JP2008310453A - 基体シート - Google Patents

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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。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は信号源コンダクタンス、L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=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=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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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012213126A (ja) * 2011-03-22 2012-11-01 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置、rfidタグおよび通信端末装置
JP2013511925A (ja) * 2009-11-23 2013-04-04 ハリス コーポレイション 周転円構造及び等方性放射を有する平面通信アンテナ及び関連する方法
WO2013073314A1 (ja) * 2011-11-14 2013-05-23 株式会社村田製作所 アンテナ装置及び無線通信装置
JP2016130955A (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 株式会社東芝 利用券、および発券機
JP2016134068A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 トッパン・フォームズ株式会社 非接触型データ受送信体
US10659106B2 (en) 2017-04-28 2020-05-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. RFID tag

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013511925A (ja) * 2009-11-23 2013-04-04 ハリス コーポレイション 周転円構造及び等方性放射を有する平面通信アンテナ及び関連する方法
JP2012213126A (ja) * 2011-03-22 2012-11-01 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置、rfidタグおよび通信端末装置
WO2013073314A1 (ja) * 2011-11-14 2013-05-23 株式会社村田製作所 アンテナ装置及び無線通信装置
US9627760B2 (en) 2011-11-14 2017-04-18 Murata Manufacturing Co., Ltd. Antenna device and wireless communication apparatus
JP2016130955A (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 株式会社東芝 利用券、および発券機
JP2016134068A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 トッパン・フォームズ株式会社 非接触型データ受送信体
US10659106B2 (en) 2017-04-28 2020-05-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. RFID tag

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