JP2007080130A

JP2007080130A - Ｉｃカード用ｉｃモジュール

Info

Publication number: JP2007080130A
Application number: JP2005269553A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ozaki; 勝美尾崎
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】カードの曲げ変形に対して、物理的故障を受け難く端子基板の耐曲げ荷重強度を大きくしたＩＣカード用ＩＣモジュールを提供する。
【解決手段】本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール１は、端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールであって、端子基板２の中心層である絶縁層５の両面に金属箔４ａ，４ｂを積層し、当該両面の金属箔４ａ，４ｂをフォトエッチングして、１の面の金属箔４ａを接触端子板、他の面の金属箔４ｂを裏面配線回路１０としたＩＣモジュールにおいて、当該端子基板２の絶縁層５を従来の端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールの単層の絶縁層と同等の厚みであって、２層の同質材料５ａ，５ｂを積層し熱圧着した構成としたことを特徴とする。なお、金属箔４は絶縁層５の片面側にある構成であってもよい。
【選択図】図２

Description

この発明はＩＣカード用ＩＣモジュールに関する。詳しくは、ＩＣモジュールの端子基板の絶縁層を２層構造とすることにより、基板の剛性を高め、ＩＣモジュールに加わる曲げ応力に対して破壊強度を高くしたＩＣモジュールに関する。従って、本発明の技術分野は、ＩＣモジュールやＩＣカードの製造および利用分野に関する。

ＩＣカードは、一般にはＣＯＢ（ＣｈｉｐＯｎＢｏａｒｄ）、またはリール形状のフレキシブル基板を用いたＣＯＴ（ＣｈｉｐＯｎＴａｐｅ）の形態をとったＩＣモジュールを搭載しており、ＩＣモジュールの各端子と、Ｒ／Ｗ（リーダライタ）のコンタクト部とを接触させて電気的に接続して、Ｉ／Ｏラインを形成し、Ｉ／Ｏラインを通じて情報の読み出し、書き込みが行われている。しかしながら、このＩＣモジュールを搭載したＩＣカードはＩＣカード自体が薄く、多くのＩＣカードはＩＳＯ規格による厚さ０．７６ｍｍ程度であり、ポリ塩化ビニル等のカード基材の凹部へＣＯＢまたはＣＯＴを装着して構成されている。

このため、ＩＣカードは携帯中の外力などにより曲がりを生じ、この曲がりが原因でＩＣカードのＩＣモジュール部が物理的に故障することがあり問題となっていた。
これは、ＩＣモジュール端子基板の剛性が低いため、カードに曲げ応力が加わった際に、モジュール端子基板も同調して変形する結果、ＩＣモジュール配線の端子接続部が断線したり、封止樹脂にクラックが生じたり、ＩＣチップが破壊（チップクラック）し機能を喪失することが原因となっている。この現象は、ＣＯＴ、ＣＯＢを問わず共通に認められる現象である。

そこで、本発明は端子基板の剛性を高くして、カードの変形に伴って生じるＩＣモジュール配線の切断やＩＣチップの破壊を防止することを課題とするものである。
本願に直接関連する先行特許文献は検出されないが、ＩＣカード用ＩＣモジュールに関しては、特許文献１、特許文献２等が検出される。特許文献１は、ＩＣカード用ＩＣモジュールの金属端子板の大きさをＩＣカードと同じ大きさにすることを提案している。特許文献２は、カードに加えられる荷重に対して、カード基体よりも大きなたわみ量を示す柔軟な端子基板を有するＩＣモジュールについて記載している。

特開昭６３−２８１８９６号公報特開平９− ３０１７０号公報

ＩＣカードに曲げ応力が加わった場合でも、ＩＣモジュール自体の耐曲げ荷重強度を大きくすることにより、ＩＣモジュールが変形し難くなり、結果として、ＩＣモジュール背面配線の切断やＩＣチップの破壊により、ＩＣカードが機能喪失することがないようにすることを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１は、端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールであって、端子基板の中心層である絶縁層の両面に金属箔を積層し、当該両面の金属箔をフォトエッチングして、１の面の金属箔を接触端子板、他の面の金属箔を裏面配線回路としたＩＣモジュールにおいて、当該端子基板の絶縁層を、２層の同質材料を熱圧着した構成としたことを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュール、にある。

上記課題を解決する本発明の第２は、端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールであって、端子基板の絶縁層の片面に金属箔を積層し、当該金属箔をフォトエッチングして接触端子板としたＩＣモジュールにおいて、当該端子基板の絶縁層を、２層の同質材料を熱圧着した構成としたことを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュール、にある。

上記において、２層の絶縁層が同等の厚みであるようにし、絶縁層が繊維強化樹脂材料からなるようにし、金属箔を銅箔とする、ことで好適な端子基板が得られる。

ＩＣモジュール端子基板の耐曲げ荷重強度が大きくなる結果、ＩＣカードに曲げ応力が加わっても、ＩＣモジュールが変形することなく、結果としてＩＣカード化した際にも、ＩＣチップの破壊やモジュール配線部の切断が生じることが減少する。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明することとする。
図１は、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの平面図、図２は、図１の断面図、図３は、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの他の例の断面図、図４は、ＩＣカード用ＩＣモジュールを使用したＩＣカードの断面図、図５は、ＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度の試験方法を説明する図、図６は、耐曲げ荷重強度試験のグラフを示す図、図７は、従来のＩＣカード用ＩＣモジュールの断面図、である。

図１は、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの平面図であるが、図１（Ａ）は表面側平面図、図１（Ｂ）は裏面側平面図、である。
接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール１は、図１（Ａ）のように、表面に接触端子板１１を有し、背面にはＩＣチップを装着している。接触端子板１１には、図１のように、ＩＳＯ７８１６の規格によりＣ１〜Ｃ８の８つの端子が規定されている。
Ｃ１はＶｃｃ（供給電圧）、Ｃ２はＲＳＴ（リセット信号）、Ｃ３はＣＬＫ（クロック信号）、Ｃ５はＧＮＤ（接地）、Ｃ６はＶｐｐ（可変供給電圧；プログラム供給電圧）、Ｃ７はＩ／Ｏ（データ入出力）である。Ｃ４とＣ８はＲＦＵ（予備端子）であって現在は使用していない。スルーホール６は表面側端子と裏面配線回路１０を接続するもので各端子毎に形成されている。

ＩＣモジュール１の裏面は、図１（Ｂ）のように、ＩＣチップ３と各スルーホール６を接続する配線回路１０が形成され、各配線回路１０とＩＣチップ３の各パッド間がワイヤ８により接続されている。Ｃ４とＣ８はＲＦＵなので接続していない。Ｃ６のＶｐｐも使用しない場合が多い。ワイヤボンディング部を含むＩＣチップ３の全体はモールド樹脂により封止され樹脂モールド部７を形成している。樹脂封止の方式としては、トランスファーモールド方式、ポッティング方式、印刷方式等があるが特には限定されない。

図２は、図１の断面図であるが、ＩＣチップ３を通る部分を模式的に図示している。
端子基板２は中心層である絶縁層５の片面に、上記の各端子を有する金属箔４ａを有し、他の片面には、ＩＣチップ３と配線回路を有する金属箔４ｂを有している。金属箔４ａ，４ｂは銅箔とすることが多く、銅箔に下地ニッケルめっきを施し、その後、硬質金めっきが施されるのが通常である。
ＩＣチップ３は端子基板２にダイボンディングされ、ＩＣチップ３の各パッドと前記配線回路１０とはワイヤ８によりボンディングされている。表面側の前記各端子と配線回路１０とはスルーホール６により接続されている。
以上のようなＩＣモジュールの構成は通常のＩＣモジュールと同様のことである。

本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール１の特徴は、図７の従来のＩＣカード用ＩＣモジュール１ｊの断面と比較して明らかなように、従来のＩＣモジュール１ｊが単層の絶縁層５ｊからなるのに対し、本発明の絶縁層５は絶縁層５ａと絶縁層５ｂの積層からなっていることにある。絶縁層５は薄層にした同質の材料からなり、当該２層の絶縁層５ａ，５ｂを積層し熱圧着した構成からなっている。

図３は、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの他の例の断面図である。この例では、ＩＣモジュール１は、接触端子板１１となる表面側の金属箔４ａを有しているが、裏面側には金属箔を有していない。この例のＩＣモジュールでは、ＩＣチップ３のパッドに接続するワイヤ８は、表面側の端子背面の金属箔４ａのワイヤボンディング基板側パッド１２にスルーホールを介さずに直接接続される。そのため、絶縁層５には、金属箔４ａとラミネートする前の工程において、基板側パッド１２用の小孔９を形成しておくことが必要になる。このＩＣモジュールの場合は、絶縁層５と金属箔４ａのラミネート、および表面端子形状のエッチング後、小孔９を介してワイヤボンディング基板側パッド１２にワイヤ接続するものである。
図３の例のＩＣモジュールも、絶縁層５が同質材料からなる絶縁層５ａと絶縁層５ｂの積層構造に構成されている。

絶縁層５の材料には一般に、ガラスエポキシやガラスフェノール、ポリイミド、ポリエステル、紙フェノール、ＢＴ（ビスマレイド−トリアジン）レジン等が用いられるが、本発明ではガラスエポキシや他の繊維強化エポキシ、フェノール、ポリイミド、ポリエステル等の繊維強化樹脂材料（プリプレグ）を使用するのが好ましい。これらの材料の絶縁層は２層積層化により耐曲げ荷重強度が高くなるのが顕著に認められるからである。
ガラス以外の他の繊維としては、炭素繊維、炭化珪素、アルミナ、アラミドを挙げることができる。

繊維は織布を使用するもの、不織布を使用するもの、両者を併用するもの等がある。ガラスクロスの場合は、直径数ミクロンのガラス単繊維を２００〜４００本集束したガラス糸の織物で機械的強度は高いが、打ち抜き加工後にヒゲ状のガラス繊維が残りやすい問題がある。ガラス不織布は、長さ１０ｍｍ前後にカットしたガラス糸を単繊維に分散させ、紙のように抄きあげたものである。不織布は、繊維の集束が少なく、打ち抜き性に優れる特徴がある。

本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール１の製造は、まず、絶縁層となる材料と表面用金属箔４ａ，４ｂを準備し、端子基板２の積層を行う。生の絶縁材料は所定の厚みのものを２枚積層し、表裏面に金属箔をあてがう。絶縁層としての２枚の絶縁材料５ａ，５ｂは、同一厚みのものを使用するのが、材料の対称性からカール等が生じ難く好ましい。
金属箔４は両面貼りでも片面貼りでもよい。プリプレグである絶縁材料５ａ，５ｂと金属箔４ａ，４ｂを積層し、金属板間で熱圧プレスすると未硬化の樹脂が侵出して、積層した絶縁材料間と金属箔間を接着して硬化し、端子基板材料が完成する。
ただし、絶縁層と表裏の金属箔（銅箔）間には、接着テープを併用する場合もある。

金属箔としては、各種金属箔を使用できるが、銅箔を使用することが多いので、以下は、金属箔として、銅箔を使用する場合を例として説明する。次に、表面端子形状や裏面配線回路を形成するためのフォトエッチングを行う。フォトエッチングの後、銅箔４にニッケル（Ｎｉ）下地めっきと金めっきを行う。スルーホールの形成も同時に行う。なお、銅箔４の片面貼りの場合は、裏面配線回路１０とスルーホールの形成は行わないが、スルーホールの代りに、ワイヤボンディング用基板側パッド１２を形成する必要があるため、前記のように、積層前の絶縁材料に必要な小孔９を穿っておく必要がある。

端子基板２の裏面にＩＣチップ３をエポキシダイ接着剤等により接着（ダイボンディング）し、ＩＣチップ３の各パッドと配線回路１０とのワイヤ接続を行う。
片面銅箔の場合は、各パッドと表面側端子背面の銅箔面（ワイヤボンディング用基板側パッド１２）とを直接ワイヤ接続する。ＩＣチップ３、およびワイヤ接続部の全体を封止して樹脂モールド部７とし、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールが完成する。

図４は、ＩＣカード用ＩＣモジュールを使用したＩＣカードの断面図である。
ＩＣカード２０の製造は、ＩＣカード基体２１を準備し、これにＩＣモジュール装着用凹部２５を掘削し、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール１を装着することにより製造する。ＩＣカード基体２１の構成は特には限定されないが、通常、２枚の白色コアシート２１ａ，２１ｂを中心層とし、その両面に透明オーバーシート２１ｃ，２１ｄを積層し、熱圧プレスし一体化したものを使用することが多い。
シートの材質としては、塩化ビニルやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＰＥＴ−Ｇ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、等が使用される。

ＩＣモジュール装着用凹部２５は、カード基体２１表面からエンドミル等により掘削するもので、ＩＣモジュール１の端子基板２を載置する第１凹部と、ＩＣモジュール１の樹脂モールド部７を納める大きさの第２凹部とからなるように掘削する。
この第１凹部面と第２凹部内にＩＣモジュール１を固定する接着剤を塗工するか接着シートを敷きつめした後、ＩＣモジュール１を装填して熱圧を加えることにより、ＩＣモジュール１がＩＣモジュール装着用凹部２５内に固定されてＩＣカード２０が完成する。
以上の工程は、通常のＩＣカードの製造工程と異なるものではなく、本出願人が特開平９−３０１７０号公報、特開平１１−３４５５４号公報などで開示している。

＜ＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度の試験方法について＞
ＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度は、以下のようにして試験することができる。プラスチックの曲げ特性の試験方法は、ＪＩＳＫ７１７１にも規定されているが、以下は目安的な試験方法であって、ＪＩＳの上記試験方法に準拠するものでもない。

図５は、ＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度の試験方法を説明する図である。図５（Ａ）は測定状態の平面図、図５（Ｂ）は同断面図、である。
図５のように、厚み５ｍｍ、幅１００ｍｍ×長さ７０ｍｍ程度のＩＣカードサイズよりは大きいシリコンゴム板（ＪＩＳＫ６２５３が規定する、ゴム硬度５０度）３１上に、完成したＩＣカード２０を載置する。ＩＣカード２０のＩＣモジュール１部分の上面からステンレス（ＳＵＳ）板からなる圧子３２を押圧して荷重を徐々にかけていく。圧子３２は、板厚が２．０ｍｍで、高さ３０ｍｍ×幅６０ｍｍとする。圧子３２のＩＣカード２０に接触する部分Ｑは、断面が曲率半径１．０ｍｍの半円形になるように形成する。
当該圧子３２をその中心位置（圧子３２の板厚中心および幅中心位置）が、ＩＣカード２０のＩＣモジュール１の中心位置になるように置き、圧子３２全体が均一の力で押圧され、かつほぼ一定の速度で沈むように荷重を加えていく。

加えた荷重を縦軸にとり、圧子３２の初期位置からの沈下量（たわみ量）を横軸にとってグラフを描くと、図６のグラフのように、ある負荷荷重で沈下量が急に大きくなる屈曲点Ｐが生じる。この屈曲点Ｐでは、ＩＣモジュールの端子基板２内に僅かな亀裂や変形が生じるためと考えられ、ＩＣモジュールの耐曲げ荷重限界強度と考えることができる。
試験は、ＩＣカード２０の短辺に平行な方向と長辺に平行な方向との双方について行い、かつＩＣカード２０の表裏について行うことが好ましい。
図５（Ａ）は、ＩＣカード２０のＩＣモジュール１を上面にして、ＩＣカード２０の短辺に平行な方向に圧子３２を押圧する試験の実施状態を示し、図５（Ｂ）は、その断面図である。なお、この試験は一種の破壊試験であるから、一度荷重をかけた試料は、再測定はできないので、毎回新しい試料について試験を行う必要がある。

＜ＩＣモジュールの製造＞
端子基板２の絶縁層５として、厚み５５μｍの２枚のガラスエポキシ基材（利昌工業株式会社製「ガラス積層板」（ＥＳ−３７５３ＫＰ））を使用し、銅箔として厚み３５μｍの電解銅箔を使用した。なお、「ガラス積層板」（ＥＳ−３７５３ＫＰ）は、表面層に薄手ガラスクロス、中間層にガラス不織布を配置したエポキシコンポジット材である。
上記の２枚の絶縁層５ａ，５ｂを中心層として対称構造になるように配置し、その両面に前記２枚の銅箔４ａ，４ｂを積層して、熱圧プレスして一体の端子基板材料とした。
なお、プレス条件は、加熱温度１７０°Ｃ、圧力４０ｋｇ／ｃｍ²とし、加熱時間６０分の後、６０分間冷却した。熱圧プレス、冷却後に取り出した端子基板材料の全体厚みは、１７０μｍであった。

上記端子基板材料を使用して、図１のように、表面側接触端子板１１の表面側端子パターンと裏面配線回路１０の形状をフォトエッチングして形成した。その後、表面側各端子から裏面配線回路１０に通じるスルーホール６用の小孔を穿設して導体化し、表裏の銅箔４ａ，４ｂに下地ニッケル（Ｎｉ）めっき２μｍ、金めっき０．２μｍを施して、スルーホール６形成済み端子基板２を完成した。
ＩＣチップ３をエポキシダイ接着剤により端子基板２の裏面にダイボンディングしてから、ＩＣチップ３の各端子（パッド）と各配線回路１０間をワイヤ（田中電子工業社製のＦＡ−２５）８で接続した。最後に、ＩＣチップ３、ワイヤ接続部をエポキシ系封止樹脂（九州松下電気株式会社製「ＣＣＮ２００ＤＨ−ＭＣ」）を使用して樹脂封止し、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール（ＣＯＢ）を完成した。
（比較例）

端子基板２の絶縁層５ｊとして、厚み１１０μｍの１枚のガラスエポキシ基材（利昌工業株式会社製「ガラス積層板」（ＥＳ−３７５３ＫＰ））を使用した以外は、実施例と同一条件にして端子基板２ｊを完成し、同一のＩＣチップ３を同一条件で装着して、比較例（従来方式）のＩＣカード用ＩＣモジュール１ｊを完成した。
なお、銅箔４ａ，４ｂも実施例１と同一にし、厚み３５μｍの電解銅箔を絶縁層５ｊの両面に使用した。

＜ＩＣカードの製造＞
基材のコアシート２１ａ，２１ｂとして、厚み３６０μｍの白色硬質塩化ビニルシートを使用し、その両面にオーバーシート２１ｃ，２１ｄとして、厚み５０μｍの透明塩化ビニルシートを積層し、温度１５０°Ｃ、圧力２５ｋｇ／ｃｍ²、時間１５分で熱圧プレスしてＩＣカード用カード基体２１を準備した。このカード基体２１にＩＣモジュール装着用凹部２５をエンドミルにより掘削した後、接着剤としてシアノアクリレート（ヘンケル社製「シコメット７７」）を使用して、実施例と比較例のＩＣモジュールを装着した。
耐曲げ荷重強度試験を、ＩＣカード２０の表裏および縦横方向について各５回測定するため、試料ＩＣカードは各２０枚作製した。

完成した実施例と比較例の試料ＩＣカード２０について、前記したＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度の試験方法により、耐曲げ荷重強度を測定したところ、実施例については、表１の測定値、比較例については表２の測定値が得られた。
なお、表１、表２中において、「表面縦方向」とは、ＩＣカード２０をＩＣモジュール１が表面側（目に見える側）になるようにしてシリコンゴム板３１上に載置し、ＩＣカードの短辺に平行な方向に圧子３２を押圧する試験（図５）を行ったことを意味する。
また、「表面横方向」とは、圧子３２が上記と直交する方向にして試験を行ったことを意味し、「裏面」とは、ＩＣカード２０をＩＣモジュール１が裏面側（目に見えない側）になるようにしてシリコンゴム板３１上に載置して試験を行ったことを意味している。

以上の結果から、表１の本発明の実施例の場合が、いずれの測定方法においても、その平均値が比較例よりも大きく、本発明のＩＣカード用ＩＣモジュール１は、耐曲げ荷重強度が大きく、カードの変形に対して、チップクラック等の物理的故障が生じ難いことが認められた。なお、実施例としては、両面銅箔貼りのＩＣモジュールのみを例として記載しているが、片面銅箔貼りＩＣモジュールも同様にして製造できることは、当業者には自明のことである。

本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの平面図である。図１の断面図である。本発明のＩＣカード用ＩＣモジュールの他の例の断面図である。ＩＣカード用ＩＣモジュールを使用したＩＣカードの断面図である。ＩＣモジュールの耐曲げ荷重強度の試験方法を説明する図である。耐曲げ荷重強度試験のグラフを示す図である。従来のＩＣカード用ＩＣモジュールの断面図である。

符号の説明

１ＩＣカード用ＩＣモジュール
２端子基板
３ＩＣチップ
４，４ａ，４ｂ金属箔、銅箔
５，５ａ，５ｂ絶縁層、絶縁材料
６スルーホール
７樹脂モールド部
８ワイヤ
９小孔
１０配線回路
１１接触端子板
１２ワイヤボンディング基板側パッド
２０ＩＣカード
２１カード基体
２５ＩＣモジュール装着用凹部

Claims

端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールであって、端子基板の中心層である絶縁層の両面に金属箔を積層し、当該両面の金属箔をフォトエッチングして、１の面の金属箔を接触端子板、他の面の金属箔を裏面配線回路としたＩＣモジュールにおいて、当該端子基板の絶縁層を、２層の同質材料を熱圧着した構成としたことを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュール。
端子基板付きＩＣカード用ＩＣモジュールであって、端子基板の絶縁層の片面に金属箔を積層し、当該金属箔をフォトエッチングして接触端子板としたＩＣモジュールにおいて、当該端子基板の絶縁層を、２層の同質材料を熱圧着した構成としたことを特徴とするＩＣカード用ＩＣモジュール。
２層の絶縁層が同等の厚みであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣカード用ＩＣモジュール。
絶縁層が繊維強化樹脂材料からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項記載のＩＣカード用ＩＣモジュール。
金属箔が銅箔からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣカード用ＩＣモジュール。