CN101523750B - 带电磁耦合模块的物品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种体积小、具有稳定的频率特性、可以广泛适用于各种物品的带电磁耦合模块的物品。是将电磁耦合模块(1)粘接在PET瓶(20′)上的带电磁耦合模块的物品，该电磁耦合模块(1)由：处理收发信号的无线IC芯片(5)；以及搭载该无线IC芯片(5)、并设置有包含具有规定的谐振频率的谐振电路的供电电路的供电电路基板(10)形成。供电电路将PET瓶(20′)(电介质)与无线IC芯片(5)的特性阻抗进行匹配。PET瓶(20′)起到作为发射体的功能，它发射从供电电路通过电磁场耦合而提供的发送信号，且将接受的接收信号通过电磁场耦合提供给供电电路。

Description

带电磁耦合模块的物品
技术领域
本发明涉及带电磁耦合模块的物品，特别是具有用于RFID(RadioFrequencyIdentification)系统的无线IC芯片的带电磁耦合模块的物品。
背景技术
近年来，作为物品的管理系统，正在开发一种将产生感应电磁场的读写器与贴在物品上的储存规定信息的IC标签(以下称作无线IC设备)以非接触方式进行通信、传输信息的RFID系统。作为用于RFID系统的无线IC设备，例如已知有专利文献1所记载的IC标签。
专利文献1所记载的无线IC标签包括：形成于玻璃基板或PET薄膜上的由金属布线制成的天线；以及至少一部分与该天线重叠配置的元件形成层。通过将这样的无线IC标签粘贴在各种物品上，对物品进行管理。
然而，上述无线IC设备具有其尺寸较大、不能粘贴在较小的物品上这样的问题。由于需要金属制的天线，为了得到所需的增益，天线会增大，所以这一点也是导致无线IC标签的尺寸变大的原因。另外，需要将基板高精度地安装在天线上，也颇费工夫。并且，虽然无线IC设备的用途正无限拓展，但由于天线的配置状态等会导致谐振频率特性变化，所以难以安装在各种物品上。
专利文献1：日本专利特开2006-203187号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种体积小、具有稳定的频率特性、可以广泛适用于各种物品的带电磁耦合模块的物品。
为了达到上述目的，本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品的特征是，包括：由处理收发信号的无线IC芯片、与该无线IC芯片连接并设置有包含具有规定的谐振频率的谐振电路的供电电路的供电电路基板形成的电磁耦合模块； 以及粘接该供电电路基板的电介质，上述供电电路将上述电介质与上述无线IC芯片的特性阻抗进行匹配，上述电介质起到作为发射体的功能，它发射从上述供电电路通过电磁场耦合而提供的发送信号，且将接受的接收信号通过电磁场耦合提供给上述供电电路。
本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品通过使电磁耦合模块的输入输出部的特性阻抗与电介质界面的特性阻抗一致，向电介质内输入电磁波，电介质起到作为电磁发射体的功能。即，本发明可以使以陶瓷为代表的、装有水或酒等食品等的PET瓶、树木、人体、动物等生命体等电介质(介电常数为1以上)具有以往金属制天线的功能。由于电介质起到作为发射体的功能，所以可以将各种类型的物品用于RFID系统。
在本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品中，由电介质的大小等决定天线增益，即使将电磁耦合模块小型化，也能得到足够的增益。另外，从电介质发射的发送信号的频率及提供给无线IC芯片的接收信号的频率实际上相当于供电电路基板的供电电路自身的谐振频率。因此，电磁耦合模块粘接至电介质的位置不需要很高的精度，可以易于粘接。另外，收发信号的最大增益实际上由供电电路基板的尺寸、形状、供电电路基板与电介质的距离及介质中的至少一个决定。
在本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品中，电介质也可以由构成容器的第一电介质；以及装在该第一电介质内的第二电介质(例如液体)构成。而且，电介质相对于电磁耦合模块在垂线方向的大小是中心频率的1/8λ以上时较为理想，更为理想的是在1/2λ以上。
另外，还可以包括与电磁耦合模块相邻配置的阻抗转换用布线电极，该阻抗转换用布线电极也可以设置在上述电介质的表面或者内部。或者，该阻抗转换用布线电极也可以设置在又一个电介质，该又一个电介质设置在上述电介质的表面或者内部。通过设置阻抗转换用布线电极，使电磁波的传输效率提高。
无线IC芯片与供电电路基板可以电导通地进行接合，或者也可以通过磁场或者电场进行耦合。而且，无线IC芯片除了存储安装有电磁耦合模块的物品的信息之外，该信息也可以是可改写的，也可以具有RFID系统之外的信息处理功能。
另外，在本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品中，较为理想的是上述供电电路是由电容元件和电感元件构成的集总常数型谐振电路。集总常数型谐振电路可以是LC串联谐振电路或LC并联谐振电路，或者也可以包含多个LC串联谐振电路或多个LC并联谐振电路而构成。谐振电路也可以由分布常数型谐振电路构成，此时谐振电路的电感由带状线等形成。但是，若以能由电容元件和电感元件形成的集总常数型谐振电路构成，则可以容易实现小型化，难以受到来自发射体等其他元件的影响。若由多个谐振电路构成谐振电路，则通过各谐振电路进行耦合，发送信号会实现宽频化。
另外，上述电容元件若配置在无线IC芯片与上述电感元件之间，则抗浪涌性会提高。由于浪涌是最高为200MHz的低频电流，所以可被电容器阻隔，可以防止无线IC芯片受浪涌影响而毁坏。
上述供电电路基板也可以是层叠多个电介质层或者磁性体层而成的多层基板，此时，电容元件和电感元件形成于多层基板的表面及/或者内部。通过以多层基板构成谐振电路，构成谐振电路的元件(布线电极等)不仅可以形成于基板的表面，还能形成于内部，可以实现基板的小型化。另外，谐振电路元件的布局的自由度提高，可以实现谐振电路的高性能化。多层基板也可以是层叠多个树脂层而成的树脂多层基板，或者也可以是层叠多个陶瓷层而成的陶瓷多层基板。另外，也可以是利用薄膜形成技术的薄膜多层基板。是陶瓷多层基板时，陶瓷层由低温烧结陶瓷材料形成时较为理想。这是因为可以使用电阻值较低的银或铜作为谐振电路部件。
另一方面，上述供电电路基板也可以是电介质或者磁性体的单层基板，此时，电容元件及/或者电感元件形成于单层基板的表面。单层基板的材料可以是树脂，也可以是陶瓷。电容元件的电容可以在形成于单层基板的表面和背面的平面形状电极之间形成，或者也可以在单层基板的一面并排配置的电极之间形成。
供电电路基板可以是刚性的或者柔性的树脂制或者陶瓷制的基板。若基板是刚性的，则即使将无线IC设备粘贴在任何形状的电介质时，发送信号的频率也是稳定的。而且，可以对刚性的基板稳定搭载无线IC芯片。
根据本发明，可以不需要非常高的位置精度而将电磁耦合模块粘接在电介 质上，另外，由于发送信号或接收信号的频率基本上由设置在供电电路基板的供电电路决定，所以即使将电磁耦合模块与各种形态的电介质组合，频率特性也不会变化，可以得到稳定的频率特性。所以，可以将各种物品用于RFID系统。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品的一个实施例的立体图。
图2是表示在电磁耦合模块的周围配置阻抗匹配用电极图案的第1例的立体图。
图3是表示在电磁耦合模块的周围配置阻抗匹配用电极图案的第2例的立体图。
图4是表示在电磁耦合模块的周围配置阻抗匹配用电极图案的第3例的立体图。
图5是表示将上述一个实施例设置在水上的模型的立体图。
图6是表示图5的模型中的电磁场的传播模拟的示意图。
图7是表示图5的模型中的电磁场的传播模拟的示意图。
图8是表示图5的模型中的电磁波的发射方向性的示意图。
图9是表示将上述一个实施例设置在水中的模型的立体图。
图10是表示电磁耦合模块的第1例的剖视图。
图11是上述第1例的等效电路图。
图12是表示上述第1例的供电电路基板的分解立体图。
图13(A)、(B)都是表示无线IC芯片与供电电路基板的连接状态的立体图。
图14是表示电磁耦合模块的第2例的等效电路图。
图15是表示电磁耦合模块的第3例的剖视图。
图16是表示上述第3例的等效电路图。
图17是表示上述第3例的供电电路基板的分解立体图。
图18是表示电磁耦合模块的第4例的等效电路图。
图19是表示电磁耦合模块的第5例的立体图。
图20是表示电磁耦合模块的第6例的剖视图。
图21是表示上述第6例的供电电路基板的分解立体图。
图22是表示电磁耦合模块的第7例的等效电路图。
图23是表示上述第7例的供电电路基板的分解立体图。
图24是表示上述第7例的反射特性的曲线图。
图25是表示电磁耦合模块的第8例的等效电路图。
图26是表示上述第8例的供电电路基板的分解立体图。
图27表示上述第8例的无线IC芯片，(A)是仰视图，(B)是放大剖视图。
图28是表示电磁耦合模块的第9例的等效电路图。
图29是表示上述第9例的供电电路基板的分解立体图。
图30是表示电磁耦合模块的第10例的分解立体图。
图31是在上述第10例中、搭载了无线IC芯片的供电电路基板的仰视图。
图32是上述第10例的侧视图。
图33是表示上述第10例的变形例的侧视图。
图34是表示电磁耦合模块的第11例的分解立体图。
图35是表示电磁耦合模块的第12例的等效电路图。
图36是分解表示上述第12例的供电电路基板的俯视图。
图37是分解表示上述第12例的供电电路基板的俯视图(接着图36)。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品的实施例。另外，下面的说明的各种电磁耦合模块及各种物品中，对于共同的元器件、部分，标注了相同的标号，省略重复的说明。
(带电磁耦合模块的物品、参照图1～图9)
本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品的一个实施例如图1所示，是将搭载了无线IC芯片5的供电电路基板10(无线IC芯片5与供电电路基板10称作电磁耦合模块1)粘接在PET瓶20′的表面。无线IC芯片5具有处理收发信 号的功能。供电电路基板10内置供电电路，该供电电路包含具有规定的谐振频率的谐振电路。另外，本发明的规定的谐振频率表示电磁耦合模块作为无线IC设备动作的动作频率。供电电路将PET瓶20′与无线IC芯片5的特性阻抗进行匹配。
PET瓶20′装有水、茶、果汁、酒等液体，是电介质，将从供电电路基板10的供电电路通过电磁场耦合而提供的发送信号向空中发射，且将接受的接收信号通过电磁场耦合提供给供电电路，即，整个装有液体的PET瓶20′起到作为发射体的功能。在供电电路基板动作时，在与电介质相对配置的供电电路基板内的构成谐振电路的电感元件或者电容元件的电极间(例如在元件的电极的一部分与其他电极的一部分之间)通过电介质(PET瓶和PET瓶内的液体)产生电容。利用该电容在电介质内产生电场，该电场在电介质即PET瓶的液体内传播，再从PET瓶向外部空间传播。另外，利用上述电容，供电电路基板、与该供电电路基板电导通而连接的无线IC芯片、由PET瓶和液体构成的电介质在电磁耦合模块的动作频率下构成闭合电路。发送信号或接收信号的频率基本上由设置在供电电路基板的供电电路决定，通过增大PET瓶的大小，天线增益会提高，即使将电磁耦合模块小型化，也能得到足够的增益。
由于供电电路基板10粘接在PET瓶20′(电介质薄膜)上，进行电磁场耦合，所以不需要焊接或利用导电性粘接剂等进行加热连接，且不必严格管理粘接的位置精度，制造工序变得简单。另外，由于PET瓶20′(电介质薄膜)与电磁耦合模块1没有电连接，所以混入电磁波的噪声的影响减小。
起到作为发射体的功能的电介质除了电介质薄膜之外，还可以是陶瓷、树木、人体或动物等生命体等，只要介电常数为1以上，就可以广泛使用。
无线IC芯片5与供电电路基板10可以电导通地进行接合，或者也可以通过磁场或者电容进行耦合。说明以下所示的电磁耦合模块1的各种例子中的耦合的细节。特别是，若用绝缘性粘接剂将无线IC芯片5与供电电路基板10连接，则通过提高该粘接剂的介电常数，可以在两者之间存在电容。
另外，为了校正供电电路基板10与电介质薄膜的特性阻抗的匹配，也可以如图2～图4所示，将阻抗转换电极4a、4b、4c相邻配置在供电电路基板10的周围。这些电极4a、4b、4c与供电电路基板10通过电磁场进行耦合，通 过使供电电路基板10的输入输出部的特性阻抗与电介质薄膜20的界面的电磁波的特性阻抗一致，使电磁波的传输效率提高。图2及图4所示的电极4a、4c配置在供电电路基板10的周围，图3所示的电极4b沿着供电电路基板10的底面围绕而配置。
关于包含电介质薄膜20的电介质的厚度，在粘接电磁耦合模块1的面的垂线方向为中心频率λ的1/8λ以上时较为理想，更为理想的是在1/2λ以上。
另外，无线IC芯片5除了存储安装有电磁耦合模块1的物品的信息之外，该信息也可以是可改写的，也可以具有RFID系统之外的信息处理功能。
作为在电介质上设置电磁耦合模块1的模型，例如可以假定如图5所示，是装有水21的、一边为10cm的立方体即PET瓶。图6及图7表示使用水的电磁场的传播模拟的结果。图6及图7中，中央的正方形表示粘接电磁耦合模块1的PET瓶的上表面。电磁耦合模块位于中央的正方形的上边中央部。从图6可知由电磁耦合模块1产生的电场形成扩散。从图7可知在水中传播的电场在空气中广泛分布。另外，图8表示电磁波的发射方向性图案。
例如，如图2所示，将阻抗转换电极4a设置在电介质薄膜20上，将该薄膜20配置在PET瓶上时，若以电磁耦合模块1的动作频率使供电电路基板10内的谐振电路谐振，则在阻抗转换电极4a的两个开口端与电介质即PET瓶及水之间通过电介质薄膜20产生电容。利用该电容，在水中产生的电场在水中传播，向PET瓶的外部传播。另外，由于在水中产生的电场越大，向外部传播的电场也越大，所以在阻抗转换电极4a和电介质之间需要产生较大的电容。对于图2所示的阻抗转换电极4a，为了在电极4a与电介质即PET瓶及水之间产生较大的电容，需要使两个开口端彼此之间的相对的部分变长，或开口端的面积变大。另外，阻抗转换电极4a除图2所示的形状之外，也可以是图3或者图4所示的形状。对于图3及图4所示的阻抗转换电极4b、4c，通过使其形状为盘旋形，可以使线路相邻的部分变长，在线路间产生较大的电容。
此处，电磁耦合模块的单体的增益是-40dBi左右，不起到作为发射体的功能。但是，若将其贴在形成10cm的立方体的电介质上，则增益大幅提高至约-2dBi，起到作为发射体的功能。
另外，上述电磁耦合模块1及电介质薄膜20为了不影响物品的外观，也可以如图9所示，内置于电介质中。此时，也与图5同样，电介质起到作为发射体的功能。
(电磁耦合模块的第1例、参照图10～图13)
如图10所示，第1例即电磁耦合模块1a包括：无线IC芯片5、在上表面搭载了无线IC芯片5的供电电路基板10，用粘接剂18粘贴在PET瓶20′等电介质21上。无线IC芯片5包括时钟电路、逻辑电路、以及存储器电路，存储所需的信息，与内置于供电电路基板10的供电电路16电导通而连接。
供电电路16是用于将具有规定频率的发送信号提供给成为发射体的电介质21的电路、及/或者用于从用电介质21接收的信号选择具有规定频率的接收信号并提供给无线IC芯片5的电路，包括以收发信号的频率谐振的谐振电路。
在供电电路基板10中，如图10及图11所示，内置由螺旋形的电感元件L及电容元件C1、C2形成的集总常数型的LC串联谐振电路构成的供电电路16。更详细而言，如分解立体图即图12所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片材11A～11G层叠、压接、烧成而成，包括：形成连接用电极12和通孔导体13a的片材11A；形成电容电极14a的片材11B；形成电容电极14b和通孔导体13b的片材11C；形成通孔导体13c的片材11D；形成电感电极15a和通孔导体13d的片材11E；形成通孔导体13e的片材11F(一片或者多片)；以及形成电感电极15b的片材11G。另外，各陶瓷片材11A～11G也可以是由磁性体的陶瓷材料形成的片材，供电电路基板10可以利用以往使用的片材层叠法、厚膜印刷法等多层基板的制造工序而容易得到。
通过层叠以上的片材11A～11G，形成螺旋形的卷绕轴与电磁耦合模块1的和电介质21的粘接面平行的电感元件L；以及与该电感元件L的两端连接电容电极14b、且电容电极14a通过通孔导体13a与连接用电极12连接的电容元件C1、C2。而且，基板侧连接用电极12通过焊料凸点6与无线IC芯片5的芯片侧电极(未图示)电导通而连接。
即，构成供电电路的元件中，线圈状电极即电感元件L的电极中，在与电介质21相对的部分的电极间(例如在与电介质21相对的部分的线圈状电极的一端和另一端之间)通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生磁场，通过该磁场向电介质21的外部传播，从电磁耦合模块1a发送信号。另外，来自读写器的信号中的电场分量在电介质21内传播，利用该电场在上述线圈状电极的一端和另一端之间产生电容，被供电电路基板10接收。
若示出其尺寸的一个例子，则无线IC芯片5的厚度是50～100μm，焊料凸点6的厚度约是20μm，供电电路基板10的厚度是200～500μm，粘接剂18的厚度是0.1～10μm。另外，无线IC芯片5的尺寸(面积)可以是0.4mm×0.4mm、0.9mm×0.8mm等各种尺寸。供电电路基板10的尺寸(面积)可以用与无线IC芯片5的相同尺寸到3mm×3mm左右的尺寸构成。
图13表示无线IC芯片5与供电电路基板10的连接形态。图13(A)是在无线IC芯片5的背面及供电电路基板10的表面分别设置一对天线端子7a、17a。图13(B)表示另一连接形态，是分别在无线IC芯片5的背面及供电电路基板10的表面除了设置一对天线端子7a、17a，还设置安装用端子7b、17b。但是，供电电路基板10的安装用端子17b是终端，并不与供电电路基板10的其他元件连接。
图11表示电磁耦合模块1a的等效电路。该电磁耦合模块1a以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L和电容元件C1、C2形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、和传输。
另外，供电电路16与电介质21的耦合主要是电场耦合，但也可以有磁场耦合。本发明中，“电磁场耦合”表示通过电场及/或者磁场的耦合。
在第1例即电磁耦合模块1a中，无线IC芯片5在内置供电电路16的供电电路基板10上进行电导通而连接，由于供电电路基板10与无线IC芯片5的面积大致相同，且是刚性的，所以可以将无线IC芯片5以极高精度进行定位并搭载。而且，由于供电电路基板10由陶瓷材料形成，具有耐热性，所以可以将无线IC芯片5焊接在供电电路基板10上。也可以利用由焊料回流导致的自对准(self-alignment)作用。
另外，在供电电路16中，谐振频率特性由电感元件L和电容元件C1、C2构成的谐振电路决定。从电介质21发射的信号的谐振频率实际上相当于供电电路16自身的谐振频率，信号的最大增益实际上由供电电路16的尺寸、形状、供电电路16与电介质21的距离及介质的至少任意一个决定。
并且，对于构成电感元件L的线圈状电极，由于其卷绕轴与电磁耦合模块1a的和电介质21的粘接面平行而形成，所以具有中心频率不会变动这样的优点。另外，由于在无线IC芯片5和电感元件L之间插入电容元件C1、C2，所以利用该元件C1、C2可以阻隔低频的浪涌，可以保护无线IC芯片5不受浪涌影响。并且，由于供电电路基板10是刚性的多层基板，所以在焊接无线IC芯片5时的处理较为便利。
另外，谐振电路也可以兼用作为使无线IC芯片5的输入输出部的特性阻抗和电介质21的特性阻抗进行匹配的匹配电路。或者，供电电路基板还可以包括由电感元件和电容元件构成的、与谐振电路另外设置的匹配电路。若希望给谐振电路附加匹配电路的功能，则谐振电路的设计有变得复杂的倾向。若与谐振电路另外设置匹配电路，则可以分别独立设计谐振电路、和匹配电路。
(电磁耦合模块的第2例、参照图14)
第2例即电磁耦合模块1b如图14的作为等效电路所示，在供电电路基板10内置作为供电电路16的、由线圈状电极形成的电感元件L。构成LC并联谐振电路的电容元件C作为电感元件L的线圈状电极间的寄生电容(分布常数型的电容)而形成。
即，即使是一个线圈状电极，只要自身具有谐振，就能通过线圈状电极自身的L分量和线间寄生电容即C分量起到作为LC并联谐振电路的作用，可以构成供电电路16。在该第2例中，也与上述第1例同样，在线圈状电极的与电介质21相对的部分的电极的例如一端与另一端之间，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
所以，该电磁耦合模块1b以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L和电容元件C形成的LC并联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只 提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。
(电磁耦合模块的第3例、参照图15～图17)
如图15所示，在第3例即电磁耦合模块1c中，由内置于供电电路基板10的电感元件L和电容元件C形成的LC串联谐振电路构成供电电路16。如图16所示，构成电感元件L的线圈状电极的卷绕轴与电磁耦合模块1c的和电介质21的粘接面垂直而形成，供电电路16与电介质21进行电磁场耦合。
更详细而言，如图17所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片材31A～31F层叠、压接、烧成而成，包括：形成连接用电极32和通孔导体33a的片材31A；形成电容电极34a和通孔导体33b的片材31B；形成电容电极34b和通孔导体33c、33b的片材31C；形成电感电极35a和通孔导体33d、33b的片材31D(一片或者多片)；形成电感电极35b和通孔导体33e、33b的片材31E(一片或者多片)；以及形成电感电极35c的片材31F。
通过层叠以上的片材31A～31F，可以得到由LC串联谐振电路形成的供电电路16，该LC串联谐振电路连接有：螺旋形的卷绕轴与电磁耦合模块1c的和电介质21的粘接面垂直的电感元件L、以及与该电感元件L串联的电容元件C。电容电极34a通过通孔导体33a与连接用电极32连接，进一步通过焊料凸点6与无线IC芯片5连接，电感元件L的一端通过通孔导体33b与连接用电极32连接，进一步通过焊料凸点6与无线IC芯片5连接。
该第3例的作用效果基本上与上述第1例相同。在该第3例中，也与第1例同样，在线圈状电极的与电介质21相对的部分的电极一端和另一端之间，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
即，该电磁耦合模块1c以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L和电容元件C形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能 量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、和传输。
特别是，在该第3例中，线圈状电极由于其卷绕轴与电磁耦合模块1c的和电介质21的粘接面垂直而形成，所以具有引向电介质21的磁通分量增加而提高信号的传输效率、增益较大的这样的优点。
(电磁耦合模块的第4例、参照图18)
第4例即电磁耦合模块1d如图18的作为等效电路所示，是将上述第3例所示的电感元件L的线圈状电极的卷绕宽度(线圈直径)向着电磁耦合模块1d的和电介质21的粘接面逐渐增大而形成的。其他结构与上述第3例相同。
本第4例具有与上述第3例同样的作用效果，并且，由于电感元件L的线圈状电极的卷绕宽度(线圈直径)向着电磁耦合模块1d的和电介质21的粘接面逐渐增大而形成，所以信号的传输效率提高。
(电磁耦合模块的第5例、参照图19)
如图19所示，在第5例即电磁耦合模块1e中，是在由陶瓷或者耐热性树脂形成的刚性的供电电路基板50的表面设置线圈状电极，即，将由盘旋形的电感元件形成的供电电路56设置在单层的基板50上。供电电路56的两端部通过焊料凸点与无线IC芯片5直接连接，用粘接剂将供电电路基板50粘接在电介质21上。另外，构成供电电路56的互相交叉的电感电极56a和电感电极56b、56c被未图示的绝缘膜隔开。
该第5例的供电电路56利用形成于卷绕成盘旋形的电感电极间的寄生电容作为电容分量构成LC并联谐振电路。另外，供电电路基板50是由电介质或者磁性体形成的单层基板。
在第5例即电磁耦合模块1e中，供电电路56与电介质21进行电磁场耦合。所以，与上述各例一样，以电介质21接收从读写器发射的高频信号，使供电电路56谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路56从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路56的电感元件，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。
而且，无线IC芯片5是设置在刚性的、面积较小的供电电路基板50上，这一点与上述第1例一样，定位精度好，可以通过焊料凸点与供电电路基板50连接。
(电磁耦合模块的第6例、参照图20及图21)
第6例即电磁耦合模块1f如图20所示，是将供电电路56的线圈状电极内置于供电电路基板50。如图21所示，供电电路基板50是将由电介质形成的陶瓷片材51A～51D层叠、压接、烧成而成，包括：形成连接用电极52和通孔导体53a的片材51A；形成电感电极54a和通孔导体53b、53c的片材51B；形成电感电极54b的片材51C；以及素(plain)的片材51D(多片)。
在通过层叠以上的片材51A～51D而形成的线圈状电极中，由卷绕成盘旋形的电感元件和盘旋形电极的线间的寄生电容形成的电容分量构成谐振电路，可以得到内置包含该谐振电路的供电电路56的供电电路基板50。而且，位于供电电路56两端的连接用电极52通过焊料凸点6与无线IC芯片5连接。该第6例的作用效果与上述第5例相同。
(电磁耦合模块的第7例、参照图22～图24)
第7例即电磁耦合模块1g如图22的作为等效电路所示，供电电路16包括互相进行磁场耦合的电感元件L1、L2，电感元件L1通过电容元件C1a、C1b与无线IC芯片5连接，且通过电容元件C2a、C2b与电感元件L2并联连接。换言之，供电电路16包含：电感元件L1和电容元件C1a、C1b形成的LC串联谐振电路；以及电感元件L2和电容元件C2a、C2b形成的LC串联谐振电路而构成，各谐振电路通过图22的互感M所示的磁场耦合而耦合。而且，电感元件L1、L2两者与电介质21进行电磁场耦合。
更详细而言，如图23所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片材81A～81H层叠、压接、烧成而成，包括：素的片材81A；形成电感电极82a、82b和通孔导体83a、83b、84a、84b的片材81B；形成电感电极82a、82b和通孔导体83c、84c、83e、84e的片材81C；形成电感电极82a、82b和通孔导体83d、84d、83e、84e的片材81D；形成电容电极85a、85b和通孔导体83e的片材81E；形成电容电极86a、86b的片材81F；素的片材81G；以及在背面 形成电容电极87a、87b的片材81H。
通过层叠以上的片材81A～81H，电感电极82a通过通孔导体83b、83c连接而形成电感元件L1，电感电极82b通过通孔导体84b、84c连接而形成电感元件L2。由电容电极86a、87a形成电容元件C1a，电容电极86a通过通孔导体83e与电感元件L1的一端连接。由电容电极86b、87b形成电容元件C1b，电容电极86b通过通孔导体83d与电感元件L1的另一端连接。并且，由电容电极85a、86a形成电容元件C2a，电容电极85a通过通孔导体84e与电感元件L2的一端连接。由电容电极85b、86b形成电容元件C2b，电容电极85b通过通孔导体84d与电感元件L2的另一端连接。
该第7例的作用效果基本上与上述第1例相同。即，该电磁耦合模块1g以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L1和电容元件C1a、C1b形成的LC串联谐振电路及由电感元件L2和电容元件C2a、C2b形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L1、L2，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。
特别是，在该第7例中，反射特性如作为图24的带宽X所示，其频带较宽。这是因为供电电路16是由包括互相具有较高的耦合度进行磁场耦合的电感元件L1、L2的多个LC谐振电路构成而引起的。另外，由于在无线IC芯片5与电感元件L1之间插入电容元件C1a、C1b，因此抗浪涌性提高。
(电磁耦合模块的第8例、参照图25～图27)
第8例即电磁耦合模块1h如图25的作为等效电路所示，供电电路16包括互相具有较高的耦合度进行磁场耦合的电感元件L1、L2。电感元件L1与设置在无线IC芯片5的电感元件L5进行磁场耦合，由电感元件L2与电容元件C2形成LC并联谐振电路。另外，电容元件C1与电介质21进行电场耦合，在电容元件C1、C2之间插入又一个电容元件C3。
更详细而言，如图26所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片 材91A～91E层叠、压接、烧成而成，包括：形成电感电极92a、92b和通孔导体93a、93b、94a、94b的片材91A；形成电容电极95和通孔导体93c、93d、94c的片材91B；形成电容电极96和通孔导体93c、93d的片材91C；形成电容电极97和通孔导体93c的片材91D；以及形成电容电极98的片材91E。
通过层叠这些片材91A～91E，由电感电极92a形成电感元件L1，由电感电极92b形成电感元件L2。由电容电极97、98形成电容元件C1，电感元件L1的一端通过通孔导体93a、93c与电容电极98连接，另一端通过通孔导体93b、93d与电容电极97连接。由电容电极95、96形成电容元件C2，电感元件L2的一端通过通孔导体94a、94c与电容电极96连接，另一端通过通孔导体94b与电容电极95连接。并且，由电容电极96、97形成电容元件C3。
另外，如图27所示，在无线IC芯片5的背面侧设置作为芯片侧电极的线圈状电极99，由该线圈状电极99形成电感元件L5。另外，在线圈状电极99的表面设置由树脂等形成的保护膜。据此，由基板侧电极即线圈状电极形成的电感元件L1、L2与线圈状电极99进行磁场耦合。
该第8例的作用效果基本上与上述第1例相同。该第8例与上述各例不同，由于电容电极98与电介质21相邻配置，所以电介质21和电容电极98之间产生的电容值较大。因此，在电介质21内产生的电场也变强，信号的传输效率提高。
即，该电磁耦合模块1h以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L2和电容元件C2形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，通过电场耦合和磁场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。供电电路16和无线IC芯片5通过电感元件L1、L5进行磁场耦合，传送功率、收发信号。
(电磁耦合模块的第9例、参照图28及图29)
第9例即电磁耦合模块1i如图28的作为等效电路所示，供电电路16包括互相具有较高的耦合度进行磁场耦合的电感元件L1、L2、L3。电感元件L1 与设置在无线IC芯片5的电感元件L5进行磁场耦合，电感元件L2与电容元件C1a、C1b形成LC串联谐振电路，电感元件L3与电容元件C2a、C2b形成LC串联谐振电路。另外，电感元件L1、L2、L3分别与电介质21进行电磁场耦合。
更详细而言，如图29所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片材101A～101E层叠、压接、烧成而成，包括：形成电感电极102a和通孔导体103a、103b的片材101A；形成电容电极104a、104b的片材101B；形成电容电极105a、105b和通孔导体103c、103d的片材101C；形成电容电极106a、106b和通孔导体103c、103d、103e、103f的片材101D；以及形成电感电极102b、102c的片材101E。即，在构成电容元件C1a、C2a、C1b、C2b的电极104a、105a、106a和电极104b、105b、106b之间具有的空间，使电感元件L1产生的磁通到达电感元件L2、L3、并进一步到达电介质21。
通过层叠这些片材101A～101E，由电感电极102a形成电感元件L1，由电感电极102b形成电感元件L2，由电感电极102c形成电感元件L3。由电容电极104a、105a形成电容元件C1a，由电容电极104b、105b形成电容元件C1b。另外，由电容电极105a、106a形成电容元件C2a，由电容电极105b、106b形成电容元件C2b。
电感元件L1的一端通过通孔导体103a与电容电极104a连接，另一端通过通孔导体103b与电容电极104b连接。电感元件L2的一端通过通孔导体103c与电容电极105a连接，另一端通过通孔导体103f与电容电极106b连接。电感元件L3的一端通过通孔导体103e与电容电极106a连接，另一端通过通孔导体103d与电容电极105b连接。
另外，如图27所示，在无线IC芯片5的背面侧设置作为芯片侧电极的线圈状电极99，由该线圈状电极99形成电感元件L5。另外，在线圈状电极99的表面设置由树脂等形成的保护膜。据此，由基板侧电极即线圈状电极形成的电感元件L1与线圈状电极99进行磁场耦合。
该第9例的作用效果基本上与上述第7例相同。在该第9例中，在电感电极102a、102b、102c的与电介质21相对的部分的电极的一端和另一端之间，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介 质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
即，该电磁耦合模块1i以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L2和电容元件C1a、C1b形成的LC串联谐振电路及由电感元件L3和电容元件C2a、C2b形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L1、L2、L3，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。供电电路16和无线IC芯片5通过电感元件L1、L5进行磁场耦合，传送功率、收发信号。
特别是，在该第9例中，由于将供电电路16由包含互相进行磁场耦合的电感元件L2、L3的多个LC谐振电路构成，所以与上述第7例同样，频带较宽。
(电磁耦合模块的第10例、参照图30～图33)
该第10例即电磁耦合模块1j是以单层基板构成供电电路基板110，其等效电路与图11一样。即，供电电路16由在电感元件L的两端连接有电容元件C1、C2的LC串联谐振电路构成。供电电路基板110是由电介质形成的陶瓷基板，如图30所示，在表面形成电容电极111a、111b，在背面形成电容电极112a、112b和电感电极113。由电容电极111a、112a形成电容元件C1，由电容电极111b、112b形成电容元件C2。
该第10例的作用效果基本上与上述第1例相同。在该第10例中，在电感电极113的与电介质21相对的部分的电极的一端和另一端之间、及电容电极112b和电介质21相对的部分，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
即，该电磁耦合模块1j以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L和电容元件C1、C2形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定 的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、和传输。
特别是，在该第10例中，如图31及图32所示，电感元件L对于无线IC芯片5在俯视下只有部分重叠那样配置。据此，由电感元件L产生的磁通的大部分不会被无线IC芯片5遮挡，磁通容易建立。
另外，在该第10例中，也可以如图33所示，将搭载了无线IC芯片5的供电电路基板110用电介质21、21夹住表面和背面，配置于在电介质21内设置的空隙。供电电路16与电介质21、21的电场耦合效率提高，改善增益。
(电磁耦合模块的第11例、参照图34)
该第11例即电磁耦合模块1k是将电感元件L以蜿蜒状的线电极形成，其等效电路与图11一样。即，供电电路16由在电感元件L的两端连接有电容元件C1、C2的LC串联谐振电路构成。供电电路基板110是由电介质形成的陶瓷的单层基板，如图34所示，在表面形成电容电极121a、121b，在背面形成电容电极122a、122b和蜿蜒状的电感电极123。由电容电极121a、122a形成电容元件C1，由电容电极121b、122b形成电容元件C2。
该第11例的作用效果基本上与上述第1例相同。在该第11例中，在电感电极123的与电介质21相对的部分的电极的一端和另一端之间、及电容电极122a、122b和电介质21相对的部分，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
即，该电磁耦合模块1k以与电感电极123相对的电介质(未图示)接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与该电介质进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L和电容元件C1、C2形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L与电容元件C1、C2，通过电场耦合向电介质传输发送信号，从该电介质向读写器发送、传输。
特别是，在该第11例中，由于电感元件L是以蜿蜒状的电感电极123构成的，所以对高频信号的收发尤为有效。
另外，在上述第10例及该第11例中，供电电路基板110也可以由多层基板构成。
(第12例、参照图35～图37)
第12例即电磁耦合模块1l如图35的作为等效电路所示，供电电路16包括互相进行磁场耦合的电感元件L1、L2，电感元件L1的一端通过电容元件C1与无线IC芯片连接，另一端与接地连接。电感元件L2通过电容元件C2与电感元件L1的一端连接，另一端与接地连接。换言之，供电电路16包含：由电感元件L1和电容元件C1形成的LC串联谐振电路；以及由电感元件L2和电容元件C2形成的LC串联谐振电路而构成，各谐振电路通过互感M所示的磁场耦合而耦合。而且，电感元件L1、L2两者与电介质21进行电磁场耦合。
更详细而言，如图36及图37所示，供电电路基板10是将由电介质形成的陶瓷片材131A～131N层叠、压接、烧成而成，包括：形成无线IC芯片安装用电极132a～132d和通孔导体133a、133b的片材131A；形成布线电极134和通孔导体133c、133b的片材131B；形成电感电极135a、135b和通孔导体133c～133q的片材131C～131K；形成电容电极136和通孔导体133c、133q的片材131L；形成电容电极137和通孔导体133q的片材131M；以及形成电容电极138的片材131N。
通过层叠以上的片材131A～131N，电感电极135a通过通孔导体133d、133f、133h、133j、133l、133n、133q连接而形成电感元件L1，电感电极135b通过通孔导体133e、133g、133i、133k、133m、133o、133p连接而形成电感元件L2。由电容电极137、138形成电容元件C1，电容电极137通过通孔导体133c、布线电极134、通孔导体133a与无线IC芯片安装用电极132a连接。另外，由电容电极136、138形成电容元件C2，电容电极136通过片材131K的通孔导体133p与电感元件L2的一端连接。电容电极138通过通孔导体133q与电感元件L1的一端连接。并且，电感元件L1、L2的另一端通过通孔导体133b与无线IC芯片安装用电极132b连接。顺便提及，设置在供电电路基板10的表面的无线IC芯片安装用电极132a与无线IC芯片的天线端子连接，无 线IC芯片安装用电极132b与无线IC芯片的接地端子连接。
该第12例的作用效果基本上与上述第7例相同。在该第12例中，主要在电容电极138和电介质21相对的部分，通过电介质21产生电容。利用该电容在电介质21内产生电场，该电场在电介质21内传播，进一步向电介质21的外部传播，从而发送信号。
即，该电磁耦合模块1l以电介质21接收从未图示的读写器发射的高频信号(例如UHF频带)，使与电介质21进行电磁场耦合的供电电路16(由电感元件L1和电容元件C1形成的LC串联谐振电路及由电感元件L2和电容元件C2形成的LC串联谐振电路)谐振，向无线IC芯片5只提供规定频带的接收信号。另一方面，供电电路16从该接收信号提取规定的能量，将该能量作为驱动源提取存储在无线IC芯片5的信息信号，将该信号与规定频率匹配后，从供电电路16的电感元件L1、L2及电容电极138，通过电场耦合向电介质21传输发送信号，从电介质21向读写器发送、传输。
(其他实施例)
另外，本发明所涉及的带电磁耦合模块的物品不限于上述实施例，在其要点的范围内可以进行各种变更。
特别是，安装电磁耦合模块的物品不限于上述实施例所示的物品，可以安装在各种类型的物品上。例如，也可以如图2～图4所示，在电介质薄膜上形成阻抗转换用布线电极，使该电极和电磁耦合模块进行电磁场耦合，将该电介质薄膜粘接在规定的物品上。另外，供电电路基板的内部结构的细节是任意的。并且，为了将无线IC芯片连接在供电电路基板上，也可以使用焊料凸点之外的处理。
另外，供电电路基板除了使用刚性的基板之外，也可以是由聚酰亚胺或液晶聚合物等电介质形成的柔性的基板。
工业上的实用性
如以上所示，本发明对于带电磁耦合模块的物品是有用的，特别是体积小，具有稳定的频率特性，可以广泛适用于各种物品，在这方面较优越。

Claims (20)

1.一种带电磁耦合模块的物品，其特征在于，包括：
电磁耦合模块以及粘接供电电路基板的电介质，
所述电磁耦合模块由处理收发信号的无线IC芯片和所述供电电路基板形成，所述供电电路基板与该无线IC芯片连接并设置有供电电路，所述供电电路包含具有规定的谐振频率的谐振电路，
所述供电电路将所述电介质与所述无线IC芯片的特性阻抗进行匹配，所述电介质作为发射体起作用，发射从所述供电电路通过电磁场耦合而提供的发送信号，并且将接收到的接收信号通过电磁场耦合提供给所述供电电路。
2.如权利要求1所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述电介质由构成容器的第一电介质以及装在该第一电介质内的第二电介质形成。
3.如权利要求2所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述第二电介质是液体。
4.如权利要求1所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
从所述电介质发射的信号的谐振频率实际上相当于所述供电电路自身的谐振频率，所述收发信号的最大增益实际上由所述供电电路基板的尺寸、形状、所述供电电路基板与电介质的距离及介质决定。
5.如权利要求1至4中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述电介质相对于所述电磁耦合模块在垂线方向的大小是中心频率的1/8λ以上。
6.如权利要求1至4中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
还包括与所述电磁耦合模块相邻配置的阻抗转换用布线电极，该阻抗转换用布线电极设置在所述电介质的表面或者内部。
7.如权利要求5所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
还包括与所述电磁耦合模块相邻配置的阻抗转换用布线电极，该阻抗转换用布线电极设置在所述电介质的表面或者内部。
8.如权利要求1至4中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
还包括与所述电磁耦合模块相邻配置的阻抗转换用布线电极，该阻抗转换用布线电极设置在另一个电介质，该另一个电介质设置在所述电介质的表面或者内部。
9.如权利要求5所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
还包括与所述电磁耦合模块相邻配置的阻抗转换用布线电极，该阻抗转换用布线电极设置在另一个电介质，该另一个电介质设置在所述电介质的表面或者内部。
10.如权利要求1所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述无线IC芯片与所述供电电路基板电导通地进行接合。
11.如权利要求1所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述无线IC芯片与所述供电电路基板通过磁场或者电场进行耦合。
12.如权利要求1所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路是由电容元件和电感元件构成的集总常数型谐振电路。
13.如权利要求12所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述集总常数型谐振电路是LC串联谐振电路或LC并联谐振电路。
14.如权利要求13所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述集总常数型谐振电路的结构是包含多个LC串联谐振电路或多个LC并联谐振电路。
15.如权利要求12至14中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述电容元件配置在所述无线IC芯片与所述电感元件之间。
16.如权利要求12至14中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路基板是层叠多个电介质层或者磁性体层而成的多层基板，所述电容元件和所述电感元件形成于所述多层基板的表面和/或内部。
17.如权利要求15所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路基板是层叠多个电介质层或者磁性体层而成的多层基板，所述电容元件和所述电感元件形成于所述多层基板的表面和/或内部。
18.如权利要求12至14中任一项所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路基板是电介质或者磁性体的单层基板，所述电容元件和/或电感元件形成于所述单层基板的表面。
19.如权利要求15所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路基板是电介质或者磁性体的单层基板，所述电容元件和/或电感元件形成于所述单层基板的表面。
20.如权利要求1或权利要求2所述的带电磁耦合模块的物品，其特征在于，
所述供电电路基板是刚性的或者柔性的树脂制或者陶瓷制的基板。
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