JP5938942B2

JP5938942B2 - 複合ｉｃカード

Info

Publication number: JP5938942B2
Application number: JP2012041782A
Authority: JP
Inventors: 谷中　雅顕; 雅顕谷中
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013178647A

Description

本発明は、情報の書込み及び読み出しが可能なＩＣモジュールおよびそれを用いたＩＣカードに係わり、特に、一つのＩＣチップで接触式、非接触式両方の通信が可能な複合ＩＣカードに関する。

半導体メモリー等を内蔵したＩＣカードの登場により、従来の磁気カードなどに比べ記憶容量が飛躍的に増大するとともに、ＩＣカード自体が演算処理機能を有することで情報媒体に高いセキュリティー性を付与することができるようになった。
これは、大量データ交換や決裁業務など、交信の確実性と安全性が求められる用途では特に重要であり、このような背景から、キャッシュカードやクレジットカード、乗車券などにおいてＩＣ化が急速に進んでいる。

ＩＣカードには通信方法により、大別して接触式、非接触式、複合式の３種類がある。接触式とは、カードに埋め込まれたＩＣモジュールの基板片面がカード表面に露出しており、この面に設けられた電極がリーダーライターの接点と接触して通信する方式である。非接触式とは、ＩＣチップモジュールとアンテナがカード内に完全に埋め込まれており、リーダーライターのアンテナと電磁結合を通じて通信を行う方式である。

複合式とは、接触式のＩＣモジュールと、非接触式の内臓アンテナとを備えており、接触ＩＣモジュールと内臓アンテナとが接合されることにより、一つのＩＣチップで、接触式、非接触式両方の通信を行う方式である。多様なサービスに対応可能な高機能カードであり、今後大幅な普及が見込まれている。
一般的にＩＣカードは、使用者が常時携帯するものであり、常に外力に晒される状態にある。例えば、ズボンの後ろポケットに入れられた状態で座った際には、曲げやねじりなどの外力を受ける。このような様々な外力に対して、ＩＣモジュールの破壊やアンテナとの接合破壊などが生じないよう、高い機械強度信頼性が求められる。

複合ＩＣカードの場合、曲げやねじりなどにより、接触ＩＣモジュールとアンテナの接合部分の剥離、破壊により、信頼性を損ねる場合があった。
この問題を解決するため、図３に示すような構造の複合ＩＣカード１０００が提案されている（特許文献１参照）。図３に示される複合ＩＣカード１０００は、接触ＩＣモジュール１００側に設けたコイル１０とアンテナ１５０側に設けたコイル１５とにより接触ＩＣモジュール１００とアンテナ１５０を電磁結合する方式のものであり、このような複合ＩＣカードによると、接触ＩＣモジュール１００とアンテナ１５０とを電気的に直接接続する箇所がなくなるため、機械信頼性を向上させることが可能である。

特開平１１−１４９５３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電磁結合式複合カードでは、コイル１０とコイル１５が僅かながら離れて設置されているため、ＩＣモジュール側のコイル１０から発生する磁束１７０が図４に示すような磁束分布となる。このため、磁束１７０の一部分はアンテナ側コイル１５の内側を通り（実線で示した磁束）、二つのコイル間の電磁結合に寄与するが、コイル１５の外側を通り結合に寄与しないものもある（点線で示した磁束）。その結果、電磁結合時にロスが生じ、通信の信頼性に問題が生じる場合がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、電磁結合時のロスを抑え、通信感度に優れる電磁結合式複合ＩＣカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、外部読み書き装置との通信を該外部読み書き装置の接触電極に接触して行う接触ＩＣモジュールと、前記外部読み書き装置との通信を非接触で行うアンテナとを備え、前記接触ＩＣモジュールは、接触ＩＣモジュール基板と、前記接触ＩＣモジュール基板の一方の面にバンプ電極を介して実装されたＩＣチップと、端部が前記バンプ電極と電気的に接続され、前記ＩＣチップを取り囲むように前記接触ＩＣモジュール基板の前記一方の面に設けられた第１の電磁結合用コイルとを備え、前記接触電極は、前記接触ＩＣモジュール基板の他方の面に形成され、前記接触ＩＣモジュール基板に形成されたスルーホールを通じて前記バンプ電極と電気的に接続され、前記アンテナは、前記接触ＩＣモジュール基板の前記一方の面と対向して配置されたアンテナシートと、平面視で前記第１の電磁結合用コイルの外側に位置するように前記アンテナシートの前記接触ＩＣモジュール基板と対向する面に形成され、前記第１の電磁結合用コイルとの間で前記接触ＩＣモジュールと前記アンテナとを電磁結合する第２の電磁結合用コイルとを備え、前記第１の電磁結合用コイルと前記第２の電磁結合用コイルとの間には、前記ＩＣチップの前記アンテナシートと対向する面に接着され、前記第１の電磁結合用コイルと前記第２の電磁結合用コイルとの間に発生する漏れ磁束を低減する前記ＩＣチップと同面積の板状の高透磁率部材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の電磁結合用コイルと第２の電磁結合用コイルとの間に発生する磁束の漏れを高透磁率部材によって低減することが可能となり、これにより、通信感度に優れ、信頼性の高い電磁結合式複合ＩＣカードを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る複合ＩＣカードの断面図である。図１に示す接触ＩＣモジュール側に設けた電磁結合用コイルとアンテナ側に設けた電磁結合用コイルとの位置関係と磁束分布を示す図である。従来の複合ＩＣカードの一例を示す図である。図３に示す接触ＩＣモジュール側に設けた電磁結合用コイルとアンテナ側に設けた電磁結合用コイルとの位置関係と磁束分布を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る複合ＩＣカードの断面図を示し、図１に示される複合ＩＣカード２０００は接触ＩＣモジュール２００およびアンテナ２５０を備えている。
接触ＩＣモジュール２００はリーダーライター等の外部読み書き装置（図示せず）との通信を外部読み書き装置の接点に接触して行うものであって、例えばガラスエポキシ基板等からなる接触ＩＣモジュール基板２０３を有している。そして、接触ＩＣモジュール２００はＩＣチップ２０４をさらに有し、このＩＣチップ２０４は接触ＩＣモジュール基板２０３の両面のうち一方の表面上に形成されたバンプ電極２０２の上に実装されている。

また、接触ＩＣモジュール２００は外部読み書き装置の接点と接触する接触電極２０１を有し、この接触電極２０１はバンプ電極２０２と反対側の接触ＩＣモジュール基板２０３の表面上に形成されているとともに、接触ＩＣモジュール基板２０３に形成されたスルーホール２０５を通じてバンプ電極２０２と電気的に接続されている。
なお、ＩＣチップ２０４を実装する方法としては、例えば異方性導電ペースト（ＡＣＰ）や異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて実装する方式や、チップのバンプとパンプ電極とを超音波接合し、その隙間をアンダーフィル樹脂で固めるなどの公知の方法を使用することができる。また、接触電極２０１やバンプ電極２０２の形成方法としては、例えば金メッキを施した銅箔をＩＣモジュール基板２０３の表面上に形成し、これをエッチングする方法などを用いることができる。

接触ＩＣモジュール２００は、また、電磁結合用コイル２０を有し、この電磁結合用コイル２０はコイル両端部がバンプ電極２０２と電気的に接続されているとともに、ＩＣチップ２０４を取り囲むように接触ＩＣモジュール基板２０３の表面上に設けられている。
アンテナ２５０は外部読み書き装置との通信を非接触で行うものであって、例えばＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂からなるアンテナシート２０８の表面上に銅やアルミなどからなるアンテナコイルを設けて形成されている。

また、アンテナ２５０は電磁結合用コイル２０との間で接触ＩＣモジュール２００とアンテナ２５０とを電磁結合するための電磁結合用コイル２５を有し、この電磁結合用コイル２５は電磁結合用コイル２０の外側に位置するようにアンテナシート２０８の表面上に接触ＩＣモジュール基板２０３と向き合って形成されている。なお、これらのコイル２０，２５のうちＩＣモジュール側のコイル２０はエナメル樹脂で被覆した銅ワイヤであってもよいし、モジュール基板２０３の電極をエッチングしたものであってもよい。

アンテナ２５０の両面は、例えばＰＥＴＧ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴＧ−ＰＣ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレートとポリカーボネートの共重合体）、延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエチレン系材料や、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系材料からなるカード基材２０９によってラミネートされている。

カード基材２０９は単層構造であってもよいし、複層構造であってもよい。また、カード基材２０９はミリング装置により形成された２段構造の凹部を有し、この凹部内に接触ＩＣモジュール２００が接触電極２０１を上にして格納されている。
接触ＩＣモジュール基板２０３とカード基材２０９は、ポリエステル系接着剤やポリウレタン系接着剤などからなる接着シート２１１によって接着されている。

図１に示される複合ＩＣカード２０００は、また、板状の高透磁率部材２０７を備えている。この高透磁率部材２０７は電磁結合用コイル２０と電磁結合用コイル２５との間で発生する漏れ磁束を低減するものであって、接着剤２０６によりＩＣチップ２０４の表面に貼り付けられている。
図３は電磁結合用コイル２０と電磁結合用コイル２５との位置関係と磁束分布を示し、本実施形態に係る結合複合カード２０００では、ＩＣモジュール側のコイル２０から発生した磁束２７０は、高透磁率部材２０７の中では互いに密接した状態を保つ。その結果、アンテナ側コイル２５の内側を通る磁束の本数（実線で示した磁束）が従来よりも大幅に増加し、二つのコイル間の電気的結合が高まる。その結果、電磁結合時のロスが減少し、通信感度が向上する。

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、高透磁率部材２０７の材料としては、パーマロイ、タフパーム、パーメンダ、珪素鋼板、フェライトなどの高透磁率材料フェライトなどの高透磁率材料に限られるものではなく、必要とされる強度に応じ、高透磁率材料や軟磁性材料を含有する複合磁性材料を用いてもよい。
以下、実施例を挙げて本発明に係る電磁結合式複合ＩＣカードについて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

ガラスエポキシ基材の両面に銅箔が形成された基板に対し、所定の位置にスルーホール接合を作成し、両面の電気的接続をとり、続いてエッチングにより、一方の基板表面には接触電極２０１を、チップが実装される他方の基板表面にはバンプ電極２０２と電磁結合用コイル２０を形成し、これを接触ＩＣモジュール基板２０３とした。
次に、この接触ＩＣモジュール基板２０３に、異方性導電接着剤ＡＣＰを用いて、ＩＣチップ２０４をフリップチップ実装し、チップ２０４とバンプ電極２０２とを接合した。続いて、エポキシ接着剤により、ＩＣチップ２０４と同面積のフェライト板を高透磁率部材２０７としてＩＣチップ２０４に貼り付けた。

アンテナシート２０８には、ＰＥＴフィルムにアルミ箔を貼り付けた複合シートに対し、エッチング法で、リーダーライターに対するアンテナ２５０と電磁結合用コイル２５を作成したものを用い、これをＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）のシートで両側から挟み、熱ラミネート法によりカード基材２０９を作成した。
上記のように作製したＩＣモジュール２００を、カード基材２０９に形成した凹部に格納し、接着シート２１１により固定した。
以上のように、接触ＩＣモジュール側に形成されたコイル２０とアンテナ側に形成されたコイル２５との間に、高透磁率部材２０７を配置したことにより、二つのコイル間での電気的結合が向上し、従来の電磁結合複合方式よりも良好な通信感度を持つ信頼性の高い複合ＩＣカードとなった。

１０００，２０００…複合ＩＣカード
１００，２００…接触ＩＣモジュール
１５０，２５０…アンテナ
１７０，２７０…磁束
１０，１５，２０，２５…電磁結合用コイル
２０１…接触電極
２０２…バンプ電極
２０３…接触ＩＣモジュール基板
２０４…ＩＣチップ
２０５…スルーホール
２０６…接着剤
２０７…高透磁率部材
２０８…アンテナシート
２０９…カード基材
２１１…接着シート

Claims

外部読み書き装置との通信を該外部読み書き装置の接触電極に接触して行う接触ＩＣモジュールと、前記外部読み書き装置との通信を非接触で行うアンテナとを備え、
前記接触ＩＣモジュールは、
接触ＩＣモジュール基板と、
前記接触ＩＣモジュール基板の一方の面にバンプ電極を介して実装されたＩＣチップと、
端部が前記バンプ電極と電気的に接続され、前記ＩＣチップを取り囲むように前記接触ＩＣモジュール基板の前記一方の面に設けられた第１の電磁結合用コイルとを備え、
前記接触電極は、前記接触ＩＣモジュール基板の他方の面に形成され、前記接触ＩＣモジュール基板に形成されたスルーホールを通じて前記バンプ電極と電気的に接続され、
前記アンテナは、
前記接触ＩＣモジュール基板の前記一方の面と対向して配置されたアンテナシートと、
平面視で前記第１の電磁結合用コイルの外側に位置するように前記アンテナシートの前記接触ＩＣモジュール基板と対向する面に形成され、前記第１の電磁結合用コイルとの間で前記接触ＩＣモジュールと前記アンテナとを電磁結合する第２の電磁結合用コイルとを備え、
前記第１の電磁結合用コイルと前記第２の電磁結合用コイルとの間には、前記ＩＣチップの前記アンテナシートと対向する面に接着され、前記第１の電磁結合用コイルと前記第２の電磁結合用コイルとの間に発生する漏れ磁束を低減する前記ＩＣチップと同面積の板状の高透磁率部材が配置されていることを特徴とする複合ＩＣカード。