JPWO2016136335A1 - Rficデバイス及びrficデバイスを含む樹脂成型体の製造方法 - Google Patents

Rficデバイス及びrficデバイスを含む樹脂成型体の製造方法 Download PDF

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Abstract

RFICデバイスは、第1面と、第1面に対向する第2面とを備え、第1面と第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、第1面から第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、を備え、貫通穴は、コイルアンテナの内側に設けられる。

Description

本発明は、RFICデバイス及びRFICデバイスを含む樹脂成型体の製造方法に関する。
物品管理や電子決済等のための情報管理システムとして、リーダライタとRFIDタグとを非接触方式で通信させて所定の情報を伝達するRFIDシステムが実用化されている。RFIDタグは、所定の情報を記憶しかつ所定の無線信号を処理するRFICチップと、高周波信号の送受信を行うアンテナとを備え、例えば物品管理においては管理対象となる物品に取り付けられる。
物品へのRFIDタグの取り付け方法としては、物品表面への貼り付けが一般的であるが、射出成型等により物品自体にRFIDタグが埋設されることもある。図22は、従来のRFIDタグ51を用いて射出成型を行う場合の樹脂の流れ55を示す概略図である。通常、RFIDタグ51は、アンテナ基板上にRFICチップが実装された平板形状を有している。このようなRFIDタグ51を樹脂モールドする場合、射出された成型用樹脂55がタグにあたることで樹脂の流れを阻害してしまうことがある。すると、成型用金型52内での成型用樹脂55の回りこみ不足による欠損部ができてしまったり、樹脂の圧力によりRFIDタグに位置ずれが生じてしまったりすることがある。また、RFIDタグ51内のRFICチップに高温の樹脂による熱的なダメージが蓄積されると、RFICチップが損傷してしまうこともある。特に、樹脂が流れてくる方向に対してサイズの大きな面が対向するようにタグを配置せざるを得ない場合、RFICチップが損傷を受ける可能性が高くなる。
特開2007−133617号公報
RFICチップを高温の樹脂から保護するためには、例えば特許文献1に開示されているように、RFIDタグの表面に耐熱シートを積層して射出成型時の熱からタグを保護すればよい。
しかし、上記のように耐熱シートを用いると、成型用樹脂の回り込み性が阻害されやすくなり、欠損部が生じてしまったり、タグが所定の配置位置からずれてしまったりすることがある。また、耐熱シートの材質や厚みによっては、RFIDタグの通信特性を阻害してしまうことがある。
そこで、本発明の目的は、通信特性に優れるとともに、成型時に欠損部や位置ずれが生じにくいRFICデバイスを提供することである。
本発明に係るRFICデバイスは、第1面と、前記第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、
前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、
前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、前記第1面から前記第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、
を備え、
前記貫通穴は、前記コイルアンテナの内側に設けられる。
本発明に係るRFICデバイスによれば、コイルアンテナの内側に樹脂ブロックの第1面と第2面とを貫通する貫通穴を有するので、射出成型時に貫通穴を介して成型用樹脂を流すことができ、通信特性を大きく阻害せずに、RFICデバイス(RFIDタグ)が破損しにくくなる。
実施の形態1に係るRFICデバイスの構造を示す透視斜視図である。 図1のRFICデバイスの上下を逆にして、A−A方向から見た断面構造を示す断面図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの等価回路図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスを用いて射出成型を行う場合の樹脂の流れを示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、回路基板の上にRFIC素子と金属ピンとを設ける工程を示す概略図である。 図5の工程で、回路基板の上にRFIC素子と金属ピンとを設けた状態を示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、樹脂ブロックを設ける工程と、上面側を研磨する工程と、を示す概略図である。 図7の工程で、上面側を研磨した状態を示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、上面側に配線パターンを印刷する工程を示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、上面側及び下面側に配線パターンをめっきする工程を示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、下面側に第1保護層、上面側に第2保護層を設ける工程を示す概略図である。 実施の形態1に係るRFICデバイスの製造方法において、上面及び下面と垂直な第1面と第2面とを貫通する貫通穴を設ける工程を示す概略図である。 (a)は、実施の形態1に係るRFICデバイスを内部に含む樹脂成型体の玩具を示す概略図であり、(b)は、(a)の玩具の足裏から見た底面図である、 図13(a)の樹脂成型体を射出成型で作製する際に用いられる金型にRFICデバイスを配置した状態を示す概略図である。 実施の形態2に係るRFICデバイスの断面構造を示す断面図である。 実施の形態3に係るRFICデバイスの断面構造を示す断面図である。 実施の形態4に係るRFICデバイスの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態5に係るRFICデバイスの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態6に係るRFICデバイスの断面構造を示す断面図である。 実施の形態7に係るRFICデバイスの断面構造を示す断面図である。 実施の形態7に係るRFICデバイスを含む樹脂成型体の製造方法において、RFICデバイスを成型用金型の内部に配置し、成型用樹脂を射出成型する工程を示す概略断面図である。 従来のRFICタグを用いて射出成型を行う場合の樹脂の流れを示す概略図である。
本発明の一態様に係るRFICデバイスは、第1面と、前記第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、
前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、
前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、前記第1面から前記第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、
を備え、
前記貫通穴は、前記コイルアンテナの内側に設けられる。
上記構成によれば、樹脂ブロックの第1面と第2面とを貫通する貫通穴を有するので、射出成型時に貫通穴を介して成型用樹脂を流すことができ、RFICデバイス(RFIDタグ)が破損しにくくなる。また、この貫通穴はアンテナコイルの内側に設けられるので、コイルアンテナのサイズ(特にコイル開口面積)を維持でき、さらに通信相手側アンテナ(リーダライタ側アンテナ)との相対距離が大きく減少することもないので、大きな通信距離を確保でき、通信特性に優れたRFICデバイスを得ることができる。
本発明の別の態様に係るRFICデバイスは、上記の態様において、前記樹脂ブロックは、多面体形状であって、互いに対向する面のうち最大面積の前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有してもよい。樹脂ブロックの形状は代表的には直方体形状である。
上記構成によれば、樹脂ブロックの面のうち最大の面積を有する第1面と第2面とを貫通する貫通穴を有するので、貫通穴を大きくすることができる。これによって、成型時に樹脂が貫通穴を流れやすくなる。樹脂ブロックに埋設されたRFIC素子と貫通穴との距離も確保しやすい。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記コイルアンテナは、少なくともその一部が前記樹脂ブロックに埋設され、互いに対向して設けられた第1金属ピン及び第2金属ピンを含んでもよい。
上記構成によれば、RFICデバイスの樹脂ブロックの両側面に金属ピンを設けているので、コイルアンテナの耐熱的衝撃性や耐機械的衝撃性を向上さえることができ、RFICデバイス全体としての堅牢性を高めることができる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記第1面の法線方向から見たとき、前記貫通穴の中心は、前記コイルアンテナの中心軸から前記RFIC素子の存在しない側にオフセットして設けられていてもよい。
成型用樹脂が貫通穴内部を流動する際のRFIC素子に対する動的あるいは熱的な負荷に対して、RFIC素子を少しでも成型用樹脂が流れる貫通穴から遠ざけて、成型用樹脂による動的あるいは熱的な負荷を低減させることができる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記コイルアンテナは、前記第1面から第2面に向かうらせん状であってもよい。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記コイルアンテナは、
前記樹脂ブロックの前記第1面及び第2面と交差する一端面側に設けられた第1パターン導体と、
前記一端面と対向する他端面側に設けられた接続導体と、
前記一端面側から前記他端面側に延び、前記第1パターン導体と前記接続導体とを接続し、互いに対向する2つの金属ピンと、
を含んでもよい。
上記構成によれば、一端面側と他端面側とを接続する金属ピンを用いているので、RFIDデバイス自身の耐熱的衝撃性や耐機械的衝撃性を向上させることができる。しかも、樹脂流れの上流側から下流側へ金属ピンを介した伝熱を利用してRFICデバイス外へ廃熱することによってRFICデバイス内の熱の滞留を抑制できる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記樹脂ブロックの前記第1面の端部から前記第2面の端部にわたる複数の溝を有してもよい。貫通穴内にも第1面側から第2面側に向かって複数の溝を有していることが好ましい。
上記構成によって、射出成型時に成型用樹脂が溝を流れることで樹脂の流れを整えることができる。これによって、成型用樹脂の流動性を改善でき、樹脂の回り込み不足による欠損部の発生や熱集中によるRFIC素子の損傷等、成型不良の発生を抑制できる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記樹脂ブロックの前記第1面の端部及び前記第2面の端部は、面取りされていてもよい。貫通穴の縁部分も面取りされていることが好ましい。
上記構成によって、射出成型時にRFICデバイスに成型用樹脂の流れが当たっても、成型用樹脂は面取りされた端部を滑らかに回り込むことができる。これによって、成型用樹脂の流動性を改善でき、樹脂の回り込み不足による欠損部の発生や熱集中によるRFIC素子の損傷等、成型不良の発生を抑制できる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記樹脂ブロックの周囲を覆う断熱材を有してもよい。貫通穴の内壁部分にも断熱材を有していることが好ましい。
上記構成によって、射出成型時にも樹脂ブロック内部における急速な温度変化を抑制でき、RFIC素子の損傷を抑制できる。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記RFICデバイスは、射出成型用に用いるRFICデバイスである。
本発明のさらに別の態様に係るRFICデバイスは、上記いずれかの態様において、前記樹脂ブロックは、複数の貫通穴を有してもよい。
本発明の一態様に係る樹脂成型体は、RFICデバイスと、
前記RFICデバイスを内部に含む樹脂と、
を有する樹脂成型体であって、
前記RFICデバイスは、
第1面と、前記第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、
前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、
前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、前記第1面から前記第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、
を備え、
前記貫通穴は、前記コイルアンテナの内側に設けられている。
この樹脂成型体では、成型用樹脂が外周面だけでなく貫通穴内でも樹脂ブロックと接しているので、樹脂成型体に対する機械的衝撃に対してRFICデバイスの信頼性を向上させることができる。
本発明の一態様に係るRFICデバイスを含む樹脂成型体の製造方法は、貫通穴を有する樹脂ブロックと、前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、内側に前記貫通穴を有するコイルアンテナと、を備えたRFICデバイスを、成型用金型内の樹脂の流れの上流側に対して前記貫通穴の開口が面するように前記成型用金型内に設置し、
前記成型用金型内に樹脂注入口から成型用樹脂を射出することによって、樹脂成型体に前記RFICデバイスを埋設する、
ことを含む。
上記構成によれば、成型用金型内の樹脂の流れの上流側に対して貫通穴の開口が面するように成型用金型内に設置するので、射出成型時に貫通穴を介して成型用樹脂を流すことができ、RFICデバイスが成型用樹脂の流れを阻害しにくくなる。
以下、実施の形態に係るRFICデバイスについて、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るRFICデバイス10の構造を示す透視斜視図である。図2は、図1のRFICデバイス10の上下を逆にして、C−C方向から見た断面構造を示す断面図である。
図1および図2に示すように、RFICデバイス10は、樹脂ブロック13と、樹脂ブロック13内に埋設されたRFIC素子11と、コイルアンテナ1と、を備える。
具体的には、実施の形態1に係るRFICデバイス10は、RFIC素子11が実装された回路基板15と、回路基板15上に設けられた金属ピン16a、16bと、金属ピン16aと金属ピン16bとを接続する接続導体14と、RFIC素子11と金属ピン16a、16bとを埋設すると共に、貫通穴22を有する樹脂ブロック13と、回路基板15上の配線パターン17a、17b、17cと金属ピン16a、16bと接続導体14とで構成され、内側に貫通穴22を有するコイルアンテナ1と、を有する。
<樹脂ブロック>
樹脂ブロック13は、直方体形状を有しており、第1面Aと、第1面Aに対向する第2面Bと、第1面Aと第2面Bとを連接する上下面D、Eおよび両側面F、Gとを備える。第1面Aと第2面Bは、上下面D、Eや両側面F、Gよりも大面積である。上下面D、Eは、図1のz軸の正方向及び負方向の面であり、両側面F、Gよりも大面積である。両側面F、Gは、図1のx軸の正方向及び負方向の面である。なお、第1面Aは、図1のy軸の正方向の面、つまり奥側の面であり、第2面Bは、図1のy軸の負方向の面、つまり手前側の面である。
樹脂ブロック13には第1面Aと第2面Bとを貫通する貫通穴22を有する。つまり、貫通穴22は、直方体形状の樹脂ブロック13のうち最も面積の大きな面に設けられている。なお、最大の面積とは、各面の実際の表面積ではなく各面を平面上に投影した場合の投影面積である。貫通穴22は第1面Aおよび第2面Bのほぼ中心に設けられ、円形の開口部を有しており、その開口径は、第1面Aから第2面Bに向かってほぼ一様である。貫通穴22の開口径は第1面Aから第2面Bに向かってほぼ一様であるものに限定されるものではなく、段階的あるいは連続的に開口径が異なっていてもよい。第1面Aと第2面Bとで異なるサイズの開口径を有していてもよい。第1面Aおよび第2面Bにおける貫通穴22の開口面積は、樹脂ブロックの強度と射出成型用樹脂の流動性との兼ね合いから、第1面Aおよび第2面Bの面積のそれぞれに対して1/20〜1/3が好ましい。
また、樹脂ブロック13に設ける貫通穴22は、上述のように、例えば円形形状であるが、これに限らず、楕円形状、三角形形状、四角形形状、五角形以上の多角形形状などであってもよい。
樹脂ブロック13は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂を使用できる。なお、エポキシ系の熱硬化性樹脂に限られず、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の他の熱硬化性樹脂であってもよい。樹脂ブロック13は、液状樹脂の塗布及び硬化によって設けてもよい。あるいは、半硬化シート状樹脂の積層によって設けてもよい。
なお、樹脂ブロック13を形成する樹脂には、フェライト粉等の磁性体粉を含んでもよい。樹脂中に磁性体粉を含む場合には、所定のインダクタのコイルアンテナを構成するためのコイルアンテナの全体サイズを小さくできる。
樹脂ブロック13の面のうち最大の面積を有する第1面Aと第2面Bとを貫通する貫通穴22を有するので、貫通穴22を大きくすることができる。これによって、成型時に樹脂が貫通穴22を流れやすくなり、RFIC素子11を損傷しにくくできる。
<コイルアンテナ>
コイルアンテナ1は、樹脂ブロック13に設けられると共に、RFIC素子11に接続されている。より具体的には、コイルアンテナ1の一端35がRFIC素子11の第1入出力端子36に接続されており、他端37がRFIC素子11の第2入出力端子38に接続されている。コイルアンテナ1は、第1面Aから第2面Bに向かう巻回軸2を有する。
コイルアンテナ1は、導体部材をらせん状に接続・巻回してなるヘリカル型を有している。その巻回軸2は、第1面Aの中心と第2面Bの中心とを結ぶ仮想直線とほぼ同じ位置にある。コイルアンテナ1を構成する導体部材は、樹脂ブロック13の両側面および上下面D、Eに沿って形成されている。つまり、コイルアンテナ1の開口面積は第1面Aおよび第2面Bの面積とほぼ同じである。
コイルアンテナ1は、回路基板15上の配線パターン17a、17b、17cと、回路基板15上に設けられた金属ピン16a、16bと、回路基板15と対向する側であって、金属ピン16aと金属ピン16bとの間を接続する接続導体パターン14とによって構成される。金属ピン16aは、樹脂ブロック13の一方側面側において、コイルアンテナ1の巻回軸方向に沿って、複数本、等間隔に並べられた導体部材であって、金属ピン16bは、樹脂ブロック13の他方側面側において、コイルアンテナ1の巻回軸方向に沿って、複数本、等間隔に並べられた導体部材である。なお、これらの金属ピンは樹脂ブロック13に埋め込まれているが、一部露出していてもよい。また、回路基板15上の配線パターン17a、17b、17cは、回路基板15の表面および裏面に形成された金属薄膜であって、回路基板15中に設けられた層間接続導体19は回路基板の内側主面に設けられた配線パターンと外側主面に設けられた配線パターンとを接続するための導体部材である。接続導体パターン14は、樹脂ブロック13の下側面に沿って形成される導体部材であって、樹脂ブロック13の下側面の表面に形成された金属焼結体や導電性樹脂材によって形成されている。これらの導体部材によってコイルアンテナ1が構成されている。
さらに具体的に言うと、金属ピン16aの下側の一端には金属焼結体や導電性樹脂材による配線パターン14の一端が接続されており、上側の一端には金属薄膜による配線パターン17の一端が接続されていて、金属ピン16bの下側の一端には金属焼結体や導電性樹脂材による配線パターン14の他端が接続されていて、金属ピン16bの上側の一端には金属薄膜による配線パターンの他端が接続されている。なお、金属薄膜や金属焼結体、導電性樹脂材の表面にはめっき膜が形成されていることが好ましい。貫通穴22は、コイルアンテナ1の内側に、貫通穴22の中心とコイルアンテナ1の巻回軸2とがほぼ一致する位置に設けられている。
また、コイルアンテナ1は、図1に示すように多重に巻回されたものに限られない。コイルアンテナ1は、例えば、一重のループ状であってもよい。
さらに、図1では、対向する複数の金属ピン16aと金属ピン16bの間隔はいずれも同じであるが、樹脂ブロック13の両端の複数の金属ピン16a、16bのうち、対応する両端の金属ピン16a、16bの間の間隔を、広い間隔の金属ピン対と、狭い間隔の金属ピン対と、を設けてもよい。このように金属ピンの間隔に広狭を設けておくことによって、矩形ヘリカル状コイルからの磁束の漏れを抑制できる。
<回路基板>
回路基板15は、例えば、エポキシ樹脂系のFR4基板を用いてもよい。回路基板15としてはエポキシ樹脂等の耐熱性の高いプリント配線板であることが好ましい。回路基板15の表裏には複数の配線パターン17a、17b、17cやランドパターン24が形成されていてもよい。FR4基板の場合、層間接続導体19は、スルーホール型である。層間接続導体19は、例えばCuめっきによって形成できる。配線パターン17やランドパターン24は、代表的にはCu箔をパターニングすることによって形成できる。なお、配線パターン17やランドパターン24にはNi/Au等のめっき膜が形成してあることが好ましい。
なお、回路基板15は、樹脂基板でなくてもよい。たとえばLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics:低温同時焼成セラミックス)等のセラミック基板を利用してもよい。この場合、層間接続導体19は、CuやAg等を主成分とする導電性ペーストを充填したビアホール型によって形成できる。
<金属ピン(金属ポスト)>
金属ピン16a、16bは、Cuを主成分とする金属ピンを用いることができる。なお、金属ピン16a、16bの材料は、導電性を有すればよく、その素材はCuに限られず、Ag、Al等の導電性材料であってもよい。金属ピン16a、16bの外径Φは、例えば0.2mm以上1mm以下のものを用いてもよい。金属ピン16a、16bの長さは、例えば3mm以上50mm以下のものを用いてもよい。また、断面形状は円形形状が好ましいが、これに限られず、矩形形状等であってもよい。断面形状のアスペクト比は、5以上30以下の範囲が好ましい。金属ピン16a、16bは、表面にNi/Au等のめっき処理が施されていてもよい。
金属ピン16a、16bは、回路基板15上のランドパターン24にはんだ等の導電性接合材23によって接続されている。
RFICデバイス10の樹脂ブロック13の両側面に金属ピン16a、16bを設けているので、機械的衝撃に強く全体として堅牢性を得ることができる。また、RFICデバイス10を含む樹脂成型体の製造時には金属ピン16a、16bを介した伝熱による廃熱を利用してRFICデバイス10内への熱の滞留を抑制できる。
<導電性接合体>
金属ピン16a、16bと回路基板15のランドパターン24とを接続する導電性接合材23としては、例えばSn−Ag系はんだを用いてもよい。なお、導電性接合材23は、上記のものに限られない。
<RFIC素子>
RFIC素子11は、回路基板15の内側主面上に実装されている。RFIC素子11は、例えばBB(Base Band)回路やRF回路を有する。ベアチップ品であってもよい。あるいは、樹脂やセラミックのパッケージ品であってもよい。RFIC素子11の実装形態は、BGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)等の任意の実装形態であってもよい。
図3は、RFICデバイス10の等価回路の一例である。RFICデバイス10は、等価回路上は、RFIC素子11と、コイルアンテナ1と、図示していないキャパシタを有している。キャパシタは、例えば、RFIC素子11内の浮遊容量であってもよい。
RFICデバイス10は、後述するように、図16に示すように、端部に溝又はスリットを設けてもよい。あるいは、図17に示すように、端部に面取り部を設けてもよい。
<作用効果>
図4は、実施の形態1に係るRFICデバイス10を用いて射出成型を行う場合の樹脂流れ34を示す概略図である。実施の形態1に係るRFICデバイス10によれば、樹脂ブロック13の第1面と第2面とを貫通する貫通穴22を有するので、射出成型時に貫通穴22を介して成型用樹脂34を流すことができ、RFICデバイスが損傷しにくくなる。また、RFICデバイスによって成型用樹脂34の流れを阻害しにくくなる。この場合、後述するように、成型用樹脂34の流れの上流側に対して貫通穴22が面するように配置することによって成型用樹脂34の流れが貫通穴22に流れやすくなる。
また、成型用金型31内で成型用樹脂34の回りこみ不足による欠損部を生じにくくすることができる。また、樹脂の圧力によるRFICデバイス10の位置ずれを生じにくくすることができる。そのため、信頼性の高いRFICデバイス10を内蔵した樹脂成型体を得ることができる。また、短時間で成型可能になるうえ、RFIC素子11に成型用樹脂による熱が集中しにくくなるので、RFIC素子11が熱的ダメージを受けにくくなる。
さらに、樹脂成型体の中でのRFICデバイス10の位置合わせを正確にできるので、リーダ/ライタとの位置合わせをより正確にでき、RFICデバイスの通信距離が短い場合にも高い通信特性を得ることができる。
<RFICデバイスの製造方法>
以下に、図5から図12を用いてRFICデバイス10の製造方法について説明する。
(a)まず、回路基板15および金属ピン16a、16bを準備する。回路基板15には金属箔をパターニングすることで、配線パターン17a、17b、17cを形成しておく。また、めっき処理やペースト充填処理等で層間接続導体19を形成しておく。そして、図5に示すように、回路基板15の一方主面にRFIC素子11および金属ピン16a、16bを、マウンタ等を使って搭載する。RFIC素子11には回路基板15への接続部分にはんだボールを形成しておき、金属ピンの下側端部にもはんだペーストを印刷しておく。なお、必要に応じてコンデンサチップ等の他の素子を実装してもよい(図示省略)。
(b)図6に示すように、これらを熱処理、代表的にはリフローすることで、RFIC素子11および金属ピン16a、16bが回路基板15に固定される。
(c)次いで、図7に示すように、RFIC素子11を埋設するように樹脂ブロック(樹脂層)13を形成する。樹脂ブロック13は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂の塗布及び硬化することによって形成してもよい。あるいは半硬化性樹脂シートを用いてもよい。
(d)その後、図8に示すように、天面側を研磨する。天面側の研磨は、樹脂ブロック13の形成時に表面に凹凸が生じているため、配線パターン用の平滑面を形成するためと、金属ピン16a、16bが樹脂ブロックに埋もれてしまっている場合はその頭出しのためである。研磨は、例えば図7のD−D線まで行われ、研磨面25を得る。
(e)次に、図9に示すように、研磨面25に配線パターン14を形成する。配線パターン14の形成について順を追って説明する。まず、Cu等を主成分とする導電性材料をスクリーン印刷し、これを熱処理することで硬化させる。これによって、配線パターン(印刷)14が形成される。
(f)次に、図10に示すように、Ni/Auめっき等のめっき処理を施して、配線パターン14の上にめっき層18bを形成する。めっき処理の際、回路基板15の下面の配線パターン17の上にもめっき膜18aが形成される。つまり、回路基板15の外側主面のパターン層17とめっき層18aとで配線パターン17を形成し、印刷による配線パターン層14とめっき層18bとで接続導体パターン14を形成する。
(g)次いで、図11に示すように、下面および上面に保護層20、21を形成する。保護層としてはレジスト材料を使用できる。また、保護層20、21は、下面および上面の全体に設けてもよい。あるいは、必要な部分にのみ保護層を設けてもよい。
(h)最後に、図12に示すように、樹脂ブロック13の第1面と第2面とを貫通する貫通穴22を形成する。貫通穴22の形成には、レーザー加工やドリル加工、パンチング加工などの各種加工プロセスを利用できる。
以上によって、RFICデバイス10を得ることができる。
<RFICデバイスを内部に含む樹脂成型体の玩具>
図13(a)は、実施の形態1に係るRFICデバイス10を内部に含む樹脂成型体の玩具30を示す概略図であり、図13(b)は、図13(a)の玩具30の足裏から見た底面図である、図14は、図13(a)の樹脂成型体30を射出成型で作製する際に用いられる成型用金型31にRFICデバイス10を配置した状態を示す概略図である。
RFICデバイス10を内部に含む樹脂成型体の玩具30は、足部にRFICデバイスが埋設されている。RFICデバイス10は、樹脂ブロック13の第1面と第2面とを貫通する貫通穴22を有する。
樹脂成型体の玩具30の射出成型時には、図14に示すように、成型用金型内の樹脂の流れの上流側に対してRFICデバイス10の貫通穴22が面するようにRFICデバイスが配置される。具体的には、ピンゲート32に面するようにRFICデバイス10が成型用金型31内に配置してもよい。これによって、射出成型時に成型用樹脂をRFICデバイス10の貫通穴を介して流すことができるので、RFICデバイスが成型用樹脂34の流れを阻害しにくくなる。
(実施の形態2)
図15は、実施の形態2に係るRFICデバイス10aの断面構造を示す断面図である。実施の形態2に係るRFICデバイス10aは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、回路基板15の上に直接に金属ピン16a、16bを設けるのではなく、基板(保護層)12上に回路基板15と金属ピン16a、16bとをそれぞれ実装している点で相違する。このように回路基板15に直接に金属ピン16a、16bを設けないようにしたので、高い設計自由度を得ることができる。
(実施の形態3)
図16は、実施の形態3に係るRFICデバイス10bの断面構造を示す断面図である。実施の形態3に係るRFICデバイス10bは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、貫通穴22aが樹脂ブロック13の第1面及び第2面の中心から外れてRFIC素子から遠い側にオフセット配置されている点で相違する。このように貫通穴22aは、RFIC素子11から離れた方にオフセット配置されていることが好ましい。なお、樹脂ブロック13の第1面及び第2面の中心とコイルアンテナの中心とは実質的に一致する場合が多い。そこで、貫通穴22aの中心は、コイルアンテナの巻回軸よりもRFIC素子11から離れていてもよい。これによって、成型用樹脂が貫通穴22a内部を流動するため、動的あるいは熱的な負荷が大きいため、少しでも成型用樹脂が流れる貫通穴22aから遠ざけて、成型用樹脂による動的あるいは熱的な負荷を低減させることができる。
(実施の形態4)
図17は、実施の形態4に係るRFICデバイス10cの構造を示す概略斜視図である。実施の形態4に係るRFICデバイス10cは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、樹脂ブロック13の第1面の端部から第2面の端部にわたる複数の溝26を有する点で相違する。射出成型時に成型用樹脂が溝26を流れることで樹脂の流れを整えることができる。これによって、成型用樹脂の流動性を改善でき、成型不良の発生を抑制できる。
(実施の形態5)
図18は、実施の形態5に係るRFICデバイス10dの構造を示す概略斜視図である。実施の形態5に係るRFICデバイス10dは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、樹脂ブロック13の第1面の端部及び第2面の端部27は、面取りされている点で相違する。射出成型時にRFICデバイス10dに成型用樹脂の流れが当たっても、成型用樹脂は面取りされた端部27を滑らかに回り込むことができる。これによって、成型用樹脂の流動性を改善でき、成型不良の発生を抑制できる。
(実施の形態6)
図19は、実施の形態6に係るRFICデバイス10eの断面構造を示す断面図である。実施の形態6に係るRFICデバイス10eは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、樹脂ブロック13の周囲を覆う断熱材28を有する点で相違する。これによって、射出成型時にも急速な温度変化を抑制でき、RFIC素子の損傷を抑制できる。
断熱材28としては、例えば、ガラス繊維系、セラミックス系等の無機系断熱材、又は、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、液晶ポリマー等の有機系断熱材のいずれであってもよい。
なお、断熱材28によって樹脂ブロック13を被覆する方法としては、例えば、断熱材28をそのまま液化した液体、又は、断熱材28を溶媒に溶解又は懸濁させた液体を樹脂ブロック13に塗布し、液体状の断熱材を固化、又は、溶媒の乾燥若しくは気化等による溶媒の除去によって断熱材13を被覆してもよい。あるいは断熱材の液体、又は、断熱材を溶媒に溶解又は懸濁させた液体に樹脂ブロック13を浸漬して樹脂ブロック13を被覆してもよい。
(実施の形態7)
<RFICデバイス>
図20は、実施の形態7に係るRFICデバイス10fの断面構造を示す断面図である。実施の形態7に係るRFICデバイス10fは、実施の形態1に係るRFICデバイスと対比すると、貫通穴22の数が1つではなく複数である点で相違する。複数の貫通穴22を有することによって、RFICデバイス10fを含む樹脂成型体を形成した場合に、成型用樹脂とRFICデバイス10fとの接触面積が大きくなる。これによって樹脂成型体の内部におけるRFICデバイス10fの位置がより安定する。
なお、貫通穴22は、RFIC素子11からは遠い側に設けることが好ましい。これによって、貫通穴22を通る成型用樹脂のRFIC素子11への熱の影響を抑えることができる。
<樹脂成型体の製造方法>
実施の形態7に係るRFICデバイス10fを含む樹脂成型体は、図4に示す実施の形態1に係るRFICデバイス10を含む樹脂成型体の製造方法と同様にして製造できる。この場合、RFICデバイス10fを用いて射出成型を行う際に、成型用金型31に設けたピンゲート32と貫通穴22とを位置合わせしている。これによって、ピンゲート(樹脂注入口)32から成型用樹脂を流した際に、成型用樹脂34が貫通穴22を通りやすくなる。
なお、RFICデバイス10〜10fを含む樹脂成型体の製造にあたって、図4に示すようにピンゲート32と貫通穴22とを合わせることに限定されない。例えば、図21に示すように、ピンゲート32と貫通穴22の軸とを交差させていてもよい。
図21は、実施の形態7に係るRFICデバイス10fを含む樹脂成型体の製造方法において、RFICデバイス10fを成型用金型31の内部に配置し、成型用樹脂を射出成型する工程を示す概略断面図である。実施の形態7に係るRFICデバイス10fを含む樹脂成型品の製造方法について、以下に説明する。
(a)RFIC素子11を樹脂ブロック13内で一端面寄りにオフセット配置させると共に、貫通穴22を複数有する上記のRFICデバイス10fを用意する。
(b)RFIC素子11をオフセット配置させた樹脂ブロック13の一端面側を成型用金型31内での樹脂流れ34の下流側となるように、RFICデバイス10fを成型用金型31内に設置する。なお、樹脂流れ34の下流側とは、樹脂注入口32から物理的に遠い箇所である。あるいは、成型用樹脂の熱勾配を計測した場合に、樹脂注入口32近傍での高温側に比べてより低温側の箇所を下流側としてもよい。ここでは、RFICデバイス10fの一端面側を樹脂流れ34の下流側とするので、他端面側は樹脂流れ34の上流側に置かれる。
(c)成型用金型31内に樹脂注入口32を介して成型用樹脂容器33から成型用樹脂を射出することによって、樹脂成型体にRFICデバイス10fを埋設することができる。
以上によって、RFICデバイス10fを含む樹脂成型体を得る。
実施の形態7に係る樹脂成型体の製造方法によれば、樹脂ブロック13内でRFIC素子11等を一端面側にオフセット配置すると共に、RFIC素子11等をオフセット配置した樹脂ブロック13の一端面側を成型用金型31内での樹脂流れ34の下流側となるようにRFICデバイス10fを配置している。このため、樹脂の温度がRFIC素子11等に伝わりづらく、RFIC11等も損傷しにくくすることができる。また、RFIC素子11をオフセット配置した一端面側を成型用金型31内での樹脂の流れの下流側に配置しているので、上流側に配置した場合に比べて樹脂の圧力に対しても耐えることが出来る。
なお、図21による樹脂成型体の製造方法において、使用するRFICデバイスは、上記RFICデバイス10fに限られない。例えば、本明細書において挙げられたRFICデバイス10〜10f、及び、本発明の保護範囲にある全てのRFICデバイスのいずれであってもよい。
なお、RFICデバイスは、RFIDタグとして使用する場合には、LF帯、HF帯、UHF帯、SHF帯等のいずれの帯域において用いてもよい。また、RFICデバイスは、代表的にはRFIDタグであるが、いわゆるタグ機能を有したものに限定されるわけではなく、リーダライタ機能を有したもの等、他の機能を持っていてもよい。
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態が有する効果を奏することができる。
本発明に係るRFICデバイスは、樹脂ブロックに貫通穴を有するので、射出成型によってRFICデバイスを樹脂成型体に埋設する際に、RFIC素子を樹脂成型体に埋設するためのRFICデバイスとして有用である。
1 コイルアンテナ
2 巻回軸
10、10a、10b、10c、10d、10e RFICデバイス
11 RFIC素子
12 基板(保護層)
13 樹脂ブロック
14 接続導体(配線パターン)
15 回路基板
16、16a、16b 金属ピン
17 配線パターン(印刷)
17a 第1配線パターン
17b 第2配線パターン
17c 第3配線パターン
17d 第4配線パターン(印刷)
18、18a、18b 配線パターン(めっき)
19 層間接続導体
20 第1保護層
21 第2保護層
22、22a 貫通穴
23 導電性接合材
24 ランドパターン
25 研磨面
26 溝(スリット)
27 面取り部
28 断熱材
30 樹脂成型体
31 成型用金型
32 ピンゲート(樹脂注入口)
33 成型用樹脂
34 樹脂流れ
35 コイルアンテナの一端
36 第1入力端子
37 コイルアンテナの他端
38 第2入力端子
51 RFIDタグ
52 成型用金型
53 ピンゲート
54 成型用樹脂
55 樹脂流れ

Claims (13)

  1. 第1面と、前記第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、
    前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、
    前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、前記第1面から前記第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、
    を備え、
    前記貫通穴は、前記コイルアンテナの内側に設けられた、RFICデバイス。
  2. 前記コイルアンテナは、少なくともその一部が前記樹脂ブロックに埋設され、互いに対向して設けられた第1金属ピン及び第2金属ピンを含む、請求項1に記載のRFICデバイス。
  3. 前記樹脂ブロックは、多面体形状であって、互いに対向する面のうち最大面積の前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する、請求項1又は2に記載のRFICデバイス。
  4. 前記第1面の法線方向から見たとき、前記貫通穴の巻回軸は、前記コイルアンテナの巻回軸から前記RFIC素子の存在しない側にオフセットして設けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  5. 前記コイルアンテナは、前記第1面から第2面に向かうらせん状である、請求項1から4のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  6. 前記コイルアンテナは、
    前記樹脂ブロックの前記第1面及び第2面と交差する一端面側に設けられた第1パターン導体と、
    前記一端面と対向する他端面側に設けられた接続導体と、
    前記一端面側から前記他端面側に延び、前記第1パターン導体と前記接続導体とを接続し、互いに対向する2つの金属ピンと、
    を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  7. 前記樹脂ブロックの前記第1面の端部から前記第2面の端部にわたる複数の溝を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  8. 前記樹脂ブロックの前記第1面の端部及び前記第2面の端部は、面取りされている、請求項1から6のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  9. 前記樹脂ブロックの周囲を覆う断熱材を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  10. 前記RFICデバイスは、射出成型用RFICデバイスである、請求項1から9のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  11. 前記樹脂ブロックは、複数の貫通穴を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載のRFICデバイス。
  12. RFICデバイスと、
    前記RFICデバイスを内部に含む樹脂と、
    を有する樹脂成型体であって、
    前記RFICデバイスは、
    第1面と、前記第1面に対向する第2面とを備え、前記第1面と前記第2面とを貫通する貫通穴を有する樹脂ブロックと、
    前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、
    前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、前記第1面から前記第2面に向かう巻回軸を有するコイルアンテナと、
    を備え、
    前記貫通穴は、前記コイルアンテナの内側に設けられた、樹脂成型体。
  13. 貫通穴を有する樹脂ブロックと、前記樹脂ブロック内に埋設されたRFIC素子と、前記樹脂ブロックに設けられ、前記RFIC素子と接続され、内側に前記貫通穴を有するコイルアンテナと、を備えたRFICデバイスを、成型用金型内の樹脂の流れの上流側に対して前記貫通穴の開口が面するように前記成型用金型内に設置し、
    前記成型用金型内に樹脂注入口から成型用樹脂を射出することによって、樹脂成型体に前記RFICデバイスを埋設する、RFICデバイスを含む樹脂成型体の製造方法。
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