JP2007012700A - 積層シート回路配線用モジュール及びｉｃタグの内部回路接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フリップチップ接続によることなく、回路パターンや素子同士の接続を簡易な手段によって行えるようにし、積層シートのＩＣモジュール実装工程の簡略化を図る。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなる基材用シートの表面に導体箔が貼り合わさり、この導体箔が、シートに開けられた通孔を通ってシート裏面側に突出した構成を有する配線用モジュールを用いる。配線用モジュールを表面に回路パターンが形成されたシート上に、通孔が回路パターンに載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュールをシートに一体化させ、配線用モジュールを介して回路パターン同士を電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層シートを加熱プレスして成形されるシート成形体の内層に信号処理回路を設ける場合に、成形体内部に配された回路パターンや素子の端子同士を電気的に接続するための配線用モジュールと、これを用いて内部回路を接続したＩＣタグの構造に関する。

近時、ＩＣチップやデータ送受信用のアンテナなどの素子からなるＩＣモジュールを組み込んだＩＣカードやＩＣタグ（以下、ＩＣタグと総称する）が様々な生活シーンで利用されている。

これらのＩＣタグは、内層にＩＣモジュールを配して複数枚のプラスチックシートを重ね合わせ、重ねたシート同士を接着剤や粘着剤を介し、或いはシート同士を熱融着させるなどして積層一体化し、これを所定の形状に切断する加工工程により形成されるが、この内、内部に装填されるＩＣモジュールは、エッチングや印刷などによりアンテナパターンが形成されたシート上にＩＣチップなどの素子を実装して供給されるＩＣインレットに組み込まれ、このＩＣインレットを積層シート内に挟み入れて一体化させるようにしている。
そして、かかるＩＣインレットの製造工程において、アンテナやＩＣチップといった各素子の電気的接続には、はんだボールやはんだバンプが多用されており、また、バンプを施したＩＣチップをアンテナに仮置きし、その後バンプとアンテナを熱圧着してＩＣチップをアンテナ上に直接実装するフリップチップ接続も広く行われている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−１０２９２６号公報

フリップチップ接続によってＩＣチップなどの素子を実装する場合、同接続方式に対応して形成された専用の素子を用いる必要があるが、専用の素子は高価なことから、ＩＣインレット及びこれを用いたＩＣタグの製造コストが高くならざるを得ないという問題がある。
また、従来は渦巻き状のアンテナ回路パターンの始点と終点を導通させるために、はんだボールやはんだバンプを用いて両面導体板を構成していたが、アンテナ回路の微小パターンの接続だけのために両面導体板を構成していたのでは不経済である。
ＩＣインレットを用いずに、積層シートを一体化する工程内でＩＣモジュールの構成素子を実装することができれば、ＩＣタグのコスト低廉化が可能であるが、前記フリップチップ接続の他に積層シート内で素子同士を電気的に接続する簡易な手法は見出されていないのが実状である。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、フリップチップ接続によることなく、回路パターンや素子同士の接続を簡易な手段によって行えるようにし、また、積層シートを一体化する工程内でＩＣモジュールの構成素子を実装できるようにすることを課題とする。

本発明者は、前記課題の解決を図るべく鋭意研究を重ね、両面導体板を用いなくとも、表面に導電路が形成されたシートを内層の回路パターン上に重ねて導電路と回路パターンを接続し、その状態で積層一体化させても、前記シートの材質や厚み、導電路の厚みなどを適宜に設定することにより、回路パターンを確実に接続させて耐久性も十分に確保でき、前記課題の解決が可能であることを見出し、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、加熱プレスにより一体化される積層シートの内部回路パターン同士を電気的に接続するための配線用モジュールであって、熱可塑性樹脂からなる基材用シートの表面に導体箔が貼り合わさり、この導体箔が、シートに開けられた通孔を通ってシート裏面側に突出した構成を有することを特徴とするものである。

前記構成の配線用モジュールは、表面に導体箔が貼り合わさった基材用シートの前記導体箔上にシート裏面まで貫通する通孔を形成し、この通孔の縁部をシート表面側からシート裏面側に折り返すことにより、導体箔をシート裏面側に突出させることができる。
或いは、基材用シートに通孔を形成し、そのシート表面に前記通孔に覆い被せて導体箔を貼り合わせるとともに、導体箔を通孔内に没入させることにより、導体箔をシート裏面側に突出させることができる。

また、本発明のＩＣタグの内部回路接続構造は、前記構成の配線用モジュールを用い、これを、表面に回路パターンが形成されたシート上に、前記通孔が回路パターンに載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュールをシートに一体化させることにより、配線用モジュールを介して回路パターン同士を電気的に接続したことを特徴とする。
また、シート表面にＩＣチップを載せてその端子を導体箔に接続させた前記構成の配線用モジュールを、表面にアンテナの回路パターンが形成されたシート上に、前記通孔がアンテナの両端回路パターンに載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュールをシートに一体化させることにより、ＩＣチップとアンテナを電気的に接続したことを特徴とする。

本発明の配線用モジュールは、フリップチップ接続によることなくＩＣモジュールを搭載したインレットシートを簡易に作製する手段として、或いはインレットシートを用いずに、積層シートを一体化する工程内でＩＣモジュールを実装する手段として用いられるものである。
図１と図３は、本発明の配線用モジュールの一形態例を示し、配線用モジュール１は、細長矩形状の基材用シート１１の表面に導体箔１２が帯状に貼り合わさっているとともに、基材用シート１１の両側に表裏を貫通する通孔１３、１３が形成され、この通孔１３、１３を通って表面の導体箔１２がシートの裏面側に突出した構造を有するものである。
詳しくは、図１はシート表面に貼り合わせた導体箔１２にシート裏面まで貫通する通孔１３、１３を形成し、通孔１３、１３の縁部をシート表面側からシート裏面側に折り返すことによって導体箔１２をシート裏面側に突出させた形態のものである。また、図３は基材用シート１１に通孔１３、１３を形成した後、そのシート表面に通孔１３、１３に覆い被さるようにして導体箔１２を貼り合わせ、導体箔１２を通孔１３、１３内に没入させることによって導体箔１２をシート裏面側に突出させた形態のものである。

ＩＣタグは、例えば非晶質ポリエステル系樹脂などの熱可塑性樹脂からなる一対のコアシートの間に、ＩＣモジュールが一体化したインレットシートを挟み入れ、両コアシートの外側面にそれぞれコアシートとの一体化性のある樹脂組成物からなるオーバーシートを重ね合わせ、これを加熱プレスにより一体化して形成される。インレットシートに代えて本発明の配線用モジュールを用いる場合、前記コアシート上にＩＣモジュールを装填しその上に配線用モジュール１を重ね合わせ、さらにその外側面にはコアシートを重ねて形成される。従って、配線用モジュール１の基材用シート１１としては、加熱プレスにより一体化する際にコアシートとの接着性又は熱融着性が良好な樹脂組成物が用いられる。
例えば基材用シート１１の構成材料としては、加熱加圧によって変形する熱可塑性樹脂のシート状のもの、例えばＰＥＴなどのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、非晶質性ポリエステル樹脂であるＰＥＴＧなどが好適である。

前記樹脂の内、ＰＥＴＧは加熱プレス時の流動性が高く、基材用シート１１を含むＩＣタグの積層シートの全てにＰＥＴＧを用いれば、シート全体で熱融着性が良好となり低温融着が可能となるが、その反面、基材用シート１１上の導体箔１２に断線が生じる頻度も多くなる。そこで、積層シートとして用いるＰＥＴＧの熱融着性を損なわない範囲で加熱プレス時に導体箔１２が断線することを防止するため、導体箔１２を挟んで重なり合うシートの一方をＰＥＴＧ、他方のシートをそれよりも耐熱性の高い材料のものに設定すること、つまり基材用シート１１にＰＥＴＧを用いた場合はこれに重なるコアシート又は他のシートとして耐熱性の高い材料のものを用い、前記基材用シート１１に重なるコアシート又は他のシートにＰＥＴＧを用いた場合には基材用シート１１として耐熱性の高い材料のものを用いることが好ましい。基材用シート１１に耐熱材料を用いた場合には、積層一体化したシートの端面に耐熱材料が露出せず、内部に隠れるため、端面剥離や接着不良などが起こり難くなる。前記耐熱性の高い材料としては、例えばＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣＴＧ／ＰＣアロイなどを用いることができる。

基材用シート１１は、導通させる回路パターンや端子間に重なる適宜な形状に形成することができる。例えばアンテナの始点と終点を接続する場合に、基材用シート１１をアンテナの始点と終点の間隔よりも若干長い細い帯状に形成して、アンテナの始点と終点の間の部分にだけ重なるように設けてもよい。或いは、アンテナ全体が覆い隠れる大きさの幅広な寸法形状に形成し、アンテナの始点と終点以外の部分にも重なるように設けてもよい。基材用シート１１の厚みは、２０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。

基材用シート１１の表面に貼り合わす導体箔１２の構成材料としては、銅やその合金、アルミニウムなどを用いることができる。加熱プレス時の延び性の良さから銅が好適である。導体箔１２の厚みは、タグ成形時の加熱プレスの際や成形後のタグ使用時にかかる曲げ応力によっても断線しない十分な剛性が確保され得る寸法に設定され、１８μｍ〜３５μｍ程度であることが好ましい。また、導体箔１２の幅は、後述する通孔１３の開口径よりも大きく且つ基材用シート１１の幅よりも小さな寸法に設定される。
基材用シート１１表面への導体箔１２の貼り合わせは熱融着により行うことができるが、基材用シート１１の表面に一体に固定されるのであれば、接着剤や粘着剤などの他の適宜な手段を用いてもよい。
なお、基材用シート１１に導体箔１２を熱融着する場合、或いはコアシート上にアンテナパターンを熱融着する場合などに、基材用シート１１又はコアシートとしてホットメルト層付きのシート、例えば厚み３０μｍのホットメルト層付きＰＥＴＧシートを用いれば、低温で融着が可能であり、生産性の面で好ましい。

基材用シート１１に形成される通孔１３は、配線用モジュール１を回路パターンに重ねたときに接続すべきパターンや端子の上面に重なるように、接続するパターンや端子間の寸法に位置対応させて形成される。また、通孔１３は、例えば二つの端子を接続する場合は二つ、三つの端子であれば三つというように、接続すべきパターンや端子の数に応じて形成される。

通孔１３を通して導体箔１２をシート裏面側に突出させるには、図１に示された通孔１３の縁部を折り返す形態の場合、図２に示されるように、基材用シート１１に導体箔１２を貼り合わせ（同図（Ａ））、導体箔１２上に通孔１３、１３を穿孔した後（同図（Ｂ））、巻き込み（カーリング或いはヘミング）加工によって、通孔１３の縁部をシート表面側から裏面側に折り返すことにより行うことができる（同図（Ｃ））。この場合、通孔１３は、巻型を押し入れることのできる大きさ、例えば０.５ｍｍ〜０.６ｍｍ程度の径に形成される。

また、図３に示された通孔１３内に導体箔１２を没入させる形態の場合、予め基材用シート１１に通孔１３、１３を形成し、その上面に導体箔１２を貼り合わせ、導体箔１２の通孔１３に被さった部分を、シート裏面側に突出する向きにフォーミングすることにより行うことができる。この場合、通孔１３は１ｍｍ程度の径に形成される。
フォーミングは、図４（Ａ）に示されるように、通孔１３に被せた導体箔１２の端部を通孔から突出する程度に皿状に湾曲させた形状や、同図（Ｂ）に示されるように、端部を突き破って通孔１３の下方に突出させた形状の何れでもよい。なお、フォーミングは、導体箔１２の上方から通孔１３よりも細い径の押圧具を押し込んで行うことができるが、導体箔１２の厚みが薄い場合は、通孔１３が形成された基材用シート１１の表面に導体箔１２を熱融着により貼り合わせるのと同時に熱変形により行うことができる。例えば導体箔１２の表面側には追従性のある柔らかな離型紙、好ましくはフッ素樹脂からなる離型紙を重ね、他方、基材用シート１１の裏面側にはそれよりも硬い離型紙、例えばＰＥＴからなる離型紙を重ね、その状態で加熱プレスすれば、柔らかな離型紙が変形して通孔１３内に進入し、これに伴って導体箔１２が通孔１３内に没入して、導体箔１２をその端部がシート裏面側に露出する深さにフォーミングされる。

配線用モジュール１は、適宜な大きさのシートを用いて複数の配線用モジュールを一括して作製する場合、図１に示した形態のものは、当該シート表面内の基材用シート１１の輪郭内に配線すべき回路パターンや端子間の寸法に合わせて長さの導体箔１２を貼り合わせる工程、同じく前記寸法に合わせて通孔１３を穿孔する工程、通孔１３に巻型を押し入れて通孔１３の縁部を巻き込み加工してシート表面の導体箔１２を裏面に露出させる工程、及び各基材用シート１１の輪郭に沿ってシートを切断する工程を経て形成することができる。
また、図２に示した形態のものは、前記シート表面内の基材用シート１１の輪郭内に配線すべき回路パターンや端子間の寸法に合わせて複数の通孔１３を穿孔する工程、通孔１３を連ねるように導体箔１２をシート表面に貼り合わせる工程、導体箔１２の各通孔１３に被さった部分を通孔１３の上方からフォーミングしてシートの裏面に露出させる工程、及び基材用シート１１の輪郭に沿ってシートを切断する工程を経て形成することができる。

このように形成される本発明の配線用モジュール１は、図５に示されるように、表面に回路パターン３が形成されたシート２上に、通孔１３が回路パターン３の端子３１、３１に載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュール１をシート２に一体化させることにより、基材用シート１１表面の導体箔１２を介して回路パターン３の端子３１、３１同士を電気的に接続することができる。加熱プレスによって基材用シート１１がシート２に熱融着するため配線用モジュール１はシート２の上面に一体に固着され、また、導体箔１２の端部が通孔１３の下方に突出しているので、加熱プレスした際に端子３１に導体箔１２を確実に接続させることができる。また、基材用シート１１を挟んで回路パターン３と交差する導体箔１２は、基材用シート１１によって絶縁されるため、回路パターン３が短絡することもない。

本発明の配線用モジュールを用いてＩＣタグ用のインレットシートを成形する場合は、例えば図６に示されるように、表面にアンテナの回路パターン３が形成されているとともに回路パターン３にＩＣチップ４を接続して形成されたシート２上に、配線用モジュール１をその通孔１３がアンテナの始点と終点の両端子３１、３１に載るように配して重ね、さらに配線用モジュール１の上面に保護シート５を重ね合わせ、これら重ねたシートを加熱プレスにより一体化させることにより成形することができる。この場合、フリップチップ接続用のＩＣチップやはんだバンプなどは不要である。

また、図７に示されるように、コアシート６の一面にアンテナの回路パターン３を形成し、その上に上記と同様にＩＣチップ４を取り付けた配線用モジュール１を通孔１３がアンテナの始点と終点の両端子３１、３１に載るように配して重ね、さらにコアシート７を重ね、両コアシートの外側面にそれぞれオーバー８、９を重ね合わせ、これら重ねたシートを加熱プレスにより一体化し、これを所定の輪郭形状に切断することにより、ＩＣモジュールを実装したＩＣタグを、積層シートを一体化する一連の工程によって成形することが可能である。

以下、本発明の配線用モジュールを評価した実施例について説明する。なお、本発明はこれら実施例の形態に限定されるものではない。

〔実施例１〕
厚み１００μｍ、縦横の寸法が１５ｍｍ×３ｍｍのＰＥＴＧからなる基材用シート１１に、両端内方よりに１ｍｍ径の通孔１３、１３を穿孔し、基材用シート１１表面の両通孔間に厚み１８μｍ、幅１．５ｍｍの銅からなる導体箔１２を熱融着により貼り合わせ、通孔１３、１３内に導体箔１２をフォーミングにより没入させて、前記図４（Ａ）に示す、導体箔１２の皿状に湾曲した端部が基材用シート１１の裏面側に突出した配線用モジュール１Ａを作製した。通孔１３、１３の中心間隔は１２ｍｍとした。
ＰＥＴＧからなる２００μｍ厚のコアシートの一側の表面に、銅箔をエッチングしてアンテナの回路パターン３を形成した。アンテナの始点と終点の端子間の距離は１２ｍｍに設定した。
そして、前記コアシートの回路パターン上に通孔１３、１３がそれぞれアンテナの始点と終点の端子に載るように配して配線用モジュール１Ａを重ね、その上にＰＥＴＧからなる２００μｍ厚のコアシートを重ね合わせ、これを加熱プレスして積層したシートを一体化させた。
そして、一体化させたシートを打ち抜き刃で縦２８ｍｍ、横４０ｍｍの矩形状に切断して、タグ状テスト用カードを作製した。なお、シート表面の両端にはアンテナの始点と終点にそれぞれ接続したチェック端子を設けた。

〔実施例２〕
導体箔１２の厚みを３５μｍとして、前記図４（Ｂ）に示す、導体箔１２の端部が基材用シート１１の裏面側に突出した配線用モジュール１Ｂを実施例１と同じ寸法で作製し、これを用いたタグ状テスト用カードを実施例１と同様にして作製した。

〔実施例３〕
厚み３８μｍ、縦横の寸法が１５ｍｍ×３ｍｍのＰＥＴからなる基材用シート１１の表面中央に、厚み１８μｍ、幅２ｍｍの銅からなる導体箔１２を熱融着により貼り合わせ、シートの両端内方よりに０．６ｍｍ径の通孔１３、１３を穿孔し、巻き込み加工により通孔１３、１３の縁部をシート裏面側に折り返して前記図１に示す、配線用モジュール１を作製した。通孔１３、１３の中心間隔は１２ｍｍとした。
ＰＥＴＧからなる２００μｍ厚のコアシートの一側の表面に、銅箔をエッチングしてアンテナの回路パターン３を形成した。アンテナの始点と終点の端子間の距離は１２ｍｍに設定した。
そして、前記コアシートの回路パターン上に通孔１３、１３がそれぞれアンテナの始点と終点の端子に載るように配して配線用モジュール１を重ね、その上にＰＥＴＧからなる２００μｍ厚のコアシートを重ね合わせ、これを加熱プレスして積層したシートを一体化した。
そして、一体化させたシートを打ち抜き刃で縦２８ｍｍ、横４０ｍｍの矩形状に切断して、タグ状テスト用カードを作製した。チェック端子を設けることは前記と同様である。

〔実施例４〕
厚み５０μｍ、縦横の寸法が１５ｍｍ×３ｍｍのＰＥＴＧからなる基材用シート１１の表面中央に、厚み１８μｍ、幅２ｍｍの銅からなる導体箔１２を熱融着により貼り合わせ、シートの両端内方よりに０．６ｍｍ径の通孔１３、１３を穿孔し、巻き込み加工により通孔１３、１３の縁部をシート裏面側に折り返して前記図１に示す、配線用モジュール１を作製した。通孔１３、１３の中心間隔は１２ｍｍとした。
ＰＥＴＧからなる２００μｍ厚のコアシートの一側の表面に、銅箔をエッチングしてアンテナの回路パターンを形成した。アンテナの始点と終点の端子間の距離は１２ｍｍに設定した。
そして、前記コアートの回路パターン上に通孔１３、１３がそれぞれアンテナの始点と終点の端子に載るように配して配線用モジュール１を重ね、その上にＰＣＴＧ／ＰＣアロイからなる２００μｍ厚のコアシートを重ね合わせ、これを加熱プレスして積層したシートを一体化した。
そして、一体化させたシートを打ち抜き刃で縦２８ｍｍ、横４０ｍｍの矩形状に切断して、タグ状テスト用カードを作製した。チェック端子を設けることは前記と同様である。

各実施例のタグ状テスト用カードについて、レールへの嵌め込み試験と屈曲試験を行い、配線用モジュールを介して接続したアンテナ回路の導通状態を評価した。

レールへの嵌め込み試験は、上下端部間が２８ｍｍ、凹部間が３０ｍｍのタグ保持用レールに対してシートの嵌め込みと抜き出しを１００回繰り返し、その後、シートのチェック端子にテスターをあてて、内部回路が断線しているか否かを確認した。
試験は、シートをレール前方が表側（内層アンテナ回路がレールの奥側、配線用モジュールがレールの手前側）となるように向けた場合と、レール前方が裏側（内層アンテナ回路がレールの手前側、配線用モジュールがレールの奥側）となるように向けた場合のそれぞれについて行った。

屈曲試験は、シートの両端を指で摘み、指に力を加えてシートを略９０度に湾曲させた後、力を抜いて元に戻し、これを１００回繰り返し、その後、前記と同様に内部回路が断線しているか否かを確認した。
試験は、シート表側を外側に向けて、シートの長手両端を把持した場合と、短手両端を把持した場合のそれぞれについて行った。

両試験の結果、前記全ての実施例のもので、内部回路の断線は確認されなかった。各試験の結果を表１に示す。同表において、何れの試験でも内部回路の導通を確認できたため、評価欄には「○」を付してある。

本発明の一実施形態の配線用モジュールの平面図と断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図１の配線用モジュールの加工工程を示した図である。 本発明の他の実施形態の配線用モジュールの平面図と断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は図１の配線用モジュールの異なるフォーミングによる通孔部分の拡大断面図である。 本発明の配線用モジュールを用いて内部回路を接続したシートの断面図である。 本発明の配線用モジュールを用いて形成されるインレットシートの一例の断面図である。 本発明の配線用モジュールを用いて形成されるＩＣタグの一例の断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 配線用モジュール、１１ 基材用シート、１２ 導体箔、１３ 通孔、２ シート、３ 回路パターン、４ ＩＣチップ、５ 保護用シート、６、７ コアシート、８、９ オーバーシート

Claims (5)

1. 加熱プレスにより一体化される積層シートの内部回路パターン同士を電気的に接続するための配線用モジュールであって、
   熱可塑性樹脂からなる基材用シートの表面に導体箔が貼り合わさり、この導体箔が、シートに開けられた通孔を通ってシート裏面側に突出した構成を有する積層シート回路配線用モジュール。
2. 表面に導体箔が貼り合わさった基材用シートの前記導体箔上にシート裏面まで貫通する通孔を形成し、この通孔の縁部をシート表面側からシート裏面側に折り返すことにより、導体箔をシート裏面側に突出させた請求項１に記載の積層シート回路配線用モジュール。
3. 基材用シートに通孔を形成し、そのシート表面に前記通孔に覆い被せて導体箔を貼り合わせるとともに、導体箔を通孔内に没入させることにより、導体箔をシート裏面側に突出させた請求項１に記載の積層シート回路配線用モジュール。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の配線用モジュールを、表面に回路パターンが形成されたシート上に、前記通孔が回路パターンに載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュールをシートに一体化させることにより、配線用モジュールを介して回路パターン同士を電気的に接続したＩＣタグの内部回路接続構造。
5. シート表面にＩＣチップを載せてその端子を導体箔に接続させた請求項１〜３の何れかに記載の配線用モジュールを、表面にアンテナの回路パターンが形成されたシート上に、前記通孔がアンテナの両端回路パターンに載るように配して重ね合わせ、加熱プレスにより配線用モジュールをシートに一体化させることにより、ＩＣチップとアンテナを電気的に接続したＩＣタグの内部回路接続構造。
   
   
   
   

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