專利名稱：可變電容耦合天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是無接觸收發(fā)系統(tǒng)，特別涉及的一種帶有絲網(wǎng)印制電容器的耦合天線，這種天線特別用于無接觸芯片卡或接觸-無接觸交替的芯片卡。
無接觸芯片卡與相應(yīng)的閱讀裝置之間的信息交換是通過置于無接觸芯片卡內(nèi)的一個天線和置于閱讀器內(nèi)的第二個天線之間的遠距離電磁耦合來實現(xiàn)的。為了編輯、存儲和處理這些信息，所述的卡中具有一個與所述天線相連的芯片或電子模塊。通常，芯片是處在一個塑料絕緣基底上(聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚合碳酸鹽(PC)、…)。天線是通過對在基底上的銅或鋁進行化學(xué)刻蝕或是用金屬導(dǎo)線的線圈得到的。芯片中有一個存儲區(qū)和一個微處理器，其中還有一些電容器，這些電容器決定著與芯片相聯(lián)系的輸入電容。當電容滿足下面的諧振條件時，便獲得天線-芯片間的最佳耦合，這時應(yīng)沒有寄生振蕩。
LCω2＝1 (1)式中，L是天線的電感，C是輸入電容，ω是角頻率，等于2πf，此處f是標準頻率(例如為13.56MHz)。
觀察這個條件，要求制造商、亦稱鑄造商，在芯片卡中嵌入足夠多的電容器，以能獲得足夠大的電容值，這樣芯片卡的造價便因具有電容器而極大提高。
必須用降低用于芯片卡中的芯片的生產(chǎn)價格才能使無接觸芯片卡得以發(fā)展。為了降低芯片的成本，鑄造商越來越多地減少在芯片卡中集成的電容器的大小，以及輸入電路的電容。這樣，他們可以生產(chǎn)更小的芯片。
為了滿足LCω2＝1這一條件，并獲得最佳的耦合，便企圖通過增加天線的電感L來補償芯片輸入電容的減小。當在于塑料電介質(zhì)基底上用化學(xué)蝕刻銅或鋁來制作天線的情況下，是用增加圈數(shù)來增加電感的。這種辦法往往生成多個重要的缺陷。事實上，所有的電路都存在有電阻，增加圈數(shù)在實際上增加了電路的長度，這便導(dǎo)致這種電阻的激增，就顯著地影響天線的性能，因而影響到卡的性能。事實上，這種卡與閱讀裝置的距離就顯著減小。
為了限制這種缺陷，同時保持電磁通量通過這個卡的有效截面，必須減小銅線的寬度，這方面的效應(yīng)是增加了天線的電阻，特別是使卡的安全性變壞，因為增加了在熱軋卡體時天線斷線的可能性。
蝕刻天線單位成本的顯著增加，于是鑄造商從使用較小的輸入電容所獲得的造價的下降就給天線的高價抵消掉了。這樣制造和使用這種卡都沒有獲得效益。
將芯片的電容移到天線那邊，將一個或多個電容器和天線直接連接也同樣是不可接受的辦法。事實上，各種傳統(tǒng)的電容器都是高成本，這不能解決卡的造價問題。而且將電容器裝在基底上和將電容器和天線連接，這些都不是容易的。
于是，本發(fā)明涉及的是和電磁波收發(fā)裝置相連接的一種耦合天線，這種電磁波收發(fā)裝置中有一個或多個集成的電容器。在這種耦合天線中至少有一個在由絕緣的電介質(zhì)材料構(gòu)成的基底上印制的線圈，還有一個與之并連的在基底上印制的電容器，這就能夠減小在前述的裝置中集成的一個或多個電容器所提供的電容，而使獲得的電容與線圈構(gòu)成一個諧振回路。
本發(fā)明還涉及到這種天線的一種制造方法，其在于——用在基底上沉積導(dǎo)電墨，實施第一次印制，其中至少有一圈天線、電容器的下片以及將天線與芯片或模塊連結(jié)的端頭、將天線與電容器下片連接的端頭，——用沉積絕緣墨實施第二次印制，印制電容器的絕緣帶，將電容器的下片覆蓋起來，——實施第三次印制，印制電容器的上片以及將天線與電容器的上片相連接。
圖2示出的是根據(jù)一種特殊的實施方式的在其第一步之后的耦合天線。
圖3示出的是在第二步實施之后根據(jù)本發(fā)明的耦合天線。
圖4示出的是在最后一個實施步驟之后根據(jù)本發(fā)明的耦合天線。
圖5示出的是含有根據(jù)本發(fā)明的耦合天線的芯片卡的電路圖。
圖2、3、4示出在本方法的三個主要步驟之后的天線。這個天線是由兩個串聯(lián)的線圈和一個印制電容器構(gòu)成。在本制造方法的第一步中，如圖2所示，兩個線圈24和26都印制在由絕緣電介質(zhì)材料構(gòu)成的基底28上。同時印制了兩個接觸片30和32，用來將天線和芯片相連接，以及電容器的下極板34。線圈26的一個端和極板34相連，并通過電橋36和連接片30相連。線圈26的另一端空著。線圈24的一個端頭和連接片32連接，而它的另一端是空著的。構(gòu)成基底的電介質(zhì)材料是塑料、紙或浸以可以熱硬化或經(jīng)紫外線可以網(wǎng)狀化的樹脂的玻璃布。所用的塑料例如為聚氯乙烯(PVC)、聚脂(PET、PETG)、聚合碳酸鹽(PC)、結(jié)合丙烯腈(ABS)。所用的導(dǎo)電墨是由聚合物構(gòu)成的，并摻有導(dǎo)電成分，導(dǎo)電成分可以是金屬。最好墨中摻的是銀，有時可以是摻銅或摻碳。墨中可以含有50～70％的小粒狀或小片狀的銀。所用的聚合物是聚脂或丙稀酸樹脂。墨中還含有溶劑，起到滑潤作用。根據(jù)一種特殊的實施方式，所說的溶劑是乙二醇醚。
圖3所示的在本制造方法第二步結(jié)束時的天線，實現(xiàn)了第二次印制。這第二次印制對應(yīng)于構(gòu)成分開電容器的兩個極板的絕緣帶38的電介質(zhì)墨的沉積。還在電橋36上面印制了絕緣帶40。根據(jù)一種理想的實施方式，每層的厚度為25微米。這種墨是由聚合物和在紫外線作用下網(wǎng)狀化的材料構(gòu)成的。這里的聚合物是丙稀酸樹脂或是未飽和的聚脂。和導(dǎo)電墨相反，這種墨中沒有溶劑。當將這種墨置于紫外線下，這種墨中的聚合物將網(wǎng)狀化，這種網(wǎng)狀化使墨變硬。這樣，電容器的幾何形狀就非常穩(wěn)定，特別是這種絕緣帶的厚度不變，因此這兩個極板間的距離也同樣不變。這就使得電容器，因而天線具有最佳的工作質(zhì)量。為了有足夠的絕緣性能，這種墨應(yīng)該具有盡可能高的相對介電常數(shù)。通常其介電常數(shù)的值大于3。在一種理想的根據(jù)本發(fā)明的耦合天線的實施方式中，用于印制絕緣帶的墨的介電常數(shù)為3.9。為了保證絕緣帶具有好的絕緣性能，至少要有兩層墨。事實上，在網(wǎng)狀化以后，墨層具有非常強的多孔性，妨礙了高的絕緣能力。為解決這個問題，相繼重迭印制兩層，構(gòu)成一個具有高的絕緣能力的帶。絕緣帶38是重迭在極板34上，并將之完全覆蓋。絕緣帶40同樣覆蓋了電橋36，這個絕緣帶可以將電橋和在本制造方法的最后一步中在線圈24和26的空的端頭之間實現(xiàn)的連接絕緣開來。
圖4示出在天線制造方法的第三步和最后一步之后的天線。在這一步中，實施第三次印制，印制重迭在絕緣帶38之上的電容器上極板42。為了將極板42和連接片32連起來并能將電容器和天線并聯(lián)，就印制了一個連線44。最后線圈24和26的兩個空著的端頭也通過印制實現(xiàn)的連線46連接。
這樣得到的天線是由兩個串聯(lián)的線圈和一個電容器構(gòu)成。圖5中示出了帶有這種天線的一種芯片卡的電路圖。
電路圖48同樣是分成兩部分芯片50和天線52。芯片中有一個電子部分54和一個內(nèi)部電容Cs156，電子部分對應(yīng)于存儲器區(qū)和處理器。這個電容較傳統(tǒng)芯片的內(nèi)部電容要小得多。這個小得多的電容值為天線52的印制電容器所獲得的電容Cs2的值所補償。這個天線還具有一個電阻Rs60和一個自感器Ls62。電容Cs2的值可變，由電容器的大小來決定。根據(jù)一種理想的實施方式，天線的電容Cs2要比芯片的Cs1的電容要大。
這種芯片卡是由一個平板形的基底構(gòu)成的，上面至少有一個和至少一個電容器并聯(lián)的天線，這天線和一個芯片或模塊相連，芯片內(nèi)的內(nèi)部電容很小，根據(jù)一種特別的實施方式幾乎為零。根據(jù)無接觸芯片卡的一種特殊的實施方式，前述的基底是夾在兩個卡體的中間，這兩個卡體和基底的每面固結(jié)，以使卡硬實。所述的卡體可以是塑料的，在這種情況下，所用的塑料可以是聚氯乙烯(PVC)、聚脂(PET、PETG)、聚合碳酸鹽(PC)或是結(jié)合丙稀腈(ABS)。當卡體都是塑料時，將卡體和帶有一個或多個根據(jù)本發(fā)明的天線的基底的每個面固結(jié)是用將這三個卡的部件熱壓或冷壓來實現(xiàn)的，熱壓或冷壓亦稱熱軋或冷軋。
于是，由這樣得到的耦合天線具有多個重要的優(yōu)點。事實上，在芯片上實施一個外部電容器便改善芯片卡的性能，特別是當將這種卡和具有相同的內(nèi)部電容值的芯片的傳統(tǒng)的芯片卡相比較的時候。
印制技術(shù)的使用使獲得的電容器具有相當?shù)膹椥裕@使得芯片卡在使用時更具有抗機械應(yīng)力的能力。這樣在電容器變形時其電容值并不變。
還有，調(diào)節(jié)述及的電容器的參量，例如極板的面積或絕緣帶的厚度，可以調(diào)節(jié)電容值，以達到完全諧振。同樣可以使電容值極大改變而勿需改變制造方法。于是可以得到一種天線和芯片卡的制造方法，這種方法能方便且迅速地適應(yīng)具有確定的和固定的內(nèi)部電容的芯片卡所提出的要求。
最后，具有帶著印制電容器的耦合天線的芯片卡的成本與具有傳統(tǒng)天線和帶有大的內(nèi)部電容的芯片的芯片卡的成本是不可比擬的，所說的傳統(tǒng)天線例如是用銅刻蝕的。這樣，芯片卡的制造方法越容易實施，造價就降得越多，因為其中的天線和一個或多個電容器是同時印制的。
權(quán)利要求
1.一種和帶有一個或多個集成的電容器的一個電磁波收發(fā)裝置相連的耦合天線，述及的耦合天線中至少有一個在絕緣的電介質(zhì)基底上印制而成的線圈；述及的天線的特征在于還有一個在述及的基底上印制的與這個天線并聯(lián)連接的電容器，這樣就能夠減小在述及的收發(fā)裝置中集成的(一個或多個)電容器的電容，以能使所獲得的電容和上述的線圈構(gòu)成諧振電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的耦合天線，其中的電容器是由至少兩個印制的極板構(gòu)成的，這些極板相互重迭并由電介質(zhì)墨印制的絕緣帶隔開的。
3.根據(jù)前述的各條權(quán)利要求之一的天線，其中構(gòu)成基底的介電基片是塑料、紙、或是浸有可經(jīng)紫外線硬化或網(wǎng)狀化的樹脂的玻璃布。
4.根據(jù)前述的各條權(quán)利要求之一的耦合天線，其中用來印制線圈和電容器極板的墨是一種摻有導(dǎo)電材料的聚合物導(dǎo)電墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中某一條的耦合天線，其中的絕緣帶是由至少兩層電介質(zhì)墨構(gòu)成的，這使得絕緣帶具有高的絕緣能力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的耦合天線，其中的構(gòu)成兩層絕緣帶的電介質(zhì)墨是可用紫外線網(wǎng)狀化的聚合物墨。
7.根據(jù)前述各條權(quán)利要求之一的耦合天線的制造方法，其特征在于這種方法——實施第一次印制，通過在基底上沉積導(dǎo)電墨印制天線的至少一圈、述及的電容器的下極板、將這個天線與芯片或模塊連接的接觸片，以及將這個天線與電容器下極板連接的接觸片，——實施第二次印制，通過沉積電介質(zhì)墨印制述及的電容器的絕緣帶，將電容器的下極板覆蓋起來，——實施第三次印制，在述及的絕緣帶的上面重迭印制電容器的上極板，并將天線和電容器的上極板連接。
8.由根據(jù)權(quán)利要求1至6中某一條的耦合天線和一個芯片或模塊連接構(gòu)成的無接觸芯片卡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的無接觸芯片卡，其中的芯片或模塊中沒有內(nèi)部電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的無接觸芯片卡，其中的基底是夾在兩個卡體之間，述及的卡體與基底的每個面固結(jié)，以使芯片卡硬實。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的無接觸芯片卡，其中是通過熱軋或冷軋將天線的基底和卡體固結(jié)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種和無線電收發(fā)裝置連接的耦合天線,收發(fā)裝置中有一個或多個集成的電容器。這個耦合天線中至少有一個在由絕緣的電介質(zhì)材料構(gòu)成的基底上印制而成的線圈和一個并聯(lián)的印制而成的電容器,這樣就可以減小在收發(fā)裝置中的集成電容器的電容,而總電容和線圈構(gòu)成諧振電路。本發(fā)明還涉及這種天線的制造方法,以及將這種天線用于無接觸芯片卡或接觸－無接觸交替芯片卡。
文檔編號G06K19/07GK1358342SQ0180002
公開日2002年7月10日 申請日期2001年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月3日
發(fā)明者克里斯托弗·馬修 申請人:Ask股份有限公司