JP2014095991A - 接触型ｉｃカード用ｉｃモジュール及び接触型ｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣモジュールの接触端子が読み書き装置側の接触端子から圧力を受けても、ＩＣモジュール内部の導体パターンが損傷を受けにくいＩＣモジュールを提供すること。
【解決手段】基板１の一方の面に、読み書き装置側の接触用端子と接触するための複数の導体面２を備え、他方の面に、前記導体面とスルーホール接続するスルーホール電極１２、フリップチップ接続用パッド６ａ、及びスルーホール電極１２とフリップチップ接続用パッド６ａとを結ぶ配線パターン１１とを備え、ＩＣチップ７がフリップチップ接続されているＩＣモジュール１０であって、ＩＣチップ７がフリップチップ接続されている面の裏面にある一つの導体面２の大きさがＩＣチップ７の大きさより広く、且つＩＣチップ７と基板１との隙間にはアンダーフィル樹脂５が充填されていることを特徴とする接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触型ＩＣカードが、読み書き装置側と電気信号を授受するために内蔵しているＩＣモジュールの内部配線パターンの配置態様に関する。

中央演算処理装置や半導体メモリー等のＩＣチップを内蔵するＩＣカードは、従来の磁気カードに比べて、高度な暗号化による高いセキュリティ性を有し、記憶できるデータ容量が大きいことから、磁気カードに代わって普及し、広く利用されている。

ＩＣカードは、接触型と非接触型の２種類に大別され、接触型ＩＣカードは合成樹脂などを基材とするカード本体に、ＩＣチップが内蔵され表面に露出した接触用端子を有する小型のモジュール基板が嵌め込まれている。読み書き装置のカードスロットにＩＣカードを挿入し、ＩＣカード（モジュール基板）の接触端子と読み書き装置側の接触端子を接触させてデータの授受を行う。接触型ＩＣカードは、大量のデータ交換や決済業務等交信の安全性が求められる用途である、キャッシュカードやクレジットカード等で利用されている。

一方、非接触型ＩＣカードは、カード本体にＩＣチップと通信用アンテナが内蔵されている。ＩＣカードのアンテナと読み書き装置のアンテナ間で無線にて送受信を行うため、カードを抜き差しする手間がなく簡便なことから、鉄道・バスの清算・決済処理等のゲート管理に使用されている。

いずれのタイプのＩＣカードも財布・バッグ等に入れて携帯されることから、外力を受けやすく、外力による曲げ変形によってＩＣモジュール部のＩＣチップが破壊される場合がある。従って、ＩＣカードにはＩＣチップの破壊を防ぐための手段が施されてきた。ＩＣチップが接続用端子とワイヤーボンディングされる場合には、図５（ｂ）に示すようにワイヤーを含めたＩＣチップ全体がモールド樹脂で被覆されるのが普通であった。別の例として、ＩＣモジュールの外周のカード基材に波状に溝を形成することで、外力による変形をこの溝に集中させ、ＩＣモジュールの曲げ変形を軽減させるＩＣカード構造が提案されている（特許文献１参照）。いずれもコストアップを招来するという問題がある。

しかしながら、接触型ＩＣカードには、携帯時の曲げの問題以外に読み書き装置のスロットからの出し入れに伴って、非接触型にはない別の問題が生じる。接触型では、ＩＣカードを読み書き用のスロットに差し込んで、ＩＣカード側の接触用端子と読み書き装置の接触端子とを物理的に接触させる必要がある。具体的には読み書き装置側の金属性ピンをＩＣカード側の面状導体に押し付けて導通が取られている。ピンが押し付けられる範囲内にＩＣカード側の各種導体パターン（導通用スルーホール、ＩＣチップとの接続部及び実際の配線パターン等）が敷設されていると、これらがピン圧力を受けて損傷を被るという問題がある。

特開平１１‐２９６６３９号公報 特開平４−１２０７４４号公報

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、接触型ＩＣカードに内蔵されるＩＣモジュールの曲げ変形に対する耐久性を向上し、かつ、ＩＣモジュールの接触端子が読み書き装置側の接触端子から圧力を受けても、ＩＣモジュール内部の導体パターンが損傷を受けにくい信頼性の高いＩＣモジュールを提供することを目的とした。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板の一方の面に、読み書き装置側の接触用端子と接触するための複数の導体面を備え、他方の面に、前記導体面とスルーホール接続するスルーホール電極、フリップチップ接続用パッド、及びスルーホール電極とフリップチップ接続用パッドとを結ぶ配線パターンとを備え、ＩＣチップがフリップチップ接続されているＩＣモジュールであって、
ＩＣチップがフリップチップ接続されている面の裏面にある一つの導体面は、その大きさがＩＣチップの大きさより広く、且つチップ実装面のＩＣ全体を包含し、更にＩＣチップと基板との隙間にはアンダーフィル樹脂が充填されていることを特徴とする接触型ＩＣカード用ＩＣモジュールとしたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記ＩＣチップは、フリップチップ接続面の反対側の面上に補強板を備えることを特徴とする請求項１に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュールとしたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記スルーホール電極と配線パターンは、ＩＣチップ中央部直下のアンダーフィル樹脂が充填されている部分を除き、読み書き装置側の接触用端子が接触する可能性がある導体面の裏面基材上に存在しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュールとしたものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記スルーホール電極と配線パターンが存在しない領域が、導体を読み書き装置側の接触用端子が移動する方向に沿って短冊状に３等分した場合、中央の短冊状領域であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュールとしたものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接触型ＩＣカード用モジュールを用いたことを特徴とする接触型ＩＣカードとしたものである。

請求項１に記載の発明により、ＩＣチップの実装面の反対面である接触端子面に、上面視で同実装面を包含し、かつそれよりも大きな導体パターンを設けることにより、ＩＣチップ及びＩＣチップ周辺に集まるＩＣチップ実装面側の細かい配線パターンを裏側から補強することが可能となり、これらが故障・断線し、ＩＣモジュールが故障するリスクを低減することができる。

また、請求項２に記載の発明は、ＩＣチップの背中に補強板を貼付けることにより抗折強度を向上させたＩＣチップを使用することにより、従来のＩＣモジュールのように樹脂でチップ実装部周辺全体を覆う補強工程を省くことができ、コスト低減を実現することが可能となる。

請求項３に記載の発明により、接触式ＩＣカードを読み取る際にピンコンタクト部が押し当てられる可能性が高い導体面の裏面側には、ＩＣチップ実装面側の配線パターン及びスルーホールを設けないようにすることにより、繰返し応力による配線パターン及びスルーホールの断線による故障リスクを低減することが可能となる。
尚、前記読み書き装置側の接触用端子が接触する可能性がある導体面とは、図５（ｂ）中
で斜線により具体的に指定される領域のことである。

また、請求項４に記載の発明により、ＩＣカード券面の各接触端子の配列方向に対して端子の幅を３分割した際の特に中央１／３の幅の部分には、接触式ＩＣカードを読み取る際に板バネ状のピンコンタクト部が通過する可能性が高く、実際には前記各接触端子の配列方向に対して垂直となる方向からカード表面を擦るようにして各端子部までスライドすることを経て各端子とそれに対応するコンタクト部間で電気的接続がなされ、データの授受が行われるが、このピンコンタクト部が通過する際に基板が変形する部分、すなわち前記接触端子パッドの中央１／３の幅の部分、且つＩＣチップ直下のアンダーフィル樹脂が充填され、補強されている部分を除いた部分にはＩＣチップ実装面側の配線パターン及びスルーホールを設けないようにすることにより、繰返し応力による配線パターン及びスルーホールの断線による故障リスクを低減することが可能となる。

本発明に係るＩＣモジュール構造の一例を示す図である。（ａ）断面視の図、（ｂ）裏面上面視の図。 本発明に係るＩＣモジュール構造の別の一例を示す裏面上面視の図である。 ＩＣカードが読み書き装置のスロットに挿入される場合の、金属ピンとＩＣモジュールの導体の接触過程を説明する図面である。（ａ）挿入中、（ｂ）挿入後。 従来のＩＣモジュールの導体（電極）配置を説明する上面外観図である。（ａ）裏面、（ｂ）断面。 （ａ）接触型ＩＣカードにおけるＩＣモジュールの配置を説明する上面視の図である。（ｂ）ＩＣモジュールの導体に対し、読み取り用の金属ピンが接触する可能性がある範囲を示した図面である。

以下、本発明に係るＩＣモジュールについて図面を用いて具体的に説明する。

図５（ａ）は、接触型ＩＣカード２０におけるＩＣモジュール１０の凡その位置と大きさを説明するための外観図である。ＩＣモジュール１０は、約１１ｍｍ×１２ｍｍ角程度の角が丸みを帯びた正方形の樹脂基材１からなり、プラスチック基材からなるＩＣカード２０本体の所定の位置に形成された開口部に互いの表面が面一になるように嵌め込まれて固定されている。そのＩＣモジュール１０の一方の表面には、図４、図５（ｂ）に示すように区画された複数の金属性導体２が概ね対称に配置されており、これらの導体面２により読み書き装置側の接触用端子（金属ピン）と電気的接触が図られるようになっている。スロットからの出し入れで導体面２の表面には線状の接触痕が残ることがある。

図４（ａ）は、従来のＩＣモジュール１０単体の表面及び裏面からの上面視外観図であるが、該モジュール基板１０の裏面、即ちＩＣ実装面中央にはＩＣチップ７が搭載され、金線ワイヤー１７によりＩＣチップ７の接続用端子６ｂと所定の導体面２とがワイヤーボンディングされて、金線ワイヤー１７を含めたＩＣチップ７全体が樹脂モールド１６されていたものである。その断面構造を図４（ｂ）に示した。

本発明の対象となるＩＣモジュールは、ＩＣチップ７の搭載態様が、従来のワイヤーボンディングタイプとは異なり、図１（ａ）に示すようにＩＣチップ７の接続が樹脂基板１側で行われるようにＩＣチップ７の表裏が反転された状態で搭載されている。ＩＣチップ７は、樹脂基材１裏面に形成された接続部６を介してフリップチップ接続されるため表裏を逆にして搭載されるのである。接続部６は、詳しくは樹脂基材１上に形成された接続用パッド６ａとＩＣチップの接続用端子６ｂが図示しないはんだ等により接続されたものである。

樹脂基材１表面の区画された各導体面２と読み書き装置側との電気的接続は、規格で決まっておりワイヤーボンディング方式もフリップチップ接続方式も同じである。使用されるＩＣチップ７の接続用端子６ｂの並び方も方式による違いはなく同一である。個々の導体面２は、図１（ｂ）に示すように導体面２直下に削孔された導電性スルーホール４を介して樹脂基材１裏面側の配線層３（具体的には電極で、以下スルーホール電極１２と記す。）と１：１に接続されている。

ＩＣチップ７の接続用端子６ｂとスルーホール電極１２は、ワイヤーボンディングしやすいような位置関係にあるが、フリップチップ接続になるとＩＣチップ７の表裏が反転しているので接続用端子６ｂとスルーホール電極間１２では配線を引き回す必要が出てくる。ＩＣチップ７の表裏を反転すると、反転の仕方によって端子配置の上下もしくは左右の反転が生じる。

この場合、スルーホール電極１２の敷設の仕方とスルーホール電極１２と接続用端子６ｂとを結ぶ配線パターン１１については特別な配慮が必要となり、本発明はこれらの点に関するものである。基本的には、読み書き装置側の接触用端子と接触する導体面の裏側には、スルーホール電極１２と配線パターン１１を敷設しないようにするということである。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態は、ＩＣチップの実装をワイヤーボンディングからフリップチップに変更し、フリップチップ接続された接続部分６の接続強度の向上とＩＣチップ７の曲げ耐性向上に関するものである。

ＩＣモジュール基板１０は、可とう性のある樹脂基材１の一方の面に、読み書き装置側の接触用端子と接触するための区画された複数の導体面２を備えている。樹脂基材１としては、ＦＲ−４、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮに代表される樹脂などの非導電性材料から板状に構成されたものを使用する。区画された導体面２は少なくとも片面に銅箔が付いた前記樹脂からなる厚みが２０μｍ〜２００μｍ程度の樹脂積層板に定法のフォトリソ法を適用して形成する。

導体面２は、導体面２ごとに樹脂基材１の所定位置にスルーホール４が形成され、該スルーホール４は、他方の面に形成された電極（スルーホール電極１２）と接続している。スルーホール４は、樹脂基材１を直接ドリリングするか、銅箔付き積層板であれば、レーザ（ＣＯ_２、ＵＶ、エキシマ）により樹脂層を、下層の銅箔が露出すまでアブレーションして形成できる。

区画された導体面２のうち中央にある導体面２ａ（図１（ｂ）参照）に対応する裏面側にＩＣチップ７が搭載されるのが好ましく、ＩＣチップ７の接続用端子６ｂと同じ配置の接続用パッド６ａを樹脂基材１の裏面側に備えている。スルーホール電極１２と接続用パッド６ａとはパターン化された配線１１により接続される。前記中央の導体面２ａは、ＩＣチップ７の大きさより広く、上面視でＩＣチップ７全体を包含する大きさを有しているのが好ましい。導体面２ａは大きいほうが曲げ抵抗が大きく半導体チップ７自体の変形が抑制されるからである。

スルーホール４は、導電性ペーストを使って裏側からスクリーン印刷により充填するか、銅箔を電極として電解めっき法により充填できる。スルーホールめっきは、先ず所定の前処理、すなわち脱脂、鋭敏化および活性化処理をしてから、硫酸銅を含む所定の電解銅めっき液を用いることにより、銅めっき層を形成する。電解めっきを採用する場合には、スルーホール４を銅で充填すると同時に銅箔が得られるので、スルーホール電極１２とつながる配線パターン１１と接続用パッド６ａが、セミアディティブ法やサブトラクティブ法を適用して同時形成することも可能である。

はんだ接続に供される接続用パッド６ａ及び樹脂基材１表面の導体面２については金めっき等所定の表面処理を施すことができる。表面処理は、Ａｕ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｐｄ／Ｎｉ等から適宜選択できる。めっき前処理をしてから、スルファミンニッケルめっき槽で、電解ニッケルめっきを電流密度２Ａ／ｄｍ^２ で２分間程度施してから、ニッケルめっき層の上にパラジウムめっき層を、更にその上に金めっき層を形成する。ニッケルめっき層は、厚さが約１．０μｍ〜６．０μｍ程度、パラジウムめっき層は０．１μｍ〜０．２μｍ程度、金めっき層は０．０２μｍ〜０．１μｍ程度が好ましい。

次いで、接続パッド６ａとＩＣチップ７の接続用端子６ｂを位置合わせしてから、超音波・はんだ又はＡＣＰ・ＮＣＰ・ＡＣＦ・ＮＣＦを用いた工法によりフリップチップ接続する。このうち、超音波又ははんだを用いた工法によりフリップチップ接続された電極部分６は外力に弱いので、ＩＣチップ７裏面と樹脂基材１にできる５０μｍ程度の隙間にはアンダーフィル樹脂５が充填される。アンダーフィリングの方法としては、熱硬化性の封止樹脂をディスペンサから充填するＣＵＦ（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ ＵｎｄｅｒＦｉｌｌ；キャピラリーアンダーフィル）工法が適用できる。アンダーフィル樹脂には、Ｎａｍｉｃｓ製Ｕ８４１０−１１９などを使用し、樹脂の硬化は、恒温オーブン内で１６５℃、２時間加熱する。

このようにして接触型ＩＣカード２０に使用する用ＩＣモジュール１０が得られる。
ＩＣカードは、携帯時に曲げ作用を受けても、曲げ耐性が向上するようにＩＣチップ７の背中上面に概ね同じ大きさの補強板８を貼り付けることができる。これにより、繰り返し疲労や点圧による、ＩＣチップ７の不良発生を抑止できる。

接触型ＩＣカード２０本体を組成する基材は、厚さが０．２０ｍｍ程度の平板形状の上質紙やプラスチック樹脂などであって、少なくとも表層が非導電性物質からなるＰＥＴ−Ｇ，ＰＶＣ等が好ましい。図５（ａ）に示すように、プラスチック基材の所定位置にＩＣモジュール１０が収容できる凹部を設けてからＩＣモジュール１０を嵌め込んで接着すれば接触型ＩＣカード２０が得られる。

＜第二の実施形態＞
接触型ＩＣカードは、読み書き用のスロットに挿入してデータ交換する際に、互いの電極同士を接触させる必要がある。この際、電極同士を押し付けあうため、樹脂基材１側のスルーホール４とスルーホール電極１２、配線パターン１１、及びＩＣチップ端子と接続用パッド間のはんだ接続部６等の導体パターンをやみくもに配置すると、これらが圧力により損傷し破断するおそれがある。

そこで本実施形態は、電極同士が接触する部位直下に対応する樹脂基材１内部から裏面にかけて、スルーホール４とスルーホール電極１２、配線パターン１１を圧力の影響が強い範囲内に敷設しないようにしたものである。接続用端子６については、ＩＣチップ７の端子の配列上難しい面があるが、アンダーフィル樹脂５の充填に加え可能な限り同じ対策をとるのが望ましい。

図３（ａ）に、電極同士が接触する前の、読み書き装置側の接触用電極１５（実際には金属ピン）と、ＩＣモジュール２０側の導体面２の位置関係を模式的に示した。スロットにＩＣカードが挿入されて、図３（ｂ）に示すように、中央６個の導体面２のほぼ中央に対応する金属ピン１５が接触すると、金属ピン１５が導体２表面に押し付けられて、相互
通信が可能になる。接触する可能性のある領域は図５（ｂ）の斜線を引いた領域１４であるが、該領域では、金属ピン１５は、挿入時には導体上を若干滑りつつ固定されるので接触痕が導体２上に残る。この領域の裏面側には、スルーホール４とスルーホール電極１２、配線パターン１１を敷設しないのが望ましい。

図２は、スルーホール電極１２とＩＣチップ７の接続用パッド６ａを配線パターン１１で結んだ様子をＩＣチップ側から見た図である。見やすくするためにスルーホールを介してスルーホール電極１２と直接つながる導体パターン２ａ、２ｂ、２ｃ等も描いてある。図２を用いて、スルーホール４とスルーホール電極１２、配線パターン１１を敷設しないのがより好ましい領域を説明する。

図３（ａ）の接触用電極１５の圧力が及ぶ範囲と、各導体面２ｂ、２ｃ、２ｄの大きさを考慮すると、導体面２を、接触用金属ピンが移動する方向に沿って（図２、図３では横方向）短冊状に３等分した場合、概ね各導体面中央の帯状領域１４ａにはスルーホール４とスルーホール電極１２、配線パターン１１を敷設しないのがより好ましい。この範囲に特に接触圧力が加わるからである。配線パターン１１については、ＩＣチップ７の左（右）側の端子が、右（左）がわの導体面から下ろしたスルーホール電極１２を結ぶように敷設する必要があるが、これらの配線１１は、上面視で導体幅を３等分した上下１／３の範囲内に敷設するのが好ましい。

接触型ＩＣカードは、意匠性を付与した紙基材あるいはプラスチック基材の規定位置に開口部を設けてから、表面が面一になるように、該開口部に上記のＩＣモジュールを収容して固定し、多面付けであればカード抜きを行うと接触型ＩＣカードを製造することができる。

１、樹脂基材
２、導体（片）
２ａ、区画された導体面
２ｂ、区画された導体面
２ｃ、区画された導体面
２ｄ、区画された導体面
３、配線層
４、スルーホール
５、アンダーフィル樹脂
６、接続部（ＩＣチップ用）
６ａ、接続用パッド
６ｂ、接続用端子（ＩＣチップの）
６ｃ、はんだ
７、ＩＣチップ
８、補強板
１０、ＩＣモジュール
１１、配線自体もしくはそれらパターン
１２、スルーホール電極
１４、接触可能領域
１４ａ、中央の帯状領域
１５、接触用電極（金属ピン）
１６、樹脂モールド
１７、ワイヤーボンディング用金線
２０、接触型ＩＣカード

Claims (5)

1. 基板の一方の面に、読み書き装置側の接触用端子と接触するための複数の導体面を備え、他方の面に、前記導体面とスルーホール接続するスルーホール電極、フリップチップ接続用パッド、及びスルーホール電極とフリップチップ接続用パッドとを結ぶ配線パターンとを備え、ＩＣチップがフリップチップ接続されているＩＣモジュールであって、
   ＩＣチップがフリップチップ接続されている面の裏面にある一つの導体面は、その大きさがＩＣチップの大きさより広く、且つチップ実装面のＩＣ全体を包含し、更にＩＣチップと基板との隙間にはアンダーフィル樹脂が充填されていることを特徴とする接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール。
2. 前記ＩＣチップは、フリップチップ接続面の反対側の面上に補強板を備えることを特徴とする請求項１に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール。
3. 前記スルーホール電極と配線パターンは、ＩＣチップ中央部直下のアンダーフィル樹脂が充填されている部分を除き、読み書き装置側の接触用端子が接触する可能性がある導体面の裏面基材上に存在しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール。
4. 前記スルーホール電極と配線パターンが存在しない領域が、導体を読み書き装置側の接触用端子が移動する方向に沿って短冊状に３等分した場合、中央の短冊状領域であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接触型ＩＣカード用ＩＣモジュール。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の接触型ＩＣカード用モジュールを用いたことを特徴とする接触型ＩＣカード。