JP2006301711A - Ｉｃカード、通信端末およびｉｃカードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源である電池の交換の必要性がなく長期間使用でき、また、微弱な電波の強度での情報の送受信が可能となるとともに、収納や携帯時に不具合を生じさせるほど厚さがかさばらない熱電変換装置を内蔵したＩＣカードとその製造方法を提供する。
【解決手段】熱電変換装置１１を配置した第１の基板１０と、ＩＣモジュールが配置される第２の基板とを貼り合わせてなるＩＣカードであって、熱電変換装置１１は、ＩＣモジュールの配置位置に対応する第１の基板１０上のＩＣモジュール配置領域１５の外側に、吸熱を行う高温部がＩＣモジュール配置領域１５側に位置するように配置した少なくとも１つの熱電変換素子１１Ａを備える。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、内部に熱電変換装置を具備したＩＣ（Integrated Circuit）カードと、このＩＣカードを具備する通信端末と、ＩＣカードの製造方法に関するものである。

近年、従来から用いられているテレフォンカードやキャッシュカード、定期券などの磁気カードに代わって、取り扱う情報量の増大や偽造防止などの要求から、ＩＣ（集積回路）チップを有するチップモジュールを内蔵したＩＣカードが導入され、急速に普及しつつある。

ＩＣカードの中でも電磁波を利用して通信を行うＩＣカードは非接触式ＩＣカードとよばれ、この非接触式ＩＣカードとリーダライタ装置との間で、データ・コマンドなどの情報の入出力や電力・クロック信号などの供給を、電磁波を用いて非接触状態で行うものである。従来の非接触式ＩＣカードには、電源を内蔵していない構造形式のものと、電源を内蔵している構造形式のものとがある。いずれの構造形式の場合にも、非接触式ＩＣカードは、ＩＣモジュールとアンテナコイルのみで構成された電気回路が、樹脂や紙などのシートに内蔵されている。

電源を内蔵していない非接触式ＩＣカードの場合には、内蔵されているアンテナコイルが、本来情報伝達に用いられる電磁波により起電力を得るとともに、情報の送受信を行う。ＩＣモジュールは、アンテナコイルによって得られた起電力により作動し、データの記憶や演算を行う。

また、電源を内蔵している非接触式ＩＣカードの場合には、化学反応により起電力を生じる化学電池を内蔵しており、この起電力によりＩＣモジュールを作動させる。このため、電磁波は情報のみを伝送するだけでよいため、数十ｍでの伝送距離が実現できる。

これらの形式のほかにも、発電源を内蔵している種々の非接触式ＩＣカードが提案されている。たとえば、温度差により発電する熱電池（熱電変換装置）を内蔵し、この熱電池を電源としてＩＣモジュールを作動させる非接触式ＩＣカードが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この非接触式ＩＣカードの場合には、熱電変換装置の片面にＩＣカード表面よりも突出した放熱フィンを設けることで温度差を得る構成となっている。

特開２００３−１３２３１２号公報

ところで、一般に、電磁波の強度と誘導起電力の大きさは比例しているため、電源を内蔵していない非接触式ＩＣカードのＩＣモジュールが作動するのに必要な誘導起電力を得るためには、電磁波の強度が所定の強度以上に大きくなければならない。しかし、電磁波の強度は距離が長くなるにしたがい減衰し、弱くなることに加えて、電波法により強度の上限が定められている。このため、電源を内蔵していない非接触式ＩＣカードは、ＩＣモジュールを作動させるのに必要な誘導起電力を得られる電磁波の強度の範囲内での使用に限られ、伝送距離が短い範囲に限定されてしまうという問題点があった。

また、電源を内蔵している非接触式ＩＣカードの場合において、化学電池には寿命があるので、使用時間には制限がある。したがって、化学電池が寿命に達した場合には、電池交換という手間が発生してしまうという問題点があった。また、電池交換を行わない場合には、非接触式ＩＣカードの短寿命化につながり、非接触式ＩＣカードのコスト高を招くという問題点があった。

さらに、特許文献１に記載の熱電池を有する非接触式ＩＣカードの場合において、カードを使わない状態では、ケース、かばん、ボックス、ポケットなどに収納するのが一般的であるが、カードの一方の面に放熱フィンを有するように構成された熱電池を有する非接触式ＩＣカードの厚みはかさばってしまい、収納や携帯時には不具合を生じるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源である電池の交換の必要性がなく長期間使用でき、また、微弱な電波の強度での情報の送受信が可能となるとともに、収納や携帯時に不具合を生じさせるほど厚さがかさばらない熱電変換装置を内蔵したＩＣカードとその製造方法を提供することを目的とする。また、そのＩＣカードを備える通信端末を提供することも目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、ＩＣモジュールが配置されるＩＣモジュール実装基板と、熱電変換装置を配置した発電装置実装基板とを貼り合わせてなるＩＣカードであって、前記熱電変換装置は、前記ＩＣモジュールの配置位置に対応する前記発電装置実装基板上のＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部が前記ＩＣモジュール配置領域側に位置するように配置した少なくとも１つの熱電変換素子を備えることを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の発明において、前記発電装置実装基板は、前記ＩＣモジュール実装基板を上下から挟む２枚の基板からなることを特徴とする。

さらに、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の発明において、前記発電装置実装基板は、複数の熱電変換装置を積層してなることを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記ＩＣモジュール実装基板と前記発電装置実装基板のうち少なくとも一方の側端部に凹凸を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項５にかかる発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記熱電変換装置は、複数の熱電変換素子を直列に接続してなることを特徴とする。

また、請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の発明において、前記熱電変換素子は、前記ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を囲むように配置されることを特徴とする。

さらに、請求項７にかかる発明は、請求項５に記載の発明において、前記熱電変換素子は、前記発電装置実装基板の外周部に沿って配置されることを特徴とする。

また、請求項８にかかる発明は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の発明において、前記ＩＣモジュール実装基板は、前記熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段をさらに備えることを特徴とする。

さらに、請求項９にかかる発明は、請求項８に記載の発明において、前記蓄電手段は、二次電池であることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１０にかかる発明は、所定の通信方式で通信を行う通信端末において、ＩＣモジュールと、発電装置実装基板の熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段と、が配置されるＩＣモジュール実装基板と、前記ＩＣモジュールの配置位置に対応するＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部を配置した少なくとも１つの熱電変換素子を有する熱電変換装置を備える発電装置実装基板と、を貼り合わせてなるＩＣカードを具備することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１１にかかる発明は、ＩＣモジュールをＩＣモジュール実装基板上に配置するＩＣモジュール実装工程と、発電装置実装基板の前記ＩＣモジュールの配置位置に対応するＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部が前記ＩＣモジュール配置領域側に位置するように少なくとも１つの熱電変換素子を有する熱電変換装置を形成する熱電変換装置形成工程と、前記ＩＣモジュール実装基板と前記発電装置実装基板とを、位置合わせを行って貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、貼り合わせた基板の側面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、を含むことを特徴とする。

さらに、請求項１２にかかる発明は、請求項１１に記載の発明において、前記熱電変換装置形成工程では、２枚の発電装置実装基板に熱電変換装置を形成し、前記基板貼り合わせ工程では、前記ＩＣモジュール実装基板の上下面を前記２枚の発電装置実装基板で挟んで貼り合わせを行うことを特徴とする。

また、請求項１３にかかる発明は、請求項１１に記載の発明において、前記熱電変換装置形成工程では、前記発電装置実装基板上に複数の熱電変換装置を積層して形成することを特徴とする。

さらに、請求項１４にかかる発明は、請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の発明において、前記熱電変換装置形成工程では、複数の熱電変換素子を、前記ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を囲むように配置して熱電変換装置を形成することを特徴とする。

また、請求項１５にかかる発明は、請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の発明において、前記熱電変換装置形成工程では、複数の熱電変換素子を、前記発電装置実装基板の外周部に沿って配置して熱電変換装置を形成することを特徴とする。

さらに、請求項１６にかかる発明は、請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の発明において、前記ＩＣモジュール実装工程では、前記熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段をさらに配置することを特徴とする。

また、請求項１７にかかる発明は、請求項１１〜１６のいずれか１つに記載の発明において、前記熱電変換装置形成工程では、前記熱電変換素子をスクリーン印刷法によって形成することを特徴とする。

請求項１にかかる発明によれば、温度差により発電する熱電変換装置を内蔵し、この内蔵された熱電変換装置を電源としてＩＣモジュールを作動させる構造にしたので、電源である電池交換が不要となり、長期間使用することができる。また、熱電変換素子の吸熱を行う高温部をＩＣモジュール側に配置し、放熱部を基板の側端部側に配置するように熱電変換装置を構成したので、熱電変換素子の両端に効果的に温度差を発生させることができる。その結果、放熱部でＩＣカードの厚さがかさばることがなくなり、容易に収納したり携帯したりすることが可能なＩＣカードを提供することができる。

また、請求項２にかかる発明によれば、ＩＣモジュール実装基板の上下を、熱電変換装置を有する発電装置実装基板で挟むようにしたので、熱電変換素子の数が増加し、一層大きな熱起電力を得ることができる。

さらに、請求項３にかかる発明によれば、複数の熱電変換装置を積層させることで、ＩＣカード全体の厚さを著しく増加させることなく熱電変換素子の数を増加させることが可能となり、一層大きな熱起電力を得ることができる。

また、請求項４にかかる発明によれば、ＩＣカードの側端部に設けた凹凸で、熱電変換素子の放熱部付近の表面積が増大し、効果的に放熱部を冷却することができる。その結果、熱電変換素子の両端部に温度差を生じさせることができ、発電効率を上げることができる。

さらに、請求項５にかかる発明によれば、熱電変換素子を直列に接続させたので、熱起電力を効率よく取り出すことができる。

また、請求項６にかかる発明によれば、ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を配置される熱電変換素子の高温部は、ＩＣモジュールの駆動中には効率よくＩＣモジュールからの熱を吸収するので、熱電変換素子の両端の温度差が大きくなり、大きな熱起電力を得ることができる。

さらに、請求項７にかかる発明によれば、発電装置実装基板の外周部に沿って熱電変換素子が配置されるので、発電装置実装基板に設けられる熱電変換素子の数を増やすことができ、大きな熱起電力を得ることができる。

また、請求項８にかかる発明によれば、熱電変換装置から得られる熱起電力が蓄電手段によって蓄電され、その蓄電手段によってＩＣカードを、安定してそして長時間使用することができる。

さらに、請求項９にかかる発明によれば、熱電変換装置から得られる熱起電力を二次電池に充電するようにしたので、その二次電池によってＩＣカードを、安定してそして長時間使用することができる。

また、請求項１０にかかる発明によれば、ＩＣモジュールと蓄電手段が配置されるＩＣモジュール実装基板と、熱電変換装置を備える発電装置実装基板と、を貼り合わせてなるＩＣカードを通信端末に具備させたので、通信端末におけるＩＣカードを、蓄電手段によって安定してそして長時間使用することが可能となる。

さらに、請求項１１にかかる発明によれば、ＩＣモジュールを有するＩＣモジュール実装基板と、熱電変換装置を有する発電装置実装基板とを貼り合わせ、その側面に凹凸を設けるようにしたので、熱電変換素子の放熱部における熱の放熱が促進され、熱電変換素子の両端で十分な温度差を生じさせることが可能で、電源である電池交換が不要なＩＣカードを得ることができる。また、ＩＣカードの外形切断時に基板の側面に凹凸を同時加工するようにしたので、製造コストを低減することができる。

また、請求項１２にかかる発明によれば、ＩＣモジュール実装基板の上下を、熱電変換装置を有する発電装置実装基板で挟むようにしたので、熱電変換素子の数が増加し、一層大きな熱起電力を得ることが可能なＩＣカードを製造することができる。

さらに、請求項１３にかかる発明によれば、複数の熱電変換装置を積層させることで、ＩＣカード全体の厚さを著しく増加させることなく熱電変換素子の数を増加させることができる。その結果、一層大きな熱起電力を得ることができるＩＣカードを製造することができる。

また、請求項１４にかかる発明によれば、ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を配置される熱電変換素子の高温部は、ＩＣモジュールの駆動中には効率よくＩＣモジュールからの熱を吸収するので、熱電変換素子の両端の温度差が大きくなる。その結果、大きな熱起電力を得られるＩＣカードを製造することができる。

さらに、請求項１５にかかる発明によれば、発電装置実装基板の外周部に沿って熱電変換素子が配置されるので、発電装置実装基板に設けられる熱電変換素子の数を増やすことができる。その結果、大きな熱起電力を得られるＩＣカードを製造することができる。

また、請求項１６にかかる発明によれば、熱電変換装置から得られる熱起電力が蓄電手段によって蓄電され、その蓄電手段によってＩＣモジュールを駆動することができるＩＣカードが製造される。その結果、ＩＣカードは、安定してそして長時間使用することができる。

さらに、請求項１７にかかる発明によれば、スクリーン印刷法では、熱電変換装置を熱電半導体粉末と結合材（接着剤または結合材）とからなる混合物として形成するので、低コストでＩＣカードを製造することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるＩＣカード、通信端末およびＩＣカードの製造方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、ここでは、最初に本発明の概要を説明し、その後に各実施の形態について説明する。ただし、本発明がこれらの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる非接触式ＩＣカード（以下、単にＩＣカードという）の側面断面図であり、図２−１〜図２−２は、ＩＣカードを構成する基板の構成を模式的に示す斜視図であり、図３は、配線の一部を拡大した図である。このＩＣカード１は、熱を電気に変換する熱電変換装置１１を形成した第１の基板１０と、電磁波を用い非接触で情報を送受信するためのアンテナコイル２１とデータを記憶するためのＩＣモジュール２２を有する第２の基板２０とが貼り合わされた構成を有し、熱電変換装置１１を電源としてＩＣモジュール２２を作動させる構造としている。なお、第１の基板は、特許請求の範囲における発電装置実装基板に対応し、第２の基板は、同じくＩＣモジュール実装基板に対応している。

図２−１に示されるように、第１の基板１０には、貼り合わせた際における第２の基板２０のＩＣモジュール２２の配置位置に対応するＩＣモジュール配置領域１５よりも外側に、ｐ型およびｎ型の熱電半導体の組合せからなる熱電変換素子１１Ａを少なくとも１つ形成した薄膜状の熱電変換装置１１と、熱電変換装置１１から電力を取り出すための電力取出用配線１２と、電力取出用配線１２を第２の基板２０のＩＣモジュール２２につながる電極接続部２３と接続するための電極接続部１３と、を備える。

図３は、第１の基板１０に形成される熱電変換装置１１の構造の一部（熱電変換素子１１Ａ）を示す図であり、この図に示されるように、熱電変換装置１１は、ｐ型熱電半導体１１１とｎ型熱電半導体１１２がほぼ平行に第１の基板１０上に配置され、それらの一方の端部同士を電極１１Ｂで接続した構成を有している。ここで、電極１１Ｂで互いに接続した方は熱を吸収する高温部１２１側となり、ＩＣモジュール配置領域１５側に位置するように第１の基板１０上に配置される。他方の端部にも電極１１Ｂが接続されるが、熱電変換素子１１Ａを形成するｐ型とｎ型の熱電半導体１１１，１１２同士を接続するものではない。つまり、熱電変換素子１１Ａを１つしか有さない熱電変換装置１１の場合には、ｐ型とｎ型の熱電半導体１１１，１１２の他方の端部は、それぞれ電力取出用配線１２と電極１１Ｂによって接続される。また、熱電変換素子１１Ａを複数有する熱電変換装置１１の場合には、隣接する熱電変換素子１１Ａの異なる導電型の熱電半導体の端部と電極１１Ｂによって接続される。たとえば、図２−１では、第１の基板１０上のＩＣモジュール配置領域１５よりもわずかに外側に、８個の熱電変換素子１１Ａが形成されており、ｐ型−ｎ型−ｐ型−ｎ型−・・・とｐ型熱電半導体１１１とｎ型熱電半導体１１２とが交互になるように電極１１Ｂによって接続される。このように、熱電変換素子１１Ａを直列に接続して、熱起電力を効率よく取り出せる構成としている。

熱電変換装置１１の熱電変換素子１１Ａは、上述したようにＩＣモジュール配置領域１５の外側に配置されるが、熱電変換素子１１Ａの高温部１２１側はＩＣモジュール２２側となるように、高温部１２１と反対側の放熱部（隣接する熱電変換素子１１Ａ間で電極１１Ｂによって接続される部分）１２２は第１の基板１０の側端部側となるように配置される。

電力取出用配線１２は、熱電変換装置１１の電極１１Ｂと接続され、第２の基板２０と電気的に接続する所定の位置に設置された電極接続部１３まで配線される。

図２−２に示されるように、第２の基板２０には、ＩＣモジュール２２と、このＩＣモジュール２２に接続してコイル状に配置形成されるアンテナコイル２１と、第１の基板１０の熱電変換装置１１から取り出した電力をＩＣモジュール２２に供給するための電極接続部２３と、ＩＣモジュール２２と電極接続部２３とを結ぶ電力取出用配線２６と、を備える。

以上のような構成を有する第１と第２の基板１０，２０の双方の電極接続部１３，２３同士を接続し、熱電変換装置１１で発生する起電力の出力をＩＣモジュール２２の電源供給ラインに接続して、ＩＣカード１が構成される。図１では、第１の基板１０の熱電変換装置１１が配置される面と第２の基板２０のＩＣモジュール２２が配置される面とを、絶縁層１４を介して貼り合わせる構成としている。

この構成のＩＣカード１のＩＣモジュール２２の部位を一定の高熱源に接触させて配置し、ＩＣカードの端部を室温中に置いた環境で両者間に温度差を設けたときに熱電変換装置１１（熱電変換素子１１Ａ）の両端に熱起電力が発生し、ＩＣモジュール２２を動作させることが可能となる。つまり、特許文献１に示した熱電変換装置を有するＩＣカードと異なり、このＩＣカード１では、熱電変換装置１１（熱電変換素子１１Ａ）をその放熱部１２２が第１の基板１０面内の側端部側に配置されるように形成して、温度差による発電を行うとともに、厚さのかさばりを抑制している。

このように、電源である電池の交換の必要性がなく長期間使用でき、また、微弱な電波の強度での情報の送受信が可能となるとともに、収納や携帯時に不具合を生じさせるほど厚さがかさばらない熱電変換装置１１を内蔵したＩＣカード１を得ることができる。

（第１の実施の形態）
図４は、本発明にかかるＩＣカードの第１の実施の形態の側面断面図であり、図５は、図４のＩＣカードの分解斜視図であり、図６は、第２の基板の側端部の構成を示す図である。このＩＣカード１は、第１の基板１０の薄膜状の熱電変換装置１１が形成された面上に、第２の基板２０のアンテナコイル２１とＩＣモジュール２２が配置されない面を重ね合わせ、さらに第２の基板２０のアンテナコイル２１とＩＣモジュール２２が配置される面を覆うように保護または装飾のための樹脂シート４０を重ね合わせた構成を有している。なお、第２の基板２０の電極接続部にはスルーホール２４が設けられ、第１の基板１０の電極接続部１３と接続される。また、第２の基板２０の周囲の側面部には、凹凸２５が設けられている。この凹凸２５によって、第２の基板２０の側面部の表面積が大きくなり、第１の基板１０の面内に形成される熱電変換装置１１の熱電変換素子１１Ａの放熱部１２２が室温に近い温度に冷却される。

以下に、このような構成のＩＣカード１の製造方法について説明する。はじめに、たとえば、フェノール、ポリエステル、硬質塩化ビニル、ＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）、ＡＳ（Acrylonitrile-Styrene）、エポキシ、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックの単体またはこれらの複合フィルム、これにガラス繊維などの強化繊維を充填材として添加した厚さ０．０１〜０．４ｍｍの高分子材料から成る第１の基板１０上にＩＣモジュール配置領域１５を囲むように薄膜状のｐ型熱電半導体をスクリーン印刷法により形成する。たとえば、Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂなどのいずれからなるｐ型熱電半導体の微結晶粉末を熱硬化性樹脂などのバインダに配合したものを、スクリーン印刷により、厚み１〜５００μｍの範囲に制御して印刷形成する。

その後、ｐ型熱電半導体と同様に、第１の基板１０上の所定の位置に、ＩＣモジュール配置領域１５を囲むように、またｐ型熱電半導体と重ならないように、ｎ型熱電半導体をスクリーン印刷法により形成する。たとえば、Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂなどのいずれからなるｎ型熱電半導体の微結晶粉末をｐ型熱電半導体の場合と同じ熱硬化性樹脂バインダに配合し、スクリーン印刷により、厚み１〜５００μｍの範囲に制御して印刷形成する。

ついで、第１の基板１０上に印刷されたそれぞれのｐ型とｎ型の熱電半導体を、Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ａｌ（アルミニウム），Ｃｕ（銅），Ｃｒ（クロム），Ｎｉ（ニッケル）などの金属やそれらを含む金属化合物の電極１１Ｂで配線し、接続する。図５には、８個の熱電変換素子１１Ａを有する熱電変換装置１１が示されている。また、電力取出用配線１２と電極接続部１３も上記金属や金属化合物で配線する。その後、この第１の基板１０を構成する高分子材料の耐熱温度以下の温度で熱処理を行い、ｐ型とｎ型の熱電半導体を加熱硬化させて固着させる。

以上において、ｐ型とｎ型の熱電半導体それぞれの厚みは実用的には１０〜１００μｍであることが好ましい。また、ｐ型とｎ型の熱電半導体の微結晶粉末の配合比率は、ｐ型とｎ型の熱電半導体の微結晶粉末材の特性や熱電変換装置１１に要求される特性により変えることができる。さらに、熱電半導体は、上記に示した材料に限定されるものではなく、酸化物系の材料であってもよい。

一方、図６のように側面に凹凸２５が形成された第１の基板１０と同様の高分子材料からなる第２の基板２０上に、ＩＣモジュール２２と、ＩＣモジュール２２に電気配線したアンテナコイル２１とを形成する。第２の基板２０の側面に形成される凹凸２５は、表面積を大きくできる凹凸であれば任意のサイズでよい。たとえば、凹凸２５の幅が０．５ｍｍで深さが０．２ｍｍのものでもよいし、凹凸２５の幅が０．１ｍｍで深さが０．２ｍｍのものでもよいし、凹凸２５の幅が１ｍｍで深さが０．５ｍｍのものでもよい。

アンテナコイル２１は、ＣｕやＡｇ，Ａｌなどの低抵抗金属の微粉末を、たとえば、熱硬化性樹脂のようなバインダに配合し、スクリーン印刷版により、送・受信アンテナを厚み５〜５０μｍの範囲に制御し、印刷形成する。このときの金属微粉末の配合比率は、重量比で３０％以上９９％以下の範囲とすることがよいが、低抵抗化や耐久性などの点で５０％以上９０％以下とするのが望ましい。その後、１００℃以下で予備加熱を実施し印刷したアンテナ材を定着する。送・受信アンテナを形成する他の方法として、たとえば、０．０１〜５０μｍ膜厚のＣｕやＡｇ，Ａｌなどの低抵抗金属膜を真空蒸着やスパッタリングなどの薄膜形成装置により形成し、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、ウエットエッチングなどによって、所望のアンテナ形状に加工して形成することでも可能である。電力取出用配線２６は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉなどの金属やそれらを含む金属化合物を用いて、スクリーン印刷法で、印刷・形成する。その後、所定の位置にＩＣモジュール２２を配置する。

ついで、第１の基板１０の電極接続部１３に対応する第２の基板２０上の位置に、スルーホール２４を形成する。その後、熱電変換装置１１を形成した第１の基板１０の面上に、ＩＣモジュール２２が配置されない側の第２の基板２０の面を重ね合わせるように、第１と第２の基板１０，２０の位置合わせを行って接着剤４１で接合して、導電性材料をスルーホール２４に埋め、第１と第２の基板１０，２０間で導通を取る。そして、第１の基板１０と同様の高分子材料から成る樹脂シート４０を、第２の基板２０のＩＣモジュール２２が配置される上面に接着剤４１で接合し、ＩＣカード１が得られる。

なお、実験の結果、ＩＣカード端部側面に凹凸２５を設けた場合の温度差すなわち熱起電力は、凹凸２５がない場合に比して大きな値が得られた。また、上述した説明では、第２の基板２０の側端部にのみ、凹凸２５を設けているが、第１と第２の基板１０，２０および樹脂シート４０を貼り合わせた後に、これらの全ての側端部に凹凸を設けるようにしてもよいし、第１と第２の基板１０，２０および樹脂シート４０のうち少なくともいずれかの側端部に凹凸を設けるようにしてもよい。

この第１の実施の形態によれば、ＩＣモジュール２２を囲むように複数個の熱電変換素子１１Ａを形成し、それぞれの熱電変換素子１１Ａを直列接続する電極１１Ｂと、電力取出用配線１２をスクリーン印刷法で印刷・形成したことで、厚みを薄くしたＩＣカード１を得ることができる。また、熱電変換素子１１Ａを第１の基板１０面内にスクリーン印刷法で形成するので、その形状の自由度が増し、曲率や角を有するような任意形状の熱電変換装置１１を形成することができる。

さらに、ＩＣカード１が動作する際、ＩＣモジュール２２内で発生する熱と、第２の基板２０の側端部に設けられた凹凸２５での冷却効果により、熱電変換装置１１の高温部１２１とＩＣカード端部側の熱電変換装置１１の放熱部１２２との間に温度差が発生し、ＩＣカード１の厚さを増すことなく、ＩＣモジュール２２の駆動に必要な熱起電力を得ることができる。また、熱電変換装置１１を、複数の熱電変換素子１１Ａを直列に接続して構成することで、接続した熱電変換素子１１Ａの数に応じて、熱起電力を増加させることが可能となる。さらに、ＩＣモジュール２２やＩＣカード１に配置されるメモリは第１と第２の基板１０，２０を構成する高分子材料に比べ、一般に熱伝導の良い材料で構成されるので、ＩＣカード１の表面に接触した利用者の体温の熱移動が容易となり、ＩＣモジュール２２とＩＣカード１の周辺（側面部）とに温度差が発生し、熱起電力を得ることができる。

また、ＩＣカード１の端部に凹凸２５を設けるように構成したので、外部空気との熱交換が速やかに実施され、熱電変換装置１１の放熱部１２２側を冷却し、この凹凸２５が形成された面を低温部側として機能させることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明にかかるＩＣカードの第２の実施の形態の側面断面図である。この第２の実施の形態のＩＣカード１は、第１の実施の形態の構成において、ＩＣモジュール２２が配置される第２の基板２０上に被せる樹脂シート４０に代えて、ＩＣモジュール２２の配置位置に対応する配置領域を取り囲むように形成した熱電変換装置３１を備えた第３の基板３０を、その熱電変換装置３１を有する面が、ＩＣモジュール２２が設けられる側の第２の基板２０の面と重なるように位置合わせして、第２の基板２０上に貼り合せる構成となっている。なお、第３の基板３０は、特許請求の範囲における発電装置実装基板に対応している。

このような構成のＩＣカードの製造方法について以下に説明する。ただし、第１の実施の形態と同様の部分は、詳細な説明を省略する。まず、高分子材料から成る第１の基板１０上にＩＣモジュール２２の配置位置周辺に沿ってスクリーン印刷法により、薄膜状のｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体を形成し、第１の基板１０の耐熱温度以下の温度で熱処理し、固着させる。その後、それぞれの熱電半導体を直列接続する配線と、電力取出用配線１２および電極接続部１３をスクリーン印刷法で印刷・形成する。

第１の基板１０と同様に、高分子材料から成る第３の基板３０上にＩＣモジュール２２の配置領域周辺に沿ってスクリーン印刷法により、薄膜状のｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体を形成し、第３の基板３０の耐熱温度以下の温度で熱処理し、固着させる。その後、それぞれの熱電半導体を直列接続する配線と、電力取出用配線および電極接続部をスクリーン印刷法で形成する。そして、この表面を電気的に絶縁するために、溶媒に溶かした熱可塑性樹脂などを、熱電変換装置３１と直列接続する電極接続部および電力取出用配線を除く全面に塗布して絶縁層３４を形成する。

一方、ＩＣモジュール２２とＩＣモジュール２２に電気配線したアンテナコイル２１を設置した高分子材料から成る第２の基板２０の、第１の基板１０の電極接続部１３に対応する位置に、図示しないスルーホールを形成する。第２の基板２０のＩＣモジュール２２が配置される側と反対側の面に第１の基板１０の熱電変換装置１１が配置される側の面を重ね合わせ、位置合わせを行った後にそれぞれ接着剤４１で接合する。そして、図示しないスルーホールを通して、第１の基板１０の熱電変換装置１１の電力取出用配線１２と、第２の基板２０のＩＣモジュール２２とを電気的に接合する。また、第２の基板２０のＩＣモジュール２２が配置される側の面に第３の基板３０の絶縁層３４が形成された側の面を重ね合わせ、位置合わせを行った後に、第３の基板３０の熱電変換装置３１の電力取出用配線と、第２の基板２０のＩＣモジュール２２とを電気的に接合して、第２と第３の基板２０，３０間を接着剤４１で接合する。その後、外周を切断する時にＩＣカード１の端部側面に図示しない凹凸を形成して、図７に示されるＩＣカード１が作成される。

この第２の実施の形態によれば、ＩＣカードに設ける熱電変換装置１１の数を増加させたので、第１の実施の形態に比してより大きな熱起電力を得ることが可能となる。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明にかかるＩＣカードの第３の実施の形態の側面断面図であり、図９は、図８のＩＣカードの第１の基板の斜視図である。この第３の実施の形態では、熱電変換装置１１がＩＣモジュール配置領域１５よりもわずかに外側となるように配置された第１の実施の形態に比して、図９に示されるように熱電変換装置１１が第１の基板１０の外周囲に沿って設けられる構成を有している。すなわち、第１の基板１０には、その基板面内の外周囲に沿って、複数の熱電変換素子１１Ａが配置された熱電変換装置１１が形成されている。この図９の例では、熱電変換装置１１は、２４個の熱電変換素子１１Ａを有している。このように、第１の基板１０の外周囲に沿って熱電変換素子１１Ａを配置することで、第１の実施の形態に比してさらに多くの熱電変換素子１１Ａを形成することが可能となる。なお、その他の構成は第１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略している。

つぎに、このような構成のＩＣカードの製造方法について説明する。まず、図９に示されるように、高分子材料から成る第１の基板１０上に、この第１の基板１０の外周部に沿ってスクリーン印刷法により、薄膜状のｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体を形成し、第１の基板１０の耐熱温度以下の温度で熱処理し、固着させる。その後、それぞれの熱電半導体を直列接続する電極１１Ｂと、電力取出用配線１２および電極接続部１３をスクリーン印刷法で印刷・形成する。

一方、ＩＣモジュール２２とＩＣモジュール２２に電気配線したアンテナコイル２１を設置した高分子材料から成る第２の基板２０の、第１の基板１０の電極接続部１３に対応する位置に、スルーホール２４を形成する。この第１と第２の基板１０，２０の位置合わせをして接合した後、導電性材料でスルーホール２４を埋め、上下の基板１０，２０間の導通を取る。その後、高分子材料から成る樹脂シート４０を、第２の基板２０の上面に接合する。そして、外周を切断するときにＩＣカード端部側面に図示しない凹凸を形成して、図８に示されるＩＣカード１が作成される。

この第３の実施の形態によれば、熱電変換装置１１を構成する熱電変換素子１１Ａの数を第１の実施の形態に比して増加させることができるので、さらに大きな熱起電力を得ることができる。

（第４の実施の形態）
図１０は、本発明にかかるＩＣカードの第４の実施の形態の側面断面図である。この第４の実施の形態のＩＣカード１は、第１の基板１０に複数の熱電変換装置１１−１〜１１−３を積層させた構成を有している。つまり、第１の基板１０上の外周囲に沿って図９と同様のパターンの第１の熱電変換装置１１−１を形成し、その上面を第１の絶縁層３４−１で被覆する。第１の絶縁層３４−１の上面には、図９と同様のパターンの第２の熱電変換装置１１−２を形成し、その上面を第２の絶縁層３４−２で被覆する。このとき、第１の熱電変換装置１１−１の一方の電極接続部１３−１ａと第２の熱電変換装置１１−２の他方の電極接続部とは、互いに熱電半導体が直列接続となるように配線される。さらに、第２の絶縁層３４−２の上面には、図９と同様のパターンの第３の熱電変換装置１１−３を形成し、その上面を第３の絶縁層３４−３で被覆する。このときも、第２の熱電変換装置１１−２の第１の熱電変換装置１１−１と接続されていない方の電極接続部と、第３の熱電変換装置１１−３の他方の電極接続部とは、互いに熱電半導体が直列接続となるように配線される。そして、第３の熱電変換装置１１−３の第２の熱電変換装置１１−２と接続されていない方の電極接続部と、第１の熱電変換装置１１−１の第２の熱電変換装置１１−２と接続されていない方の電極接続部１３−１ｂとが、熱電変換装置１１−１〜１１−３全体の電極接続部として、第２の基板２０のＩＣモジュール２２につながる電極接続部２３と導電性接着剤４２によって導通される。

つぎに、このような構成のＩＣカードの製造方法について説明する。まず、図９に示されるように、高分子材料からなる第１の基板１０上に、この第１の基板１０の外周部に沿ってスクリーン印刷法により、薄膜状のｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体を形成し、第１の基板１０の耐熱温度以下の温度で熱処理し、固着させる。その後、それぞれの熱電半導体を直列接続する電極１１Ｂと出力された電力取出用配線１２および電極接続部１３−１ａ，１３−１ｂをスクリーン印刷法で印刷・形成し、第１の熱電変換装置１１−１を形成する。ついで、第１の熱電変換装置１１−１が形成された第１の基板１０上にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を５０μｍ程度の厚みで全面塗布し、第１の絶縁層３４−１を形成する。ただし、このとき、電極接続部１３にはマスクなどを施して塗布されない状態にする。

ついで、この第１の絶縁層３４−１上に、先ほどと同様な工程で第２の熱電変換装置１１−２を形成する。この第２の熱電変換装置１１−２の電極配線時に、第１の熱電変換装置１１−１の一方の電極接続部１３−１ａと第２の熱電変換装置１１−２の一方の電極接続部とを電気的に接続させる。その後、この第２の熱電変換装置１１−２上にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を５０μｍ程度の厚みで全面塗布し、第２の絶縁層３４−２を形成する。このときも電力取出用配線の部分はマスクなどを施して塗布されない状態にする。

さらに、この第２の絶縁層３４−２上に、先ほどと同様な工程で第３の熱電変換装置１１−３を形成する。この第３の熱電変換装置１１−３の電極配線時に、第２の熱電変換装置１１−２の一方の電極接続部と第３の熱電変換装置１１−３の一方の電極接続部とを電気的に接続させる。これにより、第１〜第３の熱電変換装置１１−１〜１１−３が直列接続される。その後、第３の熱電変換装置１１−３上にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を５０μｍ程度の厚みで全面塗布し、第３の絶縁層３４−３を形成する。このときも、電極接続部にはマスクなどを施して塗布されない状態にする。

一方、ＩＣモジュール２２とＩＣモジュール２２に電気配線したアンテナコイル２１を設置した高分子材料から成る第２の基板２０に、上記第１の基板１０上の第１の熱電変換装置１１−１の一方の電極接続部１３−１ｂと第３の熱電変換装置１１−３の一方の電極接続部に対応した位置にそれぞれ電極接続部２３を形成する。このようにして作製された第２の基板２０は、概要で説明した図２−２に示されている。そして、この電極接続部２３に導電性接着剤４２を載置した後、この第１と第２の基板１０，２０の位置合わせを行って接合する。

その後、この第１と第２の基板１０，２０を重ね合わせたＩＣカードの表裏面に、装飾用のフィルムをラミネートし、外周を切断すると同時に、端部側面に図示しない凹凸を形成して、ＩＣカード１が作成される。

なお、上述した説明では、熱電変換装置１１を３層積層構造としているが、これに限られる趣旨ではなく、熱電変換装置１１を直列に複数積層構造とすることで、第３の実施の形態の場合に比してさらに大きな熱起電力が得られる。また、上述した説明では、図９に示されるように熱電変換装置１１が第１の基板１０の外周に沿って配置される場合を説明したが、第１の実施の形態の図５に示されるように、ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側に沿って配置される場合や両者を混合したような場合にも適用することができる。

この第４の実施の形態によれば、熱電変換装置１１の層数を増加させて、熱電変換装置１１を構成する熱電変換素子の数を第３の実施の形態に比してさらに増加させるように構成したので、一層大きな熱起電力を得ることができる。また、熱電変換装置１１は、基板面内に形成さるので、第１の基板１０に熱電変換装置１１を複数積層させたとしても、ＩＣカード１全体の厚さが急激に増える訳ではなく、今までよりもわずかに厚くなる程度で、熱起電力を効果的に増大させることができる。

（第５の実施の形態）
図１１は、本発明にかかるＩＣカードの第５の実施の形態の側面断面図であり、図１２は、図１１のＩＣカードの第２の基板の構成を示す斜視図である。この第５の実施の形態のＩＣカード１は、第２の基板２０のＩＣモジュール２２と電極接続部２３との間に、熱電変換装置１１で生じた熱起電力を蓄電するリチウム二次電池などの二次電池２７を設けた構成を有する。そして、第２の基板２０のＩＣモジュール２２や二次電池２７が設けられる側の面を、第１の基板１０の熱電変換装置１１が設けられる側の面上に重ねさわせた構造を有している。このような構造により、内蔵した熱電変換装置１１による熱起電力を二次電池２７に蓄積し、ＩＣモジュール２２は二次電池２７から電力の供給を受けて動作する。なお、二次電池２７は、特許請求の範囲における蓄電手段に対応している。

つぎに、このような構成のＩＣカードの製造方法について説明する。まず、高分子材料から成る第１の基板１０に第３の実施の形態と同様な方法で、ＩＣモジュール２２を囲むように第１の基板１０の外周囲に沿って熱電変換素子１１Ａを形成し、それぞれの熱電変換素子１１Ａを電極１１Ｂにより直列接続し、出力された電力取出用配線１２と電極接続部１３をスクリーン印刷法で印刷・形成する。その後、第１の基板１０の上面にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を１０５０μｍ程度の厚みで全面塗布し、絶縁層３４を形成する。このとき、電極接続部１３はマスクなどを施して塗布されない状態にする。

一方、高分子材料から成る第２の基板２０上に、ＩＣモジュール２２、このＩＣモジュール２２に電気配線したアンテナコイル２１、リチウム二次電池などの二次電池２７、電極接続部２３および電力取出用配線２６を形成する。その後、第１と第２の基板１０，２０の間で位置合わせを行って接着剤４１で接合する。そして、外周を切断する時に、ＩＣカード端部側面に図示しない凹凸を形成して、図１１に示される断面構造を有するＩＣカード１が作成される。

なお、この第５の実施の形態で示したＩＣカードを携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの通信端末に具備させるようにしてもよい。この場合、ＩＣカードは、一つの部品として通信端末の内部に固定される構成でもよいし、通信端末に脱着可能な構成でもよい。このように、熱電変換装置１１と二次電池２７を有するＩＣカード機能を搭載した通信端末によって、熱電変換装置１１で生じた熱起電力を蓄電する二次電池２７を用いて、通信端末を駆動することが可能となる。

この第５の実施の形態によれば、ＩＣカード１に二次電池２７を備えたるように構成したので、熱電変換装置１１による熱起電力を二次電池２７の充電に利用可能となり、ＩＣモジュール２２へ安定な電力供給が可能となる。また、電池交換を行わずに長期間の利用が可能となる。

本発明によるＩＣカードの側面断面図である。 ＩＣカードを構成する基板の構成を模式的に示す斜視図である。 ＩＣカードを構成する基板の構成を模式的に示す斜視図である。 配線の一部を拡大した図である。 本発明によるＩＣカードの第１の実施の形態の側面断面図である。 図４のＩＣカードの分解斜視図である。 第２の基板の側端部の構成を示す図である。 本発明によるＩＣカードの第２の実施の形態の側面断面図である。 本発明によるＩＣカードの第３の実施の形態の側面断面図である。 図８のＩＣカードの第１の基板の斜視図である。 本発明によるＩＣカードの第４の実施の形態の側面断面図である。 本発明によるＩＣカードの第５の実施の形態の側面断面図である。 図１１のＩＣカードの第２の基板の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ ＩＣカード
１０ 第１の基板
１１，３１ 熱電変換装置
１１Ａ 熱電変換素子
１１Ｂ 電極
１２ 電力取出用配線
１３，２３ 電極接続部
１４，３４ 絶縁層
１５ ＩＣモジュール配置領域
２０ 第２の基板
２１ アンテナコイル
２２ ＩＣモジュール
２４ スルーホール
２５ 凹凸
２７ 二次電池
３０ 第３の基板
４０ 樹脂シート
４１ 接着剤
１２１ 高温部
１２２ 放熱部

Claims (17)

1. ＩＣモジュールが配置されるＩＣモジュール実装基板と、熱電変換装置を配置した発電装置実装基板とを貼り合わせてなるＩＣカードであって、
   前記熱電変換装置は、前記ＩＣモジュールの配置位置に対応する前記発電装置実装基板上のＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部が前記ＩＣモジュール配置領域側に位置するように配置した少なくとも１つの熱電変換素子を備えることを特徴とするＩＣカード。
2. 前記発電装置実装基板は、前記ＩＣモジュール実装基板を上下から挟む２枚の基板からなることを特徴とする請求項１に記載のＩＣカード。
3. 前記発電装置実装基板は、複数の熱電変換装置を積層してなることを特徴とする請求項１に記載のＩＣカード。
4. 前記ＩＣモジュール実装基板と前記発電装置実装基板のうち少なくとも一方の側端部に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＩＣカード。
5. 前記熱電変換装置は、複数の熱電変換素子を直列に接続してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のＩＣカード。
6. 前記熱電変換素子は、前記ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を囲むように配置されることを特徴とする請求項５に記載のＩＣカード。
7. 前記熱電変換素子は、前記発電装置実装基板の外周部に沿って配置されることを特徴とする請求項５に記載のＩＣカード。
8. 前記ＩＣモジュール実装基板は、前記熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のＩＣカード。
9. 前記蓄電手段は、二次電池であることを特徴とする請求項８に記載のＩＣカード。
10. 所定の通信方式で通信を行う通信端末において、
    ＩＣモジュールと、発電装置実装基板の熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段と、が配置されるＩＣモジュール実装基板と、
    前記ＩＣモジュールの配置位置に対応するＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部を配置した少なくとも１つの熱電変換素子を有する熱電変換装置を備える発電装置実装基板と、
    を貼り合わせてなるＩＣカードを具備することを特徴とする通信端末。
11. ＩＣモジュールをＩＣモジュール実装基板上に配置するＩＣモジュール実装工程と、
    発電装置実装基板の前記ＩＣモジュールの配置位置に対応するＩＣモジュール配置領域の外側に、吸熱を行う高温部が前記ＩＣモジュール配置領域側に位置するように少なくとも１つの熱電変換素子を有する熱電変換装置を形成する熱電変換装置形成工程と、
    前記ＩＣモジュール実装基板と前記発電装置実装基板とを、位置合わせを行って貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、
    貼り合わせた基板の側面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、
    を含むことを特徴とするＩＣカードの製造方法。
12. 前記熱電変換装置形成工程では、２枚の発電装置実装基板に熱電変換装置を形成し、
    前記基板貼り合わせ工程では、前記ＩＣモジュール実装基板の上下面を前記２枚の発電装置実装基板で挟んで貼り合わせを行うことを特徴とする請求項１１に記載のＩＣカードの製造方法。
13. 前記熱電変換装置形成工程では、前記発電装置実装基板上に複数の熱電変換装置を積層して形成することを特徴とする請求項１１に記載のＩＣカードの製造方法。
14. 前記熱電変換装置形成工程では、複数の熱電変換素子を、前記ＩＣモジュール配置領域のわずかに外側を囲むように配置して熱電変換装置を形成することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載のＩＣカードの製造方法。
15. 前記熱電変換装置形成工程では、複数の熱電変換素子を、前記発電装置実装基板の外周部に沿って配置して熱電変換装置を形成することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載のＩＣカードの製造方法。
16. 前記ＩＣモジュール実装工程では、前記熱電変換装置から得られる熱起電力を蓄電する蓄電手段をさらに配置することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のＩＣカードの製造方法。
17. 前記熱電変換装置形成工程では、前記熱電変換素子をスクリーン印刷法によって形成することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１つに記載のＩＣカードの製造方法。

Images