ES2294790T3 - Circuito integrado de un sustrato ultraflexible y un procedimiento de union por hilo de un circuito integrado a un sustrato ultraflexible. - Google Patents

Circuito integrado de un sustrato ultraflexible y un procedimiento de union por hilo de un circuito integrado a un sustrato ultraflexible. Download PDF

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English (en)
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Mark R. Isaacson
Anthony F. Piccoli
Michael Holloway
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Original Assignee
Checkpoint Systems Inc
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Abstract

UN METODO PARA CONECTAR ELECTRICAMENTE UN CIRCUITO INTEGRADO (CI (14)) A AL MENOS UN CONDUCTOR ELECTRICO SOBRE SUSTRATO DIELECTRICO FLEXIBLE (26) QUE TIENE UNA ZONA PARA EL ACOPLAMIENTO DEL CI (36) Y AL MENOS UN CIRCUITO RESONANTE FORMADO EN EL MISMO. EL CIRCUITO SE FORMA CON DOS PATRONES CONDUCTORES DISPUESTOS SOBRE DOS SUPERFICIES OPUESTAS PRINCIPALES DEL SUSTRATO FLEXIBLE (26). LOS PATRONES CONDUCTORES SE CONECTAN ELECTRICAMENTE ENTRE SI PARA FORMAR UN INDUCTOR (22) Y UN CAPACITOR, EN DONDE EL INDUCTOR FUNCIONA TAMBIEN COMO ANTENA. LA ZONA PARA EL ACOPLAMIENTO DEL CI (36) DEL SUSTRATO FLEXIBLE (26) SE LIMPIA Y A CONTINUACION SE ASEGURA EN UNA POSICION FIJA EN UN PLENO PARA IMPEDIR EL MOVIMIENTO SUSTANCIAL DE LA MISMA. EL CI (14) SE ASEGURA A LA ZONA PARA EL ACOPLAMIENTO DEL CI (36). SE REALIZA UNA UNION CON CABLES DEL CI (14) A AL MENOS UN CONDUCTOR ELECTRICO (38, 40, 42) DEL CIRCUITO RESONANTE. SE COLOCA UNA CUBIERTA PROTECTORA SOBRE EL CI (14) Y SOBRE LAS UNION CON CABLES PARA PROTEGERA LA UNION CON CABLES PARA QUE NO SUFRA DAÑOS DEBIDO A LAS FUERZAS EXTERNAS.

Description

Circuito integrado de un sustrato ultraflexible y un procedimiento de unión por hilo de un circuito integrado a un sustrato ultraflexible.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para conectar eléctricamente un circuito integrado a un sustrato ultraflexible y, más particularmente, a un procedimiento y una etiqueta de seguridad según los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1 y 17 respectivamente.
En el documento EP-A-0 595 549 se dan a conocer un procedimiento y una etiqueta de esta clase, en los cuales se basan los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1 y 17.
Antecedentes de la invención
Las placas de circuito impreso (PCB) y los circuitos integrados (CI) son bien conocidos y se utilizan de forma corriente en muchas aplicaciones distintas. Los circuitos integrados presentan una enorme funcionalidad electrónica en un área reducida. Normalmente, una PCB comprende una pluralidad de capas en la que se alternan las capas eléctricamente conductoras y las capas eléctricamente aislantes, y comprende una pluralidad de agujeros pasantes o vías de interconexión de las capas conductoras. Sobre la PCB se montan uno más CI disponiendo patillas que se extienden desde el CI al interior de agujeros predeterminados del PCB y a continuación se sueldan las patillas a una o más capas conductoras de la PCB. Las capas aislantes de la PCB están formadas generalmente por epóxidos y vidrio, y las capas conductoras son generalmente de cobre. Por consiguiente, las PCB comprenden estructuras muy rígidas capaces de resistir temperaturas elevadas fijar mecánicamente un CI a la PCB y conectarlos eléctricamente resulta una tarea relativamente sencilla. No obstante, existen situaciones en las cuales sería conveniente fijar un CI a un sustrato flexible o que no fuera rígido, los cuales, generalmente, no pueden ser sometidos a temperaturas elevadas, como por ejemplo la temperatura requerida para efectuar procesos de soldadura. Además, también sería deseable fijar un CI a un sustrato ultraflexible. Un sustrato ultraflexible comprende un sustrato que es incluso más flexible (y menos rígido) que los sustratos "flexibles" actuales, tales como el kapton. Por lo tanto, cuando se cita en la presente memoria, el término "flexible" se refiere a sustratos que son más flexibles que los sustratos de kapton actualmente disponibles en el mercado. Los intentos de fijar con hilo CI a tales sustratos flexibles ha tenido un éxito limitado debido a las dificultades de transferir energía ultrasónica exclusivamente a la zona de fijación con hilos. Es decir, debido a la naturaleza flexible del sustrato, gran parte de la energía ultrasónica requerida para el proceso de fijación con hilos se pierde por el movimiento del sustrato causado por la energía ultrasónica.
El documento EP-A-0 595 549 ya mencionado anteriormente da a conocer una etiqueta con RFID que comprende una bobina de antena dispuesta en una cara de una cinta flexible y un chip transpondedor que comprende un sustrato que soporta la circuitería del transpondedor. El chip transpondedor está montado en la bobina de antena mediante un adhesivo eléctricamente conductor.
El documento US-A-5 528 222 da a conocer una etiqueta con RFID que comprende un chip eléctricamente conectado a una antena sobre un sustrato flexible y un laminado flexible que cubre todo el paquete.
El documento US-A-4 381 602 da a conocer un procedimiento para montar un chip de circuito integrado sobre un sustrato delgado. El chip está fijado a terminales de chip dispuestos sobre el sustrato mediante preformados plásticos que sirven de conductores térmicos para disipar el calor producido por el chip.
El documento US-A-4 857 893 da a conocer un dispositivo transpondedor que comprende una bobina de antena grabada alrededor del perímetro de un sustrato y fijada al chip transpondedor utilizando técnicas de fijación convencionales.
El documento EP-A-0 704 928 da a conocer una etiqueta con RFID que presenta bobinas de antena dispuestas sobre superficies opuestas de un sustrato dieléctrico flexible. Las bobinas de antena están formadas en espirales rectangulares con sus extremos interiores conectados conjuntamente mediante un conector interfacial. Un circuito integrado se encuentra dispuesto en una cara del sustrato y conectado a las bobinas. Las bobinas forman un inductor y un condensador, y el inductor funciona como una antena.
El objetivo de la presente invención consiste en disponer un procedimiento para conectar eléctricamente un circuito integrado a un circuito resonante sobre un sustrato flexible, que permita una conexión adecuada del CI al circuito resonante, y además proporcionar una etiqueta con RFID que comprenda un circuito integrado conectado adecuadamente a un circuito resonante sobre un sustrato flexible.
Sumario de la invención
El objetivo se alcanza mediante la etiqueta de seguridad y procedimiento inicialmente citado, que comprenden las etapas y características de las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes 1 y 17, respectivamente. En las reivindicaciones subordinadas se definen otras formas de realización de la invención.
Para poder unir por hilo el CI al circuito resonante de forma adecuada, resulta importante disponer una zona de soporte más rígida o estable para el CI.
Breve descripción de los dibujos
El sumario anterior, así como la siguiente descripción detallada de formas de realización preferidas de la invención, se entenderán mejor considerados conjuntamente con los dibujos adjuntos. Con el propósito de ilustrar la invención, en los dibujos se muestran formas de realización actualmente preferidas, entendiéndose, no obstante, que la invención no se limita a las disposiciones y medios dados a conocer. En los dibujos:
la figura 1 es un diagrama esquemático de un circuito eléctrico equivalente de una etiqueta con identificación de frecuencia resonante (RFID) según una forma de realización de la presente invención;
la figura 2 es una vista en planta ampliada de una cara de una etiqueta con RFID de circuito impreso flexible según una primera forma de realización de la presente invención;
la figura 3 es una vista en planta ampliada de una cara de una etiqueta con RFID de circuito impreso flexible según una segunda forma de realización de la presente invención;
la figura 4 es una vista en planta ampliada de una parte de la etiqueta con RFID de circuito impreso flexible de la figura 3;
la figura 5 es una vista en planta muy ampliada de una parte de la etiqueta con RFID de circuito impreso flexible de la figura 3, que comprende un circuito integrado montado sobre la misma;
la figura 6 es una vista en planta ampliada de una parte de la etiqueta con RFID de circuito impreso flexible de la figura 3, que comprende un circuito integrado montado unido por hilo sobre la misma;
la figura 7 es un diagrama de flujo de un proceso de construcción de una etiqueta de identificación de frecuencia resonante según una forma de realización preferida de la presente invención;
la figura 8 es una vista despiezada de una etiqueta de identificación de frecuencia resonante según una forma de realización preferida de la presente invención; y
la figura 9 es una vista lateral en sección de una parte de una carcasa de la etiqueta de identificación por frecuencia resonante de la figura 8.
Descripción detallada de formas de realización preferidas
En la siguiente descripción se utiliza determinada terminología únicamente por conveniencia y sin carácter limitativo. Las palabras "arriba", "abajo", "inferior" y "superior" designan direcciones en los dibujos a los cuales se hace referencia. El término "flexible" se refiere sustratos "ultraflexibles", que son sustratos más flexibles que los sustratos construidos de kapton, como ya saben los expertos ordinarios en la materia. La terminología incluye las palabras específicamente mencionadas en este párrafo, las derivadas de las mismas y palabras de significado similar.
La presente invención está dirigida a la fabricación de un circuito resonante delgado y flexible con un circuito integrado (CI) y presenta un procedimiento para unir por hilo el CI al sustrato flexible del circuito resonante. Aunque la invención se describe con referencia a las etiquetas de circuito resonante y, de forma particular, etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) activadas mediante una señal de interrogación de radiofrecuencia, los expertos ordinarios en la materia percibirán que los conceptos de la invención dados a conocer son aplicables a otros dispositivos que presentan un circuito integrado unido y conectado a un sustrato flexible. Por consiguiente, el procedimiento de la presente invención no se limita a las etiquetas de RFID.
Las etiquetas de RFID son generalmente conocidas y aplicables en una amplia variedad de utilizaciones. El documento US-A-5 430 441 da a conocer una etiqueta transpondedora que transmite una señal codificada digitalmente como respuesta a una señal de interrogación. La etiqueta comprende un sustrato rígido constituido por una pluralidad de capas dieléctricas y capas conductoras y comprende un circuito integrado completamente incorporado en el interior de un agujero del sustrato y unido por patillas a laminillas conductoras. Otra etiqueta de RFID se da a conocer en el documento US-A-5 444 223 de Blama. Blama reconoce la conveniencia de construir una etiqueta de bajo coste de materiales flexibles, por ejemplo de papel. No obstante, más que almacenar un código de identificación predeterminado en un circuito integrado único, Blama construye una etiqueta utilizando una pluralidad de circuitos, cada uno de los cuales representa un solo bit de información.
Según la presente invención, las etiquetas de RFID flexibles y delgadas se construyen utilizando un sustrato muy fino de un material dieléctrico, por ejemplo polietileno, laminado por ambas caras con una capa muy delgada de material conductor, por ejemplo lámina de aluminio, que después de ello se imprime fototipográficamente y se graba para formar un circuito de dos caras que consta de por lo menos un inductor conectado con uno o más condensadores para formar un circuito resonante. Una de las capas de materiales conductores también comprende una zona de fijación para fijar un CI. El CI está fijado a la zona de fijación y unido por hilo al circuito resonante, quedando el CI conectando eléctricamente al circuito resonante.
Haciendo referencia a los dibujos, en los cuales se aplican las mismas designaciones de referencias numéricas a los elementos correspondientes en las distintas figuras, la figura 1 muestra un diagrama esquemático de un circuito eléctrico equivalente de una etiqueta de identificación de frecuencia resonante 10 según una forma de realización preferida de la presente invención. La etiqueta 10 comprende un circuito resonante 12 conectado eléctricamente a un circuito integrado (CI) 14. El circuito resonante 12 puede comprender uno o más elementos inductores conectados eléctricamente a uno o más elementos condensadores. En una forma de realización preferida, e circuito resonante 12 está formado por la combinación de un único elemento inductor, inductor o bobina L conectado eléctricamente con un elemento condensador o capacitancia C_{ANT} en un bucle en serie. Como es sabido por los expertos ordinarios en la materia, la frecuencia del circuito resonante 12 depende de los valores de la bobina inductora L y el condensador C_{ANT}. Un circuito resonante de esta clase se muestra y describe con detalle en el documento US-A-5 276 431, que se incorpora aquí como referencia. El tamaño del inductor L y el valor del condensador C_{ANT} se determinan basándose en la frecuencia resonante deseada del circuito resonante 12 y en la necesidad de mantener una tensión eléctrica inducida baja a través de las placas del condensador. En una forma de realización de la invención, las etiquetas 10 están construidas de modo que operan a 13,56 MHz. Aunque la etiqueta 10 comprende un único elemento inductor L y un único elemento condensador C_{ANT}, alternativamente podrían utilizarse múltiples elementos inductores y condensadores. Por ejemplo, los circuitos resonantes de elementos múltiples son bien conocidos en el campo de la seguridad y vigilancia electrónicas, tal como se describe en el documento US-A-5 103 210 titulado "Activatable/Deactivabtable Security Tag for Use with an Electronic Security System", que se incorpora aquí como referencia.
El CI 14 almacena un valor digital predeterminado que puede utilizarse para diversos fines, tales como identificar un objeto o persona particular asociado con la etiqueta 10. El valor digital almacenado puede ser único para cada etiqueta 10 o, en algunos casos, puede ser deseable que dos o más etiquetas tengan el mismo valor digital almacenado. Además, para identificar un objeto, el CI 14 podría utilizarse para almacenar información de seguridad del producto. Se utiliza un lector de proximidad o dispositivo interrogador (no mostrado) para leer la información almacenada en el CI 14. En funcionamiento, el lector de proximidad crea un campo electromagnético en la frecuencia de resonancia del circuito resonante 12. Al situar la etiqueta 10 cerca del lector y en el campo electromagnético, se induce una tensión eléctrica en la bobina inductora L que suministra energía eléctrica al CI 14 en la entrada ANT del CI 14. El CI 14 rectifica internamente la tensión de CA inducida en la entrada ANT para disponer una fuentes de tensión de CC interna. Cuando la tensión de CC alcanza un nivel que garantiza un funcionamiento adecuado del CI 14, el CI 14 funciona enviando el valor digital almacenado en él a la salida MOD del CI 14. Un condensador de modulación C_{MOD} se encuentra conectado a la salida MOD del CI 14 y al circuito resonante 12. Los impulsos de salida del CI conectan y desconectan el condensador C_{MOD} del circuito resonante 12 cerrando y cortando conexiones de tierra para cambiar la capacitancia global del circuito resonante 12 según los datos almacenados, cambiando la frecuencia de resonancia del circuito resonante 12, desintonizándolo de la frecuencia operativa principal a una frecuencia superior predeterminada. El lector detecta el consumo de energía dentro de su campo electromagnético. La sintonización y desintonización del circuito resonante 12 crean los impulsos de datos de la etiqueta 10. El lector capta los cambios del consumo de energía para determinar el valor de los datos digitales enviado desde el CI 14.
El CI 14 también comprende un retorno de energía o salida GND y una o más entradas adicionales 16 que se utilizan para programar el CI 14 (es decir, almacenar o modificar el valor digital en el mismo). En la presente forma de realización preferida, el CI 14 comprende 64 bits de memoria no volátil y el lector y la etiqueta 10 operan a 13,56 MHz. Naturalmente, los expertos ordinarios en la materia comprenderán que pueden utilizarse chips de memoria con una capacidad de almacenaje superior o inferior para que el CI 14 almacene más o menos bits de memoria. Además, los expertos ordinarios en la materia entenderán que el circuito resonante 12 y el lector pueden funcionar a radiofrecuencias distintas de 13,56 MHz.
La figura 2 muestra una cara o superficie principal de una primera forma de realización de una etiqueta de RFID 20. La etiqueta 20, al igual que la etiqueta 10, incluye un circuito resonante que comprende un inductor en forma de una bobina 22 y un condensador 24. El condensador 24 comprende dos placas situadas en caras opuestas de las superficies principales de un sustrato 26. La bobina inductora 22 se encuentra situada en una de las superficies principales del sustrato 26 y comprende una bobina que se extiende aproximadamente hasta un borde exterior periférico 28 del sustrato 26 y alrededor del mismo. Ya que en la figura 2 sólo se muestra una cara de la etiqueta 20, sólo aparece una placa del condensador 24. La placa del condensador 24 comprende una pluralidad de dedos o extensiones 30 dispuestos para sintonizar el circuito resonante. Es decir, los dedos 30 pueden cortarse, mordentarse o recortarse o eliminarse de otro modo para cambiar el valor del condensador 24 y, por lo tanto, la frecuencia de resonancia del circuito resonante 12.
En la primera forma de realización preferida, el sustrato 26 comprende un material aislante o dieléctrico generalmente rectangular y plano que es preferentemente flexible, por ejemplo papel o un material polimérico. En la forma de realización actualmente preferida, el sustrato 26 comprende polietileno. No obstante, los expertos en la materia entenderán que el sustrato 26 puede construirse con otros materiales, por ejemplo cualquier material sólido o estructuras compuestas de materiales mientras el sustrato 26 sea aislante y pueda utilizarse como dieléctrico. Los elementos de circuito y los componentes del circuito resonante 12 están formados en ambas superficies principales del sustrato 26 por modelado de material conductor sobre las superficies del sustrato 26. Se aplica una primera red conductiva sobre la primera cara o superficie del sustrato 26, la cual superficie se selecciona arbitrariamente como superficie superior de la etiqueta 20, y se aplica una segunda red conductiva sobre la cara opuesta o segunda cara o superficie (no mostrada) del sustrato 26, algunas veces denominada superficie posterior o inferior. Las redes conductivas pueden formarse sobre las superficies del sustrato con materiales eléctricamente conductores de un tipo conocido y de un modo bien conocido en la técnica de vigilancia con artículos electrónicos. El material conductor se modela preferentemente mediante un proceso substractivo (es decir, grabado), en el cual se elimina el material no deseado mediante ataque químico después de proteger el material deseado, normalmente con una impresión de tinta resistente al grabado. En la forma de realización preferida, el material conductor comprende una lámina de aluminio. No obstante, otros materiales conductores (por ejemplo láminas o tintas conductoras, oro, níquel, cobre, fósforo, bronces, latones, soldaduras, grafito de alta densidad o epóxidos conductoras rellenas de plata) pueden sustituir al aluminio sin cambiar la naturaleza del circuito resonante en lo que se refiere a su funcionamiento.
La primera y segunda redes conductivas establecen por lo menos un circuito resonante, por ejemplo el circuito resonante 12, que presenta una frecuencia resonante dentro de un rango de frecuencias operativas predeterminado, por ejemplo la frecuencia preferida anteriormente mencionada de 13, 56 MHz. Como se ha dicho anteriormente respecto a la figura 1, el circuito resonante 12 está formado por la combinación de un solo elemento inductor o bobina L, eléctricamente conectado a un único elemento condensador o capacitancia C_{ANT} en un bucle en serie. El elemento inductor L, formado por la parte de bobina 22 de la primera red conductiva está formada como una bobina espiral de material conductor sobre una primera superficie del sustrato 26, y el elemento condensador C_{ANT}, como se ha dicho anteriormente, está compuesto por una primera placa formada por una placa generalmente rectangular, alineada, correspondiente, de la segunda red conductiva (no mostrada). Como apreciarán los expertos en la materia, la primera y segunda placas se encuentran generalmente en correspondencia y están separadas por el sustrato dieléctrico 26. La primera placa del elemento condensado C_{ANT} se encuentra conectada eléctricamente a un extremo de la bobina inductora 22. Similarmente, la segunda placa del elemento condensador C_{ANT} se encuentra conectada eléctricamente por una conexión de soldadura (no mostrada) que se extiende a través del sustrato 26 para conectar la segunda placa al otro extremo de la bobina inductora 22, conectando el elemento inductor L al elemento condensador C_{ANT} de forma bien conocida.
En la forma de realización actualmente preferida, el sustrato 26 y la primera y segunda redes conductivas presentan un espesor aproximado de aproximadamente 3,3 milésimas de pulgada, presentando el sustrato 26 un espesor de aproximadamente 1,0 milésimas de pulgada, la primera red conductiva (es decir, la capa de bobina de la cara mostrada en las figuras 2 y 3) un espesor de aproximadamente 2,0 milésimas de pulgada y la segunda red conductiva un espesor de aproximadamente 0,3 milésimas de pulgada. Al ser el sustrato 26 relativamente delgado y muy flexible, se encontró que el sustrato 26, por si mismo, no proporciona el soporte adecuado para soportar el CI 14 y mantenerlo en una posición firme o estable, de modo que puedan efectuarse conexiones eléctricas entre el CI 14 y el circuito resonante 12 fuertes y no fáciles de romper o poner en peligro. Por consiguiente, la presente invención dispone una zona 32 de soporte o fijación de CI para soportar o fijar un CI 14. La zona de fijación del CI 32 está situada sobre una superficie del sustrato 26 y está construida con un material adecuado para soportar suficientemente el CI 14. La zona 32 de fijación del CI proporciona una superficie estable sobre la cual puede fijarse o asegurarse el CI 14 para que no se desplace respecto al sustrato 26 y al circuito resonante 12 durante una operación de unión ultrasónica por hilo. En la forma de realización actualmente preferida, la zona 32 de fijación del CI presenta las mismas dimensiones generales que el CI 14 (por ejemplo, de forma generalmente rectangular) pero es de un tamaño ligeramente mayor que el CI 14 para no dificultar demasiado la colocación del CI 14 sobre la zona 32 de fijación del mismo. Preferentemente, para mantener la eficacia del proceso de fabricación y el coste, la zona de fijación del CI 14 se construye del mismo material que la primera red conductiva y se forma sobre el sustrato 26 al mismo tiempo que se forma el circuito resonante 12 sobre dicho sustrato. La zona 32 de fijación del CI debe situarse lo más cerca posible de las zonas o terminales a los cuales debe conectarse eléctricamente el CI 14, para que las conexiones eléctricas no sean excesivamente largas. Como muestra la figura 2, en una primera forma de realización preferida, la zona 32 de fijación del CI está situada en el lado superior derecho de la superficie superior del sustrato 26 cerca de la bobina 22 o del condensador 24, pero no en contacto con ellos, de modo que la zona 32 de fijación se encuentra físicamente y eléctricamente aislada de los demás componentes. Esta ubicación resulta adecuada porque permite posicionar o situar el CI 14 cerca de cada una de las zonas o terminales a los cuales debe conectarse eléctricamente.
La figura 3 ilustra una cara de una segunda forma de realización preferida de una etiqueta RFID 34. Al igual que la etiqueta 20, la etiqueta 34 comprende un sustrato 26, una bobina inductiva 22 que funciona como una antena y un condensador 24 que presenta dedos o extensiones 30 para permitir el ajuste del valor del condensador 24. Preferentemente, el sustrato 26 comprende polietileno formado por hojas y la bobina inductiva y el condensador comprenden lámina de aluminio grabada, como se ha descrito anteriormente. La etiqueta 34 también comprende una zona 36 de fijación del CI que comprende un relleno en el borde o en el reborde de la bobina inductora 22. En contraste con la zona 32 (figura 2) de fijación del CI aislada o fluctuante, la formación de la zona de fijación 36 como una parte integral de la red conductiva en una cara de la superficie 26 del sustrato proporciona una superficie de soporte más estable para el CI 14, ya que el movimiento del sustrato 26 es absorbido a través de un área superior (por ejemplo, la vibración de la zona 36 de fijación del CI causada por la energía ultrasónica durante la unión por hilo es absorbida tanto por la zona 36 de fijación del CI como por la bobina 22). Disponer una zona de soporte más estable o rígida para el CI 14 es importante para poder unir por hilo el CI 14 al circuito resonante 12, como se describe más adelante.
Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, en la primera cara del sustrato 26, a la cual se encuentran eléctricamente conectado el CI 14, también se forman una pluralidad de terminales de unión. Un primer terminal de unión 38 se encuentra dispuesto para conexión con la entrada ANT del CI 14. Un segundo terminal de unión 40 se encuentra dispuesto para conexión con la salida MOD del CI 14, y diversos terminales de unión 42 se encuentran dispuestos para conexión con las entradas adicionales 16 del CI 14 utilizadas para programarlo, como se ha descrito anteriormente. Los terminales de unión 38, 40, 42 se han formado con un material conductor y preferentemente están construidos con el mismo material que la primera red conductiva y se han formados sobre el sustrato 26 simultáneamente con la formación del circuito resonante sobre el sustrato 26. La salida GND del CI 14 está conectada a la bobina 22 en una ubicación de la bobina 22 próxima al CI 14.
Haciendo referencia a las figuras 4 a 6 y 7 según la presente invención, el CI 14 está unido por hilo a los terminales de unión 38, 40, 42 y a la bobina 22 con hilos 44 (figura 6) utilizando un proceso de soldadura ultrasónica. En el proceso de soldadura ultrasónica preferido, se utiliza un fijador de hilos con una mesa de vacío de cámara impelente para interconectar un terminal de entrada/salida del CI 14 al terminal de unión correspondiente 38/40/42 del sustrato 26 utilizando un hilo conductor, por ejemplo un hilo de aluminio de 0,00125 pulgadas.
La figura 7 es un diagrama de flujo del proceso de unión por hilo 50. Para superar las dificultades que presenta la unión por hilo del CI 14 al sustrato flexible 26, se ha determinado que la limpieza adecuada de los terminales de unión 38, 40, 42, la fijación con adhesivo del CI 14 a la zona de fijación 32/36 CI y el mantenimiento seguro del sustrato 26 en una posición fija durante el proceso de soldadura o unión por hilo son etapas importantes, cada una de ellas, para garantizar la realización de una conexión adecuada mediante unión por hilo entre el CI 14 y los terminales de unión 38, 40, 42.
Empezando con la etapa 52, el circuito resonante 12 se corta con troquel de una red formada como parte del proceso de fabricación que presenta una pluralidad de circuitos resonantes 12 formados en ella. Antes de fijar el CI 14 a la zona 36 de fijación del CI, una zona del sustrato 26 y el circuito resonante 12 próxima a la zona 36 de fijación del CI e incluyendo la misma, designada normalmente como la zona 46 de fijación de la unión del CI (figura 4), se limpia químicamente en la etapa 54 para eliminar cualquier material fotorresistente que permanezca en la zona 46 de fijación de la unión del CI después de la formación del circuito resonante 12. En la forma de realización, la zona 46 de fijación de la unión del CI se limpia con acetona utilizando un copo de algodón.
En la etapa 56, el circuito resonante 12 se sitúa en una cámara impelente o soporte de pieza diseñado para alojar y sujetar firmemente el circuito resonante 12. Preferentemente, la cámara impelente comprende un hueco de tamaño y forma adecuados para alojar el circuito resonante 12. Aunque se conocen y se encuentran disponibles en el mercado cámaras impelentes que sujetan una pieza de trabajo dentro de la cámara mediante la presión de vacío, se ha visto que la simple utilización de presión de vacío para mantener el circuito resonante 12 dentro de la cámara impelente no es suficiente para mantener el sustrato flexible 26 en la misma y efectuar en ella la operación de unión por hilo. En consecuencia, en el proceso de fabricación preferido, el circuito resonante 12 se mantiene dentro del hueco de la cámara impelente mediante presión de vacío y colocando medios adhesivos en la zona de alojamiento del circuito en la cámara impelente. Se ha visto que la combinación de presión de vacío y adhesivo mantiene de forma suficientemente segura el circuito resonante 12 dentro de la cámara impelente para poder efectuar una operación de soldadura ultrasónica o unión por hilo. En la forma de realización actualmente preferida, los medios adhesivos para fijar el circuito resonante 12 a la cámara impelente son suficientemente fuertes para mantener el circuito resonante 12 en su lugar en la cámara impelente, pero permitir que el circuito resonante 12 sea retirado de la cámara impelente sin romperlo ni dañarlo.
En la etapa 58, se aplica un adhesivo, preferentemente un epóxido, a la zona 32/36 de fijación del CI para asegurar o fijar el CI a la zona 32/36 de fijación del CI. El CI 14 se fija a la zona 32/36 de fijación del CI con un adhesivo de esta clase para mantener el CI 14 en posición y asegurar que el CI 14 no se mueve durante la operación de unión con hilo. Según la presente invención, se prefiere la aplicación de más de un pequeño punto de epóxido en la zona 32/36 de fijación del CI y que, en lugar de ello, se utilice una gran charco de epóxido para efectuar o formar una base más rígida y estable para el CI 14. Es decir, el epóxido debería extenderse por lo menos una o dos milésimas de pulgada más allá del perímetro del CI 14 después de colocar el CI 14 sobre el mismo. Preferentemente, el CI 14 se fija a la zona 32/36 de fijación del CI con un adhesivo endurecible con ultravioleta (UV), por ejemplo un epóxido endurecible con ultravioleta.
En la etapa 60, el CI 14 se sitúa en el centro de la zona 32/36 de fijación del CI. Puede utilizarse una herramienta de recogida asistida por vacío para recoger el CI 14 y colocarlo sobre la zona 32/36 de fijación del CI. Debe prestarse atención para asegurar que el CI 14 está debidamente orientado y asentado y que existe una carga suficiente de epóxido alrededor del CI 14. Pueden utilizarse pinzas revestidas o paletas de madera para ayudar a la alineación del CI 14. También debe prestarse atención para evitar rayar el epóxido o echarlo sobre la cara superior del CI 14 o los terminales de unión 38, 40, 42. Una vez fijado el CI 14 a la zona 32/36 de fijación del CI con epóxido, en la etapa 62 se endurece el epóxido colocando el circuito resonante 12 a través de un horno transportador de secado por ultravioleta. El horno transportador de secado por ultravioleta utiliza la luz ultravioleta para endurecer el epóxido a una temperatura de aproximadamente 60ºC. Se prefiere endurecer el epóxido a 60ºC porque las temperaturas superiores podrían destruir o dañar el sustrato 26 y el circuito flexible 12.
En la etapa 64, las zonas de los terminales de unión 38, 40, 42 a las cuales deben unirse los hilos 44, indicadas como zona 48 de unión por hilo (figura 5), se limpian para eliminar la oxidación (por ejemplo AlO_{2}) y también para proporcionar textura a la zona 48 de unión por hilo del material conductor. La adición de textura a la zona 48 de unión por hilo actúa como un director de la energía y proporciona material conductor extra que es conductor para soldar los hilos 44 a los terminales de unión 38, 40, 42. En consecuencia, la etapa de limpieza 64 se realiza con un abrasivo suave, por ejemplo un estropajo de lana de acero o un borrador de lápiz. Además, se prefiere que la etapa de limpieza 64 se realice justo antes de la etapa de unión por hilo para garantizar que durante dicha etapa la oxidación en el material conductor es mínima o inexistente.
En la etapa 66, los hilos 44 se unen al CI 14 y a los terminales de unión 38, 40, 42 (figura 6). Preferentemente, el hilo 44 es un hilo de aluminio de 0,03175 mm (0,00125 pulgadas) que presenta una fuerza de rotura de 18 a 20 g. El hilo 44 se une a los terminales de unión 38, 40, 42 y al CI 14 utilizando un aparato de unión y un generador ultrasónico de un tipo actualmente disponible en el mercado. Preferentemente, la fuerza de unión es superior a 6 g y la altura del bucle de hilo no supera los 0,381 mm (0,015 pulgadas). Como se ha mencionado anteriormente, al construirse el circuito resonante 12 utilizando un sustrato flexible 26, es importante que el circuito resonante 12 se sujete firmemente durante el proceso de unión por hilo. Por lo tanto, como se ha dicho también anteriormente, actualmente se prefiere que el circuito resonante 12 se mantenga en la cámara pegado con un adhesivo impelente y mediante presión de vacío para asegurar que la energía ultrasónica generada por el aparato de unión por hilo y dirigida al CI 14 y a los terminales de unión 38, 40, 42 no se pierde por el movimiento o vibración del CI 14 y/o del sustrato 26. El aparato de unión por hilo utiliza vibración sónica para fundir parcialmente partes del hilo 44 y unirlo a los terminales de unión 38, 40, 42 respectivamente. La combinación de fijación con adhesivo del circuito resonante 12 a la máquina de unión por hilo, utilizando presión de vacío para asegurar el circuito resonante 12 a la máquina de unión por hilo y fijación del CI 14 al circuito resonante 12 utilizando epóxido sujeta de forma adecuada el circuito resonante 12 y el CI 14 para que se formen uniones por hilo eficaces.
Una vez que el CI 14 ha sido unido por hilo al circuito resonante 12, en la etapa 68 se coloca una cubierta protectora o un encapsulante 45 (figura 9) sobre por lo menos las uniones por hilos. Preferentemente, el encapsulante 45 cubre todo el CI 14, los hilos 44 y las uniones por hilo. El encapsulante 45 se aplica utilizando un dispensador neumático, como los conocidos por los expertos ordinarios en la materia. Actualmente se prefiere que el encapsulante 45 sea una resina endurecible a la luz y que la altura final del encapsulante 45 sobre el CI 14 unido por hilo no supere los 0,635 mm (0,025 pulgadas) y que el diámetro del encapsulante 45 no supere los 6,35 mm (0,25 pulgadas) para que el CI 14 encapsulado se adapte al interior del hueco de una carcasa polimérica descrita más adelante.
En la etapa 70, el encapsulante 45 se endurece colocando el circuito 12 en un horno transportador de secado. Preferentemente, el encapsulante 45 se endurece utilizando luz ultravioleta a una temperatura de aproximadamente 60ºC. El encapsulante 45 no se endurece por cocción porque el sustrato de polietileno 26 preferido funde a aproximadamente 75ºC. Por lo tanto, la cocción dañaría o destruiría el sustrato 26.
En la etapa 72, se mide la frecuencia del circuito resonante 12 utilizando un analizador de espectro o un equipo de comprobación que utiliza un generador de frecuencias y un monitor de visualización. El condensador 24 se ajusta cortando y eliminado uno o más de los dedos 30 del condensador en caso necesario, para garantizar que el circuito resonante 12 funciona a una frecuencia de resonancia predeterminada, que en la forma de realización preferida se sitúa entre 13,6 MHz y 13,8 MHz. En la etapa 74, se programa el CI 14 para almacenar los datos deseados en el CI 14 de forma bien conocida, preferentemente fijando conductores de sonda procedentes de un ordenador a los terminales de programación 42.
A continuación se ha completado esta formación de la etiqueta 10 que comprende el circuito resonante 12 y el CI 14, la etiqueta 10 puede utilizarse para una variedad de fines y en una variedad de entornos diferentes. Una de tales utilizaciones de la etiqueta 10 es en una tarjeta de proximidad de las utilizadas para control de acceso. La figura 8 muestra una vista despiezada de una tarjeta de proximidad 90. La tarjeta de proximidad 90 comprende la etiqueta de RFID 10, una carcasa 92, una cinta adhesiva de transferencia 94 y una etiqueta de cobertura o respaldo 96. Como muestra la figura 9, la carcasa 92 comprende un hueco 98 en una posición y de un tamaño adecuados para alojar el CI 14 encapsulado de la etiqueta 10. La cinta adhesiva de transferencia 94 también comprende una zona cortada 100 en una esquina de la misma correspondiente al hueco 98 y al CI 14 para que el CI 14 pueda ser alojado en e interior del hueco 98.
En la etapa 76 (figura 7), la cinta adhesiva de transferencia de doble cara 94 se aplica a la superficie inferior de la carcasa 92 en una orientación tal que la zona cortada 100 se corresponde con el hueco 98. En la etapa 78, la etiqueta 10 se fija a la cinta adhesiva de transferencia 94 sobre la carcasa 92 y el CI 14 se aloja en el interior del hueco 98 de la carcasa 92. Finalmente, en la etapa 80, se aplica a la etiqueta 10 la etiqueta de cobertura 96 con un adhesivo (no mostrado). La etiqueta de cobertura 96 puede incluir marcas en su superficie exterior con fines publicitarios o de identificación. La tarjeta de proximidad 90 presenta preferentemente forma rectangular para parecerse a una tarjeta de crédito tanto en la forma como en el tamaño, lo cual resulta conveniente para su manipulación por personas. Es posible estampar un número secuencial y un código de fecha de la tarjeta 90 en una superficie exterior de la carcasa 92 o sobre la etiqueta de cobertura 96. La carcasa 92 está construida preferentemente de un material polimérico, por ejemplo cloruro de polivinilo, y fabricada por moldeo de inyección o por algún otro procedimiento de los conocidos en la técnica. La cinta adhesiva de transferencia 94 es preferentemente una cinta adhesiva de doble línea, de doble cara y de dos milésimas de pulgada, generalmente disponible en el mercado en rollos empaquetados. La tarjeta de proximidad 90 puede utilizarse como tarjeta de control de acceso como es sabido por los expertos ordinarios en la materia. Alternativamente, la etiqueta 10 podría utilizarse como etiqueta de seguridad colocada en artículos de venta al público para su utilización con fines de seguridad o de garantía de producto. Los expertos en la materia entenderán que la etiqueta 10 puede utilizarse en otras aplicaciones de tipo comercial.
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Por la descripción anterior puede apreciarse que la presente forma de realización comprende un procedimiento de unión por hilo de un CI a un sustrato flexible compuesto por un material no resistente a las altas temperaturas requeridas para los procesos de soldadura. Los expertos en la materia reconocerán que pueden realizarse cambios en la forma de realización de la invención anteriormente descrita sin apartarse de los conceptos inventivos de la misma. Se entiende, por lo tanto, que esta invención no está limitada a la forma de realización particular dada a conocer, sino que su propósito es comprender cualquier modificación incluida en el alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

1. Procedimiento de conexión eléctrica de un circuito integrado (CI) por lo menos a un conductor eléctrico sobre un sustrato flexible, que comprende las etapas siguientes:
(a)
disposición de un sustrato flexible dieléctrico que presenta una zona de fijación del CI situada en una de entre dos superficies de un sustrato, una primera superficie principal y una segunda superficie principal opuesta del sustrato, y por lo menos un circuito resonante que comprende una primera red conductiva dispuesta sobre la primera superficie principal y una segunda red conductiva dispuesta sobre la segunda superficie principal, en el que la primera red conductiva se encuentra eléctricamente conectada a la segunda red conductiva, de tal modo que la primera y segunda redes conductivas forman un inductor y un condensador, en el que el inductor funciona como una antena y en el que la zona de fijación del CI proporciona una región rígida sobre el sustrato, caracterizado porque presenta las etapas adicionales:
(b)
limpieza de una zona del sustrato de fijación de la unión del CI, comprendiendo la zona de fijación de la unión del CI una zona del sustrato y el circuito resonante próximo a la zona de fijación del CI y comprendiéndola;
(c)
sujeción del sustrato flexible en una posición fija para evitar el movimiento sustancial del sustrato;
(d)
sujeción del CI a la zona de fijación del CI del sustrato flexible para minimizar el movimiento del CI respecto al sustrato flexible;
(e)
unión por hilo del CI al circuito resonante, conectando así eléctricamente el CI con el circuito resonante por lo menos con una unión por hilo; y
(f)
aplicación de una cubierta protectora sobre por lo menos una unión por hilo para proteger dicha por lo menos una unión por hilo contra daños producidos por fuerzas externas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sustrato flexible comprende una capa de polietileno.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que las redes conductivas comprenden aluminio.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que, en la etapa (d), el CI se fija al sustrato flexible con un epóxido y en el que el epóxido se extiende más allá de un perímetro del CI, formando de este modo sobre el sustrato una zona rígida adicional próxima al CI.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende asimismo la etapa de endurecimiento del epóxido antes de unir por hilo el CI al sustrato en la etapa (e).
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el epóxido se endurece con luz ultravioleta.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la zona de fijación de la unión del CI se limpia con acetona en la etapa (b).
8. Procedimiento según la reivindicación 7, que comprende asimismo la etapa de limpieza por abrasión de por lo menos una parte del circuito resonante próxima a la zona de fijación del CI para eliminar la oxidación de dicha parte del circuito resonante antes de efectuar la etapa de unión por hilo (e).
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cubierta protectora comprende un encapsulante.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende asimismo, después de la etapa (f), la etapa de endurecer el encapsulante con una luz ultravioleta.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende asimismo la etapa de colocación del CI en una orientación predeterminada respecto al sustrato flexible.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el CI es unido por hilo al circuito resonante mediante soldadura ultrasónica, en el que la fijación de forma segura del CI a la zona de fijación del CI y la sujeción de forma segura del sustrato en una posición fija impiden el desplazamiento sustancial tanto del sustrato como del CI, evitando de este modo la disipación excesiva de energía durante el proceso de soldadura.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el sustrato se sujeta de forma segura en la posición fija en la etapa (c) en una cámara impelente utilizando presión de vacío y un adhesivo.
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14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende asimismo después de la etapa (f), la etapa de fijación mediante adhesivo del sustrato flexible a una carcasa polimérica que presenta un hueco para alojar el CI.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende asimismo después de la etapa (f), la etapa de programación del CI con información codificada predeterminada.
16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que la zona de fijación del CI comprende una parte de entre una de las dos redes conductivas, primera y segunda, proporcionando la red conductiva la zona rígida en la cual debe fijarse de forma segura el CI.
17. Etiqueta de identificación por radiofrecuencia, (RFID) para su utilización con un sistema de comunicación que presenta unos medios para detectar la presencia de una etiqueta de RFID (10, 20, 34) dentro de un área vigilada utilizando energía electromagnética a una frecuencia comprendida en un intervalo de frecuencias predeterminado y unos medios para recibir información codificada digitalmente transmitida desde la etiqueta de RFID (10, 20, 34), en la que la etiqueta de RFID comprende:
un sustrato dieléctrico flexible (26);
por lo menos un circuito resonante (12) que comprende una primera red conductiva dispuesta en una primera superficie principal del sustrato flexible (26) y una segunda red conductiva dispuesta sobre una segunda superficie principal opuesta del sustrato flexible (26), en el que la primera red conductiva se encuentra conectada eléctricamente con la segunda red conductiva de tal modo que la primera y la segunda redes conductivas forman un inductor (22) y un condensador (24), funcionando el inductor como una antena;
una zona de fijación del CI (32, 36, 46) sobre una de las dos superficies principales primera y segunda del sustrato;
la zona de fijación (32, 36, 46) que proporciona una región rígida sobre el sustrato flexible (26),
un circuito integrado (CI (14)) fijado a la zona de fijación del CI y conectado eléctricamente al circuito resonante (12), almacenando el CI (14) información codificada digitalmente, en el que la detección por la antena de una señal en una frecuencia predeterminada hace que la antena suministre energía al CI (14) para que la información codificada digitalmente sea enviada desde el mismo y transmitida por la antena en un intervalo de frecuencias predeterminado; y
un encapsulante (45) que cubre el CI (14) y las conexiones eléctricas entre el CI (14) y el circuito resonante (12), caracterizado porque el CI (14) se encuentra eléctricamente conectado al circuito resonante (12) mediante unión por hilo.
18. Etiqueta de seguridad según la reivindicación 17, en la que la región rígida comprende un reborde del inductor (22) formado por una de las dos redes conductivas primera y segunda.
19. Etiqueta de seguridad según la reivindicación 17 ó 18, en la que el CI (14) se encuentra fijado con adhesivo a la zona de fijación del CI (32, 36, 46).
20. Tarjeta de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en la que la primera y segunda redes conductivas comprenden aluminio grabado.
21. Tarjeta de seguridad según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, que comprende asimismo una carcasa polimérica (92) que cubre la primera red conductiva y el CI (14), en la que la carcasa comprende un hueco (98) para alojar el CI (14) en el mismo.
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