JP4783972B2 - 接触型非接触型共用icモジュール、および、それを用いたicカード - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルを用いて電磁誘導により通信を行う非接触型ICカードおよび接続端子を介して通信を行う接触型ICカードの機能を1つのICチップで実現する共用カード(以下「2Wayアクセスカード」という。)用ICモジュール、および、このICモジュールを実装したICカードに関する。
【0002】
【従来技術】
ICカードには大きく分けて、データの通信を外部装置とカード表面に形成された接続端子を介して行う接触型ICカードと、カード基体内部に、あるいは、モジュール内部に埋設されたループアンテナ(コイル)を通じて通信を行う非接触型ICカードがある。
歴史的には接触型ICカードが先行して実用化され、用途としては、IDカード、クレジットカード等、本人証明や、決済用として多く使用されている。
非接触型ICカードは、ゲート管理、例えば、交通システムや、ビル等への入出退等のゲートアクセス管理に用いられている。
また、近年、接触型の機能と非接触型の機能を1つのICチップに併せ持つ前記2Wayアクセス型チップが開発され、カード化され、実用化されている。
従来、この2Wayアクセス型チップを使用した2Wayアクセスカード用ICモジュールの製造に当たっては、ワイヤボンディングされた後トランスファーモールド法によって、熱硬化性樹脂で封止していた。
【0003】
封止の方法として、上記トランスファーモールド法の他に、ディスペンサによるポッティング塗布方法、メタルマスクを使用した印刷塗布方法がある。
ICモジュールの大きさはISOで決められており概ね一定の大きさで製品化されているので、チップサイズが小さい場合は上記ディスペンサによるポッティング塗布方法が多く採用されている。
チップサイズが大きくなると外部端子の裏側に開けられたボンディングワイヤ接続のための穴の周囲を囲むように絶縁体樹脂で加工した枠を形成して、チップを固定してワイヤボンディング加工を施し、その上から、ディスペンサにより液状の硬化性樹脂を注いで作製していた。
一方、印刷による方法も試みられているが製品の歩留まりが悪く多くは実施されていない。
【0004】
上記従来の印刷による方法について、図4、図5、図8、図9を参照して更に詳しく説明する。
通常の接触型ICカード用ICモジュールの場合は、図5に示すようにICモジュール基板7の裏側に、スクリーン印刷により封止枠3を形成する。
【0005】
図4は、印刷で封止枠を形成していた従来型の2Wayアクセス用ICモジュール1である。
図で判るように、左右にアンテナ接続用端子2c、および、この接続端子の延長上にアンテナ接続用回路2dが一体に連接されている。
前記アンテナ接続用回路2dを直角に跨いで、封止枠3がスクリーン印刷によってループ状に形成されている。封止枠の内側には、ICチップ5がモジュール基板7に接着剤(図示せず)で固定されていて、ICチップの表面に形成されている接続端子と外部端末との端子の裏側とが金属性のワイヤ4で、電気的に接続されている。
図4において、アンテナ接続用端子2cの延長上の2箇所のアンテナ接続用回路2dの先端部分が、ICチップのアンテナ端子とボンディングワイヤで接続されている。
図4のようにワイヤボンディング作業が終わると、封止枠3の内側に封止樹脂が印刷、または、ディスペンサによって注入され、封止される。
封止樹脂は、封止枠の高さより若干高めに盛り付けられ、紫外線、または、熱よって硬化される。
封止樹脂は、紫外線硬化樹脂の場合は透明で、2液硬化型の場合は黒色に着色されている場合が多い。
【0006】
図4のB部を拡大した図が図8で、図8のB−B線断面図が図9である。
図9において、モジュール基板7の上にスクリーン印刷、または、金属箔のエッチングによってアンテナ接続用回路2が形成され、その上に、スクリーン印刷によって封止枠3が形成されている。
封止枠印刷用のスクリーンインキは、印刷された直後の乾燥の前にインキが流れて、印刷した形状が変形しないように堅めに調合する。そのために、図のように、アンテナ接続用回路2の左右の脇の部分に隙間8が出来易い。
前記隙間8が出来ないように、スクリーン印刷用のインキを柔らかくすると、印刷した封止枠が変形してしまい、後工程で注入する封止樹脂が前記隙間8から封止枠の外に流出する。
前記封止樹脂の供給量は、図11の封止枠の高さh(図9の斜線の天地方向の幅と同じ)とループの内側の面積によって計算された体積に、図4のモジュール基板に開けられた6個の穴の体積をプラスした値から、ICチップを固定している接着剤の体積と、ICチップの体積、それに5本のボンディングワイヤの体積をマイナスした体積を正確に計算し若干盛り上がる量を見込んで決定される。
正しく供給された場合、硬化した後の封止樹脂(図10の9)の形状は、図10のX−X線断面を見たときに、図11の9のように若干山形の形状になる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、2Wayアクセスカード用ICモジュールの封止枠形成に当たって、封止樹脂が封止枠の隙間から漏れないようにするために印刷インキの処方をどのようにし、歩留まりを上げるかが課題であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ICモジュール基板の片側に外部装置接続用端子を形成し、前記外部装置接続用端子が形成されている側と逆側に、接着剤を介してICチップを固定し、前記ICチップの端子と前記外部装置接続用端子の裏側をICモジュール基板に開けた穴を通して金属製ワイヤで電気的に接続し、前記ICチップ、および、前記金属製ワイヤの外側に2箇所の切断部を有するループ形状のアンテナ接続用回路を形成し、前記2つの切断個所で分かたれたそれぞれのアンテナ接続用回路の外側延長上にアンテナ接続用端子を形成し、前記ループ形状のアンテナ接続用回路を被覆するように絶縁性の樹脂によるループ形状の封止枠を形成し、前記封止枠の内側に前記ICチップ、金属製ワイヤを被覆するための絶縁性の封止樹脂を形成した接触型非接触型共用ICモジュールを提供するものである。さらに、前記ICモジュールを組み込んだICカードを提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の接触型非接触型共用ICモジュールの実施形態について図面を参照して説明する。
【0010】
図1は、本発明の接触型非接触型共用ICモジュールの裏面について説明するための図である。図2は、図1の逆面について説明するための図である。図3は、図1のICチップを固定する前の状態の図で、モジュール基板の裏面のアンテナ接続用回路、アンテナ接続用端子について説明するための図である。図4は、従来の一実施例について説明するための図である。図5は、一般的な接触型ICモジュールの裏面について説明するための図である。図6は、図1のA部を拡大した図である。図7は、図6のA−A線断面図である。図8は、図4のB部を拡大した図である。図9は、図8のB−B線断面図である。図10は、封止枠の内側に不透明な封止樹脂を注入した状態について説明するための図である。図11は、図10のX−X線断面図である。図12は、アンテナ接続用回路の境界部分のパターンの一実施例である。
【0011】
図1、図2において、まず、テープ状の例えばポリイミド(厚さ100〜150μm)のモジュール基板7に、ガイドホールとICチップと外部端子を導通するための穴6が開けられる。
図1では、6個の穴が開けられたICモジュールがテープ状の状態から仕上りサイズに打ち抜かれた状態になっているが、製作の過程では、1列単位、または、2列単位で帯状に繋がっており各列の両側には、ガイドホールが空けられている。 ガイドホールを開けるときに同時に、または、ガイドホールが開けられた後で前述の穴6が開けられる。
前記モジュール基板7には、ポリイミドの外にガラスエポキシ、ガラスBTレジン、ポリエステル、ABS、ポリカーボネート、塩化ビニル等、物理的、化学的に強く、耐熱性の材料が一般的に使用される。
【0012】
モジュール基板7の両面に銅箔を接着した後、銅箔の上に例えば印刷法によりレジストインキでネガパターンを形成し、レジストを硬化させる。
図2に表示するICモジュールの外部端子面の各端子を分離している溝になる部分と、メッキのための導通回路部分を除いてレジストを形成する。
印刷時のモジュール基板の送りは、前記ガイドホールによって行われる。
次に、裏面のパターンニングに関しても図1におけると同様、銅箔の上にICチップ5を接着するための台座(図示せず)、アンテナ接続用端子2b、および、アンテナ接続用回路2a、穴6の部分にレジストインキを印刷する。この裏面の印刷に関しても前記ガイドホールが使用される。
インキを乾燥しレジストとして硬化した後腐食(エッチング)液に浸漬され、レジストが載っていない部分をモジュール基板の面が出るまで溶かし、水洗してエッチングを終了する。
【0013】
残った銅箔の表面からレジストインキを除去した後、裏面全面に再度レジストを塗布、乾燥する。
表面の銅箔の表面にニッケル、および、金メッキを施す。コストを押さえるために、金メッキを行わない場合も有る。
メッキが終わったら、裏面のレジストを剥がし乾燥する。
【0014】
前記の他に、モジュール基板の作製方法として、シート状のフィルムにパンチング等の方法により、ICチップとモジュールの端子を結線するための穴を開け、モジュール基板4の両面全面に銅箔を接着した後、各面の銅箔の上に印刷法などによりパターン状にレジストインキを形成し、インキの無い部分を腐食(エッチング)する方法もある。
【0015】
図3に示す、本発明のアンテナ接続用回路2aとアンテナ接続用端子2bについて詳細に説明する。
ICモジュール1の左右センターにICチップがモジュール基板7に貼付されている。その上下にアンテナ接続用回路2aの先端が直角に折れてICチップの近くまで延びている。延びた先端と、ICチップのアンテナ端子は、ICチップとアンテナ回路との接続の際に、ボンディングワイヤによって接続される(図1参照)。
【0016】
ループ状回路の左右中央部付近にカード基体に形成されたループアンテナとの接続用端子2bが前記アンテナ用回路と一体で繋がっている。
図3に示す実施例の場合は、一方のアンテナ接続用回路の先端はもう一方のアンテナ接続用回路の鍵型の先端との間に隙間20を形成している。この隙間は、図6で詳細に説明するが、大切な部分である。
【0017】
図1に戻って、前述のアンテナ接続用回路2aを覆い隠すように封止枠3が形成される(図1の四角い斜線の部分)。
封止枠はスクリーン印刷方式によって形成され、インキの粘度管理が印刷品質を左右する。印刷後乾燥工程に回され、紫外線または、熱によってインキ硬化が行われる。
封止枠が形成された多面付け状態のICモジュール基板フィルムの巻き取りはチップボンダ、ワイヤボンダにセットされ図1のごとくICチップ5が接着固定され、ボンディングワイヤ4によって各接点同士が電気的に接続される。
【0018】
図2は、ICモジュールの表側の外部端末との接続端子面であるが、図の白い溝によって仕切られた7つの左右の接触端子の中央部に、独立した部分がある。
多くのICカードはこの部分の裏側にICチップを配置している。
左側最上部は、電源供給端子、2段目は、リセット端子、3段目は、クロック端子で、右側の最上段は、グランド端子、2段目は、未使用端子、3段目は、伝送端子である。
なお、中央部の広い面積の部分はこの実施例の場合グランド端子と一体化されているが、静電気が蓄積した場合の放電効果があるために前記のように一体化している例が多い。
また左右の最下段は予備として設けてあり、しばらくは未使用端子である。そのために最初から6端子にしてモジュール基板を作成するメーカーも有る。
【0019】
また、端子部分は前述の銅箔がエッチングされた後、銅の表面にニッケルメッキが施され、更に、錆び止めのために、1μm前後の金メッキが施される。
そのために前記溝の部分がメッキによって若干狭くなる。
また、図2の左右にそれぞれ4本の回路が周囲の溝に突き出ているが、これはエッチングによって孤立した端子面にニッケル、金メッキを施すためのリードである。
【0020】
また、図2において、点線で表示している各端子の中の円い表示は、外部端子の裏側のモジュール基板に開けられた穴6である。この穴6から覗く端子の裏側は、銅の表面にニッケル、または、金メッキ(金メッキがない場合もある)が施されており、そのままワイヤボンディング可能な状態になっている。
【0021】
図6、図7、および図1を参照して本発明の接触型非接触型共用ICモジュールの封止枠周辺部について詳しく説明する。
図1のA部を拡大した図が図6である。即ち、黒で示しているアンテナ接続用回路2aの黒色の帯を覆うように斜線で示す封止枠樹脂3が形成されており、互いに離れて形成された2つの回路の境界は図6のように極めて狭くなっている。
封止枠を形成するスクリーンインキの固さと、前記境界の幅の設定には大きな関係が有り、適度の硬さの場合は、境界の幅を狭くすることが出来、その結果、封止枠の高さh1と、h2を略同じにすることが出来る。
前記h1と、h2の高さの差を如何にして少なくするかが大切なポイントである。
インキがある程度堅くても、アンテナ接続用回路の幅を狭くし、封止枠の幅を広くしてやることによって境界の部分に隙間が生じても、幅方向のエッジがその隙間を封じてくれるので封止樹脂が注入されても外に漏れ出すことは無い。
【0022】
逆に、アンテナ接続用回路の幅を広くし、封止枠の幅を同等か、それより狭くして、印刷インキの銅に対する濡れ性を悪くし、モジュール基板に対する濡れを良くすることによって前記境界をインキで埋め、隙間を作らず、h1と、h2の差を少なくする方法をとることも出来る。
また、アンテナ接続用回路の境界部分の形状を図12のようにすることによって隙間を閉じることも出来る。
【0023】
【実施例】
(実施例)
モジュール基板として、125μmのポリイミドフィルムを使用した。
前記モジュール基板に、ICチップと外部端子を電気的に接続するために、ワイヤボンディングするための直径1mmの穴を開けた。
次に、モジュール基板の両面にウレタン系の接着剤を塗布し、18μmの銅箔を貼付した。
紫外線硬化タイプのレジストを銅箔面に塗布し、硬化させた後、表面には端子パターンを焼き付け、裏面にはアンテナ接続用端子付きアンテナ接続用回路パターンを焼き付けた。
前記アンテナ接続用端子付きアンテナ接続用回路パターンは、図3に示すようなパターンとし、境界部20は、図12の上に示すようなパターンとし、境界の幅を1mmとした。
塩化鉄のエッチング液によってエッチングし、外部端子、および、アンテナ接続用端子付きアンテナ接続用回路を形成した。
裏面をマスキングし、表面の外部端子にニッケルメッキを施し、裏面のマスキング膜を除去した。
スクリーン印刷によって封止枠を印刷した。使用したインキは透明のアクリル樹脂で、硬化には紫外線を使用した。透明な樹脂を使用した理由は、境界部分の樹脂漏れ状況が目視できるようにするためである。
また、封止枠の高さは、0.03mmと設定した。インキ乾燥後図7のh1、h2部の高さの差を測定したところ、0.008mmで、封止樹脂を注入する場合問題の無い値であった
次に、バックをエッチングによって0.20mmの厚さにした4×6mmサイズのEEPROMのICチップを、モジュール基板に接着剤で固定した。
次に、外部端子とICチップをワイヤでボンディングした。
ワイヤーボンディングを終えたICモジュールの封止枠の内側に、赤く着色したポリウレタン樹脂をディスペンサによって注入した。
加熱室に入れて、50℃で60分放置し封止樹脂を硬化させた。
【0024】
上記ICモジュールを1000個作製し、封止樹脂の漏れ状況、封止枠からのあふれ出し状況についてレンズで拡大して観察した。
出来上がりは、極めて良好で前記2項目による不良品はゼロであった。
【0025】
【発明の効果】
上記のごとく、アンテナ接続用回路に沿わせて封止枠を形成し、アンテナ接続用回路の境界の幅、形状を、印刷インキの特性に合わせて組み合わせることによって目的とする効果が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接触型非接触型共用ICモジュールの裏面について説明するための図
【図2】図1の逆面について説明するための図
【図3】図1のICチップを固定する前の状態の図で、モジュール基板の裏面のアンテナ接続回路、アンテナ接続端子について説明するための図
【図4】従来の一実施例について説明するための図
【図5】一般的な接触型ICモジュールの裏面について説明するための図
【図6】図1のA部を拡大した図
【図7】図6のA−A線断面図
【図8】図4のB部を拡大した図
【図9】図8のB−B線断面図
【図10】封止枠の内側に不透明な封止樹脂を注入した状態について説明するための図
【図11】図10のX−X線断面図
【図12】アンテナ接続用回路の境界部分のパターンの一実施例である。
【符号の説明】
1 ICモジュール
2a、2b、2c、2d アンテナ接続用回路
3 封止枠
4 ボンディングワイヤ
5 ICチップ
6 穴
7 モジュール基板
8 隙間
9 封止樹脂
20 境界
h 封止枠の高さ
h1 封止枠の平均的な高さ
h2 境界部の封止枠の高さ
Claims (2)
- ICモジュール基板の片側に外部装置接続用端子を形成し、前記外部装置接続用端子が形成されている側と逆側に、接着剤を介してICチップを固定し、前記ICチップの端子と前記外部装置接続用端子の裏側を金属製ワイヤで電気的に接続し、前記ICチップ、および、前記金属製ワイヤの外側に2箇所の切断部を有するループ形状のアンテナ接続用回路を形成し、前記2つの切断個所で分かたれたそれぞれのアンテナ接続用回路の外側延長上にアンテナ接続用端子を形成し、
前記ループ形状のアンテナ接続用回路を被覆するように絶縁性の樹脂によるループ形状の封止枠を形成し、
前記封止枠の内側に前記ICチップ、金属製ワイヤを被覆するための絶縁性の封止樹脂が形成されたことを特徴とする接触型非接触型共用ICモジュール。 - 請求項1に記載のICモジュールを組み込んだICカード。
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