JP4923660B2 - Ｒｆｉｄタグおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体を実装し無線による電波を送受信して使用するＲＦＩＤタグの製造方法に関する。

ＲＦＩＤタグは、半導体チップを導電性の回路状のアンテナと接続して使用される。回路は、これまで、銅箔などの金属箔のエッチングや導電ペーストを印刷することによって製造されてきた。また、最近はめっきを用いた方法も提案されている。

ＲＦＩＤタグでは価格が最大の課題であり、このような回路も極めて低コストで製造される必要がある。従来のエッチング，導電ペーストを用いた方法では、一般に流通している金属箔やペーストを使用したとしても、材料のロスが大きいため材料費が高くなる。一方、めっきによる方法は、必要部分のみに必要な厚さでめっきを付ける手法をとることが可能であるため、材料費はそれほど大きくない。また、従来は回路の材料としては、箔として広く流通されている銅，および、導電性ペーストとして普及している銀が一般的に使用されている。これらの材料は、比較的高価である上、ＲＦＩＤタグとして普及して流通されるようになると、廃棄時の処理コストが問題となる。そのため、元来価格が安く、かつ、廃棄が容易な材料が求められる。

ＩＣカードに用いられる回路として、材料に鉄を使用したものが提案されている。それによれば、回路はプレス加工またはエッチング加工により形成されている（特許文献１）。または、パターンマスクを重ね合わせたところに金属材料を溶射して形成されている（特許文献２）。このような方法では、材料の使用量が多いため、コストの削減ができない。また、回路と半導体素子の電極接合が不安定になるという問題も発生していた。

以下に公知の文献を記す。
特開２００２−９２５７４号公報 特開２００３−９９７４５号公報

本発明は、回路と半導体素子電極の接合が安定し、かつ材料費および加工費を低減させ、また、これに加えて、製造された回路に半導体素子を連続的に実装しうるプロセスとすることにより、低コストでＲＦＩＤタグを製造する方法を提供し、さらにＲＦＩＤタグ製造全体にかかるコストをできるだけ低減するＲＦＩＤの製造方法を提供することを目的としたものである。

上記課題を解決するための本発明の構成を以下に示す。

（請求項１）
少なくとも基材と、回路と、半導体素子とを含むＲＦＩＤタグの製造方法において、少なくとも、（ａ）金属基板にレジストをパターニングし開口部を設ける工程と、（ｂ）前記金属基板上のレジスト開口部に鉄めっきにより回路状パターンを析出させる工程と、（ｃ）前記金属基板から、基材上に、前記回路状パターンを転写し回路を形成する工程と、（ｄ）前記基材上の回路の一部に凹部を設ける工程と、（ｅ）前記基材上の回路のうち凹部が設けられた部分に対し、突起状の接合電極が設けられた半導体素子の当該接合電極を接合し、導通する工程と、（ｆ）前記基材のうち半導体素子が実装された部分を樹脂により固定する工程と、を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。

（請求項２）
前記（ｆ）工程の後、さらに回路及び半導体素子実装領域全体を樹脂により被覆する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグの製造方法
（請求項３）
前記（ｃ）基材上に前記回路上パターンを転写し回路を形成する工程を行う前に、基材上に接着剤を塗布する工程、又は基材上に接着フィルムをラミネートする工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＦＩＤの製造方法。

（請求項４）
少なくとも基材と、鉄からなる回路と、半導体素子とを含むＲＦＩＤタグであり、半導体素子に設けられた突起状の接合電極が、回路に設けられた凹部に対して接合して導通されることにより実装されており、さらに、半導体素子が実装された部分が樹脂により固定されており、鉄からなる回路が、（ａ）金属基板にレジストをパターニングし開口部を設ける工程と、（ｂ）前記金属基板上のレジスト開口部に鉄めっきにより回路状パターンを析出させる工程と、（ｃ）前記金属基板から、基材上に、前記回路状パターンを転写し回路を形成する工程と、（ｄ）前記基材上の回路の一部に凹部を設ける工程により作製されることを特徴とするＲＦＩＤタグ。

（請求項５）
前記基材、回路、半導体素子実装領域全体がさらに樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤタグ。

（請求項６）
前記基材と前記回路の間に接着剤層が存在することを特徴とする請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。

本発明のＦＲＩＤの製造方法では以上のような構成であるから、鉄製の回路を使用した、低コストでかつ廃棄に関して環境負荷の小さいＲＦＩＤタグを製造できる。また、回路に凹部を設けたことで、回路と半導体素子電極の接合が安定するように製造できる。鉄製
回路は、めっき法によって作製し基材上に転写されるものであり、さらに製造された回路に半導体素子を連続的に実装しうるプロセスとすることにより、ＲＦＩＤ製造全体にかかるコストをできるだけ低減する。

以下に本発明によるＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤ用回路およびＲＦＩＤタグの製造方法を、その一実施の形態例に基いて説明する。図１は、本例のＲＦＩＤタグの製造方法により製造されたＲＦＩＤタグの構造を示した説明図である。基材１の上に、接着剤２によって回路３が固定されている。回路３の端子部には、半導体素子５が、接合電極６を介して接合されている。半導体素子５および接合部は樹脂４によって固定されている。そして、回路および、半導体素子５全体が樹脂フィルム７によって被覆されている。

基材１は、絶縁材料であり、用途により材質や性状は選択される。プラスチックや紙などが使用できる。廃棄の容易さやコストを考えると、紙が適当である。接着剤２も絶縁材料であり、後で記述するように金属基板上にめっきで形成した回路パターンを基材上に転写するのに使用する。基材１が硬化前に粘着性を持つプラスチックである場合、接着剤は必ずしも使用しなくてよい。この場合、半硬化の状態で回路パターンを転写し、その後に完全硬化する。

図２は、本発明のＲＦＩＤタグの製造工程を示す。この図の最初の部分は、回路を、水溶液からのめっきにより形成する部分の工程を示している。金属基板１０を用意し（図２（ａ））、金属基板１０にレジスト１１をコーティングし、レジストをパターニングし開口部を設ける（図２（ｂ））。その開口部内にめっき３により回路状パターンを析出する（図２（ｃ））。金属基板１０は、めっき液に対して不活性で、めっき３と密着しないよう、材質や表面状態を選択する。材質としては、めっき液に耐性があるステンレス，チタンなどが一般的に使用できるが、銅，アルミニウム，ニッケルなども使用できる。また、これらを基材として、表面に金属をスパッタ，蒸着，めっきなどによってコーティングしたものも使用できる。コーティング金属も、もちろん、めっき液に対して不活性で、めっき３と強く密着しないことが必要である。

レジスト２は絶縁体であり、ドライフィルム、ポリマーシート、インキなどの有機物のほか、金属酸化物粉等の無機物も使用できる。レジストが感光性を有する場合は、フォトリソグラフィーでパターンの開口部を形成できる。フォトリソグラフィーは、微細な高精彩パターン（目安としてパターンピッチ＜200μm）の形成には適しているが、加工費が増加する。そのため、一般的なパターン（目安のパターンピッチ＞200μm）では、スクリーン印刷などの方法でのパターン形成を行うことで、コスト削減ができる。また、テフロン（登録商標）などの耐磨耗性や潤滑性の高い樹脂を用いると、後の転写の工程において接着剤の付着や、繰り返し使用した場合の磨耗をなくすことができる。テフロン（登録商標）樹脂の場合には、シートにレーザ加工、プレスでの打ち抜き加工などで開口部を設けてそれを金属基板上に圧着するなどの方法を取ることができる。

めっき３の金属は、コスト面から鉄が好ましく用いられる。したがって回路として鉄を使用するのが好ましく、その電気伝導度や厚さは、回路パターンの設計段階で考慮されていなければならず、加工は設計通りに行われなければならない。また、めっきは、電気めっきを用いる。めっき液としては、第１鉄（Ｆｅ²⁺）の硫酸塩，塩化物塩，ホウフッ化物塩，スルファミン酸塩を主成分とした浴が使用できる。例えば、スルファミン酸浴の場合、次のような組成の液が使用できる。

スルファミン酸第１鉄 Fe(NH₂SO₄)₂ 250g/L
塩化第１鉄 FeCl₂・4H₂O 40g/L
ホウ酸 H₃BO₃ 10g/L
温度 ２０〜５０℃、ｐＨ ３．５、電流密度 １〜１０A/dm²。

めっき終了直前の電流密度を高くするなどの方法により、めっき３の析出面を粗くすると、後工程での転写をスムーズにさせる。また、めっき３の厚さは、レジスト１１よりもやや厚くしておくと、転写が容易である。めっき後の鉄を利用した回路３は、速やかに水洗、乾燥されるべきである。さもなければ、表面にしみやさびが発生する。これらを抑制するためには、めっき後にリン酸塩やケイ酸塩などの腐食抑制剤の溶液で処理するとよい。

このようにめっきで作製した鉄製の回路３を、基材１上に転写する（図２（ｄ））。基材１が粘着性を持つものであれば、直接転写できるが、基材上に接着剤を塗布するか、接着フィルムをラミネートした方が好ましい。転写の工程においては、基材１の裏面に磁石を設置してから剥離を行なうと、鉄が磁石に吸い付いてくるので転写が一層容易になる。転写後の金属基板１０は、レジスト開口部内の洗浄などの簡単な処理を行うことにより、再使用することができる。したがって、１つのめっき型から何回も回路パターンを作製することができるので、製造コストの低減にきわめて有効である。さらにパターンは１つの基板上に多面付けすることで、1回のパターン作製によって、大量の回路を生産することが可能となる。

めっき析出し、基材１に接着剤２を介して転写された鉄製の回路３には、その端子部に半導体素子５が実装される。本発明では、半導体素子に設けられた接合電極６を介して、実装を行なう（図２（ｅ））。接合電極は、凸状の形状を有する導電体であり、公知のめっき法，印刷−リフロー法などにより半導体素子上に形成されたバンプ電極（材質は金，ニッケル，銅，はんだなど）、または、金スタッドバンピング，はんだボール搭載−リフロー，銀導電ペースト印刷などの方法で半導体素子の外部端子上に実装前に形成されたものが挙げられる。

半導体素子５を実装する回路３の部分においては、接合電極６が符合される位置に、凹部を設けておくとよい。これは、その後の半導体素子の接合において、接合面積を増やして接合の信頼性を向上させる目的で設けるものである。この凹部は、回路３をめっきにより作製する前に、金属基板上に凸部を作製しておけば、それが転写されることにより回路上では凹部として形成される。その形状は、接合電極６がその凹部の中に変形を伴って入り込みやすくするため、接合電極のサイズ、形状に合わせて設計される。

凹部を形成する方法としては、このほか、回路３が形成された後、接合電極６が符合されるべき位置にレーザー加工、エッチング加工、またはパンチング加工によって行ってもよい。

実装の形態は、用いられる基材１や接着剤２の材質により選択されなければならないが、実装のコストを低減し、かつ広い種類の材質に適用するためには低温の実装方法が有利である。有効な方法としては、半導体素子５を回路３の端子部にフェースダウンで圧接する。接合電極６が端子部に密着するように圧力をかけながら樹脂４を付与し、樹脂４を硬化することで接合部は固定される。光硬化樹脂を用いれば樹脂４の硬化時間は短縮でき、また、高熱をかけずに硬化することができる。鉄は、プリント基板などの一般的な実装に用いられる金属に比べ、表面酸化しやすく、接合の信頼性はとりにくいが、この表面酸化の程度は形成後の時間や熱の履歴を重ねるほど大きくなるため、前工程で転写された後に、速やかに半導体実装を行なうことが好ましい。しかるに、もし、速やかな実装ができない場合には、実装性を向上するために、回路端子部に金などの貴金属を付与する、端子部をプラズマなどでクリーニングする、超音波併用の実装機を用いて、表面酸化物を破壊し
ながら実装するなどの工夫が必要となる。実装の形態は、実施者の状況に大きく依存するため、ここで挙げたものは、本発明の詳細を規定するものではない。

本発明にかかるＲＦＩＤタグは、鉄製の回路３および半導体素子５全面が樹脂フィルム７で被覆されている（図２（ｆ））。樹脂フィルムは、外部からの湿気や水分などで鉄製の回路の腐食や、半導体実装部の接合に異常が生じることを防ぐ。そのため、水分の侵入を防ぐ効果のあるフィルムを使用するとよい。フィルムのベース基材はコスト低減と環境影響への考慮のため、ＰＥＴ、ポリエチレン，ポリプロピレンなどが適当である。もし、外観上の都合等で水分の浸入を防ぐ効果が弱い樹脂フィルムを使用しなければならない場合は、樹脂フィルムでの被覆の前に鉄製回路の表面を樹脂で塗装することもできる。塗料としては、エポキシ樹脂，アクリル樹脂など一般的なものが使用できる。また、基材として紙を使用した場合には、回路の裏面からの水分の侵入で鉄製の回路に腐食が起こる場合も予想され、このような場合には裏面にも樹脂フィルムでの被覆を行なうとよい。

以下に、実施例により本発明を詳細に説明する。

ステンレス３０４板（300mm×400mm，1mm厚）の表面を鏡面研磨し、さらに、薄いエッチング液（塩化第２鉄溶液３％）に浸漬して表面の加工層を除去し、希塩酸洗浄、水洗乾燥した。そこに、熱乾燥型のめっきレジストインキ（太陽インキＭ−８５Ｋ）をスクリーン印刷して、ＩＣタグの回路パターンを形成した。パターンは、2mm幅×50mm長さの線状であり、中間にチップを実装するための0.5mmのギャップを有する。基板内に同様のパターンが100個設けられている。乾燥後のレジストインキの厚さは約１０μmであった。さらに、後工程においてチップ実装に係る部分に、導電性樹脂を径２００μm，高さ５０μmの半球状に付与して突起形成した。

次に、上記基板の裏面は、絶縁テープで覆い、端部から電気接点を採ってめっきを行った。前処理として、酸性脱脂，希硫酸浸漬を行った後、次の鉄めっき液でめっきを行った。

スルファミン酸第１鉄 Fe(NH₂SO₄)₂ 250g/L
塩化第１鉄 FeCl₂・4H₂O 40g/L
ホウ酸 H₃BO₃ 10g/L
液温は４０℃，pH 3.5，電流密度は ５A/dm²で約１５分間めっきを行った。

紙シート（0.2ｍｍ厚）上に、エポキシ樹脂からなる接着剤を貼り合せ、加熱して半硬化させた。このシートをめっき済み基板上に重ね合わせ、熱圧着後に、裏面にシート状磁石を設置して、紙シートを引き剥がすと、金属基板から鉄めっき回路パターンが転写された。このようにして得られた回路は、個別サイズに切断、分割された。断面測定より鉄の厚さは、平均１５μmであった。回路の形状は、金属基板に印刷された設計パターンとほとんど同一であることが確認された。

この回路パターンの端子（0.5mm幅のギャップ部）に２ｍｍ角の半導体素子を実装した。半導体素子には、銀ペーストにより径２００μm，高さ５０μｍのバンプが接合電極として形成されており、このバンプを回路パターンの端子部に形成されている凹部に符合させ、プレス機で回路端子部と半導体素子間の間隙が３０μmとなるまで圧力をかけて接着した。この間隙に光硬化樹脂をインジェクトし、半導体素子の４方からUV光を照射して樹脂を硬化させた後、圧力を除いた。この状態で回路／半導体素子間の導通がとれていることを確認した。その後、回路および半導体素子全体にポリエチレンフィルムを被覆した。この一連の工程により、本発明のＲＦＩＤタグを作製することができた。

本発明のＲＦＩＤタグの製造方法により製造された一例のＲＦＩＤタグの構造を示した説明図である。 本発明のＲＦＩＤタグの製造方法の一例を示した説明図である。

符号の説明

１・・・基材
２・・・接着剤
３・・・めっきで形成された回路
４・・・半導体素子固定用の樹脂
５・・・半導体素子
６・・・接合電極
７・・・樹脂フィルム
１０・・・金属基板
１１・・・レジスト

Claims (6)

1. 少なくとも基材と、回路と、半導体素子とを含むＲＦＩＤタグの製造方法において、少なくとも、
   （ａ）金属基板にレジストをパターニングし開口部を設ける工程と、
   （ｂ）前記金属基板上のレジスト開口部に鉄めっきにより回路状パターンを析出させる工程と、
   （ｃ）前記金属基板から、基材上に、前記回路状パターンを転写し回路を形成する工程と、
   （ｄ）前記基材上の回路の一部に凹部を設ける工程と、
   （ｅ）前記基材上の回路のうち凹部が設けられた部分に対し、突起状の接合電極が設けられた半導体素子の当該接合電極を接合し、導通する工程と、
   （ｆ）前記基材のうち半導体素子が実装された部分を樹脂により固定する工程と、を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
2. 前記（ｆ）工程の後、さらに回路及び半導体素子実装領域全体を樹脂により被覆する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグの製造方法
3. 前記（ｃ）基材上に前記回路上パターンを転写し回路を形成する工程を行う前に、基材上に接着剤を塗布する工程、又は基材上に接着フィルムをラミネートする工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＦＩＤの製造方法。
4. 少なくとも基材と、鉄からなる回路と、半導体素子とを含むＲＦＩＤタグであり、半導体素子に設けられた突起状の接合電極が、回路に設けられた凹部に対して接合して導通されることにより実装されており、さらに、半導体素子が実装された部分が樹脂により固定されており、鉄からなる回路が、
   （ａ）金属基板にレジストをパターニングし開口部を設ける工程と、
   （ｂ）前記金属基板上のレジスト開口部に鉄めっきにより回路状パターンを析出させる工程と、
   （ｃ）前記金属基板から、基材上に、前記回路状パターンを転写し回路を形成する工程と、
   （ｄ）前記基材上の回路の一部に凹部を設ける工程
   により作製されることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
5. 前記基材、回路、半導体素子実装領域全体がさらに樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項４に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記基材と前記回路の間に接着剤層が存在することを特徴とする請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。