KR20140123562A - Rfid 안테나 모듈 및 방법 - Google Patents

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페이닉스 아마테크 테오란타
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Abstract

가령, 6-패드 ISO 스마트 카드 안테나 모듈(AM)의 경우에, RFID 칩(CM)이 기판(MT)의 표면에 플립칩 실장되어 연결된다. 안테나(MA)의 권취 코어(WC)가 기판(MT)을 강화시키고 안정화시키고 평탄화시켜서 연결 신뢰성을 향상시킨다. 플립칩 안테나 모듈(FCAM)은 비접촉식 리더와 비접촉 인터페이스를 제공하고, 기판(MT)의 반대 면에 있는 접촉 패드(CP)는 접촉 인터페이스를 제공한다. 또한, 안테나 기판(AS) 상에 안테나(MA)를 먼저 형성하고, 그 다음에 모듈 기판(MT)에 접합한다. 이러한 안테나는 내장 와이어일 수도 있고, 에칭된 금속층일 수도 있다.

Description

RFID 안테나 모듈 및 방법{RFID ANTENNA MODULE AND METHODS}
본 발명은, 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 결합성, 예컨대, RFID 칩(CM)에 연결된 모듈 안테나(MA)와, 스마트 카드의 카드 본체(CB) 내에 있으며 모듈 안테나(MA)와 유도성 결합된 부스터 안테나(BA) 사이의 결합성을 개선하여, 궁극적으로 외부 RFID 리더와 상호 작용(인터랙션)하는 RFID 칩(CM)을 개량하는 것에 관한 것이다.
본 설명의 목적상, RFID 트랜스폰더는 일반적으로 기판(substrate)과, 이 기판 상에 또는 기판 내에 배치된 RFID 칩 또는 칩 모듈(CM)과, 기판 상에 또는 기판 내에 배치된 안테나를 포함한다. RFID 트랜스폰더는 전자 여권, 스마트 카드, 또는 주민등록 카드 등과 같은 보안 문서(이들은 또한 "데이터 캐리어"라고도 부름)의 근간이 될 수 있다. 칩(CM)은 또한 집적회로(IC)라고도 부른다.
칩 모듈(CM)은 비접촉 모드(예컨대, ISO 14443 등)에서만 동작할 수도 있고, 접촉 모드(예컨대, ISO 7816-2) 및 비접촉 모드에서 동작할 수 있는 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 칩 모듈(CM)일 수도 있다. RFID 칩(CM)은 이와 통신하는 외부 RFID 리더(reader) 장치에 의해 공급되는 RF 신호로부터 전력을 발생시킬 수 있다. 칩 모듈(CM)은 리드프레임 타입의 칩 모듈 또는 에폭시-유리 타입의 칩 모듈일 수 있다. 에폭시-유리 모듈의 한쪽 면(접촉 면) 또는 양면에는 안테나와의 연결을 위하여 관통공(스루홀, through-hole)을 도금하여 금속화할 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.
"카드 안테나"(CA)라고도 부를 수 있는 안테나는 초음파 장비(sonotrode))를 사용하여 인레이 기판에 장착되고 칩 모듈(CM)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 대한 예로서 US 6,698,089, US 6,233,818을 참조한다. 이들 특허를 참고문헌으로서 본원에 포함시킨다. 카드 안테나(CA)의 전형적인 패턴은, 기판의 주변부 둘레에(또는 그 적정한 위치에) 배치된 수회 감긴(권취된) 평면(평판) 코일(나선형)의 형태로 된 대략 직사각형의 형태이다. 이에 대해서는 US 7,980,477(2011, Finn)을 참조바란다.
카드 안테나(CA)에 RFID 칩(CM)을 직접 연결하는 것 대신에, 모듈 안테나(MA)는 RFID 칩(CM) 및 모듈 안테나(MA)가 포함된 안테나 모듈(AM)에 통합될 수 있다. 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나(CA)(예컨대, 대략 50mm×80mm)에 대비해 크기기가 많이 작다(예컨대, 대략 15mm×15mm). 모듈 안테나(MA)는 카드 안테나(CA)에 전기적 연결(electrically connect)되지 않고 유도성 결합(inductively couple)될 수 있다. 이 경우에 카드 안테나(CA)는 부스터 안테나(BA)로 부를 수 있다. 부스터 안테나(BA)는 카드 본체(CB)의 둘레에 배치되는 부분을 포함할 수 있고, 그 밖의 부분에는 모듈 안테나(MA)와 용량성 결합되도록 카드 본체(CB)의 내부 영역에 배치되는 결합 코일(CC)이 포함될 수 있다. 본 명세서에서 카드 안테나(CA)와 부스터 안테나(BA)라는 용어는 서로 바꿔서도 사용되고 있다.
US 20120038445(2012, Finn)는 칩 모듈(CM) 및 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)이 포함된 트랜스폰더를 개시한다. 여기서 부스터 안테나(BA)는 카드 본체(CB)의 주변부 둘레에 배치된 평면 코일 형태의 외측 및 내측 안테나 구조체(D, E)를 갖는다. 안테나 모듈(AM)은, 그 안테나(MA)가 안테나 구조체들 중 하나에만 또는 두 번째 안테나 구조체에 유도성 결합되도록 배치될 수 있다. 이에 대해, 단지 안테나 구조체들 중 하나 또는 제2 안테나 구조체 겹치도록 안테나 모듈(AM)이 위치될 수 있다.
US 5,084,699(1992, Trovan)는 유도성 결합된 트랜스폰더를 위한 임피던스 정합용 코일 어셈블리에 관한 것이다. FIG. 5를 주목하기 바란다. 유도 작용에 의해 전력을 공급받는 트랜스폰더에 사용되는 코일 어셈블리는 동일한 페라이트 봉(160)을 감싸 씌워 놓은 1차 코일(156) 및 2차 코일(158)을 포함한다. 1차 코일의 도선(162)은 연결없이 띄워놓고, 2차 코일의 도선(164)은 트랜스폰더의 집적된 식별 회로에 연결시킨다.
US 5,955,723(1999, Siemens)의 비접촉식 칩 카드는, 데이터 캐리어의 구성에 반도체 칩이 포함됨을 개시한다. FIG. 1을 주목하기 바란다. 제1 도체 루프(2)가 반도체 칩(1)에 연결되며 적어도 하나의 권선과, 반도체 칩의 크기와 대략 동일한 단면적을 갖는다. 적어도 하나의 제2 도체 루프(3)는 적어도 하나의 권선과, 데이터 캐리어 구성의 크기와 대략 동일한 단면적과, 제1 도체 루프(2)의 크기와 대략 동일한 제3 루프(4)를 갖는다. 제3 루프(4)는 제1 도체 루프(2) 및 적어도 하나의 제2 도체 루프(3)와 서로 유도성 결합된다.
US 6,378,774(2002, Toppan)는 IC 모듈 및 비접촉식 전송을 위한 안테나를 포함하는 스마트 카드를 개시하고 있다. IC 모듈은 접촉식 기능과 비접촉식 기능을 모두 갖는다. IC 모듈은 제1 결합 코일(8)을 갖고, 안테나는 제2 결합 코일(3)을 갖는다. 제1 및 제2 결합 코일은 서로 긴밀하게 결합되도록 배치되고, 변압기식 결합에 의해서 서로 비접촉 상태로 결합된다. 제1 결합 코일(8)을 형성하는 여러 가지 방법이 설명되어 있다. 예를 들어, FIG. 14에서, 제1 결합 코일(8)은 IC 칩(6)의 밀봉 수지(16) 주위에 구비된 코일 프레임(17)에 권취된다.
US 7,928,918(2011, Gemalto)의 분산된 권취내 용량을 조정함으로써 공진 주파수를 조정하는 기술에는, 권취내 표유 용량을 발생시키는 일정한 간격을 갖는 권선을 써서 공진 회로의 주파수 튜닝을 조정하는 방법을 개시한다.
US 8,130,166(2012, Assa Abloy)는 트랜스폰더용 결합 장치와 이 장치를 갖는 스마트 카드를 개시한다. FIG. 6을 주목한다. 결합 장치는 중앙 부분(12)과 2개의 말단 부분(11, 11')을 갖는 연속 도체 경로에 의해 형성되는데, 중앙 부분(12)은 트랜스폰더 장치와 유도성 결합되는 적어도 하나의 작은 나선을 구성하고, 말단 부분(11, 11')은 각각, 리더 장치와 유도성 결합되는 큰 나선을 구성한다.
US 2010/0176205(2010, SPS)는 이중 통신 인터페이스를 갖는 칩 카드에 관한 것이다. FIG. 4를 주목한다. 카드 본체(22)는 전자파를 집중 및/또는 증폭하는 장치(18)를 포함하는데, 이 장치는 특히, 접촉식 칩 카드 리더로부터 수신한 전자기 흐름을 마이크로 전자 모듈(11)의 안테나(13) 코일로 전달한다. 전자파를 집중 및/또는 증폭하는 장치(18)는 카드 본체(22)에 마이크로 전자 모듈(11)이 수용되는 캐비티(23)에 배치되는 금속 시트로 구성되거나, 카드 본체(22)에 마이크로 전자 모듈(11)이 수용되는 캐비티(23)에 배치되는 적어도 하나의 코일로 이루어지는 안테나로 구성될 수 있다.
아래와 같은 특허 및 문헌을 인용한다. 이들을 본원의 참고 문헌으로서 포함시킨다. CA 2,279,176(1998, PAV), DE 39 35 364(1990, ADE), DE 43 11 493(2000, Amatech), NL 9100347(1992, 'Nedap'), US 5,773,812(1998, ADE), US 6,008,993(1999, ADE), US 6,142,381(2000, Finn 외), US 6,190,942(2001, "PAV"), US 6,095,423(2000, Siemens), US 6,310,778(2001, Finn 외), US 6,406,935(2002, ASK), US 6,719,206(2004, On Track), US 7,320,738(2008, FCI), US 8,100,337(2012, "SPS"), US 2008-0283615(2008, Finn), US 2008/0308641(2008, Finn), US 2008/0314990(2008, Smartrac), US 20090057414. US 2002/0020903(2002, ADE), US 20100283690(2010, SPS), US 2011/0163167(2011, SPS).
본 발명의 목적은 스마트 카드(SC) 등의 보안 문서를 위한 안테나 모듈(AM)을 제조하는 개량된 기술을 제공하는 것이다.
관형의 본체부(B)와 2개의 단부를 갖는 권취 코어(WC)의 하나의 단부가 모듈 테이프(MT)에 부착되고, 모듈 안테나(MA)가 권취 코어(WC)에 권취되고, 칩(CM)이 모듈 테이프(MT) 상에 권취 코어(WC) 내에 배치된다. 연결(wb)을 행하고, 칩(CM)에 글로브톱(GT)을 씌워서, 권취 코어(WC)의 내측 영역을 거의 채운다. 이어서 모듈 안테나(MA), 권취 코어(WC), 및 칩(CM)에 성형체(MM)를 오버몰딩할 수 있다. 권취 코어(WC)의 일 단부에는 플랜지(F)로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 카드(SC)용 안테나모듈(AM)은, 모듈 테이프(MT); 모듈 테이프(MT)의 표면 상에 배치되는 칩(CM); 모듈 테이프(MT)의 표면 상에 배치되고, 칩(CM)과 연결되는 모듈 안테나(MA)를 포함하며, 모듈 안테나(MA)를 권취할 수 있는 권취 코어로서 그리고 칩(CM)을 덮는 글로브톱(GT)을 위한 댐으로서, 모듈 테이프(MT)의 표면에 부착되는 지지 구조체(DS, WC)를 포함하고, 지지 구조체(DS, WC)는 2개의 대향하는 개방 단부를 갖는 관형 본체부(B)를 포함하는데, 이들 개방 단부 중 하나는 모듈 테이프(MT)의 표면에 부착되고 다른 하나는 자유단으로 남는 것을 특징으로 한다. 지지 구조체(WC)는 본체부(B)의 자유단에 둘러 형성된 플랜지(F)를 포함할 수 있다.
모듈 안테나(MA)는 본체부(B)의 외측에 배치될 수 있고, 칩(CM)은 모듈 테이프(MT) 상에 본체부(B)의 내측에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 슬롯(S)이 본체부(B)를 관통해 형성될 수 있는데, 이는 모듈 안테나(MA)의 적어도 하나의 말단이 본체부(B)의 외측으로부터 내측으로 본체부(B)를 통과하도록 하기 위한 것이다. 지지 구조체 내에는, 적어도 칩(CM)을 글로브톱(GT)으로 덮을 수 있다. 칩(CM), 지지 구조체(DS, WC), 및 모듈 안테나(MA)를 성형체(MM)로 덮을 수 있다. 접촉 인터페이스를 위해 모듈 테이프(MT)의 반대면에 접촉 패드(CP)를 배치할 수 있다.
스마트 카드(SC)는 외측 부분이 카드 본체(CB)의 주변부에 배치되는 부스터 안테나(BA)를 갖는 카드 본체(CB)에 배치된 안테나 모듈(AM)과, 및 카드 본체(CB)의 내측 영역에 배치되는 결합 코일(CC)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 안테나 모듈(AM)은, 결합 코일(CC)과 안테나(MA)의 유도성 결합을 위해 카드 본체(CB)의 내측 영역에 배치된다. 안테나 모듈(AM)을 수용하기 위하여 카드 본체(CB)에는 리세스(R)가 구비될 수 있다. 결합 코일(CC)의 적어도 일부분이 이 리세스(R) 내에 내장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈(AM) 제조 방법은, 모듈 테이프(MT)의 표면에, 2개의 대향하는 개방 단부를 갖는 관형 지지 구조체(DS, WC를 부착하고, 관형 지지 구조체(DS, WC)에 모듈 안테나(MA) 와이어를 권취하는 것을 포함할 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 권취는 비행 권취 기법을 사용하여 수행할 수 있다. 지지 구조체에 와이어를 권취하기 전에, 모듈 안테나(MA)를 형성하기 위한 와이어의 제1말단을 제1핀에 고정하고, 와이어의 제1말단을 모듈 테이프(MT) 상의 제1 접합 패드(BP) 위를 통과시킬 수 있다. 지지 구조체에 와이어를 권취한 후, 이 와이어의 제2말단을 모듈 테이프(MT) 상의 제2 접합 패드(BP) 위를 통과시켜서, 와이어의 제2말단을 제2핀에 고정할 수 있다. 제1 및 제2말단을 제1 및 제2 접합 패드에 접속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈(AM) 제조 방법은, 모듈 테이프(MT)에 모듈 안테나(MA)를 장착하고, 모듈 테이프(MT)에 칩(CM)을 실장 및 연결하고, 칩(CM) 및 그 연결부를 수지(GT)로 덮는 것을 포함할 수 있으며, 모듈 안테나(MA)의 장착 후 그리고 칩(CM)을 실장하고 연결한 후에 모듈 안테나(MA)의 내측 영역에 수지(GT)를 채워서 칩(CM) 및 그 연결부를 수지로 덮는 것을 특징으로 한다.
스마트 카드(SC)는 카드 본체(CB) 및 안테나 모듈(AM)을 포함할 수 있다. 카드 본체(CB)는 카드 본체(CB)의 주변부에 배치된 권선을 포함하는 부스터 안테나(BA)와 카드 본체(CB)의 내측 영역에 배치된 결합 코일(CC)을 포함할 수 있다. 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)은, 카드 본체(CB)의 리세스 내에, 결합 코일(CC)의 내부에 배치될 수 있으며, 결합 코일(CC)과 거의 동일 평면상에 있을 수 있다. 이로써 모듈 안테나(MA)는 결합 코일(CC)과 유도성으로 결합(변압기식 결합)된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 카드(SC)용 안테나 모듈(AM)은, 기판(MT, 202, 402); 기판(MT)의 표면 상에 배치되고, 기판(MT) 표면에 있는 패드(1022)에 플립칩 접합되는(도 9, 10) 칩(CM, 1010); 기판(MT)의 표면 상에 배치되고, 칩(CM)과 연결되는 안테나(MA, 230, 430)를 포함할 수 있으며, 안테나(MA)를 권취할 수 있는 권취 코어로서, 기판(MT)의 표면에 부착되는 지지 구조체(DS, WC, 220, 420)를 포함할 수 있고, 이 지지 구조체(DS, WC, 220, 420)는 2개의 대향하는 개방 단부(220a/b, 420a/b)를 갖는 관형 본체부(B)를 포함하되, 이들 개방 단부 중 하나가 기판(MT)의 표면에 부착되고 다른 하나는 자유단으로 남는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈(AM) 제조 방법은, 기판(MT)에 칩(CM)을 플립칩 실장하고 접합하는 것을 포함할 수 있으며, 기판(MT, 202, 402)의 표면에, 2개의 대향 개방 단부(220a/b, 410a/b)를 갖는 관형 지지 구조체(DS, WC, 220, 420)를 부착하고, 관형 지지 구조체(DS, WC)에 안테나(MA) 와이어를 권취하는 것을 특징으로 한다. 기판(MT)에 칩(CM)을 실장하고 접합하기 전에, 칩(CM, 1010) 상의 적어도 하나의 범프(112)와 기판(1020) 상의 패드(1022)에 도전성 재료(1014, 1024)를 도포할 수 있다. 이 도전성 재료는 은 나노 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 카드(SC)용 안테나 모듈(AM)은, 모듈 기판(MT)과, 모듈 기판(MT)의 표면 상에 배치되는 칩(CM)을 포함할 수 있고, 모듈 기판(MT)과 분리된 안테나 기판(AS)에 배치되는 안테나(MA)와, 안테나 기판(AS)을 모듈 기판(MT)에 결합시에 상기 칩(CM)을 수용하기 위하여 안테나 기판(AS)에 형성된 개구부(OP)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 칩(CM)은 모듈 기판(MT)에 플립칩 실장 및 연결될 수 있다. 안테나(MA)는 안테나 기판(AS)에 내장된 와이어를 포함할 수 있고, 안테나 기판(AS) 상의 금속층으로부터 에칭, 예를 들어 레이저 에칭(절제)에 의해 얻어질 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 기판한 모든 문자(범례, 주석, 참조번호 등)를 본원의 참고 자료로서 포함시킨다.
도 1은 듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드(SC) 일부분의 단면도로서, 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)과, 외부의 "접촉식" 및 "비접촉식" 리더 장치를 보여준다.
도 1a, 1b, 1c는 일부 안테나 모듈(AMS)의 단면도이다.
도 1d는 모듈 테이프(MT)에 플립칩 실장된 칩(CM)을 갖는 안테나 모듈(AM)이 포함된 스마트 카드(SC)를 보여주는 개략도이다.
도 2는 모듈 안테나(MA)가 댐 구조물물(DS)에 배치된 안테나 모듈(AM)의 단면도이다.
도 2a는, 댐 구조물(DS)의 사시도이다.
도 2b, 2c는 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 테이프(MT)의 밑면의 평면도이다.
도 3은 안테나 모듈(AM)의 권취 코어(WC)에 모듈 안테나(MA)를 구성하는 기법의 사시도이고, 도 3a는 평면도이다.
도 4는 모듈 안테나(MA)가 권취될 수 있는 권취 코어(WC)의 단면도이다.
도 4a~4f는 모듈 안테나(MA)를 갖는 안테나 모듈(AM)을 권취 코어(WC) 상에 구성하는 것을 나타내는 단면도이다.
도 5는 안테나 모듈(AM)이 스마트 카드(SC)의 카드 본체(CB)에 설치되는 것을 나타내는 분해 단면도이다.
도 6a는 모듈 테이프(MT)을 관통하는 비아 및 개구가 형성된 양면 모듈 테이프(MT)를 갖는 안테나 모듈(AM)의 단면도이다.
도 6b는 안테나 모듈(AM)을 위한 예시적인 접촉 패드(CP)의 배치/지정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 하나의 코일을 갖는 모듈 안테나(MA)를 보여주는 단면도이다.
도 7a는 2개의 코일을 갖는 모듈 안테나(MA)를 보여주는 단면도이다.
도 7b는 모듈 안테나(MA)의 2개의 코일을 연결하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7c는 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 테이프(MT)의 밑면의 평면도로서, 2개의 안테나 세그먼트(MA1, MA2)를 갖는 안테나 구조(AS)를 보여주고 있다.
도 7d는 안테나 구조(AS)의 개략도이다.
도 7e는 안테나 모듈(AM)의 칩(CM) 위의 글로브톱을 나타내는 도면이다.
도 7f는 안테나 모듈(AM)의 칩(CM) 및 모듈 안테나(MA)를 오버몰딩하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8a는 와이어 접합(선접합)된 IC를 갖는 칩 모듈의 측면도이다.
도 8b는 기판 상에 플립칩 실장된 칩 모듈의 측면도이다.
도 8c는 안테나가 포함된 기판의 평면도로서, 예컨대, 도 8b의 칩 모듈과 함께 사용하기 위한 것이다.
도 8d는 ISO 7816에 따른 8개의 접촉 패드 도면이다.
도 8e는 ISO 7816에 따른 6개의 접촉 패드 도면이다.
도 9는 플립칩 안테나 모듈(FCAM)의 단면도이다.
도 10은 기판에 칩을 프립칩으로 실장하는 기법의 분해 단면도이다.
도 11은 안테나 기판(AS)의 평면도이다.
도 11a는 도 11의 11a-11a 선에서 취한 단면도이다.
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. 다음에 나타낸 표준의 전체를 참고문헌으로서 본원에 포함시킨다.
- ISO/IEC 14443(식별 카드 - 비접촉식 집적회로 카드 - 근접 카드)은 식별용으로 사용되는 근접 카드 및 그에 의한 통신 프로토콜을 정의하는 국제 표준이다.
- ISO/IEC 7816은 접촉을 갖는 전자 신분증, 특히 스마트 카드에 관련된 국제 표준이다.
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 결합성(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.
명시적으로 다른 설명이 없는 한(즉, 제외하지 않는 한), 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들에 있어서, "CM"이라고 칭한 요소는 칩 모듈(캐리어가 포함된 다이)이라기 보다는, 순수한(bare) 집적회로(IC) 다이(또는 RFID 칩)인 것이 적절할 것이다. 이와 대조적으로, 도 8a 및 도 8b에는 기판 상에 실장되어 연결된 IC 칩(가령, "CM")을 갖는 특정적인 "칩 모듈"의 예가 도시되어 있다. 모듈 안테나(MA)가 실장 및 연결된 "칩 모듈"(다이 캐리어)을 안테나 모듈(AM)이라고 부를 수 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 에칭이 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"라고 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 기판하고 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 결합성은 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(CM0과 연결될 수 있는 안테나 모듈(AM) 내의 모듈 안테나(MA)에 유도성으로 결합된다. 이러한 유도성 결합은 직접적인 전기적 연결보다 구현하기가 더 어려울 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어 "결합(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) 결합을 의미한다(이들의 조합도 포함되며, 이들 모두를 "유도성 결합"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 결합되는 두 요소는 전기적으로는 서로 연결되지 않는다. 와이어 코일과 같은 요소들, 예컨대, 모듈 안테나(MA) 및 이에 가까이 배치된 결합 코일(CC)은 일반적으로, 두 요소 간의 전기적 연결 없이 서로 유도성 결합된다. 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 결합 코일(CC)은 일반적으로 서로 전기적으로 연결되지만 유도성 결합될 수도 있다. 모듈 안테나(MA) 및 결합 코일(CC)은 서로 전기적으로는 연결되지 않고, 유도성 결합(또는 "변압기식 결합")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 결합으로써 증가시킬 수 있다. 일반적으로 대략 수 센티미터에 불과한 판독 거리에 있어서, 1cm의 증가는 상당한 개선이 될 수 있다.
듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드 및 리더
도 1은 듀얼 인터페이스(DI) 스마트 카드(SC)를 나타내는 것으로, 다음과 같이 구성된다.
- 듀얼 인터페이스(DI) 칩 또는 칩 모듈일 수 있는 RFID 칩(또는 칩 모듈)(CM)이 기판 또는 모듈 테이프(MT)(또는 칩 캐리어 테이프, 또는 금속 리드프레임)의 밑면에 배치된다.
- 모듈 테이프(MT)의 상부면에는 접촉식 인터페이스(ISO 7816)를 구현하기 위한 다수의(예컨대, 6개) 접촉 패드(CP)가 있다.
- 모듈 테이프(MT)의 밑면에 배치된 모듈 안테나(MA)는 전형적으로, 에칭된 도전체 또는 와이어로부터 나선형(코일형) 패턴으로 형성된다.
- 모듈 테이프(MT)는 RFID 칩(CM), 접촉 패드(CP), 및 모듈 안테나(MA)를 지지하고 이들의 상호 연결을 도우며, 한 면에만 금속화가 된 단면형일 수도 있고 양면에 금속화가 된 양면형일 수도 있다.
- RFID 칩(CM)은 플립칩(flip-chip) 실장 또는 와이어 접합(wire bonding) 등의 임의의 적절한 방식으로 모듈 테이프(MT)에 실장될 수 있다.
- RFID 칩(CM) 및 모듈 안테나(MA)에는 이 CM과 MA 및 그 연결선을 보호하기 위하여 성형체(MM)를 오버몰딩(overmold)할 수 있다.
- 본 명세서에서 사용한, "칩 모듈"은, 집적회로(IC) 칩을 포함하는 하나 이상의 순수 반도체 다이스(칩)를 포함한다. "하이브리드" 칩 모듈에는 접촉식 인터페이스 및 비접촉식 인터페이스, 또는 그 밖의 것을 위한 칩이 포함될 수 있다. DIF 칩 솔루션의 예에 대해서는 US 6,378,774(2002, Toppan)을 참조하고, 한 칩은 접촉식 기능을 수행하고 다른 칩은 비접촉식 기능을 수행하는 2-칩 솔루션의 예에 대해서는 US 2010/0176205(2010, SPS)를 참조한다.
- 페라이트 요소(막 또는 층)를, 안테나 모듈(AM)에 접촉 패드(CP)와 모듈 안테나(MA) 사이에 삽입하여서, 도전성 접촉 패드(CP)에 의해 야기될 수 있는 감쇠 효과를 감소시킬 수 있다.
- RFID 칩(CM), 칩 테이프(MT), 접촉 패드(CP), 및 모듈 안테나(MA)가 모여서 "안테나 모듈(AM)"을 구성한다.
스마트 카드(SC)는 또한 다음과 같은 사항들을 더 포함한다.
- 스마트 카드에 있어서 기판은 "카드 본체(CB)"로 지칭할 수 있다(전자 여권의 경우에 기판은 "인레이 기판"이 될 것이다.)
- 부스터 안테나(BA)(또는 카드 안테나(CA))는, 일반적으로 수 회 권취된 직사각형의 평면 나선 형태로 카드 본체(CB)의 주변부의 둘레에 (그 바로 안쪽에) 배치되는 것으로 도시되어 있다.
- 본 명세서에서 사용한 카드 본체(CB)라는 용어는 부스터 안테나(BA)를 지지하고 안테나 모듈(AM)을 수용하는 모든 기판을 다 포함하는 것으로 의도된 것이다. 카드 본체(CB)에는 안테나 모듈(AM)이 수용되는 리세스(recess)가 구비될 수 있다.
- 스마트 카드는 "데이터 캐리어" 또는 "트랜스폰더" 등으로 지칭할 수 있다.
몇 가지 예시적 및/또는 대략적인 치수, 재료, 및 규격은 다음과 같다.
- 모듈 테이프(MT): 에폭시계 테이프, 60μm 두께
- 칩 모듈(CM): NXP SmartMx 또는 Infineon SLE66 등
- 안테나 모듈(AM): 15mm×15mm 및 300μm 두께
- 모듈 안테나(MA): 칩 모듈(CM)을 둘러싸도록 대략 50μm 구리선으로 수 회 권선
- 카드 본체(CB): 대략 54mm×86mm, 810μm 두께, 폴리카보네이트(PC). 카드 본체와 그 카드 안테나(CA)(또는 부스터 안테나(BA))는 칩 모듈(CM) 및 그 모듈 안테나(MA)보다 훨씬 더 크다(예컨대, 20배).
- 부스터 안테나(BA): 카드 본체(CB) 내에 초음파로써 내장된 112μm의 구리 자기접합 와이어를 3~12회 권취. 또는 이와 달리, 부스터 안테나(BA)는 대략 46mm×76mm(카드 본체(CB)보다 약간 작음)의 나선형 패턴으로 13.56 MHz의 공진 주파수를 나타내도록 300μm의 권취 피치로 배치되는 80μm의 절연된 구리 와이어를 포함할 수 있다. 부스터 안테나(BA)의 최적의 자체 공진 주파수는 대략 13~17MHz일 수 있다.
o 큰 나선(11, 11')을 이루는 외측 부분과 작은 나선(12)을 이루는 중앙 부분을 갖는 부스터 안테나의 예는 본원에 참고문헌으로 인용된 US 8,130,166(2012, "Assa Abloy")에서 찾을 수 있다. 큰 나선은 도 1의 BA에 해당되며(또는 유사), 작은 나선은 도 1의 CC에 해당된다.
o 안테나 코일(4) 및 결합 코일(3)을 갖는 부스터 안테나의 예는 본원에 참고문헌으로 인용된 US 6,378,774(2002, "Toppan")에서 찾을 수 있아. 안테나 코일은 도 1의 BA에 해당되며(또는 유사), 결합 코일은 도 1의 CC에 비교된다.
o 본 발명은 특정 부스터 안테나에만 한정되는 것이 아니라, 안테나 모듈(AM)의 구체적인 여러 예 및 그 제조에 관한 것이다.
모듈 안테나(MA) 및 부스터 안테나(BA) 간의 결합성을 강화하기 위해, 페라이트 등의 전자기적 결합 속성을 갖는 재료를 원하는 패턴으로, 박막 형태로 카드 본체(CB)의 표면 상에 배치하거나 입자 형태로 카드 본체 내에 내장할 수 있다. 또는 두 가지 모두(즉, 박막 및 입자) 적용할 수 있다. 결합성을 보강하기 위해 또는 차단(방지)하기 위한 재료로서 페라이트를 사용하는 것에 대해서는 높은 전자파 투과성을 보이는 재료(이는 흔히, 안테나와 연관된 한 가지 형태 또는 다른 형태로 사용됨)의 예시로서 본 명세서에서 논의한다. 이예 대한 예는 US 5,084,699(1992, "Trovan")를 참조바란다.
도시하지는 않았지만, 부가 층(가령, 커버 층)을 카드 본체(CB)에 적층하여서 스마트 카드의 구성을 완성할 수 있다.
안테나 모듈(AM)은 카드 본체(CB) 내에, 예컨대, 가공된 리세스 내에 배치되어서, 리세스를 덮거나 그 안에 들어가는 모듈 안테나(MA)가 결합 코일(CC)과 동일한 높이로 평평하게 되거나 또는 다른 높이로 되도록 배치될 수 있다. 이에 대한 예는 본원에 참고문헌으로서 인용된 US 6,378,774(2002, Toppan)를 참조한다.
도 1은, 접촉 모드(ISO 7816)에서, 접촉 패드(CP)를 통해 칩 모듈(CM)과 상호 작용(전력의 제공, 데이터의 교환)을 하기 위한 접촉을 갖는 접촉식 리더와, 비접촉 모드(ISO 14443)에서 부스터 안테나(BA)와 모듈 안테나(MA)를 통해(이와 다르게는, 카드 안테나(CA)를 통해) 칩 모듈(CM)과 상호 작용하기 위한 안테나를 갖는 비접촉식 리더를 도시하고 있다.
안테나 모듈(AM)의 실시예
도 1a는 RFID 칩(CM)(110)과 권선형 모듈 안테나(MA)(130)이 있는 안테나 모듈(AM)(100)을 도시하는데, 이들 모두는 모듈 테이프(MT)(102)의 하부 면에 있는 접합 패드(BP)에 선접합(와이어 접합)될 수 있다. 구체적으로 살펴보면,
- 에폭시 유리 기판(MT)(102)의 상부(도면에서와 같이)의 표면에 다수의 접촉 패드(CP)(104)가 배치되어 "접촉식" 동작 모드로 외부 리더와의 접촉 인터페이스를 형성하고, 모듈 테이프(MT)(102)의 반대 면에는 다수의 접합 패드(BP)(106)가 배치된다.
- 칩(CM)(110)은 모듈 테이프(MT)(102)의 밑면(도면에서와 같이)에 실장될 수 있는데, 그 단자(CT)(110a, 110b)들은 모듈 테이프(MT)(102)의 밑면에 있는 접합 패드(BP)에 종래의 선접합 방식으로 연결된다. 도면에서는 명확성을 위해서 2개의 접합 와이어 114a와 114b만을 도시하고 있다.
- 모듈 안테나(MA)(130)는 (예를 들어) 수 회 권취된 와이어(예컨대, 3×6 구성(3층, 각 층마다 10회 권취))를 포함하며, 두 말단 130a 및 130b를 갖는다. 모듈 안테나(130)의 말단(130a 및 130b)은 도시한 것과 같이, 모듈 테이프(MT)(102) 밑면에 있는 2개의 접합 패드(BP)(106)에, 예컨대, 열 압축 접합방식을 이용하여 접속될 수 있다.
o 모듈 테이프(MT)에 모듈 안테나(MA)를 장착한 후, 그리고 모듈 테이프(MT)에 모듈 안테나(MA)를 장착하고 연결한 후(모듈 안테나(MA)의 장착 전 또는 후), 칩 단자(CT) 및 접합 패드(BP) 사이에 와이어가 접합(연결)되는 것을 방지하기 위해, 모듈 안테나(MA)의 내측 영역에 수지(GT)를 충전할 수 있다. 이에 모듈 안테나(MA)는 수지(GT)가 함유된 "댐"의 역할을 하게 된다. 도 1b 참조.
o 모듈 안테나(MA)와 그 말단, 그리고 칩(CM)과 그 연결부(이미 수지(GT)로 덮여 있을 수 있음)는 성형체(MM)로 오버몰딩할 수 있다.
- 상술한 요소들, 즉, 모듈 테이프(MT)(102), 칩 모듈(CM)(110), 및 모듈 안테나(MA)(130)의 집합체를 "안테나 모듈"(AM)(100)이라고 부를 수 있다.
도 1a에서, 모듈 테이프(MT)는 그 상면 및 하면 모두에 금속층으로 형성된 도전 요소를 갖기 때문에 "양면형"이라고 부를 수 있다(상면에는 접촉 패드(CP), 하면에는 접합 패드(BP)가 있음). 명확성을 위해, 모듈 테이프(MT)의 내부에 있는 비아(via)와 같은 도전 요소는 표시를 생략하였다. 이와 달리 모듈 테이프는 그 한 면(예를 들어 접촉 패드(CP)가 있는 상면(전면))에만 금속화층이 있는 "단면형"일 수도 있다. 단면형 테이프의 경우, 모듈 테이프(MT)의 밑면에 배치된 칩(CM) 및/또는 모듈 안테나(MA)로부터 모듈 테이프(MT)의 상면에 있는 접촉 패드(CP)들 중 선택된 하나의 배면까지 연결을 위하여 모듈 테이프(MT)를 관통하여 개구를 형성할 수 있다.
도 1c는 본 명세서에 개시된 안테나 모듈(예컨대, 도 1a의 안테나 모듈. 그러나 이에 한정되지는 않음)에 사용할 수 있는 모듈 안테나(MA), 또는 코일 조립체(130)를 도시한다. 모듈 안테나(MA)를 위한 와이어 코일(112)이 임의의 적절한 코일 권선 장비를 사용하여 필름 지지층(132) 상에 권취 및 배치된다. 모듈 안테나(MA)는 수 회 권취된 와이어를 포함할 수 있고, 대략 9mm의 내경(ID)과 대략 10mm의 외경(OD)을 갖는 링(원통) 형태일 수 있다.
필름 지지층(132)은 60μm 두께에 대략 10~15mm×10~15mm의 외측 크기를 갖거나 또는 이에 장착될 모듈 안테나(MA)의 대략 2배(1차원의 길이가)인 니트릴 필름일 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 위치와 전반적으로 정렬되고 모듈 안테나(MA)의 ID와 거의 같은 직경의 중앙 개구부(134)가 필름(132)을 관통해 형성될 수 있다. 개구부(134)는 펀칭 작업으로 형성할 수 있다. 개구부(134)는 안테나 모듈(AM) 조립시에 칩(CM)(예컨대, 도 1a의 110)과 그 접합 와이어를 수용하기 위한 것이다.
모듈 테이프(MT)(102) 상의 접합 패드(BP)(도 1a의 106)에 각각 접합되는 안테나 와이어 말단(112a 및 112b)을 수용하기 위하여 필름(132)을 관통하여 2개의 개구부 136a 및 136b를 형성할 수 있다(중앙 개구부(134)와 동일한 펀칭 작업으로).
릴리스 라이너(138)가 필름(132)의 한 면, 가령, 모듈 안테나(MA)의 반대측에 구비될 수 있다. 중앙 개구부(134)는, 이 대략 60μm 두께의 종이일 수 있는 릴리스 라이너(138)를 관통할 수도 있고 관통하지 않을 수도 있다.
모듈 안테나(MA)(112)를 모듈 테이프(MT)(102)에 장착한 후, 그리고 칩(CM) (110)을 장착하고 연결한 후에, 칩(CM)과 그 연결선을 보호하기 위해 모듈 안테나(MA)(112)에는 수지를 채워넣을 수 있다. 칩(CM)의 연결선의 손상을 방지하기 위하여 칩(CM)을 연결하기 전에 모듈 안테나(MA)를 연결할 수 있다.
도 1d는 아래와 같이 구성되는 DIF 스마트 카드를 보여준다.
- 듀얼 인터페이스(DIF) RFID 칩(CM)은 기판 또는 모듈 테이프(MT)의 밑면에 배치된다.
- 모듈 테이프(MT)의 상면에는 접촉 인터페이스(ISO 7816)를 구현하기 위한 다수의(예컨대, 6개) 접촉 패드(CP)가 있다.
- 모듈 테이프(MT)의 밑면에 배치된 모듈 안테나(MA)는 전형적으로, 에칭된 도전체 또는 와이어로부터 나선형(코일형) 패턴으로 형성된다.
- 기판(MT)은 칩(CM), 접촉 패드(CP), 및 모듈 안테나(MA)를 지지하고 이들의 상호 연결을 도우며, 한 면에만 금속화가 된 단면형일 수도 있고 양면에 금속화가 된 양면형일 수도 있다.
- 칩(CM)은 플립칩 실장(도 1d) 또는 와이어 접합(도 1a) 등의 임의의 적절한 방식으로 모듈 테이프(MT)에 실장될 수 있다.
- 본 명세서에서 사용한, "칩 모듈"은, 집적회로(IC) 칩을 포함하는 하나 이상의 순수 반도체 다이스(칩)를 포함한다. "하이브리드" 칩 모듈에는 접촉 인터페이스 및 비접촉 인터페이스, 또는 그 밖의 것을 위한 칩이 포함될 수 있다. DIF 칩 솔루션의 예에 대해서는 US 6,378,774(2002, Toppan)을 참조하고, 한 칩은 접촉식 기능을 수행하고 다른 칩은 비접촉식 기능을 수행하는 2-칩 솔루션의 예에 대해서는 US 2010/0176205(2010, SPS)를 참조한다.
- 칩 모듈(CM), 칩 테이프(MT), 접촉 패드(CP), 및 모듈 안테나(MA)가 모여서 "안테나 모듈(AM)"을 구성한다.
스마트 카드는 또한 다음과 같은 것들을 더 포함한다.
- 스마트 카드에 있어서 기판은 "카드 본체(CB)"로 지칭할 수 있다(전자 여권의 경우에 기판은 "인레이 기판"이 될 것이다.)
- 카드 안테나(CA)(때로는 부스터 안테나(BA)라고도 부름)는, 일반적으로 수 회 권취된 직사각형의 평면 나선 형태로 카드 본체(CB)의 주변부의 둘레에 배치된다(부스터 안테나(BA)는 또한, 도 1에 나타낸 안테나 모듈(AM)을 위한 리세스를 둘러싸는 것처럼, 카드 본체(CB)의 내측 영역에 결합 코일을 가질 수 있다).
- 본 명세서에서 사용한 카드 본체(CB)라는 용어는 카드 안테나(CA)를 지지하고 안테나 모듈(AM)을 수용하는 모든 기판을 다 포함하는 것으로 의도된 것이다. 카드 본체에는 안테나 모듈(AM)이 수용되는 리세스가 구비될 수 있다.
몇 가지 예시적 및/또는 대략적인 치수, 재료, 및 규격은 다음과 같다.
- 모듈 테이프(MT): 에폭시계 테이프(또는 캅톤, Kapton), 75μm~110μm 두께
- 칩 모듈(CM): NXP SmartMx 또는 Infineon SLE66 등
- 안테나 모듈(AM): 13mm×11.8mm 및 195μm 두께
- 모듈 안테나(MA): 크기는 대략 칩 모듈(CM)의 크기와 같음(AM의 크기보다 크지 않음), 대략 50μm 또는 80μm의 구리선으로 수 회 권선
- 카드 본체(CB): 대략 85.6mm×53.97mm, 760μm 두께, 폴리카보네이트(PC). 카드 본체와 그 카드 안테나는 칩 모듈(CM) 및 그 모듈 안테나(MA)보다 훨씬 더 크다(예컨대, 30배).
- 카드 안테나(CA): 카드 본체(CB)에 초음파로써 내장된 112μm의 구리 자기접합 와이어를 7회 권취.
도시하지는 않았지만, 부가 층(가령, 커버 층)을 카드 본체에 적층하여서 스마트 카드의 구성을 완성할 수 있다.
도 1d는 또한, 접촉 모드(ISO 7816)에서, 접촉 패드(CP)를 통해 RFID 칩(CM)과 상호 작용(전력의 제공, 데이터의 교환)을 하기 위한 접촉을 갖는 접촉식 리더와, 카드 안테나(CA)와 모듈 안테나(MA)를 통해 칩 모듈(CM)과 상호 작용하기 위한 안테나를 갖는 비접촉식 리더를 도시하고 있다.
댐 구조물에의 모듈 안테나 권취
도 2는, 댐 구조물(DS)(200)(또는 단순히 "댐"이라고 함)을 모듈 테이프(MT)(202)의 밑면(도면에서는 위쪽)에 배치하여 부착(예컨대 접착제로)할 수 있음을 보여준다. (도 1, 1a, 1d와는 대조적으로, 본 도면에서 모듈 테이프(MT)(202)는 거꾸로 도시되어 있어서 접촉 패드(CP)(204)가 도면의 아래 쪽에 도시되어 있다.)
댐(DS)(230)("권취 코어(WC)" 또는 "지지 구조물"이라 부를 수도 있고, 단순히 "링"으로 부를 수도 있다)은 긴 관 형태의 본체부(B)와 두 양측 개방단(230a와 230b)으로 구성될 수 있으며, 원통형(도시된 바와 같음) 또는 대략 직사각형 단면(또는 임의의 다른 적절한 형상)일 수 있다. 본체부(B)의 일단(230b)은 적절한 접착제를 사용하여 모듈 테이프(MT)에 장착되고, 타단(230a)은 자유단이 된다(장착되지 않음). 댐(DS)은 대략 200μm의 두께 't'를 갖는, 예컨대 마일라(My(1a)r) 등의 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 댐(DS)의 내경(ID)은 대략 7mm 일 수 있고, 댐(DS)의 외경(OD)은 대략 8mm일 수 있다.
댐(DS)의 단면은 둥근 형태(원통형)로서 도시되어 있지만, 대략 직사각형, 또는 다른 적절한 형상(그 위에 모듈 안테나(MA)를 감을 수 있는)으로 제작할 수 있으며, 이 경우에 본체부(B)의 "ID"는 내측 크기일 것이며 "OD"는 외측 크기일 것이다.
여러 층을 갖고 자기접합 와이어 권선을 갖는 모듈 안테나(MA)(230)(130에 대응됨)가 댐(DS)에 권취될 수 있다. 댐(DS)은 최소한, 최종 모듈 안테나(MA)이 높이와 같은 높이 'h'(가령, 대략 350μm)를 가져야 한다. 댐(DS)에는 모듈 안테나(MA)의 인덕턴스를 증가시키기 위하여 페라이트를 함침할 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 권취 중에 DS를 지지하기 위해 치구(도시하지 않음)를 사용할 수 있다. 산출된 중간 제품에는 모듈 테이프(MT)에 장착된 모듈 안테나(MA)와 댐(DS)이 포함되며, 이를 안테나 모듈(AM)의 부속조립체(서브어셈블리)로 볼 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 두 말단 a, b(112a, 112b에 대응됨)가 바깥쪽으로 연장되어서 모듈 테이프(MT)의 표면에 있는 접합 패드(BP)(206)(106에 대응됨)에 접합됨이 도시되어 있다.
이어서, RFID 칩(CM)(210)(110에 대응됨)이 댐(DS)의 내부에서 모듈 테이프(MT)의 표면에 실장될 수 있고, 그 단자(CT)와 모듈 테이프(MT)의 밑면(도 2에서 볼 때에는 윗면)에 있는 접합 패드(BP)가 와이어 접합된다. 다음, 글로브톱(glob top) 포팅 화합물(GT)(도시되지 않음)을 칩(CM) 및 와이어 본드를 보호하기 위해 댐(DS)의 내부에 충전하여서 안테나 모듈(AM)(200)을 실질적으로 완성할 수 있다. RFID 칩(CM) 및 모듈 안테나(MA)에는, 모듈 테이프(MT) 상의 칩(CM)과 모듈 안테나(MA)의 구성품, 그리고 접합 패드(BP)의 각 연결선을 보호하기 위하여 성형물(MM)(도시하지 않음. 도 1 참조)을 오버몰딩하여, 안테나 모듈(AM)을 완성한다.
도 2a에는 댐(DS)(권취 코어 WC)의 본체부(B)를 통과하는 적어도 하나의 슬롯(S)(232)이 형성될 수 있는데, 여기에는 모듈 안테나(MA) 와이어(도시하지 않음)의 적어도 하나의 말단(a, b)이 댐(DS)의 바깥쪽에서 댐(DS)으로 둘러싸인 내부 공간 속으로 통과해 들어가도록 한다. 모듈 안테나(MA)의 한쪽 또는 양쪽 말단(a, b)은 본체부(B)에 있는 하나 또는 2개의 슬롯을 통해 내측으로 전개됨으로써 그 말단(a, b)이 모듈 테이프(MT)의 댐(DS)으로 둘러싸인 영역 내에서 끝날 수 있다. 슬롯(S)의 크기는 여기를 통과하는 안테나 와이어의 직경을 수용할 수 있는 크기(폭)이어야 한다. 안테나 와이어의 말단이 댐(DS) 내로 들어가서 끝나도록 함으로써, 칩(CM)을 보호하기 위한 글로브톱(GT)에 의해서 안테나 와이어 말단을 동시에 보호할 수 있는 이득을 얻는다(도 4e 참조).
35mm 칩 캐리어 테이프에 안테나 모듈을 형성
도 2b는 35mm 칩 캐리어 테이프(모듈 테이프(MT)) 상의 권취 코어(WC)에 여러 모듈 안테나(MA) 중 하나를 형성하기 위한 기법을 보여준다. 모듈 안테나(MA) 와이어의 두 말단 a, b가, 권취 코어(WC)의 내부에서 모듈 테이프(MT)에 배치된 접합 패드(BP)에 접합하기 위하여 내측으로 연장될 수 있다(예컨대, 권취 코어(WC)의 하나 이상의 슬롯을 통과하여서). 또는 이와 달리, 권취 코어(WC)는 생략될 수 있고, 모듈 안테나(MA)는 공심(air-core) 코일일 수 있다.
도 2c는 35mm 칩 캐리어 테이프(모듈 테이프(MT)) 상의 권취 코어(WC)에 여러 모듈 안테나(MA) 중 하나를 형성하기 위한 기법을 보여준다. 모듈 안테나(MA) 와이어의 두 말단 a, b가, 권취 코어(WC)의 외부에서 모듈 테이프(MT)에 배치된 접합 패드(BP)에 접합하기 위하여 외측으로 연장될 수 있다(도 2에 나타낸 방식으로). 또는 이와 달리, 권취 코어(WC)는 생략될 수 있고, 모듈 안테나(MA)는 공심(air-core) 코일일 수 있다.
도 2b 및 2c에는 칩(CM)을 수용하는 사각형의 패드를 도시하고 있다. 권취 코어(WC)의 내부에 여러 개의 작은 접합 패드들이 도시되어 있는데, 이들은 모듈 테이프(MT)의 전면에 있는 접촉 패드(CP)(도시하지 않음)에 모듈 테이프의 내부에서 연결되며, 칩의 각종 접촉 단자들이 여기에 와이어 접합된다. 그 후에 접합 와이어들을 보호하기 위하여 권취 코어(WC)에 글로브톱을 충전한다. 도 2b 및 2c에는 설명의 명확성을 위해 일부 연결선을 나타내었고 다른 것들은 생략하였다.
코일의 "비행" 권취
도 3은 도 2c에 나타낸 유형(말단이 WC에서 외측으로 연장)과 같이, 35mm 칩 캐리어 테이프(모듈 테이프(MT)) 상에서, 권취 코어(WC) 감기에 감기는 다수의(대략 15개) 모듈 안테나(MA)를 보여준다. 권취 코어(WC)가 2열로 배치될 수 있는데, 35mm 캐리어 테이프의 횡방향으로 2개의 권취 코어(WC)가 나란히 편리하게 정렬되어 있다. 35mm 칩 캐리어 테이프가 작업대를 따라 진행하다가 멈추어서 다수의(예컨대, 2개의) 모듈 안테나(MA)가 동시에 권취되도록 할 수 있다. 다수 쌍의(예컨대, 15개) 후퇴가능한 "고정" 핀이 작업대에, 350mm 캐리어 테이프의 양측에 인접하여 돌출설치되는데, 각 쌍의 핀은 각(즉, 15개의) 권취 코어(WC)에 연계된다. 이 보다 적은(예컨대, 2개) 수의, 모듈 안테나(MA) 와이어 공급 및 권취용 노즐이 같은 수의(예컨대, 2개) 와이어 코어(WC) 주위에 구비될 수 있다.
일반적으로, 특정 모듈 안테나(MA)를 형성하기 위해, 노즐은 먼저 와이어의 제1말단을 핀 쌍의 제1핀에 둘러 씌우고 이 제1핀에 와이어의 제1말단을 정착(고정)시킨다. 그 다음에 노즐은 권취 코어(WC) 쪽으로 이동하여, 와이어의 제1말단 부분을 모듈 테이프(MT) 상의 두 접합 패드(BP) 중 첫 번째 것 위로(횡단하여) 전개한다(통과시킨다). 그 다음에 노즐은 권취 코어(WC)의 주위를 여러 회(가령, 20회) 비행하여(궤도 선회) 와이어를 권취 코어(WC)에 감는다. 이것이 말 그대로 "비행(flyer)" 권취 기법이다. 지정된 비행 회전수(예컨대 20회)가 완료된 후, 노즐은 권취 코어(WC)로부터 떠나고 와이어의 제2말단 부분을 모듈 안테나(MA)를 위한 2개의 접합 패드들 중 두 번째 것 위를 지나도록 하여서 핀 쌍의 제2핀에 와이어의 제2말단을 정착시킨다(묶는다). 그 다음에, 모듈 안테나(MA)의 접합 패드(BP)를 지나가는 와이어 말단을 각 접합 패드에 접합시킬 수 있다.
모듈 안테나의 말단 부분을 BP에 접합하기 전에, 다수의 안테나 모듈(MA)를 우선적으로 형성하는 것이 편리할 수 있다. 도면에서, 몇 개의(6개) 모듈 안테나(MA)가 형성되어서, 그 두 말단 부분이 접합 패드(BP)를 지나 전개되어서 각각의 해당 핀 쌍에 묶여 있음을 볼 수 있다. 그 다음, 후속 단계에서, 모듈 안테나(MA)의 말단을 각각의 접합 패드(BP)에 (예컨대, 열전극을 사용하여) 접합할 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 구성이 완료된 후에 와이어의 말단의 잔여 부분(접합 패드(BP)와 그 연계된 핀 사이의 부분)을 절단하고, 핀을 후퇴시키고, 제거된 "폐기용" 와이어를 예컨대 흡입 장치로 제거할 수 있다.
모듈 안테나(MA)의 형성 및 그 말단 부분을 각 접합 패드(BP)에 접합하는 것은, 모듈 테이프(MT)에 칩(CM)을 삽입하기 전에 수행할 수 있다. 칩(CM)의 와이어 접합(예를 들어, 도 4d 참조)을 하기 전에 이들 단계를 완료함으로써, 칩(CM)에의 와이어 접합이 모듈 안테나(MA)의 말단의 접합시에 방해받지 않게 될 것이다.
도 3에 도시된 비행 기법은, 도 4의 댐 구조물(WC)에 뿐만 아니라, 도 2, 2a의 댐 구조물(DS)에 모듈 안테나(MA)를 감는 데도 적용 가능하다.
비행 권취에 관한 다음의 특허들을 본원의 참고문헌으로서 포함시킨다 - US 5,261,615(1993, Gustafson), US 5,393,001(1995, Gustafson), US 5,572,410(1996, Gustafson), US 5,606,488(1997, Gustafson), US 5,649,352(1997, Gustafson).
도 3a는 전술한 기법에 대한 추가적인 세부 사항 및/또는 변형예(들)를 나타낸다. 형성되고 있는 네 개의 안테나 모듈(AM)이 35mm 캐리어 테이프의 일측을 따라 배치되어 있음이 도시되어 있다.
관형의 단부개방된 다수의 지지 구조물(WC, DS)이 이에 대응하는 다수의 안테나 모듈(AM)을 형성하기 위한 대응하는 다수의 위치에 배치되었다. 와이어의 말단별로 다수의 후퇴가능 고정 핀이 셔틀(작업대)에 설치되어 있다. 이들 한 쌍의 핀(#a, #b로 표시함)은 안테나 모듈을 위한 각 해당 위치에 캐리어 테이프에 인접하여 위치해 있다. 안테나 모듈(AM)을 위한 위치에서 모듈 안테나(MA)를 형성하는 예시적인 방법은 아래의 단계들 중 일부 또는 전부를 포함한다. 일반적으로 이하의 단계는 순서적으로 수행되지만 아래의 순서에 제한되는 것은 아니다.
- 와이어를 클램핑 메커니즘으로 고정한다.
- 노즐은 와이어를, 제1 안테나 모듈(AM)(우측에 있는 것)에 연계된 제1쌍의 후퇴가능 고정 핀(1a, 1b)의 첫 번째 핀(1a)을 지나서 가져간다.
o 권취 노즐은 XYZ 서보 시스템(도시하지 않음)으로 제어할 수 있음.
- 와이어를 셔틀의 첫 번째 개구를 지나 안테나 모듈(AM)과 연계된 제1 권취 코어(WC)까지 가져간다.
o 셔틀의 개구는 와이어 접합시에 와이어의 절단(나중에 처리함)을 용이하게 하기 위한 것이다.
- 노즐은 권취 코어(WC)의 주위를 돌면서(궤도 운동) 모듈 안테나(MA)를 위한 와이어를 소정 회수(예컨대, 20회) 감는다.
- 노즐은 그 다음에, 제1 안테나 모듈에 연계된 후퇴가능 핀의 제1쌍의 두 번째 핀(1b)까지 셔틀의 두 번째 개구를 지나 35mm 캐리어 테이프의 가장자리를 지나 바깥쪽으로 와이어를 가져간다.
- 그런 다음, 두 번째 핀(1b)에 와이어를 묶지 않고, 노즐은 이 두 번째 핀(1b)을 부분적으로 돌아서(가령, 대략 90°로) 그 다음 안테나 모듈(우측에서 두 번째)에 연계된 그 다음 쌍의 핀(2a, 2b)의 첫 번째 핀(2a)까지 와이어를 가져간다. 이렇게 부분적으로 와이어를 감싸는 것으로 와이어를 핀(2a)에 정착(고정)하는 데 충분할 수 있다.
- 다음, 노즐은 와이어를 핀(2a)를 돌아서 셔틀의 다른 개구를 지나 제2 안테나 모듈(우측에서부터 두 번째)의 와이어 코어 쪽으로 가져간다.
- 노즐은 제2 권취 코어(WC)의 주위를 돌면서(궤도 운동) 모듈 안테나(MA)를 위한 와이어를 소정 회수(예컨대, 20회) 감는다.
- 상기 단계들(셔틀의 개구를 외측으로 지나 한 쌍의 후퇴가능 핀의 두 번째 핀으로 노즐을 가져가고, 그 다음 후퇴가능 핀의 첫 번째 핀으로 가져가고, 부분적으로 감고(와이어의 고정), 셔틀의 개구를 내측으로 지나 그 다음 권취 코어로 가져가는 동작)을, 모듈 안테나(MA)의 마지막 권취 코어에까지 권취될 때까지 계속한다. 그런 다음에 노즐은 와이어를 마지막 쌍의 후퇴가능 핀(4a, 4b)의 두 번째 핀(4b) 주위에 감아서 묶는다.
o 도 3a에서는 노즐이 세 번째(우측에서부터) 권취 코어를 떠나서 해당 안테나 모듈 위치에 연계된 한 쌍의 핀(3a, 3b) 중 두 번째 핀을 향하는 것이 나타나 있다.
- 각 접합 패드(BP)를 지나가는 와이어의 말단 부분을, 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이 접합한다.
- 마지막 단계로, 와이어를 절단하고 잔류 와이어를 제거한다.
단일 플랜지 권취 코어
도 4는 모듈 안테나(MA)가 권취될 수 있는 권취 코어(WC)(420)를 나타낸다. "지지 구조체"로 부를 수 있는 권취 코어(WC)는, 유리 섬유 강화 PPS(폴리페닐렌 황화물)와 같은 플라스틱 재료로 제작할 수 있다. 댐 구조물 DS(220)에서와 같이, 권취 코어(WC)는 링, 또는 원형 또는 거의 직사각형 단면을 갖는 관형 구조의 형태일 수 있으며, 2개의 반대방향 개방 단부(420a, 420b)를 갖는다. 개방 단부 중 하나는 모듈 테이프(MT)의 밑면에 부착되고, 다른 하나는 자유단(장착되지 않음)으로 있다.
권취 코어(WC)는 본체부(B)(422)와, 상부의(도면에서 볼 때) 본체부(B)의 자유단에서 바깥쪽으로 방사상 확장된(도면에서 볼 때 좌측 및 우측으로) 플랜지 부분(F)(424)으로 구성된다. (이는 양단이 서로 거의 동일한 댐(DS)(220)과 대비된다.)
플랜지(F)는 본체부(B)를 보강하고, 여기에 권취되는 모듈 안테나(MA)의 권선의 경계를 제한하는 역할을 한다. 이와 유사한 것으로, 모듈 테이프(MT)에 설치시에, 플랜지(F)는 "보빈"의 하나의 플랜지로서 기능하고 모듈 테이프(MT)의 표면은 "보빈"의 또다른 플랜로서 기능한다. 모듈 안테나(MA)는 두 "보빈" 플랜지 사이의 코일 권취 공간 내에서 권취될 것이다. 도 4에서는 모듈 테이프(MT)의 부분이 은선(파선)으로 도시되어 있고, 플랜지(F)와 모듈 테이프(MT)의 하부 표면 사이에 형성된 코일 권취 공간을 나타내고 있다.(모듈 테이프(MT)는 에폭시-유리로 제작할 수 있으며, 양면에 구리 피복을 할 수 있고, 밑면에는 에칭에 의해 접합 패드(BP)가 형성될 수 있고, 전면에는 접촉 패드(CP)가 형성될 수 있다.)
권취 코어(WC)(420)의 크기는 다음과 같을 수 있다(근사치).
- 본체부(B) 두께 t = ~0.85mm
- 플랜지(F) 폭 fw = ~0.5mm
- 권취 코어(WC)의 외경 OD (플랜지(F) 포함) = ~9.4mm
- 권취 코어(WC)의 내경 ID = ~6.7mm
- 코일 권취 공간의 높이 h1 = ~0.250mm
- 플랜지(F)의 높이 h2 = ~0.100mm
- 본체부(B)의 전체 높이 h3 = ~0.350mm
플랜지(F) 및 모듈 테이프(MT)의 표면 사이의 코일 권취 공간에는 모듈 안테나(MA)를 위한 112μm 직경의 자기접합 와이어의 대략 20회의 권선을 수용할 수 있다. 모듈 안테나(MA)에 따라서는 다른 직경의 와이어, 112μm 이상 또는 그 이하의 와이어를 사용할 수 있다.
권취 코어에(WC) 모듈 안테나(MA)(430)를 형성하여 안테나 모듈(AM)을 형성하는 공정에 대해서 도 4a~4f를 참조하여 설명한다. 공정은 대략 다음과 같다.
- MT에 WC를 부착
- WC에 MA를 권취
- CM에 접착제 도포
- CM에서 접착제 경화(자기접합 와이어 경화)
- 와이어 접합(MT 상의 BP에 CM 및 MA 연결)
- WC 내에 글로브톱 충전(CM을 덮음)
- MA, WC, CM 오버몰딩
도 4a는 권취 코어(WC)(420)를 접착제 등으로 모듈 테이프(MT)에 부착하는 제1단계를 도시한다. 접착제는 권취 코어(WC)의 말단(420b) 또는 모듈 테이프(MT)의 표면 중 하나에 도포할 수 있다. 접착제의 최종 두께는 대략 30μm 일 수 있다. 또는 이와 달리, 권취 코어(WC)는 가령 스핀 용접(마찰용접 기술)을 이용하여 접착제 없이 모듈 테이프(MT)에 부착할 수 있다. 생산 공정에 있어서, 권취 코어(WC)(또는 단순히 "링")를 코일 권선(권취 코어(WC) 또는 댐(DS)에 모듈 안테나(MA)를 권취한 것)을 준비하기 위하여 35mm 캐리어 테이프를 따라 다수의 위치에 위치시킬 수 있다. 이 단계를 "링 배치"로 지칭할 수 있다.
(외부 리더와의) 접촉식 인터페이스를 위한 접촉 패드(CP)(104에 대응됨)가 듀얼 인터페이스(DI) 안테나 모듈(AM)에 있어서 모듈 테이프(MT)의 전면(도면에서는 아랫면)에 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 접촉 패드(CP) 없이, 비접촉 모드에서만 동작하는 안테나 모듈(AM)의 관점으로도 실시할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 4b는 모듈 테이프(MT)에 부착(조립, 장착)된 권취 코어(WC)를 도시한다. 코일 권취 공간이 플랜지(F) 및 모듈 테이프(MT)의 표면 사이에 형성된다. 이 도면 및 이후의 도면에서, 설명의 명확성을 위해 접착제는 도시 생략하였다.
도 4c는 다음 단계로서, 모듈 안테나(MA)(430)가 플랜지(F) 및 모듈 테이프(MT)의 표면 사이의 코일 권취 공간에서, 본체부(B) 주위로, 권취 코어(WC)에 권취되는 것을 나타낸다. 이는 도 3에 관하여 설명한 방식("비행" 권취 기법)으로 행할 수 있다. 다른 코일 권취 기술을 사용하여 모듈 안테나(MA)의 코일을 형성할 수도 있다. 이 단계에서, 권취 코어(WC)으로부터 외측으로 연장된 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b)을 각 접합 패드(BP)에 연결할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 권취 코어(420)에, 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b)이 권취 코어(WC)의 내측에 위치접합 패드(BP)로 연장되도록 하는, 도 2b에 도시된 적어도 하나의 슬롯(S)에 상응하는, 적어도 하나의 슬롯(S)이 있을 수 있다
와이어의 코일(권선)을 도면에 나타낸 것처럼 가지런하게 배열할 수는 없지만, 와이어의 코일(권선)은, 도시한 바와 같이, 플랜지(F)와 모듈 테이프(MT)의 표면 사이의 코일 권취 공간 내에는 들어가야 된다. 모듈 안테나(MA)는 코일 권취 공간 내에서 총 20회의 권선(코일)을 포함할 수 있으며, 이 때 두 말단(a, b)은 모듈 테이프(MT)의 표면 상에 있는 각 접합 패드(BP) 위로 연장된다.
도 4d는 다음 단계로서, 칩 CM(110에 대응됨)이 권취 코어(WC)의 내부 공간에 설치된, 안테나 모듈(MA)을 형성하는 단계를 나타낸다. 이 다음에, 와이어 접합(wb)(114a, 114b에 대응됨)을 칩(110)의 단자(110a, 110b에 대응)와 모듈 테이프(MT) 표면의 접합 패드(BP) 중 선택된 것 사이에 형성할 수 있다. 이 단계에서 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b)을, 이들을 이전에 연결하지 않은 경우에는, 모듈 테이프(MT)의 표면 상의 접합 패드(BP) 중 선택된 것에 접합할 수 있다.
도 4e는 다음 단계로서, 권취 코어(WC)의 내부 영역에 글로브톱(GT) 포팅 화합물(glob-top potting compound) 등을 충전하여서 칩(CM) 및 와이어 접합 wb를 보호하는 단계를 나타낸다. 글로브톱(GT)의 경화를 위해 열을 가하면, 이 열은 또한 모듈 안테나(MA)의 권선(코일)을 구성하는 자기접합 와이어를 함께 고착시킬 수 있다.
도 4f는 다음 단계로서, 모듈 안테나(MA), 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b), 권취 코어(WC), 글로브톱(GT)의 위에(칩(CM)과 와이어 접합의 위도 포함) 성형체(MM)를 성형(오버몰딩)하는 것을 나타낸다. 성형체(MM)는 플랜지(F)의 외측변(lip) 위로 넘어서 코일 권취 공간 내로 약간 들어가도록 할 수 있다(단, 와이어가 있는 곳은 제외). 이로써 성형체(MM)를 제 자리에 유지시키는 데 도움이 될 수 있다. 이보다는 정도가 덜 하지만, 모듈 테이프(MT)에 일단이 부착되는 댐 구조물(DS)(도 2 참조)도 또한, 권취 코어(WC) 대신에 사용되는 경우에, 성형체(MM)를 지지(유지, 견지)하는 데 도움이 될 수 있다.
상술한 안테나 모듈(AM)을 위한 모듈 안테나(MA)를 형성하는 공정은, 다이 및 다이에 대한 와이어 접합 본드를 보호하는 에폭시 수지 주위에 실장된 플랜지를 갖는 코일 프레임 또는 코어 주위에 권취된 코일을 개시한(FIG. 14) Toppan의 '774 특허와 대조할 수 있다. 예를 들어, 도 4a~4f에서 상술한 기법은,
- 권취 코어(WC)는 플랜지를 하나만 갖는다(지지 구조체의 반대쪽 개방 단부에 있는 또다른 "가상의" 플랜지는 곧, 모듈 테이프(MT)의 표면임).
- 관형 지지 구조체(WC, DS)가 향후 충전하는 글로브톱(GT) 수지를 함유하는 댐으로서 역할을 할 수 있다.
- 칩(CM)은 모듈 안테나(MA)를 모듈 테이프(MT)에 형성한 후에 설치할 수 있다(그리고 칩(CM)에 대한 와이어 접합도 또한 모듈 안테나(MA)의 말단을 접합한 후에 수행됨).
도 5(도 1에 대응됨)는, 스마트 카드(SC)의 카드 본체(CB)의 리세스(R)에 설치된 안테나 모듈(AM)(도 2의 안테나 모듈(200) 또는 도 4f의 안테나 모듈 AM(400)일 수 있음)을 도시한다. 여기서, 스마트 카드(SC)는 카드 본체의 주변부에 그 외측 부분이 부스터 안테나(BA)와 카드 본체의 내측 영역에, 가령, 리세스(R) 주위에 있는 결합 코일(CC)을 갖는다. 결합 코일(CC)의 적어도 일부 권선(즉, 모든 권선도 포함됨)은, 결합 코일(CC) 및 모듈 안테나(MA) 간의 유도성(변압기식) 결합성을 향상시키기 위해, 리세스(R)의 저부에 내장할 수 있다. 리세스(R)의 저부에 와이어 권선을 수용하기 위한 홈 또는 넓은 트렌치는 레이저 절제 기법에 의해 형성할 수 있다.
예시적인 안테나 모듈(AM)
도 6a에 도시한 안테나 모듈은, 모듈 테이프(MT)에 접촉 패드(CP)의 밑면(또는 다른 상부 금속화 영역)에 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b)을 연결하기 위한 개구가 형성된 양면형 테이프를 포함한다. 하부 금속층(BM)는, 칩(CM)과 모듈 안테나(MA)의 연결을 위해 불필요하기 때문에 모듈 안테나(MA)의 아래로부터 제거할 수 있다. 도전 비아(via)가 접촉 패드(CP)와 칩(CM)의 연결을 위해 모듈 테이프(MT)를 관통해 형성된다. 여기서는, 칩(CM)을 비아와 와이어 접합(도 7a 참조)하지 않고, 하부 금속층(MB)에서 해당 비아와 연계된 선택된 선로에 플립칩 접합(또는 볼 접합)된 것으로 도시되어 있다. 모듈 테이프(MT)에 칩(CM)을 지지하고 정착시키기 위하여 CM의 하부(도면에서는 위쪽)에 하부 충전재를 도포할 수 있다.
도 6b는 도 6a에 관련된 접촉 패드의 배치/지정을 보여준다. 모듈 안테나(MA)의 와이어 말단(a, b)을 모듈 테이프(MT)의 밑면에 있는 LA 및 LB에 연결할 수 있다.
외부 접촉식 리더(도 1)와의 전자기 결합(판독 거리)을 개선하기 위해 안테나 모듈(AM)의 접촉 패드(CP)에서 금속을, 가령 레이저 절제(또는 레이저 타격 드릴링)에 의해 제거하는 것이 유리할 수 있다. 접촉 패드(CP)에서의 금속의 제거는 예컨대, 2012년 8월 25일 출원된 61/693,262에 설명된 것과 같이, 접촉 패드(CP)들 중 선택된 것들을 관통하는 다수의 천공을 형성하거나, 접촉 패드들 중 선택된 것들의 크기를 변경하거나, 접촉 패드들 중 선택된 것들 사이의 간격을 증가시키는 등 다양한 형태를 취할 수 있다.
한 개의 코일을 갖는 모듈 안테나(MA)
상기를 요약하면, 일반적으로 링형, 또는 2개의 단부를 갖는 관형 구조체의 형태로 된 권취 코어(WC)가, 칩 캐리어 테이프(MT)(또는 모듈 테이프(MT))의 표면의 상부(도면에서 볼 때)에 장착된다. 캐리어 테이프(MT)에서 먼 쪽에 있는 권취 코어(WC) 단부는 플랜지(F)를 이룬다. 플랜지(F)와 캐리어 테이프(MT) 상면 사이의 코일 권취 공간에는 예컨대 112μm 직경의 자기접합 와이어를 비행 권취 기법을 이용하여 수 회(예컨대, 20~30회) 권취할 수 있다. 모듈 안테나(MA)의 말단 "a", "b" 는 캐리어 테이프(MT)의 상면에 있는 2개의 접합 패드 BP-a 및 BP-b에 접합될 수 있다.
접합 패드 "bp"는 또한, 캐리어 테이프(MT)의 상면에 있는 권취 코어(WC) 내에 향후 배치될 RFID 칩(도시하지 않음)과의 연결(예컨대, 와이어 접합에 의해)을 위하여, 캐리어 테이프(MT)의 상면에, 권취 코어(WC)의 내부 영역에 배치될 수 있다. 각 접합 패드 "bp"는 도체 선로(도시하지 않음)에 연결된, 접합 패드(BP-a 및 BP-b) 중의 특정 패드에 연계된다. 접촉식 인터페이스(ISO 7816)를 위한 접촉 패드(CP)는 캐리어 테이프(MT)의 하면(도면에서 볼 때)에 배치될 수 있고, 캐리어 테이프(MT)의 상면에 있는(권취 코어(WC)의 내부 영역에 있는) 또다른 접합 패드(도시하지 않음)에 가령 비아(도시하지 않음)를 통해서 연결될 수 있다. 이는 또한 RFID 칩에도 연결될 것이다.
도 7은(도 4c에 대응됨) 한 개의 코일로 구성된 모듈 안테나(MA)를 도시하는데, 이 코일은 총 18회 권취되고 두 말단 "a"와 "b"가 모듈 안테나(MA)로부터 외측으로 연장되어서 캐리어 테이프(MT) 상의 두 접합 패드(BP-a 및 BP-b)에 각각 연결된다.
와이어는 일반적으로 권취 코어(WC)의 본체부(B)에, 캐리어 테이프(MT)와 플랜지(F) 사이의 권취 공간에 와이어가 방사상으로 외측으로 채워지면서 상하로 권취될 수 있는데, 그 결과로 와이어는 각 층마다 6회씩 총 3개 층으로 권취된다.
도 7a는 2개의 코일(C1 및 C2)을 갖는 모듈 안테나(MA)를 나타내는데, 각 코일은 9회 권취되어 전체 모듈 안테나(MA)가 18회의 권취된 권선을 갖는다. 두 코일(C1 및 C2)은 각각 두 말단을 갖는다. 코일 C2는 "×"로 표시하였다. 코일 C2는 코일 C1 주위에 감긴 것으로 표시하였다. 모듈 테이프(MT)는 양면형으로 표시되어 있지만 단면형일 수도 있다.
도 7b는, 2개의 코일(C1 및 C2)이 서로 병렬로 연결될 수 있음을 개략적으로 보여준다. 코일 C2는 점선으로 나타내었다. (도 7d에 도시된 바와 같이 2개의 코일 C1 및 C2는 다른 방식으로 연결될 수도 있다.)
코일 C1은 권취 코어(WC)에 먼저 감긴 제1코일이며, 9회 권취되며 두 말단 1a, 1b를 갖는다. 코일 C2는 권취 코어(WC)에 두 번째 감긴 제2코일이며, 9회 권취되며 두 말단 2a, 2b를 갖는다.
제2코일(C2)의 제1말단(2a)은 제1 접합 패드(BP-a)에서 제1코일(C1)의 제1말단(1a)과 연결될 수 있다. 제2코일(C2)의 제2말단(2b)은 제2 접합 패드(BP-b)에서 제1코일(C1)의 제2말단(1b)과 연결될 수 있다.
하나의 코일만을 갖는 대등한(실질적으로 동일한 크기, 동일한 권취 회수 등) 모듈 안테나(MA)와 대비할 때, 2개의 코일(C1, C2)을 갖는 모듈 안테나(MA)(도 7a, 7b)는 카드 본체 상의 부스터 안테나(BA)와 더 좋게 결합되거나, 외부의 비접촉식 리더와 직접 결합될 수 있으며, 이로써 판독-기록 거리와 에너지 발생량이 커지고, 잠재적으로 부스터 안테나(BA)가 불필요해진다. 이는 서로 보강 작용을 하는 2개의 코일에 의해 방출되는(또는 수신되는) RF 신호, 또는 더 높은 품질 계수(Q), 또는 1-코일 방식에 대비한 2-코일 방식의 그 밖의 특성, 가령, 두 코일의 병렬 연결된 말단에 의해 형성되는 정전용량에 기인할 수 있다.
일반적으로 코일(C1, C2)의 권취는 도시된 것과 같이 깔끔할 필요는 없다. 일반적으로, 한 개의 코일(도 1a)이든 2개의 코일(도 1b)이든, 플랜지(F)와 캐리어 테이프(MT) 사이의 전체 권취 공간을 모듈 안테나(MA) 권선으로 채우기만 하면 충분하다. 또한, 이러한 2-코일 실시예(도 1b)를 참조할 때 아래의 사실들을 이해하여야 한다.
- 두 코일(C1, C2)은 서로 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 권취할 수 있다.
- 두 코일(C1, C2)의 권취수는 다를 수 있다. 예를 들어 내측 코일(C1)은 10~12회 권취되고 외측 코일(C2)은 6~8회 권취된다. 더 일반화하면, 외측 코일(C2)의 권취수는 내측 코일(C1)의 권취수보다 적다(혹은 많다).
- 두 코일(C1, C2)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 내측 코일(C1)의 내측 말단(1a)은 외측 코일(C2)의 내측 말단(2a)에 연결되고, 내측 코일(C1)의 외측 말단(1b)은 외측 코일(C2)의 외측 말단(2b)에 연결된다.
- 두 코일(C1, C2)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 내측 코일(C1)의 내측 말단(1a)은 외측 코일(C2)의 외측 말단(2b)에 연결되고, 내측 코일(C1)의 외측 말단(1b)은 외측 코일(C2)의 내측 말단(2a)에 연결된다.
- 두 코일(C1, C2)은 서로 비병렬적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 내측 코일(C1)의 내측 말단(1a)은 외측 코일(C2)의 외측 말단(2b)에 연결되되, 내측 코일(C1)의 외측 말단(1b)은 (한 접합 패드를 통해) RFID 칩의 한 단자에 연결되고 외측 코일(C2)의 내측 말단(2a)은 (다른 접합 패드를 통해) RFID 칩의 다른 단자에 연결된다.
또한, 모듈 안테나(MA)의 두 코일(C1, C2)이 내측 코일 및 외측 코일로서 배치될 필요는 없다. 오히려,
- 코일이 내측과 외측으로 형성되지 않고, 상하로 형성(권취)될 수 있다.
- 두 코일의 다양한 권취를 서로 행간 삽입식(interleave)으로 권취할 수 있다.
- 두 코일(C1, C2)은 한 가닥 코일과 같은 방식으로 (한번에 2개를) 동시에 권취할 수 있다
또한, 다음과 같은 변형예를 구현할 수 있다.
- 코일(C1, C2)을 앞에서 설명한 특정의 권취 코어(들)에 감을 필요는 없다. 다른 코어에 감을 수도 있고, RFID 칩을 밀봉하는 수지 또는 성형체에 직접 감을 수도 있고, 공심 코일일 수도 있다.
- 위에서는 코일(C1, C2)이 서로 동심으로 설명하였지만, 동심이 아닌 방식으로 이들을 형성할 수도 있다.
- 모듈 안테나(MA)는 2개보다 많은 코일을 포함할 수 있다. 예컨대, 각각 6회 권취된(MA에 대해서는 18회) 3개의 코일(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다.
- 코일(C1, C2)을 와이어로 형성할 필요는 없다. 임의의 가법 공정(인쇄 등) 또는 감법 공정(에칭 등)을 사용하여 전기 선로로써 형성할 수도 있다.
- 페라이트 재료(예컨대 막 또는 입자)를 권취 코어(WC) 내에, 또는 캐리어 테이프(MT) 상에, 또는 와이어의 코팅(예컨대, 절연 코팅)에 포함시킬 수 있다.
- 용량성 요소를 캐리어 테이프에 또는 그 위에 형성하여 코일들 중 하나 또는 모두에 연결시킬 수 있다.
2개의 세그먼트를 갖는 모듈 안테나
도 7c(61/693,262의 FIG. 6A에 대응됨)는 모듈 안테나(MA)를 위한 안테나 구조(AS)가 도시되어 있는데, 이는 2개의 모듈 안테나 세그먼트 MA1 및 MA2를 포함한다. 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. 두 모듈 안테나 세그먼트 MA1, MA2는 실제적 결과를 얻기 위한 임의의 적절한 방식으로 서로 연결될 수 있다.
도 7d(61/693,262의 FIG. 6B에 대응됨)는 안테나 모듈(AM)에 사용될 수 있는 예시적인 안테나 구조(AS)를 도시한다. 이 안테나 구조는 2개의 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 "쿼지다이폴" 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.
칩(CM)을 둘러싸는 모듈 안테나(MA)는 칩(CM)과, 모듈 테이프(MT)에의 그 연결부를 보호하기 위하여 적용되는 글로브톱을 위한 댐으로서의 역할을 할 수 있다. 위의 도 1b를 참조바람. 또한 US 61,595,088의 FIG. 7A를 참조바람.
글로브톱을 사용하지 않고도(또는 일부 경우에는 글로브톱의 사용과 더불어), 모듈 안테나(MA) 뿐만 아니라 칩(CM) 및 그 연결부를 덮고 보호하는 성형체(MM)를 전사 성형하여서 보호를 행할 수 있다. 모듈 테이프(MT)에 모듈 안테나(MA)를 설치하기 전 또는 후에 (그리고 전사 성형 전에) 칩(CM)을 모듈 테이프(MT)에 실장할 수 있다.
본원에 참고로 인용된 61/704,624에는, 모듈 테이프(MT); 모듈 테이프(MT)의 표면에 배치되는 칩(CM); 모듈 테이프(MT)의 표면에 배치되고 칩(CM)과 연결되는 모듈 안테나(MA)를 포함하고, 모듈 안테나는 제1 코일(C1) 및 제2 코일(C2)을 포함는 것을 특징으로 하는, 스마트 카드(SC)용 안테나 모듈(AM)이 개시되어 있다. 제1 및 제2 코일은 서로 병렬로 접속될 수 있다. 제2 코일(C2)은 제1 코일(C1) 위에 권취될 수 있다. 제2 코일(C2)은 제1 코일(C1)과 거의 동일한 권취수로 궈취될 수 있다. 제1 및 제2 코일은 서로 동일한 방향으로 권취될 수 있다. 안테나 모듈(AM)은 모듈 테이프(MT)의 표면에 관형 지지 구조체(DS, WC)를 부착하고, 관형 지지 구조체(DS, WC)에 모듈 안테나(MA)용 와이어를 감아서 제작할 수 있다. 이 기술의 특징은, 모듈 안테나에 2개의 코일(C1, C2)이 포함되는 것이다. 모듈 안테나(MA)는 비행 권취 기법을 이용하여 권취할 수 있다.
도 7e, 7f는 캐리어 기판 또는 테이프(MT), 기판(MT)의 하면(도면에서 볼 때)에 있는 RFID 칩(CM), 역시 기판(MT)의 하면에 장착된 모듈 안테나(MA), 그리고 기판(MT)의 상면(도면에서 볼 때)에 있는 ISO7816 접촉 패드(CP)가 포함된 안테나 모듈(AM)을 도시한다. 도 7e에는, 글로브톱(도 4e에 대응됨)이 칩(CM)(및 그 연결부가 있는 경우에는 그 연결부) 위에 도포되어 있는데, 여기서는 모듈 안테나(MA)가 글로브톱을 담는 댐의 역할을 한다. 도 7f에는, 성형체(도 4f에 대응됨)가 칩(CM)(그리고 글로브톱이 있는 경우에는 글로브톱) 및 안테나(MA) 위에 배치되어 있다.
도시된 바와 같이, 안테나(MA) 및 칩(CM)은 접촉 패드(CP)의 바로 아래에 위치하며 접촉 패드(CP)와 동등한 크기로 위치한다(대략 동일한 전체 면적을 점유한다). 칩(CM) 및 안테나(MA) 사이의 공간은, 일반적으로 배선 연결을 위해 사용되며(도 2b, 2c 참조) 일반적으로는 안테나(MA)를 위해서는 사용할 수 없다. 따라서 안테나를 위한 사용 공간의 크기가 전체 공간의 외측 부분으로만 제한된다(도 7e 참조).
보다 많은 안테나 권선 또는 권취를 위해서는 보다 많은 공간이 있어야 하며 일반적인 명제로서 많은 것이 좋은 것이라는 것을 알아야 한다. 아래에서 더 상세히 논의하겠지만, 안테나(MA)의 공간 활용의 "문제"는, 선로 패턴이 에칭된 안테나(에칭형 안테나)를 한정된 공간에 넣고자 할 경우에 특히 문제시되며, 8개 패드의 모듈보다 훨씬 작은 6개 패드 모듈에 안테나를 설치하고자 할 경우에 크게 악화된다.
기판에의 플립칩 접합(FCOS: flip chip on substrate)
도 8a 및 도 8b는 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies AG)의 FCOS™(기판에의 플립칩 접합)의 선행기술을 재현한 것으로서, 접촉식 카드인 메모리와 마이크로프로세서 카드에 관한 것이다. 2개의 "칩 모듈"이 도시되어 있는데, 하나는 캐리어 기판(FR4, PET) 또는 테이프(앞에서 모듈 테이프(MT)라고 지칭한 것에 해당됨)의 일면에 장착된 IC 칩(앞에서 칩 또는 칩 모듈 "CM"이라고 지칭한 것에 해당됨)이고, 또 하나는 기판의 다른 면에 배치된 ISO 접촉(앞에서 접촉 패드(CP)라고 지칭한 것에 해당됨)에 접속된 IC 칩이다. 칩 모듈에는 안테나(모듈 안테나(MA))가 포함되어 있지 않다. 6개 접촉 또는 8개 접촉의 칩 모듈 - 즉, 6개 또는 8개 접촉 패드를 갖는 칩 모듈에 대해서 언급한다.
도 8a는 FR4 기판("카드 본체"라고 부르며, 모듈 테이프(MT)에 해당됨)의 일면에 실장된 IC 칩(CM)과, 기판의 타면에 있는 ISO 접촉(접촉 패드 CP)을 갖는 표준 칩 모듈의 단면도이다. IC 칩은 기판의 타면에 있는 접촉 패드의 하면에 선접합(와이어 접합)된다. 이는, 테이프의 한 면에만 금속화 패턴이 형성된 "단면형" 모듈 테이프(기판)의 대표적인 것이다. IC 칩과 접합 와이어는 밀봉된다.
도 8b는 PET 기판의 일면에 IC 칩이 비도전성 접착제(NCA)로써 실장되고 접합 와이어가 아닌 범프(bump)로 전기 접속되는 FCOS™ 카드를 보여준다. 기판의 아래 면에는 도체 선로가 있다. IC 칩은 기판을 관통하여 ISO 접촉의 하면에까지 연장된 도전 비아와 연결된 도체 선로에 플립칩 방식으로 실장되어 있다. 이는, 테이프의 양면에 금속화 패턴이 형성된 "양면형" 모듈 테이프(기판)의 대표적인 것이다(도 6a 참조).
인피니언 사에서 밝힌 바와 같이, 플립칩 기술은 반도체 칩과 캐리어를 상호 연결하는 공정을 지칭한다. 이 기술은 캐리어 상에서의 소자의 집적 밀도를 증가시킬 수 있고, 와이어 접합 기술에 비해 보다 더 직접적이고 보다 더 안정된 전기적 상호 연결을 가능케 한다. 지금까지 거의 독점적으로 스마트 카드 모듈에 사용되던 와이어 접합 기술과 달리, 플립칩 공정에서는 칩을 뒤집어서 전기 연결선(패드)이 캐리어 쪽으로 향하도록 돌린다. 또한, 밀봉(글로브톱)이 필요없다. 상호 전기 접속은 칩 접촉과 캐리어 사이에 위치하는 소위 범프라고 부르는 도전 재료를 사용하여 이루어진다. 이 시스템은 칩과 캐리어 사이에 접착제를 통해서 기계적으로 함께 고정된다. 플립칩 기술을 위한 새로운 재료의 개발 및 생산 공정의 최적화의 결과로서, 이제는 스마트 카드의 영역에서 플립칩 기술을 사용하는 것이 가능하다.
플립칩 기술은 잘 알려져 있으며, 볼-범프 집적회로(IC) 칩에 사용가능한 다양한 기법들이 존재한다. 아래와 같은 본원에 인용된 문헌을 참조한다(단, 이들에만 한정되지는 않음).
- US 5,249,098(1993, LSI Logics)
- US 5,381,848(1995, LSI Logics)
- US 5,988,487(1999, Fujitsu, Semi-Pac)
- US 6,293,456(2001, SphereTek)
해결해야 할 몇 가지 문제들
스마트 카드, 칩 카드, 또는 집적회로 카드(ICC)는 집적회로가 내장된 임의의 포켓 사이즈의 카드이다. 스마트 카드는 플라스틱(일반적으로는 폴리염화비닐)으로 제작되지만, 때로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기반의 폴리에스테르, 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 또는 폴리 카보네이트로 제작된다.
접촉식 스마트 카드에는 수 개의 금도금 접촉 패드가 포함된 대략 1 평방 센티미터(0.16 평방인치) 면적의 접촉 영역이 있다. 이들 접촉 패드는, 스마트 카드와 호스트(예를 들면, 컴퓨터, POS 단말기 등) 또는 이동전화기 사이에서 통신 매체로서 사용되는 리더에 삽입시에 전기적으로 접속된다. 비접촉식 스마트 카드는 RF 유도 기술에 의해서 외부 리더와 통신하고, 안테나에만 접근시키면 통신이 된다. 듀얼 인터페이스 카드는, 하나의 카드 상에 비접촉식 및 접촉식 인터페이스를 실현하여 저장 및 처리를 공유하는 것이다. 이하의 설명에서는 듀얼 인터페이스(DI 또는 DEF) 카드에 대해서 논의한다. DIF 칩 솔루션의 예로는 US 6,378,774(2002, Toppan)을 참조하고, 한 칩은 접촉식 기능을 하고 다른 칩은 비접촉식 기능을 하는 2-칩 솔루션의 예에 대해서는 US 2010/0176205(2010, SPS)를 참조한다.
본 특허 출원의 용어 사용에 있어서, 캐리어 기판(MT)의 일면에 있는 RFID 칩(CM)과 기판(MT)의 다른 면에 있는 접촉 패드(CP)의 결합, 그리고 이에 더해, 기판(MT)의 칩이 배치된 면에 배치되고 RFID 칩(CM)과 연결된 안테나(MA)를 "안테나 모듈"(AM)이라고 한다.
칩 모듈(예컨대, Infineon) 또는 안테나 모듈(AM)이 내장된 플라스틱 카드(카드 본체(CB))는 비교적 유연하며, 칩이 클수록 통상의 사용에 의해 손상될 가능성이 높아진다. 카드는 주로 지갑이나 주머니 등, 칩에 대한 가혹한 환경에서 휴대된다. 따라서, 칩 모듈(ISO-7816에서만) 또는 안테나 모듈(ISO-14443이 추가)은 가능한 한 작은 것이 일반적으로 바람직하다.
도 8c는 기판(IC)의 칩(IC)이 있는 면에 배치된 안테나 구조 MA를 나타낸다. 안테나의 전형적인 패턴은 수회(예컨대 12회) 권취된 권선(도체 선로)을 갖는 대략 직사각형의 평면(평판) 코일(나선형)의 형태이다. 안테나는 일반적으로, 기판의 칩이 있는 면의 금속층(막)으로부터 화학적 에칭에 의해 형성된다. 7개의 검은 원과 칩(CM) 아래의 점선 원은 기판 테이프(MT)를 관통하는 비아(총 8개)를 나타낸다.
RFID 칩(CM)은 일반적으로, 나선형 안테나 패턴의 중앙에 배치되는바, 이 공간은 안테나의 권선으로 사용할 수 없게 된다. 또한 전술한 바와 같이, 칩(CM) 주변의 상당 면적의 공간에는 에칭형 안테나를 사용할 수 없다. 여기에 도시한 모듈에는 8개의 접촉 패드가 있다. 이 모듈의 몇 가지 치수(모두 근사치임)의 예는 다음과 같다.
- 8-패드의 모듈의 전체 크기 W = 13mm×H = 12mm(12.8×11.8mm) (6-패드 모듈의 경우, W = 12mm×H = 9mm(11.8×8.8mm)
- 8개의 접촉 패드(도 8d 참조)는 대략 13×12mm2 의 면적을 점유 (도 8e의 6-패드 설계의 경우에는 12mm×9mm)
- 안테나(MA)는 12회의 권선 또는 선로를 갖는 것으로 도시됨
- 안테나(MA)의 각 선로의 폭은 0.1 ㎜
- 인접 선로 사이의 간격은 0.075mm
- 선로의 "피치"(폭+간격)은 0.175mm(0.1+0.075)
- 안테나(MA)의 외형 치수는 대략 13mm×12mm
- 칩(CM)의 크기는 2mm×2mm
안테나(MA)의 내측 크기는 대략 9mm×8mm이다. 이것은 칩(CM)과 상호연결선(및 7개의 비아)가 차지하는 영역이다.
스마트 카드 모듈의 크기에 대한 제한(예를 들면 13×12mm, 또는 12×9mm)으로 인해, 안테나를 형성하는 권취수는 모듈 기판에 부착 및 접합되는 실리콘 다이의 중앙 위치를 둘러싼 공간으로만 제한된다. 이러한 기판은 일반적으로 에폭시 유리로 제작되는데, 모듈의 전면에는 접촉 금속층이 있고 모듈의 배면에는 접합 금속층이 있다. 화학적 에칭으로 형성되는 안테나는 일반적으로 배면 측에 형성된다.
본원에 참고로 인용된 ISO 7816을 참조한다. ISO 7816에 정의된 바와 같이 카드 본체의 전체 크기는 다음과 같다.
폭 85.47mm ~ 85.72mm
높이 53.92mm ~ 54.03mm
두께 0.76mm + 0.08mm
안테나의 전체 크기는 일반적으로 접촉 패드의 전체 크기에 비례한다. 접촉 패드의 전체 크기는 다음과 같다(아래의 모든 치수는 근사치임).
- 8-패드 접촉 패턴의 경우에는 13.2mm×11.8mm, 즉, 156mm2 (각 접촉의 직사각형 표면적은 최소 1.7×2mm보다 커야 함)
- 6-패드 접촉 패턴의 경우에는 11.8mm×8.8mm, 즉, 104mm2. 일반적으로 6-패드 접의 경우에는, 8-패드 패턴(도 6b 참조)의 아래 두 패드, 즉, C4와 C8(예비 패드)이 생략된다.
33중
8-패드 접촉 패턴 안테나 모듈(AM)에 대비해서 6-패드 접촉 패턴 칩(또는 안테나) 모듈의 둘레에서 대략 1.4×3㎜의 면적이 손실되어, 적어도 대략 8회 권취(1.4mm/0.175mm)의 안테나 손실이 일어남이 명백하다.
칩(IC)의 크기는 2mm×2mm, 즉, 4mm2 일 수 있으며, 이 면적은 안테나를 위해서는 사용할 수 없으므로 제외한다(모든 치수는 근사치임). 일반적으로, IC 칩의 바로 위를 둘러싸는 영역, 예를 들어, 3mm×3mm, 즉, 10mm2 (IC 칩을 포함함)도 또한 안테나로 사용할 수 없다.
따라서 6-패드 접촉 패턴의 모듈은 8-패드 접촉 패턴의 모듈에 비해 안테나로 사용할 수 있는 공간이 대략 30%~50% 적을 수 있다. 그리고, 에칭형 안테나는 한 층만 있는 2차원이다.
에칭형 안테나와 달리, 권선형 안테나는 훨씬 많은 공간 활용을 할 수 있다. 앞의 도 1, 1a, 1b, 1c, 6a는 권선형 모듈 안테나의 예를 나타낸 것이다(도 7c는 권취 코일 또는 선로 패턴일 수 있는 안테나 세그먼트를 나타낸다). 도 2, 2b, 2c, 3, 3a, 4c~4f, 5, 7, 7a는 댐(DS) 또는 권취 코어(WC)에 감긴 와이어 안테나의 몇 가지 예를 나타낸 것이다.
화학적 에칭에 의해 유도성 안테나를 만드는 것의 또다른 한계는 선로 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.)
위에서 언급한 바와 같이, 도 1d를 참조할 때, 몇 가지 예시적 및/또는 대략적인 치수, 재료, 및 규격은 다음과 같다.
- 모듈 테이프(MT): 에폭시계 테이프(또는 캅톤, Kapton), 75μm~110μm 두께
- 칩 모듈(CM): NXP SmartMx 또는 Infineon SLE66 등
- 안테나 모듈(AM): 13mm×11.8mm 및 195μm 두께
- 모듈 안테나(MA): 크기는 대략 칩 모듈(CM)의 크기와 같음(AM의 크기보다 크지 않음), 대략 50μm 또는 80μm의 구리선으로 수 회 권취
- 카드 본체(CB): 85.6mm×53.97mm, 760μm 두께, 폴리카보네이트(PC). 카드 본체와 그 카드 안테나는 칩 모듈(CM) 및 그 모듈 안테나(MA)보다 훨씬 더 크다(예컨대, 30배).
- 카드 안테나(CA): 카드 본체(CB)에 초음파로 내장된 112μm의 구리 자기접합 와이어를 7회 권취.
몇 가지 솔루션들
6 핀(패드) 듀얼 인터페이스(DI, DIF) 모듈은 8 핀 모듈에 비해 많은 장점을 준다. 8 핀 DIF 모듈에 비해 그 크기가 감소되므로, 각 접촉 패드(구리, 니켈, 금)의 표면에 필요한 금의 양이 줄어들어 비용 절감이 되고, 다이를 수용하고 보호하기 위하여 필요한 공간이 작으므로 카드 본체 내에 리세스를 형성하는 가공 시간이 줄어들며, 와이어 접합을 위해 필요한 금선(φ24~32μm)이 더 이상 가능하지 않다. 차지하는 크기가 작기 때문에, 모듈을 삽입한 후에 카드 본체에 상표 로고를 인쇄하고 캐릭터 라인을 양각할 공간이 더 많아진다. 또한, 8 핀 모듈보다 작게 되기 때문에, 6 핀 모듈은 카드 본체의 구부러짐에 대한 내구성이 커질 수 있다.
그러나, 6 핀(패드) DIF 모듈은 차지하는 크기가 작기 때문에(11.8mm×8.8mm), 모듈의 접합면(칩 측)에 기능성 에칭형 안테나를 형성하는 것이 사실상 불가능하다. 위에서 설명한 것과 같이, 칩과 칩 모듈의 경계 사이의 주변 공간(영역)에 유도성 결합을 위한 에칭형 안테나 선로가 포함되기에는 충분하지 않다. 또한, 크기가 작기 때문에, 실리콘 다이(칩(CM))와 주변부의 간격이 볼(ball) 및 ?지(wedge) 접합을 행하기에는 충분하지 않아서 실리콘 다이를 칩 모듈(캐리어 테이프(MT))에 와이어 접합하는 것이 가능하지 않다.
도 6a을 참조하여 전술한 바와 같이, 비아에 칩(CM)을 와이어 접합(도 7a에서와 같이)하지 않고, 칩(CM)을 하부 금속층(MB)에서 해당 비아에 연결된 선택된 선로에 플립칩(볼) 접합을 할 수 있다. 칩(CM)을 지지하고 모듈 테이프(MT)에 고정하기 위하여 칩의 아래에(도면에서 볼 때에는 위에) 충전재를 도포할 수 있다. 플립칩 접합시에 모듈 안테나(MA)를 위한 공간이 확보될 수 있지만, 에칭형 안테나보다는 권선형 안테나가 가용 공간을 보다 더 효율적으로 사용할 수 있다.
도 4e에서 전술한 바와 같이, 와이어 접합 후에 글로브톱 유동체를 담기 위해 사용되며 이와 동시에 비행 코일 권취 기법을 이용하여 권선 코일을 만들기 위한 지지 프레임으로서 사용되는 권취 코어 또는 링(타원형, 원형, 직사각형)을 사용할 수 있다.
장점으로서, 이 링 프레임(권취 코어(WC))은 평상 사용시에 그리고 카드 단말기에 카드를 삽입시에 플립칩 접합을 구부러짐으로부터 보호하기 위해 칩 캐리어 테이프를 평탄화하고 경질화하기 위해 사용할 수 있다. 또한, 장점으로서, 링 프레임(권취 코어(WC))은 우선적으로, 접촉 패드의 표면을 거의 균일하고 거의 완전히 평탄하게 유지하기 위해 사용할 수 있다. 평탄도는, 특히 카드를 카드 단말기에 정기적으로 삽입하는 경우에 카드의 수명을 결정할 수 있다. 권취 코어(WC)는, 특히 칩(CM)의 영역에서 신뢰성을 향상시키기 위하여 모듈 테이프(MT)를 경질화, 안정화, 및 평탄화시킬 수 있다.
6-패드 모듈의 점유 면적은 감소되었기 때문에, 유도성 결합 모듈을 제작하기 위하여 사용할 수 있는 유일한 신뢰적인 방법은, 플립칩 접합에 의해 표면에 다이가 실장된 칩 캐리어 테이프에 와이어 권취 코일(수 개의 층으로 권취)을 장착하는 것이다. 도 4a~-4f에 대하여 상술한 바와 같이, 모듈 안테나(MA) 기능을 하는 와이어 권취 코일을, 기판 테이프(MT)에 미리 장착된 권취 코어(WC)에 권취할 수 있다. 또는 이와 달리, 코일을 먼저 코어에 권취한 후에 코일과 코어를 함께 기판 테이프(MT)에 장착할 수도 있다.
도 9(도 4d에 대응됨)는, 모듈 테이프(MT)(또는 기판)의 일면(칩 측)에, 권취 코어(WC)(기판(MT)의 칩 측에 미리 장착될 수 있음)의 내부 영역에 칩(CM)(110에 대응됨)이 설치되는 안테나 모듈(AM)을 보여준다. 앞에서 설명한, 모듈 테이프의 칩 측에 있는 접합 패드에 칩(CM)을 와이어 접합하는 기법(도 4d)과 달리, 이 실시예에서는, 예컨대 도 6a 또는 도 8b를 참조하여 앞에서 설명한 방식과 같이, 칩을 기판(MT)의 칩 측에 있는 도체 선로 및 패드에 플립칩 실장 및 접속한다.
앞에서(도 3) 설명한 방식으로 칩(CM)의 장착 전 또는 후에, 기판(MT)의 칩측에 이미 설치된 권취 코어(WC)에 와이어형 모듈 안테나(MA)를 권취할 수 있다. (여기서는 모듈 안테나(MA)가 3층으로(각 층마다 6회 권취) 정돈되어 권취된 것으로 표시하였지만, 와이어를 이렇게 정돈되게 권취할 필요는 없으며 18회 권취일 필요도 없다.) 또는 이와 다른 방식으로서, 와이어형 모듈 안테나(MA)를 권취 코어(WC)에 먼저 권취하고 이어서 기판(MT)의 칩 측에 부착할 수 있다. 그 다음에, 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b)을 기판(MT)의 칩 측에 있는 접합 패드(BP)에 접합할 수 있다(단, 이들이 사전에 연결되어 있지 않은 경우에 한함).
도 9의 실시예에서, 칩(CM)은, 기판(MT)에 권취 코어(WC)를 부착하기 전에 기판(MT)에 실장 및 접합할 수 있고, 그 이후에 안테나(MA)를 권취 코어(WC)에 권취할 수 있다. 또는 이와 달리, 권취 코어(WC)를 기판(MT)에 장착한 후에 칩(CM)을 실장 및 접합할 수도 있다. 도 4의 실시예에서는, 기판(MT)에 권취 코어(WC)를 장착하기 전에 칩(CM)을 실장하고 그 후에 연결을 하고 있다.
기판(MT)의 반대면에는 ISO-7816 접촉 패드, 예컨대 6개 접촉 패드(도 8e 참조)가 구비될 수 있다. 모듈 테이프 또는 기판이라고 부를 경우에 일반적으로 이는 양면에 구리가 피복된 에폭시 유리 테이프(양면형)를 의미한다.
상술한 바와 같이, 권취 코어(WC)의 크기는 다음과 같을 수 있다(근사치).
- 본체부(B) 두께 t = ~0.85mm
- 플랜지(F) 폭 fw = ~0.5mm
- 권취 코어(WC)의 외경 OD (플랜지(F) 포함) = ~9.4mm
- 권취 코어(WC)의 내경 ID = ~6.7mm
- 코일 권취 공간의 높이 h1 = ~0.250mm
- 플랜지(F)의 높이 h2 = ~0.100mm
- 본체부(B)의 전체 높이 h3 = ~0.350mm
도 4의 권취 코어(WC)와 대비하여, 도 9의 권취 코어(WC)는 전체적으로 작을 수 있다. 즉, OD와 ID가 작을 수 있다. 첫째, 그 이유는 6개의 접촉 패드 배치냐 6개의 접촉 패드 배치냐에 따른 것이다. 둘째, 칩(CM)이 기판(MT)에 와이어 접합이 아닌 플립칩 실장되기 때문에 칩(CM) 주위에 공간이 덜 필요하며, 이에 따라 권취 코어(WC)의 ID가 상당량 작아질 수 있는 것이다. 도 9의 권취 코어(WC)에 대한 몇 가지 예시적인 OD 및 ID 치수는 다음과 같다.
- 권취 코어(WC)의 외경 OD = ~7mm, 예컨대 6.5×7.7mm(직사각형의 경우)
- 권취 코어(WC)의 내경 ID = ~4mm, 예컨대 3.7×4.5mm(직사각형의 경우)
상술한 바와 같이, 플랜지(F)와 모듈 테이프(MT) 표면 사이의 코일 권취 공간에는 112μm 직경의 모듈 안테나(MA)용 자기접합 와이어를 대략 20회 권취할 수 있다. 이와 다른 직경을 갖는, 즉, 112μm 미만 및 초과 와이어도 모듈 안테나(MA)용으로 사용할 수 있다.
안테나(MA) 및 칩(CM)을 실장 및 연결한 후에, 권취 코어(WC)의 내부 영역에, 칩(CM)을 보호하기 위해서 글로브톱 포팅 화합물(GT) 등을 채워넣을 수 있다. 글로브톱(GT)의 경화를 위해 열을 가하면, 이 열은 또한, 모듈 안테나(MA)의 권선(코일)을 형성하고 있는 자기접합 와이어를 서로 고착시킬 수 있다(도 4e에 대응됨).
그 후, 모듈 안테나(MA), 모듈 안테나(MA)의 말단(a, b), 권취 코어(WC), 글로브톱(GT)의 위에(칩(CM)의 위도 포함) 성형체(MM)를 성형(오버몰딩)할 수 있다. 성형체(MM)는 플랜지(F)의 외측변(lip) 위로 넘어서 코일 권취 공간 내로 약간 들어가도록(와이어가 있는 곳은 제외) 할 수 있다. 이로써 성형체(MM)를 제 자리에 유지시키는 데 도움이 될 수 있다.
플립칩 접합의 개선
기존의 플립칩 실장에는, 용융성 범프(bump)(예컨대, 솔더볼(solder ball))를 갖는 칩을 제공하는 단계, 패드가 있는 기판에 칩을 뒤집어 놓는 단계, 그리고 열을 가해서 솔더볼을 용융시켜서 칩과 기판을 전기적(및 기계적) 연결하는 단계가 포함된다. 앞에서 언급한 인피니언사의 FCOS 칩 모듈은, 칩과 기판을 연결하기 위하여 접착 기법(예컨대, DELO-MONOPOX 또는 DELO-MONOPOX AC)을 이용한다.
DELO에서 나온 브로셔 "플립칩 접합용 접착제"(이를 본원의 참고문헌으로서 포함시킴)에는 범프와 기판의 금속층 사이에 끼워진 접착제에 범프와 전기 전도성 입자를 가압하는 것이 개시되어 있다. 공정 단계는, (i) 접착제 도포, (ii) 플립칩의 배치, (ⅲ) 압력 및 열을 가하면서 열원(thermode)을 사용하여 경화, 그리고 옵션사항으로서 (iv) 터널 오븐에서의 최종 경화를 포함할 수 있다. 전기적 연결을 위하여, 금 도금된 니켈 입자 또는 은 입자를 접착제(DELO-MONOPOX AC)용 충전재로서 사용한다. 이들 고체 입자를 사용하여, 유연하며 단단한 기판에 플립칩을 접촉시킨다. 입자를 가압할 때, 금속 회로 선로의 표면에 있는 산화물 층이 파열된다. (가압되지 않고 남는 접착제는 비도전성으로 남을 수 있다.) 이에 의해, 구리 및 알루미늄 회로 선로 상에서 낮은 접촉 저항을 이룰 수 있다. 스마트 카드 모듈 제조시에는 플립칩이 칩온보드(chip-on-board) 기술에 대한 경제적인 대안이 된다. DELO-MONOPOX 또는 DELO-MONOPOX AC가 플립칩 접촉을 위한 FR4 또는 PET 등의 표준 기판에 사용된다.
예시적인 제조 공정에 있어서, 기판 테이프는 한 판매자(예컨대, Interplex)로부터 구매하고 범프부착 칩은 다른 판매자(예컨대, NXP)로부터 구입한 후, 적절한 도전성 입자(구리, 니켈, 금 등)가 함유된 선택적 도전성 접착제를 사용하여 칩을 접합 및 연결할 수 있다. 여기서 "선택적 도전성 접착제"란 압력이 가해지는 영역에만 도전성이 되는 예컨대 DELO-MONOPOX 또는 DELO-MONOPOX AC와 같은 접착제를 말한다. 접착제의 도전 영역을 도 10에 빗금으로 표시하였다. 다른 접착제(예컨대, 도전성 접착제)를 해당 영역에만 도포함으로써 패드에 범프를 접합할 수도 있다.
도 10은 2개의 범프(1012)를 갖는 칩(CM)(1010)과 2개의 대응하는 패드(1022)를 갖는 기판(MT)(1020)을 나타낸다. "선택적 도전성 접착제"(1030)가 칩(1010)과 기판(1020) 사이에 배치된다. 기판(1020) 상의 칩(1010)을 아래로 누르면, 접착제(1030)의 선택된 영역(부분)(1032)이 도전성이 되고 나머지 영역은 비도 전성 상태로 남는다. 이러한 방식으로, 접착제는(1030)을 기판(1020)에 칩(1010)을 정착시킨다(기계적으로 연결한다). 전기적 연결은 범프(1012)와 이에 대응하는 패드(1022) 사이에서 이루어진다.
범프(1012)와 패드(1022) 사이의 전기적 연결성을 향상시키기 위해, 플립칩 접합을 수행하는 전구(precursor)체로서, 도전성 재료를 칩의 범프(1012) 및/또는 기판의 패드(1022)에 도포할 수 있다. 도전성 재료 1014가 범프(1012) 위에 있는 것으로 도시되어 있으며, 도전성 재료 1024가 패드(1022) 위에 있는 것으로 도시되어 있다. 대표적인 도전성 재료로는 가령 100μm 길이의 은 나노와이어로서, 이는 범프와 패드 사이의 기계적 전기적 연결서을 향상시키기 위하여 범프 및/또는 패드 표면(들) 상에 망(그물)을 형성한다. 은 나노와이어 재료는 Seashell Technology에서 구입가능하며(http://www.seashelltech.com/nanoRods.shtml. 이를 참고문헌으로서 본원에 포함시킴), 분무(스프레이), 잉크젯 응용, 에어졸 응용 등의 방법을 이용하여 범프와 패드 중 하나 또는 모두에 도포할 수 있다.
접착제 접합의 다른 대안으로서, 솔더 범프를 용융시키는 것이 포함된 종래의 플립칩 접합법을 사용하여 기판(MT)에 칩(CM)를 실장하고 연결할 수도 있다.
안테나 기판(AS)
도 8c에, 안테나(MA) 영역은 모듈 기판(MT)의 주변 영역으로 제한되고, 모듈 기판(MT)의 중앙 영역은 칩(CM) 및 그 관련 연결부(비아)로 활용되는 것을 도시하였다. 안테나(MA)의 일 말단은 모듈 기판(MT)의 가장자리 근처의 패드(비아)에서 끝나고, 안테나(MA)의 다른 쪽 말단은 칩(CM) 아래의 패드(비아)에서 끝나고 있는 것으로 도시하였다.
도 11 및 도 11a는, 모듈 기판(MT)(또는 테이프 층)과 거의 동일한 크기이며 모듈 기판(MT)로부터 분리된 별도의 안테나 기판(AS)(또는 테이프 층) 상에 안테나(MA)를 형성할 수 있음을 나타내고 있다.
안테나 기판(AS) 내에 있는 칩(CM)보다 약간 더 큰 개구부(OP)가 안테나 기판(AS)을 통해 형성되어서, 안테나 기판(AS)을 모듈 기판(MT)에 접합(연결) 시에 이 개구부(OP)에 칩(CM)이 들어가도록 할 수 있다(즉, 돌출된 칩(CM)이 개구부(OP) 내로 삽입됨). 도 11에, 칩(CM) 및 그 연결부(도 8c 참조)를 점선으로 나타내었다.
도 11a에 가장 잘 나타나 있는 것처럼, 안테나 기판(AS)의 하부(도면에서 볼 때)의 표면에는, 모듈 기판(MT)의 상부(도면에서 볼 때) 표면에 있는 패드와 연결되는(예컨대, 도전성 접착제를 이용하여)(도 10의 1030 참조) 범프가 포함될 수 있다. 범프(패드일 수도 있음)는 도 11에 검은 원으로 표시하였다.
칩(CM) 주위의 영역을 연결부를 위해 남겨놓을 때의 문제(도 8c 참조)를 회피함으로써, 이 영역은 안테나(MA)의 추가 권선(또는 선로)을 위해 사용할 수 있다. 이러한 추가 선로의 일부를 도 11에 점선으로 표시하였다.
안테나 기판(AS)은 그 아래에 있는 모듈 기판(MT), 칩(CM), 및 안테나(MA)를 가리기 위해 불투명하거나 어두운 색으로 제작할 수 있다. 이는, 모듈 기판(MT)이 투명한 경우(예컨대, parlex)에는 중요한 보안상 특징이 될 수 있다.
안테나(MA)는 US 6,233,818에 도시된 바와 같이, 안테나 기판(AS)에 내장되는 와이어로 형성할 수 있다. 또는 이와 달리, 안테나(MA)는 안테나 기판(AS) 상의 금속층(막)에서 화학적 에칭으로 형성할 수 있다(도 8c 참조).
또는 이의 대안으로서, 안테나(MA)를 레이저로 에칭할 수 있다. 이로써 보다 미세한 피치와 보다 많은 선로 수를 얻을 수 있다. 예를 들어, 안테나를, UV 또는 녹색의 나노세컨드 또는 피코세컨드 레이저를 사용하여, 17μm 두께의 구리 피복된 "씨드(seed)" 층(프리프레그(pre-preg)의 배면) 속으로 레이저 에칭(분리 기법)할 수 있는데, 이때 선로 간의 거리는 레이저빔의 폭(대략 25μm)과 동일하게 된다. 구리 씨드 층의 레이저 에칭 후에, 레이저 절제된 잔류물 입자를 제거하고 도금 부착을 준비하기 위해 1회 이상의 샌드블라스팅(sand blasting)을 행하고, 수직 연결을 위한 스루홀의 도금을 지원하기 위해 탄소를 증착하고, 건조막을 형성하여 포토마스킹 공정을 행하고, 선로의 두께를 증가시키기 위해 구리(Cu ~6μm)를 무전해 증착하고, 산화를 방지하기 위하여 니켈/니켈 포스포러스(Ni/NiP ~9μm) 또는 니켈(Ni ~9μm) 및 팔라듐/금 또는 금(Pd/Au 또는 Au - 0.1μm/0.03μm 또는 0.2μm)을 전기 도금한다.
US 7,229,022 및 US 2008/0314990에는, RFID 칩이 포함된 기판과 분리된 기판 상에 안테나 배열(어레이)을 동일한 규격으로 설치하는 것이 개시되어 있다(이들 두 특허를 참고문헌으로서 본원에 포함시킨다). 그 다음에 RFID 칩 배열이 포한된 기판 위에 안테나 기판을 배치하고 각 안테나의 말단 부분을 각각의 트랜스폰더 위치에 있는 각 칩에 수동으로 연결한다.
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 (15)

  1. 기판(MT, 202, 402); 기판(MT)의 표면 상에 배치되고, 기판(MT) 표면에 있는 패드(1022)에 플립칩 접합되는(도 9, 10) 칩(CM, 1010); 기판(MT)의 표면 상에 배치되고, 칩(CM)과 연결되는 안테나(MA, 230, 430)를 포함하는 스마트 카드(SC)용 안테나 모듈(AM)에 있어서,
    안테나(MA)를 권취할 수 있는 권취 코어로서, 기판(MT)의 표면에 부착되는 지지 구조체(DS, WC, 220, 420)를 포함하되,
    지지 구조체(DS, WC, 220, 420)는 2개의 대향하는 개방 단부(220a/b, 420a/b)를 갖는 관형 본체부(B)를 포함하되, 이들 개방 단부 중 하나가 기판(MT)의 표면에 부착되고 다른 하나는 자유단으로 남는 것을 특징으로 하는, 스마트 카드용 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조체(WC, 420)는 본체부(B)의 자유단(420a)에 둘러 형성된 플랜지(F, 424)를 포함하는, 스마트 카드용 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    지지 구조체 내에서 적어도 칩(CM)을 덮는 글로브톱(GT)과,
    칩(CM), 지지 구조체(DS, WC), 및 안테나(MA)를 덮는 성형체(MM)를 추가로 포함하는, 스마트 카드용 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    접촉 인터페이스를 위해 모듈 테이프(MT)의 반대면에 있는 접촉 패드(CP)를 추가로 포함하는, 스마트 카드용 안테나.
  5. 제1항의 안테나 모듈(AM)을 포함하며,
    카드 본체(CB); 외측 부분이 카드 본체(CB)의 주변부에 배치되는 부스터 안테나(BA); 및 카드 본체(CB)의 내측 영역에 배치되는 결합 코일(CC)을 추가로 포함하되,
    상기 안테나 모듈(AM)은, 결합 코일(CC)과 안테나(MA)의 유도성 결합을 위해 카드 본체(CB)의 내측 영역에 배치되는, 스마트 카드용 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    안테나 모듈(AM)을 수용하기 위하여 카드 본체(CB)에 리세스(R)가 구비되는, 스마트 카드용 안테나.
  7. 기판(MT)에 칩(CM)을 플립칩 실장하고 접합하는 단계를 포함하는 안테나 모듈(AM) 제조 방법에 있어서,
    기판(MT, 202, 402)의 표면에, 2개의 대향 개방 단부(220a/b, 410a/b)를 갖는 관형 지지 구조체(DS, WC, 220, 420)를 부착하고,
    관형 지지 구조체(DS, WC)에 안테나(MA) 와이어를 권취하는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    기판(MT)에 칩(CM)을 실장하고 접합하기 전에, 칩(CM, 1010) 상의 적어도 하나의 범프(112)와 기판(1020) 상의 패드(1022)에 도전성 재료(1014, 1024)를 적용하는 것을 추가로 포함하는, 안테나 모듈 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도전성 재료는 은 나노와이어를 포함하는, 안테나 모듈 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 안테나(MA, 230, 430)의 권취는 비행 권취 기법(도 3)을 사용하여 수행되는, 안테나 모듈 제조 방법.
  11. 모듈 기판(MT)과, 모듈 기판(MT)의 표면 상에 배치되는 칩(CM)을 포함하는 스마트 카드(SC)용 안테나 모듈(AM)에 있어서,
    모듈 기판(MT)과 분리된 안테나 기판(AS)에 배치되는 안테나(MA);
    안테나 기판(AS)을 모듈 기판(MT)에 결합시에 상기 칩(CM)을 수용하기 위하여 안테나 기판(AS)에 형성된 개구부(OP)를 포함하는, 스마트 카드용 안테나 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    칩(CM)은 모듈 기판(MT)에 플립칩 실장되어 연결되는, 스마트 카드용 안테나 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    안테나(MA)는 안테나 기판(AS)에 내장된 와이어를 포함하는, 스마트 카드용 안테나 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    안테나(MA)는 안테나 기판(AS) 상의 금속층으로부터 에칭되는, 스마트 카드용 안테나 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    에칭은 레이저를 이용하여 수행되는, 스마트 카드용 안테나 모듈.
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