JPH10138672A - スマートカードおよびその製造方法 - Google Patents

スマートカードおよびその製造方法

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JPH10138672A JP9297739A JP29773997A JPH10138672A JP H10138672 A JPH10138672 A JP H10138672A JP 9297739 A JP9297739 A JP 9297739A JP 29773997 A JP29773997 A JP 29773997A JP H10138672 A JPH10138672 A JP H10138672A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性および信頼性を向上させ、従来のスマ
ートカードよりも安価に生産可能なスマートカードを提
供する。 【解決手段】 スマートカード（１０）は、部分的にラ
ミネート層（７７）によって形成されている。ラミネー
ト層（７７）は、複数の誘電体層（１１，３０），絶縁
層（４５，５０），抵抗層（５５），および電気的活性
構造で構成されている。電気的活性構造は、誘電体層の
一方（１１）で形成された容量性構造（２３）、および
導体層で作られ、他方の誘電体層（３０）上で螺旋パタ
ーンに形成されているアンテナ（３２）を含む。これら
の層（１１，３０，４５，５０，５５）は別個に形成さ
れ、次いで共に加圧され、ラミネート層（７７）を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、電子部
品に関し、更に特定すれば、スマートカードおよびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】スマートカードは、大量の消費者トラン
ザクションの促進を図るために開発された電子部品であ
る。例えば、スマートカードは、バスの乗車券(bus pas
s)上に乗車回数を記録するために用いられる。消費者が
バスに乗るとき、スマートカードをスマートカード・リ
ーダに載せると、消費者の口座から１回分の運賃が差し
引かれる。
【０００３】スマートカードの一タイプに、非接触スマ
ートカードとして知られているものがある。非接触スマ
ートカードは、単にスマートカードをスマートカード・
リーダに近接して配置するだけで動作する。非接触スマ
ートカードは、スマートカードをリーダ内に挿入する必
要がないので、トランザクションの処理を素早く行うこ
とができる。非接触スマートカードの用途の１つに高速
道路の料金所がある。各々適正に装備された自動車は非
接触スマートカードを有し、自動車が料金所を通過する
と、スマートカード・リーダが無線周波数（ＲＦ）伝送
を用いてカードを付勢し、消費者の口座から１回分の料
金を差し引く。
【０００４】典型的な非接触スマートカードは、半導体
素子を含み、これを用いて口座情報を格納し、各トラン
ザクションを処理する。また、非接触スマートカード
は、アンテナも有し、ワイヤを螺旋状に巻き付けること
によって形成されている。アンテナによって収集される
ＲＦ電力は、個別のコンデンサを充電し、半導体素子に
給電し、スマートカードが適正な周波数で動作すること
を保証する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】個別のコンデンサを追
加したことが、スマートカードに信頼性に関する問題を
招いた。スマートカードは、典型的に、札入れ，財布，
またはポケットに入れて携行するので、かなりの物理的
な応力を受ける可能性がある。個別のコンデンサを作る
ために用いられる材料はさほど柔軟性がなく、応力の下
で破壊する可能性がある。コンデンサが破壊すると、ス
マートカードの機能が失われ、その結果、スマートカー
ド上に格納されていた消費者の情報が損失することにな
る。
【０００６】以上の説明から、個別のコンデンサの使用
を必要としない非接触スマートカードを提供することが
できれば有利であることが認められよう。また、かかる
スマートカードを形成する際に用いられる方法が、従来
のスマートカードを形成するこれまでの方法よりも経済
効率が高ければ有利であろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】概して言えば、本発明
は、スマートカードを形成するための新規なプロセスを
提供する。スマートカードは、当該スマートカードを携
行する消費者に関係する情報を格納可能な電子部品アセ
ンブリである。以下に説明するプロセスは、スマートカ
ードになるラミネート層の一部として、容量性構造を形
成する。このスマートカードは、一連の個別層から成
り、これらを別個に形成し、一緒に加圧することによっ
てラミネート層を形成することができる。このプロセス
の利点の１つは、個別のコンデンサをスマートカードに
接合する必要性を排除したことである。これによって、
スマートカードの柔軟性を改善し、スマートカードの信
頼性向上を図ることができる。
【０００８】尚、図示の簡略化および明確化を図るため
に、図内の素子は必ずしも同じ拡縮率で描かれている訳
ではないことは認められよう。例えば、明確化のため
に、素子の内あるものの寸法は、他の素子に対して誇張
されている場合がある。更に、適切であると判断した場
合には、図面間で参照番号を繰り返し、対応する素子ま
たは類似する素子を示すこととした。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による製造プロセ
スの初期段階における、スマートカード１０の拡大断面
図である。誘電体物質１１の層を用いて、スマートカー
ド１０となるラミネ−ト構造における層の１つを形成す
る。尚、誘電体物質１１の層のことを、以降誘電体層１
１と呼ぶことにする。誘電体層１１は、従来からの個別
のコンデンサに置き換わる、コンデンサ構造２３の誘電
体物質を設ける。また、誘電体層１１は、基板としても
機能し、その上に他の構造や層が形成される。好ましく
は、誘電体層１１は、約３から３０の範囲の誘電率を有
し、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethy
lene) ，エポキシ・ガラス物質，ポリイミド，クオー
ツ，ケブラー(kevelar) ，液晶ポリマ（ＬＣＰ）等のよ
うな物質を用いて形成される。誘電体層１１を設けるた
めに用いられる物質の誘電率は、セラミック，シリカ，
人工ダイアモンド等のような充填剤を付加することによ
って調節可能である。誘電体層１１は厚さ１４を有し、
これを用いて容量性構造２３の電気的特性を調節する。
好ましくは、誘電体層１１の厚さ１４は、約５０ミクロ
ンから５００ミクロンまでの範囲とする。
【００１０】好適実施例では、誘電体層１１を貫通し、
上面１２から下面１３までに及ぶ孔２４をドリルで穿設
する。以下でより明確となろうが、孔２４は、スマート
カード１０全体の電気的接続を与えるために用いられ
る。電気めっきまたは化学蒸着のような技法を用いて、
銅，金，ニッケル，アルミニウム等のような導電性物質
１５を、孔２４に含ませる。
【００１１】導電性プレート２１を誘電体層１１の上面
１２上に形成し、導電性プレート２２を下面１３上に形
成して、容量性構造２３を形成する。導電性プレート２
１，２２は、ボンディング・パッド２７ないし２９およ
び相互接続線２５，２６と共に、誘電体層１１の上面１
２および下面１３上に形成した導電層（図示せず）から
パターニングしたものである。この導電層は、スパッタ
リング，電気メッキ，化学蒸着のような種々の技法を用
いて、または上面１２および下面１３上に薄い箔膜を展
延することによって形成可能である。この導体層は、ア
ルミニウム，銅，金，ニッケル，クロム，タングステン
のような種々の物質から作ることができ、スパッタリン
グしたニッケルのシード層ならびに電気めっきしたクロ
ムおよび銅層のような物質の組み合わせで構成すること
も可能である。また、フォトレジストのパターン層およ
び反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）またはウエット
・エッチング・プロセスのような従来からの技法を用い
て、導電層にパターニングおよびエッチングを行う。
【００１２】導電性プレート２１，２２の形成後、接合
剤２０を導電性プレート２２上に形成し、接合剤１８を
孔２４の開口の下に形成することによって、導電性物質
１５と電気的な接触状態とする。以下に示すように、接
合剤１８，２０は、誘電体層１１の下にある他の層に電
気的接続を行うために用いられる。例えば、接合剤２０
は、容量性構造２３の導電性プレート２２を、誘電体層
１１の下に形成されるアンテナに電気的に接続するため
に用いることができる。この特定例について後に図示す
る。好ましくは、接合剤１８，２０は、金のように熱圧
縮接合(thermalcompression bond)を形成する物質であ
る。ニッケル，はんだペースト，導電性エポキシ，アル
ミニウム，または銅のような他の導電性物質も使用可能
であることは理解されよう。
【００１３】図２は、誘電体層１１の拡大平面図であ
り、切断線１−１を用いて、図１に示した部分の図２に
示す部分との関係を示す。ボンディング・パッド２７，
２８を用いて、電子部品（図示せず）を容量性結合２３
に電気的に接続する。ボンディング・パッド２７および
導電性プレート２１間の電気的接続は、相互接続線２６
によって与えられる。ボンディング・パッド２９を用い
て、電子部品を、誘電体層１１の上または下に配置され
るはずのいずれかの構造に電気的に接続する。電子部品
およびボンディング・パッド２９間の電気的接続は、相
互接続線２５によって与えられる。スマートカード１０
の機能を与えるために用いられる電気接続については、
以下で更に詳細に説明することにする。
【００１４】導電性プレート２２の導電性プレート２１
に対する相対的なサイズおよび位置を、図２において破
線で示す。誘電体層１１および導電性プレート２２が重
なり合う導電性プレート２１の部分が容量性構造２３
（図１参照）を形成する。重なり合った部分は、図２に
おいて領域１９として示されている。容量性構造２３の
有効な容量値は、重なり合った量（領域１９），誘電体
層１１の厚さ１４，および誘電体層１１の誘電率によっ
て決定される。尚、これら３つの変数の全てを調節する
ことによって、容量性構造２３のサイズ，位置，および
有効容量値の柔軟な設定が可能である。
【００１５】図２に示すように、誘電体層１１は、その
表面領域を規定する外縁３９も有する。誘電体層１１の
表面積は、スマートカード１０の最終サイズや、容量性
構造２３を形成するために必要な容量のような、多数の
ファクタに依存する。好ましくは、誘電体層１１は、少
なくとも１平方ミリメートルの表面積を有する。導電性
プレート２１は、外縁３８によって示されるような表面
積を有する。好適実施例では、誘電体層１１は、容量性
構造２３に誘電体物質を設けるために用いられるだけで
なく、スマートカード１０に柔軟性を与え、ボンディン
グ・パッド２７，２８のような誘電体層１１上に形成さ
れる構造を支持するためにも用いられる。その結果、誘
電体層１１の表面積は、導電性プレート２１の表面積よ
りも大きくなる。実施例によっては、誘電体層１１の表
面積は、導電性プレート２１の表面積と等しい可能性も
あることも理解されよう。
【００１６】次に図３に移る。追加の誘電体層３０を用
意し、誘電体層１１と組み合わせてスマートカード１０
を形成する。図３は、誘電体層３０の拡大断面図であ
り、誘電体層３０は、上面３１、および好ましくは約５
０ミクロンから５００ミクロンまでの範囲の厚さ３３を
有する。好適実施例では、誘電体層３０は、約３から１
５の範囲の誘電率を有し、ポリテトラフルオロエチレ
ン，エポキシ・ガラス物質，ポリイミド，液晶ポリマ等
のような物質を用いて形成される。誘電体層１１を設け
るために用いられる物質の誘電率は、セラミック，シリ
カ，人工ダイアモンド等のような充填剤を付加すること
によって調節可能である。
【００１７】アンテナ構造３２を、誘電体層３０の上面
３１上に形成する。このアンテナ構造３２のことを以降
アンテナ３２と呼ぶ。好適実施例では、アンテナ３２
は、導電性物質（図示せず）の層からパターニングさ
れ、この導電性物質層を適切な形状にパターニングする
ことにより、アンテナ３２が無線周波数（ＲＦ）信号を
受信し、電流をスマートカード１０に供給可能となる。
【００１８】アンテナ３２を形成するための方法の１つ
は、銅，ニッケル／金，アルミニウム等のような物質か
ら作った導電層を形成することである。これは、電気め
っき，スパッタリング，または化学蒸着プロセスを用い
て、上面３１上に堆積する。また、各々異なる組成を有
する一連の層によって導電層を形成することも可能であ
る。例えば、銅の層をスパッタリングし、次に電気めっ
きプロセスを用いてニッケルの層を形成する。導電層
は、上面３１上に薄い導電性物質の箔を配置することに
よっても形成可能である。
【００１９】次に、従来のフォトリソグラフィおよびエ
ッチング技法を用いて、当技術において行われているよ
うに、導電層にパターニングを行う。フォトレジストの
ようなマスク層（図示せず）を、導電層上に堆積する。
マスク層は、導電層の部分を露出させ、その他の部分を
マスク層によって保護するようなパターンを有する。次
に、エッチング・プロセスを用いて、導電層の露出部分
を除去することにより、導電層にパターニングを行って
アンテナ３２を形成する。このパターニングは、反応性
イオン・エッチング（ＲＩＥ）またはウエット・エッチ
ング溶液を用いて、従来のエッチング・プロセスで行う
ことができる。勿論、用いるエッチングの種類は、アン
テナ３２を形成するために用いられる導電層の組成によ
って異なる。
【００２０】アンテナ３２の形成後、接合剤３４，３５
をアンテナ３２上に形成し、誘電体層３０を覆う層に電
気的接続を行う。接合剤３４，３５の配置およびサイズ
は、スマートカード１０を形成するために必要な電気接
続によって異なる。例えば、接合剤３４，３５は、アン
テナ３２を導電性プレート２２および導電性物質１５に
電気的に結合するために用いることができる。これにつ
いては、次の検討において示すことにする。接合剤３
４，３５は、金のように熱圧縮接合を容易に形成する物
質で作ることが好ましい。尚、ニッケル，はんだペース
ト，アルミニウム，導電性エポキシ，または銅のような
他の導電性物質も、接合剤３４，３５を形成するために
使用可能であることは理解されよう。
【００２１】図４は、誘電体層３０の拡大平面図であ
る。図４は、アンテナ３２がＲＦ信号を受信可能とする
ようにこれをパターニングする１つの方法を例示する。
図示のように、アンテナは、薄い導電性物質で作られた
螺旋パターンを有し、それ自体の周囲を取り巻くことが
できる。当業者には認められようが、アンテナ３２の螺
旋形状は、螺旋パターンにおけるピッチおよび巻数を変
更することにより、特定の無線周波数に対してアンテナ
３２が有する応答を最適化することが可能である。図４
には切断線２−２を設け、図３の断面図を示す。
【００２２】図４において、アンテナ３２の表面積を示
すために破線７０が用いられている。アンテナ３２の螺
旋パターンの全ては、破線７０内に収容されている。図
２に示した好適実施例と比較すると、誘電体層１１の表
面積は、破線７０で示すアンテナ３２の表面積よりも大
きい。また、図示しない他の実施例では、アンテナ３２
の表面積は、誘電体層１１の表面積と等しい可能性があ
ることも理解されよう。
【００２３】図５は、更に処理を行った後の、スマート
カード１０の拡大断面図である。ポリイミド，ボンドプ
ライ(bondply) ，プリペグ(prepeg)，非クラッド・ポリ
テトラフルオロエチレン(unclad polytetrafluoroethyl
ene)等のような絶縁物質４５の層を、誘電体層３０の上
に配置する。図５に示すように、絶縁層４５は開口７
１，７２を有し、接合剤３４，３５（図３参照）が絶縁
層４５を通過し、上に位置する構造に電気的に結合可能
となっている。接合剤１８（図１参照）が接合剤３５と
整合し、更に接合剤２０が接合剤３４と整合するよう
に、絶縁層４５上に誘電体層１１を配置する。
【００２４】加圧処理(pressing operation)を行い、誘
電体層３０，絶縁層４５，および誘電体層１１を共に永
久的に接合し、ラミネート層７７の一部を形成する。こ
れらの層と共に接合する方法の１つは、１インチ当たり
約５０ポンド（ＰＳＩ）から５００ＰＳＩの範囲の圧力
を加え、誘電体層３０を誘電体層１１の方向に、および
その逆に押し込むことである。圧力を加えながら、摂氏
約４００度（℃）から８００℃の範囲の温度で、約１時
間ないし４時間層を加熱する。この加圧処理によって、
接合剤２０，３４を永久的に接合し、接点４０を形成す
ることができ、接点４０は絶縁層４５内の開口７１を通
過して、導電性プレート２２をアンテナに電気的に接続
する。接合剤１８，３５は、接点４１を形成し、これは
絶縁層４５内の開口７２を通過し、アンテナ３２を導電
性物質１５に電気的に接続する。一方、導電性物質１５
は、導電性プレート２１に電気的に接続される。
【００２５】オプションとして、追加の絶縁層５０を、
ラミネート層７７の一部として、誘電体層１１の上面１
２に接合することも可能である。絶縁層５０は、誘電体
層１１上の導電性部分（即ち、導電性プレート２１）お
よび電子部品５１間を絶縁するために使用可能である。
絶縁層５０は、塩化ポリ・ビニル（ＰＶＣ：poly vinyl
chloride)，薄いＦＲ−４，ポリエステル，またはポリ
イミドのような種々の物質から作ることができ、必要と
される電気的特性によって異なる。上述と同様の加圧処
理も用いて、絶縁層５０を誘電体層１１に永久的に接合
することも可能である。絶縁層５０は空洞７５を有し、
ボンディング・パッド２７，２８の部分を露出させ、こ
れらを用いて、空洞７５内の電子部品５１に電気的に接
続する。電子部品５１は、スマートカード１０の機能要
件に応じて、種々の素子とすることができる。例えば、
電子部品５１は、半導体素子，集積回路，光電部品，マ
イクロプロセッサ，マイクロコントローラ等とすること
ができる。従来の接合技法を用いて、電子部品５１をボ
ンディング・パッド２７，２８に電気的かつ物理的に接
続することができる。
【００２６】図５に示すように、絶縁層５０は孔５３を
有し、これに導電性物質５４を充填して、誘電体層１１
上のボンディング・パッド２９を、絶縁層５０の上面８
０上またはその上方に形成されている構造に電気的に接
続する。オプションとしての別の実施例では、タングス
テン，ポリシリコン，銅，アルミニウム等のような抵抗
性物質５５の層を上面８０上に形成する。抵抗性物質５
５は、スマートカード１０の電気的動作のために抵抗素
子（即ち、抵抗）を設けるために使用することができ
る。抵抗性物質５５の厚さおよびサイズを調整すること
により、必要とされる正確な抵抗値（オーム）を得るこ
とができる。
【００２７】スマートカード１０の形成を完成するため
に、ラミネート層７７を、保護被膜６０内に封入する。
保護被膜６０は、塩化ポリ・ビニルのような物質で作る
ことができ、スマートカード１０を保管または使用する
環境から、スマートカード１０を保護するために用いら
れる。
【００２８】本発明によって形成されたスマートカード
１０は、従来のスマートカードに対して多くの利点を有
する。まず、個別のコンデンサをスマートカードに接合
する必要性を排除した容量性構造が形成される。この容
量性構造を、柔軟性のある誘電体物質シートで形成する
ことにより、スマートカードの全体的な柔軟性が向上す
る。通常、容量性構造を形成するために用いられる誘電
体層は、少なくとも１平方インチ当たり５０，０００な
いし２，５００，０００ポンドの弾性率を有する。個別
のコンデンサの弾性率と比較すると、典型的に、１平方
インチ当たり２２，００００，００００ないし５３，０
００，０００ポンドであるので、本発明は、格段に柔軟
性の高い構造を提供するので、スマートカードを使用お
よび収容する際の応力に対する耐性も向上する。
【００２９】上述の例に示したように、容量性構造２３
は誘電体層１１上に形成され、アンテナ構造３２は別個
の誘電体層３０上に形成された。また、アンテナ構造
は、容量性構造を形成するために用いたのと同じ誘電体
層上にも形成可能であることは理解されよう。これは、
ラミネート層を形成する際に用いる層の数が減少するの
で有利である。
【００３０】加えて、本発明は、図５に示した特定実施
例に限定される訳ではないことは理解されよう。誘電体
層１１の誘電体層３０，絶縁層５０，および抵抗性物質
５５に対する配置は任意である。また、容量性構造をア
ンテナの下に形成することや、容量性構造およびアンテ
ナの間に抵抗性物質の層を形成し、抵抗−容量性（Ｒ
Ｃ）ネットワークの完全な補体(full complement) を設
けることでさえ可能である。また、多数の容量性構造，
アンテナ，または抵抗素子を、ラミネート層内に形成
し、追加機能を有するスマートカードを提供することも
可能である。
【００３１】本発明によるスマートカードの設計および
製造における柔軟性のために、従来のスマートカードに
対して著しい利点が得られる。この柔軟性により、高温
処理に敏感な可能性がある構造を、高温処理を用いる層
とは別個に形成可能となる。要約すれば、本発明は、生
産性および信頼性を向上させ、しかも従来のスマートカ
ードよりも安価に生産可能な、スマートカードの形成を
可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造プロセスの初期段階における
スマートカードの一部分の拡大断面図。
【図２】図１に示したスマートカードの部分の拡大平面
図。
【図３】本発明によるスマートカードの他の部分の拡大
断面図。
【図４】図３に示したスマートカードの部分の拡大平面
図。
【図５】本発明による完全なスマートカードの拡大断面
図。
【符号の説明】
１０ スマートカード １１ 誘電体層 １５ 導電性物質 １８，２０ 接合剤 ２１，２２ 導電性プレート ２３ コンデンサ（容量性）構造 ２４ 孔 ２５，２６ 相互接続線 ２７〜２９ ボンディング・パッド ３０ 誘電体層 ３２ アンテナ ３４，３５ 接合剤 ３８ 外縁 ４５ 絶縁層 ５１ 電子部品 ５５ 抵抗性物質 ６０ 保護被膜 ７１，７２ 開口 ７０ ラミネート層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・エー・ジャンジンスキ アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューアー ク・バレイ、マーフィー・レーン115

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】スマートカード（１０）であって：上面
    （３１）を有する第１誘電体物質層（３０）；前記第１
    誘電体物質層の上面を覆う導電層（３２）であって、螺
    旋パターンを有する前記導電層（３２）；上面（１２）
    および下面（１３）を有する第２誘電体物質層（１
    １）；前記第２誘電体物質層の上面を覆う第１導電性プ
    レート（２１）；前記第２誘電体物質層（１１）の下面
    の下にある第２導電性プレート（２２）であって、前記
    第１導電性プレート（２１）の少なくとも一部と重なり
    合う前記第２導電性プレート（２２）；前記導電層（３
    ２）に電気的に結合されている電子部品（５１）；およ
    び前記第１誘電体物質層（３０）および前記第２誘電体
    物質層（１１）を含むラミネート層（７７）；から成る
    ことを特徴とするスマートカード（１０）。
  2. 【請求項２】電子部品アセンブリ（１０）であって：上
    面（１２）および下面（１３）を有する誘電体物質層
    （１１）；前記誘電体物質層（１１）の上面（１２）を
    覆う第１導電性プレート（２１）；前記誘電体層（１
    １）の下面（１３）の下にある第２導電性プレート（２
    ２）であって、前記第１導電性プレート（２１）および
    前記誘電体物質層（１１）と共に、容量性構造（２３）
    を設ける前記第２導電性プレート（２２）；電子部品
    （５１）；および前記電子部品（５１）および前記第１
    導電性プレート（２１）に電気的に結合されているアン
    テナ（３２）；から成ることを特徴とする電子部品アセ
    ンブリ（１０）。
  3. 【請求項３】スマートカード（１０）であって：上面
    （１２）および下面（１３）を有する第１誘電体物質層
    （１１）；前記第１誘電体物質層（１１）の上面（１
    ２）を覆う第１導電性プレート（２１）；前記第１誘電
    体物質層（１１）の下面（１３）の下にある第２導電性
    プレート（２２）であって、前記第１導電性プレート
    （２１）の少なくとも一部と重なり合う前記第２導電性
    プレート（２２）；第２誘電体物質層（３０）；前記第
    ２誘電体物質層（３０）上のアンテナ（３２）；前記第
    １誘電体物質層（１１）を覆う抵抗性物質層；電子素子
    （５１）であって、前記第１導電性プレート（２１），
    前記アンテナ（３２），および前記抵抗性物質層が電気
    的に結合されている前記電子部品（５１）；および前記
    第１誘電体物質層（１１）および前記第２誘電体物質層
    （３０）を含むラミネート層（７７）；から成ることを
    特徴とするスマートカード（１０）。
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