JP3705444B2 - 基板内に集積回路を形成する方法及び埋込回路 - Google Patents
基板内に集積回路を形成する方法及び埋込回路 Download PDFInfo
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Description
本発明は基板内に集積回路を形成する方法と、埋込回路に関する。本発明は、個人識別カード、クレジットカード等の個人用カードの内部に集積回路を形成する方法として特にその応用があると思われる。
背景技術
スマートカードは典型的には、データ蓄積と処理の両方の機能を実行する集積回路を備え、その上には文字又は絵が印刷されており、そして集積回路内に記憶されている情報を誰が使うか及びその情報がどのように利用されるかをコントロールする。
ある種のスマートカードの寸法は、クレジットカードの長さ及び幅と同じである。そのようなスマートカードのサイズは、国際基準規格(ISO 7816)によって規定されている。ISO 7816はまた、温度耐性、柔軟性を含む、プラスチックの物理的特性、集積回路と読取機(自動販売機、公衆電話など)との間の通信プロトコルをも規定している。この明細書で言う“スマートカード”とは、マイクロプロセッサーを具備したカードを意味するものである。そのようなカードは、ISO 7816の規格に必ずしも合わなくても構わない。
スマートカードのケース又は収容体には、幾つかの種類のプラスチックが用いられる。PVC、ABSが典型的なものである。PVCはエンボス加工が可能である反面、材料の再利用ができない。ABSはエンボス加工が容易でない代わりに、再利用が可能である。
スマートカードは多くの異なる分野に応用可能である。例えば、スマートカードは、自動販売機、ゲーム機械、ガソリンスタンド、自動車洗車機、コピー機、洗濯機、映画の発券機、ファーストフード、小売店、あるいは現金が使用される如何なる場所において、商品又はサービスを受ける対価として従来支払っていた現金に代わって使用されるプリペイドカードとすることができる。例えば、ヨーロッパでは、公衆電話に広く用いられている。会話が継続する間、自動的にカードから使用分が差し引かれるように、タイマーが用いられている。スマートカードは、フードスタンプとして、または他の政府提供の利益を償還するために利用することができる。処理が電子的に行われるため、電話機、自動販売機等は現金を蓄積する必要がないので、窃盗による損害の危険を減らすことができる。釣銭を蓄積しておきそれを支払う必要もなく、受領した支払いは銀行に直接電信送金される。プリペイドカードは、その表面上にロゴ又は他の情報を印刷することができるので、広告の一手段となり得る。カードのユーザは、典型的には、カードの額面価値が無くなるまで、それを数週間の間、携帯することになるであろう。
従来のクレジットカードでは、それが真正のものとして使用されるにあたっては、十分な資金があることを電話を掛けて証明しなければならなかった。スマートカードでは、そのような証明確認はオフラインで行うことができ、したがって電話料金の節約になる。スマートカードは、このように、従来のクレジットカードよりも優れている。スマートカードはまた、ビルディング内の確保した領域等の限られた場所、又は駐車場へ入るためのキーとして使用することができる。
高周波利用識別装置(RFID)は、もしそれが集積回路を具備していれば、スマートカードと考えることができる。RFIDについては、1996年8月29日付米国特許出願第08/705,043号明細書に詳しく記載されており、その内容は本明細書内に参考として組み入れられるべきものである。集積回路を具備するRFIDは、インテリジェント型RFID、又は遠隔インテリジェント型通信装置(RIC)と呼ぶことができる。
通常、スマートカードは集積回路を含んでおり、それは、典型的にはパッケージ型集積回路チップ(ICチップ)として設けられている。スマートカードはまた、ICチップをターミナルに接続するための電気的配線を有する。他の例では、電気的配線は、集積回路が高周波識別装置回路を有する場合には、アンテナなどである。他の例では、アンテナ、バッテリー、ICがスマートカード内に内装されている。スマートカードは人によって便利に持ち運ばれることを意図したものであるため、スマートカードを、比較的薄く且つそのサイズと形状はクレジットカードのそれに類似したものに作ることが望ましい。そうすることにより、使用者は例えば財布に入れた状態で携帯することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
以下、本発明の好適実施例を添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明による方法の第一実施例の予備工程におけるカード及び印刷パッドの概略斜視図である。
図2は、図1に示す工程に続く処理工程における図1のカード及び印刷パッドの概略斜視図である。
図3は、図2に示す工程に続く処理工程における図1のカード及び印刷パッドの概略斜視図である。
図4は、図3に示す工程に続く処理工程における図1のカード及び印刷パッドの概略斜視図である。
図5は、図4の線5−5に沿って切断したときの図4のカードの断面図である。
図6は、図4の線5−5に沿って切断したときの図1のカードの断面図で、図5に示す工程に続く処理工程を示す図である。
図7は、図4の線5−5に沿って切断したときの図1のカードの断面図で、図5に示す工程に続く処理工程を示す図である。
図8は、本発明による方法の第二実施例に従って作成されたカードの斜視図である。
図9は、図8の線9−9に沿って切断したときの図8のカードの断面図である。
図10は、本発明による方法の第二実施例に従って作成されたカードの斜視図である。
図11は、図10の線11−11に沿って切断したときの図8のカードの断面図である。
図12は、本発明の方法によって製造された基板シートの平面図である。
図13は、図12に示す工程に続く処理工程における図12のシートの平面図である。
本発明を実施するための最良の形態及び発明の詳細な説明
本発明の第一実施例の方法を図1−図7を参照して説明する。図1には、第一実施例の方法の予備工程における基板10が示されている。基板10は、好ましくは、ほぼクレジットカードの形状を有するカード基板である。基板10の材料は、例えばPVC又はABSプラスチック等、当業者が知っている多数の材料のうちの何れでも良い。以下の説明で明確になる通り、基板10は、集積回路を含む多数の内部接続された部品が内蔵された、高周波カード、スマートカード又はその他のカードに使用されるものである。したがって、基板10は、上で説明した最終使用物の一つ又はそれ以上に適した構成であることが好ましい。
基板10は、基板本体13、表面12、これに対向する裏面11(図5参照)を有する。凹部14が表面12から基板10の内側に向かって設けられる。凹部14は従来から知られている方法によって形成することができる。例えば、刃物、グラインダ、レーザを用いて切削することより形成される。他の方法としては、カード自体を作る際に、凹部14の形状を有する型に嵌めて射出成形することにより形成することができる。図5−図7により明確に示されている通り、側壁面18は、底面16から垂直でなく立ち上がっていることが好ましい。底面16に対して側壁面18を非垂直方向に立ち上がらせておくことにより、そのような側壁面上に以下に説明する回路22(図3参照)を印刷する際の作業がよりやり易くなる。しかしながら、本発明は、側壁面18が底面16から垂直に立ち上がる実施例も含むものである。
図1を更に説明すると、印刷パッド20が基板10の上方に配置されている。印刷パッド20は、例えば泡、スポンジ状の物、又はシリコンゴム等の変形可能な材料からなることが好ましい。回路パターン21が印刷パッド20上に形成され、この回路パターンは例えば導電性フィルムからなる。回路パターン21は、例えば、パッド20をその中に回路パターン21に一致してエッチングされた形状を有するプレートに押し付けることによって形成される。
次に図2を参照して説明すると、印刷パッド20は、回路パターン21が基板10に転写されるように基板10に押しつけられ、こうすることにより、基板10上及び凹部14内に回路22(図3参照)が印刷される。図示の実施例では、印刷パッド20は、底面16、側壁面18及び上側表面12上に回路パターンを印刷するように構成されている。図示しない他の実施例では、印刷パッド20は、面16,18,12の全ての面ではなく、そのうちの一部の面に印刷するように構成してもよい。そのような実施例では、例えば、印刷パッド20は、底面16だけに、または側壁面18のうちの一面だけに印刷するようにしても構わない。回路22を形成するためにパッド印刷されるのに適した材料は、銀含有有機物質からなる印刷厚膜(PTF)などの導電性フィルムである。パッド印刷が図示されているが、印刷そのものは、従来技術として当業者が知っている他の印刷方法であっても構わない。例えば、ステンシル印刷、スクリーン印刷、スプレー印刷、などがある。導電回路22は、印刷された後、従来から公知の方法によって硬化させられる。
硬化後、回路22は、ある厚さとなりその厚さに応じた導電率を有することになる。もし例えば回路22の導電性材料が薄過ぎたり、十分低い抵抗材料でないことにより、導電性が所定の値より低い場合には、基板10及び回路22に対して、銅又はニッケル等の金属を無電解メッキすることにより、導電性を高めることができる。金属の無電解メッキは、基板10の非導電面をメッキしないように、導電回路22を選択的にメッキする。金属の無電解メッキは、従来から知られている方法によって行なえる。
図3を参照すると、回路22は、導電性接続部23,24及びアンテナ26を有する。接続部23はノード25,27を、接続部24はノード28,30を、アンテナ26はノード32,33を有する。ノード25,27,28,30,33は、接続部23,24及びアンテナ26より広い幅を有するものとして図示されている。しかしながら、当業者であれば分かる通り、ノード25,27,28,30,33は接続部23,24及びアンテナ26と同じ幅とすることもでき、または、これらよりも幅が狭いものとすることもできる。ノード27は、好ましくは、それに接続されるバッテリー(図4参照)の外周面に相補的な図示の如き円弧形状を有する。図示の好ましい実施例では、アンテナ26は、凹部14の外側で且つ表面12上まで張り出た部分を有するループアンテナである。他の実施例(図示せず)では、アンテナ26は、凹部14内に全体が収まるか、又は、凹部14内に主要部分を有するものとすることができる。
好ましい実施例では、アンテナ26は、他の集積回路の一部を形成するか、又はこれと同時に形成される。アンテナ26は、その一部が回路22のパッド印刷の前に又は後に形成されることにより、二段階で形成されることに注目して欲しい。例えば、上表面12に延在するアンテナ26の部分は、回路22を印刷するより以前に形成すればよい。次に、アンテナ26の一部は、ノード32,33を形成するための回路22の一部として印刷し、そしてそれより以前に形成したアンテナ26の一部とノード32,33を接続することにより形成することができる。そのような場合、回路22の一部として形成されないアンテナ26の一部は、回路22を形成するのに用いられる方法以外の方法により形成してもよい。例えば、もし回路22がパッド印刷される場合には、回路22の一部として形成されないアンテナ26の一部は、パッド印刷以外の方法により形成することができる。他の方法については、説明するまでもなく、当業者がよく知っている方法である。
図4を参照すると、電気製品36,38が、ノード25,27,28,30,32,33(図3参照)のうちの一つ又は複数のノードに接続されている。例えば、電気部品36はバッテリーであり、電気部品38はチップ上に形成されたモノリシック集積回路である。部品36,38は、それらが配置された後硬化させられる導電性接着材35を用いて、ノード25,27,28,30,32,33(図3参照)に接続されればよい。導電性接着材35の例としては導電性エポキシがある。バッテリー38は、そのようにして接続することに代え、集積回路チップ38に直接設けてこれと接続してもよい。そのような場合、バッテリーの集積回路38への接続は、集積回路及びバッテリー36を凹部14内に入れる前又は後の何れでも行なうことができる。更に、当業者であれば分かる通り、電気部品36又は38の少なくとも一方は、凹部14の外側に設けることもできる。
図示実施例では、内部接続部23,24はバッテリー36を集積回路38に接続し、アンテナ26は集積回路38に接続される。バッテリー36、内部接続部23,24、集積回路38及びアンテナ26は、全体で一つの高周波利用識別装置(RFID)を構成する。
凹部14内に回路22、電子回路36,38の何れか一方又は双方を配置した後、保護カバーが回路22及び凹部14上に形成される。図6及び図7は、凹部14内の回路22及び部品を保護的に被覆するための二つの方法を示す。最初に図6を参照して説明すると、キャップ40が基板10上及び凹部14上に貼り付けられる。キャップ40は、例えばのり等の接着材、またはステープル又はネジ等の機械的固定具によって固着すればよい。キャップ40の材料例としては、プラスチック、金属、そして柔軟性の又は硬質の接着テープがある。図示実施例では、ループアンテナの一部は、キャップ40と基本本体13の間に位置する。ループアンテナ26のそのような部分は通常、キャップ40の基板本体13に対する接着の妨げとならないように十分薄いものである。キャップ40の基板本体13に対する接着の妨げを更に少なくするためには、キャップ40を、アンテナ26上その周囲を取り囲むような材料、即ち例えば変形可能な材料で形成してもよい。図示していない他の実施例では、キャップ40を基板本体13に接合する際のアンテナ26の妨げを少なくするために、アンテナ26全体を凹部14内に形成することもできる。
図7を参照すると、回路22及び部品36,38は、封止材42によって被覆されている。そのような封止材には、例えば二つの部分に分かれたエポキシ又はウレタン等の、例えば低温硬化絶縁材料がある。封止材42は先ず最初に、凹部14を充填し更にアンテナ26を覆うまで、溶液材として提供されることが好ましい。次に封止材42は、固まるまで硬化され、そして図示されるような好ましくは略平坦な上側表面44を形成するように、その表面が研削又は研磨される。
図6及び図7は、凹部14内の近接した回路を被覆するための方法の単なる例に過ぎない。本発明は、従来技術として当業者が知っているそのような回路を被覆する他の方法もその範囲に含むものである。例えば、凹部が封止材によって部分的に充填され、その後、カバーされるものであってもよい。そのような組合せによる方法は、後述するような複数の凹部を有する封止カードに特に適用されるものである。そのようなカードでは、一つの凹部に集積回路が入れられ、バッテリーは他の凹部に入れられる。集積回路は封止材及び/又はキャップによって被覆され、バッテリーは取り外し可能なキャップによって被覆される。そのよう構成の適用例では、集積回路は十分に保護されると共に、バッテリーは容易に交換可能となる。
凹部14上に保護カバーが設けられれば、カードの構成はほぼ完成したと言える。カードは更に、体裁上の理由、印刷容易性の理由、又はロゴを入れる理由で、ラミネートフィルムによって表面を被覆してもよい。ラミネートフィルムの例としては、接着材で基板10に貼り付けられる薄い(約1mm以下の)PVCシートがある。
以下、本発明の第二実施例の方法を図8及び図9を参照して説明する。図8及び図9において、同一又は同等の要素については、図1−図7の説明で使用した参照符号と同じ参照符号を用い、異なる要素については、参照符号に記号“a”を付加するか、異なる参照符号を用いることとする。
図8及び図9には、基板10aが示されている。基板10aには、第1の凹部52と第2の凹部54が設けられている。図示の好適実施例では、第1の凹部52が基板内に設けられており、そして第2の凹部54は前記第一の凹部52内に設けられていると共に、第1の凹部52の一部をも構成している。導電回路22aが凹部52及び54内に形成されており、該回路22aは内部接続部23a,24a及びアンテナ26aを具備する。アンテナ26aは、凹部52及び54を越えて延在するループアンテナである。内部接続部23a,24a及びアンテナ26aは、図1−図3を参照して既に説明した方法に類似した方法を用いて、第1及び第2の凹部52,54内に導電性フィルムを印刷することによって形成されることが好ましい。
図示実施例では、部品36a,38aはそれぞれ別の凹部に設けられる。すなわち、部品36aは第1の凹部52に、部品38aは第2の凹部54に設けられる。第1の凹部52は底面56と側壁面58を有する。第2の凹部54は底面60と側壁面62を有する。側壁面58及び62は、その面上に回路22aを印刷し易くするために、底面56及び60からそれぞれ非垂直方向に立ち上がらせることができる。第1の凹部52は、側壁面62の一つの面により第2の凹部54から分離されている。この分離側壁面62は、底面56及び底面60の双方から非垂直方向に延びている。内部接続部23a,24aは、分離側壁面62上及び底面60,56に沿って延在している。内部接続部23a,24aは従って、電気部品36aから電気部品38aに連続的に延在している。
基板10aは上表面12a及びこれに対向した裏面11aを有する。好ましくは、第1の凹部52及び第2の凹部54は共に、表面12a又は裏面11aの何れか一方の同一面内に設けられる。図8及び図9では、凹部52,54は共に上表面12a内に設けられたものとして図示されている。
基板10aの次の処理過程は、図6又は図7の何れかの処理方法によってなされる。それにより、少なくとも一つの保護カバーにより、第1及び第2の電気部品36a,38a及びアンテナ22aが被覆される。
以下、本発明の第三実施例の方法を図10及び図11を参照して説明する。図10及び図11において、同一又は同等の要素については、図1−図7の説明で使用した参照符号と同じ参照符号を用い、異なる要素については、参照符号に記号“b”を付加するか、または異なる参照符号を用いることとする。
基板10bは、基板本体13b,前表面12b及び裏面11bを有する。凹部14bが表面12bを通って基板10b内に設けられている。電気部品36b,38bが凹部14b内に設けられ、内部接続部23b,24bによって接続されている。ループアンテナ26bは電気部品38bに電気的に接続されている。ループアンテナ26bは、部品38bから延び、凹部14bを出て、更に、基板10bの表面12bに沿って延在している。アンテナ26bは、バイパス70のところで、アンテナ自身と交差している。アンテナ26bは、バイパス70の部分で、第1の部分66と第2の部分68とを有し、第2の部分68が第1の部分66と交差している。バイパス70は、第1の部分66を第2の部分68から分離するための絶縁材72を有する。絶縁材72は、例えば、二酸化シリコンである。
アンテナ26bを形成する方法は、当業者が十分よく知っている。そのような方法の例としては、図1−図3を参照して説明した方法に類似の印刷による方法があるが、本実施例の場合、アンテナ26bを形成するに当たっては、二段階の印刷工程が用いられる点が異なる。より具体的に言えば、最初の印刷工程は、絶縁材72の下側に延在するアンテナ26bの一部分を形成する工程であり、二番目の印刷工程は、絶縁材72の上側に延在するアンテナ26bの一部分を形成する工程である。絶縁材72は、二つの印刷工程の間で形成されればよい。絶縁材72は従来から知られている公知の方法によって形成することができる。
図10及び図11の実施例では、二つだけのループと唯一のバイパス70だけのものとして図示されているが、当業者であれば、二つ以上のループと複数のバイパス70を有するものとして形成される他の実施例も可能であることは理解できるであろう。一つ又はそれ以上のバイパス70を利用することにより、カード基板上に比較的長いループアンテナを形成するのに有利な構成とすることができる。
図示実施例では、アンテナの第2部分68は、バイパス70の部分でアンテナの第1部分66と略直角に交差しているものとして示してあるが、本発明は、アンテナ部分のバイパスの所で、アンテナの第2部分がアンテナの第1部分に対して非直角に交差する他の実施例(図示せず)をも含むものである。
図1−図11を参照して行なった上記処理工程は、基板内の埋込回路を形成する。そのような埋込回路は、例えば、回路22,22a,22b及び電気部品36,36a,36b,38,38a,38bのうちの何れか一つ又はそれ以上の部品からなる。
図1−図11は単一カードの製造方法を図示しているが、本発明は、複数のカードが形成される方法もその範囲内に含むものである。そのような複数のカードは、単一シート内に多数の凹部を形成し、次に、そのシートを個別化された複数のカードに分割することによって形成される。個別複数のカードに分割する工程は、図1−図11に示す何れの工程の前又は後に行なっても構わない。例えば、個別の複数のカードへの分割は、導電回路を印刷した後(図2参照)で、かつ凹部内に部品36,38を設ける前に行うことができる。大きいシートから個別の複数のカードへの分割は、従来技術として当業者が知っている多数の方法のうち任意の方法で行ない得るが、その例としては、鋸歯による切断、機械的な切断、あるいはレーザによる切断がある。
単一のシート状基板から多数の個別カードを形成する方法が図12及び図13に示されている。図12及び図13において、同一又は同等の要素については、図1−図7の説明で使用した参照符号と同じ参照符号を用い、異なる要素については、参照符号に記号“c”を付加するか、異なる参照符号を用いることとする。図12を参照すると、シート基板50は複数個の凹部14cを有する。図13を参照すると、シート基板50(図12参照)は、数多くの単一カード基板10cに分割されている。各カード基板10は、少なくとも一つの凹部14cを具備する。本発明は、全ての個別基板10cがそれぞれ等しい数の凹部14cを有するものでない方法、更には、個別基板の幾つかは凹部14cを有していない方法をも含むものであることに注目すべきである。しかしながら、一般的には、形成された基板10cの少なくとも二つは、少なくとも一つの凹部14cを具備するものである。
Claims (8)
- 基板の中に集積回路を形成する方法であって、該方法は、
前記基板内に、底面と該底面から基板の上部面に向かって外側に傾斜した側壁面を有する凹部を提供する工程と、
前記凹部内及び前記基板上部面上に導電性フィルムアンテナを提供する工程であって、該アンテナはその最下部部分が凹部内に、最上部部分が基板上部面上に位置する工程と、
前記基板によって支持され、前記アンテナと動作上電気的接続がなされる集積回路チップ及びバッテリーを提供する工程と、を具備し、
前記導電性フィルムアンテナは、バイパス部分において自身のアンテナの第1部分と第2部分とが交差するループアンテナであり、前記バイパス部分は、ループアンテナの第1部分と第2部分が交差する部分の間に絶縁材を有することを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記アンテナは、前記凹部内に設けられるアンテナの大部分を占める主要部分を有することを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記アンテナは、前記凹部外に設けられるアンテナの大部分を占める主要部分を有することを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記バッテリー及び前記集積回路チップの少なくとも何れか一方は、前記凹部内に少なくとも部分的に設けられることを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記バッテリーは前記凹部内において前記基板に貼着されることを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記導電性フィルムアンテナを形成する工程は、
前記第1部分を含むループアンテナの一部を形成するために第1導電性フィルムを印刷する工程と、
前記ループアンテナの前記第1部分上に絶縁材を提供する工程と、
前記第2部分を含むループアンテナの別の一部を形成するために第2導電性フィルムを印刷する工程と、
を含むことを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記導電性フィルムアンテナを形成する工程は、
前記第1部分を含むループアンテナの一部を形成するために第1導電性フィルムをパッド印刷する工程と、
前記ループアンテナの前記第1部分上に絶縁材を提供する工程と、
前記第2部分を含むループアンテナの別の一部を形成するために第2導電性フィルムをパッド印刷する工程と、
を含むことを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。 - 基板の中に集積回路を形成する方法であって、該方法は、
前記基板内に、底面と該底面から基板の上部面に向かって外側に傾斜した側壁面を有する凹部を提供する工程と、
アンテナの一部を形成し、該アンテナの一部上に絶縁材を形成し、該絶縁材上にアンテナの別の一部を形成することで提供されるバイパス部分において自身のアンテナと交差する少なくとも二つ以上のループを有する導電性フィルムループアンテナを、前記凹部内及び前記基板上部面上に提供する工程であって、該アンテナはその最下部部分が凹部内に、最上部部分が基板上部面上に位置する工程と、
前記基板によって支持され、前記アンテナと動作上電気的接続がなされる集積回路チップ及びバッテリーを提供する工程と、
を具備することを特徴とする基板の中に集積回路を形成する方法。
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