ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ С ДВОЙНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ СВЯЗИ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ПЛАСТИКОВОЙ КАРТЫ С МИКРОЧИПОМ
ELECTRONIC MODULE HAVING DOUBLE COMMUNICATION INTERFACE, PARTICULARLY FOR SMART CARDS WITH MICROCHIP

Область техники
Настоящее изобретение относится к электронному модулю с двойным интерфейсом связи, предназначенному, в частности, для пластиковой карты с микроэлектронным чипом, причем упомянутый модуль содержит с одной стороны подложку, снабженную клеммной колодкой электрических контактов, позволяющих обеспечить функционирование при помощи непосредственного электрического контакта с контактами считывающего устройства, а с другой стороны антенну, сформированную по меньшей мере одним витком, клеммы которой связаны с клеммами микроэлектронного чипа, расположенного на поверхности модуля.
Предлагаемое изобретение относится также к пластиковой карте с микроэлектронным чипом, способной функционировать двойным способом связи со считывающим устройством, т.е. контактным способом и бесконтактным способом, причем в этой пластиковой карте используется электронный модуль в соответствии с предлагаемым изобретением.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны пластиковые карты с микроэлектронными чипами, обеспечивающие возможность смешанного функционирования, контактного и бесконтактного, называемые также картами с дуальным интерфейсом связи. Большинство таких пластиковых карт содержит микроэлектронный модуль, снабженный контактами, и этот модуль имеет в своем составе интерфейс радиочастотной связи, подключенный к клеммам антенны, причем сама эта антенна размещена в корпусе пластиковой карты, а не на самом модуле.
Таким образом, известные пластиковые карты с двойным интерфейсом содержат
- электронный модуль, содержащий микроэлектронный чип, клеммную колодку, расположенную на его передней поверхности, и два контакта на задней поверхности микроэлектронного чипа, обеспечивающие возможность его подключения к антенне,
- собственно пластиковую карту, содержащую антенну,
- электропроводный материал, обеспечивающий возможность соединения электронного модуля с антенной.
Такая конструкция обычно обеспечивает удовлетворительную дальность связи в процессе функционирования в бесконтактном режиме, принимая во внимание значительные размеры используемой антенны, однако ставит целый ряд проблем, связанных с реализацией механического и электрического соединения между антенной и модулем, вызывающего потери надежности или производительности в процессе производства.
Действительно, такие пластиковые карты обычно изготавливаются согласно следующим этапам:
- изготовление корпуса карты, содержащего антенну. Эти антенны могут быть изготовлены с применением известных способов, в соответствии с которыми используют инкрустируемые медные провода, или печать электропроводной краской, или медную гравировку на внутреннем материале карты,
- изготовление электронного микромодуля, содержащего электрические контакты на первой поверхности и на второй поверхности микромодуля, микроэлектронный чип и точки присоединения для антенны,
- механическая обработка для формирования в корпусе пластиковой карты полости для размещения в ней электронного микромодуля, зачищая от изоляции соединительные участки поверхности антенны, располагающиеся внутри корпуса карты,
- приклеивание электронного микромодуля с установлением электрической связи между этим микромодулем и зачищенными соединительными участками поверхности антенны.
Соединение может быть обеспечено при помощи известных методов, например, размещение электропроводного клея, который затем будет подвергаться полимеризации, использование клеящего вещества или электропроводных паст анизотропным образом (по толщине), или использование полимерной пружины, нанесенной на микромодуль (электропроводное контактное утолщение, поддающееся сжатию).
Указанные способы изготовления пластиковых карт подобного типа в настоящее время осложняются следующими проблемами:
- необходимость изготовления специфических корпусов пластиковых карт для получения карт с дуальным интерфейсом, содержащих антенну и требующих вследствие этого использования достаточно сложных способов изготовления;
- необходимость выполнения механической обработки корпусов пластиковых карт с обеспечением зачистки соединительных участков поверхности антенны, что приводит к снижению производительности при их изготовлении;
- использование специфического способа приклеивания электронного микромодуля к специфической карте, обеспечивающее возможность взаимного электрического соединения этого микромодуля с антенной.
Эти способы часто оказываются весьма медленными по сравнению со способами, обычно используемыми для изготовления стандартных пластиковых карт с микроэлектронными чипами, что приводит к дополнительным потерям производительности при их изготовлении.
Следовательно, способы взаимного соединения микроэлектронного модуля и антенны существенно ограничивают надежность готовой пластиковой карты. Действительно, механические и тепловые напряжения, которые испытывает пластиковая карта в процессе ее использования, приводят к нарушению связи или к существенному увеличению электрического сопротивления этого соединения, что влечет за собой ухудшение характеристик пластиковой карты в ходе ее использования.
Таким образом, пластиковые карты этого типа оказываются не в состоянии гарантировать использования в течение достаточно продолжительного времени (например, более пяти лет), что ограничивает возможные области применения пластиковых карт такого типа.
Чтобы устранить эти проблемы изготовления, было предложено интегрировать антенну непосредственно в микроэлектронный модуль, а затем просто переносить этот модуль в корпус пластиковой карты с микроэлектронным чипом, что легко реализовать при относительно небольшой стоимости и высокой надежности при использовании большинства станков для вкладки, применяемых для изготовления пластиковых карт с микроэлектронными чипами.
Такая реализация описана в европейском патентном документе ЕР 0 875 039 В1, причем фиг.6А/6В приведена на фиг.1А и 1В в приложении к описанию предлагаемого изобретения. Эта известная реализация упрощает и делает более надежным способ изготовления, но создает новую проблему по отношению к предшествующей технологии, в соответствии с которой антенна располагалась в корпусе пластиковой карты. Микроэлектронный модуль, описанный в указанном патентном документе, ухудшает функционирование в бесконтактном режиме вследствие того, что антенна модуля реализована на одной поверхности модуля, тогда как соединительные электрические контакты реализованы на другой поверхности этого модуля, непосредственно против антенны. Вследствие того что электрические контакты являются металлическими, они вносят возмущение в поток электромагнитных волн между считывающим устройством и антенной и существенно ухудшают осуществление бесконтактной связи данного модуля.
Краткое изложение существа изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание электронного модуля с двойным интерфейсом связи контактного типа и бесконтактного типа, который не обладает упомянутыми выше недостатками.
Другой задачей настоящего изобретения является создание пластиковой карты с электронным микрочипом и с двойным интерфейсом связи, в которой используется электронный модуль согласно изобретению, имеющей удовлетворительную способность к связи в бесконтактном режиме, несмотря на высокую компактность этого модуля и его антенны.
Еще одной технической задачей настоящего изобретения является создание микроэлектронного модуля с двойным интерфейсом связи, предназначенного, в частности, для пластиковой карты с электронным микрочипом, и пластиковой карты с электронным микрочипом, в которой используется такой электронный модуль, имеющей очень высокую надежность и обеспечивающую длительный срок службы, составляющий от пяти до десяти лет.
Для решения этих технических задач согласно изобретению предложен электронный модуль с двойным интерфейсом связи, предназначенный, в частности, для пластиковой карты с электронным микрочипом и содержащий с одной стороны подложку, снабженную клеммной колодкой электрических контактов и обеспечивающую функционирование при помощи непосредственного электрического контакта с контактами считывающего устройства, а с другой стороны модуль содержит антенну в виде по меньшей мере одного витка, клеммы которой связаны с клеммами микроэлектронного чипа, размещенного на поверхности модуля, указанный модуль характеризуется тем, что витки антенны расположены по существу за пределами зоны, перекрытой электрическими контактами. Таким образом, электрические контакты клеммной колодки не образуют электромагнитного экранирования для сигналов, предназначенных для восприятия антенной, поэтому функционирование модуля в режиме бесконтактной связи существенно улучшается.
Предпочтительно электрические контакты клеммной колодки расположены на одной поверхности подложки, а витки антенны расположены на противоположной поверхности подложки.
Предпочтительно витки антенны расположены на периферийной части модуля и электрические контакты клеммной колодки расположены снаружи по отношению к зоне, ограниченной витками антенны. Таким образом, поток электромагнитных волн, захваченный витками антенны, оказывается интенсивным в максимально возможной степени, что благоприятным образом влияет на дальность бесконтактной связи со считывающим устройством. В соответствии с этим способом реализации электрические контакты клеммной колодки предпочтительным образом располагаются так, чтобы соответствовать нормативному документу ISO 7816-2.
Однако также оказывается возможным и обратный способ реализации предлагаемого изобретения. При этом электрические контакты клеммной колодки располагаются в периферийной части модуля, а витки антенны располагаются в центральной области этого модуля внутри зоны, ограниченной упомянутыми электрическими контактами.
Предпочтительно витки антенны расположены с той же стороны подложки, что и микроэлектронный чип, и электрические контакты клеммной колодки расположены на противоположной стороне подложки.
В соответствии с особенно предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения, принимая во внимание надежность процесса изготовления, микроэлектронный модуль имеет множество узких выступов, располагающихся за пределами зоны, перекрываемой электрическими контактами, и против витков антенны. В соответствии со способом реализации, в котором антенна располагается на периферийной части зоны расположения электрических контактов, упомянутые узкие выступы также выполнены на периферийной части зоны расположения электрических контактов против витков антенны и на поверхности подложки, противоположной той ее поверхности, на которой расположены витки антенны так, чтобы узкие выступы нависали над зоной расположения витков антенны. Таким образом, давление, прикладываемое к модулю в процессе интегрирования этого модуля в полость корпуса пластикой карты, представляющей собой карту с электронным микрочипом, передается при помощи узких выступов вплоть до зоны склеивания между модулем и корпусом пластиковой карты, что гарантирует высокое качество склеивания.
Узкие выступы предпочтительно являются металлическими и изготавливаются весьма экономичным способом в процессе фазы реализации электрических контактов клеммной колодки.
Эти узкие выступы имеют, например, по существу форму радиусов, проходящих от электрических контактов клеммной колодки в направлении периферийной части модуля.
Разумеется, в том случае, когда узкие выступы являются металлическими, их общая площадь поверхности должна быть относительно небольшой по сравнению с площадью поверхности контактов клеммной колодки, чтобы не создавать электромагнитные возмущения, которые позволяет устранить новая структура модуля.
Объектом предлагаемого изобретения также является пластиковая карта с электронным микрочипом, которая имеет в своем составе электронный модуль описанного выше типа.
В соответствии с вариантом реализации этой пластиковой карты с электронным микрочипом она дополнительно имеет в своем корпусе устройство концентрации или усиления электромагнитных волн, способное ориентировать поток электромагнитных волн в направлении витков антенны.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже подробного описания примеров его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1А изображает разрез электронного модуля согласно уровню техники;
Фиг.1В - вид сверху известного модуля, показанного на фиг.1А,
Фиг.2 - вид сверху электронного модуля согласно изобретению;
Фиг.3 - вид сверху электронного модуля, показанного на фиг.2, согласно изобретению;
Фиг.4 - разрез модуля, показанного на фигурах 3 и 4, согласно изобретению;
Фиг.5 - разрез одного из вариантов реализации модуля согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов реализации заявленного изобретения
.
На фиг.1А и 1В представлен электронный модуль в соответствии с существующим уровнем техники. Здесь цифровые позиции на фигурах 1А и 1В соответствуют цифровым позициям, используемым в известном патентном документе. Хорошо видно, что электронный микрочип 7 присоединен к антенне 2, витки которой охватывают этот электронный микрочип. Электрические контакты 26 (фиг.1А) расположены над антенной и отделены от нее только тонкой подложкой. Таким образом, электромагнитное поле, которое достигает антенны, неизбежно искажается электрическими контактами, что нарушает нормальное функционирование модуля этого типа в бесконтактном режиме.
На фиг.2 и 3 схематически показан электронный модуль 11 в соответствии с предлагаемым изобретением, причем на виде сверху показано расположение электрических контактов, а на фиг.3 показан вид снизу, то есть вид с той стороны подложки, которая не содержит электрических контактов.
Чтобы устранить проблемы электромагнитного взаимодействия между электрическими контактами и антенной, о которых уже было сказано в предшествующем изложении, была определена новая структура модуля 11, в которой витки 13 антенны перенесены на периферийную часть 15 модуля, то есть в зону, где эти витки не располагаются ни под электрическими контактами 17, ни над ними, но находятся по существу снаружи от зоны, ограниченной расположением этих электрических контактов.
В качестве варианта реализации электрические контакты 17 могут быть расположены на периферийной части модуля 11 и в этом случае витки антенны будут располагаться в центральной зоне модуля, но опять же вне зоны расположения электрических контактов.
На фиг.2 показаны скважины или углубления 19, которые позволяют электрически соединить контакты микроэлектронного чипа (не показан) с соответствующими контактами контактной колодки 17 модуля 11. Место, зарезервированное для приклеивания микроэлектронного чипа, обозначено позицией 21 (фиг.3).
Эта новая структура обладает определенным преимуществом, которое заключается в минимизации и даже полном устранении эффектов электромагнитного экранирования контактами 17 по отношению к виткам 13 антенны.
На фиг.4. показан модуль 11 со своей подложкой 27, несущей на своей поверхности, ориентированной в направлении вниз, микроэлектронный чип (не показан). Микроэлектронный чип не виден, поскольку он залит каплей 29 обволакивающей его смолы. Антенна 13 расположена на периферийной части модуля 11 со стороны размещения микроэлектронного чипа и капли 29 обволакивающей смолы и проходит вокруг микроэлектронного чипа. В соответствии с предлагаемым изобретением антенна проходит за пределами центральной зоны модуля, которая перекрыта электрическими контактами 17, расположенными на противоположной стороне (здесь это верхняя сторона) модуля 11.
В процессе соединения пластиковой карты с микроэлектронным чипом модуль 11 размещается против полости 23, выполненной в корпусе пластиковой карты 25. Полость 23 имеет зону, покрытую клеящим составом 31. Модуль 11 устанавливается в полость так, как показано на фиг.4, причем витки антенны входят в контакт с клеящим составом 31. Затем следует этап прессования на верхней поверхности модуля 11, чтобы обеспечить удовлетворительное качество вклеивания модуля 11 в полость 23.
Однако структура модуля в соответствии с предлагаемым изобретением такова, что способ изготовления модуля, в частности, этап прессования, более сложный и деликатный, как это легко понять из вида в разрезе. Действительно, пресс (представленный на фиг.4 просто линией Р направления действия) воздействует на всю совокупность верхней поверхности модуля. Поскольку витки 13 антенны расположены за пределами зоны размещения электрических контактов 17, отсутствует непосредственное действие давления в зоне, располагающейся над витками 13 антенны, и, следовательно, потенциально существует опасность изгибания подложки 27 или наличие по меньшей мере одного склеивания ухудшенного качества между витками 13 и клеящим составом 31, что приводит к снижению надежности склеивания и сокращению продолжительности срока службы пластиковой карты.
Чтобы устранить этот недостаток, в соответствии с предлагаемым изобретением предусматривается в предпочтительном варианте реализации множество узких выступов 33, располагающихся со стороны электрических контактов 17, но в зоне над витками 13 антенны.
Таким образом, в соответствии со способом реализации антенны с витками 13, расположенными в периферийной части модуля, узкие выступы 33 также расположены в периферийной части модуля 11, со стороны электрических контактов 17 и над витками 13 антенны. Эти узкие выступы 33 содержат верхние поверхности на той же высоте, что и верхние поверхности электрических контактов 17, чтобы инструмент прессования передавал усилие прессования одновременно и на эти контакты и на узкие выступы 33, причем усилие прессования передается таким образом, на зону приклеивания витков 13 к клеящему составу 31 и без возможности возникновения изгибов и деформаций собственно электронного модуля.
Такое техническое решение легко может быть адаптировано к варианту реализации модуля, который содержит электрические контакты в периферийной части модуля и антенну, располагающуюся в центральной зоне модуля.
Предпочтительным и особенно простым образом в предлагаемом изобретении предусматривается реализовать узкие выступы 33 на основе металлизации контактов 17, например, посредством химической гравировки в процессе формирования электрических контактов 17. Форма узких выступов 33 легко может быть определена специалистом в данной области техники. Можно придать этим узким выступам 33 форму слегка искривленных радиусов, как это схематично показано на фиг.2. В том случае, когда эти узкие выступы 33 являются металлическими (как и электрические контакты 17), будет полезным в максимально возможной степени минимизировать площадь их поверхности. Для этого узкие выступы располагаются в зоне, нависающей над витками 13 антенны, и их поверхность является относительно небольшой по сравнению с поверхностью, не имеющей металлизации, чтобы минимизировать электромагнитное взаимодействие с антенной. Специалисту в данной области техники не составит труда оптимизировать поверхность узких выступов по сравнению со свободной поверхностью металла, чтобы оптимизировать поток электромагнитных волн, захватываемый витками антенны, обеспечивая при этом возможность достаточного прессования модуля по отношению к корпусу пластиковой карты в процессе введения модуля в пластиковую карту.
На фиг.5 схематически представлен дополнительный вариант реализации предлагаемого изобретения, в соответствии с которым в корпус пластиковой карты 25 встраивают резонансный контур 35, локализованный по всему или только по части корпуса карты. Этот резонансный контур, который может быть образован, в частности, простым металлическим листом, имеет характеристики R, L, С, которые позволяют ориентировать электромагнитное поле, принятое пластикой картой с микроэлектронным чипом, в направлении антенны 13 так, чтобы в еще большей степени повысить качество функционирования пластиковой карты с микроэлектронным чипом в бесконтактном режиме функционирования.
Таким образом, пластиковая карта, предназначенная для размещения в ней модуля, может содержать устройство концентрации или усиления электромагнитных волн, в частности, типа контура R, L, С, позволяющего ориентировать поток электромагнитных волн в направлении витков антенны. Это позволяет существенно усовершенствовать характеристики готовой пластиковой карты. Следует отметить, что в данной конфигурации предлагаемого изобретения не осуществляется никаких электрических взаимосвязей между электронным модулем и устройством усиления, что позволяет сохранить все преимущества, относящиеся к надежности и к способам приклеивания модуля в соответствии с изобретением.
В конечном счете, в данном изобретении предлагается специфическая концепция, обеспечивающая возможность оптимального функционирования электронного модуля с дуальным интерфейсом, спроектированного таким образом, чтобы пропустить поток электромагнитных волн внутрь антенны без возмущений, создаваемых металлизированными электрическими контактами, что позволяет антенне надлежащим образом реагировать на поток электромагнитных волн, чтобы выдать энергию, достаточную для обеспечения радиочастотной связи микроэлектронного чипа.
Электронный модуль в соответствии с предлагаемым изобретением не требует никаких электрических соединений с корпусом пластиковой карты, и при этом могут быть использованы стандартные способы изготовления пластиковых карт, что приводит к выигрышу в темпе производства, повышению производительности изготовления этих карт и к повышению их надежности. Это позволяет применить такую технологию к приложениям с очень жесткими условиями использования в обычных наземных условиях или с очень высокой продолжительностью срока службы, например, применительно к пластиковым картам идентификации личности или электронных паспортов, для которых государственные службы обычно требуют гарантии удовлетворительной стойкости и удовлетворительного функционирования в течение десяти лет.