JP2005182637A - Ｉｃタグのｒｗ用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＣタグのリーダ・ライタ（ＲＷ）用のアンテナにおいて、金属製の物品が密接もしくは近接した場合においても、発生する渦電流の影響を受けにくくし、発生する磁束を確保してＩＣタグとの間の電磁結合を良好にする。
【解決手段】 絶縁基板（１０）の表裏面に形成する配線（２１、２２）を、絶縁基板に設けた複数のスルーホール・ビア（３１、３２）を介して互いに接続し、螺旋状につながったコイルとしたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は通信用アンテナ、特に、集積回路を組み込んだ非接触ＩＣカード、ＩＣタグ等携帯式磁気カード類（以下、代表して「ＩＣタグ」と称する）の読み取り・書き込み装置であるリーダ・ライタ（ＲＷ）に使用されるＩＣタグのＲＷ用アンテナの構造に関する。

従来、この種の通信用アンテナをプリント基板上に作製する場合は、絶縁性のプリント基板の表面上に平面的にパターンを周回させて、いわゆるループアンテナとして形成していた。図１はこのような従来の平面アンテナを示すもので、１０はプリント基板、１１はこのプリント基板上に平面的に形成されたループアンテナ、１２はこのループアンテナにより発生する磁束、１３はマッチング回路、１４はリーダ・ライタ（ＲＷ）である。

図示のように、このアンテナコイル１１により発生する磁束１２は、このアンテナが、平面的なループパターンであるため、矢印で示すように、プリント基板１０の面に対して上下に貫通する方向に発生する。

一方、ＩＣタグ（図示せず）も同様のループアンテナを備えており、このＩＣタグをリーダ・ライタ（ＲＷ）のアンテナに近づけると、電磁誘導により、ＩＣタグのアンテナはリーダ・ライタ（ＲＷ）側のアンテナから発せられる搬送波により電力を供給されて活性化し、その搬送波に互いのデータを重畳することで通信を実現している。

ところで、リーダ・ライタ（ＲＷ）にアンテナコイルを設置する場合に、このアンテナコイルをいかに設置するかが、重要である。例えば、図２に示すように、プリント基板１０上に平面的に且つループ状に形成されたアンテナコイル１１が、金属板１５のような何んらかの金属の物体と密接もしくは近接した位置関係となる場合がありうるが、このような場合、アンテナコイル１１から発せられた磁束１２が金属板１５を貫通しようとする。このとき金属板１５の表面にはループ状に渦電流１６が発生する。このような渦電流１６はアンテナコイル１１により発生した磁束１２を打ち消す向きの磁束１７を発生し、その結果、アンテナコイル１１からの磁束が減少する。

アンテナコイル１１からの磁束が減少すると、リーダ・ライタのアンテナはＩＣタグとの間での電磁誘導が弱まり、ＩＣタグとの間の通信が正常に行なえなくなる、という問題がある。また、アンテナの近くに金属があると、その影響によりアンテナの共振インピーダンスがずれ、磁束の発生効率が低下する。

なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献１には、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）用のアンテナコイル及びその製造方法が開示されており、金属製の物品に密着させても、タグが確実に作動するとともに、アンテナコイルの厚さを極めて薄く形成するために、磁性粉及びプラスチックの複合材或いはアモルファス箔又はその積層材により平板状に形成された磁芯部材にコイル本体を巻回した構造としている。

また、特許文献２においても、同様に、金属製の物品に密着させても、確実に作動するＲＦＩＤ用のアンテナコイルを得るために、磁芯部材にコイル本体を巻回した構造とし、コイル本体は、磁芯部材の表面に配置された複数本の表導体と磁芯部材の裏面に配置された複数本の裏導体とを有し、これらの複数の表導体と裏導体とをそれぞれの端部で互いに電気的に接続した構造としている。

これらの特許文献１又は２に記載されたアンテナは、金属製の物品に密着させても、確実に作動させることを目的とするものであるが、ＲＦＩＤ用のタグ側に用いられるアンテナコイルであって、リーダ・ライタ（ＲＷ）用のアンテナコイルではない。また、プリント基板上に形成した配線パターンによってアンテナコイルを形成するものでもない。

特開２００２−１１７３８３号公報 特開２００２−２５２５１８号公報

上述した従来のリーダ・ライタ（ＲＷ）のアンテナコイルによると、金属板等の金属の物品が密接もしくは近接した位置した場合に、渦電流の影響で、アンテナコイルにより発生した磁束が減少して、ＩＣタグとの間の電磁誘導が弱まり、ＩＣタグとの間の通信に支障をきたすこととなる。

そこで、本発明では、ＩＣタグのリーダ・ライタ（ＲＷ）用のアンテナにおいて、金属製の物品が密接もしくは近接した場合においても、金属製の物品において発生する渦電流の影響を受けにくくし、アンテナコイルにより発生する磁束を確保してＩＣタグとの間の電磁誘導を良好にし、もってＩＣタグとの間の通信性能を高めることのできるリーダ・ライタ（ＲＷ）に使用される通信用アンテナを提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、絶縁基板の表裏面に形成する配線を、該絶縁基板に設けた複数のスルーホールを介して互いに接続し、螺旋状につながったコイルとしたことを特徴とする、ＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナが提供される。

また、本発明によれば、多層の絶縁基板と、該絶縁基板の第１層に平面的に形成された平行な複数列の第１層配線と、該絶縁基板の第２層に平面的に形成された平行な複数列の第２層配線と、各配線の両端位置で前記第１層と第２層間を貫通するように設けられたスルーホールに形成された接続部と、から成り、前記第１層配線はその一端で前記接続部を介して第２層配線の一端に接続され、該第２層配線はその他端で前記接続部を介して次の列の第１層配線の他端に接続され、以下このように順次接続されて螺旋状につながったコイルを形成することを特徴とするＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。

更にまた、本発明によると、多層の絶縁基板と、該絶縁基板の第１層に平面的に形成された平行な複数列の第１層配線と、該絶縁基板の第３層に平面的に形成された平行な複数列の第３層配線と、各配線の両端位置で前記第１層と第３層間を貫通するように設けられたスルーホールに形成された接続部と、該絶縁基板の第１層と第３層との間の第２層に前記接続部と短絡しないように平面的に形成された金属パターンと、から成り、前記第１層配線はその一端で前記接続部を介して第３層配線の一端に接続され、該第３層配線はその他端で前記接続部を介して次の列の第１層配線の他端に接続され、以下このように順次接続されて螺旋状につながったコイルを形成することを特徴とするＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナが提供される。

前記金属パターンは、スルーホールが配列されている２つの平行な列の内側に規定される領域に帯状に形成されたべたパターンであることを特徴とする。また、この場合において、前記絶縁基板は、誘電率の高い素材で構成されていることを特徴とする。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図３は本発明のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナの第１実施形態の平面図、図４は図３の線Ａ−Ａ’における断面図である。

本発明の第１実施形態では、２層プリント配線基板を用いる。２層プリント配線基板は、絶縁基板１０の表面、即ち第１層に平行な複数列の直線状の配線３１（１層配線）が平面的に形成されている。最初の配線３１ａは、プリント配線基板１０の外部に接続されるようにする。最初の配線３１ａ及びその他の１層配線３１の一端には、絶縁基板１０の第１層と第２層間を貫通するスルーホール・ビア２１が設けられる。また、１層配線３１の他端にも、絶縁基板１０の第１層と第２層間を貫通するスルーホール・ビア２２が設けられる。これらのスルーホール・ビア２１、２２はスルーホールに導電体を充填する周知の方法により形成することができる。

したがって、第１層と第２層間を貫通する複数のスルーホール・ビア２１はプリント配線基板１０の一方の側で直線上の等間隔の位置毎に配列され、また同様に、第１層と第２層間を貫通する複数のスルーホール・ビア２２は、プリント配線基板１０の他方の側で、かつスルーホール・ビア２１の配列されている直線と平行な直線上に同じ距離で等間隔の位置毎に配列されている。

絶縁基板１０の裏面、即ち第２層にも平行な複数列の配線（２層配線）３２が平面的に形成されている。１層配線３１及び２層配線３２はそれぞれ、一端どおしで、スルーホール・ビア２１を介して、互いに結合され、また同様に、他端どおしで、スルーホール・ビア２２を介して、互いに結合されている。ただし、２層配線３２の他端は、次の列の１層配線３１の他端に接続され、このような接続が順次くり返されて、螺旋状につながったアンテナ・コイル・パターンが形成される。また、最後の２層配線３２ａは、スルーホール・ビア２２ａを介して１層側に引き出され、配線３１ｂによりプリント配線基板の外部に接続される。

このアンテナ・コイル・パターンは、後述のように、ＩＣタグのリーダ・ライタ（ＲＷ）用のアンテナコイルとして設置して、ＩＣタグ（図示せず）の読み取り・書き込み用のアンテナとして好適に用いることができる。

このアンテナコイルには、図４に示すような、絶縁基板１０の面に略平行な向きの磁束２３が発生する。したがって、金属板１５のような金属の物体をこのアンテナコイルに密接もしくは近接した位置関係となるように近づけた場合においては、アンテナコイルと金属の物体とが接触している面の磁束は前述の渦電流の影響で減少させられるが、金属物体１５とは反対方向の面に発生する磁束はこのような渦電流の影響を受けない。

従って、このようなアンテナ・コイル・パターンをＩＣタグ（図示せず）の読み取り・書き込み用のアンテナとして用いることにより安定した通信が可能となる。

図５は本発明のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナの第２実施形態の平面図、図６は図５の線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

この実施形態では、３層のプリント配線基板を用いる。即ち、絶縁基板１０の第１層に平面的に且つ平行に配列された複数の１層配線は、第１実施形態の１層配線３１と同様であり、絶縁基板１０の第３層に平面的に且つ平行な配列された複数の配線（３層配線）は、第１実施形態における２層配線３２と同様の配列であって、各配線の両端位置で１層配線３１と３層配線３２とがこれらの第１層と第３層間を貫通するように設けられたスルーホール・ビア２１、２２により互いに接続されていて、螺旋状につながったアンテナコイルを形成する。

ただし、この第２実施形態では、第１層と第３層の絶縁層間の第２層に、スルーホール・ビア２１、２２の接続部と短絡しないように平面的なべたパターン３３が形成されている。このように、螺旋状のアンテナコイルの間に設けた金属べたパターン３３をコイルのコア材として用いることにより、アンテナコイルによって発生する磁束がコア材３３に集中し、これにより磁束の漏れが減少し、結果として空中に放出される磁束が増加することとなる。

このべたパターン３３は、スルーホール・ビア２１、２２が配列されている２つの平行な列の内部に規定される領域に帯状に形成されている。このべたパターン３３の幅は、少なくともスルーホール・ビア２１、２２と短絡しないように、平行な２列のスルーホール・ビア２１、２２間の幅より小さく、また長さは、少なくとも螺旋状のコイルの長さに相当する程度とする。

更に、この第２実施形態において、絶縁基板１０に誘電率の高い素材を用いることにより電磁波も集中し、コア材としての金属べたパターン３３との相乗効果でＩＣタグ（図示せず）との通信性能を向上する。

なお、上述の第１及び第２実施形態において、配線３１、３２やべたパターン３３の形成方法、或いはスルーホール・ビア２１、２２の形成方法としては、従来周知の膜或いはパターン形成技術やスルーホールめっき等のビア形成技術等、いかなる方法でも採用することができる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、リーダ・ライタ（ＲＷ）用のアンテナコイルが金属と密着もしくは近接した位置関係にあっても、ＩＣタグとの安定した通信を実現することができる。また、一般に、リーダ・ライタ単品としての製品から、様々な機器に組み込まれた製品の一部の機能として用いられる場合が増加しているが、このような場合において、アンテナコイルは金属の影響によって著しく通信性能が低下してしまうため、その設置については種々の制約があったが、本発明のリーダ・ライタ用のアンテナを用いることにより、設置環境に関係なく、安定した通信が可能となる。したがって、本発明のリーダ・ライタ用のアンテナは、例えば、金属筐体面や携帯機器のバッテリケース上等においても、使用可能となる。

従来のリーダ・ライタ及びその平面アンテナの斜視図である。 従来の平面アンテナによる磁束の方向を示す斜視図である。 本発明のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナの第１実施形態の平面図である。 図３の線Ａ−Ａ’における断面図である。 本発明のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナの第２実施形態の平面図である。 図５の線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

符号の説明

１０…絶縁基板
１５…金属板
２１、２２…スルーホール・ビア
２３…磁束
３１、３２…配線
３３…べたパターン

Claims (5)

1. 絶縁基板の表裏面に形成する配線を、該絶縁基板に設けた複数のスルーホールを介して互いに接続し、螺旋状につながったコイルとしたことを特徴とする、ＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。
2. 多層の絶縁基板と、該絶縁基板の第１層に平面的に形成された平行な複数列の第１層配線と、該絶縁基板の第２層に平面的に形成された平行な複数列の第２層配線と、各配線の両端位置で前記第１層と第２層間を貫通するように設けられたスルーホールに形成された接続部と、から成り、前記第１層配線はその一端で前記接続部を介して第２層配線の一端に接続され、該第２層配線はその他端で前記接続部を介して次の列の第１層配線の他端に接続され、以下このように順次接続されて螺旋状につながったコイルを形成することを特徴とするＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。
3. 多層の絶縁基板と、該絶縁基板の第１層に平面的に形成された平行な複数列の第１層配線と、該絶縁基板の第３層に平面的に形成された平行な複数列の第３層配線と、各配線の両端位置で前記第１層と第３層間を貫通するように設けられたスルーホールに形成された接続部と、該絶縁基板の第１層と第３層との間の第２層に前記接続部と短絡しないように平面的に形成された金属パターンと、から成り、前記第１層配線はその一端で前記接続部を介して第３層配線の一端に接続され、該第３層配線はその他端で前記接続部を介して次の列の第１層配線の他端に接続され、以下このように順次接続されて螺旋状につながったコイルを形成することを特徴とするＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。
4. 前記金属パターンは、スルーホールが配列されている２つの平行な列の内側に規定される領域に帯状に形成されたべたパターンであることを特徴とする請求項３に記載のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。
5. 前記絶縁基板は、誘電率の高い素材で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のＩＣタグのリーダ・ライタ用のアンテナ。
   

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