KR20020011361A - 집적회로 카드 및 이에 사용되는 회로 기판 - Google Patents

집적회로 카드 및 이에 사용되는 회로 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 금속 패턴층으로 된 이중 인터페이스 IC 카드와 이에 사용되는 회로 기판에 관한 것으로서, 회로 기판은, IC 칩이 부착되는 본딩면과, 이 본딩면에 마주보며 상기 IC 칩을 외부와 전기적으로 연결하는 접촉면을 갖는 기판 몸체를 구비하며, 상기 본딩면에는 상기 접촉면을 선택적으로 노출시키는 복수의 입출력 본딩 구멍과 복수의 안테나 비아 구멍이 형성되어 있고, 상기 접촉면에는 복수의 금속층 패턴이 형성되어 있고, 이 금속층 패턴은 상기 입출력 본딩 구멍과 연결되는 복수의 입출력 금속 패턴과 상기 안테나 비아 구멍과 연결되는 안테나 라인 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. IC 카드는 콤비 또는 하이브리드형으로 구현될 수 있고, 카드 몸체에 오목부를 형성하고, IC 모듈은 본딩면이 상기 오목부에 삽입되도록 카드 몸체에 실장되며, 상기 안테나 비아 구멍에는 전도성 물질이 채워지고, 이 전도성 물질에 의해 상기 IC 카드의 안테나 라인과 IC 모듈의 안테나 라인 패턴이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

집적회로 카드 및 이에 사용되는 회로 기판{Integrated Circuit Card and Circuit Board Suitable For Use in the IC Card}
본 발명은 집적회로 (IC; Integrated Circuit) 카드 기술에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 단일 금속 패턴층으로 된 이중 인터페이스 IC 카드와 이에 사용되는 회로 기판에 관한 것이다.
1968년 데쓰로프(Jergen Dethloff)가 마이크로프로세서(microprocessor)의 휴대 수단으로 IC 카드에 대한 개념을 처음 제안한 이래 90년대에 접어들면서 컴퓨터를 이용한 인터넷 사용이 급증하고 정보통신 환경의 변화 등으로 IC 카드 산업은 빠르게 성장하고 있다. IC 카드는 집적회로가 하나 이상 삽입된 카드를 말하는데, '스마트 카드 포럼'에서는 판단 기능이 가능하고 메모리를 갖는 집적회로 카드라는의미로 스마트 카드란 용어를 사용하기도 한다. 그 밖에도 칩 카드, 마이크로프로세서 카드, CPU 카드 등 연산기능을 강조하는 의미의 용어들을 사용하기도 하고, 저장성, 연산기능, 고도의 보안 기능을 포함한다는 의미에서 슈퍼 스마트 카드(super smart card), 크립토 카드(crypto card)와 같은 용어가 사용되기도 한다. 일반적으로 스마트 카드 또는 IC 카드는 '마이크로프로세서, 카드 운영체제, 보안 모듈, 메모리 등을 갖춤으로써 특정 트랜잭션을 처리할 수 있는 능력을 가진 집적회로 칩을 내장한 신용카드 크기의 플라스틱 카드'로 정의할 수 있다.
스마트 카드는 카드에 마이크로프로세스(CPU)가 내장되느냐 아니냐에 따라 그 기능이 대별되는데, CPU가 없는 카드를 '메모리 카드'라 하고, CPU가 있는 카드를 인텔리전트(intelligent) 카드, 칩 카드 또는 마이크로프로세서 카드라 한다. 메모리 카드는 가격이 낮고 기능이 단순한데 주로 전화카드와 같은 지불카드에 사용된다. 메모리 카드에서 데이터에 대한 접근은 칩에 내장된 보안 모듈에 의해 관리되는데 이것은 데이터가 삭제되거나 기입되는 것을 방지한다. 마이크로프로세서 카드는 읽기/쓰기가 가능하고 보안기능이 강화되어 있다. 마이크로프로세서 카드는 보통의 개인컴퓨터 내부구조와 유사한 구조로 되어 있는데, CPU, ROM, RAM, I/O 포트를 포함하며 저장매체로서 EEPROM을 가진다.
스마트 카드를 인터페이스(interface) 방식에 따라 분류하면, 접촉식 카드, 비접촉식 카드, 하이브리드 카드, 콤비(또는 이중 인터페이스) 카드와 광학 카드로 나눌 수 있다. 접촉식 카드는 카드 판독기(reader)의 접점과 물리적으로 접촉하여 카드 동작에 필요한 전원과 클럭 신호를 받는다. 칩 접촉점은 ISO 7816-2 표준으로규정되어 있다. 접촉식 카드는 물리적 접촉으로 인한 전기적 충격이나 손상의 우려가 있지만, 고도의 보안을 필요로 하거나 카드 내의 특정 암호화 알고리즘을 수행할 필요가 있는 분야에 주로 사용된다. 비접촉식 카드는 정보처리 기능에 필요한 연산소자와 기억소자는 접촉식 카드와 동일하지만 카드 내의 칩을 구동하기 위한 전원공급이 카드 내의 코일의 전자기 결합을 통해 이루어지고 IFD와 통신을 위하여 전자유도 방식을 이용한다. 비접촉식 카드는 4.9㎒, 6.6㎒ 또는 13.5 ㎒로 동작하는데, 표준방식은 아직 정해지지 않았고 근접 커플링 카드(close coupling card)에 대한 ISO 10536과 원격 커플링 카드(remote coupling card)를 위한 ISO 14443 표준화 작업이 진행되고 있다. 비접촉식 카드는 외부와 물리적인 접촉이 없기 때문에 외부 환경에 강하며 접점에 유기되는 정전기에 의해 카드내의 칩이 훼손될 가능성이 작다는 장점이 있다. 그러나, 카드의 제조비용과 이를 수용하는 IFD가 접촉식보다 1.5-2.5배 정도 비싸다는 단점이 있다. 비접촉식 카드는 카드 내의 정보를 직접 조작하거나 확인의 필요성이 적은 형태의 서비스 예컨대, 교통, 주차, 액세스 제어 등에 주로 사용된다. 하이브리드 카드는 접촉식 인터페이스와 비접촉식 인터페이스를 하나의 카드에 독립적인 형태로 구현한 카드이다. 하이브리드 카드에서 접속식 인터페이스는 주로 마이크로프로세서 칩에 의해 사용되고 비접촉식 인터페이스는 메모리 칩 모듈이 사용한다. 마이크로프로세서 칩과 메모리 칩 사이에 물리적인 접속은 없으며, 공유 메모리가 존재하지도 않다. 광학 카드는 레이저 빔을 사용하여 정보를 저장/판독하는 카드로서, 약 4Mb 바이트의 데이터 저장용량을 가지므로, 의료 분야와 같이 대용량의 저장기능을 구현하는 데에 사용된다.
콤비 카드는 접촉식 인터페이스와 비접촉식 인터페이스를 모두 가지고 있지만, 두개의 인터페이스가 서로 연결되어 있고 마이크로프로세서 또는 논리 모듈을 통해 공유 데이터 영역에 접근한다. 접촉식 인터페이스와 공유 데이터 영역은 주로 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 콤비 카드는 접촉식 I/O 포트와 비접촉식 I/O 포트 모두에 의해 동작될 수 있는 하나의 프로세서 칩을 가진다. 스마트 카드 소프트웨어는 적용 분야에 따라 포트 사용을 조절한다. 콤비 카드의 단점은 안테나를 플라스틱 카드에 구현하는 데에 드는 비용이 높고, 고주파 (RF) 송수신기를 구비하여야 하는 판독기의 가격이 높다는 것이다. 콤비 카드의 성능은 RF 모듈이 CPU를 통해 데이터를 얻어야 하기 때문에 비접촉 카드에 비해 떨어질 수 있다.
도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 콤비형 IC 카드의 구조를 나타낸다.
도 1의 종래 IC 모듈(10)은 반도체 IC 칩(2)과, 입출력 접촉 패턴층(12), 절연층(14) 및 금속 패턴층(16)을 포함하는 회로 기판(15)을 포함한다. IC 칩(2)은 접착층(4)을 통해 회로 기판(15)의 입출력 접촉 패턴층(12)에 부착된다. 절연층(14)에는 복수의 본딩 구멍(22)이 형성되어 있고, IC 칩(2)은 이 본딩 구멍(22)을 통해 노출된 입출력 접촉 패턴층(12)에 본딩 와이어(6)를 통해 전기적으로 연결된다. IC 칩(2)은 절연층(14) 위에 형성된 안테나 라인 패턴(16)에 본딩 와이어(8)를 통해 전기적으로 연결된다. IC 칩(2)과 본딩 와이어(6, 8)은 봉지재(20)에 의해 봉지되어 외부 환경으로부터 보호된다.
IC 칩(2)이 실장되는 회로 기판의 본딩면(30)에 형성된 금속 패턴층은 도 2에 도시한 바와 같이 8개의 입출력(I/O) 패턴(18a-18h)과 2개의 안테나 라인패턴(16)을 포함한다. 안테나 라인 패턴(16)은 외부 접촉 패드(16a, 16b)를 포함하며, 본딩 패드(17)에서 IC 칩(2)과 와이어 본딩(8)된다.
IC 모듈(10)의 접촉면(32) 즉, 본딩면(30)의 반대면에 형성된 IC 접촉 금속 패턴(12a-h)은 도 3에 도시한 바와 같다.
IC 모듈(10)은 IC 카드(100)의 본체(50)와 도 4에 도시한 바와 같이 접속된다. 즉, IC 카드 본체(50)에 형성된 오목부(80)에 IC 모듈(10)이 실장되는데, 접촉면(32)이 카드 외부로 노출되도록 실장된다. 안테나 라인 패턴(16)의 외부 접촉 패드(16a, 16b)는 전기 전도성 접착제(70)에 의해 카드 본체(50)의 안테나 라인(60)과 전기적으로 연결된다.
이러한 종래 기술에 따른 IC 카드는 접촉식/비접촉식 인터페이스가 모두 가능한 콤비형 카드로 구현될 수 있는데, IC 모듈(10)에 복수의 금속층을 사용하기 때문에, 공정이 복잡하고 제조 비용이 상승한다는 문제점이 있다. 또한, IC 모듈 회로 기판의 본딩면에 형성되는 금속 패턴층은 본딩 구멍의 위치 등으로 인해 패턴 디자인에 어려움이 많다.
또한 종래 구조의 콤비형 IC 카드는 안테나 라인 패턴이 IC 카드 본체의 안테나 라인과 전기 전도성 접착제에 의해 연결되기 때문에, IC 카드면과 IC 모듈 회로 기판의 접촉면을 일치시키기 어렵다.
종래 구조의 콤비형 IC 카드는 접촉면을 통해 그 전기적 특성과 신뢰성을 검사하는데, 비접촉식 인터페이스에 대한 전기적 검사가 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 구조의 IC 카드 문제점을 극복하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 금속층으로 구현될 수 있는 IC 카드와 이에 사용하기에 적합한 구조의 회로 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 금속층을 사용하면서도 신뢰성과 전기적 특성이 개선되며 접촉식 인터페이스와 비접촉식 인터페이스를 모두 제공할 수 있는 콤비 구조의 IC 카드와 회로 기판을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 집적회로(IC) 카드를 구성하는 IC 모듈의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 IC 카드의 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 IC 카드를 본딩면에서 본 평면도.
도 4는 종래 기술에 따른 IC 카드를 접촉면에서 본 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 IC 카드에 사용되는 IC 모듈의 구조를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 IC 모듈 회로 기판의 본딩면
도 7은 본 발명에 따른 IC 모듈 회로 기판의 접촉면
도 8은 본 발명에 따른 IC 카드의 단면도.
도 9는 본 발명의 변형 실시예에 따른 IC 모듈의 단면도.
도 10은 본 발명의 변형 실시예에 따른 IC 모듈을 나타내는데, 전원과 접지 사이에 바이패스 커패시터가 연결된 구조의 평면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 변형 실시예에 따른 IC 모듈을 나타내는, 접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩과 비접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩을 별도의 칩으로 구현한 구조를 나타내는 평면도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
110: IC 모듈 115: 회로 기판
115a: 본딩면 115b: 접촉면
120: 금속 패턴층 130: 절연층
140a, b: 제2 안테나 비아 구멍 142a-d: 제1 안테나 비아 구멍
150: 본딩 구멍 160: 보호 몸체
170a, b: 안테나 라인 패턴 180: 전기 전도성 접착제
190: IC 카드 몸체 195: 오목부
200: IC 카드 210: 안테나 라인
본 발명에 따른 IC 카드는 IC 칩이 부착되는 본딩면과, 이 본딩면에 마주보며 상기 IC 칩을 외부와 전기적으로 연결하는 접촉면을 갖는 기판 몸체를 갖는 회로 기판을 구비한다. 회로 기판의 본딩면에는 접촉면을 선택적으로 노출시키는 복수의 입출력 본딩 구멍과 복수의 안테나 비아 구멍이 형성되어 있고, 접촉면에는 복수의 금속층 패턴이 형성되며, 이 금속층 패턴은 상기 입출력 본딩 구멍과 연결되는 복수의 입출력 금속 패턴과 상기 안테나 비아 구멍과 연결되는 안테나 라인 패턴이 형성되어 있다.
상기 본딩면에는 IC 칩을 보호하는 봉지 영역이 정의되고, 복수의 안테나 비아 구멍은 봉지 영역 내부에 형성된 제1 안테나 비아 구멍과 봉지 영역 외부에 형성된 제2 안테나 비아 구멍을 포함하는데, 이 제2 안테나 비아 구멍에 채워진 전도성 물질, 예컨대 솔더(solder), 은 페이스트(Ag paste) 또는 이방성 전도성 필름(ACF)을 통해 외부 안테나 라인과 안테나 라인 패턴이 전기적으로 접속된다.IC 칩의 전원 단자와 접지 단자 사이에는 바이패스 커패시터가 연결될 수도 있고, IC 칩은 접촉식 인터페이스를 위한 칩과 비접촉식 인터페이스를 위한 칩을 하나의 칩으로 구현할 수도 있고, 별도의 칩으로 구현할 수도 있다.
본 발명에 따른 IC 카드는 오목부가 형성된 카드 몸체를 포함하고, IC 모듈은 본딩면이 카드 몸체의 오목부에 삽입되도록 실장되고 제2 안테나 비아 구멍에는 전도성 물질이 채워지고 이 전도성 물질에 의해 IC 카드의 안테나 라인과 IC 모듈의 안테나 라인 패턴이 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 구조로 된 IC 카드는 GSM(Global System for Mobile Telecommunicaiton) 등의 무선통신, 공중전화 서비스의 유선통신, 전자화폐, 신용/직불 카드 등의 금융, 교통, 전자상거래, 의료분야, 접근통제, 교육, 유료 TV 등에 적용될 수 있다.
실시예
이하 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 IC 카드에 사용되는 IC 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
IC 모듈(110)은 IC 칩(112)과 회로 기판(115) 및 보호 몸체(160)를 포함한다. IC 칩(112)은 메모리 반도체 소자이거나 마이크로프로세서 칩이다. 마이크로프로세서 칩은 CPU, ROM, RAM, I/O 포트를 포함하며 저장매체로서 EEPROM을 포함할 수 있다. IC 칩은 안테나와 연결되는 유선 I/F 및 논리 소자를 포함하며, 공통 EEROM과 액세스 메트릭스를 통해 비접촉식 인터페이스와 접촉식 인터페이스를 연결한다.
회로 기판(115)은 금속 패턴층(120)과 절연층(130)를 포함한다. 기판(115)은 IC 칩(112)이 부착되는 본딩면(도 5의 윗면 또는 도 6의 '115a')과 이 본딩면과 마주보는 반대면에 형성되고 IC 칩(112)을 외부와 접촉식으로 인터페이스하는 접촉면(도 5의 밑면 또는 도 7의 '115b')을 가진다. 절연층(130)은 회로 기판(130)의 몸체를 형성하는데, 예컨대, 폴리이미드 계열의 테이프로서 에폭시 글래스(epoxy glass)로 형성될 수 있다. 금속 패턴층(120)은 예컨대, 구리 금속을 절연층(130)에 패터닝함으로써 형성된다. 보호 몸체(160)는 몰딩(molding)이나 포팅(potting) 등 다양한 방법으로 형성되며 예컨대, 수지로 이루어진다.
도 5와 도 6에 도시한 것처럼, 회로 기판(115)의 본딩면(115a)에는 복수의 본딩 구멍(150, 150a-h)과 복수의 안테나 비아 구멍(140a, 140b, 142, 142a-d)이 형성되어 있다. 이 구멍들은 기판의 절연층(130)을 완전히 관통하며, 절연층(130)을 소정의 위치에서 선택적으로 개방함으로써 형성된다. 절연층(130)의 선택적 개방은 사진 식각 공정이나 펀칭(punching) 공정에 의해 이루어질 수 있다. IC 칩(112)의 전극 패드(115)는 예컨대, 금속 와이어(116, 118)를 통해 접촉면(115b)에 있는 금속 패턴층(120)과 전기적으로 연결된다. 금속 와이어 대신에 이방성 전도성 테이프를 이용하거나 플립칩(flip chip) 기술을 이용하여 IC 칩(112)과 금속 패턴층(120)을 전기적으로 연결하는 것이 가능하다는 사실은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 5와 도 6을 참조하면, IC 칩(112)과 금속 와이어(116, 118)는 봉지재 보호 몸체(160)에 의해 보호된다. 봉지재(160)가 형성되는 영역을 봉지 영역(encapsulation area)이라 할 때, 복수의 본딩 구멍(150, 150a-h)은 모두 봉지 영역 내부에 형성된다. 한편, 안테나 비아 구멍은 봉지 영역 내부에 형성되는 제1 안테나 비아 구멍(142a-d)과 봉지 영역 외부에 형성되는 제2 안테나 비아 구멍(140a, 140b)을 포함한다. 제1 안테나 비아 구멍(142a-d)은 금속 와이어(118)에 의해 반도체 칩(112)의 전극 패드(115)와 안테나 라인 패턴(170a, 170b)을 전기적으로 연결시키기 위한 것이다. 한편, 제2 안테나 비아 구멍(140a, 140b)은 안테나 라인 패턴(170a, 170b)을 외부(예컨대, 도 8의 안테나 라인 '210')와 연결시키기 위한 것이다.
금속 패턴층(120)은 예컨대, 구리 금속으로 이루어져 있으며, 패턴층(120) 표면을 기계적인 충격이나 화학적 오염으로부터 보호하기 위해 니켈/금 층을 도금할 수도 있다. 예컨대, 금속 패턴층(120)의 접촉면에는 6±2㎛의 니켈과 0.15±0.05㎛의 금을 도금하고, 본딩면에는 9±3㎛의 니켈과 0.15±0.005㎛의 금을 도금할 수 있다. 금속 패턴층(120)은 도 7에 도시한 것처럼 복수의 입출력 금속 패턴(120a-h)과 복수의 안테나 라인 패턴(170a, b)을 포함한다. 본딩면(115a)에 형성된 본딩 구멍(150a)은 입출력 금속 패턴(120a)에 연결된다. 마찬가지로, 각각의 본딩 구멍(150b-h)은 각각의 입출력 금속 패턴(120b-h)에 연결된다. 제1 안테나 비아 구멍(142a-d)과 제2 안테나 비아 구멍(140a, 140b)은 안테나 라인 패턴(170a, 170b)에 연결된다. 4개의 제1 안테나 비아 구멍(142a-d) 중 한쌍의 구멍 예컨대, 비아 구멍(142c, 142d)은 나머지 비아 구멍(142a, 142b)와 대칭 구조이며, 예비용으로 형성된 것이다. 즉, 도 6의 예에서는 비아 구멍(142a, 142b)에 금속 와이어(118)가 본딩되어 있지만, IC 칩(112)의 배치에 따라서는 비아 구멍(142c, 142d)에 금속 와이어(118)가 본딩될 수도 있다. 본 발명에서는 이를 고려하여 예비용 비아 구멍을 미리 설계해 두는 것이 바람직하다.
안테나 라인 패턴(170a, 170b) 각각은 외부 접촉 패드(175a, 175b)와 본딩 패드(177a-d)를 포함한다. 외부 접촉 패드(175a, 175b)는 앞에서 설명했던 제1 안테나 비아 구멍(140a, 140b)를 통해 각각 본딩면(115a) 쪽으로 개방되고, IC 카드의 안테나 라인(도 8의 '210')과 연결된다. 본딩 패드(177a-d)는 제2 안테나 비아 구멍(142a-d)를 통해 각각 본딩면(115a) 쪽으로 개방되고 금속 와이어(118)에 의해 선택적으로 본딩된다.
도 7에 나타낸 접촉면의 금속 패턴은 예컨대, 스마트 카드 표준인 ISO7816을 따른다. 예컨대, 도 7의 입출력 금속 패턴(120a-h)의 크기와 위치는 ISO7816-2 표준을 만족한다. 이 경우, 입출력 금속 패턴(120a)은 GND와 연결되고, 패턴(120b)는 Vpp와 연결되며, 패턴(120c)는 I/O에, 패턴(120d)는 RFU에, 패턴(120e)는 RFU에, 패턴(120f)는 CLK에, 패턴(120g)는 RST에, 패턴(120h)는 Vcc에 연결된다. 여기서, I/O는 IC 모듈에 대한 직렬 데이터 입출력을 의미하고, Vpp는 프로그래밍 전압 입력, GND는 기준 전원이 되는 접지 전원, CLK는 클럭 또는 타이밍 신호, RST는 인터페이스 장치에서 공급되는 리셋 신호 또는 내부 리셋 제어 회로와 조합으로 사용되는 신호를 의미한다.
안테나 라인 패턴의 위치와 크기는 표준으로 정해져 있지 않지만, 안테나 라인 패턴(170a, 170b)의 본딩 패드(177a-d)가 입출력 금속 패턴(120a-h) 보다 더 내부에 배치되도록 하고, 반면에 안테나 라인 패턴(170a, 170b)의 외부 접촉 패드(175a, 175b)는 입출력 금속 패턴(120a-h)보다 더 외부에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
도 5-7을 참조로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 IC 모듈 회로 기판은 하나의 금속층(120)을 사용하기 때문에, IC 카드를 구현하기 위한 금속층의 수를 최소화할 수 있고, 원부자재의 절약을 통해 제조 비용을 낮출 수 있다. 또한, 다수의 금속층을 사용하지 않으므로, 제조 공정이 간단하고 쉽다는 장점이 있으며, 회로 기판의 본딩면에 패턴층을 형성할 때 디자인의 곤란성과 같은 종래 구조의 문제점이 나타나지 않는다.
또한, 본 발명에서는 하나의 금속층을 사용하면서도 접촉식 인터페이스와 비접촉식 인터페이스를 동시에 제공하는 콤비 IC 카드를 구현하는 것이 가능하다. 콤비 IC 카드는 접촉식/비접촉식 인터페이스가 서로 연결되어 있고, 마이크로프로세서 또는 논리 모듈을 통해 공유 데이터 영역에 접근한다. 콤비 카드는 하나의 카드 내에 접속식/비접촉식 카드가 공유할 수 있는 부분들을 상호 공유하는 결합 형태의 카드로서, 내부 자원 공유를 통한 이질적 애플리케이션(예컨대, 칩 운영체제, 동일 키(key)나 패스워드)의 통합 효과를 가져올 수 있다.
도 8을 참조하면, IC 모듈(110)은 IC 카드(200)의 오목부(195)에 실장되는데, IC 모듈 회로 기판(115)의 본딩면(115a)이 오목부(195)에 삽입되도록 실장된다. 따라서, 회로 기판(115)의 접촉면(115b)이 IC 카드(200)의 외면에 노출된다.IC 모듈(110)의 최외곽부에는 절연성 접착제(185)를 삽입하여 IC 모듈(110)을 카드 몸체(190)에 기계적으로 접착 고정되도록 함과 동시에 안테나 라인(170)의 전기적 분리를 보장한다.
IC 카드(200)는 카드 몸체(190)와 IC 모듈(110)을 포함하며, 카드 몸체(190)는 안테나 라인(210)으로 분리되는 상하부 열가소성(thermoplastic) 판재를 포함한다. 오목부(195)를 갖는 카드 몸체(190)는 ABS (Acrylonitrile-butadiene-styrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 열가소성 재료를 주입 성형(injection molding)함으로써 형성될 수 있으며, PVC(Polyvinyle Chloride)나 PET (Polyethylen terephthalate) 또는 폴리아미드로 카드 몸체(190)를 형성할 수도 있다. 오목부(195)의 깊이는 IC 모듈(110) 내의 IC 칩(112)이 IC 카드(200)의 두께 방향에 대해 중간에 위치하도록 하여 IC 카드가 사용 도중에 구부러져도 큰 충격을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한, IC 모듈(110) 밑부분의 카드 몸체가 충분히 존재하여 외부 충격으로부터 IC 모듈을 보호하는 것이 좋다.
안테나 라인(210)은 예컨대, 구리 금속을 주성분으로 하는 전도성 와이어로 구성되며, 동작 주파수(4.9㎒, 6.6㎒, 13.5㎒ 등)에 의해 정해지는 길이로 카드 몸체(190)의 가장자리를 따라 배열하여 권선(winding)을 형성하는 것이 바람직하다. 안테나(210)는 금속화 처리가 된 절연체나 와이어 코일을 화학적 식각법이나 스탬핑(stamping) 또는 와이어의 코일링(coiling) 공정으로 형성할 수 있다. 안테나 라인(210)의 한쪽 단자(210a)는 전기 전도성 물질(180)을 통해 안테나 라인 패턴(170a)과 연결되고, 나머지 단자(210b)는 전기 전도성 물질(180)을 통해 다른안테나 라인 패턴(170b)과 연결된다. 전기 전도성 물질(180)은 솔더(solder) 또는 은 페이스트 (Ag paste)로 이루어지거나 이방성 전도성 필름(ACF: Anistropic Conductive Film)으로 구성될 수 있다. 이방성 전도성 필름은 필름 내 금속 입자가 열압착되면 서로 붙어서 한쪽 방향 예컨대, z-축 방향으로 전기전도성을 나타낸다. 전도성 물질(180)을 제2 안테나 비아 구멍(140a, 140b)에 도포 공정이나 디스펜싱(dispensing) 공정으로 채우거나, 안테나 비아 구멍(140a, 140b)에 대응되는 위치에서 안테나 라인(210) 위에 도포한 다음 IC 모듈(110)을 오목부(195)에 실장한다. IC 모듈(110)과 카드 몸체(190)를 열압착하면, 전도성 물질(180)이 제2 안테나 비아 구멍(140a, 140b)을 채우게 되고, IC 카드(200)의 안테나 라인(210)과 IC 모듈(110)의 안테나 라인 패턴(170a, 170b)이 전기적으로 연결된다.
따라서, 종래 구조와 비교할 때, IC 모듈(110)의 접촉면과 카드 몸체(190)의 표면을 동일 평면으로 만드는 것이 본 발명 구조에서 더 쉽게 달성할 수 있고, 카드의 높이 프로파일을 조정하는 것이 용이하다. 또한, 전기 전도성 물질(180)이 비아 구멍(140a, 140b)으로 된 오목 구조 내에 존재하기 때문에, IC 모듈(110)과 카드 몸체(190)의 접착 특성을 개선할 수 있다.
또한, IC 카드(200)의 접촉면(115b)에는 종래 구조와 달리 안테나 라인 패턴(170a, 170b)이 노출되어 있기 때문에, IC 카드(200)의 전기적 특성과 신뢰성을 검사할 때, 접촉식 인터페이스 뿐만 아니라 비접촉식 인터페이스를 검사하는 RF 특성 검사가 가능하다.
변형 실시예
이상 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 도면에 나타낸 구조는 설명을 위한 예시적인 것에 지나지 않고, 이하의 특허청구범위에 기재된 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 도면에 나타낸 구조를 다양하게 변형하고 수정이 가능하다는 사실은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 예컨대, 도 5에서 IC 모듈(110) 구조에서 절연층(130) 위에 IC 칩(112)이 실장되는 것을 도시하였지만, 도 9에 나타낸 것처럼, IC 칩(112)이 부착되는 위치에 절연층(130)을 제거하고 IC 칩(112)이 금속 패턴층(120)에 직접 부착되도록 하는 것도 가능하다.
도 10은 본 발명의 변형 실시예에 따른 IC 모듈(310)의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 10에 도시한 IC 모듈 실시예는 양단에 전기 전도체가 형성된 절연체로 구성된 커패시터(350)를 포함한다. 이 커패시터(350)는 바이패스 커패시터로서 IC 모듈(310)의 전원 단자 즉, VDD와 VSS사이에 연결된다. 그 외의 구성과 IC 카드 몸체와의 접속 구조는 앞에서 설명했던 실시예와 동일하거나 유사하므로, 그 자세한 설명은 생략한다. IC 칩(320)의 접지 VSS단자는 본딩 구멍(330a)에 와이어 본딩되고, 전원 VDD단자는 본딩 구멍(330h)에 와이어 본딩된다. 바이패스 커패시터(350)의 한쪽 끝은 본딩 구멍(330a)에 본딩 와이어(360)를 통해 연결되고, 다른쪽 끝은 본딩 구멍(330h)에 본딩 와이어(360)를 통해 접속되어 있다. 바이패스 커패시터(350)는 절연 패턴으로 형성하는 것 보다 별도의 절연체를 실장하여 구성하는 것이 더 바람직하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 변형 실시예에 따른 IC 모듈(310)의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 11에 도시한 IC 모듈(410) 실시예는 접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩(420)과 비접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩(430)을 별개로 구성하는 것이다. 예컨대, 하이브리드 IC 카드에 도 11의 실시예를 적용할 수 있다. 이 실시예에서 2개의 IC 칩(410, 430)이 사용된다는 점을 제외한 다른 구성과 IC 카드 몸체와의 연결 구조는 앞에서 설명했던 실시예와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩(420)은 주로 마이크로프로세서이고, 비접속식 인터페이스를 위한 IC 칩(430)은 메모리 칩 모듈이다. IC 모듈(410)은 안테나 라인 패턴(470a, 470b)을 포함하고, 각각의 안테나 라인 패턴(470a, 470b)는 외부 접촉 패드(475a, 475b)와 본딩 패드(477a, 477b)를 포함한다. 본딩 패드(477a, 477b)는 제1 안테나 비아 구멍(442a, 442b)에 의해 개방되어 있으며, 비접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩(430)의 L1, L2 단자와 와이어 본딩된다. 앞의 실시예와 마찬가지로, 안테나 라인 패턴(470a, 470b)의 외부 접촉 패드(475a, 475b)는 제2 안테나 비아 구멍(440a, 440b)에 의해 개방되어 IC 카드의 안테나 라인과 전기적으로 접속된다. 따라서, IC 카드의 안테나 라인은 비접촉식 인터페이스를 위한 IC 칩(430)에만 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 하이브리드 IC 모듈(410)은 하나의 IC 칩으로 2가지 인터페이스를 모두 구현하기 어려울 경우에 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, IC 카드를 구현하는 금속층의 수가 줄어들기 때문에 원부자재를 절약할 수 있고 따라서 제조 비용이 절감된다. 또한, 하나의 금속층을 사용하기 때문에 제조 공정이 간단하고 쉽다.
또한, 본 발명에서는 IC 모듈의 본딩면에는 배선 패턴이 존재하지 않고 접촉면에만 금속 패턴이 존재하기 때문에, 종래 기술에서 본딩면에 대한 금속 패턴 디자인의 어려움이 생기지 않고, 패턴 디자인이 자유롭게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 IC 카드에서는 접촉면에 안테나 라인 패턴이 노출되기 때문에, 비접촉식 인터페이스의 RF 특성을 용이하게 검사할 수 있다.
또한, 본 발명 구조에서는 비접촉식 인터페이스를 위한 안테나 라인의 전기적 접속 구조가 비아 구멍을 통해 이루어지기 때문에, 접착 특성이 개선되고, 카드 높이 프로파일을 조정하는 것이 쉽다.

Claims (21)

  1. 집적회로(IC) 카드의 IC 모듈을 구성하는 데에 사용되는 회로 기판으로서,
    IC 칩이 부착되는 본딩면과, 이 본딩면에 마주보며 상기 IC 칩을 외부와 전기적으로 연결하는 접촉면을 갖는 기판 몸체를 구비하며,
    상기 본딩면에는 상기 접촉면을 선택적으로 노출시키는 복수의 입출력 본딩 구멍과 복수의 안테나 비아 구멍이 형성되어 있고,
    상기 접촉면에는 복수의 금속층 패턴이 형성되어 있고, 이 금속층 패턴은 상기 입출력 본딩 구멍과 연결되는 복수의 입출력 금속 패턴과 상기 안테나 비아 구멍과 연결되는 안테나 라인 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  2. 제1항에서, 상기 본딩면에는 상기 IC 칩을 보호하는 봉지(encapsulation) 영역이 정의되고, 상기 복수의 안테나 비아 구멍은 상기 봉지 영역 내부에 형성된 제1 안테나 비아 구멍과 상기 봉지 영역 외부에 형성된 제2 안테나 비아 구멍을 포함하며, 상기 IC 칩은 상기 제2 안테나 비아 구멍을 통해 상기 안테나 라인 패턴과 직접 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 안테나 라인 패턴은 상기 안테나 비아 구멍 또는 제2 안테나 비아 구멍에 채워진 전기 전도성 물질에 의해 외부 안테나 라인과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에서, 상기 IC 칩의 전원 단자와 접지 단자 사이에는 바이패스 커패시터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  5. 제1항 또는 제2항에서, 상기 절연층은 폴리이미드 계열의 테이프이고, 상기 금속층 패턴은 구리 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  6. 제1항 또는 제2항에서, 상기 금속층 패턴 표면에는 니켈/금 층이 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  7. 제1항 또는 제2항에서, 상기 IC 칩은 상기 복수의 입출력 금속 패턴과 연결되는 제1 IC 칩과 상기 안테나 라인 패턴과 연결되는 제2 IC 칩을 포함하고, 제1 IC 칩은 접촉식 인터페이스를 담당하고 제2 IC 칩은 비접촉식 인터페이스를 담당하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  8. 제1항 또는 제2항에서, 상기 제1 안테나 비아 구멍은 입출력 본딩 구멍에 비해 더 봉지 영역 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  9. 제2항에서, 상기 제1 안테나 비아 구멍은 대칭 구조로 된 예비 비아 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
  10. 집적회로 (IC) 모듈과 상기 IC 모듈이 실장되는 카드 몸체를 포함하는 IC 카드로서,
    상기 IC 모듈은 회로 기판을 포함하고, 이 회로 기판은,
    IC 칩이 부착되는 본딩면과, 이 본딩면에 마주보며 상기 IC 칩을 외부와 전기적으로 연결하는 접촉면을 갖는 기판 몸체를 구비하며,
    상기 본딩면에는 상기 접촉면을 선택적으로 노출시키는 복수의 입출력 본딩 구멍과 복수의 안테나 비아 구멍이 형성되어 있고,
    상기 접촉면에는 복수의 금속층 패턴이 형성되어 있고, 이 금속층 패턴은 상기 입출력 본딩 구멍과 연결되는 복수의 입출력 금속 패턴과 상기 안테나 비아 구멍과 연결되는 안테나 라인 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  11. 제10항에서, 상기 본딩면에는 상기 IC 칩을 보호하는 봉지 영역이 정의되고, 상기 복수의 안테나 비아 구멍은 상기 봉지 영역 내부에 형성된 제1 안테나 비아 구멍과 상기 봉지 영역 외부에 형성된 제2 안테나 비아 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  12. 제10항에서, 상기 카드 몸체는 오목부를 포함하고, 상기 IC 모듈은 본딩면이 상기 오목부에 삽입되도록 카드 몸체에 실장되며, 상기 안테나 비아 구멍에는 전도성 물질이 채워지고, 이 전도성 물질에 의해 상기 IC 카드의 안테나 라인과 IC 모듈의 안테나 라인 패턴이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  13. 제11항에서, 상기 카드 몸체는 오목부를 포함하고, 상기 IC 모듈은 본딩면이 상기 오목부에 삽입되도록 카드 몸체에 실장되며, 상기 제2 안테나 비아 구멍에는 전도성 물질이 채워지고, 이 전도성 물질에 의해 상기 IC 카드의 안테나 라인과 IC 모듈의 안테나 라인 패턴이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  14. 제10항 또는 제11항에서, 상기 IC 칩과 금속 패턴층은 금속 와이어, 이방성 전도성 테이프, 플립칩 본딩 중 어느 하나에 의해 전기적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  15. 제10항 또는 제11항에서, 상기 안테나 라인 패턴은 접촉면을 통해 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  16. 제10항 또는 제11항에서, 상기 IC 칩은 접착제에 의해 금속 패턴층에 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  17. 제10항 또는 제11항에서, 상기 IC 카드는 접촉식 인터페이스와 비접촉식 인터페이스를 모두 제공하는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  18. 제10항 또는 제11항에서, 상기 IC 칩은 상기 복수의 입출력 금속 패턴과 연결되는 제1 IC 칩과 상기 안테나 라인 패턴과 연결되는 제2 IC 칩을 포함하고, 제1 IC 칩은 접촉식 인터페이스를 담당하고 제2 IC 칩은 비접촉식 인터페이스를 담당하는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  19. 제12항 또는 제13항에서, 상기 전도성 물질은 솔더(solder), 은 페이스트(Ag paste) 또는 이방성 전도성 필름(ACF)인 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  20. 제10항 또는 제11항에서, 상기 안테나 라인은 동작 주파수로 정해지는 길이로 상기 카드 몸체의 가장자리를 따라 배열되어 권선(winding)을 형성하는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
  21. 제10항 또는 제11항에서, 상기 IC 칩의 전원 단자와 접지 단자 사이에는 바이패스 커패시터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 IC 카드.
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