BR112017027896B1 - Módulo eletrônico para cartão inteligente que funciona sem contato e cartão inteligente - Google Patents

Abstract

MÓDULO ELETRÔNICO EM VÁRIAS CAMADAS, ESPECIALMENTE PARA CARTÃO INTELIGENTE SEM CONTATO. A invenção refere-se a um módulo eletrônico para um objeto portátil que se comunica por radiofrequência, particularmente por meio de um cartão inteligente que funciona sem contato, que inclui um primeiro substrato (S1) em que um chip microeletrônico é fixado (2) e uma primeira antena conectada ao dito chip, e é formado por uma pluralidade de voltas em torno do dito chip microeletrônico, caracterizado pelo fato de compreender um segundo substrato (S2) sobreposto a uma segunda antena, com o dito segundo substrato estando sobreposto ao primeiro substrato.

Description

[0001] A invenção refere-se a um módulo eletrônico para objetos de comunicação portáteis, incluindo para cartões inteligentes capazes de se comunicar via radiofrequência com um scanner remoto, ou para passaportes eletrônicos ou outros objetos de comunicação portáteis.

[0002] A invenção será descrita apenas a título de simplificação e sem limitar os termos no contexto de uma aplicação dos cartões inteligentes sem contato, subentendendo-se que a invenção é aplicável a outros objetos de comunicação portáteis e a outros fatores de forma.

Estado da Técnica

[0003] Módulos eletrônicos sem antena são bem conhecidos no domínio dos cartões inteligentes. Para fornecer o cartão inteligente que recebe o módulo eletrônico de uma função de comunicação por RF, esses módulos são munidos com um chip microeletrônico conectado a uma antena tipo “ID1” localizada externamente ao módulo e situada dentro do corpo do cartão inteligente. Essa arquitetura tem desvantagens, especialmente relacionadas com a fragilidade da conexão entre o módulo eletrônico e a antena ID1.

[0004] Para corrigir isso, primeiramente foram desenhados módulos eletrônicos equipados com uma antena miniaturizada localizada diretamente no módulo, sendo esta antena acoplada eletricamente com um “amplificador” consistindo em um concentrador de antena em série ou em paralelo com a antena ID1 localizada no corpo do cartão. Essa arquitetura que usa um acoplamento indutivo entre o amplificador e a antena do módulo resolve o problema mencionado acima da conexão mecânica e elétrica entre o módulo e o corpo do cartão. No entanto, essa arquitetura requer um total de 3 antenas no cartão inteligente, incluindo uma grande antena, em formato ID1, e o processo de fabricação e integração da inserção com esta antena é relativamente complexo e caro.

[0005] No entanto, cada vez mais, uma necessidade surge para integrar a radiofrequência de um cartão inteligente ou de outro produto de comunicação portátil no módulo eletrônico em si, para evitar ter uma parte do circuito de radiofrequência, em particular uma grande antena ID1 ou uma antena ID1 conectada a um concentrador no corpo do cartão. Na verdade, integrando-se a radiofrequência no módulo eletrônico, seria possível fabricar cartões inteligentes sem contato, ou cartões duplos, ou ainda passaportes eletrônicos usando o procedimento barato e muito bem controlado que consiste em apenas reprogramar no produto (cartão, passaporte, etc.) um módulo eletrônico de radiofrequência independente, tal como é feito para os cartões inteligentes de contato com o formato ISO 7816-2. Em outras palavras, é destinado a um corpo do cartão sem componente eletrônico e sem antena, e um módulo eletrônico incorporando todos os componentes eletrônicos e de radiofrequência (RF) necessários para a comunicação com um leitor externo de RF. Isto requer uma maior miniaturização e uma alteração da estrutura do módulo.

Objetivos da Invenção

[0006] A invenção tem como principal objetivo fornecer um novo tipo de módulo eletrônico, com tamanho e espessura padrões, porém que seja capaz de resolver os problemas e desvantagens acima.

[0007] Outro objetivo da invenção é aumentar a confiabilidade e reduzir o custo de fabricação do produto final que incorpora o módulo de acordo com a invenção.

[0008] Outro objetivo da invenção é assegurar uma grande flexibilidade funcional do produto final, simplesmente usando variantes do novo módulo eletrônico de acordo com a invenção.

Princípio da Solução

[0009] Em seu princípio básico, a invenção prevê sobrepor duas antenas no mesmo módulo eletrônico, cada uma sendo desenvolvida em seu próprio substrato. O substrato inferior também comporta o chip. O substrato superior inclui um recesso para passar o chip em sua altura, de modo a ficar situado a uma altura aproximadamente igual do lado superior do chip, para facilitar a fiação deste último.

[0010] O módulo de acordo com a invenção terá uma espessura semelhante à de um módulo padrão. A soma das espessuras dos substratos superior e inferior é menor que a espessura do módulo de acordo com a invenção.

[0011] AS conexões ôhmicas, capacitivas ou indutivas são feitas entre as antenas dos 2 substratos para obter uma pluralidade de circuitos elétricos equivalentes dos circuitos ressonantes, dependendo das aplicações tencionadas.

[0012] A invenção, portanto, tem como objetivo um módulo eletrônico para cartão inteligente que funciona sem contato, que inclui um primeiro substrato S2 em que um chip microeletrônico é fixado, e uma primeira antena L3 conectada ao dito chip e é formado por uma pluralidade de voltas em torno do dito chip microeletrônico, com o módulo eletrônico compreendendo um segundo substrato S1 sobreposto ao primeiro substrato S2 e munido com um recesso, disposto de tal forma que o dito chip microeletrônico é posicionado no dito recesso, caracterizado pelo fato de que o dito segundo substrato é composto por uma segunda antena L2 e uma terceira antena L1 conectada em série, e em que as voltas da dita segunda antena L2 e da dita terceira antena L1 são repartidas de ambos os lados do segundo substrato S1.

[0013] Assim, graças à sobreposição dos dois substratos, cada um com as antenas, que podem formar entre elas os potenciais, é possível, sem alterar a geometria do módulo eletrônico e a tecnologia de implementação das antenas, obter uma infinidade de esquemas de circuitos com uma gama de impedâncias mais prolongada e, portanto, uma maior escolha de frequências de ressonância dependendo das aplicações tencionadas.

[0014] De acordo com uma concretização vantajosa, pelo menos algumas das voltas da segunda e terceira antenas (L2, L1) situadas de ambos os lados do segundo substrato (S1) são dispostas lado a lado, a fim de criar um potencial entre os dois planos de voltas.

[0015] De acordo com uma concretização, a primeira antena (L3) é eletricamente isolada em relação à segunda e à terceira antenas (L2, L1) pela interposição de uma película isolante.

[0016] Alternativamente, a segunda e terceira antenas (L2, L1) podem ser conectadas eletricamente com a primeira antena (L3), através de uma cola condutora.

[0017] De acordo com uma concretização, uma lâmina isolante é interposta entre o primeiro e o segundo substratos (S2, S1) e a terceira antena (L1) é eletricamente conectada com a primeira antena (L3) através de um fio de ligação.

[0018] De acordo com uma variante preferida do módulo eletrônico de acordo com a invenção, a espessura combinada dos dois substratos é menor que a espessura do módulo, mas é possível que o lado superior do segundo substrato alcance substancialmente o mesmo nível que o lado superior do chip.

[0019] A invenção também tem como objetivo um cartão inteligente que possui um módulo eletrônico, conforme definido acima.

Descrição Detalhada

[0020] A invenção será mais bem compreendida à luz da descrição detalhada e dos desenhos, em que: a figura 1 mostra um diagrama esquemático de um cartão inteligente de acordo com o estado da técnica, que possui um módulo com antena e uma antena do corpo do cartão com amplificador para se comunicar com um leitor de radiofrequência; a figura 2 mostra uma vista de topo do módulo eletrônico do cartão inteligente da figura 1; a figura 3 mostra uma vista em seção transversal do módulo eletrônico da figura 2; a figura 4 mostra uma vista em seção transversal do módulo eletrônico de acordo com a invenção; a figura 5 mostra uma vista superior do módulo eletrônico da figura 4; a figura 6 representa o diagrama de circuito equivalente do módulo eletrônico das figuras 4 e 5; as figuras 7A e 7B representam, respectivamente, uma vista em corte de uma primeira versão do módulo eletrônico de acordo com a invenção, e o correspondente diagrama de circuito equivalente; as figuras 8A e 8B representam, respectivamente, uma vista em corte de uma segunda versão do módulo eletrônico de acordo com a invenção, e o correspondente diagrama de circuito equivalente; as figuras 9A e 9B representam, respectivamente, uma vista em corte de uma terceira versão do módulo eletrônico de acordo com a invenção, e o correspondente diagrama de circuito equivalente; as figuras 10A e 10B representam, respectivamente, uma vista em corte de uma quarta versão do módulo eletrônico de acordo com a invenção, e o correspondente diagrama de circuito equivalente; as figuras 11A e 11B representam, respectivamente, uma vista em corte de uma quinta versão da concretização do módulo eletrônico de acordo com a invenção, e o seu correspondente diagrama de circuito equivalente.

Descrição Detalhada das Figuras

[0021] Nos referimos à figura 1 que corresponde ao sistema de acordo com o estado da técnica. É mostrado nessa figura o padrão típico de um módulo microeletrônico 1 de cartão inteligente, que compreende um chip 2 munido da maneira clássica com um processador, memória e um estágio de comunicação por radiofrequência, não representando em detalhes. Os terminais de saída principais La, Lb do estágio de comunicação do chip 2 são conectados a uma antena 3 disposta no módulo 1.

[0022] O cartão inteligente possui, além do módulo, um sistema de antenas, aqui denominado “amplificador”, integrado no corpo do cartão inteligente e que compreende uma antena 4 de formato ID1 conectada em série a uma antena concentradora 5. A antena 4 permite recuperar o fluxo eletromagnético da antena 6 do leitor externo, e a antena concentradora 5 permite concentrar o fluxo eletromagnético do acoplamento entre o corpo do cartão e o módulo.

[0023] A antena 6 do leitor gera um campo eletromagnético. O amplificador, através da grande antena 4 indicada como ID1 do corpo do cartão usa este campo como fonte de energia para ativar e alimentar eletricamente o componente microeletrônico 1 do módulo.

[0024] A energia e os dados recuperados pela antena ID1 do amplificador são transmitidos para a antena 3 do módulo através do concentrador 5. O chip 2 compreende dois cones de conexão principal, La, Lb, usado para a comunicação por radiofrequência do chip e relacionados com a capacidade intrínseca do chip (não mostrado) e com a antena 3 do módulo 1.

[0025] As figuras 2 e 3 representam um exemplo de módulo eletrônico 1 conhecido, em vista de topo e em vista em corte. Como visto, o módulo 1 compreende uma antena 3 única formada pelas voltas condutoras formadas no substrato 10. O outro lado do substrato possui os contatos metálicos 11 que servem como contatos ôhmicos com contatos equivalentes de um leitor de cartão inteligente. De modo conhecido, os pinos de saída da interface de radiofrequência do chip 2 são conectadas aos cones de conexão da antena 3 por meio dos fios metálicos 12.

[0026] Na Figura 4, é representada uma seção parcial de um módulo eletrônico 1 de acordo com a invenção. Como visto, este módulo tem um substrato duplo S1 (substrato superior), S2 (substrato inferior), sob a forma de dois substratos, S1, S2 sobrepostos. No lado superior do substrato superior se S1, encontram-se as voltas de uma primeira antena de indutância L1, designada pela referência L1, para fins de simplificação. Na parte inferior do substrato superior S1, encontram-se as voltas de uma segunda antena de indutância L2, designada como L2. Sobre o substrato inferior S2, encontram-se as voltas de uma terceira antena de indutância L3, designada por L3. No exemplo representado, as voltas da segunda antena L2 encontram-se na frente das voltas da terceira antena L3. Para isolar eletricamente as voltas da antena L2 e as voltas da antena L3, um isolante elétrico 14 é colocado entre elas. As voltaspires das antenas L1, L2 do substrato S1 são conectadas em série por meio de um condutor 15.

[0027] Além disso, as coberturas de metal 16 localizadas ao lado de ambos os lados do substrato superior S1 formam um capacitor com capacitância C.

[0028] Assim, conforme mostrado no diagrama elétrico equivalente na Figura 6, temos um módulo eletrônico com microeletrônica de chip ligada em série com uma antena L3, acoplada eletromagneticamente com duas antenas L1, L2 em série e valor de L1 + L2, em série com um capacitor com capacitância C.

[0029] Assim, mediante a escolha adequada dos valores de indutância L1, L2, L3 e C, obtemos um circuito ressonante com múltiplas camadas com mais modos de operação do que os módulos eletrônicos para os cartões inteligentes conhecidos.

[0030] Em particular, a superposição de dois substratos S1, S2 permite obter, sem alterar a tecnologia da concretização das antenas, uma indutância L1 + L2 bem superior à indutância L1 dos módulos conhecidos do que os de substrato simples.

[0031] Como mostrado na figura 5, que mostra o substrato superior S1 do novo módulo eletrônico na vista superior, este substrato S1 compreende um recesso ou abertura passante 17, de tamanho suficiente para permitir a passagem da porção superior do chip 2 e de todos ou de parte dos fios de conexão 12.

[0032] As figuras 7 a 11 representam as variantes das concretizações do princípio implementado na figura 4.

[0033] A figura 7A é diferente da figura 4 pelo fato de que as antenas L1, L2 são conectadas em série através da via 15, e são conectadas a um potencial disponível no chip graças ao fio de conexão 12a entre Lc e Ld, e acopladas a uma antena L3 ligada a si mesmo no chip por meio do fio de ligação 12b entre La e Lb, de acordo com o diagrama equivalente da figura 7B.

[0034] A figura 8A é diferente da figura 7A pelo modo de interligação das antenas L1, L2 e L3. Com efeito, enquanto as antenas L1 e L2 são ligadas em série através de uma via 15, elas são adicionalmente conectadas em série com a antena L3 graças à conexão 18, que é formada por uma sobreposição local de uma cola anisotrópica que torna essa sobreposição condutora. A lâmina isolante 14 das figuras 4 e 7A, portanto são substituídas por uma cola condutora anisotrópica.

[0035] Ao contrário, como mostrado na figura 9A, é possível obter o mesmo diagrama equivalente (figura 9B idêntica à figura 8B) mantendo uma lâmina isolante 14 entre os substratos inferior e superior, e conectando diretamente a antena L1 (em série com a antena L2 graças à via 15) com a antena L3, através do fio de ligação 19.

[0036] Em uma outra concretização mostrada na figura 10A, as antenas L1 e L2 ligadas em série pela via 15, estão ligadas à antena L3 e ao chip 2 por acoplamento capacitivo por meio das placas metálicas 20 e 21 dispostas uma ao lado da outra sob o substrato superior e sob o substrato inferior. O resultado é um diagrama de um circuito ressonante de acordo com a figura 10B.

[0037] Na variante na figura 11A, os substratos superior S1 e inferior S2 contêm as antenas L1, L3 dispostas em configuração de ponta a cabeça e separadas por material anisotrópico que permite interligá-las eletricamente no lugar de um contato ou sobreposição 18. Isso produz um módulo cujo substrato superior S1 é de face simples, de acordo com o diagrama de circuito da figura 11b, idêntico às figuras 7B, 9B, mas por outro meio.

[0038] Em última análise, graças à sobreposição dos dois substratos, cada um com as antenas, que podem formar entre elas os potenciais, é possível, sem alterar a geometria do módulo eletrônico e a tecnologia de implementação das antenas, obter uma infinidade de esquemas de circuitos com uma gama de impedâncias mais prolongada e, portanto, uma maior escolha de frequências de ressonância dependendo das aplicações tencionadas.

Vantagens da Invenção

[0039] O módulo eletrônico de acordo com a invenção alcança os objetivos determinados. Ele permite manter uma espessura padrão na gama de produtos tencionados, por exemplo, a espessura padrão de um módulo para o cartão inteligente, aumentando com isso o número e o valor das indutâncias na extremidade do módulo, permitindo aumentar as funcionalidades do módulo e produtos, especialmente dos cartões inteligentes que vão equipar.

[0040] Além disso, o módulo eletrônico de acordo com a invenção tem um custo mais baixo e um processo simplificado de fabricação e integração.

Claims (7)

1. Módulo eletrônico para cartão inteligente que funciona sem contato, compreendendo um primeiro substrato (S2) em que um chip microeletrônico (2) é fixado e uma primeira antena (L3) conectada ao dito chip e é formado por uma pluralidade de voltas em torno do dito chip microeletrônico (2), o módulo eletrônico (1) compreendendo um segundo substrato (S1) sobreposto ao primeiro substrato (S2) e munido com um recesso (17) disposto de tal forma que o dito chip microeletrônico (2) é posicionado no dito recesso (17), em que que o dito segundo substrato (S1) é composto por uma segunda antena (L2) e uma terceira antena (L1) conectadas em série, e em que as voltas da dita segunda antena (L2) e da dita terceira antena (L1) são repartidas de ambos os lados do segundo substrato (S1); e caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas das voltas da segunda e terceira antenas (L2, L1), situadas de ambos os lados do segundo substrato (S1), são dispostas lado a lado, a fim de criar uma capacitância entre os dois planos de voltas.

2. Módulo eletrônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira antena (L3) é eletricamente isolada da segunda e terceira antenas (L2, L1) pela interposição de uma película isolante (14).

3. Módulo eletrônico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a segunda e a terceira antenas (L2, L1) são eletricamente conectadas com a primeira antena (L3), por meio de uma cola condutora (18).

4. Módulo eletrônico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma lâmina isolante (14) é interposta entre o primeiro e o segundo substratos (S2, S1) e em que a terceira antena (L1) é eletricamente conectada à primeira antena (L3) por meio de um fio de ligação (19).

5. Módulo eletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a espessura combinada dos dois substratos (S1, S2) é menor do que a espessura do módulo.

6. Módulo eletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lado superior do segundo substrato (S1) está no mesmo nível que o lado superior do chip (2).

7. Cartão inteligente, caracterizado pelo fato de que compreende um módulo eletrônico (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.