JP2012043341A

JP2012043341A - Ｉｃモジュールおよびそれを用いたｉｃカード

Info

Publication number: JP2012043341A
Application number: JP2010186057A
Authority: JP
Inventors: Asaaki Yanaka; 雅顕谷中; Yutaka Kato; 裕加藤; Masahito Tsujii; 雅人辻井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】点圧強度特性に優れ、ＩＣチップを破壊から保護する信頼性の高い接触ＩＣカードを提供すること。
【解決手段】カード基材９の表面に形成された２段型の凹部１０は、カード基材９の表面に形成された上側凹部と、上側凹部の底面に形成された下側凹部とからなり、ＩＣモジュール配設用凹部となっている。そして、ＩＣモジュール基板２の一方の面が接着シート１１により上側凹部の底面に接着され、ＩＣチップおよびモールド樹脂７、８が下側凹部に収納され、接触電極１がカード基材９の表面に露出してＩＣモジュール１００がカード基材９に組み込まれてＩＣカード１０００が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報の書込み及び読み出しが可能なＩＣモジュールおよびそれを用いたＩＣカードに係わり、特にＩＣチップを破壊から保護する性能に優れる、接触電極を備えたＩＣモジュールおよびそれを用いた接触電極を備えたＩＣカードに関する。

半導体メモリー等を内蔵したＩＣカードの登場により、従来の磁気カードなどに比べ記憶容量が飛躍的に増大するとともに、ＩＣカード自体が演算処理機能を有することで情報媒体に高いセキュリティー性を付与する事が出来るようになった。
これは、大量データ交換や決裁業務など、交信の確実性と安全性が求められる用途では特に重要であり、このような背景から、キャッシュカードやクレジットカード、乗車券などにおいてＩＣ化が急速に進んでいる。
図２は、従来の接触ＩＣカードの構造の一例を示すものである。一般的にＩＣカード２０００のカード基材シート９に形成された凹部に、ＩＣチップモジュールが、リーダーライターとの接点がカード表面に露出する状態で埋め込まれる。

ＩＣチップモジュールは、ＩＣチップを基板に実装するとともに、モールド樹脂で封止する構成が一般的によくとられる。基板には、少なくとも片面に、リーダーライターとの接点電極となる金属層を有するガラスエポキシ基板が一般的によく用いられる。
ＩＣカードは、使用者が常時携帯するものであり、常に外力に晒される状態にある。例えば、ズボンの後ろポケットに入れられた状態で座った際などのように、曲げやねじりなどカード全体が変形する場合もあれば、財布にカードを入れて携帯した際、場合によっては、硬貨やホックなどの突起物がカードに押し当てられ、局部的に強い力が発生する事も考えられる。
このように、日常的に晒される可能性のある様々な外力に対して、ＩＣチップの破壊やＩＣモジュールの脱離などが発生しないための、高い機械強度信頼性が求められる。

特開２００５−１１５９６８

しかしながら、ＩＣカードは全体の厚さが非常に薄いため、ＩＣチップに生じる力や変形を充分に低下、分散させる補強構造を取る事が難しく、日常的に晒される外力によりＩＣチップが破壊される危険性があり、信頼性に問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、点圧強度特性に優れ、ＩＣチップを破壊から保護する信頼性の高い接触ＩＣカードを提供することにある。これにより、例えば財布にカードを入れた際に、ＩＣチップの直外側から局部的に力が負荷された場合にも、従来に比べチップ破壊が生じにくく、信頼性の高いＩＣカードを提供する。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、ＩＣモジュール基板の一方の面にＩＣチップが載置され、前記ＩＣモジュール基板の他方の面に前記ＩＣチップに接続する接触電極が設けられ、前記一方の面で前記ＩＣチップの周囲を層状に包埋するモールド樹脂が設けられた接触式ＩＣモジュールであって、前記モールド樹脂は、前記ＩＣチップに直接接する内側封止樹脂と、前記内側封止樹脂を覆う外側封止樹脂とで構成され、前記内側封止樹脂はその硬度が前記外側封止樹脂よりも高いことを特徴とする接触式ＩＣモジュールである。

また、請求項２に記載の発明は、前記内側封止樹脂の硬度は、０．５Ｇｐａ以上１Ｇｐａ以下であり、前記内側封止樹脂の弾性率は６Ｇｐａ以上２０Ｇｐａ以下であり、前記外側封止樹脂の硬度は、０．０１Ｇｐａ以上０．２Ｇｐａ以下であり、前記外側封止樹脂の弾性率は０．２Ｇｐａ以上３Ｇｐａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の接触式ＩＣモジュールである。

また、請求項３に記載の発明は、ＩＣモジュール基板の一方の面にＩＣチップが載置され、前記ＩＣモジュール基板の他方の面に前記ＩＣチップに接続する接触電極が設けられ、前記一方の面で前記ＩＣチップの周囲を層状に包埋するモールド樹脂が設けられたＩＣモジュールと、ＩＣモジュール配設用凹部を有するカード基材とを備え、前記ＩＣモジュール配設用凹部は、前記カード基材の表面に形成された上側凹部と、前記上側凹部の底面に形成された下側凹部とを有し、前記ＩＣモジュール基板の一方の面が前記上側凹部の底面に接着され、前記ＩＣチップおよび前記モールド樹脂が前記下側凹部に収納され、前記接触電極が前記カード基材の表面に露出して前記ＩＣモジュールが前記カード基材に組み込まれた接触式ＩＣカードであって、前記モールド樹脂は、前記ＩＣチップに直接接する内側封止樹脂と、前記内側封止樹脂を覆う外側封止樹脂とで構成され、前記内側封止樹脂はその硬度が前記外側封止樹脂よりも高いことを特徴とする接触式ＩＣカードである。
また、請求項４に記載の発明は、前記内側封止樹脂の硬度は、０．５Ｇｐａ以上１Ｇｐａ以下であり、前記内側封止樹脂の弾性率は６Ｇｐａ以上２０Ｇｐａ以下であり、
前記外側封止樹脂の硬度は、０．０１Ｇｐａ以上０．２Ｇｐａ以下であり、前記外側封止樹脂の弾性率は０．２Ｇｐａ以上３Ｇｐａ以下であることを特徴とする請求項３に記載の接触式ＩＣモジュールである。

本発明に係わるＩＣモジュールは、２種類のＩＣチップ封止樹脂を用い層状にＩＣチップを包埋している。この２種類の樹脂の内、チップに直接接する内層封止樹脂には硬度が高いものを用いているためモジュール自体の剛性を高め、このＩＣモジュールを備えたＩＣカードの接触電極部に局所的な点圧状の力が負荷された際にも、樹脂全体が変形し、チップへの変形集中を防ぐ効果がある。
このような効果がある一方、樹脂全体で変形を請け負う分、内層封止樹脂には大きな応力が発生し樹脂破断の危険性が生じるが、本発明では、外層封止樹脂として、相対的に低硬度なのものを用いている故、内層封止樹脂よりも延性であるため、内層封止樹脂破断の起点となる内層封止樹脂表面の開口型亀裂の進展を遅らせる効果があり、最終的に従来よりもＩＣチップの破断を防ぎ、信頼性の高いＩＣモジュールおよびそれを用いたＩＣカードを提供することが出来る。

本発明の実施の一形態を示す図であり、(a)は上面図、（b）はL−L’線上の断面図である。モールド樹脂が１種類だけからなる従来の接触ＩＣモジュールとそれを備えた接触電極付きＩＣカードの断面構造を示した模式図である。従来のＩＣモジュールを備えた従来のＩＣカードにおいて、ＩＣモジュールの接触電極面１から点圧１２を負荷した場合の変形状態を示す断面模式図である。本発明に係わるＩＣモジュール１００を備えたＩＣカード１０００において、ＩＣモジュールの接触電極面から点圧１２を負荷した場合の変形状態を示す断面模式図である。

以下図面を参照しながら、本発明に係わる接触ＩＣモジュールおよびそれを用いた接触電極付きＩＣカードについて詳細に説明する。

本発明に係わるＩＣモジュール１００では、片面に接触電極１を備えた接触ＩＣモジュール基板２の反対面に接着材（不図示）によりＩＣチップ３を貼り付けている。接触ＩＣモジュール基板２には穴４を開けており、この穴を通じて、ＩＣチップの電極５と基板の接触電極１間を金ワイヤー６により接続している。ＩＣチップ３の上面および周囲は、まず、高硬度の第一のモールド樹脂（内側封止樹脂）７により包埋、硬化し、次にその外側から相対的に低硬度の第二のモールド樹脂（外側封止樹脂）８により包埋、硬化している。

その後、あらかじめ、カード基材９の所定位置にＩＣモジュール１００を格納するための２段型の凹部１０を、ミリング装置を用いたミリングにより形成し、ＩＣモジュール１００を接触電極１が上になるように格納する。カード基材９へのＩＣモジュール１００の固定は一段目の凹部底面に設けた接着シート１１により行なう。より詳細には、カード基材９の表面に形成された２段型の凹部１０は、カード基材９の表面に形成された上側凹部と、上側凹部の底面に形成された下側凹部とからなり、ＩＣモジュール配設用凹部となっている。そして、ＩＣモジュール基板２の一方の面が接着シート１１により上側凹部の底面に接着され、ＩＣチップおよびモールド樹脂７、８が下側凹部に収納され、接触電極１がカード基材９の表面に露出してＩＣモジュール１００がカード基材９に組み込まれてＩＣカード１０００が構成されている。

図２は、モールド樹脂が１種類だけからなる従来の接触ＩＣモジュールとそれを備えた接触電極付きＩＣカードの断面構造を示した模式図である。

図３は、従来のＩＣモジュールを備えた従来のＩＣカードにおいて、ＩＣモジュールの接触電極面１から点圧１２を負荷した場合の変形状態を示す断面模式図である。点圧負荷１２により樹脂７全体が曲げに近い形で変形する結果、ＩＣチップ直上のモールド樹脂の表面近傍１３で高い引張応力が発生し、それが、樹脂単体の破断応力に達した場合にはモールド樹脂に開口型の亀裂破断１４が生じ、その亀裂先端の応力集中のため、ＩＣチップにも亀裂１５が進行してしまい、通信不良を起こす事になる。

一方、図４は、本発明に係わるＩＣモジュール１００を備えたＩＣカード１０００において、ＩＣモジュールの接触電極面から点圧１２を負荷した場合の変形状態を示す断面模式図である。点圧負荷により樹脂７、８全体が曲げに近い形で変形し、ＩＣチップ直上の第一のモールド樹脂７の表面近傍１３に高い引張応力が発生する点は従来ＩＣモジュールの場合と同様であるが、本発明では、たとえ、応力が第一のモールド樹脂７の破断応力に達したとしても、第一のモールド樹脂７の外側に、より延性を持った第二のモールド樹脂８が形成されているため、第一のモールド樹脂７表面近傍からの開口型亀裂の進展を防ぐ効果を持ち、その結果、より高い点圧荷重まで、チップ破断、すなわち通信不良を防ぐことが出来る。

ＩＣチップ３としては、Siウエハ上に回路が形成された、公知のものを使用することが出来る。また、ＩＣモジュール基板２は、絶縁基材の片面に金属電極が設けられたものであり、例えば、公知の材料として絶縁基材には、ガラスエポキシ基板を、金属電極には金メッキを施した銅箔を用いることが出来る。

ＩＣチップを包埋する第一のモールド樹脂７としては、各種熱硬化性樹脂を用いる事が出来る。具体的な例としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

第一のモールド樹脂について、ナノ硬度試験により、バーコビッチ圧子、押込み深さ1μm、押込み速度10nm/secの条件の基測定した硬度および弾性率としては、硬度が０．５Ｇｐａ以上１Ｇｐａ以下であり、弾性率が６Ｇｐａ以上２０Ｇｐａ以下であることが好ましい。
また、硬度と弾性率は、曲げといったカード全体の比較的小さな変形に対して、樹脂自体が割れずに変形追随するという観点から、それぞれ１Ｇｐａ以下、２０Ｇｐａ以下が好ましい。

第一のモールド樹脂の外側に形成する第二のモールド樹脂としては、シリコーンゴム樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂を用いる事が出来る。ナノ硬度試験により上記同条件で測定した硬度および弾性率としては、硬度が０．０１Ｇｐａ以上０．２Ｇｐａ以下であり、弾性率が０．２Ｇｐａ以上３Ｇｐａ以下であることが好ましい。
硬度と弾性率は、第一のモールド樹脂に対する相対的に高延性を確保する観点から、それぞれ０．２Ｇｐａ以下、３Ｇｐａ以下が好ましく、また、第一のモールド樹脂の亀裂進展を防ぐ効果が発揮される観点から、それぞれ０．０１Ｇｐａ以上、０．２Ｇｐａ以上が好ましい。

ＩＣモジュールとカード基材を固定する接着材としては、ポリエステル系接着剤やポリウレタン系接着剤などを用いることができる。

カード基材９としては、ＰＥＴＧ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴＧ−ＰＣ（グリコール変性ポリエチレンテレフタレートとポリカーボネートの共重合体）、延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエチレン系材料、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリプロピレンといったポリオレフィン系材料を用いることが出来る。また、カード基材は、単層構成ではなく、必要に応じて、複数層で構成されていてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明に係わる接触ＩＣモジュールおよびそれを用いた接触電極付きＩＣカードについて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）

ガラスエポキシ基材の片面に銅電極が形成された接触ＩＣモジュール基板に、エポキシ系接着剤を用いて、ＩＣチップを貼付け、接着剤の硬化後、ワイヤーボンディングにより、ＩＣチップと電極を接合した。

次に、トランスファーモールド方式により、上述した封止前のＩＣモジュールに金型を被せ、その中にエポキシ系熱硬化樹脂を注入し180℃で加熱して硬化し、モールドＩＣチップの上面および周囲を樹脂包埋（モールディング）し、第一のモールド樹脂を形成した。硬化後の樹脂の硬度は、約0.8GPaであった。

続いて、ポッティング方式により、上述した第一のモールド樹脂により封止したＩＣモジュールの樹脂の上からディスペンサーにより、ウレタン樹脂を滴下し、８０℃で加熱して、第一のモールド樹脂の上面および周囲を樹脂包埋し、第二のモールド樹脂を形成した。硬化後の樹脂の硬度は、約0.12ＧＰaであった。

上記の様に作製したＩＣモジュールを、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）のシートから作成したカード基材に格納し、接着シートにより固定した。
（比較例）

第二のモールド樹脂を設けない以外は、実施例１と同じ方法でＩＣモジュール及び、ＩＣカードを作製した。
（評価）

次に、作製したＩＣカードについて点圧試験を実施した。結果を表Ｉに示す。点圧試験とは、ＩＣカードの接触電極に対し、先端直径が10mmの球状金属を押し込み、ＩＣカードが動作しなくなる時の押し込み荷重を測定するものである。

第二のモールド樹脂を設けた本事例のＩＣカードの方が、第二のモールド樹脂を設けない従来構成である比較例よりも高い点圧荷重まで通信を保っており高い強度耐性を示した。

１・・・・接触電極
２・・・・接触ＩＣモジュール基板
３・・・・ＩＣチップ
４・・・・基板に設けた穴
５・・・・ＩＣチップ電極
６・・・・金ワイヤー
７・・・・第一のモールド樹脂
８・・・・第二のモールド樹脂
９・・・・カード基材
１０・・・カード基材に形成した凹部
１１・・・接着シート
１２・・・点圧負荷
１３・・・モールド樹脂の表面近傍領域
１４・・・モールド樹脂の開口型亀裂
１５・・・ＩＣチップの開口型亀裂

Claims

ＩＣモジュール基板の一方の面にＩＣチップが載置され、前記ＩＣモジュール基板の他方の面に前記ＩＣチップに接続する接触電極が設けられ、前記一方の面で前記ＩＣチップの周囲を層状に包埋するモールド樹脂が設けられた接触式ＩＣモジュールであって、
前記モールド樹脂は、前記ＩＣチップに直接接する内側封止樹脂と、前記内側封止樹脂を覆う外側封止樹脂とで構成され、
前記内側封止樹脂はその硬度が前記外側封止樹脂よりも高い、
ことを特徴とする接触式ＩＣモジュール。
前記内側封止樹脂の硬度は、０．５Ｇｐａ以上１Ｇｐａ以下であり、前記内側封止樹脂の弾性率は６Ｇｐａ以上２０Ｇｐａ以下であり、
前記外側封止樹脂の硬度は、０．０１Ｇｐａ以上０．２Ｇｐａ以下であり、前記外側封止樹脂の弾性率は０．２Ｇｐａ以上３Ｇｐａ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の接触式ＩＣモジュール。
ＩＣモジュール基板の一方の面にＩＣチップが載置され、前記ＩＣモジュール基板の他方の面に前記ＩＣチップに接続する接触電極が設けられ、前記一方の面で前記ＩＣチップの周囲を層状に包埋するモールド樹脂が設けられたＩＣモジュールと、
ＩＣモジュール配設用凹部を有するカード基材とを備え、
前記ＩＣモジュール配設用凹部は、前記カード基材の表面に形成された上側凹部と、前記上側凹部の底面に形成された下側凹部とを有し、
前記ＩＣモジュール基板の一方の面が前記上側凹部の底面に接着され、前記ＩＣチップおよび前記モールド樹脂が前記下側凹部に収納され、前記接触電極が前記カード基材の表面に露出して前記ＩＣモジュールが前記カード基材に組み込まれた接触式ＩＣカードであって、
前記モールド樹脂は、前記ＩＣチップに直接接する内側封止樹脂と、前記内側封止樹脂を覆う外側封止樹脂とで構成され、
前記内側封止樹脂はその硬度が前記外側封止樹脂よりも高い、
ことを特徴とする接触式ＩＣカード。
前記内側封止樹脂の硬度は、０．５Ｇｐａ以上１Ｇｐａ以下であり、前記内側封止樹脂の弾性率は６Ｇｐａ以上２０Ｇｐａ以下であり、
前記外側封止樹脂の硬度は、０．０１Ｇｐａ以上０．２Ｇｐａ以下であり、前記外側封止樹脂の弾性率は０．２Ｇｐａ以上３Ｇｐａ以下である、
ことを特徴とする請求項３に記載の接触式ＩＣモジュール。