JP7846500B2 - アンテナコアシートおよびｉｃカード - Google Patents

Description

本発明は、デュアルＩＣカードや非接触ＩＣカードで使用される巻線アンテナを使用したアンテナコアシートに関する。更に詳しくは、巻線アンテナとコアシート側の電極との接続信頼性を向上させたアンテナコアシートに関する。

デュアルＩＣカードや非接触ＩＣカードなどの巻線アンテナを備えたＩＣカードにおいては、巻線アンテナを樹脂シートに埋め込んだタイプのアンテナコアシートが主流となっている。

デュアルＩＣカードや非接触ＩＣカードは、図２や図６に例示したような積層体から構成されており、その積層体の中心部には、アンテナコアシート１、１－１が使用されている。

図１（ｅ）および図２に示したように、アンテナコアシート１には、シートを貫通して設けられた銅パッド７が設置されている。アンテナコアシート１の一方の面には、巻線８が備えられ、巻線アンテナを構成すると同時に、巻線アンテナの両端子部の巻線８が銅パッド７と接続されている。この銅パッド７の表面には、接続信頼性を確保する目的で錫などのめっき層が形成されることがあった。
同様に、図５（ｅ）および図６に示したように、アンテナコアシート１－１においても、非接触ＩＣモジュール９－２のパッド電極１９－２の表面に接続信頼性を確保する目的で錫などのめっき層が形成されることがあった。

しかしながら、銅パッドやＩＣモジュールのパッド電極などの表面にめっき層を形成するためには、めっき工程が必要となるため、そのための設備が不可欠となる。また製造工程が長くなり、必要な材料も増えるため、コストアップを避けることができなかった。そのため、めっき処理を施す必要がない技術が待望されていた。

巻線を接続する銅パッドなどのパッド電極の表面にめっき層などの表面処理をせずに、巻線とパッド電極との接続信頼性を確保することに関連する先行技術としては、例えば、特許文献１に、エナメル線端末の迎え半田付けを省略できるにも拘らず、半田付け接続作業が迅速且つ容易にでき、しかも接続信頼性が高く、それによりアンテナコイルの品質と生産性とを顕著に向上することができるエナメル線を提供することを課題とした技術が開示されている。具体的には、エナメル線の銅線の表面に半田めっき層が設けてあり、その半田めっき層の上にエナメル層が設けられて成るエナメル線が開示されている。

しかしながら、この技術はアンテナコイルである巻線（エナメル線）の銅線に半田めっき層が設けてあることで、エナメル線端末の迎え半田付けを省略できるようにした技術であり、アンテナコアシートの銅パッドの表面にめっき層などの表面処理をせずに、巻線と銅パッドとの接続信頼性を確保する技術とは異なる。

特開２０００－１３３０５３号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、アンテナコアシートの銅パッドの表面にめっき層などの表面処理をせずに、巻線アンテナの巻線と銅パッドとの接続信頼性を確保可能とするアンテナコアシートを提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、コイル状の巻線からなる巻線アンテナを用いた無線通信機能を有するＩＣカードに使用するアンテナコアシートであって、
絶縁性材料からなるシートと、
そのシートの貫通孔に備えられ、表裏を導通する少なくとも一対の銅パッドと、
それらの銅パッドに電気的に接続され、銅パッド以外の部分では巻線の太さ方向の少なくとも一部が前記シートにめりこんで備えられた巻線アンテナと、を備えており、
前記銅パッドの組成は、錫が５．５～９．０ｗｔ％含まれる燐青銅であることを特徴とするアンテナコアシートである。

本発明は、無酸素銅などの９９．９ｗｔ％以上の銅からなる銅パッドの表面に錫めっき層などの表面処理層を形成する代わりに、銅パッドの材質を少なくとも錫を含む銅合金とすることで、錫めっき層を形成した場合と同等の接続信頼性を確保できることを見出したことに基づいている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナコアシートを使用していることを特徴とするＩＣカードである。

本発明のアンテナコアシートにおいては、アンテナコアシートに備えられている銅パッドが、錫が１．０～１１．０ｗｔ％含まれる燐青銅からなる。そのため、銅パッドの表面に錫メッキなどの表面処理がなされていないにも拘わらず、ボンディング強度は、圧延銅の表面に錫めっきを行った銅パッドと同等の強度が得られる。具体的には、錫めっきを行った銅パッドと同等の接合強度が得られ、且つ、接合部の破壊状態は、界面剥離を起こさずに巻線の破断となるアンテナコアシートを得ることができる。

また、本発明のＩＣカードは、本発明のアンテナコアシートを使用して作製される。そのため、銅パッドの表面に錫メッキなどの表面処理がなされていないにも拘わらず、巻線アンテナの巻線と、銅パッドと、の接続信頼性を確保することが可能である。

デュアルＩＣカードのアンテナコアシートの製造工程を例示した断面説明図。 デュアルＩＣカード用積層体の積層構造を例示した断面説明図。 デュアルＩＣカードの積層構造を例示した断面説明図。 デュアルＩＣカードの積層構造を例示した断面説明図。 非接触ＩＣカードのアンテナコアシートの製造工程を例示した断面説明図。 非接触ＩＣカードの積層構造を例示した断面説明図。 銅パッド上に接続した巻線の剥離強度を測定する引っ張り試験方法を説明する説明図。

本発明のＩＣカードは、本発明のアンテナコアシートを用いて作製される。
＜アンテナコアシート＞
まず、本発明のアンテナコアシートについて説明する。
本発明のアンテナコアシート１は、従来のアンテナコアシートと形態的には同等であり、コイル状の巻線からなる巻線アンテナを用いた無線通信機能有するＩＣカードに使用するアンテナコアシートである（図１（ｅ）参照）。

本発明のアンテナコアシート１は、絶縁性材料からなる樹脂シート１３と、そのシート１３の貫通孔（穴１４）に備えられ、表裏を導通する少なくとも一対の銅パッド７と、それらの銅パッド７に電気的に接続され、銅パッド７以外の部分では巻線８の太さ方向の少なくとも一部が前記樹脂シート１３にめりこんで備えられた巻線８からなる巻線アンテナ（図示省略）と、を備えている（図１参照）。

本発明のアンテナコアシート１における特徴は、銅パッド７の組成と、その熱伝導率にある。すなわち、銅パッド７は、錫が１．０～１１．０ｗｔ％含まれる銅合金であり、その銅合金の熱伝導率は２５～１１５（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。熱伝導率が１１５（Ｗ／ｍ・Ｋ）を超えると巻線と銅パッド部の圧着に必要な熱量が逃げやすくなってしまうためである。

銅パッドが、錫が１．０～９．０ｗｔ％含まれる銅合金からなることによって、銅パッドの表面に錫が存在し、且つ、無酸素銅の１／２あるいはそれ以下の熱伝導率となる。
そのため、加熱されたプレスヘッド１７により銅パッド７上の巻線８を押圧した時（図１（ｄ）参照）、プレスヘッド１７の熱が銅パッド７を伝わって逃げにくくなるため、温度の低下が起こりにくくなる。また、巻線８の銅線と銅パッド７を構成する銅合金との接合が、錫が存在することにより良好となる。これは、銅パッド７中の錫と、巻線８の銅線の銅と、が反応し合金を形成し易い状態が実現することで、組織的に一体化が進みやすく、機械的な接合状態が良好になると同時に、電気的な接合状態も良好になるためであると考えられる。

なお、錫が１．０ｗｔ％未満では、巻線と銅パッドとの接続信頼性が不十分となる。また、錫が９．０ｗｔ％を超えると、接続信頼性が不十分となる。

＜アンテナコアシートの製造方法＞
図１に例示したような工程により、アンテナコアシート１が作製される。
図１（ａ）は、シート穴明け工程を説明する断面図であり、樹脂シート１３の銅パッドを形成する位置に、穴１４が形成される。穴１４を形成する方法としては、例えば、打抜き刃を使用した打ち抜き加工やレーザービームを使用した切り抜き加工などを使用することができる。

図１（ｂ）は、穴１４に銅パッド７を形成する工程を説明する断面図である。具体的には、銅箔からカットもしく打ち抜きのような工程を経て、銅パッド７が形成される。

図１（ｃ）は、巻線描画工程を説明する断面図である。エナメル線などの絶縁被覆された銅線からなる巻線８を樹脂シート１３中に押し込む。例えばワイヤー描画巻き線コイル
アンテナ製造装置のような巻線描画装置を用いて、樹脂シート１３を加熱し軟化させた状態で、所望のパターンを描きながら巻線８を押し込むことで、樹脂シート１３中に巻線１６の太さの半分程度、またはそれ以上が埋め込まれた巻線アンテナが形成される。ただし、銅パッド７と接続する巻線８は、銅パッド７上に跨って配置された状態である。

図１（ｄ）は、銅パッド７上に跨って配置された巻線８に対して、加熱されたプレスヘッド１７を押圧することによって、巻線８の絶縁被覆を融かし、芯の銅線と銅パッド７を接合することで、両者が機械的にも電気的にも接続された状態となり、接続信頼性が高いアンテナコアシートが得られる。この工程における接続信頼性を確保するため、銅パッド７の表面には、錫などからなるめっき層が形成されている。

図１（ｅ）は、銅パッド７上に跨って配置された巻線８に対するプレスヘッド１７による押圧処理が終了することにより、本発明のアンテナシート１が得られる。

＜ＩＣカード＞
次に、本発明のＩＣカードについて説明する。
本発明のＩＣカードは、巻線アンテナを備えた無線通信機能を備えたＩＣカードである。具体的には、非接触ＩＣカードと、接触式ＩＣカードと非接触ＩＣカードの機能を備えたデュアルＩＣカードやハイブリッドＩＣカードなどである。デュアルＩＣカードは１つのＩＣモジュールで接触式ＩＣカードと非接触ＩＣカードの両方の機能を果たす形態であり、ハイブリッドＩＣカードは接触式ＩＣカードと非接触ＩＣカードの機能をそれぞれ別のＩＣチップやＩＣモジュールによって機能する形態である。ハイブリッドＩＣカードは、巻線アンテナと銅パッドの接続に関して、非接触ＩＣカードと同様であるため、ここでは、デュアルＩＣカードと非接触ＩＣカードについて説明する。

（デュアルＩＣカード）
本発明のデュアルＩＣカード１０、１０－１（図３、図４参照）は、本発明のアンテナコアシート１（図１、図２参照）を使用して作製される。

まず、本発明のアンテナコアシート１を含む、図２に例示したような層構成の積層体を形成する。この積層体は、アンテナコアシート１の巻線８が配置されていない側の面に、コアシート２と、表中間シート３と、表オーバーシート４がこの順に積層されている。一方、アンテナコアシート１の巻線８が配置されていう側の面に、裏中間シート５と、裏オーバーシート６がこの順に積層されている。
なお、アンテナコアシート１の銅パッド７には、巻線８が接続されており、銅パッド７に外部回路を接続することにより、巻線８からなるアンテナに接続することができる。

図２の積層体のアンテナコアシート１の銅パッド７を露出可能な位置をざぐり加工することにより、図３に例示したデュアルＩＣモジュール９を挿入可能な凹部を形成する。その凹部にデュアルＩＣモジュール９を挿入し、銅パッド７と、デュアルＩＣモジュール９のパッド電極１９と、をＡｇＰ（Ａｇ Ｐａｓｔｅ、銀ペースト）１２によって電気的に接続することにより、デュアルＩＣカード１０を得ることができる。

デュアルＩＣカード１０（図３参照）は、本発明のアンテナコアシート１の巻線８が備えられた側に、コアシート２と、裏中間シート５と、裏オーバーシート６が順次積層されている。一方、アンテナコアシート１の巻線８が備えられた側とは反対側には、コアシート２と、表中間シート３と、表オーバーシート４が順次積層されている。

図４は、デュアルＩＣカード１０とは層構成が少し異なり、銅パッド７と、デュアルＩＣモジュール９－１のパッド電極１９－１と、を電気的に接続する材料が、ＡＣＦ（Ａｎ
ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ、異方性導電フィルム）であるデュアルＩＣカード１０－１を示した断面図である。図４の層構成は、デュアルＩＣモジュール９－１側にはコアシート２が備えられていない構成となっている。このような構成においても、巻線８と銅パッド７の接続信頼性を確保するため、銅パッド７の表面には、錫などからなるめっき層が形成されている。

さらに、表オーバーシート４側の、平面視で銅パッド７の表面を露出可能な位置に、銅パッド７の表面を露出する深さの凹部が形成され、その凹部にデュアルＩＣモジュール９が挿入されている。凹部の深さは、デュアルＩＣモジュール９の厚さと同等であり、デュアルＩＣモジュール９が丁度収納可能な深さとなっている。

また、デュアルＩＣモジュール９に備えられている外部回路との接続電極であるパッド電極１９と、アンテナコアシート１の銅パッド７とは、電気的に接続されている。

デュアルＩＣカード１０－１（図４参照）は、本発明のアンテナコアシート１の巻線８が備えられた側に、コアシート２と、裏中間シート５と、裏オーバーシート６が順次積層されている。一方、アンテナコアシート１の巻線８が備えられた側とは反対側には、表中間シート３と、表オーバーシート４が順次積層されている。

さらに、表オーバーシート４側の、平面視で銅パッド７の表面を露出可能な位置に、銅パッド７の表面を露出する深さの凹部が形成され、その凹部にデュアルＩＣモジュール９－１が挿入されている。凹部の深さは、デュアルＩＣモジュール９－１の厚さと同等であり、デュアルＩＣモジュール９－１が丁度収納可能な深さとなっている。

また、デュアルＩＣモジュール９－１に備えられている外部回路との接続電極であるパッド電極１９－１と、アンテナコアシート１の銅パッド７とは、電気的に接続されている。図４は、その接続がＡＣＦ（異方性導電フィルム）１１によって接続されている場合を例示している。

（非接触ＩＣカード）
次に、非接触ＩＣカードとその製造工程について説明する。
まず、図５に例示した工程により、非接触ＩＣカード用のアンテナコアシートが作製される。

図５（ａ）は、樹脂シート１３に非接触ＩＣモジュール９－２を設置する穴１４´を形成するシート穴明け工程を説明する断面図である。穴１４´を形成する方法としては、例えば、打抜き刃を使用した打ち抜き加工やレーザービームを使用した切り抜き加工などを使用することができる。

図５（ｂ）は、穴１４´に非接触ＩＣモジュール９－２を設置する非接触ＩＣ設置工程を説明する断面図である。非接触ＩＣモジュール９－２には、非接触ＩＣモジュールのパッド電極１９－２が備えられており、外部回路などと電気的に接続可能となっている。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）の非接触ＩＣ設置工程で得られた基板の非接触ＩＣモジュールのパッド電極１９－２側に、巻線アンテナとなる巻線８を樹脂シート１３に巻線アンテナの形態を描きながら埋め込む巻線描画工程を説明する断面図である。この工程では、非接触ＩＣモジュールのパッド電極１９－２上にも巻線８が配置される。巻線８は配置されただけの状態となっている。

図５（ｄ）は、非接触ＩＣモジュールのパッド電極１９－２上に配置された巻線８をプ
レスヘッド１７で熱をかけてパッド電極１９－２側に押圧することにより接合し、電気的にも接続するボンディング工程を説明する断面図である。

図５（ｅ）は、パッド電極１９－２上に跨って配置された巻線８に対するプレスヘッド１７による押圧処理が終了し、本発明のアンテナシート１－１が得られた状態を示している。

図６は非接触ＩＣカード１０－２を例示した断面説明図である。図５に示した非接触ＩＣカード用のアンテナコアシート１－１の巻線８が備えられた側に、コアシート２と、裏中間シート５と、裏オーバーシート６が順次積層されている。一方、アンテナコアシート１－１の巻線８が備えられた側とは反対側には、コアシート２と、表中間シート３と、表オーバーシート４が順次積層されている。なお、アンテナコアシート１－１は、樹脂シート１３に形成された穴１４´に非接触ＩＣモジュールが設置され、巻線アンテナの巻線８がパッド電極１９－２に接続されている。

（コアシート）
コアシート２の樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのボリオレフィン樹脂、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン、エチレン－４フッ化エチレン共重合体などのボリフッ化エチレン樹脂、ナイロン－６、ナイロン－６、６などのポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル－酢酸ビニル共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、ビニロンなどのビニル樹脂、三酢酸セルロース、セロファンなどのセルロース樹脂、ポリメタアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸エチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチルなどのアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ボリカーボネート、ポリイミド樹脂などが挙げられる。樹脂材料の含有曇は、３０質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。各層シートの色や透過濃度はそれぞれの目的にあったものを選定することができる。

（中間シート）
中間シート３、５の樹脂材料としては、コアシート２の樹脂材料と同様のものとすることができる。

（オーバーシート）
オーバーシート４、６の樹脂材料としては、コアシート２の樹脂材料と同様のものとすることができる。

（樹脂シート）
樹脂シート１３の樹脂材料としては、コアシート２の樹脂材料と同様のものとすることができる。

（巻線）
巻線８は、絶縁被覆を備えた銅やアルミニウムなどの導電率が高い金属からなる導線を使用することが好ましいが、これらの金属材料に限定する必要はないが、例えば、銅線を芯材としたエナメル線を挙げることができる。

次に、本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
図１に例示した製造工程によって、アンテナコアシート１を作製した。
まず、樹脂シート１３として、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ
）フィルムを用意した。
次に、ＰＥＴフィルムの所望の位置に、パンチングマシーンを用いて、５．２×５．２ｍｍの穴１４を、使用するデュアルＩＣモジュール９のパッド電極１９の位置に合わせて形成した（図３参照）。
次に、同様にパンチングマシーンを用いて、５×５ｍｍの銅パッドを製造し、配置することすることにより、形成した穴１４に銅パッド７を形成した。銅パッド７を形成した金属材料として、表１の実施例１の欄に記載した成分と熱伝導率を備えた燐青銅（型番：Ｃ５２１０Ｒ－Ｈ）を用いた。
次に、形成した銅パッド７上に配置された巻線８を、ボンディングマシーンのプレスヘッド１７を加熱した状態で銅パッド７に押圧することにより接続した。

＜実施例２＞
銅パッド７を形成した金属材料として、表１の実施例２の欄に記載した成分と熱伝導率を備えた燐青銅（型番：Ｃ５１９１Ｐ－Ｈ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。

＜実施例３＞
銅パッド７を形成した金属材料として、表１の実施例３の欄に記載した成分と熱伝導率を備えた燐青銅（型番：Ｃ５２４０）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。

＜比較例１＞
銅パッド７を形成した金属材料として、表１の比較例１の欄に記載した錫めっき圧延銅箔（型番：ＳｎＣｕ－Ｏ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。これは、銅パッド上に錫めっき層を形成した従来技術である。

＜比較例２＞
銅パッド７を形成した金属材料として、表１の比較例２の欄に記載した成分と熱伝導率を備えた無酸素銅（型番：Ｃ１０２０Ｒ－Ｈ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。

＜比較例３＞
銅パッド７を形成した金属材料として、表１の比較例３の欄に記載した成分と熱伝導率を備えた洋白（型番：７７０１Ｒ－Ｈ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。

＜評価＞
実施例１～比較例３までのボンディング強度についての評価結果と、それらに基づいた総合評価をまとめて表１に示した。なお、接続信頼性評価のボンディング強度については、剥離強度が測定可能かつ巻線が破断した状態を〇（良好）、剥離強度が測定可能かつボンディング界面にて剥離を△（要注意）、剥離強度が測定不可能（ほぼ０）かつボンディング界面にて剥離を×（不良）とした。また、破壊状態については、巻線が破断した場合を〇（良好）、銅パッド７と巻線８との接合点１８において界面剥離を起こした場合を×（不良）、とした。

ボンディング強度の測定は、図７に示したような、実施例１～比較例３において作製したアンテナコアシート１のサンプルの銅パッド７に巻線８をボンディングしたサンプルを作製した。それらのサンプルについて、図７に例示した引張方向のように、巻線８を接合点１８で折り返し、１８０度の方向に荷重をかけて行き、巻線８が破断するか、または接合点１８において界面剥離を起こす荷重を測定した。

実施例１は、銅パッド７が、錫濃度が７．０ｗｔ％～９．０ｗｔ％の燐青銅（型番：Ｃ５１９１Ｐ－Ｈ）であり、熱伝導率は６７（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ボンディング強度は良好（〇）、破壊状態は破断（良好）であり、接続信頼性が共に良好であったため、総合評価は〇（良好）となった。

実施例２は、銅パッド７が、錫濃度が５．５ｗｔ％～７．０ｗｔ％の燐青銅（型番：Ｃ５２１０Ｒ－Ｈ）であり、熱伝導率は６３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ボンディング強度は良好（〇）、破壊状態は破断（良好）であり、接続信頼性が共に良好であったため、総合評価は〇（良好）となった。

実施例３は、銅パッド７が、錫濃度が９．０ｗｔ％～１１．０ｗｔ％の燐青銅（型番：Ｃ５２４０）であり、ボンディング強度は良好（〇）、破壊状態は破断（良好）であり、接続信頼性が共に良好であったため、総合評価は〇（良好）となった。

比較例１は従来から使用してきた表面に錫めっき層が形成された銅パッドであり、錫めっき圧延銅箔（型番：ＳｎＣｕ－Ｏ）を使用したサンプルである。ボンディング強度は良好（〇）、破壊状態は破断（良好）であり、接続信頼性が共に良好であったため、総合評価は〇（良好）であった。

比較例２は、銅パッド７が、無酸素銅（型番：Ｃ１０２０Ｒ－Ｈ）であり、熱伝導率は３４９（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ボンディング強度は要注意（△）、破壊状態は界面剥離（不良）であり、接続信頼性が不良であったため、総合評価は×（不良）となった。

比較例３は、銅パッド７が、洋白（型番：Ｃ７７０１Ｒ－Ｈ）であり、熱伝導率は２３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ボンディング強度は要注意（△）、破壊状態は界面剥離（不良）であり、接続信頼性が不良であったため、総合評価は×（不良）となった。

１、１－１・・・アンテナコアシート
２・・・コアシート
３・・・表中間シート
４・・・表オーバーシート
５・・・裏中間シート
６・・・裏オーバーシート
７・・・銅パッド
８・・・巻線
９、９－１・・・デュアルＩＣモジュール
９－２・・・非接触ＩＣモジュール
１０、１０－１・・・デュアルＩＣカード
１０－２・・・非接触ＩＣカード
１１・・・ＡＦＣ
１２・・・ＡｇＰ
１３・・・樹脂シート
１４、１４´・・・穴
１７・・・プレスヘッド
１８・・・接合点
１９、１９－１・・・（デュアルＩＣモジュールの）パッド電極

Claims (2)

1. コイル状の巻線からなる巻線アンテナを用いた無線通信機能を有するＩＣカードに使用するアンテナコアシートであって、
   絶縁性材料からなるシートと、
   そのシートの貫通孔に備えられ、表裏を導通する少なくとも一対の銅パッドと、
   それらの銅パッドに電気的に接続され、銅パッド以外の部分では巻線の太さ方向の少なくとも一部が前記シートにめりこんで備えられた巻線アンテナと、を備えており、
   前記銅パッドの組成は、錫が５．５～９．０ｗｔ％含まれる燐青銅であることを特徴とするアンテナコアシート。
2. 請求項１に記載のアンテナコアシートを使用していることを特徴とするＩＣカード。