JP2021129220A - 透明アンテナ及びrfタグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基材と、前記透明基材上に配設された、接合部と、該接合部と電気的に接合されたアンテナ部と、を有し、前記接合部が、第1導電性細線を有する第1導電性パターンを有し、前記アンテナ部が、第2導電性細線を有する第2導電性パターンを有し、下記A〜C条件を1つ以上満たす、透明アンテナ。
条件A:前記第1導電性細線の線幅W1は、前記第2導電性細線の線幅W2よりも広い
条件B:前記第1導電性細線の高さT1は、前記第2導電性細線の高さT2よりも高い
条件C:単位面積当たりの前記第1導電性パターンの占有面積率S1は、単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率S2よりも大きい
【選択図】図1
Description
〔1〕
透明基材と、
前記透明基材上に配設された、接合部と、該接合部と電気的に接合されたアンテナ部と、を有し、
前記接合部が、第1導電性細線を有する第1導電性パターンを有し、
前記アンテナ部が、第2導電性細線を有する第2導電性パターンを有し、
下記A〜C条件を1つ以上満たす、透明アンテナ。
条件A:前記第1導電性細線の線幅W1は、前記第2導電性細線の線幅W2よりも広い
条件B:前記第1導電性細線の高さT1は、前記第2導電性細線の高さT2よりも高い
条件C:単位面積当たりの前記第1導電性パターンの占有面積率S1は、単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率S2よりも大きい
〔2〕
前記線幅W1が、0.5μm以上200μm以下であり、
前記線幅W2が、0.25μm以上5.0μm以下である、
〔1〕に記載の透明アンテナ。
〔3〕
前記高さT1が、0.06μm以上、1.0μm以下であり、
前記高さT2が、0.05μm以上、0.95μm以下である、
〔1〕又は〔2〕に記載の透明アンテナ。
〔4〕
前記第1導電性細線のピッチP1は、前記第2導電性細線のピッチP2よりも小さく、
前記ピッチP1が、1.0μm以上10μm以下であり、
前記ピッチP2が、60μm以上300μm以下である、
〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の透明アンテナ。
〔5〕
前記占有面積率S1は、30%以上80%以下であり、
前記占有面積率S2は、0.1%以上7.0%以下である、
〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の透明アンテナ。
〔6〕
〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の透明アンテナと、
該透明アンテナの接合部と電気的に接合された半導体素子と、を備える、
RFタグ。
〔7〕
前記半導体素子が、異方性導電性接着剤により、前記接合部と電気的に接合されたものである、
〔6〕に記載のRFタグ。
本実施形態の透明アンテナは、透明基材と、透明基材上に配設された、接合部と、該接合部と電気的に接合されたアンテナ部と、を有し、接合部が、第1導電性細線を有する第1導電性パターンを有し、アンテナ部が、第2導電性細線を有する第2導電性パターンを有し、下記A〜C条件を1つ以上満たす。
条件A:前記第1導電性細線の線幅W1は、前記第2導電性細線の線幅W2よりも広い
条件B:前記第1導電性細線の高さT1は、前記第2導電性細線の高さT2よりも高い
条件C:単位面積当たりの前記第1導電性パターンの占有面積率S1は、単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率S2よりも大きい
本実施形態では透明基材11を用いる。ここで、「透明」とは、可視光透過率が、好ましくは80%以上であることをいい、より好ましくは90%以上であることをいい、さらに好ましくは95%以上であることをいう。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361−1:1997に準拠して測定することができる。
コア層を構成する材料は、特に制限されないが、基材の機械的強度の向上に寄与するものが好ましい。そのようなコア層の材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス等の透明無機基材;アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の透明有機基材が挙げられる。このなかでも、ポリエチレンテレフタレートを用いることにより、透明アンテナを製造するための生産性(コスト削減効果)がより優れる。また、ポリイミドを用いることにより、透明アンテナの耐熱性がより優れる。ポリイミドを用いる場合は、可視光の光透過性が優れる、いわゆる透明ポリイミドを用いることとより好ましい。さらに、ポリエチレンテレフタレート及び/又はポリエチレンナフタレートを用いることにより、透明基材と導電性細線との密着性がより優れる。
透明基材11が積層体である場合、第1最外層は、集電部12(接合部121)及びアンテナ部13が形成される面を構成する層となる。第1最外層を構成する材料は、特に制限されないが、コア層と、集電部12(接合部121)及びアンテナ部13それぞれとの密着性向上に寄与するものが好ましい。また、透明基材11が、第1最外層と第2最外層とを有し、コア層を有しない態様の場合には、第1最外層は第2最外層と、集電部12(接合部121)及びアンテナ部13それぞれとの密着性向上に寄与するものが好ましい。
透明基材11が積層体である場合、第2最外層は、第1最外層の裏面を意味する。第2最外層に含まれる成分としては、特に限定されないが、例えば、メラミン系化合物、アルキド系化合物、フッ素系化合物、シリコーン系化合物、ポリエチレンワックス、脂肪酸、脂肪酸エステルが挙げられる。このなかでも、メラミン系化合物、アルキド系化合物、フッ素系化合物、シリコーン系化合物が好ましく、メラミン系化合物、アルキド系化合物がより好ましい。このような成分を用いることにより、透明アンテナの透明性及び耐久性がより向上する傾向にある。
コア層と第1最外層の間、コア層と第2最外層の間、または、第1最外層と第2最外層の間に配される他の層としては、特に制限されないが、例えば、易接着層が挙げられる。易接着層は、コア層と第1最外層、コア層と第2最外層、または、第1最外層と第2最外層の接着性を向上する目的で用いられる。
接合部121は、集電部12の先端であって、半導体素子14と接合する場所である。接合部121(集電部12)は、アンテナ部13と電気的に接合されており、第1導電性パターン300を有する。ここで、第1導電性パターン300とは、連続したパターンであり、パターン中の任意の点から他の任意の点までの導電性を有するものである。なお、集電部12は、電気的に独立した一又は複数の第1導電性パターン300を有していてもよい。また、集電部12において第1導電性パターン300が形成されていない部分は、第1開口部301と称する。
アンテナ部13は、集電部12(接合部121)と電気的に接合されており、第2導電性パターン400を有する。ここで、第2導電性パターン400とは、連続したパターンであり、パターン中の任意の点から他の任意の点までの導電性を有するものである。なお、アンテナ部13は、電気的に独立した複数の第2導電性パターン400を有していてもよい。また、アンテナ部13において第2導電性パターン400が形成されていない部分は、第2開口部401と称する。
第1導電性パターン300及び第2導電性パターン400は、導電性成分を含む。導電性成分としては、特に制限されないが、例えば、導電性金属、導電性高分子などが挙げられる。また、第1導電性パターン300及び第2導電性パターン400は、非導電性成分を含んでもよい。導電性金属としては、特に制限されないが、例えば、金、銀、銅、及びアルミニウムが挙げられる。このなかでも、銀又は銅が好ましく、比較的安価な銅であることがより好ましい。このような導電性金属を用いることにより、透明アンテナの導電性が一層優れる傾向にある。また、導電性高分子としては、公知のものを用いることができ、ポリアセチレンやポリチオフェンなどが挙げられる。
第1導電性パターン300及び第2導電性パターン400における第1導電性細線及び第2導電性細線の線幅Wは、透明基材11の導電性パターンが配された面側から、導電性細線を透明基材11の表面上に投影したときの線幅Wをいう。台形の断面を有する導電性細線においては、透明基材11と接している導電性細線の面の幅が線幅Wとなる。
第1導電性細線の高さT1は、好ましくは0.06以上1.0μm以下であり、より好ましくは0.08以上0.9μm以下あり、さらに好ましくは0.11以上〜0.8μm以下である。高さT1が0.06μm以上であることにより、導電性がより向上する傾向にある。また、導電性細線表面の酸化や腐食等による導電性の低下を十分に抑制できる傾向にある。他方、高さT1が1.0μm以下であることにより、広い視野角において高い透明性が発現される傾向にある。
第1導電性細線のピッチP1は、好ましくは0.5〜25μmであり、より好ましくは1.0〜10μmであり、さらに好ましくは2.0〜7.0μmである。ピッチP1が上記範囲内であることにより、接合性がより向上するとともに、利得等のアンテナ特性がより向上する傾向にある。なお、ピッチPは、導電性細線間の距離である。
第1導電性パターン300の占有面積率S1は、好ましくは30〜90%であり、より好ましくは30〜80%であり、さらに好ましくは40〜80%であり、特に好ましくは50〜80%である。占有面積率S1が上記範囲内であることにより、接合性がより向上するとともに、利得等のアンテナ特性がより向上する傾向にある。
導電性パターンの占有面積率S
=(導電性パターンの占める面積/透明基材11の面積)×100
第1導電性細線及び第2導電性細線の断面形状は、導電性細線の線幅W及び高さTで規定することができる。導電性細線の高さTを基準に、透明基材11と導電性細線の界面からの高さを0.50T及び0.90Tと規定する。また、高さ0.50Tにおける導電性細線の幅をW0.50とし、高さ0.90Tにおける導電性細線の幅をW0.90とする。このとき、W0.50/W0は、好ましくは0.70〜0.99であり、より好ましくは0.75〜0.99以下であり、さらに好ましくは0.80〜0.95である。また。W0.90/W0.50は、好ましくは0.50〜0.95であり、より好ましくは0.55〜0.90であり、さらに好ましくは0.60〜0.85である。本実施形態の透明アンテナにおいて、W0.50/W0がW0.90/W0.50よりも大きいことが好ましい。すなわち透明基材11側の導電性細線の界面から0.50Tの厚さにおける高さ位置から0.90Tの厚さにおける高さ位置に向かって導電性細線の幅が漸減することが好ましい。
第1導電性パターン300及び第2導電性パターン400のシート抵抗は、好ましくは0.1Ω/sq以上1,000Ω/sq以下であり、より好ましくは0.1Ω/sq以上500Ω/sq以下であり、さらに好ましくは0.1Ω/sq以上100Ω/sq以下であり、よりさらに好ましくは0.1Ω/sq以上20Ω/sq以下であり、さらにより好ましくは0.1Ω/sq以上10Ω/sq以下である。
Rs=R/L×D
第1導電性パターン300の可視光透過率VT1は、好ましくは30〜80%であり、より好ましくは40〜75%であり、さらに好ましくは45〜70%である。ここで、可視光透過率は、JIS K 7361−1:1997の全光線透過率に準拠して、その可視光(360〜830nm)の範囲の透過率を算出することで測定することができる。
透明アンテナの製造方法としては、透明基材11上に、金属成分を含むインクを用いてパターンを形成するパターン形成工程と、インクを焼成して集電部12(接合部121)とアンテナ部13とを形成する焼成工程とを有する方法が挙げられる。また、透明基材11の表面を処理する表面処理工程を有していてもよい。
表面処理工程では、コア層の一方の面に第1最外層を設けたり、透明基材11の表面粗さ調整したりすることができる。
パターン形成工程は、金属成分を含むインクを用いてパターンを形成する工程である。パターン形成工程は、所望の導電性パターンの溝を有する版を用いる有版印刷方法であれば特に限定されないが、例えば、転写媒体表面にインクをコーティングする工程と、インクをコーティングした転写媒体表面と、凸版の凸部表面とを対向させて、押圧、接触して、凸版の凸部表面に転写媒体表面上のインクを転移させる工程と、インクが残存した転写媒体表面と透明基材11の面とを対向させて、押圧、接触して、転写媒体表面に残ったインクを透明基材11の面に転写する工程とを有する。なお、透明基材11に第1最外層が形成されている場合には、第1最外層表面にインクが転写される。
上記パターン形成工程に用いられるインクは、導電性成分と溶剤を含み、必要に応じて、界面活性剤、分散剤、還元剤等を含んでもよい。導電性成分が金属成分である場合、金属成分は金属粒子としてインクに含まれていてもよいし、金属錯体としてインクに含まれていてもよい。
焼成工程では、例えば、透明基材11の面に転写されたインク中の金属成分を焼結し、集電部12(接合部121)とアンテナ部13を形成する。焼成は、金属成分が融着して、金属成分焼結膜を形成することができる方法であれば特に制限されない。焼成は、例えば、焼成炉で行ってもよいし、プラズマ、加熱触媒、紫外線、真空紫外線、電子線、赤外線ランプアニール、フラッシュランプアニール、レーザーなどを用いて行ってもよい。得られる焼結膜が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において焼成することが好ましい。また、インクに含まれ得る還元剤のみで金属酸化物等が還元されにくい場合には、還元性雰囲気で焼成することが好ましい。
本実施形態のRFタグ100は、上記透明アンテナ10と、該透明アンテナ10の接合部121と電気的に接合された半導体素子14と、を備える。図9に、本実施形態のRFタグ100の断面図を示す。図9に示すように、半導体素子14は、異方性導電性ペースト又は異方性導電性フィルムなどの異方性導電性接着剤15により、接合部121と電気的に接合されたものであることが好ましい。
(P1/2)2<(d/2)2−(d/2−T1)2 式(5)
ポリエチレンテレフタレート(PET)をコア層として用いて、一方の面上に酸化ケイ素ナノ粒子と導電性の有機シラン化合物を含む組成物を塗布し、乾燥して、酸化ケイ素を含有した厚さ50nmの第1最外層を形成して、基材Aを得た。
位置合わせマークを設けた基材A上に、第1の版、転写媒体を用いて、アンテナ部の導電性パターン状に、インクを転写させた。次に、位置合わせマークを用いて位置合わせを行ったのち、第2の版、転写媒体を用いて、接合部の導電性パターン状に、インクを転写させた。これにより、アンテナ部として、線幅W2:3.0μm、高さT2:0.5μm、開口ピッチP2:60μm、占有面積率S2が10%の導電性パターンを形成した。また、接合部として、線幅W1:3.0μm、高さT1:1.0μm、開口ピッチP1:6.0μm、占有面積率S1が75%の導電性パターンを形成した。このように、上記線幅と開口ピッチを有し、導電性細線の高さをアンテナ部と接合部とで異ならせた以外は、実施例1と同様のアンテナ部及び接合部を形成した。接合部、及びアンテナ部の導電性細線の寸法を表1に示す。
アンテナ部における導電性パターンが、線幅W2:3.0μmである以外は、実施例1と同様なアンテナ部および接合部を形成した。接合部、及びアンテナ部の導電性細線の寸法を表1に示す。
アンテナ部として、線幅W2:3.0μm、高さT2:0.5μm、開口ピッチP2:60μm、占有面積率S2が6%の導電性パターンを形成した。また、接合部として、アンテナ部と同様に、線幅W1:3.0μm、高さT1:0.5μm、開口ピッチP1:6.0μm、占有面積率S1が6%の導電性パターンを形成した。
接合部、及びアンテナ部の導電性細線の寸法を表1に示す。
上記線幅、ピッチ、及び占有面積率は、光学顕微鏡による平面写真により算出した。
上記のようにして得られた透明アンテナの接合部に、導電粒子の平均粒径10μmの異方性導電性ペーストを用いて半導体素子を接合して、RFタグを得た。
実施例1から3のRFタグの放射特性を測定した結果、920MHzにおいて、通信距離1.3mが得られ、同一の外形寸法の銅箔からなる金属ダイポールアンテナと同等のアンテナ特性が得られた(表1中の接続信頼性の〇評価)。一方、比較例1のRFタグは、920MHzにおいて、通信応答せず、アンテナ特性は得られなかった(表1中の接続信頼性の×評価)。このような比較例1のRFタグは、アンテナ部とICチップとの導通不足が推定された。
実施例1、2、3および比較例1の接合部を、透明基材裏面からデジタルマイクロスコープ(KEYENCE製VHX−100)で観察した。実施例1の基材開口部には、気泡の巻き込みはなく、接着安定性が担保されていた。さらに、接合部からアンテナ部への異方性導電性ペーストのはみ出しがなく、外観上優れていた(表1中の〇評価)。
一方、比較例1の接合部には、導電性パターンと接触しない導電性粒子が多数認められ、さらに、接合部からアンテナ部への異方性導電性ペーストのはみ出しが観察され、透明性を有するRFタグとしての外観性が損なわれていた(表1中の×評価)。
Claims (7)
- 透明基材と、
前記透明基材上に配設された、接合部と、該接合部と電気的に接合されたアンテナ部と、を有し、
前記接合部が、第1導電性細線を有する第1導電性パターンを有し、
前記アンテナ部が、第2導電性細線を有する第2導電性パターンを有し、
下記A〜C条件を1つ以上満たす、透明アンテナ。
条件A:前記第1導電性細線の線幅W1は、前記第2導電性細線の線幅W2よりも広い
条件B:前記第1導電性細線の高さT1は、前記第2導電性細線の高さT2よりも高い
条件C:単位面積当たりの前記第1導電性パターンの占有面積率S1は、単位面積当たりの前記第2導電性パターンの占有面積率S2よりも大きい - 前記線幅W1が、0.5μm以上200μm以下であり、
前記線幅W2が、0.25μm以上5.0μm以下である、
請求項1に記載の透明アンテナ。 - 前記高さT1が、0.06μm以上、1.0μm以下であり、
前記高さT2が、0.05μm以上、0.95μm以下である、
請求項1又は2に記載の透明アンテナ。 - 前記第1導電性細線のピッチP1は、前記第2導電性細線のピッチP2よりも小さく、
前記ピッチP1が、1.0μm以上10μm以下であり、
前記ピッチP2が、60μm以上300μm以下である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明アンテナ。 - 前記占有面積率S1は、30%以上80%以下であり、
前記占有面積率S2は、0.1%以上7.0%以下である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の透明アンテナ。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の透明アンテナと、
該透明アンテナの接合部と電気的に接合された半導体素子と、を備える、
RFタグ。 - 前記半導体素子が、異方性導電性接着剤により、前記接合部と電気的に接合されたものである、
請求項6に記載のRFタグ。
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