CN103430382A - 无线ic器件 - Google Patents
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Abstract
在无线IC器件中,利用小型的供电电路基板来实现宽频带。无线IC器件包括:无线IC元件(50);供电电路基板(31),该供电电路基板(31),由多个基材层层叠而成的层叠体(32)所构成,且包括与无线IC元件(50)相连的供电电路(33);以及与供电电路(33)相连的辐射元件。供电电路(33)包括与无线IC元件(50)串联连接的第1线圈元件(L1)、以及与无线IC元件(50)并联连接的第2线圈元件(L2)。第1线圈元件(L1)及第2线圈元件(L2)进行卷绕、配置,以使得各线圈元件(L1)、(L2)的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件(L1)、(L2)中所产生的磁场的方向相反。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线IC器件,特别涉及用于RFID(Radio FrequencyIdentification:射频识别)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(也称为无线IC器件)之间以利用了电磁场的非接触方式进行通信,并传输规定的信息。该RFID标签包括:无线IC芯片,该无线IC芯片存储规定的信息,并对规定的无线信号进行处理;以及天线(辐射元件),该天线进行高频信号的收发,并将该RFID标签粘贴于成为管理对象的各种物品(或其包装材料)上来使用。
作为RFID系统,代表性的已知有利用13MHz频带的HF频带RFID系统、利用900MHz频带的UHF频带RFID系统。尤其是对于UHF频带RFID系统,由于通信距离比较长(通信区域比较广),并能一次性对多个标签进行读取,因此有望被用作物品管理系统。
作为使用于UHF频带RFID系统的无线IC器件,例如专利文献1、2中记载了在无线IC元件(无线IC芯片)与天线元件之间夹设供电电路基板。在这样的无线IC器件中,实际上由设置于供电电路基板上的供电电路来决定收发信号的频率,因此不会受到天线元件(辐射板)的尺寸、其周围面积较大的影响,从而能容易地实现稳定的高频特性。
然而,在上述无线IC器件中,若想使频带变宽,则会具有如下问题:即,供电电路会复杂化,不得不安装几个线圈元件、电容器元件,由于必需确保这些元件之间的隔离性,因此使供电电路基板大型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4069958号公报
专利文献2:日本专利第4561932号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于,提供一种能利用小型的供电电路基板来实现宽频带的无线IC器件。
解决技术问题所采用的技术方案
作为本发明的一个方式的无线IC器件,包括:
无线IC元件;
供电电路基板,该供电电路基板由多个基材层层叠而成的层叠体所构成,且包括与上述无线IC元件相连的供电电路;以及
与上述供电电路相连的辐射元件,其特征在于,
上述供电电路包括与上述无线IC元件串联连接的第1线圈元件、以及与上述无线IC元件并联连接的第2线圈元件,
上述第1线圈元件及上述第2线圈元件进行卷绕、配置,以使得各线圈元件的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件中所产生的磁场的方向相反。
在上述无线IC器件中,第1线圈元件及第2线圈元件进行卷绕、配置,以使得彼此的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件中所产生的磁场的方向相反,因此,各线圈元件的耦合较好,并由于产生了多个谐振点,从而能在宽频带中进行高频信号的收发,并且由于元件个数较少,从而能使供电电路基板小型化,进而使无线IC器件本身也小型化。
发明效果
根据本发明,能在小型的供电电路基板中实现宽频带。
附图说明
图1表示第1实施例的无线IC器件,(A)是剖视图,(B)是俯视图,(C)是除去供电模块状态下的俯视图。
图2是表示构成上述无线IC器件的供电电路基板的内部结构的示意图。
图3是上述无线IC器件的等效电路图。
图4是将上述供电电路基板的层叠结构分解而示出的俯视图。
图5是表示上述无线IC器件的通信距离与频率的关系的曲线。
图6表示第2实施例的无线IC器件,(A)是俯视图,(B)是除去供电模块状态下的俯视图。
图7是表示第2实施例的无线IC器件的阻抗特性的史密斯图。
具体实施方式
下面,参照附图,对本发明所涉及的无线IC器件的实施例进行说明。另外,在各图中,对共同的元器件、部分标注相同的标号,并省略重复的说明。
(第1实施例,参照图1~图5)
作为第1实施例的无线IC器件1A应用于UHF频带的通信中,如图1所示,该无线IC器件1A包括:基材片材10,该基材片材10呈具有可挠性的长方形;辐射元件20(由两个辐射部21A、21B及该两个辐射部各自的连接部22A、22B构成),该辐射元件20设置于该基材片材10的表面上;供电模块30,该供电模块30与该辐射元件20相连接,由此,构成为所谓的RFID标签。
基材片材10例如优选为具有耐热性、耐化学药品性,能优选使用聚酰亚胺、PET等热可塑性树脂材料。通过在基材片材10上的该片材10的大致整个表面上设置以银、铜、铝等为主要成分的金属膜,以使得辐射元件20形成为具有可挠性。辐射元件20经由间隙在长边方向的中央部分分割为两个辐射部21A、21B,辐射部21A、21B相对的间隙两边分别设置了连接部22A、22B。供电模块30利用焊料等导电性接合材料39与连接部22A、22B相接合,使得供电模块30横跨该间隙。即,辐射元件20起到偶极型的辐射元件的作用。另外,辐射元件20中,除了连接部22A、22B,也可以由未图示的抗蚀剂层(例如聚酰亚胺树脂)所覆盖。
供电模块30由供电电路基板31与无线IC元件(无线IC芯片50)构成。无线IC芯片50包括存储器电路、时钟电路、逻辑电路等,是对RF信号进行处理的集成电路元件,如图2所示,具有差动型的输入输出电极51A、52B。无线IC芯片50以硅等半导体基板作为基底来形成。另外,作为无线IC元件可以是裸芯片IC、也可以是封装IC。
供电电路基板31中内置有下面说明的供电电路33,与辐射元件20的端部、即作为供电部的连接部22A、22B的耦合是利用焊料等导电性接合材料39进行的直接电耦合(DC连接)。详细而言,供电模块30中,在供电电路基板31上装载有无线IC芯片50,且利用树脂材料55对无线IC芯片50进行密封。
供电电路基板31由多个基材层(参照图4)层叠而成的层叠体32构成,并内置有图2及图3所示的供电电路33。供电电路33包括与无线IC芯片50串联连接的第1线圈元件L1,以及与无线IC芯片50并联连接的第2线圈元件L2。第1线圈元件L1的一端与电极34A相连,该电极34A经由焊料等导电性接合材料52与无线IC芯片50的输入输出电极51A接合。第1线圈元件L1的另一端经由电容器元件C1与输入输出电极35A相连,该输入输出电极35A经由导电性接合材料39与上述辐射部21A的连接部22A相连接。
第2线圈元件L2的一端与上述第1线圈元件L1的另一端及电容器元件C1相连接。第2线圈元件L2的另一端与电极34B相连,该电极34B经由导电性接合材料52与无线IC芯片50的输入输出电极51B接合。并且,第2线圈元件L2的另一端经由电容器元件C2与输入输出电极35B相连,该输入输出电极35B经由导电性接合材料39与上述辐射部21B的连接部22B相连接。换言之,第1线圈元件L1与差动信号线路串联连接,而第2线圈元件L2设置于差动信号线路之间。
第1线圈元件L1及第2线圈元件L2进行卷绕、配置,以使得各线圈元件L1、L2的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件L1、L2中所产生的磁场M1、M2的方向彼此相反。具体而言,各线圈元件L1、L2配置在层叠体32的内部,以使得其卷绕轴沿着层叠体32的层叠方向。即,如图2所示,由第1线圈元件L1利用电流a产生的磁场M1的方向与由第2线圈元件L2利用电流b产生的磁场M2的方向为彼此相对。于是,第1线圈元件L1与第2线圈元件L2如标号M所示那样产生磁耦合,与电容器元件C1、C2形成谐振电路。该谐振电路也起到无线IC芯片50与辐射元件20的阻抗匹配电路的作用。
第1线圈元件L1是无线IC芯片50侧的串联电感分量,该电感分量主要具有使阻抗在阻抗图上的虚轴方向上移动的功能。另一方面,第2线圈元件L2是辐射元件20侧的串联电感分量,设置为横跨辐射元件20的两个连接部22A、22B,且主要具有使阻抗在导纳图上的虚轴方向上移动的功能。如上上述,通过使两种种类的线圈元件分别具有上述那样的作用,从而能高效地对阻抗进行匹配。
这里,参照图4对供电电路基板31(层叠体32)的层叠结构进行说明。层叠体32通过将由电介质或磁性体所构成的基材层41a~41l进行层叠、压接、烧成而构成。其中,构成层叠体32的基材层并不局限为陶瓷,例如也可以为如液晶聚合物等这样的热固化性树脂或如热可塑性树脂这样的树脂。
基材层41a~41l以基材层41a为最下层、基材层41l为最上层的方式来进行层叠。基材层41a的背面形成有输入输出电极35A、35B,并且形成了通孔导体61a、61b。基材层41b、41c、41d的表面形成有电容器电极42A、42B、43A、43B、44A、44B,并且形成了通孔导体62a、62b、63a、63b。基材层41e上形成有通孔导体63a、63b。基材层41f~41k的表面形成有导体线路45A~45F,并且形成了通孔导体63a~63h。基材层41l的表面上形成有输入输出电极34A、34B、安装电极34C、34D,并且形成了通孔导体63g、63h。
通过层叠上述的基材层41a~41l来构成上述供电电路33。即,电极35A、35B经由通孔导体61a、61b分别与电容器电极42A、42B相连接。电容器电极42A、42B经由通孔导体62a、62b分别与电容器电极44A、44B相连接。电容器电极44A、44B经由通孔导体63a、63b分别与导体线路45A的一端以及另一端相连接。电容器电极43A、43B经由通孔导体63a、63b分别与导体线路45A的一端以及另一端相连接。
导体线路45A的一端经由通孔导体63a与导体线路45B的一端相连,该导体线路45B的另一端经由通孔导体63d与导体线路45C的一端相连。导体线路45A的另一端经由通孔导体63c与导体线路45F的一端相连,该导体线路45F的另一端经由通孔导体63h与输入输出电极34B相连。导体线路45C、45D、45E分别经由通孔导体63e、63f呈螺旋状连接。导体线路45E的另一端经由通孔导体63g与输入输出电极34A相连接。
在上述的连接方式中,由电容器电极42A、43A、44A构成了电容器元件C1,由电容器电极42B、43B、43C构成了电容器元件C2。此外,由导体线路45C、45D、45E构成了第1线圈元件L1,由导体线路45A构成了第2线圈元件L2。
在无线IC器件1A中,若规定的高频信号经由供电电路33从无线IC芯片50传输至辐射元件20,则直接从辐射元件20向外部辐射。在辐射元件20接收来自外部的高频的情况下,也一样地经由供电电路33向无线IC芯片50进行供电。由此,无线IC芯片50与未图示的读写器相互通信。
在无线IC器件1A中,第1线圈元件L1及第2线圈元件L2进行卷绕、配置,以使得彼此的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件L1、L2中所产生的磁场M1、M2的方向相反,因此,各线圈元件L1、L2的耦合较好,并由于产生了多个谐振点,从而能在宽频带中进行高频信号的收发,并且由于元件个数较少,因此能使供电电路基板31小型化,进而使无线IC器件1A本身也小型化。
图5中示出了在使用上述供电电路基板31的无线IC器件1A中、通信距离与频率的关系。图5中,通信距离以最长距离设为1的比来表示。实际的距离根据辐射元件20的增益而不同。此外,辐射元件20与无线IC芯片50的阻抗匹配的区域变大,产生了两个谐振点X、Y(参照图5)。
在供电电路33中,第1线圈元件L1主要起到阻抗匹配用的电感元件的作用,第2线圈元件L2主要起到构成供电电路33的电感元件的作用。无线IC芯片50的虚部的阻抗在负方向上较大,辐射元件20的虚部的阻抗在正方向上较大,因此优选第1线圈元件L1的电感值比第2线圈元件L2的电感值要大。此外,更优选为两者的电感值的比L1:L2为3:1~4:1。
(第2实施例、参照图6及图7)
如图6所示,对于作为第2实施例的无线IC器件1B,辐射元件20的两个辐射部21A、21B呈弯曲状,其它结构均与上述第1实施例相同。其作用效果也与第1实施例相同。
该无线IC器件1B的通信距离与频率的关系呈现出与图5大致相同的特性,通过使辐射部21A、21B呈弯曲状来提高增益,因此通信距离略有增长。另外,图7中示出了阻抗特性。图7中,A部分为在860MHz的特性,B部分为在960MHz的特性。由C部分呈环状可知,辐射元件20与无线IC芯片50的阻抗匹配区域较大。
作为阻抗(虚部),无线IC芯片50为-150~-250Ω,辐射元件20为50~400Ω。
(其它实施例)
此外,本发明的无线IC器件不限于上述实施例,可以在其要点范围内进行各种变更。
尤其是,根据用途适当选择基材片材、辐射元件的材质、形状、尺寸即可。此外,辐射元件的形状为任意,也可以呈环状。
此外,无线IC器件不仅可以作为安装于物品上的标签,也可以作为读写器进行使用,也能够利用于RFID系统以外的无线通信系统中。或者,无线IC芯片除了安装于供电电路基板上以外,也可以安装在其它基板上。
辐射元件除了以专用方式设置以外,也可以利用设置在印刷布线板上的接地导体来构成,在该情况下,印刷布线板成为无线IC器件的主体。此外,供电电路基板也可以作为无线IC芯片的再布线层,由所谓的半导体工艺来形成。
工业上的实用性
如上所述,本发明在无线IC器件中有用,尤其是能利用小型的供电电路基板来实现宽频带这一点较优。
标号说明
1A、1B 无线IC器件
20 辐射元件
30 供电模块
31 供电电路基板
32 层叠体
33 供电电路
41a~41l 基材层
50 无线IC芯片
L1、L2 线圈元件
C1、C2 电容器元件
Claims (3)
1.一种无线IC器件,包括:
无线IC元件;
供电电路基板,该供电电路基板由多个基材层层叠而成的层叠体所构成,且包括与所述无线IC元件相连的供电电路;以及
与所述供电电路相连的辐射元件,其特征在于,
所述供电电路包括与所述无线IC元件串联连接的第1线圈元件、以及与所述无线IC元件并联连接的第2线圈元件,
所述第1线圈元件及所述第2线圈元件进行卷绕、配置,以使得各线圈元件的卷绕轴大致位于同一轴上,并且各线圈元件中所产生的磁场的方向相反。
2.如权利要求1所述的无线IC器件,其特征在于,
所述第1线圈元件及所述第2线圈元件配置于所述层叠体的内部,以使得各线圈元件的卷绕轴沿着所述基材层的层叠方向。
3.如权利要求1或2所述的无线IC器件,其特征在于,
所述供电电路包括分别连接在所述第2线圈元件的两端部与所述辐射元件之间的第1电容器元件及第2电容器元件,
由所述第2线圈元件与所述第1及第2电容器元件构成谐振电路。
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