JP4734742B2

JP4734742B2 - Ｉｃモジュールとその製造方法

Info

Publication number: JP4734742B2
Application number: JP2001095885A
Authority: JP
Inventors: 悟倉持
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002298114A

Description

【０００１】
【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・非接触兼用型などの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】
また、ＩＣモジュールの構造の簡素化に関して、特開平１１−１８４９９７号は、非接触用のＩＣチップと、ＩＣチップに形成されたアンテナコイルと、ＩＣチップの端子とアンテナコイルの端子とを接続する接続部と、ＩＣチップ，アンテナコイル及び接続部を封止する封止樹脂とを備えた非接触ＩＣモジュールを開示している。
【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、部品点数を減らし、製造工程を簡素化することに成功しているが、本格的な実用化に向けて、さらなる、簡素化が求められている。
例えば、上記ＩＣモジュールでは、接続部としてワイヤボンディングを用いており、そのために、封止樹脂で封止する構造及び工程が必要であり、信頼性や簡素化が不十分であった。
【０００５】
本発明の課題は、構造が簡単で信頼性が高く、製造工程が簡素化できる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、絶縁性のあるベース層と、前記ＩＣチップは、接触及び非接触通信を行うものであり、前記ベース層の第２の面に配置され、第２の接続端子部を有する外部接触端子と、を備えるＩＣモジュールであって、前記外部接触端子上に直接形成され、前記ベース層に加圧されて埋め込まれ、その一端が前記第２の接続端子部と導通する導電性のある埋め込み導通部材と、前記埋め込み導通部材の他端に突出して設けられ、前記埋め込み導通部材の他端がめり込むように加圧されて前記埋め込み導通部材と導通し、前記第１の接続端子部と導通するバンプ部と、を備えたことを特徴とするＩＣモジュールである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のＩＣモジュールにおいて、前記ＩＣチップは、接触及び非接触通信を行うものであり、前記ベース層の前記第１の面又は第２の面に配置され、前記バンプ部と接続される非接触通信用アンテナを備えること、を特徴とするＩＣモジュールである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載のＩＣモジュールを製造するＩＣモジュールの製造方法であって、第１の導電層に前記埋め込み導通部材を、前記ＩＣチップの前記第１の接続端子部に対応する位置に配置し、ベース層の厚さよりも高く形成する埋め込み導通部材形成工程と、第２の導電層にベース層を形成するベース層形成工程と、前記ベース層を加熱し、前記ベース層に対して前記埋め込み導通部材を当接させて、前記ベース層に対して前記第１の導電層を加圧をして、前記埋め込み導通部材を前記ベース層に埋め込み、前記埋め込み導通部材が前記第２の導電層にめり込むまで前記加圧をすることにより、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを導通させる導通工程と、前記第１の導電層を加工して、前記外部接触端子を作製する通信手段作製工程と、前記第２の導電層を加工して、前記バンプ部を作製するバンプ部作製工程と、前記バンプ部に前記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２に記載のＩＣモジュールを製造するＩＣモジュールの製造方法であって、第１の導電層に前記埋め込み導通部材を、前記ＩＣチップの前記第１の接続端子部に対応する位置に配置し、ベース層の厚さよりも高く形成する埋め込み導通部材形成工程と、第２の導電層にベース層を形成するベース層形成工程と、前記ベース層を加熱し、前記ベース層に対して前記埋め込み導通部材を当接させて、前記ベース層に対して前記第１の導電層を加圧をして、前記埋め込み導通部材を前記ベース層に埋め込み、前記埋め込み導通部材が前記第２の導電層にめり込むまで前記加圧をすることにより、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを導通させる導通工程と、前記第１の導電層を加工して前記外部接触端子を作製し、前記第１の導電層又は前記第２の導電層を加工して前記非接触通信用アンテナを作製する通信手段作製工程と、前記第２の導電層を加工して、前記バンプ部を作製するバンプ部作製工程と、前記バンプ部に前記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３又は請求項４に記載のＩＣモジュールの製造方法において、前記通信手段作製工程と前記バンプ部作製工程とは、同時に行なわれることを特徴とするＩＣモジュールの製造方法である。
【０００９】
【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２は、本発明による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。
第１実施形態によるＩＣモジュール１０は、図２（ｇ），（ｈ）に示すように、絶縁性のある基板（ベース層）１１と、基板１１の下面に配置され、接続端子部１３ａを有する接触及び／又は非接触用のＩＣチップ１３と、基板１１の上面に配置され、接続端子部１２ａを有する外部接触端子１２ｂ及び非接触通信用アンテナ１２ｃと、基板１１に埋め込まれ、接続端子部１２ａと導通する導電性のある埋め込み導通部材１４と、埋め込み導通部材１４の他端に突出して設けられ、ＩＣチップ１３の接続端子部１３ａと導通するバンプ部１２ｅ等と、を備えている。
【００１０】
また、第１実施形態によるＩＣモジュールの製造方法は、埋め込み導通部材形成工程＃１０１と、ベース層形成工程＃１０２と、導通工程＃１０３と、通信手段作製工程＃１０４と、バンプ部作製工程＃１０５と、ＩＣチップ搭載工程＃１０６とを備えている。
なお、各図において、１つのＩＣモジュールのみを図示しているが、実際に製造する場合には、多面つけされて、複数個同時に製造される。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、厚さ１８又は３６μｍ程度の銅層などによる第１の導電層１２−１を用意し、図１（ｂ）に示すように、第１の導電層１２−１の下面に、埋め込み導通部材１４を、印刷又はメッキ等によって、基板１１の厚さ以上に厚さ（ここでは、５０μｍ以上）に形成する（埋め込み導通部材形成工程＃１０１）。
ここで、埋め込み導通部材１４は、銀ペースト等のような導電体で印刷され、例えば、図５（ａ）に示すように、先端が半球状となった円柱形状である。また、埋め込み導通部材１４Ｂは、図５（ｂ）に示すように、先端が断面放物線などのような鋭い角度をもつ突起状の部材としたものである。
【００１２】
次に、図１（ｃ）に示すように、厚さ１８又は３６μｍ程度の銅層などによる第２の導電層１２−２の上面に、厚さ５０μｍのエポキシ樹脂などのプリプレグからなる基板（ベース層）１１を形成する（ベース層形成工程＃１０１）。
【００１３】
上記プレプレグは、ガラス繊維などの強化材に、熱硬化性樹脂を含浸させた強化プラスチックの成形材料である。プリプレグは、繊維があるので、埋め込み導通部材１４が押し退けて孔を開けやすい。また、プリプレグは、温度を上昇させていくと、一度柔らかくなり、また、熱硬化する性質がある。従って、温度を上昇させている途中で、突き抜けやすく、そのあとに熱硬化して確実に導通固定することができる。
なお、埋め込み導通部材１４は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等のコーティングによって形成する場合には、乾燥工程の制御をすることによって、上記プレプレグの性質と同様に、埋め込み導通部材１４が突き抜けたあとに、硬化させるようにすればよい。
【００１４】
そして、図１（ｃ）に示すように、基板１１とＩＣチップ１３とを位置合せして、図１（ｄ）に示すように、基板１１を加熱・加圧することにより、埋め込み導通部材１４を基板１１に埋め込んで、第１の導電層１２−１と第２の導電層１２−２とを導通させる（導通工程＃１０３）。この結果、基板１１を挟み、埋め込み導通部材１４で第１の導電層１２−１と第２の導電層１２−２との導通がとられた両面基板が作製された。
【００１５】
このように、基板１１に熱と圧力をかけることによって、基板１１の樹脂層を通して、突起状の埋め込み導通部材１４が、基板１１の中にめり込んでいく。そして、第１の導電層１２−１と第２の導電層１２−２とを貼り合わせると、基板１１のプリプレグ層をよけて、埋め込み導通部材１４が、各導電層１２−１，１２−２に接触する。埋め込み導通部材１４と各導電層１２−１，１２−２とは、共に、金属であるが、熱をかけならが直接つけると、接触部分の周りを基板１１の樹脂層が固めるので、うまく導通がとれる。
【００１６】
なお、埋め込み導通部材１４は、導通の信頼性を確保するために、本実施形態の場合には、５０〜１００μｍ程度の径にすることが望ましい。
また、加熱するのは、本実施形態では、上下に加熱加圧板を配置して、それぞれの温度と圧力をコントロールしている。
【００１７】
さらに、図２（ｆ）に示すように、第１の導電層１２−１を加工して、外部接触端子１２ｂ，非接触通信用アンテナ１２ｃを作製する（通信手段作製工程＃１０４）。一方、埋め込み導通部材１４の部分に、第２の導電層１２−２を加工して、バンプ部１２ｅを作製する（バンプ部作製工程＃１０４）。
つまり、第１及び第２の導電層１２−１，１２−２の上面に外部接触端子１２ｂの導電パターンと非接触通信用アンテナ１２ｃの導電パターンを、下面にバンプ部１２ｅの導電パターンを、それぞれ図示は省略するが以下のようにして、エッチングにより形成する。
【００１８】
まず、導電層１２−１，１２−２に、感光性ドライフィルムレジストをラミネート、露光、現像して、エッチングパターンを作製する。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。ついで、感光性ドライフィルムレジストを剥離して、外部接触端子１２ｂ，非接触通信用アンテナ１２ｃ及びバンプ部１２ｅの導電パターンを形成する。
【００１９】
最後に、バンプ部１２ｅにＩＣチップ１３を、封止材１５によって接着することにより搭載する（ＩＣチップ搭載工程＃１０６）。封止材１５は、エポキシ樹脂などの塗布型のアンダーフィル材を用いることができる。
【００２０】
このように、第１実施形態のＩＣモジュールは、埋め込み導通部材１４が基板１１に物理的に埋め込まれているので、強固な構造で確実に導通をとることができる。さらに、埋め込み導通部材１４は、メッキで作るわけではないので、不用意な孔などによって、ショートしてしまうことがない。
【００２１】
また、埋め込み導通部材１４は、図５に示すように、先端を尖られてあり、導電層１２に到達したときに、潰れるようにしてある。埋め込み導通部材１４は、潰れて、めり込んだような形となることによって、確実に導通がとれる。この結果として、導電層１２は、図５（ｃ）に示すように、当たった部分（接触恨）１２ｄが盛り上がっている。この接触恨１２ｄは、外部から目視できるので、電気を通さずに、導通の確認をすることができる。
【００２２】
一方、第１実施形態の製造方法によれば、埋め込み導通部材１４による物理的な接続だけでよいので、簡易な工程によって、配線構造を作ることができる。
また、バンプ部は、導電パターンの形成工程で、同時に作製できるので、製造工程をより簡素化することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図３，図４は、本発明による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。
【００２４】
第１実施形態のＩＣモジュール１０は、図２（ｇ）等に示すように、非接触通信用アンテナ１２ｃを基板１１の上面に形成されていたが、第２実施形態のＩＣモジュール１０−２は、図４（ｇ）に示すように、非接触通信用アンテナ１２ｃ−２を基板１１の下面に形成されている。
このため、第１実施形態の効果に加えて、非接触通信用アンテナ１２ｃ−２は、外部接触端子１２ｂと反対側の面に設けられて、基板１１で覆われているので、接触で使うために外部処理装置の挿入したときに、そのリード／ライトヘッドに触れてしまい、ショートしたり、傷が着いたりすることはなく、耐久性に優れている。
【００２５】
ここで、上記各実施形態では、図２（ｈ），図４（ｈ）に示すように、外部接触端子１２ｂは、非接触通信用アンテナ１２ｃのアンテナ内側領域Ｂに対して、左側にずらして配置することにより、その外部接触端子１２ｂと干渉しないアンテナ有効領域Ｃが確保されている。このため、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、非接触通信用アンテナアンテナ１２ｃの接続端子部をＩＣチップの接続端子部に接続しやすい。
【００２６】
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）１２ｃ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１２ｃ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。
【００２７】
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１２ｃの大きさをＩＣモジュール１０に対して、全面に使うことが必要とされ、コイルアンテナ１２ｃは、ＩＣモジュール１０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１２ｃ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１０の厚みを薄くでき、望ましい。
本実施形態では、外部接触端子１２ｂの接続端子部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１２ｃの内側面積を大きくすることができる。
【００２８】
また、コイルアンテナ１２ｃ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１２ｃ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１２ｃ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。
【００２９】
また、接触・非接触兼用のＩＣモジュール１０においては、外部接触端子１２ｂと非接触用アンテナ１２ｃ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１２ｃ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、金属製の外部接触端子１２ｂの電磁波の遮蔽効果を避けるために、その端子１２ｂからコイルアンテナ１２ｃ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。
【００３０】
（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）本実施形態のＩＣモジュールは、携帯電話などに使用するＳＩＭ、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。
【００３１】
（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。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、埋め込み導通部材がベース層に物理的に埋め込まれているので、強固構造となり、確実な導通をとることができる。
また、埋め込み導通部材による物理的な接続すると共に、この埋め込み導通部材にバンプ部を作製するので、簡易な工程によって、配線構造を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による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４】本発明による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５】本実施形態に係るＩＣモジュールの埋め込み導通部材を示す図である。
【符号の説明】
１０ＩＣモジュール
１１基板（ベース層）
１２−１，１２−２第１及び第２の導電層
１２ａ接続端子部
１２ｂ外部接触端子
１２ｃ，１２ｃ−２非接触通信用アンテナ
１２ｅバンプ部
１３ＩＣチップ
１３ａ接続端子部
１４埋め込み導通部材

Claims

絶縁性のあるベース層と、
前記ベース層の第１の面に配置され、第１の接続端子部を有する接触用のＩＣチップと、
前記ベース層の第２の面に配置され、第２の接続端子部を有する外部接触端子と、を備えるＩＣモジュールであって、
前記外部接触端子上に直接形成され、前記ベース層に加圧されて埋め込まれ、その一端が前記第２の接続端子部と導通する導電性のある埋め込み導通部材と、
前記埋め込み導通部材の他端に突出して設けられ、前記埋め込み導通部材の他端がめり込むように加圧されて前記埋め込み導通部材と導通し、前記第１の接続端子部と導通するバンプ部と、
を備えたことを特徴とするＩＣモジュール。
請求項１に記載のＩＣモジュールにおいて、
前記ＩＣチップは、接触及び非接触通信を行うものであり、
前記ベース層の前記第１の面又は第２の面に配置され、前記バンプ部と接続される非接触通信用アンテナを備えること、
を特徴とするＩＣモジュール。
請求項１に記載のＩＣモジュールを製造するＩＣモジュールの製造方法であって、
第１の導電層に前記埋め込み導通部材を、前記ＩＣチップの前記第１の接続端子部に対応する位置に配置し、ベース層の厚さよりも高く形成する埋め込み導通部材形成工程と、
第２の導電層にベース層を形成するベース層形成工程と、
前記ベース層を加熱し、前記ベース層に対して前記埋め込み導通部材を当接させて、前記ベース層に対して前記第１の導電層を加圧をして、前記埋め込み導通部材を前記ベース層に埋め込み、前記埋め込み導通部材が前記第２の導電層にめり込むまで前記加圧をすることにより、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを導通させる導通工程と、
前記第１の導電層を加工して、前記外部接触端子を作製する通信手段作製工程と、
前記第２の導電層を加工して、前記バンプ部を作製するバンプ部作製工程と、
前記バンプ部に前記ＩＣチップを搭載するＩＣチップ搭載工程と、
を備えるＩＣモジュールの製造方法。
請求項２に記載のＩＣモジュールを製造するＩＣモジュールの製造方法であって、
第１の導電層に前記埋め込み導通部材を、前記ＩＣチップの前記第１の接続端子部に対応する位置に配置し、ベース層の厚さよりも高く形成する埋め込み導通部材形成工程と、
第２の導電層にベース層を形成するベース層形成工程と、
前記ベース層を加熱し、前記ベース層に対して前記埋め込み導通部材を当接させて、前記ベース層に対して前記第１の導電層を加圧をして、前記埋め込み導通部材を前記ベース層に埋め込み、前記埋め込み導通部材が前記第２の導電層にめり込むまで前記加圧をすることにより、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを導通させる導通工程と、
前記第１の導電層を加工して前記外部接触端子を作製し、前記第１の導電層又は前記第２の導電層を加工して前記非接触通信用アンテナを作製する通信手段作製工程と、
前記第２の導電層を加工して、前記バンプ部を作製するバンプ部作製工程と、
前記バンプ部に前記ＩＣチップを搭載するＩＣチップ搭載工程と、
を備えるＩＣモジュールの製造方法。
請求項３又は請求項４に記載のＩＣモジュールの製造方法において、
前記通信手段作製工程と前記バンプ部作製工程とは、同時に行なわれること
を特徴とするＩＣモジュールの製造方法。