KR20140082648A

KR20140082648A - Ｒｆｉｄ 스마트 카드에서/에 대한 커플링 개선

Info

Publication number: KR20140082648A
Application number: KR1020147006219A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 핀; 클라우스 우멘호퍼
Original assignee: 페이닉스 아마테크 테오란타
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2014-07-02
Also published as: WO2013020610A1; AU2011374571A1; MX2014001531A; BR112014003130A2; CA2853767A1; CN103907125A; EP2742464A1; JP2014529927A

Abstract

듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드(100)는 칩 모듈(CM), 모듈 안테나(MA), 카드 본체(CB) 및 "쿼시-다이폴"로서의 역 위상으로 연결된 2개의 권선(D, E)을 가지는 카드 안테나(CA)를 포함한다. 용량성 스터브(b,c)는 모듈 안테나(MA)의 안테나 구조체(A)와 연결된다. 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나(CA)의 권선(D 또는 E) 중 단지 하나에 오버랩한다. 카드 안테나(CA)는 하나의 연속 와이어로부터 형성될 수 있다. 페라이트(156)는 접촉 패드(CP)로부터 모듈 안테나(MA)를 차폐하고 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 커플링을 개선시킨다.

Description

ＲＦＩＤ 스마트 카드에서/에 대한 커플링 개선{IMPROVING COUPLING IN AND TO RFID SMART CARDS}

본 발명은 RFID(고주파 식별; radio frequency identification) 칩 또는 칩 모듈(CM; chip modules)를 가지고, 또한 접촉 모드(ISO 7816-2)에서 작동할 수 있는 듀얼 인터페이스(DI 또는 DIF; dual interface)를 포함하는 비접촉 모드(ISO 14443)에서 작동하는 전자 패스포트(electronic passport), 전자 ID 카드 및 스마트 카드와 같은 "보안 문서", 특히 RFID 칩(CM)과 연결된 모듈 안테나(MA; module antenna)와 스마트 카드의 카드 본체(CB; card body) 상의 부스터 안테나(BA; booster antenna)(모듈 안테나(MA)와 유도성 커플링됨) 사이와 같은, 스마트 카드 내의 부품들 사이의 커플링(coupling) 개선, 및 그 결과에 따른 외부 RFID 판독기와 상호작용하는 RFID 칩(CM)의 개선에 관한 것이다.

이런 논의의 목적을 위해서, RFID 트랜스폰더(transponder)는 일반적으로 기판, 기판 상에 또는 기판 내에 배치되는 RFID 칩 또는 칩 모듈(CM), 및 기판 상에 또는 기판 내에 배치되는 안테나를 포함한다. 트랜스폰더는 전자 패스포트, 스마트 카드 또는 내셔널 ID 카드와 같은 보안 문서의 기초를 형성할 수 있으며, 그것은 또한 "데이터 캐리어"로서 언급될 수 있다.

RFID 칩(CM)은 비접촉 모드(ISO 14443과 같은)에서 단독으로 작동할 수 있거나, 또는 부가적으로 접촉 모드(ISO 7816-2와 같은)에서 기능을 하도록 작동될 수 있는 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 칩 모듈(CM)일 수 있다. RFID 칩(CM)은 그것과 통신하는 외부 RFID 판독기 장치에 의해 공급되는 RF 신호로부터 에너지를 얻을 수 있다.

"인레이(inley) 기판"(이를 테면, 전자 패스포트를 위한) 또는 "카드 본체"(이를 테면, 스마트 카드를 위한)로서 언급될 수 있는 기판은 폴리비닐 염화물(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), PET(도핑된 PE), PET-G(PE의 유도체), Teslin™, 종이 또는 코튼/노일(Cotton/Noil) 등과 같은 재료로 이루어진 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 인레이 기판이 여기에서 참조될 때, 달리 명시적으로 정한 경우를 제외하면, 그것은 "카드 본체"를 포함하는 것으로 그리고 그 반대로도 마찬가지로 고려되어야 한다.

칩 모듈은 리드프레임-타입 칩 모듈 또는 에폭시-글라스 타입 칩 모듈일 수 있다. 에폭시-글라스 모듈은 안테나와의 상호연결을 용이하게 하기 위해 일면(접촉면)에서 또는 양면에서 스루홀(through-hole) 도금으로 금속화될 수 있다. "칩 모듈"이 여기에서 참조될 때, 달리 명시적으로 정한 경우를 제외하면, 그것은 "칩"을 포함하는 것으로 그리고 그 반대로도 마찬가지로 고려되어야 한다.

안테나는 자기-본딩(또는 자기-접착) 와이어일 수 있다. 기판에 안테나 와이어를 탑재하는 종래 방법은 맥동하는 소노트로드(초음파) 툴을 사용하고, 캐피러리(capillary)에서 와이어를 공급하고, 기판의 표면 내로 그것을 임베딩하거나 또는 기판 상에 그것을 붙이는 것이다. 안테나를 위한 통상의 패턴은, 다수의 턴(turns)을 가지는 평평한(평면) 코일(나선)의 형태로, 일반적으로 직사각형이다. 안테나 와이어의 2개 단부는 이를 테면 열압착(thermo-compression) 본딩에 의해 칩 모듈의 단자들(또는 단자 영역, 또는 접촉 패드)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 여기에서 참고에 의해 통합되는 US 6,698,089와 US 6,233,818을 참고하라.

칩 모듈(안테나 모듈)내에 안테나를 통합하는 임의의 배치와 관련한 문제는 전체적인 안테나 영역이 보안 문서의 인레이 기판 또는 카드 본체의 주변부 주위에 수개(이를 테면, 4 또는 5)의 턴을 임베딩함으로써 형성될 수 있는 더 종래의 안테나와 대조적으로 아주 작다(이를 테면, 약 15mm x 15mm)는 것이고, 더 종래의 안테나의 경우에는 전체적인 안테나 영역이 약 80mm x 50mm(약 20배 크다)일 수 있다. 안테나가 칩 모듈과 통합될 때, 얻어지는 엔티티는 "안테나 모듈"로서 언급될 수 있다.

종래기술의 일부 상태

다음의 특허와 공개는 여기에서 참고에 의해 전부 통합된다.

유도성 커플링 트랜스폰더용 임피던스 정합 코일 조립체라고 칭해진 US 5,084,699(Trovan, 1992). 도 5에 주목된다. 유도성 전력(inductively powered) 트랜스폰더에 사용하기 위한 코일 어셈블리는 페라이트 봉(160)을 형성하는 동일한 코일 주위에 감싸진 1차 코일(156)과 2차 코일(158)을 포함한다. 1차 코일의 리드(162)는 플로팅 상태인 반면, 2차 코일의 리드(164)는 트랜스폰더의 통합된 식별 회로에 연결된다.

비접촉 칩 카드라고 칭해진 US 5,955,723(지멘스, 1999)은 반도체 칩을 포함하는 데이터 캐리어 장치를 기술한다. 도 1에 주목된다. 제1 도전체 루프(2)는 반도체 칩(1)에 연결되고, 적어도 하나의 권선 및 반도체 칩의 치수에 가까운 단면적을 가진다. 적어도 하나의 제2 도전체 루프(3)는 적어도 하나의 권선, 데이터 캐리어 장치의 치수에 가까운 단면적 및 제1 도전체 루프(2)의 치수에 가까운 제3 루프(4)를 형성하는 영역을 가진다. 제3 루프(4)는 제1 도전체 루프(2)와 적어도 하나의 제2 도전체 루프(3)를 서로 유도성 커플링한다.

IC 모듈 및 스마트 카드라고 칭해진 US 6,378,774(Toppan, 2002). 도 12a,b와 17a,b에 주목된다. 스마트 카드는 비접촉 전송을 위한 IC 모듈과 안테나를 포함한다. IC 모듈은 접촉 타입 기능과 비접촉 타입 기능을 둘다 가진다. IC 모듈과 안테나는 각각 서로 가깝게 커플링 되도록 배치되는 제1 및 제2 커플러 코일을 포함하고, IC 모듈과 안테나는 트랜스포머 커플링에 의해 비-접촉 상태로 커플링된다.

Toppan의 안테나(4)는 도 17a에 도시되는 2개의 유사한 권선(4a, 4b)을 포함하며, 이는 기판(5)의 반대측에, 실질적으로 하나가 다른 하나 위에 배치된다. 커플러 코일(3)은 카드 안테나(4)와 관련된다. 다른 커플러 코일(8)은 칩 모듈(6)과 관련된다. 도 12a와 도 12b에 잘 도시된 바와 같이, 2개의 커플러 코일(3, 8)은 거의 동일한 사이즈로 이루어지고, 실질적으로 하나가 다른 하나 위에 배치된다.

분산된 권선단자간 용량(Distributed Inter-Turn Capacity)의 조절에 의한 공진 주파수 조절이라고 칭해진 US 7,928,918(Gemalto, 2011)은 레귤러 스페이싱(regular spacing) 발생 부유 권선단자간 용량을 가지는 권선으로 공진 회로의 주파수 튜닝을 조절하기 위한 방법을 기술한다.

US 2009/0152362(Assa Abloy, 2009)는 트랜스폰더용 커플링 장치 및 그 장치를 갖는 스마트 카드를 기술한다. 도 6에 주목된다. 커플링 장치는 중심 섹션(12)과 2개의 말단 섹션(11, 11')을 가지는 연속적인 도전 경로에 의해 형성되며, 중심 섹션(12)은 적어도 트랜스폰더 장치와의 유도성 커플링을 위한 작은 나선을 형성하고, 말단 섹션(11, 11')은 각각 판독기 장치와의 유도성 커플링을 위한 하나의 큰 나선을 형성한다.

Assa Abloy '166은 외부 말단 섹션(11)의 내측 단부 및 내부 말단 섹션(11')의 외측 단부가 커플러 코일(12)과 연결되는 것을 도시한다. 외부 말단 섹션(11)의 외부 단부(13) 및 내부 말단 섹션(11')의 내측 단부(13')는 연결되지 않고 있다.

듀얼 통신 인터페이스를 갖는 칩 카드라고 칭해진 US 2010/0176205(SPS, 2010). 도 4에 주목된다. 카드 본체(22)는 전자기파를 집중시키고(concentrating) 및/또는 증폭하기 위한 장치(18)를 포함하며, 이는 마이크로 전자 모듈(11)의 안테나(13)의 코일을 향하여, 특히 무접촉 칩 카드 판독기로부터 수신된 전자기 흐름을 채널링할 수 있다. 전자파를 집중시키고 및/또는 증폭하기 위한 장치(18)는 마이크로 전자 모듈(11)을 수용하는 캐비티(23)의 하부에 있는 카드 본체(22) 내에 배치된 금속 시트로 구성할 수 있거나, 또는 마이크로 전자 모듈(11)을 수용하는 캐비티(23)의 하부에 있는 카드 본체(22) 내에 배치되는 적어도 하나의 코일로 이루어진 안테나로 구성할 수 있다.

또한, 다음: CA 2,279,176; DE 4311493; US 6,142,381; US 6,310,778; US 6,406,935; US 6,719,206; US 2009/0057414; US 2010/0283690; 그리고 US 2011/0163167을 참고하라.

듀얼 인터페이스(DI; dual interface) 스마트 카드(100)는 칩 모듈(CM ; chip module), 모듈 안테나(MA; Module antenna), 카드 본체(CB; card body) 및 "쿼시-다이폴(quasi-dipole)"로서 역 위상으로 연결된 2개의 권선(D, E)을 가지는 카드 안테나(CA; card antenna)를 포함한다. 용량성 스터브(stub)(B, C)는 모듈 안테나(MA)의 안테나 구조체(A)와 연결된다. 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나(CA)의 권선(D 또는 E) 중 단지 하나에만 오버랩한다. 카드 안테나(CA)는 하나의 연속 와이어로부터 형성될 수 있다. 페라이트(156)는 접촉 패드(CP; contact pad)로부터 모듈 안테나(MA)를 차폐하고, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 커플링을 개선시킨다.

듀얼 인터페이스(DIF; dual interface) 스마트 카드는,

- 약 50mm x 80mm인, 다층 구성을 가질 수 있는 일반적으로 직사각형의 카드 본체(CB; card body),

- 일면에 금속성 접촉 패드(CP)를 가지고 타면에 모듈 안테나(MA)를 가지는 약 8mm x 10mm의 DIF 칩 모듈(CM; chip module), 및

- 카드 본체(CB)의 주변으로 확장하고 카드 본체(CB)와 거의 동일한 전체 크기를 가지는 카드 안테나(CA; card antenna)를 포함한다.

모듈 안테나(MA)는 평평한 나선 패턴의 다수의 턴(turns)을 가지고, 라운드될 수 있고, 타원형이거나 일반적으로 4변 에지를 가지는 직사각형이 될 수 있으며, 칩 모듈(CM)과 거의 동일한 전체적 크기일 수 있다. 모듈 안테나는 평평한 코일로서 감겨진 와이어 요소를 포함할 수 있거나, 절연층(에폭시 글라스 필름, 또는 테이프 같은) 상의 도전층으로부터 평평한 코일 패턴으로 식각될 수 있다.

카드 안테나(CA)는 2개 권선(또는 코일) - 외부 권선(D) 및 외부 권선(D)의 내부에 배치된 내부 권선(E) -을 포함할 수 있다. 내부 권선(E)과 외부 권선(D)은 서로 거의 동일한 길이를 가지고, 각각은 2개 단부(또는 위치)(7, 8, 9, 10)를 가지고, "쿼시-다이폴"로서 "역 위상"을 가지도록 연결된다. 예를 들면, 외부 권선(D)의 외측 단부(7)는 내부 권선(E)의 내측 단부(10)와 연결된다(또는 연속적이다).

카드 안테나(CA)는 도전성 트랙과 패턴을 형성하기 위해 종래의 와이어 임베딩에 의해, 또는 임베딩 이외의 부가 또는 감산 프로세스와 같은 기술을 사용하여 형성될 수 있다.

안테나 모듈(AM)은 그것의 모듈 안테나(MA)가 내부 권선(E) 또는 외부 권선(D) 중 하나에 오버랩하고, 다른 하나에 오버랩하지 않도록 배치된다. 모듈 안테나(MA)를 카드 안테나(CA)와 커플링하기 위해 어떤 개별 커플링 코일도 요구되지 않는다.

다음과 같은 카드 안테나(CA)를 위한 다양한 구성이 개시된다.

- 안테나 모듈(AM)이 카드 안테나(CA)의 내부에 배치되고, 모듈 안테나(MA)가 단지 내부 권선(E)에 오버랩한다.

- 안테나 모듈(AM)은 그것의 모듈 안테나(MA)가 내부 권선(E)에만 오버랩하는 카드 안테나(CA) 외부 또는 그것의 모듈 안테나(MA)가 외부 권선(D)에 오버랩하는 카드 안테나(CA) 내부에 배치될 수 있다.

- 추가적인 하나 이상의 안테나 모듈(AM1, AM2)이 추가적 기능을 제공하기 위해 제공될 수 있고 카드 안테나(CA)와 커플링될 수 있다.

- 카드 안테나(CA)가 "쿼시-다이폴"(2개의 권선(D, E)이 "역 위상"으로 연결되는)보다 더 많은 턴(turns)을 요구할 수 있는 단일 권선으로서 대안적으로 형성될 수 있다.

모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 커플링을 위한 금속성 접촉 패드(CP)의 역효과를 완화하기 위해, 페라이트와 같은 차폐 요소가 칩 모듈(CM)의 모듈 안테나(MA)와 접촉 패드(CP) 사이의 안테나 모듈(AM)에 사용될 수 있다.

모듈 안테나(MA)는 안테나 구조체(A)의 단부로부터 연장되는 용량성 스터브인 "주요" 안테나 구조체(A)와 2개의 추가적 안테나 구조체(B, C)를 포함할 수 있다.

안테나 모듈(AM)은 전자 패스포트 커버, 스마트 카드, ID 카드 등과 같은 보안 문서에서 구현될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 스마트 카드(100)는,

적어도 하나의 칩 또는 칩 모듈(CM) 그리고 모듈 안테나(MA)를 포함하는 안테나 모듈(AM);

적어도 하나의 표면과 주변부를 가지는 카드 본체(CB); 및

카드 본체(CB)의 주변부 주위로 확장하는 카드 안테나(CA)를 포함하고,

상기 모듈 안테나(MA)의 적어도 일부가 상기 카드 안테나(CA)와 관련된 커플링 코일의 매개 없이 상기 카드 안테나(CA)에 커플링하기 위해 상기 카드 안테나(CA)의 적어도 일부에 오버랩하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 스마트 카드의 카드 본체(CB)에 배치된 카드 안테나(CA)에 적어도 비접촉 모드를 가지는 칩 모듈(CM)을 커플링하는 방법은,

안테나 모듈(AM) 내에 칩 모듈(CM)과 모듈 안테나(MA)를 제공하는 단계; 서로 역 위상으로 연결된 2개의 권선부를 갖는 "쿼시 다이폴"로서 상기 카드 안테나(CA)를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

카드 안테나(CA)는 내부 권선(E)과 외부 권선(D)을 가질 수 있으며; 모듈 안테나(MA)는 내부 및 외부 권선(E, D) 중 하나에만 오버랩한다.

특별한 안테나 구조체의 미리 라미네이팅된 어레이가 접촉 & 비접촉 트랜잭션 카드의 제조에 사용된다. 출원에서, 카드 안테나는 스마트 카드의 외부 층과 프린팅된 층 사이에 샌드위칭되고, 카드 본체(CB) 내에 이식된 안테나 모듈(AM)과 전자기적으로 커플링하고, 기존 DIF 기술 이상의 판독/기록 레이지를 달성한다.

또한, 이런 데이터의 송수신 방법은 카드 본체에서의 칩 카드 모듈과 임베딩된 안테나 사이의 신뢰할 수 없는 상호작용 이상의 주요 발전이다.

보안 프린터가 EMV(유로페이, 마스터카드와 VISA) 호환 듀얼 인터페이스 카드를 제조하기 위해 이들의 기존 스마트 카드 밀링(milling) 및 칩 모듈 이식 시스템을 사용할 수 있다. 일부 특징은 프린팅 프레스 포맷에 매칭하는 다양한 시트 배치, 각각의 RFID 칩에 최적화된 판독/기록 거리, 우수한 기계적 및 전기 특성, 및 기존 스마트 카드 제조 프로세스로의 쉬운 통합을 포함할 수 있다.

참고가 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 이루어질 것이며, 그것의 비한정적인 예가 첨부 도면들(FIGs)로 도시될 수 있다. 도면은 일반적으로 다이어그램이다. 도면에서의 일부 요소는 과장될 수 있고, 다른 것은 예시된 명확성을 위해, 생략될 수 있다. 본 발명이 다양한 예시적 실시예들과 관련하여 일반적으로 기술될지라도, 이러한 특별한 실시예들에 본 발명을 제한하려는 의도는 아니며, 다양한 실시예들의 개별적 특징이 서로 결합될 수 있다고 이해해야 한다.
도 1a, 1b는 본 발명에 따른, DIF 스마트 카드의 단면도이다.
도 1c는 본 발명에 따른, 스마트 카드의 안테나 모듈(AM)용 코일 서브조립체의 단면도이다.
도 1d는 본 발명에 따른, DIF 스마트 카드의 단면도이다.
도 1e는 본 발명에 따른, DI 칩 모듈의 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른, 안테나 모듈(AM)의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 안테나 모듈(AM)의 단면도 다이어그램이다.
도 3a는 본 발명에 따른, 스마트 카드용 카드 안테나(CA)의 다이어그램이다.
도 3b는 도 3a의 카드 안테나(CA)와 관련된 반응성 요소(캐패시턴스와 인덕턴스)의 등가 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 카드 안테나(CA)의 구성의 다이어그램(평면도)이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 구성의 단면도이다.
도 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 카드 안테나(CA)의 구성의 다이어그램(평면도)이다.
도 4i, 4j는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 카드 안테나(CA)의 구성을 가진 스마트 카드의 단면도이다.
도 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 하나 이상 안테나 모듈들(AMs)과 상호작용하는 카드 안테나(CA)와 다양한 수단을 위한 다양한 구성의 다이어그램(평면도)이다.
도 6a는 셀룰러 전화기에 휴대 전화 단말기 스티커(MPS; mobile phone sticker)를 적용하기 위한 기술의 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 셀룰러 전화기에 휴대 전화 단말기 스티커(mp)를 적용하기 위한 기술에서 사용된 차폐 소자의 단면도이다.
도 7a, 7b, 7c, 7d는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른, 안테나 모듈들(AMs)을 형성하기 위한 방법에 포함된 단계들의 사시도이다.
도 7e는 여기에서 기술된 본 발명의 일부 실시예를 구현하는 스마트 카드의 사시도이다.
도 7f는 안테나 모듈(AM)을 위한 리세스를 통과하는 안테나 와이어를 갖는 카드 본체(CB)의 일부의 사시도이다.

다양한 실시예가 본 발명의 교시를 설명하기 위해 기술될 것이고, 제한하는 것보다 오히려 예시로서 간주해야 한다. 이하에 주요한 것으로, 스마트 카드 또는 내셔널 ID 카드일 수 있는 보안 문서 형태의 트랜스폰더가 여기에서 기술된 본 발명의 다양한 특징과 실시예의 예시로서 논의될 수 있다. 분명한 바와 같이, 많은 특징과 실시예는 전자 패스포트와 같은, 다른 형태의 보안 문서에 적용가능할 수 있다(거기에 쉽게 통합될 수 있다).

이하에 주요한 것으로, 인레이 기판 또는 카드 본체에 임베딩된 와이어에 의해 형성된 안테나 구조체가 예시로서 논의된다. 그러나, 안테나는, 기판 내의 와이어 임베딩 이외에, 인쇄된 안테나 구조체, 코일 와인딩 기술(US 6,295,720에서 기술된 바와 같은), 개별 안테나 기판에 형성되어 인레이 기판(또는 그것의 층)으로 전사된 안테나 구조체, 기판상의 도전층, 기판층의 채널내에 증착된 도전성 재료 등으로부터 식각되는 안테나 구조체와 같은, 부가 또는 차감 프로세스와 같은 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다고 이해해야 한다.

수반하는 설명은 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 대부분 스마트 카드와 관련한 것이고, 대부분 그것의 비접촉 작동에 관한 것이다. 여기에서 설명된 교시의 다수는 비접촉 작동 모드만을 갖는 전자 패스포트 등에 적용가능할 수 있다. 일반적으로, 여기에서 설명된 임의의 치수는 개략적인 것이며, 여기에서 설명된 재료는 예시적으로 의도된다.

칩 모듈(CM)을 카드 안테나(CA)와 연결하는 것보다 오히려, 커플링에 의해, 칩 모듈(CM)과 카드 본체 안테나 사이의 물리적 연결의 "약한 링크"(US 7,980,477에서와 같은)가 제거된다. 그러나, 커플링은 직접적인 물리적 접속보다 달성하기에 훨씬 더 어렵다. 그러므로, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의, 결국 비접촉 판독기의 안테나에 대한 효과적인 커플링은 중요하다.

여기에서 기술된 카드 안테나(CA)(및 다른 특징)는 용량성 및 유도성 커플링으로 안테나 모듈(AM)과 외부 비접촉 판독기 사이의 효과적 작동 거리를 증가시킬 수 있다. 그것은 안테나 모듈(AM)이 위치한 위치에 있는 판독기 안테나에 의해 생성된 자기장을 결집시킴으로써 안테나 모듈(AM)로 에너지를 전달한다.

도 1a는 다음을 포함하는 DIF 스마트 카드를 도시한다:

- 기판 또는 모듈 테이프(MT; module tape)의 하부에 배치된 DIF 칩 모듈(CM);

- 모듈 테이프(MT)의 상부측 상에 접촉 인터페이스(ISO 7816)를 구현하기 위한 다수(6과 같은)의 접촉 패드(CP; contact pad); 및

- 나선(코일) 패턴으로 식각된 도전체 또는 와이어로부터 전형적으로 형성되는, 모듈 테이프(MT)의 하부에 배치된 모듈 안테나(MA).

모듈 테이프(MT)의 상부 측에서 접촉 인터페이스(ISO 7816)를 구현하기 위한 다수(6과 같은)의 접촉 패드(CP; contact pad); 및

- 나선(코일) 패턴으로, 식각된 도체 또는 와이어로부터 전형적으로 형성되는, 모듈 테이프(MT)의 하부에 배치된 모듈 안테나(MA).

- 기판(MT)은 RFID 칩(CM), 접촉 패드(CP)와 모듈 안테나(MA) 사이의 상호연결을 지원하고 영향을 미치며, 일면에만 금속화부를 가지는 단일면이거나, 또는 양면에 금속화부를 가지는 이중면이 될 수 있다.

- RFID 칩(CM)은 모듈 테이프(MT)에 플립칩 연결되거나(도 1a에 도시된 바와 같은) 또는 와이어 본딩되는(도 1b에 도시된 바와 같은) 것과 같은, 임의의 적절한 방법으로 연결될 수 있다.

- 여기에서 사용된 바와 같이, "칩 모듈"은 하나 이상의 원형(bare) 반도체 다이(칩)를 포함한다. "하이브리드" 칩 모듈은 비접촉 인터페이스를 위한 칩 및 접촉 인터페이스를 위한 칩 등을 포함할 수 있다. DIF 칩 솔루션의 실시예를 위한 US 6,378,774(Toppan, 2002)에 대한 참고, 및 하나의 칩이 접촉 기능을 수행하고 다른 칩이 비접촉 기능을 수행하는 2개의 칩 솔루션의 실시예를 위한 US 2010/0176205(SPS, 2010)에 대한 참고가 이루어진다.

- RFID 칩(CM), 칩 테이프(MT), 접촉 패드(CP)와 모듈 안테나(MA)는 함께 "안테나 모듈(AM)을 구성한다.

스마트 카드는 다음을 더 포함한다:

- 스마트 카드에 대해 "카드 본체(CB)"로서 언급될 수 있는 기판(CB)(전자 패스포트에 대해, 기판은 "인레이 기판"이 될 것이다).

- 카드 본체 안테나(CBA; card body antenna), 또는 간단히 카드 안테나(CA; card antenna)는 전형적으로 다수의 턴을 가지는 직사각형, 평면 나선의 형태로, 카드 본체(CB)의 주변부 주위에 배치된다.

- 여기에서 사용된 바와 같이, 카드 본체(CB)는 카드 안테나(CB)를 지지하고 안테나 모듈(AM)을 수용하는 임의의 기판을 둘러싸는 것으로 의도된다. 리세스는 안테나 모듈(AM)을 수용하기 위해 카드 본체(CB)에 제공될 수 있다.

- 스마트 카드는 "데이터 캐리어" 또는 "트랜스폰더" 등으로서 언급될 수 있다.

일부 예시적 및/또는 개략적 치수, 재료 및 상세는 다음과 같을 수 있다:

- 모듈 테이프(MT) : 에폭시-기반 테이프, 60㎛ 두께

- 칩 모듈(CM) : NXP SmartMx 또는 Infineon SLE66, 또는 다른 것

- 안테나 모듈(AM) : 15mm x 15mm 및 300㎛ 두께

- 모듈 안테나(MA) : 50㎛ 구리 와이어의 수개의 권선, 대략 칩 모듈(CM)의 크기(그리고 크기에서 AM보다 크지 않음)

- 카드 본체(CB) : 약 50mm x 80mm, 300㎛ 두께, 폴리카보네이트(PC). 카드 본체와 그것의 카드 안테나는 칩 모듈(CM)과 그것의 모듈 안테나(MA)보다 상당히(20배와 같이) 크다.

- 카드 안테나(CA) : 카드 본체(CB) 내에 초음파적으로 임베딩되는, 112㎛ 구리, 자기-본딩 와이어의 3-12개의 턴.

커버층과 같은 추가적 층(도시되지 않음)이 스마트 카드의 구성을 완성하기 위해 카드 본체에 라미네이팅될 수 있다.

도 1a는 접촉 모드(ISO 7316)에서 접촉 패드(CP)를 통해 칩 모듈(CM)과 상호작용하기 위한 접촉부를 가지는 접촉 판독기, 및 카드 안테나(CA)와 모듈 안테나(MA)를 통해 칩 모듈(CM)과 상호작용하기 위한 안테나를 가지는 비접촉 판독기를 도시한다.

도 1b는 다음을 포함하는 DIF 스마트 카드(100)의 전체적인 구성을 도시한다(분해도).

- "접촉 모드" 작동에서 외부 판독기와의 접촉 인터페이스를 형성하기 위해 그것의 상부(볼 때) 표면에 다수의 접촉 패드(CP)(104)를 가지는 에폭시 글래스 기판(MT)(102);

- 테이프(102)의 대향면에 배치될 수 있는 다수의 본드 패드(106);

- 그것의 전방(하부, 볼 때) 표면 상에 다수(단자 2개만 도시됨)의 본드 패드(110)를 가지는 DIF 칩 모듈(CM)(108);

- 이를테면, 3x8 구성(3개의 층, 각각의 층이 8개의 턴을 가짐)으로, (예를 들면) 와이어의 수개의 턴을 포함하고, 2개의 단부(112a와 112b)를 가지는 모듈 안테나(MA)(112).

칩 모듈(108)은, 테이프(102)의 하부(볼 때) 상의 본드 패드(106)의 선택된 하나에 종래의 와이어 본딩에 의해 연결되는 그것의 접촉 패드(110)로, 테이프(102)의 하부(볼 때)에 장착될 수 있다. 단지 2개의 와이어 본드 연결부(114a 및 114b)가 예시적 명확성을 위해 도시된다. 대안적으로, 적어도 하나의 연결을 위해, 개구부(도시되지 않음)가 접촉 패드(104)의 하부에 직접 와이어 본딩하기 위해 테이프(102)를 통해 제공될 수 있다. 필요하다면, 접촉 인터페이스(ISO-7816)를 위한 접촉 패드(104)에 부가하여, 테이프(102)의 전방(상부) 표면 상의 금속화부가 모듈 안테나(112)의 단부들(112a, 112b)의 연결하여 상호연결(루팅)에 영향을 주기 위한 영역(도시안됨)을 포함할 수 있다.

표시된 바와 같이, 모듈 안테나(112)는 그것의 단부(112a, 112b)가 이를테면 열압착 본딩에 의해 테이프(102)의 하부 상의 2개의 본드 패드(106)에 연결된다.

전술된 요소의 집합체, 일반적으로 모듈 테이프(102), 칩 모듈(108) 및 모듈 안테나(112)는 "안테나 모듈"(118)로서 언급될 수 있다.

스마트 카드를 위한 카드 본체(CB)(120)는 그것의 주변부의 바로 안쪽으로 임베딩되는 많은 카드 안테나(CA)(122)를 가진다. 모듈 안테나(112)는 외부 비접촉 판독기와 스마트 카드의 커플링을 개선하기 위해 카드 안테나(122)와 (전자기적으로) 연결된다. 카드 안테나(122)는 종래의 초음파 와이어 임베딩 기술을 사용하여 카드 본체(120)에 형성될 수 있다.

모듈 안테나(112)와 카드 안테나(122) 사이의 커플링을 개선하기 위해, 페라이트와 같은 전자 커플링 특성을 나타내는 재료가 카드 본체(120)의 표면 상에 박막(124)으로서 배치될 수 있거나, 또는 임의의 바람직한 패턴으로, 카드 본체(120) 내에 입자(126)로 또는 둘다(필름과 입자)로, 통합되거나 임베딩될 수 있다.

커플링을 개선하거나 커플링을 차폐(방지)하는 재료로서 페라이트의 사용은 높은 전자기 투과도를 나타내는 재료의 예시로서 여기에서 논의되고, 안테나와 관련하여 하나의 형태 또는 다른 것에서 종종 사용된다. 예를 들면, US 5,084,699(Trovan)을 참고하라.

DIF 칩 모듈용 코일 안테나 서브조립체

도 1c는 도 1b의 DIF 스마트 카드(100)와 같은 스마트 카드용 코일 서브-조립체(130)의 구성을 도시한다. 임의의 적절한 코일-와인딩 툴을 사용하여, 모듈 안테나(MA, 112)용 와이어의 코일이 감겨질 수 있으며, 필름 지지체 층(132)에 배치된다.

모듈 안테나(MA)는, 이를테면 3x8 구성(3개의 층, 각각의 층이 8개의 턴을 가진다)으로, 와이어의 수개의 턴(turns)을 포함할 수 있고, 2개의 단부(112a, 112b)를 가진다. 와이어는 약 80μm의 직경을 가질 수 있고, 얻어지는 모듈 안테나(112)는 약 240μm(3 x 80μm)의 전체 두께(또는 높이)를 가진다. 약 9mm의 내경(ID; inner diameter) 및 약 10mm의 외경을 가짐으로써, 모듈 안테나(MA)는 링(실린더)의 형태로 될 수 있다. 필름 지지체 층(132)은 60 μm 두께의 니트릴(nitrile) 필름일 수 있고, 약 10-15mm x 10-15mm의 전체적 외부 치수를 가질 수 있고, 또는 거기에 탑재될 모듈 안테나(MA)의 거의 2배만큼 클(하나의 치수에 걸쳐서) 수 있다.

일반적으로 모듈 안테나(MA)의 위치로 정렬되고, 거의 모듈 안테나(MA)의 ID만큼 큰 직경을 가지는, 중앙 개구부(134)가 필름(132)을 통해 제공된다. 개구부(134)는 펀칭 작업에 의해 형성될 수 있다. 개구부(134)는 안테나 모듈(AM)이 조립될 때 칩 모듈(108과 같은 )과 그것의 와이어 본드를 수용하기 위한 것이다.

2개의 개구부(136a와 136b)는 필름(132)을 통해 안테나 와이어 단부(112a와 112b)의 본딩을 수용하기 위해 모듈 테이프(MT)(102) 상의 본드 패드(106, 도 1b)에 각각 제공될 수 있다.

릴리스 라이너(138)는 모듈 안테나(MA)에 대향하는 측면과 같은, 필름(132)의 일측에 제공될 수 있다. 중앙 개구부(134)는 약 60μm의 두께를 가지는, 종이일 수 있는, 릴리스 라이너(138)를 통하여 확장하거나 또는 확장하지 않을 수 있다.

모듈 안테나(MA)는 접착제(도시되지 않음)로 지지 필름(132)에 고정될 수 있고, "모듈 안테나 서브조립체"로서 언급될 수 있는 것을 초래한다. 다수의 모듈 안테나 서브조립체는 서브조립체의 어레이(m x n 열과 행)로, 또는 이후 조립을 위한 연속 테이프(1의 긴 열) 상의, 이를테면 라미네이팅에 의해, 모듈 테이프(MT)에 준비될 수 있다. (도 1c에 도시된 서브조립체를 반전시켜서, 도 1b에 도시된 모듈 테이프(102)에 장착됨.) 다음에, 칩 모듈(108)은 모듈 안테나(MA) 내의 중앙 개구부를 통하여 모듈 테이프(102)에 탑재되고, 전술된 바와 같이 모듈 테이프 상의 본드 패드(106)에 연결될 수 있다.

"더블 측면(double sided)" 모듈 테이프(MT)의 사용 - 소위 그것이 양측에 금속성 패드들(및 내부 도전성 비아들)을 가지기 때문에 -에 대한 대안으로, 모듈 테이프는 그것의 일측에만 이를테면 접촉 패드(CP)을 위한 금속화부를 가지는 "단일 측면"일 수 있다. 단일 측면 테이프를 위해, 개구부는 테이프의 칩 모듈 측으로부터 거기에 연결하기 위한 접촉 패드(CP)의 후방 측면 하부로 확장될 것이다. (접촉 패드들의 선택된 것들의 노출된 후방 표면에 대한, 모듈 안테나 연결은 이 방법으로 또한 영향을 받을 수 있다.)

다른 DIF 스마트 카드

도 1d는 DIF 칩 모듈(CM)(148)이 그것의 일면(도시된 바와 같이, 상부)에서의 접촉 인터페이스를 위한 접촉 패드(CP)(144)를 가지는 상호연결 기판(MT)(142)에 탑재되는 예시적 듀얼 인터페이스(DIF) 스마트 카드(140)를 도시한다. 코일 안테나(MA)(152)가 비접촉 모드를 위해 제공되고, 기판(MT)을 통해 칩 모듈(CM)에 연결된다. 모듈 안테나(MA)는 전형적으로 접촉 패드(CP)보다 칩 모듈(CM)의 대향면(도시된 바와 같이, 하부)에 있다. 기판(MT), 칩 모듈(CM), 접촉 패드(CP) 및 코일 안테나(Ma)(그리고 아래에 기술된, 페라이트 요소(156))는 함께 "안테나 모듈"(AM)로서 언급될 수 있다.

안테나 모듈(AM)은 카드 안테나(CA)(162)를 가지는 카드 본체(CB)(160)에 탑재된다. 비접촉 모드에서, 모듈 안테나(MA)(152)가 카드 안테나(CA)(162)와 상호작용하고, 그것은 차례로 외부 판독기(도시안됨)의 안테나(도시안됨)와 상호작용한다. 몇몇 사항은 다음을 포함할 수 있다.

- 안테나 모듈과 모듈 안테나는 10mm x 10mm과 같이, 상대적으로 작다

- 카드 본체와 카드 안테나는 50mm x 80mm과 같이, 상대적으로 크다

- 모듈 안테나는 카드 안테나의 일부 상에 실질적으로 직접 있을 수 있고(도면에 도시된 바와 같이), 카드 안테나의 잔여부는 칩 모듈과 모듈 안테나로부터 멀리 있을 수 있다.

- 카드 안테나는 도전성 트랙 등으로, 다시 말해서 "종래" 기술을 단순화시키는, 와이어 임베딩에 의한 것 이외로, 형성될 수 있다.

DIF 모듈의 상부측의 접촉 패드(CP)는 금속성이고, 그러므로 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이를 통과하는 RF 신호를 감쇠시킬 수 있다. 감쇄를 완화하기 위해, 그리고 모듈 안테나와 카드 안테나 사이의(그리고 궁극적으로 칩 모듈과 외부 판독기 사이의) 커플링을 개선하기 위해, 페라이트 요소(FE; ferrite element)(156)가 칩 모듈과 모듈 안테나 - 또는, 다시 말해서, 접촉 패드(CP)(144)와 모듈 안테나(MA)(152) 사이에 배치(개재, 삽입)될 수 있다.

페라이트 요소(FE)는 칩과 안테나, 또는 접촉 패드에 의해 한정되는 영역의 적어도 50%가 되는 영역을 커버할 수 있으며, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 전자기 커플링을 증가시킬 수 있는 수동적 자기적 요소를 나타내며, 예를 들면 신호 세기에서의 적어도 +3dB 증가(어느 한 방향에서, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이를 통과하는 신호에 대해) 및 스마트 카드(140)와 외부 비접촉 카드 판독기(도 1a) 사이의 효과적 거리에서의 최종 증가, 예를 들면 약 3-5㎝로부터 약 6-10㎝의 판독/기록(및 에너지 하베스팅(harvesting)) 성능의 증가를 제공한다.

페라이트 요소(156)는 TDK 또는 Kitagawa로부터, 그런 재료의 개별 층일 수 있다(http://www.kitagawa.de/index.php?id=8&L=1을 참고하라). 페라이트 요소(156)는 모듈 안테나를 설치하기 전에 칩 모듈의 하부 표면 상에 스프레이될 수 있다. 페라이트 요소(156)는 연속적인(또는 근접한, 페라이트 요소를 통해 안테나 모듈을 칩 모듈에 연결하는 것을 허용하는 개구부를 제외한) 것일 수 있거나, 또는 불연속적인(예를 들면, 그리드 또는 스크린) 것일 수 있다. 도시된 바와 같이, 페라이트 요소/층(156) 내의 개구부(158)는 기판(142)에 탑재될 칩 모듈(CM)에 제공될 수 있다. 페라이트 요소(156)는 평활한(smooth) 표면을 가질 수 있거나, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 커플링을 개선하기 위해 "코너 리플렉터"의 패턴으로 리플링되거나(rippled), 또는 형성될 수 있다. 페라이트 요소(156)는 나노 입자, 나노 와이어 또는 나노 튜브와 같은 나노구조를 포함할 수 있다. 요구된 효과가 달성되는 한, 페라이트(또는 다른) 요소(156)는 모듈 안테나(MA)와 칩 모듈(CM) 사이 이외(접촉 패드(CP))에 배치될 수 있다. 페라이트 이외의 재료가 "페라이트 요소"를 위해 사용될 수 있다. 높은 전자기 투과도를 가진 재료와 같은, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 커플링(에너지 전달의 효율)을 증가시키는, 임의의 재료가 페라이트를 위해 대체될 수 있다.

도 1b의 칩 모듈은 카드 본체(CB) 내에 이식될 수 있는데, 카드 본체는 부착된 다이 및 에폭시 글래스 테이프에 본딩된 와이어 그리고 약 400μm 이상의 테이프 두께를 가지는 투명한 UV-캐스팅 화합물(에폭시 수지)로 필링된(filled) 댐에 의해 캡슐화된 연결부를 포함한다. 실리콘 다이를 보호하는 "댐 & 필(Dam & Fill)" 영역의 형상은 라운딩되고, 약 6 mm의 직경을 가진다. 페라이트 요소(FE)는 전자기장드의 감쇄에 대한 차폐부로 작용하기 위해 댐과 주변 영역의 표면 상에 탑재된다. 와이어의 모듈 안테나(MA)는 페라이트 층 상에 탑재되고, 와이어 단부는 에폭시 글래스 테이프 상의 단자 영역에 열 압축 본딩에 의하여 연결된다.

대안적 구성에서, 칩 모듈(CM)은 그 자체의 안테나를 가지는 칩을 포함할 수 있고(US 6,373,447에서와 같이), 각각 카드 안테나(CA)(모듈 안테나(MA) 없이)와 직접 연결되거나, 또는 카드 안테나와 커플링된 모듈 안테나(MA)와 커플링된다.

도 1e는 카드 본체(CB)에 배치된 카드 안테나(CA)와 직접 연결하는 듀얼 인터페이스 칩 모듈(CM)을 도시한다. 접촉 패드(CP)는 접촉 인터페이스를 위해 칩 모듈(CM)의 상단 표면에 제공된다. 2개의 단자는 카드 안테나와의 연결을 위해 칩 모듈의 하부 표면에 제공된다. 듀얼 인터페이스(DI) 칩은 칩 모듈의 테이프 기판 상의 다양한 접촉 패드(CP)에 와이어 본딩될 수 있다. 글로브-탑(glob-top)이 DI 칩과 와이어 본드를 보호하기 위해 적용될 수 있다.

여기에서 논의된 바와 같이, 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나에 칩 모듈을 전자기적으로(electro-magnetically) 커플링하기 위해 제공되고, 칩 모듈과 통합될 수 있다. 그리고, 상기와 같이, 페라이트가 모듈 안테나와 카드 안테나 사이의 커플링을 개선하기 위해 얻어지는 안테나 모듈(AM) 내에 통합될 수 있다.

모듈 안테나(MA)는 칩 모듈(CM)의 글로브-탑 몰드 매스 상에 배치된 평평한 권선 코일일 수 있다.

상업적으로 이용가능한 칩 모듈(CM) 또는 안테나 모듈(AM)(NXP SmartMx 또는 Infineon SLE66, 또는 기타와 같은)은 "규격품으로", 또는 칩 모듈(CM)에 모듈 안테나(MA)를 추가하거나, 얻어지는 안테나 모듈(AM)에 페라이트 요소를 추가한 것과 같은, 여기에서 기술될 수 있는 몇몇 변형으로, 본 발명(들)과 관련하여 사용될 수 있다.

지금 논의되는 본 발명(들)의 몇몇 특징은 모듈 안테나(MA)(도 2a, 2b)에 대한 개선 및 카드 안테나(도 3a, 3b)에 대한 개선을 포함한다.

모듈 안테나( MA )용 용량성 스터브

도 2a, 2b는 다음을 포함하는 안테나 모듈(AM)(200)의 실시예를 도시한다:

- 2개 단자(208a, 208b)를 가지는 칩 모듈(CM)(208)

- 다수(12와 같은)의 턴, 및 2개 단부 - 외측 단부(1)(턴 중 외부 턴의 단부에 있는)와 내측 단부(2)(턴의 내부 턴의 단부에 있는)를 가지는 임베딩된 평평한 코일로서 형성되는 인덕터 와이어 안테나 구조체(A).

○ 안테나(A)의 전체 길이는 400mm 일 수 있다

○ 안테나(A)의 단부(1과 2)는 칩 모듈의 단자들에 연결될 수 있다.

○ 칩 모듈은 안테나(A)의 턴 내에(내부에) 배치될 수 있다.

○ 안테나(A)의 외부 턴은 칩 모듈(CM)로 루팅될 안테나(A)의 내부 턴 상에서 교차시킬 수 있다.

- 또한, 용량성 안테나 확장부(또는 스터브, 도는 "안테나 구조체")(B와 C)는 다수의 턴을 가지는 임베딩 와이어의 평평한 코일로서 형성되고, 이하에 기술되는 바와 같이 인덕터 와이어 안테나에 연결된다.

칩 모듈(208)과 안테나(A)(210)는 다층 안테나 기판(200)의 층(222) 상에 배치될 수 있다. 칩 모듈(208)은 층(222)(도시된 바와 같이)을 통하여 부분적으로 확장하여 리세스(포켓)(206) 내에 배치될 수 있거나, 또는 하부층(224)에 의해 지지되는 칩 모듈(208)로, 층(222)을 통하여 완전히 확장하는 리세스(개구부) 내에 배치될 수 있다.

칩 모듈은, 도 2b에서, 그것의 상부측 상에 안테나(A)와 연결하기 위한 그것의 단자를 갖는 "페이스 업(face up)"으로 도시된다. 대안적으로, 칩 모듈은 그것의 하부측 상의 그것의 안테나-수용 단자(그리고, 예를 들어, 기판(22)을 통해 확장하는), 및 그것의 상부측 상에 접촉 인터페이스를 위한 다른 단자 세트(도시안됨)로, "페이스 다운(face down)" 배향될 수 있다.

AM(200)에 대한 다른 변형은 다음을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

- 안테나(A)가 층(222)의 하부 상에 있을 수 있다

- 스터브(B)(212)가 층(224)의 하부 상에 있을 수 있다

- 스터브(C)(214)가 층(226)의 하부 상에 있을 수 있다

- 스터브(B와 C)가 층(222)의 상부 또는 하부 중 어느 하나에 있는 단일 층의 상부 및 하부 표면 상에 있을 수 있다

스터브(B)(212)는 층(222) 위에 있는 층(224)에서 다수(12와 같은)의 턴 및 2개 단부 - 외부 턴의 외측 단부(3)와 내부 턴의 내측 단부(4) - 를 가지는 와이어의 평평한 코일로서 형성될 수 있다. 스터브(B)는 약 400mm의 전체 길이를 가질 수 있고, 안테나(A)와(직접 그 위에) 정렬될 수 있다.

스터브(C)(214)는 층(222)의 하부에 높이는 층(226)에서 다수(12와 같은)의 턴과 2개 단부 - 외부 턴의 외측 단부(5)와 내부 턴의 내측 단부(6) - 를 가지는 와이어의 평평한 코일로서 형성될 수 있다. 스터브(C)는 약 400mm의 전체 길이를 가질 수 있고, 안테나(A)와(직적 그 아래에) 정렬될 수 있다. 스터브(B와 C)는 임베딩된 와이어를 사용하는 대신에(이외에), 식각, 프린팅, 또는 다른 프로세스에 의해 형성될 수 있다.

도 2a의 안테나(A) 및 스터브(B)의 개략도에서, 안테나(A)와 스터브(B, C)는 서로로부터 측면으로 오프셋되는 것으로 도시된다. 도 2b에서, 인덕터 와이어 안테나(A)와 용량성 안테나 확장부(B와 C)는 서로 꼭대기(atop)에 배치되고 정렬되는 것으로 도시된다. 도 2a에서 잘 도시된 바와 같이, 안테나 구조체(A, B, C)는 각각 다수의 턴, 전체 길이(단부에서 단부까지), 및 풋 프린트(길이 x 폭)를 가지는 평평한 코일 패턴으로 형성될 수 있으며, 이러한 사항에서 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 도 2b에 잘 도시된 바와 같이, 안테나 구조체(A, B, C)는 실질적으로 직접 서로 위에 배치될 수 있다.

도 2b는 스터브(B, C)의 턴수, 길이, 폭, 피치 및 패턴이 서로 실질적으로 동일할 수 있고, 이들은 이들의 턴들이 서로, 턴에 대해 턴으로 정렬되도록 안테나 모듈(200)의 층들에서 하나가 다른 것 위에 정렬될 수 있다. 스터브(B, C)는 또한 실질적으로 매칭될 수 있고, 안테나(A)와 정렬된다. 캐패시턴스와 공진회로가 A + B와 A + C 사이에 형성된다. 안테나(A)는 스터브(B와 C)를 위한 층들 사이의 층에 배치되는 것으로 도시된다. 안테나(A)는 스터브(B와 C)를 위한 층들의 양쪽 위 도는 아래의 층에 대안적으로 배치될 수 있다.

쇄선(---)은 스터브(B)(122)의 내측 단부(4)가 안테나(A)(210)의 외측 단부(1)에, 이를테면 단자(208b)에 연결될 수 있고, 스터브(C)의 외측 단부(5)가 안테나(A)의 내측 단부(2)에, 이를테면 단자(208a)에 연결된다고 표시한다. 스터브(B)의 외측 단부(3)와 스터브(C)의 내측 단부(6)은 연결되지 않은 채로 있을 수 있다(개방된 채로).

대안적으로, 수직 화살표(↓,↑)는 스터브(B)의 외측 단부(3)가 안테나(A)의 외측 단부(1)(예를 들어, 터미널 208b에)에 연결될 수 있고, 스터브(C)의 내측 단부가 안테나(A)의 내측 단부와 연결될 수 있다고 표시한다.

각각의 경우에, 스터브(B, C)의 "대향"(내측 대 외측) 단부는 안테나(A)의 2개 단부(1, 2) - 다시 말해서, B의 내측 단부(4)와 C의 외측 단부(5)에 연결됨에 주의하라. 여기에서 사용된 바와 같이, "대향 센스에 연결된다"는 2개 스터브(B 또는 C) 중 하나의 내측 단부가 안테나(A)의 하나의 단부와 연결되며, 2개 스터브(C 또는 B) 중 다른 하나의 외부 단부가 안테나(A)의 외측 단부와 연결된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 스터브의 "동일한"(둘다 내측과 같은) 단부가 안테나(A)의 단부와 연결되는 것은 바람직하지 못하다. 여기에서 논의된 연결(상호연결)은 비아 관통 층, 층 위의 트레이스, 본딩, 솔더링, 크림핑(crimping), 웰딩(welding) 등과 같은 종래의 방식으로 제조될 수 있다.

서로 위에 이들 사이의 안테나(A)와 근접하여 스터브(B와 C)를 배치하는 것은 안테나 구조체(A, B, C) 사이의 부유 캐패시턴스에 의해 실현되는 A와 스터브(B, C) 사이의 추가적 공진 회로를 형성한다. 안테나(A)로부터의 동일한 전자기장에 노출되는 커플링된 스터브(B와 C) 사이의 상호작용은 안테나(A)의 자기-공진(또는 자기-공명) 주파수를 유리하게 감소시킬 수 있다. 스터브(B)는 안테나(A)에 근접하고, 스터브(C)는 안테나(A)에 근접하고, 그런고로 스터브(B)는 스터브(C)에 근접한다.

전자공학에서, 캐패시터와 인덕터는 각각 기생 인덕턴스와 캐패시턴스를 가진다. 캐패시터를 위해, 인덕턴스는 리드를 포함하는 물리적 치수에 주로 기인하다. 직렬의 캐패시터와 인덕터가 발진 회로를 형성하기 때문에, 모든 캐패시터와 인덕터는 스텝 임펄스로 자극(stimulated)될 때 발진할 것이다. 이런 발진의 주파수가 자기 공명 주파수(SRF)이다.

안테나 모듈(AM)의 치기는 약 10-15mm x 10-15mm 일 수 있고, 그리고 직사각형 이외에, 물론 라운딩될 수 있다. 상대적으로 작은 유효 영역 때문에, 안테나 모듈 크기의 인덕터 와이어 루프는 약 75 MHz의 자기 공명 주파수를 가질 수 있다. 오버-레이어드(over-layered) 근접 커플링된 안테나 구조체(스터브 B와 C)는 와이어 형성된 캐패시터 - 개방 와이어 단부(3과 6)를 갖는 -로 작용할 수 있고, 약 13 ~ 17 MHz의 더 바람직한 값으로, 형성된 트랜스폰더의 동조 주파수를 감소시킬 수 있으며, 이로써 칩 모듈로의 전압 및 전달 파워를 증가시킨다.

오버-레이어드 근접 커플링된 와이어(또는 다른 도전성 트레이스) 안테나 구조체의 이런 원리는 구조체(스터브)(B, C)의 추가적 와이어 턴을 개별 평면으로 이동시킴으로써, 안테나(A)의 공간 소모를 최소로 감소시키는 것을 용이하게 한다. 이 원리는 다수의 인덕터 와이어 안테나(연결된 모든 와이어 단부를 갖는)를 직렬 도는 병렬로 연결하는 것보다 더 효율적일 수 있다. 안테나(A)를 위한 용량성 확장부는 공진 주파수를 오프셋시키기 위한 더 종래의 도전성 표면(플레이트)을 생성함으로써 형성될 수 있다. 와이어 사용의 장점은 와이어 임베딩 기술을 사용한 생성의 편리성 및 더 나은 공간 활용이다. (안테나 모듈은 매우 제한된 공간 제약성을 가질 수 있다.)

상기에 논의된 "솔루션"에 대한 다양한 대안은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

- 서로 동일한 층에, 그러나 턴이 서로 서로 인터리브되는(interleaved) 2개 스터브(B와 C)를 가지고,

- 안테나(A)와 같은 층에 스터브(B와 C) 중 하나 또는 양쪽을 가지고,

- 서로와 동일한 층에, 그러나 안테나(A)의 동일한 측면에(예를 들어, 위에 놓이거나 또는 아래에 놓이는) 2개 스터브(B와 C)를 가지고,

- 스터브(B)의 내측 단부(4) 대신에 외측 단부(3)를 안테나(A)의 외측 단부(1)에 연결하고, 스터브(C)의 외측 단부(5) 대신에 내측 단부(6)를 안테나(A)의 내측 단부(2)에 연결하고,

- 단지 하나의 스터브(B 또는 C)를 가지는데, 그것의 외측 또는 내측 단부(단지 하나) 중 어느 하나에 의해 안테나(A)의 외측 또는 내측 단부(단지 하나)에 연결되고, 동일방향 연결(내측 단부에 내측 단부, 또는 외측 단부에 외측 단부)이 또한 가능하더라도, 일반적으로 대향방향(하나의 외측 단부를 다른 하나의 내측 단부에)으로 단부를 연결하는 것이 바람직할 수 있다.

" 쿼시 - 다이폴 " 카드 안테나( CA )

도 3a는 카드 본체(CB, 도시되지않음)에 임베딩되는 거의 평평한, 일반적으로 와이어의 직사각형 나선의 전체 형태로 그리고 다음과 같은 2개의 고유 부분(또는 권선, 또는 안테나 구조체, 또는 "폴")(352, 354)을 포함하는 카드 안테나(350)를 도시한다.

- 와이어의 수개의 턴, 외측 단부(7)와 내측 단부(8)를 가지는 외부 권선(D)

- 와이어의 수개의 턴, 외측 단부(9)와 내측 단부(10)를 가지는 내부 권선(E)

○ 외부 권선(D)(실선)과 예시적 대조를 위해, 내부 권선(E)은 쇄선으로 도시됨에 주의하라.

- 각각의 외측부(D)와 내부 권선(E)은 약 1200mm의 전체 길이를 가질 수 있다. 내부 및 외부 권선은 서로 거의 동일한 길이를 가진다.

- 내부 권선(E)과 외부 권선(D)은 둘다 카드 안테나(CA)를 위한 "안테나 구조체"라고 생각된다. (모듈 안테나(MA)를 위한 "안테나 구조체"(A, B와 C)를 비교해라.)

내부 권선(E)과 외부 권선(D)은 "쿼시 다이폴"로서 "역 위상"으로 연결된다. 외부 권선(D)의 외측 단부(7)는 임의의 적절한 방법으로, 이를테면 기판 내에 개별 점퍼 또는 도전성 트레이스를 사용함으로써, 내부 권선(E)의 내측 단부(10)와 연결된다. 커넥션 "j"는 356로 라벨링되고, 간단하게 노드일 수 있다. 외부 권선(D)의 내측 단부(8)와 내부 권선(E)의 외측 단부(9)는 연결되지 않은 채로 있다.

내부 및 외부 권선(E, D)은 근접하여 커플링될 수 있고, 내부 및 외부 권선(E, D)에서 유도된 전압은 서로로부터 역 위상을 가지고, 외부 권선(D)의 내부에 배치된 내부 권선(E)과 서로 동일한 층에 형성될 수 있고, 서로의 위에 놓이는 층으로 형성되고, 실질적으로 서로 정렬될 수 있고, 임베딩된 와이어 이외에, 다수의 턴과 약 1200mm의 전체 길이를 가지는 임베딩된 와이어의 평평한 코일로서 형성될 수 있다.

커플링 안테나(350)는 예를 들어 다음과 같은 종래의 와이어 임베딩 기술(US 6,233,818에 기술된 바와 같은, 초음파로의 소노트로드)을 사용하여 기판(또는 카드 본체)에 형성될 수 있다.

위치 9(내부 권선(E)의 외측 단부)에서 와이어 임베딩을 시작하고, 위치 10(내부 권선(E)의 내측 단부)까지 임베딩을 계속하여, 내부 안테나 권선(E)의 수개(이를 테면, 2, 3 또는 4)의 턴을 형성한다

- 임베딩 중지(초음파를 끄고, 소노트로드를 리프트시킴), 그리고 다음 단계에서, 와이어의 컷팅없이, 외부 권선(D)의 외측 단부가 될, 내부 권선(E)의 턴 상의 와이어를 위치 7로 루팅(안내)한다.

○ 이런 내부 권선(E) 상의 점핑은 외부 권선(D)의 단부(10)를 내부 권선(E)의 내측 단부(7)와 연결하는 개별 연결 브릿지 또는 점퍼를 가질 필요를 제거한다. (여기에서, "7"과 "10"은 단부가 아닌, 위치들이다.)

- 위치 7(외부 안테나 구조체의 외측 단부)에서 임베딩을 다시 시작하고, 외부 안테나 구조체(D)의 수개(2, 3 또는 4와 같은)의 턴을 형성하고, 필요에 따라 할 수 있는 바와 같이 이미 부설된 통합 점퍼(356) 상으로 점핑함.

도시된 바와 같이, 연결부 "j"를 형성하는 와이어의 부분 'a'은 내부 권선(E)의 2개(도시된 바와 같이)의 이미 부설된 턴의 위로 지날 수 있고, 부분 "b"는 외부 권선(E)의 2개(도시된 바와 같이)의 부설될 턴의 아래로 지날 수 있다. (D), 패턴의 하부에서의 이 모든 해프닝(본질적으로 예를 들어 "6시"에서, 각각의 턴에 마주하는 공통 위치). 외부 안테나 구조체의 아래로 지나는 와이어 연결부 "j"와 관련하여, 와이어 연결부 "j"는 기판(카드 본체)의 표면에 단순히 임베딩될 수 있으며, 외부 권선(D)의 턴이 부설될 때, 일시적으로 임베딩을 중지하여, 턴이 임베딩된 와이어 연결부 "j" 상으로 점핑할 수 있다. 내부 권선(E)의 외측 단부(9)와 외부 권선(D)의 내측 단부(8)는 개방된 채로 남을 수 있다(어떤 것과도 연결되지 않음).

외부 안테나 구조체(D)의 턴의 하부를 지나는 와이어 연결부 "j"의 부분 "b"은 이를 테면 레이저 절제에 의해, 기판(카드 본체) 내에 미리 형성된 채널에 부설될 수 있고, 이는 와이어 연결부 "j" 상으로 점프하도록 외부 안테나 구조체를 부설하는 동안 초음파를 끄기 위한 필요를 제거할 수 있다.

이런 방법(외부 권선(D)의 외측 단부(7)에 내부 권선(E)의 내측 단부(10)를, 또는 "역 위상")으로 외부 권선(D)과 내부 권선(E)을 연결시킴으로써, 내부 및 외부 권선은 근접하여 커플링되고, 내부 권선(E)의 유도 전압이 외부 권선(D)에서 유도된 전압보다 역 위상(위상 반전)을 가지기 때문에, 효과가 부가된다. 내부 권선(E)과 외부 권선(D)의 반응성 커플링(캐패시턴스와 인덕턴스)은 카드 안테나(CA)가 그렇지않으면 가능했을 수 있는 것보다 더 적은 턴(turns)으로 실현되는 것을 가능하게 한다.

위상 반전을 나타내는 "쿼시-다이폴" 카드 안테나를 형성하기 위한 내부 및 외부 권선(E와 D)의 연결은 US 6,378,774(Toppan)과 US2009/0152362(Assa Abloy) 중 어느 하나와 쉽게 대조된다.

- 예를 들면, 2개 "말단 섹션"(11과 11')(외부 권선(D)과 내부 권선(E)에 상응하는)을 기술하는 Assa Abloy에서, 외부 말단 섹션(11)의 외측 단부 및 내부 말단 섹션(11')의 내측 단부(카드 안테나(CA)의 단부 또는 위치(7과 10)에 상응하는) 는 연결되지 않은 채로 있다. 외부 말단 섹션(11)의 내측 단부와 내부 말단 섹션(11')의 외측 단부(연결되지 않은 채로 있는, 카드 안테나(CA)의 단부(8과 9)에 상응하는)는 트랜스폰더 장치(안테나 모듈(AM)에 상응하는)와의 유도성 커플링을 위한 적어도 작은 나선을 형성하는 중심 섹션(12)과 연결된다. 이하에서 더욱 상세히 논의된 바와 같이, 어떤 유사한 커플링 코일이 없는 도 3a에서, 커플링은 카드 안테나(CA)의 일부 상에(위에) 직접 안테나 모듈(AM)을 배치함으로써 영향을 받음에 주의하라.

- Toppan은 또한 개별 커플링 코일(3)을 요구한다.

예를 들면, 다음과 같은, 종래의 와이어 임베딩 기술을 사용하여, 내부 권선(E)과 외부 권선(D)은, 개별 점퍼 또는 트레이스 없이, 하나의 연속적 구조로서 형성될 수 있다:

- 위치 9(내부 권선의 외측 단부)에서 와이어의 임베딩을 시작하고, 위치 10까지 임베딩을 계속하여, 내부 권선(E)의 수개(2, 3 또는 4와 같은)의 턴을 형성함

- 임베딩을 중지하고(초음파를 끄고, 소노트로드를 리프팅시킴), 다음 단계에서, 와이어의 커팅없이, 외부 권선(D)의 외측 단부가 될, 위치 7에 내부 권선(E)의 턴 상의 와이어를 루팅(안내)한다. 이런 내부 안테나 권선(E) 상의 점핑은 외부 및 내부 권선의 단부(7과 10)를 연결하는 개별 점퍼를 가질 필요를 제거한다. 여기에서, "7"과 "10"은 외부 및 내부 권선의 외측 및 내측 단부에 각각 상응하는 위치를 표현한다.

○ 위치 7과 10 사이의 와이어의 부분은 "연결 브릿지" 또는 "통합 점퍼"(356)로서 언급될 수 있다. (그리고, 언급된 바와 같이, 2개의 권선(D와 E)이 서로 통합되지 않는다면, 개별 "점퍼"가 단부들(7과 10)을 연결하는데 사용될 것이다.)

- 내부 권선(E) 상의 점핑 후에, 위치 7에서 임베딩을 다시 시작하고, 필요한 바와 같이 이미 부설된 연결 브릿지(356) 상으로 점핑하여, 외부 안테나 권선(D)의 턴을 계속 형성한다.

○ 연결 브릿지(356)의 부분 "a"는 내부 권선(E)의 턴 위로 통과하고, 연결 브릿지(356)의 부분 "b"는 외부 권선(D)의 턴의 아래로 통과함에 주의하라.

○ 외부 권선(D)의 턴 아래로 통과하는 연결 브릿지(356)의 부분 "b"은 예를 들어 레이저 절재에 의해 기판(카드 본체)에 미리 형성된 채널 내에 부설될 수 있으며, 이는 연결 브릿지(356) 상으로 점핑하기 위해 외부 안테나 권선(D)을 부설하는 동안 초음파를 끄는 필요를 제거할 수 있다.

카드 안테나(CA)는 절연된 80μm 구리 와이어(Ø: 80μm), 46mm x 76mm(카드보다 다소 작은), 300μm의 턴의 피치, 공진 주파수 13.56 MHz를 포함할 수 있다.

도 3b는 개략적으로 외부 권선(D)와 내부 권선(E)으로 구성하는 카드 안테나(350)를 도시하고, 어떻게 카드 안테나가 기능을 할 수 있는지 기술하기 위한 비한정적 예로 의도된다. 이 실시예에서, 외부 권선(D)은 인덕턴스(L1, L2와 L3)에 의해 모델링되는 3개의 턴을 가지고, 내부 권선(E)은 인덕턴스(L4, L5와 L6)에 의해 모델링되는 3개의 턴을 가진다. 모든 인덕턴스(L)는 모든 코일 사이의 커플링에 의해 영향을 받는다. 캐패시턴스(C1 ~ C6)는 코일 고유의 부유 캐패시턴스이다.

내부 및 외부 권선 사이의 조밀한 커플링의 경우에, 캐패시턴스(C7 ~ C9)는 2개의 권선(D와 E) 사이의 상호작용을 기술한다. 이러한 부가 캐패시턴스는 카드 안테나(CA)의 자기-공진 주파수를 감소시키고, 추가적 용량성 성분을 불필요하게 할 수 있다.

캐패시턴스(C)는 와이어 피치, 턴수(the number of turns)에 의한 인덕턴스(L)에 의해 영향을 받을 수 있다.

실시예에 의해서, 카드 안테나(350)의 자기-공진 주파수는, 서로 방해하지 않고 단독으로 취해지는, 권선(D와 E) 사이에 형성되는 부유 캐패시턴스에 의해 생성된다. 단지 하나의 권선 구조를 가지는 것(2개보다 오히려)은 약 40 ~ 50 MHz와 같이, 요구된 자기-공진 주파수보다 높은 자기-공진 주파수를 초래할 것이다. 자기-공진 주파수는 (1) 턴(인덕턴스)의 수를 증가함으로써 또는 (2) 용량(와이어 피치의 축소)을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 와이어 단부(8과 9)가 연결되고, 7과 10이 개방된 채로 있는 경우에, 표준 코일은 추가된 양쪽 와이어 구조의 수로 형성될 것이다. 이것은 특정의 자기-공진 주파수(예를 들어, 50 ~ 60 MHz)를 초래할 것이다. 도시된 바와 같이, 권선(D와 E)을 연결시키는 것은 동일한 턴수 또는 와이어의 길이로 약 13 ~ 17 MHz까지 자기-공진 주파수를 감소시킨다.

안테나 모듈( AM )과 카드 안테나( CA )의 구성

어떻게 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA)가 카드 안테나(CA)와 상호작용하고, 어떻게 카드 안테나(CA)가 "쿼시-다이폴"을 형성하는 "역 위상"으로 연결된 2개의 권선으로 구성될 수 있는지에 대한 기술적 속성이 상기에서 논의되었다. 카드 안테나(CA)를 위한 다양한 특별한 구성(배치)가 이제 기술될 것이다. 각각의 경우에, 카드 안테나(CA)는 일반적으로 카드 본체(CB)의 경계로 확장하는 직사각형 나선의 형태로 있다. 일부 도면에서, 카드 본체(CB)는, 예시된 명확성을 위해, 생략될 수 있다. 카드 안테나는, 이에 제한되지 않지만, DIF 모듈을 포함하고, 또한 이들의 자신의 "온칩(on chip)" 안테나(US 6,373,447에서 기술된 바와 같이)를 가지는 반도체 칩을 포함하여, 비접촉 모드에서 기능하는 안테나 모듈과 작동하도록 의도된다.

여기에서 기술된 하나를 제외한 모든 예시적 구성에서(예외는 도 4c가 됨), 카드 안테나(CA)는 2개의 상호연결된 권선(또는 "폴")을 가지는 "쿼시-다이폴"의 형태로 있다. 이러한 2개의 권선은 실질적으로 서로 동일한 턴수, 동일한 길이와 동일한 피치를 가져야 하고, 그들 경계의 대부분에 서로 가능한 가깝게 이격된다. 이들은 동일한 "센스"(시계방향 또는 반시계방향)로 감겨질 수 있다. 임의의 파라미터(길이, 피치, 간격, 센스)에서의 변형이 가능하며, 그것의 일부가 여기에서 논의된다.

도 4a, 4b는 카드 안테나(CA)와 커플링을 위해 배치된 예시적 안테나 모듈(AM)을 갖는 카드 안테나(CA)를 도시한다. 안테나 모듈(AM)은 비접촉 모드를 위한 DIF 칩 모듈(CM)과 모듈 안테나(MA), 및 접촉 모드를 위한 접촉 패드(CP)를 포함한다. 카드 본체(CP)는, 전술된 바와 같이, 내부 권선(E)과 외부 권선(D)을 가지는, 2개-권선 "쿼시-다이폴"이 될 수 있는, 카드 안테나(CA)를 구비한다. (라인 "j"가 상술한 바와 같이 외부 권선(D)의 외측 단부(7)와 내부 권선(E)의 내측 단부(10)의 연결을 지정한다.) 카드 안테나(CA)는 112μm 자기-본딩 와이어를 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 임의의 부가(프린팅과 같은) 또는 감산(식각과 같은) 프로세스를 사용하여 도전성 트레이스로서 형성될 수 있다.

안테나 모듈(AM)은 4변 에지를 가지는, 일반적으로 직사각형이다. 또한, 모듈 안테나(MA)는 4변 에지를 가지는, 일반적으로 직사각형이다. 또한, 카드 안테나(CA)는 4변 에지를 가지는, 일반적으로 직사각형이다.

여기에서 설명된 모든 설명 전체에 걸쳐, 다양한 "직사각형" 안테나 구조체(A, B, C, D, E, MA, CA)가 통상 라운딩된 에지들을 가질 것이고, 또한 모듈 안테나(MA)가 라운드 코일로서 형성될 수 있거나 또는 단순히 라운드 또는 타원일 수 있다고 이해해야 한다.

안테나 모듈(AM)은, 거기로의 효율적인 커플링(바람직하게는 또한 어떤 외부 권선(D)에 오버랩하지 않고)을 위해, 모듈 안테나(MA)의 4변 에지의 적어도 하나가 카드 안테나(CA)의 단지 내부 권선(E)의 턴의 적어도 일부에 오버랩하도록 배치된다(스마트 카드에 위치된다). 어떤 개별 커플링 코일도 요구되지 않는다.

안테나 모듈(AM), 특히 그것의 모듈 안테나(MA)는 내부 권선(E)보다 오히려 외부 권선(D)에 오버랩할 수 있다. 그러나, 안테나 모듈(AM), 특히 그것의 모듈 안테나(MA)가 내부 권선(E)과 외부 권선(D)의 양쪽에 오버랩하지 않는 것이 중요하다.

카드 안테나(CA)의 연결되지 않은 단부(8과 9)는 내부 권선(E)과 외부 권선(D) 사이의 중앙에서 서로 근처에 위치할 수 있다. 와이어 점퍼(또는 스트랩)에 의한 2개 권선의 연결을 통하여, 카드 안테나는 동작 주파수(약 13 ~ 17 MHz)를 위한 공진 회로를 형성한다.

연결부 "j"는 포인트(또는 단부)(7, 10)의 전위를 동일한 레벨이 되게 한다. 내부 권선(E)과 외부 권선(D)이 판독기(도 1a)의 동일한 자속에 노출될 때, 권선의 전압이 추가된다. 2개 권선의 배치가 중요하며, 연결부 "j"는 위상 반전이을 초래하고, 부가적인 효과를 가진다.

카드 안테나(CA)의 최적화된 자기-공진 주파수는 약 13 ~ 17 MHz일 수 있으며, 이는 카드 안테나(CA)와 모듈 안테나(MA) 사이의 가장 근접한 커플링을 형성할 수 있으며, 외부 판독기에 대한 개선된(상승된) 판독/기록 거리를 초래한다.

물리적으로 오버랩되고 직접적으로 2개 권선 카드 안테나(CA)와 연결되는 그것의 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)의 배치는 US 6,378,774(Toppan) 및 US2009/0152362(Assa Abloy)과 아주 대조적이며, 둘다는 모듈 안테나와 효율적으로 커플링하기 위해 2개 권선 카드 안테나 이외에 개별 커플러 코일에 의존한다. 본 발명의 이런 직접적 커플링 특징은 내부 권선(E)이 외부 권선(D)과 "역 위상"이 되도록 연결되며, 내부 및 외부 권선의 하나 도는 다른 하나에만 모듈 안테나(MA)가 오버랩하는 방법에 기인한다.

도 4c는 여기에서 "F"(CA 이외에)로 지정되는 카드 안테나의 변형을 도시하는데, 와이어의 하나의 연속적인 코일(2개 권선보다 오히려)을 가지고, 2개 단부(11과 12)가 연결되지 않은 채로 있다. 모듈 안테나(MA)를 가진 안테나 모듈(AM)은 카드 안테나(F)의 측면 에지 중 적어도 하나에 오버랩하도록 배치된다. 이 설명에서, 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나(F)의 모든 턴에 오버랩한다.

일반적으로, 이런 단일 권선 구성은 내부 권선(E)과 외부 권선(D)의 각각에 대해 단지 3 또는 4개의 턴을 가질 수 있는 "쿼시 다이폴" 만큼 효율적이 되도록 와이어의 턴을 더 많이(이를테면 20) 요구할 수 있다. 많은 턴은 많은 영역을 요구하며, 이는 스마트 카드에 대해 문제가 될 수 있다. 많은 턴은 또한 카드 본체(CB)에서의 미세 균열과 같은 기계적인 문제를 초래할 수 있는, 단단한 안테나 구조체를 초래한다. 전자 패스포트에 대해, 단일 권선 구성이 스마트 카드에 대한 것보다 더 실용적일 수 있다. 여기에서 기술된 카드 안테나(CA)의 임의의 실시예에서, 와이어는 이러한 문제점들의 일부를 다루기 위해 "미앤더링(meandering)"일 수 있다.

예를 들어, 입자 또는 나노입자 형태의 코팅이 예를 들어 카드 본체(CB)의 일면 또는 양면에 적용될 수 있다.(도 1b 참조, 코팅 124). 도전성 코팅dl 캐패시턴스를 형성하기 위해 적용될 수 있고, 내부 권선(E)과 외부 권선(D)의 부분과 접촉하기 위해 적용될 수 있다. 그런 부가적 캐패시턴스는 카드 안테나(CA)의 성능을 개선할 수 있을 것이다. 이것은 특히 요구된 턴수를 감소시키기 위해, 도 4c의 단일 권선 구성으로 유익할 수 있다.

도 4d는 CA로 지정된 카드 안테나의 변형을 도시하는데, 하나의 권선(E)이 다른 권선(D)의 내부에 완전히 배치되는 대신에, 여기에서 2개 권선(E와 D)은 서로 인터리브된다는 것을 제외하면 도 4a의 카드 안테나(CA)에 유사하다. 권선(D와 E)의 단부(7, 8, 9, 10)는 도 4a의 카드 안테나(CA)의 권선(D와 E)의 단부( 7, 8, 9, 10)와 유사하며, 카드 안테나가 "쿼시 다이폴"로서 유사하게 구성되도록 연결된다.

권선(D와 E)의 인터리빙 때문에, 하나만 또는 다른 하나만이 안테나 모듈(AM)에 오버랩하는 것은 효율적 또는 효과적이지 않다.

도 4e는 내부 권선(E)의 부분이 외부 권선(D)으로부터 추가로 멀리 이격되고, 안테나 모듈(AM)이 카드 안테나(CA)에 오버랩하게 될, 카드 안테나(CA)의 변형을 도시한다. 여기에서, 내부 권선(E)의 전체면(볼 때, 오른쪽)은 내부 권선(E)의 다른 3면보다 외부 권선(D)으로부터 멀리 이격된다.

이런 증가된 간격은 모듈 안테나(MA)가 외부 권선(D)의 임의의 턴에 오버랩하지 않고 내부 권선(E)의 모든 턴에 오버랩하도록 안테나 모듈(AM)을 배치하는 것이 용이하도록 한다. 그러나, 내부 권선과 외부 권선 사이의 간격 증가는 일부의 효율 손실을 초래할 수 있다.

도 4f는 증가된 간격의 변형을 도시한다. 여기에서, 내부 권선(E)의 전체면이 외부 권선(D)의 상응 면으로부터 멀리 이격되는 대신에, 단지 내부 권선의 면(여기에서 하부면으로서 도시되는)의 상대적으로 작은 부분이 외부 권선(D)으로부터 멀게 되며, 단자 안테나 모듈(AM)이 카드 안테나(CA)의 내부 권선(E)에 대한 모듈 안테나(MA)의 커플링을 위해 오버랩될 필요가 있다.

이런 배치의 장점은 대부분의 카드 안테나(CA) 상의 권선(E)과 권선(D)의 바람직한 폐쇄 간격을 유지하는 것이다. (그 간격은 특히 모듈 안테나(MA)가 카드 안테나(CA)와 상호작용하는 경우에만 절충된다.)

도 4g는 동일한 "센스"(이를테면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 둘다 반시계방향)를 가지는 내부 및 외부 권선 대신에, 카드 안테나(CA)의 내부 및 외부 권선이 서로로부터 대향 센스를 가지고 형성되는 변형을 도시한다. 여기에서, 외부 권선(D)은 반시계방향 센스로 형성되고(단부 7에서 단부 10까지), 내부 권선(E)은 반시계방향 센스로 형성된다(단부 9에서 단부 10까지 ). 그렇지않으면, 내부 권선(E)의 내측 단부(10)에 대한 외부 권선(D)의 외측 단부(10)의 "7/10" 연결은 앞서와 같이(도 4a) 동일하며, 외부 권선의 내측 단부(8)와 내부 권선(E)의 외측 단부(9)는 앞서와 같이 연결되지 않은 채로 있다.

이론상으로, 단일 코일은 권선 사이의 부유 캐패시턴스 때문에 캐패시터 없이 공진 회로를 형성할 수 있다. 그러나, 이 구성은 13.56 MHz 오동작에서 유익하지 않은 레벨로 카드 안테나(CA)의 동조 주파수를 증가시킬 수 있다.

도 4h는 내부 및 외부 권선의 단부가 이전 실시예에서 연결되는 것(외부 권선의 외측 단부에 대한 내부 권선의 내측 단부)과 반대로 연결되는 변형을 도시한다. 도 4g의 "대향 센스" 구성에 기초하여, 여기에서 외부 권선(D)의 내측 단부(8)는 내부 권선의 외측 단부(9)와 연결되며, 외부 권선(D)의 외측 단부(7)와 내부 권선(E)의 내측 단부(10)는 연결되지 않은 채로 있다. 연결 "8/9"는 와이어가 부설되는(임베딩) 동안 바로 "U-턴"을 형성함으로써 형성될 수 있으며, 이로써 카드 안테나(CA)는 하나의 연속된 길이의 와이어(도 3a의 논의에서, 2개 권선을 결합하는 개별 점퍼에 대한 대안으로서 이전에 언급된)로 된다. 대안적으로 외부 권선(D)을 부설한 후, 포인트 7에서 포인트 8까지, U-턴을 형성하고, 다시 인터리브되게 형성한다.

이 구성은 13.56 MHz 동작에 유익하지 않은 레벨로 카드 안테나(CA)의 동조 주파수를 증가시킬 수 있다.

도 4i는 카드 본체(CB)의 층의 상단 표면 상의 하나의 권선(F) 및 상기 층의 하부 표면 상의 다른 하나의 권선(G)과 같이, "쿼시-다이폴" 카드 안테나(CA)의 2개 권선이 하나가 다른 하나 위에 적층된 변형을 도시한다. 다시 말해서, 여기에서 2개의 권선(F와 G)은 분명히 다른 평면에 있는 반면, 이전 실시예에서의 권선(D와 E)은 실질적으로 동일한 평면에 있다. 이전 실시예에서와 같이, 2개 권선(F와 G)은 서로 유사하며, "역 위상"으로 연결될 수 있다(도시안됨).

안테나 모듈(AM)이 "역 위상" 연결된 "쿼시 다이폴" 카드 안테나(CA)의 2개 권선 중 단지 하나와 상호작용하도록 하는 것이 바람직하다는 것을 상기하면, 이 결과는, 카드 안테나(CA)의 다른 권선은 차폐되지 않는 동안, 차폐되기를 원하는 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA)의 권선 사이에, 페라이트와 같은, 차폐 재료를 제공함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 페라이트 재료의 층은 상부 권선(F) 하부의, 카드 본체(CB)와 권선(F)의 상단 표면 사이에 배치될 수 있다. 카드 본체(CB) 하부에 있는 권선(G)으로 커플링을 감쇠하더라도, 이것은 카드 본체(CB) 상단에서의 권선(F)으로 모듈 안테나(MA)의 커플링을 증가를 허용하고, 또한 증가시키기는 경향이 있을 수 있다.

기판의 두께는 투과도를 결정하고, 그러므로 2개 권선(F와 G) 사이의 커플링 효과의 효율을 결정한다. 유전체 매질은 폴리카보네이트 도는 Teslin™와 같은 폴리머일 수 있다.

도 4j는 "쿼시-다이폴" 카드 안테나(CA)의 2개 권선 중 하나를 차폐하는 다른 실시예를 도시한다. 이런 경우에, 도 4a에 대하여 기술된 바와 같이, 권선은 내부 및 외부가 될 수 있으며, 둘다 카드 본체(CB)의 상단 표면에 배치된다. 내부 권선(E)은 외부 권선(D)의 내부이다.

페라이트와 같은 차폐 재료는 그렇지않으면 안테나 모듈(AM)이 외부 권선(D)과 상호작용할 수 있는 위치에 있는 외부 권선(D) 상에 선택적으로 적용될 수 있다. 추가적 페라이트 재료는 외부 권선(D)과 안테나 모듈의 바람직하지 않은 커플링을 추가로 최소화하기 위해 동일한 위치에 있는 카드 본체(CB)의 하부에 적용될 수 있다.

도 4i, 4j의 이러한 "차폐" 실시예에서, 차폐 재료는 카드 본체(CB) 또는 하부 또는 외부 권선(G 또는 D, 즉 모듈 안테나(MA)와의 커플링을 최소화하기 위해 모색되는 권선) 상에만 적용되어야 하며, 하부 또는 외부 권선이 외부 비접촉 판독기의 안테나(도 1a를 참조하라)와의 커플링에서 중요한 역할에 기여하기 때문에, 하부 또는 외부 권선(G 또는 D)의 나머지 대부분을 차폐하는 것은 일반적으로 회피되어야 한다.

카드 안테나( CA )를 위한 추가적 구성

위에서 기술된 다양한 구성에서, 카드 안테나(CA)는 일반적으로 평면, 직사각형 나선(2 평면이 형성되는 도 4i에서의 구성을 제외하고)의 형태로 있고, 안테나 모듈(AM)의 일면의 에지는 카드 안테나(CA)의 적어도 일부에, 일반적으로 그것의 2개 권선중 하나에만 오버랩한다, 커플링을 개량하기 위한 카드 안테나를 위한 몇몇 추가적 구성이 지금 기술될 것이며, 여기에서(일반적으로)

(i) 안테나 모듈(AM)은 카드 안테나(CA)의 외부 권선(D)(내부 권선(E) 대신에)에 오버랩할 수 있다

(ii) 안테나 모듈(AM)의 2개 이상의 에지는 카드 안테나(CA)의 2개 권선(D 또는 E) 중 하나(또는 다른 하나)에 오버랩할 수 있다

(iii) 2개 이상의 안테나 모듈이 스마트 카드 내에 제공되어, 각각은 카드 안테나(CA)와, 아마 서로 상호작용한다.

아래 기술된 실시예에서, 안테나 모듈들(AMs)은 카드 안테나(CA)의 "단순화된" 쇼잉(showings)으로 카드 바디(CB) 상에 도시될 것이다. 일부 상세, 이를테면 내부 및 외부 권선의 단부의 상호연결부는 예시 명확성을 위해 생략될 수 있다.

임의의 적절한 비접촉(또는 DIF) 안테나 모듈(AM)(또는 칩 모듈, 또는 통합된 안테나를 가진 칩)은 단지 안테나(A)(용량성 스터브 B, C가 없는)일 수 있는 상업적으로 이용가능한 안테나 모듈 제품을 포함하는, 카드 안테나(CA)를 위한 예시적인 형상과 상호작용하기 위해 사용될 수 있다고 이해하여야 한다.

안테나 구조체(A, B, C, D, E)를 위한 다양한 패턴은 "일반적으로 직사각형"으로 도시된다. 다른 패턴은 날카로운 코너를 방지하는 타원형, 또는 안테나 구조체의 전체 길이를 증가시키고, 카드 본체(CB)의 강성 등을 완화하는 지그재그(미앤더링)와 같은 적절한 패턴일 수 있다고 이해하여야 하다.

도 5a는 카드 본체(CB) 상에 내부 권선(E)과 외부 권선(D)을 가지는 카드 안테나(CA)의 실시예를 도시한다. 제1 안테나 모듈(AM1)은 그것의 일측에서(볼 때, 오른쪽) 카드 안테나(CA)의 내부 권선(E)에 오버랩하도록 배치되며, 전술된 바와 같은 DIF 안테나 모듈일 수 있다.

일반적으로, 적어도 모듈 안테나(MA)의 일부는 카드 안테나(CA)와 관련된 커플링 코일의 매개 없이 거기에 커플링하기 위해 적어도 카드 안테나(CA)의 일부에 오버랩한다. 여기에서, 직사각형 형상의 모듈 안테나(MA)의 일측은 카드 안테나(CA)의 내부 권선(E)에 오버랩하는 것으로 도시된다. 모듈 안테나(MA)는 라운드 또는 타원형과 같은, 다른 형상을 가질 수 있으며, 그것은 내부 권선(E) 대신에 외부 권선(D)에 오버랩할 수 있다. 여기에서 기술된 몇몇 실시예에서, 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 오버랩은 예를 들어 직사각형 모듈 안테나(MA)의 양측을 카드 안테나(CA)의 선택된 부분과 오버랩시킴으로써 증가된다.

그 자체의 모듈 안테나(MA)를 가지는 제2 안테나 모듈(AM2)은 그것의 다른 측면(볼 때, 왼쪽)에 있는 카드 안테나(CA)의 내부 권선(E)에 오버랩하도록 배치되며, 추가적인 보안 등을 제공하는, 다중 응용 트랜스폰더를 위한 단지 비접촉의 안테나 모듈일 수 있다. 안테나 모듈(AM1과 AM2)은 둘다 카드 안테나(CA)의 동일한 내부 권선(E)에 커플링되고, 서로 뿐만 아니라 외부 판독기(도 1a 참조)와 통신할 수 있다.

도 5b는 카드 안테나(CA)에 안테나 모듈(AM3)의 2개 측면 에지를 커플링하는 실시예를 도시한다. 여기에서, 안테나 모듈(AM3)은 안테나 모듈(AM3)의 상부 및 우측 에지가 내부 권선(E)의 상부 및 우측 에지의 일부에 오버랩하도록 상단 우측 코너와 같은, 직사각형 카드 안테나(CA)의 코너에 배치된다. 이것은 비접촉식만을 갖는(ISO 14443) 안테나 모듈(AM3)을 위한 적절한 위치이다. 스마트 카드 상의 이런 위치에 접촉 패드를 가진 DIF 안테나 모듈을 위치시키는 것은 다른 지정된 형태 요인(이를테면, 엠보싱 영역)에 의해 금지될 수 있다.

카드 안테나(CA)에 대한 모듈 안테나(MA)의 2-에지 커플링은 1-에지 커플링(다른 요인은 동일한)보다 큰 커플링을 제공할 수 있다.

도 5c는 카드 안테나(CA)에 대한 안테나 모듈(AM)의 2개 측면 에지의 커플링의 다른 실시예를 도시한다. 여기에서, 카드 안테나(CA)는 상부 오른쪽 코너에서(볼 때) 어떤 거리의 카드의 상단 에지로부터 경사지게 들어오고, 다음에 카드 본체(CB)의 우측 에지로 경사지게 나간다는 점에서, 직사각형으로부터 벗어나며, 이런 2개의 직각은 카드 안테나(CA)의 상부 우측 코너에, 거의 안테나 모듈(AM) 크기의 "L-형상" 경로(조그, 절단부)를 제공한다.

도 5b의 이전 실시예에서, 안테나 모듈(AM3)은 스마트 카드의 상단 우측 코너에 있었고, 접촉 인터페이스를 가질 수 없다. 여기에서, 안테나 모듈(AM)은, 어떤 도 4a, 4c, 4d, 4g, 4h, 5a에서와 동일한, 카드 본체(CB) 위로 중간에 배치될 수 있고, 그러므로 적당히 접촉 패드를 가지는 DIF 안테나 모듈일 수 있다. (도시되지 않은, 제2 비접촉만 갖는 안테나 모듈은 카드 본체(CB)의 상단 우측 코너에서 배치될 수 있으며, 도 5a에 대하여 전술된 바와 같이, 거기에서 추가적인 특성을 제공하기 위해 외부 권선(D)과 커플링될 것이다,

도 5d는 카드 안테나(CA)가, 중도에 카드 본체(CB) 위로, 카드 안테나(CA)의 우측 단부로부터 내부로 확장하는, 2개 직각을 포함한 "U-형상" 조그(또는 절단부)를 가지고, 카드 본체(CB) 위로 중도에 배치된 안테나 모듈(AM)을 수용하기 위한 적당한 형상과 크기가 되며, 적당히 접촉 패드를 가지는 DIF 안테나 모듈일 수 있다는 점에서 직사각형에서 벗어나는 구성을 도시한다. 도 4a에서, 안테나 모듈(AM)은 내부 권선(E)과 커플링되고, 도 5d에서 안테나 모듈(AM)은 외부 권선(D)과 커플링된다.

도 5c의 구성이 카드 안테나(CA)와 안테나 모듈(AM)의 2 측면의 커플링을 가능하게 하는 것에 반하여, "U-형상" 절단부는 카드 안테나(CA)와 안테나 모듈(AM)의 3 측면의 커플링을 허용하며, 결국 커플링 효율의 상승을 허용한다. 이 구성에서, 안테나 모듈(AM)은 내부 권선(E) 대신에 외부 권선(D)에 오버랩한다.

제2 안테나 모듈은 도 5a(AM2)의 방법으로 추가될 수 있고, 제2 안테나 모듈은 다른, 내부 권선(E)과 커플링된다. 이러한 커플링은 주로 비접촉 모드에 적절하고, 2개 커플링 안테나 권선(D 또는 E)의 다른 하나에 대한 각각의 2개 안테나 모듈의 커플링은 추가 용량을 제공할 수 있다는 것을 상기하라.

도 5e는 카드 안테나(CA)가, 중도에 카드 본체(CB)위로, 카드 안테나의 우측 단부로부터 외부로 확장하는, "U-형상" 돌출부를 가지고, 카드 본체(CB) 위로 중도에 배치된 안테나 모듈(AM)을 수용하기 위한 적당한 형상과 크기가 되고, 적당히 접촉 패드를 가지는 DIF 안테나 모듈일 수 있다는 점에서 직사각형에서 벗어나는 구성을 도시한다. 도 5d와 대조적이게, 내부 조그를 가지고, 안테나 모듈(AM)이 카드 안테나(CA)에 대해 외부에 배치된다. 여기에서, 카드 안테나(CA)는 외부로 돌출되고, 안테나 모듈(AM)은 카드 안테나(CA)에 내부로 배치되고, 내부 권선(E)과 연결된다.

이 구성은 카드 안테나(CA)의 내부 권선(E)과 안테나 모듈(AM)의 3-측면 커플링을 제공한다. (또한 도 5d의 구성은 외부 권선(D)과 3-측면 커플링을 제공한다는 점을 상기하라.)

이 구성에 의해 설명된 장점은 소정의 안테나 모듈(AM1)이 내부 권선(E)과 커플링될 수 있고, 다른 소정의 적어도 하나의 안테나 모듈이 "L-형상" 절단부의 어느 하나에서, 외부 권선(D)과 커플링되기 위해 쉽게 위치될 수 있다는 것이다.

도 5F는 카드 안테나(CA)가, 중도에 카드 본체(CB) 위로, 도 5e에서의 "U-형상"의 돌출부에 동일한 방식으로(논의 목적을 위해) 그리고 유사하게, 카드 안테나의 우측 에지에서 외부로 확장하는 "U-형상"의 돌출부를 가진다는 점에서 직사각형에서 벗어나는 구성을 도시하고, DIF 안테나 모듈(AM1)은 돌출부에 배치된다.

이 도면은 추가적 안테나 모듈(AM2)이 카드 안테나(CA)의 좌측면에서, 카드 본체(CB) 위로 중도에 배치될 수 있고, 적당히 접촉 패드를 가지는 제2 DIF 안테나 모듈일 수 있다는 것을 도시한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제3 안테나 모듈(AM3)이 카드 안테나(CA)의 외부 권선(D)과 커플링하도록, 카드 안테나(CA)의 외부에, 카드 안테나(CA)의 상부 우측 코너(도시된 바와 같이)에 배치될 수 있다. 대안적으로, 제3 안테나 모듈(AM3) 또는 또 하나의 안테나 모듈이 카드 안테나(CA)의 우측 하단 코너에 배치될 수 있다.

추가적 안테나 모듈(AM2, AM3)이 간단히 제1 안테나 모듈(AM)보다 다른 위치에 있는 카드 안테나(CA)에 오버랩함으로써 통합될 수 있는 편리성은 Assa Abloy 또는 Toppan과의 다른 깊은 차이를 설명하며, Assa Abloy 또는 Toppan의 어느 하나는 추가적 안테나 모듈의 각각에 대한 추가적 커플링 코일을 요구할 것이다.

도 5g는 카드 안테나(CA)를 갖는 카드 본체(CB)의 상단 우측 코너를 도시하는 다이아그램이다. 외부 권선(D)(실선)은 와이어의 4 턴을 가지며, 카드 본체(CB)의 외부 에지에 가깝다. 내부 권선(E)(쇄선)은 와이어의 4턴을 가지고, 카드 본체(CB)의 내부를 향해, 외부 권선(D)의 내부에 배치된다. 카드 안테나(CA)의 구성에 있어서의 몇몇 고려는 다음을 포함한다:

- 이 실시예에서, 모듈 안테나(MA)는 내부 권선(E)에 오버랩한다.

- 2개 권선(E, D)은 실질적으로 동일한 턴수(3 또는 4와 같은, 각각), 서로로서의 동일한 길이와 동일한 피치를 가질 수 있고, 대부분의 이들 경계부 상에 서로 가능한한 근접하게 스페이싱한다. 내부 권선(E)의 가장 외측 턴과 외부 권선(D)의 최내측 턴 사이의 간격은 반응성 커플링을 극대화하기 위하여, 가능한 한 가깝게 유지되어야 한다.

- 카드 안테나(CA)가 외부 권선(D)의 가장 외측 턴의 피치를 변경하여(조절된 동조 주파수) 미세 조정될 수 있다(비교 US 7928918, Gemalto)

- 내부 권선(E)의 가장 외측 턴이 2개 권선(E, D)의 효과적인 커플링을 위해 외부 권선(D)의 최내측 턴과 가능한 한 가깝게 되어야 한다.

도 5h는 도 5c와 유사한 카드 안테나(CA)를 위한 구성을 도시한다. 내부(E)와 외부(D) 권선의 각각에 대한 단지 2개의 턴이 예시된 명확성을 위해 도시된다(전형적으로 이들은 각각 3 또는 4 턴을 가진다). 직각으로 형성된 "L" 형상 조그(도 5c) 대신에, 내부(E) 및 외부(D) 권선은 원형의 모듈 안테나(MA)가 예를 들어 그것의 원주(상술한 바와 같이, 직사각형 모듈 안테나(MA)의 하나 이상의 에지와의 커플링을 비교)의 90도로, 내부 권선(E)에 오버랩할 반지름 영역의 부분을 포함하는, 더 "완만한" 아치형 (곡선) 경로를 수반한다. 일반적으로, 목적은 카드 안테나(CA)와 모듈 안테나(MA) 사이의 오버랩된 표면 영역을 가능한 한 많이 커버링하는 것이다. 이 구성은 라운드 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)을 설명하며, 카드 안테나(CA)는 카드 본체(CB) 상의 적당한 위치에서의 실질적 오버랩을 위한 기회를 제공하도록 패턴화된다. 카드 안테나(CA)를 형성하는 몇몇 다른 고려는 다음을 포함한다.

- 연결된 단부 또는 위치(7, 10)는 가능한 한 서로 가깝게 있어야 한다

- 권선의 턴은 카드 안테나(CA) 중간에 위치되는 자유 단부(8, 9)를 수용하도록 약간 스프레딩될 수 있다.

- 레이저 절제 또는 밀링에 의해 연결부 "j"를 위해 기판 내에 채널을 형성한다

- 단부(8, 9)는 외부 권선(D)로부터 내부 권선(E)을 분리하는 중앙에 있다. 이런 "와이어 파손"은 외부 권선(D)의 가장 외측 턴과 내부 권선(E)의 최내측 턴이 서로 근접하여 유지되도록 가능한 한 작게 유지되어야 한다.

비접촉 RFID 에 대한 응용

RFID 태그로부터 방사하는 플럭스 장(flux field)을 디렉팅하기 위해, 높은 자기 투과성을 가진 페라이트 층이 카드 본체의 중간층 내에 통합될 수 있고, 상기 층은, 와류 전류 손실의 감소 및 휴대 전화에 있는 배터리의 금속 케이싱과 같은 하부의 금속 표면으로부터 RFID를 분리하기 위하여, 자기성 필러, 폴리머 또는 소결된 페라이트에 있는 페라이트 나노 입자를 가진 레진의 영역을 호스팅한다. HF 밴드에서의 이런 차폐는 배터리의 금속 표면 위의 와류 전류를 유도함으로써 야기되는 반송파(13.56 MHz)의 감쇄를 방지한다. 차폐 없이, 와류 전류는 반송파의 방향을 역전시키는 자기장을 생성한다.

도 6a는 전면( 도면에서 아래로 향하는)에 디스플레이와 키패드를 가지고, 배터리 팩("배터리")을 포함하는 셀룰러 전화기(650)를 도시한다. 비접촉 RFID 장치("태그")(660)는 전화기의 후방(볼 때, 상단) 표면에 배치된다. 태그(660)는 외부 RFID 판독기(680)와 상호작용하기 위해 내측에 안테나(662)를 가진다. 안테나(662)는 태그를 가진 일체형 종래의 안테나일 수 있다. 또한, 판독기(680)는 전형적으로 매우 크게 도시되는, 그와 관련된 안테나(682) 가진다.

태그(660)는 전자 지급 결제, e티케팅, 로열티 및 접근 제어 응용을 위해 사용될 수 있는 휴대 전화 단말기 스티커(MPS; mobile phone sticker)의 예이다.

페라이트(또는 다른 적절한 재료) 차폐 요소(670)는 태그와 판독기 사이의 커플링의 감쇄를 완화하기 위해 셀룰러 전화기(650)와 태그(660)의 후방부 사이에 배치된다. 요소는 필름 또는 테이프의 형태일 수 있고, 전화기에 비접촉을 태그를 부착시키기 위해 양면에 접착제를 가질 수 있다. 양면에 접착제를 가지는 더블 측면형 테이프는 예를 들어 카펫(carpets)을 부착용으로 잘 알려져 있다.

도 6b는 페라이트 차폐 요소(670)가 다음을 포함할 수 있다는 것을 도시한다:

- 2개 표면을 가지고, 분산된 페라이트(또는 다른) 입자(나노구조를 포함하는)를 가지는 수 센티미터 폭의 가늘고 긴 테이프의 형태일 수 있는 코어층(또는 기판)(672)

- 테이프의 하부(보여지는 바와 같이) 표면 위의 접착층(674)

- 테이프의 상부(보여지는 바와 같이) 표면 위의 접착층(676), 및

- 상부 접착층(676)을 보호하는, 벗겨지고 처분될 릴리스층(678).

차폐 요소는 공통 더블 백 접착 테이프에 유사한 롤 형태로 적당히 제공되고, 릴리스층은 차폐 테이프(670)가 롤업될 때((롤 공급 형태로) 상부 접착층(676)에 달라붙는(sticking) 것을 방지한다.

몇몇 제조 공정

도 7a는 다음을 포함하는 안테나 모듈(AM)의 예시적 제조 및 조립에서의 제1 단계를 도시한다:

- 금, 니켈 또는 팔라듐 도금을 갖는 구리 포일,

- 종래의 "슈퍼 35mm" 테이프와 같은 모듈 테이프(MT)

- 슈퍼 35mm 테이프. 홀은 이를테면 도금 스루홀(PTH; plated through holes)로, 테이프의 대향면에서 포일의 하부까지를 연결하기 위해, 테이프를 통해 제공될 수 있다.

도 7b는 안테나 모듈(AM)의 제조와 조립에서의 추가적인 단계를 도시한다. 포일은 접촉 인터페이스를 위한 다수(6과 같은)의 접촉 패드(CP)를 가지도록 레이저 식각된다. 이것은 많은 뱅크 카드 등에서 보여지는 접촉의 익숙한 단자 블록이다. 테이프의 반대쪽에서, 가시적이지 않은, 칩 모듈(CM) 및 모듈 안테나(MA)가 제공될 것이다.

도 7c, 7d는 모듈 테이프(MT)의 대향면을 도시한다. (이 관점에서, 접촉 패드(CP)는 가시적이지 않다.) DI 칩은 모듈 테이프(MT)에 탑재되어 도금 스루홀(PTH) 및 상호연결부에 와이어 본딩될 수 있다. 모듈 안테나(MA)는 탑재되고 연결된다. 글로브-탑(레진의 컨포멀한 코팅)은 다이와 와이어 본드를 보호하기 위해 적용될 수 있으며, 모듈 안테나(MA)는 글로브-탑을 위한 댐으로 작용한다. 대안적으로, 모듈 안테나(MA)는 평면형 안테나 구조체로서 안테나 모듈(AM)의 몰드 매스(글로브-탑) 위에 탑재될 수 있다.

페라이트 층은, 위에서 논의된 바와 같이(도 1d, 156), 상호연결(이를테면, 와이어 본드)을 위한 홀들을 구비할 수 있다. 도 7c는 개구부(도 1d, 158)가 다이를 수용하기 위해 페라이트 층을 통하여 제공될 수 있다는 것을 도시한다(우측면).

도 7e는 카드 안테나(CA)를 가지는 카드 본체(CB)에, 도 7d의 안테나 모듈을 사용하여 형성되는 DI 스마트 카드를 도시한다.

채널은 그 내부에 부설된 와이어(또는 도전성 재료)를 수용하기 위한 카드 본체(CB)와 같은 기판에서 형성될 수 있다. (예를 들면, US 7,028,910 - schlmberger). 리세스는 안테나 모듈(AM)을 수용하기 위해 형성될 수 있다.(도 1a, 7e 참조). 채널과 리세스는 레이저 절제를 사용하여 기판에 형성될 수 있다.

도 7f는 안테나 모듈(AM)(도 7e)을 수용하기 위한 리세스내로 확장하는, 리세스의 하부를 가로지르는, 그리고 리세스로부터 이머징하는 안테나 와이어를 도시한다. 카드 본체(CB)의 단지 관련 부분과 안테나 와이어의 단지 하나의 턴이 예시된 명확성을 위해 도시된다. 이것은 모듈 안테나(MA)가 카드 본체(CB)에서 이식될 때 모듈 안테나(MA)와 카드 안테나(CA) 사이의 거리를 최소로 하는 것을 용이하게 하고, 근접성은 카드 안테나(CA)를 갖는 모듈 안테나(MA)의 효과적 커플링을 보장한다.

본 발명(들)이 제한된 수의 실시예에 대하여 기술되더라도, 이들은 본 발명(들)의 범위에 대한 제한으로서가 아니라 오히려 일부 실시예들의 예로서 해석되어야 한다. 여기에서 언급된 개시(들)에 기초하여, 당업자들은 본 발명(들)의 범위 내에서 다른 가능한 변형, 변경 및 구현을 계획할 수 있다.

Claims

적어도 하나의 칩 또는 칩 모듈(CM) 그리고 모듈 안테나(MA)를 포함하는 안테나 모듈(AM); 적어도 하나의 표면과 주변부를 가지는 카드 본체(CB); 및 카드 본체(CB)의 주변부 주위로 확장하는 카드 안테나(CA)를 포함하는 스마트 카드(100)에 있어서,
상기 모듈 안테나(MA)의 적어도 일부가 상기 카드 안테나(CA)와 관련된 커플링 코일의 매개 없이 상기 카드 안테나(CA)에 커플링하기 위해 상기 카드 안테나(CA)의 적어도 일부에 오버랩하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)는 서로 역 위상에서 연결된 2개의 권선(D, E)을 포함하며;
상기 안테나 모듈(AM)은 상기 카드 안테나(CA)에 커플링하기 위한 2개의 권선(D, E) 중 단지 하나에 오버랩하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)는,
외측 단부(7)와 내측 단부(8)를 가지는 외부 권선(D); 및
외측 단부(9)와 내측 단부(10)를 가지는 내부 권선(E)을 포함하고;
상기 내부 권선(E)의 내측 단부(10)는 상기 외부 권선(D)의 외측 단부(7)와 연결되며;
상기 외부 권선(D)의 내측 단부(8)와 상기 내부 권선(E)의 외측 단부(9)는 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)와 상기 모듈 안테나(MA)의 오버랩을 극대화하기 위하여, 상기 카드 안테나(CA)는 조그 또는 절단부(도 5c, 도 5d, 도 5e, 도 5f, 도 5h)로 형성되는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)에 오버랩하는 추가적인 하나 이상의 안테나 모듈(AM2, AM3)(도 5a, 도 5f)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 모듈 안테나(MA, 200)(도 2a)는,
제1 및 제2 단부(1, 2)를 가지는 코일의 형태로 있는 제1 안테나 구조체(A);
제1 및 제2 단부(3, 4)를 가지는 코일의 형태로 있는 제2 안테나 구조체(B); 및
제1 및 제2 단부(5, 6)를 가지는 코일의 형태로 있는 제3 안테나 구조체(C)를 포함하고;
상기 제2 안테나 구조체(B)의 제1 단부(4)는 제1 안테나 구조체(1)의 제1 단부(1)와 그리고 상기 칩 모듈(CM)의 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 안테나 구조체(B)의 제2 단부(3)는 연결되지 않은 채로 있으며;
상기 제3 안테나 구조체(C)의 제1 단부(5)는 상기 제1 안테나 구조체(1)의 제2 단부(2)와 그리고 상기 칩 모듈(CM)의 제2 단자에 연결되고, 상기 제3 안테나 구조체(C)의 제2 단부(6)는 연결되지 않은 채로 있는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)에 대한 상기 모듈 안테나(MA)의 커플링을 개선하기 위해 상기 카드 본체 상에 그리고 상기 카드 본체 내에 배치되는 페라이트 재료(124, 126; 도 1b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
상기 안테나 모듈(AM)은 접촉 작동 모드를 위한 접촉 패드(CP)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제8항에 있어서,
상기 접촉 패드(CP)로부터 상기 모듈 안테나(MA)를 디커플링하기 위한 페라이트 요소(Fe; 도 1d, 도 7c, 도 7d, 도 7e)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제9항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)는 상기 모듈 안테나(MA)와 상기 카드 안테나(CA)의 선택부 사이의 오버랩을 증가시키기 위해 패턴화되는(도 5c, 5d, 5e, 5f, 5h) 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
스마트 카드의 카드 본체(CB) 상에 배치된 카드 안테나(CA)에 적어도 비접촉 모드를 가지는 칩 모듈(CM)을 커플링하는 방법에 있어서,
상기 칩 모듈(CM)을 갖는 안테나 모듈(AM) 내에 모듈 안테나(MA)를 제공하는 단계, 및
서로 역 위상으로 연결된 2개의 권선부를 갖는 "쿼시 다이폴" 안테나로서 상기 카드 안테나(CA)를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 커플링 방법.
제11항에 있어서,
상기 카드 안테나(CA)는 내부 권선(E)과 외부 권선(D)을 가지며;
상기 모듈 안테나(MA)는 내부 및 외부 권선(E, D) 중 단지 하나에 오버랩하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 커플링 방법.
제11항에 있어서,
상기 칩 모듈(CM)은 접촉 패드(CP)를 가지는 듀얼 인터페이스(DI) 칩 모듈이고,
상기 모듈 안테나(MA)와 상기 접촉 패드(CP) 사이에 배치된 페라이트(Fe, 156)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 커플링 방법.
제11항에 있어서,
상기 모듈 안테나(MA, 200)는,
2개의 단부(1, 2)를 가지는 코일의 형태로 있는 제1 안테나 구조체(A);
상기 제1 안테나 구조체(A)의 하나의 단부(1)와 연결되는 제1 단부(4) 및 연결되지 않은 채로 있는 제2 단부(3)를 가지는 코일의 형태로 있는 제2 안테나 구조체(B); 및
상기 제1 안테나 구조체(A)의 다른 하나의 단부(2)와 연결되는 제1 단부(5) 및 연결되지 않은 채로 있는 제2 단부(6)를 가지는 코일의 형태로 있는 제3 안테나 구조체(C)를 포함하며;
상기 제2 및 제3 안테나 구조체는 상기 제1 안테나 구조체(A)에 대한 용량성 스터브를 형성하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 커플링 방법.
제11항에 있어서,
상기 모듈 안테나(MA)와의 오버랩을 극대화하기 위해 상기 카드 안테나(CA)를 패턴화하는(도 5c, 5d, 5e, 5f, 5h) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 커플링 방법.