专利名称：智能卡制造中快速埋天线的方法和设备的制作方法
本申请要求以2000年11月8日提交的、美国临时申请号为60/247，436、题为“对于非接触智能卡制造用于天线圆导线快速压埋的高精度压敏音圈的集成”的美国临时申请为优先权。
基于存储器的智能卡包括存储器和某些不可编程逻辑。这种卡可用于例如身份证(卡)或电话卡。更复杂的基于处理器的智能卡包括一个中央处理器(CPU)，一个用于存储操作系统的ROM，一个主存储器(RAM)，和一个用于存储应用数据的存储区(通常是EEPROM)。基于处理器的智能卡可以用于需要复杂计算和对安全需求更高的场合。
智能卡可分为两大类，接触卡和非接触卡。接触卡必须插入一个读卡器才能读取信息。接触卡包括一个通常是镀金的、带有连线的互连模块。如ISO7816标准中所列出的，互连模块可以包括电源、复位、地线、串行输入/输出(SIO)和时钟信号连线。连线与读卡器中的引线实际接触，以给IC芯片供能并与之通信。接触卡通常被用于预付费用的电话卡和银行卡。
非接触卡不需要与读卡器接触以读取信息。非接触卡包括一个埋在卡中的天线，它可用来通过无线电信号或感应进行能量传输和通信。非接触卡与接触卡相比的优点是交易速度快，容易使用，对卡和读卡器的磨损小等。
可以按所需的天线模式，通过超声波加热导线并将其埋入卡基片的塑料中而形成天线。决定埋(天)线的成功和质量的参数是用来加热导线的超声波能量，及埋入的压力和速度。关于压力，如果埋线头施加过大的压力，布线角(wiring horn)可能进入到塑料，且塑料可能激发回到工具上。然而，如果施加太小的压力，导线可能完全不能嵌入到塑料中。于是，希望精确控制埋线期间所施加的压力。
本发明的目的是提供一种在非接触智能卡制造过程中快速埋(天)线的方法和设备。
根据本发明的装置布线角；供线器，可操作用来通过布线角供给导线；加热元件，可操作用来加热导线；以及电磁激励器，可操作用来驱使布线角进入塑料卡基片。
在一个实施例中，用于在非接触智能卡中植入导线天线的系统包括具有音圈激励器的超声波埋线头，以便控制使被加热的导线进入塑料卡基片的压力。由激励器所产生的力正比于激励器中缠绕的线圈中的电流。
控制器使用反馈系统保持相对不变的施加压力。反馈系统监视线圈中的电流，且控制器响应被监视的电流发出增加或减少线圈中的电流的电子信号。
图2A是根据本发明包含数个卡模块的薄片的平面图。
图2B是图2A的卡模块之一的放大图。
图3是根据本发明的一实施例的埋线系统的框图。
图4是根据本发明的一实施例的音圈激励埋线头的透视图。
图5是根据本发明的一实施例的音圈激励器的剖视图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的一实施例的非接触智能卡100。非接触智能卡100包含与嵌入在塑料卡层106中的线绕天线104连接的一集成电路(IC)芯片102。天线104可以包含三或四圈导线，并一般是位于围绕卡的周边。卡可以符合国际标准化组织(ISO)对于遥控耦合非接触卡的国际标准14443或15693。ISO规定了卡的物理，机械和电气特性，及卡与读卡器之间的通信协议，但没有限制卡中IC芯片的体系结构或卡的应用程序。这种非接触智能卡的流行的体系结构是Mifare体系结构，而相关的协议由菲利普半导体(Philips Semiconductor)开发的。
读卡器外围设备和读写器(R/W)单元，通过低瓦数(一般在10MHz到15MHz)的无线电频率，读非接触智能卡。读卡器通过通常是线圈形式的发射天线产生低电平磁场。磁场的作用是作为从读卡器到非接触智能卡的能量载体，智能卡通过嵌入的天线104访问这一磁场。读卡器恢复来自被动的智能卡的电磁信号，并把该信号转变回电的形式。一旦读卡器已经检验差错并验证从智能卡收到的数据，数据就被解码并重构，用于按主计算机所要求的格式传输。
如图2A和2B所示，可以从单一的塑料薄片200，例如PVC或ABS，同时批量制造非接触智能卡。塑料片200形成智能卡模块202的基片，智能卡随后被从薄片200上切下。在薄片中相应于每一卡的IC模块的位置冲出孔。然后IC模块204被放置在孔中并以粘合剂固定就位。
在薄片上填充IC模块之后，安装卡天线204。可以使用压埋技术(staking technique)嵌入卡天线，其中绝缘导线由布线角被加热并被压入塑料卡基片，导线是通过布线角供给的。被加热的导线使导线接触的塑料液化。液化的塑料在导线被压入基片时机械地将其俘获。机器人系统可移动一埋线头，埋线头包括布线角和导线供料器/切割器，使得在埋线头按所需的天线模式移动时，被加热的导线从布线角连续地供给，并被嵌入塑料基片。导线可以是大约直径4密尔的聚酯绝缘铜导线，它可以被嵌入到厚度为0.1到0.3mm的卡基片中，卡基片可包括不同类型的塑料，例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG。
图3示出根据本发明的一实施例的导线嵌入系统300。控制器302向埋线头303发送电控信号，以便在嵌入导线时控制由布线角向卡基片所施加的压力。埋线头可以包含压力传感器304，该传感器向控制器发送电信号，指示由埋线头向卡基片实际施加的压力。
由于塑料卡基片和/或下面的工位单元台板可能不十分平整，因而在植入天线时可能需要调节由埋线头所施加的压力量。控制器300可以使用从压力传感器反馈的信号，实时地调节由埋线头施加的压力，使压力保持在所需的压力或所需的压力范围。上述反馈系统的效率部分地取决于埋线头能够响应来自控制器的控制信号调节施加的压力的速度，以及压力传感器能够确定由布线角施加的即时压力的速度。
可以使用机械激励器，例如液压或弹簧激励器，迫使导线进入卡基片。可使用机械激励器控制由埋线头所施加的压力，以保持布线角在预定的高度。然而在这种系统中，为了调节压力高度必须由机械激励器把由控制器发出的电信号转换为机械运动。当在卡中存在表面变化时，会引起作为控制压力手段的高度控制的另一问题。例如，基片在某些区域可能比另些区域薄，例如从0.5mm到1mm变化。这种情形下，布线角可能打穿基片，在埋线头按天线模式移动时向塑料基片犁出孔。而且，压力传感器可以使用机械装置确定压力，例如通过测量连接到布线角的部件与固定部件之间的相对位置。这些机械测量必须转换为电信号，并然后反馈给控制器。电/机械置换需要时间并可能导致进入反馈系统相当程度的滞后，这能够降低系统的性能及嵌入天线的质量。
在一个实施例中，使用电控激励器305而不是机械激励器调节压力，以便降低由电/机械置换产生的滞后。图4示出根据一实施例的音圈控制超声波埋线头400。该埋线头包括供线器402和切割器404，通过其供给导线408的布线角406，以及音圈线性激励器410，它控制布线角被压入卡基片的压力。布线角406可以由压电换能器以例如70kHz级的超声波频率振动。超声波振动转换为摩擦热，加热通过布线角供给的导线404。
图5示出音圈激励器410的内部结构。音圈激励器采用永久磁场和线圈(导体)产生正比于施加到线圈的电流的力。导线502的管形线圈位于径向磁场内。该磁场由嵌入在铁磁性圆柱体506内径上的永久磁体504产生，其配置使得“面向”线圈502的磁体504都是同极性。沿线圈的轴向中心线配置的铁磁性材料的内核504，在其一端与永久磁体组件结合，用来完成磁路。当电流流过线圈时在线圈轴向产生的力在磁场组件和线圈之间产生相对运动。
由控制器300发出的电控信号能够直接转换为施加在线圈502的控制电流。这一精确的力控制使音圈埋线头能够补偿工作基片及下面的工位单元台板平整度及厚度很小的变化。因为力正比于施加的电流，故能够达到非常精确的力控制，而没有由机械系统中电/机械转换造成的滞后度。而且，在例如由于碰撞，弯曲或其它表面变化所至施加的压力变化时，线圈中的电流就变化。可以装入激励器或控制器的压力传感器能够通过电气上监视电流的变化而监视压力的变化，并把这一信息发送给控制器。这使得能够进行非常精确的压力传感而没有机械系统中由机械/电转换所引起的滞后度。精确的压力控制和精确的压力传感的组合使系统能够在植入操作期间比机械系统更好地保持不变的压力及更快的反应。
控制器300能够被编程，以便对具有不同厚度和/或由不同类型塑料例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG组成的卡基片设置不同的压力。
在导线天线被嵌入之后，导线天线205的末端210被焊接到IC模块204，以提供每一卡模块中的IC模块与天线之间的电气互连。当薄片200上所有的卡模块202中的互连满意时，薄片200可被继续传送到层压工序。一旦进行了层压，薄片200可被切割成各个智能卡。
由系统及其组件所进行的操作可以硬件或软件，或两者的组合(例如可编程逻辑阵列)实现。除非另有规定，作为操作的一部分所包含的算法不与任何特定计算机或其它设备内在相关。特别是，各种通用的机器可与根据这里所述的原理而编写的程序一同使用，或者可以更方便地构成更为专用的设备，以执行所需的方法步骤。然而，本发明最好是在可编程系统上执行的一个或多个计算机程序中现实，每一可编程系统包括至少一个处理器，至少一个数据存储系统(包括易失和非易失存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，以及至少一个输出装置。程序代码用来输入数据，以便执行这里所述的功能并产生输出信息。输出信息以已知的方式施加到一个或多个输出装置。
每一个这种程序可以任何所需的计算机语言实现(包括机器语言，组件语言，高级过程语言或面向对象编程语言)，以便同计算机系统通信。在任何情形下，该语言是可被编译或解释的语言。
每一这种计算机程序最好存储在可由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或装置中(例如ROM，CD-ROM或磁性或光学介质)，用于当存储介质或装置由计算机读取时设置并操纵计算机，以便执行这里所述的过程。还可以把系统当作为以计算机程序设置的计算机可读存储介质来实现，其中这样设置的存储介质引起计算机按特定的和预定的方式操作，以执行这里所述的功能。
已经描述了数个实施例。然而，应当理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情形下可以做出许多修改。因而，其它的实施例也在以下权利要求的范围内。
权利要求
1.一种方法，包括在导线和智能卡基片之间以电磁激励器施加压力；以及在智能卡基片中的天线中压埋导线。
2.权利要求1的方法，其中电磁激励器包括一音圈激励器。
3.权利要求1的方法，还包括监视激励器中导电线圈中的电流；以及响应被监视的电流而改变线圈中的电流。
4.权利要求3的方法，其中所述改变电流包括保持所需范围内的压力。
5.权利要求4的方法，还包括增加线圈中的电流，以增加由激励器施加的压力；以及降低线圈中的电流以降低由激励器施加的压力。
6.一种导线埋线设备，包括布线角；供线器，可操作用来通过布线角供给导线；加热元件，可操作用来加热导线；以及电磁激励器，可操作用来驱使布线角进入塑料卡基片。
7.权利要求6的设备，其中电磁激励器包括一永久磁体的壳体；可滑动安装在壳体中并包括铁磁性材料的内核；以及缠绕在内核周围的导电材料的管形线圈，并可操作用来接收电流。
8.权利要求6的设备，其中加热元件包括一超声波换能器。
9.一种导线天线埋线系统，包括导线埋线设备，它包括布线角，供线器，可操作用来通过布线角供给导线；加热元件，可操作用来加热导线；电磁激励器，可操作用来驱使布线角进入塑料卡基片；以及控制器，可操作用来监视线圈中的电流，并响应被监视的电流而改变线圈中的电流。
10.权利要求9的系统，其中电磁激励器包括包括一永久磁体的壳体；可滑动安装在壳体中并包括铁磁性材料的内核；以及缠绕在内核周围的导电材料的管形线圈，并可操作用来接收电流。
11.权利要求9的系统，还包括与导线埋线设备连接的机器人系统，并可操作以便使所述设备按所需的天线模式运动。
12.权利要求9的系统，其中控制器可操作以便控制激励器增加线圈中的电流，以增加由激励器施加的压力；以及降低线圈中的电流以降低由激励器施加的压力。
13.权利要求9的系统，其中控制器进而可操作用来改变线圈中的电流，以便保持由激励器施加的所需的压力。
14.一种包括计算机可读介质的产品，该介质包含计算机可执行指令，这些指令可操作以便引起机器进行在导线和智能卡基片之间以电磁激励器施加压力；以及在智能卡基片中的天线中压埋导线。
15.权利要求14的产品，其中电磁控制的激励器包括音圈激励器。
16.权利要求14的产品，还包括可操作指令，以便引起机器进行监视激励器中导电线圈中的电流；以及响应被监视的电流而改变线圈中的电流。
17.权利要求16的产品，其中引起机器改变电流的指令包括引起机器在所需范围内保持压力的指令。
18.权利要求17的产品，还包括可操作的指令，以便引起机器进行增加线圈中的电流，以增加由激励器施加的压力；以及降低线圈中的电流以降低由激励器施加的压力。
全文摘要
在非接触智能卡中用于导线天线埋线的系统，包括带有音圈激励器的超声波埋线头，以便控制把被加热的导线压入塑料卡基片的压力。由激励器产生的力正比于激励器中缠绕的线圈的电流。控制器使用反馈系统保持相对不变施加的压力。反馈系统监视线圈中的电流，且控制器响应被监视的电流而发出电信号，以便增加或降低线圈中的电流。
文档编号B42D15/10GK1412718SQ0211780
公开日2003年4月23日 申请日期2002年5月15日 优先权日2001年10月12日
发明者P·阿曼德奥, V·塔班 申请人:美国太平洋航空技术公司