CN102222262B - 一种非接触智能卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触智能卡产品，由独立微型射频模块、具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线、封闭的上部外层卡基、带安装孔的上部内层卡基、封闭的下部外层卡基、带安装孔的下部内层卡基组成，射频耦合天线将微型射频模块的信号放大并中转，使微型模块实现正常非接触通信，并增加了产品的可靠性，降低了产品的生产成本。

Description

一种非接触智能卡

技术领域

本发明涉及射频通信领域，特别是非接触智能卡领域，具体涉及一种非接触智能卡的制作方法，可在非接触智能卡及电子标签的领域广泛使用。

背景技术

无线射频通信技术的应用在当今的社会已经普遍使用，射频通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。以射频通信技术为基础的非接触智能卡和电子标签的大量应用，使人们的生活更为便利，让社会发展前进了一大步。13.56MHz的高频（HF）频段近场支付方式，已经在交通、门禁、物流、身份管理等诸多领域大范围应用。交通一卡通、门禁卡、物品和商品标签，中国二代身份怔等，大量应用的事实证明新技术的便利性及可行性已经确立。同时，超高频（UHF）的无源电子标签也在远距离读卡应用中得到了突破，特别是基于GEN2标准（ISO18000-6C的标准）的无源电子标签，实现了10米左右的读写距离，使廉价的无源远距离读写和物流方面的应用成为可能。

当技术已经实现之后，对生产工艺提出了要求。目前几乎所有的非接触卡类都是将智能卡芯片的焊盘和射频天线以多种方式进行直接的电性连接，以实现射频通信。比如将芯片封装成模块后，将射频天线以电弧焊、碰焊、锡焊或导电胶焊接的形式和模块上的焊盘连接起来。这种方式固然可以有效地实现射频通信回路的电性连接，使产品可以正常工作，但是它存在诸多缺点：高昂的模块制作成本、效率低下的卡基埋线工艺、谐振频点一致性差、天线和模块的焊接效率低下、天线焊接需要昂贵的专业设备完成、天线连接可靠性差、整体产品成本高等。

本发明为了解决非接触智能卡生产中相关的问题点，提出了全新的解决方案，使非接触智能卡的生产工艺简化、效率提高、可靠性更高、成本更低。

发明内容

本发明针对上述问题，在非接触智能卡的生产中提出了双天线应用的概念。这种应用方式需要有两组射频天线协同工作。主天线的尺寸较大，既和读写器进行射频通信，同时也和副天线进行耦合通信。副天线的尺寸比较小，仅负责和主天线之间的耦合通信。整个通信过程如下：读写器发射了射频信号，射频信号中包含了载波信号和被调制的数据信号。当射频信号传递到主天线后，主天线在相应的通信频率上产生谐振，使主天线在吸收信号的同时也发射出相同频率的射频信号。由于主天线和副天线的距离非常近，主天线发射的射频信号耦合到副天线，其能量足够驱动副天线使其谐振在对应的频率上，同时芯片内部的整流电路将传递到芯片的信号转换成直流电压供芯片工作。这时候，读写器发送的数据信号也传递到了芯片内。芯片经过数据处理电路进行比较并反馈一组数据信号，通过副天线发射出去。由于副天线的发射距离较近，无法直接到达读写器，却可以被主天线所接收到。主天线尚处于谐振过程中，具有较大的能量可以把从副天线接收到的信号传递出去，直到读写器收到为止。如此反复，即完成了读写器和芯片的无线射频通信。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种非接触智能卡，其特征在于，包括独立微型射频模块、具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线、封闭的上部外层卡基、带安装孔的上部内层卡基、封闭的下部外层卡基、带安装孔的下部内层卡基；

所述的平面薄膜射频耦合放大天线设置在带安装孔的上部内层卡基和带安装孔的下部内层卡基之间，独立微型射频模块设置在安装孔内部，封闭的上部外层卡基设置在带安装孔的上部内层卡基外侧，封闭的下部外层卡基设置在带安装孔的下部内层卡基外侧。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，还包括上下卡体装饰层，所述上下卡体装饰层分别设置在上部外层卡基和下部外层卡基的外侧。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，上下卡体装饰层是薄膜层，厚度为0.03~0.15mm之间，设置有图案、文字、符号等装饰性内容。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，独立微型射频模块设置了基板、芯片、电容器、键合导线和封装体。芯片和电容器设置在基板的同一个表面，电容器的焊盘通过导电焊接剂和基板上的焊盘可靠连接，芯片由环氧树脂胶固定在基板上，键合导线将芯片上的焊盘和基板上对应的焊盘导通，封装体将电容器、芯片和键合导线全部包封起来，模块的总厚度在0.2~0.5之间。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，独立微型射频模块的基板上设置了一组多圈射频天线，天线的端口和电容器、芯片组成一个完整的射频谐振回路。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，所述射频谐振回路的谐振频率范围是100KHz~6GHz之间，尤其适合在13.56MHz和915MHz频点使用。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线，设置了绝缘层、环行射频天线、平板电容器和模块安装孔，绝缘层的基材为聚乙烯类、聚酯类、聚酰亚胺类等柔性绝缘材料，厚度在0.025~0.1mm之间，环行射频天线由金属导电层构成，平板电容器由设置在绝缘层两面的两片导电金属平板电极构成，数量至少有一组，天线和电容器组成一个谐振回路，。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，所述射频谐振回路的谐振频率范围是100KHz~6GHz之间，尤其适合在13.56MHz和915MHz频点使用。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，带安装孔的上部内层卡基和带安装孔的下部内层卡基是由乙烯聚合物（PVC）或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯聚合物（ABS）组成，厚度为0.05~0.3mm，由一层或几层叠合而成，并通过层压工艺将平面薄膜射频耦合放大天线压合在两层卡基中间，卡基的模块安装孔和天线的模块安装孔对应。

进一步的，所述的一种非接触智能卡，其特征在于，封闭的上部外层卡基和封闭的下部外层卡基的和内层卡基的材质相同，当模块植入到内层卡基的模块安装孔后，通过层压工艺将外层和内层的卡基压合，并遮盖模块安装孔，起到保护及装饰的作用，使产品更美观，更可靠。

根据上述技术方案形成的一种非接触智能卡，简化了传统非接触智能卡的制作工艺，耦合天线得到最佳的性能匹配，其特性不受芯片的影响，完全独立，无须调试即可获得最佳匹配，利用本发明的技术可实现耦合天线的统一设计。微型模块天线及模块的安装位置及精度可以降低，只要在合适的区域内就可以实现良好的通信。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明非接触智能卡的层截面结构示意图。

图2为本发明非接触智能卡的高频独立微型射频模块结构示意图。

图3为本发明非接触智能卡的超高频独立微型射频模块示意图。

图4为本发明标准天线的高频非接触智能卡的结构示意图。

图5为本发明变形天线的高频非接触智能卡的结构示意图。

图6为本发明超高频非接触智能卡的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的目的是通过主、副天线的形式，通过射频耦合通信的原理，无须通过复杂的焊接工艺将模块的焊盘和天线进行物理连接，简化了非接触智能卡的生产工艺，增加产品可靠性，并有效降低成本，提高生产效率的目的。

对于低频和高频频段的非接触智能卡，射频耦合放大天线的主天线由一组一圈或多圈电感式天线和至少一个电容器组成的串联谐振回路组成，其通信频率在100KHz~100MHz之间。如图4和图5所示，通过蚀刻工艺或印刷工艺等在绝缘基材2的表面形成一圈或多圈电感式天线3。串联谐振电容器可以是通过平面电容工艺蚀刻而成，即电容器4为平板电容器，以绝缘基材2作为介质，双面的导电层3和5作为电极，即形成一个薄膜式平板电容器。双面电路通过导通孔6形成交流回路，使其成为一个完整的无源串联谐振电路。在此薄膜型的射频耦合放大天线的适当位置，设置模块安装孔90，这个位置一般较靠近天线的内侧，以获得足够的磁通量，使微型模块获取足够的能量而工作。

对于超高频频段的非接触智能卡，射频耦合放大天线的主天线由一组极化式或非极化式天线组成的谐振回路组成，其通信频率在100MHz~6GHz之间。如图6所示，通过蚀刻工艺或印刷工艺等在绝缘基材2的表面形成极化式或非极化式天线3，使其成为一个完整的无源谐振电路。在此薄膜型的射频耦合放大天线的适当位置，设置模块安装孔90，这个位置一般较靠近极化或非极化式天线的中心内侧，以获得足够的磁通量，使微型模块获取足够的能量而工作。

同时，模块9本身具有射频通信的功能，如图2和图3所示，模块9以绝缘基材92为基础，在其表面形成导电图形93，将芯片94安装到基材表面，将功能焊盘对应连接并封装后即成为具有近距离通信功能的非接触模块9。在高频电路中，为获得需要的谐振频率，需要在模块内部设置匹配电容器95，使电路工作在需要的频率上。

将具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线、带安装孔的上部内层卡基、带安装孔的下部内层卡基和封闭的下部外层卡基通过热层压工艺压合在一起，再将模块9放置到模块安装孔内，最后将封闭的上部外层卡基再次和上部内层卡基面压合，使模块9完全被包封在卡基内部。如需要使非接触智能卡的外观更漂亮，可在正反面印刷上各种图案，或者再贴合两层印刷好的薄膜层14和15，即成为一张可靠性高，性能稳定，成本低廉的标准非接触智能卡。

上述一种非接触智能卡的制作方法特别适合应用在13.56MHz高频通信频段的射频通信系统中，兼容的无线射频通信协议包含ISO14443A、ISO14443B、ISO14443C、ISO15693等。

上述一种非接触智能卡的制作方法也适合应用在125~130KHz低频通信频段的射频通信系统中。

上述一种非接触智能卡的制作方法也适合应用在865~950MHz超高频通信频段的射频通信系统中，对于超高频非接触卡而言，主天线为各种形式的极化或非极化天线，如图6所示。

综上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非接触智能卡，其特征在于，包括独立微型射频模块、具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线、封闭的上部外层卡基、带安装孔的上部内层卡基、封闭的下部外层卡基、带安装孔的下部内层卡基；

所述的平面薄膜射频耦合放大天线设置在带安装孔的上部内层卡基和带安装孔的下部内层卡基之间，独立微型射频模块设置在安装孔内部，封闭的上部外层卡基设置在带安装孔的上部内层卡基外侧，封闭的下部外层卡基设置在带安装孔的下部内层卡基外侧，平面薄膜射频耦合放大天线和独立微型射频模块通过射频耦合通信，无需进行物理连接；

对于低频和高频频段的非接触智能卡，射频耦合放大天线的主天线由一组一圈或多圈电感式天线和至少一个电容器组成的串联谐振回路组成，其通信频率在100KHz~100MHz 之间，通过蚀刻工艺或印刷工艺在绝缘基材的表面形成一圈或多圈电感式天线；串联谐振电容器是通过平面电容工艺蚀刻而成，即电容器为平板电容器，以绝缘基材作为介质，双面的导电层和作为电极，即形成一个薄膜式平板电容器；双面导电层通过导通孔形成交流回路，使其成为一个完整的无源串联谐振电路；在此薄膜型的射频耦合放大天线靠近天线内侧的位置设置模块安装孔，以获得足够的磁通量，使微型模块获取足够的能量而工作；

对于超高频频段的非接触智能卡，射频耦合放大天线的主天线由一组极化式或非极化式天线组成的谐振回路组成，其通信频率在100MHz~6GHz 之间；通过蚀刻工艺或印刷工艺在绝缘基材的表面形成极化式或非极化式天线，使其成为一个完整的无源谐振电路；在此薄膜型的射频耦合放大天线靠近极化或非极化式天线的中心内侧的位置设置模块安装孔，以获得足够的磁通量，使微型模块获取足够的能量而工作；

所述微型射频模块以绝缘基材为基础，在其表面形成导电图形，将芯片安装到基材表面，将功能焊盘对应连接并封装后即成为具有近距离通信功能的非接触模块，在高频电路中，为获得需要的谐振频率，需要在模块内部设置匹配电容器，使电路工作在需要的频率上；

将具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线、带安装孔的上部内层卡基、带安装孔的下部内层卡基和封闭的下部外层卡基通过热层压工艺压合在一起，再将模块放置到模块安装孔内，最后将封闭的上部外层卡基再次和上部内层卡基面压合，使模块完全被包封在卡基内部，形成标准非接触智能卡。

2.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，还包括上下卡体装饰层，所述上下卡体装饰层分别设置在上部外层卡基和下部外层卡基的外侧。

3.根据权利要求2 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，上下卡体装饰层是薄膜层，厚度为0.03~0.15mm 之间，设置有图案、文字、符号装饰性内容。

4.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，独立微型射频模块设置了基板、芯片、电容器、键合导线和封装体，芯片和电容器设置在基板的同一个表面，电容器的焊盘通过导电焊接剂和基板上的焊盘可靠连接，芯片由环氧树脂胶固定在基板上，键合导线将芯片上的焊盘和基板上对应的焊盘导通，封装体将电容器、芯片和键合导线全部包封起来，模块的总厚度在0.2~0.5 之间。

5.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，独立微型射频模块的基板上设置了一组多圈射频天线，天线的端口和电容器、芯片组成一个完整的射频谐振回路。

6.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，所述射频谐振回路的谐振频率范围是100KHz~6GHz 之间。

7.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，具有微型模块安装孔的平面薄膜射频耦合放大天线，设置了绝缘层、环行射频天线、平板电容器和模块安装孔，绝缘层的基材为聚乙烯类、聚酯类、聚酰亚胺类柔性绝缘材料，厚度在0.025~0.1mm 之间，环行射频天线由金属导电层构成，平板电容器由设置在绝缘层两面的两片导电金属平板电极构成，数量至少有一组，天线和电容器组成一个谐振回路。

8.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，带安装孔的上部内层卡基和带安装孔的下部内层卡基是由乙烯聚合物（PVC）或丙烯腈- 苯乙烯- 丁二烯聚合物（ABS）组成，厚度为0.05~0.3mm，由一层或几层叠合而成，并通过层压工艺将平面薄膜射频耦合放大天线压合在两层卡基中间，卡基的模块安装孔和天线的模块安装孔对应。

9.根据权利要求1 所述的一种非接触智能卡，其特征在于，封闭的上部外层卡基和封闭的下部外层卡基的和内层卡基的材质相同，当模块植入到内层卡基的模块安装孔后，通过层压工艺将外层和内层的卡基压合，并遮盖模块安装孔，起到保护及装饰的作用，使产品更美观，更可靠。