JP3800765B2

JP3800765B2 - 複合ｉｃカード

Info

Publication number: JP3800765B2
Application number: JP31394597A
Authority: JP
Inventors: 晋江森; 進五十嵐; 英実中島
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: JPH11149537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報記録媒体に関し、詳しくはオフィス・オートメーション（Of-fice Automation、いわゆるOA）、ファクトリー・オートメーション（Factory Automation、いわゆるFA）、あるいはセキュリティー（Security）の分野等で使用されるＩＣカード等に代表される情報記録媒体であって、特に、電力の受給と信号の授受を電気接点を介して行う接触型と、電磁的な結合方式によって電源電力の受電、並びに信号の授受をＩＣカードに電気接点を設けることなく非接触状態で行う非接触型との双方の機能を有するＩＣカード、すなわち複合ＩＣカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリー等を内蔵するＩＣカードの登場により、従来の磁気カード等に比べて記憶容量が飛躍的に増大するとともに、マイクロコンピュータ等の半導体集積回路装置を内蔵することによって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。
【０００３】
ＩＣカードはＩＳＯ（International Organisation for Standardisation）で国際的に規格化されており、一般的に、ＩＣカードはプラスチックなどを基材とするカード本体に半導体メモリー等のＩＣが内蔵され、カード表面に外部読み書き装置との接続のために金属製の導電性端子が設けられており、そのＩＣカードと外部読み書き装置とのデータの交信のためにＩＣカードを外部読み書き装置のカードスロットに挿入して用いるものである。
これは、大量データ交換や決済業務等交信の確実性と安全性が求められる用途、例えばクレジットや電子財布応用では好都合である。
【０００４】
一方、入退室等のゲート管理への適用に際しては、認証が主たる交信内容であって、交信データ量も少量の場合が多く、より簡略な処理が望まれる。この問題を解決するために発案された技術がいわゆる非接触（型）ＩＣカードである。
これは、空間に高周波電磁界や超音波、光等の振動エネルギーの場を設けて、そのエネルギーを吸収、整流してカードに内蔵された電子回路を駆動する直流電力源とし、この場の交流成分の周波数をそのまま用いるか、或いは逓倍や分周して識別信号とし、この識別信号をアンテナコイルやコンデンサ等の結合器を介してデータを半導体素子の情報処理回路に伝送するものである。
【０００５】
特に、認証や単純な計数データ処理を目的とした非接触ＩＣカードの多くは、電池とＣＰＵ（Central Processing Unit 、中央処理装置）を搭載しないハードロジックの無線認証（Radio Frequency IDentification；以下ではこれを単にＲＦ−ＩＤと呼ぶ）であり、この非接触ＩＣカードの出現によって、従来の磁気カードに比較して偽造や改竄に対する安全性が高まるとともに、ゲート通過に際してそのカードの携帯者は、ゲート装置に取り付けられた読み書き装置のアンテナ部に接近させるか、又は携帯したカードを読み書き装置のアンテナ部に触れるだけでよく、そのカードを敢えてケースやカバンあるいはポケットから取り出して読み書き装置のスロットに挿入するというデータ交信のための煩雑さは軽減された。
【０００６】
近年になって、多目的な用途に１枚のカードで対応することを目的として、前者のような外部端子を持つ接触型の機能と、後者のような無線通信によってデータ交信する非接触型の機能との双方を有する複合型のＩＣカードが考案されている。接触型のＣＰＵ処理という高いセキュリティー性と非接触型の利便性という双方の利点を結合したものである。
尚、本明細書中では、このようなＩＣカード全般のことを、特に複合ＩＣカードと称している。
【０００７】
一般的に、複合ＩＣカードは以下に示すようにして製作される。
エッチングによって形成された非接触伝達用の金属箔のアンテナコイルがＩＣモジュールの嵌合孔を明けられたシートと基材によって挟み込まれ、ラミネートされてカード本体が製作される。
このとき、アンテナコイルとＩＣモジュールとの接続のための２つのアンテナ端子はカード本体の嵌合孔の内部で露出している。ＩＣモジュールの一方の面は外部機器との接続のための金属の端子電極が形成されている。
もう一方の面にＩＣが実装され、アンテナとの接続のための端子が設けられる。この端子には導電性接着剤が塗布される。端子に導電性接着剤が塗布されたＩＣモジュールのその端子とカードのアンテナ端子とが重なり合うようにＩＣモジュールがカード本体の嵌合孔に据え付けられた後、熱と圧力を加えてＩＣモジュールの端子とアンテナ端子とが結合されて実装を終了する。
【０００８】
このような実装法は比較的簡便ではあるが、ＩＣモジュールとアンテナとの接続部の状態を確認することは困難であって、また、もしそのカードに曲げ応力等が加えられた場合にはそのことによって接続部が破断する事が多く、従ってその接続信頼性が問題となる。
加えて、機械的な応力により接続部の劣化が発生しやすい。
さらに、ＩＣモジュールとアンテナとの接続のために導電性接着剤の塗布工程や熱圧着工程が必要となるので、従来の外部端子付きＩＣカードの製造装置を使用しにくく、新しく製造ラインを設置しなければならない。
【０００９】
複合ＩＣカードの、カード製造工程でのＩＣモジュールとアンテナとの間の接続を不要とする従来の技術の例としては、特開平７−２３９９２２号公報に示されるものがある。
これによれば、ＩＣカード用ＩＣモジュールを用意する。このＩＣモジュールは、ＩＣチップ、このＩＣチップと電気的に接続されており外部機器との間で情報及び／またはエネルギーの伝達を行う伝達機構、そしてこれらのＩＣチップ及び該伝達機構とを支持する支持体、とからなっている。また、その伝達機構は、コイルまたはアンテナのいずれかからなる非接触型伝達機構、及び前記支持体表面に設けられた導体をパターン化した複数の端子電極からなる接触型伝達機構、の両方を備えた構成としている。そして、接触型と非接触型との両方の方式に対応可能な機能をモジュール化して、そのＩＣモジュールをプラスチックカード基体に嵌合固定する、というものである。
また、さらに前記の実現手段として、非接触伝達のためのアンテナまたはコイルのいずれかを端子電極の周囲に端子電極を囲むように設けるか、あるいは逆に、アンテナまたはコイルを中心に据えてアンテナまたはコイルの周囲に端子電極を設ける、としている。
【００１０】
つまり、非接触伝達用のアンテナをＩＣモジュール内に収納するということによって、最終工程であるところの、ＩＣモジュールのカード基板への実装工程でのアンテナコイルとＩＣモジュールとの間の接続を不必要としたものである。
【００１１】
しかしながら、非接触伝達用のアンテナをＩＣモジュール内に収納する方法によったのでは、十分なアンテナ面積が得られず、交信距離が数ミリメートル以下のいわゆる密着結合の形態だけしか許されない。これでは、非接触伝達機能を付加することによって享受できる恩恵が極めて小さい。接触型伝達機構に非接触伝達機構を付与する効果は、数十ミリメートルから百ミリメートル程度の距離、あるいはさらにそれを超えるほどの距離だけ離れた所での交信が実現されることによって得られるべきものであって、この領域においては、外部読み書き装置のアンテナ部にカードをただ単に「かざす」だけの動作によって交信が達成可能となる。そして、そうするためには例えばコイルの面積を大きくするとか、あるいは巻数を多くすることが必要となってくる。
【００１２】
更に述べると、ＩＣモジュール基板の端子電極の周囲にプリントパターンによってアンテナコイルを設ける方法の場合には、標準のＩＣモジュールの面積が１２ｍｍ×１２ｍｍ程度であるのでアンテナコイルの大きさは上記の数値を超えることは許容されない。
よって、ＩＣモジュール内で端子電極の外周部にコイルを配置した場合には、プリントコイルを形成するとしても数巻きしかとれないことになり、コイルの面積が小さいことも影響して十分な電力を受信することができない。また、導体パターンで実用的な巻数にするとエンボス領域にかかってしまうことになる。
【００１３】
一方、後者のアンテナの周囲に端子電極を設ける配置の場合には、エンボス領域への侵犯が明白であり、外部端子付きＩＣカードの規格であるＩＳＯ７８１６から大きく逸脱したものであって、これでは市場的に受け入れられる可能性は極めて低い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来の技術がもつ問題点に着目してなされたものであり、ＩＣモジュールと非接触伝達用のアンテナコイルとの間の配線による接続が必要ないにも関わらず、十分な交信距離を得ることが出来る受信感度を備え、しかも接触型と非接触型との双方の伝達機構を実用的な動作状態で維持することができる複合ＩＣカードの非接触伝達用アンテナ素子とＩＣモジュールとを提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明が提供する手段は、すなわち、まず請求項１に示すように、
接触型と非接触型との双方の機能を備えた複合ＩＣカードであって、
複合ＩＣカードがＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールとの間に導体による接続を持たない非接触伝達用アンテナ素子とを有し、
該ＩＣモジュールは、接触型伝達機能と非接触型伝達機能との双方の機能を備えたＩＣチップ、接触型伝達素子である外部端子を形成したモジュール基板、そして非接触伝達機構の第１の結合コイルとから構成され、
前記非接触伝達用アンテナ素子は、外部読み取り装置との間で電力の受給と信号の授受を行うアンテナと、該アンテナに接続された第２の結合コイルとを備え、
前記第１の結合コイルと第２の結合コイルとが、互いに密結合可能に配設され、前記ＩＣモジュールとアンテナとがトランス結合によって非接触な結合が可能に構成された複合ＩＣカードにおいて、
前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルと、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルとが、ほぼ同一の面内に入れ子状に配置されてなることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００１６】
ここで、該第２の結合コイルの内側輪郭が、該ＩＣモジュールの嵌合孔の外側輪郭よりも大きくしたことは、第１のコイルに発生された微小な電力を第２のコイルにより効果的に伝達する事を目的としたものであって、カード側から外部読み取り機に信号を送信する場合、カードが受電した微弱な電力によってＩＣチップを駆動すると共に信号を送信しなければならないので微弱な信号となるため第２の結合コイルは可能な限り大きく取ることが好適である。
【００１７】
また、請求項１によると、第１の結合コイルがモジュール基板のＩＣチップと同一面に形成されることにより、第１のコイルとカード基材内に埋め込まれたアンテナ素子の第２の結合コイルとの間隙を小さくすることができるので双方の結合コイルの伝達効率を向上できるとともに、外部端子の外形寸法より小さな領域に第１の結合コイルを形成することが可能となることからエンボス対応上も、非常に好ましい。
【００１８】
さらに好ましくは、請求項２に示すように、請求項１に記載の複合ＩＣカードを基本構成としており、特に、前記第２の結合コイルの内側輪郭が、該ＩＣモジュールの嵌合孔の外側輪郭よりも大きく、且つ前記ＩＣモジュールに配設された第１の結合コイルがモジュール基板の裏面に形成されてなることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００１９】
ここで、非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルと、複合ＩＣモジュールの第１の結合コイルとが、ほぼ同一の面内に入れ子状に配置したことは、さらに第１の結合コイルと第２の結合コイルとの間の結合度を向上させることを目的としたものであって、請求項１に記載したＩＣモジュールに配置された第１の結合コイルがモジュール基板のＩＣチップと同一面に形成したことにより、第１の結合コイルと第２の結合コイルとをほぼ同一平面内に配置して両コイルの間隙を少なくすることができるので結合係数が高くとれる。
【００２０】
また好ましくは、請求項３に示すように、請求項１に記載の複合ＩＣカードを基本構成としており、特に、前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルの内側が、前記ＩＣモジュールの嵌合孔を兼ねてなることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００２１】
ここで前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルの内側が、前記ＩＣモジュールの嵌合孔を兼ねていることは、従来の外部端子付きＩＣカードのＩＣモジュール嵌合孔加工設備をそのまま使用することを目的としたものであって、従来の外部端子付きＩＣカードのＩＣモジュール嵌合孔の形状と同様であって、寸法は同一であるか大きくとれば、特に好適である。
【００２２】
また好ましくは、本発明は、請求項４に示すように、上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードを基本構成としており、特に、前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルが、前記アンテナのループ外に設けられていることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００２３】
ここで前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルを、前記アンテナのループ外に設けたことは、エンボス対応を目的としたものであって、第２の結合コイルの外側輪郭とアンテナの外側輪郭がエンボス領域を避けるように配置したものである。
【００２４】
これによると、非接触伝達用のアンテナ素子の第２の結合コイルをアンテナのループ外に設けることで、第２のコイルの外周にアンテナコイルが巻かれることが無くなり、第２のコイルの外形をエンボス領域にかからないようにするだけでよくエンボス領域へのアンテナコイルのはみ出しを抑制できる。
【００２５】
また、本発明は、請求項５に示すように、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
複合ＩＣカードを基本構成としており、特に、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、巻線コイルからなり、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの周囲に巻かれることで該ＩＣモジュールの補強材も兼ねることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００２６】
これによると、複合ＩＣモジュールの第１のコイルをＩＣチップの封止材周囲に巻き、ＩＣモジュールの補強材とすることで、機械的な応力に対してＩＣモジュールの強度を向上させている。
【００２７】
ここでＩＣモジュールの前記第１の結合コイルが、巻線コイルからなり、前記モジュール基板の外部端子形成面とは反対の面のＩＣチップの周囲に巻かれることは、ＩＣモジュールの特別な補強材を不要とすることを目的としたものであって、巻線コイルが接着剤の含浸等で強固に固められていれば特に好適である。
【００２８】
また、本発明は、請求項６に示すように、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードを基本構成としており、特に、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの近傍に巻線コイルにてトロイダル状に巻かれて形成されていることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００２９】
ここで第１の結合コイルをＩＣチップの近傍に巻線コイルにてトロイダル状に巻くことは、エンボス領域への第２のコイルのはみ出しを押さえることを目的としたものであって、第１のコイルはエンボス領域と反対の位置に実装されることが好適である。
【００３０】
また、本発明は、請求項７に示すように、上記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの近傍にパターン化された導体により形成されていることを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００３１】
ここでＩＣモジュールの前記第１の結合コイルをＩＣチップの近傍にパターン化された導体により形成したことは、エンボス領域への第２のコイルのはみ出しを押さえること及び第１のコイルの実装コスト削減を目的としたものであって、第２のコイルとほぼ同一面に形成されるのであれば特に好適である。
【００３２】
また、本発明は、請求項８に示すように、上記請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールのＩＣチップ実装面をＩＣチップおよび第１の結合コイルと共に樹脂封止したことを特徴とする複合ＩＣカードである。
【００３３】
ここでＩＣモジュールのＩＣチップ実装面をＩＣチップおよび第１の結合コイルと共に樹脂封止したことは、樹脂封止後に第１の結合コイルを取り付けることによる樹脂成形の問題を解決するとともに強度の向上を目的としたものであって、第１のコイル全体を封止することが好ましい。
【００３４】
これによると、ＩＣモジュールのＩＣチップ実装面をＩＣチップおよび第１の結合コイルと共に樹脂封止したことで、結合コイルの露出を防止することで信頼性も向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における非接触伝達機構の基本構成と基本原理とについて図面を用いて説明する。
【００３６】
図４は、本発明の非接触伝達機構の原理を説明する非接触結合回路の等価回路図である。図４において、非接触型の外部読み書き装置１００の送受信回路１０１には複合ＩＣカード１の非接触伝達機構への電力供給と情報の授受を行う電磁結合器である送受信コイル１０２が接続されている。
【００３７】
一方、複合ＩＣカード１の非接触伝達機構は、外部読み書き装置１００の送受信アンテナ１０２と直接電磁的に結合され電力の受信と情報の授受に関与するアンテナコイル４と、アンテナコイル４の両端に接続され並列共振回路を構成するコンデンサ１５と、複合ＩＣモジュール２に実装された複合ＩＣチップ６とそれに接続された第１の結合コイル８と、その第１の結合コイル８にアンテナコイルで受信した信号を最大効率で伝送するために並列共振回路のコンデンサ１５の両端に接続された第２の結合コイル３からなる。このとき、コンデンサ１５の接続は並列としたが、アンテナコイル４や第２の結合コイル３の線間容量を増大させることにより省略させることも可能である。また、アンテナコイル４と第２の結合コイル３との間に直列に接続することも本発明に含まれる。
【００３８】
ここで、外部読み書き装置１００から複合ＩＣカード１に電力および情報を伝達する場合について、各コイルの結合を以下に説明する。
外部読み書き装置１００の送受信回路１０１で発生された図示しない高周波信号により、送受信コイル１０２に高周波磁界が誘起される。この高周波信号は、磁気エネルギーとして空間に放射される。
【００３９】
このとき、複合ＩＣカード１がこの高周波磁界中に位置すると、外部読み書き装置１００の送受信コイル１０２により発生された高周波磁界により、複合ＩＣカード１のアンテナコイル４とコンデンサ１５で構成する並列共振回路に電流を流す。このとき、複合ＩＣチップ６に直接接続された第１の結合コイル８と、前記アンテナコイル４とコンデンサ１５の共振回路に接続され第１の結合コイル８に電力伝送する第２の結合コイル３にも高周波磁界による電流が誘起されるが、前記のアンテナコイル４に誘起される量に比べて一桁以上小さいので、受信感度はアンテナコイル４の特性に大きく依存する。
【００４０】
アンテナコイル４とコンデンサ１５の共振回路で受信した信号は第２の結合コイル３に伝達される。その後、第２の結合コイル３と第１の結合コイル８とが最大伝達効率を示す密結合配置で第２の結合コイル３と第１の結合コイル８とのトランス結合によって、複合ＩＣチップ６に信号が伝達される。第２の結合コイル３と第１の結合コイル８とのトランス結合の最大伝達効率は回路定数の選択によって決定される。
以上のようにして、受信特性の改善が達成される。
【００４１】
さらに、第１の結合コイル８の巻数を多くすることによって第２の結合コイル３との結合係数が大きくなり、複合ＩＣチップ６に伝達されるエネルギーはさらに増大する。
しかしながら、現在の印刷配線板の製造技術では０．１ｍｍのパターン幅が限界でありプリントコイルではＩＣカードのモジュール基面内に数十巻きすることは困難である。
一方、絶縁皮膜を施した導線によってコイルを形成することは磁気ヘッド技術の進歩により、数十ミクロン径まで可能となっている。
その技術に着目して、本発明の複合ＩＣモジュールとアンテナとの結合コイルを絶縁皮膜を施した導線によって形成する手段を考案するに至った。
【００４２】
加えて、本発明に於けるような空芯トランス型結合においては、コイル間の間隙をより少なくすることが伝達効率向上をもたらす。この実現のために、第２の結合コイル３の内径を図示しないカード基板の複合ＩＣモジュール２の嵌合孔よりも大きくして、第１の結合コイル８を第２の結合コイル３が取り巻き、ほぼ同一平面内に配置するようにした。このとき、第２の結合コイル３の内部は前記嵌合孔を兼ねることになる。
こうすることで、複合ＩＣモジュール２の嵌合孔の下に第２の結合コイル３が配置される場合に比較して、嵌合孔加工の深さ精度が必要なくなり外部端子付きＩＣカードの嵌合孔加工設備がそのまま使用可能となる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００４４】
図１は本発明にかかる複合ＩＣカードの概略構成図である。
本発明にかかる複合ＩＣカード１は、本発明の複合ＩＣモジュール２とシート状の樹脂の表面にプリントコイルで形成した第２の結合コイル３とアンテナコイル４とを持つアンテナ基板５を樹脂封止したカード基板１０からなる。
【００４５】
複合ＩＣモジュール２は接触型伝達部であるパターン形成した端子電極７と、図示しない接触型インターフェースと非接触型インターフェースとを内蔵した複合ＩＣチップ６と、複合ＩＣチップ６の周囲、またはモジュール基板９の周囲に絶縁皮膜を施した導線によって形成された非接触型伝達部の第１の結合コイル８、そしてモジュール基板９からなる。
複合ＩＣチップ６はモジュール基板９の端子電極７の形成面とは反対側の面に実装される。複合ＩＣチップ６とモジュール基板９の端子電極７とはスルーホールで接続される。複合ＩＣチップ６と、端子電極７及び第１の結合コイル８とを接続するモジュール基板９に形成された回路パターンとは半田や導電性接着剤等を用いて熱溶着されて接続される。この接続は、複合ＩＣチップ６の回路形成面とモジュール基板９とをワイヤボンドすることによっても実現されうる。
【００４６】
複合ＩＣチップ６をモジュール基板９に実装し、回路接続された後に、複合ＩＣチップ６は図１（ｂ）に示す如く樹脂封止１６され、その後、複合ＩＣチップ６の周囲、またはモジュール基板９の周囲に絶縁皮膜導線を巻き第１の結合コイル８を形成し、その後モジュール基板９の回路パターンと第１の結合コイル８の端子とを接続して複合ＩＣモジュール２が完成する。
図１（ｂ）は第１の結合コイル８を複合ＩＣチップ６の樹脂封止１６の周囲に巻線コイルを形成した場合について示した。第１の結合コイル８の形成の準備として、樹脂封止１６の工程まで製作した複合ＩＣモジュール２の樹脂封止１６の周囲を切削手段などにより巻線しやすくなるように加工する。その後、図示しない巻線機によって複合ＩＣモジュール２の樹脂封止１６の周囲に直接巻線を施す。
所定巻数終了後、図示しない第１の結合コイル８の接続端子の絶縁皮膜を除去して、モジュール基板９の図示しない所定の回路パターンに接続する。
【００４７】
このとき、樹脂封止１６を施す際に巻線を容易にするように型を用いるなどして樹脂封止することにより樹脂封止１６の切削加工を省略できる。また、巻線を複合ＩＣチップ６の周囲に直接巻かずに、コイル巻線機を用いて別工程で平面コイルを製作し、モジュール基板９に接着して第１の結合コイル８とし、その後、ＩＣチップ６と第１の結合コイル８とを覆い隠すように樹脂封止１６することも本発明に含まれる。
本実施例では、製作されたコイルの断面形状を角丸の矩形としたが、円形であってもよい形状に限定はない。
【００４８】
続いて、本発明による複合ＩＣカード１は概略以下のようにして製作される。まず、図１（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂基板にプリントコイルで第２の結合コイル３とアンテナコイル４とコンデンサ１５をそれぞれ別個の領域に形成したアンテナ基板５が準備される。
図１（ｂ）に示すように、アンテナ基板５の第２の結合コイル３は複合ＩＣモジュール２の嵌合孔１１の外形よりも外に形成され、最終的に、複合ＩＣモジュール２に実装された第１コイル８とほぼ同一平面に位置するように設定される。ここで、第２の結合コイル３とアンテナコイル４とは絶縁被覆した導線を巻いて形成してもよい。
【００４９】
アンテナ基板５の樹脂としては塩化ビニルが使用されたが、その他にもポリカーボネート、ＰＥＴ、ポリイミドなども適用でき、材料は一種に固定されるものではない。また、アンテナ基板５の基材の厚さは５０μｍから３００μｍの範囲である。より好ましくは、１００μｍ程度である。
【００５０】
次に、射出成形によりアンテナ基板５を封入してカード基板１０を成形する。成形の際、第２の結合コイル３が複合ＩＣモジュール２の実装位置に重なるように位置決めされ配置される。射出成形によるカード基板１０の製作の後に複合ＩＣモジュール２の嵌合孔１１を形成する。最後に、カード基板１０の複合ＩＣモジュール２の嵌合孔１１に複合ＩＣモジュール２を接着することで複合ＩＣカード１が完成する。カード基板１０の材料としては塩化ビニルを用いたが、その他、ポリカーボネートなど十分なカードの特性が得られるもので有ればすべて本発明に適用できる。図１（ａ）において、カード基板１０は表面と裏面に分離して描いてあるが、本来、一体のものであり、図１（ａ）では、カード基板に封入されるアンテナ基板５における結合コイルと嵌合孔１１との関係を明確に説明するために修飾されている。
【００５１】
本発明において、カードの製作を射出成形としたが、カード特性を維持する方法であればいずれも本発明に適用可能であって、例えば、ラミネート方式、接着剤充填方式であってもよい。また、ＩＣモジュールの嵌合孔１１は、カード成形時に同時加工することも本発明に含まれる。この場合には、アンテナ基板５に形成された第２の結合コイル３の内部は、ＩＣモジュールの嵌合のために予めくり抜かれている。
【００５２】
図２は、複合ＩＣチップ６の近傍に第１の結合コイル８を巻いた実施例である。この例では、複合ＩＣチップ６は、モジュール基板９の中心から一方の端に偏心されて実装される。樹脂封止１６までの工程が終了した複合ＩＣモジュール２に別途、図示しない巻線機で製作した第１の結合コイル８をモジュール基板９に接着し、第１の結合コイル８の図示しない接続端子がモジュール基板９の図示しない所定の回路パターンに端子接続して複合ＩＣモジュール２が完成する。こうすることで、樹脂封止部の周囲を第１コイル８の実装の為に加工する行程が不要となる。第１コイル８の断面形状は角丸の矩形としたが、円形や楕円形であってもよく形状にこだわるものではない。
【００５３】
図３は、複合ＩＣチップ６の近傍に配置するように第１の結合コイル８をモジュール基板９の複合ＩＣチップ６の実装面に導体のプリントパターンで形成した実施例である。
第１の結合コイル８は、モジュール基板９の表面の外部端子と裏面の複合ＩＣチップ６も接続パターンと同時に形成されるのでモジュール基板９と第１コイル８との接続が簡略化される。本実施例に於ける第１の結合コイル８の断面形状は角丸の矩形としたが、円形や楕円形であってもよく形状にこだわるものではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に於ける複合ＩＣモジュールは、外部端子付きの接触型とアンテナコイル等の非接触結合素子を持つ非接触型の双方の方式に対応可能な機能を有しており、ＩＣモジュールとアンテナコイルとの間にトランス結合回路素子を設けることで、ＩＣモジュールとアンテナコイル間を電気的に接続することなく電力の受給と信号の送受を行うように構成した。
この複合ＩＣカードにおいて、非接触伝達用のアンテナ素子の第２の結合コイルの内径がＩＣモジュールの嵌合孔の外形より大きくなるようにして、ＩＣモジュールに配置された第１の結合コイルがモジュール基板の裏面に形成し、第１の結合コイルと第２の結合コイルとをほぼ同一面に配置することで間隙を少なくすることができるので結合係数が高くとれる。
【００５５】
結果として、アンテナコイルで受信した電磁エネルギーを高い結合係数でトランス結合してＩＣチップに伝達できるようになった。
このことにより、非接触伝達機能の利点である外部読み書き装置のアンテナ近傍にカードを「かざす」ことで通信可能な感度特性を一層向上できるという効果がある。
さらに、カードの受信感度が大きくなることで通信距離の増大、及び／又は外部読み書き装置の送信出力の抑制が実現できる。このことは、電波法によって送信出力が規制されているため、非接触伝達機能にとって好都合である。
【００５６】
加えて、非接触伝達用のアンテナ素子の第２の結合コイルの内部がＩＣモジュールの嵌合孔を兼ねている。こうすることで、複合ＩＣモジュールの嵌合孔の下に第２の結合コイルが配置される場合に比較して、嵌合孔加工の深さ精度が必要なくなり、従来の外部端子付きＩＣカードのＩＣモジュール嵌合孔加工設備をそのまま使用することができるとともに、ＩＣモジュールとカード基板に内蔵されたアンテナ回路との接続が不要であり、カードに曲げ応力などの機械的応力が加えられてもＩＣモジュールとアンテナ回路とが接続点を持たないために接続端子の破断などによって故障する危険が極めて少ない。
【００５７】
また、非接触伝達用のアンテナ素子の第２の結合コイルをアンテナのループ外に設けることで、エンボス領域へのアンテナコイルのはみ出しを抑制した。
更に、前記の複合ＩＣモジュールの第１のコイルをＩＣチップの封止材周囲にトロイダル状に巻き、ＩＣモジュールの補強材とすることで、機械的な応力に対してＩＣモジュールの強度を向上させている。
【００５８】
以上総じて、ＩＣモジュールと非接触伝達用のアンテナコイルとの間の配線による接続が必要ないにも関わらず、十分な交信距離を得ることが出来る受信感度を備え、しかも接触型と非接触型との双方の伝達機構を実用的な動作状態で維持することができる複合ＩＣカードとそれに好適に使用可能な複合ＩＣモジュールとを提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる複合ＩＣカードの第１の実施例の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例のＩＣモジュールの結合コイル実装の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施例のＩＣモジュールの結合コイル実装の説明図である。
【図４】本発明の非接触伝達機構の原理を説明する非接触結合回路の等価回路図である。
【符号の説明】
１・・・複合ＩＣカード
２・・・ＩＣモジュール
３・・・第２の結合コイル
４・・・アンテナコイル
５・・・アンテナ基板
６・・・複合ＩＣチップ
７・・・端子電極
８・・・第１の結合コイル
９・・・モジュール基板
１０・・・カード基板
１１・・・嵌合孔
１５・・・コンデンサ
１６・・・樹脂封止
１００・・・外部読み書き装置
１０１・・・送受信回路
１０２・・・送受信アンテナ

Claims

接触型と非接触型との双方の機能を備えた複合ＩＣカードであって、
複合ＩＣカードがＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールとの間に導体による接続を持たない非接触伝達用アンテナ素子とを有し、
該ＩＣモジュールは、接触型伝達機能と非接触型伝達機能との双方の機能を備えたＩＣチップ、接触型伝達素子である外部端子を形成したモジュール基板、そして非接触伝達機構の第１の結合コイルとから構成され、
前記非接触伝達用アンテナ素子は、外部読み書き装置との間で電力の受給と信号の授受を行うアンテナと、該アンテナに接続された第２の結合コイルとを備え、
前記第１の結合コイルと第２の結合コイルとが、互いに密結合可能に配設され、前記ＩＣモジュールとアンテナとがトランス結合によって非接触な結合が可能に構成された複合ＩＣカードにおいて、
前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルと、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルとが、ほぼ同一の面内に入れ子状に配置されてなることを特徴とする複合ＩＣカード。
該第２の結合コイルの内側輪郭が、該ＩＣモジュールの嵌合孔の外側輪郭よりも大きく、且つ前記ＩＣモジュールに配設された第１の結合コイルがモジュール基板の裏面に形成されてなること
を特徴とする請求項１に記載の複合ＩＣカード。
前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルの内側が、前記ＩＣモジュールの嵌合孔を兼ねてなること
を特徴とする請求項１に記載の複合ＩＣカード。
前記非接触伝達用アンテナ素子の第２の結合コイルが、前記アンテナのループ外に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合ＩＣカード。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、巻線コイルからなり、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの周囲に巻かれることで該ＩＣモジュールの補強材も兼ねることを特徴とする複合ＩＣカード。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの近傍に巻線コイルにてトロイダル状に巻かれて形成されていることを特徴とする複合ＩＣカード。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールの第１の結合コイルが、前記モジュール基板の裏面のＩＣチップの近傍にパターン化された導体により形成されていることを特徴とする複合ＩＣカード。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合ＩＣカードであって、前記ＩＣモジュールのＩＣチップ実装面をＩＣチップおよび第１の結合コイルと共に樹脂封止したことを特徴とする複合ＩＣカード。