JP3789827B2 - Ｉｃチップ実装方法とｉｃチップ付き包装体およびｉｃチップ付き包装体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続的に供給するウェブ材料へのＩＣチップ実装方法とＩＣチップ付き包装体およびＩＣチップ付き包装体の製造方法に関する。
食品や飲料等の包装体に非接触通信機能を有するＩＣタグを装着することが行われるようになってきている。本発明はかかる非接触ＩＣタグ用のＩＣチップを包装体等の製造工程において、直接、ウェブ状体に実装する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
非接触で情報を記録し、かつ読み取りできる「非接触ＩＣタグ」（一般に、「非接触データキャリア」、「無線ＩＣタグ」、「非接触ＩＣ」、「非接触ＩＣラベル」、「ＲＦＩＤタグ」等と表現される場合もある。）が、物品や商品の情報管理、物流管理等に広く利用されるようになってきている。
食品等の包装体の分野でも非接触ＩＣタグを装着して、流通や品質管理、使用期限管理等に利用することが行われようとしている。
【０００３】
包装材料における非接触ＩＣタグの形態について検討すると、基材や包装材料面にアンテナパターンを導電性インキで印刷し、これに、インターポーザ形態のＩＣタグラベルを装着することが行われている。
図７は、従来法による非接触ＩＣタグの実施形態を示す図である。図７（Ａ）は、ＩＣタグラベル２０をパッケージ基材のアンテナパターン１１，１２の双方に接続するように貼着した平面状態、図７（Ｂ）は、アンテナパターン１１，１２からＩＣタグラベル２０を部分的に剥離した状態を示し、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ線において拡大した断面を示す図である。
この実施形態の場合、非接触ＩＣタグ１０は、パッケージ基材１ｂにアンテナパターンを直接印刷し、当該アンテナパターン１１，１２にＩＣタグラベル２０を装着した構成となる。
【０００４】
なお、ＩＣタグラベル２０とは、シリコン基板に集積回路またはメモリあるいはその双方を設けたＩＣチップ２１をアンテナパターン１１，１２に装着可能にタックラベル化した状態のものを意味し、当該ラベル自体にもＩＣチップ２１に接続した小型のアンテナ部２２，２３有するものである（図７（Ｃ）参照）。
インターポーザ形態のラベルとしては、モトローラ社の「ＢｉＳｔａｔｉｘ」（商標）が主に使用され、ラベラを用いて簡単に実装できる利点がある反面、ＩＣチップ単体で実装する場合に比べてコスト高になる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、このようにタックラベル状のインターポーザが使用されるているのは、ＩＣチップ単体をウェブ材料に加工速度に連動して効率的に装着する技術が無かったことに起因すると考えられる。
一方、ガラス等の枚用状の媒体にＩＣチップを実装する技術は、電子部品基盤等に見られるように古くから確立している。これらの技術では、ＩＣチップをロボットアーム、真空吸引等により実装するものであるが、ＩＣチップの微小化に伴い機械的操作が困難になってきている。
ところで、近年、特開平9-120943号公報、特表平9-506742号公報、または米国特許 5,284,186号、 5,783,856号、 5,904,545号、 6,274,508号、 6,281,038号に見られるように流体を使用して硬質や軟質基材に微小な半導体等を実装する技術（ＦＳＡ＝Fluidic Self Assembly ) が提案されている。
【０００６】
本発明は、包装体へのＩＣタグラベルの実装を従来のように、非接触ＩＣタグラベルの貼着によるのではなく、包装材料の製造工程において、特にＦＳＡ技術を用いて軟質材料に直接ＩＣチップを実装して非接触ＩＣタグ付き包装体等の製造コスト低減を図ろうとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第１は、基材フィルムに対してＩＣチップを実装する方法であって、（１）走行する基材フィルムに間隔を置いてＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（２）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（３）不要なＩＣチップを除去する工程と、（４）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ実装方法、にある。かかるＩＣチップ実装方法であるため、凹孔内に効率良くＩＣチップを実装し、かつその後の脱落を防止できる。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第２は、非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体であって、包装体の基材フィルムにはアンテナパターンが導電性インキにより形成されており、当該アンテナパターンの接続端子に近接する位置にはＩＣチップがその外形、深さに相当する基材フィルムの凹孔内に嵌合して装着され、ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの該凹孔部を含む全面にシーラントフィルムが被覆されている、ことを特徴とするＩＣチップ付き包装体、にある。かかるＩＣチップ付き包装体であるため、微小なＩＣチップであって非接触ＩＣタグ機能を有し、かつその後の取り扱いにおいてもＩＣチップが脱落しない。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第３は、非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体の製造方法であって、（１）走行する基材フィルムにアンテナパターンを間隔を置いて印刷する工程と、（２）基材フィルムのアンテナパターンの接続端子位置に、ＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（３）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（４）不要なＩＣチップを除去する工程と、（５）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ付き包装体の製造方法、にある。かかるＩＣチップ付き包装体の製造方法であるため、凹孔内に効率良くＩＣチップを実装して量産することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
非接触ＩＣタグ付き包装体は、食品等の内容物充填後にＩＣタグを貼着する手間の省略と、流通過程における剥落を防止する観点から、軟包装材料やカートンの場合は、積層するフィルム間にＩＣタグをあらかじめ保持した構成が有利となる。
したがって、非接触ＩＣタグは、基材フィルムまたはシートにアンテナパターンを印刷し、当該アンテナパターンにＩＣチップを装着し、その後、接着剤を介してまたは介さずシーラントフィルムを積層する形態が有利である。
本発明は従来のように、アンテナパターンにＩＣタグラベルを実装するものではなく、アンテナパターンの接続端子位置、少なくとも近接位置にＩＣチップを実装し、これにより非接触ＩＣタグの機能を持たせるものである。
この場合、アンテナパターンとＩＣチップのパッド（またはバンプ）間は通常の場合、直接的に接続することにはならないが、「オーミックコンタクト」（オーム性接合）により非接触ＩＣタグとして動作可能となる。
【００１１】
以下、まず本発明のＩＣチップ付き包装体について図面を参照し説明する。
図１は、本発明のＩＣチップ付き包装体の例を示す図である。図１（Ａ）は、ＩＣチップ付き包装体１の斜視図であって、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線において、包装体上側基材のＩＣチップ部を示す断面図である。厚み方向の倍率は横方向よりも拡大して図示している。
図１のように、ＩＣチップ付き包装体１にはアンテナパターン１１，１２が導電性インキにより印刷され、双方のアンテナパターンが近接する位置、すなわち接続端子１１ｃ，１２ｃ間にＩＣチップ２が装着されている。
図１において包装体１は、製袋して内容物を充填した後の状態が示されているが、本発明のＩＣチップ付き包装体は製袋や製函後の状態のみを意味せず、積層フィルムや積層シートであって製袋や製函前の巻き取り状等の形態のものをも包含するものとする。
【００１２】
図１（Ｂ）のように、包装体１は、ウェブ材料である基材フィルム１ｂまたはシートにアンテナパターン１１，１２が印刷され、当該アンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃ間に凹孔４を設け、当該凹孔内にＩＣチップ２が実装されている。凹孔４は、接続端子１１ｃ，１２ｃ間のいずれか一方に偏らない位置に形成されていることが好ましい。図１（Ｂ）において、アンテナパターン１１，１２はＩＣチップ２の下面にまで達していないがＩＣチップの斜面や底部２ｂ側に届くように形成しても良い。
アンテナパターンは透明な基材フィルム１ｂにいわゆる裏刷りされているものが印刷面の保護のためにも好ましいが、厚み数百μｍ以下のフィルムの場合であれば表刷りであってもオーミックコンタクトすることが確認されている。
また、アンテナパターンと基材フィルム１ｂとの間には、図示しない他の絵柄印刷や以下に説明する熱溶融樹脂層６等があってもよい。
【００１３】
基材フィルム１ｂの全面に塗工されているものであっても良いが、少なくとも凹孔４の底面部分には低融点の熱溶融性樹脂層６を設けるのが好ましい。
これは、当該樹脂層を溶融して凹孔内に嵌合したＩＣチップ２を固定するものである。したがって、熱溶融性樹脂層６はＩＣチップの底部２ｂに事前に塗工されたものであってもよい。あるいは図示しない絵柄のバック印刷自体ががそのような低融点特性を備えるものであってもよい。
当該ＩＣチップ２とアンテナパターン１１，１２とにより、非接触ＩＣタグ１０を構成している。
【００１４】
図１（Ｂ）の断面図のように、本発明のＩＣチップ付き包装体１では、凹孔４がＩＣチップ２と略同一サイズ、形状で同じ厚みの深さに形成されていて（ＩＣチップ２と凹孔４が相補形状にされている趣旨）、ＩＣチップ２は当該凹孔４内に嵌合するようにして装着されている。このＩＣチップは、後に詳述するように流体中において凹孔４内にセルフアライン（自己整列）させたものである。
ＩＣチップ２は実際には、図１（Ｂ）断面図よりも平面的のものであるが、表面側２ｕと底部２ｂとでは面積が異なるので、表裏が逆転して凹孔４内に嵌合しない特徴がある。ＩＣチップ２のパッド（不図示）は通常、表面側に現われるようにされているが、本発明の包装体ではパッドとアンテナパターン間の直接的な接続を行うものではない。
【００１５】
また、ＩＣチップの表面を矩形状にし、表裏が正しければ左右の向きが入れ替わっても特性に影響ないようにされている。表面が正方形状であるとパッド間を結ぶ方向とそれに直交する方向の制御ができなくなるからである。
もっとも、ＩＣチップの左右の形状を異なるものとし、凹孔の左右の形状も異なるようにし、ＩＣチップの向きと凹孔が一致した場合にのみ（一方位性とする）嵌合するようにすれば、表裏および上下左右の位置規制も可能となる。
【００１６】
ＩＣチップはシリコン基盤に半導体を形成後、ダイシングして切断する場合は、矩形状の立方体に形成され、形状のみで表裏を区別することはできない。
しかし、微小なＩＣチップを低コストで製造する場合は、ダイシング溝面積を減少させ収率を高める必要から個別のＩＣチップへの分離は、基盤の背面側からのエッチングにより行う。そのため、パッド部分が有る表面側に対し背面側は必然的に狭い面積になり、表面と背面間の面は傾斜面になるのが通常である。
チップの表面形状は通常矩形状であるので、ＩＣチップの全体形状は断面台形状であり、特に四角錐の截頭ピラミッド形状となるのが一般的である。ただし、目的と用途によって、直方体や立方体、円形や円柱状、その他の形状とされる場合もある。
【００１７】
ＩＣチップが四角錐の截頭ピラミッド形状である場合、凹孔４とＩＣチップ２の外形形状は完全に同一であるよりは、凹孔の斜面とＩＣチップの斜面の間には、２〜２０°、好ましくは３〜５°程度範囲内の角度αがあるのが好ましい。
この角度によりＩＣチップの円滑な嵌合が促進されるからである。
ＩＣチップ２の上面側は、シーラントフィルム３により被覆されているので、凹孔からＩＣチップが脱落するようなことはない。シーラントフィルム３により基材フィルムの強度が補強されると共に、ヒートシール性や耐湿性の付与、あるいは内容物への印刷インキの付着等も防止できる。
【００１８】
アンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃに対し、ＩＣチップのパッドが一方の接続端子側に極端にずれる場合は、パッド間が短絡した状態になり通信回路を形成できない。これはアンテナパターン１１，１２に対して凹孔４を形成する位置精度の問題に帰結することになる。
図２は、アンテナパターンの接続端子とＩＣチップ（または凹孔）の相対位置関係を示す図である。図２（Ａ）は、正常の場合、図２（Ｂ）は、ＩＣチップ（または凹孔）の位置がずれた状態を示している。図２（Ｂ）ではＩＣチップの双方のパッド２ｐが、アンテナパターン１２側に接近するので短絡が生じることになる。
【００１９】
結論的には、ＩＣチップのパッド２ｐ，２ｐ間距離Ｌの１／２以上に、凹孔の中心位置とアンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃの中心位置との距離が、離れた場合は通信回路を形成し難くなることになる。
ちなみに表面が長方形状のＩＣチップの一辺は、１０μｍ〜５ｍｍ程度であるから、凹孔は、それぞれ５μｍ〜２．５ｍｍ程度の位置精度で形成する必要がある。ＩＣチップが微小になるにしたがい高い開孔位置精度が求められることになる。なお、ＩＣチップの厚みは１０μｍ〜１０００μｍ程度である。
【００２０】
アンテナパターン１１，１２に対して凹孔４の位置がずれても、短絡し難くするためには、ＩＣチップのパッド２ｐ，２ｐ間を結ぶ線に対して直交する長い辺を有する接続端子１１ｃ，１２ｃを設けるのが有利である。
すなわち、図２（Ａ）において、矢印Ｙ方向に接続端子１１ｃ，１２ｃの対向する辺が長ければ、凹孔の位置ずれに対する許容を大きくすることができる。
一般的には、ウェブの走行方向の位置ずれに対して、ウェブの幅方向の位置ずれは小さく制御できるので、矢印Ｙの方向をウェブの走行方向としてアンテナパターンを印刷するのが有利と考えられる。
ただし、位置制御の容易な方向は、装置によってまちまちであって一律なものではない。したがって、通常の電気部品の場合よりも拡大または延長した方向を有する接続端子部であれば、凹孔の位置ずれに対して許容を大きくすることができる。
【００２１】
アンテナパターンは、図１、図２図示のように静電結合型パターンに限らず、図３のようにコイル状（平面捲線状）の電磁誘導型パターンであってもよい。
静電結合型の場合は、図１、図２のように２片に分離したパッチアンテナ型に印刷し１２５ｋＨｚの通信に使用する。電磁誘導型の場合は、図３（Ａ）の平面コイル状パターン（１３．５６ＭＨｚ）や図３（Ｂ）のようなダイポール型（ＵＨＦ−ＳＨＦ帯）となる。
【００２２】
パッチアンテナの場合、図１、図２のように２片のアンテナパターンの接近した部分がＩＣチップを装着する接続端子部１１ｃ，１２ｃとなる。
コイル状パターンの場合もＩＣチップの接続端子が形成されるが、図３（Ａ）のようにコイル状パターン１３の両端部を接近した位置に形成すれば、当該部分を接続端子１３ｃ，１３ｃとして凹孔４を設けることができる。
図３（Ｂ）のダイポール型パターン１４の場合も同様であって、接続端子１４ｃ，１４ｃ部分に凹孔４を設けることができる。凹孔４にはＩＣチップ２が嵌合するのでＩＣチップの実装位置と考えてもよい。
いずれの場合も凹孔４に対して拡張したまたは延長した接続端子形状とすることにより、凹孔の位置ずれに対する許容を大きくすることができる。
これらの場合は、コイルを断線しないようにして凹孔を設ける必要がある。
【００２３】
次に、本発明のウェブ材料へのＩＣチップ実装方法について説明する。
図４は、ウェブ材料へのＩＣチップ実装を行う製造ライン図である。パッケージやキャリアテープ等に使用するウェブ材料１ｂを給紙部から供給し凹孔４を形成し、当該凹孔内にＩＣチップ２を実装し、さらに、ＩＣチップ２を含むウェブ材料面にシーラントフィルム３を被覆する一連の製造ラインを示している。
ただし、本発明は全ての工程を連続したラインで行うことを要件とするものではないので、例えば、ＩＣチップ充填とＥＣ工程を別工程で行うものであっても良い。
【００２４】
図４において、エンボス工程では、図示しないエンボス機等によりウェブ材料１ｂへ凹孔４を形成する。包装材料の場合は一定間隔で設けるのが通常である。凹孔の形成とは、ウェブ材料に「くぼみ」状部分を設けることであり、凹孔の深さは実質的に実装されるＩＣチップの厚みや高さに相当し、開口形状はＩＣチップが平面的なものであれば当該平面形状、角錐状または截頭ピラミッド形状等であれば当該外形形状に合わせた形状にする。通常使用のＩＣチップは厚みは１０μｍ〜１０００μｍ程度であって、表面形状は、一辺が１０μｍ〜５ｍｍ角程度の截頭ピラミッド形状のものが多いが、目的により多角錐形状としたり平面な矩形状、等とすることもできる。凹孔の形成は、加熱可能な適宜な型具を用いる熱エンボス、あるいは熱条件下における真空／圧空成形、レーザー照射等により形成する。ウェブ材料が非接触ＩＣタグを有する包装体用途の場合は、凹孔はアンテナパターンを印刷等により設けその接続端子部に形成する。
【００２５】
ＩＣチップ実装工程では、凹孔４内にＩＣチップ２を嵌合させて充填する。
この工程には、流体を使用するＩＣチップ実装方法（ＦＳＡ実装）が用いられＩＣチップ充填槽１５内で行われる。ＩＣチップは上記の形状に均一に切断または立体形状化したものを、流体内に分散したスラリー状にして使用する。
ＩＣチップをウェブ走行方向に平行な一定ライン上にのみ配列して実装する場合は、ＩＣチップを分散した流体を液中においてディスペンサー等から当該ライン上に流出するようにするのがよい。同一特性、形状のＩＣチップを各凹孔内に１個づつ嵌合させることが原則となるが、複数の特性、形状のＩＣチップを各目的の位置に、それぞれ充填させることもできる。
後者の場合は、異なる特性のＩＣチップ毎に共通の形状を保持させて、流体中にも異なる特性、形状のＩＣチップを分散し、それぞれの形状に合致する凹孔を基材に設け、ＩＣチップ形状と凹孔形状が一致する場合に、当該凹孔内にＩＣチップが嵌合するようにする。
【００２６】
用いられる流体は、水や有機溶剤が使用される。有機溶剤としては、エチルアルコールやメチルアルコール、アセトン、シリコンオイル等であってＩＣやプラスチックフィルムに作用せず、かつ包装体に使用する場合は食品の変質や人体に悪影響を及ぼさないものに限られることになる。包装体の場合、現実的には水やエチルアルコールが好ましく用いられることになる。
分散するＩＣチップの数は、基材に充填する密度により調整する必要があるが、分散量を多くし過剰なＩＣチップは、ウェブ材料を振動させて落下させるようにすれば、充填の効率を高めることができる。
包装材料に非接触ＩＣタグとして実装する場合は、ウェブ材料の１ｍ2 に対して、通常１個以上〜１００個以下の数量になる。
【００２７】
ＩＣチップを分散した流体が、ＩＣチップが常時流体中に拡散し流動する状態でウェブ基材に当接するためには、ポンプにより液流をつくり層流状態にして基材面に流すことが好ましい。前記のように、ピペットやディスペンサー状の先端部から凹孔のラインに沿って流すようにすることもできる。
【００２８】
ウェブ材料が充填槽から引き出された直後に凹孔以外の部分にもＩＣチップが付着し液体も残っている場合はこれらを除去する必要がある。
このためにはウェブ材料を傾斜して振動を与えるか、あるいはドクターブレード、ブラシ、スクレーパ等の機械的手段により不要なＩＣチップの落下、除去を促進させるが凹孔内に充填したＩＣチップまで取り去らないようにする。
温風や空気流により残余の液体の乾燥を促進することも好ましい。
【００２９】
ＩＣチップを凹孔内に一時的に固定するためには、凹孔内の少なくとも底部部分またはＩＣチップの底面に塗工した熱溶融性樹脂層６（図１）を加熱して溶融してから冷却し（室温に戻し）、ＩＣチップをウェブ材料に固定する必要がある。その後のＥＣ工程やラミネート工程での脱落を防止するためである。
これには、前記のように集積回路を形成したシリコン基盤の底面に熱溶融性樹脂を塗工するものでも良く、ウェブ材料の少なくとも凹孔内に部分的に塗工層を設けるものであっても良い。
【００３０】
ＥＣ工程では、ウェブ材料にシーラントフィルムを積層して被覆する。凹孔内に充填されたＩＣチップはウェブ基材と物理的に完全に接合した状態にはないので、フィルムが揺れたり振動したり、下向きになれば凹孔内から脱落することが生じ得る。そこで、ＩＣチップを充填後、凹孔および基材フィルムの他の部分を含む全面をシーラントフィルムを被覆する。図４では、イクストルージョンコーター（ＥＣ）機の場合を例示している。
ウェブ材料１ｂに溶融したポリエチレン（シーラントフィルム）３等を被覆する場合は、ＥＣ機１８のゴムロールであるニップロール１８１側からウェブ材料１ｂを供給し、Ｔダイ１８３から溶融ポリエチレンを押し出し、ウェブ材料と溶融ポリエチレンの一体化フィルムを金属ロールであるチルロール１８２に押圧して積層する。この際、チルロール側からフィルム３ｂを供給して３層積層体としてもよい。
本実装方法では、実装したＩＣチップ２が凹孔内に嵌合しているので、ＩＣチップ２がチルロール１８２側に面するように実装されていても、チルロールを損傷することはない。前工程にＡＣ剤の塗工工程を設ける場合も同様である。
【００３１】
シーラントフィルムのラミネート方法としては、ＥＣ以外にドライラミネート方式あるいは接着剤を使用するラミネート等、適宜の形態を採用することができる。このようにしてシーラントフィルムが被覆された状態では、ＩＣチップ２は安定した状態になり、その後の製袋や内容物を充填する加工を行っても凹孔４内から脱落するようなことはない。
ＩＣチップを実装したウェブ材料は、非接触ＩＣタグ付き包装体用途のほか、各種半導体材料、キャリアテープ、表示用ディスプレイ等の利用用途がある。
【００３２】
図５は、ＩＣチップ充填槽を示す詳細図である。
ＩＣチップ充填槽１５は、ガラスまたは透明アクリル板等で形成する漏斗状の容器からなる。容器の材質は、スラリーで影響を受けることのない他の金属やプラスチックを使用できる。この充填槽に液体を満たし、凹孔４を形成したウェブ材料１ｂを液体中に走行させる。図５においては、搬送ロールＲ３とＲ４間の傾斜面において、ディスペンサー１５１からＩＣチップの分散したスラリーをウェブ表面に流すようにしている。
ウェブ材料面を流れるスラリーの流速は、１ｍｍ／ｓｅｃから約１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度であるが、ウェブ材料の搬送速度やＩＣチップの嵌合速度、余分なＩＣのウェブからの除去速度を勘案して適宜に調整するのが好ましい。
ＩＣチップ充填槽１５内の液体とスラリーの液体はもちろん同質の液体であるので、ディスペンサー１５１から流れた液体は速やかに充填槽内に拡散するが、液体よりはやや比重の大きいＩＣチップは沈降してウェブ表面に落ちる。沈降したＩＣチップの幾つかは凹孔に嵌合するが、嵌合しない残余の大多数のＩＣチップはウェブ表面から除去される。
【００３３】
ＩＣチップ充填槽１５中では凹孔にＩＣチップ２を嵌合させて充填すると共に、余分なＩＣチップを迅速に落下させる必要があるので、ウェブに連続的な振動を与えたり、ＩＣチップを分散しない弱い液流を与えてＩＣチップの嵌合と落下を促進させる。
ウェブ材料は、図５のようにウェブ材料の進行方向に上昇して傾斜するものでなく、進行方向に下降して傾斜するものであっても良い。
【００３４】
ディスペンサー１５１は、ポンプ１５２からのガス噴出流により加速した流体をウェブ表面に流出させることができる。ディスペンサー１５１の先端部分は、凹孔の並ぶラインに近い部分に位置させる。１つのディスペンサーで凹孔が完全に充填されない場合は複数のディスペンサーを凹孔のラインに沿って配列することができる。
凹孔に嵌合しないＩＣチップは振動により加速されてウェブの傾斜面を滑り落ちるが、前記のように強制落下させる機構を設けても良い。
落下したＩＣチップは、漏斗状の受容槽１５３面に蓄積するので、導通管（カラム部）を通じて液流を循環させてディスペンサー１５１に戻す。これには、空気や水素（Ｈ2 ）や酸素（Ｏ2 ）、窒素ガス（Ｎ2 ）や炭酸ガス、あるいはアルゴンやヘリウム等の不活性ガスをポンプを用いて気泡と共にに流す搬送方法を採用できる。
【００３５】
図６は、ＩＣチップ付き包装体の製造工程を示すフローチャートである。ＩＣチップ付き包装体の製造は、ウェブ材料へのＩＣチップ実装方法を利用するもので、基材フィルムにアンテナパターンを印刷し、当該アンテナパターンの接続端子部に凹孔を形成し、当該凹孔部分のみにＩＣチップを嵌合して充填する特徴を有する。アンテナパターンがパッチアンテナの場合は、図２のように接続端子１１ｃ，１２ｃ間にＩＣチップを装着することになるが、一辺の長さが１ｍｍ以下の微小なＩＣチップでは、精密な印刷が必要になる。かかる精密印刷にはスクリーン印刷やラバースタンプ印刷等が好ましい。図３（Ａ）の平面コイル状パターンの場合、接続端子１３ｃ間部分は通常、他の周囲部分よりは細線で印刷して微小なＩＣチップの装着が可能となるようにする。この場合も精密印刷が必要となる。アンテナパターンと同時に、あるいは前後して包装用の絵柄印刷や前記した熱溶融性樹脂層６（図１（Ｂ））の印刷も行う。
【００３６】
凹孔の形成は、アンテナパターンと同時に印刷した基準マークを手がかりとして、熱エンボス機等により行う。
ＩＣチップの充填には、ウェブ材料へ実装する場合と同様にＦＳＡ実装技術を使用するので、上述した方法と同様に行うことができる。ただし、包装体の場合は、単位の包装体に１個の非接触ＩＣタグを設けることが目的であるため、充填密度は、１〜１００個／ｍ2 程度の範囲の少ない数となる。
ＩＣチップの熱固定後、シーラントフィルムの被覆を行うのはウェブ材料へのＩＣチップ実装方法と同様である。
【００３７】
次に、本発明に使用する材料等について説明する。
包装体の基材フィルムには、被覆したカートン紙や板紙、樹脂含浸紙、ＰＥＴやＰＢＴ等のポリエステル、アクリル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、また、無機蒸着フィルムやＥＶＯＨ等のバリアフィルムが用いられる。流体中での充填を行う関係から被覆されていないカートン紙や板紙、通常の紙類は適切とは考えられない。
シーラントフィルムにはＰＥやＰＰ等のポリオレフィンもしくはそれらの２種以上のフィルムやシートの積層体を使用できる。
基材やシーラントフィルムの厚みは１５〜５００μｍが使用できるが、強度、加工作業性、コスト等の点から２０〜２００μｍがより好ましい。
【００３８】
アンテナパターン１１，１２等の印刷には導電性インキを使用して、オフセット、グラビア、シルクスクリーン印刷等によって印刷できる。
導電性インキには、導電性カーボンや黒鉛、あるいは銀粉やアルミ粉、あるいはこれらの混合体をビヒクルに分散したインキを使用する。
あるいはまた、インキコストは割高となるが、酸化錫、酸化インジウム、ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化チタン粉末、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン錯体（ＴＣＮＱ錯体）を溶解したもの等を使用した透明導電性インキであってもよい。
アンテナパターンの表面抵抗は、ＪＩＳＫ６９１１による測定値で、１０6 Ω/ □以下が適用でき、好ましくは１０4 Ω／□以下で、交信の信頼性を高められる。
【００３９】
熱溶融性樹脂層としては、ポリエチレンもしくはエチレンと（メタ）アクリル酸との共重合体などのオレフィン系、エチレン−酢酸ビニル系共重合体、ポリアミド系、ポリエステル系、熱可塑性エラストマー系、反応ホットメルト系などのホットメルト系樹脂、ワックス等がある。
【００４０】
【実施例】
（実施例）
図１、図４、図５を参照して、ＩＣチップ付き包装体の実施例を説明する。
厚み４０μｍ、幅３００ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東洋紡績株式会社製「Ｅ−５１０２」）を基材フィルムとし、これに導電性インキ（デュポン社製「カーボンインキ５０６７」）で静電結合型のアンテナパターン１１，１２をグラビア印刷した。接続端子１１ｃ，１２ｃ間は、１．４ｍｍになるようにした。
さらに、双方のアンテナパターン１１，１２が接近する部分（接続端子部）に、アクリル系ホットメルト剤（熱溶融性樹脂６）を厚み２μｍになるように印刷して印刷基材フィルムを作成した。
次に、接続端子１１ｃ，１２ｃ間に、開孔４の表面が１５２０×２０４０μｍ、底面が１２００×１７００μｍの矩形状、深さが２００μｍの逆截頭ピラミッド型になるように、当該形状を有する雄型と雌型の熱成形具を用いて基材フィルムの走行ライン上に、１０ｃｍ間隔で各１個の凹孔を形成した。
【００４１】
ＩＣチップ塗布用スラリーとして、ＩＣチップ約５０００個を１リットルの水に分散させたものを準備した。当該ＩＣチップ２は、表面が１５００×２０００μｍ、底面が１２００×１７００μｍの矩形状で、厚みが２００μｍの截頭ピラミッド型形状、非接触ＩＣタグ用途のものである。
このＩＣチップを分散したスラリーを、図５図示の充填槽内において、前記基材フィルム面にディスペンサー１５１から噴射した。
【００４２】
ＩＣチップ充填後の基材フィルムを加熱して熱溶融性樹脂層６によりＩＣチップ２を基材に固定した。
その後、シングルＥＣ機を用いて、ＩＣチップ側にＡＣ（アンカーコート）剤（武田薬品工業株式会社製「Ａ３２１０／Ａ３０７５」、固形分５％）を塗布し、乾燥後、樹脂温度３２０°Ｃの押出しＰＥ（三井化学株式会社製「ミラソン１６Ｐ」）；押出し厚み２０μｍにて、厚み４０μｍのＰＥフィルム（大日本樹脂株式会社製「ＳＫＬフィルム」）と押出しラミネーションを行い、シーラントフィルムを作製した。
【００４３】
上記の工程により作製した、ＩＣチップ付きフィルムの構成は、
（表）ＰＥＴ４０μｍ／アンテナパターン印刷／ＩＣチップ／ＡＣ／ＰＥ２０μｍ／ＰＥフィルム４０μｍ（裏）
となった。
【００４４】
実施例のＩＣチップ付きフィルムを使用して、スナック菓子用包装材料を作製した。確認事項として非接触ＩＣタグ１０に対して所定のデータの記録を行った後、読取装置として、モトローラ社製ＢｉＳｔａｔｉｘリーダー「ＷＡＶＥ」を用いて、情報の読取り試験を行ったところ、全ての包装体の非接触ＩＣタグを正しく読み取りすることができた。
なお、凹孔に対するＩＣチップの充填率は、９８％であったが、工程の改善により充填率を高めることが見込まれる。
【００４５】
本発明のＩＣチップ付き包装体は、データの書き換えができるので、出荷検査結果のデータ、成分表示や賞味期限、製造者名、出荷日等の各種の記録ができ、商品の流通管理、品質管理に好適である。
本発明の包装体は軟包装材料に限らず、紙−フィルム等を積層するカートン等にも適用が可能であり函体状の包装体を除外するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明のウェブ材料へのＩＣチップ実装方法によれば、微小なＩＣチップを連続的に効率良くウェブ材料に実装することができる。
本発明のＩＣチップ付き包装体は、従来のように、非接触ＩＣタグラベルを使用しないので、製造原価を低くすることができる。
本発明のＩＣチップ付き包装体の製造方法によれば、非接触ＩＣタグ機能を有する包装体を低コストで大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＩＣチップ付き包装体の例を示す図である。
【図２】 アンテナパターンの接続端子とＩＣチップ（または凹孔）の相対位置関係を示す図である。
【図３】 電磁誘導型アンテナパターンを示す。
【図４】 ウェブ材料へのＩＣチップ実装を行う製造ライン図である。
【図５】 ＩＣチップ充填槽を示す図である。
【図６】 ＩＣチップ付き包装体の製造工程を示すフローチャートである。
【図７】 従来法による非接触ＩＣタグの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ＩＣチップ付き包装体
１ｂ パッケージ基材、基材フィルム、ウェブ材料
２ ＩＣチップ
２ｂ ＩＣチップの底部
３ シーラントフィルム
４ 凹孔
６ 熱溶融性樹脂層
１０ 非接触ＩＣタグ
１１，１２ アンテナパターン
１３ コイル状パターン
１４ ダイポール型パターン
１５ ＩＣチップ充填槽
１８ ＥＣ機
２０ ＩＣタグラベル
２１ ＩＣチップ
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続的に供給するウェブ材料へのＩＣチップ実装方法とＩＣチップ付き包装体およびＩＣチップ付き包装体の製造方法に関する。
食品や飲料等の包装体に非接触通信機能を有するＩＣタグを装着することが行われるようになってきている。本発明はかかる非接触ＩＣタグ用のＩＣチップを包装体等の製造工程において、直接、ウェブ状体に実装する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
非接触で情報を記録し、かつ読み取りできる「非接触ＩＣタグ」（一般に、「非接触データキャリア」、「無線ＩＣタグ」、「非接触ＩＣ」、「非接触ＩＣラベル」、「ＲＦＩＤタグ」等と表現される場合もある。）が、物品や商品の情報管理、物流管理等に広く利用されるようになってきている。
食品等の包装体の分野でも非接触ＩＣタグを装着して、流通や品質管理、使用期限管理等に利用することが行われようとしている。
【０００３】
包装材料における非接触ＩＣタグの形態について検討すると、基材や包装材料面にアンテナパターンを導電性インキで印刷し、これに、インターポーザ形態のＩＣタグラベルを装着することが行われている。
図７は、従来法による非接触ＩＣタグの実施形態を示す図である。図７（Ａ）は、ＩＣタグラベル２０をパッケージ基材のアンテナパターン１１，１２の双方に接続するように貼着した平面状態、図７（Ｂ）は、アンテナパターン１１，１２からＩＣタグラベル２０を部分的に剥離した状態を示し、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ線において拡大した断面を示す図である。
この実施形態の場合、非接触ＩＣタグ１０は、パッケージ基材１ｂにアンテナパターンを直接印刷し、当該アンテナパターン１１，１２にＩＣタグラベル２０を装着した構成となる。
【０００４】
なお、ＩＣタグラベル２０とは、シリコン基板に集積回路またはメモリあるいはその双方を設けたＩＣチップ２１をアンテナパターン１１，１２に装着可能にタックラベル化した状態のものを意味し、当該ラベル自体にもＩＣチップ２１に接続した小型のアンテナ部２２，２３有するものである（図７（Ｃ）参照）。
インターポーザ形態のラベルとしては、モトローラ社の「ＢｉＳｔａｔｉｘ」（商標）が主に使用され、ラベラを用いて簡単に実装できる利点がある反面、ＩＣチップ単体で実装する場合に比べてコスト高になる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、このようにタックラベル状のインターポーザが使用されるているのは、ＩＣチップ単体をウェブ材料に加工速度に連動して効率的に装着する技術が無かったことに起因すると考えられる。
一方、ガラス等の枚用状の媒体にＩＣチップを実装する技術は、電子部品基盤等に見られるように古くから確立している。これらの技術では、ＩＣチップをロボットアーム、真空吸引等により実装するものであるが、ＩＣチップの微小化に伴い機械的操作が困難になってきている。
ところで、近年、特開平9-120943号公報、特表平9-506742号公報、または米国特許 5,284,186号、 5,783,856号、 5,904,545号、 6,274,508号、 6,281,038号に見られるように流体を使用して硬質や軟質基材に微小な半導体等を実装する技術（ＦＳＡ＝Fluidic Self Assembly ) が提案されている。
【０００６】
本発明は、包装体へのＩＣタグラベルの実装を従来のように、非接触ＩＣタグラベルの貼着によるのではなく、包装材料の製造工程において、特にＦＳＡ技術を用いて軟質材料に直接ＩＣチップを実装して非接触ＩＣタグ付き包装体等の製造コスト低減を図ろうとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第１は、基材フィルムに対してＩＣチップを実装する方法であって、（１）走行する基材フィルムに間隔を置いてＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（２）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（３）不要なＩＣチップを除去する工程と、（４）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ実装方法、にある。かかるＩＣチップ実装方法であるため、凹孔内に効率良くＩＣチップを実装し、かつその後の脱落を防止できる。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第２は、非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体であって、包装体の基材フィルムにはアンテナパターンが導電性インキにより形成されており、当該アンテナパターンの接続端子に近接する位置にはＩＣチップがその外形、深さに相当する基材フィルムの凹孔内に嵌合して装着され、ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの該凹孔部を含む全面にシーラントフィルムが被覆されている、ことを特徴とするＩＣチップ付き包装体、にある。かかるＩＣチップ付き包装体であるため、微小なＩＣチップであって非接触ＩＣタグ機能を有し、かつその後の取り扱いにおいてもＩＣチップが脱落しない。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第３は、非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体の製造方法であって、（１）走行する基材フィルムにアンテナパターンを間隔を置いて印刷する工程と、（２）基材フィルムのアンテナパターンの接続端子位置に、ＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（３）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（４）不要なＩＣチップを除去する工程と、（５）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ付き包装体の製造方法、にある。かかるＩＣチップ付き包装体の製造方法であるため、凹孔内に効率良くＩＣチップを実装して量産することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
非接触ＩＣタグ付き包装体は、食品等の内容物充填後にＩＣタグを貼着する手間の省略と、流通過程における剥落を防止する観点から、軟包装材料やカートンの場合は、積層するフィルム間にＩＣタグをあらかじめ保持した構成が有利となる。
したがって、非接触ＩＣタグは、基材フィルムまたはシートにアンテナパターンを印刷し、当該アンテナパターンにＩＣチップを装着し、その後、接着剤を介してまたは介さずシーラントフィルムを積層する形態が有利である。
本発明は従来のように、アンテナパターンにＩＣタグラベルを実装するものではなく、アンテナパターンの接続端子位置、少なくとも近接位置にＩＣチップを実装し、これにより非接触ＩＣタグの機能を持たせるものである。
この場合、アンテナパターンとＩＣチップのパッド（またはバンプ）間は通常の場合、直接的に接続することにはならないが、「オーミックコンタクト」（オーム性接合）により非接触ＩＣタグとして動作可能となる。
【００１１】
以下、まず本発明のＩＣチップ付き包装体について図面を参照し説明する。
図１は、本発明のＩＣチップ付き包装体の例を示す図である。図１（Ａ）は、ＩＣチップ付き包装体１の斜視図であって、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線において、包装体上側基材のＩＣチップ部を示す断面図である。厚み方向の倍率は横方向よりも拡大して図示している。
図１のように、ＩＣチップ付き包装体１にはアンテナパターン１１，１２が導電性インキにより印刷され、双方のアンテナパターンが近接する位置、すなわち接続端子１１ｃ，１２ｃ間にＩＣチップ２が装着されている。
図１において包装体１は、製袋して内容物を充填した後の状態が示されているが、本発明のＩＣチップ付き包装体は製袋や製函後の状態のみを意味せず、積層フィルムや積層シートであって製袋や製函前の巻き取り状等の形態のものをも包含するものとする。
【００１２】
図１（Ｂ）のように、包装体１は、ウェブ材料である基材フィルム１ｂまたはシートにアンテナパターン１１，１２が印刷され、当該アンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃ間に凹孔４を設け、当該凹孔内にＩＣチップ２が実装されている。凹孔４は、接続端子１１ｃ，１２ｃ間のいずれか一方に偏らない位置に形成されていることが好ましい。図１（Ｂ）において、アンテナパターン１１，１２はＩＣチップ２の下面にまで達していないがＩＣチップの斜面や底部２ｂ側に届くように形成しても良い。
アンテナパターンは透明な基材フィルム１ｂにいわゆる裏刷りされているものが印刷面の保護のためにも好ましいが、厚み数百μｍ以下のフィルムの場合であれば表刷りであってもオーミックコンタクトすることが確認されている。
また、アンテナパターンと基材フィルム１ｂとの間には、図示しない他の絵柄印刷や以下に説明する熱溶融樹脂層６等があってもよい。
【００１３】
基材フィルム１ｂの全面に塗工されているものであっても良いが、少なくとも凹孔４の底面部分には低融点の熱溶融性樹脂層６を設けるのが好ましい。
これは、当該樹脂層を溶融して凹孔内に嵌合したＩＣチップ２を固定するものである。したがって、熱溶融性樹脂層６はＩＣチップの底部２ｂに事前に塗工されたものであってもよい。あるいは図示しない絵柄のバック印刷自体ががそのような低融点特性を備えるものであってもよい。
当該ＩＣチップ２とアンテナパターン１１，１２とにより、非接触ＩＣタグ１０を構成している。
【００１４】
図１（Ｂ）の断面図のように、本発明のＩＣチップ付き包装体１では、凹孔４がＩＣチップ２と略同一サイズ、形状で同じ厚みの深さに形成されていて（ＩＣチップ２と凹孔４が相補形状にされている趣旨）、ＩＣチップ２は当該凹孔４内に嵌合するようにして装着されている。このＩＣチップは、後に詳述するように流体中において凹孔４内にセルフアライン（自己整列）させたものである。
ＩＣチップ２は実際には、図１（Ｂ）断面図よりも平面的のものであるが、表面側２ｕと底部２ｂとでは面積が異なるので、表裏が逆転して凹孔４内に嵌合しない特徴がある。ＩＣチップ２のパッド（不図示）は通常、表面側に現われるようにされているが、本発明の包装体ではパッドとアンテナパターン間の直接的な接続を行うものではない。
【００１５】
また、ＩＣチップの表面を矩形状にし、表裏が正しければ左右の向きが入れ替わっても特性に影響ないようにされている。表面が正方形状であるとパッド間を結ぶ方向とそれに直交する方向の制御ができなくなるからである。
もっとも、ＩＣチップの左右の形状を異なるものとし、凹孔の左右の形状も異なるようにし、ＩＣチップの向きと凹孔が一致した場合にのみ（一方位性とする）嵌合するようにすれば、表裏および上下左右の位置規制も可能となる。
【００１６】
ＩＣチップはシリコン基盤に半導体を形成後、ダイシングして切断する場合は、矩形状の立方体に形成され、形状のみで表裏を区別することはできない。
しかし、微小なＩＣチップを低コストで製造する場合は、ダイシング溝面積を減少させ収率を高める必要から個別のＩＣチップへの分離は、基盤の背面側からのエッチングにより行う。そのため、パッド部分が有る表面側に対し背面側は必然的に狭い面積になり、表面と背面間の面は傾斜面になるのが通常である。
チップの表面形状は通常矩形状であるので、ＩＣチップの全体形状は断面台形状であり、特に四角錐の截頭ピラミッド形状となるのが一般的である。ただし、目的と用途によって、直方体や立方体、円形や円柱状、その他の形状とされる場合もある。
【００１７】
ＩＣチップが四角錐の截頭ピラミッド形状である場合、凹孔４とＩＣチップ２の外形形状は完全に同一であるよりは、凹孔の斜面とＩＣチップの斜面の間には、２〜２０°、好ましくは３〜５°程度範囲内の角度αがあるのが好ましい。
この角度によりＩＣチップの円滑な嵌合が促進されるからである。
ＩＣチップ２の上面側は、シーラントフィルム３により被覆されているので、凹孔からＩＣチップが脱落するようなことはない。シーラントフィルム３により基材フィルムの強度が補強されると共に、ヒートシール性や耐湿性の付与、あるいは内容物への印刷インキの付着等も防止できる。
【００１８】
アンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃに対し、ＩＣチップのパッドが一方の接続端子側に極端にずれる場合は、パッド間が短絡した状態になり通信回路を形成できない。これはアンテナパターン１１，１２に対して凹孔４を形成する位置精度の問題に帰結することになる。
図２は、アンテナパターンの接続端子とＩＣチップ（または凹孔）の相対位置関係を示す図である。図２（Ａ）は、正常の場合、図２（Ｂ）は、ＩＣチップ（または凹孔）の位置がずれた状態を示している。図２（Ｂ）ではＩＣチップの双方のパッド２ｐが、アンテナパターン１２側に接近するので短絡が生じることになる。
【００１９】
結論的には、ＩＣチップのパッド２ｐ，２ｐ間距離Ｌの１／２以上に、凹孔の中心位置とアンテナパターンの接続端子１１ｃ，１２ｃの中心位置との距離が、離れた場合は通信回路を形成し難くなることになる。
ちなみに表面が長方形状のＩＣチップの一辺は、１０μｍ〜５ｍｍ程度であるから、凹孔は、それぞれ５μｍ〜２．５ｍｍ程度の位置精度で形成する必要がある。ＩＣチップが微小になるにしたがい高い開孔位置精度が求められることになる。なお、ＩＣチップの厚みは１０μｍ〜１０００μｍ程度である。
【００２０】
アンテナパターン１１，１２に対して凹孔４の位置がずれても、短絡し難くするためには、ＩＣチップのパッド２ｐ，２ｐ間を結ぶ線に対して直交する長い辺を有する接続端子１１ｃ，１２ｃを設けるのが有利である。
すなわち、図２（Ａ）において、矢印Ｙ方向に接続端子１１ｃ，１２ｃの対向する辺が長ければ、凹孔の位置ずれに対する許容を大きくすることができる。
一般的には、ウェブの走行方向の位置ずれに対して、ウェブの幅方向の位置ずれは小さく制御できるので、矢印Ｙの方向をウェブの走行方向としてアンテナパターンを印刷するのが有利と考えられる。
ただし、位置制御の容易な方向は、装置によってまちまちであって一律なものではない。したがって、通常の電気部品の場合よりも拡大または延長した方向を有する接続端子部であれば、凹孔の位置ずれに対して許容を大きくすることができる。
【００２１】
アンテナパターンは、図１、図２図示のように静電結合型パターンに限らず、図３のようにコイル状（平面捲線状）の電磁誘導型パターンであってもよい。
静電結合型の場合は、図１、図２のように２片に分離したパッチアンテナ型に印刷し１２５ｋＨｚの通信に使用する。電磁誘導型の場合は、図３（Ａ）の平面コイル状パターン（１３．５６ＭＨｚ）や図３（Ｂ）のようなダイポール型（ＵＨＦ−ＳＨＦ帯）となる。
【００２２】
パッチアンテナの場合、図１、図２のように２片のアンテナパターンの接近した部分がＩＣチップを装着する接続端子部１１ｃ，１２ｃとなる。
コイル状パターンの場合もＩＣチップの接続端子が形成されるが、図３（Ａ）のようにコイル状パターン１３の両端部を接近した位置に形成すれば、当該部分を接続端子１３ｃ，１３ｃとして凹孔４を設けることができる。
図３（Ｂ）のダイポール型パターン１４の場合も同様であって、接続端子１４ｃ，１４ｃ部分に凹孔４を設けることができる。凹孔４にはＩＣチップ２が嵌合するのでＩＣチップの実装位置と考えてもよい。
いずれの場合も凹孔４に対して拡張したまたは延長した接続端子形状とすることにより、凹孔の位置ずれに対する許容を大きくすることができる。
これらの場合は、コイルを断線しないようにして凹孔を設ける必要がある。
【００２３】
次に、本発明のウェブ材料へのＩＣチップ実装方法について説明する。
図４は、ウェブ材料へのＩＣチップ実装を行う製造ライン図である。パッケージやキャリアテープ等に使用するウェブ材料１ｂを給紙部から供給し凹孔４を形成し、当該凹孔内にＩＣチップ２を実装し、さらに、ＩＣチップ２を含むウェブ材料面にシーラントフィルム３を被覆する一連の製造ラインを示している。
ただし、本発明は全ての工程を連続したラインで行うことを要件とするものではないので、例えば、ＩＣチップ充填とＥＣ工程を別工程で行うものであっても良い。
【００２４】
図４において、エンボス工程では、図示しないエンボス機等によりウェブ材料１ｂへ凹孔４を形成する。包装材料の場合は一定間隔で設けるのが通常である。凹孔の形成とは、ウェブ材料に「くぼみ」状部分を設けることであり、凹孔の深さは実質的に実装されるＩＣチップの厚みや高さに相当し、開口形状はＩＣチップが平面的なものであれば当該平面形状、角錐状または截頭ピラミッド形状等であれば当該外形形状に合わせた形状にする。通常使用のＩＣチップは厚みは１０μｍ〜１０００μｍ程度であって、表面形状は、一辺が１０μｍ〜５ｍｍ角程度の截頭ピラミッド形状のものが多いが、目的により多角錐形状としたり平面な矩形状、等とすることもできる。凹孔の形成は、加熱可能な適宜な型具を用いる熱エンボス、あるいは熱条件下における真空／圧空成形、レーザー照射等により形成する。ウェブ材料が非接触ＩＣタグを有する包装体用途の場合は、凹孔はアンテナパターンを印刷等により設けその接続端子部に形成する。
【００２５】
ＩＣチップ実装工程では、凹孔４内にＩＣチップ２を嵌合させて充填する。
この工程には、流体を使用するＩＣチップ実装方法（ＦＳＡ実装）が用いられＩＣチップ充填槽１５内で行われる。ＩＣチップは上記の形状に均一に切断または立体形状化したものを、流体内に分散したスラリー状にして使用する。
ＩＣチップをウェブ走行方向に平行な一定ライン上にのみ配列して実装する場合は、ＩＣチップを分散した流体を液中においてディスペンサー等から当該ライン上に流出するようにするのがよい。同一特性、形状のＩＣチップを各凹孔内に１個づつ嵌合させることが原則となるが、複数の特性、形状のＩＣチップを各目的の位置に、それぞれ充填させることもできる。
後者の場合は、異なる特性のＩＣチップ毎に共通の形状を保持させて、流体中にも異なる特性、形状のＩＣチップを分散し、それぞれの形状に合致する凹孔を基材に設け、ＩＣチップ形状と凹孔形状が一致する場合に、当該凹孔内にＩＣチップが嵌合するようにする。
【００２６】
用いられる流体は、水や有機溶剤が使用される。有機溶剤としては、エチルアルコールやメチルアルコール、アセトン、シリコンオイル等であってＩＣやプラスチックフィルムに作用せず、かつ包装体に使用する場合は食品の変質や人体に悪影響を及ぼさないものに限られることになる。包装体の場合、現実的には水やエチルアルコールが好ましく用いられることになる。
分散するＩＣチップの数は、基材に充填する密度により調整する必要があるが、分散量を多くし過剰なＩＣチップは、ウェブ材料を振動させて落下させるようにすれば、充填の効率を高めることができる。
包装材料に非接触ＩＣタグとして実装する場合は、ウェブ材料の１ｍ2 に対して、通常１個以上〜１００個以下の数量になる。
【００２７】
ＩＣチップを分散した流体が、ＩＣチップが常時流体中に拡散し流動する状態でウェブ基材に当接するためには、ポンプにより液流をつくり層流状態にして基材面に流すことが好ましい。前記のように、ピペットやディスペンサー状の先端部から凹孔のラインに沿って流すようにすることもできる。
【００２８】
ウェブ材料が充填槽から引き出された直後に凹孔以外の部分にもＩＣチップが付着し液体も残っている場合はこれらを除去する必要がある。
このためにはウェブ材料を傾斜して振動を与えるか、あるいはドクターブレード、ブラシ、スクレーパ等の機械的手段により不要なＩＣチップの落下、除去を促進させるが凹孔内に充填したＩＣチップまで取り去らないようにする。
温風や空気流により残余の液体の乾燥を促進することも好ましい。
【００２９】
ＩＣチップを凹孔内に一時的に固定するためには、凹孔内の少なくとも底部部分またはＩＣチップの底面に塗工した熱溶融性樹脂層６（図１）を加熱して溶融してから冷却し（室温に戻し）、ＩＣチップをウェブ材料に固定する必要がある。その後のＥＣ工程やラミネート工程での脱落を防止するためである。
これには、前記のように集積回路を形成したシリコン基盤の底面に熱溶融性樹脂を塗工するものでも良く、ウェブ材料の少なくとも凹孔内に部分的に塗工層を設けるものであっても良い。
【００３０】
ＥＣ工程では、ウェブ材料にシーラントフィルムを積層して被覆する。凹孔内に充填されたＩＣチップはウェブ基材と物理的に完全に接合した状態にはないので、フィルムが揺れたり振動したり、下向きになれば凹孔内から脱落することが生じ得る。そこで、ＩＣチップを充填後、凹孔および基材フィルムの他の部分を含む全面をシーラントフィルムを被覆する。図４では、イクストルージョンコーター（ＥＣ）機の場合を例示している。
ウェブ材料１ｂに溶融したポリエチレン（シーラントフィルム）３等を被覆する場合は、ＥＣ機１８のゴムロールであるニップロール１８１側からウェブ材料１ｂを供給し、Ｔダイ１８３から溶融ポリエチレンを押し出し、ウェブ材料と溶融ポリエチレンの一体化フィルムを金属ロールであるチルロール１８２に押圧して積層する。この際、チルロール側からフィルム３ｂを供給して３層積層体としてもよい。
本実装方法では、実装したＩＣチップ２が凹孔内に嵌合しているので、ＩＣチップ２がチルロール１８２側に面するように実装されていても、チルロールを損傷することはない。前工程にＡＣ剤の塗工工程を設ける場合も同様である。
【００３１】
シーラントフィルムのラミネート方法としては、ＥＣ以外にドライラミネート方式あるいは接着剤を使用するラミネート等、適宜の形態を採用することができる。このようにしてシーラントフィルムが被覆された状態では、ＩＣチップ２は安定した状態になり、その後の製袋や内容物を充填する加工を行っても凹孔４内から脱落するようなことはない。
ＩＣチップを実装したウェブ材料は、非接触ＩＣタグ付き包装体用途のほか、各種半導体材料、キャリアテープ、表示用ディスプレイ等の利用用途がある。
【００３２】
図５は、ＩＣチップ充填槽を示す詳細図である。
ＩＣチップ充填槽１５は、ガラスまたは透明アクリル板等で形成する漏斗状の容器からなる。容器の材質は、スラリーで影響を受けることのない他の金属やプラスチックを使用できる。この充填槽に液体を満たし、凹孔４を形成したウェブ材料１ｂを液体中に走行させる。図５においては、搬送ロールＲ３とＲ４間の傾斜面において、ディスペンサー１５１からＩＣチップの分散したスラリーをウェブ表面に流すようにしている。
ウェブ材料面を流れるスラリーの流速は、１ｍｍ／ｓｅｃから約１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度であるが、ウェブ材料の搬送速度やＩＣチップの嵌合速度、余分なＩＣのウェブからの除去速度を勘案して適宜に調整するのが好ましい。
ＩＣチップ充填槽１５内の液体とスラリーの液体はもちろん同質の液体であるので、ディスペンサー１５１から流れた液体は速やかに充填槽内に拡散するが、液体よりはやや比重の大きいＩＣチップは沈降してウェブ表面に落ちる。沈降したＩＣチップの幾つかは凹孔に嵌合するが、嵌合しない残余の大多数のＩＣチップはウェブ表面から除去される。
【００３３】
ＩＣチップ充填槽１５中では凹孔にＩＣチップ２を嵌合させて充填すると共に、余分なＩＣチップを迅速に落下させる必要があるので、ウェブに連続的な振動を与えたり、ＩＣチップを分散しない弱い液流を与えてＩＣチップの嵌合と落下を促進させる。
ウェブ材料は、図５のようにウェブ材料の進行方向に上昇して傾斜するものでなく、進行方向に下降して傾斜するものであっても良い。
【００３４】
ディスペンサー１５１は、ポンプ１５２からのガス噴出流により加速した流体をウェブ表面に流出させることができる。ディスペンサー１５１の先端部分は、凹孔の並ぶラインに近い部分に位置させる。１つのディスペンサーで凹孔が完全に充填されない場合は複数のディスペンサーを凹孔のラインに沿って配列することができる。
凹孔に嵌合しないＩＣチップは振動により加速されてウェブの傾斜面を滑り落ちるが、前記のように強制落下させる機構を設けても良い。
落下したＩＣチップは、漏斗状の受容槽１５３面に蓄積するので、導通管（カラム部）を通じて液流を循環させてディスペンサー１５１に戻す。これには、空気や水素（Ｈ2 ）や酸素（Ｏ2 ）、窒素ガス（Ｎ2 ）や炭酸ガス、あるいはアルゴンやヘリウム等の不活性ガスをポンプを用いて気泡と共にに流す搬送方法を採用できる。
【００３５】
図６は、ＩＣチップ付き包装体の製造工程を示すフローチャートである。ＩＣチップ付き包装体の製造は、ウェブ材料へのＩＣチップ実装方法を利用するもので、基材フィルムにアンテナパターンを印刷し、当該アンテナパターンの接続端子部に凹孔を形成し、当該凹孔部分のみにＩＣチップを嵌合して充填する特徴を有する。アンテナパターンがパッチアンテナの場合は、図２のように接続端子１１ｃ，１２ｃ間にＩＣチップを装着することになるが、一辺の長さが１ｍｍ以下の微小なＩＣチップでは、精密な印刷が必要になる。かかる精密印刷にはスクリーン印刷やラバースタンプ印刷等が好ましい。図３（Ａ）の平面コイル状パターンの場合、接続端子１３ｃ間部分は通常、他の周囲部分よりは細線で印刷して微小なＩＣチップの装着が可能となるようにする。この場合も精密印刷が必要となる。アンテナパターンと同時に、あるいは前後して包装用の絵柄印刷や前記した熱溶融性樹脂層６（図１（Ｂ））の印刷も行う。
【００３６】
凹孔の形成は、アンテナパターンと同時に印刷した基準マークを手がかりとして、熱エンボス機等により行う。
ＩＣチップの充填には、ウェブ材料へ実装する場合と同様にＦＳＡ実装技術を使用するので、上述した方法と同様に行うことができる。ただし、包装体の場合は、単位の包装体に１個の非接触ＩＣタグを設けることが目的であるため、充填密度は、１〜１００個／ｍ2 程度の範囲の少ない数となる。
ＩＣチップの熱固定後、シーラントフィルムの被覆を行うのはウェブ材料へのＩＣチップ実装方法と同様である。
【００３７】
次に、本発明に使用する材料等について説明する。
包装体の基材フィルムには、被覆したカートン紙や板紙、樹脂含浸紙、ＰＥＴやＰＢＴ等のポリエステル、アクリル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、また、無機蒸着フィルムやＥＶＯＨ等のバリアフィルムが用いられる。流体中での充填を行う関係から被覆されていないカートン紙や板紙、通常の紙類は適切とは考えられない。
シーラントフィルムにはＰＥやＰＰ等のポリオレフィンもしくはそれらの２種以上のフィルムやシートの積層体を使用できる。
基材やシーラントフィルムの厚みは１５〜５００μｍが使用できるが、強度、加工作業性、コスト等の点から２０〜２００μｍがより好ましい。
【００３８】
アンテナパターン１１，１２等の印刷には導電性インキを使用して、オフセット、グラビア、シルクスクリーン印刷等によって印刷できる。
導電性インキには、導電性カーボンや黒鉛、あるいは銀粉やアルミ粉、あるいはこれらの混合体をビヒクルに分散したインキを使用する。
あるいはまた、インキコストは割高となるが、酸化錫、酸化インジウム、ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化チタン粉末、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン錯体（ＴＣＮＱ錯体）を溶解したもの等を使用した透明導電性インキであってもよい。
アンテナパターンの表面抵抗は、ＪＩＳＫ６９１１による測定値で、１０6 Ω/ □以下が適用でき、好ましくは１０4 Ω／□以下で、交信の信頼性を高められる。
【００３９】
熱溶融性樹脂層としては、ポリエチレンもしくはエチレンと（メタ）アクリル酸との共重合体などのオレフィン系、エチレン−酢酸ビニル系共重合体、ポリアミド系、ポリエステル系、熱可塑性エラストマー系、反応ホットメルト系などのホットメルト系樹脂、ワックス等がある。
【００４０】
【実施例】
（実施例）
図１、図４、図５を参照して、ＩＣチップ付き包装体の実施例を説明する。
厚み４０μｍ、幅３００ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東洋紡績株式会社製「Ｅ−５１０２」）を基材フィルムとし、これに導電性インキ（デュポン社製「カーボンインキ５０６７」）で静電結合型のアンテナパターン１１，１２をグラビア印刷した。接続端子１１ｃ，１２ｃ間は、１．４ｍｍになるようにした。
さらに、双方のアンテナパターン１１，１２が接近する部分（接続端子部）に、アクリル系ホットメルト剤（熱溶融性樹脂６）を厚み２μｍになるように印刷して印刷基材フィルムを作成した。
次に、接続端子１１ｃ，１２ｃ間に、開孔４の表面が１５２０×２０４０μｍ、底面が１２００×１７００μｍの矩形状、深さが２００μｍの逆截頭ピラミッド型になるように、当該形状を有する雄型と雌型の熱成形具を用いて基材フィルムの走行ライン上に、１０ｃｍ間隔で各１個の凹孔を形成した。
【００４１】
ＩＣチップ塗布用スラリーとして、ＩＣチップ約５０００個を１リットルの水に分散させたものを準備した。当該ＩＣチップ２は、表面が１５００×２０００μｍ、底面が１２００×１７００μｍの矩形状で、厚みが２００μｍの截頭ピラミッド型形状、非接触ＩＣタグ用途のものである。
このＩＣチップを分散したスラリーを、図５図示の充填槽内において、前記基材フィルム面にディスペンサー１５１から噴射した。
【００４２】
ＩＣチップ充填後の基材フィルムを加熱して熱溶融性樹脂層６によりＩＣチップ２を基材に固定した。
その後、シングルＥＣ機を用いて、ＩＣチップ側にＡＣ（アンカーコート）剤（武田薬品工業株式会社製「Ａ３２１０／Ａ３０７５」、固形分５％）を塗布し、乾燥後、樹脂温度３２０°Ｃの押出しＰＥ（三井化学株式会社製「ミラソン１６Ｐ」）；押出し厚み２０μｍにて、厚み４０μｍのＰＥフィルム（大日本樹脂株式会社製「ＳＫＬフィルム」）と押出しラミネーションを行い、シーラントフィルムを作製した。
【００４３】
上記の工程により作製した、ＩＣチップ付きフィルムの構成は、
（表）ＰＥＴ４０μｍ／アンテナパターン印刷／ＩＣチップ／ＡＣ／ＰＥ２０μｍ／ＰＥフィルム４０μｍ（裏）
となった。
【００４４】
実施例のＩＣチップ付きフィルムを使用して、スナック菓子用包装材料を作製した。確認事項として非接触ＩＣタグ１０に対して所定のデータの記録を行った後、読取装置として、モトローラ社製ＢｉＳｔａｔｉｘリーダー「ＷＡＶＥ」を用いて、情報の読取り試験を行ったところ、全ての包装体の非接触ＩＣタグを正しく読み取りすることができた。
なお、凹孔に対するＩＣチップの充填率は、９８％であったが、工程の改善により充填率を高めることが見込まれる。
【００４５】
本発明のＩＣチップ付き包装体は、データの書き換えができるので、出荷検査結果のデータ、成分表示や賞味期限、製造者名、出荷日等の各種の記録ができ、商品の流通管理、品質管理に好適である。
本発明の包装体は軟包装材料に限らず、紙−フィルム等を積層するカートン等にも適用が可能であり函体状の包装体を除外するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明のウェブ材料へのＩＣチップ実装方法によれば、微小なＩＣチップを連続的に効率良くウェブ材料に実装することができる。
本発明のＩＣチップ付き包装体は、従来のように、非接触ＩＣタグラベルを使用しないので、製造原価を低くすることができる。
本発明のＩＣチップ付き包装体の製造方法によれば、非接触ＩＣタグ機能を有する包装体を低コストで大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＩＣチップ付き包装体の例を示す図である。
【図２】 アンテナパターンの接続端子とＩＣチップ（または凹孔）の相対位置関係を示す図である。
【図３】 電磁誘導型アンテナパターンを示す。
【図４】 ウェブ材料へのＩＣチップ実装を行う製造ライン図である。
【図５】 ＩＣチップ充填槽を示す図である。
【図６】 ＩＣチップ付き包装体の製造工程を示すフローチャートである。
【図７】 従来法による非接触ＩＣタグの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ＩＣチップ付き包装体
１ｂ パッケージ基材、基材フィルム、ウェブ材料
２ ＩＣチップ
２ｂ ＩＣチップの底部
３ シーラントフィルム
４ 凹孔
６ 熱溶融性樹脂層
１０ 非接触ＩＣタグ
１１，１２ アンテナパターン
１３ コイル状パターン
１４ ダイポール型パターン
１５ ＩＣチップ充填槽
１８ ＥＣ機
２０ ＩＣタグラベル
２１ ＩＣチップ
Claims (15)
- 基材フィルムに対してＩＣチップを実装する方法であって、（１）走行する基材フィルムに間隔を置いてＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（２）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（３）不要なＩＣチップを除去する工程と、（４）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ実装方法。
- 前記（３）および（４）の工程の間に、ＩＣチップの基材フィルム面側または基材フィルムのＩＣチップ側に塗工した熱溶融性樹脂層を加熱溶融させてから冷却してＩＣチップを基材フィルムに固定する工程を設ける、ことを特徴とする請求項１記載のＩＣチップ実装方法。
- 凹孔が上面が開いた逆截頭ピラミッド形状であり、ＩＣチップが当該凹孔と略嵌合する相補形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣチップ実装方法。
- 凹孔に嵌合した状態でＩＣチップのパッドが基材フィルム表面と略同一平面になるように実装することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＩＣチップ実装方法。
- 非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体であって、包装体の基材フィルムにはアンテナパターンが導電性インキにより形成されており、当該アンテナパターンの接続端子に近接する位置にはＩＣチップがその外形、深さに相当する基材フィルムの凹孔内に嵌合して装着され、ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの該凹孔部を含む全面にシーラントフィルムが被覆されている、ことを特徴とするＩＣチップ付き包装体。
- 凹孔が上面が開いた逆截頭ピラミッド形状であり、ＩＣチップが当該凹孔と略嵌合する相補形状に形成されていることを特徴とする請求項５記載のＩＣチップ付き包装体。
- ＩＣチップのパッドとアンテナパターン間がオーミックコンタクトしていることを特徴とする請求項５記載のＩＣチップ付き包装体。
- アンテナパターンが電磁誘導型または静電結合型のいずれかのパターンであることを特徴とする請求項５または請求項７記載のＩＣチップ付き包装体。
- アンテナパターンの接続端子が凹孔の形成位置ずれに対して許容を有する形状にされていることを特徴とする請求項５または請求項８記載のＩＣチップ付き包装体。
- 非接触ＩＣタグ機能を有するＩＣチップ付き包装体の製造方法であって、（１）走行する基材フィルムにアンテナパターンを間隔を置いて印刷する工程と、
（２）基材フィルムのアンテナパターンの接続端子位置に、ＩＣチップの外形、深さに相当する凹孔を形成する工程と、（３）当該凹孔内に嵌合した状態で各１個のＩＣチップを充填する工程と、（４）不要なＩＣチップを除去する工程と、（５）ＩＣチップの嵌合した基材フィルムの凹孔部を含む全面にシーラントフィルムを被覆する工程と、からなることを特徴とするＩＣチップ付き包装体の製造方法。 - 前記（４）と（５）の工程の間に、ＩＣチップの基材フィルム面側または基材フィルムのＩＣチップ側に塗工した熱溶融性樹脂層を加熱溶融させてから冷却してＩＣチップを基材フィルムに固定する工程を設ける、ことを特徴とする請求項１０記載のＩＣチップ付き包装体の製造方法。
- 凹孔が上面が開いた逆截頭ピラミッド形状であり、ＩＣチップが当該凹孔と略嵌合する相補形状に形成されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載のＩＣチップ付き包装体の製造方法。
- ＩＣチップのパッドとアンテナパターン間をオーミックコンタクトさせることを特徴とする請求項１０記載のＩＣチップ付き包装体の製造方法。
- アンテナパターンが電磁誘導型または静電結合型のいずれかのパターンであることを特徴とする請求項１０または請求項１３記載のＩＣチップ付き包装体の製造方法。
- アンテナパターンの接続端子を凹孔の形成位置ずれに対して許容を有する形状にすることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載のＩＣチップ付き包装体の製造方法。
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