WO2021251553A1 - 스마트카드 및 그 제조방법 - Google Patents

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WO2021251553A1
WO2021251553A1 PCT/KR2020/011818 KR2020011818W WO2021251553A1 WO 2021251553 A1 WO2021251553 A1 WO 2021251553A1 KR 2020011818 W KR2020011818 W KR 2020011818W WO 2021251553 A1 WO2021251553 A1 WO 2021251553A1
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WO
WIPO (PCT)
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receiving antenna
smart card
battery
release film
card
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/011818
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English (en)
French (fr)
Inventor
강광채
신현관
김순영
Original Assignee
주식회사 카드네이션
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/115—Via connections; Lands around holes or via connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • B32B2038/042—Punching

Definitions

  • the present invention relates to a smart card and a method for manufacturing the same, and more particularly, while meeting the magnetic resonance wireless charging standard certified by the Wireless Power Consortium (WPC), the international standardization organization It relates to a smart card that can be charged with a smart phone wireless charger by configuring a wireless charging card module that simultaneously satisfies the credit card standard, and a method for manufacturing the same.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • the resonant inductive coupling method generates a magnetic field that vibrates at the resonant frequency in the transmitter coil and concentrates power only on the receiver coil having the same resonant frequency.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • This magnetic resonance method operates by magnetic resonant coupling between the transmitter and the receiver as shown in FIG. 1 . That is, in the case of a transmitting antenna (transmitting unit), a magnetic field generated by a time-varying current applied from a source coil is applied to a resonance coil of the transmitting antenna by inductive coupling. And magnetic resonant coupling occurs between the resonant coil of the transmitting antenna and the receiving antenna (receiver) having the same resonant frequency, which in turn causes inductive coupling in the load coil of the receiving antenna to supply current to the load through the receiving circuit. approve
  • the resonant coil of the self-resonant WPT system has a winding coil antenna structure such as a helical, spiral, or multiple loop in order to obtain a high Q-factor.
  • a smart card has a microprocessor (MPU) and an operating system (COS) mounted on a plastic card of the same size as a general credit card, and security-related processors such as EEPROM, RAM, ROM, RSA, DES, AES, etc. It is an electronic card with a built-in COB (chip on board), and it is a CPU intelligent card that can store and process information in the card.
  • MPU microprocessor
  • COS operating system
  • the smart card since the smart card has a built-in semiconductor chip equipped with a memory element, the storage capacity is superior to that of the existing magnetic card. It can perform various additional functions required.
  • the standard size of these smart cards is 85.60 ⁇ 53.98mm and 0.76mm thick for ISO/IEC 7810 ID-1 standard, and 66 ⁇ 33mm for ID-00 standard so that they can be conveniently carried in a wallet.
  • smart cards use unique identification information embedded in communication chips to provide various contents such as a function to check the location in case of theft or loss. , it has a built-in rechargeable battery that supplies power to drive it.
  • BLE low-power Bluetooth
  • Patent Document 1 discloses a 'rechargeable smart display card' with a built-in resonance coil for wirelessly charging power to a rechargeable battery.
  • the present inventor comprehensively considers all the above matters and at the same time, from the idea of solving the technical limitations and problems of the existing smart card technology, the wireless charging international standardization organization (WPC; Wireless Power Consortium, Wireless Power Committee) certified by A smart card with a new structure that can be charged with a smart phone wireless charger by composing a wireless charging card module that meets the credit card standard of the International Organization for Standardization while meeting the wireless charging standard of the magnetic resonance method, and manufacturing that can mass-produce it
  • WPC Wireless Power Consortium, Wireless Power Committee
  • the technical problem and object to be solved by the present invention is to provide a smart card and a method for manufacturing the same that can reduce the thickness by forming a resonant coil and a rod coil constituting a receiving antenna in a conductive pattern on the surface of a PCB.
  • another technical problem and object to be solved by the present invention is to provide a smart card capable of preventing heat generation of a reception antenna and a decrease in charging efficiency, and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem and object to be solved by the present invention is to provide a smart card and a manufacturing method thereof that enable mass production.
  • a circuit and various electronic components performing a main function are implemented and mounted on a substrate, and the A battery for supplying power to electronic components is attached, and a card module equipped with a receiving antenna for wirelessly receiving a power signal through magnetic resonance coupling to charge power to the battery and attached to protect both sides of the card module
  • a smart card characterized in that it comprises a coverlay, the receiving antenna is formed in a conductive pattern on the surface of the insulating plate (non-conductor) in the middle of the substrate.
  • the present invention can reduce the thickness of the wireless charging card module by forming the resonant coil and the rod coil constituting the receiving antenna in a conductive pattern on the surface of the PCB.
  • the receiving antenna is formed between the receiving antenna and the coverlay, and further includes a shielding sheet that blocks the magnetic field output from the wireless charger from leaking to the outside of the receiving antenna. It can prevent heat generation and increase charging efficiency.
  • the substrate is made of a flexible printed circuit board (FPCB), and the conductor pattern has a through hole penetrating through both sides of the flexible printed circuit board, and a copper foil is formed on both sides in a circular shape. It is formed by pasting it in a shape that is wound several times in a rectangular shape, thereby maximizing the wireless charging efficiency while minimizing the thickness of the card module.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the present invention can improve productivity by mass-manufacturing several identical smart cards at a time.
  • the first to third release films have a thickness of 0.05 mm and an intermediate peel strength of 50 g/inch to 150 g/inch
  • the step (B) is to apply the adhesive to 0.1 mm to 5.0
  • it is flattened by passing through a roll-to-roll press arranged at intervals of 0.2 mm to 1.0 mm, and quenched for at least 30 seconds in a freezer at minus 40 ° C during the (F) process.
  • the first release film is peeled from the guard paper, and the second and third release films are passed through a roll-to-roll press arranged at intervals of 0.74 mm to 1.0 mm during the (G) process.
  • After attaching the film it is put in a dryer maintained at 25-40°C, dried and aged for more than 36 hours, thereby reducing thermal damage to the card module and mass production more efficiently.
  • the present invention which is based on a unique solution to solve the above technical problems, is a wireless charging card module by forming a resonant coil and a load coil constituting a receiving antenna in a conductive pattern on the surface of an insulating plate (non-conductor) in the middle of the FPCB substrate. can be reduced in thickness.
  • the present invention can improve productivity by manufacturing a large number of identical smart cards at a time.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a wireless power transmission system of a magnetic resonance method.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a smart card according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 8 are plan views schematically illustrating a working process in order to sequentially explain a method for manufacturing a smart card according to another embodiment of the present invention.
  • the term and/or is meant to include a combination of a plurality of related described items or any of a plurality of related described items, and when a part includes a certain component, it is a description that is specifically opposite This does not mean that other components are excluded, but other components can be further included.
  • each step may occur in a different order from the stated order unless the context clearly indicates a specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • unit and “unit” means a module type that performs at least one function or a unit or role for processing a certain operation of the system, which is a combination of hardware or software or hardware and software It may be implemented as a device or assembly capable of performing an independent operation or a means through such a method.
  • upper, lower, upper, lower, upper, lower, upper, lower, upper, lower, front and rear, left and right are used for convenience to distinguish relative positions of each component.
  • the upper side in the drawing may be named or referred to as the upper side and the lower side as the lower side
  • the longitudinal direction may be named or referred to as the front-back direction
  • the width direction may be named or referred to as the left/right direction.
  • first, second, etc. may be used to describe various components. That is, terms such as 1st, 2nd, etc. may be used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • a first component may be referred to as a second component without departing from the protection scope of the present invention, and the second component may also be referred to as a first component.
  • the smart card includes a card module 10 and a coverlay 20 .
  • a circuit performing a main function and various electronic components are implemented and mounted on a board 11, and on one side of the board 11, a paper battery and a secondary battery for supplying power to the electronic components
  • a battery 12 such as (lithium ion battery) is attached.
  • a receiving antenna 13 for wirelessly receiving (WPC, Qi) a power signal through magnetic resonance coupling to charge power to the battery 12 is formed on the middle portion of the substrate 11 .
  • the reception antenna 13 is formed in a conductive pattern on the surface of the insulating plate (non-conductor) in the middle portion of the substrate 11 .
  • the substrate 11 may be made of a flexible printed circuit board (FPCB), and at this time, the conductor pattern constituting the receiving antenna 13 penetrates through holes penetrating both sides of the flexible printed circuit board and copper foil on both sides. It can be formed by pasting in the shape of a circle or square wound several times.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the receiving antenna 13 is preferably formed in a rectangular loop antenna structure capable of increasing inductance compared to a circular loop antenna in the same area.
  • a shielding sheet 14 for canceling the magnetic field is attached between the receiving antenna 13 and the coverlay 20 to shield the magnetic field.
  • the shielding sheet 14 is preferably formed of a magnetic shielding film based on a magnetic composite material having excellent magnetic properties to prevent leakage of the magnetic field output from the wireless charger to the outside of the receiving antenna 13 during wireless charging. .
  • a microcontroller unit (MCU) for performing fingerprint authentication algorithms, various communications, and power consumption control is mounted on the substrate 11 .
  • the MCU can transmit and receive data to and from a vehicle through an NFC antenna and a Bluetooth antenna, and when activated, operate in a standby mode to minimize power consumption.
  • an ISO-7816 interface may be mounted on the board 11 to use a plurality of cards of various financial companies.
  • the coverlay 20 is attached to protect both sides of the card module 10 .
  • the coverlay 20 may be made of a printing paper and a release film laminated on both sides of the card module 10 .
  • coverlay 20 may be exposed to a fingerprint sensor (Fingerprint Sensor), financial IC (Secure Element Module).
  • fingerprint sensor Fingerprint Sensor
  • financial IC Secure Element Module
  • the smart card according to the embodiment of the present invention configured as described above is made of plastic that satisfies ISO/IEC 7810 standards 85.60 ⁇ 53.98 mm and thickness 0.76 mm so that it can be conveniently carried by putting it in a wallet, BLE, NFC, SE Various communication methods are provided.
  • the card module 10 has a built-in antenna for short-distance communication, such as a Magnetic Secure Transmission (MST) antenna, a Near Field Communication (NFC) antenna, and a Bluetooth (BLE) antenna.
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • BLE Bluetooth
  • the wireless charging transmission frequency in the 100KHz ⁇ 205KHz band transmitted from the wireless charging transmitter is received through the receiving antenna 13, and the wireless charging communication unit meets the wireless charging standard, that is, impedance matching, and the wireless charging circuit unit converts it into an electrical signal to charge the battery 12 .
  • the thickness of the wireless charging card module 10 can be reduced by forming the resonance coil and the load coil constituting the reception antenna 13 in a conductive pattern on the surface of the insulating plate (non-conductor) in the middle of the FPCB substrate 1 .
  • miniaturization and lightness can be realized by configuring the copper foil in a loop-type pattern wound several times in a circle or square.
  • a guard paper (1) consisting of a width of 280 mm to 380 mm, a length of 450 mm to 600 mm, a thickness of 0.4 mm to 1.0 mm and a white or transparent synthetic resin sheet is punched with a press, and several setting holes (2) to form an array
  • the adhesive is applied to the surface of the first release film 3 having a width of 380 mm, a length of 600 mm, a thickness of 0.05 mm, and an intermediate peel strength of 50 g/inch to 150 g/inch at a constant thickness.
  • a roll-to-roll press in which the upper roll and the lower roll are arranged at intervals of 0.2 mm to 1.0 mm pass through to level it flat. If the gap between the upper roll and the lower roll exceeds 1.0 mm, the defect rate may be high due to a large amount of adhesive, and if it is less than 0.2 mm, the adhesive strength will decrease, so it is preferable to work with about 0.3 mm.
  • the size of the first release film 3 may be easier to peel in a subsequent process by using a slightly larger size than the guard paper 1 .
  • the guard paper 1 in which the setting holes 2 are arranged is attached to the surface of the first release film 3 to which the adhesive is applied.
  • a circuit performing a main function and various electronic components are implemented and mounted on the board 11 , and a battery 12 for supplying power to the electronic components is attached, and the battery 12 Shielding sheet ( 14) is arranged by putting the attached card module 10 into the setting holes 2 of the guard paper 1 one by one.
  • the card module 10 can be stably attached in the setting hole 2 of the guard paper 1 by the adhesive applied to the surface of the first release film 3 .
  • an adhesive is applied to the surface of the guard paper 1 at a constant thickness.
  • the upper roll and the lower roll are arranged at intervals of 0.2 mm to 1.0 mm.
  • the printing paper 4 can be more completely and firmly attached to both sides.
  • the second release film 5 is attached to the surface printing paper 4
  • the third release film 6 is attached to the back printing paper 4 and dried and aging.
  • the upper and lower rolls pass through a roll-to-roll press arranged at intervals of 0.74 mm to 1.0 mm to pass the second and second 3
  • a dryer maintained at 25-40° C., and dry and mature (curing) them for more than 36 hours.
  • the second and third release films 5 and 6 are attached to both sides, and the semi-finished product, which has been dried and aged (cured) in a dryer, is punched out with a punching machine, and several cards are taken out at the same time.
  • the smart card manufacturing method according to the present invention can make a large number of the same smart cards at a time, so that productivity and work efficiency can be greatly improved.

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Abstract

본 발명은 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 만족하는 무선충전 카드 모듈을 구성하여 스마트폰 무선충전기로 충전할 수 있는 스마트카드를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 기판에 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 구현 및 실장되고, 상기 전자부품에 전원을 공급하는 배터리가 부착되며, 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나가 구비된 카드 모듈 및 상기 카드 모듈의 양면을 보호하기 위해 부착된 커버레이를 포함하며, 상기 수신안테나는, 상기 기판의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성된, 스마트카드를 개시한다. 본 발명은, 수신안테나를 구성하는 공진코일과 로드코일을 FPCB 기판의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성하여 무선충전 카드 모듈의 두께를 박막화할 수 있는 장점이 있다.

Description

스마트카드 및 그 제조방법
본 발명은 스마트카드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선충전 국제 표준화 단체(WPC; Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)에서 인증하는 자기공진 방식의 무선충전 규격에 부합하면서 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 동시에 만족하는 무선충전 카드 모듈을 구성하여 스마트폰 무선충전기로 충전할 수 있는 스마트카드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근거리 무선전력전송 WPT(Wireless Power Transfer) 시스템의 무선충전 방식 중 자기공진(resonant inductive coupling) 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수를 갖고 있는 수신부 코일에만 전력을 집중적으로 전송 및 충전하는 원리로, 송신부와 수신부의 배터리가 수 m 내외의 근거리에 떨어져 있어도 충전할 수 있기 때문에 WPC(Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)의 자기유도 방식을 대체할 무선충전 기술로 각광받고 있다.
이러한 자기공진 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 송신부와 수신부 사이의 Magnetic resonant coupling에 의해 동작하게 된다. 즉, 송신안테나(송신부)의 경우 소스코일(Source coil)에서 인가된 시변 전류에 의해 발생한 자기장이 inductive coupling에 의해 송신안테나의 공진코일(Resonance coil)에 인가된다. 그리고 같은 공진주파수를 갖는 송신안테나와 수신안테나(수신부)의 공진코일 사이에 Magnetic resonant coupling이 발생하며, 이는 다시 수신안테나의 로드코일(Load coil)에 inductive coupling을 일으켜 수신회로를 통해 부하에 전류를 인가한다.
일반적으로 자기공진 방식 WPT 시스템의 공진코일은 높은 Q-factor를 얻기 위해 헬리컬(Helical), 스파이럴(Spiral), 다중루프(Loop) 등과 같은 권선형 코일(Winding coil) 안테나 구조를 갖는다.
한편, 스마트카드(smart card)는 일반적인 신용카드와 동일한 사이즈의 플라스틱 카드에 마이크로프로세서(MPU)와 운영 체제(COS)를 탑재, 그리고 EEPROM, RAM, ROM, RSA, DES, AES 등과 같은 보안 관련 프로세서를 COB(chip on board) 형태로 내장한 전자식 카드로, 카드 내에서 정보의 저장과 처리가 가능한 CPU 지능형 카드이다.
즉, 스마트카드는 기억소자를 탑재한 반도체칩이 내장되어 있어 기존의 자기카드보다 저장용량이 월등하여 카드 하나로 신용카드, 현금카드, 교통카드, 전자화폐, 신분증, 출입카드 등 별도의 정보저장이 요구되는 다양한 부가기능을 수행할 수 있다.
이러한 스마트카드의 표준 크기는 지갑에 넣어서 편리하게 휴대할 수 있도록 ISO/IEC 7810 ID-1 규격은 85.60×53.98㎜, 두께 0.76mm로, ID-00 규격은 66×33㎜로 규정하고 있다.
최근 스마트카드는 이동통신의 발전과 더불어 저전력 블루투스(BLE) 등의 근거리 무선통신 기술이 발전하면서 통신칩에 내재되는 고유식별정보를 이용하여 도난 및 분실 시 위치확인 기능과 같은 다양한 콘텐츠를 제공하고 있으며, 이를 구동하기 위한 전원을 공급하는 충전식 배터리를 내장하고 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는 충전식 배터리에 전원을 무선충전하기 위한 공진코일이 내장된 '충전 가능한 스마트 디스플레이 카드'가 개시되어 있다.
그런데 이와 같은 종래의 스마트카드는 무선충전을 위하여 수신안테나의 공진코일을 권선형 코일(Winding coil) 안테나 구조를 사용하기 때문에 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격에서 요구하는 두께를 만족하기 매우 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라 무선충전 시 발생하는 전력 손실과 발열로 인해 충전 효율이 상당히 떨어지는 문제점이 있다.
여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 스마트카드 기술이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 무선충전 국제 표준화 단체(WPC; Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)에서 인증하는 자기공진 방식의 무선충전 규격에 부합하면서 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 동시에 만족하는 무선충전 카드 모듈을 구성하여 스마트폰 무선충전기로 충전할 수 있는 새로운 구조의 스마트카드 및 이를 대량 생산할 수 있는 제조방법을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 수신안테나를 구성하는 공진코일과 로드코일을 PCB의 표면에 도체 패턴으로 형성하여 두께를 박막화할 수 있도록 하는 스마트카드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 수신안테나의 발열과 충전 효율 저하를 방지할 수 있도록 하는 스마트카드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 대량생산이 가능할 수 있도록 하는 스마트카드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명은, 기판에 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 구현 및 실장되고, 상기 전자부품에 전원을 공급하는 배터리가 부착되며, 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나가 구비된 카드 모듈 및 상기 카드 모듈의 양면을 보호하기 위해 부착된 커버레이를 포함하며, 상기 수신안테나는, 상기 기판의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 스마트카드를 제시한다.
이로써 본 발명은 수신안테나를 구성하는 공진코일과 로드코일을 PCB의 표면에 도체 패턴으로 형성하여 무선충전 카드 모듈의 두께를 박막화할 수 있다.
따라서 무선충전 국제 표준화 단체(WPC; Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)에서 인증하는 자기공진 방식의 무선충전 규격에 부합하여 스마트폰 무선충전기로 배터리를 충전할 수 있고, 아울러 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 동시에 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 수신안테나와 상기 커버레이 사이에 형성되고, 무선충전기에서 출력되는 자기장이 상기 수신안테나의 외부로 누설되는 것을 차단하는 차폐시트를 더 포함하여 구성됨으로써 수신안테나의 발열을 방지하고 충전 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 기판은 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 이루어지고, 상기 도체 패턴은 연성인쇄회로기판의 양면을 관통하는 쓰루홀(Through Hole)을 뚫고 양면에 동박을 원형이나 사각형으로 몇 번 감은 형태로 붙여 형성됨으로써 카드 모듈의 두께를 최소화하면서 무선충전 효율을 극대화할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시예로서, (A) 일정한 크기의 가드지를 프레스로 펀칭하여 다수 개의 세팅구멍을 형성하는 공정, (B) 제1이형필름의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포하는 공정, (C) 접착제가 도포된 제1이형필름의 표면에 세팅구멍이 형성된 가드지를 부착하는 공정, (D) 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 기판에 구현 및 실장되고, 상기 전자부품에 전원을 공급하는 배터리가 부착되며, 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나가 형성된 카드 모듈을 상기 가드지의 세팅구멍들 속에 하나씩 넣어 배열하는 공정, (E) 상기 가드지의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포하는 공정, (F) 상기 가드지에서 상기 제1이형필름을 박리한 후 상기 가드지의 표면과 이면에 인쇄지를 합지하는 공정, (G) 상기 표면 인쇄지에 제2이형필름을 부착하고, 상기 이면 인쇄지에 제3이형필름을 부착한 후 건조 및 숙성시키는 공정, (H) 상기 (G) 공정을 거친 반제품을 타발기로 타발하여 카드 형태로 따내는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트카드 제조방법을 제시한다.
이로써 본 발명은 한 번에 여러 장의 동일한 스마트카드를 대량으로 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 제1 내지 제3이형필름은 두께가 0.05mm, 중간 박리강도가 50g/inch~ 150g/inch이고, 상기 (B) 공정은, 접착제를 0.1mm~5.0mm 두께로 도포한 후, 0.2mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 평평하게 하고, 상기 (F) 공정 중, 영하 40℃의 냉동고에 30초 이상 급랭시킨 후 상기 가드지에서 상기 제1이형필름을 박리하고, 상기 (G) 공정 중, 0.74mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 제2 및 제3이형필름을 부착한 후, 25~40℃를 유지하는 건조기에 넣어 36시간 이상 건조 및 숙성시킴으로써 카드 모듈에 가하는 열손상은 줄이고 한층 더 효율적으로 대량 생산할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명은, 수신안테나를 구성하는 공진코일과 로드코일을 FPCB 기판의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성하여 무선충전 카드 모듈의 두께를 박막화할 수 있다.
따라서 무선충전 국제 표준화 단체(WPC; Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)에서 인증하는 자기공진 방식의 무선충전 규격에 부합하여 스마트폰 무선충전기로 배터리를 충전할 수 있고, 아울러 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 동시에 만족할 수 있다.
또한, 본 발명은 한 번에 여러 장의 동일한 스마트카드를 대량으로 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 자기공진 방식의 무선전력 전송 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트카드를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트카드 제조방법을 순차적으로 설명하기 위해 작업 공정을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
[부호의 설명]
10: 카드 모듈 11: 기판
12: 배터리 13: 수신안테나
14: 차폐시트 20: 커버레이
1: 가드지 2: 세팅구멍
3: 제1이형필름 4: 인쇄지
5: 제2이형필름 6: 제3이형필름
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하며 본 발명을 설명하기에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
즉, 본 명세서에서 설시하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.
아울러 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이외에도 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.
그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.
<스마트카드>
도 2의 도시에 의하여 본 발명의 실시 예에 따른 스마트카드는 카드 모듈(10)과 커버레이(20)로 구성된다.
상기 카드 모듈(10)은, 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 기판(11)에 구현 및 실장되어 있고, 이 기판(11)의 한쪽 위에는 전자부품에 전원을 공급하는 페이퍼 배터리, 이차 전지(리튬이온 배터리) 등의 배터리(12)가 부착되어 있다.
그리고 기판(11) 가운데 부분 위에는 배터리(12)에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신(WPC, Qi)하는 수신안테나(13)가 형성되어 있다.
즉, 수신안테나(13)는 기판(11)의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성되어 있다.
여기서 기판(11)은 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 이루어질 수 있고, 이때 수신안테나(13)를 구성하는 도체 패턴은 연성인쇄회로기판의 양면을 관통하는 쓰루홀(Through Hole)을 뚫고 양면에 동박을 원형이나 사각형으로 몇 번 감은 형태로 붙여 형성할 수 있다.
또한, 수신안테나(13)는 동일면적에서 원형 루프 안테나에 비해 인덕턴스를 높일 수 있는 사각형 루프 안테나 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 수신안테나(13)와 커버레이(20) 사이에는 자기장을 차폐하기 위해 자장을 상쇄시키는 차폐시트(14)가 부착되어 있다.
여기서 차폐시트(14)는 무선충전 시 무선충전기에서 출력되는 자기장이 수신안테나(13)의 외부로 누설되는 것을 차단하기 위해 자기적 특성이 우수한 자성 복합재료에 기반한 자성차폐 필름으로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 기판(11)에는 지문인증 알고리즘, 다양한 통신, 전력소비 제어(Power Consumption Control) 등을 수행하는 MCU(Micro Controller Unit)가 실장되어 있다.
즉, MCU는 NFC 안테나, 블루투스 안테나를 통해 차량 등과 데이터를 송수신할 수 있고, 활성화(Activation)되면 대기 모드로 동작시켜 전력소모를 최소화할 수 있다.
또한, 기판(11)에는 다양한 금융사의 카드를 복수로 사용하기 위해 ISO-7816 Interface가 실장될 수 있다.
커버레이(20)는 카드 모듈(10)의 양면을 보호하기 위해 부착되어 있다.
여기서 커버레이(20)는 카드 모듈(10)의 양면에 합지되는 인쇄지와 이형필름으로 이루어질 수 있다.
또한, 커버레이(20)는 지문인식 센서(Fingerprint Sensor), 금융 IC(Secure Element Module) 등이 노출될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 스마트카드는 지갑 등에 넣어서 편리하게 휴대할 수 있도록 ISO/IEC 7810 규격인 85.60×53.98㎜, 두께 0.76mm를 만족하는 플라스틱 형태로 이루어지며, BLE, NFC, SE 등의 다양한 통신 방식을 제공한다.
또한, 각종 주변 장치 및 시스템과 안테나를 통한 통신(연동)으로 전자 결제, 근거리 통신, 무선전력 수신 등의 다양한 기능을 수행한다.
이를테면, 카드 모듈(10)은 MST(Magnetic Secure Transmission) 안테나, NFC(Near Field Communication) 안테나, 블루투스(Bluetooth, BLE) 안테나 등의 근거리 통신용 안테나를 내장한다.
그리고 무선충전 송신기에서 송출하는 100KHz~205KHz 대역의 무선충전 송신주파수를 수신안테나(13)를 통해 수신하여 무선충전 통신부에서 무선충전 규격이 맞는지 확인, 즉 임피던스 매칭하고, 무선충전 회로부에서 전기신호로 변환하여 배터리(12)에 충전한다.
특히 수신안테나(13)를 구성하는 공진코일과 로드코일을 FPCB 기판(1)의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성함으로써 무선충전 카드 모듈(10)의 두께를 박막화할 수 있다.
즉, 종래의 수신안테나(13)를 기판(11) 내에 와이어를 삽입하여 형성하는 와이어 임베딩(embedding) 방식과 달리 동박을 원형이나 사각형으로 몇 번 감은 루프형 패턴으로 구성함으로써 소형화 및 경박화를 구현할 수 있다.
따라서 무선충전 국제 표준화 단체(WPC; Wireless Power Consortium, 무선전력위원회)에서 인증하는 자기공진 방식의 무선충전 규격에 부합하여 스마트폰 무선충전기로 배터리를 충전할 수 있고, 아울러 국제표준화기구의 크레디트 카드 표준규격을 동시에 만족할 수 있다.
<스마트카드 제조방법>
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 가로 280mm~380mm, 세로 450mm~600mm, 두께 0.4mm~1.0mm와 백색 또는 투명한 합성수지 시트로 이루어진 가드지(1)를 프레스로 펀칭하여 여러 개의 세팅구멍(2)을 배열 형성한다.
예를 들면, 가드지(1)에 많은 세팅구멍(2)들을 규칙적인 배열로 퍼퍼레이팅(perforating)하는 작업을 통해 동시에 형성할 수 있다.
그리고 가로 380mm, 세로 600mm, 두께 0.05mm, 중간 박리강도가 50g/inch~ 150g/inch인 제1이형필름(3)의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포한다.
이때, 제1이형필름(3)의 표면에 접착제를 0.1mm~5.0mm 두께로 도포한 후, 상부롤과 하부롤이 0.2mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 평평하게 평탄화한다. 상부롤과 하부롤의 간격이 1.0mm 초과할 경우 접착제의 양이 많아 불량률이 높을 수 있고, 0.2mm 미만이면 접착력이 떨어지므로, 0.3mm 정도로 작업하는 것이 바람직하다.
여기서 제1이형필름(3)의 크기는 가드지(1)보다 약간 큰 것을 사용하는 것이 후속 공정에서 박리하기 용이할 수 있다.
또한, 접착제는 (주)하이텍코리아에서 생산 및 판매하는 모델명 HI-SHEET 6000을 사용하는 것이 바람직하다.
계속해서 도 4에 도시된 바와 같이 접착제가 도포된 제1이형필름(3)의 표면에 세팅구멍(2)이 배열 형성된 가드지(1)를 부착한다.
이 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 기판(11)에 구현 및 실장되고, 전자부품에 전원을 공급하는 배터리(12)가 부착되고, 배터리(12)에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나(13)가 형성되며, 무선충전기에서 출력되는 자기장이 수신안테나(13)의 외부로 누설되는 것을 차단하는 차폐시트(14)가 부착된 카드 모듈(10)을 가드지(1)의 세팅구멍(2)들 속에 하나씩 넣어 배열한다.
이때, 카드 모듈(10)은 제1이형필름(3)의 표면에 도포되어 있는 접착제에 의해 가드지(1)의 세팅구멍(2) 안에 안정적으로 부착된 상태를 유지할 수 있다.
다음으로, 가드지(1)의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포한다.
계속해서 도 6에 도시된 바와 같이 가드지(1)에서 제1이형필름(3)을 박리하여 제거한 후 가드지(1)의 표면과 이면, 즉 카드 모듈(10)의 양면에 인쇄지(4)를 합지한다.
이때, 영하 40℃의 냉동고에 30초 이상 급랭시킴으로써 가드지(1)에서 제1이형필름(3)을 손쉽게 박리할 수 있고, 아울러 상부롤과 하부롤이 0.2mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시킴으로써 양면에 인쇄지(4)를 더욱 완전하면서 견고하게 부착할 수 있다.
이 상태에서 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 표면 인쇄지(4)에 제2이형필름(5)을 부착하고, 이면 인쇄지(4)에 제3이형필름(6)을 부착한 후 건조 및 숙성시킨다.
이때, 카드 모듈(10)의 열에 취약한 전자부품의 손상을 방지하기 위해 상부롤과 하부롤이 0.74mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 제2 및 제3이형필름(5)(6)을 부착한 후, 25~40℃를 유지하는 건조기에 넣어 36시간 이상 건조 및 숙성(경화)시키는 것이 바람직하다.
마지막으로 양면에 제2 및 제3이형필름(5)(6)이 부착하여 건조기에 건조 및 숙성(경화)시킨 상태의 반제품을 타발기로 타발하여 여러 장의 카드를 동시에 따낸다.
이처럼 본 발명에 따른 스마트카드 제조방법은 한 번에 여러 장의 동일한 스마트카드를 대량으로 만들 수 있어 생산성과 작업 능률을 대폭 향상시킬 수 있다.
여기서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트카드 제조방법과 관련한 구성요소 중 상술한 실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.
그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 기판에 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 구현 및 실장되고, 상기 전자부품에 전원을 공급하는 배터리가 부착되며, 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나가 구비된 카드 모듈; 및
    상기 카드 모듈의 양면을 보호하기 위해 부착된 커버레이;
    를 포함하며,
    상기 수신안테나는, 상기 기판의 중간부 절연판(부도체) 표면에 도체 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 스마트카드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신안테나와 상기 커버레이 사이에 형성되고, 무선충전기에서 출력되는 자기장이 상기 수신안테나의 외부로 누설되는 것을 차단하는 차폐시트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트카드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 이루어지고, 상기 도체 패턴은 연성인쇄회로기판의 양면을 관통하는 쓰루홀(Through Hole)을 뚫고 양면에 동박을 원형이나 사각형으로 몇 번 감은 형태로 붙여 형성된 것을 특징으로 하는 스마트카드.
  4. 다음의 각 공정으로 이루어지는 스마트카드 제조방법:
    (A) 일정한 크기의 가드지를 프레스로 펀칭하여 여러 개의 세팅구멍을 형성하는 공정
    (B) 제1이형필름의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포하는 공정
    (C) 접착제가 도포된 제1이형필름의 표면에 세팅구멍이 형성된 가드지를 부착하는 공정
    (D) 주요 기능을 수행하는 회로와 여러 전자부품이 기판에 구현 및 실장되고, 상기 전자부품에 전원을 공급하는 배터리가 부착되고, 상기 배터리에 전원을 충전하기 위해 자기공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수신안테나가 형성되며, 무선충전기에서 출력되는 자기장이 수신안테나의 외부로 누설되는 것을 차단하는 차폐시트가 부착된 카드 모듈을 상기 가드지의 세팅구멍들 속에 하나씩 넣어 배열하는 공정
    (E) 상기 가드지의 표면에 접착제를 일정한 두께로 도포하는 공정
    (F) 상기 가드지에서 상기 제1이형필름을 박리한 후 상기 가드지의 표면과 이면에 인쇄지를 합지하는 공정
    (G) 상기 표면 인쇄지에 제2이형필름을 부착하고, 상기 이면 인쇄지에 제3이형필름을 부착한 후 건조 및 숙성시키는 공정
    (H) 상기 (G) 공정을 거친 반제품을 타발기로 타발하여 여러 장의 카드를 동시에 따내는 공정
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3이형필름은 두께가 0.05mm, 중간 박리강도가 50g/inch~ 150g/inch이고,
    상기 (B) 공정은, 접착제를 0.1mm~5.0mm 두께로 도포한 후, 0.2mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 평평하게 하고,
    상기 (F) 공정 중, 영하 40℃의 냉동고에 30초 이상 급랭시킨 후 상기 가드지에서 상기 제1이형필름을 박리하고,
    상기 (G) 공정 중, 0.74mm~1.0mm 간격으로 배치된 롤투롤(roll-to-roll) 프레스를 통과시켜 제2 및 제3이형필름을 부착한 후, 25~40℃를 유지하는 건조기에 넣어 36시간 이상 건조 및 숙성시키는 것을 특징으로 하는 스마트카드 제조방법.
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