具有金属层和天线的卡制造技术

在具有天线结构和金属层的智能卡中，在天线结构与金属层之间形成有绝缘体层以补偿由于金属层所导致的衰减。绝缘体层的厚度影响天线结构与金属层之间的电容性耦合并且对绝缘体层的厚度进行选择，以具有使在卡与读卡器之间的信号发送/接收最优化的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有金属层和天线的卡
技术介绍
本申请要求基于在2013年11月18日提交的标题为“COMPOSITECARDWITHHOLOGRAPHICMETALFOILANDANINDUCTIVECOUPLINGANTENNA”(具有全息金属片和感应耦合天线的复合卡)序号为61/962873的临时申请的优先权，该临时申请的教导通过引用合并至本文中。本专利技术涉及智能卡，并且特别地，涉及具有金属片/膜/层以及用于在智能卡与读卡器之间接收或发送信号的天线结构的多层智能卡。如在图1、图2A、图2B以及图2C中所示，典型的智能卡包括(直接地或电磁地)耦接至也位于卡上或卡内的微处理器或微型计算机(也被称为“芯片”)的天线结构。天线结构实现在读卡器(也被称为“收发器”或“收发机”)与微处理器之间的非接触式通信。即：(a)由读卡器发射的信号经由天线被电磁耦合至接收并处理该信号的芯片；以及(b)由芯片处理并发射的信号经由天线被电磁地发送至读卡器。在某些智能卡的制造中，高度期望在卡层之间包括金属片/膜/层。然而，金属片/膜/层带来问题，这是由于金属片/膜/层起作用而使读卡器与芯片之间所发送的信号衰减(吸收)，其限制了通信或者甚至使得通信变得不可能。作为示例，要求读卡器应当能够读取位于距读卡器给定距离处的智能卡。具有金属片/膜/层的已知卡在这些安排好的所需最小距离处不能被可靠地读取。为了克服金属片/膜/层的衰减效应，可以在金属片/膜/层与天线结构之间形成绝缘体层。常规方法是使绝缘体层非常厚以减小金属片/层的衰减效应。然而，这在绝缘体层的可允许厚度被限制的情况下是不可接受的。如在本领域中已知的，在卡的制造中存在必须满足的多个要求。一些要求归之于卡的结构完整性(例如，这些卡不应当卷曲、弯曲、分层)并且能够使用若干年以及大量的用户循环次数。所以，需要使用满足对层的厚度和构成的各种要求的多个层来形成卡。因此，仅使绝缘体层任意厚是不令人满意的，因为如此厚的层与智能卡的制造中的其他要求相抵触。特别是当卡包括干扰在智能卡与读卡器之间对信号的发送/接收的金属层时，制造可靠的智能卡的问题甚至更大。因此，申请人所面临的重要问题涉及选择绝缘体层的在规定范围内的厚度，其可以提供由位于规定距离处并且处于规定工作频率的读卡器对卡数据的可靠读取。相关的问题是找到提供改进的发送/接收的绝缘体层厚度。
技术实现思路
申请人的专利技术部分地归于下述认识：天线结构以及与其相关联的成在卡上或卡内形的包括RFID芯片的电子器件的组合可以通过改变形成天线结构的导线与金属膜/片/层之间的距离(“d”)来调谐。本文所使用的“调谐”包括增强在卡的天线结构与读卡器(或类似装置)之间的信号的发送/接收，使得在卡与预定距离处并且处于预定频率的读卡器之间具有可靠通信。根据本专利技术，“调谐”可以通过控制在天线结构与金属膜/片/层之间所形成的一个或更多个绝缘(非导电性)层的厚度来实现。实际上，申请人发现，响应于所发送的某些读卡器信号，对于可以被称为优选厚度(“Tp”)的某个绝缘体厚度，相比于对于更厚的绝缘体层，在卡的天线处所接收的信号的幅度更大。改变绝缘体层的厚度会改变天线结构与金属层之间的距离“d”，并且控制天线结构层(23)与金属层(24)之间的电容。改变该电容可以用于对结构进行“调谐”以改善读卡器与卡之间的读/写距离以及感应耦合系统的性能(接收/发送)。可以在全息金属片/膜/层的任一侧上形成一个或更多个天线并且对于薄的金属膜/片层来说，所产生的最终卡体可以由读卡器从卡体的任一侧来查询。附图说明在未按比例进行绘制的附图中，相同的附图标记表示相同的部件；并且图1是图示将天线结构极为贴近几乎位于卡中心的金属膜放置的截面图；图2A是根据本专利技术的一个实施例的包括天线结构和芯片的卡层的俯视图；图2B是根据本专利技术的一个实施例的包括金属层或全息膜结构的层的俯视图；图2C是在天线与芯片承载层(上面)和金属层(下面)之间所形成的绝缘体层的分解图；图2D是图示了金属片对在收发器(RF发送器/接收器)与RFID芯片之间的信号的发送/接收的作用和影响的高度简化的等效电路；图3示出了形成智能卡的层中的一些层的堆叠；图4图示了根据本专利技术的使用RF发送器将RF信号发送至卡结构；以及图5是示出了在图1和图4中所示的结构的天线处所感测的信号幅度的测量结果的条形图。具体实施方式参照图1至图4，示出了一般的对称类型的卡结构，该卡结构图示了在卡构造中使用缓冲层来吸收特性大不相同的层之间的差异，该缓冲层的使用使得能够制造很多不同类型的坚固且安全的卡。卡5包括(在图中)顶部101a，相应地对称成形的底部101b以及中心部103。顶部101a包括设置在核心PVC层10a之上的PVC覆叠物14a，核心PVC层10a覆叠缓冲层22a，缓冲层22a又覆叠PET层12a，PET层12a又覆叠缓冲层25a。底部101b包括在核心PVC层10b的下面形成的PVC覆叠物14b，核心PVC层10b在缓冲层22b的下面，缓冲层22b在PET层12b的下面，PET层12b在缓冲层25b的下面。缓冲层减小了非常不相似的材料之间的应力，非常不相似的材料能够形成寿命长得多和坚固性强得多的更稳定的结构。在部分101a与101b之间所形成的卡5的中心部103包括通过绝缘体层21与天线结构23隔开的金属层24。金属层24可以是全息膜或金属片。可以出于装饰目的在卡中使用金属层，以便向卡提供以期望方式对光进行反射的金属色或彩虹色。或者，用于任何其他功能性目的或装饰目的。金属膜/片层24可以是含金属的材料或透明材料，全息材料或纯金属的非全息材料。金属层的厚度的范围可以从约1微米至200微米。天线结构层23可以包括直接耦接至RFID芯片的天线。可替选地，天线结构层23可以包括感应地耦合至芯片天线的增益天线，所述芯片天线又直接耦接至RFID芯片206。天线结构23可以是“RFID嵌体”的一部分，“RFID嵌体”包括RFID芯片和用于与读卡器或类似装置进行通信的(多个)相关联天线。天线结构可以在适当的塑性层上或在该适当的塑性层内形成。天线结构23及其相关联的RFID芯片206(其可以在同一层上或在不同的层上)意在与读卡器100进行无线通信。金属层24干扰了无线通信，这是因为金属层24衰减(吸收)了在读卡器与卡之间发送的RF能量。在体现了本专利技术的卡中，在天线结构与金属层之间插入绝缘体层21以抵消由金属层所导致的衰减。绝缘体层可以由能够隔绝近场高频(HF，highfrequency)信号的任何材料来形成，而典型地是PVC、PET、PETG、PC、乳胶、纤维素、玻璃纤维(特斯林)、粘合剂和/或这些材料的复合物、或在卡构造中所使用的其他聚合物。绝缘体层21的厚度的范围通常在从约10微米至350微米。绝缘体层的最大厚度通常由与形成卡的各种层有关的约束条件来设定。在允许或容许的厚度范围内，可以存在提供最佳结果的最优厚度值，如下所述，根据本专利技术，该厚度值可以是所选择的绝缘体厚度的值。如下所述，可以将绝缘体的厚度选择成具有使在读卡器100与天线结构或芯片206之间的信号发送和接收最优化(调谐)的值。在一个实施例中，图4的卡的各种层近似如下：(i)PVC层压层14a、14b每个为2密耳，(ii)核心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定在天线结构与金属层之间形成的绝缘体层的厚度的优选范围的方法，所述方法包括以下步骤：在第一最小值与第二更高值之间的范围内改变所述绝缘体层的厚度；针对绝缘体厚度的在所述范围内的所选择的值，将RF信号发送至所述天线结构、所述绝缘体层以及所述金属层的组合；针对所述绝缘体层的厚度的所述所选择的值，感测在所述天线结构处接收到的信号的幅度；以及基于哪一绝缘体厚度引起在所述天线处接收到最高幅度的信号来识别所述绝缘体的优选厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.18 US 61/962,8731.一种用于确定在天线结构与金属层之间形成的绝缘体层的厚度的优选范围的方法，所述方法包括以下步骤：在所述天线结构与所述金属层之间形成的所述绝缘体层，所述绝缘体层直接接触所述天线结构和所述金属层，其中所述绝缘体层表现出将所述天线结构和所述金属层相耦合的电容，并且其中所述绝缘体层的厚度影响所述天线结构和所述金属层之间的所述电容的值；在第一最小值与第二更高值之间延伸的范围内改变所述绝缘体层的厚度，以改变在所述天线结构和所述金属层之间表现出的所述电容；针对所述绝缘体层的厚度的在所述范围内的所选择的值，将射频RF信号发送至所述天线结构、所述绝缘体层以及所述金属层的组合；针对所述绝缘体层的厚度的所述所选择的值，感测在所述天线结构处接收到的信号的幅度；以及识别导致在所述天线结构处接收到最高幅度的信号的所述绝缘体层的厚度。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：形成包括在所述天线结构和所述金属层之间形成的所述绝缘体层的智能金属卡，其中，所述绝缘体层具有与导致在所述天线结构处接收到最高幅度的信号的厚度相对应的厚度。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述发送RF信号的步骤包括使收发器位于距所述智能金属卡规定距离处的步骤，并且还包括以规定工作频率来应用所述RF信号的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属层是全息膜，并且其中，所述天线结构耦接至射频标识RFID芯片，并且所述方法还包括以下步骤：在所述天线结构以上形成多个塑性层并在所述金属层以下形成同样数目的塑性层。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二更高值是绝缘体层的厚度的最大值，并且其中，提供最高幅度的所接收信号的绝缘体层的厚度的值是比所述绝缘体层的厚度的最大值小的厚度。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述智能金属卡包括芯片和用于形成坚固且可靠的卡的多个其他层。7.一种智能金属卡，包括：在金属层与天线结构之间形成的绝缘体层，所述绝缘体层具有第一表面和第二表面，所述第一表面直接接触所述天线结构并且所述第二表面直接接触所述金属层，并且所述绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·赫斯洛，米凯莱·洛根，大卫·芬恩，
申请(专利权)人：安全创造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US