KR20040022293A - 비접촉형 아이씨 카드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 비접촉형 IC 카드는 카드기판 위에 동박을 붙여 안테나 코일과 평면형 커패시터를 형성하고, IC 칩과 안테나 코일간의 정합 회로를 유지하여 고성능의 통신거리 및 고감도의 데이터 송수신이 가능하게 한다. 또한 외부로부터의 휨이 발생했을 때 COB모듈이 카드로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 보조 접점을 구비하며, 안테나 코일 패턴 폭에 비해 안테나 끝단의 접점단자가 급격히 넓게 되어 발생되는 응력집중을 막기 위해 급격한 확장구간에 라운드로 패턴 폭을 완만하게 확대시킴으로써 접점단자가 끊어지는 것을 방지한다.

Description

비접촉형 아이씨 카드{NON-CONTACT TYPE INTEGRATED CIRCUIT CARD}

본 발명은 전자기장속에서의 상호 커플링 효과를 이용한 비접촉형 IC카드(Integrated Circuit Card)에 관한 것이다.

현제, 비접촉형 IC 카드는 보안 시스템용 ID 카드, 교통 카드 및 신용카드 등 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 카드 리더기의 안테나에서 발생된 전자장이 비접촉형 IC 카드에 있는 안테나 코일로 상호 유도되어 전력과 신호가 전송된다. 이때, 수신 전력의 손실을 최소화하기 위해 IC 카드에 임피던스 정합회로를 부가하고 있다.

비접촉형 IC 카드에 관한 선행 기술로서 일본 특허 공개번호 2001-168628호에 개시된 'IC카드용 보조 안테나'와 특허 공개 번호 특2001-0086181호에 개시된 '비접촉형 아이씨 모듈과 이를 장착한 아이씨 카드'가 있다.

일본 공개 특허 '628호에 개시된 IC 카드용 보조 안테나는 사용 주파수에 공진한 주코일을 IC카드 본체상에 설치하고 안테나 탑재형의 통신용 IC모듈이 주코일의 개구면에 설치된다. 주코일은 다중의 나선형으로 형성하는 것이 가능하며, 평행패턴에 의한 공진용의 커패시터가 구비된다. 부코일은 주코일에 대해 조밀하게 전자적으로 결합되며, 부코일은 원턴으로 형성한 것이며 갭은 공진용 커패시터의 일부를 형성한다. 이와 같이 주코일과 부코일이 서로 전자적으로 결합되어서 전체로서 공진주파수에 공진한다. 부코일의 갭은 주코일의 커패시터와 함께 공진용의 커패시터를 형성한다.

한국 공개 특허 '181호에 개시된 비접촉형 아이씨 모듈과 이를 장착한 IC 카드는 카드기판에 부스터용 안테나코일을 형성하고 전기를 통하지 않은 절연기판과 절연기판의 후면부에 연속된 환형 형상으로 형상되는 안테나패턴으로 구성된다.이와 같은 IC 카드는 부스터 코일과 공진부 커패시터를 구성하여 사용주파수에서 공진하며, 절연기판 후면에 있는 안테나 패턴과 실장된 공진부 커패시터로 다시 사용주파수에 일치되도록 한다.

이와 같은 종래의 비접촉 IC 카드 기술은 비접점 타입의 안테나를 적용한 것으로 안테나 코일의 끝단을 절연기판의 접점단자에 붙이지 않는 비접점으로 함으로써 보다 주어진 공진 주파수에 크게 관계하지 않고 안테나 코일의 턴수를 증가시킬 수 있어 결과적으로 많은 전압과 전류를 유도하도록 한다.

일본 공개 특허 '628호는 주코일, 부코일을 사용하여 리더기로 부터의 1차 유도전력을 받아들이도록 되어있으며, 한국 공개 특허 '181호는 부스터를 통하여 1차 유도전력을 받아들이도록 되어 있다. 그리고 사용주파수에 맞도록 하기 위해 일본 공개 특허 '628호는 갭, 공진부 콘덴서를 형성하였으며, 한국 공개 특허 '181호는 공진부 콘덴서를 사용하였다.

그러나 현실적으로 부스터, 주코일로부터 전력이 다시 절연기판에 있는 안테나코일로의 유도되는 상호유도는 커플링효과가 완전할 수 없고 또한 부스터의 공진주파수와 절연기판의 공진주파수가 서로 다르기 때문에 1차측 부스터로부터 유도되는 전력이 2차측으로 넘어가면서 상당부분의 손실이 발생할 수밖에 없다. 그리고 2차측에 실장되어 있는 칩타입의 콘덴서를 사용하여 사용주파수를 맞추고 있다. 이 또한 콘덴서의 제품특성상 커패시턴스 값이 일정하지 않은 범위를 가지고 있으며, 제품 중 불량품이 불규칙하게 들어 있으므로 비접촉 IC 카드의 생산수율을 저하시키게 된다. 그리고 커패시터의 실장으로 인하여 최종 몰딩높이가 맞지 않게되어 카드 생산수율에 영향을 미친다.

상술한 바와 같은 비접촉형 IC 카드의 안테나는 일반적으로 아주 가는 코일(대개 직경이 150um정도)을 사용하여 카드 기판에 붙이거나 또는 초음파 융착기를 이용하여 카드 기판에 심는 내장 타입을 이용하여 안테나를 실장하고 있다. 이와 같은 임베디드 타입에서는 직경을 가진 코일을 사용하고 있기 때문에 생산조건에 따라 코일의 커패시터가 자주 크게 변동된다. 그리고 코일의 직경을 설계자 임의로 조절할 수 없어 회로 시정수를 조절하기 어렵다. 물론, 공진 회로를 구성하는 안테나 코일과 칩화(chip)된 커패시터의 커패시턴스 값을 조절할 수 도 있으나 구조상 조절 범위의 한계가 있다.

칩 타입의 커패시터소자를 COB(Chip On Board)모듈에 실장 할 수도 있으나 이와 같이 하게 되면 몰딩된 COB 모듈의 최종 높이가 일정하지 않게 되는 원인이 된다. 그리고 평면형 커패시터를 카드기판 중앙근처에 두게 됨으로써 카드 엠보싱을 어렵게 만들뿐 아니라 엠보싱을 하게 되면 커패시터의 일부가 끊어져 공진주파수가 상방향으로 치우치게 되어 급격한 전력손실로 통신거리가 줄어들게 되며 커패시터의 소자값이 일정하지 않아 성능 또한 일정하지 않게 된다.

이와 같이 종래의 비접촉형 IC 카드에서 정합회로를 위한 각종 칩 형태의 소자를 COB 모듈에 실장함으로 전체적으로 COB 모듈의 최종 높이에 대한 균일성을 가져오기 힘들 뿐 아니라 칩 형태의 커패시터 소자는 커패시턴스 값이 한 값으로 일정하지 않아 결국 카드의 통신거리 가변동이 심할 수밖에 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, COB 모듈의 견고한 장착과 안테나 코일과의 연결에 있어서 응력 집중을 방지할 수 있는 비접촉형 IC 카드를 제공하는데 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉형 IC 카드의 안테나 코일과 평면형 커패시터의 다양한 실시예를 보여주는 도면;

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 접점 단자 및 보조 접점 단자의 형상을 보여주는 도면; 그리고

도 5는 COB 모듈의 저면에 구성되는 접점 단자 및 보조 접점 단자의 형상을 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 20, 30: 카드 기판12, 22: 안테나 코일

14, 24: 평면형 커패시터32: 안테나 코일 및 평면형 커패시터

40, 54: 접점 단자42: 라운드

44, 56: 보조 접점 단자46: COB 조립 영역

50: COB 모듈52: IC 칩

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 안테나 코일과 커패시터를 포함하는 공진회로와 아이씨 칩이 장착되는 COB(Chip on Board) 모듈을 구비하는 비접촉형 아이씨 카드에 있어서, 카드 기판에 동박으로 형성되는 안테나 코일과 커패시터; 안테나 코일과 COB 모듈이 상호 전기적으로 접속되는 접점 단자 및; COB 모듈을 카드 기판에 견고하게 장착시키기 위한 보조 접점 단자를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 접점 단자와 안테나 코일이 연결되는 부분을 라운드로 형성하여 응력집중을 막는다.

이 실시예에 있어서, 상기 보조 접점 단자는 전기적으로 무접점 상태인 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 상기 보조 접점 단자는 COB 모듈의 접지 단자와 전기적으로 접속된다.

이 실시예에 있어서, 상기 안테나 코일과 커패시터는 카드 기판에 동박 패턴으로 형성되되 동일 면 또는 서로 다른 면 중에서 어느 하나로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 비접촉 아이씨 카드에 있어서, 카드 리더기와 비접촉 아이씨 카드간에 있어 통신 거리를 최대로 하기 위해 카드 기판에 형성되는 안테나 코일과 안테나 코일로부터 병렬로 분기하여 평면형 커패시터를 형성하되, 커패시터는 카드 기판의 앞면 또는 뒷면에만 형성하거나 또는 앞면과 뒷면 모두에 상부 전극과 하부 전극을 각각 형성하는 것들 중 어느 하나로 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 공진 회로를 구성하기 위한 커패시턴스 값에 따라 상기 커패시터의 상부전극 또는 하부전극의 폭, 길이, 선간 거리가 가변되는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 커패시턴스 값에 따라 상기 커패시터의 길이가 앞면과 뒷면에 있어 서로 다른 경우 인덕턴스 값이 상쇄 될 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉형 IC 카드의 안테나 코일과 평면형 커패시터의 다양한 실시예를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 접점 단자 및 보조 접점 단자의 형상을 보여주는 도면이다. 그리고 도5는 COB 모듈의 저면에 구성되는 접점 단자 및 보조 접점 단자의 형상을 보여주는 도면이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 비접촉형 IC 카드의 안테나 코일(12, 22, 32)은 카드 기판(10, 20, 30)에 동박을 입혀 구성한다. 카드 기판(10, 20, 30)은 PVC, PET, PT등과 같은 플라스틱류로서 절연체로 구성된다. 안테나 코일(12, 22, 32)은 적용에 따라 안테나 턴수, 선폭, 선간거리가 정해지게 된다. 따라서 공진주파수를 맞추기 위해서는 안테나 코일(12, 22, 32)에서 분기된 전송선로를 이용하여 평면형 커패시터를 구성한다.

평면형 커패시터는 기판 앞면(10a, 20a, 30)에 놓인 안테나 코일(12, 22, 32)의 한 부분에서 분기하여 안테나 코일(12, 22, 32)의 내주를 따라 설계된 커패시턴스 값에 맞추어 길이와 폭을 결정한다. 그리고 형상은 도면에 도시된 바와 같이 전체적으로 사각 형상을 할 수 있으나 그 형상은 제안적인 요소가 아님을 이 분야의 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

이와 같은 안테나 코일 및 평면형 커패시터를 구성하기 위해서 최적의 조건을 가진 안테나 코일을 먼저 설계해야 한다. 설계에 있어서 먼저, 사용주파수에 맞추어 공진 주파수를 결정한다. 인덕턴스와 커패시턴스로 구성되는 공진주파수에 의해 공진부 커패시턴스 값이 결정되며 안테나 코일의 선폭과 선간 거리, 턴 수 등이 결정된다.

종래의 비접촉형 IC 카드의 경우 공진부 커패시터의 값을 맞추기 위해 칩 타입의 커패시터 소자를 COB 모듈에 실장함으로서 공진점을 일치시켰다. 그러나 본발명에서는 안테나 코일과 병렬로 안테나 코일에서 분기하여 평면형 커패시터 구조를 만든다. 평면형 커패시터 구조는 패턴의 선폭과 선간거리, 길이, 형상 등은 설계된 커패시터 값에 따라 다르게 제작될 수 있다.

리더기로부터 자기장이 발생되어 상호유도에 의해 비접촉IC 카드의 안테나 코일로 유도전력이 발생하게 된다. 이 유도전력은 일정 공진주파수를 가지고 있으므로 전력손실이 없이 최대한 많은 전력을 받아들이기 위해서는 사용되고 있는 공진주파수와 동일하게 되어야 할 뿐 아니라 임피던스 정합을 이루어야 한다. 이러한 조건을 만족하기 위해 부가적인 커패시턴스가 필요함으로 그 값에 맞는 다양한 방법 중 평면형 커패시터를 채택하게 되면 칩형 커패시터소자를 실장함으로써 발생되는 생산수율의 저하에 대한 문제를 개선할 수 있으며 또한 작업공수가 적게 투입됨으로서 COB 모듈 단가인하에도 기여할 수 있다. 또한 평면형의 커패시턴스 값이 커서 길이가 길어질 때 발생될 수 있는 인덕턴스 값이 증가되는 것을 막기 위해 인덕턴스가 상쇄되는 방향으로 구조를 만들 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 비접촉형 IC 카드에서 안테나 코일과 커패시터를 형성하기 위한 다양한 실시예를 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여, 일 실시예로서 전면 카드 기판(10a)에 안테나 코일(12)의 동박을 입히고, 뒷면 카드 기판(10b)에 동일한 방법으로 하부 전극(14)을 형성한다. 이때, 안테나 코일(12)의 일부가 상부 전극으로서 기능하고 상부전극과 동일한 형태로 하부전극(14)을 형성하며 선폭과 길이는 커패시터 값에 따라 결정된다. 이와 같을 때, 상부전극과 하부전극(14) 사이에 카드 기판(10)이 매개물로 있어 커패시터로서 기능하게 된다.

도 2를 참조하여, 변형예로서 상부전극과 하부전극(24)의 길이를 다르게 한다. 이렇게 함으로써 병렬 커패시턴스 값을 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 또 다른 변형예로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 코일(32)의 연장선상에서 하나의 전극을 형성하고 이와 함께 커패시터를 형성하는 다른 하나의 전극을 동일한 카드 기판(30) 면에 형성한다.

이와 같은 본 발명의 비접촉형 IC 카드에서 커패시터 전극을 형성하는 예들에 있어서, 제조 원가를 절감하기 위한 측면에서 보면 안테나 코일이 장착된 면으로 제한하는 것이 바람직하다.

이어, 본 발명의 IC 카드에 있어서 COB 모듈(50)을 카드 기판에 장착하기 위한 구조적 특징을 설명한다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 일반적으로 접점 단자(40)의 폭과 안테나 코일과의 폭이 서로 다르다. 종래에는 이로 인해 급격히 폭이 넓어지는 선로 부분이 끊어지는 문제가 발생되었는데 이러한 문제점을 방지하기 위해 접점 단자(40)와의 연결 부분에 라운드(42)를 형성한다.

외부로부터 휨이나 변형 등으로 인해 카드 기판으로부터 COB 모듈(50)이 이탈하는 것을 방지하기 위해 COB 모듈(50)의 뒷면과 카드 기판 상에 보조 접점 단자(44, 56)를 구성한다. 보조 접점 단자(44, 56)는 전기적인 기능은 없으며 단지 기계적인 밀착성을 개선하기 위한 것이다. 그러나 IC 칩(52)의 그라운드와 접속시킬 수도 있다. 그리고 보조 접점 단자(44, 56)의 형상은 도면에 도시된 바와같은 형상으로 제한되는 것은 아님을 이 분야의 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명의 비접촉형 IC 카드는 카드 리더기와의 데이터 송수신 거리를 향상시키기 위해 카드 기판(PVC, PT, PET등 일반적인 절연물질)에 동박(또는 알미늄)을 올려 안테나 코일을 형성시키고 IC 칩의 입력단과 안테나 코일의 임피던스 부정합을 정합으로 매칭 시키기 위해 같은 동박을 이용하여 절연물질을 매개로 하는 평판(planar) 타입의 커패시터를 형성하게 함으로써 부정합으로 인해 수신전력의 손실을 최소화할 수 있게 되며 IC 칩의 구동전력을 유지시켜 줌으로 통신거리의 극대화를 얻을 수 있다. 그리고 임피던스 정합을 위한 회로 구성 소자를 전송 선로화 함으로써 일관되면서도 최적의 성능을 가지는 비접촉형 IC카드를 구현할 수 있다.

또한, 사용의 내구성을 강화을 위해 안테나 코일 끝단의 접점 단자의 끊어짐을 막기 위해 접점 단자의 형상 급격확대선로를 라운드를 주어 완만하게 확대함으로 응력집중을 막도록 한다. 그리고 외부로부터 휨과 같은 굽힘응력이나 비틀림을 받았을 때도 COB 모듈이 카드로부터 이탈되는 것을 막기 위해 COB 모듈의 뒷면에 접지 단자를 연장하거나 또는 COB 모듈의 완전한 접착을 위한 보조 단자를 설치함으로써 보다 견고하게 COB 모듈이 붙어있게 한다. 그럼으로 사용상의 부주의로 인한 카드의 기능 손실을 막을 수 있다. 그리고 전송선로를 이용하여 평면형 커패시터를 만들게 되면 커패시턴스 값을 일정하게 고정할 수 있게 되어 양산 수율이 뛰어나게 개선되어 카드의 제작단가를 낮출 수 있게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉형 IC 카드의구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 카드기판 위에 동박을 붙여 안테나 코일과 평면형 커패시터를 형성하고, IC 칩과 안테나 코일간의 정합 회로를 유지하여 고성능의 통신거리 및 고감도의 데이터 송수신이 가능하게 된다. 또한 COB 모듈을 위한 보조 접점을 두어 외부로부터의 휨이 발생했을 때 COB모듈이 카드로부터 이탈되는 것을 방지하고, 안테나 코일 패턴의 끝단의 접점 단자에 라운드를 형성하여 응력집중을 막아 접점단자가 끊어지는 것을 방지한다.

Claims (8)

1. 안테나 코일과 커패시터를 포함하는 공진회로와 아이씨 칩이 장착되는 COB(Chip on Board) 모듈을 구비하는 비접촉형 아이씨 카드에 있어서,

   카드 기판에 동박으로 형성되는 안테나 코일과 커패시터;

   안테나 코일과 COB 모듈이 상호 전기적으로 접속되는 접점 단자 및;

   COB 모듈을 카드 기판에 견고하게 장착시키기 위한 보조 접점 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접점 단자와 안테나 코일이 연결되는 부분을 라운드로 형성하여 응력집중을 막는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보조 접점 단자는 전기적으로 무접점 상태인 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보조 접점 단자는 COB 모듈의 접지 단자와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
5. 제1항에 있어서,

   상기 안테나 코일과 커패시터는 카드 기판에 동박 패턴으로 형성되되 동일 면 또는 서로 다른 면 중에서 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
6. 카드 기판에 형성되는 안테나 코일과 안테나 코일로부터 병렬로 분기하여 평면형 커패시터를 형성하되,

   커패시터는 카드 기판의 앞면 또는 뒷면에만 형성하거나 또는 앞면과 뒷면 모두에 상부 전극과 하부 전극을 각각 형성하는 것들 중 어느 하나로 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
7. 제6항에 있어서,

   공진 회로를 구성하기 위한 커패시턴스 값에 따라 상기 커패시터의 상부전극 또는 하부전극의 폭, 길이, 선간 거리가 가변되는 것을 특징으로 하는 비접촉형 아이씨 카드.
8. 제6항에 있어서,

   커패시턴스 값에 따라 상기 커패시터의 길이가 앞면과 뒷면에 있어 서로 다른 경우 인덕턴스 값이 상쇄 될 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 비접촉형아이씨 카드.