(57)【要約】【課題】高精度の静電容量および温度特性に優れたコンデンサを有する薄型のＩＣモジュールを提供する。【解決手段】ＩＣカード１０のアンテナコイル１００に接続される端子１７０ａ〜１７０ｃを構成するリードフレーム１７０に、ＩＣチップ１２０と同調用積層型チップコンデンサ１４０ａ〜１４０ｃとが実装され、樹脂封止されたＩＣモジュールであり、積層型チップコンデンサがリードフレームを切り欠いて形成された溝部１７２に実装されている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線情報記憶媒体のアンテナコイルに接続される端子を構成するリードフレームに、ＩＣチップと同調用積層型チップコンデンサとが実装され、樹脂封止されたＩＣモジュール。
【請求項２】
前記積層型チップコンデンサが、前記リードフレームを切り欠いて形成された溝部に実装されている請求項１記載のＩＣモジュール。
【請求項３】
前記溝部は、前記リードフレームの厚さの一部を切り欠いて形成されている請求項２記載のＩＣモジュール。
【請求項４】
前記積層型チップコンデンサの電極端子と前記リードフレームは、半田により電気接続されている請求項２または３記載のＩＣモジュール。
【請求項５】
前記積層型チップコンデンサの電極端子と前記リードフレームは、ワイヤボンディングにより電気接続されている請求項２または３記載のＩＣモジュール。
【請求項６】
アンテナコイルを含む回路パターンが形成された基板と、
前記アンテナコイルの回路パターンに接続されるように前記基板に実装された請求項１乃至５の何れかに記載のＩＣモジュールとを有する無線情報記憶媒体。
【請求項７】
請求項６記載の無線情報記憶媒体と、読み出し書き込み装置とを備えた無線情報送受信装置であって、
前記無線情報記憶媒体と前記読み出し書き込み装置とを相対的に近接させたときの、前記無線情報記憶媒体のアンテナコイルと前記読み出し書き込み装置のアンテナコイルとの結合によって誘起される高周波信号により動作を開始し、前記高周波信号を介してデータの送受信を行う無線情報送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップと同調用コンデンサとを一体化したＩＣモジュールおよびこれを用いた非接触ＩＣカードなどの無線情報記憶媒体並びに無線情報送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の無線情報記憶媒体（以下、ＩＣカードとも言う。）は、プラスチック製カード基板の主面に、ループアンテナと、このループアンテナの端子に接続されたＩＣチップと、同調用コンデンサとが形成されたものであり、乗車券の改札や入退室管理装置などに利用されている。
【０００３】
この非接触ＩＣカードを別設のリーダライタ（読み出し書き込み装置）のループアンテナに近づけると、電磁誘導によってＩＣカード側のループアンテナの端子に誘導電圧が生じ、ＩＣチップは安定化された電源電圧を得て、変調波を復調することでリーダライタからの送信データを受信する。また、ＩＣチップ内のメモリに格納されたデータをリーダライタへ送るときは、ＩＣチップ内の負荷をデータによって変動させることでループアンテナの終端インピーダンスを切り換え、リーダライタはこの負荷変動を検出し復調することでＩＣカードからのデータを受信する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした非接触ＩＣカードを製造する際、アンテナコイルの信号周波数ｆを同調させるためのコンデンサも基板に形成されている。アンテナコイルの信号周波数ｆは、コンデンサ静電容量Ｃ、アンテナコイルのインダクタンスＬとしたときにｆ＝１／（２π√（ＬＣ））で表されるので、コンデンサ静電容量を調節することでアンテナコイルの信号周波数を同調していた。
【０００５】
具体的には、基板を構成するポリイミドフィルムやポリエチレンナフタレートフィルムを絶縁体とし、このポリイミドフィルムの両面に銅やアルミニウムの電極を形成することで基板にフィルムコンデンサを造り込んでいた。
【０００６】
しかしながら、こうした構造のフィルムコンデンサでは、ポリイミドフィルムやポリエチレンナフタレートフィルムの厚さが製造上不均一であるため静電容量の精度が低く、実際にはトリミングを行うことで最終的な静電容量を微調整する必要があった。
【０００７】
また、ポリイミドフィルムやポリエチレンナフタレートフィルムのコンデンサでは温度変化にともない誘電正接（ｔａｎθ）の変動量が大きいので、同調用コンデンサの温度特性が満足できないといった問題もあった。
【０００８】
もっとも、積層型チップコンデンサは静電容量の製造精度が高く、温度特性にも優れているが、厚さが３００μｍと厚いのでＩＣカードなどの極薄なものに用いるには不向きであった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高精度の静電容量および温度特性に優れたコンデンサを有する薄型のＩＣモジュールおよびこれを用いた無線情報記憶媒体並びに無線情報送受信装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明によれば、無線情報記憶媒体のアンテナコイルに接続される端子を構成するリードフレームに、ＩＣチップと同調用積層型チップコンデンサとが実装され、樹脂封止されたＩＣモジュールが提供される。
【００１１】
この場合、前記積層型チップコンデンサを、前記リードフレームを切り欠いて形成された溝部に実装することがより好ましい。この溝部の構造としては、リードフレームの厚さの全部を切り欠いて形成するものの他、リードフレームの厚さの一部を切り欠いて形成するものも含まれる。
【００１２】
また、積層型チップコンデンサの電極端子とリードフレームとは、半田またはワイヤボンディングにより電気接続することができる。
【００１３】
本発明では、リードフレームに同調用積層型チップコンデンサを実装するにあたり、リードフレームを切り欠いて形成された溝部に当該積層型チップコンデンサを実装するので、樹脂封止されたＩＣモジュールの総厚さがリードフレームの厚さ分だけ薄くなる。これにより、高精度の静電容量および温度特性に優れた積層型チップコンデンサを採用しながら薄型のＩＣモジュールを得ることができる。
この場合、積層型チップコンデンサとリードフレームとを半田またはワイヤボンディングにより電気接続することで、積層型チップコンデンサのリードフレームへの固定強度も確保することができる。
【００１４】
上記発明に係るＩＣモジュールは、無線情報記憶媒体、すなわち当該無線情報記憶媒体と読み出し書き込み装置とを相対的に近接させたときの、前記無線情報記憶媒体のアンテナコイルと前記読み出し書き込み装置のアンテナコイルとの結合によって誘起される高周波信号により動作を開始し、前記高周波信号を介してデータの送受信を行う無線情報送受信装置の無線情報記憶媒体に適用することができる。
【００１５】
この種の無線情報記憶媒体に適用することで以下の効果を奏する。
【００１６】
すなわち、本発明に係るＩＣモジュールでは、同調用コンデンサとして積層型チップコンデンサを用い、これを、リードフレームを切り欠いて形成した溝部に実装する。
【００１７】
積層型チップコンデンサは、静電容量の製造精度が±１０％であるフィルムコンデンサに比べ、静電容量の製造精度が±２％乃至±５％と高いものが使用でき、また±０．５％といった極めて製造精度の高いものも使用可能なので、トリミングなどの後処理を行うことなく同調精度を満足することができる。また、積層型チップコンデンサは、フィルムコンデンサに比べて温度変化にともなう誘電正接の変動量が少ないので、環境温度に拘わらず優れた温度特性を発揮することができる。さらに、積層型チップコンデンサはフィルムコンデンサに比べて厚いが、ＩＣモジュール化する際にリードフレームを切り欠いて形成した溝部に実装しているのでリードフレームの厚さ分だけＩＣモジュール、ひいては無線情報媒体を薄く構成することができる。しかも、本発明に係るＩＣモジュールは、積層型チップコンデンサを用いているので二次元的面積も小さくでき、カード化の自由度が著しく増加する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明の無線情報記憶媒体の実施形態であるＩＣカードを示す全体平面図、図２（Ａ）は図１に示すＩＣカードのＩＣモジュールを拡大して示す平面図、図２（Ｂ）は同じくＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図、図３（Ａ）は図２のチップコンデンサ実装部分を拡大して示す平面図、図３（Ｂ）は同じくＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う断面図、図４は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図に相当する断面図であって他の実施形態を示す図、図５は図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図に相当する断面図であってさらに他の実施形態を示す図、図６は図２に示すＩＣモジュールの製造工程を示す平面図、図７は図１に示すＩＣカード及びこれが用いられるリーダライタの等価回路図である。
【００２０】
まず、図７を参照して本実施形態のＩＣカードを用いた無線情報送受信装置の一例を説明する。同図に示すように、ＩＣカード１０には、アンテナとなるアンテナコイル１００と、ＩＣチップ１２０と、アンテナの信号周波数を同調させるための同調用コンデンサ１４０（同図では１４０ａ〜１４０ｃ）とが設けられている。
【００２１】
ＩＣチップ１２０には、整流回路１２１，電源安定化回路１２２，変復調回路１２３，１２４，メモリ１２５，ＣＰＵ又はシーケンサ１２６が内蔵されている。メモリ１２５へのデータの書き込みやメモリ１２５からのデータの読み出しは、リーダライタ２０との無線通信により行われる。
【００２２】
リーダライタ２０は、アンテナとなるアンテナコイル２００と、変復調回路２１０と、ＣＰＵ２２０とを備え、ＩＣカード１０への送信時には、送信データによって１３．５６ＭＨｚのキャリアを変調した電流をアンテナコイル２００に流し、ＩＣカード１０からの受信時には、無変調の電流をアンテナコイル２００に流す。
【００２３】
そして、ＩＣカード１０をリーダライタ２０のアンテナコイル２００に近づけると、電磁誘導によりＩＣカード１０内のアンテナコイル１００の端子に誘導電圧が生じ、ＩＣチップ１２０はその誘導電圧から安定化した電源電圧を得て、変調波を復調することでリーダライタ２０から送られてきた送信データを受信する。
【００２４】
逆に、ＩＣカード１０のメモリ１２５に記憶されたデータをリーダライタ２０に送信する場合には、ＩＣカード１０側でデータによって負荷Ｚを変動させ、リーダライタ２０がＩＣカード１０のアンテナコイル１００の負荷変動を検出し復調することで、ＩＣカード１０からのデータがリーダライタ２０に送信される。
【００２５】
このようにして、ＩＣカード１０とリーダライタ２０との間でデータの送受信が行われ、そのデータに応じてリーダライタ２０の上位機種であるホストコンピュータや情報処理装置は、乗車券の改札や入退室管理を行うことができる。
【００２６】
本例のＩＣカード１０は、図１に示すように、ポリイミド（ＰＩ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂で構成されたフィルム基板１６０を有する。このフィルム基板１６０は、たとえば厚さが２５μｍである。このフィルム基板１６０の一主面の外周付近には、銅製又はアルミニウム製のアンテナコイル１００が形成されている。また、アンテナコイル１００の両端子には、ＩＣチップ１２０と同調用コンデンサ１４０とが一体的にパッケージングされたＩＣモジュール１５０を実装する実装部１８０が同じ銅製又はアルミニウム製の回路パターンで形成されている。これらアンテナコイル１００及び実装部１８０を構成する回路パターン１１０は、たとえば厚さが１６μｍである。
【００２７】
フィルム基板１６０と回路パターン１１０は、所定の大きさに形成されたＰＩフィルム又はＰＥＮフィルムに銅箔又はアルミニウム箔を貼り付けたシートの銅箔又はアルミニウム箔に対して、所望の回路、すなわち図示するアンテナコイル１００及び実装部１８０をパターニングし、エッチングにより不要な部分を除去することで作製することができる。
【００２８】
実装部１８０に実装されるＩＣモジュール１５０は、図２に示すように、１つのＩＣチップ１２０と３つの同調用コンデンサ１４０ａ〜１４０ｃがリードフレーム１７０に電気的に接続され、これらＩＣチップ１２０と同調用コンデンサ１４０とを封止用樹脂１９０でパッケージングしたものであり、ＩＣモジュール１７０の電極端子１７０ａ，１７０ｂがアンテナコイルの端子に接続され、電極端子１７０ｃが接地される。なお、同調用コンデンサ１４０の数は３つに限定されず、１つであっても、また４つ以上であってもよい。
【００２９】
本例の同調用コンデンサ１４０としては、積層型チップコンデンサが採用されている。積層型チップコンデンサ１４０は、中央部分が複数の誘電体層と電極層とが交互に積層されて構成され、両端に電極端子１４０２が形成されたもので、厚さが３００μｍ程度であり、フィルムコンデンサに比べて厚みがあるが、静電容量の製造精度が±２％〜±５％、高精度品にあっては±０．５％と著しく高い。
【００３０】
たとえば、同調に必要なコンデンサ容量が３４ｐＦであるとき、積層型チップコンデンサとして３３ｐＦの市販品と１ｐＦの市販品を使用するとする。ただし、同調に必要なコンデンサ容量に応じて使用する積層型チップコンデンサの数は適宜選択できる。ここで、市販されている通常精度品は静電容量の精度が±５％であるため、全て通常品を用いるとすると（３３ｐＦ±１．６５ｐＦ）＋（１ｐＦ±０．０５ｐＦ）となり、この結果静電容量は、３２．３ｐＦ〜３５．７ｐＦとなるが、３３ｐＦのコンデンサだけ±２％の高精度品を用いれば、（３３ｐＦ±０．６６ｐＦ）＋（１ｐＦ±０．０５ｐＦ）となり、この結果静電容量は、３３．２９ｐＦ〜３４．７１ｐＦとなる。これに対してフィルムコンデンサの静電容量の精度は±１０％程度であるため、静電容量は３４ｐＦ±３．４ｐＦ、すなわち３０．６ｐＦ〜３７．４ｐＦとなり、その差は歴然としている。
【００３１】
また、積層型チップコンデンサ１４０は、フィルムコンデンサに比べて温度特性に優れているので、高温下や低温下においても誘電正接のバラツキが小さく、アンテナコイルの信号周波数が安定するといった利点がある。
【００３２】
本例の積層型チップコンデンサ１４０ａ〜１４０ｃは、図２（Ａ）および図３に示すように、リードフレーム１７０を切り欠いて形成された溝部１７２に収まるように実装され、チップコンデンサ１４０の電極端子１４０２，１４０２とリードフレーム１７０とは半田１７４により電気的に接続されている。本例の溝部１７２は、リードフレーム１７０の厚さの全てを切り欠いて形成されている。このように、積層型チップコンデンサ１４０をリードフレーム１７０の上に設けずに、リードフレーム１７０の間に設けることで、図３（Ｂ）に示す高さＨがリードフレーム１７０の厚さ分だけ薄くなり、従来ネックとされていた積層型チップコンデンサ１４０を用いることができる。
【００３３】
なお、図３に示す例では積層型チップコンデンサ１４０とリードフレーム１７０とを半田付けにより電気接続したが、本発明はこれにのみ限定されず、たとえば図４に示すように積層型チップコンデンサ１４０の電極端子１４０２，１４０２とリードフレーム１７０とを金製などのワイヤボンディング１７５により電気接続してもよい。この場合、ワイヤボンディング１７５の本数を適宜選択することで、積層型チップコンデンサ１４０とリードフレーム１７０との機械的接続強度をも高めることができる。
【００３４】
また、図３及び図４に示す実施形態では、溝部１７２をリードフレーム１７０の厚さ全てを切り欠いて形成したが、本発明の溝部はこれにのみ限定されるものではない。すなわち、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、リードフレーム１７０の厚さの一部を切り欠いて溝部１７２を構成してもよい。本例では、厚さｔ１のリードフレーム１７０のうち積層型チップコンデンサ１４０を載置する範囲をハーフエッチングすることで、厚さｔ２（溝部１７２の深さがｔ１−ｔ２）の溝部１７２が形成されている。ここに積層型チップコンデンサ１４０の電極端子１４０２，１４０２が電気的に接触するように半田１７４を介して積層型チップコンデンサ１４０が載置されている。
【００３５】
この場合、リードフレーム１７０を含む積層型チップコンデンサ１４０の高さＨは上述した図３及び図４に示す実施形態の高さより溝部１７２の板厚ｔ２ぶんだけ高くなるものの、積層型チップコンデンサ１４０の下面も溝部１７２と半田１７４を介して接触することになるので積層型チップコンデンサ１４０の接合強度が高くなる。また、溝部１７２に板厚ｔ２ぶんだけリードフレーム材が残るので、リードフレーム１７０と積層型チップコンデンサ１４０とを半田付けする際に、図５（Ｃ）に示すように半田がリードフレーム１７０の隙間を通って下面に回り込むことが防止でき、回り込んだ半田１７４によるリードフレーム１７０下面の凹凸の発生を防止することができる。さらに、半田付けする際に溝部１７２への半田量を充分に確保できるとともに、積層型チップコンデンサ１４０を溝部１７２に載置することができるので、製造時の位置ずれを防止することができる。
【００３６】
一方、ＩＣチップ１２０は、図７の等価回路に示す回路が形成された半導体集積回路であり、図２に示すリードフレーム１７０のＩＣチップ実装部１７６に実装される。そして、リードフレーム１７０の３つの電極端子１７０ａ〜１７０ｃとワイヤボンディング１７５などを用いて電気接続されている。
【００３７】
このＩＣチップ１２０と上述した３つの積層型チップコンデンサ１４０が実装されたリードフレーム１７０は、図２（Ａ）および（Ｂ）に示すようにエポキシ樹脂などの封止用樹脂１９０によりパッケージングされている。この封止用樹脂１９０で被覆されずに露出したリードフレーム部分が、それぞれ当該ＩＣモジュール１５０の電極端子１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃを構成する。
【００３８】
このパッケージングされたＩＣモジュール１５０ＩＣカード１０の実装部１８０に実装することで、ＩＣカード１０に曲げ力や荷重あるいは衝撃が作用してもＩＣチップ１２０および積層型チップコンデンサ１４０を保護することができ、ポケットの中や定期入れに入れて携帯するにも充分に耐え得るＩＣカード１０となる。
【００３９】
次に図６を参照しながら本例のＩＣモジュール１５０の製造方法について説明する。なお、以下に述べる具体的数値や材料・材質は本発明の理解を容易にするための一例であって、本発明を限定するものではない。
【００４０】
まず、図６（Ａ）に示すような所定形状にパターニングされたリードフレーム１７０の原板を用意する。このリードフレーム１７０の原板は、最終的には電気的に絶縁される２つの電極端子１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃが全て接続された一体物品である。このリードフレーム１７０の原板には、ＩＣチップ１２０を実装するためのＩＣチップ実装部１７６と、上述した３つの積層型チップコンデンサ１４０ａ〜１４０ｃが収まることができる３つの溝部１７２が形成されている。本例のリードフレームの厚さは１００μｍである。
【００４１】
このリードフレーム１７０の原板に対して、３つの溝部１７２に積層型チップコンデンサ１４０を納めるように載置し、積層型チップコンデンサ１４０の電極端子１４０２とリードフレーム１７０との間を半田付けする。この半田付けは、図３（Ｂ）に示すように積層型チップコンデンサ１４０とリードフレーム１７０との隙間に半田ペーストを流し込み、これをリフロー処理することにより行うことができる。次いで、ＩＣチップ実装部１７６にＩＣチップ１２０を実装し、ワイヤボンディング１７５にて３つの電極端子１７０ａ〜１７０ｃとそれぞれ電気接続する。
【００４２】
リードフレーム１７０の原板に３つの積層型チップコンデンサ１４０ａ〜１４０ｃとＩＣチップ１２０を実装したら、次に図６（Ｃ）に示すように電極端子１７０ａ〜１７０ｃとなるリードフレーム１７０の外周の一部を除き、エポキシなどの封止用樹脂により被覆し、パッケージングを行う。そして、パッケージングを行ったら、図６（Ｄ）に示す切断面ＣＬにてリードフレーム１７０を切断する。これにより、原板では電気接続されていた３つの電極端子１７０ａ〜１７０ｃが、ＩＣチップ１２０および積層型チップコンデンサ１４０以外の部分で絶縁されることになる。
【００４３】
こうしてＩＣモジュール１５０が得られたら、厚さが２５μｍのポリイミドフィルムの一主面に厚さが１６μｍの銅箔を貼り付けた所定の大きさのシートを用意し、このシートの銅箔に対して、回路パターン１１０、すなわち図１に示すアンテナコイル１００及び実装部１８０をパターニングし、エッチングにより不要な銅箔部分を除去する。これにより、図１に示すようなポリアミド製フィルム基板１６０の一主面に銅製回路パターン１１０が形成されたシートが得られる。このシートは、目的とするＩＣカード１０の大きさであってもよいが、大量生産する場合は、ＩＣカード１０が多数個取りできる大きさとし、最終工程でＩＣカード１０の大きさに切断することが望ましい。なお、ポリイミド製フィルム基板１６０に銅製回路パターン１１０を形成したシートに代えて、ポリエチレンナフタレート製フィルム基板にアルミニウム製回路パターンを形成したシートを用いることもできる。
【００４４】
次に、回路パターン１１０の実装部１８０のアンテナコイル１００の両端子と接地端子に、ＩＣモジュール１５０の電極端子１７０ａ〜１７０ｃが接続されるように位置決めしてＩＣモジュール１５０を実装する。アンテナコイルとＩＣモジュールの接合には溶接による他、異方性導電膜、導電性テープなどを用いて行うことができる。
【００４５】
以上でＩＣカード１０を得ることができるが、必要に応じてこのＩＣカード１０の表裏面に、エポキシ樹脂などから構成される充填樹脂層や、さらにポリエチレンテレフタレートなどからなる外装樹脂層などを形成してもよい。
【００４６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高精度の静電容量および温度特性に優れたコンデンサを有する薄型のＩＣモジュールおよびこれを用いた無線情報記憶媒体並びに無線情報送受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線情報記憶媒体の実施形態であるＩＣカードを示す全体平面図である。
【図２】図１に示すＩＣモジュールを拡大して示す平面図およびＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図３】図２のチップコンデンサ実装部分を拡大して示す平面図およびＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図に相当する断面図であって本発明の他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を示すチップコンデンサ実装部分の拡大平面図、図２のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図に相当する断面図である。
【図６】図２に示すＩＣモジュールの製造工程を示す平面図である。
【図７】図１に示すＩＣカード及びこれが用いられるリーダライタの等価回路図である。
【符号の説明】
１０…ＩＣカード（無線情報記憶媒体）
１００…アンテナコイル
１１０…回路パターン
１２０…ＩＣチップ
１２１…整流回路，１２２…電源安定化回路，１２３…変復調回路，
１２４…変復調回路，１２５…メモリ，１２６…シーケンサ，Ｚ…負荷
１４０，１４０ａ〜１４０ｃ…同調用コンデンサ
１５０…ＩＣモジュール
１６０…フィルム基板（基板）
１７０…リードフレーム
１７２…溝部
１７４…半田，１７５…ワイヤボンディング
１８０…実装部
１９０…封止用樹脂
２０…リーダライタ
２００…アンテナコイル
２１０…変復調回路
２２０…ＣＰＵ
【図１】
2004062854.tif 000003
【図２】
2004062854.tif 000004
【図３】
2004062854.tif 000005
【図４】
2004062854.tif 000006
【図５】
2004062854.tif 000007
【図６】
2004062854.tif 000008
【図７】
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