JP2006268090A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

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Abstract

【課題】寄生容量を良好に打ち消すことができるＲＦＩＤタグを提供する。
【解決手段】ベースシート２と、そのベースシート２上に設けられて通信用のアンテナを形成する、そのアンテナへの接続端子となる先細り形状（三角形状）のパッド３ａを有するアンテナパターン３と、そのアンテナパターン３のパッド３ａ上に付いた、このパッド３ａよりも小さい導電体であるバンプ６と、このバンプ６を介して上記のアンテナパターン３と電気的に接続された、上記のアンテナによる無線通信を行う回路チップ４とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触で外部機器と情報のやり取りを行なうＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ＿Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに関する。尚、本願技術分野における当業者間では、本願明細書で使用する「ＲＦＩＤタグ」のことを、「ＲＦＩＤタグ」用の内部構造部材（インレイ；ｉｎｌａｙ）であるとして「ＲＦＩＤタグ用インレイ」と称する場合もある。あるいは、この「ＲＦＩＤタグ」のことを「無線ＩＣタグ」と称する場合もある。また、この「ＲＦＩＤタグ」には、非接触型ＩＣカードも含まれる。
近年、リーダライタに代表される外部機器と、電波によって非接触で情報のやり取りを行なう種々のＲＦＩＤタグが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このＲＦＩＤタグの一種として、プラスチックや紙からなるベースシート上に電波通信用のアンテナパターンと回路チップが搭載された構成のものが提案されており、このようなタイプのＲＦＩＤタグについては、物品などに貼り付けられ、その物品に関する情報を外部機器とやり取りすることで物品の識別などを行なうという利用形態が考えられている。
このようなＲＦＩＤタグでは、回路チップと、アンテナパターンの端部とでバンプと呼ばれる微小な導電体を挟み込むことによって、回路チップとアンテナパターンとが電気的に接続されている。ここで、回路チップは、上記のベースシートに接着剤で固定されるが、このとき、回路チップと、アンテナパターンの端部との間の、バンプで占められている部分以外の領域は接着剤で充填される。その結果、回路チップとアンテナパターンの端部とを電極とする微小なキャパシタが形成されることとなる。設計上不要なこのようなキャパシタの容量は寄生容量と呼ばれ、ＲＦＩＤタグにおける寄生容量は次のような害を生じさせる。
ＲＦＩＤタグには、内部の回路チップの動作電力を外部機器から得るというタイプのものがあり、このタイプのＲＦＩＤタグでは、外部機器からの電力は、アンテナパターンを介して回路チップに供給される。このとき、互いに電気的に接続されている回路チップとアンテナパターンの端部との間に寄生容量があると、アンテナパターンから回路チップへの動作電力の入力が妨げられる。この結果、動作電力の不足によるＲＦＩＤタグの通信距離の劣化等といった不具合が引き起こされる恐れがある。
そこで、エッチング等の加工によってインピーダンスの変更が可能な調整パターンをアンテナパターン側に設け、この調整パターンを加工して、アンテナパターンと回路チップとの間の、上記の寄生容量を含むインピーダンスを調整するという技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、このような調整作業には、生産性を低下させるという問題がある。
そこで、ＲＦＩＤタグにおける上記の寄生容量に対する対策としては、その寄生容量を予測し、その予測の寄生容量を、回路的な共振によって打ち消すインダクタンスを生じさせるパターンをアンテナパターン側に設けるという対策が採られることが多い。
ＵＳ６２３９７０３Ｂ１ ＵＳ６５３５１７５Ｂ２
ここで、ＲＦＩＤタグにおける上記の寄生容量の予測は、回路チップと、アンテナパターンの端部とが、上記のバンプを挟んで互いに重なり合っている部分（オーバーラップ部分）の面積に基づいて行なわれる。
しかしながら、上記の回路チップとアンテナパターンとの相対的な位置関係にはＲＦＩＤタグの製造時のバラつきがあり、寄生容量を安定して予測することは困難である。また、無理に予測の寄生容量を決め、その寄生容量に基づいてインダクタンスを求めたとしても、実際の寄生容量が、その予測の寄生容量と違ってしまうと、その実際の寄生容量とインダクタンスとの間で整合がとれなくなり上記の共振が起きなくなってしまう。その結果、寄生容量が打ち消されず、上述したＲＦＩＤタグの通信距離の劣化等といった問題が生じてしまう。
本発明は、上記事情に鑑み、通信距離の劣化を回避しつつ、高い生産性での製造が可能なＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明のＲＦＩＤタグは、ベースと、
上記ベース上に設けられて通信用のアンテナを形成する、そのアンテナへの接続端子となる先細り形状の接続端部を有するアンテナパターンと、
上記アンテナパターンの接続端部上に付いた、その接続端部よりも小さい導電体と、
上記導電体を介して上記アンテナパターンと電気的に接続された、上記アンテナによる無線通信を行う回路チップとを備えたことを特徴とする。
また、本発明のＲＦＩＤタグにおいて、「上記アンテナパターンが、上記接続端部と上記回路チップとの間に生じるキャパシタンスに応じたインダクタンスを生じさせてそのキャパシタンスによる上記アンテナの性能劣化を防ぐインダクタンス生成部を有するものである」という形態は典型的な形態である。
本発明のＲＦＩＤタグでは、上記回路チップが、上記アンテナパターンの接続端部の上に、上記導電体を挟んで覆いかぶさっている。その結果、上記回路チップと、上記アンテナパターンの接続端部とは、上記導電体分の隙間を開けて互いに重なり合うこととなる。この両者が重なり合っている部分（オーバーラップ部分）のうち上記導電体を除く部分には、互いに対向している回路チップと接続端部とを電極とする、設計上不要なキャパシタが形成される。このキャパシタの容量（寄生容量）は、オーバーラップ部分の面積に比例し、そのオーバーラップ部分における、上記回路チップと、上記アンテナパターンの接続端部との間隔に反比例する。
ところで、本発明のＲＦＩＤタグを製造する際には、上記回路チップに上記導電体を取り付けた後、その導電体が上記アンテナパターンの接続端部に付くように回路チップを上記ベースに押し付けて加熱するという方法を採るのが一般的である。このような方法によると、上記導電体は上記接続端部の一部とともに上記ベースにめり込むこととなる。
ここで、上記回路チップが上記接続端部の先端側にずれて取り付けられた場合には、上記のオーバーラップ部分の面積が狭まり、寄生容量に、この面積の狭まりに比例した減少分が生じる。また、この場合には、上記導電体が上記接続端部に付く位置は、その接続端部の先端側にずれてしまう。そして、上記接続端部が先細り形状であって、先端に向かうほど強度が落ちることから、上記導電体は上記ベースに深くめり込むこととなり、オーバーラップ部分における、上記回路チップと、上記アンテナパターンの接続端部との間隔が狭まり、寄生容量に、この間隔の狭まりに反比例した増加分が生じる。この結果、寄生容量の、上記の減少分と増加分との双方が互いに打ち消しあうので、上記回路チップの取り付け位置が上記接続端部の先端側にずれても寄生容量の変化分はほとんど生じないことになる。
一方、上記回路チップが上記接続端部の根元側にずれて取り付けられた場合には、上述の場合とは逆に、オーバーラップ部分の面積が広がり、オーバーラップ部分における、上記回路チップと、上記アンテナパターンの接続端部との間隔が広がる。この結果、寄生容量には、オーバーラップ部分の面積の広がりに比例した増加分と、上記回路チップと上記接続端部との間隔の広がりに反比例した減少分とが生じ、双方が互いに打ち消しあうので、上記回路チップの取り付け位置が上記接続端部の根元側にずれても寄生容量の変化分はほとんど生じないことになる。
このように、本発明のＲＦＩＤタグでは、寄生容量が、製造上、安定しているので、寄生容量を安定的に予測することができる。これにより、寄生容量に対する対策として、例えば、予測された寄生容量に基づいて決定されたインダクタンスを生じさせるインダクタンス生成部等を有するアンテナパターンを備えるといった、製造に負担を掛けない高い生産性が得られる対策を採ることができる。つまり、本発明によれば、通信距離の劣化を回避しつつ、高い生産性での製造が可能なＲＦＩＤタグを得ることができる。
以上、説明したように、本発明によれば、通信距離の劣化を回避しつつ、高い生産性での製造が可能なＲＦＩＤタグを提供することができる。
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。ただし、ここに示す正面図は、ＲＦＩＤタグの正面から内部構造を透視した図となっており、また、ここに示す側面図は、ＲＦＩＤタグの側面から内部構造を透視した図となっている。
この図１に示すＲＦＩＤタグ１は、ベースシート２上に設けられたアンテナパターン３と、ベースシート２上にエポキシ系の接着剤８で接着され、バンプ６を介してアンテナパターン３に電気的に接続された回路チップ４と、アンテナパターン３に電気的に接続されインダクタンスを生じさせるインダクタンスパターン５と、それらアンテナパターン３、回路チップ４、およびインダクタンスパターン５を覆ってベースシート２に接着されたカバーシート７とで構成されている。カバーシート７は、通常、ＰＥＴ材、ポリエステル材、ポリオレフィン材、ポリカーボネイト材、アクリル系材料等から選択された材料で構成されている。
ここで、上記のベースシート２、回路チップ４、およびバンプ６が、それぞれ本発明にいうベース、回路チップ、および導電体の各一例に相当する。また、アンテナパターン３とインダクタンスパターン５とを合わせたものが、本発明にいうアンテナパターンの一例に相当し、インダクタンスパターン５が、本発明にいうインダクタンス生成部の一例に相当する。
このＲＦＩＤタグ１は、リーダライタが発する電磁場のエネルギーをアンテナパターン３で電力として受け取り、その電力で回路チップ４が駆動されて通信動作が実現される。
このＲＦＩＤタグ１は、次のような手順で作られる。まず、回路チップ４にバンプ６が取り付けられる。ここで、アンテナパターン３の回路チップ４側の端部は、このアンテナパターン３を他の部品と電気的に接続するためのパッド３ａとなっており、バンプ６が取り付けられた回路チップ４が、そのパッド３ａにバンプ６が付くようにベースシート２に押し付けられるとともに接着剤８で固定され加熱される。
アンテナパターン３の回路チップ４側の端部は、このアンテナパターン３をバンプ６を介して回路チップ４に電気的に接続するためのパッド３ａとなっており、このパッド３ａと回路チップ４とがバンプ６を間に挟んで、バンプ６分の隙間を開けて部分的に重なり合っている。両者が重なり合った部分（オーバーラップ部分）では、バンプ６を除く領域に接着剤８が充填されており、結果的に、上記のオーバーラップ部分にパッド３ａと回路チップ４とを電極とする、設計上不要なキャパシタが形成される。このようなキャパシタの容量（寄生容量）は、アンテナパターン３から回路チップ４への電力の入力を妨げ、ＲＦＩＤタグ１の通信距離を劣化させる等の不具合を生じさせる。そこで、本実施形態は、アンテナパターン３側に設けられたインダクタンスパターン５が生じさせるインダクタンスと上記の寄生容量とで共振を発生させることによってこの寄生容量が打ち消されるように構成されている。
ここで、本実施形態では、インダクタンスは、設計時に決められた基準位置に回路チップ４が取り付けられたと仮定したときに、その回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分に生じるであろう寄生容量（基準容量）に基づいて、以下の（１）式を用いて求められる。この（１）式における「Ｌ」はインダクタンス、「Ｃ」は基準容量、「ｆ」は共振周波数である。
（２πｆ）2＝１／（Ｌ×Ｃ）……（１）
また、基準容量Ｃは、回路チップ４が基準位置に取り付けられたと仮定したときの、その回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分の面積（基準面積）を「Ｓ」、回路チップ４とパッド３ａとの間隔（基準間隔）を「Ｄ」、接着剤８の誘電率を「ε」としたときの以下の（２）式を用いて求められる。
Ｃ＝ε×Ｓ／Ｄ……（２）
ここで、回路チップ４の取付位置には製造の精度等に起因するバラつきがあり、回路チップ４とパッド３ａとの実際のオーバーラップ部分の面積が、上記の基準面積Ｓに対して何らかの誤差を有することとなる。実際のオーバーラップ部分の面積が基準面積Ｓと違っていると、ＲＦＩＤタグ１において実際に生じる寄生容量も基準容量Ｃと違ってしまい、基準容量Ｃに基づいて求められたインダクタンスＬを生じさせるインダクタンスパターン５を設けたとしても、実際の寄生容量とインダクタンスＬとの間で（１）式に示す整合がとれなくなり、寄生容量が打ち消されなる可能性が出てくる。そこで、本実施形態では、回路チップ４の取付位置がバラついたとしても、実際の寄生容量が基準容量Ｃとほぼ等しくなるように、即ち、寄生容量が、製造上、基準容量Ｃに安定するようにアンテナパターン３のパッド３ａの形状に以下に説明する工夫が凝らされている。
図２は、図１に示すアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。
この図２には、本実施形態のＲＦＩＤタグ１における、アンテナパターン３のパッド３ａ周辺の拡大図が示されている。この図２に示すように、パッド３ａは、回路チップ４に先端が向かう三角形状を有しており、このパッド３ａの一部３ａ＿１が回路チップ４とオーバーラップしている。このオーバーラップ部分に上記の寄生容量が生じる。ここで、このパッド３ａの三角形状が、本発明にいう「先細り形状」の一例に相当する。
ここで、回路チップ４の取付位置がバラついたとしても、寄生容量を基準容量Ｃに安定させるための工夫が、この図２に示す三角形状のパッド３ａであり、以下に、このパッド３ａで得られる効果について説明する。
図３は、回路チップが、基準位置から、三角形状のパッドの先端側にずれて取り付けられた場合の、パッドの周辺における正面拡大図（Ａ）と、側面拡大図（Ｂ）である。ただし、ここに示す側面拡大図は、ＲＦＩＤタグ１におけるパッドの周辺の内部構造を側面から透視した図となっている。以下、本明細書において側面拡大図と称する図は全て同様の図である。
回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの先端側にずれて取り付けられた場合には、正面拡大図（Ａ）が示すように、回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分の面積は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合のオーバーラップ部分の面積、即ち上記の基準面積Ｓよりも狭くなる。
上述したように、回路チップ４は、バンプ６を挟んでベースシート２に押し付けられている。この結果、バンプ６は、回路チップ４から押圧力を受け、側面拡大図（Ｂ）に示すようにパッド３ａの一部とともにベースシート２にめり込む。
また、バンプ６は、まず、回路チップ４に取り付けられる。そのため、この図３の例のように、回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの先端側にずれて取り付けられた場合には、バンプ６は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合よりも、パッド３ａ上の、先端に近い部分に付くこととなる。このとき、パッド３ａが三角形状をしていることから、バンプが配置された部分のパッド３ａの幅Ｗ１は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置されたときにバンプが配置される部分のパッド３ａの幅Ｗよりも狭くなる。これにより、パッド３ａにおけるバンプ６を支える部分の強度は、回路チップ４が、基準位置Ｐに配置された場合の強度よりも弱くなり、バンプ６は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合よりも、ベースシート２に深くめり込むこととなる。この結果、回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分における、回路チップ４とパッド３ａとの間隔Ｄ１は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合の回路チップ４とパッド３ａとの間隔、即ち上記の基準間隔Ｄよりも狭くなる。
ここで、この図３の例のように、回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの先端側にずれて取り付けられた場合には、上述したようにオーバーラップ部分の面積は基準面積Ｓよりも狭くなる。上記の（２）式からわかるように、オーバーラップ部分の寄生容量はオーバラップ部分の面積に比例するので、上記のようなオーバーラップ部分の面積の狭まりは、寄生容量を基準容量Ｃよりも減少させる。一方で、（２）式からわかるように、寄生容量は回路チップ４とパッド３ａとの間隔に反比例するので、回路チップ４とパッド３ａとの間隔の短縮は、寄生容量を基準容量Ｃよりも増加させる。結局、オーバーラップ部分の面積の狭まりによる寄生容量の減少分は、回路チップ４とパッド３ａとの間隔の短縮による寄生容量の増加分によって補われる。つまり、この図３の例のように、回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの先端側にずれて取り付けられた場合であっても、オーバーラップ部分の寄生容量は、ほぼ基準容量Ｃと等しくなる。
次に、この図３の例とは逆に、回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの根元側にずれて取り付けられた場合について説明する。
図４は、回路チップが、基準位置から、三角形状のパッドの根元側にずれて取り付けられた場合の、パッドの周辺における正面拡大図（Ａ）と、側面拡大図（Ｂ）である。
この図４に示す場合には、正面拡大図（Ａ）が示すように、回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分の面積は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合のオーバーラップ部分の面積、即ち上記の基準面積Ｓよりも広くなる。一方、この場合には、バンプ６が配置された部分の幅Ｗ２は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置されたときにバンプ６が配置される部分の幅Ｗよりも広くなる。これにより、パッド３ａにおけるバンプ６を支える部分の強度は、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合の強度よりも強くなり、回路チップ４が基準位置Ｐに配置された場合よりも、バンプ６のベースシート２へのめり込みが減ることとなる。この結果、回路チップ４とパッド３ａとのオーバーラップ部分における、回路チップ４とパッド３ａとの間隔Ｄ２は上記の基準間隔Ｄよりも広くなる。オーバーラップ部分の面積の広がりは、寄生容量を基準容量Ｃよりも増加させ、回路チップ４とパッド３ａとの間隔の開きは、寄生容量を基準容量Ｃよりも減少させる。結局、オーバーラップ部分の面積の広がりによる寄生容量の増加分は、回路チップ４とパッド３ａとの間隔の広がりによる寄生容量の減少分によって打ち消される。つまり、この図４の例のように、回路チップ４が、基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの根元側にずれて取り付けられた場合にも、寄生容量は、ほぼ基準容量Ｃと等しくなる。
以上、図３および図４を参照して説明したように、本実施形態のＲＦＩＤタグ１では、回路チップ４の取付位置が、上記の基準位置Ｐから、三角形状のパッド３ａの先端側、あるいは根元側にずれていたとしても、寄生容量は、ほぼ基準容量Ｃと等しくなる。つまり、本実施形態のＲＦＩＤタグ１では、寄生容量が、製造上、基準容量Ｃに安定するので、その基準容量Ｃに基づいて求められたインダクタンスＬが有効に作用する。このように、本実施形態のＲＦＩＤタグ１では、有効なインダクタンスＬを設計段階で求めることができるので、製造時には、例えばインダクタンスの調整等といった余計な手間が要らず、設計どおりのインダクタンスパターンを作れば良い。従って、本実施形態のＲＦＩＤタグ１は、寄生容量に起因する通信距離の劣化を回避しつつ、高い生産性での製造が可能である。
尚、本発明にいう「先細り形状」は、上記の第１実施形態における三角形状に限らず、以下のような形状であっても良い。
以下では、パッドの形状が第１実施形態と異なる２つの例を、それぞれ第２実施形態および第３実施形態として説明する。ただし、これらの実施形態は、第１実施形態と、パッドの形状が異なるのみであり、以下では、この第１実施形態に対する相違点に注目して説明する。
図５は、本発明の第２実施形態のＲＦＩＤタグにおけるアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。尚、この図５では、上述した第１実施形態の構成要素と同等な要素については、第１実施形態と同じ符号が付されている。
この図５に示すＲＦＩＤタグ９では、バンプ６が配置される、アンテナパターン１０のパッド１０ａは、先端が丸い先細り形状を有している。本実施形態では、パッド１０ａの、この形状が、第１実施形態のパッド３ａの三角形状と同じ効果を生み、回路チップ４の取付位置のバラつきに起因する寄生容量のバラつきが抑制されるので、この寄生容量が、製造上、安定することとなる。
図６は、本発明の第３実施形態のＲＦＩＤタグにおけるアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。尚、この図６でも、上述した第１実施形態の構成要素と同等な要素については、第１実施形態と同じ符号が付されている。
この図６に示すＲＦＩＤタグ１１では、バンプ６が配置される、アンテナパターン１２のパッド１２ａは、回路チップ４側に向かって階段状に幅が狭まるという先細り形状を有している。本実施形態では、パッド１２ａの、この形状が、第１実施形態のパッド３ａの三角形状や第２実施形態のパッド１０ａの先端が丸い先細り形状と同じ効果を生み、回路チップ４の取付位置のバラつきに起因する寄生容量のバラつきが抑制されるので、この寄生容量が、製造上、安定することとなる。
以上説明したように、第１〜第３実施形態のＲＦＩＤタグによれば、製造時における回路チップの取り付けのバラつきに関わらず、寄生容量が安定するので、設計段階で寄生容量を打ち消すための有効なインダクタンスが求められる。これにより、製造時のインダクタンス調整等といった余計な手間が省かれ、生産性の高い製造が可能となる。つまり、上記の第１〜第３実施形態のＲＦＩＤタグは、寄生容量に起因する通信距離の劣化を回避しつつ、高い生産性での製造が可能である。
尚、上記では、本発明にいうアンテナパターンの一例として、三角形状のパッド３ａを有するアンテナパターン３、先端が丸い先細り形状のパッド１０ａを有するアンテナパターン１０、および回路チップ側に向かって階段状に幅が狭まるという先細り形状のパッド１２ａを有するアンテナパターン１２という３つの例を挙げて説明したが、本発明はこれらに限るものではなく、本発明のアンテナパターンは、先端に向けて幅が狭まるパッドを有するアンテナパターンであればその形状は問わない。
本発明の第１実施形態を示す正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。 図１に示すアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。 回路チップが、基準位置から、三角形状のパッドの先端側にずれて取り付けられた場合の、パッドの周辺における正面拡大図（Ａ）と、側面拡大図（Ｂ）である。 回路チップが、基準位置から、三角形状のパッドの根元側にずれて取り付けられた場合の、パッドの周辺における正面拡大図（Ａ）と、側面拡大図（Ｂ）である。 本発明の第２実施形態のＲＦＩＤタグにおけるアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。 本発明の第３実施形態のＲＦＩＤタグにおけるアンテナパターンのパッドの形状を示す拡大図である。
符号の説明
１，９，１１ ＲＦＩＤタグ
２ ベースシート
３，１０，１２ アンテナパターン
３ａ，１０ａ，１２ａ パッド
４ 回路チップ
５ インダクタンスパターン
６ バンプ
７ カバーシート
８ 接着剤

Claims (2)

  1. ベースと、
    前記ベース上に設けられて通信用のアンテナを形成する、該アンテナへの接続端子となる先細り形状の接続端部を有するアンテナパターンと、
    前記アンテナパターンの接続端部上に付いた、該接続端部よりも小さい導電体と、
    前記導電体を介して前記アンテナパターンと電気的に接続された、前記アンテナによる無線通信を行う回路チップとを備えたことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  2. 前記アンテナパターンが、前記接続端部と前記回路チップとの間に生じるキャパシタンスに応じたインダクタンスを生じさせて該キャパシタンスによる前記アンテナの性能劣化を防ぐインダクタンス生成部を有するものであることを特徴とする請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
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