CN102663480A - 一种新型双界面智能卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型双界面智能卡，由卡基（1）、双界面智能卡模块（2）和耦合放大天线（3）构成，卡基由2-6层的薄型绝缘材料层叠压制而成；耦合放大天线是一种双面薄膜电路板，由一组射频天线和一组平板电容器组成；双界面智能卡模块由集成了射频天线和触点的载带、双界面智能卡芯片和匹配电路构成；耦合放大天线设置在卡基内层的夹层内同时压合，双界面智能卡模块设置在卡基一个面的阶梯状凹槽中。本发明的双界面智能卡同时具有接触式智能卡功能与非接触智能卡功能，在提高了产品的性能的同时可沿用大部分生产设备和工艺，大大降低了生产成本及生产周期。

Description

一种新型双界面智能卡

技术领域

本发明涉及一种智能卡，特别涉及一种双界面智能卡，双界面智能卡模块和射频放大天线，适合应用在双界面智能卡封装领域。

背景技术

在智能卡封装领域，智能卡的应用量越来越大，全球每年发行的各类智能卡超过50亿张。目前，智能卡行业正朝着技术创新的路线发展，新技术不断涌现，新功能也越来越多，许多老的功能也不断改进和加强，今后的新型智能卡服务应用将不断扩大，在这些发展的同时，智能卡的功能和性能的提升也不可避免。

在中国大力发展金融卡安全化转移的阶段，出现了CPU形式的接触式金融卡和同时具有接触式和非接触式功能的双界面金融卡，特别是双界面金融卡，即为双界面智能卡在金融领域的延伸应用。但是现有的双界面职能卡生产工艺比较复杂，需要先进行智能卡模块生产，再进行外加线圈以超声波埋线工艺埋入基材，再将带有天线的基材一起和卡基叠层压合，最后在卡基上铣槽，将天线和模块焊接后将模块贴合到卡槽内，完成整个制卡工艺。其中最为复杂而且影响产品性能的是焊接工序，既费时，可靠性又差，生产成本以及材料成本较高。

因此，特别需要一种低生产成本的新型双界面金融卡，来满足当今用户的消费需要。

专利号为ZL98811093.8公开了一种复合IC模块及IC卡，其重点对产品的工作原理进行详细描述，进而从产品结构和工作原理上，超越了传统的双界面智能卡的结构，但是从其对产品的实现角度发现，此技术虽然具有新颖性，但是缺乏实用性。这是由于不同年代产品工艺和技术的巨大差异，在上世纪九十年代，智能卡用双面基板的线路生产精度和现在的精度差距巨大，因此在公开的技术中未能体现达到实用价值的双界面模块用基板设计，只公开了采用绕线方式并采用树脂封固的天线结构，因此成本高昂，一致性差，生产效率底下，这些致命的缺陷是导致此技术无法转化成实用产品的关键。另外，由于相关技术公开不完整或不充分，对于产品的实现缺乏必要的数据，因此行业内的专业人员无法根据公开的技术实现具有实用价值的产品。

申请号为201110058044.6公开了一种双界面IC卡，从产品结构和工作原理来看，延续了ZL98811093.8所公开的技术，并在其基础上做了很少的改进。虽然这种产品超越了传统的双界面智能卡的工艺范畴，但是从其对产品的实现角度分析，同样存在诸多方面的缺陷，特别是对于具体产品的实现和特性的描述和现有标准相背离，显然本技术的发明者并不非常精于双界面智能卡的相关技术。由于技术公开不完整或不充分，缺乏必要的实现数据，行业内的专业人员无法根据公开的技术实现符合实用价值的产品。

基于上述情况，本发明公开了一种新型的智能卡的技术，来实现具有市场使用价值的新产品。

发明内容

本发明针对现有双界面智能卡生产使用的模块所存在的各种不足，并吸收了现有公开技术的优点，摈弃现有技术的不足之处，提供了一种创新型并具有实用价值的新型双界面智能卡，所述双界面智能卡集成了具有独立射频天线的模块和射频放大天线，能够同时实现接触式功能和非接触式功能，特别是非接触通信能力达到传统双界面卡的水平，在生产工艺简化的同时，并且大大降低了原料成本、生产成本和生产周期。重要的是，模块和射频放大天线没有焊点连接，电源供应和数据通信均通过模块天线和耦合放大天线近场耦合进行传递，杜绝了传统双界面智能卡的天线焊点容易损坏的缺点，大幅提高了产品可靠性和产品使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种新型双界面智能卡，由卡基、双界面智能卡模块和耦合放大天线构成： 

所述的卡基由2-6层的薄型绝缘材料层叠压制而成；

所述的耦合放大天线是一种双面薄膜电路板，由一组射频天线和一组平板电容器组成；

所述的双界面智能卡模块由集成了射频天线和触点的载带、双界面智能卡芯片和匹配电路构成；

耦合放大天线设置在卡基内层的夹层内同时压合，双界面智能卡模块设置在卡基一个面的阶梯状凹槽中。

进一步的，所述卡基的尺寸为54X84.5mm，厚度为0.68~0.84mm。

再进一步，所述双界面智能卡模块的触点表面略低于卡基表面，触点表面和卡基表面的高度差为0-80um。

再进一步，所述的双界面智能卡表面设置有两处凸字区域，所述的凸字区域为长条形，沿双界面智能卡的长边平行设置。

再进一步，所述的双界面智能卡表面设置有一处磁条区域，所述的磁条区域为长条形，沿双界面智能卡的长边平行设置。

再进一步，所述的双界面智能卡表面设置了个性化照片打印区域。

再进一步，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的外侧上方，所述耦合放大天线的近模块一侧的线圈靠近所述双界面智能卡模块1条边、2条边或3条边，耦合放大天线的最外侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

再进一步，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，所述耦合放大天线的近模块一侧的线圈靠近所述双界面智能卡模块1条边、2条边或3条边，耦合放大天线的最内侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

再进一步，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的中间上方，所述耦合放大天线的将模块夹在线圈的中间，耦合放大天线的近模块侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

再进一步，所述耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

再进一步，所述的耦合放大天线由一组多圈环绕的射频天线和一组平板电容器组成；耦合放大天线是由三层构成，一层薄型的绝缘材料和正反附着的两层导电材料，在绝缘材料的正面设置一组多圈环绕的线圈和平板电容器的一个电极，在绝缘材料的反面设置了平板电容器的另一个电极，线圈的一个端口和正面的电极相连接，另一个端口通过导通孔延伸到绝缘材料反面和另一组平板电容器电极相连接。

再进一步，所述的射频天线的两个端口和电容器的两个端口相连接，形成一个串联谐振电路。

再进一步，所述天线的尺寸远大于双界面模块内置的射频天线的尺寸，耦合放大天线的单圈截面积为1000~4000平方毫米之间。

再进一步，所述绝缘材料的材质为聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为0.05~0.20mm之间。

再进一步，所述射频天线的圈数为3~10圈，天线的电感量为3~6uH。

再进一步，所述射频天线谐振电路的工作频率为12~17MHz。

再进一步，所述射频天线为一组单个线圈形成的天线，也可以是一组由2个线圈串联起来的组合天线，也可以是一组由3个或4个线圈串联起来的组合天线。

再进一步，所述双界面智能卡模块由8个相互独立的接触式触点、一组射频天线、一个双界面智能卡芯片和匹配电路组成；

所述双界面智能卡模块的基板焊接面设置有多圈环绕的射频天线，双界面智能卡芯片和匹配电路通过焊接剂和基板的焊盘相连接，焊盘和对应的触点面通过盲孔进行电气连接，触点面设置有8个电气互相独立的导电触点组成，在独立的导电触点之间以镂空图形进行隔离。

再进一步，所述模块上安装的双界面智能卡芯片是经过封装处理并适合表面贴装工艺进行焊接的芯片，芯片的焊盘和基板的焊盘通过焊接剂热固化相连接导通，芯片的非接触功能焊盘和射频天线的两个端口相连接，芯片的接触式功能焊盘和触点面的导电触点对应连接。

再进一步，所述模块的匹配电路是由一颗或两颗微型表面贴装电容器组成的谐振匹配电路。

再进一步，所述模块的工作频率为12~15MHz。

再进一步，所述模块的匹配电路的两个端口和射频天线的两个断口并联连接。

再进一步，所述模块的零件面上设置有相应的盲孔和对应的接触面触点进行连接，从零件面孔盘开始，沿孔壁形成导电层直到触点面导电层和绝缘基材结合面形成电气连接，从触点面观察盲孔处为闭合导电层。

再进一步，所述模块的芯片和匹配电路的焊接底部和周围设置了补强树脂，以增强器件和基板的结合强度。

再进一步，所述模块的基板由绝缘基材和正反两面导电铜层构成，所述绝缘基材采用环氧树脂材料、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，其厚度在0.05~0.20mm之间。

再进一步，所述模块的触点面的触点间设置了镂空图形，在触点的外延设置了镂空图形。

根据上述方案形成的本发明具有以下优点：

（1）通过该技术实现的双界面智能卡具有接触式功能和非接触式功能；

（2）在生产双界面智能卡时取消进行外加线圈，也取消了天线的焊接过程，有效地节约生产材料和降低生产成本；

（3）可沿用大部分生产设备和工艺，无需购买或设计生产设备；

（4）大大降低生产成本和提高生产效率；

（5）大幅度提高产品的可靠性，延长产品使用寿命；

（6）有效满足本领域的需求，具有极好的实用性。

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为本发明的双界面智能卡电原理图。

图2为本发明的双界面智能卡的双界面模块电原理图。

图3为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线单天线电原理图。

图4为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线三个天线同相串联电原理图。

图5为本发明的双界面智能卡的模块安装位置示意图。

图6为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线避让凸字区域示意图。

图7为本发明的双界面智能卡的模块、凸字和照片区域分布示意图。

图8为本发明的双界面智能卡的横截面示意图。

图9为本发明的双界面智能卡的模块安装部位横截面示意图。

图10为本发明的双界面智能卡的卡基铣槽区域横截面示意图。

图11为本发明的双界面智能卡的模块横截面示意图。

图12为本发明的双界面智能卡的模块的零件安装面示意图。

图13为本发明的双界面智能卡的模块的零件安装面胶带及补强示意图。

图14为本发明的双界面智能卡的模块的触点面示意图。

图15为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最内侧线圈靠近双界面智能卡模块的左侧的安装示意图。

图16为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最内侧线圈靠近双界面智能卡模块的左侧及上侧的安装示意图。

图17为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最内侧线圈靠近双界面智能卡模块的左侧、上侧及下侧的安装示意图。

图18为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最外侧线圈靠近双界面智能卡模块的右侧的安装示意图。

图19为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最外侧线圈靠近双界面智能卡模块的右侧及下侧的安装示意图。

图20为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的最外侧线圈靠近双界面智能卡模块的右侧、上侧及下侧的安装示意图。

图21为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的线圈将双界面智能卡模块夹于其中，天线靠近和模块的左侧和右侧的安装示意图。

图22为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的线圈将双界面智能卡模块夹于其中，天线靠近和模块的左侧、右侧及下侧的安装示意图。

图23为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线的近模块一侧的线圈将双界面智能卡模块夹于其中，天线靠近和模块的左侧、右侧、上侧及下侧的安装示意图。

图24为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线尺寸缩小到1/2的示意图。

图25为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线由两个线圈串联，小线圈在大线圈之外的安装示意图。

图26为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线由两个线圈串联，小线圈在大线圈之内的安装示意图。

图27为本发明的双界面智能卡的耦合放大天线为圆形的安装示意图。

图28为本发明的双界面智能卡的模块触点面延伸设计示意图。

图29为本发明的双界面智能卡的模块零件面延伸设计示意图。

图30为本发明的双界面智能卡的模块触点面连片图。

图31为本发明的双界面智能卡的模块焊接面连片图。

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。

本发明针对现有双界面智能卡常用的生产工艺，所存在的不仅能耗高，而且制造工艺繁琐，使用中可靠性相对较差等问题，而提供的解决技术方案的实施具体如下：

参见图11、图12、图13和图14，本发明提供的一种模块，其基板10的一个表面上设置了8个相互独立的触点13，中间的图形130和左下角的一个触点连接，定义为GND。触点和触点之间隔离的图形131及触点外延的镂空图形132通过蚀刻工艺来完成，镂空图形的线宽为0.15~0.30mm之间。在基板10的另一个表面设置了模块天线11、零件焊盘16及连接的线路，其中接触式功能焊盘通过盲孔连接到反面的触点上，盲孔是从零件面开孔穿透绝缘基板10连接到触点内侧导电面，从触点面观察没有孔。

安装零件时，首先在零件焊盘16上印刷上一层胶状焊接剂17，然后通过自动贴片设备将双界面智能卡芯片12及匹配电容器14和15贴装到相应位置，再通过高温回流焊工艺使焊接剂受热固化，使芯片的焊盘和基板的焊盘可靠连接起来。焊接剂可选用无铅焊锡膏。

参见图11和图13，为了使被焊器件12、14及15和基板可靠连接，在器件的周围使环氧树脂胶18进行封固。环氧树脂宜采用紫外光固化的型号，以适应卷状结构的产品在短时间生产。在基板零件面贴上一层热熔胶4，热熔胶也是卷状自动贴附，并在零件贴装区域开孔以避免产生干涉，在外层保留离型纸41备用。

参见图30和图31，由多个模块拼接成连片，无限长的连片模块形成整卷的模块，通过自动冲切设备将单个模块按尺寸冲切下来，去除离型纸备用。

参见图8，将耦合放大天线3夹在多层基材3之间，通过层压工艺将卡基和耦合放大天线压合成一个整体，成型的厚度为0.68~0.84mm之间。参见图10，在卡基3的模块安装位置通过自动铣槽设备铣出具有一个台阶的方槽，槽孔的台阶34从卡基表面开始深度为0.2~0.3mm，从台阶34到槽底部35的深度为0.3~0.45mm，具体根据被封装的器件的高度来决定。参见图5，卡基外形尺寸为：卡基长度a为85.60mm ,卡基宽度b=为53.98mm；卡基槽孔宽度c为11.8mm，卡基槽孔长度d为13.00mm；槽孔中心到卡基左边缘的距离e为15.06mm，槽孔中心到卡基上边缘的距离f=23.89mm。其中a、b、e、f的尺寸为国际标准尺寸，符合ISO7816规定的尺寸，c、d的尺寸根据模块尺寸可稍做调整，以符合工艺可行性为准。

参见图8和图9，通过自动贴装设备将备用的去除离型纸的模块1贴装到卡基3的槽孔内，通过模块上的热熔胶4和卡基的台阶表面接触，再通过正面热压头加热工艺使热熔胶熔化，将模块和卡基有效粘合。加热时应特别注意保护触点面，按常规工艺采用导热橡胶膜保护后再进行加热，以免损伤表面。

模块安装完成的智能卡即一张功能完整的双界面智能卡，既有符合ISO7816接触式智能卡功能，又有实现13.56MHz非接触射频通信功能的双界面智能卡，和传统双界面智能卡最大的不同之处在于智能卡芯片和耦合放大天线之间没有物理电性连接，智能卡芯片是通过模块上的小天线和耦合放大天线耦合通信实现数据交换和电源供给，然后和外部读写器进行通信的，这样做的直接优势在于卡片制作工艺简单，省去了天线和模块之间的焊接工艺，大大提升了产品的可靠性，有效延长产品的使用寿命。

双界面智能卡要发行给最终用户使用，要对卡片进行信息个人化操作，不但要从芯片的存储信息进行个性修改，更要在卡片的表面进行卡号等信息标识，常见的有印刷、平面打印和凸字打印。参见图6，在卡基3的模块安装的反面，进行卡号等信息的标识，甚至可以在表面打印个人照片；在模块安装面标识签名拦，序号等信息。在31和32的位置，可打印凸字。参见图5，卡基3的凸字区域31和32，在安装耦合放大天线时，天线的大线圈23、小线圈21、电容器22、导通孔及焊盘25等导电线路均要避让凸字区域，模块安装区域1也和凸字区域不能干涉。

从产品性能角度，本发明的创新设计还在于模块封装部分采用创新连续表面贴装工艺，使芯片和匹配电容器一次安装完成，锡膏类焊接剂的可靠性高，既环保，对环境的适应能力强，完全可以在环境条件相对恶劣的地方使用。

要实现耦合式双界面智能卡符合实用性的要求，关键是必须让双界面智能卡在非接触通信中具有足够的射频通信距离，同时在数据交换中不能有数据中断、出错等现象，并能够适应不同的射频读写器，具有良好的兼容性。这也是其他解决方案无法使基于耦合方式的双界面智能卡没有达到商用阶段的关键点。

双界面芯片是整个双界面智能卡的核心，而芯片的正常工作依赖于读写器，读写器将芯片正常工作所需要的能量通过包含调制数据的载波信号发射到空间，其载波频率为13.56MHz，耦合放大天线收到载波信号后耦合到模块小天线，再通过芯片的非接触端口输入到芯片电路，其中载波信号经过整流滤波处理后的直流电压供给芯片工作；调制数据经过解调后启动芯片工作。与此同时，芯片发出数据通过模块小天线耦合到耦合放大天线后发送到读卡器，这样来回交换数据，就实现了非接触通信。在这个通信过程中，要让芯片正常工作，一是要解决模块天线和耦合放大天线之间的信号耦合效率，二是耦合放大天线和读写器之间的通信效率和兼容性。

在解决模块天线和耦合放大天线之间的信号耦合效率方面，本发明的创新设计从以下几方面入手：

第一方面从提高模块天线的电感量出发，采用超精细基板蚀刻工艺，使天线的线宽和线间距均小于100um；同时采用微型芯片封装，使芯片占用基板表面积尽量小，以获得尽量多的天线可用面积，增加了固定空间的天线圈数，实现电感量的最大化。

第二方面，模块采用高介电常数的基板绝缘材料，其相对介电常数在4~6之间较为合适，以有效降低射频电路的信号损耗。在射频通信电路中，射频信号的损耗和基材的介电常数呈反比关系，材料的介电常数越大，信号损耗越小。

第三方面，将模块表面的触点之间的间距，在符合审美的前提下，将常规的150um间距向300um靠近，以获得更高的天线磁通量透过率，提高天线的磁力线密度；并在模块表面的触点的外缘和中心，设计了镂空图案，不但符合视觉审美的要求，更解决了提高的天线磁通量透过率，进一步提高天线的磁力线密度，使有限物理尺寸的模块小天线发挥最佳的射频通信能力。

参见图28，模块触点面的图形可根据审美的需要进行变化，获得不同外观的模块触点。

第四方面，通过模块小天线和耦合放大天线的不同设计及合理的空间组合，达到最佳的耦合性能，使能量传递和数据通信更有效。

参见图15，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧和耦合放大天线的左边最内侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图16，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧及上侧和耦合放大天线的左边及上边的最内侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图17，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧、上侧及下侧和耦合放大天线的左边、上边及下边的最内侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图18，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的外侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的右侧和耦合放大天线的左边的最外侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最外侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图19，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的外侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的右侧及下侧和耦合放大天线的左边及下边的最外侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最外侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图20，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的外侧上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的右侧、上侧及下侧和耦合放大天线的左边、上边及下边的最外侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最外侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图21，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的中间上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧及右侧和耦合放大天线的近模块侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的近模块侧的线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图22，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的中间上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧、右侧及下侧和耦合放大天线的近模块侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的近模块侧的线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图23，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的中间上方，耦合放大天线为单天线，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧、右侧、上侧及下侧和耦合放大天线的近模块侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的近模块侧的线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图24，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，耦合放大天线为单天线小天线结构，天线单圈平均截面积不小于卡基面积的1/2，天线21的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；天线的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的左侧和耦合放大天线的左边最内侧线圈靠近设置，耦合放大天线的线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图25，耦合放大天线为双天线大小天线结构，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的小天线内侧，其中大天线单圈平均截面积不小于卡基面积的1/2，大天线23的内侧一端和电容阵列22的正面电极连接；大天线的外侧一端连接小天线的外侧线圈，小天线的内侧线圈通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的被耦合放大天线的小天线围合，耦合放大天线的小天线线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的小天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图26，耦合放大天线为双天线大小天线结构，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的小天线内侧，其中大天线单圈平均截面积不小于卡基面积的1/2，大天线23的外侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面，由跨线延伸到导通盘及孔251到达耦合放大天线正面和电容阵列22的正面电极连接；大天线的内侧一端连接小天线的外侧线圈，小天线的内侧线圈通过导通盘及孔252延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的被耦合放大天线的小天线围合，耦合放大天线的小天线线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的小天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

参见图27，耦合放大天线为双天线大小天线结构，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的小天线内侧，其中大天线单圈平均截面积不小于卡基面积的1/2，大天线23为环形，大天线23的内侧一端通过导通盘及孔25延伸到耦合放大天线反面，由跨线延伸到导通盘及孔251到达耦合放大天线正面和电容阵列22的正面电极连接；大天线的外侧一端连接小天线的外侧线圈，小天线的内侧线圈通过导通盘及孔252延伸到耦合放大天线反面和电容阵列22的反面电极连接；模块1的被耦合放大天线的小天线围合，耦合放大天线的小天线线圈可延伸到模块1的天线最内侧线圈底部，和其投影位置齐平，耦合放大天线的小天线的最内侧线圈和模块的最外侧线圈的最大距离不超过3mm。耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

第五方面，通过提高模块小天线谐振回路和耦合放大天线谐振回路的电性能来提高耦合效率。

根据载波信号的频率要求，耦合放大天线必须工作在相应的频点，以获得最大的信号接收和发射能力。通常，将耦合放大天线的中心谐振频率设定为13.56MHz，参见图3的耦合放大天线电原理图，决定中心谐振频率的因素主要是LC串联谐振回路中的电感器21和电容器22，电感器21的电感量选择4~6uH之间；而电容器22的容值根据已经设定的电感量来匹配，一般在20~30pF之间。为了能够精确调整谐振频率，本专利技术采用多个微型平板电容器并联组成的平板矩阵电容组件，以调整到13.56MHz的频点。采用矩阵平板电容器分布的另一优势是防止大面积金属层对天线区域内形成局部磁屏蔽，导致天线通信死角。 

在某些情况下，耦合放大天线采用双天线的结构，来实现更好的通信效果。参见图4，电感21为小天线，和模块进行耦合通信；电感23为大天线，和读写器进行通信；电感21和电感23同相串联连接，再和电容器22串联形成一个LC串联谐振回路。

在保证谐振频率精确的前提下，天线的返回损耗系数、带宽和Q值也是致关重要的。这三个参数和谐振频率一起决定了双界面智能卡和读卡器之间的通信效果。在理想情况下，以双端口测试的S21参数分析，天线的返回损耗系数要求在 -10dB ~ -25dB之间，系数越大，则通信效果约好。天线的带宽和Q值是两个相互关联的参数，这由材料本身的特性决定。除了电感和电容本身的因素外，绝缘基材的介电常数和导电材料的阻抗是决定天线的带宽和Q值的重要因素。绝缘基材的相对介电常数越大，则天线的带宽越小，Q值越高，基于成本方面的因素，薄膜的绝缘基材的相对介电常数在2~3.5之间较为合适；而导电材料的阻抗越大，则天线的带宽越大，Q值越低。为了得到最佳的通信效果，天线的带宽和Q值应设定在某一个范围内。天线的带宽一般选取为0.5~1.5MHz，Q值在15~35之间。

为了和耦合放大天线进行良好的通信，将模块天线的中心谐振频率设定为13.56MHz，参见图2的模块电原理图，决定中心谐振频率的因素主要是LC串联谐振回路中的电感器11、电容器14和15，还有就是芯片的非接触端的等效输入电容器。电感器11的电感量选择2~4uH之间；而电容器14、15和芯片的非接触输入端并联连接，再和电感器11串联连接，组成多电容并联的串联LC谐振回路。芯片的非接触端的等效输入电容器的容量是固定的，一般在15~30pF之间，电容器14、15的容值根据已经设定的电感量和芯片的非接触端的等效输入电容器的不足来匹配。由于标称电容器的容量不是连续可选的，为了能够精确调整谐振频率，本专利技术采用两个微型陶瓷电容器并联组成的匹配电路，以精确调整到13.56MHz的频点。如图29所示，在某些情况下，如果采用一个匹配电容器即可实现匹配，则另一个电容器不安装。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (26)

1.一种新型双界面智能卡，其特征在于，所述的双界面智能卡由卡基、双界面智能卡模块和耦合放大天线构成： 

所述的卡基由2-6层的薄型绝缘材料层叠压制而成；

所述的耦合放大天线是一种双面薄膜电路板，由一组射频天线和一组平板电容器组成；

所述的双界面智能卡模块由集成了射频天线和触点的载带、双界面智能卡芯片和匹配电路构成；

耦合放大天线设置在卡基内层的夹层内同时压合，双界面智能卡模块设置在卡基一个面的阶梯状凹槽中。

2.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述卡基的尺寸为54X84.5mm，厚度为0.68~0.84mm。

3.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述双界面智能卡模块的触点表面略低于卡基表面，触点表面和卡基表面的高度差为0-80um。

4.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述的双界面智能卡表面设置有两处凸字区域，所述的凸字区域为长条形，沿双界面智能卡的长边平行设置。

5.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述的双界面智能卡表面设置有一处磁条区域，所述的磁条区域为长条形，沿双界面智能卡的长边平行设置。

6.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述的双界面智能卡表面设置了个性化照片打印区域。

7.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的外侧上方，所述耦合放大天线的近模块一侧的线圈靠近所述双界面智能卡模块1条边、2条边或3条边，耦合放大天线的最外侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

8.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的内侧上方，所述耦合放大天线的近模块一侧的线圈靠近所述双界面智能卡模块1条边、2条边或3条边，耦合放大天线的最内侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

9.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，双界面智能卡模块天线位于耦合放大天线的中间上方，所述耦合放大天线的将模块夹在线圈的中间，耦合放大天线的近模块侧线圈和双界面智能卡模块的最内侧天线的投影间距在0~8 mm之间。

10.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述耦合放大天线放置的层和双界面智能卡模块的天线层不在同一个平面内，两个平面平行放置，从触点面看，耦合放大天线在模块天线层下面，其间距为0.1~0.6mm之间。

11.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述的耦合放大天线由一组多圈环绕的射频天线和一组平板电容器组成；耦合放大天线是由三层构成，一层薄型的绝缘材料和正反附着的两层导电材料，在绝缘材料的正面设置一组多圈环绕的线圈和平板电容器的一个电极，在绝缘材料的反面设置了平板电容器的另一个电极，线圈的一个端口和正面的电极相连接，另一个端口通过导通孔延伸到绝缘材料反面和另一组平板电容器电极相连接。

12.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述的射频天线的两个端口和电容器的两个端口相连接，形成一个串联谐振电路。

13.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述天线的尺寸远大于双界面模块内置的射频天线的尺寸，耦合放大天线的单圈截面积为1000~4000平方毫米之间。

14.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述绝缘材料的材质为聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为0.05~0.20mm之间。

15.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述射频天线的圈数为3~10圈，天线的电感量为3~6uH。

16.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述射频天线谐振电路的工作频率为12~17MHz。

17.根据权利要求11所述的耦合放大天线，其特征在于，所述射频天线为一组单个线圈形成的天线，也可以是一组由2个线圈串联起来的组合天线，也可以是一组由3个或4个线圈串联起来的组合天线。

18.根据权利要求1所述的双界面智能卡，其特征在于，所述双界面智能卡模块由8个相互独立的接触式触点、一组射频天线、一个双界面智能卡芯片和匹配电路组成；

所述双界面智能卡模块的基板焊接面设置有多圈环绕的射频天线，双界面智能卡芯片和匹配电路通过焊接剂和基板的焊盘相连接，焊盘和对应的触点面通过盲孔进行电气连接，触点面设置有8个电气互相独立的导电触点组成，在独立的导电触点之间以镂空图形进行隔离。

19. 根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块上安装的双界面智能卡芯片是经过封装处理并适合表面贴装工艺进行焊接的芯片，芯片的焊盘和基板的焊盘通过焊接剂热固化相连接导通，芯片的非接触功能焊盘和射频天线的两个端口相连接，芯片的接触式功能焊盘和触点面的导电触点对应连接。

20.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的匹配电路是由一颗或两颗微型表面贴装电容器组成的谐振匹配电路。

21.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的工作频率为12~15MHz。

22.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的匹配电路的两个端口和射频天线的两个断口并联连接。

23.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的零件面上设置有相应的盲孔和对应的接触面触点进行连接，从零件面孔盘开始，沿孔壁形成导电层直到触点面导电层和绝缘基材结合面形成电气连接，从触点面观察盲孔处为闭合导电层。

24.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的芯片和匹配电路的焊接底部和周围设置了补强树脂，以增强器件和基板的结合强度。

25.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的基板由绝缘基材和正反两面导电铜层构成，所述绝缘基材采用环氧树脂材料、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯，其厚度在0.05~0.20mm之间。

26.根据权利要求18所述的双界面智能卡模块，其特征在于，所述模块的触点面的触点间设置了镂空图形，在触点的外延设置了镂空图形。

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