0,1 мм, расположены в следующих количествах 1 слой 7 витков, 2 слой 5 витков, 3 слой 4 витка, 4 слой контакты для подключения микропроцессора.

Осуществляется изобретение следующим образом.

На фиг. 5 показано положение переходного устройства (17) при производстве карты. Переходное устройство (17) вклеивается в полость (7) над слоем карты (4) при помощи любого подходящего клея (18), при вклейке контакты (10) для подключения микропроцессора позиционируются таким образом, чтобы они были обращены к лицевой стороне карты.

После установки в карты переходного устройства устанавливают микропроцессор в карту в автоматическом режиме с использованием распространенной технологии монтажа микропроцессоров через анизотропную термоклеевую ленту. На фиг.6 схематично показана установка микропроцессора (19) в карту с переходным устройством (17). Контакты микропроцессора (20) и контакты (10) переходного устройства (17) замыкаются между собой посредством термоклеевой анизотропной ленты (21), при помощи этой же ленты микропроцессор фиксируется в карте. Как можно заметить кристалл (22) микропроцессора (19), защищенный компаундом (23) размещается в отверстии переходного устройства (17) и никаким образом не влияет на глубину посадки микропроцессора.

Разработанное решение существенно снижает трудоемкость имплантирования микропроцессоров в полуметаллические карты и делает возможным применение индукционной антенны для связи с микропроцессорами, изначально не предназначенными для применения такой технологии.

Изобретение относится к области изготовления платежных и идентификационных карт, имеющих металлические слои в конструкции и предназначенных для бесконтактной оплаты или идентификации. Техническим результатом устройства является автоматизация процесса имплантации микропроцессоров и обеспечение возможности использования микропроцессоров без индуктивной технологии для реализации бесконтактного интерфейса. Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструкции переходного устройства для установки микропроцессора в полуметаллическую карту, представляющего собой многослойную печатную плату с отверстием для размещения кристалла микропроцессора, многослойная печатная плата включает по меньшей мере два слоя фольгированного материала, скрепленные между собой клеевым композитным составом, и контакты, расположенные на поверхности переходного устройства, обращенной при установке в корпус карты к лицевой стороне карты, и предназначенные для соединения с контактами микропроцессора, при этом на каждом слое многослойной печатной платы расположены витки электрической катушки, связанные между собой и с контактами посредством металлизированного покрытия на стенках отверстий в слоях многослойной печатной платы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Переходное устройство для установки микропроцессора в полуметаллическую карту, представляющее собой многослойную печатную плату с отверстием для размещения кристалла микропроцессора, при этом многослойная печатная плата включает по меньшей мере два слоя фольгированного материала, скрепленные между собой клеевым композитным составом, и контакты, расположенные на поверхности переходного устройства, обращенной при установке в корпус карты к лицевой стороне карты, и предназначенные для соединения с контактами микропроцессора, при этом на каждом слое многослойной печатной платы расположены витки электрической катушки, связанные между собой и с контактами посредством металлизированного покрытия на стенках отверстий в слоях многослойной печатной платы, образующих каналы, проходящие между контактами микропроцессора и витками.

2. Переходное устройство по п.1, в котором слои многослойной печатной платы выполнены из стеклотекстолита, полиамида или гетинакса.

3. Переходное устройство по п.1, в котором клеевой композитный состав представляет собой клеевой композитный состав, представляющий собой листы тканых либо нетканых материалов, в качестве которых использовано углеволокно, или стекловолокно, или базальтовое волокно, или кевлар, пропитанные термореактивными либо химически отверждаемыми смолами.