(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スマートカード（１０）であって：
上面（３１）を有する第１誘電体物質層（３０）；
前記第１誘電体物質層の上面を覆う導電層（３２）であって、螺旋パターンを有する前記導電層（３２）；
上面（１２）および下面（１３）を有する第２誘電体物質層（１１）；
前記第２誘電体物質層の上面を覆う第１導電性プレート（２１）；
前記第２誘電体物質層（１１）の下面の下にある第２導電性プレート（２２）であって、前記第１導電性プレート（２１）の少なくとも一部と重なり合う前記第２導電性プレート（２２）；
前記導電層（３２）を前記第２導電性プレートに電気的に結合する導電性ボンディング物質から形成された接点（４０）；
前記導電層（３２）に電気的に結合されている電子部品（５１）；および
前記第１誘電体物質層（３０）および前記第２誘電体物質層（１１）を含むラミネート層（７７）；
を具備することを特徴とするスマートカード（１０）。
【請求項２】
電子部品アセンブリ（１０）であって：
上面（１２）および下面（１３）を有する誘電体物質層（１１）；
前記誘電体物質層（１１）の上面（１２）を覆う第１導電性プレート（２１）；
前記誘電体層（１１）の下面（１３）の下にある第２導電性プレート（２２）であって、前記第１導電性プレート（２１）および前記誘電体物質層（１１）と共に、容量性構造（２３）を設ける前記第２導電性プレート（２２）；
電子部品（５１）；
第２誘電体物質層（３０）；および
前記第２誘電体物質層（３０）上にあり、かつ前記電子部品（５１）および前記第１導電性プレート（２１）に導電性ボンディング物質から形成された接点（４０）により電気的に結合されているアンテナ（３２）；
を具備することを特徴とする電子部品アセンブリ（１０）。
【請求項３】
スマートカード（１０）であって：
上面（１２）および下面（１３）を有する第１誘電体物質層（１１）；
前記第１誘電体物質層（１１）の上面（１２）を覆う第１導電性プレート（２１）；
前記第１誘電体物質層（１１）の下面（１３）の下にある第２導電性プレート（２２）であって、前記第１導電性プレート（２１）の少なくとも一部と重なり合う前記第２導電性プレート（２２）；
第２誘電体物質層（３０）；
前記第２誘電体物質層（３０）上のアンテナ（３２）；
前記第１誘電体物質層（１１）を覆う抵抗性物質層；
電子素子（５１）であって、前記第１導電性プレート（２１），前記アンテナ（３２），および前記抵抗性物質層が電気的に結合されている前記電子部品（５１）；
導電性ボンディング物質から形成された接点（４０）であって、該導電性ボンディング物質により前記アンテナ（３２）が前記第１導電性プレート（２１）に電気的に接続されている前記接点（４０）；および
前記第１誘電体物質層（１１）および前記第２誘電体物質層（３０）を含むラミネート層（７７）；
を具備することを特徴とするスマートカード（１０）。
【請求項４】
電子部品アセンブリを製造する方法であって：
上面（１２）および下面（１３）を有する第１誘電体物質層（１１）を形成する段階であって、前記第１誘電体物質層（１１）の前記上面（１２）の上に第１導電性プレート（２１）を備え、かつ前記第１誘電体物質層（１１）の前記下面（１３）の下に第２導電性プレート（２２）を有し、前記第１導電性プレート（２１）、前記第１誘電体物質層（１１）および前記第２導電性プレート（２２）は前記電子部品に給電するための容量構造（２３）を提供する段階；
第２誘電体物質層（３０）を形成する段階であって、該第２誘電体物質層（３０）は該第２誘電体物質層（３０）の上にアンテナ（３２）を備える段階；および
前記第１誘電体物質層および前記第２誘電体物質層を永久的に接合してラミネート層（７７）を形成する段階；
を具備することを特徴とする電子部品アセンブリを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、電子部品に関し、更に特定すれば、スマートカードおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スマートカードは、大量の消費者トランザクションの促進を図るために開発された電子部品である。例えば、スマートカードは、バスの乗車券(bus pass)上に乗車回数を記録するために用いられる。消費者がバスに乗るとき、スマートカードをスマートカード・リーダに載せると、消費者の口座から１回分の運賃が差し引かれる。
【０００３】
スマートカードの一タイプに、非接触スマートカードとして知られているものがある。非接触スマートカードは、単にスマートカードをスマートカード・リーダに近接して配置するだけで動作する。非接触スマートカードは、スマートカードをリーダ内に挿入する必要がないので、トランザクションの処理を素早く行うことができる。非接触スマートカードの用途の１つに高速道路の料金所がある。各々適正に装備された自動車は非接触スマートカードを有し、自動車が料金所を通過すると、スマートカード・リーダが無線周波数（ＲＦ）伝送を用いてカードを付勢し、消費者の口座から１回分の料金を差し引く。
【０００４】
典型的な非接触スマートカードは、半導体素子を含み、これを用いて口座情報を格納し、各トランザクションを処理する。また、非接触スマートカードは、アンテナも有し、ワイヤを螺旋状に巻き付けることによって形成されている。アンテナによって収集されるＲＦ電力は、個別のコンデンサを充電し、半導体素子に給電し、スマートカードが適正な周波数で動作することを保証する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
個別のコンデンサを追加したことが、スマートカードに信頼性に関する問題を招いた。スマートカードは、典型的に、札入れ，財布，またはポケットに入れて携行するので、かなりの物理的な応力を受ける可能性がある。個別のコンデンサを作るために用いられる材料はさほど柔軟性がなく、応力の下で破壊する可能性がある。コンデンサが破壊すると、スマートカードの機能が失われ、その結果、スマートカード上に格納されていた消費者の情報が損失することになる。
【０００６】
以上の説明から、個別のコンデンサの使用を必要としない非接触スマートカードを提供することができれば有利であることが認められよう。また、かかるスマートカードを形成する際に用いられる方法が、従来のスマートカードを形成するこれまでの方法よりも経済効率が高ければ有利であろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
概して言えば、本発明は、スマートカードを形成するための新規なプロセスを提供する。スマートカードは、当該スマートカードを携行する消費者に関係する情報を格納可能な電子部品アセンブリである。以下に説明するプロセスは、スマートカードになるラミネート層の一部として、容量性構造を形成する。このスマートカードは、一連の個別層から成り、これらを別個に形成し、一緒に加圧することによってラミネート層を形成することができる。このプロセスの利点の１つは、個別のコンデンサをスマートカードに接合する必要性を排除したことである。これによって、スマートカードの柔軟性を改善し、スマートカードの信頼性向上を図ることができる。
【０００８】
尚、図示の簡略化および明確化を図るために、図内の素子は必ずしも同じ拡縮率で描かれている訳ではないことは認められよう。例えば、明確化のために、素子の内あるものの寸法は、他の素子に対して誇張されている場合がある。更に、適切であると判断した場合には、図面間で参照番号を繰り返し、対応する素子または類似する素子を示すこととした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による製造プロセスの初期段階における、スマートカード１０の拡大断面図である。誘電体物質１１の層を用いて、スマートカード１０となるラミネ−ト構造における層の１つを形成する。尚、誘電体物質１１の層のことを、以降誘電体層１１と呼ぶことにする。誘電体層１１は、従来からの個別のコンデンサに置き換わる、コンデンサ構造２３の誘電体物質を設ける。また、誘電体層１１は、基板としても機能し、その上に他の構造や層が形成される。好ましくは、誘電体層１１は、約３から３０の範囲の誘電率を有し、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene) ，エポキシ・ガラス物質，ポリイミド，クオーツ，ケブラー(kevelar) ，液晶ポリマ（ＬＣＰ）等のような物質を用いて形成される。誘電体層１１を設けるために用いられる物質の誘電率は、セラミック，シリカ，人工ダイアモンド等のような充填剤を付加することによって調節可能である。誘電体層１１は厚さ１４を有し、これを用いて容量性構造２３の電気的特性を調節する。好ましくは、誘電体層１１の厚さ１４は、約５０ミクロンから５００ミクロンまでの範囲とする。
【００１０】
好適実施例では、誘電体層１１を貫通し、上面１２から下面１３までに及ぶ孔２４をドリルで穿設する。以下でより明確となろうが、孔２４は、スマートカード１０全体の電気的接続を与えるために用いられる。電気めっきまたは化学蒸着のような技法を用いて、銅，金，ニッケル，アルミニウム等のような導電性物質１５を、孔２４に含ませる。
【００１１】
導電性プレート２１を誘電体層１１の上面１２上に形成し、導電性プレート２２を下面１３上に形成して、容量性構造２３を形成する。導電性プレート２１，２２は、ボンディング・パッド２７ないし２９および相互接続線２５，２６と共に、誘電体層１１の上面１２および下面１３上に形成した導電層（図示せず）からパターニングしたものである。この導電層は、スパッタリング，電気メッキ，化学蒸着のような種々の技法を用いて、または上面１２および下面１３上に薄い箔膜を展延することによって形成可能である。この導体層は、アルミニウム，銅，金，ニッケル，クロム，タングステンのような種々の物質から作ることができ、スパッタリングしたニッケルのシード層ならびに電気めっきしたクロムおよび銅層のような物質の組み合わせで構成することも可能である。また、フォトレジストのパターン層および反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）またはウエット・エッチング・プロセスのような従来からの技法を用いて、導電層にパターニングおよびエッチングを行う。
【００１２】
導電性プレート２１，２２の形成後、接合剤２０を導電性プレート２２上に形成し、接合剤１８を孔２４の開口の下に形成することによって、導電性物質１５と電気的な接触状態とする。以下に示すように、接合剤１８，２０は、誘電体層１１の下にある他の層に電気的接続を行うために用いられる。例えば、接合剤２０は、容量性構造２３の導電性プレート２２を、誘電体層１１の下に形成されるアンテナに電気的に接続するために用いることができる。この特定例について後に図示する。好ましくは、接合剤１８，２０は、金のように熱圧縮接合(thermal compression bond)を形成する物質である。ニッケル，はんだペースト，導電性エポキシ，アルミニウム，または銅のような他の導電性物質も使用可能であることは理解されよう。
【００１３】
図２は、誘電体層１１の拡大平面図であり、切断線１−１を用いて、図１に示した部分の図２に示す部分との関係を示す。ボンディング・パッド２７，２８を用いて、電子部品（図示せず）を容量性結合２３に電気的に接続する。ボンディング・パッド２７および導電性プレート２１間の電気的接続は、相互接続線２６によって与えられる。ボンディング・パッド２９を用いて、電子部品を、誘電体層１１の上または下に配置されるはずのいずれかの構造に電気的に接続する。電子部品およびボンディング・パッド２９間の電気的接続は、相互接続線２５によって与えられる。スマートカード１０の機能を与えるために用いられる電気接続については、以下で更に詳細に説明することにする。
【００１４】
導電性プレート２２の導電性プレート２１に対する相対的なサイズおよび位置を、図２において破線で示す。誘電体層１１および導電性プレート２２が重なり合う導電性プレート２１の部分が容量性構造２３（図１参照）を形成する。重なり合った部分は、図２において領域１９として示されている。容量性構造２３の有効な容量値は、重なり合った量（領域１９），誘電体層１１の厚さ１４，および誘電体層１１の誘電率によって決定される。尚、これら３つの変数の全てを調節することによって、容量性構造２３のサイズ，位置，および有効容量値の柔軟な設定が可能である。
【００１５】
図２に示すように、誘電体層１１は、その表面領域を規定する外縁３９も有する。誘電体層１１の表面積は、スマートカード１０の最終サイズや、容量性構造２３を形成するために必要な容量のような、多数のファクタに依存する。好ましくは、誘電体層１１は、少なくとも１平方ミリメートルの表面積を有する。導電性プレート２１は、外縁３８によって示されるような表面積を有する。好適実施例では、誘電体層１１は、容量性構造２３に誘電体物質を設けるために用いられるだけでなく、スマートカード１０に柔軟性を与え、ボンディング・パッド２７，２８のような誘電体層１１上に形成される構造を支持するためにも用いられる。その結果、誘電体層１１の表面積は、導電性プレート２１の表面積よりも大きくなる。実施例によっては、誘電体層１１の表面積は、導電性プレート２１の表面積と等しい可能性もあることも理解されよう。
【００１６】
次に図３に移る。追加の誘電体層３０を用意し、誘電体層１１と組み合わせてスマートカード１０を形成する。図３は、誘電体層３０の拡大断面図であり、誘電体層３０は、上面３１、および好ましくは約５０ミクロンから５００ミクロンまでの範囲の厚さ３３を有する。好適実施例では、誘電体層３０は、約３から１５の範囲の誘電率を有し、ポリテトラフルオロエチレン，エポキシ・ガラス物質，ポリイミド，液晶ポリマ等のような物質を用いて形成される。誘電体層１１を設けるために用いられる物質の誘電率は、セラミック，シリカ，人工ダイアモンド等のような充填剤を付加することによって調節可能である。
【００１７】
アンテナ構造３２を、誘電体層３０の上面３１上に形成する。このアンテナ構造３２のことを以降アンテナ３２と呼ぶ。好適実施例では、アンテナ３２は、導電性物質（図示せず）の層からパターニングされ、この導電性物質層を適切な形状にパターニングすることにより、アンテナ３２が無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、電流をスマートカード１０に供給可能となる。
【００１８】
アンテナ３２を形成するための方法の１つは、銅，ニッケル／金，アルミニウム等のような物質から作った導電層を形成することである。これは、電気めっき，スパッタリング，または化学蒸着プロセスを用いて、上面３１上に堆積する。また、各々異なる組成を有する一連の層によって導電層を形成することも可能である。例えば、銅の層をスパッタリングし、次に電気めっきプロセスを用いてニッケルの層を形成する。導電層は、上面３１上に薄い導電性物質の箔を配置することによっても形成可能である。
【００１９】
次に、従来のフォトリソグラフィおよびエッチング技法を用いて、当技術において行われているように、導電層にパターニングを行う。フォトレジストのようなマスク層（図示せず）を、導電層上に堆積する。マスク層は、導電層の部分を露出させ、その他の部分をマスク層によって保護するようなパターンを有する。次に、エッチング・プロセスを用いて、導電層の露出部分を除去することにより、導電層にパターニングを行ってアンテナ３２を形成する。このパターニングは、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）またはウエット・エッチング溶液を用いて、従来のエッチング・プロセスで行うことができる。勿論、用いるエッチングの種類は、アンテナ３２を形成するために用いられる導電層の組成によって異なる。
【００２０】
アンテナ３２の形成後、接合剤３４，３５をアンテナ３２上に形成し、誘電体層３０を覆う層に電気的接続を行う。接合剤３４，３５の配置およびサイズは、スマートカード１０を形成するために必要な電気接続によって異なる。例えば、接合剤３４，３５は、アンテナ３２を導電性プレート２２および導電性物質１５に電気的に結合するために用いることができる。これについては、次の検討において示すことにする。接合剤３４，３５は、金のように熱圧縮接合を容易に形成する物質で作ることが好ましい。尚、ニッケル，はんだペースト，アルミニウム，導電性エポキシ，または銅のような他の導電性物質も、接合剤３４，３５を形成するために使用可能であることは理解されよう。
【００２１】
図４は、誘電体層３０の拡大平面図である。図４は、アンテナ３２がＲＦ信号を受信可能とするようにこれをパターニングする１つの方法を例示する。図示のように、アンテナは、薄い導電性物質で作られた螺旋パターンを有し、それ自体の周囲を取り巻くことができる。当業者には認められようが、アンテナ３２の螺旋形状は、螺旋パターンにおけるピッチおよび巻数を変更することにより、特定の無線周波数に対してアンテナ３２が有する応答を最適化することが可能である。図４には切断線２−２を設け、図３の断面図を示す。
【００２２】
図４において、アンテナ３２の表面積を示すために破線７０が用いられている。アンテナ３２の螺旋パターンの全ては、破線７０内に収容されている。図２に示した好適実施例と比較すると、誘電体層１１の表面積は、破線７０で示すアンテナ３２の表面積よりも大きい。また、図示しない他の実施例では、アンテナ３２の表面積は、誘電体層１１の表面積と等しい可能性があることも理解されよう。
【００２３】
図５は、更に処理を行った後の、スマートカード１０の拡大断面図である。ポリイミド，ボンドプライ(bondply) ，プリペグ(prepeg)，非クラッド・ポリテトラフルオロエチレン(unclad polytetrafluoroethylene)等のような絶縁物質４５の層を、誘電体層３０の上に配置する。図５に示すように、絶縁層４５は開口７１，７２を有し、接合剤３４，３５（図３参照）が絶縁層４５を通過し、上に位置する構造に電気的に結合可能となっている。接合剤１８（図１参照）が接合剤３５と整合し、更に接合剤２０が接合剤３４と整合するように、絶縁層４５上に誘電体層１１を配置する。
【００２４】
加圧処理(pressing operation)を行い、誘電体層３０，絶縁層４５，および誘電体層１１を共に永久的に接合し、ラミネート層７７の一部を形成する。これらの層と共に接合する方法の１つは、１インチ当たり約５０ポンド（ＰＳＩ）から５００ＰＳＩの範囲の圧力を加え、誘電体層３０を誘電体層１１の方向に、およびその逆に押し込むことである。圧力を加えながら、摂氏約４００度（℃）から８００℃の範囲の温度で、約１時間ないし４時間層を加熱する。この加圧処理によって、接合剤２０，３４を永久的に接合し、接点４０を形成することができ、接点４０は絶縁層４５内の開口７１を通過して、導電性プレート２２をアンテナに電気的に接続する。接合剤１８，３５は、接点４１を形成し、これは絶縁層４５内の開口７２を通過し、アンテナ３２を導電性物質１５に電気的に接続する。一方、導電性物質１５は、導電性プレート２１に電気的に接続される。
【００２５】
オプションとして、追加の絶縁層５０を、ラミネート層７７の一部として、誘電体層１１の上面１２に接合することも可能である。絶縁層５０は、誘電体層１１上の導電性部分（即ち、導電性プレート２１）および電子部品５１間を絶縁するために使用可能である。絶縁層５０は、塩化ポリ・ビニル（ＰＶＣ：poly vinyl chloride)，薄いＦＲ−４，ポリエステル，またはポリイミドのような種々の物質から作ることができ、必要とされる電気的特性によって異なる。上述と同様の加圧処理も用いて、絶縁層５０を誘電体層１１に永久的に接合することも可能である。絶縁層５０は空洞７５を有し、ボンディング・パッド２７，２８の部分を露出させ、これらを用いて、空洞７５内の電子部品５１に電気的に接続する。電子部品５１は、スマートカード１０の機能要件に応じて、種々の素子とすることができる。例えば、電子部品５１は、半導体素子，集積回路，光電部品，マイクロプロセッサ，マイクロコントローラ等とすることができる。従来の接合技法を用いて、電子部品５１をボンディング・パッド２７，２８に電気的かつ物理的に接続することができる。
【００２６】
図５に示すように、絶縁層５０は孔５３を有し、これに導電性物質５４を充填して、誘電体層１１上のボンディング・パッド２９を、絶縁層５０の上面８０上またはその上方に形成されている構造に電気的に接続する。オプションとしての別の実施例では、タングステン，ポリシリコン，銅，アルミニウム等のような抵抗性物質５５の層を上面８０上に形成する。抵抗性物質５５は、スマートカード１０の電気的動作のために抵抗素子（即ち、抵抗）を設けるために使用することができる。抵抗性物質５５の厚さおよびサイズを調整することにより、必要とされる正確な抵抗値（オーム）を得ることができる。
【００２７】
スマートカード１０の形成を完成するために、ラミネート層７７を、保護被膜６０内に封入する。保護被膜６０は、塩化ポリ・ビニルのような物質で作ることができ、スマートカード１０を保管または使用する環境から、スマートカード１０を保護するために用いられる。
【００２８】
本発明によって形成されたスマートカード１０は、従来のスマートカードに対して多くの利点を有する。まず、個別のコンデンサをスマートカードに接合する必要性を排除した容量性構造が形成される。この容量性構造を、柔軟性のある誘電体物質シートで形成することにより、スマートカードの全体的な柔軟性が向上する。通常、容量性構造を形成するために用いられる誘電体層は、少なくとも１平方インチ当たり５０，０００ないし２，５００，０００ポンドの弾性率を有する。個別のコンデンサの弾性率と比較すると、典型的に、１平方インチ当たり２２，００００，００００ないし５３，０００，０００ポンドであるので、本発明は、格段に柔軟性の高い構造を提供するので、スマートカードを使用および収容する際の応力に対する耐性も向上する。
【００２９】
上述の例に示したように、容量性構造２３は誘電体層１１上に形成され、アンテナ構造３２は別個の誘電体層３０上に形成された。また、アンテナ構造は、容量性構造を形成するために用いたのと同じ誘電体層上にも形成可能であることは理解されよう。これは、ラミネート層を形成する際に用いる層の数が減少するので有利である。
【００３０】
加えて、本発明は、図５に示した特定実施例に限定される訳ではないことは理解されよう。誘電体層１１の誘電体層３０，絶縁層５０，および抵抗性物質５５に対する配置は任意である。また、容量性構造をアンテナの下に形成することや、容量性構造およびアンテナの間に抵抗性物質の層を形成し、抵抗−容量性（ＲＣ）ネットワークの完全な補体(full complement) を設けることでさえ可能である。また、多数の容量性構造，アンテナ，または抵抗素子を、ラミネート層内に形成し、追加機能を有するスマートカードを提供することも可能である。
【００３１】
本発明によるスマートカードの設計および製造における柔軟性のために、従来のスマートカードに対して著しい利点が得られる。この柔軟性により、高温処理に敏感な可能性がある構造を、高温処理を用いる層とは別個に形成可能となる。要約すれば、本発明は、生産性および信頼性を向上させ、しかも従来のスマートカードよりも安価に生産可能な、スマートカードの形成を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造プロセスの初期段階におけるスマートカードの一部分の拡大断面図。
【図２】図１に示したスマートカードの部分の拡大平面図。
【図３】本発明によるスマートカードの他の部分の拡大断面図。
【図４】図３に示したスマートカードの部分の拡大平面図。
【図５】本発明による完全なスマートカードの拡大断面図。
【符号の説明】
１０    スマートカード
１１    誘電体層
１５    導電性物質
１８，２０    接合剤
２１，２２    導電性プレート
２３    コンデンサ（容量性）構造
２４    孔
２５，２６    相互接続線
２７〜２９    ボンディング・パッド
３０    誘電体層
３２    アンテナ
３４，３５    接合剤
３８    外縁
４５    絶縁層
５１    電子部品
５５    抵抗性物質
６０    保護被膜
７１，７２    開口
７０    ラミネート層
【図１】
0004117050.tif 000002
【図２】
0004117050.tif 000003
【図３】
0004117050.tif 000004
【図４】
0004117050.tif 000005
【図５】
0004117050.tif 000006