JP2008041005A

JP2008041005A - Ｒｆｉｄタグおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2008041005A
Application number: JP2006217714A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Dairoku; 範行大録; Naoya Isada; 尚哉諫田; Kosuke Inoue; 康介井上; Keizo Watanabe; 桂三渡辺; Hidehiko Shindo; 英彦神藤; Koichi Kamisaka; 晃一上坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】従来の構造ではシート上のアンテナとチップバンプを電気的に接続するため高精度位置決めが必要で、高精度のフリップチップボンダの使用や、高価なＡＣＦの使用が必要であった。本発明では、従来のフリップチップ搭載やＡＣＦ搭載によるＲＦＩＤタグより高速にかつ容易に安価なＲＦＩＤタグを得る。
【解決手段】半導体チップの上に設けたループ状のアンテナと、タグシートに設けたブースターアンテナを近接させて共振結合する。これにより、搭載位置決め、接続信頼性の要求が大幅に緩和され、工程内での不良も生じにくく、一括搭載により高速の実装搭載が可能となり、製造コストを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明はＲＦＩＤタグの構造およびＲＦＩＤタグの製造プロセスに関する。

従来の半導体装置は、たとえば特公平８−８８５８６号公報記載のように、ＩＣチップの表面に形成された複数の接続端子を、ＲＦＩＤタグのアンテナシートの接続部位に接触固定して電気的に接続してなる構造であり、前記ＩＣチップの接続端子と、アンテナシートの接続部位の正確な位置決め固定が必要な構造であった。このため、前記ＩＣチップが微細化されると当該接続端子は必然的に微細かつ相互に近接した配置の構造とならざるを得ず、結局、要求される位置決め精度が高度なものになる。また、電気的な接続を確実に行うため、前記ＩＣチップは接続端子を有する面を、前記アンテナシートの接続部位に対向して配置する必要があり、ＩＣチップの位置のみならず、表裏・方角を確実に配置する必要があり、ＩＣチップの搭載は高価でタクトの遅いフリップチップボンダを用いる必要が生じ、製造コストが高くなる欠点があった。

特公平８−８８５８６号公報

上記従来の電気的接合による搭載接続方法ではアンテナシートの接続部分に、ＩＣチップ上の微細で相互に近接した接続端子を位置決め固定し確実に電気的に接続する必要があり、高精度の位置決め搭載機を使用するため、高コストで生産性も悪かった。さらに、アンテナシートの接続部位とＩＣチップ上の接続端子の接続が不完全になると、相互に電流が流れなくなるため、ＲＦＩＤタグの使用時に外力が加わらないように、これらの端子の接続部位をレジンモールドやアンダーフィル材などにより強固に保護する必要が生じ、十分に薄型で柔軟なＲＦＩＤタグが得にくい欠点もあった。

本発明では、搭載位置決め精度を大幅に緩和し、かつＩＣチップとアンテナシートとの電気接続を必要としないため、簡易な回路保護手段により、安価で薄型かつ柔軟なＲＦＩＤタグを提供することにある。

本発明では、ＲＦＩＤのＩＣチップ上に微小なループ構造もしくはコンデンサ構造を設け、かつアンテナシート上にアンテナ回路を設けてその最大電流密度を得られる部位の近傍に前記ＩＣチップを配置することで、外部からの電磁波信号を狂信によりアンテナ部位に集め、ＩＣチップ近傍に集中させることにより、ＩＣチップ上のループ構造もしくはコンデンサ構造に電磁的に結合させて電力を授受する構造とした。この構造により、単体では十分な電力を授受できない微細なＩＣチップ上のアンテナでも、外部との強力な信号電力の授受が可能になり、またＩＣチップとアンテナシートの電気回路としての接触は必須ではなくなるため、ＩＣチップの位置決め搭載精度は緩和され、また外力に弱い接合部位を有しないため、ＩＣチップ周辺の保護構造を大幅に簡略化できる。これにより、搭載方法も簡易な振動整列による搭載が使用できるため、製造設備が安価かつ高速になり、ＲＦＩＤタグの構造自体も簡易であるため安価な製造が可能となる。

本発明によれば、搭載位置決め精度を大幅に緩和し、かつＩＣチップとアンテナシートとの電気接続を必要としないため、簡易な回路保護手段により、安価で薄型かつ柔軟なＲＦＩＤタグを得ることができる。

以下に、本発明の一実施形態が適用された半導体装置について、図１から図８を用いて説明する。

図１は本発明の適用されたＲＦＩＤ回路装置の外観斜視図であり、図１（ａ）に全体、図１（ｂ）に回路チップ１周辺の詳細図を示した。回路チップ１は円盤状に切り出したシリコンチップ１０の上にＲＦＩＤ用ＩＣ回路（図示せず）を形成してあり、最上層には共振用アンテナパターン１１を形成してある。回路チップ１は直径６００μｍ、厚さ５０μｍに切り出してある。本実施例ではアンテナパターンは既存の金バンプメッキ工程を用いて製造したため、渦巻き状のコイル形状であるアンテナパターン１１は、厚さ５〜１０μｍの金メッキ配線で構成してある。この回路チップ１は、図１（ａ）から判るように、タグシート２０上に形成されたブースターアンテナ２１とは回路接続されていない。ブースターアンテナ２１は外部の搬送波信号に共振し、最大電流密度を有する中央付近に設けられた配線が狭隘な部分に回路チップ１が配置されており、ブースターアンテナ２１の漏洩磁界がアンテナパターン１１を貫通することで電磁的にブースターアンテナ２１とアンテナパターン１１は接続され、電力および信号の授受がなされる。この授受は双方向に働くため、回路チップ１の信号はアンテナパターン１１からブースターアンテナ２１を介して外部に射出されることになる。本実施例ではタグシート２０は厚さ２５μｍのＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）で、ブースターアンテナ２１は前記タグシート２０上に形成された厚さ２０μｍのＡｌ箔を貼り付けてエッチング成形した。また、タグシート２０とブースターアンテナ２１との間にはホログラム層２３が形成されており、本ＲＦＩＤタグを対象品に貼り付けて運用する時に、ホログラム層が３次元パターンを示して光るため、偽造防止効果が一段と期待できる。

ここで回路チップ１は概略形状が円盤状であり、従来の四角い半導体回路チップには存在した欠けやすい角部分がない。このため外力が加わっても、回路チップが割れたり欠けたりする恐れが少ない。

また、回路チップ１とブースターアンテナ２１は回路としての実際の接続を行っていないため、従来のＲＦＩＤタグのように厳密な位置決めが必要ではなく、回路チップ１が最大電流密度を得られる部位の近傍に配置されていれば十分な性能が得られ、搭載精度が大幅に緩和できることに利点がある。さらに、電気回路としての接続ではないため、回路チップ１の接着部分が部分的に浮き上がるなど、従来のフリップチップ接合やＡＣＦ圧着接合方式では致命的な状態でも、なんら支障なく通信を継続できる強靱性を有する利点がある。逆に言えば、従来補強として必須であったアンダーフィルやポッティングレジンによる覆いなどは不要で、回路チップ１の固定も粘着材２２による粘着固定でよく、低コストの材料で実現できる利点がある。

さらには回路としての接続が不要であることから、回路チップ１の表裏はＲＦＩＤタグの同左に対して重要性がなく、搭載時に回路チップ１が裏返しであっても問題なく、搭載時の表裏確認が不要となる利点がある。

アンテナ材料や形状もいろいろな組み合わせが可能となる。図２は別の素材を用いた実施例であるが、タグシート３０は厚さ５０μｍの普通紙であり、この上に感熱遅延粘着性の糊３２が塗布乾燥してある。この上に導電性銀ペーストインクによりブースターアンテナ３１が印刷形成されている。この場合もブースターアンテナ３１の中央部付近に回路チップ１がタグシート前面に予め塗布してある遅延粘着性の糊３２によって粘着固定してある。

この実施例では、安価な紙をタグシートに利用でき、ユーザが背面に鉛筆やサインペン等で文字や記号の書き込みが出来る利点がある。当然ラベルプリンターによる印字も自在である。

タグシート３０や、ブースターアンテナ３１の形状も変更可能であり、図３に示したようにブースターアンテナ３１を繰り返し折りたたんだ形状とすることで、タグシートの全長を短くすることも可能である。この場合、大きくなりがちなＲＦＩＤタグを小さい面積で実装することが可能となり、小型の製品を供給できる利点がある。

性能をより安定させるためには、図４に示したように、回路チップ１を搭載する位置の近傍で、ブースターアンテナ３１の形状を円弧状にすることも出来る。この実施例では回路チップ１の搭載位置ずれが生じた場合、ずれの方向性によらず、性能のランク分けが外観検査で容易に判別できる、ずれ量から判定できるため、製造管理が容易になる利点がある。

ＲＦＩＤタグの感度が方向によって異なると問題を生じる場合には、図５の様に、ブースターアンテナ３１の折りたたみの方向を、回路チップ１を挟んで反対の方向になるように折りたたむと良い。こうすることで、ブースターアンテナ３１の形状が回転対称に近くなるため、感度異方性が軽減できる。

ブースターアンテナ３１の高周波特性が十分得られず、使用する領域での同調感度が悪い場合には、図６に示すようにブースターアンテナ３１の折りたたみを極力チップ周辺から離して配置することが有効である。こうすることでパターンを折り返す事による相互干渉が軽減でき、高周波特性の改善が期待できる。

ここまでの実施例では、ブースターアンテナをダイポールアンテナとして考えてきたが、容量性のパットアンテナとして設計することも可能である。回路接続を洩れ磁界の誘導電流に期待するため、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、パットアンテナを２個連結した構造とする。タグシート３０の片側には図７（ａ）に示すようなひょうたん型のブースターアンテナ３１ａを設け、反対面には図７（ｂ）に示すようにこれに対向する２個所に分離した電極３１ｂを設ける。外部の電解によりタグシート３０自体が分極し、電流が生じて回路チップ１周辺に洩れ磁界を発生させる。回路の安定性を得るためには、この実施例ではタグシート３０は紙よりも水分の吸収が少ないＰＥＴなどの樹脂フィルムを用いる方が共振周波数の安定化に対して有利である。

これらの構造により、回路チップ１の搭載は従来の半導体ＩＣの搭載に比して大幅に簡略な方法で搭載可能となる。図８にこの搭載方法を示す。

この後、上側のアンテナシート２１を重ね全体を加熱圧着して、個別に切断すれば図１に示したＲＦＩＤタグを得ることができる。

タグシート２０の上には遅延粘着性糊２２が塗布乾燥してあり、常温のままでは粘着性を発揮しない状態にある。ここで図８（ａ）に示すように、鉄ニッケル合金からなるメタルマスク６００を被せ、回路チップ１の搭載位置に開口部６１１を位置決めする。このとき、台座７０は電磁石を内蔵しており、位置決め終了後磁性を帯びるため、強磁性体の鉄ニッケル合金から成るメタルマスク６００の非開口部６０１は台座７０に吸着され、タグシート２０を挟み込んで固定する。

ここで赤外線加熱ランプ５０によりメタルマスク６００の開口部６１１を通して糊２２を部分的に加熱する。鉄ニッケル合金は熱伝達が少なく、また銀色の光沢を持つため赤外線を良く反射し、タグシート２０に適切な温度分布を与えることが出来る。遅延粘着性の糊２２は７０度程度に加熱されると粘着性を現し、数時間は粘着剤として働く。

この状態で、振動式パーツフィーダー（図示せず）で、メタルマスク６００上に回路チップ１を多数散布し、全体を振動させると、開口部６１１に回路チップ１が落下する。この状態でしばらく振動を与え続けると、殆どの開口部６１１に回路チップ１が充填された状態となる。

次に図８（ｃ）に示すように、真空吸引ノズル７０によりメタルマスク６００上の余分な回路チップ１を吸引して、全体をスキャンすると余分な回路チップ１は回収され、タグシート２０に粘着固定された回路チップ１のみが残る。

この後、図８（ｄ）に示すように、赤外線ランプ７０で改めて全体を追加加熱し、回路チップ１の粘着固定を確実にする。さらに、図８（ｅ）に示すように、台座７０に内蔵の電磁石を停止してメタルマスク６００を取り除けば、回路チップ１が所定の位置に粘着固定されたタグシート２０を得ることが出来る。

予めブースターアンテナ２１は成形済みであるので、このままタグシート２０を裁断すれば、機能するＲＦＩＤタグを得ることが出来る。

なおこれらの実施例では、回路チップ１を振動供給に好適で、外力にも強い円形のチップとして記述したが、必ずしも円形である必要はなく、図９に示すように、シリコンチップ１０を概ね正方形で、角に丸みを持たせた形状とすることでも所定の機能を得ることが出来る。この場合は円形のチップに比べ回路チップ１の回路レイアウトを従来の四角形中心の設計のままとし、角のみの設計変更で対応が可能となるためマスク変更が少なくなる利点がある。

極端な場合は従来の長方形に切り出したチップをそのまま用いることも可能である。この場合は十分に薄いチップを用いることは困難となるが、厚さ２００μｍ前後の従来のチップ加工方法では強度が得られ、切断装置も従来のプロセス用との既存の設備を用いるため、加工が安価になる利点がある。

本発明によるＲＦＩＤ素子の外観斜視図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。本発明のＲＦＩＤタグの製造工程における実施例を示す図。本発明のＲＦＩＤタグの製造工程における実施例を示す図。本発明の他のＲＦＩＤタグの実施例を示す図。

符号の説明

１…回路チップ、２０，３０…タグシート、２１，３１…ブースターンテナ、２２，３２…糊、１０…シリコンチップ、１１…アンテナ、６００…メタルマスク、７０…台座。

Claims

ＲＦＩＤタグにおいてＩＣチップ上のアンテナ端子とタグシート上のアンテナパターンとを直接接続することなしに、相互の電磁的な接合により間接的に接合する構造を有することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記ＩＣチップのアンテナ端子はＩＣチップ上に形成されたループ状配線構造により、このＩＣチップ近傍の電磁場を検知し、これを取り込むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記ＩＣチップのアンテナ端子はＩＣチップ上に形成されたコンデンサ状構造により、このＩＣチップ近傍の電磁場を検知し、これを取り込むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１から請求項３記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記タグシート上のアンテナパターンは、導電性薄膜もしくは導電性塗料により前記タグシート状に形成され、最大電流密度を有する部分の近傍に、前記ＩＣチップを配置することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１から請求項４記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記タグシート上のアンテナパターンと前記タグシートのベースフィルムの間にホログラム層を形成し、アンテナパターンからの反射光をホログラム層によって変調表示することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１から請求項５記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記ＩＣチップのアンテナ端子は、前記タグシート上のアンテナパターンに対向する方向に配置したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１から請求項５記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記ＩＣチップのアンテナ端子は、前記タグシート上のアンテナパターンに対向する方向と逆方向に配置したことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
請求項１から請求項７記載のＲＦＩＤタグの製造方法において、前記ＩＣチップを、前記タグシート上のアンテナパターン近傍にあらかじめ塗布された粘着剤もしくは接着剤の上に配置し固着することを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
請求項１から請求項７記載のＲＦＩＤタグの製造方法において、前記ＩＣチップを、前記タグシート上のアンテナパターン近傍にあらかじめ配置し、しかる後に粘着剤もしくは接着剤を前記ＩＣチップ近傍に塗布して固着することを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
請求項８もしくは請求項９記載のＲＦＩＤタグの製造方法において、前記タグシート上のアンテナパターン近傍に開口部を有するマスク構造体を配置し、このマスク構造体上で複数の前記ＩＣチップを振動または揺動させ、前記開口部内に落下せしめ、固着することを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
請求１０記載のＲＦＩＤタグの製造方法において、前記タグシート上のアンテナパターン近傍にはあらかじめ粘着性を有する薬剤を塗布してなり、前記ＩＣチップが前記マスク構造体の開口部に落下すると、おのずから粘着固定し、しかる後に乾燥、冷却、ＵＶ照射、または加熱ベークすることで固着を強固にすることを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。
請求１１記載のＲＦＩＤタグの製造方法において、前記タグシート上の前記ＩＣチップの固着を強固にした後、ＩＣチップおよびアンテナパターン部に粘着剤を塗布し、剥離紙に粘着せしめ、使用時に容易に剥離貼付できるようにしたことを特徴とするＲＦＩＤタグの製造方法。