用于交易卡的经包覆模制的电子部件及其制造方法

摘要

一种用于制造交易卡的方法，所述方法包括：在交易卡的卡本体中形成开口；将电子部件插入开口中；以及在电子部件周围对模制材料进行模制。交易卡包括经模制的电子部件。

说明书

本申请涉及于2018年10月18日提交的题为OVERMOLDED ELECTRONIC COMPONENTSFOR TRANSACTION CARDS AND METHODS OF MAKING THEREOF的来自美国非临时申请第16/164,322号，并且要求该美国非临时申请的优先权权益，该美国非临时申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及具有电子部件的交易卡及用于制造该交易卡的方法。

背景技术

金属支付卡在包括电子部件例如电感耦合支付模块、RF电子器件以及独立电子嵌体的时面临独特的挑战。为了容纳这些部件，将金属机械加工成各种几何形状，然后将部件放置在腔中并且使其暴露或隐藏在印刷的塑料片或其他装饰元件下面。可以通过例如压板层压、接触粘合剂、可固化粘合剂、或“推入装配”或者本领域已知的任何接合方法的各种方法将装饰元件固定至卡。在腔中通常需要RF屏蔽，这在保持卡的所期望的美感的同时进一步使卡组装复杂化。

这些所需的加工几何形状中的一些去除了大量的金属或者留下穿过卡的狭缝或孔，这减弱了卡的强度并且在美学上是不期望的。为了增强卡并且提供所期望的表面，已经开发出包覆模制和插入模制技术，以将电子嵌体封装在卡内并且增强卡的几何形状。此外，这种开发已经改进了优于现有设计的RF性能，这是因为这种开发在保持结构的刚性和所期望的外观的同时使得能够在关键的RF传输和接收区域中去除更多的金属。

发明内容

本发明的各方面涉及交易卡、用于制造交易卡的方法以及根据所公开的方法生产的交易卡。

根据一个方面，本发明提供了一种用于制造交易卡的方法以及由此生产的交易卡。该方法包括：在交易卡的卡本体中形成用于接纳电子部件的开口；将电子部件插入开口中；以及在电子部件周围对模制材料进行模制。

在另一方面中，本发明提供了一种交易卡。交易卡包括经模制的电子部件。

要理解的是，前述的一般性描述和以下的详细描述两者是本发明的示例性的而非限制性的描述。

附图说明

当结合附图阅读时，根据以下详细描述最好地理解本发明，其中相同的元件具有相同的附图标记。当存在多个相似元件时，可以将单个附图标记分配给多个相似元件，其中小写字母标记指代特定元件。当共同地指代元件或指代非特定的一个或更多个元件时，可以删除小写字母标记。这强调了根据惯例，除非另有说明，否则附图的各种特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，可以扩展或减小各种特征的尺寸。附图中包括以下图：

图1是根据本发明的各方面的用于制造交易卡的过程的所选择步骤的流程图；

图2A是描绘根据本发明的各方面的包覆模制之前的电子部件的照片；

图2B是描绘根据本发明的各方面的包覆模制之后的电子部件的照片；

图3A是根据本发明的各方面的插入模制之前的交易卡的正面的示意图；

图3B是根据本发明的各方面的插入模制之前的交易卡的背面的示意图；

图3C是根据本发明的各方面的插入模制之后的交易卡的正面的示意图；以及

图3D是根据本发明的各方面的插入模制之后的交易卡的背面的示意图。

图4A和图4B是根据本发明的各方面的用于制造交易卡的包覆模制过程的所选择步骤的示意图。

图5A是描绘具有围绕支付模块的封装天线的示例性卡的正面侧的图像。

图5B是描绘图5A的示例性卡的背面侧的图像。

图5C是在将支付模块插入其中之前分离出的示例性封装天线模块的透视图。

具体实施方式

本发明的各方面涉及交易卡、用于制造交易卡的方法以及根据所公开的方法生产的交易卡。

在图1中，示出了描绘根据本发明的各方面的用于生产交易卡的方法100的所选择步骤的流程图。应当注意，关于本文所描述的方法，根据本文的描述将理解可以省略一个或更多个步骤和/或脱离所描述的过程的顺序执行一个或更多个步骤，同时仍然实现所期望的结果。

在步骤110中，在交易卡的卡本体中形成开口。开口的尺寸可以设计成接纳一个或更多个经模制的电子部件。开口可以部分地延伸穿过卡本体(由此形成例如凹部)或完全地延伸穿过卡本体(由此形成孔)。在一些实施方式中，然后可以在一侧上例如利用所施加的材料完全地或部分地覆盖形成为穿过卡本体的孔，所施加的材料为例如粘附地接合的塑料材料，例如图3D中示出的元件307c。如图3D中所描绘的，元件307c与围绕孔的区域交叠，以形成凹部，该凹部由卡本体中的孔的边缘限定外围并且由所施加的材料307c限定底端。所施加的材料可以是与稍后要填充在凹部中的模制材料相同或兼容的材料。在一些实施方式中，如图3D所示，与围绕卡本体中的孔的区域交叠的所施加的材料307c可以具有通孔308，该通孔308的区域小于卡本体中的孔，以便在卡本体中的在孔的外围内侧提供所施加的材料的“凸缘”309。

本发明的卡本体可以由包括任意合适金属的任意合适的材料构成，例如不锈钢、青铜、铜、钛、碳化钨、镍、钯、银、金、铂、铝或向卡提供卡的本体(结构)和重量的大部分的任意合金。另外地或替选地，本文所描述的卡本体可以由任意合适的聚合物(例如，聚碳酸酯、聚酯)或无机(例如，玻璃、陶瓷)材料或前述材料中的任意材料的任意组合构成。

在步骤120中，将电子部件插入卡本体的开口中。

在步骤130中，在电子部件周围对模制材料进行模制。应当注意，步骤120和步骤130的顺序可以根据具体应用而变化。

在一个实施方式中，步骤130包括包覆模制过程。在包覆模制过程期间，在电子部件周围(并且通常在电子部件上方)对模制材料进行模制，使得模制材料覆盖电子部件的表面的至少一部分。电子部件的包覆模制可以使用常规和商业上可获得的设备例如ENGLE插件(恩格尔公司(Engel Austria GmbH)，澳大利亚)和Cavist MoldMan

示出了在包覆模制过程之前(在图2A中)和之后(在图2B中)的电子部件201。虽然经包覆模制的部件200被描绘为具有完全覆盖电子部件201的模制材料205，但是本领域普通技术人员将理解不同程度的包覆模制可以实现交易卡的所期望的结构刚性、功能性和美感。具体地，如图2A和图2B所示，以导线210和220的形式连接至部件200的电接触各自具有未封装的端部，该端部从包覆模制突出以允许至部件的电连接。应当理解，尽管在图2A和图2B中描绘为导线，但是电接触或不限于电接触的其他未封装部分可以采用任意形状或形式。还应当理解，在某些实施方式中，例如在可以通过封装层实现在未封装部件与封装部件之间技术上所期望的耦合的程度的实施方式中，部件可以被完全封装。

返回至图1，在采用包覆模制过程的情况下，可以在执行步骤120之前执行步骤130。也就是说，可以在将电子部件插入卡本体的开口之前对电子部件单独地进行包覆模制。在插入经包覆模制的电子部件之前，还可以对经包覆模制的部件进行机械加工，以去除多余的模制材料和/或在模制材料中产生可以用于将经包覆模制的电子部件固定至卡本体的开口中的部件(feature)。例如，参照图2B，可以将唇缘机械加工到模制材料205中，以使得经包覆模制的部件200可以固定在卡本体的开口中。

替选地，可以在执行步骤120之后执行步骤130中的包覆模制。在该实施方式中，将电子部件插入卡本体的开口中。随后，迫使模制材料流入卡本体的开口中并且形成在电子部件的包括至少顶表面的一个或更多个暴露表面上方。本领域普通技术人员将理解当模制材料流入卡本体的开口中时，可以将卡本体材料选择成承受与包覆模制相关联的压力和热而基本上不变形。

在采用插入模制过程的情况下，可以在执行步骤120之前执行步骤130。常规的插入模制过程包括：将电子部件插入模具中；然后将模制材料注入模具腔中以形成经模制的电子部件。在插入模制过程之后，经模制的电子部件可以通过模制材料完全地或部分地封装。

转到图3A至图3D，描绘了根据本发明的各方面的用于制造交易卡的插入模制过程的所选择步骤的示意图。在附图中，图3A至图3D中的区域305和308表示穿过卡的孔。图3A中的区域307a,b以及图3B和图3D中的区域307c表示卡本体中的用于使模制材料接合并且束紧的被部分地覆盖的孔(凹部)。图3B描绘了完成的模制卡，其中，模制部件310的插入模制材料是可见的。尽管为了说明的目的，插入模制材料显示与背景卡材料形成对比，但是模制部件不限于相对于背景卡的着色或阴影中的任何特定对比度，并且模制部件可以包括与卡的正面相同的材料，或者模制部件可以包括被选择成具有下述着色或阴影的材料：该着色或阴影被选择成与卡的正面侧的着色或阴影匹配，以使该着色或阴影在完成的卡中的可见度最小化。例如，在包括与模制材料不同的材料(例如，金属或陶瓷本体和热塑性树脂模制材料)的卡本体中，可以将模制材料的着色选择成具有与本体的材料尽可能接近地匹配的颜色和色调，包括在模制材料中使用与卡本体材料相同或相似的成分(例如，在模制材料中包含与本体的金属相同的粉末状金属)。在其他实施方式中，可以使用与卡的本体形成对比的模制材料。图3A描绘了包括完全地延伸穿过卡本体302的开口305的交易卡300的正面侧。多个固定部件307a,b提供了模制材料可以粘附或以其他方式接合的区域。在所描绘的实施方式中，固定部件307a,b是盲孔(例如，凹部)。在图3B中的交易卡300的相反的背面侧上发现了一组相似的固定部件307c。将开口305和固定部件307a,b、307c的几何形状选择成改进金属交易卡300的RF性能。固定部件307a,b、307c可以包括与模制材料相同或以其他方式兼容并且与卡本体材料不同的材料，使得模制材料和固定部件的材料熔化或以其他方式与粘结剂连接在一起，粘结剂比模制材料与卡本体之间产生的任何接合都相对强。

图3C描绘了在已经将插入模制电子部件310放置在开口305中之后的交易卡300的正面侧。在所描绘的实施方式中，经模制的电子部件310在交易卡300上将是可见的。经模制的电子部件310的几何形状允许经模制的电子部件310通过由固定部件307a,b、307c产生的偏置动作固定至交易卡300。替选地或另外地，经模制的电子部件310可以使用诸如双酚、酚醛清漆、脂族和二缩水甘油胺的环氧树脂粘附至交易卡300的开口305。

可以(通过例如铣削或机械加工)从经模制的电子部件310中去除过量的模制材料，以并入附加的电子部件或其他所期望的部件。

图4A描绘了示例性包覆模制过程，其中将凹部403机械加工到卡本体402中用于接纳电子部件405。在所描绘的实施方式中，电子部件405是印刷电路板(PCB)，具体是RFID模块。虽然凹部403被描绘为横穿卡本体402的背面的大部分，但是本领域普通技术人员将理解根据要并入的电子部件，不同几何形状的较小开口可以是合适的。

凹部403的尺寸可以设计成接纳电子部件405并且固定至电子部件405的位置，或者凹部403的尺寸可以设计成允许在凹部403的内部唇缘与电子部件405的外部边缘之间有多余的模制材料。电子部件405可以使用如上所述的环氧树脂另外地或替选地粘附至凹部403。

经包覆模制的面板410产生交易卡400的背面。经包覆模制的面板410可以完全地或部分地封装电子部件405。可以单独制备经包覆模制的面板410，并且然后将面板410附接至凹部403(使用例如如上所述的合适的环氧树脂)，或者面板410可以通过将模制材料的层直接包覆模制在凹部403中而形成。

在示例性实施方式中，在经包覆模制的面板中使用的模制材料是可以增强RF传输的塑料材料，其中交易卡400由金属或其他RF干扰材料构成。

如本领域中已知的，具有用于与销售点(POS)终端的读卡器感应地耦合的RFID芯片模块的交易卡通常还具有嵌入式增强天线结构，该结构被配置成将嵌入式天线感应地耦合至RFID芯片模块，其中经耦合的天线、RFID模块和读卡器形成用于将信息从卡传输至读卡器的电路。因此，在RFID模块是封装或部分封装的部件(或如本文所描述处理的多个电子部件之一)的示例性实施方式中，可以以任何数目的方式提供天线结构。在一个实施方式中，天线结构可以嵌入到在本文所描述的模制过程之后施加到卡的层中。可以利用非加热过程(例如用粘合剂)、在不会再熔化、变形或以其他方式对电子元件上方的模制造成不利地干扰的温度、压力和持续时间下进行的热层压过程将天线方位层层压至卡，或者在这种热层压步骤期间可以提供背板(包括金属或一些不受热层压影响的其他材料)，以防止模制的任何再熔化或变形从正在进行层压步骤时的相对表面突出。

在另一实施方式中，模制步骤可以包括包覆模制步骤，该包覆模制步骤不仅覆盖如本文所述的电子部件，而且至少覆盖卡表面的稍后将被设置在其中的天线结构的部分。例如，可以进行溢流包覆模制步骤，其除了封装或部分封装RFID模块之外，还可以覆盖卡的在具有所期望厚度的层中的至少一个完整表面(通常是背面，但也可以是正面或代替正面)。然后，可以例如使用本领域已知的超声波处理将天线嵌入该包覆模制层中。要印刷在卡的表面上的任何内容也可以印刷在包覆模制层表面上，或者可以例如经由粘合剂或层压来附接附加的印刷层。在其他实施方式中，天线可以被印刷在模制表面上，或者作为例如用粘合剂或通过层压附接在模制表面上方的另一层的一部分被施加。前述是非限制性示例，并且应当理解对于用于在卡中提供经模制的电子部件的本文所述过程的所得产品的下游处理存在无限可能性，并且本发明的某些方面是不以任何方式受限于后过程步骤。

在另一实施方式中，图5A至图5C中示出的，用于与支付模块的天线感应地耦合的增强天线502可以采用几乎围绕支付模块(例如，双接口(DI)RFID芯片)的环形金属框架的形式。如图5A至图5C中所描绘的，天线具有从环形天线的内部边缘延伸至外部边缘的中断部或狭缝506。已经将这样的天线通常描述并表征为在Le Garrec等人的美国专利第8,608,082号('082专利)中的“放大器”和在Finn等人的美国专利第9,812,782号(和其他)中的“耦合框架”，上述美国专利通过引用并入本文。如前述中所描述，将于2018年3月22日提交的题为DI CAPACITIVE EMBEDDED METAL CARD的美国专利申请序列第15/928,813号转让给本发明的共同受让人并且通过引用并入本文，金属卡本体本身可以用作这样的天线或放大器，其中狭缝(例如，如图5A和图5B中所描绘的504)从卡的外围延伸至其中安装有支付模块的凹部。狭缝可以具有任何几何形状，包括但不限于图5A和图5B中描绘的阶梯状形状、在'813申请中和相关申请中描述的任何几何形状或者在前述引用中公开的任何几何形状。

如图5C所示，金属天线502被封装材料围绕以形成外部围绕520和内部区域522，并且封装物还填充将内部区域连接至外部围绕的狭缝506。出于说明的目的，在图5C中描绘了下述天线，该天线在沿Z方向没有覆盖其的封装材料，使得天线在描绘中保持可见。在其中还利用卡的金属本体500用于信号放大的实施方式中，封装材料也可以填充金属本体中的狭缝504。然而，应当理解，狭缝504可能不存在于所有实施方式中。还应当理解，卡本体可以具有一个以上狭缝。以虚线的形式描绘示例性的替选的附加的狭缝位置554、564、574。例如，在一个实施方式中，与芯片凹部相交的狭缝504和554的组合可以沿卡的整个长度形成二等分，或者与芯片凹部相交的狭缝564和574的组合可以一起沿卡的整个宽度形成二等分。此处应当注意，术语“二等分”旨在意指该线将卡划分为两个部分，但是这些部分在尺寸上不一定相等。尽管所描绘的组合的狭缝大体上以与天线的相对侧上的同一条线对准的天线为中心，但是组合的狭缝可以与天线以及相对于组合的狭缝彼此具有任何关系，包括：其中天线的不同侧上的狭缝位于平行线或不平行线上的关系；其中狭缝相邻连接而不与天线的相对侧连接的关系；其中狭缝与卡的边缘不平行的关系；或者其中狭缝中的一者或两者是非线性的关系。对于其中将卡二等分的实施方式，可以通过包覆模制或者其他非导电粘合剂或填充剂将卡的其余部分接合在一起。尽管优选实施方式包括仅将卡本体的单个二等分为两个分立部分，但是多个本体狭缝可以将卡划分为两个以上的分立部分。二等分的布置通常可以使涡流最小化。

因此，如图5C中描绘的作为被封装的天线502限定了含金属的插头550，该插头可以整体制造并且然后插入卡本体中的开口中，或者可以例如通过包覆模制来在卡本体中的开口中原位制造该插头。在将插头插入凹部中或者原位模制之后，可以在插头的内部区域522中产生凹部(例如，通过铣削或本领域中已知的任何方法)以接纳支付模块。这样的设计的优点之一在于：金属卡本体可以形成有用于接纳插头550的通孔。优选地，通孔可以通过除了铣削之外的方法例如冲压、蚀刻、激光切割等形成。或者，卡本体最初可以形成有通孔，这对于陶瓷、铸造金属或掺杂金属的环氧树脂(例如在于2018年9月12日提交的题为METAL-DOPED EPOXY RESIN TRANSACTION CARD AND PROCESS FOR MANUFACTURE的美国临时申请序列第67/730,282号中描述的，被转让给本发明的共同受让人并且通过引用并入本文)的卡本体而言可以是特别有利的。然后，仅需要在非金属封装材料中执行用于制造用于接纳支付模块的凹部的铣削步骤，这与金属相比更容易并且耗费更少的用于铣削的时间。如本领域中已知的，用于接纳支付模块的凹部可以是阶梯状的孔，该阶梯状的孔在卡的正表面上具有第一相对较大的区域，以及该阶梯状的孔在卡的背面上具有第二相对较小的区域。通过扩大支付模块插入卡本体中的凹部的区域，可以使必须切入金属卡本体中的狭缝504的总长度(在其中存在狭缝的实施方式中)最小化，还节省了制造时间。前述改进促进了输出和效率的提高。

在一些实施方式中，可能不需要或不期望卡本体用作增强天线的一部分。在这样的实施方式中，卡本体中的开口可以相对大于如图5A至图5C中所描绘的，使得外部围绕520具有将插头550中的天线502的金属与卡本体分开的宽度W，这是可操作的以可接受地使来自卡本体的电/磁干扰最小化。在这样的实施方式中，插头550的几何形状可以是更矩形的，其中插头的最内部边缘560位于更靠近卡本体500的中心，以将RF信号中的一些引向卡的中心，而如所描绘的，DI支付模块的位置基本上保持不变，以符合用于联系人的位置的相关标准。

尽管本文结合金属卡本体进行了描述，但是在非金属卡中可以采用相似的几何形状。除了本文所描述的适用于任何材料的卡本体的制造的方法之外(尽管对于金属、陶瓷和陶瓷涂覆的金属体而言特别有利)，天线502可以部署在塑料(例如，PVC)卡本体中，例如，通过超声波方式(或其他方式)将金属部件嵌入塑料中作为卡内的嵌体，从而替代铜导线或蚀刻后的天线嵌体。如所描绘的天线几何形状502可以被描述为具有几乎封闭的外围的平坦的环形构件，其中狭缝506将环面的内部外围与外部外围连接。尽管在示例性实施方式中描绘为单个构件，但是天线结构不限于此，并且可以包括一个以上的构件。相比之下，铜导线或蚀刻后的天线嵌体通常产生具有径向分开螺旋的螺纹的空间的线或导线的螺旋图案。

本领域普通技术人员将理解合适的模制材料将取决于步骤130中使用的模制过程的类型。例如，在采用插入或包覆模制的情况下，可以使用诸如

在另一实施方式中，在包覆模制过程或插入模制过程中使用的模制材料是具有约150℃至300℃的模制温度范围的塑料材料。

尽管本文参照具体实施方式示出和描述了本发明，但是本发明并不旨在限于所示出的细节。而是，可以在权利要求的等同内容的范畴和范围内并且在不脱离本发明的情况下在细节上做出各种修改。