JP2011501255A - 補強された無線周波数識別装置保持体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路モジュールとアンテナとの間の信頼性のある接続を確実にすることが可能な無線周波数識別装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明はアンテナと該アンテナに接続されたチップ（１２）を含む無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）を作るための方法に関し、以下のステップを包含する：紙または合成紙で作った基板（２０）上の接続スタッド（１７、１９）を含むアンテナ（１２）を印刷するステップ；接着誘電体材料をアンテナ接続スタッドの間に配置するステップ；基板上に集積回路モジュール（１０）を位置づけるステップであって、該基板は接触パッド（１７、１８）および該接触パッドにモジュール封止体（１４）内で接続されているチップ（１２）を含み、該モジュール接触パッドは複数の該アンテナ接続スタッドに相対して配置されるステップ；該基板上に熱可塑性層（２２）および紙または合成紙の層（２４）を配置するステップであって、２つの層（２２、２４）は該モジュール（１０）の封止体（１４）の位置に凹部（２１、２３）を備えるステップ；および、３つの層、すなわちアンテナ基板層（２０）、熱可塑性層（２２）および紙または合成紙の層（２４）を、前記モジュールを前記アンテナに接続し、かつ複数の層（２０，２２および２４）を一緒に一塊にするために、共に積層するステップ。
【選択図】図１

Description

本発明は、機密文書のような対象物に組み入れられるべく設計された無線周波数識別装置に関し、特にパスポートのための補強された無線周波数識別装置の保持体ならびにその製造方法に関する。

非接触型無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）は、規制された立ち入り区域内で移動し、またはある区域から他の区域に移動する人間の識別のために、使用頻度が増大してきている。非接触型ＲＦＩＤは、アンテナとアンテナの端子に接続されたチップとで構成された装置である。このチップは通常は電源が供給されておらず、読み取り機のアンテナとＲＦＩＤのアンテナ間の電磁的結合によってエネルギを受け取り、情報、特にＲＦＩＤが取り付けられた対象物の所有者の識別に関係し、かつ彼／彼女が規制された立ち入り区域に入るための認証に関係したチップに格納された情報は、ＲＦＩＤと読み取り機の間で交換される。

このようにして、パスポートはＲＦＩＤを内蔵してパスポート所有者を識別することができる。チップのメモリは、パスポート所有者の個人情報、彼／彼女の出身国、彼／彼女の国籍、訪問した他国のビザ、入国年月日、移動の制限、生体認証要素（biometric elements)、などのような情報を含んでいる。ＲＦＩＤ装置は一般的にパスポートの一番下のカバー厚紙に組込まれている。そして、アンテナは、導電性粒子が加えられたインクを使用してパスポートカバーの補強された一番下のカバー厚紙に印刷されている。それから、チップはアンテナの複数の接続端子に接着により接続されている。さらに、複数のパスポートページの折り返し白紙は、補強された表カバー厚紙の裏側に積層されている。

ＲＦＩＤ装置はまた、パスポートとは別に製作することも可能であり、例えばパスポートのカバーと一番下の白紙の間に接着により後で組込まれている。そして、互いに接続されたアンテナおよびチップを特色として有するＲＦＩＤ装置は、紙、樹脂または他の「はめ込み」によって組み込まれる。

ＲＦＩＤ装置はまた、むき出しのチップ（bare chip）の代わりに、集積回路モジュールと一般的に呼ばれる容器に入ったチップを用いて開発されてきた。これらのモジュールの大きさを小型化する最近の開発は、パスポートの厚さや堅さが増大すること無しに、事実上それらのパスポートへの組み込みを可能にしている。

モジュールを組込んだＲＦＩＤ装置保持体の製造に関する問題は、当該モジュールのアンテナへの接続にある。事実上、例えば溶接のような、銅アンテナへのモジュールの接続に使われる従来の接続は印刷アンテナには適用できない。アンテナへのモジュールの接続は、アンテナ保持体のアンテナ接触部とモジュール接触部の間で行われる。この接続は微細表面上で行われるので、信頼性が高く、堅固でなければならない。この接続は、アンテナが導電性インクで構成される場合は導電性接着剤を用いて行う。このような接続には以下の製造ステップが要求される：
− 保持体上に複数の接触部を特色として有するアンテナを印刷するステップ、
− 複数のアンテナパッドの上に導電性接着剤スポットを複数箇所に付着するステップ、
− 導電性接着剤の複数のスポット上に電子モジュールを実装するステップ、
− 炉を通過させることにより導電性接着剤を架橋結合するステップ。

その後、カードを形成するさまざまな層の従来の積層ステップが、一般的にアンテナ保持体のどちらか側にある下部および上部カード本体に対して、ホットプレス成形によって行われる。

このような接続には欠点がある。導電性接着剤が施された場合に、当該モジュールの短絡が発生し得る。さらには、架橋結合の間に硬化する導電性接着剤の複数のスポットは、積層ステップ中に作用する圧力下で、またはその他に、パスポート上に作用する引き攣れや衝撃を通じてアンテナの接触部に亀裂を発生させやすい。したがって最終的なリスクはアンテナと集積回路モジュールとの間の電気的接触の断絶であり、これによる無線周波数識別装置への永久的な障害である。

これが、集積回路モジュールとアンテナとの間の信頼性のある接続を確実にすることが可能な無線周波数識別装置の製造方法を提供することによって、これらの複数の欠点を対策することが本発明の目的であることの理由である。

本発明のもう一つの目的は、たとえば無線周波数識別装置などを組み込んでいるパスポートのような個人情報小冊子を、該小冊子のカバー外側に目視可能なチップ跡を残さないで提供することである。

したがって、上記の目的を達成するための本発明は、アンテナと該アンテナに接続されたチップとを特色として有する無線周波数識別装置の製造方法であって、当該方法は以下のステップを含む：
− 紙または合成紙保持体上に複数の接触部を特色として有するアンテナを印刷するステップ、
− 当該アンテナの複数の接触部間に接着誘電体材料を配置するステップ、
− 当該保持体上に集積回路モジュールを位置付けするステップであって、該モジュールは複数の接触部（contacts）グループおよび当該モジュールの封止体内部で複数の接触部グループに接続されたチップを特色として有し、当該モジュールの複数の接触部は当該アンテナの複数の接触部に相対しているようにするステップ、
− 当該保持体上に熱可塑性層および紙または合成紙の層を配置するステップであって、当該２つの層には当該モジュールの封止体位置に逃げ（リセス:recess）が設けられており、
− アンテナ保持体層、熱可塑性層、および紙または合成紙層の３つの層を、当該モジュールを当該アンテナに電気的に接続しかつこれら複数の層を一塊にするべく一緒に積層するステップ。

本発明の意図、目的、および特徴は、添付の図面に関連してなされる以下の説明からより一層明確になるであろう。

本発明の実施の形態の電子モジュールの断面図である。 積層前のＲＦＩＤ装置保持体を構成するさまざまな層の断面図である。 本発明の実施の形態のＲＦＩＤ装置保持体の断面図である。

図１によれば、集積回路モジュールは、チップ１２、少なくとも２つの接触部（端子：contacts）グループ１７および１８を特色として有する。当該チップとグループ１７，１８との間の接続は非常に細い導電ワイヤまたは接続ケーブルによって行われ、英語ではワイヤボンディングと呼ばれる。チップ１２およびワイヤは抵抗力のある材料をベースにした電気を通さない保護樹脂１４の内部に閉じ込められる。この封止体１４はある意味では、チップとそのワイヤを内蔵する堅固なシェルで、それを壊れにくくかつ取り扱い容易にしている。この封止体は２００〜２４０μｍの厚さを有する。このように、当該モジュールは、その上面は当該封止体１４の上側部分に対応する平坦な表面を呈し、その下面は回路に接続するべく設計された接触部グループ１７および１８を呈する。当該グループ１７および１８はアルミニウムのような導電材料からなり、厚さは７０〜１００μｍである。

製造方法の第一ステップによれば、アンテナは保持体層２０の上に作られる。当該アンテナは、一巻き以上の巻きセットを特色として有する。当該複数の巻きはスクリーン印刷、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、例えば金や銀のような導電性粒子、または導電性ポリマーによって装荷されたエポキシ型導電性インクによるオフセット印刷またはインクジェット印刷、によって形成される。保持体層２０は紙または合成紙のような溶けない材料である。当該紙はパルプ状にされた植物繊維で作られ、結果として繊維状構造を有する。紙の中央部はせん断応力にさらされると引き裂かれる傾向があり、一方非繊維質の合成紙は微細多孔質構造を有し密度が低い。紙と同様に合成紙は１６０℃近辺の温度で行われる積層作業、それはこの辺りの温度で安定的であるが、を単純化する；ＰＶＣまたはＰＥＴＧのような熱可塑性材料と違って、それはクリープ現象を起こさない。使用される合成紙はミネラルを４０〜８０％添加されたポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリマーの方向性を持たない単一層からなる。その組成は微細多孔質網によって０．５７ｇ／ｃｍ³近辺の低い密度を持つ。保持体層の厚さは好ましくは１４０〜１８０μｍである。

図２に示されるモジュール１０はアンテナに接触部で接続するべく設計される。本発明の役目としては、当該モジュールを接続するのに２つの接触部（端子：contacts）３１、３２のみで十分である。接触部３１、３２はアンテナの連続部分であり、結果としてそれらは当該アンテナの複数の巻きの延長でかつ一般的に当該アンテナと同一の材料で作られる。当該接触部はこうして、スクリーン印刷、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、例えば金や銀のような導電性粒子または導電性ポリマーが装荷されたエポキシ型導電性インクによるオフセット印刷またはインクジェット印刷、によって形成される。接触部の厚さは５〜１０μｍである。接触部の製作に使用されるインクは、柔軟性があり弾性はない。それゆえ、アンテナ接触部に対して使用されるインクはアンテナの他の部分の形成に使用されるインクとは異なったものである可能性がある。

図２に示されるモジュール１０は、当該モジュールの複数の接触部グループ１７および１８がアンテナの複数の接触部３１および３２に相対する様に、アンテナ保持体２０の層に接着材料３４によって接着される。当該複数の接触部を構成するインクが乾燥しかつ接着材料が施されると直ちに、当該モジュールがアンテナ保持体層の上に設置される。モジュールのアンテナ保持体層への接着は、本製造方法の全期間にわたって、モジュールがあるべき位置に固定維持されるために必要である。使用される接着材料は、当該モジュールが保持体層２０へ確実に固定される接着剤である。シアノアクリレート型の接着剤が使用される。カードに用いられるフィルムタイプの「ホットメルト」接着剤を用いることも可能であり、これはカードへの挿入の前に当該モジュールの下に配置される。この接着は保持体とアンテナの間の電気的接続としては使用されない。

ＲＦＩＤ装置保持体を形成するさまざまな層が、積層ステップの間にアンテナ保持体上に設置される。第一の熱可塑性層２２はアンテナ保持体層２０上に直接位置付けされる。複数の層２２に対して使用される熱可塑性材料は好ましくはポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）であるが、ポリエステル（ＰＥＴ，ＰＥＴＧ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）またはアクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）またはポリウレタン（ＰＵ）フィルムであっても可能である。熱可塑性層２２の厚さは１００〜１６０μｍである。当該層２２は当該モジュールの容器に入れられた部分上部の平坦な面の寸法に近い大きさの逃げ（リセス、凹部、穴：recess）２１を特色として有する。この方法で、当該逃げの複数の端部が当該モジュールの容器に入れられた部分の複数の端部にぴったりと合う。こうして、層２２がアンテナ保持体２０の層の上に位置されると、当該モジュール１０は逃げ２１内に位置される。第二の層２４は第一の層２２の上に位置付けされる。層２４は、アンテナ保持体２０の層について説明したように合成紙または紙で作られている。層２４はまた、逃げ２１と同じ大きさの逃げ（リセス、凹部、穴：recess）２３を特色として有するのが好ましい。全ての層が積層ステップのために設置されると、逃げ２１および２３は重なる。

ＲＦＩＤ装置保持体の最後の製造ステップは、アンテナ保持体２０の層、熱可塑性層２２および紙または合成紙の層２４、の３層を一緒に積層することからなる。当該積層ステップは、全ての層の温度を１５０℃まで上げ、圧力を２０バールまで上げ、引き続き温度を下げ圧力を下げて、規定継続時間の繰り返しサイクルに従って全体ロットを処理することからなる。一定圧力において環境温度を低くすることが好ましく、その後に圧力を下げる。積層の間に層２２のＰＶＣは液化して、当該アンテナとモジュールを閉じ込める。積層中に作用する圧力は、複数の層に垂直に方向付けされ、従って接触部グループ１７および１８に対して垂直である。

図３は、積層ステップの後のモジュールおよび当該モジュール近傍の３つの層の断面を示す。積層ステップの間、当該ＲＦＩＤ装置保持体を形成する３つの層は厚さが減少する。これにより、紙または合成紙の層２０および２４は、その厚さがおよそ２２％減少する。たとえば、初めの厚さ１８０μｍの層２０および２４は、積層後は厚さが１４０μｍとなる。熱可塑性層２２はその厚さが５５％減少する。

積層の間、圧力がモジュール全体に作用する。当該モジュールの複数の接触部グループはアンテナの複数の接触部を押さえつけ、複数の接触部および当該保持体層２０の変形を惹起する。この変形はその内面が、複数の当該接触部グループの外面に正確にぴったり合う押印の形状をなす。これにより、当該モジュールの複数の接触部グループと複数の接触部１８の導電性インクとの間の緊密な接触が、最大限の接触面に亘って存在することになる。保持体層２０を形成する材料は、複数の接触部１８の導電性インクと同様に柔軟であり弾性的ではなく、これら２つの材料は当該圧力が解放された後であってももとの形状に復帰する傾向はない。

さらに積層の間、層２２の柔らかくなった熱可塑材はモジュールの輪郭および当該層２２のどちらかの側に位置された層２０および２４の内側の面にぴったり合う。熱可塑材は層２０および２４の間で接着剤として作用し、ひとたび硬化すれば層とモジュールの両者に対して完全に固着する。熱可塑性層のどちらかの側上の２つの層２０および２４は積層の間の圧力効果でストレスを受け、この作用するストレスは、層２４の熱可塑材が硬化すればモジュールおよびアンテナ間の電気的接続が永久的かつ信頼性の高いものとなるように、モジュールの複数の接触部グループ上に維持される。このように積層ステップは、モジュールのアンテナへの電気的接続を可能にし、層２０、２２および２４を一塊に一体化する。こうすることにより、チップがアンテナ接触部の間に実装されると直ちにチップが電気的にアンテナに接続される、「フリップチップ」として知られる方法によってベアチップ（bare chip）が実装される場合と比較して、モジュールの位置決めステップでは、モジュールを機械的に複数の接触部間に維持するだけで可能となる。モジュールは、使用する材料と結合を実行する方法によってアンテナに電気的に接続される。結果として、紙または合成紙の層２０および２２が、複数の接触部グループおよび複数のアンテナ接触部の位置でモジュールを締め付け、この締め付け効果は、冷却により硬化する熱可塑性層２２によって維持される。

モジュールの囲われた堅い部分に作用する圧力は、それが圧力を加える保持体層２０の部分を押付ける傾向にあり、したがってまさに真下に位置するものを押付ける。この効果は同等な厚さのＲＦＩＤ装置保持体の表面全体に亘って起こる傾向にある。これにより、いったんパスポートカバーに挿入されると、モジュールの位置は隠れる。

本発明による製造方法は、信頼性の高い抵抗力のある無線周波数認識装置を提供する。この利点は、本装置をパスポートのような機密文書において使用することに対して意義深い。結果として、パスポートの複数のページと必然的にＲＦＩＤ装置を保持しているそのカバーはスタンプを押すことまたは裏書の添付による衝撃を受けやすく、このことは電子チップを重大な破損の危険に曝す。加えて、モジュールとアンテナの間の電気的接続は、なんら堅固な要素、つまり溶接または導電性接着剤のような、モジュールをアンテナに対して固定する要素は有さず、結果的により堅固でより信頼性が高くなる。

１０ モジュール
１２ チップ
１４ 封止部、保護樹脂
１７ 接触部
１８ 接触部
２０ 保持体層、アンテナ保持体
２１ 逃げ
２２ 層、熱可塑性層
２３ 逃げ
２４ 第二の層、層
３１ 接触部
３２ 接触部

Claims (7)

1. アンテナと当該アンテナに接続されたチップ（１２）を特色として有する無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）を製造するための方法であって、前記方法は以下のステップを含む：
   − 紙または合成紙で作った保持体（２０）上の複数の接触部（１７および１８）を有するアンテナ（１２）を印刷するステップ、
   − 該アンテナの前記複数の接触部間に接着誘電体材料を配置するステップ、
   − 前記保持体上に集積回路モジュール（１０）を位置決めするステップであって、前記モジュールは、複数の接触部（１７および１８）のグループ、および前記アンテナの前記複数の接触部と相対する前記モジュールの複数の接触部グループに前記モジュールの封止体（１４）内部で接続された前記チップ（１２）、を特色として有し、
   − 前記保持体上に熱可塑性層（２２）および紙または合成紙の層（２４）を設置するステップであって、当該２つの層（２２および２４）は当該モジュール（１０）の封止体（１４）の位置に逃げ（２１，２３）が設けられており、
   − 前記モジュールを前記アンテナに電気的に接続し、かつ複数の層（２０、２２および２４）を一緒に一塊にするべく、前記アンテナ保持体層（２０）、熱可塑性層（２２）および紙または合成紙の層（２４）の３つの層を一緒に積層するステップ。
2. 前記逃げ（２１，２３）の形状は前記封止体の形状に合うようにした請求項１に記載の製造方法。
3. 前記逃げ（２１，２３）は同じ大きさである請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１、２または３に記載の方法であって、接着誘電体材料（３４）が前記保持体（２０）の上、前記アンテナの接続（３１，３２）の間に、当該チップが位置づけされる前に設置され、前記モジュール（１０）を当該保持体に相対する固定位置に維持するようにした方法。
5. 前記アンテナ保持体層（２０）に施された接着材料（３４）は、シアノアクリレート接着剤である請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記アンテナ接触部を形成するために使用されるインクは柔軟性がある請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記積層ステップの間に、圧力をかけた状態で冷却がされる請求項１〜６のいずれかに記載の方法。

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