专利名称：集成电路标签及其生产方法
技术领域：
本发明涉及IC标签或者由半导体元件以及与其相连的天线线圈构成的单元电子模块，下文简称“IC标签”，同时还涉及这类IC标签的生产方法。
IC标签的构成方法是将半导体元件安装在已形成了天线电路的衬底上，IC标签能够通过存储在其中的识别数据轻松地识别带有该IC标签的物件或其他类目。由于IC标签可以非接触方式识别，它们的使用十分方便、有效。此外，由于IC标签比条形码等其它标识手段存储的信息量大，因而与后者相比，它能有效识别的物品也更多。实际上，在运输行业中，大量的货物通常都是通过在每件货物上贴IC标签的方式来分类的。
图13显示了现有技术中IC标签的一个示例。在这个IC标签中，在矩形衬底10的一个区域中形成天线结构12，安装在衬底10上的半导体元件14与天线结构12相连。半导体元件14有树脂16作为保护。衬底10可以是印刷电路板、薄膜衬底或类似物质。
由于IC标签通常是一次性的，且要大量使用，因而希望其易于生产且成本较低。在这方面，上述传统IC标签的缺点是形成天线结构12时必需使用蚀刻过程。这意味着，生产IC标签的生产成本根本无法降低。更具体地讲，它使用在一个表面上涂有铜的衬底且须对铜进行蚀刻来形成天线结构12，尽管作为一个工艺过程这非常简单，但并不是廉价生产IC标签的好方法。
此外，由于IC标签可用于各种目的，因而要求IC标签尽可能小、尽可能薄。例如，如果IC标签与邮票同样大小，便能够将其贴在邮票大小的物品上。相反，由于现有技术的IC标签使用半导体元件14安装在衬底10上这种结构，因而对IC标签大小的限制较低。
本发明旨在解决现有技术IC标签的上述问题。因此，本发明的一个目的是提供外形更薄、更小、更紧凑的IC标签且其生产成本要比现有技术IC标签低，同时还提供其生产方法。
依据本发明，所提供的IC标签包括由外面涂有绝缘层的导线构成的平面线圈，该导线在平面内缠绕多次来形成导线的螺旋状环路，平面线圈有相应的接线端部分并形成由缠绕的导线围成的中央空闲区域；该IC标签还包括厚度与平面线圈基本相同的半导体元件，它位于平面的中央空闲区域，半导体元件的电极与平面线圈相应的接线端部分相连。
半导体元件可以放置在保护性框架中，其厚度与半导体元件的厚度基本相同，可以平放在平面线圈的中央空闲区域上。
半导体元件可以支撑在或粘贴在粘性膜的一个表面上(平面线圈也贴在该膜上)。
粘性膜的两个表面上分别有第一和第二粘性层，平面线圈和半导体元件粘贴在第一个粘性层上，而第二个粘性层则覆盖有可揭下的膜。
使半导体元件位置保持不变的方法是在半导体元件外围与平面线圈内层的外围之间的缝隙中充满树脂。
半导体元件可以只靠平面线圈的收紧力量而支撑就位。
缠绕平面线圈的导线时可以使导线的相临环路相互接触。
平面线圈的导线还可以涂上热熔化层来覆盖导线的绝缘层，从而使导线的相临环路间通过热熔化层紧密接触。
导线的相临环路可以通过涂在导线各环路外表面间的缝隙中的树脂紧密接触。
半导体元件的电极可通过用导电膏形成的连接结构与平面线圈的接线端部分相连。
依据本发明的另一个方面，提供了一种IC标签的生产方法，步骤如下在平面上将涂有绝缘层的导线缠绕多次，形成平面线圈，出现螺旋形导线环路和由导线围成的中央空闲区域(半导体元件将放置在这个区域中)；在平面线圈的一个表面上粘好支撑膜(至少要盖住中央空闲区域)；将半导体元件放在平面线圈的中央空闲区域内，以使支撑膜固定住半导体元件；使半导体元件与平面线圈相连。
依据本发明的又一个方面，提供了一种IC标签的生产方法，步骤如下使用一对平面夹具在厚度方向上夹住半导体元件；在半导体元件外围形成平面线圈，即在夹具夹住半导体元件的同时在夹具的缝隙中将涂有绝缘层的导线缠绕多次，以使导线的相临环路间可以相互接触；使半导体元件与平面线圈相连。
依据本发明的再一个方面，提供了一种IC标签的生产方法，步骤如下使用一对平面夹具在厚度方向上夹住半导体元件和保护性框架，以使半导体元件被保护性框架包围起来；在保护性框架外围形成平面线圈，即在夹具夹住保护性框架的同时在夹具的缝隙中将涂有绝缘层的导线缠绕多次，以使导线的相临环路间可以相互接触；以及使半导体元件与平面线圈相连。
图1(a)和1(b)分别是依据本发明的IC标签的平面图和剖面图；图2(a)和2(c)展示了依据本发明生产IC标签的过程的平面图；图3(a)和3(d)展示了依据本发明生产IC标签的过程的剖面图；图4展示了依据本发明生产IC标签的方法；图5是一个剖面图，显示IC标签的导线部分彼此接触；图6(a)和6(b)分别是核心的平面图和剖面图，核心中有保护性框架来保护半导体元件；图7展示了在核心上缠绕导线的方法，核心中有保护性框架来保护半导体元件；图8是依据本发明的另一个IC标签实施例的平面图；图9(a)和9(b)展示了依据本发明生产IC标签的另一种方法；图10是依据本发明的又一个IC标签实施例的剖面图；图11是依据本发明的再一个IC标签实施例的平面图；图12是依据本发明可以贴在物品上的IC标签的剖面图；以及图13(a)和13(b)分别是传统IC标签的平面图和侧视图。
以下，将参照附图中给出的优选实施例更加详细地介绍本发明。
图1(a)和1(b)分别是依据本发明的IC标签的第一个实施例的平面图和剖面图。本实施例的IC标签的结构如下在很薄的半导体元件14所在的平面上围绕该元件在平面内缠绕导线18以形成平面线圈20。如图1(b)所示，构成平面线圈20的导线18的直径通常要等于或小于半导体元件14的厚度，且半导体元件14位于平面线圈20中央的空闲区域中。于是，IC标签可以是尺寸很小的平面物体。
标号22表示在平面线圈20的中央空闲区域内支撑和容纳半导体元件14的承载膜。承载膜22粘贴在平面线圈20的一个表面上，且几乎盖住了整个该表面。半导体元件14粘在承载膜22上。标号24表示分别电连接半导体元件14的接线端与平面线圈20的相反两个接线端的连接结构。连接结构24是通过在半导体元件14与平面线圈20的两个接线端之间直线地涂上导电膏而形成的。导电膏是含有银等导电填充物质的树脂材料，如环氧树脂或聚酰亚胺树脂。标号25表示填充在半导体元件14外围以及平面线圈20的内侧外围之间的保护性树脂。
位于半导体元件14外围的平面线圈20就象是一个天线，通过它，外部检测仪便可通过非接触方式检测和识别存储在半导体元件14中的信息。作为天线，平面线圈20的一个功能便是可根据需要进行调整，方法是适当选择平面线圈20的绕线(环路)次数、平面线圈20的面积、平面线圈20使用的导线18的直径或者其它因素。
依据本实施例，IC标签的尺寸可以特别小，原因是平面线圈20就临近半导体元件14。此外，由于平面线圈20是通过紧密缠绕导线18以使导线18的任何部分都与其它部分相互接触而形成的，天线的排布可以采用高密度方式，从而进一步促进IC标签的紧凑性。此外，由于平面线圈20与半导体元件14位于同一平面中，且厚度通常等于或小于半导体元件14的厚度，因而能够获得极薄的IC标签。现在，50到100μm厚的半导体元件14已经问世，这样薄的半导体元件可用于生产能作为印章贴在物品上的方便的IC标签。
图2和图3显示了生产上述IC标签的方法。即，依据这种生产IC标签的方法，须先缠绕导线来形成平面线圈20。图2(a)和3(a)分别是所形成的平面线圈20的平面图和剖面图。平面线圈20是在一个平面中构成的，在中央位置有一个空闲区域来容纳半导体元件14。
图2(b)和3(b)分别是平面图和剖面图，显示了承载膜22贴在平面线圈20的一个表面上并几乎覆盖整个表面的状态。承载膜22要贴在平面线圈20上的那一面有粘性层，且贴在平面线圈20时必须至少盖住中央的空闲区域。
图3(c)是一个剖面图，显示了半导体元件14安装到平面线圈20中央空闲区域的状态。半导体元件14通过粘性层贴到承载膜22上并被固定住。图2(c)和3(d)分别是平面图和剖面图，显示了半导体元件14的接线端通过连接结构24与平面线圈20的接线端相连的状态。如上所述，连接结构24可通过直线地涂导电膏的方式形成。除涂导电膏外，半导体元件14的接线端也可通过导线接到平面线圈20的接线端上。另外，可将一个表面上有导体结构的薄膜贴在平面线圈20上，而半导体元件14则通过该导体结构连接到平面线圈20的接线端上。
由此看来，尽管没有树脂25也无关大碍，但当在半导体元件14外围与平面线圈内层的外围之间的缝隙中填充保护性树脂25时，半导体元件14会更安全、牢固。为了进一步保护半导体元件14，还有另一种方法，即，在将半导体元件14安装到承载膜22且连接结构24形成之后，可将树脂膜贴在半导体元件14上有连接结构24的一面上，以盖住半导体元件14和平面线圈20。可根据IC标签的生产成本或其它因素(如上所述)从这些方法中选择适当的方法。
图4和图5显示了通过导线18构成平面线圈20的方法。
在图4中，使用了一对夹具26a和26b，其中核心块28固定在下方夹具26b的中心，以使上方夹具26a能在开、合方向上相对于下方夹具移动。使夹具26a、26b与核心块28按照旋转机制作为一个整体围绕中心线旋转。夹具26a和26b有方向相对的两个平面，当夹具处于闭合状态时，这两个平面形成的缝隙只允许通过一根导线18。
提供核心块28的目的在于提供在平面线圈20的中央容纳半导体元件14的空闲区域。标号27表示在上方夹具26a接近中心的位置上形成的固定孔。导线18的一端插入固定孔27并固定在那里。
依据本实施例，夹具26a、26b形成平面线圈20的方法如下导线18的一端插入固定孔27并固定在那里，在夹具26a和26b处于闭合状态的同时使夹具26a、26b与核心块28围绕中心线旋转，因此导线18便被拉入缝隙中，并在核心块28上缠绕在导线前一个环路部分的外围，从而形成平面线圈20。
在本实施例中，导线18使用的导线包括涂有绝缘层18b如聚氨酯的铜芯18a,18b，外面还覆盖有热熔化层18c如聚酰胺。形成平面线圈20后，会对导线18加热，以使相临的导线部分通过熔化层18c互相联结在一起。图2(a)和3(a)所示的平面线圈20是导线18以平面方式缠绕且须加热以使相临的导线部分通过熔化层互相联结的线圈。
即使在导线18的相临部分通过熔化层18c相互联结的状态下，导线18仍然包有绝缘层18b以防止导线18相临部分间发生短路。此外，当使用导电膏形成连接结构24时，由于导线外涂有绝缘层18b，因而可避免导线18相临部分间的短路问题。
在这个问题上，如果只通过使用熔化层18c就能够避免短路，则无须在铜芯18a上涂绝缘层18b。
在以平面方式缠绕导线18来形成平面线圈20之前对夹具26a和26b进行加热，便可通过熔化层18c使平面线圈20的相临部分相互联结。
此外，在通过旋转夹具26a、26b与核心块28来形成平面线圈20的过程中，如果在导线18上涂上有固定作用的黏合剂，则可以使用铜芯18a外仅有绝缘层18b的导线18来形成完整的平面线圈20。
在上述实施例的IC标签中，半导体元件14是在有空闲区域的平面线圈20形成后安装的。但是，也可以在使用半导体元件14本身的同时或使用保护半导体元件14外围的保护性框架30作为核心的同时来形成平面线圈20。
图6(a)和6(b)显示了该核心，保护性框架30附加在半导体元件14的外围。保护性框架30的厚度与半导体元件14的厚度基本相同，且中心处有一个孔来容纳半导体元件14。尽管本实施例中保护性框架30是圆形的，但并不局限于此，它还可以是矩形的或与半导体元件14轮廓相似。此外，只要有足够的强度保护半导体元件14,则可使用任何材料构成保护性框架30，如聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或铁氧体。
图7展示了使用外围受保护性框架30保护的半导体元件14作为核心形成平面线圈20的方法，核心被一对夹具26a、26b夹住，导线18以类似图4所示的方式平坦地缠绕在核心周围。
通过将导线18绕在其中的半导体元件14外围受保护性框架30保护的核心的周围，核心通过平面线圈20的收紧力量而固定住，从而形成其中的半导体元件14和平面线圈20成为一个整体的产品。如果导线18外有熔化层18c，通过加热半导体元件14与平面线圈20的组合更可加强其集成性，原因是平面线圈20与保护性框架30是通过熔化层联结的。
图8显示了一个IC标签，其形成方式是在容纳半导体元件14的核心外围缠绕导线18，然后使半导体元件14通过连接结构24与平面线圈20的接线端相连。
依据本方法，这样做的优点是，由于半导体元件14受保护性框架30保护，导线18的缠绕力量可以增加，从而进一步增强半导体元件14与平面线圈20间的集成性。本实施例中的IC标签不需要使用图1(b)中的承载膜22。
在这方面，如果半导体元件14本身有足够的硬度来承受缠绕导线18的力量，便可能通过直接在半导体元件14周围的平面上缠绕导线18来形成IC标签；这时半导体元件14独立作为核心，不受保护性框架30的保护。当半导体元件14用作核心时，导线可如图7所示的方式在半导体元件14外围缠绕导线18。
图9(a)和9(b)展示了在使用半导体元件14的同时在其外围缠绕导线18的另一种方法。依据本发明，可通过在缠绕导线18的同时为其提供有粘性的树脂材料来形成平面线圈20。如图9(a)所示，开始在半导体元件14周围缠绕导线18。夹具26a、26b的夹板表面上涂有膜42、42来防止树脂材料40粘在夹具26a、26b表面。从喷嘴41向导线18提供树脂材料40，在导线18被拉入旋转的夹具26a、26b间的缝隙时将树脂涂在其表面上。
在图9(b)中，在被围绕中心线旋转的夹具26a、26b夹住的同时，导线缠绕在半导体元件14的外围。半导体元件14与导线18通过涂在膜42与导线18外围之间的树脂材料40联结在一起。
图10和11分别是IC标签平面结构的剖面图和平面图，其中，半导体元件14通过连接结构24与平面线圈20的两端相连。
如图10所示，依据本实施例，IC标签包括用树脂材料40固定在半导体元件14周围的平面线圈20，其中半导体元件14的表面以及平面线圈20均用膜42覆盖起来。采用膜42、42是为了使夹具26a、26b的夹板表面保持原样，膜会留在生成的产品上，在本实施例中是贴在半导体元件14和平面线圈20上。其中一个膜42上会有通孔，用以露出半导体元件14的电极，电极通过通孔连接到连接结构24。当然，可在使用夹具26a、26b形成了平面线圈20之后将膜42、42取下，从而得到不覆盖膜42、42的IC标签。另外，在本实施例的方法中，保护性框架30可以附加在半导体元件14的外围并用作缠绕导线18的核心。
图12显示了易于附加在货物上的IC标签的结构。本实施例中的IC标签包括贴在平面线圈20上的承载膜22，它的外表面上有一个粘性层50a，且50a上覆盖有可揭开的膜50。通过以这种方式在承载膜22的另一个表面上提供粘性层50a，只要在使用时揭下膜50，便可轻松地将IC标签贴到要运送的物品上，从而更进一步增强了IC标签的方便性。
如上所述，依据本发明的IC标签及其生成方法，由于平面线圈20是通过以平面方式缠绕的导线18以及半导体元件14制成的，材料成本低，且生成过程简单，因而获得了成本极低的IC标签。由于平面线圈20是通过在半导体元件14外围缠绕导线18而形成的，因而很容易得到尺寸和厚度都很小的IC标签。
由于平面线圈是作为天线结构缠绕在半导体元件外围且如上所述构成它的导线的直径约等于或小于半导体元件的厚度，因而本发明提供的IC标签可以极薄。另外，由于通过紧密缠绕导线形成的平面线圈紧临半导体元件外围，因而可以得到尺寸极小的IC标签。依据本发明中生产IC标签的方法，IC标签就是通过缠绕导线形成的，因而IC标签的生产成本会比较低。
本领域普通技术人员应理解，上述说明涉及本发明的优选实施例，对其所做的各种更改和修正均不背离本发明的宗旨和范围。
权利要求
1．IC标签，包括含有涂有绝缘层的导线的平面线圈，该导线在平面内缠绕多次形成导线的螺旋环路，该平面线圈有相应的接线端部分且形成了由缠绕的导线围成的中央空闲区域；以及厚度与上述平面线圈厚度基本相同的半导体元件，位于上述平面中的中央空闲区域内，该半导体元件的电极与平面线圈相应的接线端部分电连。
2．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于半导体元件位于一个保护性框架中，该框架的厚度与上述半导体元件的厚度基本相同，且平面地位于平面线圈的中央空闲区域内。
3．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于半导体元件支撑在并粘贴在同样粘贴有上述平面线圈的粘性膜的一个表面上。
4．根据权利要求3所述的IC标签，其特征在于粘性膜在其两个表面上分别有第一和第二粘性层，上述平面线圈和半导体元件粘贴在第一粘性层上，第二粘性层上则覆盖有可揭开的膜。
5．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于使半导体元件位置固定的方法是在上述半导体元件外围与平面线圈内周边之间的缝隙中充满树脂。
6．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于上述半导体元件只靠平面线圈的收紧力量而支撑到位。
7．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于平面线圈的导线的缠绕方式是使导线的相临环路相互接触。
8．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于平面线圈的导线还涂有热熔化层来覆盖导线的上述绝缘层，从而使导线的相临环路间通过热熔化层彼此紧密连接。
9．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于导线的相临环路通过填充在导线各环路外表面之间缝隙中的树脂而彼此紧密连接。
10．根据权利要求1所述的IC标签，其特征在于半导体元件的电极通过由导电膏形成的连接结构与平面线圈的上述接线端部分电连。
11．IC标签的生产方法，包括如下步骤在平面上将涂有绝缘层的导线缠绕多次形成平面线圈，从而确定螺旋导线环路以及由上述缠绕的导线围成且其中可放置半导体元件的中央空闲区域；将支撑膜粘贴在上述平面线圈的一个表面，以便至少覆盖该中央空闲区域；将上述半导体元件放置在平面线圈的中央空闲区域中，以使上述半导体元件被支撑膜所支撑；以及使半导体元件与上述平面线圈电连。
12．根据权利要求11所述的方法，其特征在于将上述导线缠绕成使导线的相临环路间相互接触。
13．根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述支撑膜是在其两个表面上分别有第一和第二粘性层的粘性膜，上述半导体元件和平面线圈粘贴在第一粘性表面上，第二粘性层上则覆盖有可揭开的膜。
14．IC标签的生产方法，包括如下步骤使用一对平面夹具在厚度方向上夹住半导体元件；在上述半导体元件外围形成平面线圈，即在夹具夹住半导体元件的同时在夹具的缝隙中将涂有绝缘层的导线缠绕多次，以使导线的相临环路间相互接触；以及使半导体元件与平面线圈电连。
15．根据权利要求14所述的方法，其特征在于上述平面线圈的导线还涂有热熔化层来覆盖导线的上述绝缘层，从而使导线的相临环路间通过加热热熔化层紧密连接来形成平面线圈。
16．IC标签的生产方法，包括如下步骤使用一对平面夹具在厚度方向上夹住半导体元件和保护性框架，以使上述半导体元件被保护性框架包围起来；在上述保护性框架外围形成平面线圈，即在夹具夹住保护性框架的同时在夹具的缝隙中将涂有绝缘层的导线缠绕多次，以使导线的相临环路间相互接触；以及使半导体元件与平面线圈电连。
17．根据权利要求16所述的方法，其特征在于上述平面线圈的导线还涂有热熔化层来覆盖导线的上述绝缘层，从而使导线的相临环路间通过加热热熔化层紧密连接来形成平面线圈。
全文摘要
一种IC标签,包括由外面涂有绝缘层的导线在平面内缠绕多次而构成的平面线圈,该平面线圈有接线端部分并形成由缠绕的导线构成的中央空闲区域;还包括位于平面的中央空闲区域中的半导体元件,其厚度基本上等于或小于平面线圈的厚度,该半导体元件的电极与平面线圈的接线端部分相连。
文档编号B42D15/10GK1319824SQ01111308
公开日2001年10月31日 申请日期2001年3月9日 优先权日2000年3月10日
发明者樋口努 申请人:新光电气工业株式会社