JP2001043340A

JP2001043340A - 複合ｉｃカード

Info

Publication number: JP2001043340A
Application number: JP21539899A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Nakajima; 英実中島; Susumu Emori; 晋江森; Susumu Igarashi; 進五十嵐
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナコイル部と複合ＩＣモジュールとの配
線接続が不要であって、且つ交信距離は十分な距離を得
ることができ、またエンボス加工や磁気ストライプ形成
も適用可能な複合ＩＣカードを提供する。【解決手段】接触と非接触の両通信機能をもつＩＣのＩ
Ｃモジュール、及び非接触伝通用アンテナコイル部を備
え、ＩＣモジュールとアンテナコイル部との結合は、Ｉ
Ｃモジュール側には統合コイル、アンテナコイル部側に
はコイル素子と静電容量素子による共振回路を共振周波
数を外部読み書き装置の放射する電磁波と一致させるよ
うに設けてやり、ＩＣモジュールとアンテナコイル部間
を配線接続無しに電力の受給と信号の送受を可能にす
る。コイル素子の外周側でＩＣモジュールの結合コイル
を近接させてコイル素子を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報媒体に関し、詳
しくは、オフィス・オートメーション（Office Automat
ion すなわちOA）、ファクトリー・オートメーション
（Factory Automation すなわち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媒体において、電力の受給と信号の
授受とを電気接点を介して行う接触型と、電源電力の受
電、並びに信号の授受を電磁結合方式によって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 Orga
nisation 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（Cent
ral 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 IDentifica
tion。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、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
触型の機能と後者の無線通信によってデータ交信する非
接触型の機能を有する複合型の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。

【０００７】一般的に、複合ＩＣカードは以下のように
実装される。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モジュールの嵌合穴
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穴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穴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
ことが困難であり、その接続信頼性が問題となる。ま
た、機械的な応力により接続部の劣化が起こりやすい。
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】加えて、非接触型伝達機構を備えたＩＣカ
ードの多くは受信電力の確保のためにコイル形状等の制
約からエンボス加工や磁気ストライプ併用ができないも
のであった。市場の需要に十分に答えるためにはエンボ
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
いので、エンボスと磁気ストライプを設けられないもの
は応用範囲に制約を強いられている。非接触型ＩＣカー
ドのうちでエンボス加工と磁気ストライプへも対応した
従来の技術としては、例えば特開平８−２２７４４７号
公報に示されるものがある。すなわち、非接触ＩＣカー
ドをＩＳＯ７８１１規格に準じた外形形状のカードであ
り、なおかつ磁気ストライプ、エンボッサを同カード上
に乗せるために、該通信ＩＣモジュールは磁気ストライ
プ領域、エンボス領域を外れた領域にＩＣ搭載部、電力
受信コイル、データ送受信コイルを長手方向に並べて形
成される。

【００１０】通信ＩＣモジュールの受信コイル、通信コ
イルは電気鋳造法により形成された単層コイルよりなり
双方が１枚の短冊基板内に埋め込まれ、また同時に各コ
イルよりＩＣチップのパッドと結合するリード部が形成
される。前記短冊基板上にＩＣチップがＩＣチップの回
路面が短冊基板に向き合う形で搭載され、前記リード部
がＩＣのパッドとバンプ結合がなされ、短冊基板とＩＣ
チップ間の空隙はポッティング樹脂により埋められ固着
がなされる。コイルの内端部と内端用リードの端部とは
エナメル銅線によりジャンパー結合される、結合は瞬時
熱圧接により行われポティング樹脂により端子部が保護
される。

【００１１】この通信ＩＣモジュールをカードとを一体
化する方法は、上面をカバーする第１シート、短冊基板
と同厚であり短冊外形の窓のある第２シート、ＩＣチッ
プの逃げ窓と第１ジャンパー結合部逃げ窓のある第３シ
ート、ＩＣチップの逃げ窓のみの第４シート、下面をカ
バーする第５シート、が塩化ビニールよりなり、各シー
トにより通信モジュールを挟み込み、加熱加圧する事に
より通信モジュールを内蔵して一体化するものが記載さ
れている。しかしながら、上記のものでは外部端子付き
の複合ＩＣカードには適用できない、という欠点があっ
た。

【００１２】外部端子付きカードの端子の位置に対して
も、ＩＳＯ７８１６で規定されている。図５に、ＩＳＯ
規格で規定された磁気ストライプ領域、エンボス領域、
そして外部端子領域を示す。複合ＩＣカードにおいては
ＩＣモジュールは外部端子領域に実装され、図５におい
て塗りつぶし処理した部分は非接触結合用のアンテナの
実装禁止領域となる。ＩＳＯ７８１６に規定されるとこ
ろの、外形形状長辺８５．４７〜８５．７２ｍｍ、同短
辺５３．２９〜５４．０３ｍｍの領域の中に、磁気スト
ライプ領域が上辺より１５．８２ｍｍ、またエンボス領
域が下辺より２４ｍｍ、そして外部端子は左辺から１
９．８７ｍｍ、上辺から２８．５５ｍｍを右下コーナー
とする縦９．３２ｍｍ、横９．６２ｍｍの領域である。

【００１３】複合ＩＣカードの磁気ストライプとエンボ
スが可能とする従来の技術としては、例えば特開平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モジュールであって、該ＩＣモジ
ュールは、ＩＣチップと、該ＩＣチップと電気的に接続
され外部機器との間で情報、及び／又はエネルギーの伝
達を行う伝達機構と、該ＩＣチップ及び該伝達機構とを
支持する支持体とからなり、前記伝達機構が、コイルま
たはアンテナからなる非接触型伝達機構と、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と、を備えた構成とし、接触型
と非接触型の両方の方式に対応可能な機能をモジュール
化して、このＩＣモジュールをプラスチックカード基体
に嵌合固定するので、磁気ストライプやエンボス形成の
支障とならないことを主張している。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
を端子電極の周囲を囲むように設けるか、逆に、アンテ
ナを中心に据え、その周囲に端子電極を設けるとしてい
る。つまり、非接触伝達用のアンテナをＩＣモジュール
内に収納することで、最終工程におけるアンテナコイル
とＩＣモジュールとの接続を不要としたものである。

【００１４】しかしながら、端子電極の周囲にアンテナ
コイルを設ける方法では、図５に示す規格に照らしてみ
ると、その実現が困難であることが明確になる。端子電
極とエンボス領域の間隔は最大で１．４５ｍｍのみであ
ることから、端子電極の周囲を取り巻くようにアンテナ
やコイルを端子電極と同一面に重ならないように配置す
ることは以下の理由により現実的ではない。つまり、外
部端子の周囲にアンテナコイルを配置する場合コイルの
最大外径および最小内径はそれぞれφ１２ｍｍとφ９．
３ｍｍであり、この領域にプリントパターンでアンテナ
コイルを形成するとパターン幅と間隔が０．１５ｍｍと
０．１ｍｍのそれぞれの場合には、巻数とインダクタン
スとはおおむね４巻、０．４μＨと６巻、１．０μＨと
なる。（尚、ここでμＨとは、いわゆるマイクロヘンリ
ーを意味する。）よって、エンボス領域を確保しつつ、
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ず、交信距離が数ミリメートル以
下の密着結合のみが許される。

【００１５】これでは非接触伝達機能を付加する効果が
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を超える交信
距離によって得られるものであり、この領域においてカ
ードを外部読み書き装置のアンテナ部に「かざす」こと
で交信が達成可能となる。そうするためには、コイルの
面積を大きくするか、巻数を多くすることが必要であ
る。しかし、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。また、後者のアンテナの周囲に
端子電極を設ける配置は、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ＩＳＯ７
８１６から大きく逸脱したものであって、市場に受け入
れられる可能性は低い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであ
り、その第１の課題は、ＩＣモジュールと非接触伝達用
のアンテナコイルとの接続の必要がなく、十分な交信距
離が得られる受信感度を有し、エンボス加工と磁気スト
ライプ形成に対応可能で接触型と非接触型の双方の伝達
機構を実用的な動作状態を維持できる複合ＩＣカードを
提供することであり、さらにその第２の課題は、（形状
・大きさ・配置場所がほぼ揃い繋がった１束のコイルを
１ループとして数えた場合に）複合ＩＣカード内に基本
的に設けるアンテナコイル用の１ループ以外にも、何等
かのコイルによる別のループを設けるとしても最多１ル
ープで済むような比較的単純な構造で前記第１の課題を
解決できるという、製造コストはより低く抑えつつも性
能面は一躍向上する複合ＩＣカードを提供することにあ
る。

【００１７】

【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とは、すなわち、請求項１に示
すように、ＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールとは導
電体による接続は成されていないアンテナコイル部を有
したカード本体を備えており、該ＩＣモジュールは、前
記アンテナコイル部との間で結合することが可能な結合
コイルを形成したＩＣモジュール基板、接触型伝達素子
である外部端子、及び、接触型伝達機能と非接触型伝達
機能との双方の機能が内蔵されたＩＣチップを備えた複
合ＩＣカードであって、前記アンテナコイル部は、
（イ）外部読み書き装置からの電力の受給か又は外部読
み書き装置との間の信号の授受のうち少なくともいずれ
かを、電磁波か又は磁場によって行うことを可能とする
コイル素子、及び、静電容量素子を備えており、（ロ）
該コイル素子と静電容量素子とは並列接続され、その共
振周波数が前記外部読み書き装置が放射する電磁波か又
は磁場の周波数と、一致するか又はほぼ一致するように
選択されてあること、を特徴とする複合ＩＣカードであ
る。

【００１８】このように構成することで、アンテナコイ
ル部におけるコイル素子と静電容量素子の働きにより読
み書き装置から放射する電磁波に共振することで、外部
読み書き装置からの電力を充分に吸収でき、さらにＩＣ
モジュール側に結合コイルを介してＩＣチップに電力を
送れるため、ＩＣモジュール側での受電効率が高まる。

【００１９】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、カード基材には誘電体が使用してあり、前記静電
容量素子は、該カード基材の誘電体の膜を平行平板の２
枚の導電体膜で挟み込むように形成してあることを特徴
とする請求項１に記載の複合ＩＣカードである。この構
成とすることで、カード全体の厚みを増大させることな
く、所定の容量値のコンデンサを形成することができ
る。

【００２０】さらに好ましくは、請求項３に示すよう
に、前記ＩＣモジュールの結合コイルは、（ハ）前記
アンテナコイル部と同一か又はほぼ同一の平面上にあ
り、且つ、（ニ）該アンテナコイル部のコイル素子が形
成する周の外側に近接して、該コイル素子と結合コイル
との互いのコイル部分が交わることなく配置してあるこ
と、を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の複
合ＩＣカードである。この構成は、アンテナ素子におけ
るコイル素子を配置する際、カード端面とＩＣモジュー
ル領域との隙間またはエンボス領域とＩＣモジュール領
域との隙間の制限による、該コイル素子の形状および電
気的性能の制約を回避することができる。

【００２１】また好ましくは、請求項４に示すように、
前記アンテナコイル部は、１巻以上の巻数で１束になっ
ており且つループの大小や配置場所がほぼ同じであるコ
イル部分が成すループを、実質的に１束のみ備えている
こと、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
複合ＩＣカードである。

【００２２】また好ましくは、請求項５に示すように、
前記ＩＣモジュールの結合コイルは、１巻以上の巻数で
１束になっており且つループの大小や配置場所がほぼ同
じであるコイル部分が成すループを、実質的に１束のみ
備えていること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の複合ＩＣカードである。

【００２３】さらに好ましくは、請求項６に示すよう
に、外部読み書き装置からの電力の受給か又は外部読み
書き装置との間の信号の授受のうち少なくともいずれか
を可能とする為のコイルによるループが、前記結合コイ
ルのループと、アンテナコイル部のコイル素子のループ
との、実質的に２ループで構成されていること、を特徴
とする請求項４又は５のいずれかに記載の複合ＩＣカー
ドである。

【００２４】また好ましくは、請求項７に示すように、
前記アンテナコイル部は、ループの大小や配置場所が一
致しない渦巻き状コイルを有することを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の複合ＩＣカードである。

【００２５】また好ましくは、請求項８に示すように、
カード面内の配置に関して、（ホ）前記ＩＣモジュール
が、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設けられ、
（ヘ）エンボス領域が、該カードの一方の長辺に沿って
設けられ、（ト）前記アンテナコイル部のコイル素子
が、前記ＩＣモジュールの領域の近傍では、該ＩＣモジ
ュールの領域を該コイル素子のループの外側に位置する
ようにしつつ、該ＩＣモジュールの領域の外周の少なく
とも一部には近接して配置してあり、且つ、それ以外の
領域ではカードのほぼ全周にわたって、該エンボス領域
には干渉しないようにしつつカードのほぼ外周に沿って
配置してあること、を特徴とする請求項１乃至７のいず
れかに記載の複合ＩＣカードにおいて複合ＩＣカードで
ある。

【００２６】また好ましくは、請求項９に示すように、
カード面内の配置に関して、（チ）前記ＩＣモジュール
が、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設けられ、
（リ）エンボス領域が、該カードの一方の長辺に沿って
設けられ、（ヌ）前記アンテナコイル部のコイル素子
が、前記ＩＣモジュールの領域の近傍では、該ＩＣモジ
ュールの領域を該コイル素子のループの外側に位置する
ようにしつつ、該ＩＣモジュールの領域の外周に沿って
近接して配置してあり、且つ、それ以外の領域ではカー
ドのほぼ全周にわたって該エンボス領域には干渉しない
ようにしつつカードのほぼ外周に沿って配置してあるこ
と、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の複
合ＩＣカードにおいて複合ＩＣカードである。

【００２７】また好ましくは、請求項１０に示すよう
に、カード面内の配置に関して、前記ＩＣモジュール
が、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設けられ、エン
ボス領域が、カードの一方の長辺に沿って設けられ、前
記アンテナコイル部のコイル素子が、カード面内で該エ
ンボス領域とは反対側に位置するカードの外周と、該エ
ンボス領域のカード面内での内側の境界とに沿って配置
されており、且つ前記ＩＣモジュールの領域を該コイル
素子のループの外側に位置するようにしつつ、該ＩＣ
モジュールの領域の外周の少なくとも一部に近接させて
配置してあること、を特徴とする請求項１乃至６のいず
れかに記載の複合ＩＣカードである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明における非接触伝
達機構の基本的構成と基本原理について図面を用いて説
明する。図６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。この図におい
て、非接触型の外部読み書き装置１００の送受信回路１
０１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アンテナ
１０２が接続されている。

【００２９】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
るアンテナコイル部３があり、このアンテナコイル部３
はコイル素子４と、このコイル素子の両端に接続され並
列共振回路を構成する静電容量素子１５とで成ってい
る。さらに図示しない接触型外部読み書き装置と接続す
るための端子電極７を備えた複合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結合コイ
ル８とで構成されている。また、その複合ＩＣモジュー
ルにおける結合コイル８は、アンテナコイル部でのコイ
ル素子が形成する周の外側に近接して配置され、しかも
互いのコイル部分が交わることが無い位置にある。アン
テナコイル部３におけるコイル素子４と静電容量素子１
５から成る共振回路は、その共振周波数が外部読み書き
装置の放射する高周波電磁界の周波数と等しくなるよう
に設定されているため受電効率が高まり、複合ＩＣモジ
ュール側結合コイル８を介して、ＩＣチップ６への電力
供給に寄与している。

【００３０】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、各コイルの動作を以下に説明する。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に高周波電磁界が
誘起される。この高周波信号は、電磁エネルギーとして
空間に放射される。このとき、複合ＩＣカード１がこの
高周波電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電磁界に
より、複合ＩＣカード１のアンテナコイル部３における
コイル素子４と静電容量素子１５で構成される共振回路
に高周波電流が流れる。このとき、コイル素子と静電容
量素子による共振回路の定数は、外部読み書き装置が放
射する高周波電磁界の周波数に鋭く共振するように定数
設定されている最大の電磁エネルギーを受けられ、ま
た、この共振回路は閉ループを形成しているので受信エ
ネルギーは蓄積エネルギーとして存在する。複合ＩＣチ
ップ６に直接接続された結合コイル８にも、外部読み書
き装置１００が放射する電磁エネルギーから受信するこ
とはできるが、そのエネルギー量はコイルの開口面積が
小さいため、アンテナコイル部による蓄積エネルギーと
比較して格段に小さい。従ってＩＣモジュールの結合コ
イル８をアンテナコイル部のコイル素子４に近接して配
置することにより、コイル素子・静電容量素子による共
振回路に流れる電流によって、共振回路内の蓄積エネル
ギーが結合コイル８を介してＩＣモジュールのＩＣチッ
プ６に供給されることになる。以上のようにして、ＩＣ
モジュールの結合コイル単体時よりも受電効率が改善さ
れる。結果として、アンテナコイル部におけるコイル素
子の開口面積および特性が全体の受電効率を決定するこ
とになり、コイル素子の開口面積が大きいほど有利であ
る。

【００３１】電磁結合あるいは電磁誘導等の非接触伝達
機構の方式によってアンテナ特性は異なるが、短波帯で
電磁誘導式のアンテナコイル部におけるコイル素子イン
ダクタンスは、一般的に数μＨ程度である。ここで、ア
ンテナコイル部のコイル素子インダクタンスを約５μＨ
と仮定し、プリントパターン（プリントコイル）で比較
的簡単に実現でき、量産性および歩留まりを考慮してパ
ターン幅およびパターン間隔をそれぞれ０．３ｍｍと
し、図５にて正対してカード上部のエンボス領域、外部
端子領域に干渉しないエリア（約８４ｍｍ×２８ｍｍ）
に配置するように仮定すると、そのコイル素子は５〜７
ターンぐらいのスパイラルコイル状になる。この時、プ
リントパターンの外周および内周の間隔は、約３〜４ｍ
ｍと推測される。

【００３２】さて、図５を再度参照すると、エンボス領
域と外部端子領域との間隙がもっとも狭く、その値は約
１．４５ｍｍである。従って前記したアンテナコイル部
のスパイラルコイルの幅が約３〜４ｍｍであるため、こ
の間隙に配置することが不可能である。よって、アンテ
ナコイル部におけるコイル素子は、外部端子領域に実装
されるＩＣモジュールの結合コイルに近接させ、さらに
外部端子領域（ＩＣモジュール）が該コイル素子のルー
プの外側に位置するように配置して、エンボス領域・外
部端子領域を干渉しないようにしている。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。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。図１（ａ）は、全体の構成を示し、図１
（ｂ）は、ＩＣモジュール実装部を横切る横断面図であ
る。本発明の複合ＩＣカード１はＩＣモジュール２とシ
ート状の樹脂の表面にプリントパターンで形成したコイ
ル素子４とシート状樹脂の誘電体を介して表面・裏面そ
れぞれ対向した平行平板からなる静電容量素子１５から
形成されるアンテナコイル部３を有したアンテナ基板５
を樹脂封止したカード基板１０から構成されている。

【００３４】複合ＩＣモジュール２は図示しない接触型
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と接触型伝達部である端子電極７
と非接触型伝達部である結合コイル８とを相異なる面に
パターン形成したモジュール基板９からなる。ここで、
結合コイル８は絶縁被覆した導線を巻くことで形成して
もよい。複合ＩＣチップ６はモジュール基板９の結合コ
イル８形成面に実装される。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。そして、複合ＩＣチップ６と結合コイル８の回路パ
ターンとはワイヤボンドされて回路が形成されている。
この接続は、ＩＣチップの回路形成面と基板とを半田や
導電性接着剤を用いて熱溶着することによっても実現さ
れうる。次いで、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は樹
脂封止され複合ＩＣモジュール２が完成する。

【００３５】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、樹脂基板にプ
リントパターンによってコイル素子４と表裏面対向した
平行平板のパターンによる静電容量素子１５からなる共
振回路を形成し、アンテナコイル部３として機能するフ
レキシブルなアンテナ基板５が準備される。ここでは、
コイル素子４はプリントパターンによる形成としたが絶
縁被覆した導線を巻いて形成する方法でもよい。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、ポリイミド、ポリカーボネート、ＰＥＴなども適
用でき、材料は一種に固定されるものではない。

【００３６】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をつくる。成形の際、アンテナ基
板５はアンテナコイル部３と複合ＩＣモジュール２の実
装位置が所定の位置になるように配置される。射出成形
によるカード基板１０の製作と同時に複合ＩＣモジュー
ル２の嵌合穴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の嵌合穴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。
カード基材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強度とエンボス性などカード
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
では、カード基板に封入されるアンテナ基板５における
アンテナコイル部３とＩＣモジュール２が取り付けられ
る嵌合穴１１との関係を明確に説明するために修飾され
ている。

【００３７】本発明において、カードの製作を射出成形
としたが、エンボス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
ールの嵌合穴１１は、カード成形後にくりぬき加工する
ことも本発明に含まれる。

【００３８】＜実施例１＞図２はエンボスに対応した複
合ＩＣカード１の平面図であり、アンテナコイル部３に
おけるコイル素子４の複合ＩＣカード１内部での実装
位置を示し、コイル素子４を外部端子領域２１に実装さ
れるＩＣモジュール２の結合コイルに近接させ、さらに
外部端子領域（ＩＣモジュール）が該コイル素子のルー
プの外側に位置するように配置して、エンボス領域・外
部端子領域を干渉しないように配置した場合を示す。こ
れはコイル仕様が所定のインダクタンスを得るために、
アンテナコイル部のコイル素子がスパイラル形状であ
り、そのコイルの幅がエンボス領域と外部端子領域との
間隙よりも広くなった場合に非常に有効である。また、
図２では、コイル素子４が外部端子領域の約半周を近接
するように描かれているが、この近接する長さは任意で
あり、約３／４周を取り囲むように配置しても良い。実
施例１の場合は、形状・大きさ・配置場所がほぼ揃い繋
がった１束のコイルを１ループとして数えた場合に、ア
ンテナコイル用で１ループ、ＩＣモジュールの結合コイ
ルで１ループ、つまり合計２ループが複合ＩＣカード内
に備わっている。

【００３９】＜実施例２＞図３（ａ) （ｂ) はエンボス
に対応した複合ＩＣカード１若しくはエンボス領域無し
の場合の複合ＩＣカードにおいて、アンテナコイル部３
のコイル素子開口面積を極力大きくし、受電効率を最大
限に高めるようアンテナコイル部を配置した時の平面図
であり、コイル素子４の複合ＩＣカード１内部に於ける
実装位置を示す。コイル素子４はカードのほぼ周囲全体
に配置されている。このときのコイル仕様は、カードの
ほぼ全周に沿って配置されるため、所定のインダクタン
スを得るのに図２における実施例と比較して少ない巻数
で実現できる。よって、エンボス領域と外部端子領域と
の間隙に納められる。また、コイル素子４の外部端子領
域に近接する長さは任意であり、図３（ｂ)に示すよう
に、外部端子領域のほぼ３／４周を取り囲むように配置
することも可能である。この実施例におけるアンテナ基
板５はエンボス領域２０に対応する部分の樹脂シートを
切り抜いてある。これは、エンボス特性に影響を与えな
いことを目的としている。実施例２の場合は、形状・大
きさ・配置場所がほぼ揃い繋がった１束のコイルを１ル
ープとして数えた場合に、図３（ａ) ，図３（ｂ) いず
れもそれぞれアンテナコイル用で１ループ、ＩＣモジュ
ールの結合コイルで１ループ、つまり合計２ループが複
合ＩＣカード内に備わっている。

【００４０】＜実施例３＞図２および図３の実施例で
は、アンテナコイル部におけるコイル素子の巻き方（ル
ープ状態）が比較的均等に揃っており、実質的に１束と
見なすことができる形状の場合について説明したが、図
４（ａ) に示すようなアンテナコイル部３のコイル素子
４の巻き数が非常に多く、外周径と内周径の差が大きい
場合や、図４（ｂ) に示すようなアンテナコイル部３の
コイル素子４での形状が各周回ごとに違っている場合に
おける、１束のループ形状と判断しにくい場合について
の実施例を説明する。

【００４１】図４（ａ) は外部読み書き装置が放射する
高周波電磁界の周波数が、図２および図３の実施例に比
べて１桁乃至２桁低い場合のアンテナコイル部の一実施
例である。高周波電磁界の周波数が低くなると当然のこ
とながらアンテナコイル部における共振回路でのコイル
素子４のインダクタンス値および静電容量素子１５の容
量値が増加する。コイル素子４のインダクタンス増加は
巻数の増大につながり、プリントパターンによるスパイ
ラルコイル形状では外周径と内周径の差が大きくなり図
４（ａ) に示す形態となる。この場合もアンテナコイル
部におけるコイル素子の外周は、外部端子領域に実装さ
れるＩＣモジュールの結合コイルに極力近接させて、Ｉ
Ｃモジュールがコイル素子の外周の外側に位置するよう
に配置してある。

【００４２】図４（ｂ) はアンテナコイル部におけるコ
イル素子でスパイラル状に形成した時に発生するパター
ン間の浮遊容量を減少させるために行った一実施例であ
る。通常のスパイラル形状はパターン間が長距離にわた
って平行しているため、浮遊容量が増大する傾向にあ
る。この浮遊容量はプリントパターンおよびパターン間
隙の製造上のバラツキにより大きく変化する。従ってア
ンテナコイル部の共振回路特性にも大きく影響し、カー
ドの通信距離のバラツキにも起因する。よって、スパイ
ラルコイルの浮遊容量は極力減少させた方が良い。図４
（ｂ) ではスパイラルコイルの各パターンは隣接するパ
ターンとは平行しないような構成としているため、パタ
ーン間の浮遊容量の発生を抑制している。この場合もア
ンテナコイル部におけるコイル素子であるスパイラルコ
イルの外周は外部端子領域に実装されるＩＣモジュール
の結合コイルに極力近接させて、ＩＣモジュールがコイ
ルの外周の外側に位置するように配置してある。尚、図
２から図４においてアンテナ基板５の外形を破線で示し
た。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
おける複合ＩＣカードは、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
アンテナコイル部との結合手段に、ＩＣモジュール側に
結合コイル、アンテナコイル部側にコイル素子と静電容
量素子による共振回路を設けることで、ＩＣモジュール
とアンテナコイル部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が行えるように構成である。この構
成により、アンテナコイル部のコイル素子の開口面積を
許された範囲内で可能な限り大きく取るようにしたこと
で、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
特性を維持できるという効果がある。また、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
めにカードにとって好都合である。

【００４４】加えて、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なため、ＩＣモジ
ュールをカード基板に設けられた嵌合穴に接着実装する
従来のＩＣカード製造工程がそのまま利用できるととも
に、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
めに故障する危険がきわめて少ない。

【００４５】さらに、外部読み書き装置と直接非接触結
合するアンテナコイル部を、接触型の電極である外部端
子領域であると同時にＩＣモジュールの取付部でもある
モジュール嵌合部とエンボス領域、及び／又は磁気スト
ライプ領域にかからないように配置するようにしたの
で、従来のカード応用にも十分適応可能な汎用性を持っ
ている。

【００４６】また、アンテナコイル部はコイル素子と静
電容量素子を並列接続した閉ループの共振回路で構成さ
れ、その共振周波数は外部読み書き装置が放射する高周
波電磁界の周波数に鋭く共振するように定数設定されて
いるので最大の蓄積エネルギーが得られ、その蓄積エネ
ルギーを近接されたＩＣモジュール側の結合コイルを介
してＩＣチップに供給されるため、ＩＣモジュールの結
合コイル単体時よりも受電効率が向上され結果的に通信
距離特性が改善される。

【００４７】そして、アンテナコイル部のコイル素子の
外周側でＩＣモジュールの結合コイルを近接させ、外部
端子領域・エンボス領域に干渉しないようにコイル素子
を配置することで、コイル素子の形状・寸法の制約が緩
和せれ、生産性の良いアンテナ基板および複合ＩＣカー
ドを得ることができる。

【００４８】また、射出成形を用いることとフレキシブ
ルなアンテナ基板の基材がエンボス領域に対応する範囲
に存在しないようにしたので、複数のシートの貼り合わ
せによるエンボス性への影響もない。そして、アンテナ
コイル部を含むアンテナ基板をフレキシブルな印刷配線
板としてコイルを平面状に形成し、さらに静電容量素子
を基板材料の誘電体を介して表面・裏面それぞれ対向し
た平行平板により形成し、平面構成としたことで、カー
ドの厚さも０．７６ｍｍのＩＳＯ７８１６規格を十分に
満足できるカードを得ることができる。

【００４９】以上を総じて、本発明によると、ＩＣモジ
ュールと非接触伝達用のアンテナコイル部との接続の必
要がなく、十分な交信距離が得られる受信感度を有し、
エンボス加工と磁気ストライプ形成に対応可能で接触型
と非接触型の双方の伝達機構を実用的な動作状態を維持
できる複合ＩＣカードを提供することが出来た。さら
に、本発明によると、複合ＩＣカード内に基本的に設け
るアンテナコイル用の１ループ以外にも、何等かのコイ
ルによる別のループを設けるとしても最多１ループで済
むような比較的単純な構造で採用したうえで、製造コス
トがより低コストでありながら、性能面では第１の課題
を十二分に達成できるＩＣカード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カードの概略構成図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施例のエンボスに対応した複
合ＩＣカードの平面図である。

【図３】本発明の第２の実施例のエンボスに対応した複
合ＩＣカードの平面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の複合ＩＣカードの平面
図である。

【図５】ＩＳＯ規格で規定された磁気ストライプ領域、
エンボス領域、そして外部端子領域を説明する図であ
る。

【図６】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・・・・複合ＩＣモジュール３・・・・アンテナコイル部４・・・・コイル素子５・・・・アンテナ基板６・・・・複合ＩＣチップ７・・・・端子電極８・・・・結合コイル９・・・・モジュール基板１０・・・カード基板１１・・・嵌合穴１５・・・静電容量素子２０・・・エンボス領域２１・・・外部端子領域２２・・・磁気ストライプ領域１００・・外部読み書き装置１０１・・送受信回路１０２・・送受信アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C005 MA07 NA09 NB34 PA18 QC12 QC15 RA07 TA21 TA22 5B035 AA06 BB09 CA01 CA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールとは
導電体による接続は成されていないアンテナコイル部を
有したカード本体を備えており、該ＩＣモジュールは、前記アンテナコイル部との間で結
合することが可能な結合コイルを形成したＩＣモジュー
ル基板、接触型伝達素子である外部端子、及び、接触型
伝達機能と非接触型伝達機能との双方の機能が内蔵され
たＩＣチップを備えた複合ＩＣカードであって、前記アンテナコイル部は、（イ）外部読み書き装置から
の電力の受給か又は外部読み書き装置との間の信号の授
受のうち少なくともいずれかを、電磁波か又は磁場によ
って行うことを可能とするコイル素子及び静電容量素子
を備えており、（ロ）該コイル素子と静電容量素子とは
並列接続され、その共振周波数が前記外部読み書き装置
が放射する電磁波か又は磁場の周波数と、一致するか又
はほぼ一致するように選択されてあること、を特徴とす
る複合ＩＣカード。
【請求項２】カード基材には誘電体が使用してあり、前
記静電容量素子は、該カード基材の誘電体の膜を平行平
板の２枚の導電体膜で挟み込むように形成してあるこ
と、を特徴とする請求項１に記載の複合ＩＣカード
【請求項３】前記ＩＣモジュールの結合コイルは、
（ハ）前記アンテナコイル部と同一か又はほぼ同一の平
面上にあり、且つ、（ニ）該アンテナコイル部のコイル
素子が形成する周の外側に近接して、該コイル素子と結
合コイルとの互いのコイル部分が交わることなく配置し
てあること、を特徴とする請求項１又は２のいずれかに
記載の複合ＩＣカード。
【請求項４】前記アンテナコイル部は、１巻以上の巻数
で１束になっており且つループの大小や配置場所がほぼ
同じであるコイル部分が成すループを、実質的に１束の
み備えていること、を特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の複合ＩＣカード。
【請求項５】前記ＩＣモジュールの結合コイルは、１巻
以上の巻数で１束になっており且つループの大小や配置
場所がほぼ同じであるコイル部分が成すループを、実質
的に１束のみ備えていること、を特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の複合ＩＣカード。
【請求項６】外部読み書き装置からの電力の受給か又は
外部読み書き装置との間の信号の授受のうち少なくとも
いずれかを可能とする為のコイルによるループが、前記
結合コイルのループと、アンテナコイル部のコイル素子
のループとの、実質的に２ループで構成されているこ
と、を特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の複
合ＩＣカード。
【請求項７】前記アンテナコイル部は、ループの大小や
配置場所が一致しない渦巻き状コイルを有することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合ＩＣカ
ード。
【請求項８】カード面内の配置に関して、（ホ）前記Ｉ
Ｃモジュールが、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設
けられ、（ヘ）エンボス領域が、該カードの一方の長辺
に沿って設けられ、（ト）前記アンテナコイル部のコイ
ル素子が、前記ＩＣモジュールの領域の近傍では、該Ｉ
Ｃモジュールの領域を該コイル素子のループの外側に位
置するようにしつつ、該ＩＣモジュールの領域の外周の
少なくとも一部には近接して配置してあり、且つ、それ
以外の領域ではカードのほぼ全周にわたって、該エンボ
ス領域には干渉しないようにしつつカードのほぼ外周に
沿って配置してあること、を特徴とする請求項１乃至７
のいずれかに記載の複合ＩＣカード。
【請求項９】カード面内の配置に関して、（チ）前記Ｉ
Ｃモジュールが、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設
けられ、（リ）エンボス領域が、該カードの一方の長辺
に沿って設けられ、（ヌ）前記アンテナコイル部のコイ
ル素子が、前記ＩＣモジュールの領域の近傍では、該Ｉ
Ｃモジュールの領域を該コイル素子のループの外側に位
置するようにしつつ、該ＩＣモジュールの領域の外周に
沿って近接して配置してあり、且つ、それ以外の領域で
はカードのほぼ全周にわたって該エンボス領域には干渉
しないようにしつつカードのほぼ外周に沿って配置して
あること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記
載の複合ＩＣカード。
【請求項１０】カード面内の配置に関して、前記ＩＣモ
ジュールが、カードの一方の短辺側のほぼ中央に設けら
れ、エンボス領域が、カードの一方の長辺に沿って設け
られ、前記アンテナコイル部のコイル素子が、カード面
内で該エンボス領域とは反対側に位置するカードの外周
と、該エンボス領域のカード面内での内側の境界とに沿
って配置されており、且つ前記ＩＣモジュールの領域を
該コイル素子のループの外側に位置するようにしつつ、
該ＩＣモジュールの領域の外周の少なくとも一部に近
接させて配置してあること、を特徴とする請求項１乃至
６のいずれかに記載の複合ＩＣカード。