Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЭЛЕКТРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ КАРТЫ ИЛИ ЭТИКЕТКИ
ЭЛЕКТРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ КАРТЫ ИЛИ ЭТИКЕТКИ

ЭЛЕКТРОННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ КАРТЫ ИЛИ ЭТИКЕТКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к портативным предметам, таким, как электронные этикетки, бесконтактные карты с чипом. Техническим результатом является понижение себестоимости бесконтактных карт. Для этого в электронном модуле электронная микросхема расположена над витками антенны, антенна полностью расположена на модуле, соединительные клеммы антенны присоединены к соответствующим контактным зажимам на модуле или электронной микросхемы посредством проводов. Электронная этикетка для идентификации предметов содержит указанный выше модуль. Способ изготовления электронной этикетки содержит следующие этапы: вырезают из бесконтактной карты первый элемент, содержащий упомянутый электронный модуль, вырезают из бесконтактной карты второй элемент той же формы, что и первый элемент, собирают первый и второй элементы таким образом, чтобы электронный модуль находился между первым и вторым элементами и был защищен ими. 3 с. и 12 з.п.ф-лы, 17 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2194306
Класс(ы) патента: G06K19/077, G09F3/00
Номер заявки: 98115301/09
Дата подачи заявки: 17.01.1997
Дата публикации: 10.12.2002
Заявитель(и): ЖЕМПЛЮС (FR)
Автор(ы): ЛЕДЮК Мишель (FR); МАРТЭН Филип (FR); КАЛИНОВСКИ Ришар (FR)
Патентообладатель(и): ЖЕМПЛЮС (FR)
Описание изобретения: Изобретение касается области портативных предметов, какими являются, в частности, электронные этикетки или бесконтактные карты с чипом, оснащенные электронным модулем, включающим интегральную микросхему.
Изобретение относится также к способу изготовления таких модулей и портативных предметов.
Уже известны портативные предметы в форме бесконтактных карт формата ISO, предназначенные для осуществления различных операций, например оплата транспорта, телефона и пр. Эти операции осуществляются благодаря дистанционной коммутации между электронным модулем карты и приемным или считывающим устройством. Связь может осуществляться либо только в режиме считывания, либо в режиме считывания-записи.
В том, что касается карт, следует отметить, что изобретение относится не только к таким картам, которые работают исключительно бесконтактным способом. Это касается также и смешанных или гибридных карт, способных работать в одном из двух режимов: без контакта или по контакту. Такие смешанные карты предназначены, например, для операций типа "телебилета", в которых после предварительного загружения единицами отсчета (денежные единицы, единицы оплаты различных услуг) из этих карт дистанционно вычитается определенное количество таких единиц отсчета при прохождении через считывающее устройство: такой тип расчета предполагает бесконтактное функционирование. При необходимости такие карты могут перезаряжаться в специальном устройстве. В данном описании для упрощения термин "бесконтактная карта" распространяется как на смешанные карты, так и на собственно бесконтактные карты.
Кроме того, известны портативные предметы в форме электронных этикеток, обычно использующихся для различных операций идентификации или слежения. Они состоят, с одной стороны, из электронного микропроцессорного модуля и, с другой стороны, из основы этого модуля, связанного с обмоточной антенной, работающей на относительно низкой частоте (150 кГц) и имеющей относительно большие размеры по сравнению с размерами модуля.
Портативные предметы в форме электронных этикеток, существующие на сегодняшний день, имеют антенны, имеющие большое количество витков, часто более 100, и в силу своих размеров затрудняют обращение, в частности, в том, что касается этапов производства этикеток, когда необходимо осуществить соединение путем пайки между антенной и микросхемой модуля.
Аналогичным образом портативные предметы в форме бесконтактных карт также имеют ряд неудобств. В той форме, в которой они существуют сегодня, бесконтактные карты - это портативные предметы стандартных размеров. Обычным стандартом, ни в коей мере не являющимся ограничительным для данного изобретения, является стандарт ISO 7810, соответствующий карте стандартного формата длиной 85 мм, шириной 54 мм и толщиной 0,76 мм.
В большинстве известных бесконтактных карт в корпус карты из слоев пластмассы утоплен электронный модуль, включающий интегральную схему или микросхему, иногда называемую "чипом", связанную с помощью двух соединительных разъемов с катушечной антенной типа катушки индуктивности. Чип имеет память и может в некоторых случаях включать микропроцессор. Размеры электронного модуля являются значительно меньшими, чем размеры карты, и модуль, как правило, устанавливается в одном из углов карты, поскольку механические нагрузки, которым подвергается модуль при изгибе карты, в этом месте являются менее значительными, чем в ее центре.
В некоторых известных бесконтактных картах в корпусе карты, тем не менее, предусматривается полость, а также модуль с катушкой, соединенной с интегральной схемой для обеспечения бесконтактного функционирования карты. В этой категории бесконтактных карт известна, в частности, из немецкой патентной заявки DE-A-4311493 (AMATECH), установка сборки для изготовления идентификационных элементов в формате карты.
В соответствии с первым способом изготовления модуль 21 имеет основу модуля 28, на которой укрепляется чип интегральной схемы 29. Катушка 30 находится над чипом 29 для того, чтобы модуль имел способность бесконтактной идентификации. Этот документ уточняет, что расстояние считывания между модулем и считывателем без контакта является небольшим. Кроме того, никакая карта с чипом, использующая такой модуль с антенной, пока еще не смогла получить широкое использование, учитывая проблемы стоимости и небольшого радиуса действия, которые неизбежны, принимая во внимание структуру описанного модуля.
Кроме того, следует отметить, что в этом документе антенна имеет форму воздушной катушки, которая ставится над чипом, что связано с трудностями изготовления, повышением стоимости, незначительной эффективностью и неоднородностью рабочих характеристик.
Кроме того, из патентной заявки DE 3721822 C1 (PHILIPS) известна бесконтактная карта с чипом, конструкция которой призвана решить проблему плохой связи между катушкой и интегральной схемой. Для этого в документе описывается карта с чипом без модуля, а антенна 4 заключается в самом полупроводнике, на котором делается интегральная схема 5. Фактически, антенну образуют одновременно с верхними дорожками интегральной схемы и в результате получается интегральная схема 4х6-6х8 мм2 с 20 небольшими витками.
В результате полезная поверхность антенны является очень маленькой, что сокращает радиус действия. Кроме того, производство этой карты в соответствии с указанным документом, является дорогостоящим, поскольку известно, что размер элементарного полупроводникового элемента - это один из основных факторов стоимости интегральной схемы, изготовляемой в больших количествах. Однако, в этом документе минимальный размер интегральной схемы, включающий антенну, составляет минимум около 24 мм2, в то время как дешевые бесконтактные карты используют, как правило, микросхемы очень маленького размера, порядка 1 мм2.
Известно также много других способов изготовления бесконтактных карт, например, таких, которые раскрыты в французских заявках на патент 95 400305.9, 95 400365.3 и 95 400790.2. Общим для этих патентных заявок является описание бесконтактной карты с антенной, размер которой практически идентичен размеру самой карты, подсоединенной к микромодулю с чипом.
Такая антенна дает преимущество довольно большого радиуса действия для данного магнитного поля считывания или записи. В самом деле, зависимость между электродвижущей силой Е на клеммах антенны приема при пересечении электромагнитного поля выражается следующим уравнением:
Еr=(Le•Se•Ne)•(Kr•Sr•Nr)/D3, (1)
где К - это константа, S означает площадь среднего витка антенны, N означает количество витков, намотанных для образования антенны, индексы Е и R представляют соответственно стороны приема и передачи и D означает расстояние считывания, то есть расстояние между антенной карты и антенной внешнего считывающего устройства.
Однако для задействования контуров чипа карты для инициализации и осуществления операции считывания напряжения Е должно превышать определенный порог, который, как правило, составляет около 3 В.
Поэтому для определенного расстояния считывания или записи D, которое требуется достигнуть с помощью бесконтактной карты, необходимо увеличить площадь среднего витка и/или количество N витков антенны со стороны считывания и/или записи.
Эффективность антенны обуславливается частотой, выбранной для считывания или записи, коэффициентом напряжения катушки антенны, которое дается следующим выражением:
Q=Lω/R , (2)
где L - удельное сопротивление катушки, которое увеличивается пропорционально диаметру катушки и количеству витков, ω=2πf, где f означает частоту считывания, которая является фиксированной для данного вида применения, а R означает электрическое сопротивление катушки антенны, которое пропорционально длине образующего ее провода.
Величины L и R оказывают противоречивое влияние на эффективность антенны и имеют тенденцию взаимно компенсироваться, в результате чего фактический коэффициент эффективности антенны прежде всего зависит от общей поверхности S.N антенны.
Однако для определенного размера плоской антенны количество N витков ограничивается шириной витка и интервалом между двумя витками, что зависит от способа изготовления.
Как видно из вышеуказанного, при всех прочих равных условиях естественная тенденция для получения хорошей антенны для бесконтактной карты, использующаяся повсеместно на практике, заключается в использовании бесконтактной карты с антенной, размер каждого витка которой по возможности совпадает с площадью карты. Поэтому известные в настоящее время бесконтактные карты имеют антенну, встроенную в корпус карты по ее периметру.
Однако как показывает опыт изготовления таких бесконтактных карт, этот выбор также связан с рядом недостатков.
В самом деле, манипуляция антенны такого размера для ее интеграции в карту и ее электрическое соединение с электронным модулем связано с серьезными техническими проблемами (как, кстати, дело обстоит и в вышеописанном случае с электронными этикетками).
В самом деле, несмотря на использующуюся технику, монтаж карты и антенны продолжает часто оставаться сложным и дорогостоящим, поскольку требуется подсоединить электронный модуль и катушку антенны, используя трудно автоматизируемые методы. Затем сборка проходит ламинирование, являющееся дорогостоящим процессом и требующее добавления смолы для того, чтобы утопить катушку и модуль в карту таким образом, чтобы они не появлялись на поверхности карты и не деформировали верхние и нижние листы, использующиеся для ламинирования.
Кроме того, сложность технологии не позволяет получить производительность, сравнимую с производительностью, получаемой при изготовлении контактных карт. Это особо справедливо, когда учитываются требования, возникающие при ряде печатных работ на карте и при возможном наличии магнитной дорожки или выпуклости. В самом деле, для ряда печатных работ на карте или для изготовления магнитной дорожки на карте она должна быть квазиидеально плоской с погрешностью менее 6 микрон. При необходимости создания выпуклости требуется выбирать материалы, совместимые с технологией изготовления карты, и антенна должна, в частности, оставить свободной зону, предусмотренную для утолщения, так как в противном случае она будет повреждена при его изготовлении.
Учитывая все эти недостатки, связанные с известными в настоящее время способами изготовления бесконтактных карт и электронных этикеток, проявляющиеся прежде всего в повышенной себестоимости их изготовления, настоящий заявитель поставил перед собой цель: предложить новые способы изготовления бесконтактных карт и этикеток, могущие позволить избежать все вышеуказанные недостатки.
В частности, объектом настоящего изобретения являются недорогостоящие средства, которые могут использоваться при изготовлении портативных предметов типа карты с чипом и/или электронной этикетки.
Другим объектом изобретения является способ изготовления бесконтактных карт и этикеток с низкой себестоимостью, позволяющей качественное и надежное производство на базе автоматизированного оборудования.
Другим объектом изобретения является способ изготовления, позволяющий производить идеально плоские бесконтактные карты.
Дополнительным объектом изобретения является способ изготовления бесконтактных карт, совместимый со всеми последующими этапами монтажа корпуса карты и антенны, и, в частности, с офсетной печатью карт, изготовлением выпуклости на карте или нанесением магнитной дорожки.
Для этого в изобретении предлагается электронный модуль типа, подходящего для производства бесконтактных карт и/или электронных этикеток без контакта с подложкой, предназначенной для монтажа электронной микросхемы, причем подобная электронная микросхема предназначена для подсоединения к антенне таким образом, чтобы модуль мог функционировать без контакта, для чего характерно, что вся антенна заключается в модуле и что в ней имеются витки, выполненные в плоскости подложки.
Таким образом, данное изобретение позволяет получить базовый элемент небольших размеров, могущий использоваться практически одинаково как для производства бесконтактных карт обычного формата, так и электронных этикеток малых размеров независимо от их формы.
Благодаря другим преимуществам электронного модуля, соответствующего изобретению, обеспечивается следующее:
- антенна образуется спиралью, наружные размеры которой составляют около 5-15 мм, предпочтительно примерно 12 мм, концы которой подсоединяются к контактам электронной микросхемы приблизительно;
- антенна образуется проводимой спиралью, имеющей от 5 до 60 витков, каждый из которых имеет ширину порядка 50-300 микрон, а расстояние между соседними витками составляет от 50 до 200 микрон;
- спираль, образующая антенну, может, например, иметь наружную форму, близкую к кольцевой с наружным диаметром порядка 5-15 мм, предпочтительно около 12 мм. В качестве вариантов эта спираль может иметь внешнюю форму, приближающуюся к квадрату с длиной стороны порядка 5-15 мм, предпочтительно около 12 мм, или наружную форму, приближающуюся к овалу более большого размера, порядка 15 мм и наименьшего размера порядка 5 мм;
- микросхема располагается в центре антенны с той же стороны модуля, что и антенна, а соединительные зажимы антенны соединяются с соответствующими контактными элементами модуля или микросхемы с помощью проводов. В качестве варианта микросхема располагается с той же стороны, что и антенна, над витками этой последней, причем соединительные зажимы антенны соединяются с соответствующими контактными разъемами модуля или электронной микросхемы с помощью проводов с проложением изолирующего материала между микросхемой и, как минимум, ближайшей зоной антенны. Другой вариант изготовления модуля заключается в том, что электронная микросхема располагается со стороны модуля без антенны, а соединительные разъемы антенны соединяются с соответствующими контактными разъемами модуля или микросхемы с помощью проводов, проходящих через каналы, проделанные в основе модуля на уровне вышеуказанных соединительных разъемов антенны;
- электронный модуль имеет на одной стороне подложку антенны, соединенной с микросхемой, а на другой стороне подложку основы - видимые контактные разъемы, которые также подсоединяются к микросхеме с тем, чтобы получить гибридную карту, обладающую способностью считывания и записи через контакты и/или через антенну;
- конденсатор согласования соединяется параллельно с клеммами антенны и электронной микросхемы, и его величина выбирается для получения частоты функционирования модуля, расположенной в диапазоне порядка 1-450 МГц. В частности, конденсатор согласования имеет величину порядка 12-180 пФ, и частота функционирования модуля составляет около 13,56 МГц. В качестве варианта конденсатор согласования имеет величину порядка 30-500 пФ, и частота функционирования модуля составляет 8,2 МГц. Этот конденсатор согласования получают благодаря наложению окиси кремния на поверхность микросхемы с предварительным проложением изоляции.
Изобретение касается также контактной карты и электронной этикетки, имеющей электронный модуль небольших размеров с встроенной антенной, в частности, типа, описанного выше, а также способов соответствующего изготовления бесконтактной карты и электронной этикетки такого типа.
Для изготовления бесконтактной карты по изобретению достаточно:
- вырезать из основы электронных модулей бесконтактный модуль с антенной и микросхемой,
- установить этот модуль перед отверстием, имеющим такие же размеры, что и модуль, образованный в корпусе карты,
- закрепить этот модуль в отверстии корпуса карты.
Для изготовления электронной этикетки в соответствии с изобретением достаточно в качестве варианта:
- вырезать из основы электронных модулей бесконтактный модуль с антенной и микросхемой,
- вставить вырезанный электронный модуль в защитную основу.
В качестве альтернативы и для еще большего упрощения изобретение предусматривает возможность использования монтажных линий бесконтактных карт для производства электронных этикеток. Для этого достаточно вырезать электронный модуль из бесконтактной карты, как описывается выше, таким образом, чтобы оставить вокруг электронного модуля немного материала корпуса карты для защиты модуля. Эта техника может дополняться вырезанием другого элемента такой же формы, например, из той же карты с последующим соединением этого элемента с первым для обеспечения закрытия и защиты модуля.
Изобретение иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых:
- фиг. 1 представляет известную бесконтактную карту;
- фиг. 2 представляет бесконтактную карту согласно изобретению;
- фиг. 3 представляет ленту, использующуюся для серийного производства электронных модулей согласно изобретению, предназначенных для бесконтактных карт или для электронных этикеток согласно изобретению, а также карту, в которую вставляется этот модуль;
- на фиг. 4A-4G представлены различные варианты производства электронного модуля согласно изобретению, могущего быть вставленным и предназначенного для установки в корпус бесконтактной карты или в электронную этикетку;
- на фиг. 5A-5D представлены виды в разрезе нескольких вариантов изготовления электронного модуля с антенной согласно изобретению;
- на фиг. 6 представлен вид в разрезе модуля для гибридной контактной и бесконтактной карты;
- на фиг. 7 представлены этапы способа производства варианта электронной этикетки с использованием электронного модуля в соответствии с изобретением.
Аналогичные элементы обозначены теми же самыми ссылочными номерами для ссылок на всех фигурах.
На фиг. 1 схематично изображена в плоскости бесконтактная карта 1 типа тех, которые получили применение в настоящее время. Антенна 2, в форме катушки больших размеров, немного меньше, чем размеры карты, встроена в корпус карты 3, а два конца катушки антенны 2 соединены с контактами питания 4, 5 электронного модуля 6, в котором имеется интегральная микросхема 7, называемая также "чипом".
Катушка изображена в масштабе, за исключением количества витков, поскольку представлены лишь четыре витка. Для монтажа такой катушки 2 в корпус карты 3 необходимо осуществить операции ламинирования или сложной и дорогостоящей инжекции со всеми вытекающими из этого недостатками, описанными выше. Такая антенна позволяет считывать информацию карты на расстоянии 70 мм при используемой частоте порядка в нескольких мегагерц.
В отличие от карты, представленной на фиг. 1, общий принцип изобретения заключается в устранении антенн большого размера, обычно использующихся сейчас с бесконтактными картами, для устранения вышеуказанных недостатков. В изобретении использованы, в частности, для достижения вышеуказанных целей надежности и удешевления производства бесконтактных карт, ряд принципов и монтажные линии, использующиеся при производстве бесконтактных карт, поскольку такое производство теперь хорошо налажено и позволяет обеспечение низкой себестоимости.
Предлагаемое решение схематично изображено для карты 1 на фиг. 2. Оно заключается в использовании особого модуля 6 карты с чипом, в которой сочетаются на той же основе малых размеров электронные функции классических модулей с чипом и функция антенны приема передачи для передачи без контакта информации между картой и внешним устройством считывания/записи (не представлено).
Модуль 6 имеет размеры, совместимые с известными способами производства, которые используются для производства контактных карт как в том, что касается толщины, так и в том, что касается плоскости, по длине и ширине модуля.
Разумеется, для реализуемости модуля с антенной требуется, чтобы вопреки тому, что известно на сегодняшний день, антенна имела размеры, совместимые с размерами модуля, при сохранении количества витков, обеспечивающего возможность электромагнитной передачи на достаточном расстоянии, порядка нескольких сантиметров. Для этого антенна выполняется в форме спирали, образуемой совокупностью витков, расположенных непосредственно в подложке и в той же плоскости, что исключает использование воздушных катушек, упоминающихся в ряде документации, описывающей состояние техники на сегодняшний день и цитируемой выше.
Для максимальной адаптации к форме модуля и к имеющейся площади антенна может иметь внешний виток, форма которого приближается к квадрату, прямоугольнику, кругу или овалу или любой другой подходящей формы. Два конца антенны подсоединяются к зажимам питания интегральной схемы, в частности, к памяти и/или микропроцессору, расположенным также на модуле, как схематично представлено позицией 7 на фиг. 2 и детально представлено на фиг. 4-6.
На фиг. 3 показана сепарация электронного модуля 6 по изобретению из ленты 8, имеющей несколько модулей 6, расположенных, например, в два ряда. Производство классических электронных модулей на таких лентах хорошо известно в области производства контактных карт и по этой причине специально не описывается.
Модуль 6, соответствующий изобретению, например, такого типа, когда интегральная схема 7, "посаженная" на витки антенны 2 в форме квадратной спирали, отделяется из ленты 8 путем вырезания, например механического вырубания. Вырезанный модуль захватывается автоматически способом, который не представлен на фигуре, но известен, и подводится предпочтительно с изнанки (интегральная схема и антенна должны быть повернуты ко дну отверстия в корпусе карты перед глухим отверстием 9, проделанным в корпусе карты 3 бесконтактной чиповой карты 1). Установка модуля 6 в отверстии 9 обеспечивается путем приклеивания, пайки или любым другим подходящим способом.
В результате получается бесконтактная карта, соответствующая изобретению, имеющая антенну 2, расположенную на уровне электронного модуля 6, производство которой сводится практически к вышеописанным этапам, за которыми, естественно, может потребоваться проведение этапов печати и классической персонализации.
На фиг. 4A-4G более детально изображены различные варианты модулей, предназначенных для вставления в карты при производстве бесконтактных карт или в основы другой формы, например, для производства электронных этикеток.
Модуль 6 состоит из подложки 10 традиционного вида (из относительно гибкой пленки из мелара, эпоксида или картона), на которую наносится не катушка, а рисунок (орнамент) антенны 2, которая может быть выполнена разными способами, как объясняется далее. Антенна 2, например, выполняется путем запрессовки медного листа с последующим монтажом запрессованного листа с подложкой. Подложка 10 и антенна 2 при необходимости могут монтироваться прецизионно с использованием известных средств введения и позиционирования подложки.
Антенна 2 может также быть получена путем фотохимической гравюры рисунка антенны или наложением металлического материала на гибкую пленку, образующую подложку 10. Выбор подложки 10 влияет на толщину модуля и зависит, главным образом, от предусматриваемого использования модуля. Этот выбор делается профессионалом по собственному усмотрению.
В варианте, предлагаемом для электронного модуля 6, антенна 2 образована медной дорожкой порядка 15-70 микрон толщиной, выполненной в форме спирали с расстоянием между витками одинаковой величины. Концы 11 и 12 спирали предпочтительно расширяются для того, чтобы образовать контактные зажимы для соединения с микросхемой 7.
Могут быть предусмотрены различные варианты соответствующего позиционирования микросхемы и антенны. В первом способе практического и малогабаритного производства модуля 6 (фиг. 4А) чип 7 приклеивается к центру антенны 2. На фиг. 4В также представлены соединительные провода 13 и 14 для соединения соответствующей клеммы чипа 7 к соответствующему концу антенны 11, 12. Для этого необходимо провести провод 15 над дорожками антенны. Для этого предварительно наносится изоляция 16 методом шелкографии между соответствующей зоной дорожек и соединительным проводом 15.
В другом способе изготовления модуля 6 (фиг. 4С) антенна 2 занимает всю сторону модуля и не имеет свободного пространства в центре. В этом случае в соответствии с изобретением предусматривается приклеивание микросхемы 7 либо на стороне модуля без антенны, либо на той же стороне, что и антенна (фиг. 4D) с предварительным проложением изоляционного материала (заштрихованная часть 16) между антенной 2 и микросхемой 7.
На фиг. 4Е представлен вариант электронного модуля 6, в котором антенна 6 имеет форму кольцевой спирали, причем микросхема 7 устанавливается над плоскостью витков с предварительным проложением изоляции 16. Такая конфигурация позволяет свести до минимума длину соединительных проводов между антенной и микросхемой.
На фиг. 4F представлен дополнительный вариант модуля 6 в соответствии с изобретением, особо адаптированный в случае, когда требуется овальный или прямоугольный модуль. В этом случае рисунок антенны 2 имеет форму спирали, близкой к овальной, и микросхема 7 предпочтительно устанавливается в центре антенны, а соединения между клеммами микросхемы и зажимами антенны осуществляются, как изображено на фиг. 4В.
Следует отметить, что соединения между зажимами чипа и контактными клеммами антенны могут выполняться с использованием обычной техники соединения проводов, как например, соединение, называемое "bonding", образованное проводами, припаянными между зажимом микросхемы и соответствующей клеммой антенны, или же с использованием техники, называемой "flip-chip", заключающейся в переносе микросхемы на подложку модуля 10, причем сторона с антенной и микросхемой приклеивается на подложку. Затем осуществляется защита контактов смолой с использованием обычной технологии производства контактных чиповых карт.
На фиг. 4G представлен подробный вид электронного модуля 6 в соответствии с изобретением, на котором конденсатор согласования 17 посажен на витки антенны путем наложения над ними слоя изоляционного материала 16 (заштрихованная часть). Для соединения конденсатора параллельно между клеммами 11, 12 антенны 2 и зажимами 13, 14 микросхемы клемма 18 конденсатора 17 соединяется с клеммой 12 и зажимом 14, и другая клемма 19 конденсатора 17 соединяется с клеммой 11 и с зажимом 13 через промежуточные зажимы 20, 21, связанные с промежуточным соединением 22, расположенным между промежуточными зажимами 20, 21 над изоляционным слоем 16 с тем, чтобы предотвратить короткое замыкание витков антенны.
Разумеется, возможны другие расположения конденсатора согласования 17. В частности, возможно встроить его в саму микросхему 7 на стадии ее проектирования, что позволяет сократить этапы производства модуля 6.
Рисунок антенны определяется для обеспечения высокочастотной работы порядка мегагерца, причем величина конденсатора согласования 17 выбирается для обеспечения определенной рабочей частоты антенны 2 в диапазоне высоких частот порядка 1-450 МГц. В примере изготовления, позволяющем получить рабочую частоту порядка 13,56 МГц, конденсатор согласования 17 имеет величину порядка 12-180 пФ. В другом варианте, позволяющем рабочую частоту 8,2 МГц, конденсатор согласования имеет значение порядка 30-500 пФ.
На фиг. 5 и 6 показаны различные варианты изготовления модуля 6, представленного в разрезе. На фиг. 5 используется в качестве антенны металлическая решетка, вырезанная и затем приклеенная на подложку 10. Механическое вырезание спиральной антенны подходит для ширины витков достаточной толщины, порядка минимум 30 микрон, в настоящее время.
На фиг. 5А микросхема 7 и антенна 2 расположены на двух противоположных сторонах подложки 10 модуля, а контактные клеммы 11, 12 антенны 2 подсоединяются к зажимам микросхемы (не представлены на фигуре) через соединительные провода 15, проведенные через каналы 23, проделанные в основании 10.
На фиг. 5В микросхема 7 установлена с той же стороны, что и антенна и располагается над ее витками с положением из изоляционного материала 16. На фиг. 5С микросхема 7 располагается в полости 25, сделанной в основании 10 модуля, что позволяет сократить толщину всего модуля 6. На фиг. 5D микросхема 7 просто приклеивается в центре антенны 2, как показано также на фиг. 4А и 4В. Во всех этих случаях антенна полностью входит в подложку 10 и является частью модуля, а микросхема накладывается на эту структуру подложки и антенны.
Следует отметить, что для дальнейшего сокращения толщины модуля 6 можно использовать для антенны 2 решетку, выгравированную или нанесенную металлизацией или любым другим способом на подложку 10 соответствующей формы, вместо вырезаемой металлической решетки.
На фиг. 6 представлен вид в разрезе и сверху другого варианта изготовления электронного модуля 6 для получения гибридного контактного и бесконтактного модуля, особо рекомендующегося для производства гибридных карт. В этом модуле микросхема 7 и антенна располагаются на первой стороне подложки 10 модуля, как уже было описано в отношении фиг. 5. Кроме того, контакты 26 обычного типа, идентичные контактам контактных карт, соединяются с соединительными разъемами микросхемы проводами 27. Микросхема осуществляет диалог с внешними устройствами с использованием контактов 26 или антенны 2 в зависимости от прикладываемого внешнего сигнала. Поэтому все компоненты, использующиеся для работы гибридной карты, включая антенну 2, располагаются на гибридном модуле 6 малых размеров, который может встраиваться в карту, то есть в корпус карты.
Особо привлекательным является вариант, когда два модуля 6 одного из типов, описанных выше, устанавливаются рядом друг с другом по ширине в стандартной пленке 10 (то есть 35 мм), однако в рамках изобретения предусматриваются и другие виды компоновки модулей 6 на ленте основания 8. Каждый модуль 6 может затем наноситься на корпус карты 3 стандартного формата ISO с использованием обычной технологии нанесения модулей в корпус карт, как используется для производства контактных карт.
В качестве другого варианта модули 6 могут использоваться для производства электронных этикеток типа тех, которые используются для идентификации предметов. При необходимости после их вырезания из ленты основания 8 на модули 6 наносят защитное покрытие из смолы или любого другого подходящего материала, что позволяет получить низкую себестоимость этикеток маленьких размеров. Разумеется, модули могут также встраиваться или устанавливаться на другие или более объемные основания (ключи, упаковки и т.п.) в зависимости от требующегося использования.
На фиг. 7 показан вариант способа производства этикеток. Для обеспечения экономичности и использования линий производства бесконтактных карт с применением модулей 6 по изобретению можно также производить электронные этикетки согласно способу, включающему исключительно этап, заключающийся в вырезании электронного модуля 6, как описывается выше, из бесконтактной карты 1, имеющей такой модуль с тем, чтобы оставить вокруг электронного модуля 6 немного материала корпуса карты с целью защиты модуля 6. Таким образом, из производимых в большом количестве бесконтактных карт в соответствии с изобретением очень легко получают электронные этикетки, имеющие толщину карты, но с гораздо меньшими размерами.
Тем не менее, в этом случае возникает неудобство, которое может иметь критический характер для определенных видов использования: при простом вырезании из бесконтактной карты этикетка слабо защищена с одной стороны, а именно защита обеспечивается с одной стороны полости карты пленкой пластмассового материала толщиной несколько микрометров, в то время как другая сторона модуля вообще не имеет никакой защиты. Для устранения этого недостатка можно довольно оригинальным способом вырезать в части карты 1, представленной на фиг. 7(а), которая все равно выбрасывается, первый элемент 28 того же формата, что и этикетка. Затем, как представлено на фиг. 7(b), этот элемент 28 наносится на сторону этикетки, где виден модуль 6, не имеющий защиты. Элемент 28 фиксируется на карте 1, как представлено на фиг. 7(d), любым подходящим способом, в частности путем приклеивания или ультразвуковой пайки. Наконец, как представлено на фиг. 7(е), в карте опять вырезается элемент 29 того же формата, что и элемент 28, и на том же уровне. Таким образом, получается при минимальных расходах симметричная электронная этикетка 30, представленная в увеличенном масштабе на фиг. 7(f). Разумеется, можно также вырезать элементы 28 и 29 по отдельности и затем соединять их.
Такая этикетка 30 содержит в себе модуль 6, защищенный с обеих сторон, и может быть графически персонализирована с обеих сторон, чтобы использовать ее для изготовления этикеток, применяющихся в играх или для других видов использования.
В том, что касается рабочих характеристик модулей, карт и этикеток в соответствии с изобретением, то теоретические и практические результаты показывают, что на модуле 6 формируется высокомощная антенна, могущая работать в диапазоне частот от 1 до 450 МГц.
Для получения характеристик связи, требующихся для определенного вида использования, достаточно использовать высокую частоту (например, 13,56 МГц) для получения требующихся рабочих характеристик в том, что касается расстояния считывания/записи.
Например, если используется частота в 13,56 МГц, обычно применяющаяся в телебилете, получаемые характеристики оказываются довольно примечательными. Чип 7, смонтированный по этой технологии, позволяет в настоящий момент получить при использовании с антенной 2 радиус действия порядка 50 мм, тогда как такой же чип, смонтированный с классической катушкой размерами в карту, позволяет получить радиус действия от 70 до 75 мм. Такие различия не имеют критического характера в большинстве бесконтактных видов применения, рассматриваемых в настоящий момент. Кроме того, эти рабочие характеристики могут быть значительно улучшены за счет дополнительных разработок на уровне контуров передачи и приема электромагнитной энергии модуля и внешних считывающих устройств.
В практическом примере размеры используемого модуля составляют около 12х12 мм, но можно также рассмотреть овальные форматы большего размера для повышения рабочих характеристик, или же оптимизировать антенну считывающего устройства, или сам чип в том, что касается его использования для улучшения рабочих характеристик и достижения характеристик, аналогичных антеннам больших размеров.
Благодаря концепции изобретения в случае использования модуля 6 для производства карт целостность корпуса карты сохраняется на всем протяжении процесса производства. Корпус карты можно, следовательно, легко использовать обычным способом для нанесения магнитной дорожки. Кроме того, на нем может быть нанесена любая печать любыми имеющимися в распоряжении способами без особых требований, за исключением тех, которые существуют при производстве классических контактных карт.
Аналогичным образом выбор материала корпуса карты также является вполне свободным: возможность адаптации к различным потребностям при разнообразных видах использования.
Поэтому изобретение позволяет одновременно преодолеть все вышеуказанные недостатки, связанные с производством бесконтактных модулей для бесконтактных карт и, в частности, снижение себестоимости изготовления, размеров, возможности печати, совместимость с изготавливаемыми выпуклостями или магнитными дорожками.
Малые размеры антенны дают аналогичные преимущества при производстве электронных этикеток, так как они зависят от формы корпуса карты.
Экономическая выгода изобретения является неоспоримой, оно позволяет изготавливать на одних и тех же поточных линиях электронные модули со встроенной антенной, электронные этикетки и бесконтактные функциональные карты по цене, составляющей лишь долю стоимости изготовления упомянутых объектов изобретения при использовании известных способов производства бесконтактных карт или этикеток, что справедливо на всех этапах производства.
Другие дополнительные преимущества, связанные с модулем, с электронной этикеткой и с бесконтактной картой, являющимися объектами настоящего изобретения, и их способов производства, заключается в том факте, что в этом случае не требуется никаких манипуляций с катушкой антенны, ни латунной пайки, ни точного позиционирования катушки, ни печати до монтажа карты.
Формула изобретения: 1. Электронный модуль для изготовления портативных предметов, таких, как бесконтактные карты и/или бесконтактные электронные этикетки, содержащий подложку для монтажа электронной микросхемы, которая выполнена с возможностью подсоединения к антенне для обеспечения бесконтактной работы модуля, антенна полностью расположена на модуле и содержит витки, выполненные на плоскости подложки, а электронная микросхема расположена с той же стороны, что и антенна, отличающийся тем, что электронная микросхема расположена над витками антенны, причем соединительные клеммы антенны присоединены к соответствующим контактным зажимам на модуле или электронной микросхеме посредством проводов, и изоляционный материал проложен между электронной микросхемой и по меньшей мере той зоной антенны, которая находится под электронной микросхемой.
2. Электронный модуль по п.1, отличающийся тем, что антенна образована спиралью, имеющей внешние размеры порядка 5-15 мм, предпочтительно около 12 мм, соединительные клеммы которой подсоединены к контактным зажимам на электронной микросхеме.
3. Электронный модуль по п.2, отличающийся тем, что спираль выполнена в виде проводящей спирали, имеющей от 6 до 50 витков, причем каждый виток имеет ширину от 50 до 300 мкм, а расстояние между двумя смежными витками составляет около 50-200 мкм.
4. Электронный модуль по п.3, отличающийся тем, что спираль имеет круглую наружную форму с наружным диаметром порядка 5-15 мм, предпочтительно около 12 мм.
5. Электронный модуль по п.3, отличающийся тем, что спираль имеет квадратную наружную форму с внешней стороной около 5-15 мм, предпочтительно около 12 мм.
6. Электронный модуль по п.3, отличающийся тем, что спираль имеет наружную форму, приближающуюся к овальной, имеющую максимальный размер около 15 мм и минимальный размер около 5 мм.
7. Электронный модуль по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что параллельно с клеммами антенны к контактным зажимам электронной микросхемы подсоединен конденсатор согласования, причем величина конденсатора согласования выбрана для обеспечения рабочей частоты модуля в диапазоне от 1 до 450 МГц.
8. Электронный модуль по п.7, отличающийся тем, что конденсатор согласования имеет величину емкости от 12 до 180 пФ, а рабочая частота электронного модуля составляет около 13,56 МГц.
9. Электронный модуль по п.7, отличающийся тем, что конденсатор согласования имеет величину емкости около 30-500 пФ, а рабочая частота электронного модуля составляет около 8,2 МГц.
10. Электронный модуль по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что конденсатор согласования выполнен путем нанесения окиси кремния на поверхность электронной микросхемы, которая предварительно покрыта изоляционным материалом.
11. Электронный модуль по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что на одной стороне подложки размещена антенна, подсоединенная к электронной микросхеме, а на другой стороне подложки размещены видимые контакты, также присоединенные к электронной микросхеме, чтобы получить гибридную карту с возможностью считывания и записи через контакты и/или через антенну.
12. Электронная этикетка для идентификации предметов, отличающаяся тем, что содержит электронный модуль по любому из пп.1-11.
13. Электронная этикетка по п.12, отличающаяся тем, что большой размер электронного модуля составляет около 5-15 мм.
14. Электронная этикетка по любому из пп.12 или 13, отличающаяся тем, что антенна электронного модуля закреплена на подложке или встроена в подложку таким образом, что этикетка является частью идентифицируемого предмета.
15. Способ изготовления электронной этикетки, отличающийся тем, что вырезают из бесконтактной карты первый элемент, содержащий электронный модуль по любому из пп.1-11, в соответствии с заданной формой так, чтобы оставить материал вокруг модуля, вырезают из бесконтактной карты, предпочтительно из той же бесконтактной карты, второй элемент той же формы, что и первый элемент, собирают первый и второй элементы таким образом, чтобы электронный модуль находился между первым и вторым элементами и был защищен ими.