WO2002089051A1 - Verfahren zum verbinden von mikrochips mit auf einem trägerband angeordneten antennen zum herstellen eines transponders - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for connecting microchips with antennas arranged on a first carrier tape for producing a transponder.
  • Such transponders e.g. used for so-called smart labels or smart cards have a flat antenna coil that is provided with two connections.
  • the antennas can be made of different materials, e.g. Copper, aluminum, silver conductive paste or the like.
  • the size of the antennas can vary depending on the application.
  • the flat antenna coils are applied to a carrier tape, which is delivered rolled up on a roll. So far, the microchips have been connected to the antennas on the carrier tape by a complex bonding process. For this it is necessary that the carrier tape having the antennas runs over an indexer and stands still during the bonding process. Apart from the fact that the bonding process requires complex machinery and extremely precise working, the bonding process currently takes up to 15 seconds.
  • transponders This relatively high expenditure of time stands in the way of economical production of the transponders.
  • a method for producing transponders is described, for example, in DE-A 199 15 765, in which semiconductor chips and antenna are applied to the surface side of a thermoplastic film, the film being connected to form an endless film strip. From DE-A 199 16781 it is also known to apply individual chips to laminate sheets.
  • the object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the outset which allows transponders to be manufactured more easily, more quickly and, above all, more economically.
  • microchips are packaged in an upstream bond process in a chip module with electrical connections and applied to a second carrier tape, that the two carrier tapes are unwound from the roll and brought one above the other, the chip modules being separated from the second Carrier tape removed and placed on a predetermined location of the first carrier tape, wherein the tape speed of the second carrier tape is further adapted to the tape speed of the first carrier tape at least at the time of placing the chip module.
  • Moving the bond process into an upstream process has the advantage that the chip module produced in this way can be applied to the first carrier tape provided with the antennas much more quickly and easily.
  • both carrier tapes are unwound from the roll and brought one above the other and the speeds of both carrier tapes are adapted at the time when the chip module is placed on the first carrier tape. It is therefore not necessary that the carrier tapes stand still when the chip module is connected to an antenna. The process can thus run continuously, which results in a considerable increase in the production speed. It is also not the case that the upstream bonding process at another point leads to a slowdown in the manufacturing process as a whole.
  • the packaging of the microchip in a chip module in the context of an upstream bonding process is much easier to accomplish than the bonding of a microchip to an antenna.
  • the packaging of the microchip in a chip module can take place at a central point, namely, for example, at the microchip manufacturer, so that the transponder manufacturer does not have to purchase an expensive bonder, which requires highly qualified operating personnel.
  • the first carrier band carrying the antennas runs at a continuous speed, while the second carrier band runs in time with the passing antenna spacing via an index set which is guided in the first carrier band.
  • the second carrier tape for placing the chip module on the first carrier tape is briefly accelerated to the tape speed of the first carrier tape.
  • the chip module placed in the right place in this way can be electrically connected to the associated antenna by soldering or crimping immediately after being placed on the first carrier tape. Immediately after the chip module has been connected, the transponder produced in this way can be tested using customary methods.
  • the chip module when it is placed on the first carrier tape, runs endlessly from one with the same speed as the first carrier tape Conveyor belt is held on the first carrier belt until the chip module is firmly connected to the associated antenna.
  • the conveyor belt takes over, so to speak, the chip module emitted by the second carrier belt and ensures that the chip module is held in the correct position relative to the antenna while the first carrier belt is moving on.
  • the chip module is soldered to the antenna using a laser beam.
  • transponders produced in this way can be rolled up again with the first carrier tape after completion and possible testing.
  • FIG. 3 shows the first carrier tape from FIG. 1 with chip modules attached and connected to the antenna connections
  • Fig. 4 is a schematic representation of a device for connecting the chip modules of the second carrier tape with the antennas of the first carrier tape.
  • first carrier tape 1 shows a first carrier tape 1 on which coils 2 are applied as antennas. These are antennas made by electrodeposition.
  • the coils 2 have two connections 3 for a chip module.
  • Such chip modules 4 are shown in FIG. 2. They are held in close succession on a second carrier tape 5.
  • the chip modules are packaged in a chip housing shown in FIG. 2 by an upstream bond process.
  • This housing has two already galvanized pads 6, whose distance corresponds to the connections of the rectangular coils 2.
  • Fig. 3 shows a carrier tape 1 with a rectangular spool 2, which has already been completed with a chip module 4.
  • the chip module 4 was soldered to the connections 3 with its connection surfaces 6.
  • the first carrier tape 1 is rolled up on an input spool 7 and is unwound from it and wound up on a finished spool 8 after the connection process.
  • the second carrier tape 5, which carries the chip modules 4 is unwound from a reel 9 for chip modules, deflected at a deflection roller 10 and rewound at a remainder tape reel 11.
  • a rotating conveyor belt 12 begins, strictly speaking the first deflection roller 13 of the conveyor belt 12.
  • the conveyor belt 12 extends above the first carrier belt 1 up to a drive roller 14 between the deflection roller
  • test chip module 16 is provided.
  • the device works as follows:
  • the first carrier tape 1 is drawn off from the input spool 7 at a continuous speed and wound onto the finished spool 8.
  • the second carrier tape 5, which carries the chip modules 4 is pulled off the spool 9 in a text-indexed manner in accordance with the antenna spacing on the first carrier tape 1 and is guided around the deflection roller 10.
  • the chip modules 4 are detached, for example by heating the carrier belt 5.
  • the chip module 4 is detached, it is simultaneously gripped by the first carrier belt 1 and the conveyor belt 12 rotating at the same speed as the first carrier belt 1.
  • the chip module with its connection surfaces 6 is placed exactly on the connections 3 of the rectangular coil 2.
  • the conveyor belt 12 fixes the chip module 4 at this position while it is continuously moving at the same speed as the first carrier belt 1.
  • the transponders thus completed are tested using the test chip module 16 arranged behind the conveyor belt 12, after which the first carrier tape is then wound onto the finished spool. Completed and already tested transponders are thus on the pre-spool.
  • the chip modules used here are RFID (Radio Frequency Identification) chip modules. These are particularly low-profile chip modules that, together with the flat coil antennas, are particularly suitable for smart label applications. Smart labels are labels that contain the transponders just described and that can be glued to any product or component and are used to identify them.
  • connection surfaces 6 of the chip modules 4 can be crimped onto the connections 3 of the rectangular coils 2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Mikrochipmodulen (4) mit auf einem ersten (1) Trägerband angeordneten Antennen zum Herstellen eines Transponders. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrochips in einem vorgeschalteten Bond-Prozess zu einem Chipmodul (4) mit elektrischen Anschlüssen verpackt und auf ein zweites Trägerband (5) aufgebracht werden. Die beiden Trägerbänder werden von der Rolle abgewickelt und übereinander gebracht, wobei die Chipmodule (4) von dem zweiten Trägerband (5) abgenommen und auf eine vorbestimmte Stelle des ersten Trägerbandes (1) aufgesetzt werden. Dieses Verfahren erlaubt einen kontinuierlichen Hertellungsprozess, der besonders wirt-schaftlich und besonders schnell ist.

Description

Verfahren zum Verbinden von Mikrochips mit auf einem Trägerband angeordneten Antennen zum Herstellen eines Transponders
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Mikrochips mit auf einem ersten Trägerband angeordneten Antennen zum Herstellen eines Transponders.
Derartige Transponder, die z.B. für sog. smart-labels oder smart-cards verwendet werden, weisen eine flächige Antennenspule auf, die mit zwei Anschlüssen versehen ist. Die Antennen können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wie z.B. Kupfer, Aluminium, Silberleitpaste oder dgl. Die Größe der Antennen kann je nach Anwendung unterschiedlich sein. Bei den derzeitigen Herstellungsverfahren sind die flächigen Antennenspulen auf einem Trägerband aufgebracht, welches auf eine Rolle aufgewickelt angeliefert wird. Bislang werden die Mikrochips durch einen aufwendigen Bond-Prozess mit den Antennen auf dem Trägerband verbunden. Hierzu ist es erforderlich, daß das die Antennen aufweisende Trägerband über einen Indexer läuft und während des Bond-Prozesses stillsteht. Abgesehen davon, daß der Bond-Prozess aufwendige Maschienn und ausgesprochen präzises Areiten erfordert, benötigt der Bond-Vorgang derzeit bis zu 15 Sekunden. Dieser verhältnismäßig hohe Zeitaufwand steht einer wirtschaftlichen Herstellung der Transponder entgegen. Ein Verfahren zum Herstellen von Transpondem ist beispielsweise in der DE-A 199 15 765 beschrieben, bei dem Halbleiterchips und Antenne auf die Flächenseite einer thermoplastischen Folie aufgebracht werden, wobei die Folie zu einem endlosen Folienband verbunden ist. Aus der DE-A 199 16781 ist ferner bekannt, einzelne Chips auf Laminatbögen aufzubringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu entwickeln, das es erlaubt, Transponder einfacher, schneller und vor allen Dingen wirtschaftlicher herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrochips in einem vorgeschalteten Bond-Prozess in einem Chipmodul mit elektrischen Anschlüssen verpackt und auf ein zweites Trägerband aufgebracht werden, daß die beiden Trägerbänder von der Rolle abgewickelt und übereinander gebracht werden, wobei die Chipmodule von dem zweiten Trägerband abgenommen und auf eine vorbestimmte Stelle des ersten Trägerbands aufgesetzt werden, wobei ferner zumindest im Zeitpunkt des Aufsetzens des Chipmoduls die Bandgeschwindigkeit des zweiten Trägerbandes an die Bandgeschwindigkeit des ersten Trägerbandes angepaßt ist. Das Verlagern des Bond-Prozesses in einen vorgeschalteten Prozess hat den Vorteil, daß das auf diese Art und Weise erzeugte Chipmodul wesentlich schneller und einfacher auf das mit den Antennen versehene erste Trägerband aufgebracht werden kann. Es ist möglich, das Chipmodul mit der Antenne zu verlöten oder zu crimpen, was zum einen wesentlich schneller geht und zum anderen weniger Präzision als ein Bond-Prozess erfordert. Die Herstellungsgeschwindigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter dadurch erhöht, daß beide Trägerbänder von der Rolle abgewickelt und übereinander gebracht werden und zum Zeitpunkt des Aufsetzens des Chipmoduls auf das erste Trägerband die Geschwindigkeiten beider Trägerbänder angepaßt sind. Deshalb ist es nicht erforderlich, daß beim Verbinden des Chipmoduls mit einer Antenne die Trägerbänder stillstehen. Der Prozess kann somit kontinuierlich durchlaufen, was eine erhebliche Erhöhung der Herstellungsgeschwindigkeit zur Folge hat. Dabei ist es auch nicht so, daß der vorgeschaltete Bond- Prozess an einer anderen Stelle zu einer Verlangsamung des Herstellungsverfahrens insgesamt führt. Es ist vielmehr so, daß das Verpacken des Mikrochips in ein Chipmodul im Rahmen eines vorgeschalteten Bond-Prozesses wesentlich einfacher zu bewerkstelligen ist als das Bonden eines Mikrochips auf eine Antenne. Ferner kann das Verpacken des Mikrochips in ein Chipmodul an einer zentralen Stelle, nämlich beispielsweise bei dem Mikrochip- hersteller erfolgen, so daß bei dem Hersteller des Transponders die Anschaffung eines teuren Bonders, der dazu hochqualifiziertes Bedienungspersonal erfordert, entfällt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform läuft das erste, die Antennen tragende Trägerband mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit, während das zweite Trägerband im Takt der vorbeilaufenden Antennenabstände über einen Indexsatz läuft, das im ersten Trägerband geführt wird. Dabei wird das zweite Trägerband zum Aufsetzen des Chipmoduls auf das erste Trägerband kurzfristig auf die Bandgeschwindigkeit des ersten Trägerbandes beschleunigt. Das auf diese Weise an der richtigen Stelle plazierte Chipmodul kann unmittelbar nach dem Aufsetzen auf das erste Trägerband mit der zugehörigen Antenne durch Löten oder Crimpen elektrisch verbunden werden. Unmittelbar nach dem Verbinden des Chipmoduls kann der auf diese Weise hergestellte Transponder mit üblichen Verfahren getestet werden.
Besonders bevorzugt wird, wenn das Chipmodul beim Aufsetzen auf das erste Trägerband von einem mit gleicher Geschwindigkeit wie das erste Trägerband endlos umlaufenden Transportband an dem ersten Trägerband gehalten wird, bis das Chipmodul fest mit der zugehörigen Antenne verbunden ist. Das Transportband übernimmt sozusagen das von dem zweiten Trägerband abgegebene Chipmodul und sorgt dafür, daß das Chipmodul während des Weiterlaufens des ersten Trägerbandes an der richtigen Position zu der Antenne gehalten wird.
Von Vorteil ist, wenn das Anlöten des Chipmoduls an die Antenne mittels eines Laserstrahls erfolgt.
Die auf diese Weise hergestellten Transponder können nach Fertigstellung und eventuellen Testvorgang mit dem ersten Trägerband wieder aufgerollt werden.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes, antennentragendes Trägerband,
Fig. 2 ein zweites, mit Chipmodulen bestücktes Trägerband,
Fig. 3 das erste Trägerband aus Fig. 1 mit aufgesetzten und an die Antennenanschlüsse angeschlossenen Chipmodulen,
Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zum Verbinden der Chipmodule des zweiten Trägerbandes mit den Antennen des ersten Trägerbandes.
Fig. 1 zeigt ein erstes Trägerband 1 , auf dem Spulen 2 als Antennen aufgebracht sind. Es handelt sich hierbei um durch galvanisches Abscheiden hergestellte Antennen. Die Spulen 2 weisen zwei Anschlüsse 3 für ein Chipmodul auf.
Derartige Chipmodule 4 sind in Fig. 2 dargestellt. Sie sind dicht hintereinander auf einem zweiten Trägerband 5 gehalten. Die Chipmodule sind durch einen vorgeschalteten Bond- Prozess in ein in Fig. 2 gezeigtes Chipgehäuse verpackt. Dieses Gehäuse weist zwei be- reits verzinkte Anschlußflächen 6 auf, deren Abstand mit den Anschlüssen der Rechteckspulen 2 korrespondiert.
Fig. 3 zeigt ein Trägerband 1 mit einer Rechteckspule 2, die bereits mit einem Chipmodul 4 komplettiert wurde. Das Chipmodul 4 wurde mit seinen Anschlußflächen 6 an die Anschlüsse 3 angelötet.
Im folgenden wird das Herstellungsverfahren anhand der Fig. 4 näher erläutert.
Das erste Trägerband 1 ist auf einer Eingangsspule 7 aufgerollt und wird von dieser abgespult und nach dem Verbindungsprozeß auf einer Fertigspule 8 aufgewickelt.
Das zweite Trägerband 5, welches dieChipmodule 4 trägt, wird von einer Spule 9 für Chipmodule abgewickelt, an einer Umlenkrolle 10 umgelenkt und an einer Restbandspule 11 wieder aufgewickelt.
Auf Höhe der Umlenkrolle 10 beginnt ein umlaufendes Transportband 12, genaugenommen die erste Umlenkrolle 13 des Transportbandes 12. Das Transportband 12 erstreckt sich oberhalb des ersten Trägerbandes 1 bis zu einer Antriebsrolle 14. Zwischen der Umlenkrolle
13 und der Antriebsrolle 14 ist eine Laserlöteinheit 15 vorgesehen. Hinter der Antriebsrolle
14 ist ein Testchipmodul 16 vorgesehen. Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Das erste Trägerband 1 wird mit kontinuierlicher Geschwindigkeit von der Eingangsspule 7 abgezogen und auf die Fertigspule 8 aufgewickelt. Das die Chipmodule 4 tragende zweite Trägerband 5 wird von der Spule 9 im Takt der Antennenabstände auf dem ersten Trägerband 1 geindext abgezogen und um die Umlenkrolle 10 herumgeführt. An der Umlenkrolle 10 erfolgt das Ablösen der Chipmodule 4, beispielsweise durch Erwärmen des Trägerbandes 5. Beim Ablösen des Chipmoduls 4 wird dieses zugleich von dem ersten Trägerband 1 und dem mit der gleichen Geschwindigkeit wie das erste Trägerband 1 umlaufende Transportband 12 erfaßt. Das Chipmodul wird dabei mit seinen Anschlußflächen 6 genau an den Anschlüssen 3 der Rechteckspule 2 aufgesetzt. Das Transportband 12 fixiert das Chipmodul 4 an dieser Position, während es sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das erste Trägerband 1 kontinuierlich fortbewegt. Währenddessen werden die Anschlußflächen 6 mit den Anschlüssen 3 mithilfe der Laserlöteinheit 15 verlötet, wobei der Laserstrahl sich mit der Bandgeschwindigkeit des Trägerbandes 1 mitbewegt. Die so komplettierten Transponder werden mithilfe des hinter dem Transportband 12 angeordneten Testchipmoduls 16 getestet, wonach dann das erste Trägerband auf die Fertigspule aufgewickelt wird. Auf der Fertigspule befinden sich somit komplettierte und bereits getestete Transponder. Bei den hier verwendeten Chipmodulen handelt es sich um RFID (Radio Frequency Identification)- Chipmodule. Das sind besonders flachbauende Chipmodule, die sich zusammen mit den Flachspulantennen insbesondere für smart-label-Anwendungen eignen. Smart-Iabels sind Etiketten, die die soeben beschriebenen Transponder beinhalten und die auf beliebige Produkte oder Bauteile aufgeklebt werden können und zu deren Kennzeichnung dienen.
Anstelle des Laserverlötens ist es auch möglich, daß die Anschlußflächen 6 der Chipmodule 4 mit den Anschlüssen 3 der Rechteckspulen 2 vercrimpt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von Mikrochips mit auf einem ersten Trägerband angeordneten Antennen zum Herstellen eines Transponders, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrochips in einem vorgeschalteten Bond-Prozess zu einem Chipmodul (4) mit elektri¬ schen Anschlüssen (6) verpackt und auf ein zweites Trägerband (5) aufgebracht werden, daß die beiden Trägerbänder (1, 5) von einer Rolle (7, 9) abgewickelt und übereinander gebracht werden, wobei die Chipmodule (4) von dem zweiten Trägerband (5) abgenom¬ men und auf eine vorbestimmte Stelle des ersten Trägerbandes (1) aufgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Trägerband (1) mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit läuft, während das zweite Trägerband (5) im Takt der vorbeilaufenden Antennenabstände über einen Indexer zum ersten Trägerband (1) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Chipmodul (4) unmittelbar nach dem Aufsetzen auf das erste Trägerband (1) mit der zugehörigen An¬ tenne (2) durch Löten oder Crimpen elektrisch verbunden wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder unmittelbar nach dem Verbinden des Chipmoduls (4) mit der Antenne (2) getestet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Chipmodul (4) beim Aufsetzen auf das erste Trägerband (1) von einem mit gleicher Geschwindigkeit wie das erste Trägerband (1) endlos umlaufenden Transportband (12) an dem ersten Trägerband (1) gehalten wird, bis das Chipmodul (4) fest mit der zugehörigen Antenne (2) verbunden ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Verbinden des Chipmoduls (4) mit der Antenne (2) durch Laserlöten erfolgt.
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