CN102243722B - 无线ic器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种无线IC器件，该无线IC器件即使是在安装于曲面的情况下，也不会发生主体和辐射体的剥落，且通信特性不易发生变动。所述无线IC器件包括：介质主体(20)，该介质主体(20)形成为长方体形状；金属图案(30)，该金属图案(30)隔着薄膜(38)设置于介质主体(20)的表面，起到作为辐射体的功能；以及无线IC元件(50)，该无线IC元件(50)与金属图案(30)的供电部35a、35b相耦合。介质主体(20)具有将有柔性的介质层(21)进行折叠而成的层叠结构，将折叠介质层(21)后形成的相对面作为未接合的非接合面(23)。

Description

无线IC器件
技术领域
本发明涉及无线IC器件，特别涉及用于RFID(RadioFrequencyIdentification：射频标签)系统的无线IC器件。
背景技术
近年来，作为物品的信息管理系统，一种RFID系统已实用化，该RFID系统使产生感应磁场的读写器、与贴在物品上的RFID标签(以下，也称为无线IC器件)以利用了电磁场的非接触方式进行通信，并传输预定信息。
该RFID标签包括无线IC芯片以及天线(辐射体)，上述无线IC芯片处理预定的无线信号，上述天线(辐射体)发送和接收高频信号，该RFID标签粘贴于成为管理对象的各种物品(或其包装材料)来使用。作为这种RFID标签，在专利文献1中记载如下的RFID标签：即，在绝缘薄膜上形成环形天线，将无线IC芯片安装于该环形天线，之后，将该绝缘薄膜与介质构件进行卷绕。
然而，成为粘贴这种RFID标签的对象的物品的表面，具有各种形状。例如，要求RFID标签也可粘贴至气瓶表面等弯曲面。对于专利文献1中所记载的RFID标签，若使用硅等材料作为介质构件，则也可粘贴于弯曲面。然而，若只单单使用原材料的柔性来粘贴至弯曲面，则在介质构件弯曲时，应力集中于介质构件和环形天线之间，环形天线可能会从介质构件剥落，或者可能会在介质构件产生裂纹。或可能在环形天线产生形变，通信特性发生变动而导致通信的可靠性降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利特开2007-272264号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种无线IC器件，该无线IC器件即使是在安装于曲面的情况下，也不会发生主体和辐射体的剥落，且通信特性不易发生变动。
本发明的实施方式1的无线IC器件包括：
介质主体，该介质主体具有上表面及下表面；
辐射体，该辐射体设置于上述介质主体的表面；以及
无线IC元件，该无线IC元件与上述辐射体的供电部相耦合，其特征在于，
上述辐射体由具有柔性的金属图案形成，
上述介质主体具有由有柔性的多层介质层构成的层叠结构，且在层叠方向上相邻的介质层具有未接合的非接合面。
本发明的实施方式2的无线IC器件包括：
介质主体，该介质主体具有上表面及下表面；
辐射体，该辐射体设置于上述介质主体的表面；
无线IC元件，该无线IC元件与上述辐射体的供电部相耦合，以及
保护构件，该保护构件覆盖上述介质主体、上述辐射体、及上述无线IC元件，其特征在于，
上述辐射体由具有柔性的金属图案形成，
上述介质主体具有由有柔性的多层介质层构成的层叠结构，且在层叠方向上相邻的介质层具有未接合的非接合面，
上述介质主体收纳于上述保护构件中，由薄膜密封，通过该薄膜粘贴在金属体的表面。
上述无线IC器件中，由于辐射体由具有柔性的金属图案形成，且介质主体具有多层层叠的、具有柔性的介质层，上述介质层具有非接合面，因此，即使在安装于弯曲的物品(金属体)的表面的情况下，介质主体及辐射体将跟随弯曲面，从而避免在主体和辐射体之间的应力集中。由此，能够抑制因辐射体的剥落、辐射体的形变等而引起的通信特性的变动，不会损害通信的可靠性。另外，通过将无线IC器件安装于金属体，从而该金属体起到作为辐射元件的功能，通信距离变长。
根据本发明，即使在安装于曲面的情况下，也不会产生主体和辐射体的剥落，且能够抑制通信特性的变动。
附图说明
图1表示实施例1的无线IC器件，(A)是表示展开状态的立体图，(B)是表示折叠后的状态的立体图，(C)是剖视图，(D)是表示将无线IC元件安装于辐射体后的状态的立体图。
图2表示将实施例1的无线IC器件安装到物品的状态，(A)是表示安装前的状态的剖视图，(B)是表示安装后的状态的剖视图。
图3表示实施例2的无线IC器件，(A)是表示展开状态的立体图，(B)是表示折叠后的状态的立体图，(C)是剖视图。
图4表示实施例3的无线IC器件，(A)是介质主体的分解立体图，(B)是表示介质主体的层叠状态的剖视图，(C)是表示卷绕金属图案前的状态的立体图，(D)是表示卷绕金属图案后的状态的立体图。
图5表示实施例4的无线IC器件，(A)是表示展开状态的立体图，(B)是表示折叠后的状态的立体图，(C)是剖视图，(D)是表示将无线IC元件安装于辐射体后的状态的立体图。
图6表示实施例5的无线IC器件，(A)是表示展开状态的立体图，(B)是表示折叠后的状态的立体图，(C)是剖视图，(D)是表示将无线IC元件安装于辐射体后的状态的立体图。
图7是表示实施例6的无线IC器件的剖视图。
图8是表示实施例7的无线IC器件的剖视图。
图9是表示作为无线IC元件的无线IC芯片的立体图。
图10是表示在供电电路基板上安装有作为无线IC元件的上述无线IC芯片的状态的剖视图。
图11是表示供电电路的一个例子的等效电路图。
图12是表示上述供电电路基板的层叠结构的俯视图。
附图标记
10A～10G无线IC器件
20介质主体
20a、20b棱线部分
21介质层
22接合部
23非接合面
30金属图案(辐射体)
31、32、33电极
45保护盖板
50无线IC元件
51无线IC芯片
65供电电路基板
66供电电路
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的无线IC器件的实施例。此外，在各图中，对于共同的零部件、部分附加相同的标号，省略其重复的说明。
(实施例1、参照图1及图2)
实施例1的无线IC器件10A用于UHF频带的通信，如图1所示，包括：形成长方体形状的介质主体20、起到作为辐射体的功能的金属图案30、保持该金属图案30的柔性树脂薄膜38、以及无线IC元件50。
介质主体20包括氟类树脂材料、尿烷类树脂材料等介质层21(也可以是具有绝缘性的磁性体)，如图1(A)展开示出的那样，形成作为一片长条体。介质层21在其厚度方向上具有柔性。金属图案30由具有柔性的铜箔、铝箔等导电性原材料构成，通过粘接剂来粘贴于薄膜38上。薄膜38也可以是双面胶带。
如图1(A)所示，在介质层21的上表面粘贴有具有金属图案30的薄膜38，在中央部分(参照直线X1)折叠介质层21，使下表面彼此面对(参照图1(B))。由此，利用介质层21形成具有长方体形状的层叠的介质主体20。配置金属图案30，使其从介质主体20的上表面通过侧面而延伸至下表面，包括上表面电极31、侧面电极32、及下表面电极33(参照图1(C))。另外，将介质主体20的弯折的一侧的端部设为接合部22，将相互相对的面设为未接合的非接合面23，可相互滑动。此外，为了防止介质层21打开，且为了不妨碍如下说明的那样弯曲时的滑动性，也可使非接合面23的一部分粘接。
在上表面电极31形成开口34和切口35，在切口35的相对部分即供电部35a、35b安装无线IC元件50(参照图1(D))。无线IC元件50处理高频信号，以下参照图9～图12说明其详细情况。无线IC元件50和供电部35a、35b的耦合是电磁耦合或利用焊料凸点等的电学的直接耦合(DC连接)。
采用以上结构的无线IC器件10A将预定的高频信号从无线IC元件50传至供电部35a、35b时，电流集中于开口34的周围。该电流集中部分起到作为预定长度的环状磁场电极的功能，相对于供电部35a、35b具有预定的电位差。而且，环状磁场电极的预定的电位差传至上表面电极31，因上表面电极31与下表面电极33存在电位差，而作为贴片天线进行动作。由此，能够将由供电部35a、35b提供的信号的特性(例如，宽频带的频率特性)照原样从金属图案30传输至外部。在金属图案30接收到来自外部的高频的情况下，也同样在开口34的周围感应出电流，从供电部35a、35b向无线IC元件50供电。在这种情况下，环状磁场电极力图实现无线IC元件50和金属图案30的阻抗的匹配。
来自金属图案30单体的电磁场辐射较弱，仅在较短距离内能够进行通信。如图2所示，若将无线IC器件10A隔着粘接材料层41粘贴至金属体40，则金属图案30(下表面电极33)与金属体40进行电容耦合，从金属体40向其表面方向辐射出较强电磁场，可与位于较远位置的读写器进行通信。此外，形成于金属图案30和金属体40之间的电容也可以是无限大。换言之，也可使下表面电极33与金属体40直接进行电导通。
在上述无线IC器件10A中，由于辐射体由具有柔性的金属图案30形成，且介质主体20包括其本身具有柔性的介质层21并将该介质层21进行层叠，且具有非接合面23，因此，即使是安装到弯曲的金属体40(例如，气瓶)的表面的情况下，该介质主体20及金属图案30也会跟随弯曲面，从而避免主体20和金属图案30之间的应力集中。由此，能够抑制因金属图案30的剥落、形变等引起的通信特性的变动，不会损害通信的可靠性。
而且，在本实施例1中，将金属图案30的宽度尺寸形成得比介质主体20的宽度尺寸要小。换言之，将金属图案30与介质主体20的棱线部分20a、20b(参照图1(B))的内侧相接合(粘贴)。由此，金属图案30不易从侧面部剥落。
另外，若事前将金属图案30设置于薄膜38上，则能够在将金属图案30安装于介质主体20之前的阶段就将无线IC元件50安装于金属图案30，这在制造工序上是有利的。此外，也可以无需在金属图案30的上表面电极31形成开口34、切口35，而是将上表面电极31一分为二，使分割部分作为供电部与无线IC元件50相耦合。
(实施例2、参照图3)
如图3(A)所示，实施例2的无线IC器件10B设有两片介质层21，设有间隙24，在并排设置的两片介质层21上隔着薄膜38而粘贴有金属图案30。将薄膜38及金属图案30在中央部分(参照直线X1)进行弯折，从而将介质层21折叠成相互相对的状态，成为层叠的介质主体20(参照图3(B))。
在本实施例2中，将沿层叠方向相邻的面作为非接合面23。另外，金属图案30的上表面电极31及下表面电极33通过薄膜38与介质主体20的上表面和下表面相粘接，但侧面电极32所位于的部分未粘接，形成间隙25(参照图3(C))。即，图3(A)所示的间隙24比介质层21的总厚度要大，若折叠介质层21，则在弯曲部形成间隙25。由此，在无线IC器件10B粘贴在金属体40的弯曲的表面、而介质主体20弯曲时，间隙25成为稍微挤压的状态。即，在介质主体20及金属图案30弯曲时，吸收作用于侧面电极32的拉伸力。此外，也可仅将上表面电极31或下表面电极33的任一方与介质主体20相粘接。
在本实施例2中，其它结构与上述实施例1相同，其作用效果也与实施例1中进行的说明相同。此外，在实施例2中，将介质主体20的层叠部分的所有面都作为非接合面23，但也可将任一端部进行接合。
(实施例3、参照图4)
如图4(A)所示，实施例3的无线IC器件10C重叠有三片介质层21，来构成介质主体20(参照图4(B))。此处，将三片介质层21的相互相对面作为非接合面23。然后，将粘贴有金属图案30的薄膜38从介质主体20的上表面通过侧面卷绕至下表面，将无线IC元件50安装于供电部35a、35b，从而获得无线IC器件10C。
在本实施例3中，其它结构与上述实施例1相同，其作用效果也与实施例1中进行的说明相同。特别之处在于，若如实施例3所示那样，非接合面23的数量增多，则即使介质主体20的厚度相同，介质主体20也容易弯曲。
(实施例4、参照图5)
如图5(A)所示，实施例4的无线IC器件10D将起到作为辐射体的功能的金属图案30的开口34及切口35配置于上表面电极31的中央部分，利用上表面电极31、一对侧面电极32、及下表面电极33，配置成呈环状包围介质主体20(参照图5(B))。
即，在一片介质层21的上表面粘贴有具有金属图案30的薄膜38，在离开其两端的1/4左右的部分(参照直线X2)进行折叠，获得介质主体20。如图5(B)、(C)所示，该介质主体20在中央部下表面具有间隔26，将其两端作为接合部22，将折叠后形成的相对面作为非接合面23。
在本实施例4中，其它结构与上述实施例1相同，其作用效果也与实施例1中进行的说明相同。特别是在实施例4中，由切口33a一分为二的下表面电极33与金属体40进行电容耦合，起到作为环状的辐射体的功能。
(实施例5、参照图6)
实施例5的无线IC器件10E基本上与上述实施例4采用相同的结构，使介质主体20的层叠片数增加为三片。如图6(A)所示，在中央部分重叠有两片介质层21，在两端部分分别配置一片介质层21，在它们的上表面粘贴具有金属图案30的薄膜38。介质层21的间隙24大致与三片介质层21的总厚度相等，在间隙24的部分(参照直线X2)进行折叠，获得介质主体20。如图6(C)、(D)所示，该介质主体20在中央部下表面具有间隔26，将两端作为接合部22，将折叠后形成的相对面作为非接合面23。
在本实施例5中，其它结构与上述实施例1相同，其作用效果也与实施例1中进行的说明相同。特别是在实施例5中，由切口33a一分为二的下表面电极33与金属体40进行电容耦合，起到作为环状的辐射体的功能。另外，与上述实施例3相同，设有多个非接合面23，因而易于弯折。
(实施例6、参照图7)
图7是实施例6的无线IC器件10F的最好安装方式的第一例。该无线IC器件10F包括覆盖介质主体20、金属图案30、及无线IC元件50的保护盖板45。保护盖板45利用粘接剂46来粘贴于金属体40，以覆盖粘接于金属体40的无线IC器件10F。
在金属体40为气瓶等时，有时会将其放置于室外，或者有时也会野蛮处理。若假想有上述各种情况，则能够利用保护盖板45来有效地保护介质主体20、金属图案30不受周围的环境、冲击的影响。
(实施例7、参照图8)
图8是实施例7的无线IC器件10G的最好安装方式的第二例。该无线IC器件10G在上述实施例6示出的保护盖板45的背面配置有双面胶带47。双面胶带47是用于粘贴到金属体40的粘接单元，且能与保护盖板45一起保护介质主体20和金属图案30。此外，双面胶带47也可以是薄膜，在这种情况下，可以另外通过粘接剂来粘接保护外壳45的背面和金属体40。
(无线IC元件、参照图9～图12)
下面，对该无线IC元件50进行说明。对于无线IC元件50，可以是如图9所示，是对高频信号进行处理的无线IC芯片51，或也可以是如图10所示，包含无线IC芯片51和具有预定的谐振频率的谐振电路的供电电路基板65。
图9所示的无线IC芯片51包括时钟电路、逻辑电路、存储器电路等，存储有所需要的信息。无线IC芯片51在其背面设置有输入输出用端子电极52、52、及安装用端子电极53、53。输入输出用端子电极52、52通过金属凸点等与上述各实施例示出的供电部35a、35b进行电连接。此外，可以利用Au、焊锡等作为金属凸点的材料。
如图10所示，在由无线IC芯片51和供电电路基板65构成无线IC元件50的情况下，能够在供电电路基板65中设置各种供电电路(包含谐振电路/匹配电路)。例如，可如图11中作为等效电路示出的那样，供电电路66包括具有互不相同的电感值、且互相以相反相位进行磁耦合(用互感M表示)的电感元件L1、L2。供电电路66具有预定的谐振频率，并力图将无线IC芯片51的阻抗和金属图案30的阻抗进行匹配。此外，无线IC芯片51和供电电路66可以进行电连接(DC连接)，也可通过电磁场进行耦合。
供电电路66将具有由无线IC芯片51发送的预定的频率的高频信号传输至上述天线，且将所接收到的高频信号通过天线提供给无线IC芯片51。由于供电电路66具有预定的谐振频率，因此，容易实现阻抗匹配，能缩短阻抗的匹配电路即作为环状的金属图案30的电长度。
接下来，说明供电电路基板65的结构。如图9及10所示，无线IC芯片51的输入输出用端子电极52通过金属凸点等与形成于供电电路基板65上的供电端子电极142a、142b相连接，安装用端子电极53通过金属凸点等与安装端子电极143a、143b相连接。
供电电路基板65如图12所示，是将由介质或者磁性体制成的陶瓷片材141a～141h进行层叠、压接、烧成而成的。但是，构成供电电路基板65的绝缘层并不限于陶瓷片材，也可以是例如如液晶聚合物那样的热固化性树脂或热可塑性树脂之类的树脂片材。在最上层的片材141a中，形成有供电端子电极142a、142b、安装端子电极143a、143b、以及通孔导体144a、144b、145a、145b。通孔导体144a、145a利用供电端子电极142a相连接。通孔导体144b、145b利用供电端子电极142b相连接。在第二层～第八层的片材141b～141h中，分别形成有构成电感元件L1、L2的布线电极146a、146b，根据需要形成有通孔导体147a、147b、148a、148b。
通过层叠以上的片材141a～141h，布线电极146a通过通孔导体147a连接为螺旋状，形成电感元件L1，布线电极146b通过通孔导体147b连接为螺旋状，形成电感元件L2。另外，在布线电极146a、146b的线间形成电容。
片材141b上的布线电极146a的端部146a-1经由通孔导体145a与供电端子电极142a相连接，片材141h上的布线电极146a的端部146a-2经由通孔导体148a、145b与供电端子电极142b相连接。片材141b上的布线电极146b的端部146b-1经由通孔导体144b与供电端子电极142b相连接，片材141h上的布线电极146b的端部146b-2经由通孔导体148b、144a与供电端子电极142a相连接。
在以上的供电电路66中，由于电感元件L1、L2分别沿反方向卷绕，因此电感元件L1、L2所产生的磁场互相抵消。由于磁场互相抵消，因此为了得到期望的电感值，需要将布线电极146a、146b延长一定程度。据此，由于Q值变低，因此谐振特性的陡峭性消失，在谐振频率附近会实现宽频带化。
在俯视透视供电电路基板65时，电感元件L1、L2形成于左右不同的位置。另外，由电感元件L1、L2所产生的磁场的方向分别相反。由此，在使供电电路66与天线相耦合时，能够在天线中激励出反向电流，在靠近的金属板中产生电流，由该电流产生的电位差能使该金属板作为辐射元件(天线)进行动作。
通过在供电电路基板65中内置谐振/匹配电路，从而能够抑制因外部的物品的影响而引起的特性变动，能够防止通信质量的恶化。另外，若将构成无线IC元件50的无线IC芯片51配置在供电电路基板65的厚度方向上的中央侧，则能够防止无线IC芯片51的损坏，能够提高作为无线IC元件50的机械强度。
(其他实施例)
此外，本发明的无线IC器件不限于所述实施例，可以在其要点范围内进行各种变更。
特别是介质主体也不必一定是长方体形状，另外关于其材料，也可以是橡胶、合成橡胶、环氧树脂等热固化性树脂、聚酰亚胺等热可塑性树脂，或者若是利用非接合面而具有所需的柔性，则介质主体也可以是LTCC等陶瓷。
工业上的实用性
如上所述，本发明可用于无线IC器件，特别是其优点在于，即使是在将该无线IC器件安装于曲面的情况下，也不会发生主体和辐射体的剥落，且通信特性不易发生变动。

Claims (11)

1.一种无线IC器件，安装于金属体的曲面部分，包括：
介质主体，该介质主体具有上表面及下表面；
辐射体，该辐射体设置于所述介质主体的表面；以及
无线IC元件，该无线IC元件与所述辐射体的供电部相耦合，所述无线IC器件的特征在于，
所述辐射体由具有柔性的金属图案形成，
所述介质主体具有由有柔性的多层介质层构成的层叠结构，且在层叠方向上相邻的介质层具有未接合的可滑动的非接合面，
具有柔性的所述金属图案从所述介质主体的上表面连续地设置到侧面以及下表面。
2.如权利要求1所述的无线IC器件，其特征在于，
所述辐射体与所述介质主体的棱线部分的内侧相接合。
3.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述介质主体通过折叠介质层来进行层叠，折叠后获得的内侧面是所述非接合面。
4.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述介质主体层叠有多层介质层，在层叠方向上相邻的介质层间至少有一部分区域为非接合面。
5.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述辐射体从所述介质主体的上表面起覆盖侧面及下表面而连续配置，
所述辐射体与所述介质主体的上表面和/或下表面相粘接。
6.如权利要求5所述的无线IC器件，其特征在于，
所述辐射体未与所述介质主体的侧面相粘接。
7.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述辐射体设置于具有柔性的薄膜上。
8.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
包括覆盖所述介质主体、所述辐射体及所述无线IC元件的保护构件。
9.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述无线IC元件是处理预定的无线信号的无线IC芯片。
10.如权利要求1或2所述的无线IC器件，其特征在于，
所述无线IC元件包括：无线IC芯片，该无线IC芯片处理预定的无线信号；以及供电电路基板，该供电电路基板包含具有预定的谐振频率的供电电路。
11.一种无线IC器件，安装于金属体的曲面部分，包括：
介质主体，该介质主体具有上表面及下表面；
辐射体，该辐射体设置于所述介质主体的表面；
无线IC元件，该无线IC元件与所述辐射体的供电部相耦合，以及
保护构件，该保护构件覆盖所述介质主体、所述辐射体、及所述无线IC元件，所述无线IC器件的特征在于，
所述辐射体由具有柔性的金属图案形成，
所述介质主体具有由有柔性的多层介质层构成的层叠结构，且在层叠方向上相邻的介质层具有未接合的可滑动的非接合面，
所述介质主体收纳于所述保护构件中，由薄膜密封，通过该薄膜粘贴在金属体的表面，
具有柔性的所述金属图案从所述介质主体的上表面连续地设置到侧面以及下表面。
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