(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップの入出力端子に形成されたバンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接する工程と、前記被覆導線に加熱ヘッドを押しつける工程と、前記加熱ヘッドからの熱によって前記被覆導線の絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した前記絶縁被膜材料を前記ＩＣチップの表面に形成された絶縁保護膜と前記導線との間に付着させて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁被膜を除去することによって露出された導線と前記バンプとを前記加熱ヘッドからの熱によって接合する工程とを含むことを特徴とするＩＣモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触式ＩＣカードなどの情報担体に搭載されるＩＣモジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基体内にＩＣチップと当該ＩＣチップの入出力端子に接続されたアンテナコイルとからなるＩＣモジュールを埋設し、リーダライタからの電源の受給とリーダライタとの間の信号の送受信を非接触で行う非接触通信式の情報担体が提案されている。また、この種の情報担体において、ＩＣチップとして入出力端子にバンプが形成されたものを用いる技術、並びにアンテナコイルとして巻線コイル（バルクコイル）を用いる技術も従来より提案されている。
【０００３】
従来におけるＩＣチップと巻線コイルとの接続は、ＩＣチップを配線基板にフェースアップ方式で実装し、当該ＩＣチップの入出力端子に形成されたバンプと配線基板に形成された電極端子とをワイヤボンディング接続すると共に、当該電極端子の他端に巻線コイルをはんだ付け等の手段によって接続する方法、又は、ＩＣチップを配線基板にフェースダウン方式で実装し、当該ＩＣチップの入出力端子に形成されたバンプと配線基板に形成された電極端子とを異方性導電接着剤や導電ペーストを介して接続すると共に、当該電極端子の他端に巻線コイルをはんだ付け等の手段によって接続する方法が一般に採られている。
【０００４】
これら従来のＩＣモジュールは、配線基板を不可欠な構成要素とするので、部品点数が多くかつ製造工程が複雑になることから製品である情報担体が高コストになるばかりでなく、製品である情報担体の薄形化及びフレキシブル化を図ることが難しいという問題がある。また、ＩＣチップの入出力端子と配線基板に形成された電極端子とを異方性導電接着剤や導電ペーストを介して接続するものは、接続状態が不安定になりやすく、寄生容量などによる通信特性の劣化を生じやすいという問題もある。
【０００５】
本願出願人は、先に、かかる従来技術の不備を解消するため、ＩＣチップの入出力端子に形成されたバンプと巻線コイルとを溶接、ウエッジボンディング又ははんだ付け等によって直接接続したＩＣモジュールを提案した（特開平１１−２６３０９１号）。
【０００６】
本願出願人が先に提案したＩＣモジュールによれば、ＩＣチップの入出力端子と巻線コイルとをバンプを介して直接接続するので、配線基板を省略することができて、製品である情報担体の低コスト化、薄形化及びフレキシブル化を図ることができると共に、入出力端子と巻線コイルとの接続状態を安定化できて、その通信特性を改善することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、巻線コイルは、導線の直径が２０μｍ乃至５０μｍ、絶縁被覆の厚さが５μｍ乃至１０μｍ程度の被覆導線によって構成されるので、剛性が低く、バンプに直接接続すると、例えば基体内に埋設して情報担体を作製する際などに外力を受けて容易に変形し、その一部がＩＣチップと接触する。
【０００８】
ＩＣチップの表面には絶縁保護膜が形成されており、導線がＩＣチップの表面と接触した場合にも電流がリークしないように構成されているが、図７に示すように、入出力端子２がＩＣチップ１の外周エッジ部に近接して配置されており、したがってバンプ４がＩＣチップ１の外周エッジ部に近接して形成される場合には、絶縁被覆５ｂより露出された巻線コイル５の導線５ａが絶縁保護膜３を有しないＩＣチップ１の外周エッジ部と接触し、電流がリークして、通信特性の劣化やＩＣチップ１の破壊を生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであって、その目的は、通信特性が高く、かつ信頼性に優れたＩＣモジュールを安価かつ高能率に製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、ＩＣモジュールの製造方法を、ＩＣチップの入出力端子に形成されたバンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接する工程と、前記被覆導線に加熱ヘッドを押しつける工程と、前記加熱ヘッドからの熱によって前記被覆導線の絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した前記絶縁被膜材料を前記ＩＣチップの表面に形成された絶縁保護膜と前記導線との間に付着させて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁被膜を除去することによって露出された導線と前記バンプとを前記加熱ヘッドからの熱によって接合する工程とを含むという構成にした。
【００１５】
かように、バンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッドを押しつけて絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をＩＣチップの表面に形成された絶縁保護膜と導線との間に付着させて絶縁層を形成すると、導線とバンプとを接合させる一連の工程中で絶縁層を形成することができるので、絶縁層を形成するための特別な工程を省略することができ、ＩＣチップと巻線コイルとの間に絶縁保護膜とは異なる絶縁層を有するＩＣモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＩＣモジュールの一実施形態例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は本例に係るＩＣモジュールの平面図、図２は図１のＡ−Ａ部拡大断面図である。これらの図において、符号６は絶縁層を示し、その他、前出の図７と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【００１７】
図１から明らかなように、本例のＩＣモジュールは、ＩＣチップ１と、当該ＩＣチップ１の入出力端子に形成されたバンプ４と、当該バンプ４に直接接続された巻線コイル５と、ＩＣチップ１と巻線コイル５との間に形成された絶縁保護膜３及び絶縁層６とから構成されており、図示しないリーダライタと巻線コイル５とを電磁結合させることによって、リーダライタからＩＣチップ１への電源の供給及びリーダライタとＩＣチップ１との間の信号の送受信を非接触で行うようになっている。
【００１８】
ＩＣチップ１としては、従来より非接触式ＩＣカードに搭載されている任意のＩＣチップを用いることができるが、非接触式ＩＣカードの薄形化を図るため、樹脂パッケージを有さず、かつ、全厚が５０μｍ〜１５０μｍ程度に薄形化されたベアチップを用いることが特に好ましい。ＩＣチップ１としては、図２に示すように、所定の位置にアルミニウムなどからなる入出力端子（パッド）２が形成され、当該入出力端子２の周辺部を含むＩＣチップ１の表面に絶縁性樹脂からなる絶縁保護膜３が形成されたものが用いられる。本明細書においては、入出力端子２の中央部の絶縁保護膜３にて覆われていない領域を入出力端子２の開口部といい、その大きさＷを入出力端子２の開口幅という。本例のＩＣチップ１においては、入出力端子２の開口幅Ｗを、約１００μｍに形成した。
【００１９】
バンプ４は、入出力端子２の開口部より形成されたニッケル部４ａと、当該ニッケル部４ａの表面にフラッシュめっきされた金めっき層４ｂとからなる。ニッケル部４ａは、無電解めっき法又は電解めっき法をもって形成することができるが、所要のニッケル部４ａを安価に形成できることから、無電解めっき法をもって形成することが特に好ましい。無電解めっき法をもって形成されたニッケル部４ａは、図２に示すように、その上部の寸法が入出力端子２の開口幅Ｗよりも大きくなって、絶縁保護膜３の上面にも形成される。ニッケル部４ａの平面積は、ニッケル部４ａの高さが大きくなるほど大きくなる。本実施形態例においては、ニッケル部４ａの高さを約３０μｍに調整した。
【００２０】
巻線コイル５は、図２に示すように、銅線５ａが絶縁被膜５ｂで被覆された被覆導線をもって形成される。銅線５ａの直径は２０μｍ乃至１００μｍ、絶縁被覆５ｂの膜厚は５μｍ乃至１０μｍであり、これをＩＣチップ１の特性に合わせて１回乃至数十回ターンさせることによって、巻線コイル５が形成される。巻線コイル５の端部は、絶縁被膜５ｂが除去されており、絶縁被膜５ｂを除去することによって露出された銅線５ａがバンプ４と直接接続される。銅線５ａとバンプ４との直接接続手段としては、溶接、ウエッジボンディング又ははんだ付け等を挙げることができるが、溶接又はウエッジボンディングによると、何らの異物も介在させることなく銅線５ａとバンプ４とを直接接続することができるので、寄生容量の発生が排除され、より良好な通信特性が得られる。
【００２１】
絶縁層６は、図２に示すように、ＩＣチップ１の表面に形成された絶縁保護膜３上に積層され、その一部は、絶縁保護膜３を有しないＩＣチップ１の外周エッジ部にも形成される。この絶縁層６は、巻線コイル５の接続前に絶縁保護膜３上に形成することもできるし、巻線コイル５の接続工程において絶縁保護膜３上に形成することもできる。当該絶縁層６の形成方法については後述する。なお、図２においては絶縁層６が１層に表示されているが、異なる材料からなる複数層の絶縁層６を形成することもできる。
【００２２】
本例のＩＣモジュールは、バンプ４の周囲の絶縁保護膜３上に絶縁層６を積層したので、当該絶縁層６の表面とバンプ４の表面との相対的な高さを小さくすることができ、巻線コイル５を構成する導線５ａの変形を抑制することができることから、導線５ａとＩＣチップ１の外周エッジとの接触を防止することができる。さらに、本例のＩＣモジュールは、絶縁層６の一部をＩＣチップ１の外周エッジ部にも形成したので、導線５ａとＩＣチップ１の外周エッジとの接触が防止される。よって、導線５ａとＩＣチップ１との間の電流のリークを防止することができ、通信特性の劣化やＩＣチップの破壊のない直接接続方式のＩＣモジュールを得ることができる。
【００２３】
なお、前記実施形態例においては、巻線コイルを被覆銅線をもって形成したが、接合時の加熱条件等によっては、他の金属線、例えばアルミニウム線に絶縁被覆を施した被覆導線を用いることも可能である。
【００２４】
次に、本発明に係るＩＣモジュール製造方法の第１例を、図３及び図４に基づいて説明する。図３はバンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図、図４はバンプと巻線コイルとの溶接方法を示す断面図である。これらの図において、前出の図１乃至図３と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【００２５】
本例のＩＣモジュール製造方法は、バンプ４と巻線コイル５とを溶接することを特徴とするものであって、まず、図３に示すように、巻線コイル５を構成する被覆導線をバンプ４上に設置する。次いで、図４に示すように、当該被覆導線の上方より加熱ヘッド１１を当接し、バンプ４上に被覆導線を固定する。加熱ヘッド１１は、図４に示すように、絶縁部材１２を介して対向に配置された電極１３，１４と、これら各電極１３，１４の先端部に接するように配置された例えばモリブデンテープなどの抵抗発熱体１５とから構成されており、前記抵抗発熱体１５を介して前記各電極１３，１４の先端部が前記被覆導線に当接され、バンプ４と被覆導線との間に所要の押圧力を負荷する。次いで、前記抵抗発熱体１５を介して前記各電極１３，１４間に通電し、前記抵抗発熱体１５を加熱する。この熱によって、被覆導線の絶縁被覆５ｂが局部的に蒸発又は昇華され、絶縁保護膜３上に堆積して絶縁層６が形成される。また、露出された導線５ａは、抵抗発熱体１５及びバンプ４と互いに直接接触する。この状態からさらに加熱ヘッド１１によって押圧力と熱とを加えると、導線５ａとバンプ４の表面に形成された金めっき層４ｂとが溶融して合金化され、電気的に接続される。
【００２６】
本例のＩＣモジュール製造方法は、バンプ４上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッド１１を押しつけて絶縁被膜５ｂを局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をＩＣチップ１の表面に形成された絶縁保護膜３上に堆積させて絶縁層６を形成するので、導線５ａとバンプ４とを接合させる一連の工程中で絶縁層６を形成することができ、絶縁層６を形成するための特別な工程を省略することができることから、ＩＣチップ１と巻線コイル５との間に絶縁保護膜３とは異なる絶縁層６を有するＩＣモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【００２７】
なお、前記実施形態例においては、バンプ４と巻線コイル５とを溶接したが、はんだ付けの場合にも、同様の装置及び方法を用いて絶縁保護膜３上に絶縁層６を形成することができる。
【００２８】
次に、本発明に係るＩＣモジュール製造方法の第２例を、図５及び図６に基づいて説明する。図５はバンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図、図６はバンプと巻線コイルとのウエッジボンディング方法を示す断面図である。これらの図において、前出の図１乃至図３と対応する部分には、それと同一の符号が表示されている。
【００２９】
本例のＩＣモジュール製造方法は、バンプ４と巻線コイル５とをウエッジボンディングすることを特徴とするものであって、接合作業を実行するに先立ち、ＩＣチップ１におけるバンプ４の周囲及び／又は外周エッジに絶縁層６を形成すると共に、巻線コイルを構成する被覆導線の先端部より絶縁被覆５ｂを局部的に除去する。絶縁層６の形成は、所要の部位に絶縁性の液状樹脂を塗布し、次いで、当該液状樹脂を硬化させることによって行うことができる。また、絶縁被覆５ｂの除去は、被覆導線の先端部にレーザ光線を照射し、該部の絶縁被覆を蒸発又は昇華させることによって行うことができる。しかる後に、図５に示すように、絶縁被覆５ｂを除去することによって露出された導線５ａをバンプ４上に設置する。次いで、図６に示すように、露出された導線５ａの上方よりウエッジツール２１を当接し、バンプ４上に導線５ａを固定する。ウエッジツール２１は、図６に示すように、加振部２２と当該加振部２２にて発生した超音波を接合部に伝達するホーン２３とから構成されており、当該ホーン２３の先端部が前記露出された導線５ａに当接され、バンプ４と露出された導線５ａとの間に所要の押圧力を負荷する。次いで、前記加振部２２を起動し、前記ホーン２３を介してバンプ４と露出された導線５ａとの間に所要の押圧力と超音波とを印加する。このエネルギにより、導線５ａとバンプ４の表面に形成された金めっき層４ｂとが溶融して合金化され、電気的に接続される。
【００３０】
本例のＩＣモジュール製造方法によっても、ＩＣチップ１と巻線コイル５との間に絶縁保護膜３とは異なる絶縁層６を有するＩＣモジュールを製造することができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、バンプの周囲にＩＣチップの表面に形成された絶縁保護膜とは異なる絶縁層を設けたので、当該絶縁層の表面とバンプ表面との相対的な高さを小さくすることができ、巻線コイルを構成する導線の変形を抑制することができることから、導線とＩＣチップの外周エッジとの接触を防止することができる。よって、導線とＩＣチップとの間の電流のリークを防止することができ、通信特性の劣化やＩＣチップの破壊のない直接接続方式のＩＣモジュールを得ることができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、絶縁層の一部をＩＣチップの外周エッジ部に形成するので、巻線コイルを構成する導線の変形の度合いに拘わらず、導線とＩＣチップの外周エッジとの接触を完全に防止することができ、より信頼性に優れたＩＣモジュールを得ることができる。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、バンプ上に巻線コイルを構成する被覆導線を当接した後、当該被覆導線に加熱ヘッドを押しつけて絶縁被膜を局部的に溶融又は昇華させ、溶融又は昇華した絶縁被膜材料をＩＣチップの表面に形成された絶縁保護膜と導線との間に付着させて絶縁層を形成するので、導線とバンプとを接合させる一連の工程中で絶縁層を形成することができ、絶縁層を形成するための特別な工程を省略することができることから、ＩＣチップと巻線コイルとの間に絶縁保護膜とは異なる絶縁層を有するＩＣモジュールを容易かつ高能率に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係るＩＣモジュールの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ部拡大断面図である。
【図３】バンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図である。
【図４】バンプと巻線コイルとの溶接方法を示す断面図である。
【図５】バンプに対する巻線コイルの配置を示す要部断面図である。
【図６】バンプと巻線コイルとのウエッジボンディング方法を示す断面図である。
【図７】従来技術の不都合を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  ＩＣチップ
２  入出力端子
３  絶縁保護膜
４  バンプ
５  巻線コイル
５ａ  導線（銅線）
５ｂ  絶縁被覆
１１  加熱ヘッド
２１  ウエッジツール
【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】
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【図６】
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【図７】
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