JP2014115808A - Ｉｃモジュールおよびｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーボンディング部を被覆する樹脂モールドの破損を防止する構造を備えたＩＣモジュールを提供し、ひいては故障の発生頻度が少ないＩＣカードを提供すること。
【解決手段】読み書き装置と接続するための接続端子７が一方の面に形成された基板６と、一方の面と反対側の面上にワイヤーボンディングにより接続端子７に導通され、実装されたＩＣチップ８と、ＩＣチップ８を被覆する樹脂モールド１０と、を備えたＩＣモジュール５であって、前記基板の厚さ方向に測ったときに、樹脂モールド１０の厚さからＩＣチップ８の厚さを引いた残厚が、ＩＣチップ８の厚さより大きく、且つＩＣチップ８の側面が弧状に湾曲していることを特徴とするＩＣモジュール５である。
【選択図】図１

Description

本発明はＩＣモジュール及びこれを内蔵するＩＣカードに係り、特にはＩＣモジュールのＩＣチップ近傍の破損防止技術に関する。

従来、ＩＣモジュールが取り付けられたＩＣカードが知られている。ＩＣカードは、磁気ストライプが取り付けられた従来のカードと比較して記憶容量が大きく、また偽造が困難であるという特徴を有する。そのため、キャッシュカード、クレジットカード、交通系カード、住民基本台帳等公共カード、ＩＤカード、パスポートと広範囲に使用されている。

ＩＣカードの形状は、ＩＳＯによって規格化されている。たとえば、厚さ寸法が０．７６ｍｍと定められたＩＣカードには、０．７６ｍｍ未満の厚さのＩＣモジュールが、ＩＣカード基材に設けた開口部に嵌め込まれる必要がある。ＩＣモジュールは、表面に外部の読み書き装置と接続可能な接触用端子を有する樹脂基板と、樹脂基板の裏面上に実装されたＩＣチップと、ＩＣチップを被覆する樹脂モールドからなるのが一般的である。

また、ＩＣモジュールが取り付けられたＩＣカードの携行時には、曲げや荷重による外力がＩＣモジュールにかかることがある。ＩＣモジュールに外力がかかってＩＣモジュールが破損すると、ＩＣカードとしての機能が損なわれる。ＩＣモジュールが破損するのを防止する目的で、例えば特許文献１から特許文献９には、ＩＣモジュールにおけるＩＣチップが割れるのを防止できる構造が開示されている。

特開昭６３−１４５０９３号公報 特開平２−１８８２９８号公報 国際公開第９９／０４３６７号明細書 特開２００２−１２３８０９号公報 特開２００４−２６４９８３号公報 特開２００６−２６８７１８号公報 特開２００６−１８３７１号公報 特開２００６−３３１１９８号公報 特開２００７−１８３６号公報

特許文献１から特許文献９に開示された各発明は、ＩＣモジュールにおけるＩＣチップが割れるのを防止する目的で、ＩＣチップを補強する手段を有している。しかしながら、実際に故障したＩＣカードの原因を詳細に調査したところ、大半がＩＣチップ自体の破損が原因ではなく、樹脂モールドが破損したことによるワイヤーボンディング用金属ワイヤーの断線が原因であることが判明した。

また、近年の技術革新によりＩＣチップは小型化されており、ＩＣカードに外力が加わったときにＩＣチップが破損する可能性は従来よりも低下している。しかしながら、ＩＣカードは、互換性を保つ目的でＩＣモジュールの接続端子の形状や配置は規格化されており小型化できず、またＩＣチップを被覆する樹脂モールド部分だけを小型化することは意味がない。特許文献１から９に記載の各発明では、樹脂モールドが破損したことによる金属ワイヤーの断線を防止することができず、ＩＣカードが故障することを防止するための対策としては不十分であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワイヤーボンディング部を被覆する樹脂モールドの破損を防止する構造を備えたＩＣモジュールを提供し、ひいては故障の発生頻度が少ないＩＣカードを提供することである。

前記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、
読み書き装置と接続するための接続端子が一方の面に形成された基板と、
一方の面と反対側の面上にワイヤーボンディングにより接続端子に導通され、実装されたＩＣチップと、ＩＣチップを被覆する樹脂モールドと、を備えたＩＣモジュールであって、
前記基板の厚さ方向に測ったときに、樹脂モールドの厚さからＩＣチップの厚さを引いた残厚が、ＩＣチップの厚さより大きく、且つ
ＩＣチップの側面が弧状に湾曲していることを特徴とする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チップの表面にブラスト処理を施して荒らしたことを特徴とする請求項１に記載の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、請求項1又は請求項２に記載のＩＣモジュールが取り付けられたＩＣカードであって、
ＩＣモジュールが内部に収容される有底穴状の開口部が形成された樹脂基材を備え、
ＩＣカードの厚さ方向において、開口部の底部、樹脂モールド、ＩＣチップ、および基板がこの順に積層されており、
前記ＩＣカードの厚さ方向に測ったときに、樹脂モールドの厚さと底部の厚さとの和からＩＣチップの厚さを引いた残厚が、ＩＣチップの厚さより大きいことを特徴とするＩＣカードとしたものである。

本発明になるＩＣモジュールにおいては、ＩＣチップ及びワイヤーボンディング部分を覆う樹脂モールド層が破損することを防止できる。したがって、ワイヤーボンディングに使用している金属ワイヤーが断線しないのでＩＣカードにおける故障の発生頻度を少なくすることができる。

本発明に係るＩＣモジュール構造の一例を説明する要部断面視の図である。 本発明に係るＩＣモジュール構造の別の一例を説明する断面視の図である。 本発明に係るＩＣカード構造の一例を説明する断面視の図である。 ＩＣチップの側面の断面形状と対応するブレード形状を説明する模式図である。（ａ）本発明、（ｂ）従来構造。 （ａ）ＩＣカードにおけるＩＣモジュールの位置と大きさを説明する上面視の図である。（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における断面視の図である。 湾曲した側面と直線状側面を有するＩＣチップに対する押圧試験の結果を示す図である。

本発明は、ＩＣチップ側面の形状を直線状から弧状に湾曲した形状にすること、より好
ましくはチップ表面をざらつかせることによってモールド用樹脂とＩＣチップの密着力を高めたものである。
以下、実施の形態に即して本発明を説明する。

（第１実施形態）
図５（ａ）は、本発明が関係するＩＣカード１及びＩＣモジュール５の一般的な構成を説明する上面視の図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面視の図である。図１及び図２は本発明に係るＩＣモジュールの要部断面視の図、図３はＩＣカードの要部断面視図である。これらの図に示すように、ＩＣカード１は、板状に形成された樹脂基材２と、樹脂基材２に開口部３を形成し、該開口部３にＩＣモジュール５を嵌め込んだ構造であって、樹脂基材２とＩＣモジュール５の表面が面一となっている。ＩＣチップ８は、金属ワイヤー９ａを含めモールド樹脂１０で被覆されているが、この構造では、図５（ｂ）にギザギザで示すような部位にクラック２１が入りやすいという問題がある。

樹脂基材２は、たとえば熱可塑性樹脂等によって所定の形状に形成されている。樹脂基材２の形状は、ＩＣカード１の使用目的に対応して、ＩＳＯ等の規格団体によって規格化された寸法に則った形状とされている。金融機関において使用されるキャッシュカードを例に挙げると、樹脂基材２の形状は、ＩＳＯ／ＩＥＣ ７８１０やＪＩＳ Ｘ ６３０１に則って、幅８５．６０ｍｍ、高さ５３．９８ｍｍ、厚さ０．７６０ｍｍとされている。以下では、幅８５．６０ｍｍ、高さ５３．９８ｍｍ、厚さ０．７６０ｍｍのＩＣカード１を例に構成を説明する。

図５もしくは図３に示したように、樹脂基材２には、ＩＣモジュール５を収容するための開口部３が形成され該開口部３にＩＣモジュールが収容されている。樹脂基材２における開口部３の位置は、例えば上述のキャッシュカードの場合には、ＩＳＯ ７８１６−２に定められた位置に後述する接続用導体面７（以下、単に導体面７と記す。）が敷設されていなければならない位置である。

本実施形態では、開口部３は、樹脂基材２の厚さ方向の一方の面（以下、この面を「表面」と称する。）に矩形状に開口された有底穴状の形状を有している。開口部３の底部４は、樹脂基材２の厚さ方向の他方の面（以下、この面を「裏面」と称する。）が存在しても平坦性を維持するように十分な剛性を有する厚さの薄板状に形成されている。本実施形態では、開口部３の底部４の厚さ寸法ｔ４は、概ね１００μｍとなっている。また、樹脂基材２に形成された開口部３の深さ寸法ｄ３は、樹脂基材２の厚さである７６０μｍから底部４の厚さであるｔ４＝１００μｍを引いた６６０μｍであり、ＩＣモジュール５は、深さ６６０μｍの開口部３の開口から突出することなくほぼ面一になるように収容される。

ＩＣモジュール５は、読み書き装置側の図示しない接続用端子と接触するための導体面７が一方の面に形成された基板６と、基板６の一方の面と反対側の面上にワイヤーボンディングにより導体面７に導通され、実装されたＩＣチップ８と、ＩＣチップ８を被覆する樹脂モールド１０と、を備えている。

基板６は、ガラスエポキシ基板やポリイミド基板、あるいはリードフレームなどからなる配線基板である。基板６の構造としては、片面基板、両面基板、あるいは多層基板など公知の構造を適宜選択して採用することができる。基板６の厚さ寸法ｔ６は、樹脂基材２の厚さ寸法ｔ２と基板６に求められる強度とに応じて適宜設定することができる。本実施形態では、基板６の厚さ寸法ｔ６は、概ね１６０μｍとなっている。基板６に形成された各導体面７は、ＩＳＯ ７８１６−２に定められた寸法に則って位置および面積が設定されており、ニッケル、金、あるいは銀によって表面がメッキされたり、パラジウム等が表
面に蒸着されたりしている。各導体面７には、ＩＣチップ８の接続端子とワイヤーボンディングにより接続している金属ワイヤー９ａの一端が接合されている。

ＩＣチップ８の一方の面は、基板６に対して接着剤２０や粘着剤などによって固定されており、図示しない回路部および他方の面に端子部を備えている。ＩＣチップ８の回路部は、読み書き装置に対して情報あるいは信号の入出力を行なう入出力手段と、読み書き装置から出力された情報を記憶する記憶手段とを備える。ＩＣチップ８の接続端子は、回路部と各導体面７とを電気的に接続するための端子であり、ワイヤーボンディングのための金属ワイヤー９ａの他端が接合されている。金属ワイヤー９の材料は、たとえば金、銀、銅、アルミニウムなどを採用することができるが、金ワイヤーが好ましい。

ＩＣチップ８の寸法は、基板６上に実装された状態で基板６の厚さ方向に測った寸法ｔ８が、概ね２００μｍ以下となっている。なお、ＩＣチップ８に曲げ応力が生じた場合には、ＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８が小さいほどＩＣチップ８が撓みやすいため割れにくい。このため、ＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８は、１４０μｍ以下であることがより好ましく、９０μｍ以下であることがさらに好ましい。

なお、ＩＣチップ８に衝撃などの外力がかかった場合には、基板６の面方向におけるＩＣチップ８の実装面積が小さいほど、またＩＣチップ８の体積が小さいほどＩＣチップ８は割れにくい。また、ＩＣチップ８の体積が小さい方が、１枚のウェハからとれるＩＣチップ８の数が多いとともにＩＣチップ８の歩留まりも高い。本実施形態では、基板６上に実装されたＩＣチップ８を基板６の厚さ方向から見たときに、１辺が２．５ｍｍ程度の正方形状となっている。

ＩＣチップ８の側面の形状は、図１から図３に、より詳しくは図４（ａ）に示すように直線状ではなく外側あるいは内側に向かって弧状に湾曲しているのが好ましい。さらに言えば、ＩＣチップの側表面はブラスト処理により、ざらざらしているのがより好ましい。表面がざらついて湾曲している方が、図５（ｂ）に示すような直線状（垂直も含む）で滑らかな表面に比べてモールド樹脂１０に対する接触面積が多くなり、密着強度が上がるからである。ＩＣチップ８は、加工済みのシリコンウエハーをダイシングすることによって個片にされるが、図４に示すようにダイシングブレード２０のブレードを湾曲させることによって側面が湾曲したＩＣチップ８を得ることができる。

樹脂モールド１０は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および紫外線硬化性樹脂のうちの少なくともいずれかを含有する混練材料からなる絶縁体である。樹脂モールド１０は、ＩＣチップ８および金属ワイヤー９ａ、９ｂが完全に被覆される形状に形成されている。本実施形態では、樹脂モールド１０は、基板６に固定された状態で基板６の厚さ方向に測った寸法ｔ１０が、概ね４４０μｍ以上となっている。また、樹脂モールド１０の厚さ寸法ｔ１０からＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８を引いた樹脂モールド１０の残厚は、ＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８より大きいのが好ましい。

また、樹脂モールド１０のヤング率は、一般にＩＣチップ８のヤング率がより低い。こうした樹脂モールド１０は、たとえばトランスファモールド法、ポッティング法、および印刷法などによって基板６上に設けられ、ＩＣチップ８および金属ワイヤー９を封止する。なお、樹脂モールド１０を用いてＩＣチップ８を封止する他の方法を適宜採用することもできる。

基板６の厚さ方向に測ったＩＣモジュール５の寸法ｔ５は、樹脂モールド１０の厚さ寸法ｔ１０に基板６の厚さ寸法ｔ６を足した大きさである。すなわち、本実施形態では、ＩＣモジュール５の厚さ寸法ｔ５は、概ね６００μｍ程度である。深さ寸法ｄ３が６６０μ
ｍである開口部３に収容されたＩＣモジュール５は、樹脂基材２の表面と接続端子７とが同一面上に位置している。また、開口部３の底と樹脂モールド１０との間には６０μｍの隙間がある。なお、樹脂モールド１０の残厚がＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８より大きいという条件を満たせば、ＩＣモジュール５の厚さ寸法ｔ５は、６００μｍ未満であってもよい。

一般的に、ＩＣカード１は、財布やカードケース内に収納される。また、ＩＣカード１が収納された財布やカードケースは、たとえばズボンのポケットに収納されて携帯される場合がある。財布やカードケースをズボンのポケットに携帯し、椅子等に座ることによりＩＣカードに過度の荷重がかかり、ＩＣカード１が湾曲する場合がある。携行者の体重その他の外力がＩＣモジュール５の樹脂モールド１０に伝わると、樹脂モールド１０には曲げ応力が生じ、図５（ｂ）に示すようなクラック２１が発生する。

これは、ＩＣチップ８と樹脂モールド１０の硬さが異なっているからである。たとえばＩＣチップの材質はシリコン（Ｓｉ）であるが、ＩＣチップのヤング率は１７０ＧＰａ程度、樹脂モールド１０の材質が一般的に使われている熱硬化樹脂である場合には、ヤング率は１７ＧＰａ程度である。つまり、ＩＣチップと樹脂モールドとの材料となる２つの素材は、曲げ応力に対するたわみ量の大きさが全く異なっている。すなわち、相対的に硬いＩＣチップよりも相対的に軟らかい樹脂モールドのほうが大きなたわみが発生することになる。ＩＣチップ８と樹脂モールド１０とのたわみ量の差により、ＩＣチップ８と樹脂モールド１０との界面にクラック２１が発生するものと考えられる。

従来のＩＣカード１では、ＩＣカード１に強い外力がかかった場合や、ＩＣカード１に繰り返し外力がかかった場合には、樹脂モールド１０における上記界面に生じたクラック２１が成長し、樹脂モールド１０内に封止されているボンディング用金属ワイヤー９まで達する。クラック２１が金属ワイヤー９まで達すると、クラックを挟んで一方側と他方側の樹脂モールド１０が離間したりずれたりすることにより、金属ワイヤー９ａ、９ｂが千切れる場合がある。

これに対して、本実施形態のＩＣカード１では、樹脂モールド１０の残厚がＩＣチップ８の厚さよりも大きく設定される。上記した曲げ応力に対するたわみ量は単純に考えると硬さ（ヤング率）と厚みによって支配されるため、硬いＩＣチップ８の厚みを薄く、軟らかい樹脂モールド１０の厚みを厚くすることで両者のたわみ量を近づけることにより、従来と同等の外力では樹脂モールド１０にクラック２１が生じないようにできる。
さらに、図４（ｂ）に示すようにＩＣチップ８の側面８ａを直線状から弧状に湾曲させて接着部分を拡張してある。その結果、樹脂モールド１０にクラックが生じてボンディングワイヤが千切れることがないので、ＩＣカード１の機能は維持される。

本実施形態のＩＣカード１では、ＩＣチップ８の厚さ寸法ｔ８が薄く、かつ上述のように樹脂モールド１０にクラックが入りにくいので、金属ワイヤー９が断線する可能性が低く抑えられている。モールド樹脂が曲がりやすい分厚さを厚くして曲げにくくしている。このため、ＩＣチップ８が破損していないのにＩＣモジュール５としての機能が損なわれてしまう可能性が従来のＩＣモジュール１０５よりも低い。

上記構成は、表面に導体面を備える接触型ＩＣカード用のモジュール基板（図１参照）のみならず、接触・非接触対応のハイブリッドカード用のモジュール基板（図２参照）、デュアルカード等ワイヤーボンディングを使用する各種カードに適用できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のＩＣカード１について説明するが、第１実施形態との違い
は、図３に示すように、ＩＣモジュール５の樹脂モールド１０が、開口部３の底部４に接しており、底部４によって樹脂モールド１０が補強される点である。ＩＣカード１は、単層または複数層からなる樹脂基材２の厚さ方向において、開口部３の底部４、樹脂モールド１０、ＩＣチップ８、および基板６がこの順に積層されている。
本実施形態では、樹脂モールド１０の表面は開口部３の底部４に密着しており、たとえば接着剤が一面に塗布されて貼り合わせられることにより固定されている。

開口部３の底部４の厚さ寸法ｔ４は、ＩＣモジュール５が樹脂基材２の表面から突出しないようにＩＣモジュール５を開口部３内に収容することができれば、ＩＣカード１Ａの裏面の美観を損ねない程度に薄くてよい。たとえば、開口部３の底部４の厚さ寸法ｔ４は、１００μｍ以上１６０μｍ未満とすることができる。また、ＩＣモジュール５の厚さ寸法ｔ５が６００μｍ未満である場合には、ＩＣカード１の厚さである７６０μｍを超えない範囲で開口部３の底部４の厚さ寸法ｔ４を１６０μｍ以上とすることができる。ＩＣカード１の厚さ方向に測ったときに、樹脂モールド１０の厚さと底部４の厚さとの和からＩＣチップ８の厚さを引いた残厚は、ＩＣチップ８の厚さより大きいのが望ましい。

本実施形態では、開口部３の底部４と樹脂モールド１０とが固定されていることにより、開口部３の底部４によって樹脂モールド１０が補強されている。このため、ＩＣカード１に曲げや衝撃などの外力がかかった場合にも、第１実施形態と同様に樹脂モールド１０が割れにくい。また、開口部３の底部４によって樹脂モールド１０が補強されるので、上述の第１実施形態よりも樹脂モールド１０の厚さ寸法ｔ１０を小さくしても、残厚がＩＣチップ８の厚さより大きいという関係を満たせば第１実施形態と同等の効果を奏する。

また、ＩＣカードに用いる樹脂基材にアンテナコイルを形成するか、別途アンテナが形成されたアンテナシートを積層し、ＩＣモジュールと接続することにより、接触式通信と非接触式通信が可能ないわゆるデュアルＩＣカードとしてもよい（図２参照）。

次に、ＩＣチップ８の側面の形状が、内側に向かって弧状に20°湾曲したサンプルAと直線的で湾曲していないサンプルBを同じパッケージサイズでモールディングし、比較線圧評価を実施した。

（実施例１）
ＩＣモジュールの厚さ寸法：５８０μｍ
ＩＣチップの厚さ寸法：１８５μｍ
ＩＣチップの湾曲：２０°
立ち上がりが２０°で下に凸状の湾曲である。

（実施例２）
ＩＣモジュールの厚さ寸法：５８０μｍ
ＩＣチップの厚さ寸法：１８５μｍ
ＩＣチップの湾曲：０°

＜耐久性試験と結果＞
ＩＣカードの厚み方向から見たときに、ＩＣチップの一辺と平行でチップから１ｍｍ離間した直線上の所定の部位を押圧し、樹脂モールドにクラックが発生する荷重を計測したところ、ＩＣチップの側面に２０°の湾曲をもたせたもののＩＣモジュールの方がクラックを生じる荷重が大きくなる傾向があった。この結果を図６示した。

１、ＩＣカード
２、樹脂基材
３、開口部（収容部）
４、底部
５、ＩＣモジュール
６、基板
７、導体面（接触用の）
８、ＩＣチップ
８ａ、ＩＣチップ側面
９、ワイヤーボンディング用金属線
９ａ、９ｂ、金属ワイヤー
１０、樹脂モールド
１１、接続用端子
２０、接着剤
２１、クラック

Claims (3)

1. 読み書き装置と接続するための接続端子が一方の面に形成された基板と、
   一方の面と反対側の面上にワイヤーボンディングにより接続端子に導通され、実装されたＩＣチップと、ＩＣチップを被覆する樹脂モールドと、を備えたＩＣモジュールであって、
   前記基板の厚さ方向に測ったときに、樹脂モールドの厚さからＩＣチップの厚さを引いた残厚が、ＩＣチップの厚さより大きく、且つ
   ＩＣチップの側面が弧状に湾曲していることを特徴とするＩＣモジュール。
2. 前記ＩＣチップの表面にブラスト処理を施して荒らしたことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュール。
3. 請求項1又は請求項２に記載のＩＣモジュールが取り付けられたＩＣカードであって、
   ＩＣモジュールが内部に収容される有底穴状の開口部が形成された樹脂基材を備え、
   ＩＣカードの厚さ方向において、開口部の底部、樹脂モールド、ＩＣチップ、および基板がこの順に積層されており、
   前記ＩＣカードの厚さ方向に測ったときに、樹脂モールドの厚さと底部の厚さとの和からＩＣチップの厚さを引いた残厚が、ＩＣチップの厚さより大きいことを特徴とするＩＣカード。