JP2022009356A - スマートカードの製造方法、スマートカード、及び導電粒子含有ホットメルト接着シート - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができるスマートカードの製造方法、スマートカード、及び導電粒子含有ホットメルト接着シートを提供する。【解決手段】カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを、カード部材１０とＩＣチップ２０との間に介在させ、熱圧着させる。カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドにより、非共晶合金のはんだ濡れ性が向上し、優れた接続信頼性を得ることができる。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができる。【選択図】図１
Description
本技術は、導電粒子含有ホットメルト接着シートを用いたスマートカードの製造方法及びスマートカードに関する。
近年、ＩＣチップを搭載したスマートカードが普及している。スマートカードにＩＣチップを搭載する方法の一例として、結晶性樹脂を含むバインダーに導電粒子を配合した異方性導電フィルムを用いることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に挙げられているように、ＩＣチップを搭載したスマートカードには異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）などの接続材料が用いられることもある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、これらの技術は、導電粒子の接触により導通を得ているため、スマートカードを高温高湿などの信頼性試験に投入した際、樹脂の膨張により導通がとれなくなることがあった。
本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができるスマートカードの製造方法、スマートカード、及び導電粒子含有ホットメルト接着シートを提供する。
本技術に係るスマートカードの製造方法は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを、カード部材とＩＣチップとの間に介在させ、熱圧着させる。
本技術に係るスマートカードは、カード部材と、ＩＣチップと、前記カード部材と前記ＩＣチップと接着する接着層とを備え、接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する。
本技術に係る導電粒子含有ホットメルト接着シートは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する。
本技術によれば、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドにより、非共晶合金のはんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．スマートカード
２．スマートカードの製造方法
３．導電粒子含有ホットメルト接着シート
４．第１の実施例
５．第２の実施例
１．スマートカード
２．スマートカードの製造方法
３．導電粒子含有ホットメルト接着シート
４．第１の実施例
５．第２の実施例
＜１．スマートカード＞
本実施の形態に係るスマートカードは、カード部材と、ＩＣチップと、カード部材とＩＣチップと接着する接着層とを備え、接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するものである。接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有することにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
本実施の形態に係るスマートカードは、カード部材と、ＩＣチップと、カード部材とＩＣチップと接着する接着層とを備え、接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するものである。接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有することにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
本明細書において、スマートカード（Smart card）は、情報（データ）の記録や演算をするために集積回路（ＩＣ：Integrated circuit）を組み込んだカードであり、「ＩＣカード（Integrated circuit card）」、「チップカード（Chip card）」とも呼ばれる。また、スマートカードは、１つのＩＣチップで、接触型、非接触型の２つのインターフェースを持つデュアルインターフェイスカードであってもよく、接触型ＩＣチップと非接触型ＩＣチップとが搭載されたハイブリッドカードであってもよい。他にも指紋認証素子を搭載した指紋認証カードや、バッテリー素子やディスプレイ素子を組み込んだワンタイムパスワード機能などを持ったカードであっても良い。これらのＩＣチップや素子は、パッドを備え、カード部材側の電極になる部分と電気的に接合される。
図１は、スマートカードの一例を示す概略斜視図であり、図２は、カード部材のＩＣチップ領域の一例を示す上面図である。スマートカードは、カード部材１０と、ＩＣチップ２０とを備える。カード部材１０は、第１の基材と、アンテナを備える第２基材と、第３の基材とがこの順番に積層された積層体である。ＩＣチップ２０は、表面に複数の接触端子２１を有し、裏面に例えば全面に電極を有する。
第１の基材、第２の基材、及び第３の基材は、例えば、樹脂からなる複数の層が積層されて構成される。各層を構成する樹脂としては、例えば、リサイクル品を含むＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴ－Ｇ、ＰＣ（ポリカーボネート）、環境に配慮された生分解性プラスチック（一例としてＰＬＡ（ポリ乳酸））、Ocean plasticと呼ばれる海に流入する前に回収されたプラスチック廃棄物で作られた基材などが挙げられる。基材を、複数の層から構成することにより、１つの層から構成する場合に比べて、剛性が必要以上に高くなるのを防ぐことができる。
第１の基材は、ＩＣチップ２０の形状に対応する開口１１を有し、開口１１は、第２の基材を露出させ、ＩＣチップ領域を形成する。第２の基材は、第１の基材と第３の基材との間に配され、例えば樹脂からなる層の内部に、外周部を複数周回するアンテナパターン１２を有する。また、第２の基材は、開口１１に面するＩＣチップ領域において、例えば埋設されたアンテナパターンの一部が露出するようにＩＣチップ２０の裏面に対応して削られ、凹部を形成する。すなわち、第２の基材の凹部は、開口１１の形状に対応しており、ＩＣチップ領域には、アンテナパターン１２の第１の露出部１２ａ及び第２の露出部１２ｂが形成されている。アンテナパターン１２の金属ワイヤーとしては、例えば銅線などが挙げられる。
また、第２の基材は、ＩＣチップの領域に非貫通孔である溝や複数の孔を有することが好ましい。これにより、接着層の樹脂が溝や孔に流入し、接着層との密着力を向上させることができる。また、溝や孔の開口部の最短長さは、はんだ粒子の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。具体的な溝や孔の開口部の最短長さの下限は、はんだ粒子の平均粒子径の２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが特に好ましい。また、具体的な孔の開口部の最短長さの上限は、はんだ粒子の平均粒子径の８０％以下であることが好ましく、７０％以下であることがより好ましく、６０％以下であることが特に好ましい。これにより、溝や孔にはんだ粒子が嵌まりやすくなり、はんだ粒子の捕捉性が向上し、ＩＣチップとの優れた電気的接続を得ることができる。
接着層は、開口１１のＩＣチップ領域とＩＣチップ２０との間に介在し、ＩＣチップ２０とアンテナパターン１２の第１の露出部１２ａ及び第２の露出部１２ｂとを電気的に接続する。
本実施の形態に係るスマートカードは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する接着層を備えるため、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性を得ることができる。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができる。また、非共晶合金のはんだ粒子は、共晶合金のはんだ粒子に比べ、熱圧着時の半溶融状態の時間が長いため、樹脂を十分に排除することができ、優れた接続信頼性を得ることができる。また、本実施の形態に係るスマートカードは、ＩＣチップの回路（導通部）とアンテナパターンの回路（導通部）とが、はんだ粒子の溶融により金属結合しているため、湿熱試験におけるバインダーの吸湿による膨潤伸びを抑えることができ、優れた接続信頼性を得ることができる。なお、本技術は、一般的な異方性接合体に適用することもできる。また、本技術の適用範囲は、接合体の製造方法についても、略同様である。
＜２．スマートカードの製造方法＞
本実施の形態に係るスマートカードの製造方法は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを、カード部材とＩＣチップとの間に介在させ、熱圧着するものである。これにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
本実施の形態に係るスマートカードの製造方法は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを、カード部材とＩＣチップとの間に介在させ、熱圧着するものである。これにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
以下、図１及び図２を参照して、ＩＣチップの接続面に導電粒子含有ホットメルト接着シートを貼り付ける貼付工程（Ａ）、カード部材のＩＣチップ領域にＩＣチップを載置する載置工程（Ｂ）、及び、ＩＣチップとカード部材とを熱圧着する圧着工程（Ｃ）について説明する。
［貼付工程（Ａ）］
貼付工程（Ａ）では、ＩＣチップ２０の接続面（裏面）に、導電粒子含有ホットメルト接着シートを貼り付ける。貼付工程（Ａ）は、導電粒子含有ホットメルト接着シートをＩＣチップ２０の接続面にラミネートするラミネート工程であってもよく、ＩＣチップ２０の接続面に導電粒子含有ホットメルト接着シートを低温で貼着する仮貼り工程であってもよい。
貼付工程（Ａ）では、ＩＣチップ２０の接続面（裏面）に、導電粒子含有ホットメルト接着シートを貼り付ける。貼付工程（Ａ）は、導電粒子含有ホットメルト接着シートをＩＣチップ２０の接続面にラミネートするラミネート工程であってもよく、ＩＣチップ２０の接続面に導電粒子含有ホットメルト接着シートを低温で貼着する仮貼り工程であってもよい。
貼付工程（Ａ）がラミネート工程である場合、加圧式ラミネータを用いても、真空加圧式ラミネータを用いてもよい。貼付工程（Ａ）がラミネート工程であることにより、仮貼り工程に比べ、比較的広い面積を一括で搭載できる。また、貼付工程（Ａ）が仮貼り工程である場合、従前の装置からツールの設置や変更といった最低限の変更だけですむため、経済的なメリットを得ることができる。
貼付工程（Ａ）において、導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度は、バインダーが流動する温度以上、はんだが溶融する温度未満であることが好ましい。ここで、バインダーが流動する温度は、導電粒子含有ホットメルト接着シートの溶融粘度が１００～１００００００Ｐａ・ｓとなる温度であってもよく、好ましくは１０００～１０００００Ｐａ・ｓとなる温度である。これにより、はんだ粒子の形状を維持した状態で導電粒子含有ホットメルト接着シートをＩＣチップ２０の接続面に貼付することができる。なお、導電粒子含有ホットメルト接着シートの溶融粘度は、例えば、回転式レオメーター（ＴＡ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製）を用い、測定圧力５ｇ、温度範囲３０～２００℃、昇温速度１０℃／分、測定周波数１０Ｈｚ、測定プレート直径８ｍｍ、測定プレートに対する荷重変動５ｇの条件で測定することができる。
［載置工程（Ｂ）］
載置工程（Ｂ）では、例えば吸着機構を備えるツールを用いてＩＣチップ２０をピックアップし、カード部材１０のＩＣチップ領域とＩＣチップ２０とを位置合わせし、導電粒子含有ホットメルト接着シートを介してＩＣチップ２０を載置する。
載置工程（Ｂ）では、例えば吸着機構を備えるツールを用いてＩＣチップ２０をピックアップし、カード部材１０のＩＣチップ領域とＩＣチップ２０とを位置合わせし、導電粒子含有ホットメルト接着シートを介してＩＣチップ２０を載置する。
［圧着工程（Ｃ）］
圧着工程（Ｃ）では、圧着装置を用いて、ＩＣチップ２０とカード部材１０とを熱圧着する。圧着工程（Ｃ）において、熱圧着の回数は、接続対象物に応じて設定すればよく、１回であってもよいが、複数回することが好ましい。これにより、導電粒子含有ホットメルト接着シートのバインダーを十分に排除させ、ＩＣチップ２０とアンテナパターン１２の第１の露出部１２ａ及び第２の露出部１２ｂとを、はんだ粒子の溶融により金属結合させることができる。
圧着工程（Ｃ）では、圧着装置を用いて、ＩＣチップ２０とカード部材１０とを熱圧着する。圧着工程（Ｃ）において、熱圧着の回数は、接続対象物に応じて設定すればよく、１回であってもよいが、複数回することが好ましい。これにより、導電粒子含有ホットメルト接着シートのバインダーを十分に排除させ、ＩＣチップ２０とアンテナパターン１２の第１の露出部１２ａ及び第２の露出部１２ｂとを、はんだ粒子の溶融により金属結合させることができる。
圧着工程（Ｃ）における熱圧着温度は、導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度がはんだ粒子の融点以上であることが好ましい。ここで、融点は、固相線温度のことをいう。すなわち、圧着工程（Ｃ）における熱圧着温度は、導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度がはんだ粒子の固相線温度以上であることが好ましい。ここで、固相線は、固相と平衡にある液相の温度（融点）と固相の組成との関係を示す曲線である。具体的な導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度は、好ましくは１２０～１６０℃、より好ましくは１２０～１５５℃、さらに好ましくは１２０～１５０℃である。これにより、カード部材１０やＩＣチップ２０の熱衝撃を抑制し、カード部材１０の変形を防ぐことができる。
本実施の形態に係るスマートカードの製造方法は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを用いているため、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性を得ることができる。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができる。また、非共晶合金のはんだ粒子は、共晶合金のはんだ粒子に比べ、熱圧着時の半溶融状態の時間が長いため、樹脂を十分に排除することができ、優れた接続信頼性を得ることができる。また、本実施の形態に係るスマートカードの製造方法は、ＩＣチップの導通部とアンテナパターンの導通部とを、はんだ粒子の溶融により金属結合させるため、湿熱試験におけるバインダーの吸湿による膨潤伸びを抑えることができ、優れた接続信頼性を得ることができる。
＜３．導電粒子含有ホットメルト接着シート＞
本施の形態に係る導電粒子含有ホットメルト接着シートは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するものである。これにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
本施の形態に係る導電粒子含有ホットメルト接着シートは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するものである。これにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができる。
導電粒子含有ホットメルト接着シートの厚みの下限は、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上である。また、導電粒子含有ホットメルト接着シートの厚みの上限は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以下である。これにより、カード部材にＩＣチップを熱圧着させるスマートカードの製造に好適に用いることができる。
［バインダー］
バインダーは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを少なくとも含む。なお、結晶性樹脂は、例えば、示差走査熱量測定において、昇温過程で吸熱ピークを観察することにより確認することができる。
バインダーは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを少なくとも含む。なお、結晶性樹脂は、例えば、示差走査熱量測定において、昇温過程で吸熱ピークを観察することにより確認することができる。
結晶性ポリアミドの末端カルボキシル基濃度は、０．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であることが好ましく、１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であることがより好ましく、２．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であることがさらに好ましい。また、結晶性ポリアミドの末端カルボキシル基濃度は、５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であっても、３０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であっても、１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であってもよい。結晶性ポリアミドの末端カルボキシル基濃度は、例えばＪＩＳＫ ００７０－１９９２やＩＳＯ２１１４に準じて評価を行うことができる。カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドの市販品の具体例としては、例えば、アルケマ株式会社製の「ＨＸ２５１９」、「Ｍ１２７６」などが挙げられる。
バインダーがカルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを少なくとも含むことにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性を得ることができる。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができる。
また、バインダーは、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、結晶性樹脂、非晶性樹脂など、目的に応じて適宜選択することができる。結晶性樹脂としては、結晶領域を有する樹脂であれば、特に制限はなく、例えば、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられ、ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレン樹脂などが挙げられる。また、非晶性樹脂としては、結晶性樹脂の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。これらの中でも、低温かつ短時間での接着の観点から、その他の成分として結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。
また、バインダーに占めるカルボキシル基を有する結晶性ポリアミドの割合は、１０～１００ｗｔ％であることが好ましく、３０～１００ｗｔ％であることがより好ましく、５０～１００ｗｔ％であることがさらに好ましい。これにより、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性を得ることができる。
［はんだ粒子］
はんだ粒子は、非共晶合金が用いられれば特に制限はなく、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎからなる群より選択される２種以上を含む合金であることが好ましい。はんだ粒子としては、例えば、ＪＩＳ Ｚ ３２８２－２０１７（対応国際規格：ＩＳＯ９４５３：２０１４）に規定されている、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ｐｂ－Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ系、Ｂｉ－Ｓｎ系、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ａｇ系、Ｐｂ－Ａｇ系などの中から、端子材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。非共晶合金のはんだ粒子は、共晶合金のはんだ粒子に比べ、熱圧着時の半溶融状態の時間が長いため、樹脂を十分に排除することができ、優れた接続信頼性を得ることができる。なお、本明細書において、「非共晶合金」とは、共晶点を有さない合金のことを呼ぶ。
はんだ粒子は、非共晶合金が用いられれば特に制限はなく、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎからなる群より選択される２種以上を含む合金であることが好ましい。はんだ粒子としては、例えば、ＪＩＳ Ｚ ３２８２－２０１７（対応国際規格：ＩＳＯ９４５３：２０１４）に規定されている、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ｐｂ－Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ系、Ｂｉ－Ｓｎ系、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ａｇ系、Ｐｂ－Ａｇ系などの中から、端子材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。非共晶合金のはんだ粒子は、共晶合金のはんだ粒子に比べ、熱圧着時の半溶融状態の時間が長いため、樹脂を十分に排除することができ、優れた接続信頼性を得ることができる。なお、本明細書において、「非共晶合金」とは、共晶点を有さない合金のことを呼ぶ。
はんだ粒子の固相線温度（融点）の下限は、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上、さらに好ましくは１３５℃以上である。はんだ粒子の液相線温度の上限は、２１０℃以下でもよく、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１９５℃以下、さらに好ましくは１９０℃以下である。ここで、液相線は、固相と平衡にある液相の温度（融点）と液相の組成との関係を示す曲線である。また、はんだ粒子の固相線温度の上限は、１５５℃以下でもよく、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４５℃以下、さらに好ましくは１４０℃以下である。また、はんだ粒子は、表面を活性化させる目的でフラックス化合物が直接表面に結合されていても構わない。表面を活性化させることで金属ワイヤーや電極との金属結合を促進することができる。
また、はんだ粒子は、固相線温度（融点）が１５５℃以下、好ましくは１５０℃以下であって、Ｓｎ－Ｂｉ－Ｃｕ合金、Ｓｎ－Ｂｉ－Ａｇ合金、Ｓｎ－Ｂｉ合金、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ合金、及びＳｎ－Ｉｎ合金からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。はんだ粒子の具体例としては、Ｓｎ３０Ｂｉ０．５Ｃｕ、Ｓｎ３０Ｂｉ、Ｓｎ４０Ｂｉ、Ｓｎ５０Ｂｉ、Ｓｎ５８Ｂｉ、Ｓｎ４０Ｂｉ０．１Ｃｕ、Ｓｎ４３Ｐｂ１４Ｂｉ、Ｓｎ２０Ｉｎなどが挙げられる。これにより、優れた接続信頼性を得ることができる。
はんだ粒子の配合量の質量比範囲の下限は、バインダー１００重量部に対して、好ましくは２０質量部以上、より好ましくは４０質量部以上、さらに好ましくは８０質量部以上であり、はんだ粒子の配合量の質量比範囲の上限は、バインダー１００重量部に対して、好ましくは５００質量部以下、より好ましくは４００質量部以下、さらに好ましくは３００質量部以下である。
はんだ粒子の配合量が少なすぎると優れた導通性が得られなくなり、配合量が多すぎると十分な接着力が得られず、またＩＣチップ内の絶縁性が損なわれ易くなり、優れた導通信頼性が得られ難くなる。なお、はんだ粒子がバインダー中に存在する場合には、体積比を用いてもよく、導電粒子含有ホットメルト接着シートを製造する場合（はんだ粒子がバインダーに存在する前）には、質量比を用いてもよい。質量比は、配合物の比重や配合比などから体積比に変換することができる。
また、はんだ粒子は、導電粒子含有ホットメルト接着シートの樹脂中に混練りされて分散されていてもよく、離間した状態に配置されていてもよい。この配置は、一定の規則で配置されていてもよい。規則的配置の態様としては、正方格子、六方格子、斜方格子、長方格子等の格子配列を挙げることができる。また、はんだ粒子は、複数個が凝集した凝集体として配置されていてもよい。この場合、導電粒子含有ホットメルト接着シートの平面視における凝集体の配置は、前述のはんだ粒子の配置と同様に、規則的配置でもランダム配置でもよい。
はんだ粒子の平均粒子径は、導電粒子含有ホットメルト接着シートの厚みの７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがさらに好ましい。これにより、熱圧着時に容易にはんだ粒子をＩＣチップの導通部とカード部材の導通部との間に挟持することができ、金属結合させることができる。
はんだ粒子の平均粒子径の下限は、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上である。また、はんだ粒子の平均粒子径の上限は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４５μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下である。また、はんだ粒子の最大径は、平均粒子径の２００％以下、好ましくは平均粒子径の１５０％以下、より好ましくは平均粒子径の１２０％以下とすることができる。はんだ粒子の最大径が、上記範囲であることにより、はんだ粒子をＩＣチップの導通部とカード部材の導通部との間に挟持させ、はんだ粒子の溶融により導通部間を金属結合させることができる。
また、はんだ粒子は、複数個が凝集した凝集体であってもよい。複数のはんだ粒子が凝集した凝集体である場合、凝集体の大きさを前述のはんだ粒子の平均粒子径と同等にしてもよい。なお、凝集体の大きさは、電子顕微鏡や光学顕微鏡で観察して求めることができる。
ここで、平均粒子径は、金属顕微鏡、光学顕微鏡、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等の電子顕微鏡などを用いた観察画像において、例えばＮ＝２０以上、好ましくはＮ＝５０以上、さらに好ましくはＮ＝２００以上で測定した粒子の長軸径の平均値であり、粒子が球形の場合は、粒子の直径の平均値である。また、観察画像を公知の画像解析ソフト（「ＷｉｎＲＯＯＦ」：三谷商事（株）、「Ａ像くん（登録商標）」：旭化成エンジニアリング株式会社など）を用いて計測された測定値、画像型粒度分布測定装置（例として、ＦＰＩＡ－３０００（マルバーン社））を用いて測定した測定値（Ｎ＝１０００以上）であってもよい。観察画像や画像型粒度分布測定装置から求めた平均粒子径は、粒子の最大長の平均値とすることができる。なお、導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製する際には、簡易的にレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における頻度の累積が５０％になる粒径（Ｄ５０）、算術平均径（体積基準であることが好ましい）などのメーカー値を用いることができる。
［他の添加剤］
導電粒子含有ホットメルト接着シートには、上述したバインダー及びはんだ粒子に加えて、本技術の効果を損なわない範囲で様々な添加剤を配合することができる。例えば、ガスバリア性及弾性率を向上させるため、ナノサイズ（１次粒子径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満）のシリカを分散させてもよい。また、圧着後の半田粒子の高さを一定に制御するため、スペーサー粒子として規定サイズの樹脂粒子、ゴム粒子、シリコーンゴム粒子、シリカ等を分散させてもよい。また、本技術の効果を損なわない範囲で熱硬化性樹脂や硬化剤を添加してもよい。
導電粒子含有ホットメルト接着シートには、上述したバインダー及びはんだ粒子に加えて、本技術の効果を損なわない範囲で様々な添加剤を配合することができる。例えば、ガスバリア性及弾性率を向上させるため、ナノサイズ（１次粒子径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満）のシリカを分散させてもよい。また、圧着後の半田粒子の高さを一定に制御するため、スペーサー粒子として規定サイズの樹脂粒子、ゴム粒子、シリコーンゴム粒子、シリカ等を分散させてもよい。また、本技術の効果を損なわない範囲で熱硬化性樹脂や硬化剤を添加してもよい。
本実施の形態に係る導電粒子含有ホットメルト接着シートは、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するため、はんだ濡れ性を向上させ、優れた接続信頼性を得ることができる。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができる。また、非共晶合金のはんだ粒子は、共晶合金のはんだ粒子に比べ、熱圧着時の半溶融状態の時間が長いため、樹脂を十分に排除することができ、優れた接続信頼性を得ることができる。また、本実施の形態に係る導電粒子含有ホットメルト接着シートは、ＩＣチップの導通部とアンテナパターンの導通部とを、はんだ粒子の溶融により金属結合させるため、湿熱試験におけるバインダーの吸湿による膨潤伸びを抑えることができ、優れた接続信頼性を得ることができる。なお、スマートカード以外の用途に用いることもでき、異方性導電フィルムとして使用してもよい。
［導電粒子含有ホットメルト接着シートの製造方法］
導電粒子含有ホットメルト接着シートの製造方法は、バインダーの各樹脂成分を溶剤に溶解しワニスを調製するワニス調製工程と、はんだ粒子を加えて導電粒子含有樹脂組成物を得る導電粒子含有樹脂組成物調製工程と、導電粒子含有樹脂組成物を剥離性基材上に所定厚みとなるように塗布し、乾燥させる乾燥工程とを有する。なお、導電粒子含有ホットメルト接着シート内のはんだ粒子を離間させて配置する場合や規則的に配置する場合は、はんだ粒子を加えずにシートを設け、別途公知の方法ではんだ粒子を配置させればよい。
導電粒子含有ホットメルト接着シートの製造方法は、バインダーの各樹脂成分を溶剤に溶解しワニスを調製するワニス調製工程と、はんだ粒子を加えて導電粒子含有樹脂組成物を得る導電粒子含有樹脂組成物調製工程と、導電粒子含有樹脂組成物を剥離性基材上に所定厚みとなるように塗布し、乾燥させる乾燥工程とを有する。なお、導電粒子含有ホットメルト接着シート内のはんだ粒子を離間させて配置する場合や規則的に配置する場合は、はんだ粒子を加えずにシートを設け、別途公知の方法ではんだ粒子を配置させればよい。
各樹脂成分に使用する溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルエチルケトン：トルエン：シクロヘキサノンの５０：４０：１０（質量比）の混合溶剤、トルエン：酢酸エチルの５０：５０（質量比）の混合溶剤などを用いることができる。
また、剥離性基材としては、例えば、水に対する接触角が８０°以上であるものが挙げられ、剥離性基材の具体例としては、例えば、シリコーン系フィルム、フッ素系フィルム、シリコーン系フィルムや、フッ素系などの離型剤で離型処理されたＰＥＴ、ＰＥＮ、グラシン紙などが挙げられる。また。剥離性基材の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０μｍ～１２０μｍであることが好ましい。
また、導電粒子含有ホットメルト接着シートは、テープ状に成型され、巻芯に巻装されたフィルム巻装体として供給されてもよい。巻芯の直径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０～１０００ｍｍであることが好ましい。フィルム長についても特に制限はないが、５ｍ以上であれば製造装置による試作検討ができ、１０００ｍ以下であれば作業性や取り扱い性の負担が重くなりすぎない。
＜４．第１の実施例＞
本実施例では、はんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製し、これを用いてスマートカードを作成した。そして、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を行った。なお、本実施例は、これらに限定されるものではない。
本実施例では、はんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製し、これを用いてスマートカードを作成した。そして、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を行った。なお、本実施例は、これらに限定されるものではない。
［はんだ粒子の作製］
金属材料を所定の配合比で加熱中の容器に入れて溶融後に冷却し、はんだ合金を得た。そのはんだ合金から、アトマイズ法にて粉末を作製し、粒子径が２０～３８μｍの範囲となるように分級して、以下の組成のはんだ粒子を得た。
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-４０Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１３９℃、液相線温度：１６７℃）
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-５８Ｂｉ （共晶、固相線温度・液相線温度：１３８℃）
金属材料を所定の配合比で加熱中の容器に入れて溶融後に冷却し、はんだ合金を得た。そのはんだ合金から、アトマイズ法にて粉末を作製し、粒子径が２０～３８μｍの範囲となるように分級して、以下の組成のはんだ粒子を得た。
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-４０Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１３９℃、液相線温度：１６７℃）
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-５８Ｂｉ （共晶、固相線温度・液相線温度：１３８℃）
［導電粒子含有ホットメルト接着シートの作製］
下記樹脂を準備した。
・ＰＥＳ１１１ＥＥ（東亜合成社製、結晶性ポリエステル）→固形分／シクロヘキサノン＝２５／７５にて溶液化
・ＨＸ２５１９（アルケマ株式会社製、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミド、末端カルボキシル基濃度６．５６ｍｇＫＯＨ／ｇ）
・ＵＥ３５００（ユニチカ株式会社製、非晶性ポリエステル樹脂）
・Ｎ－５１９６（日本ポリウレタン工業製、ポリカーボネート骨格のポリウレタン系エラストマー）
下記樹脂を準備した。
・ＰＥＳ１１１ＥＥ（東亜合成社製、結晶性ポリエステル）→固形分／シクロヘキサノン＝２５／７５にて溶液化
・ＨＸ２５１９（アルケマ株式会社製、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミド、末端カルボキシル基濃度６．５６ｍｇＫＯＨ／ｇ）
・ＵＥ３５００（ユニチカ株式会社製、非晶性ポリエステル樹脂）
・Ｎ－５１９６（日本ポリウレタン工業製、ポリカーボネート骨格のポリウレタン系エラストマー）
表１に示すように、上記樹脂を固形分で所定の配合量（質量部）になるように混合及び撹拌し、混合ワニスを得た。続いて、得られた混合ワニスに、導電粒子を、混合ワニスの固形分１００質量部に対し４５質量部加え、導電粒子含有樹脂組成物を得た。得られた導電粒子含有樹脂組成物を、５０μｍ厚みのＰＥＴフィルム上に、乾燥後の平均厚みが４０μｍとなる様に塗布し、７０℃にて５分間、続けて１２０℃にて５分間乾燥させ、導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製した。
［スマートカードの作製］
カード部材として、第１の基材と、アンテナを備える第２基材と、第３の基材とが積層された積層体を準備した。このカード部材のＩＣチップ領域には、基材であるＰＶＣからＣｕワイヤーが露出している。また、ＩＣチップとして、テスト用のチップモジュール（１２ｍｍ×１３ｍｍ、金メッキ）を準備した。
カード部材として、第１の基材と、アンテナを備える第２基材と、第３の基材とが積層された積層体を準備した。このカード部材のＩＣチップ領域には、基材であるＰＶＣからＣｕワイヤーが露出している。また、ＩＣチップとして、テスト用のチップモジュール（１２ｍｍ×１３ｍｍ、金メッキ）を準備した。
導電粒子含有ホットメルト接着シートを、チップモジュールの接続面に３ｂａｒの条件でラミネートした。そして、導電粒子含有ホットメルト接着シートが貼り付けられたチップモジュールを、カード部材のＩＣチップ領域に載置し、２１５～２３０℃、１．０ｓｅｃ、２．５ｂａｒの条件で３回熱圧着し、スマートカードを作製した。なお、上記熱圧着条件で導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度は約１５０～１６５℃であった。
［はんだ濡れ性の評価］
チップモジュールをスマートカードから剥がし、アセトンでチップモジュール及びＣｕワイヤーに付着した樹脂を除去した。そして、チップモジュールの金メッキ上、及びＣｕワイヤー上にはんだが付着しているか否かを観察した。はんだが付着している場合の評価を「ＯＫ」とし、はんだが付着していない場合の評価を「ＮＧ」とした。
チップモジュールをスマートカードから剥がし、アセトンでチップモジュール及びＣｕワイヤーに付着した樹脂を除去した。そして、チップモジュールの金メッキ上、及びＣｕワイヤー上にはんだが付着しているか否かを観察した。はんだが付着している場合の評価を「ＯＫ」とし、はんだが付着していない場合の評価を「ＮＧ」とした。
［曲げ試験の評価］
ＩＳＯ １０３７３－１ ５．８に準拠し、スマートカードに対して、規定の強さ及び方向で周期的に曲げ力を加えた。そして、４０００周期の曲げ試験後のスマートカードについて、共振周波数チェッカーＭＰ３００ＣＬ３（ｍｉｃｒｏｐｒｏｓｓ社製）でＱ値を測定した。Ｑ値が５０％以上低下した場合の評価を「ＮＧ」とし、それ以外の評価を「ＯＫ」とした。
ＩＳＯ １０３７３－１ ５．８に準拠し、スマートカードに対して、規定の強さ及び方向で周期的に曲げ力を加えた。そして、４０００周期の曲げ試験後のスマートカードについて、共振周波数チェッカーＭＰ３００ＣＬ３（ｍｉｃｒｏｐｒｏｓｓ社製）でＱ値を測定した。Ｑ値が５０％以上低下した場合の評価を「ＮＧ」とし、それ以外の評価を「ＯＫ」とした。
［接続信頼性の評価］
ＩＳＯ ２４７８９－２に準拠した高温高湿試験（５０℃９３％ＲＨ環境下で７２時間放置）後のスマートカードについて、共振周波数チェッカーＭＰ３００ＣＬ３（ｍｉｃｒｏｐｒｏｓｓ社製）でＱ値を測定した。Ｑ値が５０％以上低下した場合の評価を「ＮＧ」とし、それ以外の評価を「ＯＫ」とした。
ＩＳＯ ２４７８９－２に準拠した高温高湿試験（５０℃９３％ＲＨ環境下で７２時間放置）後のスマートカードについて、共振周波数チェッカーＭＰ３００ＣＬ３（ｍｉｃｒｏｐｒｏｓｓ社製）でＱ値を測定した。Ｑ値が５０％以上低下した場合の評価を「ＮＧ」とし、それ以外の評価を「ＯＫ」とした。
表１に、実施例１～２、比較例１～３の導電粒子含有ホットメルト接着シートの配合、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を示す。
比較例１は、共晶合金のはんだ粒子を用いているため、優れた接続信頼性が得られなかった。これは、熱圧着時にはんだ粒子が共晶点に達して液化してしまい、樹脂を十分に排除することができないためだと考えられる。比較例２は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを用いずにフラックス化合物を用いているため、接着層の弾性率が低下し、優れた耐曲げ性が得られなかった。比較例３は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドもフラックス化合物も用いていないため、はんだ濡れ性が悪く、また、優れた耐曲げ性も得られなかった。
一方、実施例１及び実施例２は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミド及び非共晶合金のはんだ粒子を用いているため、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができた。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができた。
＜５．第２の実施例＞
前述の実施例と同様に、はんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製し、これを用いてスマートカードを作成した。そして、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を行った。
前述の実施例と同様に、はんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを作製し、これを用いてスマートカードを作成した。そして、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を行った。
はんだ粒子は、前述の実施例と同様に作製し、以下の組成のはんだ粒子を得た。また、導電粒子含有ホットメルト接着シートの作製、スマートカードの作製、はんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び、接続信頼性の評価を、前述の実施例と同様に行った。
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-１７Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１５７℃、液相線温度：２０５℃）
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-３０Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１３９℃、液相線温度：１８３℃）
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-１７Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１５７℃、液相線温度：２０５℃）
・Ｔｙｐｅ ４ Ｓｎ-３０Ｂｉ （非共晶、固相線温度：１３９℃、液相線温度：１８３℃）
表２に、実施例１～３、比較例１～５の導電粒子含有ホットメルト接着シートの配合、スマートカードのはんだ濡れ性の評価、曲げ試験の評価、及び接続信頼性の評価を示す。
比較例４は、固相線温度未満の熱圧着温度であったため、はんだ粒子が溶融しなかったためと考えられる。比較例５は、熱圧着温度が高すぎたために、導電粒子含有ホットメルト接着シートに接しているカード表面を溶融させ、埋め込まれているＣｕワイヤーの位置を下げてしまった。このため、はんだ接続されたはんだ粒子が下方向に引き伸ばされて割れが生じ、優れた曲げ耐性を得る事ができなかったと考えられる。
実施例３は、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミド及び非共晶合金のはんだ粒子を用いているため、優れた接続信頼性及び耐曲げ性を得ることができた。これは、結晶性ポリアミドに存在するカルボキシル基によるフラックス効果であると考えられ、結果として、フラックス化合物の添加による接着層の弾性率の低下を防ぎ、優れた耐曲げ性を得ることができた。
１０ カード部材、１１ 開口、１２ アンテナパターン、１２ａ 第１の露出部、１２ｂ 第２の露出部、２０ ＩＣチップ、２１ 接触端子
Claims (16)
- カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シートを、カード部材とＩＣチップとの間に介在させ、熱圧着させるスマートカードの製造方法。
- 前記バインダーが、結晶性ポリエステル樹脂をさらに含む請求項１記載のスマートカードの製造方法。
- 前記バインダーに占める前記結晶性ポリアミドの割合が、５０～１００ｗｔ％である請求項１又は２記載のスマートカードの製造方法。
- 前記はんだ粒子の固相線温度が、１５５℃以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスマートカードの製造方法。
- 前記はんだ粒子が、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎからなる群より選択される２種以上を含む合金である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスマートカードの製造方法。
- 前記はんだ粒子の含有量が、前記バインダー１００重量部に対して４０～４００重量部である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスマートカードの製造方法。
- 前記はんだ粒子の平均粒子径が、前記導電粒子含有ホットメルト接着シートの厚みの７０％以上である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスマートカードの製造方法。
- 前記熱圧着における導電粒子含有ホットメルト接着シートに到達する温度が、１２０～１６０℃である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスマートカードの製造方法。
- カード部材と、ＩＣチップと、前記カード部材と前記ＩＣチップと接着する接着層とを備え、
前記接着層が、カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有するスマートカード。 - カルボキシル基を有する結晶性ポリアミドを含むバインダー中に非共晶合金であるはんだ粒子を含有する導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記バインダーが、結晶性ポリエステル樹脂をさらに含む請求項１０記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記バインダーに占める前記結晶性ポリアミドの割合が、５０～１００ｗｔ％である請求項１０又は１１記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記はんだ粒子の固相線温度が、１５５℃以下である請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記はんだ粒子が、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ｐｂ、及びＺｎからなる群より選択される２種以上を含む合金である請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記はんだ粒子の含有量が、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して４０～４００重量部である請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
- 前記はんだ粒子の平均粒子径が、当該導電粒子含有ホットメルト接着シートの厚みの７０％以上である請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の導電粒子含有ホットメルト接着シート。
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