JP2005208787A

JP2005208787A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2005208787A
Application number: JP2004012597A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tase; 隆田勢; Akira Sato; 朗佐藤; Mitsuo Usami; 光雄宇佐美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】低コストで機械的信頼性に優れた,無線ICタグを製造すること。
【解決手段】上記課題を解決するため,半導体チップの電極面と接続したワイヤに円筒形状で柔軟性のある被覆チューブに挿入後,加熱封止することによって,解決される。
【選択図】図２

Description

本発明は,半導体チップを搭載した無線ICタグに係り,特に低コストで信頼性を必要とする無線ICタグに関する。

従来の半導体チップ表面及び裏面に接続端子を持つ,ダイポールアンテナの接続方法に付いては,特開平2002-269520号の公開特許公報に記載されている。
図１は,接続方法の平面図を示す。半導体チップ100の表面及び裏面に接続端子を持つ半導体チップ100をガラス管110に入れ,ジュメット120とリード線130を介して挟み込み,ガラス管110を加熱して封止する。前記リード線は,アンテナとなり非接触ICタグが完成される。

特開平2002-269520号

前記従来方法での半導体チップ表面及び裏面に接続端子を持つICチップ構造は,次の様な課題がある。
（１）接続したワイヤを曲げると柔軟性がないため,ワイヤが変形し,通信特性が低下する。
（２）ガラス封止技術のため,半導体チップが入っている部分が厚く,薄い物への挿入や貼り付けに適さない。
（３）ダイポール型アンテナタグを用いると長距離通信可能なICタグを得ることが出来ない。
（４）金属板に貼り付けると通信動作を確認出来ない。これらの要因により,連続使用が厳しく機械的信頼性試験に耐えることが困難となる。
本発明は,上記の課題を解決し,前記ICタグにおいて,2本の微細ワイヤを接続後,ICタグ全体を柔軟性がある樹脂で被覆補強することで,外部より応力をかけても高信頼性のICタグが安価で簡単に得ることを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため,第1の手段として,半導体チップ表面に設けられた電極にワイヤを接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いる。前記無線ICタグは,開口部を有する受難性のある被覆用部材に挿入し、被覆用部材を加熱することによって実装を行う。一例としては、両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある樹脂やシリコンゴム（被覆用チューブ）の中に挿入し,被覆用チューブを加熱することによって,被覆用チューブ全体又は両端が加熱封止する構造とする。

第2の手段としては，ICタグ全体を包むように，被覆用部材全体を収縮させ，両端を密封しない構造とする。第3の手段としては，半導体チップと接続されるアンテナは，シート状アンテナ基板でダイポールアンテナ，スリット付アンテナのいずれを用いても良い構造とする。第4の手段としては，ICタグ全体を包む材料は,誘電率（ε：イプシロン）が大きい材料を用いることにより,半導体チップに接続したワイヤを短くすることを可能とした無線ICタグ構造とする。前記構造にすることにより,外部の影響をなくする構造のため,捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力強い構造を特徴とする低価格で信頼性が高い半導体装置を実現することが可能となる半導体装置とすることである。

さらに詳細に説明すれば、
（１）半導体チップに設けられた電極にワイヤによって接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いられ、
無線ICタグは,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある樹脂やシリコンゴム（被覆用チューブ）の中に挿入し,全体と両端を加熱することによって,被覆用チューブ全体が収縮し，両端が加熱封止される。前記構造にすることにより，被覆用チューブ内部では，無線ICタグと非接触状態であるため，外部からの応力に強い構造となる。前記構造にすることにより,捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力等に強い構造をとなる。

（２）半導体チップ表面に設けられた電極にワイヤによって接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いる。無線ICタグは,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある樹脂やシリコンゴム（被覆用チューブ）の中に挿入し,全体と両端を加熱することによって,被覆用チューブ全体が収縮し，両端が加熱封止される。前記構造にすることにより，被覆用チューブ内部が中空状態となるため,外部からの応力に強い構造となる。前記構造にすることにより,捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力等に強い構造となる。

（３）半導体チップ表面に設けられた電極にワイヤによって接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いる。前記無線ICタグは,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある樹脂やシリコンゴム（被覆用チューブ）の中に挿入し,前記被覆用チューブの全体を加熱することによって，無線ICタグ全体を包むように，被覆用チューブ全体を収縮密閉させることにより，外部の影響をなくする構造とする。前記構造にすることにより,捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力等に強い構造となる。

（４）半導体チップ表面に設けられた電極にワイヤによって接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いる。前記無線ICタグは,柔軟性のある樹脂やシリコンゴムの中に挿入し,無線ICタグ全体を包むように，被覆用チューブ全体を収縮させ，両端を密封しないことを特徴とする構造とする。前記構造にすることにより,捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力等に強い構造となる。

（５）（１）〜（３）の構成において、さらに、半導体チップ表面に設けられた電極にワイヤによって接続した無線ICタグにおいて,半導体チップに接続したワイヤは送受信用アンテナとして用いる。前記無線ICタグは,柔軟性のある樹脂やシリコンゴムの中に挿入し,加熱することによって封止する。半導体チップに接続される2本のワイヤの太さを,異なるものを用いる。

半導体チップと接続されるアンテナは，シート状アンテナ基板でダイポールアンテナ，スリット付アンテナのいずれを用いても良い。アンテナは、送受信を兼ねるものであっても良い。また、半導体チップとワイヤの接続方法は,異方導電性フィルム,半田,銀ペースト,超音波ボンディング,合金接続することができる。半導体チップとワイヤの接続場所は,半導体チップの表面及び裏面に接続することができる。無線ICタグを包む材料は,誘電率（ε：イプシロン）が大きい材料を用いることにより,半導体チップに接続したワイヤを短くすることが可能となる。また、無線ICタグは,円筒形状をした柔軟性のある樹脂やシリコンゴム（被覆用チューブ）の中に封止することにより,金属板,果実,生体等に直接取り付けて読み取り可能となる。

以上に詳しく説明した様に,半導体チップの電極面と接続したワイヤに円筒形状をした柔軟性のある被覆チューブに挿入後,加熱封止することにより,機械的信頼性に優れた低コスト半導体装置とすることが出来る。

図2は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記,半導体装置の特徴は,半導体チップ160表面に設けた，表面電極140上に異方導電性フィルム170を形成し,その上部にワイヤ131を載せて仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,ダイポール型アンテナに実装した無線ICタグ180が得られる。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,超音波ボンディング,合金接続のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性被覆用チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,被覆用チューブ150全体と両端を加熱することによって,被覆用チューブ150全体と両端が熱封止される。また,被覆用チューブ内部では,無線ICタグは被覆用チューブ内面に非接触状態である。前記構造にすることにより，被覆用チューブ150内部が中空状態となるため,外部からの応力に強い構造となる。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置構造にすることによって,追跡の機能（トレーサビリティー）等で検討されている農作物,食品などの流通に使用可能となる。
図3は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記,半導体装置の特徴は,半導体チップ160表面に設けた，表面電極140上に異方導電性フィルム170を形成し,その上部にワイヤ131を載せて仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,ダイポール型アンテナに実装した無線ICタグ180が得られる。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,超音波ボンディング,合金接続のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性被覆用チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,被覆用チューブ150全体と両端を加熱することによって,被覆用チューブ150全体と両端が熱封止される。前記構造にすることにより，被覆用チューブ150内部が中空状態となるため,外部からの応力に強い構造となる。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置構造にすることによって,洗濯機で洗浄される衣類等に挿入しても外部からの捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力にも耐えられるため,使用履歴や製品管理に利用出来る。また,被覆封止することで補強及び保護を施すことが可能となるため,取り扱いが容易で信頼性の高い構造を特徴とする半導体装置が可能となる。

図4は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記,被覆用チューブ付き半導体装置の特徴は,半導体チップ160表面に設けられた表面電極140上に異方導電性フィルム170を形成し,その上部にワイヤ131を載せて仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,ダイポール型アンテナに実装した無線ICタグ180が得られる。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,合金のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性被覆用チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,加熱することによって,無線ICタグ180と被覆用チューブ150が一体となり,円筒形状の被覆用チューブ150全体が収縮密閉させることにより，外部の影響をなくする構造となる。前記構造にすることにより,外部からの捻れ,圧縮,引張り,曲げ,衝撃応力に強い構造となる。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置構造にすることによって,業務用洗濯機で洗浄される厚手の硬質布地（ジュータン,足拭きマット）等に挿入しても外部からの捻れ,圧縮,引張り,曲げ応力にも耐えられるため,使用履歴や製品管理に利用出来る。また,被覆用チューブと一体となった構造のため,洗濯中にタグ内部に水分が進入する危険もなく,補強及び保護を施すことが出来,取り扱いが容易で信頼性が高く,安価に製造可能な構造を特徴とする半導体装置が可能となる。

図5は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記被覆用チューブ付き半導体装置の特徴は,半導体チップ160表面に設けた表面電極140上に異方導電性フィルム170を形成し,その上部にワイヤ131を載せて仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,ダイポール型アンテナに実装した無線ICタグ180が得られる。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,合金のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性被覆用チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,無線ICタグ180と被覆用チューブ150全体が収縮し,両端の開口部は封止されない。被覆用チューブ150内部では,半導体チップ160とワイヤ131が接続された部分のみが収縮固定され,ワイヤは固定されない構造である。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置にすることによって,半導体チップとワイヤの接続部は,一体で収縮固定されている。前記ワイヤはフレキシブル構造のため,強制的に外部より応力を与えても被覆用チューブがフレキシブルであるため,初期形状に戻る特性がある。よって,外部応力を与えても動作不良を起こさない構造であるため,製造歩留まりが向上し,低コストで信頼性の高い被覆用チューブ付き半導体装置が提供可能となる。

図6は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記,被覆用チューブ付き半導体装置の特徴は,半導体チップ160に設けられた表面電極140に異方導電性フィルムを介して,シート状アンテナ基板190を形成し,仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,シート状アンテナ基板190に実装したダイポール型の無線ICタグ180が得られる。前記半導体チップに接続されるシート状アンテナ基板190幅は,左右及び上下の幅が同一幅でも良く,または,異なる幅を用いても良い。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,合金のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ板形状の柔軟性被覆用チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,加熱しながら圧力をかけることによって,無線ICタグ180と被覆用チューブ150が一体となり,被覆用チューブ150全体が収縮密閉させることにより，外部の影響をなくする構造である。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置構造にすることによって,
半導体チップとシート状アンテナ基板の接続部は,一体で収縮固定されている。また,前記被覆用チューブ付き半導体装置は,薄くすることが可能なため,高級ブランド品の布地や物品等に入れ込むことで,偽造防止対策が可能となる被覆用チューブ付き半導体装置が提供可能となる。

図7は,本発明による被覆用チューブ付き半導体装置の平面図及び断面図である。前記,被覆用チューブ付き半導体装置の特徴は,半導体チップ160は,スリット191を設けたスリット付シート状アンテナ基板195に異方導電性フィルム170を介して形成し,仮圧着（120℃程度の温度で加熱圧着）する。その後,本圧着（200℃程度の温度で加熱圧着）を行って電気的接続を行うことにより,放射型アンテナ基板に実装した無線ICタグ180が得られる。前記スリット付シート状アンテナ基板195の材質は,銅,アルミ等の金属,銀ペースト,カーボン等の導電性の材質を用いても良い。また,接続方法としては,半田,銀ペースト,合金のいずれかの方法を用いても構わない。その後,両端に開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある被覆チューブ150やシリコンゴムの中に挿入し,その後,被覆用チューブ150全体と両端を加熱することによって,被覆用チューブ150全体が収縮し，両端が加熱封止される。前記構造にすることにより，被覆用チューブ150内部が中空状態となるため,外部からの応力に強い構造となる。

図8は前記構造を用いて,被覆用チューブの有無とアンテナ長さによる最大通信距離の変化を示すグラフである。アンテナ長さ60〜58mmでは,最大通信距離に変化は少ないが,アンテナ長さを短くすることで前記,被覆用チューブ有無による差が表れていることが示される。これは,一部の材料によるものであるが誘電率の高い材料と最適なアンテナ長さを選択することによって,被覆用チューブ付き半導体装置の使用範囲が増えてくる。

上記で得られた被覆用チューブ付き半導体装置構造にすることによって,
被覆された無線ICタグを包む被覆用チューブの誘電率（イプシロン）を変えることでシート状アンテナ基板長さを短くすることが出来るため,通信距離を向上させる長距離通信型無線ICタグを実現できる。また,無線ICタグが被覆用チューブされているため,金属板,果実,生体等に直接貼り付けた構造にならないため,通信確認ができる。前記無線ICタグを用いることで誘電率が異なった材料を選択し,アンテナ長さを調整することで低価格な高信頼性の通信特性の優れた無線ICタグが実現できる。

図9は半導体チップ表面に電極を持つ構造のワイヤの接続形状をかえた構成概念図を示す。（a）半導体チップ160表面に複数の表面電極140面に異方導電性フィルム170を介し,入出力端子171とアース端子172に接続したワイヤ131の太さは,左右同一太さを用いたダイポール型アンテナ構造である。（b）は,（a）と同様であるが,入出力端子171に細いワイヤ,アース端子172に太いワイヤを接続した構造である。（c）は,（b）とはワイヤ太さが反対に接続した構造である。図10は,半導体チップの上下に電極を持つ構造のシート状アンテナ基板の接続形状を変えた場合の平面図及び断面図で示す構成概念図を示す。（a）半導体チップ160の表裏の電極面に異方導電性フィルム170を介し,入出力端子171とアース端子172にシート状アンテナ基板190に接続した大きさは,左右同一大きさを用いたダイポール型アンテナ構造である。（b）は,（a）と同様であるが,入出力端子171に幅が狭いシート状アンテナ基板,アース端子172に幅が広いシート状アンテナ基板を接続した構造である。（c）は,（b）とはシート状アンテナ基板が反対に接続した構造である。

上記の構造で半導体チップの表面及び裏面に,ワイヤの太さやシート状アンテナ基板の幅を変えて円筒形状の被覆用チューブに入れても通信可能なため,低コストで信頼性のある良好なダイポールアンテナが得られる。

従来方法を示す平面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。本発明の実施例を示すグラフ図。本発明の実施例を示す構成概念図。本発明の実施例を示す平面図及び断面図。

符号の説明

100…半導体チップ,110…ガラス管,120…ジュメット,130…リード線,131…ワイヤ,140…表面電極,150…被覆用チューブ,160…半導体チップ,170…異方導電性フィルム,171…入出力端子,172…アース,180…無線ICタグ,190…シート状アンテナ基板,191…スリット,200…裏面電極。

Claims

半導体チップに設けられた電極にアンテナを接続した無線ICタグであって、
該無線ICタグは、開口部をもつ柔軟性のある被覆用部材の中に挿入されており、加熱することによって、上記開口部が封止されていることを特徴とする無線ICタグ。
上記無線ICタグが上記部材の内面に非接触であることを特徴とする請求項１記載の無線ICタグ。
上記被覆用部材は、両端に開口部を有するチューブ状部材であることを特徴とする請求項１または２記載の無線ICタグ。
半導体チップに設けられた電極にアンテナを接続した無線ICタグの実装方法であって、
該無線ICタグを、開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある被覆用部材の中に挿入し、加熱することによって、上記開口部を封止することを特徴とする無線ICタグの実装方法。
半導体チップに設けられた電極にアンテナを接続した無線ICタグの実装方法であって、
該無線ICタグを、開口部をもつ円筒形状をした柔軟性のある被覆用部材の中に挿入し、加熱することによって、上記被覆用部材を収縮させることを特徴とする無線ICタグの実装方法。