JP2016103167A

JP2016103167A - 非接触ｉｃ物品

Info

Publication number: JP2016103167A
Application number: JP2014241259A
Authority: JP
Inventors: 朝香　聖成; Kiyoshige Asaka; 聖成朝香
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02

Abstract

【課題】高い堅牢性、耐衝撃性および耐腐食性を兼ね備えたマイクロストリップライン方式のアンテナを持つ非接触ＩＣタグを提供することを課題とする。【解決手段】誘電体基材４上に形成した矩形状の導体パターンからなるマイクロストリップアンテナ３と、ＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップ６とを接続してなる非接触ＩＣモジュール５を、円筒状の金属保護容器２の中に固定して備えた非接触ＩＣ物品１であって、前記非接触ＩＣ物品の全体は高分子材料により被覆されており、前記非接触ＩＣモジュールと前記円筒状の金属保護容器とは直流的に絶縁されており、前記マイクロストリップアンテナと前記円筒状の金属保護容器の配置が、外部との通信を可能にするように配置されていることを特徴とする非接触ＩＣ物品。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触ＩＣタグに関する。更に詳しくは、非接触ＩＣモジュールを使用した高い堅牢性、耐衝撃性および耐腐食性を備えた非接触ＩＣ物品に関する。

非接触ＩＣタグの構成は、固体識別情報を初めとした各種の情報を記憶した記憶機能や外部との通信機能などを含むＩＣチップが実装された配線基板と、その配線基板に通信機能が外部との通信を行うためのアンテナが形成されたモジュールを基本構成としたものである。

非接触ＩＣタグの種類としては、外部との通信に使用する通信方式や周波数、各種の情報を記憶する記憶装置の種類、用塗に従った各種の被覆材料や被覆の形態、などの組合せにより様々なものが存在する。

例えば、特許文献１には、樹脂モールドされた非接触ＩＣタグが開示されている。この技術では、堅牢性や耐腐食性がある非接触ＩＣタグを提供することが可能である。しかしながら、ＩＣチップと外部との通信を行うためのアンテナが、ＩＣチップが実装されている配線基板上に形成されるため、ＩＣチップとアンテナの電気的接続点の耐衝撃性が十分でない可能性がある。また、多層構造の樹脂モールドのコストの問題や使用する樹脂の誘電率が制限される問題や誘電損失によりアンテナの放射利得が低下する問題などがある。

また、耐衝撃性が高い非接触ＩＣタグとしては、例えば特許文献２に、非接触ＩＣモジュールを構成するＩＣチップに一体として形成されたアンテナと、そのＩＣチップが実装される配線基板上に、ＩＣチップに一体として形成されたアンテナとは電気的に接合されていないアンテナを介して外部との通信を行う非接触ＩＣタグが開示されている。これは、ＩＣチップと接続されているアンテナがＩＣチップと一体に形成されているため、衝撃が加わっても、アンテナとの接続が切れる事故に至らないためである。しかしながら、この非接触ＩＣタグでは、用途によっては、堅牢性や耐腐食性が十分でない可能性がある。

様々な用途の中で、地中やコンクリートなどの中に半永久的に埋設した状態で使用することが求められる建設分野などでは、非接触ＩＣタグとの通信が無指向性のものが要求されるのと同時に、高い堅牢性、耐衝撃性および耐腐食性が求められている。そのような無指向性の通信を可能とするアンテナとしては、マイクロストリップラインを使用したアンテナを挙げることができる。

そのため、上記の建設分野において非接触ＩＣタグに求められるような高い堅牢性、耐衝撃性および耐腐食性を兼ね備えたマイクロストリップライン方式のアンテナを持つ非接触ＩＣタグが待望されている。

特開２００９−７５６８７号公報特開２００７−４２０８７号公報

上記の問題を解決するため、本発明は、高い堅牢性、耐衝撃性および耐腐食性を兼ね備
えた無指向性のアンテナを持つ非接触ＩＣタグを提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、誘電体基材上に形成した導体パターンからなるマイクロストリップアンテナと、ＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップとを接続してなる非接触ＩＣモジュールを、円筒状の金属保護容器の中に固定して備えた非接触ＩＣ物品であって、
前記非接触ＩＣ物品の全体は高分子材料により被覆されており、
前記非接触ＩＣモジュールと前記円筒状の金属保護容器とは直流的に絶縁されており、
前記マイクロストリップアンテナと前記円筒状の金属保護容器の配置が、外部との通信を可能にするように配置されていることを特徴とする非接触ＩＣ物品である。

また、請求項２に記載の発明は、前記円筒状の金属保護容器の長手方向の長さが無線通信に使用する波長の１／２であることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣ物品である。

また、請求項３に記載の発明は、前記円筒状の金属保護容器の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触ＩＣ物品である。

また、請求項４に記載の発明は、前記誘電体基材がガラスエポキシ基板であり、前記マイクロストリップアンテナが銅箔パターンからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品である。

また、請求項５に記載の発明は、前記非接触ＩＣモジュールを前記円筒状の金属保護容器の中に固定する手段が、前記円筒状の金属保護容器の内壁に形成した溝部に、前記非接触ＩＣモジュールの両端部を嵌め込むことであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品である。

また、請求項６に記載の発明は、前記非接触ＩＣモジュールを前記円筒状の金属保護容器の中に固定する手段が、前記円筒状の金属保護容器の内壁に形成した溝部に、前記非接触ＩＣモジュールの両端部を接着剤にて接着することであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品である。

また、請求項７に記載の発明は、前記高分子材料が塩化ビニルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品である。

本発明の非接触ＩＣタグによれば、地中やコンクリート中に埋設されても、マイクロストリップラインを使用した外部との通信用アンテナにより、あらゆる方向から通信が可能となり、配線基板上に形成されたマイクロストリップラインによるアンテナに直結する形でＩＣチップが実装され、且つ接続されることによって耐衝撃性を備えた非接触ＩＣモジュールを、その開口部を堅牢な部材で封止した金属円筒中に、固定して内包することによって堅牢性を確保し、更にその金属円筒全体を耐腐食性が高い樹脂を使用して被覆したことにより耐腐食性を確保することが可能となる。

本発明の非接触ＩＣ物品の一例を示す俯瞰透視図。図１の非接触ＩＣ物品の内部の非接触ＩＣモジュールの一例を示す概略説明図。図２の非接触ＩＣ物品のＩＣチップを通る円筒状の金属保護容器の天頂部または底部側から見た側断面。

本発明の非接触ＩＣ物品について、図１〜３を使用して説明する。
本発明の非接触ＩＣ物品１は、図１に示す様に、誘電体基材４上に形成した矩形状の導体パターンからなるマイクロストリップアンテナ３に、ＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップ６を接続した非接触ＩＣモジュール５（図２、図３参照）を、円筒状の金属保護容器２の中に固定し、収納したものである。この円筒状の金属保護容器２により、その内部に固定し、収納された非接触ＩＣモジュール５が外力から保護されることにより堅牢性が発現する。また、その円筒状の金属保護容器２を被覆樹脂層７により全体を高分子材料からなる樹脂層で被覆することにより、円筒状の金属保護容器２が、周囲環境から腐食されるのを防止することができると同時に、堅牢性を高める事にも寄与する。

また非接触ＩＣモジュール５において、ＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップ６は、マイクロストリップアンテナ３に給電が可能な接続がなされており、マイクロストリップアンテナ３と円筒状の金属保護容器２と電磁結合により、外部との通信が可能である。

以下に、本発明の非接触ＩＣ物品１の構成部材について説明する。
＜非接触ＩＣモジュール＞
本発明の非接触ＩＣ物品１に使用する非接触ＩＣモジュール５は、誘電体基材４上に、矩形状の導体パターンによって形成されたマイクロストリップアンテナ３とそのマイクロストリップアンテナ３に給電可能に接続されたＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップ６を備えている。ＩＣチップ６は、マイクロストリップアンテナ３に給電可能に接続されていれば良いため、図１〜３では、マイクロストリップアンテナ３の上に実装された場合を示したが、そのような形態に限定する必要は無い。例えば、マイクロストリップアンテナ３の下側に配置されていても良く、またマイクロストリップアンテナ３からマイクロストリップ線路を介してマイクロストリップアンテナ３に接続されていても良い。また、マイクロストリップアンテナ３の形状は、矩形としたが、ＩＣチップ６との接続形態、電磁波の放出効率の向上、円筒状の金属保護容器２とのインピーダンス整合をとる必要性などのために、詳細な部分においては矩形から外れることがあっても良い。

誘電体基材４の構成材料としては、ＵＨＦ帯において誘電損失（誘電正接で表す。）が小さく、比誘電率が２〜５（１ＧＨｚにおける値）程度、誘電正接が０．０００５〜０．０３（１ＧＨｚにおける値）程度である誘電体材料を好適に使用可能である。このような誘電体材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを挙げることができる。また、実用的には、プリント配線基板に使用される紙フェノール基板（ＸＰＣ）、紙エポキシ基板（ＦＲ−２）、ガラス・コンポジット基板（ＣＥＭ−３）、ガラス・エポキシ基板（ＦＲ−４）などを使用することができる。

マイクロストリップアンテナ３を形成する導体パターンの材料としては、銀、銀合金、銅、銅合金、金、アルミニウム、アルミニウム合金などが好適に使用可能である。とりわけ、銅、アルミニウムが好適に使用可能である。

＜円筒状の金属保護容器＞
金属製の円筒状の容器であれば良い。円筒の天頂部および底部は、金属または非金属製の部材により非接触ＩＣモジュール５を挿入し固定後、最終的に封じられる。材質としては、水分によって錆が生じ難い金属が好ましい。例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼でできたパイプなどが好適に使用できるが、これに限定するものではな
い。例えば、各種の鋼鉄、ニッケル合金、銅、銅合金、真鍮、アルミニウムおよびアルミニウム合金などで作製されたパイプを使用することができる。ただし、パイプの厚さについては、ＵＨＦ帯（０．３ＧＨｚ〜３ＧＨｚ）の電磁波による表皮効果により、ＳＵＳ３１６を導体として使用した場合の表皮深さ（導体表面における電流密度が１／ｅになる深さ）は、約１３０μｍ（１ＧＨｚ）であり、ＵＨＦ帯においては導体のこのような薄い表面層に電流が集中しており、電気的にはこれ以上に厚い必要は無いが、堅牢性の観点および市販品の制限により、厚さはｍｍオーダーのパイプとなる。

これらの金属製の円筒状のパイプの長手方向の長さは、ＩＣチップ６の通信に使用するＵＨＦ帯の電波の波長の１／２の長さにしたものを使用する。この様にすることで、非接触ＩＣモジュール５のマイクロストリップアンテナ３と金属製の円筒状のパイプである円筒状金属保護容器２の間で電磁結合が可能となる条件の一部が整う。更に、マイクロストリップアンテナ３の金属製の円筒状容器２の中での配置を、左右非対称に配置する必要がある。

＜非接触ＩＣモジュールの固定方法＞
非接触ＩＣモジュール５を円筒状の金属保護容器２の中に挿入し、金属保護容器２の内壁面に、図３に示したような溝部または接着層８に、非接触ＩＣモジュール５の長手方向と直交する２つの辺を固定することができる。

非接触ＩＣモジュール５を予め設定した寸法に断裁しておく。その短辺の長さは、円筒状の金属保護容器２の内径より１０μｍ程度小さく加工されている場合は、非接触ＩＣモジュール５の両短辺に接着剤を塗布してから、円筒状の金属保護容器２に挿入し、接着剤が固まることで非接触ＩＣモジュール５が円筒状の金属保護容器２の中に固定される。

また、非接触ＩＣモジュール５の短辺の長さが、円筒状の金属保護容器２の内径より１０μｍ程度大きく加工されている場合は、円筒状の金属保護容器２の内壁の、非接触ＩＣモジュール５の２つの短辺が当接する部位に、溝を形成する。その溝の深さは、非接触ＩＣモジュール５が、スムーズに円筒状の金属保護容器２の中に挿入でき、且つ摩擦によって固定できる深さにする。例えば、１０μｍ程度の深さにすることで、スムーズに挿入し、両者間の摩擦も発生させることが可能である。また溝の幅は、非接触ＩＣモジュール５の厚さより５μｍ〜１０μｍ程度大きくしておく。この様に溝を形成し、そこに非接触ＩＣモジュール５を挿入した場合にも、接着剤を使用して接着しても良い。

＜被覆樹脂層＞
円筒状の金属保護容器２は、堅牢性は十分であるが、地中やコンクリート中に埋設された場合には、様々な腐食性の物質に長い期間接することになるため、ＳＵＳ３１６などのステンレス鋼製のパイプであっても耐腐食性は十分では無い可能性がある。
そのため、本発明の非接触ＩＣ物品１においては、図３に示すように、円筒状の金属保護容器２の外側全体を被覆樹脂層７で被覆する。

被覆樹脂層７に使用する高分子材料としては、化学的に安定な材料であれば特に限定されるものではない。例えば、各種の合成高分子材料（ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、フェノール樹脂、シリコン樹脂、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタラートなど）を好適に使用可能である。とりわけ、地中やコンクリートに埋設して使用する用塗で実績があるポリ塩化ビニル製のパイプを好適に使用することができる。

以上、非接触ＩＣモジュール５と円筒状の金属保護容器２を上記に説明したような配置関係で固定することにより、どの方向からも読み取り可能な無指向性の非接触ＩＣ物品１
を実現することが可能である。また、地中やコンクリートの中においても耐えることができる堅牢性および水分や各種の塩、酸、アルカリなどの腐食要因にも耐えることができる耐腐食性を兼ね備えた非接触ＩＣ物品を作製することが可能である。

次に、本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
まず、非接触ＩＣモジュールを次のようにして作製した。
プリント配線基板の製造に使用するＦＲ−４の片面銅貼り積層板（厚さ：１．６ｍｍ、銅箔厚：１８μｍ）に、マイクロストリップアンテナになる１０ｃｍ×３６ｃｍの矩形パターンを形成した。

次にその片面銅貼り積層板を、マイクロストリップアンテナの長手方向に合わせて平行に、１ｃｍ×１８ｃｍの矩形に切断した。
このようにして、ＦＲ−４のガラス・エポキシ板（１ｃｍ×１８ｃｍ、厚さ：１．６ｍｍ）の上に、長手方向をそろえて平行にマイクロストリップアンテナ（５ｍｍ×１７５ｍｍ）が、ガラス・エポキシ板の長手方向には対称に、長手方向とは直交する方向には非対象に、一方の辺に偏った位置に配置されたマイクロストリップアンテナを形成した。

次に、ＵＨＦ帯（波長：３５ｃｍ）の無線通信機能を備えた非接触ＩＣチップを、マイクロストリップアンテナ上の、ガラス・エポキシ板の長手方向の中心位置で、且つ一方の辺に近い側に、実装し、非接触ＩＣモジュールを完成した。

次に、ＳＵＳ３１６製の外径１０ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ２００ｍｍのパイプを用意した。これは、作製した非接触ＩＣモジュールの長手方向の長さより一回り大きい長さである。また、非接触ＩＣモジュールの長手方向と直交する方向の長さは、そのパイプの内径と同一寸法であるが、５μｍ〜１０μｍだけパイプの内径より小さく作製して、非接触ＩＣモジュールがパイプにスムーズに挿入でき、且つ嵌って固定できるように作製した。

次に、非接触ＩＣモジュールのガラス・エポキシ板の長手方向の側面に接着剤を塗布した後、パイプに嵌め込んだ。

次に、パイプの外径より５μｍ〜１０μｍだけ内径が大きい塩化ビニルパイプに、ＳＵＳ３１６製のパイプを嵌め込み、塩化ビニルパイプの天頂部と底部を、塩化ビニル製の蓋を接着して、本発明の非接触ＩＣ物品を作製した。
このようにして作製した非接触ＩＣ物品は、リーダーライターとの通信があらゆる方向から可能であり、且つ、コンクリート中に埋め込んでも使用可能な堅牢性と耐腐食性を備えていた。

＜実施例２＞
アルミニウム製のパイプを使用したこと以外は、実施例１と同じであった。

１・・・非接触ＩＣ物品
２・・・円筒状の金属保護容器
３・・・マイクロストリップアンテナ
４・・・誘電体基材
５・・・非接触ＩＣモジュール
６・・・ＩＣチップ
７・・・被覆樹脂層
８・・・溝部または接着層

Claims

誘電体基材上に形成した導体パターンからなるマイクロストリップアンテナと、ＵＨＦ帯の無線通信機能を備えたＩＣチップとを接続してなる非接触ＩＣモジュールを、円筒状の金属保護容器の中に固定して備えた非接触ＩＣ物品であって、
前記非接触ＩＣ物品の全体は高分子材料により被覆されており、
前記非接触ＩＣモジュールと前記円筒状の金属保護容器とは直流的に絶縁されており、
前記マイクロストリップアンテナと前記円筒状の金属保護容器の配置が、外部との通信を可能にするように配置されていることを特徴とする非接触ＩＣ物品。
前記円筒状の金属保護容器の長手方向の長さが無線通信に使用する波長の１／２であることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣ物品。
前記円筒状の金属保護容器の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触ＩＣ物品。
前記誘電体基材がガラスエポキシ基板であり、前記マイクロストリップアンテナが銅箔パターンからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品。
前記非接触ＩＣモジュールを前記円筒状の金属保護容器の中に固定する手段が、前記円筒状の金属保護容器の内壁に形成した溝部に、前記非接触ＩＣモジュールの両端部を嵌め込むことであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品。
前記非接触ＩＣモジュールを前記円筒状の金属保護容器の中に固定する手段が、前記円筒状の金属保護容器の内壁に形成した溝部に、前記非接触ＩＣモジュールの両端部を接着剤にて接着することであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品。
前記高分子材料が塩化ビニルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非接触ＩＣ物品。