JP2014527230A - Rfidスマートカードに関する結合の向上 - Google Patents

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Abstract

スマートカードのようなデータキャリアは、アンテナモジュール(AM)とブースターアンテナ(BA)を備える。ブースターアンテナ(BA)は、外側巻線(OW)、内側巻線(IW)を備え、それぞれ内側端(IE)、外側端(OE)を備えている。外側巻線(OW)の外側端(OE、b)と、内側巻線(IW)の内側端(IE、e)を接続するカプラーコイル(CC)が設けられる。外側巻線(OW)の内側端(IE、a)、内側巻線(IW)の外側端(OE、f)は非接続の状態となっている。カプラーコイル(CC)は、外側巻線、内側巻線の向き(CWあるいはCCW)と同じあるいは反対の時計回り(CW)向きあるいは反時計回り(CCW)向きを有している。

Description

本発明は、RFID(無線周波数識別)チップないしチップモジュール(CM)を備え、非接触モード(ISO14443)で動作する、電子パスポート、電子IDカード、スマートカード(データキャリア)などのセキュアドキュメントに係り、また、当該セキュアドキュメントは、非接触モード(ISO14443)及び接触モード(ISO7816-2)で動作することができるデュアルインターフェースカード(DIないしDIF)を含み、より詳しくは、スマートカードの構成要素間、例えば、RFIDチップ(CM)が接続されたモジュールアンテナ(MA)と、前記モジュールアンテナ(MA)と誘電結合するスマートカードのカード本体(CB)上のブースターアンテナ(BA)と、の間の結合の向上、そして、結果としてのRFIDチップ(CM)と外部RFIDリーダとの相互作用の向上に関する。
ここでの議論の目的のため、RFIDトランスポンダは、一般に、基体と、当該基体上ないし基体内に設けられたRFIDチップないしチップモジュールと、前記基体上ないし基体内に設けられたアンテナと、を備えている。トランスポンダは、電子パスポート、スマートカード、ナショナルIDカードのようなデータキャリアとも称されるセキュアドキュメントの基盤を形成する。
RFIDチップ(CM)は非接触モード(ISO14443のような)のみで動作しても、あるいは、接触モード(ISO 7816-2のような)および非接触モードで動作可能なデュアルインターフェース(DI、DIF)チップモジュール(CM)でもよい。RFIDチップ(CM)は、当該RFIDチップと通信する外部RFIDリーダデバイスによって供給されたRF信号からエネルギーを取り入れる。
基体、インレイ基体(例えば、電子パスポート用)と称され、あるいは、カード本体(例えば、スマートカード用)称される、は、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレン(PE)、PET(ドーピングされたポリエチレン)、PET-G(ポリエチレンの誘導体)、TeslinTM、紙あるいはコットン/ノイル等の材料からなる1つあるいは複数の層を備えている。
チップモジュール(CM)は、リードフレームタイプのチップモジュールあるいはエポキシガラスタイプのチップモジュールであろう。エポキシガラスタイプモジュールは、一側(接触側)ないし両側が、アンテナとの相互接続を促進するスルーホールめっきを施すことでメタライズされる。
アンテナ、カードアンテナ(CA)とも称される、はソノトロード(超音波ツール)を用いてインレイ基体に装着され、チップモジュール(CM)と電気的に接続される。これについては、例えば、US6,698,089、US6,233,818を参照することができ、これらの内容は参照によって本明細書に組み入れられる。カードアンテナ(CA)の典型的なパターンは、基体の周囲に沿って(ないし基体の関連する部分)に設けられた、複数のターンを有するフラット(平面状)コイル(渦巻)の形状としての概ね矩形である。これについては、例えば、US7,980,477を参照することができる。
RFIDチップ(CM)を直接電気的にカードアンテナ(CA)に接続されることに代えて、モジュールアンテナ(MA)をRFIDチップ(CM)とモジュールアンテナ(MA)を含むアンテナモジュール(AM)に組み込んでも良い。モジュールアンテナ(MA)(例えば、約15mm x 15mm)は、カードアンテナ(CA)(例えば、約50mm x 80mm)と比較してかなり小さい。
US5,084,699(トロバン、1992)は、「誘導的に動力を備えたトランスポンダのためのインピーダンスマッチングコイルアセンブリ」という表題である。図5に着目されたい。誘導的に動力を備えたトランスポンダに用いられるコイルアセンブリは、フェライトロッド(160)を形成するように同じコイルに巻き付けた1次コイル(156)と2次コイル(158)を備えている。1次コイルリード(162)は浮いたままであるのに対して、2次コイルリード(164)はトランスポンダの集積識別回路に接続されている。
US5,955,723(シーメンス、1999)は、非接触チップカードという表題であり、半導体チップを含むデータキャリア構成が開示されている。図1に着目されたい。第1のコンダクタループ(2)は半導体チップ(1)に接続されており、少なくとも1つの巻線、及び、ほぼ半導体チップの寸法の横断面積を有している。少なくとも1つの第2のコンダクタループ(3)は少なくとも1つの巻線、ほぼデータキャリア構成の寸法の横断面積、ほぼ第1コンダクタループ(2)の寸法の第3のループ(4)を形成する領域と、を有している。第3のループ(4)は、第1のコンダクタループ(2)及び少なくとも1つの第2コンダクタループ(3)と互いに誘電結合する。
US6,378,774(凸版、2002)は、ICモジュール及びスマートカード という表題である。図12A、図12B、図17A、図17Bを参照されたい。スマートカードは、ICモジュールと、非接触伝送のためのアンテナと、を備えている。ICモジュールは、接触タイプ機能と非接触タイプ機能の両方を有している。ICモジュール及びアンテナは、それぞれ、互いに密に結合するように配置された第1のカプラコイル、第2のカプラコイルを備えており、ICモジュールとアンテナは、電磁結合によって非接触状態で結合されている。凸版のアンテナ(4)は、図17Aに示すように、基体(5)の両側に、一方が他方の上方に位置するように配置された、2つの同様の巻線(4a、4b)を備えている。カプラコイル(3)はカードアンテナ(4)と結合されている。もう1つのカプラコイル(8)はチップモジュール(6)と結合されている。図12A、図12Bに良く表されているように、2つのカプラコイル(3、8)はほぼ同じ寸法であり、一方が実質的に他方の上に位置するように配置されている。
US7,928,918(ゲマルト、2011)は、分布されたターン間容量を調整することによる共振周波数の調整、という表題であり、ターン間浮遊容量を生成する規則的な間隔を有するターンを備えた共振回路の周波数チューニングを調整する方法を開示する。
US2009/0152362(アサ・アブロイ、2009、US 8,130,166として発行) は、トランスポンダのカップリングデバイス及び当該デバイスを備えたスマートカードを開示している。図6に着目されたい。カップリングデバイスは、中央部位(12)と2つの末端部位(11、11´)を有する連続した導電路によって形成されており、中央部位(12)はトランスポンダデバイスと誘電結合するための少なくとも小さな渦巻を形成しており、末端部位(11、11´)はそれぞれリーダデバイスと誘電結合するための大きな渦巻を形成している。アサ・アブロイ’166は、外側の末端部位(11)の内側端と、内側の末端部位(11´)の外側端がカプラーコイル(12)によって接続されていることを示している。外側末端部位(11)の外側端(13)及び内側末端部位(11´)の内側端(13´)は非接続状態(固定されておらず自由)のままである。
US2010/0176205(エスピーエス、2010)は、デュアル通信インターフェースを備えたチップカード、という表題である。図4に着目されたい。カード本体(22)は、電磁波を集中および/あるいは増幅するデバイス(18)を備え、特に、非接触チップカードリーダから受け取った電磁流を、マイクロエレクトロニックモジュール(11)のアンテナ(13)のコイルに向かって流すことができる。電磁波を集中および/あるいは増幅するデバイス(18)は、マイクロエレクトロニックモジュール(11)を受け入れるキャビティ(23)の下方でカード本体(22)内に設けた金属シートからなるか、あるいは、マイクロエレクトロニックモジュール(11)を受け入れるキャビティ(23)の下方でカード本体(22)内に設けた少なくとも1つのコイルからなるアンテナからなる。
本明細書で参照された全ての特許及び公開は、以下の文献を含み。参照によって本明細書に組み入れられる:CA2,279,176、DE4311493、US6,142,381、US6,310,778、US6,406,935、US6,719,206、US2009/0057414、US2010/0283690、US2011/0163167。
スマートカードのようなデータキャリアは、アンテナモジュール(AM)とブースターアンテナ(BA)を備える。ブースターアンテナ(BA)は、外側巻線(OW)、内側巻線(IW)を備え、それぞれ内側端(IE)、外側端(OE)を備えている。外側巻線(OW)の外側端(OE、b)と、内側巻線(IW)の内側端(IE、e)を接続するカプラコイル(CC)が設けられる。外側巻線(OW)の内側端(IE、a)、内側巻線(IW)の外側端(OE、f)は非接続の状態(free floating)となっている。カプラコイル(CC)は、外側巻線、内側巻線の向き(CWあるいはCCW)と同じあるいは反対である時計回り(CW)向きあるいは反時計回り(CCW)向きを有している。
スマートカードの外側層と印刷された層との間に挟まれているであろう、ブースターアンテナ(BA)は、カード本体(CB)のアンテナモジュール(AM)のモジュールアンテナ(MA)と電磁気的に結合し、データキャリアと外部リーダとの間の読み出し/書き込み範囲を増大する。
本発明の幾つかの実施形態では、データキャリアは、少なくとも1つの面と、周辺と、を備えた基体(CB)と、前記基体(CB)の少なくとも1つの面に配置され、前記基体(CB)の周辺に沿って延びるブースターアンテナ(BA)であって、外側端(b)と内側端(a)を有する外側巻線(OW)と、外側端(f)と内側端(e)を有する内側巻線(IW)と、を有するブースターアンテナ(BA)と、カード本体(CB)に配置されたカプラコイル(CC)であって、2つの端部(c、d)を備え、一方の端部が外側巻線(OW)に連結され、他方の端部が内側巻線(IW)に接続されているカプラコイル(CC)と、を備え、前記カプラコイル(CC)の一端(c)は、前記外側巻線(OW)の外側端(b)と接続されており、前記カプラコイル(CC)の他端(d)は、前記内側巻線(IW)の内側端(e)と接続されており、前記外側巻線(OW)の内側端(a)及び前記内側巻線(IW)の外側端(f)は非接続状態(left unconnected)にある。
カプラコイル(CC)は、時計回り(CW)あるいは反時計回り(CCW)のような2つの反対の向きから選択された1つの向きを示し、当該向きは、外側巻線(OW)及び内側巻線(IW)の少なくとも1つの向きと反対であってもよい。カプラコイル(CC)は、外側巻線(OW)及び内側巻線(IW)の少なくとも1つよりも多い数のターンを有していてもよい。カプラコイル(CC)は、外側巻線(OW)及び内側巻線(IW)の少なくとも1つよりは大きくないピッチを有していてもよい。幾つかの実施形態では、カプラコイル(CC)の一端(c)は外側端(OE)であり、他の幾つかの実施形態では、カプラコイル(CC)の他端(d)は外側端(OE)である。
モジュールアンテナ(MA)を有するアンテナモジュール(AM)は、モジュールアンテナ(MA)がカプラコイル(CC)と結合するように、カプラコイル(CC)の内部において、カード本体(CB)の凹部内に配置してもよく、あるいは、カプラコイル(CC)と実質的に同一面であってもよい。
本発明の幾つかの実施形態において、外部リーダとデータキャリアの間のRFカップリングを向上させる方法であって、前記データキャリアは、基体(CB)を提供すること;前記基体(CB)の周辺に沿って配置した外側巻線(OW)と内側巻線(IW)を備えた基体(CB)上のブースターアンテナ(BA)と、前記外側巻線(OW)と前記内側巻線(IW)の端部に接続されたカプラコイル(CC)と、を提供すること;RFIDチップ(CM)と、モジュールアンテナ(MA)と、を有する前記カード本体(CB)上のアンテナモジュール(AM)を提供すること;を含み、前記ブースアーアンテナ(BA)を、前記外側巻線(OW)と前記内側巻線(IW)が互いに逆相で接続された準ダイポール(quasi-dipole)アンテナとして構成することを特徴とする。
開示の実施形態に対して詳細な参照が行われ、その中の非限定的な実施例が添付の図面に示される。図面は略図である。図解の明瞭さのため、図中の幾つかの要素は誇張され、幾つかの要素は省略されている。本発明は一般に数々の例証の実施形態の文脈で説明されるが、これらの特定の実施形態に本発明を限定する意図は無く、また、数々の実施形態の個々の特徴は互いに組み合わせてもよいことが理解される。図面に現れたいかなるテキスト(記号、注釈、参照番号等)は参照により本明細書に組み入れられる。
図1Aは、デュアルインターフェース(DI)スマートカードの断面図である。 図1Bは、デュアルインターフェース(DI)スマートカードの斜視図である。 図2Aは、それと誘導的に結合するために配置されたアンテナモジュール(AM)を伴う、準ダイポール(quasi-dipole)ブースターアンテナ(BA)の構成図(平面図)である。 図2Bは、図2Aに示す準ダイポール(quasi-dipole)ブースターアンテナ(BA)の等価回路である。 図3は、それに組み込まれたカプラコイル(CC)を示す、準ダイポール(quasi-dipole)ブースターアンテナ(BA)の構成図(平面図)である。 図3Aは、図3に示すカプラコイル(CC)の構成図(平面図)である。 図3Bは、図3に示すカプラコイル(CC)の構成図(平面図)である。 図3Cは、図3に示すカプラコイル(CC)の構成図(平面図)である。 図3Dは、図3に示すカプラコイル(CC)の構成図(平面図)である。 図4は、カプラコイル(CC)及びアンテナモジュール(AM)を強調した、カード本体(CB)の部分の断面図である。
本発明の教示を示すために数々の実施形態について記載するが、これらは限定ではなく例示として解釈されるべきである。以降、主として、スマートカードないしナショナルIDカードであるセキュアドキュメントとしてのトランスポンダについて、本明細書に開示された本発明の数々の特徴及び実施形態の代表として議論する。明らかなように、多くの特徴や実施形態は、電子パスポートのような他の形式のセキュアドキュメントに適用し(容易に組み込まれ)得る。本明細書において、「トランスポンダ」、「スマートカード」、「データキャリア」等の用語は、ISO14443や同様のRFID標準の下で作動する任意の類似のデバイスを指すものとして解釈されるであろう。
本明細書に開示される典型的なデータキャリアは、(i)RFIDチップないしチップモジュール(CM)を有するアンテナモジュール(AM)と、(ii)カード本体(CB)と、(iii)カード本体(CB)上に配置されており、モジュールアンテナ(MA)と外部RFIDリーダのアンテナの間の結合を高めるブースターアンテナ(BA)と、を含んでいる。本明細書において、そうでないと明示的に述べない限り、チップモジュールが言及された時には、「チップ」を含むものとして用いられ、また、逆もしかりである。モジュールアンテナ(MA)は、ワイヤのコイルでもよく、あるいは、アンテナモジュール(AM)のモジュールテープ(MT)基体上にエッチングないしプリントされた導電トレースでもよく、あるいは、チップ自身に直接組み込まれたものでもよい。
ブースターアンテナ(BA)は、インレイ基体やカード本体(CB)にワイヤを埋め込むことで形成される。しかしながら、基体にワイヤを埋め込む以外の方法を用いてアンテナを形成してもよいことが理解され、例えば、印刷されたアンテナ構造のようなアディティブ法ないしサブトラクティブ法、コイル巻線手法(US6,295,720に開示されているような)、別個のアンテナ基体に形成されたアンテナ構造であり、インレイ基体(ないしインレイ基体の層)に転写されたもの、基体上の導電層からエッチング(レーザエッチングを含む)された、あるいは、基体上に堆積された導電性材料からエッチングされた、あるいは、基体に形成されたチャネル内にエッチングされたアンテナ構造などが挙げられる。本明細書において、そうでないと明示的に述べない限り、「インレイ基体」が言及された時には、「カード本体」を含むものとして用いられ、また、逆もしかりである。
続く記載は、主としてデュアルインターフェース(DI、DIF)スマートカードの文脈であり、また、主として当該スマートカードの非接触動作に関するものである。本明細書における多くの教示は、非接触モードの動作のみを有する電子パスポート等に適用され得るであろう。一般に、本明細書における寸法は概寸であり、本明細書に記載する材料は例示であることを意図している。
一般に、モジュールアンテナ(MA)と外部REIDリーダのアンテナ間の結合は、ブースターアンテナ(BA)をカード本体(CB)に組み込むことによって高められる。幾つかの観点において、ブースターアンテナ(BA)はカードアンテナ(CA)に類似している。しかしながら、カードアンテナ(CA)がREIDチップやチップモジュールと直接電気的に接続されている(例えば、US7,980,477に示すように)のとは対照的に、ブースターアンテナ(BA)は、RFIDチップ(CM)と接続されているであろうモジュールアンテナ(MA)と誘導的に結合する。このような誘導結合は、直接の電気的接続に比べて実現することが難しいであろう。
本明細書において、「結合(coupling)」(及びその変形)という用語は、2つの要素間で、与えられた要素による電磁界の生成及び他方の要素による当該電磁界への反応(相互作用)に依存する、誘導結合、電磁結合、反応結合(これらの組み合わせを含む、いずれも「誘導結合」と称することができる)を意味する。これとは対照的に、「接続(connecting)」(及びその変形)という用語は、互いに電気的に接続されている2つの要素であって、当該2つの要素間の相互作用が当該2つの要素間の電子の流れによって得られるものである。典型的には、互いに誘導的に結合する2つの要素は、互いに電気的には接続されていない。モジュールアンテナMA及びカプラコイルCCのようなワイヤのコイルであり、互いに近くに配置される要素は、一般に、2つの要素間のいかなる電気的接続無くして、互いに誘導的に結合する。これとは対照的に、モジュールアンテナMAは一般にRFIDチップ(CM)要素と電気的に接続している。ブースターアンテナBAの巻線及びコイル、例えば、外側巻線OW、内側巻線IW、カプラコイルCC要素は、一般に、互いに電気的に接続されるが、互いに誘導結合も示し得る。モジュールアンテナMAとカプラコイルCCは互いに電気的に接続されていないが、互いに誘導結合(あるいは、トランス結合)している。
本明細書に開示するブースターアンテナBA(及び他の特徴)は、容量及び誘導結合によって、アンテナモジュールAMと外部非接触リーダとの間の有効動作(“読み取り”)距離を延ばすであろう。典型的に数センチのオーダの読み取り距離において、距離が1cm延びることは、大きな改良である。
図1A及び1Bは、DIFスマートカードを図示し、当該スマートカードは以下の要素を含んでいる。
−デュアルインターフェースDIチップモジュールであり得るRFIDチップないしチップモジュールCMであって、基体ないしモジュールテープMTの下面に配置されている;
−モジュールテープMTの上面において接触インターフェース(ISO7816)を実現する複数(例えば6個)のコンタクトパッド;
−モジュールテープMTの下面に配置されているモジュールアンテナMAであって、典型的には、渦巻(コイル)パターンを有するエッチングされた導電体ないしワイヤから形成される。
−基体MTは、RFIDチップCM、コンタクトパッドCP、モジュールアンテナMA間の相互接続を支持・実行し、一側のみがメタライズ化された片面タイプ、あるいは、両側がメタライズ化された両面タイプである。
−RFIDチップCMは、任意の適切な様式で接続されており、例えば、モジュールテープMTに対するフリップチップ接続(図1Aに図示する)あるいはワイヤボンディング(図示せず)が用いられる。
−本明細書では、「チップモジュール」は、1つあるいは複数のむき出しの半導体ダイス(チップス)を含む。「ハイブリッド」チップモジュールは、接触インターフェースのためのチップと非接触インターフェースのためのチップ等を含むであろう。DIFチップ解法の例としてUS6,378,774(凸版、2002)を参照することができ、1つのチップが接触機能を実行し、他方のチップが非接触機能を実行する2つのチップ解法の例として、US2010/0176205(エスピーエス、2010)を参照することができる。
−フェライト要素(フィルムないし層)が、導電性コンタクトパッドCPにより引き起こされるであろう減衰効果を低減するべく、コンタクトパッドCPとモジュールアンテナMAとの間でアンテナモジュールAMに組み入れられてもよい。
−RFIDチップCM、チップテープMT、コンタクトパッドCP、モジュールアンテナMAが一緒になってアンテナモジュールAMを構成する。
スマートカードはさらに以下のものを含む:
−スマートカードの基体は、カード本体CBと称してもよい(電子パスポートについては、基体はインレイ基体である)。
−ブースターアンテナBA(ないしカードアンテナCA)は、カード本体CBの周辺の回り(周辺のちょうど内側)に配置されたものとして示してあり、典型的には、複数のターンを有する矩形で平面状の渦巻の形として示されている。
−本明細書において、カード本体CBという用語は、ブースターアンテナBAを支持し、アンテナモジュールAMを受け入れる任意の基体を包含するものとして意図される。アンテナモジュールAMを受け入れるための凹部をカード本体CBに設けてもよい。
−スマートカードは、データキャリア、トランスポンダ等と称してもよい。
幾つかの代表的および/あるいは概略寸法、材料、明細を以下に例示する:
−モジュールテープ(MT):エポキシベーステープ、厚さ60μm
−チップモジュール(CM):NXP SmartMx ないしインフィニオンSLE66、その他
−アンテナモジュール(AM):15mmx15mm、厚さ300μm
−モジュールアンテナ(MA):50μm銅線からなる複数の巻線であり、ほぼチップモジュールCMの寸法を備える(寸法においてAMを超えない)。モジュールアンテナMAは、チップモジュール(CM)のグロブトップモールドマス(glob-top mold mass)に配置されたフラット巻きコイルである。
−カード本体CB:約54 mm x 86 mm、厚さ300μm、ポリカーボネート(PC)。カード本体及びそのカードアンテナは、チップモジュールCM及びそのモジュールアンテナMAよりもかなり(例えば、20倍)大きい。
○ISO/IEC7810標準のID-1は、カードを、名目上85.60×53.98ミリ(3.370×2.125インチ)として定義する。他の良く用いられるサイズは、通常、25×15ミリ(0.984×0.591インチ)のID-000である(SIMカードに広く用いられている)。両者とも、厚さ0.76ミリ(0.030インチ)である。
−ブースターアンテナBA:112μmの銅線からかなるセルフボンディングワイヤの3〜12回のターンであり、カード本体CBに超音波的に埋設される。あるいは、ブースターアンテナBAは、絶縁された80μm銅線からなり、約46mmx76mm(カードよりも若干小さい)の渦巻パターンで配置され、ターンピッチ300μm、13.56MHzの共振周波数を示す。ブースターアンテナBAの最適化された自己共振周波数は、約13〜17MHzである。
モジュールアンテナMAとブースターアンテナBAとの間の結合を高めるために、フェライトのような電磁結合性能を示す材料を、任意の所望のパターンで、薄膜としてカード本体CBの表面に配置してもよく、あるいは、粒子としてカード本体内に組み入れないし埋設してもよく、あるいは、両方(薄膜及び粒子)でもよい。本明細書において、結合を高めるため、あるいは、結合をシールド(防ぐ)ためのフェライトの使用は、高い電磁透過性を示す材料の例示であり、アンテナと共に様々な方法で用いられる。これについては、例えば、US5,084,699(トロバン)を参照することができる。
例えばカバー層のような、追加の層(図示せず)をカード本体に積層して、スマートカードの構築を完成させてもよい。
図1Bは、カード本体CB、カード本体CB上に配置したブースターアンテナBA、ブースターアンテナBAの部位の近くでカード本体CBの凹部に配置されたアンテナモジュールAM、を備えたDIスマートカードを示す。一般に、カード本体(CB)の内部において、周辺から離れ、エンボス加工領域を避ける、アンテナモジュール(AM)、特にコンタクトパッド(CP)の位置等は、関連するISO明細によって指定されるであろう。
図1Aは、さらに、接触モード(ISO7816)において、コンタクトパッドCPを介してチップモジュールCMと相互作用する(電力を供給し、データを交換する)コンタクトを有する接触リーダ、及び、ブースターアンテナBA(ないしカードアンテナCA)及びモジュールアンテナMAを介してチップモジュールCMと相互作用するアンテナを備えた非接触リーダを図示する。
準ダイポール(Quasi-Dipole)ブースターアンテナ(BA)
図2Aは、全体として実質的に平面状の形状であって、一般に、インレイ基体ないしカード本体(CB、図示せず)に埋設されたワイヤの矩形の渦巻であるブースターアンテナBAを図示し、ブースターアンテナBAは、以下に述べるように、2つの別個の部分(すなわち、巻線、ないしアンテナ構造、ないし、「極」)を有している。
−ワイヤの数ターン、外側端7、内側端8、を有する外側巻線OW
−ワイヤの数ターン、外側端9、内側端10、を有する内側巻線IW
○図示で区別するために、外側巻線OW(実線)に対して、内側巻線IWはダッシュ線で示し、また、内側巻線IWのターン数は、外側巻線OWのターン数と実質的に同じでもよいことに留意されたい。
−外側巻線OW、内側巻線IWのそれぞれは、約1200mmの全長を有してもよい。内側巻線、外側巻線は実質的に互いに同じ長さを有していてもよい。
外側巻線OWと内側巻線IWは、逆相(reverse phase)を伴う準ダイポール(quasi dipole)アンテナとして接続される。外側巻線OWの外側端7は、任意の適切な手法、例えば、別個のジャンパ"j"や基体(CB)内の導電性トレースを用いて、内側巻線IWの内側端10と接続されている。外側巻線OWの内側端8、内側巻線IWの外側端9は、非接続状態(left unconnected)となっている。
外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに近接して誘導的に結合し、外側巻線OW、内側巻線IWに誘導される電圧は、互いに反対の相(opposite phase)を有しているであろう。外側巻線OW、内側巻線IWは、内側巻線IWが外側巻線OWの内部に配置するようにして互いに同じ層に形成されてもよく、あるいは、実質的に互いに一致して、基体の互いに重なる複数層として形成されてもよい。外側巻線OW、内側巻線IWは、複数のターンを有し、全長が約1200mmの、埋め込みワイヤあるいは埋め込みワイヤ以外のフラットコイルから形成されてもよい。
ブースターアンテナBAは、従来のワイヤ埋設手法(US6,233,818に記載されているような超音波を用いたソノトロード)を用いて、基体(すなわちカード本体)内に形成され、以下に例示する:
−位置9(内側巻線IWの外側端)におけるワイヤの埋設から出発して、位置10(内側巻線IWの内側端)まで埋設を継続し、内側アンテナ巻線IWの数(2、3、4などの)ターンを形成する。
−埋設を停止し(超音波をターンオフして、ソノトロードを上動させる)、次のステップにおいて、内側巻線IWのターンの上方でワイヤを位置7までルート(案内)させ、ワイヤを切断することなく、位置7は、外側巻線OWの外側端となる。
○内側巻線IW上のジャンピングは、別個の接続ブリッジ、すなわち、外側巻線Dの端部10と内側巻線Eの内側端7とを接続するジャンパー("j")を有する必要性を無くす(ここでは、7及び10は位置であり、端部ではない)。
−位置7(外側巻線OWの外側端)で埋設を再開し、継続することで、外側アンテナ巻線OWの数(2、3、4などの)ターンを形成し、必要であれば、既に配置された一体的ジャンパ"j"上をジャンプさせる。
内側巻線IWの外側端9及び外側巻線OWの内側端8は、自由端のままであり、いかなるものとも接続されていない。これはダイポールアンテナに特有である。外側巻線OWと内側巻線IWをこのような様式で(外側巻線OWの外側端7に対して内側巻線IWの内側端10、すなわち、逆相(reverse phase)で)接続することによって、外側巻線OWと内側巻線IWは近接して結合し、内側巻線IWの誘導電圧は、外側巻線OWの誘導電圧に比べて反対の相(phase inversion)を示すことから効果は加法的である。内側巻線OWと内側巻線IWの反応性結合(キャパシタンス及びインダクタンス)は、ブースターアンテナBAを、さもなければそうであろう数より少ないターン数で実現することを可能とするであろう。
相反転(phase inversion)を呈する準ダイポール(quasi-dipole)カードアンテナを形成する外側巻線OWと内側巻線IWの接続は、US6,378,774 (凸版) あるいはUS2009/0152362 (アサ・アブロイ)と容易に対比される。
−例えば2つの末端領域11、11´(外側巻線D、内側巻線Eに対応する)を備えたアサ・アブロイにおいて、外側末端領域11の外側端と内側末端領域11´の内側端(カードアンテナCAの端部ないし位置7、10に対応する)は接続されていない。外側末端領域11の内側端と内側末端領域11´の外側端(カードアンテナCAの端部ないし位置8、9に対応する)は、トランスポンダデバイス(アンテナモジュールAM)と誘導結合するための小さな渦巻線を少なくとも形成する中央領域12に接続されている。図2Aに示すように、類似のカップリングコイルは存在せず、結合は、カードアンテナCAの部分の直上に(上に)にアンテナモジュールAMを配置することによって実行され、これについては後に詳述する。
−凸版もまた別個のカップリングコイル(3)を必要とする。
外側巻線OW、内側巻線IWは、別個のジャンパやトレースを用いることなく、従来のワイヤ埋め込み収納を用いて、1つの連続した構造として形成することができ、以下に例示する:
−位置9(内側巻線の外側端)でワイヤ埋め込みを開始し、位置10まで継続して埋め込み、内側巻線(IW)の数(例えば、2、3、4)ターンを形成する。
−埋め込みを停止し(超音波をターンオフし、ソノトロードを持ちあげる)、次のステップで、内側巻線IWのターンの上方でワイヤを位置7までルート(ガイド)し、ワイヤを切断することなく、外側巻線OWの外側端となる。この内側巻線IW上の飛び越えは、外側巻線と内側巻線の端部7、10を接続するための別個のジャンパの必要を無くす。ここで、「7」、「10」は、それぞれ、外側巻線、内側巻線の外側端、内側端に対応する位置を表す。
○位置7と10の間の部分“j”は、接続ブリッジないし一体的ジャンパと称される(もし、2つの巻線OW、IWが互いに一体で無い場合には、別体のジャンパが端部7、10を接続するのに用いられるであろう)。
−内側巻線IW上をジャンプさせた後、位置7で埋め込みを再開し、継続して、外側巻線OWのターンを形成し、必要な場合には、既に配置された接続ブリッジ"j"上をジャンプさせる。
入力キャパシタンスが約10〜30pFの市販のチップモジュール(例えば、NXP SmartMx、インフィニオンSLE66、他)と組み合わせることで、組み立てられたトランスポンダは、13〜17MHzの共振周波数とマッチングさせることができるであろう。例えば、以下のものを参照することができ、これらは参照により本明細書に組み入れられる:
−プロダクト・ショート・データシート、P5CD016/021/041/051及びP5Cx081ファミリ、セキュア・デュアル・インターフェース及接触PKIスマートカード・コントローラ、Rev 3.2、2011年3月、20ページ
−プレリミナリ・ショート・プロダクト・インフォメーション、SLE 66CLX360PE(M)ファミリ、接触ベース及び非接触アプリケーションのための8/16-ビット・セキュリティ・デュアル・インターフェース・コントローラ、インフィニオン、2006年11月、14ページ
−SLE 66 CX126PE、ショート・プロダクト・オーバーヴュー、2010年5月、4ページ
−プログラマブル・ハイセキュリティ・マルチアプリケーション・スマートカード、NXP、のSmartMX、2009年、2ページ
−mifare DESFireデータシート付属書、プレリミナリ・スペシフィケーション、Revision 2.0、2003年4月、7ページ M086820_MF3ICD40_ModuleSpec
図2Bは、外側巻線OWと内側巻線IWによって形成されたブースターアンテナBAを模式的に図示するものであり、ブースターアンテナBAがどのように機能するかを説明する非限定的な例として意図するものである。この例では、外側巻線OWは、インダクタンスL1、L2、L3によって模型化された3つのターンを有し、内側巻線IWは、インダクタンスL4、L5、L6によって模型化された3つのターンを有する。全てのインダクタンス(L)は、全てのコイル間の結合によって影響される。キャパシタンスC1〜C6は、コイル固有の浮遊キャパシタンスである。
キャパシタンスC7〜C9は、外側巻線OWと内側巻線IW間が密接結合の場合における、外側巻線OWと内側巻線IW間の相互作用を説明する。これらの追加のキャパシタンスは、ブースターアンテナBAの自己共振周波数を低減し、さらなる追加の容量コンポーネントを設けることを不要とするであろう。キャパシタンス(C)は、ワイヤピッチ、ターン数によるインダクタンス(L)に影響され得る。
図示されていないが、例えばカード本体CBの上面及び下面に設けた導電性材料の形式で、容量素子をカード本体CB上に組み入れることは本発明の範囲内であり、容量素子をブースターアンテナBAの自由端8、9と電気的に接続してもよい。フェライト要素(パッチないし層)をカプラコイル領域においてカード本体CB上に組み入れてもよい。
準ダイポール(quasi-dipole)ブースターアンテナBAは、非接触モードで機能するアンテナモジュールAMと共に作動することを意図しており、限定されないもののDIFモジュールを含み、また、自身のオンチップアンテナ(US 6,373,447に開示されているような)を有する半導体チップを含んでいる。ブースターアンテナBAの外側巻線OW、内側巻線IWは、実質的に同じターン数(例えば、それぞれ2〜3ターン)、同じ長さ(例えば1200mm)、実質的に互いに同じピッチ、を有し、周囲の大部分が互いにできるだけ近づくような間隔で配置される。外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに同じ向き(時計回りあるいは反時計回り)を向いていて(示して)もよい。もちろん、これらのパラメータ(長さ、ピッチ、空隙、向き)の任意の変更が可能であり、その幾つかは本明細書で議論される。
図2Aは、アンテナモジュールAMが、誘導的結合のために、いかにブースターアンテナBAに対して位置決めされるかについての非限定的実施例である。アンテナモジュールAMは、非接触モードのためのDIFチップモジュールCMと、接触モードのためのコンタクトパッドCPと、を備えている。アンテナモジュールAMは矩形で示しているが、円形でもよい。アンテナモジュールAM内のモジュールアンテナも矩形でも円形でもよい。
本実施例では、アンテナモジュールAMは、効率的な結合のため、モジュールアンテナMAの4辺の少なくとも1つの辺がブースターアンテナBAの内側巻線IWのみの少なくとも幾つかのターンにオーバーラップするように配置(スマートカード内に位置決めされる)されている(好ましくは、外側巻線OWのいかなるターンともオーバーラップすることなく)。代替的に、アンテナモジュールAM、特に、そのモジュールアンテナMAが、ブースターアンテナBAの内側巻線IWではなく外側巻線OWとオーバーラップするようにしてもよい。しかしながら、アンテナモジュールAM、特にそのモジュールアンテナMAは、内側巻線IWと外側巻線OWの両方にオーバーラップしないことが重要であると考えられる。
そのモジュールアンテナMAが、2つの巻線カードアンテナCAに対して物理的にオーバーラップし、かつ直接結合するようなアンテナモジュールAMの配置は、US 6,378,774(凸版)、US2009/0152362(アサ・アブロイ)と全く対照的であり、これらは共に、モジュールアンテナとの結合を実行するために2つの巻線カードアンテナに加えて別個のカプラコイルに依存する。本発明のこの直接結合特徴は、内側巻線IWが外側巻線OWに、これらが逆相(reverse phased)となるように接続される仕方に起因するものであり、モジュールアンテナMAを、内側巻線及び外側巻線の一方あるいは他方のみにオーバーラップさせる。
カプラーコイル(CC)を備えたブースターアンテナ(BA)
NL9100347(1992、ネダップ)は、図1に示すように配置された以下の要素を備えた非接触カードを開示する:(1)集積回路; (2)電子回路; (3)トランス; (4)コア材料; (5)コンデンサ; (6)1次コイル、(7)アンテナコイル。
ネダップ特許の図1から明らかなように、電子回路(2、ここでのチップCMに対応する)は第1コイル(3、ここでのモジュールアンテナMAに対応する)に接続されている。第2コイル(6、ここでのカップリングコイルCCに対応する)は、主アンテナ(1、ここでのカードアンテナCAに対応する)に接続されている。第1コイル(3、MA)は、コア材料(4)に援助されることによって、第2コイル(6、CC)と結合されている。
US5,955,723(1999、シーメンス)は非接触チップカードを開示する。データキャリア構成は、半導体チップ(1)を有する。第1導電ループ(小さなコイル、2)は半導体チップに接続されており、少なくとも1つの巻線と、該半導体チップの寸法と略同じ横断面積を有している。少なくとも1つの第2導電ループ(大きいコイル、3)は、少なくとも1つの巻線、データキャリア構成の寸法と略同じ横断面積、第1導電ループの寸法と略同じ第3ループ(4)を形成する領域、を有する。第3ループ(4)は、前記第1導電ループ(2)、前記少なくとも1つの第2導電ループ(3)と、互いに、誘導的に結合する。第2導電ループ(2)と第3導電ループ(4)は実質的に同心円状に配置される。図3は、半導体チップ(1)に接続された小さい導電ループ(2)と、大きい導電ループ(3)との間の結合領域の他の態様を示す。この場合、結合領域は蛇行路であり、結合領域の長さをできるだけ長く得るようにしている。
US8,130,166(2009/0152362、アサ・アブロイ)は、トランスポンダの結合デバイスを開示し、当該結合デバイスは、中央領域と2つの末端領域を有する連続状の導電路によって形成されており、中央領域は、トランスポンダデバイスと誘導結合するための小さな渦巻線を少なくとも形成し、末端領域はそれぞれリーダデバイスと誘導結合するための大きな渦巻線を形成しており、前記小さな渦巻線は、前記大きな渦巻線よりも大きなピッチを示し、前記連続パスの2つの末端領域は、結合デバイスが開回路(open circuit)を形成するように固定されていない。
上記(ネダップ、シーメンス、アサ・アブロイ)から明らかなように、CMと接続されている第1コイル(モジュールアンテナMAと称する)を、ブースターアンテナBAと接続されている第2のコイル(カップリングコイルCCと称する)に結合することによって、カード基体(カード本体CBと称される)上で集積回路(チップないしチップモジュールCMと称される)をアンテナ要素(カードアンテナCAないしブースターアンテナBAと称される)に結合することは良く知られている。
カプラコイルCCを備えた準ダイポール(Quasi-Dipole)ブースターアンテナBA
図3は、外側巻線OW、内側巻線IWを含むブースターアンテナBAを示し、両者は、カード本体CBの周辺に実質的に沿って延びている。内側巻線、外側巻線のそれぞれは、内側端(IE)及び外側端(OE)を有している。外側巻線OW、内側巻線IWに関しては、図3のブースターアンテナBAは、図2AのブースターアンテナBAと実質的に同一である。しかしながら、図3のブースターアンテナにおいて、外側巻線OWの外側端OE(b)は、カプラコイルCCを介して、内側巻線IWの内側端IE(e)に接続されている(この点に関して、b/7とe/10の間の電気的接続を行う点において、カプラコイルCCは、図2Aのジャンパ“j”を置き換えるものであると考えることができる)。外側巻線OWの内側端IE(a)と、内側巻線IWの外側端OE(f)は、自由端として、接続されていない状態にある(図2Aの8、9と対比のこと)。外側巻線OW、カプラコイルCC、内側巻線IEを含むブースターアンテナBA全体は、開回路(open circuit)であり、外側巻線OWがダイポールの一方の極を形成し、内側巻線IWが他方の極を形成した、準ダイポール(quasi-dipole)として称することができ、中央がカプラコイルCCによって提供される。
ブースターアンテナBAは、カード本体CB(あるいは、熱可塑性材料から形成された、インレイ基体、あるいは、データキャリア基体)の周囲(周辺)の回り(内側)に配置され(例えば、超音波ボンディングされた)、絶縁された、別個の銅線を用いることで形成され得る。ブースターアンテナBAは、外側巻線OW(すなわち、コイル、D)、内側巻線IW(すなわち、コイル、D)を備え、さらに、カプラコイルCCを備え、これらの数々のコイル要素の端部が記載されているものの、これらの全てをカード本体CB上に配線ないし埋め込まれた1つの連続した長さのワイヤ(例えば、80μmのセルフボンディングワイヤ)から形成してもよい。より詳しくは、
−外側巻線OW(図1A、Dと対比)は、複数(2、3回等)のターンを有する渦巻きとして形成され、地点"a"における内側端IE、地点"b"における外側端OEを有している。外側巻線OWは、カード本体CBの周縁(周辺)の近くに(実質的に周縁に)ある。外側巻線OWの内側端IE ("a")は自由端である。
−カプラコイルCCは、複数(約10回等)のターンを有する渦巻きとして形成されており、2つの端"c"、"d"を有している。図3A、3B、3C、3Dに示す実施形態に関して記載されるように、端"c"は、外側端OEあるいは内側端IEであり、端"d"は内側端IEあるいは外側端OEである。カプラコイルCCは、カード本体CBの内側にその周辺から離れて配置されており、図3において、一般に数本のダッシュ線で示している。
−内側巻線IEは、複数(2、3回等)のターンを有する渦巻きとして形成され、内側端IE"e"、外側端OE "f"を有している。内側巻線IWは、外側巻船OWの内側で、カード本体CBの周縁の近く(実質的に周縁に)ある。内側巻線IWの外側端OE ("f")は自由端である。図3において、内側巻線は、図解の明瞭さのため、ダッシュ線で示してある。
−外側巻線OWの内側端IEは、接続されていないという点において、自由端である。同様に、内側巻線IWの外側端OEは、自由端で接続されていない状態である。
外側巻線OW、カプラコイルCC、内側巻線IWは、従来のワイヤ埋め込み技術を用いることで、1つの連続した構造から形成してもよい。カプラコイルCCが外側巻線(OW)と内側巻線(IW)の端部に接続されていることについての参照は、カプラコイルCCが両端を備えた別体であることを意味するものとして解釈されるべきではない。むしろ、外側巻線OW、カプラコイルCC、内側巻線IWの1つの連続構造を形成する文脈において、「端部」は、実際の端部であるとされるものに対応する位置として解釈され、この文脈において用語「接続された」は、「隣接する」として解釈される。
カード本体CBの寸法は、約54mmx86mmである。ブースターアンテナBAの外側巻線OWの外側寸法は、約80x50mmである。ブースターアンテナBAを形成するワイヤの径(d)は、約100μm(限定されるものではないが、80mm、112μm、125μmを含む)である。
内側巻線IWは、図示のように、カード本体CB(ないしマルチレイヤインレイ基体の層)の所与の表面において、外側巻線OW内に配置されてもよい。あるいは、ブースターアンテナBAの2つの巻線は、カード本体CBの両面に互いに実質的に整列して配置されてもよく、この場合、「外側」巻線、「内側」巻線と言うよりは、「上側」巻線、「下側」巻線となるであろう。ブースターアンテナBAの2つの巻線は、これらに誘導される電圧が互いに反対の相となるように近接して結合している。カプラコイルCCは、カード本体CBの外側巻線及び内側巻線と同じ表面に設けてもよい。
ブースターアンテナBAの外側巻線OW、内側巻線IWのターンは、0.2mm(200μm)のピッチであり、結果として、約1本のワイヤの直径である、外側巻線OWないし内側巻線IWの隣接するターン間の間隙が形成される。カプラコイルCCのターンのピッチは、外側巻線OW、内側巻線IWの少なくとも一方のターンのピッチ、例えば、0.15mm(150μm)、と実質的に同じか、それよりも小さく(言い換えると、大きくなく)、結果として、カプラコイル(CC)の隣接するターン間に1本のワイヤの直径よりも小さい間隙が形成される。ブースターアンテナBAには、セルフボンディング銅線が用いられ得る。外側巻線OW、内側巻線IW、カプラコイルCCのピッチは、ワイヤ(あるいは、導電路ないしトラックの幅)の径の約2倍であり、結果として、渦巻きの隣接するターン間に、1本のワイヤ径(ないしトレース幅)のオーダの間隙が形成される。外側巻線OW、内側巻線IWのピッチは、実質的に互いに同じでもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。
例えば、一方が他方の上方に位置するように2つのワイヤ層を配置する(必要であれば、その間に絶縁フィルムを設けて)ことによって、カプラコイルのより多くのワイヤのターンを、カプラコイルCCのターンのためのレーザーアブレーションによるトレンチが規定する領域における所与の領域に収容することは、本発明の範囲内である。
その上にブースターアンテナBAが形成された基体ないしカード本体CBは、第1の製造者によって用意され、中間製品(アンテナモジュールAMが無い場合には、「データキャリアコンポーネント」と称されるであろう)を構成する。次いで、第2の製造者がカード本体CBに、カプラコイルCCの内部において(図4に示すように)、凹部を形成(すなわち形成)し、アンテナモジュールAM(そのモジュールアンテナMAと共に)を当該凹部に配置する(もちろん、データキャリアコンポーネントは、凹部が既に形成された状態で第1の製造者によって提供されてもよい)。
図3において、カプラコイルCCは、数本のダッシュ線によって、詳述することなく示されている。カプラコイルの構成の幾つかの詳細、及び、どのように外側巻線OW、内側巻線IWと接続されているかは、図3A〜3Dに示されている。
図3A〜3Dは、ブースターアンテナBAの様々な実施例、より詳しくはカプラコイルCC要素の様々な構成態様を示す。説明は、アンテナワイヤを、地点aから出発し、連続して、地点"b"、"c"、"d"、"e"、"f"を通るようにして配置する文脈で行われ、この場合、外側巻線OW及び内側巻線IWは共に時計回りCW向きを示す。ワイヤが地点"f"から出発し、地点"a"で終了するように配置された場合には、外側巻線OW及び内側巻線IWは共に反時計回りの向きを示す。カプラコイルCCの向き(CWあるいはCCW)は、外側巻線OW及び内側巻線IWの向きと同じ(図3B、3C)であっても、反対(図3A、3D)であってもよい。
ブースターアンテナBAは、ワイヤを用いることなく、基体CB上への導電材料の印刷のようなアディティブ法や基体CBから導電材料をエッチングするサブトラクティブ法を用いることで作成してもよいことが理解される。非ワイヤアンテナでは、ワイヤの配置や埋め込み等(ワイヤを、一端から他端へ配置する際)に固有の実際の方向は無いかも知れないが、結果として得られるブースターアンテナBAのらせん要素OW、IW、CCは、それでも、ワイヤの配置と類似して決定され得る時計回りCWあるいは半時計回りCCWの仮想向き(配向)を示すであろう(シーケンシャルであるインクジェット印刷のようなアディティブ法では、向きは実際であろう)。「向き」は、"a"から"f"あるいは、"f"から"a"へパターンを追跡することによって決定される。
本明細書において、ピッチは、巻線(OW、IW)あるいはカプラコイル(CC)のワイヤの、配置される時の、隣接するターン間の中心から中心(c-c)の平均距離を指す(あるいは、同様に、アディティブ法ないしサブトラクティブ法によって得られた隣接する導電トラック間の中心から中心への距離を指す)。製造過程において(積層化のような続く製造工程の結果を含む)、ワイヤのピッチは、幾分、例えば、+/−5%ないしそれ以上、変わり得ることを理解されたい。また、矩形のうずまきのような場合に、角部を通る時に、ピッチは幾分不確かとなるであろう。また、製造工程(例えば、ワイヤの埋め込みの開始や終了)に適合させるために、巻線(OW、IW)やカプラコイル(CC)のピッチが局所的に、例えば自由端“a”や“f”において、注意深く変更(典型的には増加)され得ることを理解されたい。「ピッチ」は、巻線の隣接するターン間の、初期(配線中)距離(c-c)あるいは最終(積層化後)距離(c-c)を指してもよい。
図3Aは、ブースターアンテナBA(図3)の関連部位を示し、また、ブースターアンテナBAの配置を以下に示す。
−ワイヤを、外側巻線OWの内側端IEである地点"a"(図3には図示せず)から開始し、外側巻線OWの外側端OEである地点"b"まで、カード本体の周辺の回り(周辺のちょうど内側)に時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に配置し;
−ワイヤを、地点"b"において、カード本体CBの内部へ向かって、カプラコイルCCの外側端OEである地点"c"まで、必要であれば、外側巻線OWの既に配置されたターン上を横切って、内側に向かって案内し;
−ワイヤを、地点"c"から、カプラコイルCCの内側端IEである地点"d"まで、反時計回り(CCW)方向に数回(2、3回)のターンで内方に渦巻状に配置し、
−地点"d"において、内側巻線IWの内側端IEである地点"e"まで、カード本体の周辺へ外側に向かってワイヤを案内し;
−地点"e"から、内側巻線IWの外側端OEである地点"f"(図3には図示せず)まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に継続して配置する。
結果として得られる外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに同じ向き(CW)を有している。
カプラコイルCCは、外側から内側に向かって、その外側端OE(c)からその内側端IE(d)へ内側に向かって、外側巻線OW、内側巻線IWの向き(CW)と反対の向き(CCW)で渦巻状に配置されている。
図3Bは、ブースターアンテナBA(図3)の関連部位を示し、また、ブースターアンテナBAの配置を以下に示す。
−ワイヤを、外側巻線OWの内側端IEである地点"a"(図3には図示せず)から開始し、外側巻線OWの外側端OEである地点"b"まで、カード本体の周辺の回り(周辺のちょうど内側)に時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に配置し;
−ワイヤを、地点"b"において、カード本体CBの内部へ向かって、カプラコイルCCの外側端OEである地点"c"まで、必要であれば、外側巻線OWの既に配置されたターン上を横切って、内側に向かって案内し;
−ワイヤを、地点"c"から、カプラコイルCCの内側端IEである地点"d"まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで内方に渦巻状に配置し、
−地点"d"において、内側巻線IWの内側端IEである地点"e"まで、カード本体の周辺へ外側に向かってワイヤを案内し;
−地点"e"から、内側巻線IWの外側端OEである地点"f"(図3には図示せず)まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に継続して配置する。
結果として得られる外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに同じ向き(CW)を有している。
カプラコイルCCは、外側から内側に向かって、その外側端OE(c)からその内側端IE(d)へ内側に向かって、外側巻線OW、内側巻線IWの向き(CW)と同じ向き(CW)で渦巻状に配置されている。
図3Cは、ブースターアンテナBA(図3)の関連部位を示し、また、ブースターアンテナBAの配置を以下に示す。
−ワイヤを、外側巻線OWの内側端IEである地点"a"(図3には図示せず)から開始し、外側巻線OWの外側端OEである地点"b"まで、カード本体の周辺の回り(周辺のちょうど内側)に時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に配置し;
−ワイヤを、地点"b"において、カード本体CBの内部へ向かって、カプラコイルCCの内側端IEである地点"c"まで、必要であれば、外側巻線OWの既に配置されたターン上を横切って、内側に向かって案内し;
−ワイヤを、地点"c"から、カプラコイルCCの外側端OEである地点"d"まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで内方に渦巻状に配置し、
−地点"d"において、内側巻線IWの内側端IEである地点"e"まで、カード本体の周縁へ外側に向かってワイヤを案内し;
−地点"e"から、内側巻線IWの外側端OEである地点"f"(図3には図示せず)まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に継続して配置する。
結果として得られる外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに同じ向き(CW)を有している。
カプラコイルCCは、内側から外側に向かって、その内側端IE(c)からその外側端OE(d)へ内側に向かって、外側巻線OW、内側巻線IWの向き(CW)と同じ向き(CW)で渦巻状に配置されている。
図3Dは、ブースターアンテナBA(図3)の関連部位を示し、また、ブースターアンテナBAの配置を以下に示す。
−ワイヤを、外側巻線OWの内側端IEである地点"a"(図3には図示せず)から開始し、外側巻線OWの外側端OEである地点"b"まで、カード本体の周辺の回り(周辺のちょうど内側)に時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に配置し;
−ワイヤを、地点"b"において、カード本体CBの内部へ向かって、カプラコイルCCの内側端IEである地点"c"まで、必要であれば、外側巻線OWの既に配置されたターン上を横切って、内側に向かって案内し;
−ワイヤを、地点"c"から、カプラコイルCCの外側端OEである地点"d"まで、反時計回り(CCW)方向に数回(2、3回)のターンで内方に渦巻状に配置し;
−地点"d"において、内側巻線IWの内側端IEである地点"e"まで、カード本体CBの周辺へ外側に向かってワイヤを案内し;
−地点"e"から、内側巻線IWの外側端OEである地点"f"(図3には図示せず)まで、時計回り(CW)方向に数回(2、3回)のターンで外方に渦巻状に継続して配置する。
結果として得られる外側巻線OW、内側巻線IWは、互いに同じ向き(CW)を有している。
カプラコイルCCは、内側から外側に向かって、その内側端IE(c)からその外側端OE(d)へ内側に向かって、外側巻線OW、内側巻線IWの向き(CW)と反対の向き(CCW)で渦巻状に配置されている。
アンテナモジュールAMは、そのモジュールアンテナMAが、結合のため、カプラコイルCCと近接するようにカード本体CBに設けてもよい。アンテナモジュールAMは、そのモジュールアンテナMAがカプラコイルCCにオーバーラップするように、あるいは、そのモジュールアンテナがカプラコイルCCの内部に完全に位置するように、あるいは、全体がカプラコイルCC内に位置するように、配置される。アンテナモジュールAMは、そのモジュールアンテナMAがカプラコイルCCと実質的に同一面となるように、カード本体CB上の成形された窪み内に配置されてもよい。モジュールアンテナMAは、カプラコイルCCと異なるレベル(同一面ではない)であってもよい。
アンテナモジュールAMのモジュールアンテナMAは、時計回り(CW)の向きあるいは反時計回り(CCW)の向きのいずれかで巻かれたワイヤのコイルであってもよい。モジュールアンテナMAは、カプラコイルCCと同じ向き(CWあるいはCCW)を有していてもよい。モジュールアンテナMAは、カプラコイルCCと反対の向き(CWあるいはCCW)を有していてもよい。モジュールアンテナMAは、外側巻線OW及び/あるいは内側巻線IWと同じ向き(CWあるいはCCW)を有していてもよい。モジュールアンテナMAは、外側巻線OW及び内側巻線IWと反対の向き(CWあるいはCCW)を有していてもよい。
NL 9100347及びUS 5,955,723は両方共、所与の寸法からなる2つのコイルを記載することに留意されたい。例えば、コイル1及び3、チップ上のコイル1とカード上のコイル3であり、また、これらは同心状あり、結合を許容する。本明細書で記載された配置では、コイル(MA、CC)は同じ寸法であることに制限されず、また、同心状に配置されることに制限されない。
ブースターアンテナBAのワイヤを配置する際に(あるいは、様々なアディティブ法ないしサブトラクティブ法のいずれかを用いて、アンテナ要素OW、CC、IWの導電路を形成する際に)ワイヤ(あるいは導電路)は、複数箇所で自身を交差する必要があるであろうことは明白である。ワイヤからなるブーススターアンテナBAについては、ワイヤは絶縁された、典型的にはセルフボンディングワイヤである。導電路については、適切な絶縁ないしパッシベーション層ないし薄膜を用いて交差を容易にする。
ブースターアンテナBA実施形態とシーメンス’723、アサ’166との対比
US5,955,723(シーメンス)において、ブースターアンテナは、大きなコイル/導電ループ3(外側巻線OW、内側巻線IWに匹敵)と、小さな導電ループ4(カプラコイルCCに匹敵)、を備えている。1つのターンのみが図示され、いかなる自由端(図3のBAにおけるOWのIE、IWのOEに匹敵)もなく、大きなループ3、小さなループ4のいずれも、いかなる「向き」を示していない。
US8,130,166(アサ・アブロイ)において、ブースターアンテナは、自由端(13)、(13')を有し、カード本体の周囲に近接して配置した外側巻線(11)、内側巻線(11')、カード本体の内側に配置したカプラコイル(12)を備えている。幾つかの点で本発明に類似するもの、アサ’166は少なくとも以下の点において異なる。
Figure 2014527230
図3A、3B、3C、3Dの実施形態は、以下の点でUS8,130,166と異なる。
−外側巻線OEの内側端IEと内側巻線の外側端OE(IWは自由端である(図3A、3B、3C、3D)。
−カプラコイルCCは、内側端IEから外側端OEに配置される(図3C、3D)。
−カプラコイルCCの向きは、外側巻線OWと内側巻線IWの向きと反対である(図3A、3D)。
−カプラコイルCCのピッチは、外側巻線OWないし内側巻線IWのピッチと同じであるかそれよりも小さい、また、外側巻線OWないし内側巻線IWより多いワイヤのターンを有している。
3Eと称される、上記の変形において、ブースターアンテナBAは、互いにUS 8,130,166の様式(外側巻線の外側端と、内側巻線の内側端が自由、すなわち、固定されていない)で接続された外側巻線OW、内側巻線IW(2つの外部領域)と、前記外部領域と異なる向きで形成されたカプラコイル(中央領域)と、を備えていてもよい。
3Fと称される、上記の他の変形において、ブースターアンテナBAは、互いにUS8,130,166の様式で接続された外側巻線OW、内側巻線IW(2つの外部領域)あるいは準ダイポール(図2のような)と、前記外部領域と同じあるいは小さいピッチで形成されたカプラコイル(中央領域)と、を備えていてもよい。
カプラコイルCCは約10のターンを有し、外側巻線OW、内側巻線IWは、それぞれ、約2、3のターン(例えば、少なくとも1つ、4を超えない)を有している。外側巻線OW、内側巻線IW、カプラコイルCCの実際のターン数は、アプリケーションによって決定され得る。しかしながら、一般に、カプラコイルCCは、外側巻線OW、内側巻線IWのいずれかよりは多いターンを備えているであろう。この特徴は、3Gとして称される。
フェライト材料を、カード本体CB上の異なる位置に配置して、ここで意図された異なる誘導結合を強化してもよい。
アサ‘166と本発明の実施形態のさらなる比較
Figure 2014527230
従来のアンテナモジュール(AM’s)は、本明細書に記載したブースターアンテナ(BA’s)ないしその改良と共に用いてもよい。述べたように、アンテナモジュール(AM)が、カード本体内、例えば、成形された凹部内(図1A参照)に、そのモジュールアンテナMAがオーバーラップし、あるいは内部で、カプラコイルCCと実質的に同一面、あるいは、カプラコイルCCと異なるレベル、で配置されてもよい。例えば、US6,378,774(2002、凸版)、参照によって全体が組み入れられる、を参照のこと。
図4は、アンテナモジュールAMを受け入れる凹部を備えたカード本体CBの部分を示す。カプラコイルCCが凹部を取り囲むように示されている。アンテナモジュールAMが凹部に配置されると、モジュールアンテナMAはカプラコイルCCの内部に配置されることになり、−換言すると、カプラコイルCCはアンテナモジュールAM及びそのモジュールアンテナを取り囲む−そして、モジュールアンテナMAはカプラコイルCCと実質的に同一平面となる。これは、例えば、US6,378,774(2002、凸版)の図3B、そこでは、チップ(6)に接続されているコイル(8)がカプラコイル(3)の上方に配置されている、と対照的である。図4において、図3A〜3DにブースターアンテナBAの一部のみが示されたことと同様に、図解の明瞭さのため、カードCB及びブースターアンテナBAの部分のみが示されている。
本発明について限定された数の実施形態に関連して記載したが、これらは本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでなく、幾つかの実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者であれば、本明細書の開示事項に基づいて、本発明の範囲内である、他の変形、改良、手段を思いつくことができるであろう。

Claims (15)

  1. 少なくとも1つの面と、周辺と、を備えた基体(CB)と、
    前記基体(CB)の少なくとも1つの面に配置され、前記基体(CB)の周辺に沿って延びるブースターアンテナ(BA)であって、外側端(b)と内側端(a)を有する外側巻線(OW)と、外側端(f)と内側端(e)を有する内側巻線(IW)と、を含むブースターアンテナ(CB)と、
    カード本体(CB)に配置されたカプラコイル(CC)であって、2つの端部(c、d)を備え、一方の端部が外側巻線(OW)に連結され、他方の端部が内側巻線(IW)に接続されているカプラコイル(CC)と、
    を備えたデータキャリアであって、
    前記カプラコイル(CC)の一端(c)は、前記外側巻線(OW)の外側端(b)と接続されており、
    前記カプラコイル(CC)の他端(d)は、前記内側巻線(IW)の内側端(e)と接続されており、
    前記外側巻線(OW)の内側端(a)及び前記内側巻線(IW)の外側端(f)は非接続状態にある、
    データキャリア。
  2. 前記外側巻線(OW)と前記内側巻線(IW)は、前記カプラコイル(CC)を介して、互いに逆相で接続されている、
    請求項1に記載のデータキャリア。
  3. 外側巻線(OW)、内側巻線(IW)、ないし、カプラコイル(CC)の各々の向きは、時計回り(CW)あるいは反時計回り(CCW)から選択された反対の第1の向き及び第2の向きの1つであり、
    前記外側巻線(OW)及び前記内側巻線(IW)の少なくとも1つは、前記2つの反対の向きのうちの第1の向きを示し、
    前記カプラコイル(CC)は前記2つの反対の向きのうちの第2の向きを示す、
    請求項1に記載のデータキャリア。
  4. 前記カプラコイル(CC)の一方の端部(c)は、当該カプラコイルの外側端(OE)である、請求項1に記載のデータキャリア。
  5. 前記カプラコイル(CC)の他方の端部(c)は、当該カプラコイルの外側端(OE)である、請求項1に記載のデータキャリア。
  6. 前記外側巻線(OW)は複数のターンを有し、
    前記内側巻線(IW)は複数のターンを有し、
    前記カプラコイル(CC)は、前記外側巻線(OW)及び前記内側巻線(IW)の少なくとも1つよりも多い数のターンを有している、
    請求項1に記載のデータキャリア。
  7. 前記外側巻線(OW)は第1のピッチを有し、
    前記内側巻線(IW)は第2のピッチを有し、
    前記カプラコイル(CC)は、前記第1のピッチ及び前記第2のピッチの少なくとも1つよりも大きくない第3のピッチを有している、
    請求項1に記載のデータキャリア。
  8. さらに、アンテナモジュール(AM)を備え、
    前記アンテナモジュール(AM)は、前記カード本体(CB)上に配置した、少なくとも1つのチップないしチップモジュール(CM)と、モジュールアンテナ(MA)と、を備え、前記モジュールアンテナ(MA)が前記カプラコイル(CC)と誘導的に結合するようになっている、
    請求項1に記載のデータキャリア。
  9. 前記モジュールアンテナ(MA)は、前記カプラコイル(CC)内に配置されている、請求項8に記載のデータキャリア。
  10. 前記アンテナモジュール(AM)は、前記カード本体(CB)の凹部に配置されており、前記モジュールアンテナ(MA)は前記カプラコイル(CC)と実質的に同一面となっている、請求項8に記載のデータキャリア。
  11. 外部リーダとデータキャリアの間のRF結合を向上させる方法であって、
    前記データキャリアは、基体(CB)と、前記基体(CB)の周辺に沿って配置された外側巻線(OW)と内側巻線(IW)を有する基体(CB)上のブースターアンテナ(BA)と、前記外側巻線(OW)と前記内側巻線(IW)の端部に接続されたカプラコイル(CC)と、RFIDチップ(CM)とモジュールアンテナ(MA)を有する前記基体(CB)上のアンテナモジュール(AM)と、を備え、
    前記ブースアーアンテナ(BA)を、前記外側巻線(OW)と前記内側巻線(IW)が互いに逆相で接続された準ダイポールアンテナとして構成することを特徴とする、方法。
  12. 前記外側巻線(OW)は、外側端(b)と内側端(a)を有し、
    前記内側巻線(IW)は、外側端(f)と内側端(e)を有し、
    前記内側巻線(IW)の内側端(e)は、前記カプラコイル(CC)を介して、前記外側巻線(OW)の外側端(b)と接続されており、
    前記外側巻線(OW)の内側端(a)、前記内側巻線(IW)の外側端(f)は、接続されていない、
    請求項11に記載の方法。
  13. 前記外側巻線(OW)、前記内側巻線(IW)、前記カプラコイル(CC)は渦巻として形成されており、各々は、時計回り(CW)及び反時計回り(CCW)として定義された2つの反対の向きの1つを示し、
    前記外側巻線(OW)は、前記2つの向きのうちの第1の向きを示し、
    前記内側巻線(IW)は、前記2つの向きのうちの第1の向きを示し、
    前記カプラコイル(CC)は、前記2つの向きのうちの、前記第1の向きと反対の第2の向きを示す、
    請求項11に記載の方法。
  14. 前記外側巻線(OW)は、ピッチを有し、
    前記内側巻線(IW)は、前記外側巻線のピッチと実質的に同じピッチを有し、
    前記カプラコイル(CC)は、前記外側巻線(OW)及び前記内側巻線(IW)のピッチよりも大きくないピッチを有している、
    請求項11に記載の方法。
  15. 前記外側巻線(OW)は複数のターンを有し、
    前記内側巻線(IW)は、前記外側巻線(OW)のターン数と実質的に同じ複数のターンを有し、
    前記カプラコイル(CC)は、前記外側巻線(OW)及び前記内側巻線(IW)のターン数よりも多い数のターンを有している、
    請求項11に記載の方法。
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