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複合ICカード - 凸版印刷株式会社
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発明の名称 複合ICカード
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−5935(P2001−5935A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−175411
出願日 平成11年6月22日(1999.6.22)
代理人
発明者 坂田 直幸 / 小林 一雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】接触通信機能と非接触通信機能とを有するICチップを具備した、接触あるいは非接触のいずれかで、外部読み書き装置と相互通信を行う複合ICカードにおいて、該複合ICカードを構成する端子電極部の接続端子が、ICチップと接続されたアンテナ側の接続端子と接続されていることを特徴とする複合ICカード。
【請求項2】前記ICチップが、前記端子電極部の下方に位置しないことを特徴とする請求項1記載の複合ICカード。
【請求項3】請求項1記載の複合ICカードにおいて、アンテナの共振周波数の調整を、アンテナのコンデンサ容量を調整することによって行うことを特徴とする複合ICカード。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報記憶媒体に関し、詳しくは、オフィス・オートメーション(Office 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カードに関し、特に、電力の受給と信号の授受をICカードに設けた電気接点を介して行う接触型と、電力の受給と信号の授受をICカードに電気接点を設けることなく電磁結合方式によって非接触状態で行う非接触型の双方の機能を有する複合ICカードに関するものである。
【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 Organization for Standardization)で国際的に規格化されており、一般に、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たものであり、接触ICカードと称されている。この接触ICカードは、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。この接触ICカードは、大量の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なものである。
【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り交信データ量も少量の場合が多いので、より簡略な処理が望まれ、これに対して考案された技術が非接触ICカードである。これは、空間に高周波電磁界、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 FrequencyIdentificatin)である。この非接触ICカードの出現によって、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、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、カードをケース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、前者の外部端子を持つ接触ICカードの機能と、後者の無線通信によってデータ交信する非接触ICカードの機能を有する複合ICカードが考案されている。これは、接触ICカードのCPU処理という高いセキュリティー性と、非接触ICカードの利便性という双方の利点を結合したものである。
【0007】図4は、このような複合ICカードの一例の構造を示す斜視図である。また、図5は、この一例の断面図である。図4、及び図5に示すように、複合ICカード(1)は、カード基材(4’)、アンテナ基板(5)、カード基材(4)からなるカード本体(3)と、端子電極部(2)で構成されている。アンテナ基板(5)上には、アンテナ(6)が設けられ、また、アンテナ(6)に接続したアンテナ端子(7)が設けられている。また、カード基材(4)には、端子電極部の装着穴(18)が設けられており、装着穴(18)に埋め込まれた端子電極部(2)の接続端子(12)がアンテナ基板(5)上のアンテナ端子(7)と接続されているものである。
【0008】また、端子電極部(2)は、端子電極(11)、端子電極基板(9)、接続端子(12)、ICチップ(10)で構成されている。そして、アンテナ(6)は、アンテナ端子(7)、接続端子(12)を経て接触通信機能と非接触通信機能とを有するICチップ(10)に接続され、また、端子電極部(2)の端子電極(11)は、端子電極基板(9)を経てICチップ(10)に接続されている。
【0009】このような、複合ICカードは以下のように実装される。先ず、例えば、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(6)を有するアンテナ基板(5)が、2枚のカード基材(4’)、(4)によって挟み込まれラミネート加工される。その後に端子電極部の装着穴(18)がザグリ加工等により設けられてカード本体(3)が製作される。このとき、アンテナ基板(5)上の2つのアンテナ端子(7)は、カード本体の端子電極部の装着穴(18)の内部で露出した状態になっている。
【0010】また、端子電極部(2)を構成する端子電極基板(9)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(11)が設けられ、他方の面にはICチップ(10)が実装され、接続端子(12)が設けられている。この接続端子(12)には導電性接着剤が塗布され、導電性接着剤が塗布された接続端子(12)と、アンテナ基板(5)上のアンテナ端子(7)とが重なり合うように端子電極部が装着穴に据え付けられた後、熱と圧力を加えて端子電極部の端子電極(11)とアンテナ端子(7)とが結合されて実装を終了する。
【0011】また、複合ICカードは、従来からの接触ICカードのアプリケーションとして、接触ICカードとの共存も考えられるため、接触ICカード市場の需要に十分に答えるために、エンボスと磁気ストライプへの対応は考慮されなければならない。これらエンボスと磁気ストライプが形成される領域は、ISO規格で定められているので、アンテナ基板では、各領域、特にエンボッサーによる切断も考えられるので、エンボス領域を考慮した設計が求められる。
【0012】また、接触ICカードの外部端子の位置に対しても、ISO/IEC7816で規定されているので、端子電極部の装着穴の位置も必然的に定まってくる。図6はISO規格で規定された形成領域、すなわち、磁気ストライプ領域(14)、エンボス領域(15)、外部端子領域(17)を示したものである。複合ICカードにおいては、端子電極部(2)は外部端子領域(17)に実装される。そして、アンテナはエンボス領域を除いた部分に実装されることになる。
【0013】ISO/IEC7816に規定されるところの、外形形状長辺(a)85.47〜85.72mm、同短辺(b)53.29〜54.03mmの領域の中に、磁気ストライプ領域が上辺より5.54mmから15.82mmの間(c)、またエンボス領域が下辺より24mm左辺より6mm(d)、右辺より8mm(e)で囲まれた範囲、そして外部端子は左辺から19.87mm(f)、上辺から28.55mm(g)を右下コーナーとする縦9.32mm、横9.62mmの領域(17)である。しかし、これは外部端子の最小限必要領域であり、実際の端子電極部の装着穴はこれよりも大きく最小限必要領域の中心より縦12mm、横10mm程度の範囲が必要である。
【0014】以上の様な制約条件を備え、複合ICカードは製造されるが、前記のように、複合ICカードは、先ず、アンテナ基板(5)がカード本体内部に収納され、その後に、端子電極部(2)が規定の位置に装着されるといった製造方法により製造されている。一方、非接触ICカードの製造方法は、例えば、予めICチップが搭載されているアンテナ基板が、先にカード本体内部に収納される方法である。従って、複合ICカードの製造に際しては、従来の非接触ICカードの製造ラインをそのまま使用することは出来ないといった問題があった。
【0015】また、従来の複合ICカードでは、端子電極とICチップは端子電極部として一体となったものをカード本体内部に収納されるので、端子電極の真下にICチップが存在することになる。このため、端子電極部が装着される部分ではカードの厚みに対して、端子電極部とICチップの厚みがあるので、他の部分に比べカード基材自体の厚みが薄くなり、カードの曲げ、捻じれに追従することができず、外部応力が強くかかった際に、ICチップが割れるなど十分な信頼性を持ったカードではないといった問題があった。更に、従来の複合ICカードではアンテナ製造上のばらつきと、ICチップ製造上のコンデンサ容量のばらつきによって、端子電極部をアンテナ基板に装着した際、アンテナが目的とする共振周波数を得ることが難しく、不良品が多発して歩留まりが悪いものであった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、複合ICカードの製造において、予めICチップが搭載されたアンテナ基板をカード本体内部に収納するといった、従来の非接触ICカードの製造ラインをそのまま使用して製造することが出来、また、製造された複合ICカードにおいて、外部応力に対する信頼性が高く、且つ、アンテナの共振周波数のばらつきの少ない複合ICカードを提供することを課題とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、接触通信機能と非接触通信機能とを有するICチップを具備した、接触あるいは非接触のいずれかで、外部読み書き装置と相互通信を行う複合ICカードにおいて、該複合ICカードを構成する端子電極部の接続端子が、ICチップと接続されたアンテナ側の接続端子と接続されていることを特徴とする複合ICカードである。
【0018】また、本発明は、上記発明による複合ICカードにおいて、前記ICチップが、前記端子電極部の下方に位置しないことを特徴とする複合ICカードである。
【0019】また、本発明は、請求項1記載の複合ICカードにおいて、アンテナの共振周波数の調整を、アンテナのコンデンサ容量を調整することによって行うことを特徴とする複合ICカードである。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明による複合ICカードの接触通信機能と非接触通信機能の原理を説明する等価回路図である。図1において、非接触型の外部読み書き装置(31)の送受信回路(32)には、複合ICカード(41)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(33)が接続されている。一方、複合ICカード(41)の非接触伝達機構は、外部読み書き装置(31)の送受信コイル(33)と電磁的に結合され、電力の受信と情報の授受に関与するアンテナ(6)と、アンテナの両端に接続され、並列共振回路を構成するコンデンサ(8)とICチップ(10)からなる。
【0021】外部読み書き装置(31)の送受信回路(32)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(33)に高周波磁界が誘起される。このとき、複合ICカード(41)がこの高周波磁界中に位置すると、外部読み書き装置の送受信コイルにより発生された高周波磁界により、複合ICカードのアンテナとコンデンサで構成する並列共振回路に電流を流す。そしてアンテナとコンデンサの共振回路で受信した信号はICチップに伝達される。一方、接触通信では、外部読み書き装置からICチップへの電力供給と情報の授受が端子電極(11)を経て行われるものである。
【0022】図2は、本発明による複合ICカードの一実施例の構造を示す斜視図である。また、図3は、この一実施例の断面図である。図2、及び図3に示すように、複合ICカード(41)は、カード基材(4’)、アンテナ基板(45)、カード基材(4)からなるカード本体(43)と、端子電極部(42)で構成されている。アンテナ基板(45)上には、接触通信機能と非接触通信機能とを有するICチップ(10)、コンデンサ(8)、アンテナ(6)が設けられ、アンテナ(6)は、コンデンサ(8)を経てICチップ(10)に接続されている。
【0023】また、アンテナ基板(45)上には、アンテナ側の接続端子(47)、配線パターン(13)が設けられ、ICチップ(10)とアンテナ側の接続端子(47)は配線パターン(13)によって接続されている。カード基材(4)には、端子電極部の装着穴(18)が設けられており、装着穴(18)に埋め込まれた端子電極部(42)の接続端子(12)がアンテナ基板(45)上のアンテナ側の接続端子(47)と接続されているものである。
【0024】また、端子電極部(42)は、端子電極(11)、端子電極基板(9)、接続端子(12)で構成されている。そして、端子電極部(42)の端子電極(11)は、端子電極基板(9)、接続端子(12)を経てアンテナ側の接続端子(47)に接続されている。
【0025】アンテナ基板(45)上に形成されたアンテナ(6)は、フィルム等からなる基板上に形成されなくとも、ICチップ(10)、アンテナ(6)、アンテナ側の接続端子(47)、コンデンサ(8)、配線パターン(13)が単に導線でつながったものでも良い。つまりカード基材(4)、(4’)によって収納できる形態のものであるならば、どのような形態のものでもかまわない。
【0026】ICチップは、平面状のシリコンからなるウェハーをカットした厚み100μmから300μmのチップをガラスエポキシ等からなるプリント配線基板上に異方性導電膜、異方性導電ペースト、アンダーフィル剤等を用い、加熱、加圧によって、もしくはワイヤボンディングによってし配線パターンと接続する。
【0027】アンテナは、導線を周回に巻いた巻き線コイル型のアンテナ、銀ペースト等の導電性のインキをフィルム上に印刷したアンテナ等を用いることができる。また、フィルム基板上にICチップを搭載するCOF(Chip On Film)方式のものも用いることができ、例えば、図7(a)に示すように25μm程度の厚みのポリイミド、PET等のフィルム(21)の両面に、10μm程度の銅、アルミ等の金属(22)を貼りあわせたものからエッチング処理によってアンテナ、アンテナ側の接続端子、コンデンサ、配線パターンを形成することによっても得られる。
【0028】ICチップの位置としては、カード化した際の外部応力への信頼性を高めるために、カードの厚み方向に対して、後から装着する端子電極部の真下ではない位置が好ましい。これは、端子電極部の真下とすると、その部分ではカードの厚みに対して、端子電極部とICチップの厚みがあり、他の部分に比べカード基材自体の厚みが薄くなり、カードの曲げ、捻じれに追従することができず、外部応力が強くかかった際にICチップが割れてしまうからである。この際は、従来の複合ICカードのように、ICチップが端子電極の真下ではなくなるので、アンテナの配線パターンは引き回すことになる。
【0029】形成されたアンテナは、非接触で外部周波数測定装置を用い共振周波数を測定する。この時、希望の周波数とズレがある場合は、希望の共振周波数にあうようコンデンサの容量を調整し、希望の共振周波数を持ったアンテナとする。例えば、チップコンデンサであるならば、任意の位置に希望の周波数が得られるような容量をもつチップコンデンサを搭載する。また、例えば、図7(a)のように25μm程度の厚みのポリイミド、PET等のフィルムの両面に、10μm程度の銅、アルミ等を貼りあわせたものからエッチング処理によってコンデンサを形成している場合には、図7(b)のようにあらかじめ数段階にコンデンサを形成しておき、希望の周波数となるように、不要なコンデンサの配線を断線することによって周波数調整を行う。
【0030】周波数調整済みのアンテナはカード基材に収納される。カード基材としては、塩化ビニール、ABS、PET等の樹脂を用いる事ができる。カード化の方法としては、射出成形方式、熱ラミネート方式等がある。
【0031】端子電極、端子電極基板は、従来の接触式ICカードに用いられていたものを用いることができ、端子電極はスルーホールで端子電極基板を通して、接続端子と接続されている。端子電極部を装着する端子電極部の装着穴は、従来の複合ICカードの端子電極部の装着穴と同様にザグリ等により形成されるが、穴の深さはICチップを搭載していないため、深くする必要はなくなるので、前記したように外部応力に対する耐久性を増すことができる。
【0032】また端子電極部の装着穴は、予め端子電極部を装着する穴を形成したシートでアンテナを収納し、ザグリの必要が無くなる方法で形成しても構わない。接続端子とアンテナ側の接続端子の結合は、従来の複合ICカードのように導電性接着剤等で行われる。導電性接着剤が塗布された接続端子とカード本体のアンテナ側の接続端子とが重なり合うように端子電極部がカード本体の装着穴に据え付けられた後、熱と圧力を加えて接続端子とアンテナ側の接続端子とが結合される。以上の様にして、本発明による複合ICカードが製作される。
【0033】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
<実施例1>30μmのポリイミドのフィルムに15μmの銅箔を貼りあわせたものから、エッチング処理によりアンテナ、アンテナ端子、コンデンサ、配線パターンを形成したフィルム基板に、異方性導電膜を用いてICチップを搭載した。ICチップは厚さ250μm、縦5mm×横4mmのものを用い、カードの厚み方向に対して、カード本体に後から装着される端子電極部が真下に来ない様に、フィルム基板を設計した。
【0034】ICチップを搭載したフィルム基板の共振周波数を、非接触で外部周波数測定装置を用い測定したところ15,85MHzであった。目標の周波数は13,56MHzとしてフィルム基板を設計したので、不要なコンデンサの配線を切断しコンデンサ容量を調整し13,56MHzにしてから塩化ビニールでラミネートした。この工程は、従来の非接触ICカード製造ラインを使用した。
【0035】塩化ビニールでフィルム基板を収納したカード本体は、従来の複合ICカードと同様に、端子電極部を装着する穴をカード表面にザグリにより形成し、そこへ端子電極部を装着することによって複合ICカードを得た。
【0036】端子電極部は、従来の接触ICカード用の端子電極を100μmの厚みのガラスエポキシからなる端子電極基板からスルーホールで銅の接続端子と接続したものを用いた。端子電極部側の接続端子とカード基材中に収納されたフィルム基板側のアンテナ側の接続端子の結合は、導電性接着剤が塗布された接続端子とカード本体のアンテナ側の接続端子とが重なり合うように、端子電極がカード本体の装着穴に据え付けられた後、熱と圧力を加えて接続端子とアンテナ端子とを結合した。
【0037】こうして得られた複合ICカードを、従来の構成の複合ICカードと比較する為、曲げ、捻じれ試験を行った。従来の構成の複合ICカードは、本実施例と同様の基板及びカード材料を用いて製作した。ICチップを搭載していないアンテナをカード基材中に収納してから、ICチップを搭載した端子電極部をカード本体に装着したものである。
【0038】曲げ試験は、JISX6305(1995)6.1に規定される試験方法に従い、カードの長辺方向22mm、短辺方向11mmの曲げを加え行った。従来の構成の複合、ICカードは平均4000回で通信不能となったのに対し、本発明による複合ICカードは、6000回行っても通信不能となるものはなかった。
【0039】また、捻じれ試験は、JISX6305(1995)6.2に規定される試験方法に従い、カードの長辺方向30度、短辺方向20度の捻じりを加え行った。従来の構成の複合、ICカードは平均6000回で通信不能となったのに対し、本発明による複合ICカードは、10000回行っても通信不能となるものはなかった。
【0040】このように、本発明による複合ICカードは、従来の非接触ICカード製造ラインを使用して製造することができ、また、従来の構成の複合ICカードに比べ、アンテナの共振周波数は、目的の共振周波数を有しばらつきの少ないものとなり、また、曲げ、捻じれ試験についても従来の複合ICカードに比べ、良好な結果を得ることができた。
【0041】
【発明の効果】本発明は、接触通信機能と非接触通信機能とを有するICチップを具備した、接触あるいは非接触のいずれかで、外部読み書き装置と相互通信を行う複合ICカードにおいて、該複合ICカードを構成する端子電極部の接続端子が、ICチップと接続されたアンテナ側の接続端子と接続されているので、複合ICカードの製造において、予めICチップが搭載されたアンテナ基板をカード本体内部に収納するといった、従来の非接触ICカードの製造ラインをそのまま使用して製造することが出来、また、製造された複合ICカードにおいて、外部応力に対する信頼性が高い複合ICカードを提供することができる。
【0042】また、本発明は、上記複合ICカードにおいて、アンテナの共振周波数の調整は、アンテナのコンデンサ容量を調整して行うので、製造された複合ICカードにおいて、アンテナの共振周波数のばらつきの少ない複合ICカードを提供することができる。




 

 


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