KR20140117614A

KR20140117614A - 금속증착 스마트 카드의 차폐현상 보상 및 커플링 개선

Info

Publication number: KR20140117614A
Application number: KR1020147023591A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 핀
Original assignee: 페이닉스 아마테크 테오란타
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-10-07
Also published as: MX2014008936A; CA2860909A1; WO2013110625A1; JP2015513712A; CN104471791A; BR112014018042A8; BR112014018042A2; EP2807700A1; CA2860909C; AU2013211649A1

Abstract

본 발명은 카드 본체(CB)에 커플러 코일(CC)과 함께 있는 부스터 안테나(BA)와, 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)을 위한 윈도우 개구부(220, 320)를 갖는 금속증착 전면판(202, 302)을 포함하는 듀얼 인터페이스 스마트 카드에 관한 것이다. 안테나 모듈보다 큰 윈도우 개구부를 형성하는 단계, 전면판을 통하여 천공을 형성하는 단계, 전면판과 부스터 안테나 사이에 페라이트 재료를 배치하는 단계 중 하나 이상에 의해서 성능이 향상될 수 있다. 또한, 안테나 모듈(AM) 상의 접촉 패드(CP)를 변형하는 단계, 부스터 안테나 아래에 보상 루프(CL)를 배치하는 단계, 커플러 코일에 대해서 안테나 모듈을 어긋나게 하는 단계, 부스터 안테나를 쿼시-다이폴 형태로 배치하는 단계, 모듈 안테나(MA)에 용량성 스터브를 제공하는 단계, 안테나 모듈에서 모듈 안테나와 접촉 패드 사이에 페라이트 요소(FE)를 배치하는 단계 중 하나 이상에 의해서 성능이 향상될 수 있다.

Description

금속증착 스마트 카드의 차폐현상 보상 및 커플링 개선{OFFSETTING SHIELDING AND ENHANCING COUPLING IN METALLIZED SMART CARDS}

본 발명은 (일부 측면에서) RFID(무선 주파수 식별) 칩 또는 칩 모듈(CM)을 갖는 듀얼 인터페이스(DI, 또는 DIF) 카드를 포함한, 비접촉 모드(ISO 14443)에서 동작하는(접촉 모드(ISO 7816-2)로도 동작가능함) 전자 여권, 전자 ID 카드, 스마트 카드(데이터 캐리어) 등의 "보안 문서"에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 스마트 카드 내의 구성요소들 간의 커플링, 예컨대, RFID 칩(CM)에 연결된 모듈 안테나(MA)와, 스마트 카드의 카드 본체(CB) 내에 있으며 모듈 안테나(MA)와 유도성 커플링되는 부스터 안테나(BA) 사이의 커플링을 개선하여, 궁극적으로 외부 RFID 리더(reader)와 상호 작용(인터랙션)하는 RFID 칩(CM)을 개선하는 것에 관한 것이다.

본 발명은 (일부 측면에서) 리더에 의해 생성된 전자기장을 차폐하는 도전성 금속 또는 금속증착(metallized) 층을 갖는 수동형 RFID 스마트 카드에 관한 것으로서, 특히, 유도성 커플링의 원리에 따라 동작하는 듀얼 인터페이스 카드에 관한 것이다.

본 설명의 목적상, RFID 트랜스폰더는 일반적으로 기판(substrate)과, 이 기판 상에 또는 기판 내에 배치된 RFID 칩(또는 칩 모듈)과, 기판 상에 또는 기판 내에 배치된 안테나를 포함한다. RFID 트랜스폰더는 전자 여권, 스마트 카드, 또는 주민등록 카드 등과 같은 보안 문서의 근간이 될 수 있다.

칩 모듈은 비접촉 모드(예컨대, ISO 14443 등)에서만 동작할 수도 있고, 접촉 모드(예컨대, ISO 7816-2) 및 비접촉 모드에서 동작할 수 있는 듀얼 인터페이스(DIF) 모듈일 수도 있다. 칩 모듈은 이와 통신하는 외부 RFID 리더(reader) 장치에 의해 공급되는 RF 신호로부터 전력을 발생시킬 수 있다.

기판은 "인레이 기판"(전자 여권의 경우) 또는 "카드 본체"(스마트 카드의 경우)로 지칭할 수 있는데, 이 기판은 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), PET(도핑된 PE), PET-G(PE의 유도체), 테슬린™, 종이 또는 면/노일(Noil) 등과 같은 재료로 된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 명시적으로 달리 언급하지 않는 한 "인레이 기판"이라고 지칭한 경우에도 이는 "카드 본체"를 포함하는 것으로 취급하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

칩 모듈에는 리드프레임 타입의 칩 모듈 또는 에폭시-유리 타입의 칩 모듈이 있다. 에폭시-유리 모듈의 한쪽 면(접촉 면) 또는 양면에는 안테나와의 연결을 위하여 관통공(스루홀, through-hole) 도금으로 금속증착이 가능하다. 본 명세서에서 명시적으로 달리 언급하지 않는 한 "칩 모듈"이라고 지칭한 경우에도, 여기에는 "칩"이 포함되는 것으로 취급하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

안테나는 자기 접합(또는 자기 부착) 와이어일 수 있다. 종래의 방법에 따르면 기판에 안테나 와이어를 장착하기 위하여 초음파 장비(sonotrode)를 사용하는데, 이는, 진동에 의해 캐필러리에서 와이어를 인출하여 기판 내에 내장하거나 기판 표면 상에 부착시킨다. 전형적인 안테나의 패턴은, 수회 감긴(권취된) 평면(평판) 코일(나선형)의 형태로 된 대략 직사각형의 형태이다. 안테나 와이어의 양 말단은 칩 모듈의 단자(또는, 단자 영역 또는 접촉 패드)에, 예컨대 열 압착(TC) 접합에 의해서 연결할 수 있다. 이에 대한 예로서 US 6,698,089, US 6,233,818을 참조하라. 이들 특허를 참고문헌으로서 본 출원에 포함시킨다.

칩 모듈(안테나 모듈)에 안테나가 통합된 구조에서의 문제점은, 전체적인 안테나 면적(예를 들면 대략 15mm×15mm)이, 이보다 먼저 존재하던 기존의 안테나, 즉, 보안 문서의 인레이 기판 또는 카드 본체의 주변부에 수 회(예컨대, 4 또는 5회) 권취된 권선으로서 내장되는 안테나(이것의 전체 안테나 면적은 대략 80mm×50mm일 수 있음)보다 많이 작다는 것이다(약 20 배 이상). 안테나가 칩 모듈에 통합된 경우의 결과물을 "안테나 모듈"이라고 부를 수 있을 것이다.

몇 가지 선행 기술들

US 8,261,997(NXP)은 RFID 트랜스폰더 칩이 수용되는 캐리어 조립체(assembly)를 개시하는데, 여기에는 소비자의 장치에 부착되는 부착면과 RFID 트랜스폰더 칩의 기능적 사용시에 RF 신호를 수신하는 동작면이 포함된다.

... 부착면에는 전기 전도성 차폐층이 구비된다. 이 층의 작용은, 트랜스폰더가 설치되어야 하는 표면의 재료로부터 트랜스폰더를 효과적으로 보호하기 위한 것이다. 차폐층은, 공진 주파수에 약간의 탈동조(detuning) 작용을 하지만, 일단 이 탈동조 작용이 안테나 설계에 고려되면, RFID 트랜스폰더가 설치되는 표면에 의해서는 더 이상의 탈동조 효과는 거의 없다. 즉, 이 발명에 따른 캐리어 조립체가 포함된 RFID 트랜스폰더는 거의 모든 표면에 적합하다.

... 자성층은 페라이트 포일 또는 페라이트 판을 포함한다.

... 전기 전도성 차폐층은 구리, 알루미늄, 은, 금, 백금, 도전성 페이스트, 및 실버 잉크로 구성된 군에서 선택되는 재료를 포함한다.

EP1854222 A2(NXP)는 이동 통신 장치(1, 10)의 내부 및/또는 외부의 제1영역(A)과 제2영역(B, B1, B2) 사이에서 전자기 차폐 또는 감쇠를 일으키는 차폐부를 포함하는 이동 통신 장치(1, 10)를 개시한다. 상기 제1영역(A)에는, 안테나(4) 및 적어도 하나의 페라이트(6)가 배치되는데, 이 페라이트(6)는 상기 안테나(4)와의 상호작용과, 제1영역(A)과 제2영역(B, B1, B2) 간의 자속을 유도하기 위해 제공된다.

US 20120055013(Finn, 2012. "S32")는 연결 영역, 접촉 패드, 안테나, 코일, 커패시터 판 등의 마이크로 구조를, 나노 입자, 나노 와이어, 나노 튜브 등의 나노 구조를 사용하여 형성할 수 있음을 개시한다. 레이저를 마이크로 구조체의 형성 공정에 사용할 수 있고, 또한, 기판 상에 마이크로 구조체를 수용하기 위한 오목부 또는 채널 등을 형성하는 데 사용할 수 있다. 자기부착형 차폐 부재가 포함된 셀룰러폰에 장착된 스마트 이동전화 스티커(MPS)는 페라이트 입자를 갖는 코어 층을 포함한다.

EP 02063489 A1(Tyco)는 안테나 요소 및 그 방법을 개시한다. RFID(무선 주파수 식별) 시스템을 구성하는 태그에서 사용되는 안테나를 보다 쉽게 제조하는 장치가 제공된다. 안테나 장치(10)는, (A) 자기 재료 및 폴리머 재료를 함유한 자성 조성물로 형성된 층류 자기 요소와, (B) 층류 자기 요소의 표면들 중 하나에 구비된 안테나 배선을 포함한다.

포일 복합 카드( Foil Composite Card )

US 2009/0169776(2009, Herslow)는 카드의 중심(즉, 코어층)에 또는 그 내부에 형성된 홀로그램 또는 회절 격자를 포함하는 보안층이 포함된 복합 카드를 개시한다. 홀로그램은 코어층의 지정된 영역을 회절 패턴으로 엠보싱 가공하고 엠보싱된 층에 금속 박층을 증착함으로써 형성할 수 있다. 추가 층을 코어층의 상면 및 하면에 선택적으로 그리고 대칭적으로 부착할 수 있다. 선택된 패턴 및 정보를 홀로그램 영역에 부여하기 위해, 카드를 형성하는 중의 선택된 단계에서, 엠보싱된 층 상에 형성된 금속의 선택된 부분들을 제거하기 위하여 레이저가 사용될 수 있다. 가공 중의 카드를 큰 시트 형태의 재료(및 그 일부)에 부착할 때에 카드를 레이저 처리할 수 있고, 이에 의해서 동시에 그리고 비교적 저렴하게 시트 상의 모든 카드에 레이저 처리를 행할 수 있다. 다른 방법으로서, 시트를 다이컷(die-cut) 한 후에, 각각의 카드를 개별적으로 레이저 처리하여서 원하는 문자-숫자 정보, 바코드 정보, 또는 그래픽 이미지를 생성할 수 있다.

금속 카드

US 2011/0189620(2011, Herslow)는 금속 카드를 만드는 데 사용되는 금속 층의 선택된 영역을 어닐링 처리하여서 선택된 영역을 유연한 연성으로 만들고 나머지 영역은 딱딱하게 남기는, 선택된 금속 영역의 처리 방법 및 장치를 개시한다. 유연하게 연성화된 선택된 금속 영역을 엠보싱 장비에서 낮은 전력 및 낮은 연마도로 엠보싱 가공할 수 있다. 이와 다른 대안으로서, 어닐링된 금속 층에 추가로 가공 단계를 적용하여 어셈블리(조립체)를 형성한 후에 엠보싱 처리를 행할 수도 있다. 이 방법에서는 금속층을 붙잡는 치구(fixture)를 사용할 수 있는데, 이 치구에는 금속 층의 해당 영역을 유연하게 하기 위해 열을 가할 수 있도록 하는 윈도우 영역이 있다. 이 치구에는 윈도우 영역의 바깥에 있는 금속층의 일부분을 냉각하고 윈도우 영역의 바깥에 있는 금속층의 온도가 소정 한계 이상으로 상승하는 것을 방지하기 위한 장치가 포함된다.

페라이트

US 8,158,018(2012, TDK)에는, 산화물 당량 52~54 몰%의 Fe₂O₃, 35~42 몰%의 MnO, 그리고 6~11 몰%의 ZnO와 특정량의 Co, Ti, Si, Ca를 포함하는 첨가제를 주된 성분으로 함유하며, 자속밀도가 200mT이고 주파수가 100kHz인 자기장 내에서 전력손실이 최소치가 되는 온도(하한 온도)가 120℃보다 높고, 이 하한 온도에서의 전력손실은 350kW/m³ 이하인 페라이트 소결체(sintered body)가 개시되어 있다.

US 7,948,057(2011, TDK)은 페라이트 기판, 권선이 내장된 페라이트 수지층, 및 IC가 내장된 페라이트 수지층이 적층된 것을 개시한다. 페라이트 기판에는 그 표면으로부터 페라이트 수지층 내로 돌출된 제1 돌출부가 있고, 페라이트 수지층 내부의 권선은 제1 돌출부의 주위에 권선 배치되고, IC는 수지층 내에서 제1 돌출부와 중첩된다. 이러한 구성에 따라, 고집적화가 달성될 수 있으며, IC는 열팽창에 의해서 그 높이의 변동이 적은 제1 돌출부가 있는 위치에 배치되고, 제1 돌출부에 의해 얇아진 두께의 페라이트 수지층에 중첩되어 열팽창에 의해서도 그 변동이 적게 되어서, 열팽창에 의해서도 권선과 IC 사이의 간격의 변동이 최소화되고 전기적 특성이 보다 크게 안정화된다.

US 6,817,085(2004, TDK)는 페라이트 층과 도전 층을 적층하되 그 적층되는 면이 소자 장착면과 수직이 되도록 구성되는 소자 본체가 포함된 다층 페라이트 칩 인덕터의 제조 방법을 개시한다. 이 방법에는 또한, 다수의 코일 형상의 내부 도체(그 코일 권취 방향은 소자 장착면에 평행함)를 소자 본체에 장착하는 것과, 페라이트 시트에 스루홀을 형성하는 것과, 다수의 코일 형상의 내부 도체와 전기 도전성 재료로 된 도체 패턴을 페라이트 시트에 인쇄하는 것이 포함된다.

US 6,329,958(2001, TDK)은 도전성 표면 상에 전류 제한 구조를 배치함으로써 형성될 수 있는 안테나 구조체를 개시한다. 전류 제한 구조는 페라이트 재료로써 형성될 수 있고, 벨트, 타일, 또는 패턴형성된 증착 층의 형태일 수 있다. 도전성 표면은 자동차 또는 구조물에 결합될 수 있다. 전류 제한 구조는, 전압이 표면부 사이에 인가될 때에 도전 표면의 위 또는 아래에 전류가 흐르는 경로를 변경한다.

본 발명의 목적은 금속 또는 금속증착 층을 갖는 스마트 카드에서, RFID 리더와 칩 모듈 간의 커플링(coupling)을 개선하고자 하는 것이다.

일반적으로, 스마트 카드와 외부 RFID(전자기) 리더 간의 커플링을 개선하는 목적과 함께, 전자기 결합 중에 금속 또는 금속증착 카드 본체 기판에 의한 차폐 효과를 보상하기 위해, 스마트 카드의 구조에 대한 다양한 수정 및/또는 추가를 행할 수 있다. 듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드는, 외부 접촉식 (전기) 리더와의 인터페이싱을 위한 금속층의 개구부를 통하여 연장되는 접촉 패드(CP)를 갖는다.

일반적으로, 듀얼 인터페이스 스마트 카드는, 그 카드 본체(CB)에 커플러 코일(CC)과 함께 있는 부스터 안테나(BA)와, 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)을 위한 윈도우 개구부(220, 320)를 갖는 금속증착 전면판(202, 302)을 포함한다. 금속증착 전면판에 의해 일어나는 감쇠는 다음의 단계 중 하나 이상에 의하여 감소될 수 있다(전체적인 성능이 향상될 수 있다).

안테나 모듈(AM)보다 큰 윈도우 개구부를 형성함;

전면판을 통하여 천공을 형성, 전면판과 부스터 안테나 사이에 페라이트 재료를 배치함;

안테나 모듈(AM) 상의 접촉 패드(CP)를 변형시킴;

부스터 안테나(BA) 아래에 보상 루프(CL)를 배치함;

커플러 코일(CC)에 대해서 안테나 모듈(AM)을 어긋나게 함;

부스터 안테나를 쿼시-다이폴 형태로 배치함;

모듈 안테나(MA)에 용량성 스터브를 제공함;

안테나 모듈(AM)에서 모듈 안테나(MA)와 접촉 패드(CP) 사이에 페라이트 요소(FE)를 배치함.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈을 수용하기 위한 윈도우 개구부를 갖는 금속증착 전면판과, 커플러 코일을 포함하여 부스터 안테나를 갖는 카드 본체를 포함하며, 상기 윈도우 개구부는 안테나 모듈의 크기와 대략 동일한 기준 크기를 갖는 스마트 카드에 있어서, 상기 윈도우 개구부는 안테나 모듈보다 실질적으로 큰 것을 특징으로 한다. 윈도우 개구부는 안테나 모듈보다 적어도 10% 더 커서, 윈도우 개구부의 내변과 안테나 모듈 사이에 간격이 형성될 수 있다. 전면판과 부스터 안테나 사이에는 페라이트 층이 배치될 수 있다. 전면판에는, 적어도 하나의 윈도우 개구부 주위에 그리고 전면판의 주변부에 다수의 천공이 형성될 수 있다. 이들 천공의 적어도 일부는 윈도우 개구부 주위의 또는 전면판의 주변부 주위의 영역의 전면판 재료의 양을 25~50%만큼 감소시킬 수 있다. 부스터 안테나의 후면에는 보상 루프가 배치될 수 있다. 이 보상 루프는 간극 및 두 개의 자유단을 가질 수 있고, 구리와 같은 도전성 재료를 포함할 수 있고, 페라이트를 포함할 수 있다.

스마트 카드에는 다음의 특징들 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.

부스터 안테나는 커플러 코일이 있거나 없는 쿼시-다이폴로 구성될 수 있다.

부스터 안테나에 확장부가 구비될 수 있다.

부스터 안테나는 중첩된 두 개의 부스터 안테나를 포함한다.

부스터 안테나는 주로 스마트 카드의 상부에 구비될 수 있다.

모듈 안테나는 커플러 코일로부터 어긋날 수 있다.

스마트 카드는 또한 다음의 특징들 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.

안테나 모듈의 모듈 안테나와 접촉 패드 사이에 페라이트 요소가 배치될 수 있다.

모듈 안테나에 용량성 스터브가 부가될 수 있다.

모듈 안테나는 두 개의 별도의 코일을 포함할 수 있다.

모듈 안테나는 쿼시-다이폴 형태로 연결된 두 개의 권선을 포함할 수 있다.

안테나 모듈의 접촉 패드에 천공이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 카드 본체 내에 커플러 코일과 부스터 안테나를 갖는 금속증착 스마트 카드의 전면판에 의한 커플링 감쇠를 최소화하는 방법은 다음의 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

전면판에 안테나 모듈보다 큰 윈도우 개구부를 형성;

전면판을 통하는 천공을 형성;

전면판과 부스터 안테나 사이에 페라이트 재료를 제공;

부스터 안테나 아래에 보상 루프를 배치.

안테나 모듈은 커플러 코일에 대해서 어긋날 수 있다. 부스터 안테나는 쿼시-다이폴 형태로 배치될 수 있고; 모듈 안테나에는 용량성 스터브가 구비될 수 있고; 안테나 모듈에서 모듈 안테나와 접촉 패드 사이에는 페라이트가 제공될 수 있다. 접촉 패드는 트리밍되거나 천공이 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명할 것인데, 그 제한적이지 않은 예를 첨부 도면에 도시한다. 전반적으로 도면은 개략적인 형태로 소개한다. 도면의 일부 구성요소는 과장 표현할 수 있고, 명확한 표현을 위해서는 생략할 수도 있다. 일부 도면은 개략적인 형태로 도시될 수 있다. 비록 본 발명을 전반적으로 여러 예시적 실시예의 관점에서 기술하였지만, 이는 본 발명이 이러한 특정 실시예들에만 한정된다는 것으로 의도된 것은 아니며, 여러 실시예들의 개개의 특징을 서로 조합할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도면에 기재한 모든 문자(범례, 주석, 참조번호 등)를 본원의 참고 자료로서 포함시킨다.
도 1은 듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드와 리더의 단면도이다.
도 1a는 커플러 코일(CC)이 있는 부스터 안테나(BA)의 개략적인 평면도이다.
도 2는 금속증착부가 있는 스마트 카드의 개략 단면도이다.
도 2a는 금속증착부가 있는 스마트 카드의 부분 개략 사시도이다.
도 3a,b,c는 스마트 카드의 전면판(ML)의 실시예의 개략적 평면도이다.
도 4a는 간격을 갖는 보상 루프 층의 개략도이다.
도 4b는 간격이 없는 보상 루프 층의 개략도이다.
도 5는 모듈 테이프(MT) 상의 접촉 패드(CP)의 전형적인 구성의 평면도이다.
도 5a는 예시적인 접촉 패드 배치 및 패드 지정을 도시하는 개략도이다.
도 6a는 접촉 패드(CP)의 외변을 확장한 것을 나타내는 평면도이다.
도 6b는 접촉 패드(CP)의 외변을 트리밍한 것을 나타내는 평면도이다.
도 6c는 접촉 패드(CP) 간의 간격을 증가시킨 것을 나타내는 평면도이다.
도 6d는 접촉 패드(CP) 간의 간격을 변경한 것을 나타내는 평면도이다.
도 7a는 접촉 패드(CP)를 천공한 것을 나타내는 평면도이다.
도 7b는 접촉 패드(CP)를 얇게 만든 것을 나타내는 단면도이다.
도 8a는 모듈 테이프(MT)의 밑면을 도시하는 평면도이다.
도 8b는 접촉 패드(CP)를 천공한 것을 나타내는 평면도이다.
도 9a는 접촉 패드(CP)를 천공한 것을 나타내는 평면도이다.
도 9b는 접촉 패드(CP)를 천공한 것을 나타내는 평면도이다.
도 10a는 2개의 안테나 세그먼트(MA1, MA2)를 갖는 안테나 구조(AS)를 보여주는, 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 테이프(MT)의 밑면의 평면도이다.
도 10b는 안테나 구조(AS)의 개략도이다.

본 발명(들)의 사상을 설명하기 위해 다양한 실시예들에 대해 기술할 것인바, 이들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 명시된 치수 및 재료 또는 처리단계는 대략적이며 예시적인 것으로 간주하여야 한다.

이하의 상세한 설명 내용에서는, 본 발명(들)의 여러 특징과 실시예의 예시로서 스마트 카드 또는 주민등록카드 등의 보안 문서의 형태로 된 트랜스폰더에 대해서 설명할 것이다. 이하에서 명백해질 것이지만, 상기 여러 특징 및 실시예들은 다른 형태의 보안 문서, 예컨대, 전자 여권에도 적용할 수 있을 것이다(용이하게 통합시킬 수 있음). 본 명세서에서 사용한 용어 중, "트랜스폰더", "스마트 카드", "데이터 캐리어" 등의 용어는, ISO 14443 또는 유사한 RFID 표준 하에서 동작하는 유사 장치를 지칭하는 것으로도 해석할 수 있다.

여기에 설명한 전형적인 데이터 캐리어는, (i) RFID 칩 또는 칩 모듈(CM) 및 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM), (ⅱ) 카드 본체(CB), 그리고 (ⅲ) 모듈 안테나(MA) 및 외부 RFID "리더"의 안테나 간의 커플링(coupling)을 보강하기 위하여 카드 본체(CB)에 배치되는 부스터 안테나(BA)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "칩 모듈"을 지칭하는 경우에, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 여기에는 "칩"이 포함되는 것으로 간주하며, 그 반대도 마찬가지이다. 모듈 안테나(MA)는 와이어 코일, 즉, 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 테이프(MT)에 에칭 또는 인쇄된 도체 선로를 포함할 수 있고, 또는, 칩 자체에 직접적으로 통합될 수도 있다.

부스터 안테나(BA)는 인레이 기판 또는 카드 본체(CB)에 와이어를 내장하여서 형성될 수 있다. 그러나, 안테나는, 이렇게 기판에 와이어를 내장하는 것과는 다른 공정, 예컨대, 안테나 구조의 인쇄, 코일 권취 방식(예컨대, US 6,295,720에 개시된 기술), 별도의 안테나 기판에 안테나 구조체를 형성한 후 인레이 기판(또는, 그 층)에 전사하는 기술, 기판 상의 도전 층으로부터 안테나 구조체를 에칭(레이저 에칭도 포함됨)하는 방법, 기판 상에 또는 기판에 형성된 채널 내에 도전성 재료를 증착하는 기술 등의 가법(additive) 공정 또는 감법(subtractive) 공정을 이용하여 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서 "인레이 기판"이라고 지칭하는 경우, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 여기에는 "카드 본체" 뿐만 아니라, 보안 문서용의 모든 다른 기판도 포함되는 것으로 간주하며, 그 반대도 마찬가지이다.

이하의 설명은 주로 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 스마트 카드의 관점에서 기재하고 있으며, 그 비접촉 동작에 주안점을 두고 있다. 본 명세서에 제시된 많은 사상은, 비접촉 동작 모드 만을 갖는 전자 여권 등에 적용될 수 있다. 전반적으로, 본 명세서에 제시한 모든 치수와 재료는 예시의 목적으로 제시된 것이다.

일반적으로, 모듈 안테나(MA) 및 외부 RFID 리더의 안테나 사이의 커플링은 카드 본체(CB)에 부스터 안테나(BA)를 통합함으로써 개선할 수 있다. 어떤 면에서, 부스터 안테나(BA)는 카드 안테나(CA)와 유사하다. 그러나, RFID 칩 또는 칩 모듈과 직접적으로 전기적 연결되는 카드 안테나(CA)(예컨대, US 7,980,477)와 대조적으로, 부스터 안테나(BA)는 RFID 칩(CM)과 연결될 수 있는 안테나 모듈(AM) 내의 모듈 안테나(MA)에 유도성으로 커플링된다. 이러한 유도성 커플링(전자기적 커플링)은 직접적인 전기적 연결보다 구현하기가 더 어려울 수 있다. 부스터 안테나(BA)는 카드 안테나(CA)로 지칭할 수 있다. 부스터 안테나(BA)에는, 모듈 안테나(MA)에 근접하여 긴밀하게 결합되도록 배치되는 커플러 코일(CC)이 연결될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어 "커플링(coupling)"(및 그 파생어)은, 두 요소들 간에 있어서, 두 요소들이 하나의 요소에 의해 발생한 전자기장 및 다른 요소에 의해 발생된 전자기장과의 반응(상호작용)에 의존할 때에, 이들 두 요소들 간의 유도성(inductive), 전자기적(electromagnetic), 용량성(capacitive), 또는 반응성(reactive) 커플링을 의미한다(이들의 조합도 포함되며, 이들 모두를 "유도성 커플링"이라고 지칭한다). 이와 대조적으로, "연결(connecting)"이라는 용어(및 그 파생어)는 두 요소가 서로 전기적으로 접속되어서 이들 간의 상호작용에 의해서 두 요소 간에 전자의 흐름이 일어나는 것을 의미한다. 일반적으로 서로 유도성 커플링되는 두 요소는 전기적으로는 서로 연결되지 않는다. 와이어 코일과 같은 요소들, 예컨대, 모듈 안테나(MA) 및 이에 가까이 배치된 커플러 코일(CC)은 일반적으로, 두 요소 간의 전기적 연결 없이 서로 유도성 커플링된다. 이에 반해, 모듈 안테나(MA)는 일반적으로 RFID 칩(CM) 요소와는 전기적으로 연결된다. 부스터 안테나(BA)의 권선과 코일 요소들, 예컨대, 외측 권선(OW), 내측 권선(IW), 및 커플러 코일(CC)은 일반적으로 서로 전기적으로 연결되지만 유도성 커플링될 수도 있다. 모듈 안테나(MA) 및 커플러 코일(CC)은 서로 전기적으로는 연결되지 않고, 유도성 커플링(또는 "변압기식 커플링")된다.

여기에 기술된 부스터 안테나(BA)는(그리고 그 외의 특징들도), 안테나 모듈(AM)과 외부 비접촉식 리더 사이의 실효 동작("판독"(reading))의 거리를, 용량성 및 유도성 커플링됨으로써 증가시킬 수 있다. 일반적으로 대략 수 센티미터에 불과한 판독 거리에 있어서, 1cm의 증가는 상당한 개선이 될 수 있다.

본 발명(들)의 사상을 설명하기 위해 다양한 실시예들을 설명할 것이며, 이들은 제한적이 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 한다.

이하의 주된 내용에서, 본 발명(들)의 여러 특징과 실시예의 예시로서 스마트 카드 또는 주민등록카드 등의 보안 문서의 형태로 된 트랜스폰더에 대해서 설명할 것이다. 이하에서 명백해질 것이지만, 상기 여러 특징 및 실시예들은 다른 형태의 보안 문서, 예컨대, 전자 여권에도 적용할 수 있을 것이다(즉석에서 통합시킬 수 있음). 본 명세서에서 사용한 용어에서, "트랜스폰더", "스마트 카드", "데이터 캐리어" 등의 용어는, ISO 14443 또는 유사한 RFID 표준 하에서 동작하는 것과 유사한 그 밖의 장치도 지칭하는 것으로 해석할 수 있다.

여기에 설명한 일반적인 데이터 캐리어는, (i) RFID 칩 또는 칩 모듈(CM) 및 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM), (ⅱ) 카드 본체(CB), 및 (ⅲ) 모듈 안테나(MA) 및 외부 RFID "리더"의 안테나 간의 커플링(coupling)을 보강하기 위하여 카드 본체(CB)에 배치되는 부스터 안테나(BA)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "칩 모듈"을 지칭하는 경우에, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 여기에는 "칩"이 포함되는 것으로 간주하며, 그 반대도 마찬가지이다. 모듈 안테나(MA)는 와이어 코일, 즉, 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 테이프(MT)에 에칭 또는 인쇄된 도체 선로를 포함할 수 있고, 또는, 칩 자체에 직접적으로 통합될 수도 있다.

부스터 안테나(BA)는 인레이 기판 또는 카드 본체(CB)에 와이어를 내장하여 형성될 수 있다. 그러나, 안테나는, 이렇게 기판에 와이어를 내장하는 것과 다른 공정, 예컨대, 안테나 구조체의 인쇄, 코일을 감는 방법(예컨대, US 6,295,720에 개시된 기술), 별도의 안테나 기판에 안테나 구조체를 형성한 후 인레이 기판(또는, 그 층)에 전사하는 기술, 기판 상의 도전 층으로부터 안테나 구조체를 에칭(레이저 에칭도 포함됨)하여 얻는 방법, 기판 상에 또는 기판에 형성된 채널 내에 도전성 재료를 증착하는 기술 등의 가법(additive) 공정 또는 감법(subtractive) 공정을 이용하여 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서 "인레이 기판"이라고 지칭하는 경우, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 여기에는 "카드 본체" 뿐만 아니라, 보안 문서용의 모든 다른 기판도 포함되는 것으로 간주하며, 그 반대도 마찬가지이다.

이하의 설명은 주로 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 스마트 카드의 관점에서 기재하고 있으며, 그의 비접촉 동작에 주안점을 두고 있다. 본 명세서에 제시된 많은 사상은, 비접촉 동작 모드 만을 갖는 전자 여권 등에 적용될 수 있다. 전반적으로, 본 명세서에 제시한 모든 치수와 재료는 예시의 목적으로 제시된 것이다.

전반적으로, 모듈 안테나(MA) 및 외부 RFID 리더의 안테나 사이의 커플링은 카드 본체(CB)에 부스터 안테나(BA)를 통합함으로써 개선할 수 있다. 어떤 면에서, 부스터 안테나(BA)는 카드 안테나(CA)와 유사하다. 그러나, RFID 칩 또는 칩 모듈과 직접적으로 전기적 연결되는 카드 안테나(CA)(예컨대, US 7,980,477)와 대조적으로, 부스터 안테나(BA)는 RFID 칩(CM)과 연결될 수 있는 안테나 모듈(AM) 내의 모듈 안테나(MA)에 유도성으로 연결된다. 이러한 유도성 커플링(전자기적 커플링)은 직접적인 전기적 연결보다 구현하기가 더 어려울 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어 "커플링(coupling)"(및 그 파생어)은, 두 요소들 간에 있어서, 두 요소들이 하나의 요소에 의해 발생한 전자기장 및 다른 요소에 의해 발생된 전자기장과의 반응(상호작용)에 의존할 때에, 이들 두 요소들 간의 유도성(inductive), 전자기적(electromagnetic), 용량성(capacitive), 또는 반응성(reactive) 커플링을 의미한다(이들의 조합도 포함되며, 이들 모두를 "유도성 커플링"이라고 지칭한다). 이와 대조적으로, "연결(connecting)"이라는 용어(및 그 파생어)는 두 요소가 서로 전기적으로 접속되어서 이들 간의 상호작용에 의해서 두 요소 간에 전자의 흐름이 일어나는 것을 의미한다. 일반적으로 서로 유도성 커플링되는 두 요소는 전기적으로는 서로 연결되지 않는다. 와이어 코일과 같은 요소들, 예컨대, 모듈 안테나(MA) 및 이에 가까이 배치된 커플러 코일(CC)은 일반적으로, 두 요소 간의 전기적 연결 없이 서로 유도성 커플링된다. 이에 반해, 모듈 안테나(MA)는 일반적으로 RFID 칩(CM) 요소와는 전기적으로 연결된다. 부스터 안테나(BA)의 권선과 코일 요소들, 예컨대, 외측 권선(OW), 내측 권선(IW), 및 커플러 코일(CC)는 일반적으로 서로 서로 전기적으로 연결되지만, 서로 유도성 커플링될 수도 있다. 모듈 안테나(MA) 및 커플러 코일(CC)는 서로 전기적으로는 연결되지 않고, 유도성 커플링(또는 "변압기식 커플링")된다.

여기에 기술된 부스터 안테나(BA)(및 그 외의 특징들도)는, 안테나 모듈(AM)과 외부 비접촉식 리더 사이의 실효 동작("리딩(reading)") 거리를, 용량성 및 유도성 커플링됨으로써 증가시킬 수 있다. 일반적으로 대략 수 센티미터에 불과한 판독 거리에 있어서, 1cm의 증가는 상당한 개선이 될 수 있다.

도 1은 안테나 모듈(AM)이 카드 본체(CB) 내의 오목부(recess)에 배치되는 예시적인 스마트 카드의 일부분의 단면도이다. 안테나 모듈(AM)에 칩 모듈(CM)이 있다. 안테나 모듈(AM)에는 외부의 접촉식 리더(ISO 7816)와의 접촉 인터페이스를 위한 접촉 패드(CP)가 있다. 안테나 모듈(AM)에는 외부의 비접촉식 리더(ISO 14443)와의 비접촉 인터페이스를 위한 모듈 안테나(MA)가 있다. 부스터 안테나(BA)가 카드 본체(CB)의 주변부 둘레에 배치되어 있고, 커플러 코일(CC)이 카드 본체(CB)의 오목부 주위에 배치되어 있다. 안테나 모듈(AM)이 오목부에 배치됨으로써, 모듈 안테나(MA)는 부스터 안테나(BA)의 커플러 코일(CC)에 가깝게 결합된다. 커플러 코일(CC)은 모듈 안테나(MA) 주위가 아닌 그 아래에 배치될 수도 있다.

US 2012/0074233에 나타낸 바와 같이(예컨대 FIG. 3A 및 FIG. 4A), 부스터 안테나(BA)(또는 카드 안테나(CA))는 외측 권선(OW)(또는 D)과 내측 권선(IW)(또는 E)(이들은 쿼시-다이폴(quasi dipole) 형태로 서로 역상으로 연결됨)을 포함할 수 있다. 커플러 코일(CC)은 나타나 있지 않다.

US 13/600,140에 나타낸 바와 같이(예컨대, FIG. 3 및 FIG. 4), 쿼시-다이폴 부스터 안테나(BA)는 추가적으로 내부 커플러 코일(CC)을 포함할 수 있다. 커플러 코일(CC)은 몇 개의 점선으로 간략하게만 표시하였다. (커플러 코일(CC)의 좀더 세부적인 구성과, 이를 다양한 방향(시계 방향, 반시계 방향)으로 배치하는 방식 및 외측 권선(OW) 및 내측 권선(IW)과의 연결 방식에 대해서는 FIG. 3A~3D에 명시되어 있다.)

도 1a는 부스터 안테나(BA) 및 안테나 모듈(AM)이 있는 스마트 카드 본체(CB)의 개략적인 평면도이다. 부스터 안테나(BA)는 커플러 코일(CC)과 연결되어 있다.

도면에 나타낸 약어는 다음과 같다.

CB - 카드 본체 또는 인레이 기판

BA - 부스터 안테나 또는 카드 안테나(CA)

OW - BA의 외측 권선; 감긴(권취) 회수 대략 2~3회

IW - BA의 내측 권선; 권취 회수 대략 2~3회

CC - 커플러 코일; 권취 회수 대략 10회

IE - OW, IW, 또는 CC의 내측 말단

OE - OW, IW, 또는 CC의 외측 말단

참고:

외측 권선(OW)의 내측 말단(IE, a)은 "자유단(free enc)"이다.

내측 권선(IW)의 외측 말단(OE, f)은 "자유단" 이다.

OW의 외측 말단(OE, b)은 CC의 일단에 연결된다.

IW의 내측 말단(IE, e)은 CC의 타단에 연결된다.

외측 권선(OW)은 IE(a)에서 OE(b)까지 시계 방향(CW)으로 권취된다.

내측 권선(IW)은 IE(e)에서 OE(f)까지 시계 방향(CW)으로 권취된다.

부스터 안테나(BA)는 외측 권선(OW) 및 내측 권선(IW)을 포함하는데, 이들은 모두 카드 본체(CB)의 주변부를 거의 둘러싸도록 전개된다. 내측 및 외측 권선은 각각, 내측 말단(IE) 및 외측 말단(OE)을 갖는다. 외측 권선(OW)의 외측 말단(OE)(b)은 커플러 코일(CC)을 통해서 내측 권선(IW)의 내측 말단(IE)(e)과 연결된다. 외측 권선(OW)의 내측 말단(IE)(a)과 내측 권선(IW)의 외측 말단(OE)(f)은 연결되지 않고 "자유단"으로 남겨질 수 있다. 외측 권선(OW), 커플러 코일(CC), 및 내측 권선(IE)을 포함하는 전체 부스터 안테나(BA)는 개방 회로이며, "쿼시-다이폴"이라 부를 수 있다. 즉, 외측 권선(OW)은 다이폴의 한 극을 이루고, 내측 권선(IW)은 다이폴의 다른 극을 이루며, 커플러 코일(CC)이 중앙 급전부가 된다.

부스터 안테나(BA)는 카드 본체(CB)(또는 열가소성으로 형성된 인레이 기판 또는 데이터 캐리어 기판)의 외주(주변)의 주위에(내부에) 배치된(예컨대, 초음파 접합에 의해서) 개별적인 절연 구리선을 사용하여 형성할 수 있다. 부스터 안테나(BA)는 외측 권선(OW)(또는 코일, D) 및 내측 권선(IW)(또는 코일, E)을 포함하며, 더불어 커플러 코일(CC)을 포함한다. 이들 모두는, 비록 이들 여러 코일 요소의 "말단"에 대해서 기재하였지만, 하나의 연속된 와이어(예컨대, 80μm의 자기접합(self-bonding) 와이어)로 형성하여서 카드 본체(CB) 위에 배치하거나 그 내부에 내장할 수도 있다. 보다 구체적으로 설명하자면,

- 외측 권선(OW)은, "b"에 외측 말단(OE)이 있고 "a"에 내측 말단(IE)이 있으며 수 회(예컨대, 2~3회)의 권취 회수를 갖는 나선형으로 형성할 수 있다. 외측 권선(OW)은 카드 본체(CB)의 주변(외주) 근방에(거의 그 위치에) 위치한다. 외측 권선(OW)의 내측 말단(IE)("a")은 자유단이다.

- 커플러 코일(CC)은 두 말단 "c"와 "d"를 갖고 수 회(예컨대, 10회)의 권취 회수를 갖는 나선형으로 형성할 수 있다. 말단 "c"는 외측 말단(OE) 또는 내측 말단(IE)일 수 있고, 말단 "d"는 내측 말단(IE) 또는 외측 말단(OE)일 수 있다.

- 내측 권선(OW)은, "f"에 외측 말단(OE)이 있고 "e"에 내측 말단(IE)이 있으며 수 회(예컨대, 2~3회)의 권취 회수를 갖는 나선형으로 형성할 수 있다. 내측 권선(IW)은 카드 본체(CB)의 주변부 근방에(거의 그 위치에), 외측 권선(OW)의 안쪽으로 위치한다. 내측 권선(IW)의 외측 말단(OE)("f")은 자유단이다. 도 3에, 내측 권선(IW)을 명학하게 나타내기 위하여 점선으로 표시하였다.

- 외측 권선(OW)의 내측 말단(IE)은 연결되지 않고 남아 있는 "자유단"이다. 마찬가지로, 내측 권선(IW)의 외측 말단(OE)도 연결되지 않고 남아 있는 "자유단"이다.

외측 권선(OW), 커플러 코일(CC), 및 내측 권선(IW)은 종래의 와이어 내장 기법을 사용하여, 하나의 연속적인 구조로서 형성될 수 있다. 커플러 코일(CC)이 외측 권선(OW)과 내측 권선(IW)의 말단에 연결된다는 설명을, 커플러 코일(CC)이 말단을 갖는 개별적인 존재라고 해석해서는 안된다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 외측 권선(OW), 커플러 코일(CC), 및 내측 권선(IW)을 하나의 연속적인 구조로 형성한다는 맥락에서 보면, "말단"은, 만일 연속적인 구조로 형성하지 않았다고 할 경우에 실제 말단이 될 수 있는 위치에 해당하는 것을 의미하는 것으로 해석할 수 있고, 이러한 맥락에서, "연결된"이라는 표현은 "연속된"으로 해석한다.

카드 본체(CB)의 크기는 대략적으로 54mm×86mm일 수 있다. 부스터 안테나(BA)의 외측 권선(OW)의 외형 치수는 대략적으로 80×50mm일 수 있다. 부스터 안테나(BA)를 형성하는 와이어의 직경(d)은 대략 100μm(80μm, 112μm, 125μm도 포함됨. 단, 이들에만 한정되는 것은 아님)일 수 있다.

도시한 바와 같이 내측 권선(IW)은 카드 본체(CB)(또는, 다층 인레이 기판에서의 층)의 소정의 표면에서, 외측 권선(OW) 내에 배치할 수 있다. 또는 이와 달리, 부스터 안테나(BA)의 이들 두 권선은 카드 본체(CB)의 양쪽 표면 상에 서로 거의 정렬되게 배치할 수 있다(이 경우에는 "외측" 및 "내측" 권선이라기 보다는 "상부" 및 "하부" 권선이라고 해야 할 것이다). 부스터 안테나(BA)의 두 권선은, 이들에 유도되는 전압이 서로 반대 위상을 갖도록 서로 근접하여 결합되도록 할 수 있다. 커플러 코일(CC)은 카드 본체(CB)의 외측 및 내측 권선이 있는 표면과 동일 표면 상에 있을 수 있다.

부스터 안테나(BA)의 외측 권선(OW)과 내측 권선(IW)의 권취는, 외측 권선(OW) 또는 내측 권선(IW)의 1회 권취 사이에 대략 1개의 와이어 직경에 해당하는 공간이 남도록 그 간격(피치)을 0.2mm(200μm)로 감을 수 있다. 커플러 코일(CC)의 권취는, 커플러 코일(CC)의 1회 권취 사이에 1개의 와이어 직경보다 작은 공간이 남도록, 외측 권선(OW) 및 내측 권선(IW) 중 적어도 하나의 권선에서의 권취 간격과 거의 같거나 작게(다른 말로 하자면, 크지 않게) 감을 수 있다(예컨대, 0.15mm(150μm)). 자기접합 구리 와이어를 부스터 안테나(BA) 용으로 사용할 수 있다. 외측/내측 권선(OW/IW) 및 커플러 코일(CC) 모두의 권취 간격은, 대략 1개 와이어 직경(또는 선로 폭) 상에 나선형(들)의 인접 권취 사이의 공간이 나오도록, 대략적으로 와이어 직경(또는 도체 선로의 폭)의 2배가 되도록 할 수 있다. 외측 권선(OW) 및 내측 권선(IW)의 간격은 서로 거의 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

커플러 코일(CC)의 와이어는, 주어진 면적에서 보다 더 많은 권취수로 수용할 수 있다. 이는, 예를 들어, 커플러 코일(CC)의 권취 영역을 구획하는 레이저 절제한 구덩이(트렌치) 내에 와이어를 상하로 배치하여(필요시에는 그 사이에 절연막을 둠) 와이어의 "경로(course)"를 두 곳으로 배치함으로써 수행할 수 있다.

기판 또는 카드 본체(CB)와 여기에 형성된 부스터 안테나(BA)는 1차 제조자가 준비하여서 중간 제품으로서 제작될 수 있다(이를 안테나 모듈(AM)이 없는 "데이터 캐리어 부품"으로 지칭할 수 있다). 이어서, 2차 제조자가 카드 본체(CB)에 커플러 코일(CC)의 내측에 오목부를 가공(또는 형성)(도 1 참조)하고 이 오목부에 안테나 모듈(AM)을 (그 모듈 안테나(MA)와 함께) 설치할 수 있다. (물론, 1차 제조자가 데이터 캐리어 부품을 오목부가 미리 형성된 상태로 제작할 수도 있다.)

이하에서는 접촉식 및 비접촉식의 DIF 스마트 카드에 관련된 응용에서의 일부 도면 및 설명에 대하여 참고자료를 추가적으로 인용한다. 이를 본원의 참고자료로서 포함시킨다.

13/730,811(출원일 2012년 12월 28일, 공개 번호 2012/0074233)

FIG. 1A: 카드 본체(CB) 내의 카드 안테나(CA), 접촉식 및 비접촉식 리더

FIG. 1B: 카드 본체(CB) 내의 카드 안테나(CA), 카드 본체(CB) 내의 페라이트

FIG. 1D: 모듈 안테나(MA)와 접촉 패드(CP) 사이의 AM 내의 페라이트 요소(FE)

FIG. 3A,4A: 커플러 코일(CC) 없는 쿼시-다이폴 부스터 안테나(BA)

FIG. 4I,J: 카드 본체(CB) 내의 페라이트

FIG. 6A: 페라이트가 포함된 이동전화 스티커(MPS)

FIG. 6B: 페라이트 차폐 요소(670), 양면이 접착성임

FIG. 8(13/730,811): 주로 카드 본체(CB)의 위쪽 절반에 있는 카드 안테나(CA)

13/600,140(출원일 2012년 8월 30일)

FIG. 2A: 커플러 코일(CC) 없는 부스터 안테나(BA)

FIG. 3: 커플러 코일(CC) 있는 부스터 안테나(BA)

FIG. 3A-3D: 커플러 코일(CC)에 대한 다양한 구성

FIG. 4: CC가 있는 BA, 모듈 안테나(MA)가 있는 안테나 모듈(AM)

FIG. 5H: 연장부가 있는 부스터 안테나

5I-K: 2개의 부스터 안테나

FIG. 6A-C: 카드 본체(CB)의 위쪽 절반에 배치된 BA

금속증착 카드의 제작

듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드를 포함한 일부 스마트 카드는 카드 본체와 거의 크기가 같은 금속제(또는 금속증착) 최상층, 또는 "전면판(face plate)"을 갖는다. 금속층을 포함시키는 것은, 카드와 외부의 비접촉식 리더 간의 커플링을 상당량 감소시킬 수 있다는 점에서 기술적으로는 직관적이지 않다. 그렇다 하더라도 이러한 특징은 장식을 위해서는 중요할 수 있다.

도 2는 예시적인 "금속제(또는 금속증착)" 스마트 카드의 예시적인 몇 개 층들을 매우 일반화하여 단순화한 개략 단면도이다. 층에 표시한 번호는 참조용으로만 매긴 것이지 층들의 특정 순서를 나타낸 것이 아니다. 층들은 재배열할 수 있고, 일부 층을 생략할 수도 있다. 일부 층은 비금속제 스마트 카드 또는 금속증착 스마트 카드 중 하나에 적용할 수 있다. 층들 중 일부는 한 개 보다 많은 층을 포함할 수 있다. 일부 층은 다른 층과 결합될 수 있다.

층 1: 인쇄면, 흡집방지 외피 등

층 2: 별도의 금속층 또는 금속증착 포일

층 3: 커플러 코일(CC)을 갖는 부스터 안테나(BA)

층 4: 카드 본체(CB)

층 5: 금속증착 또는 비금속증착 보상 프레임(카드 본체의 뒷면)

층 6: 인쇄면, 흠집방지 외피, 자성 띠(마그네틱 스트라이프) 등

칩 모듈(CM)은 스마트 카드 내부로 연장 형성된 윈도우 "W"(개구부) 내에 배치되어 있는데, 이 윈도우 W는 스마트 카드 표면의 앞면(도면에서는 최상부)에서부터 금속증착 포일(층 2)을 통해 카드 본체(층 4)까지 형성되어 있다. 칩 모듈(CM)은 그 앞면에, 외부의 접촉식 리더와의 인터페이스를 위한 접촉 패드(CP)를 갖는다. 칩 모듈은 커플러 코일(CC)이 있는 부스터 안테나(BA)를 통해 외부의 비접촉식 리더와 인터페이스하기 위한 모듈 안테나(MA)를 갖는 듀얼 인터페이스(DI) 안테나 모듈(AM)일 수 있다. 안테나 모듈(AM)은 커플러 코일(CC)의 내측 영역 내에 조립될 수 있다(도 1 참조).

도 2a는 금속증착 스마트 카드(200)에 대한 예시적인 적층(층 순서)을 도시한다. 그 치수는 예시적이며 모든 수치는 대략적인 것이다. 두께는 도면에서 세로 방향의 크기를 의미한다. 이 스마트 카드(200)의 층, 구조, 및 구성품은 다음과 같다.

- 최상층(202)은 예컨대 250μm 두께의 스테인리스 등의 금속층(또는 금속증착 층)이며, 이 층을 "전면판"으로 부른다. 위에서 설명한 "층 1"에 해당한다. 이 최상층(202)은 전체 스마트 카드와 같은 크기, 예컨대, 대략 50mm×80mm일 수 있다.

- 접착 층(203): 예컨대 40μm 두께의 폴리우레탄

- 페라이트 재료 층(204): 예컨대 60μm 두께의 소프트(연성) 페라이트 시트

- 접착 층(205): 예컨대 40μm 두께의 폴리우레탄

- 스페이서(상하 층과 상하 구성품을 분리하는 역할)의 역할을 할 수 있는 플라스틱 재료 층(208): 예컨대 50~100μm 두께의 PVC

- 카드 본체(CB)로서 기능할 수 있는 플라스틱 재료 층(210)(층 4에 해당됨): 예컨대 150~200μm 두께의 PVC

- 커플러 코일(CC)이 포함된 부스터 안테나(BA)를 구성하는 와이어(212)(도 1 참조): 예컨대 112μm 직경의 와이어. 도면에는 명확성을 위해서 한 개의 와이어 단면만을 도시하였음.

- 인쇄, 자성 띠 등을 포함할 수 있는 플라스틱 재료 층(214): 예컨대 150μm 두께의 PVC

- 외피 역할을 할 수 있는 플라스틱 재료 층(216): 예컨대 50μm 두께의 PVC

- 스마트 카드(200)의 전체 두께(층 202, 203, 204, 208, 210, 214, 216)는 대략 810μm(0.81mm)일 수 있다.

윈도우 개구부(220)("W")가 전면판(202)로부터 중간 개재 층들을 통해 카드 본체 층(210)까지 스마트 카드 내로 연장 형성될 수 있다. 모듈 안테나(MA)를 갖는 듀얼 인터페이스(DI) 안테나 모듈(AM)이 윈도우 개구부(220) 내에 배치될 수 있다(도 1 참조). 윈도우 개구부(220)는 층(210)을 완전히 관통하여 연장될 수도 있는데, 이 경우에 안테나 모듈(AM)은 하부 층(214)에 의해 지지될 것이다.

부스터 안테나(BA)의 커플러 코일(CC)은, 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA)와 긴밀하게 결합되도록 윈도우 개구부(220)를 둘러싸고 있다(도 1 참조). 또는 이와 달리, 커플러 코일(CC)은 카드 본체(CB) 내에, 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA) 아래에 있도록 배치될 수 있다.

안테나 모듈(AM)의 크기는 대략 12×13mm(그리고 두께는 대략 0.6mm)일 수 있다. 전면판(202)의 윈도우 개구부(220)("W")는 안테나 모듈(AM)과 거의 같은 크기일 수 있다 - 즉, 대략 12×13mm. 이러한 "기준선" 구성에서, 칩 활성 거리(activation distance)는 대략 15mm일 수 있다. (칩 활성 거리는 판독 거리(read distance)와 유사하며, 칩 모듈이 외부 리더에 의해 활성화(즉, 리딩)될 수 있는 최대 거리를 나타낸다.) 일반적인 제안으로서는 멀수록 더 좋은데, 15mm는 별로 좋지 않고, 20mm 또는 25mm가 더 좋을 것이다. 금속증착 스마트 카드의 칩 활성 거리는, 금속 전면판(202)(층 1)에 영향을 주는 부스터 안테나에 연관된 전자기장의 감쇠에 의해서 줄어든다.

본 발명의 특징에 따르면, 전면판(202)의 윈도우 개구부(220)는, 차폐현상을 보상하고 커플링을 개선하여 활성 거리가 증가하도록 안테나 모듈(AM)보다도 상당히 더 크게 만들어진다. 예를 들어, 대략 12×13mm 크기의 안테나 모듈(AM)에 있어서,

- 안테나 모듈(AM)의 모든 주위에 1mm의 간격(GAP)이 있도록 윈도우 개구부(220)를 모든 주위 방향으로 대략 1mm 정도 확대할 수 있다. 이로써 30% 더 커진 면적(간격의 면적임)을 갖는 14×15mm의 윈도우 개구부가 형성된다. 이 간격(1mm)은 확대되지 않은(12×13mm) 윈도우 개구부의 횡 치수의 대략 10%이다. 이 결과, 칩 활성 거리는 대략 20mm가 될 수 있다(기준선인 15mm보다 33% 증가함).

- 안테나 모듈(AM)의 모든 주위에 2mm의 간격(GAP)이 있도록 윈도우 개구부(220)를 모든 주위 방향으로 대략 2mm 정도 확대할 수 있다. 이로써 75% 더 커진 면적(간격의 면적임)을 갖는 16×17mm의 윈도우 개구부가 형성된다. 이 간격(2mm)은 확대되지 않은(12×13mm) 윈도우 개구부의 횡 치수의 대략 20%이다. 이 결과, 칩 활성 거리는 대략 22mm가 될 수 있다(기준선인 15mm보다 50% 증가함).

간격을 두고 윈도우 개구부를 확대한 결과를 아래 표에 요약한다(표의 모든 수치는 근사치임).

안테나 모듈	윈도우 개구부	GAP	설명	활성 거리
12×13mm ~156mm²	12×13mm ~156mm²	간격 없음	윈도우가 크지 않음, 이 경우가 "기준선"임	15mm "기준선"
12×13mm ~156mm²	14×15mm ~210mm²	모든 주위로 1mm ~54mm²	윈도우가 30% 확대됨	20mm 33% 증가
12×13mm ~156mm²	16×17mm ~272mm²	모든 주위로 2mm ~116mm²	윈도우가 75% 확대됨	22mm 50% 증가

보다 일반적으로, 윈도우 개구부(220)의 크기는 (안테나 모듈(AM)의 크기와 대략 동일한 공칭 크기와 달리) 위의 예에서의 대략 30% 및 75%의 값을 포함하여 적어도 10%만큼, 최대 100%만큼 증가시킬 수 있다.

안테나 모듈(AM) 및 윈도우 개구부(220)의 내측변 사이의 간격(GAP)은, 부스터 안테나(BA)의 커플러 코일(CC)과 안테나 모듈(AM)의 안테나(MA) 사이의 커플링을 훨씬 더 개선시킬 수 있다. 최대 50%의 활성 거리 개선이 있게 된다. 위에서는 1mm와 2mm의 간격에 의해서 각각 윈도우 개구부의 10% 및 20%가 확대되는 것을 논하였지만, 보다 일반적으로는, 간격은 최소 0.5mm이며 최대 3㎜까지 될 수 있다.

페라이트 층(204)이 또한, 부스터 안테나(BA) 및 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA) 사이에 전자기장을 집중시켜서 전면판(202)에 의한 커플링의 감쇠를 줄임으로써 커플링을 향상시킬 수 있다. 페라이트 층(204)은 전면판(202)의 밑면에 최대한 가까운 것이 바람직할 수 있다. 별도의 페라이트 층(204)(및 접착 층(203))을 두지 않고, 페라이트 입자 또는 분말을 접착제와 혼합하여 전면판(202)의 밑면에 분무하거나 도포함으로써 접착제 층(203)을 생략할 수도 있다. 또는 이와 달리, 별도의 층(204)의 형태로 두지 않고, 페라이트 재료를 페라이트 입자(나노 입자 포함)로서 그 하부 층, 예컨대, 스페이서 층(208) 또는 카드 본체 층(210) 내에 내장시킬 수도 있다(일부 구성에서는, 스페이서 층(208)은 생략할 수 있다).

스페이서 층(208)도 또한, 전면판(202)을 부스터 안테나(212)로부터 실용상 가능한 선에서(즉, 스마트 카드의 폼 팩터(form factor)의 한도 내에서) 단지 멀리 떨어뜨림에 의해서 전면판(202)에 의한 결합력의 감쇠를 줄임으로써 커플링을 향상시킬 수 있다.

전면판(202), 전면판과 그 아래 층/구성품 사이의 페라이트(204), 그리고 스페이서 층(208)의 확대된 윈도우 개구부(220)에 더하여, 스마트 카드 및/또는 안테나 모듈의 층들에 커플링을 향상시키는 다양한 부가 특징들을 포함시킬 수 있다. 그 예는 다음과 같다(단, 아래의 예에만 한정되는 것은 아님).

금속 카드의 경우

- 도 3a,b,c와 관련하여 보다 상세히 설명하는 것과 같이, 전면판에 천공을 함

- 부스터 안테나(BA)의 아래에 보상 프레임을 설치함(참조: 도 2(전술함) 및 도 4a,4b(후술함)의 층 5).

카드 본체 층의 경우

- 카드 본체(CB)의 전략적 위치에 페라이트를 배치(참조: US 20120074233의 FIG. 1B,4I,J)

- 커플러 코일(CC) 없는 쿼시-다이폴 형태로 부스터 안테나(BA), 또는 카드 안테나(CA)를 구성하고, 모듈 안테나(MA)가 부스터 안테나의 내측 권선(IW)에만 겹쳐지도록 안테나 모듈(AM)의 위치를 선정(참조: US 20120038445의 FIG. 2C, US 20120074233의 FIG. 3A,4A, 13/600,140의 FIG. 2A)

- 커플러 코일(CC)이 있는 쿼시-다이폴 형태로 부스터 안테나(BA)를 구성(참조: 13/600,140의 FIG. 3,3A~D,3); 전술한 도 1, 1a 참조.

- "연장부"가 있는 부스터 안테나(BA)를 형성(참조: 13/600140의 FIG. 5H)

- 중첩된 부스터 안테나(BA)들을 형성(참조: 13/600,140의 FIG. 5I,J,K)

- 주로 스마트 카드의 상부에, 하부의 "엠보싱" 부분은 남겨 두고, 부스터 안테나(BA)들을 형성(참조: 13/600,140의 FIG. 6A,B,C, 13/730,811의 FIG. 8, 61/697,825의 FIG. 6D)

- 커플러 코일(CC)에서 모듈 안테나(MA)를 위치 이동하여 중심이 어긋나게 함(참조: 61/737,746(2012년 12월 15일 출원)의 FIG. 7A,B,C)

- 도 1a(전술함)에 나타낸 이외의 방식으로 부스터 안테나(BA)와 커플러 코일(CC)의 권선을 형성하고 연결(참조: 61/737,746(2012년 12월 15일 출원)의 FIG. 8A~C)

안테나 모듈(AM)의 경우

- 모듈 안테나(MA)와 안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP) 사이에 페라이트 요소를 배치(참조: US 20120074233의 FIG. 1D 및 7C,D,E)

- 모듈 안테나(MA)에 용량성 스터브(stub)를 추가(참조: US 20120038445와 20120074233의 FIG. 2A,B)

- 안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)를 트리밍 및/또는 천공(참조: 61/693,262의 FIG. 2~5)

- 모듈 안테나(MA)를 두 개의 코일로 형성(참조: 61/693,262의 FIG. 6A)

- 쿼시-다이폴 구성된 모듈 안테나(MA)의 두 개의 권선을 연결(참조: 61/693,262의도 6B).

상기 특징들을 다양하게 조합하여, 15mm의 기준선 활성화 거리를 대략 28mm 이상으로 증가시켜서 대략 100%의 개선을 이룰 수 있고, 이에 상응하여 칩 모듈(CM)과 외부 비접촉식 리더 간의 통신의 신뢰도를 향상할 수 있다. 위에 열거된 상기 특징들은 활성화 거리 및 판독 거리를 대폭 향상하기 위하여 비금속(금속제 전면판이 없는) 스마트 카드에 적용할 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.

제조

중간 제품은, 하부의 스페이서 층(208)에 접착층(205)을 통해 접착되는 페라이트(204)와, 내부에 부스터 안테나(212)가 배치되어 있는 카드 본체 층(210)을 포함할 수 있다. 이 중간 제품을 예비적층 스택, 또는 "예비 적층체"로 지칭할 수 있으며, 이는 대략 450μm의 두께를 가질 수 있다.

예비 적층체는 2차 제조자에게 전달되어서, 여기서 전면판(202), 하부 PVC 시트(214), 및 하부 외피(216)를 형성할 수 있다. 전면판(202)에는 사전에 개구부(220)를 뚫어(아니면, 가공) 놓을 수 있다. 이렇게 하여 제작된 적층체의 예비 적층 두께는 대략 940μm(0.94mm)일 수 있고, 적층 후에는(열 및 압력에 의하여) 대략 890μm(0.89mm)의 최종 두께가 될 수 있다.

적층 공정에 있어서는, 먼저, 재료의 플러그를 윈도우 개구부(220) 속에 삽입하여서, 그 아래 재료(페라이트(204), 스페이서 PVC(208), 카드 본체 PVC(210) 등)가 윈도우 개구부(220) 내로 위쪽에서 확장되어 들어가는 것을 (그리고 스마트 카드의 바닥면이 움푹 패이는 것을) 방지하도록 할 수 있다. 플러그 재료로는 PVC를 사용할 수도 있고, 또는 개구부 형성시에 전면판으로부터 제거된 금속 "슬러그(slug)"를 사용할 수도 있다.

일반적으로, 적층 후에는 플러그(금속의 경우)를 제거한다. 플러그가 PVC 인 경우에는 그 위치에 남겨놓을 수도 있다. 그 다음, 안테나 모듈을 위한 오목부를, 커플러 코일(CC)을 손상시키지 않도록(당연히) 주의하면서, 스마트 카드의 여러 층(페라이트(204), 스페이서 PVC(208), 카드 본체 PVC(210)) 속으로 가공할 수 있다.

전면판(202)의 천공

커플링을 향상시키기 위해 전면판(202) - "금속증착 층"(ML)이라고 부를 수 있음 - 을 천공할 수 있는데, 이 작업은 적층을 위한 스택에 전면판을 부가하기 전에, 예컨대, 윈도우(220)의 형성과 연계하여 수행하는 것이 일반적일 것이다. 다른 말로, 스마트 카드 상에 금속증착층에 의해 발생하는 차폐현상을 보상하기 위하여, 금속증착 층을 천공하여서, 커플러 코일(CC)의 대략 바로 위에 있는 윈도우(220)의 주위 및/또는 부스터 안테나(BA)의 외측 권선(OW) 및 내측 권선(IW)의 대략 바로 위에 있는 금속증착층(ML)의 주변부에 있는 재료를 제거할 수 있다. 금속증착층(ML)의 천공은 예컨대, 장공(slot) 또는 정공(hole) 형태로 할 수 있는데, 이 천공에 의해서 예컨대 자속 선의 방출을 용이하게 함으로써 전자기장의 작용이 개선되도록 할 수 있다. 천공의 디자인은 스마트 카드의 심미감에 덧붙여질 수 있으며, 광학적(가시적) 보안 기능을 줄 수 있다.

도 3a는 장공(322)의 형태로 된 천공(또는 개구) 패턴을 전면판(302)(202와 상응함)의 주변부에, 예컨대 레이저 에칭으로 형성할 수 있음을 보여준다. 슬릿(322)은, 부스터 안테나(BA)와 외부 비접촉식 리더의 안테나(도 1) 사이의 커플링을 향상시키기 위해, 부스터 안테나(BA)(도 1)의 위에(또는 아래에) 정렬시킬 수 있다.

도 3a는 또한, 정공(324)의 형태로 된 천공(또는 개구) 패턴을 전면판(302)(202 및 '층 2'에 상응함)의 개구부(320)(220에 상응함) 주위에, 예컨대 레이저 에칭으로 형성할 수 있음을 보여준다. 이 천공은, 커플러 코일(CC)(212) 및 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA) 간의 커플링을 강화하기 위하여, 커플러 코일(CC)(도 1)의 위(또는 아래)에 정렬시킬 수 있다.

도 3b는 금속증착층(전면판)(302)에 다른 형태의 천공(또는 개구)(322 및 324) 패턴이 형성된 것을 도시한다. 여기서, 전면판 주변부의 천공(322)은 정공 형태이고, 윈도우 개구부(320) 주위의 천공(324)은 장공 형태이다.

도 3c는 금속증착층(전면판)(302)에 또다른 형태의 천공(또는 개구)(324) 패턴이 형성된 것을 도시한다. 여기서, 개구(322)는 윈도우 개구부(320)의 주위에(그 중심으로부터) 반지름이 점점 커지도록 분포된 수 개의 부분 원호 형태이다.

천공(또는 개구)(322 및 324)은 그 형상이 장공이든 정공이든 아니면 그 밖의 형상이든, 심미감을 주는 패턴으로 배열할 수 있으며, 또한, 보안(위조 방지) 대책의 역할을 할 수도 있다. 전면판(302)에 형성된 천공(또는 구멍)(322, 324)에는 시각적으로 대비되는 재료(비금속인 것이 바람직함), 예컨대, 인조 진주층과 같은 재료를 채워넣을 수 있다.

카드 본체(CB)의 치수(대략적으로는 50mm×80mm)는 다음과 같을 수 있다.

폭 85.47mm ~ 85.72mm

높이 53.92mm ~ 54.03mm

두께 0.76mm + 0.08mm

전면판(302)(또는 금속증착층(ML))은 대략 86mm×54mm의 크기일 수 있다. 전면판(302)의 개구부(320)(또는 "W")는 대략 8mm×10mm의 크기일 수 있다. (도 2a의 관련 설명에서, 안테나 모듈(AM)과, 전면판(202)의 윈도우 개구부(220)의 다양한 예시적 치수가 제시되고 도표화되어 있음.) 카드 본체(CB)(또는 금속증착층(ML))의 주변 영역은 카드 본체(CB)(또는 금속증착층)의 가장자리 변(들)으로부터 5~10mm 안쪽까지만 전개될 수 있다. 즉, 전체 카드 본체의 주변부까지 온전하게 전개되지 않는다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전면판(302)의 주변부에 배치된 개구(322)들은 다수개(예컨대, 20~60개, 또는 그 이상) 있을 수 있다. 이들 개구(322)가 상기 주변 영역의 금속 재료의 양을 대략 25%~50% 정도 감소시킬 수 있어서, 부스터 안테나(BA)와 외부 비접촉식 리더 간의 보다 나은 커플링을 허용한다.

이와 유사하게, 전면판(302)의 윈도우 개구부(320) 주위에 배치된 개구(324)들은 다수개(예컨대, 10~30개, 또는 그 이상) 있을 수 있다. 이들 개구가 해당 영역의 금속 재료의 양을 대략 25%~50% 정도 감소시킬 수 있어서, 커플러 코일(CC) 및 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA) 간의 보다 나은 커플링을 허용한다.

카드 본체의 층에 있어서의 추가 및 대체

보상 루프(compensation loop)

도 4a는, 도전성의 "보상 루프"(CL)가 부스터 안테나(BA)(층 3)의 뒤에, 카드 본체(CB)의 주변부 둘레에 전개되도록 배치된 것을 나타낸다(예컨대 도 2의 층 5와 같이). 보상 루프(CL)는 두 개의 자유단을 가지며 그 사이에 간극("gap")이 있는 개방형 루프일 수 있다. 보상 루프(CL)는 구리 피복선으로 만들 수도 있고, 지지층에 인쇄를 할 수도 있다(또는 다른 방법도 가능).

도 4b는 보상 루프(CL)에 페라이트 재료가 포함될 수 있는 것을 나타내는 것으로서, 이 경우에, 페라이트는 전기 도체가 아니기 때문에(구리와는 다름), 이 루프는 간극이 없고 자유단을 갖지 않는 폐쇄형 루프일 수 있다.

보상 루프는 "프레임(frame)"으로 지칭할 수 있다. 부스터 안테나(BA)(도 1)의 반대면에 있는 이 보상 프레임이 공진 주파수의 안정화에 도움을 줄 수 있는 것이다.

보상 루프(CL)는 부스터 안테나(BA)와 더불어 사용할 수 있다. 부스터 안테나(BA)는 인레이 기판의 일면에 내장할 수 있는 반면에, 보상 프레임은 인레이 기판의 반대면에 잉크젯 인쇄하거나 접착식으로 부착할 수 있다. 보상 루프(CL)는 감법 공정(재료의 에칭에 의한 제거) 또는 가법 공정(재료의 증착)을 이용하여 설치할 수 있다.

페라이트

페라이트 층들은 동시에 적층될 수 있고, 부스터 안테나(BA)의 반대면에 있는 구리로 된 보상 루프(CL)와 함께 부스터 안테나(BA)의 공진 주파수를 안정시킬 수 있다. 선로가 일부 위치에서 끊어질 수 있다(즉, 간극을 둘 수 있다).

페라이트 입자들을 소결하여 연속적인 선로로 만들기 위하여 적층 및 열을 이용할 수 있다. 열과 고압을 가하면서 페라이트 입자를 적층하여서 PC, PVC, PETG와 같은 카드 재료 박막을 만들 수 있고 이로써 안테나가 포함된 페라이트 인레이를 만들 수 있다. 인레이는 여러 페라이트 층으로 구성될 수 있다. 인가하는 열 및 압력은 입자를 소결시켜서 페라이트 절연층을 형성할 수 있다.

자속 선을 휘게 하기 위해 그리고 스마트 카드 본체의 인쇄 층(들) 또는 카드 본체 내의 RFID 안테나에 근접한 모든 금속 층에 의해 야기되는 차폐 현상을 보상하기 위해, 인레이 기판 상에 페라이트 나노입자 또는 분말을 증착시키고; 한 개 이상 수개의 하부 페라이트 층(이는 복합 인레이 층을 형성하기 위하여 RFID 구성품과 함께 적층되었음)을 갖는 부스터 안테나 또는 트랜스폰더를 갖는 예비 적층 인레이를 형성한다.

페라이트 나노입자 또는 분말은 습식 또는 건식 분사 방식을 이용하여 기판 층에 도포할 수 있다. 습식 분사의 경우, 페라이트는 용매 또는 수성/계면 활성제 액체 내의 입자의 초음파 처리를 통해 만들어진 액상 분산액에 현탁된다. 입자는 또한 액체 내의 입자의 현탁을 지원하는 스테릭랩(steric wrap)을 가질 수도 있다. 구체 페라이트의 평균 결정 입경은 여과(필터링)에 의해서 그리고 시간에 대한 초음파 처리의 정도에 의해서 결정될 수 있다. (초음파 처리는 시료 내의 입자를 교반하기 위하여 음파(일반적으로 초음파 에너지)를 가하는 작업이다.)

나노 크기의 페라이트 입자의 소결은, 인레이를 구성하는 합성 층의 고온 적층 시에 생성된다. 적층 공정은 고압 하에서의 가열 및 냉각 단계를 포함한다. 수개 층의 페라이트가 코팅된 기판 또는 포일을 사용하여서, 강자성 특성을 향상시킬 수 있다. 큰 페라이트 입자와는 달리, 나노 입자는, 합성 기판의 유리 전이 온도와 일치하는 훨씬 낮은 소결 온도를 갖는다. 적층 후에 추가적으로 열처리를 해야 할 수 있다.

카드 본체에 추가되는 특징들

전술한 바와 같이, 부스터 안테나를 통한 외부 비접촉식 리더와 모듈 안테나의 전자기적 커플링을 강화하여 활성화 및 판독 거리를 허용가능한 수준으로 증가시키기 위하여 스마트 카드의 본체에 다양한 조합으로 다양한 부가 기능을 포함시킬 수 있다. 이러한 향상된 기능들은 주로, 앞에서 상세하게 설명한 금속제 전면판(202, 302) 또는 안테나 모듈(AM) 상의 금속 접촉 패드(CP)와 같은 그 밖의 구성부에 의해 일어나는 부정적인 효과를 보상하는 역할을 하며, 이는 또한, 이하에서 상세히 설명할 커플링의 강화를 위해 변경될 수 있다. 카드에 관련된 기능들 중 일부는 다음과 같다.

- 카드 본체(CB)의 전략적 위치에 페라이트를 배치(참조: US 20120074233의 FIG. 1B, 4I,J)

- 부스터 안테나(BA)의 다양한 구성(이에 대한 몇 가지 변형예에 대해서는 앞에서 설명한 바 있음)

레이저 에칭, 그리고 안테나 모듈의 변형

예컨대 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA)를 형성하기 위하여 층에서 재료(예컨대, 금속)를 제거하기 위해, 화학적 에칭 대신에 레이저 에칭을 사용하는 것에 대해서 매우 간략하게 설명한다. 이 공정의 자세한 설명은 61/589,434(2012년 1월 23일 출원), 61/619,951(2012년 4월 4일 출원), 및 61/693,262(2012년 8월 25일 출원)에서 찾을 수 있다.

ISO 표준에 따른 칩 카드 모듈의 치수 제한치 내에서 10~12회 권취된 안테나를 화학적으로 에칭하는 것은 US 2010/0176205에 설명되어 있다. 접촉 및 비접촉 인터페이스를 갖는 이러한 안테나 모듈을, 비접촉 모드에서의 리더와의 통신을 위하여 부스터 안테나와의 유도성 커플링을 위해 카드 본체 내에 이식한다.

스마트 카드 모듈의 크기에 대한 제한(예를 들어 13mm×11.8mm)으로 인해, 안테나를 구성하는 권취 회수는, 모듈 기판에 부착 및 접합된 실리콘 다이의 중심 위치를 둘러싸는 공간으로 한정된다. 이 기판은 일반적으로 에폭시 유리로 만들어지는데, 모듈의 전면(face-up side)에는 접촉 금속층이 있고 모듈의 배면(face-down side)에는 접합 금속층이 있다. 화학적 에칭에 의해 형성된 안테나는 일반적으로, 배면 측에 형성된다.

화학적 에칭에 의해 유도성 안테나를 만드는 것의 또다른 한계는 선로(track) 사이의 최소 피치(또는 간격)인데, 이는 리소그래피 공정을 이용하여 경제적으로 달성 가능하다. 35mm 슈퍼 테이프 상에 에칭된 안테나의 (인접한) 선로 사이의 최적의 피치(또는 간격)는 대략 100μm이다. (본 명세서에서 사용한 "피치(pitch)"라는 용어는, 그 통상적인 의미인 선로 중심선과 선로 중심선 사이의 거리 또는 단위 길이당의 선로 수가 아닌, 인접한 도체 선로 간의 간격을 의미한다.)

모듈 안테나 등의 안테나 구조는 RFID 스마트 카드 칩 모듈의 필수적인 부분을 구성하는 구리 피복된 적층체를 레이저 에칭함으로써 형성할 수 있다. 레이저 에칭을 사용하여, 종래의 화학적 에칭을 사용하여 얻을 수 있는 피치 변수의 한계를 해결할 수 있게 되어서, 권취 회수를 크게 늘려서 안테나를 형성할 수 있으며 성능상 이득을 얻을 수 있다. 화학적 에칭 대신에 레이저를 사용하면, 화학적 에칭으로 형성한 큰 면적의 안테나와 거의 동일한 전기적 특성을 갖는 상당히 작은 면적의 레이저 에칭 안테나를 만들 수 있게 되며, 카드 본체에 형성된 오목부 내에 안테나 칩 모듈을 표준 접착 테이프를 사용하여서 용이하게 배치하고 부착시키는 것이 가능해진다.

레이저의 에칭 대상 재료에는 에폭시 유리로 제작된 표준 프리프레그(pre-preg) 적층체(110μm)가 포함될 수 있고, 구리 포일(17μm + 17μm)이 양면에 피복된 무할로겐 경화 에폭시 수지를 사용하여, 35mm 슈퍼 칩캐리어 테이프 상에 가로 세로로 비접촉식의 듀얼 인터페이스 스마트 카드 모듈들을 제작할 수 있다. 캐리어 테이프에는 이송을 위한 스프로켓 및 유도공(index hole)이 구비될 수 있으며, 상면과 하면의 금속증착층을 전기적으로 연결하기 위한 수직 연결용 구멍들을 레이저 공정 전에 뚫어 놓을 수 있다.

각 모듈 영역에서의 안테나 구조체는, UV 또는 녹색의 나노세컨드 또는 피코세컨드 레이저를 사용하여, 17μm 두께의 구리 피복된 "씨드(seed)" 층(프리프레그의 배면) 속으로 레이저 에칭되는데, 이때 선로 간의 거리는 레이저빔의 폭(대략 25μm)과 동일하게 된다. 전면에는, 구리의 무전해 도금과, 니켈 및 금의 전기 도금을 준비하기 위하여 접촉 영역에도 또한 레이저 에칭할 수 있다. 구리 씨드 층의 레이저 에칭 후에, 배면 상의 안테나 영역에서 테이프에 대해 추가 공정을 수행한다. 즉, 레이저로 절제된 잔류물 입자를 제거하기 위해 샌드블라스팅(sandblasting)하고, 수직 연결을 위한 스루홀의 도금을 지원하기 위해 탄소를 증착하고, 건조막을 형성하여 포토마스킹 공정을 행하고, 테이프의 양면의 선로의 두께를 증가시키기 위해 구리(Cu ~6μm)를 무전해 증착하고, 산화를 방지하기 위하여 니켈/니켈 포스포러스(Ni/NiP ~9μm) 또는 니켈(Ni ~9μm) 그리고 팔라듐/금 또는 금(Pd/Au 또는 Au - 0.1μm/0.03μm 또는 0.2μm)을 전기 도금한다.

양면에 구리 씨드 층이 있는 표준 프리프레그 적층체를 사용함으로써, 전면에는 접촉 패드를 그리고 배면에는 안테나 구조를 레이저 에칭한 이후에, 테이프에 구리를 무전해 도금하고 니켈과 금을 전기 도금하는 것이 가능해진다. 이러한 기법의 주요 장점은, 선로와 선로 사이의 피치 사이즈(간격)가 줄어든다는 것이며, 결과적으로, 표준 스마트 카드 칩 모듈의 제한된 면적 내에 허용가능한 권취 회수가 증가한다는 것이다.

접촉 패드(CP)의 변형

상기 61/693,262(2012년 8월 25일 출원)에는 금속 접촉 패드(CP)에 의해 발생할 수 있는 전자기 결합력의 감쇠를 보상하기 위하여 듀얼 인터페이스(DI) 안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)를 변형하는 다양한 방법(FIG. 2A~D, 3A~B, 4A~B, 5A~B 참조)이 개시되어 있다. 상기 출원에 설명된 하나의 예에서는(FIG. 3A), 커플러 코일(CC)의 "커버리지(coverage)"라고 하는 것을 감소시키기 위하여 접촉 패드(CP)의 적어도 일부를 예컨대 정공 또는 장공으로 천공함으로써 판독 거리에 긍정적인 영향(증가)을 주고 있다. 접촉 패드(CP)에 형성한 천공은 전면판(302)의 개구(324)와 유사한 목적을 갖는다. 두 가지 기능(천공된 접촉 패드, 천공된 전면판)을 모두 구현할 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어 "커버리지 영역"(coverage area) 또는 "커버리지"(coverage)는 모듈 테이프의 모듈 안테나(MA)의 면과 반대면에 있는 접촉 패드(CP)가 모듈 안테나(MA)를 얼마나 많이 덮고 있는지를 가리킨다. 커버리지 영역은 0%(하나도 덮지 않음. 예컨대, MA가 CP의 경계선 밖으로 완전히 나가 있는 경우)와 거의 100%(거의 전체를 덮음. 예컨대, MA가 접촉 패드(CP)의 경계선 내에 완전하게 위치하는 경우. 단, 패드와 패드 사이의 간격 때문에 커버리지는 100%보다는 조금 적어짐) 사이에 있을 수 있다. 이와 관련하여, "코일 노출"이라는 말은, 접촉 패드(CP)의 영역 내에 위치하고 있는 모듈 안테나(A)가, 예컨대 접촉 패드 사이의 간격을 통해 얼마나 많이 노출되는지를 가리킨다. 코일 노출은 거의 0%(패드 사이의 간격을 통해서만 노출이 있음)에서 100%(예컨대 모듈 안테나(MA)가 접촉 패드의 경계의 완전 바깥쪽에 있는 경우) 사이에 있을 수 있다.

도 5(61/693,262의 FIG. 1A에 대응함)는 모듈 테이프(MT)의 전면에 있는 접촉 패드(CP)에 대한 일반적인 레이아웃을 보여준다. 접촉 패드(CP)는 화학적 에칭 또는 레이저 에칭(절제)에 의해서 원하는 패드 패턴으로 형성된 구리와 같은 도전성 재료의 층을 포함할 수 있다(전형적으로는, 보호를 위한 다른 도전성 층과 함께 형성된다). 안테나 모듈(AM)의 전체 크기는 대략 15mm×15mm일 수 있다. 카드 본체(CB)의 전체 크기는 대략 50mm×80mm일 수 있다. 접촉 패드(CP)들의 전체 크기와 패턴은 ISO 7816으로 지정될 수 있다. 예를 들어, 접촉 패드(CP) 패턴은 모듈 테이프(MT)의 전면에 대략 10mm×13mm의 면적을 차지할 수 있고, 대략 30μm의 두께를 가질 수 있다. 도 5는 모듈 테이프(MT)에 있는 개구부를 통해 노출되는 7개의 접촉 패드(CP)를 나타내고 있다.

도 5에서, 모듈 테이프(MT)의 접촉 패드(CP)로부터 반대 면에 배치된 모듈 안테나(MA)는 점선으로 표시되어 있다. 이 예에서, 커버리지는 거의 100%이고(모듈 안테나(MA)가, 인접한 접촉 패드(CP) 사이의 작은 간격을 제외하고는, 전체적으로 접촉 패드에 의해 덮여 있음), 코일 노출은 거의 0%이다(인접한 패드들 사이의 작은 간격으로만 최소한의 노출이 있음). 그러므로, 접촉 패드(CP)는 부스터 안테나(BA)(또는 카드 안테나(CA)) 및 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA)의 사이에서 신호를 차폐(감쇠)시킬 수 있다.

US 8,100,337(2012, SPS)은 특히 칩 카드용의 이중 통신 인터페이스를 갖는 전자 모듈(11)을 개시한다. 이 전자 모듈은 첫 번째로는, 리더의 접촉과 접촉함으로써 기능을 하는 전기 접촉 단자대(17)를 구비하는 기판(27)을 포함하고, 두 번째로는 상기 모듈(11)의 일면에 위치한 마이크로전자 칩의 단자와 연결되는 단자를 갖는, 적어도 하나의 권선(13)을 포함하는 안테나를 포함한다. 이 전자 모듈(11)의 특징은, 안테나 권선(13)이 전기 접촉(17)이 덮고 있는 영역의 거의 바깥 쪽에 위치함으로써, 단자대의 전기 접촉이 안테나 신호를 전자기적으로 차폐하지 않는다는 것이다. 이 기술은 접촉이 있거나 없는, 이중 통신 인터페이스를 갖는 칩 카드의 제조에 특히 적용된다.

청구항 1(Claim 1): 칩 카드용의 이중 통신 인터페이스를 갖는 전자 모듈에 있어서, 이 전자 모듈은

리더의 접촉과 접촉함으로써 기능을 하는 전기 접촉 단자대를 포함하는 기판;

상기 전자 모듈의 일면에 위치한 마이크로전자 칩의 단자와 연결되는 단자를 가지며, 상기 모듈이 표면에 있는 적어도 하나의 권선을 포함하는 안테나를 포함하고,

상기 안테나의 적어도 하나의 권선은 상기 전자 모듈 표면의 전기 접촉이 덮고 있는 제2영역의 거의 바깥 쪽에 위치하는 제1영역에 위치하고, 상기 모듈은 안테나 권선이 있는 면의 반대 면에, 단자대의 전기 접촉의 영역의 바깥 쪽에 위치하는 다수의 돌출부를 갖는다.

US 8,100,337에 언급된 것과 같이, 그리고 본 출원의 내용에 상통하는 용어를 사용하여 설명하자면, 안테나 모듈(AM)이 외부 리더와 비접촉 모드로 통신중일 때에, 접촉 패드(CP)는 신호를 "차폐"(또는 감쇠)시킬 수 있어서 판독 거리를 제한하게 된다. 판독 거리가 제한된다 하더라도(예컨대, 수 cm) 보안상의 이유로는 바람직할 수는 있지만, 상기 차폐 문제에 의해서는 판독 거리를 불편할 정도로 짧게 제한할 수 있다(예컨대, 3cm). 보다 바람직하게는, 적절한 보안성과 안테나 모듈(AM)이 들어 있는 스마트 카드(SC)를 포함한 안테나 모듈(AM)과 외부 리더 사이의 향상된 통신을 제공하는 경우에는 5cm의 판독 거리가 바람직할 수도 있다.

US 6,778,384(2002, Toppan)에는 접촉 패드(7)와 모듈 안테나(8)를 갖는 안테나 모듈의 예가 나와 있다. 여기에서,

- 커버리지 영역은 거의 100%,

- 코일 노출은 거의 0%이다.

US 8,100,337(2012, SPS)에는 모듈 안테나(13)와 접촉 패드(17)를 갖는 안테나 모듈의 예가 나와 있다. 여기에서,

- 커버리지 영역은 거의 0%,

- 코일 노출은 거의 100%이다.

US 8,100,337에는 안테나가 접촉 영역의 완전히 바깥 쪽에 위치할 때 발생하는 문제점이 나와 있고, 이에 대한 해결책을 다음과 같이 제시하고 있다.

"안테나의 권선(13)이 접촉(17)의 영역 밖에 위치하고 있기 때문에, 안테나의 권선(13) 위에 위치한 영역에서는 직접적인 가압 작용이 없고 결과적으로 기판(27)이 휘거나, 최소한, 권선(13)과 접착층(31) 사이의 접합이 불량해질 위험성이 있어서, 카드의 접합성 및 수명이 손상될 수 있다. 이러한 위험성을 해결하기 위해, 보다 유리한 변형물로서, 전기 접촉(17)과 동일한 측에, 단, 안테나 권선(13)이 올라가 있는 영역에 다수의 돌기(33)를 설치한다". (5단, 7~18행)

차폐 문제의 해결

이하의 실시예들(예시)의 각각에 개시된 기술은, 효과적인 해결책에 이르기 위하여 적절하게 서로 조합할 수 있다. 전반적인 목표는 판독 거리를 증가시키는 것으로서, 이는 "커버리지"를 감소시키고 "코일 노출"을 증가시킴으로써 얻을 수 있다(아닐 수도 있음).

도 6a(61/693,262의 FIG. 2a에 대응됨)에 도시된 1군의 접촉 패드(CP)에서는, 그 적어도 일부의 외변이 그 원래의 경계(외측 가장자리. 점선으로 표시함)를 넘어서 확장되어 있다. 이 예에서 코일의 커버리지가 최초의 100%에서 더 크게(예컨대, 110%) 증가된 것이 특징이다. 이 예에서 코일 노출은 거의 0%에 머물러 있다. 외변을 확장하는 것은 판독 거리에 나쁜 영향(감소)을 미칠 수 있다고 여겨진다.

개별 패드의 면적을 증가시키기 위하여 외변을 확장하는 것은, 모듈 테이프(MT)의 밑면에 있는 모듈 안테나(MA)와 같은 요소, 용량성 요소 등을 연결하는 용도로 패드를 사용하는 경우에 유용할 수 있다.

도 5a에 도시된 접촉 패드의 배치/지정을 예로서 고려한다. 접촉 C4와 C8은 모듈 안테나(MA)의 양 말단(LA, LB)에 연결될 수 있다.

도 6b(61/693,262의 FIG. 2B에 대응됨)에 도시된 1군의 접촉 패드(CP)에서는, 그 적어도 일부의 외변이 그 원래의 경계(외측 가장자리. 점선으로 표시함) 안쪽으로 잘려 있다(트리밍, trimming). 이 예에서 코일의 커버리지는 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 90%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 증가한다(최초의 거의 0%에서 5%로 증가). 외변을 트리밍하는 것은 판독 거리에 약간의 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

도 6c(61/693,262의 FIG. 2C에 대응됨)에 도시된 1군의 접촉 패드(CP)에서는, 그 인접한 패드들 중 적어도 일부의 내변을 트리밍하여서 해당 접촉 패드들 사이의 간격을 증가시키는 효과를 얻는다. 이 예에서 코일의 커버리지는 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 90%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 증가한다(최초의 거의 0%에서 5%로 증가). 이와 같이 간격을 넓히는 것은 판독 거리에 약간의 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

* 원래의 간격 = ~ 150μm

* 변경된 간격 = ~ 300μm

도 6d(61/693,262의 FIG. 2D에 대응됨)는 도 6C의 다른 예로서, 인접한 접촉 패드 사이의 전체적인 간격을 늘리는 대신에, 그 내변을 불규칙하게 변형시킨 것을 나타낸다. 이 예에서 코일의 커버리지는 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 95%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 증가한다(최초의 거의 0%에서 3%로 증가). 이와 같이 간격을 넓히는 것은 판독 거리에 약간의 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

도 6a,b,c,d에 도시된 상기 예에서, 접촉 패드의 일부의 외변 또는 내변을 그 원래 위치(들)에서 이동시킨다. "원래 위치"의 예는 도 5를 참조바란다.

다음 예들에서는, 접촉 패드의 변을 전반적으로 손대지 않고 원래의 위치에 두어 그 핵심 설계를 거의 그대로 유지하고 있다.

도 7a(61/693,262의 FIG. 3에 대응됨)는 접촉 패드의 적어도 일부를, 예컨대 정공이나 장공으로 천공하는 예를 나타낸다. 이 예에서 코일의 커버리지는 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 90%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 증가한다(최초의 거의 0%에서 5%로 증가). 이와 같이 접촉 패드에 천공을 하는 것은 판독 거리에 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

도 7a에는, 다수의 원형 천공(또는 정공)이 일정한 행과 열의 배열로 접촉 패드 중 하나에 배열된 것이 도시되어 있다. 천공은 불규칙하게, 엇갈려서, 행간 삽입식으로(interleave), 반무작위로(quasi-random) 배열될 수 있다. 원형 천공의 직경은 예컨대 35μm일 수 있고, 70μm 또는 140μm, 또는 40μm(35μm 정공의 어긋난 열)의 피치로 배열될 수 있다. 다른 접촉 패드에는 슬롯, 즉, 장공의 천공이 도시되어 있다. 접촉 패드의 일부에는 다른 형상의 천공(예컨대, 직사각형, 불규칙 형상, 긴 형상 등)도 형성할 수 있다.

도 7b(61/693,262의 FIG. 3B에 대응됨)는 접촉 패드의 적어도 일부의 선택된 영역을 얇게 만드는 것의 예를 나타낸다. 이 예에서 코일의 커버리지는 "유효하게" 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 95%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 "유효하게" 증가한다(최초의 거의 0%에서 2%로 증가). 이와 같이 접촉 패드를 얇게 만드는 것은 판독 거리에 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

도 7b에서, 모듈 안테나(MA)는, 도 1에 도시된 코일형 와이어 모듈 안테나(MA)가 아닌, 도전성 라인(선로)을 갖는 에칭된 것으로서 도시되어 있다.

도 8a(61/693,262의 FIG. 4A에 대응됨)는 모듈 테이프(MT)의 밑면에 배치된 모듈 안테나(MA)와 칩(CM)을 보여준다. 이 예에서, 안테나 모듈(MA)은, 두 말단 a, b가 각각의 접합 패드(BP)에 접합된 와이어 권선이다.

도 8b(61/693,262의 FIG. 4B에 대응됨)는 도 8a에 도시된 모듈 테이프(MT)의 전면을 보여준다. 여기서, 정공, 즉, 천공 패턴이 접촉 패드(CP)에 형성되어 있다(FIG. 3A에 대응됨). 천공의 패턴은 동심원으로 배치되어 있다. 이 패턴은 (스마트 카드(SC))의 사용자의 눈에 보여진다. 이 예에서 코일의 커버리지는 "유효하게" 감소된다(예컨대, 최초의 100%에서 95%로 감소). 이 예에서 코일 노출은 "유효하게" 증가한다(최초의 거의 0%에서 2%로 증가). 이러한 방식으로 접촉 패드를 천공하는 것은 판독 거리에 긍정적 영향(증가)을 줄 수 있다고 여겨진다.

도 9a(61/693,262의 FIG. 5A에 대응됨)는 접촉 패드(CP) 천공의 또 다른 예를 나타낸다. 이 예에서, 천공은 눈에 보일 수 있으며, 로고 패턴(Chase Bank의 로고)으로 배열되어 있다.

도 9b(61/693,262의 FIG. 5B에 대응됨)는 접촉 패드(CP) 천공의 또 다른 예를 나타낸다. 이 예에서, 천공은 눈에 보일 수 있으며, Deutche Bank의 로고 패턴으로 배열되어 있다.

접촉 패드의 천공 패턴은 사용자에게 보여지도록 형성할 수 있으며, 금속증착 카드를, 전면판(302)의 윈도우 개구부(320) 주위의 천공(324)을 모사하거나 보충하도록(예컨대, 그보다 작은 버전으로, 또는 연속되게) 형성할 수 있다.

상술한 예에서, 안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)를 판독 거리를 증가시킬 목적으로 변경하였다(접촉 패드(CP)로 인한 모듈 안테나(MA)와 부스터 안테나(BA) 간의 커플링의 감쇠를 줄임으로써). 일부의 경우에는, 코일 커버리지(또는 유효 코일 커버리지)가 감소되고, 코일 노출(또는 유효 코일 노출)이 증가된다. 일부 예에서는, 접촉 패드의 내측 및 외측 변이 원래의 위치에 유지된다. 일부 예에서는, 접촉 패드의 핵심 설계가 유지된다. 접촉 패드들 사이의 간격이 크고 접촉 패드(CP)의 천공에 의해 코일 노출이 많아지면 판독 거리가 향상될 수 있다.

안테나 모듈(AM)의 다른 양태

도 10a(61/693,262의 FIG. 6A에 대응됨)는 안테나 모듈(AM)용 모듈 테이프(MT)의 밑면을 보여준다. 모듈 안테나(MA)를 위한 안테나 구조(AS)가 도시되어 있는데, 이는 두 개의 모듈 안테나 세그먼트 MA1 및 MA2를 포함한다. 두 개의 모듈 안테나 세그먼트 MA1 및 MA2가 도시되어 있다. 이들 두 모듈 안테나 세그먼트 MA1, MA2는, 내부 및 외부 안테나 구조체로서 서로 동심으로 배치될 수 있다. 두 모듈 안테나 세그먼트 MA1, MA2는 권선 코일이거나 패턴형성된 선로일 수 있고, 하나는 권선 코일이고 다른 하나는 선로 패턴일 수도 있다. 모듈 안테나 세그먼트 MA1, MA2는 실제적 결과를 얻기 위한 임의의 적절한 방식으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 모듈 안테나 세그먼트 MA1, MA2는 서로 임의의 적절한 방식으로 연결될 수 있다.

도 10b(61/693,262의 FIG. 5A에 대응됨)는 안테나 모듈(AM)에 사용될 수 있는 예시적인 안테나 구조(AS)를 도시한다. 이 안테나 구조는 두 개의 서로 연결된 세그먼트(MA1, MA2에 해당됨)를 갖는다. 이 안테나 구조는,

- 외측 말단(7) 및 내측 말단(8)을 갖는 외측 세그먼트 OS를 포함한다.

- 외측 말단(9)과 내측 말단(10)을 갖는 내측 세그먼트 IS를 포함한다.

- 외부 세그먼트 OS의 외측 말단(7)은 내측 세그먼트 IS의 내측 말단(10)에 연결된다.

- 외부 세그먼트 OS의 내측 말단(8) 및 내측 세그먼트 IS의 외측 말단(9)은 연결되지 않고 남겨진다.

- 이는 "쿼시-다이폴" 안테나라고 부를 수 있는 안테나 구조 AS를 구성한다. (도 1a 참조).

o 이러한 구성은 스마트 카드(SC)의 카드 본체(CB) 내에 부스터 안테나(BA)를 사용하는 13/205,600(2011년 8월 8일 출원, 공개번호 2012/0038445, 공개일: 2012년 2월 16일)에 개시되어 있다.

o 이러한 구성은 스마트 카드(SC)의 카드 본체(CB) 내에 부스터 안테나(BA)를 사용하는 13/310,718(2011년 12월 3일 출원, 공개번호 2012/0074233, 공개일: 2012년 3월 29일)에 개시되어 있다.

본 명세서에 기재된 접촉 패드(CP)와 안테나 구조(AS)는, UV 나노세컨드 또는 피코세컨드 레이저를 이용하여, 모듈 테이프(MT) 상의 구리 피복된 "씨드" 층을 레이저 에칭(분리 기법)을 사용하여 형성할 수 있다. 씨드 층은 대략 17μm의 두께를 가질 수 있다. 안테나 구조(AS)에 있어서, 선로 사이의 간격은 레이저 빔의 폭(대략 30μm)과 동일해질 수 있다. 선로 자체의 폭은 30~50μm가 될 수 있다. 위에서 설명한 것과 같은 천공은 레이저 타격 드릴링(laser percussion drilling)에 의해 형성할 수 있다.

접촉 패드(CP) 또는 안테나 구조(들)(AS)를 패터닝 및/또는 천공하기 위해 구리 씨드 층에 레이저 에칭을 한 후, 모듈 테이프(MT)에는 다음과 같은 공정이 추가로 진행될 수 있다.

- 레이저 절제된 잔류물 입자를 제거하고 도금 부착을 준비하기 위해 샌드블라스팅 처리

- 수직 연결을 위한 스루홀 도금을 지원하기 위해 탄소를 증착

- 건조막 형성 및 포토마스킹 공정

- 테이프의 양면의 (CP 또는 AS의) 패턴형성된 씨드 층의 두께를 증가시키기 위해 구리(Cu ~6μm)를 전착

- 산화를 방지하기 위하여 니켈/니켈 포스포러스(Ni/NiP ~9μm) 또는 니켈(Ni ~9μm) 그리고 팔라듐/금 또는 금(Pd/Au 또는 Au - 0.1μm/0.03μm 또는 0.2μm)을 무전해 도금.

이상에서 본 발명(들)에 관하여 한정된 수의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이를 본 발명(들)의 범위를 제한하는 것으로 해석하면 아니되며 단지 실시 형태의 일부의 예로서 해석해야 한다. 당업자는 본 명세서에 기재된 내용(들)에 기초하여 본 발명(들)의 범위 내에서 그 밖의 다른 변경, 변형, 및 실시를 행할 수 있을 것이다.

Claims

안테나 모듈(AM)을 수용하기 위한 윈도우 개구부(220, 320)를 갖는 금속증착 전면판(202, 302)과, 커플러 코일(CC)을 포함하여 부스터 안테나(BA)를 갖는 카드 본체(CB)를 포함하며, 상기 윈도우 개구부는 안테나 모듈의 크기와 대략 동일한 기준 크기를 갖는 스마트 카드에 있어서,
상기 윈도우 개구부는 안테나 모듈보다 실질적으로 큰 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
제1항에 있어서,
윈도우 개구부는 안테나 모듈보다 적어도 10% 더 큰 스마트 카드.
제1항에 있어서,
윈도우 개구부의 내변과 안테나 모듈 사이에 있는 간격(GAP)을 추가로 포함하는, 스마트 카드.
제1항에 있어서,
전면판과 부스터 안테나 사이에 배치되는 페라이트 층(204)을 추가로 포함하는, 스마트 카드.
제1항에 있어서,
전면판(320)에, 적어도 하나의 윈도우 개구부(320) 주위에 그리고 전면판의 주변부에 전개된 다수의 천공(322, 324)을 추가로 포함하는, 스마트 카드.
제5항에 있어서,
상기 천공의 적어도 일부는 윈도우 개구부 주위의 또는 전면판의 주변부 주위의 영역의 전면판 재료의 양을 25~50%만큼 감소시키는, 스마트 카드.
제1항에 있어서,
부스터 안테나(BA)의 후면에 배치된 보상 루프(CL)를 추가로 포함하는, 스마트 카드.
제7항에 있어서,
상기 보상 루프(CL)는 다음의 특징들 중 적어도 하나를 갖는, 스마트 카드.
- 보상 루프(CL)는 간극을 갖고 두 개의 자유단을 가짐.
- 보상 루프(CL)는 구리와 같은 도전성 재료를 포함한다.
- 보상 루프(CL)는 페라이트를 포함한다.
제1항에 있어서,
다음의 특징들 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 스마트 카드.
- 카드 본체(CB)의 전략적 위치에 배치된 페라이트
- 부스터 안테나(BA)는 커플러 코일(CC) 없는 쿼시-다이폴로 구성된다.
- 부스터 안테나(BA)는 커플러 코일(CC) 있는 쿼시-다이폴로 구성된다.
- 부스터 안테나(BA)에 확장부가 구비된다.
- 부스터 안테나(BA)는 중첩된 두 개의 부스터 안테나를 포함한다.
- 부스터 안테나(BA)는 주로 스마트 카드의 상부에 구비된다.
- 모듈 안테나(MA)는 커플러 코일로부터 어긋나 있다.
제1항에 있어서,
다음의 특징들 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 스마트 카드.
- 안테나 모듈(AM)의 모듈 안테나(MA)와 접촉 패드(CP) 사이에 배치되는 페라이트 요소(FE)
- 모듈 안테나(MA)에 부가되는 용량성 스터브
- 모듈 안테나(MA)는 두 개의 별도의 코일을 포함한다
- 모듈 안테나(MA)는 쿼시-다이폴 형태로 연결된 두 개의 권선을 포함한다
제1항에 있어서,
안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)에 있는 천공을 추가로 포함하는 스마트 카드.
카드 본체(CB) 내에 커플러 코일(CC)과 부스터 안테나(BA)를 갖는 금속증착 스마트 카드의 전면판(202, 302)에 의한 커플링의 감쇠를 최소화하는 방법으로서, 다음의 단계 중 하나 이상을 포함하는 방법.
전면판에 안테나 모듈(AM)보다 큰 윈도우 개구부(220)를 형성;
전면판을 통하는 스루홀을 형성;
전면판과 부스터 안테나(BA) 사이에 페라이트 재료를 제공;
부스터 안테나(BA) 아래에 보상 루프(CL)를 배치.
제12항에 있어서,
커플러 코일(CC)에 대해서 안테나 모듈(AM)을 어긋나게 하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
다음의 단계 중 하나 이상을 추가로 포함하는 방법. :
부스터 안테나(BA)를 쿼시-다이폴 형태로 배치;
모듈 안테나(MA)에 용량성 스터브를 제공;
안테나 모듈(AM)에서 모듈 안테나(MA)와 접촉 패드(CP) 사이에 페라이트를 제공.
제12항에 있어서,
안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)를 트리밍 또는 천공하는 것을 추가로 포함하는 방법.