JP2004527814A - 新規な安い無線周波数識別装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

安価にＲＦＩＤ装置を製造するための新規な方法であって（図４）、基板（３０）に金属トナーのパターン（３４）がプリントされ、プリントされた金属トナーパターンの一部にある接点にシリコンダイ（２６）を直接配置して接触させ、その後デバイス全体を過熱して、金属トナーを金属導電体にすると共にシリコンダイをこの金属導電体に接合するために硬化する。あるいは、シリコンダイ（図２の２２）は基板（図２の２０）に物理的に取り付けることができ、シリコンダイと金属導電体の間の電気的経路が、シリコンダイ上のコイル巻線とプリントされた金属トナーパターンの一部であるコイル（図２の２６、図５の５８）のパターンとからなる電磁結合（図２）を通して確立される。そのコイルのパターンは、個別にプリントされて、誘電体層（図５の５２）によって分離され、誘電体層上にプリントされたコイルループを含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
発明者：ロバート エイチ． デティグ（Ｒｏｂｅｒｔ Ｈ． Ｄｅｔｉｇ），ベーノン エル． ブレンバーグ（Ｖｅｒｎｏｎ Ｌ． Ｂｒｅｍｂｅｒｇ）
出願に関するクロスリファレンス
この出願の請求項は、出願日２０００年１２月１５日出願の米国の暫定出願番号６０／２５５，４９０号の優先権に基づき、全体の内容および主題はこの米国出願を参照することによってすべて組み込まれている。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
この発明は、断面が非常に薄く、紙、タグまたはラベルに積層することができ、機械的な妨害や表面にひずみのない安価な無線周波識別装置（ＲＦＩＤ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．従来技術の説明
無線周波数の識別と追跡をする装置（ＲＦＩＤ）は、機能および能力の両方が急速に発展している。ＲＦＩＤは、現在、盗難防止タグをはじめ多くの商品の認識票などとしてスマートワイヤレスカードに使われており、他の多くの用途が設計／システム仕様の段階にある。商品のためにＲＦＩＤタグを利用する現在の利用可能なシステムの例は、Ｔａｇ−Ｉｔ（テキサス・インスツルメンツのタグ）、および、「ｉＣｏｄｅ」（フィリップスエレクトロニクスによる）である。何十億ものそのような装置の潜在的な必要性において、１つの「タグ」当たり、いかに低コストで最大の機能を発揮させるかが市場における到達点である。
【０００４】
現在このようなタグの製造は、フォトリソグラフィーを利用しており、それは、高価であり、時間を消費し、環境負荷をかけるおそれがある。
【０００５】
一方、研究者が、ＲＦＩＤのために、有機トランジスタ、または、ナノ粒子の無機トランジスタを「プリントする」方法では、それらのパフォーマンスレベルが高周波無線周波数装置のために必要とされるスピードに達していないことを記述している。ＲＦＩＤ帯域幅の割り当ては、８００〜９５０ＭＨｚの範囲にあると予測される。したがって、非常に高機能（それは希望の周波数範囲の中で機能することができる）を備えた標準シリコンチップを、比較的低コストでマウントし、安いプリント配線構造に電気的に接続される必要がある。シリコンチップをマウントする現在の方法は、フリップ−チップ方法のように、チップの正確な位置合わせの設備を必要とし、それは、同じく時間を消費する。
【発明の開示】
【０００６】
発明の概要
この発明は、安いＲＦＩＤ装置の製造のためのプロセスに関し、それは機械的に、非常に薄い寸法で、かつ安く製造するために、独自の技術で金属の配線構造を生産し、シリコンデバイスを金属の配線構造に相互接続するために使用する。金属のトナーが所望のパターンで基板上にプリントされる。薄いシリコンウエハーが焼結されていない金属トナープリントパターン上に活性な側を下にして置かれ、その後、構造体全体が、金属トナーを焼結させて、シリコンチップ上の電極パッドに金属を接合するための基板に適した温度に熱される（たとえばＰＥＴ基板では１２５℃で約２分）。
【０００７】
基板にチップを接続する代わりの方法は、チップそれ自身が、その上部の活発な表面に、空心変圧器の１次側として提供される印刷された金属のコイルを含んでいる。
【０００８】
そのチップは、「タグ」装置のプリント配線構造上に印刷された第２の変圧器巻線のすぐ近くに、適切な接着材によって機械的に接合される。
【０００９】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の好適な実施形態を示す電気概略を示す。
【００１０】
図２は、本発明の代わりの実施形態の概略を示す。
【００１１】
図３は、好適な実施形態の配線レイアウトを示す。
【００１２】
図４は、図３の実施形態の断面を示す。
【００１３】
図５は、変圧器コイルによる本発明の代わり実施形態のための配線パターンを示す。
【００１４】
図６は、図５の変圧器コイルのマルチレイヤーパターンの細部を示す。
【００１５】
図７は、電磁結合による代わりの実施形態の断面を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の詳細な説明
図１は、本発明の好適な実施形態を示す。シリコンチップ１０は、タグ基板上にプリントされたループアンテナ１２に、２つのパッドによって接続されている。図３は、代わりの実施形態のプロセスによって作られた「タグ」のレイアウトを示す。ループアンテナは、活性側を下にしてマウントされているＳｉチップ２６を横切り、２つのパッド２２に終端している２回し以上の金属パターンよりなる（すなわち、チップ上のボンディングパッドはパッド２２に接触している）。図４は、本発明の好適な実施形態の断面を示す。基板３０は、機械的担体、または支持体である。それは、ｒｆエネルギーの受信および送信の損失を上昇させないように、金属ではない。安価で典型的な基板は、ＰＥＴフィルム、ＰＥＮフィルム、紙、ガラスエポキシなどである。ＰＥＴが使用される場合、帯電防止層がその表面への金属トナーの静電気転送を増強するために使用することができる。紙が使用される場合、接着材層が、紙の孔および繊維空洞を満たし、そして、金属トナー粒子を基板に付着させるために、好んで使用される。いずれにせよ、接着材層は、固体金属導電体への銀トナーの低温プロセスを促進するために、樹脂を含むことが好ましい。他の樹脂もよく機能するが、典型的で好ましい樹脂は、ダウケミカルシリーズ（ＤＯＷ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｒｉｅｓ）のサラン（商標）（ＳａｒａｎＴＭ）樹脂の中から選択される。
【００１７】
帯電防止／接着材層の上では、伝導パターンが金属トナーの静電印刷によって帯電防止表面上にプリントされる。典型的な金属トナーは、銅、銀、アルミニウム、および金を含み、好ましくは銀を含む。液体トナーの炭化水素希釈剤を乾燥させた後に、金属トナーは、基板の上限温度と同等な温度に加熱されることにより焼結される。１つの実施形態において、トナーを乾かした後、シリコンチップ２６が乾燥したパウダー銀トナーの上に置かれ、ボンディングパッドが銀トナーパターン上へ下ろされる。次に、銀の粒子を固体の塊に焼結させて、チップのボンディングパッドにそれら自身を焼結させるために、全アセンブリはシンターされる。このように、金属跡が焼結され、かつ、シリコンチップは単一のステップでパッドに接合される。これは、他の製造方法に対して有意なコスト的な利点を達成する。
【００１８】
最終的に、液体の樹脂密封層２８が、気体および酸素障壁としての役割をするために適用される。この層は、スプレー、液体ロール、シルクスクリーニング等の様々な方法によって適用することができ、最終的に完成させるために、適切に硬化される。好ましい樹脂は、サラン（Ｓａｒａｎ（登録商標））、およびエポキシ樹脂を含む。
【００１９】
要するに、製造のステップは、以下のとおりである。
【００２０】
１．金属トナーのパターンをプリントする。
【００２１】
２．トナーから希釈剤を乾燥させる。
【００２２】
３．シリコンチップ／ダイを機械的に置く。
【００２３】
４．構造物をシンターする。
【００２４】
５．液体の樹脂によって密封またはオーバーコートする。
【００２５】
６．オーバーコート樹脂を架橋結合または乾燥させる。
【００２６】
図２は、本発明の電磁結合相を利用するタグを説明する。図５の装置において、２つ終点５４，５６を持つ典型的な４ターンループアンテナ５０は、「タグ」の端にプリントされている。透明な誘電体のクロスオーバー層５２は、タグの終点５４、５６が位置している部分の上に配置されている。これは、下にあるトナーパターン５０と電気接触を行うことなく、次の層としてクロスオーバー層上にパターンとなる金属トナーがプリントされるのを可能にする。終点５４、５６への電気的な接続を可能にするために、終点５４、５６上の領域の誘電体層は撤去されるか、誘電体層が残らないようにされる。次に、直接上に位置した終点を持つ１つ以上のループを形成している金属５８の第２の層は、誘電体層上に配置された終点５４、５６に接続され、空心変圧器の巻線として形成されて回路が完成する。要するに、３つの層、金属の第１の層５０、誘電体層５２、およびトップ金属層５８は、大きなエリアアンテナ５０，２８から成る電気的に連続的なループと、変圧器巻線５８，２６を作る。
【００２７】
追加の誘電性体層および金属層を、多層回路を形成するために加えることができる。
【００２８】
図６は、コイルを形成する第１の層の金属の部分上に第２の層金属が共に配置されたことを示す。シリコンチップを備えた電磁結合を完成するために、チップは出力トランスコイル２４を含んでおり、基板上のコイル５０、２８、５８、２６の上に直接マウントされている。一方、チップの位置は、チップを物理的電気的に金属トナー回路に接続してマウントするときに重要ではなく、信号／電力変換の効率を増加させるように、たとえば、Ｘ−Ｘ６０、およびＹ−Ｙ６２の中で、できるだけ基板コイルの近くにチップを置くことが好ましい。
【００２９】
図７は、電磁結合の実施形態の断面を示す。基板３０は、帯電防止／接着材層３２を持っており、その上に第１の金属層７０、および層誘電体クロスオーバー層７２がプリントされている。第２の金属層７４は、図５に示されたような回路を完成する。好適な実施形態において第１の金属層は、アンテナループと追加の変圧器ループの両方を含む。第２の金属層は、１つ以上の変圧器ループを含み、それは第１の金属層上の変圧器ループと接続されて、２つ以上のループを持つ変圧器コイルを形成する。接着材層７６は、第２の金属層７４上に置かれ、変圧器巻線５８，２６に極めて接近してチップ７８に接合されている。接着材層７６は、厚さが典型的には約５ミクロン以下であり、１次変圧器コイルのエリア（ｘ−ｘ６０、およびｙ−ｙ６２）と比べると小さく、それはおおよそ約２５０×２５０ミクロン以上であることが好ましい。これは、アンテナからチップへ、またチップからアンテナへのエネルギーの効率的な転送を保証する。
【００３０】
密封層２８は、環境からデバイスを保護し、さらに、デバイス全体の構造を平坦化する効果がある。
【００３１】
他の実施形態において、エッチングされた金属パターンを備えた基板は、インクジェット、インクペンの手段によって接着材またはトナーと同様な材料により選択的に覆われる。その材料は、金属が充填されたビニール、エポキシ樹脂、またはアクリルタイプ樹脂である。伝導性材料は、金属パターンの電極に配置される。半導体のダイは、電極側を下にして、金属の「アンテナ」パターンの電極に接続するための伝導性パッド上に置かれる。基板、接着材、および半導体ダイの構造の加熱は、このダイを接合し、「アンテナ」ターミナルとダイ電極との間で電気接触を作る。
【００３２】
エッチングされた金属パターン９２を持つ基板９０は、その上に、電極パッド、伝導性の接着材ドット９４の像を作る。このダイ９６の上には、ダイ９６上の電極、示されていない整列したパッド９６が正確に配置される。接着材９４のリフローまたは凝固を達成するための加熱は、必要に応じて行われる。
【００３３】
注意事項：接着材は、ボンディング・ステップを完了するために要求される単純に圧力活性化されるものすべてである。これは、シノアクリリック（ｃｙｎｏａｃｒｙｌｉｃ）な接着材のイーストマン９１０ＴＭタイプ（すなわち、クレイジーグルー（Ｃｒａｚｙ Ｇｌｕｅｓ））が典型である。この場合、サーマルリフローステップではなく、ダイは、ボンディング・ステップを完了するために、接着材ドットに押さえつけられる。いくらかの適用においては、サーマルリフローは基板フィルムの自由な収縮を引き起こすので望まれない（ＰＥＴのようなものでは１／２％が通常予測される）。この収縮は、あらゆる程度のオーバレイ精度を否定する。
【実施例】
【００３４】
下に記述された実施例は、希望の結果を提供するためにそれらを適用するための好ましい構成および条件の個々の要素がどのようにして機能するかを示すものである。これらの実施例は、さらにこの発明の性質を代表する役目をするだろうが、それは発明の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。発明の範囲はもっぱら添付されたクレームによって定義される。
【００３５】
実施例１
２５ミクロン厚のＰＥＴフィルムは、呼び厚さ１ミクロンのサラン（登録商標）樹脂＃Ｆ−２７６（ダウ（ＤＯＷ））でコートされた。パーモッド銀トナー（Ｐａｒｍｏｄ Ｓｉｌｖｅｒ Ｔｏｎｅｒ）Ｅ−４３（パラレリック（Ｐａｒｅｌｅｃ）ＬＬＣ、ロッキーヒル（Ｒｏｃｋｙ Ｈｉｌｌ）、ＮＪ）は、１ｃｍ当たり５ピコ・ジーメンスの伝導性となる重量濃度で１．５％となるまで混合された。このトナーで、それから標準のエレクトロックス静電印刷プレート（２５０ｍｊ／ｃｍ^２のレベルにさらされたディナチーム（Ｄｙｎａｃｈｅｍ）＃５０３８のドライフィルムエッチレジスト）上にイメージを描いた。銀トナーイメージは、前記のサランでコートされたＰＥＴフィルムに転写された。トナーイメージは、約４０℃で乾燥された。
【００３６】
次に、シリコンチップは、バージニア州リッチモンドのバージニアセミコンダクター社（Ｖｉｒｇｉｎｉａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃ）によって実施された方法によって１０ミクロンの厚さにされ、活性側を下にして銀トナーイメージ上に置かれた。コートされたＰＥＴフィルム上のトナーイメージ上にシリコンチップが置かれた構造体は、１２５℃で２分加熱された。銀の良い伝導性は、銀へのチップの優れた結合によって達成された。
【００３７】
実施例２
３層基板が、実施例１と同じ技術を用いて準備された。サランで覆われたＰＥＴフィルムは、パーモッド（Ｐａｒｍｏｄ）トナーによって像を描かれ、熱キュアされて有用な伝導性のパターンが形成された。サラントナーの誘電体「クロスオーバー」パターンがプリントされ、そしてリフローされてピンホールフリー層になった。第１の層の伝導性パターンの電極パッドはサランクロスオーバー層によって覆われていない状態におかれることに注意する。第２の金属層は、サラン層上にプリントされ電極が相互に接続された。
【００３８】
第１の層のパターンと第２の金属層のパターンの一部は、コイルパターン（二次巻線）を形成するために構成された。熱または圧力によって活性化される接着材のドットが、基板の「２次巻線」領域に塗られ、そしてその表面に「１次巻線」をもつシリコンダイが正確に、この接着材上に置かれた。熱、または圧力によって結合が完成した。
【００３９】
実施例３
５００オングストロームの純粋なアルミニウム金属で覆われている５０ミクロンのＰＥＴフィルムと同様なフィルム基板は、インディゴＮＶオムニウスウェッブストリームプリンター（Ｉｎｄｉｇｏ ＮＶ Ｏｍｎｉｕｓ Ｗｅｂｓｔｒｅａｍ ｐｒｉｎｔｅｒ）によりイメージを描かれた。インディゴ（Ｉｎｄｉｇｏ）トナーは、アルミニウム金属上に直接プリントされた。その後、トナーがプリントされたアルミニウムフィルムは、保護されていない金属を除去するマイルドな腐食性バス内でエッチングされた。その後、乾燥した基板は、トルエンにより電極エリアにおけるトナーが除去された。
【００４０】
伝導性接着材（エイブルスティック（ＡｂｌｅＳｔｉｃｋ）＃８６２Ｂ）は、小さなドットでアルミニウム電極に塗られた。シリコンダイ（マイクロチップテクノロジー（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）のフェニックスＡＸ．、＃ＭＣ−３５５）は、表面を下にして、伝導性の接着材のドットパターン上に置かれ、このチップと基板の金属パターンとの両方に有効な電気結合が作られた。
【００４１】
実施例４
実施例１、２、および３のデバイスは、サラン樹脂（＃Ｆ−２７６、ＤＯＷ）がスプレーコートされて、その後、加熱により樹脂が硬化されて、デバイス全体に保護膜が形成された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す電気概略図である。
【図２】本発明の代わりの実施形態の概略図である。
【図３】好適な実施形態の配線レイアウトを示す図である。
【図４】図３の実施形態の断面図である。
【図５】変圧器コイルによる本発明の代わり実施形態のための配線パターンを示す図である。
【図６】図５の変圧器コイルのマルチレイヤーパターンの細部を示す。
【図７】電磁結合による代わりの実施形態の断面図である。

Claims (21)

1. 基板と、
   前記基板上のアンテナ手段と、
   少なくとも１つのシリコンチップと、
   前記アンテナ手段と前記シリコンチップとを電気的に接続する接続手段と、
   を含むＲＦＩＤ装置。
2. 前記接続手段は、電気伝導性の接着材を含む請求項１のＲＦＩＤ装置。
3. 前記接続手段は、
   前記アンテナ手段に接続された第１のコイル手段と、
   前記シリコンチップに接続された第２のコイル手段と、を含み、
   前記第１のコイル手段と第２のコイル手段は、近接して配置され、電気通信を容易にする請求項１のＲＦＩＤ装置。
4. 前記第１のコイル手段は、少なくとも２つのループを含み、
   前記少なくとも２つのループは誘電体層によってそれぞれに分割されている請求項３のＲＦＩＤ装置。
5. 前記第１のコイル手段は、それぞれ２つの終点を持つ少なくとも第１および第２のループを含み、
   第１のループは前記基板上に配置され、
   第２のループは前記第１のループの上に配置された誘電体層上に配置され、
   前記第１のループの１つの終点はアンテナ手段に接続され、前記第１のループの第２の終点は前記誘電体層の中の穴を通して前記第２のループの第１の終点に接続され、前記第２のループの前記第２の終点は前記誘電体層に開けられた部分を通して前記アンテナ手段に接続されている請求項４のＲＦＩＤ装置。
6. 前記第１のコイル手段は少なくとも２つのループを含み、
   前記少なくとも２つのループのそれぞれは誘電体層によって分割されている請求項３のＲＦＩＤ装置。
7. 前記第２のコイル手段は、前記シリコンチップ上に配置されている請求項３のＲＦＩＤ装置。
8. 前記アンテナ手段は、前記基板上にプリントされている請求項１のＲＦＩＤ装置。
9. 前記プリントは、静電気またはインクジェットプリント方法によるものである請求項８のＲＦＩＤ装置。
10. 前記接続手段は、静電気またはインクジェットプリント方法によってプリントされている請求項３のＲＦＩＤ装置。
11. 前記第２のコイル手段は、静電気またはインクジェットプリント方法によってプリントされている請求項７のＲＦＩＤ装置。
12. さらに保護膜を含む請求項１のＲＦＩＤ装置。
13. ａ．コートされた基板上への金属トナーの静電印刷、
    ｂ．前記金属トナーイメージの乾燥、
    ｃ．前記プリントされて乾燥された金属トナーイメージ上へのシリコンダイの機械的な配置、
    ｄ．金属トナー粒子の焼結を引き起こすと共に前記シリコンダイの電極パッドに焼結される適温でのこの構造体の加熱、
    ｅ．保護膜によるダイ／基板のオーバーコート
    からなるＲＦＩＤ装置の製造方法。
14. 前記金属トナーが銀で作られている方法。
15. 前記基板がＰＥＴフィルムまたは紙である方法。
16. 前記金属粒子の焼結と前記基板へのそれらの接着の両方を促進する接着材／焼結層で前記基板が覆われている方法。
17. このコーティングがダウ・ケミカルのサランＴＭ樹脂から選択された方法。
18. ａ．金属トナーが、適切なパターン中の適切な基板上にプリントされ、
    ｂ．シリコンチップが装着されるエリア内のパターンが、１つまたは複数のターンの電磁コイルにより形成され、
    ｃ．このパターンが伝導性の金属パターンへ適切に処理され、
    ｄ．その基板が適切な接着材層で覆われ、
    ｅ．その表面の周囲に金属の電磁コイルパターンを有するシリコンダイが配置され、基板の金属トナーコイルパターンが配列され、
    ｆ ダイと、接着材で覆われた基板との間の結合反応が適切な手段によって完了される、ＲＦＩＤ装置の製造方法。
19. 前記ダイが５０ミクロン未満の値まで薄くなった前記請求項の方法。
20. 基板厚さが５０ミクロン未満である前記請求項６の方法。
21. 最終的な全体の厚さが１０から１００ミクロンの間である請求項の方法。

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