JP2005136901A - Icカード用アンテナモジュール及びその製造方法、並びに、icカード及びその製造方法 - Google Patents

Icカード用アンテナモジュール及びその製造方法、並びに、icカード及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 生産性、カード信頼性を向上させることができるICカード用アンテナモジュールとICカード及びこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁性のベース基材15の上に、ループ状に巻回した導体線材Wでなるアンテナコイル16を溶着により形成するに当たり、本発明に係るアンテナコイルでは、べーす基材15に対する溶着部Waと非溶着部Wbとを導体線材Wの線方向に交互に複数形成している。このような構成のアンテナコイルを形成するに当たっては、超音波溶着法によってこれら複数の溶着部Waを一括形成する。これにより、ベース基材15とアンテナコイル16(導体線材W)との間の接合信頼性を確保しながら、生産性の向上を図ることが可能となる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、信頼性及び生産性に優れたICカード用アンテナモジュール及びその製造方法、並びに、ICカード及びその製造方法に関する。
従来より、リーダーライタと、アンテナコイル及びICチップから構成される非接触ICカードを使用して、種々の情報のやり取りを行うICカードシステムが提案されている。このようなシステムは、交通機関の定期券、高速道路の自動料金徴収システム、電話カードシステム、あるいは工場における製品管理システム等に応用されている。
非接触ICカードは、一般に、アンテナコイルが形成されICチップが接合されるアンテナモジュールを複数枚のカード構成シートで挟み込んで構成されている。このアンテナモジュールにおけるアンテナコイルの形成方法には、従来より、幾つかの方法が知られている。
例えば、絶縁性のベース基材上に銀ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷した後、熱処理により固定する方法(印刷法)や、銅、アルミニウム等の金属薄膜をドライラミネートあるいは蒸着、めっき法で形成し、エッチングにてパターニングする方法(エッチング法)等がある。これらの方法でアンテナコイルを形成すれば、ICカードの薄型化を図ることが可能となる。
一方、上記の方法は材料コスト及び製造コストが比較的高いため、コスト的に有利な巻線法がアンテナコイルの形成法として注目されている。これには、ベース基材上に導体線材をループ状に巻回しながら埋め込み、これをアンテナコイルとする方法がある(下記特許文献1参照)。図10に、この巻線法による従来のアンテナコイルの形成方法を示す。
図10A,Bに示す従来例においては、プーリ1から供給されたワイヤ2を高周波発振器3で発振した高周波あるいは電圧制御器4から印加された電圧により、ヒステリシス損失あるいは抵抗加熱によって加熱し、この加熱されたワイヤ2をガイドローラ5の押圧作用によってベース基材6の上面にループ状に埋め込み、アンテナコイルを形成するようにしている。
特開平11−144018号公報
しかしながら、図10A,Bに示した従来のアンテナ形成方法においては、ワイヤ2をループ状に巻回しながらワイヤ2の全領域を順次ベース基材6上に埋め込む工法であるので、作業に時間がかかり、生産性の向上が図れないという問題がある。
また、ワイヤ2の全領域をベース基材6上に埋め込み形成する工法であるので、ワイヤ2の張力によってベース基材6に反りを生じさせ、後工程であるカード構成シートの積層時に高精度な丁合いを困難にし、これが原因でカード信頼性に影響を及ぼすという問題もある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、生産性、カード信頼性を向上させることができるICカード用アンテナモジュール及びその製造方法、並びに、ICカード及びその製造方法を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するに当たり、本発明のICカード用アンテナモジュールは、絶縁性のベース基材の上に形成されたループ状の導体線材でなるアンテナコイルを、ベース基材に対する溶着部と非溶着部とが当該導体線材の線方向に交互に複数形成されるように構成している。
本発明において、アンテナコイルを構成する導体線材は、その全領域がベース基材上に溶着される構成ではなく、ベース基材に対する溶着部と非溶着部とが導体線材の線方向に交互に複数形成された構成であるので、ベース基材と導体線材との間の接合信頼性を確保しながら、アンテナモジュールの低コスト化及び溶着工程の時間短縮による生産性向上を図ることが可能となる。
また、導体線材の全領域がベース基材に溶着される構成でないことから、アンテナコイル形成後のベース基材の反りを軽減できる。更に、破断強度の向上により曲げ荷重に対する耐久性をも高めることができる。
このような構成のICカード用アンテナモジュールの製造方法として、本発明は、ベース基材上のアンテナ形成領域に導体線材をループ状に巻回する工程と、この導体線材に部分的に超音波振動を印加し、ベース基材に対する溶着部と非溶着部とを当該導体線材の線方向に交互に一括形成する工程とを有する。これにより、ベース基材に対する導体巻線の溶着処理を短時間で行うことが可能となるので、生産性の向上が図れるようになる。
アンテナコイルに形成される溶着部と非溶着部は、当該アンテナコイルを構成する導体線材の線方向に交互に複数形成されるが、それぞれの形成長、形成ピッチ等は特に限定されず、アンテナコイルの形状、大きさ、ターン数等に応じて適宜設定可能である。
好ましくは、非溶着部では、導体線材がベース基材から離間させるようにする。これにより、アンテナモジュールに曲げ応力が作用した際、当該非溶着部における導体線材の変形によって曲げ量を吸収し、アンテナコイルの破断を回避できるようになる。
導体線材としては、例えば銅線やステンレス線等の一般的な金属ワイヤ等を用いることができる。特に、導体の周囲に樹脂等の絶縁材をコーティングした被覆導線を用いれば、アンテナコイルの配線重なり部における絶縁を容易に確保できる。なお、裸導線を用いることも可能であるが、この場合、アンテナコイルの配線重なり部において導線間に適切な絶縁処理を施す必要がある。
なお、導体線材の線径は特に限定されず、求められる通信特性に応じて、適宜選定される。
このような構成のアンテナモジュールを内封した本発明のICカードにおいては、上述した工程で製造されるアンテナモジュールに対してIC部品を接合した後、複数のカード構成シートで挟み込むことによって構成される。
本発明においては、アンテナモジュールを低コストで生産性高く製造することができるので、最終製品であるICカードの低コスト化及び生産性向上を図ることができる。
また、アンテナモジュールの反り量が軽減されるので、カード構成シートの高精度な丁合い積層を実現でき、曲げ荷重に対する耐性も向上することから、カードの信頼性が高められる。
なお、IC部品は、ICのベアチップに限らず、ICチップのほか必要な受動部品を一体的にモールドしたICパッケージ部品(COB:Chip on Board)も含まれる。これらの外部端子にアンテナコイル(導体線材)の内周側及び外周側の各端部を電気的に接続することによって、アンテナモジュールとIC部品との間の接合が図られる。
以上述べたように、本発明のICカード用アンテナモジュールによれば、ベース基材に対する溶着部と非溶着部とが導体線材の線方向に交互に複数形成された構成であるので、ベース基材と導体線材との間の接合信頼性を確保しながら、溶着工程の時間短縮を図ることが可能となる。また、導体線材の全領域がベース基材に溶着される構成でないことから、アンテナコイル形成後のベース基材の反りを軽減でき、曲げ荷重に対する耐久性をも高めることができる。
また、本発明のICカード用アンテナモジュールの製造方法によれば、ベース基材上のアンテナ形成領域に導体線材をループ状に巻回する工程と、この導体線材に部分的に超音波振動を印加し、ベース基材に対する溶着部と非溶着部とを当該導体線材の線方向に交互に一括形成する工程とを有するので、ベース基材に対する導体巻線の溶着処理を短時間で行うことが可能となり、生産性の向上が図れるようになる。
一方、アンテナモジュールを低コストで生産性高く製造することができるので、最終製品であるICカードの低コスト化及び生産性向上を図ることができる。また、アンテナモジュールの反り量を軽減できるので、カード構成シートの高精度な丁合い積層を実現でき、曲げ荷重に対する耐性も向上させ、ICカードの信頼性を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態によるICカード10の概略断面図である。本実施の形態のICカード10は非接触ICカードとして構成されるが、非接触ICカードと接触ICカードの両方の機能を兼ね備えた、いわゆるハイブリッドカードあるいはコンビネーションカードとして構成することも可能である。
本実施の形態のICカード10は、アンテナモジュール11と、このアンテナモジュール11に接合されたIC部品12と、これらアンテナモジュール11及びIC部品を非導電性の接着材料層13を介して挟み込む一対の外装シート材14a,14bとで構成されている。
アンテナモジュール11は、絶縁性のベース基材15と、このベース基材15の上にループ状に巻回された導体線材でなるアンテナコイル16とで構成されている。ベース基材15は、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミド(PI)、エポキシ等のシート状あるいはフィルム状の一般的な絶縁性合成樹脂材料でなり、所定のカード外形サイズと同等又はこれよりもやや小さい外形形状に形成されている。アンテナコイル16は、ベース基材15に対して溶着されることにより一体化されている。
図2は、アンテナコイル16の形態の詳細を示す、カード製造前のアンテナモジュール11の側断面図である。図示するように、アンテナコイル16を構成する導体巻線Wは、ベース基材15に対して溶着部Waと非溶着部Wbとが線方向に交互に複数形成されている。なお、溶着部Wa(非溶着部Wb)の形成ピッチは図示するように等間隔とする場合に限らず、不等間隔としてもよい。また、溶着部Waと非溶着部Wbのそれぞれの形成長も各々任意に設定可能である。
導体線材Wは、溶着部Waにおいてベース基材15の表面に埋め込まれており、非溶着部Wbにおいてベース基材15の表面から離間している。本実施の形態では、非溶着部Wbにおいて、導体線材Wはベース基材15の厚さ方向に湾曲した形状を有している。
本実施の形態では、導体線材Wとして、例えば図3に示す断面構造の被覆導線が用いられている。これは、銅線等の導体層L1をポリエステル系樹脂等の絶縁層L2でコーティングしたもので、例えば、アンテナ配線の重なり部において特別な絶縁措置を採ることなく配線のショートを防ぐことができる。
次に、IC部品12は、キャリア基板17上にICチップ18及びコンデンサ19を搭載し、封止樹脂20でモールドした半導体パッケージ部品で構成されている。キャリア基板17の表面の電極パターンには、アンテナコイル16の各端部16a,16bが接合されている。IC部品12はベース基材15に穿設された収容孔15aに収容されることによって、IC部品12の厚さによるカード表面の平坦性に与える影響が抑えられている。
図4A,BにIC部品12の要部の構成例を示す。図示の例では、ICチップ18はキャリア基板17に対して接着剤を介してフェイスアップ実装されており、表面の外部端子はボンディングワイヤ21を介してキャリア基板17上のランド(電極パターン)17a,17b,17cにそれぞれ接続されている。コンデンサ19はキャリア基板17上のランド17b,17c間にはんだ等の接合材を介して接合されている。コンデンサ19はアンテナモジュールとICチップ12とで構成される同調回路の一部をなし、要求されるカード通信特性に応じて搭載数や搭載品種が選定される。
続いて、以上のように構成される本実施の形態のアンテナモジュール11及びICカード10の製造方法について、図5〜図9を参照して説明する。
ここで、図5は導体線材Wの巻回工程を示す斜視図、図6はアンテナコイル16の形成工程を示す斜視図、図7はアンテナコイル16の形成工程に用いられる超音波溶着ホーンの振動付与面の構成を示す斜視図、図8はIC部品12の接合工程を示す斜視図、図9はアンテナモジュール11の通信検査工程を示す斜視図である。
先ず、アンテナモジュール11の製造方法について説明する。
アンテナモジュール11の製造は、図5に示す治具25の上で行われる。この治具25は、基台26の上に、ベース基材15を支持するステージ27を有している。そして、ステージ27に支持されたベース基材15のアンテナ形成領域において、巻線機構によって導体線材Wがループ状に巻回される。
導体線材Wの巻線工程は、基台25上の固定ピン28aに一端が固定された導体巻線をステージ27に立設された複数のガイドピン29間に架け渡すことによって行われる。
ここで、ガイドピン29はステージ27上面のベース基材支持領域に立設されるため、ベース基材15にはあらかじめガイドピン29のためのニゲ孔を形成しておく。
これらのガイドピン29は、図示するように矩形状のアンテナコイルを形成する場合、各周の四隅位置と、導体線材WをIC部品12との接合位置に案内するのに適切な位置とに各々配置される。
巻線機構としては、導体線材Wの他端(自由端)をチャックする図示しないロボットがベース基材15の直上位置で旋回する機構や、基台26に対してステージ27が回転する機構等を採用することができる。この場合、ガイドピン29は当初ステージ27内に埋没させておき、導体線材Wの繰り出し量に応じてガイドピン29を内周側から順に上昇させるようにすれば、導体線材Wの巻回作業が容易となる。
導体線材Wの巻回後、導体線材Wの他端が基台25上の固定ピン28bに支持され、固定ピン28a,28b間で導体線材Wが一定の張力で支持される。この状態で、次工程である導体線材Wの溶着工程が行われる。
導体線材Wの溶着工程には、図6に示す超音波溶着装置31が用いられる。この工程では、超音波溶着装置31の載台32の上に、ベース基材15及びループ状に巻回された導体線材Wを支持した治具25を載せ、超音波溶着ホーン33によって導体線材Wをベース基材15に押し付けながら、超音波振動を付与して溶着する。
超音波溶着ホーン33の振動付与部34は、図7に示すように、導体線材Wが形成するアンテナコイルの四側辺位置に対応して形成されている。各振動付与部34の幅は、内外周の導体線材Wを同時に押圧するのに十分な大きさを有している。そして、振動付与部34の各々の先端面は、導体線材Wの線方向にほぼ直交する複数本のスリット35が等ピッチで形成されることによって、櫛歯形状を有している。
このような構成の超音波溶着ホーン33によって、ベース基材15に対して導体線材Wが部分的に超音波振動を印加される結果、図2に示したように、ベース基材15に対する溶着部Waと非溶着部Wbとが、導体線材Wの線方向に交互に複数一括して形成される。導体線材Wは、ミシン線のようにドット状に形成された溶着部Waにおいてベース基材15と一体化され、非溶着部Wbはベース基材15から離間して湾曲している。
なお、本例では、導体線材Wの線径を0.1mm、溶着部Wa(非溶着部Wb)間のピッチを約1.0mm、非溶着部Wbの高さを約0.5mmとしている。
その後、導体線材Wの不要領域を切断することによってアンテナコイル16が形成されるとともに、このアンテナコイル16とベース基材15とが一体化したアンテナモジュール11が製造される。
以上のようにして製造されるアンテナモジュール11によれば、アンテナコイル16を構成する導体線材Wは、その全領域がベース基材15上に溶着される構成ではなく、ベース基材15に対する溶着部Waと非溶着部Wbとが導体線材Wの線方向に交互に複数、一括形成された構成であるので、ベース基材15と導体線材W(アンテナコイル16)との間の接合信頼性を確保しながら、アンテナモジュールの低コスト化及び溶着工程の時間短縮による生産性向上を図ることが可能となる。
また、アンテナコイル16を構成する導体線材Wの非溶着部Wbがベース基材15から離間しているので、非溶着部Wbに対応する領域において導体線材Wの張力低減効果が得られ、アンテナコイル16の形成後におけるベース基材15の反り量低減を図ることができる。これにより、後のカード製造工程において外装シート材14a,14aとの丁合い作業が容易となり、ハンドリング精度を高めることができる。
更に、アンテナコイル16を構成する導体線材Wの非溶着部Wbがベース基材15の厚さ方向に湾曲しているので、アンテナモジュール11に曲げ荷重が作用した際、非溶着部Wbにおける導体線材Wの変形によって当該曲げ荷重を吸収でき、アンテナコイル16の曲げ荷重に対する耐久性を高めることができる。
続いて、アンテナコイル16とIC部品12との接合工程が行われる。この工程では、図8に示すIC溶着機41を用いて、アンテナコイル16の各端部16a,16bを各々IC部品12の所定の端子部(電極パターン)に溶着する。
なお、本実施の形態では、アンテナコイル16の形成工程において既にIC部品12をベース基材15の収容孔15aへ収容させているが、これに限らず、この工程において初めてIC部品12を収容孔15aへ収容させるようにしてもよい。
アンテナコイル16とIC部品12との接合が完了した後、図9に示す周波数測定装置51を用いてアンテナモジュール(IC部品12を含む。)11の通信特性を検査する工程が行われる。この工程では、測定用治具52の上にアンテナモジュールを載せ、これに対向配置されるリーダーライタ53との間で通信を行わせ、アンテナモジュール11の応答周波数をネットワークアナライザ等の周波数分析器54によって測定する。これにより、アンテナモジュール11の共振周波数やQ値など所定の通信特性が検査される。
以上の工程を経て製造されたアンテナモジュール11は、その後、例えばロール・ツー・ロール方式で供給される一対の外装シート材14a,14b間に接着剤を介して貼り合わされ、圧着後、カードサイズに裁断されることにより、図1に示した形態のICカード10が製造される。
本実施の形態によれば、アンテナモジュール11を低コストで生産性高く製造することができるので、最終製品であるICカードの低コスト化及び生産性向上を図ることができる。また、アンテナモジュールの反り量が軽減されるので、カード構成シートの高精度な丁合い積層を実現でき、曲げ荷重に対する耐性も向上することから、カードの信頼性が高められる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
例えば以上の実施の形態では、ロール・ツー・ロール方式でICカードを製造する例について説明したが、これに代えて、アンテナモジュールと外装シート材との間にコアシートを介装し、熱プレス方式でシート間を溶着しカード化する工法(ラミネート法)も採用可能である。
また、以上の実施の形態では、ICカードに内封されるICチップを、キャリア基板上に必要な受動部品とともにモールドしたパッケージ部品の形態としたが(COB法)、これに限らず、例えばエッチング法で形成されるアンテナモジュールのように、ICのベアチップをフリップチップ方式で実装する形態も本発明は適用可能である。
本発明の実施の形態によるICカード10の概略構成を示す側断面図である。 ICカード10を構成するアンテナモジュール11の要部側面図である。 アンテナコイル16を構成する導体線材Wの断面図である。 アンテナコイル16に接合されるIC部品12の構成を示す図であり、Aは要部平面図、Bは要部側断面図である。 アンテナモジュール11の製造工程の一つである巻線工程を示す斜視図である。 アンテナモジュール11の製造工程の一つである導体線材Wの溶着工程を示す斜視図である。 超音波溶着ホーンの振動付与面の構成を示す斜視図である。 アンテナモジュール11の製造工程の一つであるIC溶着工程を示す斜視図である。 アンテナモジュール11の製造工程の一つである周波数測定工程を示す斜視図である。 従来の巻線法によるアンテナモジュールの製造方法を模式的に示す図である。
符号の説明
10…ICカード、11…アンテナモジュール、12…IC部品、13…接着材料層、14a,14b…外装シート材、15…ベース基材、16…アンテナコイル、17…キャリア基板、18…ICチップ、19…コンデンサ、20…封止樹脂、21…ボンディングワイヤ、31…超音波溶着機、33…超音波溶着ホーン、41…IC溶着機、51…周波数測定装置、W…導体線材、Wa…溶着部、Wb…非溶着部。

Claims (6)

  1. 絶縁性のベース基材と、このベース基材の上に形成されたループ状の導体線材でなるアンテナコイルとを備え、ICチップと共に、複数枚のカード構成シートで挟み込まれることによりICカードを形成する、ICカード用アンテナモジュールにおいて、
    前記アンテナコイルは、前記ベース基材に対する溶着部と非溶着部とが、前記導体線材の線方向に交互に複数形成されてなる
    ことを特徴とするICカード用アンテナモジュール。
  2. 前記非溶着部では、前記導体線材が前記ベース基材から離間している
    ことを特徴とする請求項1に記載のICカード用アンテナモジュール。
  3. 前記非溶着部では、前記導体線材が前記ベース基材の厚さ方向に湾曲している
    ことを特徴とする請求項2に記載のICカード用アンテナモジュール。
  4. 絶縁性のベース基材上にアンテナコイルが形成されてなるアンテナモジュールの製造方法において、
    前記ベース基材上のアンテナ形成領域に導体線材をループ状に巻回する工程と、
    前記導体線材に部分的に超音波振動を印加し、前記ベース基材に対する溶着部と非溶着部とを前記導体線材の線方向に交互に複数、一括形成する工程とを有する
    ことを特徴とするICカード用アンテナモジュールの製造方法。
  5. 絶縁性のベース基材上にアンテナコイルが形成されてなるアンテナモジュールと、このアンテナモジュールに搭載したICチップとを複数枚のカード構成シートで挟み込んでなるICカードであって、前記アンテナコイルが、前記ベース基材の上に溶着されたループ状の導体線材でなるICカードにおいて、
    前記アンテナコイルは、前記ベース基材に対する溶着部と非溶着部とが、前記導体線材の線方向に交互に複数形成されてなる
    ことを特徴とするICカード。
  6. 絶縁性のベース基材上にアンテナコイルが形成されてなるアンテナモジュールと、このアンテナモジュールに搭載したICチップとを複数枚のカード構成シートで挟み込んでなるICカードの製造方法において、
    前記ベース基材上のアンテナ形成領域に導体線材をループ状に巻回する工程と、
    前記導体線材に部分的に超音波振動を印加し、前記ベース基材に対する溶着部と非溶着部とを前記導体線材の線方向に交互に複数、一括形成する工程と、
    前記ベース基材上の導体巻線にIC部品を接合する工程と、
    前記ベース基材、前記導体線材及び前記IC部品を複数枚のカード構成シートで挟み込む工程とを有する
    ことを特徴とするICカードの製造方法。

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