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

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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