JP2014107480A - 電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法及びインレット - Google Patents

Abstract

【課題】巻き線アンテナを使用する非接触型ＩＣカードの製造工程における上記事情に鑑みてなされたもので、アンテナ線端部と電子部品の接続用バンプとをダイレクトボンディングするにあたり、位置合わせが容易でワイヤー千切れのない端子間接続方法を提供することを目的とした。
【解決手段】金属ワイヤーの接続用部分２を押し潰して圧延領域３とする工程と、前記圧延領域４の上に導電部材４を配置する工程と、電子部品の接続用バンプと金属ワイヤーの圧延領域３とを導電用部材４を介して接続する工程と、を有することを特徴とする電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品と巻き線アンテナを内蔵するＲＦＩＤあるいは非接触型ＩＣカードに係わり、詳しくは、巻き線アンテナの両端と電子部品の接続用端子との接続方法に関する。

無線通信が可能な非接触ＩＣカードは、図３に示すようにアンテナ回路１１を備えるインレット基材１０の所定の部位に、ＩＣチップ１３を搭載するか、ＩＣチップが実装されたフィルム基材を嵌め込むかしたインレット基材１０の上下を、意匠性を付与したオーバーコート材１２で狭持したものである。通信用のアンテナ回路１１は、コイル（スパイラル）状に前記インレット基材１０の周辺部に沿うように配設され、コイルの両端はＩＣチップ１３の接続用バンプに導かれている。コイルの起電力はコイルの囲む面積と巻き数に比例するので、使用できる面積が小さい場合はコイルの巻き数を増やす必要がある。

コイル状のアンテナ回路は、インレット基材の周辺部に、金属箔をフォトリソ法によりパタニングしたり、銀ペースト等導電用インクを使って印刷したり、あるいは、絶縁性の繊維や紙を巻きつけた径が３０〜１５０μｍ程度の金属ワイヤーを、布線機を用いてコイル状に描画し接着剤で固定する等いくつかあるが、コスト的・製法的な容易さから巻き線アンテナが使用されることも多い。

アンテナは、同一面上にコイル（スパイラル）状態で敷設されるので、アンテナ本体からみて相反する側に出る端部をＩＣチップの接続用バンプに接続するためには、アンテナの両端をＩＣチップ上の接続用バンプまで近接させて配置する必要がある。この場合、フォトリソ法や印刷法は、同一面上ではアンテナ回路が交差してしまうため、アンテナ回路を乗り越えるジャンパー部を敷設するとか、インレット基材に貫通孔を設けてコイル端を裏面に引き出して引き回す必要が生じる。これに対し、巻き線アンテナは一応絶縁されており、同一面上で、前者に比べれば容易に曲げることも交差させることも可能であるからである。

ＩＣチップ等ＩＣカード内に実装される電子部品側の接続用バンプと巻き線アンテナ端部２との接続については、端子同士をダイレクトに接続する場合と、図４に示すように接続が安定して確実に行えるように接続面積と間隔を拡張した電極パターン１６ａ、１６ｂを介して間接的に接続する場合がある。後者の場合には、巻き線アンテナが敷設されたインレット基材１０上に電極パターンを設ける場合と、電極パターン１６ａ、１６ｂ専用の中継用基板１５を製造し、該中継基板１５をインレット基材１０に設けた開口部に嵌め込んで接続する場合がある（図４）。

接続用バンプとアンテナ線の接続は、熱と超音波を使って振動させつつ押し付けて接合する熱圧接法や電流を流して発熱させて溶接する方法がとられる。いずれにしても、フォトリソ法で電極パターン１６ａ、１６ｂ等を別途製造する必要があり、フォトリソ工程が不要な巻き線アンテナを使うメリットが失われるという問題がある。

一方、ダイレクト接続については直径が１００μｍ程度のアンテナ線と一辺が１００μｍ程度で厚さが５０μｍ程度の四角形状の接続用バンプとを位置合わせをして金属同士を接合する必要がある（特許文献１及び特許文献２）。接合方法としては、金属ワイヤーとＩＣチップの微小な接続用パッドが重ねて、熱と超音波を使って振動させつつ押し付けて接合している。細くて動きやすい金属ワイヤーを微小な端子上に所定の時間留め置き圧着
するには高い加工精度と技術が必要であるが、接合面積が狭いため接合強度が弱く歩留まりが悪いという問題がある。

ＩＣチップを直接金属ワイヤーと接続せず、モジュール化されたチップユニットを使うこともできるが、コストが高くなる上に嵩張るという問題がある。また、金属ワイヤーの端部を延伸することもできるが、これだけでは薄くなった部分と円形部分の境界で千切れやすく外力に弱いという問題があった。

特開２００９−２５３４１２号公報 特許３７２１５２０号明細書 特開平１１−１３４４５９号公報

本発明は、巻き線アンテナを使用する非接触型ＩＣカードの製造工程における上記事情に鑑みてなされたもので、アンテナ線端部と電子部品の接続用バンプとをダイレクトボンディングするにあたり、位置合わせが容易でワイヤー千切れのない端子間接続方法を提供することを目的とした。

上記課題を達成するための請求項1に記載の発明は、金属ワイヤーの接続用部分を押し潰して圧延領域とする工程と、前記圧延領域の上に導電部材を配置する工程と、電子部品の接続用バンプと金属ワイヤーの圧延領域とを導電用部材を介して接続する工程と、を有することを特徴とする電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記導電用部材が、異方性導電部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記電子部品が、ＩＣチップまたはＩＣモジュールであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法としたものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記金属ワイヤーが絶縁層で被覆されてい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項に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法としたものである。

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項に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法を用いたことを特徴とするインレットとしたものである。

本発明は、電子部品の接続用バンプとの接続に供される断面が概ね円形の金属ワイヤー部分を延展（圧延）処理して面積を２，３倍に広げ、且つ何物にも接触しておらず移動しやすい当該圧延部分を含む金属ワイヤーを粘着性のある導電用部材で固定して動けなくしているため、電子部品側の接続用バンプとの位置合わせが極めて容易になるという効果がある。

ベアのＩＣチップをダイレクトボンディング搭載するため、モジュール化もしくはパッ
ケージ化されたＩＣチップを実装する必要がなく安価なＩＣカードの製造が可能である。加えて、圧延部分が、硬化した導電用部材中の樹脂により被覆される結果、金属ワイヤーの破断が抑止できるという効果が期待できる。

（ａ）〜（ｄ）本発明になるＩＣチップと金属ワイヤーの端子同士を接続する工程を説明する上面視の工程図である。 金属ワイヤーの端部を３本まとめて延伸処理した様子を模式的に説明する上面視の図である。 ＩＣカードの構成を説明する斜視外略図である。 中継基板とその上の電極パターン配置を説明する斜視外略図である。

本発明は、ＩＣチップあるいは電子部品の接続用バンプと通信用の巻き線アンテナ端部とを直接接続するダイレクトボンディングに係るものである。ダイレクトボンディングとは、電子部品の微細で離間距離の短い接続用バンプの、その離間距離を拡張し面積を拡げるための電極パターンを使用しないということである。電極パターンを中継基板上に備える一例を図４に示したが、中継基板を使用せず直接インレット上に形成することも含まれる。
以下、図面を参照ながら本発明を説明する。

ＩＣカード１は、図３に示すようにアンテナ回路１１とＩＣチップ１３が搭載されたインレット基材１０の表裏を、意匠性を付与したオーバーコート材１２（プラスチック基材や紙基材）で被覆し名詞サイズに成型したもので、インレット１０部分が通信機能に関係するキーコンポネントである。インレット１０は、小型化して簡易包装しＲＦＩＤとして使用されることもある。アンテナは、囲む面積が広いほど起電力が大きくなるので、インレット基材の形状と大小を問わず基材の縁に配設されるのがほとんどである。ＩＣチップ１３は、単にインレット基材１０の上に搭載されることもあれば、ザグリ加工でインレット１０に開口部を設けて収容する場合もある。いずれであっても構わない。

インレット基材１０としては、厚みは２０〜２００μｍ程度の帯状のＰＥＴ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン、ＦＲ−４等を使用とするが、本実施例では、ＰＥＴがコストと強度の面から好ましい。

インレット基材１０を金属製の台座（図示せず。）に載置し、薄い布、紙、ポリウレタン、ポリアミド等の樹脂のいずれかで被覆した径が３０〜１５０μｍ程度の金属ワイヤー２を、加熱圧着機構付金属ワイヤー敷設ヘッドを用いて所定の部位に敷設する（図３参照）。金属としては、銅、鉄、アルミニウム、各種の合金やクラッドタイプが使用できるが、ＰＥＴ上でも容易に圧延できるアルミニウムが好ましい。金属ワイヤーは、金属ワイヤー上をジャンプさせて通過させることが可能で曲げることも可能である。

金属ワイヤーは、敷設すべき通路に沿って予め形成しておいた凹部に収容できるが、ホットメルト樹脂をインレット基材上のワイヤー敷設予定箇所に塗布しておき、加熱圧着機構付金属ワイヤー敷設ヘッドを使用し、敷設と同時に熱融着して固定するのが好ましい。所定の長さ敷設した後、金属ワイヤー２の両端をループの内側に引き出し、図１（ａ）に示すように電子部品の接続用バンプの想定位置に平行に並べる。２本の金属ワイヤー２の間隔ｄは、半導体部品あるいはＩＣチップの接続用バンプ間距離に一致させておく。但し、図ではインレット基材、アンテナ，ＩＣチップ等は全て省略されている。

次に、金属ワイヤー２の端部を扁平にする圧延加工を行う。インレット基材１０がＰＥ
Ｔで金属ワイヤー２がアルミニウムの場合は、ホットメルト樹脂被覆されていない電子部品搭載位置を横断するように金属ワイヤーを敷設してホットメルト樹脂で固定する。金属製台座／ＰＥＴ／アルミニウム細線の構成となるので、適切なヘッド形状を有する加圧装置でアルミニウム線を加圧すると簡単に押し潰して平坦にすることができる（図１（ｂ））。圧延領域３の大きさは加圧ヘッドの接触面積の大きさでコントロールできる。銅線の場合は、加圧と同時に加熱するのが好ましい。

加熱によりインレット基材１０がダメージを受ける場合は、インレット基材１０にＩＣチップが収容される開口部を設けるのが望ましい。この場合には、開口部上方から見て、金属ワイヤー端部が開口部の底で台座に接するようにインレットを台座上に載置して、開口部上方から金属ワイヤーをＳＵＳ等の圧延部材で加圧することで押し潰せばよい。あるいは、金属ワイヤーを敷設する前に、端子となる部分をＳＵＳ材料からなる圧延部を上下に備えるハンドプレス装置の圧延部にセットし、ストロークを制限しながら押し付けることで行っておいてもよい。

金属ワイヤーは、半導体チップの接続用バンプ（ＩＣチップなら５０μ□程度）を内部に含む十分な大きさまで圧延するのが望ましい。加圧時に熱を加えればワイヤーを被覆する絶縁樹脂を同時に溶融して除去できる。アルミニウム以外の金属細線の圧延方法に関しては金属の再結晶温度以上で圧延する上記の熱間圧延、常温で圧延する冷間圧延のいずれも可能であるが、本実施例のように絶縁皮膜も除去する場合には前者が好ましい。
また、平坦部はワイヤー１本から構成するのではなく、図２に示すように端部を折り曲げて束ねた構成にして、当該部位全体を圧延することもできる。端子面積が広くなりアライメントが容易になる。

次に、平坦化部分をインレット基材１０上に仮止めする意味も含めて、所定の大きさのＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）を導電部材４として平坦部分に貼り付けた（図１（ｃ））。ＡＣＦは、熱硬化性樹脂に導電性の微小な金属粒子を分散させたものをフィルム状に成型したもので粘着性を備えている。導電性微粒子は、内側からニッケル層、金メッキ層からなる直径が３〜５μｍ程度の微粒子である。ヒーターで加熱しながら圧力を加えると、圧力が加わった部分で導電性微粒子同士が接触して導電経路を形成して固化する。導電経路の発達により上下端子間の導通をとることができる。ＡＣＦ以外には、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Past）も使用できる。ＡＣＦがテープ状の固体なのに対して、ＡＣＦが流動性のあるペースト状態を呈するだけで、熱を加えると樹脂成分が硬化して導電性微粒子が接触する点は同じである。

次に、ＩＣチップをＡＣＦの上に搭載する（図１（ｄ））。位置合わせは、ＩＣチップの接続用バンプが、ＡＣＦを介して圧延処理を施したワイヤー端部の直上になるように行う。加熱加圧装置でシリコンチップとＡＣＦを熱硬化性樹脂が溶融する温度まで昇温してから冷却する。開口部にＩＣチップを収容する場合も同様である。このようにして、ＩＣチップの接続用バンプと金属ワイヤーの平坦部分をＡＣＦ中の導電性微粒子を介して接続することができる。ＩＣチップの接続用バンプには、電解めっき法により、Ｎｉ（７μｍ）／Ａｕ（１μｍ）の皮膜が形成されているのが望ましく、この方が、前記ＡＣＦ側の金属ボールとの接触抵抗が低く好ましい。

最終的にインレット１０は、ホットメルト樹脂を用いてオーバーコート材（ＰＥＴ−Ｇ、ＰＶＣ、上質紙）で表裏から被覆するか、前記のプラスチック樹脂であれば該樹脂が軟化する温度（１２０℃から１５０℃）で金型プレスして冷却すればＩＣカードが得られる。インレット基材とオーバーコート材が同質の基材であれば加熱溶融によりの接触面が消失して一体化したカードが得られる。多面付けであれば型抜きすることで個片のＩＣカードが得られる。

１、ＩＣカード
２、金属ワイヤー（アンテナ線）端部
３、圧延領域（金属ワイヤー側の接続部）
４、導電用部材（ＡＣＦ）
５、電子部品（ＩＣチップ）
６、ジャンパー部
１０、インレット基材
１１、アンテナ回路
１２、オーバーコート材（プラスチック、紙等）
１３、ＩＣチップ
１４、オーバーコート材
１５、中継用基板
１６、電極パターン

Claims (5)

1. 金属ワイヤーの接続用部分を押し潰して圧延領域とする工程と、
   前記圧延領域の上に導電部材を配置する工程と、
   電子部品の接続用バンプと金属ワイヤーの圧延領域とを導電用部材を介して接続する工程と、を有することを特徴とする電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法。
2. 前記導電部材が、異方性導電部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法。
3. 前記電子部品が、ＩＣチップまたはＩＣモジュールであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法。
4. 前記金属ワイヤーが絶縁層で被覆されてい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項に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子部品の接続部と金属ワイヤーの接続方法を用いたことを特徴とするインレット。

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