CN103688276B - 特别用于射频电路的有线电容器和包括所述有线电容器的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括被连接至电容器的天线的一种射频设备，所述电容器包括彼此相对并由绝缘体(41)分离的第一(24、44)和第二导电极板(25、45)，所述第一和第二极板中至少之一(24、44)由多个有线导体部分(24N、25N、44N)形成；所述射频设备的区别之处在于，天线(A)和电容器(C)的至少一个极板利用被导向地布置在衬底上的导线部分而被形成。

Description

特别用于射频电路的有线电容器和包括所述有线电容器的 设备
技术领域
本发明涉及电容器领域。其目的尤其在于用于射频应答器电路的、包括由绝缘体分离的第一和第二相对导电极板的电容器以及包括这种电容器的应答器设备。
作为本发明目的的电容器优选地用于构成包括射频耦合天线的应答器电路的一部分，所述电容器被连接到所述射频耦合天线。这种应答器电路尤其属于无接触式芯片卡或电子护照领域。所述天线和所述电容器通常形成谐振电路。所述谐振电路可以是无源或有源的并且被连接至射频集成电路芯片用于与射频读取器交换数据。
更特别地，本发明涉及诸如无接触式芯片载体、无接触式芯片卡、标签、电子护照的设备，涉及包括频率调谐电容器的无源天线设备。本发明的目的尤其在于无接触式电子旅行文档(电子护照和电子签证)。
这些设备可以符合ICAO(英语表达“International Civil AviationOrganization(国际民航组织)”的首字母缩写)的规定和/或ISO/IEC 14443标准。
背景技术
在图1和2中所示出的文献US 6 378 774描述一种包括集成电路模块(2)的芯片卡，所述集成电路模块(2)具有接触式和天线式通信接口。卡体包括无源天线，所述无源天线包括被连接至电容器15的两个线圈(3、4)，一个封闭宽线圈可以基本上被布置在卡体外围以及一个窄线圈以模块的天线为中心而被布置。所述宽线圈功能在于与外部读取器相对地通信并且所述窄线圈功能在于与所述模块耦合并且通信。
这种芯片卡的缺点在于呈现复杂的构造并且依靠为电容器和天线实现双面蚀刻的技术，所述技术具有穿过衬底的连接步骤，所述衬底是被布置在所述衬底相对面上的导体部分的绝缘衬底。
也已知SPS公司(Smart Packaging Solutions)的一个实施例，其使用被布置在银行芯片卡体的空腔中的接触式和天线式模块。该模块与被布置在几乎整个卡体表面上的无源天线耦合；该模块包括以螺旋形被布置在模块空腔周围的基本上同心的环路；与所述空腔相邻的第一环路在所述模块空腔的位置以下非常宽，为几毫米、甚至10mm，并且随后的环路是同样的，用于使得能够在螺旋圈上压纹(embossage)而没有在压纹时切断螺旋圈的风险。另外，所述天线被连接至电容器的金属极板，所述极板被布置在天线载体的两侧。最后一个螺旋圈在所述卡的外围扩展以便包容来自读取器的尽可能多的射频通量。
该构造的缺点在于在构成卡体的塑料片材不良地附着于所述天线的宽螺旋圈和/或通过蚀刻所形成的电容器极板的金属表面的情况下呈现分层的风险。
发明内容
本发明的目的在于解决前述缺点。特别地，本发明的目的在于简化制造、构造并且改善射频设备或射频应答器的性能。
为此，本发明的目的在于一种包括被连接至电容器的天线的射频设备，所述电容器包括彼此相对并由绝缘体分离的第一和第二导电极板，所述第一和第二极板中至少之一由多个有线导体部分形成；其区别之处在于所述天线(A)和电容器(C)的至少一个极板利用被导向地沉积在衬底上的导线部分而被形成。
在本发明的实施例中，至少一个极板(或等同物)可以与天线的螺旋圈分开。优选地，所述极板位于螺旋圈的路径(parcours)之外，例如在天线线圈的内部或外部。
在其它变型中，有线(filaire)电容器的(由导线形成的)一个极板与由天线的导线部分所形成的另一极板形成电容器。所述(尤其呈“之”字形的)有线极板例如优选地在相同衬底上与天线的导线相对地形成。
由于这些布置，本发明使得尤其是能够通过有线技术实现具有尤其是无源天线类型的天线的应答器(无接触式卡、无接触式电子护照)，因而达到更好的射频性能，这由于实施难度在以前从来未被考虑过。
根据电容器的其它特征：
－形成电容器有线极板的至少多个交互导线(alternance de fil)是横跨所述天线自身的螺旋圈(或在衬底平面上横向地与所述天线相对)被实现的；
－所述导线部分被导向地沉积在衬底上；
－所述导线部分形成相互之间平行的交互或螺旋形；所述导线部分的连续路径或交互优选地在形成电容器极板的区域内部和天线螺旋圈之外被实现；
－两块极板的导线部分被沉积在衬底的相同侧上；
－第一极板的导线部分与第二极板的导线部分相交，以便在未由第一极板的导线部分覆盖的衬底区域中基本上攀牢衬底；
－所述导线部分可以通过刺绣(broderie)或镶嵌(incrustation)被沉积在衬底上；
－所述天线(A)和电容器(C)的至少一个极板借助于相同连续导线而被连续形成；
－所述设备构成与根据本发明的电容器频率调谐的无源天线。
由于本发明：
－借助于与用于实现所述天线的技术相同的技术来形成电容器极板；
－本发明使得能够具有比通过导电表面的化学蚀刻或电化学生长所得到的天线性能更好的有线天线；
－形成天线和相关联的电容器被极端地简化，因为所述形成依靠单一有线技术(刺绣、镶嵌…)；
－本发明在环路较少扩展并且螺旋圈表面较小的情况下确保了良好的射频耦合；其优点在于避免了分层问题，同时释放了被预留用于压纹的整个标准压纹表面。
附图说明
在阅读作为非限制性示例和参考附图所做出的以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得明显：
－图1和2说明根据现有技术的双接口芯片卡；
－图3说明根据本发明的实施例的设备的示意视图；
－图4说明图3的电容器的横向剖面部分视图；
－图5说明根据本发明的设备的实施变型的示意视图；
－图6说明根据本发明的设备的改进实施变型的示意视图。
具体实施方式
现有技术的图1和2先前已经在介绍中被描述。所述无源天线分别被标记为(3、4)。其包括分别被连接至电容器15的小环路(3)和大环路(4)，所述电容器包括两个极板，其中之一被标记为5(另一个极板被布置在天线衬底的相对面上)。
图3说明根据本发明的射频设备20的第一实施例；其包括电容器C1，所述电容器根据本发明的变型而被实现并且被连接至或旨在被连接至射频天线A1，用于谐振频率调谐。所述电容器和所述天线安在绝缘衬底21上，该绝缘衬底21尤其为塑料、纸等等所制。
此处，该设备20在该示例中为符合ISO7816和/或ISO/IEC 14443标准的无接触式或混合电接触式和无接触式芯片卡。所述天线包括射频应答器的位置E(未示出)。这种模块包括被连接至应答器天线的射频集成电路芯片。所述模块优选地为接触式(ISO 7816)和无接触式双接口芯片卡模块的形式；所述模块通过电磁耦合被耦合至无源天线A1。
然而，所述设备可以构成用于电子护照或其它无接触式物件的嵌体(插入物(inlay))，所述其它无接触式物件如电子标签、徽章、交通票等等。在这种情况下，其它覆盖片材可以以已知方式来使其完整。
电容器C明显地包括彼此相对并且由绝缘体分离的第一导电极板24和第二导电极板25的等同物。
根据一个特征，至少一个极板24或25由被导向地沉积在衬底上的多个有线导体部分形成。优选地，所述导线上加有包层(gainage)和/或绝缘体。所述绝缘体至少由包层或由包层和衬底的绝缘材料形成。
导线部分24N可以如例如在此处那样形成平行交互，或在其它情况下形成螺旋形或任何其它形式(图5)；所述交互例如通过导线24N的扫描、尤其是通过在衬底的一个表面上形成“之”字形而获得。对于直径为大约50至100μm的导线，导线的部分间的间隔(图4)例如为200至400μm，即大约为导线直径的2至5倍。
在俯视图上，所述极板24或至少其等同物呈现导线部分24N和衬底26的、被并排安置的交互带(alternance de bande)。这些极板在导线部分之间被镂空。所述极板也形成由导线所形成的一种栅格(grille)。
图4说明电容器C1的(A－A)横向部分剖面图；形成电容器的下极板24的导线部分24N可以优选地被基本上埋入塑料载体21中，而形成上极板25的导线部分25N几乎不在相交处被埋但是其在位于导线部分24N之间的衬底剩余部分处部分地被埋。此处，用于固定导线25N的衬底部分在所述部分之间呈现距离D。
如有必要，至少一个极板由呈圆形或矩形、三角形的螺旋形形式的路径34形成。此处在图4中，下极板为螺旋形而上极板被实现成“之”字形形式，如同包含了极板34的圆的半径。
图5中的设备包括或构成射频应答器，诸如用于无接触式芯片卡的嵌体。其包括如前所述的衬底31和包括射频芯片37的射频模块，所述芯片37被连接至安于所述衬底上的天线A2。
所述电容器与天线的路径分开，这在于所述路径位于与天线的螺旋圈很好地分开的位置中。
本发明的极板优选地包括单一、甚至两个终端链路，用于连接至电气或电子部件，尤其是射频天线。本发明不排除将该电容器连接至甚至是非射频的其它部件。
这些极板可以具有不同的面积以便使得能够调节电容。与图3的示例相反，上极板此处呈现与下极板基本上相同的面积，在所述图3的示例中，下极板显著更宽。
所述极板可以形成于相同衬底上，或形成于随后被组装的两个不同衬底上；所述极板可以并排形成于衬底的相同面上，所述衬底随后被折叠使得具有彼此相对的极板。
根据一个特征，为了简化实施，两个极板的导线被沉积在衬底的相同侧上。在第一阶段，导向地在衬底上形成具有根据任意图案(motif)、优选矩形的导线的电容器的第一极板(或栅格)；在第二阶段，用相同极板图案形成第二极板，但在第一极板上沉积导线部分使得所沉积的导线部分与第一极板的导线相交。
也可能的是在一个极板的导线部分与另一极板的导线部分不相交的情况下实现所述极板，例如平行或在所述部分彼此交错并且非常接近的情况下，尤其是呈彼此交错的“U”形的情况下。
第一极板的导线与第二极板的导线以基本上倾斜或垂直的方式相交；第一极板的导线在未由第一极板的导线覆盖的衬底区域中攀牢衬底。
如有必要，所述导线通过随导线所提供或另外从导线外部所提供的粘合剂而攀牢所述衬底和/或第一极板的导线。通过鼓风(soufflage)或通过超声波的热能供应使得能够将电容器极板的导线固定在所述衬底和/或导线上。
在示例中，所述导线通过超声波镶嵌被沉积在所述衬底上；然而，其它有线技术、如刺绣或装订(couture)也可以适用。
图5的两个极板的导线部分被沉积在衬底31的相同侧上。
根据其它实施变型，本发明规定通过倍增叠合极板来实现串联电容。这些极板或栅格可以利用导线的连续路径而形成。
此外，本发明规定在天线螺旋圈的路径上实现叠合极板或栅格。
因而，要么通过叠合至少三个极板，要么通过实现被叠合在相同螺旋圈(或如果没有天线则为相同导电轨道)的路径上的至少两个电容器而得到电容器的串联组装。
例如在实现螺旋圈的过程中，在衬底上导向导线的工具实现“之”字形或任意栅格形式的极板，然后螺旋圈第二匝或后继匝的导线实现第二极板和/或其它后继极板用于使电容器彼此串联。
串联电容器的优点在于增加用于极板的面积。
可替换地，在实现第一极板后，本发明规定紧跟着具有连续导线的第一极板之后、例如让导线在继续天线的路径之前重新经过刚形成的栅格而实现第二极板或第n极板。
在通过超声波镶嵌的情形下，不需要在导线的每个相交处提起超声波工具或停止超声波。
有利地，在图3或4中，所述天线和电容器的至少一个极板利用被导向地沉积在衬底上的导线而形成。此处，所述两个极板和所述天线在不改变工具的情况下通过导线的连续路径而被形成于所述衬底的相同面上。
所述设备在本示例中包括调谐的或旨在与至少一个射频应答器22频率调谐的无源天线23；
通常，在本描述的范围内，“应答器”指的是借助于电磁场来通信并且包括被连接至电容器和/或集成电路的线圈的任何射频电子电路。
所述应答器被用于不同经济领域，诸如银行(电子钱包)、通信、运输、身份识别(电子护照、ID卡)。尤其是在身份识别领域中，已知通过与RFID类型的无接触式便携电子物件的射频通信来实行人员的身份识别。
所述模块可以包括或不包括承载天线和/或接触区段(plage)的绝缘衬底。
图6说明本发明优化的实施变型。其目的在于尤其是在不增加用于天线的材料之外附加的材料的情况下通过导线镶嵌或刺绣来实现有线电容44、45。
电容器的极板44由天线A3自身的的螺旋圈上的交互44N实现。位于交互对面的所有螺旋圈部分形成电容器的另一个极板45。
在(例如以标准芯片卡格式的)衬底51上实现天线螺旋圈的过程中或在实现的开始时和结束时，天线导线的导向和固定工具通过在螺旋圈上形成多重交互或“之”字形44N来使天线A3的螺旋圈相交；所述交互例如从天线A3的外部面向内部。
因而，电容器被形成，具有第一极板44N，所述第一极板44N由与天线的一部分螺旋圈相交的导线的多个连续交互(至少两个或至少五个)所形成。
与电枢(armature)44N相对的螺旋圈部分形成电容器的另一极板。因而，所述第一和第二极板中至少之一是通过与天线的螺旋圈相交而横跨在天线A3上被形成。
所述电容在此处是并联类型的，但其它线路布置使得能够得到串联电容器。
与其它使得能够实现该天线的技术(蚀刻、铝天线、材料添加或消减技术、印刷电路)相比较，成本被大大减小。
有线技术、更尤其是镶嵌导线技术从未被用于制造中继天线(或用于放大的无源类型天线)，尤其因为其非常难以这样做。
本发明使得能够得到有线天线、尤其是具有被镶嵌在衬底上的导线的天线，具有任意导线直径或任意形式因素、具有任意形式的环路、任意螺旋圈间间隔和任意尺寸。
该变型的本发明在于利用天线螺旋圈来生成一个或多个电容。
绝缘铜导线使得能够在天线的终端部分上生成尤其是并联的电容，而在如此形成的第一和第二电容器极板之间没有短路。
该改进变型的原理可以被扩展至(非无源型)普通天线，用于向现有应答器增加电容，以便改进其射频性能(例如，向使用已经结合了低值电容的射频芯片的应答器增加有线电容将尤其是为小尺寸天线改进其射频性能)。
本发明使得能够具有其表面尺寸相对于ISO格式银行卡中的传统天线被减小一半的天线。
该变型的优点在于由于单一“之”字形区域而改进天线实现机器的生产率和效率。另外，由于电容是在天线自身的螺旋圈区域中被实现的，在最终的卡上没有或较少有幻象图像(通过凸起或透明度对肉眼可见的标记)。

Claims (13)

1.一种射频设备，其包括被连接至电容器的天线，所述电容器包括彼此相对并且由绝缘体(41)分离的第一极板(24、44)和第二极板(25、45)，所述第一极板和第二极板是导电的，其特征在于，所述天线(A)和电容器(C)的所述第一极板和第二极板中的至少一个极板利用被沉积在衬底上的导线部分而被形成，并且电容器(C)的所述至少一个极板由导线部分的至少若干交替所形成，从而形成导线栅格。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导线部分(24N、25N)被导向地沉积在衬底上。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述导线部分形成相互之间平行的交互或螺旋形。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述两个极板的导线部分被沉积在衬底(21)的相同侧上。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，第一极板(24)的导线部分(24N)与第二极板(24)的导线部分相交，以便在未由第一极板的导线部分(24N)覆盖的衬底区域(26)中基本上攀牢衬底。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，导线部分(24N、25N)通过刺绣或镶嵌而被沉积在所述衬底上。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括电容器的串联组装，所述串联组装或是通过叠合至少三个栅格或板极，或是通过实现被叠合在轨道或相同螺旋圈的路径上的至少两个电容器而得到。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一和第二板极中至少之一(44)通过与天线螺旋圈相交而横跨天线(A3)被形成。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述天线(A)和所述电容器(C)的至少一个极板借助于相同连续导线而被连续形成。
10.根据权利要求1或2所述的射频设备，其特征在于，其构成频率调谐的无源天线。
11.根据权利要求9所述的射频设备，其特征在于，所述射频设备包括电容器的串联组装，所述串联组装或是通过叠合至少三个极板，或是通过实现被叠合在轨道或相同螺旋圈的路径上的至少两个电容器而得到。
12.一种用于制造射频设备的方法，所述射频设备包括被连接至电容器的天线，所述电容器包括彼此相对并且由绝缘体(41)分离的第一极板(24、44)和第二极板(25、45)，所述第一极板和第二极板是导电的，其特征在于，所述天线(A)和电容器(C)的所述第一极板和第二极板中的至少一个极板利用被沉积在衬底上的导线部分而被形成，并且电容器(C)的所述至少一个极板由导线部分的至少若干交替所形成，从而形成导线栅格。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述导线部分被导向地沉积在衬底上。
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