JP2012209970A - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】金属物品に搭載してもＲＦＩＤシステムとして機能する無線ＩＣモジュールを提供する。
【解決手段】無線ＩＣモジュール６の搭載面に対して、ループ状電極７のループ面がほぼ垂直に向くように、ループ状電極７を形成する。ループ状電極７は磁界アンテナとして作用し、金属物品６０と電磁界結合して金属物品６０の表面がアンテナの放射体として作用する。
【選択図】図3

Description

本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、非接触でデータ通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線ＩＣデバイス、無線ＩＣモジュール、および、無線ＩＣモジュールの製造方法に関する。
近年、物品を管理するための情報を電子的に記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、この無線ＩＣチップとリーダライタとの間で無線信号の送受信を行うアンテナとを備えた無線ＩＣデバイスが開発されている。このような無線ＩＣデバイスを用いたシステムはＲＦＩＤシステムと呼ばれ、無線ＩＣデバイス（カード、タグ、インレットなどの形態をとる）と、これに対して読み書きを行うリーダライタとの組み合わせにより、個体認証やデータの送受信に利用可能である。
ところで、このような非接触型のＲＦＩＤシステムにおいては、無線ＩＣデバイスを添付する対象物である物品が、金属、水分、塩分などを含むものである場合、物品に渦電流が生じ、その渦電流による影響でアンテナが正常に動作しない場合がある。すなわち、物品にアンテナを平面的に貼付すると、前記渦電流で電磁波が吸収されてしまうため、情報の送受信が不良または不可能になることがある。そして、この不具合は、高周波帯で動作する無線ＩＣデバイスにおいて特に顕著であった。
そこで、例えばＨＦ帯で動作する無線ＩＣデバイスでは、特許文献１〜３に開示されているように、アンテナと物品との間に磁性部材を配置する手法がある。また、ＵＨＦ帯で動作する無線ＩＣデバイスでは、特許文献４，５に開示されているように、アンテナを物品から離間して配置する手法がある。
しかしながら、アンテナと物品との間に磁性部材を配置したり、アンテナを物品から離間したりする手法では、多様な用途に適用するために要求されている、小型・薄型化に対応できないという問題があった。
特開２００４−３０４３７０号公報 特開２００５−３４０７５９号公報 特開２００６−１３９７６号公報 特開２００７−１７２３６９号公報 特開２００７−１７２５２７号公報
そこで、本発明の目的は、小型・薄型化を損なうことなく、金属・水分・塩分などを含む物品に貼付しても非接触型のＲＩＦＤシステムとして機能する無線ＩＣデバイス、無線ＩＣモジュール、および、無線ＩＣモジュールの製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明の第１の形態である無線ＩＣデバイスは、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、放射体として作用する放射電極と、前記放射電極の面に対して垂直にある垂直電極部を複数有し、該垂直電極部を含む電極をループ状に形成した、前記無線ＩＣおよび前記放射電極と結合するループ状電極と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第２の形態である無線ＩＣモジュールは、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールであって、前記ループ状電極は、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直にある垂直電極部を複数有していることを特徴とする。
また、本発明の第３の形態である無線ＩＣモジュールの製造方法は、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールの製造方法であって、線状電極をパターニングした金属板を用意する工程と、前記金属板を基板に巻きつけながら折り曲げて、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直である複数の垂直電極部を有する、ループ状電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第４の形態である無線ＩＣモジュールの製造方法は、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールの製造方法であって、線状電極をパターニングした金属板を用意する工程と、前記金属板を基板に巻きつけながら折り曲げて、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直である複数の垂直電極部を有する、ループ状電極を形成する工程と、前記折り曲げた金属板を樹脂でモールドする工程と、を備えたことを特徴とする。
前記無線ＩＣデバイスにおいて、無線ＩＣおよび放射電極と結合するループ状電極は、ループ状電極を構成する垂直電極部が放射電極に対して垂直にあるので、放射電極に対して平行に磁界が形成される。これにより、放射電極に対して垂直に電界が誘起され、この電界ループによって磁界ループが誘起され、その連鎖により電磁界分布が広がる。
また、垂直電極部が複数形成されているので、発生する磁界が多くなり、高い利得によって通信することができる。
本発明によれば、無線ＩＣデバイスおよび／または無線ＩＣモジュールの小型・薄型化を維持するとともに、金属、水分、塩分などを含む物品に搭載しても非接触型のＲＦＩＤシステムとして機能させることができる。
第１実施例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）のI−I線断面図、（Ｄ）は（Ａ）のII−II線断面図である。 第１実施例である無線ＩＣモジュールおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図２に示した無線ＩＣモジュールの主要部の拡大図である。 図２に示した金属物品表面の無線ＩＣモジュール付近の電磁界分布を示す概略図である。 第１実施例である無線ＩＣモジュールの無線ＩＣを示す図である。 第１実施例である無線ＩＣモジュールの給電回路基板の積層構造を示す分解図である。 第２実施例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）のIII−III線断面図である。 第２実施例である無線ＩＣデバイスを示す図である。 図８に示した無線ＩＣデバイスの主要部の拡大図である。 第３実施例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は側面図である。 第３実施例である無線ＩＣモジュールの製造方法を示す図である。 第３実施例の変形例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 第４実施例である無線ＩＣモジュールを示す図である。 第４実施例である無線ＩＣモジュールの製造方法を示す図である。 第５実施例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 第５実施例である無線ＩＣモジュールの製造方法を示す図である。 第５実施例の変形例である無線ＩＣモジュールを示す図である。 第６実施例である無線ＩＣモジュールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）のIV−IV線断面図、（Ｄ）は（Ａ）のV−V線断面図である。 第７実施例である無線ＩＣデバイスを示す図である。 第７実施例の変形例である無線ＩＣデバイスを示す図である。
以下、本発明に係る無線ＩＣモジュール、無線ＩＣデバイス、および無線ＩＣモジュールの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１〜図６参照）
図１は、第１実施例である無線ＩＣモジュール６を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）のI−I線断面図、（Ｄ）は（Ａ）のII−II線断面図である。
無線ＩＣモジュール６は、所定の無線信号を処理する無線ＩＣ２と、ループ状電極７とを備える。無線ＩＣ２は、ループ状電極７の両端結合部４，５上に配置され、無線ＩＣ２とループ状電極７とは電磁界結合している。なお、無線ＩＣ２とループ状電極７は電気的に直接接続（ＤＣ接続）されていてもよい。
ループ状電極７は、電極、すなわち、基板３上に形成された両端結合部４，５と線状電極８、基板３に形成されたビアホール導体９、および、基板３の底面に形成された共通電極１７を有する。線状電極８およびビアホール導体９は、基板上に、両端結合部４，５を挟んで左右対称に形成されている。そして、例えば、結合部５→線状電極８ｂ→ビアホール導体９ｂ→共通電極１７→ビアホール導体９ａ→線状電極８ａ→結合部４というように、電極がループを描いてループ状電極７を構成する。本実施例において、無線ＩＣモジュール６は、共通電極１７が形成された底面が、物品に搭載される搭載面となり、ビアホール導体９が、無線ＩＣモジュール６の搭載面に対して垂直となるので、ビアホール導体９が、垂直電極部である。
前述のように、ループ状電極７は、両端結合部４，５、線状電極８、ビアホール導体９、共通電極１７によって構成されるが、線状電極８およびビアホール導体９が複数形成されているので、ループ状電極７も複数形成されていることになる。すなわち、線状電極８およびビアホール導体９は、基板３上に、結合部４，５を挟んで左右にそれぞれ複数形成され、左右の複数の線状電極８は、それぞれ平行に配列されている。複数の線状電極８は、左右でそれぞれ並列に接続され、両端結合部４，５に接続されて無線ＩＣ２と結合している。また、複数の線状電極８は、複数のビアホール導体９を介して、基板３の底面に形成された共通電極１７に接続している。これによって、ループ状電極７は、複数のループを形成する。
図２は、無線ＩＣモジュール６を金属物品６０の所定の面に対して取り付けた図である。そして、図３は、無線ＩＣモジュール６を拡大した図である。なお、図２および図３では、無線ＩＣモジュール６を模式的に図示している。例えば、図２および図３では、ループ状電極７が模式的に単数しか図示されていないが、実際にはループ状電極７が複数ある。図３に示されているように、ループ状電極７の垂直電極部９Ａは、無線ＩＣモジュール６の搭載面に対して垂直であるので、ループ状電極７の垂直電極部９Ａは、金属物品６０に対して垂直に向くように配置される。
ここで、本無線ＩＣモジュール６の動作原理について、図４を参照して説明する。図４は、ループ状電極７によって生じる電磁界分布（磁界Ｈ、電界Ｅ）を概略的に示している。図中破線は、磁界Ｈのループ、実線は電界Ｅのループをそれぞれ示している。
ループ状電極７は磁界アンテナとして作用し、ループ状電極７の垂直電極部９Ａによって磁界Ｈは金属物品６０の表面に対して平行に発生し、金属物品６０の面に対して垂直な電界Ｅを誘起し、この電界ループによって磁界ループを誘起し、その連鎖により電磁界分布が広がる。
なお、前述の例ではループ状電極７を送信アンテナとして説明したが、アンテナの可逆性により、これが受信アンテナとして作用する場合にも同様に作用する。すなわち、電磁界が磁界ループを誘起し、この磁界ループが金属物品６０の面に対して垂直な電界Ｅを誘起し、この電界Ｅが、金属物品６０の表面に対して平行な磁界Ｈを発生させ、ループ状電極７と結合する。
このように、無線ＩＣモジュール６は、無線ＩＣモジュール６を搭載する物品が、金属であってもＲＦＩＤシステムとして機能することができる。すなわち、無線ＩＣモジュール６は、金属物品６０の表面を、放射板として作用させることができる。また、無線ＩＣモジュール６を搭載する物品が、金属以外の物品、例えば、血液・味噌・食塩水・石鹸などの電解液であっても同様に機能する。なお、物品が金属や電解液などであると、電流が物品の表面を通ることができるので、無線ＩＣモジュールを搭載した面と反対側から送受信を行うことができる。
また、ループ状電極７が複数形成されていて、垂直電極部９Ａを複数有するので、発生する磁界Ｈの量が多くなる。これにより、誘起される電磁界の量も多くなり、高い利得で送受信を行うことができる。
なお、ループ状電極７は、その本数が多いほど利得を向上することができる。これは、ループ状電極７が多いほど、発生する磁界の量および受け取る磁界の量が多くなるからである。また、同様に、ループ状電極７の幅が広いほど、利得を向上することができる。なお、複数のループ状電極７の間は、磁界の通り道を確保するため、一定以上の間隔がある方がよい。
また、基板の底面に共通電極１７を形成しているので、無線ＩＣモジュール６を金属物品６０に搭載しても、無線ＩＣモジュール６と金属物品６０間で浮遊容量が生じにくく、無線ＩＣモジュール６の特性が変化することを抑制することができる。
次に、本実施例の無線ＩＣモジュール６の製造方法の一例について説明する。
本実施例では、まず、例えばガラス／エポキシ製などの基板３に導電ペーストをパターニングして印刷し、基板３の表面に両端結合部４，５および複数の線状電極８、裏面に共通電極１７を形成する。そして、その後に、線状電極８を形成した箇所に、基板３を貫通するビアホールを形成し、ビアホールに導電ペーストを充填することによりビアホール導体９を形成する。ビアホール導体９により、基板３の表面に形成したループ状電極７と、基板３の裏面に形成した共通電極１７とが接続される。
そして、ループ状電極７の結合部４，５に、無線ＩＣ２を配置することで、無線ＩＣモジュール６が得られる。
以下、無線ＩＣ２について説明する。
無線ＩＣ２は、図５に示されているように、無線ＩＣチップ１０と給電回路基板２０を有する。無線ＩＣチップ１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ１０は、裏面に一対の入出力端子電極および一対の実装用端子電極が設けられ、入出力端子電極は給電回路基板２０上に形成した給電端子電極４２ａ，４２ｂ（図６参照）に、実装用端子電極は実装電極４３ａ，４３ｂ（図６参照）に金属バンプなどを介して電気的に接続されている。給電回路基板２０には、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が形成され、ループ状電極７の両端結合部４，５にそれぞれ対向するように樹脂接着剤５６にて貼着されている。
インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は逆相で磁気結合して広帯域化され、無線ＩＣチップ１０が処理する周波数に共振し、かつ、ループ状電極７と電磁界結合している。また、給電回路２１は無線ＩＣチップ１０のインピーダンスと無線ＩＣモジュール６を搭載する金属物品６０のインピーダンスとのマッチングを図っている。
従って、給電回路基板２０は、無線ＩＣチップ１０から発信された所定の周波数を有する送信信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯の信号）を金属物品６０に伝達し、かつ、金属物品６０で受信した信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ１０に供給する。それゆえ、この無線ＩＣモジュール６は、金属物品６０で受信した信号によって無線ＩＣチップ１０が動作され、該無線ＩＣチップ１０からの応答信号が金属物品６０から外部に放射される。
給電回路基板２０は、図６に示すように、誘電体あるいは磁性体からなるセラミックシート４１ａ〜４１ｈを積層、圧着、焼成したものである。最上層のシート４１ａには、給電端子電極４２ａ，４２ｂ、実装電極４３ａ，４３ｂ、ビアホール導体４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂが形成されている。２層目〜８層目のシート４１ｂ〜４１ｈには、それぞれ、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を構成する配線電極４６ａ，４６ｂが形成され、必要に応じてビアホール導体４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂが形成されている。
以上のシート４１ａ〜４１ｈを積層することにより、配線電極４６ａがビアホール導体４７ａにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ１が形成され、配線電極４６ｂがビアホール導体にて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ２が形成される。また、配線電極４６ａ，４６ｂの線間にキャパシタンスが形成される。
シート４１ｂ上の配線電極４６ａの端部４６ａ−１はビアホール導体４５ａを介して給電端子電極４２ａに接続され、シート４１ｈ上の配線電極４６ａの端部４６ａ−２はビアホール導体４８ａ，４５ｂを介して給電端子電極４２ｂに接続される。シート４１ｂ上の配線電極４６ｂの端部４６ｂ−１はビアホール導体４４ｂを介して給電端子電極４２ｂに接続され、シート４１ｈ上の配線電極４６ｂの端部４６ｂ−２はビアホール導体４８ｂ，４４ａを介して給電端子電極４２ａに接続される。
以上の給電回路２１において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ逆方向に巻かれているため、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界が相殺される。磁界が相殺されるため、所望のインダクタンス値を得るためには配線電極４６ａ，４６ｂをある程度長くする必要がある。これにてＱ値が低くなるので共振特性の急峻性がなくなり、共振周波数付近で広帯域化することになる。
インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は、給電回路基板２０を平面透視したときに、左右の異なる位置に形成されている。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界はそれぞれ逆向きになる。これにて、給電回路２１をループ状電極７の結合部４，５に結合させたとき、結合部４，５には逆向きの電流が励起され、ループ状電極７を介して信号を送受信することができる。なお、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を結合部４，５に電気的に接続させてもよい。
なお、給電回路基板２０は、セラミックまたは樹脂からなる多層基板であってもよく、あるいは、ポリイミドや液晶ポリマなどの誘電体からなるフレキシブルなシートを積層した基板であってもよい。特に、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が給電回路基板２０に内蔵されることで、給電回路２１が基板外部の影響を受けにくくなり、放射特性の変動を抑制できる。
なお、無線ＩＣ２に、給電回路基板２０は必ずしも必要ではなく、無線ＩＣチップそのものであってもよい。この場合には、無線ＩＣチップが直接にループ状電極７の結合部４，５に結合される。また、無線ＩＣ２は、給電回路が形成された無線ＩＣチップであってもよい。
（第２実施例、図７〜図９参照）
図７は、第２実施例である無線ＩＣモジュール６６を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）のIII−III線断面図である。
第２実施例である無線ＩＣモジュール６６は、第１実施例と同様に、無線ＩＣ２２、両端結合部２４，２５、複数の線状電極２８、ビアホール導体２９を有する。そして、両端結合部２４，２５、複数の線状電極２８、ビアホール導体２９は、基板２３に形成されている。しかし、第１実施例と異なり、無線ＩＣモジュール６６は、その搭載面である基板２３の裏面に共通電極を有していない。よって、両端結合部２４，２５、複数の線状電極２８、ビアホール導体２９は、ループ状電極の一部であるループ状電極部７１を構成する。
図８に示されるように、無線ＩＣモジュール６６は、金属物品６１の所定の面に対して取り付けられ、無線ＩＣデバイス６６０を構成する。無線ＩＣモジュール６６を金属物品６１に取り付けることによって、ビアホール導体２９と金属物品６１の金属面とが電気的に直接導通する。金属物品６１の金属面は、放射体として作用する放射電極である。これにより、金属物品６１の金属面を、ループ状電極の一部に兼用する。すなわち、ループ状電極部７１と金属物品６１の表面とによって、図中Ｌで示すようにループ状電極を構成し、これを無線ＩＣと結合させている。なお、ループ状電極を構成するビアホール導体２９は、金属物品６１の金属面に対して垂直になるように形成された、垂直電極部２９Ａである。
このような構成であっても、ループ状電極部７１と金属物品６１の表面とによるループ状電極は磁界アンテナとして作用し、金属物品６１と結合して、図４に示したものと同様の作用により、金属物品６１の表面がアンテナの放射体として作用する。
なお、ループ状電極が複数形成されていて、垂直電極部２９Ａを複数有するので、高い利得で送受信を行うことができることも、第１実施例と同様である。
（第３実施例、図１０〜図１２参照）
図１０は、第３実施例である無線ＩＣモジュール６００を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は側面図である。
第３実施例である無線ＩＣモジュール６００は、第１実施例と同様に、無線ＩＣ２００、両端結合部４００，５００、複数の線状電極８００、共通電極１７０を有するが、第１実施例と異なり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム３０３で覆われているため、破線で示している。また、無線ＩＣモジュール６００は、ビアホール導体を有していない。よって、線状電極８００が、基板３００の側面をとおって、共通電極１７０と接続されている。すなわち、電極である、両端結合部４００，５００、線状電極８００および共通電極１７０によって、ループ状電極７００を構成している。
無線ＩＣモジュール６００において、搭載面である基板３００の底面に対して垂直に形成された線状電極８００が、垂直電極部９００Ａであり、これによって、搭載する物品が金属であってもＲＦＩＤシステムとして機能することができる。また、ループ状電極７００が複数形成されていて、垂直電極部９００Ａが複数あるので、高い利得で通信を行うことができる。
第３実施例である無線ＩＣモジュール６００の製造方法を、図１１を用いて説明する。
まず、図１１（Ａ）に示すように、無線ＩＣ２００を配置するための凹部３０１を形成した、例えばポリエチレンイミン（ＰＥＩ）基板などの基板３００と、金属薄膜をパターニングして蒸着したＰＥＴフィルム３０３とを用意する。
ＰＥＴフィルム３０３上の金属薄膜である金属板７０１には、両端結合部４００，５００、複数の線状電極８００、共通電極１７０が形成され、これらは後にループ状電極を構成する。複数の線状電極８００には、折り曲げを容易にするため、基板３００の角部に接触する位置に折り曲げ部８０１が形成されている。
次に、図１１（Ｂ）に示すように、ＰＥＴフィルム３０３上に、基板３００を配置する。具体的には、共通電極１７０上に、基板３００を配置する。そして、基板３００の凹部３０１に、無線ＩＣ２００を配置する。このとき、無線ＩＣ２００と金属板７０１とを実装（接着）するために、無線ＩＣ２００の端子を上向けておくとよい。
そして、基板３００を包み込むように、ＰＥＴフィルム３０３を折り曲げる。これにより、金属板７０１が折り曲げられ、ループを形成し、ループ状電極７００となる。そして、両端結合部４００、５００と、無線ＩＣ２００の端子とを実装（接着）することにより、無線ＩＣモジュール６００となる。
この方法によると、簡易な方法で、無線ＩＣモジュールを形成することができる。
なお、前記製造方法では、金属板７０１が基板３００と接触するようにＰＥＴフィルム３０３を折り曲げたが、金属板７０１が外側に向くようにＰＥＴフィルム３０３を折り曲げてもよい。この場合には、共通電極１７０が、基板３００の底面に形成されることになるので、金属物品との浮遊容量が形成されることを抑制することができる。
図１２は、第３実施例の無線ＩＣモジュール６００の変形例である無線ＩＣモジュール６１０を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。
無線ＩＣモジュール６１０は、基本的には、第３実施例と同様であるが、図１２（Ｂ）に示されているように、裏面に補助電極１７１が形成されている。補助電極１７１は、ＰＥＴフィルム３０３に形成されたビアホール導体９１０を介して、共通電極１７０と接続されている。
このように、無線ＩＣモジュール６１０の裏面に補助電極１７１を形成することにより、無線ＩＣモジュール６１０と金属物品との間の浮遊容量を抑制してもよい。
（第４実施例、図１３および図１４参照）
図１３は、第４実施例である無線ＩＣモジュール６２０を示す。
第４実施例である無線ＩＣモジュール６２０は、第３実施例と同様に、無線ＩＣ２２０、複数の線状電極８２０、共通電極３７０を有する。しかし、無線ＩＣモジュール６２０では、第３実施例と異なり、これらが樹脂３２０でモールドされている。そのため、無線ＩＣ２２０、複数の線状電極８２０、共通電極３７０を破線で示している。
無線ＩＣモジュール６２０においても、図１３に図示されていない両端結合部、複数の線状電極８２０、共通電極３７０により、ループ状電極７２０を構成する。そして、無線ＩＣモジュール６２０の搭載面である底面に対して垂直に形成された線状電極８２０が、垂直電極部であり、これにより、搭載する物品が、金属であってもＲＦＩＤシステムとして機能することができる。また、ループ状電極７２０が複数形成されていて、垂直電極部が複数あるので、高い利得で通信を行うことができる。
第４実施例である無線ＩＣモジュール６２０の製造方法を、図１４を用いて説明する。
まず、図１４（Ａ）に示すように、厚さ１５〜１５０μｍ程度の金属板７２１（フープ材と称されるリン青銅を好適に用いることができ、アルミニウムなどであってもよい）を、打ち抜き加工、エッチング加工などでパターニングする。金属板７２１は、後の加工によりループ状電極７２０となるので、両端結合部４２０，５２０、複数の線状電極８２０、共通電極３７０を有する。なお、複数の線状電極８２０には、折り曲げ加工を容易にするための折り曲げ部８２１が形成されている。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、金属板７２１をループを描くように折り曲げて、ループ状電極７２０を形成する。
次に、図１４（Ｃ）に示すように、ループ状電極７２０の結合部４２０，５２０上に無線ＩＣ２２０を実装（接着）する。そして、ループ状電極７２０および無線ＩＣ２２０を樹脂でモールドすることにより、無線ＩＣモジュール６２０となる。
この方法によっても、簡易な方法で、無線ＩＣモジュール６２０を形成することができる。
なお、共通電極３７０が露出するように、樹脂をモールドすると、無線ＩＣモジュール６２０を金属物品に搭載しても、無線ＩＣモジュール６２０と金属物品との間で浮遊容量が生じにくく、無線ＩＣモジュール６２０の特性が変化することを抑制することができる。
（第５実施例、図１５〜図１７参照）
図１５は、第５実施例である無線ＩＣモジュール６３０を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。
第５実施例である無線ＩＣモジュール６３０は、第３実施例と同様に、無線ＩＣ２３０、複数の線状電極８３０、共通電極４７０を有する。しかし、無線ＩＣモジュール６３０では、第３実施例と異なり、図１５に図示されていない両端結合部、複数の線状電極８３０、共通電極４７０が導通接続していない。すなわち、無線ＩＣモジュール６３０は、２つの共通電極４７０を有し、これら共通電極４７０が容量結合することによってループ状電極７３０を構成している。図１５（Ｂ）に示されているように、２つの共通電極４７０は、基板３３０の裏面で絶縁層を介して互いに重なり合い、容量結合している。
このように、両端結合部、複数の線状電極８３０、共通電極４７０を導通接続しなくても、ループ状電極７３０を構成することができる。
第５実施例である無線ＩＣモジュール６３０の製造方法を、図１６を用いて説明する。
まず、図１６に示すように、基板３３０と、金属薄膜をパターニングして蒸着したＰＥＴフィルム３３３とを用意する。
ＰＥＴフィルム３３３上の金属薄膜である金属板７３１には、両端結合部４３０，５３０、複数の線状電極８３０、２つの共通電極４７０が形成され、これらは後にループ状電極を構成する。なお、ＰＥＴフィルムの金属薄膜が形成された面と反対の面（裏面）には、接着剤が塗布されていることが好ましい。また、複数の線状電極８３０には、折り曲げを容易にするため、基板３３０の角部に接触する位置に折り曲げ部８３１が形成されている。
次に、ＰＥＴフィルム３３３の裏面が下になるように、ＰＥＴフィルム３３３を基板３３０上に被せる。そして、基板３３０を包み込むように、ＰＥＴフィルム３３３を折り曲げる。これにより、金属板７３１が折り曲げられ、ループを形成し、ループ状電極７３０となる。このとき、２つの共通電極４７０は、基板３３０の裏面でＰＥＴフィルム３３３を介して重なり合い、容量結合する。なお、ＰＥＴフィルム３３３の裏面には接着剤が塗布されているので、ＰＥＴフィルム３３３を基板３３０に密着させるとともに、２つの共通電極４７０同士も密着させることができる。最後に、両端結合部４３０，５３０上に無線ＩＣ２３０を搭載し、両端結合部４３０，５３０と無線ＩＣ２３０の端子とを実装（接着）することにより、無線ＩＣモジュール６３０となる。
このように、ループ状電極７３０を容量結合によって構成することにより、極めて容易に無線ＩＣモジュール６３０を製造することができる。すなわち、本実施例の無線ＩＣモジュール６３０の製造方法では、容量結合によってループ状電極７３０を形成しており、共通電極４７０はその一部分が重なり合ってさえいればよいので、ループ状電極７３０を形成する際の位置合わせの精度が要求されない。また、本実施例の無線ＩＣモジュール６３０の製造方法では、共通電極４７０はその一部分が重なり合ってさえいればよく、重なり合う面積を適宜調整することができるので、基板３３０の大きさや厚みが異なっても、同一のＰＥＴフィルム３３３を用いて無線ＩＣモジュールを製造することができる。
なお、図１７の底面図に示すように、ループ状電極７３０を、図示しない両端結合部および複数の線状電極８３０で構成し、線状電極８３０同士を容量結合してループ状電極７３０を構成してもよい。また、共通電極と線状電極とを容量結合してループ状電極７３０を構成してもよい。
（第６実施例、図１８参照）
図１８は、第６実施例である無線ＩＣモジュール６４０を示す。この無線ＩＣモジュール６４０は、所定の無線信号を処理する無線ＩＣ２４０と、ループ状電極７４０とを備える。ループ状電極７４０は、基板３４０の表面に形成された一対の平面電極８４０と、基板３４０の底面に形成された共通電極５７０と、電極８４０，５７０を電気的に接続する複数のビアホール導体３９とを有する。無線ＩＣ２４０は一対の平面電極８４０のそれぞれに形成された結合部４４０，５４０と電磁界結合（直接接続でもよい）している。
この無線ＩＣモジュール６４０は、共通電極５７０が形成された底面が物品に搭載される搭載面となり、物品への搭載状態は前記第１実施例と同様である。無線ＩＣモジュール６４０の動作原理も第１実施例で説明したとおりである。なお、本実施例において、ビアホール導体３９に代えて、基板３４０の側面に複数の電極（垂直電極部）を形成することによって電極８４０，５７０を電気的に接続するようにしてもよい。
（第７実施例、図１９および図２０参照）
図１９は、第７実施例である無線ＩＣデバイス１６６を示す。
第７実施例である無線ＩＣデバイス１６６は、無線ＩＣモジュール１０６が、円筒状の金属物品１６０の内側の所定の面に搭載され、無線ＩＣモジュール１０６のループ状電極１０７が金属物品１６０の表面と電磁界結合することにより、構成される。
本実施例の無線ＩＣデバイス１６６では、第１実施例〜第６実施例とは異なり、ループ状電極１０７の対向する位置に、金属物品１６０が跨って配置されており、ループ状電極１０７と金属物品１６０の表面とが結合している。すなわち、第１実施例〜第６実施例では複数のループ状電極を形成して、放射電極に対する垂直電極部の数を増やすことにより、放射電極と結合する磁界の量を増加させていたが、本実施例では、ループ状電極１０７の複数箇所を搭載面とすることによって、放射電極に対する垂直電極部の数を増やし、放射電極と結合する磁界の量を増加させている。第１実施例〜第６実施例と共通して言えることは、放射電極に対する垂直電極部が複数あること、好ましくは放射電極に対する垂直電極部が４つ以上あることで、放射電極と結合する磁界の量が多くなるので、高い利得で送受信を行うことができる。
本実施例では、ループ状電極１０７は矩形状のループを有し、無線ＩＣ１０２と結合している結合部１４０，１５０を有する結合面に垂直に位置する、対向する２つの平板状の電極面１１０が、円筒状の金属物品１６０の内側と接している。対向する２つの電極面１１０は、金属物品１６０に非導電性接着剤などによって接着されている。これにより、無線ＩＣ１０２と結合している結合面、および、これに平行な面が、金属物品１６０の表面に対して垂直となり、これらが垂直電極部１０９となる。
本実施例では、円筒状の金属物品１６０の内側にループ状電極１０７が配置され、金属物品１６０とループ状電極１０７とが複数箇所で接着しているので、金属物品１６０に対する垂直電極部１０９は４つとなる。すなわち、金属物品１６０とループ状電極１０７との接着部（電極面１１０が構成する）は２つあり、第１の接着部に対する垂直電極部１０９が２つ、第２の接着部に対する垂直電極部１０９が２つあるので、金属物品１６０に対する垂直電極部１０９は４つとなる。金属物品１６０に対する垂直電極部１０９が多数あるので、金属物品１６０と結合する磁界の量が多くなり、高い利得で送受信を行うことができる。また、本実施例では、垂直電極部１０９が、円筒状の金属物品１６０の内側の空間を跨ぐように形成されているので、円筒状の金属物品１６０の内側に発生する磁界と効率よく結合でき、高い利得で送受信を行うことができる。
なお、図２０に示すように、ループ状電極１０７と金属物品１６０とは、導通接続によって結合していてもよい。
なお、本実施例において、無線ＩＣモジュール１０６は、円筒状の金属物品１６０の内側に取り付けられているが、円筒状の金属物品の内側に発生した電磁界が、外側に伝搬されるので、外部の電磁界と結合することができる。
（他の実施例）
本発明に係る無線ＩＣデバイス、無線ＩＣモジュール、および無線ＩＣモジュールの製造方法は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
例えば、前記実施例では、直方体の物品に無線ＩＣモジュールを搭載する例を示したが、他の形状の物品に無線ＩＣモジュールを搭載することもできる。円柱状の物品に無線ＩＣモジュールを搭載すると、どの方向から信号も受信し、どの方向へも信号を送信することができる。
また、実施例では、物品の外側に無線ＩＣモジュールを搭載する例を示したが、第７実施例で示したように、物品の内側に無線ＩＣモジュールを搭載しても、物品に、穴や隙間などの電磁界の通信部が形成されていれば、ＲＦＩＤシステムとして機能することができる。
また、複数のループ状電極は、複数のループ状電極が接続する共通電極を有さず、両端結合部および複数の線状電極で構成されていてもよい。
また、無線ＩＣと放射電極とのインピーダンスを、ループ状電極によって整合してもよい。
また、ループ状電極が形成される基板やループ状電極をモールドする樹脂にはフェライトが含有されていてもよい。フェライトが含有されていると、ループ状電極から発生する磁界の量が多くなり、高い利得で送受信を行うことができる。
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイス、無線ＩＣモジュールに有用であり、特に、小型・薄型化を損なうことなく、金属・水分・塩分などを含む物品に貼付しても非接触型のＲＦＩＤシステムとして機能する点で優れている。
６，６６，１０６，６００，６１０，６２０，６３０，６４０…無線ＩＣモジュール
１６６，６６０…無線ＩＣデバイス
２，２２，１０２，２００，２２０，２３０，２４０…無線ＩＣ
４，５，２４，２５，１４０，１５０，４００，５００，４２０，５２０，４３０，５３０，４４０，５４０…両端結合部
７，１０７，７００，７２０，７３０，７４０…ループ状電極
７１…ループ状電極部
８，２８，８００，８２０，８３０…線状電極
９，２９，３９…ビアホール導体
１７，１７０，３７０，４７０，５７０…共通電極
６０，６１，１６０…金属物品
７０１，７２１，７３１…金属板
８４０…平面電極
本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、非接触でデータ通信を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線ＩＣデバイスに関する。
そこで、本発明の目的は、小型・薄型化を損なうことなく、金属・水分・塩分などを含む物品に貼付しても非接触型のＲＩＦＤシステムとして機能する無線ＩＣデバイスを提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明の一形態である無線ＩＣデバイスは、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、放射体として作用し、略円筒状の金属物品を含む放射電極と、前記無線ＩＣに接続されたループ状電極と、を備え、前記ループ状電極は、前記放射電極の略円筒状部分の内側に配置されており、かつ、前記略円筒状部分の内側の空間を跨ぐように形成されていること、を特徴とする。
前記無線ＩＣデバイスにおいて、ループ状電極は、放射電極の略円筒状部分の内側に配置されており、かつ、前記略円筒状部分の内側の空間を跨ぐように形成されているため、放射電極に対して平行に磁界が形成される。これにより、放射電極に対して垂直に電界が誘起され、この電界ループによって磁界ループが誘起され、その連鎖により電磁界分布が広がる。
本発明によれば、無線ＩＣデバイスの小型・薄型化を維持するとともに、金属、水分、塩分などを含む物品に搭載しても非接触型のＲＦＩＤシステムとして機能させることができる。
以下、本発明に係る無線ＩＣモジュールについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、共通する部品、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（他の実施例）
本発明に係る無線ＩＣデバイスは、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、小型・薄型化を損なうことなく、金属・水分・塩分などを含む物品に貼付しても非接触型のＲＦＩＤシステムとして機能する点で優れている。
１６６…無線ＩＣデバイス
１０２…無線ＩＣ
１４０，１５０…両端結合部
１０７…ループ状電極
１６０…金属物品

Claims (15)

  1. 所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、
    放射体として作用する放射電極と、
    前記放射電極の面に対して垂直にある垂直電極部を複数有し、該垂直電極部を含む電極をループ状に形成した、前記無線ＩＣおよび前記放射電極と結合するループ状電極と、
    を備えたことを特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. 前記放射電極に対して前記垂直電極部が４つ以上あること、を特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  3. 複数の前記ループ状電極を備え、
    前記複数のループ状電極は並列に接続されていること、
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
  4. 前記放射電極は前記ループ状電極の対向する位置に跨って配置されていること、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  5. 前記ループ状電極は前記放射電極に導通し、前記放射電極の一部を前記ループ状電極に兼用したこと、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  6. 所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールであって、
    前記ループ状電極は、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直にある垂直電極部を複数有していること、
    を特徴とする無線ＩＣモジュール。
  7. 前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して前記垂直電極部が４つ以上あること、を特徴とする請求項６に記載の無線ＩＣモジュール。
  8. 複数の前記ループ状電極を備え、
    前記複数のループ状電極は並列に接続されていること、
    を特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線ＩＣモジュール。
  9. 前記複数のループ状電極は共通に接続する共通電極を有すること、を特徴とする請求項８に記載の無線ＩＣモジュール。
  10. 前記共通電極は前記無線ＩＣモジュールの搭載面に形成されていること、を特徴とする請求項９に記載の無線ＩＣモジュール。
  11. 基板をさらに有し、
    前記ループ状電極は前記基板に形成されていること、
    を特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の無線ＩＣモジュール。
  12. 前記ループ状電極は前記基板に形成されたビアホール導体を有していること、を特徴とする請求項１１に記載の無線ＩＣモジュール。
  13. 前記ループ状電極は容量結合によって形成されていること、を特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の無線ＩＣモジュール。
  14. 所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールの製造方法であって、
    線状電極をパターニングした金属板を用意する工程と、
    前記金属板を基板に巻きつけながら折り曲げて、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直である複数の垂直電極部を有する、ループ状電極を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とする無線ＩＣモジュールの製造方法。
  15. 所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、前記無線ＩＣと結合されたループ状電極と、を備えた無線ＩＣモジュールの製造方法であって、
    線状電極をパターニングした金属板を用意する工程と、
    前記金属板を基板に巻きつけながら折り曲げて、前記無線ＩＣモジュールの搭載面に対して垂直である複数の垂直電極部を有する、ループ状電極を形成する工程と、
    前記折り曲げた金属板を樹脂でモールドする工程と、
    を備えたことを特徴とする無線ＩＣモジュールの製造方法。
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