JP7219343B2 - 双方向通信が可能なメタルカード及びメタルカードの製造方法 - Google Patents

双方向通信が可能なメタルカード及びメタルカードの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、メタルカード及びメタルカードの製造方法に関し、さらに詳しくは、双方向通信が可能なメタルカード及びその製造方法に関する。
一般に、クレジットカードは現金の代わりに使用できることはもとより、近年は、大量の情報を保存できるICチップを内蔵したスマートカードとして開発され、決済だけでなく各種会員カードなどとして積極的に利用されている。このようなスマートカード市場では、様々な素材を使った特殊カードが開発されている。特に、VIP顧客向けに差別化された金属製のクレジットカードが開発され、金属光沢を表す高品質のクレジットカードとして具現化されて特別な顧客に提供されている。
しかし、従来の金属カードは、多くの場合、金属の特性上、リーダとの非接触通信時にアンテナの動作が困難であるため、RF機能やATMの使用等が制限されていた。また、金属カードは、薄膜金属シートを用い、あるいは金属粉末を薄くコーティングして製造されるので、金属カードの表面に模様や文字を形成することが困難であり、金蔵カードが極めて軽い材質で形成される場合、金属が持つ重量感を感じることができないという問題もあった。したがって、このような金属のカードの限界を克服し、金属特有の重量感や美感を表現できる金属カードの開発が求められているのが現状である。
たとえば、先行技術である韓国登録実用新案第20-0382725号の金属薄膜プラスチックカードでは、合成樹脂からなるコアシート13の上面と下面に、コアシート13よりも小さなサイズの金属薄膜12をそれぞれ取り付け、コアシート13の上下面の周りにマージン(余白)13aを設け、マージン13aの周囲にアンテナコイル21を設けたカードについて開示している。しかし、このような先行技術では、アンテナと金属との接触を避けるためにカードの中央部の一部に金属を配置しているため、全体的な美感が低下し、カード全体に金属質感を表現するのが難しいという限界がある。
これにより、最近ではこれを解決するために、ステンレス鋼(SUS:steel use stainless)製のメタルシートとアンテナとの接続を利用した前面部のメタル素材のカードが台頭している。
しかし、前面部のメタル素材のカードは、前面側のみにアンテナコイルを備えているので、非接触決済が一方向にのみ許され、アンテナ感度が低いという欠点があるので不便である。
したがって、メタルカードが双方向に通信できるように構成する研究が行われている。しかし、今までは厚さが増し、アンテナ接続構造が複雑であるため、エレガントに設計するのは難しく、特に厚さが増すと体積や面積が増えるので、使い勝手や生産性が低下する問題があるのが現状である。
本発明は、上記問題を解決するために案出されたものであり、一方向にのみ非接触決済が可能な既存のメタルカードの問題を解決し、双方向の非接触決済が可能なように上部及び下部アンテナが接続形成されるメタルカードを構成し、その厚さを最小限に抑えながらもアンテナ感度を高めるメタルカードの製造方法及びメタルカードを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の実施形態によるメタルカードの製造方法は、メタルシートを中心として、前記メタルシートと同じサイズの接着シートと、第1アンテナが形成された上部インレイシートと、第2アンテナが形成された下部インレイシートとを含む複数枚のシートを積層した積層シートをラミネートしてメタルカードを形成するステップと;前記メタルカードに、コンピュータ数値制御(CNC:Computerized Numerical Control)加工工程により、一定の領域をミリングしてチップオンボード(COB)を収容できるCOB収容空間を形成するステップと;前記COB収容空間のCOB接点領域を前記下部インレイシートまでミリングすることにより、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナを露出させる貫通穴を形成するステップと;前記貫通穴内に導電性弾性液体をディスペンシングして前記第1アンテナと前記第2アンテナを電気的に接続するステップと;前記導電性弾性液体により前記COB接点が接続されるように、前記COBを前記COB収容空間に取り付けて、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナを前記COBと双方向に接続するステップと;を含む。
上記課題を解決するための本発明の実施形態によるメタルカードは、強度及び復元力を向上させるために熱処理したSUS製のメタル層と、メタル層を中心として、前記メタル層と同じサイズの接着層と、第1アンテナが形成された上部インレイ層と、第2アンテナが形成された下部インレイ層とを含む複数の層を積層してラミネートしたメタルカードを含み、前記メタルカードでは、上面にCNC加工工程を行い、一定の領域をミリングしてCOBを収容できるCOB収容空間を形成し、前記COB収容空間のCOB接点領域を前記下部インレイ層までミリングすることにより、第1アンテナ及び前記第2アンテナを露出させる貫通穴を形成し、前記貫通穴内に導電性弾性液体をディスペンシングして前記第1アンテナと前記第2アンテナを電気的に接続し、前記導電性弾性液体により前記COB接点が接続されるように、前記COB収容空間に前記COBを取り付けて、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナを前記COBと双方向に接続して製造される。
本発明の実施形態によれば、メタルシートを中心として、第1アンテナが形成された上部インレイと、第2アンテナが形成された下部インレイとを積層し、貫通穴を介して導電性弾性液体をディスペンシングする方式でCOB接点の接続を行うことにより、厚さの増加を最小限に抑えながらも、双方向通信が可能な双方向メタルカードを製造することができる。
これにより、メタル素材の特異性を保持しながらも、非接触双方向通信が可能なメタルカードを製造することができる。
また、本発明の実施形態によれば、導電性弾性液体をディスペンシングする際にメタルシートと接触しないように穿孔及びポリ塩化ビニル(PVC:polyvinyl chloride)挿入処理を行うことにより、アンテナコイルとメタルシートとの接触が遮断された状態でCOBを挿入し、アンテナコイルをCOBの接点と自然に接続するように処理することができる。
これにより、メタルカードの生産性を高めることができ、メタルカードを構成する金属材料の層と非接触通信を行うためのアンテナコイルとの間に生じる磁気干渉を効率よく制御することができる。したがって、本発明による製造方法によれば、双方向通信を可能にしながらも、動作性能の向上及び製造が容易なメタルカードを経済的かつ安定的に製造することができる。
本発明の一実施形態による双方向メタルカードの斜視図である。 本発明の他の実施形態による双方向メタルカードの斜視図である。 本発明の一実施形態による双方向メタルカードに挿入されたチップオンボード(COB)及び、その接点とアンテナとの間の接続を説明するための図である。 本発明の一実施形態により製造されたメタルカードの断面図である。 図4の点線部分の拡大図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するためのフローチャートである。
以下の内容は、単に本発明の原理を例示するものである。したがって、当業者は、たとえ本明細書に明確に説明又は図示されていなくとも、本発明の原理を実現し、本発明の概念と範囲に含まれている様々な装置を発明することができる筈である。なお、この明細書に列挙されたあらゆる条件付き用語及び実施形態は、原則的に、本発明の概念を理解させるための目的にのみ明確に意図され、このように特別に列挙された実施形態及び状態に制限的ではないものと理解されるべきである。
例えば、明細書全体において、ある部分が他の部分と「接続」されているということは、「直接的に接続」されている場合だけでなく、その間に他の部材が介在して「間接的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」ということは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含んでいてもよいことを意味する。
また、本発明の原理、観点及び実施形態だけではなく、特定の実施形態を列挙するあらゆる詳細な説明は、このような事項の構造的及び機能的な均等物を含むように意図されるものと理解されるべきである。なお、このような均等物は現在公知の均等物だけではなく、将来開発される均等物、すなわち、構造とは無関係に同じ機能を行うように発明されたあらゆる素子を含むものと理解されるべきである。
上述した目的、特徴及び利点は、添付図面に関する次の詳細な説明から一層明らかになり、これにより、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる筈である。また、本発明を説明するに当たって、本発明に関する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする虞があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態による双方向通信メタルカード100の斜視図である。メタルカード100は、1つ以上のシート又はレイヤ(層)を含んでいてもよい。
一実施形態において、メタルカード100は、メタル層110と、絶縁層130と、1つ以上の接着層120、125と、メタル層110を中心に上部の第1アンテナが超音波で埋め込まれた第1インレイ層140と、下部の第2アンテナが超音波で埋め込まれた第2インレイ層145と、ホログラム層150と、第1印刷層160と、第2印刷層165と、磁気ストリップオーバーレイ層(MS O/L、Magnetic stripe Overlay)170とを含んでいてもよい。本図面では上記の構成要素のみを示しているが、メタルカード100の構成要素は、これらに限定されるものではなく、メタルカードを実現するためのコーティング層、COB等の他の構成要素をさらに含んでいてもよく、付加機能のためのディスプレイ部、生体センサ部等をさらに含んでいてもよい。
また、本発明のメタルカード100は、事前に定義された基準による規格サイズ及び厚さで製造されてもよく、各シートのサイズ及び厚さを、メタルカードの動作及び無線通信の感度などに適した最適な厚さに決定して結合されるように実現されてもよい。
さらに、本発明のメタルカード100を構成するシートは、一枚のカードを作成するためのシートではなく、大量生産のために複数枚のカードを含むサイズの大型シートとして構成されてもよい。
メタル層110は、本発明によるメタルカード特有の材質と重量感を表現するコアシートであり、ステンレス鋼(SUS:steel use stainless)材質で形成されてもよい。メタル層110を構成するメタル素材は、メタルの特性を表現するための、材料及び重量を考慮するだけでなく、加工工程に耐えるための耐久性、摩耗、変性程度などを考慮して選択されてもよい。一実施形態において、SUSからなるメタル層110は、腐食に強く、熱処理が可能な素材であり得る。熱処理とは、金属を特定の温度に加熱して、冷却速度に応じて所定の目的の性質や金属組織を有するように改善する操作工程を指す。メタル層110は、接着力を高めるために、表面の一部又は全部に凹凸を有し得る。また、メタルカード100の製造時に、メタル層110は、強度及び復元力を向上させるために熱処理工程により加工されてもよい。
一実施形態において、本発明のメタル層110は、複数のカードを含む大型のシートとして構成でき、複数のシートを合紙して熱及び圧力を加えることにより1つのシートを作製するラミネート(Laminate)工程を行った後、切削加工により複数のカードを生産し得る。このような複数のカードを含むメタルシートの切削加工作業には、メタル素材の特性に応じて、特殊な加工材、冷却剤、切削工具を用いてもよい。
加工層115は、プラスチックPVC製のシート片であり、メタル層110の加工層挿入空間に配置されてもよい。加工層115は、メタルカード100の特性上、第1インレイ層140及び第2インレイ層145のアンテナをメタル層110と離間した状態でCOBと接続させるための装置として用いられてもよい。
本発明の一実施形態によれば、このようなプラスチック素材の加工層115は、メタル層110の一部を穿孔して挿入される形で配置され得、加工層115に対して、本発明の一実施形態による導電性弾性液体挿入方法の接点の接続を処理することにより、メタル層110とアンテナとの直接接触を避けつつ、COBの接点と、第1インレイ層140及び第2インレイ層145に超音波で埋め込まれた第1アンテナと第2アンテナを同時に効率よく接続することができる。
従来のメタルカードは、アンテナがメタル層110と接触することを避けるために、アンテナをプラスチック層に配置し、メタル層のCOBと間接的に通信する方式を採用している。また、他の従来のメタルカードは、メタル層の一部を切断してアンテナ線を配置し、動作するように実現したりもした。しかし、このような従来のメタルカードの実現方式は、アンテナの感度を低下させ、メタルカードの美観を害するという限界がある。
また、加工層を前面部のみに配置し、内部から引き出したアンテナ線とCOBの接点とをスポット溶接(Spot Welding)で接続する実現方式も提案されているが、双方向通信用のデュアル(二重)アンテナインレイ積層構造では容易ではない。
したがって、本発明では、このような問題を克服するために、プラスチックの加工層115をメタル層110の加工層挿入空間に配置することで、プラスチック加工層115によりメタル層と離間された状態で、上部第1インレイ層140の第1アンテナと下部第2インレイ層145の第2アンテナとが、貫通穴を介して接続されてCOBの接点部にそれぞれ直接接触できるように、導電性弾性液体をディスペンシング(dispensing)する方式の接点接続を実現した。
このように、上部アンテナと下部アンテナとをCOBに直接接続する場合、双方向の非接触無線通信が可能になり、カード内のアンテナとチップ(COB)間の無線接続方式により、アンテナの感度を向上させながらも、カード全面をメタル素材で具現してメタルカードの高級な美感を保持し、双方向デジタル入力(DI)無線通信機能を向上させることができるメタルカードを完成することができる。
また、双方向無線通信のための余分な空間を別途設ける必要がなく、COBを装着して最小限の厚さを維持できるので、カードの耐久性と安定性を更に向上させる効果がある。
絶縁層130、135は、インレイ層140、145のそれぞれのアンテナが動作するように、メタル層110との干渉を遮断する役割を果たす。NFCアンテナは、作動するためには反対側のアンテナリーダーと通信する必要があり、この場合、アンテナコイルに磁場が発生し、アンテナがメタルカードの上下両側に取り付けられるので、多くの場合、金属材料に近接している。この場合、メタルシートのメタル素材がアンテナコイルの自己共振周波数(SRF:selfresonant frequency)を変化させるので、損失を悪化させ、アンテナコイルのインダクタンスを低下させ、最終的に通信障害を引き起こす。この現象は、磁場により金属に生じる渦流(渦電流)が原因で起こり、この渦流を除去するために、金属とアンテナとの間に高透磁率と高抵抗の材料を配置し、磁力線をそれぞれ双方向に調整する必要がある。絶縁層130、135は、この目的のために使用されるものであり、フェライト(Ferrite)シートとも呼ばれる。フェライトは、鉄を粉末化した後、外面を酸化して絶縁し、圧力をかけて形状を整えた後に用いてもよい。
このような絶縁層130、135は、接着層120、125を用いてメタル層110の上部及び下部に接着されてもよい。本発明の一実施形態において、接着層120、125は、ホットメルト(Hot melt)シートであってもよい。本図では、接着層120、125は1枚のカードに対して示されているが、製造時には、複数枚のカードを含む大面積の接着シートとして実現されてもよい。ホットメルトは加熱により溶融されるものであり、熱可塑性樹脂等の素材は、加熱溶融後に冷却すると固化する特性を有するので、フィルム上のホットメルト接着剤として用いてもよい。一実施形態において、ホットメルトの接着層120、125は、金属素材のメタル層110と絶縁層130、135との間の接着力を考慮した接着シートであり、プラスチックシート用の接着剤とは異なり、メタル素材に適した材料を用いてホットメルトシートを実現してもよい。
また、一実施形態において、メタルカード100の絶縁層130、135の少なくとも1つを、1つ以上の断片(ピース)に断片化された形で用いてもよい。例えば、絶縁層130を破砕して不均一な断片で形成するようにしても良いし、複数の均一な断片で形成しても良い。このようにして絶縁層130、135の少なくとも1つを粉砕して使用する場合、ホットメルトに絶縁層を貼り付ける際にホットメルト材料が溶融してピース間の隙間に流れ込むので、接着シートに対する接着力が向上する利点がある。
また、一実施形態において、メタルカード100の絶縁層130、135の少なくとも1つは、粉末状のフェライトをさらに含み得る。フェライトは、磁性の強い絶縁体であり、粉末状に実現すると接着力が増大し、積層により付加絶縁層を形成することで、メタル層110と他のシートとの間の絶縁機能をさらに向上させることができる。一実施形態として、フェライトを粉末状に実現した実施形態を説明したが、これに限定されるものではなく、フェライトをネット状又は非晶質の粉末状に製造することができる。フェライトは、磁性の強い絶縁材料であるので、フェライトを追加することで、メタルシートの上下両方向の絶縁特性を高め、メタルカード内での正常な双方向アンテナ動作を保証することができる。
第1インレイ層140及び第2インレイ層145は、無線周波数(RF)アンテナコイルを含むシートであり、第1インレイ層140及び第2インレイ層145に含まれる第1アンテナコイル及び第2アンテナコイルは、それぞれRF通信(例えば、NFC)感度試験を通じて最適化された感度を示すようにコイルの巻数(Turn)数が決定される。また、本発明のアンテナコイルは、加工層115を介してメタル層110に取り付けられたチップオンボード(COB:Chip-On-Board)に直接接続されるように実現されてもよい。
第1印刷層160及び第2印刷層165は、それぞれカードの情報を印刷して表示したり、カードの情報や図柄、文様等のイメージを印刷して表示したりするためのシートであり、カードの前面及び背面に取り付けられてもよい。
また、ホログラム層150は、ホログラム箔(Hologram foil)を転写によりホットスタンプするか、ホログラムパターンが形成された多数の成形体(molding)を合紙するか、ホログラムパターンが形成された成形体を蒸着して作製してもよいし、ホログラムパターンがUV樹脂コーティングにより微細加工されたコーティング層を含み、メタルカードに形成されたホログラムパターンが印刷されてもよい。
さらに、前記ホログラム層150は、非導電性のホログラムシートであってもよく、この場合、NCVM(Non-Conductive Vacuum Metallizing)工法により、表面に金属光沢を与え、同時に電気的非導電性膜をコーティングするように処理されてもよい。
より具体的には、NCVM方式でホログラム層150上にコーティングされた非導電性膜は、金属原子が一定の間隔で表面に配置されるため、原子間の金属質感を呈し得るが、電気的導電性を有しない性質を有し得る。
このようなNCVMプロセスは、金属的外観を有しながら電波を減衰させないようにコーティング対象を処理し得るので、携帯電話ケース、携帯電話外装材、自動車部品、電子製品、その他の家電製品等に適用し、また、本発明の実施形態によるホログラム層150にもこのようなNCVM工法を適用することにより、メタルカード100の金属質感をさらに最大化することができる。
NCVM工法としては、ホログラム層150を電気的非導電性膜でコーティングするための様々な方法を用いることができ、例えば、蒸発(EVAPORATION)方式又はスパッタリング(SPUTTERING)方式等の蒸着方式が挙げられる。また、この工法で用いられるホログラム層150の素材は、インジウム(In)、スズ(Sn)又はケイ素(Si)のうちの少なくとも1種を含み、コスト面及び環境面から、スズ(Sn)を主に用いることが好ましい。
一方、磁気ストリップオーバーレイ層170は、磁気ストリップを含むシートであってもよい。
上述した構成要素は、メタル層110の1次加工(例えば、加工層挿入空間を形成するためのCNC加工)により加工層115を挿入した後、全てのシート160、150、140、130、120、110、125、135、145、150、160、165、170を積層するように合紙した後、ラミネートにより1つのカードボディを形成するように加工されてもよい。
図2は、本発明の他の実施形態によるメタルカードの斜視図である。この実施形態によるメタルカード100は、1つ以上のシート又はレイヤ(層)を含んでいてもよい。また、図1で説明したように、メタルカード100は、メタル層110と、絶縁層130と、1つ以上の接着層120、125と、メタル層110を中心に上部の第1アンテナが超音波で埋め込まれた第1インレイ層140と、下部の第2アンテナが超音波で埋め込まれた第2インレイ層145と、ホログラム層150と、第1印刷層160と、第2印刷層165と、磁気ストリップオーバーレイ層(MS O/L、Magnetic stripe Overlay)170とを含んでいてもよい。メタルカード100の構成要素は、これらに限定されるものではなく、メタルカードを実現するためのディスプレイ部、生体センサ等の構成要素をさらに含んでいてもよい。
ここで、本発明の一実施形態によるメタルカード100の第1印刷層160は、印刷方向として、上面方向ではなく背面方向(方向A)に処理されてもよい。この場合、印刷面が圧着されるので、第1印刷層160の厚さをさらに薄くすることができる。例えば、上面印刷の場合は0.14mmの厚さを占めるが、本発明の一実施形態に基づいて背面方向に印刷する場合は、印刷層を0.10mmの厚さに圧縮させることができる。
また、下側の第2インレイ層145の場合は、第2印刷層165と統合されたインレイ統合印刷層147として形成してもよい。そのため、インレイ統合印刷層147は、上面に第2アンテナを超音波で埋め込み、次に下面に第2印刷層165の印刷情報を印刷する方式の両面層として形成してもよく、これにより、約0.23mmの2層積層の厚さを0.15mmに薄くすることで、両面型(双方向)通信可能なメタルカードを実現する際に生じる厚さの増加を最小限に抑えることができる。
図3は、本発明の一実施形態による双方向メタルカードに挿入されるCOB及び、その接点とアンテナとの間の接続を説明するための図である。
図3(A)に示すように、COB300は、COBパッド305上に設けられるCOBチップ320と、COB接点310とを備えてもよいし、図3(B)に示すように、第1インレイ層140及び第2インレイ層145は、一端が導電性弾性液体により前記接点310に接続されるように、巻き取り(コイルリング)又はエッチングにより形成された第1アンテナ及び第2アンテナを備えてもよい。
さらに、図4は、本発明の一実施形態により製造されたメタルカードの断面図であり、図5は、図4の点線部分の拡大図である。
図4及び図5を参照すると、本発明の一実施形態によるメタルカード100は、1次的に積層されてラミネートされたメタルカード100に対して、第1インレイ層140の第1アンテナ141と第2インレイ層145の第2アンテナ142とを上下(鉛直)方向に電気的に接続するように形成された導電層240を貫通形成することにより、COB接点310と、第1アンテナ141及び第2アンテナ142とが相互に電気的に接続されるように構成されてもよい。
このため、本発明の実施形態によれば、メタルカード100にCOBパッド305及びCOBチップ320を収容し、これにより、メタルカード100に対して、COB接点310を導電層240に接続固定するためのCNC工程及び導電性弾性液体のディスペンシング工程を行うことができる。これについて、図6から図12を参照してより具体的に説明する。
まず、図6は、全てのシート160、150、140、130、120、110、125、135、145、150、160、165、170を積層して合紙した後、ラミネートにより1つのカードボディを形成するために1次加工したメタルカード100ボディのうち、図5の点線部分の断面図を示す。
カードボディは、熱と圧力による積層工程を経て1つのプレートとして実現でき、図6に示すように表示できる。このような状態で、順次CNC加工を進め、メタルシートに、COBパッド収容部と、COBチップ収容部と、COB接点接続用の貫通穴とを形成する2次加工を行ってもよい。
まず、図7を参照すると、COBパッド305領域に対応するCOBパッド収容部205に対応して、上部第1インレイ層140が露出するまで深さD1分だけをカットしてもよい。このような1次ミリング加工により、COBパッドの幅に対応する幅及び深さD1を有する凹状のCOBパッド収容部205を形成することができる。
たとえば、上部第1印刷層160を0.10mm、ホログラム層150を0.06mm、第1インレイ層140を0.12mm、上部絶縁層130を0.06mm、メタル層110を0.20mm、下部絶縁層135を0.06mm、第2インレイ層165を0.15mm、磁気ストリップオーバーレイ層170を0.04mmで順次積層した状態で、好ましくは、前記深さD1を0.22mmに設定できる。
その後、図8を参照すると、COB背面に突出するCOBチップ320に対応するCOBチップ収容部220に対応して、メタル層110の深さに対応する深さD2分だけをカットしてもよい。これは、COB背面に突出するCOBチップ領域320を収容するための空間を確保し、カード前面部を平滑化するためであり、COB背面の突出部が挿入されるように、第1インレイ層140、第1絶縁層130及びメタル層110の少なくとも一部が所定の幅分だけミリングされてもよい。このようなCOBチップ収容部220のミリング幅はCOBパッド領域305よりも小さくてもよく、第1アンテナ141領域よりも内部領域で2次ミリングを行ってもよい。
これにより、COBチップ突出部の幅に対応する幅及び深さD2を有する凹状のCOBチップ収容部220を形成することができる。
たとえば、上部第1印刷層160を0.10mm、ホログラム層150を0.06mm、第1インレイ層140を0.12mm、上部絶縁層130を0.06mm、メタル層110を0.20mm、下部絶縁層135を0.06mm、第2インレイ層165を0.15mm、磁気ストリップオーバーレイ層170を0.04mmで順次積層し、深さD1が0.22mmである状態で、好ましくは、前記深さD2を0.31mmに設定できる。
一方、図9を参照すると、第1アンテナ141の一部が露出するまで調整された更なる3次ミリングにより、深さD3分だけをさらにカットしてもよい。露出した第1アンテナ141は、その後のステップで挿入されるCOB接点310と導電性弾性液体により電気的に接続できる。したがって、接点310と隣接する位置に露出するのが好ましい。
これにより、COB接点310と当接する面積の幅に対応する幅と、接点付着に対応する深さD3とを有する平坦な接点付着領域を形成することができる。
たとえば、上部第1印刷層160を0.10mm、ホログラム層150を0.06mm、第1インレイ層140を0.12mm、上部絶縁層130を0.06mm、メタル層110を0.20mm、下部絶縁層135を0.06mm、第2インレイ層165を0.15mm、磁気ストリップオーバーレイ層170を0.04mmで順次積層し、深さD1が0.22mmであり、深さD2が0.31mmである状態で、好ましくは、前記深さD3を0.02mmに設定できる。
その後、図10を参照すると、COB接点領域に対応する所定の位置で、第2アンテナ142が露出するまで深さD4の貫通穴230を加工する4次ミリングを行ってもよい。これにより、第1インレイ層140の第1アンテナ141と第2インレイ層145の第2アンテナ142とが、貫通穴230を介して共に露出した状態となり得る。
これにより、接点付着領域の幅に対応する幅と、第2インレイ層145の第2アンテナ142の露出深さに対応する深さとを有する貫通穴230を形成することができる。
たとえば、上部第1印刷層160を0.10mm、ホログラム層150を0.06mm、第1インレイ層140を0.12mm、上部絶縁層130を0.06mm、メタル層110を0.20mm、下部絶縁層135を0.06mm、第2インレイ層165を0.15mm、磁気ストリップオーバーレイ層170を0.04mmで順次積層し、深さD1が0.22mmであり、深さD2が0.31mmであり、前記深さD3が0.02mmである状態で、好ましくは、前記深さD4を0.04mmに設定できる。
このような加工が完了すると、図11に示すように、COB接点310を挿入する際の接着固定及び電気伝導用の導電性弾性液体を、貫通穴230及びその上部にディスペンシングしてもよい。導電性弾性液体は、COB接点310との接続を容易にするために、貫通穴230上に所定の高さのドーム形状が維持されるまでディスペンシングされてもよい。
ここで、導電性弾性液体は、金属粉末が混合された導電性硬化剤であるか、又はフレキシブル電子材料用の弾性重合体であり得、例えば、導電性フィラーを含むシリコーン、ウレタン、フルオロエラストマー、スチレンブタジエン、ネオプレン、アクリロニトリル共重合体、及びアクリレートゴムのうち少なくとも1種を含む可塑剤であってもよい。
このような導電性弾性液体の場合、導電性シリコーンゴム等のように所定の温度又は経時で硬化する性質を有し得、貫通穴230を介して塗布されることで第1アンテナ141と第2アンテナ142を電気的に接続し、その後、実装されるCOB300を固定し、且つ、COBの電気的接続通路を形成し得る。
これにより、図12に示すように、COB300を装着する工程を行ってもよく、COBパッド305とCOBチップ320の突出部とが適切に実装されるに伴い、導電性弾性液体のドーム部が第1アンテナ141と接点310との間で広がりながら適切に塗布されて、接点310と第1アンテナ141の電気的接続を強固にできる。
その後、導電性弾性液体が硬化することで形成される導電層240により、別途の接着剤がなくても、下端の第2アンテナ142及び第1アンテナ141とCOB接点310との接続を固定することができる。この場合、COB300の背面及びミリングされた領域に接着剤を塗布してCOB300を固定する処理を行ってもよい。
COBを取り付けた後、双方向アンテナに対応する共振周波数のチューニングをさらに行うことができる。共振周波数は、14.5~16mhzに設定することが好ましい。
このように、厚さを最小限に抑えつつ、双方向アンテナのCOB接点310の接続を容易に処理できるので、非常にエレガントで双方向通信が可能なメタルカード100を製造することができる。
さらに、本発明の一実施形態によれば、第1アンテナ141と第2アンテナ142とを相互に共通に接続することで、同じ通信プロトコルによる双方向通信を可能にし、さらに、それぞれのアンテナにデュアル(二重)アンテナを用いることで、カードリーダが受ける電力量を増加させ、RF安定性を高める等のより多様な機能を提供し得るので、ユーザの利便性を向上させる効果もあり得る。
また、一実施形態において、COB挿入(Inserting)工程は、カード前面部の印刷及びコーティング工程が完了した後に行ってもよい。本図では四角形のCOB300の場合を示すが、これに限定されず、COBの背面側の突出部の形状に対応し、アンテナの接続に必要な空間以外の余白の空間を最小限に抑えるように、各収容部及び貫通孔を、ミリング工程を経て製造することができる。
本図では、それぞれのシートを説明するために実際の層よりも厚く示したが、実際のシートは非常に薄く形成されている可能性がある。また、本発明では、ミリング工程によりCOB挿入領域を生成する実施形態について説明したが、これに限定されるものではなく、COB300を取り付ける位置以外の部分に耐酸性防食剤を塗布し、メタル層110を希釈酸に浸漬してエッチング工法により腐食させてCOBパッドサイズの穴を穿孔し、その穴にCOB300を取り付ける方法を用いてもよい。具体的には、SUS材質のメタル層110上に耐酸性防食剤を塗布し、この場合、COBパッドを挿入する位置以外の部分に耐酸性防食剤を塗布してもよい。ここで、耐酸性防食剤は、ミツロウ(蜜蝋)、ビチューメン(瀝青)、ロジンなどを混合した「エッチンググラウンド」を用いてもよい。耐酸性防食剤を塗布したメタル層110を、希釈酸を含むタンクに浸漬し、エッチング工法により腐食させることにより、COBサイズの挿入空間を形成するように穿孔してもよい。このとき、生成された空間が腐食する過程で、微細な凹凸が生じるので、COBパッドを空間に取り付ける際に、非常に強固な取り付けを行うことができる。このようなエッチング工法は、COBパッド挿入空間又は貫通穴を形成する際にも適用され得る。
図13は、本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図13は、本発明の一実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するためのフローチャートである。同図を参照して説明する実施形態では、メタルカードの製造方法のうち、導電性弾性液体のディスペンシング(dispensing)に基づいてアンテナを双方向に接続する処理過程を中心に説明する。上述したように、本実施形態では、個々のカードの積層構造を中心に説明したが、製造工程では、メタルシート、接着シート、絶縁シート、インレイシート等を大面積シートの形で実現してラミネートしてもよい。
まず、メタルシートを中心とするメタル層110を形成し、メタル層110の上下に、第1アンテナを超音波で埋め込まれて形成された上部インレイシートと、第2アンテナを超音波で埋め込まれて形成された下部インレイシートとを積層してラミネートする(S101)。
メタル層110は、ステンレス鋼(SUS)の特性に応じて熱処理過程を経る。メタル層110を熱処理する場合、復元力(tension)が向上し強度が高くなるので、カード加工に効果的である。メタル層110にSUSを用いた場合、原材料自体の表面に若干の凹凸があるので、接着性に優れている。一方、アルミニウム等の材料を用いる場合には、接着力を向上させるために、アルミニウム板を酸化アルミニウムで研磨し又はサンドブラスト(sand blast)工法で粗加工して酸化処理層を形成する方法を用いてもよい。
一実施形態として、メタル層110に色を塗布する工程を行ってもよい。例えば、メタル層110の原材料の色(シルバー色)をそのまま使用する場合には、色処理工程を省略してもよい。しかし、メタル層110に色を付ける場合には、磁場を用いて粒子を付着させる蒸着技法を用いてもよい。すなわち、メタルシートの表面に、薄膜型の蒸着層を形成するように、色を表現する粒子を処理することにより、メタルシート上に色を付けることができる。
また、メタル層110を他のシートと合紙し、熱及び圧力を加えてラミネート工程を行ってもよい。ラミネート工程の後、メタル層110、絶縁層130、1つ以上の接着層120、125、第1インレイ層140、第2インレイ層145、ホログラム層150、第1印刷層160、第2印刷層165、及び磁気ストリップオーバーレイ層(MS O/L、Magnetic stripe Overlay)170の全てを組み合わせて、1つのカードボディの形で実現されてもよい。
本発明によるラミネート工程は、プラスチックに比べ低温低圧で行われ、処理時間を、プラスチック素材のカードの処理時間よりも短くしてもよい。一実施形態において、ラミネート工程の時間、温度、圧力等の熱処理条件は、接着性、メタルシートの厚さ、加工層の変形程度等を考慮して決定してもよい。例えば、メタルシートが厚い場合には、ラミネート温度を更に高めてもよい。また、PVC製の加工層が存在する場合、PVC製の加工層が、メタルシートに比べて縮んだり緩んだりする可能性が高いので、ラミネート工程時のPVC変形(収縮又は弛緩)程度を考慮してラミネート時間及び温度を決定してもよい。
その後、ラミネートされたシートは、1次ミリング(milling)工程により、COBパッド305領域に対応する上部インレイシートのCOBパッド収容部205が露出するように、深さD1分だけをカットしてもよい(S103)。
その後、2次ミリング工程により、COB背面に突出するCOBチップ320に対応するCOBチップ収容部220に対応して、メタル層110の深さに対応する深さD2分だけをミリングしてもよい(S105)。
これは、COB背面に突出するCOBチップ領域320を収容するための空間を確保し、カード前面部を平滑化するためであり、COB背面の突出部が挿入されるように、第1インレイ層140、第1絶縁層130及びメタル層110の少なくとも一部が所定の幅分だけミリングされてもよい。このようなCOBチップ収容部220のミリング幅はCOBパッド領域305よりも小さくてもよく、第1アンテナ141領域よりも内部領域で2次ミリングを行ってもよい。
さらに、3次ミリング工程を行い、第1アンテナ141の一部が露出するまで調整された更なる3次ミリングにより、深さD3分だけをさらにカットしてもよい(S107)。
露出した第1アンテナ141は、その後のステップで挿入されるCOB接点310と導電性弾性液体により電気的に接続できる。したがって、接点310と隣接する位置に露出するのが好ましい。
その後、COB接点310領域に対応する所定の位置で、第2アンテナ142が露出するまで深さD4の貫通穴230を加工する4次ミリングを行ってもよい(S109)。
これにより、第1インレイ層140の第1アンテナ141と第2インレイ層145の第2アンテナ142とが、貫通穴を介して共に外部に露出した状態となり得る。
このような加工が完了すると、COB接点310を挿入する際の接着固定及び電気伝導用の導電性弾性液体を、貫通穴230及びその上部にディスペンシングしてもよい(S111)。
導電性弾性液体は、COB接点310との接続を容易にするために、貫通穴230上に所定の高さのドーム形状が維持されるまでディスペンシングされてもよい。
ここで、導電性弾性液体は、金属粉末が混合された導電性硬化剤であるか、又はフレキシブル電子材料用の弾性重合体であり得、例えば、導電性フィラーを含むシリコーン、ウレタン、フルオロエラストマー、スチレンブタジエン、ネオプレン、アクリロニトリル共重合体、及びアクリレートゴムのうち少なくとも1種を含む可塑剤であってもよい。
このような導電性弾性液体の場合、導電性シリコーンゴム等のように所定の温度又は経時で硬化する性質を有し得、貫通穴230を介して塗布されることで第1アンテナ141と第2アンテナ142を電気的に接続し、その後、実装されるCOB300を固定し、且つ、COBの電気的接続通路を形成し得る。
ここで、COBは、スマートカード用の半導体が付着して情報伝達及び近距離無線通信パッケージとして組み立てられたものであってもよい。
これにより、COB300を装着する工程を行ってもよく(S113)、COBパッド305とCOBチップ320の突出部とが適切に実装されるに伴い、導電性弾性液体のドーム部が第1アンテナ141と接点310との間で広がりながら適切に塗布されて、接点310と第1アンテナ141の電気的接続を強固にできる。
その後、導電性弾性液体が硬化することで形成される導電層240により、別途の接着剤がなくても、下端の第2アンテナ142及び第1アンテナ141とCOB接点310との接続を固定することができる。この場合、COB300の背面及びミリングされた領域に接着剤を塗布してCOB300を固定する処理を行ってもよい。
一方、本発明の実施形態によるメタルカード100には図示されていないが、ボディにプライマー、3D印刷及びコーティング工程を追加してもよく、カードの隅(corner)を整えるC-Cut工程、カードの背面部にサインパネル(Sign Penal)とホログラム等を取り付けるスタンピング(Stamping)工程を追加してもよい。
さらに、本発明のメタルカード100を構成するシートは、量産のために、1枚のカードを作るシートではなく、複数枚のカードを含む大きなシートとして構成してもよく、ラミネート(Laminate)工程後に、切削加工を経て複数枚のカードを生産してもよい。このようなメタル層110の切削加工作業には、メタル素材の特性に応じて、特殊な加工材、冷却剤、切削工具を用いてもよい。
図14は、本発明の他の実施形態によるメタルカードの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図14を参照すると、メタル層110に穿孔領域を形成することにより、加工層115挿入空間を形成してもよい(S201)。加工層挿入空間は、PVC素材の加工層105を挿入するための空間であり、PVC挿入空間とも呼ばれる。
一実施形態において、メタルシートを穿孔して加工層挿入空間を形成でき、挿入空間を形成し終わると、加工層115のPVCを挿入空間に挿入してもよい。
その後、PVCが挿入された積層シートに対して、前述した図13における貫通穴加工処理、および導電性弾性液体を用いたCOB接点接続処理を行うことにより(S205)、処理層115において加工された貫通穴とメタル層110との接続により生じるショート(短絡)や電気的干渉を事前に防止することができる。
例えば、メタル層110を穿孔して加工層115を挿入でき、この場合、加工層挿入空間を設けるための穿孔を、コンピュータ数値制御(CNC:Computerized Numerical Control)加工工程により行ってもよい。このとき、別の接着剤等を用いて加工層115を固定してもよい。その後、2次CNC加工に伴う1次から4次ミリング工程を、ラミネート済の全ボディに施してもよいので、アンテナコイル自体は加工層115及び導電層240にのみ露出し、メタル層110とは直接接触しない。このような加工工程によれば、加工中にアンテナコイルがメタル材料と接触しないように実施され得る。
以上、本発明の好適な実施形態について図示及び説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に何ら限定されるものではなく、請求範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により様々な変形実施が可能なのはいうまでもなく、このような変形実施は、本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
100 メタルカード
110 メタル層
120、125 接着層
130、135 絶縁層
140 第1インレイ層
145 第2インレイ層
147 インレイ統合印刷層
150 ホログラム層
160 第1印刷層
165 第2印刷層
170 磁気ストリップオーバーレイ層
205 COBパッド収容部
220 COBチップ収容部
230 貫通穴
240 導電層
300 COB
305 COBパッド
310 COB接点
320 COBチップ

Claims (9)

  1. メタルカードの製造方法であって、
    メタルシートを中心として、前記メタルシートと同じサイズの接着シートと、第1アンテナが形成された上部インレイシートと、第2アンテナが形成された下部インレイシートとを含む複数枚のシートを積層した積層シートをラミネートしてメタルカードを形成するステップと;
    前記メタルカードに、コンピュータ数値制御(CNC:Computerized Numerical Control)加工工程により、一定の領域をミリングしてチップオンボード(COB)を収容できるCOB収容空間を形成するステップと;
    前記COB収容空間のCOB接点領域を前記下部インレイシートまでミリングすることにより、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナを露出させる貫通穴を形成するステップと;
    前記貫通穴内に導電性弾性液体をディスペンシングして前記第1アンテナと前記第2アンテナを電気的に接続するステップと;
    前記導電性弾性液体により前記COB接点が接続されるように、前記COBを前記COB収容空間に取り付けて、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナを前記COBと双方向に接続するステップと;
    を含むことを特徴とする、メタルカードの製造方法。
  2. 前記COB収容空間を形成するステップは、
    COBを挿入するために、COBパッド領域に対応する前記上部インレイシート領域が露出するように深さD1分だけ1次ミリングするステップと;
    COBチップ収容部を形成するために、COBチップ領域に対応する領域を深さD2分だけ2次ミリングするステップと;
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載のメタルカードの製造方法。
  3. 前記貫通穴を形成するステップは、
    COB接点の接続のために、COB接点領域に対応する第1アンテナの一部が露出するまで調整された3次ミリングにより、深さD3分だけカットするステップを含むことを特徴とする、請求項2に記載のメタルカードの製造方法。
  4. 前記貫通穴を形成するステップは、
    前記3次ミリングされた領域に対して、前記下部インレイシートの前記第2アンテナが露出するまで4次ミリングを行うことで前記貫通穴を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項3に記載のメタルカードの製造方法。
  5. 前記メタルシートには、穿孔によりポリ塩化ビニル(PVC:polyvinyl chloride)素材の加工層挿入空間が形成され、前記メタルカードは、前記加工層が挿入された状態でラミネートされることを特徴とする、請求項1に記載のメタルカードの製造方法。
  6. 前記貫通穴は、前記加工層を貫通して前記COB接点を接続することにより、前記メタルシートとの電気的干渉を事前に防止することを特徴とする、請求項5に記載のメタルカードの製造方法。
  7. 前記導電性弾性液体は、COBの接点を挿入する際に接着固定及び電気伝導のために前記貫通穴及びその上部にディスペンシングされ、前記COB接点との接続を容易にするために前記貫通穴上に所定高さのドーム形状が維持されるまでディスペンシングされることを特徴とする、請求項1に記載のメタルカードの製造方法。
  8. 前記導電性弾性液体は、前記貫通穴を介して塗布されることで、前記第1アンテナと第2アンテナを電気的に接続し、実装されるCOBを固定し、前記COBの電気的接続通路を形成し、
    金属粉末が混合された導電性硬化剤、導電性フィラーを含むシリコーン、ウレタン、フルオロエラストマー、スチレンブタジエン、ネオプレン、アクリロニトリル共重合体、及びアクリレートゴムのうち少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1に記載のメタルカードの製造方法。
  9. 前記メタルシートは、強度及び復元力を向上させるために熱処理したステンレス鋼(SUS:steel use stainless)材質であることを特徴とする、請求項1に記載のメタルカードの製造方法。
JP2021538776A 2019-03-28 2020-02-05 双方向通信が可能なメタルカード及びメタルカードの製造方法 Active JP7219343B2 (ja)

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