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接触式IC卡的基本知识

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IC卡的定义

结合半导体技术的进步，在塑胶卡上嵌入IC晶片，以期达到记忆、识别、加/解密及传输等功能，
此即所谓的IC卡。

IC卡的基本构成要素

符合ISO标准的塑胶卡片(PVC、ABS或更高级的合成材料)
一个由微处理器或记忆体与控制逻辑所组合而成的晶片(IC CHIP)
一个可提供与外界通讯的界面

IC卡的外观图

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IC卡的制作流程

IC卡的制作共分三个阶段：
COB(Chip On Board)制造
晶片设计与制造→打线与封装→COB测试→COB完成
卡片的印刷与加工
原稿美工设计→防伪印刷处理→卡片粘喝加工→裁切成型
→品管作业→卡片完成
IC卡晶片嵌入与制成
卡片孔→晶片嵌入→成品测试→IC卡完成

IC卡的印刷防伪技术

IC卡片在印刷作业过程中，可以经由下列特殊处理，来达到防止伪造或变造的目的：
特殊簽名條印刷
底纹印刷
微缩印刷
彩虹印刷
隐相印刷
荧光印刷
凹版印刷
镭射全像
序号打印
红外线印刷
特殊签名条印刷

IC卡的核心技术简介

卡片操作系统(Card Operating System)于晶片制造的同时便烧录(Masked)于微处理晶片的ROM中
经由卡片操作系统的运作，可管理整个晶片的作业
透过卡片操作系统的控制，可将卡片限定于某一特定用途
通过发卡单位的设计，可规划多种用途
独特的加密处理，已逐渐普及于金融消费
核心技术日新月异，各种国际标准规格陆续制定中

接触式IC卡的技术特点

通用存储器IC卡芯片主要具有以下特点：

1.一般无安全控制逻辑，即存储器中存储的有关信息可以任意存取、没有逻辑安全性；
2.在存储器芯片制造上没有或很少安全保护措施；
3.多采用EEPROM存储器技术；
4.不完全符合或支持ISO/IEC 7816等有关IC卡的国际标准，如不支持ATR（自动复位响应）协议等； 5.一般并非为IC卡应用专门设计（即非IC卡专用芯片）；
6.该类芯片的通用性较强，已经或正在大量用于有关的工商业产品中。

目前，此类芯片的通讯协议多采用较为通用的两线串行链接协议（I2C）及三线串行链接协议，尤以前者为多。

此类芯片的典型逻辑结构见图。

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通用存储器芯片逻辑结构

国际上生产此类芯片的半导体制造商有多家，有关芯片也有多种。其中应用较多的有美国ATMEL公司的AT24系列（两线串行链接协议）及AT93系列（三线串行链接协议）芯片等。

由于此类芯片没有安全控制逻辑，所以在对安全性有一定要求的场合中很少应用。正因为其功能简单、价格较为便宜、较好的通用性等使其具有易于开发、使用方便等优点，比较适合于IC卡的初期推广应用及较为简单的应用场合，如食堂售饭卡等。

接触式IC卡的可靠性

IC卡的可靠性问题

技术相对于IC卡的应用领域而言，没有高可靠性，IC卡所采取的其它技术措施都毫无意义，也妄谈应用了。

IC卡出现并付诸实际应用以来，由于技术上的不成熟等原因曾经出现过很多错误，给推广使用IC卡带来一些困难。针对这种情况，国外有关公司和组织进行了一些IC卡可靠性摸底实验，旨在取得IC卡使用过程中出现的错误类型、错误概率等一系列可靠性数据，以便为进一步完善发展IC卡提供依据。

摸底实验的主要内容为：以固定数量的供实验用IC卡在固定的时间内统计“读写器硬件发生错误次数”、“IC卡发生错误次数”等数据。实验结果见下表。

IC卡摸底实验结果

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从表中可以看出，无论硬件、软件、IC卡片等均具有相对较高的错误概率。这还需IC卡用芯片制造商进一步提高IC卡用芯片的制造技术与工艺；IC卡制造商进一步提高IC卡封装技术及完善系统的软硬件设计；IC卡发行部门进一步加强IC卡的使用管理等。

当然，任何一种新技术、新产品等从实验室到实际应用均有一个不断改进、完善的过程。尤其是IC卡技术，由于其涉及的技术领域多、生产制造环节多、初期无标准可依以及激烈的市场竞争造成产品研制时间紧张等原因，使IC卡及其读写设备的生产制造存在较多的问题，有许多不可靠的因素，这是造成以上实验结果的根本原因：此外更外值得重视的是：IC卡广阔的应用领域，发行部门管理经验的不足及复杂的、素质不一的持卡人环境更是造成IC卡应用初期不可靠的重要原因。由互看来，IC卡技术和不同的应用领域的专业技术还必须有相当时间的“磨合”过程，而以不同应用面目出现IC卡和相应领域的发行部门、持卡人也需有一个相互“认可”的过程。出现以上的实验结果也属必然。

事实上，从某种程度上讲，IC卡的可靠性根本不是一个技术问题，而且随着各种新技术、新工艺特别是电子技术的不断发展，IC卡必将更加先进、适用；IC卡的可靠性问题是“时间问题”、“人的问题”，即需要时间来完善、提高可靠性，需要高层次的复合型技术、管理人才来“实施”IC卡的可靠性。这才是IC卡可靠性的真正涵义，这才是提高IC卡可靠性的正确途径。

目前，经过几年不断的技术改进，IC卡及相关设备已较为完善、可靠、实用。这次实验虽在国外进行，但综合来看，我国在实施IC卡的开发、应用（如“金卡工程”）的过程中虽然可以借鉴一部分国外的成功经验，但总会出现各种问题而且可能更多些。解决的办法除了上面提及的大方向外，我们认为在实施某一具体工程时应遵循以下原则：

确定方案慢

在这一阶段，应用及工程研制单位领导、有关管理技术人员应当用充分的时间作出较为完善、实际的需求分析，方案设计，设备选型，配套件/耗材供货渠道的确定，有关人员的先期培训计划，应用/市场宣传策划等。最好能按系统工程的方法“从上到下、从下到上”多反复几次。这一阶段工作越细致、全面，以后的工作才会越主动，工程才会越顺利。此处投入一分“力”，以后收获十分“利”；此处节省一分“力”，以后损失十分“利”。

工程实施快

一旦方案确定，就要争分夺秒地进行工程实施。以期早日见效，万一有考虑不到的问题也可有时间解决。这一阶段切忌“这山望着那山高”，觉着自己的方案不如别人的先进，自己选型的设备不如人家的好，要改方案等。我们知道，方案往往不具备简单的横向可比性，方案的先进性以是否满足已方需要、是否具有较高的性能价格比，以及是否具有较好的扩充性为主；而单独比较某一种设备的好坏更是没有任何意义的。从系统角度讲，能满足系统需要的设备就是好设备。

对上争取指导

行业应用一定要与行业主管部门取得联系，以便争取必要的帮助和指导，更为重要的是使开发的系统能符合或纳入行业有关发展计划；同时，尽可能了解国家有关政策、法规、标准，以免今后造成不必要的冲突、浪费。

对下获得意见

若有可能应尽量多地接触该系统的一线操作人员及使用对象（持卡人），听取他们对该系统的意见并将它纳入方案之中。实践证明，这是保证系统成功实施并顺利运行的十分行之有效的方法。

总的来说针对IC卡、IC卡读写设备及IC卡的应用，设计是提高IC卡可靠性的前提，工艺是保证，妥善地保管、正确地使用则是根本。只要这三条在IC卡的制造、使用过程中得以很好的实施，IC卡将具有相当高的可靠性。

接触式IC卡的封装与使用

芯片制造工艺与IC卡使用环境、封装印刷

目前，IC卡用芯片普遍采用较为先进的CMOS、BiCMOS等集成电路制造工艺，具有较好的电气及抗干扰性能。以采用CMOS等工艺制造的IC卡芯片为例，其主要技术指标为：

1.最小写入/删除次数可达10000次；
2.最小数据保存时间为10年；
3.工作电压为5V±10%；
4.抗静电4000V左右；
5.噪声容限也较高。

这一指标基本上可以满足一般应用的要求。以后章节中将分别对不同卡型的技术参数作较为详细的介绍。今后随着超大规模集成电路技术和工艺的发展，将会出现以下技术动向：

1.IC卡芯片的工作电压<2V；
2.最小数据写入/删除次数1000,000次；
3.抗静电15kV;
4.EEPROM存储器编程时间<1ms;
这一切技术进展必将使IC卡的应用更趋可靠，实用。

IC卡使用环境

持卡人的妥善保管及正确的使用是延长IC卡的使用寿命及可靠性的最经济有效的手段。妥善保管，不随意弯曲，不随意用手接触触点，不随意接近强静电环境，注意保持卡表面清洁等，将有助于提高IC卡的使用可靠性，延长使用寿命。

IC卡封装印刷

IC卡芯片送交IC卡制造商之后，IC卡制造商须将芯片的引脚和卡上触点键接在一起，并嵌装粘贴于卡表面。键接和嵌装粘贴的质量将直接影响卡的可靠性和使用寿命。按有关国际标准的规定，IC卡制造完成之后，还需进行一系列的物理、电气及环境适应性等试验，通过之后方可交付用户使用。有关国际标准请参阅以后章节。

IC卡的质量和可靠性在很大程度上取决于IC卡的封装及测试保证。从根本上讲，IC卡的技术及应用就决定了IC卡生产、制造的规模化、标准化、专业化、自动化，只有采用现代大工业的管理模式、运作模式才能保证IC卡的质量、降低成本、扩大应用。目前，这和IC卡应用领域的多样性及应用初期的小规模有一点小小的矛盾。

IC卡读写设备

IC卡读写设备是持卡人和系统交互的中间接口，在整个系统硬件中它的使用最为频繁。如果设计或（和）生产质量有问题，必将严重影响整个系统的可靠运行，甚至造成系统功能瘫痪等一系列不可挽回的损失。

IC卡读写设备在设计和生产时主要应注意以下五个方面的问题：

1.符合相应ISO/IEC国际标准的正确的工作顺序；
2.稳定的工作电压；
3.IC卡卡座和IC卡应有良好的接触，对IC卡表面触点应有尽量小的磨擦；
4.生产制造时的质量稳定性；
5.对应用环境（温度、湿度、振动、电磁干扰等）的适应性等。

其中正确的工作顺序较为重要，按有关ISO/IEC 7816标准规定，在IC卡的触点和读写设备的触点良好接触之前，读写设备不应对IC卡施加有关电信号，以免造成不可预料的损坏。

IC卡读写设备作为系统和用户交互的接口，必将面对各种各样复杂的应用环境，如在金融系统应用中的ATM（自动柜员机）将可能放置在露天公共场合，面对的是高低温、潮湿、电磁干扰等环境；在电、汽车自动售票系统中，面对的是振动、电磁干扰等环境。因此，在设计阶段就应注意IC卡读写设备环境适应性问题。

目前，IC卡座的触点和IC卡之间的接触方式大致有滑动式和下压式两种。其中滑动式卡座对IC卡触点的磨损较大，且IC卡的读写设备设计如果不合理，较易损坏IC卡；而一个设计良好的下压式卡座则几乎不磨损IC卡的触点，对IC卡具有较好的保护，可以确保IC卡长时间的可靠使用。当然，由于下压式卜痤设计复杂、零部件多、加工精密，其价格要高出滑动式卡座许多。应用开发单位或发行单位可视不同的应用类型合理选择不同类型的卡座。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/2/2008)


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