JP5958670B2 - 無線通信デバイス及び無線通信用モジュールの製造方法 - Google Patents

無線通信デバイス及び無線通信用モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信デバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線通信デバイス及び該無線通信デバイスを構成する無線通信用モジュールの製造方法に関する。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品に付された所定の情報を記憶したＩＣタグ（以下、無線通信デバイスと称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＲＦＩＤシステムに使用される無線通信デバイスでは、その用途に応じて様々な形状のアンテナが用いられている。アンテナの形状が変わると、無線ＩＣチップから見たときのアンテナのインピーダンスも変わるため、アンテナの形状に応じてインピーダンスマッチング回路を設計しなければならない。
一般的な無線通信デバイスにおいて、インピーダンスマッチング回路は、アンテナ素子が設けられた基材フィルム上に設けられている。即ち、適切な素子値を有するインダクタやコンデンサなどのチップ部品を実装して、あるいは、基材フィルム上に適切な素子値を有するインダクタやコンデンサなどをパターンとして形成して、インピーダンスマッチング回路を組んでいる。
しかしながら、無線通信デバイスは、様々な物品に貼り付けられ、その使用環境も様々である。そのため、アンテナ素子と同じ基材フィルムにインピーダンスマッチング回路が組まれると、物品の種類（特に、その比誘電率）や使用環境によっては、インピーダンスマッチング回路が影響を受ける。その結果、インピーダンスがずれてしまい、損失が増加（通信距離が低下）してしまう不具合を有している。
そこで、特許文献１には、アンテナが設けられたフィルムとは別の多層基板の内部にインピーダンスマッチング回路を組み込み、この多層基板をアンテナに搭載する、といった手法が記載されている。確かに、この手法によれば、インピーダンスマッチング回路が外部環境の影響を受けにくくなる。しかしながら、アンテナの形状は様々であり、アンテナの形状に応じて複数の多層基板を用意しなければならず、つまり、多層基板のラインナップを増やす必要があり、多層基板の設計上の手間、在庫管理の手間が増えてしまう。
特に、インピーダンスマッチング回路を無線ＩＣチップの再配線層にて構成する場合、無線ＩＣチップの使い回しができないので、生産管理や在庫管理の難易度が高くなる。
特許第４５６１９３２号公報
本発明の目的は、種々のアンテナに対応できるインピーダンスの異なる多品種の無線通信デバイスを提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々のアンテナに対応できるインピーダンスの異なる他品種の無線通信用モジュールを効率的に製造できる製造方法を提供することにある。
本発明の第１の形態である無線通信デバイスは、
第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備えた無線通信用モジュールと、
前記無線通信用モジュールが搭載されるとともにアンテナ素子が形成されたアンテナ基材と、
を備えた無線通信デバイスであって、
前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
前記第１面内導体の前記第１積層型コイル導体への接続位置および前記第２面内導体の前記第２積層型コイル導体への接続位置を選択することによって、前記無線ＩＣチップの前記第１および第２入出力端子から見たときの前記アンテナ素子側のインピーダンスが決定されている。
前記無線通信デバイスにあっては、無線ＩＣチップの主面に形成された再配線層や多層基板にインピーダンスマッチング回路が形成される。この場合、端子電極を複数のループ状導体のいずれかに層間導体を介して接続する位置を選択することにより、アンテナ素子側のインピーダンスが設定されることになる。つまり、基本的には同じ形態の積層型コイル導体であって、端子電極との接続位置を選択することによって、複数のインピーダンスを有する無線通信デバイスを得ることができる。しかも、インピーダンスマッチング回路は再配線層や多層基板に形成されるため、外部環境によってインピーダンス特性が左右されにくくなる。
本発明の第２の形態である無線通信用モジュールの製造方法は、
前記無線通信用モジュールは、第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備え、
前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
前記製造方法は、
一つのウエハ内に、前記端子電極と前記ループ状導体との接続位置が異なる複数種類の無線通信用モジュールを形成すること、
を特徴とする無線通信用モジュールの製造方法。
前記製造方法においては、一つのウエハ内に、端子電極と複数のループ状導体のいずれかとの接続位置が異なる複数種類の無線通信用モジュールが形成される。つまり、他品種少量生産に適合している。また、一つのウエハ内には、基本的には同じ形態の積層型コイル導体を形成するため、接続位置が異なるものであっても、再配線層等はほぼ同様の導体密度を持っており、ウエハに反りやうねりが生じにくく、効率よく製造することができる。
本発明の第３の形態である無線通信デバイスは、
第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備えた無線通信用モジュールと、
前記無線通信用モジュールが搭載されるとともにアンテナ素子が形成されたアンテナ基材と、
を備えた無線通信デバイスであって、
前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
前記第１および第２面内導体は、それぞれ前記第１および第２積層型コイル導体の中途位置に接続されている。
本発明によれば、種々のアンテナに対応できるインピーダンスの異なる多品種の無線通信デバイスを効率よく得ることができる。
本発明の基本形態を示す説明図である。 インピーダンスマッチング回路を示す等価回路図である。 インピーダンスマッチング回路の動作を説明するための模式図である。 第１のパターン例を再配線層ごとに示す説明図である。 第２のパターン例を再配線層ごとに示す説明図である。 第３のパターン例を再配線層ごとに示す説明図である。 パターンごとのインピーダンスを示すスミスチャート図である。 パターンごとのインピーダンスを示すスミスチャート図である。 一つのウエハ内に形成されるパターンを示す説明図である。 物品を示す斜視図及びその一部の拡大図である。 第１実施例である無線通信デバイスを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 第１実施例である無線通信デバイスの物品への搭載形態を示す断面図である。 第２実施例である無線通信デバイスを示す断面図である。 第２実施例である無線通信デバイスの物品への搭載形態を示す断面図である。 再配線層に設けたインダクタンス素子の作用を示す説明図であり、（Ａ）は実施例を示し、（Ｂ）は比較例を示す。 無線通信デバイスの別の構成例であって、多層基板を用いた例を示す模式図である。
以下、本発明に係る無線通信デバイス及び無線通信用モジュールの製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施例において共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、本発明の基本形態について図１を参照して説明する。図１において、無線通信用モジュール２０は、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップ２１と、無線ＩＣチップ２１の主面に形成され、無線ＩＣチップ２１に接続（接続部Ｐ１，Ｐ２）されたインピーダンスマッチング回路２９を有する再配線層２２と、を備えている。インピーダンスマッチング回路２９は、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む少なくとも一つの積層型コイル導体（以下、インダクタンス素子Ｌと記す）を有している。再配線層２２の表面には、複数のループ状導体のいずれかに層間導体２８を介して接続された端子電極２６が配置されている。そして、端子電極２６とループ状導体との接続位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを選択することによってアンテナ素子側のインピーダンスが変更可能である。
より具体的には、図２に示すように、無線ＩＣチップ２１は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤ信号を処理するための半導体集積回路素子であり、必要な情報がメモリされており、情報の書き換えも可能である。インピーダンスマッチング回路２９は、平面視で隣接配置されたコイル状のインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２及びＬ３，Ｌ４を含んでいる。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２はそれぞれインダクタンス素子Ｌ３，Ｌ４と直列に接続され、素子Ｌ１とＬ２、素子Ｌ３とＬ４とは磁界が同相であり、素子Ｌ１とＬ３、素子Ｌ２とＬ４とは磁界が同相である。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の一端は無線ＩＣチップ２１の入出力端子に接続されている（接続部Ｐ１，Ｐ２）。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ３の接続部と、インダクタンス素子Ｌ２，Ｌ４の接続部は、それぞれ、端子電極２６（接続部Ｐ３，Ｐ４）を介して接続電極３１Ａ，３１Ｂの一端に接続されている。接続電極３１Ａ，３１Ｂはここでは図示されていない放射導体に接続される。
無線通信用モジュール２０は、ＩＣパッケージ、さらに具体的に言うとＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）として構成され、厚み１００〜１５０μｍの無線ＩＣチップ２１に対して、再配線層２２は、例えば１００μｍの厚みとされている。この再配線層２２は、典型的には、薄膜微細加工プロセス（エッチング、フォトリソグラフィ）によって形成されている。再配線層２２においてインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を形成する導体パターンは、例えば銅であり、各層間絶縁層（レイヤー）は、ポリイミドなどの有機物、ＳｉＯ2などの無機物で５〜１０μｍの厚みで形成されている。
ここで、図３を参照して、インピーダンスマッチング回路２９の動作について、好ましい例を説明する。
それに先立ち、インピーダンスマッチング回路２９のより詳細な構成について説明する。まず、インピーダンスマッチング回路２９において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は互いに対称な形状を、インダクタンス素子Ｌ３，Ｌ４は互いに対称な形状を有する。即ち、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ３は互いに同方向に巻回され、インダクタンス素子Ｌ２，Ｌ４は互いに同方向に巻回されるが、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ３の巻回方向は、インダクタンス素子Ｌ２，Ｌ４の巻回方向とは逆向きになっている。
また、接続電極３１Ａには、例えばダイポールアンテナをなす一対の放射導体の一方３６Ａが接続され、接続導体３１Ｂには、他方の放射導体３６Ｂが接続される。ここで、無線ＩＣチップ２１が処理するＵＨＦ帯のＲＦ信号の中心周波数をｆ０とすると、放射導体３６Ａ，３６Ｂそれぞれの電気長は、λ０／４に所定長足りない長さを有する。ここでλ０は、ｆ０に相当する波長である。
また、無線ＩＣチップ２１は、より具体的には、ＲＦ信号として、図３（Ａ）に示すように、周波数ｆ０の正相信号（＋）を接続部Ｐ１から出力し、その逆相信号（−）を接続部Ｐ２から出力する。また、無線ＩＣチップ２１内の浮遊容量等と、インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４とにより、共振周波数が概ねｆ０の並列共振回路を構成する。この場合、素子Ｌ１，Ｌ３の接続位置の電位と、素子Ｌ２，Ｌ４と接続位置（つまり、上記接続位置Ａ〜Ｄのいずれか）の電位は、逆極性で同じ絶対値となる。したがって、放射導体３６Ａ，３６Ｂも同様の電位となるため、これらの間に電界が形成されて、電波が放射される。この場合、図３（Ａ）に示すように、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ３には共通の磁束φ１３が生じ、インダクタンス素子Ｌ２，Ｌ４にも共通の磁束φ２４が生じる。
それに対し、接続端子Ｐ３，Ｐ４に定在波が生じる周波数ｆ１では、図３（Ｂ）に例示するように、接続部Ｐ３で電位（＋）が生じ、接続部Ｐ４で、電位（＋）と逆極性で同じ絶対値の電位（−）が生じる。そして素子Ｌ１，Ｌ３には逆向きの電流が流れ、磁束φ１、φ３は逆向きとなる。同様に素子Ｌ２，Ｌ４間でも逆相の電流が流れ、磁束φ２、φ４も逆向きとなる。また素子Ｌ３，Ｌ４の間の電流強度が最大となり、磁束φ３、φ４が同方向に発生する。
この場合、素子Ｌ３，Ｌ４と、接続端子Ｐ３，Ｐ４間の浮遊容量に加えて、素子Ｌ３，Ｌ４と磁界結合している素子と無線ＩＣチップ内の浮遊容量の直列回路のリアクタンス成分（ｆ１の周波数では素子Ｌ１，Ｌ２と無線ＩＣチップ２１内の浮遊容量は直列共振しておらず、コンデンサ成分に見える。）が容量成分となり、接続端子Ｐ３，Ｐ４間に並列共振回路が形成される。ここで、この並列共振回路の共振周波数は、ｆ０よりも高いｆ１となる。これは素子Ｌ３は素子Ｌ１と磁界結合し、素子Ｌ４は素子Ｌ２と磁界結合するため、磁界が打ち消しあいＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とも周波数ｆ０より小さなインダクタンス値となるためである。この素子Ｌ３とＬ１の磁界結合および素子Ｌ２とＬ４の磁界結合を大きくすることで、共振周波数ｆ０と共振周波数ｆ１の周波数間を広くすることができる。
つまり素子Ｌ１，Ｌ３およびＬ２，Ｌ４が磁界結合していない場合の、無線ＩＣチップの浮遊容量と素子Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４の並列共振による周波数ｆ０と、無線ＩＣチップの浮遊容量とＬ１＋Ｌ２の並列共振による共振周波数ｆ１の周波数の差に比べ、図３のように磁界結合している場合は、Ｌ１とＬ３間の相互インダクタンスＭ１３および、Ｌ２とＬ４間の相互インダクタンスＭ２４が磁界を強めあう方向に働くか磁界を弱めあう方向に働くかにより、インダクタンス素子値を変化させるので、共振周波数ｆ０と共振周波数ｆ１間の周波数の差を大きくする。つまり広帯域なマッチング回路が形成できる。
また素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は磁界結合がない場合より、小さなインダクタンス値で作ることができる。これにより小型化だけでなくインダクタンスのＱ特性の向上もできる。
一方、この図３において、素子Ｌ３と素子Ｌ４は巻線軸を別にすることで磁界結合を小さくする構造にしている。これは接続端子Ｐ３，Ｐ４端子はそれぞれ放射導体につながるので、放射素子の電気長（全体として電気長がλ/２の場合に最も放射特性が高くなる）の一部となり、上記の相互インダクタンスの影響で放射導体の電気長が大きく変化することを防ぐためである。これにより放射導体の放射特性と広帯域マッチング素子の特性を、それぞれ分離することができる。
以上の通り、無線通信用モジュールでは、インピーダンスマッチング回路２９を用いて、周波数ｆ０，ｆ１で流れられる電流の異なる二つのモードを有する複共振回路が構成されるため、放射導体３６Ａ，３６Ｂの電気長に大きく依存することなく、放射利得の大きく広帯域なＲＦ信号を送受可能な無線通信用モジュールを提供することが可能となる。換言すると、無線ＩＣチップ２１およびインピーダンスマッチング回路２９を使えば、放射導体３６Ａ，３６Ｂの電気長が通信距離に影響を及ぼさないため、放射導体３６Ａ，３６Ｂの設計が容易になる。
再配線層２２に形成されるループ状導体のパターン例は種々のものが考えられるが、主な例として第１のパターン例を図４に、第２のパターン例を図５に、第３のパターン例を図６に示す。なお、これらのパターン例において再配線層２２はいずれも第１層２３Ａから第６層２３Ｆの積層構造とされている。
図４に示す第１のパターン例は、引回し導体２４Ａ，２４Ｂを有する第６層２３Ｆが無線ＩＣチップ２１の能動層面上に形成され、その上に引回し導体２４Ｃ，２４Ｄを有する第５層２３Ｅが形成される。さらに、ループ状導体２５Ａ，２５Ｂが平面視で左右に隣接した第４層２３Ｄと、ループ状導体２５Ｃ，２５Ｄが平面視で左右に隣接した第３層２３Ｃと、ループ状導体２５Ｅ，２５Ｆが平面視で左右に隣接した状態で第２層２３Ｂとが、この記載順で積層される。ここで、ループ導体２５Ａ，２５Ｂの途中位置には、面内導体２１０Ａ，２１０Ｂの一方端が接続される。かかる面内導体２１０Ａ，２１０Ｂは第４層２３Ｄ上に引き出されて終端する。面内導体２１０Ａの他方端は、少なくとも層間接続体２１１Ａ〜２１３Ａを介して，端子電極２６Ａに接続される。同様に、面内導体２１０Ｂは、少なくとも層間接続体２１１Ｂ〜２１３Ｂを介して端子電極２６Ｂに接続される。ループ状導体２５Ａ，２５Ｂにおいて引回し導体２４Ｃ，２４Ｄと接続される部分から、面内導体２１０Ａ，２１０Ｂと接続される部分までがインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を形成する。ループ状導体２５Ａの残りの部分と、ループ導体２５Ｃ，２５Ｅとがインダクタンス素子Ｌ３を形成し、ループ状導体２５Ｂの残り部分と、ループ導体２５Ｄ，２５Ｆとがインダクタンス素子Ｌ４を形成する。最終層として端子電極２６Ａ，２６Ｂを有する第１層２３Ａが形成される。
端子電極２６Ａは、接続電極３１Ａの一端に接続されるものであり、上記の層間導体２１３Ａ〜２１１Ａと、面内導体２１０Ａとを介して素子Ｌ１を形成するループ状導体２５Ａに接続されている。端子電極２６Ｂは、接続電極３１Ｂの一端に接続され、上記の層間導体２１３Ｂ〜２１１Ｂと、面内導体２１０Ｂとを介して素子Ｌ２を形成するループ状導体２５Ｂに接続されている。また、ループ状導体２５Ａ，２５Ｂは引回し導体２４Ａ〜２４Ｄや層間導体を介して接続部Ｐ１，Ｐ２にて無線ＩＣチップ２１の入出力端子に接続されている。素子Ｌ３，Ｌ４を形成するループ状導体２５Ｃ〜２５Ｆの一端は第４層２３Ｄで素子Ｌ１，Ｌ２を形成するループ状導体２５Ａ，２５Ｂと接続され、他端は第２層２３Ｂの接続部２７で互いに接続されている。
図５に示す第２のパターン例では、第３層２３Ｃに形成したループ状導体２５Ｃの途中位置から面内導体２１０Ｃが引き出されて、層間導体２１１Ｃ，２１２Ｃを介して端子電極２６Ａに接続される。同様に、第３層２３Ｃ上のループ導体２５Ｄの途中位置から面内導体２１０Ｄが引き出され、層間導体２１１Ｄ，２１２Ｄを介して端子電極２６Ｂに接続される。このように、第２のパターン例では、ループ状導体２５Ｃ，２５Ｄの一部をさらに使ってインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を形成するようにしたもので、他の構成は前記第１パターン例と基本的に同様である。
図６に示す第３のパターン例では、第２層２３Ｂに形成したループ状導体２５Ｅ，２５Ｆの途中位置から面内導体２１０Ｅ，２１０Ｆが引き出されて、層間導体２１１Ｅ，２１１Ｆを介して端子電極２６Ａ，２６Ｂに接続される。このように、第３のパターン例では、ループ状導体２５Ｅ，２５Ｆの一部を更に使ってインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を形成するようにしたもので、他の構成は前記第２パターン例を基本的に同様である。
前記第１、第２及び第３のパターン例において、端子電極２６Ａ，２６Ｂと接続されるループ状導体は第１パターン例が最も無線ＩＣチップ２１から離れており、接続部Ｐ３，Ｐ４間のインピーダンス特性は図７（Ａ）に示すとおりである。ここでは、素子Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ４ｎＨとし、素子Ｌ３，Ｌ４をそれぞれ１５ｎＨとした。端子電極２６Ａ，２６Ｂと接続されるループ状導体が無線ＩＣチップ２１に対して最も近いのは第３のパターン例であり、接続部３１Ａ，３１Ｂ間のインピーダンス特性は図７（Ｂ）に示すとおりである。ここでは、素子Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ１５ｎＨとし、素子Ｌ３，Ｌ４をそれぞれ４ｎＨとした。第２のパターン例は端子電極２６Ａ，２６Ｂと接続されるループ状導体が第１及び第２のパターン例の中間にあり、接続部Ｐ３，Ｐ４間のインピーダンス特性は図８（Ａ），（Ｂ）に示すとおりである。ここでは、素子Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ９ｎＨとし、素子Ｌ３，Ｌ４をそれぞれ１０ｎＨとした。そして、いずれのパターン例においても、無線ＩＣチップ２１（接続部Ｐ１，Ｐ２間）のインピーダンスは同じであり、変化しない。
以上の構成からなる再配線層２２は、図９に示すように１枚のウエハ５０に形成される。ウエハ５０には予め無線ＩＣチップ２１がマトリクス状に形成されており、その表面（能動層面）に再配線層２２が例えば薄膜微細加工プロセスで形成される。この場合、領域Ａには第１のパターン例が形成され、領域Ｂには第２のパターン例が形成され、領域Ｃには第３のパターン例が形成される。このように、領域Ａ，Ｂ，Ｃごとに第１、第２及び第３のパターン例を形成することにより、全領域（一つのロット）において均質な再配線層２２が得られる。
つまり、他品種少量生産の場合、一つのウエハ内で導体密度の濃淡が異なる領域ごとに再配線層を形成することになるが、これでは、ウエハにそりやうねりが生じる。本実施例では、一つのウエハ５０内に、基本的には同じ形態の積層型コイル導体を形成するため、接続位置が異なる第１、第２及び第３のパターン例であっても、再配線層２２はほぼ同様の導体密度を持っており、ウエハ５０に反りやうねりが生じにくい。それゆえ、無線通信用モジュール２０を効率よく製造することができる。
次に、前記無線通信用モジュール２０を使用した無線通信デバイスについて説明する。図１０に示す包装箱１はダンボールからなり、表面の一部、図１０における正面側左下部分に無線通信デバイス１１が設けられている。無線通信デバイス１１は、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、無線通信用モジュール２０と、一対の接続電極３１Ａ，３１Ｂを備えたフレキシブルな基板（以下、キャリアフィルム３０と記す）と、放射導体４１Ａ，４１Ｂ（図１０参照）とで構成されており、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤタグとして機能する。
無線通信用モジュール２０は、前記再配線層２２を有する無線ＩＣチップ２１からなり、キャリアフィルム３０上に搭載されている。一対の接続電極３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ略帯状をなし、一端が前記インピーダンスマッチング回路（給電回路）２９に接続され（接続部Ｐ３，Ｐ４）、他端は開放端とされている。放射導体４１Ａ，４１Ｂは、前記包装箱１の表面に直接パターニングされており、キャリアフィルム３０が貼着されている。詳しくは、放射導体４１Ａ，４１Ｂの一端がそれぞれ接続電極３１Ａ，３１Ｂの開放側他端に接続されており、インピーダンスマッチング回路２９の共振周波数に相当する通信周波数を有する無線信号を送受信するダイポールタイプのアンテナとして機能する。
なお、接続電極３１Ａ，３１Ｂと放射導体４１Ａ，４１Ｂとの接続関係は、直接的な電気的接続、容量を介しての接続、磁界を介しての接続、あるいは、電磁界を介しての接続のいずれであってもよい。
以上の構成からなる無線通信用モジュール２０は、図１１（Ｂ）に示すように、キャリアフィルム３０上の接続電極３１Ａ，３１Ｂの一端にはんだ３２を介して接続され、接続電極３１Ａ，３１Ｂ上にははんだ３２を含めてレジスト層３３によって被覆され、第１実施例としての無線通信デバイス１１が構成される。この無線通信デバイス１１は、図１２に示すように、包装箱１の表面にパターニングされた放射導体４１Ａ，４１Ｂの一端にキャリアフィルム３０が接着剤層４２を介して貼着される。
従って、接続電極３１Ａ，３１Ｂと放射導体４１Ａ，４１Ｂとは接着剤層４２とキャリアフィルム３０とを介して容量結合される。図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）は放射導体４１Ａ，４１Ｂで受信され、該放射導体４１Ａ，４１Ｂと容量結合している接続電極３１Ａ，３１Ｂを介して給電回路２９を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ２１に供給する。つまり、放射導体４１Ａ、インダクタンス素子Ｌ３、インダクタンス素子Ｌ４、接続電極３１Ｂ、放射導体４１Ｂにて、電気長λ／２のアンテナが構成されている。このアンテナに流れる信号電流は、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で構成されるループ部にて構成されたインピーダンスマッチング回路２９を介して、無線ＩＣチップ２１に供給される。一方、無線ＩＣチップ２１はこの受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源としてメモリされている情報を、インピーダンスマッチング回路２９にて所定の周波数に整合させ、接続電極３１Ａ，３１Ｂを介して放射導体４１Ａ，４１Ｂに送信信号を伝え、放射導体４１Ａ，４１Ｂからリーダライタに送信する。
前記無線通信デバイス１１においては、インピーダンスマッチング回路２９が無線ＩＣチップ２１の再配線層２２に設けられて無線通信用モジュール２０を構成し、このモジュール２０が接続電極３１Ａ，３１Ｂを備えたキャリアフィルム３０に搭載され、さらに、このフィルム３０が放射導体４１Ａ，４１Ｂを備えた物品（包装箱１）に貼着されている。給電回路２９が無線ＩＣチップ２１とほぼ同面積の再配線層２２に設けられるため、モジュール２０はかなり小さく構成される。この小さなモジュール２０がそれよりもやや大きなキャリアフィルム３０に設けられた接続電極３１Ａ，３１Ｂに結合され、さらに接続電極３１Ａ，３１Ｂを備えたキャリアフィルム３０がそれよりも大きな放射導体４１Ａ，４１Ｂを備えた物品に貼着される。それゆえ、モジュール２０を接続電極３１Ａ，３１Ｂに対して精度よくかつ容易に搭載でき、かつ、接続電極３１Ａ，３１Ｂを放射導体４１Ａ，４１Ｂに対して精度よくかつ容易に搭載することができる。特に、ＵＨＦ帯で使用される無線通信デバイス１１は、ＨＦ帯で使用されるデバイスに比べて、無線ＩＣチップ２１を放射導体４１Ａ，４１Ｂに対して高い精度で実装する必要がある。本無線通信デバイス１１においては、前述のように無線ＩＣチップ２１を高い精度で実装することが可能である。
また、通信特性に大きな影響をもつインピーダンスマッチング回路２９が無線ＩＣチップ２１の再配線層２２（微小面積である）に内蔵されているため、本無線通信デバイス１１が貼着される物品の表面形状やその比誘電率などに再配線層２２が影響を受けることがなく、インピーダンスマッチング回路２９の周波数が変動するおそれがなくなる。
ここで、再配線層２２に配置されたインダクタンス素子の構造上の特徴点につき説明する。図１５（Ａ），（Ｂ）は、再配線層２２の内部におけるコイル状のインダクタンス素子Ｌを模式的に示しており、図１５（Ｂ）に示す比較例のようにインダクタンス素子Ｌを二つの接続電極３１Ａ，３１Ｂを跨ぐように形成すると、本来必要な容量Ｃ１，Ｃ２以外に、接続電極３１Ａ，３１Ｂ間にも容量Ｃ３が形成されてしまう。放射導体４１Ａ，４１Ｂは開放された両端の電位差を利用したアンテナとして機能するため、容量Ｃ３が形成されてしまうと、空中に放射される電界が少なくなってしまう。
これに対して、本実施例では、図１５（Ａ）に示すように、インダクタンス素子Ｌは平面視で隣接配置され、二つの接続電極３１Ａ，３１Ｂを跨がないように形成している。これにて、接続電極３１Ａ，３１Ｂ間に容量Ｃ３がほとんど形成されなくなり、空中に放射される電界の減少を防止できる。
また、図４、図５及び図６に示したように、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ３とＬ２，Ｌ４にそれぞれ接続される端子電極２６Ａ，２６Ｂはインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４のコイル開口を実質的に塞がないように幅狭く形成されており、かつ、引出し部分（層間導体２８）がコイルの内側エリアに形成されている。大きなＬ値を有しＱ値の高いコイルパターンを形成するにはコイルパターンを形成するための大きな面積が必要となるが、再配線層２２は非常に小さい。小さい面積の再配線層２２にできるだけ大きな面積のコイルパターンを形成するには接続電極３１Ａ，３１Ｂへの引出し部分をコイルの内側エリアに設けることで可能になる。端子電極２６Ａ，２６Ｂは、インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４のコイル開口（内径領域）全てと重ならないように配置することが好ましいが、少なくとも、各インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４のコイル中心軸と重ならないように配置すればよい。
また、再配線層２２には、第５層２３Ｅ、第６層２３Ｆを間に配置して第２層２３Ｂ、第３層２３Ｃ、第４層２３Ｄにインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４を形成するようにしている。即ち、第５層２３Ｅ、第６層２３Ｆの存在によってインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４を無線ＩＣチップ２１の能動層面から極力離間させることにより、コイルのＱ値が小さくなるのを防止することができる。つまり、インダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ４を構成するコイルパターンは、実装面寄りにオフセット配置されていることが好ましい。
なお、無線通信デバイス１１が搭載される物品としては、ダンボール箱のような包装箱１以外に、パソコンや各種測定装置などの電化財、机や椅子などの家財、街灯や電柱などの公共財などはば広く選択することができる。また、包装箱１は紙ラベルやシールであってもよい。包装箱１であれば、箱の表面にＡｇなどで印刷したパターンを放射導体４１Ａ，４１Ｂとして使用できる。勿論、放射導体４１Ａ，４１Ｂとしては、ＰＥＴなどのフィルム上にアルミ箔や銅箔を所定形状にパターニングしたアンテナパターンなどを利用できる。
キャリアフィルム３０としては、例えば、ポリイミドなどの耐熱性を有するフィルムを用いることができる。接続電極３１Ａ，３１Ｂとしては、フィルム上にラミネートされたアルミ箔や銅箔などを所定形状にパターニングしたものを用いることができる。無線通信用モジュール２０を接続電極３１Ａ，３１Ｂに実装するのに前記はんだ３２以外の手段を用いてもよい。例えば、Ａｇナノ接合や超音波接合を利用してもよい。キャリアフィルム３０を放射導体４１Ａ，４１Ｂに貼着するための接着剤層４２としては、通常用いられる絶縁性接着剤であってもよいし、絶縁性両面テープを用いてもよい。
次に、第２実施例である無線通信デバイス１２を説明する。この無線通信デバイス１２は、第１実施例で示した再配線層２２を備えた無線ＩＣチップ２１を用いており、図１３に示すように、再配線層２２の接続部Ｐ３，Ｐ４（図２参照）を接続電極３１Ａ，３１Ｂにはんだ３２を介して接続し、接続電極３１Ａ，３１Ｂ上に導電性接合材３４を設けるとともに、再配線層２２の直下にアンダーフィル３５を設けたものである。その他の構成は前記第１実施例と同様である。
前記無線通信デバイス１２は、図１４に示すように、無線通信用モジュール２０を放射導体４１Ａ，４１Ｂに向けた状態で、導電性接合材３４を放射導体４１Ａ，４１Ｂに接合させる。従って、本第２実施例にあっては、接続電極３１Ａ，３１Ｂと放射導体４１Ａ，４１Ｂとは導電性接合材３４を介して直接電気的に接続される。無線通信デバイスのリーダライタとの通信状態は基本的には前記第１実施例で説明したとおりであり、その作用効果も第１実施例と同様である。特に、本第２実施例においては、キャリアフィルム３０が外側となるように放射導体４１Ａ，４１Ｂに貼着されるため、無線通信用モジュール２０の保護性能が向上する。
また、無線通信用モジュール２０に形成された再配線層２２が、無線ＩＣチップ２１を介して物品に接するため、再配線層２２が物品による浮遊容量の影響を受けにくくなり、再配線層２２のインダクタンス値も物品の金属部の影響を受けにくくなる。
なお、導電性接合材３４としては、導電性接着剤や導電性テープを用いることができる。
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線通信デバイスや無線通信用モジュールの製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、再配線層の細部の構造、接続電極や放射導体の形状などは任意である。特に、放射導体は前記実施例に示したミアンダ形状に限定するものではない。
また、無線通信用モジュール２０としては、無線ＩＣチップ２１の主面に形成された再配線層２２にインピーダンスマッチング回路２９を設けたものに限定されるものではなく、例えば、図１６に示すように、複数の基材層（例えば、樹脂やセラミックスからなる絶縁体層）を積層してなる多層基板２２'にインピーダンスマッチング回路２９を内蔵し、この多層基板２２'にはんだ等の導電性接合材２１４を介して無線ＩＣチップ２１を搭載したものであってもよい。
以上のように、本発明は、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線通信デバイスに有用であり、特に、種々のアンテナに対応できるインピーダンスの異なる多品種の無線通信デバイスを効率よく得ることができる点で優れている。
１…包装箱
１１，１２…無線ＩＣデバイス
２０…無線通信用モジュール
２１…無線ＩＣチップ
２２…再配線層
２５Ａ〜２５Ｆ…ループ状導体
２６Ａ，２６Ｂ…端子電極
２９…インピーダンスマッチング回路
４１Ａ，４１Ｂ…放射導体
Ｌ１〜Ｌ４…インダクタンス素子

Claims (7)

  1. 第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備えた無線通信用モジュールと、
    前記無線通信用モジュールが搭載されるとともにアンテナ素子が形成されたアンテナ基材と、
    を備えた無線通信デバイスであって、
    前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
    前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
    前記第１面内導体の前記第１積層型コイル導体への接続位置および前記第２面内導体の前記第２積層型コイル導体への接続位置を選択することによって、前記無線ＩＣチップの前記第１および第２入出力端子から見たときの前記アンテナ素子側のインピーダンスが決定されていること、
    を特徴とする無線通信デバイス。
  2. 前記第１および第２積層型コイル導体の各々において、積層方向に隣接する前記複数のループ状導体は、互いに同一の巻回軸および外径寸法を有していること、を特徴とする請求項１に記載の無線通信デバイス。
  3. 前記第１および第２端子電極はそれぞれ前記第１および第２積層型コイル導体のコイル開口を実質的に塞がないように配置されていること、を特徴とする請求項１または２に記載の無線通信デバイス。
  4. 前記インピーダンスマッチング回路は、前記無線ＩＣチップの主面に形成された再配線層に設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  5. 前記インピーダンスマッチング回路は、一対の放射導体が接続可能に構成されており、前記無線ＩＣチップと、前記一対の放射導体と共に、異なる複数の周波数にて共振する複共振回路をなしている、請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  6. 無線通信用モジュールの製造方法であって、
    前記無線通信用モジュールは、第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備え、
    前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
    前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
    前記製造方法は、
    一つのウエハ内に、前記端子電極と前記ループ状導体との接続位置が異なる複数種類の無線通信用モジュールを形成すること、
    を特徴とする無線通信用モジュールの製造方法。
  7. 第１および第２入出力端子を有し、ＵＨＦ帯のＲＦ信号を処理する無線ＩＣチップと、前記第１および第２入出力端子に接続されたインピーダンスマッチング回路と、を備えた無線通信用モジュールと、
    前記無線通信用モジュールが搭載されるとともにアンテナ素子が形成されたアンテナ基材と、
    を備えた無線通信デバイスであって、
    前記インピーダンスマッチング回路は、一端が前記第１入出力端子に接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第１積層型コイル導体、および、一端が前記第１積層型コイル導体の他端に、他端が前記第２入出力端子にそれぞれ接続され、複数層にわたって形成された複数のループ状導体を含む第２積層型コイル導体を有し、
    前記無線通信用モジュールの表面には、前記第１積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第１面内導体および第１層間導体を介して接続された第１端子電極、および、前記第２積層型コイル導体を構成する前記複数のループ状導体のいずれかに第２面内導体および第２層間導体を介して接続された第２端子電極が形成されており、
    前記第１および第２面内導体は、それぞれ前記第１および第２積層型コイル導体の中途位置に接続されていること、
    を特徴とする無線通信デバイス。
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