专利名称：带有印刷元件的分层结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有内建电子功能的薄型分层结构，例如显示器以及用于驱动该 显示器的关联电子器件。该显示器和/或在该结构中的其他功能元件通过印刷工艺 形成。
背景技术：
塑料层叠卡工业依赖热层叠工艺制造信用卡、识别卡、忠诚卡和其他含信息 的平面权标。这一工艺在于将具有诸如不透明、图形和保护层之类的各种功能的多 层塑料片层叠在一起来得到完成的堆叠组合。各层可以是不透明的或者透明的，并 且可以含有诸如磁条的功能元件。 一旦期望的各层已经被组装，该组装体就经历热 压将各层熔融在一起以形成一连续结构。正如从大多数皮夹和钱包中显示的那样， 已经制造出上亿张卡来满足各种需要。在许多情况下卡的提供都不单独收费，以使 得供应商能够得知其花费。
典型的组装件由中心层、通常被预先印刷的前图形层和后图形层、磁条、以 及提供光泽并保护印刷图形的透明保护层组成。通常在该结构中还包括诸如全息图 的安全功能件。智能卡则通过在层叠之后添加微处理器和芯片来制造，其中上述添 加是由研磨一凹进部分并安装集成芯片板和集成电路来实现的。IC在需要时可以 附至天线，以允许IC能够以无接触的方式经由RF通信。用于现有热层叠卡的优 选材料包括用聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯以及熔化温度在ll(TC 到19(TC之间的其他合适塑料制成的层。
用于制卡的热层叠工艺代表了全球范围内主流的安装卡产能。已经开发出诸 如依赖粘合剂粘合的冷层叠之类的其他工艺，但是这些工艺也仅在有限的范围内实
现。任何新的卡结构如果能与现有的热层叠工艺相兼容就更为有用。
所完成层叠卡的期望属性包括高光泽、不失真的图形以及均匀平滑的表面。 此外，对于金融交易卡和识别卡而言，该结构还必须符合ISO标准。有关卡的ISO 标准定义了各种性能要求，诸如温度和防潮能力、柔性、层叠完整性、平坦度以及
物理尺寸。识别卡的应用范围将决定卡的物理特性。卡的物理特性(ID- 1、 ID-2 和ID-3)在ISO/IEC 7810:2003识别卡 一 物理特性中有所描述。对带磁条、集成 电路或光学存储器的卡的测试在ISO/IEC 10373识别卡-测试方法中有所描述。 对集成电路卡内触点的要求则适用ISO/IEC 7816-1识别卡-带触点的集成电路 卡。有关凸印字符的规范则在ISO/IEC 7811-1:2002识别卡-纪录技术-第1部 分凸字中给出。ISO 7813陈述了金融交易卡需要达到的要求。而ISO/IEC 7501 适用于机器可读旅行文档，诸如护照和签证。另一种识别卡是适用ISO/IEC 15457 的柔性薄卡(TFC)。其他相关的标准在附录A中表述。所有这些标准都合并在 此作为参考。
在热层叠之前并入诸如集成电路(IC)、天线、电池、显示器、开关和其他 电路的电子部件会在该热层叠工艺完成时带来极大的困难。主要的困难是由不同部 件的各种高度以及所使用材料的各种热传导特性所造成的。除非上述问题被充分解 决，否则对电子部件放置其内的待层叠各层执行热层叠工艺将会导致表面缺陷、对 内部部件不可接受的扭曲或损坏。
RFID天线和它们的芯片已预先并入热层叠卡。铜线、蚀刻金属或印刷银之一 的天线通常可以连接至小型IC，该小型IC被提供为一嵌入物并作为离散层被夹在 该结构中。热层叠工艺对RFID产生可接受的结果，因为能够将IC限制在一个较 小的区域并且能够将天线做的很薄。然而更为复杂的结构会由于各部件的数量和大 小以及要达到的视觉和ISO质量标准而难以产生可让人接收的结果。
用来将电子部件并入卡内的其他方法涉及通过诸如研磨之类的机械手段形成 空腔。这类方法中的一种是研磨卡核芯以产生一个用来容纳电子部件的空腔。在放 置了各部件之后，就添加灌注液体至多余研磨区以使该结构变平。该方法相对较慢， 生产成本高，并且相比于简单的层叠方法需要更多的制造工艺。
已经提出了多种方法用以实现将更精细的电子部件并入卡结构的期望。德文 参考Patentschrift DE 19923138 Cl以及Offenlegungsschrift DE 10219306 Al教示了 一种在其中通过利用在随后要被热层叠以熔融各层的宽松膜来构建含有电子部件 的分离结构的方法。这种方法由于原始材料固有的可变性而难以大量实现并且在制
造过程中还需要比层叠多得多的额外步骤来实现期望的结果。使用分隔结构安装各 电子部件并在随后添加离散层的这种方法不足以提供高效低成本地并入电子部件 的可再生产手段。
现有技术要求使用带有特定厚度的膜，而这些膜的厚度可能不与各部件的厚 度精确匹配。为了防止这一问题，制造商就需要特别指定部件厚度以匹配各可用膜。 部件和膜的制造可变性时常会因为高度不匹配而导致较次的结果。最后，该方法尝 试补偿个别部件和膜的可变性，但是它不解决在分层结构中使用多个部件时引入的 可变性增加的问题。而其制造工艺本身则需要考虑管芯切割和放置的容差。
某些ISO标准的一个关键方面是要求整张卡的指定厚度。ISO标准指定的卡
的总厚度为0.030 ± 0.002英寸。因为卡需要通常每层0.005英寸厚的两层图形层， 通常0.002英寸厚的透明保护层，所以仅留有0.016至0.020的厚度可用于并入功 能性电子部件的电子核芯层。
这一要求对卡内并入电池提出了特殊的挑战。当前的预封装电池构造通常为 0.012至0.016英寸厚，这样所留有的剩余厚度就不足以轻易地嵌入电池组并提供 足够的不透明度来隐藏该部件。此外，现有的电池组封装技术会导致较高的封装尺 寸可变性，而这在层叠工艺中必须被考虑。
指定柔性的ISO标准也对将电子部件并入卡提出了特殊的挑战。电路集成度 是制造柔性产品时所需考虑的一个重要方面。层叠工艺必须生成出能够最小化各部 件上应力的结构。而在卡中可以包括各种电子部件，诸如IC、天线、开关、电池 组、磁条仿真器和显示器。每种部件都可能具有不同的厚度、大小和柔性，但是又 必须被封装入一张卡内并且在保持电子电路的电集成度的同时得到期望的整体卡 柔性。
非常期望将显示器作为某些卡电子封装的一部分并入。传统的显示器技术不 适于并入遵守ISO的卡。现有的显示器固有地具有诸多限制。为了成功地集成显 示器，优选显示器应该是柔性的，使用较低的功率以最小化对电池组的需求，可以 在3V以下工作以最小化所需的电子部件数量，并且可以用当前工艺热层叠。
于是就需要这样一种带有相关联的电子部件并包括显示器的电子核芯结构， 该结构能够被热层叠并且达到有关金融交易卡和/或识别卡的ISO标准。更具体地， 通过应用定制最终图形层来向用户交付卡的卡制造方需要一种能够提供满足消费 者需求的功能的电子核芯结构。
发明内容
本发明涉及一种提供了含有多种电子部件的层叠单元的分层薄型结构。本发 明用于高效生产一种电子核芯结构，该结构提供各种金融卡和其他应用指定的电子 功能、具有必需的结构集成度并且在仍然遵守由各标准和/或用户要求指定的尺寸 要求、柔性和其他具体应用的物理要求的同时允许完成要被应用的各层。此外，因 为分层结构的所有元件和部件既可被印刷在普通的常规印刷线内又可以方便地添 加至该印刷线，所以就能够高效、快速并可实现的产生该结构。
该结构包括适用层叠至相邻下部覆盖表面的柔性基片以及适于层叠至相邻上
部覆盖表面的柔性顶片。嵌入的电子部件被层叠在柔性基片和柔性顶片之间。在上
述两片之间可以包括各种部件，诸如开关、磁条仿真器、天线、显示器、智能卡芯 片或者其他输入或数据处理器件。
在一个非限制性实施例中，电子核芯结构具有显示单元，该显示单元具有与 驱动显示器的集成电路的连接点以及从这些连接点通向电源的电迹线。显示器可以 通过印刷多个像素而形成，其中这些像素配合地连接至显示器接收连接点或者可操 作地连接至集成电路驱动器。此外，至少一个预形成的部件连接片被可操作地连接 至显示单元并被固定在基片和顶片之间，其中该部件连接片具有两个或多个表面并 且在其一个或多个表面上印刷有电迹线。缓冲层被放置在基片和顶片之间，并且该
缓冲层由可成形材料制成并用于补偿各部件之间的厚度差以及显示单元内各部件 的高度变化，从而以可再生产的方式实现该分层结构的期望总厚度。
本发明还涉及一种制造带有显示器或其他电子部件的薄型分层结构的方法， 该方法通过提供柔性基片并且提供带有附连的集成电路用以驱动显示器的显示单 元来实现，并且该显示器是通过印刷带有电极的多个像素、对应的电化学墨层以及 可操作地连接至集成电路和各像素的迹线而形成的。本方法还包括提供电可操作地 连接至集成电路的电源，提供至少一个邻近显示单元插入的覆盖层并且具有一个或 多个外部或内部表面，各表面带有可操作地连接至上述集成电路、电源和显示器中 的一个或多个的印刷电部件。基片、电子部件、电源和覆盖层通过在其间插入至少 一层缓冲层而被组合成一个层叠单元。形成缓冲层用来补偿电子部件的尺寸变化并 且用其自身的竖向尺寸提供适于实现层叠单元期望的总竖向尺寸的范围。
在另一个实施例中，本发明还涉及制造一种带有显示器或其他电子部件的薄 型分层结构，这一制造过程是通过提供柔性基片并且提供带有附连的集成电路用以 驱动显示器的显示单元来实现，并且该显示器是通过印刷带有电极的多个像素、对连接至集成电路和各像素的迹线而形成的。本方法还 包括提供电可操作地连接至集成电路的电源并且通过在一个或多个外部或内部表 面上印刷可操作地连接至上述集成电路、电源和显示器中的一个或多个的印刷电部 件提供至少一个邻近显示单元插入的覆盖层。基片、显示单元、电源和覆盖层通过 在其间插入至少一层缓冲层而被组合成一个层叠单元。缓冲层被形成并层叠以便补 偿显示单元、电源和其他电子部件的尺寸变化并且用其自身的竖向尺寸提供适于实 现层叠单元期望的总竖向尺寸的范围。
在也可在卡中使用的本发明的另一个实施例中，由分层结构提供的互连电路 被实现以最小化该结构内出现的IC数目。例如，现有的智能卡要求与卡结构外部 的读取器结构相通信，这是提供接触芯片板或者通过无接触天线来实现的。传统的 智能卡IC位于芯片板上，包含软件来提供与读取器的通信协议，并且执行诸如加 密和存储值计算的功能。诸如显示器或磁条仿真器的许多电子部件要求IC控制它 们的功能。本发明允许一个IC上的所有部件的组合来执行所有必需的控制、通信 和数据处理功能。通信则通过安装提供标准化触点的芯片板——无需IC、天线或 仿真器——并且在分层结构中提供与该结构中处于别处的IC的互连电路来实现。
缓冲层通过印刷技术以液态被应用并且在层叠过程中为流体以填充空隙并拉 平该结构，从而在缓冲层流入以补偿尺寸变化的情况下实现统一的期望厚度。在已 经应用了缓冲层并且设置了合适的厚度之后，缓冲层材料被固化用以在处理和最终 层叠期间将各部件固定就位。可以使用一个或多个缓冲层。在应用缓冲层材料之后 可以使用轧辊和/或任何其他的印刷步骤来实现期望的尺寸。在两个或多个外部或 内部表面上印刷电气部件可以涉及印刷导电迹线，或者电阻性或电介质材料，它们 可以连同其他印刷层一起形成期望的部件，包括天线、电容器、显示器或电阻器。 电池组也可以通过向包括阳极、阴极、集电器和电解液的各电池材料层使用印刷技 术来形成。缓冲层应该与用作核芯层的塑料相兼容，特别是在热层叠工艺中。
电子核芯结构材料可以在使用印刷技术形成电池组时形成电池组封装。缓冲 层也可以在最终层叠之前形成全部或部分密封以包含该电池组的电解液。缓冲层可 以固化具有足够的强度以允许在层叠至分发至消费者或其他人的最终卡产品之前
对电子核芯结构的处理。 附图简述
图1是显示单元部件的示意性横截面侧视图。
图2A是合并了显示单元和电池组的本发明的结构的示意性横截面侧视图。 图2B是合并了显示单元的本发明的结构的示意图俯视图。
图3是合并了显示单元的用于本发明的一种结构的示意性分解图。
图4是合并了互连电路负荷层140和145以及预封装电池组的用于本发明的
一种结构的示意性俯视图。
图5是合并了显示单元和印刷电池组的用于本发明的另一种结构的示意性分解图。
图6是如图2A中本发明的部分组装结构的示例性横截面侧视图。 图7是带有在顶部组装件层和底部组装件层之间示出的主缓冲层的如图2A中 本发明的部分组装结构的示例性横截面分解图。
图8是带有示出应用于顶部组装件层的主缓冲层的如图2A中本发明的部分组
装结构的示例性横截面分解图。
图9是合并了主缓冲层的如图2A中本发明的组装结构的示例性横截面侧视图。
图10是带有在该组装结构各层之间示出的主缓冲层和次缓冲层的如图2A中 本发明的部分组装结构的示例性横截面分解图。
图11是合并了主缓冲层和次缓冲层的如图2A中本发明的组装结构的示例性 横截面侧视图。
图12是如图2B中的显示单元160的示意性俯视图。
图13是本发明的电化学单元的图示。
图14是一电化学单元的横截面图。
图15A和15B是本发明的两种电互连的电化学单元的图示。 图16A是智能卡常规的芯片板结构的图示。
图16B是在本发明一个实施方式中的电子核芯中使用的用于向智能卡提供IC 部件的显示和固定的电路的示意平面图。
图17是在本发明一个实施方式中合并了一个以上电池组并提供电池组互连的 另一结构的示意性分解图。
本发明的详细描述
介绍
本发明提供一种通过将电子部件并入可由现有工艺轻易热层叠的电子核芯结
构来克服现有技术的各种缺陷的解决方案。该结构包括一种装置，该装置包括多个 期望的电子部件，诸如显示器、电池组或其他电源、集成电路、开关、磁条仿真器、 天线、智能芯片或者其他输入设备。该结构包括使用各层叠的缓冲层以桥接各层并 补偿部件尺寸的变化。还合并电池组封装作为该核芯层结构的一部分并且使用印刷 电子电路作为该电子核芯层的一部分以影响期望的特性。
如上所述，可以将多种部件并入该结构。在一个非限制性的实施方式中，显 示器可以包括在该成层结构中。然而，本领域普通技术人员应该认识到由本发明在
此提供的多个成层结构应用中没有包含显示器。
显示单元可被用作嵌入电子部件的电子核芯结构的子组装件并且可以通过与
其他各层的常规热层叠工艺对其进行处理而符合相关的ISO标准。该显示单元可 以形成智能卡、标签、或其他薄形信息显示结构的焦点并且含有各种部件。典型的 部件包括IC、显示器、电池组、开关、天线及连接电路的组合。
某一具体电子核芯所需的IC取决于终端应用。在某些情况下，两片或两片以 上的芯片对于执行所需功能而言是必须的。第一个通常将基于外部输入生成和/或 发送数据。例如，在一种卡中，微处理器在从此卡上的开关输入之后基于预编程算 法生成交易授权号。该数据随后被发送给显示驱动芯片，该芯片将数据流转化成显 示图像。可选地，射频接收器电路可以从特定的读取器设备或从广播无线电波中获 取信号并将该信号转化成数据流提供给显示驱动程序。在其它情况下，单个芯片可 以既用于生成必须数据又能够驱动显示器生成期望值。如果显示器被位于该结构 中，则IC可用于通过接触垫、RF图像或磁条仿真器来与读取器通信。电子核芯结 构含有在其中需要动态通信至卡外设备的IC。
一个挑战来自于具有变化高度的结构中的不同部件，并且任何一个部件都由 于各部件和薄膜的制造容差而固有地具有空间可变性。更具体地，IC部件不会有
完美的统一性。IC高度的变化主要有两个来源管芯高度的差异以及由附连至基
底所引起的变化。管芯高度的变化是硅晶片研磨和抛光期间容差的结果。由管芯附 连引起的高度变化随着所利用的方法而变。在利用引线接合技术的情况下，环路高 度和粘合方法将会引入变化。倒装芯片附连方法会因为管芯突起的变化以及所利用 的接合技术而产生变化。在上述两种情况下，密封剂的使用都将会提供显著的额外
变化。通常用于附连至各部件的管芯高度在无密封剂时约为0.007至0.012英寸。
本发明可以使用的一种包括电化学墨水的显示器己经在前由美国专利第 6.639.709号和第6.744.549号、以及美国专利公开第2002/0171081 Al号中揭
示，虽然本发明的范围还可以包括其他显示技术。可以通过会引入某些高度变 化的常规印刷工艺来生成各显示器。然而，优选显示器对于这一应用展现出高 于其他显示器技术的显著优势。这些优势包括柔性、低功率需求、以及经得起
热层叠工艺的坚固构造。优选显示器的典型高度约为0.006英寸(0.150mm)。 该显示器高度通过印刷高度的变化以及诸如背板膜、氧化铟锡(ITO)前板膜 和粘合密封垫之类的显示器各独立部件的高度变化而会略微改变。
注意到，该显示器可用电化学的特定墨水印刷而成。除了IC以及与IC和 显示器相关联的某些小型垫和迹线之外，描述在此制成或组装的各层上的其他 结构也可通过印刷方法形成并且各层可以通过应用了印刷技术的层叠粘合剂 或其他材料而连接在一起。合适的印刷方法包括丝网印刷术、胺苯印刷术和凹 板印刷术。使用这些方法就能够实现该结构的大量、高效生产，而无需制造这 些功能性结构通常使用的净室环境和特定的薄膜成形设备。也就是说，能够实 现可被轻易地加工到最终卡中的核芯结构的成本有效的、规模可变的大批量生 产。
外层
从图2A中可以最佳地示出，在此描述的结构100的外层是柔性基片150 和柔性顶片110。这些层通常由PVC、聚丙烯或其他合适的热塑性材料制成。 每层的厚度都约为1.5密尔或3密尔，并且优选的厚度为约2密尔。如图2A 所示，外层IIO和150在中间夹入了各种电子部件，诸如建立在柔性电路基底 层140上并包括显示器170和IC 180的显示单元160、电池组l卯、以及各内 部层，例如第一覆盖层120和第二覆盖层130。
当应用于金融交易卡或者达到ISO标准的其他卡时，这些片并不是提供给消 费者或其他人的卡的最终外层。相反地，它们会由一图形层所覆盖并且可以如图5 所示包括透明PVC层。通过在外层上预印刷这些图形就能够实现图形层和外层的 组合，而这也在本发明的范围内。在此情况下，外层为0.006至0.008英寸。防潮 层可以是单独的膜，但是优选地是被添加作为内部层IIO和150上的统一涂层。当 应用于标签时，可以使用图形墨水或者隐藏各内部部件的其他装置来生成各图形 层。
防潮层在电源被印刷并且电子核芯起到电池组封装的作用时作为独立的各层 被引入。该防潮涂层旨在保持电池组的化学性质并且防止水份从电池组电解液逃逸
至环境中。若没有防潮层，电池组就会随时间失去水份.从而导致电池组性能的劣
化。可接受的防潮涂层在本领域内周知并且包括金属镀铝、箔以及应用于各膜的其 他特定涂层。虽然做出了对防"潮"层的参考，但是这涵盖了防止可用于电池组反 应并且在其逃逸时会影响电池组功能的任何挥发性物质溢出的层。预封装电池组具 有并入电池组封装的防潮涂层，因此无需额外的防潮涂层。 显示单元
本结构的一个方面是使用显示单元160，包括在制备好的基底140上的显示器 170和驱动IC 180。显示单元160如图3所示位于柔性电路层140上。如图12所 示，典型的显示单元160包括通过本领域内已知的技术在柔性电路层140上生成的 铜蚀刻柔性电路。铜柔性提供了用间隔极紧密的附连垫附连至IC 180所必须的迹 线分辨率。典型IC上的附连垫的大小会有所变化，并且间隔范围从在各垫之间带 有0.002英寸间隔的0.002英寸的垫到各垫之间带有0.005英寸的0.005英寸的垫。 半导体工业的趋势是垫的大小和各垫间的距离都在持续縮小。蚀刻铜柔性电路为本
领域内周知并且可以生成所需的线间隔。此外，蚀刻金属溅射膜也可以起到所需显 示电路和管芯附连基底的作用。合适的背板材料要求最小2密尔线和间隔的迹线分 辨率，以适于在附连工艺期间粘合至IC，并且电阻率应小于IOO欧姆每平方密尔。
显示单元160于是就并入当前由除印刷之外各工艺生成的并且作为所述印刷 和层叠工艺所需输入的两类部件(除膜或片材料之外)。第一类部件是目前需要特 定净室生产设施的IC。第二类是蚀刻铜柔性基底。用于本发明显示单元160的铜 基底可以通过首先蚀刻图1所示背板而生成，这种背板是本领域内周知的导电性敷 箔基底并且通常被本领域普通技术人员称为铜柔性。背板含有用作显示器电极的像 素迹线250、用于IC 180的附连区以及用于像素迹线到驱动IC的互连。用于驱动 IC的输入导线被带入显示单元160的第一边缘280以供在随后附连至该电子核芯 基底中的其余电路元件。
在此使用的有关显示单元160的"像素"指的是可独立电控制的任何几何形 状的任何显示元件，诸如显示元件260和270。于是，像素显示元件可以是圆形、 方形、伸长的多边形或者可用于与其他像素形成图像字符的任何其他形状或者自身 包括的图标或字符的任何形状。对像素的电控制的实现可以通过在IC上提供专用 的I/O或者通过提供行和列寻址，诸如无源矩阵或多路复用电路设计。
显示单元160的显示部分170通过印刷电化学墨水、印刷粘合密封垫以及在 图案化的背板上层叠透明导电层以完成该显示结构而被组装在像素迹线250上。随 后适于本领域内周知的诸如倒装芯片或引线接合技术之类的各种技术来附连显示
驱动IC 180。通常在含有多个蚀刻铜图案的复制的片或巻上的邻近矩形中创建显示
单元160。每个显示单元在接收了它的IC之后就被单个化为各独立部件，这些部
件就变为印刷和层叠工艺的输入。
可以使用多种传统印刷工艺来创建显示器170，包括丝网印刷、刻板印刷、胺 苯工艺、凹板工艺或者这些工艺的任意组合。优选的印刷工艺是经由平板方法或旋 转方法进行的丝网印刷。使用的墨水是在美国专利第6,879,424号中描述的电化学 墨水。有关该显示单元结构的进一步细节可以在于2005年1月4日提交的题为 "Universal Display Module"的美国专利申请第11/029,201号中找出，该申请合并 在此作为参考。
一示例性印刷通用显示模块在图1中示出并由参考标号20 —般地标识。 通用显示模块20包括由背板基板22连同图案化背板电路24组成并包括至少 一个电极的背板25、导电且透明的顶板基板26、包括至少一个电极的顶板导 电层28、显示器30以及一对填充料32和34。可选地，电极可在顶板或背板 的任一个上并排间隔开地形成。通用显示模块20还包括用于将顶板26与背板 24密封的粘合密封垫(未示出)。顶板26和背板24也用例如导电环氧树脂(未 示出)短接在一起。
电源
IC芯片180以及其他电子部件需要电源来执行处理或其他功能。可以在电核 芯结构中提供各种电源，诸如带有RF天线附至其上用以吸收由为各电子元件无线 供能的外部源所发射的能量的整流器。另一种电源是一个或多个光电池，可以将它 们放置在环境光线可到达的核芯结构层上。另一种可能的电源是嵌入核芯结构的电 池组190。在所有情况下，电源通常都在IC芯片180安装其上的层上的功率输入 迹线处连接至该IC 。
适于在智能卡中使用的电池组要求薄型形状因子。这些电池组一般为本领域 内已知并且通常基于锂技术或者碳化锌的化学性质。合适的预封装锂电池组的一个 示例可以从佛罗里达州Lakeland的Solicore公司处购得，其零件号为 FP252903M002。基于碳化锌化学性质的合适的预封装电池组可以从俄亥俄州 Cleveland的Thin Battery Technology处购得，其零件号为l-l-ZC。其他的薄型电 池组技术基于固态构造或者其他电化学系统也是已知的。用于本发明的电源可以由 主电池或副电池单元构成。诸如超级电容器的存储设备可用于通过读取器与充电装 置进行组合。用于営规IC和其他部件的合适电源的典型要求是具有至少1.5伏的电势、至少5毫安时的容量，并且带有最大厚度为0.016"的核芯结构。
作为预封装单元生成的电池组能够并入本发明的电子核芯。生成的电池组的
总厚度范围在0.012到0.016英寸之间。预封装电池组190可以插入或嵌入在柔性 基片150和柔性顶片IIO之间的结构100。可选地，电池组190的化学组分可以由 各种已知的印刷技术，包括常规丝网印刷、胺苯印刷或凹板印刷通过沉积含有电 池组的各层和特征件而放置在层叠结构100上。
从电池组中导出的能量是电池单元内化学反应的结果。该电池组和电源的可 用容量极大地取决于可用于反应的电池组材料的量。在很大程度上，可以将其看做 是材料的容积。因为在卡结构内可用区域大多是固定的，所以最大化电池组材料容 积的期望对应于最大化厚度的期望。
电池组要求封装以包含电池组材料并维持合适水平的电解液(可能易受蒸发 作用的影响)。在以薄型形状因子电池组插入结构IOO的情况下，该封装是包住该 材料的预封装膜的形状。该封装膜的厚度通常为0.003至0.005英寸，作为必要封 装的结果转化成总电池组厚度就为0.006至0.010英寸。在电池组190被印刷入结 构IOO的情况下，本发明利用含有电子核芯的层或膜来包住该电池组，而不是使用 常规的电池组封装材料。
在一种己知的电池组印刷方法中，如图14所示，预封装薄型柔性印刷电池组 301的部件包括印刷阳极303、印刷阴极305、阴极集电器307、阳极集电器308、 分离器309以及分离器内的水状电解液，所有这些都包含在柔性薄型电池组封装外 壳311中。碳化锌电池单元的阴极组装件包括阴极集电器307以及电解的二氧化锰 活性材料305，它们被最小裂化或者无裂化地印刷到阴极集电器墨水将粘附其上的 柔性片上。集电器307使用模板、丝网或者其他合适的印刷装置沉积在柔性片上。 阴极集电器墨水的配方可以是从足以在放电期间将阴极还原生成的电子转移的材 料中配置的。在使用电解的二氧化锰阴极的碳化锌电池单元中，阴极集电器优选地 是碳墨。印刷的收集器随后将经历合适的固化处理以确保足够的烘干和溶剂蒸发。 如图14所示，薄型电池组印刷的已知方法仍然会导致占电池组厚度重要比例的是 封装或外壳311。
在本发明中，用于核芯结构的其他方面的印刷线还可用于在建立核芯结构期 间放置电池组材料。通过使用作为电子核芯结构一部分的膜来代替图14中预封装 电池组的封装膜，额外的容积可用于增加电池组容量或者降低电池组的整体额定厚
度。本发明的一个实施方式是通过在膜层组装期间将电池组材料建入电子核芯结构
来去除额外的封装膜。
根据本发明，电池组可以在核芯结构构造期间的若干步骤内被印刷并嵌入。
图17示出了根据图13所示一个实施方式的嵌入式电池组的构造步骤1710至1780。
在一个实施方式中的方法利用丝网印刷工艺。第一步包括生成用于阳极和阴极的集 电器。在碳化锌化学处理的情况下，阴极集电器由导电碳组成。集电器被印刷在层
110或150上。在步骤1710，示出的集电器被印刷在基层150上。阳极集电器通过 合适的导电涂层或者通过使用导电箔而形成。在阳极和阴极之间以及在各电池之间 的互连电路使用导电银墨水在步骤1720和1770处印刷而成，上述导电银墨水诸如 可以是从纽约州Pelham的Spraylat公司处购得的Spraylat XCM-015。随后在步骤 1730印刷阴极材料以匹配核芯层145的高度。在步骤1740处通过放置材料以达到 核芯层145的高度来形成阳极。在步骤1750，使用次缓冲层将核芯层145层叠至 基层150，如下将对该次缓冲层做出更为详尽的描述。
在步骤1780将诸如显示单元160的电部件放置在核芯内，并且在各电子部件 和电池组之间形成电互连。如果想要，可以在该组装的步骤1760印刷额外的阴极 材料来增加电池组容量。额外的阴极材料不应超过核芯层130的厚度。 一旦己经印 刷了期望的阴极高度，核芯层130就使用次缓冲层层叠至核芯层145。这一工艺有 效地生产包含在由各个核芯层形成的阱内的印刷电池组。该电池组通过向形成的阱 添加电池组电解液并在需要时添加分隔片而完成。电解液可以通过印刷或者非印刷 方法注入。可选地，可以注入带有适当粘性试剂而使其呈凝胶状的水。在并排结构 中，隔离片湿润电池单元并把电解液固定在适当的位置。在共面结构中，分隔功能 件既把电解液固定在适当的位置又能够将阳极和阴极分开。放置的电池组材料随后 通过核芯层120密封电池单元的层叠而被密封。
本领域普通技术人员应该认识到可以使用各种电池单元几何形状来形成电池 组的阳极和阴极。还应该认识到可以串联地生产并连接各电池单元以增加电源电 压。电池单元几何形状的变化可以通过(在层的一个表面上)生产并排几何形状的 阳极和阴极或者通过将阳极和阴极印刷在各分隔层的相对面上并且在各相对面之 间使用分隔片来完成电池单元以生产共面几何形状而实现。
在锂电池单元的情况下，阳极通过将锂金属溅射至具有期望形状的基片150 而形成。互连的形成与前述使用的适当工艺诸如丝网印刷工艺的用导电银印刷的示 例方式相同。阴极则使用与构造核芯层130、 140和145以形成电解液阱相类似的 成层方法而被印刷在核芯层150上。
在锌电池单元中，阳极在即使锌正被消耗的情况下仍然在放电期间维持传导 性。在外壳外部形成负极端的阳极接头直接与锌墨相连，而不是与分离的阳极集电 器电接触。在丝网印刷的情况下，为墨水可印刷性确定最佳网孔开口。做出这一决 定需要考虑的因素包括锌微粒的大小、墨水的粘性以及实现足够容量所必须的在剪 切和所需墨水厚度下的其他流动性质。锌金属的其他合适来源包括锌箔或者锌网 孔，它们可以用作电池组的阳极。对诸如锌箔的材料的沉积可以通过在电池组构造
期间将其作为拾取放置线(pick-and-placeline)的一部分而放置在该结构来实现。 对于共面电极组装而言，包括分隔器309以便在仍然能够实现离子流动同时 电绝缘各电极。在此使用的"共面"电极共享位于各核芯层相对表面的主阳极表面 和主阴极表面之间的界面区域。(共面电极不同于并排电极，在并排电极中主阳极 组装(阳极加集电器，如果有的话)表面和主阴极组装(阴极加集电器，如果有的 话)基本位于同一平面并且被直接或者间接地印刷在单片基底材料上)。在阳极和 阴极层之间的分隔器309可以是纸质分隔器、胶质分隔器或者印刷分隔器。在碳锌 实施方式中，使用带有共面排列的电极组装，包有牛皮纸的纸质分隔器可用作分隔 器。对于根据本发明内的碳锌电池实施方式而言，电解液优选地是浸透分隔器的氯 化锌水溶液。
在印刷过程中还可以形成从印刷电池组至导向IC芯片180的输入迹线的触 点。在一个实施方式中(未示出)，用于一电极的集电器横向伸入密封区域，同时 第二金属性外部端延伸入密封区域并与该密封区域内的集电器相接触。在此实施方 式中，用于电流流动的导电性由内部集电器和外部端之间的物理接触提供。在另一 个实施方式中(未示出)，集电器和外部端没有物理接触。相反地，导电性是由至 少部分位于密封区域内并且桥接两个结构的导电粘合剂或者环氧树脂提供的。阳极 和阴极的电接触通过提供延伸到电池组横向密封外部的触点而与电解液物理地分 隔。本领域普通技术人员应该理解也可以实现其他的触点排列。
阳极和阴极外部端或者触点优选地用基于银的导电聚合体墨水印刷在柔性不 导电聚合体基底上。阴极集电器被印刷在外部阴极触点上，以使得该集电器和外部 触点至少在电池单元封装或者容器的密封区域内交叠。以此方式，阳极墨水被印刷 在外部阳极触点上，以使得该阳极和外部触点至少在电池封装或者容器的密封区域 内交叠。
选择阴极集电器的形状以使其能够与阴极墨水充分接触，并且还能优选地形
成在密封区域内与阴极接头交叠的区域。烘干集电器墨水，并且在随后在集电器上
印刷阴极墨水并烘干。随后在各电极处于共面排列的情况下，将分隔器309置于阳
极303和阴极305之间。
可以通过多种途径将电解液引入电池组结构。在一个实施方式中，该方法包 括一种将预定量的电解液分配给由核芯构造形成的阱中的分配系统。该阱由基层 150和各中间层145、 130、 120内的冲切开口形成。阱的总高度取决于用于层145、 130、 120的各膜厚度约为10至14密尔。在层150/145、 145/130和130/120之间 的缓冲层提供电池组密封并且防止各层间的电解液泄漏。在热层叠期间，各电池组 层和缓冲层变得熔融，以便为电池组提供高度完整性的密封。如果需要的话，可以 使用提供增强的阴极和阳极湿润的分隔片。可选地，电解液可以足够胶质(例如， 通过使用基本不会影响化学性质的合适的粘性调节粘合剂)以允许其通过诸如丝网 或者刻版印刷的印刷方法被印刷在阳极和阴极上。
开关和其他输入部件
可以集成入电子核芯结构的其他电气部件包括图4所示的开关触点200或者 提供或接收至IC芯片或至整个电路的输入信号的其他器件，诸如传感器。
在许多应用中，开关是激活电子器件和打开对各部件的电源所必须的。在本 发明中可以使用常规的膜片开关技术。可以使用各种样式的开关，诸如圆顶形、平 板形或压花形开关。在圆顶形开关的情况下，金属圆顶通常被放置在一接通就压縮 的电路上。这些圆顶可以被热层叠而不会损坏或者永久性地压坏各圆顶。
可选地，可以将用于开关的电接触垫印刷在层145或者处于卡片内预定位置 和深度的其他合适层上。 一旦热层叠已完成，可以碾压一空腔来放置该圆顶并且重 新密封该卡片以嵌入开关圆顶。于是，虽然碾压是非印刷工艺，但是可以首先使用 被印刷或者集成入印刷线的主要部件来生产电子核芯结构。如果要求该应用，该核 芯随后就可以具有一个被碾压或者冲切的用于该圆顶的空腔并且仍然可以从初期 的印刷工艺中获益。在平板开关的情况下，开关必须在不破坏分隔该电路两个半边 的垫片的情况下被层叠。优选地圆顶直径为6毫米高度为0.018英寸。不包含用于 触摸的圆顶突起的平板开关还使用除了图3所示的各层之外的各种层制造，分别包 括柔性电路层、垫片层和短接层。
额外地或可选地，各电子部件可被包括在本发明的层145处。虽然示出的各 实施方式使用显示器作为一电子部件，但是也可以结合诸如磁条仿真器、RF天线 或者生物传感器之类的其他器件而不背离本发明的范围。
印刷层和互连
显示单元160和各容积层的表面可用于承载电气元件所必须的连接电路。因 为结构100可以包括多层，每层的前面和背面都可用于包括可印刷的电阻性、电介 质或其他部件的电路。诸如通孔印刷的技术可用于将导电电路从层的一面带到另一 面。该方法是已知的并且通过提供贯穿膜层的过孔来实现，其中该膜层的电气连接 通过提供贯穿该过孔的导电材料来实现。该电路可以采用诸如印刷银或者本领域内 周知的其他导电性、电阻性或电介质材料的传导迹线的形式。这样，除了作为预组 装带入的很少几项之外，成层结构的所有元件和部件可以被印刷在印刷线上，也可
以被轻易地添加至该印刷线。例如，虽然IC 180当前是通过印刷以外的工艺生产 的，但是也可以在用于形成该电子核芯结构其他层的印刷线中同时执行该IC 180 的安装作为显示单元160的一部分，由此该IC可被适当集成入电子核芯结构。
使用印刷工艺就能够高速且低成本地以片和/或巻的方式大批量生产用于多种 独立结构的带有电路特征件的各层。这些具有电迹线印刷在其一个或两个表面上的 预形成部件层随后就能够被单个化并且如上所述在层叠工艺中被组装在基片和顶 片之间，并且这些层带有位置上配对的印刷结构和过孔，以提供用于各层之间以及 通向显示单元160的恰当电气连接。
己知的工艺可用于向印刷层上印刷或者建造各种元件，包括显示像素、传导 迹线、电阻器、开关、电池组、电容器和导电粘合剂。这些元件或者它们的部件可 以被印刷在建立期望结构和连接所必须的使用图2A和图3作为参考的上述任何层 的顶部或者底部，上述各层包括柔性电路层140、第一覆盖层120、和第二覆盖层 130。这些可印刷元件还可以被印刷到未在图3中示出的额外的层上，以实现由各 额外层提供更多的可印刷表面以便于更复杂的结构和连接。
例如，参考图3和图4，可以在第一覆盖层120顶部印刷短接垫，由此形成用 于开关200的膜片。作为另一个示例，可以在第二覆盖层130底部适当位置内印刷 分路，这样该分路在组装时就邻近柔性电路层140，以便将期望的电路跳至柔性电 路层140上。还可以在第二覆盖层130底部印刷各种其他的部件以形成连接并且各 部件可操作地连接至柔性电路层140，诸如用于显示器170的电极、电阻器、电容 器和天线。此外，通过在期望层的各部分上印刷交叉绝缘以允许在相同位置上印刷 后续迹线就可以形成更为复杂的连接。
在又一个实施方式中，导电粘合剂可以连同不导电粘合剂一并图案化地印刷 在第二覆盖层130的底部，以使得图案化印刷的导电粘合剂能够连接柔性电路层 140和层130上的期望电路。还可以实现多个其他印刷构造，包括在期望层上印刷
电容器或电阻器。这些印刷的元件能够被可选地在期望层上表面安装。
参考图16A，现有的智能卡接触卡利用芯片板1610在卡1600和和智能卡读 取器(未示出)之间形成接触点。微处理器1620传统上通过引线接合、倒装芯片 或芯片板下的其他常规的管芯附连方法附连至芯片板1610并且被电气地且物理地 附连以便为该卡片上包含的数据、处理器和编程提供场所。在某些实施方式中，还 提供胶质物1630或者其他粘合剂以及支持物1640来固定芯片板1610和微处理器 1620。接触智能卡目前并未将智能卡芯片连接至卡片内的其他部件。然而可能希望 将该微处理器连接至卡片内诸如显示器或者生物传感器的其他电子部件。在这些情 况下，核芯层145上的印刷电路可用于提供智能卡芯片板和诸如IC 180之类的其 他部件之间的传导路径。这将在如下更为详尽地描述。
电池组互连
如前所述，可以串联生产并连接两个或更多的电池单元以增加电源电压。电 池单元的几何形状可以变化，并且参考图15A，在一个实施方式中，印刷两个电池 组并以并排的几何形状互连。第一电池组的阳极1540和阴极集电器1560以及第二 电池组的阳极1550和阴极集电器1570被并排地放置和印刷。为了串联连接这些电 池组，导电桥1510电气连接至第一电池组的阳极1540以形成负极端，而从第二电 池组的阴极集电器1570提供导电桥1530来形成正极端，并且由导电桥1520将第 一电池组的阴极集电器1560连接至第二电池组的阳极1550。
参考图15A和图15B,可以看出形成负极端的导电桥1510从阳极1540导向 核芯层145的顶部。形成正极端的导电桥1530也导向核芯层145的顶部(在图15B 中未示出)。为了实现两个电池之间贯穿核芯层145的互连，就在核芯层145上提 供一通孔1580。导电桥1520旁路通过图15B中可见的通孔1580将核芯层145之 下的第一电池组的阴极集电器1560连接至核芯层145之上的第二电池组的阳极 1550。类似地，提供导电桥1530从核芯层145之下的第二电池组的阴极集电器1570 中伸出并旁路通过通孔1590延伸至核芯层145的上表面以在该核芯层145顶部形 成正极端。
导电桥1510、 1520和1530可以使用诸如SpraylatXCM-Ol的导电银墨水来形 成。参见图17，步骤1720和1770示出了作为核芯结构建立序列一部分的这些导 电桥的印刷。在图17的核芯层145中还示出了通孔1580和15卯，它们允许导电 墨水创建贯穿核芯层145的电连接。
以上参考了贯穿核芯层145的互连电池组对导电桥1510、 1520和1530进行
了描述。然而本领域普通技术人员将会认识到将导电材料引导越过和贯穿该层叠结 构的各层的这些原则也可应用于本发明的其他电部件和其他层。 智能卡处理
在连接已经包含微处理器的电子部件(诸如，驱动显示器的微处理器)的情 况下，接触智能卡芯片可以从该构造中去除。在此参考图16A，在本发明的这一实 施方式中，芯片板1610用于为读取器提供标准接触界面，但是并没有传统的智能
卡微处理器1620附连至该芯片板的背面。用于控制显示器或其他部件的微处理器
服务于主存用于元件控制的软件以及通常位于智能芯片内的用于与外部读取器通 信的软件的这两个目的。
参考图16B，可以使用IC 180来代替目前由现有"智能卡"中的集成电路所 执行的处理。现有智能卡的物理结构通常由ISO标准7810、 7816/1和7816/2所指 定。该结构一般由嵌入卡片内的两个元件，即印刷电路和集成电路芯片180组成。 参见图16B,芯片板1610与触点1650电连接，这就允许IC 180的处理功能或者 来自开关1660的信号在芯片板位于标准读取器内时到达板1610。
图16B中所示的印刷电路遵守为电源和数据提供五个连接点的ISO标准 7816/3。该芯片板电路被气密式固定于提供在卡片上的凹槽内并且被烧入填充有导 电材料并由触点突起密封的电路芯片中。印刷电路保护电路芯片免于机械应力和静 电的影响。与芯片的通信通过包括覆盖在印刷电路上的触点的"芯片板"完成。
芯片板用作卡片接受器设备(CAD)或读卡器之间的接触垫。集成电路芯片 提供逻辑和功能作为卡片和读取器之间的通信工具。芯片还含有合适的加密程序以 及其他必须的安全程序。
根据本发明，IC 180驱动显示器170。然而也可以将IC 180的显示处理功能 与现有"智能卡"集成电路的处理功能相结合。虽然在单张卡片内可以共存两个芯 片，但是如果要求智能卡与诸如显示器驱动程序IC 180的其他芯片通信，则各数 据线需要通过一组迹线连接。如上所述，现有的芯片板具有供该芯片使用的6个或 8个连接，并且它们包括电源或其他通信线。
为了避免两个单独IC的缺点，可以将显示器驱动程序IC 180设计为包括与现 有智能卡芯片相同的功能和存储器。目前智能卡芯片上所有的编程都可被包括在 IC180内，由此去除第二微处理器。为了实现这一目的，在柔性顶片110中的开口 内安装符合智能卡接触要求的芯片板，ffi^是并不存在相关联的IC。除了IC180之 外不再需要其他的处理器。可以在层145、第二覆盖层130和/或柔性电路层140
的表面上印刷从芯片板到IC 180和电池组190的合适连接，以允许用于标准智能 卡协议的信号流入流出IC 180。 磁条仿真器
如上所述，在本发明的核芯结构内可以包括多种电部件。 一种合适部件可以 是诸如在美国专利第4,701，601号中所述设备的磁条仿真器。带有磁条仿真器的卡 片可与带有用以读取并与接磁条接口的传感器的事务处理终端一并使用。卡片可以 包括生成与通常编码在磁条上的信息相对应的变化磁场的变换器。在本发明的情况 下，IC 180提取存储在存储器中的事务处理数据并且将输出信号提供给变换器。变 换器生成与该事务处理信息相对应的变化磁场，其中该事务处理信息是由事务处理
终端内的传感器读取的。这样就生成了包括用于卡片应用的磁条仿真器的核芯结 构。
生物传感器
可以集成入本发明的另一种电部件是各种生物传感器中的任何一种。在一个 实施方式中，生物传感器是设计用于支持指纹图像捕捉的微压力传感器。这一种合 适传感器的示例是由加州Milpitas的Fidelica Microsystems公司生产的Fidelica Image Sensor模型3002,该传感器可以嵌入基于微处理器的设备。当与可应用的主 机部件集成时，传感器允许用户执行多种电子认证安全功能。同样地，本发明的核 芯结构在卡片应用需要或者期望的情况下可以包括这一特性。
缓冲层
因为不同部件和膜各不相同的空间特性并且因为各独立部件和用于所得卡片 平坦度的ISO要求在不同示例中产生的变化，结构100的组装包括缓冲层。这些 可成形的层在各种部件之中提供均衡并且允许在电子核芯结构中实现如从基片 150外部到顶片110外部测得的特定"H"的尺寸(参见图2A)。
将诸如粘合剂的可流动缓冲材料应用于结构100中两层或多层之间。如下所 述，缓冲层调节在每种部件和膜的任何生产批次内出现的变化。例如，IC180的高 度可能是不统一的或者位于期望的公称尺寸内，但是该变化可由缓冲层补偿。期望 的高度尺寸H可以通过在多层处的缓冲实现；因为结构100的每一层都如下所述 被层叠在一起，可流动的粘合剂层为各种部件和层的每一个吸收超过的尺寸并且填 充未达到的尺寸。在缓冲应用之后使用的轧辊帮助建立期望的尺寸。每个冲切层的 网格内的空腔吸收来自超尺寸元件的可流动粘合剂。这些空腔通常被设计用来拉平 各元件。诸如IC、电池组和显示单元。因为各空腔可能没有被形成为精确适应各
元件变化的尺寸，所以它们的大小稍微大一些会导致各元件周围的小空腔。这些可 流动缓冲材料填充这些空腔并且提供统一的结构。
在热层叠期间，用于组成核芯结构各膜层的环氧树脂也流动。在各元件周围 形成的空腔可由在热层叠工艺中流动的环氧树脂填充。因为该环氧树脂填充由预先 形成的空腔所造成的空洞，所以结果可能是由于流动过程中的体积损失而导致卡片 表面不可接受的表面缺陷，诸如裂缝、裂纹或者凹陷。于是就使用可流动缓冲材料 预填充在核芯形成过程中产生的空腔，由此去除会导致这些缺陷的体积缺乏。
如下将描述两个缓冲层，主缓冲层和次缓冲层。这些缓冲层分别可以具有1.0
至3.0密尔的厚度以及0.25至1.0密尔的厚度。主缓冲层的优选厚度为2.5密尔而 次缓冲层的优选厚度为0.5至1.0密尔。
首先描述主缓冲层。参考图6，在结构100的组装过程中，将柔性顶片110 层叠至第一覆盖层120并将第一覆盖层120层叠至第二覆盖层130，由此形成顶组 装层210。基组装层220通过将诸如图6所示的基片150、带有显示器170和IC 180 的显示单元160之类的多个元件和层层叠在一起形成。使用常规层叠技术将这些元 件层叠在一起，并使用轧辊实现顶组装层210和基组装层220的期望厚度。
正如讨论的那样，不希望的尺寸变化会在这些层内的层叠元件中出现。参见 图7，主缓冲层230被放置在顶组装层210和基组装层220之间以基本上拉平各变 化并实现可接受的尺寸。主缓冲层如图8所示可以用在顶组装层210上流动的层叠 粘合剂形成。主缓冲层230可以通过包括丝网、刻版、压印或苯胺印刷术在内的各 种方法而应用于顶组装层210。这些印刷工艺使用以顶组装层210轮廓为镜像轮廓 的板来完成。该板与顶组装层210上相应的位置相匹配，以便提供粘合剂对顶组装 层210凹槽的充分覆盖。于是，虽然图7处于简明的考虑仅示出了统一厚度的缓冲 层230。但是由上述方法应用的该层将具有材料厚度和体积的图案，这一图案被选 择用以向需要大量可流动材料移入空腔的位置提供更多的材料。主缓冲层提供充足 的缓冲材料来确保在核芯形成期间所形成的尺寸差异和空洞被抵偿并填充。
参见图9，顶组装层210和基组装层220被合并，并且图案化的主缓冲层230 吸收各部件内超过的尺寸并填充不足的尺寸，由此填补高度变化以完成由轧辊所确 定的期望高度尺寸。允许任何多余的缓冲材料从覆盖片的边缘渗出并在随后被修整 以形成期望的形状。
使用缓冲层还可以为最后得到的电子核芯结构提供期望的机械强度。通过提 供基木为固体的构造来组装各种元件和空腔，最后得到的核芯结构就会呈现出非常
令人满意的硬度和机械完整性。此外，使用缓冲层来将各层锁定在一起增加了互连 电子电路的电完整性。合适的缓冲层材料应该具有合适的粘性或者其他物理特性以 允许其应用于印刷工艺，并且它应该是可流动且可固化的，从而有助于将各核芯结 构层结合在一起。然而，缓冲材料不必是永久粘合剂。缓冲层材料在热层叠过程中 还可以与PVC或其他层以及任何额外的印刷材料相混合，以使得该缓冲材料与熔 化态的各膜层和电部件的树脂相兼容。多种材料族都适于作为缓冲材料，诸如丙烯 酸盐、聚氨酯橡胶、增塑溶胶、聚酯或者具有合适的粘性以实现印刷和固化后强度 的其他类似材料。
除了粘附至柔性电路层140的主缓冲层230之外，还可以如图10和11所示 在其他各层之间流动并粘附多个次缓冲层240。这样通过在结构100中的多层处补 偿缓冲来实现期望的高度尺寸。次缓冲层还用于在制造期间将各层粘合在一起。最 后，次缓冲层和中间轧辊使得给定结构被可再生产地放置在与基底顶部或底部相隔 已知距离的位置上。这在终端用户期望使用磨铣或者其他工艺以连接嵌入核芯结构 中的任何元件的情况下将会十分重要。
除了能够均衡各部件和层的高度尺寸之外，主缓冲层230和次缓冲层240还 可以纠正其他尺寸问题。例如，在要层叠的层被冲切以适用于IC 180的情况下， 可能需要"过切割"来允许该结构轻易地容纳IC。出现在一个个电子核芯结构中 的"过切割"变化与IC大小的变化不同。虽然可以形成具有可接受尺寸的IC形状， 但是它们在结构100上的放置会有所变化，这就会导致需要补偿的位置变化。因此， 在一芯片被安装至该结构并且在其周围应用了冲切层之后，可能会在其周围形成空 腔。在此情况下，缓冲层如图11所示，不仅将填补IC的高度变化，还将填充IC 180 周围的空腔容积290。
实施例l一分离部件的放置和成多层的电路
与上述教示相一致，本发明现将在带有两合成层的构造中示出，这两个层在 图6中示出为基层220和覆盖层210，它们随后被层叠在一起以形成电子核芯结构。
电子核芯通过在基片150上以用于零件布局的合适配置放置必须的部件而构 造。基片可以是将通过热层叠工艺与各外部层层叠的PVC或其他膜。基片厚度的 较佳范围在0.001至0.005英寸之间，优选厚度为0.002英寸。使用压敏粘合剂将 各部件固定就位。
放置在基片150上的部件包括膜片开关圆顶、电池组和显示单元。最初的部 件放置决定了减轻区(relief area)的间隔以及需要拉平的各种高度。期望但不要求
预层叠冲切层145，以便与显示单元和电池组接头的基底厚度相匹配。基底的表面 可以包含将在其上放置圆顶的开关基电路。
优先的层叠方法是使用将通过UV辐照、EB辐照或者加热固化的永久性层叠 粘合剂。基层层叠可以通过设置该层高度并降低该层潜在高度变化的咬入点(nip point)来加压。
核芯现在由在同一平面上且面朝上的显示单元触点、电池组接头和开关触点 组成。可以将圆顶放置在开关上并且使用本领域内周知的粘合技术粘合。这样就完 成了将在随后层叠至覆盖层210的基层220。
覆盖层210在其底部印刷有所需的全部连接电路，这些电路将连接固定在基 层220上的开关、电池组和显示单元的电接触。覆盖层被设计用以匹配显示器高度、 芯片组、电池组和开关圆顶的轮廓。覆盖层通过层叠带冲切以匹配基层或"部件层" 的膜而以三维形式建立。覆盖层基于放置在基层上高度不同的元件数而具有最小数 目的亚层。覆盖层可由透明薄膜构造，从而允许嵌入核芯的显示器可见。
最后的组装步骤是使用永久性层叠粘合剂层叠基层220和覆盖层210。可流动 粘合剂为0.001至0.002英寸的缓冲层230用于将覆盖层粘合至基层，并且整个结 构在熔融粘合剂之前通过设置在0.018英寸处的固体咬入点。该粘合剂可以通过丝 网印刷、压印、分配或者喷雾中任一种方法施加。三维结构应该被完全覆盖而电接 触区域则不应有粘合剂。
最后层叠粘合剂是永久性的并且能够从通过透明覆盖层固化的诸如UV或EB 的辐照固化粘合剂族中选出。可选地，可以施加在通过咬入点时已冷的永久性热熔 物。该热熔物在生产完成卡片的热层叠步骤期间具有回流的额外益处。所有的缓冲 层都应该由通过避免各层永久性熔融而不干扰热层叠工艺的粘合剂组成，并且最终 得到的卡片必须通过ISO规范。适于该应用的一种粘合剂是Radcure UV-170-SP。
基片150和顶膜110的材料由PVC或者适于热层叠的其他塑料构成。可选地， 诸如聚乙烯醇(PVA)或其他商用热密封涂层的热密封能够被涂覆在最外层表面上 以确保热层叠期间完成表面的恰当粘合。
实施例2 —平面电路和电连接
在另一个实施例中，基层220的构造通过在该结构顶上印刷整个连接电路而 被修改，该连接电路将与显示单元和电池组部件的连接点相配并且含有用于开关的 基座。在连接电路和部件之间的电连接随后由向每个连接提供传导路径的针头分配 (needle dispensing)提供。其余的结构保持与实施例1相同。
实施例1和2示出了在电子核芯内印刷电路的固有柔性。电子核芯通常具有5 至7个用以在最终组装之前印刷电路元件的分立表面。本发明的这一实施方式提供 了在核芯内成层各电路并且使用所有可用表面来适合必须电路的能力。这在可用于 智能卡的区域内必须含有精制电路的情况下很有用。这一实施方式比起常规单个表 面，能够有效提供5至7倍的容量。
在核芯各层之间的电连接可以通过引入贯穿各层的单独过孔而获取。这一实 践通过钻出或者冲出贯穿每一期望层且对准要连接的电路的孔并且用导电环氧树 脂或其他材料填充这些孔以提供过孔电路路径来实现。
实施例3 —嵌入式碳/锌电池组
如上所述，适于智能卡内使用的电池组通常具有0.012至0.016的总厚度。在 此总厚度中，有0.006至0.010英寸是由用于密封该电池组的封装膜组成。这一实 施例举例说明了使用核芯层作为电池组封装的一部分以节省该核芯的总厚度并降 低其复杂度。
这一构造是基于图1所述的基层220/覆盖层210。在基层上，电池组阳极和集 电器被沉积在第二膜PVC层150的顶上。在同一层上还分别印刷了阴极和集电器。 电池组层的总厚度是与显示器高度相匹配的0.006英寸。需要两个分隔的电池以实 现系统所需的3V电压。附着电路将电池组串联连接至其他元件。
构造覆盖层210具有位于电池组电极之上的排空区以提供层叠时的减轻。在 最终层叠之前，将电池组电解液加入阱中以完成电池组构造。 一旦层叠，电解液就 湿润各电池单元以激活各电池单元。
实施例4一嵌入式锂电池组
使用锂电池组化学性质具有每电池单元2.8V电压的优点，从而能够简化核芯 的构造。然而，由于锂会与水起反应的这一化学性质，因而要求在干燥室环境内组 装电池。
因此，这就需要在集成入核芯结构之前预先形成电池组部件。这可以通过将 具有锂金属在前已溅射其上以形成阳极的铜箔集电器层叠至厚约0.010英寸的核芯
膜上而得以完成。该核芯膜被冲切成电池组的形状并且形成一阱。该阱随后用电解 液和阴极材料填充并且用形成阴极集电器的铜箔密封。最后得到的结构厚度为
0.010英寸并且比总厚度为0.014英寸的分离的电池具有更大的容量。
上述电池组层现在其一个表面上具有阳极连接而在其相对侧上具有阴极连
接。对底部电极的电连接通过将电路带到底部电极而产生。对顶部电极的电连接通
过提供贯穿该膜的过孔并使用过孔技术连接至背板而产生。
与其他的实施例一样，使用如实施例1中所述的0.001至0.002英寸粘合剂的 缓冲层来层叠覆盖层和基层。
实施例5 — PVC层
核芯结构可以使用各种膜来构造。通过选择合适的层叠粘合剂，成功的热层 叠不要求所有的层在层叠工艺期间都达到该膜的熔点。可选地，各层可由其中选出 的膜在层叠工艺期间达到熔点并熔融的各膜构成。诸如聚氯乙烯和聚丙烯的合适膜
为本领域内周知。该层叠工艺保持不变，除了层叠粘合剂被印刷成华夫(waffle) 图案或者被印刷成其他合适的图案以允许各层流动并提供合适的表面用于熔入之 外。该层叠工艺还用于拉平各层，但是粘合剂的主要目的是在层叠之前将各层结合 在一起。在印刷电池组的情况下，将缓冲层粘合剂印刷成围绕该电池组的连续层以 确保在最终层叠之前形成包含电池电解液的密封垫。这一印刷即使在图案用于卡片 其他区域的情况下也可执行。 结论
所述实施例举例说明了本发明的被印刷且被层叠的结构的范围和柔性。更具 体地，本发明可用于有效地生产一种提供各种金融卡和其他应用指定的电子功能的 电子核芯结构，该结构具有所需的结构完整性并且在保持与由标准和/或用户要求 指定的具体应用的尺寸要求、柔性和其他物理要求相一致的同时允许应用完成的各 层。本领域普通技术人员将会认识到可以实践其他的部件和构造并且它们仍然位于 本发明的范围内。
附录A
智能卡规范
ISO 7810-用于描述在定义条款中定义的识别卡特性及这种卡在国际交换中
使用的一系列标准之一。国际标准指定识别卡的物理特性包括卡材料、构造、特性、
以及卡的四种大小的尺寸。用于银行卡的公称尺寸包括边缘去毛刺不超过0.008 mm (0.003英寸)、表面扭曲和签名条的各标准。
IS0/IEC 7811-1识别卡-纪录技术-第1部分凸字。ISO/IEC7811的这一
部分是用于描述在定义条款中定义的识别卡参数及这种卡在国际交换中使用的一 系列标准之一。ISO/IEC7811的这一部分指定了用于识别卡上凸印字符的要求。凸 印字符旨在通过使用印刷机或者通过视觉或机器读取来传送数据。它考虑了人和机
器两个方面并陈述了最低要求。
IS0/IEC 7811-3识别卡-纪录技术-第3部分ID-1卡上凸印字符的位置 ISO 7812 & 7814-磁条材料的位置和表面轮廓
ISO 7813识别卡-金融交易卡。指定金融交易卡的外壳尺寸应该为0.76± 0,08 mm (0.030±0003英寸)厚，85.47 mm (3.375英寸)宽以及54.03 mm (2.127
英寸)高。
ISO 7816-1识别卡-带触点的集成电路卡-第1部分物理特性。指定带 触点的集成电路卡的物理特性。它适用于美国国家标准为识别指定的可能包括有凸 字和/或磁条的ID-1卡型的识别卡
IS0/IEC 7816-2信息技术-带触点的集成电路卡-第2部分触点的尺寸和 位置。为ID-1卡型的集成电路卡上的每个触点指定尺寸、位置和分配。要结合 IS0/IEC 7816-1使用。
IS0/IEC 7816-3信息技术-带触点的集成电路卡-第3部分电子信号和传 输协议。指定功率和信号结构，以及集成电路卡和诸如终端的接口设备之间的信息 交换。它还覆盖了信号速率、电压电平、电流数值、奇偶转换、操作过程、传输机 制以及与卡的通信。
ISO 14443 - 1识别卡-接近式(RF)集成电路卡的演化标准。-第1部分 物理特性。指定接近式卡(PICC)的物理特性。它适用于在耦合设备附近工作的
卡型ID-1的识别卡，该标准应该结合ISO/IEC 14443随后部分使用。电子稿可从 以下获取Global Engineering Documents, Inc, http:〃www.global.ihs.com。
ISO 14443 -2识别卡-接近式集成电路卡的演化标准。-第2部分射频接 口和参数。描述了接近式卡和接近式耦合设备之间两种无触点接口的电特性。此外， 还包括功率和双向通信。指定提供用于功率以及接近式耦合设备(PCD)和接近式 卡(PICC)之间的双向通信的电磁场特性。ISO/正C 14443这一部分应该结合 ISO/IEC 14443其他部分使用。ISO/IEC 14443这一部分不指定生成耦合电磁场的途 径，也不指定会随国家变化的遵守电磁辐射和人体照射规则的途径。
ISO 14443 - 3识别卡-接近式集成电路卡的演化标准。-第3部分电子信 号和传输协议
ISO 14443 - 3识别卡-接近式集成电路卡的演化标准。-第4部分安全特 性。描述(a)进入接近式耦合设备(PCD)电磁场的接近式卡(PICC)的轮询； (b)在PCD和PICC之间通信的初始阶段所使用的字节格式、帧和定时；(c) 初始请求以及对请求命令内容的回答；(d)在各PICC之中检测一个PICC并与其 通信的方法(防碰撞)；(e)初始化PICC和PCD之间通信所需的其他参数；以 及(f)基于应用准则来便利并加速在各PICC之中选择一个PICC的可任选的途径。
ISO/IEC 10373识别卡-测试方法
ISO/IEC 7816-4信息技术-识别卡-带触点的集成电路卡-第4部分用 于交换的行业间命令。指定以无触点环境的特定需要为特征的半双工分组传输协 议。ISO/IEC 14443这一部分旨在结合ISO/IEC 14443其他部分使用并且可用于类 型A和类型B的接近式卡。
ISO/IEC 7816-5识别卡 - 带触点的集成电路卡-第5部分用于应用识别者 的编号系统和登记过程
ISO/IEC 7816-6识别卡-带触点的集成电路卡-第6部分行业间数据元素
ISO 8583:1987银行卡始发消息-交换消息规范-用于金融交易的内容
ISO 8583:1993金融交易卡始发消息-交换消息规范
ISO/IEC 8825-1信息技术-ASN.1编码规则基本编码规则(BER)、经典 编码规则(CER)和区分编码规则(DER)的规范
ISO/IEC 8859信息技术-8比特单字节编码图形字符集 ISO 9362银行业务-银行电信信息-银行识别码
ISO 9564-1银行业务-PIN管理和保密-第1部分ATM和POS系统中联 机PIN处理的基本原则和要求
ISO 9564-3银行业务-PIN管理和保密-第3部分ATM和POS系统中离 线PIN处理的要求
ISO/正C 9796-2:2002信息技术-保密技术-具有消息恢复功能的数字签名 方案-第2部分基于整数因子分解的机制
ISO/IEC 9797-1信息技术-保密技术-电文认证码-第1部分使用分组 密码的机制
ISO/IEC 10116信息技术-保密技术-n比特分组密码算法的操作模式
ISO/IEC 10118-3信息技术-保密技术-散列函数-第3部分专用的散 列函数
ISO 11568-2:1994银行业务-密钥管理设备(零售)-第2部分对称密码 的密匙管理技术
ISO 13491-1银行业务-安全加密设备(零售)-第1部分概念、要求和
评估方法
ISO 13616银行业务和相关金融服务-国际银行账号(IBAN) ISO 16609银行业务-使用对称技术的消息认证要求
ISO 639-1语种名称的表示码-第1部分Alpha-2码。注意该标准由ISO 不断更新。对ISO 639- 1:1988的附加/改变语种名称的表示码可从该网址获取 http:〃lcweb.loc.gov/standards/iso639-2/codechanges.html
ISO 3166国家及其地区的名称表示码
ISO 4217表示货币和资金的表示码
FIPS 180-2保密散列标准
权利要求
1.一种薄型分层核芯结构，所述薄型分层核芯结构在层叠单元内提供显示器以及用于驱动所述显示器的相关电子器件，所述薄型分层核芯结构包括可层叠材料的基层和顶层；显示单元，具有与集成电路部件相连的连接点，并具有用于连接至电源的电迹线，所述集成电路部件用于驱动至少一个显示部件；至少一个预先形成的部件连接层，具有印刷在其一个或多个表面上的电迹线，所述至少一个预先形成的部件连接层被可操作地电连接至显示单元并被固定在所述基层和顶层之间；以及缓冲层，配置在所述基层和顶层之间，所述缓冲层由可成形材料制成，所述可成形材料在所述基层和顶层之间的部件之间补偿厚度差，并且允许用于所述分层核芯结构的期望总厚度被实现。
2. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，所述至少一个显示部件 通过印刷多个像素而形成，所述多个像素可操作地电连接至所述集成电路部 件。
3. 如权利要求2所述的分层结构，其特征在于，所述多个像素配合地连 接至显示器接收连接点。
4. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，所述基层适于层叠至相 邻的下覆盖表面。
5. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，所述顶层适于层叠至相 邻的上覆盖表面。
6. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，芯片接触板被至少部分 地安装在所述核芯结构内，并且所述分层结构内部的电迹线可操作地将所述芯 片板电连接至离开所述芯片板横向放置的所述集成电路部件。
7. 如权利要求6所述的分层结构，其特征在于，所述芯片接触板是用于 智能卡的接触板，并且所述集成电路部件被配置用以执行智能卡的功能。
8. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，所述部件连接层被预先 形成有孔，用以容纳各部件，并有助于补偿在所述基层和顶层之间的部件间的 厚度差。
9. 如权利要求1所述的分层结构，其特征在于，所述部件连接层被预先 形成有孔，用以容纳各部件，并有助于补偿在所述基层和顶层之间的部件间的 厚度差，并且所述缓冲层可成形以填充与所述孔相关联的空腔。
10. 如权利要求l所述的分层结构，其特征在于，所述部件连接层具有印 刷在其上表面和下表面的电迹线。
11. 一种用于制造带有显示器的薄型分层核芯结构的方法，包括 提供适于层叠的基层；提供带有附连的集成电路部件用以驱动至少一个显示部件的显示单元，所 述显示单元是通过印刷至少一个像素而形成的，所述至少一个像素带有相应的 电化学墨层以及可操作地电连接所述至少一个像素和所述集成电路部件的迹 线；提供电源部件，用以可操作地电连接至所述集成电路部件； 提供至少一个覆盖层，被插入邻近所述显示单元，并且在其至少一个表面 上带有印刷的电部件，其中所述印刷的电部件被可操作地连接至所述集成电路 部件、所述电源部件和所述显示单元中的一个或多个；以及通过在其间插入至少一层缓冲层而把所述基层、显示单元、电源部件以及 覆盖层组合成一个层叠单元，所述缓冲层是可成形的，并被有差异地应用，从 而补偿所述基层和覆盖层之间所述部件的厚度尺寸差异，并用其自身的竖向尺 寸提供足以实现用于所述层叠单元所期望的总竖向尺寸的厚度范围。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，印刷至少一个像素的所述 步骤包括印刷被可操作地电连接至所述集成电路部件的多个像素。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，印刷至少一个像素的所述 步骤包括印刷被可操作地电子连接至所述集成电路部件的多个像素，籍此所述 多个像素配合地连接至显示器接收连接点。
14. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括提供被至少部分地 安装在所述核芯结构内的芯片接触板，以及可操作地将所述芯片板电连接至被 布置在横向离开所述芯片板的位置处的所述集成电路部件的所述分层结构内 部的电迹线。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述芯片接触板是用于智 能卡的接触板，并且还包括配置所述集成电路部件以执行智能卡的功能。
16. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，提供覆盖层的所述步骤包括提供预先形成有孔以容纳部件并有助于补偿在所述基层和顶层之间的部件间 的厚度差的层。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，提供覆盖层的所述步骤包 括提供预先形成有孔，以容纳部件并有助于补偿在所述基层和顶层之间的部件 间的厚度差的层，并且所述覆盖层和所述缓冲层是可成形的，以填充与所述孔 相关联的空腔。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预先形成有孔的层具 有印刷在其上表面和下表面上的电迹线。
19. 一种用于制造带有显示器的薄型分层核芯结构的方法，包括 提供适于层叠的基层；提供带有附连的集成电路部件用以驱动所述显示器的显示单元，所述显示 单元是通过印刷多个像素而形成的，所述多个像素带有相应的电化学墨层以及 可操作地电连接所述像素和所述集成电路部件的迹线；提供用以可操作地电连接以将功率输送给所述集成电路的电源；通过在至少一个覆盖层的一个以上外部或内部表面上印刷被可操作地电 连接至所述集成电路部件、所述电源部件和所述显示单元中的一个或多个的电 部件，提供邻近所述显示单元被插入所述覆盖层；以及通过在其间插入至少一层缓冲层，而把所述基层、显示单元、电源部件以 及覆盖层组合成一个层叠单元，所述缓冲层可成形并被层叠，用以补偿所述基 层和所述覆盖层外表面之间所述显示单元和其他部件的厚度的尺寸差异，并用 其自身的竖向尺寸提供足以实现用于所述层叠单元所期望的总竖向尺寸的厚 度范围。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述至少一个缓冲层由印 刷技术来施加。
21. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述缓冲层在层叠中变得 可流动以填充空腔，并且因为所述缓冲层的所述厚度补偿所述尺寸变化从而允 许将所述结构拉平为均匀厚度。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，多个缓冲层被印刷并流动。
23. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，在施加所述缓冲层材料之 后使用轧辊来实现期望尺寸。
24. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述在两个或多个外部或 内部表面上印刷电部件包括印刷导电迹线、或者电阻性或电介质材料，用以与 其他印刷层一起形成包括天线、电阻器和电容器在内的所述期望部件。
25. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括通过使用印刷技术 施加各层来形成包括所述阳极、阴极、集电器和电解液容积的电池组部件。
26. —种薄型分层核芯结构，所述薄型分层核芯结构在层叠单元内提供用 于信息处理的一个或多个电子部件，所述薄型分层核芯结构包括-可层叠材料的基层和顶层；至少一个电子部件，所述至少一个电子部件具有连接点并且具有用于连接 至电源部件的电迹线；具有印刷在其一个或多个表面上的电迹线的至少一个预先形成的部件连 接层，所述至少一个预先形成的部件连接层被可操作地电连接至所述至少一个 电子部件并被固定在所述基层和顶层之间；以及被配置在所述基层和顶层之间的缓冲层，所述缓冲层由可成形材料制成并 用于补偿在所述基层和顶层之间的部件之间的厚度差，并且允许用于所述分层 结构的期望总厚度被实现。
27. 如权利要求26所述的分层结构，其特征在于，所述至少一个电子部件是集成电路部件。
28. 如权利要求26所述的分层结构，其特征在于，所述至少一个电子部件是磁条仿真器。
29. 如权利要求26所述的分层结构，其特征在于，所述至少一个电子部 件是生物传感器。
30. 如权利要求26所述的分层结构，其特征在于，芯片接触板被至少部 分地安装在所述核芯结构内，并且所述分层结构内的电迹线可操作地将所述芯片板电子连接至离开所述芯片板横向放置的所述集成电路部件。
31.如权利要求30所述的分层结构，其特征在于，所述芯片接触板是用 于智能卡的接触板，并且所述集成电路部件被配置用以执行智能卡的功能。
全文摘要
本发明将电子部件并入可由现有工艺轻易热层叠的电子核芯结构。该结构包括多个期望的电子部件，诸如显示器、电池组或其他电源、集成电路、开关、磁条仿真器、天线、智能芯片或者其他输入设备。该结构包括层叠的缓冲层，用以桥接各层并补偿电子部件尺寸的变化。该结构还将电池组封装合并作为该核芯层结构的一部分并且使用印刷电子电路作为该电子核芯层的一部分以影响期望的特性。在该结构内可以合并各种部件。
文档编号H05K1/14GK101375647SQ200680016692
公开日2009年2月25日 申请日期2006年4月10日 优先权日2005年4月11日
发明者D·G·希弥, J·P·麦克道格尔, S·F·奎德勒恩, T·J·佩纳茨 申请人:艾维索股份有限公司