(57)【要約】【課題】  外部装置と電磁結合を形成することで電力が供給されると共に、前記外部装置との間で情報の授受が可能であり、簡易な回路構成によって外部装置からの過剰電力の供給に起因した装置内部の温度上昇を抑制可能な半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置（ＩＣカード）３は、周囲温度の変化に応じてキャパシタンス値を変化させる特性を有する容量性素子１３と、受電用アンテナコイル１１とで共振回路を構成する。容量性素子１３は、発熱が比較的大きい定電圧回路１４の近傍に設置される。外部装置（リーダライタ）２が備える送電用アンテナコイル６と受電用アンテナコイル１１との間で生じる電磁結合により供給される電力が過剰になると、特に定電圧回路１４内における発熱に起因して内部温度が上昇し、これによって容量性素子１３のキャパシタンス値が変化して、共振回路の共振周波数が変化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置と電磁結合を形成することで電力が供給されると共に、前記外部装置との間で情報の授受が可能な半導体装置であって、
前記外部装置が有する送電用アンテナコイルと前記電磁結合を形成するための受電用アンテナコイル、及び少なくとも容量性素子を含むインピーダンス制御部によって構成される共振回路を有し、
前記インピーダンス制御部が、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する温度依存性インピーダンス素子を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記外部装置から供給される電力より所定の電圧を得るための定電圧回路を有し、
前記温度依存性インピーダンス素子が、前記定電圧回路の近傍に設置されることで、前記定電圧回路からの放熱に伴う周囲温度の上昇に起因してインピーダンス値を変化させる特性を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記共振回路が、
前記温度依存性インピーダンス素子のインピーダンス値が前記定電圧回路からの放熱に伴う周囲温度の上昇に起因して変化することで、当該共振回路における共振周波数の値を前記外部装置が送信する搬送波の周波数の値から離れる方向に変化させることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記温度依存性インピーダンス素子が、周囲温度の変化に応じてキャパシタンス値が変化する特性を有する温度依存性容量性素子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記温度依存性容量性素子が、所定温度より高温の範囲内においては周囲温度の上昇に伴ってキャパシタンス値が低下する特性を有するＦ特性コンデンサで構成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記温度依存性インピーダンス素子が、周囲温度の変化に応じてインダクタンス値が変化する特性を有する温度依存性誘導性素子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体装置が、ＩＣカード又はＩＣタグであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部装置と電磁結合を形成することで電力の伝送と情報の授受を行う半導体装置に関し、特に、外部装置から過剰電力が供給されることを防止する回避手段を備える半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触型のＩＣカードやＩＣタグ等に代表される受電装置と、非接触リーダライタに代表される送電装置との間で電磁結合を形成させることで、当該受電装置と送電装置の間で電力伝送と情報授受を行う非接触型通信システムが普及してきている。ＩＣカードにおいては、例えば交通系改札システムや金融系システム、電子パスポートシステム等で利用されており、ＩＣタグにおいては、例えば物流システム等で利用されている。このような非接触型通信システムは、大容量データの扱いが可能である、高セキュリティである、機械的接触端子がなく故障が少ない、かざすだけで使用できることにより使い勝手が良く操作性に優れる、等の利点がある。
【０００３】
受電装置（以下、適宜「ＩＣカード」と呼称）を動作させるための電力は、送電装置（以下、適宜「リーダライタ」と呼称）から電磁結合によって供給される。しかしながら、リーダライタには供給電力・通信特性などの観点から様々なものが存在する。例えば動作範囲の観点から見ると、アンテナ径が小さく動作範囲が小さいもの、アンテナ径が大きく動作範囲が大きいもの、或いは、アンテナ径は中程度であるが出力磁界強度を高めに設定し動作範囲を比較的大きくしているもの、等が挙げられる。
【０００４】
リーダライタからＩＣカードに対して供給される電力量は、リーダライタの出力磁界強度、リーダライタとＩＣカードとの距離、リーダライタとＩＣカード夫々のアンテナ形状、ＩＣカードの消費電力、システム全体のインピーダンス整合状態、等に依存する。従って、一のリーダライタでは問題なく動作するＩＣカードであっても、他のリーダライタでは供給される電力量が過剰となることによりカード内部の温度が上昇し、この温度上昇に伴ってカード破壊が発生する不具合がしばしば発生する。
【０００５】
このような問題を解決する方法の一つとして、供給電力が過剰な場合にＩＣカードの共振周波数やクオリティファクタ（以下、適宜「Ｑ値」と呼称）を動的に変化させて、カード内部の温度上昇によるカード破壊を回避可能にした非接触式ＩＣカードが従来より提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０１１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の非接触式ＩＣカードは、温度検出回路によって所定以上の温度が検知されると、共振回路の共振周波数或いはＱ値を動的に変化させることでＩＣカード内の温度上昇を抑制する。これによってＩＣカードが所定温度以下に保たれ、カード破壊を防止することが可能となる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の非接触式ＩＣカードは、温度検出回路や制御回路等を内部に含む構成であるため、その内部構成が複雑化すると共に、回路占有面積が増大することによりカード本体の大きさが拡大化してしまうという問題を有する。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、外部装置と電磁結合を形成することで電力が供給されると共に、前記外部装置との間で情報の授受が可能な半導体装置であって、簡易な回路構成によって外部装置からの過剰電力の供給に起因した装置内部の温度上昇を抑制可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、外部装置と電磁結合を形成することで電力が供給されると共に、前記外部装置との間で情報の授受が可能な半導体装置であって、前記外部装置が有する送電用アンテナコイルと前記電磁結合を形成するための受電用アンテナコイル、及び少なくとも容量性素子を含むインピーダンス制御部によって構成される共振回路を有し、前記インピーダンス制御部が、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する温度依存性インピーダンス素子を有することを第１の特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の上記第１の特徴構成によれば、共振回路の構成要素の一として、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する特性を有する温度依存性インピーダンス素子を利用することで、周囲温度の変化に伴って当該素子のインピーダンス値が変化し、これによって共振回路の共振周波数が変化することとなる。従って、例えば、初期状態として高効率な電力供給を行うべく、外部装置から送信される搬送波の周波数を初期状態（常温）下での共振回路の共振周波数と同一又はその近傍の値に設定しておくことで、外部装置から電力が過剰に供給されることにより半導体装置内部で抵抗損等に起因する発熱によって内部温度が上昇した場合に、温度変化に起因してインピーダンス値が自動的に変化し、これに伴って共振回路の共振周波数が変化するため、搬送波の周波数が共振回路の共振周波数から離れることとなり、共振回路内部のインピーダンス値が増大し、これによって共振回路内部に流れる電流値が減少する。従って、回路内部における発熱量が自動的に減少され、過熱による回路破壊を回避することができる。
【００１２】
更に、このとき電流量が減少することにより発熱量が減少するため、半導体装置の内部温度が低下し、これに伴ってインピーダンス値が変化することで共振回路の共振周波数が再び外部装置の搬送波の周波数に近づき、供給される電力量が増大する。このように、温度依存性インピーダンス素子のインピーダンス値が半導体装置内部の温度変化に応じて変化することで共振回路の共振周波数が変化し、共振周波数が搬送波の周波数に対して接近及び離反を繰り返すことにより、過度の温度上昇を防止しつつ、供給される電力量が必要以上に削減されないようにすることができる。
【００１３】
特に、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する温度依存性インピーダンス素子を利用することにより、別途半導体装置内部の温度を検知するための温度検知回路や、温度に応じてインピーダンス値を変化させるための制御回路等を設ける必要がないため、回路規模を拡大することなく簡易な回路構成によって回路内部の過度の温度上昇を抑制することができる。
【００１４】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１の特徴構成に加えて、前記外部装置から供給される電力より所定の電圧を得るための定電圧回路を有し、前記温度依存性インピーダンス素子が、前記定電圧回路の近傍に設置されることで、前記定電圧回路からの放熱に伴う周囲温度の上昇に起因してインピーダンス値を変化させる特性を有することを第２の特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の上記第２の特徴構成によれば、インピーダンス制御部は、半導体装置内部において発熱が比較的大きい回路である定電圧回路からの放熱に伴う温度上昇の影響を受けやすくなるため、供給される電力が過剰となることに起因して半導体装置内部の温度が上昇した場合、当該温度上昇の影響を受けてインピーダンス制御部のインピーダンス値が比較的短時間で変化し、これに伴って共振回路の共振周波数が比較的短時間で変化することとなる。従って、例えば初期状態として高効率な電力供給を行うべく、外部装置から送信される搬送波の周波数を初期状態（常温）下での共振回路の共振周波数と同一又はその近傍の値に設定した場合、電力が過剰に供給されることで定電圧回路内部で発熱が生じ、これに起因して定電圧回路近傍の温度が上昇すると、この温度上昇に伴って比較的短時間の間にインピーダンス値が変化して共振回路の共振周波数が変化する。この共振周波数は、初期状態として設定されていた搬送波周波数の値からは離れる方向に変化することとなるため、半導体装置に対して供給される電力がこれに伴って減少し、半導体装置内部の温度上昇が抑制される。即ち、供給される電力が過剰となることに起因して半導体装置内部の温度が上昇した場合に、比較的短時間で温度上昇の抑制作用を実現することができる。
【００１６】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第２の特徴構成に加えて、前記共振回路が、前記温度依存性インピーダンス素子のインピーダンス値が前記定電圧回路からの放熱に伴う周囲温度の上昇に起因して変化することで、当該共振回路における共振周波数の値を前記外部装置が送信する搬送波の周波数の値から離れる方向に変化させることを第３の特徴とする。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の上記第３の特徴構成によれば、温度上昇に伴って共振周波数が搬送波周波数の値から離れる方向に変化するため、外部装置から半導体装置内部に供給される電力が減少し、これによって半導体装置内部における抵抗損等に起因した発熱量が削減され、内部温度の上昇が抑制される。
【００１８】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１〜第３の何れか一の特徴構成に加えて、前記温度依存性インピーダンス素子が、周囲温度の変化に応じてキャパシタンス値が変化する特性を有する温度依存性容量性素子を含むことを第４の特徴とする。
【００１９】
このとき、前記インピーダンス制御部が、当該温度依存性容量性素子のみで構成されており、この温度依存性容量性素子と前記受電用アンテナコイルによって共振回路が構成されるものとすることもできる。この場合、共振回路を構成する容量性素子が周囲温度の変化に応じてキャパシタンス値を変化させる特性を有しているため、回路規模を拡大化することなく、単純な回路構成で内部温度の上昇を抑制できる
【００２０】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第４の特徴構成に加えて、前記温度依存性容量性素子が、所定温度より高温の範囲内においては周囲温度の上昇に伴ってキャパシタンス値が低下する特性を有するＦ特性コンデンサで構成されることを第５の特徴とする。
【００２１】
特に、前記所定温度が常温程度である場合、常温時においては、高いキャパシタンス値を実現することができるために共振回路のＱ値を高くすることができる。更に、このとき外部装置から送信される搬送波の周波数を、常温時における共振回路の共振周波数と同一又はその近傍の値に設定しておくことで、常温時においては十分な電力が供給される一方、過剰な電力が供給されて内部温度が上昇するとキャパシタンス値が変化（低下）して、共振周波数が搬送波の周波数から離れる方向に変化するため、半導体装置に対して供給される電力が減少し、これによって内部温度の上昇を抑制することができる。
【００２２】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１〜第５の何れか一の特徴構成に加えて、前記温度依存性インピーダンス素子が、周囲温度の変化に応じてインダクタンス値が変化する特性を有する温度依存性誘導性素子を含むことを第６の特徴とする。
【００２３】
この場合、共振回路を構成する容量性素子がキャパシタンス値を周囲温度の変化に応じて変化させる温度依存性を有さない場合であっても、内部温度の上昇に起因して共振回路の共振周波数を変更することができる。
【００２４】
又、本発明に係る半導体装置は、上記第１〜第６の何れか一の特徴構成に加えて、前記半導体装置が、ＩＣカード又はＩＣタグであることを第７の特徴とする。
【００２５】
尚、このとき、ＩＣカード、ＩＣタグと同様、ＲＦＩＤ （Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ：無線周波数による非接触自動識別）技術を用いる半導体装置であれば、その名称には拘泥されない。即ち、ＲＦＩＤカード、ＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤチップ等も同様に本発明に係る半導体装置の範囲内である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の構成によれば、共振回路の構成要素の一として、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する特性を有する温度依存性インピーダンス素子を利用することで、周囲温度の変化に伴って当該素子のインピーダンス値が変化し、これによって共振回路の共振周波数が変化することとなる。従って、例えば、初期状態として高効率な電力供給を行うべく、外部装置から送信される搬送波の周波数を初期状態（常温）下での共振回路の共振周波数と同一又はその近傍の値に設定しておくことで、外部装置から過剰電力が供給されることにより半導体装置内部で抵抗損等に起因する発熱によって内部温度が上昇した場合に、温度変化に起因してインピーダンス値が自動的に変化し、これに伴って共振回路の共振周波数が変化するため、搬送波の周波数が共振回路の共振周波数から離れることとなり、共振回路内部のインピーダンス値が増大し、これによって共振回路内部に流れる電流値が減少する。従って、回路内部における発熱量が自動的に減少され、過熱による回路破壊を回避することができる。
【００２７】
特に、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値が変化する温度依存性インピーダンス素子を利用することにより、別途半導体装置内部の温度を検知するための温度検知回路や、温度に応じてインピーダンス値を変化させるための制御回路等を設ける必要がないため、回路規模を拡大することなく簡易な回路構成によって回路内部の過度の温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下において、本発明に係る半導体装置（以下、適宜「本発明装置」と呼称する）の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
本発明装置は、外部装置と電磁結合を形成することで電力が供給されると共に、前記外部装置との間で情報の授受が可能な半導体装置であって、外部装置から過剰電力が供給されることを防止する回避手段を有することを特徴とするものである。以下では、本発明装置の一実施形態として非接触型のＩＣカードを想定し（以下、単に「ＩＣカード」と称する）、外部装置の一実施形態である非接触型のリーダライタ（以下、単に「リーダライタ」と称する）との間で電力及び情報の授受が可能に構成されるものとして説明を行う。
【００３０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明装置の第１実施形態（以下、適宜「本実施形態」と称する）について図１〜図４を参照して説明を行う。
【００３１】
図１は、本実施形態における本発明装置を含む情報通信システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示される情報通信システム１は、リーダライタ２及びＩＣカード３で構成される。
【００３２】
リーダライタ２は、発振器４、整合回路５、及び送電用アンテナコイル６を備えて構成される。
【００３３】
発振器４は、所定の周波数の電圧波形を出力可能に構成される。又、整合回路５は、内部に容量性素子を含む回路で構成されており、送電用アンテナコイル６と共にアンテナ回路を構成しつつ、リーダライタ２とＩＣカード３との間における通信路と送電用アンテナコイル６とのインピーダンス整合を行うべく、インピーダンス値の制御を行う。
【００３４】
ＩＣカード３は、受電用アンテナコイル１１、整流回路１２、容量性素子１３、定電圧回路１４、及び内部ロジック回路１５で構成される。
【００３５】
受電用アンテナコイル１１は、容量性素子１３と共に並列共振回路（以下、単に「共振回路」と称する）を形成する。この容量性素子１３は、後述するように、周囲温度の変化に応じてキャパシタンス値を変化させる温度依存性を有する。又、受電用アンテナコイル１１と送電用アンテナコイル６との間の距離が所定の範囲内にある場合、両コイル間で電磁結合ＥＭＣを形成する。このとき、発振器４より所定の周波数の電圧波形が出力されると、送電用アンテナコイル６より電磁波が送信され、電磁結合ＥＭＣによって受電用アンテナコイル１１の両端に電圧が誘起される。この誘起される電圧の大きさは、共振回路に係る共振周波数が送電用アンテナコイル６から送信される搬送波周波数に等しいときに最大となり、共振周波数が搬送波周波数から離れるほど小さくなる。
【００３６】
リーダライタ２は、ＩＣカード３に対して送信される情報に係るデータ信号を発振器４より出力される電圧波形に起因する搬送波に重畳して受電用アンテナコイル１１に供給する。即ち、受電用アンテナコイル１１においては、搬送波に係る電圧成分に加えて、リーダライタ２より与えられるデータ信号に係る電圧成分についても併せて誘起される。この誘起電圧が整流回路１２によって全波整流された後、定電圧回路１４によって所定の電圧値に調整されて、内部ロジック回路１５に供給される。内部ロジック回路１５は、例えばＩＣチップ、メモリ、変調回路、復調回路等で構成される。
【００３７】
容量性素子１３は、キャパシタンス値が周囲温度に応じて決定される温度依存性を有する素子であり、その特性の一例を図２に示す。図２は、容量性素子１３の一例として、強誘電体セラミックスを原料とする積層セラミックコンデンサの内、Ｆ特性と呼ばれる温度依存性を有する積層セラミックコンデンサを採用した場合における、当該素子の周囲温度とキャパシタンス値の関係を示したグラフであり、横軸が周囲温度を、縦軸がキャパシタンス値を夫々表している。
【００３８】
図２のグラフに示されるように、Ｆ特性を有する積層セラミックコンデンサは、２０℃（常温）近傍でキャパシタンス値が最大となり、常温より高温の範囲内においては、周囲温度が上昇するにつれてキャパシタンス値が低下することが分かる。
【００３９】
図２に示されるような温度依存性を有する容量性素子１３を共振回路の構成要素とする場合、容量性素子１３の周囲温度に応じてキャパシタンス値が変化するため、これに伴って共振周波数が変化することとなる。
【００４０】
常温時に、送電用アンテナコイル６から送信される搬送波と等しい若しくはその近傍の共振周波数となるように共振回路の各素子値を設定した場合、当該常温時において受電用アンテナコイル１１の両端に誘起される電圧値が大きくなり、後段の内部ロジック回路１５に対して十分な電力供給を行うことができる。一方で、場合によっては過剰に電力が供給されることが想定され、かかる場合、ＩＣカード３内部（特に定電圧回路１４）において抵抗損等に起因した発熱がされ、当該発熱に伴ってＩＣカード３内部の温度が上昇する。図３は、ＩＣカード３に対して供給される電力と、ＩＣカード３内部に係る温度との関係を示すグラフであり、横軸が供給電力の大きさを、縦軸が温度を夫々表している。図３に示されるように、供給電力量が増大するにつれ、ＩＣカード３内部に係る温度が上昇することが分かる。ＩＣカード３の内部温度が上昇すると、これに伴って容量性素子１３の周辺温度が上昇するため、図２に図示したように容量性素子１３のキャパシタンス値が低下する。
【００４１】
容量性素子１３のキャパシタンス値が低下すると、常温時には搬送波周波数の近傍に設定されていた共振回路の共振周波数が、搬送波周波数から離れる方向に変化することとなる。これによって、受電用アンテナコイル１１の両端に誘起される電圧が低下し、供給電力量が減少するため、ＩＣカード３内部における発熱が抑制される。その後、ＩＣカード３内部に係る温度が低下を始めると、容量性素子１３の周辺温度が低下することとなるため、図２に図示したように再び容量性素子１３のキャパシタンス値が増大し、これによって共振回路の共振周波数が再び搬送波の周波数に近づく。
【００４２】
これ以後、所定の繰り返し時間の下で、容量性素子１３のキャパシタンス値は上昇と低下を繰り返し、これに付随して、共振周波数が搬送波周波数に近づく変化と、搬送波周波数から遠ざかる変化とを繰り返すこととなる。このような繰り返しが自動的に行われることで、ＩＣカード３内部に過剰電力が供給されることによる温度上昇を抑制しつつ、動作に必要な電力をリーダライタ２より受電可能な構成とすることができる。尚、共振周波数の上昇と減少の繰り返しのサイクル時間は、ＩＣカード３内部の放熱特性に依存する。即ち、ＩＣカード３内部の放熱特性が良い（放熱が速やかに行われる）場合は、上記サイクル時間が短くなる一方、放熱特性が悪い（放熱に要する時間が長い）場合は、サイクル時間が長くなる。
【００４３】
図４は、リーダライタ２から供給される供給電力と、ＩＣカード３が実際に受電する受電電力との関係を図示したグラフであり、縦軸が受電電力を、横軸が供給電力を表している。図４に示されるように、供給電力が比較的少ない範囲内（例えばリーダライタ２とＩＣカード３との離間距離が長い場合等）においては、供給電力が増大するに連れてＩＣカード３の受電電力も増大するが、供給電力が所定の値を超える範囲内（例えばリーダライタ２とＩＣカード３との離間距離が所定値以内に近接している場合等）においては、受電電力が所定の範囲内に飽和してしまう。これは、上述したように、ＩＣカード３の内部温度が上昇することにより、共振周波数がリーダライタ２から供給される搬送波周波数から離れることにより、ＩＣカード３に対して十分な電力供給がなされないことによるものである。このことは、更に言い換えれば、ＩＣカード３の内部温度は所定の値以上には上昇しないことを意味しており、これによってＩＣカード３内部の温度上昇に伴って回路破壊が起こるのを自動的に防止することができる。
【００４４】
尚、本実施形態においては、容量性素子１３として、Ｆ特性の積層セラミックコンデンサを例に挙げて説明したが、周辺温度の変化に応じてキャパシタンス値が変化する特性を有する素子であれば、上記コンデンサには限定されない。又、当該容量性素子１３を、Ｃカード３の内部に係る各回路の内、発熱が比較的大きい回路（例えば定電圧回路１４）の近傍に設置することにより、ＩＣカード３の内部温度の上昇を抑制する効果を高めることができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
以下、本発明装置の第２実施形態（以下、適宜「本実施形態」と称する）について、図５を参照して説明を行う。尚、本実施形態は、第１実施形態と比較して、容量性素子１３の代わりに、インピーダンス値が周囲温度の変化に応じて変化するインピーダンス制御部２１を有する点のみが異なり、他の構成要素は同一である。以下では、第１実施形態と異なる点のみについて説明をし、同一部分についてはその説明を省略する。
【００４６】
図５は、本実施形態における本発明装置を含む情報通信システム１ａの概略構成を示すブロック図である。図５に示されるＩＣカード３ａは、インピーダンス素子Ｚ１及びＺ２からなるインピーダンス制御部２１を有する。インピーダンス素子Ｚ１は、キャパシタンス成分を有する素子であり、受電用アンテナコイル１１と並列に接続される。又、インピーダンス素子Ｚ２は、インダクタンス成分を有する素子であり、受電用アンテナコイル１１と直列に接続される。これらのインピーダンス素子Ｚ１及びＺ２と、受電用アンテナコイル１１とで共振回路が形成されている。
【００４７】
又、インピーダンス素子Ｚ１及びインピーダンス素子Ｚ２の内、少なくとも何れか一方が、周囲温度の変化に応じてインピーダンス値（インピーダンス素子Ｚ１においてはキャパシタンス値、インピーダンス素子Ｚ２においてはインダクタンス値）を変化させる温度依存性を有する材料で形成されているものとする。このとき、インピーダンス素子Ｚ１として温度依存性を有する材料を利用する場合、第１実施形態で一例として例示したＦ特性の積層セラミックコンデンサを採用するものとしても構わない。又、インピーダンス素子Ｚ２として温度依存性を有する材料を利用する場合には、例えばインダクタンス値が温度特性を持つＳＭＤインダクタ（ＴＤＫ社製  ＭＬＦシリーズ）或いはそれと同様な温度特性を持つチップインダクタを採用するものとして構わない。以下では、インピーダンス素子Ｚ１及びＺ２の両者が温度依存性を有する材料で構成されている場合を例に挙げて説明を行う（尚、図５においてインピーダンスが可変であることを示す矢印記号をインピーダンス素子Ｚ１及びＺ２に対して付している）。
【００４８】
このように構成される場合、常温時に、送電用アンテナコイル６から送信される電力がＩＣカード３ａにできるだけ高効率で伝達されるように、即ちインピーダンス整合に近い状態になるようにインピーダンス素子Ｚ１及びＺ２の各素子値を設定しておくことで、常温時には受電用アンテナコイル１１の両端に誘起される電圧値が大きくなる。このとき、第１実施形態で上述したように、場合によっては後段の回路に対して過剰に電力が供給される場合が想定され、かかる場合にはＩＣカード３ａ内部において抵抗損等に起因した発熱が生じ、ＩＣカード３ａ内部の温度が上昇する。
【００４９】
ＩＣカード３ａ内部の温度が上昇すると、温度依存性を有するインピーダンス素子Ｚ１及びＺ２のインピーダンス値が変化し、これによってＩＣカード３ａのインピーダンス値が変化する。即ち、常温時にはインピーダンス整合に近い状態に設定されていたＩＣカード３ａのインピーダンスが、インピーダンス整合状態から離れる方向に変化することとなる。これによって、受電用アンテナコイル１１の両端に誘起される電圧が低下し、供給電力量が減少するため、ＩＣカード３ａ内部における発熱が抑制される。
【００５０】
即ち、本実施形態においても、第１実施形態と同様、ＩＣカード３ａの内部温度の上昇を自動的に抑制することができる。
【００５１】
又、本実施形態においても、インピーダンス制御部２１をＩＣカード３ａの内部に係る各回路の内、発熱が比較的大きい回路（例えば定電圧回路１４）の近傍に設置することで、ＩＣカード３ａの内部温度の上昇を抑制する効果を高めることができる。
【００５２】
尚、上述した第１実施形態において周囲温度が上昇することで共振周波数が変化し、この共振周波数が搬送周波数から離れることで供給される電力が減少した場合、或いは上述した第２実施形態において周囲温度が上昇することでＩＣカード３ａのインピーダンスが変化し、インピーダンス整合状態から離れることで供給される電力が減少した場合であっても、搬送波に重畳されるデータ信号についてはＩＣカード３（３ａ）に対して正確に送信されることが好ましい。このため、温度依存性を有する容量性素子或いは温度依存性を有するインピーダンス素子の当該温度依存性は、周囲温度の変化によってキャパシタンス値或いはインピーダンス値を変化する特性である一方、当該変化によって通信特性に対しては殆ど変化を及ぼさないような特性であることが好ましい。
【００５３】
ここで、通信特性の良否を判断する要素としては、変調率、変調深さ、変調時の波形鈍り等種々のパラメータが挙げられるが、ＩＣカードに実装されている復調回路の方式によってその判断要素は異なる。以下では、通信特性の良否を判断する要素として変調率を利用する場合について例に挙げて説明を行う。
【００５４】
上述した第１実施形態では、周囲温度によって変化するパラメータは容量性素子１３のキャパシタンス値のみであるので、共振周波数が変化すれば変調率の変化もそれに応じて自動的に決定されてしまい、選択の余地がない。
【００５５】
図６は、図１に示される第１実施形態における情報通信システム１を数値計算のためにモデル化を行った数値計算用回路図である。
【００５６】
図１に示される情報通信システム１をモデル化した情報通信システムモデル回路（以下、適宜「モデル回路」と略称する）１ｓは、情報通信システム１を構成する各構成要素をモデル化した各回路で構成される。即ち、モデル回路１ｓは、リーダライタ２をモデル化したリーダライタモデル２ｓとＩＣカード３をモデル化したＩＣカードモデル３ｓ、及び電磁結合ＥＭＣをモデル化した電磁結合モデルＥＭＣｓ（インダクタンス０．０７１μＨのインダクタ３７）を備える。
【００５７】
リーダライタモデル２ｓは、交流電圧源３１及び抵抗値５０Ωの抵抗３２で構成される発振器モデル４ｓ、キャパシタンス値が１０ｐＦのキャパシタ３３及びキャパシタンス値５９ｐＦのキャパシタ３４で構成される整合回路モデル５ｓ、及び抵抗値１Ωの抵抗３５及びインダクタンス１．９２９μＨのインダクタ３６で構成される送電用アンテナコイルモデル６ｓを備える。一方、ＩＣカードモデル３ｓは、インダクタンス０．９２９μＨのインダクタ３８で構成される受電用アンテナコイルモデル１１ｓ、キャパシタＣ１で構成される容量性素子モデル１３ｓ、及び抵抗値１ｋΩの抵抗３９で構成される負荷モデル２２ｓを備える。尚、負荷モデル２２ｓは、整流回路１２、定電圧回路１４、及び内部ロジック回路１５で構成される負荷を一体としてモデル化したものである。又、上記モデル回路１ｓを構成する各回路素子値はあくまでモデル化のための一例である。
【００５８】
以下に、図６によって図示されたモデル回路１ｓを用いて数値計算を行った結果を示す。
【００５９】
まず、シミュレーション及びその結果比較の際の条件として、以下の３状態を規定する。即ち、供給側のリーダライタ２から所望の電圧が与えられている第１状態、供給側のリーダライタ２から過剰に電力供給がされている第２状態、及び、過剰電力供給に伴いＩＣカード３内部の温度が上昇し、これによって容量性素子１３のキャパシタンス値が変化してＩＣカード３の共振周波数が変化した第３状態を夫々規定する。そして、上記第１〜第３状態夫々をモデル回路１ｓにおいてモデル化するために、当該モデル回路１ｓを構成する素子に係る必要な数値を設定する。即ち、前記第１状態をモデル化すべく、リーダライタモデル２ｓが有する交流電圧源３１より１２Ｖの電圧が供給されることで無変調時のＩＣカードモデル３ｓ側の負荷モデル２２ｓ両端の電圧が２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度になる場合を想定する。又、前記第２状態をモデル化すべく、リーダライタモデル２ｓが有する交流電圧源３１より３０Ｖの電圧（第１状態と比較して過剰な電圧）が供給されることで無変調時のカード側の負荷モデル２２ｓ両端の電圧が５．８Ｖ（第１状態における負荷モデル２２ｓの両端の電圧より大きい値）になる場合を想定する。更に、前記第３状態をモデル化すべく、リーダライタモデル２ｓが有する交流電圧源３１より３０Ｖの電圧（第１状態と比較して過剰な電圧）が供給されることにより、容量性素子モデル１３ｓのキャパシタンス値を前記第１状態或いは前記第２状態に比して変化させることで、ＩＣカードモデル３ｓの共振周波数が変化し、負荷モデル２２ｓの両端の電圧が２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度に（第２状態における電圧値から低下して第１状態における電圧値の範囲内に）戻った場合を想定する。
【００６０】
このような想定の下、図６に示されるモデル回路１ｓを用いて各状態における変調率を算出する。尚、変調率は、リーダライタモデル２ｓが有する交流電圧源３１の電圧（第１状態における１２Ｖ、第２及び第３状態における３０Ｖに相当。以下では適宜「状態設定電圧」と称する）を１６．７％減少させた場合における負荷モデル２２ｓの両端に係る電圧の０−ｐｅａｋ値の変化に基づいて算出する。具体的には、交流電圧源３１が各状態の下での状態設定電圧に設定された場合における負荷モデル２２ｓ両端の電圧をＶ１、交流電圧源３１が各状態の下での状態設定電圧を１６．７％減少させた電圧（以下、「比較対象電圧」と称する）に設定された場合における負荷モデル２２ｓ両端の電圧をＶ２とすると、変調率Ｒが以下の数１によって算出される。
【００６１】
（数１）
Ｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）
【００６２】
このような設定の下、第１状態において容量性素子モデル１３ｓを構成するキャパシタＣ１のキャパシタンス値が１００ｐＦであるとすると（このとき、ＩＣカードモデル３ｓの共振周波数が１５．９ＭＨｚとなる）、第１状態では、交流電圧源３１が状態設定電圧（１２Ｖ）に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ１が２．５Ｖと算出され、交流電圧源３１が比較対象電圧（１２Ｖから１６．７％減少させた電圧（１０Ｖ））に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ２が２．１Ｖと算出される。そして、この算出結果を数１に代入することにより、第１状態における変調率Ｒが８．７％と算出される。
【００６３】
同様に、第２状態では、交流電圧源３１が状態設定電圧（３０Ｖ）に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ１が５．８Ｖと算出され、交流電圧源が比較対象電圧（３０Ｖから１６．７％減少させた電圧（２５Ｖ））に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ２が５．１Ｖと算出されるため、数１より第２状態における変調率Ｒが６．４％と算出される。
【００６４】
同様に、第３状態における変調率Ｒを算出する。尚、このとき、キャパシタＣ１のキャパシタンス値が温度上昇に起因して１００ｐＦから所定の値に変化することで交流電圧源３１が状態設定電圧（３０Ｖ）に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ１が第
１状態における電圧Ｖ１と略等しい値となるようにキャパシタＣ１のキャパシタンス値を選定する必要がある。シミュレーションの結果、温度上昇に起因して上記キャパシタンス値が１００ｐＦから４７ｐＦに変化（これによってＩＣカードモデル３ｓの共振周波数が１５．９ＭＨｚから２３．２ＭＨｚに変化）した場合、交流電圧源３１が状態設定電圧（３０Ｖ）に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ１が２．３Ｖと算出されるため、当該キャパシタンス値を示すキャパシタＣ１を採用することで所望の結果を得ることができる。又、このとき、交流電圧源３１が比較対象電圧（３０Ｖから１６．７％減少させた電圧（２５Ｖ））に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ２が１．９Ｖと算出されるため、数１より第３状態における変調率Ｒが９．５％と算出される。
【００６５】
これによって、各状態間での変調率Ｒの変化割合が算出可能となる。即ち、第１状態から第２状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が−２６．４％（２６．４％減少）、第１状態から第３状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が９．２％（９．２％増加）であると算出される。
【００６６】
即ち、第１実施形態では、過剰電力供給に起因するＩＣカード３ｓ内部の温度上昇を抑制するために負荷モデル２２ｓ両端の電圧を所望の値に調整しようとすると、容量性素子モデルＣ１のキャパシタンス値が一意に決定され（上記の例では４７ｐＦ）、変調率の決定には選択の余地がない。
【００６７】
これに対し、上述した第２実施形態では、周囲温度によって変化するパラメータはインピーダンス素子Ｚ１及びＺ２夫々のインピーダンス値の最大２種類であるので、インピーダンス整合状態から離れてＩＣカード３ａ内部の温度上昇を抑制することのできるＺ１とＺ２の組み合わせは複数存在する。従って、その中から変調率の変化が比較的小さい組み合わせを選択することにより、通信特性に対する影響を最小限に抑制しつつＩＣカード３ａ内部の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００６８】
第１実施形態と同様、第２実施形態においてもモデル化を行い、このモデルを用いた数値計算結果を以下に示す。
【００６９】
図７は、図５に示される第２実施形態における情報通信システム１ａを数値計算のためにモデル化を行った数値計算用回路図である。情報通信システムモデル回路（以下、適宜「モデル回路」と略称する）１ａｓは、図６におけるモデル回路１ｓと比較して、容量性素子モデル１３ｓの代わりに、キャパシタＣ２で構成されるインピーダンス素子モデルＺ１ｓ及びインダクタＬ２で構成されるインピーダンス素子モデルＺ２ｓを有してなるインピーダンス制御部モデル２１ｓを備える構成であり、他の部分はモデル回路１ｓと同一であるため説明を割愛する。
【００７０】
以下に、図７によって図示されたモデル回路１ａｓを用いて数値計算を行った結果を示す。尚、比較のために図６におけるモデル回路１ｓを用いて数値計算を行った場合と諸条件を同一とする。
【００７１】
即ち、前記第１状態をモデル化すべく、交流電圧源３１より１２Ｖの電圧が供給されることで無変調時のカード側の負荷モデル２２ｓ両端の電圧が２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度になる場合を想定し、前記第２状態をモデル化すべく、交流電圧源３１より３０Ｖの電圧（第１状態と比較して過剰な電圧）が供給されることで無変調時のカード側の負荷モデル２２ｓ両端の電圧が５．８Ｖ（第１状態における負荷モデル２２ｓの両端の電圧より大きい値）になる場合を想定し、前記第３状態をモデル化すべく、交流電圧源３１より３０Ｖの電圧（第１状態と比較して過剰な電圧）が供給されることにより、キャパシタＣ２のキャパシタンス及びインダクタＬ２のインダクタンスを前記第１状態或いは前記第２状態に比して変化させることでＩＣカードモデル３ａｓのインピーダンスが変化し、負荷モデル２２ｓの両端の電圧が２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度に（第２状態における電圧値から低下して第１状態における電圧値の範囲内に）戻った場合を想定する。
【００７２】
このような状態の下、第１状態において交流電圧源３１が状態設定電圧（１２Ｖ）に設定された場合の負荷モデル２２ｓ両端の電圧Ｖ１が２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度の範囲内となるキャパシタＣ２のキャパシタンス値及びインダクタＬ２のインダクタンス値の組み合わせとして、キャパシタＣ２のキャパシタンス値が１１０ｐＦ、インダクタＬ２のインダクタンス値が１０μＨである第１の組み合わせ、及びキャパシタＣ２のキャパシタンス値が１５０ｐＦ、インダクタＬ２のインダクタンス値が１０μＨである第２の組み合わせが算出されたとする。尚、第１の組み合わせにおいてはＶ１＝２．４Ｖであり、第２の組み合わせにおいてはＶ１＝２．５Ｖである（いずれも２．３Ｖ〜２．５Ｖ程度の範囲内の電圧値）。
【００７３】
このような第１の組み合わせ、第２の組み合わせ夫々について、第１実施形態をモデル化した際の数値計算と同様の方法で、各状態の下での変調率を算出すると、第１の組み合わせにおいては、第１状態における電圧Ｖ１が２．４Ｖ、電圧Ｖ２が２．０Ｖ、変調率Ｒが９．１％、第２状態における電圧Ｖ１が５．８Ｖ、電圧Ｖ２が４．７Ｖ、変調率Ｒが１０．５％、第３状態における電圧Ｖ１が２．４Ｖ、電圧Ｖ２が２．１Ｖ、変調率Ｒが６．７％と算出される。同様に、第２の組み合わせにおいては、第１状態における電圧Ｖ１が２．５Ｖ、電圧Ｖ２が２．１Ｖ、変調率Ｒが８．７％、第２状態における電圧Ｖ１が５．８Ｖ、電圧Ｖ２が４．９Ｖ、変調率Ｒが８．４％、第３状態における電圧Ｖ１が２．５Ｖ、電圧Ｖ２が２．１Ｖ、変調率Ｒが８．７％と算出される。
【００７４】
従って、各組み合わせにおける変調率Ｒの変化割合は、第１の組み合わせにおいては、第１状態から第２状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が１５．４％（１５．４％増加）、第２状態から第３状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が−２６．４％（２６．４％減少）であると算出され、第２の組み合わせにおいては、第１状態から第２状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が−３．４％（３．４％減少）、第１状態から第３状態に移行した場合の変調率Ｒの変化割合が略０％（増減なし）であると算出される。
【００７５】
即ち、第１の組み合わせ及び第２の組み合わせの両者を比較する場合、第１状態から第２状態或いは第３状態へ移行する際の変調率Ｒの変化割合は第２の組み合わせの方が小さいため、第２の組み合わせで規定されるキャパシタＣ２及びインダクタＬ２を採用することで、変調率の変化を抑制しつつＩＣカード内部の温度上昇を抑制することが可能となる。尚、上記第２の組み合わせによれば、第１実施形態における変調率の変化割合よりも低下していることが分かる。
【００７６】
このように、第２実施形態においては、ＩＣカード内部の温度が上昇した場合であっても負荷モデル２２ｓの両端電圧を維持可能なキャパシタ、インダクタの組み合わせの中から、変調率の変化が最も小さい一の組み合わせを選択することができるため、第１実施形態と比較して、通信特性の低下を極力抑制しつつＩＣカード内部の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００７７】
又、上述した各実施形態では、外部装置として非接触型のリーダライタを、半導体装置として非接触型のＩＣカードを、夫々例に挙げて説明を行ったが、内部にアンテナコイルを有し、電磁結合によって外部装置から半導体装置に対して電力が供給され、外部装置と半導体装置との間で情報の授受が可能な構成（ＲＦＩＤ技術を利用可能な構成）であれば、リーダライタ及びＩＣカードに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を含む情報通信システムの概略構成を示すブロック図
【図２】容量性素子の一例として、Ｆ特性を有する積層セラミックコンデンサを採用した場合における、当該素子の周囲温度とキャパシタンス値の関係を示したグラフ
【図３】ＩＣカードに対して供給される電力と、ＩＣカード内部に係る温度との関係を示すグラフ
【図４】リーダライタから供給される供給電力と、ＩＣカードが実際に受電する受電電力との関係を図示したグラフ
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を含む情報通信システムの概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を含む情報通信システムの数値計算用回路図
【図７】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を含む情報通信システムの数値計算用回路図
【符号の説明】
【００７９】
１、１ａ：    情報通信システム
１ｓ、１ａｓ：    情報通信システムモデル回路
２：    リーダライタ（外部装置の一実施形態）
２ｓ：    リーダライタモデル
３、３ａ：    ＩＣカード（本発明に係る半導体装置の一実施形態）
３ｓ、３ａｓ：    ＩＣカードモデル
４：    発振器
４ｓ：    発振器モデル
５：    整合回路
５ｓ：    整合回路モデル
６：    送電用アンテナコイル
６ｓ：    送電用アンテナコイルモデル
１１：    受電用アンテナコイル
１１ｓ：    受電用アンテナコイルモデル
１２：    整流回路
１３：    容量性素子
１３ｓ：    容量性素子モデル
１４：    定電圧回路
１５：    内部ロジック回路
２１：    インピーダンス制御部
２２ｓ：    負荷モデル
３１：    交流電圧源
３２：    抵抗
３３：    キャパシタ
３４：    キャパシタ
３５：    抵抗
３６：    インダクタ
３７：    インダクタ
３８：    インダクタ
３９：    抵抗
Ｃ１、Ｃ２：    キャパシタ
Ｌ２：    インダクタ
ＥＭＣ：    電磁結合
ＥＭＣｓ：    電磁結合モデル
Ｚ１：    インピーダンス素子（キャパシタンス成分を有する素子）
Ｚ１ｓ：    インピーダンス素子（キャパシタンス成分を有する素子）モデル
Ｚ２：    インピーダンス素子（インダクタンス成分を有する素子）
Ｚ２ｓ：    インピーダンス素子（インダクタンス成分を有する素子）モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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