Патент на изобретение №2258282

(54) АНТЕННА С ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к антенне для подключения, соединенной с устройством приемопередатчика электромагнитных волн, содержащим один или несколько интегрированных конденсаторов. Антенна содержит, по меньшей мере, один выполненный трафаретной печатью виток на изолирующей диэлектрической подложке и выполненный трафаретной печатью конденсатор на подложке, подсоединенный параллельно, понижая емкость, обеспечиваемую конденсатором(ами), встроенным(и) в устройство. Результирующая емкость образует с витком резонансную схему. Изобретение также относится к способу изготовления антенны и использованию этой антенны в бесконтактной или гибридной контактно-бесконтактной интеллектуальной карточке. Техническим результатом является снижение стоимости и трудоемкости изготовления. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к бесконтактным приемопередающим системам, и в частности к антенне для подключения с выполненным трафаретной печатью конденсатором, используемой, в частности, в бесконтактных или гибридных контактно-бесконтактных интеллектуальных карточках.

Предшествующий уровень техники

Бесконтактная интеллектуальная карточка является системой, все чаще используемой в различных областях. На транспорте карта была разработана как способ оплаты. Она также является электронным бумажником. Множество компаний также разработали для своего персонала средства идентификации, используя бесконтактные интеллектуальные карточки.

Обмен информацией между бесконтактной карточкой и устройством считывания осуществляется посредством электромагнитной связи на расстоянии между антенной, помещенной в бесконтактную карточку, и второй антенной, расположенной в устройстве считывания. Для формирования, хранения и обработки информации карточка снабжена микросхемой или электронным модулем, который соединен с антенной. Антенна и микросхема обычно располагаются на диэлектрической подложке, изготовленной из пластичного материала (поливинилхлорида (ПВХ, PVC), полиэфира (ПЭ, PET), поликарбоната (ПК, PC)). Антенну изготавливают травлением химической меди или алюминия на подложке или намоткой проводящего металлического провода. Микросхема, содержащая область запоминающего устройства и микропроцессор, содержит конденсаторы, которые определяют входную емкость, связанную с микросхемой. Работа в оптимальном режиме связи антенна-микросхема, которая не должна быть резистивной, осуществляется при соблюдении следующего закона резонансной схемы

где L – индуктивность антенны, С – входная емкость и – частота, равная 2f, f – нормированная частота, равная, например, 13,56 МГц.

Обязательность соблюдения этого закона требует от изготовителей микросхем или разработчиков интегрировать адекватные конденсаторы в микросхемы так, чтобы получить достаточно высокие емкости. В этом случае стоимость производства микросхем обязательно повышается из-за наличия конденсаторов.

Развитие бесконтактных интеллектуальных карточек неизбежно приводит к сокращению стоимости производства микросхем, используемых в этих карточках. Чтобы снизить стоимость микросхем, разработчики все более приходят к снижению размеров конденсаторов, встроенных в микросхемы, и таким образом снижению входной емкости схемы. Таким образом изготовители могут производить меньшие микросхемы.

Для соблюдения закона LC²=1 и получения оптимального взаимодействия индуктивность L антенны увеличивают, чтобы компенсировать уменьшение значения входной емкости микросхемы. В случае антенн, изготовленных с использованием способов травления меди или алюминия, в форме витков на пластиковой диэлектрической подложке, индуктивность увеличивают, увеличивая количество витков. Это решение, однако, имеет несколько недостатков. Действительно, так как все электрические схемы имеют некоторое сопротивление, увеличение числа витков, что, по существу, соответствует увеличению длины цепи, ведет к существенному увеличению значения сопротивления. Это сильно влияет на характеристики антенны и, следовательно, также на характеристики карточки. Расстояние между устройством считывания и карточкой значительно снижается.

Чтобы ограничить габаритные размеры и сохранить полезную площадь для электромагнитного потока через карточку, ширину медных дорожек следует уменьшить. В результате, сопротивление антенны увеличивается и снижается надежность карточек, так как имеется повышенный риск обрыва витков антенны, когда корпус карточки подвергают операции горячего ламинирования под давлением.

Стоимость антенн с созданным микрорельефом значительно увеличивается. Таким образом, снижение стоимости, полученное разработчиками для микросхем, имеющих более низкую входную емкость, сводится на нет из-за дополнительной стоимости антенн. Изготовление и использование карточки не являются выгодными.

Перемещение емкости микросхемы к антенне посредством соединения одного или более конденсаторов непосредственно с антенной также не является приемлемым решением. Используемые известные конденсаторы являются дорогостоящими, что не решает задачу снижения стоимости карточки. Кроме того, размещение конденсаторов на подложке и подсоединение их к антенне является трудоемкой процедурой.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков посредством создания антенны с параллельной емкостью, полученной с меньшей стоимостью, и изготовления интеллектуальной карточки, которая является значительно менее дорогой по отношению к стоимости интеллектуальных карточек, имеющихся в настоящее время на рынке, вследствие уменьшения количества конденсаторов в микросхеме.

Поставленная задача решена путем создания антенны для подключения, соединенной с приемопередатчиком электромагнитных волн, содержащим один или несколько встроенных конденсаторов, указанная антенна для подключения содержит, по меньшей мере, один виток, выполненный трафаретной печатью на подложке, состоящей из изолирующего диэлектрического материала, согласно изобретению, антенна содержит конденсатор, выполненный трафаретной печатью на подложке, соединенный параллельно с указанной антенной, обеспечивая снижение емкости, которая определяется встроенным конденсатором(ами), при этом результирующая емкость образует с указанным витком резонансную схему.

Целесообразно, чтобы конденсатор состоял из, по меньшей мере, двух пластин из краски, нанесенных трафаретной печатью и отделенных изолирующей лентой, состоящей из диэлектрической краски, которая также нанесена трафаретной печатью.

Предпочтительно, чтобы диэлектрическое основание, образующее подложку, было изготовлено из пластмассы, бумаги или стеклоткани, пропитанной термореактивным полимером или полимером, дающим усадку под действием УФ излучения.

Полезно, чтобы краска, используемая для выполнения трафаретной печати витков и обкладок конденсатора, являлась полимерной проводящей краской с введенными в нее проводящими элементами.

Выгодно, чтобы изолирующая лента была изготовлена, по меньшей мере, из двух слоев диэлектрической краски, придающих ей высокоизолирующие свойства.

Полезно, чтобы диэлектрическая краска, формирующая два слоя изолирующей ленты, являлась полимерной краской, дающей усадку под действием УФ-излучения.

Поставленная задача решена также путем создания способа изготовления антенны для взаимодействия, в котором осуществляют трафаретную печать, по меньшей мере, одного витка антенны, нижней пластины конденсатора, контактных площадок указанной антенны для соединения с микросхемой или модулем, и соединяют антенну с нижней пластиной конденсатора посредством осаждения проводящей краски на подложку, осуществляют трафаретную печать изолирующей ленты конденсатора посредством осаждения диэлектрической краски и покрывают нижнюю пластину конденсатора, осуществляют трафаретную печать верхней пластины конденсатора поверх изолирующей ленты и соединяют антенну с верхней пластиной конденсатора.

Поставленная задача решена также путем создания бесконтактной интеллектуальной карточки, содержащей подложку, имеющую, по меньшей мере, одну антенну для подключения, соединенную с микросхемой или модулем.

Полезно, чтобы микросхема или модуль не имели внутренней емкости. Предпочтительно, чтобы подложка была размещена между двумя корпусами карточки, которые прикреплены к каждой стороне подложки, придавая интеллектуальной карточке жесткость.

Выгодно, чтобы корпус карточки был прикреплен к подложке антенны горячим или холодным ламинированием.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает электрическую схему известной бесконтактной интеллектуальной карточки;

фиг.2 изображает антенну для подключения в конце первого этапа изготовления, согласно изобретению;

фиг.3 изображает антенну для подключения после второго этапа изготовления, согласно изобретению;

фиг.4 изображает антенну для подключения после последнего этапа изготовления, согласно изобретению;

фиг.5 изображает электрическую схему интеллектуальной карточки с антенной для соединения, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Электрическая схема интеллектуальной карточки (фиг.1) содержит два элемента – антенну и микросхему. Микросхема 12 имеет внутреннюю емкость Cs 14, определяемую посредством конденсаторов, расположенных в микросхеме. Она также имеет электронную часть 16, соответствующую области запоминающего устройства и процессора. Микросхема 12 подсоединена к антенне 18 посредством цепи 10. Антенна 18 имеет индуктивность Ls 22 с сопротивлением Rs 20.

На фиг.2, 3 и 4 представлены три основных этапа изготовления антенны. Согласно описываемому варианту воплощения, антенна состоит из двух последовательных витков и выполненного трафаретной печатью конденсатора. На первом этапе изготовления (фиг.2) выполняют трафаретной печатью два витка 24 и 26 на изолирующей диэлектрической подложке 28. Две контактных площадки 30 и 32 выполняют трафаретной печатью и соединяют антенну с микросхемой и нижней пластиной 34 конденсатора. Один конец витка 26 соединен с пластиной 34 и с контактной площадкой 30 электрической перемычкой 36. Другой конец витка 26 остается несоединенным. Конец витка 24 соединен с контактной площадкой 32, а другой остается несоединенным. Диэлектрическая подложка изготовлена из пластмассы, бумаги или стеклоткани, пропитанной в термореактивном полимере или полимере типа подверженного усадке под действием УФ (ультрафиолетового) излучения. В качестве пластмассы используют, например, поливинилхлорид (ПВХ), сложный полиэфир (PET, PETG) или акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС, ABS). Используемая проводящая краска содержит полимеры и введенные проводящие элементы, которыми могут быть металлы. В краску предпочтительно вводят серебро. Однако могут быть также введены медь или углерод. Краска может содержать от 50% до 70% серебра в форме шариков или полосок. Используемыми полимерами являются сложные полиэфиры или акриловые смолы. Краска также содержит растворитель, который используется как связующее вещество. В описываемом варианте осуществления растворителем является эфир гликоля.

На фиг.3 изображена антенна после второго этапа изготовления. Вторая операция выполнения трафаретной печати завершена. Вторая операция выполнения трафаретной печати соответствует осаждению диэлектрической краски, образующей изолирующую ленту 38, разделяющую обкладки конденсатора. Изолирующую ленту 40 также выполняют трафаретной печатью на электрической перемычке 36. Согласно предпочтительному варианту осуществления, каждый слой имеет толщину 25 микрон. Краска содержит полимеры и образует поперечные связи под действием УФ излучения. Полимерами могут быть акрилатные смолы или ненасыщенные полиэфиры. В отличие от проводящей краски, эта краска не содержит растворителя. Полимеры, содержащиеся в краске, образуют поперечные связи под действием УФ излучения. При образовании поперечных связей краска затвердевает. Таким образом, получают конденсатор очень устойчивой формы, в частности, изолирующая лента не изменяется. В результате, расстояние между двумя пластинами также не меняется, что позволяет сохранять оптимальные параметры работы. Чтобы иметь высокие изолирующие свойства, краска должна иметь по возможности наиболее высокую относительную диэлектрическую проницаемость. Значение диэлектрической проницаемости обычно больше 3. В предпочтительном варианте выполнения антенны диэлектрическая проницаемость краски, используемой для трафаретной печати изолирующей ленты, равна 3,9. Чтобы придать ленте хорошие изолирующие свойства, требуется, по меньшей мере, два слоя краски. Фактически, после образования поперечных связей слой краски является высокопористым, что предотвращает получение высокоизолирующих свойств. Чтобы решить эту задачу, выполняют трафаретной печатью два последовательных и накладывающихся слоя и формируют ленту с высокими изолирующими свойствами. Изолирующая лента 38 накладывается на пластину 34 и полностью закрывает последнюю. Изолирующая лента 40 также покрывает электрическую перемычку 36. Эта полоса позволяет изолировать электрическую перемычку от соединения, осуществляемого между свободными концами витков 24 и 26 во время последнего этапа процесса изготовления.

На фиг.4 показана антенна после третьего последнего этапа процесса изготовления. Во время этого этапа выполняют третью операцию трафаретной печати, чтобы получить верхнюю пластину 42 конденсатора, которая накладывается на изолирующую ленту 38. Соединение 44 выполняют трафаретной печатью, чтобы соединить пластину 42 с контактной площадкой 32 и соединить конденсатор с антенной параллельно. Наконец, соединение 46 свободных концов витков 24 и 26 также выполняют трафаретной печатью.

Таким образом, полученная антенна состоит из двух витков, соединенных последовательно, и конденсатора. Схема интеллектуальной карточки с интегрированной антенной представлена на фиг.5.

Электрическая схема 48 содержит две части – микросхему 50 и антенну 52. Микросхема 50 объединяет электронную часть 54, соответствующую области запоминающего устройства и процессора, и внутреннюю емкость Cs₁ 56. Эта емкость намного меньше внутренней емкости обычной микросхемы. Это значение более низкой емкости компенсируется емкостью Cs₂ выполненного трафаретной печатью конденсатора 52 антенны. Антенна также обладает сопротивлением Rs 60 и собственной индуктивностью Ls 62. Емкость Cs₂ является переменной и зависит от размера конденсатора. Согласно предпочтительному варианту осуществления емкость Cs₂ антенны больше емкости Cs₁ микросхемы.

Интеллектуальная карточка этого типа состоит из плоской подложки, имеющей, по меньшей мере, одну антенну для взаимодействия, по меньшей мере, с одним подключенным параллельно конденсатором, соединенную с микросхемой или модулем, внутренняя емкость которого мала или даже равна нулю согласно специфическому варианту осуществления. Согласно специфическому варианту, бесконтактная интеллектуальная карточка имеет плоскую подложку между двумя корпусами карточки, причем указанные корпуса карточки фиксируют на каждой стороне плоской подложки, чтобы придать ей жесткость. Корпуса карточки могут быть изготовлены из пластмассы, в качестве которой использована пластмасса – поливинилхлорид (ПВХ), полиэфир (PET, PETG), поликарбонат (ПК) или акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС). Если корпуса карточки изготовлены из пластмассы, их фиксацию на каждой стороне подложки одной или более антенн, согласно изобретению, осуществляют горячим или холодным прессованием трех элементов, которые составляют карточку, также называемым горячим или холодным ламинированием.

Таким образом, полученная антенна с переменной емкостью для подключения имеет несколько важных преимуществ. Изготовление конденсатора вне микросхемы улучшает характеристики функционирования карточки по сравнению с известной карточкой с микросхемой, имеющей такую же внутреннюю емкость.

Использование способа трафаретной печати позволяет получить конденсатор с некоторой степенью упругости, делая его более стойким к механическим напряжениям, которым карта может быть подвергнута во время использования. Таким образом, емкость не изменяется в результате старения конденсатора.

Кроме того, изменяя параметры конденсатора, например, площадь поверхности пластин или толщину изолирующей ленты, можно регулировать емкость, чтобы получить точный резонанс. Также можно значительно изменять емкость без модификации процесса изготовления. Таким образом, получена антенна и предложен способ изготовления карточки, который может быть легко и быстро адаптирован к воздействию, вводимому микросхемой, которая имеет определенную и фиксированную внутреннюю емкость.

Наконец, стоимость интеллектуальной карточки, имеющей антенну для подключения с выполненным трафаретной печатью конденсатором, значительно более ниже стоимости интеллектуальной карточки, имеющей традиционную антенну, такую как антенна, выгравированная на меди, и микросхему с высокой внутренней емкостью. Кроме того, снижение стоимости еще больше, поскольку производственный процесс таких карточек нетрудно осуществить, так как витки антенны и/или конденсатор(ы) выполняют трафаретной печатью одновременно.

Формула изобретения

1. Антенна для подключения, соединенная с приемопередатчиком электромагнитных волн, содержащим один или несколько встроенных конденсаторов, указанная антенна для подключения содержит, по меньшей мере, один виток, выполненный трафаретной печатью на подложке, состоящей из изолирующего диэлектрического материала, отличающаяся тем, что содержит конденсатор, выполненный трафаретной печатью на подложке, соединенный параллельно с указанной антенной, обеспечивая снижение емкости, которая определяется встроенным конденсатором(ами), при этом результирующая емкость образует с указанным витком резонансную схему.

2. Антенна по п.1, в которой конденсатор состоит из, по меньшей мере, двух пластин из краски, нанесенных трафаретной печатью и отделенных изолирующей лентой, состоящей из диэлектрической краски, которая также нанесена трафаретной печатью.

3. Антенна по любому из предшествующих пп.1 и 2, в которой диэлектрическое основание, образующее подложку, изготовлено из пластмассы, бумаги или стеклоткани, пропитанной термореактивным полимером или полимером, дающим усадку под действием УФ излучения.

4. Антенна по любому из предшествующих пп.1-3, в которой краска, используемая для выполнения трафаретной печати витков и обкладок конденсатора, является полимерной проводящей краской с введенными в нее проводящими элементами.

5. Антенна по любому из пп.2-4, в которой изолирующая лента изготовлена, по меньшей мере, из двух слоев диэлектрической краски, придающих ей высокоизолирующие свойства.

6. Антенна по п.5, в которой диэлектрическая краска, формирующая два слоя изолирующей ленты, является полимерной краской, дающей усадку под действием УФ-излучения.

7. Способ изготовления антенны для взаимодействия по любому из предыдущих пп.1-6, заключающийся в том, что осуществляют трафаретную печать, по меньшей мере, одного витка антенны, нижней пластины конденсатора, контактных площадок указанной антенны для соединения с микросхемой или модулем и соединяют антенну с нижней пластиной конденсатора посредством осаждения проводящей краски на подложку, осуществляют трафаретную печать изолирующей ленты конденсатора посредством осаждения диэлектрической краски и покрывают нижнюю пластину конденсатора, осуществляют трафаретную печать верхней пластины конденсатора поверх изолирующей ленты и соединяют антенну с верхней пластиной конденсатора.

8. Бесконтактная интеллектуальная карточка, содержащая подложку, имеющую, по меньшей мере, одну антенну для подключения, выполненную по любому из пп.1-6, соединенную с микросхемой или модулем.

9. Бесконтактная интеллектуальная карточка по п.8, в которой микросхема или модуль не имеют внутренней емкости.

10. Бесконтактная интеллектуальная карточка по любому из пп.8 и 9, в которой подложка размещена между двумя корпусами карточки, которые прикреплены к каждой стороне подложки, придавая интеллектуальной карточке жесткость.

11. Бесконтактная интеллектуальная карточка по п.10, в которой корпус карточки прикреплен к подложке антенны горячим или холодным ламинированием.

РИСУНКИ