JP2011520194A - トランスポンダの実装構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、平面アンテナ（６）とこのアンテナ（６）に接続されるチップ（３）とを有し、アンテナ（６）を空間構造の平面シート状熱可塑性素材（５）に少なくとも部分的に埋め込むと共に、チップ（３）を部分的に受容するために熱可塑性素材（５）にクリアランスを設けて成る、トランスポンダの実装構造であって、上記熱可塑性素材でラミネートされ得ない非導電基板（２）で成る平面モジュール（１）を有し、このモジュール（１）に導電膜を介して上記チップ（３）が接続されることが可能であり、上記アンテナ（６）の端部（７，８）を上記チップ（３）に接続するための接合領域（４ａ，４ｂ）が上記モジュール（１）上にフィルムとして形成され、また熱可塑性素材（５）がモジュール（１）と２つの外層（９，１０）の間のアンテナ（６）とともにサンドイッチ状態でラミネートされ、モジュールの接合領域（４ａ，４ｂ）がアンテナ（６）の端部（７，８）で位置合わせされる構造である。

Description

本発明は、それぞれ請求項１および請求項７の前文に従うトランスポンダの実装構造およびその製造方法に関するものである。

チップおよびアンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダにより、チップを含むメモリへの非接触アクセスが可能となる。カードに搭載されたトランスポンダは、例えばチケットの自動アクセスコントロールに関して、またパス券や銀行のカードのセキュリティ情報に関して、さらには、スマートラベルおよびスマートタグの起源の識別などに関して使用されている。

DE 10 2006 001 777 A1で開示されているトランスポンダの実装構造では、コイルがシート状の熱可塑性素材に埋め込まれ、シート状の熱可塑性素材に隙間を持って配置されたチップに、コイルの端部がハンダ接合で接続される構造となっている。

この欠点は、コイルの端部の配置とハンダ接合を行うチップの位置決めにおいて実装構造の製作負担が増加し、追加のコストを生じてしまうことである。さらに、薄型のシート状の実装構造を形成するには、可撓性のある薄型の実装構造を得るために、ハンダ接合のサイズを最小限にすべきである。

したがって、本発明の目的は、安価で容易に製造でき、かつ、薄型に製造可能な請求項１の前文に記載の高品質のトランスポンダの実装構造と、さらに、請求項７の前文に記載の当該製造工程を提供することにある。

本発明の上記目的は、請求項１および請求項７に記載された特徴部分により達成される。

その結果として得られるものが、シート状または平面アンテナとこのアンテナに接続されたチップとを有し、アンテナの少なくとも一部が空間構造のシート状の熱可塑性素材に埋め込まれているトランスポンダの実装構造である。上記熱可塑性素材には、この熱可塑性素材内にチップを少なくとも部分的に受け入れるクリアランス（隙間）がある。シート状のモジュールは、熱可塑性素材とラミネートされ得ない電気的に非導通の基板を備え、チップは導電膜を介してこの基板に接続されている。導電膜は、アンテナの端部をチップに接続するための２つの接合領域を形成している。各接合領域がアンテナの一方の端部を覆うべく、平面状のまたはシート状のモジュールがアンテナの端部に接合領域を位置合わせさせて配置される。モジュールは、アンテナの端部の接続用に広い接合領域を備えているため、チップ上の接点とアンテナの端部との間に正確な位置決めを必要としない。さらに、非ハンダ接合プロセスが達成される。各接合領域とアンテナの各端部間との機械的接合による接合で、永続的な電気接続が達成される。熱可塑性素材は、装着されたアンテナおよびモジュールを合わせて、熱可塑性素材の両面がそれぞれ外層または上層との間で（加熱）ラミネートされる。このラミネート、すなわち加熱および加圧により、このアンテナは少なくとも一部が熱可塑性素材に埋め込まれ、これにより、およそ３００μｍの厚みにすぎない実装構造が製造されても、薄型での接続のため、部品が触覚、すなわち感覚により感知され得ない平坦な構造が形成される。アンテナもアンテナに接続されるチップも、この実装構造においては「感覚により知覚」されない。導電膜による接続は、たとえばハンダ接点のような堅固な部品を生じさせず、薄型の実装構造においてそのわずかな厚みを指で感じることができ、使用されている素材も柔軟である。基板素材は熱可塑性素材でラミネートされ得ず、外層または上層でもラミネートされないため、積層中、モジュールの基板は、チップならびにアンテナ端部およびモジュールの接合領域との間の接合領域双方の保護材として機能する。特に、基板の接合領域が保護される。一度限りの接合、すなわち一度限りの加熱および加圧により、さらに、トランスポンダを形成する部品への熱的および機械的負荷ならびに対応する電気的接続が軽減され、歩留まり良く高品質の複合物が製造される。この熱可塑性素材は、サンドイッチ状の態様で２つの外層に融合される。

薄い膜においても高い導電性を達成するよう、この導電膜は、導電性銀ペーストを備えることが好ましい。「たった」およそ３０μｍの厚みで膜を形成する場合であっても、チップとコイルの一方の端部との電気的接続が可能になる。

モジュールの基板を熱可塑性素材でラミネートすることを防ぎ、また接合領域でチップを保護するため、モジュールの基板は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＶ（ＰＶＤＦ、ポリビニリデンフルオライド）またはこれらの化合物からなることが好ましい。

２つの外層または２つの上層で簡単にラミネートするために、熱可塑性素材は、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、ＰＥＴＧ（変性ＰＥＴ）、ＰＣ（ポリカーボネート）またはこれらの化合物で成る。上述の素材は、安価でフィルム型の膜を生産することができる。

テスリン、ＰＶＣ、ＰＥＴＧ、ＰＣなどを、外層の素材として使用することができる。外層はおよそ０．０３ｍｍからおよそ０．２５ｍｍの厚みを有することが好ましく、外層または上層としては、さらに薄いことが望ましい。特に外層は、およそ０．０４ｍｍから０．０５ｍｍの範囲であることが望ましい。

熱可塑性素材としてＰＶＣが使用される場合は、さらに外層または上層としてもＰＶＣが使用されることが好ましい。

薄い実装構造をカード型に形成することで、高レベルのアクセプタンスを有することはよく認識されている。それゆえ、この実装構造、すなわち本質的に熱可塑性素材はカード型とされ、厚みが０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲、特に０．３ｍｍの厚みを有することが好ましい。カード型の可撓性の実装構造は、導電性銀ペーストで形成された広い接合面積のために、たとえばハンダ接合のような知覚可能な部品を備えない。

本発明のさらなる特徴は、従属請求項および下記の記述から理解されるものである。

以下、本発明を添付の図に示す例示的な実施形態に基づき、詳細に説明する。

図１ａは、基板、チップおよびチップの接続のための接合領域を備えるモジュールを概略的に示す斜視図である。
図１ｂは、図１ａのモジュールを概略的に示す側面図である。
図２は、熱可塑性素材上のアンテナの配置を概略的に示す斜視図である。
図３は、図１に示すモジュールを、図２に示す配置に追加する配置を概略的に示す斜視図である。
図４は、図３に示す配置の上方および下方から各外層をラミネートする状態を概略的に示す斜視図である。

図１ａは、非導電基板２とこの基板２上に配置されるチップ３とを備えるシート状のモジュール１を概略的に示す斜視図である。このチップ３は、接着性をも有する導電フィルム（膜）を介して、基板２に接続されている。本発明の一実施形態においては、銀ペースト（銀膠）を導電膜として使用してもよく、同時にこれは、チップ３を基板２に機械的に接合するための接着剤として機能する。チップ３は、導電膜を介して基板２に機械的に接合される。またチップ３は、この導電膜とは別に、該チップ３の下側にあるＡＣＦ（異方性導電膜）を介して、このＡＣＦと基板２との間で接着されてもよい。

接合領域４ａ，４ｂは、導電膜により基板２上に形成されている。接合領域４ａ，４ｂは、接合点またはチップ３の接点である。チップ３の接点であれば、接合領域４ａ，４ｂを通じて「外側」に導かれる。広い接合領域４ａ，４ｂを介して、チップ３の容易な接合が得られる。チップ３およびアンテナ６を備えるトランスポンダを形成するため、トランスポンダのアンテナ６は、その各端部を各接合領域４ａ，４ｂに接続することができる。

アンテナ６は、周状に隣接した巻線を有する単層コイルとして形成されてもよい。図２、図３および図４に示す例示的な実施形態では、アンテナ６は周状に隣接した巻線を有する単層コイルとして形成されている。

またアンテナは、エッチングされたアンテナの形態をとってもよい。同様に、アンテナはプリント配線の形態をとることも可能である。またアンテナは、電解メッキにより作製されてもよい。前述したこれらのアンテナの場合、アンテナは電気的に非導通の基板に適用されてきた。本発明の目的のためには、電気的に非導通な基板上のアンテナを使用してもよい。

可撓性のある薄い実装構造を形成するため、本発明の一実施形態においては、基板２はおよそ５０μｍの厚みを有するものとする。適用される導電膜を備えた基板２の厚みがおよそ８０μｍ、チップ３の厚みがおよそ２００μｍであることから、モジュール１の厚みは最大で約２５０μｍとなる。厚みの比較を例示するため、図１ａに示したモジュール１の側面図を図１ｂに示す。

チップ３がモジュール１の平面内でおよそ１６００μｍ×１６００μｍの空間を有するのに対し、接合領域４ａ，４ｂは少なくともおよそ９７００μｍ×９７００μｍの領域を有する。これらの接合領域４ａ，４ｂは、例えば、シート状の実装構造におけるトランスポンダの形成に必要なアンテナの端部の接合など、チップ３を接続できるように広い接続面積を与えている。

図２は、シート状に構成された熱可塑性素材５の斜視図である。本実施例においてコイル状に構成されるアンテナ６は、特に５回から８回に巻回された金属ワイヤから成っている。コイルの巻線は、周状に隣接している。このコイルは、曲線状の角を有する矩形をなすように形成されている。このコイルは、２つの端部７，８を有する。端部７，８は、コイルによって境界づけられる矩形領域内でその内側に導かれる。他の実施例としては、コイルは円形であってもよく、或いは閉平面を有していてもよい。

絶縁された金属ワイヤ、特にエナメルで絶縁されたものを、コイルの形成に用いてもよい。巻線の巻き付けを行っている間に、金属ワイヤの絶縁体が少なくとも部分的に溶剤と接してもよく、部分的に溶解し始めてもよい。巻線を形成している間に、隣接する巻線の絶縁体が少なくとも部分的に相互接触するようにされてもよく、隣接する巻線のワイヤが相互に接触しない間に、溶剤が気化される。絶縁体が部分的に溶解し始める結果として、隣接するコイルの巻線の絶縁体が部分的に溶解し再凝固した絶縁体と接着し、隣接する巻線の一方が絶縁体で他方にもたれかかるシート状の単層コイルが形成される。また別の例示的な実施形態においては、コイルの巻線が接触しないようになされてもよい。巻線が絶縁体に接触していれば、コイルは小さな円周状に形成されることになる。

図２に示す実施形態に従えば、コイルはまず熱可塑性素材５に載置されるが、これを符号２０で示す矢印で描いている。

その後、モジュール１が熱可塑性素材上に載置されて表面に位置するアンテナ６に設置され、ここでコイルとして形成されることが、符号２０で示す矢印にて図３に描かれている。モジュール１は、接合領域４ａ，４ｂがコイルの端部７，８と向かい合うように配置され、これらを被膜する。図１に示されたモジュール１は、各接合領域４ａ，４ｂがそれぞれコイルの端部７，８と接触し得るように、基板２の面と平行に図１に関して１８０度回転して示されている。

シート状の実装構造においてチップ３の高さが感じられないようにするために、チップ３は熱可塑性素材５の隙間に、または隙間に収まるように設置される。

コイルの端部７，８は、必ずモジュール１の接合領域４ａ，４ｂと接触しており、その大きさのため、コイルの一方の端部７，８の製造公差または製造変位に関わらず、モジュール１が熱可塑性素材５に載置され、コイルが表面にある場合は、チップ３とコイルが接触するようになっている。各接合領域４ａ，４ｂの一方とコイルの各端部７，８とはそれぞれ機械的に接合し、かくして永続的な電気的接続が達成される。

図４は、図３に示されたコイルおよび熱可塑性素材５上に載置されたモジュール１を示す。モジュール１の接合領域４ａ，４ｂは、コイルの端部７，８上に配置される。

図４に概略を示すように、外層９，１０はそれぞれ熱可塑性素材５の２つの広い接合領域を介してラミネートされている。外層９，１０と熱可塑性素材との間の配置は、符号２０および３０で示す矢印で示されている。外層９は、図示された熱可塑性素材５上に位置する。外層１０は、図４に示された熱可塑性素材５の下側に位置する。ラミネートのために、熱可塑性素材５は、ポリビニルクロライド、ＰＥＴＧ、ポリカーボネート、またはこれらの化合物を備え、又はこのような熱可塑性素材からなる。外層９，１０は、テスリン、ＰＶＣ、ＰＥＴＧ、ＰＣまたはこれらの化合物を備え、又はこのような熱可塑性素材からなる。

張り合わせ中に防護機能を働かせるため、基板２は、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＶ、またはこれらの化合物を備え、あるいはこのような素材または素材の化合物からなる。

張り合わせにより、コイル状に構成されたアンテナ６は熱可塑性素材５に押圧され、少なくとも一部がその中に埋め込まれる。コイルは、熱可塑性素材５の実質的な平面領域に配置される。チップ３は熱可塑性素材５のクリアランス（隙間）に配置され、高さを生じることがない。熱可塑性素材５中のクリアランス（隙間）は、この熱可塑性素材５を穿孔して形成されることができ、穿たれた「孔」は張り合わせによって閉じられる。

ラミネートされることで、基板２およびチップ３を備えたモジュール１は、コイルの端部７，８上の導電接合領域４ａ，４ｂに固定され、可撓的に構成されたコイルとチップ３との永続的な電気的接続が達成される。熱可塑性素材５は、モジュール１とコイルと併せて、外層９，１０または上層の間にサンドイッチ状態で配置される。

一つの例示的な実施形態では、電流を印加することで、コイルを熱可塑性素材５に最初に埋め込むようにしてもよい。このため、図２に示された熱可塑性素材５上に載置されたコイルに電流が印加されることで、電気抵抗によりコイルが加熱される。コイルを流れる電流を介してコイルの温度が局所的に上昇し、熱可塑性素材１が柔らかくなり、コイルの重みでコイルが素材５に沈下する。また、加熱されたコイルに、例えば孔を介して圧力を付与し、コイルの沈下を補助する柔らかくなった熱可塑性素材５の方向に更なる力を与えてもよい。特に、孔をコイルの形状に適合させるようにすれば、圧力がコイルの巻線だけに付与される。

電流の印加により、数秒でコイルの温度を８０度から１２０度上昇させることが好ましい。局所的な温度の上昇により、このような短時間の電流の印加で熱可塑性素材５は十分柔らかくなり、コイルが沈下する。電流の印加中、コイルへかける最高温度は、具体的には、熱可塑性素材５を柔らかくしても金属ワイヤが燃えることのないような温度に達するように選択される。ポリビニルクロライドはおよそ８０度ですでに柔らかくなり、例えば熱可塑性素材５として用いることができる。

平面実装構造を製作するためには、特にカード型において、シート状の熱可塑性素材５は０．２ｍｍから０．４ｍｍの間の厚さを有してもよい。金属ワイヤの少なくとも一部、好ましくは全部を熱可塑性素材５に埋め込むため、金属線は熱可塑性素材５の厚みに適合する、該熱可塑性素材の厚みより薄い銅線で成っていてもよい。この金属線は０．２５ｍｍより薄く、さらには０．１ｍｍより薄いことが好ましく、特に０．０２ｍｍから０．０８ｍｍの間の薄さを有することが好ましい。

Claims (12)

1. シート状のアンテナ（６）とこのアンテナ（６）に接続されるチップ（３）とを有し、上記アンテナ（６）を空間構造のシート状熱可塑性素材（５）に少なくとも部分的に埋め込むと共に、上記チップ（３）を部分的に受容するために上記熱可塑性素材（５）にクリアランスを設けて成る、トランスポンダの実装構造であって、
   上記熱可塑性素材でラミネートされ得ない非導電基板（２）で成るシート状のモジュール（１）を有し、このモジュール（１）に導電膜を介して上記チップ（３）が接続され、
   上記アンテナ（６）の端部（７，８）を上記チップ（３）に接続するための接合領域（４ａ，４ｂ）が上記モジュール（１）上に膜として形成され、
   また上記熱可塑性素材（５）が上記モジュール（１）とともにサンドイッチ状態でラミネートされ、その接合領域（４ａ，４ｂ）が上記アンテナ（６）の上記端部（７，８）および２つの外層（９，１０）の間の上記アンテナ（６）で位置合わせされることを特徴とするトランスポンダの実装構造。
2. 前記導電膜が導電性銀ペーストで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の実装構造。
3. 前記モジュール（１）の前記基板（２）が、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＶまたはこれらの化合物からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の実装構造。
4. 前記熱可塑性素材（５）が、ポリビニルクロライド、ＰＥＴＧ、ポリカーボネート、またはこれらの化合物を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の実装構造。
5. 前記外層（９，１０）の素材が、テスリン、ＰＶＣ、ＰＥＴＧ、ＰＣ、またはこれらの化合物を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の実装構造。
6. 前記熱可塑性素材（５）がカード型であり、０．２ｍｍから０．４ｍｍ、特に０．３ｍｍの厚みを有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の実装構造。
7. シート状のアンテナ（６）とこのアンテナ（６）に接続されるチップ（３）とを有し、上記アンテナ（６）を空間構造のシート状熱可塑性素材（５）に少なくとも部分的に埋め込んだトランスポンダの実装構造を製造するための方法であって、
   上記アンテナ（６）を上記熱可塑性素材（５）上に載置し、さらに、この熱可塑性素材（５）にラミネートされ得ない非導電基板（２）を有するシート状のモジュール（１）を使用し、このモジュール（１）に導電膜を介して上記チップ（３）を接続し、上記導電膜が上記アンテナ（６）の上記端部（７、８）を上記チップ（３）に接続するために上記基板（２）上で接合領域（４ａ、４ｂ）を形成し、
   また上記モジュール（１）が上記アンテナ（６）の上記端部（７、８）上方の接合領域（４ａ、４ｂ）で位置合わせされて上記アンテナ（６）および上記熱可塑性素材（５）上に載置され、該熱可塑性素材（５）上に位置する上記アンテナ（６）とその上に位置する前記モジュール（１）とを備えた上記熱可塑性素材（５）が２つの外層（９、１０）の間にサンドイッチ状の態様でラミネートされることを特徴とする方法。
8. 前記導電膜として導電性銀ペーストを使用することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＶまたはこれらの化合物が前記モジュール（１）の前記基板（２）として使用されることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. ポリビニルクロライド、ＰＥＴＧ、ポリカーボネート、またはこれらの化合物が前記熱可塑性素材（５）として使用されることを特徴とする、請求項７から９のいずれかに記載の方法。
11. テスリン、ＰＶＣ、ＰＥＴＧ、ＰＣ、またはこれらの化合物が前記外層（９、１０）の素材として使用されることを特徴とする、請求項７から１０のいずれかに記載の方法。
12. ０．１ｍｍから０．４ｍｍの間、特に０．１５ｍｍから０．３５ｍｍ、特に好ましくはおよそ０．２５０ｍｍの厚みを有するカード型のフィルムが、前記熱可塑性素材（５）として使用されることを特徴とする、請求項７から１１のいずれかに記載の方法。

Images