WO1999062026A1 - Carte a circuit integre et bobine plate pour une telle carte - Google Patents

Description

明 細 書 -

I C力一 ド及び I c力一 ド用平面コイル 技術分野

本発明は I C力一 ドと く に非接触形の I C力一 ドとこれに用いる平面 コイルに関する。

非接触型の I Cカー ドは薄平板状に形成されたカー ド素材内に、 導 線を複数回巻回して成る平面コイルと、 平面コイルに電気的に接続 された半導体素子とを収納して成る。 平面コイルはカー ド処理装置 と I C力一 ドとの間で情報を授受するアンテナと して作用する もので あり、 平面コイルを介在させるこ とによって、 非接触でカー ド処理 装置と半導体素子との間で情報授受を行う こ とが出来る。 背景技術

I Cカー ドに形成する平面コイルの製造方法と しては、 従来、 電気 的絶縁性材料で被覆された絶縁被覆ワイヤを卷回して平面コイルと する もの、 樹脂フ ィ ルムの表面をスパッ タ リ ング等により金属箔に よって被覆し、 金属箔にエッチングを施して平面コイルとする もの 、 金属の薄板にプレス加工を施して平面コイルとする もの （特開平

6 一 310324号公報） 等がある。

図 1 1は平面コイル 100に半導体素子 102を搭載した I Cカー ドの構 成例を示す。 図のように平面コイル 1 00は導線を交差させないよう に平面内で巻回して形成し、 平面コイル 100の端子 1 00 a， 100 bを半 導体素子 102の電極に電気的に接続する。 半導体素子 102と平面コ ィル 100とを接続する方法には、 図 1 1に示すよう に平面コイル 100 の導線に重ねて半導体素子 1 02を配置し、 平面コイル 1 00の各々の 端子 100a， 100bを半導体素子 102の電極に接続する方法、 平面コィ ノレ 100の端子 100a， 100bをと もにコイ ルの内側あるいは外側に引き 出してその引き出 し端を半導体素子 102に接続する方法がある。

しかしながら、 図 11に示すよう に平面コイル 100に重ねて半導体 素子 102を配置した場合は、 ICカー ドの厚さは少な く と も平面コィ ル 100の厚さ と半導体素子 102の厚さを合わせたものとなるから、 I Cカー ドの厚さが制限されている場合に問題となる。 また、 図 11に 示すように平面コイル 100の端子 100a， 100bをそのまま半導体素子 102の電極に接続できるよう にするためには半導体素子 102の電極 間距離が平面コィル 100の配置幅より も大き く なければならない。 したがって、 平面コイル 100の配置幅より も小さな半導体素子 102 では図 11のような配置形態をとる こ とができな く なる。

なお、 半導体素子 102のかわり にチップモジュ ールを使用 し、 チ ップモジュールの電極に平面コイル 100の端子 100a， 100bを電気的 に接続する場合もあるが、 この場合も同様な問題が生じる。

一方、 平面コイル 100の内側あるいは外側に平面コイル 100の端 子 100a, 100bを配置する場合は、 平面コ イ ルの端部を平面コ イ ル 1 00を横切るよう に折り曲げるといったこ とが必要になり、 平面コィ ノレ 100の製造工程が複雑になるといつた問題がある。 発明の開示

本発明はこれらの問題点を解消すべく なされたものであり、 その 目的とするところは、 大小に関わらず半導体素子が容易に搭載でき 、 また ICカー ドの薄型化を好適に図るこ とができて製造も容易な IC 力一 ドとこれに好適に用いる こ とができる平面コイルを提供しょう とする ものである。

本発明によると、 電極を有する半導体素子と、 導線を同一平面内で巻回して成り、 両端に端子を有する平面コィ ルと、 該平面コイルの両端の端子と前記半導体素子の電極とを電気 的に接続する電気的接続手段と、 前記半導体素子、 平面コイル及び 接続手段を両面から挟み込んで封止する樹脂フ ィ ルムと、 を具備す る I Cカー ドにおいて、 前記半導体素子は前記平面コイ ルの厚さより も薄く 、 該平面コイルの厚さの範囲内でかつ該平面コイ ルの導線と 干渉しない平面領域に配置され、 平面コイ ルの導線の前記接続手段 が通過する表面部位に、 該接続手段が前記平面コ イ ルの厚さの領域 より突出するこ とな く 通過できる薄肉部を形成したこ とを特徴とす る I C力一 ドが提供される。

前記平面コイルは、 金属からなる薄板材をプレス加工して導線に 形成すると と もに、 所要部位に前記薄肉部を形成したものであるこ とを特徴とする。 或いは、 前記平面コイ ルは、 金属からなる薄板材 をエッチング加工して導線に形成するとと もに、 所要部位に前記薄 肉部を形成したものであるこ とを特徴とする。

前記接続手段は、 ボンディ ングワイヤからなり、 該ボンディ ング ワ イ ヤの端部が、 前記平面コイ ルの両端の端子と前記半導体素子の 電極との間でボンディ ング接続されている こ とを特徴とする。 この 場合において、 前記ボンディ ングワイヤは、 電気的絶縁性を有する 被覆材により ワイヤの外周面を被覆したものである こ とを特徴とす る。

或いは、 前記電気的接続手段は、 絶縁材フ ィ ルムに導電パター ン を形成したフ ィ ルムキャ リ アから成り、 該導電パターンが、 前記平 面コイルの両端の端子と前記半導体素子の電極とに電気的に接続さ れているこ とを特徴とする。

前記半導体素子は、 前記導線が巻回された平面コイルの隣接する 導線間に配置されているこ とを特徴とする。 この場合において、 前 記平面コイルは、 隣接する導線が同一平面内で曲設され、 該隣接す る導線間に前記半導体素子が配置される領域を規定しているこ とを 特徴とする。

或いは、 前記半導体素子は、 前記導線が巻回された平面コイルの 外周縁部の外側又は内周縁部の内側に配置されている こ とを特徴と する。

また、 本発明によると、 半導体素子と電気的接続手段を介して電 気的に接続される端子が両端に設けられた、 導線を同一平面内で巻 回して成る I Cカー ド用平面コイルにおいて、 前記接続手段が通過す る表面部位に、 該接続手段が該導線の厚さの範囲内から突出するこ となく 、 通過できる薄肉部を形成したこ とを特徴とする I Cカー ド用 平面コイルが提供される。

前記薄肉部の表面に電気的絶縁性を有する絶縁層を被着させたこ とを特徴とする。

前記平面コイルは、 隣接する導線が同一平面内で曲設され、 該隣 接する導線間に半導体素子を配置するための空間を設けたこ とを特 徵とする。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明に係る I C力一 ドの第 1 の実施形態の概略構成を示す 説明図である。

図 2 は半導体素子と平面コイルとの接続部の構成を示す平面図で あ ¹ Ώ

図 3 は半導体素子と平面コイルとの接続部の構成を示す側面図で

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図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) は導線に設けた薄肉部の表面に絶縁層 を設けた状態の断面図である。 図 5 は ICカー ドの第 2 の実施形態での接続部の構成を示す平面図 である。

図 6 は ICカー ドの第 3 の実施形態での接続部の構成を示す平面図 である。

図 7 ( a ) 及び図 7 ( b ) はテープキ ャ リ アによる接続部の構成 を示す平面図及び側面図である。

図 8 ( a ) 及び図 8 ( b ) はテープキ ャ リ アによる接続部の別構 成を示す平面図及び側面図である。

図 9 はテープキ ヤ リ アを使用 した ICカー ドの平面図である。

図 10はテープキャ リ アを使用 した別の実施形態に係る ICカー ドの 平面図である。

図 11は従来の ICカー ドの構成を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しつつ詳 述する。

図 1 は IC力一ドの第 1 の実施形態を示す。 この実施形態の IC力一 ドは 2枚の樹脂フ ィ ルム 10の中間にァンテナを構成する平面コィル 12と半導体素子 14とを封止するよう に挟んで密着し、 カー ド形状に 形成したものである。

平面コイル 12は銅等の金属の薄板材をエッチング又はプレス加工 によ って形成し、 半導体素子 14と平面コ イ ル 12とは、 半導体素子 14 の電極と平面コイル 12の端子 12 a とをボンディ ングワイヤ 16を用い たワイヤボンディ ングによって電気的に接続している。

図 2 および図 3 は本実施形態の 1Cカー ドで最も特徴的な構成部分 である半導体素子 14と平面コイル 12の端子 12 a との接続部分を拡大 して示す平面図及び側面図である。 12bは平面コイル 12を構成する 導線である。 平面コイル 12は図 7 に示す従来の I C力一 ドと同様に、 導線 12 bを複数回巻回した形状に形成されている。

金属の薄板材にプレス抜き加工を施して平面コイル 1 2を製造する 方法は、 導線 1 2 bを細幅で形成するといつた微細加工が容易にでき 、 したがって導線 12 bを多数回巻回した形状を形成するこ とが容易 であり、 複数の加工ステージを用いる順送り加工によって容易に量 産可能であるこ とから、 従来の被覆線を巻回する方法にく らべて製 造コス トを大幅に引き下げる こ とが可能であるという利点がある。 なお、 金属の薄板材をエッチングして平面コイルを形成するこ と も もちろん可能である。 導線をきわめて微細に加工する等の際にはェ ツチングが有効である。

図 2 に示すように、 本実施形態では平面コイル 1 2の導線 12 bが通 過するコイルの幅内に半導体素子 14を配置し、 かつ導線 1 2 b と半導 体素子 14とが重ならないよう半導体素子 14の外側を迂回して導線 12 bを配置することを特徴とする。 これは、 半導体素子 14のサイズが 小さいこ とから、 平面コイル 1 2の両側の端子 12 a， 12 a に同時に半 導体素子 14の電極を接続する こ とができないためであるが、 逆に、 半導体素子 14のサイズが小さいこ とから導線 12 bを半導体素子 14を 避ける配置と しても平面コイル 12の特性に悪影響を及ぼさないこ と にもよる。

本実施形態のように半導体素子 14と平面コイル 12の導線 1 2 bが重 ならない配置と した場合は、 I C力一 ドの全体厚は平面コイル 12と半 導体素子 14の厚さを各々考慮するだけで良いから、 I C力一 ドを効果 的に薄く形成できる という利点がある。

なお、 半導体素子 14と平面コイル 12の端子 12 a との電気的接続は 電気的絶縁性を有する被覆材によってワイヤの外周面を被覆したボ ンディ ングワイヤ 16を用いて行う。 被覆したボンディ ングワイヤ 16 を使用するのは半導体素子 14の電極と端子 1 2 a との中間で導線 12 b にボンディ ングワイャ 16が接触して電気的短絡が生じないようにす るためである。

もちろん、 ボンディ ングワイヤ 16と導線 12 b とが電気的に短絡す るおそれがない場合には被覆材を被覆したボンディ ングワイヤ 1 6を 使用 しなく てもよい。 たとえば、 図 4 ( a ) に示すよう に薄肉部 12 cの表面に電気的絶縁性フ イ ルムを接着して絶縁層 1 3を形成する方 法、 あるいは図 4 ( b ) に示すよう に薄肉部 12 cの内底面に電気的 絶縁性を有する樹脂を塗布して絶縁層 13を形成する方法により、 被 覆材で被覆していないボンディ ングワイヤを使用 してワイヤボンデ ィ ングするこ とができる。

被覆したボンディ ングワイヤ 16を使用するワイヤボンディ ング方 法では、 ボンディ ングワイヤをボンディ ング面に押接し、 ボンディ ングワイヤに超音波振動を与えて摩擦させる こ とによって、 被覆材 が剝離され、 ワイヤが露出 してボンディ ングされる。 したがって、 本実施形態のよう に導線 12 bを横切るよう に してワイヤボンディ ン グする場合には好適に使用するこ とができる。

ワイヤボンディ ング法にはゥ ヱ ッ ジボンディ ング法のよう にそれ ほど高い弧を描かないよう に してボンディ ングする方法もある力く、 ボンディ ングワイヤを引き出すためにボンディ ング部の高さより も 幾分ボンディ ングワイヤが上方に突出する。 本実施形態ではボンデ ィ ングワイヤ 16が導線 12 bの面より も突出 しないよう にするため、 ボンディ ング時にボンディ ングワイャ 16が通過する部位の導線 12 b にコイニングを施して導線 12 bの厚さを薄く している。

図 3 では導線 1 2 bにコイニングを施して薄肉部 12 cを形成した状 態を示す。 図 2で C部分が薄肉部 12 cを形成した範囲である。 図 3 で Hが導線 12 bの厚さ、 Lが薄肉部 12 cを形成した部位での導線 12 bの厚さを示す。

プレス抜き加工によってパターン形成する金属の薄板材の厚さは およそ 100 z m程度であり、 半導体素子 14の厚さは 50 m程度であ るから、 コイニングによって導線 12bの厚さ Lを 50 / m程度にする 。 このよう に薄肉部 12 cを形成しておけば、 ボンディ ングワイヤ 16 が薄肉部 12 c内に収まるよう にボンディ ングする こ とができ、 半導 体素子 14とボンディ ングワイヤ 16を平面コイル 12の厚さの範囲内に 収めるこ とが可能となる。

本実施形態では図 2 に示すように、 導線 12bにコイニングを施し て薄肉部 12 cを形成する範囲をボンディ ングワイャ 16が通過する範 囲より も広幅 （幅 C ) にしているが、 これはプレス加工によって平 面コイル 12を製造する関係上、 コイニング加工も 1 回のパンチ加工 でできるよう にしたためである。 もちろん、 ボンディ ングワイヤ 16 が通過する経路に沿ってのみコイニングを施すよう に してもよい。 図 5 および図 6 は ICカー ドの第 2、 第 3 の実施形態を示す説明図 である。 これらの実施形態では平面コイル 12を構成する導線 12bが 配置される幅内から外れた位置、 すなわち平面コイル 12の外周縁部 より も外側または平面コイル 12の内周縁部より も内側に半導体素子 14を配置し、 平面コイル 12の端子 12 a と半導体素子 14とを導線 12 b を横切るようにワイヤボンディ ングしている。

図 5 に示す実施形態では両側の端子 12a にコイニング加工を施し て端子 12 aを薄厚に形成すると と もに、 導線 12 bを横切る一方のボ ンデイ ングワイヤ 16 aが通過する部位に合わせてコイニング加工を 施して薄肉部 12 cを形成している。 導線 12bを超えて端子 12a に接 続されるボンディ ングワイヤ 16 aについては薄肉部 12 c を形成した 部位を通過してワイヤボンディ ングする こ とにより導線 12bの表面 からボンディ ングワイヤが突出 しないよ う にして接続するこ とがで きる。

図 6 に示す実施形態では平面コィル 12の端子 12 a と半導体素子 14 とを接続する 2本のボンディ ングワイヤ 16が通過する部位に合わせ て導線 12 bに薄肉部 12 cを形成し、 薄肉部 12 cを横切るよう にボン ディ ングワイャ 16が通過するよう に構成している。

この実施形態の場合も、 平面コイル 12の導線 12 b と半導体素子 14 の配置位置が重ならないこ とから ICカー ドの全体厚を薄く形成する こ とができ、 ボンディ ングワイャ 16が通過する部位を薄肉部 12 c と するこ とによって平面コイル 12の厚さ内にボンディ ングワイヤを収 めるこ とが可能となっている。

本発明に係る ICカー ドは、 上述したよう に平面コイル 12と半導体 素子 14とが重ならないように配置し、 かつ導線 12 b上で平面コイル 12の端子 12 a と半導体素子 14の電極とを接続するボンディ ングワイ ャ 16が通過する部位を薄肉部 12 c と してボンディ ングワイャ 16が導 線 12 bの表面から突出しないよう に接続する こ とにより ICカー ドの 全体の厚さが薄く なるよう に している。

ワイヤボンディ ングによって平面コイル 12と半導体素子 14とを接 続するこ とにより、 半導体素子 14の大きさや配置位置によ らずに平 面コイル 12と半導体素子 14とを電気的に接続するこ とが可能となる 。 また、 平面コイル 12の端子 12 a と半導体素子 14とをワイヤボンデ ィ ングした状態はボンディ ングワイヤ 16によって半導体素子 14を吊 持した状態となるから半導体素子 14をワイヤボンディ ングした状態 で平面コイル 12とと もに半導体素子 14を搬送するこ とが容易に可能 となる。

なお、 ボンディ ングワイヤにかえて金属リ ボンにより半導体素子 14と平面コイル 12の端子 12 a とを接続してもよい。 金属リ ボンはボ ンディ ングワイヤにく らベて抵抗値が小さいという利点がある。 図 7 ( a ) 及び図 7 ( b ) は電気的接続手段と してボンディ ング ワイヤに代えてテープキヤ リ ァ（TABテープ） を使用する場合の接続 部の実施形態を示す平面図及び側面図である。

この実施形態では、 テープキ ャ リ ア 20は絶縁性の樹脂フ ィ ルム 21 に 2本の略平行な導体バタ一ン 22が形成されたものである。 樹脂フ イ ルム 21は半導体素子 14の位置ではこの半導体素子 14の平面上のサ ィズより大きい開口部 21 a となっており、 2本の導体パター ン 22は この開口部 2 1 a上を越えて走っている。

2本の導体パターン 22の一端は同じ長さの部位まで延びており、 開口部 21 a の位置で半導体素子 14の電極に電気的に接続されており 、 他端は長く延びた方と短かく 延びた方とがあり、 それぞれ平面コ ィル 12の外側の端子、 内側の端子に接続されている （半導体素子 14 が平面コイル 12の内側に配置されている場合） 。

この実施形態では導体パター ン 22に関して、 半導体素子 14が樹脂 フ ィ ルム 21と同じ側に位置するように導体パター ン 22に接続されて いる。 従って、 この実施形態は半導体素子 1 4の厚さが薄い場合に好 適である。 なお、 23は平面コイル 1 2の導線 12 b との間で絶縁を図る ための絶縁性レジス トである。

図 8 ( a ) 及び図 8 ( b ) はテープキャ リ アを使用する場合の接 続部の別の実施形態を示す平面図及び側面図である。 前記の実施形 態と異なる点は、 半導体素子 14が導体パター ンに関して樹脂フ ィ ル ム 21と反対の側に位置するよう に導体パターンに接続されている点 である。 このため、 前記の実施形態のよう に開口 2 1 aを設けていな い。 この実施形態では半導体素子 1 4は平面コイル 1 2の側に位置する こ ととなるので、 平面コィルの 12の導体 1 2 b の薄肉部を設けな く て も十分に平面コ イ ルの導体 1 2 b の厚さ範囲 c 内に収ま る可能性があ なお、 この実施形態において、 半導体素子 14の保持が十分でない 場合は、 半導体素子 14の周囲に補強材 24を設けてもよい。

図 9及び図 10は上述のように電気的接続手段と してボンディ ング ワイヤに代えて、 テープキ ャ リ アを使用 した場合の実施形態を示す もので、 半導体素子の位置はそれぞれ図 2及び図 6 の実施形態に対 応ずる。 テープキ ャ リ ア 20と半導体素子 14との接続構成は図 7 ( a )， ( b ) の形成でも図 8 ( a ) , ( b ) の形成のいずれでも可能であ る。

なお、 上述の本発明の各実施形態の I Cカー ドは金属薄板材にプレ ス加工を施して形成した平面コイル 12を使用するが、 金属薄板材を プレス抜き加工して導線 12 bを成形する工程と合わせてコイ ニ ング 加工を施すこ とにより導線 12 bに薄肉部 12 c を形成する こ とは容易 であり、 同一の製造ラィ ンで加工するこ とができる という利点があ る。 産業上の利用可能性

本発明に係る I C力一 ドによれば、 上述したよ う に構成したこ とに より、 平面コイルのコイル幅や半導体素子の大きさに関わらず平面 コイルと半導体素子とを電気的に接続する こ とが可能である。 また

、 導線を横切ってボンディ ングワイヤが通過する部位に合わせて導 線に薄肉部を設けたこ とによって、 平面コイルと半導体素子との接 続部を平面コ イ ルの厚さ と略同程度以下の厚さにする こ とができ、 I Cカー ドの薄型化を好適に図るこ とが可能になる。 また、 金属の薄 板材をプレス加工して平面コイルを製造するこ とによって、 平面コ ィ ルの生産性を向上させ製造コ ス トを効果的に引き下げるこ とが可 能になる等の著効を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲 ―

1 . 電極を有する半導体素子と、

導線を同一平面内で巻回して成り、 両端に端子を有する平面コィ ノレと、

該平面コイ ルの両端の端子と前記半導体素子の電極とを電気的に 接続する電気的接続手段と、

前記半導体素子、 平面コイル及び接続手段を両面から挟み込んで 封止する樹脂フ ィ ルムと、 を具備する I Cカー ドにおいて、

前記半導体素子は前記平面コ イ ルの厚さよ り も薄く 、 該平面コィ ルの厚さの範囲内でかつ該平面コイ ルの導線と干渉しない平面領域 に配置され、

平面コイルの導線の前記接続手段が通過する表面部位に、 該接続 手段が前記平面コイ ルの厚さの領域より突出する こ となく通過でき る薄肉部を形成したこ とを特徴とする I Cカー ド。

2 . 前記平面コイルは、 金属からなる薄板材をプレス加工して導 線に形成するとと もに、 所要部位に前記薄肉部を形成したものであ るこ とを特徴とする請求項 1 に記載の I C力一 ド。

3 . 前記平面コイルは、 金属からなる薄板材をエッチング加工し て導線に形成するとと もに、 所要部位に前記薄肉部を形成したもの であるこ とを特徴とする請求項 1 に記載の I C力一 ド。

4 . 前記接続手段は、 ボンディ ングワイヤからなり、 該ボンディ ングワイ ヤの端部が、 前記平面コィ ルの両端の端子と前記半導体素 子の電極との間でボンディ ング接続されている こ とを特徴とする請 求項 1 に記載の I C力一ド。

5 . 前記ボンディ ングワイャは、 電気的絶縁性を有する被覆材に より ワイヤの外周面を被覆したものである こ とを特徴とする請求項 4 に記載の I Cカー ド。

6 . 前記接続手段は、 絶縁材フ イ ルムに導電パターンを形成した フ ィ ルムキャ リ アから成り、 該導電パターンが、 前記平面コイルの 商端の端子と前記半導体素子の電極とに電気的に接続されているこ とを特徴とする請求項 1 に記載の I C力一 ド。

7 . 前記半導体素子は、 前記導線が巻回された平面コイルの隣接 する導線間に配置されているこ とを特徴とする請求項 1 に記載の I C カー ド。

8 . 前記平面コイルは、 隣接する導線が同一平面内で曲設され、 該隣接する導線間に前記半導体素子が配置される領域を規定してい るこ とを特徴とする請求項 7 に記載の I Cカー ド。

9 . 前記半導体素子は、 前記導線が巻回された平面コイルの外周 縁部の外側又は内周縁部の内側に配置されている こ とを特徴とする 請求項 1 に記載の I C力一ド。

10. 前記薄肉部はその表面に絶縁層が形成されているこ とを特徴 とする請求項 1 に記載の I C力一 ド。

1 1. 半導体素子と電気的接続手段を介して電気的に接続される端 子が両端に設けられた、 導線を同一平面内で巻回して成る I Cカー ド 用平面コイルにおいて、

前記接続手段が通過する表面部位に、 該電気的接続手段が該導線 の厚さの範囲内から突出する こ となく 、 通過できる薄肉部を形成し たこ とを特徴とする I C力一 ド用平面コィル。

12. 前記薄肉部の表面に電気的絶縁性を有する絶縁層を被着させ たこ とを特徴とする請求項 1 1に記載の I Cカー ド用平面コイル。

13. 前記平面コイルは、 隣接する導線が同一平面内で曲設され、 該隣接する導線間に半導体素子を配置するための空間を設けたこ と を特徴とする請求項 1 1に記載の I Cカー ド用平面コイル。