CN103765446B - Rfid芯片模块 - Google Patents

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Abstract

芯片模块包括载体，该载体具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面。第一凹进结构被布置在所述载体的所述第一主表面中，并且芯片被布置在所述载体的所述第一凹进结构中。有图案的金属化层被沉积在所述载体的所述第二主表面上，所述金属化层具有第一金属化结构和第二金属化结构，所述第一金属化结构与所述第二金属化结构电隔离。所述芯片被电连接到所述第一金属化结构和所述第二金属化结构。所述芯片模块特别包括RFID芯片，并且适于通过激光回流焊接连接到织物基底。

Description

RFID芯片模块
技术领域
本发明涉及芯片模块，具体涉及用于连接到织物基底的RFID芯片模块。本发明还涉及具有RFID芯片模块的标签和制造具有RFID芯片模块的标签的方法。
背景技术
RFID芯片已经越来越多地用于标记织物，例如服装或者由织物制造的其它产品。为确保它们的适当功能性，RFID标签必须被提供有RFID应答器芯片和相应的天线结构，用于发送和接收电子RFID信号。RFID标签可以使用RFID芯片并且将RFID芯片连接到基底中的导电带来制成，基底诸如是具有与粘结到其的或编织在其中的金属带的织物基底。
因为RFID标签是成批产品，所以需要以高产量高效地且可靠地制造RFID标签。
发明内容
本发明的构思在于提供一种芯片模块，特别是RFID芯片模块，用于连接到具有天线结构的基底，例如具有形成RFID天线的金属化结构的织物基底。为了可靠且高效地将芯片模块连接到基底，芯片模块在底侧上被提供有金属化结构，该金属化结构可被焊接到基底的金属化结构。焊接可以通过激光回流焊接过程来执行，其中通过一个或更多个激光束来照射芯片模块的与具有金属化结构的表面相对的表面上，该一个或更多个激光束朝向金属化结构被引导通过芯片模块的主体。激光束的能量可以主要沉积在金属化结构上，以对布置在金属化结构上的材料进行回流焊接，由此在芯片模块和基底之间形成焊接连接。
本发明的一方面因此涉及一种根据独立权利要求1所述的芯片模块。该芯片模块包括：载体，具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；布置在载体的第一主表面中的第一凹进结构；和布置在载体的第一凹进结构中的芯片。有图案的金属化层被沉积在载体的第二主表面上，该金属化层具有第一金属化结构和第二金属化结构，第一金属化结构与第二金属化结构电隔离。芯片被电连接到第一金属化结构和第二金属化结构。
对于根据权利要求1所述的芯片模块，在将芯片模块焊接到基底时可以使用快速、高效且可靠的激光回流焊接过程。若干优点之一在于芯片模块被构造为将来自射向第一主表面的激光束的能量引导通过载体到达金属化结构，在金属化结构处可以执行焊接过程。通过芯片模块的主体进行激光回流焊接的可能性增大了处理速度和效率。
根据一个实施例，载体可以包括对于可见光、UV光和/或红外光透明的材料。这提供的优点在于用于激光回流焊接的激光束能量不被或大体上不被吸收在载体中，由此提供快速的回流过程。
根据另一实施例，芯片模块可以包括：布置在载体的第一主表面中并与第一金属化结构相对的第二凹进结构；和布置在载体的第一主表面中并与第二金属化结构相对的第三凹进结构。附加的凹进结构提供的优点在于激光束被引导通过芯片模块的载体的区域处的载体厚度较小。
有利地，第二凹进结构和第三凹进结构可以是从第一主表面通过载体延伸到第二主表面的贯穿孔。当激光束被引导通过贯穿孔时，这允许激光束向载体表面上的金属化结构进行直接的能量传递。
在一实施例中，贯穿孔可延伸通过第一金属化结构和第二金属化结构。在这种情况下，激光束的能量通过芯片模块被直接传递到可沉积在芯片模块的金属化结构上的焊接材料。
在一实施例中，第一金属化结构和第二金属化结构均被图案化成具有连续的金属化构件和金属化焊盘（land），连续的金属化构件在芯片模块的第二主表面的边缘部分上延伸，金属化焊盘从连续的金属化构件朝向芯片模块的中部延伸。
在又一实施例中，光阻材料层（photoresist layer）可被布置在金属化层和载体之间。当芯片模块激光回流焊接到基底时，光阻材料层可允许激光束能量在金属化结构中的高效能量吸收。
在再一实施例中，凹进结构中的芯片可与模制材料模制在一起。这将芯片密封在芯片模块中，并且就可能危及芯片模块的完整性或者功能性的外部因素而言，这提供了额外的稳定性和阻力。
在另一实施例中，芯片可以是RFID芯片。这允许高效且低成本地制造RFID芯片模块，特别是用于RFID标签的RFID芯片模块。
在又一实施例中，芯片模块可以包括布置在第一金属化结构上的第一焊接凸点和布置在第二金属化结构上的第二焊接凸点。焊接凸点可优选在将芯片模块激光焊接到基底之前被布置在金属化结构上，以加速焊接过程。
本发明的另一方面涉及一种根据独立权利要求11的将芯片模块连接到基底的方法，芯片模块包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的载体以及沉积在载体的第二主表面上的有图案的金属化层，金属化层具有第一金属化结构和第二金属化结构，第一金属化结构具有附接到其的第一焊接凸点，第二金属化结构具有附接到其的第二焊接凸点。该方法包括：将芯片模块放置在基底上，芯片模块的第二主表面面向基底；将芯片模块的第一焊接凸点和第二焊接凸点与基底上的相应的第一金属化图案和第二金属化图案对准；用激光束照射芯片模块，激光束以垂直的入射角射向第一主表面；通过激光束对第一焊接凸点和第二焊接凸点进行回流，由此在第一焊接凸点和第二焊接凸点与基底上相应的第一金属化图案和第二金属化图案之间形成焊接连接。本发明方法的优点在于，激光回流过程允许将芯片模块高效且快速地焊接到基底。
根据一实施例，所述方法可进一步包括对来自包括多个芯片模块的条带的芯片模块进行模版印刷。利用该方法，能够全面地提高制造过程的产量。
在一实施例中，芯片模块可以包括RFID芯片，并且基底的第一金属化图案和第二金属化图案可以形成RFID天线结构。这允许RFID应答器的快速且高效的处理，其中基底的天线结构必须导电地连接到RFID芯片的电端子。
本发明的又一方面涉及一种根据独立权利要求14所述的RFID标签，该RFID标签具有根据本发明的芯片模块和具有RFID天线结构的基底，芯片模块被焊接到RFID天线结构。特别地，该基底可以是织物基底。
其它的更改和变化的特征在于从属权利要求。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解。附图例示的本发明的实施例，并且与说明书一起用以解释本发明的原理。本发明的其它实施例和本发明的许多预期优点将被容易地认识到，因为参考以下详细说明能够更好地理解它们。附图中的元件未必按彼此之间的比例绘制。相似的附图标记指代相应的类似部件，除非另外指出。
将参照附图更详细地描述本发明的若干实施例，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的芯片模块的示意图；
图2A根据本发明的另一实施例以等距视图示出图1的芯片模块的示意图；
图2B根据本发明的另一实施例以等距视图示出图1的芯片模块的示意图；
图3示出了根据本发明的另一实施例的芯片模块的示意图；
图4示出了根据本发明的又一实施例的芯片模块的示意图；
图5根据本发明的另一实施例以等距视图示出图4的芯片模块的示意图；
图6示出了根据本发明的又一实施例的用于将芯片模块连接到基底的制造装置的示意图；
图7示出了根据本发明的又一实施例的用于将芯片模块连接到基底的方法的示意图；和
图8示出了根据本发明的再一实施例的RFID标签的示意图。
尽管已经在此例示和描述了具体实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，多种替代和/或等同实施方式可以替代所示和所述的具体实施例。总体而言，本申请旨在覆盖在此讨论的具体实施例的任何修改或变化。特别地，以下所讨论的不同实施例的具体特征、特性和性能可以被组合，除非另外明确指出。
具体实施方式
图1示出了芯片模块10的示意图。芯片模块10可包括载体1，载体1具有此后表示为顶面的第一主表面1a和此后表示为底面的第二主表面1b，底面1b与顶面1a相对。载体1可以包括电隔离材料。载体1可包括例如半导体材料或者可替代地玻璃纤维增强环氧树脂材料，诸如FR4。载体1可包括柔性电路材料，诸如例如聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或者聚萘二甲酸乙二醇酯。芯片模块10可进一步包括布置在底面1b上的金属化层2。金属化层2可通过常规的沉积手段，例如通过电沉积、电镀、物理气相淀积（PVD）、化学汽相淀积（CVD）、溅射或者类似的沉积技术被沉积在载体1的底面1b上。金属化层2也可以是接合到载体1的金属片。金属化层2可例如包括铜层或者铜片。金属化层2可被涂覆有银或金，以降低金属化层2的表面上的氧化效应。
芯片模块10可进一步包括从顶面1a布置在载体1中的第一凹进结构4。第一凹进结构4可例如大体上被布置在芯片模块10的中部。第一凹进结构4可具有任何期望的形状和尺寸。特别地，第一凹进结构4的尺寸可被设定为将芯片5容纳在第一凹进结构4内。芯片5可以例如是RFID芯片。芯片5可被布置在第一凹进结构4中。在一个实施例中，第一凹进结构4可以凹进到载体材料内至不超过载体1的总深度的预定深度。在这种情况下，芯片5可被直接粘合到第一凹进结构4的底部。在一个实施例中，第一凹进结构4可被布置在载体材料中，以形成穿过载体1的通孔。在这种情况下，芯片5可借助于电隔离粘合层5a联接到金属化层2。
芯片模块10可进一步包括布置在金属化层2上的导电连接材料，特别是焊接材料。导电连接材料可例如被沉积为焊接凸点3a、3b。在图1中，两个焊接凸点3a、3b被示例性地示出，但是，任何其它数量的焊接凸点同样是可能的。焊接凸点3a、3b可被布置在芯片模块10的边缘部分。特别地，焊接凸点3a、3b可被布置在芯片模块10的不位于中部下方的区域中，其中芯片5被布置在第一凹进结构4中。还能够使用可形成与焊接凸点3a、3b相类似的连接凸点的其它连接材料来代替焊接材料，例如导电胶。
为将芯片模块10焊接到基底（未示出），可使用激光束L照射芯片模块10。激光束L可以以垂直或大体上垂直的入射角被引导到载体1的顶面1a。激光束L的能量可以通过载体1的主体而朝向金属化层2传送。可在顶面1a的位于底面1b的沉积有焊接凸点3a、3b的区域直接相对的区域照射芯片模块10。以这种方式，激光束L的能量被传送通过载体1并且加热金属化层2和焊接凸点3a、3b，由此使得焊接或者连接材料回流。回流的焊接材料可被用于将芯片模块10焊接到焊接凸点3a、3b下方的基底。
图2A和2B根据本发明的另一实施例以等距视图示出了图1中的芯片模块10的示意图。图2A示出了芯片模块10的顶面1a上的等距视图，而图2B示出了在芯片模块10的底面1a上的等距视图。
金属化层2可以被图案化，以形成第一金属化结构2a和第二金属化结构2b，如在图2B中示例性描绘的。第一金属化结构2a和第二金属化结构2a可以被图案化成彼此电隔离。第一金属化结构2a和第二金属化结构2b可以例如被图案化为具有连续的金属化构件和金属化焊盘，该连续的金属化构件在芯片模块10的底面1b上的边缘部分上延伸，而金属化焊盘从连续的金属化构件朝向芯片模块10的中部延伸。第一金属化结构2a和第二金属化结构2b中的每个的金属化焊盘可被布置在芯片模块10的相对侧上。应该注意，图2A和2B中的第一金属化结构2a和第二金属化结构2b的形状和尺寸仅是示例性的，并且第一金属化结构2a和第二金属化结构2b的任何其它形状、尺寸和结构可以同样是可能的。
第一凹进结构4内的芯片5可被电连接到第一金属化结构2a和第二金属化结构2b。该电连接可以例如通过从芯片5的端子延伸到第一金属化结构2a和第二金属化结构2b中的每个的引线接合来建立。例如，第一引线接合可被连接到芯片5的第一端子，并被连接到第一金属化结构2a的金属化焊盘。第二引线接合可被连接到芯片5的第二端子，并被连接到第二金属化结构2b的金属化焊盘。
附加层（未示出）可被提供在金属化层2和载体1之间，例如，光阻材料层可被提供在金属化层2和载体1之间。载体1可以包括对于可见光、UV光和/或红外光基本透明的材料。特别地，载体1可以包括对于被引导通过载体1的激光束1而言具有高透射系数或者透射率的材料。激光束L可以在激光束LT穿过载体1时基本无能量损失地透射。光阻材料层则可包括对于激光束LT具有低透射率、即高吸光率的材料。用于照射芯片模块10以对焊接凸点3执行激光回流焊接过程的激光束L能够更迅速地加热焊接凸点3，因为大部分的激光能量透射穿过载体1并沉积在金属化层2和焊接凸点3附近的光阻材料层中。
图3示出了芯片模块20的示意图。芯片模块20与芯片模块10的区别在于，附加的凹进结构6a、6b形成在载体1中。第二凹进结构6a从顶面1a朝向底面1b形成在载体1的边缘部分中。第三凹进结构6b形成在载体1的与从顶面1a朝向底面1b形成的第二凹进结构6a所在的边缘部分相对的边缘部分中。凹进结构6a、6b可被形成至比载体1的厚度低的深度。可替代地，凹进结构6a、6b可以形成为穿过载体1的主体的贯穿孔，即贯穿孔贯穿载体1的整个厚度。凹进结构6a、6b的底部可被涂覆有光阻材料，以增大对被引导通过凹进结构6a、6b的激光束L的吸收率。
图4示出了芯片模块30的示意图。芯片模块30与芯片模块20的区别在于，附加的凹进结构6a和6b形成为穿过载体1并穿过金属化层2的贯穿孔。换句话说，凹进结构6a、6b从载体1的顶面1a延伸穿过载体1的整个厚度并且穿过金属化层2的整个厚度直至芯片模块30的底面1b。沉积在金属化层2上的焊接凸点3a、3b可优选分别被布置在底面1b上位于由凹进结构6a、6b形成的出口之上。
第二凹进结构6a和第三凹进结构6b可具有任何形状和尺寸。例如，如示出了图4中的芯片模块30的等距视图的图5中示意性示出的，第二凹进结构6a和第三凹进结构6b可具有环形形状，并被形成为延伸穿过载体1和/或金属化层2的圆柱形管。
图6示出了用于将芯片模块连接到基底47的制造装置40的示意图。示例性地，图6中示出了芯片模块10，然而，也可以使用如上详述的任何其它芯片模块10、20或30。制造装置40可包括具有活性（active）激光部41a的激光设备41、模版印刷设备42、模版印刷掩模45和底板46，激光设备41和模版印刷设备42可以借助于引导壳体43而相对于彼此对准。模版印刷设备42可以包括模版印刷头44。模版印刷头44可以包括多个中空结构44a，来自活性激光部41a的激光束L可以通过多个中空结构44a被导向芯片模块10。
芯片模块10可被提供为包括彼此相邻地连接的多个芯片模块10的条带。例如，条带可以包括平行的多列芯片模块10，并且条带可以在制造装置40操作期间被引导通过模版印刷掩模45。
将结合图7中示意性地例示的方法50来解释制造装置的操作。方法50包括在第一步骤51中将芯片模块放置在基底47上。这可以通过模版印刷来自条带的芯片模块而被完成，条带包括多个芯片模块。以上结合图1至图5所示的芯片模块10、20或30中的任一种均可被用在图7的方法50中。
芯片模块可被布置在模版印刷掩模45中，以使芯片模块的第二主表面1b面向基底47。基底47可以例如是布置有金属化结构的织物基底47。金属化结构可以例如是RFID天线结构。模版印刷头44可沿着引导壳体43下降，以对来自具有芯片模块10的条带的芯片模块10进行模版印刷。从条带切下的芯片模块10可以借助于通过模版印刷头44内的通道42a施加的负压而被保持为抵靠模版印刷头44。
在第二步骤52中，可以通过使芯片模块10的第一焊接凸点3a和第二焊接凸点3b与基底47上相应的第一和第二金属化图案对准来对准芯片模块10。在第三步骤53中，可以用激光束L照射芯片模块10，激光束L被引导通过模版印刷头44的中空结构44a，并且由此以垂直或大体上垂直的入射角射向第一主表面1a。可以控制激光设备41以将一个或者更多个激光脉冲施加到芯片模块10，其中在第四步骤54中，激光脉冲的能量被控制成使第一和第二焊接凸点回流。由此，可以形成第一和第二焊接凸点3a、3b与基底47上相应的第一和第二金属化图案之间的焊接连接。
用于将芯片模块连接到基底的系统可以包括：用于将芯片模块放置在基底上的机构，芯片模块的第二主表面面向基底；用于使芯片模块的第一焊接凸点和第二焊接凸点与基底上相应的第一金属化图案和第二金属化图案对准的机构；用于利用激光束照射芯片模块的机构，激光束以垂直的入射角射向第一主表面；和通过激光束使第一焊接凸点和第二焊接凸点回流的机构，由此在第一焊接凸点和第二焊接凸点与基底上相应的第一金属化图案和第二金属化图案之间形成焊接连接。
图8示出了例如通过如图6和7中所示在制造装置40中使用方法50制造的RFID标签60的示意图。RFID标签60由焊接到基底62的表面上的金属化图案62的芯片模块10、20或者30（如结合图1至图5详述的）形成。基底62可以例如是与基底47相同的基底，特别是织物基底。金属化图案62可以形成RFID天线结构，该RFID天线结构用作布置在载体1的凹进结构4中的RFID芯片5的RFID天线。通过分别使焊接凸点3a和3b回流来获得焊接连接，焊接凸点3a和3b在图8中示出为大体上平坦的结构。
本发明的实施例的特定特征已经参考多个实施方式中的仅一个作出说明，但是，所述特征可以与其它实施方式中的一个或更多个其它特征组合，如对于任意给定或特定应用所希望且有利的。此外，在术语“包含”、“具有”、“带有”或者它们的其它变型用在详细说明或者权利要求书中的情况下，这样的术语以类似于术语“包括”的方式旨在是包括性的。术语“联接”和“连接”及派生可已被使用。应该理解，这些术语可能已被用于指示一起工作的或者彼此相互作用的两个部件，而不管这两个部件是否直接物理接触或电接触。另外，在前述描述中使用的与附图中描绘的实施例的特征、元件或部件的空间布置有关的任何术语，诸如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“下”、“上”以及类似的术语，仅用于易于理解的目的，并不旨在以任何方式限制本发明。

Claims (13)

1.一种芯片模块(10；20；30)，包括：
载体(1)，具有第一主表面(1a)和与所述第一主表面(1a)相对的第二主表面(1b)；
第一凹进结构(4)，被布置在所述载体(1)的所述第一主表面(1a)中；
芯片(5)，被布置在所述载体(1)的所述第一凹进结构(4)中；
有图案的金属化层(2)，被沉积在所述载体(1)的所述第二主表面上，所述金属化层(2)具有第一金属化结构(2a)和第二金属化结构(2b)，所述第一金属化结构(2a)与所述第二金属化结构(2b)电隔离，其中所述芯片(5)被电连接到所述第一金属化结构(2a)和所述第二金属化结构(2b)；
第二凹进结构(6a)，被布置在所述载体(1)的所述第一主表面(1a)中并与所述第一金属化结构(2a)相对；和
第三凹进结构(6b)，被布置在所述载体(1)的所述第一主表面(1a)中并与所述第二金属化结构(2b)相对，
其中所述第二凹进结构和所述第三凹进结构(6)是从所述第一主表面(1a)通过所述载体(1)延伸到所述第二主表面(1b)的贯穿孔。
2.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，其中所述载体(1)包括对可见光、UV光和/或红外光透明的材料。
3.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，其中所述贯穿孔(6)延伸通过所述第一金属化结构(2a)和所述第二金属化结构(2b)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的芯片模块(10；20；30)，其中所述第一金属化结构(2a)和所述第二金属化结构(2b)均被图案化成具有连续的金属化构件和金属化焊盘，所述连续的金属化构件在所述芯片模块(10)的第二主表面(1b)的边缘部分上延伸，所述金属化焊盘从所述连续的金属化构件朝向所述芯片模块(10)的中部延伸。
5.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，进一步包括:
光阻材料层，被布置在所述金属化层(2)和所述载体(1)之间。
6.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，其中所述第一凹进结构(4)中的所述芯片(5)与模制材料模制在一起。
7.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，其中所述芯片(5)是RFID芯片。
8.根据权利要求1所述的芯片模块(10；20；30)，进一步包括:
第一焊接凸点(3)，被布置在所述第一金属化结构(2a)上；和
第二焊接凸点(3)，被布置在所述第二金属化结构(2b)上。
9.一种将芯片模块(10；20；30)连接到基底的方法(50)，所述芯片模块(10；20；30)包括载体(1)和有图案的金属化层(2)，所述载体(1)具有第一主表面(1a)和与所述第一主表面(1a)相对的第二主表面(1b)，所述有图案的金属化层(2)被沉积在所述载体(1)的所述第二主表面上，所述金属化层(2)具有第一金属化结构(2a)和第二金属化结构(2b)，所述第一金属化结构(2a)具有附接到其的第一焊接凸点(3a)，所述第二金属化结构(2b)具有附接到其的第二焊接凸点(3b)，所述方法包括：
将所述芯片模块(10；20；30)放置在基底(47；61)上，所述芯片模块(10；20；30)的所述第二主表面(1b)面向所述基底(47；61)；
将所述芯片模块(10；20；30)的所述第一焊接凸点(3a)和所述第二焊接凸点(3b)与所述基底(47；61)上相应的第一和第二金属化图案(62)对准；
用激光束(L)照射(53)所述芯片模块(10；20；30)，所述激光束(L)以垂直的入射角射向所述第一主表面(1a)；以及
通过所述激光束(L)对所述第一焊接凸点(3a)和所述第二焊接凸点(3b)进行回流(54)，由此在所述第一焊接凸点(3a)和所述第二焊接凸点(3b)与所述基底(47；61)上相应的所述第一和第二金属化图案(62)之间形成焊接连接。
10.根据权利要求9所述的方法(50)，进一步包括:
对来自包括多个芯片模块(10；20；30)的条带的所述芯片模块(10；20；30)进行模版印刷。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法(50)，其中所述芯片模块(10；20；30)包括RFID芯片(5)，并且其中所述基底(47；61)的所述第一和第二金属化图案(62)形成RFID天线结构。
12.一种RFID标签(60)，包括：
根据权利要求7所述的芯片模块(10；20；30)；和
具有RFID天线结构(62)的基底(61)，所述芯片模块(10；20；30)被焊接到所述RFID天线结构(62)。
13.根据权利要求12所述的RFID标签(60)，其中所述基底(61)是织物基底。
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