JP2005196528A - 電子装置の製造方法及び熱圧着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性に優れたRFIDタグ用インレットを低コストで、効率良く生産する。
【解決手段】
RFIDタグ用インレットは、固体識別のための識別情報を記憶し、外部電極が表面及び裏面に形成されたICチップと、スリットが形成された送受信アンテナと、ICチップとアンテナとを電気的に接続する短絡板と、ICチップと送受信アンテナ及び短絡板とを接続するための接続部材と、送受信アンテナと短絡板とを接続するための接続部材とを熱圧着によって接続してなり、ICチップと送受信アンテナ及び短絡板との接続と、送受信アンテナと短絡板との接続とは、少なくとも圧着温度で流動性をもつ物質2を内部に充填した袋状容器3を熱圧着面に備えた、少なくとも圧着温度で柔軟な熱圧着ヘッドを有する熱圧着装置によって同時に行われる。
【選択図】図3

Description

本発明は、ICチップを搭載した非接触式個体識別装置の如き電子装置の製造方法及びかかる電子装置を熱圧着により製造する熱圧着装置に関する。
近年、大量の商品の物流及び物品管理や製造物履歴管理等を目的に、RFID(Radio Frequency Identification)タグを用いる非接触式個体識別システムの構築が進められている。物流管理において、コンテナやパレットのみならず、商品の一つ一つにRFIDタグを取り付けるためには、タグの低コスト化と大量生産性が課題であり、そのために安価なICチップと送受信アンテナや、生産性と低コスト性に優れた実装技術が要求されている。
安価なRFIDタグを実現する案として、株式会社日立製作所の宇佐美により、ICチップの2個の外部電極をチップの表面及び裏面に設けた両面電極ICチップの各々の面の電極にダイポールアンテナを接続するガラスダイオード・パッケージ構造のインレットが提案され、特許文献1に開示されている。さらに、宇佐美らから、両面電極ICチップを励振スリット型ダイポールアンテナに実装する際に、アンテナによってICチップの表裏面電極を挟む、サンドイッチ・アンテナ構造インレットが開発され、非特許文献1に発表されている。
励振スリットを有するダイポールアンテナ構造において良好な通信特性を得るためには、スリットを跨いでICチップの信号端子と接地端子をアンテナに接続する必要があるため、それら2端子を同一面内に形成する場合には、ICチップを小型化するのにしたがって、スリットと端子接続部の位置合せに高い精度が要求されるが、サンドイッチ・アンテナ構造ではスリットの一方の側にチップをラフな位置精度で配置し、同様にラフな位置精度でスリットの反対側との接続をすればよく、高い生産性とそれにともなう低コスト化を実現するのに好適な構造である。サンドイッチ・アンテナ構造の一例を図8に、2端子が同一面内にある場合の構造の一例を図9に示す。
図8に示すサンドイッチ・アンテナ構造インレットにおいて、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A´断面図である。ICチップ本体111の表裏面に電極112及び113が形成されたICチップ110は、接続部Eにおいて電極112によってベース基材122及びアンテナ回路121で構成されるアンテナ基板120に異方導電性接着剤140に含有される導電粒子142を介して接続され、同様に、接続部Fにおいてベース基材132及び金属箔131で構成される短絡板130と電極113によって接続され、接続部Cにおいて短絡板130とアンテナ基板120が接続されている。ICチップ110の上面電極13の接続部Fとアンテナ基板上120の接続部Cは、アンテナ回路121に形成されたスリットDを跨いで接続されている。アンテナ基板120と短絡板130の空隙は、異方導電性接着剤のマトリクス樹脂141によって封止されている。
図9に示す2端子が同一面内にあるインレットにおいて、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B´断面図である。同一面内に2端子112が設けられたICチップ111は、ベース基材122及びアンテナ回路121で構成されるアンテナ基板120のアンテナ回路121に形成されたスリットDを跨ぐように、電極112によってアンテナ基板120に接続され、封止材141によって封止されている。
特開2002−269520号公報 ISSCC Digest of Technical Papers, pp.398-399, 2003
サンドイッチ・アンテナ構造を形成する場合に、生産性をより高め低コスト化を図るためには、図8においてICチップ110とアンテナ基板120、ICチップ110と短絡板130、さらに短絡板130とアンテナ基板120を同時に接続することが望ましい。一般に接続材料として導電性もしくは異方導電性あるいは非導電性接着剤や、金−錫合金を用いるため、接続ツールとして熱圧着装置を使用するが、ICチップ110の接続部E、Fと、短絡板130とアンテナ基板120の接続部Cには、ICチップ110の厚み分の段差が生じるため、同時に熱圧着するためには、図10に示すように、圧着ヘッド150にICチップ110の厚みに相当する段差もしくは突起151を形成しておく必要がある。
しかしながら、段差や突起151を設けた圧着ヘッド150で熱圧着する場合、ICチップ110の厚みごとに圧着ヘッド150を準備する必要がある。また、ICチップ110の厚みや接続材料の厚みにばらつきが生じた場合には、2つの接続部E、F及びCで圧力ばらつきが生じることになり、接続部の信頼性を低下させる原因となる。生産性を上げるために複数のインレットを一括して熱圧着する場合には、その個数を増やすにしたがい熱圧着ヘッド150の面積を大きくしなければならず、インレット毎の圧力ばらつきを抑制するためには、熱圧着装置のステージとヘッドの平行度を厳しく管理する必要がある。さらに、図8に示したように異方導電性接着剤140を用いて、電気的接続と同時にアンテナ基板120と短絡板130間の封止を行う場合、図11に示すように、2つの接続部E、F及びCの間の圧力を十分に印加できない部分にはマトリクス樹脂141中にボイド152が発生しやすい。このようなボイド152は接着強度を低下させるばかりでなく、吸湿した際の水分が溜まりやすい等の点から、信頼性を低下させる原因となる。
したがって、本発明は、前述の課題を解決するために提案されるものであって、信頼性に優れたRFIDタグ用インレットの如き電子装置を低コストで製造できるような製造方法及びかかる電子装置を熱圧着により製造する熱圧着装置を提供することを目的とする。
かかる課題を解決すべく、本発明の特徴とするところは、柔軟性を有する熱伝導媒体を用いることにより、ICチップの厚みに拘わらず、高さの異なる2つの接続部を装置を変更することなく均一な圧力で同時に熱圧着することである。
すなわち、本発明は、表裏両面に電極が形成されたICチップの片面の電極を、アンテナ基板上の励振スリットの片側に接続し、ICチップのもう一方の面の電極と、励振スリットに対して反対側のアンテナ基板部を、短絡板を介して接続する構造であり、熱圧着によって当該の接続部を形成するRFIDタグ用インレットの製造方法において、接続高さが異なるICチップの表裏端子の接続部と、短絡板とアンテナ基板の接続部を同時に、かつ均一な圧力で熱圧着を行うために、被着体の表面を柔軟性を有する熱伝導媒体(熱圧着ヘッド又は熱圧着手段)を用いて熱圧着することにある。
具体的な方法として、熱圧着ヘッドの表面に少なくとも厚みがICチップの厚みより大きい軟質ゴムや、軟質の発泡性ゴムを備えている熱圧着装置を用いることで、2つの接続部にかかる圧力の均一化することができる。
さらに好適な方法として、少なくとも圧着温度で流動性を持つ物質を内部に充填した袋状容器を、表面に備えた熱圧着ヘッドを用いることができる。ここで、流動性をもつ物質は、気体もしくは液体のような流体でも良く、また、シリコーン系樹脂や寒天のようなゲル状物質でもよい。袋状容器には耐熱性に優れたフッ素系樹脂や、シリコーン系樹脂にフッ素樹脂コートを施した有機樹脂系ゴムや、段差への追従性を損なわない程度の厚みの金属板でも良い。
また、柔軟性を有する熱圧着ヘッドと被圧着体の間に、厚さが0.05mmから3mm程度のラバーシートを挿入することで被圧着体形状への追従性がさらに向上し、圧力が均一化されるとともに、接着剤等の接続材料が熱圧着ヘッドに付着するのを防止することができる。なお、ゴムシートの硬度(Hs JIS A)は40度から90度程度が好適であり、ゴムの材質としては、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンゴム、プロピレンゴム、ブチルゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等が好ましい。
柔軟性を有する熱伝導媒体は、熱圧着ヘッドに固定してある必要はなく、一般的な熱圧着ヘッド材料である金属製ブロックと被圧着体の間に、流動性を持つ物質を内部に充填した袋状容器を挿入することによっても同様な効果を得ることができる。
ICチップとアンテナ基板及び短絡板、短絡板とアンテナ基板の各接続材料は、導電性接着剤、異方導電性接着剤や非導電性接着剤等の熱硬化性接着剤を用いることができる。この中で異方導電性接着剤は、電気的接続は導電粒子を介して行い、機械的な固定をマトリクス樹脂が行うが、余剰な樹脂によってアンテナ基板と短絡板の間の封止効果を同時に得られる点で高い信頼性が期待でき、好適な材料である。
また、ICチップの端子上に金属製のバンプを形成し、アンテナ材料もしくはアンテナ回路上に形成されたアンテナ材料とは異なるメタライズ層と金属接合することも可能である。金属接合の例としては、ICチップ電極上には金バンプ、銅のアンテナ回路上には錫めっきを施しておき、熱圧着することで金−錫接合を得ることができる。
本発明ではこれらの接続材料を1種類に規定する必要はなく、各々の接続部で上記の接続材料を組合せて使用することも可能である。
本発明によると、信頼性に優れたRFIDタグ用インレットを低コストで生産することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
図1(a)は本発明の第1の実施例であり、本願の製造方法を適用したRFIDタグ用インレットを短絡板面から見た概略図である。また、図1(b)は図1(a)のA−A´部の断面概略図である。図1(a)及び(b)を用いて、RFIDタグの構造を簡単に説明する。ICチップ10には、ICチップ本体11の表裏面に電極12及び13が形成されている。ICチップ10は電極12によって、ベース基材22及びアンテナ回路21で構成されるアンテナ基板20に接続部Eにおいて、異方導電性接着剤40に含有される導電粒子42を介して接続されている。同様に、ベース基材32及び金属箔31で構成される短絡板30とICチップ10の電極13が接続部Fにおいて、また、短絡板30とアンテナ基板20が接続部Cにおいて、異方導電性接着剤40によって接続されている。すなわち、ICチップの上面電極13の接続部Fとアンテナ基板上の接続部Cは、アンテナ基板21に形成されたスリットDを跨いで接続された構造である。また、アンテナ基板20と短絡板30の空隙は、異方導電性接着剤40のマトリクス樹脂41によって封止されている。
以下、図2の工程図を用いて、本発明の第1の実施例を説明する。
まず、厚み50μmのポリエチレンテレフタレートによるベース基材22と、厚み30μmのアルミニウム箔によるアンテナ回路21からなるアンテナ基板20を準備した。アンテナ基板20のサイズは縦150mm、横60mmであり、この中に2.5mm、長さ53mmのアンテナ回路21が50個形成されている。(図2(a))
次に、アンテナ基板20のアンテナ回路21上のICチップ実装部に、図1における異方導電性接着剤40となる幅2mmの異方導電性接着フィルム45(AC−7106U−25(日立化成工業(株)製))を80℃でラミネートし、セパレータフィルムを剥がした。(図2(b))
次に、縦横の長さが各0.48mmで厚みが0.15mmのICチップ10をチップマウンタを用いて異方導電性フィルム45上に仮固定した。(図2(c))
次に、厚み50μmのポリエチレンテレフタレートによるベース基材32と、厚み30μmのアルミニウムによる金属箔31からなる、幅2mmのテープ状の短絡板30の金属箔面31に、幅2mmの異方導電性接着フィルム45(AC−7106U−25(日立化成工業(株)製))を80℃でラミネートし、セパレータフィルムを剥がした。(図2(d))
次に、異方導電性接着フィルム45をICチップ10側に向けた短絡板30とアンテナ基板20を位置合せし、仮固定した。次に、前記の構成を熱圧着装置のステージ上に載せ、その上にゴムシートを載せ、その上から熱圧着ヘッドを降下し、圧力5MPa、温度180℃、加熱時間15秒の条件で50個のインレットを一括で熱圧着した。(図2(e))
図3に使用した熱圧着ヘッドの模式図を示す。流動性をもつゲル状のシリコーン樹脂2を内部に充填し、表面にはフッ素樹脂加工を施したシリコーン樹脂からなる袋状容器3をSUS製の熱板1に装着してある。また、袋状容器3の脱落を防止するとともに圧着有効領域を規定するために熱板の周囲にサポート4を設けてある。また、ゴムシートは厚さ1mmで硬度(Hs JIS A)が75度のニトリルゴムシートを用いた。図4に熱圧着時の断面の一部を模式的に示す。図4中のGがインレット1個分の領域である。図中において、袋状容器3及び短絡板30間に、ゴムシート5が挟まれている。
次に、連続したアンテナ基板20及び短絡板30をプレス切断機を用いて切断し、1個毎に分割し、インレットを得た。(図2(f))
以上の方法によって作製した50個のインレットは、すべて正常な通信特性が得られた。また、その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、すべてのインレットで接着剤中にボイドは見られなかった。
アンテナ基板20とICチップ10、ICチップ10と短絡板30及び短絡板30とアンテナ基板20の各接続部E、F及びCで電気的接続が得られることを確認するために、以下の実験を実施した。
まず、実施例1のICチップ10と同じ大きさである、縦横の長さが各0.48mmで厚みが0.15mmのベアシリコンチップを準備し、その全面に約5μmの厚みで無電解ニッケル−金めっきを施した。
次に、実施例1のアンテナ回路20と同じ外形の大きさである、幅2.5mm、長さ53mmのアルミニウムによる回路25を図5に示すようにスリットをH部で断線した形状に加工し、実施例1と同じ配列で縦150mm、横60mmのシートの中に50個形成した。
次に、実施例1の図2(b)から(f)に示した工程で、回路25上に全面めっきを施したベアシリコンチップと短絡板30とを異方導電性接着フィルム(AC−7106U−25(日立化成工業(株)製))を介して搭載した後、1個毎に分割した。
以上の方法によって作製した50個の試験片は、図6に示す構成となり、図6(a)のI−I´間の電気抵抗を測定することにより、回路25の一方23とシリコンチップ15、シリコンチップ15と短絡板30及び短絡板30と回路25の他方24の各接続部E、F及びCで電気的接続が得られることを確認できる。図中において、シリコンチップ本体16の全面にめっき17が施されている。測定の結果、50個すべての試験片で1Ω以下の抵抗値が得られた。また、その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、すべての試験片で異方導電性接着剤40のマトリクス樹脂41中にボイドは見られなかった。
ICチップ本体15の厚みを0.05mmに変更した以外は実施例2と同じ方法で試験を実施した。その結果、50個すべての試験片で1Ω以下の抵抗値が得られた。また、その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、すべての試験片で異方導電性接着剤40のマトリクス樹脂41中にボイドは見られなかった。
〔比較例1〕
実施例1の図2(a)から(d)に示した工程で、ICチップ10、アンテナ基板20、短絡板30を準備した。
次に、ICチップ10を仮固定したアンテナ基板20と異方導電性接着フィルム45をICチップ側に向けた短絡板30とを位置合せし、仮固定した。次に、前記の構成を熱圧着装置のステージ上に載せ、その上に実施例1で使用したゴムシートを載せ、その上から熱圧着ヘッドを降下し、圧力5MPa、温度180℃、加熱時間15秒の条件で50個分のインレットを一括で熱圧着した。
熱圧着装置は図7に示すように、ICチップ10の厚みと同じ0.15mmの高さの突起51を50個形成した窒化アルミニウム製の熱圧着ヘッド50を装着したものを用いた。
次に、連続したアンテナ基板20及び短絡板30をプレス切断機を用いて切断し、1個毎に分割し、インレットを得た。
以上の方法によって作製した50個のインレットは、すべて正常な通信特性が得られた。しかし、その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、2個の試験片で接着剤中にボイドが観察された。
〔比較例2〕
アンテナ基板20とICチップ10、ICチップ10と短絡板30及び短絡板30とアンテナ基板20の各接続部E、F及びCで電気的接続が得られることを確認するために、比較例1で用いた熱圧着装置を使用した以外は実施例2と同じ方法で試験を実施した。その結果、50個中5個の試験片で1Ω以上の抵抗値となった。しかし、その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、2個の試験片で接着剤中にボイドが観察された。
〔比較例3〕
厚みが0.05mmのICチップ本体11を用いた場合に、熱圧着ヘッドを交換することなく各接続部の接続が得られるかどうかを確認するために、比較例1で用いた熱圧着装置を使用した以外は実施例3と同じ方法で試験を実施した。その結果、50個すべての試験片でオープン不良が発生した。その中の3個を抜き取り、断面観察を行った結果、すべての試験片で、ICチップ本体11とアンテナ基板20及び短絡板30との接続部E、F及びCに密着不足による接続不良が観察された。
実施例1〜3及び比較例1〜3の結果を表1にまとめて示す。
Figure 2005196528
本発明により次のような効果を得ることができる。両面電極付ICチップを用いたサンドイッチ・アンテナ構造インレットの製造方法において、柔軟性を有する熱伝導媒体を介してインレットを熱圧着する方法によって、高さの異なる2つの接続部を均一な圧力で熱圧着することが可能である。したがって、ICチップの厚みを変更する度に熱圧着ヘッドを作製もしくは交換する必要がなく、また、複数のインレットを一括して熱圧着するために面積の大きいヘッドを用いる場合にも搭載ステージとヘッドの平行度を厳しく管理する必要がないために、高い生産性を実現することができる。また、各接続部を均一な圧力で熱圧着することによって、安定した電気的接続が得られ、優れた接続信頼性を実現することができる。さらに、接続材料に異方導電性接着剤を用い、電気的接続とアンテナ基板と短絡板の間隙の封止を同時に行う場合には、接着剤内部のボイドを抑制することができ、優れた信頼性を得ることが可能である。
本発明の実施例1から得られるインレットの構造を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A´断面図である。 本発明を説明するための図である。 本発明の熱圧着ヘッドを説明するための図である。 本発明の熱圧着時の状態を説明するための図である。 本発明の実施例2で用いた基板を説明するための図である。 本発明の実施例2の試験片の構成を説明するための図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)のJ−J´断面図である。 比較例1で用いた熱圧着ヘッド形状を示す図である。 従来のインレットの構造を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A´断面図である。 従来のインレット構造を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B´断面図である。 従来の熱圧着ヘッド形状を示す図である。 従来の熱圧着時の状態を説明するための図である。
符号の説明
1:熱板
2:ゲル状樹脂
3:袋状容器
4:サポート
5:ゴムシート
6:搭載ステージ
10:両面電極付ICチップ
11:ICチップ本体
12、13:外部電極
15:接続抵抗測定用シリコンチップ
16:ベアシリコンチップ
17:無電解ニッケル−金めっき層
20:アンテナ基板
21:アンテナ回路
22:ベース基材
23、24:アルミニウム回路
25:回路
30:短絡板
31:金属箔
32:ベース基材
40:異方導電性接着剤
41:マトリクス樹脂
42:導電粒子
45:異方導電性フィルム
50:圧着ヘッド
51:突起
110:ICチップ
111:従来のICチップ
112:金バンプ
113:電極
120:アンテナ基板
121:アンテナ回路
122:ベース基板
130:短絡板
131:金属箔
132:ベース基材
140:異方導電性接着剤
141:封止材
142:導電粒子
150:熱圧着ヘッド
151:突起
152:ボイド
A−A´、B−B´、J−J´:切断面
C、E、F:接続部
D:励振スリット
G:インレット1個の範囲
H:断線部
I、I´:抵抗値測定点

Claims (7)

  1. 外部電極が向かい合った一組の面に形成されたICチップと、送受信アンテナと、前記ICチップと前記アンテナとを電気的に接続する短絡板と、前記ICチップと前記送受信アンテナ及び前記短絡板とを接続するための接続部材と、前記送受信アンテナと前記短絡板とを接続するための接続部材とを含む電子装置の製造方法において、
    前記ICチップと前記送受信アンテナ及び前記短絡板との接続と、前記送受信アンテナと前記短絡板との接続が、少なくとも圧着温度で柔軟な熱圧着面を有する熱圧着装置によって同時に行われることを特徴とする電子装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の電子装置の製造方法において、
    前記ICチップと前記送受信アンテナ及び前記短絡板との接続と、前記送受信アンテナと前記短絡板との接続が、少なくとも圧着温度で流動性をもつ物質を内部に充填した袋状容器を、熱圧着ヘッドの熱圧着面に備えている熱圧着装置によって同時に行われることを特徴とする電子装置の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の電子装置の製造方法において、
    熱圧着装置の熱圧着面と、被圧着体である前記電子装置の構成材料と、熱圧着ステージとの間の、少なくとも一つの側に、少なくとも圧着温度で柔軟性をもつシート状物質を挿入することを特徴とする電子装置の製造方法。
  4. 請求項1に記載の電子装置の製造方法において、
    前記ICチップと前記送受信アンテナ及び前記短絡板との接続と、前記送受信アンテナと前記短絡板との接続が、熱圧着装置の熱圧着ヘッドと、被圧着体である前記電子装置の構成材料と、熱圧着ステージの間との間の、少なくとも一つの側に、少なくとも圧着温度で流動性をもつ物質を内部に充填した袋状容器を挿入することによって同時に行われることを特徴とする電子装置の製造方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置の製造方法において、
    前記ICチップと前記送受信アンテナ及び前記短絡板との接続と、前記送受信アンテナと前記短絡板との接続が、導電性接着剤もしくは異方導電性接着剤もしくは非導電性接着剤あるいは金属接合の少なくとも一つ、もしくは二つ以上の組合せによって行われることを特徴とする電子装置の製造方法。
  6. 外部電極が向かい合った一組の面に形成されたICチップと、送受信アンテナと、前記ICチップと前記アンテナとを電気的に接続する短絡板と、を熱圧着して電子装置を製造する熱圧着装置であって、
    少なくとも圧着温度で柔軟な熱圧着面を有する熱圧着手段を有することを特徴とする熱圧着装置。
  7. 前記熱圧着手段は、少なくとも圧着温度で流動性をもつ物質を内部に充填した袋状容器を有することを特徴とする請求項6記載の熱圧着装置。
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