(57)【要約】【課題】広い通信帯域を有し、汎用性に優れた非接触通信式情報担体を提供する。【解決手段】アンテナコイル１が一体形成された半導体チップ２と、半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁誘導結合するブースタコイル３と、これら半導体チップ２及びブースタコイル３を担持する絶縁部材４とをもって非接触通信式情報担体を構成する。ブースタコイル３を、相互に共振周波数が異なり、かつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイル３ａ，３ｄをもって構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルが一体形成された半導体チップと、前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイル及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁誘導結合するブースタコイルと、これら半導体チップ及びブースタコイルを担持する絶縁部材とを備えた非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルとして、相互に共振周波数が異なり、かつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイルを備えたことを特徴とする非接触通信式情報担体。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルのうち、前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルと直接電磁誘導結合される１のコイルの共振周波数を前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの共振周波数と同一又は近似した値に設定し、他のコイルの共振周波数を前記リーダライタに備えられたアンテナコイルに合わせて適宜の値に設定したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルのそれぞれに、共振周波数調整用のコンデンサとしてチップコンデンサを接続したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルの指向方向を相互に異ならせたことを特徴とする非接触通信式情報担体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の非接触通信式情報担体において、前記半導体チップ及び前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルを単一の前記絶縁部材上に担持したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナコイルが一体形成された半導体チップとブースタコイルとを有する非接触通信式情報担体に係り、特に、ブースタコイルの通信帯域の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁部材内に半導体チップと当該半導体チップの端子部に電気的に接続されたアンテナコイルとを備え、リーダライタからの電力の受給及びリーダライタとの間の信号の送受信を電磁波を用いて非接触で行う非接触式の情報担体が知られている。この種の情報担体としては、その外形により、カード形、コイン形、ボタン形又はタグ形などがある。
【０００３】
従来、この種の情報担体としては、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したもの、或いは、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持したものが用いられているが、近年に至って、アンテナコイルと半導体チップとの接続点の保護処理や防湿対策が不要で安価に作成できること、及び絶縁部材に曲げやねじれ等のストレスが作用した場合にもコイルに断線を生じることがなく耐久性に優れることなどから、半導体チップ自体にアンテナコイルが一体形成された半導体チップを絶縁部材に搭載したものが提案されている。
【０００４】
アンテナコイルを半導体チップに一体形成した場合、アンテナコイルを絶縁部材にパターン形成したり、巻線からなるアンテナコイルを絶縁部材に担持する場合に比べて、コイルの巻径や導体幅が小さくなり、巻数についても自ずと限界があるため、リーダライタとの間の通信距離を大きくすることが困難で、必要な通信距離を確保することできない場合がある。そこで、従来より、半導体チップに一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとの間に、各アンテナコイル間の電磁誘導結合を強化するため、少なくとも１つの巻数を持ちその断面積がほぼデータ媒体装置（絶縁部材）の寸法を有する第２の導体ループと、少なくとも１つの巻数を持ちその断面積が半導体チップに接続された第１の導体ループ（半導体チップに一体形成されたアンテナコイル）の寸法をほぼ有する第３のループとを備え、第１及び第３の導体ループをほぼ同心的に配置し、第１及び第２の導体ループを第３のループを介して互いに誘導結合する技術が提案されている。結合ループの構成は、インダクタンスとコンデンサとからなる共振回路として実現することもできる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
なお、前記コンデンサとして、インダクタンス（導体ループ）が形成される絶縁部材の表裏に導電パターンを形成し、各導体パターン間の寄生容量で共振をつくる技術も従来より知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
本明細書においては、アンテナコイル間の電磁誘導結合を強化するためのインダクタンスとコンデンサとの組合せからなる共振回路を「ブースタコイル」又は「ブースタコイルを構成するコイル」という。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−５３２９０４号公報（図１）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−２６６１０１（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載の技術によれば、ブースタコイルを介して半導体チップに一体形成されたアンテナコイルとリーダライタに備えられたアンテナコイルとが互いに電磁誘導結合されるので、各アンテナコイル間の電磁誘導結合が強化され、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間の通信距離の延長を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１，２に記載の技術は、いずれも１つのコイルをもってブースタコイルが構成されているので、通信帯域を広くすることが難しく、１種の非接触通信式情報担体を共振周波数が異なるアンテナコイルを備えた各種のリーダライタに適用すること、即ち、非接触通信式情報担体の汎用性を高めることが難しいという不都合がある。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その課題は、広い通信帯域を有し、汎用性に優れた非接触通信式情報担体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、アンテナコイルが一体形成された半導体チップと、前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイル及びリーダライタに備えられたアンテナコイルと電磁誘導結合するブースタコイルと、これら半導体チップ及びブースタコイルを担持する絶縁部材とを備えた非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルとして、相互に共振周波数が異なり、かつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイルを備えるという構成にした。
【００１３】
このように、ブースタコイルとして相互に共振周波数が異なりかつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイルを備えると、ブースタコイルとして１個のコイルのみを備えた場合に比べてブースタコイルの通信帯域を広くすることができるので、共振周波数が異なるアンテナコイルを備えた各種のリーダライタへの適用が可能となり、非接触通信式情報担体の汎用性を高めることができる。また、コイル寸法の大型化或いはコイル巻数の増加によって共振帯域の拡大を図る場合に比べてコイルの設定に要するスペースを小さくすることができるので、非接触通信式情報担体の小型化を図ることもできる。
【００１４】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記構成の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルのうち、前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルと直接電磁誘導結合される１のコイルの共振周波数を前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの共振周波数と同一又は近似した値に設定し、他のコイルの共振周波数を前記リーダライタに備えられたアンテナコイルに合わせて適宜の値に設定するという構成にした。
【００１５】
このように、半導体チップに一体形成されたアンテナコイルと直接電磁誘導結合される１のコイルの共振周波数を当該半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの共振周波数と同一又は近似した値に設定すると、ブースタコイルと半導体チップに一体形成されたアンテナコイルとの間の伝達利得を高めることができるので、通信エラーを起こしにくく、良好な通信特性が得られる。
【００１６】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記各構成の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルのそれぞれに、共振周波数調整用のコンデンサとしてチップコンデンサを接続するという構成にした。
【００１７】
共振周波数調整用のコンデンサとしては、チップコンデンサを接続することもできるし、絶縁部材の表裏に導電パターンを形成することによる寄生容量で共振をつくることもできるが、寄生容量は、絶縁部材の表裏に導体パターンを形成する際の僅かな条件の変動、例えば絶縁部材の材質や厚みの変動、それに導電パターンのサイズやめっき条件などの変動によって大きなばらつきを生じやすく、しかも温度依存性が高いために、ブースタコイルの共振周波数を所要の値に精度よく設定することが難しい。これに対して、チップコンデンサは、製造条件によるばらつきが小さくしかも温度依存性が低いために、ブースタコイルの共振周波数を所要の値に精度よく設定することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記各構成の非接触通信式情報担体において、前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルの指向方向を相互に異ならせるという構成にした。
【００１９】
このように、ブースタコイルを構成する複数個のコイルの指向方向を相互に異ならせると、ブースタコイルの通信帯域を拡大できるばかりでなく、ブースタコイルとアンテナコイルとの間の電磁誘導結合を容易化できるので、共振周波数及び指向方向が異なるアンテナコイルが備えられた各種のリーダライタへの適用が可能となり、非接触通信式情報担体の汎用性をより一層高めることができる。
【００２０】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記各構成の非接触通信式情報担体において、前記半導体チップ及び前記ブースタコイルを構成する複数個のコイルを単一の前記絶縁部材上に担持するという構成にした。
【００２１】
このように、半導体チップ及びブースタコイルを構成する複数個のコイルを単一の絶縁部材上に担持すると、複数の絶縁部材を用いる場合に比べて部品点数を減らすことができるので、所要の非接触通信式情報担体を安価に実施することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非接触通信式情報担体の一実施形態例を、図１乃至図７に基づいて説明する。図１は非接触通信式情報担体の一部破断した平面図、図２は非接触通信式情報担体の断面図、図３は半導体チップの斜視図、図４は半導体チップの平面図、図５は絶縁部材の表面図、図６は絶縁部材の裏面図、図７はブースタコイルと各アンテナコイルとの結合状態を模式的に示す説明図、図８は実施形態例に係る非接触通信式情報担体の効果を従来例に係る非接触通信式情報担体と比較して示すグラフ図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本例の非接触通信式情報担体は、アンテナコイル１が一体形成された半導体チップ２と、複数個のコイル３ａ，３ｄの組合せからなるブースタコイル３と、半導体チップ２及びブースタコイル３を担持する絶縁部材４と、絶縁部材４の表裏に被着されるカバーシート５とからなる。
【００２４】
半導体チップ２は、図３及び図４に示すように、入出力端子２ａの形成面に、ポリイミド樹脂膜などからなる絶縁層２ｂを介して、矩形渦巻き状のアンテナコイル１を一体に形成してなる。アンテナコイル１は、フォトレジスト法、即ち、半導体チップ２（より実際的には、個々の半導体チップ２に分割される以前の完成ウエハの段階）の絶縁層形成面に、入出力端子形成部を除いてフォトレジスト層を均一の厚さに形成し、このフォトレジスト層に所要のコイルパターンを露光・現像した後、フォトレジスト層をマスクとして半導体チップ２の絶縁層２ｂ上に導電性金属材料をスパッタリング又は真空蒸着し、しかる後に、フォトレジスト層を除去して入出力端子２ａの形成面に導電性金属材料からなるコイルパターンを形成するといった方法で形成することができる。なお、コイルパターンの電気抵抗を減少するため、導電性金属膜の表面に銅のめっき層を形成することもできる。
【００２５】
なお、図３及び図４の例では、アンテナコイル１が複数のターン数を有する矩形渦巻き状に形成されているが、当該アンテナコイル１のターン数や平面形状はこれに限定されるものではない。即ち、ターン数に関しては、１ターン以上の任意のターン数とすることができ、平面形状に関しては、角部に斜線状又は円弧状の面取りが施された矩形や円形など、任意の形状に形成できる。
【００２６】
ブースタコイル３は、図１、図２、図５及び図６に示すように、２個のコイル３ａ，３ｄと、各コイル３ａ，３ｄのそれぞれに接続された共振周波数調整用のチップコンデンサ３ｃ，３ｆとからなる。
【００２７】
ブースタコイル３を構成する各コイル３ａ，３ｄは、絶縁部材４の表面に矩形渦巻き状に形成されており、その両端部がスルーホール３ｂ，３ｅを介して絶縁部材４の裏面に導通されている。チップコンデンサ３ｃ，３ｆは、絶縁部材４の裏面において、各コイル３ａ，３ｄの両端部に接続される。図８（ａ）に示すように、これらブースタコイル３を構成する２つのコイル３ａ，３ｄのうち、一方のコイル３ａの共振周波数は、前記半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１の共振周波数と近似する値に設定される。これに対して、他方のコイル３ｄの共振周波数は、前記一方のコイル３ａと電磁誘導結合可能で、かつ、前記一方のコイル３ａの共振周波数より低い所要の値に設定される。この他方のコイル３ｄの共振周波数は、非接触通信式情報担体と通信するリーダライタに備えられたアンテナコイルの共振周波数を考慮して設定される。図８（ａ）の例では、共振周波数が１３．２ＭＨｚのアンテナコイルを備えたリーダライタにも共振周波数が１１．５ＭＨｚのアンテナコイルを備えたリーダライタにも１枚の非接触通信式情報担体を適用できるようにするため、他方のコイル３ｄの共振周波数をこれら２種のリーダライタの共振周波数の中間の値に設定している。
【００２８】
なお、ブースタコイル３を構成する各コイル３ａ，３ｄは、絶縁部材４の表面に形成された均一厚さの導電性金属層にエッチングを施して所要のコイルパターンを形成するエッチング法や、絶縁部材４の表面に導電性インクを用いて所要の導電パターンを印刷形成する印刷法などをもって形成することができる。
【００２９】
また、図１及び図５の例では、ブースタコイル３を構成する各コイル３ａ，３ｄが複数のターン数を有する矩形渦巻き状に形成されているが、ブースタコイル３のターン数や平面形状はこれに限定されるものではなく、前述のアンテナコイル１と同様に、任意のターン数及び形状に形成することができる。
【００３０】
半導体チップ２は、図２に示すように、アンテナコイル１を絶縁部材４側に向けて、前記一方のコイル３ａの角隅部に設定される。これによって、アンテナコイル１と一方のコイル３ａとの電磁誘導結合が図られる。
【００３１】
絶縁部材４は、所要の強度とフレキシビリティとをもった絶縁シートをもって形成される。絶縁部材４を構成するに好適な絶縁材料としては、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴと略称する。）又は塩化ビニル樹脂などを挙げることができる。
【００３２】
カバーシート５は、接着剤層５ａを介して絶縁部材４の表裏に被着される。このカバーシート５は、紙やプラスチックシートなど、任意のシート状材料をもって形成することができるが、廃棄しても分解し、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、紙をもって形成することが最も好ましい。カバーシート材料としてプラスチックシートを用いる場合には、焼却してもダイオキシン等の有害物質を発生しないことから、ＰＥＴのような塩素を含まないプラスチックシートを用いることが特に好ましい。一方、接着剤層５ａを構成する接着剤としては、硬化後に所要の硬度を有する任意の接着剤を用いることができるが、ブースタコイル１、アンテナコイル３及び半導体チップ４の保護効果を高めるため、例えばエポキシ樹脂のように吸湿性の低い樹脂材料を用いることが特に好ましい。
【００３３】
前記構成の非接触通信式情報担体は、図７に示すように、ブースタコイル３とリーダライタ１１に備えられたアンテナコイル１２とを電磁誘導結合することにより、ブースタコイル３を介して半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１とリーダライタ１１に備えられたアンテナコイル１２との間の通信が可能になる。前記実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、ブースタコイル３として相互に共振周波数が異なりかつ相互に電磁誘導結合する２個のコイル３ａ，３ｄを備えたので、図８（ａ），（ｂ）の比較から分かるように、ブースタコイルとして１個のコイルのみを備えた場合に比べてブースタコイル３の通信帯域ｆｔを広くすることができ、共振周波数が異なるアンテナコイルを備えた各種のリーダライタへの適用が可能になって、非接触通信式情報担体の汎用性を高めることができる。また、コイル寸法の大型化或いはコイル巻数の増加によって共振帯域の拡大を図る場合に比べてコイルの設定に要するスペースを小さくすることができるので、非接触通信式情報担体の小型化を図ることもできる。
【００３４】
また、前記実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１と直接電磁誘導結合される１のコイル３ａの共振周波数を当該半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１の共振周波数に近似した値に設定したので、ブースタコイル３と半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１との間の伝達利得を高めることができ、通信エラーを起こしにくい良好な通信特性が得られる。
【００３５】
また、前記実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、共振周波数調整用のコンデンサとして、製造条件によるばらつきが小さくしかも温度依存性が低いチップコンデンサ３ｃ，３ｆを接続したので、ブースタコイル３の共振周波数を所要の値に精度よく設定することができる。
【００３６】
また、前記実施形態例に係る非接触通信式情報担体は、半導体チップ２及びブースタコイル３を構成する複数個のコイル３ａ，３ｄを単一の絶縁部材４上に担持したので、複数の絶縁部材を用いる場合に比べて部品点数を減らすことができ、所要の非接触通信式情報担体を安価に実施することができる。
【００３７】
なお、本発明の要旨は、ブースタコイルとして相互に共振周波数が異なりかつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイルを備えたことにあるのであって、その他の要件については、前記実施形態例に関わりなく任意に設計することができる。
【００３８】
例えば、前記実施形態例においては、絶縁基板４を平板状に形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図９に示すように、絶縁部材４を所要の角度に折り曲げ、折り曲げられた各片にブースタコイル３を構成する複数個のコイル３ａ，３ｄを形成することもできる。このようにすると、ブースタコイル３を構成する各コイル３ａ，３ｄの指向方向が相互に異なるので、ブースタコイル３の通信帯域を拡大できるばかりでなく、ブースタコイル３とアンテナコイル１，１２との間の電磁誘導結合を容易化でき、共振周波数及び指向方向が異なるアンテナコイルが備えられた各種のリーダライタへの適用が可能となり、非接触通信式情報担体の汎用性をより一層高めることができる。
【００３９】
また、前記実施形態例においては、ブースタコイル３を構成する各コイル３ａ，３ｄに共振周波数調整用のコンデンサとしてチップコンデンサ３ｃ，３ｆを接続したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、絶縁部材４の表裏に寄生する寄生容量で共振をつくることもできる。
【００４０】
さらに、前記実施形態例においては、ブースタコイル３を構成するコイルとして２個のコイル３ａ，３ｂを形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、２個以上任意の数のコイルを形成することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の非接触通信式情報担体は、ブースタコイルとして相互に共振周波数が異なりかつ相互に電磁誘導結合する複数個のコイルを備えたので、ブースタコイルとして１個のコイルのみを備えた場合に比べてブースタコイルの通信帯域を広くすることができ、共振周波数が異なるアンテナコイルを備えた各種のリーダライタへの適用が可能になって、非接触通信式情報担体の汎用性を高めることができる。また、コイル寸法の大型化或いはコイル巻数の増加によってブースタコイルの共振帯域の拡大を図る場合に比べて、コイルの設定に要するスペースを小さくすることができるので、非接触通信式情報担体の小型化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る非接触通信式情報担体の一部破断した平面図である。
【図２】実施形態例に係る非接触通信式情報担体の断面図である。
【図３】実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される半導体チップの斜視図である。
【図４】実施形態例に係る非接触通信式情報担体に搭載される半導体チップの平面図である。
【図５】実施形態例に係る非接触通信式情報担体に適用される絶縁部材の表面図である。
【図６】実施形態例に係る非接触通信式情報担体に適用される絶縁部材の裏面図である。
【図７】実施形態例に係る非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルと各アンテナコイルとの結合状態を模式的に示す説明図である。
【図８】実施形態例に係る非接触通信式情報担体の効果を従来例に係る非接触通信式情報担体と比較して示すグラフ図である。
【図９】他の実施形態例に係る非接触通信式情報担体に適用される絶縁部材の斜視図である。
【符号の説明】
１  アンテナコイル
２  半導体チップ
３  ブースタコイル
３ａ，３ｄ  コイル
３ｂ，３ｅ  スルーホール
３ｃ，３ｆ  チップコンデンサ
４  絶縁部材
５  カバーシート
５ａ  接着剤層
１１  リーダライタ
１２  アンテナコイル
【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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【図８】
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【図９】
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