CN103891045A - 射频识别天线模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

将具有管状主体部（B）和两个端部的卷芯（WC）通过其一个端部安装至模块带（MT），围绕卷芯（WC）缠绕模块天线（MA），将芯片（CM）设置在模块带（MT）上并且使芯片（CM）位于卷芯（WC）中。设置连接件（wb），并且将圆顶封装体（GT）施加在芯片（CM）上，使圆顶封装体基本填满卷芯（WC）的内部区域。随后可以通过模制体（MM）对模块天线（MA）、卷芯（WC）和芯片（CM）进行包塑。卷芯（WC）的端部可以设置有法兰（F）。

Description

射频识别天线模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有射频识别（RFID）芯片或芯片模块并且以“非接触”模式（ISO14443）运行的“安全文件”，例如电子护照、电子身份识别（ID）卡和智能卡（数据载体），此类“安全文件”包括也能够以接触模式（ISO7816-2）运行的双接口（DI或DIF）卡，更具体地，涉及提高智能卡中的元件之间的耦合，例如提高与RFID芯片（CM）连接的模块天线（MA）和智能卡卡体（CB）上的与模块天线（MA）电感耦合的增益天线（BA）之间的耦合，从而改进与外部的RFID读取器相互作用的RFID芯片（CM）。
背景技术
就本论述而言，RFID转发器通常包括基体、设置在基体上或基体中的RFID芯片或芯片模块、以及设置在基体上或基体中的天线。该转发器可以形成安全文件（例如电子护照、智能卡或国家ID卡）的基础，也被称为“数据载体”。
RFID芯片（CM）可以仅以非接触（无接触）模式（例如ISO14443）运行，或者可以为双接口（DI、DIF）芯片模块（CM），该双接口芯片模块能够额外地以接触模式（例如ISO7816-2）和非接触模式运行。RFID芯片（CM）可以从与其通讯的外部RFID读取装置所提供的射频（RF）信号中获取能量。芯片模块（CM）可以为引线框架型芯片模块或环氧玻璃型芯片模块。可以使用通孔镀（through-hole plating）方式在环氧玻璃模块的一侧或两侧镀金属，以方便与天线的相互连接。
可以被称为“嵌入式基体（inlay substrate）”（例如用于电子护照）或“卡体”（例如用于智能卡）的基体可以包括一层或多层材料，该材料例如可以为聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，掺杂质的PE）、非结晶型聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET-G，PE的衍生物）、TeslinTM、纸张或棉织物/落棉等。
被称为“卡式天线”（CA）的天线可以通过使用超声波发生器（超声波工具）安装到嵌入式基体上，并且与芯片模块（CM）电连接。参见例如通过引用结合于此的US6,698,089和US6,233,818。卡式天线（CA）的典型图案大体为矩形，具有多匝的扁平（平面）线圈（螺旋）的形式，并且围绕基体的边缘（或其相关部分）设置。例如，参见US7,980,477（2011，Finn）。
RFID芯片（CM）并非直接电连接至卡式天线（CA），模块天线（MA）可以合并到包括RFID芯片（CM）和模块天线（MA）的天线模块（AM）中。与卡式天线（CA）（例如大约50mm x80mm）相比，模块天线（MA）可以很小（例如大约15mm x15mm）。模块天线（MA）可以与卡式天线（CA）电感耦合而非电连接。在这种情况下，卡式天线（CA）可以被称为增益天线（BA）。增益天线（BA）可以包括围绕卡体（CB）的边缘设置的一部分和包括耦合线圈（CC）的另一部分，该耦合线圈设置在卡体（CB）的内部区域，以与模块天线（MA）电感耦合。这里，术语卡式天线（CA）和增益天线（BA）可以替换地使用。
US20120038445（2012，Finn）公开了一种具有天线模块（AM）的转发器，该天线模块具有芯片模块（CM）和天线（MA）；具有外天线结构和内天线结构（D，E）的增益天线（BA）以扁平线圈的形式围绕卡体（CB）的边缘设置。天线模块（AM）可以设置为使得其天线（MA）仅覆盖一个天线结构或仅覆盖第二天线结构，以与其电感耦合。
题为用于电感耦合转发器的阻抗匹配型线圈组件（Impedance MatchingCoil Assembly For An Inductively Coupled Transponder）的美国专利US5,084,699（1992，Trovan）。直接参考图5。用于感应式功率转发器的线圈组件包括围绕形成铁素体棒（160）的同一线圈缠绕的初级线圈（156）和次级线圈（158）。初级线圈的引线（162）保持浮动，而次级线圈的引线（164）连接至转发器的一体识别电路。
题为非接触式芯片卡（Contactless Chip Card）的美国专利US5,955,723（1999，Siemens）公开了一种数据载体结构，该结构包括半导体芯片。直接参考图1。第一导体回路（2）连接至半导体芯片（1）并且具有至少一个线圈和横截面积，该第一导体回路（2）的横截面积与半导体芯片的尺寸近似。至少一个第二导体回路（3）具有至少一个线圈、横截面积和形成第三回路（4）的区域，第二导体回路（3）的横截面积与数据载体结构的尺寸近似，形成第三回路（4）的区域的面积与数据载体结构的尺寸近似，第三回路（4）与第一导体回路（2）的尺寸近似。第三回路（4）将第一导体回路（2）和至少一个第二导体回路（3）彼此电感耦合。
US6,378,774（2002，Toppan）公开了一种智能卡，包括IC模块和用于非接触传输的天线。IC模块具有接触型功能和非接触型功能。IC模块具有第一耦合线圈（8），天线具有第二耦合线圈（3）。第一耦合线圈和第二耦合线圈设置为彼此紧密地耦合，并且通过变压器耦合以无接触状态耦合。形成第一耦合线圈（8）的多种方式得以显示。例如，在图14中，第一耦合线圈（8）围绕线圈框架（17）缠绕，该线圈框架（17）围绕IC芯片（6）的密封树脂（16）设置。
题为通过调整匝间电容分配而调整谐振频率（Adjusting ResonanceFrequency By Adjusting Distributed Inter-Turn Capacity）的美国专利US7,928,918（2011，Gemalto）公开了一种用于调节具有产生杂散匝间电容的规则间隔的谐振电路的频率调谐的方法。
US8,130,166（2012，Assa Abloy）公开了用于转发器的耦合装置和具有该耦合装置的智能卡（Coupling Device For Transponder And Smart Card WithSuch Device）。直接参见图6。由连续的具有中心部（12）和两个端部（11、11’）的导电路径形成的耦合装置，中心部（12）形成至少一个用于与转发装置电感耦合的小螺旋，端部（11、11’）分别形成用于与读取装置电感耦合的大螺旋。
题为具有双通讯接口的芯片卡（Chip Card With Dual CommunicationInterface）的美国专利US2010/0176205（2010，SPS）。直接参考图4。卡体（22）包括用于集中和/或放大电磁波的装置（18），该装置能够引导（channel）接收的电磁流量，尤其是从非接触式芯片卡读取器将电磁流量引导至微电子模块（11）的天线（13）的线圈。用于集中和/或放大电磁波的装置（18）由设置在接收微电子模块（11）的腔室（23）下方的卡体（22）中的金属板组成，或者可以由包括至少一个线圈的天线组成，该天线设置在接收微电子模块（11）的腔室（23）下方的卡体（22）中。
参考以下专利和出版物，并且可以通过引用将这些专利和出版物结合于此：CA2,279,176（1998,PAV）；DE3935364（1990,ADE）；DE4311493（2000,Amatech）；NL9100347（1992,‘Nedap’）；US5,773,812（1998,ADE）；US6,008,993（1999,ADE）；US6,142,381（2000,Finn et al.）；US6,190,942（2001,“PAV”）；US6,095,423（2000,Siemens）；US6,310,778（2001,Finn等）；US6,406,935（2002,ASK）；US6,719,206（2004,OnTrack）；US7,320,738（2008,FCI）；US8,100,337（2012,“SPS”）；US2008/0283615（2008,Finn）；US2008/0308641（2008,Finn）；US2008/0314990（2008,Smartrac）；US20090057414；US2002/0020903（2002,ADE）；US20100283690（2010,SPS）；US2011/0163167（2011,SPS）。
发明内容
将具有管状主体部（B）和两个端部的卷芯（WC）通过其一个端部安装至模块带（MT，module tape），围绕卷芯（WC）缠绕模块天线（MA），将芯片（CM）设置在模块带（MT）上并且使芯片（CM）位于卷芯（WC）中。设置连接件（wb），并且将圆顶封装体（GT，glob-top）施加在芯片（CM）上，使圆顶封装体基本填满卷芯（WC）的内部区域。随后可以通过模制体（MM，mold mass）对模块天线（MA）、卷芯（WC）和芯片（CM）进行包塑（overmold）。卷芯（WC）的端部可以设置有法兰（F）。
根据本发明的实施方式，用于智能卡的天线模块（AM，200，400）可以包括：模块带（MT，202，402）；芯片（CM，210，410），该芯片设置在模块带（MT）的表面；以及模块天线（MA，230，430），该模块天线设置在模块带（MT）的表面并与芯片（CM）连接；其特征在于，所述模块带（MT）的表面固定有支撑结构（DS，WS，220，420），该支撑结构充当用于所述模块天线（M）的卷芯，并且充当用于覆盖所述芯片（CM）的圆顶封装体（GT）的坝（dam）；其中，所述支撑结构（DS，WS，220，420）包括具有两个相反的开放端（220a/b，420a/b）的管状主体部（B），两个所述开放端（220a/b，420a/b）中的一者固定于所述模块带（MT）的表面，另一者为自由端。所述支撑结构（WC，420）可以具有法兰（F，424），该法兰（F，424）围绕所述主体部（B）的自由端（420a）设置。所述模块天线（MA）可以设置在所述主体部（B）的外部；并且所述芯片（CM）可以设置在位于所述主体部（B）的内部的所述模块带（MT）上。至少一个槽（S）可以延伸贯通所述主体部（B），以允许所述模块天线的对应的至少一个端部从所述主体部（B）的外部穿过所述主体部（B）而进入所述主体部（B）的内部。圆顶封装体可以至少覆盖所述支撑结构中的所述芯片（CM）。模制体（MM）可以覆盖所述芯片（CM）、所述支撑结构（DS，WS）和所述模块天线（MA）。所述模块带（MT）的相反的表面上可以设置有用于接触接口的接触垫（CP）。
智能卡（SC）可以包括天线模块（AM），该天线模块（AM）设置在卡体（CB）中，该卡体（CB）具有增益天线（BA）和耦合线圈（CC），所述增益天线（BA）的外部部分围绕所述卡体（CB）的边缘设置，所述耦合线圈（CC）设置在所述卡体（CB）的内部区域；其中，所述天线模块（AM）设置在所述卡体（CB）的内部区域，以使所述模块天线（MA）与所述耦合线圈（CC）电感耦合。所述卡体（CB）中可以设置有用于收纳所述天线模块（AM）的凹槽（R）。所述耦合线圈（CC）的至少一部分可以嵌入在所述凹槽（R）中。
根据本发明的实施方式，制造天线模块（AM）的方法包括：将具有两个相反的开放端（220a/b，410a/b）的管状支撑结构（DS，WS，220，402）附接到模块带（MT，202，402）的表面；并且将用于模块天线（MA）的线围绕所述管状支撑结构（DS，WS）缠绕。可以使用飞行缠绕技术（flyer windingtechnique）（图3）缠绕所述模块天线（MA，230，430）。在将所述线围绕所述支撑结构缠绕之前，可以将用于形成所述模块天线（MA）的所述线的第一端固定至第一销；并且可以使所述线的第一端部越过所述模块带（MT）上的第一键合垫（BP）。在将所述线围绕所述支撑结构缠绕之后，可以使所述线的第一端部越过所述模块带（MT）上的第二键合垫（BP）；并且可以将用于形成所述模块天线（MA）的所述线的第二端固定至第二销。可以将所述第一端部和所述第二端部连接至所述第一键合垫和所述第二键合垫。
根据本发明的实施方式，制造天线模块（AM，图1B，图4E）的方法可以包括：将模块天线（MA）安装至模块带（MT）；将芯片（CM）安装并连接至所述模块带（MT）；用树脂（GT）覆盖所述芯片（CM）及其连接件；其特征在于：在安装所述模块天线（MA）之后，并且在安装和连接所述芯片（CM）之后，通过向所述模块天线（MA）的内部区域填充树脂，使得所述芯片（CM）及其连接件被树脂（GT）覆盖。
智能卡（SC）可以包括卡体（CB）和模块天线（AM）。所述卡体（CB）可以具有增益天线（BA）和耦合线圈（CC），所述增益天线（BA）包括围绕所述卡体（CB）的边缘设置的线圈，所述耦合线圈（CC）设置在所述卡体（CB）的内部区域。具有模块天线（MA）的天线模块（AM）可以设置在所述卡体（CB）的凹槽中，并且位于所述耦合线圈（CC）的内部，所述天线模块（AM）可以与所述耦合线圈（CC）大体共面，以使所述模块天线（MA）与所述耦合线圈（CC）电感耦合（变压器耦合）。
附图说明
将详细描述公开的实施方式，并且以附图来说明本发明的非限制性实施方式。附图基本为示意图。为了说明清楚，可以突出图中的某些要素，而省略其它要素。虽然主要是以多种典型实施方式为背景来描述本发明的，但是应当理解的是，并非意欲将本发明局限到这些具体的实施方式，并且，可以将不同实施方式的各自的特征彼此结合。附图中出现的任何文字（图例、注释、附图标记等）通过引用结合于此。一些附图为示意图的形式。
图1是双接口（DI）智能卡（SC）的一部分的剖视图，同时显示了外部的“接触式”读取装置和“非接触式”读取装置。
图1A和图1B是根据本发明一些实施方式的能够用于图1的智能卡（SC）的天线模块（AM）的剖视图。
图1C是根据本发明的能够与在此公开的一些天线模块（AM）一起使用的模块天线（MA）子部件的剖视图。
图2是根据本发明实施方式的天线模块（AM）的剖视图。
图2A是用于图2的天线模块（AM）的坝结构（DS）部件的剖视图。
图2B和图2C是根据本发明的一些实施方式的用于天线模块（AM）的模块带（MT）的下侧的平面图。
图3和图3A分别是根据本发明一些实施方式的用于形成天线模块（AM）的模块天线（MA）的技术的立体图和平面图。
图4是根据本发明实施方式的卷芯的剖视图，模块天线可以缠绕在该卷芯上。
图4A至图4F是根据本发明实施方式的用于形成天线模块（AM）的技术的剖视图。
图5是显示安装在智能卡（SC）的卡体（CB）中的天线模块（AM）的分解剖视图。
具体实施方式
将描述多种实施方式以说明本发明的思想，并且这些实施方式应当被视作是说明性的，而非限制性的。除非另有说明，此处说明的任何尺寸和材料或工艺应当视作近似的和示例性的。在下文中，以安全文件（可以为智能卡或身份证）形式的转发器可以作为在此公开的本发明的多种特征和实施方式的示例。明显地，许多特征和实施方式也可以适用于（容易结合到）其它形式的安全文件，例如电子护照。在此使用的术语“转发器”、“智能卡”、“数据载体”等中的任一者都可以理解为指代任何其它类似的在ISO14443或类似的RFID标准下运行的装置。下列标准通过引用整体结合于此：
ISO/IEC14443（身份识别卡—非接触集成电路卡—邻近卡）是定义用于识别的邻近卡的国际标准，并且是用于与邻近卡通讯的传输协议。
ISO/IEC7816是涉及带触点的电子识别卡，尤其是智能卡的国际标准。
在此描述的典型的数据载体可以包括:（i）天线模块（AM），该天线模块具有RFID芯片或芯片模块（CM）和模块天线（MA）；（ii）卡体（CB）；以及（iii）增益天线（BA），该增益天线（BA）设置在卡体（CB）上，以增强模块天线（MA）和外部RFID“读取器”的天线之间的耦合。除非另作说明，当文中提及“芯片模块”时，应当视为包括“芯片”，反之亦然。模块天线（MA）可以包括线圈、导电迹线（conductive traces），该导电迹线蚀刻或印刷在用于天线模块（AM）的模块带（MT）基体上或者可以直接合并在芯片本身上。
增益天线（BA）可以通过将线嵌入到嵌入式基体或卡体（CB）中而形成。然而，应当理解，可以使用其他工艺而非将线嵌入到基体中来形成天线，例如使用加色或减色法（additive or subtractive processe），例如印刷天线结构、线圈缠绕技术（例如US6,295,720的公开）、在分离的天线基体上形成天线结构并且将天线结构转移到嵌入式基体（或其层）、从基体上的导电层蚀刻（包括激光蚀刻）天线结构、将导电材料放置到基体上或者放置到形成在基体中的槽内，等等。除非另作说明，当文中提及“嵌入式基体”时，应当视为包括“卡体”以及其它任何用于安全文件的基体，反之亦然。
以下的描述主要以双接口（DI，DIF）智能卡为背景，并且主要涉及其非接触式操作。在此提出的很多思想可以适用于仅具有非接触操作模式的电子护照等。总地来说，在此述及的尺寸是粗略的，并且在此述及的材料用于示例。
通常，可以通过在卡体（CB）上结合增益天线（CA）来增强模块天线（MA）和外部RFID读取器的天线之间的耦合。增益天线（BA）在某些方面与卡式天线（CA）相似。然而，与与RFID芯片或芯片模块（例如US7,980,477中的描述）直接电连接的卡式天线（CA）不同，增益天线（BA）与模块天线（MA）电感耦合，该模块天线（MA）可以与RFID芯片（CM）连接。这种电感耦合比直接电连接更难实现。
在此公开的增益天线（和其它部件）可以通过电容与电感耦合增大天线模块AM和外部非接触式读取器之间的有效操作（“读取”）距离。对于通常大约仅有几厘米的读取距离而言，增加1cm可以获得显著改善效果。
双接口（DI）智能卡和读取器
图1显示双接口（DI）智能卡SC，包括：
RFID芯片（或芯片模块）CM，该RFID芯片或芯片模块可以为双接口（DI）芯片或芯片模块，所述RFID芯片或芯片模块设置在基体或模块带MT（或芯片载体带，或金属引线框）的下侧；
多个接触垫CP，该接触垫用于在模块带MT的顶部形成接触接口（ISO7816）；以及
模块天线MA，该模块天线设置在模块带MT的下侧，典型地由蚀刻的导体或线以螺旋（线圈）形式形成。
模块带MT支持并实现RFID芯片CM、接触垫CP和模块天线MA之间的相互连接，并且可以为单侧形式（仅在一侧镀金属）或者为双侧形式（在两侧镀金属）。
可以以任意适当的方式连接RFID芯片CM，例如通过倒装芯片（flip-chip）方式连接至或引线键合（wire bonded）至模块带MT。
可以通过模制体MM对RFID芯片CM和模块天线MA进行包塑，以保护CM和MA的元件以及相互连接件（interconnections）。
在此使用的“芯片模块”包括一个或多个半导体裸片（芯片）。“混合”芯片模块可以包括用于接触接口的芯片和用于非接触接口的芯片等。参考US6,378,774（2002,Toppan）作为双接口芯片方案的实施例，并且参考US2010/0176205（2010,SPS）作为两个芯片方案的实施例，其中一个芯片执行接触功能，另一个芯片执行非接触功能。
铁素体件（膜或层）可以合并到天线模块AM中，并合并在接触垫CP和模块天线MA之间，以减小可能由导电的接触垫CP引起的衰减效应。
RFID芯片CM、芯片带MT、接触垫CP和模块天线MA共同组成“天线模块”AM。
智能卡SC还包括：
用于智能卡的基体，该基体可以称为“卡体”CB。（用于电子护照，基体可以为“嵌入式基体”。）
增益天线BA（或卡式天线CA），该增益天线BA显示为围绕卡体CB的边缘（在卡体CB中）设置，典型地以多匝的矩形平面螺旋形式形成。
在此使用的术语卡体CB包括任何支撑增益天线BA并且接收天线模块AM的基体。卡体CB中可以设置用于接收天线模块AM的凹槽。
智能卡可以称为“数据载体”或“转发器”等。
一些典型的和/或粗略的尺寸、材料和规格可以为：
模块带（MT）：环氧树脂基带，厚度为60μm
芯片模块（CM）：恩智浦芯片（NXP SmartMx）或英飞凌SLE66芯片或其它
天线模块（AM）：15mm x15mm，厚度为300μm
模块天线（MA）：围绕芯片模块CM的多圈大约50μm的铜线。
卡体CB：大约54mm x86mm，厚度为810μm，聚碳酸酯（PC）。卡体和其卡式天线（CA，或增益天线BA）明显大于芯片模块CM和其模块天线MA（例如比芯片模块CM和其模块天线MA大20倍）。
增益天线BA：3-12匝112μm的自粘铜线，超声地嵌入在卡体CB中。可选择地，增益天线BA可以包括绝缘的80μm的铜线，以大约46mm x76mm的螺旋图案设置（稍小于卡体CB），螺距300μm，谐振频率13.56MHz。增益天线BA的最佳自谐振频率大约为13～17MHz。
可以从通过引用结合于此的US8,130,166（2012,“Assa Abloy”）中找到具有形成大螺旋（11,11’）的外部和形成小螺旋（12）的中心部的增益天线的实施例。大螺旋与图1中的BA类似（或相似），小螺旋与图1中的CC相似。
可以在通过引用合并于此的US6,378,774（2002,“Toppan”）中找到具有天线线圈（4）和耦合线圈（3）的增益天线的实施例。天线线圈与图1中的BA类似（或相似），耦合线圈与图1中的CC类似。
本发明不限于使用任何特定的增益天线，更确切地，指向于天线模块AM及其制造的细节。
为了增强模块天线MA和增益天线BA之间的耦合，具有电磁耦合特性的材料（例如铁素体）可以用作卡体CB表面的薄膜（thin film），或者可以以颗粒合并或嵌入到卡体中，或者以任意需要的两种形式（膜或颗粒）。作为典型的具有高电磁磁导率的材料，此处讨论的铁素体的使用用于增强耦合或者屏蔽（阻止）耦合，铁素体经常以一种形式或另一种形式与天线配合使用。例如，参见US5,084,699（1992,“Trovan”）。
可以将附加层（未示出）（例如覆盖层）层压至卡体CB，以完成智能卡的制造。
可以将天线模块（AM）设置在卡体（CB）中，例如设置在铣槽中，以使天线模块AM的模块天线MA与耦合线圈CC重叠或位于耦合线圈CC中，并且模块天线MA与耦合线圈CC大体共面或者处于与耦合线圈CC不同的水平面上。例如，参见通过引用整体合并于此的US6,378,774（2002,Toppan）。
图1还显示具有触点的接触式读取器和具有天线的非接触式读取器，所述触点以接触模式（ISO7816）通过接触垫CP与芯片模块CM相互作用，所述天线以非接触模式（ISO14443）通过增益天线BA和模块天线MA（可选择地通过卡式天线CA）与芯片模块CM相互作用。
天线模块（AM）的实施例
图1A显示具有RFID芯片（CM）110和绕线模块天线（MA）130，RFID芯片（CM）110和绕线模块天线（MA）130均可以引线键合至模块带（MT）102的下表面上的键合垫（BP，bond pad）106。更具体地，
环氧玻璃基体（MT）102的（图示的）顶部具有多个接触垫（CP）104，该接触垫以“接触模式”与外部读取器形成接触接口，并且模块带（MT）102的相反的表面上设置有多个键合垫（BP）106；
通过将芯片（CM）的端子（CT）110a、110b，例如通过传统的引线键合连接至位于模块带（MT）102的（如图所示的）下侧的键合垫（BP）106中选定的键合垫，从而可以将芯片（CM）110安装至模块带（MT）的（图示的）下侧。为了其清楚地说明，仅显示其中的两个引线键合连接114a和114b。
模块天线（MA）130包括（例如）多匝线，例如以3x6的构造（3层，每层有6匝），并且具有两个端部130a和130b。如图所示，模块天线130可以通过其端部130a、130b（例如热压力结合）连接至位于模块带（MT）102的下侧的两个键合垫（BP）106。
为了保护芯片端子CT和键合垫BP之间的引线键合件（连接件），在将模块天线MA安装至模块带MT之后，并且在将芯片CM安装并且连接至模块带MT（该步骤任意在安装模块天线MA的步骤之前或之后）之后，可以向模块天线MA的内部区域填充树脂GT，模块天线MA作为容纳树脂GT的“坝（dam）”。如图1B所示
模块天线MA及其端部，以及芯片CM及其连接件（该连接件可以已经由树脂GT覆盖）可以通过模制体（MM）进行包塑。
上述元件的集合（主要包括模制带（MT）102、芯片模块（CM）110和模块天线（MA）130）可以称为“天线模块”（AM）100。
图1C显示能够用在此处公开的天线模块（例如但不仅限于图1A的天线模块）中的模块天线（MA）或线圈组件13。可以使用任意适合的线圈卷绕工具卷绕模块天线（MA）的线圈112，并且可以将线圈112设置在膜支撑层132上。模块天线MA可以包括多匝线，并且可以为圆环（圆筒）形式，其具有大约9mm的内径（ID）和大约10mm的外径（OD）。
膜支撑层132可以为腈膜（nitrile film），厚度为60μm，并且总外径尺寸大约为10-15mm x10-15mm，或者大小约为待安装的模块天线MA的两倍。可以设置有贯通膜132的中心开口134，该中心开口134与模块天线MA的位置基本对齐，并且该中心开口134的直径近似等于模块天线MA的内径。开口134可以通过冲孔工艺形成。当组装天线模块AM时，开口134用于容纳芯片CM（例如110，图1A）及其引线键合件。
可以（以与中心开口134同样的冲孔工艺）形成贯通膜132的两个开口136a和136b，该两个开口136a和136b用于将天线的线端112a和112b分别容纳地键合至模块带MT（102）上的键合垫BP（106，图1A）。
膜132的一侧（例如与模块天线MA相反的侧）可以设置有离型膜138。中心开口134可以或不延伸贯通厚度大约为60μm的离型膜138（该离型膜138可以为纸张）。
在将模块天线MA112安装至模块带MT（102）之后，并且在安装并连接芯片CM（110）之后，可以向模块天线MA112填充树脂以保护芯片CM及其连接件。可以在连接芯片CM之后连接模块天线MA，以避免破坏芯片CM的连接。
在坝结构上缠绕模块天线
图2显示可以设置在模块带MT202的下侧（如图所示的顶部）的坝结构（或简称为“坝”）DS220，并且该坝结构可以附接（例如使用粘结剂）至模块带MT202的下侧。（与图1和图1A相比，模块带MT202反向显示，接触垫CP204位于如图2所示的底部）
坝DS230可以称为“卷芯WC”或“支撑结构”，或者可以简称为“环”，坝DS230具有长形的管状主体部B和两个相反的开放端230a和230b，并且可以为圆筒形（如图所示）或者横截面大体为矩形（或其它合适的形状）。主体部B的一端230b通过合适的粘结剂安装至模块带MT，另一端230a为自由端（未安装的）。坝DS可以由例如聚酯树脂的塑料形成，并且具有大约200μm的厚度“t”。坝DS的内径（ID）可以约为7mm，坝DS的外径（OD）可以约为8mm。
虽然以圆形（圆筒形）示出，但是坝DS的横截面可以大体呈矩形或其它合适的形状（适于在其上卷绕模块天线MA），在这种情况下，“ID”可以为主体部B的内部尺寸，“OD”可以为主体部B的外部尺寸。
可以在坝DS上卷绕具有多个层和多匝自粘线（self-bonding wire）的模块天线MA230（对应于130）。坝DS应当具有至少等于所得到的模块天线MA的高度的高度“h”，例如大约350μm。坝DS可以用铁素体浸渍，以提高模块天线MA的感应系数。可以在卷绕模块天线MA的过程中使用固定件（未示出）支撑DS。得到的包括安装至模块带MT的模块天线MA和坝DS的中间产品（interim product）可以视为天线模块AM的子部件。模块天线MA的两端a、b（对应于112a、112b）显示为向外延伸至模块带MT的表面上的键合垫BP206（对应于106）。
随后可以将RFID芯片CM210（对应于110）安装至模块带MT的表面，使RFID芯片位于坝DS的内部并且将其端子CT引线键合至位于模块带MT的下侧（图2所示的顶部）的键合垫BP。然后，可以向坝DS的内部施加圆顶封装体嵌铸（potting）复合物GT，以保护芯片CM和引线键合件，从而得到基本完成的天线模块AM200。可以通过模制体MM（未示出，参见图1）对RFID芯片CM和模块天线MA进行包塑，以保护芯片CM和模块MA部件，并且将RFID芯片CM和模块天线MA分别相互连接至位于模块带MT上的键合垫BP，以完成天线模块AM。
图2A显示，可以设置贯通坝DS（卷芯WC）的主体部B的至少一个槽S232，以容纳模块天线MA的线（未示出）的对应的至少一个端部（a，b），该模块天线MA的线从主体部B的外部向内穿过槽S进入由坝DS围成的内部空间。模块天线MA的一个端部或两个端部（a，b）可以通过主体部B中的一个或两个槽向内延伸（两个端部可以以不同的高度延伸穿过同一槽），以使端部（a，b）终止在位于模块带MT上的由坝DS围成的区域中。槽S的尺寸应当（足够宽）能够适应穿过其的天线的线的直径。天线的线端终止在坝DS的内部的优势在于，能够通过与保护芯片CM的圆顶封装体GT相同的圆顶封装体GT保护天线的线端（参见图4E）。
形成在35mm的芯片载体带上的天线模块
图2B显示了在位于35mm的芯片载体带（模块带MT）上的卷芯WC上，形成多个模块天线MA中的一个模块天线的技术。为了在卷芯WC内部键合至设置于模块带MT上的键合垫BP，模块天线MA的两个线端a、b可以向内延伸（例如穿过卷芯WC中的一个或多个槽）。可选择地，卷芯WC可以省略，并且模块天线MA可以为无芯线圈（air-core coil）。
图2C显示了在位于35mm的芯片载体带（模块带MT）上的卷芯WC上，形成多个模块天线MA中的一个模块天线的技术。为了在卷芯WC外部键合至设置于模块带MT上的键合垫BP（以图2所示的方式），模块天线MA的两个线端a、b可以向外延伸。可选择地，卷芯WC可以省略，并且模块天线MA可以为无芯线圈。
显示了在卷芯WCs上形成模块天线MA的技术，例如在35mm的芯片载体带（模块带MT）上形成模块天线MA。模块天线MA的两个线端a、b可以向外延伸，并且在卷芯WC外部连接至位于模块带MA上的键合垫BP。可选择地，卷芯WC可以省略，并且模块天线可以为无芯线圈。
在图2B和图2C中，显示用于收纳芯片CM的方形垫。多个较小的键合垫显示为在卷芯WC内，该键合垫向内连接至模块带以连接至位于模块带MT面朝上一侧的接触垫CP（未示出），并且芯片的多个接触端子可以引线键合至较小的接触垫，然后通过卷芯的圆顶封装体填充以保护引线键合件。在图2B和图2C中，为了说明清楚，示出了一些内连接件，省略了其它的内连接件。
“飞行（flyer）”线圈缠绕
图3显示了位于35mm的芯片载体带（模块带MT）上的多个（大约15个）模块天线MA，该模块天线MA例如为图2C中显示的缠绕在卷芯WC上的类型（端部从WC向外延伸）。卷芯WC可以沿两排设置，两排卷芯WC横跨35mm的载体带的宽度并排地且方便地安装。35mm的芯片载体带可以沿台向前延伸并停止，以一次卷绕多个（例如两个）模块天线MA。多对（例如15对）可伸缩的“固定”销从邻近于35mm的载体带的位于载体带两侧的台延伸，每对销与每一个卷芯（15个）对应。可以设置较少数量的（例如两个）喷嘴（nozzle），以向模块天线MA提供线，并且围绕近似数量（例如两个）的卷芯WC缠绕线。
通常，为了形成特定的模块天线MA，喷嘴可以首先将线的第一端围绕一对销中的第一销缠绕，将线的第一端固定（系、“安装”）至第一销。然后，朝向卷芯WC移动喷嘴，线的第一端部延伸越过（经过）模块带MT上的两个键合垫BP中的第一个。然后，喷嘴围绕卷芯WC“飞行”（环绕）多次（例如20次），将线围绕卷芯缠绕—以实现，所谓的“飞行”缠绕技术。在完成指定数量的圈数后，喷嘴离开卷芯WC，线的第二端部经过模块天线MA的所述两个键合垫中的第二个，将线的第二端部固定在所述一对销中的第二销上。然后，可以将线的经过模块天线MA的两个键合垫BP的端部键合至各自的键合垫。
优选地，在将模块天线的端部键合至BP之前，方便首先形成多个模块天线MA。从图中可以看出，已经形成了几个/（六个）模块天线MA，并且这些模块天线的两个端部延伸越过键合垫BP并且在对应的一对销上打结。然后，在接下来的步骤中，可以（例如使用热电极）将模块天线MA的端部键合至各自的键合垫BP。在完成模块天线MA的形成后，可以切掉线端部的（在键合垫BP和对应的销之间的）剩余部分，收起销，并使用吸收系统移除“废”线。
可以在将芯片CM插入到模块带MT上之前，形成模块天线MA并且将模块天线MA的端部键合至各自的键合垫BP。通过在引线键合芯片CM（例如，参见图4D）之前完成这些步骤，使得在键合模块天线MA端部的过程中，不会干扰至芯片CM的引线键合。
图3中显示的飞行缠绕技术适用于在图2、图2A的坝结构DS以及在图4的坝结构WC上卷绕模块天线MA。
以下涉及飞形缠绕的专利通过参考结合于此：
US5,261,615（1993,Gustafson）；US5,393,001（1995,Gustafson）；US5,572,410（1996,Gustafson）；US5,606,488（1997,Gustafson）；US5,649,352（1997,Gustafson）
图3A显示关于上述技术的另外一些细节和/或变化。一排中的四个天线模块（AM）显示为沿35mm载体带的一侧设置。多个管状、端部开放的支撑结构（WC，DS）已经定位在用于形成相应的多个天线模块AM的相应多个位置上。线端部的多个可伸缩的固定销整合到梭（shuttle）（台）中。每对销（以#a、#b标记）在每个与天线模块对应的位置上邻近于载体带定位。在天线模块的位置上形成多个模块天线MA的典型的方法包括下列步骤中的一些或全部，通常情况下（但不限于）为以下顺序...
可以通过夹持装置夹持线。
然后，可以通过喷嘴引导线经过与第一天线模块AM（显示在右侧）对应的第一对可伸缩的固定销（1a，1b）的第一销1a。
可以通过x-y-z伺服系统（未示出）控制缠绕喷嘴。
然后，可以引导线经过梭中的第一开口以到达与第一天线模块AM对应的第一卷芯WC。
梭中的开口可以在键合（后来发生）过程中方便线的断开。
然后，使喷嘴围绕卷芯WC移动（环绕），形成模块天线MA的预定数量（例如20）的线圈。
然后向外引导喷嘴，经过35mm载体带的边缘，经过梭中的第二开口，到达与第一天线模块对应的第一对可伸缩的销中的第二销2b。
然后，除了在第一销1b上将线打结之外，喷嘴将部分地围绕第二销1b（例如大约90度）的线朝向与下一个（右起第二个）天线模块对应的下一对销（2a，2b）的第一销2a引导。线的这种部分地缠绕足以使线系（固定）到销2a上。
然后，喷嘴将引导围绕销2a的线朝向（右起）第二个天线模块的卷芯，并经过梭中的另一个开口。
然后，使喷嘴围绕第二卷芯WC移动（环绕），形成模块天线MA的预定圈数的线圈。
继续上述步骤（向外引导喷嘴越过梭中的开口至一对可伸缩的销中的第二销，将喷嘴引导至下一对可伸缩的销，部分地缠绕线（固定线）并且向内引导线越过梭中的开口至下一个卷芯，等等），直至最后的卷芯由缠绕模块天线MA。然后，可以围绕最后一对可伸缩的销（4a，4b）中的第二销4b打结线（通过喷嘴）。
在图3A中，显示喷嘴正在离开（右起）第三个卷芯，朝向与天线模块的位置对应的第二对销3a、3b移动。
然后，如上述关于图3的描述，可以键合经过各自键合垫BP的线的端部。
在最后一步中，可以将线切断，收起销，并且移除剩余的线。
具有单法兰的卷芯
图4显示卷芯WC420，模块天线MA缠绕在该卷芯WC420上。卷芯WC（可以表示为“支撑结构”）可以由塑料制成，例如玻璃纤维增强聚苯硫醚（PPS）。对于坝结构DS220，卷芯WC可以形成为环或管结构，具有圆形或大体矩形的横截面，以及两个相反的开放端420a、420b，这两个开放端中的一者将固定（粘结）至模块带MT的下侧，另一者为自由端（未安装的）。
卷芯WC包括主体部B422，以及法兰部F424，该法兰部F从主体部B的自由端的（如图所示的）顶部径向地（图示向左或向右）向外延伸。（这与坝DS不同，在坝DS中，两端基本相同。）
法兰F用于加强主体部B，并且也用于在缠绕模块天线MA时约束（容纳）模块天线MA的线圈。以此类推，当安装在模块带MT上时，法兰F用作“绕线筒”的第一法兰，模块带MT的表面用作“绕线筒”的第二法兰。模块天线MA将缠绕在两个“绕线筒”之间的线圈缠绕区域中。图4以虚幻方式（虚线）显示了模块带MT的一部分，并且显示了形成在法兰F和模块带MT的下表面之间的线圈缠绕区域。（模块带MT可以为树脂玻璃，两侧可以涂覆有铜，在下侧蚀刻以形成键合垫BP，在面朝上的一侧蚀刻以形成接触垫CP。）
卷芯WC420可以具有以下（粗略的）尺寸：
主体部B的厚度t=～0.85mm
法兰F的宽度fw=～0.5mm
卷芯WC（包括法兰F）的外径OD=～9.4mm
卷芯WC的内径ID=～6.7mm
线圈缠绕区域的高度h1=～0.250mm
法兰F的高度h2=～0.100mm
主体部B的总高度h3=～0.350mm
法兰F和模块带MT之间的线圈缠绕区域可以容纳大约20匝直径为112μm的用于模块天线MA的自粘线。模块天线MA可以使用具有其它直径（大于或小于112μm）的线。
参考附图4A-4F描述在卷芯WC上形成模块天线MA430、再形成天线模块AM的工艺，并且通常包括：
将WC固定至MT
在WC上缠绕MA
向CM分配粘结剂
放置CM，硬化粘结剂（硬化自粘线）
引线键合（将CM和MA引线键合至MT上的BP）
向WC的内部填充圆顶封装体（覆盖CM）
包塑MA、WC、CM
图4A显示第一步骤，其中，将卷芯WC420例如通过粘结剂附接至模块带MT。粘结剂可以任意涂敷在卷芯WC的端部420b或模块带MT的表面。粘合剂的最终厚度可以约为30μm。可选择地，可以不使用粘结剂而将卷芯WC粘结至模块带MT，例如通过旋转焊接（摩擦焊技术）实现。在生产过程中，卷芯WC（或简称“环”）可以放置在沿35mm的载体带的多个位置，以为缠绕线圈（在卷芯WC或坝DS上缠绕模块天线MA）做准备。该步骤可以称为“放置环”。
为了双接口（DI）天线模块AM，显示了用于接触接口的接触垫CPs（对应于104）位于模块带MT的面朝上（图示的底部）的表面。然而，应当理解，本发明可以在仅以非接触模式运行（没有这种接触垫CP）的天线模块AM的范围内实施。
图4B显示将卷芯WC附接（装配、安装）至模块带MT。法兰F和模块带MT的表面之间形成线圈缠绕区域。在该图和后面的图中，为了清楚地说明，省略了粘结剂。
图4C显示下一步骤，在该步骤中，在卷芯WC上围绕主体部B缠绕模块天线MA430，卷芯位于法兰F和模块带MT之间的线圈缠绕区域中。这一步骤可以以显示的方式实施，并且参考图3描述这一步骤（使用“飞行”缠绕技术）。模块天线MA的端部（a、b）从卷芯WC向外延伸，在该步骤中，模块天线MA的端部（a、b）可以与各自的键合垫BP连接。虽然未示出，但是卷芯420可以具有至少一个槽（S）（与图2B中显示的至少一个槽（S）对应），以允许模块天线MA的端部（a，b）延伸至位于卷芯WC内部的键合垫（BP）。
线匝（线圈）可以不像图示那样整齐地布置。尽管如此，如图所示，线匝（线圈）通过法兰F和模块带MT被约束在线圈缠绕区域内。模块天线MA可以包括位于线圈缠绕区域中的总共20个线匝（线圈），并且两个端部（a，b）延伸越过模块带MT的表面上的各自的键合垫BP。
图4D显示形成天线模块MA的下一步骤，在该步骤中，将芯片CM（对应于110）安装在卷芯WC的内部区域中。然后，可以在芯片110的端子（对应于110a、110b）和位于模块带MT的表面上的选定的键合垫BP之间形成引线键合件wb（对应于114a、114b）。在该步骤中，同样可以将模块天线MA的端部（a，b）键合至模块带MT的表面上的选定的键合垫BP（如果它们未事先连接）。
图4E显示下一步骤，在该步骤中，向卷芯WC的内部区域填充圆顶封装体复合物GT等，以保护芯片CM和引线键合件wb。如果实施加热以固化圆顶封装体GT，这种加热也可能导致形成模块天线MA线圈的自粘线粘在一起。
图4F显示下一步骤，在该步骤中，可以在模块天线MA、模块天线MA的端部（a，b）、卷芯WC和圆顶封装体GT上（包括在芯片CM和引线键合件上）形成模制体MM。模制体MM可以延伸越过法兰F的外边缘，稍微进入线圈缠绕区域（除线所在的区域外），这能够有助于将模制体MM保持在位置上。如果使用坝结构DS（图2）（该坝结构DS的一端也附接至模块带MT）代替卷芯WC，也可以在一定程度上有助于支撑（保持）模制体MM。
以上描述的形成用于天线模块AM的模块天线MA的工艺可以与Toppan‘774截然不同，Toppan‘774显示了（图14）围绕具有法兰的线圈框架或线芯缠绕的线圈，该线圈围绕用于保护管芯和键合至管芯的线的环氧树脂安装。例如，在上述技术中（图4A至图4F）。
卷芯WC仅具有一个法兰（另一个“虚拟”法兰位于模块带MT表面上的支撑结构相反的开放端），
管状支撑结构（WC，DS）可以用作容纳后施加的圆顶封装体GT树脂的坝，
可以于在模块带MT上形成模块天线MA之后安装芯片CM（并且同样在键合模块天线MA的端部之后，实施至芯片CM的引线键合）
图5（与图1对应）显示天线模块AM，该天线模块可以为图2的天线模块200或图4的天线模块AM400，该天线模块安装在智能卡SC的卡体CB的凹槽R中，智能卡SC具有增益天线BA和耦合线圈CC，所述增益天线BA的外部位于卡体的边缘，并且所述耦合线圈CC位于卡体的内部区域，例如围绕凹槽R的区域。耦合线圈CC的至少一部分线圈可以嵌入到凹槽R的底部，以加强耦合线圈CC和模块天线MA之间的电感耦合。可以通过激光烧蚀方式形成用于接收凹槽R底部的线圈的槽或宽沟。
虽然已经参考有限数量的实施例描述了本发明，但这些实施例不应被视为对本发明的范围的限制，而应作为实施例的一些示例。基于在此公开的内容，本领域的技术人员可以想见其它可能的变型、修改和实施，而这些变型、修改和实施同样落入本发明的保护范围中。

Claims (15)

1.一种用于智能卡（SC）的天线模块（AM，200，400），该天线模块（AM，200，400）包括：
模块带（MT，202，402）；
芯片（CM，210，410），该芯片（CM，210，410）设置在所述模块带（MT）的表面；以及
模块天线（MA，230，430），该模块天线（MA，230，430）设置在所述模块带（MT）的所述表面并与所述芯片（CM）连接；
其特征在于，
所述模块带（MT）的所述表面上固定有支撑结构（DS，WS，220，420），该支撑结构（DS，WS，220，420）充当用于所述模块天线（MA）的卷芯，并且充当用于圆顶封装体（GT）的坝，所述圆顶封装体（GT）覆盖所述芯片（CM）；
其中，所述支撑结构（DS，WS，220，420）包括管状主体部（B），该管状主体部（B）具有两个相反的开放端（220a/b，420a/b），两个所述开放端（220a/b，420a/b）中的一者固定于所述模块带（MT）的所述表面，另一者为自由端。
2.根据权利要求1所述的天线模块（AM），其中：
所述支撑结构（WC，420）具有法兰（F，424），该法兰（F，424）围绕所述主体部（B）的所述自由端（420a）设置。
3.根据权利要求1所述的天线模块（AM），其中：
所述模块天线（MA）设置在所述主体部（B）的外部；并且
所述芯片（CM）设置在位于所述主体部（B）的内部的所述模块带（MT）上；
所述天线模块（AM）还包括：
至少一个槽（S），该槽（S）延伸贯通所述主体部（B），以允许所述模块天线（MA）的对应的至少一端从所述主体部（B）的外部穿过所述主体部（B）而进入所述主体部（B）的内部。
4.根据权利要求1所述的天线模块（AM），所述天线模块（AM）还包括：
圆顶封装体（GT），该圆顶封装体（GT）至少覆盖所述芯片（CM）并位于所述支撑结构中。
5.根据权利要求1所述的天线模块（AM），所述天线模块（AM）还包括：
模制体（MM），该模制体（MM）覆盖所述芯片（CM）、所述支撑结构（DS，WC）和所述模块天线（MA）。
6.根据权利要求1所述的天线模块（AM），所述天线模块（AM）还包括：
接触垫（CP），该接触垫（CP）位于所述模块带（MT）的相反的表面上，以作为接触接口。
7.一种智能卡（SC），该智能卡包括根据权利要求1所述的天线模块（AM），所述智能卡（SC）还包括：
卡体（CB）；
增益天线（BA），该增益天线（BA）具有围绕所述卡体（CB）的边缘设置的外部部分；以及
耦合线圈（CC），该耦合线圈（CC）设置在所述卡体（CB）的内部区域；
其中，所述天线模块（AM）设置在所述卡体（CB）的内部区域，以使所述模块天线（MA）与所述耦合线圈（CC）电感耦合。
8.根据权利要求7所述的智能卡（SC），其中：
所述卡体（CB）中设置有用于收纳所述天线模块（AM）的凹槽（R）。
9.根据权利要求8所述的智能卡（SC），其中：
所述耦合线圈（CC）的至少一部分嵌入在所述凹槽（R）中。
10.一种制造天线模块（AM）的方法，该方法包括：
将具有两个相反的开放端（220a/b，410a/b）的管状支撑结构（DS，WS，220，402）附接到模块带（MT，202，402）的表面；并且
将用于模块天线（MA）的线围绕所述管状支撑结构（DS，WS）缠绕。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
使用飞行缠绕技术（图3）缠绕所述模块天线（MA，230，430）。
12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括，在将所述线围绕所述支撑结构缠绕之前：
将用于形成所述模块天线（MA）的所述线的第一端固定至第一销；并且
使所述线的第一端部越过所述模块带（MT）上的第一键合垫（BP）。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：在将所述线围绕所述支撑结构缠绕之后，
使所述线的第一端部越过所述模块带（MT）上的第二键合垫（BP）；并且
将用于形成所述模块天线（MA）的所述线的第二端固定至第二销。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
将所述第一端部和所述第二端部连接至所述第一键合垫和所述第二键合垫。
15.一种制造天线模块（AM，图1B，图4E）的方法，该方法包括：
将模块天线（MA）安装至模块带（MT）；
将芯片（CM）安装并连接至所述模块带（MT）；
用树脂（GT）覆盖所述芯片（CM）及其连接件；
其特征在于：
在安装所述模块天线（MA）之后，并且在安装和连接所述芯片（CM）之后，通过向所述模块天线（MA）的内部区域填充树脂，使得所述芯片（CM）及其连接件被树脂（GT）覆盖。
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