CN1716694B - 带集成电路标签的线路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及带集成电路标签的线路板及其制造方法。为了提高电子部件封装效率而不牺牲无线电IC标签的传输距离，在印刷线路板的前侧表面中形成一个凹槽。在该凹槽中设置IC芯片，使得IC芯片不从印刷线路板的所述前侧表面、第一主表面1a和第二主表面突出。分别在IC芯片的相对两侧在所述前侧表面上形成天线的天线部件，将该天线连接到所述IC芯片。该天线是偶极天线，其长度等于要由该天线辐射的无线电波的波长的一半。

Description

带集成电路标签的线路板及其制造方法
对相关申请的引用
本申请与2004年6月30日递交的日本专利申请No.2004-193719相关并基于该申请要求优先权。该申请在此引为参考。
技术领域
本发明涉及带有无线电集成电路标签的带集成电路(IC)标签的线路板，所述无线电IC标签能够使用无线电发射记录在IC芯片中的信息，本发明还涉及制造带IC标签的线路板的方法。
背景技术
无线电IC标签被广泛地用于标识物品。电子设备中所包含的多个印刷线路板都分别带有无线电IC标签，用以识别有关印刷线路板的信息。当电子设备工作不正常，从而需要更换电子设备中的印刷线路板时，就可以(使用无线电)以非接触读取模式从被结合在印刷线路板中的无线电IC标签读出有关印刷线路板的制造的信息和有关印刷线路板的技术信息，以收集表征要更换的印刷线路板的信息，从而支持更换工作。这样的无线电IC标签有一个记录信息的小IC芯片，并有一个发射代表记录在IC芯片中的信息的无线电波的天线。所述IC芯片和天线被安装在印刷线路板的第一或者第二主表面上，形成带IC标签的线路板。
图10(a)和10(b)分别是传统的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图。如图10(a)和10(b)所示，天线23形成在印刷线路板21的第一主表面(安装表面)1a的靠近前侧表面的部分上，并电连接到IC芯片24，该IC芯片24被设置在印刷线路板21的第一主表面1a上，这样就形成了无线电IC标签22。类似于其它电子部件，该无线电IC标签22的形成方式可以是由通孔来连接形成在印刷线路板21的第二主表面(图案形成表面)上的天线和设置在所述第一主表面1a上的IC芯片24。当将这样形成的带IC标签的线路板结合到电子设备中时，通过在设置在印刷线路板21的前侧面附近的无线电IC标签22附近设置阅读器(未图示)，可以以非接触读取方式读出在IC芯片24中记录的信息。
例如在JP11-515094(美国专利No.5,995,006，其在此引为参考)中公开了一种形成无线电IC标签的技术。该文献描述了在多层印刷线路板的除了顶层之外的各层上形成天线图案，在该多层印刷线路板的第一主表面上安装IC芯片，然后例如通过通孔将IC芯片连接到所述天线图案。这种在内层中形成天线图案的技术能够有效地利用第一主表面上的部件安装空间，长度短、在所述各层上形成的所述天线图案能够形成所需长度的天线。这样，就可以较小的尺寸形成包括天线在内的无线电IC标签。
图10(a)和10(b)所示的传统的带IC标签的线路板的无线电IC标签22的天线23形成在印刷线路板21的第一或者第二主表面的一部分上.形成天线13的该部分不能用来安装电子部件.尽管此前在JP11-515094中公开的技术在多层印刷线路板的内层的一部分中形成天线图案，但是在顶层的与形成天线图案的内层部分相对应的部分中，不能安装电子部件.因此，形成在印刷线路板的第一或者第二主表面上的无线电IC标签的天线降低了电子部件封装效率.如果天线是偶极天线，则当天线长度等于λ/2(λ是要发射的无线电波的波长)时天线工作的辐射效率最高.必须使用具有较大表面积的印刷线路板通过形成具有必要长度的天线来保持所需的通信能力.传统的带IC标签的线路板不能够满足这样两个相互矛盾的条件：一方面要求保持所需的通信能力，另一方面要提高电子部件封装效率.
传统的带IC标签的线路板在印刷线路板的第一或者第二主表面上设有天线。当印刷线路板是多层印刷线路板时，天线形成在印刷线路板的内层上。因此，无线电IC标签的天线不能形成为使得天线在所需的特定方向具有方向性。因此，一个带IC标签的线路板的天线辐射的无线电波在比较宽的区域内传播，但是传播距离短。在带有多个堆叠的带IC标签的线路板的电子设备中，堆叠的带IC标签的线路板的天线辐射的无线电波相互干扰，从而，在某些情况下，无法识别带IC标签的线路板中所要的线路板所提供的信息。
发明内容
本发明提供了一种带IC标签的线路板，其能够支持高封装效率的电子部件，不会缩短传输距离，并在所需的方向具有天线方向性。本发明并提供了这样的带IC标签的线路板的制造方法。
具体地，本发明提供了一种带IC标签的线路板，它是这样形成的：在线路板上安装IC标记，该IC标记包括用于记录信息的IC芯片和用于辐射代表在所述IC芯片中记录的信息的无线电信号的天线，其中，所述天线形成在所述线路板的侧表面上。例如，所述IC芯片被保持在在线路板的所述侧表面中形成的凹槽中，使得IC芯片的外表面陷入包括所述侧表面的平面的下方。所述带IC标签的线路板可以被设置在线路板的正面或者背面上，其辅助天线能够使得所述天线在所需方向辐射无线电波。
根据本发明，所述无线电IC标签的天线形成在线路板的侧表面中。因此，可以有效地利用线路板的第一和第二主表面来在线路板上安装电子部件，从而可以将电子部件以高封装效率安装在线路板的第一主表面上。
由于天线在所需方向的方向性可以由形成在线路板的第一或者第二主表面上的辅助天线控制，由多个层叠带IC标签的线路板的无线电IC标签的IC芯片提供的信号能够被精确地接收，从而能够读取有关所述线路板的信息。
此外，本发明提供了一种制造带集成电路标签的印刷线路板的方法，该带集成电路标签的印刷线路板包括：无线集成电路标签以及耦接到该集成电路标签的天线，该集成电路标签上存储有要发射的信息，所述天线用来辐射代表所存储的要发射的信息的无线电波，所述天线被设置在所述印刷线路板的一个边缘的表面上，所述边缘连接所述印刷线路板的第一主表面和所述印刷线路板的第二主表面；以及形成在印刷线路板的所述边缘中的凹槽，所述集成电路芯片被设置在所述凹槽中，与所述印刷线路板的所述边缘的表面齐平或者设置得低于该表面，该方法包括：在衬底上形成多个线路板；在所述线路板之间形成槽形开口，该槽形开口具有一个纵轴线；在该槽形开口的边缘表面上形成导电材料层；以使所述导电材料层不被去除的方式，沿着平行于所述纵轴线的直线切割所述衬底，从而将所述衬底分割为第一和第二板；在所述槽形开口的区域中，在所述第一板的所述边缘上形成一个凹槽，从而将所述槽形开口中的导电材料层分为第一和第二部分；在所述凹槽中设置所述集成电路标签；以及提供所述集成电路标签与所述第一和第二部分的每一个之间的电连接，以将所述第一和第二部分用作天线.
优选地，根据本发明的制造带集成电路标签的印刷线路板的方法中，上述槽形开口的长度为所要发射的无线电波的波长的一半。
附图说明
结合附图阅读下面的说明，可以更加清楚本发明的上述以及其它特征、目的和优点。附图中：
图1(a)和1(b)分别是本发明第一实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图；
图2是图1(a)和1(b)所示带IC标签的线路板所包含的IC芯片的透视图；
图3(a)到3(e)图示了根据本发明的带IC标签的线路板制造方法的步骤；
图4(a)和4(b)分别是本发明第二实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图；
图5(a)是本发明第三实施例的带IC标签的线路板的正面透视图，图5(b)是沿着图5(a)中A-A线的剖视图；
图6(a)是本发明第三实施例的带IC标签的线路板的修改方案背正面透视图，图6(b)是沿着图6(a)中B-B线的剖视图；
图7(a)和7(b)是第三实施例的带IC标签的线路板的另一种修改方案的视图；
图8(a)和8(b)分别是本发明第四实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图；
图8(c)是图8(a)所示的画圈区域C的放大正视图；
图8(d)是图8(a)所示的画圈区域的顶部透视图；
图9(a)和9(b)是本发明第五实施例的带IC标签的线路板的视图；
图10(a)和10(b)分别是传统的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图。
具体实施方式
下面结合附图描述根据本发明的优选实施例的带IC标签的线路板以及其制造方法。在附图中，相同的部件用相同的附图标记表示。
根据本发明的带IC标签的线路板的特征在于高封装效率(packaging efficiency)，其中，电子部件安装在带IC标签的线路板所包括的印刷线路板的安装表面上，所述带IC标签的线路板是通过在所述印刷线路板的侧表面上形成所述带IC标签的线路板所包括的天线而实现的。所述天线可以通过印刷线路板制造工艺所包括的通孔形成工艺和线路板分割工艺(wiring board dividing process)而形成在印刷线路板的所述侧表面上，而不用对传统的印刷线路板制造工艺添加任何特殊的工艺。这样，可以提高电子部件封装效率而不增加制造成本。当在印刷线路板的第一或者第二主表面上形成能够与形成在印刷线路板的侧表面上的天线形成所需的辐射角的辅助天线时，可以使得天线在所需方向以高度的方向性辐射无线电波。
(第一实施例)
图1(a)和1(b)分别是本发明第一实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图。见图1(a)和1(b)，在印刷线路板1的前侧表面1b的中间部分形成一个凹槽1c，天线3由两个天线部件构成，这两个天线部件形成在所述前侧表面1b上，分别在凹槽1c的相对两侧延伸。所述天线3是长度等于λ/2的偶极天线，其中λ是要由该天线辐射的无线电波的波长。长度为λ/2的天线3以最大辐射效率辐射波长为λ的无线电波。IC芯片4被设置在凹槽1c中，凹槽1c形成在天线3的所述两个天线部件之间。天线3的天线部件电连接到IC芯片4的端子5。许多电子部件(未图示)被安装在印刷线路板1的第一主表面1a上，并通过通孔连接到形成在印刷线路板1的第二主表面上的电路图案。匹配短线7使天线3的阻抗与IC芯片4的阻抗匹配，防止由于IC芯片4的短路而使IC芯片4静电击穿。
如果在印刷电路板1上有用于匹配短线7的空间，则可以省略匹配短线7。尽管匹配短线7的省略缩短了通信距离，但是匹配短线7的省略对IC芯片4的工作没有影响。
见图2，其以透视图图示了带IC标签的线路板所包括的IC芯片4，该IC芯片4是这样形成的：将端子5连接到1.6mm×0.8mm×0.6mm的IC封装6的相对两端表面。在图1(a)和1(b)所示的印刷线路板1中，凹槽1c形成的深度稍大于0.6mm，宽度稍大于1.6mm。印刷线路板1的厚度大约为0.8mm。这样，设置在所述凹槽1c中的IC芯片4不从图1(a)和1(b)所示的印刷线路板1的前侧表面1b、第一主表面1a和第二主表面伸出。
下面说明制造带IC标签的线路板的带IC标签的线路板制造方法。图3(a)和3(b)图解了带IC标签的线路板的制造方法的步骤。见图3(a)，在衬底10上形成多个线路板11，在相邻线路板11之间，在衬底10中形成槽11a。所述槽11a通过通过形成工艺与通孔同时形成。槽11a的长度等于要发射的无线电波的波长的一半。
第一步骤对形成在衬底10的线路板11中的通孔的侧壁和槽11a的侧表面进行电镀。金属层31分别形成在槽11a的侧表面上。为了改善氧化特性，可以镀金，但是可能需要额外的处理步骤。或者，可以在金属层31上提供绝缘层。
第二步骤沿着切割线11c和11b切割衬底10，使得在图3(a)中所见的槽11a的作侧表面上形成的金属层31不被去除，从而将衬底10分割为线路板11，每一个线路板在其前侧表面16具有预定长度的金属层31，如图3(b)所示。第三步骤将金属层31的对应于IC芯片4的中间部分11g切掉，如图3(c)所示，以获得具有凹槽1c和金属层31的天线3的印刷线路板1，如图3(d)所示。
然后，通过插入机(insert machine)等将许多电子部件安装到印刷线路板1的前表面上，如图3(d)所示。第四步将图所示的IC芯片4设置到如图3(e)所示的凹槽1c中，将IC芯片4的端子5通过焊接连接到天线3。由于IC芯片4被设置在在印刷线路板1的前表面1b中形成的凹槽1c中，前侧表面1b是平坦的。这样，防止了IC芯片4由于与设备的外壳或者在操作印刷线路板1期间与工具的意外碰撞而从印刷线路板1脱落。
由于无线电IC标签2的天线3不是形成在印刷线路板1的第一主表面1a或者第二主表面上，而是如图1(a)和1(b)所示形成在印刷线路板1的前侧表面1b中，电子部件可以以高封装效率安装到印刷线路板1上。
当在印刷线路板1的前侧表面1b上形成天线3时，最好形成匹配短线7，以连接图1(a)和1(b)中的虚线所示的天线3的天线部件，以使天线3的阻抗与IC芯片4的阻抗匹配，防止静电击穿.例如，匹配短线7可以通过在凹槽1c的侧表面上进行电镀而形成.当无线电IC标签2配有匹配短线7时，高频天线电路流过IC芯片4，IC芯片4有效地工作，静电以DC电流流过匹配短线7.这样，断开的IC芯片4不会被静电损坏.
(第二实施例)
图4(a)和4(b)分别是本发明第二实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图。如图4(a)所示，天线3a可以被形成为从印刷线路板1的前侧表面1b和第一主表面1a(或者第二主表面，未图示)延伸。天线3a可以在第一主表面1a和第二主表面上从印刷线路板1的前侧表面1b延伸。这样形成在较宽区域中的天线3a能够在较宽的辐射区域内辐射无线电波，从而，包括天线3a的无线电IC标签2的方向性范围可以被扩展。最好，还用在IC芯片4上延伸的匹配短线7连接如图4(a)和4(b)所示的天线3a的天线部件，以防止静电击穿，实现阻抗匹配。天线3a可以用前述工艺形成。
(第三实施例)
图5(a)是本发明第三实施例的带IC标签的线路板的正面透视图，图5(b)是沿着图5(a)中A-A线的剖视图。如图5(a)所示，第三实施例中的带IC标签的线路板除了类似于第一实施例的天线3外，还设有辅助天线8。辅助天线8平行于天线3形成在印刷线路板1的第一主表面1a上的预定位置。那么，如图5(b)所示，天线3在平行于连接辅助天线8和天线3的直线的箭头的方向具有非常好的方向性。形成的长度长于天线3的辅助天线8用作提高天线3在箭头方向的方向性的反射器。由于天线3具有好的方向性，就能够从叠置起来形成电子设备的多个印刷线路板1中的所希望的印刷线路板的无线电IC标签读出信息。
图6(a)是本发明第三实施例的带IC标签的线路板的修改方案背正面透视图，图6(b)是沿着图6(a)中B-B线的剖视图。如图6(a)所示，在印刷线路板1的第二主表面1n上形成辅助天线8，在印刷线路板1的前侧表面中形成天线3。这样，如图6(b)所示，天线3在平行于连接辅助天线8和天线3的直线的箭头方向具有非常好的方向性。通过分别在第一主表面1a和第二主表面1n上形成辅助天线8，可以在垂直于印刷线路板1的前侧表面1b的方向上调整天线3的方向性。
可选地，可以确定辅助天线8的长度。通过根据要发送的无线电波的波长λ来确定辅助天线8的长度，可以针对所需波长的无线电波提高天线的方向性。当分别对不同的无线电IC标签2分配不同的工作频率，并且对无线电IC标签2分别设置具有不同的分别符合不同波长的长度的辅助天线8时，可以分别从对应于无线电IC标签2的天线的方向性的特定方向从无线电IC标签2读取信息。这样，就可以防止对印刷线路板读取信息时的失败，并防止不正确地读出信息。
下面结合图7(a)和7(b)描述第三实施例的另一种修改方案的带IC标签的线路板。
辅助天线8’没有形成在印刷线路板1上，而是形成在保持该印刷线路板1的壳体20上.当形成的长度短于形成在印刷线路板1上的天线3的长度时，辅助天线8’能够用作波导.在这种带IC标签的线路板中，天线3在从天线3到辅助天线8’的方向(读取方向)上具有方向性，该方向与第三实施例的天线3在从辅助天线8到天线3的方向上的方向性相反.
自然，如图7(a)所示，可以在壳体20上形成长度长于天线3的天线8，以在从辅助天线8到天线3的方向(读取方向)上调整天线3的方向性，如图7(b)所示。辅助天线8的位置不受电子部件在印刷线路板上的布置的影响，因此，可选地，当在壳体20上形成辅助天线8时，可以确定辅助天线8的位置，以改变方向性。
(第四实施例)
图8(a)和8(b)分别是本发明第四实施例的带IC标签的线路板的正面透视图和顶视图，图8(c)是沿着图8(a)中的箭头c的方向的放大的局部侧视图。这些附图中所示的带IC标签的线路板与图1(a)和1(b)中所示的带IC标签的线路板的不同之处在于，IC芯片4设置在印刷线路板1的第一主表面1a上，天线3b是形成在前侧表面1b上的长度等于λ/2的非分割天线，其中λ是要由天线3b辐射的无线电波的波长。如图8(a)所示，在天线3b的中央部分形成L形缝9，以防止静电击穿并提供阻抗匹配。
尽管第一实施例的天线3被分为两个天线部件，并在两个天线部件之间形成用于接纳IC芯片4的凹槽，但是第四实施例的天线3b不需要被分为两个部分。所述L形缝9可以形成在天线3b的中央部分中，如图8(c)所示。图8(d)所示的透视图更清楚地图示了天线3b和L形缝9的形成，包括用于IC芯片4的安装的安装焊盘31。这样，不用形成任何外部匹配短线，比如第一实施例中的匹配短线7，就能防止静电击穿，实现阻抗匹配。尽管在第四实施例中IC芯片4被设置在印刷线路板1的第一主表面1上，由于IC芯片4小并且邻近第一主表面1a的边缘设置，IC芯片4几乎不会降低电子部件封装效率。
(第五实施例)
见图9(a)和9(b)，其中图示了本发明第五实施例的带IC标签的线路板，其中，在印刷线路板1的前侧表面1b的中部的相对两侧的一侧上形成长度等于λ/4的辐射天线3c，其中λ是要由天线3c辐射的无线电波的波长，IC芯片4被设置在印刷线路板1的第一主表面1a的接近前侧表面1b的部分上。在印刷线路板1的第二主表面1n的与前侧表面1b的中部的另一侧上的一部分相对应的一部分上形成所需面积的接地图案12。由于天线3c是辐射无线电波的单极天线，天线3c的方向性不受相邻电子线路的影响。包括在电子线路中的接地图案可以被用作接地图案12。自然，接地图案12可以被形成在印刷线路板1的第一主表面1a上。如果印刷线路板1是多层印刷线路板，则接地图案12可以形成在多层印刷线路板的内层中。
前述实施例的天线可以通过电镀方法之外的任何合适的方法形成为所需的图案，比如在印刷线路板的前侧表面上印刷金属糊，比如铜糊或者银糊，形成所需的图案，然后对该金属糊图案进行焙烤。

Claims (2)

1.一种制造带集成电路标签的印刷线路板的方法，该带集成电路标签的印刷线路板包括：
无线集成电路标签以及耦接到该集成电路标签的天线，该集成电路标签上存储有要发射的信息，所述天线用来辐射代表所存储的要发射的信息的无线电波，所述天线被设置在所述印刷线路板的一个边缘的表面上，所述边缘连接所述印刷线路板的第一主表面和所述印刷线路板的第二主表面；以及
形成在印刷线路板的所述边缘中的凹槽，所述集成电路芯片被设置在所述凹槽中，与所述印刷线路板的所述边缘的表面齐平或者设置得低于该表面，
该方法包括：
在衬底上形成多个线路板；
在所述线路板之间形成槽形开口，该槽形开口具有一个纵轴线；
在该槽形开口的边缘表面上形成导电材料层；
以使所述导电材料层不被去除的方式，沿着平行于所述纵轴线的直线切割所述衬底，从而将所述衬底分割为第一和第二板；
在所述槽形开口的区域中，在所述第一板的所述边缘上形成一个凹槽，从而将所述槽形开口中的导电材料层分为第一和第二部分；
在所述凹槽中设置所述集成电路标签；以及
提供所述集成电路标签与所述第一和第二部分的每一个之间的电连接，以将所述第一和第二部分用作天线。
2.根据权利要求1所述的制造带集成电路标签的印刷线路板的方法，其中，上述槽形开口的长度为所要发射的无线电波的波长的一半。
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