DE102004045896A1

DE102004045896A1 - Transponder mit Antenne und Flip-Chip-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004045896A1
Application number: DE102004045896A
Authority: DE
Inventors: Michael Ried; Jürgen Süss; Anton Brunner
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-23
Also published as: DE102004045896B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transponder mit mindestens einer auf einem Substrat (15) angeordneten Antenne aus Antennendraht (12) und mindestens einem mit dem Antennendraht (12) in Verbindungen stehenden Flip-Chip-Modul (13) mit Anschlusselementen (14a, 14b), wobei mindestens eine auf dem Substrat (15) angeordnete Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b), bestehend aus einem Brückensubstrat (10) und mindestens zwei darauf angeordneten schichtartigen Kontaktflächen (11a, 11b), vorgesehen ist, wobei auf jeder Kontaktfläche (11a, 11b) ein Ende (12a, 12b) des Antennendrahts (12) und ein seitlich dazu versetztes Anschlusselement (14a, 14b) des Flip-Chip-Moduls (13) angeordnet sind. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transponders gezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder mit mindestens einer auf einem Substrat angeordneten Antenne aus Antennendraht und mindestens einem mit dem Antennendraht in Verbindung stehenden Flip-Chip-Modul mit Anschlusselementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transponders gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 5 und 6.

Bei der Herstellung von Transpondern wird üblicherweise ein Antennendraht antennenförmig auf einem Substrat beispielsweise mittels Ultraschall verlegt und die beiden Enden dieses Antennendrahtes mit Anschlussflächen einer Chipeinheit verbunden. Sofern als Chipeinheit ein Flip-Chip-Modul benutzt wird, sind die an dem umgedrehten Flip-Chip-Modul angeordneten Anschlusselemente üblicherweise als Erhebungen (Bumps) ausgebildet, die aufgrund ihrer geringen Oberfläche eine Kontaktierung der Anschlusselemente mit den Antennendrahtenden erschweren. Deshalb werden in Kombination mit Flip-Chip-Modulen bisher mittels eines Ätzprozesses gebildete Antennen aus Kupfer oder Aluminium oder bedingt auch aufgedruckte Antennen aus einem Leitklebematerial verwendet, da diese Antennen einen größerflächigen Endbereich aufweisen und somit eine Kontaktierung mit den Anschlusselementen des Flip-Chip-Modules während der Positionierung des umzudrehenden Flip-Chip-Modules auf dem Substrat erleichtern.

Demgegenüber weisen Antennen, die aus Antennendrähten gebildet werden, auch an den Enden des Antennendrahtes außenseitige Wölbungen aufgrund des vorzugsweise kreisför migen Querschnittes des Antennendrahtes auf, wodurch sich ein zuverlässiges Kontaktieren der nahezu halbkugelförmig ausgebildeten Erhebungen, die als Anschlusselemente des Flip-Chip-Modules dienen, mit den gewölbten Antennendrahtenden in der Regel nicht durchführen lässt. Dieser in 1 in Form einer schematischen Seitenansicht eines Ausschnitts des Transponders dargestellte Nachteil kann selbst bei einem hochpräzisierten Ablegen des umgedrehten Flip-Chip-Moduls 2 mit seinen Anschlusselementen 3 auf den Antennendrahtelementen 1a und 1b zu einer ungewollten Fehlkontaktierung führen.

Wie der 1 zu entnehmen ist, findet im Bereich 4 eine nicht wunschgemäße Kontaktierung zwischen dem Antennendrahtende 1b und dem Anschlusselement 3 des Flip-Chip-Moduls 2 statt, da das Antennendrahtende 1b zu dem Antennendrahtende 1a nicht genau entsprechend dem zwischen den Anschlusselementen 3 bestehenden Abstand beabstandet wurde.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Transponder zur Verfügung zu stellen, bei dem eine zuverlässige Kontaktierung zwischen einem Flip-Chip-Modul und einer drahtförmigen Antenne sichergestellt ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transponders zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erzeugnisseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und verfahrensseitig durch die Merkmale der Patentansprüche 5 und 6 gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Transponder mit mindestens einer auf einem Substrat angeordneten Antenne aus Antennendraht und mindestens einem mit dem Antennendraht in Verbindung stehenden Flip-Chip-Modul mit Anschlusselementen mindestens eine auf dem Substrat angeordnete Verbindungsbrücke verwendet wird, die aus einem Brückensubstrat und mindestens zwei darauf angeordneten schichtartigen Kontaktflächen besteht. Auf jeder Kontaktfläche sind ein Ende des Antennendrahtes und ein seitlich dazu versetztes Anschlusselement des Flip-Chip-Moduls angeordnet. Auf diese Weise wird aufgrund der Anordnung von Kontaktflächen mit einer endlichen Flächenausdehnung, die ausreichend ist, um sowohl ein bumpartiges Anschlusselement des Flip-Chip-Moduls als auch ein im Querschnitt kreisförmiges Antennendrahtende nebeneinander anzuordnen, sichergestellt, dass eine Kontaktierung zwischen einem der Anschlusselemente und einem der Antennendrahtenden selbst dann stattfindet, wenn das umgedrehte Flip-Chip-Modul versetzt zu seiner gewünschten Positionierung auf dem Substrat angeordnet wird.

Voraussetzung hierfür ist, dass die Anschlusselemente des Flip-Chip-Moduls noch im Bereich der Kontaktflächen der Verbindungsbrücke liegen, also eine elektrische Verbindung mit den Antennendrahtenden aufweisen.

Die Verbindungsbrücke besteht aus dem elektrisch isolierenden Brückensubstrat und den voneinander beabstandeten vorzugsweise zwei Kontaktflächen, welche den beiden Antennendrahtenden des Antennendrahtes und den beiden bumpartigen Anschlusselementen des Flip-Chip-Moduls zugeordnet sind. Die Kontaktflächen können als geätzte Oberflächen auf dem Brückensubstrat ausgebildet sein und/oder bestehen vorzugsweise aus Kupfer.

Um die Verbindungsbrücke anfänglich auf dem Substrat anzuordnen, weist deren Brückensubstrat unterseitig eine Klebefläche, vorzugsweise einen selbstklebenden Film auf, um damit die Unterseite des Brückensubstrates mit der oberseitigen Oberfläche des Substrates zu verkleben. Alternativ kann eine Verbindung zwischen Verbindungsbrücke und Substrat mittels Ultraschallschweißen hergestellt werden.

Bei einem Verfahren zu Herstellung eines derartigen Transponders werden folgende Schritte angewendet:
Zunächst wird der leitfähige Antennendraht in Antennenform auf der Oberfläche des Substrates verlegt. Anschließend wird die Verbindungsbrücke beispielsweise mittels eines Klebevorganges auf der Oberfläche des Substrates im Bereich der Antennendrahtenden angeordnet. Die Schritte des Verlegens des leitfähigen Antennendrahtes und des Anordnens der Verbindungsbrücke können in ihrer Reihenfolge miteinander vertauscht werden.

Anschließend findet ein Verlegen und Verbinden von jeweils einem Ende des Antennendrahtes auf und mit einer der Kontaktflächen statt. Danach wird das umgedrehte Flip-Chip-Modul auf der Verbindungsbrücke derart angeordnet, dass auf jeder Kontaktfläche jeweils eines der Anschlusselemente seitlich versetzt zu dem Ende des Anschlussdrahtes angeordnet ist.

Die Verbindungsbrücken können mittels eines Bearbeitungsmoduls anfänglich aus einem Substratband, welches eine Vielzahl dieser Verbindungsbrücken beinhaltet, herausgenommen und in großer Stückzahl auf den Substraten der Transponder, die beispielsweise auf einem Trägerband angeordnet sind, übertragen werden.

Vorzugsweise findet das Verbinden der Enden des Antennendrahtes mit den Kontaktflächen mittels Thermokompression statt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1 in einer schematischen Seitenansicht die Anordnung eines Flip-Chip-Moduls und von Antennendrahtenden gemäß dem Stand der Technik;
2 in einer schematischen Seitenansicht die Anordnung eines Flip-Chip-Moduls und von Antennendrahtenden mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsbrücke als Teil eines Transponders gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
3a – 3c in einer Draufsicht und perspektivischen Ansichten verschiedene Abschnitte eines Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Transponders gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In 1 wird in einer schematischen Seitenansicht eine Verbindungsbrücke bestehend aus einem Brückensubstrat 10 und schichtartig ausgebildeten Kontaktflächen 11a und 11b, die isolierend voneinander beabstandet sind, in Verbindung mit Antennendrahtenden 12a, 12b und einem Flip-Chip-Modul 13 gezeigt.
Der Darstellung gemäß 2 ist deutlich zu entnehmen, dass die Antennendrahtenden 12a, 12b seitlich versetzt zu bumpartig ausgebildeten Abschlusselementen 14a, 14b angeordnet sind. Sowohl das Antennendrahtende 12a und das Anschlusselement 14a des Flip-Chip-Moduls 13 als auch das Antennendrahtende 12b und das Anschlusselement 14b sind über die Kontaktflächen 11a und 11b miteinander verbunden. Vorteilhaft wird hierbei ein nebeneinander Anordnen der Antennendrahtenden und der Anschlusselemente 14a und 14b angestrebt, um eventuelle Fehlkontaktierungen durch Aufsetzen des Flip-Chip-Moduls 13 auf einem der Antennendrahtenden 12a, 12b während der Positionierung des Flip-Chip-Moduls 13 auf den Kontaktflächen 11a, 11b zu vermeiden.
Selbst bei geringfügigen Abweichungen in horizontaler Richtung in der Positionierung des Flip-Chip-Moduls 13 an einer gewünschten Position der Anschlusselemente 14a, 14b auf den Kontaktflächen 11a, 11b ist eine zuverlässige Kontaktierung zwischen den Antennendrahtenden 12a, 12b und den Anschlusselementen 14a, 14b aufgrund der flächenartig ausgebildeten Kontaktflächen sichergestellt.
In 3a wird in einer schematischen Draufsicht ein Ausschnitt eines Transpondersubstrates 15 mit einer darauf angeordneten Antenne aus einem Antennendraht 12 und den Antennendrahtenden 12a und 12b dargestellt. Diese Darstellung gibt das Ergebnis eines ersten Schrittes eines Herstellungsverfahrens für derartige Transponder wieder. In diesem ersten Herstellungsschritt wird der Antennendraht 12 mittels Ultraschall mit einem Ultraschallkopf auf dem Substrat 15 verlegt.
In 3b wird in einer perspektivischen Darstellung ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Transponders im Bereich der Antennendrahtenden gemäß dem Ergebnis eines weiteren Herstellungsverfahrensschrittes gezeigt. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, ist unterhalb der Antennendrahtenden 12a, 12b an die Verbindungsbrücke 10 mit den darauf angeordneten Kontaktflächen 11a, 11b auf dem Substrat 15 beispielsweise mittels eines Klebevorganges angeordnet worden. Im Anschluss daran werden die Antennendrahtenden 12a, 12b auf den Kontaktflächen 11a, 11b verlegt und beispielsweise mittels Thermokompression mit diesen verbunden.
Eine Verbindungsbrücke weist vorzugsweise Abmessungen von 1 – 3 mm × 5 – 7 mm auf.
In 3c wird in einer perspektivischen Darstellung der in 3b gezeigte Ausschnitt nach einem weiteren Verfahrensschritt gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gezeigt. Wie der in 3c gezeigten Darstellung zu entnehmen ist, wird das Flip-Chip-Modul 13 in umgedrehter Weise mit dessen nun unterseitig angeordneten Anschlusselemen ten 14a, 14b auf den Kontaktflächen 11a, 11b derart angeordnet, dass es zwischen den Antennendrahtenden 12a, 12b liegt. Eine zuverlässige Kontaktierung zwischen dem Antennendrahtende 12a und dem Anschlusselement 14a einerseits und zwischen dem Antennendrahtende 12b und dem Anschlusselement 14b andererseits ist aufgrund der flächenartigen Ausdehnung der Kontaktflächen 11a, 11b sichergestellt.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1a, 1b, 12a, 12b: Antennendrahtenden
2, 13: Flip-Chip-Module
3, 14a, 14b: Anschlusselemente der Flip-Chip-Module
4: Bereich der fehlerhaften Kontaktierung
10: Brückensubstrat
11a, 11b: Kontaktflächen
15: Substrat

Claims

Transponder mit mindestens einer auf einem Substrat (15) angeordneten Antenne aus Antennendraht (12) und mindestens einem mit dem Antennendraht (12) in Verbindung stehenden Flip-Chip-Modul (13) mit Anschlusselementen (14a, 14b), gekennzeichnet durch mindestens eine auf dem Substrat (15) angeordnete Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) bestehend aus einem Brückensubstrat (10) und mindestens zwei darauf angeordneten schichtartigen Kontaktflächen (11a, 11b), wobei auf jeder Kontaktfläche (11a, 11b) ein Ende (12a, 12b) des Antennendrahts (12) und ein seitlich dazu versetztes Anschlusselement (14a, 14b) des Flip-Chip-Moduls (13) angeordnet sind.
Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückensubstrat (10) elektrisch isolierend und die Kontaktflächen (11a, 11b) als geätzte Oberflächen oder als aufgebrachte Kupferfolien ausgebildet sind.
Transponder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (14a, 14b) als Erhebungen auf der Unterseite des umgedrehten Flip-Chip-Moduls (13) ausgebildet sind.
Transponder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückensubstrat (10) unterseitig mit einem selbstklebenden Film ausgestattet ist oder mittels Ultraschall mit dem Substrat verschweißt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Transponders mit mindestens einer auf einem Substrat (15) angeordneten Antenne aus Antennendraht (12) und mindestens einem mit dem Antennendraht (12) in Verbindung stehenden Flip-Chip-Modul (13) mit Anschlusselementen (14a, 14b), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Verlegen des leitfähigen Antennendrahtes (12) in Antennenform auf der Oberfläche des Substrates (15); – Anordnen einer Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) bestehend aus einem Brückensubstrat (10) und mindestens zwei darauf angeordneten schichtartigen Kontaktflächen (11a, 11b); – Verlegen und Verbinden von jeweils einem Ende (12a, 12b) des Antennendrahtes (12) auf und mit einer der Kontaktflächen (11a, 11b), und – Anordnen des umgedrehten Flip-Chip-Moduls (13) auf der Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) derart, dass auf jeder Kontaktfläche (11a, 11b) eines der Anschlusselemente (14a, 14b) seitlich versetzt zu dem Ende (12a, 12b) des Antennendrahtes (12) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Transponders mit mindestens einer auf einem Substrat (15) angeordneten Antenne aus Antennendraht (12) und mindestens einem mit dem Antennendraht (12) in Verbindung stehenden Flip-Chip-Modul (13) mit Anschlusselementen (14a, 14b), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Anordnen einer Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) bestehend aus einem Brückensubstrat (10) und mindestens zwei darauf angeordneten schichtartigen Kontaktflächen (11a, 11b); – Verlegen des leitfähigen Antennendrahtes (12) in Antennenform auf der Oberfläche des Substrates (15); – Verlegen und Verbinden von jeweils einem Ende (12a, 12b) des Antennendrahtes (12) auf und mit einer der Kontaktflächen (11a, 11b), und – Anordnen des umgedrehten Flip-Chip-Moduls (13) auf der Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) derart, dass auf jeder Kontaktfläche (11a, 11b) eines der Anschlusselemente (14a, 14b) seitlich versetzt zu dem Ende (12a, 12b) des Antennendrahtes (12) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden der Enden (12a, 12b) des Antennendrahtes (12) mit den Kontaktflächen (11a, 11b) mittels Thermokompression durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der Verbindungsbrücke (10, 11a, 11b) auf dem Substrat (15) mittels Verkleben des unterseitig eine Klebefläche, vorzugsweise einen selbstklebenden Film aufweisenden Brückensubstrates (10) mit der Oberfläche des Substrats (15) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennendraht (12) mittels Ultraschall auf dem Substrat (15) verlegt wird.