CN103414005B - 一种应用于双界面卡的天线及双界面卡 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于双界面卡的天线及双界面卡，其包括：一个与非接触式读卡器耦合的大天线线圈，围绕于一个基材层的周边；一个与IC模块耦合的小天线线圈，对位于该IC模块的周边；并且，该天线还连接有一个调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路；其中，该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈为同一根导线缠绕而成。本发明借助设置能调整天线电性能匹配值的调整线圈，使得该天线及其双界面卡能与不同的非接触式读卡器耦合，适用范围更广，同时，通过对线圈的调整及对加工形态与绕线路径的设计，使其可采用绕线工艺进行生产，加工工艺更优化、简洁，成本低且无环境问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能卡天线及使用该天线的双界面卡，尤其涉及一种应用于双界面卡的天线及使用该天线的双界面卡。
背景技术
随着经济和信息技术的飞速发展，人们之间的经济和信息交流越来越频繁，因此人们不断地发明各种交流媒介，从早期的磁卡到后来的存储卡、逻辑加密卡以及现在正在广泛使用的接触式IC卡。由于接触式IC卡具有安全性能高、结构简单、通用性好、读写工具简单可靠、便于维护等优势，在银行、邮政、电信、证券交易、商场消费等交易领域中发挥着不可替代的作用。但是由于使用过程中接触式IC卡与读写机间的磨损，大大缩短了其使用寿命，磨损后的IC卡与读卡机间的接触不良又会导致传输数据出错；而且在大流量场所，插拔卡的过程会造成长时间的等待。为此，人们将射频识别技术应用到IC卡中，产生了非接触式IC卡，即将芯片与天线完全封装在卡片内部，卡的表面没有裸露的芯片触点，通过电磁耦合的方式，与读写机在一定的距离范围内进行通信，完全避免了因芯片接触造成的物理磨损，方便快捷，寿命长，被广泛应用于公交、地铁等自动收费系统，以及门禁管理、身份证明和电子钱包等领域。但是，由于非接触式IC卡在射频干扰严重的场合应用受限，而且电磁耦合产生的能量低，交易速率快，因此非接触式IC卡的安全性能不高，加上金融、通讯等行业已经存在大量的接触式IC卡的应用技术和基础设施，因此，非接触式IC卡的应用受到很多限制。基于此，一种融合了接触式IC卡和非接触式IC卡双重优点的新型IC卡——双界面卡应运而生。
现有非接触式IC卡制作通常是采用超声波绕线工艺将铜线或铝线作为天线埋入IC卡的基材层中，并与基材层的芯片焊接在一起。但是，若单纯的将非接触式IC卡的芯片放置在IC卡表面使其成为双界面卡时，为了使其能够应用于非接触式读卡器，需要将IC卡内部的天线与IC卡表面的芯片连接在一起，目前的连接方法主要有两种，即导电橡胶连接及焊接连接，但是这两种连接方法都需要购买专用的双界面卡封装设备，且存在生产效率低，产品合格率低等缺陷，而且，由于作为天线的铜线或铝线其线径是一致的，并且随着IC卡的小型化，单纯一种直径的导线在指定的面积内是无法很好的满足对射频信号的频率、Q值、电容等参数的要求。因此，现有的双界面卡的射频天线大多是采用蚀刻技术在铜或铝箔与PET的复合材料上蚀刻出所需要的射频天线图形，或采用印刷技术在PET箔膜材料上印刷导电油墨获得所需要的射频天线，以上两种工艺必须承载在PET基材或耐温更好的材料上，以保证天线图形的稳定性。现有蚀刻天线技术是将整张的铜箔材料用化学蚀刻的方式将90％的铜蚀刻掉，来获得天线图形。而此过程将产生大量的化学废液对环境造成严重的破坏。并且蚀刻过程将损耗大量的铜箔，90％的铜箔都被浪费，不仅使生产成本大幅度提高，而且对资源的利用和环境的保护都十分不利。以上两种工艺必须承载在PET基材或耐温更好的材料上，以保证天线图形的稳定性，但皆是使用胶粘剂将基材与金属天线的粘合，但使用的胶粘剂并非稳定体，随着环境温度、湿度等条件的变化而不断老化，粘接强度降低从而造成基材与金属天线的分层，为使用带来不便且提高了使用者的购买成本，而且天线与芯片连接时所用的焊接方法也为加工带来不便。
发明内容
为了解决上述现有技术制作双界面卡所存在的各种问题，因此本发明人发明了一种应用于双界面卡的天线及使用该天线的双界面卡。
本发明的目的在于，改进天线结构以使其可以使用常规的超声波绕线技术生产一种适用于双界面卡生产的天线，以改善现有的双界面卡天线的生产工艺，提高生产效率，减少现有技术的生产成本及现有技术所带来的环境污染问题。
为达到上述发明目的，本发明的一种应用于双界面卡的天线，其包括：一个与非接触式读卡器耦合的大天线线圈，围绕于一个基材层的周边；一个与IC模块耦合的小天线线圈，对位于该IC模块的周边；并且，该天线还连接有一个调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路；其中，该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈为同一根导线缠绕而成。
其中，所述电性能匹配值为天线线圈的电容、电感、Q值及/或频率值。
其中，该小天线线圈及调整线圈位于该大天线线圈内侧。
其中，该大天线线圈具有相对的两个侧边及连接于该相对的两个侧边相邻一端的第三侧边，该小天线线圈及调整线圈分别邻近于所述的两个侧边之一，并且，该调整线圈还邻近于该第三侧边，同时，该调整线圈还设有凸出部分，该凸出部分由该小天线线圈与该大天线线圈的第三侧边之间的空隙，向该两个侧边中远离该调整线圈的一个侧边延伸。
其中，缠绕成该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈的该根导线的始端和终端均设于该调整线圈内，并且该根导线缠绕成该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈所形成的线路结构是：该大天线线圈是由内向外圈绕形成的，该小天线线圈是由外向内圈绕形成的，该调整线圈中的若干圈是由内向外圈绕形成的，其余的若干圈是由外向内圈绕形成的，其中，由内向外圈绕形成的若干圈与由外向内圈绕形成的若干圈是交替间隔设置的。
其中，该根导线缠绕成的线路结构的交叉点分别设于大天线线圈及小天线线圈中。
其中，该基材层的材料为PVC,PET,ABS或PC，该根导线为铜漆包线或铝漆包线。
其中，该小天线线圈是边长为12mm的正方形，该小天线线圈的缠绕圈数为5圈；该大天线线圈是边长为80.5mm、短边为48.2mm的长方形，该大天线线圈的缠绕圈数为5圈；该调整线圈的缠绕圈数为4圈。
其中，该调整线圈位于该基材层内，该基材层包括补偿层、埋线层及衬底层，该根导线是直接埋设于该基材层的埋线层中。
本发明还提供了一种具上述天线的双界面卡，其还包括：一个基材表层；一个基材底层；以及一个芯片，设置在该基材表层的芯片位上。
其中，该基材表层相对于该芯片位置对应设置一个通孔，该芯片穿出该通孔后，凸出于该基材表层或与该基材表层相平，便于满足接触式读卡器的读写要求。
本发明的有益效果在于，本发明所述的一种双界面卡，借助采用：
1、对线圈加工形态与路径的设计；
2、对于线圈电容、电感、Q值、频率性能调整的调整线圈；
3、绕线工艺是可借助超声波绕线将铜线直接埋在IC卡材料中。
等技术手段，其绕线工艺因不需要胶粘剂粘结，不仅有效地降低了现有蚀刻技术及印刷技术在制备双界面卡时所带来的环境污染问题，而且在导线的缠绕过程中很少有材料的浪费，从而有效地降低了生产成本，并且天线与芯片之间不需要焊接在一起，使得加工工艺更加优化、简洁。
附图说明
图1为本发明的应用于双界面卡的天线的绕线图。
图2为本发明的双界面卡的纵向剖面图。
[主要元件符号说明]
1基材表层
2基材层
201安置孔202芯片位
3基材底层4导线
401大天线线圈402小天线线圈
6调整线圈
s61、s62、s63、s64线圈中的匝
a大天线线圈的短边边长b大天线线圈的长边边长
a’小天线线圈的边长
d、h垂直距离。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明的双界面卡及其中的天线作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种较佳的实施例，所述应用于双界面卡的天线，包含有：一个大天线401，一个小天线402，以及一个调整线圈6，且该大天线401、小天线402及调整线圈6形成封闭的天线回路，其中，该大天线401、该小天线402与该调整线圈6为同一根导线4缠绕而成。
其中，该大天线401用于与非接触式读卡器耦合，该小天线402用于与双界面卡的IC模块耦合，该调整线圈6用于调整天线线圈的电性能匹配值。
通常，可以利用该调整线圈6实现对天线线圈的、电阻、电感、频率、Q值、电容、场强中的任一个参数或任几个参数的调整，以此，可以使得大天线401能够与两种以上不同类型的非接触式读卡器耦合，从而扩大了双界面卡的使用范围，真正做到一卡多用。
为了进一步提高天线的性能，以及便于绕线的工业化生产，本发明的天线优选为按照如下线路结构进行布置。如图1所示，该大天线402为长方形结构，其包括第一短边、第二短边和第三长边，该小天线401为正方形结构，并且，该小天线401邻近该大天线402的第一短边设置，所述调整线圈呈刀形，刀形调整线圈的刀背位置邻近该大天线402的第三长边，刀刃位置远离该大天线402的第三长边，刀头位置邻近该大天线402的第二短边，刀柄位置邻近该大天线402的第一短边，并且，刀柄设于该小天线401与该大天线402的第三长边第三长边之间的空位。
如图1所示，较佳的该应用于双界面卡的天线的排布尺寸可以为，正方形结构的该小天线401，其边长a’为12mm，导线4埋入匝数为5，长方形结构的该大天线402，其长边边长b为80.5mm、短边边长a为48.2mm，导线4埋入的匝数为5。且小天线401中心点到该大天线402长边的垂直距离d为19.7mm，该小天线中心点到该大天线短边的垂直距离h为12.47mm；该调整线圈的缠绕匝数为4。优选为，该调整线圈中的2匝是由内向外圈绕形成的，另2匝是由外向内圈绕形成的，如果将调整线圈的4匝由内至外分别编号为s61、s62、s63和s64，则，s62和s64为由内至外圈绕形成，s63和s61为由外至内圈绕形成。
如图1所示的本发明的天线的优选绕线结构可以通过如下方式实现：
将附图1中箭头位置作为导线4的始端，并将导线4沿箭头方向在基材层2周边埋入，首先按逆时针方向圈绕形成调整线圈6的匝s62，再继续圈绕形成调整线圈6的匝s64，然后继续逆时针圈绕并在基材层的周边形成大天线401，首先按逆时针方向圈绕形成大线圈401的最内圈，继续圈绕一直到形成大天线401的最外圈，大天线401圈绕完成后，再在芯片位202的周边埋入该小天线402，首先按顺时针方向圈绕形成小线圈402的最外圈，继续圈绕一直到形成小线圈402的最内圈，然后顺时针继续圈绕并形成调整线圈6的匝s63，最后在匝s64和匝s62之间圈绕形成匝s61，并圈绕至该根导线4的终端时止。
上述线圈的圈绕可以利用超声波热能埋入基材层2。
如图2所示，本发明的双界面卡，其是使用了上述应用于双界面卡的天线所制备，其还包括：一个基材表层1；一个基材底层3；一个芯片，设置在具有大天线及小天线的基材层2的芯片位202上。基材表层1对应基材层2芯片的位置设置有安置孔201，使芯片露出安置孔201凸出于该基材表层或者与该基材表层相平，将基材表层1、基材层2及基材底层201进行层压一体化，露出基材表层1的芯片也可以满足接触式读卡器的读写要求。
由于本发明利用的是超声波热能技术来缠绕天线，与现有的蚀刻技术或者印刷技术相比，对基材层的耐温性要求不高，因此对基材层的材料选择更加宽泛，可选PVC,PET,ABS,PC等材料作为本发明的基材层2，并且埋入到基材层2内部的导线4与基材层2的结合更加稳固不易分层。而且本发明所用的超声波绕线技术与现有技术相比小天线402与芯片之间不需要使用导电橡胶或者焊接将其连接在一起，而是利用小天线402与芯片之间的电容耦合，大天线401与小天线的电容耦合以及大天线与非接触式读卡器的电容耦合实现非接触式读卡器与芯片之间的数据传输。因此本发明有效的简化了现有技术的生产工艺，从而提高了产品的生产效率及生产合格率。较佳的，该导线4可为由铜线或铝箔制备成的漆包线。
综上所述，本发明所述的一种应用于双界面卡的天线及双界面卡不仅有效地降低了现有蚀刻技术及印刷技术在制备双界面卡时所带来的环境污染问题，而且在导线的缠绕过程中很少有材料的浪费，从而有效地降低了生产成本，并且天线与芯片不需要焊接在一起，使得加工工艺更加优化。
Claims (9)
1.一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，其包括：
一个与非接触式读卡器耦合的大天线线圈，围绕于一个基材层的周边；
一个与IC模块耦合的小天线线圈，对位于该IC模块的周边；
并且，该天线还连接有一个调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路；
其中，该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈为同一根导线缠绕而成，缠绕成该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈的该根导线的始端和终端均设于该调整线圈内，并且该根导线缠绕成该大天线线圈、该小天线线圈与该调整线圈所形成的线路是：该大天线线圈是由内向外圈绕形成的，该小天线线圈是由外向内圈绕形成的，该调整线圈中的若干圈是由内向外圈绕形成的，其余的若干圈是由外向内圈绕形成的，其中，由内向外圈绕形成的若干圈与由外向内圈绕形成的若干圈是交替间隔设置的。
2.如权利要求1所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，所述电性能匹配值为天线线圈的电容、电感、Q值及/或频率值。
3.如权利要求1所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该小天线线圈及调整线圈位于该大天线线圈内侧。
4.如权利要求3所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该大天线线圈具有相对的两个侧边及连接于该相对的两个侧边相邻一端的第三侧边，该小天线线圈及调整线圈分别邻近于所述的两个侧边之一，并且，该调整线圈还邻近于该第三侧边，同时，该调整线圈还设有凸出部分，该凸出部分由该小天线线圈与该大天线线圈的第三侧边之间的空隙，向该两个侧边中远离该调整线圈的一个侧边延伸。
5.如权利要求1所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该根导线缠绕成的线路结构的交叉点分别设于大天线线圈及小天线线圈中。
6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该基材层的材料为PVC,PET,ABS或PC，该根导线为铜漆包线或铝漆包线。
7.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该小天线线圈是边长为12mm的正方形，该小天线线圈的缠绕圈数为5圈；该大天线线圈是长边为80.5mm、短边为48.2mm的长方形，该大天线线圈的缠绕圈数为5圈；该调整线圈的缠绕圈数为4圈。
8.根据权利要求1所述的一种应用于双界面卡的天线，其特征在于，该调整线圈位于该基材层内，该基材层包括补偿层、埋线层及衬底层，该根导线是直接埋设于该基材层的埋线层中。
9.一种双界面卡，其特征在于，包括：
一个基材表层；
一个基材底层；
上述权利要求1-7中任意一项所述的一种应用于双界面卡的天线；以及一个芯片，设置在该基材表层的芯片位上。
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