專利名稱：智能卡制造中快速埋天線的方法和設(shè)備的制作方法
本申請(qǐng)要求以2000年11月8日提交的、美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/247，436、題為“對(duì)于非接觸智能卡制造用于天線圓導(dǎo)線快速壓埋的高精度壓敏音圈的集成”的美國臨時(shí)申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)。
基于存儲(chǔ)器的智能卡包括存儲(chǔ)器和某些不可編程邏輯。這種卡可用于例如身份證(卡)或電話卡。更復(fù)雜的基于處理器的智能卡包括一個(gè)中央處理器(CPU)，一個(gè)用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的ROM，一個(gè)主存儲(chǔ)器(RAM)，和一個(gè)用于存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)(通常是EEPROM)。基于處理器的智能卡可以用于需要復(fù)雜計(jì)算和對(duì)安全需求更高的場(chǎng)合。
智能卡可分為兩大類，接觸卡和非接觸卡。接觸卡必須插入一個(gè)讀卡器才能讀取信息。接觸卡包括一個(gè)通常是鍍金的、帶有連線的互連模塊。如ISO7816標(biāo)準(zhǔn)中所列出的，互連模塊可以包括電源、復(fù)位、地線、串行輸入/輸出(SIO)和時(shí)鐘信號(hào)連線。連線與讀卡器中的引線實(shí)際接觸，以給IC芯片供能并與之通信。接觸卡通常被用于預(yù)付費(fèi)用的電話卡和銀行卡。
非接觸卡不需要與讀卡器接觸以讀取信息。非接觸卡包括一個(gè)埋在卡中的天線，它可用來通過無線電信號(hào)或感應(yīng)進(jìn)行能量傳輸和通信。非接觸卡與接觸卡相比的優(yōu)點(diǎn)是交易速度快，容易使用，對(duì)卡和讀卡器的磨損小等。
可以按所需的天線模式，通過超聲波加熱導(dǎo)線并將其埋入卡基片的塑料中而形成天線。決定埋(天)線的成功和質(zhì)量的參數(shù)是用來加熱導(dǎo)線的超聲波能量，及埋入的壓力和速度。關(guān)于壓力，如果埋線頭施加過大的壓力，布線角(wiring horn)可能進(jìn)入到塑料，且塑料可能激發(fā)回到工具上。然而，如果施加太小的壓力，導(dǎo)線可能完全不能嵌入到塑料中。于是，希望精確控制埋線期間所施加的壓力。
本發(fā)明的目的是提供一種在非接觸智能卡制造過程中快速埋(天)線的方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的裝置布線角；供線器，可操作用來通過布線角供給導(dǎo)線；加熱元件，可操作用來加熱導(dǎo)線；以及電磁激勵(lì)器，可操作用來驅(qū)使布線角進(jìn)入塑料卡基片。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于在非接觸智能卡中植入導(dǎo)線天線的系統(tǒng)包括具有音圈激勵(lì)器的超聲波埋線頭，以便控制使被加熱的導(dǎo)線進(jìn)入塑料卡基片的壓力。由激勵(lì)器所產(chǎn)生的力正比于激勵(lì)器中纏繞的線圈中的電流。
控制器使用反饋系統(tǒng)保持相對(duì)不變的施加壓力。反饋系統(tǒng)監(jiān)視線圈中的電流，且控制器響應(yīng)被監(jiān)視的電流發(fā)出增加或減少線圈中的電流的電子信號(hào)。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明包含數(shù)個(gè)卡模塊的薄片的平面圖。
圖2B是圖2A的卡模塊之一的放大圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的埋線系統(tǒng)的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的音圈激勵(lì)埋線頭的透視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的音圈激勵(lì)器的剖視圖。
具體實(shí)施例方式


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的非接觸智能卡100。非接觸智能卡100包含與嵌入在塑料卡層106中的線繞天線104連接的一集成電路(IC)芯片102。天線104可以包含三或四圈導(dǎo)線，并一般是位于圍繞卡的周邊?？梢苑蠂H標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對(duì)于遙控耦合非接觸卡的國際標(biāo)準(zhǔn)14443或15693。ISO規(guī)定了卡的物理，機(jī)械和電氣特性，及卡與讀卡器之間的通信協(xié)議，但沒有限制卡中IC芯片的體系結(jié)構(gòu)或卡的應(yīng)用程序。這種非接觸智能卡的流行的體系結(jié)構(gòu)是Mifare體系結(jié)構(gòu)，而相關(guān)的協(xié)議由菲利普半導(dǎo)體(Philips Semiconductor)開發(fā)的。
讀卡器外圍設(shè)備和讀寫器(R/W)單元，通過低瓦數(shù)(一般在10MHz到15MHz)的無線電頻率，讀非接觸智能卡。讀卡器通過通常是線圈形式的發(fā)射天線產(chǎn)生低電平磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的作用是作為從讀卡器到非接觸智能卡的能量載體，智能卡通過嵌入的天線104訪問這一磁場(chǎng)。讀卡器恢復(fù)來自被動(dòng)的智能卡的電磁信號(hào)，并把該信號(hào)轉(zhuǎn)變回電的形式。一旦讀卡器已經(jīng)檢驗(yàn)差錯(cuò)并驗(yàn)證從智能卡收到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就被解碼并重構(gòu)，用于按主計(jì)算機(jī)所要求的格式傳輸。
如圖2A和2B所示，可以從單一的塑料薄片200，例如PVC或ABS，同時(shí)批量制造非接觸智能卡。塑料片200形成智能卡模塊202的基片，智能卡隨后被從薄片200上切下。在薄片中相應(yīng)于每一卡的IC模塊的位置沖出孔。然后IC模塊204被放置在孔中并以粘合劑固定就位。
在薄片上填充IC模塊之后，安裝卡天線204?？梢允褂脡郝窦夹g(shù)(staking technique)嵌入卡天線，其中絕緣導(dǎo)線由布線角被加熱并被壓入塑料卡基片，導(dǎo)線是通過布線角供給的。被加熱的導(dǎo)線使導(dǎo)線接觸的塑料液化。液化的塑料在導(dǎo)線被壓入基片時(shí)機(jī)械地將其俘獲。機(jī)器人系統(tǒng)可移動(dòng)一埋線頭，埋線頭包括布線角和導(dǎo)線供料器/切割器，使得在埋線頭按所需的天線模式移動(dòng)時(shí)，被加熱的導(dǎo)線從布線角連續(xù)地供給，并被嵌入塑料基片。導(dǎo)線可以是大約直徑4密爾的聚酯絕緣銅導(dǎo)線，它可以被嵌入到厚度為0.1到0.3mm的卡基片中，卡基片可包括不同類型的塑料，例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的導(dǎo)線嵌入系統(tǒng)300。控制器302向埋線頭303發(fā)送電控信號(hào)，以便在嵌入導(dǎo)線時(shí)控制由布線角向卡基片所施加的壓力。埋線頭可以包含壓力傳感器304，該傳感器向控制器發(fā)送電信號(hào)，指示由埋線頭向卡基片實(shí)際施加的壓力。
由于塑料卡基片和/或下面的工位單元臺(tái)板可能不十分平整，因而在植入天線時(shí)可能需要調(diào)節(jié)由埋線頭所施加的壓力量?？刂破?00可以使用從壓力傳感器反饋的信號(hào)，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)由埋線頭施加的壓力，使壓力保持在所需的壓力或所需的壓力范圍。上述反饋系統(tǒng)的效率部分地取決于埋線頭能夠響應(yīng)來自控制器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)施加的壓力的速度，以及壓力傳感器能夠確定由布線角施加的即時(shí)壓力的速度。
可以使用機(jī)械激勵(lì)器，例如液壓或彈簧激勵(lì)器，迫使導(dǎo)線進(jìn)入卡基片?？墒褂脵C(jī)械激勵(lì)器控制由埋線頭所施加的壓力，以保持布線角在預(yù)定的高度。然而在這種系統(tǒng)中，為了調(diào)節(jié)壓力高度必須由機(jī)械激勵(lì)器把由控制器發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)在卡中存在表面變化時(shí)，會(huì)引起作為控制壓力手段的高度控制的另一問題。例如，基片在某些區(qū)域可能比另些區(qū)域薄，例如從0.5mm到1mm變化。這種情形下，布線角可能打穿基片，在埋線頭按天線模式移動(dòng)時(shí)向塑料基片犁出孔。而且，壓力傳感器可以使用機(jī)械裝置確定壓力，例如通過測(cè)量連接到布線角的部件與固定部件之間的相對(duì)位置。這些機(jī)械測(cè)量必須轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并然后反饋給控制器。電/機(jī)械置換需要時(shí)間并可能導(dǎo)致進(jìn)入反饋系統(tǒng)相當(dāng)程度的滯后，這能夠降低系統(tǒng)的性能及嵌入天線的質(zhì)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用電控激勵(lì)器305而不是機(jī)械激勵(lì)器調(diào)節(jié)壓力，以便降低由電/機(jī)械置換產(chǎn)生的滯后。圖4示出根據(jù)一實(shí)施例的音圈控制超聲波埋線頭400。該埋線頭包括供線器402和切割器404，通過其供給導(dǎo)線408的布線角406，以及音圈線性激勵(lì)器410，它控制布線角被壓入卡基片的壓力。布線角406可以由壓電換能器以例如70kHz級(jí)的超聲波頻率振動(dòng)。超聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為摩擦熱，加熱通過布線角供給的導(dǎo)線404。
圖5示出音圈激勵(lì)器410的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。音圈激勵(lì)器采用永久磁場(chǎng)和線圈(導(dǎo)體)產(chǎn)生正比于施加到線圈的電流的力。導(dǎo)線502的管形線圈位于徑向磁場(chǎng)內(nèi)。該磁場(chǎng)由嵌入在鐵磁性圓柱體506內(nèi)徑上的永久磁體504產(chǎn)生，其配置使得“面向”線圈502的磁體504都是同極性。沿線圈的軸向中心線配置的鐵磁性材料的內(nèi)核504，在其一端與永久磁體組件結(jié)合，用來完成磁路。當(dāng)電流流過線圈時(shí)在線圈軸向產(chǎn)生的力在磁場(chǎng)組件和線圈之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
由控制器300發(fā)出的電控信號(hào)能夠直接轉(zhuǎn)換為施加在線圈502的控制電流。這一精確的力控制使音圈埋線頭能夠補(bǔ)償工作基片及下面的工位單元臺(tái)板平整度及厚度很小的變化。因?yàn)榱φ扔谑┘拥碾娏?，故能夠達(dá)到非常精確的力控制，而沒有由機(jī)械系統(tǒng)中電/機(jī)械轉(zhuǎn)換造成的滯后度。而且，在例如由于碰撞，彎曲或其它表面變化所至施加的壓力變化時(shí)，線圈中的電流就變化。可以裝入激勵(lì)器或控制器的壓力傳感器能夠通過電氣上監(jiān)視電流的變化而監(jiān)視壓力的變化，并把這一信息發(fā)送給控制器。這使得能夠進(jìn)行非常精確的壓力傳感而沒有機(jī)械系統(tǒng)中由機(jī)械/電轉(zhuǎn)換所引起的滯后度。精確的壓力控制和精確的壓力傳感的組合使系統(tǒng)能夠在植入操作期間比機(jī)械系統(tǒng)更好地保持不變的壓力及更快的反應(yīng)。
控制器300能夠被編程，以便對(duì)具有不同厚度和/或由不同類型塑料例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG組成的卡基片設(shè)置不同的壓力。
在導(dǎo)線天線被嵌入之后，導(dǎo)線天線205的末端210被焊接到IC模塊204，以提供每一卡模塊中的IC模塊與天線之間的電氣互連。當(dāng)薄片200上所有的卡模塊202中的互連滿意時(shí)，薄片200可被繼續(xù)傳送到層壓工序。一旦進(jìn)行了層壓，薄片200可被切割成各個(gè)智能卡。
由系統(tǒng)及其組件所進(jìn)行的操作可以硬件或軟件，或兩者的組合(例如可編程邏輯陣列)實(shí)現(xiàn)。除非另有規(guī)定，作為操作的一部分所包含的算法不與任何特定計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備內(nèi)在相關(guān)。特別是，各種通用的機(jī)器可與根據(jù)這里所述的原理而編寫的程序一同使用，或者可以更方便地構(gòu)成更為專用的設(shè)備，以執(zhí)行所需的方法步驟。然而，本發(fā)明最好是在可編程系統(tǒng)上執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序中現(xiàn)實(shí)，每一可編程系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(包括易失和非易失存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)元件)，至少一個(gè)輸入裝置，以及至少一個(gè)輸出裝置。程序代碼用來輸入數(shù)據(jù)，以便執(zhí)行這里所述的功能并產(chǎn)生輸出信息。輸出信息以已知的方式施加到一個(gè)或多個(gè)輸出裝置。
每一個(gè)這種程序可以任何所需的計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)(包括機(jī)器語言，組件語言，高級(jí)過程語言或面向?qū)ο缶幊陶Z言)，以便同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。在任何情形下，該語言是可被編譯或解釋的語言。
每一這種計(jì)算機(jī)程序最好存儲(chǔ)在可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃?jì)算機(jī)讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)或裝置中(例如ROM，CD-ROM或磁性或光學(xué)介質(zhì))，用于當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)或裝置由計(jì)算機(jī)讀取時(shí)設(shè)置并操縱計(jì)算機(jī)，以便執(zhí)行這里所述的過程。還可以把系統(tǒng)當(dāng)作為以計(jì)算機(jī)程序設(shè)置的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，其中這樣設(shè)置的存儲(chǔ)介質(zhì)引起計(jì)算機(jī)按特定的和預(yù)定的方式操作，以執(zhí)行這里所述的功能。
已經(jīng)描述了數(shù)個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情形下可以做出許多修改。因而，其它的實(shí)施例也在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在導(dǎo)線和智能卡基片之間以電磁激勵(lì)器施加壓力；以及在智能卡基片中的天線中壓埋導(dǎo)線。
2.權(quán)利要求1的方法，其中電磁激勵(lì)器包括一音圈激勵(lì)器。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括監(jiān)視激勵(lì)器中導(dǎo)電線圈中的電流；以及響應(yīng)被監(jiān)視的電流而改變線圈中的電流。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述改變電流包括保持所需范圍內(nèi)的壓力。
5.權(quán)利要求4的方法，還包括增加線圈中的電流，以增加由激勵(lì)器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵(lì)器施加的壓力。
6.一種導(dǎo)線埋線設(shè)備，包括布線角；供線器，可操作用來通過布線角供給導(dǎo)線；加熱元件，可操作用來加熱導(dǎo)線；以及電磁激勵(lì)器，可操作用來驅(qū)使布線角進(jìn)入塑料卡基片。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中電磁激勵(lì)器包括一永久磁體的殼體；可滑動(dòng)安裝在殼體中并包括鐵磁性材料的內(nèi)核；以及纏繞在內(nèi)核周圍的導(dǎo)電材料的管形線圈，并可操作用來接收電流。
8.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中加熱元件包括一超聲波換能器。
9.一種導(dǎo)線天線埋線系統(tǒng)，包括導(dǎo)線埋線設(shè)備，它包括布線角，供線器，可操作用來通過布線角供給導(dǎo)線；加熱元件，可操作用來加熱導(dǎo)線；電磁激勵(lì)器，可操作用來驅(qū)使布線角進(jìn)入塑料卡基片；以及控制器，可操作用來監(jiān)視線圈中的電流，并響應(yīng)被監(jiān)視的電流而改變線圈中的電流。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中電磁激勵(lì)器包括包括一永久磁體的殼體；可滑動(dòng)安裝在殼體中并包括鐵磁性材料的內(nèi)核；以及纏繞在內(nèi)核周圍的導(dǎo)電材料的管形線圈，并可操作用來接收電流。
11.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，還包括與導(dǎo)線埋線設(shè)備連接的機(jī)器人系統(tǒng)，并可操作以便使所述設(shè)備按所需的天線模式運(yùn)動(dòng)。
12.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中控制器可操作以便控制激勵(lì)器增加線圈中的電流，以增加由激勵(lì)器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵(lì)器施加的壓力。
13.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中控制器進(jìn)而可操作用來改變線圈中的電流，以便保持由激勵(lì)器施加的所需的壓力。
14.一種包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的產(chǎn)品，該介質(zhì)包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，這些指令可操作以便引起機(jī)器進(jìn)行在導(dǎo)線和智能卡基片之間以電磁激勵(lì)器施加壓力；以及在智能卡基片中的天線中壓埋導(dǎo)線。
15.權(quán)利要求14的產(chǎn)品，其中電磁控制的激勵(lì)器包括音圈激勵(lì)器。
16.權(quán)利要求14的產(chǎn)品，還包括可操作指令，以便引起機(jī)器進(jìn)行監(jiān)視激勵(lì)器中導(dǎo)電線圈中的電流；以及響應(yīng)被監(jiān)視的電流而改變線圈中的電流。
17.權(quán)利要求16的產(chǎn)品，其中引起機(jī)器改變電流的指令包括引起機(jī)器在所需范圍內(nèi)保持壓力的指令。
18.權(quán)利要求17的產(chǎn)品，還包括可操作的指令，以便引起機(jī)器進(jìn)行增加線圈中的電流，以增加由激勵(lì)器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵(lì)器施加的壓力。
全文摘要
在非接觸智能卡中用于導(dǎo)線天線埋線的系統(tǒng)，包括帶有音圈激勵(lì)器的超聲波埋線頭，以便控制把被加熱的導(dǎo)線壓入塑料卡基片的壓力。由激勵(lì)器產(chǎn)生的力正比于激勵(lì)器中纏繞的線圈的電流。控制器使用反饋系統(tǒng)保持相對(duì)不變施加的壓力。反饋系統(tǒng)監(jiān)視線圈中的電流，且控制器響應(yīng)被監(jiān)視的電流而發(fā)出電信號(hào)，以便增加或降低線圈中的電流。
文檔編號(hào)B42D15/10GK1412718SQ0211780
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者P·阿曼德奧, V·塔班 申請(qǐng)人:美國太平洋航空技術(shù)公司