JP5145896B2 - 電子装置および電子装置製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子装置および電子装置製造方法に関し、特にベースシート上に回路チップが搭載された電子装置および電子装置製造方法に関する。
従来より、プリント配線基板等に回路チップが搭載されてなる電子装置が広く知られている。このような電子装置は、電子機器に内蔵されてこの電子機器を制御したり、あるいは単体として外部機器と情報をやり取りしたりする用途に用いられている。電子装置の一例として、リーダライタに代表される外部機器と、電波によって非接触で情報のやり取りを行う種々のRFID(Radio_Frequency_IDentification)タグが知られている。このRFIDタグの一種として、ICチップと、電波通信用の導体パターンであってアンテナとして機能するアンテナパターンとがベースシート上に搭載された構成のものが提案されており(例えば、特許文献1、特許文献2、および特許文献3参照)、このようなタイプのRFIDタグについては、物品に貼り付けられ、その物品に関する情報を外部機器とやり取りすることで物品の識別などを行うという利用形態が考えられている。
特開2000−311226号公報 特開2000−200332号公報 特開2001−351082号公報
RFIDタグの利用形態の中には、例えば衣服のように変形し易い物品に取り付けるという形態がある。このような利用形態においては、曲げ応力がRFIDタグにかかり、この曲げ応力によりアンテナパターンが断線してアンテナとしての機能が発揮されないという問題が発生することがある。
図1は、従来のRFIDタグ10’が、曲げ応力を受けて曲がっている様子を表した、従来のRFIDタグ10’の断面図である。
従来のRFIDタグ10’では、PETフィルムで形成されたベースシート111上に通信用の導体パターンであるアンテナパターン112が備えられ、さらにこのアンテナパターン112に回路チップ12が接続されている構成が備えており、これらベースシート111、アンテナパターン112、および回路チップ12は、ゴム製の被覆体100aで被覆されている。従来のRFIDタグ10’に対し、図の矢印方向に曲げ応力が加えられると、従来のRFIDタグ10’は、加えられた曲げ応力に追従して、図に示すように、この方向に曲げ変形を生じる。このとき、曲げ変形の大きい領域A’中のアンテナパターン112に対し、アンテナパターン112を2つに分断しようとする大きな応力がかかるため、この領域A’中のアンテナパターン112で断線が起こりやすい。この応力は、RFIDタグ10’の曲がる角度が大きいほど強く、このため、過剰に曲がりやすいRFIDタグ10’ほど断線が起こりやすく、耐久性に乏しいRFIDタグとなる。
以上では、アンテナとして機能する導体パターンが断線する問題について説明したが、このように導体パターンが断線する問題は、RFIDタグに限らず、ベースシート上に導体パターンが設けられた電子装置に共通の問題である。
本発明は、上記事情に鑑み、曲げ応力に対する耐久性のある電子装置、およびその電子装置を製造するための電子装置製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の電子装置は、
ベースシートと、
上記ベースシート上に設けられた導体パターンと、
上記ベースシート上に搭載されて上記導体パターンに接続された回路チップと、
上記ベースシートの表裏のうち少なくとも片側に、上記導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って配列された、該ベースシートから離れる方向に突出した複数の突起物とを備えたことを特徴とする。
本発明の電子装置は、導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って配列された複数の突起物を備えており、その重なった範囲に曲げ応力が加えられた場合には、電子装置は、その曲げ応力に対してある程度追従して柔軟性が発揮されるものの、上記の複数の突起物の存在により、曲がる角度が所定レベルを超えることが抑制される。このため、充分な柔軟性が維持されるとともに、大きな曲げ変形が生じにくくて耐久性の高い電子装置が実現する。
また、本発明の電子装置において、「上記突起物が、上記ベースシートの剛性よりも高い剛性を有するものである」という形態は好ましい形態である。
このような形態によれば、ベースシートに破損が生じるような大きな曲げ変形が生じることが、上記の複数の突起物の存在により回避される。
また、本発明の電子装置において、「上記複数の突起物が、多角形の底を有し互いに底を接して配列された複数の錐状物である」という形態も好ましい形態である。
ここでいう「錐状物」には、三角錐や四角錐などのように底面が多角形の角錐や、三角錐台や四角錐台などのように、突端部が平らになっている角錐台が含まれる。このような形態によれば、曲げ応力が加わって電子装置が曲がった際にこれら錐状物の斜面同士が押し合うようになり、曲げ応力に対する大きな抵抗力が発揮される。
また、本発明の電子装置において、「上記回路チップよりも広く上記導体パターンよりも狭い、該回路チップの上方および上記ベースシートを挟んで該回路チップの裏側のうち少なくともいずれか一方に位置して該回路チップを保護する保護体を備え、上記複数の突起物が、上記保護体の周囲のうち上記導体パターンが存在する少なくともその箇所には配列されたものである」という形態も好ましい形態である。
このような形態によれば、回路チップ自体および回路チップ周辺が曲げ応力から保護される。
また、本発明の電子装置において、「上記複数の突起物が、上記ベースシートの表裏の両側に配列されたものである」という形態も好ましい形態である。
このような形態によれば、ベースシートを表側に反らせる曲げ応力と、ベースシートを裏側に反らせる曲げ応力とのいずれに対しても耐久性のある電子装置が実現する。
また、本発明の電子装置において、「上記ベースシートと上記導体パターンと上記回路チップと上記突起物とを内包した被覆部を備えた」という形態も好ましい形態である。
このような形態によれば、導体パターンや回路チップが、電子装置外部からの衝撃や水濡れ等に対して保護される。
また、本発明の電子装置において、「上記導体パターンが、無線用のアンテナを構成するものであり、上記回路チップが、上記アンテナを介して無線通信を行うものである」という形態も好ましい形態である。
このような形態によれば、曲げ応力に対して耐久性の高いRFIDタグが実現する。
上記目的を達成するための本発明の電子装置製造方法は、
導体パターンが表面上に設けられたベースシート上に回路チップを搭載して該導体パターンに接続する搭載工程と、
上記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に、上記導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って、該ベースシートから離れる方向に突出した複数の突起物を配列させて形成する突起物形成工程とを有することを特徴とする。
本発明の電子装置製造方法では、導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って複数の突起物を形成することで、この重なった領域への曲げ応力に対して耐久性の高い電子装置が製造される。
また、本発明の電子装置製造方法において、「上記突起物形成工程が、上記突起物の形状に対応した形状の型を、上記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に当て、該ベースシートと該型との間に該突起物の液状の材料を流し込んで硬化させることで上記複数の突起物を形成する工程である」という形態は好ましい形態であり、「上記突起物形成工程が、上記突起物の材料からなる板材を、上記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に貼り付け、該板材を上記複数の突起物に加工する工程である」という形態も好ましい形態である。
これらの形態によれば、複数の突起物が簡単に形成される。
本発明によれば、曲げ応力に対する耐久性が発揮される。
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図2は、本発明の電子装置の一実施形態であるRFIDタグ10を示す模式図である。
この図2のパート(a)には、本発明の電子装置の一実施形態であるRFIDタグ10の上面図が、内部構造が透視された状態で示されており、図2のパート(b)には、このRFIDタグ10の長手方向の断面図が示されている。
この図2に示すRFIDタグ10は、衣服のように変形し易く人間が身につける物品に取り付けられることを前提としたRFIDタグであり、このRFIDタグ10は、インレイ100がゴム製の被覆体100aで被覆されてなるRFIDタグである。このインレイ100は、PETフィルムで形成されたベースシート111と、そのベースシート111上に設けられた通信用の導体パターンであってアンテナとして機能するアンテナパターン112と、そのアンテナパターン112に電気的に接続されてアンテナパターン112を介して無線通信を行う回路チップ12と、ベースシート111の両面を覆う補強体14とを有している。
図のパート(b)に示すように、回路チップ12が有するバンプ121はアンテナパターン112と接続されており、これにより回路チップ12とアンテナパターン112とが導通する。また、回路チップ12は、図のパート(b)に示すように接着剤13によってベースシート111に接着されている。なお、図のパート(a)では接着剤13については図示が省略されている。
補強体14は、四角錐台形状の凸部がベースシート111の両面に複数個敷き詰められたものであり、この補強体14は、回路チップ12を覆う大型凸部14aと、大型凸部14aで覆われた回路チップ12周辺の領域を除いた残りの領域を覆う、大型凸部14aよりも小さい小型凸部14bとで構成されている。この補強体14としては、ベースシート111よりも硬度が高い絶縁性の材料であることが望ましく、ここでは、このような性質を満たす材料として高硬度のプラスチック材料が採用されている。なお、本発明では、このようなプラスチック材料に代えて、硬度の高いセラミックス材料が補強体14の材料として採用されてもよい。
ここで、ベースシート111、アンテナパターン112、回路チップ12、補強体14、および被覆体100aは、それぞれ本発明にいうベースシート、導体パターン、回路チップ、複数の突起物、および被覆体の各一例に相当する。
RFIDタグ10では、そのRFIDタグ10が例えば衣服に取り付けられたときにその衣服の変形が、回路チップ12自体や回路チップ12の周辺に及ぶことが、高硬度のプラスチック材料という硬い物質で形成された大型凸部14aで、図のパート(b)に示すように回路チップ12周辺が覆われることで防がれている。これにより、回路チップ12自体や、アンテナパターン112と接続されたバンプ121や、回路チップ12とベースシート111との接着部分が破損してしまうことが抑制される。
一般に、外部からRFIDタグに対して加えられた曲げ応力に対して回路チップ周辺を保護するチップ補強体を備えたRFIDタグでは、チップ補強体に覆われた回路チップ自体および回路チップ周辺は曲げ応力から保護されるが、その代わりに、チップ補強体の縁の周囲にその曲げ応力が集中しやすい。このとき、曲げ応力が集中して曲げ変形が大きい箇所では断線が起こりやすく、曲げ応力に対する耐久性に乏しい。
ここで、図2のRFIDタグ10では、図2に示すように、アンテナパターン112が設けられているベースシート111には、ベースシート111の両面に小型凸部14bが複数個敷き詰められており、これらの小型凸部14bにより、RFIDタグ10が、曲げ応力に対してある程度追従して柔軟性が発揮されるとともに、曲がる角度が所定レベルを超えることが抑制される。以下、その仕組みについて説明する。
図3は、図2のRFIDタグ10が、曲げ応力を受けて曲がっている様子を表したRFIDタグ10の断面図である。
この図に示すように、曲げ変形が最も大きい領域Aにおいて、ベースシート111の右側の面に並んでいる複数の小型凸部14bは、隣り合った小型凸部14bの間の被覆体100aを圧縮しながら四角錐台の斜面が互いに近づいた状態となっており、このような状態の小型凸部14bの存在のために、図の矢印方向にRFIDタグ10に加えられる曲げ応力に対して、図3の状態よりはRFIDタグ10が曲がれないようになっている。このため、図3のRFIDタグ10では、断線が起こりにくく、耐久性の高いRFIDタグが実現している。
次に、図2に示すRFIDタグ10の製造方法について説明する。
図4は、図2に示すRFIDタグ10を製造する製造方法を説明する図である。
図4に示す製造方法は、本発明のRFIDタグ製造方法の一実施形態であり、この図には、図2のRFIDタグ10を製造するための各工程がパート(a)からパート(g)まで順に示されている。
RFIDタグ10を製造するには、まず、図4のパート(a)に示す付着工程で、アンテナパターン112が形成された、PETフィルム製のベースシート111を用意し、ベースシート111の、アンテナパターン112が形成された側の面に、液状の接着剤13を付着させる。この接着剤13は、熱が加えられると硬化する熱硬化接着剤である。
次に、図4のパート(b)およびパート(c)に示す回路チップ搭載工程で、ベースシート111上の接着剤13が付着した部分に、回路チップ12が、回路チップ12の電子回路が設けられている回路面120をベースシート111側に向けた姿勢で載せられる。このとき、回路チップ12の回路面120に設けられたバンプ121の位置が、ベースシート111のアンテナパターン112の位置に合うように、回路チップ12の位置が決められる。
次に、図4のパート(d)に示す密着工程で、回路チップ12が載せられたベースシート111を加熱ステージ220上にセットし、ヒータを内蔵している第1加熱ヘッド210により、ベースシート111上の回路チップ12を加熱ステージ220側に向かって押さえながら加熱する。この加熱により、回路チップ12の下の接着剤13が硬化して回路チップ12がベースシート111上に固定される。
次に、図4のパート(e)に示す凸部形成工程で、図2に示す補強体14を形成するための2つの型310,320で、回路チップ12が固定されているベースシート111を挟んで、型310,320に設けられた注入孔から図の矢印で示すようにベースシート111に向かって、補強体14の材料となる液状のプラスチック材料を流し込む。所定時間経過後には、プラスチック材料は冷えて硬化し、図2に示す補強体14の大型凸部14aおよび小型凸部14bを有する補強体14がベースシート111上に形成される。
次に、図4のパート(f)および図4のパート(g)に示す被覆体形成工程で、図2の被覆体100aの材料である、2枚の板状のゴム材料100a’で、補強体14が形成されたベースシート111を挟んで、これらを、ヒータを内蔵している第2加熱ヘッド410を用いて加熱ステージ220側に向かって押さえながら加熱する。この加熱により、ゴム材料100a’が溶解し、大型凸部14aと小型凸部14bとの間、小型凸部14b同士の間に入り込む。溶解後、所定時間経過後に加熱を停止して、ゴム材料100a’を硬化させる。硬化後のゴム材料100a’の外形を打ち抜きや切断で整えて、図2に示すRFIDタグ10が完成する。
以上した説明した方法では、溶解状態のプラスチック材料を、ベースシート111がセットされた型に流し込んで硬化させるだけで図2に示す凸部形状が形成され、曲げ応力に対して耐久性の高いRFIDタグが簡単に作製される。
次に、本発明のRFIDタグの別の実施形態について説明する。
図5は、本発明のRFIDタグの別の実施形態を示す模式図である。
この図5において、図2に示すRFIDタグ10の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付し、その重複説明は省略する。図5には、別の実施形態であるRFIDタグ20の長手方向の断面図が示されている。
この図5に示すRFIDタグ20も、衣服のように変形し易く人間が身につける物品に取り付けられることを前提としたRFIDタグである。この図5に示すRFIDタグ20が、図2に示すRFIDタグ10と異なる点は、大型凸部14aで回路チップ12が覆われている代わりに、図5に示すように、回路チップ12が設けられたベースシート111の上側と下側に、チップ補強板14cが設けられている点であり、この点を除き、図5に示すRFIDタグ20は、図2に示すRFIDタグ10と同じ構成を備えている。
図5に示すRFIDタグ20では、2枚のチップ補強板14cにより、回路チップ12が保護されている。また、図5に示すRFIDタグ20にも小型凸部14bが設けられており、小型凸部14bにより、図3で説明したのと同様にして、曲げ応力によりアンテナパターン112が断線することが抑制されている。このため、図5のRFIDタグ20も、図1に示す、従来のRFIDタグ10’に比べて断線が起こりにくく、耐久性の高いRFIDタグとなっている。
次に、図5に示すRFIDタグ20の製造方法について説明する。
図5に示すRFIDタグ20は、回路チップ12をベースシート111上に固定するまでの工程については、図4のパート(a)〜図4のパート(d)で説明したのと同じ工程を経て作製される。以下では、回路チップ12をベースシート111上に固定した後の工程について説明する。
図6は、小型凸部14bをベースシート111上に設ける工程を示す図である。
図5に示すRFIDタグ20の製造方法では、回路チップ12をベースシート111上に固定した後、四角錐台の底面に両面粘着テープ140bが貼り付けられた小型凸部14bが、図6に示すように、ベースシート111上に貼り付けられる。この小型凸部14bの貼り付けは、ベースシート111の上側および下側の両方の面について行われる。
図7は、図5のRFIDタグ20の製造方法において、小型凸部14b貼り付け後に行われる、チップ補強板14cを埋め込む工程を示す図である。
小型凸部14bの形成後には、次に、チップ補強板14cを埋め込む工程が行われる。この工程では、図5の被覆体100aの材料である、2枚の板状のゴム材料100a’でチップ補強板14cを挟んだものを1セットとして、このようなセットを2セットで、小型凸部14bが貼り付けられたベースシート111を図の上下方向から挟み、さらに、第2加熱ヘッド410と加熱ステージ220を用いて、これら2セットとベースシート111とを加圧しながら加熱する。この加熱により、ゴム材料100a’が溶解して小型凸部14bの間に入り込むとともに、2つのチップ補強板14cが、それぞれのチップ補強板14cを挟む2枚のゴム材料100aに取り込まれた状態で、回路チップ12が設けられたベースシート111の上側と下側に備えられる。所定時間経過後に加熱を停止してゴム材料100a’を硬化させ、さらに、図4のパート(g)と同様にベースシート111の幅より図の両側に突き出した余分なゴム材料100a’を切り落として成形することで図5に示すRFIDタグ20が完成する。
以上説明した、図5のRFIDタグ20の製造方法では、四角錐台の底面に両面粘着テープ140bが貼り付けられた小型凸部14bをベースシート111に貼り付けるだけで図5に示す凸部形状が形成され、曲げ応力に対して耐久性の高いRFIDタグが簡単に作製される。
図6の説明では、小型凸部14bをベースシート111上に設けるにあたり、小型凸部14bをベースシート111上に貼り付ける方式が採用されていたが、本発明のRFIDタグ製造方法では、小型凸部14bの材料となる板状のプラスチックをベースシート111上に貼り付けてその後に、小型凸部14bの四角錐台の形状を形成する方式が採用されてもよい。
図8は、小型凸部14bの材料となる板状のプラスチックをベースシート111上に貼り付け、その板状のプラスチックをレーザ加工することで小型凸部14bの四角錐台の形状を形成する工程を表した図、図9は、押し型ヘッド610,620を押し付けることで、板状のプラスチックに小型凸部14bの四角錐台の形状を形成する工程を表した図である。
図8に示す工程では、小型凸部14bの材料となる板状のプラスチック141bをベースシート111上に貼り付けた後、レーザ照射装置500の先端から板状のプラスチック141bに向かって照射されるレーザ光により板状のプラスチック141bが、図5に示す四角錐台の形状に加工される。このようにレーザ加工を用いる方式では、高い精度で加工が行われるという利点がある。
また、レーザ加工に代えて、図9に示すように、押し型ヘッド610,620で、ベースシート111上の板状のプラスチック141bを挟み込む方式でも、板状のプラスチック141bが、図5に示す四角錐台の形状に加工される。このように押し型ヘッド610,620を押し付けて四角錐台の形状を形成する方式では、精度はレーザ加工に比べて、やや劣るものの、加工にかかる時間が短くてすみ、生産性が高いという利点がある。
以上が、本発明の実施形態の説明である。
以上の説明では、図5において、チップ補強板14cは、2枚で回路チップ12を上方および下方から覆うものであったが、本発明は、チップ補強板14cが1枚であって回路チップ12を、上方、あるいは下方のいずれか一方から覆うものであってもよく、また、回路チップ12の上方や下方に加えて側面も覆うチップ補強部材を採用してもよい。
また、以上の説明では、補強体14は、四角錐台の形状をした大型凸部14aと小型凸部14bとで構成されていたが、本発明は、補強体14は、四角錐台以外の角錐台の形状をした大型凸部と小型凸部とで構成されてもよく、あるいは、角錐台に代えて角錐の形状をした大型凸部と小型凸部とで構成されてもよい。さらには、大型凸部や小型凸部の形状として、円錐状、ドーム状、柱状などの形状が採用されてもよい。
従来のRFIDタグが、曲げ応力を受けて曲がっている様子を表した、従来のRFIDタグの断面図である。 本発明の電子装置の一実施形態であるRFIDタグを示す模式図である。 図2のRFIDタグが、曲げ応力を受けて曲がっている様子を表したRFIDタグの断面図である。 図2に示すRFIDタグを製造する製造方法を説明する図である。 本発明のRFIDタグの別の実施形態を示す模式図である。 小型凸部をベースシート111上に設ける工程を示す図である。 図5のRFIDタグの製造方法において、小型凸部貼り付け後に行われる、チップ補強板を埋め込む工程を示す図である。 小型凸部の材料となる板状のプラスチックをベースシート上に貼り付け、その板状のプラスチックをレーザ加工することで小型凸部の四角錐台の形状を形成する工程を表した図である。 押し型ヘッドを押し付けることで、板状のプラスチックに小型凸部の四角錐台の形状を形成する工程を表した図である。
符号の説明
10,10’,20 RFIDタグ
100 インレイ
100a 被覆体
100a’ ゴム材料
111 ベースシート
112 アンテナパターン
12 回路チップ
120 回路面
121 バンプ
13 接着剤
14 補強体
14a 大型凸部
14b 小型凸部
141b プラスチック
14c チップ補強板
A,A’ 領域
210 第1加熱ヘッド
220 加熱ステージ
310,320 型
410 第2加熱ヘッド
500 レーザ照射装置
610,620 押し型ヘッド

Claims (9)

  1. ベースシートと、
    前記ベースシート上に設けられた導体パターンと、
    前記ベースシート上に搭載されて前記導体パターンに接続された回路チップと、
    前記ベースシートの表裏のうち少なくとも片側に、前記導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って配列された、該ベースシートから離れる方向に突出し、前記ベースシートが曲げられた際に互いに干渉し該ベースシートのさらなる曲げを阻止する、前記ベースシートの剛性よりも高い剛性を有する複数の突起物とを備えたことを特徴とする電子装置。
  2. 前記複数の突起物が、多角形の底を有し互いに底を接して配列された複数の錐状物であることを特徴とする請求項1記載の電子装置。
  3. 前記回路チップよりも広く前記導体パターンよりも狭い、該回路チップの上方および前記ベースシートを挟んで該回路チップの裏側のうち少なくともいずれか一方に位置して該回路チップを保護する保護体を備え、
    前記複数の突起物が、前記保護体の周囲のうち前記導体パターンが存在する少なくともその箇所には配列されたものであることを特徴とする請求項1又は2記載の電子装置。
  4. 前記複数の突起物が、前記ベースシートの表裏の両側に配列されたものであることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の電子装置。
  5. 前記ベースシートと前記導体パターンと前記回路チップと前記突起物とを内包した被覆部を備えたことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項記載の電子装置。
  6. 前記導体パターンが、無線用のアンテナを構成するものであり、
    前記回路チップが、前記アンテナを介して無線通信を行うものであることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載の電子装置。
  7. 導体パターンが表面上に設けられたベースシート上に回路チップを搭載して該導体パターンに接続する搭載工程と、
    前記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に、前記導体パターンの範囲の少なくとも一部と重なる範囲に亘って、該ベースシートから離れる方向に突出し、前記ベースシートが曲げられた際に互いに干渉し該ベースシートのさらなる曲げを阻止する、前記ベースシートの剛性よりも高い剛性を有する複数の突起物を配列させて形成する突起物形成工程とを有することを特徴とする電子装置製造方法
  8. 前記突起物形成工程が、前記突起物の形状に対応した形状の型を、前記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に当て、該ベースシートと該型との間に該突起物の液状の材料を流し込んで硬化させることで前記複数の突起物を形成する工程であることを特徴とする請求項7記載の電子装置製造方法。
  9. 前記突起物形成工程が、前記突起物の材料からなる板材を、前記回路チップが搭載されたベースシートの表裏のうち少なくとも片側に貼り付け、該板材を前記複数の突起物に加工する工程であることを特徴とする請求項記載の電子装置製造方法。
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