(57)【要約】【課題】  「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」の強度を確保しつつ、「衝撃ストレス」に強いＩＣカードを得る。【解決手段】  ＩＣモジュール２に実装されたＩＣチップ６に補強板１１を接合するとともに、ＩＣチップ６への衝撃を吸収するために使用する封止樹脂１０は、弾性係数が１Ｇｐａ以下のものとし、且つ、樹脂厚を５μｍ以上に設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状の基材と、
前記基材上に形成されるアンテナ回路と、
前記アンテナ回路に実装される半導体チップと、
前記半導体チップの上方位置に配置される補強板と、
前記半導体チップの略全域を覆うとともに、前記補強板を前記半導体チップに接合させる封止樹脂と、
を具備し、前記封止樹脂は、その弾性係数が１Ｇｐａ以下のものであることを特徴とするＩＣモジュール。
【請求項２】
前記補強板は、前記半導体チップの上面よりも広く形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＩＣモジュール。
【請求項３】
前記封止樹脂は充填量が前記補強板の投影面積よりも増大するように設定され、且つ前記半導体チップと前記補強板との間の封止樹脂厚が５μｍ以上となるように設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＣモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のＩＣモジュールと、このＩＣモジュールを保護する保護部材と、を具備することを特徴とするＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリ、ＣＰＵ等の機能を有する半導体チップを搭載したＩＣモジュールを備えたカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、身分証明用のＩＤカード、クレジットカード等の各種カードは、名刺サイズの大きさに形成されたプラスチック板に情報記録用の磁気ストライプを塗布した磁気カードと呼ばれるものが一般的である。この磁気カードは、情報を磁気で記録することから、第三者によって解読され易く、データの改ざんや、偽造カードの作成が容易であるという問題点を有している。
【０００３】
そこで、近年、磁気カードに代わって、メモリやＣＰＵ等の機能を有する半導体チップ（以下、「ＩＣチップ」と呼ぶことがある。）を搭載したＩＣカードが開発され、暗号化データを記憶させることでより個人情報のセキュリティー性の向上が可能となった。
ところで、初期のＩＣカードは、カードリーダとの間でのデータの授受を接触的に行う接触型が主流であったが、カードリーダと機械的且つ電気的に接続することからＩＣ回路内部の静電気破壊や接続端子の接触不良が生じ易く、またカードリーダの構造が複雑になるなど様々な問題があったため、現在はカードリーダとの間で非接触にデータの授受を行う非接触型が多数出てきている。
【０００４】
この非接触型のＩＣカードは、一般的に次のような工程を経て作製される。
（１）  樹脂製のシートにアルミや銅等の金属箔を貼り付けたシート状のものに、アンテナ回路を形成するための印刷を行う。この印刷には、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷又は写真印刷等が使用される。
（２）  アンテナ回路を形成するための印刷を行った後、エッチング処理する。
（３）  エッチング処理により形成されたアンテナ回路上に、直接、ＩＣチップをベアチップ実装したＩＣモジュールと、そのＩＣモジュールの両面に接着剤又は接着剤シートを積層し、更にその外側にプラスチック製の樹脂シートを積層させる。
（４）  （３）の状態で、加熱プレス機を用いて熱融着によって一体化させる。
（５）  所定サイズに金型で打ち抜く。
【０００５】
非接触型のＩＣカードは以上のようにして作製されるが、上記のような構造ではＩＣチップに加わる曲げ、圧力、衝撃といった外的ストレスに対して一般的に弱く、ＩＣチップが破損して使用不能になる虞がある。この課題を解消し、ＩＣチップの外的ストレスに耐える構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２又は特許文献３を参照）。
【０００６】
特許文献１で開示されたＩＣカードは、回路基板上にＩＣチップを実装し、またそのＩＣチップを収容するためのくりぬき穴を設けたスペーサを回路基板上に接着し、更にこのスペーサ上に補強板として上記のくりぬき穴よりやや大きく形成した厚さ３０μｍ程度のステンレス板をＩＣチップの直上に配置し、更にその上にカバーフィルムを接着して構成したものである。
【０００７】
特許文献２で開示されたＩＣカードは、ＩＣチップの少なくても一面に補強板として厚さ２０μｍ程度のステンレス板を接着し、ＩＣチップをシート状の中間層内に埋め込み、その中間層の表裏両側にシートを接着して構成したものである。特許文献３で開示されたＩＣカードは、補強板の厚さ、ＩＣチップの厚さとの関係で所定の範囲内に設定することを表したものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５６２６５号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開平９−２６３０８２号公報（第３頁、第２図）
【特許文献３】特開２０００−１８２０１６号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＩＣカードの実使用環境状態では、例えば、衣服のズボンの後ろポケットに入れたままで椅子等に腰を下ろした場合にかかる「曲げストレス」及び「ねじれストレス」、ボールペンの先端のような比較的鋭い突起物で押圧された場合にかかる「点圧ストレス」、何か品物が落ちてきた際に受ける「衝撃ストレス」など、様々なケースが想定される。また、ＩＣカードが各ストレスを受ける方向もＩＣカードの表面、裏面と様々である。
【００１０】
上記した各特許文献１〜３に開示された補強手段は、いずれも、「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」に関しては想定される実使用環境下での強度を確保することが可能であるが、しかし、「衝撃ストレス」に関しては強度を確保することは難しい。
【００１１】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」の強度を確保しつつ、「衝撃ストレス」にも強いＩＣカードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は下記構成又は方法により達成される。
（１）  ＩＣカードに用いられるＩＣモジュールであって、フィルム状の基材と、前記基材上に形成されるアンテナ回路と、前記アンテナ回路に実装される半導体チップと、前記半導体チップの上方位置に配置される補強板と、前記半導体チップの略全域を覆うとともに、前記補強板を前記半導体チップに接合させる封止樹脂と、を具備し、前記封止樹脂は、その弾性係数が１Ｇｐａ（１Ｇｐａ＝１×１０９Ｐａ）以下のものであることを特徴とする。
【００１３】
（２）  上記（１）に記載のＩＣモジュールにおいて、前記補強板は、前記半導体チップの上面よりも広い面積に形成されたことを特徴としてもよい。
【００１４】
（３）  上記（１）又は（２）に記載のＩＣモジュールにおいて、前記封止樹脂は充填量が前記補強板の投影面積よりも増大するように設定され、且つ前記半導体チップと前記補強板との間の封止樹脂厚が５μｍ以上となるように設定されたことを特徴としてもよい。
【００１５】
（４）  ＩＣカードにおいて、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＩＣモジュールと、このＩＣモジュールを保護する保護部材と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載のＩＣモジュールでは、封止樹脂の硬度を規定することにより、実使用環境下での「衝撃ストレス」の強度を確保することができる。これにより、「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」の強度を確保しつつ、「衝撃ストレス」にも強いＩＣカードを提供することが可能となる。
【００１７】
上記（２）に記載のＩＣモジュールでは、補強板が半導体チップを覆う大きさに形成されて、半導体チップを確実に保護することができる。
【００１８】
上記（３）に記載のＩＣモジュールでは、封止樹脂の硬度に加えて、封止樹脂量及び樹脂厚を規定することにより、実使用環境下での「衝撃ストレス」に対しての機械的強度を更に確実に確保することができる。
【００１９】
上記（４）に記載のＩＣカードでは、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＩＣモジュールを具備しているので、「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」の機械的強度を確保しつつ、「衝撃ストレス」にも強いＩＣカードを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るＩＣカードを示す断面図である。また、図２は、図１のＩＣカードを構成するＩＣモジュールのＩＣチップ周辺の要部を拡大した断面図である。
【００２１】
この実施の形態のＩＣカード１は、ＩＣモジュール２と、ＩＣモジュール２を挟むように両面配置される中間接着層３及び表層ラミネート層４とを備えて構成される。
ＩＣモジュール２は、主に、樹脂製のシート状の基材２ａと、アンテナ回路５と、ＩＣチップ６とから構成される。なお、基材２ａには、例えばＰＥＴ（ポリエステルテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド製のシート）などの樹脂製のシートが用いられる。
アンテナ回路５は、ＩＣモジュール２を構成する基材２ａの片面（もしくは両面）に、アルミニウムもしくは銅等の金属シートをコイル状に配置して形成されている。なお、上記の中間接着層３及び表層ラミネート層４が、本明細書で云うＩＣモジュール２を保護する保護部材である。
【００２２】
アンテナ回路５は、更に詳述すれば、上述した樹脂製シートの基材２ａ上に、アルミニウム、銅等の金属シートが接着シート７（図２参照）にて貼り合わされた後、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷又は写真印刷等の公知の印刷方法でレジスト印刷を施し、エッチング処理を行って形成する。なお、アンテナ回路５は、導電性ペーストをスクリーン印刷によって形成するようにしても良いし、この方法と先の方法とを組み合わせて形成するようにしても良い。
【００２３】
このようにして作製されたアンテナ回路５は、カードリーダ等の外部機器との間で信号の送受信を行うためのアンテナとして使用される以外に、カードリーダ等の外部機器からＩＣチップ６を動作させるための電力を受ける受電手段としても使用される。すなわち、カードリーダ等の外部機器から送信された電磁波によってコイル部に電力が誘起するので、その電力をアンテナ回路５に実装したＩＣチップ６の駆動電源として使用する。また、アンテナ回路５は、ＩＣチップ６を実装するための電極パッド５ａとしても用いられる。
【００２４】
ＩＣチップ６は、チップ接合用接着剤８にてアンテナ回路５の電極パッド５ａに接合される。
チップ接合用接着剤８は、ペースト状態でディスペンサ（図示略）によりＩＣモジュール２の基材２ａ上に塗布されるか、印刷法により塗布される。あるいは、シート状のチップ接合用接着剤８が、ＩＣモジュール２の基材２ａに取り付けられて、ＩＣチップ６を取り付ける場合もある。
【００２５】
ＩＣチップ６は、バンプ９を介してアンテナ回路５の電極パッド５ａに接合される。このようなＩＣチップ６の実装方法はフリップチップ工法と呼ばれる。
また、ＩＣチップ６は、その略全域が、衝撃吸収用とした樹脂材１０（以下、封止樹脂という）で覆われている。
【００２６】
この封止樹脂１０は完全硬化時において低硬度値をとる物性を有し、弾性係数が１ＧＰａ以下の接着剤である。封止樹脂１０は、ＩＣチップ６への衝撃を吸収する衝撃吸収用として用いられる以外に、ＩＣチップ６の直上位置に配置される補強板１１をＩＣチップ６に接合させるために用いられる。
封止樹脂１０の使用量即ちＩＣチップ６への充填量は、補強板１１の投影面積よりも増大するように設定され、且つ、ＩＣチップ６と補強板１１との間の封止樹脂厚が５μｍ以上となるように設定されている。
【００２７】
なお、ＩＣチップ６は、外部ストレスによる影響を最小限に抑えるために（即ちチップ表面及びダイシングカット面におけるマイクロクラックを防止するために）、エッチング処理を施した物の使用が好適である。
【００２８】
封止樹脂１０の形成は図３に示す通りである。
（１）  まず、ＩＣチップ６が実装された状態のＩＣモジュール２の上方を含む略全域に、封止樹脂１０を塗布する面積、塗布厚さに調整された形状の穴が穿たれた接着剤用塗布マスク２０を設置する。
（２）  接着剤用塗布マスク２０を設置した後、封止樹脂１０を、接着剤用塗布マスク２０上にディスペンサ２２により必要量だけ塗布する。
【００２９】
（３）  封止樹脂１０の塗布した後、接着剤用スキージ２１を引いて封止樹脂１０をＩＣチップ６の周囲に充填する。
（４）  封止樹脂１０の充填した後、封止樹脂１０を所定の硬化温度、硬化時間を経て硬化させる。
【００３０】
図１に戻り、補強板１１は、平面の面積がＩＣチップ６の上面よりも広い面積に形成されており、その中心がＩＣチップ６の中心と略一致するように配置される。補強板１１には、点圧による集中荷重に耐えるため、剛性の高い材料（硬度４００Ｈｖ〜６００Ｈｖ値の金属材料）、例えばステンレス板が用いられる。
【００３１】
中間接着層３は、ＩＣモジュール２と表層ラミネート層４とを接合させる機能を有するものであり、加熱により溶解し流動性を帯びる接着シート材料、例えばホットメルト接着剤により形成されたシートからなる。
表層ラミネート層４にはＰＥＴ、ＰＴＥ−Ｇ、塩化ビニルなどの材料の樹脂シートが用いられている。なお、中間接着層３と表層ラミネート層４は、既述したように、ＩＣモジュール２を保護する保護部材に対応する。
【００３２】
このような構造のＩＣカード１を製造するには、まず完成したＩＣモジュール２をその両面側から中間接着層３で挟み込み、更にその外側に表層ラミネート層４を挟み込んで、合計５層構造を確立する。その後、図示せぬ熱プレス装置により、中間接着層３を流動化させ、厚さが均一になるように真空、加圧、加熱を行い、各層を接着させる。その後、冷却し接着剤の固化後、所定サイズに金型で打ち抜く。これによりＩＣカード１が完成する。
【００３３】
次に、ＩＣモジュール２に対する各種ストレス試験結果について説明する。
この試験では、落下衝撃試験と点圧荷重試験の２種類の試験を実施し、封止樹脂１０の硬度と強度の関係及び封止樹脂１０とＩＣチップ６との間の距離と強度の関係を求めた。
【００３４】
（落下衝撃試験）
落下衝撃試験は、図４に示すように、固定台３１上に載置したＩＣカード１の、ＩＣチップ６が実装されているカード面とその反対側のカード面とに対して、Φ２０ｍｍの鋼球３０を、ＩＣチップ６の中心に目掛けて落下させて行う。なお、この図では、ＩＣチップ６が実装されたカード面に対し行う場合を示しているが、裏面のカード面に対して行う場合はＩＣカード１をひっくり返す。
【００３５】
このような落下試験を行い、ＩＣチップ６が破損しない落下高さを測定する。
実使用状態では、ＩＣカード１の状態で、鋼球３０の重量を５０ｇとし、落下高さを２０ｃｍに設定することが必要であると想定でき、それをＩＣモジュール２の状態に置き換えた場合には、鋼球３０の重量が１０〜２５ｇ、落下高さが５〜１５ｃｍの範囲で設定される必要がある。
【００３６】
（点圧荷重試験）
点圧荷重試験は、図５に示すように、先端径Φ１．０ｍｍの鋼材４０を、ＩＣモジュール２のＩＣチップ６が実装されている側のＩＣカード面とその反対側のカード面に対し、ＩＣチップ６の中心を目掛けて点圧荷重を３秒間加えた状態で保持する。なお、荷重面と反対の面には、鋼板などの固定板４１が設置される。このような点圧荷重試験を行い、ＩＣチップ６が破損しない点圧荷重を測定する。実使用状態においては、ＩＣカード１の状態で、６ｋｇｆの荷重を加えることが必要であると想定され、それをＩＣモジュール２の状態に置き換えた場合には、３ｋｇｆの荷重を加えることが求められる。
【００３７】
ＩＣモジュール２の構成で、封止樹脂１０の硬度を表す弾性係数を０．１Ｇｐａ〜４．０Ｇｐａまで任意に変化させた場合、ＩＣチップ６の実装面側と、その反対側の面とのそれぞれにおける落下衝撃試験の測定結果を、図６及び図７に示す。
図６は、封止樹脂１０の弾性係数と、鋼球３０の落下高さとの関係を示している。
この図に示すように、ＩＣチップ６の実装面においては、落下強度は弾性係数が１．０Ｇｐａを境に減少している。これに対し、ＩＣチップ実装面と反対側の面では右肩上がりの傾向を示しており、且つ、上記範囲内のいかなる封止樹脂１０の硬度においても満足すべき強度が確保できている。
このことから、ＩＣチップ６の実装面での強度のみに着目し、封止樹脂１０の硬度は、その弾性係数が１Ｇｐａ以下に設定される必要があることが判明した。なお、図中斜線を引いている領域が硬度１Ｇｐａ以下の規格適合領域になる。
【００３８】
図７は、ＩＣチップ６と補強板１１との間の距離に関する関係、つまり、封止樹脂厚について示している。
図７から判るように、鋼球３０の落下高さ８ｃｍに対応できるためには、封止樹脂厚を５μｍ以上に設定する必要があることが判る。
【００３９】
次に、ＩＣモジュール２の構成で、封止樹脂１０の硬度を表す弾性係数を０．１Ｇｐａ〜４．０Ｇｐａまで任意に変化させた場合に、ＩＣチップ６の実装面側と、その反対側の面とにおける点圧荷重試験の測定結果を図８に示す。
この図では、封止樹脂５の弾性係数と、点圧荷重を３秒間加えた関係を示している。ＩＣチップ６の実装面側では、封止樹脂１０の弾性係数による変化は殆ど見られないが、その反対側の面では右肩上がりの傾向を示しており、点圧荷重はどちらも満足すべき強度を確保している。なお、点圧荷重においては、封止樹脂厚の差異による影響はあまり大きくは見られていない。
従って、「衝撃ストレス」、「点圧ストレス」の両面の強度を満足させるためには、封止樹脂１０の硬度と厚さの管理が重要であることが判る。而して、封止樹脂１０の弾性係数を１Ｇｐａ以下に設定し、且つＩＣチップ６と補給板１１との間の寸法を５μｍ以上に確保すれば良いことが判る。勿論、封止樹脂１０の硬度と厚さの管理は、封止樹脂１０だけで設定されるものではなく、補強板１１の材質や板厚、表層ラミネート層４の層厚や硬さとの相関関係によって規定されるものである。
【００４０】
このように、本実施の形態のＩＣカード１によれば、ＩＣモジュール２に実装されたＩＣチップ６に補強板１１を接合するとともに、ＩＣチップ６への衝撃を吸収するために使用する封止樹脂１０の弾性係数を１Ｇｐａ以下に設定し、且つ樹脂厚を５μｍ以上に設定すれば、「曲げストレス」、「ねじれストレス」、「点圧ストレス」に対応できるとともに、「衝撃ストレス」にも強いＩＣカードを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
ＩＣモジュールを搭載するＩＣカードへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＩＣカードを示す断面図である。
【図２】図１のＩＣカードを構成するＩＣモジュールのＩＣチップ周辺の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１のＩＣカードの製造における接着剤の形成工程を示す図である。
【図４】ＩＣカードの落下衝撃試験を説明するための図である。
【図５】ＩＣカードの点圧荷重試験を説明するための図である。
【図６】ＩＣカードの落下衝撃試験での封止樹脂の弾性係数と強度との関係を示す図である。
【図７】ＩＣカードの落下衝撃試験での封止樹脂厚と強度との関係を示す図である。
【図８】ＩＣカードの点圧荷重試験での封止樹脂の弾性係数と強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ＩＣカード
２  ＩＣモジュール
２ａ  基材
３  中間接着層
４  表層ラミネート層
５  アンテナ回路
５ａ  電極パッド
６  ＩＣチップ
８  チップ接合用接着剤
９  バンプ
１０  封止樹脂
１１  補強板
３０  鋼球
３１  固定治具
４０  鋼材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005234683.tif 000007
【図６】
2005234683.tif 000008
【図７】
2005234683.tif 000009
【図８】
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