JP4205823B2

JP4205823B2 - Ｉｃカード

Info

Publication number: JP4205823B2
Application number: JP28253399A
Authority: JP
Inventors: 知哉秋山
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP2001101371A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触により、外部とのデータ通信、電源供給を行うことができる非接触ＩＣカード又は接触／非接触ＩＣカードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣカードは、接続端子を介してデータ通信を行う接触ＩＣカードと、コイルを通じて電磁誘導により通信を行う非接触ＩＣカードに分類され、接触ＩＣカードは、主に決済用途に用いられ、非接触ＩＣカードは、主に交通システム等のゲートアクセス管理に用いられている。また、近年、接触ＩＣカードの機能と非接触ＩＣカードの機能を１つのＩＣチップで併せ持つ接触／非接触共用ＩＣカードが開発されている。
【０００３】
図１１は、従来の非接触ＩＣカード１００の内部構成を示す図である。従来の非接触ＩＣカード１００は、カード基材１０８に少なくとも１つのコイル１０１と、コイル１０１に接続されたＩＣチップ１０２とが設けられており、コイル１０１を通じて、図示しない外部装置であるリーダライタから送出される交流電磁波の受信を行い、電力供給及び信号送受信を行うという手法によりカード〜リーダライタ間の通信が行われている。
【０００４】
また、近年、共振回路を利用した非接触ＩＣカード１１０が開発されている。図１２は、共振回路を利用した従来の非接触ＩＣカードを説明する図である。
図１２に示す非接触ＩＣカード１１０は、カード基材１１８内に、外部通信用コイル１１１とコンデンサ１１３とを備えた共振回路１１４と、少なくともＩＣチップ１１５及び内部通信用コイル１１６を有する非接触ＩＣモジュール１１７を備え、リーダライタから送出される交流電磁波を共振回路１１４により効率よく受信し、共振回路１１４と非接触ＩＣモジュール１１７との間において電磁結合により電力送信及び信号送受信を行っている。この手法を用いた場合、カード〜リーダライタ間の通信品質が良くなり、通信距離を伸ばすことが可能となる。
【０００５】
上記非接触ＩＣカード１００におけるコイル１０１又は非接触ＩＣカード１１０における共振回路１１４の共振周波数ｆ₁をリーダライタ間の通信周波数ｆ_rと同等にした場合（ｆ₁≒ｆ_r）、リーダライタ間の通信効率は最も高くなり、通信品質及び通信可能距離を向上させることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の非接触ＩＣカード１００及び非接触ＩＣカード１１０は、複数枚の非接触ＩＣカードを重ねた場合には、各々の非接触ＩＣカード内に備わるコイル間における相互インダクタンスにより各コイルの共振周波数ｆ₁が低くなるｆ₁＜ｆ_rため、通信は困難となる。
また、非接触ＩＣカード１００におけるコイル１０１又は非接触ＩＣカード１１０における共振回路１１４の共振周波数ｆ₁を、リーダライタ間の通信周波数ｆ_rと比較し高くした場合（ｆ₁＞ｆ_r）、複数枚の非接触ＩＣカードを重ねた場合においても通信は可能となるが、カード１枚時の通信品質及び通信可能距離は、共振周波数ｆ₁を通信周波数ｆ_rと同等にした場合（ｆ₁≒ｆ_r）と比較し劣る。
【０００７】
本発明の課題は、カードを複数枚重ねた状態であっても、通信品質がよく、通信可能範囲が広いＩＣカードを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、コイル（１１，２１，５１，６１）及び電荷蓄積手段（１３，２３，５３，６３）を有する複数の共振回路（１０，２０，５０，６０）と、ＩＣチップ（３２，７２）及び前記コイルとは別であって前記ＩＣチップに電気的に接続されたＩＣチップ接続コイル（３１，７１）を有するＩＣモジュール（７０，３０）とを備え、前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数が外部装置との通信周波数よりも高いことを特徴とするＩＣカード（１，２）である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のＩＣカードにおいて、前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数（ｆ₁，ｆ₂）が外部装置との通信周波数（ｆ_r）とほぼ等しいことを特徴とするＩＣカードである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＩＣカードにおいて、前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、同じＩＣカードが複数枚重なった状態において、その共振周波数が前記通信周波数とほぼ等しいこと、を特徴とするＩＣカードである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＩＣカードにおいて、前記複数の共振回路は、カード面において上下左右対称であること、を特徴とするＩＣカードである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による非接触ＩＣカード１００の第１実施形態を説明する図である。
なお、前述した従来例と同様の機能を果たす部分は、重複する説明を適宜省略する。
非接触ＩＣカード１は、第１の外部通信用コイル１１及び第１のコンデンサ部１３を有する第１の共振回路１０を備え、この内側に第２の外部通信用コイル２１及び第２の外部通信用コイル２１に接続された第２のコンデンサ部２３を有する第２の共振回路２０と内部通信用コイル３１及び内部通信用コイル３１に接続されたＩＣチップ３２を有する非接触ＩＣモジュール３０を並べてカード基材８の外形内に配置している。
【００１５】
各回路の作製は、絶縁性を有するカード基材８（ＰＶＣ、１５０μｍ厚）の表裏に導体箔（銅箔１８μｍ厚）を貼り付けた上、エッチング処理により第１及び第２の外部通信用コイル１１，２１、第１及び第２のコンデンサ部１３，２３及び内部通信用コイル３１の形成を行う。
第１及び第２の共振回路１０，２０を作製するには、巻数を少なくとも１巻以上の外部通信用コイル１１，２１を形成し、その両端にコンデンサ形成用導体プレート１３ａ，２３ａを設ける。このコンデンサ形成用導体プレート１３ａ，２３ａの裏面に、絶縁性を有するカード基材８を介してコンデンサ形成用導体プレート１３ｂ，２３ｂを作製することにより、第１及び第２の外部通信用コイル１１，２１及びコンデンサ部１３，２３を作製することができる。
【００１６】
第１の共振回路１０は、カード１枚時にリーダライタから送出される交流電磁波を最も効率良く受信するために、リーダライタの周波数ｆ_rと同程度の周波数ｆ₁にて共振することが望ましく、外部通信用コイル１１の自己インダクタンスＬ及びコンデンサ部１３の静電容量Ｃを、ｆ_r≒ｆ₁＝１／｛２π√（ＬＣ）｝となるように調整した。
今回は、Ｌ＝３．２μＨ，Ｃ＝２２．１ｐＦであり、共振回路の抵抗値Ｒ＝０．３７Ωとした。
【００１７】
第２の共振回路２０は、カードが複数枚重なった場合に最も効率良く通信が可能なようにリーダライタから送信される電磁波の周波数ｆ_rよりも高周波数の周波数ｆ₂にて共振するようにコイル及びコンデンサを調整する（ｆ₂＞ｆ_r）。これにより、非接触ＩＣカード１は、カード１枚動作時においてもカード複数枚重ね時においても効率良くリーダライタとの通信を行うことが可能となる。
【００１８】
非接触ＩＣモジュール３０は、効率良く通信が可能となるために、その動作周波数ｆ₃がリーダライタから送信される電磁波の周波数ｆ_rと同等であることが望ましい。
【００１９】
また、第２の共振回路２０は、複数枚の非接触カードの重ね方によらず同等の共振を取ることが可能なように、カード内において上下左右対称に配置することが望ましい。さらに、第１及び第２の共振回路１０，２０及び非接触ＩＣモジュール３０の相対位置は、共振回路と非接触ＩＣモジュールとの結合度を高めるため、第１の共振回路１０及び第２の共振回路２０の内側に非接触ＩＣモジュール３０を配置することが望ましい。これらのことを考慮すると、各回路の配置は、図２に示すような配置が通信上は理想的である。
ただし、第１及び第２の共振回路１０，２０及び非接触ＩＣモジュール３０をカード内におけるエンボス・エリア、磁気ストライプエリア等の付加機能を備えるエリアに重ならないように配置し、付加機能の特性を損なうことなく付加機能を備えることが必要となる場合には、これらの配置は適宜変更される。
【００２０】
このようにして得られた第１及び第２の共振回路１０，２０及び非接触ＩＣモジュール３０形成済みの絶縁性基材シートの上下に図示しない絶縁性基材を重ね合わせることにより、非接触ＩＣカード１を作製した。
【００２１】
以上のようにして作製した各回路のパラメータは、第１の共振回路１０に関しては、Ｌ＝３．２μＨ、Ｃ＝２２．１ｐＦ、Ｒ＝０．３７Ωであり、第２の共振回路２０に関しては、Ｌ＝１．７μＨ、Ｃ＝６８．０ｐＦ、Ｒ＝０．２５Ωとなっており、第１の共振回路１０の共振周波数ｆ₁は、１８．８ＭＨｚ、第２の共振回路２０の共振周波数ｆ₂は、１４．７ＭＨｚとなった。また、非接触ＩＣモジュールの共振周波数ｆ₃は、１４．２ＭＨｚとなった。
【００２２】
第１実施形態による共振回路を備えた非接触ＩＣカード１の電圧利得の周波数依存性は、図３（ａ）のようになり、１３．９ＭＨｚ及び２０．８ＭＨｚにおいて受信効率が高くなった。
非接触ＩＣカード１を２枚重ねあわせたときの電圧利得の周波数依存性は、図３（ｂ）に示すように、１２．６ＭＨｚ及び１８．２ＭＨｚにおいて受信効率が高くなった。
【００２３】
通信が１３．５６ＭＨｚの交流電磁波を用いられて行われるリーダライタ及び本発明における非接触ＩＣカード１、ＩＣとコイルとを直接接続した従来の非接触ＩＣカードＡ（共振周波数：１４．０ＭＨｚ）及び従来の非接触ＩＣカードＢ（２０．６ＭＨｚ）を用いて、通信可能距離の比較を行った結果を、表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
本実施形態による非接触ＩＣカード１は、カード１枚動作時においては、従来の非接触ＩＣカードＡ（共振周波数：１４ＭＨｚ）と同等の通信特性を持っている。また、カード２枚重ね合わせ時においても、従来の非接触ＩＣカードＢ（共振周波数：２０．６ＭＨｚ）と同等の通信特性を持つ非接触ＩＣカード１が得られた。
【００２６】
このように、第１実施形態によれば、従来の非接触ＩＣカードＡ，Ｂと比較し、カード１枚動作、２枚動作ともに通信特性が良好な非接触ＩＣカードを提供することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態における接触／非接触ＩＣカード２の概略を説明する図である。
非接触ＩＣカード２は、第１の外部通信用コイル５１及び第１のコンデンサ部５３を有する第１の共振回路５０を備え、この内側に第２の外部通信用コイル６１及び第２の外部通信用コイル６１に接続された第２のコンデンサ部６３を有する第２の共振回路６０と内部通信用コイル７１及び内部通信用コイル７１に接続されたＩＣチップ７２を有する接触／非接触ＩＣモジュール７０を並べてカード基材５８の外形内に配置している。
【００２８】
図５は、接触／非接触ＩＣモジュール７０の構成を説明するための透視図である。
接触／非接触ＩＣモジュール７０は、表面に接触端子７０ｃ、裏面にコイル７１を形成したＩＣ実装基板７０ｄに接触機能、非接触機能をともに備えたＩＣチップ７２を実装し、ＩＣチップ７２とＩＣ実装基板７０ｄ上に設けられた接触端子７０ｃ及びコイル端子７１ａとの接続を金線７０ａを用いて行い、第２のＩＣチップ７２、金線７０ａ等をエポキシ樹脂にて樹脂封止してモジュール外装７０ｂを形成し、接触／非接触ＩＣモジュール７０の作製を行う。
【００２９】
図６及び図７は、接触／非接触ＩＣカード２の構成及び作製過程を説明するための一部断面透視図である。
接触／非接触ＩＣカード２０の作製は、第１実施形態と同様にして、第１の外部通信用コイル５１及び第１のコンデンサ部５３を有する第１の共振回路５０と、第２の外部通信用コイル６１及び第２のコンデンサ部６３を有する第２の共振回路６０とをＰＶＣ等の絶縁性を有するカード基材７０−１上に設けた上、回路パターン形成済みのカード基材７０−１と少なくとも１枚のＰＶＣ等の絶縁性を有するカード基材（７０−２〜６）とを熱融着又は接着剤を介して接着を行い、カード化を行う。
【００３０】
第１の共振回路５０及び第２の共振回路６０を埋設したカードに、切削加工により接触／非接触ＩＣモジュール７０埋設用凹部５８ｂを設け、ここに接触／非接触ＩＣモジュール７０を液状又はシート状の絶縁性接着剤を用いて接着を行う。
【００３１】
このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、カード１枚動作、２枚動作ともに通信特性が良好である上に、接触通信も可能な非接触ＩＣカードを提供することができる。
【００３２】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
【００３３】
（１）各実施形態において、第１の共振回路、第２の共振回路及びＩＣモジュールは、図８（ｂ）の様に配置した例を示したが、これに限らず、図８（ａ）〜（ｃ）のいずれの配置でもよいし、その他の配置であってもよい。
【００３４】
（２）各実施形態において、絶縁性を有するカード基材としてＰＶＣシートを用いた例を示したが、これに限らず、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＴ−Ｇ、ＡＢＳ等、絶縁性を持つ他の基材でもよい。
【００３５】
（３）各実施形態において、電荷蓄積手段であるコンデンサ部として、絶縁性を有するカード基材を介した導体プレートにより作製を行う例を示したが、これに限らず、例えば、静電容量素子（セラミック・コンデンサ等）をコイル両端に接続してもよい。また、電荷蓄積手段は、コイルを複数回巻くことにより生じる静電容量成分で十分である場合には、コンデンサを形成しなくてもよい。
【００３６】
（４）各実施形態において、導体箔のエッチングにより導体パターン形成を行う例を示したが、これに限らず、例えば、導線を複数回巻くことにより作製してもよい。また、導電性ペーストを印刷することにより導体パターンを作製してもよい。
【００３７】
（５）第１実施形態において、回路形成済みカード基材の上下に各々１枚の絶縁性を有するカード基材を重ね合わせた例を示したが、これに限らず、層構成は、何枚であってもよい。また、各々の基材の貼り合わせは、熱融着、接着剤塗布、接着シート等いかなる手段であってもよい。
【００３８】
（６）各実施形態において、ＩＣモジュールは、コイル及びＩＣチップを備えた例を示したが、これに限らず、例えば、コンデンサも備えてもよい。
【００３９】
（７）第２実施形態において、共振回路を埋設済みのカードに切削加工を施し、接触／非接触ＩＣモジュール埋設用凹部を設けた例を示したが、これに限らず、例えば、射出成形等の手法を用いてカード加工段階において接触／非接触ＩＣモジュール埋設用凹部を設けてもよい。
【００４０】
（８）各実施形態において、コイルの一端は、コンデンサ接続をする例を示したが、これに限らず、例えば、図９に示すように、スルーホール２０１等により直接接続してもよい。この手法を用いた場合、コンデンサ形成用導体プレート２０３の面積を小さくすることが可能となる。
【００４１】
（９）第１実施形態において、１枚のカード基材の表裏に導体パターンを設けることによりコイル、コンデンサの形成を行う例を示したが、これに限らず、例えば、図１０に示すように、複数枚の絶縁性を有するカード基材２１４の片面のみに導体パターン（２１２，２１３等）を設けた後、各々の導体パターン形成済みのカード基材２１４を重ね合わせることにより形成しても構わない。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項１の発明によれば、複数の共振回路と、ＩＣモジュールとを備えたので、カードを複数枚重ねた状態でも、通信品質がよく、通信可能範囲が広いＩＣカードを提供することができる。また、請求項１によれば、複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数が通信周波数よりも高いので、カードを複数枚重ねた状態でも、通信品質がよく、通信可能範囲が広いＩＣカードを提供できる。
【００４３】
請求項２の発明によれば、複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数が外部装置との通信周波数とほぼ等しいので、カード１枚時における通信品質及び通信可能距離が通常のカードと同等で、カードを複数枚重ねた状態でも、通信品質がよく、通信可能範囲が広いＩＣカードを提供することができる。
【００４４】
請求項３の発明によれば、複数の共振回路のうち少なくとも１つは、同じＩＣカードが複数枚重なった状態において、その共振周波数が通信周波数とほぼ等しいので、カードを複数枚重ねた状態の通信効率が最もよくなり、通信品質がよく、通信可能範囲が広いＩＣカードを提供できる。
【００４５】
請求項４の発明によれば、複数の共振回路は、カード面において上下左右対称であるので、カードの重ね方によらず通信特性が安定したＩＣカードを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における非接触ＩＣカード１を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施形態における非接触ＩＣカード１の、他の配置例を説明する図である。
【図３】第１実施形態によるＩＣカード１の電圧利得の周波数依存性をカード１枚時（ａ）及びカード２枚時（ｂ）において示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態における接触／非接触ＩＣカード２を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態における接触／非接触ＩＣモジュール７０の構成を説明するための透視図である。
【図６】接触／非接触ＩＣカード２の構成及び作製過程を説明するための一部断面透視図である。
【図７】接触／非接触ＩＣカード２の構成及び作製過程を説明するための一部断面透視図である。
【図８】各回路の配置の変形形態を説明する図である。
【図９】コンデンサ部の変形形態を説明する図である。
【図１０】コイル、コンデンサの形成方法の変形形態を説明する図である。
【図１１】従来の非接触ＩＣカード１００の内部構成を示す図である。
【図１２】共振回路を利用した従来の非接触ＩＣカード１１０を説明する図である。
【符号の説明】
１，２ＩＣカード
１０，５０第１の共振回路
２０，６０第２の共振回路
１１，５１第１の外部通信用コイル
２１，６１第２の外部通信用コイル
１３，５３第１のコンデンサ部
２３，６３第２のコンデンサ部
３０非接触ＩＣモジュール
３１，７１内部通信用コイル
３２，７２ＩＣチップ
７０接触／非接触ＩＣモジュール

Claims

コイル及び電荷蓄積手段を有する複数の共振回路と、
ＩＣチップ及び前記コイルとは別であって前記ＩＣチップに電気的に接続されたＩＣチップ接続コイルを有するＩＣモジュールと、を備え、
前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数が外部装置との通信周波数よりも高いこと、を特徴とするＩＣカード。
請求項１に記載のＩＣカードにおいて、
前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、その共振周波数が外部装置との通信周波数とほぼ等しいこと、を特徴とするＩＣカード。
請求項１又は請求項２に記載のＩＣカードにおいて、
前記複数の共振回路のうち少なくとも１つは、同じＩＣカードが複数枚重なった状態において、その共振周波数が前記通信周波数とほぼ等しいこと、を特徴とするＩＣカード。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＩＣカードにおいて、
前記複数の共振回路は、カード面において上下左右対称であること、を特徴とするＩＣカード。