JP2002236894A - 非接触通信式半導体装置 - Google Patents
非接触通信式半導体装置Info
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Abstract
型にしてこれまで適用が困難であった微小な空間に適用
可能な非接触通信式半導体装置を提供する。 【解決手段】 球形のIC1の外周部を当該IC1の直
径と同等又はこれよりも厚い絶縁層4にて覆い、当該絶
縁層4の表面にアンテナパターン2を形成する。アンテ
ナパターン2は、巻線をもって構成することもできる
し、絶縁層4の表面に形成された導体膜に例えばエッチ
ングやレーザビーム加工等の微細加工を施すことにより
構成することもできる。アンテナパターン2とIC1の
表面に形成された回路パターンとは、スルーホール5を
介して接続される。
Description
を取り扱う無線通信用のアンテナを備え、リーダライタ
からの電力の受給とリーダライタとの間の信号の送受信
とを無線によって行う非接触通信式の半導体装置に関す
る。
形などに形成された基体にICチップを搭載してなる半
導体装置が知られている。この種の半導体装置は、豊富
な情報量と高いセキュリティ性能を備えていることか
ら、交通、流通及び情報通信等の各分野で普及が進んで
いる。
導体装置は、基体に外部端子を設けず、リーダライタか
らICチップへの電力の受給と、リーダライタとICチ
ップとの間の信号の送受信とを無線通信用のアンテナを
利用して非接触で行うので、接触式の半導体装置のよう
に外部端子の損壊ということが本質的になく、保存等の
取り扱いが容易で長期間の使用に耐え、リーダライタの
メンテナンスも容易になるという特徴を有する。またこ
れに加えて、データの改ざんが行われにくく一層セキュ
リティ性能に優れるという特徴を有しており、今後より
広範囲な分野への普及が予想されている。
は、ICとして、回路形成面が平面状に形成されたIC
チップ、即ち、薄板状に形成されたシリコンウエハの片
面に演算素子や記憶素子を含む所要の回路パターンが集
積化されたICチップが用いられている。また、前記無
線通信用のアンテナとしては、導線を巻回してなる巻線
コイルや導体膜をエッチングしてなる平面コイルが用い
られている。これらのアンテナは、基体に設けられるの
が一般的であったが、近年においては、ICチップに直
接平面コイルをパターン形成したものや、ICチップを
コアとしてその周面に巻線コイルを巻回したものも提案
されている。
エハの片面に所要の回路パターンが集積化された薄板状
のICチップは、抗折力が小さいために、基体にアンテ
ナが備えられるものは勿論のこと、ICチップ自体にア
ンテナが備えられたものについても単独では非接触通信
式半導体装置として使用することができず、ICチップ
を基体に搭載する必要がある。このため、従来の非接触
通信式半導体装置は、構造が複雑でコスト高になり、か
つ平面形状が大型化するという不都合がある。
基体がカード形、タグ形又はコイン形などに形成され、
かつ当該非接触式半導体装置に搭載されるアンテナが基
体の表裏方向に指向性を有するように構成されているの
で、利用分野が自ずと制限され、例えば、当該非接触通
信式半導体装置を流体中に投入して、その流量や流速を
測定するといった利用を図ることができない。
るためになされたものであって、その課題とするところ
は、小型かつ安価に製造でき、しかもこれまで適用が困
難であった分野への適用が可能な非接触通信式半導体装
置を提供することにある。
解決するため、第1に、立体的な回路形成面を有するI
Cと、当該ICの表面に立体的にパターン形成された無
線通信用のアンテナとを備えるという構成にした。
は、ウエハプロセスによって製造されるICとは異な
り、特殊な方法で生成されたシリコン基の表面にプロセ
ス技術を応用して所要の素子及び配線が形成されたもの
であって、輪郭表面が2以上の平面を含んで構成され、
その2以上の平面に回路が形成されたもの、及び、輪郭
表面が例えば球状、粒状、皿状、ヘモグロビン形状、テ
トラポッド形状、細長或いは扁平的回転楕円体、正四面
体包摂形状、ドーナツ状、米粒状、ひょうたん型、印
型、たわら形状などの曲面で構成され、当該曲面に回路
が形成されたものの双方を含む。
記ICとアンテナとの間には、必要に応じて絶縁層を設
けることができ、当該絶縁層の厚さを調整することによ
って、当該絶縁層の表面に形成されるアンテナのサイ
ズ、即ち周波数特性を調整することができる。
2に、立体的な回路形成面を有するICと、当該ICの
外周部に付設され、前記回路形成面に立体的に形成され
た回路の入出力端子と電気的に接続された無線通信用の
アンテナとを備え、当該アンテナとして、2つの導電性
中空半球体からなり、これら2つの導電性中空半球体の
周縁部が所定のスリットを介して対向に配置されたもの
を用いるという構成にした。
3に、立体的な回路形成面を有するICと、当該ICの
外周部に付設され、前記回路形成面に立体的に形成され
た回路の入出力端子と電気的に接続された無線通信用の
アンテナとを備え、当該アンテナとして、一部にスリッ
トを有する導電性中空球体からなるものを用いるという
構成にした。
るアンテナは、高周波特性に優れるので、小型にして大
きな通信距離を得ることができる。また、要求される通
信距離が小さい場合には、巻線コイルからなるアンテナ
を用いることも可能である。
ングやレーザビーム加工等の微細加工技術を応用してパ
ターン形成されたものや巻線コイルを用いる場合、その
アンテナパターンは、ループ型又はダイポール型或いは
これらの組み合わせなど、任意の形状に形成することが
できる。また、そのアンテナパターンは、多指向性又は
無指向性を有することが好ましく、少なくとも3方向以
上の特定の多方向に対して高い感度を有するように形成
されることが好ましい。
球状のICは、板状のICチップに比べて格段に抗折力
(破壊強度)が大きい。また、かかるICの表面に無線
通信用のアンテナをパターン形成するか、あるいは、か
かるICの外周部に無線通信用のアンテナを付設する
と、アンテナを搭載するための基体を必要としないので
基体を必須の構成要素とする従来の非接触通信式半導体
装置に比べてその平面形状を格段に小型化できると共
に、3方向以上の特定の多方向に対して高い感度を有す
る多指向性のアンテナ又は無指向性のアンテナを形成す
ることができる。したがって、IC及びアンテナのみを
もって実用的な非接触通信式の半導体装置を構成するこ
とができ、小型かつ粒状であることから、例えば流体中
に投入して、その流量や流速を測定するといった利用を
も図ることができ、この種の非接触通信式半導体装置の
用途を拡大することができる。また、ICの表面に無線
通信用のアンテナをパターン形成するか、あるいは、I
Cの外周部に無線通信用のアンテナを付設するだけで所
望の非接触通信式半導体装置を得ることができるので、
基体を備えた非接触通信式半導体装置に比べて安価に製
造することができる。
非接触通信式半導体装置の第1実施形態例を、図1乃至
図3に基づいて説明する。図1は第1実施形態例に係る
非接触通信式半導体装置の斜視図、図2はアンテナを構
成する導線の断面図、図3は第1実施形態例に係る非接
触通信式半導体装置の利用例とリーダライタの構成例と
を示す概念説明図である。図1から明らかなように、本
例の非接触通信式半導体装置11は、立方形に形成され
たIC1のA面とその対向面であるA′面とにアンテナ
パターン2が形成され、A面及びA′面と直交するC面
にアンテナの両端3が配置されている。IC1のA面及
びA′面に形成されるアンテナパターン2は、いずれも
電流iに関して同一方向に巻回されており、アンテナパ
ターン2に電流iが供給されたとき、各アンテナパター
ン2からA面及びA′面に垂直で同一向きの磁界Hが発
生する。なお、図ではアンテナパターン2が1本の線で
表示されているが、コイル状に所定回数ターンさせるこ
とも勿論可能である。
形成されており、当該立方形を構成する6平面のうちの
少なくとも2平面以上に所要の回路パターン(図示省
略)が形成されていて、C面のアンテナ両端3と対応す
る部分に入出力部を有している。このIC1は、立方体
に形成されたシリコン基の表面にプロセス技術を応用し
て所要の素子及び配線を形成することにより作成され
る。
線を巻回することによって構成することもできるし、I
C1の表面に絶縁層(図示省略)を介して形成された導
体膜に例えばエッチング加工やレーザビーム加工等の微
細加工を施すことにより構成することもできる。アンテ
ナパターン2が導線にて形成される場合、IC1のC面
のアンテナ両端3と対応する部分には、パッド部が設け
られ、当該パッド部にアンテナ2の両端が接続される。
これに対して、アンテナパターン2が導体膜を微細加工
することによって形成される場合には、かかるパッド部
は不要である。
合、当該導線としては、図2(a)に示すように、銅や
アルミニウムなどの良導電性金属材料からなる心線2a
の周囲を樹脂などの絶縁層2bで被覆された線材から成
るもの、或いは図2(b)に示すように、心線2aの周
囲に金やハンダなどの接合用金属層2cが被覆され、か
つ当該接合用金属層2cの周囲に絶縁層2bが被覆され
た線材から成るものを用いることもできる。線材の直径
は、必要に応じて適宜選択できるが、巻線時の断線防止
及びアンテナ装置の小型化の要請から、20μm〜10
0μmのものが特に好適である。また、導線からなるア
ンテナパターン2とICパッド部との接続法法として
は、ワイヤボンディング、ハンダ付け、超音波融着、異
方性導電体接続等によって行うことができる。
方形のIC1の表面に無線通信用のアンテナ2をパター
ン形成するか、巻線コイルを巻回したので、従来のよう
にアンテナを搭載するための基体を必要とせず、基体を
必須の構成要素とする従来の非接触通信式半導体装置に
比べてその平面形状を格段に小型化できる。したがっ
て、IC1及びアンテナ2のみをもって実用的な非接触
通信式の半導体装置を構成することができ、小型かつ粒
状であることから、図3に示すように、管体21内を流
れる流体22に投入して、リーダライタ23にてその流
量や流速を測定するといった利用を図ることができる。
式半導体装置11に備えられたアンテナ2と電磁結合可
能なコイル24が備えられていて、このコイル24は、
管体21の外周に巻回されている。本構成のリーダライ
タ23によると、流体22と共に管体21内を流れてき
た非接触通信式半導体装置11がコイル24に接近し、
非接触通信式半導体装置11に備えられたアンテナ2と
コイル24とが電磁結合した段階でリーダライタ23よ
り非接触通信式半導体装置11に電源が供給され、非接
触通信式半導体装置11はその電源を利用して所要の演
算を行い、所要の信号をリーダライタ23に送信する。
リーダライタ23によるこの信号の受信レベルは、アン
テナ2とコイル24との相対位置によって変化するか
ら、受信レベルの変化をリーダライタ23に接続された
ホストコンピュータによって検出することによって、管
体21内を流れる流体22の流速、ひいては流量を演算
によって求めることができる。
置は、ICの表面に無線通信用のアンテナをパターン形
成するか、巻線コイルを巻回するだけで所望の非接触通
信式半導体装置を得ることができるので、基体を備えた
非接触通信式半導体装置に比べて安価に製造することが
できる。
信式半導体装置の第2実施形態例を、図4に基づいて説
明する。図4は第2実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の斜視図である。図4から明らかなように、本例
の非接触通信式半導体装置12は、立方形に形成された
IC1のA面及びA′面並びにこれらの各面と直交する
B面及びB′面にアンテナパターン2が形成され、A
面、A′面、B面及びB′面と直交するC面にアンテナ
の両端3が配置されている。IC1のA面及びA′面に
形成されるアンテナパターン2は、いずれも電流iに関
して同一方向に巻回されており、アンテナパターン2に
電流iが供給されたとき、各アンテナパターン2からA
面及びA′面に垂直で同一向きの磁界H1を発生する。
また、IC1のB面及びB′面に形成されるアンテナパ
ターン2も、電流iに関して同一方向に巻回されてお
り、アンテナパターン2に電流iが供給されたとき、各
アンテナパターン2からB面及びB′面に垂直で同一向
きの磁界H2が発生する。その他の事項については第1
実施形態例に係る非接触通信式半導体装置11と同じで
あるので、重複を避けるために説明を省略する。
1実施形態例に係る非接触通信式半導体装置11と同様
の効果を奏するほか、IC1のA面及びA′面とB面及
びB′面とにアンテナパターン2を形成したので、A面
及びA′面に垂直な方向並びにB面及びB′面に垂直な
方向の2方向に高い感度を有する多指向性のアンテナ装
置を備えた非接触通信式半導体装置を得ることができ
る。
信式半導体装置の第3実施形態例を、図5に基づいて説
明する。図5は第3実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の斜視図である。図5から明らかなように、本例
の非接触通信式半導体装置13は、立方形に形成された
IC1のA面及びA′面、B面及びB′面並びにC面及
びC′面にそれぞれアンテナパターン2が形成され、C
面にアンテナの両端3が配置されている。IC1のA面
及びA′面に形成されるアンテナパターン2は、いずれ
も電流iに関して同一方向に巻回されており、アンテナ
パターン2に電流iが供給されたとき、各アンテナパタ
ーン2からA面及びA′面に垂直で同一向きの磁界H1
を発生する。また、IC1のB面及びB′面に形成され
るアンテナパターン2も、電流iに関して同一方向に巻
回されており、アンテナパターン2に電流iが供給され
たとき、各アンテナパターン2からB面及びB′面に垂
直で同一向きの磁界H2が発生する。さらに、IC1の
C面及びC′面に形成されるアンテナパターン2も、電
流iに関して同一方向に巻回されており、アンテナパタ
ーン2に電流iが供給されたとき、各アンテナパターン
2からC面及びC′面に垂直で同一向きの磁界H3が発
生する。その他の事項については第1実施形態例に係る
非接触通信式半導体装置11と同じであるので、重複を
避けるために説明を省略する。
は、第1実施形態例に係る非接触通信式半導体装置11
と同様の効果を奏するほか、IC1のA面及びA′面、
B面及びB′面並びにC面及びC′面にアンテナパター
ン2を形成したので、A面及びA′面に垂直な方向、B
面及びB′面に垂直な方向並びにC面及びC′面に垂直
な方向の3方向に高い感度を有する多指向性のアンテナ
装置を備えた非接触通信式半導体装置を得ることができ
る。
信式半導体装置の第4実施形態例を、図6に基づいて説
明する。図6は第4実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の斜視図である。
信式半導体装置14は、立方形に形成されたIC1の3
方向の周面に連続的にアンテナパターン2を形成し、い
ずれか1つの面、図の例ではC面にアンテナの両端3を
配置したことを特徴とする。アンテナパターン2は、図
2に例示したような導線を巻回することによって形成す
ることができる。本例の非接触通信式半導体装置14
は、アンテナパターン2に電流iが供給されたとき、I
C1の各周面に巻回された各コイルから、互いに直交す
る方向に3つの磁界H1,H2,H3が発生する。その
他の事項については第1実施形態例に係る非接触通信式
半導体装置11と同じであるので、重複を避けるために
説明を省略する。
3実施形態例に係る非接触通信式半導体装置13と同様
の効果を奏する。
信式半導体装置の第5実施形態例を、図7に基づいて説
明する。図7は第5実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の斜視図である。図7から明らかなように、本例
の非接触通信式半導体装置15は、IC1として、輪郭
が球形に形成されたICを用い、その表面にアンテナパ
ターン2を形成したことを特徴とする。アンテナパター
ン2は、巻線をもって構成することもできるし、IC1
の表面に絶縁層(図示省略)を介して形成された導体膜
に例えばエッチング加工やレーザビーム加工等の微細加
工を施すことにより構成することもできる。図7(a)
はIC1の表面に沿ってアンテナ2を野球のボールの縫
い目形状に形成した例を示し、図7(b)はIC1の表
面に複数個の渦巻き型のコイルを分散した例を示す。い
ずれの場合にも、2方向以上の多方向に高い感度を有す
る多指向性のアンテナを備えた非接触通信式半導体装置
とすることができる。その他の事項については第1実施
形態例に係る非接触通信式半導体装置11と同じである
ので、重複を避けるために説明を省略する。
1乃至第4実施形態例に係る非接触通信式半導体装置1
1,12,13,14と同様の効果を奏する。
信式半導体装置の第6実施形態例を、図8に基づいて説
明する。図8は第6実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の断面図である。図8から明らかなように、本例
の非接触通信式半導体装置16は、球形のIC1の外周
部を当該IC1の直径と同等又はこれよりも厚い絶縁層
4にて覆い、当該絶縁層4の表面にアンテナパターン2
を形成したことを特徴とする。アンテナパターン2は、
巻線をもって構成することもできるし、絶縁層4の表面
に形成された導体膜に例えばエッチング加工やレーザビ
ーム加工等の微細加工を施すことにより構成することも
できる。アンテナパターン2とIC1の表面に形成され
た回路パターン9の入出力部9aとは、スルーホール5
を介して接続される。その他の事項については第1実施
形態例に係る非接触通信式半導体装置11と同じである
ので、重複を避けるために説明を省略する。
5実施形態例に係る非接触通信式半導体装置15と同様
の効果を有するほか、球形のIC1の外周部を当該IC
1の直径と同等又はこれよりも厚い絶縁層4にて覆い、
当該絶縁層4の表面にアンテナパターン2を形成したの
で、IC1の表面又はその近傍にアンテナパターン2を
形成する場合に比べてアンテナパターン2のサイズを大
型化することができ、高周波特性に優れたアンテナを備
えた非接触通信式半導体装置とすることができる。
信式半導体装置の第7実施形態例を、図9に基づいて説
明する。図9は第7実施形態例に係る非接触通信式半導
体装置の断面図である。
信式半導体装置17は、球形のIC1の外周部を当該I
C1の直径と同等又はこれよりも厚い絶縁層4にて覆
い、当該絶縁層4の外面に2つの導電性中空半球体2
a,2bからなるアンテナ2を被着したことを特徴とす
る。前記2つの導電性中空半球体2a,2bの相対向す
る周縁部の間には所定の間隙6が設けられ、各導電性中
空半球体2a,2bとIC1の表面に形成された回路パ
ターンとは、スルーホール5を介して接続される。その
他の事項については第6実施形態例に係る非接触通信式
半導体装置16と同じであるので、重複を避けるために
説明を省略する。
6実施形態例に係る非接触通信式半導体装置16と同様
の効果を有するほか、2つの導電性中空半球体2a,2
bからなるアンテナ2を用いたので、パターン形成され
たアンテナ又は巻線からなるアンテナを用いる場合に比
べて、より高周波特性に優れたアンテナを備えた非接触
通信式半導体装置とすることができる。
信式半導体装置の第8実施形態例を、図10に基づいて
説明する。図10は第8実施形態例に係る非接触通信式
半導体装置の断面図である。
通信式半導体装置18は、アンテナ2として、一部にス
リット8を有する導電性中空球体からなるものを用い、
当該アンテナ2内に球形のIC1を収納して、前記アン
テナ2の内面の2点とIC1の表面に形成された回路パ
ターンとを導体7で接続したことを特徴とする。その他
の事項については第6実施形態例に係る非接触通信式半
導体装置16と同じであるので、重複を避けるために説
明を省略する。
7実施形態例に係る非接触通信式半導体装置17と同様
の効果を有する。
形のIC1又は球形のIC1を用いたが、IC1の形状
についてはこれに限定されるものではなく、立体的な回
路形成面を有するICであれば、例えば球状、粒状、皿
状、ヘモグロビン形状、テトラポッド形状、細長或いは
扁平的回転楕円体、正四面体包摂形状、ドーナツ状、米
粒状、ひょうたん型、印型、たわら形状など、任意の輪
郭を有するものを用いることができる。
信式半導体装置は、立体的な回路形成面を有するICを
用い、当該ICの表面に無線通信用のアンテナをパター
ン形成するか、前記ICの外周部に当該ICの回路形成
面に形成された回路の入出力端子と電気的に接続された
無線通信用のアンテナを付設したので、アンテナを搭載
するための基体を必要とせず、基体を必須の構成要素と
する従来の非接触通信式半導体装置に比べてその平面形
状を格段に小型化できると共に、3方向以上の特定の多
方向に対して高い感度を有する多指向性のアンテナ又は
無指向性のアンテナを形成することができる。したがっ
て、IC及びアンテナのみをもって実用的な非接触通信
式の半導体装置を構成することができ、小型かつ粒状で
あることから、例えば流体中に投入してその流量や流速
を測定するなど、従来非接触通信式半導体装置の適用が
困難であった分野への応用が可能になる。また、基体を
有しないことから、構造が簡単であり、基体を備えた非
接触通信式半導体装置に比べて安価に製造することがで
きる。
の斜視図である。
の利用例とリーダライタの構成例とを示す概念説明図で
ある。
の斜視図である。
の斜視図である。
の斜視図である。
の斜視図である。
の断面図である。
の断面図である。
置の断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 立体的な回路形成面を有するICと、当
該ICの表面に立体的にパターン形成された無線通信用
のアンテナとを備えたことを特徴とする非接触通信式半
導体装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の非接触通信式半導体装
置において、前記ICとして、輪郭表面が曲面で構成さ
れたものを用いることを特徴とする非接触通信式半導体
装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の非接触通信式半導体装
置において、前記ICが球形であることを特徴とする非
接触通信式半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の非接触通信式半導体装
置において、前記ICとアンテナとの間に絶縁層を設け
たことを特徴とする非接触通信式半導体装置。 - 【請求項5】 立体的な回路形成面を有するICと、当
該ICの外周部に付設され、前記回路形成面に立体的に
形成された回路の入出力端子と電気的に接続された無線
通信用のアンテナとを備え、当該アンテナとして、2つ
の導電性中空半球体からなり、これら2つの導電性中空
半球体の周縁部が所定のスリットを介して対向に配置さ
れたものを用いたことを特徴とする非接触通信式半導体
装置。 - 【請求項6】 立体的な回路形成面を有するICと、当
該ICの外周部に付設され、前記回路形成面に立体的に
形成された回路の入出力端子と電気的に接続された無線
通信用のアンテナとを備え、当該アンテナとして、一部
にスリットを有する導電性中空球体からなるものを用い
たことを特徴とする非接触通信式半導体装置。
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