JP4724923B2 - 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、表面にアンテナの導体パターンがあるので、接触用の外部処理装置に挿入したときに、アンテナがショートしたり、傷付いたりする可能性があった。
また、特開平7−239922号には、ICモジュールの製造方法について、特に詳しい説明はないが、簡単な工程の製造方法の開発が求められていた。
【0005】
本発明の課題は、信頼性が高く、簡単な工程で製造できる接触・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、前記基板の表側に形成された接触用端子と、前記基板の裏側に形成された非接触通信用アンテナと、前記基板の裏側に搭載された接触・非接触兼用型のICチップとを備えた接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法において、前記基板に、前記接触用端子の接続端子部に連通する貫通部を形成する貫通部形成工程と、前記基板の表側と、前記基板の裏側と、前記貫通部の内側面とに設けられ、前記基板の表側及び前記基板の裏側を前記貫通部の内側面を介して電気的に接続する少なくとも1つの導電層を、めっきにより形成するめっき工程と、前記導電層を部分的に除去することにより、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナを形成する導電層除去工程と、前記基板の裏側に前記ICチップを搭載するICチップ搭載工程とを備えること、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。
請求項2の発明は、請求項1に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、前記基板は、表側及び裏側に予め第1導電層を有し、前記めっき工程は、前記第1導電層上に、このICモジュールの表面を法線方向から見たときに前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子と同一形状であり、前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子を電気的に接続する第2導電層を前記めっきにより形成し、かつ、前記第2導電層を前記ICチップの搭載エリアを避けて形成し、前記導電層除去工程は、前記第1導電層を部分的に除去することにより、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を形成し、かつ、前記ICチップの搭載エリアの前記第1導電層を除去すること、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。
請求項3の発明は、請求項1に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、前記導電層除去工程は、前記貫通部の開口部に蓋をし、かつ、このICモジュールの表面を法線方向から見たときに前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子と同一形状のマスクパターンを設けて、前記導電層をエッチングにより除去すること、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。
請求項4の発明は、請求項3に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、前記基板は、表側及び裏側に予め第1導電層を有し、前記めっき工程は、前記第1導電層及び前記貫通部の内側面に、前記めっきにより第2導電層を設け、前記導電層除去工程は、前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子の前記第1導電層及び第2導電層を残存させ、かつ、前記ICチップの搭載エリアの前記第1導電層及び前記第2導電層を除去すること、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。
請求項5の発明は、請求項2又は請求項4に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、前記基板は、両面に前記第1導電層である銅スパッタリング層が形成されたポリイミド基板であること、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。
請求項6の発明は、請求項2又は請求項4に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、前記基板は、両面に前記第1導電層である銅箔層が形成されたガラスクロス入りエポキシ樹脂基板であること、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。
【0013】
【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。
【0014】
第1実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール110は、図3(i)に示すように、SIMの大きさの基板111と、基板111の表側に形成された接触用端子114Bと、基板111に形成され、接触用端子114Bを基板111の裏側に電気的に接続する導電パターン114C付きの貫通部118と、基板111の裏側に形成された非接触通信用アンテナ114Aと、基板111の裏側に搭載された接触・非接触兼用型のICチップ115と、ICチップ115の接続端子部と貫通部118の導電パターン114C及び非接触通信用アンテナ114Aの接続端子部とを電気的に接続するボンディングワイヤ116と、基板111の裏面を封止する封止材117等とを備えている。
【0015】
第1実施形態は、基材111として、両面に銅スパッタリング層112が形成されたポリイミド基板が用いられている。この銅スパッタリング層付きポリイミド基板は、量産されており、市場から安価に入手できるという利点がある。
【0016】
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は、スパッタリング工程#11と、貫通部形成工程#12と、めっき工程#13と、ICチップ搭載工程#14と、接続工程#15と、封止工程#16等とを備えている。
【0017】
スパッタリング工程#11は、基板111の両面に銅スパッタリング層112を形成する工程である。例えば、図1(a)に示すような25μmのポリイミドフィルムからなる基板111の両面に、スパッタ装置により銅スパッタリング層112を0.25μmの厚みで形成する[図1(b)]。なお、この工程は、前述した銅スパッタリング層付きポリイミド基板を用いる場合には、省略することができる。
【0018】
貫通部形成工程#12は、基材111に、接触用端子114Bの接続端子部に連通する貫通部118を、例えば、レーザ孔あけ機により形成する工程である[図1(c)]。
【0019】
めっき工程#13は、基材111の両面に、めっきにより、非接触通信用アンテナ114Aの導電パターン,接触用端子114Bの導電パターン及び貫通部118の導電パターン114Cを少なくとも1層積み上げる工程である。
まず、基板111の銅スパッタリング層112に、感光性ドライフィルムレジスト113を、両面にラミネートし、露光、現像して、めっきの開口パターン113aを作製する[図1(d)]。
開口パターン113aに、銅めっき、ニッケルめっき、金めっき工程を、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114を形成する[図1(e)]。
感光性ドライフィルムレジスト113を剥離し[図2(f)]、銅スパッタリング層112をソフトエッチング処理により除去して、非接触通信用アンテナ114A,接触用端子114B及び貫通部118の導電パターン114Cを形成する[図2(g)]。
【0020】
ICチップ搭載工程#14は、基板111の裏側にICチップ115を搭載する工程である。例えば、接触・非接触兼用型のICチップ115を接着剤で接着する[図2(h)]。
【0021】
接続工程#15は、ICチップ115の接続端子部と、非接触通信用アンテナ114A及び貫通部118の導電パターン114Cの接続端子部とを、ボンディングワイヤ116によって、電気的に接続する工程である[図2(h)]。
封止工程#16は、基板111の裏面のICチップ115,ボンディングワイヤ116等を封止材117で封止する工程である[図2(i)]。
【0022】
第1実施形態によれば、非接触通信用アンテナ114Aが基板111の裏面側に設けられているので、接触用の外部処理装置に挿入した場合に、接触して、アンテナがショートしたり、傷付いたりすることはなくなった。
【0023】
また、めっきにより、非接触通信用アンテナ114Aの導電パターン,接触用端子114Bの導電パターン及び貫通部118の導電パターン114Cを一度に形成しているので、工程が簡素化できる。
特に、非接触通信用アンテナ114Aの導電パターンは、めっきにより、微細化できる利点がある。つまり、細い線幅とスペースが実現でき、ピッチを狭くできるので、非接触通信用アンテナ114Aの導電パターンを高密度で形成することができる。例えば、線幅20μm、スペース20μm(40μmのピッチ)が可能である。めっきは、ホトレジストによって壁を立てて成長させるので、非常にパターン形状がよく形成できるからである。従って、SIMのような小型の媒体の場合には、コイルの巻数を増やせるので好適である。
なお、エッチングは、削っていくので、サイドエッジが回り込み、線幅40μm、スペース40μm(80μmのピッチ)がほぼ限界である。
【0024】
(第2実施形態)
図4〜図6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2実施形態を示す図である。
なお、以下に示す各実施形態では、前述した第1実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に共通した符号を付して、重複する図面や説明を適宜省略する。
【0025】
第2実施形態は、基材111−2として、両面に銅箔層111−2が形成されたガラスクロス入りエポキシ樹脂基板が用いられている。ガラスクロス入りエポキシ樹脂基板は、強度や適度な柔軟性があり、可撓性もあるうえ、衝撃にも強い。このガラスクロス入りエポキシ樹脂基板も、量産されており、市場から安価に入手できるという利点がある。
また、第1実施形態のめっき工程#13の代わりに、エッチング工程#13−2が行なわれる点で相違する。
【0026】
次に、第2実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール110−2の構造を、その製造方法と共に説明する。
第2実施形態では、50μmのガラスエポキシ材からなる基材111−2の両面に、銅箔層112−2を100μmの厚みで形成する[図4(b),銅箔層形成工程#11−2)。なお、この工程は、前述したガラスクロス入りエポキシ樹脂基板を用いる場合には、省略することができる。
そして、レーザ孔あけ機により、貫通部118を形成する[図4(c),貫通部形成工程#12]。
【0027】
ついで、基材111−2の両面を、非接触通信用アンテナの導電パターン,接触用端子の導電パターン及び貫通部118の導電パターンを、エッチングにより形成するエッチング工程#13−2が行なわれる。
まず、無電解めっきによって、全面(基板111−2の表裏面の銅箔層112−2及び貫通部118の内壁面)に、5μmの無電解銅めっき層114−2を形成する[図4(d)]。
感光性ドライフィルムレジスト113−2を両面にラミネート、露光、現像して、エッチングパターンを作製する[図4(e)]。そして、このエッチングパターンをマスクとして、エッチングを行う[図5(f)]。ついで、感光性ドライフィルムレジスト113−2を剥離して、非接触通信用アンテナ114−2A,接触用端子114−2B及び貫通部118の導電パターン114−2Cを形成する[図5(g)]。
【0028】
さらに、基板111−2の裏側にICチップ115を接着剤で接着し[図5(h),ICチップ搭載工程#14]、ICチップ115の接続端子部と、非接触通信用アンテナ114−2A及び貫通部118の導電パターン114−2Cの接続端子部とを、ボンディングワイヤ116によって、電気的に接続する[図5(h),接続工程#15]。
最後に、基板111の裏面のICチップ115,ボンディングワイヤ116等を封止材117で封止する[図5(h),封止工程#16]。
【0029】
第2実施形態によれば、第1実施形態の製造方法に比較して、さらに、簡単な工程で製造することができる利点がある。
【0030】
(第3実施形態)
図7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。
第3実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール110−3は、ボンディングワイヤ116の代わりに、ICチップ115にバンプ116−3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3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。
【0031】
(第4実施形態)
図8は、本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第4実施形態を示す図である。
第4実施形態の接触・非接触兼用型ICモジュール110−4では、非接触通信用アンテナ114−4Aは、アンテナ内側領域Bに対して、接触用端子114−4Bを左側にずらして配置することにより、その接触用端子114−4B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8(b)のように、接触用端子114−4Bは、外部接続端子部114−4B−1が2列に配置されており、非接触通信用アンテナ114−4Aは、2列の外部接続端子部114−4B−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114−4Aの端部114−4A−1をICチップの接続端子部に接続しやすい。
【0032】
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)114−4A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114−4A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。
【0033】
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114−4Aの大きさをICモジュール110に対して、全面に使うことが必要とされ、コイルアンテナ114−4Aは、ICモジュール110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114−4A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110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114−4Bの外部接続端子部114−4B−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114−4Aの内側面積を大きくすることができる。
【0034】
また、コイルアンテナ114−4A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114−4A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114−4A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。
【0035】
また、接触・非接触兼用ICモジュール110においては、接触用端子114−4Bと非接触用アンテナ114−4A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114−4A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114−4Bの電磁波の遮蔽効果を避けるために、その端子114−4Bからコイルアンテナ114−4A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。
【0036】
(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。この場合も、金属部分は電磁波の遮蔽効果をもち、少なからず通信の障害となるため、コイルは電磁波に対して露出するように、なるべく金属部品を避けて形成する必要がある。ブースターとして機能させる為にICモジュールのコイルとブースターコイルは電磁気的に共振するように配置する事は言うまでもない。
【0037】
(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。この場合も、金属部分は電磁波の遮蔽効果をもち、少なからず通信の障害となるため、コイルは電磁波に対して露出するように、なるべく金属部品を避けて形成する必要がある。コイルはなるべく大きく、有効面積として1〜200cm2 が望ましい。ケースの内側に形成しても外側に形成しても良い。
【0038】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、非接触通信用アンテナが基板の裏面側に設けられているので、接触用の外部処理装置に挿入した場合に、接触して、アンテナがショートしたり、傷付いたりすることはなくなった。
また、めっき又はエッチングにより、非接触通信用アンテナの導電パターン,接触用端子の導電パターン及び貫通部の導電パターンを一度に形成しているので、工程が簡素化できる。
特に、めっきにより、非接触通信用アンテナの導電パターンを形成した場合には、微細化でき、導電パターンを高密度化することができる。また、エッチングの場合には、より簡単な工程で製造することができる。
【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モジュールとその製造方法の第2実施形態を示す図(その1)である。
【図5】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールとその製造方法の第2実施形態を示す図(その2)である。
【図6】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2実施形態を示す図(その3)である。
【図7】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。
【図8】本発明による接触・非接触兼用型ICモジュールの第4実施形態を示す図である。
【符号の説明】
110 接触・非接触兼用型ICモジュール
111 基板
112 銅スパッタリング層
112−2 銅箔層
114B 接触用端子
114A 非接触通信用アンテナ
114C 導電パターン
115 接触・非接触兼用型のICチップ
116 ボンディングワイヤ
117 封止材
118 貫通部
#11 スパッタリング工程
#12 貫通部形成工程
#13 めっき工程
#13−2 エッチング工程
#14 ICチップ搭載工程
#15 接続工程
#16 封止工程
Claims (6)
- 基板と、前記基板の表側に形成された接触用端子と、前記基板の裏側に形成された非接触通信用アンテナと、前記基板の裏側に搭載された接触・非接触兼用型のICチップとを備えた接触・非接触兼用型ICモジュールの製造方法において、
前記基板に、前記接触用端子の接続端子部に連通する貫通部を形成する貫通部形成工程と、
前記基板の表側と、前記基板の裏側と、前記貫通部の内側面とに設けられ、前記基板の表側及び前記基板の裏側を前記貫通部の内側面を介して電気的に接続する少なくとも1つの導電層を、めっきにより形成するめっき工程と、
前記導電層を部分的に除去することにより、前記接触用端子及び前記非接触通信用アンテナを形成する導電層除去工程と、
前記基板の裏側に前記ICチップを搭載するICチップ搭載工程とを備えること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項1に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
前記基板は、表側及び裏側に予め第1導電層を有し、
前記めっき工程は、
前記第1導電層上に、このICモジュールの表面を法線方向から見たときに前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子と同一形状であり、前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子を電気的に接続する第2導電層を前記めっきにより形成し、
かつ、前記第2導電層を前記ICチップの搭載エリアを避けて形成し、
前記導電層除去工程は、
前記第1導電層を部分的に除去することにより、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を形成し、
かつ、前記ICチップの搭載エリアの前記第1導電層を除去すること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項1に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
前記導電層除去工程は、前記貫通部の開口部に蓋をし、かつ、このICモジュールの表面を法線方向から見たときに前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子と同一形状のマスクパターンを設けて、前記導電層をエッチングにより除去すること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項3に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
前記基板は、表側及び裏側に予め第1導電層を有し、
前記めっき工程は、前記第1導電層及び前記貫通部の内側面に、前記めっきにより第2導電層を設け、
前記導電層除去工程は、
前記非接触通信用アンテナ及び前記接触用端子の前記第1導電層及び第2導電層を残存させ、
かつ、前記ICチップの搭載エリアの前記第1導電層及び前記第2導電層を除去すること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項2又は請求項4に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
前記基板は、両面に前記第1導電層である銅スパッタリング層が形成されたポリイミド基板であること、
を特徴とする接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法。 - 請求項2又は請求項4に記載の接触・非接触兼用ICモジュールの製造方法において、
前記基板は、両面に前記第1導電層である銅箔層が形成されたガラスクロス入りエポキシ樹脂基板であること、
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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