JP2009151576A

JP2009151576A - Ｉｃタグとその製造方法

Info

Publication number: JP2009151576A
Application number: JP2007329418A
Authority: JP
Inventors: Takuma Ogasawara; 卓馬小笠原
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】部材コストを大幅に削減すると共に、従来のＩＣタグと同等の高い受信性能を確保することができるダブルダイポールタイプのＩＣタグとその製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】ＩＣタグは、基材シート１上にシングルダイポールアンテナを形成したアンテナシートを２つ、すなわち第１のアンテナシート７と第２のアンテナシート８を用い、前記第１のアンテナシート７にＩＣチップ４を実装し、その上に、第２のアンテナシート８を、前記ＩＣチップ４を覆うように十字状に配置して積層し、対向する２つのダイポールアンテナの導体部同士を電気的に接続した構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、物流やファクトリーオートメーション分野における物品の入出庫管理や社員証カードや銀行カードにおける個人認証管理などで使用されるＲＦＩＤ群（ＩＣカード、ＩＣタグ）の中のダイポールアンテナを備えたＩＣタグとその製造方法に関するものである。

ＩＣタグは、物流やファクトリーオートメーション等、幅広い分野において物品認証手段として実用化されている。ＲＦＩＤ群の中でも最も通信距離が長いという利点を持ち、２〜６ｍ離れた位置でリーダーを介してタグ情報を読み取ることができる、ＵＨＦ帯電波とダイポールアンテナを用いて送受信するＩＣタグが多く利用されている。また、オリエンテーションフリー、すなわち読み取り可能な空間領域が広いという利点も持ち、他のＲＦＩＤ群と異なり、ＩＣタグのアンテナの向きとリーダーのアンテナの向きが正対していなくても読み取ることが可能である。

ＩＣタグは、一般的に、基材シート上にダイポールアンテナを形成したアンテナシートとＩＣチップから構成されている。そして、前記ダイポールアンテナは長手方向の長さは信号電波の半波長の長さに設定されるため、例えばＵＨＦ帯域の場合は約９０ｍｍとなる。また、前記ダイポールアンテナとＩＣチップの接続は、フリップチップ工法やストラップ工法等の様々な接合方法により行われる。

更に、ＩＣタグにはダイポールアンテナを一方向にのみ配したシングルダイポールタイプと、１つ目のシングルダイポールアンテナに十字状に交差するように２つ目のシングルダイポールアンテナを配したダブルダイポールタイプの２種類がある。

しかしながら、前記シングルダイポールタイプのＩＣタグの場合、到来する信号電波の電界方向がダイポールアンテナの長手方向と平行な場合に最も効率よく受信することができるが、到来する信号電波の電界方向がダイポールアンテナの長手方向と直交する場合は受信することができない。従って、前記受信性能の低下を抑制する為に、ＩＣタグの使用環境における床や外壁などの影響で発生する電波干渉や反射によって到来方向が変わっても、どの方向から到来する信号電波にも対応できるよう、直交するもう１つのダイポールアンテナを追加して、電波の受信効率性を向上させたダブルダイポールタイプのＩＣタグが多く使用されている。
このように構成することにより、管理対象とする物品、移動体等に取り付けられたＩＣタグがどんな方向に位置していてもタグ情報を認識することが可能となる。

図３は、従来のシングルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図であり、図４は、従来のダブルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図である。

図３に示すようにシングルダイポールタイプのＩＣタグ３３は、基材シート３１上にダイポールアンテナ３２を形成し、ダイポールアンテナ３２の中央部にＩＣチップ３４を実装した構造である。ダイポールアンテナ３２は、長手方向の長さＬ、短手方向の幅Ｗを有する細長い帯状が特徴である。代表的な寸法は長さＬが９０ｍｍ、幅Ｗが１５ｍｍ近傍の大きさとなっているため、ＩＣタグ全体の実質面積は９０×１５ｍｍ²となる。

一方、図４に示すようにダブルダイポールタイプのＩＣタグ４３は、基材シート４１上に前記細長い帯状のシングルダイポールアンテナを２つほぼ直交させて配置したダイポールアンテナ４２を形成し、ダイポールアンテナ４２の交差部にＩＣチップ４４を実装した構造である。ダイポールアンテナ４２は、長手方向の長さＬとする十字形状が特徴である。
またＩＣタグ４３は、アンテナの長さＬ以上の長さを１辺とする正方形の基材シート４１を使用するため、代表的な寸法は長さ、幅共に９０ｍｍ近傍の大きさとなり、ＩＣタグ全体の実質面積は９０×９０ｍｍ²となる。

従って、上記２つのタイプのＩＣタグの実質面積は、シングルダイポールタイプに比べダブルダイポールタイプの方が約６倍大きくなる。２つのダイポールアンテナが互いに十字状に交差することで、ＩＣタグの機能に全く寄与しない四隅の余白部４１ａが存在するためである。
このようなダブルダイポールタイプのＩＣタグは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３−２４９８２０号公報

一般的に、物流やファクトリーオートメーション分野における認証手段としてダブルダイポールタイプのＩＣタグを管理対象物に取り付けて入出庫管理する場合は、使い捨てで使用することが多い。しかしながら、図４に示したダブルダイポールタイプのＩＣタグの場合、上記四隅の余白部４１ａの部材コストが無視できないという問題があり、容易に導入できないという欠点があった。

本発明は、上述の課題を解決し、部材コストを大幅に削減すると共に、従来のＩＣタグと同等の高い受信性能を確保することができるダブルダイポールタイプのＩＣタグとその製造方法の提供を目的とする。

本発明はこれらの課題を解決するため、ＩＣタグとして、基材シート上にシングルダイポールアンテナを形成した２つのアンテナシートを用い、一方のアンテナシート（以下、「第１のアンテナシート」と呼ぶ）にＩＣチップを実装し、その上に、もう一方のアンテナシート（以下、「第２のアンテナシート」と呼ぶ）を、前記ＩＣチップを覆うように十字状に配置して積層し、対向する２つのダイポールアンテナの導体部同士を電気的に接続した構造のＩＣタグである。
上記第１および第２のアンテナシートを同一構造、同一材質で構成すれば、アンテナシートの共通化が可能で、部材、設備コスト面で有効となる。

本発明によれば、基材シート上にダイポールアンテナを形成してなる、第１のアンテナシートと第２のアンテナシートを、ＩＣチップを介して接合して成ることを特徴とするＩＣタグが得られる。

本発明によれば、前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートは、同一の部材、形状、構造であることを特徴とするＩＣタグが得られる。

本発明によれば、前記ＩＣチップは、前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートの各々の前記ダイポールアンテナの中央部に配置してなることを特徴とするＩＣタグが得られる。

本発明によれば、前記ＩＣチップは、前記第１のアンテナシートまたは前記第２のアンテナシートの何れか一方に実装した後に、前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートを電気的に接合してなること特徴とするＩＣタグの製造方法が得られる。

以上述べたように本発明により、２つの細長い帯状のアンテナシートを、ＩＣチップを挟み込むように、十字状に交差させて重ね合わせた構造なので、アンテナシートを構成する基材シートのアンテナが形成されていない四隅の無駄なスペースを削除してＩＣタグ全体の外形面積を減少させ、基材シートの部材コストを低減すると共に、情報中枢部であるＩＣチップを外的応力から保護する役目を果たし、機械的強度も高めることができる。
従って、受信性能を確保したまま、部材コストを大幅に削減し、更に機械的応力にも耐えうるダブルダイポールタイプのＩＣタグの提供が可能となる。

本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明のダブルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図で、図１（ａ）はアンテナシートを、図１（ｂ）は該アンテナシートにＩＣチップを実装した状態を、図１（ｃ）は２つ目のアンテナシートを十字状に配置、積層した状態をそれぞれ示す。

図１（ａ）に示すように基本となる第１のアンテナシート７は、基材シート１上に、アンテナ全長を２等分断する２つの半長部７ａ、７ｂからなるダイポールアンテナ２を形成している。

図１（ｂ）は、前記半長部７ａ、７ｂの中央部隙間にＩＣチップ４を載置して、各半長部７ａ、７ｂとＩＣチップ４とを電気的に接続した状態を示す。

図１（ｃ）は、前記半長部７ａ、７ｂからなる第１のアンテナシート７と同一の形状、構造で、基材シート１上にアンテナ全長を２等分断する２つの半長部８ａ、８ｂからなるダイポールアンテナ２を形成した第２のアンテナシート８を、前記ＩＣチップ４を覆うように十字状に重ね合わせ、対向するアンテナの半長部同士を、互いに重なり合う接合部９を介して、くの字状、すなわち半長部７ａと８ｂ、および半長部７ｂと８ａをそれぞれ接合した状態を示す。

図２は本発明のダブルダイポールタイプのＩＣタグのＡ−Ａ断面図で、図２（ａ）は図１（ｃ）に示したＡ−Ａ断面から半長部８ｂ側を見た図を、図２（ｂ）は前記Ａ−Ａ断面から半長部８ａ側を見た図をそれぞれ示す。

図２（ａ）に示すように第１のアンテナシート７の各半長部７ａ、７ｂ上の図示しない電極パットとバンプ５、および接合用接着剤６を介して、ＩＣチップ４を実装し、第２のアンテナシート８をアンテナ形成面を内側にしてＩＣチップ４の上で交差するよう配置、積層し、第１のアンテナシート７の半長部７ａと第２のアンテナシート８の半長部８ｂとが互いに重なり合うように接合部９を介して接合する。

同様に、図２（ｂ）に示すように第１のアンテナシート７の各半長部７ａ、７ｂ上の図示しない電極パットとバンプ５、および接合用接着剤６を介して、ＩＣチップ４を実装し、第２のアンテナシート８をアンテナ形成面を内側にしてＩＣチップ４の上で交差するよう配置、積層し、第１のアンテナシート７の半長部７ｂと第２のアンテナシート８の半長部８ａとが互いに重なり合うように接合部９を介して接合する。
なお、上記各半長部の接合は、半田や導電性樹脂等を用いて行うのが好ましい。

また、各ダイポールアンテナの外形寸法の長手方向の長さをＬ（ｍｍ）、短手方向の幅をＷ（ｍｍ）、Ｌ＞Ｗとすると、上記ダブルダイポールタイプのＩＣタグ全体の実質面積Ｓ１はＳ１＝Ｌ×Ｌ（ｍｍ²）となる。ここで、前記ＩＣタグのアンテナ部以外の四隅の余白部１ａの総面積をＳ２とすると、Ｓ２＝（Ｌ−Ｗ）²（ｍｍ²）がＩＣタグ機能に関与しない無駄なスペースとなる。

本発明では、前記四隅の無駄な余白部１ａを削除することで、ＩＣタグ全体の実質面積Ｓ３はＳ３＝Ｓ１−Ｓ２＝Ｗ（２Ｌ−Ｗ）（ｍｍ²）に大幅に低減することができ、その結果、部材コストを大幅に削減し、受信性能はそのままで安価なＩＣタグの実現が可能となる。
なお、実質面積比（Ｓ１／Ｓ３）は、Ｌ²／Ｗ（２Ｌ−Ｗ）となり、代表寸法として、Ｌ＝９０ｍｍ、Ｗ＝１５ｍｍとすると、１：０．３０６となり、約７０％削減できる。
従って、特に大型になりがちな、例えばＵＨＦ帯に使用するダブルダイポールタイプのＩＣタグに適用するのが好ましい。

基材シート１は、材質がポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）などの熱可塑性樹脂のシートが好ましく、コスト性を考慮し、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好適である。また、形状は板状であれば良いが、薄型化のためにはフィルム状が望ましい。

ダイポールアンテナ２は、ＩＣチップ４を接合する面に、銅箔、アルミニウム箔などの金属シートを基材シート１に接着し貼り付けた後、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等の一般的な印刷方法でレジスト印刷を施し、エッチング処理にて形成する。上記方法に限らず、導電性ペーストを印刷してもよい。

また、ダイポールアンテナ２の略外形形状は、長手方向に受信電波の約半波長の長さと、短手方向にある幅を有する長方形状を基本とするのが好ましい。なお、前記ダイポールアンテナ２の長手方向においては、その中心部から２等分断する僅かな隙間を形成し、前記隙間にＩＣチップ４を搭載し、前記２等分断された２つの半長部７ａ、７ｂと前記ＩＣチップ４とを電気的に接続する。

更に、ダイポールアンテナ２の中央部から２等分断された各半長部７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの中央側の形状パターンは、積層した２つの対向するアンテナ導体部同士が互いに重なり合う部分ができるような形状であればどんな形成でもよく、適宜パターン形状を変更するのが好ましい。

ＩＣチップ４は、チップ表面及びダイシングカット面にマイクロクラックを生じさせるような外部ストレスを最小限に抑えるために、エッチング処理を施した物を使用するのが好適である。

接合用接着剤６は、ペースト状態で基材シート１上にディスペンサーで塗布、もしくは印刷方式で印刷し、ＩＣチップ４はバンプ５を介してフリップチップ工法を用いて実装するのが良い。

ＩＣタグの製造工程として、基材シート１上に１つのダイポールアンテナ２を形成した第１のアンテナシート７にＩＣチップを実装した、いわゆるインレットのＩＣチップ上面側に、前記インレットのＩＣチップを除いた、前記ダイポールアンテナ２と同一の材質、形状、構造のもう１つの第２のアンテナシート８を十字状に交差させて配置する、または基材シート１上に１つのダイポールアンテナ２を形成したアンテナシートを２つ、すなわち第１のアンテナシート７および第２のアンテナシート８を用意し、第１のアンテナシート７にＩＣチップ４を実装し、ＩＣチップ４の上面にもう一方の第２のアンテナシート８を十字状に交差させて配置する等の、何れの工程でもよい。

なお、各ダイポールアンテナ同士の接合箇所は、対向して十字状に配置され、ＩＣチップの実装部を中心に四方に配置した４つの各半長部７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂを、両隣の何れか同士をくの字状に相互に接合する。すなわち、第１のアンテナシート７の半長部７ａと第２のアンテナシート８の半長部８ａ、及び第１のアンテナシート７の半長部７ｂと第２のアンテナシート８の半長部８ｂをそれぞれ重なり合う接合部９を介して接合する、または第１のアンテナシート７の半長部７ａと第２のアンテナシート８の半長部８ｂ、及び第１のアンテナシート７の半長部７ｂと第２のアンテナシート８の半長部８ａをそれぞれ重なり合う接合部９を介して接合する。また接合方法は、半田や導電ペーストを用いて行うのが好適である。

上記、第１のアンテナシート７と第２のアンテナシート８とは、電波の受信効率性から十字状に直交して配置するのが好ましいが、周囲の壁や床状態等の使用環境に応じて、適宜、交差角度を調整してもよい。

また、各ダイポールアンテナ形成面が内側、各基材シートが外側になるように構成し、各ダイポールアンテナの重なり部分の空隙、すなわちＩＣチップ４の周辺部には、必要に応じ図示しない封止用樹脂を用いて固着強度を向上させるのが好ましい。その際、ストレス吸収の観点から硬化後に軟性を示す、例えば弾性率が１ＧＰａ以下の封止用樹脂を用いるのが好ましい。
以下、実施例を用いて詳述する。

基材シート１として、大きさ１００ｍｍ×１５ｍｍ角、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレートを用い、ダイポールアンテナ２として、長さＬが９０ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍ角、中央部の隙間１ｍｍ、厚さ５０μｍの銅箔を前記基材シート１上にエッチング法により形成した、アンテナシートを２つ、すなわち第１のアンテナシート７と第２のアンテナシート８を用意した。

また、ＩＣチップ４として、大きさ２ｍｍ×２ｍｍ角、高さ０．５ｍｍのものを用意し、接合用接着剤６として、ペースト状態で上記第１のアンテナシート７上にディスペンサーで塗布し、ＩＣチップ４はバンプ５を介してフリップチップ工法を用いて実装した。

続いて、ＩＣチップ４の周辺部に、図示しないエポキシ系の封止用樹脂（住友ベークライト社製）を塗布した後、第２のアンテナシート８を、ＩＣチップ４の上面側に、ＩＣチップ４を覆うように十字状に配置して積層し、対向する各ダイポールアンテナ２の半長部を接合部９を介して半田で接合し、図１（ｃ）に示したＩＣタグを得た。
比較例として、上述した本発明の実施例と同様の材料、形状を用いて、図４に示した従来のダブルダイポールタイプのＩＣタグを用意した。

上記の要領で作製した、本発明によるＩＣタグおよび比較例の実質面積と部材コスト試算、および機械的強度（点圧荷重試験）の比較結果を、表１に示す。
なお、点圧荷重試験では、金属板上に載せたＩＣタグのＩＣチップの中央部に、先端が球面径φ１．０ｍｍの剛材を点圧荷重した状態で３秒間保持し、ＩＣチップが破損しない点圧荷重を測定した。点圧荷重を加える面はＩＣチップの上面側とし、ｎ＝２０の平均値とした。

表１に示す通り、本発明によるＩＣタグでは比較例のものと比べて、実質面積は約７３％、部材コストは約４０％それぞれ大幅に削減でき、更に点圧荷重すなわち耐外的応力についても約２．４倍向上することがわかった。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明のＩＣタグにより、安価、高品質でかつ、多様な使用環境でも送受信効率の高いＩＣタグの提供が可能となり、物流やファクトリーオートメーション分野における物品管理、入出庫管理や、ＩＤカード、会員証、プリペイドカード、キャッシュカードなどを用いた個人情報管理等に好適なＲＦＩＤシステムの構築と推進が可能となる。

本発明のダブルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図、図１（ａ）はアンテナシートを示す図、図１（ｂ）はアンテナシートにＩＣチップを実装した状態を示す図、図１（ｃ）はアンテナシートを十字状に配置、積層した状態を示す図。本発明のダブルダイポールタイプのＩＣタグのＡ−Ａ断面図、図２（ａ）はＡ−Ａ断面から半長部側を見た図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面から半長部側をみた図。従来のシングルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図。従来のダブルダイポールタイプのＩＣタグを説明する平面図。

符号の説明

１、３１、４１基材シート
４１ａ余白部
２、３２、４２ダイポールアンテナ
３３、４３ＩＣタグ
４、３４、４４ＩＣチップ
５バンプ
６接合用接着剤
７第１のアンテナシート
７ａ、７ｂ半長部
８第２のアンテナシート
８ａ、８ｂ半長部
９接合部
Ｌ長さ
Ｗ幅

Claims

基材シート上にダイポールアンテナを形成してなる、第１のアンテナシートと第２のアンテナシートを、ＩＣチップを介して接合して成ることを特徴とするＩＣタグ。
前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートは、同一の部材、形状、構造であることを特徴とする請求項１記載のＩＣタグ。
前記ＩＣチップは、前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートの各々の前記ダイポールアンテナの中央部に配置してなることを特徴とする請求項１または２記載のＩＣタグ。
前記ＩＣチップは、前記第１のアンテナシートまたは第２のアンテナシートの何れか一方に実装した後に、前記第１のアンテナシートと前記第２のアンテナシートを電気的に接合してなること特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＩＣタグの製造方法。