CN102668241B - Rfid系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使将RFID标签装载于印刷布线板也可保持通信距离且高频信号的传输效率优良的RFID系统。RFID系统在靠近配置的读写器的天线与RFID标签的天线之间收发UHF频带的高频信号。作为读写器的天线，使用由环状导体(11)构成的环形天线(10)，作为RFID标签(20)的天线，使用将多个线圈状导体进行层叠而成的线圈天线(31、32)。而且，使环形天线(10)中的环状导体(11)的导体宽度(W1)比线圈天线(31、32)中的线圈状导体的导体宽度(W2)要大。

Description

RFID系统
技术领域
本发明涉及RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)系统，特别涉及用于读写器与RFID标签的近距离通信的UHF频带RFID系统。
背景技术
作为物品的管理系统，已知有使读写器和RFID标签以非接触的方式进行通信,从而在读写器与RFID标签之间传输信息的RFID系统。RFID标签包括用于处理无线信号的RFIC芯片及用于收发无线信号的天线，在RFID标签的天线与读写器的天线之间经由磁场或电波将规定的信息作为高频信号来收发。
然而，由于RFID标签是安装于物品的部件，因此，要求其小型化。
作为利用了小型RFID标签的RFID系统，例如，在专利文献1中公开了如下系统：即，利用在无线IC芯片上形成有微小的天线线圈的RFID标签，将由设置于读写器的前端部的电容器及线圈所形成的谐振体靠近该标签，以读写信息。
然而，在专利文献1的RFID系统中，若将RFID标签装载于印刷布线板等母基板，则有时会受到设置于印刷布线板的其他安装元器件、电路图案等的金属物质的影响，通信距离变短，或完全无法进行通信。此外，由于金属物质的影响，有时谐振体的谐振频率会有偏差，高频信号的传输效率下降。特别是，若在配置有RFID标签的部分附近存在金属体，则该倾向显著。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2002－183676号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种即使装载于母基板也可保持通信距离且高频信号的传输效率优良的RFID系统。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的一个实施方式的RFID系统的特征在于，作为读写器侧的天线，使用由环状导体构成的环形天线，作为RFID标签侧的天线，使用将多个线圈状导体进行层叠而成的线圈天线，而且，构成为环形天线中的环状导体的导体宽度比线圈天线中的线圈状导体的导体宽度要大。
根据上述RFID系统，由于作为读写器侧天线，使用由环形导体构成的环形天线，该环形天线中的环状导体的导体宽度大于线圈天线中的线圈状导体的导体宽度，因此，可抑制环形天线中的导体损耗，并使磁通集中于环形天线中的卷绕轴的中心线上，此外，由于磁通的环路变大，因此，可将磁通发射到远方。此外，作为RFID标签侧的天线，使用将多个线圈状导体进行层叠而成的线圈天线，并使线圈状导体的导体宽度比较细，因此，可减小与母基板中的金属物质等之间产生的杂散电容分量，从而可将金属物质的影响抑制在最低限度。由此，使RFID标签与读写器的耦合度提高，能实现可保持通信距离且高频信号的传输效率优良的RFID系统。
发明效果
根据本发明，能实现可保持通信距离且高频信号的传输效率优良的RFID系统。
附图说明
图1是表示一个实施例的RFID系统的概要的立体图。
图2表示上述RFID系统，图2(A)是对读写器侧天线与RFID标签侧天线的位置关系进行说明的俯视图，图2(B)是侧视图。
图3是上述RFID系统中的供电基板的分解图。
图4表示上述RFID系统中的读写器侧天线，图4(A)是从背面侧观察到的立体图，图4(B)是电路图。
图5是表示上述RFID系统的使用方式的说明图。
图6是表示上述RFID系统的动作原理的说明图。
图7是表示上述RFID系统的动作原理的说明图。
图8是表示上述RFID系统中的读写器侧天线的变形例的俯视图。
图9是表示第2示例的RFID标签的剖视图。
图10是表示图9所示的RFID标签的磁场放射状态的说明图。
图11是表示图9所示的RFID标签的层叠结构的分解立体图。
图12是表示第3示例的RFID标签的剖视图。
图13是表示图12所示的RFID标签的磁场放射状态的说明图。
图14是表示图12所示的RFID标签的层叠结构的分解立体图。
图15是表示第4示例的RFID标签的剖视图。
图16是表示图15所示的RFID标签的磁场放射状态的说明图。
图17是表示图15所示的RFID标签的层叠结构的分解立体图。
图18是表示第5示例的RFID标签的剖视图。
图19是表示图18所示的RFID标签的磁场放射状态的说明图。
图20是表示第6示例的RFID标签的剖视图。
图21是表示图20所示的RFID标签的磁场放射状态的说明图。
图22(A)是表示使用了第5示例的RFID标签的RFID系统中的磁场放射状态的说明图，图22(B)是表示使用了第6示例的RFID标签的RFID系统中的磁场放射状态的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明所涉及的RFID系统的实施例。另外，在各图中，对于相同的构件和部分标注公共的标号，省略其重复说明。
(RFID系统及RFID标签的第1示例、参照图1～图8)
一个实施例的RFID系统在读写器与RFID标签之间以非接触的方式传输信息，具体而言，在以数mm至数cm左右的距离靠近配置的读写器的天线与RFID标签的天线之间收发UHF频带或SHF频带的高频信号。
首先，参照图1～图4，说明一个实施例的RFID系统中的读写器及作为第1示例的RFID标签的结构。
如图1所示，读写器具有由设置于支承构件2的表面上的环形天线10构成的天线头1。环形天线10由将供电部11a和供电部11b作为供电端的1匝的环状导体11形成，供电部11a和供电部11b与未图示的读写器主体的信息处理电路相连接。
RFID标签20具有将内置于供电基板40的多个线圈状导体进行层叠而成的线圈天线30及与该线圈天线30相连接的RFIC元件50。线圈天线30构成为包含第1线圈天线31和第2线圈天线32，这些线圈天线31、32在供电基板40的内部以各线圈天线31、32的卷绕轴分别平行的方式相邻配置，各线圈天线31、32彼此进行磁耦合。另外，详细情况将在后面阐述，但线圈天线30还构成为包含第3线圈天线31。线圈天线30形成于供电基板40的内部，供电基板40由将多个电介质层进行层叠而成的层叠体构成。供电基板40装载于印刷布线板等母基板60上，RFIC元件50装载于供电基板40的表面。RFIC50构成为包含逻辑电路和存储电路等，作为裸片IC芯片或封装后的IC芯片，经由其背面的输入输出端子连接到供电基板40上的端子36、37。
如图2(A)及图2(B)所示，当俯视读写器侧的环形天线10及RFID标签20侧的线圈天线30时，环形天线10所占的面积基本等于线圈天线30、即第1线圈天线31所占的面积与第2线圈天线32所占的面积的总面积，或比总面积要稍微大一些。另外，环形天线10所占的面积是指比环形天线10的外形更内侧的面积，线圈天线30所占的面积是指比线圈天线31、32的外形更内侧的面积。
此外，在本实施例中，环形天线10的环状导体11在平面上进行卷绕，线圈天线31、32的线圈状导体主要在层叠方向上进行卷绕。而且，环形天线10构成为使得该环形天线10中的环状导体11的导体宽度大于线圈天线31、32中的线圈状导体的导体宽度。具体而言，若设环形天线10中的环状导体11的导体宽度为W1，线圈天线31、32中的线圈状导体的导体宽度为W2，则设定为满足W1＞W2的关系。
如图3所示，供电基板40由将多个陶瓷电介质层41a～41f进行层叠而成的层叠体构成，在其内部具有由线圈状导体31a～31d、32a～32d及层间导体34a～34e、35a～35e构成的线圈天线31、32。各陶瓷电介质层41a～41f由LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic：低温共烧陶瓷)材料等相对介电常数εr为6以上的电介质材料构成。线圈状导体31a～31d、32a～32d及层间导体34a～34e、35a～35e由以银或铜为主要成分的电阻率较小的低熔点金属材料构成。即，该层叠体通过将线圈状导体或层间导体与多个陶瓷电介质层同时烧结而得到。
在电介质层41a上设置有与RFIC元件50的两个输入输出端子进行连接的端子36及端子37，端子36经由设置于电介质层41a的层间导体34a与设置于电介质层41b的线圈状导体31a的一端相连接。线圈状导体31a在电介质层41b的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41b的层间导体34b与设置于电介质层41c的线圈状导体31b的一端相连接。线圈状导体31b在电介质层41c的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41c的层间导体34c与设置于电介质层41d的线圈状导体31c的一端相连接。线圈状导体31c在电介质层41d的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41d的层间导体34d与设置于电介质层41e的线圈状导体31d的一端相连接。线圈状导体31d在电介质层41e的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41e的层间导体34e与设置于电介质层41f的线圈状导体33a的一端相连接。
此外，线圈状导体33a在电介质层41f的表面上走线成直径较大的环状，其另一端经由设置于电介质层41e的层间导体35e与设置于电介质层41e的线圈状导体32d的一端相连接。线圈状导体32d在电介质层41e的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41d的层间导体35d与设置于电介质层41d的线圈状导体32c的一端相连接。线圈状导体32c在电介质层41d的表面上走线成直径较小的环状，其另一端经由设置于电介质层41c的层间导体35c与设置于电介质层41c的线圈状导体32b的一端相连接。线圈状导体32b在电介质层41c的表面上走线成直径较小的线圈状，其另一端经由设置于电介质层41b的层间导体35b与设置于电介质层41b的线圈状导体32a的一端相连接。线圈状导体32a在电介质层41b的表面上走线成直径较小的线圈状，其另一端经由设置于电介质层41a的层间导体35a与设置于电介质层41a的端子37相连接。
即，第1线圈天线31由直径较小的线圈状导体31a～31d及层间导体34a～34e构成，第2线圈天线32由直径较小的线圈状导体32a～32d及层间导体35a～35e构成。此外，在本实施例的情况下，具有由直径较大的线圈状导体33a形成的第3线圈天线33。如图3所示，第1线圈天线31、第2线圈天线32及第3线圈天线33中的线圈状导体31a～31d、32a～32d、33a卷绕成使得流过各线圈状导体的电流的方向为相同方向，即由流过各线圈状导体的电流所产生的感应磁场的方向为相同方向。
第1线圈天线31、第2线圈天线32及第3线圈天线33在供电基板40的内部以各线圈天线的卷绕轴分别平行的方式相邻配置，彼此进行磁耦合。而且，当对其进行俯视时，读写器侧的环形天线10所占的面积基本等于RFID标签20侧的天线即由第1线圈天线31、第2线圈天线32及第3线圈天线33的外形尺寸所包围的部分的面积。
如图4(A)所示，读写器侧天线构成为设置在平板状的支承构件2的一个主面上的环形天线10，在支承构件2的另一主面上连接有同轴电缆3，其中，该支承构件2由环氧树脂等硬质构件形成。如图4(B)所示，在环形天线10与同轴电缆3之间设置有由电容元件C和电感元件L所形成的匹配电路，环形天线10中的供电部11a经由匹配电路与同轴电缆3的内部导体4相连接，供电部11b经由匹配电路与同轴电缆3的外部导体5相连接。同轴电缆3构成为50Ω的线路，通过匹配电路来实现同轴电缆3的阻抗与环形天线10的阻抗的匹配。
接下来，参照图5～图7，说明本实施例的RFID系统的使用方式及动作原理。
如图5所示，读写器中的天线头1构成为包含设置在上述支承构件2的一个主面上的环形天线10、及由设置在支承构件2的另一主面上的电容元件C和电感元件L所形成的匹配电路元件。该天线头1经由同轴电缆3与把持部6相连接，构成为能一边把持该把持部6一边使用的所谓笔型的天线。该笔型的读写器侧天线还以DC方式或经由磁场、电磁场与未图示的读写器主体相连接。
RFID标签20包括矩形平板状的供电基板40和装载于其上的RFIC元件50，RFIC元件50由环氧树脂等密封材55所密封。该RFID标签20经由树脂等绝缘材料或焊料等导电材料所形成的接合材56装载于印刷布线板等母基板60。
在本实施例中，如图6所示，作为读写器侧的天线，使用环形天线10，作为RFID标签20侧的天线，使用线圈天线30(31、32)，并且，构成为使得环形天线10中的环状导体11的导体宽度大于线圈天线31、32中的线圈状导体31a～31d、32a～32d的导体宽度。因此，在使天线头1接近RFID标签20的状态下，产生图6中用点划线表示的磁场H1、H2、H3、H4，经由这些磁场，在环形天线10与线圈天线31、32之间收发高频信号。即，由环形天线10的环状导体11所产生的磁场H1、H2在保持较低的导体损耗的同时使开口部磁场集中，且扩展至较宽范围。此外，如图7所示，该磁通与线圈天线31、32的线圈状导体连结。
这样，由于在环形天线10及线圈天线31、32，可使磁场集中于各开口部，因此，即使母基板60为金属或在母基板60的附近配置有金属，也可使磁场集中连结于线圈天线31、32。此外，线圈天线31、32中，通过缩小导体宽度并采用层叠结构，可使磁场H3、H4主要集中在与其线圈面垂直的方向，即使母基板60是金属，在母基板60与线圈天线31、32之间产生的电容也较小，对谐振频率的影响也较小。此外，由于利用UHF频带或频带比UHF频带要高的高频信号，因此，即使在将RFID标签20装载于母基板60的情况下，也不易受到装载于母基板60的其他安装元器件或设置于母基板60的各种布线图案等金属物质的影响。此外，关于环形天线10中的磁场H1及H2，由于环形天线10的导体宽度较宽，因此，磁场H1、H2主要沿与其环形面平行的方向扩展至较宽范围，即使环形天线10相对于RFID标签20在平面方向上的相对位置有些偏移，在环形天线10侧产生的磁场H1、H2也易于与线圈天线31、32连结，可读写的区域较宽。
本实施例的RFID系统用于像这样使读写器侧天线与RFID标签侧天线极其接近的方式中，可仅限于与作为读写器的读写对象的RFID标签20而进行通信。在此情况下，例如，线圈天线10的外形尺寸为长1cm×宽1cm以下，还可构成为长0.5cm×宽0.5cm以下的极小尺寸。具体而言，设使用频带为860MHz～960MHz的UHF频带，供电基板40的尺寸为长3.2mm×宽1.6mm，线圈天线30的外形尺寸为长2.5mm×宽1.2mm，环形天线10的外形尺寸为长3.0mm×宽4.0mm，环状导体11的导体宽度为0.5mm，输出功率值为1W，在此情况下，即使读写器侧天线与RFID标签侧天线之间的距离为6mm左右，也可进行读写。当然，通过增大输出功率值、或增大供电基板40的尺寸即线圈天线30的尺寸，可进一步延长通信距离。
以上，基于具体实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述方式。
例如，如图8所示，读写器侧天线也可以不是1匝的环形天线，而由多匝的环形天线10构成。在此情况下，环形天线10的最外径与最内径之间的距离为环形天线10中的环状导体11的导体宽度W1。此外，虽然基于上述理由，环形天线10优选由环状的单层导体形成，但只要比线圈天线30的层叠方向的厚度薄，也可以层叠多层环状导体。
如上所述，第1线圈天线和第2线圈天线优选为彼此的卷绕方向相同。若构成各线圈天线的线圈状导体采用彼此的卷绕方向相同的结构，则各线圈天线中的电流沿相同方向流动，该电流的感应磁场也沿相同方向产生。因而，各线圈天线所产生的电流不会相抵销，高频信号的能量传输效率提高，从而读写器侧天线与RFID标签侧天线的通信距离变长。此外，线圈天线形成为层叠结构，若两个线圈天线的卷绕轴形成于俯视时重叠的位置，则可增大线圈天线中的开口面积之和，其结果是，磁通密度提高，因此，通信距离进一步增加。
此外，读写器侧天线是环形天线，RFID标签侧天线是线圈天线，因此，读写器与RFID标签之间的通信主要经由磁场来进行。但是，若环形天线中的环状导体的导体宽度大于线圈天线中的线圈状导体的导体宽度，且环形天线的外形尺寸与线圈天线的外形尺寸的比率在规定范围内，则在配置成天线头1与RFID标签之间的距离例如为2mm以下那样的极近距离的情况下，在磁场耦合的基础上，电容耦合也起作用。因此，即使功率极小，也可进行无线通信。此外，通过使环形天线的导体宽度较宽、RFID标签侧的线圈天线的导体宽度较窄，使得即使两者的位置有偏移，两者之间形成的电容值的变化也较小，从而特性变化较小。
即，在以这种近距离间的通信为目的的情况下，读写器的环形天线所占的面积优选为RFID标签的线圈天线所占的面积的0.2～6倍。若环形天线所占的面积低于线圈天线所占的面积的0.2倍，则有时会无法充分地收发高频信号，另一方面，若环形天线所占的面积超过线圈天线所占的面积的6倍，则环形天线的磁通难以集中，即使使环形天线接近线圈天线，也有产生无法读写的区域即哑点(null point)的趋势。此外，在配置于极近距离时，电容耦合会难以起作用。
此外，优选为，线圈天线构成为使得RFIC元件的阻抗的虚数部和线圈天线的阻抗的虚数部在使用频率下处于共轭的关系。即，优选为，供电基板所包括的线圈天线构成为除具有作为天线的功能外，还具有使RFIC元件的阻抗匹配的功能。即，在线圈天线中，因线圈本身所具有的电感分量和形成于线间的电容分量而具有谐振频率，但优选为，该谐振频率处于使用频率附近。进一步优选为，阻抗的实部一致。特别是，若使用第1线圈天线和第2线圈天线进行了磁耦合的天线，来作为线圈天线，则可使得使用频带实现宽频带化。
此外，也可利用双面胶、粘接剂等接合材料来将RFID标签安装到母基板，在此情况下，也可加工成密封件、贴纸、胶带等，之后粘贴在母基板上。此时，RFID标签可将RFIC元件侧或供电基板侧的任一方作为安装到母基板的安装面。特别是，若RFIC元件由密封材所覆盖，则可保护RFIC元件，并且，可利用密封材的顶面来粘贴到母基板。
构成供电基板的基材可由一般的相对介电常数εr为3～4的树脂材来形成，但若像上述那样，由陶瓷电介质等相对介电常数εr较高的材料构成，则可力图实现该RFID系统的动作的稳定性。即，线圈状导体间的线间电容由线圈状导体间的材质来决定，因此，构成母基板的材料的相对介电常数的影响较小，杂散电容不易产生变动。此外，线圈状导体的电感值的变化也较小，因此，谐振频率的变化较小，通信距离变得稳定，而不依赖于使用环境。
该RFID标签可装载于印刷布线板等各种母基板，但也可装载于金属板来使用。在此情况下，RFID标签将设置有RFIC元件一侧的面作为与金属板的装载面，将供电基板侧作为上表面侧，从而，与读写器的通信变得更加可靠。在将供电基板侧的面作为与金属板的装载面的情况下，通过尽可能地将线圈天线配置在供电基板的上侧，从而与金属板之间可确保磁通的通过路径，可使金属板上的动作变得稳定。
读写器中的天线头优选构成为同轴电缆沿相对于环形天线的环状面及线圈天线的线圈面倾斜的方向延伸。通过采用这种结构，可减小环形天线所产生的磁场和线圈天线所产生的磁场这两者与同轴电缆之间的相互干扰。
此外，作为RFID标签侧天线的线圈天线可以是相对于作为读写器侧天线的环形天线的环状面沿垂直方向将线圈状导体层叠而成的层叠型线圈天线，也可以是一个线圈天线。
(RFID标签的第2示例、参照图9～图11)
如图9所示，作为第2示例的RFID标签101A包括处理规定频率的收发信号的RFIC元件110、供电基板120、及内置于该供电基板120的线圈天线130。
RFIC元件110构成为芯片状，包含时钟电路、逻辑电路、存储器电路等，存储所需的信息，在背面设置有未图示的一对输入输出端子电极，安装于供电基板120上。供电基板120将以电介质或磁性体作为主成分的多个层进行层叠而构成。
参照图11，像以下说明的那样，线圈天线130通过将形成于电介质或磁性体的片材121c～121e上的线圈用导体图案133a～133c进行层叠并利用通孔导体134a来进行连接，从而卷绕成线圈状。线圈天线130的各自的一端经由焊锡凸块115与RFIC元件110的输入输出端子电极进行电连接。
如图9所示，RFID标签101A经由粘接层141粘贴在印刷布线基板等基材140上。线圈天线130内置于供电基板120，以使得该天线130的层叠方向的中心面A位于供电基板120的中心面B的相对于基板140为相反侧的位置。即，线圈天线130位于与基材140的表面相隔距离C的位置。
上述RFID标签101A可与RFID系统的未图示的读写器进行通信，由两者构成信息处理系统。在该信息处理系统中，通过使读写器的天线靠近RFID标签101A，从而基于从该天线发射的规定频率(例如UHF频带、HF频带)的信号的磁通贯穿线圈天线130，因此，在该天线130中有电流流过。该电流提供给RFIC元件110，以使RFIC元件110动作。另一方面，来自RFIC元件110的响应信号从线圈天线130作为磁场进行发射，由读写器进行读取。
从线圈天线130发射的磁场H如图10中的虚线所示。由于该线圈天线130内置于供电基板120，且该线圈天线130的层叠方向的中心面A位于供电基板120的层叠方向的中心面B的相对于印刷布线基板等基材140为相反侧的位置，因此，磁场H大多产生于远离基材140而靠近读写器的天线的方向。因此，不易受到来自设置于基材140的其他安装元器件或导体图案等金属物质的影响，通信距离不会变短。
此外，读写器与RFID标签101A的通信主要由磁场来进行，但磁场随距离的衰减比电场要大，因此，在比较靠近的状态下进行通信。因此，可仅限于与作为读写器的读取对象的RFID标签进行通信，不用担心与位于周边的读取对象以外的RFID标签进行误通信。
优选使RFIC元件110的阻抗的虚部和线圈天线130的阻抗的虚部在通信所使用的信号的频率下处于共轭的关系。即，优选为，线圈天线130的谐振频率处于使用频率附近。进一步优选为，阻抗的实部一致。
特别是，若使线圈天线130为层叠型且具有较大的开口部，则能实现小型并获得较大的电感值，进而使RFID标签101A本身也小型化。通过将使用频率设为950MHz附近的短波长，则能进一步变小。在对通信使用UHF频带的频率的情况下，作为RFID标签101A，能集中在例如长3.2mm、宽1.6mm、高0.5mm的尺寸内。
此处，参照图11，对供电基板120(线圈天线130)的层叠结构的一个示例进行说明。该供电基板120是在以电介质或磁性体为主要成分的多个片材121a～121e上形成电极、导体、通孔导体并进行层叠而得到的，并且，层叠有用于获得上述中心面A的高度的片材群121f、121g。
在第1层的片材121a上形成有与RFIC元件110的未图示的输入输出端子电极连接的电极131a、131b、安装用电极131c、131d(与RFIC元件110的未图示的安装用端子电极连接)，在第2层的片材121b形成有连接用导体132a、132b，在第3层至第5层的片材121c～121e上形成有线圈用导体图案133a、133b、133c。
线圈用导体图案133a、133b、133c经由通孔导体134a连接成线圈状，以形成天线130。导体图案133a的一端经由通孔导体134b、连接用导体132a、及通孔导体134c连接到电极131a。此外，导体图案133c的一端经由通孔导体134d、连接用导体132b、及通孔导体134e连接到电极131b。
通过使线圈天线130为层叠型，除了能增大开口部以外，还能力图实现动作的稳定性。即，由于线圈用导体图案133a、133b、133c间的电容由它们之间的材质(片材的材质)来决定，因此，RFID标签101A的粘贴对象物品的介电常数的影响较少(杂散电容不易产生变动)，线圈的电感值的变化较小。因此，谐振频率的变化较小，通信距离稳定。特别是，通过对供电基板120使用高介电常数的材料，从而基本确定供电基板120内的线圈的阻抗，不易受到来自使用环境的影响。
(RFID标签的第3示例、参照图12～图14)
第3示例的RFID标签101B中，如图12所示，在供电基板120的上部形成线圈用导体图案133a、133b、133c，以形成线圈天线130，在供电基板120的背面侧装载RFIC元件110，且设置有覆盖RFIC元件110的密封层125。密封层125的顶面经由粘接层141粘贴在印刷布线基板等基材140上。
在该RFID标签101B中，线圈天线130内置于供电基板120，以使得该天线130的层叠方向的中心面A位于供电基板120的中心面B的相对于基板140为相反侧的位置。此外，通过使密封层125介于供电基板120与基材140之间，线圈天线130与基材140的表面的距离C比上述第2示例要大。
RFID标签101B的动作与上述第2示例相同，特别是，距离C变大，相应部分如图13中虚线所示，天线130中产生的磁场H远离基材140的表面而靠近未图示的读写器的天线，从而可更有效地排除来自设置于基材140的其他安装元器件或导体图案等金属物质的影响。此外，通过用密封层125来覆盖RFIC元件110，从而可保护RFIC元件110免受外部环境的影响。即，可保护其免受来自外部的机械冲击，此外，可防止水分所导致的短路等。
本第3示例中的供电基板120(线圈天线30)的层叠结构如图14所示，使图11所示的片材组121f、121g介于片材121b与片材121c之间，在片材121e的背面形成有线圈用导体图案133c。另外，片材121e在将RFID标签101B粘贴到基材140时处于最上层。
(RFID标签的第4示例、参照图15～图17)
如图15所示，作为第4示例的RFID标签201A包括处理规定频率的收发信号的RFIC元件110、供电基板220、及内置于该供电基板220的线圈天线230。
参照图17，像以下说明的那样，线圈天线230是通过将形成于电介质或磁性体的片材221c～221e上的线圈用导体图案233a～233c进行层叠并利用通孔导体234a来进行连接,从而卷绕成线圈状。线圈天线230的各自的一端经由焊锡凸块215与RFIC元件110的输入输出端子电极进行电连接。
如图15所示，RFID标签201A经由粘接层241粘贴在印刷布线基板等基材240上。如图16所示，线圈天线230形成为使得从该天线230发射的磁场H的范围在供电基板220的上表面侧和下表面侧不同。具体而言，线圈天线230形成为使得线圈用导体图案233a、233b、233c的开口直径(在本说明书中意味着各图案的内径)从供电基板220的下表面侧向上表面侧实质上变大。
上述RFID标签201A可与RFID系统的未图示的读写器进行通信，由两者构成信息处理系统。在该信息处理系统中，通过使读写器的天线靠近RFID标签201A，从而基于从该天线发射的规定频率(例如UHF频带、HF频带)的信号的磁通贯穿线圈天线230，因此，在该天线230中有电流流过。该电流提供给RFIC元件110，以使RFIC元件110动作。另一方面，来自RFIC元件110的响应信号从线圈天线230作为磁场进行发射，由读写器进行读取。
从线圈天线230发射的磁场H如图16中的虚线所示。该线圈天线230内置于供电基板220，且该线圈天线230所产生的磁场H向RFID标签201A的外侧扩展，与未图示的读写器的天线之间的位置关系的自由度增大，可在较宽范围内进行稳定的通信。
此外，读写器与RFID标签201A的通信主要由磁场来进行，但磁场随距离的衰减比电场要大，因此，在比较靠近的状态下进行通信。因此，可仅限于与作为读写器的读取对象的RFID标签进行通信，不用担心与位于周边的读取对象以外的RFID标签进行误通信。
优选使RFIC元件110的阻抗的虚部和线圈天线230的阻抗的虚部在通信所使用的信号的频率下处于共轭的关系。即，优选为，线圈天线230的谐振频率处于使用频率附近。进一步优选为，阻抗的实部一致。
特别是，若使线圈天线230为层叠型且具有较大的开口部，则能实现小型并获得较大的电感值，进而使RFID标签201A本身也小型化。通过将使用频率设为950MHz附近的短波长，则能进一步变小型。在对通信使用UHF频带的频率的情况下，作为RFID标签201A，能集中在例如长3.2mm、宽1.6mm、高0.5mm的尺寸内。
此处，参照图17，对供电基板220(线圈天线230)的层叠结构的一个示例进行说明。该供电基板220是在以电介质或磁性体为主要成分的多个片材221a～221e上形成电极、导体、通孔导体并进行层叠而得到的。
在第1层的片材221a上形成有与RFIC元件110的未图示的输入输出端子电极连接的电极231a、231b、安装用电极231c、231d(与RFIC元件110的未图示的安装用端子电极连接)，在第2层的片材221b形成有连接用导体232a、232b，在第3层至第5层的片材221c～221e上形成有线圈用导体图案233a、233b、233c。
线圈用导体图案233a、233b、233c经由通孔导体234a连接成线圈状，以形成天线230。导体图案233a的一端经由通孔导体234b、连接用导体232a、及通孔导体234c连接到电极231a。此外，导体图案233c的一端经由通孔导体234d、连接用导体232b、及通孔导体234e连接到电极231b。
通过使线圈天线230为层叠型，除了能增大开口部以外，还能力图实现动作的稳定性。即，由于线圈用导体图案233a、233b、233c间的电容由它们之间的材质(片材的材质)来决定，因此，RFID标签201A的粘贴对象物品的介电常数的影响较少(杂散电容不易产生变动)，线圈的电感值的变化较小。因此，谐振频率的变化较小，通信距离稳定。特别是，通过对供电基板220使用高介电常数的材料，从而基本确定供电基板220内的线圈的阻抗，不易受到来自使用环境的影响。
另外，线圈天线230的各自的线圈用导体图案233a、233b、233c也可以由比其更多的数量来构成。此外，各图案的开口直径形成为从供电基板220的下表面侧向上表面侧实质上变大即可。所谓实质上，是指不一定需要连续地阶段性变大，可以是位于中间的线圈用导体图案具有与位于其上下的图案相同的开口直径，或具有比位于其下方的图案要大的开口直径。另外，像这样，各图案的开口直径也可以不用沿上下方向连续地阶段性变化这一情况在以下示出的实施例中也是相同的。
(RFID标签的第5示例、参照图18及图19)
第5示例的RFID标签201B中，如图18所示，在内置有线圈天线230的供电基板220的背面侧装载有RFIC元件110，且设置有覆盖RFIC元件110的密封层225。密封层225的顶面经由粘接层241粘贴在印刷布线基板等基材240上。
本第5示例的其它结构与上述第4示例相同。因此，本第5示例的作用效果与上述第4示例同样。特别是，通过用密封层225来覆盖RFIC元件110，从而可保护RFIC元件110免受外部环境的影响。即，可保护其免受来自外部的机械冲击，此外，可防止水分所导致的短路等。而且，通过使密封层225介于供电基板220与基材240之间，从而线圈天线230与基材240的表面之间的距离比第4示例要大，从线圈天线230发射的磁场H形成为稍许远离基材240(参照图19)。因此，可减少设置于基材240的其他安装元器件或导体图案等金属物质对磁场H的影响。
(第6示例、参照图20及图21)
第6示例的RFID标签201C中，如图20所示，构成线圈天线230的线圈用导体图案233a、233b、233c形成为其开口直径从供电基板220的下表面侧向上表面侧实质上变小。此外，与上述第4示例同样，RFIC元件110装载于供电基板220的下表面，并由密封层225所覆盖。
本第6示例的其它结构与上述第4示例相同。在本第6示例中，由于从线圈天线230发射的磁场H如图21中的虚线所示，线圈用导体图案233a、233b、233c的开口直径形成为向供电基板220的上表面变小，因此，磁场H朝向RFID标签201C的内侧，在RFID标签201C的中央部分形成磁通密度较大的区域，通信特性提高。此外，本第6示例中的其他作用效果基本上与上述第4示例、第5实施例相同。
(第5示例及第6示例中的磁场发射状态、参照图22)
在本RFID系统中，作为读写器侧的天线，使用环形天线10，作为RFID标签侧的天线，例如使用构成为在读写器侧产生较多磁场的线圈天线230。因而，在使天线头1接近RFID标签201B、201C的状态下，如图22(A)、(B)所示，从环形天线10产生的磁场H1与从线圈天线230产生的磁场H2连结，在环形天线10与线圈天线230之间，彼此传输高频信号。
从环形天线10产生的磁场H1集中于环形天线10的开口部，在较宽范围内扩展。另一方面，RFID标签201B、201C的线圈天线230中，由于在读写器侧产生较多的磁场H2，因此，磁场H2集中于环形天线10的开口部。因而，即使基材240中含有金属材料，或有金属材料接近，或基材240为金属材料，通信性能也不会恶化。此外，通过使用UHF频带或比其要高的频带的高频信号，从而即使装载RFID标签201B、201C的基材240为金属材料，或在基材240上装载有其他安装元器件或各种布线图案等金属构件，也不易受到来自它们的影响。此外，即使在使用上述RFID标签101A、101B、201A、201B、201C的情况下，也由线圈天线130、230在读写器的环形天线10侧产生较多的磁场，因此，可起到此处阐述的效果。
此外，若增大环形天线10的导体宽度，则从环形天线10产生的磁场H1主要沿与其环状面平行的方向扩展至较宽范围，即使环形天线10与RFID标签201B、201C的相对位置有稍许偏差，磁场H1、H2也可靠地进行连结，因此，可确保必要的通信性能。在从RFID标签201B、201C观察的情况下，线圈天线230中产生的磁场H2向外侧扩展，因此，与环形天线10的位置关系的自由度增大。另外，在图22(A)、(B)中，磁场H1、H2未图示所产生的所有磁场。
在本RFID系统中，在使读写器的天线与RFID标签接近的状态下进行使用，可仅限于与作为对象的RFID标签进行通信。在此情况下，线圈天线230可构成为外形尺寸是长/宽为10mm以下、进一步为5mm以下的较小尺寸。具体而言，设使用频带为860MHz～960MHz的UHF频带，RFID标签201B、201C的尺寸为长3.2mm、宽1.6mm，线圈天线230的外形尺寸为长3.0mm、宽4.0mm，环形天线10的导体宽度为0.5mm，输出电压值为1W，在此情况下，即使环形天线10与RFID标签201B、201C之间的距离为6mm左右，也可进行通信。当然，通过增大输出功率值或增大线圈天线230的尺寸，可进一步延长通信距离。
工业上的实用性
如上所述，本发明用于使RFID标签和读写器在数mm至数cm的距离内进行通信的RFID系统，特别是，具有可保持通信距离、高频信号的传输效率良好的优点。
标号说明
10 环形天线
11 环状导体
20 RFID标签
30、130、230 线圈天线
31 第1线圈天线
31a～31d 线圈状导体
32 第2线圈天线
32a～32d 线圈状导体
33 第3线圈天线
40、120、220 供电基板
41a～41f 电介质层
50、110 RFIC元件

Claims (7)

1.一种RFID系统，在读写器的天线与RFID标签的天线之间收发高频信号，该RFID系统的特征在于，
作为所述读写器的天线，使用由环状导体构成的环形天线，
作为所述RFID标签的天线，使用将多个线圈状导体进行层叠而成的线圈天线，
所述环形天线中的环状导体的导体宽度比所述线圈天线中的线圈状导体的导体宽度要大，并且所述环形天线中的环状导体的外形尺寸比所述线圈天线中的线圈状导体的外形尺寸要大，
通过使所述环形天线的开口面与所述线圈天线的开口面相对，从而在所述读写器一侧产生横向上较大的磁场，在所述RFID标签一侧产生纵向上较大的磁场，从而在所述读写器的天线与所述RFID标签的天线之间进行高频信号的收发。
2.如权利要求1所述的RFID系统，其特征在于，
所述线圈天线形成在将多个电介质层进行层叠而成的供电基板上。
3.如权利要求1或2所述的RFID系统，其特征在于，
所述线圈天线包括第1线圈天线及第2线圈天线，所述第1线圈天线和所述第2线圈天线进行磁耦合。
4.如权利要求1或2的任一项所述的RFID系统，其特征在于，
在俯视时，所述线圈天线的外形尺寸为1cm×1cm以下。
5.如权利要求4所述的RFID系统，其特征在于，
在俯视时，所述环形天线所占的面积为所述线圈天线所占的面积的0.2～6倍。
6.如权利要求2所述的RFID系统，其特征在于，
所述供电基板由将多个陶瓷电介质层进行层叠而成的陶瓷层叠体所形成。
7.如权利要求1或2的任一项所述的RFID系统，其特征在于，
所述高频信号为UHF频带或SHF频带的信号。
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