JP2012039242A - Rfタグ、磁性体アンテナ及び当該rfタグを実装した基板、通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁誘導方式を利用し情報を送受信するための磁性体アンテナ20にIC10を実装したRFタグであり、前記磁性体アンテナは一つの磁性体コア3に、インダクタンスL1が特定の関係式を満たすコイル4−1を重ねて巻く際に寄生容量が大きくならないようにバンク巻きで複数個形成し、前記各コイルは電気回路上並列に接続し、且つ、磁性体コアに直列に配置しており、磁性体アンテナの合成インダクタンスL0が特定の関係式を満たすことを特徴とするRFタグである。
【選択図】図1
Description
<関係式(1)>
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L1:コイル1個のインダクタンス)
<関係式(2)>
L0 ≦ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L0:磁性体アンテナの合成インダクタンス)
<関係式(1)>
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L1:コイル1個のインダクタンス)
<関係式(2)>
L0 ≦ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L0:磁性体アンテナの合成インダクタンス)
<関係式(1)>
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
<関係式(2)>
L0≦1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
例えば、RFIDタグ用途では13.56MHzでの透磁率が70〜120、民生FM放送受信用途では100MHzでの透磁率が10〜30になるようなフェライト組成を選択すると磁性損失が少ないので好ましい。
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
<関係式(2)>
L0 ≦ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
次いで、図3−1に示すように、積層した磁性層に所望の数のスルーホール(e、f、i、j、m、n)を開ける。前記スルーホールのそれぞれに電極材料を流し込む。また、スルーホールと直角になる両面に、スルーホールと接続してコイル状(巻き線状)となるように電極層(2)を形成する。
更に、前記内側のコイルを作製しした外側部分に磁性層を積層し、図3−2のa、b、c、d、g、h、k、l等に相当する部分にスルーホールを形成する。前記と同様にして、スルーホールに電極材料を流し込むとともに、各スルーホールを接続するように電極層を形成する。その際、例えば、b‘とc’とが接続されるようにする。
スルーホールに流し込んだ電極材料と電極層によって、磁性層が長方形のコアとなるように複数個のコイル(図2の4−1)を形成する。そして、複数個のコイル(図2の4−1)が電気回路上並列となるように接続する。このとき、複数個が直列に配置されたコイルの両端のコイルを形成する磁性層の両端が磁性回路上開放となる構成となる(4−2)。
別に、非磁性粉末及びバインダーを混合した混合物をシート状にした単層あるいは複数の層を積層した非磁性層を形成する。
次に、図4(a)に示すように、磁性層(5)と非磁性層(8)とを交互に、全体の厚みが所望の厚さとなるように積層する。
次いで、積層した磁性層及び非磁性層に所望の数のスルーホール(1)を開ける。前記スルーホールのそれぞれに電極材料を流し込む。また、スルーホールと直角になる両面に、スルーホールと接続してコイル状(巻き線状)となるように電極層(2)を形成する。スルーホールに流し込んだ電極材料と電極層によって、磁性層が長方形のコアとなるようにコイルを形成する。このとき、コイルを形成する磁性層の両端が磁性回路上開放となる構成となる。
導電層を形成する材料、また、スルーホールに流し込む電極材料としては、Agペーストが適しており、その他のAg系合金ペースト等、金属系導電性ペーストを使用することができる。
本発明に係る磁性体アンテナは、一つの磁性体コアを中心として電極材料がコイル状となるように形成された複数のコイルを、巻線を重ねて巻く際に寄生容量が大きくならないようにバンク巻きでコイルを複数個形成し、その複数個のコイルを電気回路上並列に接続し、コイルは共有する磁性体コアに直列配置することで、使用する共振周波数に制限を受けていたコイルのインダクタンスL1を可能な限り大きくし、磁性体アンテナのインダクタンスL0は共振周波数に制御したので、通信感度の向上が期待できる。
e=―L(dI/dt)
f0=1/2π(L×C)
e=−M(dI/dt)=k((L1L2)^(1/2))×(dI/dt)
L1:リーダ/ライタのアンテナのインダクタンス
L2:タグのアンテナのインダクタンス
L0=L1(コイル1個分)/コイルの個数
<式(7)>
C0=C1(コイル1個分)×コイルの個数
ここで、合成の寄生容量が大きくなれば、関係式(2)を満たす合成のインダクタンスの上限が小さくなってしまうので、交信感度を向上させるのには不都合となってしまう。
本発明では、並列で接続する複数個のコイルの寄生容量を小さく出来るため、1個のコイルの寄生容量を小さくすることで、合成の寄生容量を小さくし、交信感度を向上させることができたものである。
Qを大きく設計することは、共振回路としてはコイルで受けた電力をQ倍するので望ましいが、必要以上に大きく取ると外部環境やIC等バラつきによる変動で周波数ズレによる交信感度の変動が大きくなってしまうので、下記式(7)となるように設計すればよい。
Q=13.56MHz/(利用する帯域)
磁性層(5)用として、900℃焼結後に13.56MHzでの材料としての透磁率が100になるNi−Zn−Cuフェライト仮焼粉(Fe2O3 48.5モル%、NiO 25モル%、ZnO 16モル%、CuO 10.5モル%)100重量部、ブチラール樹脂8重量部、可塑剤5重量部、溶剤80重量部をボールミルで混合しスラリーを製造した。出来たスラリーをドクターブレードでPETフィルム上に150mm角で、焼結時の厚みが0.1mmになるようにシート成型した。
共振周波数は、アジレントテクノロジー株式会社インピーダンスアナライザーE4991Aに1ターンコイルを接続し、これとRFタグを結合させ、測定されるインピーダンスのピーク周波数をもって共振周波数とした。
交信距離は、出力100mWのリーダ/ライタ(株式会社タカヤ製、製品名TR3−A201/TR3−C201)のアンテナを水平に固定し、その上方にRFタグの長手方向をアンテナに対して垂直に位置させて、13.56MHzで交信が可能な限り高い位置の時のアンテナとRFタグの垂直方向の距離を交信距離とした。
磁性層(5)用として、900℃焼結後に13.56MHzでの材料としての透磁率が100になるNi−Zn−Cuフェライト仮焼粉(Fe2O3 48.5モル%、NiO 25モル%、ZnO 16モル%、CuO 10.5モル%)100重量部、ブチラール樹脂8重量部、可塑剤5重量部、溶剤80重量部をボールミルで混合しスラリーを製造した。出来たスラリーをドクターブレードでPETフィルム上に150mm角で、焼結時の厚みが0.1mmになるようにシート成型した。
実施例1と同様に製造した磁性層(5)用グリーンシートにガラスセラミックのペーストを0.02mmの厚みで印刷し、10層積層した。
上記磁性層(5)用グリーンシートにスルーホール(1)を開けその中にAgペーストを充填して、かつスルーホール1と直角になる両面にAgペーストを印刷して積層し、各コイルをバンク巻きとし、コイル(4)を形成した。
実施例1と同様に製造した磁性層(5)用グリーンシートと非磁性層(8)用のガラスセラミックのグリーンシートを、それぞれ同様の厚み0.1mmで成膜した。得られたシートをそれぞれ0.1mm幅でセラミックグリーンシート積層体切断機(UHT株式会社製G−CUT)を用いて切断した。次いで、図4(b)に示すように磁性層と非磁性層が順番になるように1枚のシート状に並べて加圧接着した。得られたシートを縦方向にも磁性層と非磁性層が順番になるよう10枚積み重ねて加圧接着できるよう準備し、一つ一つのシートにスルーホール(1)を開けその中にAgペーストを充填して、かつスルーホール(1)と直角になる両面にAgペーストを印刷して10枚積層し、各コイルをバンク巻きとし、コイル(4)を形成した。
実施例1と同様に製造した磁性層(5)用グリーンシートと非磁性層(8)用のガラスセラミックのグリーンシートを、それぞれ同様の厚み0.1mmで成膜した。得られたシートをそれぞれ0.1mm幅でセラミックグリーンシート積層体切断機(G−CUT/UHT)を用いて切断した。次いで、図4(c)に示すように磁性層と非磁性層が順番になるように1枚のシート状に並べて加圧接着した。得られたシートとガラスセラセラミックのグリーンシートを交互に10枚ずつ積み重ねて加圧接着できるよう準備し、一つ一つのシートにスルーホール(1)を開けその中にAgペーストを充填して、かつスルーホール(1)と直角になる両面にAgペーストを印刷して10枚積層し、各コイルをバンク巻きとし、コイル(4)を形成した。
実施例1と同様に製造したスラリーを用いて、磁性層(5)用の棒状の磁性体を作製した。図4(d)に示すように作成した棒状の磁性体を容器内に並べ、非磁性ガラスセラミックのスラリーを流し込み厚み1mmのシートを作製した。得られたシートとガラスセラミックのグリーンシート10枚積み重ねて加圧接着できるよう準備し、図4に示すように、一つ一つのシートにスルーホール(1)を開けその中にAgペーストを充填して、かつスルーホール(1)と直角になる両面にAgペーストを印刷して10枚積層し、各コイルをバンク巻きとし、コイル(4)を形成した。
巻き数が23ターンのコイルが1個形成できるようにした以外は、前記磁性体アンテナ1と同様に製造した。100mWのリーダ/ライタで交信する距離は6.0cmであった。
コイルの巻き方をソレノイド巻きで作製した以外は前記磁性体アンテナ1と同様に製造した。1個のコイルの寄生容量は4.5pFであった。
また、ソレノイド巻きと比較すると、1個のコイルの寄生容量を小さくすることが出来て、交信感度の向上を図ることが出来る。バンク巻きにすることで、巻線の長さを短くすることが出来るので、小型化に有利である。
2 電極層(コイル電極)
3 コア
4 コイル
4−1 コイルの最小単位
4−2 コイル開放端面
5 磁性層
6 絶縁層
7 導電層
8 非磁性層
9 IC接続用電極層(端子)
10 IC
11 コンデンサー電極
12 コンデンサー
14 基板接続用電極層
15 基板
20 磁性体アンテナ
Claims (5)
- 電磁誘導方式を利用し情報を送受信するための磁性体アンテナにICを実装したRFタグであり、前記磁性体アンテナは一つの磁性体コアに、インダクタンスL1が関係式(1)を満たすコイルを複数個形成するとともに各コイルの巻き方をバンク巻きとし、前記各コイルは電気回路上並列に接続し、且つ、磁性体コアに直列に配置しており、磁性体アンテナの合成インダクタンスL0が関係式(2)を満たすことを特徴とするRFタグ。
<関係式(1)>
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L1:コイル1個のインダクタンス)
<関係式(2)>
L0 ≦ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L0:磁性体アンテナの合成インダクタンス) - 請求項1記載のRFタグを樹脂で被覆した複合RFタグ。
- 請求項1記載のRFタグに用いる磁性体アンテナであって、該磁性体アンテナはICを実装した際に、一つの磁性体コアにインダクタンスL1が関係式(1)を満たすコイルを複数個形成するとともに各コイルの巻き方をバンク巻きとし、前記各コイルは電気回路上並列に接続し、且つ、磁性体コアに直列に配置しており、磁性体アンテナの合成インダクタンスL0が関係式(2)を満たすことを特徴とする磁性体アンテナ。
<関係式(1)>
L1 ≧ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L1:コイル1個のインダクタンス)
<関係式(2)>
L0 ≦ 1/(4π2×(動作周波数)2×(IC容量+アンテナの寄生容量))
(L0:磁性体アンテナの合成インダクタンス) - 請求項1記載のRFタグ又は請求項2記載の複合RFタグを実装した基板。
- 請求項1記載のRFタグ又は請求項2記載の複合RFタグを用いた通信システム。
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