用于制造包括发射机应答器的产品的方法

专利名称：用于制造包括发射机应答器的产品的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造包括发射机应答器的产品的方法，每个 发射机应答器包括结构模块和天线。结构模块包括阻抗匹配元件和芯 片上的集成电路。天线可电容性耦合到阻抗匹配元件，或者它可与阻 抗匹配元件进行欧姆接触。其中能集成有发射机应答器的产品通常是 封装材料、封装件或标签。
背景技术：
在RFID技术的采用中仍遗留的最大障碍是它的功能性和成本，尤 其是发射机应答器的成本和性能。这些应用是非常零碎的并且需要特 定应用的发射机应答器，但这明显增加了用于嵌体型发射机应答器的 生产成本，这是因为标签不能调整适于每个最终用途。
RFID市场发展目前处于计划开始大量生产的阶段。当采用大规模 生产时，消费者期望能获得超低成本的UHF发射机应答器。为实现此 目的，必须考虑发射机应答器的固定尺寸和新的制造方法。制造方法 必须考虑到每个封装件或标签厂商具有的确切终端产品和过程而设 计，这是因为对于不同的厂商，这些特征是不同的。
制造的基本成本来自下列部分原材料成本、天线制造成本、集 成电路(IC)装配成本、转换成本、总加工量和加工效率、每个所生 产的发射机应答器的劳动力需求和过程管理的复杂性以及设备成本。
为了满足业务增长的目标，生产过程必须不仅是成本有效和可靠 的而且还能够以每小时足够数目产品的速度生产标签和签条。产品必 须是大规模制作的。在巻到巻的生产中，这意味着机器的设置时间必须较短并且可实现高产量，这与要生产的产品无关。
因为尺寸需求或者因为所需的材料或RF性能，所以RFID标签供应 商需要灵活制造消费者特定的标签。由于RFID标签将从托盘等级转移 到箱体和物品等级，所以标签面临的新挑战是封装设计的限制、更 多种类中间材料的接近性以及封装件的再利用。将生产标签，以更适 于此目的。
零售供应链正面临继续开发消费者激励操作的压力。零售商期望 它们的生产商基于消费量来对商店货架进行补充。交货时间以小时， 而不是以天来计量。此压力目前正从生产商转移到封装和标签供应商， 以避免调节性库存储备的资本费用。此开发将不接受传统的从制造到 订单模式的操作。转换者将必须与他们的消费者结合并具有倾向的操 作。消费者的倾向性是前提。
迄今为止，在没有真正考虑总体价值链、最终产品的工艺流程、 材料的成本、可实现的产量以及总设备资本支出的情况下，已作出尝 试，主要通过开发各种类型的低成本结构模块制造概念并且最小化天 线尺寸，将与发射机应答器制造相关的成本减到最小。
通常认为集成电路在芯片上的装配是瓶颈并且是发射机应答器制 造中的最高成本因素。不幸地是，通过增加IC装配的每小时的量没有 解决发射机应答器制造的总体瓶颈和成本问题。而且，通常，通过部 分优化和忽略总体生产线，只是将最严重的问题推迟到生产线中的下 一步。这是现有技术的结构模块产品的情形。这种结构模块具有低品 质和低产量(包括那些低品质IC的所有IC都从晶片装配，并且在从晶 片中拾取时不对IC分类)，结构模块装配成最终嵌体是昂贵的，结构 模块装配过程是不可靠的，并且这些嵌体仍需进一步转换成标签，或 者如果有人想将它们集成到封装件中则仍需分配这些嵌体。另外，没 有前进到工业水平的工艺。
6计划以结构模块格式提供封装IC的所有IC供应商都将注意力集中
在结构模块尺寸的最小化上，以使结构模块尽可能的便宜(较少的结
构模块衬底消耗和较少的成本，ic装配中较高的封装密度)。成本节
省是有利润的，以这种方式，成本被转移到后续过程中。实际上，尺 寸最小化意味着，为保持结构模块尺寸更小，结构模块不包括任何共 轭匹配元件，这进而又意味着结构模块必须通过欧姆接触而连接到天 线。当天线结构包括匹配元件时，简单的条带将不再起天线的作用， 而是必须使用更先进和特定应用的天线结构。
在市场上有少许先进的发射机应答器。具有电容性耦合的小标签
天线和较大的升压器天线的发射机应答器的实例包括Tagsys Kernd标 签和KSW Taums双重天线标签。Tagsys Kernd标签意欲解决在物品等 级上加标签的问题。小的升压器标签应用于耦合到印刷在次级封装件 上的较大天线的主封装件。Taimis提供具有更好的较短范围读写性能的 标签。
执行IC装配的另一方式是以宽幅或者以短幅格式将IC直接装配在 发射机应答器的天线上。这里的问题在于IC在幅材上的封装密度相对 低，这减缓了拾取和放置以及最终粘合的操作。而且，为形成最终签 条，嵌体制造商必须首先在几个加工步骤中制造嵌体，然后标签转换 器必须将它转换成签条。因为不能对以很高速度运行的幅材执行电出 厂检查，所以这需要几次展开和再缠绕，降低了产量，需要昂贵的设 备并且降低了印刷线的每小时单元数。
出版物公开US5305008公开了一种发射机应答器系统。该系统包 括信号响应签条和询问器，该信号响应签条包括用于接收询问信号和 用于散布应答信号的第一天线、连接到该第一天线的阻抗、用于生成 该应答信号的装置以及用于根据应答信号改变连接到第一天线的阻抗 的装置，该询问器包括用于传递询问信号和用于接收应答信号的第二天线、连接到该第二天线并包括脉冲无线电频率能量发生器的发送器、用于将应答信号与所发送的信号分离的装置、连接到第二天线的接收器以及在接收器内用于检测和解码响应信号的装置。
出版物公开US6181287公开了一种用于引入识别装置中的RFID电路，该识别装置包括聚合物衬底，电路利用所述衬底形成或与所述衬底一体相连，由此所述衬底变为RFID电路的一个元件。该电路的实施例包括在反馈电路或电感电路中使用所述衬底的电阻来印刷或附接到所述衬底的相对侧的电路元件。

发明内容
本发明的新型生产方法具有许多优点。通过解决如何在制造主产品的同时以更加集成的方式制造RFID标签的问题，显著提高了UHFRFID发射机应答器制造的成本效率，其中标签被一体集成到该主产品中(例如封装件或智能签条)。利用本发明，无需制造诸如嵌体的中间产品。制造最终产品的公司能在制造整个智能签条或封装件的同时制造发射机应答器并使发射机应答器适于满足特定的应用需求。本发明还解决了如何在封装件和智能签条中以便宜又可靠的方式包括结构模块的问题，以及如何在无需考虑用于大天线面积的昂贵和复杂的导电墨水印刷的情况下利用IC装配和发射机应答器转换过程在线地制造真正低成本的天线。天线部件能集成在签条物料中，例如作为金属带。
由于标签制造直接集成在封装制造或转换过程中，并且由于将不需要另外蚀刻或印刷的金属天线以及PET/纸衬底，所以本发明能实现加工设备和材料成本的最小化。代替的是，仅仅使用低成本的金属箔带。它的成本可容易地仅为PET衬底上的蚀刻天线或者纸或PET衬底上的银印刷天线的成本的大约1/10。
其中一个关键的发现是如下事实能在无昂贵天线衬底和材料的情况下，利用超低成本的铝箔带或利用印刷天线带来制造UHF发射机应答器。这种发射机应答器仍是很高质量的，因为发射机应答器的所
有"智能"(即，共轭阻抗匹配、高质量的ic装配)都在很小尺寸的
结构模块中。较大尺寸的铝箔带仅用作RF能量收获天线元件，而不用作相对于IC的匹配元件。在现有技术的发射机应答器中，由于IC装配
在蚀刻或印刷的天线上，所以整个标签由昂贵材料制成。在完全不需要天线与结构模块之间的非常昂贵且不可靠的欧姆接触的情况下，结
构模块能以UHF频率电容性连接到天线带。
另一关键发明是如何在线将结构模块装配、结构模块在天线衬底上的布置以及天线制造在一个过程中合并起来。
当最终产品是智能签条时，使用所谓的"放大工艺(UPSCALINGPROCESS)"来将一行结构模块装配到一行金属箔带。在无额外处理成本以及在利用非昂贵技术方案的情况下，利用IC装配在线执行此放大。RFID票也能通过此方法制造。
当最终产品是封装件时，能将通过放大工艺制造的标签分配到封装件中。另一更可能的方式是将预先制造的组装结构模块分配并胶合到封装件中，并在结构模块之上或之下将铝箔层压到封装件上，以作为RF能量收获天线(远场天线)。
另一关键发现是，能以如下方式电设计结构模块，即，仅仅金属带用作天线并且它利用与结构模块的阻抗匹配元件电容性耦合来工作。结构模块装配工艺的成本因而大大降低。当在结构模块与天线之间不需要欧姆接触时，工艺明显变得更加简单，并且产品的质量变得更好，这是由于弯曲、温度或湿度应力等不改变结构模块与天线连接的阻抗，而如果结构模块和天线是通过导电路线而连接的，则弯曲、温度或湿度应力等会改变结构模块与天线连接的阻抗。结构模块的良好的电设计将确保一个结构模块和一个天线能在所有区域或在所有应用中工作。这种结构模块/天线装配容许巨大的安置上的变化。该技术还满足应为任何技术的前提的需求它可在工业规模下标准化，由于其功能，它给出高产量，具有以灵活方式按比例增加的能力，并且它可充分修改以满足多种应用的零碎的需求。另外，该技术与当前签条/封装件制造的基础设施和设备兼容。
制造方法基于巻到巻的操作。首先，将连续的阻抗匹配元件形成在幅材的表面上。阻抗匹配元件在芯片上的集成电路与天线之间形成共轭匹配。能够例如通过印刷、蚀刻、冲切、汽化、喷镀或者通过某些其它的附加技术在幅材的表面上制造阻抗匹配元件。阻抗匹配元件包括导电材料，诸如铜、铝或银。幅材通常是塑料幅材，诸如聚酯幅材。
在下一工艺阶段中，将芯片上的集成电路附接到每个阻抗匹配元件，从而形成结构模块。芯片能够是硅芯片或聚合物芯片。具有若干种将芯片附接到天线的方法，例如通过使用悍膏、各向同性的导电粘合剂或各向异性的导电粘合剂。粘合剂可以是薄膜粘合剂或者将被干燥和/或固化的流体粘合剂。目的是在阻抗匹配元件与芯片之间形成电连接。
在将阻抗匹配元件印刷在衬底上的同时，可以将聚合物芯片印刷在衬底上。从而，能在单一工艺步骤中在同一生产线上形成完整的结构模块。结构模块能电容性连接到天线，或者能通过使用例如导电胶形成欧姆接触。
在已形成包括阻抗匹配元件和芯片的结构模块之后，对结构模块进行测试。接下来，对幅材进行切割，使得各结构模块彼此分离，并移除不正常起作用的结构模块。将结构模块附接到产品衬底，该产品衬底可以为塑料幅材、纸幅材、纸板幅材或准备好的封装件。将各结构模块放在产品衬底的表面上，使得它们在衬底上的相互距离比它们在原幅材上的相互距离更长。将结构模块粘附或以某一其它方式附接到衬底。
将结构模块的阻抗匹配元件附接到天线，使得阻抗匹配元件和天线形成电容性接触或欧姆接触。就其材料和形状方面，天线是粗略生产的。形成欧姆接触也是可能的。例如，天线能为金属箔带，诸如铝箔。它可从金属箔中切出，或者它可例如通过从合适的原材料中轧制
(reducing)图案而制造成精确的尺寸，或者它可通过其它附加的天线制造方法制成。
天线带可以是具有9-18um厚度的铝箔。它能利用压敏粘合剂附接到纸衬底和结构模块之上。还能通过诸如柔版印刷(flexo)、丝网印刷或胶版印刷的任意合适印刷技术将天线带直接印刷在纸衬底上。还能在将结构模块附加到签条纸衬底上之前，在签条物料制造的同时，将天线带预先层压到签条物料上。天线带也能是预先制造的冲切坯料。然后在分配结构模块的相同工艺中分配该坯料。


现在将参照附图进行详细的描述，在附图中
图l显示从上方观看的可选的结构模块，
图2显示图1的放大视图，
图3显示了从上方观看的天线布局结构，
图4以透视图显示了测试系统，
图5-9显示了放大方法的原理，以及
图10和图11显示了可能的生产线的示意性侧视图。
具体实施例方式
集成在签条中的发射机应答器可包括例如下列元件纸衬底、包括位于芯片上的集成电路和阻抗匹配元件的结构模块以及天线带，即天线。纸衬底可具有50到80um的厚度并且它可涂覆有丙烯酸压敏粘合剂或热熔性粘合剂。结构模块的尺寸可以为例如5到20 mmX5到20mm。结构模块的衬底可由PET组成，但它也能是纸基的。当衬底是纸基的时，能通过柔版印刷、胶版印刷、丝网印刷或任意其它合适的印刷技术来印刷导体，例如阻抗匹配元件。正如所理解的，结构模块的尺寸和纸衬底的厚度当然能与上文所述的不同。
封装发射机应答器能用作上述的发射机应答器，或者封装表面能充当衬底。结构模块被分配并附接到衬底。在制造封装原材料的同时或者在分配结构模块的同时，天线带能层压到封装表面上。天线带也能被印刷，或者它能在封装原材料的制造期间被印刷。还能对天线带进行预先层压和冲切，然后分配到封装表面上。
本发明包括几个重要要素发射机应答器的结构、结构模块的电设计、结构模块的电测试、发射机应答器制造的集成签条类型、集成的封装发射机应答器生产过程、用于签条转换的不连续签条生产过程以及用于封装件制造的不连续生产过程。
发射机应答器包括签条结构或封装衬底、粘合剂、结构模块和导电带，即天线。签条衬底能由纸或合成膜组成。粘合剂可以是压敏粘合剂。结构模块的衬底通常是聚合材料。天线能为印制导体或者层压
金属箔或者例如铝或铜的带。
如果结构模块的阻抗匹配元件和天线电容性地耦合在一起，则由
于天线和结构模块不需要通过欧姆连接进行连接，所以能通过层压(不包括天线上的IC装配)来制造发射机应答器。发射机应答器结构的特征在于仅仅金属带用作天线，并且结构模块包含将IC和天线进行电匹配所需的所有的匹配元件。
还可能的是使用聚合物芯片来代替硅芯片。将聚合物芯片印刷在衬底上，同时还能印刷阻抗匹配元件。能通过使用半导体聚合材料印刷聚合物芯片。
结构模块以如下方式进行电设计，即，它不利用欧姆接触而是利 用条带形式的箔天线来起作用。结构模块还以能被认为是通用的方式 进行设计。而且容易将它集成在签条或封装衬底中。利用相同的结构
模块，通过相对于天线位置和ic位置来修改结构模块，能由同一结构
模块覆盖所有应用和频率范围，从而能够实现真正"按需"制造。
能通过接触或不接触的方法来进行结构模块的电测试。与测试相 结合，将那些不正常起作用的结构模块移除。
发射机应答器生产过程的集成签条类型包括结构模块的装配、 结构模块在纸或薄膜衬底上的层压、以及天线带在纸衬底和结构模块 之上的层压或印刷。结构模块和天线的顺序也可以是相反的。结构模 块被电容性耦合到天线。
集成封装发射机应答器的生产过程包括结构模块的装配、结构 模块在封装衬底上的层压、天线在封装衬底上的印刷或条带在封装衬 底上的层压、以及将条带切割成合适的电长度(如果需要的话)。同 样可能的是，首先将条带切割成合适的电长度，然后层压到封装衬底 上。
用于签条转换的不连续生产过程包括1)在单独的工艺中制造结 构模块，2)在制造用于签条料的原材料的同时，在与结构模块制造相 同的工艺步骤中或者在该步骤之前，将天线印刷到签条衬底/将条带层 压到签条衬底，3)印刷签条，以及4)将结构模块分配到签条衬底。而 且能以如下方式代替步骤2而进行，即，通过在步骤4 (结构模块的分 配)之前或之后层压金属带或者印刷和分配此"天线签条"，而在嵌 入天线带的地方制造坯料或印刷签条。用于封装件制造的不连续生产过程包括1)在单独的工艺中制造 结构模块，2)在制造用于封装件的原材料的同时，在与结构模块的制 造相同的工艺步骤中或者在该步骤之前，将天线印刷到签条衬底或将 带层压到签条衬底上，以及3)将结构模块装配在封装衬底上。而且，
代替步骤2，通过在步骤4 (将结构模块分配到封装衬底上)之前或之 后层压金属带或者印刷和分配此"天线签条"，可在嵌入天线带的地 方制造坯料或印刷签条。
要利用最低的总成本实现结构模块解决方案，基于此创新的有关 标签结构的关键问题是，要恰当地电设计该结构模块部件。必须满足
下列边界条件
-结构模块必须在其结构上包括足够的集总电感(阻抗匹配元件)， 该集总电感用作对于IC输入阻抗(电容)的阻抗匹配。此匹配元件必
须产生一宽频带响应。当此发生时，天线部件仅收获RF能量并且不需
要具有任何特定的几何形状，只要它的电长度接近所用的载波频率的 波长的一半即可。由此，层压或印刷的简单条带将是足够的。实际上，
在不同的结构模块设计中，天线带的宽可例如在5到20 mm之间，并且 这种天线带在UHF频带仍然良好运行。
-结构模块的电容板和天线产生足够高的电容，以便为分配到衬底 的结构模块提供充分的公差。电容板实现结构模块和天线的持久 (robust)对准。
-IC的装配在高质量工艺中执行，诸如倒装芯片。而且除了倒装芯 片夕卜，另一装配也能用于此创新中的IC(例如，Alien FSA、Matrics PICA、
基于其它聚合物衬底的结构模块等)。
由于良好的结构模块设计，在此"昂贵"部件不是总体发射机应 答器尺寸的大部分(例如仅为mo)的情况下，能够以非常小的结构模块尺寸构建高质量发射机应答器的所有元件(良好的ic装配、对于天
线的输入阻抗的恰当和宽频带的阻抗匹配、与天线元件相对准的持久 电容元件等)。这节省了大量成本，而不危及总体发射机应答器的性 能。上述的制造方法非常适合于所述的发射机应答器结构。
关于不同结构模块布局的示例在图l中示出。利用结构模块l的阻
抗匹配元件2与天线4 (虚线)的金属喷镀的大的重叠金属面积获得良 好的电容性耦合。芯片上的集成电路通过附图标记3表示。大的重叠金 属面积导致较少的损失并且在针对制造变动方面更加稳健。结构模块 布局(a)和(b)适于大部分应用。在可选方案(a)中，芯片3上的集成电路位 于天线金属喷镀之上。芯片3还能位于结构模块的衬底5的表面上，并 且电容耦合元件可在结构模块衬底的另一侧上。可选方案(c)适合于这 种不具有内部DC耦合电容器的芯片类型。在可选方案(d)和(e)中，阻抗 匹配元件2包括主线圈2a和次级线圈2b。感应线圈的尺寸能通过旋转芯 片而改变，如可选方案(d)和(e)中那样。接地焊盘设置在左手侧。在可 选方案(d)中仅激励较大的线圈。如果芯片顺时针旋转90度，则结构模 块的感应系数增加，因为次级线圈也将被激励。
图2中显示了与图1相关的放大图。在图2中，芯片3图示为透明的， 以便显示凸块12，通过凸块12，电连接形成在阻抗匹配元件2与芯片3 之间。图2a显示了与图l中所示的可选方案(a)、 (b)或(c)结合使用的可能 连接。芯片3包括四个凸块12，在这四个凸块12中，两个是闲置的，而 另两个在阻抗匹配元件2与芯片3之间形成连接。
图2b对应于图l中的可选方案(d)。芯片3包括两个凸块12，通过凸 块12，电连接形成在阻抗匹配元件2的主线圈2a与芯片3之间。
图2c对应于图l中的可选方案(e)。芯片3包括两个凸块12，通过凸 块12，电连接形成在阻抗匹配元件2的次级线圈2b与芯片3之间。正如从图2b和图2c中能看到的，仅通过旋转芯片3就可容易地改变 产品。因此，上述系统是形成灵活和快速的制造方法中的重要部分。
可能的是具有更多的线圈，而不是只有主线圈和次级线圈。通过 与上文所述相同的原理激励每个线圈。
阻抗匹配元件与结构模块之间的电容性耦合基于下文的公式。从 公式中我们能看到，天线与结构模块之间的电容越高，它在天线与结 构模块之间产生的阻抗(=损失)越小，从而影响发射机应答器的性 能。
结构模块的电容("strap"表示结构模块)
(1)
"呻~
e =衬底介电常数 八=结构模块的面积 D二中间电介质厚度
结构模块的电抗
(2)
Wrap
IC、组件和带的阻抗
(3)
&%=集成电路的电阻 ^柳=集成电路的电抗
A。mt二组件的电阻^;^=组件的电抗 &一=结构模块的电阻
^自P =结构模块的电抗
通过实际试验，已发现在900MHz下，100pF将超过足够的电容， 但即使50pF在实践中也是足够的。
这等于1.7欧姆的电抗。在50nm的电介质厚度的情况下，大约IO mmX10mm的面积将给出此50pF值。在可能变为工业标准(目前大IC 供应商使用的)的4mmX9mm的结构模块尺寸的情况下，将需要12u m的结构模块衬底。
结构模块还能层压在天线带上。在这种情形中，在天线与结构模 块之间提供几微米的压敏粘合剂或热熔性粘合剂。在这种情形下，电 容元件能够相当小。
执行环境测试，包括在85'C温度和85X湿度下的168小时测试以及 温度在-4(TC与8(TC之间变化的测试循环。在基于结构模块的发射机应 答器与正常工业标准的直接倒装芯片加工标签之间没有检测到差别。
结构模块的感应系数需要以如下方式进行选择，即，它将与IC的 电容谐振。通常使用复共轭阻抗匹配。在公式(3)中，电抗彼此抵消。 纯电阻阻抗能容易地与纯电阻天线阻抗相匹配。对于半波偶极，天线 阻抗能为例如70欧姆。也能为结构模块设计另一操作点。阻抗操作点 将取决于IC前端结构，而且取决于最终用途的天线设计。
可能的天线布局结构在图3中显示。天线需要以如下方式设计，艮P， 在最终应用中，它将以期望频率谐振。然后电抗接近于零。如果天线 附接在诸如塑料的高失谐材料上，则天线的物理长度可明显小于半个 波长。在布局(a)中，天线4是标准的偶极天线。谐振频率能与带长调谐。
17如果需要将物理尺寸减到最小，则应当使用天线布局(b)、 (c)或(d)。在 布局(b)中使用曲折线。在布局(c)中偶极尖端被弯曲。在布局(d)中使用 环形天线。
一个重要的工序是电测试。需要在生产中测试结构模块的质量。 能使用不接触或接触测试。直接接触测试适于没有耦合元件的非常小 的结构模块。无接触的方法最适于具有附加匹配元件的结构模块。功 能测试需要在将IC附接在结构模块生产线中之后且在将结构模块附接 到天线之前执行。
测试系统在图4中示出。该测试系统包括RFID读取器8或测试器和 天线IO。该系统还包括衬底6和着地平面7。读取器8通过天线10向结构 模块l的芯片发送指令。结构模块与测试天线之间的耦合是非常重要 的。利用微带线能得到良好的耦合，在签条中，该微带线以与天线相 同的方式起作用。标准的两面的PCB能用作测试器天线。微带线需要合 适地端接到端点9以便获得从读取器到结构模块的良好的功率传递，反 之亦然。微带线天线电容性耦合到结构模块幅材。
接下来，将描述用于制造基于签条的发射机应答器的完整过程。 RFID制造中的关键问题是设备(=优选在一个运转中准备好的整个签 条产品，原材料是用于天线的天线带或导电墨水、芯片上的集成电路 以及具有粘合剂的纸)的集成水平、生产的模块化以及放大工艺的使
用，即增加连续的结构模块之间的距离，以将阻抗匹配元件和天线结 合到一起。
如上所述，用于制造的关键加工成本是由集成电路(IC)的装配 导致的。因此必须在考虑IC装配及其局限性的情况下设计每个预加工 和后加工。利用结构模块概念和模块化的生产线，能够以低成本的结 构模块装配和转换使IC装配线的可用性最优化(小的结构模块一高封 装密度和IC线的高生产量)。当结构模块幅材上的IC布置和IC密度相同时，与所生产的发射机应答器无关，在产品型号改变时都无需执行 机器设置。
放大涉及下列工艺
以彼此具有特定横向距离(此距离与平行发射机应答器幅材中的 准备好的发射机应答器之间的横向距离相同)的方式制造结构模块。
图4到图7显示了结构模块之间IC组装密度的差别或者以最终发射机应 答器天线尺寸直接装配IC的情形下的IC组装密度的差别。在此示例中， 在结构模块幅材上具有8倍以上的IC。
将一片结构模块(一片包括一个结构模块行，在此情形中，8件) 在真空辊上冲切并转移到涂覆有粘合剂，例如压敏粘合剂的纸或另一 衬底上。测试结构模块是否正常工作，并且如果它们不起作用，则将 它们移除，而不转移到衬底。(结构模块的片所层压的)衬底上的成 片的结构模块之间的距离将通过真空辊与衬底之间的速度差限定，结 构模块的片层压在该衬底上。
图5显示了结构模块幅材。加工方向(MD)和横向(CD)通过箭 头显示。图5显示了正常的发射机应答器幅材。人们一眼就能看到，结 构模块幅材的封装密度高于正常的发射机应答器。
图6示出了放大的思想。将结构模块ll的行转移到另一衬底上。因 此，连续的结构模块之间的距离增加。也可以进行放大工艺，使得加 工方向的距离和横向距离都增加(见图9)。
图8显示了在图7中所示的情形之后的下一步骤。天线带4层压在结 构模块1上，从而形成发射机应答器的构造。
因此，放大涉及将片的结构模块之间的加工方向(MD)距离从最 初距离增加。换言之，当连续的阻抗匹配元件形成在幅材的表面上时，阻抗匹配元件彼此之间具有第一距离，而当它们彼此分离并附接到表 面幅材时，它们具有第二距离，该第二距离大于第一距离。实际上，
在放大之后，结构模块片的MD距离是发射机应答器之间的距离。
放大能生产特定和复杂(沿MD的长距离)的大型发射机应答器， 例如行李标签，因为它们必须很长(低的IC的封装密度、昂贵的天线， 原因在于其体积大)，所以利用现有技术制造是非常昂贵的。
通过上述技术，图5、 7和9中所示的放大技术还能用于RFID票的 生产。RFID票指的是包括发射机应答器的票。发射机应答器包括衬底、 天线以及芯片上的集成电路。芯片可以是硅片或聚合物芯片。
发射机应答器通常是高频发射机应答器。发射机应答器通过使用 放大方法被分配到第一幅材上并通过粘合剂附接到该第一幅材。加工 方向和横向的距离都能增加。在将发射机应答器分配到第一幅材上之 后，将第二幅材附接到发射机应答器的相对侧。从而，形成包括发射 机应答器的票幅材。还有一种可能是，省略第二幅材，并将发射机应 答器仅附接到第一幅材。在这种情形下，第一幅材优选为可在附接发 射机应答器之前被印刷的纸或纸板幅材，最后，切割票幅材，从而形 成单独的RFID票，或者，将票幅材缠绕成巻或扇状褶铍。当将票幅材 缠绕成巻或扇状褶皱时，在各票之间可能具有穿孔，以便有助于将票 分开。
能预先印刷第一和第二幅材，或者在将发射机应答器放在第一和 第二幅材之间后印刷它们。
放大之后的下一步骤是将箔带天线层压在衬底和结构模块之上。 也能印刷天线带。涂覆于衬底的粘合剂将天线(结构模块也这样胶合) 附接到衬底上。见图5到图8。200680055299.4
此后，对发射机应答器进行冲切和电检査。在天线带的层压或印 刷之后，还能进行另外的层压、印刷或其它制造步骤。
还能调节结构模块沿加工方向和横向的距离。此情形在图9中示 出。图9a显示了包括阻抗匹配元件2的幅材20。在图9b中，芯片上的集 成电路附接到阻抗匹配元件，从而形成结构模块l。在图9c中，幅材20 切分成多个幅材21。在图9d中，幅材21的距离(横向)被制造得更长。 在图9e中，结构模块1与幅材21分开并附接到签条22。天线4也已附接到 签条22。
图10显示了用于智能签条的一个可能工艺。阻抗匹配元件幅材IOI 包括一个接一个的阻抗匹配元件，该阻抗匹配元件位于从巻102展开的 幅材的表面上。用于将芯片上的集成电路附接到阻抗匹配元件的粘合 剂被分配在粘合剂单元103中。粘合剂能例如是各向异性的导电粘合 剂。芯片在芯片附接单元104中附接到阻抗匹配元件。粘合剂在固化单 元105中被固化。因而，形成包括连续结构模块的结构模块幅材107。 结构模块幅材107在测试单元106中进行针对结构模块功能的测试。在 测试单元106之后，有一个缓冲器108，其平衡生产线左侧与右侧之间 的可能速度差。在缓冲器108之后，有一个切分单元109。
表面幅材112从巻1U展开。表面幅材112能例如是纸幅材。表面幅 材112能被印刷或者是空白的。天线带，即天线在印刷单元113中形成。 另一可选方案是将导电箔带附接到表面幅材112。之后，在热熔性粘合 单元114中，将热熔性粘合剂选择性地(仅仅是在由于被施加而涂覆有 粘合剂的结构模块所在的区域)应用到表面幅材112的表面上。
在分配单元110中，将各个结构模块附接到表面幅材112的表面， 在分配单元110中，连续的结构模块彼此分开，S卩，结构模块幅材107 被切成单独的结构模块。同时，对结构模块进行测试并将差的模块移 除。背幅材116从巻115展开。背幅材116能例如是释放内衬。在热熔性
21粘合单元117中，将热熔性粘合剂施加到背幅材116的表面上。可替代 地，在热熔性粘合单元114中将热熔性粘合剂施加到表面幅材112的整 个区域是可能的。在这种情况下，能省去热熔性粘合单元U7。表面幅 材112和背幅材116在层压辊隙118中层压在一起，形成智能签条幅材 119。在冲切单元120中，将智能签条119冲切成单独的智能签条。各个 智能签条位于背幅材116的表面上，即，在释放内衬的表面上。将废料 幅材121缠绕在巻122上。
在切分单元123中，将背幅材116的表面上的准备好的签条沿加工 方向彼此分开。准备好的签条行进通过主牵拉单元124并到达测试发射 机应答器功能的测试器125。在生产线的末端具有印刷单元126，例如 喷墨印刷单元，用于印刷签条。最后，将表面上印刷有签条的背幅材 116缠绕到巻127。
本领域的技术人员容易认识到生产线的某些元件能够调换。例如， 能调换背幅材116和表面幅材112。还明显的是，能以转移层压成型工
艺代替热熔性粘合单元。
天线带的层压还能在结构模块的层压之前进行，或者能使用预先 印刷的材料(预先印刷的签条面，预先印刷的天线带)。
另一可能性是购买天线带已在签条料的生产期间被层压的签条 料。可如上文对图10的描述中所述地进行该工艺，但能省略印刷单元 113 (或天线带应用单元)。
图ll显示了用于智能签条的另一可能生产线。除了省去了生产线 的开始部分之外，该生产线与图10中的相同。在这种情形中，结构模 块幅材107已在另一生产线上被制造并缠绕到巻130。结构模块幅材107 从巻130展开并被直接导向切分单元109。
22在下文中，将描述用于封装发射机应答器的生产过程。在封装发 射机应答器的生产过程中，同样关键的是，改进生产的集成水平(无 需使用嵌体)并且使用电容连接的结构模块和金属带天线概念。
该过程可例如如下进行从巻展开结构模块幅材，每个结构模块 包括芯片上的集成电路。之后对结构模块进行不接触测试。除非已具 有例如压敏粘合剂，否则对结构模块幅材涂覆粘合剂。将结构模块幅 材分成单独的结构模块，并且将这些结构模块分配在封装衬底上。然 而，不分配那些没通过测试的模块。
将金属带幅材从巻展开。除非已经设有粘合剂，否则对金属带幅 材涂覆粘合剂。将带层压在封装件之上并切割成恰当的电长度。另一 可选方案是将带印刷在封装材料上。最后，对准备好的发射机应答器 进行功能测试。在结构模块的层压之前进行天线带的层压也是可能的。
另一可能性是购买天线带已在原材料的生产期间层压的成箱材 料。在这种情形中，该工艺可如下进行
从巻展开结构模块幅材，每个结构模块包括芯片上的集成电路。 除非已设有粘合剂，否则对结构模块幅材涂覆粘合剂。将结构模块幅 材分成单独的结构模块，并且将这些结构模块分配在封装衬底上。然
而，不分配那些没通过测试的模块。可在施加于成箱材料上之前或之 后，将带切割成恰当的电长度。在生产线的末端，对发射机应答器进 行功能测试。
在下文中，将描述用于签条转换的不连续生产过程。不连续过程 意指结构模块以与将结构模块装配到和将带天线制造到封装件上不同
的过程生产。利用与上述过程中相似的设备生产结构模块。该过程可 例如以下列方式进行将包括位于幅材表面上的一个接一个的阻抗匹配元件的幅材从巻 展开。接下来，将芯片上的集成电路装配到幅材上。对幅材涂覆粘合 剂并将释放内衬层压在幅材上。之后对幅材进行切分。在随后的步骤 中，以不接触的方式对结构模块进行测试，并对那些不正常起作用的 结构模块进行标记。将幅材缠绕到巻。
在一独立的生产线中，将幅材展开并切割成单独的结构模块。将 正常起作用的单独结构模块附接到表面幅材。将天线带层压到签条衬 底上并切割成恰当的电长度，或者印刷天线带。之后，对发射机应答 器进行电测试，并对那些不正常起作用的发射机应答器进行标记。
天线带的层压或印刷也可在结构模块的分配之前进行。还能使用 预先印刷的材料(预先印刷的签条面，预先印刷的天线带)。还能使 用这样的标签料，即，在签条料的生产期间，已预先将天线带层压在 该签条料中。
在下文中，将公开用于制造封装件的不连续过程。该不连续过程 意指结构模块以与结构模块装配和签条转换不同的过程中被生产。利 用与上述过程中相似的设备生产结构模块。该过程以与用于签条转换 的不连续生产过程几乎相同的方式进行，但是用封装表面代替表面幅 材。
天线带的层压或印刷也可在结构模块的分配之前进行。还能使用 预先印刷的材料(预先印刷的签条面，预先印刷的天线带)。还能使 用这样的签条料，S卩，在签条料的生产期间，已预先将天线带层压在 该签条料中。
在提及将金属带切割成恰当电长度的所有上述过程中，能通过正 常冲切或通过穿孔或利用切割刀具执行该切割。当标签的电长度能在 加工期间在线调节时，由于天线的电长度限定标签在其中起作用的中间材料，所以标签能在其生产的恰好末端针对特定应用大规模被制造。 在生产标签的现有技术方法中，在天线制造或印刷时，确定标签的电 长度以及由此确定其中标签起作用的应用。此新的创新方式能实现按 需生产，且没有对预定且精制的材料上的高投资。
此外，生产设备上的投资较低，尤其是购买和分配结构模块以及 使用天线带。
在两种不连续过程中，粘合剂的涂覆和释放内衬在结构模块上的
层压也能在将IC装配到结构模块之前进行。在这种情况下，将IC装配 到PSA结构模块上。
特别是在不连续签条或封装件生产中，还能使用预先制造的层压 和冲切的天线带签条。因此这将意味着结构模块和天线带部件都是PSA 型的，并且结构模块和天线带部件在封装件或签条的制造期间都被分 配在签条或封装衬底之上。
权利要求
1. 一种用于制造包括发射机应答器的产品的方法，包括以下步骤引入幅材(107)，所述幅材在其表面上包括连续的结构模块(1)，所述结构模块包括阻抗匹配元件(2)和电连接到所述阻抗匹配元件(2)的集成电路(3)，并且所述结构模块(1)彼此之间具有第一距离，以将连续的所述结构模块(1)彼此分开的方式切割所述幅材(107)，将所述结构模块(1)附接到产品衬底，并且连续的所述结构模块(1)彼此之间具有第二距离，所述第二距离比所述第一距离更长，以及将所述阻抗匹配元件(2)附接到天线(4)，所述阻抗匹配元件(2)和所述天线(4)形成电连接。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述幅材(107)包括 沿所述幅材(107)的横向彼此相邻的所述结构模块(1)，并且所述结构模 块(l)彼此之间具有第一横向距离，并且所述方法包括以下步骤以将彼此相邻的所述结构模块(l)彼此分开的方式切割所述幅材 (107)，以及将所述结构模块(l)附接到产品衬底，并且所述结构模块(l)彼此之 间具有第二横向距离，所述第二横向距离比所述第一横向距离更长。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述电连接是电容连接。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述电连接是欧姆连接。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述阻 抗匹配元件(2)是蚀刻或印刷的。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述集 成电路(3)位于硅芯片上，并且所述芯片通过各向异性导电粘合剂而被附接到所述阻抗匹配元件(2)。
7. 根据前述权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于所述集成电路(3)位于聚合物芯片上，所述聚合物芯片与所述阻抗匹配元 件(2)—起被印刷，以便形成结构模块(l)。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括所述聚合物芯 片的所述结构模块(1)电容性地连接到所述天线(4)。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括所述聚合物芯片的所述结构模块(1)通过欧姆接触而连接到所述天线(4)，所述欧姆接 触通过导电胶形成。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述天线(4)通过导电墨水被印刷。
11.根据前述权利要求l-9中任一项所述的方法，其特征在于所述天线(4)由金属箔制成。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述芯片上的所述集成电路(3)经由若干凸块(12)附接到所述阻抗匹配元件， 并且所述阻抗匹配元件(2)包括线圈(2a， 2b)，所述线圈能通过将所述凸 块(12)附接到所选出的线圈而选择性地被激励。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述 芯片上的所述集成电路(3)经由至少两个凸块(12)附接到所述阻抗匹配 元件(2)，并且所述阻抗匹配元件(2)包括主线圈(2a)和次级线圈(2b)，当 凸块(12)附接到所述主线圈(2a)时，所述主线圈(2a)被激励，而当凸块(12)附接到所述次级线圈(2b)时，所述次级线圈(2b)被激励。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在将所述芯片附接到同一生产线上之前，所述阻抗匹配元件(2)形成在所述 幅材的表面上。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于测试所述结构模 块(l)是否正常工作，并且在附接到所述产品衬底之前，将不起作用的 结构模块(l)移除。
16. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述产品衬底是 幅材形式的。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造包括发射机应答器的产品的方法。所述方法包括以下步骤引入幅材(107)，该幅材在其表面上包括连续的结构模块(1)，该结构模块包括阻抗匹配元件(2)和电连接到该阻抗匹配元件(2)的集成电路(3)，并且所述结构模块(1)彼此之间具有第一距离；以将连续的所述结构模块(1)彼此分开的方式切割所述幅材(107)；将所述结构模块(1)附接到产品衬底，并且连续的所述结构模块(1)彼此之间具有第二距离，该第二距离比第一距离更长；以及将所述阻抗匹配元件(2)附接到天线(4)，所述阻抗匹配元件(2)和天线(4)形成电连接。
文档编号G06K19/077GK101501709SQ200680055299
公开日2009年8月5日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者亚尔科·米耶蒂宁, 尤哈·伊科宁, 拉里·屈特莱, 海基·阿霍卡斯, 马尔科·汉希科皮, 马蒂·里塔迈基 申请人:康菲德斯合股公司