JP2015197875A - 非接触通信媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触媒体において、導線と基板が擦れて断線してしまうことを防ぎ、製造工程並びに、使用時の不良品の発生を防止する方法を提供する。【解決手段】モジュール基板２、電子部品３、アンテナ９によって構成され、モジュール基板２には切り欠き部５が設けられており、アンテナ９を構成する金属線４と電子部品３は電気的に結合されている。カード材料上に非接触通信媒体１を設けインレットとし、その後２枚のカード材料にて上下から挟持された構成となっている。ＩＣタグとしては、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数帯域を用いる。【選択図】図１

Description

電磁誘導方式で通信する非接触ＩＣタグ・ＩＣカードに用いられる非接触通信媒体であって、金属線の断線による不良の少ない非接触通信媒体に関する。

近年、ＩＣタグ、ＩＣカードなどの情報記憶媒体を用いて、資産管理、来場者管理、工程管理、物品使用履歴トレーサビリティ、ＮＦＣコンテンツ配信サービス、来店誘引プロモーション、スマートポスター、ディスプレイカード、ソーシャルネットワークサービス、各種決済、本人認証等が広く行われている。

市場にて流通している非接触ＩＣタグ・ＩＣカードは、インレット形状から使用状況に応じて後加工を施して製品化されている。通常、インレット状態からタグ・カード形状に加工した場合、インレット全体が樹脂等の材料で覆われるために物理的強度が増加することが普通である。

インレットの後加工としては、ＩＣ粘着シートと組み合わせたラベル形状、ゴム等で被覆したフレキシブル形状、樹脂にて一体成型した樹脂モールド形状、樹脂シートで挟持して熱プレス加工するカード形状などがあり、自己融着膜等で被覆した金属線を用いてコイルを形成し、コイル始端および終端をＩＣモジュールに接合して非接触通信カードやタグのインレットを作製する方法が一般的に知られている。

しかしながらインレット単体での物理的強度は非常に低い。特にＩＣモジュールとの接合部と、接合部に通ずる導線付近が最も物理的負荷に対して脆弱であり、製造工程中にそれらの箇所で断線が生じることが多く、歩留低下の一因となっていた。

図７は、従来構成の非接触通信媒体を示しており、モジュール基板２、電子部品３、アンテナ９によって構成され、アンテナ９を構成する金属線４と電子部品３は電気的に結合されている。このとき、金属線４は、モジュール基板２のエッジに当たっており、この部分で金属線２の断線の可能性が高くなる。

その様な、断線による歩留低下を防ぐために、チップ裏面に補強板を設けることで、チップおよびアンテナとチップの接合部を保護し、物理的強度を高める提案がなされている（特許文献１）。

しかしながらこの形状ではプレス成型機を用いた製造やエッチング加工が必要となり、コストアップが見込まれる。更にこの構成ではＩＣチップ自体の保護は可能であるが、カード化・ラベル化後の両端からの応力に対して補強板のエッジと導線が接触してしまうため、断線に対する解決とはならない。

モジュールに補強板を設け、応力によるチップ割れを防止する構成の提案がなされているが、同様に断線に対する解決にはならない（特許文献２）。

また、チップ上部に軟質性のシートを被せることで、外部からの衝撃に対する耐性を高める提案がなされている（特許文献３）。

しかしながら、この提案ではチップを保護することはできても、基板エッジ部によるアンテナ導線の切断を防ぐことはできない。更に多くの場合チップ保護を目的として補強板
やモジュール基板は機械的強度の高い材質を用いているため、より断線の可能性が高くなる。

特開２００７−０４８１６８号公報 特開平８−２８２１６7号公報 特開平１１−８５９３８号公報

本発明は、これらの問題点に対処するためになされたものであり、非接触通信媒体が組み込まれた非接触ＩＣタグやＩＣカードの製造工程中及び使用時に、非接触通信媒体に応力負荷が掛かっても、モジュール基板のエッジに当たっている金属線が、切断してしまうことのない非接触通信媒体を提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、金属線をコイル状に巻いたアンテナと、前記アンテナの始端および終端にモジュール基板上の搭載された電子部品とを、接合した非接触通信媒体であって、
前記金属線と交差する前記モジュール基板のエッジに、切り欠き部を少なくとも１箇所以上設けたことを特徴とする非接触通信媒体である。

また、請求項２に記載の発明は、前記切り欠き部に、少なくとも一箇所以上の円弧部を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触通信媒体である。

また、請求項３に記載の発明は、前記切り欠き部の少なくとも一箇所以上に、液状樹脂を硬化して形成されるクッション部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触通信媒体である。

また、請求項４に記載の発明は、前記モジュール基板の、電子部品搭載面に樹脂シートを接着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触通信媒体である。

また、請求項５に記載の発明は、前記樹脂シートが、前記モジュール基板の周囲を覆う面積以上であることを特徴する請求項４に記載の非接触通信媒体である。

また、請求項６に記載の発明は、前記金属線と交差する前記樹脂シートのエッジに、切り欠き部が少なくとも一箇所以上設けられることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の非接触通信媒体である。

また、請求項７に記載の発明は、前記樹脂シートが、前記モジュール基板よりも曲げ強度が低いことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の非接触通信媒体である。

金属線と接する部分の基板エッジ部に切り欠き形状を設けることで、導線と基板が擦れて断線してしまうことを防ぎ、製造工程並びに、非接触ＩＣタグやＩＣカードの使用時の不良品の発生防止でき、高品質な製品を提供できる。

本発明の実施形態例に係る非接触通信媒体の平面概念図である。 本発明の切り欠き部を設けたモジュール基板を示した平面概念図である。 本発明の切り欠き部を設けたモジュール基板を用いた非接触通信媒体を示した側面概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る非接触通信媒体の平面概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る非接触通信媒体の平面概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る非接触通信媒体の断面概念図である。 従来構成の非接触通信媒体の平面概念図である。 比較検討用カードの平面概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の非接触通信媒体１を示しており、モジュール基板２、電子部品３、アンテナ９によって構成され、モジュール基板２には切り欠き部５が設けられており、アンテナ９を構成する金属線４と電子部品３は電気的に結合されている。

非接触ＩＣカードでは、２枚のカード基材にて上下から挟持したり、カード材料１０上に非接触通信媒体１を設けインレットとし、その後２枚のカード材料１０にて上下から挟持された構成となっている。ＩＣタグとしては、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数帯域を用い、用途に合わせて巻線インレットをモールド形状、ラベル形状、その他材料による一体化形状がある。モールド形状については、各種合成ゴムや熱可塑性樹脂による軟質素材、硬質プラスチックを用いる。ラベル形状については、アクリル系の粘着層および合成紙を用いて一体化する。その他一体化形状では、皮革製品、軟質包装容器、書籍等紙媒体などへの適用がある。

図２は、本発明の切り欠き部５を設けたモジュール基板２を示しており、導電パターン６が設けられており、電子部品３が接続され、更にアンテナ９を構成し、アンテナ９の始端および終端である金属線４と電気的に接続されている。

アンテナ９の始端および終端からアンテナ９本体に向かう金属線４は、モジュール基板２に設けられた切り欠き部５を通る様に配置される。

図３は、本発明の切り欠き部を設けたモジュール基板２を用いた非接触通信媒体１の側面を示しており、モジュール基板上には、導電パター６が設けられており、電子部品３と、アンテナ９の始端および終端である金属線４と電気的に接続されている。
本発明で用いるカード基材としてはカードの基材として機能するものであれば特に限定するものではない。カード基材は単層の基材を用いてもよいし、複数の基材を積層したものを用いてもよい。複数の基材を積層する場合、例えば１層または２層程度のコア基材の両面に外装基材を積層したものを用いることができる。

カード基材としては、塩化ビニルや塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、テレフタル酸と、シクロヘキサンジメタノール及びエチレングリコールとの共重合体、テレフタル酸とイソフタル酸及びエチレングリコールとの共重合体、またはその共重合体とポリカーボネート及び、またはポリアリレートとのポリマーアロイからなる非晶性ポリエステル、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、ＡＢＳ樹脂、紙、含浸紙等が挙げられる。

中でも、コア基材及び外装基材として、塩素を含まない非結晶性ポリエステル系樹脂を用いる構成が、環境配慮の点からは好ましい。

＜モジュール基板２＞
モジュール基板２としては、硬質のリジッド基板または軟質のＦＰＣ基板を用いる。前者の場合はガラス繊維材質やセラミック、後者の場合はＰＩやＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂フィルムが一般的である。電子部品の接合工程やアンテナの接合工程、カード化・タグ化等の後工程を考慮すると１５０℃以上の耐熱性があることが望ましく、厚みは、カード化・タグ化を考慮すると、５０〜２００μｍ程度が打ち抜き工程で扱いやすく、１００μｍ厚のガラス布基材エポキシ樹脂多層シートが好適である。

＜電子部品３＞
電子部品３としてはＩＣカード・ＩＣタグ用の非接触通信用ＩＣチップに加え、周波数調整用のチップコンデンサ、ＩＣチップに設けられた外部通信用インターフェースを介して通信を行なうマイコン等を搭載してもよい。ＩＣチップの形状としては、ベアチップ形状、パッケージ形状、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）形状が一般的である。媒体寸法を小さく収めたい場合はベアチップを用いたフリップチップ実装で基板と接合する。フリップチップ実装の方法としては、異方性導電ペースト（フィルム）実装、非導電性ペースト、超音波実装などが採用される。

パッケージ形状・チップサイズパッケージ形状では、はんだ付けやリフローハンダにて接合する。また基板上にＣＯＢ（チップオンボード）モジュールを形成してもよく、この場合は基板に対してベアチップをフェイスアップした状態でＳｉ面を基板に接着し、チップの通信用端子と基板の導電パターンをワイヤーボンディングにて接合し、樹脂封止する。

＜アンテナ４＞
アンテナ４としては、被覆を有する金属線を、中空形状にて複数回巻いたコイルアンテナを用いる。望ましくは自己融着被膜銅線を用い、所望の共振周波数とＩＣチップのキャパシタンス値に合わせたインダクタンス値となる様、内径・外径・厚み・巻数を調整する。無損失のコイルと仮定した場合、共振周波数ｆ０はｆ０＝１／（２π・√ＬＣ）と表される。後加工の材料の誘電率や、コイルアンテナを重ねた場合に共振周波数が大きく変動することがあるため、その場合は周波数調整用キャパシタをＩＣチップと並列に挿入する。また、アンテナ導線が送受信する電波の周波数は、例えば、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯、または、ＬＦ帯である。
具体的にアンテナは、例えば金属線である主線部と、主線部を覆う絶縁層と、絶縁層を覆う自己融着層とから構成されている。絶縁層と自己融着層とが、アンテナ導線における被覆層として機能する。
この場合、主線部は、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、または、これらの金属の合金から形成される。主線部の径は、１μｍ以上２００μｍ以下の範囲内で、求められるアンテナの強度やＩＣモジュールの特性に応じて適宜選択される。絶縁層は、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、または、ポリアミドイミド等の絶縁性を有する材料から形成される。自己融着層は、例えば、ポリアミド系、ブチラール系、エポキシ系、または、エステル系の樹脂等の自己融着性を有する材料から形成される。絶縁層と自己融着層とは、はんだの溶融温度である２５０℃以下の温度で溶融する材料であることが好ましい。絶縁層と自己融着層とを合わせた厚みは、５μｍ以上２０μｍの範囲内で選択される。

＜切り欠き部５＞
切り欠き部５のパターンは、トムソン刃、ピナクル刃、彫刻刃等の抜き型を用いてプレス加工する方法を用いると形態安定性が高い。シート原反を多面付けで加工する場合はカッティングプロッターを用いて加工してもよく、電磁誘導方式で通信する非接触ＩＣタグ・ＩＣカードに用いられるコイル型インレットにおいて、導線とモジュール基板が交差する
基板エッジ部を凹形状円弧部とすることで、ＩＣタグ・ＩＣカードに応力が加わっても基板エッジ部での断線を防ぐことができる。凹形状円弧部を設けるためには基板をプレス機を用いての打ち抜きできるため、コストがかからない。

＜導電パターン６＞
基板上に形成する導電パターンは銅箔の打ち抜きやエッチングによるパターニング、メッキ、印刷などの方法でパターンを形成する。導電パターンの厚みは一般的に〜１００μｍ程度がよく用いられる。

銅箔を接着した後、レジストを塗布し、露光・現像・エッチング工程を経て、基板上に導電パターンを得た。抵抗溶接や超音波実装にて電子部品やアンテナを接合する場合は、導電パターン上に金メッキを施してもよい。この場合、ニッケルメッキ層を１〜５μｍ程度施した後、電解金メッキまたは無電解金メッキにて０．０１〜０．５μｍ程度メッキを施す。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る非接触通信媒体を示しており、切り欠き部５にクッション部７が設けられている。

＜クッション部７＞
切り欠き部５に設けられるクッション部７の材料としてはシリコーンゴム、熱可塑性樹脂、発泡ウレタンなどの樹脂や接着剤が望ましい。成形方法は液状の状態で型に流し込みが手作業で塗布する方法がある。加熱方法は加熱硬化、ＵＶ硬化、湿気硬化などを用いる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る非接触通信媒体１を示しており、モジュール基板２の裏面側に、樹脂シート８を設けた構成となっている。

＜樹脂シート８＞
樹脂シート８は、モジュール基板２の曲げ強さよりも、低い材料を選定すればよく、モジュール基板材２として用いた、ＦＲ４に対してはＰＥＴフィルムが好適である。

モジュール基板２として、厚み１００μｍのガラス布基材エポキシ樹脂多層基板ＦＲ４を用い、２０μｍの銅箔を貼り合わせた後、レジストを塗布し、露光・現像・エッチング工程を経て、モジュール基板２上に導電パターン６を得、トムソン刃用いプレス加工にて切り欠きパターンを持つモジュール基板２を作製した。このときの切り欠き部５の形状は円弧である。

続いて、ベアチップ形状のＩＣチップを、作製した切り欠きパターンを持つモジュール基板２に音波接合した。アンテナとしての被覆銅線を高抵抗チップに電流を通電させ、導電パターン６に抵抗溶接させ、本発明の非接触通信媒体１を得た。

実施例１と同じ切り欠きパターンを持つモジュール基板２の切り欠き部に、ＵＶ硬化型のシリコーン接着剤を手作業にて塗布・ＵＶ硬化させ、他は実施例１と同じ条件にて本発明の非接触通信媒体２を得た。

実施例１と同じ切り欠きパターンを持つモジュール基板２の裏面に、ガラス布基材エポ
キシ樹脂多層基板ＦＲ４の曲げ強さよりも低い材料である樹脂シートとして、ＰＥＴフィルムを貼り合わせ、他は実施例１と同じ条件にて本発明の非接触通信媒体３を得た。

実施例３で用いたＰＥＴフィルムに、形状の切り欠き部５を設けた以外は、実施例３と同じ条件にて本発明の非接触通信媒体４を得た。

実施例２と同じ切り欠き部に、ＵＶ硬化型のシリコーン接着剤で設けたモジュール基板２の裏面に、実施例と同様に切り欠き部５を形成した厚みのＰＥＴフィルムを貼り合わせ、他は実施例１と同じ条件にて本発明の非接触通信媒体５を得た。

＜比較例１＞
実施例１と同じ条件にて、切り欠き部を設けていないモジュール基板２を用い、他は実施例１と同じ条件にて、比較用非接触通信媒体６を得た。

＜比較例２＞
実施例１と同じ切り欠きパターンを持つモジュール基板２の裏面に、ガラス布基材エポキシ樹脂多層基板ＦＲ４の曲げ強さよりも高い材料である樹脂シートを貼り合わせ、他は実施例１と同じ条件にて比較用非接触通信媒体７を得た。

＜比較例３＞
実施例１と同じ条件にて、切り欠き部を設けていないモジュール基板２を用い、裏面に実施例３で用いたＰＥＴフィルムを貼り合わせ、他は実施例１と同じ条件にて比較用非接触通信媒体８を得た。

＜評価＞
評価は、作製した非接触通信媒体１〜８を、厚み１００μｍのＰＥＴフィルムにホットメルト接着層３０μｍを積層したフィルムを表裏からはさみ、加熱接着し、８６ｍｍ×５４ｍｍのカード形状に打ち抜き、図８に示す様な、試験カードを作製し短辺曲げ試験を実施した。

試験回数はロボットのプログラムにて２５０回連続動作後、通信検査を実施し、良好な通信が得られた非接触通信媒体は、更に２５０回連続動作後、通信検査を実施し、良好な通信が得られた非接触通信媒体は、更に２５０回連続動作後、通信検査を実施した。

評価結果を表１に示す。

従来のモジュール構成では繰り返し曲げ回数が２５０回未満で導線が切断したのに対し、実施例１では２５０回以上５００回未満で切断した。更に実施例２、３および４は、７５０回以上１０００回未満で切断し、実施例５は１０００回でも切断しなかった。

モジュール基材への切り欠け部を設けること、裏面にモジュール基板よりも曲げ強度が低い樹脂シートを貼りつけること、貼り付ける樹脂シートに切り欠け部を設けることにより、基板エッジ部による導線断線の耐性が向上したことが示された。

１・・・非接触通信媒体
２・・・モジュール基板
３・・・電子部品
４・・・金属線
５・・・切り欠き部
６・・・導電パターン
７・・・クッション部
８・・・樹脂シート
９・・・アンテナ
１０・・・カード材料

Claims (7)

1. 金属線をコイル状に巻いたアンテナと、前記アンテナの始端および終端にモジュール基板上の搭載された電子部品とを、接合した非接触通信媒体であって、
   前記金属線と交差する前記モジュール基板のエッジに、切り欠き部を少なくとも１箇所以上設けたことを特徴とする非接触通信媒体。
2. 前記切り欠き部に、少なくとも一箇所以上の円弧部を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触通信媒体。
3. 前記切り欠き部の少なくとも一箇所以上に、液状樹脂を硬化して形成されるクッション部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触通信媒体。
4. 前記モジュール基板の、電子部品搭載面に樹脂シートを接着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触通信媒体。
5. 前記樹脂シートが、前記モジュール基板の周囲を覆う面積以上であることを特徴する請求項４に記載の非接触通信媒体。
6. 前記金属線と交差する前記樹脂シートのエッジに、切り欠き部が少なくとも一箇所以上設けられることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の非接触通信媒体。
7. 前記樹脂シートが、前記モジュール基板よりも曲げ強度が低いことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の非接触通信媒体。