CN102468862A - 一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，该内置高频射频电路的手机扩展卡贴为一双界面智能卡通信电路，在一片和手机SIM卡相同长宽尺寸的薄型柔性电路板上集成了高频射频通信天线及射频通信芯片和符合ISO7816标准的单片式控制电路，形成一个完整的射频通信系统。将本发明的扩展卡贴与普通SIM卡组合应用，实现诸多个性化功能，特别是近距离无线通信功能。本发明特别适合应用于手机无线支付领域，不需要更换手机卡，实现真正的无线通信。

Description

一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴

技术领域

本发明涉及射频通信领域，特别是近场无线通信领域，具体涉及一种可实现无线通信的内置高频射频电路的手机扩展卡贴，适合在手机的扩展应用，如手机近距离现场无线支付领域。

背景技术

无线射频通信技术的应用已超过一个世纪，自从电的普及，射频通信就成为我们生活中不可或缺的一部分。近年来，手机的大量应用，改变了人们的生活习惯，手机成了必不可少的工具。物联网和电子标签的出现，让近场通信的大量应用成为可能。不管是手机还是物联网应用，无一例外地采用射频通信技术。当手机和近场通信联系到一起，就出现了手机现场无线支付。

在手机现场无线支付的概念被提出之前，手机已经可以单独实现支付的功能。手机用户可以通过GPRS或短信的方式依赖运营商的后台系统和收款商户进行交易，交易信息通过短信或网络的方式反馈给用户。这种方式在大额交易时比较可行，因为整个过程需要采用安全密码操作及较长时间的等待，无法实现快速结算。比如要用手机支付去乘公交车，司机不可能等上一分钟来确认乘客的付款是否已完成。另一方面，电子标签独立的小额支付在中国已经成为普遍认可的模式，特别是13.56MHz的近场支付方式，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。可是，独立的电子标签应用无法获得具有即时性的后台数据库的支持。通俗地讲，每张电子标签都是孤立的，其信息的传递必须有另外一套系统来支持，比如公交卡内的金额用完了，必须通过指定的充值点的读写器进行充值才能继续使用。如果有一种载体可以将电子标签的帐户信息通过无线方式进行安全地管理，使用户可以简便、快捷、安全地使用各项业务。

因此，手机和电子标签的有机结合解决了这一难题。

发明内容

本发明针对上述手机独立支付和电子标签独立支付所存在的缺陷而提供一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，该扩展卡贴与手机原有的SIM卡配合使用，实现了即时的现场小额无线支付和结算。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴与手机原有的SIM卡配合使用，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴包含了一套双向射频信号收发电路，和射频读写器进行直接或间接的数据交换，形成一个完整的射频通信系统。

进一步的，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴通过控制电路实现无线通信数据进行管理，并通过接触式通信协议和SIM卡进行数据交换。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴包含了具有ISO7816通信协议及无线射频通信功能的组合芯片、射频天线、谐振电容器及薄型的柔性电路板组成。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的组合芯片，符合ISO7816通信协议及13.56MHz频段无线射频通信功能。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的射频天线，是通过蚀刻工艺在柔性电路板上形成的多圈高频射频天线，其工作频段为13.56MHz。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的谐振电容器，由芯片的输入电容和外加的匹配电容器组合而成。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的柔性电路板，具有和SIM卡相同的长宽尺寸，厚度为0.05~0.15mm之间，采用蚀刻工艺加工而成。

再进一步，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴需要和普通SIM卡配合使用。

根据上述技术方案形成的内置高频射频电路的手机扩展卡贴直接或间接和射频信号收发设备进行无线射频通信，数据通过控制电路的端口数据端口和SIM卡进行通信，然后将通过手机网络将信息传输到后台数据库。整个过程都是即时完成的，用时在毫秒数量级，不会影响到用户的等待时间。

该内置高频射频电路的手机扩展卡贴能够将射频信号收发设备发出的射频信号接收后转换为电能并启动芯片的非接触电路，并将射频信号中的数据信息解调还原出来，通过控制电路进行处理；同时也可将SIM发出的指令及数据通过扩展卡贴传输到射频信号收发设备上，这样完成了一次双向无线数据通信过程。

内置高频射频电路的手机扩展卡贴和SIM卡配合应用时，如果SIM卡和射频信号收发设备之间不存在影响射频信号传输的障碍物，。但如果两者直接存在影响射频信号传输的障碍物，如锂电池，这就必须采用辅助的信号传输手段。比如通过抗金属射频技术或信号转移通信技术等，间接地让手机扩展卡贴和射频信号收发设备完成射频通信。

利用本发明的技术可实现手机的即时现场小额无线支付，特别适合在手机的无线支付领域，实现真正的即时无线通信、工作稳定、微功耗、设备兼容性好等优点。

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为本发明柔性线路板焊接面射频天线布局和零件安装示意图。

图2为本发明的接触面6个接触点设计示意图。

图3为本发明的接触面8个接触点设计示意图。

图4为本发明的胶带外形示意图。

图5为本发明实施例一的模块安装示意图。

图6为本发明实施例一的模块安装剖面a-a”示意图。

图7为本发明实施例二的芯片邦定安装示意图。

图8为本发明实施例二的芯片邦定安装剖面b-b”示意图。

图9为本发明实施例三的芯片倒封装安装示意图。

图10为本发明实施例三的芯片倒封装安装剖面c-c”示意图。

图11为本发明实施例三的芯片倒封装安装剖面c-c”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手机实现即时的现场小额无线支付和结算。

为此，本发明提供一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，该内置高频射频电路的手机扩展卡贴与手机原有的SIM卡配合使用，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴包含了一套双向射频信号收发电路，和射频读写器进行直接或间接的数据交换，形成一个完整的射频通信系统。

上述内置高频射频电路的手机扩展卡贴适合应用在13.56MHz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；兼容的接触式通信协议符合ISO7816国际标准

实施例一

该实施例为采用芯片倒装技术，将具有ISO7816通信协议及无线射频通信功能的组合芯片和柔性线路板贴合，使芯片上的功能焊盘和柔性线路板上的功能焊盘通过接着剂可靠连接。

参见图1、图9和图10，该实施例中内置高频射频电路的手机扩展卡贴以具有符合ISO7816接触式智能卡通信协议和13.56MHz无线射频通信功能的组合芯片1为核心，配合一个超薄型表面贴装电容器2，一片集成了多圈射频天线3及符合ISO7816触点4要求的柔性线路板5组成。组合芯片1的通过植球工艺，在焊盘上加工了用于和柔性线路板焊盘直接连接的凸点，该凸点为金球，具有良好的导电性、极小的接触阻抗、在空气中具有优良的稳定性。金球在芯片1表面凸出一定的高度，适合芯片倒装工艺的要求。同时，芯片需要通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。本实施例的厚度选择250um，在不同的厚度要求中，可以减薄成任何需要的厚度，以实现需要的产品厚度要求。

电容器2选择体积小、厚度非常薄的标准产品。本实施例的电容器选择长度为 0.5mm，宽度为 0.25mm，厚度为0.30mm的标准规格电容器，其容量为82pF，电容值精度为±5%。电容器的容值和精度是为了配合谐振天线的谐振频率来确定的，在本实施例中，为保证谐振频率在13.56MHz±500KHz 的要求，电容器2的精度不能大于±5%。电容器2通过表面贴装工艺和柔性线路板进行焊接。首先在柔性线路板5对应的焊盘上印刷焊锡膏，再通过表面贴装设备将电容器贴装到对应位置，最后通过回流焊炉加热使焊锡膏固化，完成电容器的加工。

经过凸点加工好的芯片1贴装到柔性线路板5上之前，需要在柔性线路板上对应的焊盘上加上接着剂11，这种接着剂可以是单向异性导电胶，也可以是非导电胶。芯片通过倒装设备贴装到对应位置，然后通过加热、加压工序使芯片上的金球与柔性线路板上的焊盘有效连接并将接着剂固化。

射频天线3在射频通信电路中既承担了提供射频芯片工作所需要的电能的作用，也是传递射频通信信号的载体。为了能使天线发挥良好的效果，必须使天线具有足够的电感量，也要使天线的线圈截面积足够大。在本实施例中，我们使天线的尺寸最大化，即在15X25mm的卡体边缘设计6圈的饶线式天线，线径为0.15mm，线与线之间的间距为0.15mm。

触点4是设置在柔性线路板零件安装面的一组触点，触点的位置符合ISO7816的尺寸要求。每组触点可以是6个电性连接点组成，参见图2的6和8，也可以是8个电性连接点组成，参见图3的6和8，为了使图形美观，可以增加一些辅助焊盘，参见图2和图3的7，甚至还可以改变焊盘的形状。

加工后的产品通过冲切工艺将产品外形加工到需要的尺寸。本实施例的尺寸为15X25mm。在零件安装面贴上一层带离型纸的胶带，参见图4，在胶带9的适当位置冲切出避空图形10，保证在和柔性线路板贴合时不和零件干涉，并让接触式触点暴露出来。

 将加工好的产品的离型纸剥离，参见图10的9-1。和手机SIM卡贴合起来，重新装入SIM卡槽，即完成了将普通SIM卡改装成带有无线电子支付功能的特殊SIM卡。

实施例二

该实施例为采用芯片直接邦定技术将具有ISO7816通信协议及无线射频通信功能的组合芯片和柔性线路板贴合，参见图7和图8，芯片上的功能焊盘和柔性线路板上的功能焊盘通过超声波引线可靠连接，再用包封胶将芯片和引线封装在包封体1内，以保护芯片和引线。

除了芯片加工工艺之外，其他的加工工艺同实施例一。

芯片通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。本实施例的厚度选择80um，在不同的厚度要求中，可以减薄成任何需要的厚度，以实现需要的产品厚度要求。首先，通过自动点胶设备在柔性线路板对应的位置上点上适量的接着剂，如银浆。然后通过芯片贴装设备将芯片贴装到柔性线路板对应的位置，接着将半成品通过加热炉使接着剂固化。固化后的半成品通过引线焊接设备将芯片上的焊盘和柔性线路板上的焊盘连接起来。连接用的引线可以是金线、铝线或铜线。最后通过封装工艺将芯片和引线包封起来。包封方式可以是采用液态树脂胶点胶包封或者固态树脂胶射出成型封装。

实施例三

该实施例将具有ISO7816通信协议及无线射频通信功能的组合芯片先加工成表面贴装器件，然后通过表面贴装技术将器件和柔性线路板贴合，使器件上的功能焊盘和柔性线路板上的功能焊盘通过焊接剂可靠连接。

除了芯片加工工艺之外，其他的加工工艺同实施例一。

参见图5和6，芯片需要先封装成薄型的模块，然后通过表面贴装工艺和柔性线路板进行焊接。首先在柔性线路板5上印刷焊锡膏11，再通过表面贴装设备将模块1贴装到对应位置，最后通过回流焊炉加热使焊锡膏固化，完成模块的加工。

在本实施例中，芯片封装成厚度为330um的薄型模块1，在其他的厚度要求中，模块厚度可以是任何可实现的厚度。通过减薄工艺将芯片本体的厚度减薄到80um的厚度，通过自动点胶设备在金属框架对应的位置上点上适量的接着剂，如银浆。然后通过芯片贴装设备将芯片贴装到对应的位置，接着将半成品通过加热炉使接着剂固化。固化后的半成品通过引线焊接设备将芯片上的焊盘和金属框架上的焊盘连接起来。连接用的引线可以是金线、铝线或铜线。最后通过模塑封装工艺将芯片和引线包封起来。包封好的产品经过分切、测试、打标、包装后成为可以用于表面贴装的模块。

实施例四

该实施例通过内置高频射频电路的手机扩展卡贴和手机SIM卡结合，当SIM卡和射频信号收发设备之间不存在影响射频信号传输的障碍物，实现和射频信号发射设备直接通信。

部分手机的SIM卡槽和电池不在同一个投影面上，这样就可以实现卡贴和射频信号收发设备之间直接通信。把加工好的内置高频射频电路的手机扩展卡贴的离型纸9-1剥离，然后和手机SIM卡贴合，插入到手机的SIM卡槽。当卡贴和射频信号收发设备的射频天线靠近并保持平行，即可实现正常的射频通信。

实施例五

该实施例通过内置高频射频电路的手机扩展卡贴和手机SIM卡结合，当两者之间存在影响射频信号传输的障碍物，如锂电池，手机扩展卡贴和射频信号收发设备无法直接进行射频通信。这就必须采用辅助的信号传输手段。本实施例采用信号转移通信技术，间接地让手机扩展卡贴和射频信号收发设备完成射频通信。

为实现上述功能，该实施例中内置高频射频电路的手机扩展卡贴，和手机SIM卡贴合后插入SIM卡槽，然后借助于一种射频信号转移电路，将卡贴射频信号收发设备发出的射频信号转换到卡贴可以接收的区域，使卡贴能够正常工作。然后卡贴的射频天线发出的射频信号也可以通过射频信号转移电路发送给射频信号收发设备，以完成卡贴和射频信号收发设备之间的双向射频通信。

如申请号为201020588837.X《一种可变方向无源射频信号收发器》所描述的产品，可以和本发明的产品配合使用，实现更广泛的应用。

实施例六

该实施例通过普通厚度的柔性电路板工艺，获得厚度为0.1~0.15mm厚度的产品。

参见图6、8和10，常规双面柔性电路板由基材5-1、零件安装面的铜箔5-2、接触面的铜箔5-4、零件安装面的保护膜5-3、接触面的保护膜5-5组成。常规工艺所能达到的成品厚度为最薄为0.1~0.15mm之间。在某些对厚度不敏感的手机中，可以使用此厚度的卡贴来实现需要的功能。

在本实施例中，我们选用的基材厚度为25um，每一面铜箔的厚度经过电镀镍和金的工艺后，各为为12.5um，双面覆盖膜的厚度各为25um；再加上用于和SIM卡贴合的背胶的厚度20um，这样产品的总厚度为120um，即0.12mm。

常规厚度的产品可以实现上述实施例一~五的各种产品。

实施例七

该实施例通过超薄型柔性电路板工艺，获得厚度为0.05~0.10mm厚度的产品。

参见图6、8和10，超薄型双面柔性电路板的结构和普通柔性电路板的结构基本一样，也是由基材5-1、零件安装面的铜箔5-2、接触面的铜箔5-4、零件安装面的保护膜5-3、接触面的保护膜5-5组成，但总厚度可小于0.1mm。在某些对厚度要求高的手机中，可以使用此厚度的卡贴来实现需要的功能。

在本实施例中，我们选用的基材5-1厚度为25um，每一面铜箔5-2、5-4的厚度经过电镀镍和金的工艺后，各为为12.5um，双面保护膜的厚度各为10um；再加上用于和SIM卡贴合用的背胶的厚度10um，这样产品的总厚度为80um，即0.08mm。

常规厚度的产品可以实现上述实施例一~五的各种产品。

实施例八

该实施例通过平板电容植入工艺，获得更低成本，工艺更简单的内置高频射频电路的手机扩展卡贴产品。

如申请号为201020588830.8《一种精密矩阵平板电容器》所描述的技术，和本发明的内置高频射频电路的手机扩展卡贴结合起来，不但减少了零件的使用量，简化了产品的生产工艺，降低了产品的整体成本，更从谐振频率的精度和一致性上获得了保证，提高了产品合格率。

常规厚度的产品可以实现上述实施例一~七的各种产品。

实施例九

该实施例通过在接触式触点上打凸点的工艺，获得接触更可靠的内置高频射频电路的手机扩展卡贴产品。

参见图11，将本发明的内置高频射频电路的手机扩展卡贴从零件安装面的接触式触点12-1、12-2、12-3往接触面形成半球形或近似半球形的凸点13-1、13-2、13-3，使接触面的触点突出平面。该工艺采用机械模压来完成。当模压头从零件安装面网接触面下压时，两面的铜箔和内层绝缘层发生延伸和变形，当达到预定的模压位置时，使模压头保持一个短暂的时间，防止凸点反弹。经过凸点加工的卡贴和SIM卡贴合时的接触更可靠。

本方法可以和上述实施例一~八的方法共同实施，完成各种性能优良的产品。

Claims (8)

1.一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴与手机SIM卡配合使用，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴包含了一套双向射频信号收发电路，和射频读写器进行直接或间接的数据交换，形成一个完整的射频通信系统。

2.根据权利要求 1所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴通过控制电路实现无线通信数据进行管理，并通过接触式通信协议和SIM卡进行数据交换。

3.根据权利要求 1或2所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴，包含了具有ISO7816通信协议及无线射频通信功能的组合芯片、射频天线、谐振电容器及薄型的柔性电路板组成。

4.根据权利要求 3所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的组合芯片，符合ISO7816通信协议及13.56MHz频段无线射频通信功能。

5.根据权利要求 3所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的射频天线，是通过蚀刻工艺在柔性电路板上形成的多圈高频射频天线，其工作频段为13.56MHz。

6.根据权利要求 3所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的谐振电容器，由芯片的输入电容和外加的匹配电容器组合而成。

7.根据权利要求 3所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴的柔性电路板，具有和SIM卡相同的长宽尺寸，厚度为0.05~0.15mm之间，采用蚀刻工艺加工而成。

8.根据权利要求 1和2所述的一种内置高频射频电路的手机扩展卡贴，其特征在于，所述内置高频射频电路的手机扩展卡贴需要和普通SIM卡配合使用。

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