JP4028764B2

JP4028764B2 - 非接触通信式情報担体

Info

Publication number: JP4028764B2
Application number: JP2002176276A
Authority: JP
Inventors: 寛人渡邊; 和彦大道
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP2004021650A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップに非接触通信用アンテナを一体に形成した半導体装置を備える非接触通信式情報担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば部品や製品の在庫管理などのために、アンテナコイルを一体に形成したＩＣチップを部品や製品に装着したり、あるいは入退室の管理や定期券等のアプリケーションに利用するために、アンテナコイルを一体に形成したＩＣチップをカード本体に埋設した個人識別カードが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところがアンテナコイルを一体に形成したＩＣチップは硬く、ＩＣチップどうしが接触するとコイル形成面が傷つき易いため、ＩＣチップの袋詰めやパーツフィーダーによる供給ができず、高価なマテリアルハンドリングに依らざるを得ない。
【０００４】
またアンテナコイルを一体に形成したＩＣチップは極めて薄く（厚さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ程度）、脆性が高いのでコイル形成面側（またはその裏面側）で応力による割れや欠けなどが起こり易く、２次加工が困難である。
【０００５】
さらに合成樹脂を利用したチップのインサート成形は可能であるが、アンテナコイルを一体に形成したＩＣチップとモールド樹脂との物理的特性の違いが大きいため、成形性が悪く、多数個取りが難しく、コスト高になるなどの欠点を有している。
【０００６】
また、インサート成形した場合、埋設した樹脂による熱膨張や使用時に生ずる応力歪がＩＣチップに直接影響を与え、最悪の場合ＩＣチップの回路破壊を生じるといった欠点を有している。
【０００７】
また従来、例えば特開２００２−７９８９号公報に記載されているようなコイン形ＩＣタグが提案されている。このコイン形ＩＣタグは図１３に示すように、ポリエチレンテレフタレートフィルム５１の両面にウレタン系接着剤５２を塗布し、一方の接着剤５２の上にエッチング法でアンテナコイル５３を形成するとともに、ＩＣチップ５４を実装してＩＣ実装フィルム５５を製作する。
【０００８】
一方、ステンレスなどの金属粉末をポリアミド樹脂に混入してＩＣ実装フィルム５５と同じ面積に成形した成形板５６ａと５６ｂで前記ＩＣ実装フィルム５５を挟み、加熱・加圧して前記フィルム５１の両面に塗布しているウレタン系接着剤５２を溶融し３者を一体化してコイン形ＩＣタグを得る。図１３（ａ）中の符号５７は、ＩＣ実装フィルム５５と成形板５６ａ，５６ｂを加圧して一体化する際にＩＣチップ５４が破損しないための逃げ用凹部である。
【０００９】
このように金属粉末を混入した２枚の成形板５６ａ，５６ｂを用いることにより、コイン形ＩＣタグに重量感を持たせ、コイン形ＩＣタグを使用する機器内での重量不足による動作不良を回避することができる。
【００１０】
ところがこのコイン形ＩＣタグは、ＩＣ実装フィルム５５と２枚の成形板５６ａ，５６ｂをそれぞれ金型内で重ね合わせて、３者を加熱・加圧し接着剤５２を溶融して一体化する際、中間にあるＩＣ実装フィルム５５のハンドリングができず、そのためにＩＣ実装フィルム５５と成形板５６ａ，５６ｂが相対的に位置ずれを起こし、外観不良となることがあり、生産性が悪い。
【００１１】
また、接着剤５２の上にアンテナコイル５３とＩＣチップ５４が実装されており、この接着剤５２を加熱溶融してＩＣ実装フィルム５５を成形板５６ａに接着しているため、接着剤５２の層が厚いとアンテナコイル５３のピッチ間隔が狂ったり、ＩＣチップ５４の接続部に変形を生じたりする恐れがある。一方、接着剤５２の層が薄過ぎるとＩＣ実装フィルム５５と成形板５６ａ，５６ｂとの接着強度が十分に得られず、コイン形ＩＣタグの落下試験でＩＣ実装フィルム５５から成形板５６ａ，５６ｂが剥がれる心配がある。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、取扱性ならびに生産性が良好な非接触通信式情報担体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、一面にアンテナコイルを一体に形成したＩＣチップをコアピース本体の凹部内に装着して構成したコアピースと、中央部に設けた嵌合部に前記コアピースを嵌合してコアピースを保持する金属を含まない合成樹脂からなるスペーサ部材と、そのスペーサ部材の外周を取り囲むように配置されて金属粉末と合成樹脂の混合物からなる重量付与部材を備え、前記スペーサ部材と重量付与部材は２色成形されており、前記アンテナコイルと重量付与部材が前記スペーサ部材を介して離間していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部あるいは貫通した透孔からなり、その嵌合部内にコアピース本体が嵌合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記コアピース本体の外周面に環状凸部または環状溝部が設けられ、前記スペーサ部材の嵌合部の内周面に環状溝部または環状凸部が設けられて、その環状凸部と環状溝部が嵌合することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部からなり、その嵌合部の内周面またはコアピース本体の外周面に空気抜き溝が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。図１ないし図１０は実施形態に係る非接触通信式情報担体を説明するための図で、図１はＩＣチップの拡大斜視図、図２はコアピース本体の平面図、図３はコアピース本体の一部を切断した正面図、図４はコアピースの平面図、図５はコアピースの一部を切断した正面図である。
【００１８】
図６は電子マネー取引などに使用するトークンにコアピースを装着する前の状態を示す平面図、図７は装着後の平面図、図８は装着前のトークンの一部拡大断面図、図９は装着前のトークンの一部拡大平面図、図１０は図７Ａ−Ａ線上の拡大断面図である。
【００１９】
図１に示すように正方形をしたＩＣチップ１の回路形成面側の表面にポリイミド樹脂などからなる絶縁層２を介してスパイラル状のアンテナコイル３が一体に形成されている。アンテナコイル３は電気鋳造メッキ法やフォトレジスト法などにより形成することができ、両端が絶縁層２に形成されたスルーホールを通して入出力端子４、４に接続されている。同図に示すように、ＩＣチップ１の中心Ｏ１と、矩形スパイラル状のアンテナコイル３の巻回中心Ｏ２が一致するようにアンテナコイル３がＩＣチップ１上に形成されている。
【００２０】
コアピース本体５は略カップ状をしており、ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂などの熱可塑性樹脂で成形され、図２と図３に示すように中央位置に円形で有底状の凹部６を有し、凹部６の開口部周辺に起立したかしめ代７が一体に形成されている。必要に応じてかしめ代７の周方向に１つまたは複数個のＶ字形あるいはＵ字形の切欠部を形成することもできる。コアピース本体５の外周面に、断面形状が半円形、三角形、台形などの環状リブ８が１条または複数条形成されている。
【００２１】
凹部６の直径Ｄ（図２参照）は図１に示すＩＣチップ１の対角線の長さＬと略等しく設計され、ＩＣチップ１を凹部６内に挿入することにより、アンテナコイル３の巻回中心Ｏ２とコアピース本体５の中心Ｏ３が一致するように、すなわちコアピース本体５内でアンテナコイル３（ＩＣチップ１）が中心に自動的に位置決めされるようになっている。
【００２２】
ＩＣチップ１はアンテナコイル３側を下にして図５に示すように凹部６内に挿入され、コアピース本体５の上側から超音波溶着ホーン（図示せず）を押し付けてかしめ代７を内側に加熱軟化してかしめ、図４と図５に示すようにＩＣチップ１の４つの角部１ａ〜１ｄを係止するかしめ部９を形成して、ＩＣチップ１が凹部６内で固定される。
【００２３】
前述のように切欠部を設けることにより、かしめ代７を内側に加熱軟化してかしめる際にしわなどを生じることなく、内側に長く延びたかしめ部９が形成され、外形の小さいＩＣチップ１でもコアピース本体５内に確実に固定できる。またＩＣチップ１はアンテナコイル３側を下にして凹部６内に設置することにより、アンテナコイル３が凹部６の底部１２に密着して保護できるから、袋詰やパーツフィーダで供給するときにアンテナコイル３が傷つくことなく、保護効果はある。コアピース本体５を透明または半透明なプラスチックで成形すれば、ＩＣチップ１の装着の有無などの確認ができて便利である。
【００２４】
このようにＩＣチップ１をコアピース本体５内に嵌合することにより、コアピース１１が構成される。そしてＩＣチップ１をコアピース本体５の凹部６内で担持することにより、アンテナコイル３が保護されるとともに、取り扱い易い大きさにできるから、これをコアピース１１として量産し、本来ＩＣチップ１を装着すべき部材にそれぞれ取り付けることができる。特にＩＣチップ１の取扱い時や対象製品と嵌合した後の応力等によるチップ欠けが生じやすいＩＣチップ角部１ａ〜１ｄをコアピース１１により保護できる。
【００２５】
電子マネー取引などに使用するトークン１３は例えば直径が３０ｍｍ、厚さが２．５ｍｍの円板状（コイン状）をしており、内側に配置されたスペーサ部材１４と、そのスペーサ部材１４の外周を取り囲む重量付与部材１５から構成され、このスペーサ部材１４と重量付与部材１５は２色成形により同時に成形されている。
【００２６】
前記スペーサ部材１４は、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、ポリフェニレンサルファイト樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂などの合成樹脂で成形され、通信に悪影響を及ぼす金属（粉末状、細片状、繊維状など）は含まれていない。
【００２７】
一方、重量付与部材１５は例えばタングステン（比重１９．２４）、鉛（比重１１．３４）、ニッケル（比重８．８５）、鉄（比重７．８６）、アルミニウム（比重２．７０）、ステンレス鋼などの金属（粉末状、細片状、繊維状など）と、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、ポリフェニレンサルファイト樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂などの合成樹脂との組成物（混合物）で構成されている。
【００２８】
金属（粉末状、細片状、繊維状など）の含有率は、約２０〜７０重量％の範囲が適当である。例えばＡＢＳ樹脂にタングステンの微粉粉を添加、分散して比重が約３．１の重量付与部材１５を構成することができる。
【００２９】
前記スペーサ部材１４を構成するベース樹脂と重量付与部材１５を構成するベース樹脂は、同じでも異なっていてもよい。スペーサ部材１４と重量付与部材１５のベース樹脂が同じであれば、２色成形時の樹脂のなじみが良く、またスペーサ部材１４と重量付与部材１５の物理的性質が近似しているから、スペーサ部材１４と重量付与部材１５の接合が確実である。
【００３０】
このようにトークン１３の大部分を重量付与部材１５で構成することにより、トークン１３に重量感を付与することができるとともに、落下衝撃などの外力に対してコアピース１１とスペーサ部材１４の機械的保護に役立つ。
【００３１】
スペーサ部材１４の中央部には有底状で円形の嵌合部１６が設けられ、この嵌合部１６の内周面に沿って環状溝部１７が形成され、また嵌合部１６の底部から上方開口部にかけて空気抜き溝１８が１本あるいは複数本（本実施形態では図９に示すように対向するように２本）形成されている。
【００３２】
コアピース１１は、図６や図７に示すようにトークン１３の嵌合部１６に強嵌合される。この強嵌合の際に嵌合部１６内の空気をある程度逃がさないと、圧縮した空気が嵌合部１６内に残り、組み込みが完了したトークンを落下試験したときにコアピース１１がトークン１３から外れることがある。このようなことを回避するために、嵌合部１６の内周面に空気抜き溝１８が形成されている。
【００３３】
また図１０に示すように強嵌合が終了した時点で、コアピース本体５の環状リブ８が嵌合部１６の環状溝部１７に嵌合するとともに、コアピース本体５の外周面と嵌合部１６の内周面とが面で密着する。このときスペーサ部材１４がコアピース本体５よりも硬質の合成樹脂で成形しておれば、空気抜き溝１８の開口エッジ部１０（図９参照）がコアピース本体５の環状リブ８に食い込み、コアピース本体５とトークン１３（スペーサ部材１４）の結合がより強固になる。
【００３４】
図１０に示すようにコアピース本体５の底部１２が表側になるように、すなわちアンテナコイル３ができるだけ表に近づくように装着され、底部１２の表面がトークン１３の表面から突出しないように固定される。またこのアンテナコイル３は合成樹脂製のスペーサ部材１４を介して金属製重量付与部材１５と所定の距離離間している。
【００３５】
前述のようにトークン１３の中央位置には嵌合部１６が形成されているから、結局、ＩＣチップ１の向きは任意であってトークン１３の中心Ｏ４とＩＣチップ１の中心Ｏ２が一致することになる（図６，図７参照）。
【００３６】
図１１は本発明に係る非接触通信式情報担体３１とリーダライタ３２とホストコンピュータ４４の間におけるデータ伝送システムを示すブロック図である。情報担体３１はアンテナコイル３、電源生成回路３３、メモリ３４、コントロール回路３５などから構成されている。リーダライタ３２は情報担体３１側のアンテナコイル３と対応するアンテナコイル３６、トランシーバ／レシーバ３７、コントローラ３８などを備えている。各部の接続は図に示すような関係になっている。
【００３７】
図１２は情報担体３１のアンテナコイル３とリーダライタ３２のアンテナコイル３６の対応関係を示す図である。アンテナコイル３６は、アンテナコイル３の外形と略同じ程度の下面を有する円柱状のフェライトコア３９の周面に巻回されている。そしてアンテナコイル３の平面に対してフェライトコア３９の軸方向が垂直に配置され、フェライトコア３９の下面がアンテナコイル３に近接する。
【００３８】
リーダライタ３２に装着されるトークン１３は、ガイド手段（図示せず）によりトークン１３の中心（アンテナコイル３の中心）がフェライトコア３９の下面の中心と一致するように位置決めされるから、トークン１３（アンテナコイル３）がその平面上においてどのような向きになっても、アンテナコイル３とアンテナコイル３６の間で電磁的に結合され、データの授受（通信）がなされる。
【００３９】
前記実施形態ではスペーサ部材１４の方をコアピース本体５よりも硬質にしたが、反対にコアピース本体５の材料に例えばポリフェニレンサルファイト樹脂（ＰＰＳ樹脂）やポリエーテルイミロ樹脂（ＰＥＩ樹脂）等のスーパーエンジニアニングプラスチックを使用し、スペーサ部材１４の材料にＡＢＳ樹脂を使用して、コアピース本体５の方をスペーサ部材１４りも硬質にすることもできる。
【００４０】
このようにすれば、スペーサ部材１４の嵌合部１６へコアピース１１を嵌合する際、あるいは嵌合後の使用時においてコアピース本体５に応力が加わっても、ＩＣチップ１を保護し、チップ割れやＩＣチップの回路破壊を回避することが可能となる。
【００４１】
前記実施形態ではコアピース本体５側に環状リブ８を設け、スペーサ部材１４側に環状溝部１７を形成したが、コアピース本体５側に環状溝部１７を形成し、スペーサ部材１４側に環状リブ８を設けることもできる。
【００４２】
前記実施形態ではスペーサ部材１４に有底状の凹部からなる嵌合部１６を形成したが、スペーサ部材の上面から下面に貫通した透孔状の嵌合部を設けることもできる。
【００４３】
前記実施形態ではスペーサ部材１４側に空気抜き溝１８を形成したが、コアピース本体５側に空気抜き溝を形成することもできる。
【００４４】
本発明に係る非接触通信式情報担体は前記実施形態に記載したトークンの他にカード、ＤＮＡチップ，試験菅，検査片などの各種検査対象物を収納するケース、ＰＣカード規格やコンパクトフラッシュ（登録商標）規格等の電子カードのコネクタ部，フレーム部，ケース部、ペン型ポインティングデバイスの先端部、ＬＡＮケーブルや光ケーブルの接合コネクタ部、自動車等のキー、光ディスク，磁気ディスク，テープ媒体のケースや媒体自身等、今まで適用不可能な小さい領域への装着を実現することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
前記第１の手段は、アンテナコイルを一体に形成したＩＣチップをコアピース本体の凹部内に装着することにより、コイル形成面の保護ができ、しかも取り扱い易い大きさにできるから、袋詰やパーツフィーダによる供給が可能となり、取扱性ならびに生産性が良好で安価な非接触通信式情報担体を提供することができる。
【００４６】
また情報担体の種類、形状、仕様などが異なっても、コアピースとの取り付け部（装着部）の形状を一定にしておけば、同じコアピースが共通に使用でき、コストの低減が図れる。
【００４７】
さらに、スペーサ部材と重量付与部材は２色成形されて１つの部品として取り扱うことができ、各部品は全て嵌合で組み込みが終了するから、従来提案されたものよりも製造が簡単で生産効率を高めることができる。
【００４８】
さらにまた重量付与部材により非接触通信式情報担体の重量感が増し、またアンテナコイルと重量付与部材が金属を含まないスペーサ部材を介して離間しているから、金属を含む重量付与部材による通信の弊害が無くなり、さらにそのため重量付与部材を構成する金属の選択範囲が拡張できる。
【００４９】
前記第２の手段は、スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部あるいは貫通した透孔からなり、その嵌合部内にコアピース本体が強嵌合しているから、両者が面で密着し、コアピース本体とスペーサ部材の結合が強固になる。
【００５０】
前記第３の手段は、コアピース本体の外周面に環状凸部または環状溝部が設けられ、スペーサ部材の嵌合部の内周面に環状溝部または環状凸部が設けられて、その環状凸部と環状溝部が嵌合する構造になっているから、コアピース本体とスペーサ部材の結合がさらに強固になる。
【００５１】
前記第４の手段は、スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部からなり、その嵌合部の内周面またはコアピース本体の外周面に空気抜き溝が形成されているから、コアピースをスペーサ部材の嵌合部に嵌合する際に空気を抜くことができ、そのためにコアピースの嵌合が確実であるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触通信式情報担体用ＩＣチップの拡大斜視図である。
【図２】コアピース本体の平面図である。
【図３】コアピース本体の一部を切断した正面図である。
【図４】コアピースの平面図である。
【図５】コアピースの一部を切断した正面図である。
【図６】トークンにコアピースを装着する前の状態を示す平面図である。
【図７】トークンにコアピースを装着した後の平面図である。
【図８】装着前のトークンの一部拡大断面図である。
【図９】装着前のトークンの一部拡大平面図である。
【図１０】図７Ａ−Ａ線上の拡大断面図である。
【図１１】本発明に係る非接触通信式情報担体とリーダライタとホストコンピュータの間におけるデータ伝送システムを示すブロック図である。
【図１２】非接触通信式情報担体のアンテナコイルとリーダライタのアンテナコイルの対応関係を示す図である。
【図１３】従来提案されたコイン形ＩＣタグを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ＩＣチップ
１ａ〜１ｄＩＣチップの角部
３アンテナコイル
５コアピース本体
６凹部
７かしめ代
８環状リブ
９かしめ部
１０開口エッジ部
１１コアピース
１２底部
１３トークン
１４スペーサ部材
１５重量付与部材
１６嵌合部
１７環状溝部
１８空気抜き溝
Ｄコアピス本体の凹部の直径
ＬＩＣチップの対角線の長さ
Ｏ１ＩＣチップの中心
Ｏ２アンテナコイルの巻回中心
Ｏ３コアピス本体の中心
Ｏ４トークンの中心

Claims

一面にアンテナコイルを一体に形成したＩＣチップをコアピース本体の凹部内に装着して構成したコアピースと、
中央部に設けた嵌合部に前記コアピースを嵌合してコアピースを保持する金属を含まない合成樹脂からなるスペーサ部材と、
そのスペーサ部材の外周を取り囲むように配置されて金属と合成樹脂の組成物からなる重量付与部材を備え、
前記スペーサ部材と重量付与部材は２色成形されており、前記アンテナコイルと重量付与部材が前記スペーサ部材を介して離間していることを特徴とする非接触通信式情報担体。
請求項１記載の非接触通信式情報担体において、前記スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部あるいは貫通した透孔からなり、その嵌合部内にコアピース本体が嵌合されていることを特徴とする非接触通信式情報担体。
請求項２記載の非接触通信式情報担体において、前記コアピース本体の外周面に環状凸部または環状溝部が設けられ、前記スペーサ部材の嵌合部の内周面に環状溝部または環状凸部が設けられて、その環状凸部と環状溝部が嵌合することを特徴とする非接触通信式情報担体。
請求項１記載の非接触通信式情報担体において、前記スペーサ部材の嵌合部が有底状の凹部からなり、その嵌合部の内周面またはコアピース本体の外周面に空気抜き溝が形成されていることを特徴とする非接触通信式情報担体。