Rfid標(biāo)簽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種即使為小型（一邊為1.9～13mm的正方形）也能夠確保數(shù)cm以上的通信距離，而且與以前的片上天線相比能夠降低成本的RFID標(biāo)簽。RFID標(biāo)簽（80）具有天線（20）、與所述天線（20）連接的IC芯片（30）以及密封該IC芯片（30）和天線（20）的密封材料（10），所述天線（20）為線圈天線或者環(huán)形天線，包含所述天線（20）的電感L與所述IC芯片（30）的靜電容量C而形成的電路的共振頻率f0為IC芯片（30）的工作頻率或者在其附近。
【專利說(shuō)明】RF ID標(biāo)簽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及與讀寫器一起使用并在非接觸下進(jìn)行信息收發(fā)的RFID (射頻識(shí)別，radio frequency identification)標(biāo)簽。
【背景技術(shù)】
[0002]在產(chǎn)品的信息、識(shí)別、管理、防止偽造的目的下，在商品、包裝、卡片、文件等中多數(shù)使用搭載有IC芯片的非接觸式RFID標(biāo)簽。也有將商品的名稱、價(jià)格等所有信息寫入IC芯片中，并可以根據(jù)情況之后通過(guò)讀寫器寫入制造日期、制造地點(diǎn)、余款等信息的RFID標(biāo)簽。在管理、銷售、使用時(shí)可以通過(guò)讀寫器以無(wú)線讀取、利用IC芯片的信息。由此，RFID標(biāo)簽帶來(lái)了使商品管理的便利性提高、安全性提高、另外消除人為錯(cuò)誤等大優(yōu)點(diǎn)(參考專利文獻(xiàn)I)。
[0003]從安裝在商品上或者內(nèi)置在卡片中這樣的特性方面出發(fā)，RFID標(biāo)簽也強(qiáng)烈要求小型薄型化。特別是作為在以前通過(guò)刻印、記入批號(hào)來(lái)進(jìn)行管理或者根本無(wú)法進(jìn)行管理的商品中的使用在近年受到關(guān)注。具體地為眼鏡、鐘表或者醫(yī)療用樣品等小型多品種商品的管理，對(duì)商品(樣品)的制造地點(diǎn)、工作人員、制造日期、使用材料、尺寸、特性、庫(kù)存數(shù)管理等有幫助，能夠減少管理工作人員的勞力和時(shí)間而且防止錯(cuò)誤。為了實(shí)現(xiàn)有這些便利性的管理系統(tǒng)，RFID標(biāo)簽的小型化是必不可缺的。
[0004]作為小型的RFID標(biāo)簽，想到了如圖1所示在IC芯片上直接形成有天線的標(biāo)簽(片上天線)，但有通信距離短(Imm以下)的問(wèn)題。在實(shí)際使用的現(xiàn)場(chǎng)中，與只能在通信距離為Imm以下程度這樣的大致接觸狀態(tài)下通信的RFID標(biāo)簽相比，通信距離為2?3mm以上的RFID標(biāo)簽的工作效率好，工作的自由度也高，因此有用。因此，在圖1所示的片上天線中想要使通信距離增長(zhǎng)則必須擴(kuò)大IC芯片的尺寸，因此有成本提高的問(wèn)題(參照專利文獻(xiàn)2、3)。
[0005]另一方面，作為通信距離較長(zhǎng)(2?3mm以上)的RFID標(biāo)簽，使用如圖2所示在膜基材上形成有天線并搭載有IC芯片的RFID標(biāo)簽，但有尺寸大(數(shù)cm □以上)的問(wèn)題(參照專利文獻(xiàn)4)。另外，所謂數(shù)cm □，是指一邊為2?3cm的正方形。以下也同樣。
[0006]另一方面，也報(bào)道過(guò)在IC封裝內(nèi)形成天線這樣批量生產(chǎn)性優(yōu)異的技術(shù)(專利文獻(xiàn)5、6)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-347635號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2001-344464號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-221211號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)4:日本特開2011-103060號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)5:日本特開2001-52137號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)6:日本特開2010-152449號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0016]以前，尺寸為數(shù)mm □級(jí)且通信距離為其10倍左右的數(shù)cm級(jí)這樣的RFID標(biāo)簽雖然在工業(yè)上利用價(jià)值非常高，但未被提供。
[0017]本發(fā)明提供一種廉價(jià)、而且小型且通信距離為數(shù)mm以上的可靠性優(yōu)異的超小型RFID標(biāo)簽。
[0018]解決問(wèn)題的方法
[0019]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種即使小型(1.9?13mm □)也能夠確保數(shù)cm以上的通信距離，而且與以前的片上天線相比能夠降低成本的RFID標(biāo)簽。另外，提供一種在半導(dǎo)體裝置的制造工序等中進(jìn)行回流焊、注射成型等時(shí)具有250?300°C數(shù)秒的耐熱性，而且也耐受半導(dǎo)體裝置的使用中發(fā)熱的RFID標(biāo)簽。
[0020]使用抗蝕劑100在不銹鋼板90上形成圖案，通過(guò)鍍敷在無(wú)抗蝕劑100的部分形成作為天線20等的金屬，抗蝕劑100剝離后搭載IC芯片30并電連接上述天線20與IC芯片30，使用密封材料10將上述天線20與上述芯片30密封，僅剝離不銹鋼板90，通過(guò)切割等進(jìn)行切斷，從而得到1.9?13mm □以下大小的RFID標(biāo)簽80。
[0021]這時(shí)，按照包含天線20的電感與IC芯片30的靜電容量而形成的電路的共振頻率在IC芯片30的工作頻率附近的方式設(shè)計(jì)天線20。
[0022]特別是通過(guò)使天線20為線圈形狀，能夠?qū)⑸鲜鲭娐啡菀椎卦O(shè)計(jì)成為L(zhǎng)C共振電路，而且能夠以小面積有效率地得到電感，因此能夠小型化。
[0023]通過(guò)使用以環(huán)氧樹脂、碳和二氧化硅為主要成分的密封材料10，能夠提高耐熱性。
[0024]發(fā)明效果
[0025]能夠提供一種即使小型(1.9?13mm □)也能夠確保數(shù)cm以上的通信距離，而且與以前的片上天線相比能夠降低成本的RFID標(biāo)簽。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是以前的RFID標(biāo)簽的概略圖。
[0027]圖2是以前的RFID標(biāo)簽的概略圖。
[0028]圖3是說(shuō)明本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的制造方法的圖。
[0029]圖4是說(shuō)明本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的制造方法的圖。
[0030]圖5是說(shuō)明本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的制造方法的圖。
[0031]圖6是說(shuō)明本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的制造方法的圖。
[0032]圖7是本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的概略圖。
[0033]圖8是說(shuō)明本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的制造方法的圖。
[0034]圖9是表示本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽80的天線20的形狀的圖。
[0035]圖10是表示連接了 IC芯片30的線圈狀天線20的電等效電路的圖。
[0036]圖11是在實(shí)驗(yàn)中使用的RFID標(biāo)簽的概略圖。
【具體實(shí)施方式】[0037]以下，作為實(shí)施方式，以在密封材料10中形成天線20的方法為中心，對(duì)RFID標(biāo)簽80的制造方法進(jìn)行以下說(shuō)明。
[0038]如圖3所示，在不銹鋼板90上形成絕緣性抗蝕劑100，將形成天線20、放置IC芯片30的焊盤等的部分的抗蝕劑100除去。
[0039]接著，如圖4所示，設(shè)置通過(guò)鍍敷工序在除去了抗蝕劑100的部分鍍敷金屬所形成的金屬層，形成天線20等。
[0040]之后，如圖5所示，將全部的抗蝕劑100除去，從而使天線20等金屬配線留在不銹鋼板90上。另外，放置IC芯片30的焊盤也留在不銹鋼板90上。
[0041]接著，如圖6所示，利用芯片接合膜(未圖示)等將IC芯片30固定在放置IC芯片30的焊盤上，通過(guò)引線接合40等電連接IC芯片30與天線20。另外，幾乎全部的天線20也能夠通過(guò)調(diào)整配線位置而進(jìn)行倒裝芯片連接。
[0042]這里，構(gòu)成放置IC芯片30的焊盤的金屬層，通過(guò)電磁屏蔽IC芯片30的下方，從而有助于IC芯片30在高頻振蕩中穩(wěn)定工作。另外，降低將后述的IC芯片30從不銹鋼板90剝離時(shí)施加在IC芯片30上的應(yīng)力，保護(hù)IC芯片30。
[0043]之后，在不銹鋼板90上，連同上述鍍敷金屬一起使用密封材料10進(jìn)行密封，密封材料固化后剝離不銹鋼板90，從而能夠制作如圖7所示在密封材料10中密封有天線20、IC芯片30的RFID標(biāo)簽80。
[0044]這時(shí)，在圖4的鍍敷工序中，如圖8所示，通過(guò)使利用鍍敷形成的天線20等金屬的高度比抗蝕劑100的高度更高，能夠形成像蘑菇那樣具有傘的天線20等金屬。這樣形成的天線20等金屬在剝離不銹鋼板90時(shí)牢固地掛在密封材料10上，因此有效地防止一部分或者全部留在不銹鋼板90上的不良狀況。
[0045]另外，使用以鎳為主要成分的金屬作為上述鍍敷金屬，天線20等能夠通過(guò)鍍敷形成而且從不銹鋼板90的剝離性也良好，因此優(yōu)選。
[0046]將天線20的形狀的代表例子示于圖9。另外，圖9也圖示了 IC芯片30和進(jìn)行引線接合的引線40。天線20的形狀可以使用彎折線天線、環(huán)形天線等作為天線廣泛使用的形狀。圖9 (a)表示環(huán)形天線，圖9 (b)表示彎折線天線，圖9 (c)表示旋渦狀天線，圖9 Cd)表示環(huán)形天線的其它形態(tài)，圖9 (e)表示線圈狀天線。
[0047]除此之外，線圈形狀的天線特別是作為RFID標(biāo)簽80用天線能夠小型化。關(guān)于天線20的設(shè)計(jì)方法如后所述。另外，在線圈形狀的情況下，也能夠使用粘接劑等搭載繞線線圈，但像本發(fā)明那樣在抗蝕劑形成后通過(guò)鍍敷形成的線圈狀天線20的電感等性能穩(wěn)定，另外能夠形成線寬0.05mm等的微細(xì)配線，因此對(duì)小型化有利，批量生產(chǎn)性也優(yōu)異，因而工業(yè)上有效。
[0048]另外，通過(guò)采取這樣的天線20的形狀，進(jìn)一步使基材I和密封材料10的相對(duì)介電常數(shù)做貢獻(xiàn)，從而包含以具有間隙的方式鄰接的構(gòu)成部分的天線20的鄰接構(gòu)成部分發(fā)生電容耦合，向它們之間提供靜電容量。由此，作為具有IC芯片30和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量的實(shí)效靜電容量，與IC芯片30單一物體的靜電容量相比顯著增加。這里，所謂實(shí)質(zhì)靜電容量是指:在IC芯片30的外周部配置有天線的構(gòu)成中IC芯片30所提供的靜電容量。
[0049]圖7是表示密封后的RFID標(biāo)簽80的截面圖。通過(guò)將IC芯片30、天線20、引線40一并密封而保護(hù)它們。由于引線接合的引線40也進(jìn)行密封，因此密封后的厚度或者高度為0.2?1.0mm左右。
[0050]作為密封材料10，可以使用通常在半導(dǎo)體中使用的密封材料，相對(duì)介電常數(shù)為
2.6?4.5左右。為了提高半導(dǎo)體封裝本身的性能，優(yōu)選密封材料10的相對(duì)介電常數(shù)低，但如果相對(duì)介電常數(shù)高，則電感增加，因此能夠使天線20小型化。
[0051]本RFID標(biāo)簽80在以前的話是將作為基材部分的不銹鋼板90剝離，因此金屬配線露出。沒(méi)有保護(hù)層，能夠相應(yīng)地薄型化。由此，例如RFID供給廠商能夠向半導(dǎo)體封裝等的廠商提供薄的RFID標(biāo)簽80，通過(guò)將RFID標(biāo)簽80 —并密封在半導(dǎo)體封裝內(nèi)等，金屬部分不會(huì)出現(xiàn)在表面。
[0052]在RFID標(biāo)簽80單一物體中，可以通過(guò)對(duì)露出表面的金屬部分進(jìn)行防銹處理而抑制金屬的腐蝕?；蛘咴谑褂肦FID標(biāo)簽80單一物體的情況下，通過(guò)在RFID標(biāo)簽80中在天線20等金屬露出的面上形成絕緣性抗蝕劑等，從而將IC芯片30、天線20等的金屬配線部分封入，形成與外部完全不接觸的結(jié)構(gòu)，從環(huán)境惡化的觀點(diǎn)和防止偽造的觀點(diǎn)考慮安全性、可靠性都提高。
[0053]這樣制作的RFID標(biāo)簽80雖然為小型但是本身內(nèi)置了天線和芯片，因此不需要將端子焊料安裝或者電連接在外部的部件(例如形成了天線圖案的基板)等上。即具有如下便利性:對(duì)于想要管理的對(duì)象物，不使用特別的裝置、部件，任何人都能夠使用粘接劑、膠帶等簡(jiǎn)便地安裝。
[0054]由此制作的RFID標(biāo)簽80的耐熱性大致由密封材料10的性能決定，就密封材料10的耐熱性而言，數(shù)秒鐘時(shí)為250?300°C而且穩(wěn)定在大致150°C以上，因此與以前的在PET等上形成有天線的RFID標(biāo)簽相比耐熱性高，即使在高溫下也正常工作。
[0055]IC芯片30可以為讀取專用的芯片，但能夠?qū)懭胄畔⒌男酒捎谀軌螂S時(shí)寫入操作歷程等，因此適合管理。
[0056]〈天線20的設(shè)計(jì)方法〉
[0057]天線20的設(shè)計(jì)以由天線的形狀、線的粗細(xì)、線的長(zhǎng)度等決定的共振頻率作為指標(biāo)。通過(guò)使該共振頻率接近所使用的IC芯片30的工作頻率，天線20接收來(lái)自讀寫器的電力，并傳給IC芯片30，使IC芯片30工作。
[0058]通常難以從天線的設(shè)計(jì)圖解析導(dǎo)出共振頻率。實(shí)際上多數(shù)情況下試制天線并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或者使用電磁場(chǎng)模擬器求出共振頻率。特別是由于本發(fā)明物小型，因此不可能通過(guò)手工操作正確地進(jìn)行天線的試制，由于通過(guò)形成上述抗蝕劑100后利用鍍敷制作金屬的天線20那樣的方法來(lái)制作、評(píng)價(jià)試樣，并反饋其結(jié)果，這樣的反復(fù)試驗(yàn)既花費(fèi)時(shí)間也花費(fèi)成本，因此在本說(shuō)明書中通過(guò)使用電磁場(chǎng)模擬器(ANSYS日本株式會(huì)社制模擬器軟件HFSS)進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)削減時(shí)間和成本。有必要在模擬器中最少輸入天線20的形狀、材質(zhì)、以及IC芯片30的靜電容量、密封材料10的形狀和折射率、相當(dāng)于引線40的導(dǎo)體、看作IC芯片30的電力端口，由模擬結(jié)果得到共振頻率。這種情況下的共振頻率是指電路的阻抗的虛數(shù)部為零的頻率。
[0059]容易理解設(shè)計(jì)原理的方法為，對(duì)將IC芯片30連接在線圈狀天線20的兩端時(shí)的電閉合電路加以考慮，可以看作單純的LC共振電路。將圖9 (e)線圈狀天線20的電等效電路示于圖10中。這種情況下的共振頻率f0，使用作為線圈狀天線20的等效電路的線圈50的電感L、作為IC芯片30的等效電路的電容器60的靜電容量C，成為下面的(I)式。
[0060][數(shù)I]
【權(quán)利要求】
1.一種RFID標(biāo)簽，其為具有基材、配置在所述基材上的天線、配置在所述基材上且與所述天線連接的IC芯片、以及密封該IC芯片和天線的密封材料的RFID標(biāo)簽， 所述天線為線圈天線或者環(huán)形天線， 包含所述天線的電感L和所述IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為IC芯片的工作頻率或者在其附近，所述IC芯片與所述金屬層之間的電磁耦合使所述IC芯片的靜電容量實(shí)質(zhì)增加。
2.—種RFID標(biāo)簽，其為具有基材、配置在所述基材上的天線、隔著金屬層配置在所述基材上且與所述天線連接的IC芯片、以及密封該IC芯片和天線的密封材料的RFID標(biāo)簽， 所述天線為線圈天線或者環(huán)形天線， 包含所述天線的電感L和所述IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為IC芯片的工作頻率或者在其附近，所述IC芯片與所述金屬層之間的電磁耦合使所述IC芯片的靜電容量實(shí)質(zhì)增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的RFID標(biāo)簽，IC芯片的工作頻率為0.86~0.96GHz，包含天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為0.2~2GHz， 或者IC芯片的工作頻率為13.56MHz，所述共振頻率&為13.56~29MHz， 或者IC芯片的工作頻率為2.45GHz，所述共振頻率&為2~2.45GHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，以具有間隙的方式鄰接的天線的構(gòu)成部分提供靜電容量，使具有IC芯片和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量與所述IC芯片單一物體的靜電容量相比增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽的大小為長(zhǎng)13mm以下、寬13mm以下以及高1.0mm以下，或者長(zhǎng)4mm以下、寬4mm以下以及高0.4mm以下，或者長(zhǎng)2.5mm以下、寬2.5mm以下以及高0.3mm以下，或者長(zhǎng)1.9mm以下、寬1.9mm以下以及高0.3mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，天線為線圈狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，工作頻帶為13.56MHz~2.48GHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，工作頻帶為0.86~0.96GHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，密封材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.6以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，導(dǎo)線間距離相對(duì)于天線的導(dǎo)線寬度為0.2mm比0.2mm~0.05mm比0.05mm的范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，通過(guò)使用以環(huán)氧樹脂、碳以及二氧化硅為主要成分的密封材料而提高了耐熱性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，其具有天線、與該天線連接的IC芯片以及密封該IC芯片和天線的密封材料，所述RFID標(biāo)簽如下獲得:使用抗蝕劑在不銹鋼板上形成圖案，通過(guò)鍍敷在無(wú)抗蝕劑部分形成金屬，抗蝕劑剝離后搭載IC芯片并電連接所述金屬與IC芯片，使用密封材料將所述金屬和所述IC芯片密封，僅將不銹鋼板剝離，從而得到。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的RFID標(biāo)簽，金屬為以鎳作為主要成分的金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或者13所述的RFID標(biāo)簽，通過(guò)鍍敷形成的金屬在RFID標(biāo)簽中心側(cè)比在表層側(cè)更粗。
15.根據(jù)權(quán)利要求1~14中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽,金屬露出于表面。
16.一種半導(dǎo)體封裝，通過(guò)將權(quán)利要求15所述的RFID標(biāo)簽全都密封，從而使RFID標(biāo)簽的金屬不露出于表面。
17.一種權(quán)利要求1~12中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽的制造方法，所述RFID標(biāo)簽具有天線、與該天線連接的IC芯片、以及密封該IC芯片和天線的密封材料,所述RFID標(biāo)簽如下獲得:使用抗蝕劑在不銹鋼板上形成圖案，通過(guò)鍍敷在無(wú)抗蝕劑部分形成金屬，抗蝕劑剝離后搭載IC芯片并電連接所述金屬與IC芯片，使用密封材料將所述金屬與所述IC芯片密封，僅將不銹鋼板剝離，從而得到。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的RFID標(biāo)簽的制造方法，金屬為以鎳作為主要成分的金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者18所述的RFID標(biāo)簽的制造方法，通過(guò)鍍敷形成的金屬在RFID標(biāo)簽中心側(cè)比在表層側(cè)更粗。
20.根據(jù)權(quán)利要求17~19中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽的制造方法，金屬露出于密封材料的表面。
21.一種半導(dǎo)體封裝的制造方法，通過(guò)將權(quán)利要求20中所述的金屬露出于密封材料表面的RFID標(biāo)簽全都密封，從而使RFID標(biāo)簽的金屬不露出于表面。
【文檔編號(hào)】H01Q7/00GK104025126SQ201280047245
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】遠(yuǎn)藤俊博, 石坂裕宣, 太田雅彥, 田崎耕司, 細(xì)井博之, 角田讓, 成田博明, 佐藤博樹 申請(qǐng)人:日立化成株式會(huì)社