JP4783991B2 - 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、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】
請求項1の発明は、絶縁性のあるベース層と、前記ベース層の一方の面に配置され、第1の接続端子部を有する接触及び/又は非接触用のICチップと、前記ベース層の他方の面に配置され、第2の接続端子部を有する外部接触端子及び/又は非接触通信用アンテナからなる通信手段と、前記第1の接続端子部に直接形成され、前記第1の接続端子部に対して直接電気的に接続され、前記ベース層に埋め込まれ、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導電性のある埋め込み導通部材とを備えるICモジュールの製造方法であって、前記ICチップの第1の接続端子部に前記埋め込み導通部材を、前記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、前記ベース層の前記他方の面に導電層を形成する導電層形成工程と、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ICチップを加圧をして、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導電層に当接をするまで前記加圧をすることにより、前記導電層の前記当接をする位置に前記第2の接続端子部を形成して、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導通工程と、前記導電層を加工して、前記通信手段を作製する通信手段作製工程と、を備えたICモジュールの製造方法である。
【0008】
請求項2の発明は、絶縁性のあるベース層と、前記ベース層の一方の面に配置され、第1の接続端子部を有する接触及び/又は非接触用のICチップと、前記ベース層の他方の面に配置され、第2の接続端子部を有する外部接触端子及び/又は非接触通信用アンテナからなる通信手段と、前記第1の接続端子部に直接形成され、前記第1の接続端子部に対して直接電気的に接続され、前記ベース層に埋め込まれ、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導電性のある埋め込み導通部材とを備えるICモジュールの製造方法であって、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、前記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、前記ICチップの前記第1の接続端子部のある面に、前記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1の接続端子部に当接をするまで前記加圧をすることにより、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導通工程と、前記導電層を加工して、前記通信手段を作製する通信手段作製工程と、を備えたICモジュールの製造方法である。
【0010】
【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(f),(g)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と接続端子部13aとを導通させる導電性のある埋め込み導通部材14とを備えている。
【0011】
また、第1実施形態によるICモジュールの製造方法は、導電層形成工程#101と、埋め込み導通部材形成工程#102と、導通工程#103と、通信手段作製工程#104等とを備えている。
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。
【0012】
まず、図1(a)に示すように、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に、厚さ18又は36μm程度の銅層などによる導電層12を形成する(導電層形成工程#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】
一方、図1(b)に示すように、接続端子部13aを備えた接触・非接触用のICチップ13を用意し、図1(c)に示すように、ICチップ13の接続端子部13a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#102)。
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。
【0015】
次に、図1(d)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(e)に示すように、基板11を加熱・加圧することにより、ICチップ13の接続端子部13aに設けられた埋め込み導通部材14を、基板11に埋め込んで、接続端子部13aと導電層12の接続端子部12aとを導通させる(導通工程#103)。
【0016】
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、基板11とICチップ13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、導電層12の接続端子部12aに接触する。埋め込み導通部材14と導電層12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。
【0017】
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、基板11側でもICチップ13側でもよいが、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。
【0018】
最後に、図2(f)に示すように、導電層12を加工して、外部接触端子12b,非接触通信用アンテナ12cを形成する(通信手段作製工程#104)。
つまり、導電層12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、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。
【0019】
まず、導電層12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と非接触通信用アンテナ12cの導電パターンを形成する。
【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、また、基板11やICチップ13が剥がれることがない。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。
【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実施形態では、ICチップ13側に、埋め込み導通部材14を形成したが、第2実施形態では、図3(a)に示すように、銅層などの導電層12を用意して、図3(b)に示すように、導電層12に、印刷やメッキによって、突起状の埋め込み導通部材14を形成する(埋め込み導通部材形成工程#201)。
【0025】
次に、図3(c)に示すように、ICチップ13の上に、絶縁性のある基板(ベース層)11を、プリプレグの積層、エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂の塗布などにより形成する(ベース層形成工程#202)。
【0026】
そして、図3(d)に示すように、基板11を加熱・加圧することにより、導電層12の接続端子部12aに設けられた埋め込み導通部材14を、基板11に埋め込んで、接続端子部12aとICチップ13の接続端子部13aとを導通させる(導通工程#203)。
【0027】
最後に、導電層12の表面を、エッチングして、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#204)。
【0028】
ここで、上記各実施形態では、図2(g),図4(f)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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
(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。
【0034】
(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。
【0035】
【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。
【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】
10 ICモジュール
11 基板(ベース層)
12 導電層
12a 接続端子部
12b 外部接触端子
12c 非接触通信用アンテナ
13 ICチップ
13a 接続端子部
14 埋め込み導通部材
Claims (2)
- 絶縁性のあるベース層と、
前記ベース層の一方の面に配置され、第1の接続端子部を有する接触及び/又は非接触用のICチップと、
前記ベース層の他方の面に配置され、第2の接続端子部を有する外部接触端子及び/又は非接触通信用アンテナからなる通信手段と、
前記第1の接続端子部に直接形成され、前記第1の接続端子部に対して直接電気的に接続され、前記ベース層に埋め込まれ、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導電性のある埋め込み導通部材とを備えるICモジュールの製造方法であって、
前記ICチップの第1の接続端子部に前記埋め込み導通部材を、前記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、
前記ベース層の前記他方の面に導電層を形成する導電層形成工程と、
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ICチップを加圧をして、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導電層に当接をするまで前記加圧をすることにより、前記導電層の前記当接をする位置に前記第2の接続端子部を形成して、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導通工程と、
前記導電層を加工して、前記通信手段を作製する通信手段作製工程と、
を備えたICモジュールの製造方法。 - 絶縁性のあるベース層と、
前記ベース層の一方の面に配置され、第1の接続端子部を有する接触及び/又は非接触用のICチップと、
前記ベース層の他方の面に配置され、第2の接続端子部を有する外部接触端子及び/又は非接触通信用アンテナからなる通信手段と、
前記第1の接続端子部に直接形成され、前記第1の接続端子部に対して直接電気的に接続され、前記ベース層に埋め込まれ、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導電性のある埋め込み導通部材とを備えるICモジュールの製造方法であって、
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、前記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、
前記ICチップの前記第1の接続端子部のある面に、前記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1の接続端子部に当接をするまで前記加圧をすることにより、前記第1の接続端子部と前記第2の接続端子部とを導通させる導通工程と、
前記導電層を加工して、前記通信手段を作製する通信手段作製工程と、
を備えたICモジュールの製造方法。
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