JPH048837B2 - - Google Patents

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JPH048837B2
JPH048837B2 JP56500384A JP50038481A JPH048837B2 JP H048837 B2 JPH048837 B2 JP H048837B2 JP 56500384 A JP56500384 A JP 56500384A JP 50038481 A JP50038481 A JP 50038481A JP H048837 B2 JPH048837 B2 JP H048837B2
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Description

請求の範囲 １ 半導体基板上にモノリシツクに集積された電
気信号処理用の集積回路、データ入力用光／電気
変換素子、データ出力用電気／光変換素子、前記
集積回路への電力供給用光／電気変換素子を有す
る識別カードであつて、 前記データ入力用光／電気変換素子及び前記電
力供給用光／電気変換素子を前記半導体基板上に
モノリシツクに集積化し、 前記データ出力用電気／光変換素子が前記半導
体基板の表面上に積層されかつ前記集積回路に電
気的に接続された液晶素子である識別カード。
２ 少なくとも前記電力供給用光／電気変換素子
及び前記液晶素子を前記半導体基板の一方側に配
置し、これにより、唯一の照明装置によつて大き
な領域を照明したときに、前記電力供給用光／電
気変換素子及び前記液晶素子を同時に照明し、ま
た、前記液晶素子は明、暗情報としてデータを表
示する請求項１に記載の識別カード。
３ 前記データ入力用光／電気変換素子及び前記
電力供給用光／電気変換素子を共通の素子３とし
て前記半導体基板上にモノリシツクに集積化し、
前記集積回路１５は受信光情報としても処理可能
な交流成分と電力供給用の直流成分とに分離する
ことができる電気的フイルタを具備する請求項１
または２に記載の識別カード。
４ 前記データ入力用光／電気変換素子３及び前
記電力供給用光／電気変換素子２６を分離して前
記半導体基板の一方側に設け、前記データ入力用
光／電気変換素子は受信光のある周波数帯域に感
応し、前記電力供給用光／電気変換素子は前記受
信光の他の周波数帯域に感応する請求項１、２も
しくは３に記載の識別カード。
〔技術分野〕
本発明は基板上に集積された集積回路を具備
し、特定情報記憶用の回路ユニツトを作動させる
ためにエネルギ伝達、データ出力、若し要求さら
るならばデータ入力を行うための変換素子を制御
する特定情報記憶用の回路ユニツトを有する識別
カードに関する。
〔背景技術〕
今日、集積回路の形態をなす多数の回路ユニツ
トは、各個が１つの半導体チツプ（基板）上に形
成されている。これらの半導体チツプはそれらの
縁に金属端子を有しており、適切な溶接又はろう
付け法により半導体チツプはリード線を通して半
導体チツプを包囲するハウジングの端子と接続さ
れる、又は、直接周辺回路と接続されている。
種々の適用例が存在するが、それらの適用例に
おいては、半導体チツプとその周辺回路間の電気
的接続が要求された条件を満たされていない。例
えば半導体チツプに識別カードを設け、模倣に対
する保護を向上させ、それと同時に識別カードに
多量の情報を記憶させ、さらに可能であれば制御
装置においてこの情報を送信器及び受信器と協働
させて変更することが提案されている（西独公開
公報第2659573号）。
識別カードに回路ユニツトを収容することは、
使用中カードが機械的な応力を受けるので、特に
カードが設けられた回路ユニツトと端子との間の
電気的接続が損なわれる場合があるという問題点
がある。また識別カードに回路ユニツトを収容す
ることは、機械的応力によつて鋭敏に影響を受け
る端子線によつて複雑となる。
それゆえ、リード線を用いずに半導体チツプと
直接データ入出力する連結素子を設けることが提
案されており（西独特許出願公開公報第1945777
号）、連結素子は例えば人間を識別するためのい
わゆる「識別物体」に設けられている。データは
光フアイバの束を通して伝送され、該光フアイバ
の束は変換素子と調和させて回路ユニツトに配置
させねばならない。エネルギは識別物体の外部に
適用された対応する金属表面を通して静電容量変
化として伝送される。表面はリード線により半導
体チツプに接続されているので上記と同様の問題
点が生じている。
〔発明の開示〕
本発明は、上述の問題を解決し、薄く、可とう
性のある識別カードを機械的強度を増大させ、且
つ、小形化を図つた、識別カードを提供すること
にある。
本発明においては、半導体基板上にモノリシツ
クに集積された電気信号処理用の集積回路、デー
タ入力用光／電気変換素子、データ出力用電気／
光変換素子、前記集積回路への電力供給用光／電
気変換素子を有する識別カードであつて、前記デ
ータ入力用光／電気変換素子及び前記電力供給用
光／電気変換素子を前記半導体基板上にモノリシ
ツクに集積化し、前記データ出力用電気／光変換
素子が前記半導体基板の表面上に積層されかつ前
記集積回路に電気的に接続された液晶素子である
識別カードが提供される。
従つて、基板は、集積回路として作動するばか
りでなく、基板に直接接続されたデータ変換及び
エネルギ供給素子としても作動する。回路ユニツ
トは簡単な方法で識別カード、コイン、リングな
どの任意の識別要素に挿入できる小形のユニツト
であり、リード線が存在しないので故障が殆ど発
生せず操作が確実に行なえるようになる。最後
に、小形設計はそのような回路ユニツトをさらに
小形化する可能性を提供するので今まで適用でき
ないものとして今まで知られている回路ユニツト
を種々の場合に適用できるようにする。
本発明の技術思想に従う変換手段の実現方法は
種々のものがある。例えばフオトセルなどの光変
換器は基板上に集積されたエネルギ伝達用として
設けることができ、それは光が照射された場合回
路に必要な電気を供給する。またデータの入出力
は光学的に行われ、それにより例えばデータ出力
として液晶素子、その出力に対応する光感応素子
としてフオトダイオードなどがデータ入力用に用
いられる。
全ての実施例において、変換素子がリード線な
しに基板と直接接触しているということが極めて
重要である。
下記に本発明の実施例が添付の図面に関連づけ
て詳細に記述される。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ、第１図ｂは光学的作動回路ユニツト
の平面図及び断面図、 第２図ａは識別カードに組込まれた第１図に図
示の回路ユニツトの平面図、 第２図ｂは制御装置内に第２図ａの識別カード
が設けられた場合の断面図、 第３図はデータ入力が行い得る光学的作動回路
ユニツトの平面図、 第４図ａ、第４図ｂは第３図に図示の回路ユニ
ツトにエネルギ供給及びデータ入力をする光源の
光学スペクトル特性図、 第４図ｃ、第４図ｄはデータ入力区域及びエネ
ルギ供給区域をマスクするフイルタの減衰特性
図、 第５図は静電容量式作動回路ユニツトの断面
図、 第６図は制御装置内に第５図の回路ユニツトを
設けた断面図、を示す。
〔発明を実施するための最良の形態〕
第１図ａ及び第１図ｂは、概略的かつ拡大して
示した簡単な実施例としての本発明による回路ユ
ニツト１５を図示している。該回路ユニツトは、
例えば、光電式トランスデユーサによりエネルギ
が供給され、また動作中或る情報を読み出し得る
素子を有する回路ユニツトであり得る。この回路
ユニツトが識別カードに組み込まれると、この回
路ユニツトは例えばコードワード（暗証）を記憶
するのに用いることができ、それにより該識別カ
ードは或る場所への入場許可を制御する電子式キ
イ等に用いることができる。
第１図ｂに図示の如く、在来の方法において形
成された集積回路２は、シリコンウエハ（シリコ
ン基板）１の上に設けられている。集積回路２は
ウエハ１の一部分のみに設けられている。ウエハ
表面の残部には光感応形半導体、例えばフオトセ
ル３が集積されており、フオトセルは集積回路の
動作に必要とされるエネルギを供給するが、該エ
ネルギは従来知られている方法で入射光の放射電
力に依存して発生される。上述の素子は、導電性
隆起条体により、素子相互間及び集積回路と接続
され、導電性の隆起した線状体（配線）は集積回
路製造の通常の過程によりウエハ１上に蒸着され
る。
データはいわゆる「液晶」素子４により読み出
され、液晶素子は今日表示素子としてしばしば用
いられている。液晶素子は液晶膜５を具備してお
り、該液晶膜５はフレーム８において２つの透明
電極６及び７の間に設けられたフレーム８に封止
込められている。フレーム８はシリコンウエハ１
１の寸法に適合されている。知られているよう
に、液晶膜は、該膜の両側にある導電性被覆６及
び７に電界が印加されると極度に少ないエネルギ
を消費するだけで透明な状態に変化するという特
性を有している。従つて、照明を受けた液晶膜は
時々観察者から乳白色に見え、一方励起状態にお
いて透明であり、背景が何であつても（第１図ｂ
においては暗色系の膜１０）、その背景は視認可
能になる。回路ユニツトを完成させるため、液晶
を有するフレーム８は例えば適切な接着剤により
シリコンウエハ１と固着的に接続され、電極６及
び７はスルーコンタクト法により集積回路２の対
応する端子に接続される。フレーム８はフオトセ
ル３に関するスペクトル範囲内において透明であ
り、従つて、フレーム８でフオトセル３を覆うこ
とはフオトセル３の機能と干渉しない。特に液晶
素子がデータ表示に用いられた場合には、データ
表示素子４とエネルギ供給素子３の回路構成は、
回路素子が広い表面にわたつて照明を受けると
き、フオトセルが能動化され、また、液晶表示が
点灯されるという利益がある。それゆえ回路ユニ
ツトの作動は、いかなる精巧な位置決めの問題を
生じることなくまた多大の労力を必要とすること
なく（１つの照明ユニツトのみ）、可能である。
エネルギ供給用及びデータ表示用素子はシリコ
ンウエハの片側のみに設けられるべきであること
を必要としない。
第２図ａは識別カード１６に組み込まれた回路
ユニツト１５を図示している。
すでに上述したように、最も簡単な例示として
の上記の実施例における回路ユニツトは、一制御
過程において、規定された１つの情報のみ、例え
ばID数字の形態としての表示に応答している。
その数字は、従来知られている方法による回路ユ
ニツトの製造過程において、回路ユニツト内のそ
の数字に対応して永久的に記憶するメモリに記憶
される。第２図ｂに図示の如く、特に回路ユニツ
ト１５を照明する光源１８を具備する装置１７の
もとで識別番号の試験を行う間、識別カードは指
向される。この照射によりフオトセル３は回路ユ
ニツトの動作に必要なエネルギを供給する。回路
が動作可能になると、第１図ｂに図示の液晶素子
４により記憶された情報が明・暗の変化として表
示され、液晶素子４はまた光源により照らされ
る。明・暗変調形式で、ダイアフラム２０及び２
つのレンズ２１及び２２を具備する光学系により
液晶素子はフオトダイオード２３上に検出され
る。制御装置内の識別カードの調節は、適切な機
械式位置決め工具（図示せず）により実行でき
る。
第１図ａ及び第１図ｂに図示の回路ユニツト
は、制御過程における個々の識別カードに対して
予め定められており、変更できない情報を表示す
るように予め正確に位置している。しかしながら
多くの場合において、回路ユニツトに外部データ
を供給すること、さらに集積回路内に記憶された
データを組み合わせて集積回路内における情報と
して出力処理すること、又は集積回路内の記憶状
態を将来変更できるようにすることが望まれてい
る。このような目的に適した実施例としては、例
えば、回路ユニツトに電気を供給するために用い
られるフオトセルを通して外部から供給されるデ
ータを提供するものである。この回路ユニツトは
第１図ａ、第１図ｂに図示の如き外部構造を有す
ることができる。この実施例においては、フオト
セルを照らすのに用いられる光は直流成分と情報
を包含する交流成分から成り、それによりこのよ
うな印加電気信号により変調された光により照射
されたフオトセルは変調を受ける。集積回路の内
部において、交流成分は従来知られている電気式
フイルタを通して出力され、そして、必要な場合
には適切に増幅された情報として後段の電子回路
に印加される。
外部データを提供する回路ユニツトの他の可能
性が第３図に図示されている。この場合、回路ユ
ニツトの表面には区域２６が示されており、該区
域は周囲から絶縁されており、交叉ハツチングで
あらわされており、該区域内においては付加的な
フオトダイオードがシリコン基板内に集積されて
いる。フオトダイオードは入力されるべき情報に
従つて変調された光を電気信号に変換する。第３
図において４は集積回路チツプを表わす。
集積回路の製造を簡単にするために、最後に述
べた実施例においては、エネルギ供給用の光の流
れと入力データの分離が有益である。このことは
例えば、区域３及び２６を分離して照明する光学
式映像システムによつて実現することができる。
技術的に容易に実現し得る可能性のあるものと
しては、周波数にもとづいて光の流れを分離する
ことがある。下記に多くの可能性のなかの一つの
ものとして周波数に従つて光の流れを分離する場
合を述べる。区域２６は赤外線部（IR部）が不
足しているスペクトルを有する読み込みデータに
より照明を受け、一方エネルギを供給する区域３
は単独にIR光により照明を受ける。IR光をエネ
ルギ区域に印加すると、特にこの範囲において感
応するシリコンフオトセルの特性が向上し、それ
によりフオトセルの寸法が小さい場合であつても
良好な性能を得ることができる。勿論原理的に
は、データ入力区域は逆にIR光又は他のスペク
トル範囲の光により照明を受けることができる。
レシーバ側における光の流れの分離は特定範囲の
光に感応する複数の適切な検出装置により行われ
る。物理的に等価な複数の検出装置が用いられた
場合、区域３及び２６は、各個が対応する光に対
してのみ透明である光学式フイルタによりマスク
される。これらの事柄についての状態が第４図ａ
〜第４図ｄに概略的に図示されている。第４図ａ
及び第４図ｂは区域３（エネルギ供給）及び区域
２６（データ入力）を照射するスペクトルを示し
ている。第４図ｃ及び第４図ｄは区域３及び区域
２６に用いられるべきフイルタの減衰特性曲線を
示している。
周波数に従つて光の流れを分離することは光学
系によつて光の流れを分離する場合に比して、識
別カードが回路ユニツトの寸法に対し回路ユニツ
トの区域内の大きな表面にわたつて照明を受ける
ことができるという利益がある。従つて円錐状に
光を調節する必要がない。
上記実施例において、エネルギ必要量が非常に
少ないことを利益として適用されることができる
液晶素子によりデータ出力が行われた。しかしな
がらこれらの実施例は、相異なる技術の組合わせ
によるハイブリツド構造の回路ユニツトを要求し
ている。またデータ出力に必要な素子がシリコン
ウエハに集積された場合、モノリシツク構造の回
路ユニツトが実現される。このことは原理的に
は、データ表示用として基板に直接集積されるこ
とが可能な発光ダイオード素子を用いることによ
り得ることができるが、発光ダイオード素子が相
当エネルギを消費するということが特定の分野に
おける用途としては好ましからざる場合がある。
第５図に参考例を図示する。この回路ユニツト
の場合においては、データは静電容量によつて入
力又は出力される。このため蒸着された導電性被
覆３０及び３１がシリコンウエハ１上に設けら
れ、該２つの被覆は蒸着された導電性の隆起した
線状体（配線）（図示せず）により集積回路２に
接続されている。前述のようにフオトセル３はエ
ネルギ供給用として設けられ、該フオトセルは集
積回路２に沿つてシリコンウエハに直接集積され
ている。
第６図は制御装置における最後に述べた回路に
設けられた識別カードの動作に関し図示してい
る。データを入力又は出力するため対向電極３３
が回路ユニツトの区域内にある識別カード上に置
かれており、該対向電極は回路よりも相当大きい
ものであり得る。また識別カードに比し大きな表
面を有し得る対向電極の１つのみを用いることに
より、制御装置内におけるカードの調節に関する
問題は存在しない。透明な材料で作られている電
極は透明かつ導電性の被覆３４に設けられてお
り、それにより光源３５からの光が支障を受ける
ことなく回路のフオトセルに到達することができ
る。
いわゆる「マルチプレツクス」法に従つて制御
装置は識別カードの回路ユニツトと情報伝達を行
う。データ入力及びデータ出力は規定された時間
間隔内において連続的に行われる。
回路を始動させた後、換言すればフオトセルを
照射後規定時間間隔経過後、データ入力用の信号
通過時間的窓（ウインドー）がまず形成され、そ
れから対応する受光電極（第５図の例えば電極３
０を参照）が作動可能状態になる。制御装置の電
極３３はこの形態においては送信器として作動す
る。集積回路は、入力ウインドー内において等間
隔で連続する「スキヤニングポイント」を発生さ
せる。もしデータ送出かつ受容ユニツト３６によ
り発生され適用された電極に導かれる電圧パルス
が、２つのスキヤニングポイント間に現れると、
集積回路の論理回路はそれを解釈する。例えば、
パルスが存在すれば論理「１」とし、２つのスキ
ヤニングポイント間にパルスが存在しなければ論
理「０」とする。導電性被覆３０に印加されたパ
ルス電圧の電位は、シリコンウエハの下側に蒸着
された被覆３１に対して規定され、制御装置の接
地されたベース板４０により静電容量的に基準電
位に維持されている。
データの出力は、規定時間経過後「データ出
力」ウインドーが形成されるとすぐに、上記のデ
ータ入力において述べた原理に従つて行われる。
この期間導電性被覆３０に結合され、電圧が印
加されている電極３３は受信器として作動する。
データ入力及びデータ出力の期間は、制御装置が
回路ユニツトに送出する制御情報に対応させるこ
とによる従来知られている方法にもとづき規定さ
れ得る。
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