JPH07506919A - 最小数の電気部品を備える無線周波数検出ラベルを作る方法 - 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】 最小数の電気部品を備える無線周波数検出ラベルを作る方法 本発明は、比較的長い検出距離と、絶対的に、最小数の電気部品を組合わせ、そ れによって、低価格に加えて高い信頼度を得るようにした無線周波数検出ラベル を作る方法に関する。

本発明はさらに、発明による方法を用いて得られたラベルにも関する。このよう なラベルは、通常１００〜１５０ｋＨｚの無線周波数の範囲で操作されるが、一 般的にアンテナコイル（フェライト心の有無に拘わらず）と、同調コンデンサと 、そしてコード化された同定ラベルの場合、集積回路（ＩＣ）そして供給コンデ ンサとを含んで成る。

ラベルの操作のためのエネルギーは、送信機から発信され、そしてラベルのアン テナコイルおよび同調コンデンサの共振周波数に等しい周波数を有する電磁応答 波から得られる。前述の供給コンデンサは荷電され、そしてＩＣ作動のための供 給電圧を提供するが、そのＩＣは引続いて、蓄えられたコードを送信し返すため のコードメモリと制御要素を含む。このようなラベルの一例は、本出願人による 米国特許出願４１９６４１８号に記載されている。

現在の超小形電子技術は増加する数の前述の部品を１つのチップ上に統合するこ とを可能としている。たとえば、前述の全ての部品（すなわちコイルを含んで） が１つのチップ上に収容された構成は知られている。明らかなことであるが、そ の場合、価格の観点から見て、チップの寸法を制限するようにコイルが非常に小 さいときのみ可能である。しかしながら、小さいコイルは、たとえば、数ｍｍと いう非常に短い検出距離しか提供しない。

多くの適用にとって、より長い検出距離（たとえば１０〜１００ｃｍ）が要求さ れる。これらの場合、コイルが磁束集信機（コンセントレータ）として働くよう に、たとえば銅線からできた別のコイルが巻かれて使用される、そして必要なら ば、たとえばフェライトから形成される心（コア）が備わっている。残りの部品 、すなわち同調そして供給コンデンサそして電気的スイッチング系は都合のよい ことに１つのチップ上に統合される。これは、解決されるべき２つの問題を引き 起こず。

すなわち、コイルとチップとを電気的に接続するという技術的な点と、そしてコ イルをチップ上で同調コンデンサと正確に同調するという点である。

後者は、電気容量において許容し得る容量よりもより大きい拡がりを有しくたと えば±５％に対して±１５％）、それでコイルの自己誘導は製造工程中個別的に 適合されなければならない。現在、コイルリードとチップ間の電気的接続は、典 型的にはたとえば基板またはリードフレームのような介在片を用いて達成される 。まず、ＩＣがチップ上で、基板またはリードフレームに薄い素線または、いわ ゆる半田付凸部を用いて接続される、そしてその後コイル線は別にリードフレー ムのリードに半田付けされる。

挿入可能なＲＦ−Ｉ　Ｄラベルに用いられるリードフレームを備えた構成の一例 は、米国特許５０２５５５０５　（Ｚｉｒｂｅｓら）に記載されている。この構 成では、しかしながら、部品の最小数が達成されていない、すなわちリードフレ ームとＩＣハウジングが余計である。

本発明に従う構成では、基板またはリードフレームが用いられず、コイルリード が直接チップに接続されている。この構成そのものは、Ｔａｙｌｏｒらの特許明 細書ＷＯ３７１０４９００がら公知である。ここで、チップと素線の間の接続の 問題は、コイルのために銅線を用いる代わりに陽極酸化したアルミニウム線を用 いることによって解決されている。陽極酸化したアルミニウム線は、比較的容易 にチップ上に超音波で溶接されうる。アルミニウム線の欠点は、その比較的高い 固有抵抗であり、そのため共振回路に低いＱをもならず。その結果、回路が容易 には振動しない、高い内部抵抗のために、不必要なエネルギーが損失する。これ ら全ては検出距離の劇的な減少へと導く。加えて、この構成はさらにデツプの支 持体として基板を利用する。

本発明の目的は、コイル巻付けに従来用いられたように、絶縁銅線を再び用いる ことを可能にしそしてそれでもって、銅の低い抵抗により再び検出距離を最大に できるような技術を提供することである。

絶縁銅線（いわゆる巻線）を意図とする目的のために使用するのに関連する問題 は、粗いプラスチックの絶縁スキン（外板）の存在である。その存在は、そのよ うな素線をチップＩＣの接続表面（いわゆるパッド）に信頼性をもって直接超音 波で溶接することを不可能にする。代わりに、絶縁層は素線が半田付けされるこ とを許ずワニスの類からなることもできる。これは３５０’Ｃ〜４００℃の間の 温度を要求し、その温度は通常、素線をこの高温において錫槽に浸すことによっ て達成される。このような錫メツキ工程はＩＣ接続（線径１００μ以下、たとえ ば１０′０μ×２００μ寸法のパッド）に用いる微細構造にとってあまりにも粗 いものである。要求される高温度での錫槽の酸化そして器具の汚染も付加的な問 題として引き起こされるかもしれない。さらに、錫の薄い銅線への拡散の結果と して、銅線がもろくなりそして壊れやすくなるかもしれない。

本発明に従えば、絶縁銅線をＩＣに直接接続する問題は、熱ガスジェット（ホッ トガスジェット）により、素線から絶縁性を予め、局所的に除去することによっ て解決することができる。このようなガスジェットの温度は、たとえば、５５０ ℃〜８５０℃の間であり得ることをいままでの研究が示している。銅の酸化を防 ぐために、不活性ガス（たとえば、アルゴンまたは窒素）が、好ましくは数％の 水素の混合物として用いることができるにれは少量の大気から流入する酸素によ る残留酸化を防止するためである。

このように局所的に裸にされた銅線はＩＣの上に、たとえば下記の接合手法の１ つを利用して直接取付は終えることができる二通常のアルミニウムパッド上に超 音波溶接する；同様に、適当な金属層（貴金属）または凸部（バンプ）を備える パッド上に超音波溶接する；貴金属層（たとえば金層）を備えるパッド上に熱圧 着溶接する。ｎＪリードを備えるパッド上に半田付けする；伝導性クルーでアル ミニウムまたは金パツド上にくっつける；いわゆる異方性伝導ボイルを偏えるア ルミニウムまたは金パツド上にくっつける。

発明の概念の別の実施によれば、コイル線の絶縁性物質は、接合工程それ自身に 上昇した温度を用いることによって実際の接合工程と実質的に同時に除去するこ とができる。半ｌＪ付けはたとえばいわゆる半田付凸部を備える接続表面上て実 施するか、または熱圧着溶接法が貴金属層（全凸部）を備えるパッド上で用いら れ実施することもできる。

以下において、本発明のいくつかの例示的な実施態様が添付された図面を参照し て、さらに詳しく説明される６ 図１は、いわゆる空気心コイルを備える従来技術の同定ラベルの構成を模式的に 示す。

図２は、円筒形状を呈する強磁性心から成るコイルを備える図１の変形例を示す 。

図３および図４は、図１および図２に示すものと同様の構成を模式的に示すが、 ここで本発明の手法が用いられている。

図５は本発明に従って、巻線を脱絶縁化する装置の一例を模式的に示す。

図６は本発明の変形を模式的に例示する。

図７は模式的に別の変形を示す。

図１はアンテナコイルから成り、たとえば検出そしてまたは同定ラベル型の集積 回路に関する現在の技術水準を例示するものである。その中で、受信機アンテナ １が用いられ、それは強磁性心のないいわゆる空気心のものとして構成されてい る。

基板２に伝導トラックが設けられる。部品４（たとえば共振コンデンサ）、５（ たとえは集積回路）そして６（たとえば供給コンデンサ）が基板上たとえばグル ーによる貼付けによって配置されている。コンデンサ４および６は基板上伝導ト ラック３に半田付けされている。ＩＫ積回路（ＩＣ＞５は、周知の様式で、ｆｉ 薄の超音波溶接された金線７に電気的に接続されている、そして金線は基板の伝 導トラック３とＩＣの接続点または表面１２とをお互いに接続する。コイルリー ド８はコイル自身のように、半田付けできる巻線から成る。コイルリードは、基 板の伝導トラック３に９において半田付けされている。巻線の鋼上に半田イ」け 接点（ジョイン１へ）が形成されるように絶縁層が半田付は工程の間に溶解する 。

図２く現技術水準）は模式的に、図１と同様の構成を示すが、ここでは平板な空 気心コイルがより円筒状のコイル１にとって代わられている。そのコイルは、強 磁性物質、たとえばセラミックフェライトの心１０を含んで成る。

図３は図１に示すラベルの例を模式的に示すが、ここではラベルは本発明を用い て製造されている。

部品４，５そして６が１つのＩＣＩ　ｌ上に提供され、そしてコイル１がそのリ ード８を介して電気的に直接、ＩＣＩ　Ｌの接続表面１２に接続されている。そ の目的のために、コイルリードはまず熱ガスジェット（図５参照）を用いて、短 い長さ１３に沿って裸にされている。そして続いて、従来の様式でもってＩＣＩ 　ｌ上の接続表面１２に電気的に接続されている。この接点は、たとえば超音波 による楔結合（ウエジコオ・クション）を用いてＩＣ接続表面のアルミニウム面 に直接形成することができる。代替的に、前述のＩＣの接続表面には予め、金の 凸部または別の適当な金属被覆（カバーリング）を設りることかできる。全凸部 または別の適当な金属の凸部の場合は、熱圧着溶接も同様に用いることができる 。接点はそれから充分な表面圧力とそして充分に高い温度を用いて銅線を凸部に 押圧することによって形成される。

別の適切な接続方法によれば、ＩＣの接続表面１２に錫リード層が提供され、そ してその上に裸の銅線がほんの少員の半田付融剤を添加することにより、しかし ながら、追加の半田を供給することなしに半田付けすることができる。

最後に、接続は硬化していない状態で予め適用された伝導グルーを用いてＩＣ接 続表面１２に形成されることができる。伝導グルーの接点はまた異方性のまたは Ｚ伝導グルーボイルを用いることによっても形成することができる。このグルー ボイルは素線とそしてＩＣ接続表面の間で圧着され、そしてグルーが硬化すると 、その特定の場所でのみ伝導性となる。

個別のアンテナコイルは次の２つの方法により正確な自己誘導にセットすること ができる：ａ）巻数をＩＣ上の共振コンデンサの予め測定した固有値に、調節す る（これは自動的かそうでない）；またはｂ　）　ｆ＆で強磁性物質の小さなブ ロック１４（図３）を配置することによって、これはたとえば半径１５に沿って 放射線状に移動または固定することができる。

図４は、図２と同様の構成を示すが、ここでは本発明を用いて構成が達成されて いる。

コイル線を裸にし、そしてＩＣ表面に接続することは図３に記載され、図５に示 されたような方法の１つでもって達成され・るが、ここでコイル１は伸長した、 円筒形の型であり、そして強磁性物質の棒１０から形成される心を含んで成る。

個別のコイルは正確な自己誘導に次の２つの方法でセットすることができる：ａ ）巻数をＩＣＩ　ｌ上の共振コンデンサの予め測定した固有値に適合させる（自 動的に）；またはｂ）後で、長手方向に心１０をコイル１中移動し、そして固定 する。

所望ならば、ＩＣは強磁性棒の前端たとえば端面にグルーで接着できる。

図５は、本発明に従って、如何にして絶縁プラスチック層２０から成る銅線２１ が２２において裸にされるかを模式的に示す。適当な物質、たとえばセラミック 材の薄い管２３に加熱用巻線２４が巻き付けられ、電源２５によって加圧される ことができる。２６において使用するガスが加圧上供給され、そしてガスは２７ で加熱された状態て再び管を去る。絶縁層２０は、管２３の流出端の反対に位置 する素線２１の一部分２２において溶解する。絶縁性物質は２８に示すように、 横方向に引離され、裸の１区画（パッチ）２２を残す。

絶縁層２０の一部は素線の絶縁に選んだプラスチックと、そしてガスの温度に依 存して、加熱工程中気化しもする。ガス２６は、好ましくは、非酸化的組成のも のである。適当なガスはたとえば窒素またはアルゴンであり、必要ならば、それ に対して数％の水素を添加することができる。そうすることにより、たとえば周 囲の大気から流入する酸素の作用によって銅表面の脱絶縁化において形成され得 る酸化物を還元することができる。２７において出てくるガスの温度は、好まし くは、絶縁物質とそして銅線の厚みに依存して、５５０°Ｃと８５０℃の間であ る。図６そして図７は、絶縁物質を予め除去することなしに、半田付手法そして 熱圧着溶接手法を使用することを模式的に示す。

必ずしも最初に銅線から絶縁性物質を除去する必要はないもようである。

図６は、絶縁性物質の除去なしに形成した半田付された接点を示す。チップの上 に配列されたＩＣｉ　１の接続表面１２には多量の半田２つ（半田付凸部）が提 供されている。絶縁された銅線２０゜２１が半０１２９の上に半田ごての先３０ によって押付（Ｊられる。半田ごての先は半田の溶融点以」二に加熱される。そ の結果、図示のように、絶縁層が半田ごての先のいずれかの側において位置２８ の方向に引離されていく６半田２つは半田付けされた接点が形成されうるように 接続表面において、裸の銅をウェッ１〜できる。半田のこて先の加熱は半田付１ −１された接点が冷えるようにスイッチを切ることができる。半■１のこて先は それから取去ることができる。半田の良好な流れを促進するために半田付融剤を 用いなければならない。

図７は熱圧着溶接が行われる模様を模式的に例示する。ＩＣＩＬの接続表面１２ には好ましくは貴金属の薄い層（たとえば金）である適当な金属層（凸部）３２ が提供される６銅線２１は、まだ絶縁性の鞘を保持しながら、接続表面に対して 加熱された半田Ｊごての先３１でもって押し当てられる。半田の先は比較的高温 度、たとえば５００’Ｃ程度を、有する。半田の先は２２において示すように、 接続表面１２に素線が若干変形される程度の力をもって押し付けられる。高温度 のために、絶縁層２０がこの領域で消失する。絶縁層は半田の先から間隔をおい てそれのいずれかの側に位置２８の方に引離される。裸となった銅線は、前にそ うであったように、凸部と一緒になり、そして接点が形成される。半田の先３１ はときおり、サーモードとも言及されることもあるが取除くことができる。

ｆ閣　際　！Ｉｌ　審　報　牛 ＋＋＋＋１＋　＋＋＋　＋−ＰＣＴ／ＮＬ　９３１０００５０

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくともアンテナコイルと共振コンデンサとを含んで成る共振回路から成 る無線周波数検出ラベルを製造する方法であって、絶縁素線から作られたアンテ ナコイルが用いられ、アンテナ回路の共振コンデンサを含む、他の全ての電気部 品がチップ上で集積回路（ＩＣ）として配置され、そしてコイルリードが、ＩＣ とコイルリードとを載置するために余分な基板またはリードフレームの介在なし に、電気的接続でもって、集積回路に直接接続されることを特徴とする方法。
2. ２．絶縁素線から成るアンテナコイルリードが、電気的に伝導性であるようにＩ Ｃ上の目的とする接続表面に接続される前に、局所的に絶縁を裸にされることを 特徴とする請求項１の方法。
3. ３．コイルリードの絶縁層の局所的な除去が、非酸化性または不活性なガスの加 熱ジェットにより実行されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．加熱ガスジェットの温度が５５０℃と８５０℃との間にあることを特徴とす る請求項３記載の方法。
5. ５．ガスが窒素またはアルゴンから成ることを特徴とする請求項３または４記載 の方法。
6. ６．環境空気から流入する酸素によって、とりわけ、残留酸化を防止するために 加熱ガスに数％の水素を添加してあることを特徴とする請求項３または４記載の 方法。
7. ７．絶縁を裸にされたリード端が、電気的に伝導性であるように接続表面に超音 波で溶接されることを特徴とする請求項２〜６いずれかに記載の方法。
8. ８．絶縁を裸にされたむき出しのリードがＩＣの接続表面へ半田付けされること を特徴とする請求項２〜６いずれかに記載の方法。
9. ９．絶縁を裸にされたリード端がＩＣの接続表面に全方向または単一方向の伝導 性グルーまたはグルーホイルによって接続されることを特徴とする請求項２〜６ いずれかに記載の方法。
10. １０．絶縁を裸にされたコイルリードがＩＣの接続表面に熱圧着溶接によって接 続されることを特徴とする請求項２〜６いずれかに記載の方法。
11. １１．絶縁素線で形成されるアンテナコイルリードが、予め絶縁を裸にされるこ となしに、接続表面の絶縁を除去し、そして続いてコイルリードと接続表面の接 続を達成する加熱された半田ごての先を用いて、ＩＣの接続表面に接続されるこ とを特徴とする請求項１記載の無線周波数検出ラベルの製造方法。
12. １２．接続表面が錫リード層（半田付凸部）を予め備えていることを特徴とする 請求項１１記載の方法。
13. １３．接続表面が貴金属層を予め備えており、そしてコイルリードが熱圧着溶接 を達成するために接続表面に対して強く押付けられることを特徴とする請求項１ １記載の方法。
14. １４．アンテナコイルが絶縁性鞘を備える銅線から作られていることを特徴とす る請求項１〜１３いずれかに記載の方法。
15. １５．共振回路の共振周波数の正確な同調が、製造工程中、ＩＣの共振コンデン サの固有値を測定した後、製造工程中、製品当たりのコイルの巻数を調節（自動 的）にすることを通して、コイルの自己誘導を共振コンデンサの固有値に調節す ることにより達成されることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の方法 。
16. １６．コイルの自己誘導を共振コンデンサに個別に調節することが、巻き工程の 後で、コイル内に強磁性要素を中に配置、または該要素をコイル内で適当な位置 に動かすことによりおこることを特徴とする請求項１〜１４いずれかに記載の方 法。
17. １７．請求項１〜１６いずれかに記載の方法によって製造されることを特徴とす る無線周波数同定ラベル。
18. １８．電気的にコード化された同定ラベルとして構成される請求項１７に記載の 無線周波数検出ラベル。