非接触通信媒体
【課題】製造コストが小さく、さらなる薄型化が可能な、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体を提供すること。
【解決手段】本発明の非接触通信媒体は、第１の導線８と、第２の導線１０と、集積回路チップ７と、基材５とを具備する。第１の導線８は、第１の端部８ａ及び第２の端部８ｂを有し、環状に形成されている。第２の導線は、第３の端部１０ａ及び第４の端部１０ｂを有し、第１の導線８の内側に環状に形成されている。
集積回路チップ７は、第１の端子７ｂと第４の端子７ｇとを介して第１の導線８と第２の導線１０を含むループアンテナ６を形成し、第２の端子７ｃと第３の端子７ｆとを介して静電容量素子及びループアンテナ６を含む共振回路を形成する。
基材５は、第１の導線８、第２の導線１０及び集積回路チップ７が実装される第１の面５ａを有する。
【解決手段】本発明の非接触通信媒体は、第１の導線８と、第２の導線１０と、集積回路チップ７と、基材５とを具備する。第１の導線８は、第１の端部８ａ及び第２の端部８ｂを有し、環状に形成されている。第２の導線は、第３の端部１０ａ及び第４の端部１０ｂを有し、第１の導線８の内側に環状に形成されている。
集積回路チップ７は、第１の端子７ｂと第４の端子７ｇとを介して第１の導線８と第２の導線１０を含むループアンテナ６を形成し、第２の端子７ｃと第３の端子７ｆとを介して静電容量素子及びループアンテナ６を含む共振回路を形成する。
基材５は、第１の導線８、第２の導線１０及び集積回路チップ７が実装される第１の面５ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触通信が普及している。非接触通信システムは、典型的には、リーダライタと、ＩＣ（Integrated Circuit)カードのような非接触通信媒体によって構成され、両者は所定の周波数を有する電磁波を介して通信する。リーダライタに非接触通信媒体が接近すると、リーダライタから放射される電磁波によって誘起される誘導電流により非接触通信媒体に駆動電力が供給される。非接触通信媒体はこの駆動電力を利用してリーダライタに対して電磁波を放射し、リーダライタに信号を伝達する。
【０００３】
非接触通信媒体は、アンテナコイル、アンテナコイルと共振回路を形成するためのコンデンサ、アンテナコイルを制御する制御回路、情報を記録する記憶素子等によって構成される。アンテナコイルとコンデンサによって形成される共振回路の共振周波数が、上述した電磁波の周波数である場合に最も高い伝送効率が得られる。非接触通信媒体は、上述のように、リーダライタから電力供給を受けて駆動されるために電源を内蔵する必要はなく、薄型軽量化が可能であり、カード状あるいはシート状に形成することができる。
【０００４】
例えば特許文献１には、非接触通信のためのＩＣカードが記載されている。このＩＣカードは、１枚の絶縁基板にアンテナコイル、コンデンサー部及びＩＣチップが実装されたＩＣモジュールが、２枚の外装シートによって挟みこまれて形成されている。アンテナコイルを形成する導線は、絶縁基板の表面に平面的なスパイラル状に形成され、表面のアンテナコイルの内周側に配置されたＩＣチップに接続されている。
【０００５】
このＩＣカードのアンテナコイルとＩＣチップの接続を具体的にみると、アンテナコイルの内周側の一端は、絶縁基板の表面に形成された配線を介してＩＣチップに接続されている。アンテナコイルの外周側の他端は、絶縁基板の表面から裏面に至るスルーホールと、裏面に形成された配線と、裏面から表面に至るスルーホールを介してＩＣチップに接続されている。
【０００６】
アンテナコイルとＩＣチップがこのように接続されているのは、アンテナコイルの他端が接続されている配線とスパイラル状に形成されているアンテナコイルとの電気的な接触を回避するため、即ち、配線がアンテナコイルを跨ぐ必要があるためである。特許文献１の例に限らず、スパイラル状のアンテナコイルを有するＩＣカードでは、アンテナコイルの配線がアンテナコイルを跨ぐための構成が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５８８１７号公報（段落[００６２]、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のＩＣカードのように、配線が基材の表裏両面に形成される場合、非接触通信媒体の製造コストが高く、さらなる薄型化が困難という問題がある。配線は、例えば、基材の表面に一様に形成された導電性材料からなる薄膜をエッチングすることにより、あるいは基材に配線パターンを印刷することにより形成することができる。配線を基材の表裏に形成する場合、配線を基材の一面に形成する場合に比べて材料コストも高く、工程数も増加するために製造コストが高くなる。さらに、配線が基板の表裏に存在することにより、配線の厚さが表裏それぞれに加算され、非接触通信媒体のさらなる薄型化が困難である。また、配線を、基材の裏面を介さずに、アンテナコイル上に形成した絶縁材を介してＩＣチップ等に接続する、いわゆるブリッジ構造も考えられる。この場合でも、工程数が多く、単に配線を基材の一面に形成する場合に比べて製造コストが高くなることは避けられない。薄型化も困難である。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造コストが小さく、さらなる薄型化が可能な、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る非接触通信媒体は、第１の導線と、第２の導線と、集積回路チップと、基材とを具備する。
上記第１の導線は、第１の端部及び第２の端部を有し、環状に形成されている。
上記第２の導線は、第３の端部及び第４の端部を有し、上記第１の導線の内側に環状に形成されている。
上記集積回路チップは、上記第１の端部に接続される第１の端子と、上記第２の端部に接続される第２の端子と、上記第３の端部に接続される第３の端子と、上記第４の端部に接続される第４の端子と、静電容量素子とを有し、上記第１の端子と上記第４の端子とを介して上記１の導線と上記第２の導線を含むループアンテナを形成し、上記第２の端子と上記第３の端子とを介して上記静電容量素子及び上記ループアンテナを含む共振回路を形成する。
上記基材は、上記第１の導線、上記第２の導線及び上記集積回路チップが実装される第１の面を有する。
【００１１】
上記非接触通信媒体では、第１の導線の第１の端部が集積回路チップの第１の端子に接続され、第２の導線の第４の端部が集積回路チップの第４の端子に接続されることで、第１の導線及び第２の導線が集積回路チップの内部に設けられた配線を介して接続され、ループアンテナが形成される。また、第１の導線の第２の端部が集積回路チップの第２の端子に接続され、第２の導線の第３の端部が集積回路チップの第３の端子に接続されることで、当該ループアンテナが集積回路チップに接続される。即ち、基材の第１の面に形成された第１の導線と第２の導線とによって、ループアンテナの形成とループアンテナの集積回路チップへの接続がなされる。このため、導線は基材の第１の面上に形成されればよく、製造コストの抑制及び薄型化が可能である。
【００１２】
上記静電容量素子は、上記ループアンテナに対して並列的に接続された複数のコンデンサと、上記複数のコンデンサのうち上記ループアンテナと接続されるコンデンサを切り替えるスイッチ回路とを含んでもよい。
ループアンテナと静電容量素子によって形成される共振回路の共振周波数は、静電容量素子の静電容量に依存する。このため、スイッチ回路によってループアンテナに接続されるコンデンサを切り替えることで共振回路の共振周波数を変更することが可能となる。共振周波数の変更は、例えば、非接触通信媒体を製造した際にその共振周波数が所望の共振周波数に対してずれていた場合、そのずれを調節するために利用することができる。
【００１３】
上記集積回路チップは、上記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部をさらに有していてもよい。
非接触通信媒体の共振周波数を変更する手法として、導線によってループアンテナに並列接続された複数のコンデンサを基材上に設置し、所望の共振周波数となるようにいくつかのコンデンサの導線をカットする手法がある。しかし、このような手法では、製造段階において個々の非接触通信媒体に対して適切な導線をカットする工程が必要となる。本発明の構成によれば、集積回路チップに内蔵されたスイッチ制御部が電気的にスイッチ回路を制御するため、非接触通信媒体の製造段階での共振周波数を変更するための工程が不要となり、工程数の削減による製造コストの抑制が可能となる。
【００１４】
上記スイッチ制御部は、通信対象機器から放射される電磁波の周波数と上記共振回路の共振周波数が一致するように上記スイッチを制御してもよい。
所定の周波数を放射するように製造されたリーダライタにも個体差が存在し、あるいは周囲の環境により、放射される周波数が所定の周波数からずれているリーダライタが存在する場合がある。そのような場合、非接触通信媒体の共振周波数が当該所定の周波数に調節されていても、このようなリーダライタとは共振周波数が一致せず、伝送効率が低下するおそれがある。本発明の構成によれば、非接触通信媒体は、通信を行うリーダライタ毎に共振周波数を調節することができ、伝送効率の低下を防止することが可能である。
【００１５】
上記非接触通信媒体は、上記第１の面を覆う第１の被覆部材と、上記基材の上記第１の面の反対側の第２の面を覆う第２の被覆部材とをさらに具備していてもよい。
第１の被覆部材及び第２の被覆部材により、集積回路チップ及びループアンテナの機械的な損傷、化学変化による劣化、熱による劣化等を防止することが可能である。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る非接触通信媒体の製造方法は、基材の第１の面に、第１の端部及び第２の端部を有する環状の第１の導線と、前記第１の導線の外側に配置され第３の端部及び第４の端部を有する環状の第２の導線とをそれぞれ形成する。
前記第１の面に、静電容量素子を内蔵する集積回路チップを実装することで、前記第１の端部と前記第４の端部とを介する前記第１の導線と前記第２の導線とを含むループアンテナを形成し、かつ、前記第２の端部と前記第３の端部との間に前記静電容量素子を接続して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、製造コストが小さく、さらなる薄型化が可能な、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るＩＣカードの分解斜視図である。
【図２】同実施形態に係る本体を垂直な方向からみた平面図である。
【図３】同実施形態に係る本体を平行な方向からみた平面図である。
【図４】同実施形態に係るＩＣチップを省略した本体を示す平面図である。
【図５】同実施形態に係るＩＣチップの外観を示す平面図である。
【図６】同実施形態に係るＩＣチップによるループアンテナの形成を示す図である。
【図７】同実施形態に係るＩＣカードの回路構成を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態に係るＩＣカードの回路構成を示す模式図である。
【図９】比較例に係るＩＣカードを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
本実施形態に係る非接触通信媒体として、ＩＣ（Integrated Circuit）カードを例にとって説明する。なお、非接触通信媒体は、ＩＣカードに限られず、情報端末に内蔵される通信ユニット等であってもよい。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＩＣカード１を示す分解斜視図である。
同図に示すように、ＩＣカード１は、第１の被覆部材２、本体３及び第２の被覆部材４を有する。本体３は板状であり、本体３の一方の面に第１の被覆部材２が、本体３の他方の面に第２の被覆部材４が積層されることで、ＩＣカード１が形成されている。
【００２１】
第１の被覆部材２及び第２の被覆部材４は、本体３を保護するための部材であり、本体３に入射し、あるいは本体３から放射される電磁波を遮蔽しない材料から形成することができる。第１の被覆部材２及び第２の被覆部材４により、本体３の機械的な損傷、化学変化による劣化、熱による劣化等を防止することが可能である。なお、ＩＣカード１の構成はここに示すものに限られず、印画用のシート等の他の部材が積層されてもよい。
【００２２】
本体３について説明する。
図２は本体３に垂直な方向からみた平面図であり、図３は本体３に平行な方向からみた平面図である。
図２及び図３に示すように、本体３は、基材５、ループアンテナ６及びＩＣチップ７を有する。ループアンテナ６及びＩＣチップ７は、基材５に実装されている。
【００２３】
基材５は、板状であり、第１の面５ａと、第１の面５ａの裏側の第２の面５ｂを有する。ループアンテナ６及びＩＣチップ７が実装されているのは第１の面５ａである。基材５は、絶縁性材料、例えばＰＥＮ（Polyethylene naphthalate)、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）等の合成樹脂等からなる。
【００２４】
ループアンテナ６について説明する。
図４は、ＩＣチップ７を省略した本体３を示す模式図である。
同図に示すように、第１の面５ａには、第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０（以下、アンテナ導線と総称する）が形成されている。第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０は、それぞれ同心的な、大きさの異なる環状に形成されており互いに交差していない。アンテナ導線は、基材５の外周側から第１の導線８、第２の導線９、第３の導線１０の順で並んでいるものとする。なお、以下では、アンテナ導線の数は３本であるものとして説明するが、２本以上であればよい。アンテナ導線は、箔状のアルミニウムや銅等の導電性材料からなる。
【００２５】
第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０はそれぞれ、第１の面５ａの、ＩＣチップ７が実装される領域の近傍において分断されている。これにより、第１の導線８には第１の端部８ａ及び第２の端部８ｂが形成され、第２の導線９には第３の端部９ａ及び第４の端部９ｂが形成され、第３の導線１０には第５の端部１０ａ及び第６の端部１０ｂが形成されている。なお、第１の端部８ａ、第３の端部９ａ及び第５の端部１０ａはアンテナ導線の分断箇所に対して同じ側（図４において右側）に位置し、第２の端部８ｂ、第４の端部９ｂ及び第６の端部１０ｂはその反対側（図４において左側）に位置するものとする。第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０は、ＩＣチップ７によって接続されることでコイル状のループアンテナ６を形成する。このループアンテナ６の形成については後述する。
【００２６】
図５は、ＩＣチップ７の外観を示す平面図である。
同図に示すように、ＩＣチップ７は、チップ本体７ａと、第１の端子７ｂ、第２の端子７ｃ、第３の端子７ｄ、第４の端子７ｅ、第５の端子７ｆ及び第６の端子７ｇ（以下、端子群と総称する）とを有する。チップ本体７ａには回路（以下、内部回路）が内蔵されている。内部回路の回路構成については後述する。端子群は、チップ本体７ａの同一面に形成されている。
【００２７】
端子群の、ＩＣチップ７における接続関係は次のようである。即ち、第２の端子７ｃと第５の端子７ｆは、上記内部回路に接続されている。第１の端子７ｂと第４の端子７ｅは、内部回路に接続されることなく、内部回路とは別途に形成された内部配線７ｈによって互いに直接に接続されている。第３の端子７ｄと第６の端子７ｇも、内部回路に接続されることなく、内部回路とは別途に形成された内部配線７ｉによって互いに直接に接続されている。第１の端子７ｂと第４の端子７ｅの接続及び第３の端子７ｄと第６の端子７ｇの接続をそれぞれ図５に一点鎖線で模式的に示す。
【００２８】
端子群は、ＩＣチップ７が第１の面５ａに実装されると、上述したアンテナ導線に電気的に接続される。その接続関係は、第１の端子７ｂが第１の端部８ａに、第２の端子７ｃが第２の端部８ｂに、第３の端子７ｄが第３の端部９ａに、第４の端子７ｅが第４の端部９ｄに、第５の端子７ｆが第５の端部１０ａに、第６の端子７ｇが第６の端部１０ｂに接続される関係である。即ち、端子群は、このような接続を可能とするようにチップ本体７ａに配置されている。なお、ここでは、アンテナ導線が３本であるので端子の個数は６つであるが、端子の個数は１本のアンテナ導線の両端部に端子がそれぞれ接続されるように、アンテナ導線の本数に応じて増減される。
【００２９】
図６は、ＩＣチップ７によるループアンテナ６の形成について説明するための図である。
同図に示すように、アンテナ導線が形成された第１の面５ａにＩＣチップ７が実装されると、上述のようにＩＣチップ７の各端子がアンテナ導線の各端部に接続される。これにより、チップ本体７ａの内部回路に接続されている第２の端子７ｃは、第２の端部８ｂ、第１の導線８、第１の端部８ａを経由して第１の端子７ｂに導通する。上述のように、第１の端子７ｂと第４の端子７ｅは直接に接続されているため、第１の端子７ｂは、第４の端子７ｅ、第４の端部９ｂ、第２の導線９、第３の端部９ａを経由して第３の端子７ｄに導通する。さらに、第３の端子７ｄは、上述のように第６の端子７ｇと直接に接続されているため、第３の端子７ｄは、第６の端子７ｇ、第６の端部１０ｂ、第３の導線１０、第５の端部１０ａ、第５の端子７ｆａを経由してチップ本体７ａの内部回路に導通する。
【００３０】
即ち、ＩＣチップ７によって、第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０が間接的に相互に接続され、ループアンテナ６が形成される。このように、ループアンテナ６を形成するための導線は、基材５の第１の面５ａにのみ形成されればよく、いずれの導線も第２の面５ｂに形成される必要はない。これにより、本体３の厚さは、基材５と、第１の面５ａ上に形成された各アンテナ導線の厚みだけとなり、第１の面５ａ及び第２の面５ｂに導線が形成され、又はブリッジ構造等が形成される場合に比べ本体３を薄型化することが可能である。
【００３１】
ＩＣカード１の回路構成について説明する。
図７は、ＩＣカード１の回路構成を示す模式図である。
上述したように、ＩＣチップ７が、第２の端子７ｃ及び第５の端子７ｆによってループアンテナ６に接続されている。チップ本体７ａには、配線１１、配線１２、配線１５、コンデンサ１３及びアンテナ制御部１４が収容されている。配線１１、配線１２、配線１５、コンデンサ１３及びアンテナ制御部１４が上述したＩＣチップ７の内部回路である。
【００３２】
図６に示すように、配線１１は第２の端子７ｃとアンテナ制御部１４を接続し、配線１２は第５の端子７ｆとアンテナ制御部１４を接続している。配線１５はコンデンサ１３を介して配線１１と配線１２を接続している。これにより、コンデンサ１３は、ループアンテナ６と並列にアンテナ制御部１４に接続される。
【００３３】
コンデンサ１３は、所定の静電容量を有し、ループアンテナ６と共振回路を形成する。共振回路の共振周波数はコンデンサ１３の静電容量に依存するため、コンデンサ１３の静電容量は、共振周波数が所望の周波数となるような静電容量とされる。本実施形態に係るＩＣカード１では、コンデンサ１３が静電容量素子に相当する。
【００３４】
アンテナ制御部１４は、配線１１及び配線１２を介して接続されているループアンテナ６を制御する。具体的には、アンテナ制御部１４は、電源回路、復調回路、変調回路、演算処理回路、記憶素子等から構成されている。アンテナ制御部１４は、ループアンテナ６を介して供給された電力により駆動され、ループアンテナ６との間で電流信号を授受する。なお図示せずとも、上記共振回路とアンテナ制御部１４との間には、ループアンテナに生じた誘導電流を整流する整流素子が設けられている。
【００３５】
ＩＣカード１は以上のような回路構成を有する。一般的なＩＣカードでは、コンデンサは基材を挟んで対向する２枚の導体によって形成されるため、基材の両面に導体を配置する必要がある。これに対し、本実施形態に係るＩＣカード１では、コンデンサ１３はＩＣチップ７に内蔵されているため、基材５上に形成する必要はない。即ち、基材５の第２の面５ｂに導体を形成する必要はない。
【００３６】
以上のように構成されたＩＣカード１の動作を説明する。なお、以下に示すＩＣカード１の動作は一例であり、ここに示すものに限られない。
ＩＣカード１が図示しないリーダライタに接近すると、ＩＣカード１とリーダライタの間で通信がなされる。リーダライタは共振回路を構成するアンテナ（以下、ＲＷアンテナ）を有し、ＩＣカード１と同一の共振周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）を有する。以下、リーダライタは、当該周波数の電磁波を放射しているものとする。
【００３７】
ＩＣカード１がリーダライタのアンテナコイルに十分（例えば１０ｃｍ程度）接近すると、ＲＷアンテナが形成する電磁界にループアンテナ６が進入する。これにより、ループアンテナ６において交流電圧が発生する。この交流電圧は、ループアンテナ６及びコンデンサ１３によって構成される共振回路の共振周波数が、ＲＷアンテナが形成する電磁界の周波数と一致したときに最大となる。ループアンテナ６で発生した交流電圧はアンテナ制御部１４に内蔵された電源回路において直流化及び定電圧化され、ＩＣチップ７の駆動電力として利用される。
【００３８】
リーダライタからＩＣカード１に信号を送信する場合、リーダライタは、例えばマンチェスタ方式により符号化された信号を、ＲＷアンテナから放射する電磁波の振幅を変調して放射する。変調方式は、例えばＡＳＫ（amplitude shift keying）１０％変調とすることができる。具体的には、ビットの前半を大きい振幅とし、後半を小さい振幅とすることで「１」とし、ビットの前半を小さい振幅とし、ビットの後半を大きい振幅とすることで「０」する。ループアンテナ６に流れる誘導電流は、ＩＣチップ７に入力され、信号に復調される。
【００３９】
ＩＣカード１からリーダライタに信号を送信する場合、ＩＣカード１は、リーダライタから放射される電磁波を振幅を変調して反射する。具体的には、リーダライタと同様にマンチェスタ方式により符号化された信号を、ループアンテナ６に入射する電磁波に対してＡＳＫ１０％変調方式により変調して反射する。反射波は、ＲＷアンテナに誘導電流を発生させ、リーダライタは誘導電流を信号に復調する。
【００４０】
このように、リーダライタとＩＣカード１の間で通信が行われる。ここで示した通信方式は一例であり、ＩＣカード１は、例えば反射波ではなく、入射する電磁波と波長の異なる副搬送波を放射してリーダライタに信号を送信するものとすることもできる。
【００４１】
一連の通信の例としては、リーダライタがＩＣカード１に読み出しコマンドを送信し、ＩＣカード１が記憶している情報をリーダライタに送信する、あるいはリーダライタがＩＣカード１に情報を送信し、ＩＣカード１が送信された情報を記憶する等である。
【００４２】
次に、ＩＣカード１の製造方法を説明する。
まず、基材５上に、図４に示したようにアンテナ導線（第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０）を形成する。
アンテナ導線は、例えば基材５の第１の面５ａに箔状の材料を張り、エッチング法によりパターニングすることで形成することができる。また、予めパターニングされたアンテナ導線を第１の面５ａにプリントし、あるいは第１の面５ａにアンテナ導線のパターン状にメッキ、蒸着等することによっても形成することができる。
【００４３】
次に、図２に示したようにＩＣチップ７を第１の面５ａに、各端子がアンテナ導線の各端部に電気的に接続されるように実装する。実装方法は、フリップチップ実装あるいはハンダ付け等の方法を用いることができる。
【００４４】
その後、図１に示すように、基材５の第１の面５ａ側に第１の被覆部材を、第２の面５ｂ側に第２の被覆部材を接着剤等により貼付する。
【００４５】
ＩＣカード１は以上のようにして製造される。この製造方法では、アンテナ導線を第１の面５ａに形成すればよく、第２の面５ｂに、ループアンテナ６をＩＣチップ７に接続するための導線やスルーホール（内周に導体が配置された貫通孔）等を形成する必要がない。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るＩＣカード１は、第１の面５ａに形成されたアンテナ導線が第１の面５ａに実装されたＩＣチップ７によって接続され、ループアンテナ６が形成される構成である。このため、基材５の第１の面５ａ以外に導線が形成される必要はなく、基材５の両面に導線が形成され、又はブリッジ構造等が形成される場合に比べ製造コストの低減が可能である。さらに、本体３の厚みは、基材５の厚みと、第１の面に形成されたアンテナ導線の厚みのみであり、ＩＣカード１を薄型化することが可能である。
【００４７】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第２の実施形態を説明する。
本実施形態に係る非接触通信媒体として、ＩＣ（Integrated Circuit）カードを例にとって説明する。以下、本実施形態の説明において第１の実施形態に係るＩＣカード１と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図８は、第２の実施形態に係るＩＣカード２００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、チップ本体７ａには、配線２０１、配線２０２、配線２０３、配線２０４、コンデンサ群２０５、スイッチ群２０６、スイッチ制御部２０７及びアンテナ制御部１４が収容されている。
【００４９】
配線２０１は第２の端子７ｃとアンテナ制御部１４を、スイッチ制御部２０７を介して接続し、配線２０２は第５の端子７ｆとアンテナ制御部１４を、スイッチ制御部２０７を介して接続している。
【００５０】
コンデンサ群２０５は複数のコンデンサを有し、スイッチ群２０６はコンデンサと同数のスイッチから構成されている。なお、コンデンサ及びスイッチの数は適宜変更することが可能である。
【００５１】
配線２０３は、コンデンサ群２０５のコンデンサの一つとスイッチ群２０６のスイッチの一つを配線２０２及び配線２０３にそれぞれ接続する。これにより、コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサは、スイッチ群２０６のそれぞれのスイッチと直列に接続され、かつ、ループアンテナ６と並列にアンテナ制御部１４に接続される。
【００５２】
コンデンサ群２０５はループアンテナ６と共振回路を形成する。コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサは所定の静電容量を有する。それぞれのコンデンサの間で静電容量は異なってもよく、同一であってもよい。それぞれのコンデンサの間で静電容量は異なってもよく、同一であってもよい。本実施形態に係るＩＣカード２００では、コンデンサ群が静電容量素子に相当する。
【００５３】
スイッチ群２０６は、配線２０３の配線２０２への接続を開閉し、即ち、コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサのループアンテナ６への接続を開閉する。スイッチ群２０６のそれぞれのスイッチは電界効果トランジスタ等のトランジスタであり、コレクタはコンデンサに、エミッタは配線２０２にそれぞれ接続されている。また、ベースは、配線２０４によってスイッチ制御部２０７にそれぞれ接続されている。なお図示せずとも、上記共振回路とアンテナ制御部１４との間には、ループアンテナに生じた誘導電流を整流する整流素子が設けられている。
【００５４】
なお、スイッチ群２０６は、それぞれコンデンサ群２０５のコンデンサにそれぞれ接続された複数のスイッチからなるものとしたがこれに限られない。スイッチ群２０６を一つ一つの切り替えスイッチとし、コンデンサのいずれか一つがループアンテナ６と接続されるように配線２０３を切り替えるものとすることも可能である。
【００５５】
スイッチ制御部２０７は、アンテナ制御部１４によって制御される。スイッチ制御部２０７は、配線２０４を介してスイッチ群２０６のそれぞれのスイッチのベースに電圧を印加することが可能に構成されている。また、スイッチ制御部２０７は、ループアンテナ６とコンデンサ群２０５によって形成される共振回路の共振周波数が、ループアンテナ６に入射する電磁波の周波数と一致しているかを測定するための構成、例えば電流測定回路を有する。
【００５６】
以上のように構成されたＩＣカード２００の動作を説明する。
第１の実施形態に係るＩＣカード１と同様に、ＩＣカード２００は電磁誘導によりリーダライタから電力を供給され、信号の送受信を行う。このために、ループアンテナ６に入射する電磁波の周波数とＩＣカード２００の共振周波数がずれていると、ＩＣチップ７の駆動電力が不足し、あるいは通信可能距離が短くなるおそれがある。これに対しＩＣカード２００は、ループアンテナ６とコンデンサ群２０５によって形成される共振回路の共振周波数を調節することが可能である。
【００５７】
ＩＣカード２００の共振周波数の調節は、その製造の際に実施することができる。
例えば、ＩＣカード２００に、試験用のリーダライタから所定の周波数の電磁波を放射する。スイッチ制御部２０７は、ベース電圧を印加するスイッチを順次切り替え、電磁波の周波数と共振周波数が最も接近する状態を決定する。スイッチ制御部２０７は、例えば、電流測定回路により測定される電流が最大の時に、電磁波の周波数と共振周波数が最も接近したと判断することができる。これにより、ＩＣカード２００の製造時に共振周波数を所定の周波数に調節することが可能となる。
【００５８】
また、スイッチ制御部２０７によるスイッチの制御は製造の際に限られず、使用時にリーダライタに接近する毎に実施されてもよい。具体的には、リーダライタからＩＣカード２００に電磁波が放射されると、通信を開始する前に上述のようにして共振周波数を調節する。リーダライタによっては、個体毎あるは周囲の環境により放射される電磁波の周波数が所定の周波数からずれている場合がある。本実施形態に係るＩＣカード２００では、このような場合であっても最適な共振周波数に調節される。
【００５９】
（比較例）
以下、比較例に係るＩＣカードについて説明する。
比較例に係るＩＣカードは、ＲＦＩＤ技術を利用する非接触通信のためのＩＣカードであって、一般的な構造のものである。
【００６０】
図９は、比較例に係るＩＣカードの本体３００を示す図である。図９（ａ）は本体３００に垂直な方向からみた平面図であり、図９（ｂ）は本体３００に平行な方向からみた平面図である。
【００６１】
同図に示すように、本体３００は、基材３０１、ループアンテナ３０２、コンデンサ３０３、ＩＣチップ３０４及び裏面配線３０５を有する。基材３０１の、ＩＣチップ３０４が実装されている側の面を第１の面３０１ａ、その反対側の面を第２の面３０１ｂとする。
【００６２】
スパイラス状のループアンテナ３０２は、第１の面３０１ａ上に形成されている。しかし、ループアンテナ３０２の外周側端部は、基材３０１に形成されたスルーホール３０１ｃを経由して、第２の面３０１ｂに形成された裏面配線３０５に接続されている。裏面配線３０５は、さらにスルーホール３０１ｄを経由して第１の面３０１ａに戻り、ＩＣチップ３０４に接続されている。
【００６３】
このように、ループアンテナ３０２がスパイラル形状を有するために、ループアンテナの外周側端部３０２ａをＩＣチップ３０４に接続させるためには、第２の面３０１ｂに裏面配線３０５を形成することが必要である。しかしながら、本発明の実施形態によれば、裏面配線を形成することを要しない。
【００６４】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【００６５】
上述した各実施形態では、非接触通信媒体は、電池を内蔵しないパッシブ型のものとしたが、電池を内蔵し、自ら電磁波を放射するアクティブ型にものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、２００…ＩＣカード
２…第１の被覆部材
４…第２の被覆部材
５…基材
５ａ…第１の面
５ｂ…第２の面
６…ループアンテナ
７…ＩＣチップ
７ｂ…第１の端子
７ｃ…第２の端子
７ｄ…第３の端子
７ｅ…第４の端子
７ｆ…第５の端子
７ｇ…第６の端子
７ｆａ…第５の端子
８…第１の導線
８ａ…第１の端部
８ｂ…第２の端部
９…第２の導線
９ａ…第３の端部
９ｂ…第４の端部
９ｄ…第４の端部
１０…第３の導線
１０ａ…第５の端部
１０ｂ…第６の端部
１３…コンデンサ
１４…アンテナ制御部
２０５…コンデンサ群
２０６…スイッチ群
２０７…スイッチ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触通信が普及している。非接触通信システムは、典型的には、リーダライタと、ＩＣ（Integrated Circuit)カードのような非接触通信媒体によって構成され、両者は所定の周波数を有する電磁波を介して通信する。リーダライタに非接触通信媒体が接近すると、リーダライタから放射される電磁波によって誘起される誘導電流により非接触通信媒体に駆動電力が供給される。非接触通信媒体はこの駆動電力を利用してリーダライタに対して電磁波を放射し、リーダライタに信号を伝達する。
【０００３】
非接触通信媒体は、アンテナコイル、アンテナコイルと共振回路を形成するためのコンデンサ、アンテナコイルを制御する制御回路、情報を記録する記憶素子等によって構成される。アンテナコイルとコンデンサによって形成される共振回路の共振周波数が、上述した電磁波の周波数である場合に最も高い伝送効率が得られる。非接触通信媒体は、上述のように、リーダライタから電力供給を受けて駆動されるために電源を内蔵する必要はなく、薄型軽量化が可能であり、カード状あるいはシート状に形成することができる。
【０００４】
例えば特許文献１には、非接触通信のためのＩＣカードが記載されている。このＩＣカードは、１枚の絶縁基板にアンテナコイル、コンデンサー部及びＩＣチップが実装されたＩＣモジュールが、２枚の外装シートによって挟みこまれて形成されている。アンテナコイルを形成する導線は、絶縁基板の表面に平面的なスパイラル状に形成され、表面のアンテナコイルの内周側に配置されたＩＣチップに接続されている。
【０００５】
このＩＣカードのアンテナコイルとＩＣチップの接続を具体的にみると、アンテナコイルの内周側の一端は、絶縁基板の表面に形成された配線を介してＩＣチップに接続されている。アンテナコイルの外周側の他端は、絶縁基板の表面から裏面に至るスルーホールと、裏面に形成された配線と、裏面から表面に至るスルーホールを介してＩＣチップに接続されている。
【０００６】
アンテナコイルとＩＣチップがこのように接続されているのは、アンテナコイルの他端が接続されている配線とスパイラル状に形成されているアンテナコイルとの電気的な接触を回避するため、即ち、配線がアンテナコイルを跨ぐ必要があるためである。特許文献１の例に限らず、スパイラル状のアンテナコイルを有するＩＣカードでは、アンテナコイルの配線がアンテナコイルを跨ぐための構成が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５８８１７号公報（段落[００６２]、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のＩＣカードのように、配線が基材の表裏両面に形成される場合、非接触通信媒体の製造コストが高く、さらなる薄型化が困難という問題がある。配線は、例えば、基材の表面に一様に形成された導電性材料からなる薄膜をエッチングすることにより、あるいは基材に配線パターンを印刷することにより形成することができる。配線を基材の表裏に形成する場合、配線を基材の一面に形成する場合に比べて材料コストも高く、工程数も増加するために製造コストが高くなる。さらに、配線が基板の表裏に存在することにより、配線の厚さが表裏それぞれに加算され、非接触通信媒体のさらなる薄型化が困難である。また、配線を、基材の裏面を介さずに、アンテナコイル上に形成した絶縁材を介してＩＣチップ等に接続する、いわゆるブリッジ構造も考えられる。この場合でも、工程数が多く、単に配線を基材の一面に形成する場合に比べて製造コストが高くなることは避けられない。薄型化も困難である。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造コストが小さく、さらなる薄型化が可能な、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る非接触通信媒体は、第１の導線と、第２の導線と、集積回路チップと、基材とを具備する。
上記第１の導線は、第１の端部及び第２の端部を有し、環状に形成されている。
上記第２の導線は、第３の端部及び第４の端部を有し、上記第１の導線の内側に環状に形成されている。
上記集積回路チップは、上記第１の端部に接続される第１の端子と、上記第２の端部に接続される第２の端子と、上記第３の端部に接続される第３の端子と、上記第４の端部に接続される第４の端子と、静電容量素子とを有し、上記第１の端子と上記第４の端子とを介して上記１の導線と上記第２の導線を含むループアンテナを形成し、上記第２の端子と上記第３の端子とを介して上記静電容量素子及び上記ループアンテナを含む共振回路を形成する。
上記基材は、上記第１の導線、上記第２の導線及び上記集積回路チップが実装される第１の面を有する。
【００１１】
上記非接触通信媒体では、第１の導線の第１の端部が集積回路チップの第１の端子に接続され、第２の導線の第４の端部が集積回路チップの第４の端子に接続されることで、第１の導線及び第２の導線が集積回路チップの内部に設けられた配線を介して接続され、ループアンテナが形成される。また、第１の導線の第２の端部が集積回路チップの第２の端子に接続され、第２の導線の第３の端部が集積回路チップの第３の端子に接続されることで、当該ループアンテナが集積回路チップに接続される。即ち、基材の第１の面に形成された第１の導線と第２の導線とによって、ループアンテナの形成とループアンテナの集積回路チップへの接続がなされる。このため、導線は基材の第１の面上に形成されればよく、製造コストの抑制及び薄型化が可能である。
【００１２】
上記静電容量素子は、上記ループアンテナに対して並列的に接続された複数のコンデンサと、上記複数のコンデンサのうち上記ループアンテナと接続されるコンデンサを切り替えるスイッチ回路とを含んでもよい。
ループアンテナと静電容量素子によって形成される共振回路の共振周波数は、静電容量素子の静電容量に依存する。このため、スイッチ回路によってループアンテナに接続されるコンデンサを切り替えることで共振回路の共振周波数を変更することが可能となる。共振周波数の変更は、例えば、非接触通信媒体を製造した際にその共振周波数が所望の共振周波数に対してずれていた場合、そのずれを調節するために利用することができる。
【００１３】
上記集積回路チップは、上記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部をさらに有していてもよい。
非接触通信媒体の共振周波数を変更する手法として、導線によってループアンテナに並列接続された複数のコンデンサを基材上に設置し、所望の共振周波数となるようにいくつかのコンデンサの導線をカットする手法がある。しかし、このような手法では、製造段階において個々の非接触通信媒体に対して適切な導線をカットする工程が必要となる。本発明の構成によれば、集積回路チップに内蔵されたスイッチ制御部が電気的にスイッチ回路を制御するため、非接触通信媒体の製造段階での共振周波数を変更するための工程が不要となり、工程数の削減による製造コストの抑制が可能となる。
【００１４】
上記スイッチ制御部は、通信対象機器から放射される電磁波の周波数と上記共振回路の共振周波数が一致するように上記スイッチを制御してもよい。
所定の周波数を放射するように製造されたリーダライタにも個体差が存在し、あるいは周囲の環境により、放射される周波数が所定の周波数からずれているリーダライタが存在する場合がある。そのような場合、非接触通信媒体の共振周波数が当該所定の周波数に調節されていても、このようなリーダライタとは共振周波数が一致せず、伝送効率が低下するおそれがある。本発明の構成によれば、非接触通信媒体は、通信を行うリーダライタ毎に共振周波数を調節することができ、伝送効率の低下を防止することが可能である。
【００１５】
上記非接触通信媒体は、上記第１の面を覆う第１の被覆部材と、上記基材の上記第１の面の反対側の第２の面を覆う第２の被覆部材とをさらに具備していてもよい。
第１の被覆部材及び第２の被覆部材により、集積回路チップ及びループアンテナの機械的な損傷、化学変化による劣化、熱による劣化等を防止することが可能である。
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る非接触通信媒体の製造方法は、基材の第１の面に、第１の端部及び第２の端部を有する環状の第１の導線と、前記第１の導線の外側に配置され第３の端部及び第４の端部を有する環状の第２の導線とをそれぞれ形成する。
前記第１の面に、静電容量素子を内蔵する集積回路チップを実装することで、前記第１の端部と前記第４の端部とを介する前記第１の導線と前記第２の導線とを含むループアンテナを形成し、かつ、前記第２の端部と前記第３の端部との間に前記静電容量素子を接続して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、製造コストが小さく、さらなる薄型化が可能な、ＲＦＩＤ技術を用いた非接触通信媒体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るＩＣカードの分解斜視図である。
【図２】同実施形態に係る本体を垂直な方向からみた平面図である。
【図３】同実施形態に係る本体を平行な方向からみた平面図である。
【図４】同実施形態に係るＩＣチップを省略した本体を示す平面図である。
【図５】同実施形態に係るＩＣチップの外観を示す平面図である。
【図６】同実施形態に係るＩＣチップによるループアンテナの形成を示す図である。
【図７】同実施形態に係るＩＣカードの回路構成を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態に係るＩＣカードの回路構成を示す模式図である。
【図９】比較例に係るＩＣカードを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
本実施形態に係る非接触通信媒体として、ＩＣ（Integrated Circuit）カードを例にとって説明する。なお、非接触通信媒体は、ＩＣカードに限られず、情報端末に内蔵される通信ユニット等であってもよい。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＩＣカード１を示す分解斜視図である。
同図に示すように、ＩＣカード１は、第１の被覆部材２、本体３及び第２の被覆部材４を有する。本体３は板状であり、本体３の一方の面に第１の被覆部材２が、本体３の他方の面に第２の被覆部材４が積層されることで、ＩＣカード１が形成されている。
【００２１】
第１の被覆部材２及び第２の被覆部材４は、本体３を保護するための部材であり、本体３に入射し、あるいは本体３から放射される電磁波を遮蔽しない材料から形成することができる。第１の被覆部材２及び第２の被覆部材４により、本体３の機械的な損傷、化学変化による劣化、熱による劣化等を防止することが可能である。なお、ＩＣカード１の構成はここに示すものに限られず、印画用のシート等の他の部材が積層されてもよい。
【００２２】
本体３について説明する。
図２は本体３に垂直な方向からみた平面図であり、図３は本体３に平行な方向からみた平面図である。
図２及び図３に示すように、本体３は、基材５、ループアンテナ６及びＩＣチップ７を有する。ループアンテナ６及びＩＣチップ７は、基材５に実装されている。
【００２３】
基材５は、板状であり、第１の面５ａと、第１の面５ａの裏側の第２の面５ｂを有する。ループアンテナ６及びＩＣチップ７が実装されているのは第１の面５ａである。基材５は、絶縁性材料、例えばＰＥＮ（Polyethylene naphthalate)、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）等の合成樹脂等からなる。
【００２４】
ループアンテナ６について説明する。
図４は、ＩＣチップ７を省略した本体３を示す模式図である。
同図に示すように、第１の面５ａには、第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０（以下、アンテナ導線と総称する）が形成されている。第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０は、それぞれ同心的な、大きさの異なる環状に形成されており互いに交差していない。アンテナ導線は、基材５の外周側から第１の導線８、第２の導線９、第３の導線１０の順で並んでいるものとする。なお、以下では、アンテナ導線の数は３本であるものとして説明するが、２本以上であればよい。アンテナ導線は、箔状のアルミニウムや銅等の導電性材料からなる。
【００２５】
第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０はそれぞれ、第１の面５ａの、ＩＣチップ７が実装される領域の近傍において分断されている。これにより、第１の導線８には第１の端部８ａ及び第２の端部８ｂが形成され、第２の導線９には第３の端部９ａ及び第４の端部９ｂが形成され、第３の導線１０には第５の端部１０ａ及び第６の端部１０ｂが形成されている。なお、第１の端部８ａ、第３の端部９ａ及び第５の端部１０ａはアンテナ導線の分断箇所に対して同じ側（図４において右側）に位置し、第２の端部８ｂ、第４の端部９ｂ及び第６の端部１０ｂはその反対側（図４において左側）に位置するものとする。第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０は、ＩＣチップ７によって接続されることでコイル状のループアンテナ６を形成する。このループアンテナ６の形成については後述する。
【００２６】
図５は、ＩＣチップ７の外観を示す平面図である。
同図に示すように、ＩＣチップ７は、チップ本体７ａと、第１の端子７ｂ、第２の端子７ｃ、第３の端子７ｄ、第４の端子７ｅ、第５の端子７ｆ及び第６の端子７ｇ（以下、端子群と総称する）とを有する。チップ本体７ａには回路（以下、内部回路）が内蔵されている。内部回路の回路構成については後述する。端子群は、チップ本体７ａの同一面に形成されている。
【００２７】
端子群の、ＩＣチップ７における接続関係は次のようである。即ち、第２の端子７ｃと第５の端子７ｆは、上記内部回路に接続されている。第１の端子７ｂと第４の端子７ｅは、内部回路に接続されることなく、内部回路とは別途に形成された内部配線７ｈによって互いに直接に接続されている。第３の端子７ｄと第６の端子７ｇも、内部回路に接続されることなく、内部回路とは別途に形成された内部配線７ｉによって互いに直接に接続されている。第１の端子７ｂと第４の端子７ｅの接続及び第３の端子７ｄと第６の端子７ｇの接続をそれぞれ図５に一点鎖線で模式的に示す。
【００２８】
端子群は、ＩＣチップ７が第１の面５ａに実装されると、上述したアンテナ導線に電気的に接続される。その接続関係は、第１の端子７ｂが第１の端部８ａに、第２の端子７ｃが第２の端部８ｂに、第３の端子７ｄが第３の端部９ａに、第４の端子７ｅが第４の端部９ｄに、第５の端子７ｆが第５の端部１０ａに、第６の端子７ｇが第６の端部１０ｂに接続される関係である。即ち、端子群は、このような接続を可能とするようにチップ本体７ａに配置されている。なお、ここでは、アンテナ導線が３本であるので端子の個数は６つであるが、端子の個数は１本のアンテナ導線の両端部に端子がそれぞれ接続されるように、アンテナ導線の本数に応じて増減される。
【００２９】
図６は、ＩＣチップ７によるループアンテナ６の形成について説明するための図である。
同図に示すように、アンテナ導線が形成された第１の面５ａにＩＣチップ７が実装されると、上述のようにＩＣチップ７の各端子がアンテナ導線の各端部に接続される。これにより、チップ本体７ａの内部回路に接続されている第２の端子７ｃは、第２の端部８ｂ、第１の導線８、第１の端部８ａを経由して第１の端子７ｂに導通する。上述のように、第１の端子７ｂと第４の端子７ｅは直接に接続されているため、第１の端子７ｂは、第４の端子７ｅ、第４の端部９ｂ、第２の導線９、第３の端部９ａを経由して第３の端子７ｄに導通する。さらに、第３の端子７ｄは、上述のように第６の端子７ｇと直接に接続されているため、第３の端子７ｄは、第６の端子７ｇ、第６の端部１０ｂ、第３の導線１０、第５の端部１０ａ、第５の端子７ｆａを経由してチップ本体７ａの内部回路に導通する。
【００３０】
即ち、ＩＣチップ７によって、第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０が間接的に相互に接続され、ループアンテナ６が形成される。このように、ループアンテナ６を形成するための導線は、基材５の第１の面５ａにのみ形成されればよく、いずれの導線も第２の面５ｂに形成される必要はない。これにより、本体３の厚さは、基材５と、第１の面５ａ上に形成された各アンテナ導線の厚みだけとなり、第１の面５ａ及び第２の面５ｂに導線が形成され、又はブリッジ構造等が形成される場合に比べ本体３を薄型化することが可能である。
【００３１】
ＩＣカード１の回路構成について説明する。
図７は、ＩＣカード１の回路構成を示す模式図である。
上述したように、ＩＣチップ７が、第２の端子７ｃ及び第５の端子７ｆによってループアンテナ６に接続されている。チップ本体７ａには、配線１１、配線１２、配線１５、コンデンサ１３及びアンテナ制御部１４が収容されている。配線１１、配線１２、配線１５、コンデンサ１３及びアンテナ制御部１４が上述したＩＣチップ７の内部回路である。
【００３２】
図６に示すように、配線１１は第２の端子７ｃとアンテナ制御部１４を接続し、配線１２は第５の端子７ｆとアンテナ制御部１４を接続している。配線１５はコンデンサ１３を介して配線１１と配線１２を接続している。これにより、コンデンサ１３は、ループアンテナ６と並列にアンテナ制御部１４に接続される。
【００３３】
コンデンサ１３は、所定の静電容量を有し、ループアンテナ６と共振回路を形成する。共振回路の共振周波数はコンデンサ１３の静電容量に依存するため、コンデンサ１３の静電容量は、共振周波数が所望の周波数となるような静電容量とされる。本実施形態に係るＩＣカード１では、コンデンサ１３が静電容量素子に相当する。
【００３４】
アンテナ制御部１４は、配線１１及び配線１２を介して接続されているループアンテナ６を制御する。具体的には、アンテナ制御部１４は、電源回路、復調回路、変調回路、演算処理回路、記憶素子等から構成されている。アンテナ制御部１４は、ループアンテナ６を介して供給された電力により駆動され、ループアンテナ６との間で電流信号を授受する。なお図示せずとも、上記共振回路とアンテナ制御部１４との間には、ループアンテナに生じた誘導電流を整流する整流素子が設けられている。
【００３５】
ＩＣカード１は以上のような回路構成を有する。一般的なＩＣカードでは、コンデンサは基材を挟んで対向する２枚の導体によって形成されるため、基材の両面に導体を配置する必要がある。これに対し、本実施形態に係るＩＣカード１では、コンデンサ１３はＩＣチップ７に内蔵されているため、基材５上に形成する必要はない。即ち、基材５の第２の面５ｂに導体を形成する必要はない。
【００３６】
以上のように構成されたＩＣカード１の動作を説明する。なお、以下に示すＩＣカード１の動作は一例であり、ここに示すものに限られない。
ＩＣカード１が図示しないリーダライタに接近すると、ＩＣカード１とリーダライタの間で通信がなされる。リーダライタは共振回路を構成するアンテナ（以下、ＲＷアンテナ）を有し、ＩＣカード１と同一の共振周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）を有する。以下、リーダライタは、当該周波数の電磁波を放射しているものとする。
【００３７】
ＩＣカード１がリーダライタのアンテナコイルに十分（例えば１０ｃｍ程度）接近すると、ＲＷアンテナが形成する電磁界にループアンテナ６が進入する。これにより、ループアンテナ６において交流電圧が発生する。この交流電圧は、ループアンテナ６及びコンデンサ１３によって構成される共振回路の共振周波数が、ＲＷアンテナが形成する電磁界の周波数と一致したときに最大となる。ループアンテナ６で発生した交流電圧はアンテナ制御部１４に内蔵された電源回路において直流化及び定電圧化され、ＩＣチップ７の駆動電力として利用される。
【００３８】
リーダライタからＩＣカード１に信号を送信する場合、リーダライタは、例えばマンチェスタ方式により符号化された信号を、ＲＷアンテナから放射する電磁波の振幅を変調して放射する。変調方式は、例えばＡＳＫ（amplitude shift keying）１０％変調とすることができる。具体的には、ビットの前半を大きい振幅とし、後半を小さい振幅とすることで「１」とし、ビットの前半を小さい振幅とし、ビットの後半を大きい振幅とすることで「０」する。ループアンテナ６に流れる誘導電流は、ＩＣチップ７に入力され、信号に復調される。
【００３９】
ＩＣカード１からリーダライタに信号を送信する場合、ＩＣカード１は、リーダライタから放射される電磁波を振幅を変調して反射する。具体的には、リーダライタと同様にマンチェスタ方式により符号化された信号を、ループアンテナ６に入射する電磁波に対してＡＳＫ１０％変調方式により変調して反射する。反射波は、ＲＷアンテナに誘導電流を発生させ、リーダライタは誘導電流を信号に復調する。
【００４０】
このように、リーダライタとＩＣカード１の間で通信が行われる。ここで示した通信方式は一例であり、ＩＣカード１は、例えば反射波ではなく、入射する電磁波と波長の異なる副搬送波を放射してリーダライタに信号を送信するものとすることもできる。
【００４１】
一連の通信の例としては、リーダライタがＩＣカード１に読み出しコマンドを送信し、ＩＣカード１が記憶している情報をリーダライタに送信する、あるいはリーダライタがＩＣカード１に情報を送信し、ＩＣカード１が送信された情報を記憶する等である。
【００４２】
次に、ＩＣカード１の製造方法を説明する。
まず、基材５上に、図４に示したようにアンテナ導線（第１の導線８、第２の導線９及び第３の導線１０）を形成する。
アンテナ導線は、例えば基材５の第１の面５ａに箔状の材料を張り、エッチング法によりパターニングすることで形成することができる。また、予めパターニングされたアンテナ導線を第１の面５ａにプリントし、あるいは第１の面５ａにアンテナ導線のパターン状にメッキ、蒸着等することによっても形成することができる。
【００４３】
次に、図２に示したようにＩＣチップ７を第１の面５ａに、各端子がアンテナ導線の各端部に電気的に接続されるように実装する。実装方法は、フリップチップ実装あるいはハンダ付け等の方法を用いることができる。
【００４４】
その後、図１に示すように、基材５の第１の面５ａ側に第１の被覆部材を、第２の面５ｂ側に第２の被覆部材を接着剤等により貼付する。
【００４５】
ＩＣカード１は以上のようにして製造される。この製造方法では、アンテナ導線を第１の面５ａに形成すればよく、第２の面５ｂに、ループアンテナ６をＩＣチップ７に接続するための導線やスルーホール（内周に導体が配置された貫通孔）等を形成する必要がない。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るＩＣカード１は、第１の面５ａに形成されたアンテナ導線が第１の面５ａに実装されたＩＣチップ７によって接続され、ループアンテナ６が形成される構成である。このため、基材５の第１の面５ａ以外に導線が形成される必要はなく、基材５の両面に導線が形成され、又はブリッジ構造等が形成される場合に比べ製造コストの低減が可能である。さらに、本体３の厚みは、基材５の厚みと、第１の面に形成されたアンテナ導線の厚みのみであり、ＩＣカード１を薄型化することが可能である。
【００４７】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第２の実施形態を説明する。
本実施形態に係る非接触通信媒体として、ＩＣ（Integrated Circuit）カードを例にとって説明する。以下、本実施形態の説明において第１の実施形態に係るＩＣカード１と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図８は、第２の実施形態に係るＩＣカード２００の回路構成を示す図である。
同図に示すように、チップ本体７ａには、配線２０１、配線２０２、配線２０３、配線２０４、コンデンサ群２０５、スイッチ群２０６、スイッチ制御部２０７及びアンテナ制御部１４が収容されている。
【００４９】
配線２０１は第２の端子７ｃとアンテナ制御部１４を、スイッチ制御部２０７を介して接続し、配線２０２は第５の端子７ｆとアンテナ制御部１４を、スイッチ制御部２０７を介して接続している。
【００５０】
コンデンサ群２０５は複数のコンデンサを有し、スイッチ群２０６はコンデンサと同数のスイッチから構成されている。なお、コンデンサ及びスイッチの数は適宜変更することが可能である。
【００５１】
配線２０３は、コンデンサ群２０５のコンデンサの一つとスイッチ群２０６のスイッチの一つを配線２０２及び配線２０３にそれぞれ接続する。これにより、コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサは、スイッチ群２０６のそれぞれのスイッチと直列に接続され、かつ、ループアンテナ６と並列にアンテナ制御部１４に接続される。
【００５２】
コンデンサ群２０５はループアンテナ６と共振回路を形成する。コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサは所定の静電容量を有する。それぞれのコンデンサの間で静電容量は異なってもよく、同一であってもよい。それぞれのコンデンサの間で静電容量は異なってもよく、同一であってもよい。本実施形態に係るＩＣカード２００では、コンデンサ群が静電容量素子に相当する。
【００５３】
スイッチ群２０６は、配線２０３の配線２０２への接続を開閉し、即ち、コンデンサ群２０５のそれぞれのコンデンサのループアンテナ６への接続を開閉する。スイッチ群２０６のそれぞれのスイッチは電界効果トランジスタ等のトランジスタであり、コレクタはコンデンサに、エミッタは配線２０２にそれぞれ接続されている。また、ベースは、配線２０４によってスイッチ制御部２０７にそれぞれ接続されている。なお図示せずとも、上記共振回路とアンテナ制御部１４との間には、ループアンテナに生じた誘導電流を整流する整流素子が設けられている。
【００５４】
なお、スイッチ群２０６は、それぞれコンデンサ群２０５のコンデンサにそれぞれ接続された複数のスイッチからなるものとしたがこれに限られない。スイッチ群２０６を一つ一つの切り替えスイッチとし、コンデンサのいずれか一つがループアンテナ６と接続されるように配線２０３を切り替えるものとすることも可能である。
【００５５】
スイッチ制御部２０７は、アンテナ制御部１４によって制御される。スイッチ制御部２０７は、配線２０４を介してスイッチ群２０６のそれぞれのスイッチのベースに電圧を印加することが可能に構成されている。また、スイッチ制御部２０７は、ループアンテナ６とコンデンサ群２０５によって形成される共振回路の共振周波数が、ループアンテナ６に入射する電磁波の周波数と一致しているかを測定するための構成、例えば電流測定回路を有する。
【００５６】
以上のように構成されたＩＣカード２００の動作を説明する。
第１の実施形態に係るＩＣカード１と同様に、ＩＣカード２００は電磁誘導によりリーダライタから電力を供給され、信号の送受信を行う。このために、ループアンテナ６に入射する電磁波の周波数とＩＣカード２００の共振周波数がずれていると、ＩＣチップ７の駆動電力が不足し、あるいは通信可能距離が短くなるおそれがある。これに対しＩＣカード２００は、ループアンテナ６とコンデンサ群２０５によって形成される共振回路の共振周波数を調節することが可能である。
【００５７】
ＩＣカード２００の共振周波数の調節は、その製造の際に実施することができる。
例えば、ＩＣカード２００に、試験用のリーダライタから所定の周波数の電磁波を放射する。スイッチ制御部２０７は、ベース電圧を印加するスイッチを順次切り替え、電磁波の周波数と共振周波数が最も接近する状態を決定する。スイッチ制御部２０７は、例えば、電流測定回路により測定される電流が最大の時に、電磁波の周波数と共振周波数が最も接近したと判断することができる。これにより、ＩＣカード２００の製造時に共振周波数を所定の周波数に調節することが可能となる。
【００５８】
また、スイッチ制御部２０７によるスイッチの制御は製造の際に限られず、使用時にリーダライタに接近する毎に実施されてもよい。具体的には、リーダライタからＩＣカード２００に電磁波が放射されると、通信を開始する前に上述のようにして共振周波数を調節する。リーダライタによっては、個体毎あるは周囲の環境により放射される電磁波の周波数が所定の周波数からずれている場合がある。本実施形態に係るＩＣカード２００では、このような場合であっても最適な共振周波数に調節される。
【００５９】
（比較例）
以下、比較例に係るＩＣカードについて説明する。
比較例に係るＩＣカードは、ＲＦＩＤ技術を利用する非接触通信のためのＩＣカードであって、一般的な構造のものである。
【００６０】
図９は、比較例に係るＩＣカードの本体３００を示す図である。図９（ａ）は本体３００に垂直な方向からみた平面図であり、図９（ｂ）は本体３００に平行な方向からみた平面図である。
【００６１】
同図に示すように、本体３００は、基材３０１、ループアンテナ３０２、コンデンサ３０３、ＩＣチップ３０４及び裏面配線３０５を有する。基材３０１の、ＩＣチップ３０４が実装されている側の面を第１の面３０１ａ、その反対側の面を第２の面３０１ｂとする。
【００６２】
スパイラス状のループアンテナ３０２は、第１の面３０１ａ上に形成されている。しかし、ループアンテナ３０２の外周側端部は、基材３０１に形成されたスルーホール３０１ｃを経由して、第２の面３０１ｂに形成された裏面配線３０５に接続されている。裏面配線３０５は、さらにスルーホール３０１ｄを経由して第１の面３０１ａに戻り、ＩＣチップ３０４に接続されている。
【００６３】
このように、ループアンテナ３０２がスパイラル形状を有するために、ループアンテナの外周側端部３０２ａをＩＣチップ３０４に接続させるためには、第２の面３０１ｂに裏面配線３０５を形成することが必要である。しかしながら、本発明の実施形態によれば、裏面配線を形成することを要しない。
【００６４】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【００６５】
上述した各実施形態では、非接触通信媒体は、電池を内蔵しないパッシブ型のものとしたが、電池を内蔵し、自ら電磁波を放射するアクティブ型にものであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、２００…ＩＣカード
２…第１の被覆部材
４…第２の被覆部材
５…基材
５ａ…第１の面
５ｂ…第２の面
６…ループアンテナ
７…ＩＣチップ
７ｂ…第１の端子
７ｃ…第２の端子
７ｄ…第３の端子
７ｅ…第４の端子
７ｆ…第５の端子
７ｇ…第６の端子
７ｆａ…第５の端子
８…第１の導線
８ａ…第１の端部
８ｂ…第２の端部
９…第２の導線
９ａ…第３の端部
９ｂ…第４の端部
９ｄ…第４の端部
１０…第３の導線
１０ａ…第５の端部
１０ｂ…第６の端部
１３…コンデンサ
１４…アンテナ制御部
２０５…コンデンサ群
２０６…スイッチ群
２０７…スイッチ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部及び第２の端部を有し、環状に形成された第１の導線と、
第３の端部及び第４の端部を有し、前記第１の導線の内側に環状に形成された第２の導線と、
前記第１の端部に接続される第１の端子と、前記第２の端部に接続される第２の端子と、前記第３の端部に接続される第３の端子と、前記第４の端部に接続される第４の端子と、静電容量素子とを有し、前記第１の端子と前記第４の端子とを介して前記１の導線と前記第２の導線を含むループアンテナを形成し、前記第２の端子と前記第３の端子とを介して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する集積回路チップと
前記第１の導線、前記第２の導線及び前記集積回路チップが実装される第１の面を有する基材と
を具備する非接触通信媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触通信媒体であって、
前記静電容量素子は、
前記ループアンテナに対して並列的に接続された複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサのうち、前記ループアンテナと接続されるコンデンサを切り替えるスイッチ回路とを含む
非接触通信媒体。
【請求項３】
請求項２に記載の非接触通信媒体であって、
前記集積回路チップは、前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部をさらに有する
非接触通信媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の非接触通信媒体であって、
前記スイッチ制御部は、通信対象機器から放射される電磁波の周波数と前記共振回路の共振周波数が一致するように前記スイッチを制御する
非接触通信媒体。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触通信媒体であって、
前記第１の面を覆う第１の被覆部材と、
前記基材の前記第１の面の反対側の第２の面を覆う第２の被覆部材と、
をさらに具備する非接触通信媒体。
【請求項６】
基材の第１の面に、第１の端部及び第２の端部を有する環状の第１の導線と、前記第１の導線の外側に配置され第３の端部及び第４の端部を有する環状の第２の導線とをそれぞれ形成し、
前記第１の面に、静電容量素子を内蔵する集積回路チップを実装することで、前記第１の端部と前記第４の端部とを介する前記第１の導線と前記第２の導線とを含むループアンテナを形成し、かつ、前記第２の端部と前記第３の端部との間に前記静電容量素子を接続して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する
非接触通信媒体の製造方法。
【請求項１】
第１の端部及び第２の端部を有し、環状に形成された第１の導線と、
第３の端部及び第４の端部を有し、前記第１の導線の内側に環状に形成された第２の導線と、
前記第１の端部に接続される第１の端子と、前記第２の端部に接続される第２の端子と、前記第３の端部に接続される第３の端子と、前記第４の端部に接続される第４の端子と、静電容量素子とを有し、前記第１の端子と前記第４の端子とを介して前記１の導線と前記第２の導線を含むループアンテナを形成し、前記第２の端子と前記第３の端子とを介して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する集積回路チップと
前記第１の導線、前記第２の導線及び前記集積回路チップが実装される第１の面を有する基材と
を具備する非接触通信媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触通信媒体であって、
前記静電容量素子は、
前記ループアンテナに対して並列的に接続された複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサのうち、前記ループアンテナと接続されるコンデンサを切り替えるスイッチ回路とを含む
非接触通信媒体。
【請求項３】
請求項２に記載の非接触通信媒体であって、
前記集積回路チップは、前記スイッチ回路を制御するスイッチ制御部をさらに有する
非接触通信媒体。
【請求項４】
請求項３に記載の非接触通信媒体であって、
前記スイッチ制御部は、通信対象機器から放射される電磁波の周波数と前記共振回路の共振周波数が一致するように前記スイッチを制御する
非接触通信媒体。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触通信媒体であって、
前記第１の面を覆う第１の被覆部材と、
前記基材の前記第１の面の反対側の第２の面を覆う第２の被覆部材と、
をさらに具備する非接触通信媒体。
【請求項６】
基材の第１の面に、第１の端部及び第２の端部を有する環状の第１の導線と、前記第１の導線の外側に配置され第３の端部及び第４の端部を有する環状の第２の導線とをそれぞれ形成し、
前記第１の面に、静電容量素子を内蔵する集積回路チップを実装することで、前記第１の端部と前記第４の端部とを介する前記第１の導線と前記第２の導線とを含むループアンテナを形成し、かつ、前記第２の端部と前記第３の端部との間に前記静電容量素子を接続して前記静電容量素子及び前記ループアンテナを含む共振回路を形成する
非接触通信媒体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６４９９０（Ｐ２０１１−１６４９９０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９１３（Ｐ２０１０−２７９１３）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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