JP2004134678A - 配線基板、配線基板の製造方法および非接触ｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】工程数が少なく、信頼性の高い層間接続部を得ることができる配線基板、配線基板の製造方法および非接触ＩＣカードを提供すること。
【解決手段】絶縁層としての絶縁性フィルム材１５の表裏面に形成した導体らパターン１６，１７の各々の接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間を電気的に接続する層間接続部２１ａ，２１ｂを、接続ランド２２Ａ，２２Ｂを互いに溶着させて形成する。これにより、層間接続工程の工程数を少なくして製造コストの低減および生産性の向上を図ることができるとともに、信頼性の高い層間接続部を得ることができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板、配線基板の製造方法および非接触ＩＣカードに関し、さらに詳しくは、両面配線基板の層間接続構造の信頼性向上を図った配線基板、配線基板の製造方法および非接触ＩＣカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードは、カードをカードリーダ上に置くか、かざすだけで情報のやりとりを行える利便性から、鉄道の出改札や高速道路の自動料金徴収システムなどの交通系用途を中心に、公衆電話用のプリペイドカード、電子決済、セキュリティシステム、工場における製品管理システムなど多様な分野で応用されている。非接触ＩＣカードは、通信用アンテナおよび半導体チップ（ＩＣチップ）を搭載したアンテナモジュールをカード構成シートで挟み込んで構成される。
【０００３】
アンテナモジュールの構成例としては、一枚の絶縁性フィルム材上に貼り付けた金属箔を所定形状にパターニングして導体パターンを形成し、これに半導体チップを実装したものが公知である。これは、絶縁性フィルム材の表面にアンテナパターンが渦巻状に形成され、絶縁性フィルム材の裏面には、アンテナパターンの外周端部を最内周へ導くためのブリッジパターンが形成されている。半導体チップは、ブリッジパターンを介してアンテナパターンの両端部に搭載されている。
【０００４】
絶縁性フィルム材の表面側に形成されたアンテナパターンと絶縁性フィルム材の裏面側に形成されたブリッジパターンとの間の層間接続方法には、例えば特許文献１に開示されているように絶縁性フィルム材を貫通するスルーホール内に導電材料をめっき処理あるいは充填処理して導通をとる方法と、例えば特許文献２に開示されているようなクリンピング加工による方法とがある。
【０００５】
クリンピング加工は、例えば図６に示すように、絶縁性フィルム材１の表面側の第１導体パターンの接続ランド２に向けて、絶縁性フィルム材１の裏面側の第２導体パターンの接続ランド３を突き上げて変形させ、絶縁性フィルム材１を貫通して接続ランド２，３間を電気的に接続する方法である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−５７２９０号公報（第２頁、図３，４）
【特許文献２】
特開平１１−１４９５３５号公報（第４頁、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
スルーホールを形成して層間接続をする方法は、スルーホールの形成およびめっき処理あるいは導体充填処理が必要となり、工程数の増大によるコスト増が問題となる。他方、クリンピング加工によって層間接続をする方法は、いわゆるカシメ処理によって機械的に各導体パターンを接続するだけであるので作業が容易である。
【０００８】
しかしながら、クリンピング加工は、加工時に導体パターンの金属片が発生し、これがアンテナパターンに付着して回路ショートによる通信不良等のカード特性上の不具合を引き起こす。このため、加工後はアンテナモジュールから金属片を除去する工程が必要となり、工程数の増大および製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００９】
また、クリンピング加工は、絶縁性フィルム材１を貫通する孔の大きさにバラツキが生じ易く、安定した品質が得られなかったり、孔が必要以上に大きくなると導通不良を起こす原因にもなるので、層間接続部の信頼性を確保することができない。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、工程数が少なく信頼性の高い層間接続構造を得ることができる配線基板、配線基板の製造方法および非接触ＩＣカードを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するに当たり、本発明は、絶縁層の表面側に形成された第１導体パターンの接続ランドと、絶縁層の裏面側に形成された第２導体パターンの接続ランドとの間を電気的に接続する層間接続部が、各々の接続ランドを互いに溶着させることによって形成されている。
【００１２】
各々の接続ランド間を溶着させて層間接続部を形成するようにしているので、層間接続部の形成時に回路ショート等の原因となる金属片が発生することはない。したがって、その後の金属片除去工程が不要となるので、工程数の削減および層間接続部の信頼性の向上を図ることができる。また、層間接続部を接続ランド間の溶着によって形成するようにしているので、製品間のバラツキが抑えられ、品質の安定化を図ることができる。
【００１３】
接続ランド間の溶着工程は、例えば、少なくとも一方の接続ランドに対して超音波を印加して接合を行う超音波溶着法を採用することができる。これにより、基板表面の仕上がりを良くし、かつ、低コスト、短時間での接合が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の実施の形態では、非接触ＩＣカードを構成するアンテナモジュールに本発明を適用した例について説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態による非接触ＩＣカード（以下「ＩＣカード」という。）の断面図である。本実施の形態のＩＣカード１０は、通信用のアンテナモジュール１１を接着層１２を介して一対の外装シート材１３ａ，１３ｂで挟み込んだ構成となっている。
【００１６】
接着層１２は、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂で構成されている。接着層１２は、アンテナモジュール１１を封止すると同時に、表裏の外装シート材１３ａ，１３ｂ間を接着している。
【００１７】
図２はアンテナモジュール１１の全体を示す平面図である。アンテナモジュール１１は、絶縁層としての絶縁性フィルム材１５の表面および裏面にアルミニウムまたは銅等の金属からなる導体パターン１６，１７がそれぞれ形成された両面配線基板に対し、半導体チップ１８が実装されることによって構成されている。絶縁性フィルム材１５は、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムで構成されている。
【００１８】
絶縁性フィルム材１５表面に形成された導体パターン１６は、渦巻き状のアンテナパターン１６Ａと、同調用コンデンサの一方側の電極を構成する櫛歯状の電極パターン１６Ｂとから構成されている。他方、絶縁性フィルム材１５裏面に形成された導体パターン１７は、アンテナパターン１６Ａの外周側端部を内周側へ引き回すためのブリッジパターン１７Ａと、同調用コンデンサの他方側の電極を構成する電極パターン１７Ｂとから構成されている。
【００１９】
アンテナパターン１６Ａの内周側端部および電極パターン１６Ｂは、半導体チップ１８の一方の端子に接続され、アンテナパターン１６Ａの外周側端部は、層間接続部２１ａを介してブリッジパターン１７Ａに接続されている。ブリッジパターン１７Ａおよび電極パターン１７Ｂは、層間接続部２１ｂを介して半導体チップ１８の他方の端子に接続されている。半導体チップ１８は、例えばステンレス等の金属材料製の一対の補強板１９Ａ，１９Ｂによって挟持され、外力に対する耐久性が高められている。
【００２０】
層間接続部２１ａ，２１ｂは、絶縁性フィルム材１５表面側の導体パターン１６と裏面側の導体パターン１７との間の層間の電気的な接続を担う。図３は、層間接続部２１ａ，２１ｂ周辺のアンテナモジュール１１の断面図である。層間接続部２１ａ，２１ｂは、絶縁性フィルム材１５を貫通して、導体パターン１６側の接続ランド２２Ａと、導体パターン１７側の接続ランド２２Ｂとを互いに溶着させることによって形成されている。接続ランド２２Ａと接続ランド２２Ｂとの間の溶着方法は特に限定されないが、振動摩擦接合、特に、超音波接合法が好適である。
【００２１】
超音波接合法で層間接続部２１ａ，２１ｂを形成した場合には、図３に示すように、溶着部位に対応して接続ランド２２Ａ，２２Ｂ上に超音波溶着ヘッドの押し付け痕である凹所２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ形成される。この場合、当該凹所２４Ａ，２４Ｂの有無によって層間接続工程が完了したか否かを一目で容易に判断できるので、工程管理に利用することができる。なお、凹所２４Ａ，２４Ｂの形状は溶着ヘッドの先端形状、ランド高さ、超音波条件等によって変動する。また、接続ランド２２Ａ，２２Ｂの双方に溶着ヘッドを押し付ける方法に限らず、何れか一方にだけ溶着ヘッドを当て、他方は治具上で支持する等の方法も勿論可能である。
【００２２】
接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の接合部２３の大きさは、接続ランド２２Ａ，２２Ｂの形成領域よりも狭く形成されている。これは、接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の接合信頼性を確保するためのもので、溶着後における接合部２３の大きさが接続ランド２２Ａ，２２Ｂの形成領域よりも狭く形成されている限り、その大きさは限定されない。
【００２３】
次に、以上のように構成されるアンテナモジュール１１の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｅは、アンテナモジュール１１の製造プロセスを示す工程断面図である。
【００２４】
まず、絶縁性フィルム材１５の両面にアルミニウム箔や銅箔等の金属箔２６，２７を形成した回路形成用基板を準備する（図４Ａ）。次に、金属箔２６，２７の上にフォトレジスト２８，２９を形成する（図４Ｂ）。フォトレジスト２８，２９はドライフィルムレジスト、液状レジストの何れでもよい。続いて、フォトレジスト２８，２９に対し、パターンマスク（図示略）を介して露光・現像することによって、レジストパターン２８Ａ，２９Ａを形成する（図４Ｃ）。
【００２５】
レジストパターン２８Ａ，２９Ａの形成後、金属箔２６、２７をエッチング液に浸漬させ、レジストパターン２８Ａ，２９Ａによって覆われた領域だけを残して溶解除去する。その後、レジストパターン２８Ａ，２９Ａを除去することにより、導体パターン１６，１７を形成する（図４Ｄ）。次いで、導体パターン１６，１７の各々の接続ランド２２Ａ，２２Ｂに超音波溶着ヘッド（ホーン）３１，３２を押し付け、超音波振動を印加する（図４Ｅ）。接合条件としては、例えば、押し付け荷重２Ｎ、振動数１９．５ｋＨｚ、印加時間０．２秒である。
【００２６】
接続ランド２２Ａ，２２Ｂに対して超音波振動が印加されると、接続ランド２２Ａ，２２Ｂと絶縁性フィルム材１５との界面に機械的振動による摩擦熱が発生する。このとき、融点の低い絶縁性フィルム材１５が先ず溶融し、これによって接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間に貫通孔２３ａが形成される。次いで、接続ランド２２Ａ，２２Ｂの内面が溶融し、貫通孔２３ａを介して接続ランド２２Ａ，２２Ｂの各々の内面同士が溶着する（図３）。
【００２７】
なお、製造したアンテナモジュール１１のアンテナ共振周波数の調整は、同調用コンデンサの電極パターン１６Ｂ，１７Ｂを任意の部位で断ち切り、静電容量を調整することによって行われる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、層間接続部２１ａ，２１ｂが接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の溶着接合によって形成されているので、接合時に回路ショートの原因となる金属片等のカスが発生することはない。したがって、クリンピング加工によって層間接続部を形成していた従来の方法に比べて、後に上記金属片等を除去する工程が不要となり、工程数の削減によるアンテナモジュールの製造コストを低減できるとともに、生産性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、本実施の形態によれば、接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の溶着接合によって層間接続部２１ａ，２１ｂを形成しているので、作業時間の大幅な短縮を図ることができ、スルーホールに対する導電めっき処理工程や導体充填工程を必要としていた従来の方法に比べて工程数の削減を図ることができ、製造コストの低減および生産性の向上を図ることができる。
【００３０】
さらに、本実施の形態によれば、層間接続部２１ａ，２１ｂの形成に超音波接合法を用いているので、製品間のバラツキを抑えて安定した高品質を維持でき、信頼性の高い層間接続部を得ることができる。また、溶着時の発熱は接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の領域だけであるので、周辺部が受ける熱的な影響はほとんどなく、外観の美観が損なわれることもない。
【００３１】
さらに、層間接続部２１ａ，２１ｂを超音波接合法で形成しているので、異種金属間の接合も容易に行うことができる。これにより、例えば、表面側の導体パターン１６をアルミニウム、裏面側の導体パターン１７を銅で形成するなど、アンテナモジュールの設計自由度の向上を図ることができる。
【００３２】
製作されたアンテナモジュール１１は、接着層１２を構成する接着材料が塗布された外装シート材１３ａ，１３ｂ間に貼り込まれ、熱加圧処理を経てカード化される。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態による非接触ＩＣカード用アンテナモジュールの要部の製造プロセスを示す工程断面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
【００３４】
本実施の形態では、絶縁性フィルム材１５の表裏面に導体パターン１６，１７をそれぞれ形成した後の接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の層間接続工程において、超音波溶着工程の前に、図５に示すように接続ランド２２Ａ，２２Ｂおよび絶縁性フィルム材１５に貫通孔２５を形成する工程を有している。
【００３５】
貫通孔２５は、超音波溶着ヘッド３１，３２による接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の層間接続工程において、溶着開始時の絶縁性フィルム材１５に対する貫通孔形成工程を省略して接合作業時間の短縮化を図るようにしたものである。これにより、層間接続部の接合信頼性の更なる向上を図ることができる。
【００３６】
貫通孔２５の形成は、ドリル等を用いた機械加工等で容易に行うことができる。孔の大きさは、接続ランド２２Ａ，２２Ｂの面積に応じて適宜変更可能であり、接合信頼性を確保できる大きさであれば特に限定されない。
【００３７】
また、貫通孔２５は、振動摩擦による絶縁性フィルム材１５の穿孔を省略して接続ランド２２Ａ，２２Ｂ間の早期の溶着を図るためのものであるので、少なくとも絶縁性フィルム材１５にのみ貫通孔が形成されていればよい。このような基板は、あらかじめ絶縁性フィルム材１５にドリル、パンチングまたはエッチング等で貫通孔を形成しておき、その上に接続ランド２２Ａ，２２Ｂをパターニングすることによって容易に製作できる。また、この場合、上述した超音波溶着による層間接続前の貫通孔２５の形成工程が不要となるので、工程数削減による製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３９】
例えば以上の各実施の形態では、非接触ＩＣカード用アンテナモジュールに適用される配線基板の層間接続構造を例に挙げて説明したが、勿論、これに限定されず、携帯電話やＰＤＡ等の通信機器用フレキシブル配線基板の層間接続構造等にも本発明は適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の配線基板によれば、層間接続部の品質の安定化を図って、信頼性の高い層間接続部を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の配線基板の製造方法によれば、容易かつ低コストな層間接続工程を実現して製造コストの低下および生産性の向上を図ることができる。
【００４２】
さらに、本発明の非接触ＩＣカードによれば、アンテナモジュールの層間接続構造の信頼性向上が図られ、通信不良等の特性不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による非接触ＩＣカード１０の断面図である。
【図２】ＩＣカード１０のアンテナモジュール１１の平面図である。
【図３】アンテナモジュール１１の層間接続構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるアンテナモジュールの層間接続工程を説明する工程断面図であり、Ａは絶縁性フィルム材の両面に金属箔を貼り付ける工程、Ｂは金属箔の上にパターン形成用のレジストを形成する工程、Ｃはレジストの露光・現像工程、Ｄはエッチング工程、Ｅは超音波接合法による層間接続工程である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるアンテナモジュールの層間接続工程を説明する断面図である。
【図６】従来のクリンピング加工による層間接続構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ＩＣカード、１１…アンテナモジュール、１２…接着層、１３ａ，１３ｂ…外装シート材、１５…絶縁性フィルム材、１６Ａ…アンテナパターン、１７Ａ…ブリッジパターン、２１ａ，２１ｂ…層間接続部、２２Ａ，２２Ｂ…接続ランド、２３…接合部、２３ａ，２５…貫通孔、３１，３２…超音波溶着ヘッド。

Claims (9)

1. 絶縁層と、前記絶縁層の表面に形成された第１導体パターンと、前記絶縁層の裏面に形成された第２導体パターンと、前記絶縁層を介して対向する前記第１，第２導体パターンの各々の接続ランド間を電気的に接続する層間接続部とを有する配線基板において、
   前記層間接続部が、前記絶縁層を貫通して前記各々の接続ランドを互いに溶着させてなる
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記接続ランド間の接合部の大きさが、前記接続ランドの形成領域よりも狭く形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記接続ランド上には、溶着部位に対応して凹所が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
4. 絶縁層の表面に第１導体パターンを形成する工程と、前記絶縁層の裏面に第２導体パターンを形成する工程と、前記第１，第２導体パターンの各々の接続ランドを前記絶縁層を介して接続する層間接続工程とを有する配線基板の製造方法において、
   前記層間接続工程が、前記各々の接続ランドを互いに溶着させる工程からなる
   ことを特徴とする配線基板の製造方法。
5. 前記層間接続工程が、摩擦接合によって行われる
   ことを特徴とする請求項４に記載の配線基板の製造方法。
6. 前記層間接続工程が、前記接続ランドの少なくとも一方側に超音波を印加して行われる
   ことを特徴とする請求項５に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記層間接続工程の前に、前記接続ランド間に介在する前記絶縁層に貫通孔を形成する工程を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の配線基板の製造方法。
8. アンテナパターンを有する配線基板の上に半導体チップが実装され、前記配線基板をカード構成シートで挟み込んだ非接触ＩＣカードであって、
   前記配線基板が、絶縁性フィルム材と、前記絶縁性フィルム材の表面に形成された第１導体パターンと、前記絶縁性フィルム材の裏面に形成された第２導体パターンと、前記絶縁性フィルム材を介して対向する前記第１，第２導体パターンの各々の接続ランド間を電気的に接続する層間接続部とを有しており、
   前記層間接続部が、前記絶縁性フィルム材を貫通して前記各々の接続ランドを互いに溶着させてなる
   ことを特徴とする非接触ＩＣカード。
9. 前記第１導体パターンがアンテナパターンを含み、前記第２導体パターンが前記アンテナパターンの外周側端部を前記アンテナパターンの内周側へ引き回すためのブリッジパターンである
   ことを特徴とする請求項８に記載の非接触ＩＣカード。

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