天线电池模块的制作方法

本实用新型涉及一种电池模块，特别是将感应天线及电池整合在电路板上的天线电池模块。

背景技术：

由于消费型态的改变，消费者越来越喜欢使用塑料货币，出门随身只要携带一张信用卡，便可省去身上要带大量钞票以及消费后要找零的困扰，特别是近年来感应式的悠游卡在应用上更加普及，举凡搭公交车、坐捷运、停车及便利商店购物皆可使用，结账时不需签名只要通过近距离无线通信技术（Near Field Communication，NFC）便能进行付款，但也因为信用卡的方便性造成盗刷事件时有所闻，特别是悠游卡若是遗失后被盗刷，使用者更是求偿无门。

为解决上述问题，如美国专利公开号为第2014/0279555A1号即公开了多种可动态生成安全码的智能卡，具有一组按键可让用户进行输入，通过内建电池供电到一微处理器动态生成安全码，并将运算结果或使用者所输入的数字显示于一内嵌屏幕，上述的电力供应来源都是来自一内嵌的电池，最后可通过射频天线进行数据的下载或是将信号传递出去，例如用户可通过手机周期性的接收一具有时效性的安全码，在交易进行前先将安全码设定于智能卡中，并在刷卡时把设定好的安全码传送至授权发卡机构或支付系统，在验证无误才交易成立，通过这样的机制能让智能卡在便利性与安全性之间取得平衡。

但是，美国专利公开号为第2014/0279555A1号的各个组成单元是各自独立，如图1所示，智能卡200包括控制单元202、电池单元204、记忆单元206、显示单元208、天线210、按键组212等组件，再通过金属导线予以一一连接，由于卡片本身在设计上有其厚度的考虑，因此，不允许各个组件之间有交错堆栈，因此所能配置电池的空间极其有限，况且内建的电池即使都不使用也会因电池自放电的关系，导致电力过放而使得电池无法再行蓄电。

另外，为了实现高速公路过路费电子收费系统（ETC，Electronic Toll Collection System），有业者推出内建电池的交通卡，其构造如图2所示，具有第一天线210可作为信号接收器进行通行费扣款，另一侧具有第二天线220可作电池的充电线圈之用，由于两个天线是分开设置的，这将使得原本就已十分局促的配置区域变得更小，导致第二天线220将会因电磁屏蔽效应而降低其充电效率。因此，如何在有限的电路板面积中同时设计有高储能电池及高充电效率天线，以增加供电效能及充电效率实为一重要的课题。

技术实现要素：

有鉴于上述的问题，本实用新型的目的在于提供一种天线电池模块，可将天线单元、电池单元及其他电子组件集结在一电路基板中，克服电路基板上因为过多组件的设置而导致电路板面积过大或厚度过厚的问题。

本实用新型的目的在于提供一种天线电池模块，通过直接将电池单元的活性材料层形成在电路基板上，因此，电路基板可直接为集电之用，以降低电池单元与电路基板之间的阻值，同时还利用电路基板做为电池单元的封装的一部分，可提供良好的阻水、阻气的封装效果。

本实用新型的目的在于提供一种天线电池模块，其可将天线单元围绕在电池单元的正投影方向上，且天线单元与电池单元在正投影方向上至少部分贴齐、完全贴齐、局部重叠或完全不重叠，其中天线单元及电池单元在不重叠的前提下，在正投影方向上的间距不小于5厘米则可获得接近于100%的有线充电效率。

本实用新型的目的在于提供一种天线电池模块，其通过模块化的设计，以整合天线单元、电池单元与其他电子组件，以降低开发电子应用产品（例如：智能卡）的复杂度。

因此，为达到上述的目的，本实用新型提供一种天线电池模块，其包括一电池单元及一天线单元，电池单元具有一集电基板、一电路基板、一电化学系统层及一胶框，电化学系统层密封于集电基板、电路基板及胶框内，天线单元设置于该电路基板。借此，本实用新型的电池单元与天线单元可紧密地布局，以有效地缩小电路基板的面积。天线单元则是设置在布局区域并正投影地绕设于电池单元。

其中，该电化学系统层包括：

两个活性材料层，一个该活性材料层直接形成于该集电基板并与之电性连接，另一个该活性材料层则直接形成于该电路基板并与之电性连接；

一隔离层，夹设于这些活性材料层；以及

一电解质，分散于这些活性材料层及该隔离层。

其中，该电路基板还具有两个电路表面，则该电池单元及该天线单元分别位于该电路基板的同一该电路表面或不同这些电路表面。

其中，该天线单元在正投影方向上环绕于该电池单元，且该天线单元及该电池单元在正投影方向上至少部分贴齐、完全贴齐、局部重叠或完全不重叠。

其中，该天线单元在弯折该电路基板后，正投影地围绕于该电池单元，且该天线单元及该电池单元在正投影方向上至少部分贴齐、完全贴齐、局部重叠或完全不重叠。

其中，该天线单元在正投影方向上更紧密围绕于该电池单元，且该天线单元及该电池单元在正投影方向上至少部分贴齐、完全贴齐、局部重叠或完全不重叠。

其中，该电池单元具有两个导电部且该天线单元具有两个连接点。

其中，各导电部与各连接点通过一导线电性连接，且该导线跨设于该天线单元或埋设于该电路基板。

其中，至少一该导电部与其对应的该连接点整合为单一端点。

其中，该导线的宽度不大于150微米。

其中，该集电基板为单面电路板或双面电路板，且该天线单元同时设置于该集电基板与该电路基板。

根据本实用新型所提供的一种天线电池模块，由于天线单元围绕设置于电池单元，且以正投影方向观之，天线单元与电池单元可至少部分贴齐、完全贴齐、局部重叠或完全不重叠的布局，因此能够有效地利用电路基板的面积，此外，当电路基板为双面电路基板时，其他的电子组件更可布局在与电池单元相对应的电路基板表面上，因此，可在不放大电路基板的前提下，以有效地整合电池单元与电路基板上的电子组件。另外，为了电性连接天线单元、电池单元及其他电子组件，更可在电路基板上蚀刻出的金属信号线以电性连接上述所有组件，同时更通过此些金属信号线以电性连接外部的控制单元（例如：集成电路、充电回路、无线信号处理器、显示单元等），以在电容量与天线效能之间取得优化的平衡。

附图说明

图1为现有技术的智能卡的系统架构图。

图2为现有技术的交通卡的示意图。

图2A为本实用新型的天线电池模块的结构示意图。

图2B为图2A的截面示意图。

图3A、图3B、图3C及图3D分别为本实用新型的天线电池模块的实施例的截面示意图。

图4为本实用新型的天线电池模块与电子组件连接的截面示意图。

图5为本实用新型的天线电池模块应用于智能卡的分解示意图。

图6A及图6B分别为本实用新型的天线电池模块应用在另一种智能卡的正、反面示意图。

附图标记说明

200 智能卡

202 控制单元

204 电池单元

206 记忆单元

208 显示单元

210 天线

212 按键组

210 第一天线

220 第二天线

1 天线电池模块

14 电池单元

142 集电基板

144 电路基板

146 电化学系统层

148 胶框

16 天线单元

18 电子组件

2 智能卡

222 上表面

224 下表面

242 按键电路

244 按键

262、264 金属导件

28 主板

A1 电路层

A2 电路层

C1、C2 连接点

D 间距

M 显示单元

T1、T2 导电部。

具体实施方式

本实用新型将提供一种天线电池模块的多个实施方式。在以下实施方式中详细叙述本实用新型的技术特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所提供的内容、权利要求书及附图，本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。

请同时参阅图2A及图2B所示，其中图2A为本实用新型的天线电池模块的结构示意图，图2B为图2A的截面示意图。

天线电池模块1包括一电池单元14及一天线单元16，其中电池单元14具有一集电基板142、一电路基板144、一电化学系统层146及一胶框148，电化学系统层146与集电基板142及电路基板144电性连接，且电化学系统层146与胶框148在正投影方向上夹设于集电基板142与电路基板144，使电化学系统层146密封于集电基板142、电路基板144及胶框148内。在正投影方向上观之，本实施例的天线单元16紧密围绕于电池单元14，且天线单元16与电池单元14在正投影方向上完全不重叠。但，在其他实施例中，天线单元16与电池单元14在正投影方向上除了上述紧密围绕的型态之外，也可为较不紧密的围绕（天线单元16与电池单元14之间具有较大的间距），或是可在弯折电路基板144后而使得天线单元16与电池单元14在正投影方向上呈现紧密或较不紧密的围绕型态。

另外，电池单元14具有两个导电部T1及T2、天线单元16具有两个连接点C1及C2，且每一个导电部T1、T2与对应的连接点C1、C2可通过导线电性连接，举例来说，连接与导电部T1、T2与连接点C1、C2的导线（图未显示）可跨设在天线单元16，为降低电磁效应的干扰，跨设在天线单元16的导线宽度不大于150微米，此外，也可以埋线设计的方式埋设在电路基板144内，在此型态下，除了可为保留导电部T1、T2与连接点C1、C2于电路基板的表面上，也可将至少一导电部与其对应的连接点整合为单一端点以简化电路基板144上布局设计，并减少电路基板144的面积。

集电基板142除了可为一般的金属集电层之外，也可以为电路板，因此当集电基板142为电路板的型态时，其如同电路基板144，在实际的应用与设计上可为单面电路板或双面电路板，以电路基板144为例，当电路基板144为双面电路板时具有两个电路层A1、A2，电池单元14与天线单元16可分别位于相同的电路层A1上，截面结构如图2B所示，其包括有位于相同电路层A1上的电池单元14及天线单元16；在图3A中则公开电池单元14与天线单元16分别位于电路基板144的不同电路层A1、A2上的型态；或是在特定的需求下，也可如图3B、图3C与图3D所示，这些实施例分别显示出两个位于不同电路层A1、A2的天线单元16与一个电池单元14的布局设计、一个天线单元16与两个位于不同电路层A1、A2的电池单元14的布局设计及两个位于不同电路层A1、A2的天线单元16与两个分别位于不同电路层A1、A2的电池单元14的设计。

另外，如图3A及图3B所示的实施例中，当有其他电子组件18要一并布局在电路基板144上时，在本实施例中可通过布局在与电池单元14不同的电路层A1或A2上，也就是与电池单元14对应设置的型态来进行电路的布局，其中所述的电子组件18可例如但不限于按键模块、显示模块或其他任何电子组件模块。

请再参考图4所示，此实施例中的天线单元16在正投影方向上围绕于电池单元14，但在天线单元16所围绕的区域中，除了包括可容置电池单元14的面积外，还保留有可供其他电子组件18或另一电池单元（图未显示）的空间，因此当电子组件18或另一电池单元要进行布局时，可以设置在与电池单元14相同的电路层上，并根据电子组件18的特性以决定各模块与电池单元14、天线单元16之间的必要间距，以避免电磁屏蔽效应影响其电性表现。

其中，本实用新型的电路基板144可为单层电路板或双层电路板，以双层电路板的材料为例，其可包括纸酚铜基板、纸环氧树酯（Epoxy）铜基板、Glass-Epoxy铜基板、Glass Composite（玻璃合成）铜基板、苯树脂铜基板或高分子、多元酯材料等的软性铜基板；其中电路基板144的电性组件布局区域上可通过激光雕刻、蚀刻、机械加工、溅镀、蒸镀、涂布等方式形成天线单元16，常见的天线结构型态有螺旋状、直线状、块状等；另外，电路基板144的表面上除了上述的电池单元与天线单元之外，剩余的表面上还可以覆盖保护层（图未显示），其材料可选自于电气绝缘材料、化学绝缘材料等，其材料可例如为聚亚酰胺（polyimide，PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚乙烯（PE；高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）等）、聚酰胺（PA）、亚克力树脂（Acrylic）、环氧树脂（Epoxy）或玻璃纤维等聚合物材料。而电池单元14中的电化学系统层146直接形成于电路基板144的金属表面上（例如:铜金属层表面），并以电路基板144为电池单元14的其中一个集电层，换言之，电化学系统层146的其中一活性材料层（例如:负极活性材料层）直接形成在电路基板144上，因此电化学系统层146与电路基板144之间无需额外设置连接部以将电化学系统层146与电路基板144进行电性连接，不但通过较大的接触面积以有效地降低电池单元的内部阻值，更简化制程或电路设计的复杂度；此外，电化学系统层146中还包括至少一隔离层（图未显示），隔离层可选自微米级与奈米级的二氧化钛（TiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）等材质、烷基化的陶瓷颗粒，使电化学系统层146在进行电化学反应时能达成离子的导通，并配合聚二氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，PVDF）、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯（PVDF-HFP）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，PTFE）、亚克力酸胶（Acrylic Acid Glue）、环氧树脂（Epoxy）、聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）或聚亚酰胺（PI）等高分子黏着剂来聚合陶瓷颗粒；当然，类似于电路基板144的表面，为确保电池单元14能够具有良好的阻水、阻气效果，在电池单元14的外表面（包括集电基板142）上也可覆盖以聚亚酰胺（polyimide，PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚乙烯（PE；高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）等）、聚酰胺（PA）、亚克力树脂（Acrylic）、环氧树脂（Epoxy）或玻璃纤维等聚合物材料所制成的覆盖层，以确保电池单元14与外界的隔绝性。

在实际的应用上，本实用新型的天线单元16可为感应天线，因此一方面可采用通用异步接收传送器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）的数据格式，以作为NFC的数据传输，其编码方式为不归零（Non-Return-to-Zero，NRZ）编码，另一方面天线单元16也可作为电磁感应的无线充电天线，并且符合A4WP（Alliance for Wireless Power）、PMA（Power Matters Alliance）及WPC（Wireless Power Consortium）等联盟所制定的标准格式；此外，天线单元16可因应不同的功能需求另外作为蓝芽功能模块、WIFI功能模块、LTE功能模块或3G功能模块等等，上述功能模块的任意组合的天线用途。

为避免天线单元16所能感应的磁力线被电池单元14屏蔽，较佳的天线单元16的布局型态是电池单元14的任一边缘与天线单元16之间的最小间距（请参考图2B中所示的D）不小于2厘米。根据实作的数据显示，当天线单元与电池单元在正投影方向上为贴齐或重叠的型态时，由于天线单元与电池单元的电磁屏蔽效应影响，无线充电效率大约为有线充电效率的10-15%，其中有线的充电方式是指直接接触式的充电器来进行；当天线单元16与电池单元14的间距设计在小于2厘米但并不贴齐或重叠的状态下，因为天线单元16与电池单元14彼此的电磁屏蔽效应较为改善，但对于电池单元14来说，在此状态下的无线充电效率仍约仅为有线充电效率的40%；当天线单元16与电池单元14的间距设计扩大到2厘米时，此时的无线充电效率大约可回升至60%；当天线单元16与电池单元14的间距拉大至3厘米时，其供电效率约可达到80%；一旦当天线单元16与电池单元14的间距大于6厘米以上之后，天线单元16所提供的无线充电效率几乎相同于直接接触式的充电器的有线充电效率，也就是无线充电效率近乎达到100%的效果。由此可知，为了降低屏蔽效应的影响，天线单元16与电池单元14之间的间距当然是越远越好，但在有限的电路基板144面积下，过大的间距仍会有牺牲过多的电路布局面积的缺陷，或是在部分的产品中，虽然天线单元与电池单元为贴齐或重叠的状态而导致充电效率较差，不过因为产品本身的充电需求较低，在维持整体天线电池模块的尺寸可保持在较小设计的前提下，对于充电效果的影响也不至于太严重。

请参阅图5，此为本实用新型的天线电池模块应用在智能卡的分解示意图。由于智能卡2在运用上不仅需要动态生成安全码，也可作为安全码输入进行信用交易的确认，例如可以输入上表面222中所载的信用卡卡号或有效年月，或是下表面224所载的检核码，因此当按键电路242被用户按下按键244触发后，按键信号便会通过信号线传递到金属导件264输出，同时天线电池模块1也通过金属导件262对主板28供电，通过主板28中的控制单元运算后，以电磁信号的方式将运算结果，通过感应天线单元16发射至接收端，或显示在显示单元M上。接收端包括数字板的感应回路，或其他接收电磁信号的装置，例如商店结账柜台前所摆设的付费感应卡片阅读机，或是用以替手机无线充电的传感器。此外，由于根据iso78165的智能卡规范，智能卡2与卡片阅读机相接触的8个金属脚位中，有2个脚位Vcc与Vpp是可以对智能卡2内部的集成电路进行供电，因此即使不通过感应充电的方式，主板28的充电回路仍可通过这两个脚位取得外部电力对电池单元14进行充电。其中，金属导件262、264作为天线电池模块1与控制单元进行感应充电或是按键电路242信号输出的接口，除铜箔外也可镀上锡、铟、银、黄铜、青铜或金以增加防蚀、抗氧化及导电的能力。

请参阅图6A、图6B，此为本实用新型的天线电池模块应用在另一种智能卡的正、反面示意图，与上述实施例不同的地方在于，本实施例中的天线单元16、电池单元14、电子组件18（例如图中所示的按键电路242）以及显示单元M都通过信号线配置在同一块电路基板144的两个电路层A1、A2上，而不再需要通过额外的金属导件来连接，由于天线单元16配置围绕在整个智能卡2的最外围，因此，当天线电路16只要有部分接触接收端即可进行信号传输或是无线充电。

但是以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属于本实用新型的保护范围内。