JP3687783B2 - コンタクトレスチップカードを製造する方法およびコンタクトレスチップカード - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本願発明は、少なくとも１つのチップを含むコンタクトレスチップカードを製造する方法およびコンタクトレスチップカードに関する。
昨今、公私問わず生活のあらゆる分野において、多数のチップカードが使用されている。その効率は、近代の集積回路を使用することによってより一層増すことができる。チップに特定用途向けの機能を備えることによって、チップカードの応用分野は、識別および遠距離通信の分野を超えた次のような分野にまで広げることが可能である。公共医療サービスにおいては、たとえば、被保険者のカード、患者のデータカード、緊急カードなどである。通信の分野においては、データの暗号化やデータの保護はもとより、通信ネットワークへのアクセス制御やサービス料の支払いにも使用することができる。支払い処理においては、チップカードは、小切手保証カード、クレジットカードやデビットカード、電子マネーとして、そして地域の交通や有料道路の料金の徴収において使用するのに大変適している。さらに、チップカードは、たとえば、有料テレビや娯楽サービスや生産管理等におけるアクセス制御や識別の目的に、非常に適している。
現在、マイクロコントローラーと同様、集積記憶回路がチップカードに使用される。さらに、暗号化キーや暗号化アルゴリズムを内部に具備した暗号化制御装置も、チップカードに使用される。データ交換は、読取り装置との表面接触によって行われるか、または、容量性あるいは誘電性の伝達によってコンタクトレスに行われる。近代のチップカードシステムの能力を向上させるには、絶えず複雑になっていくことが要求され、ますます集約の程度を高めていく必要がある。当初は、最小限の周辺部を有するメモリのみが使用されたが、現在では、遠隔通信用の非常に多種の機能やコイルを有するマイクロコントローラーを必要とするより複雑なシステムへと発展する動きもある。
【０００２】
先行技術
既知のコンタクトレスチップカードの場合、１つまたは複数のコイルが、チップに接続され、カード本体に統合されている。エネルギーやデータは、容量結合または誘導結合によって伝達される。このチップカードを製造するためには、いわゆる「はめ込み技術」が用いられる。この技術によれば、コイルとチップが、可塑性の担体に結合され、それに固定される。次に、この担体が実際のチップカードに統合される。これは、射出成形または積層によって、担体をチップカード材で囲むことによってなされる。担体とカードが結合した後、担体はチップカードと一体化した構成部品となる。
一般に知られているように、担体箔は、その上に巻コイル、エッチングコイルあるいはプリントコイルが形成される担体として使用される。巻コイルの場合、バックラックワイヤが、コイルを形成するように巻かれ、そしてチップに接続される。この方法の欠点は、主に、コイルのチップカードへの結合の困難性とコイルの太ワイヤと裸チップとの間の結合性である。
【０００３】
そのような巻コイルと比して、担体箔上のエッチングコイルおよびプリントコイルは、導体トラックが担体箔と一体化した構成部品であるという利点がある。次に、チップは、ワイヤボンディングあるいはフリップチップ技術によって、コイルに接続される。続いて、コイルとチップが具備された担体箔が、カード本体に統合される。この方法の欠点は、コイルの生産費が高いこととカード本体全体が積層される際に克服されなければならない困難である。さらに、この積層は、熱的および機械的な安定性の面で不都合を生じ、ひいてはチップカードの耐用年数を縮めることにもなる。特に、担体が射出成形によってチップカード材で囲まれる際に広がる温度は、高価な半導体チップの機能に悪影響を及ぼす。さらに、射出成形工程における過失、すなわち比較的安価なプラスチック部品における過失によって、高価な半導体チップを含んだカードが不合格品となるおそれがある。
【０００４】
ＤＥ ４４ ４１ １２２は、たとえば、厚さ約５０μｍの箔材が電気銅でコーティングされる場合のコンタクトレスチップカードを製造する方法を開示している。この電気銅は、光エッチングによって結合エリアを有するアンテナコイルを製造するために使用される。さらに、箔材には、打抜き工程において刻み目付チップ受容エリアが提供され、このチップ受容エリアの次に階段状の接続ゾーンが提供される。それから、チップは、接着手段によってこの受容エリアにしっかりと固定され、そのパッドが、ボンディングワイヤによってアンテナワインディングの接続エリアに接続される。続いて、前記したように具備された箔が、同じ厚さの２つのプラスチック層間の両面に、チップ受容エリアを除いて貼着される。これらのプラスチック層は、ほぼ対称的な凹部によってチップ受容エリアの周囲にカップとして形成される。しかしながら、この方法は、チップ受容エリアのための打抜き工程と、複雑な積層およびコーティング工程を必要とする。
【０００５】
ＷＯ ９７／２６６２０は、コイルを含むチップカードを製造するためのチップカード本体を開示し、そのチップカード本体は内部にチップが配置される凹部が形成される。コイルの金属被覆は、チップカード本体の表面を横切り凹部を通る導体トラックの形で広がり、チップは、導体トラックが凹部を通って広がらないエリアにある凹部に配置される。チップのパッドは、ボンディングワイヤを介して導体トラックと電気的に接触する。さらに、この公報によれば、突部によるチップの直接接触の技術を用いることが提案されている。
前記した先行技術を根幹として、本願発明の目的は、チップカード、主にコイルが、簡単かつ経済的な費用で製造可能であって機械的に安定しかつ信頼性の高くなるような方法で、コンタクトレスチップカードを製造する方法を提供することである。
本願発明によって提供される課題を解決するための手段は、請求項１の特徴によるコンタクトレスチップカードの製造方法からなる。好ましい実施態様は、従属請求項に開示されている。
【０００６】
本願発明による方法では、まず、片面に１または複数の凹部を有する電気絶縁カード本体が製造される。続いて、事前に決定可能な導体トラックパターンに従って、少なくとも１つの導体トラックが、カード本体の少なくとも１つの凹部を有する面の表面に直接施される。続いて、１または複数のチップまたは電子部品が、それらの凹部のうち少なくとも１つの凹部中に配置され、電気導電的な方法で導体トラックに接続される。
本願発明によれば、チップを接触させるために突部が用いられる。これらの突部は、好ましくは、導体トラックパターンによる導体トラックの適用と同時に、カード本体の可塑材から、たとえばエンボスパンチの形状によって形成され、押圧された導体トラックの１つによって金属被覆層が形成される。
突部は、また、凹部の（底）表面までの最小距離を調整するために使用することができる。これによって、チップが位置調整され接触される際にチップを破壊する危険性が軽減される。加えて、この距離調整が接触手段によって行われる必要がなくなる。
【０００７】
本願発明の実施態様の１つでは、１または複数の凹部を有するカード本体が、単一の処理ステップで製造される。これは、好ましくは、カード本体が一体の構成部品として実装されることになる射出成形によってなされる。この目的のために使用できる材料は、好ましくは、熱可塑性材料、たとえば、ＰＶＣ、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）またはポリカーボネートである。
さらなる実施態様では、導体トラックは、事前に決定可能な導体トラックパターンに従って、カード本体の少なくとも１つの凹部を有する面の表面に施されるが、導体トラックは、それらの凹部のうち少なくとも１つの凹部内の表面エリアだけでなく、凹部の外側の表面エリアにも施される。これは、好ましくは単一の処理ステップでなされ、導体トラックが、事前に決められたパターンに従い、加圧および加熱によって、表面エリアに、特に、凹部のうち少なくとも１つの凹部内の表面エリアにも押圧される。
熱せられたエンボスパンチ、たとえば、導体トラックパターンが浮き彫りとして施された鋼プリントブロックの使用が、この目的のために特に適している。このパンチによって、導体トラックが、導体箔、たとえば銅箔から、導体トラックパターンに従って穿孔され、同時に、カード本体の凹部を有する面の表面に押圧される。本願発明の好ましい実施態様によれば、導体トラックは、導体箔の下面に供給された接着層によって、カード本体の表面に接着される。押圧工程の間、接着材は都合のよい方法で温度および圧力に適合される。
【０００８】
本願発明の好ましい実施態様によれば、好ましくは熱可塑性の材料で射出成形によって行われるカード本体の製造、および凹部を含むカード本体表面への導体トラックパターンによる少なくとも１つの導体トラックの適用は、単一の処理ステップで行われる。このように製造工程数を最小限に抑えることによって、特に経済的価格の生産、ひいては大量部品の生産が実現できる。さらなる利点は、機械的および熱的に高い安定性である。というのは、第１に、カード本体および導体トラックが備えられたカード本体を含むカードが、非常に少ない層（最小２層：１体のカード本体と導体トラック層）で形成されるからであり、第２に、導体トラックが、一体でその結果として機械的に、本質的に熱的に安定したカード本体に直接施されるからである。本願発明の実施態様の１つによれば、導体トラックパターンは、エネルギーおよび／またはデータのコンタクトレスな伝達においてアンテナのような役割を果たすコイルとして実装される。
カード本体に組み込まれた凹部には、いわゆる裸チップ据付工程においてチップが取付けられるのを可能にするという利点がある。裸チップ据付とは、裸チップ、すなわち外被のないチップが取付けられることを意味する。外被付きチップが取付けられる場合、外被付きチップが際立った高さを有するために、凹部から上へと突き出ることになり、したがって、非常に様々な不都合を引き起こすことになる。
好ましくは、凹部の深さは、押圧された導体トラックに接続される外被のないチップが、凹部から突出しないように設定される。本願発明の実施態様の１つによれば、チップを据え付けるために必要とされるパッドは、導体トラックの適用と同時に押圧または形成される。したがって、これらのパッドは、導体トラックパターンによって押圧された導体トラックと一体化した切り離せない構成部品となる。
本願発明は、非常に臨機応変に利用することが可能である。カードの各利用分野に応じて、利用分野によって異なりがちなパッドの形状を、簡単な方法で実現することができ、パッドの配置に応じて、そのチップに最も適合したコンタクト技術、たとえば、ワイヤボンディング技術やグルーイング技術やフリップチップ技術などを使用することができる。フリップチップ技術には、スペースをあまり必要としないという利点もある。
【０００９】
本願発明のさらなる実施態様によれば、チップを接触させるために突部が用いられる。これらの突部は、好ましくは、たとえばエンボスパンチによって、導体トラックパターンによる導体トラックの適用と同時に、カード本体の可塑材からたとえばエンボスパンチの形状に対応して形成される。また、押圧された導体トラックの１つによって、金属被覆層が形成される。
突部は、また、凹部の（底）表面までの最小距離を調整するために使用することができる。これによって、チップが位置調整、接触される際にチップを破壊する危険性が軽減される。加えて、この距離調整が接触手段によって行われる必要がなくなる。
さらなる実施態様によれば、チップに形成された凹部に、チップを環境の影響から保護したりカードの耐用年数を伸ばすため、たとえば可塑材や樹脂などの封止材が充填される。従来のカードの厚さの場合、外被のないチップを使用することによって、接触したチップが凹部から突出せず、また、凹部が封止材で充填されると、各チップは密閉封止され、凹部を含むカード表面にいかなる凹凸も現れないという効果が得られる。
別の実施態様は、カード本体の凹部が形成されない面に、ラベルが貼着される方法ステップを含む。このラベルは、たとえば、印刷による貼着および／またはエンボス加工によってカード本体材から形成することができ、所望なら、種々の色で着色してもよい。
好ましくは、ラベルを貼着する方法ステップは、凹部を有するカード本体の製造後かつ導体トラックパターンによる導体トラックの適用前に行われる。チップを接触させる前にラベルの貼着を行うことによって、ラベルの貼着によって生じる、たとえば圧縮、屈曲、ねじれなどの熱負荷、化学的負荷および／または機械的負荷が回避されるといった利点が生じる。しかしながら、一般原則として、ラベルは、チップを導体トラック上に据え付けた後に貼着することも可能である。さらなる実施態様によれば、凹部を含むカード表面に、凹部および導体トラックパターンによって施されるまたは施された導体トラック以外で、ラベルを貼着するスペースが十分にあるように、導体トラックパターンの設計および凹部の位置決めが行われる。
本願発明の特に有利な実施態様は、射出成形工程中にカード本体にラベルが供給され、これによって、ラベルが一体化された一体型のカード本体が得られるという態様である。これは少なくとも、他の態様では必要となるラベリングの方法ステップを行わずに済み、したがって非常に経済的なやり方となるという効果を奏する。
【００１０】
本願発明による方法およびチップカードのさらなる利点を以下に説明する。
本願発明は、非常に少ない方法ステップを基に、特に、熱可塑性材によってカード本体を射出成形することにより、少なくとも１つの凹部を含み、そしてその凹部を含むカード表面に構造化された金属被覆が施されたカード本体を製造することを可能にする。この発明は、大量のカードを簡単かつ経済的に生産することを可能にする。加えて、本願発明によって製造されたチップカードは、機械的に高い安定性と信頼性に特徴づけられる。これは、チップカードを構成する層数の少なさによるものであり、また、導体トラックが、導体トラックパターン、特にコイルに従って、一体のカード本体に直接施されるためである。これによって、相性のわるい物質同士によって引き起こされる問題は、本願発明によるチップカードの場合生じることはない。さらに、この種のチップカードでは、コイルの中間担体を使用する必要がない。さらなる利点は、チップを接触させるために、フリップチップ技術を用いることが可能なことである。つまり、工程ステップの単純な連続や全高の小ささといった利点を利用することができるということである。さらに、この場合、ワイヤボンディング可能な金属被覆が不要である。さらなる利点は、高価で損傷しやすいチップは、非常い遅い段階の方法ステップになってからのみカード本体に組み込まれ、したがって、チップは、その後に行われるかもしれない数少ない方法ステップにおいて、非常に低い程度で有害な熱的、化学的および物理的な負荷にさらされるにすぎないという点である。特に、本願発明によれば、チップが射出成形工程の熱負荷にさらされることがない。これは、つまるところ、製造されたカードのより長い耐用年数のみならず、より低い不合格率とより高い信頼性を保証する。
それぞれの実施態様を参照しながら、図面に基づき本願発明について以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、１０本の巻線を持つコイル（２）と凹部（３）に嵌め込まれたチップ（４）を具備したチップカード（１）の平面図（凹部を含む表面側）である。
【図２】 図２は、図１図示のチップカード（１）の側面図（凹部を通って、カードの長辺に平行な断面図；Ａ−Ｂ断面図）である。
【図３】 図３は、図２図示の接触したチップ（４）を有する凹部（３）の拡大詳細図である。
【図４】 図４は、接触したチップ（４）を有する凹部（３）の横断面の拡大詳細図である。図３図示の断面に直交する断面であり、カード本体表面は凹部を含んでいる。
実施態様の一例では、チップカード（１）は１つの凹部（３）を含んでおり、その中に方形のチップ（４）がきちんと配置されコイル（２）の導体トラックと接触している。凹部の形および大きさは、チップの形状に適合するように形成されている。図２に示すように、凹部の深さは、接触したチップが凹部に十分隠れるように、すなわち、特にチップがカード表面（７）から突出しないように設定されている。図３は、チップカードの凹部エリアの拡大断面（８）を示している。この断面は、導体トラックに直交している（導体トラックは、断面エリアの垂直方向に伸びている）。カード本体材（１）より形成された突部（５）、接着剤あるいははんだである実際の接触に使われる物質（６）、コイル（２）の導体トラックは、この断面図において明瞭に示されている。図４は、押圧されたコイルを有する凹部を通った横断面を示している。この横断面は、図３図示の断面に直交しており、カード表面は凹部を含み、突部（５）を通って広がっている。図４に示すように、コイルの選択された導体トラック（９）は、凹部外側のカード表面（９ａ）、凹部の傾斜側面（９ｂ）そして凹部の（底）表面（９ｃ）に何らの障害もなく押圧される。突部（５）の位置で、導体トラック（９）は、突部（５）を横切って伸び、これによって、突部（５）の金属被覆が生じる。
本願発明に係るコンタクトレスチップカードの製造方法の実施態様の一例では、まず第１ステップにおいて、１つの凹部を有するカードが、可塑性材のポリカーボネートを使用して、射出成形によって製造される。続いて、カードの裏面、すなわちいかなる凹部も（凸部も）含まないカード面に、ラベルを印刷してもよい。カードを製造するためのさらなるステップにおいて、担体箔上に銅層で形成される熱エンボス箔が、凹部を含むカード表面に、導体トラックパターンに従って導体トラックをエンボス加工するために使用され、導体トラックは、特に凹部にエンボス加工される（ＭＩＤ技術：３次元構造の基板上への導体トラックの形成、ＭＩＤ：Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅの略、成形相互接続デバイス）。この目的のために用いられる代表的な温度と加圧時間は、数秒間でおよそ１３０℃ないし１５０℃である。カードの凹部内のエンボス加工された導体トラックのパッド上には、等方導電性の接着剤が塗布されている。パッド以外の部分では、さらに非導電性の接着剤が、チップを固定するために、少なくとも凹部内の表面部分に塗布される。続いて、チップが凹部に挿入され、位置調整され、接着される。環境の影響からチップを保護するために、接着されたチップを含む凹部に、封止材（Ｇｌｏｂ Ｔｏｐ）を充填する。所望ならば、さらなる層、たとえば密閉材の層が、充填された凹部に一種の覆いとして施される。この複層技術には、適合する封止材を選択することによってより意図的に、より効率的に所望の特性を調整できるという利点がある。

Claims (13)

1. 次のステップからなるコンタクトレスチップカード（１）を製造する方法：
   主面の１つに少なくとも１つの凹部（３）が形成された電気的絶縁の平面カード本体を製造するステップ、
   事前に決定可能な導体トラックパターンに基づいて少なくとも１つの導体トラック（２）が、少なくとも１つの凹部（３）を含む主面に、少なくとも１つの凹部（３）内の表面エリアだけでなく少なくとも１つの凹部（３）外の表面エリアにも、施されるステップであって、少なくとも１つの導体トラック（２）が施されるステップによって、突部（５）が、少なくとも１つの導体トラック（２）が横切って伸びるカード本体において形成されるステップ、および
   少なくとも１つの凹部（３）内に少なくとも１つのチップ（４）を配置し、少なくとも１つのチップ（４）を突部（５）を横切って伸びる少なくとも１つの導体トラック（２）と接触させるステップ。
2. 突部がカード本体材からカード本体と一体的に形成され、カード本体が単一の処理サイクルで製造される、請求項１に記載の方法。
3. カード本体が射出成形によって製造される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. カード本体の凹部を具備しない面にラベルが貼着される、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 少なくとも１つの導体トラック（２）が単一の処理サイクルで施される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 少なくとも１つの導体トラック（２）の適用が加圧および加熱によって行われる、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 加熱されたエンボスパンチが加圧および過熱のために使用される、請求項６に記載の方法。
8. チップ（４）がフリップチップ技術によって接触される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方法。
9. チップ（４）が接着剤によって接触される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方法。
10. コイルが導体トラックパターンとして使用される、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 熱可塑性材がカード本体用の材料として使用される、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 少なくとも１つの導体トラック（２）に接触したチップが挿入される少なくとも１つの凹部（３）が、たとえば可塑性材または樹脂などの封止材で充填される、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. チップ（４）を接触させる前に、カード本体にラベルが供給される、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の方法。

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