KR20020004953A - 가변형 전기용량 연결 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 통합된 축전기를 포함하는 전자기파 트랜시버(transceiver)에 연결되어 있는 연결 안테나에 관한 것이다. 이 연결 안테나는 절연 유전성 지지체로 구성된 지지체 (28) 상에 적어도 하나의 스크린 인쇄된 턴 (24) 및 평행하게 연결된 지지체 상에 스크린 인쇄된 축전기를 포함하여 장치에 조립된 축전기(들)에 의하여 공급되는 내부 전기용량을 감소시킴으로서 결과적인 전기용량이 턴과 함께 공명 회로를 구성하도록 한다. 또한, 본 발명은 또한 그러한 안테나의 제조방법 및 무접촉 또는 혼성 접촉-무접촉 스마트 카드에서의 사용에 관한 것이다.

Description

가변형 전기용량 연결 안테나{VARIABLE CAPACITANCE COUPLING ANTENNA}
무접촉 스마트 카드는 다양한 분야에서 증진적으로 사용되는 시스템이다. 수송 분야에서 카드는 지불의 수단으로 발전되었다. 전자수첩이 그 예이다. 다수의 회사들이 무접촉 스마트 카드를 사용한 그들의 사원의 식별 수단을 발전시켰다.
무접촉 카드 및 판독기 사이의 정보의 교환은 무접촉 카드에 내장된 안테나 및 판독기 내의 두 번째 안테나 사이의 원격 전자기적인 결합에 의하여 발생한다. 정보를 창설, 저장 및 처리하기 위하여 카드는 안테나와 연결된 칩 또는 전자모듈을 구비하고 있다. 안테나와 칩은 일반적으로 플라스틱 물질 (폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에스테르(PET), 폴리카보네이트(PC)....)로 만든 유전성 지지체 상에 위치한다. 안테나는 지지체 상의 화학적 구리 또는 알루미늄 에칭 또는 전도성 금속 전선을 감아서 수득된다. 메모리 존 및 마이크로프로세서 (microprocessor) 를포함하는 칩은 칩과 관련된 입력 전기용량을 한정하는 축전기를 포함한다. 안테나-칩의 연결이 최적의 작동하기 위해서는 저항성이어서는 안되고, 이는 하기의 회로 공진 법칙이 이행될 때 수득된다.
LCω2 = 1(1)
이때, L은 안테나의 인덕턴스를 나타내고, C 는 입력 전기용량을 나타내고, ω는 2πf와 동일한 펄스를 나타낸다.(이때, f는 예컨대, 13.56MHz인 표준화된 주파수를 나타낸다.)
이러한 법칙에 따라 이행하여 충분히 높은 전기 용량 값을 얻기 위하여는, 칩 내에 적당한 축전기를 삽입하는 파운더라고 칭해지는 칩 제조자가 필요하므로, 칩의 제조비는 축전기의 존재 때문에 필연적으로 상승한다.
무접촉 스마트 카드의 개발은 반드시 이들 카드에 사용된 칩의 제조비용 절감을 포함한다. 칩의 제조비용을 줄이기 위하여, 파운더들은 점점 칩에 내장되는 축전기의 크기를 줄이고, 따라서, 회로의 입력 전기 용량을 줄이고자 하였다. 따라서, 제조자들은 더 작은 칩을 생산할 수 있다.
법칙 LCω2 = 1(1)에 따라, 결합을 최적화 하기 위해서는 안테나의 인덕턴스 L은 칩의 입력 전기용량 값의 감소를 보상하기 위하여 증가되었다. 구리 또는 알루미늄 에칭 기술로 제조된 안테나의 경우, 플라스틱 지지체 상의 턴의 형태로서의 턴 수를 증가시킴으로서 인덕턴스는 증가되었다. 그러나, 이러한 해결 방안은 몇몇의 주요한 단점을 갖는다. 실제로, 모든 전자회로가 특정한 저항을 가지므로, 회로 길이의 증가에 본래적으로 상응하는 턴의 수를 증가시키면 이 저항치는 상당히 증가된다. 이는 안테나의 수행 특성에 상당한 영향을 주고, 결국 카드의 기능에도 영향을 미치게된다. 판독기와 카드 사이의 거리는 상당히 감소된다.
전체 규격을 제한하고, 카드를 통과하는 전자기 유동을 위한 유효한 영역을 유지하기 위하여, 구리 경로의 넓이는 반드시 줄어야한다. 결과적으로, 안테나의 저항은 증가하고, 카드 본체를 가압 하에 열적층시 안테나 턴은 파손되기 쉬우므로, 무엇보다도, 카드의 신뢰도는 떨어진다.
새겨진 안테나의 단위 비용은 상당히 증가한다. 따라서, 낮은 입력 용량을 갖는 칩을 사용한 파운더에 의한 비용 절감은 안테나의 보충적인 비용 때문에 의미가 없다. 따라서, 카드 제조 및 사용이 더 유리할 것도 없다.
안테나에 하나 또는 그 이상의 축전기를 직접 연결함으로서 안테나를 향한 칩의 전기용량을 치환하는 것 또한 적당한 방법이 아니다. 전통적인 축전기는 고가이므로 카드 비용을 줄이지 못한다. 더욱이, 지지체 상에 안테나를 배치하고 이를 안테나에 연결하는 것 또한 쉽지는 않다.
본 발명은 무접촉 트랜시버 (transceiver)시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특히, 무접촉 또는 혼성 접촉-무접촉 스마트 카드에 사용되는 스크린 인쇄된 축전기를 구비한 연결 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 목적, 대상 및 특성은 하기의 도면에 따라 설명됨으로서 더욱 명백해 질 것이다.
도 1 은 전통적인 스마트 카드의 회로 다이아그램을 나타낸다.
도 2 는 이 첫 번째 제조 단계의 마지막에서, 특정한 실시예에 따른 연결 안테나를 나타낸다.
도 3은 이 두 번째 제조 단계 후, 본 발명에 따른 연결 안테나를 나타낸다.
도 4는 마지막 제조 단계 후 본 발명에 따른 연결 안테나를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 연결 안테나를 나타내는 스마트 카드의 회로 다이아그램을 나타낸다.
본 발명의 목적은 좀더 저렴한 가격에 구입 가능한 병렬 전기용량을 갖는 안테나를 제공함으로서 이러한 단점을 완화하여 칩 내의 축전기 수 감소로 인하여 시중의 스마트 카드에 비하여 상당히 저렴한 스마트 카드를 제조하고자 하는 것이다.
따라서, 본 발명은 하나 또는 그이상의 내장된 축전기를 포함하는 전자석 전파 트랜시버(transceiver)에 연결된 연결 안테나에 관한 것이다. 이 결합 안테나는 절연 유전성 지지체로 구성된 지지체 상에 적어도 하나의 스크린 인쇄된 턴을 포함하고, 이와 평행하게 지지체 상에 스크린 인쇄된 축전기를 포함하여, 그 장치에 조립된 축전기에 의해 제공되는 전기용량을 감소시킴으로서, 결과적인 전기 용량은 턴을 갖는 공명회로를 구성한다.
또한, 본 발명은 하기의 단계로 구성된 안테나의 제조방법을 제공한다.:
전도성 잉크를 지지체 상에 위치시킴으로서, 적어도 하나의 안테나 턴, 축전기의 하부 판, 안테나 와 칩 또는 모듈의 결합 패드 및 안테나와 축전기 하부 판의 연결점을 스크린 인쇄하는 단계 ;
유전성 잉크를 위치시킴으로서 축전기의 절연 스트립을 2차 스크린 인쇄하여 축전기의 하부 판이 덮여지도록 하는 단계 ; 및
축전기의 상부 판 및 이와 안테나의 연결점을 3차 스크린 인쇄하는 단계.
도 1에 따르면, 스마트 카드 10의 전기회로는 두 부분으로 나뉜다.: 안테나 및 칩. 칩 12는 칩 내에 위치하는 축전기를 통하여 얻어진 내부 전기용량 Cs 14 를 갖는다. 또한, 메모리 존 및 프로세서에 해당하는 전자 부 16을 포함한다. 칩 12는 회로 10에 의하여 안테나 18에 연결된다. 안테나 18은 저항성 Rs 20을 부여하는 인덕턴스 Ls 22를 갖는다.
도 2, 3 및 4는 세 개의 제조단계를 거친 후의 안테나를 도시한다. 특정한 실시예에 따르면, 안테나는 일련의 두 턴 및 스크린 인쇄된 축전기로 구성된다. 첫 번째 제조 단계 동안 도 2에 도시된 바와 같이, 두 턴 24 및 26은 절연 유전성 기재로 구성된 지지체 28 상에 스크린 인쇄된다. 두 결합 패드 30 및 32는 동시에 스크린 인쇄되어 안테나가 칩 및 축전기의 하부 판에 연결되도록 한다. 턴 26의 일단은 전교(electric bridge) 36에 의하여 판 34 및 결합 패드 30에 연결된다. 턴 26의 다른 일단은 연결되지 않은 채로 있다. 턴 24의 일단은 결합 패드 32에 연결되고 다른 일단은 연결되지 않은 채로 있다. 유전성 기재는 열경화성 또는 U.V. 수축형 수지에 주입된 플라스틱, 종이 또는 유리섬유로 구성된다. 사용된 플라스틱 물질은 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에스테르 (OET, PETG), 폴리카보네이트(PC) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)이다. 사용된 전도성 링크는 중합체를 포함하고 금속일 수 있는 전도성 물질과 적재된다. 사용된 잉크는 바람직하게는 은과 함께 적재된다. 그러나, 구리나 탄소와 함께 적재될 수도 있다. 따라서, 잉크는 구슬 또는 끈 형태로 50 내지 70%의 은을 포함할 수 있다. 사용된 중합체는 폴리에스테르 또는 아크릴 수지이다. 잉크는 또한 부형제로 사용되는 용매를 포함한다. 특정한 실시예에서, 이 용매는 글리콜에테르이다.
도 3은 두 번째 제조과정을 거친 안테나를 도시한다. 두 번째 스크린 인쇄 공정이 수행된다. 이 두 번째 스크린 인쇄는 축전기 판을 분리하는 절연스트립 38을 형성하는 유전성 잉크의 배치를 포함한다. 절연스트립 40은 또한 전교 36 상에 스크린 인쇄된다. 바람직한 실시예에 따르면, 각 층은 25 마이크론의 두께를 갖는다. 이 잉크는 U.V.를 조사하면 중합체 및 교차결합을 포함한다. 중합체들은 아크릴레이트 수지 또는 불포화 폴리에스테르일 수 있다. 전도성 잉크와는 달리, 이 잉크는 용매를 포함하지 않는다. 잉크내의 중합체는 U.V. 조사시 교차 결합될 것이다. 이 교차결합은 잉크를 단단하게 한다. 이러한 방법으로, 축전기의 구조는 매우 안정되고 특히 이 절연스트립은 가변형이 아니다. 결과적으로, 두 판 사이의 거리는 또한 가변적이지 않으므로 축전기 및 안테나가 최적으로 작동하도록 유지시킨다. 충분히 절연시키기 위하여, 이 잉크는 반드시 최대 가능한 상대 유전율을 가져야 한다. 유전율 값은 일반적으로 3보다 크다. 본 발명에 따른 연결 안테나의 바람직한 실시예에서, 절연 스크립을 스크린 인쇄하는데 이용되는 잉크의 유전율은 3.9 이다. 좋은 절연 특정을 갖는 스트립을 제공하기 위하여, 적어도 2층의 잉크가 필요하다. 사실상, 교차 결합 후, 잉크의 층은 고 절연성을 갖지 못하게하는 고다공성이다. 이 문제점을 풀기 위하여, 두 개의 연속적이고 겹쳐 놓인 층이 스크린 인쇄되고 고 절연 특성을 갖는 스트립을 형성한다. 절연 스트립 38은 판 34상에 겹쳐 놓여지고 후자를 완전히 덮는다. 절연 스트립 40은 또한 전교 36을 덮는다. 이 밴드는 제조공정의 마지막 단계에서 턴 24 및 26의 결합되지 않은 말단 사이에 형성된 연결점으로부터 전교 36이 절연되게 한다.
도 4는 제조 공정의 세 번째이자 마지막 단계를 거친 후의 안테나를 도시한다. 이 단계에서는 절연 스트립 38 상에 포개지게 놓인 축전기의 상부 판 42를 형성하기 위하여 세 번째 스크린 인쇄를 행한다. 연결 44는 스크린 인쇄되어 판 42를 결합 패드 32에 연결하여 축전기가 평행하게 안테나에 연결될 수 있도록 한다. 마지막으로, 턴 24 및 26의 일단의 연결 46 또한 스크린 인쇄된다.
따라서, 제조된 안테나는 일련적으로 연결된 두 턴 및 축전기로 구성된다. 이 안테나를 포함하는 스마트 카드의 회로 다이아그램은 도 5에 도시되어 있다.
전기회로 48은 두 부분으로 나뉜다. : 칩 50 및 안테나 52. 칩 50은 메모리 존 및 프로세서에 해당하는 전자부 54 및 내부 전기용량 Cs1 56으로 구성된다. 이 전기용량은 기존 칩의 내부 전기용량에 비하여 매우 낮다. 이 낮은 전기용량 값은 안테나의 스크린 인쇄된 축전기 52로 제조된 전기용량 값 Cs2 에 의하여 보상된다. 이 안테나는 또한 저항 Rs 60 및 자가-인덕턴스 Ls 62를 나타낸다. 바람직한 실시예에 따르면, 안테나의 전기용량 Cs2은 칩의 전기 용량 Cs1 보다 크다.
이러한 타입의 스마트 카드는 평행한 적어도 하나의 축전기를 갖고, 내부 전기 용량이 낮거나, 본 발명의 특정한 실시예에 따라 심지어 0인 칩 또는 모듈에 연결된 적어도 하나의 연결 안테나를 구비한 평면 지지체로 구성된다. 무접촉의 특정한 형태에 따르면, 평평한 지지체는 이를 단단하게 하기 위하여 평평한 지지체의 각 측면에 고정된 두 카드 본체 사이에 삽입된다. 이들 카드 본체는 프라스틱으로 구성될 수 있다. 이 경우, 사용된 프라스틱은 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에스테르 (OET, PETG), 폴리카보네이트(PC) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS)이다. 카드 본체가 프라스틱으로 구성되면, 본 발명에 따른 하나 또는 그 이상의 안테나를 갖는 지지체의 각 측면에 이를 고정하기 위해서는 카드를 형성하는 세 개 부분의 열 또는 냉각 압력, 또한, 소위 열 또는 냉각 적층에 의한다.
이러한 방법에 의하여, 제조된 연결 안테나는 몇몇의 중요한 장점을 갖는다. 칩의 외부에 축전기를 형성함으로서 특히, 동일한 내부 전기용량을 갖는 칩을 갖는 종래의 카드에 비하여 카드의 수행 특성이 증진된다.
스크린 인쇄기술을 사용하면, 특정한 정도의 신축성을 갖는 축전기를 제조할 수 있고, 사용시의 기계적 응력에 좀 더 저항성을 갖도록 한다. 이와 같이, 전기 용량 값은 축전기 악화의 결과로서 변하지 않는다.
더욱이, 판의 표면 또는 절연 스트립의 두께 등의 축전기의 변수를 변화시킴으로서, 완벽한 공명을 얻기 위한 전기용량 값을 조정하는 것이 가능하다. 제조공정을 변화시킬 필요 없이, 전기용량 값을 상당히 변화시키는 것 또한 가능하다. 따라서, 지정되고 고정된 내부 전기용량을 갖는 전기용량 칩에 의하여 도입된 응력에 쉽고 빠르게 적응할 수 있는 안테나 및 카드 제조 공정이 수득된다.
결국, 연결 안테나와 스크린 인쇄된 축전기를 갖는 스마트 카드의 비용은 구리가 새겨진 안테나 등의 좀더 전통적인 안테나 및 고 내부 전기용량을 갖는 칩을 갖는 스마트 카드의 비용과 비교할 수 없다. 더욱이, 안테나 턴 및/또는 축전기가 동시에 스크린 인쇄되기 때문에, 이러한 비용 절감은 이러한 카드의 제조 공정이 실행시키기 더욱 어렵지 않을 때 여전히 좀 더 크다.

Claims (11)

  1. 하나 또는 그 이상의 조립된 축전기를 포함하는 전자기파 트랜시버(transceiver)에 연결되고, 절연성 유전성 기재로 구성된 지지체 상에 적어도 하나의 스크린 인쇄된 턴을 나타내고, 상기 지지체 상에 스크린 인쇄되고 안테나에 평행하게 연결된 축전기를 포함하여, 상기 장치 내에 조립된 축전기(들)에 의해 제공된 전기 용량을 감소시킴으로서, 결과적인 전기용량이 상기 턴과 공명 회로를 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 연결 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 축전기는 포개어지고 또한 스크린 인쇄된 유전성 잉크의 절연 스트립에 의하여 분리되는 스크린 인쇄된 잉크의 적어도 두 개의 판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연결 안테나.
  3. 상기한 항의 어느 한 항에 있어서, 지지체를 구성하는 유전성 기재는 열가소성 또는 U.V. 수축형 수지가 주입된 프라스틱 물질, 종이 또는 유리 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 연결 안테나.
  4. 상기한 항의 어느 한 항에 있어서, 턴 및 턴을 스크린 인쇄하기 위한 잉크는 전도성 물질로 충전된 중합체 전도성 잉크인 것을 특징으로 하는 연결 안테나.
  5. 제 2항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 스트립은 고 절연성을 부과하는 적어도 유전성 잉크의 적어도 두개의 층으로 구성되는 것을 특징으로 연결 안테나.
  6. 제 5항에 있어서, 절연스트립의 두개의 층을 형성하는 유전성 잉크는 U.V. 수축형 중합체 잉크인 것을 특징으로 하는 연결 안테나.
  7. 상기한 항의 어느 한 항에 있어서, 전도성 잉크를 지지체 상에 위치시킴으로서 적어도 하나의 안테나 턴, 상기 축전기의 저부 판, 칩 또는 모듈에 상기 안테나를 연결하는 안테나 결합 패드, 축전기의 하부 판에 안테나를 연결하는 연결 부위를 스크린 인쇄하는 단계 ;
    유전성 잉크를 축전기의 하부 판이 덮이도록 위치시킴으로서 상기 축전기의 절연 스트립을 2차 스크린 인쇄하는 단계 ;
    및 상기 절연 스트립 상에 포개진 상기 축전기의 상부 면 및 상기 축전기의 상기 상부 면에 안테나를 연결하는 연결부위를 3차 스크린 인쇄하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 연결안테나의 제조방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항의 어느 한 항에 있어서, 칩 또는 모듈에 연결된 적어도 하나의 연결 안테나를 갖는 지지체로 구성된 것을 특징으로 하는 무접촉 스마트 카드.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 칩 또는 모듈은 내부 전기용량을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 무접촉 스마트 카드.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 지지체는 두 개의 카드 본체에 삽입되고, 상기 카드 본체는 상기 지지체의 각 측면에 고정되어 상기 스마트 카드를 단단하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 무접촉 스마트 카드.
  11. 제 10항에 있어서, 카드 본체는 열 또는 냉 적층에 의하여 안테나의 지지체 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 무접촉 카드.
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