JP2007511811A - 基板への電子部品の実装方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、電子部品の接続を中断させることなくたわみ又はひねりに耐えることができるカード又はタグの形態のトランスポンダの製造方法を提供することである。この目的は、基板（５）とよばれる通常は平面の絶縁支持体の表面上に配置された導線経路に接続されたほぼ平面のボンディングパッド（３）を含む少なくとも１つの電子部品（１）の実装方法であって、‐ 作業面に基板（５）を置き、導線経路（６’）を含む面を上に向ける工程と、‐ 導線経路（６’）を含む部位内にある基板（５）のスロット（７）内に電子部品（１）を設置し、部品（１）のボンディングパッド（３）を基板（５）の対応する経路に接触させる工程と、‐ 絶縁材料層（８）を、部品（１）と、前記部品（１）を囲む基板（５）の少なくとも１つの部位の上に延びるように被せ、絶縁層（８）を部品に圧着することにより、ボンディングパッド（３）と導線経路（６’）の間の電気的接続が確保されるようにする工程とを含む方法により達成される。

Description

本発明は、複数の導線経路を含む基板と呼ばれる支持体に電子部品を実装する方法に関する。この方法は、一般に薄型のカード又は電子タグの形態のトランスポンダの製造時に適用することができる。
電子タグとは、少なくとも１つの絶縁支持体と、１つのアンテナと、通常、チップである１つの電子部品を備えるユニットのことをいう。本発明による方法を用いて製造されるカード又は電子タグは、識別手段、検査手段、又は支払手段など数多くの分野に存在する。
本発明の趣旨は、薄型カード又はタグの基板への少なくとも１つの電子部品の実装に関する。電子部品とは、チップ、キャパシタ、抵抗、ダイオード、ヒューズ、バッテリ、ディスプレイ、更にはボンディングパッドを具備した被覆チップなどの素子である。
当業者にとっては、導体材料（通常は銅）製のボンディングパッドが彫られた基板上に部品が実装されたカード又はタグは既知のものである。通常、部品は接着され、次に部品の接点が基板のボンディングパッドにはんだ付けされる。部品のボンディングパッドと基板のボンディングパッドの間の電気的接触は、電導性接着剤を用いた接着、超音波を使用するはんだ付け、すず合金を使用する熱間はんだ付けなどの手段で行われる。
また、接点が、基板のプリントボンディングパッド内に圧入により押し込まれた爪即ち先端（バンプ）を具備する部品を備えたカードが知られている。書類ＷＯ００５５８０８（特許文献１）は、熱間圧延によるチップとアンテナのボンディングパッドの間の接続の実施について記述している。チップの接点は、アンテナのボンディングパッドの導電材料内に嵌め込まれる突起を含み、これらのボンディングパッドを変形させる。
基板の導体への部品の接続は、基板の導体と基板のボンディングパッドにはんだ付けされる導線を用いて行うことも可能である。
このように配線された部品及び回路を保護するために、回路の全部品を被覆するよう、基板の表面の全体又は一部にエポキシ樹脂を流し込むことができる。別の実施方法によれば、単数又は複数の部品及び隣接するボンディングパッドを覆う絶縁シートを基板の全体又は一部分に被せる。
書類ＥＰ０７８６３５７（特許文献２）は、基板に実装され、基板の周囲に配置されたアンテナコイルに接続されたチップを備える無接点カードについて記述している。チップは、カードのエッジ部のうちの１つの近傍にいてアンテナコイルにより形成されるループの外側に位置する基板の部位の中に設置される。チップの位置がこのように中心からずれていることにより、カードの湾曲により生じる応力からカードが保護される。チップへのアンテナコイルの接続は、チップの接触突起をコイルの終端経路に熱間圧入することにより行われる。変形形態によれば、この接続は、チップの接点とコイルからのパッドとの間のワイヤーのはんだ付け（「ワイヤーボンディング」）により行われる。
書類ＵＳ２００２／０１１０９５５（特許文献３）は、１つの基板と少なくとも１つのチップを備える電子モジュールの製造方法について記述している。チップは基板の面のうちの１つに接着されるか、基板の表面と同じ高さになるよう、基板の厚みに熱間圧入される。好ましい変形形態によれば、基板は、シルク印刷によりトレースされた導線経路によりチップが接続されたボンディングパッドも含む。チップの接点は、このようにしてトレースされた経路が到達する突起を含む。最終工程は、チップ及びチップの近傍の導線経路に薄膜又は保護ラッカーを施すことを内容とするものである。
上で記述した既知の方法により部品が実装されたトランスポンダは、導体への部品の接続についての品質及び信頼性のレベルにおいて欠点を有する。例えば、トランスポンダの使用時にトランスポンダが受ける機械的応力によっては、この接続が全面的又は間欠的に中断することがある。より詳細には、カード又は電子タグのような薄いトランスポンダはたわみ又はひねりなどにより容易に変形する。これらの応力は、突起を有する物体の表面に貼られたタグのように、トランスポンダを通常使用する時に出現することがある。
絶縁フィルムの被覆又は積層により部品を保護しても、部品の接続部は、内部の引っ張り及び圧縮力を受け、トランスポンダが変形すると破損する。この現象は、結合部の疲労をもたらすような繰り返し変形の際には顕著になり、最終的に結合部は、トランスポンダから受けるたわみ又はひねりが一定回数繰り返された後、破断する。
ＷＯ００５５８０８ ＥＰ０７８６３５７ ＵＳ２００２／０１１０９５５
本発明の目的は、例えば、トランスポンダの製造コストを低減させながら、単数又は複数の電子部品と基板の電気的結合の信頼性及び品質を向上させることなど、上で記述した欠点を解消することである。
本発明は、部品の接続を中断させることなくたわみ又はひねりに耐えることができるカード又はタグの形態のトランスポンダの製造方法を提供することも目的とする。
これらの目的は、基板とよばれる通常は平面の絶縁支持体の表面上に配置された導線経路に接続されたほぼ平面のボンディングパッドを含む少なくとも１つの電子部品の実装方法であって、
‐ 作業面に基板を置き、導線経路を含む面を上に向ける工程と、
‐ 導線経路を含む部位内にある基板のスロット内に電子部品を設置し、部品のボンディングパッドを基板の対応する経路に接触させる工程と、
‐ 絶縁材料層を、部品と、前記部品を囲む基板の少なくとも１つの部位の上に延びるように被せ、絶縁層を部品に圧着することにより、ボンディングパッドと導線経路の間の電気的接続が確保されるようにする工程と
を含む方法により達成される。
電子モジュールとも呼ばれる電子部品は、通常、面のうちの１つに位置する接点が、チップの小寸法接点を延長するボンディングパッドを構成する「リードフレーム」と呼ばれる導体シートに付加されるようなチップで形成される。実施例においては、チップの反対面は、通常エポキシ樹脂製の絶縁材料層で被覆される。「リードフレーム」により、プリント回路の導線経路への電子モジュールの接続を容易にすることができる。プリント回路の表面に実装される半導体部品の大部分はそのような「リードフレーム」を含む。
基板の導線経路は広義に画定される。導線経路は、化学的にエッチングされるかスクリーン印刷により基板上に付着された回路の導体部分に接続されたペレット又はボンディングパッドで構成することができる。そのような回路は例えば、カードへのエネルギの供給及び端末を使用しての数値データの交換に用いる無接点カードのアンテナとなる。
本発明による方法は、回路の導線上の部品の接点についてはんだ付けも固定も必要としないことに留意することが肝要である。従って、ほぼ平坦な面を見せる、部品と基板の接触面を相互に押圧させるだけでよい。部品は、部品の周囲の上に延びて基板を覆う絶縁材料により、基板上に固定される。
基板内のスロットは、部品を置く工程と絶縁層を付着させる工程の間、部品を一時的に保持するのに用いる。このスロットは、フライス加工により得られる基板内の空洞、或いはスタンピングによってカットされた窓、或いは単に、部品を基板に設置する際に部品を加熱することにより部品を変形させることなど複数の方法で作製することができる。
この方法による部品の実装の長所は、トランスポンダがたわみ又はひねりを受けた時でも、部品と回路の導線の間の接触が維持される点にある。実際、接続部に生じる内部の力は、はんだ付け又は固定された接続部の場合のような破断を引き起こすことなく接点同士を滑動させる傾向を有するようになる。トランスポンダに加えられる繰り返し応力は、導線の接触表面の摩擦による導線の「セルフクリーニング」効果を生じさせる。その結果、信頼及び電導性など接続部の性能は著しく向上する。
本発明は、非限定的例として示した添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明により、よりよく理解されよう。
電子モジュールを形成する図１の部品（１）は、エポキシ樹脂などの絶縁材料の被覆（４）で保護されたチップ（２）を含む。チップの接点は、「リードフレーム」を構成する例えばスズめっき導体シート内に形成されたボンディングパッド（３）に接続される。
図２並びに図３に示す軸Ａ‐Ａによる断面は、図１の部品（１）が実装された変形可能な薄型基板（５）を含むトランスポンダの例を示す。この基板の上面は、エッチング、接着、或いは例えばスクリーン印刷で作製された導線経路又はボンディングパッド（６）を含む。部品（１）の被覆部分（４）は、トランスポンダの最終厚みを最小化するよう基板内に切削加工した空洞又はカットした窓で構成されたスロット（７）の中に挿入される。基板の導線経路（６）は、はんだ又は導電性接着剤を使用せず押圧だけで部品のボンディングパッド（３）と接触している。ほぼ平面のこのような接触表面は、固定点となりうるような特定の凹凸を含まない。基板上の部品の保持及び基板の接点への押圧の維持は、部品の見かけの表面及び部品に隣接する基板の部位の双方の上に分布された絶縁層（８）により行われる。変形形態によれば、この絶縁層を基板の上面全体に分布させることができる。
このようにして作製されたトランスポンダは、基板の導線上の部品の接続を切らずに変形させることができる。「リードフレーム」のボンディングパッドは、トランスポンダの変形により生じる内力の作用により基板の経路を摩擦する傾向を有するようになる。
図４は、部品（１）の被覆部分（４）が第１絶縁基板（５）の空洞内に挿入されるか窓内に嵌め込まれた本発明の方法によるトランスポンダの実装の変形形態を示す。こうして部品のボンディングパッド（３）は基板（５）の下面上に配置される。例えばアンテナ（６’）や部品の導線経路と対向する場所に位置する導線経路（６）のように複数の導線経路を上面に含む第２基板（９）が第１基板（５）に貼り合わせられる。２つの基板の組み付け（５，９）は矢印Ｌに従い、接着或いは熱間又は冷間積層により行われる。部品と第２基板の経路（６）との電気的接触は積層又は接着剤の押圧により行われる。トランスポンダの最終厚さは重ねられた２つの基板（５，９）の厚さを限度とする。
別の変形形態によれば、部品（１）は被覆を含まず、従ってチップ（２）は第１基板（５）により直接保護される。部品（１）のボンディングパッド（３）が基板（５）の内表面に押圧されるよう、チップは、基板内に予め切削された空洞（７）内に挿入されるか、基板に熱間圧入される。
予め切削された空洞がない基板への部品の直接挿入は、部品を設置する際にチップを加熱し、基板を局部的に軟化させ変形させることにより行う。次に、所望する深さに適した工具を使用してチップを基板内に圧入する。このようにして構成されたスロットはチップの輪郭に適合させてあり、第２基板を貼り合わせる間、チップ又は部品全体の位置を保持する。
第２基板（９）は１つ前の変形形態と同じ方法で組み付けられる。第１基板（５）の厚さはチップの厚さに近い値まで少なくすることができる。
図５は、「リードフレーム」がないチップ（２）のみで部品が構成されているトランスポンダの組み付けの変形形態を示す。この場合、１つ前の場合と同様、チップは、ボンディングパッド（３’）が基板（５）の表面と同じ高さになるよう、予め切削された空洞に挿入されるか、基板（５）内に圧入される。第２基板（９）は、２つの基板（５，９）全体の接着剤又は積層の押圧による接続のためのチップの導線経路に対向した導線経路（６）を具備する。当然のことながら、チップ（２）のボンディングパッド（３’）は平面であり、そのため、トランスポンダが変形した場合、これらのボンディングパッドは第２基板の対応するボンディングパッド上を擦動することができる。
部品上及び基板の表面の全体又は一部の上に被せられた絶縁層、並びに第１基板上に積層された第２基板は、最終トランスポンダを性格付ける外表面に装飾又は刻印を含むことができる。更に、第１基板も、導線経路を支持する面とは反対の面に装飾を含むことができる。
本発明による方法は、「デュアル」、即ちカードの外面のうちの１つと同じ高さの一式の平面接点と、一式の導線経路の形態の内部アンテナとを含むカードの組み付けにも適用される。この一式の接点はモジュールの面のうちの１つの上に位置し、各接点はモジュールのうちの反対面上のボンディングパッドに接続される。モジュールは、厚さがモジュールの厚さにほぼ等しい第１基板内にカットされた窓を具備するスロット内に挿入される。一式の接点は、カードの外面を構成する基板の表面と同じ高さになり、反対の面のボンディングパッドは第１基板上に組み付けられた第２基板の導線経路に載架する。
この組み付けを補完する、上で記述したような追加のチップ又は電子モジュールは、基板のうちのいずれかに実装することができる。このモジュールのボンディングパッドは、１つの基板の表面の対応する導線経路上に押圧により接続される。
導線経路と電子モジュールを備える２つ以上の重ね合せ基板を組み付け積層することも可能であり、そのボンディングパッドは、積層の押圧により、他方の基板の面上に配置された対応する導線経路に接続される。
図１はボンディングパッドを具備する電子モジュールの形態の部品を示す図である。 図２は基板と、絶縁層により保護されたボンディングパッドを備える薄型トランスポンダの上面図である。 図３は図２のトランスポンダの軸Ａ‐Ａによる拡大断面図である。 図４は２つの基板と、ボンディングパッドを具備する１つの部品を備えるトランスポンダの実装断面図である。 図５は２つの基板と、ボンディングパッドを具備する１つの部品を備えるトランスポンダの実装断面図である。

Claims (14)

  1. 基板(5)とよばれる通常は平面の絶縁支持体の表面上に配置された導線経路に接続されたほぼ平面のボンディングパッド(3)を含む少なくとも１つの電子部品(1)の実装方法であって、
    ‐ 作業面に基板(5)を置き、導線経路(6')を含む面を上に向ける工程と、
    ‐ 導線経路(6')を含む部位内にある基板(5)のスロット(7)内に電子部品(1)を設置し、部品(1)のボンディングパッド(3)を基板(5)の対応する経路に接触させる工程と、
    ‐ 絶縁材料層(8)を、部品(1)と、前記部品(1)を囲む基板(5)の少なくとも１つの部位の上に延びるように被せ、絶縁層(8)を部品に圧着することにより、ボンディングパッド(3)と導線経路(6')の間の電気的接続が確保されるようにする工程と
    を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 電子部品(1)が、表面のうちの１つに接点を具備するチップ(2)で形成され、前記接点が、チップ(2)の接点を延長するボンディングパッド(3)を構成する導体シートに付加され、チップ(2)の反対の面に絶縁層(4)が被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 絶縁材料層が、部品(1)がその被覆面から挿入されるスロット(7)を含む第１基板(5)で構成され、前記部品のボンディングパッド(3)が、作業面の第２基板(9)の対応するボンディングパッド(6)に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 電子部品(1)が、面のうちの１つに接点を具備するチップ(2)で形成され、前記接点が、チップ(2)の接点を延長するボンディングパッド(3)を構成する導体シートに付加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 絶縁材料層が、部品(1)のチップ(2)がその被覆面から挿入されるスロット(7)を含む第１基板(5)で構成され、基板(5)の面を押圧する前記部品(1)のボンディングパッド(3)が作業面上に置かれた第２基板(9)の対応するボンディングパッド(6)に接続されることを特徴とする、請求項１及び４に記載の方法。
  6. 部品(7)のスロットが、部品(1)のチップ(2)を加熱し、次に、適切な工具により前記チップ(2)を基板(5)の材料内に押し込むことによって得られ、前記部品(1)のボンディングパッド(3)が基板(5)の面に押圧されることを特徴とする、請求項１及び４に記載の方法。
  7. 電子部品(1)が、ほぼ平面の接点を面のうちの１つにおいて具備するチップ(2)で形成されるにことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  8. 絶縁材料層が、チップ(2)が挿入されるスロット(7)を含む第１基板(5)で構成され、基板(5)の表面と同じ高さの前記チップの接点が、作業面上に置かれた第２基板(9)の対応するボンディングパッド(6)に接続されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 部品(1)のスロット(7)が切削加工された空洞又はスタンピング加工された窓であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  10. チップ(2)のスロット(7)が、加熱し、次に、適切な工具により前記チップ(2)を基板(5)の材料内に押し込むことによって得られ、前記チップ(2)のボンディングパッドが基板(5)の表面と同じ高さにあることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
  11. 電子部品(1)が、表面のうちの１つに平面の接点ユニットを含み、対向する面にユニットの各接点に接続されたボンディングパッドを含むモジュールで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  12. モジュールが、モジュールの厚さにほぼ等しい厚さの第１基板(5)内に切り込まれた窓を具備するスロット(7)の中に挿入され、平面接点ユニットが前記基板(5)の表面と同じ高さであり、対向する面のボンディングパッドが、第１基板(5)上に組みつけられた第２基板(9)の導線経路(6')に載架することを特徴とする、請求項１及び１１に記載の方法。
  13. 少なくとも１つの追加モジュール又はチップ(2)がいずれかの基板(5,9)内に実装され、前記モジュールが、いずれかの基板(5,9)の対応する導線経路(6')に押圧接続されたボンディングパッド(3)を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 基板(5,9)を重ねることにより形成されるアセンブリーを接着及び圧着する追加工程を含むことを特徴とする、請求項３及び１３に記載の方法。

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