JP2023039123A - 金属製指紋認証カード - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性において指紋パターン取得に有利であり、さらにフィルム状基板内部の回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備える金属製指紋認証カードを提供することを課題とする
【解決手段】フィルム状基板と、前記フィルム状基板の上に積層した磁性シートを、表裏のカード基材で挟み込みラミネートすることで一体化した金属製指紋認証カードであって、
前記フィルム状基板には、外部接続端子と、能動的静電容量式指紋センサと、配線パターンと、非接触式通信を行うためのループアンテナ回路と、ＩＣモジュールと、グラウンドパターンが実装され、
前記フィルム状基板には、前記グラウンドパターンを囲むようにコの字型のスリットが設けられ、前記磁性シートには、フィルム状基板のコの字領域と重なり、向きが対向するコの字型のスリットが設けられたことを特徴とする金属製指紋認証カード。
【選択図】図１

Description

本発明はクレジットカード、デビットカード、キャッシュカード、アクセスコントロール用カードなどに使用される、金属製指紋認証カードに関する。

近年、指紋認証スマートカードなどの指紋認証デバイスが普及し始めている。指紋認証スマートカードの例としては、クレジットカード、アクセスカードなどが挙げられる。指紋認証の方式は大きく分けて、「静電容量式」「光学式」「超音波式」の３種類がある。現在、指紋認証方式の主流となっているのは、「静電容量式」という方法である。

受動的な静電容量式指紋センサは、センサアレイの近傍に配置された導電構造に接触した指の表面とセンサアレイに配置された感知構造との間の距離に応じて変化する静電容量を測定して、指紋パターンを検出する。指の表面と感知構造の静電容量を受動的に読み出す場合、比較的大きな静電容量を必要とするために保護層を非常に薄くする必要があり、そのためスクラッチングやＥＳＤ（静電放電）に対してかなり感度が高くなる。

能動的な静電容量式指紋センサとして、導電構造を介して指に励起信号を供給し、センサアレイの感知構造が帯びる電荷変動を測定するものがある（特許文献１参照）。センサアレイに触れる指の表面とセンサアレイの感知構造との電位差は、乾燥した指では低くなるため、指紋パターンの取得感度が低くなる。

また、他の能動的静電容量式指紋センサとして、感知電極から指に励起信号を供給する場合は、導電駆動構造を使用せず、センサの電源電圧の低電位（センサグラウンド）と高電位を装置基準電位（装置グラウンド）に関して変動させ、センサアレイの基準電位（センサグラウンド）を指の電位に関して揺動させる。センサグラウンドを揺動させると、センサアレイの感知構造の電位は装置基準電位に関して上下に揺動され、またセンサアレイに触れる指の電位に関しても上下に揺動される。指と感知構造との間の電圧の変化に起因する、感知構造が帯びる電荷の変動を測定することによって、指の表面と感知構造との距離を推定できる。このように、指に励起信号を供給する導電構造なしに指紋を感知することができる（特許文献２参照）。

この指紋感知は指の変動電位に依存するため、電位の異なる指でも同じであり乾燥した指の指紋パターンの質を向上することができる。また、指は装置の導電部分によってグラウンドさせることができる。指励振信号の振幅はセンサアレイへの電源電圧に制限されないため、感知構造を覆うより厚い保護膜の使用が可能になり、より強固な指紋センサとなる。

また、能動的容量式指紋感知システムおよび導電筐体を備えた電子機器の場合は、導電筐体の電位を少なくとも断続的に電子機器の基準電位、例えば電気グラウンドに保つように配置させることによって、導電筐体は、電子機器の任意の追加の電気的機能を満たせると同時に、コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性（湿っている／乾いている）において指紋パターンの取得を助ける。そして、筐体接続回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることによって、静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐこともできる。

また、導電筐体の電位が指紋パターン取得時の指励振信号に追従できるようにされた信号追従状態と、導電筐体の電位が電子機器の基準電位に保たれる基準電位状態との間で切
り替えるよう制御可能にする能動回路構成を備えることができる。導電筐体の電位が指励振信号に追従することで能動的静電容量式指紋感知システムとして機能性を高めることができる。

米国特許第７８６４９９２号公報 特表２０１７－５２５００４号公報

上述した、受動的静電容量式指紋センサを金属カードに搭載する場合、
指の表面と感知構造の静電容量を受動的に読み出すため、乾燥した指で感度が低くなってしまう。また、指紋センサの保護層が非常に薄いためスクラッチングやＥＳＤに対してかなり感度が高くなってしまう問題がある。また、カードの表側に金属板を使用した金属カードに受動的な静電容量式指紋センサを搭載する場合、指紋センサの周囲には金属カードの一部である金属板とは別に、指紋感知システムが使用される時にユーザの指に導電接触するための導電性の指接触構造を備える必要がある。導電性の指接触構造は、金属板から絶縁する必要があり、カードのデザインに影響するという問題がある。

また、能動的静電容量式指紋センサを金属カードに搭載する場合は、
導電筐体としての役割をなす金属板に内部回路のグラウンドを接続させることで、コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性（湿っている／乾いている）において指紋パターンの取得に有利となる。さらに、筐体接続回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることによって、静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐこともできる。また、導電性の指接触構造を別途設ける必要がないため、より自由なカードデザインを実現することができる。

ところで、非接触式通信可能な金属カードにおいて、アンテナから十分な電力を得るためには、金属板とアンテナ回路との間に、金属面で発生する渦電流を抑止し、アンテナからの磁束をよく集束できる磁性シート、例えばフェライトシートを入れることが好ましい。金属製指紋認証カードでは指紋センサを動作させ、ユーザの指紋を読み取り、取得し、登録されている指紋データと照合して認証するためには、通常の金属カードよりも大きな電力が必要となり、そのためには磁性シートを入れることが好ましい。しかし、アンテナ回路が配置されたフィルム状基板と金属板の間に、磁性シートを設けると、同一のフィルム状基板に配置されたグラウンドと金属板を電気的に接続するためには、磁性シートを何らかの方法で貫通させた導体を介して、フィルム状基板上のグラウンドと金属板を密着させ導通させる必要があった。

本発明は、以上のような問題点を鑑み、導電筐体としての役割をなす金属板にフィルム状基板上に形成されたグラウンドパターンを密着させて導通させることで、コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性（湿っている／乾いている）において指紋パターン取得に有利であり、さらにフィルム状基板内部の回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることによって、静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐことができる金属製指紋認証カードを提供することを課題とする。

本発明に於いて上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、フィルム状基板と、前記フィルム状基板の上に積層した磁性シートを、表裏のカード基材で挟み込みラミネートすることで一体化した金属製指紋認証カードであって、
前記表裏のカード基材のうち少なくとも表面のカード基材の一部は、金属を含み、
前記フィルム状基板には、外部装置と通信する外部接続端子と、ユーザの指紋データを取得する能動的静電容量式指紋センサと、各部品を接続する配線パターンと、非接触式通信を行うためのループアンテナ回路と、前記ユーザの指紋データが登録されるメモリである指紋登録部と、前記指紋センサにより読み取られたユーザの指紋と前記指紋登録部に登録されている指紋データとを比較照合する指紋照合処理部とが設けられたＩＣモジュールと、グラウンドパターンが実装され、
前記フィルム状基板には、前記グラウンドパターンを囲むようにコの字型のスリットが設けられ、前記磁性シートには、フィルム状基板のコの字領域と重なり、向きが対向するようなコの字型のスリットが設けられたことを特徴とする金属製指紋認証カードである。

フィルム状基板の上に磁性シートを積層する際、フィルム状基板と磁性シートの各コの字型のスリット部分を互い違いに重ねて、フィルム状基板のスリットから、磁性シートのスリットの内側領域を差し込むことによって、グランドパターンの部分では磁性シートの上にフィルム状基板が重なり、フィルム状基板上に形成されたグラウンドパターンを最上部に位置させる構成となっている。そして、その上に積層される金属板とグラウンドパターンを密着させて導通させることが可能となる。

また、本発明の第２の態様は、フィルム状基板内部の回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属製指紋認証カードである。

集積回路（ＩＣ）はＥＳＤに敏感であり、ＥＳＤの高いピーク電圧と電流がＩＣに破壊を引き起こす可能性がある。静電気に敏感なＩＣをＥＳＤから保護するためには、ＥＳＤ保護回路を作成し、電流をグランドに流すことによって静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐことができる。

本発明によって、導電筐体としての役割をなす金属板にフィルム状基板上に形成されたグラウンドパターンを密着させて導通させることで、コモンモードノイズおよび指の異なる電気特性（湿っている／乾いている）において指紋パターン取得に有利であり、さらにフィルム状基板内部の回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることによって、静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐことができる金属製指紋認証カードを提供することができる。フィルム状基板上に形成されたグラウンドパターンを使用するため、磁性シートを貫通させるような導体を別途設ける必要がなく、コストやカードの厚さ方向への厚さのむらを抑えつつ金属板と回路基板のグラウンドを導通させることができる。また、導電性の指接触構造を別途設ける必要がないため、より自由なカードデザインを実現できる。

本発明に係る金属製指紋認証カードの平面図である。 本発明に係るフィルム状基板上に実装された構成部品を示す平面図である。 本発明に係るフェライトシートの平面図である。 フィルム状基板の上にフェライトシートを重ねた状態の平面図ある。 図４のＸ－Ｘ'での概略断面図である。

本発明に係る金属指紋認証カードの実施形態を図面に基づいて説明する。ここで図面は模式的なものであり平面寸法との関係や各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって本発明の技術的思想は構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるも
のではない。

＜基本構成＞
図１は、本発明の一実施形態の金属指紋認証カード１を示す平面図である。接触式通信のための外部接続端子３と、指紋を読み取り、指紋データを取得する能動的静電容量式指紋センサ４が、カードの表側の基材２に露出している。そして、内部には、指紋データを記憶し、ユーザの指に対して指紋センサで生成した指紋データと記憶された指紋データを照合して一致するか否かを判断し、照合結果に応じて外部装置と通信するＩＣモジュールとを備えている。本実施形態では外部装置と通信する通信手段として、接触データ通信と非接触データ通信の両方を備えているが、非接触データ通信のみであってもよい。

カード表面の基材２は、少なくとも一部の層が厚さ１００～５００μｍのステンレスやチタンなどの金属素材で構成され、金属板には外部接続端子基板と指紋センサを露出するための開口がレーザーや切削加工により予め設けられている。カード表面２には金属板の開口を通して接触端子と指紋センサが露出している。金属板の外側には樹脂シートが設けられていてもよく、金属板の表面や樹脂シートには印刷が施されていてもよいが、ユーザが指紋センサに触れる際に金属板とユーザの指が必ず直接触れるように、指紋センサ周辺部分では印刷がない状態、もしくは一定の間隔で印刷のない領域を設ける必要がある。

図２は、表裏のカード基材の内部に配置された、フィルム状基板１０上に実装された構成部品を示す平面図である。図２に示すように、外部装置と通信する外部接続端子３と、ユーザの指紋データを読み取り、取得する静電容量式指紋センサ４と、ユーザの指紋データが登録されるメモリである指紋登録部と、指紋センサにより取得されたユーザの指紋と指紋登録部に登録されている指紋データとを比較照合する指紋照合処理部とが設けられたＩＣモジュール５と、フィルム状基板１０の表側の面に半田やＡＣＦなどの導電性接合材で実装され、各部品を接続する配線パターン７と非接触式通信を行うためのループアンテナ回路８と、グラウンドパターン６が設けられている。

ＩＣモジュール５は、カード１表面に露出せずカード１に内包されており、ＩＣモジュール５を収容するために、金属板のＩＣモジュール５の上に位置する領域には凹状のキャビティが形成されている。

フィルム状基板１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）などのプラスック基材の表裏に、アルミニウムや銅などがエッチングによって回路パターン形状が形成されている。外部接続端子基板３は、ガラスエポキシやポリイミド等の基材の両面に銅パターンが形成され、銅パターンの上にはニッケルやパラジウム、金などのメッキ処理が施されたものが用いられる。

フィルム状基板１０の表側の面に回路グラウンドと接続し、配置されたグラウンドパターン６を囲むようにコの字型のスリット９を配置する。グランドパターン６は金属板との接触抵抗を少なく、また導通をより確実にするために大きさは１ｃｍ^２以上であることが好ましい。また、カード１の中心線から遠ざけて配置させることで、カード１が曲げられた際にグランドパターン６部分に加わる応力を最小限に留めることが好ましい。

図３は、本実施形態の磁性シート２０を示した図である。金属板とフィルム状基板１０との間に磁性シート２０を挿入することで、金属面での渦電流の発生を抑止し、アンテナからの磁束をよく集束することで指紋認証の一連の動作（指紋センサを動作させ、ユーザの指紋を読み取り、取得し、登録されている指紋データと照合して認証する）に必要な電力を非接触式通信から得ることができる。磁性シート２０には、フィルム状基板１０のコ
の字型のスリット９と重なり、向きが対向するようなコの字型のスリット１６が配置され、外部接続端子基板３、指紋センサ４、ＩＣモジュール５を入れるための開口部（それぞれ１３、１４、１５）が設けられている。磁性シート２０の厚さは、５０μｍ～２００μｍである。

図４は、本実施形態のフィルム状基板１０に磁性シート２０を積層した状態を示す平面図である。フィルム状基板１０の上に磁性シート２０を積層する際、コの字のスリット部分（それぞれ９、１６）を互い違いに重ねて、フィルム状基板１０のスリット９から、磁性シート２０のスリット１６の内側領域をフィルム状基板１０の下に差し込むことによって、グランドパターン６の部分では磁性シート２０の上にフィルム状基板１０が重なる。このように、グラウンドパターン６で互い違いに重ねられるため、グランドパターン６部分と他の部分とで積層後の厚さを同程度にしながらグランドパターン６の部分では磁性シート２０の上にフィルム状基板１０が重なり、フィルム状基板１０上に形成されたグラウンドパターン６を最上部に位置させ、その上に積層される金属板とグラウンドパターン６を密着させて導通させることができる。さらに、積層時に磁性シート２０の両面に接着剤を塗布することで、ラミネート時の密着性を高めつつ、グラウンドパターン６の上に接着剤が付着し、金属板との導通を阻害することを防ぐことができる。

図５は、フィルム状基板１０の上に磁性シート２０を積層した状態のグランドパターン部６の、Ｘ－Ｘ'間での層構成を表す概略断面図（図４参照）である。フィルム状基板１０に磁性シート２０を積層させたものを金属板２２とＰＶＣやＰＥＴ－Ｇ等の外装樹脂（２１、２５）で挟み込み、熱プレスによってラミネートすることでカード基材を一体化する。ここで熱プレスによるラミネートではなく、２液硬化樹脂や常温硬化樹脂、ＵＶ硬化樹脂を使いコールドプレス方式のラミネートでカード基材を一体化することもできる。ラミネートにより一体化したシート状のカード基材はレーザーや切削加工により、カード個片形状に成形される。

図５に示すように、グランドパターン６の部分では、磁性シート２０の上にフィルム状基板１０が重なり、フィルム状基板１０上に形成されたグラウンドパターン６が最上部に位置し、グランドパターン６と金属板２２が密着する構造となる。

圧力をかけてラミネートすることで、コの字部分では接着層２３が薄くなり、カード１の厚さ方向への厚さのムラを抑えつつ金属板２２とグラウンドパターン６を密着させ、導通させることができる。また、ラミネート時にグラウンドパターン６の金属板２２に対する密着をより強固にさせるために、フィルム状基板１０の、グラウンドパターン６と反対側の面にグランドパターン６と同じ形状のパターンを形成し、コの字部分の接着層２３をより薄い状態でカード化することもできる。

本実施形態の図には示されていないが、フィルム状基板１０の回路構成にＥＳＤ保護回路構成を備えることによって、静電気放電が指紋感知回路構成や金属カードの他の部分を損傷することを防ぐこともできる。

以下、本発明を具体的に実施したカード例を示す。
カード寸法：ＪＩＳ Ｘ６３０１：２００５（ＩＳＯ／ＩＥＣ）
長辺：８５．４７～８５．７２ｍｍ（公称値８５．６ｍｍ）
厚さ：０．６８～０．８４ｍｍ（公称値０．７６ｍｍ）

１・・・金属製指紋認証カード
２・・・金属製指紋認証カードの表側基材
３・・・外部接続端子
４・・・能動的静電容量式指紋センサ
５・・・ＩＣモジュール
６・・・グラウンドパターン
７・・・配線パターン
８・・・ループアンテナ回路
９・・・スリット（フィルム状基板内）
１０・・・フィルム状基板
１３・・・外部接続端子用開口部
１４・・・指紋センサ用開口部
１５・・・ＩＣモジュール用開口部
１６・・・スリット（磁性シート内）
２０・・・磁性シート
２１・・・外装樹脂層（表面）
２２・・・金属板
２３・・・接着層
２４・・・中間樹脂層
２５・・・外装樹脂層（裏面）

Claims (2)

1. フィルム状基板と、前記フィルム状基板の上に積層した磁性シートを、表裏のカード基材で挟み込みラミネートすることで一体化した金属製指紋認証カードであって、
   前記表裏のカード基材のうち少なくとも表面のカード基材の一部は、金属板を含み、
   前記フィルム状基板には、外部装置と通信する外部接続端子と、ユーザの指紋データを取得する能動的静電容量式指紋センサと、各部品を接続する配線パターンと、非接触式通信を行うためのループアンテナ回路と、前記ユーザの指紋データが登録されるメモリである指紋登録部と、前記指紋センサにより読み取られたユーザの指紋と前記指紋登録部に登録されている指紋データとを比較照合する指紋照合処理部とが設けられたＩＣモジュールと、グラウンドパターンが実装され、
   前記フィルム状基板には、前記グラウンドパターンを囲むようにコの字型のスリットが設けられ、前記磁性シートには、フィルム状基板のコの字領域と重なり、向きが対向するようなコの字型のスリットが設けられたことを特徴とする金属製指紋認証カード。
2. 前記フィルム状基板内部の回路構成がＥＳＤ保護回路構成を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属製指紋認証カード。

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