JP2018525727A - 印刷スタッドバンプを有する無線タグ、ならびにそれを作製および使用する方法 - Google Patents
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Abstract
無線（例えば、近距離またはＲＦ）通信デバイス、およびそれを製造する方法を開示する。無線通信デバイスを製造する方法は、第１基板上に集積回路を形成する段階と、集積回路の入力端子および／または出力端子上にスタッドバンプを印刷する段階と、第２基板上にアンテナを形成する段階と、当該スタッドバンプに当該アンテナの端部を電気的に接続する段階とを含む。アンテナは、無線信号を（ｉ）受信および（ｉｉ）送信またはブロードキャストするように構成されている。
Description
本出願は、２０１５年８月６日に出願された米国仮特許出願第６２／２０２，０２５号の利益を主張するものであり、その全てが本明細書に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は、概して無線通信および無線デバイスの分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、電気回路にアンテナを取着および／または接続するための印刷スタッドバンプを有する、無線周波数（ＲＦおよび／またはＲＦＩＤ）、近距離通信（ＮＦＣ）、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ（超短波））、極高周波（ＵＨＦ（極超短波））タグおよびデバイスならびに電子商品監視（ＥＡＳ）タグおよびデバイスと、それらを製造および使用する方法とに関する。
無線周波数バーコード（ＲＦＢＣ）または電子商品監視（ＥＡＳ）インレイ上の従来の金ワイヤバンプをアンテナに取着することがある。従来の金ワイヤバンピングは、スループットが比較的低いインレイレベルの工程である。概して、金ワイヤバンピングを使用する大量生産には、多数のボンディング機が必要とされる。ＲＦＢＣタグおよび／またはデバイスならびにＥＡＳタグおよび／またはデバイスは消耗品であり、通常、年間何十億台というデバイスの規模で製造されている。金ワイヤバンピングを使用して複数のインレイ基板（例えば、ほぼ数千枚の基板）から成る１枚のシートを製造するには、およそ１．５時間から２時間を要する。結果として、製造工程のスケーラビリティを高めるためには、スループットの高いバンピング工程が望ましい。
本項「背景技術」は、背景情報としてのみ提供する。この「背景技術」における記述は、本項「背景技術」で開示される主題が、本開示の先行技術を構成することを認めるものではない。本項「背景技術」のいかなる部分も、本項「背景技術」を含む、本出願のいずれかの部分が、本開示の先行技術を構成することを認めるものとして使用されてはならない。
本発明は、無線通信および無線デバイスに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、印刷スタッドバンプを有する、無線周波数（ＲＦおよび／またはＲＦＩＤ）、近距離通信（ＮＦＣ）、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ（超短波））または極高周波（ＵＨＦ（極超短波））タグおよびデバイスならびに電子商品監視（ＥＡＳ）タグおよびデバイスと、それらを製造する方法とに関する。
１つの態様において、本発明は無線通信のために構成されたデバイスを製造する方法に関するものであり、当該方法は、第１基板上に集積回路を形成する段階と、集積回路の入力端子および／または出力端子上にスタッドバンプを印刷する段階と、第２基板上にアンテナを形成する段階と、当該スタッドバンプに当該アンテナの端部を電気的に接続する段階とを含む。アンテナは、無線信号を（ｉ）受信および（ｉｉ）送信またはブロードキャストするように構成されている。集積回路は、（ｉ）受信された無線信号および／またはそこからの情報を処理し、かつ（ｉｉ）送信またはブロードキャストされるべき無線信号（および／またはそのための情報）を生成するように構成されている。
別の態様において、本発明は、第１基板と、第１基板上の集積回路（ＩＣ）と、集積回路の入力端子および／または出力端子上の印刷スタッドバンプと、第２基板と、印刷スタッドバンプに電気的に接続された、第２基板上のアンテナとを含む、無線（例えば、近距離またはＲＦ）通信デバイスに関する。集積回路は、（ｉ）第１無線信号および／または第１無線信号からの情報を処理し、かつ（ｉｉ）第２無線信号および／または第２無線信号のための情報を生成するように構成されている。アンテナは、第１無線信号を受信し、かつ、第２無線信号を送信またはブロードキャストするように構成されている。
シートレベルの印刷バンプが従来の金バンピング工程に関する問題を解決する。例えば、１．５時間から２時間を要する従来の金バンピング工程において、同じ基板上の印刷スタッドバンプの同じパターンを（例えば、自己整合型の接着剤および半田から）１０分間から２０分間もの短時間で形成することができる。この工程はまた、バンプのコストを大幅に削減する。結果として、本発明は無線タグのコストと処理時間を削減し、製造工程のスケーラビリティを高める。下記の様々な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらおよび他の利点が容易に明らかになろう。
これより、本発明の様々な実施形態を詳細に参照する。添付の図面にはこれらの例を図示している。本発明については以下の実施形態と併せて説明するが、その説明は本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないと理解されよう。むしろ、本発明は、本発明の思想および範囲内に含まれ得る、代替物、修正および等価物を包含することを意図するものである。更に、本発明の徹底的な理解を提供すべく、以下の詳細な説明において数々の具体的な詳細を記載している。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくても本発明を実施できることは、当業者にとって容易に明らかとなろう。他の例では、本発明の態様を不必要に曖昧にしないよう、周知の方法、手順、構成要素、および材料について詳細に説明していない。
本発明の実施形態の技術的提案については、以下の実施形態における図面と併せて、完全にかつ明確に説明する。当該説明は本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないと理解されよう。本発明の説明される実施形態に基づき、当業者は創造的貢献なくして他の実施形態を取得することができ、係る実施形態は、本発明に与えられる法的保護の範囲内にある。
更に、本明細書で開示される全ての特性、手段または工程は、相互排他的な特性および／または工程を除き、任意の方式および考えられる任意の組み合わせで組み合わせることができる。別段の定めがない限り、本明細書、特許請求の範囲、要約、および図で開示されるあらゆる特性は、他の均等な特性、または、同様の目標、目的および／もしくは機能を有する特性に置き換えることができる。
本発明は、数々のボンディング機および高価なバンプ材料を必要とし、かつ、スループットが比較的低い従来の金ワイヤバンピングを使用する従来の解決策に関する、１または複数の問題を解決する。有利なことに、本発明は無線タグのコストおよび処理時間を削減し、製造工程のスケーラビリティを高める。これに加えて、本発明の工程はバンプを処理するコストも大幅に削減する。 無線通信デバイスを作製する例示的な方法
本発明は無線通信デバイスを製造する方法に関するものであり、当該方法は、第１基板上に集積回路を形成する段階と、集積回路の入力端子および／または出力端子上にスタッドバンプを印刷する段階と、第２基板上にアンテナを形成する段階と、当該アンテナの端部を当該スタッドバンプに電気的に接続する段階とを含む。集積回路は、（ｉ）第１無線信号および／または第１無線信号からの情報を処理し、かつ（ｉｉ）第２無線信号および／または第２無線信号のための情報を生成するように構成されている。アンテナは、無線信号を受信および／または送信もしくはブロードキャストするように構成されている。様々な実施形態において、無線通信および無線デバイスは、無線周波数（ＲＦおよび／またはＲＦＩＤ）、近距離通信（ＮＦＣ）、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ（超短波））または極高周波（ＵＨＦ（極超短波））タグおよびデバイスならびに電子商品監視（ＥＡＳ）タグおよびデバイスを含む。１つの例において、デバイスはＮＦＣタグなどのＮＦＣデバイスである。
図１は、本発明の１または複数の実施形態に係る、印刷スタッドバンプを使用する無線デバイス（例えば、ＮＦＣ／ＲＦタグ）を作製するための例示的な工程１０に関するフローチャートを示している。２０では、第１基板上に集積回路を形成する。集積回路を形成する段階は、集積回路の１または複数の層を印刷する段階を含んでよい。１つの例示的な方法において、集積回路の当該複数の層のうちの複数を印刷してよく、ここで、第１基板上には最下層（例えば、絶縁体、導体または半導体の最下層）を印刷してよい。印刷は、低い設備コスト、より高いスループット、無駄の削減（ひいては、「より環境に優しい」製造工程）などといった、フォトリソグラフィ・パターニング工程に勝る利点を提供するが、このことは、ＮＦＣ、ＲＦおよびＨＦタグなどの、トランジスタ数が比較的少ないデバイスにとって理想的であり得る。
代替的に、方法は１または複数の薄膜処理技術により、集積回路の１または複数の層を形成してよい。薄膜処理はまた、所有コストが比較的低く、技術が比較的成熟している。その結果として、考えられる多種多様な基板上で適度に信頼できるデバイスが製造されることになり得る。このように、いくつかの実施形態において、方法は、薄膜処理技術（例えば、ブランケット堆積、フォトリソグラフィ・パターニング、エッチングなど）により集積回路の複数の層を形成する段階を含んでよい。
いくつかの実施形態において、両方の手法のうちのより良い方を使用することができ、方法は薄膜処理により集積回路の１または複数の層を形成する段階と、集積回路の１または複数の更なる層を印刷する段階とを含んでよい。いくつかの実施形態において、第１基板上に複数の集積回路を形成してよい。追加的に、複数の集積回路は、第１基板上に行および列の配列で形成してよい。
様々な実施形態において、第１基板は、プラスチック、ガラスもしくは金属のシート、膜もしくは箔、またはそれらの積層体を含んでよい。例えば、金属基板がステンレス鋼箔などの金属箔を含んでよい。代替的に、第１基板は、プラスチック膜（例えば、ポリエチレン・テレフタレート［ＰＥＴ］またはポリイミド）またはガラスのシートもしくはスリップ（例えば、１または複数の保護膜および／または反射防止膜でコーティングされてよく、かつ、１または複数のディスプレイでの応用に、またはそれのために使用されてよいシリケートガラス）を含んでよい。
追加的に、集積回路の最上金属層に入力端子および／または出力端子を形成してよい。例示的な実施形態において、入力端子および／または出力端子は、第１アンテナ接続パッドおよび第２アンテナ接続パッドを含む。アンテナ接続パッドは、集積回路の中または上、好ましくは、集積回路の最上金属層の中に形成してよい。アンテナ接続パッドの材料は、アルミニウム、タングステン、銅、銀など、またはそれらの組み合わせ（例えば、アルミニウムパッド上のタングステン薄膜）を含んでよい。
３０では、入力端子および／または出力端子上（例えば、アンテナ接続パッド上）にスタッドバンプを印刷する。インレイ基板の入力端子および／または出力端子（例えば、金属のアンテナ接続パッド）上にスタッドバンプ材料を印刷してよい。通常は、第１入力端子および／または第１出力端子上に第１スタッドバンプを印刷し、第２入力端子および／または第２出力端子上に第２スタッドバンプを印刷する。いくつかの実施形態において、第１入力端子および／または第１出力端子は、集積回路の第１端部にあり、第２入力端子および／または第２出力端子は、第１端部とは反対の、集積回路の第２端部にある。このような配置によって、第１基板および集積回路は、単層アンテナの端部を接続するストラップとして機能することができる。
スタッドバンプ材料の印刷は、スクリーン印刷、ステンシル印刷、グラビア印刷またはフレキソ印刷を含んでよい。スタッドバンプ材料は、半田および樹脂（例えば、接着性樹脂）を有しても含んでもよい。半田合金および樹脂の両方を有するいくつかの材料を「半田を有する自己整合型の接着剤」、すなわちＳＡＡＳと称することがある。このようなＳＡＡＳ樹脂の１つがＳＡＭ樹脂（例えば、株式会社タムラ製作所（日本、大阪府）から入手可能なＳＡＭ１０樹脂。この樹脂、ならびに／または、他のＳＡＡＳおよび／もしくはＳＡＭ樹脂は、パナソニック株式会社（日本、東京都）、ナミックス株式会社（日本、新潟市）および長瀬産業株式会社（日本、東京都）から入手可能）である。このような樹脂は、小型電気デバイスを組み立てるように作られており、基板上に導電性バンプおよび接着剤を同時に形成することにより基板に当該バンプを固定することができる。これによって、製造者は複数の処理段階（例えば、半田の印刷、半田のリフロー、板の洗浄、板へのバンプの取着、エポキシでのバンプの封止または固定）を省略することができる。様々な実施形態において、半田合金は、スズ、ならびに、ビスマス、銀、銅、亜鉛およびインジウムの中から選択される１または複数の合金元素を含む。一般に、樹脂は（例えば、概して半田リフロー温度またはそれより低い温度まで、加熱することにより活性化する）エポキシ樹脂を含む。
追加的に、半田合金および樹脂材料を加熱することによりスタッドバンプを形成してよい。印刷スタッドバンプ材料は、半田と接着剤または樹脂との分離、および、半田のリフローに有効な温度で、オーブンまたは炉にて加熱してよい。いくつかの実施形態において、半田合金および樹脂を含む印刷材料をアンテナ接続パッド上に有する集積回路から成る基板シートを、ピーク温度２５０℃で４分間、リフロー炉にて加熱してよい。リフロー工程の間、バンプ形状または円錐形状に印刷された、半田および樹脂を含む印刷材料内の半田は溶融して球になり、その一方で、樹脂は沈んで半田ボールの最下部（例えば、半分）を覆う。このように、材料（例えば、半田合金および樹脂）の加熱によって、リフローされた半田ボールの上部が露出することもある。
特に、スクリーン印刷機およびベルト炉を使用して半田／樹脂材料をリフローする場合は、有利なことに、数千個の集積回路から成るシート上で本スタッドバンプ印刷工程を実施するのにおよそ１０分間から２０分間を要する。通常、アンテナへの取着後にスタッドバンプ材料の抵抗が低いことは、接触の質が高いことを意味し、ＥＡＳタグ／デバイスにおいて特に重要である。例えば、ＥＡＳタグ／デバイスにおけるＱ値が約３０から約９０（例えば、約６０、または、その範囲内の任意の他の値もしくは値域）であることは、バンプとアンテナとの接触が比較的良好であることを意味する。このように、いくつかの実施形態において、方法は更に、スタッドバンプを印刷する前に、入力端子および／または出力端子（例えば、アンテナ接続パッド）上にアンダーバンプ層を形成する段階を含んでよい。アンダーバンプ層は概して、入力端子および／または出力端子（例えば、アンテナパッド）を形成する材料上で酸化物が形成されるのを防ぐのに役立つ。アンダーバンプ層は、（例えば、２５℃および１気圧において５０％以下の相対湿度を有する空気中で）酸化物を形成しにくい、１または複数の導電性層および／または金属層（例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、グラフェン、カーボンナノチューブなど）を含んでよい。アンダーバンプ層は、（本明細書で説明されるような）印刷、メッキ（例えば、電気メッキまたは無電解メッキ）、スパッタリングおよびパターニングなどにより形成してよい。アンダーバンプ層がＡｕを含む場合、Ａｕはスタッドバンプ内の半田に溶け込むことがある。
印刷およびリフローの後、スタッドバンプは、予め定められたサイズおよび／または形状を有してよい。例えば、スタッドバンプは、１０から１０００μｍ（例えば、５０−５００μｍ、または、１００μｍなどの、その範囲内の任意の値もしくは値域）の厚さ、および、バンプの半分の高さ（または厚さ）において２５から２０００μｍ（例えば、１００−１５００μｍ、または、３００μｍなどの、その範囲内の任意の値もしくは値域）の直径を有してよい。樹脂は、スタッドバンプの底部において５０から５０００μｍ（例えば、２００−３０００μｍ、または、６００μｍなどの、その範囲内の任意の値もしくは値域）の半径を有してよい。例えば、スクリーン印刷されたとき、このようなスタッドバンプは、スクリーンが２０から２０００μｍ（例えば、８０−１２００μｍ、または、２５０μｍなどの、その範囲内の任意の値もしくは値域）の半径を有するスタッドバンプのための穴または開口部を含む場合に形成することができる。
４０では、集積回路上のアンテナ接続パッド以外の領域に接着剤を置いてよい。この目的には非導電性接着剤を使用してよい。通常、接着剤はインレイのバンプ側に塗布（ディスペンス）する。様々な実施形態において、非導電性接着剤は、エポキシ接着剤であってよい。
複数の基板から成るシート（例えば、ステンレス鋼シート）上の配列内の集積回路をダイシングまたは個片化して、それぞれのインレイ内に配置するための第１基板を形成する。接着剤は、ダイシング前もしくはダイシング後、および／または、インレイ内への配置前もしくは配置後、それぞれの集積回路上に形成することができる。
５０では、第２基板（例えば、ＰＥＴ膜）上にアンテナを形成する。アンテナは、第２基板上への金属の堆積、（例えば、従来のフォトリソグラフィによる）金属のパターニング、およびパターニングされた金属の層のエッチングにより形成してよい。いくつかの実施形態において、アンテナを形成する段階は、第２基板上に単一の金属の層を形成する段階と、金属の層をパターニングする段階と、単一の金属の層をエッチングしてアンテナを形成する段階とから成ってよい。代替的に、アンテナを形成する段階は、アンテナに対応するパターンで第２基板上に金属インクを印刷する段階を含んでよい。追加的および／または代替的に、印刷された金属インク上には、バルク金属を電気メッキまたは無電解メッキしてよい。例示的なアンテナの厚さは、ＨＦデバイスの場合が約２０μｍから５０μｍ（例えば、約３０μｍ）であってよく、ＵＨＦデバイスの場合が約１０μｍから約３０μｍ（例えば、約２０μｍ）であってよい。
いくつかの実施形態において、アンテナは、第２基板上の単一の金属の層から成っている。ＩＣは、ＩＣがアンテナの端子間のストラップまたはブリッジとして機能すること、ひいては、アンテナの端子をＩＣに電気的に接続することができる方式で、第１基板上に形成または作製する。このような実施形態において、印刷スタッドバンプは、集積回路上の、アンテナの端部に対応する位置にあり、集積回路は、印刷スタッドバンプ以外の領域が絶縁体（および、必要に応じてエポキシ非導電性接着剤）で覆われている。これによって、パターニングされた単一金属層から成るアンテナを使用できる。
続いて、アンテナ金属に半田および樹脂を押し込んで、アンテナとスタッドバンプとの接触を形成する。例えば、６０では、集積回路上にアンテナを配置することにより、アンテナの端部が集積回路上のバンプと接触するようにする。集積回路の上に、またはそれを覆うようにしてアンテナを配置することにより、アンテナの第１端部が集積回路上の第１スタッドバンプと接触し、アンテナの第２端部が集積回路上の第２スタッドバンプと接触するようにする。通常、アンテナおよび集積回路は向かい合わせに配置するが、代替的に、アンテナの端部を露出させる穴を第２基板内に形成することができ、第２基板はアンテナと集積回路との間の（追加の）絶縁体として機能することができる。いくつかの実施形態において、インレイおよびアンテナは、更なる接着剤（例えば、エポキシ）で固定してよい。
７０では、集積回路の上に、またはそれを覆うようにしてアンテナを配置した後に第１基板および第２基板を押し合わせることにより、押し合わされているスタッドバンプとアンテナの端部とがアンテナと印刷スタッドバンプとの接触を形成し、その一方で、インレイ（例えば、集積回路）とアンテナとの密着性を（例えば、更なるエポキシまたは他の非導電性接着剤で）確保するようにする。スタッドバンプは、アンテナ、特に、アルミニウムを含むアンテナの上に窪みを形成（すなわち、アンテナとのオーム接触を提供）し、その一方で、接着剤はインレイをアンテナに接着させる。
約０．５ｍｍ２から約１０ｍｍ２（例えば、１．５ｍｍ２から約５ｍｍ２、および、１つの例では約２．２５ｍｍ２）の表面積を有するインレイに対しては、約０．１Ｎから約５０Ｎ（例えば、約１Ｎ）の圧力で、（例えば、Ｍｕｈｌｂａｕｅｒ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（ドイツ、ローディング）から入手可能な）従来のボンダを使用して圧力を加えてよい。アンテナがバルクアルミニウム層を有する場合は、加熱された押圧具で、（第２基板上の）アンテナにインレイを押し込んでよい。このように、必要に応じて、第１基板および第２基板には、サーマルヘッドを使用して、圧力により同時に加熱してよい。目標温度は、概して基板材料によって決まるが、概して５０℃から約４００℃とすることができる。例えば、ＰＥＴ基板を使用する場合は、最高温度１９０℃を使用すべきである。しかしながら、１９０℃は、特定のエポキシ密封剤および／または接着剤を硬化させるための最低温度でもあり得る。
本方法は、１３．５６ＭＨｚで動作するＨＦおよびＮＦＣタグ、１３．５６ＭＨｚよりも高いまたは低い周波数で動作するＲＦＩＤタグ（特に、ＲＦＩＤタグが、このようなタグを読み取るように適合されたＲＦＩＤリーダにより読み取られるときに、外部センサ入力を受け付け、かつ、それを通信する能力または機能を有する場合）、ＨＦ、ＶＨＦまたはＵＨＦタグ、ＥＡＳタグなどを含む、全ての無線タグに広く適用することができる。 例示的な無線（例えば、ＮＦＣおよび／またはＲＦ）デバイス、およびそれを製造するための例示的な工程における中間物
図２Ａから図２Ｃは、本発明の１または複数の実施形態に係る、印刷スタッドバンプを有する例示的な無線タグを作製するための例示的な工程における例示的な中間物の断面図を示しており、図２Ｄは、例示的な無線タグを示している。無線タグは概して、第１基板および第２基板と、第１基板上の集積回路と、集積回路の入力端子および／または出力端子上の印刷スタッドバンプと、第２基板上のアンテナとを有する。集積回路は、（ｉ）第１無線信号および／または第１無線信号からの情報を処理し、かつ（ｉｉ）第２無線信号および／または第２無線信号のための情報を生成するように構成されている。アンテナは、印刷スタッドバンプに電気的に接続されており、第１無線信号を受信し、かつ、第２無線信号を送信またはブロードキャストするように構成されている。この無線タグアーキテクチャは、ＲＦＩＤタグなどの無線周波数（ＲＦ）デバイス、ロールリーダなどのＨＦデバイス、ＶＨＦまたはＵＨＦ通信デバイス、ＥＡＳタグ／デバイスなどにも適用可能である。
図２Ａは、集積回路１２０ａ−１２０ｈが自身に形成された、第１基板１１０を示している。様々な実施形態において、第１基板１１０は金属箔を含む。１つの例において、金属箔はステンレス鋼箔を含む。代替的に、第１基板は、本明細書で説明されるようなプラスチック膜またはガラスのシートもしくはスリップを含んでよい。いくつかの実施形態において、集積回路１２０ａ−１２０ｈは、１または複数の印刷層を有してよい。このような層は、より大きな寸法可変性、印刷構造体の端部からの距離に応じて変動（例えば、増大）する厚さ、比較的高い表面粗さなどといった、印刷材料の特性を有する。追加的および／または代替的に、集積回路１２０ａ−１２０ｈは、１または複数の薄膜（例えば、複数の薄膜）を（更に）含んでよい。概して、集積回路１２０ａ−１２０ｈは、受信機および／または送信器を含む。送信器は、ブロードキャストされるべき無線信号を生成するように構成された変調器を含み、受信機は、受信された無線信号を（例えば、集積回路１２０ａ−１２０ｈにより処理されるべき）１または複数の電気信号に変換するように構成された復調器を含む。
例示的な実施形態において、集積回路１２０ａ−１２０ｈの最上金属層に入力端子および／または出力端子（図示せず）を形成してよい。様々な実施形態において、スタッドバンプを集積回路に印刷するための、集積回路上の入力端子および／または出力端子は、アンテナ接続パッド（図示せず）を有してよい。アンテナ接続パッドは、アルミニウム、タングステン、銅、銀など、またはそれらの組み合わせを含んでよく、１または複数のバリア層および／または接着促進層をそのアンテナ接続パッド上に有してよい。例えば、アンテナ接続パッドは、薄いタングステン接着層および／または酸素バリア層を含むバルクアルミニウム層をアンテナ接続パッド上に有してよい。
図２Ｂは、集積回路１２０ａ−１２０ｈの対向する側または端部にある印刷スタッドバンプ１２２ａ−ｈおよび１２４ａ−ｈを示している。様々な実施形態において、少なくとも２つのスタッドバンプ（例えば、１２２ａおよび１２４ａ）がそれぞれの集積回路（例えば、１２０ａ）上にある。スタッドバンプは、集積回路１２０ａ−ｈのそれぞれの集積回路の第１アンテナ接続パッド上に第１スタッドバンプ１２２ａ−ｈを有し、集積回路１２０ａ−ｈのそれぞれの集積回路の第２アンテナ接続パッド上に第２スタッドバンプ１２４ａ−ｈを有するのが好ましい。第１スタッドバンプ１２２ａ−ｈは、集積回路１２０ａ−ｈの第１端部にあってよく、第２スタッドバンプ１２４ａ−ｈは、第１端部とは反対の、集積回路１２０ａ−ｈの第２端部にあってよい。
いくつかの実施形態において、印刷スタッドバンプ１２２ａ−ｈおよび１２４ａ−ｈは、（ｉ）スズ、ならびに、ビスマス、銀、銅、亜鉛およびインジウムの中から選択される１または複数の合金元素を含む半田合金および（ｉｉ）接着性樹脂材料を有する。合金元素は、使用されているアンテナまたはパッドの材料および／またはタイプによって決まってよい。例えば、タングステン、ステンレス鋼および銅のアンテナ接続パッドは、より高い処理温度を必要とすること、または、より高い処理温度から恩恵を受けることがあるため、より高いリフロー温度を半田に提供する合金元素（例えば、銀または銅）を有することができる。アルミニウムパッドは、比較的低い温度（例えば、２１０℃）で首尾よく処理できるため、ビスマス、亜鉛および／またはインジウムなどの、２１０℃以下のリフロー温度を半田に提供する合金元素を選択してよい。通常は、スズ合金のバンプおよび貴金属のパッド（例えば、銀、金、銅）が比較的うまく機能し合う。このように、特に（例えば、特定の最小Ｑ値を必要とする、または、特定の最小Ｑ値から恩恵を受ける）スマートタグについては、アルミニウムパッド上の薄い銅層（例えば、接着層またはバリア層）が比較的うまく機能し得る。
図３Ａは、入力端子および／または出力端子（例えば、アンテナパッド）２１０上に半田ボール２２０および接着性樹脂材料２３０を含む例示的なスタッドバンプ２００を示している。スタッドバンプ２００は、リフローの後のものを示しており、ここで、接着性樹脂材料２３０は、印刷半田樹脂から分離し、半田ボール２２０上の下半分の周りに接着層を形成する。いくつかの実施形態において、スタッドバンプ２００′（図３Ｂ）は、入力端子および／または出力端子２１０上にアンダーバンプ層２４０を更に含んでよい。アンダーバンプ層２４０は、酸化物を形成しにくい、１または複数の導電性層および／または金属層（例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、グラフェン、カーボンナノチューブなど）を含んでよい。このように、アンダーバンプ層２４０は、入力端子および／または出力端子（例えば、アンテナパッド）２１０上で酸化物が形成されるのを防ぐのに役立ち得る。アンダーバンプ層がＡｕを含む場合、Ａｕはスタッドバンプ内の半田に溶け込むことがある。
様々な実施形態において、印刷スタッドバンプは、予め定められたサイズおよび形状を有する。例えば、印刷スタッドバンプは、バンプ、半円、ドーム、円錐、台形、「パンの塊」またはキノコのかさの形状を有してよい。また、スタッドバンプは、約５０μｍから約３００μｍ（例えば、約１００μｍ、または、その範囲内の任意の他の値もしくは値域）の厚さまたは高さを有してよい。一般に、樹脂はエポキシ樹脂を含む。
図２Ｃは、取着前の、個片化された第１基板１１２上の集積回路１２０を、第２基板１５０上のアンテナ１６０と共に示している。いくつかの実施形態において、第２基板１５０は、ＰＥＴ膜またはシートを含んでよい。様々な実施形態において、アンテナ１６０は、第２基板１５０上の単一の金属の層から成ってよい。
様々な実施形態において、アンテナ１６０は、（例えば、限定はされないが、銀ペーストまたはインクの銀などの印刷導体を使用する）印刷アンテナ、または、フォトリソグラフィで画定およびエッチングされた（例えば、プラスチックの膜またはシートといった基板上でのアルミニウムのスパッタリングまたは蒸着と、低解像度［例えば、１０−１，０００μｍ線幅］のフォトリソグラフィによるパターニングと、パターニングされたフォトリソグラフィ・レジストをマスクとして使用するウェットまたはドライエッチングとにより形成された）アンテナであってよい。アンテナ１６０は、目標周波数、または、１もしくは複数の業界標準により指定された周波数（例えば、ＮＦＣリーダハードウェアの目標周波数１３．５６ＭＨｚ）との適合性を維持しながら、複数のフォームファクタのいずれとも一致するサイズおよび形状を有してよい。
集積回路１２０上のアンテナ接続パッド以外の領域、スタッドバンプ１２２および１２４の下方には、異方性導電性ペースト（ＡＣＰ）または非導電性ペースト（ＮＣＰ）といった接着剤１３０を塗布（ディスペンス）する。ＮＣＰは概して、集積回路１２０とアンテナ１６０との間の耐性を高めることによって無線通信デバイスの質を高める。このように、概して、非導電性接着剤を使用する。例えば、接着剤１３０は、エポキシ接着剤を含んでよい。通常、エポキシ接着剤１３０は、インレイのバンプ側（すなわち、基板１１２上の集積回路１２０）、インレイとアンテナとの間に塗布（ディスペンス）し、アンテナは、エポキシ接着剤１３０で固定する。
図２Ｄは、完成品を示している。ここでは、集積回路１２０にアンテナ１６０を取着することにより、アンテナの第１端部１６２が、第１印刷スタッドバンプ１２２と接触して、当該スタッドバンプ１２２に電気的に接続され、かつ、アンテナの第２端部１６４が、集積回路１２０の反対側にある第２印刷スタッドバンプ１２４と接触して、当該スタッドバンプ１２４に電気的に接続されるようにする。集積回路１２０の上に、またはそれを覆うようにしてアンテナ１６０を配置する方法は、限定はされないが、ピックアンドプレースまたはロールツーロール処理を含む。集積回路１２０にアンテナ１６０を取着する方法は、限定はされないが、圧着する段階、複数のスタッドバンプにＡＣＰを塗布する段階、アンテナ１６０および集積回路１２０に圧力を加える段階、または、アンテナ１６０および集積回路１２０に圧力および熱を加える段階を含む。
図４は、本発明の１または複数の実施形態に係る例示的な印刷スタッドバンプ３００を示している。印刷スタッドバンプ３００は、半田合金ボール３１０および樹脂３２０を有する。図４の例において、スタッドバンプ３００は、ＳＡＭ１０、すなわち、株式会社タムラ製作所から入手可能なＳＡＡＳを使用してスクリーン印刷した。樹脂３２０は、半田ボール３１０の最下部（例えば、約半分）を覆っている。スタッドバンプ３００は、圧力（例えば、圧着）のみにより、アルミニウム製のアンテナまたは銅メッキされたアルミニウム製のアンテナへの良好な接触を形成する。（例えば、約１９０℃までの）熱を同時に加えることによって、スタッドバンプ３００とアンテナとのオーム接触が更に容易になる。
有利なことに、集積回路上でスタッドバンプを印刷すると、無線タグのコストおよび処理時間が削減され、製造工程のスケーラビリティが高まる。これに加えて、本発明の工程は、バンプ処理のコストも大幅に削減する。
本発明の具体的な実施形態の上記説明は、例示および説明の目的で提示している。それらは、包括的であること、または本発明を開示されている厳密な形態に限定することを意図するものではない。上記教示を考慮することで、多くの修正および変形例が考えられることは明らかである。実施形態は、本発明の原理、および、その実際的な適用例を最もうまく説明すべく、選択および説明した。本発明の範囲は、本明細書に添付されている特許請求の範囲、および、それらの等価物により定義されることを意図するものである。
Claims (60)
- 無線通信デバイスを製造する方法であって、
ａ）第１基板上に集積回路を形成する段階と、
ｂ）前記集積回路の入力端子および／または出力端子上にスタッドバンプを印刷する段階と、
ｃ）第２基板上にアンテナを形成する段階であって、前記アンテナは、無線信号を（ｉ）受信および（ｉｉ）送信またはブロードキャストするように構成されている、段階と、
ｄ）前記アンテナの端部を前記スタッドバンプに電気的に接続する段階と
を備える方法。 - 前記無線通信デバイスは、近距離、無線周波数、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ（超短波））、または極高周波（ＵＨＦ（極超短波））通信デバイスを備える、請求項１に記載の方法。
- 前記集積回路を形成する段階は、前記集積回路の１または複数の層を印刷する段階を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記集積回路の前記複数の層のうちの複数を印刷する段階を備える、請求項３に記載の方法。
- 集積された更なる前記回路を形成する段階は、１または複数の薄膜処理技術により前記集積回路の１または複数の層を形成する段階を有する、請求項３に記載の方法。
- 前記集積回路を形成する段階は、薄膜処理技術により前記集積回路の前記複数の層のうちの複数を形成する段階を有する、請求項５に記載の方法。
- 前記集積回路の最上金属層内に前記入力端子および／または前記出力端子を形成する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記入力端子および／または前記出力端子は、アンテナ接続パッドを有する、請求項７に記載の方法。
- 前記集積回路上の前記アンテナ接続パッド以外の領域に接着剤を置く段階を更に備える、請求項８に記載の方法。
- 前記第１基板上に複数の集積回路を形成する段階を更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記複数の集積回路を形成する段階は、前記第１基板上に集積回路の配列を行および列で形成する段階を有する、請求項１０に記載の方法。
- 前記第１基板を個片化して、それぞれが自身に単一の集積回路を有する、複数の基板を形成する段階を更に備える、請求項１０に記載の方法。
- 個片化された前記基板および前記集積回路をインレイ内に配置する段階を更に備える、請求項１２に記載の方法。
- 前記スタッドバンプは、第１入力端子および／または第１出力端子上の第１スタッドバンプと、第２入力端子および／または第２出力端子上の第２スタッドバンプとを有する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１スタッドバンプは、前記集積回路の第１端部にあり、前記第２スタッドバンプは、前記第１端部とは反対の、前記集積回路の第２端部にある、請求項１４に記載の方法。
- 前記スタッドバンプを印刷する段階は、前記入力端子および／または前記出力端子上に、半田および接着性樹脂を含む材料を印刷する段階を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記材料を加熱して前記スタッドバンプを形成する段階を更に備える、請求項１６に記載の方法。
- 前記半田は、スズ、ならびに、ビスマス、銀、銅、亜鉛およびインジウムの中から選択される１または複数の合金元素を含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記樹脂は、エポキシ樹脂を含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記半田と前記接着性樹脂との分離、および、前記半田のリフローに有効な温度で、オーブンまたは炉にて前記材料を加熱する、請求項１７に記載の方法。
- 前記材料を加熱する段階は、半田ボールを形成し、かつ、前記半田ボールの上部を露出させる、請求項２０に記載の方法。
- 前記スタッドバンプを印刷する段階は、前記材料をスクリーン印刷、ステンシル印刷、グラビア印刷またはフレキソ印刷する段階を有する、請求項１６に記載の方法。
- 前記スタッドバンプは、予め定められたサイズおよび形状を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記スタッドバンプを印刷する前に、前記入力端子および／または前記出力端子上にアンダーバンプ層を形成する段階を更に備える、請求項１または１６に記載の方法。
- 前記アンダーバンプ層は、２５℃および１気圧において相対湿度または５０％以下を有する空気中で酸化物を形成しにくい、１または複数の導電性材料を含む、請求項２４に記載の方法。
- 前記アンダーバンプ層は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む、請求項２５に記載の方法。
- 前記アンテナを形成する段階は、前記アンテナを形成すべく、金属を堆積させる段階と、前記金属の層をエッチングする段階とを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記アンテナを形成する段階は、前記アンテナに対応するパターンで前記第２基板上に金属インクを印刷する段階を含む、請求項１に記載の方法。
- 印刷された前記金属インク上でバルク金属を電気メッキまたは無電解メッキする段階を更に含む、請求項２８に記載の方法。
- 前記アンテナは、前記第２基板上の単一の金属の層から成る、請求項１、８、２７または２８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スタッドバンプに前記アンテナの前記端部を電気的に接続する段階は、前記集積回路の上に、またはそれを覆うようにして前記アンテナを配置する段階と、（ｉ）前記集積回路上の前記第１スタッドバンプに前記アンテナの前記第１端部を、および（ｉｉ）前記集積回路上の前記第２スタッドバンプに前記アンテナの前記第２端部を接続する段階とを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記集積回路の上に、またはそれを覆うようにして前記アンテナを配置した後、前記第１基板および前記第２基板を押し合わせる段階を更に含む、請求項３１に記載の方法。
- 前記第１基板および前記第２基板を押し合わせるときに前記第１基板および前記第２基板に熱を加える段階を更に含む、請求項３２に記載の方法。
- 無線通信デバイスであって、
ａ）第１基板と、
ｂ）前記第１基板上の集積回路であって、（ｉ）第１無線信号および／または第１無線信号からの情報を処理し、かつ（ｉｉ）第２無線信号および／または第２無線信号のための情報を生成するように構成されている、集積回路と、
ｃ）前記集積回路の入力端子および／または出力端子上の印刷スタッドバンプと、
ｄ）第２基板と、
ｅ）前記スタッドバンプに電気的に接続された、前記第２基板上のアンテナであって、前記第１無線信号を受信し、かつ、前記第２無線信号を送信またはブロードキャストするように構成されている、アンテナと
を備える、無線通信デバイス。 - 前記デバイスは、近距離、無線周波数、高周波（ＨＦ）、超高周波（ＶＨＦ（超短波））、または極高周波（ＵＨＦ（極超短波））通信デバイスである、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記集積回路は、受信機および送信器を含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記送信器は、変調器を含む、請求項３６に記載のデバイス。
- 前記受信機は、復調器を含む、請求項３６に記載のデバイス。
- 前記第１基板は、金属箔を含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記金属箔は、ステンレス鋼箔を含む、請求項３９に記載のデバイス。
- 前記第２基板は、プラスチックを含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記プラスチックは、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項４１に記載のデバイス。
- 前記集積回路は、１または複数の印刷層を含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記集積回路は、複数の印刷層を含む、請求項３４または４３に記載のデバイス。
- 前記集積回路は、１または複数の薄膜を含む、請求項３４または４３に記載のデバイス。
- 前記集積回路は、複数の薄膜を含む、請求項４５に記載のデバイス。
- 前記入力端子および／または前記出力端子は、前記集積回路の最上金属層内にある、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記入力端子および／または前記出力端子は、アンテナ接続パッドを含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記アンテナ接続パッドは、アルミニウム、タングステン、銅、銀またはそれらの組み合わせを含む、請求項４８に記載のデバイス。
- 前記スタッドバンプは、前記集積回路内のアンテナ接続パッドの上に、またはそれを覆うようにしてある、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記集積回路上の前記アンテナ接続パッド以外の領域に接着剤を更に含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記接着剤は、エポキシ接着剤を含む、請求項５１に記載のデバイス。
- 前記スタッドバンプは、第１入力端子および／または第１出力端子上の第１スタッドバンプと、第２入力端子および／または第２出力端子上の第２スタッドバンプとを有する、請求項３４または５０に記載のデバイス。
- 前記第１スタッドバンプは、前記集積回路の第１端部にあり、前記第２スタッドバンプは、前記第１端部とは反対の、前記集積回路の第２端部にある、請求項５３に記載のデバイス。
- 前記スタッドバンプは、（ｉ）半田合金および（ｉｉ）樹脂材料を含む、請求項３４に記載のデバイス。
- 前記半田合金は、スズ、ならびに、ビスマス、スズ、銀、銅、亜鉛およびインジウムの中から選択される合金元素を含む、請求項５５に記載のデバイス。
- 前記入力端子および／または前記出力端子上にアンダーバンプ層を更に含む、請求項３４または５５に記載のデバイス。
- 前記アンダーバンプ層は、２５℃および１気圧において相対湿度または５０％以下を有する空気中で酸化物を形成しにくい、１または複数の導電性材料を含む、請求項５７に記載のデバイス。
- 前記アンダーバンプ層は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、グラフェンまたはカーボンナノチューブを含む、請求項５８に記載のデバイス。
- 前記アンテナは、前記第２基板上の単一の金属の層から成る、請求項３４に記載のデバイス。
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