JP2013537663A - ポリカーボネート製無線周波数識別装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナが熱可塑性材料上への印刷によって製作されるＲＦＩＤの製造方法であって、その印刷されたアンテナにおける積層するステップの間の亀裂の問題を解決する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ポリカーボネート内に全体が封入された導電性インクで構成されたアンテナ（１４）と、そのアンテナに接続されたチップ又は集積回路モジュール（２９）とを備えたポリカーボネート製の平坦かつ可撓性の基板を具備し、数ターンの巻線によって形成された前記アンテナは、ターンがオーバーラップする区域を有し、誘電体材料からなる絶縁箔は、そのオーバーラップする区域内で重層するアンテナを分離し、その装置の縁は種々の層間での剥離の境界線が見えないように完全に均一であり、それによりその装置の厚さ方向の剥離に係る全ての試みを防止する無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）の製造方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触式電子データ交換装置を内蔵する貴重かつ機密保持な文書、物品の技術分野に関し、特に無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）及びその製造方法に関する。

非接触式の無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）は、装置の支持体内に組み込まれたアンテナと、アンテナ接点に接続されたチップとから基本的に構成されている。これらの装置では、それらのアンテナと関連するリーダ内に設置される第２のアンテナとの間の、遠隔で、それゆえに非接触式の電磁結合によって外部との情報交換が可能になる。現在、これらの装置は多数の用途で用いられており、特に、立ち入り制限区域内であちこちに移動したり、又は１つの区域から別の区域へ通過したりする人物を識別するために用いられている。一般的に、この装置は、クレジットカード形式、又は機密保持若しくは貴重な文書内に挿入されることが可能となるような形式で、平坦かつ可撓性の支持体上に形成される。このようなＲＦＩＤは、一般には「インレイ」と呼ばれる。一般的に言えば、チップは「フリップチップ」方法によってアンテナ接点に直接に接続される。しかし、チップは保護を強化するためにモジュール内に封入されることもある。

ＲＦＩＤとリーダとの間で情報が交換される。特に、例えば、チップ内に格納された情報であって、ＲＦＩＤが取り付けられている物の所持者の識別、及びその彼／彼女が立ち入り制限区域に入るための認可に関する情報が交換される。

現在、このようなＲＦＩＤは、いくつかの製造方法によって製造することができる。ここでは、熱可塑性の支持体上にアンテナが印刷されるＲＦＩＤを考える。そのプロセスのうちの１つは、アンテナ支持体用の紙並びに上層及び下層用の熱可塑性物質のような異なる材料からなる複数の層を一緒に積層することからなっている。このような方法によって得られるＲＦＩＤの欠点は、その厚さ方向にわたって層間剥離するので、その結果として、身分証明書のような数年間にわたる使用には適さないという事実にある。他方では、３つの層用に熱可塑性物質のような同じ材料を使用することは、層間剥離の問題を解決せず、積層時にさらなる問題を引き起こす。実際、積層された層の可撓性及び弾性が不足していると、圧力上昇の間にアンテナに亀裂が発生し、アンテナとチップとの間の電気的接続が断たれるおそれがある。さらに、積層するステップの間の温度上昇によって支持体が屈曲すると、コイルがオーバーラップする領域では、コイルを形成する導電材料と、コイル同士を分離して絶縁するために用いられる絶縁材料とからなる２倍の厚みがあるので、アンテナ内の亀裂が悪化される。

また、ワイヤアンテナに基づくＲＦＩＤは、銅線が圧力効果の下では断線するのではなく、むしろ、それ自身を熱可塑性物質内にめり込ませる傾向があるため、同じ欠点を示さない。さらに、２５μｍのオーダーという薄さと、銅線は外装されて絶縁されているという事実とにより、銅線を使用すると、重なったターン間における絶縁層の配置が不要となり、ターンがオーバーラップする領域内における過剰な厚みが５０μｍのオーダーになるため、問題となることはほとんどない。

仏国特許第２８２６１５３号明細書

以上の理由により、本発明の目的は、アンテナが熱可塑性材料上への印刷によって製作されるＲＦＩＤの製造方法であって、その印刷されたアンテナにおける積層するステップの間の亀裂の問題を解決する方法を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、経時的に層間剥離のおそれがないＲＦＩＤを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の無線周波数識別装置の製造方法は、アンテナとそのアンテナに接続されたチップとを備えた平坦な基板を具備する無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）の製造方法であって、数ターンの巻き線によって形成されたアンテナは、それらのターンがオーバーラップする領域と、そのオーバーラップする箇所で重なるアンテナのターンを分離する誘電材料からなる絶縁箔とを有しており、次のステップを備えている。

ａ）導電性インクを用いて印刷された複数のターン及び２つの接点と、それらのターンがオーバーラップする箇所における誘電体材料からなる絶縁箔とから構成されるアンテナを製作し、前記インクを焼き固めるために支持体の熱処理を行い、
ｂ）前記アンテナの側の支持体上に前記チップを接続し、
ｃ）そのアンテナの側の基板上に、チップを中心とする第１穿孔と、アンテナがオーバーラップする領域の絶縁箔を中心とする第２穿孔とを有する第２層を重層し、
ｄ）その第２層上に第３層を重層し、
ｅ）それら３つの層を一緒に積層する。

本発明の無線周波数識別装置及びその製造方法によれば、複数の層を積層するステップにおける無線周波数識別装置の厚さ方向の層間剥離を防止することができる。

無線周波数装置を支持する層の正面図である。 図１の無線周波数装置を支持する層の軸Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明によるＲＦＩＤ支持体の第２層の正面図である。 本発明による無線周波数装置の断面図である。

本発明の目的、対象及び特徴は、添付の図面と併せれば、以下の説明から明らかとなろう。但し、これらの図上では、示されている要素は正確な比率ではない。

図１に、クレジットカードの形式の基板１０が上面図で示されている。以下に続く記載では、この基板は「アンテナ支持体」と呼ばれる。この支持体はＩＳＯ形式であるが、他の寸法であってもよいし、例えばＩＳＯ形式で切り出されるいくつかの支持体のような箔状又はシート状のものであってもよい。アンテナ支持体１０には、図１においてグレーで示される区域上に厚さ５μｍの下地１２が施されている。例えば、この下地は、インク、樹脂又はワニスを用いた印刷によって形成される。本発明の１つの実施形態では、下地１２は、視覚的な識別を容易にするように色づけされた透明インクから形成されている。本発明の好ましい実施形態によれば、アンテナ支持体１０はポリカーボネート（ＰＣ）で作られる。アンテナ１１は、数ターンの巻き線、その巻き線の両端部に設置される２つの接点１７及び１８、並びに電気的橋絡１３からなり、アンテナ支持体１０上の下地１２上に、下地によって画定される区域を越えて延在しないように印刷される。図１から分かるように、下地１２によって占められる区域は、アンテナの印よりも少し大きくすることが好ましい。従って、区域の形状はアンテナの形状によって直接的に規定される。

アンテナのターン及び接点は、例えば、銀若しくは金のような導電粒子又は導電性ポリマーを充填したエポキシ系の導電性インクを用いたスクリーン印刷、フレキソ印刷、輪転グラビア、オフセット印刷又はインクジェット印刷によって形成される。もう１つの実施形態によれば、アンテナは、下地１２なしでアンテナ支持体上に直接に印刷される。下地のある／なしの２つの実施形態では、アンテナはいくつかの工程を経て印刷される。第１工程では、アンテナの２つの接点１７及び１８、並びに通常は「クロスオーバ」と呼ばれる電気的橋絡１３を印刷する。第２工程では、クロスオーバにおいて重層される誘電体材料から作られる絶縁箔１６を印刷する。第３印刷工程では、内側端部１４及び外側端部１５が、電気的橋絡１３と交差しており、その上を通り越すことによって、互いに電気的に接続しないようにしたターンを印刷する。従って、絶縁箔１６によって、電気的橋絡１３とアンテナのターンとが、短絡のリスクを伴うことなく交差するアンテナのオーバーラップ区域が得られるようになる。オーバーラップするターンと誘電体との重層は７０から７５μｍの間の厚さになる。

アンテナ支持体内で、接点１７及び１８の間に穿孔１９が形成されている。穿孔は、レーザ又はパンチを用いて形成される。

図２によれば、集積回路モジュール２９は、チップ２５並びに少なくとも２つの接点群２３及び２４を備えている。チップと接点群２３及び２４との間の接続は、通常は「ワイヤボンディング」と呼ばれる導線又は接続ケーブル２６によって行われる。チップ２５及びワイヤは、電気を通すことのない抵抗材料をベースとした保護樹脂２７内に封入される。カプセル化部２７（又は「モールディング」）は、チップ及びその配線を、壊れにくくかつより扱いやすくする目的で取り囲む、ある意味で硬いシェルである。カプセル化部は２００から２４０μｍの間の厚さを有している。従って、モジュールは、その上面上は、カプセル化部２７の上部に対応する平坦な表面となっており、その下面上は、回路に接続するように設計された接点群２３及び２４を示している。群２３及び２４は、アルミニウムのような導電材料からなり、それらの厚さは７０から１００μｍの間である。

モジュール２９は、アンテナ接点の隣に置かれるか又はアンテナ接点１７及び１８にまたがる接着性材料の２つの小点（ドット）３３及び３４によって、アンテナ支持体層１０に接着されている。接点１７及び１８は、モジュールの接点群２３及び２４の反対側に位置し、かつモジュールの封入部分又はカプセル化部２７が凹部１９内にあるようにモジュールは配されている。また、特に、接点１７及び１８の一部は、接着性材料によって覆われていない接点群２３及び２４の一部を圧迫している。小点３３及び３４用に用いられる接着性材料は、モジュールを支持体層１０に接合するだけの接着剤であり、この接着剤は非導電性であるため、モジュールとアンテナとの間の電気接続には直接に関与しない。用いられている接着剤は、導電粒子を充填していない熱硬化性のエポキシ系接着剤である。接着剤の小点は、支持体層１０上においてアンテナ支持体の近傍に位置しているので、モジュール２９が凹部１９内に設置されると、小点の接着剤は、モジュールの接点群の小さな部分によって、それらがアンテナ接点と接触するまで押しつぶされる。そして、接着剤の小点は、アンテナ接点と同じ又は実質的に同じ厚さとなり、アンテナ接点と面一になる。モジュールを凹部内に位置させる操作には、接着剤の架橋結合が可能となるモジュールの接点群の加熱段階が含まれる。接着剤の小点は、熱の影響を受けて硬化し、それによりモジュールの接点群２３及び２４を、接点に対して接触した状態に維持する。この接着剤を焼き固めるステップは、モジュールの接点群に対して発熱体を、圧力を加えずに適用することにより局所的に行われる。

モジュールの接点群２３、２４とアンテナの接点１７、１８との緊密な接触により、電気的な接続の信頼性が保証される。このようにして、モジュール２９が凹部１９内に設置されると、アンテナの接点１７及び１８と直接に接触するモジュールの接点群２３、２４の部分で、直ちに電気的接続がなされる。このようにして得られた支持体は、支持体と一体化したモジュールを備え、かつアンテナに電気的に接続されたアンテナ支持体となる。このようにして、電気的な接続が、材料をはんだ付けしたり又は追加したりする必要なく行われるという利点がある。

本発明の実施形態によれば、アンテナ接点１７及び１８は凹面形状若しくは窪んだ形状を有するか、又はリングのようにくり抜かれているので、接着性材料の小点３３及び３４は、凹面形状のくぼんだ部分の内部又は凹部の内部に位置する。本発明の好ましい実施形態では、アンテナ接点はＵ字状であるので、接着性材料の小点はＵ字の内部に位置する。

図３には、第２層２０の上面図が示されている。この第２層は、５０から６０μｍの間の厚さ、並びにアンテナ支持体１０の第１層と同一の幅及び長さのポリカーボネート（ＰＣ）層である。この層内には、レーザ又はパンチのいずれかによって、２つの穿孔２６及び３９が形成されている。これらの２つの穿孔は、層２０の全厚みを貫通する空洞である。層２０が縁同士を重ねることによって層１０を覆うと、絶縁箔１６が穿孔２６によって残された空間内に現れるように、穿孔２６が層２０上に配されている。このように、穿孔２６は絶縁箔を中心としている。同様に、層２０が縁同士を重ねることによって層１０を覆うと、接点間に位置する部分と接点の一部とが、穿孔３９によって残された空間内に現れるように、穿孔３９が層２０上に配されている。このように、穿孔３９はモジュール２９を中心としている。

図４は、図１の軸Ａ−Ａに沿ったアンテナ支持体１０、第２層２０及び第３層３０の断面図を示す。本発明による装置の製造プロセスによれば、層２０は、モジュールの外面、つまりモジュールの接点群を有する面が穿孔３９に嵌入するように、支持体１０上に位置している。第３層３０も層２０上に位置する。層３０は、その寸法が他の２つの層と同一であり、９０から１２０μｍの間、好ましくは１００μｍの厚さを有するポリカーボネート（ＰＣ）のシートである。図５は、図２の軸Ｂ−Ｂに沿ったアンテナ支持体１０、並びに第２層２０及び第３層３０の断面図を示す。アンテナ支持体１０の上方における層２０及び３０の取付けのステップの間に、絶縁箔１６は穿孔２６に嵌入する。

次のステップは、層１０、２０及び３０を一緒に積層するものである。３つの層は、１８０℃までの温度上昇及び圧力上昇を受ける。積層する間に、中間層２０は下層１０及び上層３０よりも低い温度で軟化する。積層するステップの間に加えられる圧力によって、層間、特に穿孔２６及び３９内に閉じ込められた空気が追い出され、軟化したポリカーボネートによって置き換えられる。このようにして、積層するステップの間に、中間層２０のポリカーボネートが穿孔を埋める。２つの穿孔を備えた層２０によって、モジュール及びアンテナのオーバーラップ区域に起因する過剰な厚さが回避されて補われる。

この積層するステップに続いて、図６に示すように、３つの層１０、２０及び３０が一緒に融着される。一旦、互いに融着されると、ポリカーボネートの種々の層は、得られたＲＦＩＤの厚み内ではもはや区別できなくなるため、厚さ方向での層間剥離は起こり得なくなる。ターン、２つの接点１７及び１８並びに電気的橋絡１３を備えるアンテナ１１は、互いに融着された３つの層１０、２０及び３０のポリカーボネート内に全体が封入される。本発明によるＲＦＩＤの縁部は均一であり、いくつかの層の集合体と見なされる上側の縁６２及び下側の縁６１に平行な境界線は存在しないため、装置の厚さ方向での層間剥離は不可能となる。

本発明の実施形態の変形例によれば、集積回路モジュールでは、モジュール内に封入されるチップ２５のタイプは、ベアチップによって置換される。図示されていないこの変形例では、アンテナを実装するステップと、層を互いに積層するステップとは、集積回路モジュールを用いて記載されている実施形態のステップと同一である。ただし、このチップの場合には、穿孔１９は必要ではない。穿孔２６及び３９は同じ方法で層２０内に形成され、穿孔３９はこのチップを中心とする。このチップは、出願人の仏国特許出願第２８２６１５３号に記載されている種類の方法によってアンテナに接続される。アンテナ支持体１０におけるアンテナの接点１７、１８の間には接着性誘電体材料が適用され、チップはアンテナ支持体上において、チップの接点がアンテナ接点に接するように配される。そして、接着性材料は、硬化させるための熱処理を受ける。

この実施形態では、アンテナへの接続の間にチップ上に加えられる圧力により、通常「バンプ」と呼ばれるチップの接点が、アンテナ接点内に貫入できるようになるので、アンテナ接点が変形して、それによりチップとアンテナとの間のより良好な接続が保証される。

本発明によるＲＦＩＤは、身分証明書、本人証明用手帳、運転免許証やアクセスカードなどの安全保障文書に組み込まれることができる平坦な支持体を形成する。

本発明によるＲＦＩＤは０．３８から０．４１ｍｍの間の厚さを有し、レーザ彫刻と両立できるという利点がある。

１０ アンテナ支持体
１２ 下地
１３ 電気的橋絡
１５ 外側端部
１６ 絶縁箔
１７、１８、２３、２４ 接点
１９、２６、３９ 穿孔
２０ 第２層
２５ チップ
２７ カプセル化部
２９ 集積回路モジュール
３０ 第３層
３３、３４ 小点

Claims (11)

1. アンテナ（１４）及び前記アンテナに接続されたチップ（２５）を備えた平坦な基板を具備する無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）の製造方法であって、数ターン（１１）の巻き線によって形成された前記アンテナは、それらのターンがオーバーラップする区域と、そのオーバーラップする箇所で重層するアンテナターンを分離する誘電体材料からなる絶縁箔（１６）とを備えており、以下のステップを含んでいることを特徴とする製造方法。
   ａ）ターン及び２つの接点（１７、１８）を導電性インクで印刷することと、ターンがオーバーラップする箇所における誘電体材料からなる絶縁箔（１６）と、前記支持体を前記インクを焼き固めるために熱処理することからアンテナを作成し、
   ｂ）前記アンテナ（１４）の側の前記支持体（１０）に前記チップ（２５）を接続し、
   ｃ）チップを中心とする第１穿孔（３９）とアンテナがオーバーラップする区域の前記絶縁箔（１６）を中心とする第２穿孔（２６）とを有する第２層（２０）を、前記基板上のアンテナの側に重層し、
   ｄ）第２層上に第３層（３０）を重層し、
   ｅ）３つの層（１０、２０、３０）を一緒に積層する。
2. 前記層（１０、２０、３０）はポリカーボネート（ＰＣ）から作成される請求項１に記載の方法。
3. ステップｂ）が次のステップを含む請求項１又は２に記載の方法。
   ｂ１）アンテナの前記接点（１７、１８）の間に接着性誘電体材料を配し、
   ｂ２）前記チップ（２５）を、そのチップの接点がアンテナの前記接点（１７、１８）に接触するように位置させ、
   ｂ３）前記接着性材料を、それを硬化させる目的で熱処理する。
4. ステップｂ）が次のステップを含む請求項１又は２に記載の方法。
   ｂ１）アンテナの前記接点（１７及び１８）の間に穿孔（１９）を形成し、
   ｂ２）アンテナの前記接点（１７、１８）の部分の上に接着性誘電体材料（３３、３４）を配し、
   ｂ３）モジュール（２９）内に封入された前記チップを、前記モジュール（２９）の前記接点（２３、２４）が、アンテナの前記接点（１７、１８）に接触し、かつモジュールのカプセル化部（２７）が前記凹部内にあるように位置させ、
   ｂ４）前記接着性材料（３３、３４）を、それを硬化させる目的で熱処理する。
5. アンテナの接点（１７、１８）がＵ字状である請求項４に記載の方法。
6. 前記穿孔（１９、２６、３９）が、層を互いの上に重層するステップの前に、レーザ又はパンチで形成された請求項１に記載の方法。
7. 接着性材料（３３、３４）が、熱硬化性のエポキシ系接着剤である請求項４又は５に記載の方法。
8. 層（１０、２０、３０）のポリカーボネートが透明である請求項２から８のいずれか１項に記載の方法。
9. ステップａ）が次のステップを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
   ａ１）前記アンテナ支持体基板（１０）上の予め定められた区域であって、アンテナと同じ又はそれよりもわずかに大きな印に相当する区域に、基本的にワニスから構成される下地（１２）を印刷し、
   ａ２）前記下地（１２）上にアンテナを印刷する。
10. 前記下地（１２）は、視覚的識別を容易にするように色づけされた透明インクを用いてなされる請求項９に記載の方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項によって得られる無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）であって、ポリカーボネート内に全体が封入された導電性インクで構成されたアンテナ（１４）と、そのアンテナに接続されたチップ（２５）又は集積回路モジュール（２９）とを備えたポリカーボネート製の平坦かつ可撓性の基板を具備し、数ターンの巻線によって形成された前記アンテナは、ターンがオーバーラップする区域を有し、誘電体材料（１６）からなる絶縁箔は、そのオーバーラップする区域内で重層するアンテナを分離し、その装置の縁は種々の層間での剥離の境界線が見えないように完全に均一であり、それによりその装置の厚さ方向の剥離に係る全ての試みを防止することを特徴とする無線周波数識別装置。

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