JP2005242648A - Ｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造により、搭載した指紋センサを人体からの静電気放電から確実に保護することができるＩＣカードを提案する。
【解決手段】 基板６０上に静電容量型指紋センサ１０を搭載したＩＣカードＫにおいて、基板６０上に静電容量型指紋センサ１０の検出回路の基準電位Ｇと導通する放電用電極２０を備える。また、放電用電極２０が、静電容量型指紋センサ１０の検出面１０ａを露出させるために基板６０を構成する２枚の基材６１，６２の一方に設けられた開口部６３の縁６４に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指紋センサを搭載したＩＣカード（スマートカード）に関し、特に静電破壊の防止に関する。

ＩＣカード（スマートカード）は、ＩＣ（集積回路）チップを搭載したカードであり、磁気ストライプカードと比較して、高情報容量化、セキュリティ性向上（偽変造、不正使用の防止）、複数のアプリケーションに対応可能、ホスト負荷軽減（オフライン処理が可能）等の特徴を有する。このため、クレジットカードやキャッシュカードの他、電子マネー、電子商取引、医療保健分野、鉄道・バスなどの交通分野やビルの入退出管理等への展開が盛んに行われ始めている。これに伴い、更なるセキュリティ向上（情報保護、アクセス制限等）の目的から、指紋センサを搭載した個人認証機能付きＩＣカードが提案されている。
しかしながら、薄膜半導体により形成された静電容量型指紋センサのように指を接触させる指紋センサの場合には、人体に帯電した静電気が指紋センサに触れた際に放電して、内部のトランジスタ等を破壊してしまう。このため、指紋センサの誘電体層内に金属経路を設けて接地させる方法（特許文献１参照）や、誘電体層の上に導電体層を設ける方法（特許文献２参照）等が提案されている。
特開平１１−１６４８２４号公報 特開２０００−１９６０２７号公報

上述した技術では、指紋センサの構造が複雑になり、製造コストの上昇を招いてしまうという問題がある。指紋センサ付きＩＣカードの普及のために、指紋センサの製造コストの低減・低価格化は、必須の課題である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造により、搭載した指紋センサを人体からの静電気放電から確実に保護することができるＩＣカードを提案することを目的とする。

本発明に係るＩＣカードでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、基板上に静電容量型指紋センサを搭載したＩＣカードにおいて、基板上に静電容量型指紋センサの検出回路の基準電位と導通する放電用電極を備えるようにした。この発明によれば、ＩＣカードの使用者がＩＣカードを把持する際に放電用電極に触れるので、人体の電位と静電容量型指紋センサの検出回路の基準電位とが同電位となる。すなわち、人体に帯電した静電気が放電されるので、静電容量型指紋センサの検出面に指を接触させた際に内部トランジスタ等が破壊されてしまうことを回避できる。

また、放電用電極が、静電容量型指紋センサの近傍に配置されるものでは、静電容量型指紋センサの検出面に指を接触させる前に、確実に放電用電極に触れるようにすることができる。したがって、内部トランジスタ等の静電破壊を防止することができる。
また、放電用電極が、静電容量型指紋センサの検出面を露出させるために基板を構成する２枚の基材の一方に設けられた開口部の縁に配置されるものでは、静電容量型指紋センサの検出面は、使用者から見て開口部の下側に位置するので、検出面に指を接触させる前に縁に触れるので、より確実に放電用電極に触れるようにすることができる。
また、開口部を覆って検出面を保護する蓋の上面に放電用電極が配置されるものでは、検出面に指を接触させる前に蓋を開ける必要があるので、略確実に放電用電極に触れるようにすることができる。
また、放電用電極が、導電性微粒子により形成されるものでは、基板の製造と同時に放電用電極を形成できるので、製造コストを抑えることができる。
また、放電用電極が、基板の上面と略同一面高さに形成されるものでは、ＩＣカードに出っ張りがないので、カード端末（例えばＡＴＭ（自動支払機）等）での使用を円滑に行うことができる。

以下、本発明のＩＣカードの実施形態について図を参照して説明する。
図１は、ＩＣカードＫを示す分解斜視図である。
ＩＣカードＫは、２枚のプラスチック等の基材６１，６２が貼り合わされて形成された基板６０と、２枚の基材６１，６２の間に挟持されたＩＣチップ（集積回路）４０及び指紋センサ１０と、を備える。
更に、カード端末等の外部装置（不図示）との情報交換を行うインターフェイスとして、外部装置と直接接触する接触用ＩＣ端子５１と、外部装置と一定周波数の電波を受信・送信する非接触型ＩＣ用アンテナ５２とを備える。
接触用ＩＣ端子５１は、ＩＣチップ４０の上面に接触しつつ、基板６０の上面６０ａに露出するように形成される。一方、非接触型ＩＣ用アンテナ５２は、２枚の基材６１，６２の間にコイル状に形成される。
なお、本実施形態では、接触用ＩＣ端子と非接触型ＩＣ用アンテナとを備えるコンビカード（デュアルインターフェイス）について説明するが、接触用ＩＣ端子のみを備える場合（ＩＳＯ７８１６参照）や、非接触型ＩＣ用アンテナのみを備える場合（ＩＳＯ１４４４３等参照）、或いは、接触用ＩＣチップと非接触用ＩＣチップを備えるハイブリッドカードであってもよい。

図２は、ＩＣチップ４０の構成を示す模式図である。
ＩＣチップ４０は、指紋センサ１０に取り込まれた指紋パターンの特徴抽出を行うデータ処理部４１、特定の指紋パターンの特徴量等の各種情報を記憶するメモリ４２、データ処理部４１により抽出された特徴量とメモリ４２に記憶された特徴量とを比較する比較部４３、ＩＣカードＫの動作を制御する制御部４４とを備える。
そして、比較部４３には、接触用ＩＣ端子５１及び非接触型ＩＣ用アンテナ５２が接続される。

図３は、指紋センサ１０の構成を示す模式図である。
指紋センサ１０は、静電容量型、すなわち凹凸を有する指紋と検出面１０ａとの間の距離に応じて変化する静電容量を測定して、指紋パターンを検出するセンサである。静電容量型の指紋センサ１０は、光源が不要であるために薄型化することが容易であり、かつ表面保護層（パッシベーション膜）を適切に選択することによって、耐傷性を向上させることができるという特徴がある。
指紋センサ１０は、基板１５を有しており、この基板１５上には、所定の間隔を空けて互いに平行に形成された不図示の複数の走査線と、この走査線に対して直交するように所定の間隔を空けて互いに平行に形成された複数の信号線１６とが設けられている。
複数の走査線と複数の信号線１６との交点のそれぞれに対応する位置には、トランジスタ等によって構成されるスイッチング素子（検出回路）１２が設けられている。
これらの走査線、信号線１６およびスイッチング素子１２によって、アクティブマトリクスアレイ１３が構成されており、このアクティブマトリクスアレイ１３の上には、検出電極１１が各スイッチング素子１２に対応する位置にマトリックス状に設けられている。
各検出電極１１は、アクティブマトリクスアレイ１３の全面を覆うように絶縁膜（パッシベーション膜）１４にて覆われており、絶縁膜１４は、ＩＣカードＫの利用者の指Ｆと接触可能になっている。
なお、アクティブマトリクスアレイ１３としては、半導体基板上に形成されたＭＯＳトランジスタアレイ、絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を用いることができる。

このような構成を有する指紋センサ１０においては、指Ｆが検出面１０ａに接触すると、指Ｆとマトリックス状に配置された各検出電極１１との間に、２次元的に分布する静電容量が発生する（図３のＣ１，Ｃ２，Ｃ３等）。この２次元的に分布した各静電容量の値をアクティブマトリクスアレイ１３によって電気的に読み出すことにより、指Ｆの表面に形成された微細な凹凸形状のパターン（指紋パターン）を検出することができる。
静電容量方式を用いた指紋センサ１０において、人体に帯電した静電気による放電破壊を回避するためには、検出前において、指Ｆに帯電した静電気を放電し、指Ｆの電位をスイッチング素子１２のグランド（基準電位）Ｇレベルと略同一の電位にしておくことが必須である。更に、各静電容量の値を安定して検出するためには、検出時において、指Ｆの電位を所定の電位に固定することが好ましい。
このため、検出電極とは異なる電極、すなわち人体に帯電した静電気を放電させる放電用電極２０をＩＣカードＫの基板６０上に設けている。

図４から図７は、ＩＣカードＫの基板６０上に設けられた放電用電極２０を示す図である。
図４に示すように、放電用電極２０は、接触用ＩＣ端子５１と同様に、基板６０の上面６０ａに露出するように形成される。このように、放電用電極２０を基板６０の上面６０ａに露出するように形成することにより、使用に際して、指Ｆが放電用電極２０に触れるので、ＩＣカードＫを把持することにより人体に帯電した静電気を放電することができる。

また、放電用電極２０を、指紋センサ１０の検出面１０ａを露出させるために基材６１に形成された開口部６３の近傍、好ましくは図５（ａ）に示すように、開口部６３の縁６４に形成してもよい。
開口部６３の近傍或いは縁６４に放電用電極２０を形成することにより、指Ｆが指紋センサ１０の検出面１０ａに触れる直前に、指Ｆが放電用電極２０に触れるように仕向けることができる。
また、放電用電極２０を開口部６３の縁６４に形成する場合には、縁６４の全周に形成する場合に限らず、縁６４の一部分のみに形成してもよい。
なお、指Ｆが開口部６３の縁６４に形成した放電用電極２０により確実に触れるように、開口部６３の大きさを調整することが望ましい。

また、放電用電極２０とスイッチング素子１２のグランドＧとは、図５（ｂ）に示すように、電気的に接続される。すなわち、放電用電極２０を開口部６３の縁６４の上面側と側面側にかけて形成することにより、放電用電極２０と指紋センサ１０とを接触させる。また、縁６４に貫通孔（不図示）を形成し、その貫通孔を介して接触させてもよい。なお、この場合には、指紋センサ１０のグランド端子Ｇは、指紋センサ１０の上面に形成しておく。

また、基材６１の開口部６３の周辺に導電性微粒子（不図示）を混入させて放電用電極２０を形成してもよい。すなわち、基材６１中に含有される導電性微粒子により基板６０の上面６０ａと指紋センサ１０との通電が確保される。なお、人体の帯電した静電気の放電が目的なので、放電用電極２０の抵抗率は多少高くとも構わない。

図６は、開口部６３に設けられた蓋３０を示す。
指紋センサ１０の検出面１０ａを保護するために、開口部６３に蓋３０が設けられる場合には、図７に示すように、蓋３０に放電用電極２０を形成してもよい。蓋３０としては、蝶番等を軸にして開閉する開戸型や引き戸型のいずれであってもよい。このように、蓋３０に放電用電極２０を形成することにより、指紋センサ１０の使用に際して、蓋３０を開ける作業が必要になるので、確実に指Ｆと放電用電極２０とを接触させることができる。

また、上述した全ての放電用電極２０は、ＩＣカードＫの上面６０ａと同一高さに形成されることが好ましい。すなわち、放電用電極２０がＩＣカードＫの上面６０ａから出っ張らないようにする。これにより、ＡＴＭ等の外部装置との接触が円滑に行われるようになる。

次に、指紋照合装置の動作について説明する。
まずＩＣカードＫの使用者は、ＩＣカードＫを把持する。続いて、指紋センサ１０の検出面１０ａに指Ｆを載せる。このような一連の作業のなかで、指Ｆが検出面１０ａに触れる前に、確実に放電用電極２０に触れるようなっている。
したがって、人体に帯電した静電気が放電され、指Ｆの電位は、スイッチング素子１２のグランドＧと同電位になる。
このため、指Ｆが検出面１０ａに触れても、指Ｆと検出面１０ａとの間で静電気放電が発生せず、スイッチング素子１２の破壊を回避することができる。
特に、開口部６３の縁６４に放電用電極２０を設けた場合には、指紋の検出時に、指Ｆの電位がスイッチング素子１２のグランドＧと同電位になった状態が維持される。したがって、指Ｆと検出電極１１との間の静電容量の値を安定的に検出することができる。
このように、放電用電極の作用により、指Ｆに帯電した静電気を放電することができるので、指紋センサ１０の放電破壊を回避できる。また、指紋検出の際に指Ｆの電位を一定の電位に固定できるので、良好な指紋検出を行うことができる。

指紋センサ１０では、検出面１０ａに指Ｆが触れると、指Ｆとマトリックス状に配置された各検出電極１１との間に、２次元的に分布する静電容量が発生する。そして、この静電容量の値をアクティブマトリクスアレイ１３によって電気的に読み出すことにより、指Ｆの指紋パターンが検出される。
そして、検出された指紋パターンは、ＩＣチップ４０のデータ処理部４１に転送され特徴量が抽出される。この特徴量は、例えば指紋線の傾き量、分岐の位置、分岐の数等である。更に、求められた特徴量は、比較部４３に転送され、メモリ４２に格納されている特定の特徴量と比較される。
そして、仮に２つの特徴量が一致した場合には、一致信号が照合結果として、接触用ＩＣ端子５１及び非接触型ＩＣ用アンテナ５２を介して外部装置に出力される。
すなわちこの場合、一致信号を調べることにより、検出された指紋パターンがメモリ４２に格納されている特定の特徴量と同一の特徴量を持つことが確認できる。従って、メモリ４２に特定の個人の指紋の特徴量を予め格納しておくことにより、ＩＣカードＫの使用者を特定することができる。
このようにして、ＩＣカードＫの使用時に個人情報をより安全に取り扱うことが可能となる。

以上、説明したように、本発明のＩＣカードＫによれば、基板６０の上面６０ａに指紋センサ１０のスイッチング素子１２のグランドＧと導通する放電用電極２０を備えるようにしたので、ＩＣカードＫの使用者がＩＣカードＫを把持する際に放電用電極２０に触れて、人体の電位とスイッチング素子１２の電位とが同電位となる。これにより、人体に帯電した静電気が放電されるので、指紋センサ１０の検出面１０ａに指Ｆを接触させた際に、スイッチング素子１２等を破壊することが回避できる。
特に、指紋センサ１０の検出面１０ａを露出させるために設けられた開口部６３の縁６４や、開口部６３を覆う蓋３０の上面に放電用電極２０を形成した場合には、略確実に指Ｆが放電用電極２０に触れるので、スイッチング素子１２等の放電破壊を回避できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。

ＩＣカードＫを示す分解斜視図 ＩＣチップ４０の構成を示す模式図 指紋センサ１０の構成を示す模式図 放電用電極２０を示す概略図 放電用電極２０を示す概略図 放電用電極２０を示す概略図

符号の説明

１０…指紋センサ（静電容量型指紋センサ）、 １０ａ…検出面、 １２…スイッチング素子、 ２０…放電用電極、 ３０…蓋、 ６０…基板、 ６０ａ…上面、 ６１，６２…基材、 ６３…開口部、 ６４…縁、 Ｋ…ＩＣカード、 Ｇ…グランド（基準電位）

Claims (6)

1. 基板上に静電容量型指紋センサを搭載したＩＣカードにおいて、
   前記基板上に前記静電容量型指紋センサの検出回路の基準電位と導通する放電用電極を備えることを特徴とするＩＣカード。
2. 前記放電用電極は、前記静電容量型指紋センサの近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＩＣカード。
3. 前記放電用電極は、前記静電容量型指紋センサの検出面を露出させるために前記基板を構成する２枚の基材の一方に設けられた開口部の縁に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣカード
4. 前記開口部を覆って前記検出面を保護する蓋の上面に前記放電用電極が配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のＩＣカード。
5. 前記放電用電極は、導電性微粒子により形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のＩＣカード。
6. 前記放電用電極は、前記基板の上面と略同一面高さに形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のＩＣカード。
   
   
   

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