JP2013114454A - インレット基材及びその製造方法並びに非接触ｉｃカードと冊子 - Google Patents

Abstract

【課題】インレット基材の表裏に形成されたジャンパー線とアンテナコイルとを抵抗加熱溶接方式で接合するにあたり、抵抗溶接の発熱によって生じる基材シートの外観不良や連続生産におけるインレット基材の搬送トラブルを回避する手段を提供すること。
【解決手段】アンテナコイルとこれに接続するＩＣチップとを絶縁性基材シートの一方の面に備え、アンテナコイル３の両端３ａ、３ｂを接続するジャンパー線６を他方の面に備えたインレット基材１であって、前記アンテナコイル３両端の接続端子の面積とジャンパー線６両端の接続端子の面積は、いずれか一方の面積が相対的に広く、且つ、それぞれの接続端子が溶接されていることを特徴とするインレット基材１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触ＩＣカード等に内蔵するインレット基材に係り、特にインレット基材に敷設されるアンテナコイルとジャンパー線とを接続する接続用端子のサイズと端子間の抵抗溶接方法に関するものである。

従来、リーダライターと非接触で近接通信が可能な情報記録メディアには、ＩＣカードやＩＣ付き冊子（パスポート、預貯金通帳等）などがある。この情報記録メディア（ＲＦＩＤ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ））の基本となるコンポーネンツは、ＩＣが搭載されたインレット基材（以下、ＩＣインレットと記す。）であり、例えば、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁性の基材シート２上に銅やアルミニウムの導電材よりなるループ形のアンテナコイル３とこれに接続するＩＣチップ４とで構成されている。このＩＣインレット１をプラスチックや紙基材で被覆して体裁を整えたものが非接触ＩＣカードや冊子として流通している。

アンテナコイル３は、通常基材シートの一方の面に形成されるから（図１（ａ））、ＲＦＩＤ用のＩＣチップ４も電極接続の関係で同じ面上に配設されるから、ループをなすアンテナコイル３の外周側端子３ａと内周側端子３ｂとを接続する必要がある。アンテナのループに接触してジャンパー線を引き回すことはできないので、通常は、図１（ｂ）、（ｃ）で示すように他方の面にジャンパー線６を敷設する。

アンテナコイル３は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等強靱な基材シート２の片面に銅やアルミニウム等の金属箔をラミネートし、この金属箔をエッチングして形成する。そこで、絶縁性基材シート２の反対面、すなわちアンテナコイル３が形成されている面と反対の面に、同じエッチングによってジャンパー線６を敷設し、外周側端子３ａと内周側端子３ｂとを接続する必要がある。

その接続方式として、ジャンパー線６の端部とアンテナ端子３ａ、３ｂとをかしめる「かしめ方式」、基材シート２を貫通するスルーホール７を開け、そのスルーホール７に半田８を注入して接続し導通せしめる「半田スルーホール方式」、あるいは、金属箔近傍を上下から抵抗加熱して直接に溶接する「溶接方式」がある。図１（ｃ）にはスルーホール接続を模式的に示した。

溶接方式は、図１に示すように金属箔がコイル状にパターニングされたアンテナパターン３の内周側端子３ｂと外周側端子３ａとが、それぞれ、基材シート２の反対側面に配置されたジャンパー線６の端子と、基材シート２を押しのけた形態で局所的に導通するよう直接溶接されたものであり、従来の「半田スルーホール方式」に比べて、スルーホールがない分接合強度が劣るという問題もなく、コスト的にも有利である（特許文献１参照）。

また、従来の「かしめ方式」に比べても、この溶接個所は曲げや外部圧等によっても外れたり浮いたりせず、物理的強度にも優れており、平坦性も高い。また「半田スルーホール方式」に比べても平坦で、上下に半田が突出するようなことがないので、外部からの見栄えもよく高品質で、ジャンパー線の強度にも問題のない高品質のＩＣインレットとすることができる。

特開２００７−１１５０９０号公報

しかしながら、溶接方式は、基材シート表面側に配置されたアンテナコイルの外周側端子と内周側端子に、裏面側に配置されたジャンパー線の接続端子を、断面視、上面視で重ねた上で基材シートの表裏両側から電極で挟みつけて通電するものである。すなわち、上下の端子に挟まれた薄い基材シートを軟化させて、上下の端子間から押し出した状態で、金属同士が局所的に抵抗溶接されているところ、抵抗溶接によって発生した熱により軟化した基材シートが抵抗溶接用ステージに接着することによる搬送トラブルやが発生してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、インレット基材の表裏に形成されたジャンパー線端子とアンテナコイル端子とを抵抗加熱溶接方式で接合するにあたり、抵抗溶接の発熱によって溶接箇所のエッジ部分に生じる基材シートの厚み不良や連続生産におけるインレット基材の搬送トラブルを回避する手段を提供することを課題とした。

上記課題を達成するための請求項１に発明は、アンテナコイルとこれに接続するＩＣチップとを絶縁性基材シートの一方の面に備え、アンテナコイルの両端を接続するジャンパー線を他方の面に備えたインレット基材であって、前記アンテナコイル両端の接続端子の面積とジャンパー線両端の接続端子の面積は、いずれか一方の面積が相対的に広く、且つ、それぞれの接続端子が溶接されていることを特徴とするインレット基材としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、絶縁性基材の一方の面にアンテナコイルを、他方の面にジャンパー線を、いずれか一方の接続端子の面積が相対的に広く、且つ、前記基材の上下方向で一方が他方に含まれるように形成する工程と、絶縁性基材を端子面積が大きい方が下側になるように抵抗溶接用ステージに載置する工程と、絶縁性基材表裏の端子部分に抵抗溶接用電極を上下から当接し抵抗溶接により上下の端子部を溶接する工程と、ＩＣチップをアンテナコイルに接続する工程と、を含むことを特徴とするインレット基材の製造方法としたものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインレット基材を用いたことを特徴とする非接触ＩＣカードとしたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のインレット基材を用いたことを特徴とする非接触ＩＣ付き冊子としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、絶縁性の基材シートの片面上にコイル状にパターニングされたアンテナコイルとＩＣチップとを備えた非接触ＩＣインレットにおいて、アンテナコイルの接続端子部またはジャンパー線の接続端子部をジャンパー線の接続端子またはアンテナコイルの接続端子部よりも広くすることによって、抵抗溶接によって発生した熱が放散されやすくなるため、基材シートの余剰部分の軟化が防止され厚み不良の発生が減少し、安定した品質が得られる。

また、ステージと電極を有する抵抗溶接機を用い、ステージ側に面積が広い方の接続端
子部がくるように基材シートを配置することで、軟化した基材シートとステージとが接着しにくくなり、基材シーとが千切れたり変形したりする等生産における搬送トラブルを防ぐことができ、生産性の向上を図ることができる。

請求項３、請求項４の発明は、上記構成と製造方法によるインレット基材の用途の一例として非接触のＩＣカードと冊子を特定したものである。

ＩＣインレットの一事例を示すもので、（ａ）上面視の図、（ｂ）下面視の図、（ｃ）端子接続部（スルーホール接続）の拡大断面視の図である。 アンテナコイルとジャンパー線の端子面積の大きさの関係を誇張して示した上面視の図である。（ａ）アンテナコイル側が大きい場合、（ｂ）ジャンパー線側が大きい場合。 端子を抵抗溶接法で溶接する状況を模式的に示す断面視の図である。（ａ）溶接前、（ｂ）溶接中、（ｃ）溶接後。

以下、本発明を図１から図３を用いて詳細に説明する。

本発明に係るインレット基材は、図１（ａ）に上面視の図、同図（ｂ）に裏面からの平面図で示すように、絶縁性の基材シート２上に、コイル状にパターニングされた導電性のアンテナコイル３と、このアンテナコイル３を介して外部機器とデータ通信を行うために装着されるＩＣチップ４とを備え、外見的には従来構成と差がない非接触ＩＣインレット１である。

このシート基板２に敷設されたアンテナコイル３の、上面視で内側にある内周側端子３ｂと外側にある外周側端子３ａとが、基材シート２の裏面（図面では図１（ｂ））に配設した好ましくは同じ部材でなるジャンパー線６の端子に、基材シート２を貫いて局所的に導通するよう溶接されている。

請求項１に係る発明は、図２の上面視図に示すように、ジャンパー線の両端の端子部の面積（破線）と、アンテナコイルの端子部（内周側端子３ｂと外周側端子３ａ）の面積を比較すると、いずれか一方の面積を他方よりも相対的に大きく設定したものである。（ａ）は内外周の端子側が広く、（ｂ）ではジャンパー線の端子が広く設定されている。

ここで、アンテナコイル３が敷設されている絶縁性の基材シート２としては、例えば、厚みが０．０３〜０．１０ｍｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）など、強靭でかつ適度な過熱などで軟化または溶解するなどによって局所的に流動・除去が可能なプラスチック基材が用いられる。

また、アンテナコイル３としては、例えば、銅またはアルミニウム等の導電体による配線に用いるのに好適な金属の薄膜を基材シート２上に成膜技術を用いて成膜し、それをエッチングによってパターニングしたもの、あるいは導電性のペーストで基材シートにスクリーン印刷などでパターニングしたもの、打ち抜き加工された金属箔を接着したもの等が挙げられる。材質的には、特に抵抗溶接の熱で比較的に溶融し易い銅が好適に使用される。

これらのアンテナコイル素材に対し、ジャンパー線６の素材は、必ずしも同じ材料を使用しなければならないわけではない。また、ジャンパー線６は特定の金属を使用しなければならないわけでもない。但し、抵抗溶接による溶接の容易さや溶接する相手であるアン
テナコイルの外周側端子、あるいは内周側端子の材料との関係、導電性の良否の問題、などから、好ましい代表例としては銅が挙げられる。

基材シート２の一方の面にアンテナコイル３とその端子があって、他方の面にジャンパー線６とその端子が、図２に示すように基材シートの厚み方向には重なって、且つ一方の端子が他方の端子に完全に含まれるように形成されている。前述したようにどちら側の端子面積が広くても構わないが、ジャンパー線６の端子の大きさは、大きくてもアンテナコイル３を構成するループ状の配線にかからない大きさとする。

次に、溶接工程について図３を使って説明するが、溶接自体は、図３に示すように抵抗溶接装置のヘッド先端１１，１２をインレット基材２の表裏の端子の位置（溶接される位置）に押当て加圧し、電流を通じて発生する熱を利用して基材シート２の電極に挟まれた領域を押し出して金属端子同士を溶接する抵抗溶接によりなされる。

溶接時に、外周側端子３ａ、内周側端子３ｂ、及び裏面側のジャンパー線６と接する上下のヘッド１１、１２の先端の接触部の大きさは、溶接する為に必要かつ適当な大きさとする。但し、溶接用ステージ１３には、基材シート２裏面に形成された端子で端子面積１５の大きな方が下側に、基材シート２の上側には端子面積が小さい方がくるように基材シート２を搭載する（図３（ａ））。

それぞれの溶接用ヘッド１１，１２が端子面積と比較して、あまり大きすぎると、例えばアンテナコイル１２中の隣の配線に架かる領域まで不要に加熱・加圧し易く、反対にあまりに小さ過ぎると加熱・加圧が巧くゆかないので、いずれも支障をきたす。これらのバランスのとれた大きさを採用した上で、下側に相対的に面積の大きい端子がくるようにする。

次に、アンテナコイル３の内周側端子３ｂと外周側端子３ａと、同じ部材でなるジャンパー線６とを、図３（ｂ）に示すように基材シート２の表裏間で局所的に導通するよう抵抗溶接する。抵抗溶接の条件として、電圧：４〜１０Ｖ、加圧力：９．８〜１９６Ｎ、溶接時間：０．１〜１０ｍ・ｓｅｃ程度であり、アンテナコイル３２や基材シート２の種類、厚みなどを考慮して、上記３要素をバランスよく設定し、適宜良好な条件で行う。
上下の端子間に挟まれた基材シート素材が軟化し、印加圧力によって外側に押し出され、端子同士が接触するとお互いが溶けて溶接される。

従来の半田スルーホール方式に比べ、基材シート２にスルーホールを形成する必要がないなどから簡便でかつ低コストで製造可能であり、かつスルーホールが介在しないのでジャンパー線６の強度が弱くなるという問題もない非接触通信用ＩＣインレット１とすることができる。

また、アンテナコイル１２の端子周囲の基材シート１０を、予め局所的に除去する工程（絶縁性材料の除去工程）を行うことも可能である。図３に示す上下のヘッド１１，１２をそれぞれ加熱し、熱で基材シートを軟化または溶融させながら加圧すると溶接しようとする箇所の周囲に絶縁性の材料を押しやることが容易になる。この除去工程の後に又は同工程とほぼ並行して、内周側端子３ｂ（又は外周側端子３ａ）とジャンパー線６とを、上下からヘッド１１，１２で適当な加圧を行うと共に電圧をかける（溶接工程）ことで、内周側端子３ｂ（又は外周側端子３ａ）とジャンパー線６とがより接し易くなるので、抵抗による発熱を利用した溶接（抵抗溶接）のためには好ましい。

さらにまた、ジャンパー線６として、基材シート２にパタニング形成されたものを用いず、線材や所定形状の金属箔を後付けする場合には、アンテナコイルの端子裏面の基材シ
ートをざぐって予め除去しておいても端子を露出しておいても構わない。この場合には、ジャンパー線側の端子面積をアンテナコイル側の端子面積よりも狭く設定しておくのが好ましい（線材であれば自動的に狭くなる）。

但し、ジャンパー線１６を、基材シート２上にパターニング形成した場合には、このパターニングされたジャンパー線６と反対面のアンテナコイル３の内周側端子３ｂと外周側端子３ａとの位置合わせがなされているので、導通のための抵抗溶接の位置合わせが不要で作業効率がよくなるというメリットがある。

最後に、図３（ｃ）に示すように表裏の端子部１４，１５が溶接されたＩＣインレットを後工程に回流させるため抵抗溶接用ステージ１３からとり外す。この際、ステージに当接した端子１５の面積を、上側の端子１４の面積より大きくとってあるので、基材シート２がステージ１３に接着したり貼りつくことがない。したがって、搬送上のトラブルがない。というのは、図３（ｃ）で基材シートが軟化する部位をギザギザ１６で模式的に示してあるが、軟化して押し出された部分は、上側の端子面積よりは広いが、下側の端子面積より狭い範囲に収まるのでステージ側にはみ出して付着することがないからである。また厚みが偏ることもない。

このように、上の端子１４と下の端子１５とを確実に溶接するのに必要な上側の端子面積の大きさとヘッド１１の大きさから、端子間に挟まれた基材シート２が軟化して流動する渦動面積を見積もって、それと同程度以上で必要最小限の大きさに下側の端子１５の面積とヘッド１２の大きさを設定する必要がある。軟化領域が、溶接面積に比べて大きすぎると基材シートがステージに接着してしまい、搬送できなくなる。

上記のように端子面積を設定して溶接法を適用することで、従来の「かしめ方式」に比べ、被溶接個所が曲げや外部圧等によっても外れたりせず、物理的強度にも優れ、半田スルーホール方式に比べても、この被溶接個所が平坦で、外部からの見栄えと、積み重ね性もよく、高品質なＩＣインレットとすることができる。

ＩＣインレットは、最終的には、図示しないが、更に上下から基材シートで挟まれるように積層され、且つ、積層された状態では撓ませ難い程度の剛性を保持したものとなる。このように上下から適度な可撓性を有するの基材シートで保護したものとすることによって、溶接個所を含めＩＣチップ４等を外部圧等から保護し、物理的強度がより優れた非接触ＩＣカードとすることができる。また外装用意匠性を印刷や転写、エンボス等で付与できる。

また、全体として表紙、裏表紙、本文用紙とで冊子状に構成され、その一部にオーバーシート層で上記のＩＣインレットを保護した被接触ＩＣ付き冊子とすることができる。非接触ＩＣ付き冊子の例としては、パスポートや預貯金用の通帳等が挙げられる。

１、ＩＣインレット
２、基材シート
３、アンテナコイル
３ａ、アンテナコイルの外周側端子
３ｂ、アンテナコイルの内周側端子
４、ＩＣチップ
５、アンテナコイル
７、スルーホール
８、半田
１１、抵抗溶接用電極（上側）
１２、抵抗溶接用電極（下側）
１３、ステージ
１４、接続端子（面積小）
１５、接続端子（面積大）
１６、基材シートの軟化して押しのけられた箇所

Claims (4)

1. アンテナコイルとこれに接続するＩＣチップとを絶縁性基材シートの一方の面に備え、アンテナコイルの両端を接続するジャンパー線を他方の面に備えたインレット基材であって、前記アンテナコイル両端の接続端子の面積とジャンパー線両端の接続端子の面積は、いずれか一方の面積が相対的に広く、且つ、それぞれの接続端子が溶接されていることを特徴とするインレット基材。
2. 絶縁性基材の一方の面にアンテナコイルを、他方の面にジャンパー線を、いずれか一方の接続端子の面積が相対的に広く、且つ、前記基材の上下方向で一方が他方に含まれるように形成する工程と、
   絶縁性基材を端子面積が大きい方が下側になるように抵抗溶接用ステージに載置する工程と、
   絶縁性基材表裏の端子部分に抵抗溶接用電極を上下から当接し抵抗溶接により上下の端子部を溶接する工程と、
   ＩＣチップをアンテナコイルに接続する工程と、を含むことを特徴とするインレット基材の製造方法。
3. 請求項１に記載のインレット基材を用いたことを特徴とする非接触ＩＣカード。
4. 請求項１に記載のインレット基材を用いたことを特徴とする非接触ＩＣ付き冊子。