JP5088871B2 - 非接触式ｉｃカード - Google Patents

Description

本発明はＩＤカード、会員証、プリペイドカード、キャッシュカード、定期券などに用いられる情報記録媒体を有する非接触式ＩＣカードに関するものである。

従来、身分証明用のＩＤカード、クレジットカード等の各種カードは、名刺サイズに形成されたプラスチックシートに情報記録用の磁気ストライプを貼り付けた磁気カードと呼ばれるものが一般的であった。磁気カードは、情報を磁気で記録することから、記録可能な情報量が少ないという欠点や、第三者によって解読され易く、データの改ざんや、偽造カードの作製が容易であるという問題点を有していた。

そこで、近年、メモリやＣＰＵ等の機能を有する半導体チップ（以下、ＩＣチップと呼ぶ）を搭載したＩＣカードが開発され、暗号化データを記憶させることで個人情報のセキュリティー向上が可能となった。
初期のＩＣカードは、ＩＣカードとカードリーダ間のデータの授受を、双方を接触させて行う、いわゆる接触式が主流であったが、この方式はＩＣカードとカードリーダが機械的且つ電気的に接続することからＩＣチップのＩＣ回路内部の静電気破壊や接続端子の接触不良が生じるという問題があった。従って、ＩＣカードとカードリーダを接触させずにデータの授受を行う、いわゆる非接触式が普及している。

非接触式ＩＣカードは、一般的に次のような工程で作製される。
ＩＣチップは、例えばガラスエポキシ基板上にワイヤボンディング実装法やフリップチップ実装法によって実装される。その後、温度や湿度などの外部環境の変化からの保護、電気的絶縁性の確保、動作中の発熱の放散などを目的に、必要に応じて樹脂で封止を行う。この状態までのものを一般にＩＣモジュールと呼ぶ。

更にＩＣモジュールにアンテナ回路を形成、接続して、非接触型ＩＣカードとしての機能を有する状態にしたものを、特にインレットまたはインレイと呼び、シート状に形成したものを、インレットシートまたはインレイシートと呼ぶ。

また、アンテナ回路とＩＣチップとの接合電極部をシート上に設け、直接ＩＣチップを実装するフリップチップ実装方式も試みられている。この場合は、ＩＣチップの回路形成面にある電極部にバンプと呼ばれる突起物をはんだや金などで設け、バンプを通して電極部と接続するフェースダウン方式をとっている。
その際使用されるアンテナ回路は、シート上に導体箔を貼りエッチングなどの方法により形成したもの等がある。
アンテナ回路とＩＣチップの接続には、異方性導電フィルムや異方性導電樹脂のような導電粒子を含んだ樹脂や、アンダーフィルのようにＩＣチップ回路面とモジュール基板の間を埋めることを目的としたものが使用される。

このような部材から構成されたインレットをカード内部に埋め込む様々な方法が開発されているが、カード基材としてプラスチックシートを用い該シートでインレットを挟み込み、熱プレス機により加温、加圧して熱融着により一体化するという熱ラミネート方式が多く用いられている。
その他にも、接着剤やホットメルト中にインレットを埋め込み、その上下面から最外層のオーバーシートによって挟み込む方法、また、吹きつけ（インジェクション）技術を用いたり、ＵＶ硬化技術を用いてカードに熱的負担をかけないで製造する方法もある。

図５は、従来の非接触式ＩＣカードの構成を説明する断面図である。ＩＣカード１６は、基材シート１にアンテナ回路２を形成し、該アンテナ回路２にＩＣチップ３をバンプ６を介して実装し、更に該ＩＣチップ３の直上に補強部材として厚さ２０μｍ程度のステンレス板１６を接着し、該ＩＣチップ３を中間層基材シート７内に埋め込み、該中間層基材シート７の表裏両側に最外層のオーバーシート１０を接着剤１１で接着して構成している。

しかしながら、補強手段として機能するのは、ステンレス板１７のみであり、例えばズボンのポケットにＩＣカードを入れたままで着席した際に瞬間的に生じる「曲げストレス」や「ねじれストレス」によって、ステンレス板１７が剥離すると他の補強手段がないために簡単に破損してしまう。また、ＩＣチップは熱硬化性の硬い封止用樹脂１７で覆われているので、特に衝撃ストレスが加わった際はＩＣチップ３にストレスが伝達し易くなるため、ＩＣチップを瞬時に破損するおそれがある。このようなＩＣカードは、例えば特許文献１に開示されている。

特開平９−２６３０８２号公報

ＩＣカードの実使用環境に於いては、例えば上述のようなズボンのポケットに入れたままで椅子等に腰掛けた場合にかかる「曲げストレス」及び「ねじれストレス」、ボールペンの先端のような比較的鋭い突起物で押圧された場合にかかる「点圧ストレス」、何か品物が落下した際に受ける「衝撃ストレス」など、様々なケースが想定される。また、前記各ストレスを受ける方向もＩＣカードの表面、裏面と様々である。

ＩＣチップを用いたカードは、ＩＣチップが機械的に破壊されると全てのデータが失われてしまうことから、衝撃や点圧などに対して充分な機械的強度を有するＩＣカードの需要が高まっている。

従って、本発明は上述の「曲げ」、「ねじれ」、「点圧」、「衝撃」等の実使用環境に耐え得る機械的強度を有する非接触式ＩＣカードの提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、非接触式ＩＣカード（以下、ＩＣカードとも呼ぶ）のＩＣチップ上面に、ＩＣチップを覆うように、断面形状が口字形やコ字形等の内部に空隙を形成した補強部材を載置することで、前記空隙が点圧、衝撃等の外部ストレスの吸収体として作用させると共に、前記補強部材とＩＣチップとは硬化後に柔軟性または弾性を有する樹脂で充填、固着することで、上記外部ストレスの緩衝体として作用させ、各々の相乗効果により、機械的強度を一層向上させることができる。

本発明によれば、基材上にアンテナ回路を形成し、前記アンテナ回路にＩＣチップを実装してなるインレットシートと、複数の基材シートを積層してなる非接触式ＩＣカードであって、前記基材シートは、少なくとも１つの中間層基材シートを含み、前記中間層基材シートは前記ＩＣチップを貫通する大きさの穴部を有し、前記ＩＣチップの上下面の少なくとも一方に、大きさが前記ＩＣチップの実装面積と同じまたはそれよりやや大きい空隙を内部に形成した補強部材が配されてなることを特徴とする非接触式ＩＣカードが得られる。

本発明によれば、前記補強部材を固着する封止樹脂は、硬化後に弾性を有する樹脂からなることを特徴とする非接触式ＩＣカードが得られる。

本発明によれば、前記補強部材は、金属材料からなることを特徴とする非接触式ＩＣカードが得られる。

以上のように本発明により、ＩＣチップの上方に配置した補強部材の内部の微小空隙と、前記補強部材を固着するための柔軟性または弾性を有する封止樹脂とが、衝撃や点圧荷重等の外部ストレスに対する吸収体または緩衝体として作用することで、ＩＣチップの破損を防止すると共に、機械的強度を向上させることができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の非接触式ＩＣカードの断面図であり、図２は本発明による非接触式ＩＣカードの拡大断面図で、図２（ａ）は補強部材が口字形の断面形状の場合を、図２（ｂ）は補強部材がコ字形の断面形状の場合をそれぞれ示す。

基材シート１上には螺旋コイル状のアンテナ回路２を形成し、ＩＣチップ３を該アンテナ回路２に連通する電極パット５上にバンプ６を介し、更に接合用接着剤４を介して実装する。続いて、前記ＩＣチップ３を収納するように開口孔を設けた中間層基材シート７を積層し、前記開口孔とＩＣチップの隙間に封止樹脂８を充填した後、補強部材９をＩＣチップ３の上に載置して固着する。その後、オーバーシート１０を接着剤１１を介して、表裏面を挟み込み、熱プレスにて融着してＩＣカードを作製する。

基材シート１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）、ポリイミド（ＰＩ）などの熱可塑性樹脂のシートが好ましい。また、形状は板状であれば良いが、薄型化のためにはフィルム状が望ましい。

アンテナ回路２は、ＩＣチップ３を接合する面、もしくは両方に、銅、アルミニウムなどの金属箔を基材シート１に接着し貼り付けた後、公知の印刷方法（グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等）でレジスト印刷を施し、エッチング処理を行って形成するのが好ましい。なお、この方法に限らず、導電性ペーストを印刷する方法でもよい。

ＩＣチップ３は、外部ストレスによって生じるチップ表面及びダイシングカット面におけるマイクロクラックを最小限に抑えるために、エッチング処理を施したものの使用が好ましく、アンテナ回路２に連通する電極パット５上のバンプ６を介してフリップチップ工法を用いて実装するのが好ましい。

接合用接着剤４は、ペースト状で、少なくとも基材シート１、ＩＣチップ３、および電極パット５を各々接着できる材質であればどんな樹脂でもよく、例えばゴム系、アクリル系、ウレタン系、ポリイミド系などの熱可塑性樹脂や、シリコーン系、エポキシ系、フェノール系などの熱硬化性樹脂の何れでもよい。また、塗布方法としては、基材シート１上にディスペンサーで塗布、もしくは印刷方式で印刷するのが好ましい。

中間層基材シート７は、少なくともＩＣチップ３を収納する穴を形成し、材質はポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＡＢＳ、ポリカーボネイト（ＰＣ）等の熱可塑性樹脂およびそのアロイ化したものを積層するのが好ましい。必要に応じ、ホットメルト等の接合接着剤を層間に用い、それらを多層構造にしてもよい。

封止樹脂８は、少なくともＩＣチップ３、中間層基材シート７、および補強部材９を各々接着できるものであればどんな樹脂でもよく、例えばゴム系、アクリル系、ウレタン系、ポリイミド系などの熱可塑性樹脂や、シリコーン系、エポキシ系、フェノール系などの熱硬化性樹脂の何れでもよいが、ストレス吸収の観点から硬化後に適度な柔軟性または弾性を示す、例えば弾性率が５００ＭＰａ〜１ＧＰａ程度のものを用いるのが好適である。

補強部材９は、衝撃や点圧荷重等の外部ストレスに対して補強部材自身が破損しないような材質からなるものであれば何れでもよく、剛性の高い、例えば鉄、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス等の金属板を用いるのがより好ましい。板厚はＩＣカード自身の総厚０．８ｍｍを考慮し、５０〜１５０μｍ程度とし、更に内部空隙が５０〜３５０μｍ程度で、大きさがＩＣチップ３の実装面積とほぼ同一またはそれより少し大きい程度となるよう加工するのが好ましい。

補強部材９の断面形状は、円形、楕円形、ロ字形等の空芯部を有する筒状、または前記筒状の周辺一部を欠いた、Ｃ字形やコ字形等の内部空隙を有する略筒状に形成されたものであればどんな形状でもよい。また、補強部材９は、１枚の金属板を折曲げ加工して前述の形状に形成するのが製造工程上好ましい。

更に、補強部材９の載置位置は、ＩＣチップ３の上下面の少なくとも一方に、ＩＣチップを覆うような、または挟むような状態で、更に中間層基材シート７の穴の内部に、または中間層基材シートの穴を覆うように配置するのが好ましい。従って、補強部材９の大きさと中間層基材シート７の穴の大きさは、適宜調整するのが好ましい。

最外層となるオーバーシート１０は、塩化ビニル系、酢酸ビニル共重合体からなる接着剤１１を５μｍ厚で塗布し、中間層基材シート７と基材シート１を挟み込む。厚さが均一になるように真空、加圧、加熱を行い、接着剤１１を流動化させ、各層を接着させる。冷却、接着剤の固化後、所定サイズに金型で打ち抜く。これによりＩＣカードが完成する。

以下、実施例を用いて詳述する。

（実施例１）
基材シート１として、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ角、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用い、アンテナ回路２として、螺旋状コイルを印刷法により基材シート１上に形成した。

ＩＣチップ３として、エッチング処理により形成した、大きさ３ｍｍ×３ｍｍ角、５０μｍ厚で、更にバンプ６を形成したものを、前記アンテナ回路に連通する電極パット５に載せ、更にエポキシ系の接合用接着剤４を介して、ＩＣチップ３を実装した。

続いて、中間層基材シート７として、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ角、厚さ１５０μｍのポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）シートに、ＩＣチップ３と補強部材９が貫通する、大きさ５ｍｍ×５ｍｍ角の穴部を形成したものを積層した。

次に、封止樹脂８として、硬化後の弾性率が８００ＭＰａのアクリル系のペースト状樹脂を用い、ディスペンサーにてＩＣチップ３上方に塗布し、中間層基材シート７の穴部隙間に充填した。

続いて、補強部材９として、ステンレスＳＵＳ材で、板厚１００μｍの金属板を折曲げ加工して、積層方向の内部空隙幅１００μｍ、大きさ４ｍｍ×４ｍｍ角で、断面形状が口字形に形成したものを、ＩＣチップ３上にＩＣチップ３を覆うように載置し、コアシートを作製した。

更に、最外層のオーバーシート１０として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材を用い、前記コアシートとの接合面には熱硬化性の塩化ビニル系、酢酸ビニル共重合体からなる接着剤１１を５μｍ厚で塗布して、前記コアシートの表裏面を各々挟み込み、熱プレスして固着した。熱プレス後のシートを、カードサイズに金型で打ち抜きし、図１に示した構造のＩＣカードを得た。このＩＣカードを本発明例１とする。

（実施例２）
上記の本発明例１と同一部材、同一製法で、封止樹脂８として弾性率が５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、１ＧＰａ、２ＧＰａのウレタン系、エポキシ系のペースト状樹脂を用いた場合のＩＣカードを作製した。これらのＩＣカードを順に本発明例２、３、４、５とする。

上記の要領で作製した、本発明例１〜５のＩＣカードと、比較例として補強部材がステンレスＳＵＳ材で板厚２００μｍの平板状のもので、弾性率５０ＭＰａのエポキシ系の封止樹脂を用いて、ＩＣチップ３上に配置した従来のＩＣカードを用意し、各々の機械的強度を測定した。以下に、その試験内容と結果を説明する。

試験項目は、落下衝撃試験、点圧荷重試験とし、試験方法は以下の通りである。

図３は、ＩＣカードの落下衝撃試験を説明する図である。固定台１３上に載せたＩＣカードのＩＣチップ３の中央部に、φ２０ｍｍ、重量５０ｇの剛球１２を落下させて試験を行い、ＩＣチップ３が破損しない落下高さを測定した。剛球を落下させる面は、ＩＣカードの上面と下面の両面とし、各々測定した。

図４は、ＩＣカードの点圧荷重試験を説明する図である。金属板１５上に載せたＩＣカードのＩＣチップ３の中央部に、先端が球面径φ１．０ｍｍの剛材１４を点圧荷重した状態で３秒間保持し、ＩＣチップ３が破損しない点圧荷重を測定した。点圧荷重を加える面は、ＩＣカードの上面と下面の両面とし、各々測定した。

上記試験結果について、本発明例２と比較例の比較結果を表１に、本発明例１〜５の比較結果を表２にそれぞれ示す。

表１に示す通り、断面形状が口字形の補強部材で形成することにより、従来の平板状の補強部材構造に比べ、約１．５〜２倍の衝撃強度と点圧強度が向上している。また、表２に示す通り、断面形状が口字形の補強部材同士で、接着する封止樹脂を、硬化後の弾性率が５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、８００ＭＰａ、１ＧＰａ、２ＧＰａの各樹脂を用いて比較した結果、弾性率が５００ＭＰａ〜１ＧＰａ程度の範囲のものを用いるのが最適で５０ＭＰａの低弾性率の樹脂に比べ約１．５倍の衝撃強度と点圧強度が向上している。このように、補強部材の形状効果と封止樹脂の物性効果の相乗効果により大幅に機械的強度が向上することがわかった。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の非接触式ＩＣカードにより、実使用環境に耐え得る、高品質のＩＣカードの提供が可能となり、ＩＤカード、会員証、プリペイドカード、キャッシュカード、定期券などを用いたセキュリティ向上に寄与できるＩＣカードシステムの構築が可能となる。

本発明による非接触式ＩＣカードの断面図。 本発明による非接触式ＩＣカードの拡大断面図、図２（ａ）は補強部材が口字形の断面形状の場合、図２（ｂ）は補強部材がコ字形の断面形状の場合。 ＩＣカードの落下衝撃試験を説明する図。 ＩＣカードの点圧荷重試験を説明する図。 従来の非接触式ＩＣカードの構成を説明する断面図。

符号の説明

１ 基材シート
２ アンテナ回路
３ ＩＣチップ
４ 接合用接着剤
５ 電極パット
６ バンプ
７ 中間層基材シート
８ 封止樹脂
９ 補強部材
１０ オーバーシート
１１ 接着剤
１２ 剛球
１３ 固定台
１４ 剛材
１５ 金属板
１６ ＩＣカード
１７ ステンレス板
１８ 封止用樹脂

Claims (3)

1. 基材上にアンテナ回路を形成し、前記アンテナ回路にＩＣチップを実装してなるインレットシートと、複数の基材シートを積層してなる非接触式ＩＣカードであって、前記基材シートは、少なくとも１つの中間層基材シートを含み、前記中間層基材シートは前記ＩＣチップを貫通する大きさの穴部を有し、前記ＩＣチップの上下面の少なくとも一方に、大きさが前記ＩＣチップの実装面積と同じまたはそれよりやや大きい空隙を内部に形成した補強部材が配されてなることを特徴とする非接触式ＩＣカード。
2. 前記補強部材は、硬化後に柔軟性または弾性を有する樹脂を用いて固着されてなることを特徴とする請求項１記載の非接触式ＩＣカード。
3. 前記補強部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の非接触式ＩＣカード。

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