KR101346050B1 - 트랜스폰더 칩 및 관련 인레이 기판에의 안테나 연결 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 주파수(RF) 인레이를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. RF 인레이는, 집적 회로와, 집적 회로를 포함하는 기판 재료에 부착된 안테나를 포함한다. 공정 중에, 와이어의 안테나를 형성하는 부분은, 집적 회로에 손상을 주지 않으면서 절연 재료를 제거하는 것과 같은 와이어의 추가의 처리를 위해, 집적 회로의 바로 위가 아니라 인접해서 위치한다. 후속하는 공정 단계에서, 와이어 단부는 집적 회로 단자 영역과 접촉해서 고정적으로 배치된다. 본 발명의 방법은, 와이어 단부를 가진 루프를 형성하는 단계를 포함하는데, 이 루프는 기판의 평면 위로 연장하며, 다른 공정 단계에서는, 루프가 단자 영역에 전기적으로 접속되도록 배치된다. 본 발명의 방법은, 와이어를 재배치하는 단계와 브러시나 소면기를 이용하는 단계를 더 포함한다.

Description

트랜스폰더 칩 및 관련 인레이 기판에의 안테나 연결 방법{METHOD OF CONNECTING AN ANTENNA TO A TRANSPONDER CHIP AND CORRESPONDING INLAY SUBSTRATE}
본 발명은 무선 주파수(RF) 인레이를 제조하는 방법 및 장치와 이에 따라 제조된 인레이에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 집적 회로와 기판 재료에 부착된 안테나를 포함하는 고주파 RF 장치를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, RF 인레이는, 몇몇 종류의 기판상에 집적 회로와 안테나가 결합된 것으로 알려져 있다. 통상적으로, 인레이(inlay)는 최종적인 제품을 만들기 위해 추가의 처리를 행하여야 한다. 이러한 처리에는, 플라스틱 등의 재료로 된 추가의 외부 층을 구비해서 카드형 장치(card-shaped device)를 제조하는 과정이 포함될 수 있다. 인레이는, 마무리 기술을 달리하면, 제품의 최종적인 용도에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일반적으로, 집적 회로는, 무선 주파수 통신에 의해, 안테나를 통해 하나 이상의 호출 신호 장치나 리더기(reader)에 유도적(inductive)으로 결합된다. 집적 회로 또는 칩은, 다양한 작업을 수행하는 데에 유용한 정보를 포함하고 있는데, 이러한 정보 중 하나는, RF 장치의 소유자나 사용자에 관련된 식별 정보이다. 이 경 우, RF 장치를 무선 주파수 인식(RFID: radio frequency identification) 장치라고 할 수 있다. 모든 RF 장치가 사용자의 식별 정보를 필수적으로 가지고 있는 것은 아니며, 일부 RF 장치가 사용자의 식별을 추가한 정보를 포함한다.
완성된 형태의 RF 인레이는 다양한 응용 장치에 사용된다. 예를 들어, RF 인레이는, 컴퓨터나 컴퓨터 네트워크 및 데이터베이스, 공공 운송 수단, 유료 도로 액세스 패스, 자동판매기 지불 장치, 직불 및/또는 신용 카드 및 패스포트에 대한 액세스 등을 위한 보안 액세스 장치(RFID 장치)를 제조하는데 사용되거나 사용자의 식별을 포함할 수 있는 다른 애플리케이션에 대해 사용될 수 있다. RF 장치를 위한 사용자 애플리케이션을 다양화하고 확장한 것을 "스마트 카드"라고도 한다. 패스포트와 같은 일부 식별 애플리케이션은, 식별 데이터를 저장하고, 적합한 정부 기관에 의한 처리를 위한 식별 데이터의 효과적이고 신속한 전송을 위해 RFID 인레이 또는 RFID 프레람(prelams)[라미네이션 처리를 행한 트랜스폰더]을 사용한다. 식별 데이터는, 지문과 같은 생체 데이터 및/또는 패스포트 소지자의 사진뿐만 아니라 그 소지자를 식별하기 위한 정보를 포함할 수 있다.
RF 인레이를 제조하기 위한 방법이 많이 있다. 일부 방법에서는, 하나 이상의 층으로 된 기판이, 열(hot) 라미네이션 및/또는 무열(cold) 라미네이션을 포함하는 여러 단계로 처리된다. 칩과 안테나의 조립체를 하나 이상의 층에 결합시키고, 접착제에 의해 또는 가소성의 층을 연화시킴으로써 층들을 서로 접합시키며, 압력을 가해서 이 층들을 서로 결합시킨다. 다른 방법에서는, 기판 내에 와이어를 안테나의 형태로 부착 또는 매설하고, 안테나 코일의 반대쪽 단부를 집적 회로(IC 또는 칩)의 단자 또는 칩 모듈의 단자 영역에 부착한다. 본 명세서에서, 칩 모듈(chip module)이라는 용어는, 확장된 단자 영역을 갖는 리드 프레임(lead frame)에 부착된 집적 회로를 포함하는 것으로 사용된다. 칩의 단자 영역은, 직경이 20~28 미크론에 해당하는 극소형의 미세한 와이어에 의해, 또는 플립 칩(flip chip)의 경우에서와 같은 도전성 접착제를 통해, 리드 프레임의 확장된 단자 영역에 연결된다. 리드 프레임의 단자 영역에 대한 전기적 연결체와 칩은 에폭시 층으로 둘러싸여 보호된다. 안테나를 형성하는 와이어의 코일과 칩 또는 칩 모듈의 결합체를, 트랜스폰더(transponder)라고도 부른다. 안테나를 형성하는 와이어는, 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 초음파 와이어 매설 기술을 사용해서 기판 내에 완전히 또는 부분적으로 설치될 수 있다. 칩 또는 칩 모듈은, 기판의 표면상에 또는 기판에 형성된 리세스 내에 배치함으로써, 기판에 고정 장착될 수 있다. 칩 또는 칩 모듈을 기판에 부착하기 위해, 접착제를 사용할 수 있다. 와이어를 기판에 매설하는 것과 거의 동시에, 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에, 와이어의 코일의 끝을 접착 또는 연결하거나, 개별적인 또는 후속하는 제조 단계에서 접착이 행해질 수 있다.
개략적으로, RF 인레이의 제조에 사용되는 와이어로서, 기판 내에 초음파에 의해 매설된(embedded) 와이어는, 직경이 110~120 미크론이며, 외부 절연층을 포함한다. 안테나를 형성하는 와이어의 권선이 매우 근접해서 닿을 정도로 되어 있기 때문에, 와이어는 안테나의 단락을 방지하기 위해 절연되어 있다. 일반적으로, 절연층은 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리아미드, 폴리에스테르이미드, 및 이와 유 사한 화합물로 이루어진다. 가늘거나 작은 직경의 와이어에 비해 두껍거나 직경이 큰 와이어가, 취급이 용이하며, 리더기(reader)에 유도적으로 결합될 때, 더 넓은 판독 범위를 가질 수 있다. 와이어의 직경이 클수록, 더 튼튼하며, 트랜스폰더의 동작과 기능에 손상을 주지 않으면서 RF 장치로부터 제거하기가 쉽다. 트랜스폰더를 제거할 수 있는 기능과 재사용할 수 있는 기능에 의해, 많은 보안 및 프라이버시 문제가 생긴다. 예를 들어, 적법한 트랜스폰더 부분 조립체(칩 또는 칩 모듈과 안테나의 조립체)가 해당 패스포트로부터 제거되어 다른 적법하지 않은 패스포트에 설치된다면, 중대한 보안 문제가 생긴다.
인레이의 제조를 포함한 RF 장치의 제조를 위한 장치와 방법을 개시하고 있는 특허문헌이 많다. 예를 들면, 미국특허 제6,698,089호와 제6,233,818호에는, 적어도 하나의 칩과 하나의 안테나가 칩 장착 기판에 장착된 RF 장치를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 안테나를 형성하는 와이어는 초음파 발생기를 사용해서 기판에 매설된다. 이들 특허문헌에 개시된 와이어 매설 공정의 일부로서, 먼저 절연된 안테나 와이어를 기판에 설치한다. 이어서, 절연된 와이어가 RFID 칩의 단자 영역의 바로 위에 그리고 이 단자 영역으로부터 멀어지도록 안내되고, 처음 매설한 위치로부터 칩의 반대편의 기판에 매설하여, 와이어가 2개의 고정 위치 사이에서 직선으로 정렬되고 단자 영역을 바로 횡단되도록 한다. 다음으로, 절연된 와이어를 칩과 단자 영역으로부터 이격된 위치의 기판에 매설함으로써 안테나가 형성되며, 이 안테나는 와이어를 특정 횟수만큼 권취해서 형성된다. 이어서, 안테나 와이어를 RFID 칩의 다른 단자 영역 위로 안내하고, 그 반대편 상에 매설하여, 칩의 다른 단자 영역을 직접 횡단하도록, 와이어의 다른 쪽 단부를 고정시킨다. 와이어를 절단하고, 매설용 헤드(또는 매설용 도구)를 기판상의 다른 트랜스폰더 위치로 이동시켜서 동일한 처리를 반복한다. 제조의 다음 과정에서는, RFID 칩의 단자 영역 바로 위를 지나가는 와이어 부분을, 열 압착 본딩에 의해 단자 영역에 상호 연결시킨다. 다른 실시예에서는, 와이어를 앞서 설명한 대로 매설하고, 이어서 칩을, 미리 고정시킨 와이어와 칩의 단자가 접촉하는, 미리 지정된 리세스 내에 칩을 위치시킨다. 다음에, 와이어의 단부를 열 압착 본딩에 의해 칩의 단자 영역에 접착한다. 미국특허 제6,088,230호에는, 와이어의 제1 단부를, 칩 또는 칩 모듈의 제1 단자 영역과 접촉하도록 위치시키고, 제1 단자 영역에 접착한 다음, 매설용 도구를 이용해서 와이어를 기판에 매설하여 안테나를 형성하고, 와이어를 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 접착될 제2 단자 영역 위에 위치시키는 과정에 대해 개시되어 있다.
이들 특허문헌에 개시된 내용은 의도한 목적에는 적합할지 모르지만, 비접촉식 스마트 카드 및 그외 다른 보안 액세스 장치 등을 포함하는 다양한 애플리케이션용의 RF 인레이를 제조하는 데에는 개선된 방법이 필요하다.
트랜스폰더 내에 설치된 집적 회로에 저장된 정보의 보안을 개선하기 위해, 부정행위 방지(fraud prevention) 기술을 향상시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전자 패스포트 장치의 경우, 적법한 패스포트로부터 트랜스폰더를 제거할 수 없도록 해서, 트랜스폰더를 다른 부정한 패스포트에 사용하지 못하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 관련해서, 본 발명은, 예컨대 직경이 60 미크론 이하의 작은 직 경을 가진 와이어를 사용할 수 있다. 얇은 와이어를 사용하게 되면, 칩 및 안테나 조립체를 패스포트 등의 기존 제품으로부터 성공적으로 제거할 수 있는 능력이 실질적으로 감소하게 되는데, 어떠한 제거의 시도에 대해, 칩 또는 칩 모듈에 대한 안테나 및/또는 그 연결체가 파괴된 것처럼 되기 때문이다. 그러나, 얇은 와이어를 사용하게 되면, 와이어와 칩 단자 사이의 접합이 중요하게 된다. 얇은 와이어를 사용하면, 본딩 처리 과정에서 결함 등이 생겨, 약화되거나 결함이 있는 본딩이 생길 수 있다.
또한, 수명과 내구성을 향상시킨 RF 및 RFID 장치를 제공할 필요가 있다. 이러한 장치의 유용한 수명을 제한하는 한가지 요인은, 안테나 와이어와 칩 사이의 전기적 접속의 품질이다. 전기적 접속 또는 결합의 구조적인 안정성을 향상시키기 위해서는, 트랜스폰더의 수명을 늘리는 것이 필요할 것이다.
이와 관련해서, 결합 위치에서의 불순물에 기인한 바람직하지 않은 산화가 시간의 경과에 따라 생길 수 있다. 예를 들어, 칩 또는 리드 프레임 단자 영역에 절연 와이어를 결합시키는 공정의 일부로서 생성된 절연 재료의 부산물 또는 와이어 상의 절연 물질이 결합 위치에 불순물을 만들 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 앞서 언급했던 바와 같이, 안테나를 형성하기 위해 사용되는 와이어는, 외부 절연체 또는 코팅을 포함하는 경우가 있다. 통상적인 제조 공정 중에, 안테나 와이어는, 고에너지 열 압축 본딩 기술에 의해 단자 영역 또는 본딩 패드에 결합된다. 이 기술은, 절연 재료를 제거하는 열 본딩 헤드를 통해 고전압 아크를 인가하고, 이와 동시에 와이어를 지정된 단자에 전기적으로 연결하는 국부적인 용접을 형성한 다. 와이어로부터 절연 재료가 모두 제거되지 않는다면, 남아 있는 절연 재료가 전기적 접착의 품질을 저하시켜고, 결국 전기적 접속의 품질을 저하시킬 것이다. 또한, 고온 본딩 공정으로부터 형성된 절연 물질의 부산물이 접착 부위에 포착될 수 있으며, 시간의 경과에 따라 접착 부위의 산화 또는 열화가 될 수 있다. 현재의 와이어 매설 기술은, 매설된 와이어 및 단자 영역의 근접성으로부터 생기는 공정에서의 칩 또는 칩 모듈의 손상 가능성에 기인한 절연 재료의 정확한 국부화된 제거를 행할 수 없다. 사실상, 앞서 언급한 바와 같이, 종래 기술은, 와이어 매설 공정의 일부로서, 칩의 단자 영역의 상단에 와이어를 직접 배치하는 것이다. 또한, 와이어가 절연되어 있는 경우보다, 단자 영역에 대한 와이어의 본딩 및 절연 재료의 제거를 달성하기 위해 열 본딩 처리에 사용될 더 큰 전압을 필요로 한다. 그 결과, 열 본딩 헤드는 자주 교체할 필요가 있으며, 이에 따라 제조 비용이 증가하고, 헤드를 교체하는 동안 생산 능력이 저하된다. 또한, 절연 재료를 완전히 제거한 경우라도, 시안화수소산 또는 다른 화합물 등의 부산물이나 잔류물이 접착 위치에 남아 있을 수 있다. 하나 이상의 이들 잔류물은, 시간의 경과에 따라 산화되어, 접착 위치의 품질을 열화시키고 트랜스폰더의 수명을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 비교적 얇은 안테나를 사용해서 부정행위를 방지할 수 있는, RF 및 RFID 인레이를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 최소 사이즈의 안테나 와이어를 제조함으로써, 안테나의 제거가 더욱 어렵게 되는데, 와이어를 제거하려고 하면, 와이어가 쉽게 파손될 수 있기 때문이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 안테나와 칩 몬딩 패드 사이의 전기적 접착의 품 질이, 본딩 이전에, 와이어로부터 절연 재료를 제거함으로써 향상되는, RF 및 RFID 장치의 수명을 늘리고, 얇은 안테나 와이어의 사용을 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 인레이를 제조하기 위해 주지된 제조 설비를 사용함으로써, 본 발명의 인래이를, 기존의 자동화 제조 공정 중에 포함될 수 있도록 하는, RF 또는 RFID 인레이를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, RF 인레이 또는 이와 유사한 장치를 제조하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예는, 인레이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는, 인레이를 제조하기 위해 사용되는 장치 또는 제조 장비에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예는, 다양한 부분 조립체를 포함하는, RF 인레이를 제조하기 위한 장치, 즉 RF 인레이를 생성하기 위한 다양한 장치 부품에 관한 것이다. 또 다른 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 방법 또는 장치에 의해 생성되는 인레이 장치에 관한 것이다.
인레이를 제조하기 위한 장치에 의하면, 안테나 와이어를 기판에 부분적으로 또는 완전히 매설하기 위해, 하나 이상의 와이어 매설용 헤드(embedding head), 또는 소노트로드(sonotrode)가 사용된다. 이 매설용 헤드는 와이어를, 안테나의 권선을 형성하는 것이면 실질적인 어떤 패턴으로도 형성할 수 있다. 기판은 하나 또는 복수 개의 안테나를 수용할 수 있다. 하나의 안테나가 하나의 인레이에 대응되도록 하거나, 둘 이상의 안테나를 서로 매우 가깝게 위치시켜 하나의 인레이에 대응하도록 할 수 있다. 둘 이상의 안테나를 사용하는 경우, 복수 개의 안테나를, 공통의 칩 또는 칩 모듈에 접속할 수 있으며, 상이한 칩 또는 칩 모듈에 접속하여 독립해서 작용하도록 할 수 있다. 매설용 헤드를 복수 개 사용하는 경우, 이들 매설용 헤드를 동시에 또는 독립적으로 작동시킬 수 있다. 와이어를 각각의 트랜스폰더 위치에 완전히 매설하면, 와이어를 절단하고, 매설용 헤드를 다음 위치로 이동시키거나, 기판을, 매설용 헤드에 대해, 매설용 헤드에 인접한 새로운 트랜스폰더 위치로 이동시킨다. 통상적으로, 칩 또는 칩 모듈은, 와이어를 기판에 매설시키기 전에, 기판상에 또는 기판에 형성된 리세스 내에 배치한다. 그러나, 본 발명에서는, 칩 또는 칩 모듈을, 와이어의 매설 공정을 행하는 중에 또는 그 후에, 배치할 수 있다.
본 발명은, 앞서 언급한 종래의 특허 문헌과 그외 다른 공지된 종래 기술에서 설명된 것과 다른, 와이어를 기판에 매설하는 방법을 제공한다. RFID 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역의 한쪽에 와이어를 매설하는 것이 아니라, 와이어를 단자 영역의 바로 위로 안내한 다음, 절연된 와이어를 기판의 단자 영역의 반대쪽에 매설해서 안테나를 형성한 다음, 절연된 와이어를 RFID 칩의 제2 단자 영역 바로 위에 배치해서 다시 매설한다. 매설 및 본딩 공정은, 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 인접하고 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋된 와이어를 가지고 시작하며, 이 와이어는 단자 영역의 위로 지나가지 않는다. 그 대신, 와이어는 기판 내에 매설되어 안테나를 형성하는데, 안테나를 형성하는 와이어의 2개의 단부는 기판 내에 매설되지 않는다. 2개의 단부는 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 인접하고 또한 횡방향으로 오프셋된 위치에 배치된다. 일실시예에서, 와이어의 이들 단부는 그 부분 전체가 기판에 고정되지 않는다. 다음 단계에서, 안테나를 형성한 후, 와이어의 단부를, 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역의 위로 또는 접촉되는 위치로 이동시킨다. 와이어의 이들 단부는, 안테나가 완전히 형성될 때까지, 단자 영역과 접촉되지 않으며, 안테나가 완전히 형성될 때까지, 본딩 공정이 행해지지 않는다.
본 발명의 제2 실시예에서, 와이어의 제1 부분이 기판 내에 매설되는데, 제1 부분의 처음 부분이 기판으로부터 밖으로 연장된다. 와이어의 제1 부분은 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 인접해서 그리고 횡방향으로 오프셋된 위치에 배치된다. 와이어의 그 다음 부분은 기판 내에 매설되지 않고 기판 위에 배치된다. 와이어의 그 다음 부분은 기판 내에 매설되어 안테나를 형성한다. 이어서, 와이어의 그 다음 부분은 기판을 따라 배치되며 매설되지 않는다. 마지막으로, 와이어의 일부분이 기판 내에 매설되는데, 와이어의 그 마지막 부분이 기판으로부터 밖으로 연장된다. 마지막 2개의 와이어 부분은 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 인접해서 그리고 횡방향으로 오프셋된 위치에 배치된다. 이어서, 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋된 위치에 있는 와이어 부분은, 이들 부분의 일부가 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역의 위에 또는 이에 접촉하게 위치하도록 재배치된다. 이들 와이어 부분은, 안테나가 완전히 형성될 때까지는 단자 영역에 접촉하지 않는다.
제3 실시예에서, 와이어의 제1 단부는 대략 0.5~1.0 센티미터의 비교적 짧은 길이만큼 기판에 부착 또는 매설되는데, 그 길이는 변경될 수 있다. 이어서, 초음파 트랜스듀서를 턴오프시키는 것이 바람직하고, 매설된 헤드는 기판의 표면으로부터 일정 거리만큼 상승된다. 와이어의 앞 부분은 기판에 고정되기 때문에, 와이어의 다른 부분, 즉 제2 부분이, 매설용 헤드가 상승될 때, 와이어 공급원으로부터 끌어당겨지게 된다. 이어서, 매설용 헤드가 기판의 평면에 대해 평행하게 이동하고, 와이어의 더 많은 부분이 와이어 공급원으로부터 당겨지게 된다. 이어서, 매설용 헤드가 기판에 근접한 위치까지 하강하고, 초음파 트랜스듀서를 턴온시키고, 와이어의 다른 추가의 부분이 기판에 매설된다. 초음파 트랜스듀서를 턴오프하고, 매설용 헤드를 계속해서 이동시킴으로써, 와이어의 일부가 기판에 고정 또는 매설되지 않고, 대신에 기판의 평면 위로 연장하는 루프 또는 브리지 형태의 와이어를 형성한다. 이러한 루프 형태의 와이어(이하, 와이어 루프라고 함)는 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋된 위치에 형성되며, 횡방향으로 오프셋된다는 표현은 기판의 평면에 대한 위치 관계로 정해진다. 와이어 루프가 기판의 평면에 대해 수직으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 와이어를 고정시키거나 와이어를 기판에 매설하는 공정은, 안테나가 기판상에 또는 기판 내에 형성되도록 계속되며, 루프 또는 브리지 형태의 제2 와이어가 마찬가지로 기판상의 제2 위치에 형성되지만, 제2 위치는 루프 형태의 제1 와이어로부터 칩 또는 칩 모듈의 반대쪽에 있을 필요는 없다. 루프 형태의 2개의 와이어를 형성하는 공정에서, 이 2개의 와이어는 단자 영역 및 칩으로부터 오프셋 또는 이격된 위치에 형성되기 때문에, 와이어의 어떤 부분도, 칩 또는 단자 영역의 어떤 부분의 위 또는 접하도록 위치하지 않는다.
후속하는 처리 공정에서, 절연 재료 중, 와이어 루프의 일부를 따라 안테나 와이어를 둘러싸는 부분을 제거한다. 더 구체적으로 말하면, 제4 실시예에서는, 와이어의 개별적인 루프 부분을 따라 와이어로부터 절연 재료를 벗겨내기 위해 레이저를 사용한다. 절연 재료가 루프로부터 박리되는 위치는, 단자 영역과의 전기적 접촉 부위 또는 단자 영역에 접착되는 부위이다. 앞서 언급한 바와 같이, 루프는 단자 영역으로부터 오프셋 또는 이격되는데, 이 루프는 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역의 바로 위에 배치되지도 단자 영역과 접촉하지도 않는다. 이러한 배치에 의해, 레이저는, 단자 영역이나 칩 자체에 손상을 주지 않으면서, 절연 재료의 개별 부분을 루프로부터 제거할 와이어 부분에 집광이 가능하게 된다. 와이어 루프가 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역의 바로 위, 접촉해서, 또는 매우 근접해서 위치한다면, 레이저는 단자 영역에 손상을 줄 수 있으며, 결국 와이어를 단자 영역에 접착하는 효과가 떨어지거나, 열화된 접착이 이루어질 것이며, 칩 자체가 손상되기도 할 것이다.
후속하는 처리 과정에서, 본 발명의 장치는, 와이어 루프가 지정된 단자 영역에 접착될 수 있는 위치에 와이어 루프를 위치시키는 데에 사용되는 와이어 배치 도구를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 와이어 루프를 체결하고, 와이어 루프의 적어도 일부분이 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역 또는 단자 영역이 최종적으로 배치되는 영역의 바로 위에 및/또는 접촉하게 배치되도록, 와이어 루프를 배치 및 조정하는 데에, 한 쌍의 조오(jaw) 또는 포트(fork) 형태의 요소가 사용된다. 다른 바람직한 실시예에서, 와이어 루프를 이동 또는 체결시키기 위해 포크 형태의 요소 대신에, 와이어 루프를 단자 영역과 접촉하는 위치시키는 다른 수단, 예를 들면 브러시(brush) 또는 소면기(comb) 장치가 제공될 수 있다. 와이어 루프를 형성하는 대신에, 단자 영역에 인접해서 위치하는 와이어 부분이, 예를 들어 기판에 고정 또는 매설되지 않고, 기판의 상단에 배치되며, 이어서 예컨대 브러시나 소면기 등의 포크 형태의 요소 또는 다른 수단이나 수동으로 단자 영역 위에 배치하는 것을 고려할 수 있다. 와이어의 각각의 단부의 한쪽은 기판에 부착되지 않게 되어, 와이의 각 부분을, 와이어를 부착할 대응하는 단자 영역과 접촉할 위치로 간단히 이동시킬 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치에 따른 추가의 처리 단계에서, 단자 영역의 위 또는 접촉하도록 위치된 와어어의 부분을 지정된 단자 영역에 전기적으로 접속시키는 본딩 요소가 제공된다. 본딩 과정은 안테나가 완전히 형성될 때까지는 행해지지 않는다.
이들 처리 단계들은 단일의 위치에서 모두 행해지거나 다수의 위치에서 행해질 수도 있다. 예를 들어, 단일의 헤드 요소가 초음파 매설 도구와 접착 도구를 포함할 수 있으며, 매설 도구는 와이어의 부분을 단자 영역의 위 또는 접촉하도록 재배치할 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 도구는 둘 이상의 개별 헤드 위에 또는 개별 도구 헤드 위에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판은, 도구를 고정시켜 두고, 이들 공정 단계들 중 일부 또는 모두의 단계에서 상이한 위치로 이동될 수 있다.
다른 다양한 특징과 장점은, 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 RF 및/또는 RFID 인레이를 제조하기 위해 사용되는 처리 머신의 부분 사시도이다.
도 2는, 기판상에 배치된 칩 모듈과, 칩 모듈에 인접한 안테나 코일의 반대쪽 단부에의 배치를 구체적으로 나타내는 RF 또는 RFID 인레이의 일부의 확대 도면이다.
도 3은 칩 모듈의 단자 영역에 고정된 안테나 코일의 반때쪽 단부를 나타내는 확대 평면도이다.
도 4는, 단자 영역에 단부를 부착하기 전에 루프 형태에 구성된 안테나 코일의 대향 단부의 일부를 포함하는 안테나 코일과 칩 모듈을 나타내는, 도 2의 인레이의 확대 부분 사시도이다.
도 5는, 안테나 코일의 대향 단부의 일부가 칩 모듈의 단자 영역에 고정된 인레이를 나타내는, 도 3의 확대 부분 사시도이다.
도 6은, RF 및/또는 RFID 인레이를 제조하기 위한 처리 머신의 작업 부품으로서, (i)안테나 코일을 기판에 고정시키기 위한 매설용 도구, (ⅱ)절연된 와이어로부터 절연 재료를 제거하기 위한 레이저, 및 (ⅲ)단자 영역에 접착하기 전에, 안테나 와이어 루프를 배치하기 위한 와이어 배치 도구를 나타내는, 부품의 개략도이다.
도 7과 도 8은, 안테나 코일의 대향 단부가 칩 모듈에 인접해서 위치하는 과정을 나타내는 매설용 도구의 개략도이다.
도 9는, 안테나 코일을 형성하는 절연된 와이어로부터 절연 재료를 제거하기 위해 레이저를 사용하는 RF 및/또는 RFID 인레이를 제조하는 다른 처리 과정을 나타내는 개략도이다.
도 10은, 절연된 와이어 상의 지정된 위치로부터 절연 재료를 박리하는 레이저를 나타내는 확대 입면도이다.
도 11은 칩 모듈에 손상을 주지 않도록 레이저의 공간적 방향과 절연 재료를 박리하는 레이저 빔의 위치를 나타내는 평면도이다.
도 12는, 와이어 루프를 체결하기 전의, 와이어 배치 도구의 부분 사시도이다.
도 13은, 체결될 와이어 루프의 한쪽과 관련해서 조오 조립체(jaw assembly) 중 하나와 그 방향을 나타내는 도 12의 라인 13-13을 따라 절취한 확대 단면도이다.
도 14는, 하강되어 있으며, 조오 조립체의 하면이 와이어 배치 도구와 기판의 상면과 접하는 와이어 배치 도구를 나타내는 입면도이다.
도 15는 조오 조립체의 후면 또는 대향 면을 나타내며, 도 14의 하강된 위치에서의 조오 조립체를 나타내는, 도 13과 유사한 확대 단면도이다.
도 16은, 조오 조립체의 이동에 의해 와이어 루프가 체결 및 배치된 후의 와이어 배치 도구의 입면도이다.
도 17은, 도 16에 도시한 도구의 위치에 있는 와이어 배치 도구의 입면도이다.
도 18은, 와이어 루프가 배치된 후에 와이어 루프로부터 체결이 해제된 조오 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 19는, 안테나 와이어와 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역 사이에 열 압축 접착을 행하는 열 본딩 헤드와, 그 결과로서, 와이어 부분의 노출된 도체와 각 단자 영역 사이의 전기적 연결체의 개략도이다.
도 20은, RF 장치에서 와이어 배치를 완료한 후, 이전에 절단한 모세관의 단부로부터 연장하는 와이어의 남은 부분을 갖는 소노트로드 등의 매설용 도구의 개략도이다.
도 21은, 도 20에서의 와이어보다 매설용 도구로부터 와이어가 추가로 더 배출되어 있는, 상승 위치에 있는 매설용 도구의 개략도이다.
도 22는, 칩 모듈에 인접해서 위치한 안테나 코일의 대향 단부가 루프로서 형성되지 않고, 각도를 갖는 연장부로 형성되고, 단자 영역으로부터 오프셋 또는 이격된, 다른 RF 또는 RFID 인레이의 부분을 나타내는 확대 평면도이다.
도 23은, 각도를 가진 연장부가 단자 영역에 열적으로 접착될 수 있도록, 연장부를 브러시 또는 소면기의 작용에 의해 단자 위에 배치한 것을 나타내는 도면이다.
칩 모듈은 도에 도시되거나 명세서나 청국범위에 개시될 수 있지만, 칩은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 칩 모듈로 대체(또는 그 반대로)될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 아울러, 도 1~23에 도시된 와이어는, 달리 특정하지 않는 한, 절연되어 있다. 그러나, 본 발명에서는, 단락이 생기는 것을 피하기 위해 절연되지 않은 와이어를 사용할 수 있다. 이 경우, 절연 재료 제거 단계를 생략할 수 있 다.
도 1은 RF 및/또는 RFID 인레이를 제조하기 위한 처리 장치 또는 머신(10)의 일실시예를 나타낸다. 머신(10)은 파워 드라이브 그룹(12)과 유연한 통신용 버스(14)를 포함할 수 있다. 이 버스는, 컴퓨터 프로세서(도시 안 됨)로부터 작동 지시를 전달하며, 머신의 동작 부품에 전력을 공급한다. 예를 들어, 버스(14)는, 인레이를 생성하는 머신의 작업 요소(16)와 프로세서 간의 전자 신호의 전달을 용이하게 할 수 있다. 아래에 설명하는 바와 같이, 작업 요소(16)는, 하나 이상의 매설용 도구, 레이저, 와이어 절단 도구, 및 열 본딩 헤드의 그룹이나 조합체를 포함할 수 있다. 작업 요소(16)는 인레이의 본체를 형성하는 기판(26)을 고정시키는 지지 테이블(24)을 횡방향으로 가로질러 이동한다. 도 1에 나타낸 본 실시예의 머신의 경우, 횡방향 레일(18)에 의해, 작업 요소(16)가 기판(26)을 가로지르는 횡방향으로 이동하게 된다. 횡방향 레일(18)에 고정된 길이방향 프레임(20)에 의해, 머신이 길이방향 레일(22)을 따라 길이방향으로 이동할 수 있게 된다. 점선(28)은, 각각의 인레이가 공통의 기판(20)상에 형성될 예상 영역을 나타낸다. 도면부호 (30)은 기판상에 미리 배치되어 있는 칩 또는 칩 모듈을 나타내거나, 향후 칩 또는 칩 모듈이 배치될 리세스를 나타낸다. 앞서 언급한 바와 같이, 각각의 인레이 장치는 하나 이상의 트랜스폰더를 포함하며, 트랜스폰더는, 집적 회로 칩 또는 칩 모듈과, 이 칩 또는 칩 모듈에 연결된 와이어 안테나를 포함한다. CNC 또는 이와 유사한 컨트롤러는, 기판(26)에 대한 작업 요소(16)의 상대적인 위치 설정 및 이동을 제어한다.
도 2와 도 3을 참조하면, RF 또는 RFID 인레이 장치(이하, 간단히 "장치"라고 함)의 일부가 도시되어 있다. 본 발명에 의하면, 장치는, 일반적으로 열가소성 재료 또는 와이어 매설을 수용하는 다른 재료로 이루어지는(또는 접착제 층과 같은 와이어 본딩을 수용하는 재료의 층으로 이루어지는) 기판(26), 칩 모듈(34), 및 연속하는 와이어(32)에 의해 형성된 안테나 요소를 포함한다. 공지된 구성의 칩 모듈(34)은, 집적 회로(36)와 적어도 한 쌍의 단자 패드 또는 단자 영역(40)을 포함한다. 집적 회로(36)에 형성된 본딩 패드(38)는, 하나 이상의 매우 작은 리드 또는 도체(42)에 의해 단자 영역(40)에 전기적으로 접속된다. 에폭시 등의 재료로 된 보호층(44)은, 집적 회로(36), 각 단자 영역(40)의 일부, 및 연결용 도체(42)를 덮는다. 이와 달리, 칩 모듈이, 본 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 방식으로 구성 및 조립될 수 있으며, 또는 칩 모듈(34) 대신에 집적 회로(36)를 단독으로 사용할 수 있고, 이 경우에는, 안테나 와이어(32)가 본딩 패드(86)에 직접 접착된다.
도 2 및 도 3에 도시된 절연 와이어(32)의 일부는 안테나를 형성하는 와이어의 대향 단부이며, 도 4와 도 5를 참조하면 더 용이하게 알 수 있게 되어 있다. 제조 중에, 와이어의 대향 단부의 일부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판의 표면 위에 루프 또는 브리지 형태로 형성된다. 계속해서, 도 2와 도 4에 도시된 위치로부터 도 3 및 도 5에 도시된 위치까지 와이어 루프가 배치된다. 각 와이어 루프의 일부가 접착 지점(48)에서 각각의 단자 영역(40)에 접착된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 와이어(32)와 단자 영역(40) 사이에는, 거리 D로 나타낸 바와 같이, 뚜렷한 횡방향 오프셋 또는 갭이 존재하는데, 이 오프셋 또는 갭은, 와이어가 기판상에 위치 또는 부착된 것처럼, 단자 영역(40)의 위에 또는 접촉하도록 안내 또는 배치되지 않는 것을 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 와이어(32)가 기판에 완전히 부착되어 안테나를 형성한 후에만, 와이어 루프는 일부가 단자 영역에 접착하도록 배치된다. 그럼에도, 와이어 루프는 와이어 매설 공정이 완료되기 전에 배치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 제1 실시예와 관련해서, 와이어 루프의 양 단부는, 와이어 루프가 배치될 수 있기 전에, 기판의 지점(46)에 매설 또는 부착되는 방식으로 고정되어야 한다. 하나의 단부만 제 위치에 고정되고, 다른 단부는 기판에 어떤 방식으로든 고정되지 않는다면, 와이어 루프의 배치는 신뢰성이 있거나 반복가능한 방식으로 작용하지 않을 것이다. 다른 실시예와 관련해서 알 수 있는 바와 같이, 와이어의 하나의 단부는 기판에 대해 느슨하게 되거나 고정되지 않을 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 장치가 도시되어 있는데, 안테나 요소는 복수의 트랙 내에 또는 동심원으로 배치된 코일(50) 내에 형성되어 있다. 도 4에서, 와이어(32)의 대향 단부는, 기판의 상면 위에 실질적으로 직교하도록 연장되며 칩 모듈(34)에는 인접하지만 그 칩 모듈의 임의의 부분 위에는 위치하지 않는 루프(47)의 형태로 형성된다. 직경이 작은 와이어를 사용함으로써, 루프는 기판에 대해 직각으로 연장하지 않고, 상이한 위치를 차지할 것이다. 칩 모듈로부터 돌출되는 루프(47)와 그 공간적 배치에 의해, 단자 영역에 대한 와이어의 전기적 접착에 앞서, 절연 재료의 선택된 분량이 와이어로부터 제거될 수 있다. 도 5에서, 절 연 와이어(32)는, 와이어 루프가 단자 영역(40)의 바로 위 또는 접촉하는 위치에 배치된다. 이어서, 와이어 루프의 일부가 단자 영역에 열적으로 접착되어 전기적 연결부를 형성한다.
도 6은 머신(10)의 작업 요소(16)를 상세하게 나타낸다. 작업 요소(16)는, 절연 와이어(32)를 기판(26)에 완전히 또는 부분적으로 매설하는 데에 사용되는 하나 이상의 매설용 도구(52)를 포함한다. 본 기술분야의 당업자라면, 매설용 도구(52)는, 절연 와이어를 기판에 매설하기 위해 고주파 또는 초음파 진동을 사용한다는 것을 알 수 있을 것이다. 매설용 도구는, 프로세서 또는 컨트롤러의 제어에 따라, 미리 프로그램된 패턴으로 이동하여, 원하는 형태 또는 패턴의 안테나를 형성한다. 도 6에서, 절연 와이어(32)는, 매설용 도구의 팁(53)으로부터 배출된다. 배출은 되지만 아직 기판(26)에 부착되지 않은 절연 와이어를 도면부호 (54)로 나타낸다. 매설용 도구에 인접해서 위치한 튜브(55)는, 매설용 헤드를 냉각시키기 위해 공기 흐름을 공급하는 데에 사용될 수 있다. 다른 작업 요소(16)는, 절연 재료를 절연 와이어로부터 제거하기 위해 사용되는 하나 이상의 레이저(56)와, 와이어 루프를 도 3 및 도 5에 나타낸 위치로 배치해서 와이어가 단자 영역에 고정될 수 있도록 하는 하나 이상의 와이어 배치 도구(58)와, 와이어를 절단하고 머신을 기판에 대해 상대적으로 이동시켜 다음 안테나를 형성할 수 있도록 하는 와이어 절단기(도시 안 됨)를 포함한다. 작업 요소(16)는, 단일의 그룹으로 함께 이동해서 인레이를 제조하기도 하고, 작업 요소(16)의 다양한 조합이 상이한 위치에 배치되거나 상이한 위치에 개별적으로 배치되어 공통 또는 개별 기판(26)으로부터 형성된 일련의 인레이를 가장 효과적으로 제조할 수 있도록 할 수 있다.
안테나는 단일의 연속하는 절연 와이어이기 때문에, 매설용 도구(52)는, 미리 정해진 패턴대로 이동하여야, 와이어의 연속성에 영향을 주지 않으면서, 와이어 루프와 동심원 권선이 형성되도록 와이어를 배출할 수 있다. 따라서, 안테나를 제조함에 있어서, 본 공정의 제1 단계는, 기판(26)의 평면에 대해, 칩 모듈(34)에 실질적으로 근접하지만 횡방향으로 오프셋되지 않은 하나의 루프(47)를 형성하는 것이다. 다음으로, 와이어를 안테나 패턴의 형태로 기판에 부착하고, 매설용 도구에 의해, 칩 모듈의 반대쪽에 실질적으로 근접하지만 오프셋되지는 않은 제2 루프(47)를 형성한다. 형성되는 와이어 루프의 위치는, 각각의 단자 영역의, 각 와이어 루프가 부착될 위치에 실질적으로 근접한 위치라는 것을 이해하여야 한다. 제2 루프를 형성한 후, 절연 와이어를 절단하고, 매설용 도구(52)를 다음 안테나를 형성하기 위한 기판의 다음 위치로 이동시키는데, 매설용 도구와 기판은 여러 조합의 상대적인 이동이 가능하다.
도 7과 도 8에는, 한 쌍의 루프(47) 중 제2 루프를 형성하기 위한, 매설용 도구(52)의 일련의 동작을 나타내고 있지만, 이 공정은 제1 루프를 형성하기 위한 것과 실질적으로 동일하다는 것을 이해하여야 한다. 도 7의 왼쪽에서 오른쪽으로 보면, 매설용 도구(52)로부터 와이어를 배출하고, 절연 와이어(32)를 기판(26)에 매설하며, 매설용 도구(52)를 위쪽으로 이동시키는 시퀀스가 도시되어 있는데, 매설용 도구를 위쪽으로 이동시킴으로써, 절연 와이어가 기판(26)의 상면 위의 지정된 높이 H까지 상승되면서, 일반적으로 알려진 길이의 와이어 루프(47)를 형성하는 바람직한 거리에 해당하는 지정된 높이에서 매설용 도구를 수평방향으로 이동시킨다. 도 8을 보면, 매설용 도구(52)가 아래쪽으로 이동되고, 초음파 공급원을 턴온시키며, 와이어의 단부가 일정 길이만큼 기판(26) 내에 매설된다. 이 시점에서, 절연 와이어를 절단할 수 있으며, 매설용 도구를 기판상의 다음 위치로 이동시켜, 다음 안테나 패턴을 형성할 수 있다. 매설용 도구는, 도 7과 도 8을 참조하여 설명한 것과 동일한 시퀀스로, 제1 루프(47)를 형성한다. 그러나, 루프를 형성한 후에 와이어를 절단하는 것이 아니라, 매설용 도구가 와이어를 계속 매설하도록 해서, 안테나와 제2 루프를 형성한다. 본 실시예에와 관련해서 앞서 언급한 바와 같이, 와이어는 와이어 루프의 양측인 기판의 지점(46)에 부착 또는 다른 임의의 방식으로 고정시켜야, 와이어 루프를 후속하는 처리에서 배치시킬 수 있다.
도 9 내지 도 11에는, 본 발명의 절연 재료 제거 특징을 동작에 따라 나타낸다. 안테나와 칩 또는 칩 모듈 사이의 전기적 접합의 품질을 향상시키기 위해, 특히 60 미크론 이하의 작은 직경의 와이어를 사용하는 경우, 금속 도체를 둘러싸는 절연 재료의 일부를 제거하는 것이 바람직하다. 레이저(56)는, 절연 재료의 선택된 양만큼을 제거하기 위해, 루프(47)의 정해진 부분과 접하는 레이저 빔 또는 자외선 빔을 생성한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔(57)은, 절연 재료(72)의 지정된 부분을 제거하기 위한 방향으로 설정되어, 내부의 금속 도체(74)를 노출시키게 된다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 원형 패턴(76)은, 레이저 빔(57)이 닿는 기판 부분을 나타낸다. 레이저에 의해 방사되는 빔의 사이즈와 형태는, 시스템 요건과 공간적 제한을 만족시키기 위해 변경이 가능하다. 레이저 빔(57)은 칩 또는 칩 모듈(34)의 어떠한 부분에도 닿지 않기 때문에, 칩이나 칩 모듈 또는 이들 각각의 단자 영역에 어떠한 손상도 주지 않는다. 절연 와이어와 칩 모듈 사이의 갭 또는 거리 D는, 레이저의 제어된 사용에 의해 접착 지점을 오염시키거나 손상을 주지 않으면서, 절연 재료를 확실하게 제거할 수 있는 것을 보장한다. 레이저(56)는, 각각의 루프를 순차적으로 처리하기 위해, 하나의 루프에서 다음 루프로 이동된다. 필요에 따라, 레이저 광의 의도하지 않은 반사가 칩 모듈 또는 장비의 오퍼레이터 쪽으로 향하는 것을 방지하기 위해, 보호용 재킷 또는 슈라우드(도시 안 됨)를 레이저(56)와 함께 사용할 수 있다. 또한, 레이저가 관통 홀을 태우거나 그외 다른 방식으로 기판을 복원할 수 없을 정도로 손상시키지 않도록, 레이저에 의해 처리되는 와이어 루프의 바로 아래에 임시의 보호 패드(도시 안 됨)를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 이 보호 패드는 작업 요소(16)와 결합되는 제어가능한 아암(arm) 내에 설치할 수 있으며, 이 보호 패드는 레이저가 작동하는 동안 배치했다가 철수시킬 수 있다. 이전 공정의 결과로서, 절연 재료가 와이어의 정해진 부분으로부터 완전히 제거되고, 이러한 제거 공정으로부터 어떠한 잔류물이나 부산물이 레이저에 의해 제거되며, 칩 및/또는 칩 모듈의 단자 영역으로부터 완전히 제거되는 기판상의 위치에, 다른 것에 영향을 주지 않으면서 배치될 수 있다.
도 12 내지 도 18에는, 와이어 배치 도구(58)의 동작을 나타내고 있다. 도 12 내지 도 14를 보면, 와이어 배치 도구(58)는, (i)프레임(60), (ⅱ)한 쌍의 수직 지지부(62), (ⅲ)한 쌍의 조오 조립체(63), 및 (ⅳ)한 쌍의 스프링(68)을 포함한다. 조오 조립체(jaw assembly)(63)는, 이격된 한 쌍의 조오(64)를 각각 포함한 다. 스프링(spring)(68)은 조오 조립체(63)를 각각의 핀(70)의 둘레로 회전 이동시킨다. 각각의 조오(64)는, 아래에 언급한 바와 같이, 루프(47)를 체결하는 노치(notch)(66)를 포함한다. 와이어 배치 도구(58)는, 도 12의 위치로부터 아래쪽으로 이동되어, 도 14에 나타낸 바와 같이, 조오(64)의 하부 에지가 기판(26)의 상면과 접하게 된다. 조오 조립체(63)가 기판과 접하게 되면, 한 쌍의 조오(64)는, 핀(7)의 둘레로 서로를 향해 회전하고, 이에 따라 한 쌍의 조오의 하부면이 기판(26)의 상면과 동일 평면에서 배치된다. 도 15를 보면, 각각의 조오 조립체(63)의 중심 아치(65)에 의해, 조오 조립체가 칩 또는 칩 모듈 쪽으로 이동할 수 있게 되며, 조오 또는 조오 조립체의 다른 어떤 부분도 칩 또는 칩 모듈에 닿지 않도록 하기 때문에, 조오의 이동에 의해 칩 또는 칩 모듈의 위치를 변경하지 않아도 된다. 도 16과 도 17을 참조하면, 각각의 루프(47)가 한 쌍의 조오 중 하나와 체결되고, 와이어 루프가 노치(66)에 고정되도록, 조오가 서로를 향해 이동된다. 루프는 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역을 향한 조오의 각각의 이동에 의해 배치된다. 더 구체적으로 말하면, 루프(47)를 포함하는 와이어는 조오의 안쪽으로의 이동에 따라 구부러지거나 변형된다. 도 3에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 변형된 루프의 형태는, 매설 또는 고정된 영역(46)에 대한 위치와, 루프를 위치(49)와 위치(46)에서 구부러지게 하는 조오 조립체(63)의 노치(66)의 형태에 기인하여 구분가능한 3개의 선형 부분을 포함한다. 따라서, 루프는, 단자 영역(40)의 바로 위와 단자 영역의 적어도 일부와 접촉하는 위치에 배치된다.
도 18을 참조하면, 조오 조립체가 해제되어 있으며, 와이어 루프가 각각의 대응하는 단자 영역에 접착될 수 있는 위치에 배치되어 있다. 바람직한 실시예에서, 대향하는 조오의 안쪽으로 또는 조여드는 이동은, 조정가능한 물리적 정지부에 의해 제한된다. 이 정지부는 조오가 너무 많이 이동하지 않도록 하는데, 조오가 너무 많이 이동하면, 기판의 지점(46)에 고정된 와이어 부분이 해제되어, 결과적으로 칩 또는 칩 모듈의 단자 영역에 대한 와이어 루프의 배치가 잘못될 수 있다. 각 루프(47)를 형성하는 와이어 부분과 그 높이 H는 조오의 형상과 함께, 조오(64)가 이동할 수 있는 최대 거리를 규정한다. 이해하여야 하는 바와 같이, 와이어(32)가 칩 모듈(34)로부터 오프셋되는 거리 D는, 와이어 루프의 높이 H 및/또는 길이를 조정함으로써 조절이 가능하다.
도 19를 보면, 다른 작업 요소(16), 즉 열 본딩 헤드(80)가 도시되어 있다. 이 열 본딩 헤드는, 각 단자 영역(40)의 위에 배치된 루프(47)를 전기적으로 접착하기 위해 사용된다. 도 19에서, 열 본딩 헤드(80)는, 단자 영역(40) 중 하나와 접해서 루프(47) 중 하나를 압착하는 것으로 도시되어 있다. 열 본딩 헤드는 루프를 단자 영역에 전기적으로 접속시키기에 충분한 전압을 생성한다. 레이저(56)와 마찬가지로, 본딩 헤드(80)는, 각각의 루프를 대응하는 단자 영역에 순차적으로 접착하기 위해 하나의 접착 위치에서 다음 접착 위치로 이동된다.
도 20은, 초음파 소노트로드(ultrasonic sonotrode)(90)와 같은 매설용 장치의 예를 나타낸다. 이 소노트로드는, 모세관(94)을 수용하는 매니폴드(92)와, 모세관(94)과 연결되어 있는 압축 공기 채널(96)을 포함한다. 와이어(32)는 모세관을 통해 경로가 설정되어, 소노트로드의 말단 팁(98)으로부터 공급될 수 있도록 되 어 있다. 와이어 클램핑 기구(102)가 와이어의 공급을 조절한다. 클램핑 기구 조오가 서로 밀착됨으로써, 와이어의 공급을 차단한다. 조오가 개방되면, 와이어가 모세관으로부터 배출되는 속도를, 압축 공기에 의해 조절할 수 있다.
앞서 설명한 RF 장치에 와이어를 배치하는 것이 끝나면, 와이어(32)를 절단해서, 와이어(100)의 잔여 부분을 매설용 도구의 말단 팁으로부터 연장시킨다. 이 잔여 분량은, 매설용 도구와 절단 도구(도시 안 됨) 사이의 거리와 길이가 동일하다. 와이어의 나머지 부분은 제조할 다음 RF 위치에 사용된다.
도 21을 참조하면, 매설용 장치가 기판에 대해 상대적으로 상승된 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 와이어의 남은 부분의 길이가 도 20에 도시된 것에 비해 더 길게 되어 있다. 공기 채널(96)에 의해 소노트로드로부터 와이어가 밀려나오도록 함으로써, 와이어의 길이가 추가로 길어진다. 이와 달리, 와이어는 기판에 매설 또는 부착될 수 있으며, 소노트로드를 이동시킴으써, 와이어의 추가 부분이 와이어 공급원으로부터 끌어 당겨지게 된다.
도 22에는, 안테나 코일의 단부를 구성하기 위한 다른 방법을 도시하고 있다. 이러한 방법에 의하면, 안테나 코일의 단부가 단자 영역(40)에 전기적으로 접속되는 위치에 순차적으로 배치될 수 있다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 코일 와이어(104)의 단부는, 매설된 코일로부터 각도를 가진 연장부(angular extensions)에까지 배치되고, 칩 모듈(34)의 어떤 부분과도 접하지 않는다. 대신에, 코일 와이어의 단부는, 칩 모듈에 인접한 기판상의 위치에 배치될 뿐이다. 이들 각도를 가진 연장부는, 초음파 헤드를 동시에 이동시키고, 공기 채널(96)에 의해 와이어가 장치로부터 배출되도록 형성될 수 있다. 와이어의 이 부분이 기판상에 배치되면, 코일(50)을 형성한다. 이어서, 각도를 가진 제2 연장부를 형성하기 위해, 와이어의 다른 부분이 배치된다. 또한, 와이어 단부(104)는, 단자 영역에 재배치 및 접착하기 전에, 와이어의 일부의 위치를 안정화하는 데에 도움이 되는, 매설되는 매우 작은 길이를 가질 수 있다.
제조 공정의 다음 단계에서, 각도를 갖는 연장부는, 단자 영역과의 상호 연결을 위해, 도 23에 도시된 바와 같이, 단자 영역의 위의 위치로 이동된다. 와이어 단부(104)의 어떠한 부분이라도 매설되면, 와이어 단부를 배치하는 요소의 힘이 매설하는 힘을 극복한다. 각도를 갖는 연장부는, 브러시나 소면기(106)를 회전시키는 것과 같이, 브러시나 소면기의 작용에 의해 배치된다. 브러시 또는 소면기(106)는, 작용 요소(16)의 그룹에 포함되는 다른 요소일 수 있다. 이와 달리, 각도를 갖는 연장부는 포획되고 회전되어 제 위치에 배치될 수 있다. 포획하는 것은, 머신이나 장치, 또는 오퍼레이터의 수동에 의해 이루어질 수 있다. 각도를 갖는 연장부가 단자 영역의 위에 배치되면, 와이어 단부가, 앞서 설명한 바와 같이, 열적으로 접착될 수 있다. 따라서, 도 22와 도 23에 도시된 제조 방법에 의하면, 루프를 형성할 필요는 없지만, 대신에 기판의 상단에 배치되는 단부를 연장하고, 제 위치로 회전시킨 다음, 접착한다. 와이어로부터 절연 재료를 제거하는 것과 관련해서 설명한 바와 같이, 각도를 갖는 연자부가 칩 모듈로부터 이격되어 있어서, 인레이 또는 트랜스폰더의 칩 모듈 또는 어떤 다른 부분에도 손상을 주지 않으면서, 절연 재료를 각도를 갖는 연장부로부터 제거할 수 있다.
도 22 및 23의 실시예에 나타낸 바와 같이 안테나를 배치하기 위한 한가지 가능한 시퀀스는 다음 과정을 포함한다: 먼저, 와이어의 일부가 매설용 헤드로부터 연장되어 각도를 갖는 제1 연장부를 형성한다. 각도를 갖는 제1 연장부의 와이어 단부(104)는 단순히 기판상에 배치되거나, 매우 작은 길이를 갖는 부분이 기판에 매설될 수 있다. 이어서, 매설용 도구는, 와이어를 칩 모듈의 어떠한 부분 위에도 배치되지 않도록 하고, 칩 모듈로부터 오프셋된 상태를 갖도록, 각도를 형성해서 기판을 가로질러 횡단한다. 이 매설용 도구는, 기판의 주위로 이동하고, 동심원 코일을 배치하여, 안테나를 형성한다. 마지막 코일을 형성하면, 매설용 도구는 각도를 갖는 방향으로 이동해서, 각도를 갖는 제2 연장부를 형성한다. 매설용 도구는 칩 모듈의 어떠한 부분 위로도 횡단하지 않는다. 도시된 실시예에서, 절연 와이어는, 각도를 갖는 연장부가 실질적으로 동일한 길이와, 단자 영역의 반대쪽에 대해 실질적으로 동일한 각도의 방향을 갖는 위치에서 절단된다. 그러나, 각도를 갖는 연장부는, 재배치 기기가 단자 영역과 접촉해서 와이어를 위치시킬 수 있는 경우, 상이한 길이 및/또는 방향을 가질 수 있다. 이어서, 각도를 갖는 연장부를 칩 모듈에 전기적으로 접속시키기 위해, 단자 영역과 같은 칩 모듈의 지정된 부분 위에 각도를 갖는 연장부를 배치하는 데에, 브러시나 소면기(106) 등의 장치가 사용된다.
본 발명의 장점은 명확하다. 와이어 루프의 지정된 부분으로부터 모든 절연 재료를 효과적으로 제거하는 레이저를 사용해서, 칩 모듈의 단자 영역과 안테나 사이에서 개선된 전기적 접합을 달성할 수 있는 RF 인레이 또는 트랜스폰더 장치를 제조하는 제조 공정을 제공할 수 있다. 칩 모듈로부터 이격된 돌출 루프를 생성함으로써, 레이저는, 칩 모듈뿐만 아니라, 인레이나 트랜스폰더 장치의 어떠한 부분에도 손상을 주지 않으면서 동작할 수 있다. 따라서, 최종 RF 장치가 물리적으로 정당하지 못하게 사용되는 것을 감소시키는 작은 직경의 절연 와이어를 사용할 수 있다. 처리 머신의 작업 요소는, 단일의 처리 머신이 인레이를 완전히 제조하는 데에 사용될 수 있도록 하나의 그룹 내에 통합될 수 있기 때문에, 추가의 처리 머신이나 연동하지 않는 제조 부품을 추가할 필요가 없다. 이와 달리, 처리 도구는 상이한 조립체에 개별적으로 위치시키거나 개별적으로 동일 위치에 배치할 수 있다.
안테나 와이어를 단자 영역에 접착하기 전에, 안테나 와이어로부터 절연 재료를 제거하기 때문에, 열 본딩 헤드를 낮은 전압에서 동작시킬 수 있으며, 열 압착 본딩 헤드의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 낮은 전압은 작은 직경의 와이어에 더 적합하고 이러한 와이어의 사용을 용이하게 한다. 낮은 전압은, 고전압에서 동작하는 헤드에 의해 생길 수 있는 와이어 도체의 완전한 파괴 없이도, 안테나 와이어를 단자에 적절하게 접착시키는 데에 사용될 수 있다.
본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였지만, 이하의 청구범위의 범위에 따라 본 발명에 대해 다양한 다른 변경 및 변형이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 주파수 인레이를 제조하는 방법으로서,
    기판 평면을 형성하는 기판, 상기 기판상에 또는 상기 기판상에 형성된 리세스에 배치된 집적 회로, 및 상기 집적 회로와 관련된 한 쌍의 단자 영역을 제공하는 단계; 및
    안테나를 형성하기 위해 상기 기판에 와이어를 부착하는 단계로서,
    (i) 상기 와이어의 제1 부분을 상기 기판상의 상기 단자 영역 중 하나의 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋되고 이격된 위치에 부착하고, 상기 와이어의 제1 부분의 일부로 이루어지며 상기 기판의 평면 위로 연장하는 제1 와이어 루프를 형성하는 단계;
    (ⅱ) 상기 와이어의 제2 부분을 상기 기판에 부착해서 안테나의 권선을 형성하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 와이어의 제3 부분을 상기 기판상의 상기 단자 영역 중 다른 하나의 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋되고 이격된 위치에 부착하고, 상기 와이어의 제3 부분의 일부로 이루어지며 상기 기판의 평면 위로 연장하는 제2 와이어 루프를 형성하는 단계를 포함하는 와이어 부착 단계
    를 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어를 상기 기판에 부착하는 단계는, 상기 와이어를 상기 기판에 부분적으로 또는 완전히 매설하는 단계를 포함하는, 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프의 일부가 상기 한 쌍의 단자 영역 중 하나의 단자 영역의 적어도 일부분 위에 배치되고, 상기 제2 와이어 루프의 일부가 상기 한 쌍의 단자 영역 중 다른 하나의 단자 영역의 적어도 일부분 위에 배치되도록, 상기 제1 와이어 루프와 상기 제2 와이어 루프를 배치하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 제2 와이어 루프의 일부분을 각각 대응하는 단자 영역에 전기적으로 접합시키는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 절연되어 있으며,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 제2 와이어 루프의 일부분에 대하여 절연 재료를 제거하는 처리를 행하여, 그 하부의 와이어의 도체를 노출시키는 처리 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리 단계는 레이저 빔을 상기 노출시킬 부분에 인가하는 단계를 포함하는, 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 제2 와이어 루프, 상기 레이저, 및 상기 단자 영역을, 상기 레이저의 동작에 의해, 상기 와이어로부터 절연 재료를 제거하고, 상기 레이저의 빔이 상기 단자 영역에 도달하지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 제2 와이어 루프는 기계적인 장치에 의해 배치되는, 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기계적인 장치는 브러시 또는 소면기인, 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  10. 무선 주파수 인레이를 제조하는 방법에 있어서,
    기판의 표면상에 또는 상기 기판에 형성된 리세스 내에, 단자 영역을 갖는 칩 또는 칩 모듈을 배치하는 단계;
    상기 기판의 표면 위로 연장되는 제1 와이어 루프를 형성하는 단계로서, 상기 제1 와이어 루프가 상기 칩 또는 칩 모듈의 바로 위 또는 이에 접촉하지 않고 상기 칩 또는 칩 모듈로부터 오프셋된 위치에 형성되는, 상기 제1 와이어 루프의 형성 단계;
    와이어의 일부를 상기 기판 내에 부분적으로 또는 완전히 매설하는 단계로서, 상기 와이어의 일부가 상기 제1 와이어 루프에 전기적으로 접속되는, 상기 와이어의 일부를 매설하는 단계;
    상기 제1 와이어 루프를 상기 단자 영역의 바로 위 또는 접촉하는 위치로 이동시키는 단계; 및
    상기 제1 와이어 루프를 상기 단자 영역에 전기적으로 접속시키는 단계
    를 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프를 상기 단자 영역에 전기적으로 접속시키기 전에, 상기 제1 와이어 루프로부터 절연 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연 재료를 제거하기 위해 레이저를 이용하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레이저의 빔이 상기 제1 와이어 루프의 일부분에는 도달하도록 하고 상기 단자 영역에는 도달하지 않도록, 상기 레이저의 위치를 설정하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 표면 위로 연장하는 제2 와이어 루프를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 와이어 루프는, 상기 칩 또는 칩 모듈과 관련된 제2 단자 영역의 바로 위 또는 이에 접촉하지 않고 상기 제2 단자 영역으로부터 오프셋된 위치에 형성되는, 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 와이어 루프를 상기 제2 단자 영역의 바로 위 또는 이에 접촉하는 위치로 이동시키는 단계; 및
    상기 제2 와이어 루프를 상기 제2 단자 영역에 전기적으로 접속시키는 단계 를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2 와이어 루프를 상기 제2 단자 영역에 전기적으로 접속시키기 전에, 상기 제2 와이어 루프로부터 절연 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 와이어의 일부를 연속하는 와이어로부터 형성하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프, 상기 제2 와이어 루프, 및 상기 와이어의 일부를, 연속하는 와이어로부터 형성하는 단계를 더 포함하는 무선 주파수 인레이의 제조 방법.
  19. 기판 평면을 형성하는 기판;
    상기 기판상에 또는 상기 기판상에 형성된 리세스 내에 배치된 집적 회로;
    상기 집적 회로와 관련되어 상기 집적 회로에 인접해서 위치한 한 쌍의 단자 영역; 및
    상기 기판에 부착되어 안테나를 형성하는 와이어
    를 포함하며,
    상기 와이어는, 상기 단자 영역 중 하나의 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋 및 이격되고, 제1 와이어 루프를 이루는 제1 부분과; 상기 안테나의 권선을 형성하기 위해 상기 기판 내에 매설되는 제2 부분과; 상기 단자 영역 중 다른 하나의 단자 영역으로부터 횡방향으로 오프셋 및 이격되고, 제2 와이어 루프를 이루는 제3 부분을 포함하는, 무선 주파수 인레이.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 와이어 루프 및 상기 제2 와이어 루프는 상기 기판상에 배치되는, 무선 주파수 인레이.
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