JPH0816922B2 - 電気信号処理用の集積回路を有する識別カード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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ットを作動さ
せるためにエネルギ伝達、データ出力、若し要求される
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ットを有する識別カードに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日、集積回路の形態をなす多数の回路
ユニットは、各個が１つの半導体チップ（基板）上に形
成されている。これらの半導体チッ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
半導体チップはリード線を通して半導体チップを包囲す
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。

【０００３】種々の適用例が存在するが、それらの適用
例においては、半導体チッ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
体チッ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）。

【０００４】識別カードに回路ユニットを収容すること
は、使用中カードが機械的な応力を受けるので、特にカ
ードに設けられた回路ユニッ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ットを収容することは、機械的応力
によって鋭敏に影響を受ける端子線によって複雑とな
る。

【０００５】それゆえ、リード線を用いずに半導体チッ
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。データは光ファイバの
束を通して伝送され、該光ファイバの束は変換素子と調
和させて回路ユニッ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
より半導体チッ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。

【０００６】また、従来の識別カードにおいては（参
照：特開昭５１−１５９４６号公報（Ｆｉｇ．１）、特
開昭５１−１５９４６７号公報（Ｆｉｇ．１））、デー
タ入力及びデータ出力は光／電気（または電気／光）変
換素子によって行われており、さらに、エネルギー供給
は送受信装置側の１次コイル（１５１）及び識別カード
の２次コイル（１０５）によって行われ、直流電流が供
給される（フィルタ１０７）。さらに、他の従来の送受
信装置においては（参照：特開昭５５−４１９９号公報
（Ｆｉｇ．１））、２成分を有する光信号を送信する光
送信線（２００）、電気エネルギに変換後の直流電流を
電気部分に供給する直流電流部品、送信すべき情報を有
する情報部品、光信号を電気信号に変換する検出器（３
０２）、情報とエネルギとを分離するフィルタ（３０
３）が設けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
識別カード（特開昭５１−１５９４６号公報及び特開昭
５１−１５９４７号公報）及び送受信装置（特開昭５５
−４１９９号公報）の組合せた場合の問題の解決がされ
ていない。つまり、光／変換素子が大型かつ製造困難で
あること、識別カードはエネルギ供給用の直流成分光と
情報送信用の交流成分光とが混在していること、等に対
する問題が解決されていない。

【０００８】従って、本発明の目的は、小型かつ製造容
易であり、また、直流成分光及び交流成分光の分離を可
能とする識別カードを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、半導
体基板上にモノリシッ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って、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
換素子を共通の素子として前記半導体基板上にモノリシ
ックに集積化し、前記集積回路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ィルタを具備する識別カードが提
供される。

【００１０】

【作用】従って、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。回路ユニットは簡単な方
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ットであり、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ットを
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ットを種々
の場合に適用できるようにする。

【００１１】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。例えばフォ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ォトダイオードなどがデー
タ入力用に用いられる。

【００１２】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。

【００１３】

【実施例】図１（Ａ）及び図１（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
ニット１５を図示している。該回路ユニットは、例え
ば、光電式トランスデュ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
路ユニットであり得る。この回路ユニットが識別カード
に組み込まれると、この回路ユニッ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。

【００１４】図１（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、例えばフォトセル３が集積されてお
り、フォ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。

【００１５】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、この液晶
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。従って、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
景が何であっても（図１（Ｂ）においては暗色系の膜１
０）、その背景は視認可能になる。回路ユニットを完成
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はフォトセル３に関
するスペクトル範囲内において透明であり、従って、フ
レーム８でフォトセル３を覆うことはフォトセル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って照明を受け
るとき、フォ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。それゆえ回路ユニットの作
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
ットのみ）、可能である。

【００１６】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。図２（Ａ）は識別カード１６に組み込ま
れた回路ユニット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
回路ユニットは、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数学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
路ユニットの製造過程において、回路ユニット内のその
数字に対応して永久的に記憶するメモリに記憶される。
図２（Ｂ）に図示の如く、特に回路ユニット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
フォトセル３は回路ユニッ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、図１（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ォト
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。

【００１７】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に図示の回路ユ
ニットは、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、回路ユニッ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、回路ユニットに電気を供給するために用いられ
るフォ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。この回路ユニットは図１（Ａ）、図１
（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、フォ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
より照射されたフォ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ィ
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。

【００１８】外部データを提供する回路ユニットの他の
可能性が図３に図示されている。この場合、回路ユニッ
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、交叉ハッ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ォトダイオードがシ
リコン基板内に集積されている。フォトダイオードは入
力されるべき情報に従って変調された光を電気信号に変
換する。図３において４は集積回路チップを表わす。

【００１９】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
によっ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っ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ォトセル
の特性が向上し、それによりフォトセルの寸法が小さい
場合であっ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ィル
タによりマスクされる。これらの事柄についての状態が
図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に概略的に図示されている。図
４（Ａ）及び図４（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。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は区域３及び区域２６
に用いられるべきフィルタの減衰特性曲線を示してい
る。

【００２０】周波数に従って光の流れを分離することは
光学系によって光の流れを分離する場合に比して、識別
カードが回路ユニットの寸法に対し回路ユニットの区域
内の大きな表面にわたって照明を受けることができると
いう利益がある。従っ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ッド構造
の回路ユニットを要求している。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、モノリシッ
ク構造の回路ユニットが実現される。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。

【００２１】図５に参考例を図示する。この回路ユニッ
トの場合においては、データは静電容量によって入力又
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
フォトセル３はエネルギ供給用として設けられ、該フォ
トセルは集積回路２に沿ってシリコンウエハに直接集積
されている。

【００２２】図６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が回路ユニッ
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
のフォトセルに到達することができる。

【００２３】いわゆる「マルチプレックス」法に従って
制御装置は識別カードの回路ユニットと情報伝達を行
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
すればフォ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（図５の例えば電極３０
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
ャニングポイント」を発生させる。もしデータ送出かつ
受容ユニット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つのスキャ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つのスキャ
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。

【００２４】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って行われる。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３
３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ッ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。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
／電気変換素子をモノリシック上に集積回路上に集積化
したので、識別カードを小型化かつ製造容易にでき、ま
た、識別カード上の直流成分光及び交流成分光の分離も
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学的作動回路ユニットの平面図（Ａ）及び断
面図（Ｂ）である。

【図２】識別カードに組込まれた図１に図示の回路ユニ
ットの平面図（Ａ）及び制御装置内に識別カードが設け
られた場合の断面図である。

【図３】データ入力が行い得る光学的作動回路ユニット
の平面図である。

【図４】図３に図示の回路ユニッ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（（Ａ）
（Ｂ））、及びデータ入力区域及びエネルギ供給区域を
マスクするフィルタの減衰特性図（（Ｃ），（Ｄ））で
ある。

【図５】静電容量式作動回路ユニットの断面図である。

【図６】制御装置内に図５の回路ユニットを設けた断面
図である。

【符号の説明】

１…ウエハ ２…集積回路 ３…フォトセル ４…液晶 ５…液晶膜 ６，７…透明電極 ８…フレーム １５…回路ユニット １６…ＩＤカード ３６…送受信装置

フロントページの続き (72)発明者 マウラー，トーマス ドイツ連邦共和国，8000 ミュンヘン 60，アポロベグ 12 (56)参考文献 特開 昭49−60835（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−109166（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3906460（ＵＳ，Ａ) 米国特許4007355（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気信号を処理するための集積回路を半
   導体基板上に有する識別カードであり、データ入力およ
   びデータ出力のための光電子素子と前記集積回路に電力
   を供給する光電子素子とを有する識別カードであって、 前記半導体基板上にモノリシックに集積化されたデータ
   入力および電力供給のための共通の１つの光電子素子と
   を具備し、 前記集積回路が情報として処理されるべき受伝光の交流
   成分と電力供給のために使用されるべき受伝光の直流成
   分とを分離するための電子フィルタを備え、 前記データ出力のための光電子素子が前記基板上にモノ
   リシックに集積された発光ダイオードである識別カー
   ド。
2. 【請求項２】 集積回路が前記基板の一方に配置し基板
   の残りの部分は光電子結合素子のために使用される請求
   項１に記載の識別カード。