JP2014529927A - Rfidスマートカードに関する結合の向上 - Google Patents
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Abstract
Description
以下の特許及び公表は、参照によって、本明細書に全体が組み入れられる。
−概ね矩形のカード本体CBであり、複層構造からなり、約50mm x 80mm の寸法を有する、
−約8mm x 10mm の寸法をとるDIFチップモジュールCMであり、当該チップモジュールの一側にコンタクトパッド(CP)を有し、当該チップモジュールCMの他側にモジュールアンテナMAを有する、
−カード本体CBの周辺に沿って延びるカードアンテナCAであり、カード本体CBと略同じ全体寸法を有する。
カードアンテナCAの数々の構成について、次のように開示される
−アンテナモジュールAMはカードアンテナCA内側に配置され、モジュールアンテナMAが内側巻線Eにのみオーバーラップする。
−アンテナモジュールAMは、そのモジュールアンテナMAが内側巻線Eにのみオ―バラップし、カードアンテナCAの外側に配置されるか、あるいは、そのモジュールアンテナMAが外側巻線Dにオーバーラップし、カードアンテナCAの内側に配置される。
−追加の1つあるいは複数のアンテナモジュールAM1、AM2が提供され、カードアンテナCAと結合されて追加の機能性を提供してもよい。
−カードアンテナCAは代替で、準ダイポール(2つの巻線D、Eが逆相で接続されている)よりもより多い数のターンを必要とするであろう単一巻線から形成されてもよい。
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、を備えたアンテナモジュール(AM);
少なくとも1つの面と、周辺と、を有するカード本体(CB);
カード本体(CB)の周辺に沿って延びるカードアンテナ(CA);
を有し、
モジュールアンテナ(MA)の少なくとも部分は、カードアンテナ(CA)と関連(associated)している結合コイルの仲介無しで、当該カードアンテナとの結合のために、カードアンテナ(CA)の少なくとも部分にオーパーラップしていることを特徴とする。
−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DIFチップモジュールCM;
−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、チップモジュール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。
−チップモジュール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1Bに図示する)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。
−チップモジュール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)。
−カード本体アンテナCBA、ないし単にカードアンテナCAは、カード本体CBの周辺に沿って配置されており、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である。
−本明細書において、カード本体CBという用語は、カードアンテナCA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に設けてもよい。
−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)。
−カード本体CB:約50 mm x 80 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。
−カードアンテナCA:112μmの銅線からかなる自己融着ワイヤの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。
−接触モード動作において外部リーダとの接触インターフェースを作るための複数のコンタクトパッド(CP)104を上面(図示において)に有するエポキシガラス基体(MT)102;
−複数のボンドパッド106がテープ102の反対の面に配置される;
−正面(図示において底面)に複数(2個のみ示す)のボンドパッド110を有するDIFチップモジュール(CM)108;
−例えば、3×8構成(3層、各層が8つのターンを有する)の複数のワイヤのターンを備え、2つの端部112a、112bを有するモジュールアンテナ(MA)112。
図1Cは、図1BのDIFスマートカード100のようなスマートカードのコイル・サブアセンブリ130の構成を示す。モジュールアンテナ(MA)のワイヤのコイル112が、任意の適切なコイル巻きツールを用いて巻かれ、フィルム支持層132上に配置される。
図1Dは、代表的なデュアルインターフェース(DIF)スマートカード140を示し、DIFチップモジュール(CM)148は、その一方の面(図示の上面)上の接触インターフェースのために、コンタクトパッド(CP)144を有する相互接続基体(MT)142に装着されている。コイルアンテナ(MA)152が非接触モードのために設けてあり、基体MTを介してチップモジュールCMに接続されている。モジュールアンテナMAは、典型的に、チップモジュールCMの、コンタクトパッドCPとは反対側(図示では下側)にある。基体MT、チップモジュールCM、コンタクトパッドCP、コイルアンテナMA(及び以下に述べるフェライト要素156)が一緒になって、「アンテナモジュール」(AM)と称される。
−アンテナモジュール及びモジュールアンテナは、例えば10mmx10mm、のように比較的小さい。
−カード本体及びカードアンテナは、例えば、50mmx80mm 、のように比較的大きい。
−モジュールアンテナは、実質的にカードアンテナの部分の直上にあり(図示のように)、カードアンテナの残りの部位は、チップモジュール及びモジュールアンテナから離れている。
−カードアンテナは、導電トラック等から形成されており、言い換えると、最もシンプルな従来手法であるワイヤ埋め込み以外の方法で形成されてもよい。
図2A、2Bは、以下のものを含む、アンテナモジュール(AM)200の実施形態を示す:
−2つの端子208a、208b を有するチップモジュール(CM)208
−複数(例えば12)のターンを有する埋め込みワイヤのフラットコイルから形成された誘導ワイヤアンテナ構造(A)であって、2つの端部、外側端1(複数のターンの外側のターンの端部)、内側端2(複数のターンの内側のターンの端部)、を有している。
○アンテナAの全体長は400mmである。
○アンテナAの端部1、2は、チップモジュールの端子に接続されている。
○チップモジュールは、アンテナAのターンの内部(内側)に配置されている。
○アンテナAの外側のターンは、アンテナAの内側のターンと交差して、チップモジュールCMへ経路付けされている。
−複数のターンを有する埋め込みワイヤのフラットコイルから形成された容量性アンテナ拡張部分(extensions)(すなわち、スタブ、ないし、"アンテナ構造") B、Cであって、以下に記載するように誘導ワイヤアンテナに接続されている。
−アンテナAは、層222の下面に位置する
−スタブB212は、層224の下面に位置する
−スタブC214は、層226の下面に位置する
−スタブB、Cは、層222の上方あるいは下方のいずれかにある単一の層の上面及び下面に位置する
−互いに同じ層にある2つのスタブB、Cを有し、これらのターンが互いに交互配置(interleaved)されている、
−スタブB、Cの一方あるいは両方がアンテナAと同じ層にある、
−互いに同じ層にスタブB、Cを有しており、両方がアンテナAの同じ側(すなわち、上側を覆うか、あるいは、下側で延びるか)にある、
−スタブBの内側端4ではなく、外側端3をアンテナAの外側端1に接続し、スタブCの外側端5ではなく内側端6をアンテナAの内側端2に接続する、
−その外側あるいは内側端(一方のみ)がアンテナAの外側端あるいは内側端(一方のみ)に接続されている1つのみのスタブ(BあるいはC)を有し、同じ側同士(内側端の内側端に、あるいは、外側端を外側端に)の接続も可能であるが、一般に端部を反対側同士(一方の外側端を他方の内側端に)で接続することが好ましい。
図3Aは、全体として実質的に平面状の形状であって、一般に、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カードアンテナ350を図示し、カードアンテナは、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」)352、354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(D)
−ワイヤの数ターン、外側端9、内側端10、を有する内側巻線(E)
○図示で区別するために、外側巻線D(実線)に対して、内側巻線Eはダッシュ線で示した。
―外側巻線D、内側巻線E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。
−内側巻線E、外側巻線Dは共にカードアンテナCAのアンテナ構造であると考えられる(モジュールアンテナMAのアンテナ構造A、B、Cと比較)。
−位置9(内側巻線E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Eの内側端)まで埋設を継続し、内側アンテナ巻線E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E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Dの外側端となる。
○内側巻線E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(外側アンテナ構造の外側端)で埋設を再開し、継続することで、外側アンテナ構造(D)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356上をジャンプさせる。
−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3A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。
−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(E)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(E)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(D)の外側端となる。この内側巻線E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356と称される(もし、2つの巻線D、E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E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D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356上をジャンプさせる。
○図において、接続ブリッジ356の部位"a" が内側巻線Eの上を通過し、接続ブリッジ356の部位"b" が外側巻線Dの下を通過することに留意されたい。
○外側巻線Dのターンの下を通る接続ブリッジ356の部分"b"は、基体(カード本体)に、事前に、例えばレーザアブレーションによって、形成されたチャネル内に配置され、接続ブリッジ356をジャンプするように外側巻線Dを配置する際に、超音波をターンオフする必要を無くす。
どのようにアンテナモジュールAMのモジュールアンテナMAがカードアンテナCAと相互作用し、どのようにカードアンテナCAが、2つの巻線が逆相(reverse phase)で接続されて準ダイポール(quasi dipole)アンテナを形成するかについての技術的特性について上述した。カードアンテナCAの数々の特有の構成(配置構成)について記載する。それぞれの場合に、カードアンテナCAは、概して、カード本体CBの周縁に沿って延びる矩形の渦巻として形成される。幾つかの図において、図解の明瞭さのため、カード本体CBは省略されている。カードアンテナは、限定されないもののDIFモジュールを含み、また、自己のオンチップアンテナを有する半導体チップ(例えば、US 6,373,447に開示されている)を含む、非接触モードにおいて機能するアンテナモジュール、と共に動作することを意図している。
あるいは、フェライト材料の層は、カード本体CBの上面と巻線Fの間で、巻線Fの下方で、配置してもよい。このことは、カード本体CB下方の巻線Gとの結合を減衰する一方、カード本体CBの上方での巻線FとモジュールアンテナMAの結合の増加を許容し、そのようにするであろう。
追加のフェライト物質を、同じ位置でカード本体CBの下側に適用することで、アンテナモジュールと外側巻線Dの望ましくない結合をさらに最小化してもよい。
上述の様々な構成において、カードアンテナCAは実質的に、平面で矩形の渦巻の形(2つの面が確立された図4Iの構成を除いて)であり、アンテナモジュールAMの1つの側縁が、カードアンテナCAの少なくとも部分、概して2つの巻線の一方のみの部分、にオーバーラップしている。結合を向上させるためのカードアンテナの追加の構成は一般に以下の通りである。
(i)アンテナモジュールAMは、カードアンテナCAの外側巻線D(内側巻線Eではなく)にオーバーラップする
(ii)アンテナモジュールAMの2つ以上の縁が、カードアンテナCAの2つの巻線(DないしE)の一方(あるいは他方)とオーバーラップする
(iii)2つ以上のアンテナモジュールがスマートカードに設けてあり、それぞれがカードアンテナCAと相互作用し、また、ことによると互いに相互作用する。
−この実施例では、モジュールアンテナMAは内側巻線Eとオーバーラップしている。
−2つの巻線E、Dは、互いに、実質的に同じ数のターン(例えば、それぞれ、3ないし4)、同じ長さ、同じピッチを有しており、それらの周縁の大部分が互いにできるだけ近接するように配置されている。内側巻線Eの最も外側のターンと、外側巻線Dの最も内側のターンと、の間の間隔は、反応性結合を最大化するために、できるだけ近づけて維持される。
−カードアンテナCAは、外側巻線Dの最も外側のターンのピッチを変えることで微調整(共振周波数の調整)される(US7928918、ゲマルトと対比のこと)。
−2つの巻線E、Dの効率的な結合のため、内側巻線Eの最も外側のターンは、外側巻線Dの最も内側のターンにできるだけ近づけるべきである。
−接続された端部ないし位置7、10は、でるだけ一緒に近くに位置するべきである。
−巻線のターンは、カードアンテナCAの真ん中に位置する自由端8、9を収容するために幾分拡がっていてもよい。
−レーザアブレーションやミリングによって、接続“j”のための溝を基体に形成する
−端部8、9は、外側巻線Dから内側巻線Eを分離する中間にあることに留意されたい。この“ワイヤ切断”は、できるだけ小さく維持されるべきであり、外側巻線Dの最も内側のターンと、内側巻線Eの最も外側のターンと、が互いに密接するように維持される。
高周波RFIDタグから発せられる磁束場を仕向けるために、高い透磁率を有するフェライト層がカード本体の中間層に組み入れられ、当該層は、渦電流損失を低減する目的で、磁性フィラーを備えた樹脂、ポリマーでのフェライトナノ粒子あるいは焼結フェライトのシートの領域を提供し、携帯電話のバッテリの金属ケースのような下にある金属表面からRFIDタグをデカップルする。HF帯における遮蔽は、バッテリの金属表面上の誘導される渦電流によって引き起こされる搬送波(13.56MHz)の減衰を防止する。遮蔽無しでは、渦電流が搬送波の方向を逆にする磁界を生成する。
−コア層(すなわち、基体)672であって、数センチ幅を有し、2つの面を有する長尺テープであり、全体に亘って分散されたフェライト(あるいは他の材料)粒子(ナノ構造を含む)を有している
−テープの下面(図示)上の接着層674
−テープの上面(図示)上の接着層676
−後に剥離され、捨てられる剥離層678であり、トップ接着層676を保護する
図7Aは、アンテナモジュール(AM)の例示の製造及び組立てにおける第1ステップを示し、以下のものを含む:
−金、ニッケル、ないしパラジウムプレーティングを施した銅箔、
−従来の“スーパー35mm” テープのようなモジュールテープ(MT)
−スーパー35mmテープ テープの反対側から箔の下面への接続のため穴、例えばめっきスルーホール(PTH)、が貫通されている。
Claims (15)
- 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、を備えたアンテナモジュール(AM)と、
少なくとも1つの面と、周辺と、を有するカード本体(CB)と、
前記カード本体(CB)の周辺に沿って延びるカードアンテナ(CA)と、
を備えたスマートカード(100)であって、
前記モジュールアンテナ(MA)の少なくとも部分は、前記カードアンテナ(CA)と関連する結合コイルの仲介無しで、当該カードアンテナとの結合のために、前記カードアンテナ(CA)の少なくとも部分とオーバーラップしていることを特徴とする、
スマートカード。 - 前記カードアンテナ(CA)は、互いに逆相で接続された2つの巻線(D、E)を備え、
前記アンテナモジュール(AM)は、それに結合するために、前記2つの巻線(D、E)の1つのみとオーバーラップしている、請求項1に記載のスマートカード。 - 前記カードアンテナ(CA)は、
外側端(7)と内側端(8)を有する外側巻線(D)と、
外側端(9)と内側端(10)を有する内側巻線(E)と、
を備え、
前記内側巻線(E)の内側端(10)は、前記外側巻線(D)の外側端(7)と接続されており、
前記外側巻線(D)の内側端(8)、内側巻線(E)の外側端(9)は接続されていない、
請求項1に記載のスマートカード。 - 前記カードアンテナ(CA)は、モジュールアンテナ(MA)とカードアンテナ(CA)のオーバーラップを最大化するために、ジョグ(jog)ないし切り抜きを伴うように形成されている(図5C、5D、5E、5F、5H)、
請求項1に記載のカードアンテナ。 - 前記カードアンテナ(CA)とオーバーラップしている追加の1つまたは複数のアンテナモジュール(AM2、AM3)を備える(図5A、5F)、
請求項1に記載のスマートカード。 - 前記モジュールアンテナ(MA、200)は(図2A)、
第1端(1)、第2端(2)を備えたコイルとして形成された第1アンテナ構造(A)と、
第1端(4)、第2端(3)を備えたコイルとして形成された第2アンテナ構造(B)と、
第1端(5)、第2端(6)を備えたコイルとして形成された第3アンテナ構造(C)と、
備え、
前記第2アンテナ構造(B)の第1端(4)は、前記第1アンテナ構造の第1端(1)と接続し、前記チップモジュール(CM)の第1端子と接続されており、前記第2アンテナ構造(B)の第2端(3)は非接続状態にあり、
前記第3アンテナ構造(C)の第1端(5)は、前記第1アンテナ構造の第2端(2)と接続し、前記チップモジュール(CM)の第2端子と接続されており、前記第3アンテナ構造(C)の第2端(6)は非接続状態にある、
請求項1に記載のスマートカード。 - カードアンテナ(CA)に対するモジュールアンテナ(MA)の結合を高めるため、前記カード本体上ないし内に配置されたフェライト材料(124、126;図1B)を備えている、請求項1に記載のスマートカード。
- 前記アンテナモジュール(AM)は、接触モード動作のためのコンタクトパッド(CP)を備えている、請求項1に記載のスマートカード。
- 前記コンタクトパッド(CP)から前記モジュールアンテナ(MA)をデカップリングするためのフェライト要素(FE;図1D、7C、7D、7E)を備えている、請求項8に記載のスマートカード。
- 前記モジュールアンテナ(MA)と前記カードアンテナ(CA)の選択された部分とのオーバーラップを増大するために、前記カードアンテナ(CA)はパターン化(図5C、5D、5E、5F、5H)されている、請求項9に記載のスマートカード。
- 少なくとも非接触モードを有するチップモジュール(CM)を、スマートカードのカード本体(CB)上に配置されたカードアンテナ(CA)に結合する方法は、チップモジュール(CM)を備えたアンテナモジュール(AM)にモジュールアンテナ(MA)を設けることを含み、
カードアンテナ(CA)を、互いに逆相で接続された2つの巻線部分を有する準ダイポールアンテナとして提供することを特徴とする、方法。 - 前記カードアンテナ(CA)は、内側巻線(E)と外側巻線(D)を有し、前記モジュールアンテナ(MA)は、前記内側巻線(E)と前記外側巻線(D)の一方にのみオーバーラップしている、請求項11に記載の方法。
- 前記チップモジュール(CM)は、接触パッド(CP)を有す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、
さらに、モジュールアンテナ(MA)と接触パッド(CP)との間に配置されたフェライト(FE、156)を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記モジュールアンテナ(MA、200)は、
2つの端部(1、2)を有するコイルの形としての第1アンテナ構造(A)と、
第1アンテナ構造(A)の1つの端部(1)と接続されている第1端部(4)と非接続状態にある第2端部(3)を有するコイルの形としての第2アンテナ構造(B)と、
第1アンテナ構造(A)の他方の端部(2)と接続されている第1端部(5)と非接続状態にある第2端部(6)を有するコイルの形としての第2アンテナ構造(C)と、
を備え、
前記第2アンテナ構造と前記第3アンテナ構造は、前記第1アンテナ構造(A)の容量性スタブを形成している、
請求項11に記載の方法。 - さらに、モジュールアンテナ(MA)とのオーバーラップを最大化するようにカードアンテナ(CA)をパターニングすること(図5C、5D、5E、5F、5H)を含む、請求項11に記載の方法。
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