ES2236311T3 - Circuito integrado transportador de dimensiones optimizadas. - Google Patents
Circuito integrado transportador de dimensiones optimizadas.Info
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Abstract
Transpondedor RFID que comprende un CI (5) en el cual se conecta un circuito de antena (1) por medio de por lo menos un resalte de conexión (2), caracterizado porque la zona del CI que está situada debajo del circuito de antena incluye una estructura activa (4) de CI, y la distancia entre dicho resalte de conexión o resaltes y el borde más próximo del CI (8) es inferior a 70 ìm.
Description
Circuito integrado transpondedor de dimensiones
optimizadas.
La presente invención se refiere a un
transpondedor, y más particularmente a un transpondedor RFID
(Identificación de radiofrecuencia) formado esencialmente por un
circuito de antena conectado a un circuito integrado (CI).
Los circuitos de transpondedor RFID se utilizan
en el ámbito empresarial de la identificación de radiofrecuencias.
Un transpondendor RFID pasivo se construye conectando un circuito
integrado específico de aplicación (ASIC) a un circuito de antena.
Un lector externo suministra energía y opcionalmente información por
medio de este circuito de antena al CI. El CI envía información en
sentido inverso al lector utilizando la misma antena.
Los transpondedores RFID son necesarios y se
utilizan en grandes cantidades, con una demanda en aumento
creciente. El resultado es una presión de precio elevada y la
necesidad de procesos de producción fiables y rentables.
Para disminuir los costes de fabricación y de
producto, aumentando simultáneamente la fiabilidad, durante los
últimos años se han integrado al CI cada vez más componentes del
circuito resonante (principalmente condensadores). El resultado es
un mínimo de 2 componentes, utilizados para fabricar
transpondendores RFID pasivos modernos. Por una parte el CI con los
componentes integrados para el circuito resonante, y por la otra el
propio circuito de antena. El modo de fabricación de estos
transpondendores de forma eficaz con un mínimo de componentes se da
a conocer, por ejemplo en la patente
US-A-5.572.410.
Otras dificultades residen en el proceso de
interconexión desde el circuito de antena al CI utilizando un
mínimo de etapas y de material. En este caso se utilizan dos
grandes enfoques, es decir la unión por termocompresión y la
conexión por flip-chip.
La unión por termocompresión es una conexión
intermetálica entre la antena y los resaltes (superficies de oro de
conexión del CI, también denominadas zonas terminales).
Este método se utiliza principalmente en
transpondedores de 125 kHz para poner en contacto bobinas de hilo
aisladas y el CI utilizando zonas terminales de unión especiales
(denominadas megazonas terminales o megaresaltes). La tecnología de
termocompresión que se utiliza en el mercado actual, necesita una
superficie superior a la de las zonas terminales normales (90
\mum x 90 \mum) utilizadas para la tecnología de
flip-chip o de unión por hilo. La tecnología
correspondiente se da a conocer en la patente
EP-B-756.736.
La conexión flip-chip consiste
generalmente en uno de los dos métodos - unión por soldadura
(inclusive Pb-Sn, Pb-In, ...) y
unión por adhesivo conductivo. Esta conexión se utiliza
principalmente en transpondedores de 13,56 MHz y GHz para poner en
contacto antenas planas (inductivas y capacitivas) con el CI. La
tecnología correspondiente se describe en la patente
US-A-5.528.222.
Los productos completamente funcionales pero
todavía sin encapsular formados por un CI conectado a una antena se
denominan unidad eléctrica (unidad e) o insertos de
transpondedor.
La patente US-A.5 786 626 da a
conocer un transpondendor de radiofrecuencia que comprende un CI y
una antena conectada al CI. Las características del preámbulo de la
reivindicación 1 son conocidas a partir de este documento.
La última etapa de producción importante después
de la fabricación de la unidad electrónica (unidad e) es el proceso
de encapsulado. El encapsulado del transpondedor es un requisito
para utilizarlo en diferentes aplicaciones.
Para el encapsulado del transpondedor se utilizan
varios procesos. Entre los más corrientes se encuentran la
laminación, la impregnación y el moldeo. Por ejemplo, en la patente
EP-B-760.986 se da a conocer un
proceso de laminación para el encapsulado de transpondedores.
Junto a la constante necesidad de una mayor
densidad de memoria y de una mayor complejidad lógica de los CI del
transpondedor y, por otra parte, de una continua reducción de
costes, se exige permanentemente una disminución del tamaño de los
CI. Esta disminución del tamaño conduce también a una integración
de la tecnología.
En el primer transpondedor, los CI se fabricaron
con tecnología 4 \mum (el tamaño de la tecnología viene definido
por la estructura física mínima del CI) o incluso más, los
transpondedores actuales se fabrican con estructuras inferiores a
0,5 \mum.
Normalmente, sobre el CI se coloca una capa de
pasivación de CI. Dicha capa se fabrica durante el proceso de
elaboración de la plaqueta para aislar y mantener la integridad de
las estructuras subyacentes del CI (circuitería). Sólo los
terminales de conexión y, si están disponibles, los terminales de
comprobación no están cubiertos por la capa de pasivación. La
pasivación se realiza aplicando una capa de óxido (o varias capas)
sobre la parte superior del circuito activo (por ejemplo: SiNx,
SiO_{2}, etc.). El espesor de la capa de pasivación es el más
fino posible para ahorrar tiempo de fabricación. El espesor habitual
de la capa de pasivación se encuentra entre 0,5 \mum y 2,0
\mum.
La utilización de estos CI más integrados con
estructuras varias veces más reducidas hace surgir nuevos
problemas: los circuitos son muy sensibles a cualquier acoplamiento
cruzado, que puede ser capacitivo, inductivo u óhmico. Estos
efectos también pueden combinarse. Esto ocurre particularmente en el
proceso de encapsulado, cuando se comprime el circuito de antena
contra la superficie activa del CI. Después del encapsulado se
produce una reducción drástica del rendimiento. Además, puede
apreciarse una funcionalidad intermitente.
Si el circuito de antena está directamente
conectado a los terminales de contacto del CI, el circuito de
antena se encuentra situado justo encima de la cara activa de la
circuitería del CI.
Como se explicará posteriormente en el texto
presente, una configuración de este tipo presenta algunos
problemas.
Con el circuito de antena cerca de la superficie
activa del CI, se produce un acoplamiento parásito entre la antena y
la estructura activa de la capa del CI (véase figura 1). Esto
produce un acoplamiento cruzado 9 con las estructuras subyacentes
del CI. El espesor de la capa de pasivación y su constante
dieléctrica tienen una influencia directa en el valor del
acoplamiento parásito y el espesor de la capa de pasivación influye
directamente en el acoplamiento inductivo.
Acoplamiento capacitivo =
f(\varepsilonr/d)
\hskip1cmAcoplamiento inductivo = f(l/d^{2})
\varepsilonr es la constante dieléctrica
relativa del material
d es la distancia entre los conductores
Antes del proceso de encapsulado, es decir,
cuando la distancia entre el circuito de antena y la estructura
activa de la capa del CI es relativamente importante, el valor del
acoplamiento cruzado 9 es tan reducido que no influye en la
funcionalidad del CI.
Cuando durante el proceso de encapsulado se
comprime el circuito de antena contra el CI, disminuye
drásticamente la distancia entre la antena y la estructura activa
del CI. Esto produce un aumento del acoplamiento cruzado 9. El
encapsulado mantendrá el circuito de antena en esta posición,
incluso después de cesar la presión, como muestra la figura 2.
Junto al problema de acoplamiento cruzado 9
descrito anteriormente, los transpondedores de la técnica anterior
presentan otro problema que produce, particularmente, una
disminución del rendimiento: la proximidad excesiva, o el contacto,
de los hilos que conectan los resaltes con la antena y el borde el
CI (véase figura 3) crea con mucha frecuencia:
- un acoplamiento óhmico entre el circuito de
antena y el CI en el borde cortante del CI,
- un cortocircuito óhmico debido al aislamiento
deteriorado del hilo en el borde cortante del CI,
- un hilo roto (circuito abierto) si la presión
se vuelve excesiva durante el proceso de encapsulado.
La presente invención proporciona un
transpondedor perfeccionado, el cual resuelve, o por lo menos
reduce fuertemente, los problemas citados anteriormente.
Se refiere a un transpondedor RFID que comprende
un CI al cual se conecta un circuito de antena por medio de por lo
menos un resalte de conexión, caracterizado porque la zona de la
capa de CI que está situada debajo del circuito de antena incluye
una estructura CI activa y la distancia entre dicho(s)
resalte(s) de conexión y el borde del CI más próximo es
inferior a 70 \mum.
En una realización preferida, las distancias
entre dicho(s) resalte(s) de conexión y los dos
bordes del CI más próximos son inferiores a 70 \mum.
El CI comprende una capa aislante (capa de óxido
como por ejemplo: SiNx, SiO_{2}, etc.) normalmente entre 0,5 y 2
\mum, situada entre las estructuras activas subyacentes del CI y
el circuito de antena, entre el/los resalte(s) de conexión y
el borde del CI.
En otra realización, la capa aislante está
formada por la capa de pasivación corriente descrita anteriormente
y una capa aislante, la cual puede estar fabricada de poliamida.
Preferentemente la poliamida es benzociclobutano (BCB). En este
caso la capa aislante debe presentar un espesor de por lo menos 4
\mum, ya que el objetivo principal es aumentar la distancia entre
el circuito de antena y la estructura activa de la capa CI.
Las figuras 1a y 1b representan el acoplamiento
cruzado presente en los transpondedores según la técnica
anterior.
Las figuras 2a y 2b ilustran transpondedores
según la técnica anterior con su encapsulado.
La figura 3 representa un problema generado con
los transpondedores según la técnica anterior.
La figura 4 muestra un transpondedor según la
invención.
La figura 1a muestra un transpondedor de la
técnica anterior fabricado según un proceso de conexión de
termocompresión. El transpondedor comprende un circuito de antena 1
conectado a un CI 5 (más exactamente a la estructura activa del CI
4) por medio de un resalte 2.
La figura 1b ilustra un transpondedor similar
pero fabricado según un proceso de conexión por
flip-chip.
En ambas figuras puede apreciarse que la estrecha
proximidad del circuito de antena con la superficie activa del CI 4
forma un acoplamiento cruzado 9.
La situación del acoplamiento cruzado 9 es
idéntica en las figuras 2a y 2b, que corresponden a los
transpondedores de las figuras 1a y 1b respectivamente después del
proceso de encapsulado por laminación. El material de encapsulado 6
mantiene o incluso aumenta el acoplamiento cruzado 9 relativamente
alto.
La figura 3 muestra de forma particular la
situación en el borde del CI 8 en la cual el circuito de antena 1
está muy próximo al borde del CI. En este caso, el circuito de
antena 1 se encuentra en contacto directo con la capa de pasivación
3 y también potencialmente con la superficie activa 4 del IC en el
substrato de Si 5 del CI.
El borde 8 del CI representa una zona peligrosa
para el cortocircuito óhmico. El propio borde 8 del CI puede romper
los hilos que forman el circuito de antena 1. Además, puede
producirse un acoplamiento óhmico parásito entre el circuito de
antena 1 y la superficie activa 4 del CI o del substrato de Si 5 en
el borde cortante 8 del CI.
La figura 4 muestra un transpondedor según la
presente invención. La distancia entre el borde 8 del CI y el
resalte 2 es inferior a 70 \mum. Comparando el transpondedor
según la invención representado en la figura 4 con el transpondedor
según la técnica anterior de la figura 3, puede apreciarse que la
distancia entre el borde 8 del CI y el circuito de antena 1 ha
disminuido, reduciéndose de este modo los problemas citados
anteriormente.
También es importante observar que las
dimensiones optimizadas del transpondedor son suficientes para
reducir no sólo estos problemas, sino también el problema producido
con el acoplamiento cruzado parásito 9.
Claims (3)
1. Transpondedor RFID que comprende un CI (5) en
el cual se conecta un circuito de antena (1) por medio de por lo
menos un resalte de conexión (2), caracterizado porque la
zona del CI que está situada debajo del circuito de antena incluye
una estructura activa (4) de CI, y la distancia entre dicho resalte
de conexión o resaltes y el borde más próximo del CI (8) es inferior
a 70 \mum.
2. Transpondedor según la reivindicación 1, en el
que las distancias entre dicho resalte o resaltes de conexión y los
dos bordes del CI más próximos son inferiores a 70 \mum.
3. Transpondedor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que en la parte superior del
transpondedor se dispone una capa adicional (3) formada por una
capa de pasivación en contacto directo con la capa activa (4) del CI
y una capa aislante de un espesor de por lo menos 4 \mum para
aumentar la distancia entre el circuito de antena y la estructura
del CI.
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