JP4521954B2 - Icモジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触式ICカードなどの情報担体に搭載されるICモジュールの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、基体内にICチップと当該ICチップの入出力端子に接続されたアンテナコイルとからなるICモジュールを埋設し、リーダライタからの電源の受給とリーダライタとの間の信号の送受信を非接触で行う非接触通信式の情報担体が提案されている。また、この種の情報担体において、ICチップとして入出力端子にバンプが形成されたものを用いる技術、並びにアンテナコイルとして巻線コイル(バルクコイル)を用いる技術も従来より提案されている。
【0003】
従来におけるICチップと巻線コイルとの接続は、ICチップを配線基板にフェースアップ方式で実装し、当該ICチップの入出力端子に形成されたバンプと配線基板に形成された電極端子とをワイヤボンディング接続すると共に、当該電極端子の他端に巻線コイルをはんだ付け等の手段によって接続する方法、又は、ICチップを配線基板にフェースダウン方式で実装し、当該ICチップの入出力端子に形成されたバンプと配線基板に形成された電極端子とを異方性導電接着剤や導電ペーストを介して接続すると共に、当該電極端子の他端に巻線コイルをはんだ付け等の手段によって接続する方法が一般に採られている。
【0004】
これら従来のICモジュールは、配線基板を不可欠な構成要素とするので、部品点数が多くかつ製造工程が複雑になることから製品である情報担体が高コストになるばかりでなく、製品である情報担体の薄形化及びフレキシブル化を図ることが難しいという問題がある。また、ICチップの入出力端子と配線基板に形成された電極端子とを異方性導電接着剤や導電ペーストを介して接続するものは、接続状態が不安定になりやすく、寄生容量などによる通信特性の劣化を生じやすいという問題もある。
【0005】
本願出願人は、先に、かかる従来技術の不備を解消するため、ICチップの入出力端子に形成されたバンプと巻線コイルとを溶接、ウエッジボンディング又ははんだ付け等によって直接接続したICモジュールを提案した(特開平11−263091号)。
【0006】
本願出願人が先に提案したICモジュールによれば、ICチップの入出力端子と巻線コイルとをバンプを介して直接接続するので、配線基板を省略することができて、製品である情報担体の低コスト化、薄形化及びフレキシブル化を図ることができると共に、入出力端子と巻線コイルとの接続状態を安定化できて、その通信特性を改善することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、巻線コイルは、導線の直径が20μm乃至50μm、絶縁被覆の厚さが5μm乃至10μm程度の被覆導線によって構成されるので、剛性が低く、バンプに直接接続すると、例えば基体内に埋設して情報担体を作製する際などに外力を受けて容易に変形し、その一部がICチップと接触する。
【0008】
ICチップの表面には絶縁保護膜が形成されており、導線がICチップの表面と接触した場合にも電流がリークしないように構成されているが、図7に示すように、入出力端子2がICチップ1の外周エッジ部に近接して配置されており、したがってバンプ4がICチップ1の外周エッジ部に近接して形成される場合には、絶縁被覆5bより露出された巻線コイル5の導線5aが絶縁保護膜3を有しないICチップ1の外周エッジ部と接触し、電流がリークして、通信特性の劣化やICチップ1の破壊を生じるおそれがある。
【0009】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その目的は、通信特性が高く、かつ信頼性に優れたICモジュールを安価かつ高能率に製造する方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、ICモジュールの製造方法を、ICチップの入出力端子に形成されたバンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接する工程と、前記被覆導線に加熱ヘッドを押しつける工程と、前記加熱ヘッドからの熱によって前記被覆導線の絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した前記絶縁被膜材料を前記ICチップの表面に形成された絶縁保護膜と前記導線との間に付着させて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁被膜を除去することによって露出された導線と前記バンプとを前記加熱ヘッドからの熱によって接合する工程とを含むという構成にした。
【0015】
かように、バンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッドを押しつけて絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をICチップの表面に形成された絶縁保護膜と導線との間に付着させて絶縁層を形成すると、導線とバンプとを接合させる一連の工程中で絶縁層を形成することができるので、絶縁層を形成するための特別な工程を省略することができ、ICチップと巻線コイルとの間に絶縁保護膜とは異なる絶縁層を有するICモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るICモジュールの一実施形態例を、図1及び図2に基づいて説明する。図1は本例に係るICモジュールの平面図、図2は図1のA−A部拡大断面図である。これらの図において、符号6は絶縁層を示し、その他、前出の図7と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【0017】
図1から明らかなように、本例のICモジュールは、ICチップ1と、当該ICチップ1の入出力端子に形成されたバンプ4と、当該バンプ4に直接接続された巻線コイル5と、ICチップ1と巻線コイル5との間に形成された絶縁保護膜3及び絶縁層6とから構成されており、図示しないリーダライタと巻線コイル5とを電磁結合させることによって、リーダライタからICチップ1への電源の供給及びリーダライタとICチップ1との間の信号の送受信を非接触で行うようになっている。
【0018】
ICチップ1としては、従来より非接触式ICカードに搭載されている任意のICチップを用いることができるが、非接触式ICカードの薄形化を図るため、樹脂パッケージを有さず、かつ、全厚が50μm〜150μm程度に薄形化されたベアチップを用いることが特に好ましい。ICチップ1としては、図2に示すように、所定の位置にアルミニウムなどからなる入出力端子(パッド)2が形成され、当該入出力端子2の周辺部を含むICチップ1の表面に絶縁性樹脂からなる絶縁保護膜3が形成されたものが用いられる。本明細書においては、入出力端子2の中央部の絶縁保護膜3にて覆われていない領域を入出力端子2の開口部といい、その大きさWを入出力端子2の開口幅という。本例のICチップ1においては、入出力端子2の開口幅Wを、約100μmに形成した。
【0019】
バンプ4は、入出力端子2の開口部より形成されたニッケル部4aと、当該ニッケル部4aの表面にフラッシュめっきされた金めっき層4bとからなる。ニッケル部4aは、無電解めっき法又は電解めっき法をもって形成することができるが、所要のニッケル部4aを安価に形成できることから、無電解めっき法をもって形成することが特に好ましい。無電解めっき法をもって形成されたニッケル部4aは、図2に示すように、その上部の寸法が入出力端子2の開口幅Wよりも大きくなって、絶縁保護膜3の上面にも形成される。ニッケル部4aの平面積は、ニッケル部4aの高さが大きくなるほど大きくなる。本実施形態例においては、ニッケル部4aの高さを約30μmに調整した。
【0020】
巻線コイル5は、図2に示すように、銅線5aが絶縁被膜5bで被覆された被覆導線をもって形成される。銅線5aの直径は20μm乃至100μm、絶縁被覆5bの膜厚は5μm乃至10μmであり、これをICチップ1の特性に合わせて1回乃至数十回ターンさせることによって、巻線コイル5が形成される。巻線コイル5の端部は、絶縁被膜5bが除去されており、絶縁被膜5bを除去することによって露出された銅線5aがバンプ4と直接接続される。銅線5aとバンプ4との直接接続手段としては、溶接、ウエッジボンディング又ははんだ付け等を挙げることができるが、溶接又はウエッジボンディングによると、何らの異物も介在させることなく銅線5aとバンプ4とを直接接続することができるので、寄生容量の発生が排除され、より良好な通信特性が得られる。
【0021】
絶縁層6は、図2に示すように、ICチップ1の表面に形成された絶縁保護膜3上に積層され、その一部は、絶縁保護膜3を有しないICチップ1の外周エッジ部にも形成される。この絶縁層6は、巻線コイル5の接続前に絶縁保護膜3上に形成することもできるし、巻線コイル5の接続工程において絶縁保護膜3上に形成することもできる。当該絶縁層6の形成方法については後述する。なお、図2においては絶縁層6が1層に表示されているが、異なる材料からなる複数層の絶縁層6を形成することもできる。
【0022】
本例のICモジュールは、バンプ4の周囲の絶縁保護膜3上に絶縁層6を積層したので、当該絶縁層6の表面とバンプ4の表面との相対的な高さを小さくすることができ、巻線コイル5を構成する導線5aの変形を抑制することができることから、導線5aとICチップ1の外周エッジとの接触を防止することができる。さらに、本例のICモジュールは、絶縁層6の一部をICチップ1の外周エッジ部にも形成したので、導線5aとICチップ1の外周エッジとの接触が防止される。よって、導線5aとICチップ1との間の電流のリークを防止することができ、通信特性の劣化やICチップの破壊のない直接接続方式のICモジュールを得ることができる。
【0023】
なお、前記実施形態例においては、巻線コイルを被覆銅線をもって形成したが、接合時の加熱条件等によっては、他の金属線、例えばアルミニウム線に絶縁被覆を施した被覆導線を用いることも可能である。
【0024】
次に、本発明に係るICモジュール製造方法の第1例を、図3及び図4に基づいて説明する。図3はバンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図、図4はバンプと巻線コイルとの溶接方法を示す断面図である。これらの図において、前出の図1乃至図3と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【0025】
本例のICモジュール製造方法は、バンプ4と巻線コイル5とを溶接することを特徴とするものであって、まず、図3に示すように、巻線コイル5を構成する被覆導線をバンプ4上に設置する。次いで、図4に示すように、当該被覆導線の上方より加熱ヘッド11を当接し、バンプ4上に被覆導線を固定する。加熱ヘッド11は、図4に示すように、絶縁部材12を介して対向に配置された電極13,14と、これら各電極13,14の先端部に接するように配置された例えばモリブデンテープなどの抵抗発熱体15とから構成されており、前記抵抗発熱体15を介して前記各電極13,14の先端部が前記被覆導線に当接され、バンプ4と被覆導線との間に所要の押圧力を負荷する。次いで、前記抵抗発熱体15を介して前記各電極13,14間に通電し、前記抵抗発熱体15を加熱する。この熱によって、被覆導線の絶縁被覆5bが局部的に蒸発又は昇華され、絶縁保護膜3上に堆積して絶縁層6が形成される。また、露出された導線5aは、抵抗発熱体15及びバンプ4と互いに直接接触する。この状態からさらに加熱ヘッド11によって押圧力と熱とを加えると、導線5aとバンプ4の表面に形成された金めっき層4bとが溶融して合金化され、電気的に接続される。
【0026】
本例のICモジュール製造方法は、バンプ4上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッド11を押しつけて絶縁被膜5bを局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をICチップ1の表面に形成された絶縁保護膜3上に堆積させて絶縁層6を形成するので、導線5aとバンプ4とを接合させる一連の工程中で絶縁層6を形成することができ、絶縁層6を形成するための特別な工程を省略することができることから、ICチップ1と巻線コイル5との間に絶縁保護膜3とは異なる絶縁層6を有するICモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【0027】
なお、前記実施形態例においては、バンプ4と巻線コイル5とを溶接したが、はんだ付けの場合にも、同様の装置及び方法を用いて絶縁保護膜3上に絶縁層6を形成することができる。
【0028】
次に、本発明に係るICモジュール製造方法の第2例を、図5及び図6に基づいて説明する。図5はバンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図、図6はバンプと巻線コイルとのウエッジボンディング方法を示す断面図である。これらの図において、前出の図1乃至図3と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【0029】
本例のICモジュール製造方法は、バンプ4と巻線コイル5とをウエッジボンディングすることを特徴とするものであって、接合作業を実行するに先立ち、ICチップ1におけるバンプ4の周囲及び/又は外周エッジに絶縁層6を形成すると共に、巻線コイルを構成する被覆導線の先端部より絶縁被覆5bを局部的に除去する。絶縁層6の形成は、所要の部位に絶縁性の液状樹脂を塗布し、次いで、当該液状樹脂を硬化させることによって行うことができる。また、絶縁被覆5bの除去は、被覆導線の先端部にレーザ光線を照射し、該部の絶縁被覆を蒸発又は昇華させることによって行うことができる。しかる後に、図5に示すように、絶縁被覆5bを除去することによって露出された導線5aをバンプ4上に設置する。次いで、図6に示すように、露出された導線5aの上方よりウエッジツール21を当接し、バンプ4上に導線5aを固定する。ウエッジツール21は、図6に示すように、加振部22と当該加振部22にて発生した超音波を接合部に伝達するホーン23とから構成されており、当該ホーン23の先端部が前記露出された導線5aに当接され、バンプ4と露出された導線5aとの間に所要の押圧力を負荷する。次いで、前記加振部22を起動し、前記ホーン23を介してバンプ4と露出された導線5aとの間に所要の押圧力と超音波とを印加する。このエネルギにより、導線5aとバンプ4の表面に形成された金めっき層4bとが溶融して合金化され、電気的に接続される。
【0030】
本例のICモジュール製造方法によっても、ICチップ1と巻線コイル5との間に絶縁保護膜3とは異なる絶縁層6を有するICモジュールを製造することができる。
【0031】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明は、バンプの周囲にICチップの表面に形成された絶縁保護膜とは異なる絶縁層を設けたので、当該絶縁層の表面とバンプ表面との相対的な高さを小さくすることができ、巻線コイルを構成する導線の変形を抑制することができることから、導線とICチップの外周エッジとの接触を防止することができる。よって、導線とICチップとの間の電流のリークを防止することができ、通信特性の劣化やICチップの破壊のない直接接続方式のICモジュールを得ることができる。
【0032】
請求項2に記載の発明は、絶縁層の一部をICチップの外周エッジ部に形成するので、巻線コイルを構成する導線の変形の度合いに拘わらず、導線とICチップの外周エッジとの接触を完全に防止することができ、より信頼性に優れたICモジュールを得ることができる。
【0033】
請求項3に記載の発明は、バンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッドを押しつけて絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をICチップの表面に形成された絶縁保護膜と導線との間に付着させて絶縁層を形成するので、導線とバンプとを接合させる一連の工程中で絶縁層を形成することができ、絶縁層を形成するための特別な工程を省略することができることから、ICチップと巻線コイルとの間に絶縁保護膜とは異なる絶縁層を有するICモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例に係るICモジュールの平面図である。
【図2】図1のA−A部拡大断面図である。
【図3】バンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図である。
【図4】バンプと巻線コイルとの溶接方法を示す断面図である。
【図5】バンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図である。
【図6】バンプと巻線コイルとのウエッジボンディング方法を示す断面図である。
【図7】従来技術の不都合を示す要部断面図である。
【符号の説明】
1 ICチップ
2 入出力端子
3 絶縁保護膜
4 バンプ
5 巻線コイル
5a 導線(銅線)
5b 絶縁被覆
11 加熱ヘッド
21 ウエッジツール
Claims (1)
- ICチップの入出力端子に形成されたバンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接する工程と、前記被覆導線に加熱ヘッドを押しつける工程と、前記加熱ヘッドからの熱によって前記被覆導線の絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した前記絶縁被膜材料を前記ICチップの表面に形成された絶縁保護膜と前記導線との間に付着させて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁被膜を除去することによって露出された導線と前記バンプとを前記加熱ヘッドからの熱によって接合する工程とを含むことを特徴とするICモジュールの製造方法。
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