JP5865489B2 - ワイヤキャパシタ、特に無線周波数回路用のワイヤキャパシタ、およびそのワイヤキャパシタを備える装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタの分野に関する。特に、互いに向かい合い、絶縁体によって隔てられている第一および第二の伝導プレートを備える無線周波数トランスポンダ回路用のキャパシタ、および、そのようなキャパシタを備えるトランスポンダ装置を目的とする。

本発明が対象とするキャパシタは、好適には、キャパシタが結合されている無線周波数結合アンテナを備えるトランスポンダ回路の一部である。そのようなトランスポンダ回路は、特に、非接触スマートカードまたは電子パスポートの分野に属する。アンテナおよびキャパシタは、一般的に、共振回路を形成する。共振回路は、受動回路であっても能動回路であってもよく、無線周波数ドライブとデータをやりとりするために、無線周波数集積回路チップに結合されている。

より具体的には、本発明は、非接触チップ媒体、非接触スマートカード、ラベル、電子パスポート、周波数同調キャパシタを備える受動アンテナを有する装置等の装置に関する。本発明は特に、非接触電子旅券（電子パスポートおよび電子ビザ）に関する。
このような装置は、ＩＣＡＯ（“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ”の略）の仕様および／またはＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格に準拠している。

図１および２に示される特許文献１は、接触およびアンテナ通信インターフェイスを有する集積回路モジュール２を備えるスマートカードを開示している。カード本体は、キャパシタ１５に結合された２つのコイル３、４を有する受動アンテナを備え、これらのコイルは、カード本体の実質的に周辺部に配置された幅の広い閉ざされたコイルと、モジュールアンテナとともに中心に位置するように配置された幅の狭いコイルである。幅の広いコイルは外部ドライブと通信を行うように機能し、幅の狭いループはモジュールと結合し、通信を行うように機能する。

このスマートカードは、複雑な構造を有し、キャパシタおよびアンテナに、基板の両面に位置する伝導部の絶縁基板を通して接続する段階を要する、両面エッチング技術を用いる点において不利である。

銀行スマートカードの本体の空洞部に配置された接触アンテナモジュールを用いる、ＳＰＳ（Ｓｍａｒｔ Ｃａｒｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）社の１つの実施形態もまた知られている。このモジュールは、カード本体のほぼ全体の表面に配置された受動アンテナに結合されている。このモジュールは、モジュールの空洞部の周囲にらせん状に配置された、実質的に同心状のループを備える。

エンボス加工動作の間に巻回部分を切り落とすリスクを伴うことなく巻回部分をエンボス加工することを可能とするように、空洞部に隣接する第一のループは、モジュール空洞部の位置の下にあり、数ミリメートル、さらには１０ミリメートルの幅を有し、続くループも同様である。さらに、アンテナは、アンテナ支柱の両側に配置された金属キャパシタプレートに結合されている。最後の巻回部分は、できるだけ多くの無線周波数フラックスを対象とするように、カードの周辺部に伸長する。

この構造は、カード本体を形成するプラスチック板がアンテナの幅の広い巻回部分および／またはエッチングによって形成されたキャパシタプレートの金属面にひどく粘着することによる剥離のリスクを伴うという点において不利である。

米国特許第６３７８７７４号

本発明は、これらの前述の欠点を解決することを目的とする。
特に、構造および製造を簡略化し、無線周波数装置またはＲＦトランスポンダの動作を向上させることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、キャパシタに接続されたアンテナを備え、
キャパシタは、互いに向かい合い、絶縁体によって隔てられている第一および第二の伝導プレートを備え、少なくとも１つの第一および第二の伝導プレートは、ワイヤ導体のいくつかの部分からなる、無線周波数装置に関する。この無線周波数装置は、アンテナＡと少なくともキャパシタプレートＣとは、基板上にガイドされた方法で堆積されたワイヤ部によって形成されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、少なくとも１つのプレート（または相当物）は、アンテナの巻回部分からは離れている。好適には、プレートは巻回部分のパスの外、たとえばアンテナコイルの内側または外側に設置される。

他の解決法において、（ワイヤによって形成された）ワイヤキャパシタプレートは、アンテナワイヤの一部によって形成された別のプレートとともにキャパシタを形成する。ワイヤプレート（より具体的には、ジグザグ型の）は、たとえば、好適には同一の基板上のアンテナワイヤに向かい合って形成される。

これらの条件に基づき、本発明は、ワイヤ技術を用いてＲＦ動作を改善することにより、実施の困難性によりこれまで考えられなかった、アンテナ、より具体的には受動型のアンテナを含むトランスポンダ（非接触カード、非接触電子パスポート）の生産を可能とする。

キャパシタの他の特徴によると：
―キャパシタワイヤプレートを形成する、少なくともいくつかのワイヤ層は、アンテナの巻回部分をまたいで形成されている。
―ワイヤ部は基板上にガイドされた方法で堆積され；
―ワイヤは平行層またはらせんを成し；ワイヤ部の層または連続的なパスは、好適には、キャパシタプレートを成す領域内、かつアンテナ巻回部分の外側に形成され；
―２つのプレートのワイヤ部は、基板の同じ面に堆積され；
―第一のプレートのワイヤ部は、第一のプレートのワイヤ部に覆われていない基板域において基板と実質的に結合されるように、第二のプレートのワイヤ部と交差し；
―ワイヤ部は、刺繍またはめっきによって基板上に作られ；
―アンテナＡと少なくとも１つのキャパシタプレートＣとは、同一の連続的なワイヤを用いて連続的に形成され；
―装置は、本発明によるキャパシタと周波数で同調する受動アンテナを構成する。

本発明により：
キャパシタプレートは、アンテナの製造に用いられるのと同じ技術を用いて形成され；
―本発明は、化学エッチングまたは伝導面の電気化学的成長によって得られたアンテナよりも効率的なワイヤアンテナを得ることを可能とし；
―アンテナおよび関連するキャパシタの構造は、単一ワイヤ技術（刺繍、めっき・・・）によって非常に簡略化され；
―本発明は、より小規模なループおよびより小さい巻回面を有する、良好なＲＦ結合を提供し、剥離の問題を回避することによりエンボス加工用に確保された標準エンボス域全体を解放する利点を有する。

本発明の他の特徴および利点は、後述の記載において、添付の図面を参照しながら、限定されない例によって明らかにされる。

先行技術によるデュアルインターフェーススマートカード。 先行技術によるデュアルインターフェーススマートカード。 本発明の実施形態による装置の概略図。 図３のキャパシタの部分的な断面図。 本発明による装置の別の実施形態の概略図。 本発明による装置の別の改良された実施形態の概略図。

先行技術を示す図１および図２は、導入部において前述されている。受動アンテナは、それぞれ３、４および１３、１４と符号付けされている。一方が５と符号付けされた２つのプレート（もう一方のプレートは、アンテナ基板の反対の面に配置されている）を備えるキャパシタ１５にそれぞれ結合された、小さいループ３、１３および大きなループ４、１４を含む。

図３は、本発明によるＲＦ装置２０の第一の実施形態を図示する；本発明の別の解決法によって製造され、無線周波数アンテナＡ１に結合され、または結合されるよう意図する、共振周波数同調用のキャパシタＣ１を含む。キャパシタおよびアンテナは、具体的にはプラスチック、紙等でできている絶縁基板２１を基礎とする。

この例において、この装置２０は、電子接触を用いる非接触またはハイブリッドのカードであり、ＩＳＯ７８１６および／またはＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格に準拠した非接触スマートカードである。アンテナは、無線周波数トランスポンダＥ（図示せず）を備える。このようなモジュールは、トランスポンダアンテナに結合された無線周波数集積回路チップを備える。モジュールは、好適には、接触面を有する（ＩＳＯ７８１６）および非接触のデュアルインターフェーススマートカードモジュールの形状を有する；モジュールは、電磁結合により受動アンテナＡ１に結合される。

しかしながら、装置は、電子パスポート、または電子ラベル、バッジ、旅券等の他のあらゆる非接触物用の挿入部（めっき部）であり得る。この場合において、他の被覆シートが、周知の方法でそれを達成する。

キャパシタＣは、互いに向き合い、絶縁体から隔てられた、第一（２４）および第二（２５）の伝導プレートと同等のものを備える。
１つの特徴によると、少なくとも１つのプレート２４または２５は、基板上にガイドされた方法で堆積されたワイヤコンダクタのいくつかの部分によって形成される。好適には、ワイヤは被覆部および／または絶縁体に覆われている。絶縁体は、少なくとも被覆部、または被覆部と基板の絶縁部材から成る。

ワイヤ部２４Nは、ここの例に示されるように、平行層、またはほかの場合にはらせん状、またはほかのあらゆる形状を形成し得る（図５）；層は、たとえば、より具体的には、基板の１つの表面上にジグザグを形成しながら、伝導ワイヤ２４Ｎをスイープすることにより得られる。ワイヤ部間の間隔（図４）は、たとえば、直径５０〜１００マイクロンのワイヤで、２００〜４００マイクロン、すなわち、ワイヤの直径の約２〜５倍である。

平面図において、プレート２４、または少なくともその同等物は、横に並べて配置された基板２６およびワイヤ部２４Ｎのストリップの別の層を有する。これらのプレートは、ワイヤ部間に穿孔されている。これらのプレートはまた、ワイヤグリッドのようなものを形成する。

図４は、キャパシタＣ１のＡ−Ａにおける部分的な断面図を示す；下部キャパシタプレート２４を形成するワイヤ部２４Ｎは、好適には、プラスチック媒体２１に実質的に埋め込まれ、上部プレート２５を形成するワイヤ部２５Ｎは、交差部ではほとんど埋め込まれず、ワイヤ部２４Ｎ間に配置された基板の残余部に部分的に置かれる。ここで、ワイヤ２５Ｎを固定するために用いられる基板部は、部分間に距離Ｄを有する。

適当な場合において、少なくとも１つのプレートは、円状のらせん３４、または長方形状または三角形状のらせんを有するパスによって形成される。図４において、下部プレートはらせん状であり、上部プレートは、プレート３４を含む円の、ジグザグ状の半径として形成される。

図５の装置は、非接触スマートカード用の挿入部等の無線周波数トランスポンダである、またはこれを備える。装置は、上記のような基板３１と、基板に搭載されたアンテナＡ２に接続された無線周波数チップ３７を有する無線周波数モジュールとを備える。
パスは、アンテナ巻回部分の離れた位置に配置されるため、キャパシタはアンテナパスから隔てられている。

本発明のプレートは、電気的または電子的部品、具体的には無線周波数アンテナとの接続のために、好適には、１つまたは２つの端子ボンドを備える。本発明は、無線周波数部品以外であっても、他の部品にキャパシタを接続することを除外しない。

これらのプレートは、キャパシタの調整を可能とするために、異なる表面を有する。上部プレートは、下部プレートの方がかなり幅広であるものの、図３の例とは異なり、下部プレートと実質的に同一の表面を有する。
これらのプレートは、同一の基板上に形成されても、異なる２つの基板上に形成されてから組み立てられてもよく、基板の同一の表面上に横に並べて形成され、基板は、プレート同士が向き合うように折られる。

１つの特徴によると、２つのプレートのワイヤは、実施の容易さのため、基板の同一面上に配置される。第一のステップにおいて、好適には長方形状の、あらゆるパターンによるワイヤを備えるキャパシタの第一のプレート（またはグリッド）は、基板上にガイドされた方法で形成される；第二のステップにおいて、第二のプレートは同様のプレートパターンで形成されるが、堆積されたワイヤ部が、第一のプレートのワイヤと交差するように、第一のプレート上にワイヤ部を堆積して形成される。

プレートはまた、たとえば、ワイヤ部が平行である、または互いにインターリーブしている、より“Ｕ”字型に互いにインターリーブしているため、一方のプレートのワイヤ部が他方のプレートのワイヤ部と交差しない、ワイヤ部から成る。
第一のプレートのワイヤは、実質的に垂直または斜めに第二のプレートのワイヤと交差する；第一のプレートのワイヤは、基板上の、第一のプレートのワイヤによって覆われていない領域において基板に取り付けられる。

必要に応じ、スレッドは、ワイヤに備えられた、または外部から与えられた接着剤によって基板および／または第一のプレートのワイヤに取り付けられる。基板および／またはワイヤ上にキャパシタプレートワイヤを固定するために、吹き付けまたは超音波によって熱エネルギーが加えられる。
この例において、ワイヤは、基板上に超音波めっきによって堆積されるが、刺繍または裁縫等の他のワイヤ技術も適合することができる。
図５の２つのプレートのワイヤ部は、基板３１の同じ面に堆積される。

他の実施形態において、本発明は、積み重ねられたプレートを増加させることにより、キャパシタを直列に組み立てる方法を提供する。これらのプレートまたはグリッドは、連続したワイヤパスによって形成される。
さらに、本発明は、アンテナ巻回部分のパス上に積み重ねられたプレートまたはグリッドを提供する。

したがって、キャパシタの直列組み立ては、少なくとも３つのプレートを積み重ねる、または、同一の巻回部分（もしくは、アンテナがない場合には、同一の伝導トラック）のパス上に少なくとも２つのキャパシタを積み重ねることによって得られる。

たとえば、巻回部分を成す際、基板上のワイヤをガイドするツールは、ジグザグ状またはあらゆるグリッド形状を有するプレートを成し、次に、第二の巻回部分の第二の巻線またはそれに続く巻線のワイヤは、キャパシタが互いに直列となるように、第二のプレートおよび／またはほかの続くプレートを成す。
直列キャパシタの利点は、プレートに付与される領域を増加させることである。

代替的には、第一のプレートを仕上げた後、本発明は、第一のプレートの直後に、たとえば、アンテナパスを延長する前に形成されたばかりのグリッド上にワイヤを通すことにより、連続したワイヤで第二のプレートまたはｎ番目のプレートを成すことを提供する。

超音波めっきの場合において、超音波ツールを持ち上げる必要はなく、ワイヤのそれぞれの交差部において超音波を停止する必要もない。
有利には、図３または図４において、アンテナおよび少なくとも１つのキャパシタプレートは、基板上にガイドされた方法で堆積されたワイヤによって形成される。ここで、２つのプレートおよびアンテナは、ツールを変えることなく、基板の同一の面上のワイヤの連続したパスによって成される。

装置は、この例において、少なくとも無線周波数トランスポンダ２２と周波数で同調する、または同調するよう意図する受動アンテナ２３を備える。
一般的に、本明細書の文脈において、トランスポンダとは、電磁フィールドを通して通信を行い、キャパシタおよび／または集積回路に接続されたコイルを有する、あらゆる無線周波数電子回路を指す。

トランスポンダは、銀行取引（電子財布）、通信、交通、身分証明（電子パスポート、ＩＤカード）等、経済活動の様々な場面に用いられる。身分証明の場面において、特に、ＲＦＩＤ型の非接触電子携帯機器による無線周波数通信によって人物を特定することは知られている。
モジュールは、接触パッドおよび／またはアンテナを搭載した絶縁基板を備える、または備えない。

図６は、本発明の、別の最適化された実施形態を示す。これは、ワイヤキャパシタ４４、４５を得ること、より具体的には、アンテナに用いられるもの以外の部材を加えずに、ワイヤのめっきまたは刺繍によってワイヤキャパシタ４４、４５を得ることを目的とする。

キャパシタプレート４４は、アンテナＡ３の巻回部分上の層４４Ｎによって形成される。層の反対側に位置する巻回部分のすべての部分は、キャパシタの他方のプレート４５を形成する。
製造の間、または、基板５１（たとえば標準的なスマートカードフォーマットのもの）上のアンテナ巻回部分を成す過程の始め、もしくは終わりにおいて、アンテナワイヤをガイドし固定するのに用いられるツールは、巻回部分上に複数の層またはジグザグ４４Ｎを成すことによってアンテナＡ３の巻回部分が互いに交差するようにする；複数の層は、たとえば、アンテナＡ３の内部から外部に向かう。

キャパシタは、したがって、アンテナ巻回部分の一部を横切るワイヤのいくつかの連続した層（少なくとも２つ、または少なくとも５つ）によって形成された第一のプレート４４Ｎから成る。
巻回部分の、電機子４４Ｎの反対側の部分は、他のキャパシタプレートを形成する。したがって、前記第一および第二のプレートの少なくとも一方は、アンテナ巻回部分を交差することによりアンテナＡ３をまたいで形成される。

ここで、キャパシタは、平行タイプであるが、他の配列によって直列のキャパシタを得ることもできる。
このアンテナを作る他の技術（エッチング、アルミニウムアンテナ、材料付加または減法技術、プリント回路）と比較すると、費用がかなり削減される。
ワイヤ技術、より具体的には埋め込みワイヤ技術は、アンテナ中継（または、増幅のための受動型のもの）に用いられたことはない。

本発明は、あらゆるワイヤ直径または形状係数、あらゆる種類のループ、あらゆる巻回部分間の間隔、およびあらゆる大きさを有する、ワイヤアンテナ、より具体的には基板上の埋め込みワイヤを有するワイヤアンテナを得ることを可能とする。
この代替的な実施形態の発明は、アンテナ巻回部分により１つまたは１つ以上のキャパシタを作り出すことにある。

絶縁銅線は、第一および第二のキャパシタプレート間の短絡を含まないアンテナの末端部上に、より具体的には平行キャパシタを作り出すことを可能とする。
この改善された代替的な実施形態の本質は、無線周波数の動作を向上させるために、既存のトランスポンダにキャパシタを追加する（受動ではない）通常のアンテナにまで及ぶ（たとえば、低値キャパシタを既に包含する無線周波数チップを用いたトランスポンダにワイヤキャパシタを追加することにより、特に小さいアンテナにおいて、その無線周波数動作が向上する）。

ＩＳＯ形式の銀行カードに備えられる従来のアンテナと比較して、全体の表面を半分に縮小したアンテナが得られる。
この代替的な実施形態は、ジグザグ状の領域を１つのみ備えるため、アンテナ製造機械の速度、およびその生産量を改善する利点を有する。さらに、キャパシタはアンテナ自体の巻回部分の領域内に作られるため、最終的なカード上にはゴースト（肉眼による確認可能な、浮彫または透過によるマーク）がない、または少ない。

Claims (12)

1. キャパシタに接続されたアンテナを備え、
   前記キャパシタは、互いに向かい合い、絶縁体（４１）によって隔てられている第一（２４、４４）および第二（２５、４５）の伝導プレートからなるキャパシタプレート（Ｃ）を備え、
   前記第一（２４、４４）および第二（２５、４５）の伝導プレートは、ワイヤ導体（２４Ｎ、２５Ｎ、４４Ｎ）のいくつかの部分からなる、無線周波数装置であって、
   前記アンテナ（Ａ）と前記キャパシタプレート（Ｃ）とは、基板上に堆積されたワイヤ部によって形成され、
   前記第一の伝導プレート（２４）の前記ワイヤ部（２４Ｎ）は、前記第一の伝導プレート（２４）の前記ワイヤ部（２４Ｎ）に覆われていない基板域（２６）において前記基板と実質的に結合されるように、前記第二の伝導プレート（２５）の前記ワイヤ部（２５Ｎ）と交差することを特徴とする、無線周波数装置。
2. 前記ワイヤ部（２４Ｎ、２５Ｎ）は基板上にガイドされた方法で堆積されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記ワイヤ部（２４Ｎ、２５Ｎ）は平行層またはらせんを成すことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記２つの伝導プレートのワイヤ部は前記基板（２１）の同じ面に堆積されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記ワイヤ部（２４Ｎ、２５Ｎ）は、刺繍またはめっきによって前記基板上に堆積されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 少なくとも３つのグリッドまたはプレートを積み重ねる、または、同一の巻回部分もしくはトラックのパス上に少なくとも２つのキャパシタを積み重ねることによって得られた、直列に組み立てられたキャパシタを備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記第一および第二の伝導プレートの少なくとも１つ（４４）は、前記アンテナ（Ａ３）の巻回部分を交差してアンテナをまたいで形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記アンテナ（Ａ）と少なくとも１つの前記キャパシタプレート（Ｃ）とは、同一の連続的なワイヤを用いて連続的に形成されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 周波数で同調する受動アンテナを構成することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
10. 少なくとも３つのプレートを積み重ねる、または、同一の巻回部分もしくはトラックのパス上に少なくとも２つのキャパシタを積み重ねることによって得られた、直列に組み立てられたキャパシタを備えることを特徴とする、請求項８または９に記載の装置。
11. キャパシタに接続されたアンテナを含む無線周波数装置を製造する方法であって、
    前記キャパシタは、互いに向かい合い、絶縁体（４１）によって隔てられている第一（２４、４４）および第二（２５、４５）の伝導プレートからなるキャパシタプレート（Ｃ）を備え、
    前記第一（２４、４４）および第二（２５、４５）の伝導プレートは、ワイヤ導体（２４Ｎ、２５Ｎ、４４Ｎ）のいくつかの部分からなり、
    前記アンテナ（Ａ）と前記キャパシタプレート（Ｃ）とは、基板上に堆積されたワイヤ部によって形成され、
    前記第一の伝導プレート（２４）の前記ワイヤ部（２４Ｎ）は、前記第一の伝導プレート（２４）の前記ワイヤ部（２４Ｎ）に覆われていない基板域（２６）において前記基板と実質的に結合されるように、前記第二の伝導プレート（２５）の前記ワイヤ部（２５Ｎ）と交差することを特徴とする、方法。
12. 前記ワイヤ部（２４Ｎ、２５Ｎ）は基板上にガイドされた方法で堆積されていることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。

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