JP5815692B2 - 被覆されたワイヤの中へのチップ素子の組み込み - Google Patents

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Description

本発明は、１ミリメートルよりも小さい、大きなディメンションを有するマイクロエレクトロニクスチップ素子に関する。さらに詳細には、本発明は、その保管と操作とが容易なこのようなチップ素子をパッケージするための方法に関する。
図１に、例えば非接触認証（contactless identification）に用いられるような小型高周波トランシーバー装置（ＲＦＩＤ型の装置）が概略的に示されている。装置は、全てのＲＦＩＤ機能を集積したチップが組み込まれた、一般的には平行六面体状（parallelepipedal shape）のチップ素子１０を備える。
装置は、２つの導電性ワイヤ部分１２ａ及び１２ｂから形成されたダイポールアンテナを備える。素子１０の２つの向かい合う表面に接続されたこれらの部分は、チップの端子に接続され、互いに反対方向に延びる。
チップ素子１０の長辺（large side）が１ｍｍよりも短いことから、これらの装置は、大きな装置を用いる方法によって製造したり、操作したりすることができない。
特許出願ＷＯ２００９００４２４３は、図１に示すようなタイプのＲＦＩＤ装置の形成方法の一例が記載されている。形成された後、このような装置は、認証対象の中に組み込まれることとなる。アンテナがほぼ直線的に維持する必要があり、又は、少なくともねじることにより短くすることができないため、このような装置は扱いに関する問題を生じさせる。
従って、非常に小さなサイズの個片化されたチップ素子の扱いを簡単にするような解決法が求められており、ほぼ直線的にすることが求められるワイヤ部分がこのような素子に設けられている場合に、特に求められている。
このような要求を満たすために、被覆されたワイヤ（sheathed wire）を形成する方法は与えられており、この方法は以下のステップを備える：被覆領域（sheathing zone）を通ってコアを軸に沿って前進させ；被覆領域においてコアの周りを被覆用ファイバ（sheathing fiber）でつつみ；被覆領域において、ワイヤ部分が設けられたマイクロエレクトロニクスチップ素子を与え、この素子においては、コアの周りを包む被覆用ファイバがチップ素子とそのワイヤ部分との周りを包むようになっている。
他の実施形態によれば、ワイヤ部分が設けられた一連のチップ素子は、間隔をおいた複数のチップ素子が組み込まれた被覆されたワイヤを形成するために、被覆領域に供給される。
本発明は、コアの周りを覆う被覆用ファイバを有するコアを備える被覆されたワイヤを与える。ワイヤは、コアと被覆用ファイバとの間に挟まれ、被覆されたワイヤに沿って間隔をおいた複数のマイクロエレクトロニクスチップを備え、各チップ素子には、コアと被覆用ファイバとの間に挟まれた少なくとも１つのワイヤ部分が設けられている。
図１は、従来技術として説明された、ダイポールアンテナが設けられたチップ素子を概略的に示す。 図２は、連続するワイヤの中で分離されたチップ素子と接続するために用いられる被覆装置を概略的に示す。 図２ｂは、図２の装置の他の実施例の詳細を示す。 図３は、図２の装置を用いて形成された被覆されたワイヤ部分を示す。 図４Ａは、鎖状にパッケージされたチップ素子の上面を示す。 図４Ｂは、鎖状にパッケージされたチップ素子の端部の図を示す。 図５は、被覆されたワイヤの中への素子の組み込みを自動化することが容易な鎖状のチップ素子の実施形態を概略的に示す。 図６は、支持ワイヤ（support wire）にノッチを入れることを可能にするチップ素子の実施形態を示す。
他の利点及び特徴は、本発明の特有の実施形態についての下記の説明により、さらに明らかにされる。本発明の特有の実施形態は、単なる例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の特有の実施形態は、添付の図面により示される。
非常に小さなサイズ（１ｍｍよりも小さくすることができる）の個片化されたチップ素子の扱いを容易にするために、被覆されたワイヤの中に間隔をおいて複数のチップ素子を組み込む。チップ素子は、ワイヤコアとコアの周りをらせん状につつむ被覆用ファイバとの間に挟まれることとなる。
チップ素子が被覆用ファイバの連続したらせんの間から離脱する（escape）ことを避けるために、このような素子には、コアと被覆用ワイヤとの間に挟まるワイヤ部分が設けられこととなる。有利には、被覆された部分は、高周波伝送受信機能を集積したチップ素子又はＲＦＩＤのダイポールアンテナである。
リール（spool）の上に巻かれた被覆されたワイヤは扱いが容易である。加えて、ワイヤは織物体を製造するために用いられ、手動で又は自動で、切断したり他のものの中に組み込んだりすることができ、それにより、チップ素子の損失又はダイポールアンテナがねじられることによるリスクが抑制される。
図２は、単純な変形による被覆されたワイヤの中にチップ素子を組み込むために用いることができる従来の被覆装置の概略を示す。このような装置は、例えば、米国特許４２６２４８０に記載されている。
コア２０は供給リール２２からほどかれ（unwind）、２つの連続するリール２４及び２６で軸方向に交差され、最終的に受取リール２８に巻かれる。各リール２４及び２６は被覆用ファイバを格納し、前進するコアの周りを回転し、且つ、コアの周りを被覆用ファイバで包む回転機構と結合される。この２つの糸巻機構（wind mechanism）は、互いに反対方向に回転し、それによって、反対方向のらせんにより形成された２つの被覆用ファイバ層を備える被覆されたワイヤを外に出す。コアの前進速度と糸巻機構の回転速度との割合は、らせんのピッチを決める。
図に示すように、下から上に垂直に動作するものが従来のものであり、すなわち、供給リール２２は下にあり、受取リール２８は上にある、図２の糸巻機構は、リールを通り過ぎた後に（コアの前進方向に）、被覆用ファイバでコア２０の周りをつつむ。
形成されたワイヤの中にチップ素子を組み込むために、挿入装置３０が設けられ、好ましくは、第１のリール２４の面に設けられる。この挿入装置は、例えば、チップ素子１０に適合した直径を持つチューブの形状をしており、リール２４の被覆用ファイバでコア２０の周りを被覆する被覆領域３２までずっとチップ素子をガイドする。このチューブはリール２４で下から上にクロスし、領域３２の近傍まで持ち上がる。
個片化された素子１０は、例えば、圧縮空気を用いて、チューブ３０を介して領域３２まで達するように与えられ、領域３２において、素子は被覆する被覆用ファイバによって挟まれる。
図２ｂは、糸巻機構を有するリール２４の他の使用可能な従来構造を示す。コア２０の周りを被覆用ファイバで包むことは、リールの入口において行われる（コア２０の前進する方向において）。従って、被覆領域３２はリール２４の入り口に配置される。このような構造は、リール２４を交差させる必要がもはやないことから短い挿入装置３０を用いることを可能にする。このことは、チップ素子１０を挿入する挿入装置の供給を容易にする。
さらに単純な方法とするために重力による挿入装置３０の供給を可能にするために、逆向きに挿入され、コア２０は上から下へ前進する。
図３は、第１のリール２４の出口に得られた被覆されたワイヤ部分を示し、コア２０とリール２４から来たらせん状に包む被覆用ファイバとの間に挟まれたワイヤ部分１２ａ及び１２ｂを有するチップ素子１０が描かれている。図に示されるように、ワイヤ部分１２ａ及び１２ｂは、コア２０に対してほぼ平行であることが求められる。
被覆領域３２にチップ素子１０を運ぶ好ましい方法は、以下に説明される。
図４Ａ及び図４Ｂに、例えば、欧州特許出願２０９９０６０に示される方法により形成されたマイクロエレクトロニクスチップ１０の鎖状体（chain）４０が概略的に示される。
図４Ａは、鎖状体４０の部分の上面図を示す。いくつかのチップ素子１０は、２つの平行な支持ワイヤ１２ａと１２ｂとの間に接続される。
図４Ｂは、複数のチップ素子１０の１つの端部の図である。素子には、２つの側溝（lateral groove）が設けられ、支持ワイヤ１２ａ及び１２ｂは、そこに埋め込まれている。このような溝は、支持ワイヤが導電性であり、且つ、電気信号を伝送するために用いられる場合には、電気接続パッドを設けることができる。
このような鎖状体４０は、十分な剛性を持つワイヤ１２ａ及び１２ｂを選択することにより、複数のチップ１０の間の間隔を維持しつつ、挿入チューブ３０に沿って押し込まれる。鎖状体の端部の素子１０は、被覆領域３２に達した場合には、被覆する被覆用ファイバにより捕獲され、残りの鎖状体から外される（以下、「素子１０」は、可能であればワイヤ部分１２が設けられた所定のチップ素子１０として用いられる）。
鎖状体４０は、コア２０の前進速度よりも遅い平均速度で連続的に又は断続的に供給される。その結果、被覆されたワイヤは、鎖状体のピッチの割合と、鎖状体を供給する速度とコアの速度との比とに応じて、一定の距離で離された複数のチップ素子を含むことができる。
チューブ３０の中における鎖状体４０の前進を容易にするために、チューブの壁には、圧縮空気が吹き込まれる、鎖状体の前進方向に傾いた一連のチャンネルを縦に設けることができる。
この点からこのように説明される方法によって、鎖状体の端部の素子１０が捕獲されるのと同時に、ワイヤ１２の鎖状体の切断位置（breaking point）を上手く制御することは、難しい。図２に示されるように、挿入チューブ３０がコア２０の前進方向に並んでいる場合には、切断は、チューブ３０の中の鎖状体の部分のいずれかで生じる。
鎖状体の端部にある２つの素子１０の間でワイヤ１２が切断されるようにするために、好ましくは、チューブ３０は、図２ｂに示すように、コア２０の軸に対して傾いている。よって、排出される素子１０の上に印加される引張応力（tensile stress）は、チューブ３０の出口の端部の間にある次の素子１０が引っ掛かる（jam）ことを引き起こす。引っ掛かったこの素子は、残りの鎖状体４０に対する引張応力の伝播を避けることができる。引っ掛かった素子は、ワイヤ１２が切断することにより引っ張り応力が止まるとすぐに解放される。
変形例によれば、ワイヤの切断を制御するために、排出される素子１０が被覆領域に供給されている間、チューブからまさに来ようとしている素子１０をブロックする機構をチューブ３０の端部に設けることができる。鎖状体のピッチに配置され、摩擦によりドライブするようなフレキシブルなローラーは、この目的にために与えられる。被覆領域に捕獲される先行する素子のために必要な時間のため、ローラーは素子１０が通過するごとに止められる。
鎖状体の端部にある２つの素子１０の間でワイヤ１２の切断が生じることを確保することができるにもかかわらず、２つの素子の間の切断の位置は、制御することができない。これは、ダイポールアンテナを形成するのに適したものではない。
図５は、ワイヤ１２の切断を制御することができる鎖状体４０の実施形態を示し、特に、ワイヤ部分が選択された長さを持ちつつ、各引き抜きチップ素子に付着するようにするためのものである。
２つの素子１０の間のワイヤ部分１２ａ及び１２ｂはそれぞれノッチ５０ａ及び５０ｂを有する。これらのノッチは、十分な引張応力が鎖状体４０に印加された際にワイヤの他の位置よりも先に切断されるようにされた、好ましい切断位置、又は、意図的な初期の切断位置(intentional incipient breaking point)を定める。
ノッチは異なる方法により形成することもでき、例えば、鋸切断、ブレードによる分割、部分的な腐食、部分的な溶解により形成することができる。
ノッチ５０ａ及び５０ｂは、２つの素子１０の間のワイヤ部分の中央にみられる。コアと被覆されたワイヤの被覆用ファイバとの間に個片化されたチップ素子を維持することに寄与する以外に他の機能をワイヤが持たない場合には、これは便利である（図３）。
被覆されたワイヤの中で接続されたいくつかの連続するチップ素子のグループを組み込みたい場合には、ワイヤ１２において最初のグループの最後のチップ素子と次のグループの最初の素子との間にのみノッチを形成する。鎖状体の供給は、グループの長さに対応したピッチを持って行われる。ピッチの同期性（pitch synchronization）は、排出されるグループがコア２０の前進速度で供給され、且つ、次のグループの最初のチップ素子が、挿入チューブ３０の出口の端部に達した際に供給を停止するようにすることで得られる。次いで、排出されたグループは、出口の端部の素子の前のワイヤ部分におけるノッチにおいて鎖状体の残りから引き抜かれる。
ＲＦＩＤ素子のためのダイポールアンテナとしてワイヤを用いる場合には、ノッチ５２ａ及び５２ｂは、ワイヤ部分１２ａ及び１２ｂの互いに反対側にある端に設けられる。よって、引張応力が鎖状体に印加された場合、図１に示すように、素子１０は、反対の方向を示すアンテナ部分からはがされる。これにより、アンテナの長さに対応する鎖状体の中の素子１０の間のピッチが定められる。
図６は、鎖状体の形成の際にワイヤ１２にノッチを形成することができるチップ素子１０の実施形態の側面図を示す。素子１０は、ワイヤ１２（ワイヤ１２ａ又は１２ｂ）が挿入される溝を備える。溝の側壁の１つは、溝の端において鋭いリブ６０を備え、鋭いリブ６０は、溝の幅の部分にまたがるように伸びている。このワイヤ１２がチップ素子と接続すると同時に、このリブはワイヤ１２にノッチを形成する。このようなリブを持つ各チップ素子に２つの溝を与えることにより、図５のノッチ５２ａ及び５２ｂは追加工程なしに形成することができる。

Claims (8)

  1. 被覆されたワイヤを形成する方法であって、
    被覆領域（３２）を通ってコア（２０）を軸に沿って前進させるステップと；
    前記被覆領域において前記コアの周りを被覆用ファイバ（２４）で包むステップと；
    を備え、
    間隔をおいた複数のチップ素子が組み込まれた被覆されたワイヤを形成するために、前記被覆領域（３２）で、それぞれワイヤ部分（１２）が設けられた一連のマイクロエレクトロニクスチップ素子（１０）を供給するステップであって、前記チップ素子においては、前記コアの周りを包む前記被覆用ファイバは、前記チップ素子とそのワイヤ部分との周りも包んでいる、供給ステップを備える、ことを特徴とする方法。
  2. 前記一連のチップ素子（１０）は鎖状に与えられ、この鎖状体（４０）は、ノッチ（５２ａ）を有する支持ワイヤ（１２ａ）に張り付けられた前記チップ素子（１０）を備え、前記ノッチは、前記ワイヤが引張応力を受けた場合に好ましい切断位置を定める、請求項１に記載の方法。
  3. 前記鎖状体（４０）は、ガイド手段（３０）により前記被覆領域に供給される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記鎖状体（４０）は、前記コア（２０）の軸に対して傾いているチューブ（３０）により前記被覆領域に供給される、請求項２に記載の方法。
  5. 前記鎖状体は、ローラーの間の摩擦により前記被覆領域に向かって進み、前記ローラーは、チップ素子が通り過ぎるごとに一時的に停止する、請求項２に記載の方法。
  6. 前記鎖状体は、前記コア（２０）の前進速度よりも遅い速度で前記被覆領域（３２）に供給される、請求項２に記載の方法。
  7. コア（２０）と、
    前記コアの周りを包む被覆用ファイバと、
    前記コアと前記被覆用ファイバとの間に挟み込まれた複数のマイクロエレクトロニクスチップ素子（１０）と、
    を備え、
    前記各チップ素子には、前記コアと前記被覆用ファイバとの間に挟まれたワイヤ部分（１２ａ）が少なくとも１つ設けられており、
    さらに、前記各チップ素子には溝が設けられており、前記溝はそこに挿入される前記ワイヤ部分を有し、前記溝は、前記ワイヤ部分の端部を定めるリブ（６０）を前記溝の端部に近接して備える、
    ことを特徴とする被覆されたワイヤ。
  8. 前記各チップ素子（１０）には、前記コア（２０）と実質的に平行な２つの導電性ワイヤ部分（１２ａ、１２ｂ）とが設けられており、前記ワイヤ部分は、前記チップ素子に集積される高周波受信回路と接続されるダイポールアンテナを形成する、ことを特徴とする請求項７に記載の被覆されたワイヤ。
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