JP2012137895A - 無線通信デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が効率的で、アンテナと無線ＩＣ素子との接続信頼性の高い無線通信デバイスの製造方法を得る。
【解決手段】基材シート１０に金属材を含む導電性インクによってアンテナ用パターン２１及び接合用パターン２５を形成するパターン形成工程と、接合用パターン２５に無線ＩＣ素子３０を搭載した状態で、アンテナ用パターン２１及び接合用パターン２５を熱処理して金属化するとともに、無線ＩＣ素子３０の端子電極３１，３２と接合用パターン２５とを一体化する熱処理工程とを備えた無線通信デバイスの製造方法。パターン形成工程では、接合用パターン２５の厚みをアンテナ用パターン２１の厚みよりも大きく形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信デバイスの製造方法、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線通信デバイスの製造方法に関する。

近年、物品の情報管理システムとして、電磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線通信デバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、高周波信号の送受信を行うアンテナとを備え、管理対象となる種々の物品（あるいはその包装材）に貼着して使用される。

この種のＲＦＩＤタグとして、特許文献１には、アンテナをＰＥＴフィルム上に金属箔で形成し、無線ＩＣチップをこのアンテナの一端に金バンプを介して超音波接合によって固定する接合方法が記載されている。しかし、この接合方法では、超音波を利用しているので、アンテナと無線ＩＣチップとの接合に時間を要し、また、超音波によって無線ＩＣチップがダメージを受けてしまうこともある。

特許文献２には、シート上に銀ペーストでアンテナ用パターンを印刷し、該パターンの一端に無線ＩＣチップを載置した後、銀ペーストを加熱硬化させるとともに、無線ＩＣチップとアンテナとを機械的・電気的に接続する製造方法が記載されている。この方法では、アンテナ用パターンの形成と無線ＩＣチップとの実装を同じ工程で行うことができる。しかしながら、例えば、銀ペーストの印刷厚みが薄いと、無線ＩＣチップとアンテナ用パターンとの接続信頼性が低下することがある。即ち、ＲＦＩＤタグに可撓性を付与するには、アンテナを薄くしてアンテナ自身に可撓性を付与することが必要となるが、薄いと無線ＩＣチップとの接続信頼性に欠けることになる。

特開２００１−００７５１１号公報 特開２００４−０１３７３３号公報

そこで、本発明の目的は、製造が効率的で、アンテナと無線ＩＣ素子との接続信頼性の高い無線通信デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明の一形態である無線通信デバイスの製造方法は、
基材シートに金属材を含む導電性インクによってアンテナ用パターン及び接合用パターンを形成するパターン形成工程と、
前記接合用パターンに無線ＩＣ素子を搭載した状態で、前記アンテナ用パターン及び前記接合用パターンを熱処理して金属化するとともに、前記無線ＩＣ素子の端子電極と前記接合用パターンとを一体化する熱処理工程と、
を備え、
前記パターン形成工程では、前記接合用パターンの厚みを前記アンテナ用パターンの厚みよりも大きく形成すること、
を特徴とする。

前記無線通信デバイスの製造方法においては、パターン形成工程と熱処理工程とが連続的に行われるため、換言すれば、パターンの金属化と無線ＩＣ素子の接合が同時に行われるため、効率的である。しかも、アンテナ用パターンを比較的薄く形成するのでデバイスの可撓性を損なうことはなく、接合用パターンを比較的厚く形成するので、該接合用パターンと無線ＩＣ素子の端子電極との機械的・電気的あるいは電磁界的な接続信頼が向上する。

本発明によれば、製造が効率的で、アンテナと無線ＩＣ素子との接続信頼性が向上する。

第１実施例である無線通信デバイスの製造工程を示し、（Ａ）はパターン形成工程を示す説明図、（Ｂ）は形成されたパターンを示す平面図、（Ｃ）はその断面図である。 図１に続く無線通信デバイスの製造工程を示し、（Ａ）は素子実装工程を示す説明図、（Ｂ）は素子が実装された状態を示す平面図、（Ｃ）はその断面図である。 第１実施例である無線通信デバイスの製造工程を示し、（Ａ）は基材シート上に形成されたパターンの詳細を示す断面図、（Ｂ）は該パターンと実装前の無線ＩＣチップとを示す断面図、（Ｃ）は該パターン上に無線ＩＣチップを実装した状態を示す断面図である。 第２実施例である無線通信デバイスの製造工程を示し、（Ａ）は形成されたパターンを示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。 図４に続く無線通信デバイスの製造工程を示し、（Ａ）は素子を実装した状態を示す平面図、（Ｂ）はその断面図、（Ｃ）は素子を封止した状態を示す断面図である。 接合用パターンの変形例を示す平面図である。

以下、本発明に係る無線通信デバイスの製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図３参照）
第１実施例である無線通信デバイスの製造方法は、図１及び図２に示すように、概略、基材シート１０に金属材を含む導電性インクによってアンテナ用パターン２１及び接合用パターンを形成するパターン形成工程と、接合用パターン２５に無線ＩＣ素子３０を搭載した状態で、アンテナ用パターン２１及び接合用パターン２５を熱処理して金属化するとともに、無線ＩＣ素子３０の入出力端子電極３１，３２と接合用パターン２５とを一体化する熱処理工程と、を備えている。そして、パターン形成工程では、接合用パターン２５の厚みＴ１（図３（Ａ）参照）をアンテナ用パターン２１の厚みＴ２よりも大きく形成する。

基材シート１０は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの可撓性を有する樹脂製シート、あるいは、可撓性を有する紙製シートが用いられる。なお、基材シート１０はリジッドなものであってもよい。導電性インクは、銀、銅などの微細金属粒子を有機系や水系などの溶媒中に分散したものであり、必要に応じてバインダ樹脂や分散剤などが添加されている。例えば、平均粒径（Ｄ５０）が１〜１０ｎｍのＡｇやＣｕ粉末を含むペーストを好適に用いることができる。この導電性インクはインクジェット法によってノズル１５（図１（Ａ）参照）から吐出される。ノズル１５の移動速度及び吐出量を制御することにより塗布厚みＴ１，Ｔ２を調整することができる。

アンテナ用パターン２１は、基材シート１０上に、ミアンダ状のダイポール型アンテナとして機能するように形成され、中央部分で対向する位置には矩形状の接合用パターン２５が形成される。接合用パターン２５の厚みＴ１はアンテナ用パターン２１の厚みＴ２よりも大きく、厚みＴ１，Ｔ２の調整は前述のようにノズル１５の移動速度及び吐出量を制御することによって行われる。接合用パターン２５の厚みＴ１は例えば５〜４０μｍ、アンテナ用パターン２１の厚みＴ２は例えば２〜１５μｍである。なお、基材シート１０が紙製であると、導電性インクが紙に浸み込むので、浸み込み量を考慮して導電性インクの噴出量を調整する必要がある。

次に、図２（Ｃ）に示すように、接合用パターン２５上に無線ＩＣ素子３０を搭載する。このとき、導電性インクは未だ金属化しておらず、樹脂分が残留しており、比較的柔らかい状態になっている。即ち、無線ＩＣ素子３０をその裏面に設けた入出力端子電極３１，３２が接合用パターン２５に接するように搭載すると、端子電極３１，３２が接合用パターン２５に緩く固定される。この仮固定状態で、アンテナ用パターン２１及び接合用パターン２５を熱処理（例えば、１５０〜２５０℃程度）すると、パターン２１，２５から揮発成分が飛散するとともに金属粒子どうしがネッキングしてパターン２１，２５が金属化する。これにて、無線ＩＣ素子３０の裏面に形成されている入出力端子電極３１，３２が接合用パターン２５に機械的・電気的に接続される。入出力端子電極３１，３２は、図３（Ｂ）に示すように、断面円弧状であり、図３（Ｃ）に示すように、接合用パターン２５に半ば埋め込まれた状態で接合される。このとき、基材シート１０の表面と無線ＩＣ素子３０の裏面との間隔はＴ３（図３（Ｃ）参照）である。

なお、パターン２１，２５を金属化すると比抵抗が小さくなるため、パターン２１，２５から有機成分を全て除去することが好ましいが、熱処理後のパターン２１，２５に多少の有機成分が残存していても構わない。

ちなみに、無線ＩＣ素子３０は、ＵＨＦ帯の通信に用いられるものであり、シリコン半導体集積回路チップとして構成されており、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。なお、無線ＩＣ素子３０としては、ＩＣチップと給電回路を含む給電回路基板とを一体化したものであってもよい。

この種の無線通信デバイスは、様々な形状をなす物品の表面に貼着されることから、可撓性を有していることが好ましい。基材シート１０はこの条件を満足するように選択される。この場合、アンテナ用パターン２１も極力薄くしてアンテナ自身に可撓性を付与することが必要となる。一方、アンテナ用パターン２１と一体的に形成される接合用パターン２５もアンテナ用パターン２１と同様に薄いと、無線ＩＣ素子３０（入出力端子電極３１，３２）との接続信頼性に欠ける。本実施例では、接合用パターン２５を比較的厚く（Ｔ１＞Ｔ２）形成するので、接合用パターン２５と無線ＩＣ素子３０の入出力端子電極との機械的・電気的な接続信頼が向上する。また、パターン形成工程と熱処理工程とが連続的に行われるため、換言すれば、パターン２１，２５の金属化と無線ＩＣ素子３０の接合が同時に行われるため、非常に効率的である。

また、基材シート１０の表面と無線ＩＣ素子３０の裏面との間隔Ｔ３も比較的大きくなるので、無線ＩＣ素子３０を樹脂材で封止する際に、樹脂が無線ＩＣ素子３０の裏面側にも回り込みやすくなる。無線ＩＣ素子３０を樹脂材で封止することは、周囲の環境から無線ＩＣ素子３０を保護する以外にも、基材シート１０が反ったり曲がったりしたときに曲げ応力が無線ＩＣ素子３０に伝わりにくくなる利点を有している。

一方、無線ＩＣ素子３０を接合用パターン２５上に搭載する場合、無線ＩＣ素子３０の上方から一定の圧力を加える。このとき、接合用パターン２５は比較的厚く形成されているため、パターン２５の形状が多少崩れても、パターン２５と端子電極３１，３２との接続信頼性が劣化することはない。また、無線ＩＣ素子３０の搭載時に基材シート１０に振動が生じるが、アンテナ用パターン２１は比較的薄いためにパターン形状が崩れにくい。即ち、印刷パターンのうち、アンテナ用パターンを薄くし、接合用パターンを厚くすることで、無線通信デバイス全体のフレキシブル性を確保しつつも、無線ＩＣ素子のアンテナへの接合信頼性を確保できる。特に、金属化された接合パターンは、比較的厚く、硬質であるため、ＩＣ素子の保護部材としても機能し、ＩＣ素子の信頼性の向上に寄与する。

なお、無線通信デバイスは必ずしも可撓性を有していることが必須ではなく、基材シート１０はリジッドであってもよい。この場合であっても、アンテナ用パターン２１を比較的厚く形成すると、生産性が低下するとともに、熱硬化でシワになりやすいので、比較的薄く形成することに利点を有する。さらに、無線ＩＣ素子３０の入出力端子電極は、断面形状が円弧状以外に半球状であってもよく、矩形状であってもよい。

また、前記パターン２１，２５は、必ずしもインクジェット法で形成する必要はなく、導電性インクを用いて電子写真法やスクリーン印刷法などによって形成してもよい。但し、パターン２１，２５の厚さを容易に制御できる点でインクジェット法が好適である。電子写真法やスクリーン印刷法を用いる場合には接合用パターン２５部分を重ね塗りすればよい。

（第２実施例、図４参照）
第２実施例である無線通信デバイスの製造方法は、図４及び図５に示すように、アンテナ用パターン２１をループ型としたものであり、製造工程は前記第１実施例と基本的に同様であり、作用効果も同様である。特に、ＵＨＦ帯用のループアンテナは、サイズが比較的小さくて済むため、インクジェット法によって効率よくアンテナ用パターン２１を形成することができる。

また、本実施例において、接合用パターン２５は無線ＩＣ素子３０の一辺よりも大きなサイズに形成されている。接合用パターン２５は比較的大きな厚み（Ｔ１）で形成されているため、熱処理で金属化した後は硬質化している。それゆえ、硬質化した接合用パターン２５が無線ＩＣ素子３０の一辺を覆うようなサイズに形成されていることにより、基材シート１０が反ったり曲がったりしたとき、曲げ応力から無線ＩＣ素子３０が保護される。

図５（Ｃ）は、前記熱処理工程の後に無線ＩＣ素子３０を樹脂材３５で封止した状態を示している。基材シート１０の表面と無線ＩＣ素子３０の裏面との間隔Ｔ３が比較的大きいので、封止時に樹脂材３５が無線ＩＣ素子３０の裏面側に回り込みやすい。

（変形例、図６参照）
無線ＩＣ素子３０の裏面に入出力端子電極３１，３２以外に実装用の端子電極３３，３４が形成されている場合（４端子型）には、図６に示すように、接合用パターン２５以外に一対の接合用パターン２６を基材シート１０上に形成することになる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る無線通信デバイスの製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、基材シートの形状や構造、アンテナ用パターンの形状、サイズは任意である。また、基材シートや導電性インクの材質も任意である。

以上のように、本発明は、無線通信デバイスの製造方法に有用であり、特に、製造が効率的で、アンテナと無線ＩＣ素子との接続信頼性が向上する点で優れている。

１０…基材シート
１５…インクジェット用ノズル
２１…アンテナ用パターン
２５…接合用パターン
３０…無線ＩＣ素子
３１，３２…入出力端子電極
３５…封止樹脂材

Claims (5)

1. 基材シートに金属材を含む導電性インクによってアンテナ用パターン及び接合用パターンを形成するパターン形成工程と、
   前記接合用パターンに無線ＩＣ素子を搭載した状態で、前記アンテナ用パターン及び前記接合用パターンを熱処理して金属化するとともに、前記無線ＩＣ素子の端子電極と前記接合用パターンとを一体化する熱処理工程と、
   を備え、
   前記パターン形成工程では、前記接合用パターンの厚みを前記アンテナ用パターンの厚みよりも大きく形成すること、
   を特徴とする無線通信デバイスの製造方法。
2. 前記熱処理工程の後に、前記無線ＩＣ素子を樹脂材にて封止する封止工程を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の無線通信デバイスの製造方法。
3. 前記パターン形成工程では、インクジェット法によって前記導電性インクを前記基材シート上に供給することにより、前記アンテナ用パターン及び前記接合用パターンを形成すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信デバイスの製造方法。
4. 前記パターン形成工程では、前記接合用パターンを前記無線ＩＣ素子の一辺よりも大きなサイズに形成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線通信デバイスの製造方法。
5. 前記基材シートは可撓性を有するものであること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線通信デバイスの製造方法。

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