JP5344000B2

JP5344000B2 - 接触非接触両用ｉｃモジュール及びｉｃカード

Info

Publication number: JP5344000B2
Application number: JP2011104241A
Authority: JP
Inventors: 知哉秋山
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2021-01-10
Also published as: JP2011159324A

Description

本発明は、接触端子を介して通信を行う接触方式と、接触端子を介さずに通信を行う非接触方式の両方式の通信を行うことができる接触非接触両用ＩＣモジュール及びＩＣカードに関するものである。

図７は、従来の接触非接触両用のＩＣカード１００を示す図である。図７（ａ）は、ＩＣカード１００の正面透視図であり、図７（ｂ）は、主要部の断面図である。従来の接触非接触両用のＩＣカード１００は、カードと同程度の大きさのアンテナ１０２を有している。ＩＣカード１００を作製する場合には、まず、アンテナ１０２を内蔵したカード本体を作製した後、アンテナ１０２の両端のアンテナ端子１０２ａを露出させる切削工程を行う。その後、切削工程において露出されたアンテナ端子１０２ａとＩＣチップ１０３を実装したＩＣチップ実装基板１０１とを導電性接着材１０６を介して接続し、ＩＣカード１００が完成する。

また、特開平０７−２３９９２２号公報には、図８に示すように、ＩＣチップ２０３を実装したＩＣチップ実装基板２０１上に接触端子を含むアンテナ２０２が形成されたＩＣモジュール２０５と、このＩＣモジュール２０５を埋設したＩＣカード２００が提案されている。

特開平０７−２３９９２２号公報

しかし、上述のＩＣカード１００（図７）に示したような形態では、アンテナ１０２を内蔵するカード本体の作製工程、アンテナ端子１０２ａを露出させる切削工程、アンテナ端子１０２ａとＩＣチップ実装基板１０１とを接続する接続工程という多くの複雑な工程を要するという問題があった。特に切削工程は、カード本体に内蔵されたアンテナ１０２を確実に露出させると共に、アンテナ１０２を切除しないようにする必要があり、非常に高精度な加工が必要であり、切削装置が高価であると共に、切削自体も困難であり信頼性が低いため、更に歩留まりが悪く、得られるＩＣカード１００の単価が高くなるという問題があった。
また、特開平０７−２３９９２２号公報に記載のＩＣモジュール２０５及びＩＣカード２００では、アンテナ２０２の形状が小型であるので、通信可能な距離が短いという問題があった。
本発明の課題は、製造が簡単で低価格で製造することができ、通信特性が良好な接触非接触両用ＩＣモジュール及びＩＣカードを提供することである。

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。

・第１の発明は、接触端子が形成された第１面及び前記第１面の反対側であって前記接触端子の外形よりも小さいサイズのアンテナを含む配線パターンが形成された第２面を有する基板と、前記第２面側に実装されたＩＣチップと、前記第２面側にあって、前記アンテナに接続されたコンデンサとを備え、前記ＩＣチップ及び前記コンデンサは、前記アンテナの内側に配置され、前記コンデンサは、前記ＩＣチップ上に実装される絶縁基板の第２面上に予め形成されたものであり、前記絶縁基板の第２面上の接続端子に電気的に接続され、折り曲げ可能なシート状のコンデンサであり、封止樹脂により前記絶縁基板の第２面上に封止され、前記ＩＣチップは、前記アンテナへの接続用パッドが、前記絶縁基板の第１面から前記絶縁基板の第２面に前記絶縁基板のスルーホールよって導通されて、前記絶縁基板の第２面上の前記接続端子に対して電気的に接続され、前記絶縁基板の第２面上の前記接続端子は、前記絶縁基板の第２面から前記基板の第２面にワイヤによって導通されていること、を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュールである。
・第２の発明は、第１の発明の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、前記コンデンサは、電極及び誘電体層を、蒸着により交互に積層して形成されたシートキャパシタであること、を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュールである。
・第３の発明は、第１又は第２の発明の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、前記絶縁基板の前記スルーホールは、前記ＩＣチップの接続パットの直上に配置されていること、を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュールである。
・第４の発明は、第３の発明の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、前記ＩＣチップの前記アンテナへの接続用パッドは、断面形状において、前記ＩＣチップの第２面の両端部に配置されていること、を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュールである。
・第５の発明は、第４の発明の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、断面形状において、前記ＩＣチップ及び前記コンデンサの外形は、等しいこと、を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュールである。

・第６の発明は、カード基材と、前記カード基材に埋設された第１から第５までのいずれかの発明の接触非接触両用ＩＣモジュールと、を有するＩＣカードである。

本発明によれば、接触端子と同程度以下のサイズのアンテナと、アンテナに並列に接続されたコンデンサとを備えるので、ＩＣカードの作製が容易であって、接触非接触両用のＩＣカードを低価格に提供することができると共に、通信可能距離も長くすることができる。また、シートキャパシタを基板に直接形成するようにすれば、ＩＣモジュールを薄型にすることができ、更に曲げや、局部的な圧力印加に対して強度が優れているため、信頼性を高くすることができる。

本発明によるＩＣモジュール１５の第１実施形態を簡略化して示した図である。第１実施形態を図１よりも詳細に示した図である。本発明の第２実施形態におけるＩＣモジュール２５をシートキャパシタ２４付近で切断した断面図である。ＩＣモジュール２５を第２面側から見た図である。蒸着によってシートキャパシタを絶縁基板３９に形成し、ＩＣチップ実装基板２１に接続する変形形態を説明する図である。蒸着によってシートキャパシタを絶縁基板３９に形成し、ＩＣチップ１３に接続する変形形態を説明する図である。従来の接触非接触両用のＩＣカード１００を示す図である。特開平０７−２３９９２２号公報の示されたＩＣモジュール２０５と、このＩＣモジュール２０５を埋設したＩＣカード２００を説明する図である。

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるＩＣモジュール１５の第１実施形態を簡略化して示した図である。また、図２は、第１実施形態を図１よりも詳細に示した図である。本実施形態におけるＩＣモジュール１５は、接触通信を行うための接触端子１１Ｔと、非接触通信を行うためのアンテナ１２と、接触機能と非接触機能を併せ持つＩＣチップ１３と、アンテナ１２に並列接続されるコンデンサ１４とをＩＣチップ実装基板１１に設けている。

ＩＣチップ実装基板１１は、厚さ７０μｍのガラスエポキシ製の基板であり、片面（第１面）に接触端子１１Ｔの端子パターンを備え、もう一面（第２面）にアンテナ１２及びアンテナ端子１２ａ等の配線パターンを備えている。接触端子１１Ｔ及びアンテナ１２等の形成は、ＩＣチップ実装基板１１の両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り付け、エッチング処理によって行った。

接触端子１１Ｔは、ＩＣチップ実装基板１１の第１面のほぼ全面に設けられており、図示しない接触式のリーダライタの接触端子と接触して電気的導通を行う複数の端子を有している。尚、ＩＣチップ実装基板１１は、接触端子１１Ｔの各端子に対応した貫通孔１１ａを有しており、第２面側から接触端子１１Ｔの裏面に電気的接続ができるようになっている。

アンテナ１２は、ＩＣチップ実装基板１１の外周に沿って複数回巻かれたアンテナコイルであり、本実施形態では、外形寸法：１０×１０ｍｍ，５巻き（図１及び２では、簡単のため３巻きで示している）となっている。また、アンテナ１２は、両端部にアンテナ端子１２ａを有しており、少なくともアンテナ端子１２ａの部分には、Ｎｉメッキ又は金メッキを施してある。

ＩＣチップ１３は、接触通信機能と非接触通信機能を併せ持つＩＣチップであり、ＩＣチップ実装基板１１の第２面に絶縁性ペースト（不図示）によって接着されている。ＩＣチップ１３は、複数の接続用パッド１３ａを有しており、この接続用パッド１３ａとアンテナ端子１２ａ及び接触端子１１Ｔとの接続部には、金ワイヤ１７が用いられている。

コンデンサ１４は、厚さ３００μｍのセラミックコンデンサであり、アンテナ端子１２ａに銀ペースト等の導電性ペーストによって接続されている。したがって、コンデンサ１４は、電気的に見ると、アンテナ１２に並列に接続されている（図１）。

ＩＣモジュール１５は、少なくともＩＣチップ１３を覆うようにエポキシ樹脂等の封止樹脂１８によって封止され、ＩＣチップ１３や配線等の保護が保護されている。

ＩＣモジュール１５は、図示しないＩＣカード本体に埋設部を切削加工等によって形成し、この埋設部に接着剤等を用いて埋設され、接触非接触両用のＩＣカードとして使用される。ここで、ＩＣモジュール１５をＩＣカード本体に埋設するときには、電気的に接続を行う部分がないので、埋設部の加工は、従来技術において説明したような高精度の加工が不要である。

非接触通信を行う場合には、通信可能距離が長い方が望ましく、アンテナが大きい方が有利である。しかし、本実施形態におけるＩＣモジュール１５や、従来技術において説明した特開平０７−２３９９２２号公報に記載のＩＣモジュール２０５等では、アンテナのサイズを大きくすることができない。

ＬＣ共振回路では、共振周波数ｆは、Ｌ：アンテナコイルの自己インダクタンス，Ｃ：コンデンサの静電容量として次の式で与えられる。
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））・・・（式１）
リーダライタとの非接触通信距離を長くするには、ＩＣカードの共振周波数をＩＣカード・リーダライタ間の交信周波数に近くすることが必要であるが、アンテナのサイズを小型化する場合、コイルの巻き数が同じならば、Ｌの値は、小さくなる。この場合、アンテナサイズを小型化する前と同等の共振周波数を得るには、式１より、コイルの巻き数を増やすか、静電容量Ｃを増やせばよい。

ここで、コイルの巻き数を増やす場合を考えると、限られたスペース内でアンテナの巻き数を増やすことは困難である。また、アンテナの巻き数を増やすと、電気抵抗が増加するので、その分は、逆に通信可能距離を短くする方向に働いてしまう。そこで、本実施形態では、コンデンサ１４を追加することによって、静電容量Ｃを増加させて、小型のアンテナであっても、通信可能距離が長くなるようにしている。

（本実施形態と比較例との比較）
本実施形態によるＩＣモジュール１５の通信可能距離が長くなっていることを確認するために、アンテナの巻き数と外付けコンデンサを変更した比較例との比較を行った。比較するＩＣモジュールとして、アンテナ外形がＩＣモジュール１５と同じで、外付けコンデンサが無く、巻き数が２０巻きの物（比較例１）と、５巻きの物（比較例２）の２つのＩＣモジュールを用意し、同じリーダライタを使用して通信可能距離を比較した。この比較結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例２では、全く通信を行うことができず、また、アンテナの巻き数の多い比較例１であっても５ｍｍであった通信可能距離が、本実施形態では、１５ｍｍまで長くなっていることが確認できた。

本実施形態によれば、コンデンサ１４を追加したので、アンテナ１２を小型にしても、長い通信距離を確保することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態におけるＩＣモジュール２５をシートキャパシタ２４付近で切断した断面図である。図４は、ＩＣモジュール２５を第２面側から見た図である。第２実施形態におけるＩＣモジュール２５は、第１実施形態におけるＩＣモジュール１５のＩＣチップ実装基板１１の材質を変更してＩＣチップ実装基板２１とした点と、コンデンサ１４がセラミックコンデンサを接続した形態であるのを、シートキャパシタ２４とした点が異なるのみであるので、他の共通する部分については、第１実施形態と共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

ＩＣチップ実装基板２１は、厚さ７０μｍのポリイミド製の基板である他は、第１実施形態におけるＩＣチップ実装基板１１と同様の形態をしている。

シートキャパシタ２４は、ＩＣチップ実装基板２１に直接形成された薄型の折り曲げ可能なシート状のコンデンサである。シートキャパシタ２４の形成は、アンテナ端子１２ａに電極としてアルミニウム、誘電体層としてポリ尿素を交互に蒸着により形成して行った。

本実施形態によれば、コンデンサとしてシートキャパシタ２４を蒸着により形成するので、ＩＣチップ実装基板２１とシートキャパシタ２４との接続が不要であると共に、シートキャパシタ２４を形成するためのベース基板とアンテナを形成するための基板とをＩＣチップ実装基板２１によってまとめることができる。したがって、ＩＣモジュール２５を薄型にすることができる。また、蒸着により形成したコンデンサ（シートキャパシタ２４）は、セラミックコンデンサと比較して、曲げや、局部的な圧力印加に対して強度が優れているため、信頼性の高いＩＣモジュールを作製することができる。

（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。
例えば、第２実施形態において、コンデンサ（シートキャパシタ２４）をＩＣチップ実装基板２１に直接形成を行ったが、図５に示すように、予めシートキャパシタ３４をポリイミド製等の絶縁基板３９に蒸着形成した後、ＩＣチップ実装基板２１に導電性接着剤、異方性導電接着剤等を用いて接続してもよい。

また、図６に示すように、予めシートキャパシタ３４を絶縁基板３９に蒸着形成した後、ＩＣチップ１３に導電性接着剤、異方性導電接着剤等を用いて接続してもよい。

尚、図６に示す例では、ＩＣチップ１３とシートキャパシタ３４とを接続するチップ／コンデンサ接続部は、導電性接着剤３６を用い、アンテナ１２とシートキャパシタ３４とを接続するアンテナ／コンデンサ接続部は、金ワイヤ１７を用いている形態であるが、これは、ＩＣチップ１３とアンテナ１２とを接続するチップ／アンテナ接続部及びアンテナ１２とシートキャパシタ３４とを接続するアンテナ／コンデンサ接続部を設ける形態としてもよい。

１１ＩＣチップ実装基板
１２アンテナ
１２ａアンテナ端子
１３ＩＣチップ
１４コンデンサ
１５ＩＣモジュール
１６導電性接着剤
１７金ワイヤ
１８封止樹脂

Claims

接触端子が形成された第１面及び前記第１面の反対側であって前記接触端子の外形よりも小さいサイズのアンテナを含む配線パターンが形成された第２面を有する基板と、
前記第２面側に実装されたＩＣチップと、
前記第２面側にあって、前記アンテナに接続されたコンデンサとを備え、
前記ＩＣチップ及び前記コンデンサは、前記アンテナの内側に配置され、
前記コンデンサは、
前記ＩＣチップ上に実装される絶縁基板の第２面上に予め形成されたものであり、
前記絶縁基板の第２面上の接続端子に電気的に接続され、
折り曲げ可能なシート状のコンデンサであり、
封止樹脂により前記絶縁基板の第２面上に封止され、
前記ＩＣチップは、
前記アンテナへの接続用パッドが、前記絶縁基板の第１面から前記絶縁基板の第２面に前記絶縁基板のスルーホールよって導通されて、前記絶縁基板の第２面上の前記接続端子に対して電気的に接続され、
前記絶縁基板の第２面上の前記接続端子は、
前記絶縁基板の第２面から前記基板の第２面にワイヤによって導通されていること、
を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュール。
請求項１に記載の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、
前記コンデンサは、電極及び誘電体層を、蒸着により交互に積層して形成されたシートキャパシタであること、
を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュール。
請求項１又は請求項２に記載の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、
前記絶縁基板の前記スルーホールは、
前記ＩＣチップの接続パットの直上に配置されていること、
を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュール。
請求項３に記載の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、
前記ＩＣチップの前記アンテナへの接続用パッドは、
断面形状において、前記ＩＣチップの第２面の両端部に配置されていること、
を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュール。
請求項４に記載の接触非接触両用ＩＣモジュールにおいて、
断面形状において、前記ＩＣチップ及び前記コンデンサの外形は、等しいこと、
を特徴とする接触非接触両用ＩＣモジュール。
カード基材と、
前記カード基材に埋設された請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の接触非接触両用ＩＣモジュールと、
を有するＩＣカード。