JP2010521752A - 集積回路カード及びデータの無線伝送方法 - Google Patents

Abstract

集積回路カード（ＩＣ）及びデータの無線伝送方法を提供し、従来の非接触型ＩＣカードにおけるアンテナのコイルがＩＣチップと分離できず、アプリケーションが制限される不具合を解決する。ＩＣカードは、カード本体と該カード本体上に設けられたＩＣチップを備え;該チップは、データバスとアドレスバスを介してメモリに接続される中央処理ユニットと；無線識別通信に用いるための無線モジュール及びこれに対応する２つのアンテナピンを有し；該ピンはカード本体から引き出されている。該ＩＣカードは、アンテナピンに電気的に接続する外付けアンテナを介して外部とデータの無線伝送を行うものであり、スマートカード、特に両インタフェース搭載スマートカード及び関連製品に適用される。

Description

本発明は、集積回路カード及びデータの無線伝送方法に関する。

集積回路カードは、ＩＣカードとも称され、カード内にはデータを記憶、処理するための集積回路が実装されている。２０世紀７０年代にＩＣカードが誕生して以来、マイクロエレクトロニクスの飛躍的発展に伴い、ＩＣカードは既に社会生活の隅々まで浸透し、多様多種のカード、例えば銀行が発行するクレジットカード、公共バスに使用される交通カード、出入管理に使用される勤務時刻管理カード、携帯電話に使用されるＳＩＭカード等々が人々の日常生活に多大な便利性を提供している。

ＩＣカードの発展は、メモリカードからスマートカードへ、接触型ＩＣカードから非接触型ＩＣカードへ移行する過程を経てきた。

メモリカード内の集積回路は、電気的に消去・再書き込み可能な読み出し専用メモリ(ＥＥＰＲＯＭ)であり、データ記憶機能のみを有し、データ処理能力を有さず;メモリカード自体がハードウェア暗号化機能を有していない。スマートカード（ＣＰＵカード）カード内の集積回路は、中央処理装置ＣＰＵ、プログラム可能な読み出し専用メモリＥＥＰＲＯＭ、ランダムアクセスメモリＲＡＭ及びファームウェアとして読み出し専用メモリＲＯＭ中に格納されるチップオペレーティングシステムＣＯＳ(Chip Operating System)を有する。カード内データのセキュリティを確保するため、カード内データは外部読取り部分と内部処理部分に区分されている。

接触型ＩＣカードが使用されるとき、カード読取器がカードの接点と接触して初めてカードと情報交換を行うことができる。ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格で定義されたカードが接触型ＩＣカードであり、接触型ＩＣカード内に埋め込まれた集積回路チップには６つのピンが設けられ、例えば図１、図２に示すように、これらのピンは、それぞれ電源電圧ピンＶＣＣ、リセット信号ピンＲＳＴ、クロック信号ピンＣＬＫ、接地ピンＧＮＤ、プログラム電圧ピンＶＰＰ、入力／出力ピンＩ／Ｏであり、同時に、これらのピンはそれぞれカード表面における接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７と対応し、Ｃ４とＣ８が使用されず、Ｃ６はＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格ではプログラム電圧(ＶＰＰ)として規定され、物理的に非実在であってもよいが、Ｃ６が実在の場合、これを集積回路自体及びＩＣカードにおける他のピンと電気的隔離すべきである。電気的隔離とは、これに５Ｖの直流電圧を印加するとき、Ｃ６と他のピン間の抵抗≧１０ＭΩであることをいう。これらのピンとの接点は、ＩＣカードが接触方式にて外部と情報交換を行うための通路となる。

このような現存する接触型ＩＣカードは、使用されるとき、カード読取器がカードにおける接点と接触して初めてカードと情報交換を行うので、磨耗がひどく、汚染を受けやすく、使用寿命が低く、操作速度が遅いなどの不具合を有する。

これに鑑み、非接触型ＩＣカード技術が誕生した。非接触型ＩＣカードは、ＲＦカード、感応カードとも称され、無線変調方式にてカード読取り器と情報交換を行い、接触型ＩＣカードと比べて、接触型ＩＣカードのすべてのピンを有するほか、無線モジュールが増設されている。

非接触型ＩＣカード内に埋め込まれた集積回路チップには無線モジュールＲＦ(Radio frequency)、及び該無線モジュールと対応接続するアンテナピンＬＡ、ＬＢが設けられ、該アンテナピンＬＡ、ＬＢは直接カードベース中に設置されたアンテナとの電気的接続に用いられる。このような非接触型ＩＣカードは、無線モジュールを介して、内蔵アンテナによって外部データとの送受信を実現する。内蔵アンテナの生産プロセスは、アンテナのピンをカードベース中から引き出して、手作業で集積回路チップのアンテナピン上に半田付けすることが必要であり、この生産プロセスは比較的多くの手作業が必要であり、生産効率が低い上、品質が人的要素に大きく影響され、大量生産に不向きである。

人々のニーズに満たすため、接触型データ交換と共に非接触型データ交換をサポートする両インタフェース搭載ＩＣカードが開発された。この両インタフェース搭載ＩＣカード内に埋め込まれた集積回路チップの構造は、図３、図４、図５に示すように、８つのピンが設けられており：電源電圧ピンＶＣＣ、リセット信号ピンＲＳＴ、クロック信号ピンＣＬＫ、接地ピンＧＮＤ、プログラム電圧ピンＶＰＰ、入力／出力ピンＩ／Ｏは、それぞれＩＣカードの表面における接点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７と対応し、他の２つのピンＣ４とＣ８は使用されない。なお、カード内に埋め込まれた集積回路チップには、さらに無線モジュールＲＦ(Radio Frequency)と対応するアンテナピンＬＡ、ＬＢが設けられ、該アンテナピンＬＡ、ＬＢは、直接カードベース中に設置されたアンテナとの電気的接続に用いられる。このような非接触型ＩＣカードは、無線モジュールを介して、内蔵アンテナによって外部データとの送受信を実現する。このような両インタフェース搭載ＩＣカードは、接触型カードと非接触型カードが持つ長所を同時に備えているので、幅広く発展の余地が存在する。

普通の非接触型ＩＣカードのチップと比べて、両インタフェース搭載ＩＣカードのチップは、無線モジュール及びこれに対応するアンテナピンＬＡ、ＬＢを有している。

従来の非接触型スマートカード（両インタフェース搭載スマートカードを含む）のアンテナは、通常、カードベース中に内蔵され、製造工程中、アンテナを直接集積回路チップのアンテナピンＬＡ、ＬＢ上に接続させる。従来の両インタフェース搭載ＩＣカードでは、アンテナが内蔵式となり、アンテナが内部で集積回路の無線モジュールと接続され、外観上で８つの接点しか見えないので、外付けアンテナの引き入れを実現することができない。このようなアンテナの設置方式は、実際に応用する際、アンテナとしてのコイルが集積回路チップと分離できず、適用範囲が制限されている。例えば、ＩＣカードを携帯電話機中に内蔵し、非接触機能を実現しようとする場合、ＩＣカードを携帯電話機中に内蔵すると共に、電信の関連規定に満たさなければならないため、アンテナをＩＣカード中に内蔵することは不可能であり、外付けするしかないことが明らかである。

本発明の第１の目的は、アンテナを外付けすることが可能な集積回路カードを提供することにある。

上述目的を達成するため、本発明が採用する技術案は以下の通りである：
該集積回路カードは、カード本体とカード本体内に実装された集積回路チップを備え；該集積回路チップは、データバスとアドレスバスを介してメモリに接続される中央処理ユニットと；無線識別（ＲＦＩＤ)通信に用いる無線モジュール及び該無線モジュールに対応する２つのアンテナピンを有し；該２つのアンテナピンはカード本体から引き出されている。

また、前記２つのアンテナピンをカード本体から引き出す方式としては、カード本体の表面に２つのアンテナ接点Ｃ９とＣ１０を設け、該２つのアンテナ接点Ｃ９とＣ１０を上述２つのアンテナピンに対応付けて電気的に接続することである。

さらに、前記集積回路チップは、該集積回路チップに電源電圧を印加するための電源電圧ピンＶＣＣと；該集積回路チップを接地させるための接地ピンＧＮＤと；該集積回路チップを復帰させるためのリセットピンＲＳＴと；該集積回路チップにクロック信号を提供するためのクロック信号ピンＣＬＫと；接触データを入力／出力するための入力／出力ピンＩ／Ｏを有する。そのうち、電源電圧ピンＶＣＣ、リセットピンＲＳＴ、クロック信号ピンＣＬＫ、接地ピンＧＮＤ、入力／出力ピンＩ／Ｏは、それぞれカード本体の表面における接点Ｃ１、接点Ｃ２、接点Ｃ３、接点Ｃ５、接点Ｃ７に対応付けて電気的に接続される。

さらに、前記集積回路チップは、集積回路チップにプログラム電圧を印加するためのプログラム電圧ピンＶＰＰを有し、該プログラム電圧ピンＶＰＰはカード本体の表面における接点Ｃ６に電気的に接続されている。

さらに、前記カード本体の表面には、２つの予備接点Ｃ４とＣ８が設けられている。

さらに、前記集積回路カードの表面における接点は２つの接続領域に区分され、接点Ｃ９と接点Ｃ１０が非接触データのアンテナ接続領域を構成し、他の接点が接触型データ伝送接続領域を構成する。

前記２つのアンテナピンは外付けアンテナに電気的に接続されている。

本発明のもう１つの目的は、上述集積回路カードが外部とデータ無線伝送を行う方法を提供することにある。該目的を達成するため、本発明が採用する技術案としては、前記集積回路カードは、外付けアンテナを介して外部と無線識別（ＲＦＩＤ）通信を行う。前記集積回路カードが外付けアンテナを介して外部とデータの無線伝送を行う過程としては、集積回路カード中の集積回路チップに有される無線モジュールは、該カード本体上のアンテナピンに電気的に接続する外付けアンテナを介して、外部と無線識別（ＲＦＩＤ）通信を行う。

従来のアンテナ内蔵集積回路カードでは、無線モジュールに対応するアンテナピンＬＡ、ＬＢは、カードベース中に設置されたアンテナに直接電気的に接続されている。一方、本発明の集積回路カードでは、その上の集積回路チップ中の無線モジュールに対応するアンテナピンＬＡ、ＬＢは、それぞれカード本体から引き出されているので、外部アンテナがカード本体から引き出された該アンテナピンを介して集積回路カードに電気的に接続し、そうしてアンテナの外付けを具現化でき；本発明の集積回路カードは外付けアンテナを介して外部とデータ交換を行い、外付けコイルの形式を多様化することができるので、本発明に記載の集積回路カードの適用範囲がより広くなる。

従来の接触型ＩＣカードの集積回路チップの構造を示す図。 図１に示す集積回路チップを備えた接触型ＩＣカードの構造を示す図。 従来の両インタフェース集積回路カードの集積回路チップの構造を示す図。 図３に示す集積回路チップを備えた両インタフェース搭載ＩＣカードの構造を示す図。 図４に示す両インタフェース搭載ＩＣカードの外観を示す図。 本発明の集積回路カードの実施例１の構造を示す図。 本発明の集積回路カードの実施例２の構造を示す図。 本発明の集積回路カードの実施例３の構造を示す図。 本発明の集積回路カードの実施例４の構造を示す図。 本発明の集積回路チップのピンとカード表面の接点との間の接続関係を示す図。 本発明の集積回路カードの内部構造を示す図。 本発明の集積回路カードが異なるコイルに接続された実施例の構造を示す図。

非接触型スマートカードの適用範囲を拡大するため、本発明は、新型集積回路カード及びそれが外部と情報伝送を行う方法を提供する。以下、図面に合わせて本発明の具体的な実施例を説明する。

図６に示すように、本発明の集積回路カードは、カード本体１と該カード本体１上に設けられた集積回路チップ２を備える。カード本体１は１つ又は複数の熱可塑性又は熱硬化性層を有し；集積回路チップは集積回路を有するシリコンウェーハであり、集積回路チップ２はカード本体１の内部に実装されている。

そのうち、集積回路チップ２は、
データバスとアドレスバスを介してメモリＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭに接続される中央処理ユニットＣＰＵと；
無線識別（ＲＦＩＤ）通信に用いられる無線モジュールＲＦ及び該無線モジュールに電気的に接続する２つのアンテナピンＬＡ、ＬＢを有する。

また、該２つのアンテナピンはカード本体から引き出されている。それにより、アンテナピンは外付けアンテナに直接電気的に接続されるようになり、無線モジュールの制御下、外付けアンテナを介して外部と無線識別（ＲＦＩＤ）通信を行うことができる。

２つのアンテナピンをカード本体から引き出す方式としては、カード本体の表面において同一平面にある２つのアンテナ接点Ｃ９とＣ１０を設け、該２つのアンテナ接点Ｃ９とＣ１０を上述２つのアンテナピンＬＡ、ＬＢに対応付けて電気的に接続することである。

こうして、外部アンテナは直接該２つのアンテナピン又は該２つのアンテナ接点を介して集積回路カードに電気的に接続され、アンテナの外付けを具現化することができるので、本発明の集積回路カードは外付けアンテナを介して外部とデータ交換を行うことができる。

以上の記載から明らかなように、本発明の集積回路カードはアンテナが外付けされた簡単な非接触型集積回路カードであり、接触型データ伝送をサポートしていない。本発明の集積回路カードの適用範囲の更なる拡大を図るには、本発明の集積回路カードに非接触型データ伝送と接触型データ伝送の両方をサポートさせる必要がある。これに鑑み、図７に示すように、本発明の集積回路カードの内部に実装された集積回路チップ２は、さらに、該集積回路チップに電源電圧を印加するための電源電圧ピンＶＣＣと；該集積回路チップを接地させるための接地ピンＧＮＤと；集積回路チップを復帰させるためのリセットピンＲＳＴと；集積回路チップにクロック信号を提供するためのクロック信号ピンＣＬＫと；接触データを入力／出力するための入力／出力ピンＩ／Ｏを有している。

そのうち、電源電圧ピンＶＣＣ、リセットピンＲＳＴ、クロック信号ピンＣＬＫ、接地ピンＧＮＤ、入力／出力ピンＩ／Ｏは、それぞれカード本体の表面における接点Ｃ１、接点Ｃ２、接点Ｃ３、接点Ｃ５、接点Ｃ７に対応付けて電気的に接続されている。

それにより、本発明の集積回路カードは、新規な両インタフェース搭載スマートカードとなり、接触型データ伝送をサポートすると共に、非接触型データ伝送をサポートする。該集積回路カードの外付けアンテナの設置は、従来の両インタフェース搭載スマートカードのアプリケーションに対する効果的な拡張であり、両インタフェース搭載スマートカードの適用範囲を拡大する。

上述した集積回路カード内部の集積回路チップに対してプログラミングを行うため、以下、本発明の実施例３を説明する。

図８に示すように、該集積回路チップ２は、さらに、集積回路チップにプログラム電圧を印加するためのプログラム電圧ピンＶＰＰを有するべきである。

該プログラム電圧ピンＶＰＰは、カード本体表面の同一平面にある接点Ｃ６に電気的に接続される。勿論、プログラム電圧ピンＶＰＰを、カード本体表面の同一平面にある接点Ｃ６に電気的に接続するかどうかは、図１０に示すように、選択的な事項である。Ｃ６は、ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格ではプログラム電圧ＶＰＰとして規定され、物理的には非実在であってもよく、ただＣ６が実在の場合、これを集積回路自体及びＩＣカードにおける他のピンと電気的に隔離すべきである。電気的隔離とは、これに５Ｖの直流電圧を印加する際、Ｃ６と他のピン間の抵抗≧１０ＭΩであることをいう。本発明の集積回路カードと通常の接触型集積回路カードとの相違点は、前者の集積回路には無線モジュールＲＦ及び対応するアンテナピンＬＡ、ＬＢを有し、且つ、該２つのアンテナピンＬＡ、ＬＢはカード本体表面の同一平面にあるアンテナ接点Ｃ９、Ｃ１０に対応付けて電気的に接続されていることにある。

図９に示すように、本発明の集積回路カードのカード本体１表面は、さらに、２つの予備接点Ｃ４、Ｃ８を有している。

上述した８つの接点Ｃ１−Ｃ８は、完全にＩＳＯ７８１６−２規格に準拠したものである。

ＩＳＯ７８１６−２規格では、８つの接点の用法と電気的特性を規定している。８つの接点の番号はＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８となる。接点番号の機能分配は以下の通りである：
Ｃ１ ＶＣＣ（回路電圧） Ｃ５ ＧＮＤ（接地）
Ｃ２ ＲＳＴ（リセット信号） Ｃ６ ＶＰＰ（プログラム供給電圧）
Ｃ３ ＣＬＫ（クロック信号） Ｃ７ Ｉ／Ｏ（入力／出力）
Ｃ４ ＩＳＯ／ＩＥＣＪＴＣ １／ＳＣ １７ 将来のための予備ピン
Ｃ８ ＩＳＯ／ＩＥＣＪＴＣ １／ＳＣ １７ 将来のための予備ピン

ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６−２規格では、ＩＣカードの８つの接点の配列方法に関して規定され、８つの接点を１列４つで２列に配列し、各接点の寸法を２×１.７ｍｍ、列間隔を５.６２ｍｍ、接点の縦方向距離を１.７ｍｍとする。

本発明の集積回路カードの接点Ｃ９と接点Ｃ１０は、必要に応じて柔軟に設置することができ、例えば、接点Ｃ４、Ｃ８に隣接する位置に配列したり、接点Ｃ１−Ｃ８の両側に設置したりしてもよい。

それにより、本発明の集積回路カードはＩＳＯ７８１６−２規格に準拠した接点を介して、外部とデータ交換を行うようになる。

本発明によれば、集積回路チップが集積回路カードの内部に実装されているので、集積回路カードの外部からは見えず、集積回路カードの外部から１０の接点しか見えず、それらの接点は集積回路カード内チップが外部と情報交換を行うウィンドウとなり、そのうち、Ｃ１−Ｃ８の８つの接点は通常接触型スマートカードのアプリケーションをサポートし、Ｃ９、Ｃ１０は外付けアンテナの接続にウィンドウを提供し、該２つの接点に外付けアンテナを電気的に接続することができる。外付けアンテナのコイル形式は多種多様であり、例えば図１０、図１１、図１２に示すように方形や円形などであってもよく、本発明に記載の集積回路カードの適用範囲がより広くなる。無論、前記外付けコイルの種々形状は上述した４つの実施例に合わせるように選択的に使用することができる。

カードとカード中データの安全を保護するため、本発明の集積回路カードにおける集積回路チップは、図１１に示すように、さらに暗号化モジュールを有していてもよい。それにより、ある程度でカード中データの安全性が向上される。暗号化モジュールは、上述した４つの実施例に合わせるように選択的に使用することができる。

説明の便宜上の例示として、本実施例がサポートする帯域は１３.５６ＭＨＺと９１５ＭＨＺであり、図１２に示すように、円形コイルが１３.５６ＭＨＺを、方形コイルが９１５ＭＨＺをサポートし、集積回路チップの機能が許可する状況下、より多くの帯域をサポートすることが可能である。

全体的にいうと、本発明の集積回路カードの表面における接点は２つの接続領域に区分され、接点Ｃ１−Ｃ８が接触型データ伝送接続領域を、接点Ｃ９、Ｃ１０が非接触データのアンテナ接続領域を構成する。

本発明の集積回路カードにおける集積回路チップの実装は、ＩＳＯ７８１６−２規格に準拠しており、電源電圧ピン、リセット信号ピン、クロック信号ピン、接地ピン、入力／出力ピン、第１予備ピンと第２予備ピンを有すると同時に、２つの非接触アンテナ接続専用接点が増設されて、無線データを送受信する。集積回路チップは無線モジュール回路を有するべきである。前記集積回路チップと無線モジュールは、共にカード体内に設置されている。

本発明の集積回路カードは、スマートカードに適用し、特に両インタフェース搭載スマートカード及び関連製品の設計製造分野に適用する。ここでいう関連製品とは、両インタフェース搭載スマートＩＣカードをベースにした製品、例えば埋め込み式モジュール、ＩＣカード読取り・書込み装置、無線アンテナ、無線リーダ・ライタなどである。

また、本発明は上述した集積回路カードが外部とデータ無線伝送を行う方法、即ち、集積回路カードが外付けアンテナを介して外部とデータの無線伝送を行う方法を提供する。

集積回路カード内集積回路チップの無線モジュールは、該カード本体表面の同一平面にある接点Ｃ９、Ｃ１０に電気的に接続される外付けアンテナを介して、外部とデータの無線伝送を行う。

以上に説明したものは、本発明の好適な実施例だけであって、本発明の保護範囲はこれに限定されない。本発明が開示する技術範囲内で当技術分野を熟知する技術者が容易に想定可能な如何なる変更や入替えは、本発明の保護範囲内に含まれる。従って、本発明の保護範囲は特許請求の範囲の記載を基準とすべきである。

Claims (10)

1. カード本体とカード本体内に実装された集積回路チップを備えた集積回路カードであって、該集積回路チップは、
   データバスとアドレスバスを介してメモリに接続される中央処理ユニットと；
   無線識別通信に用いる無線モジュール及び該無線モジュールに対応する２つのアンテナピンを有し、
   該２つのアンテナピンは、カード本体から引き出されていることを特徴とする集積回路カード。
2. 前記２つのアンテナピンをカード本体から引き出す方式として、カード本体の表面に２つのアンテナ接点Ｃ９、Ｃ１０を設け、該２つのアンテナ接点Ｃ９、Ｃ１０は上述２つのアンテナピンに対応付けて電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路カード。
3. 前記集積回路チップは、さらに、
   該集積回路チップに電源電圧を印加するための電源電圧ピンＶＣＣと；
   該集積回路チップを接地させるための接地ピンＧＮＤと；
   該集積回路チップを復帰させるためのリセットピンＲＳＴと；
   該集積回路チップにクロック信号を提供するためのクロック信号ピンＣＬＫと；
   接触データを入力／出力するための入力／出力ピンＩ／Ｏを有しており、
   電源電圧ピンＶＣＣ、リセットピンＲＳＴ、クロック信号ピンＣＬＫ、接地ピンＧＮＤ、入力／出力ピンＩ／Ｏは、それぞれカード本体の表面における接点Ｃ１、接点Ｃ２、接点Ｃ３、接点Ｃ５、接点Ｃ７に対応付けて電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の集積回路カード。
4. 前記集積回路チップは、さらに、集積回路チップにプログラム電圧を印加するためのプログラム電圧ピンＶＰＰを有し、該プログラム電圧ピンＶＰＰはカード本体の表面における接点Ｃ６に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の集積回路カード。
5. 前記カード本体の表面には、さらに２つの予備接点Ｃ４とＣ８を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の集積回路カード。
6. 前記集積回路カードの表面における接点は２つの接続領域に区分され、接点Ｃ９と接点Ｃ１０が非接触データのアンテナ接続領域、他の接点が接触型データ伝送接続領域を構成することを特徴とする請求項３又は４に記載の集積回路カード。
7. 前記集積回路カードの表面における接点は２つの接続領域に区分され、接点Ｃ９と接点Ｃ１０が非接触データのアンテナ接続領域を、他の接点が接触型データ伝送接続領域を構成することを特徴とする請求項５に記載の集積回路カード。
8. 前記２つのアンテナピンには外付けアンテナが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の集積回路カード。
9. 請求項１、２、３又は４に記載の集積回路カードと外部との間でデータの無線伝送を行う方法であって、前記集積回路カードは外付けアンテナを介して外部と無線識別通信を行うことを特徴とする方法。
10. 前記集積回路カードは外付けアンテナを介して外部とデータの無線伝送を行う過程は、集積回路カードにおける集積回路チップに有された無線モジュールが、該カード本体におけるアンテナピンに電気的に接続する外付けアンテナを介して、外部と無線識別通信を行うことを特徴とする請求項９に記載の集積回路カードと外部との間のデータの無線伝送を行う方法。

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