JP2008310453A - 基体シート - Google Patents

Abstract

【課題】紙等の上の１mm以下のチップであっても、アンテナ線と物理的に接触させるのでなく、相互に近接して配置するだけで安定に結合する構造を有する基体シートを提供する。
【解決手段】本発明の基体シート１２は、紙の上の１mm以下の粒子状のチップであっても、電気的に接触させることなく、近接して配置するだけでアンテナ線と安定に結合する構造を有する。この基体シート１２は、少なくとも１巻きのスパイラル状のコイル１３を表面または表面近くの内部に配置したチップ１１と、このチップ１１のコイル１３Ａと磁界結合するようにコイル１３Ａの周辺またはその直上もしくは直下を周回する導体部分１４Ａを有するアンテナ線１４とを配置することにより構成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、チップとアンテナと搭載した基体シートに関し、特に、リーダ・ライタからの信号電波により読出し可能または識別可能な情報を記憶する回路を有するチップと、リーダ・ライタからの信号電波を受信するためのアンテナと非接触で接続する技術に関するものである。

現在、無線ＩＣタグまたは無線ＩＣカード（以下では「無線ＩＣタグ／カード」と記す）はユビキタス時代の入り口にある商品と考えられている。例えば、その一種であるＲＦＩＤ（無線識別／無線ＩＣタグ）は、名札や商品の識別、工場における部品・材料や中間製品・完成品などの仕分けなどの管理といった用途に供されている。一方、無線ＩＣタグ／カードの中には、読取／書込装置の近傍でのみ動作する繰り返し使用可能なプリペイド方式の乗車券カード（ＪＲ東日本のスイカカードなど）や定期券カード、さらには電子マネーなどに用いられているものもある。
これらの無線ＩＣタグ／カードは一般的に内部に電池などの電源を持たず、リーダ・ライタからの読み取り信号電波を受信・整流して、その電力を制御回路やメモリを駆動する直流電源に変換生成している。また、ＲＦＩＤとして使用される場合は、数十cmから数ｍの読み取り距離を確保するために、９００MHz帯あるいは２．４５GHz帯といった高い周波数を無線周波数として用い、またダイポールアンテナなどの電波を放射したり、放射電波を受信したりするアンテナを内蔵している。
リーダ・ライタにも同様に読み取り信号電波を放射したり受信したりするアンテナを用いている。このアンテナの利得を大きくして特定の方向に放射される電波を用いることにより、数十cm〜数ｍ離れた距離からもＲＦＩＤに記憶されている情報を読み取り、例えば商品などの貨物の仕分けをしたりすることができる。

一方、上記のプリペイド方式の乗車券カードでは、簡単な制御によりレーン間の混信を避ける目的もあって、改札口の数cmの距離に近づけたときにのみ信号のやりとりができるように、１３．５６MHzといった低い周波数を無線周波数として用い、無線周波数における波長に比してはるかに小さい（数cm程度の）スパイラルコイルを、それに接続する無線ＩＣと共に内蔵している。その構造の一例を図１８に示す。図１８で、２１０は乗車券カード、２１１はスパイラルコイル、２１２は無線ＩＣである。スパイラルコイル２１１により、乗車券カード２１０が改札機に接近した場合に、当該改札機の中のリーダ・ライタ側コイルと磁界結合して改札業務に必要な情報のやりとりを自動的に行えるようにしている。

ここで、後ほどの説明を容易にするために、前述の２種類の無線ＩＣタグ／カードの構造および動作について非特許文献２などを参照しつつ説明する。
まず無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）およびリーダ・ライタを含む無線ＩＣタグのシステムの概要について説明し、続いて現在の無線ＩＣタグの構造および動作について、その概略を図１９（非特許文献２の３０頁の図３．１に対応）および図２１を用いて説明する。

図１９は無線ＩＣタグのデータ読み取りシステムの構成の概要を示す。図１９で左側はリーダ・ライタ２２１、右側が無線ＩＣタグ２２２となっている。リーダ・ライタ２２１は、制御回路／メモリ回路２２１ａ、変調回路２２１ｂ、検波・復調回路２２１ｃ、送受分波器となるサーキュレータ２２１ｄ、アンテナ２２１ｅなどからなる。一方、無線ＩＣタグ２２２は、アンテナ２２２ａ、整流回路２２２ｂ、復調回路２２２ｃ、輻輳制御回路／メモリ回路２２２ｄ、変調回路２２２ｅ、ロードスイッチトランジスタ２２２ｆなどからなる。
まず、無線ＩＣタグ２２２に記憶されている情報を読み出す動作について説明する。無線ＩＣタグ２２２の情報を読み出す場合、リーダ・ライタ２２１においてそのための指示情報をデジタル信号として制御回路２２１ａから発信し、それを変調回路２２１ｂが受けて、変調回路２２１ｂ内で発生する無線周波数の搬送波（通常は、９００MHz帯あるいは２．４５GHz帯の周波数）に変調をかけた後に送受分波器となるサーキュレータ２２１ｄ（非可逆回路）を経てアンテナ２２１ｅから送信する。この変調をかけた搬送波（無線周波数の信号）は、単に読み取り指示情報で変調された無線周波数の信号というばかりでなく、無線ＩＣタグ２２２で受信後その駆動用直流電力となる。従ってリーダ・ライタ２２１のアンテナ２２１ｅから無線ＩＣタグ２２２のアンテナ２２２ａまでの無線区間の伝搬による減衰（推定１０〜２０dB）も考慮して、無線ＩＣタグ２２２を駆動するのに必要十分な電力（概ね数百mW）で送信される。
リーダ・ライタ２２１からの無線周波数の信号をアンテナ２２２ａ経由で受信した無線ＩＣタグ２２２は、受信した電力（数mW）の大半を整流回路２２２ｂに送り、直流電力に変換して一時的に無線ＩＣタグ２２２内部のコンデンサ（図示せず）を充電し蓄える。また、残りの電力は、前述のようにして蓄えた直流電力により動作する復調回路２２２ｃに送られて、元の読み取り指示信号に復調される。この復調された読み取り指示信号は制御回路／メモリ回路２２２ｄに送られてこのメモリ回路に記憶されている情報を読み出すように働く。そして、この読み出された情報により、ロードスイッチトランジスタ２２２ｆをＯＮ・ＯＦＦ駆動し、それによって無線周波数の搬送波に対するインピーダンスの大きさを規定の繰り返し周期で切り替える（スイッチングする）ことによりアンテナから見た無線周波数でのインピーダンスをスイッチングして、搬送波に対する反射係数の変化に応じてパルス振幅変調のかかった反射波が無線ＩＣタグ２２２のアンテナからリーダ・ライタ２２１のアンテナに向けて放射される。
リーダ・ライタ２２１はこの無線ＩＣタグ２２２からのパルス振幅変調のかかった反射波を受信し、送信波と受信波とを切り分ける機能を持つサーキュレータ２２１ｂを経て検波・復調回路２２１ｃに導き、無線ＩＣタグから読み出したデータを復調識別してメモリ回路２２１ａに記憶する。

図２０には無線ＩＣタグの構造の一例を模式的に示す。図２０において（Ａ）は無線ＩＣタグの平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ１−Ｘ１線断面であって拡大した断面図を示す。この従来例に係る無線ＩＣタグ２３０は、基板上に印刷配線技術により形成されたダイポールアンテナ２３１に半導体チップ２３２が搭載されたような構造を持つ。図示した例では、最も単純なダイポールアンテナを示したが、周波数や指向性の設計に応じて様々な形がある。このダイポールアンテナ２３１は、無線周波数に相当する波長の約半分の長さを有し、前述のようにリーダ・ライタ２２１から放射される電力を効率よく受信できるようになっている。ダイポールアンテナ２３１は、最も単純な構成のアンテナのひとつであり、利得も低く鋭い指向性も持たないために、どのような方向からの電波（無線周波数の信号）も受信することができるというメリットがある。ただ、アンテナとしては、ダイポールアンテナ２３１に限らず、例えばループアンテナを用いる場合もある。シートの上に配置されたアンテナをしばしば「インレット」と呼ぶことがある。
このような無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）２３０の応用例として、平成１７年に開催された２００５年国際博覧会、いわゆる「愛・地球博」の入場券およびパビリオン見学を管理するシステムを挙げることができる。非特許文献２の図６．９から引用した図２１（（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図）によれば、入場券である無線ＩＣタグ２４１は、外部アンテナとしての導体箔２４２に半導体チップ２４３を接続して両側から２枚の板状の紙２４４で挟んだ構造を取っている点が図２０のカード型の構成・構造と異なるが、基本的な機能は同じである。

「愛・地球博」の入場券およびパビリオン見学を管理するシステムは、２．４５GHzの無線ＩＣタグを応用して、入場者へのサービスを大幅に向上させた典型的な例である。そのシステムについて非特許文献２の図６．１１から引用した図２２により簡単にその効果を説明する。
図２２に示されているように、このシステムは入場券製造工場２５１から半導体チップを搭載した無線ＩＣタグすなわちＲＦＩＤ（入場券）が製作されるところからその機能が発動される。入場券製造工場２５１でチップＩＤと共に入場券が作製され、チップＩＤは、入場券管理ＤＢ２５２に保管される。基盤機能２５３では、発券データ、入退場の認証などがリアルタイムで集計管理される。入退場認証ゲート２５４では、図１９を用いて説明した前述のリーダ・ライタ２２１が備えられ、所定範囲の距離だけ離れた所から、ＲＦＩＤに向けて、読み取りのための信号電波を放射し、メモリ回路に送られてきた情報を書き込んだり、また記憶されている情報を読み取り、入退場管理のために使用する。また、各パビリオンの前の見学予約ゲートにも、図１９におけるリーダ・ライタ２２１が設置され、見学したいパビリオンの予約が自動的にできる仕組みになっている。このように、入場券に無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）を用いることにより、入場者へのサービスが格段に優れたものになった。

次に、他の無線ＩＣカードの一例として前述の乗車券カードの動作について、図２３を参照して説明する。
図２３に改札装置の外観を示した。この乗車券カードの読み取り・書き込みシステム、すなわち改札装置の基本部分は、改札口の入出ゲート２６１に備えられた、結合用コイルを内蔵したリーダ・ライタ２６２と、各利用者に個別に所持される乗車券カード２６３とから構成される。利用者が入出ゲート２６１を通過するとき、乗車券カード２６３をリーダ・ライタ２６２にかざす。このとき、リーダ・ライタ２６２のコイルと乗車券カード２６３内のコイルを磁界／磁束２６４により結合させ情報送受（通信）と電力伝送とが実行される。

乗車券カード２６３の内部の概略構造は前出の図１８に示した乗車券カード２１０と同じである。乗車券カード２６３は、カード基板上に形成された前述のスパイラル状コイル２１１と、そのコイルとボンディングなどの技術により電気的に接続された情報の書込と読出を行う半導体チップ２１２と、から構成されている。

改札装置に内蔵されているリーダ・ライタ２６２と乗車券カード２６３が結合する磁界／磁束を模式的に図２３の符号２６４で示した。磁界／磁束２６４による結合状態の等価回路を図２４に示す。図２３および図２４に示すように、リーダ・ライタ２６２の制御部２７１で作られた乗車券カード２６３に対する情報読み出しのための制御信号を含む信号によりＲＦ部２７２で１３．５６MHzの周波数の搬送波（電磁界）に変調をかける。この変調された搬送波（電磁界）は、リーダ・ライタ２６２に接続されたコイル２７３に高周波電流を流し、それによって搬送波による磁界／磁束（図２３における２６４）を生起する。この変調された搬送波の磁界／磁束２６４は、リーダ・ライタ２６２からの信号と共に乗車券カード２６３内の電子回路を駆動するための電力を供給する。
このようにリーダ・ライタ２６２内のコイル２７３で生成された磁界／磁束２６４は、図２３あるいは図２４に示すように、乗車券カード２６３の周辺に設けられているスパイラル状のコイル（図１８のコイル２１１）と鎖交することにより結合し、無線による信号および電力の伝送が行われる。

リーダ・ライタ側コイル２７３と乗車券カード側コイル２１１との間で、信号および電力が効率よく（損失が少なく）相互に伝送されるには、両コイルが密に結合していることが重要である。言いかえると、一方で発生した磁束の漏洩が少ないことが必要であり、そのためには、両コイル間の距離が一定値（１３．５６MHzを用いるこの乗車券カードシステムの場合は数十mm）以下であることが必要である。この距離は、両コイルの大きさとほぼ比例する関係にあるので、コイルが小さくなれば同じような結合度を確保するには、大きさに比例して両コイル間の間隔を狭くする必要がある。

以上説明した乗車券カード２６３の書込・読取に関する記述は、当然同様の構造と動作原理を持つ定期券、電子マネーなどの動作についても当てはまる。

無線ＩＣタグ／カードは、徐々に製造コストも下がり、乗車券カードや電子マネーなどには実用化されているが、ＲＦＩＤとしてはまだ製造コストが相対的に高いので、まだその利用も限定されており、全面的に普及するには至っていない。

このＲＦＩＤが、例えば１辺が数百μm以下の超小型チップになり、そしてより安価になれば、紙幣や有価証券等の財産的価値を有する書面の識別への応用も考えられる。すなわち、カードよりも曲がりやすい紙幣や有価証券に超小型のＲＦＩＤを埋め込むことができれば、これら紙幣などの偽造を容易に発見したり、発見の容易さの故に偽造を抑止したりすることも可能になると考えられる。そして、そのような試みが非特許文献１に見られるようにすでに各方面でなされている。

本発明は、このような背景の下に生まれたものであり、リーダ・ライタからの信号電波により読み出しあるいは識別可能な情報を記憶する回路を有するチップとリーダ・ライタからの信号電波を受信するためのアンテナとを非接触で接続する技術、そしてそのようなチップとアンテナを搭載した基体シートに関するものである。

非特許文献１に示されたＲＦＩＤ機能を持つＩＣチップは、１辺の長さが４５０μmの正方形で厚さが数十μmの大きさ・形状を有する非常に小さいチップである。このように小さくしたのは、半導体（シリコン）により作られたチップに、曲げ応力などに対する耐破壊性を持たせるためである。また、このように小さくすることにより、チップ１個あたりの製造コストとも大きく低減することができる。

このチップは、通常のＲＦＩＤチップに比して非常に小さいために、図２５（非特許文献２の５０頁の図３．２１を参照）における機能指向ＩＣタグチップの回路ブロック（Ａ）または超小型指向ＩＣタグチップの回路ブロック（Ｂ）に示すように、通常のＲＦＩＤチップには搭載されている、ＲＦ回路、電源回路、コマンド制御回路、輻輳制御回路、クロック発生回路、メモリ書込制御回路、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に書込・消去可能なメモリ）から必要最低限の回路に絞って搭載している。具体的には、ＲＦ回路、電源回路、クロック発生回路、１２８ビットのリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）のみである。
このようにＲＦＩＤチップを超小型にするために、リーダ・ライタからの信号電波を受けて内部のデータを読み出して送り出すアンテナをこのチップ上に設けることが望ましい。そうすれば、ＲＦＩＤチップを容易に前述のように紙幣や有価証券に漉き込んで偽造防止などに役立てることができる。

そのために、第一に必要なことは、アンテナを小型化するために、信号を読み出すための無線信号の周波数を高くすることである。具体的には、現在無線ＬＡＮなどにも用いられているＩＭＳ帯（工業、医療、科学用の周波数帯域）である２．４〜２．５GHz帯の一部の周波数が適していると言われている。この周波数帯では、空間半波長がおよそ６０mmであるので寸法的にも使いやすい。
しかし、半波長が６０mmといえども、チップの大きさに比して２桁以上大きいので、ＲＦＩＤチップ上にスパイラルコイルを設け、リーダ・ライタ側にもコイルを設けて、主として磁界／磁束により結合させるという方法が考えられた（非特許文献１）。この方法は、前述した乗車券カードなどの無線ＩＣカードに見られるのと同様の技術思想の下に考え出されたものである。従来はカード基板上に形成していたスパイラルコイルを２．４５GHzにおいてもインダクタンスとして動作するように波長に比して相当に小さくして、ＩＣチップ上に形成することが考えられた。
そして、乗車券カードと同様の技術思想の下に、チップ上のコイルと同程度の大きさのリーダ・ライタ側コイルと近づけることにより、両コイル間の磁界結合を実現して、リーダ側からのマイクロ波帯の電波による質問信号を受けてチップを動作させてＲＯＭの情報を読み取るという方法である。

しかし、この方法を仔細に検討してみると、リーダ側のコイルとチップ上のコイルとの間で、実用上必要な距離（例えば数十mm）をとろうとすると、ＩＣチップの制御回路を駆動するだけの電力を数百mW程度のマイクロ波帯の質問信号により確保することは困難である。このことは、１３．５６MHzを無線周波数とする乗車券カード（無線ＩＣカード）における読み取り可能距離（約４０mm）からスケーリング則で推測すると、４５０μm角のチップ上コイルでは、せいぜい０．２mmが読み取り可能距離となり、磁界結合方式では非常に困難であることからも理解される。
以上のように、超小型チップ上に設けたコイルでは、リーダ・ライタとの結合を十分とることが難しいために、超小型の無線ＩＣチップを半波長ダイポールアンテナなどの電磁波を放射するアンテナに接続し、リーダ・ライタに接続されている電磁波放射型のアンテナからの読み取り制御信号および電力供給の電波を受信して、読み取り信号を無線ＩＣチップ側のアンテナからチップ上のメモリに記憶されているデータを送るという、図１８および図２０において前述した方法が考えられた。

このような方式による２．４５GHzの無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤ）についてより詳細に説明する。すでに一般論として説明したように、この方式では、リーダ・ライタのアンテナも無線ＩＣタグ側のアンテナも電磁波放射型のアンテナを用いるが、使用周波数の２．４５GHzにおける空間波長（約１２０mm）の約半分の長さ（約６０mm）を持ついわゆる半波長ダイポールアンテナを用いることが多い。その際に、無線ＩＣチップとダイポールアンテナとを電気的に接続することが必要であるが、無線ＩＣチップの２個のアンテナ接続端子が同一面内に配置されている場合には、図２０に示すような方法を用いている。すなわち、無線ＩＣチップ２３２の表面に設けた接続用バンプ２３３と接続された端子２３４を異方導電性接着剤２３５によりアンテナの導体面２３６と接合するという方法を用いて電気的接続を実現している。この方法により、距離が離れている二つのバンプ間は絶縁が保たれ、ごく接近しているバンプとアンテナ導体とは接着剤中の金属粒子の接触により電気的な導通をとることができる。
一方、非特許文献１および非特許文献２では、無線ＩＣチップの上下両側に接続用電極を設けた構造のチップのアンテナとの接続方法について述べている。この場合には、ダイポールアンテナの導体部分に無線ＩＣチップを置き、その上に異方導電性接着剤を介して導体を置き、チップを挟み込んで接続を確保する方法をとっている。この方法は、特に超小型のチップについて比較的実用的な方法として用いられている。
しかしながら、この方法は、チップそのものは半導体の製造プロセスを用いることにより安価に製造できるが、アンテナとの接続には、微細物の曲げ加工および圧着などの機械的な加工作業が必要であり、かなり細かな作業が必要であると共に、アンテナとの接続部の屈曲などのストレスによる接続の信頼性の低下を無視できないという問題がある。

一方、ＩＣチップとアンテナとの電気的な接続におけるこのような問題を避けるために、チップ上にモノリシックにアンテナを集積・形成しようという方法も考えられる。しかし、無線ＩＣチップ上にダイポールアンテナを形成するという方法では、無線ＩＣチップのほとんどの面積をアンテナが占めることになるためＩＣチップが大きくなりすぎて、製造コストは明らかに実用上全く受け入れがたいほどになる。
宇佐美光雄、『超小型無線ＩＣタグチップ「ミューチップ」』、応用物理、Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．９、２００４、ｐ．１１７９−ｐ．１１８３ 宇佐美光雄、山田純、「ユビキタス技術ＩＣタグ」、第１版、（株）オーム社、平成１７年３月２５日、ｐ１１５

以上述べてきたように、カードよりも曲がりやすい紙でできた紙幣や有価証券の識別用にＲＦＩＤチップの技術を適用しようとする場合、（１）識別用のチップは曲げ応力への耐性を確保するために非常に小さく（超小型に）することが必要であること、（２）このような超小型チップ内の識別用の回路に実用的な距離にあるリーダ・ライタと無線で接続するためには、このチップにダイポールアンテナなどのような電磁波放射型のアンテナを低コスト・高信頼度を確保しつつ結合させる必要があること、の２点が解決すべき課題である。

以上述べた課題を、紙幣認証応用に関連して以下にもう少し具体的に説明する。

第１に、紙の上に固定できるほど小さい半導体チップの表面上で無線周波数の波長に匹敵する大きさのアンテナを作製できないので、離れたリーダ・ライタとの間の電磁結合が困難になる。第２に、アンテナを大きくするためチップ大きくすると折り曲げられて破壊される。また大きくすると、チップ単価が高額になり実用の妨げである。第３に、十分に大きなアンテナを印刷して微小半導体チップと物理的に接合させることは難しく、またこれが出来たとしてもその接合が簡単に脆性破壊されて性能が維持できない。

紙幣認証応用などのためのＲＦＩＤを実用的なものにするためには、上記半導体チップを微小化し、安価なチップにするのは最初の必要条件になる。同時に微小なチップにおいても十分な電力を供給できるアンテナを配置しなくてはならないが、それと微小チップを電力伝達可能なように結合する必要がある。しかもその結合構造は、使用する周波数において十分な結合が得られ、かつ信頼性の面からは、その結合が紙状の基体の折り曲げなどによっても破壊されない耐久性のある構造である必要がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決することにあり、紙の上の１mm以下のチップであっても、アンテナ線と物理的に接触させるのでなく、相互に近接して配置するだけで安定に結合する構造を有する基体シートを提供することにある。
さらに本発明の目的は、複数のチップと紙状の基体の上でアンテナ線が結合でき、あたかも粒子のように見える超小型の無線ＩＣチップが集合したもの（これを「ＲＦパウダー」と呼ぶ）であっても、安価にアンテナ線への結合を実現することができ、安価でありながら紙状の基体の上あるいは内部でＲＦＩＤが使用できる構造を有する基体シートを提供することにある。

本発明に係る基体シートは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

本発明に係る基体シートは、少なくとも１巻きのスパイラル状またはヘリカル状のコイルを表面または表面近くの内部に配置したチップと、このチップのコイルと磁界結合するようにコイルの周辺またはその直上もしくは直下を周回する導体部分を有するアンテナ線とを配置して成ることを特徴とする。

上記の構成において、好ましくは、チップは、コイルをその周辺に配置すると共に、無線で読出し可能な情報を記憶する半導体回路を含み、コイルと半導体回路は電気的に接続されている。

上記の構成において、好ましくは、アンテナ線におけるコイルと磁界結合する導体部分の形状は、チップを囲むコイルの周辺または直上もしくは直下を周回する、単巻きまたは複数巻きのスパイラル巻きあるいはヘリカル巻き形状、あるいはループ形状を有する。

上記の構成において、好ましくは、アンテナ線におけるコイルと磁界結合する導体部分の形状は蛇行形状であり、複数のチップがアンテナ線に磁界結合するように配置されている。

上記の構成において、好ましくは、アンテナ線はダイポールアンテナであることを特徴とする。

上記の構成において、好ましくは、アンテナ線はループアンテナであることを特徴とする。

上記の構成において、好ましくは、アンテナ線が多層構造の各層に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば次の効果を奏する。
紙のような屈曲する基体シートの上でも壊れないほどに微小な半導体デバイスや受動電気回路要素(インダクタやキャパシタ)を搭載したチップと電磁エネルギの伝達可能な波長程度に大きいアンテナを安定に結合することができる。
従来の技術では、アンテナを用いないときは、チップと磁界結合を得るためにチップの微小なコイルに微小なプローブアンテナを近接させる必要があった。近接して読み取る応用には寧ろ適しているが、大きな電力を短時間に伝える方法でないために、メモリなどを搭載したＲＦＩＤを動作させることができなかった。これに対して、本発明によれば、比較的に離れた位置からでもメモリやロジックを動作させる電力を微小なデバイスに供給することができる。微小な半導体デバイスチップは安価であるので、安価な粒子状のＲＦＩＤの利用が紙幣や機密性を求められるシート状の基体（基体シート）で可能になる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

一般的に、物理的に接触させないで、電力を伝達する方法として電磁誘導の原理がある。通常、この原理は電力トランスとして低周波における大電力伝達において一般に利用される。これをマイクロ波と言われる高い周波数領域において交流成分の伝達に利用する考え方が既にある（例えば、特開２００５−３４０６５８号公報（特願２００４−１５９９６０号）、「トランス回路およびその製造方法」）。

これによれば、半導体チップ上の厚い絶縁層の上に絶縁されて上下２層で線が重なるように第１と第２のコイルを配置させ、第１のコイルに高周波を通すと磁界結合により、回路が閉じていれば同じ周波数の電流が第２のコイルに流れるようにしている。回路が開放されていれば両端に電圧を発生させる。これはマクスウエルの電磁方程式に従う作用である。この結合の良い点は、接触させる方法と違い、２つのコイルの距離が少しずれた程度（コイルの１０分の１程度）では電力伝達のための結合に大きな変化がない。接触方式では接触が離れると電力伝達はできなくなるのと大きく異なる。磁界結合は互いの回路の距離に対して大きな余裕を与える。

従来はコイルのないチップとアンテナは物理的に接触させて用いていたのに対して、本発明においてはチップ上に磁界結合させるための第１のコイルを形成させ、アンテナ線の一部を上記特許文献（特開２００５−３４０６５８号公報）の第２のコイルにすることにより、アンテナ線とチップを磁界結合させる。物理的な接合のときは、微小なチップを正確にアンテナに接合させるという高価な実装工程を必要としていたが、磁界結合によれば、位置設定は、物理的に接合させる場合ほどの正確さは必要でない。また、２つのコイルは物理的に離れているので、屈曲する紙の上でも電気的な接触が切れて故障するという問題は起きない。

図を参照して、典型的な本発明に係る基体シートの構造の例（第１の実施形態）を説明する。この基体シートの平面図を図１Ａ，１Ｂと図２に示す。図１Ａには無線ＩＣチップおよびアンテナを含む基体シートの平面図を示し、図１Ｂには無線ＩＣチップのみを拡大した図を示す。図１Ａは無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）チップを強調するために相対的に大きく描いている。１１は無線ＩＣチップ、１２は基体シートである。基体シート１２は紙などの可撓性を有するシート部材である。無線ＩＣチップ１１は、シリコン基板の上に形成した酸化膜の上にスパイラル状のコイル１３Ａを配置させたものである。このコイル１３Ａは無線ＩＣチップ１１の内部または無線ＩＣチップ１１の上に形成された回路要素または機能回路ブロックと接続されている。この接続状態のイメージは、拡大図である図１Ｂに示されている。機能回路ブロックの一例としては、例えば図２５の（Ａ）と（Ｂ）に示したように、無線回路、制御回路、メモリ回路、電源回路などよりなるＲＦＩＤとしての機能を持った回路などが挙げられる。また回路要素の例として、回路整合用のＭＩＭキャパシタや抵抗などが挙げられる。

本発明の第１の実施形態では、基体シート１２の上で無線ＩＣチップ１１とアンテナ（またはアンテナ線）１４との結合部分に、極近接して配置した２つのコイル１３Ａ，１４Ａを用いることにより、前述の難点を解消した。この発明に至るまでに、発明者は以下のように２つの重要な技術的な検討を行った。

その１つは、２つのコイル１３Ａ，１４Ａの結合度とその距離との関係である。この検討では、一辺が４５０μｍの方形チップ状に形成したスパイラル巻き（１巻きまたは２巻き以上）のコイルを用いた実験とシミュレーションにより距離と結合度との関係を求めた。その結果、４５０μm角程度の大きさのコイルを用いて実用的な結合度を得るには両コイルを同程度の大きさにして上下に重ねると共に、その上下の間隔を２００μm程度以下にすることが必要であることがわかった。さらに、この距離は通常の紙の厚さ（約１００μm）と同程度であることも見出した。

上記の実験に用いた構成を図２に示す。２５μm厚のポリイミド基板２１上に銅薄膜で形成した２ターンの円形ヘリカルコイル２２（基板上コイル２２）と、図３に示すような４５０μm角のシリコンチップ３１上の３ターンのスパイラルコイル３３Ａ（チップ上コイル３３Ａ）との間の磁界結合の構造を有している。シリコンチップ３１上のスパイラルコイル３３Ａには、ＭＩＭキャパシタ３２が並列に接続され、ほぼ２．４５GHz付近で共振するように設定した。信号源を含むこの等価回路を図４に示すが、この等価回路は、前述のヘリカルコイル２２の入力端をポート１とし、シリコンチップ３１上のスパイラルコイル３３Ａの両端を出力端をポート２として求めたものである。この図４で、Iは信号源となる電流源、Ｇ_Ｇは信号源コンダクタンス、Ｌ_Ｇは前述の基板上コイル２２の自己インダクタンス、Ｌはチップ上コイル３３Ａの自己インダクタンス、Ｍは基板上コイル２２とチップ上コイル３３Ａの結合を表す相互インダクタンス、ＣはＭＩＭキャパシタの容量、Ｇ_０はチップ上コイル３３ＡとＭＩＭキャパシタ３２で構成されるタンク回路の損失を表すコンダクタンス、ＧＬはこのタンク回路に接続される負荷（実際の無線ＩＣチップではＲＦ回路などに相当）をそれぞれ示す。

実験では、まずチップ上コイル３３Ａ、すなわちポート２に負荷を接続しないで（つまり、Ｇ_Ｌ＝０）として、基板上コイル２２の入力ポートから見た反射係数を測定した。その結果の一例を反射係数線図５１（いわゆるスミス線図）として図５に示す。この図において、２．５GHz付近で共振の見られた。
一方、図２の回路配置構成を市販の電磁界シミュレーション用のソフトウェアを用いて解析した。解析に当たっては、実験と同様の条件（図４の等価回路における負荷を接続しない状態、Ｇ_Ｌ＝０）での基板上コイル２２のポート１から見た反射係数と、ポート１とポート２を入出力端とする散乱係数行列（ＳパラメータあるいはＳ行列ともいう）を両コイル間の間隔を変えて求めた。シミュレーションには、実験で用いたコイルの形状データを用いた。

シミュレーションで求めた反射係数のスミス線図６１を図６に示すが、図５の実験値とほぼ合致しているので、他の条件でのシミュレーション結果をもって机上実験結果としても差し支えないことが判明した。
次に、シミュレーションから求めたＳパラメータから最大有能電力損失を求めた結果を両コイル間の間隔をパラメータにして図７に示す。この結果から見ると、２つのコイル２２，３３Ａの間隔を１０〜２０μm程度に接近させると、両コイル間の結合によるポート１からポート２までの電力伝送損失は１〜２ｄB程度に納まり、２００μm程度の間隔になると５−６ｄB程度に相当大きくなることが判明した。

以上の結果は、実験と理論の両面での検討により、初めて明確になったことであり、本発明の実現性が基本的に実証された。

以上の基本的な技術的な検討結果に基づいて、本発明の基本的構成を図１Ａ、および図８を基にして説明する。図１Ａにおいては、無線ＩＣチップ１１上の３ターンのスパイラル状コイル１３Ａとそれを周回して囲むようにループ状に配置された１ターンのコイル１４Ａが磁界結合する。ここで、無線ＩＣチップ１１上のコイル１３Ａと結合し、紙などの基体シート１２上のアンテナ１４につながっているコイル（またはループ）１４Ａの構造を「結合部」と呼び、無線ＩＣチップ１１上のコイル１３Ａと当該結合部を含む構造を「結合ユニット」と呼ぶことにする。図１Ａでは、無線ＩＣチップ１１はアンテナ１４のコイル１４Ａのほぼ中心に配置させてあるが、この中で位置ずれが起きても磁界結合の大きな障害にならない。このことは、電磁界シミュレーション技術を用いた検討結果でも確認されている。図８は、無線ＩＣチップ１１とアンテナ１４の大きさの関係を実際に近づけて示した模式図である。

上記の構成において、基体シート１２上のアンテナ１４について、ダイポールアンテナ線の長さは１／２波長であるのが望ましいが、使用目的や製造上の制約で寸法は変更できる。
また、同様のことが無線ＩＣチップ１１上のコイル１３Ａについても当てはまる。すなわち、無線ＩＣチップ１１上のコイル１３Ａも、単巻でも、スパイラル巻でも、ヘリカル巻でも実現可能であるし、コイルの形が方形、多角形、円形、楕円形などいずれの形でも実現可能である。

次に、リーダ・ライタに接続される半波長ダイポールアンテナが基体シート１２上の半波長ダイポールアンテナと同一構造・寸法であるとして、両アンテナ間の間隔を変えて、２．４GHz近くの周波数で伝送特性をシミュレーションで求めた。この結果、伝送損失は、両アンテナ間の距離が３００mmの時に２０ｄB強になるが、前述した無線ＩＣチップ１１上のコイル１３Ａと、基体シート１２上のアンテナ１４の結合部コイル１４Ａとの結合の小さな伝送損失（１−２dB）もと併せて考えると、この程度の距離までは、読み取り可能と判断される。

次に、本発明の第２の実施形態を図９と図１０に示す。基体シート９１の上でアンテナ９２は閉じたループを形成する。図９は無線ＩＣチップ９３がアンテナ９２が形成するループ状コイル９２Ａの内部に包含される例を示し、図１０は無線ＩＣチップ９３がアンテナ９２が形成するループ状コイル９２Ａの外部に配置される例を示している。それぞれにおいて、無線ＩＣチップ９３のコイル９３Ａと、アンテナ９２のコイル９２Ａとは磁界結合している。
無線ＩＣチップ９３の表面上にはコイル９３Ａのみを示したが、このコイル９３Ａは、図１Ａにおける無線ＩＣチップ１１と同様に、回路要素または機能ブロックと接続されている。

図９と図１０においても、アンテナ９２の線の長さに比べて無線ＩＣチップ９３の大きさを誇張して示している。アンテナ９２のループ形状の実効長さは波長に相当させるのが一般的である。紙等の基体シート９１に固定して用いる無線ＩＣチップ９３は通常ほぼ１mm以下であり、アンテナ９２の長さは波長に応じて設計され、ほぼ数十mm程度である。

チップとアンテナとの間の結合の機能を持つ前述の「結合ユニット」においては、原理的には無線ＩＣチップ９３のコイル９３Ａとの結合部の導体が平行して近接していると、２つの回路は互いに磁界結合する。この結合は集積回路の配線設計ではクロストークの原因であり、使用を回避したい構造であるが、本発明では伝達電磁エネルギを増すために積極的に近接させ、その平行部分の長さを長くする。

近接させる方法として無線ＩＣチップを包含するのでなく、無線ＩＣチップのスパイラル状コイルと磁界結合させるアンテナ（アンテナ線）を重ねる方法がある。この場合、チップ上コイルは保護膜としてプラズマシリコン窒化膜などで絶縁されているので、チップ上コイルとアンテナ線の結合部コイルとは絶縁膜で隔離される。

また、チップ上コイルと基体シート上のコイルとの間の平行部分を長くする方法は、結合部コイルとなるアンテナ線をスパイラル巻きにする方法である。それを図１１に示す。図１１で、１１１は基体シート、１１２はアンテナ、１１２Ａはスパイラル巻きしたアンテナの結合部コイル、１１３は無線ＩＣチップ、１１３Ａはチップ上コイルである。基体シート１１１の上で、無線ＩＣチップ１１３上のコイル１１３Ａは、用いる周波数に依存して適宜に長さを設計し、スパイラル巻きを用いる。この場合、スパイラル状のコイル１１２Ａの内部線端を、スパイラル巻きの外に取り出す必要がある。これは一層のアンテナ線では構成できないので、アンテナ１１２は２層にして作られる。

図１２は、周波数２．４５GHzでリーダ・ライタ用のループアンテナ１２４から電磁波が送られ、基体シート１２１上のアンテナ１２２がこれを受信する模様を示したものである。アンテナ１２２には、同じ周波数の電流が誘起され、磁界結合する無線ＩＣチップ１２３のコイル１２３Ａがこれを受信する。無線ＩＣチップ１２３の電力変換のための電源回路が動作に必要な直流電力を作り出し、これを蓄積する。これを用いて、記憶されているデータをチップ上コイル１２３Ａからアンテナ１２２に磁界結合を通して送信する。読取りモードでリーダ・ライタ１２５はアンテナ同士の電磁界結合を通してデータを受信する。

次に、図１２に示すリーダ・ライタ１２５側と基体シート１２１側との２つのアンテナ１２２，１２４が、同一構造・寸法であるとして、両アンテナ間の間隔を変えて、２．４GHz近くの周波数で伝送特性をシミュレーションで求めた。この結果、伝送損失は、前述したダイポールアンテナの場合とほぼ同様に３００mm程度の距離でも読み取り可能との見通しを得るものであった。

以上はアンテナの共振周波数で電力を送る動作例を説明したが、電力送信は十分な電力を持つ外部プローブアンテナから行うので、周波数は無線ＩＣチップ１２３と結合する基体シート１２１上のアンテナ１２２の共振周波数に完全には一致させなくても良い。

次に図１３を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。第３実施形態では、無線ＩＣチップとアンテナ線との結合ユニットが、アンテナ線の一端に配置されており、基体シート上アンテナ線の結合部がループ状あるいはスパイラル状のコイルであり、アンテナ線の端部の接続パッドの上に無線ＩＣチップを配置した例である。図１３で（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ２−Ｘ２線断面図である。図１３の（Ｂ）の断面図において、基体シートの厚みは誇張して図示している。この点は以下の実施形態の説明でも同じである。図１３の（Ａ），（Ｂ）において、１３１は基体シート、１３２はアンテナ線、１３２Ａはアンテナ線１３２の結合部として作用するスパイラル部（ループ部）、１３２Ｂは接続パッド、１３３は無線ＩＣチップ、１３３Ａは無線ＩＣチップ１３３上のコイルである。無線ＩＣチップ１３３の片面はシリコン基板と接続されたアルミニウムでできており、スパイラル部１３２Ａの内側の一端に形成された接続パッド１３２Ｂの上に導電接着剤（例えば銀ペーストなど）で固定される。

この場合のアンテナ線は、４分の１波長モノポールアンテナであり、通常、その一端に接続されているコイルを介して接地されるが、この場合は、アンテナ側のコイルとチップ側のコイルとが相互に接続されている状態で使用する。従って、この方法では、一端を電気的に接続することが必要で、その点では従来技術と同様の問題がある。

本発明の第４の実施形態として、複数の結合部が一本のアンテナ線に構成され、また無線ＩＣチップが複数配置されている構成を有する例を、配置平面図として図１４に示す。基体シート１４１の上に形成されるループ状のアンテナ１４２は蛇行部（ミアンダー）１４４を有する。蛇行部１４４は、形状の異なる複数の無線ＩＣチップ１４３に対して複数の結合部を形成している。複数の無線ＩＣチップ１４３のそれぞれの大きさは、結合部の中に納まらない例も示した。このように、屈曲する蛇行部１４４を有するアンテナ１４２を「ミアンダーアンテナ（蛇行状アンテナ）」と呼ぶ。

また無線ＩＣチップ１４３がミアンダーアンテナ１４２をまたぐ形の例も示した。アンテナ線が無線ＩＣチップの中央を横切るように配置されると、方向が逆の磁界が横切るので実質的に磁界結合は得られない。多くの無線ＩＣチップの配置を個別に制御しないで用いるパウダーの形式で用いるときは、このような状態が起きるが、必ずアンテナ線と磁界結合できる位置に配置される確率が高いので、結合しない場合が起こり得ることを無視して用いる。

また、逆向きの電流が流れる２本のアンテナ線が無線ＩＣチップ１４３を横切るときには磁界結合は起きないので、これは設計や製造工程の中で調節して避ける。

図１４ではミアンダーアンテナ１４２における蛇行部１４４の屈曲周期（またはピッチ）を一定させて描いたが、用途によりピッチは場所に依存させて変えてよい。

本発明における前述のような構成によれば、微小なチップと電磁エネルギの伝達可能なアンテナを安定に余裕をもって結合させることができる。

以上、第１から第４までの本発明の実施形態について、結合部／結合ユニットおよびアンテナの構造・構成について説明してきたが、これらはいずれも基本的な形状の例を挙げて述べている。アンテナの結合部コイル（図１Ａにおける１４Ａ、およびその相当部９２Ａ，１１２Ａ，１２２Ａ，２３３Ａ等）は、単巻でも、スパイラル巻でも、また単層基板あるいは多層基板の上下に導体を配したヘリカル巻でも、いずれの場合でも実現可能である。また、アンテナ線におけるチップ上コイルとの結合部コイルの形が、方形に巻かれていても、円形や楕円形、あるいは多角形に巻かれていても、同様にチップ上コイルと結合するという結合ユニットの構成要素としての目的を実現することができ、これら一連の変形例は、すべて本発明の技術的思想に含まれる。

同様のことが、第１から第４までの実施形態において、無線ＩＣチップ上のコイル（図１Ａにおける１３Ａ、およびその相当部であるコイル９３Ａ，１１３Ａ，１２３Ａ，１３３Ａ等）についても当てはまる。すなわち、チップ上コイルも、単巻でも、スパイラル巻でも、ヘリカル巻でも実現可能であるし、コイルの形が方形、多角形、円形、楕円形などいずれの形でも実現可能であり、いずれも本発明の技術的思想に含まれる。

またアンテナについても、第１から第４までの実施形態において、直線状のダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、方形のループアンテナについて説明してきたが、これらのアンテナは１つの例を示したに過ぎず、その形状が、直線状でも、波形やメアンダー型などの形でも、さらに正方形でも、斜方形でも、その他の多角形でも本発明の技術的思想に含まれる。

前述した無線ＩＣチップとアンテナとの結合部とは、ぴったりと重ならず少々ずれても磁界結合に大きな支障のないことは若干説明したが、このことをあらためて図１５と前述の図１３の例とを用いて説明する。
まず図１５はループアンテナを用いた例である。基体シート１５１上における典型的な本発明に係る無線ＩＣチップ１５３とループ状のアンテナ１５２のコイル（結合部）１５２Ａとの磁界結合を示す。無線ＩＣチップ１５３上にはスパイラル状のコイル１５３Ａが形成されている。この図では、無線ＩＣチップ１５３がコイル１５２Ａからややはみ出しているが、双方の磁界結合には大きな影響はない。
また前述した図１３に示した例は、モノポールアンテナを用いた例であったが、この場合の例でも無線ＩＣチップ１３３が結合部中心からやや図中上側に偏ってはみ出しているが、同様に双方の磁界結合には大きな影響はない。

基体シート１２等の材料については、第１から第４の実施形態においては、紙を使っているが、導体でないシート上の材料であれば紙以外のもの、例えばプラスチックやこれらと同様な特性を有する材質でもよい。
さらに基体シート１２等の厚みについては、シートというほど薄くない、例えばカード程度の厚さがあってもよい。前述した図１３の（Ｂ）の図示例で、基体シート１３１はある程度の厚みを有するカード形態を有している。

また、第１から第４までの実施形態においては、基体シートの上に無線ＩＣチップとアンテナのコイル（結合部）が配置され、しかも無線ＩＣチップのコイル側を上にした構成であったが、このような構成に対する変形例について以下に図１６Ａ〜図１６Ｊを参照して述べる。
まず、先の実施形態では無線ＩＣチップとシート上コイル（結合部）が基体シートの同じ面上に配置されていたが、図１６Ａでの無線ＩＣチップ１６３で示すごとく、無線ＩＣチップが上下反転している場合でも結合ユニットの機能は十分に実現することができる。以下の変形例の説明でも、いずれにおいても無線ＩＣチップ１６３の上下反転も含むものとする。図１６Ａの（Ａ）と（Ｂ）において、１６１は基体シート、１６２はアンテナの一部であって結合部引出し部、１６２Ａはアンテナ１６２のコイル（結合部）、１６３Ａは無線ＩＣチップ１６３上のスパイラル状コイルである。図１６Ａの（Ａ）で、正方形の無線ＩＣチップ１６３の一辺の長さは例えば４５０μmであり、正方形のコイル１６２Ａの一辺の長さは例えば５５０μmである。

次に、図１６Ｂに示すように、無線ＩＣチップ１６３のコイル１６３Ａとアンテナ１６２のコイル（結合部）１６２Ａとが、それぞれ、基体シート１６１において互いに反対側の位置になるように配置されている場合も、この結合ユニットの機能は十分発揮できる。ただし、このような場合は、基体シート１６１の厚みが、無線ＩＣチップ１６３のコイル１６３Ａとコイル（結合部）１６２Ａとの間隔を決めているので、十分な結合がとれる程度の厚さを有する基体シート１６１を用いる必要があるのは当然である。

さらに、図１６Ｃに示すように、無線ＩＣチップ１６３が基体シート１６１とその上側に位置するシート１６４に挟まれ、その基体シート１６１あるいはシート１６４の外部の面にアンテナ１６２のコイル（結合部）１６２Ａを配置することもできる。これとは逆に、アンテナ１６２とおよびそのコイル（結合部）１６２Ａが、基体シート１６１とその下側に位置するシート１６４の間に挟まれ、無線ＩＣチップ１６３を基体シート１６１あるいはシート１６４の上のコイル（結合部）１６２Ａの近くの箇所に配置するということもできる（図１６Ｄ）。

上記のような場合には、紙を漉くときに、無線ＩＣチップ１６３やアンテナ１６２およびそのコイル（結合部）１６２Ａを紙の中に漉き込むといった場合も含まれる。そのため、図１６Ｃ、図１６Ｄ、図１６Ｅ、図１６Ｆなどには基体シート１６１とシート１６４との間の境界を破線で示したりして、その意味を表現している。

また上記の変形例と同様に、アンテナ１６２およびそのコイル（結合部）１６２Ａも、無線ＩＣチップ１６３と同じ基体シート１６１上に配置してその上にもう１枚のシート１６４をかぶせることもできる。図１６Ｃあるいは図１６Ｄのような場合も、図１６Ｂの場合と同様に基体シート１６１あるいはシート１６４の厚さが十分な磁界結合がとれる程度の厚さ以下であることが必要であることについては同様である。

図１６Ｅに示すように、無線ＩＣチップ１６３とアンテナ１６２およびそのコイル（結合部）１６２Ａとを同一基体シート１６１上に配置し、その上側にシート１６４をかぶせて貼り合わせることもできる。
さらに図１６Ｆに示すように、無線ＩＣチップ１６３とアンテナ１６２およびコイル（結合部）１６２Ａのそれぞれが基体シート１１６１の上下の異なる面に配置され、それぞれの上にシート１６４をかぶせるようにすることもできる。

図１６Ａから図１６Ｆまでの図を用いて説明した変形例が、第１から第４までの実施形態の基本的な変形例であるが、その上に、その中で基体シート１６１の上面あるいは下面に配置された無線ＩＣチップ１６３あるいはアンテナ１６２およびそのコイル（結合部）１６２Ａを印刷インク１６５などでコーティングする場合もある。その例を図１６Ｇ、図１６Ｈ、図１６Ｉ、あるいは図１６Ｊに示す。以上の図１６Ｇ，１６Ｈ，１６Ｉ，１６Ｊはコーティングしたインクとアンテナまたはチップ上コイルの表面とを一致させて描いたが、インクが盛り上がってそれらを覆うように仕上げることも粘度に応じて起きる。

以上では、アンテナとそのコイル（結合部）、無線ＩＣチップ、それらを保護するためのシート、基体シートの層構造を説明した。製造方法についてもそれぞれについて便利な方法がある。物理的に接触させて結合させる必要がないので、あらかじめアンテナや無線ＩＣチップの部品をシートに接着剤で接着させて、位置合わせをしてそれぞれのシート同士を連続して接着する製造方法が可能である。接着させたシートをベルトのように巻き取ってロールで供給することも可能である。基体シートやシートを熱硬化樹脂で作ると、後から剛性を与えることもできる。アンテナは金属微粉末を用いて印刷で作ることも可能である。印刷は凸版でも凹版でも可能であり、インクの種類別にオフセット印刷することも可能である。

チップが例えば０．１５ｍｍ程度に小さくなると、それを選んでピックアップするのが困難になる。チップの一面に磁性材料などを付けておき、それを磁石を利用して上下の関係も選んでピックアップすることも可能である。

以上に説明した第１から第４の実施形態およびその変形例では、１個あるいは複数個の無線ＩＣチップと１個のアンテナを結合させる結合ユニットについて述べたが、逆に、１個あるいは複数個の無線ＩＣチップに複数個のアンテナ、従って複数個のアンテナ結合部を持たせることもできる。

その例として、ループアンテナの場合について、図１７に示す。図１７の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）はＸ１３−Ｘ１３線断面図である。図１７の（Ａ）と（Ｂ）において、１７１は基体シート、１７２，１７３はループ状のアンテナ、１７４は無線ＩＣチップである。アンテナ１７２，１７３はそれぞれコイル１７２Ａ，１７３Ａを備える。ループ状アンテナ１７２，１７３は、それぞれ基体シート１７１の上面と下面に配置され、かつ上下で位置的に同一位置に重ならないようにしている。これにより、基体シート１７１の面積を有効に利用することが可能となる。

基体シートの表裏（２層）に２個のアンテナを配置するという技術的思想は、当然３層以上の多層の基体シートに２個以上のアンテナを配置して、１つのチップに結合させることもできるので、このような場合も本発明の技術的思想の中に含まれる。

また直線状のアンテナ（ダイポール型とモノポール型がある）のときは、上下で９０度回転させて直交させることも自由に設計できる。またアンテナ線は限られた面積のなかで設計した長さを得るために、屈曲させて設計しても良い。またアンテナの受信周波に対する整合をとるために、適切なキャパシタンス成分が生成されるように形を設計するとができる。

以上、実施形態を挙げて本発明の詳細な説明を行ってきたが、いずれも無線ＩＣチップとアンテナとを両方のコイル／ループによる磁界／磁束を介して低損失に結合できる効果がある。また、本発明の実施形態・変形例を整理すると、（１）アンテナの形・構造、（２）無線ＩＣチップ上のコイルの形・構造、（３）無線ＩＣチップのコイルと結合するアンテナの結合部の形・構造、（４）アンテナや結合部を基体シートの両面に配置するなどの多層の基体シートを用いるものなどに区分されるが、各々において説明してきた実施形態以外にも様々な形態が考えられるが、それはすべて本発明の技術思想に含まれる。

ＲＦＩＤを安価に利用したいという産業上の要請が強い。その実現にむけて半導体チップを微小にすればよいが、ＲＦ伝達のためのアンテナとの物理接続が信頼性の面から制限があるために困難であった。１５０μm以下に小さくすると紙のような屈曲する基体（シート）の上でもチップが破壊されず、微小チップとＲＦ伝達の両立を可能にすればＲＦＩＤの市場は大きいと言われていた。本発明はそれを可能にさせる。さらに磁界結合によるチップとアンテナのシートへの配置は、偽造紙幣等の防止にも利用可能である。

本発明に係る基板シートの平面図を示し、本発明による磁界結合する誇張した無線ＩＣ（ＲＦＩＤ）チップとダイポールアンテナの配置平面図である。 無線ＩＣチップの拡大平面図である。 実験およびシミュレーションに用いた、アンテナ結合用円形コイルとチップ上コイルとの磁界結合系を示す模式的な斜視外観図である。 本発明による磁界結合の実験に用いたＬＣタンク回路の模式的平面図である。 本発明による磁界結合による電力伝送の計算に使用したモデルを示す電気回路図である。 リーダ・ライタ側コイルから見たチップ上コイルとの結合系の反射係数のスミス線図（実験値）である。 リーダ・ライタ側コイルから見たチップ上コイルとの結合系の反射係数のスミス線図（シミュレーション値）である。 リーダ・ライタ側コイルからチップ上コイルまでの電力伝送損失のコイル間隔（ギャップ）依存性を示すグラフである。 図１Ａに示した無線ＩＣチップとダイポールアンテナとの実際の配置関係をイメージ的に示す平面図である。 無線ＩＣチップが磁界結合するループアンテナの内側にある場合における無線ＩＣチップと磁界結合するループアンテナの配置平面図である。 無線ＩＣチップが磁界結合するループアンテナの外側にある場合における無線ＩＣチップと磁界結合するループアンテナの配置平面図である。 無線ＩＣチップと渦巻きモノポールアンテナの配置平面図である。 基体シート上のループアンテナと電磁界結合するリーダ・ライタのループアンテナの斜視外観図である。 無線ＩＣチップの片面が渦巻きの内側端と接続したモノポールアンテナの配置平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ２−Ｘ２線断面図（Ｂ）である。 複数の磁界結合部をもつミアンダーアンテナと、起こり得る複数のチップの配置例とを示す平面図である。 無線ＩＣチップの一部が重なるループアンテナの配置平面図である。 無線ＩＣチップが上下反転した場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ３−Ｘ３線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップをアンテナ結合部と反対側に配置した場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ４−Ｘ４線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップが基体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ５−Ｘ５線断面図（Ｂ）である。 アンテナ結合部が基体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ６−Ｘ６線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップとアンテナ結合部とが基体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ７−Ｘ７線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップとアンテナ結合部が基体シートと２枚のシートに挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ８−Ｘ８線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップが基体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込まれ、アンテナ結合部にコーティングした場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ９−Ｘ９線断面図（Ｂ）である。 アンテナ結合部が基体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込まれ、チップにコーティングした場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ１０−Ｘ１０線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップおよびアンテナ結合部が基体シート上でコーティングされている場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ１１−Ｘ１１線断面図（Ｂ）である。 無線ＩＣチップとアンテナ結合部が基体シートの互いに反対側に配置されコーティングされている場合の結合ユニットの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ１２−Ｘ１２線断面図（Ｂ）である。 １つの無線ＩＣチップと磁界結合するループアンテナが上下２層に配置されたシートの平面図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ１３−Ｘ１３線縦断面図（Ｂ）である。 従来の非接触ループアンテナ式ＩＣカードの構成を示す正面図である。 従来のリーダ・ライタが無線ＩＣタグのデータを読み取る様子を示す模式図である。 従来の非接触ダイポールアンテナ式ＩＣカードの部品配置図（Ａ）と、（Ａ）におけるＸ１−Ｘ１線断面図（Ｂ）である。 ２００５年国際博覧会の入場券の構造（非特許文献２の図６．９）を示す図（平面図（Ａ）と断面図（Ｂ））である。 ＲＦＩＤシステムの一例としての「愛地球博」入場システムの模式図である。 乗車券カード（従来の非接触ＩＣカード）の読取り装置の例を示す斜視図である。 磁界結合型非接触ＩＣカードの読み取りのために、リーダ・ライタ用コイルとＩＣカードのコイルとが磁界結合していることを表した模式図である。 超小型無線ＩＣチップの収容機能の２つの例（Ａ），（Ｂ）を示す図である。

符号の説明

１１，９３，１１３，１２３、１３３，１４３，１５３，１６３，１７４…無線ＩＣチップ、１２，９１，１１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１７１…基体シート、１３Ａ，３３Ａ…無線ＩＣチップ上のスパイラル状コイル、１４，９２，１１２，１２２，１３２，１５２，１６２，１７２，１７３…アンテナ、１４Ａ，９２Ａ，１１２Ａ，１５２Ａ，１６２Ａ…アンテナの結合部コイル、９３Ａ，１１３Ａ，１２３Ａ，１３３Ａ，１５３Ａ，１６３Ａ…チップ上コイル、１１２Ａ…スパイラル巻きアンテナ線の結合部、１２４…リーダ・ライタ用のループアンテナ、１２５…リーダ・ライタ、１３２…アンテナ線、１３２Ａ…アンテナ線のスパイラル部、１４２…ミアンダーアンテナ、１４４…アンテナの蛇行部（ミアンダー）、１６２…結合部引き出し線、１６４…シート、１６５…インクコート膜。

Claims (7)

1. 少なくとも１巻きのスパイラル状またはヘリカル状のコイルを表面または表面近くの内部に配置したチップと、このチップの前記コイルと磁界結合するように前記コイルの周辺またはその直上もしくは直下を周回する導体部分を有するアンテナ線とを配置して成ることを特徴とする基体シート。
2. 前記チップは、前記コイルと共に、無線で読出し可能な情報を記憶する半導体回路を含み、前記コイルと前記半導体回路は電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の基体シート。
3. 前記アンテナ線における前記コイルと磁界結合する前記導体部分の形状は、前記チップのコイルの周辺または直上もしくは直下を周回する、単巻きまたは複数巻きのスパイラル巻きあるいはヘリカル巻き形状、あるいはループ形状を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の基体シート。
4. 前記アンテナ線における前記コイルと磁界結合する前記導体部分の形状は蛇行形状であり、複数の前記チップが前記アンテナ線に磁界結合するように配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の基体シート。
5. 前記アンテナ線はダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基体シート。
6. 前記アンテナ線はループアンテナであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基体シート。
7. 複数の前記アンテナ線が多層構造の各層に形成されていることを特徴とする請求項１記載の基体シート。
   

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