JP2019101899A - 非接触通信媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】カードに求められる一般的な物理特性である剥離強度を確保しつつ、接着剤などの材料選択肢を拡げ、カード構成の設計自由度を高めることが可能なアンテナ構成を有する非接触通信媒体を提供する。【解決手段】ＩＣチップと、前記ＩＣチップと電気的に接続されたアンテナと、を少なくとも備える非接触通信媒体であって、前記アンテナの平面視において、前記アンテナの側縁部の少なくとも一部に、凹凸形状を有することを特徴とする非接触通信媒体である。【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣチップとこれに接続されたアンテナを備える非接触通信媒体に関するもので、特にカード形態の非接触通信媒体に関する。

従来、銀行カード、キャッシュカード、ＩＤカードなど、重要かつ大量のデータを記憶、処理する目的でＩＣチップを用いたＩＣカードが普及しており、近年では、ＩＣカードの外部端子と外部端末を接続して使用する接触式のＩＣカードだけでなく、アンテナを内蔵し、電波や静電結合により非接触で外部機器との間でデータ交換を行う非接触通信機能を備えたＩＣカードの使用が増加し、カードの出し入れの不要、外部端末のメンテナンスの軽減等の理由から、需要が高まっている。

非接触通信機能を備えたＩＣカードは、空間に高周波電磁界や超音波、光等の振動エネルギーの場を設けて、そのエネルギーを吸収、整流してカードに内蔵された電子回路を駆動する直流電流源とし、この場の交流成分の周波数をそのまま用いるか、あるいは逓倍や分周して識別信号とし、この識別信号を、アンテナまたはコイルやコンデンサ等の結合器を介して、データを半導体素子の情報処理回路に伝送するものである。

一般的に、非接触通信機能を備えたＩＣカードは、以下のように製作される。導電性ペースト印刷、巻線溶着加工、金属箔エッチング加工などによって製作された非接触通信用のアンテナまたはコイルを持つフィルム状に形成されたアンテナ基板にＩＣチップが実装され、オーバーシートと基材とによって挟み込まれ、ラミネートされてカードが製作される。

この時、アンテナまたはコイルにおいて、少なくともＩＣチップとの接続のための２つのアンテナ接続端子は、アンテナ基板上に露出している。このアンテナ接続端子に対し、異方性導電接着剤（ＡＣＰ(Anisotropic Conductive Paste)やＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film)）などを用いて、ＩＣチップを接続するプリップチップ実装方法などにより、実装が行われる。

このような従来のカード構成とは異なるアンテナ基材などをラミネートすることによって製作されたカードは、非接触通信媒体としての機能と、従来からカードに求められてきた機能とを併せ持つ必要がある。

例えば、各種カードには、印刷などの表示のほかに、エンボス表示が設けられる場合がある。エンボス表示は、カードの表面にカード所有者の氏名、カード番号、会員番号、カードの有効期限などをカード表面の凹凸により表示するもので、カードの裏側から強く押して表側に凸部を形成するため、アンテナ部が断線して非接触通信が不能となる場合があった。

このような問題に対しては、特許文献１や特許文献２などの様に、アンテナの形状などを工夫して断線を回避する方法などが提案されている。

また、カードについては、ＪＩＳやＩＳＯなどで定められた一般的な物理特性についてもカードとしての特性を充たす必要があり、樹脂材料からなるカード基材中に金属材料からなるアンテナをラミネートした状態での剥離強度を向上させるための工夫も求められている。

このような問題に対して、特許文献３では、ＩＣチップを装着したアンテナシートを、特殊なスペーサシートを介して表裏の外装シート（印刷シート）と接着させる方法が提案されており、スペーサシートとして、ＰＥＴ−Ｇ樹脂基材の片面または両面にポリエステル系接着剤を共押出したものであることが記されている。

しかし近年、カードの多様化が進み、カードに求められる要素として、低コスト性や従来にない新たな素材の応用なども求められている。

そのため、カードに使用する材料の選択肢を拡げ、カード構成の設計自由度を高めることが求められていた。

特開２００２−２５９９２０号公報 特開２００４−２０６５５９号公報 特開２００４−３１８６０６号公報

本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、カードに求められる一般的な物理特性である剥離強度を確保しつつ、接着剤などの材料選択肢を拡げ、カード構成の設計自由度を高めることが可能なアンテナ構成を有する非接触通信媒体を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、ＩＣチップと、前記ＩＣチップと電気的に接続されたアンテナと、を少なくとも備える非接触通信媒体であって、前記アンテナの平面視において、前記アンテナの側縁部の少なくとも一部に、凹凸形状を有することを特徴とする非接触通信媒体である。

請求項２に記載の発明は、前記アンテナの側縁部に設けられた凹凸形状が、周期性を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触通信媒体である。

請求項３に記載の発明は、前記アンテナの側縁部に設けられた周期性を有する凹凸形状において、振幅が１ｍｍ以上であり、周期が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の非接触通信媒体である。

本発明のアンテナとこれに接続されたＩＣチップからなるアンテナシートを用いることにより、カードの剥離試験を実施した際に、アンテナと非アンテナ部との境界付近で発生するスパイク剥離を低減し、安定した剥離強度を有するカードを提供することができる。

本発明の実施形態に係わるアンテナシートの例を示す平面図である。 図１におけるアンテナのＡ領域を拡大した平面図である。 カード構成の例を示す断面図である。 剥離強度試験の試験片の例を示す斜視図である。 剥離強度試験における剥離位置と剥離強度の関係を示す図である。（ａ）従来のアンテナにおける剥離位置と剥離強度の関係（ｂ）本発明の実施形態に係るアンテナにおける剥離位置と剥離強度の関係 本発明の実施形態に係るアンテナ側縁部の凹凸構造の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ側縁部の凹凸構造の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ側縁部の凹凸構造の例を示す図である。 従来のアンテナ側縁部を示す拡大平面図である。

以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明において適宜図面を参照するが、図面に記載された態様は本発明の例示であり、本発明はこれらの図面に記載された態様に制限されない。

尚、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全て図面を通じて同一の参照符号を附し、重複する説明は省略する。

一般にアンテナを内蔵した非接触型のＩＣカードは、ＪＩＳやＩＳＯで規定されている厚みとし、かつ表面の平滑性を得るために、ＩＣチップが実装されたアンテナシートを表裏のカード基材で挟持する形態となっている。

そのため、アンテナシート表面からの突起部は出来るだけ厚みの薄い方が、カード製作時の表面平滑性を確保し易いと言える。

従って、カード用のアンテナシートに設けられるアンテナは、捲線よりも金属箔をエッチングなどによりパターン形成したものを用いた方が、アンテナの厚みに起因する突起を抑えることができ、有利な面があると言える。

図１は、本発明の実施形態に係るアンテナシートの例を示す平面図である。アンテナシート（１０）は、アンテナシート基材（１１）上に金属箔をコイルやキャパシタなどを含むパターン状に成形したアンテナ（１２）が設けられており、アンテナ（１２）には、ＩＣチップ（１３）が接続されている。

アンテナシート基材（１１）は、一般に樹脂フィルムからなる絶縁材料が用いられ、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどを例示することができるが、中でもポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどが、加工性やコスト面などから好適に用いられる。

この様なアンテナシート基材（１１）の厚みは、一般に１５μｍ〜５０μｍ程度のものが使用される。

また、アンテナシート基材（１１）の片面あるいは両面には、接着剤層が設けられてあっても良く、接着剤としては、上記樹脂フィルムや金属材料などと接着可能な材料であれば、いずれも用いることができ、具体的にはエポキシ樹脂系、ポリエステル樹脂系、ポリウレタン樹脂系、アクリル樹脂系、フェノール樹脂系、酢酸ビニルや塩化ビニル、塩化酢酸ビニルなどのビニル樹脂系、ポリイミド系、スチレンブタジエンゴムなどのゴム系等を例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

接着剤層の厚みは、特に限定されないが、１μｍ〜１０μｍ程度のものを好ましく用いることができる。

アンテナ（１２）に用いられる金属箔としては、例えば、電解法、圧延法、精密圧延法、打箔法などによって製造された、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス鋼箔、金箔、銀箔、亜鉛箔、チタン箔、ニッケル箔、錫箔などを例示することができる。

中でも、コスト面などの観点からアルミニウム箔や銅箔などを好適に用いることができる。

これらの金属箔は、化学処理や物理処理などにより表面凹凸を設けて接着強度を向上させる表面処理、いわゆる易接着処理などが施されていても良いし、酸化防止処理などが施されてあっても良い。また、金属箔の厚みは、７μｍ〜６０μｍ程度とすることができるが、１５μｍ〜５０μｍのものを好ましく用いることができる。

このような金属箔をコイルやキャパシタなどを含むアンテナ（１２）状にパターニングする方法としては、打ち抜き加工法やエッチング法などの手法を用いて実施することができる。

エッチング法を用いて、パターニングを実施する場合には、金属箔表面に、レジストを塗布し、レジストの露光ならびに現像を実施した後、エッチングする方法や、マスクインキを所望のパターンに印刷した後、マスクインキの無い部分をエッチングする方法などを例示することができる。

レジストは、ネガ型あるいはポジ型のいずれも用いることができ、露光マスクを用いたパターン露光や、レーザなどによる直接描画等により、パターン状の露光を実施した後に、用いたレジストの種類に応じて、従来公知の現像液で現像することにより、パターン状のレジスト膜を形成する。

その後、レジスト膜の無い部分の金属箔をエッチング除去することにより、アンテナ状にパターニングされた金属箔を得ることができる。

エッチング加工に用いられるエッチング液は、アンテナ（１２）に用いる金属箔の種類に応じて、従来公知のエッチング液を任意に用いることができる。

ＩＣチップ（１３）は、上述のようにして得られたアンテナ（１２）に対し、異方性導電接着剤（ＡＣＰやＡＣＦ）などを用いて、フリップチップ実装等により、実装される。

フリップチップ実装は、実装基板などにＩＣチップを実装する方法の１つで、チップ表面と基板を電気的に接続する際に、アレイ状に並んだバンプと呼ばれる突起状の端子によって接続する手法であり、ワイヤによって接続するワイヤ・ボンディングと比べると、実装面積を小さく、また厚さを薄くすることができ、配線が短いため電気的特性も良いとされている。

上述のようなＩＣチップ（１３）は、図示はしていないが、封止用樹脂や金属板などによって、封止ならびに保護されてあっても良い。

また、ＩＣチップ（１３）は、リードフレーム等の基板に実装し、封止樹脂で補強したＩＣモジュールであっても良い。その場合には、溶接などによってアンテナシート上の金属箔部と電気的に接続される。

図２は、図１におけるアンテナ（１２）のＡ領域を拡大した平面図である。

図２から判る通り、本発明の実施形態におけるアンテナ（１２）は、アンテナ（１２）の平面視において、その側縁部（２０）が凹凸形状を有している。

ここで、図３ではアンテナシート（１０）を内包するカード構成例の断面図が示されている。

図３では、アンテナシート（１０）が、表裏２枚のカード基材（３２ａ、３２ｂ）によって、接着層（３１ａ、３１ｂ）を介して挟持されている構成が示されている。

接着層（３１ａ、３１ｂ）は、アンテナシート（１０）とカード基材（３２ａ、３２ｂ）の材料に応じて、任意に設定することが可能であり、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂等を用いることができる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＥＴ−Ｇなどを含むポリエステル樹脂系、（メタ）アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、ポリ塩化ビニルや酢酸ビニルなどのビニル樹脂系、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂系、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂系、エポキシ樹脂系などの各種樹脂系を例示することができ、これらの樹脂は単独で用いられても良いし、共重合体や混合物として用いられても良い。また、複数の材料からなる積層体として用いられてあっても何ら問題ない。

熱硬化性樹脂としては、ヒドロキシル基、カルボニル基、アミノ基、エポキシ基などの各種官能基を有する樹脂類を例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

これら熱硬化樹脂には、その材料に応じて、従来公知の硬化剤を適宜選定し、添加することにより、架橋反応させることができる。

また、放射線硬化樹脂としては、例えば、各種アクリレート樹脂などのような反応性の二重結合を有する樹脂類や、エポキシ樹脂類などを例示することができる。

これらの樹脂は、その材料に応じて、従来公知の重合開始剤、増感剤などを適宜選定して、添加することができる。

また、電子線などの照射により、重合開始剤を添加しない手法が取られても何ら問題ない。

また、上述のような接着層（３１ａ、３１ｂ）には、目的に応じて、酸化チタン、炭酸カルシウム、タルクなどの各種体質顔料などが添加されてあっても良い。

カード基材（３２ａ、３２ｂ）は、一般にカードに用いられる基材であれば、いずれも用いることができ、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＴ−Ｇ、ＰＥＮ、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂などを例示することができるが、これらに限定されるものではない。

このようなカード基材（３２ａ、３２ｂ）は、酸化チタンや炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料などが添加されてあっても良いし、気泡やボイドなどが内包されてあっても良く、更には２層以上の積層体として設けられてあっても良い。

また、カード基材（３２ａ、３２ｂ）は、目的に応じて、易接着処理や帯電処理などが
施されてあっても良いし、各種印刷層、保護層、磁気層などが設けられてあって良い。

上述のようにして得られるカードは、カードとしての基本的な機能を充たす必要があり、例えば、カードに要求される一般的な物理特性の１つとして、層間における剥離強度がある。

特にアンテナシート（１０）を内包するカードにおいては、一般的にプラスチック素材を中心とした層構成内に、金属箔からなるアンテナ（１２）やＩＣチップ（１３）といった異質な素材を積層させる必要があり、均質な剥離強度を得ることは難しい課題であった。

例えば、図９に示す従来アンテナのような直線的な側縁部（６０）を有するアンテナシートを用いた場合には、カードの剥離強度試験規格（ＪＩＳ Ｘ ６３０１：２００５ ８．８、ＪＩＳ Ｘ ６３０５−１：２０１０ ５．３またはＩＳＯ １０３７３−１など）に基づいて試験を行った際に、アンテナシート（１０）のアンテナ（１２）パターン部分とアンテナシート基材（１１）部分との境界領域において、接着層（３１ａ）とアンテナシート（１０）との間の剥離強度に急激な変化によるアンダーシュートが生じ、剥離強度試験においてスパイク状の剥離強度低下が発生するという課題があった。

これに対し、本発明者らは、図２に示されるように、アンテナ（１２）の平面視において、その側縁部（２０）に凹凸形状を設けることにより、上述のようなアンテナパターン部分とアンテナシート基材部分との境界領域における剥離強度の急激な変化により生じるアンダーシュートを低減させ、スパイク状の剥離強度低下を抑制できることを見出した。

すなわち、剥離強度試験では、カードを長手方向に１０ｍｍ±０．２ｍｍの幅で切断して試験片（４０）を作製し、この試験片（４０）を用いて、図４に見られるように、９０°剥離を３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で実施する。

図５は、従来型の直線的な側縁部（６０）を有するアンテナと、本発明の実施形態に係る凹凸構造を有する側縁部（２０）を持つアンテナとにおける剥離強度の変化状況を示すもので、それぞれのアンテナを有する試験片（４１，４２）の剥離位置を横軸とした場合の剥離強度の変化を縦軸とした剥離強度曲線（Ｃ１、Ｃ２）を示している。

ここで、図５（ａ）に示すような従来のアンテナ即ち、アンテナ（１２）の平面視において、直線的な側縁部（６０）を有する場合に、試験片の剥離進行方向（Ｐ）に対して、垂直方向にアンテナが設けられている試験片（４１）では、例えば接着層（３１ａ）との剥離強度がアンテナシート基材（１１）部分で強く、アンテナ（１２）パターン部分で弱く、それらの強度差が大きい場合には、アンテナシート基材（１１）領域からアンテナ（１２）領域に剥離が移行する段階で、図５（ａ）の剥離強度曲線（Ｃ１）に示されるように、急激な剥離強度の低下によるアンダーシュート（ＵＳ）が起こり、スパイク状の剥離強度低下が発生する。

これに対し、図５（ｂ）に示すような本発明の実施形態に係るアンテナ即ち、アンテナ（１２）の平面視において、凹凸形状を有する側縁部（２０）を有する場合には、剥離進行方向（Ｐ）に一定量の剥離を実施しようとする際に、まず凹凸形状を有する側縁部（２０）の凸部が、境界となり、そこから徐々に境界線の変化に伴って、剥離強度の変化が生じるため、図５（ｂ）の剥離強度曲線（Ｃ２）に示されるように、剥離強度の急激な変化に起因するアンダーシュート（ＵＳ）を低減させ、スパイク状の剥離強度低下が発生し難くなると考えることができる。

ここで、アンテナ（１２）の平面視において、側縁部（２０）に設けられる凹凸形状は、アンテナとして機能を損なわない範囲で、ランダムに設けられてあっても良いが、周期性を備えた凹凸形状として設けられてあって良い。

周期性を備えた凹凸形状としては、例えば、図６に示すような正弦波などのような円弧形状（５１）などを例示することができるが、図７や図８に示すような三角形状（５２）や矩形形状（５３）などであっても良く、また必ずしもこれらに限定されるものではない。

但し、アンテナシート基材（１１）部とアンテナ（１２）パターン部の境界領域における剥離強度変化が連続的となる円弧形状（５１）や三角形状（５２）の方が、境界領域の剥離強度変化が離散的となる矩形形状（５３）に比べて、より望ましい。

このような周期性を有する凹凸形状は、その周期（ａ）が１０ｍｍ以下であり、振幅（ｂ）が１ｍｍ以上であることが望ましい。

すなわち、周期（ａ）が１０ｍｍよりも大きい場合、例えばＪＩＳ Ｘ ６３０５−１：２０１０で定められた剥離強度試験用の幅１０ｍｍの試験片内において、設定した周期性凹凸形状の１周期分を設けることができず、十分な効果を発揮することが困難である。

また振幅（ｂ）が１ｍｍより小さい場合、剥離強度の急激な変化を緩和することができず、剥離強度の急激な変化に伴うアンダーシュート（ＵＳ）を低減させることができないため、スパイク状の剥離強度低下が発生し易くなる。

特に、ＪＩＳ Ｘ ６３０５−１：２０１０では、剥離強度測定値において、幅１ｍｍ以下のスパイクは測定値から除外することが認められているが、振幅（ｂ）が１ｍｍより小さい場合、１ｍｍを超える幅のスパイクが発生する可能性が高くなる。

上述のような、アンテナシート（１０）を用いてカードを作製することにより、カードの層構成を設計する際に、例えば接着層（３１ａ、３１ｂ）の材料が、アンテナシート（１０）のアンテナ（１２）部とアンテナシート基材（１１）とに対する接着力が異なる場合であっても、極端なスパイク状の剥離強度変化を引き起こす事無く、安定した物理特性を有するカードを提供することができる。

１０ … アンテナシート
１１ … アンテナシート基材
１２ … アンテナ
１３ … ＩＣチップ
２０ … アンテナ側縁部
３０ … 非接触通信媒体
３１ａ、３１ｂ… 接着層
３２ａ、３２ｂ… カード基材
４０、４１、４２… 試験片
５１ … 円弧形状
５２ … 三角形状
５３ … 矩形形状
６０ … 従来アンテナ側縁部
Ａ … （拡大）領域
Ｐ … 剥離進行方向
Ｃ１、Ｃ２…剥離強度曲線
ＵＳ … アンダーシュート

Claims (3)

1. ＩＣチップと、前記ＩＣチップと電気的に接続されたアンテナと、を少なくとも備える非接触通信媒体であって、
   前記アンテナの平面視において、前記アンテナの側縁部の少なくとも一部に、凹凸形状を有することを特徴とする非接触通信媒体。
2. 前記アンテナの側縁部に設けられた凹凸形状が、周期性を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触通信媒体。
3. 前記アンテナの側縁部に設けられた周期性を有する凹凸形状において、振幅が１ｍｍ以上であり、周期が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の非接触通信媒体。