JP2013225196A - 高信頼性接触型ｉｃカード - Google Patents

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Abstract

【課題】外力に対してＩＣチップを保護し、同時に曲げられた状態で生じるＩＣチップ側面近傍での応力集中を緩和し剥離を防止する。
【解決手段】外部接続端子を中央に配置したＩＣチップを用い、ＩＣチップ側面及び稜線を低弾性率封止樹脂で覆い、更に補強板を積層したＩＣモジュールであって、ＩＣチップ、ボンディングワイヤー、低弾性率封止樹脂、補強板、スルーホールを高弾性率封止樹脂で被覆封止したことを特徴とする高信頼性接触型ＩＣカード。
【選択図】図２

Description

本発明はＩＣカードに用いるＩＣモジュールに係わり、携帯時外力による物理的損傷を低減し信頼性のあるＩＣモジュールを用いた接触型ＩＣカードに関する
ＩＣカードはセキュリティーの点で利点があり近年多く使用されている。接触型ＩＣカードはその初期の形態であるが現在でも使用実績は多い。ガラスエポキシ基板にＩＣチップを実装しカード内部に格納する形態をとる。機能を担うＩＣモジュールはＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）の形態が一般的である。
図３を参照して従来の代表的な接触型ＩＣカードの例を説明する。
基板（５）の片面に外部接続用端子が配線され、反対面にＩＣチップ（１）がフェイスアップの形態で固定される。ＩＣチップと端子とは基板のスルーホール（４）を通ったボンディングワイヤー（３）により電気的に接続される。ＩＣチップ、ボンディングワイヤー、スルーホールを封止樹脂（２）が覆い、機能部位を保護する。この構造の利点は、ガラスエポキシ基板（５）がＩＣチップの機械的保護構造の一役を担うことである。更なる機械的信頼性を持たせる為に縦弾性率の大きい封止樹脂によるモールド成形によるＩＣチップ実装がよく行われている。しかしながら使用状況は多様であり更なる信頼性が求められていて種々の試みが行われている（例えば特許文献１参照）。
ＩＣカードは常時携帯使用することから機械的信頼性が要求される。たとえば財布等に格納し携帯する場合には硬貨や付属部品との接触により変形する。また接触型カードでは読取装置の内部を搬送する時に機械的負荷が加わる。このような外力は多くの場合、ＩＣカードの位置に関してランダムであり、同様にＩＣモジュールに作用する外力の位置も同様にランダムであると考えられる。機械的信頼性に直接関与するのはＩＣモジュールであり、ＩＣモジュールに外力が作用し変形することで剥離、亀裂が生じ機能喪失に至る。
ＩＣモジュールの封止樹脂部分（２）の寸法は通常数百μｍ厚で１ｃｍ弱の広がりである。外力の作用する状況を考えるとＩＣモジュールは全体が一定の曲率で曲がるのではなく局所的に急角度で曲げられる場合が多いと思われる。
ＩＣモジュールの破壊は、ＩＣチップ（１）の破壊と封止樹脂（２）の破壊に分けられる。上記のように局所的に曲げられることから、ＩＣチップの破壊はＩＣチップ中央近辺に外力が作用する場合と考えられる。この時ＩＣチップ保護には高弾性率封止樹脂が有効である。封止樹脂の破壊はＩＣチップ中央近辺以外の箇所に外力が作用する場合と考えられる。破壊箇所はＩＣチップ側面近傍に比較的多い。
以下、高弾性率樹脂、低弾性率樹脂とは、各々縦弾性係数が２０ＧＰａから１２ＧＰａ、５ＧＰａから１ＧＰａの範囲の樹脂を指すこととする。
特願平８−５３０８７８号
外力に対しＩＣチップを保護し、且つＩＣチップと封止樹脂の界面に生じる応力集中を緩和し剥離を防止することによって機械的信頼性の高いＩＣカードを提供することが本発明の課題である。
ＩＣモジュール構造の第一の特徴は封止樹脂の形状である。封止樹脂は内部にＩＣチップの角があり外側が自由表面となっている。
構造の第二の特徴は封止樹脂が被覆するＩＣモジュール部分の構造は二種に分類されることである。ＩＣチップ部分では三層構造、基板／ＩＣチップ／封止樹脂。その外側では二層構造、基板／封止樹脂である。外力によって局所的に曲げられた場合、上記二層構造と三層構造との境界で応力集中が発生する。
一般に高弾性率樹脂では破断歪が小さく、低弾性率樹脂では大きい。このため封止樹脂の硬軟によって現象は異なる。以下、封止樹脂が硬い場合と軟らかい場合とに分けて記す。
カードに外力が作用するとして、ガラスエポキシ基板側から作用する場合と反対側から作用する場合との差を考えてみる。前者では封止樹脂が引張られ、後者では圧縮されることから破壊が発生するのは前者である。よって以下、ガラスエポキシ基板側から外力が作用する場合を想定する。
軟らかい封止樹脂では封止樹脂表面近傍で大きく変形しＩＣチップの角に向って剪断帯が生じ、大きな外力であれば亀裂が進展し破壊に至ることが予想される。
硬い封止樹脂ではＩＣチップの角近傍での ＩＣチップ／封止樹脂界面の剥離、或いは角部分からの亀裂発生が予想される。
上記の予想される破壊様式は荷重試験での知見と一致している。
以上をまとめると、硬い樹脂では応力集中箇所を作らないこと、柔らかい樹脂では自由表面を作らないことが課題解決の要点である。
特許文献１では封止樹脂外縁に枠を設置することで損傷を回避しようとしているがＩＣモジュールの縦横比の大きさから現実的とは言えない。
上記の課題を解決するための手段として、図１、図２に示すように外部接続端子を中央に配置したＩＣチップ（１）を用い、ＩＣチップ側面及び稜線を低弾性率封止樹脂（９）で覆い、更に補強板（１０）を積層する。低弾性率封止樹脂を熱硬化させ、ＩＣチップ（１）、ボンディングワイヤー（３）、低弾性率封止樹脂（９）、補強板（１０）、スルーホール（４）を高弾性率封止樹脂（２）で被覆する。
低弾性率封止樹脂はＩＣチップ稜線が内向き尖点部となるが自由表面を持たない。このため剪断歪は抑制される。高弾性率封止樹脂では内向き尖点が無く曲げられたときの応力集中は強くない。
またＩＣチップを覆うのは高弾性率封止樹脂でありＩＣチップ中央近辺に作用する外力にも対応できる。
環状補強板（１０）は低弾性率封止樹脂を包含する領域での高弾性率封止樹脂の厚さ減少、強度低下を補う。
本発明によれば硬い高弾性率封止樹脂では応力集中箇所を作らないこと、柔らかい低弾性率封止樹脂では自由表面を作らないようにしたことによって外力の作用に対し高耐性であり、信頼性の有る接触型ＩＣカードを提供することができる。
本発明の複合封止樹脂断面構造の説明図 本発明の複合封止樹脂平面構造の説明図 通常の封止樹脂断面構造の説明図
図１，図２を参考に本発明の実施の形態の一例を示す。本発明によるＩＣカードは外部接続端子を中央に配置したＩＣチップ（１）に対して、ＩＣチップ中央部は被覆せず、ＩＣチップ側面と稜線を覆い、且つＩＣチップとスルーホール（４）との間の領域に広がる環状の低弾性率封止樹脂（９）があり、更に環状補強板（１０）が積層され、ＩＣチップ（１）、ボンディングワイヤー（３）、低弾性率封止樹脂（９）、補強板（１０）、スルーホール（４）を高弾性率封止樹脂（２）が被覆する。
＜実施例１＞
反対面とスルーホールによって導通可能な外部端子パターン配線を持つ厚さ１００μｍのガラスエポキシ基板にエポキシ系ダイボンディング材により８ｍｍ角２５０μｍ厚のＩＣチップを接着固定し、ＩＣチップ外周に重なるように内寸６．５ｍｍ幅１．５ｍｍ厚さ５０μｍのＳＵＳ製環状補強板を位置させる。
環状補強板の外周、及びＩＣチップ側面に沿ってシリンジから低弾性率封止樹脂を滴下しＩＣチップ回路面中央部を残し環状補強板の下に約３０μｍ盛り上げる。熱硬化処理後、ボンディングワイヤーによりＩＣチップ回路と外部端子を接続する。
最後にトランスファーモールド法により高弾性率封止樹脂で被覆して本発明のＩＣモジュール試料を作成した。断面模式図を図１に、平面模式図を図２に示す。
＜比較例１＞
比較例として、破壊荷重強度を比較するために、同じ条件で低弾性率封止樹脂に代えて高弾性率封止樹脂のみで被覆した他は実施例１と同様にしてＩＣモジュールの試料も作成した。断面模式図を図３に示す。
荷重試験は５ｍｍ厚シリコンゴム上にＩＣモジュールを置き、外部端子側からＩＣチップ側辺に沿ってアルミ製半径１．５ｍｍの円筒形物体により押込み、機能喪失荷重を測定した。通常の封止樹脂構造（比較例１）と本発明の複合封止樹脂断面構造（実施例１）との破壊荷重値結果を表１に示す。
結果は本発明の実施例１のカードが破壊荷重値が大きく外力による破壊に対して優位であった。
本発明により荷重耐性のある高信頼性ＩＣカードを提供できる。
１…ＩＣチップ
２…高弾性率封止樹脂
３…ボンディングワイヤー
４…スルーホール
５…ガラスエポキシ基板
６…外部端子パターン配線
７…ＩＣチップ回路面電極
８…外部端子パターン配線とボンディングワイヤー接合部
９…低弾性率封止樹脂
１０…補強板

Claims (3)

  1. 外部接続端子を中央に配置したＩＣチップを用い、ＩＣチップ側面及び稜線を低弾性率封止樹脂で覆い、更に補強板を積層したＩＣモジュールであって、ＩＣチップ、ボンディングワイヤー、低弾性率封止樹脂、補強板、スルーホールを高弾性率封止樹脂で被覆封止したことを特徴とする高信頼性接触型ＩＣカード。
  2. 前記低弾性率封止樹脂がＩＣチップ側面、及び稜線を覆い、ＩＣチップ回路面中央部を被覆しない形態のＩＣモジュールを用いたことを特徴とする請求項１に記載の高信頼性接触型ＩＣカード。
  3. ＩＣチップ側面、及び稜線を覆い、ＩＣチップ回路面中央部を被覆しない形態に塗布した前記低弾性率封止樹脂に環状の補強板を積層することを特徴とする請求項２に記載の高信頼性接触型ＩＣカード。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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