(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンを有し、信号処理を行うＩＣを、前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有する第1の基板と、
表面に形成された第２のスロット入り接地パターンと裏面に形成された第２の配線パターンと前記ＩＣをはめ込むための穴を有する第２の基板を有し、
前記第１の基板と前記第２の基板の前記第１の配線パターンと第２の配線パターンが、形成された面を貼り合わせた構造を有する非接触ICカード。
【請求項２】
裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンとを有し、信号処理を行うＩＣを、前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有するベアチップ実装した第1の基板と、
前記第１の基板上に塗られた封止材と前記封止材の上面に形成されていて前記ＩＣの裏面接地パターンと接続された第２のスロット入り接地パターンと、を有する非接触ICカード。
【請求項３】
裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンとを有する第１の基板を有し、前記第１の基板に信号処理を行うＩＣと、
一面に第２のスロット入り接地パターンを形成したチップをベアチップ実装し、
前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有する構造を有する非接触ICカード。
【請求項４】
第１のスロット入り接地パターンと第2のスロット入り接地パターンとのいずれか一方、または両方の表面に誘電体膜を形成した請求項１、２記載の非接触ICカード。
【請求項５】
前記第２の配線パターンは、コプレナー線路により形成され、前記表面の接地パターン又は前記裏面の接地パターンは、前記コプレナー線路の横手方向に形成されたスロットを有する請求項１ないし４のいずれか記載の非接触ICカード。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか記載の前記非接触ＩＣカードを用いる移動体識別システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触ICカードと移動体識別システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非接触ＩＣカードとしては特開平８−２５２９９５号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図９に従来の非接触ＩＣカードの構造を示す。ＩＣカードは、上面に回路パターン９０２および送受信機能としてのアンテナパターン９０３が形成された基板９０１、開口部９１２及びヴィアホール９０６が設けられ上面９０４ａに接地パターン９０５が形成された絶縁性のスペーサ９０４、スペーサ９０４と同様の開口部９１２及びスルーホール９０６が設けられ基板９０１の上面９０１ａとスペーサ９０４の下面９０４ｂとの接着を行うシート接着フィルム９１１、スペーサ９０４の開口部９１２に配置され、端子としてバンプ９０８を有し、回路パターン９０２と電気的に接続するＩＣチップ９０７のバンプ９０８と回路パターン９０２との電気的接続及び接着を行う異方性導電接着剤９０９、スペーサ９０４の開口部９１２とＩＣチップ９０７との隙間を充填するエポキシ系のモールド剤９１０から構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この非接触ＩＣカードは、カードのいずれの面を向けてもリーダーライターユニットとデータの授受が可能であるものの、裏面に物体が存在するといった使用状態の影響を受けて、通信性能が劣化するという課題を有している。
【０００５】
本発明は、このような非接触ＩＣカードにおいて、薄型軽量で、使用状態の影響を受け難く、カードの表裏のいずれか、又は横を向けてもリーダーライターユニットとのデータの授受を可能にすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、カードの表裏にスロットを有する接地パターンを形成し、スロットとカード内部の配線を電磁界結合させることでこのスロットをアンテナとして用いる。リーダーライターユニットと面しない側に物体が存在する場合は、この面のアンテナの感度を劣化させ、使用状態の影響を受け難くするように構成したものである。
【０００７】
これにより、薄型軽量で、使用状態の影響を受け難く、カードの表裏いずれを向けてもリーダーライターユニットとのデータの授受が可能な非接触ＩＣカードが構成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンを有し、信号処理を行うＩＣを、前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有する第1の基板と、表面に形成された第２のスロット入り接地パターンと裏面に形成された第２の配線パターンと前記ＩＣをはめ込むための穴を有する第２の基板を有し、前記第１の基板と前記第２の基板の前記第１の配線パターンと第２の配線パターンが形成された面を張り合わせた構造を有する非接触ICカードとしたものであり、ＩＣカードの表裏にスロット入り接地パターンを形成し、このスロットをアンテナとして用いることで、表裏どちらを向いてもリーダーライターユニットと通信が可能で、裏面に物体が存在した場合は、裏面側のアンテナの共振特性が変化することで感度が劣化し、裏面の影響を受け難いという作用を有する。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンをと有し、信号処理を行うＩＣを、前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有するベアチップ実装した第1の基板と、前記第１の基板上に塗られた封止材と前記封止材の上面に形成されていて前記ＩＣの裏面接地パターンと接続された第２のスロット入り接地パターンと、を有する非接触ICカードとしたものであり、信号処理用ＩＣを封止する際の封止材を誘電体材料として用いることで複数の基板を張り合わせる工程を軽減するとともに、ＩＣ裏面の接地パターンと封止材上の接地パターンをつなげて構成することによって、封止材中に接地パターン間を接続するヴィアホールを形成する工程も削減しており、表裏どちらを向いてもリーダーライターユニットと通信が可能で、裏面の影響を受け難い非接触ＩＣカードを低コストで実現できるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、裏面に形成された第１のスロット入り接地パターンと表面に形成された第１の配線パターンとを有する第１の基板を有し前記第１の基板に信号処理を行うＩＣと、一面に第２のスロット入り接地パターンを形成したチップをベアチップ実装し、前記ＩＣの直下にバンプを用いてベアチップ実装し、前記ＩＣ直下のバンプと前記接地パターンとを接続するヴィアホールを有する構造を有する非接触ICカードとしたものであり、アンテナを形成したチップを信号処理用ＩＣと共に実装することによって、アンテナ特性の変更に容易に対応でき、表裏どちらを向いてもリーダーライターユニットと通信が可能で、裏面の影響を受け難い非接触ＩＣカードを実現できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、第１のスロット入り接地パターンと第2のスロット入り接地パターンとのいずれか一方、または両方の表面に誘電体膜を形成した請求項１、２記載の非接触ICカードとしたものであり、スロットが形成された接地パターン上に誘電体膜を張り合わせることによってアンテナを小型化し、表裏どちらを向いてもリーダーライターユニットと通信が可能で、裏面の影響を受け難い非接触ＩＣカードを小型に実現できるという作用を有する。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記第２の配線パターンは、コプレナー線路により形成され、前記表面の接地パターン又は前記裏面の接地パターンは、前記コプレナー線路の横手方向に形成されたスロットを有する請求項１ないし４のいずれか記載の非接触ICカードとしたものであり、コプレナー線路の接地パターンに形成されたスロットをアンテナとすることICカードの横方向にアンテナ指向性を向けて、カードが横を向いてもリーダーライターユニットと通信が可能で、裏面の影響を受け難い非接触ＩＣカードを小型に実現できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の前記非接触ICカードを用いる移動体識別システムとしたものであり、薄型軽量で、使用状態の影響を受け難く、カードの表裏のいずれか、又は横を向けてもリーダーライターユニットとのデータの授受が可能な非接触ICカードを有し、この非接触ICカードとリーダーライターユニットを用いてカードの使用状態の影響を受け難く、安定した性能の得られる移動体識別システムを実現できるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードの断面図、図２は給電線路部分の配線図である。
【００１６】
図１に於いて、１０１及び１０２は貼り合わされた２枚の配線基板、１０３は配線基板１０１、１０２の片面にそれぞれ形成された接地パターン、１０４は内層に形成された給電線路、１０６は配線基板１０２にあけられた穴で、信号処理用ＩＣ１０５がはめ込まれる。信号処理用ＩＣ１０５は配線基板１０１にフリップチップ実装され、ＩＣ１０５の電極と基板上の線路１０４はバンプ１０７で接続される。配線基板１０１、１０２に形成された接地パターン１０３にはそれぞれスロット１０９が形成されていて、図示していない装置、例えばリーダーライターユニットからの信号の受信、及びリーダーライターユニットへの返信用のアンテナとして動作する。スロット１０９と内層の給電線路１０４は電磁界結合し、これによってアンテナへの給電がなされる。接地パターン１０３ａ、１０３ｂはヴィアホール１０８によって接続される。
【００１７】
マイクロ波電波を用いた非接触ＩＣカード用アンテナとしては、基板上の配線を用いた線状アンテナ、例えばダイポールアンテナやループアンテナ、地板をつけた平面パッチアンテナが使われている。しかし、ＩＣカードに内蔵した場合、線状アンテナでは、例えば金属が近くにあるといった状態では、裏面の影響によって通信性能が劣化し、地板のある平面パッチアンテナでは裏面の影響は受け難いものの、地板をつけた面をリーダーライターユニットに向けた場合は通信が行えないため、カードの向きが限定されるという課題が存在する。
【００１８】
そこで、接地パターン１０３に形成されたスロットアンテナ１０９に内層の線路１０４から給電する構造とすることによって、カード裏面に物体が存在する場合、例えば配線基板１０１側を物品に貼り付けた場合、スロット１０９ｂのインピーダンスが変化し、給電線路１０４と結合しなくなるため、この面のアンテナは信号の授受が出来なくなり、接地パターンとしてみなせる。この際、逆の面のスロット１０９ａがアンテナとして動作し、リーダーライターユニットとの通信を行う。
【００１９】
スロット１０９への給電線路１０４は、例えば図２に示す実施の形態としてもよい。給電線路１０４は２分岐線路２０１にて分岐され、夫々がスロット１０９と電磁界結合してアンテナとして動作する。例えばＩＣカードのスロット１０９ｂ側に物体が存在する場合、スロット１０９ｂのインピーダンス及び共振周波数が変化し、２分岐線路２０１と結合しなくなる。この際、スロット１０９ａには変化が無いため、こちらはアンテナとして通信可能で、ＩＣ１０５から入力された送信信号の送信及び、リーダーライターユニットから発せられた信号の受信を行うことができる。
【００２０】
なお、この際に２分岐線路２０１の分岐部から線路の先端までを、電気長約１８０度又はその整数倍とすることで、スロット１０９ｂのインピーダンス変化がスロット１０９ａに影響しにくくしてもよい。
【００２１】
以上より、ICカードの表裏両面を接地パターンとし、ここにスロットを形成してアンテナとして動作させることで、表裏どちらを向けても使用可能な非接触ＩＣを実現することができるという有利な効果が得られる。
【００２２】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードの断面図である。
【００２３】
図３に於いて、３０４はＩＣ１０５を封止するための封止材、３０９は封止材３０４上に形成された接地パターン、３０２は接地パターン３０９に形成されたスロットで、図３に於いて第1の実施の形態と異なるのは、配線基板１０２の代わりに封止材３０４を誘電体として用い、この上のスロット３０９をアンテナとして動作させることで、使用する基板を１枚にし、ＩＣカードの薄型、低価格化をはかった点であり、その他の構成と機能は第１の実施の形態にて説明したものと同様である。
【００２４】
配線基板１０１には接地パターン１０３とスロット１０９ｂと給電線路１０４が形成されていて、信号処理等を行うＩＣ１０５をフリップチップ実装し、封止材３０４で封止、封止材３０４上に接地パターン３０９とスロット３０２を形成している。フェイスアップにて実装した場合には、接地パターン３０９と接地パターン１０３を同電位とするために、配線基板１０１と封止材３０４にヴィアホールを形成して接続する必要があるが、本構成では、ＩＣ１０５の表裏に接地パターンがあることを利用して、ＩＣ１０５裏面の接地パターンと封止材３０４の接地パターン３０９が接触するようにしているため、封止材３０４にヴィアホールを形成する必要がない。
【００２５】
以上より、配線基板１０１上にＩＣ１０５をフリップチップ実装する際の封止材３０４を誘電体とし、この上部に接地パターン３０９を形成することで、薄型で低価格な非接触ＩＣカードを実現することができるという有利な効果が得られる。
【００２６】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードの断面図である。
【００２７】
図４に於いて、４０１はアンテナチップであり、スロット４０２、給電線路４０３が形成されており、配線基板１０１にバンプ１０７を用いて実装される。第３の実施の形態に於いて第1の実施の形態と異なるのは、スロットを用いたアンテナをアンテナチップ４０１に形成して実装する構成とした点であり、その他の構成と機能は第１の実施の形態にて説明したものと同様である。
【００２８】
以上より、アンテナをアンテナチップ４０１に形成し、別途に実装する構成とすることにより、特性の異なるアンテナへの変更を容易かつ安価に行うことが可能な非接触ＩＣカードを実現することができるという有利な効果が得られる。
【００２９】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードの断面構造図である。
【００３０】
図５に於いて、５０１は誘電体フィルムであり、第４の実施の形態に於いて第1の実施の形態と異なるのは、接地パターン１０３上に誘電体フィルム５０１を貼り付けることにより、アンテナとして用いるスロット１０９の小型化を図っている点である。その他の構成と機能は第１の実施の形態にて説明したものと同様である。
【００３１】
アンテナとして用いるスロット１０９の形状は、通信に使用する周波数の波長と形成される基板の誘電率に依存する。例えば、２．４５ＧＨｚ帯の非接触ＩＣカード用のスロットアンテナを誘電率３．４のポリイミド基板に形成した場合、スロットの長さは約４０ｍｍとなる。ここに、数十μｍ厚さのポリイミドの誘電体フィルム５０１を貼り付けると、スロット長さを約３０ｍｍに短くすることができる。
【００３２】
以上より、接地パターン１０３上に誘電体フィルム５０１を貼り付けてアンテナエレメントを小さくすることで、非接触ＩＣカードの小型化を実現することができるという有利な効果が得られる。
【００３３】
（実施の形態５）
以下、実施の形態５について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の実施の形態５における移動体識別システムの概略ブロック図である。
【００３４】
図６に於いて、６０１は非接触のＩＣカード、６０２はＩＣカードが貼り付けられた物品、６０３はリーダーライターユニットである。ＩＣカードは、図１の実施の形態１、２、３、４で説明した非接触ＩＣカードの構成および機能と同じである。
【００３５】
６０４はＩＣカード６０１との通信を行う送受信アンテナ、６０７は送受信アンテナ６０４に接続されたサーキュレータ、６０６は送受信アンテナ６０４に送信信号を出力する送信部、６０５はＶＣＯなどから構成された送信部６０６の搬送波周波数に応じた信号を生成するシンセサイザ部、６０８はサーキュレータ６０７に接続されたＩＣカード６０１からの信号を復調する復調部、６０９は送信部６０６や復調部６０８やシンセサイザ部６０５に接続されたリーダーライターユニット制御部である。
【００３６】
以上のような構成で以下その動作を説明する。ＩＣカード６０１は物品６０２に付設する。このＩＣカード６０１には予め物品６０２の情報が内部のＩＣに記憶されている。リーダーライターユニット６０３は定置に設置され、例えばリーダーライターユニット６０３の立ち上げ時などでリーダーライターユニット制御部６０９はシンセサイザ部６０５を制御し、所定の周波数の信号をシンセサイザ部６０５より出力する。この信号を受けた送信部６０６は所定の出力に増幅したマイクロ波帯の信号をサーキュレータ６０７を介して送受信アンテナ６０４より放射する。
【００３７】
送受信アンテナ６０４の近傍を移動したＩＣカード６０１は、リーダーライターユニット６０３からの信号を、物品６０２に貼り合わされていない側のアンテナで受信する。実施例１にて説明したように、ＩＣカード６０１は物品６０２への貼り合わせ方向によって通信特性が劣化することはないため、ＩＣカード６０１の向きに留意して貼りつけたり、物品６０２の方向を調整する必要は無い。
【００３８】
実施の形態１〜４に記載した非接触ＩＣカード６０１と、リーダーライターユニット６０３により移動体識別システムを構成することで、ＩＣカード６０１の貼り付け向きに関係なくリーダーライターユニット６０３との通信が可能な移動体識別システムを実現できるという有利な効果が得られる。
【００３９】
（実施の形態６）
以下、実施の形態６について、図７、図８を参照しながら説明する。図７は本発明の実施の形態６における非接触ICカードの上面図及び断面図、図８は図７に示す非接触ICカードを用いた移動体識別システムの概略ブロック図である。
【００４０】
図７に於いて、７０３はＩＣカード７０１表面の接地パターンで、ＩＣ１０５からアンテナへのコプレナー線路構造の給電線路７０５が形成されている。７０４は接地パターン７０３に形成されたスロットで、給電線路７０５とスロット７０４を結合させることでアンテナとしている。７０６は接地パターン除去部である。コプレナー線路構造を用いることで、ＩＣカードが物品に貼り付けられた際の給電線路７０５及びアンテナエレメントとなるスロット７０４の特性変化を抑圧している。
【００４１】
図８に於いて、８０１は非接触のＩＣカード、８０２はＩＣカードが貼り付けられた物品である。リーダーライターユニット６０３は、図６の実施の形態５で説明したリーダーライターユニットの構成および機能と同じである。
【００４２】
以下その動作を説明する。ＩＣカード８０１は物品８０２に付設する。このＩＣカード８０１には予め物品８０２の情報が内部のＩＣに記憶されている。リーダーライターユニット６０３は定置に設置されていて、矢印方向に送受信アンテナ６０４の近傍を移動した物品８０２に付設されたＩＣカード８０１は、リーダーライターユニット６０３から送信された信号を、スロット７０４のアンテナで受信する。ＩＣカード８０１のスロットアンテナの指向性はＩＣカード８０１の横方向であるため、物品８０２をＩＣカード８０１の表面がリーダーライターユニット６０３の送受信アンテナ６０４に正対するように調整する必要が無く、薄型形状の物品、例えば郵便物に添付し、その情報を収受する非接触ＩＣカードシステムに適したカードである。
【００４３】
以上より、本実施の形態の非接触ＩＣカードはコプレナー線路構造の給電線路７０５にスロット７０４を設けた構造のアンテナエレメントを用いることで、横方向の通信が可能で、薄型形状の物品の読取りに適した移動体識別システムを実現できるという有利な効果が得られる。
【００４４】
なお、上記説明ではスロット７０４を1つだけで構成するように記載したが、複数設けることで通信領域を広げるように構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、薄型軽量で、使用状態の影響を受け難く、カードの表裏いずれか、又は横を向けてもリーダーライターユニットとのデータの授受が可能な移動体識別装置システムが実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による非接触ＩＣカードの断面図
【図２】本発明の実施の形態１による非接触ＩＣカードのアンテナ給電線路の平面図
【図３】本発明の実施の形態２による非接触ＩＣカードの断面図
【図４】本発明の実施の形態３による非接触ＩＣカードの断面図
【図５】本発明の実施の形態４による非接触ＩＣカードの断面図
【図６】本発明の実施の形態５による移動体識別システムのブロック図
【図７】本発明の実施の形態６による非接触ＩＣカードの平面図と断面図
【図８】図７の非接触ＩＣカードを用いた移動体識別システムのブロック図
【図９】従来の非接触ＩＣカードの断面図
【符号の説明】
１０１  配線基板
１０２  配線基板
１０３ａ、１０３ｂ  接地パターン
１０４  給電線路
１０５  ＩＣ
１０６  穴
１０７  バンプ
１０８  ヴィアホール
１０９ａ、１０９ｂ  スロット
２０１  ２分岐線路
３０２  スロット
３０４  封止材
３０９  接地パターン
４０１  アンテナチップ
４０２  スロット
４０３  給電線路
４０４  接地パターン
５０１  誘電体フィルム
６０１  ＩＣカード
６０２  物品
６０３  リーダーライターユニット
６０４  送受信用アンテナ
６０５  シンセサイザ部
６０６  送信部
６０７  サーキュレータ
６０８  復調部
６０９  リーダーライターユニット制御部
７０３  接地パターン
７０４  スロット
７０５  給電線路
７０６  接地パターン除去部
８０１  ＩＣカード
８０２  物品
【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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