IC 卡讀取頭

圖 19 所示為 IC 卡讀取頭的端子與編號順序，此 8 個端子的主要功能 為讀取IC 卡的資料，其讀取動作為在 IC 卡插入的同時，IC 卡讀取頭的滑 動部會在塑膠構架之軌道上因 IC 卡之推動而滑行，在到達定位碰觸微動 開關組合的同時，如圖 14 所示，讀取頭裝置會因軌道高度的變化而往上 移動，以與卡片之外部連接端子做靜態連結，如圖 15 所示，此設計可避 免兩者之接點端子因相對滑動而磨損，造成不利於兩者之使用壽命與可靠 度。IC 卡的插卡與取卡操作，使讀取頭的端子會產生變位量，因而端子承 受週期應力，端子的疲勞限度取決於應力振幅，應力振幅越小則疲勞壽命 越高，所以 IC 卡讀取頭與 IC 卡之間的訊號傳遞品質高低，由讀取頭端子 之疲勞壽命決定。

整個讀取頭之製程是利用塑膠射出成形模具，將利用沖壓成形的端子 嵌入PC＋20%GF (即 Polycarbonate＋20%Glass Fiber，聚碳酸酯＋20%玻璃 纖維)的塑膠材料中。

2.6.1 端子

IC 卡讀取頭的端子，其形狀似一旋臂樑，當卡片到達定位時，端子讀 卡之受力狀況如圖 20 所示，因有八個端子，所以類似於八個薄板彈簧的 設計，其乃用厚度0.3mm 之磷青銅薄板材料，沖壓加工成所需形狀，而具 有彈簧作用。其特色如下：有彈簧作用而位移大者因用薄板，應力可較小，

理由是彎曲撓度一定時，板厚較小者可減少彎曲應力，其意即薄板彈簧於 12

彎曲使用時的撓度可較大。作用於薄板彈簧的荷重與撓度的關係也可設計 成非線性，這是在彈簧彎曲中，改變用為彈簧的有效跨距，及利用板大撓 度的非線性特性。缺點是板厚的些微不同會使彈簧常數變化，設計使用上 若不注意，會引起應力集中，導致疲勞破損。薄板彈簧設計上的問題是在 選定可得必要彈簧力或撓度的形狀與推定彈簧產生最大應力的位置和大 小。

形狀似薄板彈簧的端子，其選用之材料可為銅合金，具有良好電傳導 性、耐蝕性，但是彈性係數小、耐熱性少。鈹銅在銅合金彈簧材料中，性 能最優良，除Be 之外，也添加 Ni、Co，防止溶體化處理時結晶粒粗大化，

藉真空熔解而可得優秀者，約在 800℃進行溶體化處理，進行適當之冷間 加工。實用的彈簧用磷青銅為含Sn 3～5.5，5.5～7，7～9%三種 Cu 合金，

為除去氧化物而易伸長起見，加入少量P 為脫氧劑，乃古來所用之銅合金，

其機械性質因冷間壓延程度而異，要配合彈簧加工的程度而選用，彈簧加 工後的低溫退火宜約250℃。

若讀取頭的端子與 IC 卡的端子為兩種不同的金屬或合金於接觸時，

當溫度升高，將產生熱電動，類似於低壓直流信號。因此若考慮操作信號 準位及溫度變化，端子接觸物間最好採用相同之材質。對端子而言，大氣 及電化作用之腐蝕最嚴重，大氣腐蝕依環境中污染物之含量與種類而定，

特別是氧化作用隨溫度升高而劇烈。當兩種不同材質之金屬以一種離子鹽 處方接合在一起時，將產生電化腐蝕作用，其嚴重程度依金屬與離子鹽的 電化特性而定[21]。

使用於端子(接觸點)之接觸基座金屬(Contact Base Metal)，必須有良 好的彈性，容易被精密製成，同時能耐腐蝕或能夠被電鍍。基座金屬電性 和機械特性如表4 所示，並分述如下：

1.黃銅(Brass)是一個價格低廉、良好導電性的材料。但它不能承受過多的 置入、取出週期性的重覆使用，同時黃銅的柔靭性將隨著壽命長而降低;

在多次重壓之下，導電性將受制於晶化的產生，因為晶化降低其導電 性。黃銅也易於捲縮、焊合、鎔接、銅鋅合金銲接等。所以，黃銅適合 於許多非重要性的、低接觸力的應用上。

2.磷青銅(Phosphor-Bronze)：主要的合金為銅、錫，有良好的柔軔性，

但是價格約為黃銅的二倍，其導電性約為純銅的一半。有些磷青銅合金 也有良好的柔軔性和導電性，加上良好的耐腐蝕性和銲接性，這類材料 能做出一般用途的連接器端子。

3.鈹銅(Beryllium-Copper)：除銅之外，含鈹量約 2%，有良好的機械性、電 氣特性和熱特性並且也有防腐蝕性和耐磨損性。鈹銅對於成型及硬化，

有很好的響應，同時也是任何可比較硬度的彈性合全中最好的導體。鈹 銅硬度較大，較不易彈性疲乏，比其他以銅為基礎(Copper-base)的彈性 合金中，較能承受更多的置入、取出週期性的重覆使用。然而其價格，

是這些基本連接器端子材質當中，費用最高的。

4.鎳銀(Nickel-Silver)合金其機械特性類似於磷青銅合金 ，能防止氧化，因 此不須再電鍍。鎳銀合金對於壓力的侵蝕是敏感的，但是不像黃銅會伸 長。

5.銅合金725(Copper Alloy 725)是相當新的鎳銅合金，含有少量的錫。銲 接和一般使用情況均較鎳銀合金為隹。

2.6.2 滑動磨耗

兩個接觸固體表面只要有相對滑動存在，必定會產生磨耗。材料被磨 掉的速率，視工作狀況而定。例如：負荷量、潤滑與環境。摩擦實際上是 一種切割作用(cutting action)，由疏鬆而堅硬的粒子，在兩配合面間滑動(三

表4 基座金屬電性與機械特性

資料來源：[21]

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物體摩擦)或僅為粒子在一表面上摩擦(二物體摩擦)，亦會因一對摩擦表 面其中的一個粗糙面所引起[22]。

讀取頭裝置的讀取動作為在 IC 卡插入的同時，它會在塑膠構架之軌 道上因 IC 卡之推動而滑行，最終會因軌道高度的變化而往上移動，以與 卡片之外部連接端子做靜態連結。讀取頭滑動部與塑膠構架之材料均為PC

＋20%GF＋少量 PTFE，其材質硬度高、耐高溫與低溫變化、射出成形尺 寸安定、耐酸鹼侵蝕、耐磨、低摩擦係數，再因讀取頭裝置之重量甚輕且 卡片施加於端子的力量甚小(20～60g)，使得施加在滑行軌道之垂直作用力 甚小，故滑動之摩擦力非常小，致使磨耗是非常微量。

2.6.3 表面處理

用表面處理法來減少接觸磨耗是非常重要的。表面可用不同方法使其 硬化，以增加耐磨耗性，或覆蓋一層耐磨耗材料，也可減少磨耗。讀取頭 端子與卡片之外部連接端子做靜態連結，對於兩者之端子表面因磨損而造 成讀取資料失效的問題不存在。讀取頭端子設計為懸臂式接觸(Cantilever Contacts)，其順從性差但成本低，為了減少讀取頭端子與 IC 卡端子於連結 時的接觸阻抗，在讀取頭端子之表面會鍍上一層金，其厚度約5µ。電鍍常 被用於金屬端子，是為了防止磨損、腐蝕和氧化，促進金屬與金屬間的接 觸，有數種金屬被使用於電鍍金屬端子當中，如下所述。

1.金是非常好的導體和高穩定的材質，它有最低的接觸阻抗，同時有最好 的防腐蝕性。硬金電鍍常用於置入、取出次數較多的地方。重覆使用於 次數較高之所，金被注入於石墨中，僅增加極少的接觸阻抗。

2.金覆蓋銀(Gold-over-siliver)的電鍍，應用於乾電路是有益的。因為它有 低的接觸阻抗，但是對於腐蝕的抵抗性非常有限。

3.金覆蓋鎳的電鍍是最被為廣泛使用的電鍍組合，它將金電鍍於表面，而 鎳電鍍於下層，能防止基座金屬的移動並且使金的需求量減至最小。

綜合前述分析，影響複合式讀卡機可靠度之主要因素:1.構造組成:料 件運動方式、結構強度、功能。2.操作方式:(1)磁條卡:動態刷動(2)IC 卡:

靜態連結。3.零件材料選用:成本、可製造性、功能、可靠度、考慮承受之 靜態負荷與動態疲勞負荷,以決定材料所需抗拉強度與降伏應力之最小 值。4.使用環境。上述四種影響因素縱使能有效控制而消弭，並不表示讀 卡機不會壞、可靠度百分之百，而僅是表示製造商生產的讀卡機擁有高品 質、高「固有可靠度」，而讀卡機在使用者的「操作可靠度」會與當初的 設計或測試評估有差異，隨著操作時間的增加而可能降低可靠度。在數理 統計上，可靠度是條件機率問題，若使用條件不同，即使是同一產品其可 靠度不盡然相同。

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