KR980012391A - 초유연성 기판에 집적 회로를 와이어 본딩하는 방법 - Google Patents

초유연성 기판에 집적 회로를 와이어 본딩하는 방법 Download PDF

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마크 알. 이삭슨
안토니 에프. 피콜리
마이클. 홀로웨이
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네일 디.오스틴
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Abstract

본 발명은 유연성 기판 위의 적어도 하나의 전기 도체에 집적 회로(IC)를 전기적으로 연결하는 방법에 관한 것이다. 유연성 유전체 기판은 IC 부착 영역과, 그 위에 형성된 적어도 하나의 공명 회로를 갖는다. 공명 회로는 유연성 기판의 제 1 기본 표면 위에 증착된 제 1 도전성 패턴과, 유연성 기판의 대향하는 기본 표면 상의 제 2 기본 표면 상에 증착된 제 2 도전성 패턴으로 형성되어 있다. 제 1 도전성 패턴은 제 2 도전성 패턴에 전기적으로 연결되어, 제 1 및 제 2 도전성 패턴은 인덕터와 커패시터를 형성하고, 인덕터는 안테나로서 기능을 한다. 유연성 기판의 IC 부착 영역을 세정하고, 유연성 기판은 그의 실질적인 움직임을 방지하도록 충분히 고정된 위치로 안착된다. IC는 유연성 기판에 대해 IC의 움직임을 최소화 하기 위해 유연성 기판의 IC 부착 영역에 안착되어 있다. 공명 회로의 적어도 하나의 전기 도체에 IC를 와이어본딩 시키면, 적어도 하나의 전기 도체에 IC를 전기적으로 연결하는 것이 수행된다. IC 위에 보호 커버링이 적용되고, 와이어 본드가 외력에 의해서 손상되는 것을 보호하기 위해서 와이어본딩시킨다.

Description

초유연성 기판에 집적 회로를 와이어 본딩하는 방법
본 발명은 초유연성(ultraflexible) 기판에 직접 회로를 전기적으로 연결하는 것에 관련되며, 더욱 특히 무선 주파수 식별 태그에 실장된(mounted) 집적 회로에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판(PCB)과 인쇄 회로(IC)는 통상 여러 가지 다양한 응용물에 사용된다. 집적 회로는 작은 면적으로 다량의 전자 기능을 제공한다. 통상, PCB는 도전층과 절연층 사이를 교류하는 다수의 층들을 포함하고, 그 도전층들을 상호연결 하기 위한 다수의 관통 구멍(through holes)을 포함한다. 하나 이상의 IC는 IC로부터 PCB 안의 미리정한 구멍으로 연장되는 핀을 놓은 다음, 하나 이상의 PCB 도전층에 그 핀을 납땜함으로써 PCB에 실장된다. PCB절연층은 일반적으로 에폭시와 유리로 구성되고, 도전층은 일반적으로 구리로 되어있다. 따라서, PCB는 고온에 견딜 수 있는 매우 견고한 구조로 되어있고, 그것은 기계적으로 안전하고 전기적으로 PCB에 IC를 연결하는 비교적 간단한 작업이다. 그러나 납땜을 수행하기 위해 필요한 온도와 같이 고온처리할 수 없는 유연성 또는 견고하지 않은 기판에 IC를 부착하는 것이 유리한 상황이 있다. 또한, 그것을 초유연성 기판에 IC를 부착하는 것이 바람직할 것이다. 초유연성 기판은 캡톤(kapton)과 같은 이 " 유연성" 기판보다 훨씬 더 유연성인 (더 견고한) 기판을 포함한다. 따라서, 여기에서 언급한 것처럼, 용어 "유연성"은 현재 시중에서 입수할 수 있는 캡톤 기판보다 더 유연성인 기판을 의미한다. 그러한 유연성 기판에 IC를 와이어본딩(wire bonding)하려는 시도는 와이어본딩 영역에만 초음파 에너지를 전달하는 것이 어렵기 때문에 성공하는데 제한적이었다. 즉, 기판의 유연성 때문에 와이어본딩 처리에 필요한 초음파 에너지는 대다수가 초음파 에너지에 의한 기판의 움직임을 통해서 상실된다.
본 발명은 유연성 기판에 기계적으로 부착되고 전기적으로 연결된 집적회로를 갖는 유연성 기판을 제공한다. 본 발명은 또한, 그러한 유연성 기판에 IC를 전기적으로 연결하는 방법을 제공한다.
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공명 주파수 식별(RFID) 태그(tag)의 동등한 전기적 회로의 개략도.
제2도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유연성 인쇄 회로 기판 RFID 태그의 한쪽의 확대 평면도.
제3도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유연성 인쇄 회로 기판 RFID 태그의 한쪽의 확대 평면도.
제4도는 도 3의 유연성 인쇄회로 기판 RFID 태그의 일부의 확대 단면도.
제5도는 도 3의 유연성 인쇄 회로 RFID 태그의 일부와 거기에 실장된 집적회로를 포함하는 더 크게 확대된 평면도.
제6도는 도 3의 유연성 인쇄 회로 RFID 태그의 일부와 거기에 실장되고 와이어본등된 집접회로를 포함하는 확대 평면도.
제7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공명 주파수 식별 태그를 구성하는 과정의 흐름도.
제8도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공명 주파수 식별 태그의 분해도.
제9도는 도 8의 공명 주파수 식별 태그의 하우징의 일부의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 태그 12 : 공명 회로
14 : 집적 회로(IC) CANT :커패시턴스
L : 코일 90 : 근접 카드
92 : 하우징 94 : 양면 접착 테잎
96 : 라벨 또는 뒷받침 98 : 홈
100 : 컷아웃 영역
간단히 말해서, 본 발명은 유연성 기판 위에 적어도 하나의 전기 도체에 집적 회로(IC)를 전기적으로 연결하는 방법을 포함하며, 그 방법은, (a) 제 1 기본 표면과, 제 1 기본 표면 위에 증착된 제 1 도전성 패턴과 유연성 유전체 기판의 표면에 대향하는 제 2 기본 표면위에 위치한 IC 부착 영역을 갖는 유연성 유전체 기판, 및 상기 제 1 기본 표면 위에 증착된 제 1 도전성 패턴(여기서, 제 1 도전성 패턴은 제 2 도전성 패턴과 전기적으로 연결되어, 제 1 및 제 2 도전성 패턴이 인덕터와 커패시터를 형성하고, 이 인덕시터는 안테나로서 작용한다)과 상기 제 2 기본 표면 상에 증착된 제 2 도전성 패턴을 포함하는 적어도 하나의 공명 회로를 구비하는 단계와; (b) IC 본드 부착영역은 상기 기판의 영역과, IC 본드 부착 영역에 인접하고 IC 본드 부착 영역을 포함하는 공명 회로를 포함하는, 상기 기판의 IC 본드 부착 영역을 세정하는 단계와; (c) 상기 기판의 실질적인 움직임을 방지하기 위해 고정된 위치로 유연성 기판을 안착시키는 단계와; (d) 상기 유연성 기판에 대해 IC 의 움직임을 최소화하도록 유연성 기판의 IC 부착 영역에 IC 를 안착시키는 단계와; (e) 공명 회로에 IC 를 와이어본딩시켜서, 적어도 하나의 와이어본딩을 사용하여 공명 회로에 IC 를 전기적으로 연결하는 단계; 및(f) 적어도 하나의 와이어본딩이 외력에 의해 손상되지 않도록 보호하기 위해 적어도 하나의 와이어본딩 위를 보호 커버링하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 미리 정한 주파수 범위 이내의 주파수에서 전자기 에너지를 이용한 감시영역 이내의 무선 주파수 식별(RFID) 태그의 존재를 검출하기 위한 수단과, RFID 태그로부터 전송된 디지탈로 부호화된 정보를 수신하기 위한 수단을 갖는 통신 시스템과 함께 사용하기 위한 무선 주파수 식별(RFID)태그를 제공한다.
본 발명의 무선 주파수 식별(RFID) 태그는, 유연성 유전체 기판과; 제 1 기본 표면 위에 증착된 제 1 도전성 패턴(여기서, 제 1 도전성 패턴은 제 2 도전성 패턴과 전기적으로 연결되어, 제 1 및 제 2 도전성 패턴이 인덕터와 커패시터를 형성하고, 이 인덕터는 안테나로서 작용한다)과 상기 제 2 기본 표면 상에 증착된 제 2 도전성 패턴을 포함하는 적어도 하나의 공명 회로와; 상기 기판의 제 1 및 제 2 기본 표면 중의 하나 위에 IC 부착 영역과; IC 부착 영역에 부착되고 공명 회로에 전기적으로 연결되고, 디지탈로 부호화된 정보를 저장하는 집적회로(IC)(여기서, 미리정한 주파수로 신호의 안테나에 의한 검출은 안테나로 하여금 IC에 전력을 제공하도록 함으로써, 디지탈로 부호화된 정보는 그로부터 출력되고 미리정한 주파수 범위로 그 안테나에 의해 전송되도록 한다); 및 IC와 공명 회로 사이의 전기적 연결과 IC를 덮는 캡슐봉함제(encapsulant)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 아래의 상세한 설명과 상기 본 발명의 구성은 첨부된 도면과 관련하여 읽으면 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 설명하기 위해서, 도면 실시예로 도시된 바람직한 것으로 제공되고 있지만 본 발명은 이들 특정 구성에만 한정되는 것이 아니며 이들 특정예는 단지 설명하기 위한 것이다.
＜바람직한 실시예의 상세한 설명＞
아래 설명에서는 편의상 특정 용어를 사용하고 한정되지 않는다. 단어 "상부","바닥","하부" 및 "상부"는 참고로 첨부된 도면에서 방향을 의미한다. 용어 "유연성"은 "초유연성" 기판에 관한 것이고, 초유연성 기판은 당 업계의 통상의 기술을 가진 사람들에게 알려져 있다. 용어는 특히 위에 설명한 단어와, 그 유래어 및 유사한 단어를 포함한다.
본 발명은 통상의 집적 회로(IC)를 갖는 얇은 유연성 공명 회로의 제조에 관견되며, 공명 회로의 유연성 기판에 IC를 와이어본딩시키는 방법을 제공한다. 본 발명은 공명 회로 태그를 사용하여 설명되지만, 특히 무선 주파수 질문 신호에 의해서 무선 주파수 집적 신호에 의해서 전력공급된 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 사용하여 설명하였지만, 본 발명에 설명된 개념은 유연성 기판에 부착되고 연결된 집적 회로를 갖는 것으로부터 이점인 다른 디바이스에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 RFID 태그에만 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
RFID 태그는 일반적으로 공지되어 있으며, 다양한 용도로 널리 응용되고 있다. 미국 특허 제5,430,441호는 질문 신호에 응답하여 디지탈로 부호화된 신호를 전송하는 자동 무선 태그를 설명한다. 이 태그는 다수의 유전층과 도전층으로부터 구성된 강한 기판을 포함하며, 도전성 박 트레이스에 부착된 태그와 기판 내의 홀안에 완전히 박힌 집적 회로를 포함한다. RFID 태그는 블라마에게 특허된 미국 특허 5,444,223호에 기재되어 있다. 블라마는 종이와 같이 가격이 저렴하고 유연성인 재료로 태그를 구성하는 이점을 인식하였다. 그러나, 무엇보다도 단일의 집적 회로에 미리 결정된 식별 코드를 저장하며, 이 회로는 각각 단일 비트를 나타낸다.
본 발명에 따라, 얇고 유연성인 RFID 태그는 폴리에틸렌과 같은 유전체 재료의 매우 얇은 기판을 이용하여 만들어지고, 도전 재료의 매우 얇은 층을 갖는 양쪽 위에 적층되어 있으며 이것은 그 다음에 하나 이상의 커패시터와 연결된 적어도 하나의 인덕터로 구성된 양쪽 회로를 형성하도록 에칭시켜 공명 회로를 형성한다. 도전성 재료의 층 중의 하나는 IC를 수용하기 위한 부착 영역을 포함한다. IC는 부착영역에 부착되어 있고, 공명 회로에 와이어본딩 시킴으로써 공명 회로에 IC를 전기적으로 연결한다.
이제 도면을 참고하면, 동일한 참고 번호는 여러개의 도면을 통해서 대응하는 소자에 적용되고, 도 1에는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 공명 주파수 식별 태그(10)의 동등한 전기 회로의 개략도가 도시되어 있다. 태그(10)는 집적 회로(IC)(14)에 전기적으로 연결된 공명 회로(12)를 포함한다. 공명 회로(12)는 하나 이상의 커패시터 소자에 전기적으로 연결된 하나 이상의 유도 소자를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 공명 회로(12)는 단일의 유도 소자, 인덕터, 또는 커패시터 소자 또는 일련의 푸프로 되어있는 커패시턴스(CANT)와 전기적으로 코일(L)의 조합에 의해 형성되어있다. 당 업계의 통상의 숙련자들에게 알려져있기 때문에, 공명회로(12)의 주파수는 인덕터 코일(L)과 커패시터(CANT)의 값에 의존한다. 그러한 공명 회로는 미국 특허 5,276,431호에 상세하게 도시되어 있고 설명되어 있으며, 여기서 참고로 인용되어있다. 인덕터(L)의 크기와 커패시터(CANT)의 값은 공명 회로(12)의 원하는 공명 주파수에 기초해서 결정되고 커패시터의 판을 횡단하여 낮은 유도 전압을 유지할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 태그(10)는 13.56MHz에서 동작하는 구성되어있다. 태그(10)는 단일의 유도 소자(L)와 단일의 커패시터(CANT)를 포함하더라도, 다중의 인덕터와 커패시터 소자는 교대로 사용될 수 있을 것이다. 예를들면, 다중의 소자 공명 회로는, 참고로 여기서 인용된 " 전자 안전 시스템을 사용한 활성화/비활성화 안전 태그" 전자 안전 및 감시 기술에서 잘 알려져 있다. IC(14)는, 태그(10)와 연관된 특정 대상 또는 사람을 식별하기 위해서, 다양한 목적을 위해서 사용될 수 있는 미리정한 디지탈 값을 저장한다. 저장된 디지탈 값은 각 태그(10)에 대해 유일하며, 어떠한 경우에는, 2 이상의 태그가 상기 저장된 디자탈 값을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 대상을 확인하는 목적 외에도 IC(14)는 제품 보증 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다. IC(14)에 저장된 정보를 판독하기 위해서 인접한 판독기 또는 감시 장치(도시되지 않음)가 사용된다. 동작에서, 인접한 판독기는 공명 회로(12)의 공명 주파수에서 전자기장을 생성한다. 태그(10)가 판독기에 인접하여 위치할 때 및 전자기장에 있을 때, IC(14)의 ANT 입력에서 IC(14)에 전력을 제공하는 유도 코일(L) 상에서 전압이 유도된다. IC(14)는 내부 DC 볼트 소스를 제공하기 위해서 ANT 입력에서 유도 AC 전압을 내부에서 정류시킨다. 내부 DC 전류가 IC(14)의 적당한 동작을 보장하는 레벨에 도달하면, IC(14)는 IC(14)의 MOD 출력에서 그 안에 저장된 디지탈값을 출력하는 기능을 한다. 변조 커패시터(CANT)는 IC(14)의 MOD 출력과 공명 회로(12)에 연결되어 있다. IC 출력 펄스는 저장된 데이터에 따라 공명 회로(12)의 전체 커패시턴스를 변경시키도록 접지 연결을 만들고 차단함으로써 공명 회로(12)에/로부터 커패시턴스(CMOD)를 연결하며, 이것은 공명 회로(12)의 공명 주파수를 변경시킴으로써, 기본 동작 주파수로부터 미리정한 더 높은 주파수로 그것을 디튜닝한다. 판독기는 그의 전자기장 내에서 에너지 소모를 검출한다. 태그(10)의 데이터 펄스는 공명 회로(12)의 튜닝과 디튜닝에 인해 발생된다. 판독기는 IC(14)로부터 출력된 디지탈 데이터값을 결정하기 위해 에너지 소모의 변화를 감지한다.
IC(14)는 IC(14)를 프로그래밍하기 위해(즉, 그안의 디지탈 값을 저장 또는 변경하기 위해) 사용되는 하나 이상의 추가의 입력(16) 또는 전력 복귀 또는 그라운드 출력을 포함한다. 바람직한 실시예에서, IC(14)는 64비트의 비휘발성 메모리를 포함하고, 판독기와 태그(10)는 13.56MHz에서 작동한다. 물론, IC(14)가 더 많거나 더 적은 메모리 비트를 저장하도록, 더 크거나 다 작은 저장 용량을 갖는 메모리 칩을 사용할 수도 있다는 것을 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 공명 회로(12)와 판독기는 13.56MHz보다 큰 무선 주파수에서 동작할 수도 있다는 것도, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
도 2를 참고하면, RFID 태그(20)의 제 1 실시예의 한쪽 또는 기본 표면이 도시되어있다. 태그(20)는 태그(10)와 같이, 코일(22)과 커패시터(24)의 형태로 인덕터를 포함하는 공명 회로를 포함한다. 커패시터(24)는 기판(26)의 기본 표면 또는 대향한 측위에 위치된 두 개의 판을 포함한다. 인덕터 코일(22)은 기판(26)의 기본 표면의 한쪽에 위치하고, 기판(26)의 주변 외부 단부(28)에 인접하고 거기 주위에 연장되어있는 코일을 포함한다. 태그(20)의 한쪽만이 도시 되어 있기 때문에, 커패시터(24)의 한쪽 판만이 도 2에 도시되어있다. 커패시터(24)의 판은 공명 회로를 튜닝하기 위해 제공된 여러개의 핑거 또는 연장부(30)를 포함한다. 즉, 도 30은 커패시터(24)의 값을 변경시키기 위해 공명 회로(12)의 공명 주파수를 단절시키거나, 에칭시키거나 트리밍시키고 제거시킬 수 있다.
제 1의 바람직한 실시예에서, 기판(26)은 종이나 고분자 재료와 같이 유연성이 바람직한 일반적으로 사각형, 평면 절연체 또는 유연체 재료를 포함한다. 이 바람직한 실시예에서, 기판(26)은 폴리에틸렌을 포함한다. 그러나, 기판(26)은 절연성이고 유전체로서 사용될 수 있는 한, 재료의 복합 구조 또는 임의의 고상 재료와 같은 기타 재료로 구성될 수 있다. 공명 회로(12)의 회로 소자 및 성분은 기판(26)의 표면상에 도전성 재료를 패터닝시킴으로서 기판(26)의 양쪽 기본 표면 상에서 형성된다. 제 1 도전성 패턴은 기판(26)의 제 1 측부 또는 표면 상에 놓이고, 그 표면은 태그(20)의 상부 표면으로서 임의로 선택되며, 제 2 전도성 패턴은 반대의 제 2 측부 또는 기판(26)의 표면(도시되지 않음)(배면 또는 하부면이라고도 함) 위에 놓인다. 도전성 패턴은 공지된 타입의 전기적으로 도전성 재료를 갖는 기판 표면 상에 전자 물품 감독 기술 분야에 공지되어 있는 방법으로 형성되어 있다. 도전성 재료는 바람직하게는 빼는 공정(즉, 에칭)에 의해 패터닝되는 것이 바람직하며, 그렇게 함으로써, 바람직한 재료를 에칭 저항 잉크 위에 인쇄되어 보호된 후, 화학적 공격에 의해서 원치않는 재료를 제거한다. 바람직한 실시예에서, 도전성 재료는 알루미늄 박을 포함한다.
그러나, 다른 도전성 재료(예를들면, 도전성박 또는 잉크, 금, 니켈, 구리, 인청동, 황동, 땜납, 고밀도 흑연 또는 은-충진된 도전성 에폭시)는 공명 회로 또는 그의 동작의 성직을 변화시키지 않고 알루미늄 대신에 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 도전성 패턴은 13.56MHz의 바람직한 주파수와 같은, 미리정한 동작 주파수 범위 이내에서 공명 주파수를 갖는 공명 회로(12)와 같은 적어도 하나의 공명 회로를 만든다. 도 1에 대해 이미 설명한 바와 같이, 공명 회로(12)는 단일의 유도 소자, 인덕터, 또는 커패시터 소자 또는 일련의 루프로 되어있는 커패시턴스(CANT)와 전기적으로 코일(L)의 조합에 의해 형성되어있다. 제 1 도전성 패턴의 코일부(22)로 형성된 유도 소자(L)는 기판(26)의 제 1 기본 표면 상에 도전성 재료의 나선형 코일로서 형성되어 있고, 앞에서 언급한 바와 같이 케패시터 소자(CANT)는 제 2 도전성 패턴(도시되지 않음)의 대응하는 일반적으로 정렬된 사각형 판으로 형성된 제 2 판과 제 1 도전성 패턴의 일반적으로 사각형인 판(24로 도시됨)으로 형성된 제 1 판으로 이루어져 있다. 당 업계의 숙련자들은 이해하겠지만, 상기 제 1 및 제 2판은 일반적으로 저항이고 유전체 기판(26)에 의해서 분리된다. 커패시터소자(CANT)의 제 1 판은 인덕터 코일(22)의 한쪽 끝에 전기적으로 연결되어 있다. 마찬가지로, 커패시터 소자(CANT)의 제 2 판은 기판(26)을 통해서 연장된 용접 연결부(도시되지 않음)에 의해 전기적으로 연결되어, 인덕터 코일(22)의 다른쪽 끝에 제 2 판을 연결함으로써, 잘 알려진 방법으로 커패시터 소자(CANT)에 인덕터 소자(L)를 연결한다.
이 바람직한 실시예에서, 기판(26)과 제 1 및 제 2 도전성 패턴은 약 3.3mil 두께이고, 기판(26)은 약 1.0mil두께이고, 제 1 도전성(즉, 도 2와 도 3에 도시된 코일층)은 약 2.0mil 두께이고 제 2 도전성 패턴은 약 0.3mil 두께이다. 기판(26)은 비교적 얇고 매우 유연성이기 때문에, 기판(26)은 고정된 또는 안정된 위치로 IC(14)를 수납하고 IC(14)를 유지하기 위한 적절한 지탱부를 구비하여, IC(14)와 공명 회로(12) 사이의 전기 연결부는 강하고 쉽게 망가지지 않게 만들어 질수 있도록 되어 있다. 따라서, 본 발명은 IC(14)를 수납하고 지탱하기 위한 IC수납 또는 부착 영역(32)을 구비하고 있다. IC부착 영역(32)은 기판(26)의 표면위에 위치되어 있고, IC(14)를 충분히 지탱하기에 적합한 재료로 구성되어있다. IC부착영역(32)은, 초음파 와이어본딩 작업 동안 공명 회로(12)와 기판(26)에 대해 IC(14)가 움직이지 않도록 부착 또는 고정되어 있다. 이 바람직한 실시예에서, IC부착 영역(32)은 IC(14)와 같은 일반적인 치수를 가지며 (예를들면 일반적으로 사각형 형상), IC(14)보다 다소 큰 치수이기 때문에 IC 부착 영역(32) 위에 IC(14)를 놓는 것이 어렵지 않도록 되어있다. 바람직하게는, 효율적이고 비용면에서 효과적인 제조방법을 유지하기 위해서, IC 부착 영역(14)은 제 1 도전성 패턴과 같은 재료로 구성되고, 공명 회로(12)가 기판(16) 위에 형성됨과 동시에 기판(16) 위에 형성된다. IC 부착 영역(32)은 전기적 연결부위 길이가 초과되지 않도록 IC(14)가 전기적으로 연결된 이들 영역 또는 패드에 가능한한 가깝게 위치해야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1실시예에서, IC 부착 영역(32)은 인접한 기판(26)의 상부 표면의 상부 우측에 위치되어 있지만, 부착 영역(32)이 다른 성분으로부터 물리적으로 전기적으로 분리되도록 코일(22) 또는 커패시터(24)와 접촉하고 있다. 이러한 위치는, IC(14)가 전기적으로 연결될 그 영역의 각각에 가까이 위치될 수 있도록 해주기 때문에 적합하다.
도 3으로 돌아가서, RFID 태그(34)의 제 2바람직한 실시예의 한쪽이 도시되어 있다. 태그(20)와 마찬가지로, 태그(34)는 기판(26), 안테나로 작용하는 유도 코일(22), 및 커패시터(24)의 값을 조정할 수 있는 핑거 또는 연장부(30)을 갖는 커패시터(24)를 포함한다. 기판(26)은 시트로 형성된 폴리에틸렌을 포함하고, 유도 코일(22)과 커패시터(24)는 앞에서 설명한 바와 같이 에칭된 알루미늄 박을 포함한다. 태그(34)는 또한 유도 코일(22)의 코너 또는 숄더에 채워진 것을 포함하는 IC부착 영역(36)을 포함한다. 분리된 또는 부동 IC부착 영역(32)과 반대로(도 2), 기판(26)의 움직임은 더 큰 영역 위에서 흡수되기 때문에, 기판(26) 표면에의 한쪽 위의 도전성 패턴의 통합부로서 IC부착 영역(36)을 형성하는 것은 IC(14)의 더 안정된 지탱면을 제공한다. ( 예를들면, 와이어본딩동안 초음파 에너지에 의한 IC부착 영역(36)의 진동은 IC 부착 영역(36)에 의해서 뿐만 아니라 코일(22)에 의해서 흡수된다.) IC(14)의 더 안정된 또는 강직한 지지 영역을 제공하는 것은 아래에 설명하는 바와 같이, 공명 회로(12)에 IC(14)를 적당하게 와이어본딩시킬 수 있는 것이 중요하다.
도 2와 도 3으로 되돌아가서, 다수의 본딩 패드는 또한 IC(14)가 전기적으로 연결되어 있는 기판(26)의 한쪽 위에 형성되어 있다. 제 1 본딩 패드(38)는 IC(14)의 ANT 입력에 연결되도록 제공되어 있다. 제 2 본딩 패드(40)는 IC(14)의 MOD 출력에 연결되도록 구비되고, 다수개의 본딩 패드(42)는, 앞에 설명한 바와 같이, IC(14)를 프로그램하기 위해 사용된 IC(14)의 추가 입력(16)에 연결되도록 구비되어 있다. 본딩패드(38, 40, 42)의 각각은 도전성 재료로 형성되어 있고, 바람직하게는 제 1 도전성 패턴과 동일한 재료로 구성되고, 공명 회로가 기판(26) 위에 형성됨과 동시에 기판(26) 위에 형성되어 있다. IC(14)의 그라운드 출력은 IC(14)에 인접한 코일 위에 위치한 코일(22)에 연결되어 있다.
도 4 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따라, IC(14)는 초음파 용접을 사용하여 본딩 패드(38, 40, 42)와 코일(22)를 와이어(44)에 의해서 와이어본딩되어 있다(도 6). 바람직한 초음파 용접 과정에서, 진공 플리넘(PLENUM) 테이블과의 와이어본딩제는 0.00125인치 알루미늄 와이어와 같은 도전성 와이어를 사용하여 IC(1413)위의 입/출력 패드를 기판(26) 위의 대응하는 본딩 패드(38/40/42)에 상호연결한다.
도 7은 와이어본딩 프로세스(50)의 흐름도이다. 유연성 기판(26) 위의 IC(14)를 와이어 본딩하는 어려움을 극복하기 위해서 패드(38, 40, 42)를 적당히 세정하고, 용접 또는 와이어본딩 동안 고정된 위치에서 기판(26)을 안전하게 유지하는 것은 각각 IC(14)와 본딩 패드(38, 40, 42) 사이에서 적당한 와이어본딩 연결을 보장하는 중요한 단계인 것으로 결정되었다.
단계(52)로 돌아가서, 공명회로(12)는 그위에 형성된 다수개의 개별 공명 회로(12)를 갖는 제조과정의 일부로서 형성된 웹으로부터 절단된 다이(die)이다. IC(14)가 IC 부착영역(36)에 부착되기 전에, IC본드 부착 영역(46)으로서 일반적으로 언급되는, IC부착 영역(36)을 포함하는 공명회로(12)와 기판(26)의 영역은, 공명 회로(12)의 형성 후에 IC 본드 부착 영역(46)위에 유지된 임의의 포토레지스터 물질을 제거하기 위해 단계(54)에서 화학적으로 세정한다. 바람직한 실시예에서, IC 본드 영역(46)은 면봉에 아세톤을 묻혀서 세정한다.
단계 56에서, 공명 회로(12)는 그 회로(12)를 수납하고 안전하게 고정시키기 위해 설계된 작업 홀더에 위치되어 있다. 바람직하게는, 플리넘은 공명 회로(12)를 수납할 수 있는 크기와 형성을 하는 홈을 포함한다. 플리넘은 공지된 것이며, 진공 압력에 의해서 프리넘 내에 공정중인 소재를 유지하는 상업적으로 입수할 수 있는 것이지만, 플리넘 내에 공명 회로(12)를 유지하기 위해 진공압을 단순히 사용하면, 그 안에서 유연성 기판(26)을 유지하고 그 위에서 와이어본딩 작업을 수행하기에 충분하지 않다는 것을 밝혀냈다. 따라서, 바람직한 제조 공정에서, 공명회로(12)는 진공압력에 의해서 및 플리넘 회로 수납 영역 내의 접착 수단을 놓음으로써 플리넘의 홈 내에 유지된다. 진공 압력과 잡착제의 조합은 초음파 용접 또는 와이어 본딩 작업이 수행될 수 있도록 하기 위해서 플리넘 내에 공명 회로(12)를 적당히 안전하게 유지하도록 되어있다. 이 바람직한 실시예에서, 프리넘에 공명 회로(12)를 부착하기 위한 접착제 수단은 공명 회로(12)가 플리넘 위에 놓일 수 있을 만큼 강하지만, 그 공명 회로(12)를 찢거나 손상시키지 않고 플리넘으로부터 제거될 수 있도록 한다.
단계 58에서, 접착제, 바람직하게는 에폭시는 IC 부착 영역(32/36)에 IC를 고정 또는 부착하기 위해 IC부착 영역(32/36)에 적용된다. IC(14)는 와이어본딩 작업 동안 IC(14)를 제 위치에 유지시키기 위해서, 및IC(14)가 움직이지 않도록 하기 위해서 그러한 접착제를 사용하여 IC 부착 영역(32/36)에 부착된다. 본 발명에 따라, 에폭시의 작은 점 이상은 IC 부착 영역(32/36) 위에 놓이고, 큰 풀의 에폭시는 IC(14)를 위한 더 강하고 안정된 베이스를 형성하기 위해 사용된다. 즉, 에폭시는 IC(14)가 그 위에 놓인 후에 IC(14)의 주변을 넘어 적어도 1내지 2ml로 퍼져야 한다. 바람직하게는,IC(14)는 UV 경화성 에폭시와 같은 자외선 경화성 접착제를 사용하여 IC 부착 영역(32/36)에 부착시킨다.
단계 60에서, IC(14)는 IC 부착 영역(32/36)의 중심에 위치한다. 진공-보조 픽업 도구를 사용하여 집어올려서 IC 부착 영역(32/36) 위에 IC(14)를 놓는다. IC(14)는 적당히 배향되고 사각형으로 안착되고, IC(14) 주위에 에폭시의 충분한 끈이 되도록 주의를 해야 한다. IC(14)의 배열을 보조하기 위해서 코팅된 족집게 또는 목재 패들을 사용해도 된다. IC(14) 또는 접착 패드(38, 40, 42)의 상부에 에폭시가 긁히는 것을 피하기 위해서 주의를 해야 한다. 단계 62에서 IC(14)를 에폭시를 사용하여 IC부착 영역(32/36)에 부착한 후, 그 에폭시를 UV 경화 운반기 오븐을 통해서 공명 회로(12)를 놓음으로써 경화시킨다. UV경화 운반기 오븐은 자외선을 사용하여 약 60。C의 온도에서 에폭시를 경화시킨다. 더 높은 온도가 기판(26)과 유연성 회로(12)를 파괴 또는 손상시키기 때문에, 60。C에서 에폭시를 경화시키는 것이 바람직하다.
단계 64에서 와이어(44)가 부착될 부착 패드(38, 40, 42)의 영역은, 와이어 접착 영역(48) (도 5)으로 나타낸 바와 같이, 산화물(예를들면 AlO2)을 제거하고 도전성 재료의 와이어 접착 영역(48)에 질감을 제공하여 깨끗하게 한다. 와이어 본드 영역(48)에 질감을 주는 것은 에너지 지시자로서 역할을 하고 접착 패드(38, 40, 42)에 와이어(44)를 용접하기 위해 도전성 재료를 추가로 제공한다. 따라서, 세정 단계 64는 와이어본딩 단계 동안 도전성 재료 위의 산화물을 최소로 하거나 없도록 하기 위해서 와이어본딩 단계 바로 전에 수행하는 것이 바람직하다. 단계 66에서, 와이어(44)는 IC(14) 및 본딩 패드(38, 40, 42)에 접착한다(도 6). 바람직하게는, 와이어(44)는 파단 강도가 18 내지 20gm인 0.00125인치 알루미늄 와이어이다. 와이어(44)는 현대 시중에서 입수할 수 있는 타입의 본딩 장치 및 초음파 발생기를 사용하여 본딩 패드(38, 40, 42)와 IC(14)에 접착한다. 바람직하게는, 접착 강도는 6gm 이상이고, 와이어 루프 높이는 0.015인치를 초과하지 않는다. 앞에서 설명한 바와 같이, 공명 회로(12)는 유연성 기판(26)을 사용하여 구성되기 때문에, 공명 회로(12)는 와이어본딩 과정 동안 강하게 고정시키는 것이 중요하다. 따라서, 이미 언급한 바와 같이, 공명 회로(12)는 플리넘 내에 고정시키고, 진공 압력에 의해서 고정시켜서, 와이어본딩 장치에 의해 발생되고 IC(14)와 본딩 패드(38, 40, 42)를 향한 초음파 에너지가 IC(14) 및/또는 기판(26)의 움직임 또는 진동에 의해 손실되지 않도록 한다. 와이어본딩은 와이어(44)를 부분적으로 용융 시키기 위해 음향 진동을 사용하고, 본딩 패드(38, 40, 42)에 와이어(44)를 접착한다. 와이어본딩 기계에 공명 회로(12)를 접착하여 고정시키고, 진공 압력을 사용하여 와이어본딩 기계에 공명 회로(12)를 고정시키고, 에폭시를 적절하게 사용하여 공명회로(12)에 IC(14)를 부착하면, 공명 회로(12)와 IC(14)를 적절하게 유지하여 효과적인 와이어 본드가 된다.
단계 68에서, IC(14)를 공명 회로(12)에 접착한 후, 보호 커버링 또는 캡슐 봉함제(도 9)를 와이어 본드 위에 놓는다. 바람직하게는, 캡슐 봉함제(45)는 전체 IC(14)와 와이어 본드를 덮는다. 캡슐 봉함제(45)는 당 업계의 통상의 지식을 가진 자들에게 공지되어 있는 캡슐 봉함제 분배기를 사용하여 적용된다. 캡슐 봉함제(45)는 광 경화 수지이고, 와이어본딩된 IC(14)의 캡슐 봉함제(45)의 최종 높이는 0.025 인치를 초과하지 않고, 캡슐 봉함제(45)의 직경은 0.25인치를 초과하지 않도록 하여, 고분자 하우징의 홈 안에 봉함된 IC(14)가 고정되도록 하는 것이 바람직하다.
단계 70에서, 봉함제(45)는 UV 경화 운반기 오븐 안에 회로(12)를 놓고 경화 시킨다. 바람직하게는, 봉함제(45)를 약 60。C의 온도에서 자외광을 사용하여 경화 시킨다. 폴리에틸렌 기판(26)은 약 75。C에서 용융되기 때문에, 봉함제(45)는 가열 경화시키면 안된다. 따라서, 가열경화시키면 기판(26)을 손상 또는 파괴시킬 수도 있다.
단계 72에서, 공명 회로(12)의 주파수는 스펙트럼 분석기를 사용하여 측정하거나 주파수 발생기 또는 디스플레이 모니터를 사용하여 시험 셋업시켜 측정한다. 필요하면 공명회로(12)가 미리정한 공명 주파수에서 작동하도록, 커패시터(24)는 하나 이상의 커패시터 핑거(30)를 절단 또는 제거하여 다듬고, 바람직한 실시예에서 그 값은 13.6MHz 내지 13.8MHz이다. 단계 74에서, IC(14)는 당 업계에 잘 공지된 방법으로 IC(14)에서 바람직한 데이터를 저장하도록 프로그램되고, 바람직하게는 프로브를 사용하여 컴퓨터로부터 프로그래밍 패드(42)로 유도한다.
이제, 공명 회로(12)와 IC(14)를 포함한 태그(10)의 형성을 완성하고, 태그(10)를 다목적으로 서로 다른 환경에서 사용할 수 있다. 태그(10)의 그러한 사용은 액서스 제어에 사용된 타입의 근접 카드에서 사용된다. 도 8을 보면, 근접 카드(90)의 분해도가 도시되어 있다. 근접 카드(90)는 RFID 태그(10), 하우징(92), 양면 접착 테잎(94), 및 커버 라벨 또는 뒷받침(96)을 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(92)은 태그(10)의 봉함된 IC(14)를 수납하기 위한 위치와 크기를 갖는 홈(98)을 포함한다. 양면 전달 접착 테잎(94)은 또한 홈(98)과 IC(14)에 대응하는 그의 코너에서 잘라낸 영역(100)을 포함함으로써, IC(14)는 홈(98) 내에서 수납될 수 있도록 한다.
단계 76에서(도 7)에서, 양면 전달 접착 테잎(94)은 배항에서 하우징(92)의 하부면에 붙여서 잘라낸 영역(100)이 홈(98)과 대응하도록 한다. 단계 78에서, 태그(10)는 하우징(92)의 홈(98)내에서 수납된다. 마지막으로 단계 80에서, 커버 라벨(96)은 접착제(도시되지 않음)와 함께 태그(10)에 붙인다. 커버 라벨(96)은 광고 또는 식별 목적으로 그의외면에 인쇄된 표식을 포함할 수도 있다. 근접 카드(90)는 바람직하게는 크기와 형상에 있어서 종래에는 사람이 다루던 신용 카드를 닮은 사각형상으로 형성한다. 카드(90)의 순서번호와 데이터 코드는 하우징(92)의 외면과 커버 라벨(96) 위에 도장을 찍어도 된다. 하우징(92)은 폴리염화비닐과 같은 고분자 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 당 업계에 공지된, 사출 성형이나 기타 다른 방법에 의해서 형성된다. 전달 접착제 테잎(94)은 바람직하게는 양면, 양라인 2mil 두께의 접착 테잎이고, 이는 일반적으로 두루말이로 포장된 형태로 시중에서 구할 수 있다. 별법으로는, 태그(10)는 보안 또는 제품 보증 목적으로 사용하기 위해 소매 품목에 매달은 보안 라벨로서 사용될 수 있다. 태그(10)는 기타 다른 상업용 사용될 수 있다는 것을, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자는 확실히 이해할 것이다.
상기 설명으로부터, 이 실시예는 납땜에 필요한 고온에 견딜 수 없는 재료로 이루어진 유연성 기판에 IC를 와이어본딩 시키는 방법을 포함한다. 본 발명의 발명 개념으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 상기 설명한 실시예를 변경시킬 수도 있다는 것을 당 업계의 통상의 지식을 가진 자들은 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 특정 실시예에만 한정되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해서 한정된 본 발명의 범위와 정신 내에서 임의의 수정을 할 수 있다.
본 발명에 따라, 납땜시 필요한 고온에 견딜수 없는 재료로 만든 유연성(flexible)기판에 IC를 와이어본딩 시키는 방법이 제공된다.

Claims (21)

  1. 유연성(flexible) 기판 위의 적어도 하나의 전기 도체에 집적 회로(IC)를 전기적으로 연결하는 방법에 있어서, (a) 제1기본표면과, 제1기본표면 위에 증착된 제1 도전성 패턴과 유연성 유전체 기판의 기본표면에 대향하는 제2기본 표면 위에 위치한 IC 부착 영역을 갖는 유연성 유전체 기판, 및 상기 제1기본 표면위에 증착된 제1도 전성 패턴(여기서, 제1도전성 패턴은 제2도전성 패턴과 전기적으로 연결되어, 제1 및 제2도전성 패턴이 인덕터와 커패시터를 형성하고, 이 인덕터는 안테나로서 작용한다)과 상기 제2기본 표면 상에 증착된 제2도전성 패턴을 포함하는 적어도 하나의 공명 회로를 구비하는 단계와; (b) 상기 기판의 한 영역과, IC 본드 부착 영역에 인접하여 IC 본드 부착 영역을 포함하는 공명 회로를 포함하는, 상기 기판의 IC 본드 부착 영역을 세정하는 단계와; (c) 상기 기판의 실질적인 움직임을 방지하기 위해 고정된 위치로 유연성 기판을 안착시키는 단계와; (d) 상기 유연성 기판에 대해 IC의 움직임을 최소화하도록 유연성 기판의 IC 부착 영역에 IC를 안착시키는 단계와; (e) 공명 회로에 IC를 와이어본딩 시킴으로써, 적어도 하나의 와이어 본드를 사용하여 공명 회로에 IC를 전기적으로 연결하는 단계; 및 (f) 상기 적어도 하나의 와이어 본드가 외력에 의해 손상되지 않도록 보호하기 위해 적어도 하나의 와이어 본드 위에 보허 커버링(protective covering)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유연성 기판은 폴리에틸렌 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 도전성 패턴은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, IC는 에폭시를 사용하여 상기 단계 (d)에서 유연성 기판에 안착되고, 에폭시는 IC의 주변위로 퍼져서 IC에 근접한 기판 위의 경직된 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계(e)에서 기판에 IC를 와이어본딩하기 전에 에폭시를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 에폭시는 자외선을 사용하여 경화된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, IC 본드 부착 영역은 단계 (b)에서 아세톤을 사용하여 세정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 와이어본딩 단계(e)를 수행하기 전에 그로부터 산화물을 제거하기 위해 IC 부착 영역 근처의 공명 회로에 적어도 일부를 연마에 의해 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 보호 커버링은 캡슐 봉함제(encapsulant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 단계(f)후에, 자외선을 사용하여 캡슐 봉함제를 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 유연성 기판에 대해 미리정한 배향으로 IC를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, IC는 초음파 용접에 의해서 공명 회로에 와이어본딩된 것이고, IC부착 영역에 IC를 고정시키는 것과 고정된 위치에 기판을 안전하게 유지하는 것은 기판과 IC 모두의 실실적인 움직임을 방지하여, 용접 공정 동안 과도한 에너지 손실을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,기판은 진공 압력과 접착제를 이용하여 플리넘(plenum)에서 단계 (c)에서 고정된 위치에 안전하게 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 단계(f)후에, IC를 수용하기 위한 흠을 갖는 고분자 하우징에 유연성 기판을 접착제로 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 단계(f)후에, 미리 디지탈로 부호화된 정보를 사용하여 IC를 프로그래밍하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, IC 부착 영역은 제1도전성 패턴과 제2도전성 패턴 중의 하나의 일부를 포함하고, 상기 하나의 도전성 패턴은 IC가 안착된 경직된 영역을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 미리정한 주파수 범위 이내의 주파수에서 전자기 에너지를 이용한 감시영역 이내의 무선 주파수 식별(RFID) 태그(tag)의 존재를 검출하기 위한 수단과 RFID 태그로부터 전송된 디지탈로 부호화된 정보를 수신하기 위한 수단을 갖는 통신 시스템과 함께 사용하기 위한 무선 주파수 식별(RFID) 태그에 있어서, 이 무선 주파수 식별(RFID) 태그는 유연성 유전체 기판과; 제1기본 표면 위에 증착된 제 1 도전성 패턴(여기서, 제 1 도전성 패턴은 제 2 도전성 패턴과 전기적으로 연결되어, 제1 및 제2도전성 패턴이 인덕터와 커패시터를 형성하고, 이 인덕터는 안테나로서 작용한다)과 상기 제2기본 표면 상에 증착된 제 2 도전성 패턴을 포함하는 적어도 하나의 공명 회로와; 상기 기판의 제1 및 제2기본 표면 중의 하나 위의 IC 부착 영역과; IC 부착 영역에 부착되고 공명 회로에 전기적으로 연결되고, 디지탈로 부호화된 정보를 저장하는 집적 회로(IC)(여기서, 미리정한 주파수로 신호의 안테나에 의한 검출은 안테나로 하여금 IC에 전력을 제공하도록 함으로써, 디지탈로 부호화된 정보는 그로부터 출력되고 미리정한 주파수 범위로 그 안테나에 의해 전송되도록 한다); 및 IC와 공명 회로 사이의 전기적 연결과 IC를 덮는 캡슐 봉함제(encapsulant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 식별(RFID)태그.
  18. 제17항에 있어서, IC 부착 영역은 제 1 도전성 패턴과 제 2 도전성 패턴 중의 하나에 의해서 형성된 인덕터의 숄더를 포함하는 것을 특징으로 하는 태그.
  19. 제17항에 있어서, IC는 IC 부착 영역에 접착제로 부착된 것을 특징으로 하는 태그.
  20. 제17항에 있어서, 제 1 도전성 패턴과 제 2 도전성 패턴은 에칭된 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 태그.
  21. 제17항에 있어서, 제 1 도전성 패턴과 IC를 덮는 고분자 하우징을 더 포함하는 태그로서, 상기 하우징은 그 안에 IC를 수용하는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태그.
    ※ 참고 사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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