JP5861251B2 - ワイヤ導体の配設方法及びモジュール基板 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣタグ基板などの、エナメル線等のワイヤ導体が熱圧着でチップユニットの導体層に接続されるモジュール基板に係る技術に関する。特に、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミド、紙等からなる基材に上記ワイヤ導体がコイル状若しくはダイポール形状のアンテナとして描画され、上記基材に設けられたチップユニット設置用の開口にチップユニットが配置され、その開口を横断する形で描画されたワイヤ導体と、上記開口に配置されたチップユニットの導体層とが熱圧着により電気的に接続される技術に関するものである。

特許文献１には、基材に形成された貫通穴からなる開口にチップユニットが嵌め込まれ、そのチップユニットを横断する形でワイヤ導体が描画される。そして、チップユニットの端子（導体層）とワイヤ導体とが圧着されることで、電気的に接続される。

特許第３７２１５２０号公報

一般にチップユニットには、対を成す導体層を跨ぐようにしてＩＣチップが実装され、さらにＩＣチップを保護するための板材が積層される。このため、チップユニットの厚みは基材の厚みよりも薄くなっている。しかしながら、本願発明者らは、この構成には次のような課題があることを見出した。
すなわち、基材面上においては、描画ヘッドからワイヤ導体を送り出しながら、描画ヘッドによる加熱により、基材面に塗布された熱可塑性樹脂（粘着層）を溶融させることで、ワイヤ導体を上記基材面に描画・固定する。

一方、基材に形成した開口に配置したチップユニットへのワイヤ導体の描画・固定においては、ワイヤ導体を、図１６に示すように、チップユニット用の開口を横断する形で描画した後に、図１７に示すように、熱圧着ヘッドによって、ワイヤ導体をチップユニットの導体層に向けて押し付け、当該ワイヤ導体を導体層に熱圧着することで固定する。
その際、上記ワイヤ導体の弛みなどにより、上記チップユニットを跨ぐ部分のワイヤ導体が蛇行し、かつ上記熱圧着ヘッドが小型であると、上記描画ヘッドと上記ワイヤ導体の位置関係にズレが生じ、熱圧着がうまく行えない可能性がある。

また、チップユニットの各導体層にワイヤ導体を熱圧着した後に、チップユニット上にＩＣチップを実装する場合には、チップユニットを一時的に固定した状態で、ＩＣチップを超音波で実装することとなるが、チップユニットの厚みよりも基材の厚みが大きいことから基材面よりもチップユニット側がへこんだ状態となっている。このため、図１８に示すように、ＩＣチップを超音波で実装する際に上記チップユニットを吸着により固定することが困難となり、接合が弱くなるなどＩＣチップの実装をより確実に行えない可能性がある。

ここで、上記ＩＣチップを実装する際におけるチップユニットの固定改善の手段として、チップユニットへのワイヤ導体の接合をより確保する方法がある。その方法は、上記チップユニット上に上記ワイヤ導体を描画する際に、図１９に示すように、上記基材上に上記ワイヤ導体を平行に描画するときよりも上記描画ヘッドの高さを一時的に高く持ち上げて描画することで、上記チップユニット上においてワイヤ導体を弛ませて当該ワイヤ導体のチップユニットへの接触を増加させておき、上記チップユニット上の導体層と上記ワイヤ導体を熱圧着する方法である。これによって、ＩＣチップ実装時において上記チップユニットの固定を行い易くする。

しかしこの方法では、ワイヤ導体が弛ませた状態でチップユニットに接合することになるため、上述と同様に、上記描画ヘッドと上記ワイヤ導体との位置関係にズレが生じ易くなる。また、ワイヤ導体が弛んだ状態でチップユニットの導体層に接続していることから、上記チップユニットにワイヤ導体を熱圧着した後において、上記基材に対するチップユニットの位置関係にもズレが発生しやすくなる。このことは、ＩＣチップ実装に影響が発生するおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より精度良くチップユニットへのワイヤ導体の配設を実施可能とすることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、基材に形成された開口に、表面に導体層が形成されたチップユニットを配置した状態で、上記導体層上を通過するようにして上記開口を横断する形でワイヤ導体が描画され且つそのワイヤ導体を上記導体層に熱圧着するワイヤ導体の配設方法であって、上記開口に上記チップユニットを配置した際に、上記チップユニットにおける上記ワイヤ導体の通過位置を上記基材表面よりも突出した状態に、当該チップユニットを支持する支持手段を備え、その支持手段によって上記チップユニットを支持させた状態で、上記描画及び上記熱圧着を行い、上記支持手段は、上記チップユニットの上記表面とは反対側の裏面を、上記基材の表面とは反対側の裏面よりも上記チップユニットの上記表面側にオフセットするように支持し、上記ワイヤ導体を位置決めする位置決め部として、上記チップユニットの周縁部における、上記ワイヤ導体が通過する位置に切欠きを形成したことを特徴とする。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記導体層における上記ワイヤ導体の通過位置に、１又は２以上の凹部を形成したことを特徴とする。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記チップユニット表面に対し上記導体層が対をなして形成され、その対をなす導体層間に跨るようにＩＣチップを実装することを特徴とする。

次に、請求項４に記載した発明は、基材に形成された開口に、表面に導体層が形成されたチップユニットが配置された状態で、上記導体層上を通過するようにして上記開口を横断する形でワイヤ導体が描画され且つそのワイヤ導体を上記導体層に熱圧着することで導体層とワイヤ導体が電気的に接続されるモジュール基板であって、上記開口側に突出することで上記チップユニットの上記表面とは反対側の裏面を支持して、上記チップユニットの裏面を、上記基材の表面とは反対側の裏面よりも上記チップユニットの上記表面側にオフセットさせて、少なくとも導体層における上記ワイヤ導体の通過位置が、上記基材表面よりも突出した状態にする足を複数、上記基材に設けたことを特徴とする。

次に、請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した構成に対し、上記ワイヤ導体を位置決めする位置決め部として、上記チップユニット及び導体層の少なくとも一方の周縁部における上記ワイヤ導体の通過位置の少なくとも一部に切欠きを形成したことを特徴とする。
次に、請求項６に記載した発明は、請求項４又は請求項５に記載した構成に対し、上記導体層における上記ワイヤ導体の通過位置に、１又は２以上の凹部を形成したことを特徴とする。

次に、請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した構成に対し、上記凹部は、スルーホールからなることを特徴とする。
次に、請求項８に記載した発明は、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載した構成に対し、上記チップユニット表面に対し上記導体層が対をなして形成され、その対をなす導体層間に跨るようにＩＣチップが実装されることを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤ導体に張力を掛けた状態で当該ワイヤ導体をチップユニット導体層に熱圧着で固定可能となる。これによって、ワイヤ導体の弛みに起因するワイヤ導体の蛇行を抑えることが可能となる。この結果、チップユニット導体層へのワイヤ導体の接続信頼性が向上する。

本発明に基づく実施形態に係るタグ用基板を示す平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 基材に対するチップユニットの配置を説明する図である。 チップユニットを説明する平面図である。 基材とチップユニットとの関係を示す図である。 ＩＣチップの実装を説明する図である。 チップユニットを上方に張り出させる別の例を説明する図である。 チップユニットを上方に張り出させる別の例を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るチップユニットを説明する平面図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るワイヤ導体の熱圧着を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るチップユニットの別の例を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るチップユニットの別の例を説明する図である。 本発明に基づく第３実施形態に係るチップユニットを説明する平面図である。 本発明に基づく第３実施形態に係るワイヤ導体の熱圧着を説明する図である。 熱圧着後のワイヤ導体を説明する断面図である。 ワイヤ導体の描画を説明する図である。 ワイヤ導体の熱圧着を説明する図である。 ＩＣチップの超音波実装を説明する図である。 ワイヤ導体を弛ませて描画する状態を説明する図である。

次に、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
「第１実施形態」
本実施形態では、モジュール基板として、図１に示すような、ＩＣカードなどに適用されるタグ用基板を例にして説明する。
「タグ用基板（モジュール基板）」
本実施形態のタグ用基板１は、図１及び図２に示すように、基材２と、チップユニット３と、ワイヤ導体５と、チップユニット３に搭載するＩＣチップ４とを備える。

基材２は、平板形状となっていると共に、上質紙や樹脂など少なくとも表層が非導体物質からなる。その基材２表面には、塗布等によって粘着材層としての熱可塑性樹脂層８が設けられている。その基材２には、図３のように、上記チップユニット３と略同形の開口２ａが形成されていて、その開口２ａにチップユニット３が嵌め込まれるようにして配置される。

チップユニット３は、ＦＲ−４、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮに代表される樹脂などの非導体物質から板状に構成される。そのチップユニット３の表面（上面）と裏面（下面）のうち、少なくとも表面には、図４のように。一対の導体層７が形成されている。導体層７は、Ｃｕ、Ａｌ等の導体物質で構成されている。図４中、破線Ｂは、ＩＣチップ実装部の位置を示す。

各導体層７はそれぞれ、図４に示すように、接合パッド部７Ａと実装部７Ｂとを備える。接合パッド部７Ａは、ワイヤ導体５を接続するための部分である。実装部７Ｂは、ＩＣチップ４を実装する部分である。本実施形態の対を成す導体層７は、図４に示すように、平面視において（チップユニット３の表面に直交する方向（厚さ方向）からみて）、左右対称に形成され、所定のスリット９を挟んで各実装部７Ｂが対向配置し、その左右両側にそれぞれ長方形形状の接合パッド部７Ａが形成されている。接合パッド部７Ａは、上記スリット９と同方向に長辺を向けて配置している。これによって、対を成す導体層７は、スリット９（以下、ＩＣスリット９）で物理的に分離した２つの領域を形成する。

そして、本実施形態では、図５に示すように、導体層７を含むチップユニット３の総厚みａを、ワイヤ導体５を描画する基材２の厚みｂ（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く）よりも厚くなるように調整している。なお、ＩＣカード用のタグ用基板として採用する場合には、上記総厚みａと基材２の厚みｂの差は０．２ｍｍ以下に収めるのが好ましい。
その導体層７が形成されたチップユニット３は、上記基材２に形成した開口２ａに嵌め込むように配置されると共に、図１に示すように、基材２上にワイヤ導体５が描画固定によって配設されてコイル状若しくはダイポール状のアンテナが形成される。また、アンテナの左右両側がそれぞれ、上記チップユニット３上の各導体層７上を通過するように描画されると共に、そのワイヤ導体５は各導体層７に熱圧着で固定されている。また、一対導体層７の実装部７Ｂ間に跨るようにＩＣチップ４が超音波によって実装されている。

「製造方法」
基材２に形成した開口２ａに対し、図５のように、一対の導体層７が形成されたチップユニット３を嵌め込むように配置する。
次に、基材２表面に対し、描画ヘッドからワイヤ導体５を送り出しながら、描画ヘッドによって基材２の上面に塗布された熱可塑性樹脂層８を溶融させることで、基材２表面に対して、目的とするアンテナ形状にワイヤ導体５を描画しつつ固定する。このとき、基材２の開口２ａに配置したチップユニット３上においても、描画ヘッドからワイヤ導体５を送り出して、各導体層７の接合パッド部７Ａ上を通過するようにワイヤ導体５を描画する。その後、チップユニット３位置では、熱圧着ヘッドでワイヤ導体５を導体層７に押し付け熱圧着することで、ワイヤ導体５を導体層７に固定する。これによってワイヤ導体５が配設される。

このとき、平坦な台に開口２ａにチップユニット３を配置した基材２を載置した状態では、図５に示すように、本実施形態では導体層７を含むチップユニット３の総厚みａが基材２の厚みよりも厚いことから、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりも、チップユニット３及び導体層７のうち少なくとも導体層７が上方に突出した状態となっている。このため、ワイヤ導体５を開口２ａを横断するように送り出して描画すると、ワイヤ導体５は、チップユニット３の導体層７上を弛み無く張力が掛かった状態で描画される。これによって、チップユニット３上におけるワイヤ導体５の弛みに起因するワイヤの蛇行が解消される。

次に、対をなす導体層７の各実装部７Ｂに跨るようにＩＣチップ４を配置する。また、図６に示すように、台２０に形成した穴から真空引きすることで、基材２及びチップユニット３を台２０に吸着固定した状態とする。この状態で、ＩＣチップ４に上側から超音波実装ヘッド２３を当接して超音波を付与することで、ＩＣチップ４を一対の実装部７Ｂに接合して固定する。

このように、ＩＣチップ４をチップユニット３上に超音波実装する際にも、導体層７を含むチップユニット３の総厚みａが基材２の厚みよりも厚いことから、上記チップユニット３の吸着・固定を十分に行うことが可能となる。すなわち、チップユニット３の裏面（下面）を台２０に密着するように吸着した状態で、ＩＣチップ４の実装を確実に行うことができる。

ここで、上記実施形態では、導体層７を含むチップユニット３の総厚みａを基材２の厚みよりも厚くすることで、導体層７上を横切るように描画したワイヤ導体５を熱圧着を行う際に、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりもチップユニット３及び導体層７が上方に突出した状態を実現している。導体層７上を横切るように描画したワイヤ導体５を熱圧着を行う際に、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりもチップユニット３及び導体層７が上方に突出した状態とする手段は、これに限定されない。
例えば、図７に示すように、描画後にチップユニット３部分を載置する台部分２０ａを張り出した形状、若しくは上方に変位させるような機構を設けるなどによって、ワイヤ導体５を熱圧着を行う際に、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりもチップユニット３及び導体層７が上方に突出した状態としても良い。

また、図８に示すように、基材２の下面側に開口２ａ側に突出する足２ｂを複数設け、その足２ｂの上にチップユニット３を載せることで、チップユニット３及び導体層７を基材２の上面よりも上方に突出した状態としても良い。この場合、ワイヤ導体５の熱圧着やＩＣチップ４の実装が完了したら、上記足２ｂを折るなどして撤去しても良い。
ここで、上記実施形態では、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりもチップユニット３及び導体層７が上方に突出した状態としているが、導体層７部分だけが、基材２の上面（熱可塑性樹脂層８の厚みは除く。）よりも突出した状態であっても良い。

「第２実施形態」
次に、第２実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様である。但し、図９に示すように、チップユニット３の周縁部に対し、位置決め部としての切欠き１１を形成した点が異なる。
すなわち、本実施形態では、上記チップユニット３の周縁部における上記ワイヤ導体５の通過位置（チップユニット３の辺とワイヤ導体５の描画位置とが交差する部分）に、上記ワイヤ導体５を位置決めしてその位置に規制するための切欠き１１を形成した。切欠き１１の最大幅は、ワイヤ導体５の直径よりも大きいことが好ましい。

上記のようにチップユニット３上にワイヤ導体５を描画する際に、チップユニット３及び導体層７が突出していることから、チップユニット３の導体層７にワイヤ導体５を熱圧着する際にワイヤ導体５に張力が掛かるとともに、図１０のように、ワイヤ導体５が切欠き１１に嵌っていることから、ワイヤ導体５の位置決めが向上、つまりチップユニット３上におけるワイヤ導体５の位置を安定化させることができる。この結果、熱圧着ヘッド２１とワイヤ導体５との位置がずれることによる熱圧着不良の発生を減らすことができる。

ここで、例えば図１１（ｂ）や図１２（ｂ）のようにワイヤ導体５を描画して配線する場合には、図１１（ａ）や図１２（ａ）のようにチップユニット３におけるワイヤ導体５が横切る位置に切欠き１１を設ければよい。このような配線形状とすることで、固定点が増加して、チップユニット３に対するワイヤ導体５の接合力を強くすることが可能となる。
ここで、上記実施形態では、ワイヤ導体５が横切る位置の全てに切欠き１１を形成したが、ワイヤ導体５が横切る位置のうちの一部についてだけ切欠き１１を形成しても良い。

また、上記実施形態では、チップユニット３にだけ切欠き１１を形成する場合を例示しているが、導体層７の周縁部にも切欠き１１を形成しても良い。また、導体層７の辺におけるワイヤが横切る位置だけに切欠き１１を形成しても良い。基材２から突出する部分が導体層７だけの場合には、導体層７だけに位置決め部としての切欠き１１を形成すればよい。
また、位置決め部の構成は切欠き１１に限定されない。配置されたワイヤ導体５が位置決めされて横方向に変位し難くなっていればよい。例えばチップユニット３上を通過するワイヤ導体５の描画位置の両側部分に対をなす凸部を形成し、その一対の凸部の間にワイヤ導体５を位置決めするようにしても良い。
その他の構成及び効果は上記第１実施形態と同様である。

「第３実施形態」
本実施形態の基本構成は、上記第２実施形態と同様である。ただし、導体層７の位置に、図１３のように、凹部としての複数のスルーホール２２を形成した点が異なる。
上記するスルーホール２２は、ワイヤ導体５が通過する位置であって、熱圧着ヘッド２１で圧着する位置に形成しておく。
ここで、スルーホール２２内面は、銅などの導体によって鍍金されている。このスルーホール２２の径は、ワイヤ導体５の径以下であることが好ましい。

本実施形態では、図１４のように、熱圧着ヘッド２１でワイヤ導体５を導体層７に向けて熱圧着する際に、図１５のように、熱圧着時に変形したワイヤ導体５の部分５ａがスルーホール２２内部にも入り込む。この結果、チップユニット３とワイヤ導体５との接合部における、せん断強度を高めることができ、両者の接続の信頼性が向上する。
特に、スルーホール２２内の鍍金が熱圧着時の熱によって一時的に溶融してワイヤ導体５と一体化することで、より強固に接合させて、上記せん断強度をより高めることが可能となる。

また、スルーホール２２の径をワイヤ導体５の径以下とすることで、スルーホール２２の開口２ａ断面全周でワイヤ導体５が当接するようにワイヤ導体５の部分５ａが入り込んで（円柱状の入り込んで）、より強固に固定される。なお、スルーホール２２の径をワイヤ導体５の径よりも大きい場合には、スルーホール２２の穴に当接している部分でのみワイヤ導体５が変形するため、スルーホール２２の径をワイヤ導体５の径以下とする場合に比べて接合強度が弱くなる。
また、凹部は、スルーホール２２のような貫通孔でなくても良い。また、凹部の形状は、上面視円形である必要も無い。

１ タグ用基板（モジュール基板）
２ 基材
２ａ 開口
３ チップユニット
４ ＩＣチップ
５ ワイヤ導体
５ａ 部分
７ 導体層
７Ａ 接合パッド部
７Ｂ 実装部
８ 熱可塑性樹脂
２２ スルーホール

Claims (8)

1. 基材に形成された開口に、表面に導体層が形成されたチップユニットを配置した状態で、上記導体層上を通過するようにして上記開口を横断する形でワイヤ導体が描画され且つそのワイヤ導体を上記導体層に熱圧着するワイヤ導体の配設方法であって、
   上記開口に上記チップユニットを配置した際に、上記チップユニットにおける上記ワイヤ導体の通過位置を上記基材表面よりも突出した状態に、当該チップユニットを支持する支持手段を備え、その支持手段によって上記チップユニットを支持させた状態で、上記描画及び上記熱圧着を行い、
   上記支持手段は、上記チップユニットの上記表面とは反対側の裏面を、上記基材の表面とは反対側の裏面よりも上記チップユニットの上記表面側にオフセットするように支持し、
   上記ワイヤ導体を位置決めする位置決め部として、上記チップユニットの周縁部における、上記ワイヤ導体が通過する位置に切欠きを形成したことを特徴とするワイヤ導体の配設方法。
2. 上記導体層における上記ワイヤ導体の通過位置に、１又は２以上の凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載したワイヤ導体の配設方法。
3. 上記チップユニット表面に対し上記導体層が対をなして形成され、その対をなす導体層間に跨るようにＩＣチップを実装することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載したワイヤ導体の配設方法。
4. 基材に形成された開口に、表面に導体層が形成されたチップユニットが配置された状態で、上記導体層上を通過するようにして上記開口を横断する形でワイヤ導体が描画され且つそのワイヤ導体を上記導体層に熱圧着することで導体層とワイヤ導体が電気的に接続されるモジュール基板であって、
   上記開口側に突出することで上記チップユニットの上記表面とは反対側の裏面を支持して、上記チップユニットの裏面を、上記基材の表面とは反対側の裏面よりも上記チップユニットの上記表面側にオフセットさせて、少なくとも導体層における上記ワイヤ導体の通過位置が、上記基材表面よりも突出した状態にする足を複数、上記基材に設けたことを特徴とするモジュール基板。
5. 上記ワイヤ導体を位置決めする位置決め部として、上記チップユニット及び導体層の少なくとも一方の周縁部における上記ワイヤ導体の通過位置の少なくとも一部に切欠きを形成したことを特徴とする請求項４に記載したモジュール基板。
6. 上記導体層における上記ワイヤ導体の通過位置に、１又は２以上の凹部を形成したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載したモジュール基板。
7. 上記凹部は、スルーホールからなることを特徴とする請求項６に記載したモジュール基板。
8. 上記チップユニット表面に対し上記導体層が対をなして形成され、その対をなす導体層間に跨るようにＩＣチップが実装されることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載したモジュール基板。

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