JP2011135153A

JP2011135153A - アンテナシートおよびアンテナシートを備えた非接触ｉｃ媒体

Info

Publication number: JP2011135153A
Application number: JP2009290447A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Ishioka; 千彰石岡
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】本発明は、エッチングによりアンテナパターンを形成したアンテナシートにおいて、オーバーエッチングやサイドエッチングによるパターン欠けによる通信不良を低減するとともに通信特性の良好なアンテナシートを得ることを課題とする。
【解決手段】基材シート上に導電性薄膜からなるループ状コイルパターンを含むアンテナパターンを有するアンテナシートにおいて、ループ状コイルパターンが最外周コイルパターン、最内周コイルパターン及び中間コイルパターンを有し、最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンの一部又は全部が中間コイルパターンの線幅より広いことを特徴とするアンテナシートとする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＩＣカードやＩＣタグ等の外部のデータ読取装置との間で、非接触でデータの送受信を行なう時に使用されるアンテナシートおよびアンテナシートを備えた非接触ＩＣ媒体に関する。

近年、ＩＣチップとアンテナとを備えた非接触ＩＣカードやセキュリティータグが使用されている。専用のデータ読み書き装置でＩＣチップに格納されたデータを読み書きし、豊富な情報を記録管理することができる。

非接触ＩＣカードやセキュリティータグに使用されるアンテナコイルとその製造方法は、たとえば、特許文献１に公開されている。

複数のアンテナ回路構成体は帯状に連続した状態で製造されている。まず、帯状の樹脂フィルムからなる基材に金属等の導電層を形成し、導電層上にレジストインキを所定のパターンにグラビア印刷を行い、エッチングにより導電層の不要な部分を除去してアンテナパターンを得る。

このグラビア印刷工程では、ドクター筋等の印刷不良の発生により、アンテナ回路パターン以外の領域にレジストインキがはねたりして付着した余分なレジストインキにより、エッチング除去できず、部分的につながってブリッジ不良が起きてしまう。

またアンテナパターン設計上の制約として、ＩＣカードや電子パスポート媒体のサイズがＪＩＳ等の寸法規格で規定され、アンテナパターンはこの寸法内に収まる様に製造しなければならない。

前記アンテナまたはアンテナシートはエッチングによってパターン形成されるが、エッチング面積の小さい部分に比べてエッチング面積の大きい部分ではレジストインキが被覆されているにも係わらず、オーバーエッチング、サイドエッチングが発生し易く、特に広い面積の金属箔除去部との境界面で発生が顕著となる。

このオーバーエッチング、サイドエッチングを防ぐ為に、図２、図３に示すようなダミーパターンを設置し、解決を図ることが特許文献２に公開されている。

ダミーパターンを設ける場合には、ダミーパターンを形成するための最小線幅が必要であるが、ダミーパターンはアンテナパターンではないので、通常ループ状コイルパターンと絶縁されて形成される。このためダミーパターン最小線幅に加えて最小クリアランス幅を加えたスペースを確保する必要がある。

アンテナシートの性能を確保するためには、ループ状コイル内部のアンテナパターンが無い領域である開口面積を一定以上確保する必要があり、ダミーパターンを設置することで、アンテナパターンを形成する場所が限定されるため開口面積が減少し、アンテナシートの性能が低下してしまう。

特開２００２−７９９０号公報特開２００４−１４０５８７号公報

本発明は、上記のような問題を解決すべく為されたものであって、エッチングによりアンテナパターンを形成したアンテナシートにおいて、オーバーエッチングやサイドエッチングによるパターン欠けによる通信不良を低減するとともに通信特性の良好なアンテナシートを得ることを課題とする。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、基材シート上に導電性薄膜からなるループ状コイルパターンを含むアンテナパターンを有するアンテナシートにおいて、ループ状コイルパターンが最外周コイルパターン、最内周コイルパターン及び中間コイルパターンを有し、最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンの一部又は全部が中間コイルパターンの線幅より広いことを特徴とするアンテナシートである。

請求項２に記載の発明は、前記最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンが、少なくとも特定の方向に対し略平行となる部分における線幅が中間コイルパターンの線幅より広いことを特徴とする請求項１記載のアンテナシートである。

請求項３に記載の発明は、前記最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンの線幅が、中間コイルパターンの線幅に比べ１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナシートである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナシートにＩＣチップまたはＩＣモジュールを実装してなる非接触ＩＣ媒体である。

本発明によれば、エッチングによるパターン形成時のオーバーエッチングやサイドエッチングによるパターン欠けによる通信不良が低減され、また通信特性の良好なアンテナシートを得ることができる。

オーバーエッチング／サイドエッチングの状態を示す断面図。ダミーパターンとオーバーエッチング／サイドエッチングによるパターンの欠けを示す要部拡大図ＩＣカードにおけるアンテナパターンとダミーパターンの構成平面図本発明のＩＣカードにおけるアンテナパターンの構成平面図本発明のＩＣカードにおけるアンテナパターン実施例と要部拡大を示す平面図

本発明のアンテナシートは、基材シート４と、基材シート４上に導電性薄膜２からなるアンテナパターンとを有している。

本発明に用いる基材シートとしては、特に限定するものではないが、絶縁性と可撓性とを有するものを用いることができる。このようなものとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等のポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を用いることができる。

アンテナパターンを形成する導電性薄膜としては、銅やアルミ等の金属からなる薄膜を用いることができる。これらの薄膜の厚みとしては５〜５０μｍ程度のものを用いることができる。

アンテナパターンは導電性薄膜をエッチング法によりパターニングすることで得ることができる。具体的には導電性薄膜の上にアンテナパターンの形状でエッチングレジストによるマスクパターンを形成し、その後エッチング液でマスク層の開口部より導電性薄膜を腐食させ、その後洗浄により除去する。
アンテナパターンは特に限定するものではなく、想定する通信周波数などにより任意に設定できる。
アンテナパターンの線幅は０．１〜１．０ｍｍ、間隔は０．１〜１．０ｍｍ程度である。

アンテナパターンはループ状コイルパターンを含み、ループ状コイルパターンの形成領域をできるだけ広くした方が設計の自由度が増し、開口部面積を大きくすることができるため、通信特性の点で有利になる。例えばカード形状の通信媒体に用いる場合、ＪＩＳ規格等で定義されている一般的なカードサイズはおおよそ縦５４×横８６ｍｍの略長方形状である。カードは通常シート状で形成されその後打ち抜きによりカードサイズに個片化されるが、カードの打ち抜き精度等を考慮するとカード端面から３ｍｍ程度のクリアランスが必要となり、ループ状コイルパターンの形成可能領域としては縦４８×横８０ｍｍとなる。

ループ状コイルパターンにより得られる誘導起電力は、下記式（１）に示すようにコイルの巻き数と、錯交磁束の時間的変化に比例する。

誘導起動電力Ｖ（Ｖ）＝−ｎ×ｄφ／ｄｔ（Ｗｂ／ｓ）・・・（１）
ｎ：ループ状コイルパターンの巻き数
ｄφ／ｄｔ：錯交磁束の時間的変化

錯交磁束は、下記式（２）で示されるように磁束密度と開口部の面積であらわされる。
錯交磁束φ＝ＢＳ・・・（２）
Ｂ：磁束密度
Ｓ：開口部の面積

ここで、２つのループ状コイルパターンで比較する場合、錯交磁束は、ループ状コイルパターン形成面に対し垂直方向の磁束が等密度であれば、ループ状コイルパターンの開口部形状によらず磁束密度Ｂは等しいものとして近似でき、錯交磁束は開口部の面積に比例することになる。従って、これらのループ状コイルパターンの巻き数が同じであれば誘導起電力は開口部の面積の比で決まる。これより、開口面積が誘導起電力の向上に寄与することができる。
誘導起電力が大きいと通信距離が伸びるため、通信特性の点で有利になる。
そのため、ループ状コイルパターン形成領域の面積をできるだけ大きくした方がループ状コイルパターンの開口面積を大きくできるため好ましいものとなる。

本発明では、図５に示すように最外周コイルパターンと最内周コイルパターンと中間のコイルパターンを有するループ状コイルパターンにおいて、最外周コイルパターンと最内周コイルパターンの少なくとも一部の線幅が他のコイルパターンの線幅より太いことを特徴とする。
このようにすることで図３に示すようなダミーパターンを用いる場合に比べてアンテナ
パターン形成領域を最大限広く確保しつつ、オーバーエッチング、サイドエッチングの影響を低減することができる。
また、導電性薄膜全体の領域を小さくできるため、エンボス形成できる領域や、後述する接触式ＩＣモジュールを埋設する領域などレイアウトの自由度が向上するものとなる。
コイルパターンとコイルパターンの間は前述のように０．１〜１．０ｍｍ程度の比較的狭い間隔であるため、隣り合うコイルパターン側においてはオーバーエッチングやサイドエッチングが起き難い。しかし、図１に示すように最内周コイルパターン、最外周コイルパターンはコイルパターンと隣合っていない側において、オーバーエッチング、サイドエッチングによるパターンの欠けが発生し、アンテナパターン形成工程での不良が起こりやすくなり、また形成直後に良品であっても巻き取りや搬送の際の応力により断線して通信不良となる可能性が高くなる。しかし、最内周コイルパターン、最外周コイルパターンの線幅を他のコイルパターンの線幅より広くすることでオーバーエッチング、サイドエッチングによるパターン欠けが発生しても一定の線幅が保たれているのでこのような問題は起こらず、断線や通信不良がない堅牢なアンテナパターンを安定して製造することが可能となる。

アンテナパターンは導電性薄膜をエッチング法によりパターニングすることで得ることができるが、エッチング液を流す方向などエッチング条件によってはオーバーエッチング、サイドエッチングの影響を受けやすい部分と受けにくい部分が生じる場合がある。
エッチングの条件に異方性がある場合、特定の方向はオーバーエッチング、サイドエッチングの影響を受けやすく、この方向に直行する方向は比較的オーバーエッチング、サイドエッチングの影響を受けにくい。
そのため少なくとも最外周コイルパターンと最内周コイルパターンのうち、オーバーエッチング、サイドエッチングの影響を受けやすい部分において、他のコイルパターンの線幅より太くすることが好ましい。
具体的にはＩＣカード用途等四角形状の通信媒体に用いる場合、縦辺、横辺を有する略四角形状のコイルパターンを用いることができるが、この場合、エッチング液の流れる方向により、縦辺または横辺のうち一方が他方の辺よりオーバーエッチング、サイドエッチングが発生しやすくなる場合がある。このような場合はエッチング液の流れ方向を考慮して少なくとも縦辺または横辺の最外周コイルパターンと最内周コイルパターンの線幅が他のコイルパターンの線幅より太くすると、アンテナパターン形成領域増加を最小限度にして必要な効果を得られる。
また、コイルパターンが楕円形状、円形状である場合、特定の方向に対し、略平行となっている部分の最外周コイルパターンと最内周コイルパターンの線幅を他のコイルパターンの線幅より太くすることができる。

また、最外周コイルパターンと最内周コイルパターンの全部の線幅が他のコイルパターンの線幅より太くしてもよい。エッチングの条件によりオーバーエッチング、サイドエッチングの発生が均等である場合はこのようにすることが好ましい。

最外周コイルパターンと最内周コイルパターンの線幅は他のコイルパターンの線幅より１．５〜２．５倍であることが好ましい。この範囲にあればコイルパターンを形成できるエッチング条件下で最外周コイルパターンと最内周コイルパターンにある程度の欠けが発生しても断線することのないものとなる。

本発明のアンテナシートは非接触式のＩＣカードなどの非接触ＩＣ媒体に用いることができる。
非接触式のＩＣカードとしてはＩＣモジュールまたはＩＣチップを実装したアンテナシートを複数層または単層からなるコア基材で挟みこみ、さらに複数層または単層からなる外装基材で挟みこんだ非接触ＩＣカードを用いることができる。
コア基材、外装基材としては、非晶質または結晶性ポリエステル系基材、ポリカーボネート基材、ポリオオレフィン系基材、塩化ビニル系基材、ポリ乳酸系材料等を用いた生分解製基材、紙基材などを用いることができる。
また、非接触ＩＣカードにさらにミリング加工により接触端子付ＩＣモジュールを収容できる凹部を形成し、接触端子付ＩＣモジュールを埋設したハイブリットＩＣカードとしてもよい。
また、非接触式用のＩＣチップと接触式のＩＣチップを兼ねたデュアルＩＣカードとしてもよい。
またこれらのＩＣカードには磁気記録層を設けたり、エンボス加工、文字絵柄印刷加工、保護層形成などの後加工をしてもよい。

また、ＩＣタグとして用いてもよく、その場合本発明のアンテナシートにＩＣモジュールまたはＩＣチップを実装し、適宜外装材料等を用いてＩＣタグとすることができる。

基材シートとして厚み３８μｍのＰＥＴ基材に厚み２５μｍのアルミニウムからなる導電性薄膜を形成してなるシート材料を用いた。この上にエッチングレジストを用いてマスクパターンを形成した。マスクパターンは後述するアンテナパターン状のパターンとした。
その後エッチング液を用いてエッチングを行い、洗浄することによりアンテナパターンを得た。
以下にサンプル１、２を比較サンプルとして作成し、サンプル３を本発明のサンプルとして作成した具体例を示す。

＜具体例１＞
（サンプル１）
具体例１のアンテナパターンとして、巻き数が５でコイルパターンの線幅は０．５ｍｍ、各コイルの間隔は０．５ｍｍであるループ状コイルパターンを有するものを用い、カード端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３８４０ｍｍ^２となり、開口部の面積は２７６９ｍｍ^２となった。
（サンプル２）
サンプル１の構成において、最外周の外側、最内周の内側にそれぞれダミーパターンを設け、カード端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。ダミーパターンは、線幅０．５ｍｍのパターンを最外周のコイルパターンから０．５ｍｍあけて設けた。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３５８８ｍｍ^２（ダミーパターン含まず）となり、開口部の面積は２３４５ｍｍ^２となった。
（サンプル３）
サンプル１の構成において、最外周と最内周の線幅を１．０ｍｍに変更して、カード端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３８４０ｍｍ^２となり、開口部の面積は２５５３ｍｍ^２となった。

＜具体例２＞
（サンプル１）
具体例１のアンテナパターンとして、巻き数が５でコイルパターンの線幅は１．０ｍｍ、各コイルの間隔は１．０ｍｍであるループ状コイルパターンを有するものを用い、カー
ド端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３８４０ｍｍ^２となり、開口部の面積は１８６０ｍｍ^２となった。
（サンプル２）
サンプル１の構成において、最外周の外側、最内周の内側にそれぞれダミーパターンを設け、カード端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。ダミーパターンは、線幅１．０ｍｍのパターンを最外周のコイルパターンから１．０ｍｍあけて設けた。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３３４４ｍｍ^２（ダミーパターン含まず）となり、開口部の面積は１１８８ｍｍ^２となった。
（サンプル３）
サンプル１の構成において、最外周と最内周の線幅を２．０ｍｍに変更して、カード端部から３ｍｍクリアランスをとった横８０×縦４８ｍｍの範囲内にコイルパターンをおさめるように作成した。
このアンテナパターンのコイルパターン形成領域の面積は３８４０ｍｍ^２となり、開口部の面積は１５０８ｍｍ^２となった。

＜評価＞
具体例１、２の各サンプルを１０サンプルずつ作成し、理論上の誘導起電力比の算出、エッチング不良のあるサンプルの数量について確認した。
エッチング不良は線幅が細った場合起こりうる断線、箔切れを考慮して、幅方向において半分以上欠けているものを不良とした。
評価結果を表１に示す。

具体例１は最外周、最内周のコイルパターンの線幅を太くした本発明サンプル３は断線の原因となるエッチング不良はなく、理論上誘導起電力比もダミーパターンを設けたサンプル２よりも９％向上している。サンプル１は理論上誘導起電力比はダミーパターンを設けたサンプル２より１８％も向上しているが、断線の原因となるエッチング不良が多数見られた。

具体例２は最外周、最内周のコイルパターンの線幅を太くした本発明サンプル３は断線の原因となるエッチング不良はなく、理論上誘導起電力比もダミーパターンを設けたサンプル２よりも２７％向上している。サンプル１は理論上誘導起電力比はダミーパターンを設けたサンプル２より５７％も向上しているが、断線の原因となるエッチング不良が多数見られた。

１・・・レジストインキ
２・・・導電性薄膜
３・・・サイドエッチング
４・・・基材シート
５・・・パターン欠け
６・・・ダミーパターン
７・・・ＩＣカード外形
８・・・コイルパターンの主たる形成エリア
９・・・最内周の１ターン目コイルパターン
１０・・・最外周の５ターン目コイルパターン

Claims

基材シート上に導電性薄膜からなるループ状コイルパターンを含むアンテナパターンを有するアンテナシートにおいて、
ループ状コイルパターンが最外周コイルパターン、最内周コイルパターン及び中間コイルパターンを有し、
最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンの一部又は全部が中間コイルパターンの線幅より広いことを特徴とするアンテナシート。
前記最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンが、少なくとも特定の方向に対し略平行となる部分における線幅が中間コイルパターンの線幅より広いことを特徴とする請求項１記載のアンテナシート。
前記最外周コイルパターン及び最内周コイルパターンの線幅が、中間コイルパターンの線幅に比べ１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナシート。
請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナシートにＩＣチップまたはＩＣモジュールを実装してなる非接触ＩＣ媒体。