[发明专利]用于非接触式微电路的天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式微电路或非接触式集成电路，且特别涉及集成到物体的微电路，诸如塑料卡(聚合物树脂)。

背景技术

非接触式或近场通信NFC微电路已被开发为通过感应耦合或电场耦合与终端进行交易。

为了特别以感应耦合方式进行通信，必须获取终端的天线线圈和连接到微电路的天线线圈之间的足够的电感耦合因子。这种耦合因子取决于终端和微电路的天线线圈的各自尺寸，并取决于这两个线圈的相对距离和位置。微电路线圈的尺寸与终端的越近，两个线圈之间的耦合因子可以越高。

通常，终端的天线线圈具有比ISO 7816格式中的卡更大的尺寸。因此希望微电路的天线线圈尽可能大。但是，该线圈相对于微电路越大，越难产生线圈和微电路之间的可靠连接，其足以承受频繁的处理。在非接触式微电路卡的情况下，卡由聚合物树脂制成，通常是PVC(聚氯乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或PC(聚碳酸酯)，且由此是可变形的。可预知，卡的重复变形将导致线圈和微电路之间的连接断开，这明确使得微电路不工作。

美国专利5955723建议在卡上形成的大线圈以及连接到微电路的小线圈之间生成感应耦合。大线圈包括与微电路的线圈尺寸基本一样的小环路。感应耦合是通过使得微电路线圈的中心与小环路的中心位置符合而形成的。两个这样的天线线圈之间的传输质量由感应耦合因子测量的。图1展示了这样的微电路卡C1。微电路卡C1包括天线线圈CC1和连接到天线线圈MC1的微电路M1。天线线圈MC1和CC1包括若干线匝。天线线圈CC1包括具有与卡C1的尺寸基本上一样的大环路以及与线圈MC1的尺寸基本上一样的小环路CL1。

据发现，大线圈的小环路和微电路的线圈之间的感应耦合因子对于小环路的中心与微电路线圈的中心的对准的精确性非常敏感。这种对准的最小差异导致耦合因子的明显恶化。图1A表示根据关于沿着卡的横轴X或纵轴Y的环路CL1的线圈MC1的位置，耦合因子CR的变化曲线CB1，其穿过环路CL1的中心。曲线CB1示出了当线圈MC1完美地位于环路CL1的中心上时，两个线圈MC1和CC1之间的耦合因子CR最大(在主峰S1)，且当线圈MC1没有位于环路CL1的中心上时，该因子明显且快速地下降。曲线CB1也具有次级峰S1′、S1″，当线圈完全位于环路CL2之外时出现，但具有与环路相对的(图1A中水平或垂直的)部分。

现在这样的微电路卡的制造是通常是共同的，分为若干步骤，包括在板中形成天线线圈以及切割板以使卡被个体化的步骤。每个关联微电路和天线线圈的模块被植入到被个体化的卡中。图2和3展示了在被切割以将卡个体化之前的这样的板。图2和3展示了矩形板P1、P2，矩形板P1、P2包括天线线圈CC1，该天线线圈CC1被以跨过板的宽度(沿着轴T)的行以及板的长度(沿着轴Z)的列而分布。图2和3也用虚线示出了卡的轮廓。在图2中，板P2每行包括4个线圈CC1，被设置以形成每行4个卡C1，卡的长度沿着轴Z取向。在图3，板P2包括每行三个线圈CC1，被设置以形成每行3个卡C1，卡的长度沿着T轴取向。在卡之间以及在卡和板P1、P2的边缘之间存在边距。一旦形成天线线圈CC1，板P1、P2首先通过沿着T轴取向的预切割线被预切割，随后是通过沿着Z轴取向的预切割线被切割，通常是通过压印(stamping)。

即使沿着轴T的板P1、P2的切割精确度足够，已证明沿着Z轴是不足的。确实，沿着T轴的切割精确度目前是±0.5mm，而沿着Z轴的切割精确度几乎不可以降低到±1.5mm以下。结果是导致天线线圈CC1相对于每个卡C1的边缘的位置变化。一旦微电路M1及其天线线圈MC1被插入到每个卡中，随着卡被个体化，天线线圈CC1不再可视。通过在卡中形成室，微电路M1被植入到每个每个卡中。室的位置被相对于每个卡的边缘而确定，且随后不可能简单地定位卡的天线。

结果是在微电路M1的线圈MC1的定位中可以达到3mm的变化(沿着卡的纵轴或横轴)，相对于在卡中形成的线圈CC1的小环路CL1。在生产大量微电路卡的生产线中，这种定位的变化导从一个卡到另一个卡的在线圈CC1和微电路的线圈MC1之间的感应耦合因子CR的明显变化。感应耦合因子的这种变化沿着卡的横轴Y发生(图2中的情况)，或沿着卡的纵轴X发生(图3中的情况)。感应耦合因子的这种变化在生产线的一端要求测量该耦合因子的实施，并导致放弃大量的微电路卡，以便仅将卡保持为具有基本上给定的感应耦合因子。结果是导致这样的微电路卡的制造成本大量增加。