JP5037286B2 - Ｒｆｉｄタグおよびｒｆｉｄタグの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非接触で外部機器との間で情報のやり取りを行なうＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに関する。尚、この「ＲＦＩＤタグ」のことを「無線ＩＣタグ」等と称する場合もある。
近年、リーダライタに代表される外部機器との間で電波によって非接触で情報のやり取りを行なう種々のＲＦＩＤタグが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
図１は、通常のＲＦＩＤタグの構造を示す模式断面図である。
図１に示すＲＦＩＤタグ１０は、ＰＥＴからなる基板１１上にアンテナパターン１２が形成され、そのアンテナパターン１２を介して無線通信を行なう回路が組み込まれたＩＣチップ１３が、ベアチップ（裸のチップ）のまま半田１４でアンテナパターン１２に半田付けされ、さらにＩＣチップ１３の下面の空間に充填剤１５が流し込まれて固化することによりＩＣチップ１３が強固に固着されたＲＦＩＤタグインレイが形成され、その上に粘着層１６を置いてラベル１７で封止されている。
しかしながら、この図１に示す構造のＲＦＩＤタグ１０の場合、
・ＩＣチップ１３の基体であるシリコンとＰＥＴからなるフレキシブル基板１１との熱膨張係数が大きく、長期の接合信頼性が低い。
・ラベル１７とインレイとの間の粘着層１６の端縁から水分等が侵入し易く、高湿度環境下や屋外等には適用できない。
という問題がある。
特許文献４には、ＩＣチップの実装信頼性を高める工夫が開示されているが、実装時の信頼性の工夫であり、長期安定性については不明である。
また、この特許文献４ではＩＣチップが剥き出しであり、水対策は施されてはいない。
また特許文献５には、無線アンテナ部と、その無線アンテナ部を介して外部装置との間で無線通信を行なう非接触通信装置と、さらに電子回路基板とを備えた携帯電話機等の装置における、電子回路基板への無線通信の影響を避ける工夫が開示されているが、温度や水分等の影響による長期信頼性とは無関係である。
特開２０００−３１１１７６号公報 特開２０００−２００３３２号公報 特開２００１−３５１０８２号公報 特開２００５−２７５８０２号公報 特開２００５−３５４６６１号公報
本発明は、上記事情に鑑み、長期信頼性に優れたＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明のＲＦＩＤタグは、
ベース、ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入されアンテナにハンダ付けされてなる、そのアンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、およびベースと表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、
上記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備えたことを特徴とする。
本発明のＲＦＩＤタグは、先ず、ＩＣチップを表面実装パッケージに封入し、その表面実装パッケージをベース上に実装してアンテナと接続し、アンダフィルによりその表面実装パッケージを強固に固着し、さらにこのようにして作製されたインレイ全体を外装保護材に封入したため、水分等が入り込む余地がなく、長期安定性に優れたＲＦＩＤタグが実現する。
ここで、本発明のＲＦＩＤタグにおいて、
表面実装パッケージの熱膨張係数をα１
アンダフィルの熱膨張係数をα２
ベースの熱膨張係数をα３
外装保護材の熱膨張係数をα４
としたとき、
α１＜α２，α４＜α３
を満足することが好ましい。
アンダフィルとして、表面実装パッケージの熱膨張係数α１とベースの熱膨張係数α３との中間的な熱膨張係数α２を持つアンダフィルを採用すると、ベース上のアンテナと表面実装パッケージとの間の半田接合が長期に亘り高い信頼性を持って確実に保たれる。また、外装保護材も、それらの平均的な熱膨張係数に近い熱膨張係数α４、すなわち、α１＜α４＜α３の材料を採用することにより、内部構造が安定的に保たれる。
また、本発明のＲＦＩＤタグにおいて、上記表面実装パッケージが、上方から見たときに矩形であって、矩形の辺から複数のリードが突出した、リード付き表面実装パッケージであって、その表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと上記アンテナが、表面実装パッケージの、矩形の、２辺が接する角部に隣接したリードを除くいずれかのリードを介して接続されてなることが好ましい。
表面実装パッケージは通常は矩形形状を有しており、熱膨張（あるいは熱収縮）により最も変化が大きいのは、その矩形の２辺が接する角部である。そこで、ここでは、その表面実装パッケージに封入されたＩＣチップとベース上のアンテナを、その角部に隣接したリードを除くリードを介して接続することにより、表面実装パッケージの熱膨張、熱収縮の影響が小さくて済み、長期信頼性が一層向上する。
さらに、本発明のＲＦＩＤタグにおいて、上記表面実装パッケージが、底面に接続端子が配列された、上方から見たときに矩形の表面実装パッケージであって、その表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと上記アンテナが、その表面実装パッケージの、２辺が接する角部に隣接した接続端子を除くいずれかの接続端子を介して接続されてなることも好ましい形態である。
上記と同じ理由により、表面実装パッケージに封入されたＩＣチップとベース上のアンテナを、角部に隣接した接続端子を除くいずれかの接続端子を介して接続することにより、表面実装パッケージの熱膨張、熱収縮の影響を受けにくく、長期信頼性の一層の向上が図られる。
また、上記目的を達成する本発明のＲＦＩＤタグの製造方法は、
ベース、ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入されアンテナにハンダ付けされてなる、そのアンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、およびベースと表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、上記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備えたＲＦＩＤタグの製造方法であって、
アンテナが形成されたベースの、上記表面実装パッケージが半田接続される部分にハンダペーストを印刷するハンダペースト印刷工程と、
ベース上に表面実装パッケージを位置合わせして搭載するパッケージ搭載工程と、
表面実装パッケージをハンダリフローによりベース上のアンテナに接続するハンダリフロー工程と、
ベースと表面実装パッケージとの間隙にアンダフィルを注入するアンダフィル注入工程と、
上記アンダフィルを硬化させることによりインレイを完成させるアンダフィル硬化工程と、
上記外装保護材の外形に相当する空隙を有する成型金型内に、上記インレイが嵌入する窪みを有する、上記外装保護材の下部に対応する樹脂製の下側部材と、下部部材の窪みに嵌入させた状態の上記インレイとを配置するインレイ配置工程と、
上記成型金型内の空隙に上記外装保護材の上部に相当する樹脂を流し込むことによりその上部を成型するとともにその上部と下部部材とを融着させる外装保護材成型工程とを有することを特徴とする。
本発明のＲＦＩＤタグは、例えば上記の製造方法を経ることにより製造される。
以上の本発明によれば長期安定性に優れたＲＦＩＤタグが実現する。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明のＲＦＩＤタグの一実施形態を構成するインレイの構造を示す図である。
図２に示すインレイ２０は、ガラスエポキシ基板からなるベース２１と、そのベース２１上に銅エッチングにより形成されたアンテナ２２と、そのアンテナ２２を介して無線通信を行なうＩＣチップが封入されアンテナ２２にリードが半田接続された表面実装パッケージ２３と、ベース２１と表面実装パッケージ２３との間隙を埋めるアンダフィル２４とから構成されている。
図３は、本実施形態のＲＦＩＤタグを示した図、図４は、そのＲＦＩＤタグの断面図である。
図２に示す構造のインレイ２０の全体が、例えば成型や熱圧着等により、外装保護材３１に封入される。この外装保護材３１は、例えばＰＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＰＳ等の樹脂で形成することができる。
本実施形態のＲＦＩＤタグ３０は、ＩＣチップが表面実装パッケージ２３に封入されていること、その表面実装パッケージ２３がアンダフィル２４で強固に固着されていること、さらにインレイ２０の全体が外装保護材３１に封入されていることから、高い長期信頼性を持つＲＦＩＤタグとなっている。
ここで、表面実装パッケージ２３の熱膨張係数をα１、
アンダフィル２４の熱膨張係数をα２、
ベース２１の熱膨張係数をα３、
外装保護材３１の熱膨張係数をα４、
としたとき、
α１＜α２，α４＜α３
を満足するように材料が選定されている。このため、アンダフィル２４が表面実装パッケージ２３とベース２１との間の熱膨張、熱収縮によるストレスに対する緩衝作用を成し、また外装保護材３１もインレイ２０を構成する各部材の中間的な熱膨張率を持ち、このＲＦＩＤタグ３０の長期安定性を一層確固たるものとしている。
図５は、図２〜図４に示す第１実施形態とは異なる第２実施形態の、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示す平面図である。この第２実施形態は、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分のみ、前述の第１実施形態となっている。
この表面実装パッケージ２３Ａは、上面から見たときに矩形形状を有しており、その矩形の左右の両辺から半田接続用の複数本のリード２３１が突出している。ここでは、それら複数本のリード２３１のうちの、矩形の２辺が接する角部に隣接するリード２３１ａを除くいずれかのリード、ここでは、辺のできるだけ中央に寄ったリード２３１ｂがアンテナ２２と接続されている。アンテナ２２に接続されないリードについては、ベース２１上に形成された、アンテナ２２と同材料からなる接続パッド２２１に半田付けされている。温度変化によりこの表面実装パッケージ２３に熱膨張、熱収縮が生じたとき、辺の中央寄りのリードの方が辺の端（角部）寄りのリードよりもその影響が小さく、したがって辺の中央寄りのリードをアンテナ２２との接続用に使用することにより長期安定性が更に向上する。
図６は、図５に示す、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分の断面図である。
表面実装パッケージで２３Ａから突出したリード２４は半田２５により、ベース２１上に形成されたアンテナ２２又は接続パッド２２１（図５参照）に接続され、さらにその表面実装パッケージ２３とベース２１との間隙がアンダフィル２４で埋められている。このアンダフィル２４としては、その熱膨張率α２が表面実装パッケージ２３の熱膨張率α１とベース２１の熱膨張率α３との間の中間的な熱膨張率の材料が選定されている。
図７は、第３実施形態の、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示す平面図である。
ここでは、アンテナ２１の、表面実装パッケージ２３Ａへの接続部分は、その表面実装パッケージ２３の一方の辺にのみ隣接している。
この場合も、その表面実装パッケージ２３の角部に隣接したリードはアンテナ２１との接続には使用せずに、できるだけ辺の中央寄りのリードが使用される。
この図７に示す実施形態は、以上に説明した、表面実装パッケージ２３とアンテナとの配置が異なる点を除き、図５、図６に示す第２実施形態と同様である。
図８は、底面に接続端子が配列された、上方から見たときに矩形表面実装パッケージを使用した実施形態における、その表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示した平面図、図９は、その部分の断面図である。
この表面実装パッケージ２３Ｂの底面には、半田接続用の多数の接続端子２３２が形成されている。一方ベース上にも、アンテナ２１のほか、それらの接続端子２３２の配列と同じ配列の接続パッド２２２が形成されている。各接続端子２３２と対応する各接続パッド２２２は、半田２５により接続されている。
ここで、表面実装パッケージ２３Ｂの熱膨張、熱収縮による影響をできるだけ軽減するために、その表面実装パッケージ２３Ｂの、２辺が接する角部に隣接した接続端子２３２ａはアンテナ２２との接続には使用されず、表面実装パッケージ２３Ｂの底面の中央近傍の接続端子２３２ｂがアンテナ２２との接続に使用されている。これらの接続端子２３２ｂと半田接続されるベース２１上の接続パッドは、ベース２１上にアンテナ２２や接続パッド２２２と同様にして形成されたリード線２２３を介して接続されている。
このような接続においても、表面実装パッケージ２３Ｂとベース２１との間隙はアンダフィル２４で埋められている。
図１０は、図８に示す表面実装パッケージと同様、底面に多数の接続端子が配列された表面実装パッケージを示した図である。図８、図９に示す実施形態との相違点について説明する。ここでは、この表面実装パッケージ２３Ｂの１辺に沿って配列された接続端子のうちの角部に隣接する接続端子２３２ａ以外の、その１辺の中央寄りの接続端子２３２ｂがアンテナ２２との接続に使用されている。
この場合も、角部に隣接した接続端子をアンテナとの接続に用いるよりは表面実装パッケージ２３Ｂの温度変化による熱膨張、熱収縮の影響が軽減される。
図１１は、本発明の実施形態としてのＲＦＩＤタグの製造方法の一例を示した工程図である。
ここでは、先ず、アンテナ２２が形成されたベース２１の、表面実装パッケージが半田接続される部分にハンダペースト２５１が印刷される（工程Ａ）。
次に、そのベース２１上に、ボンディングツール５１によりＩＣチップ内蔵の表面実装パッケージが位置合わされて搭載され（工程Ｂ）、加熱されてハンダリフローによる半田接続が行なわれる（工程Ｃ）。次にディスペンサ５２により、表面実装パッケージ２３の下部、すなわちベース２１と表面実装パッケージ２３との間隙に液状のアンダフィル２４１が注入され（工程Ｄ）、加熱によりその注入したアンダフィル剤２４１を硬化させてアンダフィル２４を形成し、これによりインレイ２０を完成させる（工程Ｅ）。
また予め、ベース２１に対応した寸法の窪み３１１ａを設けた下側部材３１１を成型しておき（工程Ｆ）、完成したインレイ２０がその窪みにセットされる（工程Ｇ）。
次に、インレイ２０をセットした下側部材３１１を、外装保護材３１の外形に相当する空隙５３ａを有する成型金型５３内にセットし（工程Ｈ）、その成型金型５３の空隙５３ａ内に、外装保護材３１の上部に相当する樹脂が流し込まれて外部保護材３１の上部が成型され、さらにその上部と下側部材３１１とが熱融着により一体化し、インレイ２０の全体が外装保護材３１に封入されたＲＦＩＤタグ３０が完成する。
本発明のＲＦＩＤタグは、例えば上記の工程を経ることにより製造される。
通常のＲＦＩＤタグの構造を示す模式断面図である。 本発明のＲＦＩＤタグの一実施形態を構成するインレイの構造を示す図である。 本実施形態のＲＦＩＤタグを示した図である。 本実施形態のＲＦＩＤタグの断面図である。 第２実施形態の、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示す平面図である。 図５に示す、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分の断面図である。 第３実施形態の、表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示す平面図である。 底面に接続端子が配列された表面実装パッケージを使用した実施形態における、その表面実装パッケージとアンテナとの接続部分を示した平面図である。 底面に接続端子が配列された表面実装パッケージを使用した実施形態における、その表面実装パッケージとアンテナとの接続部分の断面図である。 図８に示す表面実装パッケージと同様、底面に多数の接続端子が配列された表面実装パッケージを示した図である。 本発明の実施形態としてのＲＦＩＤタグの製造方法の一例を示した工程図である。
符号の説明
１０，３０ ＲＦＩＤタグ
１１ フレキシブル基板
１２ アンテナパターン
１３ ＩＣチップ
１４，２５ 半田
１５ 充填剤
１６ 粘着層
１７ ラベル
２０ インレイ
２１ ベース
２２ アンテナ
２３Ａ，２３Ｂ 表面実装パッケージ
２４ アンダフィル
３１ 外装保護材
５１ ボンディングツール
５２ ディスペンサ
５３ 成型金型
５３ａ 空隙
２２１，２２２ 接続パッド
２２３ リード線
２３１ａ リード
２３２ａ，２３２ｂ 接続端子
２４１ アンダフィル剤
２５１ ハンダペースト
３１１ 下側部材
３１１ａ 窪み

Claims (4)

  1. ベース、該ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入され該アンテナにハンダ付けされてなる、該アンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、および該ベースと該表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、
    前記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備え、
    前記表面実装パッケージが、上方から見たときに矩形であって、該矩形の辺から複数のリードが突出した、リード付き表面実装パッケージであって、該表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと前記アンテナが、該表面実装パッケージの、該矩形の、２辺が接する角部に隣接したリードを除くいずれかのリードを介して接続されてなることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  2. ベース、該ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入され該アンテナにハンダ付けされてなる、該アンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、および該ベースと該表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、
    前記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備え、
    前記表面実装パッケージが、底面に接続端子が配列された、上方から見たときに矩形の表面実装パッケージであって、該表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと前記アンテナが、該表面実装パッケージの、２辺が接する角部に隣接した接続端子を除くいずれかの接続端子を介して接続されてなることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  3. ベース、該ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入され該アンテナにハンダ付けされてなる、該アンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、および該ベースと該表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、前記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備えたＲＦＩＤタグの製造方法であって、
    アンテナが形成されたベースの、前記表面実装パッケージが半田接続される部分にハンダペーストを印刷するハンダペースト印刷工程と、
    前記ベース上に前記表面実装パッケージを位置合わせして搭載するパッケージ搭載工程と、
    前記表面実装パッケージをハンダリフローにより前記ベース上のアンテナに接続するハンダリフロー工程と、
    前記ベースと前記表面実装パッケージとの間隙にアンダフィルを注入するアンダフィル注入工程と、
    前記アンダフィルを硬化させることにより前記インレイを完成させるアンダフィル硬化工程と、
    前記外装保護材の外形に相当する空隙を有する成型金型内に、前記インレイが嵌入する窪みを有する、前記外装保護材の下部に対応する樹脂製の下側部材と、該下部部材の該窪みに嵌入させた状態の前記インレイとを配置するインレイ配置工程と、
    前記成型金型内の空隙に前記外装保護材の上部に相当する樹脂を流し込むことにより該上部を成型するとともに該上部と前記下部部材とを融着させる外装保護材成型工程とを有し、
    前記表面実装パッケージが、上方から見たときに矩形であって、該矩形の辺から複数のリードが突出した、リード付き表面実装パッケージであって、該表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと前記アンテナが、該表面実装パッケージの、該矩形の、２辺が接する角部に隣接したリードを除くいずれかのリードを介して接続されてなることを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
  4. ベース、該ベース上に形成されたアンテナ、表面実装パッケージに封入され該アンテナにハンダ付けされてなる、該アンテナを介して無線通信を行なうＩＣチップ、および該ベースと該表面実装パッケージとの間隙を埋めるアンダフィルからなるインレイと、前記インレイ全体を封入してなる外装保護材とを備えたＲＦＩＤタグの製造方法であって、
    アンテナが形成されたベースの、前記表面実装パッケージが半田接続される部分にハンダペーストを印刷するハンダペースト印刷工程と、
    前記ベース上に前記表面実装パッケージを位置合わせして搭載するパッケージ搭載工程と、
    前記表面実装パッケージをハンダリフローにより前記ベース上のアンテナに接続するハンダリフロー工程と、
    前記ベースと前記表面実装パッケージとの間隙にアンダフィルを注入するアンダフィル注入工程と、
    前記アンダフィルを硬化させることにより前記インレイを完成させるアンダフィル硬化工程と、
    前記外装保護材の外形に相当する空隙を有する成型金型内に、前記インレイが嵌入する窪みを有する、前記外装保護材の下部に対応する樹脂製の下側部材と、該下部部材の該窪みに嵌入させた状態の前記インレイとを配置するインレイ配置工程と、
    前記成型金型内の空隙に前記外装保護材の上部に相当する樹脂を流し込むことにより該上部を成型するとともに該上部と前記下部部材とを融着させる外装保護材成型工程とを有し、
    前記表面実装パッケージが、底面に接続端子が配列された、上方から見たときに矩形の表面実装パッケージであって、該表面実装パッケージに封入されたＩＣチップと前記アンテナが、該表面実装パッケージの、２辺が接する角部に隣接した接続端子を除くいずれかの接続端子を介して接続されてなることを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
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