专利名称：用于芯片卡的天线构造的制作方法
用于芯片卡的天线构造
技术领 域本发明涉及一种用于芯片卡的天线构造，其具有由表面导体形成的天线导体结 构，其中天线导体结构具有设置在卡基板上的偶极构造，所述偶极构造具有第一天线束和 第二天线束；接头构造，所述接头构造用于将天线导体结构连接在芯片上并且用于构成包 括天线导体结构和芯片的应答器，其中卡基板的表面划分成用于操作芯片卡的握持区和用 于设置应答器的应答器区，使得握持区延伸出基板表面的中央区域，并且通过基板表面的 侧边缘形成握持区的至少一个侧边缘。
背景技术：
开头所述类型的天线构造应用于在超高频(UHF)频率范围内工作的应答器。在这 种UHF应答器中，天线通常构成为具有设置在天线导体结构的中央的芯片的偶极天线，所 述芯片通过接头构造与天线导体结构接触。这种UHF应答器通常构成为所谓的“标签”，所述标签与待标示的产品的表面平面 地连接。在此，为了标签的定位获得应用位置，所述应用位置不受到通过操作产品的那些人 员的直接操作，所述人员例如为在批发或零售中借助于移动的读取设备读取应答器数据的 工作人员或借助于读取设备读取应答器数据以用于开列账单的结账人员。因此，结合作为 标签的应答器的实施方式，在应答器和读取设备之间的通讯中，实际上几乎不导致任何问 题。但是情况不同的是，如果设置有偶极天线的应答器设置在操作区域内，并且因此 通过操作应答器的人员的手指完全地或部分地遮盖偶极天线，能够导致应答器的频率失谐 (“detuning”)，并且因此导致在应答器和读取设备之间的通讯中的功能故障。特别是在如下情况下遇到该问题，如果设置有偶极天线的应答器设置在芯片卡 内，其中仅由于芯片卡的小的尺寸，在操作卡时至少部分地遮盖偶极天线的可能性就会变 大。在芯片卡中，应答器的通常从标签中已知的中央的构造导致，一方面芯片，并且在这里 尤其是芯片与偶极天线的机械敏感的连接区域，设置在作用在芯片卡上的弯曲负载的中 央。此外，仅由于芯片的小的尺寸，在握持芯片卡时，芯片卡通常夹紧地保持在操作者 的拇指和食指和/或中指之间，也就是使得拇指和食指大致在芯片卡表面的中央区域内获 得接触。因此，在开头所述类型的UHF应答器设置有根据标签已知的中央的构造时，存在通 过拇指和至少一个手指遮盖偶极天线的至少一个部分区域的最大的可能性，从而获得对于 应答器和读取设备之间的通讯而言不利的结果。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种具有用于芯片卡的偶极天线的天线构造，在所 述天线构造中明显地降低了应答器失谐的风险。为了实现该目的，根据本发明的天线构造具有权利要求1的特征。
在根据本发明的构造中，天线导体结构的偶极构造设置在卡基板的基板表面的称 为“应答器区”的部分内，所述部分位于基板表面的称为“握持区”的部分外，使得明显地降 低了在持卡时由于握持遮盖天线导体结构的偶极构造的部分的可能性。由于握持区自基板 的侧边缘延伸出基板表面的中央区域，能够从芯片卡的至少一个侧边缘正常地握住卡，即 借助拇指和至少一个手指置于卡的中央区域内，而不产生天线的失谐的必然结果。表明有 利的是，握持区的角区域与基板表面的角区域重合，因为因此不仅自芯片 卡的至少一个侧边缘在不具有天线失谐的危险的情况下持卡，而且此外也能够从侧面握住 卡，而不会导致这种失谐。根据另一个有利的实施形式，握持区的侧边缘通过基板表面的侧边缘限定，使得 握持区的和基板表面的通过握持区的侧边缘相互连接的两个角区域重合。在这种构造中可 能的是，自侧边缘和侧边缘的两个相邻的角区域握住卡，而不导致失谐的风险。此外，也能够如下降低天线失谐的风险，即在天线束在其自由端上构成为开口的 导体框，使得例如即便在天线束的相同长度的构造的情况下，通过天线束的构成为开口的 导体框的自由端的不同的结构或尺寸，也能够进行分别与天线束相关联的不同的频率调 谐。通过自由的天线端构成为导体框，也能够实现天线束的相对短的构造，使得也能 够因此进一步降低由于握住芯片卡而导致遮盖天线束的风险。如果根据特别有利的实施形式，用于将天线导体结构连接在芯片上的接头构造构 成为具有耦合导体部分的环形偶极，所述耦合导体部分设置成平行于天线导体结构的将天 线导体结构的天线束相互连接的耦合导体部分，那么可能的是，相对于天线导体结构的天 线束侧向地设置接头构造或与接头构造接触的芯片，从而天线束能够更远地敷设在基板表 面的侧边缘旁。再次表明特别有利的是，接头构造的耦合导体部分和天线导体结构的耦合导体部 分设置在基板表面的角区域内，因为因此基本上芯片卡坯料或基板表面的横向侧以及纵向 侧的总长度可供用于构成天线束。如果在此耦合导体部分分别具有相互成角度地设置的两个耦合臂，所述耦合臂分 别平行于基板表面的侧边缘延展，那么实现天线构造的定位，其中天线束和接头构造设置 成尽可能远离基板表面的中央区域。如果接头构造具有至少两个构成为平面的接头接触部，所述接头接触部在朝基板 背面开口的基板凹部的上方延伸，那么可能的是，将芯片定位成与卡基板的中性的弯曲平 面具有尽可能小的距离，并且在此实际上将在接头构造的接头接触部和芯片卡之间的实际 的接触区域敷设在中性的平面内，即敷设在卡基板的在弯曲负载的情况下几乎无应力的内 部区域中。因此在连接区域内出现的且作用在芯片上的机械的弯曲负载能够减小到最低。如果接头接触部与接头构造的耦合导体部分一体地作为材料涂层以涂层法涂覆 在卡基板上，那么也不必构成在接头接触部和耦合导体部分之间的易断裂的连接位置。尤其表明有利的是，天线导体结构和在其中构成的接头构造由相同的材料涂层形 成，因为因此可在唯一的涂层过程中形成总的天线导体结构。如果接头构造由铝或含有铝的合金形成，那么尤其在用于与接头构造接触而设有 的芯片同样具有由铝或含有铝的合金组成的接头接触部的情况下，能够以超声波焊接法进行芯片连接面与接头构造的接头接触部的直接的接触。如果接头构造由铜或含有铜的合金形成，那么可能的是，借助于常用的热结合法 与芯片接触。根据另一个有利的实施形式，接 头构造能够构成在与卡基板无关地构成的芯片载 体上，使得能够与卡基板无关地进行与芯片的接触。在该情况下，接头构造也能够由以涂层法涂覆在芯片载体上的材料涂层形成。尤其表明有利的是，设置在卡基板上的偶极构造由至少一个导线导体构成，以便 例如通过将导线导体敷设在卡基板的表面上形成偶极构造。根据本发明的应答器构造具有权利要求16的特征。根据本发明，应答器构造设置有设置在卡基板上的天线构造，其中卡基板在其背 面设置有包括设置在芯片载体上的芯片的芯片模块，使得为了使芯片与天线导体结构的接 头构造电连接，芯片载体通过突入基板凹部内的芯片载体接触部与接头构造的接头接触部 接触。因此，根据本发明的应答器构造不但允许天线构造在如下区域内的定位，所述区 域在握住芯片卡时以大的可能性保持不被拇指和手指遮盖，而且也允许芯片和在天线导体 结构的接头构造和芯片载体接触部之间构成的连接区域直接相邻地设置，或者设置在卡基 板的中性的平面内。如果根据有利的实施形式，芯片载体接触部和接头接触部由铝或含有铝的合金形 成，那么可能的是，接触部通过超声波加载直接地接触。芯片设置在芯片载体的与芯片载体接触部相同的表面上导致芯片能够直接相邻 于基板表面设置。如果此外芯片构成为，使得其接合在在卡基板内用于容纳芯片而构成的基板凹部 内，那么可能的是，将芯片本身设置在卡基板的中性的平面内。如果此外用于接合芯片载体接触部的基板凹部和用于容纳芯片的基板凹部设置 成基本上互相齐平，那么芯片载体的特别狭长的实施方式是可能的，使得芯片载体连同芯 片能够尽可能紧密地设置在卡基板的侧边缘上。在根据本发明的变形方案中，应答器构造具有权利要求21的特征。在此根据本发明，卡基板在其表面上设置有芯片载体，使得接头构造的耦合部分 设置成，相对于偶极构造的耦合部分限定在耦合区域内。限定的构造能够通过导电的接触 或例如也通过耦合部分的用于进行无接触的耦合的限定的间距实现。限定的间距尤其能够在卡基板和芯片载体之间的层压复合体中实现。
下面借助于附图详细阐述天线构造的优选的实施形式以及应答器构造的实施形 式。附图示出图1示出在操作期间芯片卡的卡基板；图2示出卡基板的另一个实施形式；图3示出卡基板的又一个实施形式；图4示出在图1中示出的卡基板沿着在图1中的剖切线IV-IV的剖视图5示出在图4中以剖视图示出的具有用于构成应答器的芯片模块的卡基板；图6示出设置在具有卡基板的层压复合体内的芯片载体。
具体实施例方式图1示出具有芯片卡的形状和尺寸的卡基板10。在这里未详细示出的芯片卡中，在图1中示出的卡基板10形成制成为层压结构的芯片卡，其中通过卡基板10形成的层设 置在外部的覆盖层之间，所述覆盖层在这里未详细地示出。在图1中示出的卡基板10具有基板表面11，所述基板表面划分成握持区12和应 答器区13。在此，用握持区12表示如下区域，在所述区域中在卡使用者握在卡基板10或芯 片卡上时，在正面14上通过拇指并且在背面15上通过相同的手的一个或多个手指至少部 分地遮盖的基板表面11，如在图1中所示。在图1中示出的卡基板中，应答器区13基本上构成L形，并且容纳天线导体结构 16，所述天线导体结构具有构成偶极构造17的两个天线束18和19，所述天线束通过耦合导 体部分20相互连接成一体。天线束18、19在它们的自由端上分别具有开口的导体环或导 体框21、22，所述导体环或导体框在当前情况下地构为不同大小。在图1中所示的实施例中，天线导体结构16的偶极构造17借助在这里相对较长 地构成的天线束18，沿着卡基板10的纵向侧边缘23延伸，并且借助相对较短地构成的天线 束19沿着卡基板10的横向侧边缘24延伸，使得连接天线束18、19的耦合导体部分20相 邻于纵向侧边缘23和横向侧边缘24地设置在卡基板的角区域25内。在角区域25内也存 在天线导体结构16的接头构造26，所述接头构造在当前情况下构成为具有基本上U形的导 体构造27的环形偶极，所述导体构造在其自由端设置有构成平面的接头接触部28和29。 接头接触部28和29用于与在图1中未示出的芯片接触。包括偶极构造17以及接头构造26总的天线导体结构16由涂覆在卡基板10的基 板表面11上的例如含有铝或铜的金属涂层涂覆。该涂层能够以在现有技术的范围内已知 的涂层法，即例如以蚀刻法或印刷法涂覆。在此，作为用于卡基板的材料，尤其能够使用塑 料材料，例如聚氯乙烯(PVC)、非晶型共聚酯(PETG)、聚碳酸酯等。与用于涂层的材料选择和用于将涂层涂覆在基板表面11上的涂覆方法无关，在 天线导体结构16的在图1中所示的实施例中，接头构造26和偶极构造17相互配合，使得 在接头构造26和偶极构造17之间，在偶极构造17的耦合导体部分20的区域和接头构造 26的耦合导体部分81内产生电磁耦合。因此可能的是，由于电磁的且因此无接触的耦合， 基本上不受干扰的触点影响地进行在天线导体结构16的偶极构造17和与接头构造26的 接头接触部28、29接触的在这里未详细示出的芯片之间的接受频率或发送频率的传输。如从根据图1的图示中可清楚看出，借助握持区12的与基板表面11的角区域31 重合的角区域30和握持区12的通过基板表面11的侧边缘34、35形成的侧边缘32、33构 成握持区12，这允许在卡基板10上握持的多变性，而不造成通过握持的手的拇指或手指遮 盖部分的偶极构造17。因此，自手在图1中示例地示出的定位，手能够相对于卡对角线36 略微转动+/-45°，而不造成这样的遮盖。图2示出具有握持区38和应答器区39的卡基板37，其中握持区38在两个相邻的 角区域40和41上延伸，并且具有三个侧边缘42、43、44，所述侧边缘通过基板表面11的侧边缘45、36、47形成。 应答器区39在这里构成条形地沿着基板表面11的另一个侧边缘48延展，并且容 纳天线导体结构49，所述天线导体结构具有偶极构造50，所述偶极构造直线定向地沿着侧 边缘48延展。如从图1和2的比较中得知，卡基板37的在图2中示出的实施方式允许握持位置 的相对于卡对角线26在-45°C和+135°C之间的可变性。图3示出具有握持区52和应答器区53的卡基板51的另一个实施形式，所述应答 器区基本上构成U形，并且在基板表面11的两个相邻的角区域54、55上且沿着与这些角区 域相关联的侧边缘56、57和58延伸。因此，握持区只是具有可从卡基板51的外部自由地 达到的侧边缘59，所述侧边缘通过基板表面11的侧边缘60形成，但是同样如在卡基板10 和37的在图1和2中示出的实施形式中的握持区12和38，握持区52在卡深度上延伸出中 央区域61。在图3中示出的卡基板51与在图1和2中示出的卡基板10和37的比较表明，握 持区毕竟至少仍允许在卡基板51上握持的可变性，所述可变性相对于卡基板51的中心轴 线62至少仍大致为+/-30°C。在图4和5中示出在图1中所示的卡基板10的纵向剖视图，其中图4示出具有在 其上构成的天线导体结构16的卡基板10，并且根据图5的图示示出与芯片模块63接触以 用于构成应答器模块64的天线导体结构16。从图4和5的概观中可清楚看出，用于与接头构造26的接头接触部28、29接触的 芯片模块63通过凸起的芯片载体接触部65、66接合在基板凹部67、68内，并且自卡基板10 的背面15与接头接触部28、29的接触背面69连接。芯片载体接触部65、66分别与第一和 第二接头导体70、71连接，所述第一和第二接头导体在这里与天线导体结构16相比同样作 为金属导电涂层设置在构成条形的芯片载体73的在这里构成为薄膜的基板72上。接头导 体70、71的相互面向的端部与芯片76的芯片接触部74、75接触，所述芯片位于芯片载体73 的与芯片载体接触部65和66相同的侧面上，并且接合在卡基板10内构成为芯片容纳部的 基板凹部77内。如从根据图5的图示可清楚看出，芯片76与天线导体结构16的接头构造26突起 地接触或设置允许在芯片载体接触部65、66和接头构造26的接头接触部28、29之间构成 的触点78、79的定位，以及芯片76在中性的弯曲平面80的区域内的定位，在所述弯曲平面 内，在卡基板10受到弯曲负载时出现应力减小到最低。图6示出应答器构造82，其具有卡基板83，所述卡基板的表面上构成由导线导体 84形成的偶极构造85。在卡基板83的表面上同样存在芯片载体或芯片基板86，在所述芯 片载体或芯片基板上设置有与接头构造87接触的芯片88。结构构造87具有耦合部分89， 所述耦合部分以限定的距离a，平行于偶极构造85的设置在卡基板83上的偶极部分90定 向，并且因此允许在通过接头构造87形成的环形偶极和偶极构造85之间的耦合。为了设置距离a，能够按照需要将芯片载体86涂覆在设置有偶极构造85的卡基板 83上，或者将偶极构造85涂覆在预先设置有芯片载体86的卡基板83上。
权利要求
1.一种用于芯片卡的天线构造，具有由表面导体形成的天线导体结构(16、49)，其中 所述天线导体结构具有设置在卡基板(10、83)上的偶极构造(17、50、85)，所述偶极构造 (17,50,85)具有第一天线束(18)和第二天线束(19)；接头构造(26、87)，所述接头构造 (26,87)用于将所述天线导体结构连接在芯片(76、88)上并且用于构成包括所述天线导体 结构和所述芯片的应答器，其中所述卡基板的表面(11)划分成用于操作所述芯片卡的握 持区(12、38、52)和用于设置所述应答器的应答器区(13、39、53)，使得所述握持区延伸出 基板表面的中央区域(61)，并且通过所述基板表面的侧边缘(34、45、46、47、60)形成所述 握持区的至少一个侧边缘(32、33、42、43、44、59)。
2.如权利要求1所述的天线构造，其特征在于，所述握持区(12)的角区域(30)与所述 基板表面(11)的角区域(31)重合。
3.如权利要求2所述的天线构造，其特征在于，所述握持区(38)的侧边缘(43)通过所 述基板表面(11)的侧边缘(46)限定，使得所述握持区的和所述基板表面的通过所述握持 区的所述侧边缘相互连接的两个角区域(40、41)重合。
4.如前述权利要求中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述天线束(18、19)在其 自由端上构成为开口的导体框(21、22)。
5.如前述权利要求中任一项所述的天线构造，其特征在于，用于将所述天线导体结构 (16,49)连接在所述芯片(76)上的所述接头构造(26)构成为具有耦合导体部分(81)的环 形偶极，所述耦合导体部分(81)设置成平行于所述天线导体结构的将所述天线导体结构 的天线束相互连接的耦合导体部分(20)。
6.如权利要求5所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造(26)的所述耦合导体部 分(81)和所述天线导体结构(16)的所述耦合导体部分(20)设置在所述基板表面(11)的 角区域(25)内。
7.如权利要求6所述的天线构造，其特征在于，所述耦合导体部分(20、81)分别具有相 互成角度地设置的两个耦合臂，所述耦合臂分别平行于所述基板表面(11)的侧边缘(47、48)延展。
8.如前述权利要求中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造(26)具有至 少两个构成为平面的接头接触部(28、29)，所述接头接触部(28、29)在朝基板背面(15)开 口的基板凹部(67、68)的上方延伸。
9.如权利要求8所述的天线构造，其特征在于，所述接头接触部(28、29)与所述接头 构造(26)的所述耦合导体部分(81) —体地作为材料涂层以涂层法涂覆在所述卡基板(10) 上。
10.如前述权利要求中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述天线导体结构(16、49)和所述接头构造(26)由相同的材料涂层形成。
11.如前述权利要求中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造由铝或含有 铝的合金形成。
12.如权利要求1至10中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造由铜或含 有铜的合金形成。
13.如权利要求1至7中任一项所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造(87)设置 在与所述卡基板(83)无关地构成的芯片载体(86)上。
14.如权利要求13所述的天线构造，其特征在于，所述接头构造(87)由以涂层法涂覆 在所述芯片载体(86)上的材料涂层形成。
15.如权利要求13或14所述的天线构造，其特征在于，设置在所述卡基板(83)上的所 述偶极构造(85)由至少一个导线导体(84)形成。
16.一种应答器构造，具有如权利要求8至12中任一项所述的天线构造，其中所述卡基 板(10)在其背面设置有包括设置在芯片载体(73)上的芯片(76)的芯片模块(63)，使得为 了使所述芯片与所述天线导体结构(16)的所述接头构造(26)电连接，所述芯片载体通过 突入所述基板凹部(67、68)内的芯片载体接触部(65、66)与所述接头构造(26)的所述接 头接触部(28、29)接触。
17.如权利要求16所述的应答器构造，其特征在于，所述芯片载体接触部(65、66)和所 述接头接触部(28、29)由铝或含有铝的合金形成。
18.如权利要求16或17所述的应答器构造，其特征在于，所述芯片(76)设置在所述芯 片载体(73)的与所述芯片载体接触部(65、66)相同的表面上。
19.如权利要求18所述的应答器构造，其特征在于，所述芯片(76)接合在在所述卡基 板(10)内用于容纳所述芯片而构成的基板凹部(77)内。
20.如权利要求19所述的应答器构造，其特征在于，用于接合所述芯片载体接触部 (65,66)的所述基板凹部(67、68)和用于容纳所述芯片(76)的所述基板凹部(77)设置成 基本上互相齐平。
21.一种应答器构造，具有如权利要求13至15中任一项所述的天线构造，其中所述卡 基板(83)在其表面上设置有芯片载体(86)，使得所述接头构造(87)的所述耦合部分(89) 设置成，相对于所述偶极构造(85)的所述耦合部分(90)限定在耦合区域内。
22.如权利要求21所述的应答器构造，其特征在于，所述卡基板(83)和所述芯片载体 (86)形成层压复合体。
全文摘要
本发明涉及一种用于芯片卡的天线构造，其具有由表面导体形成的天线导体结构(16)，其中所述天线导体结构具有设置在卡基板(10)上的偶极构造(17)，所述偶极构造具有第一天线束(18)和第二天线束(19)；接头构造(26)，所述接头构造用于将所述天线导体结构连接在芯片上并且用于构成包括所述天线导体结构和所述芯片的应答器，其中所述卡基板的表面(11)划分成用于操作所述芯片卡的握持区(12)和用于设置所述应答器的应答器区(13)，使得所述握持区延伸出基板表面的中央区域，并且通过所述基板表面的侧边缘(34)形成所述握持区的至少一个侧边缘(32)。
文档编号G06K19/077GK102105893SQ200980128765
公开日2011年6月22日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年5月23日
发明者曼弗雷德·里茨勒尔, 雷蒙德·弗里曼 申请人:斯迈达Ip有限公司