JP7159663B2 - ブースタアンテナおよびデュアルｉｃカード - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣモジュールと組み合わせて使用されるブースタアンテナ、およびこのブースタアンテナを備えたデュアルＩＣカードに関する。

接触型通信機能および非接触型通信機能を有するデュアルＩＣカードは、使用者の用途に応じて通信形態を使い分けられるため、様々な用途に用いられてきている。近年、デュアルＩＣカードでは、アンテナを備えたＩＣモジュールを絶縁性の接着剤などにより接合し、カード本体に埋め込まれたブースタアンテナとの間で電磁結合により電力供給と通信が可能なカード構成が用いられている。このようにデュアルＩＣカードを構成することで、ＩＣモジュールとカード本体との電気的な接続が不安定になるのを抑制することができる。これは、ＩＣモジュールとカード本体とをはんだなどの導電性の接続部材で直接接続した場合には、デュアルＩＣカードを曲げたり、経年劣化により接続部材が劣化したりしたときに接続部材が破損する恐れがあるためである。

特許文献１に記載のブースタアンテナは、コイルアンテナと容量性素子とを備えている。高周波磁界により、コイルアンテナおよび容量性素子で構成される並列共振回路に電流が流れ、非接触通信を行うことができる。

特開２０１５－７８９９号公報

特許文献１に記載のブースタアンテナは、非接触通信の通信距離を長くとれる点で優れている。その一方、製造公差による容量性素子の容量のばらつきや、設置環境による浮遊容量の変動等によりブースタアンテナの共振周波数が変動すると、通信性能が安定しなくなることがある。
そのため、通信距離よりも安定性を重視する用途に適した構成のブースタアンテナが求められている。

本発明は、通信性能の安定性が高いブースタアンテナを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、非接触型通信機能の安定性が高いデュアルＩＣカードを提供することである。

本発明の第一の態様は、絶縁性の基板と、基板の周縁に沿って一巻き形成された導電性の主コイルと、主コイルのループの内側に形成された導電性の結合用コイルとを備え、基板上の回路が、主コイルおよび結合用コイルのみから構成されるブースタアンテナである。

本発明の第二の態様は、接触型外部機器と接触するための接触端子部と、電磁結合による非接触端子部を構成する接続コイルと、接触型通信機能および非接触型通信機能を有するＩＣチップとを有するＩＣモジュールと、本発明のブースタアンテナと、ＩＣモジュールおよびブースタアンテナを収容する板状のカード本体とを備え、接続コイルと結合用コイルとが、ブースタアンテナの平面視において少なくとも一部が重なるように配置されているデュアルＩＣカードである。

本発明のブースタアンテナは、ＩＣモジュールと電磁結合することにより、安定した通信性能を発揮する。
本発明のデュアルＩＣカードは、安定した非接触型通信機能を発揮する。

本発明の一実施形態のデュアルＩＣカードを模式的に示す側面の断面図である。 同デュアルＩＣカードのブースタアンテナを示す平面図である。 同デュアルＩＣカードの原理を説明するための等価回路図である。 同ブースタアンテナの変形例を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るデュアルＩＣカードを、図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態のデュアルＩＣカード１は、本発明のブースタアンテナを備えて構成されている。
図１は、デュアルＩＣカード１模式断面図である。図１に示すように、デュアルＩＣカード１は、凹部１１が形成された板状のカード本体１０と、この凹部１１に収容されたＩＣモジュール３０とを備えている。カード本体１０内には、ブースタアンテナ１００が埋め込まれており、ＩＣモジュール３０と電磁結合できる位置関係にある。

図２は、ブースタアンテナ１００の平面図である。ブースタアンテナ１００は、基板１０１と、基板１０１に設けられたアンテナ１１０とを備えている。基板１０１上に形成された導電性の構造物はアンテナ１１０からなる回路のみであり、容量性素子は形成されていない。

基板１０１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの絶縁性を有する材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。
基板１０１の短辺１０２寄りの位置には、基板１０１の厚さ方向に貫通する収容孔１０３が形成されている。収容孔１０３は、平面視において基板１０１の短辺や長辺に平行な辺を有する矩形状に形成されている。基板１０１の厚さは、例えば１５～５０μｍ（マイクロメートル）である。

アンテナ１１０は、ＩＣモジュール３０の後述する接続コイル３１と電磁結合するための結合用コイル１１１と、結合用コイル１１１に接続されてリーダライタなどの非接触型外部機器との非接触型通信を行う主コイル１１２とを有する。結合用コイル１１１は、図２に示すように、収容孔１０３の周囲に設けられている。主コイル１１２は結合用コイル１１１のループを囲むように、基板１０１の周縁に沿って矩形状に形成されている。

結合用コイル１１１は、基板１０１の面方向に広がる螺旋状に形成され、ブースタアンテナ１００の平面視において二巻き以上のループを有する。結合用コイル１１１の両端は、基板１０１の短辺１０２に向かって延び、主コイル１１２と接続されている。結合用コイル１１１は、二巻き以上のループを有するため、少なくとも一か所において、基板１０１の厚さ方向に重なる立体交差部位を有する。立体交差部位においては、交差する結合用コイル１１１の素線間に薄膜上の絶縁体１１１ａが配置され、素線間の短絡を防いでいる。

主コイル１１２は、図２に示すように、基板１０２の周縁に沿って一巻き形成されている。主コイル１１２の線幅は、結合用コイル１１１の線幅よりも広い。結合用コイル１１１および主コイル１１２の線幅は適宜設定することができ、設定により、設定通信周波数における両者の虚部インピーダンスを同等とするのが好ましい。
主コイル１１２は、二巻き以上形成されてもよいが、性能的には一巻きが最も好適である。

アンテナ１１０の結合用コイル１１１および主コイル１１２の製造方法に特に制限はなく、様々な方法で形成することができる。製造方法として、金属板や金属箔のレーザー切断や打ち抜き、金属箔や金属層のエッチング、金属線の配置などを例示できる。打ち抜きは、特に主コイル１１２を幅広に形成する際に好適である。絶縁被覆された金属線を使って結合用コイルを形成すると、立体交差部位に別途絶縁体を配置する必要がなく、簡便に形成できる。
主コイルと結合用コイルとを異なる材料で形成する場合、両者の接続方法としては、はんだ付け、溶接、圧接などを採用できる。

カード本体１０は、非晶質ポリエステルなどのポリエステル系材料、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの塩化ビニル系材料、ポリカーボネート系材料、ＰＥＴ－Ｇ（ポリエチレンテレフタレート共重合体）などの絶縁性を有する材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。
凹部１１は、カード基材１５の側面に形成された第一の収容部２４と、第一の収容部２４の底面に形成された第一の収容部２４よりも小径の第二の収容部２５とを有している。

ＩＣモジュール３０は、図１に示すように、シート状のモジュール基材３３と、モジュール基材３３の第一の面に設けられたＩＣチップ３４および接続コイル３１と、モジュール基材３３の第二の面に設けられた複数の接触端子（接触端子部）３５とを備えている。ＩＣモジュール３０は、さらにＩＣ樹脂封止部３６を備えていてもよい。
モジュール基材３３は、ガラスエポキシやＰＥＴなどの材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。モジュール基材３３の厚さは、例えば５０～２００μｍである。
ＩＣチップ３４は、接触型通信機能および非接触型通信機能を有する公知の構成のものを用いることができる。
接続コイル３１は、ＩＣチップ３４とＩＣ樹脂封止部３６を囲うように螺旋状に形成されている。接続コイル３１は、銅箔やアルミニウム箔をエッチングでパターン化することで形成され、厚さは、例えば５～５０μｍである。接続コイル３１は、結合用コイル１１１と電磁結合することにより、非接触端子部を構成する。

複数の接触端子３５は、モジュール基材３３の第二の面に例えば銅箔をラミネートすることで、所定のパターンに形成されている。銅箔における外部に露出する部分には、厚さ０．５～３μｍのニッケル層をメッキにより設けてもよく、さらにこのニッケル膜上に厚さ０．０１～０．３μｍの金層をメッキにより設けてもよい。
各接触端子３５は、現金自動預け払い機などの接触型外部機器と接触するためのものである。接触端子３５は、ＩＣチップ３４に内蔵された不図示の素子などと接続されている。
ＩＣチップ３４と接続コイル３１とは不図示のワイヤにより接続されていて、ＩＣチップ３４、接続コイル３１およびワイヤにより、閉回路が構成される。

樹脂封止部３６は、例えば、公知のエポキシ樹脂などで形成することができる。樹脂封止部３６を備えることで、ＩＣチップ３４を保護したり、ワイヤの断線を防いだりすることができる。

接続コイル３１と結合用コイル１１１とは、デュアルＩＣカード１の平面視において少なくとも一部が重なりあう位置関係にある。接続コイル３１と結合用コイル１１１とは、デュアルＩＣカード１の厚さ方向において離間している。離間距離は適宜設定できるが、０．４ｍｍ以下が好適である。

次に、以上のように構成されたデュアルＩＣカード１の作用について説明する。図３は、本デュアルＩＣカード１の原理を説明するための等価回路図である。
リーダライタ（非接触型外部機器）Ｄ１０の送受信回路Ｄ１１で発生された不図示の高周波信号により、送受信コイルＤ１２に高周波磁界が誘起される。この高周波磁界は、磁気エネルギーとして空間に放射される。

このときデュアルＩＣカード１がこの高周波磁界中に位置すると、高周波磁界により、デュアルＩＣカード１のブースタアンテナ１００に電流が流れる。主コイル１１２で受信した信号は、結合用コイル１１１に伝達される。その後、結合用コイル１１１と接続コイル３１との電磁結合によってＩＣチップ３４に信号が伝達される。
このとき、ブースタアンテナ１００の平面視において、主コイル１１２の電流の流れと、結合用コイル１１１の電流の流れとは、正反対になっている。例えば、主コイル１１２の電流の流れが時計回りである場合、結合用コイル１１１の電流の流れは反時計回りである。

図示はしないが、デュアルＩＣカード１が現金自動預け払い機などの接触型外部機器との間で電力供給と通信を行う場合には、現金自動預け払い機に設けられた端子をデュアルＩＣカード１の接触端子３５に接触させる。そして、現金自動預け払い機の制御部とＩＣチップ３４との間で電力供給および通信を行う。

本実施形態のデュアルＩＣカード１によれば、ブースタアンテナ１００のアンテナ１１０が結合用コイル１１１と主コイル１１２のみで構成された回路であり、この回路上に容量性素子等の他の導体構造物が接続されていない。したがって、容量性素子の製造ばらつき等による共振周波数の変動が生じない。その結果、設置環境等によるインピーダンスの変動がなく、デュアルＩＣカード１全体としてフラットな通信特性を発揮し、安定した非接触型通信が可能である。

また、ブースタアンテナ１００においては、主コイル１１２の電流の流れと結合用コイル１１１の電流の流れとが、ブースタアンテナ１００の平面視において正反対となるように、主コイル１１２および結合用コイル１１１が配置されている。このため、ブースタアンテナ１００全体としてのコイルインピーダンスを最小化できる。その結果、非接触型外部機器からのブースタアンテナによる取得電力を最大化して、デュアルＩＣカード１の非接触型通信性能を最適化することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。

例えば、上述の実施形態では、図２の上側から流れてきた電流が、結合用コイルにおいて、ループの中心から外側に向かうように流れる態様を説明した。図４に示す変形例のブースタアンテナ１００Ａでは、結合用コイル１１１Ａの巻き方が図２とは逆になっている。その結果、図４の上側から流れてきた電流は、ループの外側から中心に向かうように流れる。
このような態様であっても、ブースタアンテナ１００全体としてのコイルインピーダンスを最小化でき、同様の効果を奏する。

１ デュアルＩＣカード
１０ カード本体
３０ ＩＣモジュール
３１ 接続コイル
３４ ＩＣチップ
３５ 接触端子（接触端子部）
１００、１００Ａ ブースタアンテナ
１０１ 基板
１１０ アンテナ
１１１、１１１Ａ 結合用コイル
１１２ 主コイル

Claims (3)

1. 絶縁性の基板と、
   前記基板の周縁に沿って一巻き形成された導電性の主コイルと、
   前記主コイルのループの内側に二巻き以上形成された導電性の結合用コイルと、
   を備え、
   前記基板上の回路が、前記主コイルおよび前記結合用コイルのみから構成される、
   ブースタアンテナ。
2. 前記主コイルと前記結合用コイルとは、前記ブースタアンテナの平面視において、電流の流れが反対になるように配置されている、
   請求項１に記載のブースタアンテナ。
3. 接触型外部機器と接触するための接触端子部と、電磁結合による非接触端子部を構成する接続コイルと、接触型通信機能および非接触型通信機能を有するＩＣチップと、を有するＩＣモジュールと、
   請求項１に記載のブースタアンテナと、
   前記ＩＣモジュールおよび前記ブースタアンテナを収容する板状のカード本体と、
   を備え、
   前記接続コイルと前記結合用コイルとが、前記ブースタアンテナの平面視において少なくとも一部が重なるように配置されている、
   デュアルＩＣカード。

Images