JP4684430B2 - 接触・非接触兼用型icモジュールとその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ICカード,SIM,ICタグなどに使用される接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
接触・非接触兼用型ICカードは、カードの外部端子と外部処理装置の端子とを接触させて、データの送受信を行う接触方式の機能と、電磁波でデータの送受信を行うアンテナコイルとデータ処理のためのIC回路を内蔵し、外部処理装置との間の読み書きをいわゆる無線方式で行うと共に、IC回路の駆動電力が電磁誘導で供給され、バッテリを内蔵しない非接触方式の機能とを、1枚のカードに持たせたものである。
【0003】
特開平7−239922号は、ICカード用のICモジュールとして、表面にアンテナの導体パターンと、端子電極の導体パターンとをそれぞれ設け、これらの導体パターンをスルーホールを介して、ICモジュール内部のICチップと電気的に接続する発明が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来のICモジュールは、各導体パターンとICチップとを、スルーホールによって接続していたので、内壁面や裏面にもめっきを形成するなど、工程が複雑となるうえ、接続作業が多いので、信頼性が低いという問題があった。
【0005】
本発明の課題は、信頼性が高く、工程が簡素化できる接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、基板と、前記基板の裏面に搭載された接触・非接触兼用型のICチップと、前記基板の表面に形成され、前記基板の表面上に直接積層された導電層を有する接触用端子と、前記基板の表面に形成され、前記接触用端子と同じ層構成の導電層を有する非接触通信用アンテナと、前記基板の、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナの接続端子部に対応する位置に形成された貫通孔を前記導電層で蓋をするように形成された穴部と、前記基板の前記穴部の中を通して、前記ICチップの接続端子部と前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナとを直接に接続する接続部材と、を備えた接触・非接触兼用型ICモジュールである。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1に記載された接触・非接触兼用型ICモジュールにおいて、前記非接触通信用アンテナは、アンテナ内側領域に対して前記接触用端子をずらして配置することにより、その前記接触用端子と干渉しないアンテナ有効領域が確保されていること、を特徴とする接触・非接触兼用型ICモジュールである。
【0008】
請求項3の発明は、請求項2に記載された接触・非接触兼用型ICモジュールにおいて、前記接触用端子は、外部接続端子部が2列に配置されており、前記非接触通信用アンテナは、前記2列の外部接続端子部の間を通っていること、を特徴とする接触・非接触兼用型ICモジュールである。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の接触・非接触兼用型ICモジュールを製造する接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、表面に導電層を有する基材の裏面側から加工して、前記導電層を底部とする前記穴部を形成する穴部形成工程と、前記基板の表面の前記導電層の一部を取り除いて、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナのパターンを同時に形成するパターン形成工程と、前記基板の裏面に前記ICチップを搭載するICチップ搭載工程と、前記基板の前記穴部の中を通して、前記ICチップの接続端子部と前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナとを、前記接続部材で直接に接続する接続工程と、を備えたことを特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法である。
【0010】
請求項5の発明は、請求項4に記載の接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法において、前記接続工程は、前記ICチップ搭載工程と同時に行なわれること、を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3は、本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法の第1実施形態を示す図である。
【0012】
この接触・非接触兼用型ICモジュール120は、図3に示すように、SIMの大きさの基板121と、基板121の裏面に搭載された接触・非接触兼用型のICチップ125と、基板121の表面に形成された接触用端子124Bと、基板121の表面に形成された非接触通信用アンテナ124Aと、基板121の、接触用端子124B及び非接触通信用アンテナ124Aの接続端子部に対応する位置に形成された貫通孔121aと、基板121の貫通孔121aの中を通して、ICチップ125の接続端子部と接触用端子124B及び非接触通信用アンテナ124Aの接続端子部とを直接に接続する接続手段としてのボンディングワイヤ126(126B,126A)と、基板121の裏面を樹脂封止する封止材127などとを備えている。
【0013】
第1実施形態による接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法#20は、銅層形成工程#21と、貫通孔形成工程#22と、パターン形成工程#23と、ICチップ搭載工程#24と、接続工程#25と、封止工程#26等とを備えている。
【0014】
銅層形成工程#21では、図1(a)に示す25μmのポリイミドフィルムである基材121の片面に、スパッタとめっきにより、銅層122を3μmの厚みで形成する[図1(b)]。
【0015】
貫通孔形成工程#22は、基材121に貫通孔121aを形成する工程であって、例えば、レーザ孔あけ機により、基板121に貫通孔121aとしてビアホールを形成する[図1(c)]。貫通孔121aは、電気的接続に使用しないので、内壁部にめっき処理などを施す必要がない。
【0016】
パターン形成工程#23は、基板121の表面に、接触用端子124B及び非接触用アンテナ124Aのパターンを同時に形成する工程である。
この工程#23では、まず、感光性ドライフィルムレジスト123を表面にラミネート、露光現像して、レジスト123にめっきする部分の開口パターン123aを作製する[図1(d)]。そして、その開口パターン123aに、銅めっき、ニッケルめっき、金めっき等の工程をそれぞれ水洗工程を間にはさみ連続めっきして、めっき層124を形成する[図1(d)]。
ついで、感光性ドライフィルムレジスト123bをパターン状に剥離して[図1(e)]、開口パターン123aの部分の銅層122aを、ソフトエッチング処理により除去することにより[図2(f),(g)]、接触用端子124B及び非接触用アンテナ124Aのパターンを同時に形成する。
【0017】
ICチップ搭載工程#24は、基板121の裏面にICチップ125を搭載する工程であり、例えば、接触・非接触兼用ICチップ125を基板121の裏面に接着剤で接着する[図2(h)]。
【0018】
接続工程#25は、基板121の貫通孔121aの中を通して、ICチップ125の接続端子部と、接触用端子124B及び非接触通信用アンテナ124Aの接続端子部とを直接に接続する工程であり、例えば、接触用端子(パッド)124B及び非接触用アンテナ(コイル端子)124Aの接続端子部をICチップ125の接続端子部とを、ボンディングワイヤ126によって直接接続する[図1(h)]。
最後に、封止工程#26では、基板121の裏面を封止材127で封止する[図3(i)]。
【0019】
このように、第1実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール120は、ICチップ125の接続端子部と接触用端子124B及び非接触通信用アンテナ124Aの接続端子部とがボンディングワイヤ126によって、直接に接続されているので、信頼性が高い。
【0020】
また、第1実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法#20は、パターン形成工程#23において、基板121の表面に、接触用端子124B及び非接触用アンテナ124Aのパターンを同時に形成するので、製造工程が簡素化された。
また、接続工程#25において、基板121の貫通孔121aを介して、ICチップ125の接続端子部と接触用端子124B及び非接触通信用アンテナ124Aの接続端子部とを直接に接続するので、製造工程が簡素化されると共に、結線の信頼性が極めて高い。
【0021】
(第2実施形態)
図4は、本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第2実施形態を示す図である。
なお、以下に示す実施形態では、前述した第1実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する図面や説明を適宜省略する。
【0022】
第2実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール120−2は、ボンディングワイヤ126の代わりに、ICチップ125にバンプ126−2を設け、ICチップ搭載工程と、接続工程とを同時に行なうようにして製造してある。
従って、製造工程がさらに簡素化されると共に、結線の安定性や信頼性が極めて高い、という効果がある。
なお、第2実施形態の場合には、封止材による封止工程は、必ずしも必要ではなく、SIM等の基材を成形する他のシートとラミネートするだけでも、封止効果をあげることができる。
【0023】
(第3実施形態)
図5は、本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第3実施形態を示す図である。
【0024】
第3実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール120−3では、非接触通信用アンテナ124Aは、アンテナ内側領域Bに対して、接触用端子124Bを左側にずらして配置することにより、その接触用端子124Bと干渉しないアンテナ有効領域Cが確保されている。
具体的には、図5のように、接触用端子124Bは、外部接続端子部124B−1が2列に配置されており、非接触通信用アンテナ124Aは、2列の外部接続端子部124B−1の間を通っていれば、より干渉の少ないアンテナ有効領域Cが確保できると共に、アンテナ124Aの端部をICチップの接続端子部に接続しやすい。
【0025】
非接触ICモジュールにおいて、大きな通信距離を安定して確保するためには、非接触用アンテナ(以下、コイルアンテナ)124Aの面積が大きければければ大きいほどよい。しかし、コイルアンテナ124Aが大きければ、製造コストは、材料費も含め、面積に比例して大きくなることから、通信に必要な最低限の大きさであればよい。
コイル面積と通信特性について、検討した結果、ISO14443TypeA及びTypeB方式を前提として、最低限必要なコイルの大きさは、コイルの形状やピッチで異なるものの、面積として、概ね10mm2 以上は最低必要であり、400mm2 あれば十分であることが判明した。
【0026】
さらに、カード又はモジュールの大きさ、形状は、規格により大きさが決められている場合に、特に、小型のモジュールで寸法が機器の制約で約2cm角以内と限られている場合など、自ずとコイルアンテナ124Aの大きさをICモジュール120に対して、全面に使うことが必要とされ、コイルアンテナ124Aは、ICモジュール120の外周一杯に形成することが要求される。
この制約から、コイルアンテナ124Aのデザインルールとして、外周はなるべく大きく、そのピッチを狭めて配置した方がよい。ピッチとしては、100μm以下、最も望ましくは、50μm以下である。
また、ピッチが20μm以下になると、安定して作製することが難しくなる。また、フエースダウン型のフリップチップ実装を行うと、ICモジュール120の厚みを薄くでき、望ましい。
第3実施形態では、接触用端子124Bの外部接続端子部124B−1間をコイル配線が通るように設置する必要があり、この場合も、ピッチを100μm以下、最も望ましくは50μm以下にすると、デザイン上設計の自由度が確保でき、コイルアンテナ124Aの内側面積を大きくすることができる。
【0027】
また、コイルアンテナ124Aの膜厚としては、デザインルールが小さくなると抵抗が大きくなるため、望ましくは、5μm以上、最も望ましくは、10μm以上である。
コイルアンテナ124Aの膜厚を大きくすると、安定して作製することが難しくなるため、30μm以下にすることが望ましい。これらのデザインルールを満足するためには、コイルアンテナ124Aの作製方法は、エッチング法かめっきによるセミアディテイブ法による方法のどちらかであるが、ピッチ50μm以下に作製する場合は、めっきによるセミアデティブ法に限られる。
【0028】
また、接触・非接触兼用ICモジュール120においては、接触用端子124Bと非接触用アンテナ124Aを、同一モジュール内に形成する必要がある。一般に、非接触用アンテナ124Aの内部に置かれた、金属部分は電磁波の遮蔽効果を持ち、通信の障害となる。よって、ICカードのデザインでは、金属製の接触用端子124Bの電磁波の遮蔽効果を避けるために、その端子124Bからコイルアンテナ124Aの中心をずらして配置することがが必要である。
この場合に、アンテナ有効面積Cは、モジュール面積Aに対して、0.5A〜0.9Aが望ましいという新規事実を得た。
【0029】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1) 本実施形態では、携帯電話などに使用するSIMを例に説明したが、通常のICカードや、基材形状が特定されないICタグなどであってもよい。
(2) 小型のICモジュール単体で必要な通信距離が確保できなければ、外部にブースターコイルを別途作製し、ICモジュールと近接させて共振回路を形成し、信距離を確保することも可能である。このブースターコイルは、ICモジュールを収納するケース、例えば、定期入れなどに設置して使用してもよい。
【0030】
(3) 本発明の方式では、接触用端子と非接触用アンテナを具備する構成であるが、場合によっては、接触用端子と非接触用アンテナの接続端子部のみをICモジュールに設け、アンテナコイルを別途作製してもよい。
このアンテナコイルは、ICモジュールを収納するケース、例えば、定期入れなどに設置して、ICモジュールを挿入することによって機能するようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、ICチップの接続端子部と接触用端子及び非接触通信用の接続端子部とが接続手段によって、直接に接続されているので、信頼性が高い。
【0032】
パターン形成工程において、基板の表面に、接触用端子及び非接触用アンテナのパターンを同時に形成するので、製造工程が簡素化された。
また、接続工程において、基板の貫通孔を介して、ICチップの接続端子部と接触用端子及び非接触通信用アンテナの接続端子部とを直接に接続するので、製造工程が簡素化されると共に、結線の信頼性が極めて高いという効果がある。
さらに、ICチップ搭載工程と接続工程とを同時に行なうようにすれば、製造工程がさらに簡素化されると共に、結線の信頼性が極めて高い、という効果がある。
【0033】
一方、接触用端子をずらして配置することにより、その接触用端子と干渉しないアンテナ有効領域が確保されているので、効率のよい通信を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法の第1実施形態を示す図(その1)である。
【図2】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法の第1実施形態を示す図(その2)である。
【図3】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法の第1実施形態を示す図(その3)である。
【図4】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第2実施形態を示す図である。
【図5】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第3実施形態を示す図である。
【符号の説明】
120 接触・非接触兼用型ICモジュール
121 基板
121a 貫通孔
124B 接触用端子
124A 非接触通信用アンテナ
125 接触・非接触兼用型のICチップ
126(126B,126A) ボンディングワイヤ
127 封止材
#21 銅層形成工程
#22 貫通孔形成工程
#23 パターン形成工程
#24 ICチップ搭載工程
#25 接続工程
#26 封止工程
Claims (5)
- 基板と、
前記基板の裏面に搭載された接触・非接触兼用型のICチップと、
前記基板の表面に形成され、前記基板の表面上に直接積層された導電層を有する接触用端子と、
前記基板の表面に形成され、前記接触用端子と同じ層構成の導電層を有する非接触通信用アンテナと、
前記基板の、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナの接続端子部に対応する位置に形成された貫通孔を前記導電層で蓋をするように形成された穴部と、
前記基板の前記穴部の中を通して、前記ICチップの接続端子部と前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナとを直接に接続する接続部材と、
を備えた接触・非接触兼用型ICモジュール。 - 請求項1に記載された接触・非接触兼用型ICモジュールにおいて、
前記非接触通信用アンテナは、アンテナ内側領域に対して前記接触用端子をずらして配置することにより、その前記接触用端子と干渉しないアンテナ有効領域が確保されていること、
を特徴とする接触・非接触兼用型ICモジュール。 - 請求項2に記載された接触・非接触兼用型ICモジュールにおいて、
前記接触用端子は、外部接続端子部が2列に配置されており、前記非接触通信用アンテナは、前記2列の外部接続端子部の間を通っていること、
を特徴とする接触・非接触兼用型ICモジュール。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の接触・非接触兼用型ICモジュールを製造する接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
表面に導電層を有する基材の裏面側から加工して、前記導電層を底部とする前記穴部を形成する穴部形成工程と、
前記基板の表面の前記導電層の一部を取り除いて、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナのパターンを同時に形成するパターン形成工程と、
前記基板の裏面に前記ICチップを搭載するICチップ搭載工程と、
前記基板の前記穴部の中を通して、前記ICチップの接続端子部と前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナとを、前記接続部材で直接に接続する接続工程と、
を備えたことを特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項4に記載の接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法において、
前記接続工程は、前記ICチップ搭載工程と同時に行なわれること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。
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