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【IDM文章精选】技术聚焦之双界面卡生产工艺的机遇与挑战(二)

奥航智讯2019-06-28 18:20:01

双界面卡的生产涉及一系列复杂的工序,需要同时运用接触式和非接触式两种智能卡的生产工艺。


通常,标准的加工流程分五个步骤:

  1. 制作INLAY和卡片印刷层

  2. 卡片层压

  3. 冲切成单张卡片

  4. 卡片铣槽

  5. 芯片模块封装

  6. 卡片个性化制作

  7. 卡片包装


在引入双界面卡片自动化生产设备之前,关键步骤都是由手工或半自动化设备完成,特别是上述的芯片模块封装。工人们需要通过手工挑线将芯片模块与天线进行焊接。


这样的加工方式无法胜任工艺日趋复杂的智能卡产品对高产量的任务要求。因为手工加工很难在长时间的劳作下保持质量的稳定性和一致性,更不用说目前的人力成本也在不断提高。


为了更深入地了解市场上双界面卡加工生产工艺的最新发展趋势,IDM杂志采访了该领域的几大供应商,并整合了他们对该行业的观点和评价,供大家参考!


三种已知的生产工艺及对比

随着技术的不断进步,双界面卡的生产工艺全面实现了自动化。在整个生产流程当中,芯片封装这一步的差异是较大的。也正由于芯片成本占整个卡片的大部分成本的原因,所以智能卡厂对该步骤的加工工艺也是研究的最多。若按芯片模块封装工艺的自动化方式加以分类,可分为三种,分别是:全自动焊接工艺、高精度铣槽填充导电材料工艺以及耦合感应工艺。

全自动焊接工艺

虽然物理焊接工艺有一定的弊端,但是像银行这样的客户仍旧青睐于将天线和芯片进行物理金属焊接的生产工艺,因为他们已经“习惯”了这种工艺。


“中国生产的一大批卡片都在使用这种工艺……虽然首批生产的废品率非常高,但是卡厂可用后面批次的合格卡片加以弥补。像银行这样的客户基本上对故障是零容忍的,所以他们更倾向于使用他们认为安全的现有工艺,而不愿尝试新工艺。”一芯智能科技有限公司总经理王莉萍评论道。一芯智能是法国金雅拓公司的全球战略合作伙伴。


在这样的情况下,RFID领域领先的研发者、制造商和供应商Smartrac决定进一步开发这一工艺来弥补其缺陷。在深圳举办的第四届智能卡加工制造最新发展与未来趋势会议上,Smartrac副总监王玮霆透露,新的解决方案将结合DIF PRELAM®产品和全自动设备进行生产。

SmartracDIF PRELAM®工艺是将INLAY和模块预先加工好,卡厂只要根据芯片模块的位置,事先在卡片印刷层铳切预留出模块的位置,然后将此INLAY和多层卡基层压好即可。


这种生产工艺有利于刚刚加入的生产双界面卡片产品的卡厂。他们不需要出资购买传统双界面卡生产流程所需的所有机器,只需采购DIF PRELAM® 相应产品并购买一台层压机即可。不过,他们仍需进行严格的质量控制来控制废品率。


铣槽填充导电材料


如何在已置入天线和INLAY的卡基上精准铣槽留出精确的空间用于植入导电材料,一直都是双界面卡加工制造的一大挑战。


王莉萍解释说:“这对精度要求很高。铣得太深会把天线铣断;铣得太浅,又无法形成良好的导电连接。”


王莉萍认为,在传统的加工流程中,有两个步骤可以改善。首先,INLAY可采用自动化生产或采购现成的INLAY。其次,可将导电材料填充到芯片和天线之间,实现两者的实物连接,从而代替焊接,所需的自动化技术则会简单许多。


王莉萍称:“传统做法是,人们制作INLAY要进行手工或机器绕线并将卡片中的天线与芯片模块进行手工焊接,或购买一套全自动设备来做这道工序。然而,一芯智能可提供整版的双界面卡片的预制INLAY来简化这道工序,卡厂直接使用我们的预制INLAY进行双界面卡片的卡体层压及芯片模块封装,从而减少设备投资和人力投入,从而降低制止成本,提高效率。”


“卡厂可利用自己的层压和铣槽机生产普通双界面卡卡基,预留好嵌入芯片所需的槽位。下一步使用制作接触式卡片用到的背胶机在芯片模块背面点上导电材料,在接触式模块封装过程中,就可以将此导电材料和预置在INLAY中的锡片以及卡体天线进行快速焊接,传统的接触式卡片封装设备都可以完成。这种工艺能达到可靠的焊接效果,但无需购买价格昂贵的高精度铣槽机,生产流程更容易控制,可节约不少成本。”王总进一步解释道。


这一工艺的优点在于,卡厂可最大化利用自身现有的设备,只需少量投资购买用于预置芯片模块背面导电材料的设备即可。购买预置INLAY的成本也不贵,还可节省一大笔人力成本。王莉萍指出,一芯智能的双界面卡封装解决方案能够提供高达99.5%的良品率。


王莉萍谈道:“用我们这种方式生产的卡片可最低使用五年以上。这一工艺已通过了检测,但是银行方面仍有顾虑,因为这毕竟是个新技术……可见,银行非常不愿意冒险尝试新事物,尤其现在他们正面临着第三方支付平台的激烈竞争介入、金融市场化等市场环境变化,他们实在不愿在卡片方面再遇到任何麻烦。”



在上述的工艺当中,提到了填充的导电材料,目前这种导电材料分几种形态,导电胶、导电胶带,德国纽豹公司还提供了一种叫做FlexibleBump的弹性导电胶材料,作为连接芯片和天线的介质,不失为另一种选择。


耦合感应


耦合感应工艺是利用芯片模块上的线圈形成电磁场与卡体INLAY的电磁场之间进行电磁感应通讯,从而达到芯片与天线连接的效果。而芯片模块与INLAY中的天线是没有物理上的连接的。


据英飞凌介绍,感应耦合工艺具有多个优点。

  1. 简化生产流程,提高产量,从长期来看这将降低生产成本。

  2. 消除了芯片模块与天线之间的物理连接,增强了卡的耐用性。而且在双界面卡卡体开裂不是很严重的情况下,依旧不会影响卡的正常使用。

  3. 可实现双界面卡的高速量产,与标准的接触式智能卡生产设备完全兼容。

  4. 模块厚度减少20%,使卡体背面的芯片模块植入区域更美观。


耦合感应工艺也吸引了德国库尔兹公司进军双界面卡市场。凭借在智能卡防伪安全材料方面取得的成功,库尔兹推出了自有专利的SECOBO®天线作为智能卡的INLAY天线,配合目前的双界面卡芯片,通过耦合感应工艺实现双界面卡产品的加工。


库尔兹(远东)有限公司亚太区总监陈建新透露,传统的焊接和粘接(导电胶)工艺可能会有使用卡片三到五年后触点接触不良或导电不良的风险。


陈建新说:“双界面卡的使用频率预计会变得更为频繁。本来一张信用卡一个月可能只用五到六次。但是双界面卡不同,由于它具有非接触和接触的功能,增加了它融合多种应用的可能性。想象一下,如果这张信用卡还具有交通卡的功能,那一天至少要用两次。再将其他小额支付应用考虑在内,这张卡的使用频率会比一张单一用途的智能卡高出好几倍。如果我们还以传统方式生产双界面卡,我们会面临诸多挑战,例如,卡体内部器件连接点开裂,芯片与天线之间会接触不良,甚至卡体还会分层等风险。”


智能卡元件的质量和卡内重要元件的连接方式是着重要的考虑因素。所以库尔兹推出了SECOBO®耦合天线,其耦合感应工艺使双界面卡的使用寿命延长至十年。


SECOBO®耦合天线采用沉积铜的方式加工生产。铜的导电性能比传统蚀刻天线中使用的铝要高,也更为可靠。另外,我们的天线是可以做在PVCPET甚至是PC材料上,让卡厂有更多灵活的选择使用。最重要的是,我们可以根据客户需求和用途控制天线的厚度。例如,35微米厚的天线对一般用途来说已经足够了,但如果要想让卡片用上十年,需要增加到10微米以上。”陈建新解释说。


沉积的加工流程是先设计电路,然后将铜沉积在载体箔的表面,无需蚀刻,也更为环保。


库尔兹还改善了传统的天线架构,将SECOBO®的天线缠绕在载体箔的正反两面,从而扩大了天线的读取范围,所用材料也更加节省。


由于芯片模块中的天线与INLAY天线没有物理接触,也就无需焊接过程,简化了双界面卡生产的整个工艺流程,不必像传统工艺那样投入大量资金购置多种机器设备。但即便如此,耦合感应工艺仍处于早期开发阶段,还没有大规模的市场化和量产,所以芯片和天线的投资成本相对传统焊接工艺来说还较高。据作者截稿之时了解,针对耦合感应工艺的芯片和相关技术在国内都有了进一步的进展,相关方都在积极的测试和推进当中。


工艺选择的考虑因素


“一般在选择双界面卡的生产工艺时会考虑三个因素,即成本、生产速度和品质保证。不过,我想我们可能还忽略了一个重要因素,就是客户需求。”金邦达保密卡有限公司首席运营官吴思强谈道。金邦达是中国金融整体解决方案提供商,在国内银行卡生产市场占有最大的市场份额。


吴思强以银行客户为例,列举了最为重要的因素:

  1. 安全交易;

  2. 用户体验,如更快捷的交易,适用于所有POS机,以及更长的使用寿命;

  3. 一致性,即无论客户何时何地用卡,都能享受相同的体验。


吴思强说:“从银行的角度看,他们其实不太在意到底用了哪种生产工艺生产银行卡,他们真正在意的是这种工艺能否确保相同的客户体验。”


目前,金邦达采用了预置锡片加特制的全自动焊接工艺,实现天线和芯片的安全连接,确保了性能的稳定性。吴思强进一步表示,金邦达一直着眼于开发不同的技术,并且总是根据客户需求选用解决方案。


另一方面,库尔兹的陈建新总监则认为耦合工艺将成为未来趋势,因为这一工艺更环保,长期使用的风险也更低,同时还降低了新卡厂的设备投资门槛。


陈建新说:“客户(卡厂)乐于接受这些特性……一些小客户对选择使用哪种工艺并不是特别看重。毕竟,他们的订单量不大,但如果他们在生产解决方案中能获得特殊利益,那仍有可能在竞争中获胜。”


一芯智能的王莉萍则认为,客户总是对新技术持怀疑态度,虽然也有一部分思想较为开放。一芯智能的一大战略就是用自身在海外的大量成功案例向中国客户证明其产品的可靠性。目前,一芯智能的客户已遍及西亚、俄罗斯、欧洲、北美洲和拉丁美洲。


(来源:IDM智能身份与管理)

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