JP2007286954A - 半導体装置、非接触ｉｃカード用インレット、および非接触ｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の接続の信頼性が高い半導体装置、非接触ＩＣカー用インレットおよび非接触ＩＣカードを提供する。
【解決手段】本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、前記アンテナ基板の前記電極に対してフェースダウンで電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記電極に電気的に接続している。この構成により、バンプを立体的に固定できるため、カードの曲げ等の応力に対し、強い構造を提供できる。また、半導体用接合材をＡＣＰにすることにより、さらに導電性、強度の信頼性の高いインレットおよび非接触ＩＣカードを提供できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、非接触ＩＣカードまたはＩＣタグ等の半導体装置に内蔵されるものであって、コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、アンテナ基板の電極に対してフェースダウンで電気的に接合されたＩＣチップとを備えるインレットに関するものである。また、そのインレットを内蔵した非接触ＩＣカードに関するものである。
また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、身分証明のためのIDカード、テレフォンカードのようなプリペイドカード、キャッシュカード、定期券等に有用なものである。

近年、コイルアンテナとＩＣチップとを内蔵し、電磁誘導により非接触で端末機器等の外部機器との間でデータの交換を行う非接触ＩＣカードの開発が進んでいる。この非接触ＩＣカードは、記憶容量の大きさと高度のセキュリティ機能を有するという特徴に加えて、外部機器に近づけるだけで通信が可能であるという特徴を有している。

非接触ＩＣカードにおいては、端末機器との接点を有する接触式ＩＣカードの当該接点に起因する欠点、つまり接点のキズや汚れによる接触不良がないので信頼性が高く、また、ＩＣカードを端末装置のスロットに挿入する手間が不要になるなど利便性が高く、非接触ＩＣカードは、今後より広範囲な分野への普及が予想される。

図９は、従来の非接触ＩＣカードの内部構造の例を示す図である。この非接触ＩＣカード２００は、外装シート１３３、１３４、中間コア材１３１、１３２等の複数の層からなるカード基材３００と、カード基材を構成する複数の層間に埋め込まれたインレット１００とから構成されている。インレット１００はアンテナ基板１１１とこのアンテナ基板１１１上に渦巻状に形成されたコイルアンテナ１１２とこのコイルアンテナ１１２の両端に形成された接点電極とこの接点電極にバンプを介して搭載されたＩＣチップ１１３とＩＣチップ１１３をアンテナ基板に接合する異方性導電材よりなる半導体用接合材と、ＩＣチップ１１３の非回路面に補強板用接着剤１１６を介して固定配置された補強板１１５とから構成される。

この非接触ＩＣカードにおいては、外部に設けられた情報書き込み／読み出し装置からの電磁誘導によりコイルアンテナに情報の書き込みや読み出しに対応した誘導起電力が発生しＩＣチップに情報の書き込みや読み出しが行われる。

上述のような非接触ＩＣカードにおいて、ＩＣチップ１１３とアンテナ基板１１１との接続の方法としては、例えば、特許文献１には、半導体チップ１１３のバンプ上に導電性接着剤をスタンピング法等により転写し、半導体チップ１１３を基板１１１に対して押圧しつつ導電性接着剤を加熱して硬化する方法が開示されている。

一方、特許文献２には、ＩＣカード用の基板１１１上にベアチップを実装する方法として、金バンプを有するベアチップを銀ペーストや異方性導電フィルムを介してフリップチップ実装する方法が開示されている。

しかし、ＩＣチップとアンテナ基板１１１に形成された電極とは、圧接によって接続して電気的導通を保持しているため、外部からの応力により接点がはずれ、電気的にオープン（非接続）し、動作しなくなる可能性がある。

この対策として、ＩＣチップのバンプの先端をＩＣカード用のアンテナ基板に食い込ませて装着し、ＩＣチップが基板上の電極からズレることを防ぐとともに、バンプと電極との接触面積を大きくとることを目的とした技術が特許文献３に開示されている。

図１０、図１１は、特許文献３に記載のＩＣカードにおけるＩＣチップのバンプと基板上の電極との接合部分の要部断面図である。この構成によれば、バンプの突起部２０１に配線パターンの端子部２０３に食い込んで接続することで、導通接続を保持するものである。
特公平７−５０７２６号公報 特開平１１−１７５６８２号公報 特開２００５−１１１９２８号公報

しかしながら、特許文献３に記載のようにバンプに突起部（頭頂部）を設ける場合、通常、電極との接触面積を考慮して、ある程度幅広に、電極との接触面の面積を決定する。従って、図１０に示すように頭頂部２０１と台座部２０２とからなるバンプを有するＩＣチップ１３１を、基板２０４上の電極２０１に押圧して接合させると、バンプの頭頂部２０１だけが電極２０３に食い込んで不安定な接続となってしまうことが判った。

また、図１１に示すように、バンプの頭頂部２０１を電極２０３を突き破るまで押圧してしまうと、台座部電極２０２と電極２０３とが安定して接する形となるが、一番圧力が集中して接続の最大役割を果たすべき頭頂部２０１での接続が確保されていない構成となってしまい、電気的接続が安定しない場合がある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、ＩＣチップが搭載される基板上の電極との接合をより強固にし、外部からの応力や、ＩＣチップ周辺の樹脂の温度や湿度による伸縮により接合が離れることの少ない非接触ＩＣカード用インレットおよび非接触ＩＣカードを提供することである。

そこで、本発明の半導体装置は、電極が形成された可撓性の基板と、前記電極に対してフェースダウンで電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記電極に電気的に接続しているものである。

また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、前記アンテナ基板の前記電極に対してフェースダウンで電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記電極に電気的に接続しているものである。

この構成により、ＩＣチップのバンプと基板上の電極との接合部分が多くなりまた接続部が立体的に配置されるために、電気伝導性が改善されるとともに、カードの曲げ等に対する物理的強度を向上させることができる。

また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、前記アンテナ基板の前記電極に対してフェースダウンで異方性導電接着剤を介して電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記異方性導電接着剤の導電フィラーを介してまたは直接に前記電極に電気的に接続しているものである。

この構成により、半導体接合材として異方性導電接着剤を使用することにより、接合の電気的接続の信頼性が向上し、導電粒子の耐酸化性により、耐湿性が向上し、また弾性を持つことにより応力が吸収され物理的強度も向上する。また、バンプを電極に押し込んだときに、異方性導電接着剤の導電粒子がバンプから離散していくが、それを台座部が電極部と接近あるいは接することにより、電極と基板とが変形して形成される空間に、導電粒子を集中して捕捉できるために、さらに導電性が向上する。

また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、前記バンプの頭頂部の直径が６０ミクロンメートル以下である。

この構成により、好適にバンプの頭頂部が電極を突き破らずに電極等を変形させて台座部の少なくとも一部が電極と接続する。

また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、前記アンテナ基板に形成された電極は、前記ＩＣチップのバンプと接続する位置に凹部を有するものである。

この構成により、アンテナ基板の電極のバンプ当接位置に、バンプの頭頂部が電極に食い込むだけでなく、台座部も電極に食い込み、接合がさらに強固なものになる。

また、接点電極１４の凹部の大きさは、台座部２１より小さくすることにより、台座部２１が接点電極１４と深く食い込むことになり、強固な接合が可能となる。

また、本発明の非接触ＩＣカード用インレットは、前記アンテナ基板の電極の凹部は、バンプの台座部より小さいものである。

この構成により、台座部が電極と深く食い込むことになり、強固な接合が可能となる。

また、本発明の非接触ＩＣカードは、上述のＩＣカード用インレットＩＣを備えるものである。

この構成により、インレットとして獲得した、電気的接続および機械強度に優れた特徴を同様にもつ。よって、日常的に使用されるために強い強度が要求される定期券、身分証明のためのIDカード、テレフォンカードのようなプリペイドカード、キャッシュカード等に適用することができる。

本発明によれば、可撓性のアンテナ基板の電極とＩＣチップのバンプとの接合強度が高まり信頼性の高い接合を実現できる。また、半導体用接合材として異方性導電接着剤を使用する場合は、導電粒子を効果的に捕捉し、導電性をさらに高めることができる。よって、信頼性の高い半導体装置、非接触ＩＣカード用インレット、および非接触ＩＣカードを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るインレットを示す模式図であり、図２は、そのインレットの内部構造を示す、図１中のＡ−Ａ断面図であり、図３はＩＣチップとアンテナ基板との接続部の断面図である。また図４は、接続部の拡大図である。

まず、これらの図を参照して、実施の形態１に係るインレット１を説明する。
インレット１は、樹脂製のアンテナ基板１１とこのアンテナ基板上に１ないし数回程度渦巻状に印刷された銀ペースト等の導電ペーストを加熱炉中で加熱硬化してなる、あるいはアルミニウムのエッチングにより形成される導電性のコイルアンテナ１２と、このコイルアンテナ１２の両端に形成された接点電極１４と、NCP（非導電接着剤）等よりなり、高温時にも安定した接合強度を与えるアンダーフィル樹脂としての半導体用接合材１８と、接点電極にバンプ１７を下向きとしてフェイスダウン方式で半導体接合材１８を介してフリップチップ接続されたＩＣチップ１３と、ＩＣチップ１３の周囲を封止するモールド封止樹脂であるとともに補強板の支持用として補強板用接着剤１６と、この補強板用接着剤を介して、固定配置された金属製の補強板１５とから構成される。

以上の構成を備えた実施の形態１のインレット１においては、アンテナ基板１１はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムと１５ミクロンから５０ミクロン程度のアルミ箔から構成されており、可撓性がある。ＩＣチップ１３のバンプ１７は、スタッドバンプで、台座部２１と頭頂部２２の２段突出構造となっている。ＩＣチップ１３のバンプ１７が、アンテナ基板１１の接点電極１４に当接され、押圧されると、バンプの頭頂部が２２アルミニウム製の接点電極１４にも食い込んだ形になる。ＰＥＴ製のアンテナ基板１１は可撓性があり、接点電極１４の変形に応じて、変形する。さらに押圧すると、バンプ１７は台座部２１が接点電極１４に接触し、接点電極１４とバンプ１７は、頭頂部２２と台座部２１の両方で保持される。

バンプ１７の形状の寸法、アンテナ基板１１の厚さ、アンテナ上の電極１４の厚さ、接合する際の圧力は、バンプ１７の頭頂部２２が電極１４を突き破らずに電極等を変形させて台座部２１の少なくとも一部が電極１４と接続することを考慮して決定する。

例えば、バンプの頭頂部２２の直径を５５[μｍ]（ミクロンメートル）、台座部２１の直径を９０[μｍ]、電極１４の厚さを１８[μｍ]、基板１１の厚さを３８[μｍ]とし、０．２ [MPａ]の圧力で接合を行うと、図４に示すように、頭頂部２２の少なくとも一部と台座部２１の少なくとも一部とが電極１４に直接接触して電気的に接続する構成となる。

可撓性のアンテナ基板１１の接点電極１４にバンプ１７を食い込ませるには、例えば、バンプ１７の頭頂径を６０ミクロンメートル以下に好ましくは５５ミクロンメートル以下であって、４０ミクロンメートル以上の範囲内になるように構成すると良い。通常、バンプ１７の頭頂径が大きくなると、バンプ頭頂部２２の高さは低くなり、頭頂径が小さくなると、バンプ頭頂部２２の高さは高くなる。バンプ１７の頭頂径が６０ミクロン以上になると、頭頂部２２の高さが低くなり、食い込み量が小さくなり、電極部がバンプを保持する効果が小さくなる。

このような構成にすることにより、ＩＣチップ１３のバンプ１７とアンテナ基板１１の接点電極１４との接合部分が多くなりまた接続部が立体的に配置されるために、電気伝導性が改善されるとともに、カードの曲げ等に対する物理的強度を向上させることができる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るインレット１のＩＣチップ１３のバンプ１７とアンテナ基板１１の接点電極１４の接合部の詳細を示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２のインレット１の構成は、半導体用接合材１８としてＡＣＰ（異方性導電接着剤）２３を使用する以外は、実施の形態１と同様である。半導体接合材１８としてＡＣＰ２３を使用することにより、接合の電気的接続の信頼性が向上し、導電粒子２４の耐酸化性により、耐湿性が向上し、また弾性を持つことにより応力が吸収され物理的強度も向上する。

また、バンプ１７を接点電極１４に押し込んだときに、ＡＣＰ２３の導電粒子２４がバンプ１７から離散していくが、それを台座部が電極部と接近あるいは接することにより、電極１４と基板１１とが変形して形成された凹部とバンプ１７とが形成する空間に、導電粒子２４を集中して捕捉できるために、さらに導電性が向上する。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係るインレット１のＩＣチップ１３のバンプ１７とアンテナ基板１１の接点電極１４の接合前の状態を示し、図７は接合後の状態を示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３のインレット１の構成は、接点電極１４とバンプ１７との接続部に凹部を形成した後にＩＣチップ１３をアンテナ基板１１に接合する点以外は、実施の形態１と同様である。

アンテナ基板１１の接点電極１４のバンプ当接位置に、事前にピン等で押圧し電極部を凹部３０を形成するその凹部３０にバンプ１７を当接し、押圧力を加えることにより接合を完成させる。この構成により、バンプ１７の頭頂部２２が接点電極１４に食い込むだけでなく、台座部２１も接点電極１４に食い込み、接合がさらに強固なものになる。

また、接点電極１４の凹部の大きさは、台座部２１より小さくすることにより、台座部２１が接点電極１４と深く食い込むことになり、強固な接合が可能となる。

（実施の形態４）
図８は、実施の形態４に係るインレット１のＩＣチップ１３のバンプ部１７とアンテナ基板１１の接点電極１４の接合部の詳細を示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態４のインレット１の構成は、半導体用接合材１８としてＡＣＰ（異方性導電接着剤）２３を使用する以外は、実施の形態３と同様である。半導体接合材１８としてＡＣＰ２３を使用することにより、接合の電気的接合の信頼性が向上し、導電粒子２４の耐酸化性により、耐湿性が向上し、また弾性を持つことにより応力が吸収され物理的強度も向上する。

また、バンプ１７を接点電極１４に押し込んだときに、ＡＣＰ２３の導電粒子２４がバンプ１７から離散していくが、押し付ける前あるいは、押し付けた直後に台座部２１が接点電極１４と接近あるいは接することにより、導電粒子２４を凹部３０付近に集中して捕捉できるために、さらに導電性が良化する。凹部３０は、ＡＣＰ２３を溜める機能も持ち、導電性粒子の捕捉がさらに確実になり、電気的接続の信頼性が向上する。

（実施の形態５）
本実施の形態５の非接触式ＩＣカードは、上述の実施の形態のいずれかのインレットを有するものである。
なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の非接触式ＩＣカードは、複数の層からなるカード基材３００と複数のカード基材３００の層間に埋め込まれたインレット１とから構成される。カード基材３００は、中間のコア層１３１，１３２、および表裏の保護層（外装シート）１３３，１３４を備える。中間のコア層１３１，１３２は、たとえばホットメルト接着剤で構成され、ＩＣチップ１３実装部に凹凸があっても、それら凹凸のまわりに回り込みインレット１を平らに装填することができるようにするものである。保護層１３３，１３４は、インレット１の表裏の中間コア層１３１，１３２の表面にラミネート加工されるものである。

このようにして作成された非接触ＩＣカードは、インレット１として獲得した、電気的接続および機械強度に優れた特徴を同様にもつものである。

なお、上述の説明では、インレット１を非接触ＩＣカード２の部分品として説明したが、本発明は、ＩＣタグあるいはＩＣカードと同等の機能を持つ機器や装置にも適用することができる。

本発明は、バンプと電極との接合状況を規定することにより、電気伝導性と物理強度に強い構造を提供するもので、実施は容易であり、また今後非接触ＩＣカードが広く使われるようになると、使い方もさまざまとなり、さらに強い強度を要求されることになり、本発明は有用である。

本実施の形態１の非接触ＩＣカード用インレットの概略正面図 本実施の形態１の非接触ＩＣカード用インレットのＡ−Ａ断面図 本実施の形態１の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の断面図 本実施の形態１の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の要部断面図 本実施の形態２の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の要部断面図 本実施の形態３の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の要部説明図 本実施の形態３の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の要部断面図 本実施の形態４の非接触ＩＣカード用インレットの接合部の要部断面図 非接触ＩＣカードの断面図 従来例のバンプと電極の接合を示す断面図 従来例の別のバンプと電極の接合を示す断面図

符号の説明

１ インレット
２ 非接触ＩＣカード
３ カード基材
１１ アンテナ基板
１２ コイルアンテナ
１３ ＩＣチップ
１４ 接点電極
１５ 補強板
１６ 補強板用接着剤
１７ バンプ
１８ 半導体用接合材
２１ 台座部
２２ 頭頂部
２３ 異方性導電接着剤
２４ 導電粒子
１３１、１３２ 中間コア材
１３３、１３４ 保護層

Claims (7)

1. 電極が形成された可撓性の基板と、
   前記電極に対してフェースダウンで電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、
   前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記電極に電気的に接続している半導体装置。
2. コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板の前記電極に対してフェースダウンで電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、
   前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記電極に電気的に接続している非接触ＩＣカード用インレット。
3. コイルアンテナおよび電極を有する可撓性のアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板の前記電極に対してフェースダウンで異方性導電接着剤を介して電気的に接続されるＩＣチップと、を備え、
   前記ＩＣチップは、台座部と頭頂部とから成るバンプを有し、前記頭頂部の少なくとも一部と前記台座部の少なくとも一部とが前記異方性導電接着剤の導電フィラーを介して前記電極に電気的に接続している非接触ＩＣカード用インレット。
4. 前記バンプの頭頂部の直径が６０ミクロンメートル以下である請求項１また２に記載の非接触ＩＣカード用インレット。
5. 前記アンテナ基板に形成された電極は、前記ＩＣチップのバンプと接続する位置に凹部を有する請求項２から４いずれか一項に記載の非接触ＩＣカード用インレット。
6. 前記アンテナ基板の電極の凹部は、バンプの台座部より小さい請求項５に記載の非接触ＩＣカード用インレット。
7. 請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のＩＣカード用インレットＩＣを備える非接触ＩＣカード。

Images