专利名称：微电路卡和包括微电路卡的移动终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电路卡的技术领域，更准确但不排他地，涉及移动电话网络识别卡 的技术领域。
背景技术：
已知识别卡亦称SIM卡(“Subscriber Identity Card Module”的首字母，“用户 识别卡模块”)或 USIM 卡(代表“Universal Subscriber IdentityModule”，“全球用户识 别模块”)，还称为 UICC 卡(代表“UMTSIntegrated Circuit Card”，“UMTS 集成电路卡”)， 或更一般地称为RUIM卡(代表“Removable Universal Identity Module”，“可移除全球 识别模块”)。这些卡一般由数据处理装置和储存移动电话网络用户专用信息的数据存储装置 组成。在移动终端(如便携式电话)内部，该卡的存在(由于包含在该识别卡中的信息) 允许该终端连接到网络，并与该网络的其他装置交换数据。该卡构成电话的加密元件，由于 例如在该卡存储装置中存储认证密钥，允许认证该卡的用户。特别是在文献W0 2007/113729中，已知在移动终端体中加入近场通信无源天线 以及适配并连接至该天线的、同样用NFC( "Near FieldCommunication”的首字母，“近场通 信”)模块设计的通信模块，包括该NFC模块和天线的组件，允许该终端与具有利用NFC技 术的外部非接触卡的读出装置进行射频通信。已知的近场通信协议例如是由标准ISO 14443定义的协议。这种移动终端的用户可以访问不同的无线服务，例如加密的电子支付服务，打开 可以与根据NFC技术设计的读出装置交换信息的通道服务。为了利用这种类型的服务或为了交换信息，用户将其移动终端放在这种读出装置 (例如支付终端或访问终端)附近，使之能够建立近场通信。为了保证通信质量，在文献W0 2007/113729中特别规定，天线在移动终端体中展 开，以便赋予它尽可能大的尺寸。当将天线布置在电话中时，还需要考虑紧靠天线的金属环境，天线可能建立相对 较大的干扰，成为缩小天线作用范围的原因。因而，将天线集成在最初并非为近场通信运行而设计的标准移动终端中，特别是 由于这些空间的约束，可能被证明是复杂的，甚至是不可能实现的。
发明内容
本发明的目的就是专门克服这些缺点。为此，本发明提出了一种微电路卡，如移动电话网络的识别卡，包括构成数据处 理微控制器的微电路，被配置为通过近场通信天线与非接触卡读出装置交换数据信号，其 特征在于，所述微电路卡包括第二微电路，第二微电路包括功率放大装置，用于对要在处理微控制器和读出装置之间交换的数据信号进行放大。本领域技术人员用现有技术绕过上面提出的解决方案，该现有技术教导本领域技 术人员将天线放在微电路卡之外，以便能够增大其尺寸，从而扩大其作用范围。上面提出的解决方案，根据一种非常不同于现有技术所使用的途径，来提出解决 问题的方案。“处理微控制器”是指一种集成电路，它能够以自主方式执行功能，并且例如集成 了由微处理器和数据存储装置形成的数据处理装置。根据本发明，该处理微控制器还被配置为能够与所述卡的非接触读出装置建立近 场通信。例如，在移动电话网络识别卡的情况下，该处理微控制器也能够与移动电话单元 传输安全数据，以识别移动电话网络。这样的微控制器通常称为“SIM芯片”。由于有放大装置，天线的作用范围增大，而无须加大天线的尺寸。反之，可以在保 证通信质量的情况下缩小天线的尺寸，等价于提供尺寸更大但其信号不放大的天线。另一方面，作为放大装置优选以微电路的形式直接加入微电路卡，要使任何移动 终端都适应非接触通信技术并不难。事实上，因为天线尺寸可以较小，因此可能免受移动终 端内部存在的空间拘束。适用的放大装置，例如包括由NXP半导体公司开发的PN 512微控制器。通过在微电路卡中配备数据信号放大装置，可以改善天线的性能。因此，有可能缩 小其尺寸，而同时保持通信质量，从而便于将其加入移动终端，而且优选加入尺寸较小的元 件(特别是用户识别卡)中。因而，由于有放大装置，天线易于装入最初并非为建立近场通信而设计的标准电 话中。例如，该微电路卡是MIFARE 技术类型的。该卡优选包括电路基片，用于限定下表面，该下表面承载至少一个微电路；以及 上表面，作为下表面的反面，承载与至少一个卡外装置接触的金属片。在本发明一种优选模式中，基片的下表面承载两个微电路。该卡优选包括天线，而该天线由基片支撑，优选由承载该处理微控制器的基片的 下表面支撑。例如，该天线由导电线圈多圈缠绕而成，被布置为在基片的外围延伸。第一和第二微电路优选连接至触点金属片，例如标准ISO 7816-2定义的触点C5， 用于连接至模块之外的供电电路。此外，金属片的外部轮廓优选限定面积小于基片上表面面积的表面，例如小于基 片上表面面积的一半。由于基片和金属片这种特定的配置，有可能将该处理微控制器以及实施本发明所 需的全部辅助元件(如放大装置、实现阻抗匹配的部件、构成放大装置时钟的石英和天线) 都集中在基片的同一面上。根据本发明的卡还可以包括一个或几个特征，根据这些特征-微控制器是为了与根据如标准ISO14443定义的近场通信协议的读出装置交换 数据信号而配置的；-读出装置是为了根据第一通信协议进行通信而配置的，而该处理微控制器是为了根据第二通信协议进行通信而配置的，此外，该卡包括将数据信号从一个协议变换为另 一个协议的接口；-该卡包括限定该卡外部尺寸的卡体，还包括容纳基片和至少一个微电路的腔体， 基片的下表面指向该腔体的底部；-卡体整体呈板状，并包括一个中央区域，限定该腔体和围绕该腔体并具有预定最 小宽度的周围区域，以形成该卡的刚性框架；-电路和该卡体的基片在该卡的水平面上以基本上为1的比例具有基本上相似的 尺寸；-该卡是移动电话网络的SIM、USIM、RUIM类型识别卡；-该卡的最大尺寸小于50mm；-第一微电路的微控制器是为了与移动终端的单元传输安全数据以识别移动电话 网络而配置的。最后，本发明提出了一种移动终端，包括移动电话网络识别卡和向该卡供电的电 池组，其特征在于，该识别卡是根据本发明的微电路卡，处理微控制器和放大装置由该电池 组供电。
通过阅读以下仅作为示例并参照附图给出的描述，可以更好地理解本发明，附图 中-图1表示包括根据本发明第一实施模式的微电路卡的移动终端；-图2表示图1的卡的功能体系结构示意图；-图3表示图1的卡的放大上视图；-图4表示图3的卡沿着4-4线的剖面图；以及-图5表示对应于图3的卡的电路基片的部分下视图。
具体实施例方式图1表示整体以参考符号10标识的可以在其中实施本发明的移动终端。在以下一 系列描述中，将描述本发明在传统的移动电话中的特定用途。显而易见，本发明可以应用于 所有类型的移动终端，具体如数码通信助理(“connected PDA”，“连接的个人数字助理”)、 多功能移动电话(“Smart Phone”，“智能电话”)等等。移动电话10传统上包括外壳12，特别是具有电池组14以及在电话10与例如GSM/ GPRS类型的移动电话网络之间进行数据发送/接收的装置16，该装置16包括例如天线18 和基带处理器20，用以交换安全数据和发送接收数据包。为简单明了起见，一般出现在移动电话中的其他硬件和软件元件，如特别是显示 屏、键盘等等在图1上将不予显示。此外，正如在该图上示意性说明的，电话10还包括移动电话网络识别卡22。这个 识别卡22，一般亦称SIM卡("Subscriber Identity CardModule”的首字母，“用户识别 卡模块”)或 USIM 卡(代表 “UMTSIntegrated Circuit Card”，“UMTS 集成电路卡”)，或更 一般地称为RUIM卡(代表“Removable Universal Identity Module”“可移除全球识别模块”)，一般是微电路卡或智能卡。下面所谓该卡的芯片是指这个卡的整个电子电路。显而易见，该卡22包括卡体24，限定该卡22的外部尺寸，这些外部尺寸优选等于 标准ISO 7816定义的ID-000格式的尺寸(图3)，即尺寸25mmX15mm。在一个方案中，它 还可以指小型UICC(代表“Universal Integrated Circuit Card”，“全球集成电路卡”)格 式的卡。它还可以指存储卡，例如，MMC类型(代表“Multi Media Card”，“多媒体卡”)或 RS-MMC类型(代表“Reduced Size Multi Media Card”，“小型多媒体卡”)存储卡。在第一实施模式中，卡22包括与外部装置，例如与移动电话网络数据发送和接收 装置16接触的接口 26。这个触点接口 26包括八个触点C1至C8，其中5个是标准IS07816-2规定的。该 标准一般地定义卡22表面与卡外装置的电触点的功能、位置和数目。因此，根据这个标准，一般以I/O (输入/输出)标识的触点C7例如用通信信道28 与外部装置(例如与基带处理器20)和与在该卡22的芯片和基带处理器20之间交换数据 用的卡22的芯片连接。一般以VCC标识的触点C1构成该卡22的供电端子，并在该示例中 连接到电话10的电池组14的相应端子。一般以GND标识的触点C5定义为该卡的芯片22 和卡外装置22的公共基准电位。此外，该卡22还包括具有微电路的电子模块30。该模块30包括第一微电路32， 构成数据处理微控制器。在该第一实施模式中，该第一微电路32的微控制器优选被配置为与移动终端的 单元传输安全数据，以便识别移动电话网络。该微控制器通常亦称用户识别卡的“SIM芯 片”。另一方面，该微控制器32包括例如随机存储器(RAM代表“Random Access Memory”，“随机存取存储器”)、只读存储器(ROM代表“Read Only Memory”，“只读存储器”)、 微处理器和存储电话10用户专用数据用的非易失性存储器。这些元件一般出现在识别卡 22中，并允许管理通过移动电话网络进行的安全电话通信。但应指出，微控制器32部件的 这个列举不是限制性的，还可以包括适于移动电话网络通信的管理的所有组件。处理微控制器32连接到接口 36的某些触点，如以RST(Reset复位)标识的触点 C2用于微控制器的复位，以CLK标识的C3用于时钟信号传输，对于CI、C5和C7上面已有 描述。电子模块30还包括承载该卡的芯片22和特别是处理微控制器32的基片34。更 准确地，基片34限定第一面，微控制器32在其上延伸的所谓下表面341 ；以及第二面，作为 第一面的反面，承载触点接口 26的所谓上表面34S。基片34—般用电绝缘材料(例如环氧 化物)来实现。在该示例中，显而易见地，触点接口 26由金属片36形成，而第一微电路32与该金 属片成直角地延伸，以便于微电路32与不同金属触片36的电连接。传统上，在下表面341 上延伸的电路用导电丝穿过设置在基片34中的钻孔38( “通孔”)连接到金属片36。在一个未示出的方案中，该芯片可以用芯片“倒装片”(“flip-chip”，“倒装片”) 方法装配在基片上，即该芯片的所有触点以金属珠的形式均位于单一面上。当金属珠焊接 到基片34上适当的导电体而进行装配时，该芯片倒装。
为了装入模块30，正如图4示意的，卡体24优选设有腔体40，容纳模块30，被布置 为使承载微电路32的下表面341指向这个腔体40的底部42。例如，凹腔体40包括对应于 卡体22的变薄部分的厚度恒定的底部42，以及限定阶梯46、包围底部42、高于底部42的周 围边缘44。这个周围边缘44具有基本上平的用来支持基片34的表面。该模块30通过将 基片34下表面341的边缘粘接在周围边缘上或用所有其他适当的方法，固定在卡体24的 凹腔体40中。此外，在该示例中，该移动终端10被配置为与终端10以外该卡22的读出装置(如 读写终端(未示出))通过近场耦合来交换数据，并为此包括近场通信的天线48 (示于图2、 4和5)。天线48优选是为与根据标准ISO 14443定义的近场通信协议的读出装置进行通 信而配置的。因此，例如该天线是针对预定频带，如在该标准定义的载波频带上进行通信而 设计的。因此，在该示例中，该组件包括天线48和调谐频率基本上等于13. 56兆赫的部件 52。为此，处理微控制器32是为了通过这个近场通信天线48来与该读出装置交换数 据信号而配置的。在该示例中，该读出装置是为了根据第一通信协议(如由标准IS014443定义的近 场通信协议)进行通信而配置的。另一方面，微控制器32是为了根据第二通信协议(如 协议 SPI( "serial peripheral interface” 的首字母，“串行外围接口”)、I2C( "Inter Integrated Circuit” 的首字母，“集成电路间”)或 SWP( "Single Wired Protocol” 的首 字母，“单线协议”)进行通信而配置的。因此，为了允许微控制器32与非接触卡读出装置交换数据，该卡22还包括将数据 信号从一个协议变换为另一个协议的接口(未示出)。更具体地，为了改进与卡的读出装置进行的近场通信的质量，该卡22包括第二微 电路50，第二微电路50具体包括功率放大装置52，用于对要在处理微控制器32和天线48 之间进行交换的数据信号进行放大。第二微电路50优选地承载于基片34的下表面341。适当的放大装置52，例如由 NXP半导体公司商业销售的微控制器PN 512组成。在该示例中，第二微电路50还包括放大装置52对近场通信天线48的阻抗匹配装 置51。该匹配装置51，例如由可以包括无源和有源元件，如特别是包括在天线48中的电阻 器和电容器组成。另一方面，该放大微控制器52例如通过传统的串行数据总线53连接到处理微控 制器32。此外，第二微电路52包括构成时钟55的石英，用以向由该放大装置所发送/接收 的信号提供时钟。另一方面，第二微电路50还可以包括上述变换接口。这些不同的微电路布置示意性地在图2上示意，它表示该卡的芯片22的功能体系 结构。因此，该第一 32和第二 50微电路优选连接到金属片触点36 (例如标准ISO 7816-2的触点C5)，用以连接到卡外的供电电路。在该示例中，外部供电电路由移动终端10 的电池组14构成。因此应指出，在移动电话关机的情况下，该识别卡22得不到供电，因而 放大装置52不再工作。另一方面，天线48连接到放大装置52，而该放大装置52连接到微 控制器32。
由于有该放大装置52，天线48的作用范围得以扩大。因而，有可能缩小天线48的 尺寸，使之能够装入卡24，而且优选根据图5示意的本发明的第一实施模式，将电子模块30 装在基片34上。因此，图5表示承载近场通信天线48的模块的基片34，该天线48根据本发明的第 一实施模式在基片34的下表面341上延伸。在该示例中，天线48采取导电线圈54多圈缠 绕的方法形成，以便被布置为在基片34的周围上延伸。如图5示意的，这些线圈54形成环 形，沿着基片34轮廓的整个外围，形成整体呈矩形的环，在从基片34的内部向外部的方向 上周长逐渐增大。另一方面，该图所示的天线48采取刻在基片34下表面的导电线迹的形 式实现。如图4和5更具体地表示的，为了将近场通信天线48、两个微电路32和50集中在 基片34的同一面上，优选集中在基片34的下表面341上，基片34基片的上表面34S (或下 表面341)的面积大于该金属片36外部轮廓所限定的金属片36面积。例如，该金属片36 的面积具有基本上标准化的格式，其面积小于基片的上表面(或下表面)面积的一半。电路的基片34和卡体24优选在该卡的水平面上以基本上等于1的比例具有基本 上相似的尺寸。在图3示意的本发明的第一实施模式中，凹腔体40在卡体24的中央区域60内延 伸，被宽度基本上恒定的周围区域62包围。这个周围区域的宽度是预定的，从而为卡22的 组件赋予足够的刚性，并因而构成卡22的刚性框架62。该框架62还允许保护模块30，通过覆盖模块基片的侧向固定区域，防止模块偶然 与卡体24脱离。本领域技术人员根据其一般学识不难决定适于实现所要求的刚性作用的 周围区域62的宽度值。具体地，适合的周围区域62的宽度，例如在ID-000格式卡的情况 下，大于或等于约1毫米，优选等于2毫米。在未在这些附图中示意的第二实施模式中，该卡包括三个微电路。第一微电路构 成第一数据处理微控制器，专门配置用于交换与近场通信相关的数据，并连接到包括根据 本发明的放大装置在内的第二微电路。在这种情况下，这些第一和第二微电路形成独立于第三微电路的组件，第三微电 路构成第二处理微控制器，被配置为与移动终端单元传输安全数据，以识别移动电话网络。 该第二处理微控制器通常采用移动电话网络识别卡的“SIM芯片”设计。在同样未在这些附图中示意的第三实施模式中，微电路32和50至少部分地延伸 到电子模块30之外的卡体24内部。显而易见，本发明还可以采用本领域技术人员可以想到的不同方案和各种修改。 具体地，从上面给出的功能指示出发，本领域技术人员有能力实践本发明。本发明不限于上 面所描述的实施方式。因此，近场通信天线同样可以加入卡体中基片的外部，或支撑于该基 片的上表面，或者还在基片的两面延伸，必要时在该卡以外延伸。
权利要求
一种微电路卡(22)，如移动电话网络的识别卡，包括第一微电路(32)，构成数据处理微控制器，被配置为通过近场通信天线(48)与非接触卡读出装置交换数据信号，其特征在于，所述微电路卡(22)包括第二微电路(50)，所述第二微电路(50)包括对要在处理微控制器(32)和读出装置之间交换的数据信号进行放大的功率放大装置(52)。
2.根据权利要求1所述的卡(22)，包括电路基片(34)，用于限定下表面(341)，所述 下表面(341)承载至少一个微电路(32，50)；以及上表面(34S)，作为所述下表面(341)的 反面，承载与至少一个卡外装置(22)接触的金属片(36)。
3.根据权利要求2所述的卡(22)，其中，两个微电路(32，50)由基片(34)的下表面 (341)承载。
4.根据权利要求2或3所述的卡(22)，其中，所述卡(22)具有天线，所述天线(48)由 基片(34)承载。
5.根据权利要求4所述的卡(22)，其中，天线(48)由导电线圈多圈缠绕而成，被布置 为在基片(34)的外围延伸。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的卡(22)，其中，第一微电路(32)和第二微电路 (50)连接至用于连接卡外的供电电路(22)的金属片触点(36)，例如标准ISO 7816-2定义 的触点C5。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的卡(22)，其中，所述金属片(36)的外部轮廓限 定的面积小于基片(34)上表面(34S)的面积，例如小于基片上表面面积的一半。
8.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，其中，处理微控制器被配置为与根据标准 ISO 14443定义的近场通信协议的读出装置交换数据信号。
9.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，其中，读出装置被配置为根据第一通信协议 进行通信，处理微控制器(32)被配置为根据第二通信协议进行通信，并且所述卡(22)还包 括将数据信号从一个协议变换为另一个协议的接口。
10.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，包括限定所述卡(22)的外部尺寸的卡体 (24)，以及容纳基片(34)和至少一个微电路(32，50)的凹腔体(40)，基片(34)的下表面 (341)指向凹腔体(40)的底部。
11.根据上一项权利要求所述的卡(22)，其中，所述卡体(24)整体形成板状，并包括 中央区域(60)，限定凹腔体(40)和围绕该凹腔体(40)并具有预定最小宽度的周围区域 (62)，以形成所述卡(22)的刚性框架。
12.根据权利要求10或11所述的卡(22)，其中，电路基片(34)和卡体(24)在所述卡 (22)的水平面上以基本上等于1的比例具有基本上相似的尺寸。
13.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，其中，所述卡是移动电话网络的SIM、USIM、 RUIM类型的识别卡。
14.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，其中，所述卡具有小于50毫米mm的最大尺寸。
15.根据之前任一权利要求所述的卡(22)，其中，第一微电路(32)的处理微控制器被 配置为与移动终端的单元传输安全数据，以识别移动电话网络。
16.一种移动终端(10)，包括移动电话网络识别卡和向所述识别卡供电的电池组 (14)，其特征在于，所述识别卡是根据之前任一权利要求所述的微电路卡(22)，并且处理微控制器(32)和放大装置(52)由所述电 池组(14)供电。
全文摘要
本发明提供了一种微电路卡和包括微电路卡的移动终端。卡(22)包括第一微电路(32)，构成数据处理微控制器，被配置为通过近场通信天线(48)与非接触卡读出装置交换数据信号。更具体地，所述卡(22)包括第二微电路(50)，第二微电路(50)包括对要在所述卡的处理微控制器(32)和读出装置之间交换的数据信号进行放大的功率放大装置(52)。
文档编号H04M1/02GK101866436SQ20091100012
公开日2010年10月20日 申请日期2009年11月27日 优先权日2008年12月23日
发明者克里斯托弗·卡皮塔因, 卢瓦克·让加雷克 申请人:欧贝特科技公司