JP2017169217A - 物品 - Google Patents

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Abstract

【課題】包装体の作製コストを低減し、小さな物品にも取り付けられ、タグ形成部の厚みを抑えた、ＲＦＩＤシステムに適用する物品を構成する。【解決手段】例えばアルミ蒸着ラミネートフィルムによる物品包装体６０の端部にアルミ蒸着膜の無い切欠部６１を形成し、その部分に電磁結合モジュール１を設ける。この電磁結合モジュール１と包装体６０のアルミ蒸着膜とによって無線ＩＣデバイスを構成する。電磁結合モジュール１の磁界アンテナは包装体６０のアルミ蒸着膜に結合して物品包装体６０全体がアンテナの放射体として作用する。【選択図】図２

Description

この発明は、電磁波により非接触でデータ通信を行うＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに適用する物品に関するものである。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダ・ライタと物品に付された所定の情報を記憶した無線ＩＣデバイスとで非接触通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが利用されている。
図１はその特許文献１に示されている、ＩＣタグ用アンテナにＩＣタグラベルを装着した非接触ＩＣタグ（無線ＩＣデバイス）の例を示す図である。図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線での拡大断面図である。非接触ＩＣタグ用アンテナは二片の分離したアンテナパターン９１，９２で形成されている。アンテナパターン９１，９２は金属薄膜の層からなる。
非接触ＩＣタグラベル８２のラベル基材８２ｂにはアンテナ１０１，１０２が形成され、そこにＩＣチップ８５が実装されている。この非接触ＩＣタグラベル８２のアンテナ１０１，１０２が異方性導電性接着剤８４を介してアンテナパターン９１，９２に接触するように装着されて非接触ＩＣタグ９０が形成されている。
ラベル基材８２ｂ面にはシーラントフィルム８３が積層されてＩＣタグラベルの剥離を防止し、最終的にＩＣタグ付き包装体８１が構成されている。
特開２００３−２４３９１８号公報
特許文献１の非接触ＩＣタグおよびそれを設けた包装体では、次のような問題がある。
（ａ）アンテナパターンを包装体とは別の工程により形成しているため、アンテナ作製工程が必要になり、工程が長くなることおよび余分な部材が必要なことにより包装体の作製コストが高くなる。
（ｂ）十分な放射特性を得るためにはアンテナパターンを大きくする必要があり、小さな物品にＩＣタグを取り付けることができない。
（ｃ）物品の基材上にＩＣタグを形成し、その形成面を別のフィルムにより覆っているため、ＩＣタグ形成部の厚みが厚くなる。
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、包装体の作製コストを低減し、小さな物品にも取り付けられ、タグ形成部の厚みを抑えた、ＲＦＩＤシステムに適用する物品を提供することにある。
前記課題を解決するために、この発明の物品は次のように構成する。
（１）ＵＨＦ帯用の無線ＩＣと、所定の拡がりを有し、切り欠きの無い第１辺を有する導電部と、前記無線ＩＣに接続され、前記第１辺の長さよりも短い径を有するループ状電極と、を備え、
前記ループ状電極は、前記導電部と電磁界結合するように、前記第１辺の一部分に近接配置され、前記導電部が放射体として作用することを特徴とする。
（２）例えば、前記導電部は、前記第１辺に隣接する第２辺を有し、前記ループ状電極は前記第１辺と前記第２辺とで形成される角部の近傍に配置されている。
（３）例えば、前記ループ状電極は、このループ状電極の少なくとも一部が前記第１辺の外側に位置するように設けられている。
（４）前記無線ＩＣは、共振回路または整合回路の少なくとも一方を備えた給電回路基板に搭載されている。
前記給電回路基板内に共振回路を設けることによって、周波数の選択性が高まり、自己共振周波数により無線ＩＣデバイスの動作周波数をほぼ決定することができる。それにともない、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。これにより放射特性を向上させることができる。
また、前記給電回路基板内に整合回路を設けることによって、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。
（５）前記給電回路基板は前記共振回路を備え、この前記共振回路の共振周波数は前記導電部により送受信される信号の周波数に実質的に相当するものとする。
これにより導電部は単に給電回路部と結合して、必要な利得に応じた大きさを備えていればよく、使用する周波数に応じて導電部の形状や材質を限定する必要がなく、どのような物品にも対応することができる。
この発明によれば、次のような効果を奏する。
例えば図１に示したようなアンテナパターンを物品に形成するための工程や部材が不要になるため、無線ＩＣデバイスを設けることによるコストアップが殆ど無い。
また、物品の全体または一部を放射体として利用できるため、小さな物品であっても十分な放射特性が得られる。
また、物品の基材上の高周波デバイスを設けた部分の厚みを薄くできるため、高周波デバイス部分のふくらみを抑えることができ、外観を損ねることがない。
特許文献１に示されている無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図２に示した物品の要素部分のみについて示す無線ＩＣデバイスの構成図である。 第２の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図３に示した物品の要素部分のみについて示す無線ＩＣデバイスの構成図である。 第３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 同無線ＩＣデバイスの主要部を通る中央断面図および無線ＩＣデバイスの主要部の部分拡大平面図である。 第５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスに用いる電磁結合モジュール１の外観斜視図である。 同電磁結合モジュールの給電回路基板の内部の構成を示す分解図である。 同給電回路基板および金属膜の切欠部を含めた等価回路図である。 第７の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 同無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第８の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの給電回路基板の分解斜視図である。 同無線ＩＣデバイスの主要部の等価回路図である。 第９の実施形態に係る無線ＩＣデバイスで用いる電磁結合モジュールの平面図である。 第１０の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第１１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの幾つかの構成を示す図である。 第１１の実施形態に係る別の無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第１１の実施形態に係るさらに別の無線ＩＣデバイスの幾つかの構成を示す図である。 第１２の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第１３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの幾つかの構成を示す図である。 第１４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 第１５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 第１６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 第１７の実施形態に係る無線ＩＣデバイスを備えた携帯電話端末の斜視図および内部の回路基板の主要部の断面図である。 第１８の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品の構成を示す平面図である。 第１８の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品を用いた無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 プリント配線基板８０上のグランド電極形成領域内で無線ＩＣデバイスの主要部を構成した例を示す図である。 第１９の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品及びそれを備えた無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 第２０の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品の構成を示す平面図である。 第２０の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品を備えた無線ＩＣデバイスの構成を示す平面図である。 第２１の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品１１３の構成を示す平面図である。
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る、無線ＩＣデバイスを備えた物品の外観斜視図である。物品７０は例えば袋入りポテトチップス等の袋入り菓子であり、物品包装体６０はアルミ蒸着ラミネートフィルムを袋状に成形した包装体である。
この物品包装体６０の端縁部に切欠部（アルミ蒸着を行っていない部分）６１を形成し、その切欠部６１に電磁結合モジュール１を配置している。
図３は無線ＩＣデバイスの構成を示す図であり、図２に示した物品７０の要素部分のみについて示している。図３において放射電極８は本発明の「導電部」に相当する。この放射電極８は図２に示した物品包装体６０のアルミ蒸着ラミネートフィルムのアルミ蒸着層に相当する。この放射電極８の切欠部（電極非形成部）６１の内側にはループ状電極７を形成していて、このループ状電極７と結合するように電磁結合モジュール１を実装している。上記ループ状電極７はアルミ蒸着ラミネートフィルムのアルミニウム蒸着時にパターン化する。あるいはアルミニウム蒸着とは別工程で導体パターンを印刷形成してもよい。
図３（Ｂ）はループ状電極７を送信用補助放射体として作用させた場合の放射電極８に生じる電磁界分布の例を概略的に示すものである。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は磁界送信用補助放射体として作用し、ループ状電極７によって発生した磁界Ｈは放射電極８に対して垂直に交わることによって電界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。
上述の例ではループ状電極７を送信用補助放射体として説明したが、これが受信用補助放射体として作用する場合にも同様に作用して高利得が得られる。
このように所定の拡がりをもつ導電部が放射体として作用する物品であれば、それらが多数重なっている場合には上記電界と磁界の誘起は物品間でも連鎖して拡がっていく。そのため、多数の物品が重なっていても（寧ろ重なっている方が）、高利得な無線ＩＣデバイスとして作用する。例えば袋入りポテトチップスの山の一部に対してリーダ・ライタのアンテナを近接させた状態で、その山となっている全ての袋入りポテトチップスのＩＤを読み取ることができる。
なお、図３に示した電磁結合モジュール１は、後述する無線ＩＣチップと、この無線ＩＣチップに接続するとともに外部回路（この例ではループ状電極７及びループ状電極７を介する放射電極８）に結合する給電回路基板とからなる。無線ＩＣチップと給電回路基板は、電気的に導通するように接続しても、電磁界的に結合するようにしても構わない。電磁界結合させる場合は、両者の接続電極間に誘電体薄膜等で容量を形成する。無線ＩＣチップと給電回路基板とを容量で結合させることにより、無線ＩＣチップの静電気による破壊を防ぐことができる。
また、給電回路基板を用いる場合には、給電回路基板の２つの電極をループ状電極７の両端に電磁界的に結合させる。また電磁結合モジュール１は単体の無線ＩＣチップに置換してもよい。その場合には、無線ＩＣチップの２つの電極をループ状電極７の両端に直接接続すればよい。いずれの場合でも、ループ状電極７は放射電極８から直流的には分離されているので、この無線ＩＣデバイスは静電気に対する耐性が高いという効果をもつ。
また、ループ状電極７は電磁結合モジュール１の入出力端子間を結合するように配置されるものであれば、どのような形状であってもよい。
《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係る、無線ＩＣデバイスを備えた物品の外観斜視図である。物品７１は例えば袋入りの菓子であり、物品包装体６０はアルミ蒸着ラミネートフィルムを袋状に成形した包装体である。
図２に示した例では物品包装体の端縁部に電磁結合モジュールを配置したが、この図４に示す例では、物品包装体６０の端縁部から離れた内部に電磁結合モジュール１を設けている。物品包装体６０はアルミ蒸着ラミネートフィルムからなり、その一部でアルミ蒸着を行っていない部分を非導電部６２として形成し、その非導電部６２の内部で且つ端部に電磁結合モジュール１を配置している。
図５は図４に示した電磁結合モジュール１の実装部分の構成を示す図である。図５においてループ状電極７および電磁結合モジュール１の構成については第１の実施形態において図３で示したものと同様である。放射電極８は物品包装体６０のアルミ蒸着ラミネートフィルムのアルミ蒸着層に相当するものである。その非導電部６２の内部で且つループ状電極７が放射電極８の三辺に近接するようにループ状電極７および電磁結合モジュール１を配置している。
このような構成により、ループ状電極７は磁界送信用補助放射体として作用し、放射電極８と結合して、図３に示したものと同様の作用により、放射電極８がアンテナの放射体として作用する。
因みに非導電部６２の面積をループ状電極７および電磁結合モジュール１の占有面積とほぼ等しくして、その内部にループ状電極７および電磁結合モジュール１を配置した場合には、ループ状電極７の磁界が四辺で放射電極８と結合して放射電極８に誘起される電磁界が打ち消されて利得が低下してしまうので、非導電部６２の面積はループ状電極７および電磁結合モジュール１の占有面積より十分に広く、且つループ状電極７の一辺、二辺、または三辺で放射電極８に近接することが重要である。
《第３の実施形態》
図６（Ｂ）は第３の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイスの主要部の構成を示す図、図６（Ａ）はその無線ＩＣデバイスを備えた物品の外観図である。図６（Ａ）において物品７２は、金属平面体６３に無線ＩＣデバイスの主要部６を備えたものである。金属平面体６３は内部に金属層を含む板状またはシート状の物品もしくは金属板そのものである。
無線ＩＣデバイスの主要部６は図６（Ｂ）に示すように全体の形状がいわゆるタックインデックス形状をなし、絶縁性シート６４の内面には粘着層を備えていて、絶縁性シート６４でループ状電極７および電磁結合モジュール１を挟み込んでいる。ループ状電極７および電磁結合モジュール１の構成は図３に示したものと同様である。
そして、ループ状電極７が図６（Ａ）に示した金属平面体６３の端縁に近接するように丁度タックインデックスを貼り付けるようにして取り付ける。
このように導電部の端縁部に切欠きを設けない場合でも、金属平面体６３の端縁部に無線ＩＣデバイスの主要部６のループ状電極７を近接させることによって、そのループ状電極７と金属平面体６３（放射体として作用する導電部）と結合して金属平面体６３がアンテナの放射体として作用する。
《第４の実施形態》
第４の実施形態に係る物品について図７・図８を参照して説明する。この物品はＤＶＤ等の金属膜を有する記録媒体である。
図７はＤＶＤディスクの平面図である。図８（Ａ）は無線ＩＣデバイスの主要部６の形成部を通る中央断面図、図８（Ｂ）は無線ＩＣデバイスの主要部６の部分拡大平面図である。但し図８（Ａ）の断面図は厚み方向寸法を誇張して描いている。
図７・図８（Ａ）に示すように、ＤＶＤディスク７３は２枚の円盤状ディスクの貼り合わせからなり、その一方に金属膜６５を形成していて、無線ＩＣデバイスの主要部６をその金属膜６５の内周端縁の一部に設けている。
図８（Ｂ）に示すように金属膜６５の内周端縁部の一部にＣの字型の切欠部６６を形成している。この切欠部６６はディスクの切欠ではなく金属膜のパターンとしての切欠部である。このＣの字型の切欠部による互いに対向する２つの突端に電磁結合モジュール１の２つ端子が向き合うように電磁結合モジュール１を配置している。このＣの字型の切欠部の内周端縁をループ状電極として作用させている。
《第５の実施形態》
図９は第５の実施形態に係る物品の２つの構成を示す図である。この第５の実施形態は、高周波デバイスの実装部とループ状電極との間に、高周波デバイスとループ状電極とを直接導通させる整合回路を備えたものである。
図９（Ａ）において、金属膜６５はシート材または板材に形成していて、放射体として作用する。この金属膜６５の一部に切欠部６６を形成することによって、その切欠部６６の内周端縁に沿った部分がループ状電極として作用する。
切欠部６６の内部にはミアンダ状の電極からなる整合回路６７および高周波デバイス（電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップ）の実装部である金属膜部分６５ａ，６５ｂを形成している。
このように整合回路６７を設けたことにより、金属膜部分６５ａ，６５ｂに無線ＩＣチップを直接実装することもできる。なお、無線ＩＣチップをループ状電極に直接実装した場合は、整合回路６７を含むループ状電極により無線ＩＣデバイスの動作周波数を実質的に決定している。
図９（Ｂ）において、放射電極８には非導電部６２を形成していて、その非導電部６２の内部で且つループ状電極７が放射電極８の三辺に近接するようにループ状電極７、整合回路６７および電磁結合モジュール１を配置している。整合回路６７および電磁結合モジュール１の実装部の構成は図９（Ａ）の例と同様である。
このような構成により、ループ状電極７は磁界放射体として作用し、放射電極８と結合して、図３に示したものと同様の作用により、放射電極８が放射体として作用する。
なお、図９（Ａ）の金属膜６５または図９（Ｂ）の放射電極８は、例えば携帯電話端末内部の回路基板上に形成したベタ電極であってもよい。
《第６の実施形態》
図１０は、第６の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイスに用いる電磁結合モジュール１の外観斜視図である。この電磁結合モジュール１は他の実施形態における各無線ＩＣデバイスに適用できるものである。この電磁結合モジュール１は無線ＩＣチップ５と給電回路基板４とで構成している。給電回路基板４は、放射体として作用する金属膜６５と無線ＩＣチップ５との間のインピーダンス整合をとるとともに共振回路として作用する。
図１１は給電回路基板４の内部の構成を示す分解図である。この給電回路基板４は、それぞれに電極パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる多層基板で構成している。最上層の誘電体層４１Ａには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ〜３５ｄを形成している。誘電体層４１Ｂには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂと導通するキャパシタ電極５１を形成している。誘電体層４１Ｃにはキャパシタ電極５１との間でキャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極５３を形成している。誘電体層４１Ｄ〜４１Ｈにはインダクタ電極４５ａ，４５ｂをそれぞれ形成している。これらの複数層に亘って形成したインダクタ電極４５ａ，４５ｂは全体として２重のスパイラル状をなし、互いに強く誘導結合するインダクタＬ１，Ｌ２を構成している。また誘電体層４１ＦにはインダクタＬ１と導通するキャパシタ電極５４を形成している。キャパシタ電極５４はこの２つのキャパシタ電極５３，５５の間で挟まれてキャパシタを構成する。また誘電体層４１Ｈにはキャパシタ電極５３と導通するキャパシタ電極５５を形成している。各誘電体層の電極間はビアホール４２ａ〜４２ｉで導通させている。
キャパシタ電極５５は図８に示した金属膜６５の切欠部に生じる金属膜の端部６５ｂに対向しその間で容量を構成する。またインダクタ電極４５ａ，４５ｂと、それに対向する金属膜部分６５ａとは電磁界的に結合する。
図１２は図１１に示した給電回路基板および金属膜の切欠部を含めた等価回路図である。図１２においてキャパシタＣ１は図１１に示したキャパシタ電極５１−５３間に生じる容量、キャパシタＣ２は図１１に示したキャパシタ電極５４と５３，５５との間に生じる容量、インダクタＬ１，Ｌ２は図１１に示したインダクタ電極４５ａ，４５ｂによるものである。図１２に示す金属膜６５は、図８に示した切欠部６６の内周端縁に沿ったループであり、キャパシタ電極５５がその一端６５ｂと容量性結合し、他端６５ａがインダクタＬ１，Ｌ２と電磁界的に結合することにより、切欠部６６の内周端縁に沿ったループがループ状電極として作用する。
なお、第４の実施形態では金属膜の切欠部の内周端縁に沿ったループをループ状電極として作用させたが、図３等に示したように切欠部内にループ状電極を形成し、そのループ状電極に対して、無線ＩＣチップ５と給電回路基板４とによる電磁結合モジュール１を実装するように構成してもよい。その場合には上記ループ状電極と金属膜６５とが結合して金属膜６５が放射体として作用する。
給電回路基板４においては、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２とその浮遊容量とで構成される共振回路にて共振周波数が決定される。放射電極から放射される信号の周波数は、共振回路の自己共振周波数によって実質的に決まる。
給電回路基板４上に前記無線ＩＣチップ５を搭載してなる電磁結合モジュール１は、図示しないリーダ・ライタから放射される高周波信号（例えばＵＨＦ周波数帯）を放射電極を介して受信し、給電回路基板４内の共振回路を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射電極に伝え、該放射電極からリーダ・ライタに送信・転送する。
このように、給電回路基板内に共振回路を設けることによって、周波数の選択性が高まり、自己共振周波数により無線ＩＣデバイスの動作周波数をほぼ決定することができる。それにともない、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。また、放射体の形状やサイズを考慮して最適な共振周波数に設定することができ、これにより無線ＩＣデバイスの放射特性を向上させることができる。
なお、無線ＩＣチップと給電回路基板の実装用ランドとは電気的に導通させることにより接続してもよいし、絶縁して容量により接続してもよい。
また、前記給電回路基板内に整合回路を設けることによって、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。
《第７の実施形態》
図１３は第５の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイスの主要部の構成を示す斜視図、図１４はその拡大部分断面図である。
図１３において基材１０はこの無線ＩＣデバイスを設ける物品の基材であり、例えばアルミ蒸着ラミネートフィルムである。この基材１０のアルミ蒸着層には、第１の実施形態で示した切欠部または第２の実施形態で示した非導電部に所定箇所で開放したループ状電極３０を形成している。その開放した２つの端部３０ａ，３０ｂの上部に絶縁層を介してインダクタ電極２０およびキャパシタ電極２５を形成している。インダクタ電極２０はスパイラル状であり、後述するように、その内側の端部はキャパシタ電極２５に接続している。
このインダクタ電極２０とキャパシタ電極２５の端部には図中の拡大図に示すように無線ＩＣチップ５を搭載している。すなわちインダクタ電極２０の端部に無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ、キャパシタ電極２５の端部に無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂをそれぞれ形成し、さらに実装用ランド３５ｃ，３５ｄを形成して無線ＩＣチップ５を搭載している。
図１４は図１３におけるII−II部分の断面図である。図１４に示すように、インダクタ電極２０はループ状電極の端部３０ａに対向している。ワイヤー２１は図１３に示したインダクタ電極２０の内側の端部とキャパシタ電極２５とを接続している。
このようにインピーダンス整合用および共振周波数調整用のキャパシタおよびインダクタを物品の基材１０側に形成して無線ＩＣチップ５を直接実装するようにしてもよい。
《第８の実施形態》
図１５は第８の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイスの給電回路基板４０の分解斜視図である。また図１６はその等価回路図である。
給電回路基板４０は、それぞれに電極パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる多層基板で構成している。最上層の誘電体層４１Ａには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ〜３５ｄを形成している。誘電体層４１Ｂには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂと導通するキャパシタ電極５１を形成している。誘電体層４１Ｃにはキャパシタ電極５１との間でキャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極５３を形成している。誘電体層４１Ｄ〜４１Ｈにはインダクタ電極４５ａ，４５ｂをそれぞれ形成している。これらの複数層に亘って形成したインダクタ電極４５ａ，４５ｂは全体として２重のスパイラル状をなすインダクタＬ１を構成している。また誘電体層４１ＦにはインダクタＬ１と導通するキャパシタ電極５４を形成している。キャパシタ電極５４はこの２つのキャパシタ電極５３，５５（５６）の間で挟まれてキャパシタを構成する。また誘電体層４１Ｈにはキャパシタ電極５３と導通するキャパシタ電極５５を形成している。
誘電体層４１Ｉにはキャパシタ電極５６，５７を形成している。キャパシタ電極５６はキャパシタ電極５３，５５と導通している。またキャパシタ電極５７はインダクタ電極４５ａ，４５ｂと電磁界的に結合する。
誘電体層４１Ｊ〜４１Ｎにはそれぞれインダクタ電極４６，４７を形成している。このインダクタ電極４６，４７によって複数回巻回したループ状電極Ｌ２を構成している。各誘電体層の電極間はビアホール４２ａ〜４２ｍで導通させている。
すなわちこの給電回路基板４０は丁度図１１に示した給電回路基板４にループ状電極を含めて構成したものである。したがってこの給電回路基板４０に無線ＩＣチップを実装してなる電磁結合モジュールを物品に搭載するだけで無線ＩＣデバイスが構成でき、物品側にはループ状電極を形成する必要がない。
図１６においてキャパシタＣ１は図１５に示したキャパシタ電極５１−５３間に生じる容量、キャパシタＣ２は図１５に示したキャパシタ電極５４と５３，５５との間に生じる容量、インダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂはそれぞれ図１５に示したインダクタ電極４５ａ，４５ｂによるものであり、インダクタＬ２は図１５に示したインダクタ電極４６，４７によるものである。
《第９の実施形態》
図１７は第７の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイスで用いる電磁結合モジュールの平面図である。図１７（Ａ）の例では基板１１に電極パターンによりループ状電極１２および無線ＩＣチップ実装用ランドを形成していて、無線ＩＣチップ５を実装している。
図１５に示した例では給電回路基板にループ状電極とともにインピーダンス整合および共振周波数調整用のキャパシタおよびインダクタを形成したが、この図１７に示す例では基本的にループ状電極と無線ＩＣチップを一体化したものである。
図１７（Ｂ）の例では、基板１１の上面と下面にそれぞれスパイラル状の電極パターンを形成し、基板１１を挟むキャパシタ電極をスパイラル状電極パターンの中央部に配置し、そのキャパシタを介して上面の線路と下面の線路とを接続している。すなわち基板１１の両面を利用して限られた面積内に経路長およびインダクタンスを稼いでループ状電極１２を形成している。
図１７に示した２つの電磁結合モジュール２，３はいずれも、放射体として作用する物品の金属膜や金属板に近接させ、その放射電極とループ状電極１２とを容量性結合させるように配置する。これにより、物品側には特別な回路を形成することなく、第１・第２の実施形態の場合と同様に、物品の金属膜や金属板をアンテナの放射体として利用することができる。
《第１０の実施形態》
図１８は、第１０の実施形態に係る物品の構成を示す図である。
第１〜第９の実施形態では、導体面が面状に広がる、物品包装体６０、金属平面体６３、金属膜６５等を放射体として作用させたが、第１０の実施形態では、面状に広がる導体面から絶縁された、共振器として作用する共振導体を備えたものである。
図１８（Ａ）は、プリント配線基板上にＲＦＩＤタグを構成する場合の、プリント配線基板上の導体パターンの平面図である。また、図１８（Ｂ）は、そのプリント配線基板上に、無線ＩＣチップと給電回路基板とからなる電磁結合モジュール１を実装して構成した、ＲＦＩＤタグとして作用する無線ＩＣデバイスの平面図である。
プリント配線基板８０の上面には、他の回路のグランド電極として用いる金属膜６５を形成している。この金属膜６５の一部に切欠部（金属膜の非形成部）６６を形成し、切欠部６６の内部には高周波デバイス（電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップ）の実装部である金属膜部分６５ａ，６５ｂを形成している。
図１８（Ｂ）に示すように、上記金属膜部分６５ａ，６５ｂに電磁結合モジュール１を実装することによって、切欠部６６の内周端縁に沿った部分がループ状電極として作用する。この電磁結合モジュール１の実装領域が無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。
プリント配線基板８０の上面には、上記電磁結合モジュール１と結合する共振導体６８を形成している。この共振導体６８は、その共振周波数がＲＦＩＤタグで用いる周波数またはその付近の周波数となるように、その寸法（特に長さ）を定めている。例えばガラス・エポキシ基板を使用し、動作周波数がＵＨＦ帯である場合、両端開放の１／２波長共振器として作用するように、共振導体６８の長さを十数ｃｍにするとよい。
この共振導体６８は、電磁結合モジュール１と結合するように、その中央部が上記無線ＩＣデバイスの主要部６のループ状電極に近接するように配置している。また、この例では金属膜６５の一辺に沿って絶縁状態で配置している。
図１８（Ｂ）において、共振導体６８内に表した矢印Ｊは電流経路、矢印ＥＦは電界分布、矢印ＭＦは磁界分布をそれぞれ代表的に表している。このように共振導体６８に流れる電流の強度は中心付近で最大となる。このため共振導体６８で発生する磁界は中心付近で最大となり、共振導体６８は、切欠部６６の内周端縁に沿った部分のループ状電極と強く磁界結合する。
共振導体６８がＲＦＩＤタグの動作周波数近辺で共振している状態では、共振導体６８を流れる電流と、共振導体６８の両端に発生する電圧は大きくなる。この電流と電圧により発生する磁界と電界によっても、共振導体６８は金属膜６５と結合する。
上記共振導体６８で発生する定在波の電圧のピークは共振導体６８の端でできる。この例では、共振導体６８の長さが、放射体として作用する金属膜６５の一辺とほぼ同じ長さであるので、共振導体６８と金属膜６５とは強く結合する。そのため高い利得が得られる。
以上に述べた作用によって、ＲＦＩＤタグとして優れた特性が得られる。
共振導体６８が存在しない場合は、金属膜６５でＲＦＩＤタグの動作周波数で共振すれば良いが、金属膜６５のサイズの制約や、プリント配線基板上への搭載部品により共振周波数はずれる。この実施形態によれば、金属膜６５と共振導体６８とが離れているため、共振導体６８単体で設計でき、搭載部品による共振周波数のずれも生じない。
なお、この第１０の実施形態では、プリント配線基板に形成する電極パターンとして、グランド電極としての金属膜と共振導体のみを表したが、構成する回路や搭載する電子部品に応じて電極パターンは適宜定まる。このことは以降に示す別の各実施形態についても同様である。
このようなプリント配線基板上にＲＦＩＤタグを構成し、製造工程履歴などの情報を書き込めば、プリント配線基板への部品実装工程などの管理が可能となる。例えば、電子部品の不具合がロット単位で発覚した場合、そのロットに含まれていた電子部品を搭載したごく少数の電子機器を回収だけで対策が可能となる。また、市場での製品稼働時におけるアフター・サービスやメンテナンスが迅速に行えるようになり、廃棄後に資源としてリサイクルする際の工程が簡単になるといった効果も奏する。
また、工程管理が終わった後、プリント配線基板の共振導体６８形成部分を切り離してもよい。このことにより、プリント配線基板のサイズを小さくでき、ＲＦＩＤタグとしての機能を失わず製品のサイズを小さくできる。工程管理時は共振導体６８が存在するため、リーダ・ライタの出力レベルを抑えてもデータの読取が可能である。ＲＦ信号の出力を抑えることで、制御機器や特性測定機器などの誤動作を抑制することができる。しかも、共振導体６８を切り離した後も、金属膜６５は放射体として作用するので、リーダ・ライタとの通信可能距離は短くなるものの通信は可能である。
一般に製造工程においてプリント配線基板を搬送する際に、プリント配線基板の両脇にレールを配置し、その上を流す場合がある。このときレールに当接する部分の破損を防ぐため、プリント配線基板には最終的に切り離される余白部分が設けられる。この部分に上記共振導体６８を形成すれば、プリント配線基板の無駄がなくなる。
なお、グランド電極である上記金属膜６５はプリント配線基板の複数の層にあってもよい。この場合、各層の上記切欠部６６の領域は磁束が抜けるように金属膜の非形成部とする。
この実施形態によれば、ＲＦＩＤタグの動作周波数での放射利得が高くなり、ＲＦＩＤとして優れた特性が得られる。また、共振導体の共振周波数は、プリント配線基板への実装部品の影響を受けないため、設計が容易となる。
《第１１の実施形態》
図１９〜図２１は、第１１の実施形態に係る物品の幾つかの構成を示す図である。何れもプリント配線基板上にＲＦＩＤタグを構成してなる無線ＩＣデバイスの平面図である。
図１９（Ａ）（Ｂ）の例では、プリント配線基板８０の上面に、他の回路のグランド電極として用いる金属膜６５を形成している。この金属膜６５の一部に切欠部（金属膜の非形成部）を形成し、切欠部の内部に高周波デバイス（電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップ）を実装して、図１８に示したものと同様の無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。
図１８に示した構成と異なるのは、共振導体６８の長さが、放射体としての金属膜６５の一辺より相対的に短いことである。図１９（Ａ）の例では、共振導体６８を金属膜６５の一辺に沿って形成している。図１９（Ｂ）の例では、金属膜６５の形成領域内にそこから分離されたような位置に共振導体６８を形成している。
このような関係にあっても、プリント配線基板８０および金属膜６５の面積が大きくて（長くて）、金属膜６５による共振周波数が低い場合に、共振導体６８の共振周波数をＲＦＩＤの動作周波数近辺にできるため、高い利得が得られる。
図２０の例では、共振導体６８をメアンダライン形状にして、その全体を金属膜６５の一辺に沿って配置している。
この構成によれば、共振導体６８の外形が短くても、共振器長を長くできるので、より低い周波数で共振させる場合に高い利得が得られる。
図２１の例では、放射体として作用させる金属膜６５の一辺より共振導体６８が相対的に長い。また、放射体として作用させる金属膜６５の一辺の中央からずれた位置に無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。このような場合でも、図２１（Ａ）（Ｂ）で示すように、共振導体６８の中央部が無線ＩＣデバイスの主要部６のループ状電極に近接するように配置すればよい。
図２１（Ａ）の例では、金属膜６５の隣接位置で余白となる部分に他のグランド電極又はその他の回路を構成するための金属膜６９を形成している。また、図２１（Ｂ）の例では、金属膜６５の二辺に沿って共振導体６８を形成している。
このように放射体として作用する金属膜６５のパターンが小さい場合でも、必要な共振周波数が得られる長さの共振導体６８を備えることによって高い利得が得られる。
《第１２の実施形態》
図２２は、第１２の実施形態に係る物品の構成を示す図である。
図２２において、プリント配線基板８０の上面の２つの金属膜６５Ａ，６５Ｂにそれぞれ図１８に示したものと同様の無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。そして、この２つの無線ＩＣデバイスの主要部６に設けられた高周波デバイスに共に結合する共振導体６８を形成している。すなわち１つの共振導体６８を２つの高周波デバイスに兼用している。
例えば、プリント配線基板８０が、金属膜６５Ａ形成側と金属膜６５Ｂ形成側とに、最終的に切り離すことによって、周波数帯の異なった（例えば同じＵＨＦ帯であっても、仕向地に応じた規格の周波数の）ＲＦＩＤタグを構成することができる。
放射体として作用する金属膜６５の一辺より共振導体６８が長い場合には、このように複数の高周波デバイスの共振器として容易に兼用できる。また、兼用する周波数が異なる場合でも、その共振周波数を複数のＲＦＩＤタグで用いる周波数に近似する周波数に設定しておけばよい。
上記共振導体６８を製造工程でのみ用いる場合には、後にプリント配線基板８０から分離することになるので、マザーのプリント配線基板に電極パターンの無駄なスペースが生じないので、共振導体６８を形成することによるコストアップを避けることができる。
《第１３の実施形態》
図２３は、第１３の実施形態に係る物品の幾つかの構成を示す図である。何れもプリント配線基板上にＲＦＩＤタグを構成してなる無線ＩＣデバイスの平面図である。
図２３（Ａ）（Ｂ）の例では、プリント配線基板８０の上面には、他の回路のグランド電極として用いる金属膜６５を形成している。この金属膜６５の一部に、図１８に示したものと同様の無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。
図１８に示した構成と異なるのは、共振導体６８の中央部付近のみを無線ＩＣデバイスの主要部６のループ状電極に近接配置している。放射体として作用する金属膜６５の一辺の長さと共振導体６８の長さとの関係によっては、このように共振導体６８の両端付近が金属膜６５から離れるような形状であってもよい。
《第１４の実施形態》
図２４は、第１４の実施形態に係る物品の構成を示す平面図である。
図１８に示した例と異なるのは、放射体としての金属膜６５の二辺に沿って共振導体６８Ａ，６８Ｂをそれぞれ配置したことである。
一方の共振導体６８Ａは、図１８に示した場合と同様に、無線ＩＣデバイスの主要部６に設けられた高周波デバイスに強く結合する。他方の共振導体６８Ｂは、金属膜６５に沿って近接していることにより、金属膜６５に分布する電磁界を介して上記高周波デバイスと結合する。いずれの共振導体６８Ａ，６８Ｂも、両端開放の１／２波長共振器として作用する。
複数の共振導体６８は金属膜６５の対向する二辺に沿って配置することに限らず、直交関係にある辺に沿ってそれぞれ配置してもよい。
《第１５の実施形態》
図２５は、第１５の実施形態に係る物品の構成を示す平面図である。
第１０〜第１４の実施形態では、共振導体をプリント配線基板上に形成したが、第１５の実施形態では、共振導体を、無線ＩＣデバイスの搭載先機器の金属ケースや搭載部品等の搭載先導体部品８９に兼用させている。
このような構成により、無線ＩＣデバイスの搭載先機器の金属ケースや搭載部品等が共振器として作用するので、プリント配線基板上に特に共振導体を形成する必要がなくなり、プリント配線基板８０の縮小化が可能となり、低コスト化が図れる。
《第１６の実施形態》
第１６の実施形態は、共振導体を固定しておき、プリント配線基板が工程ラインを流れていく際にリーダ・ライタとの間で通信するようにしたものである。
図２６は、第１６の実施形態に係る物品の構成を示す平面図である。図２６において、工程ライン設置導体９９は、プリント配線基板８０が流れる工程ラインに沿って配置している。リーダ・ライタはこの工程ライン設置導体９９に比較的近い位置（必ずしも近接位置ではない）に配置している。
プリント配線基板８０の金属膜６５には、図１８に示したものと同様の無線ＩＣデバイスの主要部６を構成している。
このプリント配線基板８０が工程ラインを流れて、無線ＩＣデバイスの主要部６が工程ライン設置導体９９に近接した際、工程ライン設置導体９９は、ＲＦＩＤタグの周波数で共振する共振器として作用する。そのため、その状態で上記リーダ・ライタとの間で高利得のもとで通信できる。
このような構成及び通信方法によって、プリント配線基板上には共振導体が不要であるので配線可能部分の面積が増える。また、プリント配線基板８０が工程ライン設置導体９９に近づいたときにのみＲＦＩＤタグとして動作させることができるため、特定の位置にあるＲＦＩＤタグとのみ通信可能となる。すなわち、通信したくない周囲のＲＦＩＤタグとは通信せず、所望のＲＦＩＤタグとのみ選択的に通信できる。
《第１７の実施形態》
図２７（Ａ）は無線ＩＣデバイスを備えた携帯電話端末の斜視図、（Ｂ）は内部の回路基板の主要部の断面図である。携帯電話端末内の回路基板１５には電子部品１７，１８とともに、無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板４を実装している。回路基板１５の上面には所定面積に広がる電極パターン１６を形成している。この電極パターン１６は給電回路基板４を介して無線ＩＣチップ５と結合して放射体として作用する。
また、その他の例として、図２７（Ａ）に示した携帯電話端末の内部のコンポーネント（例えば液晶パネル）の背面に設けられている金属パネルに無線ＩＣデバイスを構成してもよい。すなわち第１〜第７の実施形態で示した無線ＩＣデバイスを適用して上記金属パネルをアンテナの放射体として作用させるようにしてもよい。
なお、以上に示した各実施形態以外にも所定の拡がりをもつ導電部を有する物品であれば同様に適用できる。例えばＰＴＰ包装（Press Through Package）等、アルミ箔を含む複合フィルムで包装された薬や菓子にも適用できる。
《第１８の実施形態》
図９（Ａ）に示した例では、放射体として作用する金属膜６５をシート材または板材に形成し、この金属膜６５の一部に切欠部６６を形成することによって、その切欠部６６の内周端縁に沿った部分がループ状電極として作用させた。このような構成をプリント配線基板に適用する場合、プリント配線基板に構成される回路によってＲＦＩＤタグとしての特性が変動するため、プリント配線基板の設計上の難易度が高まる。第１８の実施形態は上記の問題を解消するものである。
図２８は、第１８の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイス用部品の構成を示す平面図である。ガラス・エポキシ基板などのプリント配線基板１３に、電磁結合モジュール１を搭載する搭載部、整合回路６７、及び線状電極であるループ状電極７を形成している。ループ状電極７の端部は図中Ａで示す半田付け用電極部としてプリント配線基板１３の一辺の端部にまで引き出している。このようなプリント配線基板１３に電磁結合モジュール１を搭載して、無線ＩＣデバイス用部品１１１を構成する。
図２９は、第１８の実施形態に係る物品の構成を示す平面図である。この図２９に示すように、プリント配線基板８０のループ状電極を形成しようとする位置に無線ＩＣデバイス用部品１１１を半田付けする。プリント配線基板８０の電極にレジスト膜が被覆されている場合にはリュータなどを使用してレジスト膜を剥がして半田付けできるようにしておく。この状態でＲＦＩＤタグとしての読取距離などの特性や、装置に組み込んだときの周囲の配線、筐体などの影響を確認する。
特性等の確認の結果から、最適な位置を決めれば、図３０に示すように、プリント配線基板８０上のグランド電極形成領域内で上記無線ＩＣデバイス用部品１１１の取り付け位置に近い位置に整合回路６７及び電磁結合モジュール１の搭載部を形成し、電磁結合モジュール１を実装する。これにより、プリント配線基板８０に無線ＩＣデバイスの主要部６を構成する。
《第１９の実施形態》
図３１は第１９の実施形態に係る物品の構成を示す平面図である。
この例では、図３１（Ａ）に示すようにプリント配線基板８０に、無線ＩＣデバイス用部品１１１を取り付ける位置に切り抜き部Ｃを形成し、図３１（Ｂ）に示すようにそこに無線ＩＣデバイス用部品１１１を半田付けにより取り付ける。半田付けは電極が接する部分の全体に行う方が良い。
この構造によれば、図２９に示した例よりも無線ＩＣデバイス用部品１１１を取り付けた状態が最終の形状に近く、より精度の高い設計が行える。
《第２０の実施形態》
図３２は、第２０の実施形態に係る無線ＩＣデバイス用部品の構成を示す平面図、図３３はそれを備えた物品の構成を示す平面図である。
この例は無線ＩＣデバイス用部品の裏側に半田付け用電極部８８を形成し、表面のループ状電極７とスルーホール８７などで接続したものである。図３３に示すように半田付け用電極部８８をプリント配線基板８０のグランド電極に半田付けする。
このように裏面に半田付け用電極部８８を設けることによって、グランド電極の形成位置がプリント配線基板８０の端縁にまで広がっていなくてもプリント配線基板８０上に容易に実装できる。
《第２１の実施形態》
図３４は、第２１の実施形態に係る、物品に備えられる無線ＩＣデバイス用部品１１３の構成を示す平面図である。ガラス・エポキシ基板などのプリント配線基板１３に、電磁結合モジュール１を搭載する搭載部、整合回路６７、及びループ状電極７を形成している。ループ状電極７は図２８に示した例と異なり、線状電極の端部同士が導通させてループ状電極を形成している。
このようなプリント配線基板１３に電磁結合モジュール１を搭載して、無線ＩＣデバイス用部品１１３を構成する。この無線ＩＣデバイス用部品１１３を図２９または図３１に示したものと同様にプリント配線基板に取り付ける。
この無線ＩＣデバイス用部品１１３はループ状電極７が半田付けなどの取り付け状態に影響されないため、インピーダンス等の変動が少なく精度の高い設計が行える。また電子部品として使用した場合、特性のばらつきが小さい。
なお、以上の各実施形態では電磁結合モジュールの無線ＩＣには無線ＩＣチップを用いたが、本発明は無線ＩＣチップを用いるものに限らず、例えば有機半導体回路を基板上に形成して無線ＩＣを構成してもよい。
１，２，３…電磁結合モジュール
４…給電回路基板
５…無線ＩＣチップ
６…無線ＩＣデバイスの主要部
７…ループ状電極
８…放射電極（導電部）
１０…基材
１１…基板
１２…ループ状電極
１３…プリント配線基板
１５…回路基板
１６…電極パターン
１７，１８…電子部品
２０…インダクタ電極
２１…ワイヤー
２５…キャパシタ電極
３０…ループ状電極
３５ａ〜３５ｄ…無線ＩＣチップ実装用ランド
４０…給電回路基板
４１Ａ〜４１Ｈ…誘電体層
４２ａ…ビアホール
４５ａ，４５ｂ…インダクタ電極
４６，４７…インダクタ電極
５１…キャパシタ電極
５３〜５７…キャパシタ電極
６０…物品包装体
６１…切欠部
６２…非導電部
６３…金属平面体
６４…絶縁性シート
６５…金属膜
６６…切欠部
６７…整合回路
６８…共振導体
６９…金属膜（グランド導体）
７０〜７３…物品
８０…プリント配線基板
８９…搭載先導体部品（共振導体）
９９…工程ライン設置導体（共振導体）
１１１，１１２，１１３…無線ＩＣデバイス用部品
Ｃ１…キャパシタ
Ｃ２…キャパシタ
Ｌ１，Ｌ２…インダクタ
Ｅ…電界
Ｈ…磁界

Claims (6)

  1. ＵＨＦ帯用の無線ＩＣと、
    所定の拡がりを有し、切り欠きの無い第１辺を有する導電部と、
    前記無線ＩＣに接続され、前記第１辺の長さよりも短い径を有するループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極は、前記導電部と電磁界結合するように、前記第１辺の一部分に近接配置され、
    前記導電部が放射体として作用することを特徴とする物品。
  2. 前記導電部は、前記第１辺に隣接する第２辺を有し、前記ループ状電極は前記第１辺と前記第２辺とで形成される角部の近傍に配置されている、請求項１に記載の物品。
  3. 前記ループ状電極は、このループ状電極の少なくとも一部が前記第１辺の外側に位置するように設けられている、請求項１または２に記載の物品。
  4. 前記無線ＩＣは、共振回路または整合回路の少なくとも一方を備えた給電回路基板に搭載されている、請求項１から３のいずれかに記載の物品。
  5. 前記給電回路基板は前記共振回路を備え、この共振回路の共振周波数は、前記導電部により送受信される信号の周波数に実質的に相当する、請求項４に記載の物品。
  6. 前記導電部は包装体である、請求項１から５のいずれかに記載の物品。
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