JP3561518B2 - 非接触通信式情報担体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子とブースタコイルとを有する非接触通信式情報担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁性の絶縁部材内にＩＣ素子と当該ＩＣ素子の端子部に電気的に接続されたアンテナコイルとを備え、リーダライタからの電力の受給及びリーダライタとの間の信号の送受信を電磁波を用いて非接触で行う非接触式の情報担体が知られている。この種の情報担体としては、その外形により、カード形、コイン形又はボタン形などがある。
【０００３】
従来、この種の情報担体としては、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したもの、或いは、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持したものが用いられているが、近年に至って、アンテナコイルとＩＣ素子との接続点の保護処理や防湿対策が不要で安価に作成できること、及び絶縁部材に曲げやねじれ等のストレスが作用した場合にもコイルに断線を生じることがなく耐久性に優れることなどから、ＩＣ素子自体にアンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子を絶縁部材に搭載したものが提案されている。
【０００４】
アンテナコイルをＩＣ素子に一体形成した場合、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したり、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持する場合に比べて、コイルの巻径や導体幅が小さくなり、巻数についても自ずと限界があるため、リーダライタとの間の通信距離を大きくすることが困難で、必要な通信距離を確保することできない場合がある。そこで、従来より、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの間に、各アンテナコイル間の電磁誘導結合を強化するための導体ループを配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
なお、本明細書においては、このアンテナコイル間の電磁結合を強化するための導体ループを、「ブースタコイル」という。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５３２９０４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の非接触通信式情報担体は、例えばキャッシュカード、プリペイドカード、ポイントカード、定期券、有料道路通行券、入場券、スキーリフトや遊園地における遊具の利用券などの多くの用途に利用されたり、利用が検討されているので、より一層の多機能化及び多用途化が強く要求されている。
【０００８】
しかるに、従来の非接触通信式情報担体絶縁部材は、１枚の絶縁部材上に１つのＩＣ素子しか搭載されていないので、多機能化及び多用途化に自ずと限界があり、将来における利用分野のより一層の拡大を考慮すれば、十分な多機能性及び多用途性を有しているとは言えない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その課題は、良好な通信特性を有し、多機能性及び多用途性に優れた非接触通信式情報担体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、第１に、入出力端子の形成面に絶縁層を介してアンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子と、前記ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイル及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁結合するブースタコイルと、これらＩＣ素子及びブースタコイルを担持する絶縁部材とを備えた非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材上に１つのブースタコイルを形成すると共に、当該１つのブースタコイルと電磁結合する複数個の前記ＩＣ素子を前記ブースタコイルを構成する導体上に重ねて配置するという構成にした。
【００１１】
このように、１枚の非接触通信式情報担体に複数個のＩＣ素子を搭載すると、各ＩＣ素子ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することができるので、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、各ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルをブースタコイルと電磁結合させると、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができるので、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間の通信距離を延長することができる。さらに、１つのブースタコイル上に複数個のＩＣ素子を配置すると、絶縁部材に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べてブースタコイルの形成スペースを小さくすることができるので、非接触通信式情報担体を小型化することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第２に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルとをスルーホールを介して接続するという構成にした。
【００１３】
このように、ブースタコイルを絶縁部材の表裏両面に分割して形成し、絶縁部材の表裏面に形成された各ブースタコイルを電気的に接続すると、絶縁部材の表裏両面を有効利用することができ、ブースタコイルの巻数を増やすことができるので、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第３に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの全部又は一部を対向に配置し、前記ブースタコイルに共振用の静電容量を接続するという構成にした。
【００１５】
このように、ブースタコイルを構成する導体の全部又は一部を対向に配置することによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続すると、静電容量を形成するための特別な導体膜を絶縁部材状に形成する必要がないので、絶縁部材の表裏両面を有効利用できてブースタコイルの巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第４に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルの導体幅と前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの導体幅とを互いに異ならせるという構成にした。
【００１７】
このように、絶縁部材の表面側及び裏面側に形成されるブースタコイルの導体幅とを互いに異ならせると、製造上、絶縁部材の表面側に形成されたブースタコイルと絶縁部材の裏面側に形成されたブースタコイルとの形成位置が各ブースタコイルの導体幅の差の範囲でずれたとしても、静電容量の値が変化しないので、通信特性のばらつきが小さい非接触通信式情報担体を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非接触通信式情報担体の第１実施形態例を、図１乃至図７に基づいて説明する。図１は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図、図４は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図、図５は本例の非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の斜視図、図６は本例の非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の平面図、図７は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本例の非接触通信式情報担体は、アンテナコイル１が一体形成された複数個（図１及び図２の例では、２個）のＩＣ素子２と、ブースタコイル３及び静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが形成された絶縁部材６と、これらＩＣ素子２及び絶縁部材６を一体にケーシングする基体７とからなる。ＩＣ素子２は、図１に示すように、アンテナコイル１を絶縁部材６側に向けて、絶縁部材６のブースタコイル形成面側に設定される。
【００２０】
ＩＣ素子２は、図５及び図６に示すように、入出力端子２ａの形成面に、ポリイミド樹脂膜等からなる絶縁層２ｂを介して矩形スパイラル状のアンテナコイル１を一体に形成してなる。アンテナコイル１は、フォトレジスト法、即ち、ＩＣ素子２（より実際的には、個々のＩＣ素子に分割される以前の完成ウエハ）の絶縁層形成面に、入出力端子形成部を除いてフォトレジスト層を均一の厚さに形成し、このフォトレジスト層に所要のコイルパターンを露光・現像した後、フォトレジスト層をマスクとしてＩＣ素子２の絶縁層２ｂ上に導電性金属材料をスパッタリング又は真空蒸着し、しかる後に、フォトレジスト層を除去して入出力端子４ａの形成面に導電性金属材料からなるコイルパターンを形成するといった方法で形成することができる。なお、コイルパターンの電気抵抗を減少するため、導電性金属膜の表面に銅のめっき層を形成することもできる。
【００２１】
また、図５及び図６の例では、アンテナコイル１が複数のターン数を有する矩形スパイラル状に形成されているが、当該アンテナコイル１のターン数や平面形状はこれに限定されるものではない。即ち、ターン数に関しては、１ターン以上の任意のターン数とすることができ、平面形状に関しては、角部に斜線状又は円弧状の面取りが施された矩形や円形など、任意の形状に形成できる。
【００２２】
ブースタコイル３は、図１乃至図３に示すように、絶縁部材６の表面側にのみ形成されており、その両端部は、静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂにそれぞれ接続されている。このブースタコイル３は、巻径が小さくＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１と主に電磁結合する第１コイル３ａと、巻径が大きく図示しないリーダライタに備えられたアンテナコイルと主に電磁結合する第２コイル３ｂとから構成されており、これら第１コイル３ａと第２コイル３ｂとは、互いに電気的に接続されている。前記第１コイル３ａは、搭載するＩＣ素子２の数量だけ形成され、その平面形状及び寸法が、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１との電磁結合が強くなる平面形状及び寸法に形成される。一方、第２コイル３ｂは、その平面形状及び寸法が、基体７内に収まる範囲でなるべく大きく形成される。
【００２３】
なお、図１及び図３の例では、第１コイル３ａ及び第２コイル３ｂが共に複数のターン数を有する矩形スパイラル状に形成されているが、各コイル３ａ，３ｂのターン数や平面形状はこれに限定されるものではなく、前述のアンテナコイル１と同様に、任意のターン数及び形状に形成することができる。
【００２４】
静電容量接続用の導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂは、絶縁部材６の表面及び裏面に対向に形成される。また、絶縁部材６の表面側に形成された静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂは、前記したように、ブースタコイル３を介して電気的に接続され、絶縁部材６の裏面側に形成された静電容量接続用の導体膜５ａ，５ｂは、図４に示すように、導線８を介して電気的に接続される。したがって、前記ブースタコイル３は、相対向に配置された静電容量接続用の導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂを介してその両端部で容量結合されており、図７に模式的に示すように、両端に導体膜４ａと５ａとで形成される静電容量ＣＡ と導体膜４ｂと５ｂとで形成される静電容量ＣＢ とが接続されたブースタコイル３が得られる。各導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂの面積は、前記２個の静電容量ＣＡ ，ＣＢ の直列インピーダンスが、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１及びブースタコイル３を含む系において、アンテナコイル１の両端に最大電圧が得られるように調整される。
【００２５】
前記ブースタコイル３及び静電容量接続用の導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは、絶縁部材６の片面に形成された均一厚さの導電性金属層にエッチングを施して所要のコイルパターンを形成するエッチング法や、絶縁部材６の片面に導電性インクを用いて所要の導電パターンを印刷形成する印刷法などをもって形成することができる。
【００２６】
絶縁部材６は、所要の誘電率と剛性とをもった絶縁材料をもって形成される。絶縁部材６を構成するに好適な絶縁材料としては、一例として、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴと略称する。）又は塩化ビニル樹脂などを挙げることができる。
【００２７】
基体７は、カバーシート８と接着剤層９とをもって構成される。このうち、カバーシート７は、紙やプラスチックシートなど、任意のシート状材料をもって形成することができるが、廃棄しても分解し、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、紙をもって形成することが最も好ましい。カバーシート材料としてプラスチックシートを用いる場合には、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、ＰＥＴのような塩素を含まないプラスチックシートを用いることが特に好ましい。一方、接着剤層９を構成する接着剤としては、硬化後に所要の硬度を有する任意の接着剤を用いることができるが、ブースタコイル１、アンテナコイル３及びＩＣ素子４の保護効果を高めるため、例えばエポキシ樹脂のように吸湿性の低い樹脂材料を用いることが特に好ましい。
【００２８】
前記第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、１枚の絶縁部材６に複数個のＩＣ素子２を搭載したので、各ＩＣ素子２ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することによって、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、各ＩＣ素子２をブースタコイル３と対向に配置するので、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１とリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができ、リーダライタとの間の通信距離を延長することができる。また、１つのブースタコイル３上に複数個のＩＣ素子２を配置するので、絶縁部材６に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べて、非接触通信式情報担体を小型化することができる。また、各ＩＣ素子２の設定部ごとに、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１と主に電磁結合する第１コイル３ａを形成するので、これら各コイル間の通信特性を最適化することができ、リーダライタとの間の通信距離をさらに延長することができる。また、ブースタコイル３を絶縁部材６の片面にのみ形成するので、ブースタコイル付き絶縁部材の製造を容易に行うことができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。また、絶縁部材６の表裏面に導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂを対向に形成し、これによってブースタコイル３に共振用の静電容量を接続するので、各導体膜４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂをブースタコイル３と同一プロセスで形成することができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。また、静電容量を薄形に形成できるので、チップコンデンサを搭載する場合に比べて、非接触通信式情報担体を薄形化することができる。さらに、スルーホールを形成することなく、静電容量付きのブースタコイル３を形成するので、ブースタコイル及び静電容量付き絶縁部材の製造を容易に行うことができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る非接触通信式情報担体の第２実施形態例を、図８に基づいて説明する。図８は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【００３０】
図８から明らかなように、本例の非接触通信式情報担体は、ブースタコイル３を単純な矩形スパイラル状に形成し、第１実施形態例における第１コイル３ａを省略したことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００３１】
本例の非接触通信式情報担体も、ブースタコイル３と対向にアンテナコイル１が一体形成されたＩＣ素子２を配置することによって、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体とほぼ同等の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る非接触通信式情報担体の第３実施形態例を、図９乃至図１１に基づいて説明する。図９は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図、図１０は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図、図１１は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【００３３】
本例の非接触通信式情報担体は、ブースタコイルを絶縁部材６の表面及び裏面に分割して形成し、絶縁部材６を介してブースタコイルを構成する導体の一部を対向させることによって、ブースタコイルに共振用の静電容量を接続したことを特徴とする。
【００３４】
即ち、本例の非接触通信式情報担体におけるブースタコイル３は、図９及び図１０に示すように、絶縁部材６の表面側に形成された表面パターン３ｂ１ と、絶縁部材６の裏面側に形成された裏面パターン３ｂ２ とからなる。これら表面パターン３ｂ１ を構成する導体と裏面パターン３ｂ２ を構成する導体とは、図９及び図１０から明らかなように、絶縁部材６の表面側から見て巻線の方向が互いに逆向きになっており、図９に示す４カ所の黒塗りの部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて互いに対向に配置され、図１１に示す４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤを構成している。また、これら表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体とは、図９及び図１０から明らかなように、絶縁部材６に開設されたスルーホール１０を介して、各コイル３ｂ１ ，３ｂ２ の内周端で電気的に接続され、表面パターン３ｂ１ を構成する導体の外周端Ｘが裏面パターン３ｂ２ を構成する導体の外周端の近傍Ｘ′と対向に配置され、裏面パターン３ｂ２ を構成する導体の外周端Ｙが表面パターン３ｂ１ を構成する導体の外周端の近傍Ｙ′と対向に配置されている。これにより、図１１に示すように、表裏面のブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２ が１点で接続され、かつこれら表裏面のブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２ を合わせたブースタコイル３の両端部又はその近傍部分に４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤが接続されたブースタコイル３が得られる。
【００３５】
前記４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１及びブースタコイル３を含む系において、アンテナコイル１の両端に最大電圧が得られるように調整される。
【００３６】
なお、前記表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体の導体幅とは、同一幅に形成することもできるし、異なる幅に形成することもできる。これら各導体の導体幅を異ならせると、製造上、表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体の形成位置が導体幅の差の範囲でずれたとしても静電容量の値が変化しないので、非接触通信式情報担体の通信特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３７】
その他については、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００３８】
本例の非接触通信式情報担体は、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同様の効果を有するほか、ブースタコイル３を絶縁部材６の表裏両面に分割して形成し、絶縁部材６の表裏面に形成された各ブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２を電気的に接続するので、絶縁部材６の表裏両面を有効利用できて、ブースタコイル３の巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。ブースタコイル３を構成する導体の一部を対向に配置することによってブースタコイル３に共振用の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤを接続するので、静電容量を形成するための特別な導体膜を絶縁部材上に形成する必要がなく、絶縁部材６の表裏両面を有効利用できることから、ブースタコイルの巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００３９】
なお、前記各実施形態例においては、ＩＣ素子２の数量を２個としたが、３個以上のＩＣ素子２を搭載することももちろん可能である。
【００４０】
また、前記第３実施形態例（図９乃至図１１）においては、ブースタコイルを構成する導体の一部又は全部を対向させることによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続したが、かかる構成に代えて、絶縁部材の表裏両面に図１に示したと同様の導電膜を対向に形成することによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、１枚の非接触通信式情報担体に複数個のＩＣ素子を搭載したので、各ＩＣ素子ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することによって、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、本発明は、各ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルをブースタコイルと電磁結合させるので、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができ、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間の通信距離を延長することができる。さらに、本発明は、１つのブースタコイル上に複数個のＩＣ素子を配置するので、絶縁部材に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べてブースタコイルの形成スペースを小さくすることができ、非接触通信式情報担体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に備えられるブースタコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図４】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図である。
【図５】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の斜視図である。
【図６】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の平面図である。
【図７】第１実施形態例に係るブースタコイルの等価回路図である。
【図８】第２実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図９】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図１０】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図である。
【図１１】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【符号の説明】
１ アンテナコイル
２ ＩＣ素子
３ ブースタコイル
３ａ 第１コイル
３ｂ 第２コイル
３ｂ１ 表面パターン
３ｂ２ 裏面パターン
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 静電容量接続用の導体膜
６ 絶縁部材
７ 基体
８ カバーシート
９ 接着剤層
１０ スルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子とブースタコイルとを有する非接触通信式情報担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁性の絶縁部材内にＩＣ素子と当該ＩＣ素子の端子部に電気的に接続されたアンテナコイルとを備え、リーダライタからの電力の受給及びリーダライタとの間の信号の送受信を電磁波を用いて非接触で行う非接触式の情報担体が知られている。この種の情報担体としては、その外形により、カード形、コイン形又はボタン形などがある。
【０００３】
従来、この種の情報担体としては、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したもの、或いは、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持したものが用いられているが、近年に至って、アンテナコイルとＩＣ素子との接続点の保護処理や防湿対策が不要で安価に作成できること、及び絶縁部材に曲げやねじれ等のストレスが作用した場合にもコイルに断線を生じることがなく耐久性に優れることなどから、ＩＣ素子自体にアンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子を絶縁部材に搭載したものが提案されている。
【０００４】
アンテナコイルをＩＣ素子に一体形成した場合、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したり、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持する場合に比べて、コイルの巻径や導体幅が小さくなり、巻数についても自ずと限界があるため、リーダライタとの間の通信距離を大きくすることが困難で、必要な通信距離を確保することできない場合がある。そこで、従来より、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの間に、各アンテナコイル間の電磁誘導結合を強化するための導体ループを配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
なお、本明細書においては、このアンテナコイル間の電磁結合を強化するための導体ループを、「ブースタコイル」という。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５３２９０４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の非接触通信式情報担体は、例えばキャッシュカード、プリペイドカード、ポイントカード、定期券、有料道路通行券、入場券、スキーリフトや遊園地における遊具の利用券などの多くの用途に利用されたり、利用が検討されているので、より一層の多機能化及び多用途化が強く要求されている。
【０００８】
しかるに、従来の非接触通信式情報担体絶縁部材は、１枚の絶縁部材上に１つのＩＣ素子しか搭載されていないので、多機能化及び多用途化に自ずと限界があり、将来における利用分野のより一層の拡大を考慮すれば、十分な多機能性及び多用途性を有しているとは言えない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その課題は、良好な通信特性を有し、多機能性及び多用途性に優れた非接触通信式情報担体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、第１に、入出力端子の形成面に絶縁層を介してアンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子と、前記ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイル及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁結合するブースタコイルと、これらＩＣ素子及びブースタコイルを担持する絶縁部材とを備えた非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材上に１つのブースタコイルを形成すると共に、当該１つのブースタコイルと電磁結合する複数個の前記ＩＣ素子を前記ブースタコイルを構成する導体上に重ねて配置するという構成にした。
【００１１】
このように、１枚の非接触通信式情報担体に複数個のＩＣ素子を搭載すると、各ＩＣ素子ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することができるので、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、各ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルをブースタコイルと電磁結合させると、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができるので、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間の通信距離を延長することができる。さらに、１つのブースタコイル上に複数個のＩＣ素子を配置すると、絶縁部材に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べてブースタコイルの形成スペースを小さくすることができるので、非接触通信式情報担体を小型化することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第２に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルとをスルーホールを介して接続するという構成にした。
【００１３】
このように、ブースタコイルを絶縁部材の表裏両面に分割して形成し、絶縁部材の表裏面に形成された各ブースタコイルを電気的に接続すると、絶縁部材の表裏両面を有効利用することができ、ブースタコイルの巻数を増やすことができるので、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第３に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの全部又は一部を対向に配置し、前記ブースタコイルに共振用の静電容量を接続するという構成にした。
【００１５】
このように、ブースタコイルを構成する導体の全部又は一部を対向に配置することによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続すると、静電容量を形成するための特別な導体膜を絶縁部材状に形成する必要がないので、絶縁部材の表裏両面を有効利用できてブースタコイルの巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第４に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルの導体幅と前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの導体幅とを互いに異ならせるという構成にした。
【００１７】
このように、絶縁部材の表面側及び裏面側に形成されるブースタコイルの導体幅とを互いに異ならせると、製造上、絶縁部材の表面側に形成されたブースタコイルと絶縁部材の裏面側に形成されたブースタコイルとの形成位置が各ブースタコイルの導体幅の差の範囲でずれたとしても、静電容量の値が変化しないので、通信特性のばらつきが小さい非接触通信式情報担体を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非接触通信式情報担体の第１実施形態例を、図１乃至図７に基づいて説明する。図１は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図、図４は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図、図５は本例の非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の斜視図、図６は本例の非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の平面図、図７は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本例の非接触通信式情報担体は、アンテナコイル１が一体形成された複数個（図１及び図２の例では、２個）のＩＣ素子２と、ブースタコイル３及び静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが形成された絶縁部材６と、これらＩＣ素子２及び絶縁部材６を一体にケーシングする基体７とからなる。ＩＣ素子２は、図１に示すように、アンテナコイル１を絶縁部材６側に向けて、絶縁部材６のブースタコイル形成面側に設定される。
【００２０】
ＩＣ素子２は、図５及び図６に示すように、入出力端子２ａの形成面に、ポリイミド樹脂膜等からなる絶縁層２ｂを介して矩形スパイラル状のアンテナコイル１を一体に形成してなる。アンテナコイル１は、フォトレジスト法、即ち、ＩＣ素子２（より実際的には、個々のＩＣ素子に分割される以前の完成ウエハ）の絶縁層形成面に、入出力端子形成部を除いてフォトレジスト層を均一の厚さに形成し、このフォトレジスト層に所要のコイルパターンを露光・現像した後、フォトレジスト層をマスクとしてＩＣ素子２の絶縁層２ｂ上に導電性金属材料をスパッタリング又は真空蒸着し、しかる後に、フォトレジスト層を除去して入出力端子４ａの形成面に導電性金属材料からなるコイルパターンを形成するといった方法で形成することができる。なお、コイルパターンの電気抵抗を減少するため、導電性金属膜の表面に銅のめっき層を形成することもできる。
【００２１】
また、図５及び図６の例では、アンテナコイル１が複数のターン数を有する矩形スパイラル状に形成されているが、当該アンテナコイル１のターン数や平面形状はこれに限定されるものではない。即ち、ターン数に関しては、１ターン以上の任意のターン数とすることができ、平面形状に関しては、角部に斜線状又は円弧状の面取りが施された矩形や円形など、任意の形状に形成できる。
【００２２】
ブースタコイル３は、図１乃至図３に示すように、絶縁部材６の表面側にのみ形成されており、その両端部は、静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂにそれぞれ接続されている。このブースタコイル３は、巻径が小さくＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１と主に電磁結合する第１コイル３ａと、巻径が大きく図示しないリーダライタに備えられたアンテナコイルと主に電磁結合する第２コイル３ｂとから構成されており、これら第１コイル３ａと第２コイル３ｂとは、互いに電気的に接続されている。前記第１コイル３ａは、搭載するＩＣ素子２の数量だけ形成され、その平面形状及び寸法が、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１との電磁結合が強くなる平面形状及び寸法に形成される。一方、第２コイル３ｂは、その平面形状及び寸法が、基体７内に収まる範囲でなるべく大きく形成される。
【００２３】
なお、図１及び図３の例では、第１コイル３ａ及び第２コイル３ｂが共に複数のターン数を有する矩形スパイラル状に形成されているが、各コイル３ａ，３ｂのターン数や平面形状はこれに限定されるものではなく、前述のアンテナコイル１と同様に、任意のターン数及び形状に形成することができる。
【００２４】
静電容量接続用の導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂは、絶縁部材６の表面及び裏面に対向に形成される。また、絶縁部材６の表面側に形成された静電容量接続用の導体膜４ａ，４ｂは、前記したように、ブースタコイル３を介して電気的に接続され、絶縁部材６の裏面側に形成された静電容量接続用の導体膜５ａ，５ｂは、図４に示すように、導線８を介して電気的に接続される。したがって、前記ブースタコイル３は、相対向に配置された静電容量接続用の導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂを介してその両端部で容量結合されており、図７に模式的に示すように、両端に導体膜４ａと５ａとで形成される静電容量ＣＡ と導体膜４ｂと５ｂとで形成される静電容量ＣＢ とが接続されたブースタコイル３が得られる。各導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂの面積は、前記２個の静電容量ＣＡ ，ＣＢ の直列インピーダンスが、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１及びブースタコイル３を含む系において、アンテナコイル１の両端に最大電圧が得られるように調整される。
【００２５】
前記ブースタコイル３及び静電容量接続用の導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは、絶縁部材６の片面に形成された均一厚さの導電性金属層にエッチングを施して所要のコイルパターンを形成するエッチング法や、絶縁部材６の片面に導電性インクを用いて所要の導電パターンを印刷形成する印刷法などをもって形成することができる。
【００２６】
絶縁部材６は、所要の誘電率と剛性とをもった絶縁材料をもって形成される。絶縁部材６を構成するに好適な絶縁材料としては、一例として、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴと略称する。）又は塩化ビニル樹脂などを挙げることができる。
【００２７】
基体７は、カバーシート８と接着剤層９とをもって構成される。このうち、カバーシート７は、紙やプラスチックシートなど、任意のシート状材料をもって形成することができるが、廃棄しても分解し、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、紙をもって形成することが最も好ましい。カバーシート材料としてプラスチックシートを用いる場合には、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、ＰＥＴのような塩素を含まないプラスチックシートを用いることが特に好ましい。一方、接着剤層９を構成する接着剤としては、硬化後に所要の硬度を有する任意の接着剤を用いることができるが、ブースタコイル１、アンテナコイル３及びＩＣ素子４の保護効果を高めるため、例えばエポキシ樹脂のように吸湿性の低い樹脂材料を用いることが特に好ましい。
【００２８】
前記第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、１枚の絶縁部材６に複数個のＩＣ素子２を搭載したので、各ＩＣ素子２ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することによって、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、各ＩＣ素子２をブースタコイル３と対向に配置するので、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１とリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができ、リーダライタとの間の通信距離を延長することができる。また、１つのブースタコイル３上に複数個のＩＣ素子２を配置するので、絶縁部材６に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べて、非接触通信式情報担体を小型化することができる。また、各ＩＣ素子２の設定部ごとに、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１と主に電磁結合する第１コイル３ａを形成するので、これら各コイル間の通信特性を最適化することができ、リーダライタとの間の通信距離をさらに延長することができる。また、ブースタコイル３を絶縁部材６の片面にのみ形成するので、ブースタコイル付き絶縁部材の製造を容易に行うことができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。また、絶縁部材６の表裏面に導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂを対向に形成し、これによってブースタコイル３に共振用の静電容量を接続するので、各導体膜４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂをブースタコイル３と同一プロセスで形成することができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。また、静電容量を薄形に形成できるので、チップコンデンサを搭載する場合に比べて、非接触通信式情報担体を薄形化することができる。さらに、スルーホールを形成することなく、静電容量付きのブースタコイル３を形成するので、ブースタコイル及び静電容量付き絶縁部材の製造を容易に行うことができ、非接触通信式情報担体の製造コストを安価にすることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る非接触通信式情報担体の第２実施形態例を、図８に基づいて説明する。図８は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【００３０】
図８から明らかなように、本例の非接触通信式情報担体は、ブースタコイル３を単純な矩形スパイラル状に形成し、第１実施形態例における第１コイル３ａを省略したことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００３１】
本例の非接触通信式情報担体も、ブースタコイル３と対向にアンテナコイル１が一体形成されたＩＣ素子２を配置することによって、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体とほぼ同等の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明に係る非接触通信式情報担体の第３実施形態例を、図９乃至図１１に基づいて説明する。図９は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図、図１０は本例の非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図、図１１は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【００３３】
本例の非接触通信式情報担体は、ブースタコイルを絶縁部材６の表面及び裏面に分割して形成し、絶縁部材６を介してブースタコイルを構成する導体の一部を対向させることによって、ブースタコイルに共振用の静電容量を接続したことを特徴とする。
【００３４】
即ち、本例の非接触通信式情報担体におけるブースタコイル３は、図９及び図１０に示すように、絶縁部材６の表面側に形成された表面パターン３ｂ１ と、絶縁部材６の裏面側に形成された裏面パターン３ｂ２ とからなる。これら表面パターン３ｂ１ を構成する導体と裏面パターン３ｂ２ を構成する導体とは、図９及び図１０から明らかなように、絶縁部材６の表面側から見て巻線の方向が互いに逆向きになっており、図９に示す４カ所の黒塗りの部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて互いに対向に配置され、図１１に示す４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤを構成している。また、これら表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体とは、図９及び図１０から明らかなように、絶縁部材６に開設されたスルーホール１０を介して、各コイル３ｂ１ ，３ｂ２ の内周端で電気的に接続され、表面パターン３ｂ１ を構成する導体の外周端Ｘが裏面パターン３ｂ２ を構成する導体の外周端の近傍Ｘ′と対向に配置され、裏面パターン３ｂ２ を構成する導体の外周端Ｙが表面パターン３ｂ１ を構成する導体の外周端の近傍Ｙ′と対向に配置されている。これにより、図１１に示すように、表裏面のブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２ が１点で接続され、かつこれら表裏面のブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２ を合わせたブースタコイル３の両端部又はその近傍部分に４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤが接続されたブースタコイル３が得られる。
【００３５】
前記４個の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは、ＩＣ素子２に一体形成されたアンテナコイル１及びブースタコイル３を含む系において、アンテナコイル１の両端に最大電圧が得られるように調整される。
【００３６】
なお、前記表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体の導体幅とは、同一幅に形成することもできるし、異なる幅に形成することもできる。これら各導体の導体幅を異ならせると、製造上、表面パターン３ｂ１を構成する導体と裏面パターン３ｂ２を構成する導体の形成位置が導体幅の差の範囲でずれたとしても静電容量の値が変化しないので、非接触通信式情報担体の通信特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３７】
その他については、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。
【００３８】
本例の非接触通信式情報担体は、第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体と同様の効果を有するほか、ブースタコイル３を絶縁部材６の表裏両面に分割して形成し、絶縁部材６の表裏面に形成された各ブースタコイル３ｂ１ ，３ｂ２を電気的に接続するので、絶縁部材６の表裏両面を有効利用できて、ブースタコイル３の巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。ブースタコイル３を構成する導体の一部を対向に配置することによってブースタコイル３に共振用の静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤを接続するので、静電容量を形成するための特別な導体膜を絶縁部材上に形成する必要がなく、絶縁部材６の表裏両面を有効利用できることから、ブースタコイルの巻数を増やすことができ、通信特性が良好な非接触通信式情報担体を得ることができる。
【００３９】
なお、前記各実施形態例においては、ＩＣ素子２の数量を２個としたが、３個以上のＩＣ素子２を搭載することももちろん可能である。
【００４０】
また、前記第３実施形態例（図９乃至図１１）においては、ブースタコイルを構成する導体の一部又は全部を対向させることによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続したが、かかる構成に代えて、絶縁部材の表裏両面に図１に示したと同様の導電膜を対向に形成することによってブースタコイルに共振用の静電容量を接続することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、１枚の非接触通信式情報担体に複数個のＩＣ素子を搭載したので、各ＩＣ素子ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することによって、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。また、本発明は、各ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルをブースタコイルと電磁結合させるので、ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの電磁結合を強化することができ、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間の通信距離を延長することができる。さらに、本発明は、１つのブースタコイル上に複数個のＩＣ素子を配置するので、絶縁部材に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べてブースタコイルの形成スペースを小さくすることができ、非接触通信式情報担体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に備えられるブースタコイルとＩＣ素子との配列を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図４】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図である。
【図５】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の斜視図である。
【図６】第１実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載されるＩＣ素子の平面図である。
【図７】第１実施形態例に係るブースタコイルの等価回路図である。
【図８】第２実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図９】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の表面図である。
【図１０】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される絶縁部材の裏面図である。
【図１１】第３実施形態例に係る非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【符号の説明】
１ アンテナコイル
２ ＩＣ素子
３ ブースタコイル
３ａ 第１コイル
３ｂ 第２コイル
３ｂ１ 表面パターン
３ｂ２ 裏面パターン
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 静電容量接続用の導体膜
６ 絶縁部材
７ 基体
８ カバーシート
９ 接着剤層
１０ スルーホール
Claims (4)
- 入出力端子の形成面に絶縁層を介してアンテナコイルが一体形成されたＩＣ素子と、前記ＩＣ素子に一体形成されたアンテナコイル及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁結合するブースタコイルと、これらＩＣ素子及びブースタコイルを担持する絶縁部材とを備えた非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材上に１つのブースタコイルを形成すると共に、当該１つのブースタコイルと電磁結合する複数個の前記ＩＣ素子を前記ブースタコイルを構成する導体上に重ねて配置したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
- 請求項１に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルとをスルーホールを介して接続したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
- 請求項１に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルと前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの全部又は一部を対向に配置し、前記ブースタコイルに共振用の静電容量を接続したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
- 請求項１に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁部材の片面に形成されたブースタコイルの導体幅と前記絶縁部材の他の片面に形成されたブースタコイルの導体幅とを互いに異ならせたことを特徴とする非接触通信式情報担体。
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