内置RFIC封装的树脂成型体 |
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| 申请号 | CN201590000681.X | 申请日 | 2015-04-23 | 公开(公告)号 | CN207037707U | 公开(公告)日 | 2018-02-23 |
| 申请人 | 株式会社村田制作所; | 发明人 | 加藤登; 今西浩之; | ||||
| 摘要 | 内置RFIC封装的 树脂 成型体(10)内置金属 制芯 材(14)以及与其连接的RFIC元件(16)，并实施嵌入成型。RFIC元件(16)具有内置线圈导体的陶瓷制多层 基板 以及安装在多层基板的安装面上的RFIC芯片。RFIC芯片通过 纳米粒子 接合或 超 声波 接合与线圈导体连接。此外，线圈导体通过 磁场 耦合方式与芯材(14)耦合。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内置RFIC封装的树脂成型体，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 内置RFIC封装的树脂成型体技术领域[0001] 本实用新型涉及一种内置RFIC(Radio Frequency Integration Circuit：无线射频电路)封装的树脂成型体，尤其是涉及将金属制芯材以及与其连接的RFIC封装进行嵌入成型的内置RFIC封装的树脂成型体。 [0002] 本实用新型还涉及制造此种内置RFIC封装的树脂成型体的制造方法。 背景技术[0003] 由于ABS类树脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)的强度高且表面光泽性优异，所以其正被广泛用作玩具等的构成构件。但是，例如专利文献1所示，为了获得表面光泽性优异的ABS类树脂成型体，必须将成型时的温度设为高温(例如200℃以上)。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1:日本专利特开平8-120031号公报实用新型内容 [0007] 实用新型所要解决的技术问题 [0008] 另一方面，还有在玩具等的构成构件中埋设RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)标签，想要使玩具具有RFID功能的尝试。一般，RFID标签会经由Sn类焊料等导电性接合材料，将RFIC芯片安装到具有天线的基材上。因此，难以将这种一般的RFID标签内置到如ABS类树脂这样需要较高成型温度的树脂的成型体中。用来将RFIC芯片安装到基材上的Sn类焊料恐怕会在成型时发生熔融。 [0009] 此处，对于连接天线与RFIC芯片，还考虑了使用例如Au凸点这样耐热性较高的接合材料进行连接或者通过具有耐热性的金属相互的物理性接触来进行连接等。但是，嵌入成型时，不仅是热量，还会施加来自流动的树脂的压力，因此还是容易在连接部发生断线。尤其是，为了改善通信特性而增大天线的尺寸时，天线与RFIC芯片的连接部容易因树脂的温度和流动压力而发生断线。 [0010] 因此，本实用新型的主要目的在于，提供一种能够维持天线与RFIC芯片的连接的可靠性且改善通信特性的内置RFIC封装的树脂成型体及其制造方法。 [0011] 解决技术问题所采用的技术方案 [0012] 本实用新型所涉及的内置RFIC封装的树脂成型体，具有：嵌入成型的树脂成型体；金属制芯材，该金属制芯材内置在树脂成型体中；以及RFIC 封装，该RFIC封装内置在树脂成型体中，且与芯材连接，RFIC封装具有内置线圈导体的耐热性基板，以及设置在耐热性基板上的RFIC芯片，线圈导体经由磁场耦合与芯材连接。 [0014] 进一步优选地，RFIC芯片具有第1输入输出端子和第2输入输出端子，该第1输入输出端子和第2输入输出端子利用至少各表面以Au为主成分的金属材料形成，线圈导体的一端和另一端与设置在耐热性基板的安装面上、并且利用至少各表面以Au为主成分的金属材料形成的第1端子电极和第2 端子电极相连接，第1输入输出端子和第2输入输出端子通过Ag纳米粒子接合或Au超声波接合分别与第1端子电极和第2端子电极相连接。 [0015] 优选地，树脂成型体为ABS类树脂，在200℃以上的温度下实施嵌入成型。 [0016] 优选地，RFIC封装包含将RFIC芯片进行密封的密封树脂。 [0017] 优选地，芯材具有其一部分大致为C字状的小直径环状部，线圈导体经由磁场耦合与小直径环状部连接。 [0018] 进一步优选地，芯材还具有第1延伸部，该第1延伸部从小直径环状部的两端相互靠近，平行地延伸。 [0019] 更优选地，树脂成型体呈人偶状，第1延伸部设置在人偶的头部附近。 [0020] 优选地，芯材还具有：第1骨架部，该第1骨架部具有与小直径环状部的一端连接的一端；第2骨架部，该第2骨架部具有与小直径环状部的另一端连接的一端；以及第2延伸部，该第2延伸部从第1骨架部的另一端和第2骨架部的另一端相互靠近，平行地延伸。 [0022] 本实用新型所涉及的内置RFIC封装的树脂成型体的制造方法包括：加工工序，该加工工序对金属制芯材进行加工；安装工序，该安装工序将具有内置线圈导体的耐热性基板和设置在耐热性基板上的RFIC芯片的RFIC 封装安装在芯材上，使线圈导体经由磁场耦合与芯材连接；以及制成工序，该制成工序通过嵌入成型制成至少内置芯材和RFIC封装的一部分的树脂成型体。 [0023] 实用新型效果 [0024] 在高温下实施嵌入成型，并且树脂为实施成型而流动时，将与RFIC芯片连接的线圈导体内置在耐热性基板上，然后经由磁场使线圈导体与芯材耦合。由此，能够将嵌入成型的金属制芯材用作发射元件，能扩大通信距离等，改善通信特性，并且即使在高温且树脂流动的状态下，也能够维持线圈导体与芯材之间的连接可靠性。 附图说明[0026] 图1是示出本实施例的内置RFIC封装的树脂成型体的一例的平面图。 [0027] 图2是示出适用于本实施例的芯材的平面图。 [0028] 图3(A)是示出构成芯材的大直径环状部的平面图，图3(B)是示出构成芯材的狭缝部的平面图，图3(C)是示出构成芯材的小直径环状部的平面图。 [0029] 图4(A)是示出从斜上方观察适用于本实施例的RFIC芯片的状态的立体图，图4(B)是示出RFIC芯片的A-A剖面的剖面图。 [0030] 图5是示出本实施例的等效电路以及流过的电流的路径的一例的示意图。 [0031] 图6是示出本实施例的等效电路的一部分以及流动在其中的电流的路径的另一例的示意图。 [0032] 图7是示出本实施例的内置RFIC封装的树脂成型体的制造工序的一部分的示意图。 [0033] 图8是示出本实施例的内置RFIC封装的树脂成型体的制造工序的另一部分的示意图。 [0034] 图9是示出将RFIC封装安装至芯材上的工序的一例的示意图。 [0035] 图10是示出将RFIC封装安装至芯材上的工序的另一例的示意图。 [0036] 图11是示出本实施例的内置RFIC封装的树脂成型体的制造工序的其他部分的示意图。 [0037] 图12是示出适用于其他实施例的芯材以及RFIC封装的一例的平面图。 [0038] 图13(A)是示出形成芯材的大直径环状部的平面图，图13(B)是示出构成芯材的狭缝部的平面图，图13(C)是示出构成芯材的小直径环状部的平面图，图13(D)是示出构成芯材的电容形成部的平面图。 [0039] 图14是示出其他实施例的等效电路以及流过的电流的路径的一例的示意图。 [0040] 图15是示出其他实施例的线圈导体与芯材的位置关系的一例的示意图。 [0041] 图16是示出其他实施例的线圈导体与芯材的磁场耦合状态的一例的示意图。 [0042] 图17是示出其他实施例的等效电路以及流过的电流的路径的一例的示意图。 [0043] 图18是示出适用于另外的实施例的芯材的平面图。 [0044] 图19是示出适用于其他实施例的芯材的平面图。 具体实施方式[0045] 参照图1，本实施例的内置RFIC封装的树脂成型体10包含在200℃以上的温度下嵌入成型的树脂成型体12。树脂成型体12呈具有头部、躯干部、手部、脚部的人偶，形成为环状的金属制芯材14以及与芯材14连接的RFIC 封装16内置在树脂成型体12中。 [0046] 作为构成树脂成型体12的树脂，优选耐热性和表面光泽性优异的ABS 类树脂。此外，作为ABS类树脂，能利用块状聚合的树脂、乳化聚合的树脂、悬浮聚合的树脂等任意的ABS类树脂。根据ABS类树脂的特性，通过在较高温度下成型且快速冷却，能够改善树脂成型体12的表面光泽性。 [0047] 金属制芯材用于树脂成型体的安装和确保强度，并在构成可动部时用于确保可动部的可动性。 [0048] 参照图2以及图3(A)～图3(C)，芯材14由单个的连续线状金属图案构成，具有大直径环状部14lg、狭缝部(第1延伸部)14sl1以及小直径环状部14sm。 [0049] 大直径环状部14lg具有比小直径环状部14sm的外径尺寸更大的外径尺寸，小直径环状部14sm设置在大直径环状部14lg的内侧。大直径环状部14lg埋入人偶中，描绘出人偶的骨架。大直径环状部14lg的两端设置在人偶的头部。从人偶的正面观察，小直径环状部14sm大致描绘出C字状，并以其两端配置在人偶的头部侧的状态埋入人偶的胸部。 [0050] 狭缝部14sl1由相互靠近，平行地延伸的线状导体LC1a和LC1b形成。线状导体LC1a将小直径环状部14sm的一端与大直径环状部14lg的一端相互连接，线状导体LC1b将小直径环状部14sm的另一端与大直径环状部14lg 的另一端相互连接。 [0051] 参照图4(A)和图4(B)，RFIC封装16呈长方体，由内置线圈导体16cl的陶瓷制多层基板(耐热性基板)16bs以及安装在多层基板16bs的安装面(上表面)且与线圈导体16cl连接的RFIC芯片16cp构成。另外，此处，RFIC芯片16cp为用于HF频带RFID系统的IC芯片，以13.56MHz 的高频信号作为通信频率(载波频率)。 [0052] 多层基板16bs是对嵌入成型时的热量具有耐热性的耐热性基板，此处，其为将具有绝缘性的多个LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics，低温共烧陶瓷)层进行层叠而成的层叠体。线圈导体16cl是经由层间连接导体将多个环状导体连接而成的层叠型线圈，其由以Ag或Cu等为主成分的金属材料构成，并与LTCC同时烧成。RFIC芯片16cp通过Ag纳米粒子接合或Au超声波接合与设置在多层基板16bs的安装面上的第1、第2端子电极连接，并与线圈导体16cl连接。 [0053] 更具体而言，RFIC芯片16cp是在硅基板上形成有存储器电路或RF电路的半导体元件，并具有各表面实施过镀金处理的第1输入输出端子TM1 和第2输入输出端子TM2。另一方面，在多层基板16bs的安装面上设有与线圈导体16cl的一端连接的第1连接盘(第1端子电极)LD1以及与线圈导体16cl的另一端连接的第2连接盘(第2端子电极)LD2。第1连接盘 LD1和第2连接盘LD2由以Ag或Cu为主成分的金属材料构成，与LTCC同时烧成，其表面也实施了镀金处理。 [0054] 第1输入输出端子TM1和第2输入输出端子TM2通过Ag纳米粒子接合或Au超声波接合分别与第1连接盘LD1和第2连接盘LD2连接。因此，第 1输入输出端子TM1与第1连接盘LD1形成一体，第2输入输出端子TM2 与第2连接盘LD2形成一体。另外，实施了Ag纳米粒子接合时，在接合部分Au与Ag会实现合金化。 [0055] 如此，多层基板16bs以陶瓷为母材，并且RFIC芯片16cp通过Ag纳米粒子接合或Au超声波接合与多层基板16bs连接，因此能够改善RFIC封装16的耐热性，可承受至RFIC芯片16cp的耐热温度。 [0056] 另外，使用环氧树脂等耐热性高的密封树脂16rs，将RFIC芯片16cp 密封。因此，RFIC芯片16cp得到机械性保护，或者确保RFIC封装16的操作性。但是，由于RFIC芯片16cp自身的耐热性高，所以也可不使用密封树脂16rs。 [0057] 回到图1，RFIC封装16设置在构成芯材14的小直径环状部14sm的内侧。小直径环状部14sm沿着从线圈导体16cl的卷绕轴方向观察时出现的 RFIC封装16的外缘延伸。设置在RFIC封装16上的线圈导体16cl的中心轴与小直径环状部14sm的中心轴一致，线圈导体16cl的直径与小直径环形部14sm的直径大致相等。其结果是，线圈导体16cl经由磁场与芯材14 的小直径环状部14sm耦合。 [0058] 此处，并非通过直流而是通过磁场将芯材14与RFIC封装16连接。也就是说，使线圈导体与芯材的小直径环状部磁场耦合。因此，从RFIC芯片流至线圈导体的信号电流会作为感应电流导入芯线。而且，由于芯材的大直径环状部的外形尺寸大于线圈导体的外形尺寸，所以在芯线的大直径环状部中信号电流以大圈旋转，其结果是，通信距离增大。此外，由于并非经由导电性接合材料将RFIC封装直接连接至芯材，所以即使线圈导体与小直径环状部的位置关系略有偏差，也不会对特性造成大的影响，能够确保芯材14与RFIC封装16之间的连接可靠性(尤其是相对于成型时的温度和树脂流动的可靠性)。 [0059] 此外，通过形成狭缝部14sl1，利用磁场耦合流过芯材14的电流的密度会在狭缝部14sl1附近增大。也就是说，通过将狭缝部连接至小直径环状部，能够使芯材中产生的磁通分布具有指向性。如本例所示，通过将该狭缝部14sl1配置在人偶的头部附近，更进一步地说，通过使狭缝部14sl1 的延伸方向朝向头部，能够对头部附近提供较大的指向性。 [0060] 内置RFIC封装的树脂成型体10的等效电路如图5所示。RFIC芯片16cp 的两端分别与电感器L1的两端连接。电感器L1通过磁场耦合方式与电感器L2耦合。电感器L2的一端与电容器C1的一端及电感器L3的一端连接，电感器L2的另一端与电容器C1的另一端及电感器L3的另一端连接。此处，电感器L1是线圈导体16cl的电感分量，电感器L2是小直径环状部14sm 的电感分量，电感器L3是大直径环状部14lg的电感分量。此外，电容器 C1主要是狭缝部14sl1的电容分量。 [0061] 如上所述，通过经由狭缝部14sl1使大直径环状部14lg与小直径环状部14sm连接，狭缝部14sl1和大直径环状部14lg会作为发射体发挥作用，从而大大地延长通信距离。此外，如上所述，流过芯材14的电流的密度通过狭缝部14sl1而增大，因此能够使从芯材14中产生的磁通分布具有指向性。并且，通过示出线圈导体16cl和小直径环状部14sm具有上述位置及尺寸关系，能够增大RFIC芯片16cp与小直径环状部14sm的磁耦合度，由此也可延长通信距离。 [0062] 另外，由电感器L2、L3以及电容器C1构成的第2谐振电路的谐振频率与由RFIC芯片16cp本身具有的电容器分量和电感器L1构成的第1谐振电路产生的谐振频率差别较大时(例如为2倍以上的频率)，各谐振电路中会以实线或虚线箭头所示的要点流动交流电流。此时，电容器C1为寄生电容。相对于此，若第2谐振电路的谐振频率位于接近第1谐振电路的谐振频率的频率(例如相对于第1谐振电路的谐振频率13.56MHz在±1MHz 以下)的范围内，则第2谐振电路中会以图6中实线或虚线所示的要点流动交流电流。与将LC并联电路的谐振频率调整至13.56MHz时相比，能够进一步延长通信距离。因此，优选第1谐振电路与第2谐振电路的谐振频率几乎相同。另外，为了调整谐振频率等，各谐振电路中还可附加其他电感器和电容器。 [0063] 内置RFIC封装的树脂成型体10按照下述要点制成。首先，通过对由不锈钢等金属材料构成的箍状材料HP1实施冲孔加工，制成多个芯材14、 14、…(参照图7)。所制成的多个芯材14、14、…经由连结部CN1、CN1、…被支承于冲孔加工后残存的浇道部RN1。 [0064] 接着，在形成各个芯材14、14、…的小直径环状部14sm的内侧安装 RFIC封装16(参照图8)。 [0065] 详细地说，准备具有比小直径环状部14sm的直径大的直径的双面胶带 TP1，将RFIC封装16的下表面粘贴在双面胶带TP1的上表面的中央(参照图9上部)。接着，将双面胶带TP1的下表面的端部附近粘贴在小直径环状部14sm的上表面(参照图9下部)。 [0066] 或者准备具有比小直径环状部14sm的直径大的直径的单面胶带TP2，将单面胶带TP2的上表面的端部附近粘贴在小直径环状部14sm的下表面 (参照图10上部)。接着，将RFIC封装16的下表面粘贴在单面胶带TP2 的上表面的中央(参照图10下部)。 [0067] 这样将RFIC封装16安装至芯材14后，通过在温度为200℃以上嵌入成型，制成树脂成型体12(参照图11)。双面胶带TP1或单面胶带TP2会因嵌入成型时的高温而消失。箍状材料HP1的连结部CN1和浇道部RN1作为冷却树脂成型体12时的散热材料发挥作用，从而改善树脂成型体12的表面光泽性。冷却后从箍状材料HP1的连结部CN1切断芯材14、14、…，获得多个内置RFIC封装的树脂成型体10、10、…。 [0068] 另外，根据图7，通过对箍状材料HP1的冲孔加工制成芯材14。但是，也可通过对金属制线材的弯曲加工以及焊接加工，制成芯材14。 [0069] 从上述说明可知，通过在内置金属制芯材14以及与其连接的RFIC封装16的状态下实施嵌入成型，制成内置RFIC封装的树脂成型体10。RFIC 封装16具有内置线圈导体16cl的陶瓷制多层基板16bs以及安装在多层基板16bs上的RFIC芯片16cp。此处，RFIC芯片16cp通过Ag纳米粒子接合或Au超声波接合与线圈导体16cl连接。此外，线圈导体16cl以磁场耦合方式与芯材14耦合。 [0070] 在200℃以上、甚至250℃以上的高温下实施嵌入成型并且在树脂为了成型而流动时，线圈导体16cl内置在陶瓷制多层基板16bs中，RFIC芯片 16cp通过纳米粒子耦合或超声波接合与线圈导体16cl连接，而且线圈导体 16cl以磁场耦合方式与芯材14耦合。因此，能够维持RFIC芯片16cp与线圈导体16cl之间的电连接以及线圈导体16cl与芯材14之间的磁连接的可靠性。 [0071] 参照图12和图13(A)～图13(D)，在其他实施例中，采用芯材14a 代替芯材14。芯材14a具有第1骨架部14fr1、第2骨架部14fr2、狭缝部 (第1延伸部)14sl1、小直径环状部14sm以及狭缝部(第2延伸部)14sl2。 [0072] 第1骨架部14fr1和第2骨架部14fr2与图3(A)所示的在大直径环状部14lg的一部分形成切口的结构一致。也就是说，从大直径环状部14lg 的一端至切口的部分相当于第1骨架部14fr1，从大直径环状部14lg的另一端至切口的部分相当于第2骨架部14fr2。 [0073] 狭缝部14sl2由相互靠近，蜿蜒前进的线状导体LC2a和LC2b形成。线状导体LC2a的一端与第1骨架部14fr1的切口侧端部连接，线状导体LC2a的另一端为开放端。此外，线状导体LC2b的一端与第2骨架部14fr2 的切口侧端部连接，线状导体LC2b的另一端为开放端。 [0074] 采用此种芯材14a时，内置RFIC封装的树脂成型体10的等效电路构成为如图14所示。 [0075] 通过磁场耦合方式与电感器L1耦合的电感器L2的一端与电感器L3的一端及电容器C1的一端连接。电感器L3的另一端与电容器C2的一端连接，电容器C2的另一端与电容器C1的另一端及电感器L2的另一端连接。 [0076] 此处，电感器L2为小直径环状部14sm的电感分量，电感器L3为第2 骨架部14fr2的电感分量。此外，电容器C1为狭缝部14sl1的电容分量，电容器C2为狭缝部14sl2的电容分量。电容器C2的电容调整为由电感器 L1～L2和电容器C1、C2构成的电路以13.56MHz谐振。其结果是，在该电路上按照实线或虚线箭头所示的要点流动交流电流，能够进一步增大通信距离。另外，电容器C1为寄生电容。 [0077] 另外，上述实施例中假设了HF频带RFID系统，但本实用新型当然也能够适用于UHF频带RFID系统。 [0078] 参照图15和图16，在其他实施例中，RFIC芯片16cp以UHF频带(例如900MHz频带)的高频信号作为通信频带时，采用芯材14b代替芯材14。芯材14b形成为两端开放的带状，RFIC封装16安装在芯材14b上，使俯视时线圈导体16cl的一部分与芯材14b重合(更详细地说，俯视时线圈导体 16cl描绘出的矩形环的一边沿芯材14b的宽度方向中央延伸)。此时，内置RFIC封装的树脂成型体10的等效电路构成为如图17所示。本实施例中，芯材14b也作为天线发挥作用，通过芯材14b发射从RFIC芯片16cp输出的高频信号。 [0079] 另外，根据图1所示的内置RFIC封装的树脂成型体10，芯材14埋入人偶，使大直径环状部14lg的一部分沿着人偶的手部、躯干部以及脚部延伸，并且大直径环状部14lg的另一部分到达人偶的头部。但是，也可如图 18所示，将芯材14c埋入人偶，使大直径环状部的一部分仅沿人偶的躯干延伸，并且大直径环状部的另一部分到达人偶的头部。此外，也可如图19 所示，将芯材14d埋入人偶，使大直径环状部仅沿人偶的躯干延伸。 [0080] 此外，树脂成型体的外观形状也不仅限于人偶状。例如也可以是动物形状，也可为汽车形状或飞机形状。只要金属制芯材的至少一部分埋设在树脂成型体中即可，能够形成任意形状。 [0081] 成型用树脂也并不限定于ABS树脂，能够使用各种热固性树脂、热塑性树脂。 [0082] RFIC封装并不限定于将RFIC芯片安装在内置线圈导体的陶瓷基板的表面上并对该RFIC芯片实施树脂密封的方式。例如，也可采用将RFIC芯片埋设在内置线圈导体的耐热性树脂基板的方式。即使此时，线圈导体与 RFIC芯片的连接部分也优选采用Ag纳米粒子接合或Au超声波接合等耐热性优异的接合方式。RFIC封装也并非必须将其完全内置在树脂成型体中。 [0083] 标号说明 [0084] 10…内置RFIC封装的树脂成型体 [0085] 14、14a～14d…芯材 [0086] 14lg…大直径环状部 [0087] 14sm…小直径环状部 [0088] 14fr1…第1骨架部 [0089] 14fr2…第2骨架部 [0090] 14sl1…狭缝部(第1延伸部) [0091] 14sl2…狭缝部(第2延伸部) [0092] 16…RFIC封装 [0093] 16cl…线圈导体 [0094] 16bs…多层基板(耐热性基板) [0095] 16cp…RFIC芯片 [0096] 16rs…密封树脂 [0097] TM1…第1输入输出端子 [0098] TM2…第2输入输出端子 [0099] LD1…第1连接盘(第1端子电极) LD2…第2连接盘(第2端子电极) 。 |
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