JP2006221659A - Adjustment method of resonance frequency of noncontact ic tag - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非接触式ICタグやICカードに係り、特に、タグのアンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数の調整方法に関するものである。 The present invention relates to a non-contact IC tag and an IC card, and more particularly to a method for adjusting a resonance frequency of a resonance circuit constituted by an antenna coil of a tag.
非接触式ICタグ用のアンテナコイルは従来、銅線を円周上に巻いた巻線コイル式が主流であった。また、その他、回路基板に銅又はアルミニウムのエッチング加工によりアンテナ形成したもの、又は、プラスチックフィルムの表裏面にアンテナコイルをプリントして、両面のアンテナコイルをスルーホールを介して接続されるものもある。 Conventionally, an antenna coil for a non-contact type IC tag has been mainly a winding coil type in which a copper wire is wound on a circumference. In addition, there are antennas formed by etching copper or aluminum on a circuit board, or antenna coils printed on the front and back surfaces of a plastic film, and the antenna coils on both sides are connected via through holes. .
従来の共振周波数の調節は、巻線コイル式においてはアンテナコイルの巻数の増減によって行っていた。回路基板やプラスチックフィルムにおいては、アンテナコイルの巻数や線幅、線間の距離を増減させることによって行っていた。 Conventionally, the resonance frequency is adjusted by increasing or decreasing the number of turns of the antenna coil in the winding coil type. In circuit boards and plastic films, the number of turns of the antenna coil, the line width, and the distance between the lines are increased or decreased.
従来の巻線アンテナコイルの場合、共振周波数を調節するにはコイルの巻数を変えることによってインダクタンスを調整する方法が取られている。しかし、コイル1ターンの増減のみでは共振周波数の変化量が大きくなることがあり、微調整することはできない。また、アンテナコイルは、同一円周上にコイルを巻く方式である為、アンテナ形成後の静電容量の容量調整ができなかった。 In the case of a conventional wound antenna coil, a method of adjusting the inductance by changing the number of turns of the coil is used to adjust the resonance frequency. However, the amount of change in the resonance frequency may increase only by increasing or decreasing one turn of the coil, and fine adjustment cannot be performed. Moreover, since the antenna coil is a system in which the coil is wound on the same circumference, the capacitance adjustment of the capacitance after the antenna formation cannot be performed.
また、基板に銅又はアルミニウムのエッチング加工によるアンテナを形成したものにおいてもアンテナコイルのパターン仕様によって既に静電容量が決まってしまい、エッチング加工後の調整は技術的に不可能であった。 Further, even in the case where an antenna is formed by etching copper or aluminum on a substrate, the capacitance is already determined by the pattern specifications of the antenna coil, and adjustment after etching is technically impossible.
ここで、非接触式ICカード及びタグの最適な共振周波数の帯域が広い場合は共振周波数の微調整は不要であるが、帯域が狭い場合はそれを外れると通信特性に悪影響を及ぼしてしまう。特に通信距離が最適値に比較して20%乃至50%に低下急激に低下してしまう。 Here, when the optimum resonance frequency band of the non-contact type IC card and tag is wide, fine adjustment of the resonance frequency is not necessary. However, if the band is narrow, if it is out of the band, the communication characteristics are adversely affected. In particular, the communication distance is abruptly reduced to 20% to 50% compared to the optimum value.
本発明は上記問題に鑑みて考案されたもので、その目的とするところは、搭載されるICに整合する共振周波数で共振するアンテナコイルを備える非接触式ICタグの共振周波数の調整方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for adjusting the resonance frequency of a non-contact type IC tag including an antenna coil that resonates at a resonance frequency that matches the mounted IC. There is to do.
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、絶縁基板と、基板の表面上に設けられるアンテナコイルと、基板の表面上に設けられコイルに接続するICチップと、基板の裏面上にコイルに対向するように設けられ、基板を貫通する孔を介してコイルに接続し、線幅が0.5mm以上であるジャンパー線とを有する非接触式ICタグの共振周波数の調整方法であって、ジャンパー線の線幅を増減させることにより、アンテナコイルの一部とジャンパー線とが基板を介して構成する静電容量を増減して、アンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数を増減する非接触式ICタグの共振周波数の調整方法であることである。ここで、「絶縁基板」とは、プラスチックフィルムや材料として樹脂やセラミックスを用いた薄い板のことである。「ジャンパー線」としては、アルミニウム(Al)や銅(Cu)などの金属が好ましいが導電性があれば化合物や有機物でもよい。「孔」とは、いわゆるスルーホールのことである。このことにより、アンテナコイルとジャンパー線を対向電極とするコンデンサが形成できる。このコンデンサはアンテナコイルと共振回路を構成するので、コンデンサの静電容量を変えるべくジャンパー線の線幅を変えることで共振回路の共振周波数を容易に変えることができる。そして、IC(集積回路)の所望の周波数にこの共振周波数を一致させることができるので、非接触式ICタグの通信距離を大きくすることができる。また、線幅が0.5mm以上であるので線幅の変更が容易である。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized by an insulating substrate, an antenna coil provided on the surface of the substrate, an IC chip provided on the surface of the substrate and connected to the coil, and a coil on the back surface of the substrate. A method for adjusting a resonance frequency of a non-contact type IC tag, which is provided so as to be opposed to each other and is connected to a coil through a hole penetrating a substrate and has a jumper wire having a line width of 0.5 mm or more. Non-contact that increases or decreases the resonance frequency of the resonance circuit composed of the antenna coil by increasing or decreasing the capacitance formed by the part of the antenna coil and the jumper wire through the substrate by increasing or decreasing the line width of the line This is a method for adjusting the resonance frequency of the IC tag. Here, the “insulating substrate” is a thin plate using a resin or ceramic as a plastic film or material. The “jumper wire” is preferably a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu), but may be a compound or an organic substance as long as it has conductivity. A “hole” is a so-called through hole. This makes it possible to form a capacitor having the antenna coil and jumper wires as counter electrodes. Since this capacitor constitutes an antenna coil and a resonance circuit, the resonance frequency of the resonance circuit can be easily changed by changing the line width of the jumper line in order to change the capacitance of the capacitor. And since this resonant frequency can be made to correspond with the desired frequency of IC (integrated circuit), the communication distance of a non-contact-type IC tag can be enlarged. Moreover, since the line width is 0.5 mm or more, it is easy to change the line width.
本発明の特徴は、 線幅を、コイルとICチップに応じて増減させることにより一層効果的である。ここで、「アンテナコイルとICチップに応じて」とは、アンテナコイルとICチップが決まると、線幅も1つに決まることを意味している。すなわち、例えば、異なるアンテナコイルを用いると、そのコイルでタグの通信距離が最大になる線幅が別に存在し、その線幅にまた設定可能であることを意味している。このことにより、コイルやICチップの種類が変わった場合はもちろん、それぞれの製造上のばらつきが存在する場合でも、タグにおいて最大の通信距離を提供することはできる。 The feature of the present invention is more effective by increasing or decreasing the line width according to the coil and the IC chip. Here, “depending on the antenna coil and the IC chip” means that when the antenna coil and the IC chip are determined, the line width is also determined as one. That is, for example, when a different antenna coil is used, it means that there is another line width that maximizes the communication distance of the tag in the coil, and the line width can be set again. As a result, the maximum communication distance can be provided in the tag not only when the type of the coil or IC chip is changed, but also when there is a manufacturing variation.
また、本発明の特徴は、表面にコイルパターン及びICチップ搭載用ランドを備え、裏面にコイルパターンからスルーホールを介して接続されているジャンパー線を備える基板を内蔵した非接触式ICタグの共振周波数の調整方法であって、ジャンパー線の線幅を増減させる事によりアンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数を最適値に調整する非接触式ICタグの共振周波数の調整方法であってもよい。このことにより上記と同様の効果を得ることができる。 Further, the present invention is characterized in that the resonance of a non-contact type IC tag including a substrate having a coil pattern and an IC chip mounting land on the front surface and a jumper wire connected to the back surface from the coil pattern through a through hole. Even if it is a frequency adjustment method, the resonance frequency adjustment method of the non-contact IC tag which adjusts the resonance frequency of the resonance circuit comprised with an antenna coil to the optimal value by increasing / decreasing the line width of a jumper wire Good. As a result, the same effect as described above can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、搭載されるICに整合する共振周波数で共振するアンテナコイルを備える非接触式ICタグの共振周波数の調整方法を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for adjusting the resonance frequency of a non-contact IC tag including an antenna coil that resonates at a resonance frequency that matches the mounted IC.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態と実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率の異なる部分が含まれるのはもちろんである。 Embodiments and examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Of course, parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグの上面方向からの透視図であり、図1(b)は、下面方向からの透視図である。本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグは、基板1と、基板1の表面上に設けられるアンテナコイル2と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するICチップ搭載用ランド4と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するスルーホール用ランド5と、基板1の表面上でICチップ搭載用ランド4の上に設けられる異方導電フィルムと、この異方導電フィルムの上でICチップ搭載用ランド4の上方に設けられるICチップ3と、基板1を貫通しスルーホール用ランド5と接続するスルーホール7と、基板1の裏面上に設けられスルーホール7に接続するスルーホール用ランド8と、基板1の裏面上にコイル2に対向するように設けられ、両端がスルーホール用ランド8に接続するジャンパー線6とで構成される。本ICタグにおいては、片面にコイルパターン2及びICチップ搭載用ランド4を備え、裏面にコイルパターン2からスルーホール7を介して接続されているジャンパー線6を備える両面プリント基板1を内蔵している。この非接触式ICタグは、非接触式ICカードと呼ばれる場合もある。このICタグの共振周波数の調整方法によれば、ジャンパー線6の線幅を変化させる事により静電容量を調節でき、ICタグの共振周波数を最適値に補正することができる。
FIG. 1A is a perspective view from the top surface direction of the non-contact IC tag according to the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view from the bottom surface direction. A contactless IC tag according to an embodiment of the present invention includes a
基板1はアルミニウム又は銅のエッチング基板であり、基板1の表面には、アンテナコイル2とそれに接続されたICチップ搭載用ランド4及びスルーホール用ランド5が設けられている。基板1の裏面には、基板1を介してコイル2と対向しコイル2を跨ぐようにジャンパー線6が設けられている。ジャンパー線6はスルーホール用ランド8に施されたスルーホールによりコイル2に接続されている。基板1の表面にはICチップ搭載用ランド4に電気的に接続された集積回路(IC)が設けられた半導体チップ3が設けられている。ジャンパー線6は、両端をスルーホールランド8に接続している。ジャンパー線6は、コイル2の電線の長さ方向と平行な方向の長さであるジャンパー線の線幅dで規定される。線幅dは、コンデンサの容量と相関関係があると考えられ、調節することによって所望のコンデンサの容量が得られる。
The
図2(a)は、本発明の実施の形態に係る非接触式ICで、図2のA−B方向の断面図である。コンデンサC1は、基板1と、基板1の上に配置されたアンテナコイル21と、基板1の下にコイル21に対向して配置されたジャンパー線6とで構成される。同様に、コンデンサC2は、基板1とアンテナコイル22とジャンパー線6とで構成される。コンデンサC1及びC2の静電容量Cは、アンテナコイル2とジャンパー線6の対向する面積Sと、基板1の厚さtと、基板1の材質による比誘電率εrで決定される。このことは、静電容量Cが、式1で表されることにより明らかである。ここで、εは真空中の誘電率である。
FIG. 2A is a non-contact IC according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in the direction AB of FIG. The capacitor C <b> 1 includes a
C=ε×εr×S/t ・・・・式1
ここで、ジャンパー線6の線幅dを広げると、面積Sが大きくなるので静電容量C1とC2は増加する。なお、コンデンサ名C1やC2の静電容量もそれぞれ静電容量C1やC2と表す。コンデンサC1とC2は等価的にアンテナコイルと並列に接続されているのもと見なすことができ、静電容量C1とC2の和を静電容量Cvと表せる。
C = ε × εr × S /
Here, when the line width d of the
非接触式ICタグのアンテナ回路全体の等価回路を図4に示す。アンテナ回路全体の等価回路は、アンテナコイル2の等価回路9と、この回路9に並列接続するコンデンサCvとICチップ3の等価回路10で構成される。アンテナコイル2の等価回路9は、アンテナコイル2のインダクタンスL0と、このインダクタンスL0に直列接続するコイル2の抵抗R0と、インダクタンスL0に並列接続するコイル2を形成する電線間に生じる線間容量C0で表される。ICチップ3の等価回路10は、ICチップ3の内部抵抗Riと、この内部抵抗Riに並列接続するICチップ3の内部容量Ciで表される。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the whole antenna circuit of the non-contact type IC tag. The equivalent circuit of the entire antenna circuit is composed of an
コンデンサC0、Cv及びCiは並列接続であるから、合成の静電容量Caは、式2のように求められる。
Since the capacitors C0, Cv, and Ci are connected in parallel, the combined capacitance Ca is obtained as shown in
Ca=C0+Cv+Ci ・・・式2
非接触式ICタグの共振周波数fは式3により求められる。
Ca = C0 + Cv +
The resonance frequency f of the non-contact type IC tag is obtained by
f=1/(2×π×(L0×Ca)1/2) ・・・式3
これによりL0、C0、Ciの既定値に対してCvの値が増加すればfは低下し、Cvが減少すればfが上昇することがわかる。
f = 1 / (2 × π × (L0 × Ca) 1/2 )
Thus, it can be seen that if the value of Cv increases with respect to the predetermined values of L0, C0, and Ci, f decreases, and if Cv decreases, f increases.
従って、ジャンパー線の幅を微妙に調整することにより静電容量Cvが変化し、共振周波数fの微調整をすることが可能になる。この結果通信特性の優れた非接触式ICカード及びタグの共振周波数の調整方法を提供できる。 Therefore, the capacitance Cv changes by finely adjusting the width of the jumper line, and the resonance frequency f can be finely adjusted. As a result, a contactless IC card having excellent communication characteristics and a method for adjusting the resonance frequency of the tag can be provided.
以上のことから、共振周波数fを最適化するためには静電容量Cvの値を増減させればよく、静電容量Cvの値を増減させるためにはコンデンサC1とC2の容量値を増減させればよく、コンデンサC1とC2の容量値を増減させる為にはジャンパー線の線幅dを増減させればよい。 From the above, in order to optimize the resonance frequency f, the value of the capacitance Cv may be increased or decreased. In order to increase or decrease the value of the capacitance Cv, the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are increased or decreased. In order to increase or decrease the capacitance values of the capacitors C1 and C2, the line width d of the jumper line may be increased or decreased.
なお、ジャンパー線6は、パターン形成後であってもカッター等で容易に切り離し線幅dを調節することが可能である。このように、平面上に構成されたアンテナ形成後であっても、微妙な静電容量の調整が別途可能なため、共振周波数を最適値に調整でき、この結果、通信特性の良いICタグの共振周波数の調整方法を提供することができる。そして、この調節の際には、基板1の表面に設けられるコイル2やICチップ3の調整が不要で、唯一裏面に設けられるジャンパー線6のみの調節なので、調整中にコイル2やICチップ3を破損する心配がない。
The
図3(a)は本発明の実施例に係る非接触式ICタグの上面図であり、図3(b)は下面方向からの透視図である。本発明の実施例に係る非接触式ICタグは、基板1と、基板1の表面上に設けられるアンテナコイル2と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するICチップ搭載用ランド4と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するスルーホール用ランド5と、基板1の表面上でICチップ搭載用ランド4の上に設けられる異方導電フィルムと、この異方導電フィルムの上でICチップ搭載用ランド4の上方に設けられるICチップ3と、基板1を貫通しスルーホール用ランド5と接続するスルーホール7と、基板1の裏面上に設けられスルーホール7に接続するスルーホール用ランド8と、基板1の裏面上にコイル2に対向するように設けられ、両端がスルーホール用ランド8に接続するジャンパー線6とで構成される。
FIG. 3A is a top view of the non-contact IC tag according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view from the bottom surface direction. A non-contact IC tag according to an embodiment of the present invention includes a
図4は、本発明の実施例に係る非接触式ICタグのジャンパー線6の線幅dに対する共振周波数fのグラフである。本実施例ではジャンパー線6の線幅dを0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mmの5通りに変化させた。共振周波数fの測定には、ネットワークアナライザ(R−Xモード)を使用した。これより、線幅dが1mm変化した場合の共振周波数fの変化量は、最大でも0.2MHzであることがわかった。最適共振周波数の許容範囲が±0.1MHz以上であれば、線幅dをミリ単位で調節することにより、最適共振周波数に設定可能である。このミリ単位での調節は本実施例で示すように十分対応可能である。
FIG. 4 is a graph of the resonance frequency f with respect to the line width d of the
以上説明したように、本発明によれば、非接触式ICカード及びタグに用いられるプリント基板のジャンパー線幅を変えることにより共振周波数の微調整が可能であり、この結果通信特性の優れた非接触式ICカード及びタグの共振周波数の調整方法を提供できる。 As described above, according to the present invention, the resonance frequency can be finely adjusted by changing the jumper line width of the printed circuit board used in the non-contact type IC card and tag. It is possible to provide a method for adjusting the resonance frequency of the contact IC card and the tag.
1 基板
2 アンテナコイル
3 半導体集積回路(IC)チップ
4 ICチップ搭載用ランド
5、8 スルーホール用ランド
6 ジャンパー線
7 スルーホール
9 アンテナコイルの等価回路
10 ICチップの等価回路
L0 コイルのインダクタンス
R0 コイルの抵抗
C0 コイルの線間容量
Ri ICチップの内部抵抗
Ci ICチップの内部容量
d ジャンパー線の線幅
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ジャンパー線の線幅を増減させることにより、前記アンテナコイルの一部と前記ジャンパー線とが前記基板を介して構成する静電容量を増減して、前記アンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数を増減することを特徴とする非接触式ICタグの共振周波数の調整方法。 An insulating substrate, an antenna coil provided on the surface of the substrate, an IC chip provided on the surface of the substrate and connected to the coil, and provided on the back surface of the substrate so as to face the coil, A method for adjusting a resonance frequency of a non-contact IC tag having a jumper wire connected to the coil through a hole penetrating a substrate and having a line width of 0.5 mm or more,
By increasing or decreasing the line width of the jumper wire, the capacitance formed by the part of the antenna coil and the jumper wire via the substrate is increased or decreased, and the resonance of the resonance circuit configured by the antenna coil is increased. A method for adjusting a resonance frequency of a non-contact IC tag, wherein the frequency is increased or decreased.
前記ジャンパー線の線幅を増減させる事により前記アンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数を最適値に調整することを特徴とする非接触式ICタグの共振周波数の調整方法。 A method for adjusting a resonance frequency of a non-contact type IC tag having a substrate including a coil pattern and an IC chip mounting land on a front surface and a jumper wire connected to the back surface of the coil pattern through a through hole. ,
A method for adjusting a resonance frequency of a non-contact type IC tag, wherein a resonance frequency of a resonance circuit including the antenna coil is adjusted to an optimum value by increasing or decreasing a line width of the jumper wire.
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