JP2009080599A - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】無線ＩＣチップの接合信頼性が高く、貼り付け箇所の制約が少なく、誤動作することがなく、通信が安定する、無線ＩＣデバイスを提供する。
【解決手段】無線ＩＣデバイス１０は、（ａ）インダクタンス素子を備えた共振回路及び整合回路のうち少なくとも一つを含み、一方主面側に凹部１４が形成された給電回路基板１２と、（ｂ）給電回路基板１２の凹部１４内に実装された無線ＩＣチップ１８と、（ｃ）給電回路基板１２の凹部１４を覆うように配置された基材２０と、（ｄ）基材２０に形成され、給電回路基板１２の共振回路及び整合回路のうち少なくとも一つと電磁界結合する放射板２２と、（ｅ）給電回路基板１２の凹部１４以外の表面の少なくとも一部に配置された第１の磁性体２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は無線ＩＣデバイスに関し、詳しくは、例えばＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる非接触型無線ＩＣメディアや非接触型無線ＩＣタグ等の無線ＩＣデバイスに関する。

従来、無線ＩＣチップが実装されている無線ＩＣデバイスが種々提案されている。

例えば特許文献１には、図６（ａ）の断面図に示すように、剥離シート１０１に導電ペーストや導電インキ等でアンテナ部１０３を形成し、アンテナ部１０３と電気的に導通するように無線ＩＣチップ１０９を実装した後、図６（ｂ）の断面図に示すように、接着シート１１１を密着させ、図６（ｃ）の断面図に示すように、剥離シート１０１を引き剥がすことにより製造される非接触型無線ＩＣメディアが開示されている。
特開２００２−２９８１０９号公報

この非接触型無線ＩＣメディアは、接着シート１１１が物品に貼り付けられる。このとき、無線ＩＣチップ１０９は接着シート１１１上に実装されているだけであるため、無線ＩＣチップ１０９が外部に突出し、むき出しになった状態で、物品の外表面に貼り付けられて使用される。外部にむき出しになっている無線ＩＣチップ１０９は、外部からの物理的接触により脱落、破損する危険性が大きい。特にアンテナ部１０３のうち無線ＩＣチップ１０９に接続される配線部分の一部が、宙に浮いた状態になっており、破壊（断線)しやすく、概して接合信頼性が低い構造である。

また、無線ＩＣチップ１０９と、アンテナ部１０３を形成した接着シート１１１とが直接的に接合されている。接着シート１１１を被接着体に貼り付けする際、被接着体の表面に凹凸や曲面が存在すると接着シート１１１の変形に無線ＩＣチップ１０９が追従しなければならず、無線ＩＣチップ１０９への負荷が大きい。そのため、無線ＩＣチップ１０９の破壊の危険性が高く、また、無線ＩＣチップ１０９が破壊しないためには接着シート１１１の貼付箇所に制約が多く、概して汎用性が低い構造である。

さらに、無線ＩＣチップ１０９が外部に突出し、むき出しになった状態で使用されるため、外部から不要な電磁波が無線ＩＣチップ１０９に進入した場合、無線ＩＣチップ１０９が誤動作したり、通信自体が不安定になるおそれがある。

本発明は、かかる実情に鑑み、無線ＩＣチップの接合信頼性が高く、貼り付け箇所の制約が少なく、誤動作することがなく、通信が安定する、無線ＩＣデバイスを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した無線ＩＣデバイスを提供する。

無線ＩＣデバイスは、（ａ）インダクタンス素子を備えた共振回路及び／又は整合回路のうち少なくとも一つを含み、一方主面側に凹部が形成された給電回路基板と、（ｂ）前記給電回路基板の前記凹部内に実装された無線ＩＣチップと、（ｃ）前記給電回路基板の前記凹部を覆うように配置された基材と、（ｄ）前記基材に形成され、前記給電回路基板の前記共振回路及び前記整合回路のうち少なくとも一つと電磁界結合する放射板と、（ｅ）前記給電回路基板の前記凹部以外の表面の少なくとも一部に配置された第１の磁性体とを備える。

上記構成において、無線ＩＣチップは、給電回路基板の凹部に配置され、その凹部が基材で覆われている。無線ＩＣチップは、周りが給電回路基板と基材とで取り囲まれ、保護されており、外部からの衝撃は無線ＩＣチップに直接加わらない。そのため、落下等の衝撃による無線ＩＣチップの破損や故障を防ぐことができる。

また、給電回路基板と放射板との電磁界結合部分以外の部分に磁性体を配置することで、無線ＩＣデバイスの外部から、給電回路基板を通って無線ＩＣチップに達する電磁波を吸収し、無線ＩＣチップの誤動作を防ぎ、無線ＩＣチップとリーダライタ等との通信を安定化することができる。

好ましくは、前記給電回路基板の前記凹部は、前記基材に対向する底面と、前記底面と前記給電回路基板の前記一方主面との間に延在する側面とを有する。前記無線ＩＣチップは、前記給電回路基板の前記凹部の前記底面に実装される。前記無線ＩＣチップの前記基材に対向する面と、前記無線ＩＣチップの前記給電回路基板の前記凹部の前記側面に対向する面とに配置された、第２の磁性体を備える。

上記構成によれば、無線ＩＣデバイスの外部から、基材を通り、給電回路基板の凹部に達した電磁波は、第２の磁性体によって、無線ＩＣチップへの進入が阻止される。したがって、外部からの不要な電磁波の遮断範囲を拡大し、無線ＩＣチップの誤動作をより確実に防ぐことができる。

好ましくは、前記給電回路基板の前記凹部の前記底面と前記無線ＩＣチップとの間に配置された第３の磁性体を備える。

この場合、無線ＩＣチップを第２及び第３の磁性体で略完全に覆うことができ、電磁波の進入による無線ＩＣチップの誤動作をより一層確実に防ぐことができる。

好ましくは、前記放射板は、前記基材の前記給電回路基板から遠い側の主面に形成されている。

放射板と給電回路基板とは電磁界結合するため、放射板と給電回路とが基材の同じ側に配置されていなくても構わない。物品と基材との間に給電回路基板が挟まれるようにして、無線ＩＣデバイスを物品に貼り付けると、基材で給電回路基板を覆い、保護することができる上、放射板が無線ＩＣデバイスの外部に向いているため、放射特性を向上させることができる。

好ましくは、少なくとも前記第１の磁性体が、磁性材料を含有するシート状の磁性体シートである。

この場合、給電回路基板の表面を磁性体シートで覆うことにより、簡単かつ完全に給電回路基板の表面を覆うことができる。

好ましくは、前記第１、第２及び第３の磁性体のうち少なくとも一つが、磁性材料を含有する樹脂である。

この場合、樹脂の流動性を利用して、磁性体を簡単に配置することができる。特に、給電回路の凹部の底面と無線ＩＣチップとの間に配置される第３の磁性体を、簡単に配置することができる。

好ましい一態様は、前記第１、第２及び第３の磁性体のうち少なくとも一つが、フェライトを含む。

電磁妨害の原因となる電磁波の遮蔽用としてフェライトを使用した電子部品の例は少ないが、フィライトを用いると磁性体を容易に形成することができる。

好ましくは、前記基材は、フレキシブル基板で形成されている。

給電回路基板の凹部を覆う基材として、ＰＥＴフィルムのようなフレキシブル基板を用いると、給電回路基板にそり等があった場合でも、給電回路基板の凹部を確実に覆い、給電回路基板に確実に接合することができる。

好ましくは、前記給電回路基板は、複数層が積層された多層基板で形成されている。

この場合、多層基板の内部に受動素子を内蔵することにより、給電回路基板を小型化することができる。

本発明によれば、無線ＩＣチップの接合信頼性が高く、貼り付け箇所の制約が少ない。また、給電回路基板の表面に沿って配置された磁性体により外部からの不要な電磁波による無線ＩＣチップの誤動作を防ぐことができ、通信が安定する。

以下、本発明の実施の形態として実施例を図１〜図５を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の無線ＩＣデバイス１０について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、無線ＩＣデバイス１０の断面図である。図２（ａ）は、図１の線Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図２（ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

図１に示すように、無線ＩＣデバイス１０は、給電回路基板１２に凹部１４が形成され、この凹部１４内には無線ＩＣチップ１８が収納され、実装されている。給電回路基板１２には、放射板２２が形成されたシート状の基材２０が接合されている。基材２０は、給電回路基板１２の凹部１４を覆うように、給電回路基板１２に接合されている。基材２０は、給電回路基板１２とは反対側の下面２０ｂが、不図示の物品に貼り付けられる。

例えばＲＦ−ＩＤシステムでは、物品に貼り付けられた無線ＩＣデバイス１０に対して、外部から不図示のリーダライタを用い、放射板２２を介して無線ＩＣチップ１８と通信し、無線ＩＣチップ１８に格納されたデータを非接触で読み出す。

図１及び図２（ａ）に示すように、給電回路基板１２の表面には、後述する絶縁性の接合材１１が配置されている部分や凹部１４が形成されている部分を除く部分、すなわち上面１２ａ及び側面１２ｓに、第１の磁性体として、フェライトなどの磁性体を含む樹脂２４が塗布されている。この樹脂２４は、無線ＩＣデバイス１０の外部から給電回路基板１２内に進入しようとする電磁波を、無線ＩＣチップ１８に達する前に吸収してしまう。

また、無線ＩＣチップ１８には、実装面１８ａとは反対側の基材２０に対向する面１８ｂと側面１８ｓとに、第２の磁性体として、フェライトなどの磁性体を含む樹脂２６が塗布されている。この樹脂２６は、無線ＩＣデバイス１０の外部から、基材２０を通過して給電回路基板１２の凹部１４に達した電磁波を、無線ＩＣチップ１８へ進入する前に吸収してしまう。

これらの樹脂２４，２６による電磁波の吸収作用によって、ノイズ等による無線ＩＣチップ１８の誤動作がなくなり、リードライタ等との通信が安定する。

給電回路基板１２は、例えばセラミックや樹脂の複数層が積層された多層基板であり、その内部には面内導体１３ａや層間接続導体１３ｂによってインダクタンス素子を含む給電回路が形成されている。例えば、セラミックの場合には、ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ、フェライトであり、樹脂の場合はＬＣＰ等である。多層基板の内部に受動素子を内蔵することで、給電回路基板を小型化することができる。

給電回路は、無線ＩＣチップ１８が動作する動作周波数に対応する共振周波数を有する共振回路を含む。給電回路は、放射板２２と無線ＩＣチップ１８との特性インピーダンスを整合する整合回路を有していてもよい。

なお、給電回路基板は、単層の基板であってもよい。また、給電回路基板の表面のみに給電回路が形成されていてもよい。

図１及び図２（ｂ）に示すように、給電回路基板１２の上面１２ａ側には、少なくとも一つの凹部１４が形成され、凹部１４を取り囲む桟部に、給電回路の結合用電極１６が露出している。結合用電極１６は、凹部１４を取り囲む桟部の４辺のうち一部にのみ配置していてもよい。

図１に示すように、無線ＩＣチップ１８は、給電回路基板１２の凹部１４の底面１４ａに露出する電極１５に、Ａｕバンプ、Ａｇバンプ、はんだバンプなどを利用するフリップチップ接合やＡｇナノ接合によって、バンプ１９を介して実装されている。ダイボンディング、ワイヤボンディングによる接合を利用したり、これらの接合を組み合わせたりして実装してもよい。

図示していないが、無線ＩＣチップ１８の接合信頼性をより強固にするため、無線ＩＣチップ１８と給電回路基板１２との間の隙間２３に、アンダーフィル樹脂を充填し、無線ＩＣチップ１８と給電回路基板１２との電気的接続の保持を強化してもよい。

基材２０はシート状であり、例えば、紙、ＰＥＴフィルム、フレキシブル樹脂などの絶縁性材料を用いる。

基材２０をＰＥＴフィルムなどのフレキシブル基板で形成すると、耐衝撃性や耐環境性を向上させることができるので、好ましい。すなわち、フレキシブル基板は、どのような形状の給電回路基板１２も覆うことができるので、給電回路基板１２にそり等があった場合でも、給電回路基板１２の凹部１４を確実に覆い、給電回路基板１２に確実に接合することができる。また、表面に凹凸やうねりのある物品にも、無線ＩＣデバイス１０を貼り付けることができる。

基材２０は、給電回路基板１２に対向する上面２０ａに、導電材料により放射板２２が形成されている。放射板２２は、例えばＡｇ粒子含有樹脂の印刷、インクジェットやフォトリソグラフィによる微細配線などにより形成する。

放射板２２は、給電回路基板１２の凹部１４を覆う位置と、給電回路基板１２の結合用電極１６に対向する位置と、給電回路基板１２に対向する領域の外側とに形成され、放射板２２は結合用電極１６と電磁界により結合している。放射板２２と結合用電極１６とを電磁界により結合させることにより、放射板２２が結合用電極１６に対向しない構成とすることも可能である。

基材２０の主面１２ａ，１２ｂのうち給電回路基板１２と同じ側、すなわち上面２０ａに放射板２２が形成されていると、給電回路基板１２の結合用電極１６と放射板２２との電磁界による結合を安定化させやすい。

放射板２２は、適宜なアンテナ形状を含むように形成され、給電回路基板１２の結合用電極１６から電磁界結合を介して供給された例えばＵＨＦ帯の送信信号を空中に放射し、かつ、受け取った受信信号を、電磁界結合を介して給電回路基板１２の給電回路に供給する。

給電回路基板１２の下面１２ｂと、基材２０の上面２０ａ又は放射板２２との間は、絶縁性の粘着シート(市販シールの粘着面の粘着性薄膜)、接着材等の接合材１１を介して、接合されている。絶縁性の接合材１１を介して、給電回路基板１２の下面１２ｂに露出する結合用電極１６と放射板２２とが電磁界により結合し、給電回路基板１２の結合用電極と放射板２２とは直流的に導通しない。

放射板２２と給電回路基板１２の結合用電極１６とを電磁界により結合すると、放射板２２と給電回路基板１２の結合用電極１６とを導体で電気的に接続する場合よりも、給電回路基板１２と放射板２２との位置合わせの精度を緩和することができるので、製造が容易になり、量産しやすい。また、無線ＩＣチップ１８は、絶縁性の接合材により放射板２２から絶縁され、直流的な導通がないので、放射板２２からの静電気などにより無線ＩＣチップ１８が破壊されることを防ぐことができる。

無線ＩＣデバイス１０の無線ＩＣチップ１８は、給電回路基板１２の凹部１４内に実装され、基材２０で覆われ、外部に露出しないため、外部からの物理的接触を受けない。また、無線ＩＣチップ１８は基材２０や放射板２２に接していないため、基材２０側からの衝撃や変形は、無線ＩＣチップ１８に直接加わらない。そのため、無線ＩＣチップ１８が脱落、破損する危険性が低く、無線ＩＣチップ１８の接合信頼性が高い。

また、基材２０が物品の凹凸面や曲面に貼り付けられる際に変形しても、給電回路基板１２の凹部１４に実装された無線ＩＣチップ１８は、基材２０の変形に追従する必要がない。そのため、無線ＩＣデバイス１０は、貼り付け箇所の制約が少なく、汎用性が高い。

さらに、シート状の基材２０で給電回路基板１２を覆うため、クッション効果を有し、外部からの衝撃に強い。

＜実施例２＞ 図３の断面図に示すように、実施例２の無線ＩＣデバイス１０ａは、大略、実施例１と同様に構成されている。以下では、実施例１との相違点を中心に説明し、実施例１と同じ構成部分には同じ符号を用いる。

図３に示すように、無線ＩＣデバイス１０ａは、実施例１と異なり、給電回路基板１２の内部に給電回路の結合用電極１６ａが配置され、結合用電極１６ａは給電回路基板１２の下面１２ｂに露出していない。結合用電極１６ａと放射板２２とは、電磁界により結合される。結合用電極１６ａが外部に露出していないので、給電回路基板１２と基材２０との接合に用いる接合材１１は、導通／絶縁性を問わない。

＜実施例３＞ 図４の断面図に示すように、実施例３の無線ＩＣデバイス１０ｂは、実施例２の構成に加え、給電回路基板１２の凹部１４の底面１４ａと無線ＩＣチップ１８の実装面１８ａとの間に、フェライトなどの磁性体を含む樹脂２８が充填されている。この樹脂２８は、第３の磁性体として、無線ＩＣチップ１８の実装面１８ａ側から無線ＩＣチップ１８内に電磁波が進入することを阻止する。無線ＩＣチップ１８の周囲を、磁性体を含む樹脂２６，２８で略完全に覆うことができ、電磁波の進入による無線ＩＣチップ１８の誤動作を一層確実に防ぐことができる。また、給電回路基板１２の凹部１４の底面１４ａと無線ＩＣチップ１８の実装面１８ａとの間の樹脂２８は、アンダーフィル樹脂を兼ねることができ、無線ＩＣチップ１８と給電回路基板１２との電気的接続の保持を強化することができる。

＜実施例４＞ 図５の断面図に示すように、実施例４の無線ＩＣデバイス１０ｃは、実施例３の無線ＩＣデバイス１０ｂと略同様に構成されている。

図４に示した実施例３の無線ＩＣデバイス１０ｂでは、基材２０の上面２０ａに放射板２２が形成されているのに対して、実施例４の無線ＩＣデバイス１０ｃでは、図５に示すように、放射板２２が基材２０の下面２０ｂに形成されている。

実施例４の無線ＩＣデバイス１０ｃは、基材２０の下面２０ｂを不図示の物品に貼り付けると、放射板２２が物品に接するため、物品をアンテナとして利用して放射特性を向上させることができる。

また、図５に示すように、実施例４の無線ＩＣデバイス１０ｃでは、給電回路基板１２の下面と基材２０の上面２０ａとの間に、フェライトなどの磁性体を含有する樹脂２９が配置され、給電回路基板１２と基材２０とを接合している。この樹脂２９は、給電回路基板１２の上面１２ａ及び側面１２ｓを覆う樹脂２４や無線ＩＣチップ１８の周りを覆う樹脂２６，２８と同時に塗布したり充填することにより、形成することができる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、無線ＩＣチップは、給電回路基板の凹部に配置され、その凹部が基材で覆われているので、外部から物理的接触を受けないため、無線ＩＣチップが脱落したり、破損する危険性が低く、無線ＩＣチップの接合信頼性が高い。

また、無線ＩＣデバイスのシート状の基材の周辺部を物品に貼り付けたとき、給電回路基板の凹部に実装された無線ＩＣチップは基材の変形に追従する必要がないため、貼り付け箇所の制約が少なく、汎用性が高い。

また、無線ＩＣデバイスの周囲に磁性体を配置することで、ノイズ等による無線ＩＣチップの誤動作を防ぎ、無線ＩＣチップとリーダライタ等との通信を安定化することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、放射板と給電回路基板とが電磁波ではなく、電界だけ、磁界だけを利用して、電磁界結合されてもよい。また、磁性体を含有する樹脂と給電回路基板や無線ＩＣチップとが接する実施例を説明したが、それらの間に他の部材が配置されたり、空間が設けられたりしても構わない。

また、給電回路基板の上面が物品に貼り着けても構わない。その場合、放射板が物品の外側へ向けて配置されるため放射特性を向上させることができる。

無線ＩＣデバイスの断面図である。（実施例１） 無線ＩＣデバイスの断面図である。（実施例１） 無線ＩＣデバイスの断面図である。（実施例２） 無線ＩＣデバイスの断面図である。（実施例３） 無線ＩＣデバイスの断面図である。（実施例４） 無線ＩＣデバイスの製造工程を示す断面図である。（従来例）

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 無線ＩＣデバイス
１２ 給電回路基板
１４ 凹部
１８ 無線ＩＣチップ
２０ 基材
２２ 放射板
２４ 樹脂（第１の磁性体）
２６ 樹脂（第２の磁性体）
２８ 樹脂（第３の磁性体）
２９ 樹脂（第１の磁性体）

Claims (9)

1. インダクタンス素子を備えた共振回路及び／又は整合回路のうち少なくとも一つを含み、一方主面側に凹部が形成された給電回路基板と、
   前記給電回路基板の前記凹部内に実装された無線ＩＣチップと、
   前記給電回路基板の前記凹部を覆うように配置された基材と、
   前記基材に形成され、前記給電回路基板の前記共振回路及び前記整合回路のうち少なくとも一つと電磁界結合する放射板と、
   前記給電回路基板の前記凹部以外の表面の少なくとも一部に配置された第１の磁性体と、
   を備えたことを特徴とする、無線ＩＣデバイス。
2. 前記給電回路基板の前記凹部は、前記基材に対向する底面と、前記底面と前記給電回路基板の前記一方主面との間に延在する側面とを有し、
   前記無線ＩＣチップは、前記給電回路基板の前記凹部の前記底面に実装され、
   前記無線ＩＣチップの前記基材に対向する面と、前記無線ＩＣチップの前記給電回路基板の前記凹部の前記側面に対向する面とに配置された、第２の磁性体を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
3. 前記給電回路基板の前記凹部の前記底面と前記無線ＩＣチップとの間に配置された第３の磁性体を備えたことを特徴とする、請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
4. 前記放射板は、前記基材の前記給電回路基板から遠い側の主面に形成されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の無線ＩＣデバイス。
5. 少なくとも前記第１の磁性体が、磁性材料を含有するシート状の磁性体シートであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
6. 前記第１、第２及び第３の磁性体のうち少なくとも一つが、磁性材料を含有する樹脂であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
7. 前記第１、第２及び第３の磁性体のうち少なくとも一つが、フェライトを含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
8. 前記基材は、フレキシブル基板で形成されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
9. 前記給電回路基板は、複数層が積層された多層基板で形成されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。

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