JP2011175340A - Ｉｃタグ媒体、および同媒体を貼付された導電性物品 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性物品に貼り付けて用いるＩＣタグを小型化し、かつ、リーダライタと適正に通信させる。
【解決手段】少なくとも、無線用ＩＣチップと、前記無線用ＩＣチップに電気接続される端子部を有する整合ループ回路と、前記整合ループ回路を表面に形成した基板と、前記基板を導電性物品に固定する固定手段を有し、前記整合ループ回路の前記端子部間の配線の中央部分に整合ループ回路の配線の全長の半分以上の長さにわたる幅広パターンの接続パッド部を有するＩＣタグ媒体を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性物品に貼付されて使用される非接触式のＩＣタグ媒体およびそのＩＣタグ媒体を貼付した導電性物品に関する。

従来、無線周波数識別（ＲＦＩＤ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を利用した非接触式のＩＣタグとして、ラベル基材の裏面に設けた粘着剤層にＲＦＩＤ用ＩＣと電磁放射素子を着設して、そのＩＣと電磁放射素子を挟み込むように折り畳んでラベル基材の端部に物品貼付部を設け、該物品貼付部の粘着剤層によって前記ラベル基材を物品に接着してＩＣタグを物品に貼付するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１９６３７７号公報

しかし、金属製の物品等の導電性物品にＩＣタグを取り付けると、その導電性物品がＩＣタグの電磁放射素子に影響して電磁放射素子の共振周波数がずれてしまい通信を妨害する問題があった。また、ＩＣタグが電磁放射素子の寸法によりサイズが大きくなり、その電磁放射素子の寸法を無理に小さく設計すると、電磁放射素子からの電磁界の放射量が少なくなる問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、導電性物品に貼り付けて用いるＩＣタグ媒体で、リーダライタとの適正な通信が可能で、かつ、容易に小型化が可能なＩＣタグ媒体を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、少なくとも、無線用ＩＣチップと、前記無線用ＩＣチップに電気接続される端子部を有する整合ループ回路と、前記整合ループ回路を表面に形成した基板と、前記基板を導電性物品に固定する固定手段を有し、前記整合ループ回路の前記端子部間の配線の中央部分に整合ループ回路の配線の全長の半分以上の長さにわたる幅広パターンの接続パッド部を有することを特徴とするＩＣタグ媒体である。

また、本発明は上記のＩＣタグ媒体であって、上記ＩＣタグ媒体から上記接続パッド部を部分的に切り離して上記接続パッド部の面積を変えるミシン目を形成したことを特徴とするＩＣタグ媒体である。

また、本発明は上記のＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品であって、上記整合ループ回路の細幅部分の長さと線幅が上記整合ループ回路のインピーダンスの虚数成分を上記無線用ＩＣチップのインピーダンスの虚数成分と整合させたことを特徴とするＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品である。

また、本発明は上記のＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品であって、上記ＩＣタグ媒体に、上記無線用ＩＣチップ部分を上記導電性物品から切り離すミシン目が形成されたことを特徴とするＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品である。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。すなわち、本発明によれば、導電性物品にＩＣタグ媒体を貼り付けるようにし、そのＩＣタグ媒体には整合ループ回路を形成し、その整合回路が幅広パターンの接続パッド部を有する。そして、その接続パッド部で導電性物品にＩＣタグ媒体を貼り付けるか機械的に固定し、接続パッド部分を基板を介して導電性物品に容量結合させるか、あるいは、接続パッド部分を導電性物品に直接に電気接続させることで、接続パッド部分を導電性物品に電気的に結合させる。これにより、接続パッド部分を電気的に結合させた導電性物品自体を電磁放射素子として用いることで、ＩＣタグを小型化できる効果がある。また、整合ループ回路のインピーダンスの虚数成分を無線用ＩＣチップ２のインピーダンスの虚数成分と整合させることで、導電性物品の形状によらず、リーダライタと良好な通信を行える効果がある。

また、本発明は、ＩＣタグ媒体から接続パッド部を部分的に切り離して接続パッド部の面積を変えるミシン目を形成することで、導電性物品の形状の違いによる導電性物品の電磁界の発生特性の違いに対応して、リーダライタと良好な通信を行える、適切な面積の接続パッドを形成し、また、適切な形の整合ループ回路を形成することができる効果がある。

（ａ）本発明の第１の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す側断面図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係るＩＣタグ媒体と導電性物品を示す側断面図である。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態のＩＣタグ媒体の側断面図であり、図１（ｂ）は平面図を示す。図１に示すように、ＩＣタグ媒体は、基板１を備えている。基板１としては、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絶縁性の基板１が好ましい。可撓性を有する基板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。また、絶縁性の基板１として、硬化したエポキシ樹脂基板やベークライト基板やセラミックス基板等のように硬く０．１ｍｍ以上の厚さを持ったいリジッド基板を用いても良い。そして、基板１上に形成した整合ループ回路１０のパターンの一部の接続パッド部１２を基板１を介して導電性物品４と電気的に結合させる。また、図５（ａ）のように、金属部材から成る接続パッド部１２を絶縁体内に埋め込んで、それらの金属部材の接続パッド部１２間をその絶縁体で絶縁した構成の基板１を用いても良い。更に、整合ループ回路１０を形成した基板１を、図１（ａ）とは導電性物品４に対向する表裏の面を逆にして、図５（ｂ）のように、整合ループ回路１０の面を導電性物品４に接するようにし、導電性材料の接着剤を用いるかハンダ付けする等による固定手段５で整合ループ回路１０の接続パッド部１２を導電性物品４に直接に電気接続するようにしても良い。

図１（ａ）の側断面図及び図１（ｂ）の平面図に示すように、基板１の表面に整合ループ回路１０を形成し、例えば、絶縁性の基板１の表面に形成し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整合ループ回路１０を形成する。その整合ループ回路１０の配線の両端の端子部１１に無線用ＩＣチップ２のバンプ電極３を電気接続する。整合ループ回路１０の端子部１１間の配線の中央部分に、整合ループ回路１０の配線の長さの半分以上の長さにわたる幅広パターンの接続パッド部１２を形成する。すなわち、整合ループ回路１０の配線は、細幅部分１３と接続パッド部１２からなり、接続パッド部１２の長さが整合ループ回路１０の配線の全長の半分以上の長さを持つ。この接続パッド部１２を、ＩＣタグ媒体の基板１を介して接着層で構成した固定手段５、あるいはネジ止め等の機械的な固定手段５により、導電性物品４と電気的に結合させる。この固定手段５は、導電性材料の接着剤あるいは基板１の下面に形成したパッドのパターンとハンダ付けする等の固定手段５で導電性物品４と電気接続しても良く、その場合は、電気的結合の結合度は、固定手段５の厚さには依存せず絶縁性の基板１の厚さのみに依存するので、電気的接合の結合度を正確に管理できる効果がある。

このＩＣタグ媒体を、基板１の下面に形成した接着層等の固定手段５で、スチール缶、アルミニウム缶等の金属製容器等、あるいは、金属製パレット等の導電性物品４に貼り付ける。それにより、接続パッド部１２が絶縁性の基板１を介して固定手段５で導電性物品４に固定されることで、導電性物品４と電気的に結合して、導電性物品４自体を電磁放射素子として働かせて１つのＩＣタグとして機能させることができる。こうして、ＩＣタグ媒体を導電性物品４と組み合わせてＩＣタグを構成してリーダライタと通信させることができる。なお、この無線用ＩＣチップ２の上面と整合ループ回路１０と基板１の上方にポリイムド、液晶ポリマー等の可撓性のあるフィルムあるいはＦＲ４基板を貼り付けた保護層を形成することもできる。

このＩＣタグ媒体は、整合ループ回路１０の配線の細幅部分１３の長さと線幅を調整することで、整合ループ回路１０のインピーダンスの虚数成分を調整する。また、整合ループ回路１０の接続パッド部１２の面積を調整することで、導電性物品４と整合ループ回路１０の電気的結合の結合度合いを調整でき、それにより、導電性物品４からの電磁界放射の量が決まり、整合ループ回路１０のインピーダンスの実数成分が変わる。これにより、整合ループ回路１０のインピーダンスの実数成分を調整することができる。結合係数の変化では、整合ループ回路１０のインピーダンスの虚数成分はあまり変化しないので、整合ループ回路１０のインピーダンスの虚数成分と実数成分を独立に調整することができ、インピーダンスの調整が容易である効果がある。この接続パッド部１２の面積の調整のために、図１（ｂ）のように、ＩＣタグ媒体から接続パッド部１２を部分的に切り離して接続パッド部１２の面積を変える横方向のミシン目７をＩＣタグに、図１（ｂ）の破線の位置に形成する。すなわち、整合ループ回路１０と基板１とを貫通するミシン目７を形成する。

これらを以下のように調整することで、整合ループ回路１０のインピーダンスの虚数成分と実数成分を調整して、整合ループ回路１０のインピーダンスを無線用ＩＣチップ２のインピーダンスと整合させる。整合ループ回路１０を、その端子部１１から見たインピーダンス（Ｚ）は実数成分（Ｒ）と虚数成分（Ｘ）の和で表され、整合ループ回路１０の形状が小さくなると電流経路長も短くなるため、そのインダクタンス（Ｌ）とインピーダンス（Ｘ＝ωＬ）が小さくなる。また、整合ループ回路１０の配線の細幅部分１３の線幅を狭くすると、そのインピーダンスを大きくできる。

０．９５ＧＨｚで使用するある無線用ＩＣチップ２の複素インピーダンスは、２０Ω−ｊ１８３Ω（ｊは虚数単位）であった。この場合は、整合ループ回路１０のインピーダンスを２０Ω＋ｊ１８３Ωにすればインピーダンスが整合する。厚さ１０μｍのアルミニウムの金属膜パターンで形成した整合ループ回路１０の細幅部分１３の線幅を１ｍｍにして、幅部分１３の長さを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。そのため、線幅が１ｍｍで長さが１６０ｍｍの細幅部分１３を有する整合ループ回路１０を用いることで、インピーダンスの虚部を整合できる。０．９５ＧＨｚでインピーダンスの虚部が１８３Ωとなる整合ループ回路１０の自己インダクタンスは３１ｎＨである。他の整合ループ回路１０の形として、縦８ｍｍで横３２ｍｍで長さ８０ｍｍの１巻きのループ状の整合ループ回路１０を用いることもできる。この場合の長さは先の事例の半分であるが、線幅を１ｍｍより十分細い０．１ｍｍ程度の幅にして単位長さあたりのインダクタンスを大きくした細幅部分１３を設けることで３１ｎＨの自己インダクタンスを得ることができる。

また、整合ループ回路１０の接続パッド部１２の面積を変えて調整することで、導電性物品４と整合ループ回路１０の電気的結合の結合度合いを調整でき、それにより、導電性物品４からの電磁界放射の量が決まり、整合ループ回路１０のインピーダンスの実数成分が変わる。これにより、インピーダンスを調整する。整合ループ回路１０のインピーダンスを無線用ＩＣチップ２のインピーダンスに近づけて整合することができる適切な電気的結合の大きさは導電性物品４の電磁放射素子としての放射効率によって変わる。そのため、導電性物品４の形に応じて接続パッド部１２の面積を適切な面積にして、整合ループ回路１０のインピーダンスの実部を、無線用ＩＣチップ２の複素インピーダンスの実部の値の２０Ωに合わせる。なお、インピーダンスの実部については、それが理想的な値の数倍あるいは数分の１であっても導電性物品４を電磁放射素子として動作させることができるので、接続パッド部１２の面積については、導電性物品４毎に厳密に調整しないでも実用上支障が無い。このように、接続パッド部１２で整合ループ回路１０が導電性物品４とすることで、導電性物品４自体を電磁放射素子として機能させて、放射電波の強度を増すことでＩＣタグ媒体をリーダライタと通信させることができる効果がある。

このようにして、整合ループ回路１０の細幅部分１３の長さと線幅、そして、接続パッド部１２の面積を調整して、無線用ＩＣチップ２のインピーダンスを整合ループ回路１０のインピーダンスに整合させることで、無線用ＩＣチップ２から導電性物品４に効率良く電力を供給させて導電性物品４から電磁波を放射させることができる。

なお、無線用ＩＣチップ２を整合ループ回路１０に電気接続するには、ハンダ付けによる電極接続手段６を用いることができる。あるいは、電極接続手段６として、整合ループ回路１０の端子部１１に、エポキシ樹脂と金属微粒子を主成分とする異方性導電ペースト（ＡＣＰ）、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、非導電ペースト（ＮＣＰ）等の電極接続手段６を用いて、その上部から無線用ＩＣチップ２を載置して加圧した状態で過熱して熱硬化性の樹脂を硬化させることで、無線用ＩＣチップ２のバンプ電極３と整合ループ回路１０の端子部１１とを電気接続することもできる。更に、異方導電性ペースト等の電極接続手段６以外に、ワイヤーボンディング、フリップチップ接続等の電極接続手段６を用いて、無線用ＩＣチップ２のバンプ電極３と端子部１１を接続することもできる。無線用ＩＣチップ２を使用するかＩＣを配線基板に実装したＩＣモジュールを使用するかなどの実装形態の違いや、接続するバンプ電極３の許容面積や数に依存して、電極接続手段６の種類を適宜選択することができる。

また、このＩＣタグ媒体は、図１（ｂ）のように、ＩＣタグ媒体の接続パッド部１２の領域を、スチール缶、アルミニウム缶等の金属製容器から成る導電性物品４に貼付して使用し、ＩＣタグ媒体をミシン目７で切り離すことで、導電性物品４に貼り付けた接続パッド部１２の領域からＩＣタグ媒体の無線用ＩＣチップ２の部分を切り離すようにすることができる。これにより、購入商品に添付しない側、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、その整合ループ回路１０をリーダライタに磁界結合させて近接通信させて無線用ＩＣチップ２の記憶データをリーダライタが読み取ることで顧客サービスをする情報を取得することもできる。このＩＣタグ媒体を貼付する導電性物品４は、上記のも
のに限らず、スチールやアルミニウムの箔を被覆した金属以外の筒状容器、箱であっても良い。

（第２の実施形態）
図２に本発明の第２の実施形態の平面図を示す。第２の実施形態では、金属製パレットの２つの金属製の床板から成る導電性物品４に、ＩＣタグ媒体を２つの導電性物品４をまたいで貼付する。この導電性物品４を構成する金属製の床板は、例えば、長さが１０００ｍｍで幅が８０ｍｍの鉄製の床板を複数、１０ｍｍ隔てて平行に並べて配置し、その床板の先端部分は鉄製の梁で接続されている。ＩＣタグ媒体には、第１の実施形態と同じ形状のＩＣタグ媒体を用いる。そのＩＣタグ媒体の整合ループ回路１０の両端に、すなわち、無線用ＩＣチップ２から最遠のＩＣタグ媒体の両端の整合ループ回路１０の部分の接続パッド部１２を、ＩＣタグ媒体を固定手段５で固定した導電性物品４部分に電気的に結合させる。これにより、金属製パレットの２つの金属製の床板を電磁放射素子として電磁波を放射してリーダライタと通信することができる。また、導電性物品４の形状の違いにより電磁波の放射抵抗が変わり整合ループ回路１０の端子部１１にあらわれるインピーダンスの実数成分が変わる。その導電性物品４の形状の違いに対応して整合ループ回路１０の接続パッド部１２の面積を調整するために、図２のように、ＩＣタグ媒体から接続パッド部１２を部分的に切り離して接続パッド部１２の面積を変える縦方向のミシン目８をＩＣタグの左右端部分に形成する。なお、このミシン目８は、無線用ＩＣチップ２の部分をＩＣタグ媒体の左右端に貼り付けた導電性物品４から切り離すために利用することもできる。

（第３の実施形態）
図３に本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、ＩＣタグ媒体を導電性物品４に貼り付ける左右の端部の近くでのみ整合ループ回路１０を幅広パターンにした接続パッド部１２を形成する。すなわち、第２の実施形態のＩＣタグ媒体の整合ループ回路１０の端子部間の配線の中間部分の接続パッド部１２をミシン目７で切り離すことで、その部分の接続パッド部１２の形を変えて、その部分を細幅部分１３に形成する。これは、ＩＣタグ媒体の左右の導電性物品４の寸法が大きく導電性物品間に大きな浮遊容量が発生し、それにより整合ループ回路１０の端子部１１のインピーダンスの虚数成分（Ｘ）が変わってしまう時、そのインピーダンスの虚数成分（Ｘ）の変化を補正するために細幅部分１３の長さを変えた整合ループ回路１０である。第２の実施形態のＩＣタグ媒体から、この新たな細幅部分１３を追加したＩＣタグ媒体を形成するには、第２の実施形態のＩＣタグ媒体をミシン目７で切り離すことで容易にＩＣタグ媒体の整合ループ回路１０の形状を切り替えるようにすることができる。

（第４の実施形態）
図４に本発明の第４の実施形態の平面図を示す。図５に、第４の実施形態の側断面図を示す。第４の実施形態は、２つの金属缶等の２つの導電性物品４を１組にして、ＩＣタグ媒体で連結する。すなわち、ＩＣタグ媒体の２つの接続パッド部１２を２つの導電性物品４に電気的に結合させる。ＩＣタグ媒体の接続パッド部１２に電気的に結合した２つの導電性物品４を電磁放射素子とすることで、電磁界の放射効率を高くする。２つの筒状の金属缶を重ねて、一方の金属缶の下端と他方の金属缶の上部の間をＩＣタグ媒体で接続することができる。あるいは、２つの金属缶を併置して、両方の金属缶の腹部同士をＩＣタグ媒体で接続しても良い。

以上のように、本発明は、金属製品の導電性物品４に貼付して使用するＩＣタグ媒体であって、また、その適用する周波数は０．９５ＧＨｚに限らず、２．５４ＧＨｚの周波数帯で使用するＩＣタグにも利用できる。本発明に係るＩＣタグ媒体によれば、導電性物品４に貼付して使用する場合、貼付する箇所の制限を受けることがなく、簡単に導電性物品
４に貼付することができ、固定設置または携帯式の無線リーダライタとの間の無線通信を、導電性物品４の姿勢に影響されることなく、的確に行わせることができ、取扱も容易である効果がある。

１・・・基板
２・・・無線用ＩＣチップ
３・・・バンプ電極
４・・・導電性物品
５・・・固定手段
６・・・電極接続手段
７、８・・・ミシン目
１０・・・整合ループ回路
１１・・・端子部
１２・・・接続パッド部
１３・・・細幅部分

Claims (4)

1. 少なくとも、無線用ＩＣチップと、前記無線用ＩＣチップに電気接続される端子部を有する整合ループ回路と、前記整合ループ回路を表面に形成した基板と、前記基板を導電性物品に固定する固定手段を有し、前記整合ループ回路の前記端子部間の配線の中央部分に整合ループ回路の配線の全長の半分以上の長さにわたる幅広パターンの接続パッド部を有することを特徴とするＩＣタグ媒体。
2. 請求項１記載のＩＣタグ媒体であって、前記ＩＣタグ媒体から前記接続パッド部を部分的に切り離して前記接続パッド部の面積を変えるミシン目を形成したことを特徴とするＩＣタグ媒体。
3. 請求項１記載のＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品であって、前記整合ループ回路の細幅部分の長さと線幅が前記整合ループ回路のインピーダンスの虚数成分を前記無線用ＩＣチップのインピーダンスの虚数成分と整合させたことを特徴とするＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品。
4. 請求項３記載のＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品であって、前記ＩＣタグ媒体に、前記無線用ＩＣチップ部分を前記導電性物品から切り離すミシン目が形成されたことを特徴とするＩＣタグ媒体を貼付された導電性物品。

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