JPH05508743A - トランスポンダ装置の自動製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 トランスポンダ装置の自動製造方法 技術分野 本発明は、一般に、トランスポンダ装置の自動生産に関するものであり、とりわ け、単一テープ・リードフレーム設計及びトランスポンダをアセンブルするため のボビンを用いて、選択的サイズの受動トランスポンダ装置を自動的に製造する ための方法に関するものである。

背景技術 トランスポンダは、多年にわたって、生物及び無生物の検出及び識別に利用され てきた。最初に、オペレータは、手で持つタイプまたは他のタイプの送信１１１ １／読み取り器を利用して、トランスポンダに向けてエネルギのビームを放射す る。

このエネルギは、通常電波の形をとり、トランスポンダ装置内の小形コンデンサ または同様のエネルギ蓄積コンポーネントに充電する働きをする。やはり、トラ ンスポンダのコンポーネントである集積回路には、特定の用途に関連した識別情 報が含まれている。電磁波によって作動すると、このチップに記憶されている情 報は、電磁的に再送信され、適合する受信機が受信して、トランスポンダ装置の 搬送波を識別することができるようになっている。

トランスポンダ装置の自動生産は、かなりの困難を克服しなければならない。

例えば、サイズの縮小が望ましいので、誘導コイルとして有効に働くように、超 微細銅線をコアに巻き付ける必要がある。この銅線は、一般に、直径が数ミクロ ンしかなく、従って、手動であっても、精確に、注意して操作を行うのが困難で ある。従って、先行技術による製造方法には、比較的遅いコア巻き付は速度、及 び、集積回路表面に対する銅線端部の手動ボンディングが必要になる。従って、 扱いにくいコア銅線の適正な取扱い及び接続には、オペレータの注意及び相互作 用が必要になる。これは、とりわけ、生産時間の損失、及び、装置の組み立てに 必要な高度な訓練を積んだ技術者を絶えず利用することに伴う労働費用に関して 、コストが極めて高（つく。

先行技術に関するもう１つの欠点は、さまざまなサイズのトランスポンダの製造 に関連した困難さ及び費用である。これには、通常、２つの別個の製造サイト、 または、少なくとも、２つの独立した製造サイクル及び別個の生産機構が必要に なる。これによって、さらに、総生産時間及び諸経費が増し、運転費用が大幅に 増大することになる。

発明の要約 従って、本発明の目的は、完全に自動化された受動トランスポンダ装置の製造方 法を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、サイズの異なるトランスポンダの製造に、単一リー ドフレームの設計を利用することが可能な、既述のタイプの方法を提供すること にある。

本発明のもう１つの目的は、導線の巻き付はプロセスの自動化を可能にし、総生 産時間及びコストを大幅に減少させる、既述のタイプの方法を提供することにあ る。

本発明のもう１つの目的は、完全に自動化したボンディング・プロセスを利用し て、リードフレームのリードに導電結合することによって、コア巻き線に用いら れる銅線の両端の端部処理を行うことが可能な、既述のタイプの方法を提供する ことにある。

本発明の以上の、及び、その他の目的は、要するに、まず、サイズの異なる複数 部分を切り取ることの可能な、特殊な設計を施したリードフレーム・アセンブリ を用意することによって達成される。電気コンポーネントは、リードフレームの 各独立したサイトまたはフレームに対してボンディング及び配線が施され、この リード・グイ・アセンブリが、さらに、熱可塑性ンエルにカプセル封じされる。

リードフレームは、さらに、個々のリード・グイ・アセンブリが用いられるトラ ンスポンダのサイズと一致するようにトリミングが施され、適合するボビンが、 トリミングを施した別個の各サイトに取り付けられる。個々のボビン及びリード ・グイ・アセンブリは、さらに、リードフレームから物理的に個別化され、コア のワイヤが、自動ワイヤ・トラッキング及びボンディング・プロセスを利用して 、第１の拡大リードに取り付けられる。ボビン・コアには、自動フライ巻き付は 手段を利用してコア・ワイヤが巻き付けられ、その後、第２の拡大リードに接続 することによって、ワイヤの端部処理が施される。アセンブルされたトランスポ ンダは、さらにできれば、ガラスまたはプラスチックの）＼ウジングに実装され る。

図面において 図１は、本発明の方法に従って、トランスポンダの生産に用いられる、特殊な設 計を施されたリードフレームの一部に関する平面図である。

図２ａは、グイ・ボンディング領域を表した、図１に示すリードフレームの個々 のサイトに関する平面図である。

図２ｂは、チップの配置及び電気的接続を表した、図１に示すリードフレームの 個々のサイトに関する平面図である。

図３３は、本発明の方法に基づ＜ｍｌの代替リード・サイズ実施例を表す、リー ド・グイ・アセンブリを密封した個別化された成形キャップに関する側面図であ る。

図３ｂは、本発明の方法に基づく第２の代替リード・サイズ実施例を表す、リー ド・グイ・アセンブリを密封した個別化された成形キャップに関する側面図であ る。

図４ａは、ボビンに取り付けられた、個別化されたキャップ及びリード・グイ・ アセンブリの部分切り欠き平面図である。

図４ｂは、ラインＡＡに沿って描かれた、図４ａの側面に関する断面図である。

発明を実施するための最良の形態 次に、図１を参照すると、示されているものは本発明の方法に基づいて製造され たテープ・リードフレーム１０の一部である。全体としては、リードフレーム１ ０は個々のリードフレーム・サイト１２が並んだものから構成されている。この リードフレーム・サイトは単一のリードフレーム内に収容されるように配置され ている。代替案として、リードフレームは、シートの代わりに、テープとするこ とも可能である。

次に、図２ａを参照すると、リードフレーム１０の独立したサイト１２の詳細が 示されている。拡大リード１４及び１６には、それぞれ、矩形の切り欠き１８及 び２０と、それぞれ、ホール２２及び２４が設けられている。リードの本体は、 フレーム支持体２６．２ｇ及び３０によってリードフレームに接続されている。

リード１４及び１６の重要な特性は、電気的接続を行う表面積を有効に拡大する ことになる、その幅の拡大である。、後述のように、この特徴によって、これま で実施不可能であった自動ワイヤとリードとの接続能力が容易に得られることに なる。

図示のトランスポンダには、３つの回路素子、すなわち、識別情報を備えるチッ プ３３、ツェーナ保護チフブ３５及びコンデンサ・チップ３７（全て、図２ｂに 示されている）が含まれている。代替案として、これらの機能素子を組み合わせ て、単一の集積回路にすることも可能である。

本発明の方法によれば、回路素子は、エボ牟／でリードフレームに取り付けられ る。これは、当該技術において既知のボンディング・マシン及び技法を利用した 、完全自動プロセスである。図２ｂを参照すると、リードフレームが、ボンディ ング・マ／ン内の適合する位置につくと、回路素子は、所定のボンディング・サ イト３２．３４及び３６のそれぞれに自動的に配置される。このプロセスは、リ ードフレーム全体が同様に前処理されるまで、独立したサイト１２のそれぞれに ついて繰り返される。同時に、個々のサイトの前処理を行うこともできる。

ボンディング・マシンは、図２ｂに示すボンディング・サイト３２．３４及び３ ６における適正位置に３つのチップを自動的に配置する。この時点で、チップま たは「グイ」を取り付けられたリードフレームをマガジン内に装填し、従来のオ ーブンでまとめて硬化させるか、あるいは、紫外線硬化トンネル・オーブンで個 々に硬化させることが可能になる。硬化後、グイを装着したリードフレームは、 生産プロセスにおける次のステップのＳ＊が整ったことになる。

本発明の方法における次のステップは、回路素子３３及び３５のリードフレーム に対するワイヤ・ボンディングである。この工程において、４つの微細金線が、 シリコン−ダイ３３及び３５のアルミニウム・パッドからリードフレームの電気 接続部に接続される。図２ｂを参照すると、軍ｌの接続ワイヤ６０によって、識 別チップ３３が左のり−ド１４に結合され、第２の接続ワイヤ６１によって、チ ップ３３が右のり−ド１６に結合される。同様に、第３の接続ワイヤ６２によっ て、ツェーナ保護チップ３５がリード１４に結合され、藁４の接続ワイヤによっ て、チップ３５がリード１６に結合される。ワイヤ・ボンディング・プロセスは 、パターン認識を利用した自動式であり、リードの拡大幅によって簡略化される 。

コンデンサ３７は、前もって塗布された導電性ダイ・ボンディング・エポキシを 用いて、図２ｂに示す位置において、リードフレームに電気的に接続されている 。

本発明による方法の次のステップは、グイが取り付けられ、ワイヤ・ボンディン グの完了したリードフレームのトランスファ成形である。これは、一般的な製造 技法であり、従って、本書では一般的な説明しか行わない。上述のように前処理 を施されたリードフレームは、マガジンに装填して成形機に挿入される。壊れや すい電子部品及び微細線の接続を物理的及び電気的損傷から保護するため、熱硬 化プラスチックをリードフレーム・グイ・アセンブリの本体にかぶせて、成形す る。成形プロセス時に作られた、関係のない成形ボブト、ランナ及びゲートの一 部は、この時点で取り除くことができる。ただし、これが行われるのは、通常、 トリミング及び個別化工程時である。この成形工程では、図３８及び図３ｂに示 すキャップ４１が有効に形成される。これによって、３つのチップ及びリードの 一部がカプセル封じされることになるが、リードの大部分は、キャップの側部か ら突き出して、露出しており、それに対するワイヤの接続を可能にする。図３ａ 及び図３ｔ＋では、図示のように分離されているが、リード・グイ・アセンブリ が密封されたキャップは、実際には、さらに、製造プロセスのこの時点ではリー ドフレーム１０の本体に取り付けられる。

トランスファ成形が完了した後、本発明による方法の次のステップは、リードフ レーム１０から個々のサイト１２を電気的に分離することである。再び、図２８ を参照すると、電気的分離は、リードフレームの本体からフレーム支持体２６． ２８及び３８をトリミングすることによって行われる。これは、手動で行うこと もできるし、あるいは、当業界において周知の技法を利用して自動化することも できる。

この時点で、各サイト１２毎に生じる個々のリード・グイ・アセンブリに関する 必要な電気的テストを実施することが可能になる。重要なことは、個々のサイト は電気的に分離されているが、まだ、トランスファ成形時に形成された成形ラン チ及びゲートによってリードフレーム内に保持されているということである。

これによって、製造プロセスの後続ステップにおいて、完全なユニットとしての 、リードフレームの取扱いのもう１つの自動化が簡単になる。

本発明による方法の次のステップは、個別化トリミング工程である。個別化は、 リードフレーム本体からキャップ及びリードを打ち抜（自動機械式パンチング装 置を利用して、物理的に行われる。さまざまなサイズのトランスポンダｉｔの間 で、区別が行われるのは、製造プロセス全体におけるこの時点である。

図２ａをもう１度寮照すると、フレーム支持体２６及び２８の、電気的分離が行 われたのと間し位置において、キャップに密封されたリード・グイ・アセンブリ を成形ランチ及びゲートから個別化することによって、第１のサイズの大きいト ランスポンダ装置が形成される。従って、個別化の後、リード１４及び１６は、 サイト１２の内側エツジ、すなわち、以前に接続されていた支持体２６及び２８ の位置までいっばいに延びることになる。この結果、巻線端部のボンディングの ためにリードの最大表面積をや１用することが可能になる。矩形の切り欠き１８ 及び２０の中心を通り、その縦軸と平行な成形ランナ及びゲートから、キャップ に密封されたリード・グイ・アセンブリを切り離して個別化することによって、 箪２のサイズの小さいトランスポンダ装置が形成される。すなわち、リードは切 り欠き１８及び２０から切り取られ、材料の最端だけが切り落とされる。それに よって個別化される。このリードフレーム設計によって、実際の分離がより簡単 になるだけでなく、個別化プロセスにおける正確さ及び一貫性も容易に得られる ことになる。リードの残りの表面積によって、巻線端部の接続部に対するアクセ スが可能になる。どちらの個別化の場合でも、次に、各サイト１２の個々のキャ ップに密封されたリード・グイ・アセンブリが、後述のように、リードフレーム の本体から分離され、ボビンに取り付ける準備が整うことになる。

図３８及び図３ｂを参照すると、上述のプロセスを利用して形成される双方のサ イズの密封されたリード・グイ・アセンブリが示されている。図３ｍのものは、 リード１４及び１６の全表面積がも七のままの大形アセンブリであり。図３ｂの ものは、ワイヤ・ボンディングのためのリードを短くした小形の手中フブに密封 されたリード・グイ・アセンブリを表している。どちらの場合にも、リード１４ 及び１６の幅は、微細なコア・ワイヤの完全自動接続に適応するのに十分である 。

本発明による方法における次のステップは、ボビン取付のステップである。次に 、図４ａを参照すると、上述の完全に個別化された亭ヤブブに密封されたり一部 ・グイ・アセンブリが取り付けられたボビン４４が示されている。個々のボビン ４４は、個々のキャップに密封されたリード・グイ・アセンブリに対して所定の 位置に配置される。図４に示すように、ボビンには、ボビンの平坦化された外側 表面４８から上方に垂直Ｉこ突き出す１つ以上の接続及び位置決めビン４６が含 まれている。現在のところ望ましい実施例の場合、図４に示すように各ボビン４ ４には、それぞれ、リード１４及び１６に接続される２つの独立した位置決め及 び接続ビン４６ｍ及び４６ｂが設けられている。

ビン４６ｍ及び４６ｂは、それぞれリード１４及び１６のホール２２及び２４に 自動的に位置決めされてビンがそれらを通って足びる。それによりリード１４及 び１６がボビンの上部表面４８にフラットに支持される。ビン４６ａ及び４６ｂ は、リードに対するボビンの位置決めだけにしか用いることができないか、ある いは、リードとボビンを互いに接続するための手段としても用いることができる 。ビンが、位置決めだけにしか利用されない場合、リード及びボビンは、エポキ シまたは同様の接着剤といった、適合する手段で互いに接続することが可能であ る。こうして、ビンは、ホール２２及び２４によるアライメントによって、リー ドに対するボビンの正確な配置を行う手段が得られることになる。代替案として 、ビンを熱リベット結合または別のやり方でホール内に取り付け、その間にしっ かりした、頑丈な接続がなされるようにすることによって、リードに対するボビ ンの位置決めと接続の両方にビンを利用することが可能である。

図４ａの図面のおいて明らかなように、望ましい実施例の場合、ボビン４４の内 側半径と外側半径は、対称をなす同軸ではない。すなわち、表面４８の外径の半 径方向の中心軸は、表面４８の内径の半径方向の中心軸と平行であるが、同一線 上にはない。このオフセットのよって、表面４８の一部における表面積を増すこ とができ、そこ位、接続ビン４６■及び４６ｂ１及び、接続切り欠き６０及び５ ２（後者は、図４ｍにおいて虚線で表されている）が形成される。これらの切り 欠きは、さらに詳細に後述する、二線終端プロセスに適応するために設けられて いる。

図４ｂは、接続ビン４６ｍ及び４６ｂを介してリード１４及び１６に取り付けら れたところを示す、ボビン４４の断面図である。リード１４が切り欠き５２をｍ 、ｔ’ｒｉび、その底面がボビンのコア巻線領域に対して露出している点に留意 されたい。同様に、リード１Ｇが切り欠き５０を越えて延び、リード１６の底面 がボビンのコア＠ＩＩｑ域に対して露出している（図４ｂには不図示）。

こうして、リードにボビンが取り付けられると、本発明の方法における次のステ ップは、コイルの巻き付け、及び、ワイヤ・リード間の取り付けである。はとん どのトランスポンダ装置に用いられるワイヤのサイズが微細のため、すなわち、 ２．３ミクロン−数ミクロンのす〜ダであるため、ワイヤ端部とダイの自動結合 は、これまで実現不能であつた。先行技術による方法の場合、手動ワイヤ操作及 び結合は、適正な接続が有効に行われることを保証するために必要である。しか し、本発明の方法によれば、これらの接続を目動化することが可能である。比較 的小形の注射器状の管からワイヤを連続して送り出すことによって、リード・ボ ンディング及びコイル巻き付は時におけるワイヤ配置の一定したトラッキングが 実現する。露出したリードの拡大表面積に関連したこのトラッキングによって、 後述するプロセスの完全自動化に適応することになる。

最初に、ワイヤ４９が注射器状の管内に保持され、切り欠き５２から露出してい るリード１４の底面に載せる。電極が自動的に降下して、ワイヤ４９をこのリー ドに押しつけ、その薄い銀のコーティングを液化する。所定の接触時間が経過す ると、電極は、自動的にどけられ、銀が固化してリードに対するワイヤのボンデ ィングが行われる。ダイに対する直接的なボンディング・パッドに比べると、リ ードの表面積が大きいので、また、ワイヤ位置が精確に分かるので、このボンデ ィング・プロセスは、オペレータが介入しなくても、正確かつ有効に実施するこ とが可能である。もちろん、ワイヤをリードに取り付ける為の代替手段を用いる ことも可能である。

第１のリードに対するワイヤのボンディング後、ワイヤ４９が、フライ・ホイー ルを利用し、３０，０００〜５０．ＯＯＯｒｐｍの速度で、ボビンの中心部のま わりに自動的に「フライ巻き付け」される。この速度による巻き付けは、生産プ ロセスで用いられるリード・ボンディング技法及びワイヤを補給するための細い 管を用いることによって可能になる。コイルの巻き付けが完了すると、まだ管内 に保持されているワイヤの目出端と、底面が切り欠き５０によって露出したリー ド１６とのボンディングが行われる。ワイヤ補給管は、リード１６に隣接して配 置され、電極が自動的に降下して、ワイヤと露出した拡大リードとのボンディン グを行う。これは、やはり、注射器状のディスペンサを用いる二とにより、ワイ ヤ位置が精確に分かるため、、また、リードのボンディングのために拡大された 表面積が利用できるために可能になる。

本発明の本実施例の望ましい実施例について説明してきたが、以上の開示を読む ことにより、当該技術の熟練者には、他の代替案及び修正案が明らかになるであ ろう。従って、付属の請求項は、本発明の真の精神及び範囲に含まれるこうした 変更及び修正を全てを網羅すると解釈されることを意図したものである。

Ａ 要約 サイズの興なる受動トランスポンダ！装置を自動的に＆ＩＸ！！する改良した方 法。その製造方法は単一のリードフレームを利用し、自動的にコイルを巻き、ワ イヤーとリードとを接続する製造工程を含む。太くされたリード（１４，１６） を有するとともに銀の薄い層をコーティングされた特別に設計されたリードフレ ーム（１０）を準備する。一つ又はそれ以上の半導体チップをそのリードフレー ムの個々のアッセンブリ・サイト（３２，３４，３６）にボンディングする。そ の後リード・グイ・アブセンブリがトランスファ成形で覆われる。キャップ（４ １）及びリード（１４，１６）が切り離され、個々のモールドされたキャップか ら突出しているリードへボビン（４４）が取り付けられる。本自動プロセスにお いては、導電ワイヤ（４５）が、突出したリードの第１の部分に取り付けられ、 ボビン・コアに巻き付けられ、突出したリードの第２の部分に接続されて終了す る。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれ複数のリードを備えた複数の独立したアセンブリ・サイトを含むリ ードフレームを設けるステップと、 各前記サイトに、少なくとも１つの集積回路チップから成る電子識別装置をボン ディングするステップと、 各前記識別装置を各前記サイトの前記リードに電気的に接続するステップと、各 前記識別装置とそのサイトのリードの第１の部分のまわりにキャップを成形して 、前記キャップからリードの第２の部分を突き出させるステップと、前記リード の第２の部分を切断して、各前記キャップが前記リードフレームから分離される ようにするステップと、 各前記キャップから突き出した前記リードの前記第２の部分にボビンを取り付け るステップと、 各前記ボビンのまわりに導線を巻き付けるステップと、各前記導線を対応するリ ードに導通するように接続するステップとから構成される受動トランスポンダ装 置の自動製造方法。
2. ２．各前記識別装置が、複数の接続導線によって前記リードに導通するように接 続されることを特徴とする請求項１に記載の自動製造方法。
3. ３．さらに、自動パターン認識手段を利用して、前記複数の接続導線と前記リー ドのアライメントをとるステップが含まれることを特徴とする請求項２に記載の 自動製造方法。
4. ４．さらに、自動パターン認識手段を利用して、前記接続ワイヤと前記リードの アライメントをとるステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の自動 製造方法。
5. ５．前記切断ステップが、自動切断手段を利用して、異なる所定の位置で各前記 リードを切断し、さまざまなリード・サイズの装置を形成させることを特徴とす る請求項１に記載の自動製造方法。
6. ６．前記リードに、前記切断手段によってそのリードを切断することのできる位 置を識別し、余分なリードフレーム材料を除去することによって前記リードの切 断を容易にするための複数のアパーチャが含まれていること特徴とする請求項５ に記載の自動製造方法。
7. ７．前記ボビンにその表面から上方に突き出す複数の接続ピンを形成させるとと もに、前記リードに対応する複数のホールを形成させ、前記取り付けステップ時 に、前記リードのホールに前記ピンを通すステップを設け、前記ピンが、前記リ ードに対する前記ボビンの位置決めをし、前記ボビンにリードを取り付ける働き をすることを特徴とする請求項１に記載の自動製造方法。
8. ８．前記巻き付けステップが、３０，０００〜５０，０００の速度で前記導線を 巻き付けることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の自動製造方 法。
9. ９．管状アプリケータを利用して、前記導線の補給を行うことによって、前記巻 き付けステップ及び前記接続ステップ時に、前記導線の位置が安定して決められ るステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. １０．それぞれ、所定の異なるサイズに切断することができるように製作された 複数のリードを備える、複数の独立したアセンブリ・サイトを含むリードフレー ムを設けるステップと、 各前記サイトに、少なくとも１つの集積回路チップから成る電子識別装置のボン ディングを行うステツプと、 各前記識別装置を前記リードフレームに電気的に接続するステップと、各サイト における各前記識別装置のまわりにキャップを成形して、前記キャップから前記 リードが横方向に突き出すステップと、前記リードを切断して、各前記キャップ を前記リードフレームから分離し、複数の層別化電子装置を形成するステップと 、各前記個別化された識別装置にボビンを固定するステップと、ある長さの導電 性巻線の第１の端部を各個別化された識別装置から延びる第１のリードに取り付 けるステップと、 各前記長さの巻線を対応するボビンのまわりに巻き付けるステップと、前記長さ の巻線の第２の端部を各個別化装置から延びる第２のリードに取り付けるステッ プと から構成される受動トランスポンダ装置の自動製造方法。
11. １１．前記識別装置が、複数の微細接続導線を利用して、前記リードフレームの リードに電気的に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の自動製造方法 。
12. １２．さらに、自動パターン認識手段を利用して、前記複数の接続導線と前記リ ードのアライメントをとるステップが含まれることを特徴とする請求項１１に記 載の自動製造方法。
13. １３．さらに、自動パターン認識手段を利用して、前記導線と前記リードのアラ イメントをとるステップが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の自動製 造方法。
14. １４．前記リードフレームに、前記リードを切断して個別化を図る位置を識別し 、リードフレーム材料の余分な部分を除去して、前記リードの切断を容易にする ための複数のアパーチャが含まれていることを特徴とする請求項１０に記載の自 動製造方法。
15. １５．前記巻き付けステップが、３０，０００〜５０，０００の速度で前記導線 を巻き付けることによって行われることを特徴とする請求項１０に記載の自動製 造方法。
16. １６．管状アプリケータを利用して、前記導電性巻線の補給を行うことによって 、前記巻き付けステップ及び前記接続ステップ時に、前記導線の位置を安定的に 決めるステップが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
17. １７．前記ボビンに、それぞれ複数の位置決めピンを設けるとともに、前記リー ドに複数の相補位置決めホールを形成させ、対応する個別化された識別装置の位 置決めホールに各ボビンのピンを挿入し、ボビンの位置決め及び固定を行うステ ップが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の自動製造方法。