JP2020013315A - Booster antenna and dual IC card - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ICモジュールと組み合わせて使用されるブースタアンテナ、およびこのブースタアンテナを備えたデュアルICカードに関する。 The present invention relates to a booster antenna used in combination with an IC module and a dual IC card provided with the booster antenna.
接触型通信機能および非接触型通信機能を有するデュアルICカードは、使用者の用途に応じて通信形態を使い分けられるため、様々な用途に用いられてきている。近年、デュアルICカードでは、アンテナを備えたICモジュールを絶縁性の接着剤などにより接合し、カード本体に埋め込まれたブースタアンテナとの間で電磁結合により電力供給と通信が可能なカード構成が用いられている。このようにデュアルICカードを構成することで、ICモジュールとカード本体との電気的な接続が不安定になるのを抑制することができる。これは、ICモジュールとカード本体とをはんだなどの導電性の接続部材で直接接続した場合には、デュアルICカードを曲げたり、経年劣化により接続部材が劣化したりしたときに接続部材が破損する恐れがあるためである。 A dual IC card having a contact-type communication function and a non-contact-type communication function can be used for various purposes because a communication mode can be properly used according to a user's purpose. In recent years, a dual IC card has a card configuration in which an IC module having an antenna is joined by an insulating adhesive or the like, and power supply and communication can be performed by electromagnetic coupling with a booster antenna embedded in the card body. Have been. By configuring the dual IC card in this way, it is possible to prevent the electrical connection between the IC module and the card body from becoming unstable. This is because, when the IC module and the card body are directly connected by a conductive connecting member such as solder, the connecting member is damaged when the dual IC card is bent or the connecting member is deteriorated due to aging. This is because there is fear.
特許文献1に記載のブースタアンテナは、コイルアンテナと容量性素子とを備えている。高周波磁界により、コイルアンテナおよび容量性素子で構成される並列共振回路に電流が流れ、非接触通信を行うことができる。 The booster antenna described in Patent Literature 1 includes a coil antenna and a capacitive element. By the high-frequency magnetic field, a current flows in a parallel resonance circuit including a coil antenna and a capacitive element, and noncontact communication can be performed.
特許文献1に記載のブースタアンテナは、非接触通信の通信距離を長くとれる点で優れている。その一方、製造公差による容量性素子の容量のばらつきや、設置環境による浮遊容量の変動等によりブースタアンテナの共振周波数が変動すると、通信性能が安定しなくなることがある。
そのため、通信距離よりも安定性を重視する用途に適した構成のブースタアンテナが求められている。
The booster antenna described in Patent Literature 1 is excellent in that a communication distance of non-contact communication can be increased. On the other hand, if the resonance frequency of the booster antenna fluctuates due to variations in the capacitance of the capacitive element due to manufacturing tolerances, fluctuations in the stray capacitance due to the installation environment, or the like, the communication performance may become unstable.
Therefore, a booster antenna having a configuration suitable for an application in which stability is more important than communication distance is demanded.
本発明は、通信性能の安定性が高いブースタアンテナを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、非接触型通信機能の安定性が高いデュアルICカードを提供することである。
An object of the present invention is to provide a booster antenna with high communication performance stability.
Another object of the present invention is to provide a dual IC card having high stability of a non-contact communication function.
本発明の第一の態様は、絶縁性の基板と、基板の周縁に沿って一巻き以上形成された導電性の主コイルと、主コイルのループの内側に形成された導電性の結合用コイルとを備え、基板上の回路が、主コイルおよび結合用コイルのみから構成されるブースタアンテナである。 A first aspect of the present invention is directed to an insulating substrate, a conductive main coil formed one or more turns along a periphery of the substrate, and a conductive coupling coil formed inside a loop of the main coil. , And the circuit on the substrate is a booster antenna composed of only the main coil and the coupling coil.
本発明の第二の態様は、接触型外部機器と接触するための接触端子部と、電磁結合による非接触端子部を構成する接続コイルと、接触型通信機能および非接触型通信機能を有するICチップとを有するICモジュールと、本発明のブースタアンテナと、ICモジュールおよびブースタアンテナを収容する板状のカード本体とを備え、接続コイルと結合用コイルとが、ブースタアンテナの平面視において少なくとも一部が重なるように配置されているデュアルICカードである。 According to a second aspect of the present invention, a contact terminal for contacting a contact-type external device, a connection coil constituting a non-contact terminal by electromagnetic coupling, and an IC having a contact-type communication function and a non-contact-type communication function An IC module having a chip, a booster antenna of the present invention, and a plate-shaped card body accommodating the IC module and the booster antenna, wherein the connection coil and the coupling coil are at least partially formed in a plan view of the booster antenna. Are dual IC cards arranged so as to overlap.
本発明のブースタアンテナは、ICモジュールと電磁結合することにより、安定した通信性能を発揮する。
本発明のデュアルICカードは、安定した非接触型通信機能を発揮する。
The booster antenna of the present invention exhibits stable communication performance by being electromagnetically coupled to the IC module.
The dual IC card of the present invention exhibits a stable non-contact communication function.
以下、本発明の一実施形態に係るデュアルICカードを、図1から図4を参照しながら説明する。本実施形態のデュアルICカード1は、本発明のブースタアンテナを備えて構成されている。
図1は、デュアルICカード1模式断面図である。図1に示すように、デュアルICカード1は、凹部11が形成された板状のカード本体10と、この凹部11に収容されたICモジュール30とを備えている。カード本体10内には、ブースタアンテナ100が埋め込まれており、ICモジュール30と電磁結合できる位置関係にある。
Hereinafter, a dual IC card according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The dual IC card 1 of the present embodiment is provided with the booster antenna of the present invention.
FIG. 1 is a schematic sectional view of the dual IC card 1. As shown in FIG. 1, the dual IC card 1 includes a plate-
図2は、ブースタアンテナ100の平面図である。ブースタアンテナ100は、基板101と、基板101に設けられたアンテナ110とを備えている。基板101上に形成された導電性の構造物はアンテナ110からなる回路のみであり、容量性素子は形成されていない。
FIG. 2 is a plan view of the
基板101は、PET(ポリエチレンテレフタレート)やポリエチレンナフタレート(PEN)などの絶縁性を有する材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。
基板101の短辺102寄りの位置には、基板101の厚さ方向に貫通する収容孔103が形成されている。収容孔103は、平面視において基板101の短辺や長辺に平行な辺を有する矩形状に形成されている。基板101の厚さは、例えば15〜50μm(マイクロメートル)である。
The
An
アンテナ110は、ICモジュール30の後述する接続コイル31と電磁結合するための結合用コイル111と、結合用コイル111に接続されてリーダライタなどの非接触型外部機器との非接触型通信を行う主コイル112とを有する。結合用コイル111は、図2に示すように、収容孔103の周囲に設けられている。主コイル112は結合用コイル111のループを囲むように、基板101の周縁に沿って矩形状に形成されている。
The
結合用コイル111は、基板101の面方向に広がる螺旋状に形成され、ブースタアンテナ100の平面視において二巻き以上のループを有する。結合用コイル111の両端は、基板101の短辺102に向かって延び、主コイル112と接続されている。結合用コイル111は、二巻き以上のループを有するため、少なくとも一か所において、基板101の厚さ方向に重なる立体交差部位を有する。立体交差部位においては、交差する結合用コイル111の素線間に薄膜上の絶縁体111aが配置され、素線間の短絡を防いでいる。
The
主コイル112は、図2に示すように、基板102の周縁に沿って一巻き形成されている。主コイル112の線幅は、結合用コイル111の線幅よりも広い。結合用コイル111および主コイル112の線幅は適宜設定することができ、設定により、設定通信周波数における両者の虚部インピーダンスを同等とするのが好ましい。
主コイル112は、二巻き以上形成されてもよいが、性能的には一巻きが最も好適である。
As shown in FIG. 2, the
The
アンテナ110の結合用コイル111および主コイル112の製造方法に特に制限はなく、様々な方法で形成することができる。製造方法として、金属板や金属箔のレーザー切断や打ち抜き、金属箔や金属層のエッチング、金属線の配置などを例示できる。打ち抜きは、特に主コイル112を幅広に形成する際に好適である。絶縁被覆された金属線を使って結合用コイルを形成すると、立体交差部位に別途絶縁体を配置する必要がなく、簡便に形成できる。
主コイルと結合用コイルとを異なる材料で形成する場合、両者の接続方法としては、はんだ付け、溶接、圧接などを採用できる。
The method of manufacturing the
When the main coil and the coupling coil are formed of different materials, soldering, welding, pressure welding, or the like can be adopted as a method of connecting the two.
カード本体10は、非晶質ポリエステルなどのポリエステル系材料、PVC(ポリ塩化ビニル)などの塩化ビニル系材料、ポリカーボネート系材料、PET−G(ポリエチレンテレフタレート共重合体)などの絶縁性を有する材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。
凹部11は、カード基材15の側面に形成された第一の収容部24と、第一の収容部24の底面に形成された第一の収容部24よりも小径の第二の収容部25とを有している。
The
The
ICモジュール30は、図1に示すように、シート状のモジュール基材33と、モジュール基材33の第一の面に設けられたICチップ34および接続コイル31と、モジュール基材33の第二の面に設けられた複数の接触端子(接触端子部)35とを備えている。ICモジュール30は、さらにIC樹脂封止部36を備えていてもよい。
モジュール基材33は、ガラスエポキシやPETなどの材料を用いて、平面視で矩形状に形成されている。モジュール基材33の厚さは、例えば50〜200μmである。
ICチップ34は、接触型通信機能および非接触型通信機能を有する公知の構成のものを用いることができる。
接続コイル31は、ICチップ34とIC樹脂封止部36を囲うように螺旋状に形成されている。接続コイル31は、銅箔やアルミニウム箔をエッチングでパターン化することで形成され、厚さは、例えば5〜50μmである。接続コイル31は、結合用コイル111と電磁結合することにより、非接触端子部を構成する。
As shown in FIG. 1, the
The
As the
The
複数の接触端子35は、モジュール基材33の第二の面に例えば銅箔をラミネートすることで、所定のパターンに形成されている。銅箔における外部に露出する部分には、厚さ0.5〜3μmのニッケル層をメッキにより設けてもよく、さらにこのニッケル膜上に厚さ0.01〜0.3μmの金層をメッキにより設けてもよい。
各接触端子35は、現金自動預け払い機などの接触型外部機器と接触するためのものである。接触端子35は、ICチップ34に内蔵された不図示の素子などと接続されている。
ICチップ34と接続コイル31とは不図示のワイヤにより接続されていて、ICチップ34、接続コイル31およびワイヤにより、閉回路が構成される。
The plurality of
Each
The
樹脂封止部36は、例えば、公知のエポキシ樹脂などで形成することができる。樹脂封止部36を備えることで、ICチップ34を保護したり、ワイヤの断線を防いだりすることができる。
The
接続コイル31と結合用コイル111とは、デュアルICカード1の平面視において少なくとも一部が重なりあう位置関係にある。接続コイル31と結合用コイル111とは、デュアルICカード1の厚さ方向において離間している。離間距離は適宜設定できるが、0.4mm以下が好適である。
The
次に、以上のように構成されたデュアルICカード1の作用について説明する。図3は、本デュアルICカード1の原理を説明するための等価回路図である。
リーダライタ(非接触型外部機器)D10の送受信回路D11で発生された不図示の高周波信号により、送受信コイルD12に高周波磁界が誘起される。この高周波磁界は、磁気エネルギーとして空間に放射される。
Next, the operation of the dual IC card 1 configured as described above will be described. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of the present dual IC card 1.
A high-frequency magnetic field is induced in the transmission / reception coil D12 by a high-frequency signal (not shown) generated in the transmission / reception circuit D11 of the reader / writer (non-contact type external device) D10. This high frequency magnetic field is radiated into space as magnetic energy.
このときデュアルICカード1がこの高周波磁界中に位置すると、高周波磁界により、デュアルICカード1のブースタアンテナ100に電流が流れる。主コイル112で受信した信号は、結合用コイル111に伝達される。その後、結合用コイル111と接続コイル31との電磁結合によってICチップ34に信号が伝達される。
このとき、ブースタアンテナ100の平面視において、主コイル112の電流の流れと、結合用コイル111の電流の流れとは、正反対になっている。例えば、主コイル112の電流の流れが時計回りである場合、結合用コイル111の電流の流れは反時計回りである。
At this time, when the dual IC card 1 is located in the high frequency magnetic field, a current flows through the
At this time, in a plan view of the
図示はしないが、デュアルICカード1が現金自動預け払い機などの接触型外部機器との間で電力供給と通信を行う場合には、現金自動預け払い機に設けられた端子をデュアルICカード1の接触端子35に接触させる。そして、現金自動預け払い機の制御部とICチップ34との間で電力供給および通信を行う。
Although not shown, when the dual IC card 1 performs power supply and communication with a contact type external device such as an automatic teller machine, terminals provided on the automatic teller machine are connected to the dual IC card 1. To the
本実施形態のデュアルICカード1によれば、ブースタアンテナ100のアンテナ110が結合用コイル111と主コイル112のみで構成された回路であり、この回路上に容量性素子等の他の導体構造物が接続されていない。したがって、容量性素子の製造ばらつき等による共振周波数の変動が生じない。その結果、設置環境等によるインピーダンスの変動がなく、デュアルICカード1全体としてフラットな通信特性を発揮し、安定した非接触型通信が可能である。
According to the dual IC card 1 of the present embodiment, the
また、ブースタアンテナ100においては、主コイル112の電流の流れと結合用コイル111の電流の流れとが、ブースタアンテナ100の平面視において正反対となるように、主コイル112および結合用コイル111が配置されている。このため、ブースタアンテナ100全体としてのコイルインピーダンスを最小化できる。その結果、非接触型外部機器からのブースタアンテナによる取得電力を最大化して、デュアルICカード1の非接触型通信性能を最適化することができる。
In the
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。 As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings. included.
例えば、上述の実施形態では、図2の上側から流れてきた電流が、結合用コイルにおいて、ループの中心から外側に向かうように流れる態様を説明した。図4に示す変形例のブースタアンテナ100Aでは、結合用コイル111Aの巻き方が図2とは逆になっている。その結果、図4の上側から流れてきた電流は、ループの外側から中心に向かうように流れる。
このような態様であっても、ブースタアンテナ100全体としてのコイルインピーダンスを最小化でき、同様の効果を奏する。
For example, in the above-described embodiment, the mode in which the current flowing from the upper side in FIG. 2 flows outward from the center of the loop in the coupling coil has been described. In the
Even in such an embodiment, the coil impedance of the
1 デュアルICカード
10 カード本体
30 ICモジュール
31 接続コイル
34 ICチップ
35 接触端子(接触端子部)
100、100A ブースタアンテナ
101 基板
110 アンテナ
111、111A 結合用コイル
112 主コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
100,
Claims (3)
前記基板の周縁に沿って一巻き以上形成された導電性の主コイルと、
前記主コイルのループの内側に二巻き以上形成された導電性の結合用コイルと、
を備え、
前記基板上の回路が、前記主コイルおよび前記結合用コイルのみから構成される、
ブースタアンテナ。 An insulating substrate;
A conductive main coil formed one or more turns along the periphery of the substrate,
A conductive coupling coil formed two or more turns inside the loop of the main coil,
With
The circuit on the board is composed of only the main coil and the coupling coil,
Booster antenna.
請求項1に記載のブースタアンテナ。 The main coil and the coupling coil are arranged such that current flows in opposite directions in plan view of the booster antenna.
The booster antenna according to claim 1.
請求項1に記載のブースタアンテナと、
前記ICモジュールおよび前記ブースタアンテナを収容する板状のカード本体と、
を備え、
前記接続コイルと前記結合用コイルとが、前記ブースタアンテナの平面視において少なくとも一部が重なるように配置されている、
デュアルICカード。 An IC module having a contact terminal portion for contacting a contact type external device, a connection coil forming a non-contact terminal portion by electromagnetic coupling, and an IC chip having a contact-type communication function and a non-contact type communication function;
A booster antenna according to claim 1,
A plate-shaped card body that houses the IC module and the booster antenna;
With
The connection coil and the coupling coil are arranged so that at least a part thereof overlaps in a plan view of the booster antenna.
Dual IC card.
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