JP2006185428A

JP2006185428A - Ｒｆタグ

Info

Publication number: JP2006185428A
Application number: JP2005343747A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hirai; 匡彦平井; Takayuki Tsunoda; 隆行角田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】シリコンチップなどの集積回路を持たず、複数の情報を持ち、かつ情報の書き換え（追記）が可能な、安価なＲＦタグを提供する。
【解決手段】基板１上に、少なくとも２個の直列または並列に接続されたコンデンサＣ、Ｃ’と少なくとも１個のコイルアンテナＬを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有するＲＦタグにおいて、前記コンデンサの少なくとも１個が閾値電圧を超える電圧印加により不可逆的に短絡するアンチヒューズであり、前記コンデンサを構成する電極表面の平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明はＲＦタグに関し、特に共振回路にアンチヒューズを用いたアンチヒューズ型ＲＦタグに関する。

従来、シリコン系材料を用いた集積回路がコンピュータ、通信、家電などあらゆる分野に利用されてきた。

一方、近年、半導体集積回路を用いた非接触ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグ、カードが広く普及してきた。これらは、マイクロプロセッサ、暗号ロジックや不揮発性メモリを搭載するなど、高機能化に適している反面、数ビットを書き換えるローコストのＲＦタグ用途については価格が高く、あまり市場を獲得できていない。

また、２値のみを不可逆的に記録できる、盗難防止用タグなどは、一部で実用化されている。

また、特許文献１および特許文献２には、複数ビットを記憶、追記できるＬＣ共振回路を持つ共振タグが記載されている。

特開２００２−２４５４２９号公報特開２００２−３１９００４号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２が開示している共振タグは追記機能を有するものの、貫通穴を通してコンデンサ、アンチヒューズを形成しているため、絶縁膜の膜厚均一性、平坦性を確保することが難しく、安定に製造することが難しかった。また、貫通穴を作製するため、製造効率が悪い課題があった。

本発明は、非接触ＲＦタグ、カードの分野において、シリコン系集積回路よりローコストで、数ビット以上の記憶容量を持ち、安定に製造することが可能なＲＦタグを提供しようとするものである。

本発明は、少なくとも樹脂、ガラス、紙、金属のいずれかを含む材料からなる基板上に、少なくとも２個の直列または並列に接続されたコンデンサと少なくとも１個のコイルアンテナを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有するＲＦタグにおいて、
前記２個以上のコンデンサと前記少なくとも１個のコイルアンテナとが、すべて前記基板の片面に配置されていることを特徴とするＲＦタグを提供する。

この場合、前記ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置され、各組が異なる共振周波数をもつことが好ましい。

また、本発明は、少なくとも樹脂、ガラス、紙、金属のいずれかを含む材料からなる基板上に、少なくとも１個のコンデンサと少なくとも１個のコイルアンテナを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有するＲＦタグにおいて、
前記ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置され、各組が異なる共振周波数を持ち、前記２組以上のＲＦ共振回路のコンデンサとコイルアンテナとが、すべて前記基板の片面に配置されていることを特徴とするＲＦタグを提供する。

本発明のＲＦタグにおいて前記コンデンサの少なくとも１個が閾値電圧を超える電圧印加により不可逆的に短絡するアンチヒューズであることが好ましい。この場合、本発明のＲＦタグはアンチヒューズ型ＲＦタグとなる。その場合には、前記アンチヒューズのうち少なくとも１個が不可逆的に短絡することで共振周波数が変動する現象を利用して追記が行われることが好ましい。

また、本発明のＲＦタグは、前記コンデンサを構成する電極表面の平均粗さが０．２μｍ以下であることが好ましい。

本発明のＲＦタグにおいては、前記コンデンサが直列に接続され、かつその静電容量が互いに異なるようにしても良いし、前記コンデンサが並列に接続され、かつその閾値電圧が互いに異なるようにしても良い。

また、前記コンデンサの少なくとも１個が、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン、酸化チタンのうち少なくとも１つを含む絶縁膜を有していても良いし、前記コンデンサの少なくとも１個が、有機物を含む絶縁膜を有していても良い。

本発明のＲＦタグによれば、２個以上のコンデンサと前記少なくとも１個のコイルアンテナとを基板の片面に配置しているので、基板をコンデンサの誘電体層として用いた場合と比べて、コンデンサの静電容量の調整が容易となる。

また、前記コンデンサと前記コイルアンテナが前記基板の片面に配置されることによって、印刷等の簡便な方法で安定に製造することができる。

また、本発明の好適な態様にかかるＲＦタグによれば、安価な樹脂や紙などの基板上に形成されるＲＦ共振回路を構成するコンデンサの電極表面の平均粗さを０．２μｍ以下としたことにより、絶縁膜の膜厚均一性、平坦性を確保することができ、安定した性能、高い生産効率を得ることができる。このため、シリコンチップなどの集積回路を持たず、複数の情報を持ち、かつ情報の書き換え（追記）が可能な、安価なＲＦタグを提供することができる。

また、前記コンデンサが直列に接続され、かつその静電容量が互いに異なる場合には、静電容量が小さいコンデンサにより大きな電圧が分配されるため、前記コンデンサがアンチヒューズの場合、静電容量が小さいアンチヒューズが選択的に短絡され、共振周波数を変動させることができる。

また、前記コンデンサが並列に接続され、かつその閾値電圧が互いに異なる場合には、閾値電圧が低いアンチヒューズが選択的に短絡され、共振周波数を変動させることができる。

また、前記ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置され、各組が異なる共振周波数をもつ場合には、より多くのビット数を記憶、追記させることができる。

また、前記アンチヒューズのうち少なくとも１個が不可逆的に短絡することで共振周波数が変動する現象を利用して追記が行われる場合には、安定的に情報を記憶し検知することができる。

本発明のアンチヒューズ型ＲＦタグは、樹脂や紙などの基板上に、少なくとも２個の直列または並列に接続されたコンデンサと少なくとも１個のコイルアンテナを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有している。よって、特定の周波数の電磁波と共振し、共振したコイルから放射される電磁波を検出することによって、当該ＲＦタグの存在を検知することができるものである。そして、前記コンデンサの少なくとも１個が閾値電圧を超える電圧印加により不可逆的に短絡するアンチヒューズであり、前記閾値電圧を超える電圧を印加すると、前記アンチヒューズが短絡し、抵抗値の低い固定抵抗として機能する。また、前記アンチヒューズは、閾値電圧に達しない電圧を受ける場合は、コンデンサとして機能する。この動作により、当該共振回路は、共振周波数が変動することになる。この共振周波数が変動することにより、ＲＦタグに１個の値が書き込まれたことになる。

また、前記コンデンサは、通常２つの導電性電極に絶縁体薄膜が挟まれる構造を持つため、前記コンデンサの静電容量、絶縁耐圧は、電極表面粗さ、絶縁体膜厚の均一性に大きく依存する。前記コンデンサの電極として、表面粗さが０．２μｍ以下のものを用いることによって、前記静電容量、絶縁耐圧（アンチヒューズの場合は閾値電圧）を安定化させることができる。前記表面粗さは、１００ｎｍ以下であれば、さらに好ましい。

一例として、プラスチック基板上の銅電極表面粗さと絶縁膜特性の関係を説明する。

表面粗さは、光学干渉式表面粗さ計を用い、平均粗さ（Ｒａ）を求めた。この電極上に、厚さ約０．３μｍのアルミナ膜と上部電極を形成し、印加電圧に対する電流密度を測定した。その結果、図９に示すように、Ｒａが０．２μｍを超えると、絶縁特性が得られなくなることがわかる。さらに、Ｒａが１００ｎｍ（０．１μｍ）以下であれば、より良好な絶縁特性が得られることがわかる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１乃至図３に示す本実施形態の回路および動作方法について説明する。

図１は、本発明におけるＲＦ共振回路の一例を示したものである。１個のＲＦ共振回路Ｕには、コイルアンテナＬとアンチヒューズＣ、Ｃ’が含まれ、アンチヒューズがブレークダウン（短絡）していなければ、コンデンサとして機能し、固有の静電容量をもつ。また、ブレークダウンした後は、低抵抗の導体として振る舞う。図１では、互いに共振周波数の異なる４個の共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄が同一基板上に形成される。

１個のＲＦ共振回路において、２個のアンチヒューズは直列に接続され、ＲＦに共振した際には、静電容量の小さなアンチヒューズにより大きな電圧が印加されることになる。また、アンチヒューズがブレークダウンする場合には、静電容量が小さなアンチヒューズが選択的にブレークダウンされ、共振周波数が遷移することになる。本例のように１個のＲＦ共振回路に２個のアンチヒューズが含まれる場合には、２個のアンチヒューズがコンデンサとして機能する場合、１個のアンチヒューズがブレークダウンした場合、２個のアンチヒューズがブレークダウンした場合の３値を選択することができ、ＲＦ共振回路を４個含むＲＦタグの場合では、（３×３×３×３＝）８１値を選択できる。

図２は、ＲＦ送受信アンテナと共振周波数検知システムによって、図１のようなＲＦ共振タグの共振周波数を検知し、情報を読み取りまたは書き込みする様子を示した概略図である。ＲＦタグ２１と読みとり用アンテナ２２、読みとり装置２３から構成されており、読みとり用アンテナ２２から発射された読みとり用電磁波２４が、ＲＦタグと共振を起こし、反射波２５が発生する。この反射波を読みとり用アンテナ２２が受信し、読みとり装置２３にて解析して、ＲＦタグ２１に格納されている情報を得る。

図３は、アンチヒューズ単体の直流電気特性を示したものである。１回目の電圧スキャンによって、３Ｖ付近で急激に電流値が増加し、高インピーダンス（高抵抗）状態から低インピーダンス（低抵抗）状態に遷移したことがわかる。２回目の電圧スキャンでは、低インピーダンス状態が維持されていることがわかる。

このようなアンチヒューズをＲＦ共振回路に用いた場合、共振周波数のＲＦピーク値を十分大きくすると、アンチヒューズがブレークダウンし、ＲＦ共振回路の共振周波数が遷移する。また、アンチヒューズが不可逆的に短絡することで共振周波数が変動する現象を利用して情報の書き換え（追記）が行われるため、安定的に情報を検知することができる。

なお、ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置されているような場合には、一つのＲＦ共振回路中にコンデンサが１個の場合であっても、２個以上のコンデンサと前記少なくとも１個のコイルアンテナとを基板の片面に配置されることになる。このような場合にも、コンデンサの静電容量の調整が容易となるという本発明の効果が得られることは当然である。

以下、具体的な実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。

（実施例１）
図４に示すようにアンテナコイルＬと２個の互いに静電容量が異なるアンチヒューズＣ及びＣ’が直列に接続されたＲＦ共振回路を同一基板上に４組作製し、図５に示すように互いに異なる共振周波数を持つ４個のＲＦ共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄を有するＲＦタグを作製した。なお、４個のＲＦ共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄は、アンテナコイルを互いに異なる巻き数とし、互いに異なる共振周波数を持たせた。

まず、ポリイミド樹脂基板１上に、コイルアンテナ３、コンタクトパッド２、アンチヒューズの下部電極４、４’が銅フォイルを加工して形成される。さらにアンチヒューズの絶縁膜としてスパッタリング法により作製された、厚さ１０ｎｍのアルミナ膜５を形成し、エポキシ樹脂からなる素子分離膜６ａ、６ｂをスクリーン印刷法にて形成した。さらに、アンチヒューズの上部電極７、７’及び接続配線８ａ、８ｂを導電性ペーストをスクリーン印刷法にて形成して完成する。

図６は、本実施例で作製したＲＦタグのＲＦ共振周波数を検知した結果の一例である。４個のＲＦ共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄からの反射ピークが分離して見える。また、ＲＦ共振回路Ｕ₂は、静電容量の小さいアンチヒューズがブレークダウンされているので、反射ピークが一段ずれている。

なお、特定のアンチヒューズをブレークダウンさせるには、共振周波数にあわせた強力な（振幅の大きい）ＲＦ波の照射によってなされる。

（実施例２）
図７に示すように並列に接続された２個の互いに閾値電圧（絶縁耐圧）が異なるアンチヒューズＣ及びＣ’とアンテナコイルＬとが直列に搭載されたＲＦ共振回路を同一基板上に４組作製した。また、図８に示すように互いに異なる共振周波数を持つ４個のＲＦ共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄を有するＲＦタグを作製した。なお、４個のＲＦ共振回路Ｕ₁乃至Ｕ₄は、アンテナコイルを互いに異なる巻き数として共振帯域が異なるようにし、さらに２種のアンチヒューズの絶縁膜の厚さを変えて閾値電圧（絶縁耐圧）を異ならせ、段階的に共振周波数を変更できるようにした。

まず、ポリイミド樹脂基板９上に、コイルアンテナ１１、コンタクトパッド１０、アンチヒューズの下部電極（共通電極）１２が銅フォイルを加工して形成される。さらに２個のアンチヒューズの絶縁膜１３、１３’としてスパッタリング法により作製された、それぞれ厚さ１０ｎｍと７ｎｍのアルミナ膜を形成し、エポキシ樹脂からなる素子分離膜１４ａ、１４ｂをスクリーン印刷法にて形成した。さらに、アンチヒューズの上部電極１５、１５’及び接続配線１６ａ、１６ｂを導電性ペーストをスクリーン印刷法にて形成して完成する。

本実施例のようにＲＦ共振回路のコンデンサＣ、Ｃ’が並列に接続され、かつその閾値電圧が互いに異なる場合には、閾値電圧が低いアンチヒューズが選択的に短絡され、共振周波数を変動させることができる。

なお、本実施例で作製したＲＦタグでは、片方のアンチヒューズがブレークダウンした際、低抵抗状態に遷移するが、もう一方のアンチヒューズに十分なバイアスがかかるよう、適当な残留抵抗が残ることが必要であり、実施例１より動作条件が厳しくなる。

本発明のＲＦタグの一実施形態を説明する概略図である。本発明のＲＦタグの利用の様子を示す図である。本発明におけるアンチヒューズの電気特性を示すグラフである。実施例１のＲＦタグにおける共振回路の構造を示す図である。実施例１のＲＦタグの構成を示す図である。実施例１のＲＦタグの情報読み取りの特性を示すグラフである。実施例２のＲＦタグにおける共振回路の構造を示す図である。実施例２のＲＦタグの構成を示す図である。電極表面粗さと絶縁膜特性の関係を示す図である。

符号の説明

１基板
２コンタクトパッド
３コイルアンテナ
４、４’ 下部電極
５アルミナ膜（絶縁膜）
６ａ、６ｂ素子分離膜
７、７’ 上部電極
８ａ、８ｂ接続配線
９基板
１０コンタクトパッド
１１コイルアンテナ
１２下部電極（共通電極）
１３、１３’ アルミナ膜（絶縁膜）
１４ａ、１４ｂ素子分離膜
１５、１５’ 上部電極
１６ａ、１６ｂ接続配線
２１ＲＦタグ
２２読みとり用アンテナ
２３読みとり装置
２４読みとり用電磁波
２５反射波
Ｃ、Ｃ’ アンチヒューズ
Ｌコイルアンテナ
Ｕ共振回路

Claims

少なくとも樹脂、ガラス、紙、金属のいずれかを含む材料からなる基板上に、少なくとも２個の直列または並列に接続されたコンデンサと少なくとも１個のコイルアンテナを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有するＲＦタグにおいて、
前記２個以上のコンデンサと前記少なくとも１個のコイルアンテナとが、すべて前記基板の片面に配置されていることを特徴とするＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が閾値電圧を超える電圧印加により不可逆的に短絡するアンチヒューズであることを特徴とする請求項１に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサを構成する電極表面の平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサが直列に接続され、かつその静電容量が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサが並列に接続され、かつその閾値電圧が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン、酸化チタンのうち少なくとも１つを含む絶縁膜を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が、有機物を含む絶縁膜を有することを特徴とする請求項１に記載のＲＦタグ。
前記ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置され、各組が異なる共振周波数をもつことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＲＦタグ。
前記アンチヒューズのうち少なくとも１個が不可逆的に短絡することで共振周波数が変動する現象を利用して追記が行われることを特徴とする請求項２に記載のＲＦタグ。
少なくとも樹脂、ガラス、紙、金属のいずれかを含む材料からなる基板上に、少なくとも１個のコンデンサと少なくとも１個のコイルアンテナを含み、電磁誘導により共振するＲＦ共振回路を有するＲＦタグにおいて、
前記ＲＦ共振回路が同一基板上に２組以上配置され、各組が異なる共振周波数を持ち、前記２組以上のＲＦ共振回路のコンデンサとコイルアンテナとが、すべて前記基板の片面に配置されていることを特徴とするＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が閾値電圧を超える電圧印加により不可逆的に短絡するアンチヒューズであることを特徴とする請求項９に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサを構成する電極表面の平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン、酸化チタンのうち少なくとも１つを含む絶縁膜を有することを特徴とする請求項９に記載のＲＦタグ。
前記コンデンサの少なくとも１個が、有機物を含む絶縁膜を有することを特徴とする請求項９に記載のＲＦタグ。
前記アンチヒューズのうち少なくとも１個が不可逆的に短絡することで共振周波数が変動する現象を利用して追記が行われることを特徴とする請求項１０に記載のＲＦタグ。