JP5385900B2 - 無線周波数チップの組立 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的には電子回路に関し、更に具体的には無線周波数トランシーバ手段を備えたマイクロ電子装置の形成に関する。
無線周波数マイクロ電子トランシーバ装置の利用が、このような装置が関連付けられる対象物を遠隔識別するためにますます多くなっている。そのため、電子タグ(RFID)についての議論が多くなっている。このような電子タグの機能は、識別子の送信に限定されてもよく、又は更に複雑な機能（チップと一体化されたセンサによる測定結果の遠隔送信、離れた要素から受信したデータの処理等）を備えてもよい。
図１は、読取端末又は読取／書込端末1（読取装置）と、電子タグタイプの電子装置2 （タグ）との間の無線周波数通信システムを示すブロック略図である。端末1 及び電子タグ2 は、インダクタンス素子L1及びインダクタンス素子L2によって簡略化して示されているアンテナを備える。送信に用いられる周波数帯域に応じて、アンテナL1及びアンテナL2にループアンテナ又はダイポールアンテナが用いられる。図１に示された例では、インダクタンス素子L1は（点線で示されている）キャパシタンス素子C1と直列に接続されて、インダクタンス素子L2は（点線で示されている）キャパシタンス素子C2と並列に接続されており、インダクタンス素子は、一般的には動作周波数帯域の中央周波数に調整されている共振回路をキャパシタンス素子と共に形成している。
典型的には、数百キロヘルツから数十メガヘルツまでの周波数帯域では、アンテナL1,L2 はループ形状であり、数百メガヘルツ乃至数ギガヘルツ程度の周波数帯域では、アンテナはダイポールタイプである。
ほとんどの場合、電子タグ2 は、電子タグが備える電子回路の作動に必要な電力を、端末1 によって発せられる無線周波数電磁場から取り出す。
電子タグの多くの構造、更に一般的には、無線周波数トランシーバチップ、及び読取端末又は読取／書込端末の多くの構造が利用可能である。
国際公開第２００８／０２５８８９号パンフレット
電子タグ側のアンテナL2の形成には、マイクロエレクトロニクス産業の集積回路又はプリント回路の製造技術から得られた技術（導電性トラックのエッチング又は印刷）が用いられている。これは、電子タグのコストに関して無視できない程大きな影響を与える。
アンテナを備えた無線周波数トランシーバ装置の製造にあまり費用がかからないことが望ましい。
アンテナを備えた無線周波数トランシーバ装置を製造するための方法が簡略化されることが、更に望ましい。
ある適用例では、数個の電子タグを同一の対象物に関連付けることが望まれる。そのため、前記電子タグは、関連付けられる対象物（例えば、非常に長いパイプ）に個別に取り付けられる必要がある。
マイクロ電子チップを外部に電気的に接続するためのケーブル要素によって互いに接続されたマイクロ電子チップを形成する技術が、国際公開第２００８／０２５８８９号パンフレットの文書に公知であり、この文書では、数本のワイヤが備えられ、RFID要素のアンテナと電源とが同時に形成されている。
無線周波数トランシーバ装置のアンテナを電力供給線によって互いに接続することなくアンテナの形成を容易にするために、この技術を利用することが望ましい。
数個の無線周波数トランシーバチップが、対象物に組み立てられる前であろうと、使用中であろうと、数個の無線周波数トランシーバチップを関連付けるための解決法が容易であることが更に望ましい。
これらの目的及び他の目的の全て又は一部を達成するために、本発明は、無線周波数トランシーバ装置を製造する方法において、
アンテナを備えない無線周波数トランシーバチップを作製し、
送信／受信周波数に応じて選択される２つの隣り合うチップ間の長さを夫々有する少なくとも２本の導電性ケーブル要素によって、前記チップを直列に接続し、
前記チップの直列接続では、各導電性ケーブル要素が、前記チップの少なくとも１つの端子に電気的に接続し、一続きの前記チップを機械的に少なくとも一時的に維持し、
前記無線周波数トランシーバ装置のアンテナである２本の撚線をチップ毎に形成するために、直列接続された一続きの前記チップを一定間隔で切断することを特徴とする方法を提供する。
実施形態によれば、２本の導電性ケーブル要素は、前記チップの両側に、第１の方向の夫々の側端の近傍に配置される。
実施形態によれば、２本の導電性ケーブル要素と接続される少なくとも１つの導電部を支持する中間要素が、２つの隣り合うチップ間に設けられ、チップ毎にループアンテナを形成すべく切断される。
実施形態によれば、前記チップは、前記導電性ケーブル要素によって接続される前に、支持ストリップに配置される。
実施形態によれば、ケーブル接続要素が、直列接続された一続きのチップを切断した後、一続きの無線周波数装置を形成するために、直列接続された一続きのチップを切断する前に、異なるチップに接続される。
実施形態によれば、前記撚線は、前記ケーブル接続要素に巻きつけられる。
実施形態によれば、各チップは、前記導電性ケーブル要素を収容するための領域を少なくとも１つ含む。
本発明は、更に、無線周波数トランシーバ装置において、
無線周波数トランシーバ回路を集積するマイクロ電子チップと、
少なくとも２本のアンテナの撚線とを備えることを特徴とする無線周波数トランシーバ装置を提供する。
本発明は、更に、一続きの無線周波数トランシーバ装置において、無線周波数トランシーバ回路を集積し、電子チップのアンテナ接続パッドに接続された少なくとも２本の導電性ケーブル要素によって互いに接続された複数の前記電子チップを備えており、２つの隣り合うチップ間の前記導電性ケーブル要素の夫々の長さは、送信／受信周波数に応じて選択されていることを特徴とする一続きの装置を提供する。
実施形態によれば、隣り合う２つのチップ間の前記導電性ケーブル要素の夫々の長さより長い追加の接続要素が、前記チップ間の前記導電性ケーブル要素の切断後に、前記チップを接続している。
本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点を、以下の添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態において以下に詳細に説明する。
本発明が一例として適用されるタイプの無線周波数トランシーバシステムを示すブロック図である。 ケーブル要素を収容することが可能なマイクロ電子チップの一例を示す断面略図である。 ケーブル要素を収容することが可能なマイクロ電子チップの別の例を示す断面略図である。 実施形態に係る分離前の一続きのチップを示す平面図である。 実施形態に係る前記一続きのチップから得られた無線周波数トランシーバ装置を示す平面図である。 別の実施形態に係るアンテナ形成前の一続きの無線周波数装置を示す平面図である。 別の実施形態に係るアンテナ形成後の一続きの無線周波数装置を示す平面図である。 集積回路ウエハの一部を示す平面略図である。 別の実施形態に係る連設された無線周波数装置を示す平面図である。 別の実施形態に係る分離され、ループアンテナに適用された無線周波数装置を示す平面図である。 別の実施形態に係る連設された状態の無線周波数トランシーバ装置を示す平面略図である。 別の実施形態に係る分離された無線周波数トランシーバ装置を示す平面略図である。 別の実施形態に係る一続きの無線周波数トランシーバ装置を示す平面略図である。 別の実施形態に係る一続きの無線周波数トランシーバ装置を示す平面略図である。
同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示しており、正しい縮尺から外れている。
明確にするために、本発明の理解に役立つステップ及び要素のみを示し、説明する。特に、無線周波数トランシーバ装置内の電子回路を詳述しておらず、本発明は、目的とする適用に応じて通常の回路（例えば、測定センサ、対象物の識別装置等）と互換性を有する。マイクロ電子チップのバッチ生産のステップも詳述しておらず、本発明は、ここでも通常の技術と互換性を有する。
本発明は、RFIDチップの一例と関連して以下に説明されるが、本発明は、更に一般的には、任意のチップ又は任意の小型無線周波数トランシーバ回路に適用される。
図２は、図１に示された電子タグ2 のタイプである電子タグのチップの作製を可能にするマイクロ電子チップ3 を示す断面略図である。１又は複数の集積回路及び要素が、少なくとも２つのパッドを有する基板33に支持されており、パッドは、（点線で示されている）ケーブル要素41,42 を対象とした収容領域35における電子チップ3 の外側からアクセス可能な接触領域と（接続部31,32 を介して）電気的に接続されている。図２の例では、基板33の両面が、絶縁保護材34、例えばエポキシ樹脂で覆われている。収容領域35は、チップの第１の方向の両側に形成されている。図２に関して説明された構造は、国際公開第２００８／０２５８８９号パンフレットの文書に説明されているタイプの一例である。
本発明によれば、領域36が、アンテナと接続するための接触領域を形成している。
図３は、マイクロ電子チップ3 の別の例を示す断面略図である。図２の例と比較すると、基板33の裏面が樹脂で覆われていない。ワイヤ41,42 の収容領域35が、マイクロ電子チップ3 に形成された平行な凹部により形成されている。このような凹部は、例えば溝であってもよい。溝の形状には複数の形状が可能であるが、特に、四角形に基づいた形状、Ｖ形状、先端を切られたＶ形状又は円弧形状が可能である。凹部の寸法及び形状が、前の例で述べたように、ケーブル要素の特性に応じて優先的に選択される。一例として、直径が20乃至100 μm であるケーブル要素41,42 に対して、溝の深さ及び幅が20乃至100 μm の範囲内で変更されてもよい。金属化された領域36が、例えば凹部35の底に設けられ、本発明に応じてアンテナと接続するための接触領域として、例えば絶縁材34に設けられた導電性バイア32を介して用いられる。凹部35は、マイクロ電子要素に優先的に隣接して基板33に直接形成されてもよい。凹部35は、任意の適した技術、例えばドライエッチング、ウェットエッチング、のこ引き等により形成されてもよい。
図２及び３の構造は、例えば、前述した文書に述べられているように様々な変更がなされてもよい。
図4Aは、本発明の実施形態に係る一続きのRFIDチップ3 を示す平面図である。図4Aに示された一続きのチップは、例えば、半導体材料から少なくとも部分的に形成されたウエハからチップ3 のダイシングを行った後、一定間隔でチップを一時的に支持するストリップ5 にチップを配置することにより得られる。その後、導電性ワイヤ41,42 が、好ましくは各チップの接触領域と電気的に接続されて、チップ3 に対して側方に配置されており、各チップの接触領域は、ワイヤ41,42 のために設けられた収容領域35からアクセス可能である。例えば、接触領域は、ウエハのバッチ処理中に、側方の収容領域内に金属化処理により形成される。ワイヤ41,42 は、導電性接着剤、溶接又は任意の他の適した手段によってチップ3 の導電領域36と導電接触される。
最後に、ワイヤ41,42 は、一続きのチップについて一定の間隔で切断され、例えば、（図4Aに示された点線c に沿って）ワイヤ41については各チップ3 の一方の縁で、ワイヤ42については各チップの他方の縁で切断されて、アンテナを備えたRFID装置2 が得られる。
図4Bは、図4Aに示されたワイヤ41,42 の切断後に得られたRFID装置2 を示す平面略図である。各チップ3 は、一時的に接続していたワイヤ41,42 から得られた２つの撚線（ストランド）41',42' と関連付けられて、装置2 が形成される。
チップが分離されて残っている一部、即ち撚線41',42' の長さが、無線周波数トランシーバのアンテナの所望の長さに適合すべく選択される。図4Bに示されたタイプのアンテナの例では、前記長さは、例えば、配列された２本の撚線41',42' の合計に対して約l/2 であり、ここで、l は、送信／受信帯域の中央周波数の波長を表わす。
ケーブル要素41,42 の直径は、チップ3 内の考え得る接続ワイヤ（例えば、図２の32及び33）の直径より大きい。例えば、ケーブル要素の直径は、完成したチップ3 の厚さと同オーダの大きさ（1/4 と1 との間の割合）を有する。
ワイヤ41,42 が切断されない限り、ワイヤは、チップ3 を機械的に保持し、チップが識別する対象物にチップが最終的に組み立てられるまで、連設されたチップが例えば巻かれた状態で維持されることを可能にする。
図5A及び5Bは、別の実施形態に係るワイヤ41,42 が切断されてアンテナを分離する前後を夫々示す平面図である。本例によれば、チップ3 はケーブル接続要素7 によって互いに接続されたままである。例えば、チップが、ウエハに未だ設けられているか、又は図3Aに示されたストリップ5 のような一時的なストリップにより支持されている間に、ケーブル接続要素7 は、ワイヤ41,42 を切断する前にチップ3 に取り付けられる。ケーブル接続要素7 のチップ3 間の長さが、撚線41',42' の夫々の長さより長いように選択される。前記長さは、目的とされた適用における２つの無線周波数装置間の所望の間隔により決定され、例えば数センチメートルから数メートルである。ケーブル接続要素7 により、アンテナが分離された後でも、従ってRFID装置が対象物に最終的に設けられるまで、一続き20でRFID装置を保持することが可能になる。
適例として、例えば一続き20のRFIDチップを地中線に沿って配置することにより、容易な配置が可能になる。
別の例によれば、ケーブル接続要素7 は、撚線の代わりに、織物にRFIDチップを規則的に分配して組込まれる。
ケーブル接続要素7 は、例えば、最終的な一続きのRFIDチップの所望の長さによる要求に応じて切断される。ケーブル接続要素7 は、好ましくは、絶縁性を有し、ケーブル接続要素の機械抵抗は目的とした適用により決定される。ケーブル接続要素7 の断面は、円形であってもよく、又は他の形状（例えば、矩形）であってもよく、単一の撚線又は複数の撚線であってもよい。
１又は複数の接続用要素は、それらがアンテナの撚線41',42' を形成するためのケーブル要素41,42 であれ、最終的にチップを接続するケーブル接続要素7 であれ、円形、四角形又は他の形状の断面を有してもよく、１本のケーブル又は数本のケーブルによって形成されてもよい。アンテナを形成するためのワイヤ41,42 は、導電性を有する（場合によっては、チップとの接点を除いて絶縁体により覆われている）。
具体的な実施形態によれば、様々なチップが半導体又は絶縁性の基板ウエハ上に形成される。様々なチップは、少なくとも１本のケーブル（２本のアンテナを形成するためのワイヤ41,42 又は永久的なケーブル接続要素7 、或いはこれら両方）によって互いに接続される。その後、基板は、チップ3 を分離すべく構成され、その後、チップはケーブル接続要素により備えられる単一の可撓性機械的接続部によって互いに直列に接続される。チップ3 は、固体基板の場合には従来通りに、一又は複数のケーブル接続要素を切断しないように留意しながら、例えばのこ引きにより分離される。
図６は、本実施形態に係る数個のRFIDチップ3 が形成されている基板ウエハの一部6 を示す。本例では、ケーブル要素41,42 は、切断前にチップ3 に関連付けられている。このため、一時的な支持ストリップの利用が回避される。しかしながら、アンテナの所望の長さに応じて、ケーブル要素を切断する際に必要な間隔に対して相対的に大きいチップ間の間隔を必要とする。２つのチップ間のワイヤ41,42 の長さは、好ましくは示されているように、アンテナの所望の長さに対応して、ウエハ上のチップ間のワイヤの間隔より長いように設定される。
ストリップ5 （図4A）が、一続きのチップ3 を一時的に維持するための仮サポート体として用いられる場合、アンテナの撚線を形成するためのワイヤ41,42 が、ストリップ5 上にチップ3 が配置された後に、組み立てられてもよい。
図7A及び7Bは、ループアンテナの形成に更に具体的に適した別の実施形態に係るアンテナの切断前後を夫々示す平面図である。
本例によれば、アンテナの切断前の一続きのチップ構造（図7A）では、ワイヤ41,42 は、ワイヤ41,42 を互いに接続する導電部43を含む中間要素8 によって、２つのチップ間で互いに接続されている。例えば、第１の切断線(c')が、ワイヤをチップ間に何も残すことなく２つのチップ間に位置付けられ、第２の切断線(c")が、切断線c"の両側で撚線41',42' を接続する撚線43' （図7B参照）を残すべく、中間要素8 に位置付けられるようにチップ3 が２つずつ対にされている。導電部43の幅が、導電部43' を両側に残すべく、第２の切断線c"の幅により決定される。変形例では、２つの平行な部分43' が、切断線c"の両側で中間要素8 上に、又は中間要素中に形成されている。図7A及び7Bに示された例では、RFID装置2'（図7B）が最終的に分離される。しかしながら、図5A及び5Bに関連して示されたタイプの永久的なケーブル接続要素の変形例が、提供されてもよい。
図8A及び8Bは、別の実施形態に係る一連のRFIDチップ及び分離されているRFIDチップを夫々示す平面図である。
本実施形態によれば、一般的な細長い形状を有し、各チップ3 の両側から突出する要素9 が、ウエハからの切断後にチップ上に配置されるか、又は各チップ3 の両側から突出する部分91,92 によりチップに一体化されている。要素9 は絶縁材から形成されるか又は絶縁材で覆われて、その後、コイル状（図8B）に巻かれるアンテナの撚線41',42' を夫々収容する。得られたRFID装置2"が連設されたままである場合、要素9 は、ケーブル接続要素（7 、図5A,5B ）の一部であってもよい。要素9 は、一般的に可撓性を有するか又は堅く、例えば織物「テーピング'taping'」として撚線41',42' を収容する。変形例として、要素9 は、電磁的性質（例えばフェライト）のために選択された材料から形成されてもよい。
図8A及び8Bの実施形態の利点は、アンテナの特性が、特に、アンテナのインピーダンスの虚部の増加によって改善されることである。
図9A及び9Bは、前の図面と比較されるべき図であり、各アンテナが、各チップの両側に並べられた２つの撚線41',42' から形成されている変形例を示す。この場合、導電性ワイヤの切断前のチップの直列接続は、アンテナの撚線に必要な長さの２倍に相当する長さを夫々有する複数のワイヤ44（図8A）によって得られ、チップと接触する領域36が配列されている。ケーブル接続要素7 は、導電性ワイヤ44の切断後にRFID装置を接続してもよい。チップ3 の幅を交差するワイヤ44の位置は、（ワイヤ44の方向によって定義される長手方向に関して）重要ではない。
上述された様々な実施形態及び変形例が、組み合わせられてもよいことは言うまでもない。
説明された実施形態の利点は、ケーブル要素によって形成されたアンテナを有するRFID装置の取得が可能になることであり、それにより、絶縁性基板上の導電性インクの蒸着ほど費用がかからない。
別の利点は、提供された技術が、少なくとも（アンテナの撚線の切断による）最終対象物への組立まで、一続きの無線周波数チップの維持を可能にすることである。これにより、例えばガルバニック、コーティング処理等のチップのコイル処理が可能になる。
別の利点は、説明された実施形態が、最終的な適用例における一続きの無線周波数チップ構造の維持を更に可能にすることである。
様々な実施形態が説明され、様々な変更及び調整が当業者に考案される。特に、アンテナの撚線の寸法の選択は、適用例によって決定され、特に電子チップ側に存在する他の要素（特にキャパシタンス素子）に加えて所望の動作周波数によって決定される。
更に、本発明の実際の実施は、上記に与えられた機能的な表示に基づいた当業者の技能の範囲内にある。
最後に、本発明はアンテナを備えた装置の一例と関連付けて述べられているが、幾つかの周波数帯域に亘る動作を可能にすべく、１つの装置毎に２本のアンテナが設けられてもよい。例えば、図7A及び7Bの装置の実施形態の変形例では、中間要素8 が、チップ間に設けられてもよく、撚線41',42' の夫々の長さが、異なる値を有する２つのインダクタンス素子を得るために同一のチップの２つの側部で異なっている。単一のアンテナを用いた動作周波数帯域の設定もまた、共振回路のチューニング周波数を調整するためにキャパシタンス素子C2の変更によるチップ3 内の設定により、電流として得られてもよい。

Claims (14)

  1. 無線周波数帯域のための送受信装置を製造する方法において、
    無線周波数帯域のための集積された送受信回路を備えており、アンテナを備えない電子チップを作製し、
    前記電子チップを直列に接続し、
    前記電子チップの直列接続では、送信／受信周波数に応じて選択された長さを夫々有する少なくとも２本の導電性ケーブル要素によって、各電子チップの一側を、該電子チップに隣り合う１つの電子チップの一側、又は該電子チップ及び該電子チップに隣り合う１つの電子チップ間の１つの中間要素の一側に接続し、各導電性ケーブル要素は、前記電子チップの少なくとも１つの端子に電気的に接続し、一続きの前記電子チップを機械的に少なくとも一時的に維持し、
    前記送受信装置のアンテナである撚線を電子チップ毎に形成するために、直列接続された一続きの前記電子チップを一定間隔で切断することを特徴とする方法。
  2. 前記導電性ケーブル要素は夫々、切断前に、３以上の前記電子チップを接続することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. ２本の前記導電性ケーブル要素は、前記電子チップの両側に、第１の方向の夫々の側端の近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記中間要素は、前記導電性ケーブル要素と接続される少なくとも１つの導電部を支持し、電子チップ毎にループアンテナを形成すべく切断されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記切断後に、前記電子チップのアンテナである２本の撚線が、前記電子チップの両側に延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
  6. 前記電子チップは、前記導電性ケーブル要素によって接続される前に、支持ストリップに配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  7. ケーブル接続要素が、直列接続された一続きの電子チップを切断した後、一続きの送受信装置を形成するために、直列接続された一続きの電子チップを切断する前に、異なる電子チップに接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
  8. 前記撚線は、前記ケーブル接続要素に巻きつけられることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 各電子チップは、前記導電性ケーブル要素を収容するための領域を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
  10. 無線周波数帯域のための送受信装置において、
    無線周波数帯域のための集積された送受信回路を備えている電子チップと、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の方法によって得られた少なくとも２本のアンテナである撚線と
    を備えることを特徴とする送受信装置。
  11. 一続きの無線周波数帯域のための送受信装置において、
    無線周波数帯域のための集積された送受信回路を有し、互いに接続された複数の電子チップを備えており、
    各電子チップの一側は、該電子チップのアンテナ接続パッドに接続された少なくとも２本の導電性ケーブル要素によって、該電子チップに隣り合う１つの電子チップの一側、又は該電子チップ及び該電子チップに隣り合う１つの電子チップ間の１つの中間要素の一側に接続されており、
    ２つの隣り合う電子チップ間、又は電子チップと中間要素との間の前記導電性ケーブル要素の夫々の長さは、送信／受信周波数に応じて選択されていることを特徴とする一続きの送受信装置。
  12. ２つの隣り合う電子チップ間の前記導電性ケーブル要素の夫々の長さより長い追加のケーブル接続要素が、前記電子チップ間の前記導電性ケーブル要素の切断後に、前記電子チップを接続していることを特徴とする請求項１１に記載の一続きの送受信装置。
  13. 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法により得られることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の一続きの送受信装置。
  14. 請求項１１乃至１３のいずれかに記載の一続きの前記送受信装置を備えることを特徴とするパイプ。
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