CN101894291A - 一种双界面sim卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双界面SIM卡，属于移动通信设备和移动支付技术领域。所述双界面SIM卡包括卡基板、智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线；智能卡芯片和SIM卡芯片连接，同时，智能卡芯片通过相应的天线引脚与LTCC天线连接；智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线内嵌在卡基板内部。本发明提供的双界面SIM卡通过LTCC技术实现了天线的内嵌化及小型化，工作频率为13.56MHz，且外观尺寸与现有SIM卡相同；同时内置的智能卡芯片以及加入的PKI认证体系保证了非接触式通讯应用的安全。

Description

一种双界面SIM卡

技术领域

本发明涉及移动通信设备和移动支付技术领域，特别涉及一种双界面SIM卡。

背景技术

截至到目前，我国已有超过7亿的手机用户。与此同时，手机已经不仅仅是简单的通话工具，它正日益成为集流媒体播放器、数码摄像机、电子钱包等众多功能于一身的多功能产品。其中与手机用户密切相关的手机支付功能，正在受到越来越多的重视，并被认为在未来具有广阔的发展空间。

目前我国的移动支付还处于起步阶段，基于手机以无线近距离通信方式实现的支付主要有NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)、RF-SIM和双界面SIM卡等几种解决方案。但是由于存在技术标准不统一、缺乏成功的商业运作模式以及手机终端安全隐患等问题都尚未获得大规模商用。

NFC方案是近年由Nokia、Phillips等公司联合推出的一项无线技术，基本的做法是在新设计的手机中加入用于支付的FR模块，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换，工作频率为13.56MHz。这种方法可以比较好地解决利用手机进行射频识别的问题，但是用户必须去改造现有的手机，甚至购买一个全新的手机，造成社会资源的巨大浪费。

另一种无线近距离通信技术：RF-SIM，即射频识别SIM卡。它通过在SIM卡中内置近距离识别芯片在手机上实现近距离身份识别和金融支付的目的，工作频率为2.4GHz。但是目前该技术存在以下急需解决的问题：

(1)与现行国际射频标准13.56MHz不兼容，这样就需要对目前金融、公共设施采用的阅读设备、支付设备进行改造，成本较高；

(2)使用2.4GHz的微波频率进行数据通信没有标准可以参照，很多方面尚需实际验证，应用过程中存在很大的风险；

相对于NFC和RF-SIM两种技术，双界面SIM卡方案由于支持ISO14443A/B标准为业界成熟的国际标准，且不需要更换手机存在一定的优势，是目前最为成熟和应用最为广泛的移动支付解决方案。

双界面SIM卡方案，指用双界面SIM卡替换手机内部SIM卡，在保留原接触式界面SIM卡功能的基础上增加非接触IC卡应用界面。目前比较典型的做法有两种：

(1)非接触IC卡的非接触天线印刷在塑料薄膜上，再贴至SIM卡表面；

(2)非接触IC卡的非接触天线作为一个独立的部件附加在手机中，将天线引到手机的正面或反面，天线连接在SIM卡尚未使用的接口上。

但上述两种做法的缺点是：

(1)由于天线尺寸决定通讯距离，因此在SIM卡基板上进行天线设计会造成天线工作距离短等问题，使用效果差；

(2)天线贴到SIM卡表面或者引出到手机正面或反面，在安装过程中很容易造成天线断裂、毁坏，造成用户使用的不便。

LTCC技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。利用这种技术可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。LTCC技术的主要优点有：(a)在很大频率范围内，LTCC技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术；(b)由于批量生产设备和工艺的引入，原材料成本降低以及在中国进行加工制造，LTCC产品的成本得以大幅度的降低；(c)由于使用嵌入元件而不是线路板上表面贴装元件，模块尺寸减小20％～40％，系统成本更低；(d)满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中，LTCC材料是最理想的材料。

随着无线通信的不断发展，通信设备的集成度越来越高，使其体积越来越小，高密度、良好的温度特性以及小尺寸的新型电子系统已日益成为电子系统发展的必然趋势，这就对双界面SIM卡传统的封装技术提出了挑战，现有双界面SIM卡外在巨大的天线模块必将会惨遭淘汰。

另一方面，随着网络的发展，手机上网、手机银行等活动日益频繁，安全问题逐渐凸显，现有的双界面SIM卡通过一张SIM卡芯片同时实现与手机的通讯以及非接触应用，SIM卡芯片中不但存储了重要的个人身份信息，而且还同时存储了实现非接触应用的数据，一旦受到黑客或病毒的攻击，信息很容易复制和丢失，带来很大的安全隐患。

发明内容

为了解决现有双界面SIM卡天线体积庞大、安装调试困难、外置易于毁坏、使用效果差以及信息存储不安全等问题，本发明提供了一种双界面SIM卡，通过LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)技术集成射频天线，将其置于SIM卡基板内部，在不改造现有RF阅读器和手机的情况下，实现了手机的非接触式近距离射频通讯，同时内置的智能卡芯片在一定程度上解决了双界面SIM卡的安全问题。

本发明提供的双界面SIM卡，包括卡基板、智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线；所述智能卡芯片和SIM卡芯片连接，同时，所述智能卡芯片通过相应的天线引脚与LTCC天线连接；所述智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线内嵌在所述卡基板内部。

所述LTCC天线为基于LTCC技术制备的射频天线。

所述双界面SIM卡通过内部的智能卡芯片以及与之连接的LTCC天线实现非接触式通讯方式，工作频率为13.56Mhz，且与非接触智能卡读/写设备通讯时符合ISO/IEC 14443标准。

所述智能卡芯片当工作于非接触式通讯方式时，接收所述LTCC天线传输来的信号，以及将信号发送至所述LTCC天线。

所述智能卡芯片当工作于非接触式通讯方式时，利用PKI认证体系实现用户的身份认证。

所述双界面SIM卡通过内部的SIM卡芯片实现接触式通讯方式，且与外部的移动通讯设备进行接触式通讯时符合ISO/IEC 7816标准。

所述SIM卡芯片与智能卡芯片通过ISO7816、SPI或I2C接口方式进行连接。

所述双界面SIM卡的外观尺寸与现有手机SIM卡的外观尺寸相同。

与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：

1、本发明采用LTCC技术集成射频天线，实现了天线的小型化，并由此实现了双界面SIM卡天线的内置，在保证射频识别性能的基础上，解决了现有双界面SIM卡天线外置在安装过程中容易造成断裂和毁坏的问题，提高了天线的稳定性，增强了双界面SIM卡的使用寿命；同时由于该技术的采用，明显改善了双界面SIM卡在非接触状态下发送和接收信号经手机等移动设备后衰减的问题；

2、本发明双界面SIM卡的工作频率为13.56MHz，符合ISO14443标准，与目前大多数射频终端兼容，无需对现有射频终端进行改造，同时由于符合ISO14443标准，应用环境比较成熟，易于推广，不存在应用风险；

3、本发明双界面SIM卡的应用独立，接触式和非接触式通讯功能分别由SIM卡芯片和智能卡芯片完成，同时采用PKI认证体系，保证了非接触式通讯的安全；

4、由于本发明只是对现有手机SIM卡的内部结构进行了改进，外形以及尺寸和手机SIM卡相同，不存在对现有手机结构进行改造的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双界面SIM卡内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种双界面SIM卡内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

众所周知，天线的长短和波长成正比，与频率成反比，频率越高，波长越短，天线也就可以做得越短。现有的具有非接触功能的卡片工作频率一般都为13.56Mhz，与2.4Ghz的工作频率相比，天线体积庞大。以现有的SIM卡为例，国际标准尺寸为25.0mmx15.0mmx1.0mm，如果保证工作频率仍为13.56Mhz，在不改变现有尺寸的基础上，减去封装的外壳厚度，必须使天线的厚度不大于0.8mm，长度不大于23.0mm，实现存在很大的困难。另一方面，由于手机电池以及电路板的屏蔽作用，现有的双界面SIM卡应用到手机等通讯设备中时，外部信号经手机环境后会大幅衰减，导致双界面SIM卡收到外部阅读器发出的命令信号很困难，同时双界面SIM卡发出的信号经手机环境后也会大幅衰减，外部阅读器接收到双界面SIM卡发出的命令信号也很困难，虽然通过在SIM卡芯片中加入放大电路等方式可以使该问题得到改善，但是效果不是很明显，而且成本较高。

本发明实施例对现有的双界面SIM卡进行了改进，提出了一种新型双界面SIM卡解决方案，通过采用LTCC技术集成LTCC天线，置于SIM卡基板内部，在不改造现有非接触智能卡读/写设备和手机的情况下，解决了工作频率为13.56MHz的双界面SIM卡外置天线尺寸大、易于毁坏等问题，同时使天线信号抵抗外界手机环境干扰的能力得到了明显的改善。

参见图1，本实施例提供了一种双界面SIM卡，包括卡基板100、智能卡芯片(Smart Card)101、SIM卡芯片102和LTCC天线103。智能卡芯片101、SIM卡芯片102和LTCC天线103内嵌在卡基板100内部。其中，智能卡芯片101和SIM卡芯片102通过ISO7816通讯方式进行连接，同时智能卡芯片101通过两个天线引脚与LTCC天线103连接。

本实施例中，LTCC天线103为基于LTCC技术制备的射频天线。LTCC技术，是一种多层陶瓷技术，它可以将无源元件埋藏到基板内部同时将有源元件贴装在基板表面，在设计上具有很大的灵活性，真正实现了传统聚合物和传统陶瓷材料无法获得的三维结构。利用LTCC制备片式无源集成器件和模块具有很多优点：第一，陶瓷材料具有优良的高频高品质特性；第二，使用电导率高的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因子；第三，可适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板优良的热传导性；第四，可将无源组件埋入多层电路基板中，有利于提高电路的组装密度；第五，具有较好的温度特性，如比较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数，可以制作层数极高的电路基板。另外，非连续式的生产工艺允许对生坯基板进行检查，从而提高成品率，降低生产成本。

为了提高双界面SIM卡应用的安全性，本实施例在双界面SIM卡内部嵌入了智能卡芯片101，这样与手机等外部通讯设备的接触式通讯和非接触式通讯分别由SIM卡芯片102及智能卡芯片101完成，保证了应用的独立性。

本实施例中的智能卡芯片101与LTCC天线103工作在非接触式通讯方式时，智能卡芯片101用于接收LTCC天线103传输来的信号，以及将信号发送到LTCC天线103，实现射频识别功能。本实施例中的智能卡芯片101内部存储应用数据，实现各种非接触安全应用，例如钱包存折、公交卡等功能；同时为了进一步提高非接触应用的安全性，智能卡芯片101中加入了PKI认证体系，使其内部不但存储有用于实现非接触应用的各种应用数据，同时还存储有与个人身份认证信息相关的证书和密钥，在与非接触阅读器进行通讯时，将交易信息进行加密处理，实现了用户的身份认证，提高了交易的安全性。

本实施例中的智能卡芯片101和SIM卡芯片102通过ISO7816通讯方式进行连接，这样手机等外部通讯设备可通过SIM卡芯片102这一桥梁实现对智能卡芯片101的访问。在实际应用中，智能卡芯片101和SIM卡芯片102还可以通过SPI或I2C等接口方式进行连接。

本实施例中的SIM卡芯片102为现有普通的SIM卡芯片，同时该双界面SIM卡保留了现有单界面SIM卡的金属触点，可以通过接触方式实现与手机等外部移动通讯设备之间的通讯，且符合ISO/IEC 7816通讯协议标准。

本实施例中的智能卡芯片101和SIM卡芯片102是现有技术，其内部结构为本领域技术人员公知技术，且在市场上可以直接购买获得，在此不做描述。

本实施例的双界面SIM卡除可用于现有的电子钱包/存折、公共交通等成熟的应用之外，还支持其他多种应用，包括：符合PBOC借贷记规范的快速支付(QPBOC)，以及符合EMV规范的各种非接触应用。

目前，LTCC技术是无源集成的主流技术，LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品，整合型组件产品项目包括零组件、基板与模块。正是由于具备以上的高耐温性、高热传导率、高耐湿性、低介质损耗及优良的高频高Q特性等特点，使LTCC非常适于作为小型化天线的材料。而LTCC工艺所具备的多层技术又使得天线的布局从一维走向三维，为天线的小型化创造了良好的工艺条件。

本发明充分利用LTCC技术的上述特性，集成射频天线并内置于现有的SIM卡内部，可以以曲折线形、变形螺旋形以及平面振子等多种形式内嵌到SIM卡中，设计灵活。由于该技术的采用，突破了传统PCB天线的尺寸，使集成的射频天线具有超低剖面和极小外形，同时能够更好地和特定功能有源电路进行系统集成和封装，形成模块化，从而使其用于13.56MHz工作频率的SIM卡中成为可能；同时由于LTCC技术本身的特点，使信号受外界环境的损失减小到最低，不用增加信号放大电路就可保证在手机中的非接触应用；此外，LTCC介质基板可以对辐射单元提供有效支撑，延长了天线的寿命。

通过LTCC技术的应用，本实施例的双界面SIM卡外观尺寸与现有手机SIM卡外观尺寸相同，且该LTCC天线抗干扰能力强，有效的保证了射频设备的性能。工作频率13.56MHz，与非接触智能卡读/写设备进行通讯，符合ISO/IEC 14443通讯标准。这样双界面SIM卡就可直接置于现有的手机中进行应用，不但可以通过内部的SIM卡芯片102以接触式通讯方式实现与手机等移动终端的通讯功能，而且还可以通过内部的智能卡芯片101以及与之连接的LTCC天线103实现射频识别功能，且不存在对现有的非接触阅读器进行改造的问题。

图2示出了另外一种双界面SIM卡，包括卡基板200、SIM卡芯片201和LTCC天线202。其中，该实施例中的SIM卡芯片201具有RF接口模块，SIM卡芯片201通过两根天线引脚与LTCC天线202连接，同时SIM卡芯片201和LTCC天线202都内嵌在卡基板200内部。双界面SIM卡的外观尺寸与现有手机SIM卡的外观尺寸相同，工作频率为13.56MHz，这样该双界面SIM卡就可直接置于现有的手机中进行应用。射频识别的应用数据直接存储到SIM卡芯片201中，这样即可以利用内部的SIM卡芯片201实现与手机的接触式通讯功能，又可通过内部的LTCC天线202实现手机的非接触通讯功能。

综上所述，由于LTCC技术的采用实现了非接触天线的小型化，使非接触SIM卡的天线不再占据手机内部的空间，同时内置方式使天线的结构更紧凑，避免了天线外置造成的断裂和毁坏，有效地保证了天线的稳定性，延长了天线的使用寿命。此外，由于LTCC技术的采用使天线射频功能得到了有效的保证，参照现有的ISO14443标准可实现诸如电子钱包、公交卡等众多成熟的应用，并且不需要对现有的手机和POS终端进行改造，节约了社会资源。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双界面SIM卡，其特征在于：包括卡基板、智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线；所述智能卡芯片和SIM卡芯片连接，同时，所述智能卡芯片通过相应的天线引脚与LTCC天线连接；所述智能卡芯片、SIM卡芯片和LTCC天线内嵌在所述卡基板内部。

2.如权利要求1所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述LTCC天线为基于LTCC技术制备的射频天线。

3.如权利要求1所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述双界面SIM卡通过内部的智能卡芯片以及与之连接的LTCC天线实现非接触式通讯方式，工作频率为13.56Mhz，且与非接触智能卡读/写设备通讯时符合ISO/IEC 14443标准。

4.如权利要求3所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述智能卡芯片当工作于非接触式通讯方式时，接收所述LTCC天线传输来的信号，以及将信号发送至所述LTCC天线。

5.如权利要求4所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述智能卡芯片当工作于非接触式通讯方式时，利用PKI认证体系实现用户的身份认证。

6.如权利要求1所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述双界面SIM卡通过内部的SIM卡芯片实现接触式通讯方式，且与外部的移动通讯设备进行接触式通讯时符合ISO/IEC 7816标准。

7.如权利要求1所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述SIM卡芯片与智能卡芯片通过ISO7816、SPI或I2C接口方式进行连接。

8.如权利要求1所述的双界面SIM卡，其特征在于，所述双界面SIM卡的外观尺寸与现有手机SIM卡的外观尺寸相同。

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