KR100705529B1 - Ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

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KR100705529B1
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오오제끼요시오
나까노아사오
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

접속 불량이 적은 RFID 태그를 제공하기 위해, 본 발명에 따르면, 금속제의 안테나와, 상기 안테나에 단자가 접합된 반도체 장치를 구비한 RFID 태그이며, O.5 ㎜각보다도 작은 반도체 장치가 금속 접합으로 상기 안테나에 접합되어 있는 구조를 채용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 RFID 태그가 제공된다.
RFID 태그, 안테나, 반도체 장치

Description

ＲＦＩＤ 태그 {RFID TAG}
본 발명은, RFID 태그에 관한 것이다.
일반적인 반도체 장치의 실장 기술을 크게 분류하면, 와이어 본딩과 와이어 레스 본딩으로 나뉘어진다.
와이어 본딩은 반도체 장치의 단자와 배선 기판의 패드 사이를 호를 그리도록 본딩하므로, RFID 태그의 박형화를 실현하는 데에는 적합하지 않은 기술이다.
한편, 와이어 레스 본딩은 반도체 장치의 단자와 배선 기판의 거리가 짧아 직선적으로 접속할 수 있으므로, RFID 태그의 박형화에 적합하다.
이 와이어 레스 본딩에는 접촉 접속과 금속 접속이 있다.
접촉 접속의 일예로서, 이방 도전성 접착제(ACF : Anisometric Conductive Film)를 이용한 실장 방식(이하 ACF 접속 방식)이 일본 특허 공개 평2001-24568호 공보에 기재되어 있다.
이 문헌에 따르면, IC와 안테나 사이를 ACF 접속 방식으로 접합함으로써 와이어 본딩이나 수지에 의한 몰드를 생략할 수 있으므로, 카드의 박형화에 적합하다고 되어 있다.
본 출원인에 속하는 종업자들은 0.5 ㎜각 이하의 RFID 태그용 반도체 장치를 개발하였다. 그래서, 본 발명자들은 이 반도체 장치를 안테나에 실장하기 위해, 상기 무선 IC 카드로 채용한 ACF 실장 방식을 적용하는 것을 검토하였다.
실제로 시작한 결과, 안테나와 반도체 장치 사이에서 접속 불량이 생기는 일이 있었다.
즉, 무선 IC 카드로 채용하고 있는 수㎜각 정도의 반도체 장치의 실장 기술이 1 ㎜각 이하, 특히 0.5 ㎜각 이하(면적 환산으로 0.25 ㎟ 이하)인 반도체 장치의 실장에는 그대로 적용할 수 없고, 다른 변수를 검토할 필요가 생기는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 0.5 ㎜각 이하의 반도체 장치를 실장한 RFID 태그의 접속 신뢰성을 높이는 데 있다.
이 과제는 다음 구성에 의해 해결할 수 있다.
0.5 ㎜각보다도 작은 반도체 장치를 금속 접합으로 금속제의 안테나에 접합한 구조로 하면, 접촉 접합과 같이 경화 수축력이나 열수축력을 신경쓰지 않아도 되므로, 단위 면적당의 단자 면적이 큰 반도체 장치를 채용해도 접속 불량이 생기기 어려워진다.
또한, 이 금속 접합으로서, 납 프리화, 짧은 택트화를 실현하는 관점으로부터 금과 주석의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이들 구조를 실현하기 위해, 단자 상에 금 범프가 형성된 0.5 ㎜각보다도 작은 반도체 장치와, 상기 동박 상에 주석 도금이 이루어진 안테나를 이용하도록 하 면 고가인 금의 사용량을 억제할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 RFID 태그를, 도면을 이용하여 설명한다.
도1은 RFID 태그의 상면도 및 단면도이다.
도2는 반도체 장치와 안테나의 접합부의 확대 투과도이다.
도3은 RFID 태그의 접속 저항치에 관한 특성을 나타내는 도면이다.
도4는 ACF 방식을 채용한 실장 구조이다.
도5는 ACF 방식으로 접합한 경우의 RFID 태그의 접속 저항치에 관한 특성을 나타내는 도면이다.
도6은 ACF 방식과 금과 주석의 금속 접합 방식과의 접속 불량률을 나타내는 도면이다.
도7은 언더필이 있던 경우와 없던 경우의 강도를 나타내는 도면이다.
(제1 실시예)
도1에 RFID 태그의 상면도 및 단면도를, 도2에 반도체 장치와 안테나의 접합부의 확대 투과도를 도시한다.
본 형태의 RFID 태그는, 도1에 도시한 바와 같이 안테나에 ID 발신 기능을 구비한 플립 칩 방식으로 실장된 반도체 장치로, 태그 전체 0.13 ㎜의 두께가 있 다.
또한, 반도체 장치는 두께가 0.06 ㎜가 되도록 백그라인드되어 있고, 0.5 ㎜각의 외형을 이루고 있다. 또한, 반도체 장치 내부의 집적 회로와 직접 배선으로 접속되어 있는 2개의 입출력단자와 반도체 장치 내의 집적 회로에 직접되어 있지 않은 2개의 접속용 단자의 총 4개의 단자가 반도체 장치의 무게 중심을 중심으로 하여 90씩 어긋나 입출력단자, 접속용 단자, 입출력단자, 접속용 단자의 순으로 형성되어 있다(입출력단자끼리 및 접속용 단자끼리가 대향 배치). 또한, 이 반도체 장치는 2.45 ㎓대의 마이크로파를 안테나로 수신하고, 그 마이크로파로부터 생기는 자기 정류를 전력원으로 하여 동작하는 반도체 장치이고, 이러한 마이크로파가 신호를 수취한 것을 트리거로 하고, 내장되어 있는 기억 장치에 격납된 128 비트의 데이터를 송신 신호로 변환하여 안테나로 돌려보내는 기능을 구비하고 있다.
또한, 안테나는 폴리이미드 테이프 상의 외연에 약간 빈틈을 개방한 56 ㎜ 길이의 동박이 형성되고, 반도체 장치가 실장되는 안테나의 단부에는 주석의 도금막이 형성되어 있다.
이 반도체 장치의 전체 단자와 안테나의 동박이 금과 주석의 합금으로 접합되어 있다. 또한, 반도체 장치의 측면 및 하면과 동박 사이에는 언더필이 배치되어 있다.
또한, 접속용 단자는 접합의 밸런스를 확보하기 위해 설치하였으므로, 2개의 입출력단자와 1개의 접속용 단자를 구비하고 있는 것만이라도 좋다.
이 구조는 다음 공정에 의해 제조할 수 있다.
공정 1 : 수지 필름인 폴리이미드 필름(폴리이미드 테이프) 중 하나의 메인 평면 상에 동박을 접착제로 접착함으로써 안테나를 형성한다. 접착한 동박 상에 주석을 도금하여 접속 패드(접속 전극)로 한다.
공정 2 : 다음에, 반도체 장치의 전체 단자 상에 금 범프를 형성한다.
공정 3 : 공정 1에서 도금한 주석이 최상층이 되도록 안테나를 고정한다. 또한, 공정 2에서 형성한 금 범프와 안테나의 주석이 대면하도록 반도체 장치의 단자면을 하방을 향하게 하여 안테나와 반도체 장치의 위치 맞춤을 행한다.
공정 4 : 비단자면인 반도체 장치의 상방으로부터 하방으로 200 ㎫의 압력으로 가압하는 동시에, 150 ℃에서 1.5초 가열함으로써 임시 고정한다.
공정 5 : 또한, 정밀도가 높은 위치 맞춤을 행하여 200 ㎫의 압력으로 가압하는 동시에, 280 ℃에서 3초 가열한다. 이 가열에 의해 주석이 금에 확산되므로, 반도체 장치의 단자와 안테나의 동박이 금 주석 합금에 의한 금속 접합이 된다.
공정 6 : 반도체 장치의 하방에 언더필을 형성한다.
다음에, 본 형태의 RFID 태그의 접속 저항치에 관한 특성에 대해 도3을 이용하여 설명한다.
상기 제조 방법으로 제조한 RFID 태그는 도3의 (a)의 특성을 나타낸다.
85 ℃ 85 ％RH의 고온 고습 시험의 결과, 350 사이클 정도로 10 mΩ 정도의 접속 저항밖에 생기지 않았다. 100 mΩ 정도에서 송신 특성에 영향을 주는 것을 알 수 있으므로, 이러한 특성은 양호한 접속 저항이라 할 수 있다.
-50 ℃ 내지 125 ℃, 각 30분의 온도 사이클 시험의 결과, 350 사이클에서 20 mΩ 이하의 접속 저항밖에 발생하지 않았으므로, 고온 고습 시험의 결과와 마찬가지로, 양호한 접속 저항이라 할 수 있다.
상기 제조 공정 4에 있어서의 임시 고정의 온도를 225 ℃로 한 경우에 대해 온도 사이클 시험을 한 경우라도 430 사이클에서 10 mΩ 정도밖에 생기고 있지 않으므로, 임시 고정의 온도를 150 ℃로 한 경우와 마찬가지로 양호한 접속 저항으로 할 수 있었다.
이와 같이, 본 형태의 RFID 태그는 0.5 ㎜각 이하의 반도체 장치와 안테나의 접합에 금속 접합을 채용하고 있으므로, 원하는 접속 불량의 발생을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 구조에서는 접합하는 금속으로서, 주석과 금의 합금을 이용하고 있다. 이와 같이 구성하면, 납 프리의 RFID 태그를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 좁은 피치로 해도 짤은 택트로 접속 신뢰성을 높일 수 있게 되어 있다.
또한, 이와 같은 접속 방법을 입출력단자와 접속 단자 중 어느 한 쪽에 채용해도 효과를 얻을 수 있지만, 양방의 단자에 채용함으로써 일괄 리플로우가 가능하게 되어 있다.
또한, 입출력단자는 양방 동일한 기능이므로, 반도체 장치의 대각에 대향하도록 배치함으로써 180도 역방향에 접합할 수 있게 된다.
또한, 안테나의 주석 도금을 2단자만큼, 즉 입출력단자 1개와 접속용 단자 1개의 2개를 1개의 접속 단자로 접합하는 구조로 함으로써, 다소의 회전 어긋남으로도 접속 불량이 되지 않는 구조로 할 수 있게 된다. 또한, 이 구조에서는 90도, 270도로 회전시켜도 접합하는 것이 가능해지므로, 더욱 접합을 쉽게 할 수 있다.
도7에 언더필이 있던 경우와 없던 경우의 강도의 차를 나타낸다.
상기와 같이, 본 실시예의 반도체 장치는 백그라인드를 행함으로써 두께를 얇게 하고 있다. 이 백그라인드에 의해, 반도체 장치에는 작은 마이크로 크랙이 생기고 있다. 이러한 구조에 언더필을 형성하면, 언더필이 없는 경우에 비해 외부로부터의 점압 파괴에 2배 이상 강해지는 것을 알 수 있다.
(비교예)
다음에, 비교예로서 접촉 접합 방식인 ACF 방식으로 실장한 경우에 대해 설명한다.
도4에 ACF 방식을 채용한 경우의 실장 방식을 도시한다.
투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이하, PET 필름) 상에 길이 56 ㎜의 동박을 접착하여 안테나를 형성한다.
접착한 동박 상에 ACF를 임시 압착한다.
반도체 장치에 금 범프를 형성하여 그 금 범프와 ACF가 대향하도록 반도체 장치와 안테나를 배치하여 임시 고정한다.
또한, 정밀도가 높은 위치 맞춤을 다시 행하여 가압 가열한다. 이 가압 가열에 의해 ACF가 경화되어 금 범프와 동박을 직접 접속한다.
도4의 방법으로 제조한 ACF 방식으로 접합한 경우의 고온 고습 시험(85 ℃ 85 ％RH)의 결과를 도5에 나타낸다.
0.3 ㎜각의 반도체 장치를 실장한 경우, 25 시간에서 수백 mΩ의 접속 저항 이 발생하고 있다.
또한, 0.5 ㎜각의 반도체 장치를 실장한 경우라도 100 시간 경과시에는 수백 mΩ 이상의 접속 저항이 생긴다. 이와 같이, 0.5 ㎜각 이하의 반도체 장치의 실장에 ACF 방식을 이용한 경우, 종래의 반도체 장치에서는 생기지 않았던 접속 저항의 현저한 증가가 생겨 버린다.
통상의 반도체 장치는 단자가 없는 영역도 많기 때문에, 단자 수가 많아도 단자당의 ACF의 면적을 충분히 확보할 수 있고, 원하는 접속 안정성을 얻을 수 있지만, 본 형태와 같은 RFID 태그를 구성하는 0.5 ㎜ 이하각의 반도체 장치에서는 단자 면적이 장치 면적에 반해 매우 커지기 때문에, 단자당의 ACF의 접착 능력(열수축력 ＋ 경화 수축력)이 저하되게 되어 동박과의 접속 안정성이 저하되어 버리기 때문이라 생각된다.
도6에 ACF 방식과 금과 주석의 금속 접합 방식과의 접속 불량률을 대비한다.
ACF 방식을 채용한 RFID 태그는 1시간도 지나지 않은 가운데 접속 불량이 생기기 시작하여 50 시간까지 약 85 ％가 불량이 되었다.
한편, 금 주석 접속 방식에서는 1300 시간 경과 후에도 불량률 1 ％ 이하의 양호한 접속을 유지할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 접속 불량이 적은 RFID 태그를 제공할 수 있다.
상기 기재는 실시예에 대해 이루어졌지만, 본 발명은 그것에 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 첨부한 청구의 범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 고분자 필름 상에 접착된 동박으로 이루어지는 안테나와,
    단자 상에 금 범프가 형성된 0.5mm 각보다도 작은 반도체 장비를 구비하고,
    상기 안테나를 이루는 상기 동박 상에 주석 도금이 이루어지고,
    상기 안테나에 도금된 상기 주석과 상기 반도체 장치의 상기 금 범프에 의한 금속 접합에 의해 상기 반도체 장치와 상기 안테나가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 접합은 금과 주석의 합금으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단자는 입출력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단자는 접속 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서, 상기 반도체 장치의 측면 및 상기 안테나에 대향하는 하면과 상기 안테나의 상기 동박 사이에 언더필이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
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