JP2004287767A - 非接触通信式情報担体 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な通信特性を有し、多機能性及び多用途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６とをもって非接触通信式情報担体を構成する。アンテナコイル１を絶縁部材６側に向け、かつ、アンテナコイル１のコイル非形成領域１ａとブースタコイル３のコイル非形成領域３ａとが一部において重なり合うようにして、ブースタコイル３の角隅部に半導体チップ２を設定する。
【選択図】 図１

Description

【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、アンテナコイル及びブースタコイルの形状と配列とに関する。
【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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
なお、本明細書においては、このアンテナコイル間の電磁誘導結合を強化するための導体ループを、「ブースタコイル」という。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５３２９０４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献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。
【０００８】
しかしながら、前記特許文献に記載の技術は、半導体チップに一体形成されたアンテナコイル（第１の導体ループ）とブースタコイルに形成された第３の導体ループとをほぼ同心の所定の位置関係に配置することによって各導体ループ間の良好な電磁誘導結合を実現するというものであるので、各導体ループの配設位置を厳密に規制しないと良好な電磁誘導結合が得られず、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にばらつきが生じやすいという問題がある。また、各導体ループの配設位置を厳密に規制しなくてはならないことから、絶縁部材に対する半導体チップの搭載工程が複雑化し、非接触通信式情報担体が高コスト化するという問題がある。
【０００９】
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、安価に製造できてリーダライタとの間の通信特性が安定な非接触通信式情報担体を提供することにある。
【００１０】
【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、第１に、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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する渦巻き状に形成し、前記絶縁基板の平面方向から見たとき、前記ブースタコイルのコイル非形成領域と前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルのコイル非形成領域とが少なくとも一部において重なり合うように前記半導体チップとブースタコイルとを配置するという構成にした。
【００１１】
このように、ブースタコイルのコイル非形成領域と半導体チップに一体形成されたアンテナコイルのコイル非形成領域とが少なくとも一部において重なり合うように半導体チップとブースタコイルとを配置すると、ブースタコイルの巻数及びアンテナコイルの巻数に関係なくブースタコイルのコイル非形成領域内にアンテナコイルを構成する各ターンの導体を少なくともその一部において露出させることができるので、当該露出部分において磁気的な干渉のない電磁誘導結合が行われ、ブースタコイルとアンテナコイルとの電磁誘導結合を強化することができて、非接触通信式情報担体とリーダライタとの通信距離の延長を図ることができる。また、各コイル非形成領域が少なくとも一部において重なり合うように配置されている限り、半導体チップとブースタコイルとの配置が若干ずれたとしてもブースタコイルとアンテナコイルとの間の良好な電磁誘導結合を維持することができるので、絶縁部材に対する半導体チップの搭載工程を簡略化できて非接触通信式情報担体を低コスト化できると共に、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ばらつきを小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第２に、前記第１の課題解決手段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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する矩形渦巻き状に形成し、前記ブースタコイルの角隅部に前記半導体チップを配置するという構成にした。
【００１３】
このように、矩形渦巻き状に形成されたブースタコイルの角隅部に半導体チップを配置すると、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電磁誘導結合をより一層強化することができるので、その結果、非接触通信式情報担体とリーダライタとの間のより一層の通信距離の延長を図ることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第３に、前記第１の課題解決手段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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する矩形渦巻き状に形成し、前記ブースタコイルの側辺部に沿って前記半導体チップを配置するという構成にした。
【００１５】
このように、矩形渦巻き状に形成されたブースタコイルの側辺部に沿って半導体チップを配置すると、ブースタコイルの側辺に沿う方向に関して半導体チップの設定位置の自由度を高めることができるので、絶縁部材に対する半導体チップの搭載工程を簡略化できて非接触通信式情報担体を低コスト化することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、第４に、前記第１の課題解決手段に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁基板上に１つのブースタコイルを形成し、当該１つのブースタコイルに対して複数個の前記半導体チップを配置するという構成にした。
【００１７】
このように、絶縁基板上に１つのブースタコイルを形成すると、絶縁部材に複数個のブースタコイルを形成する場合に比べて１つのブースタコイルに対して複数個の前記半導体チップを配置すると、各半導体チップごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することができるので、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。
【００１８】
【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８に基づいて説明する。図１は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半導体チップとの配列を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は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配列を模式的に示す図、図４は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配列を模式的に示す図、図５は絶縁部材の表面図、図６は絶縁部材の裏面図、図７は半導体チップの平面図、図８は本例の非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【００１９】
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、ブースタコイル３及び静電容量を形成する導体膜４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが形成された絶縁部材６と、これら半導体チップ２及び絶縁部材６を一体にケーシングする基体７とからなる。
【００２０】
半導体チップ２は、図７に示すように、入出力端子２ａの形成面に、ポリイミド樹脂膜等からなる絶縁層２ｂを介して、内周部にコイル非形成領域１ａを有する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に分割される以前の完成ウエハ）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。
【００２１】
なお、図７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。
【００２２】
ブースタコイル３は、図５に示すように、絶縁部材６の表面側に、内周部にコイル非形成領域３ａを有する矩形渦巻き状に形成される。このブースタコイル３は、基体７内に収まる範囲でなるべく大きく形成され、その両端部には静電容量を形成する導体膜４ａ，４ｂがそれぞれ接続されている。
【００２３】
なお、図５の例では、ブースタコイル３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。
【００２４】
半導体チップ２は、図１乃至図４に示すように、アンテナコイル１を絶縁部材６側に向け、かつ、アンテナコイル１のコイル非形成領域１ａとブースタコイル３のコイル非形成領域３ａとが一部において重なり合うようにして、ブースタコイル３の角隅部に設定される。
【００２５】
静電容量を形成する導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂは、絶縁部材６の表面及び裏面に対向に形成される。また、絶縁部材６の表面側に形成された静電容量を形成する導体膜４ａ，４ｂは、前記したように、ブースタコイル３を介して電気的に接続され、絶縁部材６の裏面側に形成された静電容量を形成する導体膜５ａ，５ｂは、図６に示すように、導線５ｃを介して電気的に接続される。したがって、前記ブースタコイル３は、相対向に配置された静電容量を形成する導体膜４ａと５ａ及び４ｂと５ｂを介してその両端部で容量結合されており、図８に模式的に示すように、両端に導体膜４ａと５ａとで形成される静電容量Ｃａと導体膜４ｂと５ｂとで形成される静電容量Ｃｂとが接続されたブースタコイル３が得られる。各導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂの面積は、前記２個の静電容量Ｃａ，Ｃｂの直列インピーダンスが、半導体チップ２に一体形成されたアンテナコイル１及びブースタコイル３を含む系において、アンテナコイル１の両端に最大電圧が得られるように調整される。
【００２６】
前記ブースタコイル３及び静電容量を形成する導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂは、絶縁部材６の片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６の片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。
【００２７】
絶縁部材６は、所要の誘電率と剛性とをもった絶縁材料をもって形成される。絶縁部材６を構成するに好適な絶縁材料としては、一例として、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。
【００２８】
基体７は、カバーシート８と接着剤層９とをもって構成される。このうち、カバーシート８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９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。
【００２９】
本例の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のコイル非形成領域１ａとブースタコイル３のコイル非形成領域３ａとが一部において重なり合うように半導体チップ２とブースタコイル３とを配置したので、図４に模式的に示すように、アンテナコイル１の巻数及びブースタコイル３の巻数に関係なくブースタコイル３のコイル非形成領域３ａ内にアンテナコイル１を構成する各ターンの導体の１部を露出させることができる。そして、当該露出部分においては、ブースタコイル３より放射される磁力線に干渉を生じないので、最適な電磁誘導結合が行われ、非接触通信式情報担体とリーダライタとの電磁誘導結合を強化することができる。アンテナコイル１からブースタコイル３への送信時にも同様の理由により最適な電磁誘導結合が行われる。また、本例の非接触通信式情報担体は、各コイル非形成領域１ａ，３ａが一部において重なり合うように配置されている限り、半導体チップ２とブースタコイル３との配置が若干ずれたとしてもアンテナコイル１とブースタコイル３との間の良好な電磁誘導結合を維持することができるので、絶縁部材６に対する半導体チップ２の搭載工程を簡略化できて非接触通信式情報担体を低コスト化できると共に、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ばらつきを小さくすることができる。さらに、本例の非接触通信式情報担体は、矩形渦巻き状に形成されたブースタコイル３の角隅部に半導体チップ２を配置したので、アンテナコイル１とブースタコイル３との電磁誘導結合をより一層強固なものとすることができる。
【００３０】
以下、本発明の他の実施形態について列挙する。なお、図９はブースタコイル３に対するアンテナコイル１の他の配列例を模式的に示す図である。
【００３１】
（１）前記実施形態例においては、アンテナコイル１のコイル非形成領域１ａとブースタコイル３のコイル非形成領域３ａとが一部において重なり合うように半導体チップ２とブースタコイル３とを配置したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図９（ａ）に示すように、アンテナコイル１のコイル非形成領域１ａとブースタコイル３のコイル非形成領域３ａとが完全に重なり合うように半導体チップ２とブースタコイル３とを配置することもできる。
【００３２】
（２）前記実施形態例においては、ブースタコイル３の角隅部に半導体チップ２を配置したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図９（ｂ）に示すように、ブースタコイル３の側辺部に沿って半導体チップ２を配置することもできる。このように、ブースタコイル３の側辺部に沿って半導体チップ２を配置すると、ブースタコイル３の側辺に沿う方向に対する半導体チップ２の設定位置の自由度を高めることができるので、絶縁部材６に対する半導体チップ２の搭載工程を簡略化でき、非接触通信式情報担体を低コスト化することができる。
【００３３】
（３）前記実施形態例においては、１枚の絶縁基板６上に半導体チップ２を１つのみ搭載したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図９（ｃ）に示すように、１枚の絶縁基板６上に複数個の半導体チップ２を搭載することもできる。このように、１枚の絶縁基板６上に複数個の半導体チップ２を搭載すると、各半導体チップ２ごとに異なる機能を発揮させ、異なる用途に適用することができるので、非接触通信式情報担体の多機能化及び多用途化を図ることができる。
【００３４】
（４）前記実施形態例においては、絶縁基板６に静電容量を形成する導体膜４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂ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、チップコンデンサ等のチップ部品を絶縁基板６上に形成されたブースタコイル３に接続することもできる。
【００３５】
【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、半導体チップに一体形成されたアンテナコイルのコイル非形成領域とブースタコイルのコイル非形成領域とが少なくとも一部において重なり合うように半導体チップとブースタコイルとを配置したので、アンテナコイルの巻数及びブースタコイルの巻数に関係なくブースタコイルのコイル非形成領域内にアンテナコイルを構成する各ターンの導体の一部を露出させることができ、当該露出部分においてアンテナコイルとブースタコイルとの間で磁気的な干渉のない最適な電磁誘導結合を行うことができて、非接触通信式情報担体とリーダライタとの電磁誘導結合を強化することができる。また、本発明の非接触通信式情報担体は、アンテナコイルのコイル非形成領域とブースタコイルのコイル非形成領域とが少なくとも一部において重なり合うように配置されている限り、半導体チップとブースタコイルとの配置が若干ずれたとしてもアンテナコイルとブースタコイルとの間の良好な電磁誘導結合を維持することができるので、絶縁部材に対する半導体チップの搭載工程を簡略化できて非接触通信式情報担体を低コスト化できると共に、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ばらつきを小さくすることができる。
【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に備えられたブースタコイルと半導体チップとの配列を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】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配列を模式的に示す図である。
【図４】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配列を模式的に示す図である。
【図５】絶縁部材の表面図である。
【図６】絶縁部材の裏面図である。
【図７】半導体チップの平面図である。
【図８】非接触通信式情報担体に備えられたブースタコイルの等価回路図である。
【図９】ブースタコイルに対する半導体チップの他の配列例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ アンテナコイル
１ａ コイル非形成領域
２ 半導体チップ
３ ブースタコイル
３ａ コイル非形成領域
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ 静電容量を形成する導体膜
６ 絶縁部材
７ 基体
８ カバーシート
９ 接着剤層

Claims (4)

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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する渦巻き状に形成し、前記絶縁基板の平面方向から見たとき、前記ブースタコイルのコイル非形成領域と前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルのコイル非形成領域とが少なくとも一部において重なり合うように前記半導体チップとブースタコイルとを配置したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する矩形渦巻き状に形成し、前記ブースタコイルの角隅部に前記半導体チップを配置したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
3. 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及び前記半導体チップに一体形成されたアンテナコイルの双方を内周部にコイル非形成領域を有する矩形渦巻き状に形成し、前記ブースタコイルの側辺部に沿って前記半導体チップを配置したことを特徴とする非接触通信式情報担体。
4. 請求項１に記載の非接触通信式情報担体において、前記絶縁基板上に１つのブースタコイルを形成し、当該１つのブースタコイルに対して複数個の前記半導体チップを配置したことを特徴とする非接触通信式情報担体。

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