CN104471791A - 在金属化智能卡中的抵消屏蔽与增强耦合 - Google Patents

在金属化智能卡中的抵消屏蔽与增强耦合 Download PDF

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Abstract

一种双接口智能卡，该智能卡具有位于其卡体(CB)内的带有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)、以及金属化面板(202，302)，所述金属化面板(202，302)具有用于天线模块(AM)的窗口(220，320)。可通过使窗口实质上大于天线模块、提供通过面板的穿孔、在面板与增益天线之间布设铁氧体材料中的一者或者多者来改善性能。此外，通过修改天线模块(AM)上的接触垫(CP)、在增益天线下方布设补偿回路(CL)、相对于耦合线圈偏移天线模块、将增益天线布置为准偶极子、向模块天线(MA)提供电容式短线、以及在天线模块中、在模块天线与接触垫之间布设铁氧体元件(FE)中的一者或者多者来改善性能。

Description

在金属化智能卡中的抵消屏蔽与增强耦合
技术领域
本发明(在一些方面)涉及“安全文件”，例如电子护照、电子ID卡以及智能卡(数据载体)，该安全文件具有RFID(射频识别)芯片或者芯片模块(CM)并且以非接触模式(ISO14443)操作，该安全文件包括也能够以接触模式(ISO7816-2)操作的双接口(DI或DIF)卡，并且更具体地，涉及改善智能卡中组件之间的耦合，例如改善与RFID芯片(CM)连接的模块天线(MA)和在智能卡的卡体(CB)中并与模块天线(MA)感应耦合的增益天线(BA)之间的耦合，从而随之改善RFID芯片(CM)与外部RFID读取器的交互。
本发明(在一些方面)涉及无源RFID智能卡，其具有屏蔽由读取器生成的电磁场的导电金属或者金属化层。特别地，涉及基于电抗耦合的原理操作的双接口卡。
背景技术
基于此论述的目的，RFID应答器通常包括基底、布设在基底上或基底中的RFID芯片(或者芯片模块)、以及布设在基底上或基底中的天线。应答器可以形成安全文件(例如电子护照、智能卡或者国民ID卡)的基础。
芯片模块可以仅以非接触模式(例如ISO14443)操作，或者可以是也能够以接触模式(例如ISO7816-2)和非接触模式操作的双接口(DIF)模块。芯片模块可以从由与其通信的外部RFID读取器设备提供的RF信号中获得能量。
可以被称为“嵌体(inlay)基底”(针对电子护照)或者“卡体”(针对智能卡)的基底可以包括一种或者多种材料层，例如聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、PET(掺杂的PE)、PET-G(PE的衍生物)、TeslinTM、纸或棉/落棉等。当本文提及“嵌体基底”时，除非有明确地相反表述，应该注意其包括“卡体”，且反之亦然。
芯片模块可以为引线框架型芯片模块或者环氧玻璃型芯片模块。环氧玻璃型模块能够使用穿孔电镀在一侧(接触侧)或者两侧上被金属化，以促进与天线的互连。当本文提及“芯片模块”时，除非有明确地相反表述，应该注意其包括“芯片”，且反之亦然。
天线可以为自粘合(或自粘附)导线。将天线导线安装至基底的常规方法是使用超音波产生器(sonotrode)(超声波)工具，其振动、用毛细管向导线馈送(feed)、以及将导线嵌入在基底内或粘接在基底表面上。天线的典型图案通常为矩形，以具有多匝数的平面(二维)线圈(螺线)的形式。天线导线的两端可以例如通过热压(TC)粘合来被连接到芯片模块的端子(或者端区、或者接触垫)。例如参见US6,698,089与US6,233,818，其以引用的方式结合于本文中。
将天线合并到芯片模块(天线模块)的任何布置存在一个问题，即相较于更加传统的天线(其可通过在安全文件的嵌体基底或卡体的***附近嵌入数匝(例如4匝或5匝)导线来被形成，在该情况下，整个天线区域可以大约为80mm×50mm(大致为以下天线区域的20倍))，整个天线区域非常小(例如大概为15mm×15mm)。当天线与芯片模块合并时，得到的实体可以称为“天线模块”。
一些现有技术
US8,261,997(NXP)公开了一种用于容纳RFID应答器芯片的载体装配，该载体装配具有用于附着至用户设备的附着侧，以及用于在该RFID应答器芯片的操作使用中接收RF信号的操作侧。
…在附着侧提供了导电屏蔽层。该层的效用在于其有效地将应答器从将于其上提供应答器的表面的材料中屏蔽。屏蔽层在共振频率方面具有一些去谐效果，但是一旦在天线设计中考虑了此去谐效果，则因该其上提供有RFID应答器的表面(即，包括本发明的载体装配的RFID应答器适用于实际的任何表面)，难有任何进一步的去谐效果。
…磁层包括铁氧体金属薄片(foil)或者铁氧体板。
…导电屏蔽层包括选自群组中的一种材料，该群组包括：铜、铝、银、金、铂金、导电胶、以及银墨。
EP1854222A2(NXP)公开了一种移动通信设备(1，10)，该设备包括屏蔽组件，该屏蔽组件提供第一区域(A)与该通信设备(1，10)内部和/或外部的第二区域(B、B1、B2)之间的电磁屏蔽或衰减。在所述第一区域(A)中，布置天线(4)以及至少一个铁氧体(6)，其中，铁氧体(6)被提供以与所述天线(4)交互，并导引所述第一区域(A)与所述第二区域(B、B1、B2)之间的磁通量。
US20120055013(Finn；2012：“S32”)公开了微结构，例如连接区域、接触垫、天线、线圈、电容板等，其可利用纳米结构(例如纳米粒子、纳米线以及纳米管)来被形成。激光可以用于协助微结构形成过程，并且还可以用于在基底上形成其他功能，例如用于容纳微结构的凹槽或通道。智能移动电话贴纸(MPS)被安装到手机上，其具有自粘接屏蔽元件，该元件包括具有铁氧体粒子的核心层。
EP02063489A1(Tyco)公开了一种天线元件以及制造该天线元件的方法。提供了一种在构成RFID(射频识别)***的标签中使用的更为简易制造的天线设备。该天线设备(10)具有(A)由包含磁性材料和聚合物材料的磁性复合物形成的层状磁性元件，以及(B)在该层状磁性元件的一个表面上提供的天线导线。
金属薄片复合卡
US2009/0169776(2009；Herslow)公开了复合卡，其包括安全层，该安全层包括形成在卡中心处或卡中心内、或卡的核心层处或核心层内的全息图或者衍射光栅。全息图可以通过使用衍射图案来对核心层的指定区域进行浮雕、并且在该浮雕层上沉积金属薄层来形成。其它层可以有选择地且对称地附着于核心层的上表面和下表面。在形成卡的所选阶段，可以使用激光来移除形成在浮雕层上的金属的所选部分，以向全息区域给予选定的图案或者信息。当加工的卡被附着于大材料薄片或该大材料薄片的一部分时，该卡可被“激光加工”，借此可以同时且相对廉价地实现对该薄片上的所有卡的“激光加工”。可替换地，在该薄片被模切成卡之后，每张卡可被单独“激光加工”，以产生所需的文字数字式信息、条形码信息或图形图像。
金属卡
US2011/0189620(2011；Herslow)公开了一种用于通过对选定的金属区域进行退火来处理用于形成金属卡的金属层的选定区域的方法和装置，因此，所述选定区域变得柔软且有延展性，而金属层的其他部分保持坚硬。软化的、易延展的选定的金属区域能够以减小的功率和以对浮雕设备减少的磨损和损坏来被浮雕。可替换地，已退火的金属层能够经受额外的加工步骤以形成装配，该装配之后能够被浮雕。该方法可以包括使用固定装置来保持金属层，并且该固定装置具有窗区域，该窗区域用于使得热量能够被施加以软化窗区域内的金属层的区域。固定装置包括用于冷却窗区域外的金属层的部分以及用于防止窗区域外的金属层的温度升到高于预定限值的装置。
铁氧体
US8,158,018(2012；TDK)公开了本发明的铁氧体烧结体，其包括由作为氧化等价物的52-54mol％的Fe.sub.2O.sub.3、35-42mol％MnO以及6-11mol％ZnO组成的主成分，以及包括特定数量的Co、Ti、Si以及Ca的添加物，并且在励磁磁通量密度为200mT且频率为100kHz的磁域中，该铁氧体烧结体具有高于120摄氏度的温度，在该温度下，功率损耗为最小值(底部温度)，并且在该底部温度下，功率损耗为350kW/m.sup.3或者更少。
US7,948,057(2011；TDK)公开了铁氧体基底、绕组嵌入式铁氧体树脂层以及IC嵌入式铁氧体树脂层被层压，铁氧体基底具有铁氧体第一突出部，该铁氧体第一突出部从铁氧体基底的表面突出至铁氧体树脂层，铁氧体树脂层中的绕组绕设在第一突出部周围，且在该树脂层中，IC与第一突出部重叠。根据此配置，可实现高集成度，且IC被布置在铁氧体第一突出部(该铁氧体第一突出部的高度因热膨胀些许有所变化)与铁氧体树脂层(该铁氧体树脂层的厚度因第一突出部而变薄、且因热膨胀些许有所变化)重叠的位置处，因热膨胀将绕组与IC之间的间隙的变化最小化，并且实现更好的电气特性稳定性。
US6,817,085(2004；TDK)公开了一种制造多层铁氧体芯片电感器阵列的方法，该多层铁氧体芯片电感器阵列包括元件主体，该元件主体通过以铁氧体层的层压面与元件安装表面相垂直的方式层压铁氧体层与导体层来构成。该方法还包括在元件主体内设置多个线圈型内部导体(其中线圈型内部导体的卷绕方向与元件安装表面相平行)、形成具有通孔的铁氧体薄片、以及使用多个线圈型内部导体和具有导电材料的导体图案来印刷该铁氧体薄片。
US6,329,958(2001；TDK)公开了一种天线结构，该天线结构可通过在导电表面上布置电流限制结构来形成。电流限制结构可由铁氧体材料形成，并且其可具有包括带状、块状(tile)或图案化沉积层的形式。导电表面可与车辆或结构相关。当在表面的部分之间施加电压时，电流限制结构变更由导电表面之上或之下的电流所采用的路径。
发明内容
本发明的目的在于改善RFID读取器与具有金属或者金属化层的智能卡中的芯片模块之间的耦合。通常，为了改善智能卡与外部RFID(电磁)读取器之间的耦合的目的，可对此类智能卡的结构进行各种修改和/或添加，以在电磁耦合期间抵消金属或金属化的卡体基底的屏蔽效果。双接口(DI)智能卡具有接触垫(CP)，该CP延伸通过金属层中的开口，用于与外部接触(电)读取器对接。
通常，双接口智能卡包括位于其卡体(CB)中的具有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)，以及金属化面板(202，302)，该金属化面板具有用于具有模块天线(MA)的天线模块(AM)的窗口(220，320)。由金属化面板造成的衰减可以通过以下中的一者或者多者得以降低(整体性能可以得到改善)：
使窗口实质上大于天线模块(AM)；
提供通过所述面板的穿孔、在所述面板与增益天线之间布设铁氧体材料；
修改天线模块(AM)上的接触垫(CP)；
在增益天线(BA)下方布设补偿回路(CL)；
相对于耦合线圈(CC)偏移天线模块(AM)；
将增益天线布置为准偶极子(quasi-dipole)；
向模块天线(MA)提供电容式短线；以及
在天线模块(AM)中、在模块天线(MA)与接触垫(CP)之间布设铁氧体元件(FE)。
根据本发明的实施方式，智能卡具有金属化面板和卡体，该金属化面板具有用于容纳天线模块的窗口，该卡体具有包括耦合线圈的增益天线，其中，所述窗口的基准尺寸大致等于天线模块的尺寸，该智能卡的特征在于窗口实质上大于天线模块。窗口可以至少比天线模块大10％，导致窗口的内边缘与天线模块之间存在间隙。铁氧体层可以被布设在面板与增益天线之间。多个穿孔可以在面板中、围绕窗口和面板***中的至少一者延伸来形成。这些穿孔中的至少一些可以将窗口周围或面板***附近的区域内的面板材料数量减少25-50％。补偿回路可以被布设在增益天线的后方。补偿回路可以具有间隙和两个自由端，可以包括导电材料(例如铜)，以及可以包括铁氧体。
智能卡中可以包括以下特征中的一者或多者：
增益天线可被配置为具有或没有耦合线圈的准偶极子；
增益天线可被提供有延长线(extension)；
增益天线可以包括两个重叠的增益天线；
增益天线可以主要被提供在智能卡的上部中；
模块天线可从耦合线圈偏移。
智能卡还可以包括以下特征中的至少一者：
铁氧体元件可以被布设在模块天线与天线模块的接触垫之间；
电容式短线可以被添加至模块天线；
模块天线可以包括两个分离的线圈；
模块天线可以包括按照准偶极子配置连接的两个绕组；
在天线模块的接触垫中的穿孔。
根据本发明的实施方式，一种将因金属化智能卡的面板引起的耦合衰减最小化的方法，该金属化智能卡在其卡体内具有带有耦合线圈的增益天线，该方法可以包括以下中的一者或者多者：
在面板中开设大于天线模块的窗口；
提供通过面板的穿孔；
在面板与增益天线之间提供铁氧体材料；
在增益天线下方布设补偿回路。
天线模块可相对于耦合线圈偏移。增益天线可被布置为准偶极子；模块天线可被提供有电容式短线；铁氧体可在天线模块中、在模块天线与接触垫之间被提供。接触垫可以被裁剪(trim)或打孔。
附图说明
将详细参考公开的实施方式，并且以附图(FIG)来说明本发明的非限制性示例。附图基本为示意图的形式。为了说明清楚，可以突出图中的一些元素，而省略其它元素。虽然主要是在多种示例性实施方式的背景下来描述本发明的，但是应当理解的是，并非意图将本发明局限到这些特定的实施方式，并且，可以将不同实施方式的单个特征彼此结合。附图中出现的任何文字(图例、注释、附图标记等)通过引用结合于此。
图1为双接口(DI)智能卡以及读取器的横截面图。
图1A为具有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)的示意性俯视图。
图2为具有金属化的智能卡的示意性横截面图。
图2A为具有金属化的智能卡的部分示意性透视图。
图3A、B、C为用于智能卡的面板(ML)的实施方式的示意性俯视图。
图4A为具有补偿回路的层的示意图，该补偿回路具有间隙。
图4B为具有补偿回路的层的示意图，该补偿回路不具有间隙。
图5为接触垫(CP)在模块带(MT)上的典型布置的平面图。
图5A为示出示例性接触垫布局与布置的示意图。
图6A为说明延伸接触垫(CP)的外边缘的平面图。
图6B为说明裁剪接触垫(CP)的外边缘的平面图。
图6C为说明增加接触垫(CP)之间的间隙的平面图。
图6D为说明修改接触垫(CP)之间的间隙的平面图。
图7A为说明对接触垫(CP)打孔的平面图。
图7B为说明将接触垫(CP)变薄的横截面图。
图8A为说明模块带(MT)的底面的平面图。
图8B为说明对接触垫(CP)打孔的平面图。
图9A为说明对接触垫(CP)打孔的平面图。
图9B为说明对接触垫(CP)打孔的平面图。
图10A为用于天线模块(AM)的模块带(MT)的底面的平面图，其示出了天线结构(AS)具有两个天线部分(MA1、MA2)。
图10B为天线结构(AS)的示意性视图。
具体实施方式
将对多种实施方式进行描述以说明本发明所教导的内容，并且所述实施方式应被解释为是说明性的而非限定性的。除有相反指示，应将本文所提出的任何尺寸与材料或工艺理解为是大致性的以及示例性的。
在下文主要内容中，以安全文件的形式的应答器(其可以为智能卡或者国民ID卡)可以作为本文所公开的发明的多种特征与实施方式的示例进行讨论。显而易见，许多特征与实施方式可以应用于(轻而易举地结合于)其他形式的安全文件，例如电子护照。如本文所用的，术语“应答器”、“智能卡”、“数据载体”等中的任何一个可以被解释为指代在ISO14443或类似的RFID标准下操作的与其类似的任何其他设备。
此处描述的典型的数据载体可以包括：(i)天线模块(AM)，其具有RFID芯片或者芯片模块(CM)以及模块天线(MA)，(ii)卡体(CB)以及(iii)增益天线(BA)，其被布设在卡体(CB)之上，以增强模块天线(MA)与外部RFID“读取器”的天线之间的耦合。当本文中提及“芯片模块”时，除有明确地相反表述，应注意其包括“芯片”，反之亦然。模块天线(MA)可以包括导线线圈、在用于天线模块(AM)的模块带(MT)基底上蚀刻或者印刷的导电迹线(trace)，或者可以被直接合并在芯片自身之上。
增益天线(BA)可以通过将导线嵌入在嵌体基底或卡体(CB)中来形成。但是，应该理解的是，天线可以利用除将导线嵌入在基底中之外的工艺来形成，例如加成(additive)工艺或者消去(subtractive)工艺，例如印刷天线结构、线圈绕组技术(例如US6,295,720中所公开的)、在分离的天线基底上形成并转移至嵌体基底(或嵌体基底的层)的天线结构、在基底上从导电层蚀刻(包括激光蚀刻)出的天线结构、在基底上或形成在基底中的通道中布设的导电材料等。当在本文中提及“嵌体基底”时，除有明确相反表述，应注意其包括“卡体”(反之亦然)，以及用于安全文件的任何其他基底。
下文的描述多数是在双接口(DI、DIF)智能卡的背景下，并且多数涉及该双接口智能卡的非接触式操作。本文所提出的许多教导可以应用于仅具有非接触操作模式的电子护照等。通常，本文中所提出的任何尺寸为大致性的，且本文所提出的材料旨在是示例性的。
通常，模块天线(MA)与外部RFID读取器的天线之间的耦合可通过将增益天线(BA)合并在卡体(CB)上来被增强。在一些方面，增益天线(BA)与卡天线(CA)相类似。但是，相比于直接与RFID芯片或芯片模块电连接的卡天线(CA)(例如在US7,980,477中的)，增益天线(BA)与天线模块(AM)中的模块天线(MA)感应耦合，该模块天线(MA)可与RFID芯片(CM)连接。此类感应(电磁)耦合相较于直接电连接更难实现。增益天线(BA)可以称为卡天线(CA)。增益天线(BA)可以具有与其相关联的耦合线圈(CC)，该耦合线圈被布置为接近模块天线(MA)，并与模块天线(MA)紧密耦合。
如在本文使用的，术语“耦合”(以及其变形)是指两个元件之间的、依赖于由给定元件生成电磁场以及由另一元件对该场的反应(交互)的感应、磁性、电容式或者电抗耦合(包括其组合，上述任一可称为“感应耦合”)。与其相对照，术语“连接”(以及其变形)是指两个元件彼此电连接，其中两个元件之间的交互由两个元件之间的电子的流动产生。通常地，两个彼此感应耦合的元件并不彼此电连接。为导线线圈的元件(例如彼此邻近布设的模块天线MA以及耦合线圈CC)通常彼此感应耦合，而在两个元件之间没有电连接。与其相对照，模块天线MA通常与RFID芯片(CM)元件电连接。增益天线BA的绕组与线圈(例如外层绕组OW、内层绕组IW以及耦合线圈CC元件)通常彼此电连接，但也可以呈现彼此感应耦合。模块天线MA与耦合线圈CC彼此并不电连接，但是彼此感应耦合(或者“变压器耦合”)。
本文公开的增益天线BA(以及其他特征)可以增加以电容式与感应耦合的天线模块AM与外部非接触式读取器之间的有效作用(“读取”)距离。由于读取距离通常近似仅几厘米，因此增加1厘米将代表重大的改进。
将对多种实施方式进行描述以说明本发明所教导的内容，并且所述实施方式应被解释为是说明性的而非限定性的。在下文主要内容中，以安全文件形式的应答器(其可以为智能卡或者国民ID卡)可以作为本文所公开的发明的多种特征与实施方式的示例进行讨论。显而易见，许多特征与实施方式可以应用于(轻而易举地结合于)其他形式的安全文件，例如电子护照。如本文所用的，术语“应答器”、“智能卡”、“数据载体”等中的任何一个可以被解释为指代在ISO14443或类似的RFID标准下操作的与其类似的任何其他设备。
此处描述的典型的数据载体可以包括：(i)天线模块(AM)，其具有RFID芯片或者芯片模块(CM)以及模块天线(MA)，(ii)卡体(CB)以及(iii)增益天线(BA)，其被布设在卡体(CB)之上，以增强模块天线(MA)与外部RFID“读取器”的天线之间的耦合。当本文中提及“芯片模块”时，除有明确地相反表述，应注意其包括“芯片”，反之亦然。模块天线(MA)可以包括导线线圈、在用于天线模块(AM)的模块带(MT)基底上蚀刻或者印刷的导电迹线，或者可以被直接合并在芯片自身之上。
增益天线(BA)可以通过将导线嵌入在嵌体基底或卡体(CB)中来形成。但是，应该理解的是，天线可以利用除将导线嵌入在基底中之外的工艺来形成，例如加成工艺或者消去工艺，例如印刷天线结构、线圈绕组技术(例如US6,295,720中所公开的)、在分离的天线基底上形成并转移至嵌体基底(或嵌体基底的层)的天线结构、在基底上从导电层蚀刻(包括激光蚀刻)出的天线结构、在基底上或形成在基底中的通道中布设的导电材料等。当在本文中提及“嵌体基底”时，除有明确相反表述，应注意其包括“卡体”(反之亦然)，以及用于安全文件的任何其他基底。
下文的描述多数是在双接口(DI、DIF)智能卡的背景下，并且多数涉及该双接口智能卡的非接触式操作。本文所提出的许多教导可以应用于仅具有非接触操作模式的电子护照等。通常，本文中所提出的任何尺寸为大致性的，且本文所提出的材料旨在是示例性的。
通常，模块天线(MA)与外部RFID读取器的天线之间的耦合可通过将增益天线(BA)合并在卡体(CB)上来被增强。在一些方面，增益天线(BA)与卡天线(CA)相类似。但是，相比于直接与RFID芯片或芯片模块电连接的卡天线(CA)(例如在US7,980,477中的)，增益天线(BA)与模块天线(MA)感应耦合，该模块天线(MA)可与RFID芯片(CM)连接。此类感应耦合相较于直接电连接更难实现。
如在本文使用的，术语“耦合”(以及其变形)是指两个元件之间的、依赖于由给定元件生成电磁场以及由另一元件对该场的反应(交互)的感应、磁性、电容式或者电抗耦合(包括其组合，上述任一可称为“感应耦合”)。与其相对照，术语“连接”(以及其变形)是指两个元件彼此电连接，其中两个元件之间的交互由两个元件之间的电子的流动产生。通常地，两个彼此感应耦合的元件并不彼此电连接。为导线线圈的元件(例如彼此邻近布设的模块天线MA以及耦合线圈CC)通常彼此感应耦合，而在两个元件之间没有电连接。与其相对照，模块天线MA通常与RFID芯片(CM)元件电连接。增益天线BA的绕组与线圈(例如外层绕组OW、内层绕组IW以及耦合线圈CC元件)通常彼此电连接，但也可以呈现彼此感应耦合。模块天线MA与耦合线圈CC彼此并不电连接，但是彼此感应耦合(或者“变压器耦合”)。
本文公开的增益天线BA(以及其他特征)可以增加以电容式与感应耦合的天线模块AM与外部非接触式读取器之间的有效作用(“读取”)距离。由于读取距离通常近似仅几厘米，因此增加1厘米将代表重大的改进。
图1为示例性智能卡的部分的横截面图，该智能卡具有布设在卡体CB中的凹槽内的天线模块AM。天线模块AM具有芯片模块CM。天线模块AM具有接触垫CP，用于与外部接触式读取器(ISO7816)进行接触式对接。天线模块AM具有模块天线MA，用于与外部非接触式读取器(ISO14443)进行非接触式对接。增益天线BA被布设在卡体CB的***的附近，并且具有耦合线圈CC，其被布设在卡体CB中的凹槽附近。通过布设在凹槽中的天线模块AM，模块天线MA与增益天线BA的耦合线圈CC紧密耦合。耦合线圈CC可以被布置成位于模块天线MA的下面，而不是围绕该模块天线MA。
如US2012/0074233所示，例如其中的图3A与图4A，增益天线BA(或卡天线CA)可以包括外层绕组OW(或D)以及内层绕组IW(或E)，它们彼此倒相连接成为准偶极子。耦合线圈(CC)没有示出。
如US13/600,140所示，例如其中的图3与图4，准偶极子增益天线BA还可以包括内耦合线圈CC。耦合线圈CC没有被详细示出，由一些虚线表示。(耦合线圈CC构造的一些细节，以及其如何能以多种方向被布置(顺时针、逆时针)、以及如何能与外层绕组OW以及内层绕组IW连接在图3A-3D中予以阐述。)
图1A为具有增益天线BA与天线模块AM的智能卡体CB的示意性俯视图。增益天线BA具有与其合并的耦合线圈CC。图中会出现下述缩写。
CB-卡体或嵌体基底
BA-增益天线或卡天线(CA)
OW-BA的外层绕组-大概2-3匝
IW-BA的内层绕组-大概2-3匝
CC-耦合线圈-大概10匝
IE-OW、IW或CC的内端
OE-OW、IW或CC的外端
以下会被注释：
外层绕组(OW)的内端(IE，a)为“自由端”
内层绕组(IW)的外端(OE，f)为“自由端”
OW的外端(OE，b)与CC的一端连接
IW的内端(IE，e)与CC的另一端连接
外层绕组OW可被从IE(a)至OE(b)顺时针(CW)放置
内层绕组IW可被从IE(e)至OE(f)顺时针(CW)放置
增益天线BA包括外层绕组OW与内层绕组IW，二者实质上围绕卡体CB的***延伸。内层绕组与外层绕组中的每一者具有内端IE与外端OE。外层绕组OW的外端OE(b)与内层绕组IW的内端IE(e)经由耦合线圈CC连接。外层绕组OW的内端IE(a)与内层绕组IW的外端OE(f)可被留为未连接，作为“自由端”。包括外层绕组OW、耦合线圈CC以及内层绕组IE的整个增益天线BA为开环电路，并且可以被称为“准偶极子”-外层绕组OW构成偶极子的一极，内层绕组IW构成偶极子的另一极-该“准偶极子”由耦合线圈CC中心馈送。
增益天线BA可利用围绕卡体CB(或嵌体基底、或数据载体基底，例如由热塑性塑料形成)的边界(***)布设(例如超声波粘合)的绝缘的、离散的铜导线来形成。增益天线BA包括外层绕组OW(或线圈，D)以及内层绕组IW(或线圈，E)，并且还包括耦合线圈CC，虽然对这些各式线圈元件的“端部”进行描述，但是上述所有元件可以由一条连续长的导线(例如80μm的自粘合导线)来形成，该导线可以被放置在卡体CB上或嵌入在该卡体CB中。更特别地，
-外层绕组OW可被形成为具有多(例如2-3)匝且在“a”点具有内端IE并在“b”点具有外端OE的螺线。外层绕组OW邻近于(实质上位于)卡体CB的***(边界)。外层绕组OW的内端IE(“a”)为自由端。
-耦合线圈CC可被形成为具有多(例如大概10)匝且具有“c”和“d”两个端部的螺线。端部“c”可为外端OE或者为内端IE，端部“d”可为内端IE或外端OE。
-内层绕组IE可被形成为具有多(例如2-3)匝且具有内端IE“e”以及外端OE“f”的螺线。内层绕组IW邻近于(实质上位于)卡体CB的***，在外层绕组OW的内部。内层绕组IW的外端OE(“f”)为自由端。在图3中，内层绕组IW显示为虚线，以使说明清楚。
-外层绕组OW的内端IE为“自由端”，因为其被留为未连接。类似地，内层绕组IW的外端OE为被留为未连接的“自由端”。
利用传统的导线嵌入技术，可将外层绕组OW、耦合线圈CC以及内层绕组IW形成为一个连续的结构。应该理解的是，对于所提及的耦合线圈CC与外层绕组(OW)以及内层绕组(IW)的端部连接，不应被解释为其暗示耦合线圈CC是具有端部的分离的实体。相反，在形成外层绕组OW、耦合线圈CC以及内层绕组IW的一个连续结构的背景下，“端部”可以被解释成意味着对应于将为实际端部的其他位置的位置-术语“连接”在此背景下被解释为“相接”。
卡体CB的尺寸可以大致为54mm×86mm。增益天线BA的外层绕组OW的外尺寸可以大致为80×50mm。用于形成增益天线BA的导线的直径(d)可大致为100μm(包括，但不限于80μm、112μm、125μm)。
内层绕组IW可以被布设在外层绕组OW内，如所示，被布设在卡体CB(或多层嵌体基底的层)的给定的表面上。可替换地，增益天线BA的这两个绕组可以被布设在卡体CB的相对的表面上，实质上彼此对齐(在此情况下，它们将为“顶部”绕组与“底部”绕组，而非“外层”绕组与“内层”绕组)。增益天线BA的两个绕组可以邻近耦合，以使在它们中引起的电压可以彼此倒相。耦合线圈CC可以与外层绕组及内层绕组位于卡体CB的同一表面上。
增益天线BA的外层绕组OW与内层绕组IW的匝线(turn)的匝距可以为0.2mm(200μm)，使得外层绕组OW或内层绕组IW的相邻匝线之间具有大致一个导线直径的空间。耦合线圈CC的匝距实质上可以等于或者小于(换句话说，不大于)外层绕组OW与内层绕组IW中的至少一者的匝距-例如0.15mm(150μm)，使得耦合线圈(CC)的相邻匝线之间具有小于一个导线直径的空间。自粘合铜导线可以用于增益天线BA。外层/内层绕组OW/IW与耦合线圈CC两者的匝距可以大致为导线直径(或导电迹线或轨线(track)的宽度)的2x(两倍)，使得螺线的相邻匝线之间具有大约为1导线直径(或迹线宽度)的空间。外层绕组OW与内层绕组IW的匝距可以实质上彼此相同，或者它们可以彼此不同。
用于耦合线圈CC的更多匝数的导线可以被容纳在给定的区域中-例如，通过在定义用于该匝数的耦合线圈CC的区域的激光烧蚀的沟槽中放置两“路(course)”导线，将一路设于另一路之上(如果需要的话，其间具有绝缘膜)。
具有形成在其上的增益天线BA的基底或卡体CB可由第一制造方制备，并构成一中间产品(其不具有天线模块AM，可被称为“数据载体组件”)。随后，第二制造方可以在卡体CB中、在耦合线圈CC的内部磨削出(或形成)凹槽(见图1)，并且将天线模块AM(具有其模块天线MA)安设在该凹槽中。(当然，数据载体组件可以在凹槽已经形成的情况下由第一制造方提供。)
可针对在下面关于DIF(双接口-接触式与非接触式)智能卡的申请中的一些附图与描述作出附加参考，这些申请以引用的方式结合于本文中，例如：
于12/28/2012提交的13/730,811或公开号为2012/0074233的申请
图1A卡体CB中的卡天线CA，接触式与非接触式读取器
图1B卡体CB中的卡天线CA，卡体CB中的铁氧体
图1D AM中的模块天线MA与接触垫CP之间的铁氧体元件FE
图3A、4A准偶极子增益天线BA，不具有耦合线圈CC
图4I、J卡体CB中的铁氧体
图6A具有铁氧体的移动电话贴纸MPS
图6B铁氧体屏蔽元件670，两侧有粘合剂
图8(13/730,811)卡天线CA主要位于卡体CB的上半部
于8/30/2012提交的13/600,140的申请
图2A增益天线BA，没有耦合线圈CC
图3增益天线BA，具有耦合线圈CC
图3A-3D针对耦合线圈CC的多种配置
图4具有CC的BA，具有模块天线MA的天线模块AM
图5H具有延长线的增益天线
图5I-K两个增益天线
图6A-C布设在卡体CB的上半部的BA
金属化卡的构造
一些智能卡(包括双接口(DI)智能卡)具有金属(或金属化)顶层，或“面板”，基本上与卡体一般大小。设置金属层在技术上并不情愿，因为这将明显降低卡与外部非接触式读取器之间的耦合。尽管如此，该特征对实现数个目的来说是重要的。
图2是非常概括、简要、示意性的横截面图，其说明了示例性“金属”(或金属化)智能卡的一些示例性层。仅出于参考的目的而非用于表明特定顺序，对层进行编号。可以对层重新布置。一些层可以被省略。一些层可以适用于非金属智能卡或金属化智能卡。一些层可以包括多于一个层。一些层可以与其它层合并。
层1印刷薄片，覆盖抗划层等
层2分离的金属层或金属化金属薄片
层3具有耦合线圈CC的增益天线BA
层4卡体CB
层5金属化或者非金属化智能卡上的补偿框架(位于卡体背面)
层6印刷薄片，垫在抗划层、磁条等下面
示出了芯片模块(CM)被布设在窗口“W”(开口)中，延伸到智能卡，从智能卡的前表面(顶面，如所观察的)延伸穿过金属化金属薄片(层2)并且到达卡体(层4)。芯片模块(CM)在其前表面具有接触垫(CP)，用于与外部接触式读取器对接。芯片模块可以为双接口(DI)天线模块(AM)，其具有用于经由具有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)与外部非接触式读取器对接的模块天线(MA)。天线模块(AM)可安装在耦合线圈(CC)的内部区域中。对比图1。
图2A示出了用于金属化智能卡200的示例性叠层(一系列层)，该金属化智能卡200具有以下层、结构以及组件。可以将示例性尺寸予以展示。所有的尺寸均为近似的。厚度是指图中的垂直尺寸。
-顶层202可以为金属(或金属化)层202，例如250μm厚的不锈钢，并且可被称为“面板”。对比“层1”。此顶层202可以与整个智能卡一样大，例如大致为50mm×80mm。
-粘合剂层203，例如40μm厚的聚氨酯。
-铁氧体材料层204，例如60μm厚的软(柔性)铁氧体薄片。
-粘合剂层205，例如40μm厚的聚氨酯。
-塑料材料层208，例如50-100μm厚的PVC，其可以起到隔片的作用(将下面的层与组件同上面的层与组件相分离)。
-塑料材料层210，例如150-200μm厚的PVC，其可以起到卡体(CB)的作用。对比“层4”。
-导线212，例如112μm直径的导线，形成具有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)。对比图1。为清楚说明，仅示出一条导线的横截面图。
-塑料材料层214，例如150μm厚的PVC，其可以包括印刷、磁条等等。
-塑料材料层216，例如50μm厚的PVC，其可以作为覆盖层。
-智能卡200(层202、203、204、208、210、214、216)的整体厚度可以大致为810μm(0.81mm)。
窗口220(“W”)可以延伸到智能卡中，从面板202延伸穿过中间层到达卡体层210。具有模块天线(MA)的双接口(DI)天线模块(AM)可以被布设在窗口220内。对比图1。窗口220可以完全延伸穿过层210，在此情况中，天线模块(AM)可以由下面的层214支撑。
增益天线(BA)的耦合线圈(CC)可以环绕窗口220，从而与天线模块(AM)的模块天线(MA)紧密耦合。对比图1。可替换地，耦合线圈(CC)可以被布设在卡体(CB)中，从而位于天线模块(AM)的模块天线(MA)的下面。
天线模块(AM)可以大致测量为12×13mm(且大致0.6mm厚)。面板202中的窗口220(“W”)可大致与天线模块(AM)的大小相同-即，大致为12×13mm。在此“基准”配置中，芯片激活距离可以大致为15mm。(芯片激活距离类似于读取距离，并且代表芯片模块可由外部读取器激活(用于读取)的最大距离)。一般建议，读取距离越大越好，15mm并非十分理想，20mm或者25mm会更佳。金属化智能卡中的芯片激活距离受制于与增益天线相关联的电磁场的衰减，该衰减归因于金属面板202(层1)。
根据本发明的特征，面板202中的窗口220被制成明显大于天线模块(AM)，以抵消屏蔽并增强耦合，从而增大激活距离。例如，给定天线模块(AM)大致测量为12×13mm，
-窗口220可以向四周扩大大概1mm，以使在天线模块(AM)四周存在1mm的间隙(GAP)。这使得窗口测量为14×15mm，并且增大了30％的面积(此面积为间隙面积)。间隙(1mm)大概为未扩大的(12×13mm)窗口的截面尺寸的10％。所得到的芯片激活距离可以大致为20mm(比基准线15mm增加了33％)。
-窗口220可以向四周扩大大概2mm，以使在天线模块(AM)四周存在1mm的间隙(GAP)。这使得窗口测量为16×17mm，并且增大了75％的面积(此面积为间隙面积)。间隙(2mm)大概为未扩大的(12×13mm)窗口的截面尺寸的20％。所得到的芯片激活距离可以大致为22mm(比基准线15mm增加了50％)。
在下表中对提供间隙以及扩大窗口的结果进行了总结(所有数字均为大致数字)。
更普遍地，窗口220的尺寸可以增加(相较于其大致与天线模块AM的公称(nominal)尺寸相等的公称尺寸)至少10％，多达至少100％，其中包括上述示例中的大致30％以及75％的值。
天线模块(AM)与窗口220的内边缘之间的间隙(GAP)可以允许增益天线(BA)的耦合线圈(CC)与天线模块(AM)的模块天线(MA)之间具有明显更好的耦合。激活距离实现多达50％的增长。1mm以及2mm的间隙尺寸已被讨论，其分别代表窗口增大10％与20％。更普遍地，间隙可以至少为0.5mm，包括多达至少3mm。
铁氧体层204也可以通过减少因面板202造成的耦合衰减来改善耦合，有助于集中增益天线BA与天线模块AM的模块天线MA之间的电磁场。期望的是将铁氧体层204尽可能地靠近面板202的下侧。并非具有分离的铁氧体层204(以及粘合剂层203)，而是铁氧体粒子或粉末可以与粘合剂混合，并被喷涂或覆盖在面板202的下侧之上，从而减少中间粘合剂层203。可替换地，并非以分离的层204的形式，铁氧体材料可以是嵌入在下层(例如隔片层208或卡体层210(在一些配置中，隔片层208可以被省略))中的铁氧体粒子(包括纳米粒子)。
隔片层208也可以通过减少因面板202造成的耦合衰减来改善耦合，简单地通过将面板202实际保持在离增益天线212足够远的位置处(在智能卡的形状因数的限制内)。
除在面板202中增大窗口220的特征以外，面板与下面的层/组件之间的铁氧体204、以及隔片层208、各种用于改善耦合的额外的特征，可以被合并于智能卡的层和/或天线模块中，例如，但不限于：
金属卡
-对面板进行打孔，如参考图3A、B、C更为详尽描述的
-在增益天线(BA)下方提供补偿框架。对比层5(图2，上文)以及图4A、4B(下文)
对于卡体层
-在卡体(CB)中的策略性位置上布设铁氧体，例如US20120074233的图1B、4I、4J中所公开的
-将增益天线(BA)、或卡天线(CA)配置为不具有耦合线圈(CC)的准偶极子，并且安置天线模块AM以使模块天线MA仅覆盖增益天线的内层绕组IW，例如US20120038445的图2C以及US20120074233的图3A、4A、以及13/600,140的图2A中所公开的
-将增益天线(BA)配置为具有耦合线圈(CC)的准偶极子，例如13/600,140的图3、3A-D、4中所公开的。对比图1、1A(上文)
-向增益天线(BA)提供“延长线”，例如13/600,140的图5H中所公开的
-提供重叠的增益天线(BA)，例如13/600,140的图5I、J、K中所公开的
-主要在智能卡的上部中提供增益天线(BA)，将下“浮雕”部留为自由，例如13/600,140的图6A、B、C、13/730,811的图8、以及61/697,825的图6D中所公开的
-将模块天线(MA)从耦合线圈(CC)偏移，以使它们并非同轴，如于12/15/2012提交的61/737,746的图7A、B、C中所公开的
-以除图1A(上文)所示的方式之外的方式形成并连接增益天线(BA)的绕组与耦合线圈(CC)，例如于12/15/2012提交的61/737,746的图8A-C中所公开的
对于天线模块(AM)
-将铁氧体元件布设在模块天线(MA)与天线模块(AM)的接触垫(CP)之间，例如US20120074233的图1D与图7C、D、E中所公开的
-将电容式短线添加至模块天线(MA)，例如US20120038445以及US20120074233的图2A、B中所公开的
-对天线模块(AM)的接触垫(CP)进行裁剪和/或打孔，例如61/693,262的图2-5中所公开的
-将模块天线(MA)形成为两个分离的线圈，例如61/693,262的图6A中所公开的
-将模块天线(MA)的两个绕组按照准偶极子配置进行连接，例如61/693,262的图6B中所公开的
利用这些特征的各种组合，15mm的基准激活距离可被增至大概28mm，或者更多，改善了大概100％，并且对芯片模块(CM)与外部非接触式读取器之间的通信的可靠性进行了相应的改进。在本发明的范围内，上文所列举的这些特征可被合并到未金属化(没有金属面板)的智能卡中，以显著改善激活与读取距离。
制造
中间产品可以包括铁氧体204(其用粘合剂205粘附至下面的隔片层208)以及卡体层210，增益天线212镶嵌在该卡体层210中。此中间产品可称为预层压堆、或“初级层压制件(prelaminate)”，并且可具有大致450μm的厚度。
初级层压制件可以被交付给第二制造方，该第二制造方将应用面板202、底部PVC薄片214以及底部覆盖层216。面板202可以被预先打孔(或利用其他机器加工方式)形成开口220。得到的叠层可具有大致940μm(0.94mm)的预层压的厚度，并且之后的层压(加热和按压)最终具有大致890μm(0.89mm)的厚度。
在层压工艺中，可以先将材料栓塞***窗口220中，以防止下层材料(铁氧体204、隔片PVC208、卡体PVC210等等)向上延伸至窗口220中(并使智能卡的底部表面上生成凹痕)。栓塞的材料可以为PVC、或者为金属“嵌条(slug)”，其被从面板移除以制成开口，等等。
典型地，在层压之后，将栓塞(如果是金属栓塞)移除。如果栓塞是PVC，可将其留在原地。之后，用于天线模块的凹槽可在智能卡的层(铁氧体204、隔片PVC208、卡体PVC210)中被机器加工，同时小心(理所当然地)不损坏耦合线圈(CC)。
对面板(202)打孔
可称为“金属化层”(“ML”)的面板(202)可被打孔以改善耦合，且此举一般在将面板添加至层压堆之前完成，例如共同形成窗口(220)。换句话说，为抵消因智能卡上的金属化层造成的屏蔽，可对金属化层进行打孔，移除例如窗口(220)周围之类的位置上的材料，该窗口(220)大致直接位于耦合线圈(CC)上方和/或位于金属化层ML的***周围，该金属化层ML大致直接位于增益天线BA的外层绕组OW与内层绕组IW上方。在这些位置对金属化层ML打孔(例如形成槽和孔)，能够允许电磁场更好地操作，例如通过促进电磁通量线的辐射。穿孔的设计可以增加智能卡的美感，并且可以提供光学(可视)安全特征。
图3A示出了可以围绕面板302(比较202)的***、例如通过激光蚀刻来形成具有细长缝隙322形式的穿孔(或开口)的图案。缝隙322可以在增益天线BA(图1)之上(或之下)对齐，以增强增益天线BA与外部非接触式读取器(图1)的天线之间的耦合。
图3A示出了可以围绕面板302(比较202，仍为“层2”)中的开口320(比较220)的***、例如通过激光蚀刻来形成具有孔324形式的穿孔(或开口)的图案。这些穿孔可以在耦合线圈CC(图1)之上(或之下)对齐，以增强耦合线圈CC(212)与天线模块AM的模块天线MA之间的耦合。
图3B示出了金属化层(面板)302中的穿孔(或开口)322与324的替换图案。此处，围绕面板A的***的穿孔322具有孔的形式，而围绕窗口320的穿孔324具有缝隙的形式。
图3C示出了金属化层(面板)302中的穿孔(或开口)324的替换图案。此处，开口324为数个增大半径的弧段，分布(集中)在窗口320的周围。
穿孔(或开口)322与324(无论是缝隙还是孔、或其他形状)可以按照美观的图案来被布置，并且还可以作为安全(防伪造)措施。可将视觉对比材料(优选的是非金属，例如人造(塑料)贝壳)填充于面板302中的穿孔(或开口)322与324内。
卡体CB的尺寸可为(大致50mm×80mm)，
宽度85.47mm-85.72mm
高度53.92mm-54.03mm
厚度0.76mm+0.08mm
面板302(或金属化层ML)可大致测量为86mm×54mm。面板320中的开口320(或“W”)可大致测量为8mm×10mm。(在图2A的讨论中，用于天线模块AM与面板202中的窗口220的其他示例性尺寸被列表展示。)卡体CB(或金属化层ML)的***区域可从卡体CB(或金属化层)的边缘延伸5-10mm-换句话说，并非整个卡体***的全部。
如图3A和3B所示，在面板302的***区域附近可以布设多个(例如20-60个，或者更多个)开口322。开口322可以减少***区域中的金属材料数量大致25％-50％，从而允许增益天线BA与外部非接触式读取器之间的耦合更佳。
类似地，在面板302中的窗口320附近可以布设多个(例如10-30个，或者更多个)开口324。开口B可以减少此区域中的金属材料数量大致25％-50％，从而使得耦合线圈CC与天线模块AM的模块天线MA之间的耦合更佳。
对卡体层的其他或者替换修改
补偿回路
图4A示出了导电性“补偿回路”CL可以被布设(例如图2的层5中)在增益天线BA(层3)后方，围绕卡体CB的***延伸。补偿回路CL可以为具有两个自由端、以及它们之间的间隙(“gap”)的开环回路。补偿回路CL可以由铜覆层制成，可印刷在支撑层之上等。
图4B示出了补偿回路CL可以包括铁氧体材料，在该情况中，由于铁氧体并不是导电体(相较于铜)，回路可以闭合，不具有间隙以及自由端。
补偿回路可以称为“框架”。在增益天线BA(图1)的背面上的补偿框架可以有助于稳定共振频率。
除增益天线BA之外，还可以使用补偿回路CL。增益天线BA可以被嵌入到嵌体基底的一侧，而补偿框架可以被喷墨印刷或者粘合附着至该嵌体基底的相对侧。补偿回路CL可以使用消去工艺(蚀刻掉材料)或加成工艺(沉积材料)来被安装。
铁氧体
铁氧体层可以被层压在一起，并且与增益天线BA的背面上的铜补偿回路CL相结合，能够稳定增益天线BA的共振频率。在某些位置上，轨线可为断续的(具有间隙)。
层压和温度可以用于将铁氧体粒子烧结在一起成为一连续的路径。在温度与非常高的压力下层压铁氧体离子以产生薄卡材料膜(例如PC PVC PET)，从而生成具有天线的铁氧体嵌体。该嵌体可以由若干层铁氧体组成。所施加的温度与压力可以使粒子烧结并形成铁氧体的绝缘层。
将铁氧体纳米粒子或粉末沉积在嵌体基底，以使磁通量线弯曲，并补偿因智能卡体中的印刷层的金属化或者卡体中接近RFID天线的任何金属层造成的屏蔽的效果；并且形成具有增益天线的预层压的嵌体，或者具有一个或者若干个下层铁氧体层的应答器，该铁氧体层已经与RFID组件层压在一起以形成复合嵌体层。
可以通过湿喷或者干喷将铁氧体纳米粒子或粉末施加至基底层。在湿喷的情况下，铁氧体在液相分散体中悬浮，该液相分散体通过对在溶剂或含水/表面活性剂液体中的粒子进行超声处理来制备。粒子还可以具有立体包覆以支持粒子在液体中的悬浮。可以通过过滤以及声波处理的等级、在一段时间之后确定出铁氧体球体的平均结晶粒子大小。(声波处理是一种利用声音(通常为超声能量)搅动样本中的粒子的行为。)
对纳米级铁氧体粒子进行烧结可以发生在对合成层进行热层压期间，该合成层组成嵌体。层压工艺包括在高压下加热以及冷却。由基底或金属薄片覆盖的若干层铁氧体可以用于增强铁磁特性。与大的铁氧体颗粒不同，纳米粒子具有低得多的烧结温度，与合成基底的玻璃转化温度相匹配。在层压之后可能需要额外的加热处理。
合并于卡体中的额外特征
如上所述，多种额外特征可以各种组合方式合并于智能卡体(无论是金属化智能卡类还是非金属化(典型的)智能卡类)中，以经由增益天线增强模块天线与外部非接触式读取器的电磁耦合，从而将激活与读取距离增大至“令人满意”的水平。这些增强可以主要用于抵消由智能卡的其他组件造成的消极效果，所述其他组件例如金属面板(202，302)(上文已详细讨论)，或天线模块(AM)上的金属接触垫(CP)，其还可以被修改以增强耦合，如下文详尽讨论。关于卡的一些特征可以包括：
-将铁氧体布设在卡体(CB)中的策略性位置上，例如US20120074233的图1B、4I、4J中所公开的；以及
-针对增益天线(BA)的各种配置，其若干个变化已在上文中提及。
激光蚀刻、以及对天线模块的修改
对使用激光蚀刻而非化学蚀刻来例如从层中移除材料(金属)，例如用以形成天线模块AM的模块天线MA，进行非常简单的介绍。对此工艺更为详尽的描述可在于1/23/2012提交的61/589,434、于4/4/2012提交的61/619,951以及于8/25/2012提交的61/693,262中找到。
专利申请US2010/0176205中描述了在ISO标准芯片卡模块的有限尺寸中化学蚀刻具有10至12匝的天线。此类具有接触式与非接触式接口的天线模块被植入到卡体中，用于与增益天线感应耦合，以与读取器以非接触模式通信。
由于智能卡模块尺寸上的限制(例如13mm×11.8mm)，形成天线的匝线数量受限于硅片中心位置周围的空间，该硅片附着并粘合至模块基底。此基底通常由环氧玻璃制成，在模块的面朝上的一侧上具有接触金属化层，且在模块的面朝下的一侧上具有粘合金属化层。
通过化学蚀刻创建感应天线的另一限制是轨线之间的最小匝距(或间距)，其使用平板印刷工艺是可经济实现的。在超(super)35mm的带上蚀刻的天线的(相邻)轨线之间的最佳匝距(或间距)大致为100μm。(如此处所使用的，术语“匝距”可以指相邻导电轨线之间的间距，而非其传统意义上的轨线中心线之间的中心对中心尺寸，或者每单位长度的轨线数量。)
天线结构(例如模块天线)可以通过激光蚀刻铜覆层压制件来形成，该制件形成RFID智能卡芯片模块的集成部分。使用激光蚀刻可以解决限制匝距因数，其可以利用传统的化学蚀刻来实现，结果是形成天线的匝线数量能够被大幅增加，并带来性能优势。相对于化学蚀刻，使用激光蚀刻还能够导致具有与需要较大区域的化学蚀刻的天线实质上相同的电特性的激光蚀刻的天线的足印(foot-print)显著降低，并且可以允许使用标准粘合带将天线芯片模块轻松放置并粘附在卡体内提供的凹槽内。
激光蚀刻的材料可以包括：标准预浸材层压制件(110μm)，该制件由环氧玻璃以及双面覆铜金属薄片的固化无卤环氧树脂(17μm+17μm)制成，该制件可以用于在超35mm的芯片载体带上按行和列制造非接触式且双接口智能卡模块。载体带可被提供有链轮齿和索引孔以用于传输，并且可以在激光加工之前实施穿孔以垂直互连，从而电连接顶金属化层与底金属化层。
使用UV或绿光纳秒或微微秒激光，以在尺寸上等于激光光束的宽度(大致为25μm)的轨线间距离，将位于每个模块站点的天线结构激光蚀刻(绝缘技术)到厚度为17μm的铜覆“种子”层(预浸材面朝下的一侧)中。在面朝上的一侧，接触区域也可以被激光蚀刻，以为铜的化学镀(electroless-plating)以及镍与金的电镀(electro-plating)做准备。在对铜种子层进行激光蚀刻之后，位于面朝下的一侧的具有天线站点的带被进一步加工：喷砂以移除剩余的激光烧蚀的粒子，并为电镀粘附做准备；沉积碳体(carbon)以支持垂直互连的穿孔电镀；干膜应用以及光掩膜工艺；化学沉积铜(Cu～6μm)以增加带两侧上的轨线的厚度，将镍与镍磷(Ni/NiP～9μm)、或镍(Ni～9μm)与钯金/金或金(Pd/Au或Au-0.1μm/0.03μm或0.2μm)电镀以防止氧化。
通过使用两侧上有铜种子层的标准的预浸渍层压制件，有可能在带被用铜化学电镀、以及用镍与金电镀之前，对面朝上的一侧上的接触垫以及面朝下的一侧上的天线模块进行激光蚀刻。此技术的主要优点在于降低轨线之间的特征匝距(间距)的大小，并且随之增加标准智能卡芯片模块的限制区域中匝线的允许数量。
修改接触垫(CP)
前面所述的于8/25/2012提交的61/693,262公开了对双接口(DI)天线模块(AM)的接触垫(CP)进行修改以抵消可能因金属接触垫(CP)造成的电磁耦合衰减的各种方式(参考其中的图2A-D、3A-B、4A-B、5A-B)。在其中示出的一个示例(图3A)中，可以对至少一些接触垫(CP)打孔，例如形成孔或槽以减少耦合线圈CC的所谓的“覆盖”，从而实现对读取距离的积极效果(增加读取距离)。在接触垫(CP)中的穿孔起与面板302中的开口324类似的作用。两个特征(对接触垫打孔、对面板打孔)均可被实施。
如本文中所用的，术语“覆盖区域”(或“覆盖”)指接触垫(CP)对模块天线(MA)的重叠程度，该接触垫(CP)位于模块带相对于模块天线(MA)的相对侧。覆盖区域可以介于0％(没有重叠，例如当MA全部位于CP的***之外时)与接近100％(实质上全部重叠，例如当模块MA全部位于接触垫(CP)的***之内时，但是垫之间的间隙将该数字减少为稍低于100％)之间。与之相关，术语“线圈暴露”指位于接触垫(CP)的区域内的模块天线(A)暴露的程度，例如通过接触垫之间的间隙。线圈暴露可以介于接近0％(唯一的暴露是通过垫之间的间隙的暴露)与100％(例如当模块天线MA全部位于接触垫的***之外时)之间。
图5(相比于61/693,262的图1A)说明了接触垫(CP)在模块带(MT)面朝上的一侧的典型布局。接触垫(CP)可以包括导电材料层，例如铜层(通常还包括用于保护的其他导电层)，该导电材料层被蚀刻(化学地或用激光(消融))以呈现所期望的垫图案。天线模块(AM)的整体尺寸可以大致为15mm×15mm。卡体(CB)的整体尺寸可以大致为50mm×80mm。接触垫(CP)的整体尺寸与图案可以由ISO7816规定。例如，图案接触垫(CP)可以在模块带(MT)面朝上的一侧占据大致测量为10mm×13mm的区域，并且其厚度可以大致为30μm。图5示出了7个接触垫(CP)，其通过模块带MT中的开口被暴露。
在图5中，布设在模块带MT相对于接触垫(CP)的相对侧上的模块天线(MA)被以虚线示出。在此示例中，覆盖区域实质上为100％(模块天线MA被接触垫(CP)全部覆盖，除了相邻垫之间的小间隙之外)，并且线圈暴露实质上为0％(仅在相邻垫之间的小间隙中有最小线圈暴露)。因此，接触垫CP可以屏蔽(衰减)增益天线BA(或卡天线CA)与天线模块(AM)中的模块天线(MA)之间的信号。
US8,100,337(2012,SPS)公开了具有双通信接口的电子模块(11)，特别用于芯片卡，所述模块首先包括基底(27)，该基底(27)被提供有电子接触端子块(17)，其通过与读取器的触体接触来允许运行，以及所述模块其次包括天线，该天线包括至少一个匝线(13)并且其端子与微电子芯片的端子连接，该微电子芯片位于模块(11)的一面上。此模块(11)的特征在于天线匝线(13)实质上位于电子触体(17)所覆盖的区域之外，以使端子块的电子触体没有构成对用于天线的信号的屏蔽。可将此特别应用于制造具有接触式和非接触式的双通信接口的芯片卡。
权利要求1。一种用于芯片卡的具有双通信接口的电子模块，所述模块包括：
基底，包括电子接触端子块，其通过与读取器的触体接触来允许运行；以及
天线，包括至少一个匝线，位于电子模块的表面上并且其端子与微电子芯片的端子连接，该微电子芯片位于模块的一面上，
其中，天线的至少一个匝线位于电子模块的表面的第一区域上，实质上位于电子触体所覆盖的第二区域之外，所述模块具有多个凸起，所述凸起位于端子块的电子触体的区域之外，在基底上与承载天线匝线的面相对的一面。
如在US8,100,337中所指出的，且使用与本发明以及申请人共同申请的专利申请更为一致的语言，当天线模块(AM)与外部读取器以非接触模式通信时，接触垫(CP)可能造成信号“屏蔽”(或衰减)，从而限制读取距离。虽然有限的读取距离(例如仅为几厘米)出于安全原因可能是期望的，但此类屏蔽可能将读取距离限制到令人不满意的小距离，例如3cm。更有益地，可能期望5cm的读取距离，以提供足够的安全性并且改善外部读取器与天线模块(AM)之间的通信，包括与合并该天线模块(AM)的智能卡(SC)的通信。
US6,778,384(2002,Toppan)示出了具有模块天线(8)以及接触垫(7)的天线模块的示例，其中：
-覆盖区域实质上为100％
-线圈暴露实质上为0％
US8,100,337(2012,SPS)示出了具有模块天线(13)以及接触垫(17)的天线模块的示例，其中：
-覆盖区域实质上为0％
-线圈暴露实质上为100％
US8,100,337公开了当天线全部位于触体区域之外时可能引发的问题，并且提出如下解决方案…
由于天线的匝线13位于触体17的区域之外，在位于天线的匝线13之上的区域中没有直接的按压动作，并且因此存在潜在的基底27弯曲的风险，或者至少对匝线13与粘合剂31之间的粘合质量不利，这将损害粘合能力及卡的寿命。为补救此风险，本发明提供(在甚至更有益的变形中)多个凸起33，所述凸起33与电子触体17位于同一侧，但在悬于天线匝线13之上的区域中。(第5栏，第7-18行)
解决屏蔽问题
在以下实施方式(示例)中的每个中公开的技术可以彼此混合(视情况而定)，以达成有效的解决方案。总的目标是增加读取距离，其可(或不可以)起因于减少“覆盖区域”以及增加“线圈暴露”。
图6A(相比于61/693,262的图2A)说明了一组接触垫CP，其中至少一些接触垫CP的外边缘被延伸超出它们原始的边界(外边缘，以虚线表示)。在此示例中，线圈覆盖的特征在于已被增长，例如由初始的100％增长为超过100％，例如110％。在此示例中，线圈暴露仍然为实质上0％。可以认为，延伸边缘可对读取距离有不利的效果(降低读取距离)。
将边缘延伸以增加单个垫的区域在将垫用作元件的互连时是有用的，该元件例如模块带MT的下侧上的模块天线MA、电容式元件等等。
设想，例如，以下接触垫如图5A所示布局/布置。注意，触体C4与C8可以与模块天线MA的两端(LA，LB)连接。
图6B(相比于61/693,262的图2B)说明了一组接触垫CP，其中将至少一些接触垫CP的外边缘裁剪成位于它们原始的边界(外边缘，以虚线表示)内。在此示例中，减少了线圈覆盖，例如由初始的100％减少为90％。在此示例中，增加了线圈暴露，例如由初始实质上的0％增至5％。可以认为，裁剪边缘可对读取距离有微小的有益效果(增加读取距离)。
图6C(相比于61/693,262的图2C)说明了一组接触垫CP，其中将接触垫CP中的至少一些相邻的接触垫的内边缘进行裁剪，从而具有增加接触垫中的所选接触垫之间的间隙的效果。在此示例中，减少了线圈覆盖，例如由初始的100％减少为90％。在此示例中，增加了线圈暴露，例如由初始实质上的0％增至5％。可以认为，增加间隙可对读取距离有微小的有益效果(增加读取距离)。
*原始间隙＝～150μm
*修改后的间隙＝～300μm
图6D(相比于61/693,262的图2D)说明了图6C的替换物，其中不是增加相邻接触垫之间的整体间隙，而是对它们的内边缘以不规则的方式进行修改。在此示例中，减少了线圈覆盖，例如由初始的100％减少为95％。在此示例中，增加了线圈暴露，例如由初始实质上的0％增至3％。可以认为，增加间隙可对读取距离有微小的有益效果(增加读取距离)。
在上述图6A、B、C、D中阐述的前述示例中，一些接触垫的一些外边缘或内边缘被从它们的“原始”位置移动。与图5相比较，其作为“原始位置”的示例。
在以下示例中，接触垫的边缘在它们的原始位置中通常保持完整，从而实质上维持该中心设计。
图7A(相比于61/693,262的图3A)示出了对至少一些接触垫进行打孔(例如形成孔或槽)的示例。在此示例中，减少了线圈覆盖，例如由初始的100％减少为90％。在此示例中，增加了线圈暴露，例如由初始实质上的0％增至5％。可以认为，对接触垫打孔可对读取距离有有益的效果(增加读取距离)。
在图7A中，在接触垫中的一者中，示出了按照行阵列和列阵列布置的多个圆形穿孔(或孔)的规则阵列。可将穿孔不规则地、交错地、交织地、准随机地等布置。圆形穿孔可以具有35μm的示例性直径，并且以70μm或140μm、或40μm(偏移35μm孔行)的示例性匝距进行布置。一些穿孔可以为槽、或细长孔，如在另一个接触垫中示出的。具有其他形状(例如矩形、不规则形、细长形)的孔可以在一些接触垫中被形成。
图7B(相比于61/693,262的图3B)示出了将至少一些接触垫的所选区域变薄的示例。在此示例中，线圈覆盖被“有效”减少，例如由初始的100％减少为95％。在此示例中，线圈暴露被“有效”增加，例如由初始实质上的0％增至2％。可以认为，使接触垫变薄可对读取距离具有有益的效果(增加读取距离)。
在图7B中，模块天线MA被示出为被蚀刻，具有导电线(轨线)，而非图1中示出的盘绕导线的模块天线MA。
图8A(相比于61/693,262的图4A)示出了布设在模块带MT的下面的模块天线MA与芯片CM。在此示例中，模块天线MA为绕线(wound)导线线圈，具有两个端部a、b，每个端部与各自的粘合垫BP粘合。
图8B(相比于61/693,262的图4B)示出了图8A中示出的模块带MT的面朝上的一面。在此，在接触垫CP中形成孔或穿孔的图案(与图3A相对比)。穿孔的图案以同轴圆被布置。此图案将对(智能卡SC的)用户可见。在此示例中，线圈覆盖被“有效”减少，例如由初始的100％减少至95％。在此示例中，线圈暴露被“有效”增加，例如由初始实质上的0％增至2％。可以认为，以此方式对接触垫打孔可对读取距离具有有益的效果(增加读取距离)。
图9A(相比于61/693,262的图5A)示出了对接触垫CP打孔的另一示例。在该示例中，穿孔可见，且按照标志(logo)的图案来布置，例如大通银行(Chase Bank)的标志。
图9B(相比于61/693,262的图5B)示出了对接触垫CP打孔的另一示例。在该示例中，穿孔可见，且按照标志的图案来布置，例如德意志银行(Deutsche Bank)的标志。
接触垫中的穿孔的图案可以对用户可见，并且在金属化卡中，可以被形成以模仿或补充面板302中的窗口320周围的穿孔324(例如，是其更小的版本、或是其延续等)。
在上述所阐述的示例中，已对天线模块AM的接触垫CP进行修改以实现增加读取距离的目标(通过降低模块天线MA与增益天线BA之间的耦合衰减，该耦合衰减可以归因于接触垫CP)。在某些情况下，线圈覆盖(或者有效的线圈覆盖)被减少，并且线圈暴露(或者有效的线圈暴露)被增加。在一些示例中，接触垫(包括其内边缘与外边缘)维持它们原始的位置。在一些示例中，接触垫的中心设计被保持。接触垫之间的间隙以及接触垫CP中的穿孔越大，使得线圈暴露越多，从而可以改进读取距离。
天线模块AM的一些其他方面
图10A(相比于61/693,262的图6A)说明了用于天线模块AM的模块带MT的下面。示出了用于模块天线MA的天线结构AS，其包括两个模块天线部分MA1与MA2。示出了两个模块天线部分MA1与MA2。这两个模块天线部分MA1、MA2可以被彼此同轴地布置，作为内天线结构与外天线结构。两个模块天线部分MA1、MA2可以为绕线线圈、或图案化轨线，或一者可以为绕线线圈而另一者为轨线图案。两个模块天线部分MA1、MA2可以以任何适合的方式彼此互连，以实现有效的结果。例如，两个模块天线部分MA1、MA2可以以任何适合的方式与彼此连接。
图10B(相比于61/693,262的图5A)说明了可用于天线模块AM的示例性天线结构AS，其具有彼此互连的两个部分(对比MA1、MA2)，该天线结构包括：
-外层部分OS，具有外端7以及内端8
-内层部分IS，具有外端9以及内端10
-外层部分OS的外端7与内层部分IS的内端10连接
-外层部分OS的内端8与内层部分IS的外端9被留为未连接
-此形成所谓的“准偶极子”天线结构AS。对比图1A。
○在于8/8/2011提交的13/205,600(于2/16/2012公开，公开号为2012/0038445)中示出了此种布置，以用作智能卡SC的卡体CB中的增益天线BA
○在于12/3/2011提交的13/310,718(于3/29/2012公开，公开号为2012/0074233)中示出了此种布置，以用作智能卡SC的卡体CB中的增益天线BA
本文描述的接触垫CP以及天线结构AS可以使用UV纳秒或微微秒激光、利用对模块带MT上的铜覆“种子”层的激光蚀刻(绝缘技术)来形成。种子层的厚度可以大致为17μm。对于天线结构AS，轨线之间的间距在尺寸上可以与激光光束的宽度相等，大致为30μm。轨线本身的宽度可以为30-50μm。穿孔(如上所述的那些)可以通过激光冲击钻孔来形成。
在对铜种子层进行激光蚀刻以对接触垫CP或天线结构AS进行图案化和/或打孔之后，模块带MT可以如下被进一步处理：
-喷砂以移除剩余的激光烧蚀的粒子，并为电镀粘附做准备；
-沉积碳体以支持垂直互连的穿孔电镀；
-干膜应用以及光掩膜工艺；
-电镀沉积铜(Cu～6μm)以增加带两侧上的图案化(针对CP或AS)的种子层的厚度；
将镍与镍磷(Ni/NiP～9μm)或镍(Ni～9μm)与钯金/金或金(Pd/Au或Au-0.1μm/0.03μm或0.2μm)化学电镀以防止氧化。
虽然已经参考有限数量的实施方式描述了本发明，但这些实施方式不应被视为对本发明的范围的限制，而应作为一些实施方式的示例。基于在此阐述的公开内容，本领域的技术人员可以预想其它可能的变型、修改和实施，而这些变型、修改和实施同样落入本发明的保护范围中。

Claims (15)

1.一种智能卡，该智能卡具有金属化面板(202，302)和卡体(CB)，该金属化面板具有用于容纳天线模块(AM)的窗口(220，320)，该卡体(CB)具有包括耦合线圈(CC)的增益天线(BA)，其中，所述窗口的基准尺寸大致等于所述天线模块的尺寸，其特征在于，
所述窗口实质上大于所述天线模块。
2.根据权利要求1所述的智能卡，其中：
所述窗口比所述天线模块至少大10％。
3.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括：
在所述窗口的内边缘与所述天线模块之间的间隙(GAP)。
4.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括：
布设在所述面板与所述增益天线之间的铁氧体层(204)。
5.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括：
多个穿孔(322，324)，位于所述面板(320)中，并围绕所述窗口(320)以及所述面板的***中的至少一者延伸。
6.根据权利要求5所述的智能卡，其中：
所述穿孔中的至少一些将所述窗口周围或所述面板的所述***附近的区域中的面板材料数量减少25-50％。
7.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括：
布设在所述增益天线(BA)的后方的补偿回路(CL)。
8.根据权利要求7所述的智能卡，其中，所述补偿回路(CL)具有下列特征中的至少一者：
该补偿回路(CL)具有间隙、以及两个自由端；
该补偿回路(CL)包括导电材料，例如铜；以及
该补偿回路(CL)包括铁氧体。
9.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括下列特征中的至少一者：
布设在所述卡体(CB)中的策略性位置上的铁氧体；
所述增益天线(BA)被配置为不具有耦合线圈(CC)的准偶极子；
所述增益天线(BA)被配置为具有耦合线圈(CC)的准偶极子；
所述增益天线(BA)被提供有延长线；
所述增益天线(BA)包括两个重叠的增益天线；
所述增益天线(BA)主要被提供在所述智能卡的上部中；以及
所述模块天线(MA)从所述耦合线圈偏移。
10.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括下列特征中的至少一者：
布设在所述模块天线(MA)与所述天线模块(AM)的接触垫(CP)之间的铁氧体元件(FE)；
添加至所述模块天线(MA)的电容式短线；
所述模块天线(MA)包括两个分离的线圈；
所述模块天线(MA)包括按照准偶极子配置连接的两个绕组。
11.根据权利要求1所述的智能卡，该智能卡还包括：
位于所述天线模块(AM)的所述接触垫(CP)中的穿孔。
12.一种将因金属化智能卡的面板(202，302)引起的耦合衰减最小化的方法，该金属化智能卡在其卡体(CB)内具有带有耦合线圈(CC)的增益天线(BA)，该方法包括下列中的一者或多者：
在所述面板中开设大于所述天线模块(AM)的窗口(220)；
提供通过该面板的穿孔；
在所述面板与所述增益天线(BA)之间提供铁氧体材料；以及
在所述增益天线(BA)的下方布设补偿回路(CL)。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：
将所述天线模块(AM)相对于所述耦合线圈(CC)偏移。
14.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括下列中的一者或多者：
将所述增益天线(BA)布置为准偶极子；
向所述模块天线(MA)提供电容式短线；以及
在所述天线模块(AM)中且在所述模块天线(MA)与所述接触垫(CP)之间提供铁氧体。
15.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：
对所述天线模块(AM)的接触垫(CP)进行裁剪或打孔。
CN201380006299.5A 2012-01-23 2013-01-23 在金属化智能卡中的抵消屏蔽与增强耦合 Pending CN104471791A (zh)

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