JPH10334203A - Icカードおよびicモジュール - Google Patents
IcカードおよびicモジュールInfo
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Abstract
静電容量素子を追加することなく共振回路の静電容量を
形成する。 【解決手段】 本ICカードにおいては、アンテナコイ
ル6と静電容量素子2との間に生ずる浮遊容量が、共振
回路の静電容量として利用される。したがって、アンテ
ナコイル6と静電容量調整素子2とは、浮遊容量によっ
て交流的に結合されているのみであり、接点をもって直
流的に接続されているものではない。この浮遊容量は、
アンテナコイル6と静電容量調整素子2との間の距離、
その間に挟まれる材料の誘電率、および静電容量調整素
子2の形状によって決まる。したがって、静電容量調整
素子2の形状を可変とすることにより浮遊容量を調整可
能である。
Description
タの読み書きや電力の供給を電磁波等によって非接触で
行うICカードおよびICモジュールに関する。
Cカードが知られている。この種のICカードの中に
は、外部からのデータの読み書きや電力の供給を電磁波
等によって非接触で行うものがあり、非接触ICカード
と呼ばれている。非接触ICカードは、データの記憶、
処理および通信制御を行う各種電子部品を搭載したIC
チップと電磁波を受信するアンテナとして機能するアン
テナコイルとからなるインレットと呼ばれる部分をプラ
スチック基体に組み込むことにより構成される。
カードの読み書きを電磁波を用いて行う場合、カード内
に電磁波の周波数に合わせた周波数選択回路、すなわち
共振回路が必要となる。この共振回路は、一般にインダ
クタンス素子と静電容量素子によって構成され、インダ
クタンス素子としてアンテナコイルを、静電容量素子と
してチップコンデンサを用いることが多い。
周波数に依存しており、この共振周波数は、一般に次式
によって与えられる。 f=1/{2・π・√(L・C)} ここで、fは共振周波数であり、Lはアンテナコイルの
インダクタンスであり、Cはアンテナコイルに接続され
る静電容量(例えば、チップコンデンサの場合はその容
量)である。上式より、共振周波数fは、インダクタン
スLと静電容量Cとの積の平方根に反比例しているの
で、例えば共振周波数fを低くするにはアンテナコイル
のインダクタンスLを大きくする必要がある。一般に、
コイルのインダクタンスは、その巻数や外形寸法に依存
しており、例えば円形のコイルの場合、巻数が多く、外
径・内径とも大きい方が大きなインダクタンスを得るこ
とができる。しかし、ICカードの機械的強度の面から
みれば、アンテナコイルを小さく構成する方が当該アン
テナコイルに加わるストレスが小さくなる。
クタンスLが小さくて済むため、アンテナコイルを小さ
く構成することが可能となる。しかし、この静電容量C
は、通常チップコンデンサやICチップに内蔵される静
電容量素子で構成されるため、ICカードの厚みを一定
の規格(例えばISO7816)に収めるためには、チ
ップコンデンサやICチップの大きさにも制約がある。
問題点として、以下の(1)〜(4)が挙げられる。 (1)機械的強度の低下 ICカードの製造法には、ラミネート法、射出成形法等
があるが、いずれの製造法もインレットをカード基材内
に入れるときに熱や圧力が加えられる。このため、イン
レットは、耐熱性、耐圧性に優れていることが望まし
い。ところが、チップコンデンサは通常セラミックコン
デンサ(積層セラミック)で構成されているため、割れ
やすく、加工時のストレスに耐えられない場合がある。
また、カード化した後においても曲げに対して強度的に
弱くなる。一方、強度を上げるために、チップを厚くす
ると、カードの厚さが一定の規格(例えばISO781
6では厚さ0.76mm)に収まらなくなる。 (2)コストアップ チップコンデンサの分だけ部品点数が増え、また、その
部品を搭載するための工程も必要となり、製造コストが
アップする。 (3)信頼性の低下 チップコンデンサの電気的接続法としては半田付けが一
般的であるが、半田付けされた部分は加工時の加熱によ
って劣化する可能性がある。したがって、チップコンデ
ンサの追加など部品点数が増えることにより故障率が高
くなり、信頼性が低下する。 (4)静電容量の調整困難 部品の製造ばらつきによって変動した共振回路の共振周
波数を補正する場合、チップコンデンサをサンドブラス
ト法により削ることによって調整する方法がある。しか
し、この方法は、削りかすの除去に手間がかかり、ま
た、チップコンデンサにストレスがかかるため品質に影
響を与える可能性があり、好ましくない。一方、インレ
ット内に複数のチップコンデンサを設け、そのチップコ
ンデンサの接続を変えることで静電容量を調整すること
も可能である。しかし、この方法は、チップ面積の増大
による機械的強度の低下、部品点数の増加による製造コ
ストのアップ、および信頼性の低下を招くため、好まし
くない。さらに、上述した方法は、いずれもインレット
の状態では実施可能であるが、カード化した後は実施す
ることができない。
ることの問題点として、以下の(1)〜(3)が挙げら
れる。 (1)コストアップ ICチップに静電容量素子を内蔵することでチップ面積
が大きくなるため、ウエハ1枚当たりで製造しうるチッ
プ数が少なくなるので、そのICチップ1個当たりの製
造コストが上昇してしまう。 (2)機械的強度の低下 同様に、チップ面積が大きくなれば、カード加工時ある
いはカード製造後において曲げなどのストレスをより強
く受けることとなり、強度的に不利となる。 (3)静電容量の調整困難 ICチップに静電容量素子を内蔵すると、ICカードの
完成後にその静電容量を調整することが困難になる。
ンデンサを用いたり、あるいはICチップに静電容量素
子を内蔵することには種々の問題があり、望ましいこと
ではなかった。
もので、チップコンデンサやICチップに内蔵される静
電容量素子を追加することなく共振回路の静電容量を形
成することができるICカードおよびICモジュールを
提供することを目的とする。また、本発明の他の目的
は、インレット完成後またはICカード完成後に共振回
路の共振周波数を容易に調整できるようにすることにあ
る。
ために、請求項1に記載の発明は、ICカードであっ
て、データの記憶、処理および通信制御を行うICチッ
プと、該ICチップと接続され、空間を伝搬する所定周
波数の交流磁界を介して電源電圧の発生と信号の授受を
行う結合手段とを備えてなり、前記結合手段と所定の間
隔をあけて、或いは絶縁材を介して導電体を配置してな
ることを特徴としている。
に記載のICカードにおいて、前記導電体は、その一部
を切断することにより、等価容量を変更することが可能
であることを特徴としている。
または2に記載のICカードにおいて、前記導電体は箔
状であることを特徴としている。
または2に記載のICカードにおいて、前記導電体は導
線状であることを特徴としている。
に記載のICカードにおいて、前記導電体に接して蓄熱
層を設け、該蓄熱層の加熱により前記導電体を切断可能
としたことを特徴としている。
ュールであって、データの記憶、処理および通信制御を
行うICチップと、該ICチップと接続され、空間を伝
搬する所定周波数の交流磁界を介して電源電圧の発生と
信号の授受を行う結合手段とを備え、前記結合手段と所
定の間隔をあけて、或いは絶縁材を介して導電体を配置
してなることを特徴としている。
ドであって、請求項6に記載のICモジュールをカード
基材に嵌合または内包してなることを特徴としている。
の実施形態について説明する。 A:実施形態の構成 図1はこの発明の一実施形態にかかるICカードの構成
を説明するために各層を分離して示した斜視図である。
同図において、本ICカードは、複数の層構造部材を重
ね合わせて1枚のカードとして構成されており、表面樹
脂シート3、インレット1、コア樹脂シート5、静電容
量調整素子2および裏面樹脂シート4からなっている。
びコア樹脂シート5の材質としては、主としてポリ塩化
ビニル、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチ
レン)、PET(ポリエチレン・テレフタレート)、P
C(ポリカーボネート)、PE(ポリイミド)、エポキ
シ等の樹脂が用いられるが、一般にプリント配線板に用
いられる樹脂や合成紙、紙などのシート状に構成しうる
ものであればその他の材質を用いてもよい。また、樹脂
には、強度や色を調整する目的でガラス繊維やガラスビ
ーズ、あるいは酸化チタン、炭酸カルシウム等を混入し
てもよい。
般的なプラスチックカードの製造方法によって組み立て
られるが、射出成形法によって構成してもよく、また、
各層間に接着剤を塗布して構成してもよい。
には、従来の磁気テープ付きのプラスチックカードやI
Cカードに一般的に用いられるプラスチックカード用の
材料が使用可能である。また、表面樹脂シート3および
裏面樹シート4のさらに外側に、印刷面を保護するため
の保護層を設けてもよい。この保護層としては、シート
上の部材を貼り付けてもよく、あるいは樹脂等でコーテ
ィングしてもよい。さらに、カードの表面または裏面に
は、印刷を施すためにポリエステル等の受像層が設けら
れる場合もある。
平面図であり、図3は、図2に示すインレット1におけ
るモジュール7の断面図である。これらの図において、
インレット1は、アンテナコイル6とモジュール7を接
続パッド8を介して接続して構成されており、モジュー
ル7は、プリント基板11上にICチップ9を実装して
いる。
状の巻いたもの、または銅箔をエッチングして銅箔のパ
ターンを形成したものが用いられる。アンテナコイル6
の材質としては、安価な銅を用いるのが適当であるが、
これに限らず、導電性を有するものであれば、金、銀、
アルミニウム等の金属の他、その他の材料を用いること
も可能である。例えば、カーボンでもよく、導電ペース
ト等を印刷してパターン化したものでもよい。ただし、
アンテナコイル6の直流抵抗値が大きいと、送受信アン
テナとしての特性が低下してしまうため、電気的特性を
考慮して材質を選定する必要がある。
状等、一般的なコイルの巻き方で構成される。スパイラ
ル形状の場合、エッチングあるいは印刷によってパター
ン化することが可能である。また、平角線を用いること
によって、巻き線であってもスパイラル形状を容易に形
成可能であり、エッチングや印刷等の場合より導体断面
のアスペクト比を向上しうる。
基板11にICチップ9を実装して構成される。その実
装法としては、例えばCOB(Chip On Board)、フリッ
プチップ、TAB(Tape Automated Bonding)法等、周知
のICチップ実装法を各種適用可能である。
ラスエポキシ基板が用いられるが、ポリイミド等のフィ
ルム、またはICのリードフレームに用いられる金属を
採用してもよい。ICチップ9は、エポキシ樹脂等から
なる封止樹脂10によって保護される。この封止の方法
としては、例えばポッティング法やトランスファーモー
ルド法等のICの樹脂封止として周知の方法が各種用い
られる。モジュール7には、他にコンデンサを実装する
場合がある。この場合のコンデンサとしては、例えば積
層セラミック製のチップコンデンサが用いられる。アン
テナコイル6とモジュール7との接続およびコンデンサ
とモジュール7との接続には、例えば半田付け溶接、導
電性接着剤による接続等、電子部品を接続するための周
知の手法が用いられる。
子2の外観を示す平面図である。また、図5は、この静
電容量調整素子2とアンテナコイル6との位置関係を示
す斜視図である。本実施形態において、静電容量調整素
子2の形状および材質は、アンテナコイル6のそれと同
じである。なお、図4に示す静電容量調整素子2の形状
は長方形であるが、必ずしもこれに限定されず、アンテ
ナコイル6の形状に合わせて、円形、楕円形、正方形
等、種々の形状を採用可能である。
は、コンデンサを別途実装しない場合、アンテナコイル
6自体の浮遊容量と、静電容量調整素子2とアンテナコ
イル6との間に形成された距離dの空間に生ずる浮遊容
量とを足し合わせたものとなる。
る。図6は、図1に示すICカードにおける共振回路の
等価回路を示す回路図である。図6において、12はア
ンテナコイル6のもつインダクタンスであり、13はI
Cチップ9の回路部分に相当する。また、図7は、アン
テナコイル6の等価回路を示す回路図であり、図6に示
すインダクタンス12をさらに詳細に示したものであ
る。図7において、14、15、16は各々アンテナコ
イル6の等価容量C、等価インダクタンスL、等価抵抗
Rである。
ては、アンテナコイル6と静電容量素子2との間(距離
d)に生ずる浮遊容量(つまり図7に示す等価容量C)
が、共振回路の静電容量として利用される。したがっ
て、アンテナコイル6と静電容量調整素子2とは、浮遊
容量によって交流的に結合されているのみであり、接点
をもって直流的に接続されているものではない。
6と静電容量調整素子2との間の距離d、その間に挟ま
れる材料の誘電率、および静電容量調整素子2の形状に
よって決まる。したがって、静電容量調整素子2の形状
を可変とすることにより浮遊容量を調整/変更可能であ
る。
する。まず、静電容量調整素子2を薄膜で製造する。静
電容量調整素子2の材料は、アンテナコイル6と同じく
導電体であればよく、例えば金属の薄膜により構成す
る。次に、静電容量調整素子2に密着させて蓄熱層を設
け、カード化する。その後、当該カードに対し、外部か
らレーザを照射する等により局所的に熱を加えることに
よって当該蓄熱層を発熱させ、静電容量調整素子2を溶
融、切断する等、任意の形状に加工する。このように静
電容量調整素子2の形状を変化させることによって、浮
遊容量を所望の値に調整することが可能となる。
属薄膜層は、例えばすず、ビスマス、インジウム、鉛、
カドミウム、テルル、アルミニウム、銀等の低融点金属
の単体あるいは金属化合物、またはそれらの混合物のい
ずれか1つまたは2つ以上の材料によって構成される。
また、蓄熱層は、例えば赤外線吸収発熱材とバインダか
らなり、その厚さは0.5〜5μmが望ましい。赤外線吸
収発熱材の材料としては、ポリメチレン系のシアニン色
素やアゾ系色素、ナフトキノン系やアントラキノン系色
素等が望ましく、バインダの材料としては、ポリエステ
ル系樹脂、エチルセルロース、メチルセルロース、酢酸
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリビニル
アルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、
ポリビニルアセタール、ポリアクリルアミド等のビニル
系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフ
ィン類、ポリアクリレート樹脂類、エポキシ樹脂類、フ
ェノール樹脂類等が望ましい。
ドにおいては、ICカードの完成後にそのICカードが
内蔵する共振回路の静電容量を可変調整することができ
るので、共振回路を構成する電子部品の特性のばらつき
による共振周波数の変動を容易に調整することができ、
その共振周波数を所望の値に高精度に設定することが可
能になる。
は、共振回路の静電容量として、アンテナコイル6自体
の浮遊容量と、静電容量調整素子2とアンテナコイル6
との間に生ずる浮遊容量を利用しているので、別途チッ
プコンデンサを設けたり、あるいはICチップ内に静電
容量素子を内蔵する必要がなくなる。この結果、ICカ
ードの機械的強度を高めることができるとともに、製造
コストを低減することができる。
は、静電容量調整素子2をアンテナコイル6と重なるよ
うに対向配置できるので、導体箔によってコンデンサを
形成する場合のように別途ICカード面上で面積を専有
することがなく、カード表面にエンボスを施す場合等に
有利となる。
いては、静電容量調整素子2とアンテナコイル6とが直
流的に接続することなく静電容量を構成するので、IC
カード内における半田溶接部の数を低減でき、信頼性が
向上する。
ほぼ同一形状の静電容量調整素子2をアンテナコイル6
とは異なる層に配置したが、本発明は、これに限定され
るものではない。例えば、図8に示すように、アンテナ
コイル6の外側に隣接して静電容量調整素子2を設けて
もよい。また、図9に示すように、アンテナコイル6の
内側に隣接して静電容量調整素子2を設けてもよい。さ
らに、図10に示すように、アンテナコイル6の内側と
外側の双方に隣接して静電容量調整素子2を設けてもよ
い。
ル6の巻線の隙間に静電容量調整素子2の巻線が位置す
るように静電容量調整素子2を設けてもよい。また、図
12に示すように、アンテナコイル6の隣に静電容量調
整素子2を配置してもよい。
は、1層構造であるが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、複数層構造で静電容量調整素子2を形成し
てもよい。そして、静電容量調整素子2の巻数は、所望
の共振周波数に対応した静電容量となるように設定すれ
ばよい。
アンテナコイル6および静電容量調整素子2からなる部
分をカードとは一体でないICモジュール20として構
成し、当該ICモジュール20を、図13に示すよう
に、カード基材21と嵌合させたり、あるいは、図14
に示すように、カード基材21に埋め込むようにしても
よい。
調整素子2の具体的態様を示す平面図である。同図
(イ)に示すアンテナコイル6は、厚さ100μm(ミ
クロン)の白色ポリ塩化ビニルシート17上に35μm
厚の銅箔を貼ったシート状部材である。このアンテナコ
イル6は、エッチング法によってパターン形成したもの
である。この例では、線幅を200μm、線間の間隔を
200μm、巻数を4としている。
2は、厚さ100μmの白色ポリ塩化ビニルシート18
上に35μm厚の銅箔を貼ったシート状部材である。こ
の静電容量調整素子2は、エッチング法によってパター
ン形成したものである。この例では、上記アンテナコイ
ル6と同様、線幅を200μm、線間の間隔を200μ
m、巻数を4としている。
は、ICチップ9内に静電容量を設ける代わりに、12
pF(ピコファラド)のセラミックコンデンサ21を半
田付けによって接続したものである。この場合の等価回
路を図16に示す。同図において、22は静電容量調整
素子2のインダクタンスであり、23はアンテナコイル
6と静電容量調整素子2の間の浮遊容量である。また、
12は、アンテナコイル6のインダクタンスである。ま
た、図16に示す回路を、抵抗成分R、インダクタンス
成分Lおよび容量成分Cに分けて示すと、図17に示す
等価回路となる。同図において、25は図16に示す回
路の容量成分Cであり、24は図16に示す回路のイン
ダクタンス成分Lであり、25は図16に示す回路の抵
抗成分Rである。
合の回路の特性を示すグラフであり、図18(イ)はイ
ンピーダンス対周波数特性を、図18(ロ)は位相対周
波数特性を示している。図18(イ)において、横軸は
周波数を、縦軸はインピーダンスの絶対値を示してい
る。曲線aは、アンテナコイル6に12pFのコンデン
サのみを設けた場合の特性を示しており、曲線bは、ア
ンテナコイル6に12pFのコンデンサを設け、さらに
静電容量調整素子2を対向配置した場合の特性を示して
いる。このグラフから、アンテナコイル6に静電容量調
整素子2を対向配置することで、アンテナコイル6につ
いてのインピーダンス対周波数特性が変動し、共振周波
数がシフトしていることが分かる。一方、図18(ロ)
において、横軸は周波数を、縦軸は位相の変位値を示し
ている。この位相の変位値は、共振周波数における位相
を基準としたものである。図18(イ)と同様、曲線a
は、アンテナコイル6に12pFのコンデンサのみを設
けた場合の特性を示しており、曲線bは、アンテナコイ
ル6に12pFのコンデンサを設け、さらに静電容量調
整素子2を対向対置した場合の特性を示している。この
グラフから、アンテナコイル6に静電容量調整素子2を
対向対置することで、共振周波数がシフトしていること
が分かる。
の具体的な数値を示す説明図であり、アンテナコイル6
に12pFのコンデンサのみを設けた場合(曲線aの場
合)と、アンテナコイル6に12pFのコンデンサを設
け、さらに静電容量調整素子2を追加した場合(曲線b
の場合)について、各々静電容量値(pF)と共振周波
数(Hz)を示している。この図から、アンテナコイル
6に静電容量調整素子2を追加した場合の方が静電容量
が大きくなり、共振周波数が低下していることが分か
る。
2pFのコンデンサのみを設けた場合(曲線aの場合)
と、アンテナコイル6に12pFのコンデンサを設け、
さらに静電容量調整素子2を2層にして対向配置した場
合について、各々静電容量値(pF)と共振周波数(H
z)を示している。図19の場合と比較すると、静電容
量調整素子2の層を追加することによって静電容量が大
きくなり、共振周波数が低下することが分かる。
子2は、厚さ100μmの白色ポリ塩化ビニルシート1
9上に35μm厚の銅箔を貼ったシート状部材である。
この静電容量調整素子2が、図15(ロ)に示す静電容
量調整素子2と異なる点は、パターンを形成する銅箔に
切れ目kを入れたところにある。図に示す切れ目kの数
は2つであるが、この切れ目kの数を代えることにより
当該共振回路における静電容量値を変化させ、共振周波
数を調整することが可能である。
整素子2において、切れ目kの数を変更したときの静電
容量(pF)および共振周波数(Hz)を示す説明図で
ある。同図において、n(nは1ないし4)巻切断と
は、アンテナコイル2の銅箔のn巻に切れ目kを入れた
ことを示している。この図から、アンテナコイル2の銅
箔に入れる切れ目kの数が多くなるほど、当該共振回路
の静電容量が小さくなり、共振周波数が高くなることが
分かる。
Cカード内に設けることで、ICカード内の共振回路の
静電容量を増加させることができる。また、静電容量調
整素子2を加工(例えば、局所的な加熱等による切断)
することで、ICカード内の共振回路の静電容量を可変
にすることができ、共振周波数を調整できる。
化ビニルシート状にアンテナコイル6を設けるととも
に、モジュール7を実装した。そして、その塩化ビニル
シートに静電容量調整素子2を重ね合わせた。さらに、
その表面および裏面を、印刷済の塩化ビニルシートを用
いてホットコールドラミネート法によりラミネートし
て、カード化した。こうして作成したICカードにおい
ては、そのICカード内にチップコンデンサを内蔵しな
いので、製造コストを低減することができ、機械的強度
を高めることができ、さらに容量成分値の調整を容易に
行うことができる。
ば、チップコンデンサやICチップに内蔵される静電容
量素子を追加することなく共振回路の静電容量を形成す
ることができ、機械的強度、コストパフォーマンス、信
頼性に優れたICチップを提供することができる。ま
た、請求項5記載の発明によれば、上記効果に加え、イ
ンレット完成後またはICカード完成後に外部からの加
熱によって導電体を切断することによって共振回路の静
電容量を変化させることができるので、その共振周波数
を容易に調整することができる。
を同カードの各層を分解して示した斜視図である。
の平面図である。
ルの断面図である。
ある。
関係を示す斜視図である。
価回路を示す回路図である。
価回路を示す回路図である。
整素子を設けた変形例を示す平面図である。
整素子を設けた変形例を示す平面図である。
電容量調整素子を設けた変形例を示す平面図である。
整素子の巻線が位置するように静電容量調整素子を設け
た変形例を示す平面図である。
配置した変形例を示す平面図である。
よう構成した変形例を示す斜視図である。
う構成した変形例を示す断面図である。
具体的態様を示す平面図であり、(イ)、(ハ)はアン
テナコイルを、(ロ)、(ニ)は静電容量調整素子を示
している。
回路を示す回路図である。
を示すグラフであり、(イ)はインピーダンス対周波数
特性を、(ロ)は位相対周波数特性を示している。
F)および共振周波数(Hz)の具体的な数値として示
した説明図である。
性を静電容量および共振周波数の具体的な数値として示
した説明図である。
いて切れ目kの数を変更した場合の特性を静電容量およ
び共振周波数の具体的な数値として示した説明図であ
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 データの記憶、処理および通信制御を行
うICチップと、 該ICチップと接続され、空間を伝搬する所定周波数の
交流磁界を介して電源電圧の発生と信号の授受を行う結
合手段とを備えてなり、 前記結合手段と所定の間隔をあけて、或いは絶縁材を介
して導電体を配置してなることを特徴とするICカー
ド。 - 【請求項2】 前記導電体は、その一部を切断すること
により、等価容量を変更することが可能であることを特
徴とする請求項1に記載のICカード。 - 【請求項3】 前記導電体は箔状であることを特徴とす
る請求項1または2に記載のICカード。 - 【請求項4】 前記導電体は導線状であることを特徴と
する請求項1または2に記載のICカード。 - 【請求項5】 前記導電体に接して蓄熱層を設け、該蓄
熱層の加熱により前記導電体を切断可能としたことを特
徴とする請求項1に記載のICカード。 - 【請求項6】 データの記憶、処理および通信制御を行
うICチップと、該ICチップと接続され、空間を伝搬
する所定周波数の交流磁界を介して電源電圧の発生と信
号の授受を行う結合手段とを備え、 前記結合手段と所定の間隔をあけて、或いは絶縁材を介
して導電体を配置してなることを特徴とするICモジュ
ール。 - 【請求項7】 請求項6に記載のICモジュールをカー
ド基材に嵌合または内包してなることを特徴とするIC
カード。
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