CN101627400B - 连接天线到应答器芯片和相应的嵌件基底的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于制造射频(RF)嵌件的方法和设备。该RF嵌件包括集成电路和附着到承载该集成电路的基底材料的天线。在处理过程中,形成天线的金属丝部分位于与集成电路相邻但不直接在其上面以使得金属丝可以进行进一步的处理,例如去除绝缘层而不会潜在地损坏集成电路。在随后的处理步骤中,金属丝末端布置为接触并固定到集成电路端子区域。本发明的方法包括以金属丝末端形成环,其中该环在基底平面上面延伸,并且在另一处理步骤中,该环被位移以电连接到端子区域。该方法还包括再定位金属丝并利用刷或者梳装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造射频(RF)嵌件的方法和设备以及得到的嵌件,更具体地,涉及一种用于制造高频RF装置的方法和设备,该高频RF装置包括集成电路和附着到基底材料的天线。
背景技术
RF嵌件(inlay)一般被理解为一起结合在一些类型的基底上的集成电路和天线。典型地,嵌件被进一步处理以获得最终的产品。进一步处理可以包括增加额外的外层材料例如塑料以获得卡片状装置。其它修整技术可以形成嵌件为各种最终形态,其取决于产品的最终应用。
通常,集成电路通过天线依靠射频通信电感耦合到一个或多个查询装置或者读取器。集成电路或者芯片包含用于执行各种任务的信息。一种类型的信息是与RF装置的所有者或者用户有关的识别信息。在这种情形中,RF装置还可以称作射频识别(RFID)装置。并不是所有的RF装置都必须包含有关用户的身份的信息,一些RF装置包含除了用户身份之外的信息。
最终形式的RF嵌件用于各种场合。例如,RF嵌件用于制造安全访问装置(RFID装置)或者可以用于其它可以包括或者不包括用户的识别的场合,包括但不限于访问计算机或者计算机网络和数据库、公共交通通行证、收费路段通行证、贩卖机付款装置、银行借记卡和/或信用卡以及通行证。考虑到对于RF装置的各种不断扩展的终端用户应用,其有时还被称为“智能卡”。一些识别应用,例如通行证,现在利用RFID嵌件或者RFID预层合物(prelam)(已经进行层合处理的应答器)以存储识别数据并允许有效且快速地转发用于适当的政府机构处理的识别数据。识别数据可以包括生物学数据,例如通行证所有者的指纹和/或照片以及识别所有者的信息。
存在用于制造RF嵌件的各种方法。在一些方法中,一层或者多层基底以各种步骤包括热和/或冷层合进行处理。芯片和天线子组件结合到一层或多层中,并且这些层通过胶粘剂结合在一起或者通过软化塑料层并通过压力将这些层结合在一起。在其它方法中,金属丝(wire)以天线的形式附着到或者嵌入到基底中,并且天线线圈(coil)的相对端附着到集成电路(IC或者芯片)的端子或者芯片模块的端子区域。在此使用的术语“芯片模块”包括附着到具有扩大的端子区域的引线框架的集成电路。芯片的端子区域通过直径在20-28微米数量级的非常小且精致的金属丝或者通过导电胶粘剂例如在倒装芯片(flipchip)的情形中连接到引线框架的扩大的端子区域。芯片和到引线框架的端子区域的电连接被包在环氧树脂层中进行防护。芯片/芯片模块和形成天线的金属丝线圈的组合物或者子组件有时称作应答器。形成天线的金属丝可以通过利用超声波金属丝嵌入技术完全或者部分地嵌入在基底中,其为本领域技术人员所理解。芯片/芯片模块可以通过将其布置在基底表面上或者通过将其布置在形成在基底中的凹陷中而固定到基底。可以使用或者不使用胶粘剂以贴附芯片/芯片模块到基底。金属丝线圈的末端可以几乎在金属丝嵌入到基底的同时结合或者连接到芯片或者芯片模块的端子区域,或者该结合可以在单独或者随后的制造步骤中进行。
名义上,在金属丝超声波嵌入在基底中的场合,用于制造RF嵌件的金属丝直径,包括外部绝缘层,为110-120微米。当形成天线的金属丝线圈紧密地定位并可以接触时,金属丝被进行绝缘以防止天线的短路。绝缘层典型地由聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺、聚酯酰亚胺及类似化合物制成。与更细或者更小直径的金属丝相比,更粗或者更大直径的金属丝更易处理并且典型地当电感耦合到读取器时提供更大的读取范围。更大直径的金属丝还可以更加结实并易于从RF装置拆除而不损害应答器的完整性或操作和功能性。应答器的潜在的拆除和再使用产生许多安全和私密问题。例如,如果合法的应答器子组件(芯片/芯片模块和天线)可以从一个通行证拆除并布置在另一非法通行证上,就产生实质性的安全问题。
有许多专利公开了用于制造RF装置包括制造嵌件的各种装置和方法。例如,美国专利No.6,698,089和6,233,818公开了制造RF装置的方法,其中至少一个芯片和一个天线附着到芯片安装板或者基底上。形成天线的金属丝通过利用超声波发生器而嵌入到基底中。作为在这些专利的每一个中公开的金属丝嵌入处理的一部分,绝缘天线金属丝首先固定到基底。然后绝缘金属丝被直接导引到RFID芯片的端子区域上并远离RFID芯片的端子区域并在芯片的相反侧面上从第一嵌入位置嵌入到基底以直线地对准在两固定位置之间并直接跨过端子区域的金属丝。接着,通过在从芯片和端子区域间隔开的位置将绝缘金属丝嵌入到基底中,形成天线,该天线形成为具有特定数量的圈数的金属丝。天线金属丝然后被导引到RFID芯片的另一端子区域上面并最终嵌入在相反侧面上以将金属丝的第二末端直接跨过芯片的另一端子区域进行锚定。金属丝被切割并且嵌入头(或者嵌入工具)移动到基底上的第二应答器位置以重复相同的处理。在下一生产阶段,直接在RFID芯片的端子区域上面通过的金属丝部分通过热压结合互连到端子区域。或者,金属丝可以如所述地嵌入并且芯片随后被定位在预定凹陷中,在该凹陷处芯片端子将接触先前固定的金属丝。金属丝的末端然后将通过热压结合而结合到芯片的端子区域。美国专利6,088,230描述了一种可替代的方法,其中金属丝的第一末端定位为接触芯片或者芯片模块的第一端子区域并且结合到第一端子区域,然后嵌入工具将金属丝嵌入到基底中以形成天线,然后金属丝定位在芯片或者芯片模块的第二端子区域上面,在那里金属丝结合到端子区域。
尽管在这些参考文献中公开的发明可以足以用于意在的目的,但是,对于制造用于各种应用包括但不限于非接触型智能卡以及其它安全访问装置的RF嵌件的改进方法,仍然存在需求。
关于用于提高存储在结合在应答器内的集成电路上的信息的安全性,期望提高防止不法侵入(fraud)。例如,对于电子通行证装置,期望禁止从合法有效的通行证拆除应答器以使得拆除的应答器不能用于第二个非法通行证。在这点上,本发明可以利用小直径的金属丝,例如60微米的金属丝直径或者更小。通过利用更细的金属丝,从既有产品例如通行证成功拆除芯片和天线组件的能力被实质性降低,因为天线和/或其到芯片或者芯片模块的连接将可能在试图拆除时遭到破坏。但是,利用更细的金属丝同样在金属丝和芯片端子之间的结合上具有更大的重要性。当使用更细的金属丝时,结合处理中的瑕疵或者缺陷会导致薄弱和/或有缺陷的结合。
对于提供具有提高的寿命和耐用性的RF和RFID装置同样存在需求。限制这样的装置的使用寿命的一个因素是天线金属丝和芯片之间的电连接品质。提高电连接或者结合的结构稳定性将必然延长应答器的寿命。
在这点上,另一个问题是由于在结合位置的杂质随着时间会发生不期望的氧化。例如,在金属丝上的绝缘材料或者作为将绝缘金属丝结合到芯片或者引线框架端子区域的处理的一部分产生的绝缘材料的副产物会在结合位置形成杂质。更具体地,如前所述,用于形成天线的金属丝通常包括外部绝缘或者覆层。在典型的制造处理过程中,天线金属丝通过高能热压结合技术结合到端子区域或者结合垫。该技术包括通过热结合头施加高压电弧,其引起绝缘层的去除,并同时产生电连接金属丝到指定端子的定位焊接。如果所有的绝缘层没有从金属丝去除,剩下的绝缘层会降低电结合的质量以及因此降低电连接的质量。此外,从高温结合处理形成的绝缘材料的副产品会俘获在结合部内并会导致结合部随着时间氧化或者恶化。现有的金属丝嵌入技术不允许绝缘层的精确定位去除,因为在处理中由于嵌入的金属丝与端子区域非常接近可能损坏芯片或者芯片模块。实际上,如前所述,作为金属丝嵌入处理的一部分,现有技术将金属丝直接放置在芯片的端子区域的顶部上。此外,与如果金属丝没有绝缘层相比,热结合处理需要使用更高的电压以便完成绝缘层的去除以及将金属丝结合到端子区域二者。结果,热结合头必须更加频繁地更换,从而增大制造成本,包括更换头的同时降低了生产能力。而且,即使完全去除了绝缘层,副产品或者残余物,例如氢氰酸或者其它的化合物,会留在结合位置。相信的是,这些残余物残的一个或更多会随着时间被氧化从而进一步降级结合位置的质量并潜在地缩短应答器的寿命。
因此,本发明的一个目的是提供一种用于制造RF和RFID嵌件的方法和设备,其中可以通过利用相对细的金属丝天线的金属丝防止非法使用。制造最小尺寸的天线金属丝使得拆除天线更困难,因为在试图的拆除过程中,金属丝更易于破坏或者损坏。
本发明的又另一目的是延长RF和RFID装置的寿命,其中天线和芯片结合垫之间的电结合的质量通过在结合之前从金属丝去除绝缘层而得以提高,其还使得可以使用更细的天线金属丝。
本发明的又再一目的是提供一种生产RF或者RFID嵌件的方法和设备,其中已知的生产设备可以用于制造嵌件,从而确保本发明的嵌件仍可以结合到现有的自动化制造工艺中。
发明内容
根据本发明,提供一种用于制造RF嵌件或者类似装置的方法和设备。在本发明的一个方面,会涉及制造嵌件的方法。在本发明的另一方面,会涉及用于制造嵌件的设备或者加工设备。在本发明的又另一方面,会涉及用于制造RF嵌件的设备,包括各种子组件,也就是,生产RF嵌件的各种设备部件。在再一方面,本发明会涉及通过所述方法或者设备生产所产生的嵌件装置。
根据用于制造嵌件的设备,一个或多个金属丝嵌入头,或者其也可称为超声波焊极,用于将天线线圈部分地或者完全嵌入基底中。嵌入头可以将金属丝形成几乎任何图案,包括形成天线线圈。基底可以接受一个或多个天线。单根天线可以对应单个嵌件或者两个或者更多的天线可以定位为彼此紧靠并对应单个嵌件。在后者的情形中,多根天线可以连接到公共的芯片/芯片模块或者连接到不同的芯片/芯片模块并独立工作。如果多个嵌入头被使用,嵌入头可以联合运动或者独立运动。当完成将金属丝嵌入在每个应答器位置上时,金属丝被切割,并且要么嵌入头移动到下一位置,要么基底相对嵌入头运动到新的应答器靠近嵌入头定位的位置。典型地,在任何金属丝被嵌入到基底中之前,芯片或者芯片模块布置在基底上或者布置在形成在基底中的凹陷中。但是,在本发明中,芯片或者芯片模块可以在金属丝嵌入处理之后或者期间布置就位。
本发明提供如前面指出的现有技术专利或者其它已知现有技术中所述的将金属丝嵌入基底中的可替代的方法。不同于将金属丝嵌入在RFID芯片或者芯片模块的端子区域的一个侧面上,将金属丝导引为直接在端子区域上面,然后将绝缘金属丝嵌入到端子区域的相反侧面上的基底中,从而形成天线,然后定位绝缘金属丝直接在RFID芯片的第二端子区域上面,并将其再次嵌入,建议的是,嵌入和结合处理开始于金属丝邻近芯片或者芯片模块的端子区域并从其偏移,并且金属丝不在端子区域上面通过。再者,金属丝嵌入到基底中以形成天线,金属丝的两末端部分形成天线,并不嵌入在基底中。两末端部分与芯片或者芯片模块的端子相邻定位并从其横向偏移。在一个实施例中,金属丝的这些末端部分的全部长度没有固定到基底。在第二步骤中,在形成天线之后,金属丝的末端部分移动到在芯片或者芯片模块的端子区域上面的位置或者与该端子区域接触。金属丝末端并不与端子区域接触直到天线完全形成之后,并且不进行结合直到天线完全形成。
在本发明的第二实施例中,金属丝的第一长度段嵌入在基底中,金属丝的第一长度段的开始部分延伸出基底。金属丝的该第一长度段与芯片或者芯片模块的端子区域相邻地定位并从其横向偏移。金属丝的下一连续长度段并不嵌入在基底内而是布置在基底上面。金属丝的再下一长度段嵌入到基底内以形成天线。然后,所述下一连续长度段沿着基底定位但不嵌入。最后,一金属丝长度段嵌入在基底内,金属丝的该长度段的最后部分延伸出基底。金属丝的最后两长度段与芯片或者芯片模块的端子区域相邻地定位并从其偏移。从端子区域横向偏移的金属丝长度段然后再定位的以使得金属丝的那些长度段的部分定位在芯片或者芯片模块的端子区域上面或者与之接触。金属丝的这些长度段并不与端子区域接触直到天线完全形成之后。
在第三实施例中,金属丝的第一末端附着到或者嵌入在基底中一段相对短的距离,大致0.5-1.0厘米,尽管该长度可以改变。然后,超声换能器优选地关闭并且嵌入头升高一定距离远离基底表面。因为金属丝的先前的长度段固定到基底,随着嵌入头的升高,金属丝的进一步或者第二长度段从金属丝供应源拉出。嵌入头然后平行于基底平面移动,从而使得更多的金属丝从金属丝供应源拉出。然后,头降低到接近基底的位置。超声换能器打开,金属丝的进一步的长度嵌入在基底中。作为关闭超声换能器以及嵌入头继续移动的动作的结果,一部分金属丝并不固定到或者嵌入在基底中而是形成在基底平面上面延伸的金属丝环或者桥。金属丝的该环形成在从芯片或者芯片模块的端子区域横向偏移的位置,术语“横向偏移”由基底平面进行限定。优选地,金属丝环垂直于基底平面形成,但是这并不是本发明必需的。固定金属丝或者嵌入金属丝在基底中的处理继续以使得天线形成在基底上或者基底中,然后金属丝的第二环或桥类似地形成在基底上的第二位置,典型地但非必须地在从金属丝的第一环的芯片或者芯片模块的相对侧上。在形成两金属丝环的处理中,该环形成在从端子区域和芯片偏移或者间隔开的位置,因此环的部分都不定位在芯片或者端子区域的任何部分上面或者与之接触。
在随后的处理步骤中,沿着金属丝环的一部分封装天线金属丝的绝缘材料的一部分被去除。更具体地,在第四实施例中,使用激光将绝缘层沿着金属丝的环部分的离散长度段从金属丝剥离。绝缘层已经从环剥离的位置是将与端子区域进行电接触并将结合到端子区域的区域。如前所述,环从端子区域偏移或者间隔开以使得环不直接定位在芯片或者芯片模块的端子区域上面或者与之接触。该定位允许激光聚焦在金属丝环上以从环去除绝缘层的离散部分而不穿透或者损坏端子区域或者芯片自身。如果金属丝环直接定位在芯片或者芯片模块的端子区域上面、与之接触甚至非常靠近,激光会损坏端子区域从而破坏将金属丝结合到端子区域的能力,或者使得形成不良的结合,或者其会直接损坏芯片自身。
在随后的处理步骤中,该设备包括金属丝位移工具,其用于将环位移就位以使得其可以结合到指定的端子区域。在本发明的优选的实施例中,一对钳或者叉子形状的部件用于接合金属丝环并位移和再形成环以使得金属丝环的至少一部分直接定心在芯片或者芯片模块的端子区域或者端子区域将最终定位在的区域或者场所上面或者与之接触。在另一优选实施例中,替代移动或者接合环的叉形部件,可以提供其它装置来定位环接触端子区域,例如通过刷或者梳装置。替代形成环,同样可以想到的是,位于与端子区域相邻的金属丝的长度段可以仅仅是例如位于基底顶部上的金属丝长度,其并不固定到或者嵌入在基底中,然后通过叉形部件或者其它装置,包括但不限于刷、梳或者甚至人工地位移到端子区域上面。金属丝的每个长度段的一端可以不附着到基底,从而允许金属丝的每个长度段仅仅移动到金属丝将附着到的与相应的端子区域接触的位置。
在根据本发明的方法和设备的进一步的处理步骤中,提供结合部件,其电连接定位在端子区域上面或者与该端子区域接触的金属丝长度段或金属丝环到指定的端子区域。并不进行结合直到天线完全形成。
应当认识到,这些处理步骤可以全发生在单个位置或者可以发生在多个位置。例如,单个头部件可以包括超声波嵌入工具、再定位金属丝长度段在端子区域之上或者与之接触的工具、激光器和结合工具。或者,这些工具可以定位在两个或者更多的单独的头上或者每个定位在单独的工具头上。又再者,对于这些处理步骤的一些或者全部,基底可以移动到不同位置,而工具保持不动。
各种其它特征和优点将从浏览下面结合附图的详细描述而变得明显。
附图说明
图1是用于制造RF和/或RFID嵌件的加工设备的局部透视图;
图2是RF或者RFID嵌件的一部分的放大平面图,其特别示出定位在基底上的芯片模块,以及与芯片模块相邻的天线线圈的相对末端的布置;
图3是示出固定到芯片模块的端子区域的天线线圈的相对末端的另一放大的平面图;
图4是图2的嵌件的放大局部透视图,其示出芯片模块和包括天线线圈的相对末端部分的天线线圈,该天线线圈在所述末端附着到端子区域之前构型为环状;
图5是图3的放大局部透视图,其示出嵌件,其中天线线圈的相对末端部分固定到芯片模块的端子区域;
图6是示出用于制造RF和/或RFID嵌件的加工设备的工作部件,并特别示出(i)用于固定天线线圈到基底的嵌入工具和(ii)用于从绝缘金属丝去除绝缘层的激光器以及(iii)用于在结合到端子区域之前位移天线金属丝环的金属丝位移工具的示意性视图;
图7和8是嵌入工具的示意性视图,其示出天线线圈的相对末端与芯片模块相邻地定位的顺序;
图9是示出用于制造RF和/或RFID嵌件的另一加工步骤的另一示意性视图,其中激光用于从形成天线线圈的绝缘金属丝去除绝缘材料;
图10是示出已经从绝缘金属丝上的指定位置剥离了绝缘材料的激光器的很好地放大的立面图;
图11是示出剥离绝缘材料的激光束的位置以及激光的空间定向以防止对芯片模块的损坏的平面图;
图12是在接合金属丝环之前的金属丝位移工具的局部透视图;
图13是沿着图12的线13-13剖开的放大的端视图,其示出钳组件之一以及其关于待接合的金属丝环之一的定向;
图14是金属丝位移工具的立面图,其中该工具已经降低并且钳组件的下表面布置为与基底的上表面接触;
图15是类似于图13的放大的端视图,但是示出在图14的降低的位置中的钳组件并示出钳组件的后侧或者相对侧;
图16是示出在金属丝环已经接合并通过钳组件的移动而位移之后的金属丝位移工具的透视图;
图17是在图16所示的工具位置中的金属丝位移工具的立面图;
图18是示出在环已经位移之后从金属丝环脱离的钳组件的透视图;以及
图19是热结合头的示意性视图,该热结合头在芯片或者芯片模块的天线金属丝和端子区域之间产生热压结合并且在金属丝部分上的裸露导体和各自的端子区域之间产生电连接;
图20是嵌入工具例如超声波焊极的示意性视图,其中,一定长度的剩余金属丝在金属丝布置在RF装置中完成之后从已经先前进行切割的毛细管末端延伸;
图21是在升高位置的嵌入工具的示意性视图,其中与图20的情形相比额外长度的金属丝从工具进行配送;
图22是另一RF或者RFID嵌件的一部分的放大平面图,其中,相邻芯片模块布置的天线线圈的相对末端并不形成为环,而是角向延伸,但仍从端子区域偏移或者间隔开;
图23示出通过刷或者梳将角向延伸部位移到端子区域上面以使得延伸部然后可以热结合到端子区域。
应当认识到,尽管在前面描述的图形中示出的是芯片模块,但是芯片可以用于替代芯片模块(或者反之亦然),而不超出本发明的范围。此外,在图1-23中所示的金属丝是绝缘的,除非另有说明。但是,应当认识到,如果小心避免产生短路,本发明也可以使用未绝缘化的金属丝。在这种情形中,可以省略去除绝缘层的步骤。
具体实施方式
图1示出用于制造RF和/或RFID嵌件的加工装置或者机器10的一个实施例。机器10可总体上描述为包括动力驱动组12、柔性通信总线14和到该机器的工作部件的动力源,其中柔性通信总线14从计算机处理器(未示出)传输操作指令。例如,总线14可促进处理器和产生嵌件机器的工作部件16之间的电信号的传输。如在下面进一步讨论的,工作部件16可包括一个或多个嵌入头、激光器、金属丝切割器和热结合头的组或者组合。工作部件16横向跨过支撑台24往复,支撑台24固定形成嵌件的主体的基底26。在图1所示的示例性机器中,横向滑动导轨18允许工作部件16在横向方向跨过基底26往复。固定到横向滑动导轨18的纵向框架20允许机器在纵向方向沿着纵向滑动导轨22往复或者分度(index)。短划线或者虚线28表示或者框出由共同的基底26形成的预期的各个嵌件装置。标号30是预先布置在基底上的芯片或者芯片模块,或者表示芯片或者芯片模块可以在后来放置到其中的凹陷。如所述的,每个嵌件装置具有至少一个应答器,其包括集成电路芯片或者芯片模块以及连接到芯片或者芯片模块的金属丝天线。CNC或者类似的控制器控制工作部件16相对于基底26的定位和移动。
参照图2和3,示出RF或者RFID嵌件装置(在此及后“装置”)的一部分。根据本发明,该装置包括:基底26,其典型地由热塑材料或者其它可以接受金属丝嵌入的材料制成(或者可以包括可以接受粘结附着到基底表面的金属丝的材料层例如胶粘剂层);芯片模块34;以及天线部件,其由金属丝32的连续长度段形成。已知构造的芯片34包括集成电路36和至少一对端子垫或者端子区域40。形成在集成电路36上的结合垫38通过一个或多个非常小的引线或者导体42电连接到端子区域40。保护材料层例如环氧树脂44覆盖集成电路36、各个端子区域40的部分和互连导体42。或者,芯片模块可以以本领域技术人员已知的其它方式构造和组装,或者集成电路36可用于替代芯片模块34,在这种情形中,天线金属丝32直接结合到结合垫38。
图2和3所示的绝缘金属丝部分32是形成天线的金属丝的相对末端,尽管这参照图4和5更容易看出和理解。在制造过程中,金属丝的相对端部分形成为在基底的表面上面的环或者桥,如图4所示。随后,该环从图2和4所示的位置位移到图3和图5所示的位置。每个环的部分然后在结合点48结合到各自的端子区域40。如图2所示,在金属丝32和端子区域40之间存在由距离D限定的明显的横向偏移或者间隙以使得金属丝在定位在基底上或者附着到基底时不被导引或者定位在端子区域40上或者与之接触。在优选实施例中,只有在金属丝32完全附着到基底以形成天线之后环才位移以便将环的一部分结合到端子区域。尽管如此,应当理解,该环可以在金属丝嵌入处理完成之前位移。但是,关于该第一实施例,应当认识到,在环可以位移之前,环的两末端必须以一些方式固定,例如在点46嵌入在基底中或者附着到基底。如果仅有一个末端固定就位并且另一端没有固定到基底或者另外以一些方式固定,该环的位移将不能以可靠或者可重复的方式工作。如同从其它相关实施例认识到的,金属丝的一个末端可以是松的或者不固定到基底。
进一步参照图4和5,装置被示出,其中天线部件形成为多根迹线或者同心安置的线圈50。在图4中,金属丝32的相对末端形成为环47,其在基底的上表面上并相邻于芯片模块34但不在芯片模块34的任何部分上地大致正交地延伸。当使用更小直径的金属丝时,该环可以不正交地延伸到基底而是可以采取不同的位置。突起环47及其从芯片模块间隔开的安置允许在电结合金属丝到端子区域之前选取量的绝缘材料从金属丝去除。在图5中,绝缘金属丝32已经位移以使得金属丝环被迫到直接在端子区域40上面或者与之接触的位置。金属丝环的一部分然后热结合到端子区域以进行电连接。
图6示出机器10的工作部件16的进一步的细节。工作部件16包括至少一个嵌入工具52,其用于将绝缘金属丝32完全或者部分嵌入基底26中。如本领域技术人员所理解的,嵌入工具52利用高频或者超声波振动以便将绝缘金属丝嵌入到基底内。嵌入工具在处理器或者控制器的指导下在预定程序的图案中移动以形成用于天线的期望形状或者图案。在图6中,绝缘金属丝32从嵌入工具的末梢53配送。配送但不附着到基底26的绝缘金属丝示出为绝缘金属丝54。与嵌入工具相邻地定位的导管55可以用于递送空气流以冷却嵌入头。其它工作部件16包括:至少一个激光器56,其用于从绝缘金属丝去除绝缘材料;至少一个金属丝位移工具58,其位移金属丝环到图3和5所示的位置以使得金属丝然后可以固定到端子区域;以及金属丝切割器(未示出),其切割金属丝并允许机器相对基底移动并形成下一天线。部件16可以作为单一的组一起移动以制造嵌件,或者部件16的各种组合可以定位在不同位置或者单个地定位在不同位置以最有效地制造由共同的或者单独的基底26形成的嵌件阵列。
因为天线是单一的一段连续长度的绝缘金属丝,嵌入工具52必须以预定的图案移动来分配金属丝以使得环和同心线圈得以形成而不破坏金属丝的连续性。这样,在制造天线中,在该处理中的第一步骤是形成环47之一,其大致相对于基底26的平面靠近芯片模块34但从其横向偏移。接着,金属丝以天线图案的形式附着到基底,然后嵌入工具形成第二环47,第二环47大致靠近芯片模块的相对侧面但从其偏移。应当认识到,形成的金属丝环的位置大致靠近各自的端子区域的位置,每个金属丝环将附着到该位置。在第二环已经形成之后,绝缘金属丝被切割,嵌入工具52然后可以移动到基底上的下一位置用于形成下一天线,基底相对嵌入工具移动或者在嵌入工具和基底之间进行相对运动的一些组合。
参照图7和8,嵌入工具52的操作顺序被示出用于形成一对环47的第二环,但是应当认识到该过程与形成第一环几乎相同。从图7的左侧到右侧,该顺序示出为从工具52配送金属丝并将绝缘金属丝32嵌入在基底26内,然后嵌入工具52向上移动以升高绝缘金属丝到基底26的上表面上面的指定高度H,同时顺序地或者同时关闭超声波源,然后在指定高度上水平移动嵌入工具一段期望的距离,从而形成基本已知长度的金属丝环47。参照图8,嵌入工具52然后向下移动,超声波源打开并且金属丝的末端嵌入到基底26中一段距离。在这点上,绝缘金属丝可以被切割并且嵌入工具能够移动到基底上的下一位置以形成下一天线图案。嵌入工具以与参照图7和8描述的相同的总体顺序形成第一环47。但是,不在形成环之后切割金属丝,嵌入工具继续嵌入金属丝以形成天线和第二环。如前面关于本实施例所述的,金属丝必须在46在环的两侧上附着到基底,或者以一些别的方式固定,以便在随后的处理中位移环。
现参照图9-11,本发明的绝缘层去除方面的操作被示出。为了提高天线和芯片或者芯片模块之间的电结合的质量,特别是当用60微米或者更小的小直径金属丝工作时,期望去除一部分封装金属导体的绝缘材料。激光器56产生激光或者紫外线光束57,其接触环47的限定部分以便去除选取量的绝缘层。如图10所示,激光束57被导向以去除绝缘材料72的指定部分,从而露出内部的金属导体74。如图11所示,圆形图案76代表被激光束57接触的基底的部分。激光器发出的束的大小和形状可以变化以符合系统需要和空间限制。注意到,激光束57并不破坏芯片或者芯片模块34的任何部分,从而防止对芯片、芯片模块或者其各自的端子区域的任何损坏。绝缘金属丝和芯片模块之间的间隙或者距离D确保绝缘材料能够安全地去除且通过激光器的受控使用不会污染或者破坏结合位置。激光器56从一个环移动或者分度到下一环以便顺序处理每个环。根据需要,保护套或者罩(未示出)可以与激光器56结合使用以限制激光器的光向着芯片模块或者向着机器的操作者意外地反射。此外,直接在用激光处理的金属丝环下面放置临时的保护垫(未示出)以使得激光不会烧出一个孔通过或者否则不可恢复地损坏基底,这会是期望的。保护垫可以结合在可控臂中,该臂结合有工作部件16,其中该垫在激光器操作过程中放置然后取出。作为前面处理的结果,绝缘层被从金属丝的限定部分完全去除并且来自去除处理的任何残余物或者副产品被激光消除或者无害地安置在基底上在从芯片和/或芯片模块的端子区域安全去除的位置。
现参照图12-18,示出金属丝位移工具58的操作。首先参照图12-14,工具58的构造的特征在于(i)框架60、(ii)一对竖直支撑件62、(iii)一对钳组件63和(iv)一对弹簧68,其中每个钳组件包括一对间隔开的钳64,弹簧68围绕各自的销70偏压钳组件63的旋转运动。每个钳64包括切口66,其接合环47,如下面所讨论的。金属丝位移工具58从图12的位置降低以使得钳64的下边缘接触基底26的上表面,如图14所示。当钳组件63接触基底时,一对钳64围绕销70向着彼此旋转以使得一对钳的下表面位于与基底26的上表面平齐。参照图15,每个钳组件63的中心拱65允许钳组件向着芯片或者芯片模块移动而钳或者钳组件的任何其它部分不碰到芯片或者芯片模块,从而钳的移动不会引起改变芯片或者芯片模块的位置的风险。参照图16和17,钳向着彼此移动以使得每个环47与一对钳之一结合并且金属丝环固定在切口66中。该环通过钳向着芯片或者芯片模块的端子区域各自移动而位移。更准确地说,包括环47的金属丝响应钳的向内运动而弯曲或者变形。如在图3中最好地示出,变形的环的形状包括三个明显的直线段,其是由于嵌入或者固定区域46的位置以及钳组件63的切口66的形状,其使得环在位置49以及位置46处弯曲。环因此位移到直接在端子区域40上面并且与端子区域40的至少一部分接触的位置。
参照图18,钳组件已经脱离并且金属丝环已经位移到其然后能够结合到各自的或者相应的端子区域的位置。在优选的实施例中,相对的钳的向内或者收缩运动通过可调节的物理止停件进行限制,其防止钳太大的运动,其会移走在点46处固定在基底中的金属丝从而潜在地相对于芯片或者芯片模块的端子区域错误地定位环金属丝。形成每个环47的金属丝的长度段及其高度H以及钳的形状和轮廓限定钳64可以移动的最大距离。应当认识到,金属丝32从芯片模块34偏移的距离D可以通过调节金属丝环的高度H和/或长度而得以调节。
现参照图19,示出另一工作部件16,也就是,用于电结合已经位移到各自的端子区域40上面的位置的环47的热结合头80。在该图中,热结合头80示出为按压环47之一使其与端子区域40之一接触。热结合头产生足以电结合环到端子区域的电压。如同激光器56,结合头80从一个结合位置分度或者移动到下一位置以便顺序结合每个环到其相应的端子区域。
图20示出嵌入装置例如超声波焊极90的一个例子。超声波焊极包括歧管92,其罩住毛细管94和与毛细管94连通的压缩空气通道96。金属丝32延伸通过毛细管以使得其可以从超声波焊极的远端梢98配送。金属丝卡紧机构102控制金属丝的馈送。卡紧机构钳靠近在一起以防止金属丝的馈送。当钳打开时,压缩空气可以控制从毛细管配送金属丝的速率。
在先前的RF装置上完成布置金属丝时,金属丝32被切割,使得金属丝100的剩余量从嵌入工具的远端末梢延伸。该剩余量在长度上等于嵌入工具和切削工具(未示出)之间的距离。金属丝的该剩余量用于待进行加工的下一RF位置。
参照图21,嵌入工具示出在相对于基底的升高位置。与图20所示的相比,示出剩余金属丝的更大长度。额外的长度可以通过迫使空气通过通道96以将一定长度的金属丝推出超声波焊极而产生。或者,金属丝可以嵌入或者固定到基底并且金属丝的额外的长度通过移动超声波焊极从金属丝供应源拉出。
现参照图22,示出用于构造天线线圈的末端以使得其可以随后布置在用于电连接到端子区域40的位置的可替代的方法。如所示,线圈金属丝的末端104安置为从嵌入线圈角向延伸并且其不接触芯片模块34的任何部分。而且,末端104仅仅布置在基底上与芯片模块相邻。这些角向延伸部可以通过同时移动超声波头和迫使空气通过通道96以从装置排出金属丝而形成。一旦一定长度的金属丝已经安置在基底上,线圈50得以形成。然后金属丝的另一长度段大致如所示地定位以形成第二角向延伸部。同样可以可替代地想到的是,金属丝末端104可以具有嵌入的非常小的长度,其有助于在再定位和结合到端子区域之前稳定金属丝的该长度段的位置。
在制造工艺的下一步骤中,角向延伸部移动到如图23所示的在端子区域上面的位置用于与端子区域互连。如果金属丝末端104的任何部分被嵌入,部件位移金属丝末端的力克服嵌入力。角向延伸部可以被刷或者梳就位,例如通过旋转的刷子或者梳106。刷子或者梳106可以是结合在工作部件组16中的另一部件。或者,角向延伸部可以被夹持并旋转就位。该夹持可以通过机器或者装置或者由操作者人工地完成。一旦角向延伸部布置在端子区域上面,金属丝末端可以如上所述地热结合。这样,对于如图22和23所示的制造方法,不必形成环,而仅仅自由延伸布置在基底上然后旋转就位用于结合的末端。如上面关于从金属丝去除绝缘层所讨论的,绝缘层同样可以从角向延伸部去除而不损坏芯片模块或者嵌件或者应答器装置的任何其它部分,因为角向延伸部从芯片模块间隔开。
用于布置如图22和23的实施例所示的天线的一种可能的顺序包括下面:首先,一定长度的金属丝从嵌入头延伸以形成第一角向延伸部。第一角向延伸部的金属丝末端104可以仅仅放置在基底上,或者其非常小的长度可以嵌入在基底中。嵌入工具然后以角向方式移动跨过基底以不将金属丝布置在芯片模块的任何部分上,而是保持从芯片模块偏移。嵌入工具移动到基底的周边然后开始布置同心线圈以形成天线。在形成最后的线圈时,嵌入工具在角向方向移动以形成第二角向延伸部。再者,嵌入工具并不在芯片模块的任何部分上面移动。在所示实施例中,绝缘金属丝在某位置切割以使得角向延伸部大致为相同长度,并具有关于端子区域的相对侧面的大致相同角向定向。但是,应当认识到,倘若再定位机器可以定位所述长度的金属丝接触端子区域,角向延伸部可以具有不同长度和/或方向。一装置例如刷子或者梳106然后用于在芯片模块的指定部分例如端子区域上面位移角向延伸部,用于电连接角向延伸部到芯片模块。
本发明的优点是明显的。一种制造工艺被提供用于制造RF嵌件或者应答器装置,其中可以通过利用从金属丝环的指定部分有效去除全部绝缘层的激光器在芯片模块的天线和端子区域之间实现改进的电结合。从芯片模块间隔开的突起环的产生允许激光器操作而不损坏芯片模块或者嵌件或者应答器装置的任何部分。这相应地允许使用更小直径的绝缘金属丝,其使得最终的RF装置更不易于受到物理篡改。处理机器的工作部件可以集成为一组以使得单个处理机器可以用于完全构建嵌件,从而消除对额外的处理机器或者非协作制造部件的需要。或者,处理工具可以单独地定位或者以不同的组合单独地共同定位。
因为在天线金属丝结合到端子区域之前,绝缘层已经从天线金属丝去除,热压结合头可以以更低的电压操作,从而延长热压结合头的寿命。此外,更低的电压同样适于并促进更小直径金属丝的使用。更低的电压可以用于适当地结合天线金属丝到端子而完全不破坏金属丝导体,否则对于在高很多的电压操作的头可能发生破坏金属丝导体。
尽管前面的发明已经参照优选实施例进行了公开,但是,应当理解,可以根据权利要求的范围对本发明进行各种其它变化和修改。
Claims (18)
1.一种制造射频嵌件的方法,该方法包括:
提供限定基底平面的基底和定位在所述基底上或者定位在形成在该基底上的凹陷中的集成电路以及与所述集成电路相关联的一对端子区域;
附着一金属丝到所述基底以形成天线,所述附着步骤包括:
(i)从所述端子区域之一横向偏移并与之间隔开地附着所述金属丝的第一部分到所述基底并由金属丝的所述第一部分的一部分形成第一金属丝环,所述第一金属丝环在所述基底平面上方延伸,并且所述第一金属丝环在该第一金属丝环的两端附着到所述基底上;
(ii)附着所述金属丝的第二部分到所述基底以形成天线线圈;
(iii)从所述端子区域之另一横向偏移并与之间隔开地附着所述金属丝的第三部分到所述基底并由金属丝的所述第三部分的一部分形成第二金属丝环,所述第二金属丝环在所述基底平面上方延伸,并且所述第二金属丝环在该第二金属丝环的两端附着到所述基底上;以及
(iiii)位移所述第一和第二金属丝环以使得所述第一金属丝环的一部分定位在所述一对所述端子区域之一的至少一些部分上面并且所述第二金属丝环的一部分定位在所述一对所述端子区域之另一的至少一些部分上面,以及
分别电结合所述第一和第二金属丝环部分到相应的端子区域。
2.如权利要求1所述的方法,其中:
附着所述金属丝到所述基底包括将所述金属丝部分地或者完全嵌入到所述基底中。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述金属丝是绝缘的,进一步包括步骤:
处理所述第一和第二金属丝环的部分以从其上去除绝缘层从而露出下面的金属丝导体。
4.如权利要求3所述的方法,其中:
所述处理步骤包括施加来自激光器的激光束到待进行处理的部分。
5.如权利要求4所述的方法,还包括:
定位所述金属丝环、所述激光器和所述端子区域,由此所述激光器的操作从所述金属丝去除绝缘层但是所述激光器不碰到所述端子区域。
6.如权利要求1所述的方法,其中:
所述第一和第二金属丝环通过机械装置进行位移。
7.如权利要求6所述的方法,其中:
所述机械装置是刷子或者梳。
8.一种制造射频嵌件的方法,包括:
将芯片或者芯片模块布置在基底的表面上或者布置在形成在该基底中的凹陷中,所述芯片或者芯片模块包括端子区域;
形成在所述基底的表面上面延伸金属丝的第一环,所述金属丝的第一环形成在从所述芯片或者芯片模块偏移,但是不直接在其上面或者与所述芯片或者芯片模块接触的位置;
将一定长度的金属丝部分地或者全部嵌入在所述基底中,所述长度的金属丝电连接到所述金属丝的第一环;
将所述金属丝第一环移动到直接在所述端子区域上面或者与所述端子区域接触的位置;
电连接所述金属丝第一环到所述端子区域。
9.如权利要求8所述的方法,还包括:
在电连接所述金属丝第一环到所述端子区域之前从所述金属丝第一环去除绝缘层。
10.如权利要求9所述的方法,还包括:
使用来自激光器的激光来去除所述绝缘层。
11.如权利要求10所述的方法,还包括:
定位所述激光器以使得所述激光器的激光碰到所述金属丝第一环的一部分但是不碰到所述端子区域。
12.如权利要求8所述的方法,还包括:
在所述基底的表面上延伸形成金属丝第二环,所述金属丝第二环形成在从与所述芯片或者芯片模块相关联的第二端子区域偏移,但是并不直接在其上面或者与其接触的位置。
13.如权利要求12所述的方法,还包括:
将所述金属丝第二环移动到直接在所述第二端子区域上面或者与其接触的位置;以及
电连接所述金属丝第二环到所述第二端子区域。
14.如权利要求12所述的方法,还包括:
在电连接所述金属丝第二环到所述第二端子区域之前从所述金属丝第二环去除绝缘层。
15.如权利要求8所述的方法,还包括:
由连续长度的金属丝形成所述金属丝第一环和所述一定长度的金属丝。
16.如权利要求12所述的方法,还包括:
由连续长度的金属丝形成所述金属丝第一环、所述金属丝第二环和所述一定长度的金属丝。
17.一种射频装置,包括:
限定基底平面的基底和定位在该基底上或者定位在形成在该基底上的凹陷中的集成电路;
与所述集成电路相关联并与其相邻定位的一对端子区域;
附着到所述基底以形成天线的金属丝,所述金属丝包括从所述端子区域之一横向偏移并与之间隔开的第一部分和由所述第一部分形成的第一金属丝环,以及嵌入在所述基底中以形成天线线圈的金属丝第二部分,以及从所述端子区域之另一横向偏移并与之间隔开的所述金属丝的第三部分和由所述第三部分形成的第二金属丝环,其中该第一金属丝环的至少一部分和该第二金属丝环的至少一部分分别定位在相应的端子区域的至少一些部分上面,并且该第一金属丝环和第二金属丝环分别电连接到相应的端子区域。
18.如权利要求17所述的射频嵌件,其中:
所述第一和第二金属丝环定位在所述基底上面。
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