Электронный модуль бесконтактной индентификации

Изобретение относится к области идентификации личности, стационарных или подвижных объектов, изделий и аналогичных предметов, а именно к портативным электронным средствам типа ярлыка или метки, позволяющим обнаружить и опознать объект, к которому прикреплена такая метка. Технический результат заключается в планаризации модуля, уменьшении габаритов и трудоемкости изготовления, расширении диапазона рабочих температур и расширении, тем самым, области применения устройства, включая радиационную стойкость. Электронный модуль содержит бескорпусную интегральную схему, катушку индуктивности и конденсатор, образующие антенну, и монтажную плату, выполненную из полиимидной ленты с односторонней металлизацией, на которой методами тонкопленочной фотолитографии сформированы плоская катушка с монтажными выводами и гибкий лепесток, соединенный с монтажным выводом, загиб лепестка выполняется с радиусом перегиба не менее толщины коммутационного проводника. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области идентификации личности, стационарных или подвижных объектов, изделий и аналогичных предметов, а именно к портативным электронным средствам типа ярлыка или метки, позволяющим обнаружить и опознать объект, к которому прикреплена такая метка. Модуль может использоваться для опознавания и разрешения доступа людей в определенные помещения, на рабочие участки или к терминалам систем связи и информации, поиска и распознавания животных, маркировки биологических образцов, химреактивов и медицинских инструментов, в автоматизированных охранных системах, системах электронных платежей и других системах.

Известна конструкция идентификационного устройства, содержащего бескорпусную интегральную схему, катушку индуктивности и конденсатор, образующие антенну, и монтажную плату, выполненную из полиимидной ленты с односторонней металлизацией, на которой в продольном направлении методами тонкопленочной фотолитографии сформированы две коммутационные электропроводящие дорожки, а лента сложена в несколько раз с радиусом перегиба не менее толщины коммутационных проводников и склеена между сложенными параллельными участками клеем при толщине клеевого шва не менее толщины проводников коммутационных дорожек [1]. Недостатком предложенного технического решения является невозможность использования устройства в планарных конструкциях, что не обеспечивает микроминиатюризацию.

Известна конструкция высокочастотного идентификационного устройства, смонтированного на гибкой плате. Модуль, передающий в ответ на запрос системы опроса сигнал с идентификационной информацией, содержит гибкую плату с размещенной на ней ИС кодера для записи идентификационной информации, антенну и генератор, передающий на антенну модулированный идентификационной информацией ВЧ-сигнал. Устройство может изготавливаться путем создания на гибкой подложке, например, полиэтиленовой, печатной схемы проводников с использованием электропроводных чернил на основе графита или серебра [2]. Устройство может быть выполнено в виде браслета и служить для прохода в охраняемые помещения. Недостатком такого устройства являются достаточно большие габариты и необходимость использования внутреннего источника питания для обеспечения связи, так как в противном случае дальность уверенной связи между системой опроса и устройством резко снижается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому модулю, принятым за прототип, является электронный бесконтактный модуль, предназначенный для встраивания в идентификационные карты или этикетки. Электронный модуль содержит подложку для монтажа электронной микросхемы, которая выполнена с возможностью подсоединения к антенне для обеспечения бесконтактной работы модуля, антенна полностью расположена на модуле и содержит витки, выполненные на плоскости подложки, а микросхема и антенна расположены на двух противоположных сторонах подложки модуля, контактные клеммы антенны подсоединяются к выводам микросхемы посредством соединительных проводов, проведенных через каналы, проделанные в основании [3]. Недостатком предложенного технического решения является невозможность использования модуля в планарных конструкциях, требует наличия дополнительных соединительных проводов для обеспечения коммутации кристалла ИС с антенной размещенных на противоположных сторонах подложки, тем самым усложняя конструкцию, увеличивая трудоемкость изготовления и снижая надежность модуля. Кроме того, использование проводов для коммутации микросхемы с антенной исключает применение алюминия в качестве материала катушки индуктивности, тем самым значительно снижается радиационная стойкость модуля и, как следствие, область применения таких устройств.

Цель изобретения - создание планарного электронного модуля бесконтактной идентификации, за счет чего обеспечивается микроминиатюризация модуля - минимизация массогабаритных показателей и обеспечивается автоматизация сборки модуля и, как следствие, повышение надежности и снижение трудоемкости.

В основу изобретения положена задача создания планарной конструкции бесконтактного идентификационного модуля, лишенного указанных недостатков и позволяющего значительно расширить область применения подобных устройств. Устройство не должно содержать внутренних источников питания, работать в широком диапазоне температур, иметь малые массогабаритные показатели, воспроизводимые с высокой точностью параметры, обладать низкой себестоимостью, обусловленной возможностью производства модуля на базе автоматизированного оборудования. Электронный модуль содержит бескорпусную интегральную схему, катушку индуктивности и конденсатор, образующие антенну, и монтажную плату, выполненную из полимерной ленты с односторонней металлизацией, на которой методами тонкопленочной фотолитографии сформированы плоская катушка с монтажными выводами и гибкий лепесток, соединенный с монтажным выводом, загиб лепестка выполняется с радиусом перегиба не менее толщины коммутационного проводника.

На фиг.1 представлена конструкция электронного модуля бесконтактной идентификации до сборки, где 1 - монтажная подложка; 2 - витки катушки; 3 - внутренний вывод катушки; 4, 5 - монтажные выводы микросхемы; 6 - внешний вывод катушки; 7 - гибкий лепесток подложки.

На фиг.2 изображен электронный модуль бесконтактной идентификации, где 8 - бескорпусная ИС.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в модуле идентификации, содержащем бескорпусную интегральную микросхему 8 для записи и выдачи идентификационной информации, катушку индуктивности и конденсатор, образующие антенну для двунаправленной бесконтактной связи с системой опроса, и монтажную подложку 1, изготавливают из гибкой полимерной ленты с односторонней металлизацией. Применение полиимида с диапазоном термоустойчивости от температур жидкого азота до плюс 350°С в качестве гибкой ленты позволяет расширить диапазон рабочих температур модуля, а в сочетании с алюминиевой металлизацией обеспечивает радиационную стойкость модуля. Из слоя металлизации методами тонкопленочной фотолитографии формируют витки катушки 2. Внутренний вывод катушки 3 является одним из монтажных выводов микросхемы 4, второй монтажный вывод 5 является продолжением внешнего вывода катушки 6, который размещен на гибком лепестке подложки 7 и соединен с монтажным выводом через отверстия в подложке. Для исключения обрыва и отслаивания проводников радиус перегиба ленты не должен быть меньше толщины коммутационного слоя.

Конструкция и способ изготовления предлагаемого модуля могут быть проиллюстрированы на следующих примерах.

Пример 1. Электронный модуль бесконтактной идентификации собран на гибкой монтажной подложке из полиимидной пленки толщиной 12 мкм, покрытой слоем алюминия толщиной 30 мкм. Токопроводящие коммутационные проводники витков катушки и лепестка сформированы с разрешением тонкопленочной фотолитографии. Длина проводников (количество витков катушки), а следовательно, и исходные размеры подложки, обеспечивают получение резонансной частоты 13,56 МГц при заданной емкости контура. Планаризация достигается путем монтажа микросхемы на подложку, с противоположной стороны которой расположены витки катушки. Соединение контактных клемм антенны с монтажными выводами микросхемы выполняется через каналы в подложке, проделанные путем химического травления полиимида. Монтаж осуществляется широко применяемым, автоматизированным и надежным в электронной промышленности методом ультразвуковой микросварки. Внутренний вывод катушки является одним из монтажных выводов микросхемы, второй монтажный вывод является продолжением внешнего вывода катушки, который размещен на гибком лепестке подложки и соединен с монтажным выводом через отверстия в подложке. Такая конструкция обеспечивает антенный контур, а загиб лепестка выполнен с радиусом перегиба 50 мкм и исключает обрыв и отслаивание проводника.

Пример 2. Аналогичным указанному в примере 1 способом собран модуль на гибкой монтажной подложке из тефлона толщиной 50 мкм, покрытого слоем меди толщиной 50 мкм. Монтаж осуществляется групповым методом термокомпрессии с использованием шариковых выводов, предварительно сформированных на микросхеме. Загиб лепестка выполнен с радиусом перегиба 100 мкм.

Использование предлагаемой конструкции и способ изготовления электронного модуля бесконтактной идентификации по сравнению с прототипом обеспечивает планаризацию модуля, повышает радиационную стойкость, расширяет диапазон рабочих температур, позволяет использовать при его изготовлении групповые автоматизированные методы микроэлектронной технологии, что соответственно снижает трудоемкость. Благодаря этому расширяется область применения таких электронных модулей бесконтактной идентификации.

Источники информации

1. Патент RU 2242798 С2, 7 G 06 К 19/077.

2. Патент WO 99/13441, МКИ G 08 В 13/187.

3. Патент RU 2194306 С2, 7 G 06 К 19/077, G 09 F 3/00, прототип.

Электронный модуль бесконтактной идентификации, содержащий подложку для монтажа микросхемы, которая выполнена с возможностью подсоединения к антенне, полностью расположенной на подложке и содержащей витки катушки, выполненные на плоскости подложки, микросхема и антенна расположены на противоположных сторонах подложки, контактные клеммы антенны подсоединены к выводам микросхемы через каналы, проделанные в подложке, отличающийся тем, что внутренний вывод катушки является одним из монтажных выводов микросхемы, второй монтажный вывод является продолжением внешнего вывода катушки, который размещен на гибком лепестке подложки и соединен с монтажным выводом через отверстия в подложке, загиб лепестка выполнен с радиусом перегиба не менее толщины вывода.