JP4494771B2 - スマートラベルおよびスマートラベルウェブ - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明はスマートラベルおよびスマートラベルウェブに関するものである。このスマートラベルは、スマートラベル基板上の回路パターンと、構造部基板上にオンチップ集積回路を有する構造部とを含む。この構造部はスマートラベル基板および／または回路パターンに取り付けられていて、この回路パターンはオンチップ集積回路に電気的に接続されている。スマートラベルウェブはスマートラベルを含み、これらスマートラベルは縦列および／または横列に配置されている。

スマートラベルは多くの場合、縦列および／または横列の回路パターンが可撓性ウェブ状基板の上に形成された構成をしていて、各スマートラベルには適切なフリップチップ技術によってオンチップ集積回路が取り付けられている。また、オンチップ集積回路を含む別個の構造部をスマートラベルに取り付けるという他の手法もある。オンチップ集積回路を適切なフリップチップ技術によって構造部に取り付け、その後構造部をスマートラベルに取り付ける。フリップチップ技術という用語には多くの種類が含まれ、例えば処理条件に応じて適切な技術が選択される。

フリップチップ技術によってチップをスマートラベルまたは構造部に取り付ける場合、殆どの技術では、高い処理温度に対する耐性を有する基板材料が必要となる。したがって、材料の選択の幅は限られている。さらに、チップをスマートラベルに直接取り付ける場合は、チップのアライメントも非常に精確に行なう必要がある。またチップは、機械的な衝撃に対して非常に敏感であり、カバーのない露出したチップが処理される時に損傷し易い。

スマートラベル用シリコンチップは非常に高額になりがちである。なぜなら、これらはコンデンサを搭載しているからである。しかしながら、チップに結合されたコンデンサは、不適切な周波数偏差の悪影響を受け、品質も劣悪である。回路パターンの設計は、インダクタンスを一定の値に制限することを目標とする。チップのコンデンサのＱ値は約80であり、これはスマートラベルの構造全体の要求を完全に満たしているとは言えない。したがって、回路パターンを非常に太くする必要が生じ、これによって回路パターンの製造は煩雑で高額なものとなってしまう。さらに、回路パターン形成技術も限定されている。Ｑ値とは、蓄積エネルギーとサイクル毎の損失エネルギーとの比を言う。Ｑ値が大きくなるほど、損失エネルギーは小さくなる。

チップを含む別個の構造部は、いくつかの利点を有するが、欠点もいくつか有する。構造部をスマートラベル基板に取り付ける工程は時間がかかり、取り付け技術は洗練されているとは言えないからである。例えば、構造部はしばしば、スマートラベルの長手方向に対して傾斜した姿勢に配置する必要がある。構造部は、圧着しても、その端部でしかスマートラベルへ固定されないおそれもある。圧着によればスマートラベルの基板全体にわたって電気的接続が達成されるが、回路パターンから構造部までの距離が変化するために、浮遊容量の変化によってスマートラベルの機能が劣化するおそれもある。

構造部を、その実質的に全体にわたってスマートラベルに取り付けることは可能であるが、回路パターンとチップとの間に電極を設ける関係上、スマートラベルの表側に取り付ける必要がある。その一方で、構造部と回路パターンとは絶縁する必要があり、そのための別個の処理工程も必要となってしまう。

本発明によるスマートラベルおよびスマートラベルウェブは、従来技術の問題点を解決するものである。本発明によるスマートラベルは、チップ外に配置された少なくとも１つのコンデンサによってオンチップ集積回路が回路パターンに接続されていることを特徴とする。本発明によるスマートラベルウェブは、チップ外に配置された少なくとも１つのコンデンサによってオンチップ集積回路が回路パターンに接続されていることを特徴とする。

本発明によるスマートラベルは、例えば以下の利点を有する。

・構造部の表面には接着剤を用意してあるため、構造部を迅速にスマートラベルに取り付け可能である。

・構造部は縦方向に動作するディスペンサを用いてスマートラベルに取り付け可能である。

・スマートラベルの構造によって、良好なＱ値を有するコンデンサを使用可能である。回路パターンの太さを細くすることが可能でありながら、システム全体にとって高いＱ値を維持可能であるため、回路パターンの製造は安価で容易に済む。

・スマートラベルの構造によって、より安価なシリコンチップを使用可能となる。なぜなら、コンデンサが結合されていないチップを配給可能だからである。同時に、周波数偏差も小さくなり、かかる品質によれば集積回路の歩留まりレベルも良好なものになる。

・チップに良好な機械的保護を与えることができる。なぜなら、チップは基板によって両側を保護されるからである。また、基板としてポリオレフィンフィルムまたはこれに相当する材料を用いれば、これは柔軟で弾性のある材料であるから、チップに対する機械的な衝撃を吸収し減衰させることが可能である。

・本発明の構造によれば、圧着などのリードスルーは必ずしも必要でないから、低コストである。

・本発明の構造によれば、フレキソ印刷などの迅速な回路パターン形成技術を用いることが可能である。なぜなら、薄い金属層を薄いエッチングレジストによってエッチング可能だからである。

・コンデンサがチップ外にあり、インダクタンスを自由に選択できるため、回路パターン設計に自由度が加わる。

・構造部はその実質的に全体にわたってスマートラベルに取り付けられるため、構造部によって生じる浮遊容量は実質的に一定に保たれる。

・構造部と回路パターンとの間の浮遊容量は静電容量のシャント接続部として利用可能である。

さらに、構造部をスマートラベル基板の裏側に取り付ければ、いくつかの利点が追加される。

・チップを直接取り付ける場合、あるいは構造部をスマートラベルの回路パターンに表側から取り付ける場合に比較して、スマートラベルへ構造部を取り付ける際の許容誤差は大きい。

・スマートラベルの回路パターンのうち、構造部の結合領域からエッチングレジストを剥がす必要がない。

・構造部とスマートラベルの回路パターンとを互いに絶縁して短絡の危険を防ぐ必要はないため、処理工程を１つ減らすことができる。

本願では、スマートラベルとは、RF-ID回路（識別）、もしくはRF-EAS回路（電子物品検査）を含むラベルを言う。スマートラベルウェブは連続した縦列および／または横列のスマートラベルで構成される。スマートラベルは、スマートラベル基板に搭載された回路パターンと、別個の構造部とを有し、この構造部は、スマートラベル基板に取り付けられた構造部基板に、オンチップ集積回路を搭載している。スマートラベルの回路パターンは、例えばフィルムに導電性インクで回路パターン印刷する、金属フィルムに回路パターンをエッチングする、金属フィルムから回路パターンを打ち抜く、例えば銅線を曲がりくねらせて回路パターンとする、あるいは導体めっきを施すといった、公知の方法によって製造可能であるが、回路パターンはエッチングまたはめっきによって製造するのが好ましい。これと同時に、コンデンサの極板はスマートラベル基板に形成される。

電気的に駆動されるスマートラベルのRF-ID（無線周波識別）回路は、簡単な電気発振回路（RCL回路）であり、所定の周波数で動作する。RF-ID回路はコイルと、コンデンサと、オンチップ集積回路とで構成される。オンチップ集積回路は、エスコートメモリと、読取装置に連絡しているRF部とを含む。RCL回路のコンデンサは、チップ外に形成されている。換言すれば、コンデンサの極板は、スマートラベル基板上および構造部基板上に形成される。

スマートラベル基板の材料は可撓性であるが、適切な剛性も保持していて、誘電正接が小さいなど、一定の特性を満たすものである。誘電正接は、コンデンサの誘電損失を示す。適切な材料には、例えばポリプロピレンまたはポリエチレンなどのポリオレフィンが含まれる。ポリオレフィンの誘電正接はほぼゼロに等しい。

構造部を形成するには、ベースウェブと、ベースウェブ表面上の熱可塑性材料とを含む担体ウェブをまず製造する。ベースウェブの材料は、ポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートするとよい。ベースウェブの表面には、構造部の電極となる導電性金属被覆が設けられている。熱可塑性材料は、ベースウェブのうち、構造部の電極となる導電性金属被覆を有する側に取り付けられる。熱可塑性材料とは、加熱によって変形可能な材料を言う。熱可塑性フィルムは、未加工の時点で流動体またはフィルムとなっているものでよいが、フィルムが好ましい。

熱可塑性フィルムは、加熱によってその表面が他の面に対する粘着性を有することとなるフィルムであるが、常温では実質的に粘着性を有しないものである。熱可塑性フィルムは、複数回加熱しても、実質的に粘着性を損なうことはない。

熱可塑性フィルムは、熱可塑性・異方導電性フィルム（AFC）としてもよい。熱可塑性フィルムを用いる場合、アンダフィルは必要がない。なぜなら、熱可塑性フィルムがチップ用の十分に可撓性ある裏材を形成するからである。例として、熱可塑性フィルムには、３Ｍ社製の異方導電性フィルム8773および8783（Ｚ軸接着剤フィルム8773および8783）が含まれる。これらのフィルムは、厚さ方向にのみ導電性を有するように導電性粒子を含む。すなわち、フィルムの面に沿った方向には導電性がない。熱可塑性フィルムは加熱および加圧によって流動体とすることが可能である。冷却すると、熱可塑性フィルムは結晶化し、接着剤には機械強度が与えられる。加熱によるカーリングは必要ない。熱可塑性フィルムは、例えばポリエステル製またはポリエーテルアミド製としてよい。導電性粒子は典型的には、７〜50 μmの大きさを有し、例えば銀コーティングされたガラス粒子としてよい。熱可塑性フィルムの厚さは典型的には20〜70 μmである。熱可塑性フィルムは通常、剥離紙等の表面に形成される。剥離紙はフィルムの加熱に関連して、あるいはフィルム加熱後に、フィルムから剥離可能である。

オンチップ集積回路は熱可塑性材料の表面に、縦方向に次々と、さらに／あるいは横方向に隣接して取り付けられ、熱可塑性材料は好ましくはフリップチップ技術を用いた熱可塑性フィルムである。担体ウェブによって形成される構造部の寸法が小さいために、チップは互いに比較的近接して担体ウェブ上に配置することが可能であり、これによって、長い経路にわたってチップを取り付ける必要がない。経路が短いために、回路パターンにチップを直接取り付ける場合に比較して、十分に精確に位置決めすることが容易であり、チップの位置も、より大きな範囲で変動してよいこととなる。熱可塑性材料の誘電正接は高くなることはない。したがって、スマートラベル基板上のコンデンサ極板と、構造部基板上のコンデンサ極板とで構成されるコンデンサは、高いＱ値を有する。

熱可塑性フィルムは通常、加熱および／または加圧によってベースウェブ上に積層する。バンピングしたチップはシリコンウエハからダイソータによって取得し、連続的な方法で熱可塑性フィルムの表面に配置する。チップをその定位置に配置すると、ベースウェブおよび熱可塑性フィルムを含むウェブを裏側から加熱してチップをウェブに仮止めし、その後最終的な接着を行なう。熱可塑性フィルムは、積層した後に十分な粘着性を持たせることも可能であり、その場合チップの接着は加熱を同時に行なわなくとも可能となる。この後、チップの最終的な接着を加熱および／または加圧によって実行する。同時に、熱可塑性フィルムの表面に剥離紙ウェブを積層可能であるが、これは常に必要とは限らない。チップの最終的な接着は、例えば熱抵抗器または一連の熱抵抗器を用いて、あるいは２つのロール間に形成されたニップを用いて、加熱および／または加圧により行なうことが可能である。ニップを形成する接触表面のうち少なくとも１つは加熱し、少なくとも１つは弾性を有するものとする。

上述のニップの他、シューロールとそのカウンタロールとの間にニップを形成してもよい。熱可塑性フィルムはマイクロ波で加熱してもよく、その場合、フィルムは選択的に加熱され、同時に接着剤に加圧可能である（選択的な添加物が混合された材料がマイクロ波動場において加熱される）。

次の工程では、オンチップ集積回路を含む構造部を担体ウェブから分離し、縦列に配置されたスマートラベル半製品の１つ１つに、次々と構造部を取り付け、スマートラベルウェブの完成品を形成する。構造部は第１および第２のコンデンサ極板を含む。またスマートラベル基板も、第１および第２のコンデンサ極板を含む。

構造部はスマートラベルのうち、回路パターンが設けられた側、あるいはその裏側のいずれに取り付けてもよく、熱可塑性フィルムおよびチップをスマートラベル基板に接触させ、ベースウェブの側はそのまま構造部の外面とする。構造部はスマートラベルの裏側に取り付ける方が望ましい。

構造部は、第１のコンデンサ極板同士が実質的に一直線状になり、第２のコンデンサ極板同士が実質的に一直線状になるよう、スマートラベルの半製品に取り付ける。第１のコンデンサ極板は第１のコンデンサを形成し、第２のコンデンサ極板は第２のコンデンサを形成する。これらのコンデンサは直列接続されている。コンデンサのうち１つは、圧着によって、あるいは電気的接続を形成するめっきされた貫通孔で代用することも可能である。その場合、コンデンサは１つだけとなる。

構造部はその実質的に全体にわたってスマートラベルに取り付け、信頼性ある接着が達成される。接着する際には、スマートラベルウェブのうちスマートラベルの配置された部分を加熱し、その部分に構造部を取り付けるか、あるいは構造部を加熱して両表面を互いに接着可能とする。構造部の最終的な接着は、チップの接着を行なうのと同様の処理条件下で、加熱および／または加圧によって行なう。構造部の取り付けと同時に、スマートラベルウェブの両側に、構造部の上から、他のウェブ層を積層してもよいし、あるいはかかるウェブ層は省略してニップを用いた取り付けのみを行なってもよい。複数のウェブ層を同時に結合させる時に、接着剤層の架橋を開始させることも可能である。これによって、より信頼性のある積層結果、あるいはより剛性のある構造が得られる。

スマートラベルのうち回路パターンが設けられた側に構造部を取り付け、異方導電性・熱可塑性材料を構造部の熱可塑性材料として使用する場合、構造部の異方導電性材料とスマートラベルの回路パターンとは、短絡の危険を回避するため、互いに絶縁させる必要がある。この絶縁は例えばスクリーン印刷またはフレキソ印刷によって実行可能である。スマートラベルのうち回路パターンが設けられた側の裏側に構造部を取り付ける場合は、絶縁処理は不要である。

担体ウェブの製造およびスマートラベルウェブの製造は、同一の工程で実行してもよいし、別個の工程で実行してもよい。

以下、本発明を添付図面を参照して説明する（図中の寸法は実物大ではない）。

図１は本発明によるスマートラベル基板ウェブW1を示す。回路パターン１、第１のコンデンサ極板2aおよび第２のコンデンサ極板3aがスマートラベル基板ウェブ上にある。回路パターン１、第１のコンデンサ極板2aおよび第２のコンデンサ極板3aは、フレキソ印刷と、適切な接着剤によってスマートラベル基板ウェブW1に取り付けられたフィルムの電気分解とによって形成してよい。回路パターン１、第１のコンデンサ極板2aおよび第２のコンデンサ極板3aは、アルミニウム製または銅製としてよい。例えば、厚さ９ μmのアルミニウム層が回路パターンおよびコンデンサ極板の形成に適している。なぜなら、スマートラベルの新しいレイアウトによって、導電性材料の厚さは減少可能だからである。

図２は本発明による構造部４を示す。オンチップ集積回路５、第１のコンデンサ極板2bおよび第２のコンデンサ極板3bが構造部基板上にある。第１のコンデンサ極板2bおよび第２のコンデンサ極板3bは、アルミニウム製、銅製または銀ペースト製としてよい。例えば、厚さ９ μmのアルミニウム層がコンデンサ極板の形成に適している。

構造部４は縦列に配置されたスマートラベル半製品の１つ１つに、次々と取り付け、スマートラベルウェブの完成品を形成する。構造部４をスマートラベルの半製品に取り付ける際は、第１のコンデンサ極板2aおよび2bが実質的に一直線状になり、第２のコンデンサ極板3aおよび3bが実質的に一直線状になるよう、取り付けを行なう。これら第１のコンデンサ極板は第１のコンデンサを形成し、これら第２のコンデンサ極板は第２のコンデンサを形成する。これらのコンデンサは直列接続されている。

構造部４は構造部基板を含み、この基板には第１のコンデンサ極板2bおよび第２のコンデンサ極板3bを形成する。オンチップ集積回路は構造部基板のうちコンデンサ極板が配置された側にある異方導電性・熱可塑性フィルムに取り付ける。換言すれば異方導電性・熱可塑性フィルムは、これらのコンデンサ極板を被覆し、チップ用の取り付けベースとしての役割を果たす。

図１および図２を参照して、スマートラベルの寸法の例を挙げることができる。直列接続された２つのコンデンサによって静電容量が約23 pFのコンデンサを形成し、コンデンサ極板間の絶縁体材料の厚さを28 μmとし、比誘電率を約２とした場合、スマートラベル基板上の第１のコンデンサ極板2aの大きさは、11 mm × 11 mmとしてよく、構造部基板上の第１のコンデンサ極板2bの大きさは、10 mm × 11 mmとしてよく、スマートラベル基板上の第２のコンデンサ極板3aの大きさは、22 mm × 5.5 mmとしてよく、構造部基板上の第２のコンデンサ極板の大きさは、20 mm × 5.5 mmとしてよい。スマートラベル基板上のコンデンサ極板2a、3aは、構造部基板上のコンデンサ極板2b、3bに比較して、わずかに大きい方が好ましい。なぜなら、その方がコンデンサ極板同士のアライメントが容易になるからである。

図３はスマートラベルの断面図である。構造部は、オンチップ集積回路５、熱可塑性フィルム6aおよびベースウェブ層6bを含む。熱可塑性フィルム6aが取り付けられた面では、層6bに、構造部の導電性金属被覆6cが設けられている。回路パターン１が形成されたフィルム７は、誘電正接の低い適切な接着剤によってスマートラベル基板ウェブW1に取り付けられている。

上述の事実は本発明を制限するものではなく、本発明は特許請求の範囲において改変可能である。構造部はスマートラベル基板のいずれの側に取り付けてもよい。本発明の主たる思想は、スマートラベル基板上および構造部基板上に形成されたコンデンサによって、オンチップ集積回路を回路パターンに電気的に接続可能であるということである。

本発明によるスマートラベルウェブの平面図である。 構造部の平面図である。 スマートラベル構体の断面図である。

Claims (10)

1. スマートラベル基板上の回路パターンと、構造部基板上にオンチップ集積回路を有する構造部とを含むスマートラベルであって、該構造部は前記スマートラベル基板の前記回路パターンが位置する側と反対側に取り付けられていて、前記回路パターンは前記オンチップ集積回路に電気的に接続されているスマートラベルにおいて、前記構造部基板は実質的に前記スマートラベル基板よりも小さく、該構造部基板は、前記スマートラベル基板上のコンデンサ極板と、前記構造部基板上のコンデンサ極板とが一直線上になって、前記構造部が前記スマートラベル基板の前記回路パターンが位置する側と反対側に位置するように、該スマートラベル基板に取り付けられて、前記回路パターンと前記オンチップ集積回路とを前記コンデンサ極板間にある絶縁体層を介して接続し、前記スマートラベル基板は、前記絶縁体層を含むことを特徴とするスマートラベル。
2. 請求項１に記載のスマートラベルにおいて、前記オンチップ集積回路は、直列接続され前記チップ外に配置された２つのコンデンサによって、前記回路パターンに接続されていることを特徴とするスマートラベル。
3. 請求項１に記載のスマートラベルにおいて、前記オンチップ集積回路を有する構造部は、熱可塑性材料によってスマートラベルに取り付けられていることを特徴とするスマートラベル。
4. 請求項３に記載のスマートラベルにおいて、前記熱可塑性材料は異方導電性・熱可塑性フィルムであることを特徴とするスマートラベル。
5. 請求項４に記載のスマートラベルにおいて、前記異方導電性・熱可塑性フィルムは、前記コンデンサ極板間の絶縁体層を形成することを特徴とするスマートラベル。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のスマートラベルにおいて、前記スマートラベル基板の材料はポリプロピレンまたはポリエチレンなどのポリオレフィンであることを特徴とするスマートラベル。
7. 請求項３に記載のスマートラベルにおいて、前記オンチップ集積回路は、前記熱可塑性材料とスマートラベル基板との間に配置されていることを特徴とするスマートラベル。
8. 請求項１に記載のスマートラベルにおいて、前記構造部基板の材料は、ポリアミドまたはポリエステルであることを特徴とするスマートラベル。
9. 縦列および／または横列に配置されたスマートラベルを含むスマートラベルウェブであって、該スマートラベルは、スマートラベル基板上に回路パターンおよび少なくとも１つのコンデンサ極板と、構造部基板上にオンチップ集積回路部および少なくとも１つのコンデンサ極板を有する構造部とを含み、該構造部基板は、実質的に前記スマートラベルよりも小さく、前記構造部基板は、前記スマートラベル基板上のコンデンサ極板と、該構造部基板上のコンデンサ極板とが一直線上になって、前記構造部が前記スマートラベル基板の前記回路パターンが位置する側と反対側に位置するように、前記スマートラベル基板に取り付けられて、前記回路パターンと前記オンチップ集積回路とを前記コンデンサ極板間にある絶縁体層を介して接続し、前記スマートラベル基板は、前記絶縁体層を含むことを特徴とするスマートラベルウェブ。
10. 請求項９に記載のスマートラベルウェブにおいて、前記オンチップ集積回路は、直列接続され前記チップ外に配置された２つのコンデンサによって、前記回路パターンに接続されていることを特徴とするスマートラベルウェブ。

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