JP2010268023A

JP2010268023A - Ｉｃタグ

Info

Publication number: JP2010268023A
Application number: JP2009115251A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Nakatsu; 文彦中津; Shin Kataoka; 慎片岡
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】整合ループ回路を含むアンテナ側とＩＣチップとのインピーダンスマッチングを実部、虚部ともに容易に行えるＩＣタグを提供すること。
【解決手段】少なくとも、ＩＣチップと、前記ＩＣチップに接続される給電点を有する整合ループ回路と、前記整合ループ回路と磁界結合する放射素子部と、が平面上で離間して設置されていることを特徴とするＩＣタグである。さらに該ＩＣタグは整合ループ回路と放射素子部が分離可能であって整合ループ回路だけで磁界結合により近距離通信が可能となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤシステムなどに用いられるアンテナ装置及びＩＣタグに関する。

ＲＦＩＤシステムは各種の分野で採用されている。例えば、公共の図書館や学校の図書館などにおいては、図書識別情報などが記録されたＲＦＩＤ式図書分類ラベルを図書に貼付して、図書を管理する蔵書管理システムがある。病院におけるカルテ管理システム、流通業における在庫管理システム、宅配管理システム等にも採用されている。

ＲＦＩＤシステムに用いられるＩＣタグは、物品の表面等に実装して使用できるような平面状のタグである。一例として、ダイポールアンテナを備えるＩＣタグを挙げることができる。これは薄い誘電体基板の上に、電波信号を送受信するためのダイポールアンテナとＩＣチップ、メモリー等を組み込んで一体化したものである。ダイポールアンテナを備えるＩＣタグでは、アンテナ長を送受信用電波の波長λの半分（λ／２）に設定することにより良好な利得を得ることができる。

電波信号の送受信を効率的に行うには、ダイポールアンテナのアンテナ長を最適化するとともに、ダイポールアンテナ（以下、単にアンテナとも記す）とＩＣチップの複素インピーダンス（以下、単にインピーダンスと記す）Ｚａ、Ｚｃを複素共役関係とするのが望ましい（ａ：ａｎｎｔｅｎａ，ｃ：ｃｈｉｐ）。ＩＣチップの等価回路を抵抗ＲｃとキャパシタンスＣｃの並列接続、アンテナの等価回路を抵抗Ｒａ、インダクタンスＬａの並列接続と見なすと、ＩＣチップとアンテナからなるシステムはこれらの並列接続となる（図３参照）。したがって、２つの等価回路が送受信電波の周波数ｆｃ（例えば、８６０〜９６０ＭＨｚ）で共振すれば、アンテナの受信パワーがＩＣチップへ、ＩＣチップの送信パワーがアンテナへ十分に供給されることになる。

そこで、アンテナ側にインダクタンス成分Ｌａを付与して、且つ当該インダクタンス成分を調整できるようにするため、給電部から環状のループ回路（以下、整合ループ回路と記す）をダイポールアンテナと並置するように作りこむ技術が開示されている（特許文献１、特に図４、１２等を参照）。

特開２００６−２９５８７９号公報特開２００６−１０９３９６号公報

ところが、ダイポールアンテナとインダクタンス調整用の整合ループ回路が回路として物理的に接続して形成されている場合には、該ループ回路の囲む面積や線幅を調節することでＩＣチップ側とのインピーダンスマッチング（Ｚａ≒Ｚｃ）を行う。しかし、インピーダンスマッチングのために整合ループ回路を変更すると、アンテナ側のインピーダンスＺａの実部も同時に変化するためＩＣチップ側とのインピーダンスマッチングが事実上困難となるという問題がある。
そこで本発明は、整合ループ回路を含むアンテナ側とＩＣチップとのインピーダンスマッチングを実部、虚部ともに容易に行えるＩＣタグアンテナのパターンを提供することとした。

上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも、ＩＣチップと、前記ＩＣチップに接続される給電点を有する整合ループ回路と、前記整合ループ回路から物理的に切り離された放射素子部と、を備え、前記整合ループ回路と前記放射素子部は磁界結合可能な距離に配置されていることを特徴とするＩＣタグとしたものである。

かかる構成のＩＣタグとすることで、整合ループ回路と放射素子部が結合した系のインピーダンス（以下、アンテナ側インピーダンスと記す）の虚部成分であるインダクタンスは整合ループ回路の面積や線幅等で決まり、実部成分である抵抗は整合ループ回路と放射素子部が離間する距離だけで決まるようになる。したがって、離間距離が変化しても虚部のインダクタンスは影響を受けないようにすることができる。
尚、本明細書では、電波を送受信するアンテナは当該アンテナのインダクタンスを制御するための整合ループ回路と物理的に切り離されて形成されているので、放射素子部と記している。

請求項２に記載の発明は、前記整合ループ回路と放射素子部が結合した系のインピーダンスの虚部と、前記ＩＣチップのインピーダンスの虚部と略等しいことを特徴とする請求項1記載のＩＣタグとしたものである。

請求項３に記載の発明は、前記整合ループ回路と放射素子部が結合した系のインピーダンスの実部と、前記ＩＣチップのインピーダンスの実部と略等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣタグとしたものである。

請求項２と請求項３に係る発明は、ＩＣチップとアンテナ側のインピーダンスが一致して電波の送受信の効率が最大となる条件である。

請求項４に記載の発明は、前記放射素子の長さは、アンテナ共振波長の１／２よりも短く、前記整合ループ回路は、前記放射素子部より小さく、前記放射素子部の端部は、中心部より線幅が広い、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣタグとしたものである。

かかる構成とすることで、アンテナ長が短くなり、また放射素子部の両側端部面積を中心部よりを広く設定することで、空間的に離れた放射素子部の容量結合性を高めることができる。その結果、電波の送受信効率が高まる。

請求項５に記載の発明は、前記放射素子部の両端同士が近づく方向に折り曲げて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＩＣタグとしたものである。

かかる構成とすることで、小さなＩＣタグとすることができる。

請求項６に記載の発明は、前記放射素子部の両端部と、放射素子部と前記整合ループとの最接近部分の間に、メアンダライン、スパイラルインダクタ等のインダクタンスを挿入したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＩＣタグとしたものである。

かかる構成とすることで、小面積でありながら放射素子部の実効アンテナ長を長くすることが可能である。

請求項７に記載の発明は、前記ＩＣチップおよび前記整合ループを備える基板と、前記放射素子部を備える基板とが、ミシン目加工により分離可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＩＣタグとしたものである。

かかる構成とすることで、商品に貼付したＩＣタグの放射素子部が形成された基板部分だけを商品上に残して、ミシン目の所から、整合ループ回路とＩＣチップを具備する基板を取り外すことができる。切り離す前は、放射素子部と整合ループが一体でＩＣタグとして機能するが、切り離した後は、整合ループ基板部分だけを磁界結合用ループアンテナとして機能する近接通信用のＩＣタグとして販売商品管理等に利用できる。

商品に添付するタグは元来必要最小限の面積があればよく、売価や品質といった視覚情報と商品管理情報用のＩＣタグ部を備えており、ＩＣタグに対して許容される面積は少ない。そうした中で、従来の商品管理用のＩＣタグは全体でその機能を果たすように設計されているのでそっくりそのまま販売者側の手元に残しておく必要があった。
ところが、本発明のように電波の送受信に必要なＩＣタグ部分と、販売後の商品管理に必要なＩＣタグ部分を分離可能なように機能的に設計・配置をしてあると、後者以外の部分は商品購入者に渡ってもいいことになる。こうすることでＩＣタグ全体として利用可能な面積が増えることになる。例えば、価格・品質情報の記載された部分に、切り離し後には不要なＩＣタグ関連部分、本発明においては、放射素子部を設置できることになる。
さらに、ＩＣタグとして許容される面積が広くなるのでそれだけで該タグの設計の自由度が増し送受信効率が向上させることができる。特に、本発明においては、切り離す前の送受信用アンテナ側とＩＣチップ側のインピーダンスが整合しているので一段と送受信効率の高いＩＣタグを提供できるということになる。

ＩＣタグの基本部分の構成を説明する概略断面視の図である。本発明に係るＩＣタグ用回路パターンの一例を示す正面視の図である。アンテナとＩＣチップの結合系の等価回路の説明図である。本発明になるＩＣタグアンテナの複素インピーダンスの実部と虚部の周波数依存性を整合ループ回路と放射素子の離間距離の関数として表した図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は本実施形態の一例としてのＩＣタグの断面視図である。図１に示すように、ＩＣタグは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）により形成された可撓性を有する基板１を備えている。基板１の厚さは、例えば、２０μｍ〜１００μmの範囲から適宜選択されるが５０μm程度が好ましい。

基板１の表面には、アンテナ回路４が形成されている。アンテナ回路４は、基板１上に概略図２で示すようなパターン状に形成された回路パターンである。該回路パターンは、整合ループ回路８と当該ループ回路８とは電気的に接続していない放射素子部７（アンテナ）からなっている。アンテナ回路４は、例えば、基板１の表面に形成されたアルミニウムの薄膜をエッチング等によりパターニングすることで形成される。その中で、４角形形状の整合ループ回路８は１辺の中央部１０で分離しており、両側の回路パターン端部は略円形状に面積が拡大され、端子部１１が形成されている。

上記端子部１１の中央部１０に対応する基板１の部位では、エポキシ樹脂と金属微粒子を主成分とする異方導電性ペースト２が塗布され、その上部からベアＩＣチップ３が載置され加圧された状態で過熱されることでＩＣチップ３の電極とアンテナ端子部１１との電
気的接続が図られている。ＩＣチップ３と端子部１１の接続は、異方導電性ペースト２以外にワイヤーボンディング、フリップチップ接続等があるが、ベアチップを使用するのかモジュールタイプのＩＣチップを使用するのかなど接続端子数や許容面積に依存して適宜選択することができる。

また図２に示すように、放射素子部７は、整合ループ回路８と該放射素子部７の間の位置にメアンダライン１２、スパイラルインダクタ等のインダクタンス成分を形成して設置することができる。

最終的に、カバー材、アンテナ基材１、カバー材（図示せず）の積層構成としてから加圧しながら適切な温度で熱ラミネートすることによりＩＣタグを得ることができる。カバー材の表面には、価格、材料品質など商品情報を印刷することができ、該商品情報等の印刷は、図２で示す破線の上部側にするのが好ましい。ミシン目をこの破線に沿って入れておくと、ここでＩＣタグは２片に分離できる。購入者に添付しない側、すなわち整合ループ回路８の形成された側を切り取って残しておけば、この整合ループ回路と磁界結合するリーダと組み合わせることでＩＣチップとの近距離通信が可能となる。

使用するＩＣチップの複素インピーダンスは周波数９５０ＭＨｚで２０−ｊ１８３Ω（ｊは虚数単位）であった。この場合アンテナのインピーダンスを複素数２０＋ｊ１８３Ωにすると、インピーダンスがマッチングして、アンテナとＩＣチップ間のパワー交換が最も効率的に行われる。

そこで整合ループ回路をアルミニウムの線幅を１ｍｍ（厚み：１０μｍ）として、ループ長を２００ｍｍ、１６０ｍｍ、１５０ｍｍとしてインピーダンスの虚部を測定したところ、それぞれ２１４Ω、１８３Ω、１５０Ωであった。

次に、図２に示す放射素子部と整合ループ回路のクリアランス９に対応する距離を調整して、整合ループ回路と放射素子部とが結合した系のインピーダンスの実部を調べたところｄ＝２ｍｍで１０Ω、１ｍｍで１５Ωであった。

以上の結果から、１６０ｍｍのループ長を持ち、放射素子部とのクリアランスを１ｍｍとして所望のインピーダンスを得ることができた。

比較のため、電磁場解析シミュレータを使用して、図２に対応する整合ループ回路と放射素子部との結合系の複素インピーダンスの周波数依存性（０．７ＧＨｚ〜１．２ＧＨｚ）を離間距離４の関数として求めたところ図４に示す結果が得られた。この図から離間距離を変えても虚部のインダクタンスは変化がなく、実部（放射抵抗）だけが変化することが分かる。以上から、アンテナ側インダクタンスをＩＣチップのインダクタンスに一致させ、離間距離４を変えて抵抗成分も一致させるように配線パターンを設計すれば双方のインピーダンスマッチングが図れるということである。

１・・・アンテナ基材
２・・・ＩＣチップ
３・・・リードフレーム
４・・・回路パターン（放射素子部、整合ループ）
５・・・カバーフィルム
６・・・凹部
７・・・放射素子部
８・・・整合ループ回路
９・・・クリアランス
１０・・・整合ループ回路中央部（給電点）
１１・・・接続用端子部

Claims

少なくとも、ＩＣチップと、
前記ＩＣチップに接続される給電点を有する整合ループ回路と、
前記整合ループ回路から物理的に切り離された放射素子部と、を備え、
前記整合ループ回路と前記放射素子部は磁界結合可能な距離に配置されていることを特徴とするＩＣタグ。
前記整合ループ回路と放射素子部が結合した系のインピーダンスの虚部が、前記ＩＣチップのインピーダンスの虚部と略等しいことを特徴とする請求項1記載のＩＣタグ。
前記整合ループ回路と放射素子部が結合した系のインピーダンスの実部が、前記ＩＣチップのインピーダンスの実部と略等しいことを請求項１又は請求項２に記載のＩＣタグ。
前記放射素子の長さは、アンテナ共振波長の１／２よりも短く、
前記整合ループ回路は、前記放射素子部より小さく、
前記放射素子部の端部は、中心部より線幅が広い、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣタグ。
前記放射素子部の両端同士が近づく方向に折り曲げて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＩＣタグ。
前記放射素子部と前記整合ループとの最接近部分の間に、メアンダライン、スパイラルインダクタ等のインダクタンスを挿入したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＩＣタグ。
前記ＩＣチップおよび前記整合ループを備える基板と、前記放射素子部を備える基板とが、ミシン目加工により分離可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＩＣタグ。