CN103413674A

CN103413674A - 应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法

Info

Publication number: CN103413674A
Application number: CN2013103076807A
Authority: CN
Inventors: 罗向东
Original assignee: BEIJING SANYOU HENGRUI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SANYOU HENGRUI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: CN103414005B; CN103413674B; CN103414005A

Abstract

本发明涉及一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法，其主要包括如下步骤：一、利用一根导线的第一部分由内向外按第一方向圈绕形成第一线圈中的若干匝；二、利用该导线的第二部分由内向外按第一/二方向圈绕形成第二线圈；三、利用该导线的第三部分由外向内或由内向外按第一/方向圈绕形成第三线圈；四、将该导线折引至该第一线圈邻近该第二线圈的位置，并利用该导线的第四部分由外向内按第二方向圈绕形成该第一线圈中其余的若干匝。第一线圈中，步骤一与步骤四中形成的若干匝是交替间隔设置的。本发明通过对线圈的调整及对加工形态与绕线路径的设计，使其可采用绕线工艺进行生产，加工工艺更优化、简洁，成本低且无环境问题。

Description

应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法

技术领域

本发明涉及一种智能卡天线中的线圈的绕制方法，尤其涉及一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法。

背景技术

随着经济和信息技术的飞速发展，人们之间的经济和信息交流越来越频繁，因此人们不断地发明各种交流媒介，从早期的磁卡到后来的存储卡、逻辑加密卡以及现在正在广泛使用的接触式IC卡。由于接触式IC卡具有安全性能高、结构简单、通用性好、读写工具简单可靠、便于维护等优势，在银行、邮政、电信、证券交易、商场消费等交易领域中发挥着不可替代的作用。但是由于使用过程中接触式IC卡与读写机间的磨损，大大缩短了其使用寿命，磨损后的IC卡与读卡机间的接触不良又会导致传输数据出错；而且在大流量场所，插拔卡的过程会造成长时间的等待。为此，人们将射频识别技术应用到IC卡中，产生了非接触式IC卡，即将芯片与天线完全封装在卡片内部，卡的表面没有裸露的芯片触点，通过电磁耦合的方式，与读写机在一定的距离范围内进行通信，完全避免了因芯片接触造成的物理磨损，方便快捷，寿命长，被广泛应用于公交、地铁等自动收费系统，以及门禁管理、身份证明和电子钱包等领域。但是，由于非接触式IC卡在射频干扰严重的场合应用受限，而且电磁耦合产生的能量低，交易速率快，因此非接触式IC卡的安全性能不高，加上金融、通讯等行业已经存在大量的接触式IC卡的应用技术和基础设施，因此，非接触式IC卡的应用受到很多限制。基于此，一种融合了接触式IC卡和非接触式IC卡双重优点的新型IC卡——双界面卡应运而生。

现有非接触式IC卡制作通常是采用超声波绕线工艺将铜线或铝线作为天线埋入IC卡的基材层中，并与基材层的芯片焊接在一起。但是，若单纯的将非接触式IC卡的芯片放置在IC卡表面使其成为双界面卡时，为了使其能够应用于非接触式读卡器，需要将IC卡内部的天线与IC卡表面的芯片连接在一起，目前的连接方法主要有两种，即导电橡胶连接及焊接连接，但是这两种连接方法都需要购买专用的双界面卡封装设备，且存在生产效率低，产品合格率低等缺陷，而且，由于作为天线的铜线或铝线其线径是一致的，并且随着IC卡的小型化，单纯一种直径的导线在指定的面积内是无法很好的满足对射频信号的频率、Q值、电容等参数的要求。因此，现有的双界面卡的射频天线大多是采用蚀刻技术在铜或铝箔与PET的复合材料上蚀刻出所需要的射频天线图形，或采用印刷技术在PET箔膜材料上印刷导电油墨获得所需要的射频天线，以上两种工艺必须承载在PET基材或耐温更好的材料上，以保证天线图形的稳定性。现有蚀刻天线技术是将整张的铜箔材料用化学蚀刻的方式将90%的铜蚀刻掉，来获得天线图形。而此过程将产生大量的化学废液对环境造成严重的破坏。并且蚀刻过程将损耗大量的铜箔，90%的铜箔都被浪费，不仅使生产成本大幅度提高，而且对资源的利用和环境的保护都十分不利。以上两种工艺必须承载在PET基材或耐温更好的材料上，以保证天线图形的稳定性，但皆是使用胶粘剂将基材与金属天线的粘合，但使用的胶粘剂并非稳定体，随着环境温度、湿度等条件的变化而不断老化，粘接强度降低从而造成基材与金属天线的分层，为使用带来不便且提高了使用者的购买成本，而且天线与芯片连接时所用的焊接方法也为加工带来不便。

发明内容

为了解决上述现有技术制作双界面卡所存在的各种问题，因此本发明人发明了一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法。

本发明的目的在于，改进天线结构和绕线方法以使其可以使用常规的超声波绕线技术进行双界面卡天线中的线圈的生产，以改善现有的双界面卡天线的生产工艺，提高生产效率，并减少原料消耗、降低环境污染，既可以降低成本，又符合节能减排的趋势，并能减少生产中所带来的环境污染问题。

为达到上述发明目的，本发明的一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法，所述线圈包括呈平面形状圈绕于一个基材层上的第一线圈、第二线圈和第三线圈，其主要包括如下步骤：

步骤一、首先利用一根导线的第一部分由内向外按第一方向圈绕形成第一线圈中的若干匝；

步骤二、该第一线圈中的若干匝圈绕完成后，利用该导线的第二部分由内向外按与第一方向相反的第二方向圈绕或继续按第一方向圈绕，并在所述第一线圈的外侧形成所述第二线圈；

步骤三、该第二线圈圈绕完成后，再将该导线由该第二线圈的最外侧折引至该第二线圈的内侧，并利用该导线的第三部分由外向内或由内向外按第一方向或第二方向圈绕形成所述第三线圈；

步骤四、该第三线圈圈绕完成后，再将该导线折引至该第一线圈邻近该第二线圈的位置，并利用该导线的第四部分由外向内按第二方向圈绕形成该第一线圈中其余的若干匝。

其中，该第一线圈中由内向外按第一方向圈绕形成的若干匝与由外向内按第二方向圈绕形成的若干匝是交替间隔设置的。

优选为，该第一线圈中，按第一方向圈绕形成的任一匝与按第一方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻，且，按第二方向圈绕形成的任一匝与按第二方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻。

所述第一线圈中包括或不包括非整匝（即不够360°的匝）。

其中，该第一线圈中按第一方向圈绕形成的总匝数与按第二方向圈绕形成的总匝数可以相同；或者，该第一线圈中按第一方向圈绕形成的总匝数大于按第二方向圈绕形成的总匝数，优选为，该第一线圈中按第一方向圈绕形成的总匝数比按第二方向圈绕形成的总匝数多一匝。

其中，所述第一方向为逆时针，所述第二方向为顺时针；或者，所述第一方向为顺时针，所述第二方向为逆时针。

优选为，该第二线圈具有相对的两个侧边及连接于该相对的两个侧边相邻一端的第三侧边，该第三线圈及第一线圈分别邻近于所述的两个侧边之一，并且，该第一线圈还邻近于该第三侧边，同时，该第一线圈还设有凸出部分，该凸出部分向该两个侧边中邻近该第三线圈的一个侧边延伸，并且该凸出部分位于该第三线圈与该第三侧边之间的空隙中。

该根导线可以为铜漆包线或铝漆包线。

上述任一种所述的绕制方法，其中：

绕线操作采用的是超声波绕线工艺。

上述任一种所述的绕制方法，其中：

所述第二线圈为与非接触式读卡器耦合的大天线线圈，围绕于所述基材层的周边；

所述第三线圈为与IC模块耦合的小天线线圈，对位于该IC模块的周边；

所述第一线圈为调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路。

其中，所述电性能匹配值为天线线圈的电容、电感、Q值及/或频率值。

其中，该小天线线圈是边长为12mm的正方形，该小天线线圈的匝数为5；该大天线线圈是边长为80.5mm、短边为48.2mm的长方形，该大天线线圈的匝数为5；该调整线圈的匝数为4，或者，该调整线圈还包括两个非整匝。

上述任一种所述的绕制方法，其中：所述方法中的绕线操作可以反序进行。

本发明的有益效果在于，本发明所述的绕制方法，借助采用：

1、对天线中线圈的加工形态与绕制路径的设计；

2、直接绕制能够对线圈电容、电感、Q值、频率等性能进行调整的调整线圈；

3、绕线工艺是可借助超声波绕线将导线直接埋在IC卡材料中。

等技术手段，其绕线工艺因不需要胶粘剂粘结，不仅有效地降低了现有蚀刻技术及印刷技术在制备双界面卡时所带来的环境污染问题，而且在导线的缠绕过程中很少有材料的浪费，从而有效地降低了生产成本，并且天线与芯片之间不需要焊接在一起，使得加工工艺更加优化、简洁。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中的绕线路径图（图中箭头表示绕线方向）。

图2为按图1的路径绕制形成的线圈的线路结构图。

图3为本发明的又一个实施例中的绕线路径图（图中箭头表示绕线方向）。

图4为应用了按本发明的方法绕制的一种线圈的双界面卡的截面图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明的应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法作进一步详细说明。

本发明的一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法，所述线圈包括呈平面形状圈绕于一个基材层上的第一线圈、第二线圈和第三线圈，其主要包括如下步骤：

所述第一线圈中包括或不包括非整匝（即不够360°的匝，如根据性能要求，仅圈绕90°、180°等任意需要的角度）。

如图1所示，本发明的一种较佳的实施例，所述应用于双界面卡的天线中的线圈100的绕制方法，所述线圈100包括呈平面形状圈绕于一个基材层上的第一线圈401、第二线圈402和第三线圈403，所述方法主要包括如下步骤：

步骤一、首先利用一根导线4的第一部分（由p0至p1）由内向外按第一方向（逆时针）圈绕形成第一线圈401中的若干匝（s62和s64）；

步骤二、该第一线圈401中的若干匝（s62和s64）圈绕完成后，利用该导线4的第二部分（由p1至p2）由内向外继续按第一方向（逆时针）圈绕，并在所述第一线圈401的外侧形成所述第二线圈402；

步骤三、该第二线圈402圈绕完成后，再将该导线4由该第二线圈的最外侧折引至该第二线圈的内侧（即由点p2折引至点p3），并利用该导线4的第三部分（由p3至p4）由外向内按第二方向（顺时针）圈绕形成所述第三线圈403；

步骤四、该第三线圈403圈绕完成后，再将该导线4折引至该第一线圈401邻近该第二线圈402的位置（即由点p4折引至点p5），并利用该导线4的第四部分（由p5至p6）由外向内按第二方向（顺时针）圈绕形成该第一线圈401中其余的若干匝（s63和s61）。

其中，该第一线圈401中由内向外按第一方向（逆时针）圈绕形成的若干匝（s62和s64）与由外向内按第二方向（顺时针）圈绕形成的若干匝（s63和s61）是交替间隔设置的。

优选为，该第一线圈401中，按第一方向（逆时针）圈绕形成的任一匝（s62或s64）与按第一方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻，且，按第二方向（顺时针）圈绕形成的任一匝（s63或s61）与按第二方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻。

其中，该第一线圈401中按第一方向圈绕形成的总匝数与按第二方向圈绕形成的总匝数相同。

如图2所示，按上述方法圈绕成的线圈，该第二线圈402具有相对的两个侧边（如图2中所示的上侧边和下侧边）及连接于该相对的两个侧边相邻一端的第三侧边（如图2中所示的右侧边），该第三线圈403及第一线圈401分别邻近于所述的两个侧边之一（如图2中所示的上侧边和下侧边），并且，该第一线圈401还邻近于该第三侧边（如图2中所示的右侧边），同时，该第一线圈401还设有凸出部分，该凸出部分向该两个侧边中邻近该第三线圈403的一个侧边（如图2中所示的上侧边）延伸，并且该凸出部分位于该第三线圈403与该第三侧边之间的空隙中。

为了进一步提高天线的性能，优选为，该第二线圈402为长方形结构，该第三线圈403为正方形结构，所述第一线圈呈刀形，刀形第一线圈的刀背位置邻近该第二线圈402的右侧边，刀刃位置远离该第二线圈402的右侧边，刀头位置邻近该第二线圈402的下侧边，刀柄位置邻近该第二线圈402的上侧边，并且，刀柄设于该第三线圈403与该第二线圈402的右侧边之间的空位。

如图2所示，较佳的，该第二线圈和第三线圈的排布尺寸可以为，正方形结构的该第三线圈403，其边长a’为12mm，导线4埋入匝数为5，长方形结构的该第二线圈402，其长边边长b为80.5mm、短边边长a为48.2mm，导线4埋入的匝数为5。且第三线圈403中心点到该第二线圈402长边的垂直距离d为19.7mm，该第三线圈403中心点到该第二线圈402短边的垂直距离h为12.47mm；该第一线圈的匝数为4，还包括两个非整匝（如图2中所示的点p0和点p7之间的非整匝以及点p6和点p8之间的非整匝）。

如图1和图2中所示的线圈，其中：

所述第二线圈402为与非接触式读卡器耦合的大天线线圈，围绕于所述基材层200的周边；

所述第三线圈403为与IC模块耦合的小天线线圈，对位于该IC模块202的周边；

所述第一线圈401为调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路。

通常，可以利用该调整线圈实现对天线线圈的电阻、电感、频率、Q值、电容、场强中的任一个参数或任几个参数的调整，以此，可以使得大天线401能够与两种以上不同类型的非接触式读卡器耦合，从而扩大了双界面卡的使用范围，能够做到一卡多用。

如图3所示，本发明的另一个实施例，所述线圈包括第一线圈401＇、第二线圈402＇和第三线圈403＇，所述线圈的整体绕线步骤与上一实施例基本相同，具体步骤如下：

步骤一、采用导线4＇由始端p0＇开始，按逆时针方向由内向外圈绕第一线圈401＇中的若干匝（s61＇、s63＇和s65＇）；

步骤二、s65＇圈绕结束后，继续按照逆时针方向由内向外圈绕第二线圈402＇；

步骤三、第二线圈402＇圈绕完成后，由第二线圈402＇的最外侧折引至IC模块202＇的位置，并由内向外按逆时针方向圈绕形成第三线圈403＇；

步骤四、第三线圈403＇圈绕完成后，按照顺时针方向由外向内圈绕第一线圈401＇中的其余若干匝（s64＇和s62＇），并一直圈绕至导线4＇的终端p6＇。

上述任一种绕制方法，均可以反向执行，即可以由终端开始绕线，并按相反的方向绕制，直到始端。

上述任一种绕制方法，均可以利用超声波热能将导线4埋入基材层。

如图4所示，其是使用了按本发明上述方法绕制的应用于双界面卡的天线的双界面卡，该双界面卡还包括：一个基材表层1；一个基材底层3；一个芯片，设置在具有大天线及小天线的基材层2的芯片位202上。基材表层1对应基材层2芯片的位置设置有安置孔201，使芯片露出安置孔201凸出于该基材表层或者与该基材表层相平，将基材表层1、基材层2及基材底层201进行层压一体化，露出基材表层1的芯片也可以满足接触式读卡器的读写要求。

由于本发明可以利用超声波热能技术来缠绕天线，与现有的蚀刻技术或者印刷技术相比，对基材层的耐温性要求不高，因此对基材层的材料选择更加宽泛，可选PVC,PET,ABS,PC等材料作为本发明的基材层2，并且埋入到基材层2内部的导线4与基材层2的结合更加稳固不宜分层。而且本发明所用的超声波绕线技术与现有技术相比小天线与芯片之间不需要使用导电橡胶或者焊接将其连接在一起，而是利用小天线与芯片之间的电池耦合，大天线与小天线的电池耦合以及大天线与非接触式读卡器的电池耦合实现非接触式读卡器与芯片之间的数据传输。因此本发明有效的简化了现有技术的生产工艺，从而提高了产品的生产效率及生产合格率。较佳的，该导线4可为由铜线或铝箔制备成的漆包线。

综上所述，本发明所述的一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法不仅有效地降低了现有蚀刻技术及印刷技术在制备双界面卡时所带来的环境污染问题，而且在导线的缠绕过程中很少有材料的浪费，从而有效地降低了生产成本，并且天线与芯片不需要焊接在一起，使得加工工艺更加优化。

Claims

1.一种应用于双界面卡的天线中的线圈的绕制方法，所述线圈包括呈平面形状圈绕于一个基材层上的第一线圈、第二线圈和第三线圈，其特征在于，包括如下步骤：

步骤四、该第三线圈圈绕完成后，再将该导线折引至该第一线圈邻近该第二线圈的位置，并利用该导线的第四部分由外向内按第二方向圈绕形成该第一线圈中其余的若干匝，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

该第一线圈中，按第一方向圈绕形成的任一匝与按第一方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻，且，按第二方向圈绕形成的任一匝与按第二方向圈绕形成的其他任一匝均不相邻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述第一线圈中包括或不包括非整匝，其中，

该第一线圈中按第一方向圈绕形成的总匝数与按第二方向圈绕形成的总匝数相同；或者，该第一线圈中按第一方向圈绕形成的总匝数比按第二方向圈绕形成的总匝数多一匝。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一方向为逆时针，所述第二方向为顺时针；或者，所述第一方向为顺时针，所述第二方向为逆时针。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该第二线圈具有相对的两个侧边及连接于该相对的两个侧边相邻一端的第三侧边，该第三线圈及第一线圈分别邻近于所述的两个侧边之一，并且，该第一线圈还邻近于该第三侧边，同时，该第一线圈还设有凸出部分，该凸出部分向该两个侧边中邻近该第三线圈的一个侧边延伸，并且该凸出部分位于该第三线圈与该第三侧边之间的空隙中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该根导线的始端和终端均设于第一线圈中，该根导线缠绕成的线路结构的交叉点分别设于第二线圈及第三线圈中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

绕线操作采用的是超声波绕线工艺。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中的绕线操作反序进行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：

所述第一线圈为调整天线线圈的电性能匹配值的调整线圈，该大天线线圈、小天线线圈及调整线圈形成封闭的天线回路；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

该小天线线圈是边长为12mm的正方形，该小天线线圈的匝数为5；该大天线线圈是边长为80.5mm、短边为48.2mm的长方形，该大天线线圈的匝数为5；该调整线圈的匝数为4，或者，该调整线圈还包括两个非整匝。