專利名稱：智能卡制造中快速埋天線的方法和設備的制作方法
本申請要求以2000年11月8日提交的、美國臨時申請號為60/247，436、題為“對于非接觸智能卡制造用于天線圓導線快速壓埋的高精度壓敏音圈的集成”的美國臨時申請為優先權。
基于存儲器的智能卡包括存儲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。更復雜的基于處理器的智能卡包括一個中央處理器(CPU)，一個用于存儲操作系統的ROM，一個主存儲器(RAM)，和一個用于存儲應用數據的存儲區(通常是EEPROM)。基于處理器的智能卡可以用于需要復雜計算和對安全需求更高的場合。
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讀卡器才能讀取信息。接觸卡包括一個通常是鍍金的、帶有連線的互連模塊。如ISO7816標準中所列出的，互連模塊可以包括電源、復位、地線、串行輸入/輸出(SIO)和時鐘信號連線。連線與讀卡器中的引線實際接觸，以給IC芯片供能并與之通信。接觸卡通常被用于預付費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。非接觸卡包括一個埋在卡中的天線，它可用來通過無線電信號或感應進行能量傳輸和通信。非接觸卡與接觸卡相比的優點是交易速度快，容易使用，對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)線的成功和質量的參數是用來加熱導線的超聲波能量，及埋入的壓力和速度。關于壓力，如果埋線頭施加過大的壓力，布線角(wiring horn)可能進入到塑料，且塑料可能激發回到工具上。然而，如果施加太小的壓力，導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)線的方法和設備。
根據本發明的裝置布線角；供線器，可操作用來通過布線角供給導線；加熱元件，可操作用來加熱導線；以及電磁激勵器，可操作用來驅使布線角進入塑料卡基片。
在一個實施例中，用于在非接觸智能卡中植入導線天線的系統包括具有音圈激勵器的超聲波埋線頭，以便控制使被加熱的導線進入塑料卡基片的壓力。由激勵器所產生的力正比于激勵器中纏繞的線圈中的電流。
控制器使用反饋系統保持相對不變的施加壓力。反饋系統監視線圈中的電流，且控制器響應被監視的電流發出增加或減少線圈中的電流的電子信號。
圖2A是根據本發明包含數個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是根據本發明的一實施例的埋線系統的框圖。
圖4是根據本發明的一實施例的音圈激勵埋線頭的透視圖。
圖5是根據本發明的一實施例的音圈激勵器的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的一實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線，并一般是位于圍繞卡的周邊。卡可以符合國際標準化組織(ISO)對于遙控耦合非接觸卡的國際標準14443或15693。ISO規定了卡的物理，機械和電氣特性，及卡與讀卡器之間的通信協議，但沒有限制卡中IC芯片的體系結構或卡的應用程序。這種非接觸智能卡的流行的體系結構是Mifare體系結構，而相關的協議由菲利普半導體(Philips Semiconductor)開發的。
讀卡器外圍設備和讀寫器(R/W)單元，通過低瓦數(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射天線產生低電平磁場。磁場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。讀卡器恢復來自被動的智能卡的電磁信號，并把該信號轉變回電的形式。一旦讀卡器已經檢驗差錯并驗證從智能卡收到的數據，數據就被解碼并重構，用于按主計算機所要求的格式傳輸。
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。可以使用壓埋技術(staking technique)嵌入卡天線，其中絕緣導線由布線角被加熱并被壓入塑料卡基片，導線是通過布線角供給的。被加熱的導線使導線接觸的塑料液化。液化的塑料在導線被壓入基片時機械地將其俘獲。機器人系統可移動一埋線頭，埋線頭包括布線角和導線供料器/切割器，使得在埋線頭按所需的天線模式移動時，被加熱的導線從布線角連續地供給，并被嵌入塑料基片。導線可以是大約直徑4密爾的聚酯絕緣銅導線，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示出根據本發明的一實施例的導線嵌入系統300。控制器302向埋線頭303發送電控信號，以便在嵌入導線時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送電信號，指示由埋線頭向卡基片實際施加的壓力。
由于塑料卡基片和/或下面的工位單元臺板可能不十分平整，因而在植入天線時可能需要調節由埋線頭所施加的壓力量。控制器300可以使用從壓力傳感器反饋的信號，實時地調節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。上述反饋系統的效率部分地取決于埋線頭能夠響應來自控制器的控制信號調節施加的壓力的速度，以及壓力傳感器能夠確定由布線角施加的即時壓力的速度。
可以使用機械激勵器，例如液壓或彈簧激勵器，迫使導線進入卡基片。可使用機械激勵器控制由埋線頭所施加的壓力，以保持布線角在預定的高度。然而在這種系統中，為了調節壓力高度必須由機械激勵器把由控制器發出的電信號轉換為機械運動。當在卡中存在表面變化時，會引起作為控制壓力手段的高度控制的另一問題。例如，基片在某些區域可能比另些區域薄，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時向塑料基片犁出孔。而且，壓力傳感器可以使用機械裝置確定壓力，例如通過測量連接到布線角的部件與固定部件之間的相對位置。這些機械測量必須轉換為電信號，并然后反饋給控制器。電/機械置換需要時間并可能導致進入反饋系統相當程度的滯后，這能夠降低系統的性能及嵌入天線的質量。
在一個實施例中，使用電控激勵器305而不是機械激勵器調節壓力，以便降低由電/機械置換產生的滯后。圖4示出根據一實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，通過其供給導線408的布線角406，以及音圈線性激勵器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級的超聲波頻率振動。超聲波振動轉換為摩擦熱，加熱通過布線角供給的導線404。
圖5示出音圈激勵器410的內部結構。音圈激勵器采用永久磁場和線圈(導體)產生正比于施加到線圈的電流的力。導線502的管形線圈位于徑向磁場內。該磁場由嵌入在鐵磁性圓柱體506內徑上的永久磁體504產生，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核504，在其一端與永久磁體組件結合，用來完成磁路。當電流流過線圈時在線圈軸向產生的力在磁場組件和線圈之間產生相對運動。
由控制器300發出的電控信號能夠直接轉換為施加在線圈502的控制電流。這一精確的力控制使音圈埋線頭能夠補償工作基片及下面的工位單元臺板平整度及厚度很小的變化。因為力正比于施加的電流，故能夠達到非常精確的力控制，而沒有由機械系統中電/機械轉換造成的滯后度。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，線圈中的電流就變化。可以裝入激勵器或控制器的壓力傳感器能夠通過電氣上監視電流的變化而監視壓力的變化，并把這一信息發送給控制器。這使得能夠進行非常精確的壓力傳感而沒有機械系統中由機械/電轉換所引起的滯后度。精確的壓力控制和精確的壓力傳感的組合使系統能夠在植入操作期間比機械系統更好地保持不變的壓力及更快的反應。
控制器300能夠被編程，以便對具有不同厚度和/或由不同類型塑料例如PC，PVC，ABS，PET，或PETG組成的卡基片設置不同的壓力。
在導線天線被嵌入之后，導線天線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。當薄片200上所有的卡模塊202中的互連滿意時，薄片200可被繼續傳送到層壓工序。一旦進行了層壓，薄片200可被切割成各個智能卡。
由系統及其組件所進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)實現。除非另有規定，作為操作的一部分所包含的算法不與任何特定計算機或其它設備內在相關。特別是，各種通用的機器可與根據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成更為專用的設備，以執行所需的方法步驟。然而，本發明最好是在可編程系統上執行的一個或多個計算機程序中現實，每一可編程系統包括至少一個處理器，至少一個數據存儲系統(包括易失和非易失存儲器和/或存儲元件)，至少一個輸入裝置，以及至少一個輸出裝置。程序代碼用來輸入數據，以便執行這里所述的功能并產生輸出信息。輸出信息以已知的方式施加到一個或多個輸出裝置。
每一個這種程序可以任何所需的計算機語言實現(包括機器語言，組件語言，高級過程語言或面向對象編程語言)，以便同計算機系統通信。在任何情形下，該語言是可被編譯或解釋的語言。
每一這種計算機程序最好存儲在可由通用或專用可編程計算機讀取的存儲介質或裝置中(例如ROM，CD-ROM或磁性或光學介質)，用于當存儲介質或裝置由計算機讀取時設置并操縱計算機，以便執行這里所述的過程。還可以把系統當作為以計算機程序設置的計算機可讀存儲介質來實現，其中這樣設置的存儲介質引起計算機按特定的和預定的方式操作，以執行這里所述的功能。
已經描述了數個實施例。然而，應當理解的是，在不背離本發明的精神和范圍的情形下可以做出許多修改。因而，其它的實施例也在以下權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種方法，包括在導線和智能卡基片之間以電磁激勵器施加壓力；以及在智能卡基片中的天線中壓埋導線。
2.權利要求1的方法，其中電磁激勵器包括一音圈激勵器。
3.權利要求1的方法，還包括監視激勵器中導電線圈中的電流；以及響應被監視的電流而改變線圈中的電流。
4.權利要求3的方法，其中所述改變電流包括保持所需范圍內的壓力。
5.權利要求4的方法，還包括增加線圈中的電流，以增加由激勵器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵器施加的壓力。
6.一種導線埋線設備，包括布線角；供線器，可操作用來通過布線角供給導線；加熱元件，可操作用來加熱導線；以及電磁激勵器，可操作用來驅使布線角進入塑料卡基片。
7.權利要求6的設備，其中電磁激勵器包括一永久磁體的殼體；可滑動安裝在殼體中并包括鐵磁性材料的內核；以及纏繞在內核周圍的導電材料的管形線圈，并可操作用來接收電流。
8.權利要求6的設備，其中加熱元件包括一超聲波換能器。
9.一種導線天線埋線系統，包括導線埋線設備，它包括布線角，供線器，可操作用來通過布線角供給導線；加熱元件，可操作用來加熱導線；電磁激勵器，可操作用來驅使布線角進入塑料卡基片；以及控制器，可操作用來監視線圈中的電流，并響應被監視的電流而改變線圈中的電流。
10.權利要求9的系統，其中電磁激勵器包括包括一永久磁體的殼體；可滑動安裝在殼體中并包括鐵磁性材料的內核；以及纏繞在內核周圍的導電材料的管形線圈，并可操作用來接收電流。
11.權利要求9的系統，還包括與導線埋線設備連接的機器人系統，并可操作以便使所述設備按所需的天線模式運動。
12.權利要求9的系統，其中控制器可操作以便控制激勵器增加線圈中的電流，以增加由激勵器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵器施加的壓力。
13.權利要求9的系統，其中控制器進而可操作用來改變線圈中的電流，以便保持由激勵器施加的所需的壓力。
14.一種包括計算機可讀介質的產品，該介質包含計算機可執行指令，這些指令可操作以便引起機器進行在導線和智能卡基片之間以電磁激勵器施加壓力；以及在智能卡基片中的天線中壓埋導線。
15.權利要求14的產品，其中電磁控制的激勵器包括音圈激勵器。
16.權利要求14的產品，還包括可操作指令，以便引起機器進行監視激勵器中導電線圈中的電流；以及響應被監視的電流而改變線圈中的電流。
17.權利要求16的產品，其中引起機器改變電流的指令包括引起機器在所需范圍內保持壓力的指令。
18.權利要求17的產品，還包括可操作的指令，以便引起機器進行增加線圈中的電流，以增加由激勵器施加的壓力；以及降低線圈中的電流以降低由激勵器施加的壓力。
全文摘要
在非接觸智能卡中用于導線天線埋線的系統，包括帶有音圈激勵器的超聲波埋線頭，以便控制把被加熱的導線壓入塑料卡基片的壓力。由激勵器產生的力正比于激勵器中纏繞的線圈的電流。控制器使用反饋系統保持相對不變施加的壓力。反饋系統監視線圈中的電流，且控制器響應被監視的電流而發出電信號，以便增加或降低線圈中的電流。
文檔編號B42D15/10GK1412718SQ0211780
公開日2003年4月23日 申請日期2002年5月15日 優先權日2001年10月12日
發明者P·阿曼德奧, V·塔班 申請人:美國太平洋航空技術公司