JP3996155B2 - 基板内に集積回路を形成する方法及び埋込回路 - Google Patents

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。

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、国際標準規格（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。

米国特許出願第０８／７０５，０４３号明細書

従来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をしないように、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、当業者が良く知っている方法である。

図４を参照すると、電気部品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と基板本体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１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、従来の第二実施例の方法を図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１０ｃ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。

図１は、従来の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、従来の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。

符号の説明

１０ 基板
１１ 裏面
１２ 上表面
１３ 基板本体
１４ 凹部
１６ 底面
１８ 側壁面
２０ 印刷パッド
２１ 回路パターン
２２ 回路
２３，２４ 内部接続部
２５，２７，２８，３０，３２，３３ ノード
２６ アンテナ
３５ 導電性接着材
３６ バッテリー
３６，３８ 電気部品
４０ キャップ
４２ 封止材
４４ 上側表面
４４ 特許法第
５０ シート基板
５２，５４ 凹部
５６，６０ 底面
５８ 側壁面
６２ 側壁面
６６ 第１の部分
６８ 第２の部分
７０ バイパス
７２ 絶縁材

Claims (4)

1. 基板内に集積回路を形成する方法であって、該方法は、
   その中に第１凹部及び第２凹部を有する基板を提供する工程と、
   前記第１凹部と第２凹部の間、および前記第１凹部及び第２凹部内に導電性フィルムを印刷する工程であって、前記導電性フィルムは前記第１と第２凹部の間及び各凹部内の電気的接続部を形成すると共に、前記第１と第２凹部の何れか一つの凹部に向かって延びるアンテナを形成する工程と、
   前記第１凹部内に、その中の前記電気的接続部と電気的に接続される第１電気部品を提供する工程と、
   前記第２凹部内に、その中の前記電気的接続部と電気的に接続される第２電気部品を提供する工程と、
   前記第１電気部品、前記第２電気部品及び前記導電性フィルムを少なくとも一つの保護カバーで被覆する工程と、
   を具備することを特徴とする基板内に集積回路を形成する方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記基板は人によって携帯されるカード形状のものであ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。
3. 請求項１記載の方法において、前記第１及び第２凹部は底面と該底面から立ち上がった側壁面を有し、前記第１と第２凹部は前記側壁面のうち少なくとも一つの側壁面によって互いに分離され、前記印刷工程は、前記底面及び前記の少なくとも一つの側壁面に沿って導電性フィルムを印刷する工程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。
4. 請求項１記載の方法において、前記基板は表面と裏面を有し、前記第１及び第２凹部は共に前記表面又は裏面の何れか一方の同一面側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。