JP4053231B2

JP4053231B2 - 無線通信装置

Info

Publication number: JP4053231B2
Application number: JP2000342297A
Authority: JP
Inventors: 範行大録; 均小田島; 康介井上; 博本間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JP2002152076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信を行う半導体チップを有しこれに付随する外部アンテナ回路を有する小形無線通信装置およびその製造方法に関し、小形無線通信装置の電気的，機械的，化学的保護となるパッケージの構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線通信タグや非接触ＩＣカードなどの小形無線通信装置の構造は、例えば特許第2789611号公報に記載のように、リードフレームの一部としてのアンテナに回路素子を接合し、これを所定位置で切断した後、アンテナおよび回路素子を封止する構造や、特開平４−２７５９９号公報に記載のように個別ＩＣチップや回路部品やアンテナ部品をテープ状プリント基板に接合した後、全体を軟質の充填材や保護テープで保護した構造化や、特表平８−５０６７０８号公報に記載のようにＩＣ回路をリードフレームに固定した後、アンテナコイルをリードフレームに接続し周囲を密閉されたハウジングとしてプラスチック封止した構造が知られていた。
【０００３】
しかしながら、上記従来技術は、以下のような問題をそれぞれ有している。第一の従来技術の場合、リードフレームを切断工程で所定長さに切り離してからプラスチック封止している。一般にＩＣチップをリードフレームにワイヤボンディング等で接合する技術は完成されており信頼性が高いが、リードフレームの最終切断精度は高周波の無線アンテナとして十分な精度を安定に確保できているとは言えない。しかるに、アンテナ回路を含め全体をプラスチック封止しているため、アンテナの同調周波数の調整を封止後に実施する事ができないため、リードフレームの切断工程に通常のＩＣパッケージの生産技術以上の精度を有する専用の生産装置を必要とし、生産コストが高くなる問題があった。
【０００４】
第２の従来技術の場合は、リードフレームを用いることなく、ＩＣチップやアンテナ部品を直接フレキシブル基板にワイヤボンディング等の方法で接合した後、全体を軟質の充填材と保護テープで封止している。回路基板に直接ＩＣをワイヤボンディングやはんだ付け等で接合する技術は高度な設計作業を必要とする技術で、未だ一般的な回路実装技術ではなく、製造装置も特殊となるため製造コストが高くなる問題があった。また、ＩＣチップの保護が軟質の充填材と保護テープに依存するためＩＣ回路が外部からの機械的化学的環境により劣化破損するおそれがあり、信頼性の面でも問題があった。
【０００５】
第３の従来技術の場合は、アンテナコイルをリードフレームに取り付けた後、コイルを含む全体をプラスチックハウジングで封止する構造であるが、通常アンテナコイルはＩＣチップより大きいため、プラスチックハウジング全体が大きくかつ厚くなり、無線通信装置を十分に小形化することができないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、薄く柔軟な全体構造を有した小形の形状でありながら、十分な接続信頼性を確保しつつ、安価に製造できる小形無線通信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を実施した。まず、無線通信装置の制御を行うＩＣチップをリードフレームにワイヤボンディング等の十分信頼性が確認された従来技術により結合し、強度上・防湿上十分な信頼性を有するレジンモールドにより第１のパッケージングを行い個別の無線チップのパッケージに成形する。しかる後、最終使用形態に合わせたアンテナ回路を外パッケージのリード端子に接合し、必要により全体を保護テープ等で保護した２重のパッケージ構造とした。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、接続端子部分以外の集積回路部分をモールドした無線チップと、外部アンテナとを有する無線通信装置において、前記無線チップの接続端子部分に外部アンテナを接続した。
【０００９】
さらに、本発明は、前記外部アンテナを、板状の基板に設けた金属箔をアンテナに形成した構造、もしくは金属ワイヤとした。
【００１０】
本発明は、上記無線通信装置において、前記接続端子部分と前記外部アンテナの接続を、はんだ付け接合、導電性接着剤接合、超音波圧接接合、導電性充填材ペースト接合のいずれかによって行った。
【００１１】
本発明は、上記無線通信装置において、前記外部アンテナの基板としてガラスエポキシ基板を用いた。
【００１２】
本発明は、上記無線通信装置において、無線チップの集積回路部分を第１のパッケージとして共用に用い、外部アンテナの形状・構造・材料を変更することで、用途別無線通信装置の製造を可能とした。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、接続端子部分以外の集積回路部分をモールドした無線チップと、外部アンテナとを有する無線通信装置の製造方法において、前記無線チップの接続端子部分に外部アンテナを接続して製造した。
【００１４】
本発明は、上記無線通信装置の製造方法において、板状の基板に金属箔を設けこの金属箔をアンテナに形成して前記外部アンテナを構成するか、金属ワイヤで構成した。
【００１５】
本発明は、上記無線通信装置の製造方法において、前記接続端子部分と前記外部アンテナを、はんだ付けによる接合、導電性接着剤による接合、超音波圧接接合による接合、導電性充填材ペーストを用いた接合とした。
【００１６】
本発明は、上記無線通信装置の製造方法おいて、前記外部アンテナの基板としてガラスエポキシ基板を用いた。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、無線チップの集積回路部分を第１のパッケージとして共用に用い、外部アンテナの形状・構造・材料を変更することで、用途別の無線通信装置を製造した。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１乃至図１１を用いて以下に説明する。図１は、本発明の小形無線通信装置の概略構造を示す斜視図であり、図２は、保護モールドを施した小形無線通信装置の主要部分の構成を詳細に示す縦断面図である。なお、図２において、薄膜状の構成を明示するため、膜厚等は実際の構造より厚く強調して作図してある。モールドされた第１パッケージ１００は、外観上、接続端子１０４ａを有したレジンモールド１０５によるＩＣパッケージであり、レジンモールドの特性上、外部の温度湿度・機械的ダメージに十分な信頼性を有している。この第１パッケージ１００をフィルム３１１上に銅箔アンテナ３１２を形成した外部基板３１０に乗せ、はんだ２００により接続端子１０４ａと銅箔アンテナ３１２をはんだ付けして、全体を第２パッケージ３００として構成することで、本発明の小形無線通信装置が構成されている。
【００１９】
フィルム３１１は、はんだ付け温度に対する耐熱性を有する厚さ０．１ｍｍ程度のポリイミドを主体とする有機材料からなるフィルム基板であり、この表面に厚さ０．０５ｍｍの銅からなる銅箔アンテナ３１２が形成されている。さらに銅箔アンテナ３１２の表面には、厚さ０．０２ｍｍ程度の感光性有機塗装膜からなるソルダレジスト３１３が成膜されており、銅箔アンテナ３１２の表面のうち接続端子１０４ａに対向する部分以外を覆っており、不要な部分にまではんだが濡れ広がり、アンテナ特性を狂わせることが無いように保護している。これらの構成からなる外部基板３１０の上に、第１パッケージ１００が取り付けられている。
【００２０】
接続端子１０４ａを有する第１パッケージ１００は、その接続端子１０４ａがはんだ２００により銅箔アンテナ３１２にはんだ付けされることで外部基板３１０に強固に固定されている。ここで接続端子１０４ａの多端部は、パッケージ１００の内部に入り込みボンディングパッド１０４ｂとなり、金線１０２によりＩＣチップ１０１に接続されている。ここでＩＣチップ１０１は、チップ搭載位置１０４ｃ上に接着剤１０３により固着されており、モールドレジン１０５により十分固定されるまでの間にずれることがない。
【００２１】
また、外部基板３１０、第１パッケージ１００を全体的に被覆する保護フィルム３２０が設けられており、外部からの過大な力により、第１パッケージが引き剥がされることがないように保護している。
【００２２】
図３を用いて、本発明の第１パッケージ１００の製造に用いるリードフレーム１０４の構造を説明する。リードフレーム１０４は、全体として帯状の形態の金属の薄板であり、鉄ニッケル合金に錫メッキ仕上げが施してある。リードフレーム１０４の両側には送り穴１０４ｂが設けられており、製造工程で高速に安定な送りができる。リードフレーム１０４には、後に接続端子１０４ａおよびボンディングパッド１０４ｂとなる突起１０４ｂと、これに隣接するチップ搭載位置１０４ｃである突起１０４ｃが設けられている。
【００２３】
図４に示すように、前記リードフレーム１０４のチップ搭載位置１０４ｃにＩＣチップ１０１を搭載し、チップ１０１に設けた図示を省略したボンディングパッドとリードフレーム１０４のボンディングパッド１０４ｂとを金線１０２によりワイヤボンディング接続する。この後、全体をモールドレジン１０５で固定し、接続端子１０４ａおよびチップ搭載位置１０４ｃをリードフレーム１０４から切り離して、破線で示す個別の第１パッケージ１００が形成される。
【００２４】
図５を用いて、第１パッケージ１００と外部基板３１０を接続するはんだ接合部の形成方法を説明する。銅箔アンテナ３１２の接続端子１０４ａに対向する部分に、開口を有するステンシルマスク５０１を、フィルム３１１の上に載せ、はんだペースト２０１をスキージ５０２により塗り拡げステンシルマスク５０１をはがすことで、はんだペースト印刷を行う。この後、第１パッケージ１００の接続端子１０４ａをはんだペースト２０１の上に乗せれば、はんだペースト２０１の粘着力により第１パッケージ１００は外部基板３１０に仮固定される。この後、全体を窒素リフロー炉により加熱すると、はんだペースト中の有機成分や、フラックス成分が蒸発し、はんだ接合が形成される。
【００２５】
以上のように、本発明によれば従来から使われている生産技術を組み合わせることで小形の無線通信装置が製造できる。また、アンテナ部分を変更するだけで送受信特性を調整できることから、第１パッケージ１００を各種用途に兼用でき、製造コストを下げることができる。なお、保護フィルム３２０は、特に必要がなければ省くことも当然可能である。またこの実施例では外部基板３１０に可撓性のあるフィルム３１１を用いているため、無線通信装置を曲面状の荷物の表面に貼り付けて使用できるメリットがある。
【００２６】
以下に、本発明のその他の実施例を説明する。まず、図６を用いて、はんだ２００に代えて導電性接着剤２０２と接着剤２０３を用いた第１パッケージ１００の接続固定方法を用いる場合の製造方法を説明する。ディスペンサノズル５０４により、規定量の導電性接着剤２０２を銅箔アンテナ３１２の接続部分に、チップの固定用に接着剤２０３を第１パッケージ１００の搭載位置にそれぞれ乗せる。この後、第１パッケージ１００を乗せて、接着剤が固化すれば、全体が完成する。
【００２７】
この実施例では、はんだ付けを用いないので、フィルム３１１に高価な耐熱性フィルムを用いず、安価なＰＥＴなどの材料によるフィルムを用いることが可能となる。また、この製造方法では、はんだ２００を用いないことから、ソルダレジスト３１３を省略することも可能であり、コストメリットがある。
【００２８】
図７を用いて、はんだ２００に代えて超音波溶接による接続を用いる実施例を説明する。フィルム３１１上の銅箔アンテナ３１２に直接第１パッケージ１００を搭載し、接続端子１０４ａを超音波圧子５０４により加圧し、超音波を印加することで、接合を実現する。この実施例では、はんだリフロー、接着剤固化などの時間が掛かる工程が無いことから、生産のアラウンドタイムを高め、生産性を向上できる。
【００２９】
図８を用いて、銅箔アンテナ３１１に代えてアルミ製の線材を用いたアンテナ線３１４を用いて第７図の実施例と同様に超音波ボンディングによる接合の実施例を説明する。フィルム３１１に粘着剤３１５を塗布してこの粘着剤により第１パッケージ１００を固定し、さらに接続端子１０４ａにアルミ線を超音波と圧力により接続しアンテナ線３１４とする。このアンテナ線３１４を規定の長さに切断し、形状を整えて粘着剤３１５によりフィルム３１１に仮固定し、最終的に保護フィルムにより全体を保護することで無線通信装置を作る。本実施例によれば、高価なフレキシブルプリント基板を用いることなくアンテナを取り付けることができるので、部品コストを大幅に低減できるメリットがある。
【００３０】
図９を用いて、銅箔アンテナ３１２の接続に銀ペースト２０４を用いる製造方法を説明する。図６の実施例と同様にディスペンサノズル５０２を用いて、銀ペースト２０４を第１パッケージ１００の接続端子１０４ａ接続部位に塗布する。この後、第１パッケージ１００の接続端子１０４ａを銀ペースト２０４上に搭載し、全体を保護フィルムで固定して、接続が完成する。本実施例によれば、熱処理が不要であるため、フィルム３１１に安価なフィルムが使用できる。更にこの変形例として、銅箔アンテナ３１２自体を銀ペースト２０４で描画して形成することも可能であるし、銀ペーストをアンテナの形状に印刷により形成することも可能である。この場合はアンテナ形状の変更が容易になり、調整がしやすいメリットがある。
【００３１】
ここまでの変形例では、主にはんだ２００に代わる接続方法とこれによる構造の変化について述べたが、基板構造を変更することも可能である。図１０に示す実施例ではフィルムに代えて、基板材料にガラスエポキシを用いた通常のプリント基板３１０を用いている。その他の構成は図１の例と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付している。この実施例では、フィルム状の基板を用いた実施例に比べ、アンテナが安価に製造できるメリットがある。また、この方法では基板材料自体に十分な強度が期待でき、銅箔アンテナ３１４を厚く形成することも可能であるので、耐環境性を特に必要としない応用範囲では保護フィルム３２０を省略することもできる。
【００３２】
図１１を用いて、アンテナの構造を変更した実施例を説明する。銅箔アンテナ３１２と第１パッケージ１００をそれぞれ外部基板３１０の中心からずらして形成してある。また、銅箔アンテナ３１２のアンテナ部分に第１パッケージ１００と並列に整合回路部分３１２ｂが設けてある。これによりアンテナのインピーダンス整合が得やすくなっており、必要に応じて整合回路部分をトリミングすることによって、一層のアンテナ効率を確保することができる。また、本実施例では外部基板の中心と、第１パッケージ１００搭載位置がずれているため、外部からの曲げ応力により第１パッケージ１００およびその接続端子１０４ａに過大な外力が掛かる心配が軽減されている。
【００３３】
図１２を用いて、銅箔アンテナ３１２’を、それぞれ鉤型の３１２’ａと３１２’ｂの部分から構成し、全体としてＸ字形状に形成した例を説明する。このような構成とすることによって、単一のダイポールアンテナを形成した第１の実施例に比較し、無線電波の偏向性を軽減し、姿勢による送受信性能の変化を軽減できる効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、信頼性が高く、製造コストの低い生産技術を用いて、安価に小形無線通信装置を製造できる。特に、ＩＣ回路部分を信頼性の高いレジンモールドにより保護してあるため、使用環境による負荷に対して高い信頼性を確保することができる。また、ＩＣ回路部分を共用にしたまま、無線通信装置の用途によりアンテナ部分のみを厚板状やフィルム状、トリミング可能形状などに変更することが容易であり、各種用途に適用する場合の製造コストを安価に押さえることができる。また、レジンモールドの製造は、従来のＩＣパッケージの製造ラインを共用で用いるために、新規投資が殆ど不要であるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無線通信装置の概略構造を示す斜視図。
【図２】本発明にかかる無線通信装置の細部詳細を説明する縦断面図。
【図３】本発明に用いるリードフレームの構造を説明する斜視図。
【図４】製造工程の途中に於けるリードフレームとＩＣチップの関係を説明する斜視図。
【図５】はんだ接合の形成方法を示す立面図。
【図６】導電性接着剤を用いた接合の形成方法を示す立面図。
【図７】超音波圧接を用いた接合の形成方法を示す立面図。
【図８】超音波圧接を用いた接合の他の形成方法を示す立面図。
【図９】銀ペーストを用いた接合の形成方法を示す立面図。
【図１０】異なる外部基盤を用いた無線通信装置の概略構造を示す斜視図。
【図１１】異なるアンテナ部を用いた無線通信装置の概略構造を示す斜視図。
【図１２】さらに異なるアンテナ部を用いた無線通信装置の概略構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１００第１パッケージ（全体）
１０１ＩＣチップ
１０２金線
１０３接着剤
１０４リードフレーム
１０４ａ接続端子
１０４ｂボンディングパッド
１０４ｃチップ搭載位置
１０４ｄ送り穴
１０５モールドレジン
２００はんだ
２０１はんだペースト
２０２導電性接着剤
２０３接着剤
２０４銀ペースト
３００第２パッケージ（全体）
３１０外部基板
３１１フィルム
３１２銅箔アンテナ
３１３ソルダレジスト
３１４アンテナ線
３１５粘着剤
３２０保護フィルム
５０１ステンシルマスク
５０２スキージ
５０３ディスペンサノズル
５０４超音波圧子

Claims

集積回路部材が搭載されたリードフレームをその接続端子以外の部分を除いてモールドレジンで被覆してなる無線チップと、
ガラスエポキシ基板に銅箔でアンテナ回路を設けてなるプリント基板を有し、
前記無線チップと前記プリント基板とが、はんだ付け、導電性接着剤、超音波接合で接合されていることを特徴とする無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記プリント基板はアンテナ回路を構成する銅箔部分の無線チップとの接合部分を除く部位がソルダレジストで被覆されたことを特徴とする無線通信装置。
請求項１または請求項２記載の無線通信装置において、
前記プリント基板およびこれに接合された前記無線チップは、これらを全体的に被覆する保護フィルムが設けられていることを特徴とする無線通信装置。