JP3700777B2

JP3700777B2 - Electrode structure of RFID tag and method for adjusting resonance frequency using the electrode

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Publication number: JP3700777B2
Application number: JP2001382638A
Authority: JP
Inventors: 学司魚住; 信一郎乾; 宏一石山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2021-12-17
Also published as: JP2003187207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振回路を構成するコンデンサの電極構造及び該電極を用いた共振周波数の調整方法に関し、特に、容易に共振周波数の調整が可能なＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用タグの櫛型電極の形状及び該櫛型電極を用いた共振周波数の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたタグとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、タグ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、タグをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このタグの基本的な回路要素は、アンテナコイルとコンデンサからなる共振回路とＩＣチップとであり、所望する周波数帯域（例えば、１３．５６ＭＨｚ）でデータの交信を行うには、共振回路を構成するアンテナコイルのインダクタンスＬとコンデンサの静電容量Ｃとで設定される共振周波数ｆを上記周波数に正確に調整する必要がある。
【０００４】
ここで、タグとしてラベル型タグを用いる場合は、フレキシブルなシート状の基板の一方の面にアンテナコイルを形成し、他方の面にアンテナコイルと対向する電極を形成して、基板を誘電体とするコンデンサを形成する。そして、アンテナコイルの巻き数や面積によりインダクタンスを調整し、対向する電極の重なり部分の面積や電極間の距離により静電容量を調整する。
【０００５】
これらアンテナコイルの巻き数や面積、対向する電極の重なり部分の面積等は、基本的にタグの設計段階において設定されるものであり、設計値通りにアンテナコイルやコンデンサが形成されれば、所望の共振周波数を有するタグを製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらのアンテナコイルやコンデンサは、フレキシブルなシート状の基板の両面に予め形成されている導電膜をウェットエッチングにより除去するか、又はスクリーン印刷等により導電ペーストを印刷して形成されるが、例えば、ウェットエッチングではエッチングマスク下部の電極端部が徐々にエッチングされてしまうためにパターン寸法にある程度の誤差が生じる。また、スクリーン印刷の寸法精度や基板の厚さ等の種々の要因により、アンテナコイルやコンデンサの形状、構造が変化し、所望の共振回路を形成することができない。
【０００７】
そこで、製造上の要因によるアンテナコイルのインダクタンスやコンデンサの静電容量のずれ、すなわち、共振周波数のずれを補正することができる構造及び調整方法が望まれており、例えば、特開２０００−２１６４９４号公報では、基板の一方の面に形成するアンテナコイルは同一形状とし、他方に設ける電極は面積が徐々に減少するように導電性ペーストをスクリーン印刷し、これらの電極を組み合わせることによってコンデンサの静電容量を調整して最適な共振周波数を得ている。
【０００８】
また、特開平１０−８４０７５号公報では、コンデンサを構成する一方の電極を多数のフィンガーが基部から延びる櫛型構造とし、櫛型電極のフィンガーを順次切断することにより、コンデンサの電極面積すなわち静電容量を変化させて、それにより共振周波数を調整する方法について記載している。この特開平１０−８４０７５号公報の調整方法について図面を参照して説明する。
【０００９】
図９は上述した従来の共振回路のコンデンサ部の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′線における断面図である。図９に示すように、絶縁体からなる基板６を挟んで、一方の面に櫛型電極７（（ａ）の実線）と幹部電極９とが、他方の面に対向電極８（（ａ）の破線）が形成されている。この櫛型電極７は、同一幅のフィンガー７ｂが基部７ａに並設して形成され、一方、対向電極８は、基板６の法線方向から見て矩形形状の電極がフィンガー７ｂと相重なるように形成されている。上記構造の櫛型電極７及び対向電極８を用いて共振周波数を調整する方法について以下に示す。
【００１０】
まず、共振回路の共振周波数ｆは、コイルのインダクタンスＬとシートコンデンサの静電容量Ｃとで決まり、次式で表される。
【００１１】

【００１２】
また、静電容量Ｃは対向する電極（図ではフィンガー７ｂと対向電極８）が重なる部分の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。従って、フィンガー７ｂの付け根のカット部７ｃをカットすることによって、コンデンサの電極面積を減らして静電容量Ｃを減少させ、式１より共振周波数ｆを増加させることができる。そこで、フィンガー７ｂをカットする前のコンデンサの静電容量を予め大きめにしておき、フィンガー７ｂをカットすることによって共振周波数ｆを所望の値に調節することができる。
【００１３】
しかしながら、従来の電極の構造では、櫛型電極７のフィンガー７ｂの幅が一定であり、また、対向電極８が矩形形状であるため、各々のフィンガー７ｂが形成する電極の面積、すなわち静電容量Ｃは同一となる。従って、フィンガー７ｂを順次切断した場合の共振周波数のシフト量は、式１の関係から一定とはならず、カットするフィンガー７ｂの本数が多くなるほど式１の分母の変化量が大きくなるため、共振周波数のシフト量が大きくなってしまう。
【００１４】
このような構造では、共振周波数ｆを目標とする値に調節するためには、予め所望の共振周波数ｆに対応するコンデンサの静電容量Ｃを計算により求め、その静電容量になるようにカットするフィンガーの本数を求めるという２段階の手順を踏まなければならず、共振周波数の測定値から直接フィンガー７ｂのカット本数を容易に計算することができない。すなわち、実際の作業において、基板６上にコイルとコンデンサからなる共振回路を形成した後、検査装置を用いて共振周波数を測定しても、測定値から直接フィンガー７ｂのカット数が決定できないため、フィンガーをカットしては測定を行うという動作を何度も繰り返して共振周波数の調整を行う必要があった。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ＲＦＩＤ用タグのような共振回路を備える装置の共振周波数を簡単に調整することができるＲＦＩＤ用タグの電極構造及び該電極を用いた共振周波数の調整方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤ用タグの電極構造は、ＲＦＩＤ用タグの共振回路を構成するコンデンサの電極が、複数のフィンガーが基部に接続される櫛型電極及び幹部電極と、基板を挟んで反対側の面に形成される対向電極とからなり、前記櫛型電極の一端側から数えてｎ（ｎは正数）番目の前記フィンガーと前記対向電極とで形成される容量ΔＣｎが、Ｃを定数としたときに、ΔＣｎ＝Ｃ×（１−ｋｎ）で表される関係を満たし、かつ、ｋが、Ｃ _０を初期静電容量としたときに、（１−ｋ）／Ｃ _０ ^３／２＝（１−ｋｎ）／（Ｃ _０ −Ｃ（ｎ−１）×（１−１／２×ｋｎ）） ^３／２で表される関係を満たすように、前記電極の形状が設定され、前記フィンガーを前記櫛型電極の前記一端側から順に前記基部から切り離した場合において、前記共振回路の共振周波数のシフト量が略一定となるものである。
【００１７】
また、本発明のＲＦＩＤ用タグの電極構造は、ＲＦＩＤ用タグの共振回路を構成するコンデンサの電極が、幅と間隔とが略一定のｎ（ｎは正数）本のフィンガーが基部に接続される櫛型電極及び幹部電極と、基板を挟んで反対側の面に形成される対向電極とからなり、前記対向電極は、一端側の幅をＷ１、他端側の幅をＷ２としたときに、Ｗ１：Ｗ２＝（１−ｋ）：（１−ｋｎ）で表される関係を満たし、かつ、ｋが、Ｃを定数、Ｃ _０を初期静電容量としたときに、（１−ｋ）／Ｃ _０ ^３／２＝（１−ｋｎ）／（Ｃ _０ −Ｃ（ｎ−１）×（１−１／２×ｋｎ）） ^３／２で表される関係を満たすように、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に細くなるテーパー形状又は段階的に細くなる階段形状で形成され、前記フィンガーを前記櫛型電極の前記一端側から順に前記基部から切り離した場合において、前記共振回路の共振周波数のシフト量が略一定となるものである。
【００１８】
また、本発明のＲＦＩＤ用タグの電極構造は、ＲＦＩＤ用タグの共振回路を構成するコンデンサの電極が、ｎ（ｎは正数）本のフィンガーが基部に接続される櫛型電極及び幹部電極と、基板を挟んで反対側の面に形成される対向電極とからなり、前記櫛型電極は、一端側の前記フィンガーの幅をＷｆ１、他端側の幅をＷｆ２としたときに、Ｗｆ１：Ｗｆ２＝（１−ｋ）：（１−ｋｎ）で表される関係を満たし、かつ、ｋが、Ｃを定数、Ｃ _０を初期静電容量としたときに、（１−ｋ）／Ｃ _０ ^３／２＝（１−ｋｎ）／（Ｃ _０ −Ｃ（ｎ−１）×（１−１／２×ｋｎ）） ^３／２で表される関係を満たすように、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に前記フィンガーの幅が小さく形成され、前記フィンガーを前記櫛型電極の前記一端側から順に前記基部から切り離した場合において、前記共振回路の共振周波数のシフト量が略一定となるものである。
【００２２】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、上記電極構造を有するＲＦＩＤ用タグにおける共振周波数の調整方法であって、前記基板に前記共振回路を一旦形成した後、該共振回路の共振周波数を測定するステップと、測定した共振周波数と所望の周波数とのずれ量を求め、該ずれ量を前記フィンガー毎の共振周波数シフト量で割って、切断すべき前記フィンガーの本数を設定するステップと、前記フィンガーを設定された本数分だけ前記コンデンサより切断できるような前記基部の所定のカット部を１カ所切断して、共振周波数を前記所望の周波数に調整するステップと、を少なくとも有するものである。
【００２３】
このように、本発明は、ＲＦＩＤ用タグの共振回路のコンデンサを構成する対向電極を櫛型電極のフィンガーとの重なり部分の面積が変化するように階段状やテーパー状としたり、また、櫛型電極のフィンガー自体の幅を変化させ、かつ、対向電極の形状やフィンガーの幅を所定の関係式（ΔＣｎ＝Ｃ×（１−ｋｎ））を満たすように設定することにより、フィンガー毎の共振周波数のシフト量を略一定にすることができる。これにより、切断すべき前記フィンガーの本数を容易に計算できるため、前記基部の所定のカット部を１カ所だけ切断し、必要な本数分の前記フィンガーを前記コンデンサより切り離せ、共振周波数の調整を容易にすることが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＲＦＩＤ用タグの電極構造は、その好ましい一実施の形態において、リーダ／ライタとのデータの交信を行うＲＦＩＤ用タグの共振回路を構成するコンデンサの櫛型電極と、基板を挟んで反対側の面に形成される対向電極とを、櫛型電極の各々のフィンガーと対向電極との重なり部分の面積が、櫛型電極の先端側から根元側に向かって徐々に小さくなるように形成し、フィンガーを順次切断していった場合の共振周波数のシフト量が略一定となるようにするものである。
【００２５】
すなわち、カットするフィンガーの位置に依らず、フィンガー１本当りの共振周波数のシフト量を一定にするために、フィンガー毎に対向電極との間で形成する微小容量値ΔＣを設定する。設定例として、例えば、ΔＣｎ＝Ｃ×（１−ｋｎ）とすれば良い。ここで、ｋは比例定数、ΔＣｎは櫛型電極の先端からｎ番目のフィンガーが対向電極と形成する微小容量、Ｃは定数である。但し、ｋの値は、Ｃ₀（フィンガーカット前のタグの静電容量）とＣの値をもとに、最適値に設定する必要があり、例えば、▲１▼フィンガーの幅及びフィンガー同士の間隔は一定であり、交差する対向電極を根元が細いテーパー形状や階段形状とする、▲２▼フィンガーの幅を櫛型電極の根元に近くなるほど細くなるようにすることにより実現できる。
【００２６】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２７】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤ用タグの電極構造及び該電極を用いた共振周波数の調整方法について、図１乃至図６を参照して説明する。図１は、ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。また、図２は、本実施例のＲＦＩＤ用ラベルタグの構造の一例を示す図であり、図３は、共振回路のコンデンサ部分の拡大図である。また、図４及び図５は、本実施例の効果を説明するための図であり、図６は対向電極の他の構造を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、アンテナ３ａを用いてデータの交信を行うリーダ／ライタ３と、ラベル型、コイン型、シート型等の種々の形状のタグ２とからなり、リーダ／ライタ３には、送受信信号を変換するための通信回路部３ｂと送受信信号をデコードするための演算処理部３ｃとが接続されている。また、タグ２は、その内部にコイルとコンデンサとから構成される共振回路２ａを備え、タグ２側でも信号を生成する場合には、共振回路２ａにデータの演算、記憶を行うＩＣ２ｂが接続され、内蔵する電源又はリーダ／ライタ３から供給される電源を用いて駆動される。
【００２９】
このＲＦＩＤシステム１におけるリーダ／ライタ３とタグ２とのデータ通信は、所望の通信周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）により行われるため、タグ２の共振回路２ａの共振周波数を通信周波数に正確に調整する必要がある。ここで、タグ２の構造について図２を参照して説明する。図２は、ラベル型タグの構造の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線における断面図である。
【００３０】
図２に示すように、一般に、ラベル型タグは基板６とその両面に形成した導電膜パターンとＩＣ２ｂとから構成され、フレキシブルな絶縁性シートからなる基板６の両面に設けられたＡｌやＣｕ等の導電膜をエッチングにより除去したり、スクリーン印刷により導電性ペーストを塗布することにより、コイル４や櫛型電極７、対向電極８のパターンが形成されるが、このパターン形成におけるエッチングやスクリーン印刷の精度等の製造上の条件によりパターン形状に個体差が生じる。
【００３１】
そこで、パターン形成の個体差に起因するタグ２毎の共振周波数のずれを調整するために、共振回路２ａを形成するコイル４のインダクタンスＬ又はコンデンサ５の静電容量Ｃをパターン形成後に調整する必要があるが、インダクタンスＬはコイルの巻き数と面積に比例し、パターン形成後にこれらを調整することは困難である。一方、コンデンサ５の静電容量Ｃは絶縁層（基板６）を挟んで形成される電極（櫛型電極７及び幹部電極９と対向電極８）の重なり部分の面積及び両電極間の距離に相関し、特に電極面積に関しては調整が容易である。
【００３２】
そこで、従来例において示したように、一方の電極を基部７ａに多数のフィンガー７ｂが並設される櫛型構造とし、このフィンガー７ｂを付け根のカット部７ｃで切断することによってコンデンサ５の電極の面積すなわち静電容量Ｃを小さくし、これにより、二次的に共振周波数ｆを調整している。しかしながら、従来の電極構造では、対向電極８は矩形形状であり、また、櫛型電極７のフィンガー７ｂの幅は同一であるため、どのフィンガーを切断しても面積の減少量すなわち静電容量の変化量は一定であるため、式１の関係から共振周波数ｆのシフト量は一定とならず、その調整が困難であった。
【００３３】
そこで、本実施例では、フィンガー７ｂ毎に静電容量の変化量を一定にするのではなく、共振周波数そのものの変化量が略一定となるような電極形状を提案する。なお、以下に示す電極形状の設計方法は、本願発明者が経験的に得た新規な知見に基づくものであり、ＲＦＩＤシステム１に許容される共振周波数のずれ量や実際の共振周波数の調整作業を念頭において案出したものである。以下に具体的な設計方法について詳述する。
【００３４】
図３は、本実施例の共振回路２ａのコンデンサ５を構成する櫛型電極７と対向電極８の構造及び位置関係を模式的に示す図であり、櫛型電極７は基部７ａの片側にｎ本（ｎは任意の整数）のフィンガー７ｂが平行かつ等間隔に配設されて構成されており、基板６を挟んで反対側には、点線で示すテーパー状の対向電極８ａが先端側（図の右側）で太く、根元側（図の左側）で細くなるように形成されている。なお、ここでは、フィンガー７ｂは等間隔かつ平行に配設されているが、各々のフィンガー７ｂと対向電極８との重なり部分の面積が後述する関係を満たす限りにおいて、図の形状に限定されない。
【００３５】
まず、フィンガー１本あたりの共振周波数のシフト量を略一定にするための関係式を定めるが、本願発明者は様々な関係式を検討した結果、ＲＦＩＤシステム１における共振周波数のずれの許容値や電極形成の容易性等を勘案して、コンデンサ５の静電容量の変化量ΔＣｎを式２の関係式とすると、共振周波数のシフト量の変化が抑制されることを見出した。以下、式２の比例定数ｋを求める方法について説明する。
【００３６】

【００３７】
ΔＣｎを式２で表した場合の１本目とｎ本目のフィンガーカット時の共振周波数のシフト量Δｆが等しくなるようなｋを求める。まず、１本面のフィンガーをカットした場合のΔｆ_１は、カット前の静電容量をＣ_０とすると、カット後の静電容量がＣ_０−Ｃ（１−ｋ）であることから、次式で表される。
【００３８】

【００３９】
同様にｎ本目のフィンガーをカットした場合のΔｆ_ｎは、１からｎ−１本目をカットしたときの容量の減少量が式４、１からｎ本目までをカットしたときの容量の減少量が式５となることから、式６で表される。
【００４０】

【００４１】
ここで、Δｆ_１とΔｆ_ｎとが等しいとすると、ｋはＣ、Ｃ_０、ｎを用いて次式で表される。
【００４２】

【００４３】
すなわち、櫛型電極のフィンガーの本数が与えられた時、初期静電容量Ｃ_０と定数Ｃを設定することにより、式７を用いてｋを求めることができ、このｋを式２に当てはめて対向電極の形状を設定することにより、カットするフィンガーの本数によらず、共振周波数のシフト量を略一定にすることができる。これにより、従来のように共振周波数のずれ量を一旦静電容量に変換し、その後カットするフィンガーの本数を設定するといった２段階の作業を行う必要がなくなり、共振周波数のずれ量から直接的にカットするフィンガーの本数を決定することができ、共振周波数の調整作業を格段に容易にすることができる。
【００４４】
以下、具体的に計算した結果を示す。例えば、カット前の静電容量Ｃ_０＝１００（ｐＦ）、定数Ｃ＝１、フィンガーの本数ｎ＝２０を式７に代入するとｋを求めることができ、ｋは実数かつ式２の括弧内が正数になることから、ｋ＝０．０１２４１８４となる。このｋを用いてΔＣｎ＝１−ｋｎ≒１−ｎ／８０の関係を満たすように対向電極８の形状を定めれば、フィンガー毎の共振周波数のシフト量を略一定にすることができる。
【００４５】
上記計算の妥当性を確認するために上記手法で得た解と任意に設定した値とを用いて共振周波数のシフト量のシミュレーションを行った。その結果を表１〜表３及び図４に示す。表１〜表３は、ｎ番目のフィンガーをカットした場合（すなわち、ｎ−１番目までカットした状態から更にｎ番目のフィンガーをカットした時）の共振周波数のシフト量を示しており、表１はｋの値を本実施例の方法で求めた値（ｋ＝０．０１２４１８４）とした場合、表２はｋ＝０．０１に設定した場合、表３はｋ＝０．０１５に設定した場合のシミュレーション結果を示している。
【００４６】
表１〜表３をまとめた図４より、ｋを計算によらずに適当に設定した場合（図の△印又は□印）では、フィンガー７ｂのカット数が増えるほど共振周波数のシフト量が変化しているが、上記手法により算出した解を用いた場合（図の○印）の共振周波数のシフト量Δｆは略一定であり、上記計算手法の妥当性を確認することができた。
【００４７】
なお、表１及び図４の結果から、本実施例の方法で設定したｋの値でも共振周波数のシフト量を完全に一定にすることができないが、その誤差（（最大値−最小値）／平均値）は１％程度と小さく、ＲＦＩＤシステムの使用形態を考慮すると問題ない数値であり、本実施例の方法で十分な精度で共振周波数の調整を行うことができる。
【００４８】
【表１】
ｋ＝０．０１２４１８４の場合

【００４９】
【表２】
ｋ＝０．０１の場合

【００５０】
【表３】
ｋ＝０．０１５の場合

【００５１】
次に、式２の関係式の妥当性を判断するために、フィンガー毎の静電容量の変化量ΔＣｎを一定の値にした場合と徐々に静電容量の変化量が小さくなる関係式を用いた場合について同様のシミュレーションを行った。その結果を表４〜表６及び図５に示す。
【００５２】
具体的には、櫛型電極７のフィンガー７ｂをカットする前の静電容量Ｃ_０＝１００ｐＦのラベルタグにおいて、定数Ｃを１、フィンガーの本数ｎを２０本とし、櫛型電極７の先端からｎ番目のフィンガーが対向電極８と形成する微小容量がΔＣｎ＝１−ｎ／８０（ｐＦ）となるように櫛型電極７を設計した。すなわち、フィンガーの幅及びフィンガー同士の間隔は一定であり、交差する対向電極８の先端の幅（Ｗ１）と根元の幅（Ｗ２）の比がＷ１：Ｗ２＝１−１／８０：１−２０／８０＝７９：６０のテーパー形状であるようなＲＦＩＤ用ラベルタグを作製した。櫛型電極７の先端から順に、フィンガー７ｂをカットしたときの共振周波数のシフト量を表４に示す。
【００５３】
また、比較例として、全てのフィンガー７ｂに対してフィンガー７ｂと対向電極８とで形成する微小容量ΔＣがΔＣ＝１（ｐＦ）となるように対向電極８を設計した場合（表５）と、櫛型電極７の先端からｎ番目のフィンガー７ｂと対向電極８とで形成する微小容量ΔＣ_ｎがΔＣ_ｎ＝０．９９×Ｃ_ｎ−１（ｐＦ）となる（但し、Ｃ_１＝１）ように櫛型電極を設計した場合（表６）についても同様に計算した。
【００５４】
【表４】
ΔＣｎ＝１−ｎ／８０の場合

【００５５】
【表５】
ΔＣｎ＝１の場合

【００５６】
【表６】
ΔＣｎ＝０．９９×Ｃ_ｎ−１（ｐＦ）の場合（但し、Ｃ_１＝１）

【００５７】
上記表４〜表６の結果をグラフに表すと図５に示すようになる。図５から、ΔＣｎが一定値の場合（図の□印）は、カットするフィンガー７ｂの本数が多くなるに従って静電容量の変化量は同じであるが、式１の分母が徐々に小さくなるために共振周波数のシフト量は徐々に大きくなり、１本目と２０本目とでは３７％程度増加している。また、静電容量の変化量を徐々に小さくした場合（図の△印）、共振周波数のシフト量のずれは緩和されるが、それでも１本目と２０本目とでは１０％程度増加している。
【００５８】
これに対して、本実施例の関係式で設計した場合（図の○印）では、共振周波数のシフト量は略一定であり、最小値（右端）と最大値（１０本目）とのずれは１％強であり、本実施例の関係式が共振周波数のシフト量を一定にするために有効であることが分かる。これにより、共振回路形成後の検査において共振周波数にずれが生じている場合には、共振周波数のずれ量をフィンガー１本あたりの共振周波数の補正量（図４の場合は略０．０６５ＨＭｚ）で割った数のフィンガー７ｂを切断することにより、簡単かつ確実に所望の共振周波数に調整することができる。また、従来の共振周波数の調整方法では、フィンガー１本当たりの共振周波数の変化量が一定でないため、フィンガー７ｂ根元のカット部７ｃ（図９参照）を順次切断して調整する必要があったが、本実施例の方法では、フィンガー１本当たりの共振周波数の変化量が一定であるため、切断すべきフィンガー７ｂの本数を容易に計算することができ、その結果、フィンガー７ｂの根元ではなく、基部７ａのカット部７ｃ（図３参照、図３ではフィンガー２本を切断する場合を例示）を直接切断することにより、一回の切断動作のみで所望の共振周波数に調整することができ、作業の効率化を図ることができる。
【００５９】
本実施例では、対向電極８の形状として、図３に示すような先端に向かって徐々に太くなるテーパー形状としたが、図６（ａ）に示すように、先端に向かって階段状に太くなる形状とすることもできる。このような階段形状にすることによって、櫛型電極７と対向電極８との位置ずれ（特に、フィンガー７ｂに直交する方向の位置ずれ）が生じた場合であっても、フィンガー毎の重なり部分の面積の変化を抑えることができる。どちらの形状とするかは、タグ２に求められる共振周波数の精度及び電極形成時の位置精度、製造容易性等を総合的に勘案して適宜選択することができる。また、対向電極の形状は、上記テーパー状又は階段状に限定されず、フィンガー毎の静電容量の変化量ΔＣｎが式２の関係式で表される形状であれば良く、櫛型電極７の形状も、図６（ｂ）に示すように基部７ａの両側にフィンガー７ｂが配置される構造であっても良い。
【００６０】
なお、本実施例の方法を用いて設計した電極をタグに形成するには、例えば、基板６となる絶縁フィルムとして、例えばＰＥＴシートを用い、その両面に形成されたＡｌ箔をエッチングにより除去することによってコイル４（上面コイル４ａ及び下面コイル４ｂ）及びコンデンサ５（櫛型電極７及び幹部電極９並びに対向電極８）を形成し、その後、スルーホールにより上面コイル４ａと下面コイル４ｂとを電気的に導通させてシートコイルを作製し、更にＩＣチップ２ｂを実装してインレットを作製することにより可能である。そして、検査装置を用いて共振周波数を測定し、上述した方法で所望の数のフィンガー７ｂをトリミングして共振周波数を調整し、インレットの両面にラベル加工してラベル型タグ２が完成する。
【００６１】
なお、絶縁フィルムとしてはＰＥＴシートに限定されず、ポリエチレンシートやポリイミドシートを用いることができ、導電膜としてはＡｌに代えてＣｕを用いることができる。この中で、ＰＥＴシートとＡｌ又はＣｕとの組み合わせ、ポリエチレンシートとＡｌとの組み合わせ、又は、ポリイミドシートとＣｕ箔との組み合わせが用途上好ましいことを確認している。更に、共振回路形成後に実装するＩＣはフリップチップ実装により行うことが用途上好ましい。
【００６２】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤ用タグの櫛型電極構造及び該電極を用いた共振周波数の調整方法について、図７を参照して説明する。図７は、第２の実施例のＲＦＩＤ用ラベル型タグの共振回路を構成するコンデンサ部分の櫛型電極構造を示す図である。
【００６３】
前記した第１の実施例では、共振回路のコンデンサを構成する対向電極８の形状をテーパー状又は階段状にする方法について記載したが、逆に、櫛型電極７のフィンガー７ｂの形状を調整して共振周波数のシフト量を略一定にすることも可能である。そこで、本実施例では、式２に基づいて静電容量すなわち電極の面積が変化するように各フィンガーの幅を先端に向かって徐々に広くなるように設定した。
【００６４】
具体的には、フィンガー７ｂをカットする前の静電容量Ｃ₀＝１００ｐＦのラベルタグにおいて、櫛型電極７の先端からｎ番目のフィンガー７ｂが対向電極８と形成する微小容量ΔＣｎがΔＣｎ＝１−ｎ／８０（ｐＦ）となるように櫛型電極７を設計した。すなわち、フィンガーと交差する対向電極８が矩形形状で、櫛型電極７の先端からｎ番目のフィンガーの幅Ｗｆｎ＝Ｗｆ_１×（１−ｎ／８０）である櫛型電極７をもつＲＦＩＤ用ラベルタグを作製した。但しフィンガーの本数は２０本あり、ΔＣ₁＝１−１／８０（ｐＦ）である。櫛型電極７の先端から順にフィンガー７ｂをカットしたときの共振周波数のシフト量をシミュレーションにより求めた。
【００６５】
上記構造でもフィンガー毎の静電容量の変化量は第１の実施例の表４及び図５と同様になり、式２の関係に基づいてフィンガー７ｂの幅を設定することにより、第１の実施例と同様に共振周波数のシフト量を略一定に保つことができ、実際の製造において共振周波数にずれが生じた場合の調整を容易に行うことができる。
【００６６】
なお、第１の実施例で対向電極８の形状を設定し、第２の実施例で櫛型電極７の形状を設定したが、図８に示すように、これらを組み合わせた構造とすることもできる。この場合は、対向電極８の幅と櫛型電極７のフィンガー７ｂの幅の積が式２の関係を満たすように各々の電極を形成すればよい。また、上記各実施例では、ＲＦＩＤシステムに用いるタグの共振回路の構造について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、コンデンサの静電容量の調整が必要な任意の回路及び装置に適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤ用タグの電極構造及び該電極を用いた共振周波数の調整方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００６８】
本発明の第１の効果は、カットするフィンガーの位置に依らず、フィンガー１本当りの共振周波数のシフト量をほぼ一定とすることができるということである。
【００６９】
その理由は、式２に基づいて、対向電極をテーパー状や階段状にしたり、また、櫛型電極の各フィンガーの幅を設定することにより、フィンガー毎の静電容量の変化量を調整しているからである。
【００７０】
また、本発明の第２の効果は、共振周波数を目標とする値へ調節するために必要なカット本数を容量に計算することができ、その結果、フィンガーの根元ではなく、基部のカット部を直接切断することにより、一回の切断動作のみで所望の共振周波数に調整することができ、作業の効率化を図ることができるということである。
【００７１】
その理由は、従来はフィンガー毎の面積が等しい、すなわち、静電容量の変化量が等しくなるように電極を形成していたため、目標とする共振周波数と測定した周波数のずれから一旦コンデンサの静電容量のずれを算出し、その結果からカットするフィンガーの本数を求めなければならなかったが、本発明では、フィンガー毎の共振周波数のシフト量が略等しくなるように対向電極の形状又は櫛型電極のフィンガーの幅が設定されているため、共振周波数のずれ量から直接カットするフィンガーの本数を求めることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るラベル型タグの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る櫛型電極の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の効果を説明するための図であり、式２におけるｋの値を変えた場合のフィンガー当たりの共振周波数シフト量の変化を示している。
【図５】本発明の第１の実施例の効果を説明するための図であり、ΔＣｎの関係式を変えた場合のフィンガー当たりの共振周波数シフト量の変化を示している。
【図６】本発明の第１の実施例に係るコンデンサの対向電極の他の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係るコンデンサの櫛型電極の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るコンデンサの櫛型電極の他の構成を示す平面図である。
【図９】従来のコンデンサの櫛型電極構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ＲＦＩＤシステム
２タグ
２ａ共振回路
２ｂＩＣ
３リーダ／ライタ
３ａアンテナ
３ｂ通信回路部
３ｃ演算処理部
４コイル
４ａ上面コイル
４ｂ下面コイル
５コンデンサ
６基板
７櫛型電極
７ａ基部
７ｂフィンガー
７ｃカット部
８対向電極
８ａ対向電極（テーパー形状）
８ｂ対向電極（階段形状）
８ｃ対向電極（矩形形状）
９幹部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode structure of a capacitor constituting a resonance circuit and a method for adjusting a resonance frequency using the electrode, and more particularly to a comb electrode of an RFID (Radio Frequency Identification) tag capable of easily adjusting a resonance frequency. The present invention relates to a shape and a resonance frequency adjusting method using the comb electrode.
[0002]
[Prior art]
In recent years, RFID systems that perform data communication between a tag including an IC chip and a reader / writer (or a reader) have become widespread. Since this RFID system performs data communication using an antenna provided in each of the tag and the reader / writer, communication is possible even if the tag is separated from the reader / writer by several centimeters to several tens of centimeters. Due to its strength against static electricity, it has been used in various fields such as factory production management, logistics management, and entrance / exit management.
[0003]
The basic circuit elements of this tag are a resonance circuit composed of an antenna coil and a capacitor, and an IC chip. To perform data communication in a desired frequency band (for example, 13.56 MHz), a resonance circuit is configured. It is necessary to accurately adjust the resonance frequency f set by the inductance L of the antenna coil and the capacitance C of the capacitor to the above frequency.
[0004]
Here, when a label type tag is used as a tag, an antenna coil is formed on one surface of a flexible sheet-like substrate, an electrode facing the antenna coil is formed on the other surface, and the substrate is formed as a dielectric. To form a capacitor. Then, the inductance is adjusted by the number of turns and the area of the antenna coil, and the capacitance is adjusted by the area of the overlapping portion of the opposing electrodes and the distance between the electrodes.
[0005]
The number and area of turns of these antenna coils, the area of the overlapping portion of the opposing electrodes, etc. are basically set at the tag design stage, and if the antenna coil or capacitor is formed according to the design value, it is desirable A tag having a resonance frequency of can be manufactured.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
These antenna coils and capacitors are formed by removing a conductive film previously formed on both surfaces of a flexible sheet-like substrate by wet etching or printing a conductive paste by screen printing or the like. In wet etching, the electrode end portion under the etching mask is gradually etched, so that a certain amount of error occurs in the pattern dimension. Further, the shape and structure of the antenna coil and the capacitor change due to various factors such as the dimensional accuracy of screen printing and the thickness of the substrate, and a desired resonance circuit cannot be formed.
[0007]
Therefore, there is a demand for a structure and an adjustment method that can correct the deviation of the inductance of the antenna coil and the capacitance of the capacitor, that is, the deviation of the resonance frequency due to manufacturing factors. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-216494 is desired. In the gazette, the antenna coil formed on one surface of the substrate has the same shape, and the electrode provided on the other is screen-printed with a conductive paste so that the area gradually decreases, and by combining these electrodes, the electrostatic capacitance of the capacitor is obtained. The optimum resonance frequency is obtained by adjusting the capacitance.
[0008]
In JP-A-10-84075, one electrode constituting a capacitor has a comb structure in which a large number of fingers are extended from the base, and the fingers of the comb electrode are cut sequentially, so that the electrode area of the capacitor, that is, electrostatic It describes a method for changing the capacitance and thereby adjusting the resonant frequency. The adjustment method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-84075 will be described with reference to the drawings.
[0009]
9A and 9B are diagrams schematically showing the structure of the capacitor portion of the above-described conventional resonance circuit, in which FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. As shown in FIG. 9, with a substrate 6 made of an insulator interposed, a comb electrode 7 (solid line of (a)) and a trunk electrode 9 are disposed on one surface, and a counter electrode 8 ((a) on the other surface. Are formed). The comb-shaped electrode 7 is formed by arranging fingers 7b having the same width in parallel with the base portion 7a, while the counter electrode 8 is formed such that a rectangular electrode overlaps the fingers 7b when viewed from the normal direction of the substrate 6. Is formed. A method for adjusting the resonance frequency using the comb electrode 7 and the counter electrode 8 having the above structure will be described below.
[0010]
First, the resonance frequency f of the resonance circuit is determined by the inductance L of the coil and the capacitance C of the sheet capacitor, and is expressed by the following equation.
[0011]

[0012]
The capacitance C is proportional to the area of the portion where the opposing electrodes (finger 7b and counter electrode 8 in the figure) overlap, and inversely proportional to the distance between the electrodes. Therefore, by cutting the cut portion 7c at the base of the finger 7b, the electrode area of the capacitor can be reduced, the capacitance C can be reduced, and the resonance frequency f can be increased from Equation 1. Therefore, the resonance frequency f can be adjusted to a desired value by previously increasing the capacitance of the capacitor before cutting the finger 7b and cutting the finger 7b.
[0013]
However, in the conventional electrode structure, since the width of the finger 7b of the comb electrode 7 is constant and the counter electrode 8 is rectangular, the area of the electrode formed by each finger 7b, that is, the capacitance C is the same. Therefore, the shift amount of the resonance frequency when the fingers 7b are sequentially cut is not constant from the relationship of Equation 1, and the amount of change in the denominator of Equation 1 increases as the number of fingers 7b to be cut increases. The amount of frequency shift becomes large.
[0014]
In such a structure, in order to adjust the resonance frequency f to a target value, the capacitance C of the capacitor corresponding to the desired resonance frequency f is obtained in advance by calculation, and cut so as to be the capacitance. The two-step procedure of obtaining the number of fingers to be performed must be taken, and the number of cuts of the fingers 7b cannot be easily calculated directly from the measured value of the resonance frequency. That is, in actual work, after forming a resonance circuit composed of a coil and a capacitor on the substrate 6, even if the resonance frequency is measured using an inspection device, the number of cuts of the finger 7b cannot be determined directly from the measured value. It was necessary to adjust the resonance frequency by repeating the operation of performing measurement after cutting the fingers.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems, and its main object is to provide an electrode structure for an RFID tag that can easily adjust the resonance frequency of a device including a resonance circuit such as an RFID tag. And providing a method of adjusting a resonance frequency using the electrode.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the RFID tag electrode structure of the present invention comprises a capacitor electrode constituting a resonance circuit of an RFID tag, a comb electrode and a trunk electrode with a plurality of fingers connected to the base, and a substrate. A capacitance ΔCn formed by the n-th finger (n is a positive number) counted from one end side of the comb-shaped electrode and the counter electrode. ,CWhen a constant is used, the relationship expressed by ΔCn = C × (1-kn) is satisfied.And k is C ₀ Where (1−k) / C ₀ ^3/2 = (1-kn) / (C ₀ -C (n-1) * (1-1 / 2 * kn)) ^3/2 Satisfies the relationship expressed byAs described above, when the shape of the electrode is set and the finger is separated from the base portion in order from the one end side of the comb-shaped electrode, the shift amount of the resonance frequency of the resonance circuit is substantially constant. .
[0017]
  In addition, the electrode structure of the RFID tag according to the present invention is such that the capacitor electrode constituting the resonance circuit of the RFID tag has n fingers (n is a positive number) with a substantially constant width and interval connected to the base. And a counter electrode formed on the opposite surface across the substrate. The counter electrode has a width W1 on one end side and a width W2 on the other end side.WhenAnd satisfies the relationship expressed by W1: W2 = (1-k) :( 1-kn)And k is a constant C, C ₀ Where (1−k) / C ₀ ^3/2 = (1-kn) / (C ₀ -C (n-1) * (1-1 / 2 * kn)) ^3/2 Satisfies the relationship expressed byIn this way, it is formed in a tapered shape that gradually narrows from the one end side toward the other end side or a stepped shape that narrows stepwise, and the fingers are separated from the base portion in order from the one end side of the comb-shaped electrode. In this case, the shift amount of the resonance frequency of the resonance circuit becomes substantially constant.
[0018]
  Further, the electrode structure of the RFID tag of the present invention is such that the capacitor electrode constituting the resonance circuit of the RFID tag has a comb-shaped electrode and a trunk electrode in which n (n is a positive number) fingers are connected to the base. The comb-shaped electrode has a width of the finger on one end side as Wf1 and a width on the other end side as Wf2.WhenAnd satisfies the relationship represented by Wf1: Wf2 = (1-k) :( 1-kn)And k is a constant C, C ₀ Where (1−k) / C ₀ ^3/2 = (1-kn) / (C ₀ -C (n-1) * (1-1 / 2 * kn)) ^3/2 Satisfies the relationship expressed byAs described above, when the width of the finger is gradually reduced from the one end side toward the other end side, and the finger is separated from the base portion in order from the one end side of the comb electrode, the resonance circuit The amount of shift of the resonance frequency is substantially constant.
[0022]
According to another aspect of the present invention, there is provided a resonance frequency adjustment method for an RFID tag having the above electrode structure, wherein the resonance circuit is once formed on the substrate and then the resonance frequency of the resonance circuit is measured. Determining a deviation amount between the measured resonance frequency and a desired frequency, dividing the deviation amount by a resonance frequency shift amount for each finger, and setting the number of fingers to be cut; and At least a predetermined cut portion of the base portion that can be cut from the capacitor by the set number, and adjusting a resonance frequency to the desired frequency.
[0023]
As described above, according to the present invention, the counter electrode constituting the capacitor of the resonance circuit of the RFID tag has a stepped shape or a tapered shape so that the area of the overlapping portion with the finger of the comb-shaped electrode is changed. By changing the width of the electrode finger itself and setting the shape of the counter electrode and the finger width so as to satisfy a predetermined relational expression (ΔCn = C × (1−kn)), the resonance frequency for each finger Can be made substantially constant. As a result, the number of fingers to be cut can be easily calculated, so that a predetermined cut portion of the base is cut at one place, and the necessary number of fingers are separated from the capacitor, so that the resonance frequency can be easily adjusted. It becomes possible to.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the preferred embodiment of the RFID tag electrode structure according to the present invention, a comb-shaped electrode of a capacitor constituting a resonance circuit of an RFID tag that performs data communication with a reader / writer, and a substrate are sandwiched between them. The counter electrode formed on the opposite surface is formed so that the area of the overlapping portion between each finger of the comb electrode and the counter electrode gradually decreases from the tip side to the root side of the comb electrode. Then, the shift amount of the resonance frequency when the fingers are sequentially cut is made substantially constant.
[0025]
That is, regardless of the position of the finger to be cut, in order to make the shift amount of the resonance frequency per finger constant, the minute capacitance value ΔC formed between the opposing electrodes is set for each finger. As a setting example, for example, ΔCn = C × (1−kn) may be set. Here, k is a proportionality constant, ΔCn is a minute capacitance formed by the nth finger from the tip of the comb electrode and the counter electrode, and C is a constant. However, the value of k is C₀(Capacity of tag before finger cut) and the value of C need to be set to optimum values. For example, (1) the width of fingers and the interval between fingers are constant, This can be realized by forming the electrode into a tapered shape or a stepped shape with a narrow root, and (2) making the finger width narrower as it approaches the root of the comb-shaped electrode.
[0026]
【Example】
In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
[Example 1]
First, an RFID tag electrode structure according to a first embodiment of the present invention and a resonance frequency adjusting method using the electrode will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an RFID system. FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the RFID label tag of this embodiment, and FIG. 3 is an enlarged view of the capacitor portion of the resonance circuit. 4 and 5 are diagrams for explaining the effect of this embodiment, and FIG. 6 is a diagram showing another structure of the counter electrode.
[0028]
As shown in FIG. 1, an RFID system 1 includes a reader / writer 3 that communicates data using an antenna 3a, and tags 2 having various shapes such as a label type, a coin type, and a sheet type. The writer 3 is connected to a communication circuit unit 3b for converting transmission / reception signals and an arithmetic processing unit 3c for decoding transmission / reception signals. Further, the tag 2 includes a resonance circuit 2a including a coil and a capacitor therein, and when generating a signal also on the tag 2 side, an IC 2b for calculating and storing data is connected to the resonance circuit 2a. It is driven using a built-in power source or a power source supplied from the reader / writer 3.
[0029]
Since data communication between the reader / writer 3 and the tag 2 in the RFID system 1 is performed at a desired communication frequency (for example, 13.56 MHz), the resonance frequency of the resonance circuit 2a of the tag 2 is accurately adjusted to the communication frequency. There is a need to. Here, the structure of the tag 2 will be described with reference to FIG. 2A and 2B are diagrams showing an example of the structure of a label type tag, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
[0030]
As shown in FIG. 2, generally, a label type tag is composed of a substrate 6, a conductive film pattern formed on both sides thereof, and an IC 2b, and Al, Cu, etc. provided on both sides of the substrate 6 made of a flexible insulating sheet. The pattern of the coil 4, the comb electrode 7, and the counter electrode 8 is formed by removing the conductive film by etching or applying a conductive paste by screen printing. Individual differences occur in the pattern shape depending on manufacturing conditions such as accuracy.
[0031]
Therefore, in order to adjust the deviation of the resonance frequency for each tag 2 due to individual differences in pattern formation, it is necessary to adjust the inductance L of the coil 4 or the capacitance C of the capacitor 5 that forms the resonance circuit 2a after the pattern formation. However, the inductance L is proportional to the number of turns and the area of the coil, and it is difficult to adjust them after pattern formation. On the other hand, the capacitance C of the capacitor 5 correlates with the area of the overlapping portion of the electrodes (comb electrode 7, trunk electrode 9 and counter electrode 8) formed across the insulating layer (substrate 6) and the distance between the electrodes. In particular, the electrode area is easy to adjust.
[0032]
Therefore, as shown in the conventional example, one electrode has a comb structure in which a large number of fingers 7b are arranged in parallel on the base portion 7a, and the fingers 7b are cut by a cut portion 7c at the base so that the electrode of the capacitor 5 is cut. By reducing the area, that is, the capacitance C, the resonance frequency f is adjusted secondarily. However, in the conventional electrode structure, the counter electrode 8 has a rectangular shape, and the width of the finger 7b of the comb electrode 7 is the same. Since the amount of change is constant, the shift amount of the resonance frequency f is not constant from the relationship of Equation 1, and adjustment thereof is difficult.
[0033]
Therefore, in this embodiment, an electrode shape is proposed in which the amount of change in the resonance frequency itself is substantially constant, instead of making the amount of change in capacitance constant for each finger 7b. The electrode shape design method described below is based on new knowledge obtained by the inventor of the present application, and the amount of resonance frequency shift allowed in the RFID system 1 and the actual resonance frequency adjustment work. Was devised with this in mind. A specific design method will be described in detail below.
[0034]
FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure and positional relationship between the comb electrode 7 and the counter electrode 8 constituting the capacitor 5 of the resonance circuit 2a of the present embodiment, and the comb electrode 7 is formed on one side of the base portion 7a. This (n is an arbitrary integer) fingers 7b are arranged in parallel and at equal intervals, and on the opposite side across the substrate 6, a tapered counter electrode 8a indicated by a dotted line is on the tip side (see FIG. It is formed so that it is thick on the right side) and thin on the base side (left side in the figure). Here, the fingers 7b are arranged at equal intervals and in parallel. However, as long as the area of the overlapping portion between each finger 7b and the counter electrode 8 satisfies the relationship described later, it is not limited to the shape shown in the figure.
[0035]
First, a relational expression for making the resonance frequency shift amount per finger substantially constant is determined. As a result of examining various relational expressions, the inventor of the present application has found an allowable value of the resonance frequency shift in the RFID system 1 and the like. In consideration of the ease of electrode formation and the like, it was found that the change in the resonance frequency shift amount is suppressed when the change amount ΔCn of the capacitance of the capacitor 5 is represented by the relational expression (2). Hereinafter, a method for obtaining the proportionality constant k in Expression 2 will be described.
[0036]

[0037]
When ΔCn is expressed by Equation 2, k is obtained such that the shift amount Δf of the resonance frequency at the first and n-th finger cuts is equal. First, Δf when one finger is cut₁Is the capacitance before cutting C₀Then, the electrostatic capacity after cutting is C₀Since it is -C (1-k), it is represented by the following formula.
[0038]

[0039]
Similarly, Δf when the nth finger is cut_nIs expressed by Expression 6, since the amount of decrease in capacity when the 1st to (n-1) th lines are cut is Expression 4, and the amount of decrease in capacity when the 1st to nth lines are cut is Expression 5.
[0040]

[0041]
Where Δf₁And Δf_nAre equal, k is C, C₀, N is represented by the following formula.
[0042]

[0043]
That is, given the number of fingers of the comb electrode, the initial capacitance C₀And constant C, k can be obtained using Equation 7, and by applying k to Equation 2 and setting the shape of the counter electrode, the resonance frequency can be obtained regardless of the number of fingers to be cut. Can be made substantially constant. As a result, it is not necessary to perform a two-step operation such as once converting the resonance frequency deviation amount into capacitance and setting the number of fingers to be cut, as in the past, and directly from the resonance frequency deviation amount. The number of fingers to be cut can be determined, and the adjustment operation of the resonance frequency can be greatly facilitated.
[0044]
Hereinafter, the result calculated concretely is shown. For example, capacitance C before cutting₀= 100 (pF), constant C = 1, the number of fingers n = 20 is substituted into Equation 7, k can be obtained, and k is a real number and the parentheses in Equation 2 are positive, so k = 0 .0124184. If the shape of the counter electrode 8 is determined so as to satisfy the relationship of ΔCn = 1−kn≈1−n / 80 using this k, the shift amount of the resonance frequency for each finger can be made substantially constant.
[0045]
In order to confirm the validity of the above calculation, a resonance frequency shift amount was simulated using the solution obtained by the above method and an arbitrarily set value. The results are shown in Tables 1 to 3 and FIG. Tables 1 to 3 show the shift amount of the resonance frequency when the n-th finger is cut (that is, when the n-th finger is further cut from the state cut to the (n-1) th). Is the value obtained by the method of this embodiment (k = 0.0124184), Table 2 is set to k = 0.01, Table 3 is set to k = 0.015 The simulation results are shown.
[0046]
From FIG. 4 that summarizes Tables 1 to 3, when k is appropriately set without calculation (Δ mark or □ mark in the figure), the shift amount of the resonance frequency changes as the number of cuts of the finger 7b increases. However, when the solution calculated by the above method is used (circle mark in the figure), the shift amount Δf of the resonance frequency is substantially constant, and the validity of the above calculation method can be confirmed.
[0047]
From the results of Table 1 and FIG. 4, although the shift amount of the resonance frequency cannot be made completely constant even with the value of k set by the method of this embodiment, the error ((maximum value−minimum value) / (Average value) is as small as about 1%, and is a numerical value that does not cause any problem in consideration of the usage pattern of the RFID system. The resonance frequency can be adjusted with sufficient accuracy by the method of this embodiment.
[0048]
[Table 1]
In the case of k = 0.0124184

[0049]
[Table 2]
When k = 0.01

[0050]
[Table 3]
When k = 0.015

[0051]
Next, in order to determine the validity of the relational expression of Expression 2, a relational expression in which the capacitance change amount ΔCn for each finger is set to a constant value and the capacitance change amount gradually decrease is used. The same simulation was performed for the case where there was. The results are shown in Tables 4 to 6 and FIG.
[0052]
Specifically, the capacitance C before cutting the finger 7b of the comb electrode 7₀= 100 pF In a label tag, the constant C is 1, the number of fingers n is 20, and the minute capacitance formed by the nth finger from the tip of the comb electrode 7 with the counter electrode 8 is ΔCn = 1−n / 80 (pF The comb-shaped electrode 7 was designed so that That is, the width of the fingers and the interval between the fingers are constant, and the ratio of the width (W1) of the tip of the opposing electrode 8 to the width of the root (W2) is W1: W2 = 1/80: 1-20. An RFID label tag having a taper shape of / 80 = 79: 60 was produced. Table 4 shows the shift amount of the resonance frequency when the finger 7b is cut in order from the tip of the comb electrode 7.
[0053]
Further, as a comparative example, when the counter electrode 8 is designed so that the minute capacitance ΔC formed by the fingers 7b and the counter electrode 8 with respect to all the fingers 7b is ΔC = 1 (pF) (Table 5), A minute capacitance ΔC formed by the n-th finger 7b from the tip of the comb electrode 7 and the counter electrode 8_nIs ΔC_n= 0.99 × C_n-1(PF) (however, C₁= 1) The same calculation was performed for the case where the comb electrode was designed as shown in Table 6 (Table 6).
[0054]
[Table 4]
When ΔCn = 1−n / 80

[0055]
[Table 5]
When ΔCn = 1

[0056]
[Table 6]
ΔCn = 0.99 × C_n-1In the case of (pF) (however, C₁= 1)

[0057]
The results of Tables 4 to 6 are shown in a graph in FIG. From FIG. 5, when ΔCn is a constant value (marked by □ in the figure), the amount of change in capacitance is the same as the number of fingers 7b to be cut increases, but the denominator of Equation 1 gradually decreases. On the other hand, the shift amount of the resonance frequency gradually increases, and the first and twentieth lines increase by about 37%. Further, when the change amount of the capacitance is gradually reduced (Δ in the figure), the shift in the shift amount of the resonance frequency is alleviated, but still increases by about 10% between the first and the 20th.
[0058]
On the other hand, in the case of designing with the relational expression of this embodiment (circles in the figure), the shift amount of the resonance frequency is substantially constant, and the deviation between the minimum value (right end) and the maximum value (10th) is not. It can be seen that the relational expression of this embodiment is effective for making the shift amount of the resonance frequency constant. As a result, if there is a deviation in the resonance frequency in the inspection after the formation of the resonance circuit, the deviation amount of the resonance frequency is the correction amount of the resonance frequency per finger (in the case of FIG. 4, approximately 0.065 HMz). By cutting the divided number of fingers 7b, the desired resonance frequency can be adjusted easily and reliably. Further, in the conventional method for adjusting the resonance frequency, since the amount of change in the resonance frequency per finger is not constant, it has been necessary to sequentially cut and adjust the cut portion 7c (see FIG. 9) at the base of the finger 7b. In the method of this embodiment, since the amount of change in the resonance frequency per finger is constant, the number of fingers 7b to be cut can be easily calculated, and as a result, not the root of the finger 7b, By directly cutting the cut portion 7c of the base portion 7a (see FIG. 3, the case where two fingers are cut in FIG. 3), the resonance frequency can be adjusted to a desired resonance frequency by a single cutting operation. Can be made more efficient.
[0059]
In this embodiment, the shape of the counter electrode 8 is a tapered shape that gradually increases toward the tip as shown in FIG. 3, but as shown in FIG. It can also be set as a shape. By adopting such a staircase shape, even when a positional deviation between the comb-shaped electrode 7 and the counter electrode 8 (particularly, a positional deviation in a direction perpendicular to the finger 7b) occurs, The change in area can be suppressed. Which shape is selected can be appropriately selected in consideration of the accuracy of the resonance frequency required for the tag 2, the positional accuracy at the time of electrode formation, ease of manufacture, and the like. Further, the shape of the counter electrode is not limited to the tapered shape or the step shape, but may be any shape as long as the change amount ΔCn of the capacitance for each finger is expressed by the relational expression of Equation 2. The shape may also be a structure in which the fingers 7b are arranged on both sides of the base portion 7a as shown in FIG. 6 (b).
[0060]
In addition, in order to form the electrode designed using the method of this embodiment on the tag, for example, as an insulating film to be the substrate 6, for example, a PET sheet is used, and the Al foil formed on both surfaces thereof is removed by etching. Thus, the coil 4 (upper surface coil 4a and lower surface coil 4b) and the capacitor 5 (comb electrode 7, trunk electrode 9, and counter electrode 8) are formed, and then the upper surface coil 4a and the lower surface coil 4b are electrically connected by a through hole. It is possible to make a sheet coil by conducting the circuit, and then mount an IC chip 2b to make an inlet. Then, the resonance frequency is measured using an inspection device, the desired number of fingers 7b are trimmed by the above-described method to adjust the resonance frequency, and label processing is performed on both sides of the inlet to complete the label type tag 2.
[0061]
In addition, as an insulating film, it is not limited to a PET sheet, A polyethylene sheet and a polyimide sheet can be used, and it can replace with Al and can use Cu as a electrically conductive film. Among these, it has been confirmed that a combination of a PET sheet and Al or Cu, a combination of a polyethylene sheet and Al, or a combination of a polyimide sheet and Cu foil is preferable for use. Furthermore, it is preferable for application that the IC to be mounted after the resonant circuit is formed is flip chip mounting.
[0062]
[Example 2]
Next, a comb-shaped electrode structure of an RFID tag according to a second embodiment of the present invention and a resonance frequency adjusting method using the electrode will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a comb-shaped electrode structure of a capacitor portion constituting the resonance circuit of the RFID label type tag of the second embodiment.
[0063]
In the first embodiment described above, the method of making the shape of the counter electrode 8 constituting the capacitor of the resonance circuit into a taper shape or a step shape has been described, but conversely, the shape of the finger 7b of the comb electrode 7 is adjusted. Thus, it is possible to make the shift amount of the resonance frequency substantially constant. Therefore, in this embodiment, the width of each finger is set so as to gradually widen toward the tip so that the capacitance, that is, the area of the electrode, changes based on Equation 2.
[0064]
Specifically, the capacitance C before cutting the finger 7b₀In the label tag of = 100 pF, the comb electrode 7 is designed so that the minute capacitance ΔCn formed by the nth finger 7 b from the tip of the comb electrode 7 and the counter electrode 8 becomes ΔCn = 1−n / 80 (pF). . That is, the counter electrode 8 that intersects the finger is rectangular, and the width Wfn = Wf of the nth finger from the tip of the comb electrode 7₁An RFID label tag having a comb-shaped electrode 7 of × (1-n / 80) was produced. However, there are 20 fingers and ΔC₁= 1-1 / 80 (pF). The shift amount of the resonance frequency when the finger 7b was cut in order from the tip of the comb electrode 7 was obtained by simulation.
[0065]
Even in the above structure, the amount of change in capacitance for each finger is the same as in Table 4 and FIG. 5 of the first embodiment, and by setting the width of the finger 7b based on the relationship of Equation 2, the first embodiment Similar to the example, the shift amount of the resonance frequency can be kept substantially constant, and the adjustment when the resonance frequency is shifted in actual manufacturing can be easily performed.
[0066]
The shape of the counter electrode 8 is set in the first embodiment and the shape of the comb electrode 7 is set in the second embodiment. However, as shown in FIG. it can. In this case, each electrode may be formed so that the product of the width of the counter electrode 8 and the width of the finger 7b of the comb-shaped electrode 7 satisfies the relationship of Formula 2. In each of the above embodiments, the structure of the resonance circuit of the tag used in the RFID system has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and any circuit that requires adjustment of the capacitance of the capacitor. And can be applied to devices.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the electrode structure of the RFID tag of the present invention and the method for adjusting the resonance frequency using the electrode, the following effects can be obtained.
[0068]
The first effect of the present invention is that the shift amount of the resonance frequency per finger can be made substantially constant regardless of the position of the finger to be cut.
[0069]
The reason is that by adjusting the amount of change in capacitance for each finger by setting the counter electrode to a tapered or stepped shape, or setting the width of each finger of the comb-shaped electrode based on Equation 2. Because.
[0070]
In addition, the second effect of the present invention is that the number of cuts required to adjust the resonance frequency to the target value can be calculated as the capacity, and as a result, the base cut portion is used instead of the finger base. By directly cutting, it is possible to adjust to a desired resonance frequency by only one cutting operation, and work efficiency can be improved.
[0071]
The reason for this is that, in the past, the electrodes were formed so that the areas of each finger were equal, that is, the amount of change in capacitance was equal. The displacement of the capacitance had to be calculated, and the number of fingers to be cut had to be obtained from the result, but in the present invention, the shape of the counter electrode or the comb electrode so that the resonance frequency shift amount for each finger is substantially equal This is because the number of fingers to be cut directly can be obtained from the amount of deviation of the resonance frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of an RFID system.
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a label type tag according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view.
FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a comb electrode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the first exemplary embodiment of the present invention, and shows a change in the amount of resonance frequency shift per finger when the value of k in Equation 2 is changed.
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the first exemplary embodiment of the present invention, and shows a change in the resonance frequency shift amount per finger when the relational expression of ΔCn is changed.
6 is a plan view showing another configuration of the counter electrode of the capacitor according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a comb-shaped electrode of a capacitor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing another configuration of the comb-shaped electrode of the capacitor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a comb-shaped electrode configuration of a conventional capacitor.
[Explanation of symbols]
1 RFID system
2 tags
2a Resonant circuit
2b IC
3 Reader / Writer
3a antenna
3b Communication circuit section
3c arithmetic processing unit
4 Coils
4a Top coil
4b Bottom coil
5 capacitors
6 Substrate
7 Comb electrode
7a base
7b finger
7c Cut part
8 Counter electrode
8a Counter electrode (tapered shape)
8b Counter electrode (step shape)
8c Counter electrode (rectangular shape)
9 Executive electrode

Claims

The capacitor electrode constituting the resonance circuit of the RFID tag consists of a comb-shaped electrode and a trunk electrode with a plurality of fingers connected to the base, and a counter electrode formed on the opposite surface across the substrate,
The capacitance ΔCn formed by the n-th finger (n is a positive number) counting from one end side of the comb-shaped electrode and the counter electrode, when C is a constant, ΔCn = C × (1−kn ) meets the relationship expressed by and, k is, when the _{C 0} as the initial _{^{capacitance, (1-k) / C}} 0 3/2 = (1-kn) / (C 0 -C the (n-1) × (1-1 / 2 × kn)) satisfy the relationship represented by ^3/2 Suyo, the shape of the electrode is set,
The RFID tag electrode structure according to claim 1, wherein when the fingers are separated from the base portion in order from the one end side of the comb-shaped electrode, a shift amount of a resonance frequency of the resonance circuit is substantially constant.

An electrode of a capacitor constituting a resonance circuit of an RFID tag includes a comb electrode and a trunk electrode having n fingers (n is a positive number) whose width and interval are substantially constant, and a base, and a substrate interposed therebetween. It consists of a counter electrode formed on the opposite surface,
Wherein the counter electrode, the width of the one end when W1, the width of the other side and W2, W1: W2 = (1 -k) meet the relationship represented by :( 1-kn), and, When k is a constant and C ₀ is an initial capacitance, (1-k) / C ₀ ^3/2 = (1-kn) / (C ₀ −C (n−1) × (1 the -1 / 2 × kn)) satisfy the relationship represented by ^3/2 Suyo, formed by gradually narrowing tapered or stepwise narrowing stepped shape toward the other end from the one end ,
The RFID tag electrode structure according to claim 1, wherein when the fingers are separated from the base portion in order from the one end side of the comb-shaped electrode, a shift amount of a resonance frequency of the resonance circuit is substantially constant.

Capacitor electrodes constituting the resonance circuit of the RFID tag are formed on the opposite side of the substrate with a comb electrode and a trunk electrode with n (n is a positive number) fingers connected to the base. It consists of a counter electrode,
The comb-shaped electrodes, the width of the fingers of one end Wf1, the width of the other end when the Wf2, Wf1: Wf2 = (1 -k) satisfy the relationship represented by :( 1-kn) Where k is a constant and C ₀ is an initial capacitance, (1-k) / C ₀ ^3/2 = (1-kn) / (C ₀ -C (n−1) ) in × (1-1 / 2 × kn) ) satisfy the relationship represented by ^3/2 Suyo, width gradually the fingers toward the other end from the one end side is smaller,
The RFID tag electrode structure according to claim 1, wherein when the fingers are separated from the base portion in order from the one end side of the comb-shaped electrode, a shift amount of a resonance frequency of the resonance circuit is substantially constant.

A method for adjusting a resonance frequency in an RFID tag having the electrode structure according to any one of claims 1 to 3,
Once the resonant circuit is formed on the substrate, the step of measuring the resonant frequency of the resonant circuit, the amount of deviation between the measured resonant frequency and a desired frequency is obtained, and the amount of deviation is shifted to the resonant frequency for each finger. Dividing by a quantity, setting the number of fingers to be cut, and cutting one predetermined cut portion of the base so that the fingers can be cut from the capacitor by the set number, and the resonance frequency And adjusting the resonance frequency of the RFID tag to at least the desired frequency.