JP4016261B2 - Ｒｆｉｄ用トランスポンダ及び共振周波数の調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装されたＩＣチップに対して非接触でデータの読み書きを行うことを特徴とするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用トラスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでデータの通信を行う場合、リーダ／ライタ、トランスポンダの双方のアンテナの共振周波数をある程度の精度で送信するキャリア周波数に合わせ込む必要がある。ここで、アンテナの共振周波数ｆ0は、アンテナコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを用いて次式のように表される。
【０００４】
【０００５】
式（１）より、アンテナコイルのインダクタンスＬ又はコンデンサの容量Ｃのいずれかを増減させることにより共振周波数ｆ0を所望の値に調整することができ、リーダ／ライタのアンテナやサイズの大きいトランスポンダの場合は、通常、アンテナに実装したトリマコンデンサなどにより調整が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サイズの小さいトランスポンダ、特に、シート状やラベル状の様な厚さ数１００μｍ程度のトランスポンダの場合は、トリマコンデンサを実装することが困難であり、シートやラベル上に作製されたフィルムコンデンサにトリミング領域を設けたり、容量を内蔵したＩＣを実装することにより共振周波数が調整される。
【０００７】
ここで、従来のシート状（ラベル状）のトランスポンダの構造について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【０００８】
図１５は、基材７の両面に形成した電極層で構成されるフィルムコンデンサ１６ｃの容量Ｃと、基材７上にパターン印刷されたアンテナコイル６のインダクタンスＬにより共振周波数ｆｏを決定するトランスポンダ２の構造を示す平面図である。このような構造では、アンテナコイル６を形成する基材７を誘電体層として容量を形成するため、誘電率、tanδの特性の変更が簡単でなく、ｆｏにバラツキが生じるためｆｏの微調整が必要となる。そこで、基材７の一方に櫛形電極（図示せず）を形成し、この櫛形電極をトリミングすることによりフィルムコンデンサ１６ｃの容量を変化させてｆｏを所望の値に合わせ込むようにしている。しかしながら、フィルムコンデンサ１６ｃを形成するためには基材７の両面に電極層をパターン印刷する必要があり、製造が複雑になるという問題がある。
【０００９】
また、図１６は、基材７の片面にパターン印刷されたアンテナコイル６と、容量を内蔵するＩＣチップ１０を実装したブリッジ回路１７とによりｆｏを設定するトランスポンダ２の構造を示す平面図である。このような構造では、ＩＣチップ１０に内蔵される容量のバラツキが大きく、また、トランスポンダ２に容量の調整機構を有しないため、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、簡単かつ正確に共振周波数を調整することができるＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに共振周波数の調整方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に形成される櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンとで構成され、前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されるものである。
【００１２】
また、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に形成される第２の電極パターンとで構成され、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設されているものであり、前記第１のパターン又は前記第２の電極パターンの少なくとも一方に櫛形構造の電極を含む構成とすることができる。
【００１３】
本発明においては、前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のＲＦＩＤトランスポンダの製造方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダの製造方法であって、基材の一方の面に前記コンデンサの第１の電極パターン及び前記アンテナコイルを形成する工程と、ブリッジ回路を形成する工程と、
前記ブリッジ回路にＩＣチップを実装する工程と、前記基材と前記ブリッジ回路とをかしめにより接合する工程と、前記基材と前記ブリッジ回路との間に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを配設する工程と、を含むものであり、前記基材と前記ブリッジ回路との間に、前記誘電体シートを着脱可能に挿入する構成とすることができる。
【００１６】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンを形成し、前記第１の電極パターンと前記基材と前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記櫛形構造の電極をトリミングすることにより共振周波数を調整するものである。
【００１７】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に第２の電極パターンを形成し、前記第１の電極パターンと前記誘電体シートと前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設され、前記誘電体シートを交換することにより前記共振回路の共振周波数を調整するものである。
【００１８】
このように、本発明では、アンテナコイルが形成される基材の片面に形成された電極パターンと該アンテナコイルに２点又は３点で接続されるブリッジ回路に形成される電極パターンとで誘電体を挟み込んでコンデンサを形成する構造において、ブリッジ回路に容量調整用の櫛形電極を設け、該櫛形電極をトリミングすることにより共振周波数の微調整を可能としている。また、基材とブリッジ回路との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟み込むことにより、共振周波数の調整を可能としている。このような構造を採用することにより、基材の片側にのみ電極パターンを形成すれば良く、トランスポンダの製造が容易になると共に、誘電体シートを調整することにより、櫛形電極をトリミングする際の共振周シフト量を一定にすることができ、共振周波数の調整作業を容易にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
従来技術で示したように、トランスポンダ２の共振周波数ｆ０は式（１）で決まり、共振周波数を微調整するためには、アンテナコイル６のインダクタンスＬか、コンデンサの容量Ｃを変化させる必要があり、従来のシート状のトランスポンダ２では、基材７の両面に設ける電極パターンにより形成されるフィルムコンデンサ１６ｃ、又は、容量内蔵型ＩＣチップ１０を備えるブリッジ回路１８を接続することによりｆ０の調整を行っていた。
【００２０】
しかしながら、フィルムコンデンサ１６ｃを用いる構造では基材７の材料が限定され、また、容量内蔵型ＩＣチップ１０を備えるブリッジ回路を接続する構造では容量の調整機構がないため、共振周波数を所望の値に合わせ込むことができなかった。
【００２１】
そこで、本発明では、簡単かつ正確に容量を調整する方法として、（１）コンデンサの片側の電極パターンをアンテナコイル基板側に形成し、もう一方の電極パターンをブリッジ回路側に設け、その間に誘電体シートを挟み込む構造とし、誘電体シートの誘電率、厚さ、大きさ又は配置を変えることによりコンデンサ容量、損失ｔａｎδを簡単に変えられる構造、（２）アンテナコイル基板側の電極パターン、又はブリッジ回路側の電極パターンに櫛形電極を形成し、櫛形電極をトリミングして電極間の面積を調節することによりｆｏの微調整を可能にする構造を用いることを特徴としている。以下、各実施例においてその具体的構造を示すが、その前にトランスポンダの基本的な構成について説明する。
【００２２】
トランスポンダの構造パターンとして図１及び図２の２種類のパターンがある。図１に示すパターン１は、容量Ｃを内蔵しているＩＣチップ１０を用いる構造であり、この場合はアンテナコイル６の両端の２点ａ、ｃ（端子ａ、ｃは電力、クロック入力のための高周波入力端子）でＩＣチップ１０と容量の微調整を行うトリミング用コンデンサ１６ｂが接続される。また、図２に示すパターン２は、容量を内蔵していないＩＣチップ１０を用いる構造であり、この場合は、アンテナコイル６の３点ａ、ｂ、ｃ（端子ａ、ｃは電力、クロック入力のための高周波入力端子、端子ｂは変調用端子）でＩＣチップ１０が接続され、コンデンサとして、基本となる容量を形成するコンデンサ１６ａと、微調整を行うトリミング用コンデンサ１６ｂが接続される。本発明は、上記パターン１及びパターン２のいずれの構造にも適用することができ、第１及び第３の実施例ではパターン１の具体例を、第２及び第４の実施例ではパターン２の具体例を示す。
【００２３】
また、一般にコンデンサの容量は以下の式で計算できる。
【００２４】
Ｃ＝ε（Ｓ／ｄ） …(2)
ただしε：電極間の誘電体の誘電率
ｄ：電極の間隔（誘電体の厚さ）
Ｓ：電極の面積
【００２５】
従って、コンデンサの容量を変化させるパラメータは３種類あり、そのいずれかを変化させる構造とすればよい。そこで、第１及び第２の実施例では、εを固定しＳ（又はＳとｄ）を変化させてコンデンサの容量を調整する具体例を示し、第３及び第４の実施例では、ε（又はεとＳ、εとＳとｄ）を変化させてコンデンサの容量を調整する具体例を示す。
【００２６】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２７】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図３乃至図７を参照して説明する。図３は、ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図であり、図４は、第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びブリッジ回路の構造を示す平面図であり、図５は、本実施例の効果を説明するための図である。また、図６は、本実施例と従来のトランスポンダの製造工程を比較する製造フロー図であり、図７は本実施例のトランスポンダ及びブリッジ回路の他の構造を示す平面図である。
【００２８】
図３に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、リーダ／ライタ用アンテナ４を用いてデータの交信を行うリーダ／ライタ３と、カード型、ラベル型、シート型、スティック型等の種々の形状のトランスポンダ２とからなり、リーダ／ライタ３には、送受信信号を変換するための受信回路３ａ及び送信回路３ｂと、送受信信号をデコードするためのＣＰＵ３ｃとを備え、トランスポンダ２の共振周波数とリーダ／ライタ用アンテナ４の共振周波数をキャリア周波数に合わせることによりデータの交信が行われる。
【００２９】
また、図４（ａ）に示すように、本実施例のトランスポンダ２は、絶縁性シートやＰＣＢ等の基板等からなる基材７の片面にアンテナコイル６がパターン印刷やエッチング、配線等により形成されるアンテナコイル基板５と、データの記憶、演算処理を行うＩＣチップ１０がシート９に実装されるブリッジ回路８とからなり、アンテナコイル基板５のパターン形成面と反対側の面にブリッジ回路８の回路形成面が配置され、２点ａ及びｃ（端子ａ、ｃは電気的に接続）においてかしめ構造又はスルーホール接続構造により両者が接続されている。また、図２（ｂ）に示すように、ブリッジ回路８には、略平行して延在する複数の電極からなる櫛形電極１１ｂを備えており、この櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とで基材７を挟み込むことによりコンデンサを形成し、櫛形電極１１ｂをカットすることによりｆｏの微調整ができるように構成している。なお、コンデンサの形成方法としては、櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とでシート９を挟み込む構造や、櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とで基材７とシート９を挟み込む構造としてもよい。
【００３０】
また、図では、ブリッジ回路８はアンテナコイル６の内側の略中央に配置しているが、配置場所は任意に設定すればよい。また、櫛形電極１１ｂの長さや櫛歯の本数、アンテナコイル６の巻き数、形状も図の構成に限定されず、櫛形電極１１ａの櫛歯とアンテナコイル６端部とが交差する構成であればよい。更に、図４では、ＩＣチップ１０をブリッジ回路８に実装する構造を記載しているが、櫛形電極１１ｂとＩＣチップとを別々に実装する構造（以下の実施例においても同様）とすることもできる。例えば、図４（ｃ）に示すように、櫛形電極１１ｂのみをシート９に形成し、ＩＣチップ１０を実装したブリッジ回路１０ａを別途接続することにより、シート９の材質が変わってもブリッジ回路１０ａの実装条件を変える必要がなくなる。
【００３１】
図４のトランスポンダ２では、式（２）の誘電率εは誘電体層となるアンテナコイル基板５の基材７、又はブリッジ回路８のシート９の材料により決定されるが、櫛形電極１１ｂをトリミングすることにより電極面積Ｓを変化させてコンデンサの容量を調整することができる。このような櫛形電極１１ｂを備えるトランスポンダ２におけるｆｏのバラツキ低減効果を確認するために、トリミング前とトリミング後のｆｏを測定した。その結果を表１及び図５に示す。なお、本測定では、基材７として誘電率が３．９〜４．８、ｔａｎδが０．００５〜０．００８のＰＥＴを用い、厚さｄは２５μｍに設定した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１及び図３より、共振周波数ｆ０は、トリミング前は１３．１４〜１３．３２ＭＨｚ（最大でΔｆ０＝０．１８ＭＨｚのバラツキ）であるのに対し、トリミング後は１３．５１〜１３．５８ＭＨｚ（最大でΔｆ０＝０．０７ＭＨｚのバラツキ）であり、櫛形電極１１ｂをトリミングすることにより、ｆｏのバラツキがかなり押さえられていることが分かる。
【００３４】
なお、アンテナコイル基板５の両面に電極パターンを形成する従来のトランスポンダに上記櫛形電極を形成する構造は公知であるが、本実施例では櫛形電極１１ｂをブリッジ回路８側に設けたことを特徴としており、櫛形電極１１ｂをブリッジ回路８側に設けることにより、種々の効果が得られる。
【００３５】
例えば、従来の構造では、アンテナコイル基板５の両面に電極パターンを形成するために製造が複雑になり、また、コンデンサがアンテナコイル基板５に一体的に形成されるため、トリミングに失敗した場合はトランスポンダ２全体が不良となってしまう。一方、本実施例の構造では、アンテナコイル基板５には片面に電極パターンを形成すればよく、製造を容易にすることができると共に、トリミングに失敗した場合にはブリッジ回路８のみを交換すれば良く、アンテナコイル基板５を再利用することができるというメリットがある。
【００３６】
次に、本実施例のトランスポンダ２の製造方法について、図６を参照して従来方法と比較しながら具体的に説明する。図６（ａ）は本実施例のブリッジ回路８を用いたラベルタイプのトランスポンダ２の製造フロー図であり、図６（ｂ）は従来のトランスポンダ２の製造フロー図である。
【００３７】
図６（ｂ）に示すように従来のトランスポンダの製造方法は、エッチング加工法等により基材の両面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板を製造する工程（Ｓ２０１）と、基材の両面に形成した電極パターンをかしめにより接続する工程（Ｓ２０２）と、ＩＣチップをアンテナコイル基板にフリップチップ実装する工程（Ｓ２０３）と、アンテナコイル基板の一方の面に形成した櫛形電極をトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ２０４）と、インレーの状態のトランスポンダにラベル加工を施す工程（Ｓ２０５）とからなり、Ｓ２０１で基材の両面に電極パターンを形成するため、基材の材料や厚さがある程度制限されてしまい、また、パターンを抜くためのエッチング液、電極材料をムダに消費してしまうという問題や、Ｓ２０４のトリミング工程で所望の共振周波数に合わせ込むことができない場合はトランスポンダ全体が不良品となってしまうという問題があった。
【００３８】
これに対して、本発明のトランスポンダ２の製造方法は、エッチング加工法等により基材７の一方の面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板５を製造する工程（Ｓ１０１）に並行して、エッチング加工法によりポリイミド等のシート９に櫛形電極１１ｂを含む電極パターンを形成してブリッジ回路８を製造する工程（Ｓ１０２）とフリップチップ実装によりＩＣチップ１０を実装する工程（Ｓ１０３）とを行い、その後、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを冷間加工法を用いて２点又は３点でかしめて接続する接合工程（Ｓ１０４）と、ブリッジ回路８に設けた櫛形電極１１ｂをトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ１０５）と、インレーの状態のトランスポンダ２にラベル加工を施す工程（Ｓ１０６）とからなり、アンテナコイル基板５には片面のみに電極パターンを形成すればよいため、アンテナコイル基板５の製造を容易にし、エッチング液や電極材料のムダを削減してコストの低減を図ることができ、また、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを別々に設けるために、トリミング工程で所望の共振周波数に合わせ込むことができない場合であっても、ブリッジ回路８を交換すればよく、材料のムダを防止することができる。
【００３９】
なお、図４では、ブリッジ回路８側に櫛形電極１１ｂを形成する構成としたが、例えば、図７に示すように、アンテナコイル基板５側のアンテナパターン６の端部に櫛形電極１１ａを設け、ブリッジ回路８側にもう一方の電極を設け、両電極により誘電体層を形成する構成としたり、また、ブリッジ回路８とアンテナコイル基板５の双方に櫛形電極を設ける構成とすることもできる。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及び該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４１】
前記した第１の実施例では、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを２点（ａ、ｃ）で接続する構造（図１のパターン１の構造）を示したが、３点（ａ、ｂ、ｃ）で接続する構造（図２のパターン２の構造）に適用することもできる。この場合、ＩＣチップ１０内部に容量が内蔵されていないため、外部で容量を形成する必要がある。
【００４２】
そこで、図８に示すように、アンテナコイル基板５側にアンテナコイル６と容量形成部１３ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂと櫛形電極１１ｂとを設けて、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂとで基本容量を確保すると共に、櫛形電極１１ｂをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことを可能としている。なお、容量形成部１３ａ、１３ｂの形状、配置は図の構成に限定されず、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを接合した時に所望の容量が形成される構成であればよい。
【００４３】
又、図９に示すように、アンテナコイル基板５側に容量形成部１３ａと櫛形電極１１ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂを設ける構成とすることもでき、この場合も、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂとで基本容量を確保すると共に、櫛形電極１１ａをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができる。
【００４４】
このように、容量を内蔵しないＩＣチップ１０を用いて３点接続する構成の場合も、容量形成部１３ａ、１３ｂと櫛形電極１１ａ（又は１１ｂ）を設けることにより、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０及び図１１は、第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図であり、図１２は、その製造方法を示す製造フロー図である。
【００４６】
前記した第１及び第２の実施例では、コンデンサの容量は電極面積Ｓ（又は、電極面積Ｓと電極間隔ｄ）を変化させることにより調整可能であるが、アンテナコイル基板５の基材７、又はブリッジ回路８のシート９、又は基材７とシート９の組み合わせを誘電体層としているため、その誘電率を自由に設定することができない。そこで、本実施例では、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８との間に所定の誘電率の誘電体シートを介在させることにより、容量の調整に自由度を持たせ、ｆ０の調整作業を容易にしている。
【００４７】
具体的には、本実施例のトランスポンダ２は、図１０（ａ）に示すように、図４と同様に基材７の片側にアンテナコイル６が形成されたアンテナコイル基板５と、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、シート９上にＩＣチップ１０を備え、櫛形電極１１ｂを含む電極パターンが形成され、電極パターン上に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４が配設されたブリッジ回路８とから構成され、誘電体シート１４を挟んでアンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを接合することによりコンデンサの容量を調整可能とし、ｆ０を所望の値に合わせ込むことを可能としている。なお、図では、便宜上誘電体シート１４をブリッジ回路８に取り付けた状態を示しているが、誘電体シート１４が分離した形態であってもよい。
【００４８】
また、図１１（ａ）に示すように、基材７の片側にアンテナコイル６と櫛形電極１１ａが形成されたアンテナコイル基板５と、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、シート９上にＩＣチップ１０を備え、櫛形電極１１ａと交差する電極パターンが形成され、電極パターン上に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４が配設されたブリッジ回路８とからなる構成とすることもできる。
【００４９】
このような構造では、誘電体シート１４の材質を変えることで、誘電率εを変化させて、容量のバリエーションを増やすことが可能である。表２に誘電体シート１４として利用可能な材料及びその損失ｔａｎδ、誘電率を示す。なお、誘電体層としては、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８の接合面の組み合わせにより以下が考えられる。
【００５０】
・誘電体シート１４のみ
・誘電体シート１４と基材７の組み合わせ
・誘電体シート１４とシート９の組み合わせ
・誘電体シート１４と基材７とシート９の組み合わせ
【００５１】
【表２】
【００５２】
誘電体シート１４としては上記材料のみならず、シート状、ラベル状のトランスポンダ２に使用できる誘電体材料であればよく、例えば、金属化プラスチックフィルムコンデンサに用いるプラスチックフィルムや金属化紙コンデンサに用いる紙や紙とプラスチックフィルム、マイカコンデンサに用いるマイカ、紙コンデンサに用いる紙や紙とプラスチックフィルム、ガラスコンデンサに用いるガラス、陶器コンデンサに用いる陶器（温度補償用陶器、高誘電率陶器、半導体陶器）等を用いることもできる。
【００５３】
次に、上記構造のトランスポンダ２の製造方法について図１２を参照して説明する。本実施例のトランスポンダ２の製造方法は、エッチング加工法等により基材７の一方の面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板５を製造する工程（Ｓ３０１）と、エッチング加工法によりポリイミド等のシート９に櫛形電極１１ａを含む電極パターンを形成してブリッジ回路８を製造する工程（Ｓ３０２）と、フリップチップ実装によりＩＣチップ１０を実装する工程（Ｓ３０３）と、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを冷間加工法を用いて２点又は３点でかしめて接続する接合工程（Ｓ３０４）と、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４を挟み込んで接着する工程（Ｓ３０５）と、ブリッジ回路８に設けた櫛形電極１１ａをトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ３０６）と、インレーの状態のトランスポンダ２にラベル加工を施す工程（Ｓ３０７）とからなる。なお、誘電体シートの挿入工程はステップＳ３０４の接合工程の前に行ってもよい。
【００５４】
本実施例の製造方法においても、第１の実施例と同様に、アンテナコイル基板５の片面のみに電極パターンを形成すればよいため、アンテナコイル基板５の製造を容易にしコストを削減することができるという効果が得られると共に、トリミング加工工程においてｆ０の調整が困難な場合に挟み込んだ誘電体シート１４を交換してｆ０の調整幅を広げたり、誘電体シート１４の誘電率、厚さ、大きさ又は配置を変えることにより櫛形電極１１ｂのトリミングにおける周波数シフト量を一定にしたり、誘電体シート１４の交換でｆ０を合わせ込むことができる場合にはトリミングを省略することができ、ｆ０の調整作業をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００５５】
なお、本実施例ではアンテナコイル基板５のパターン形成面側にブリッジ回路８を配置する構成としたが、アンテナコイル基板５の反対面側にブリッジ回路８を配置することもでき、この場合は誘電体シート１４と基材７とが誘電体層となる。この誘電体層としては、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８の接合面の組み合わせにより、▲１▼誘電体シート１４のみ、▲２▼誘電体シート１４と基材７の組み合わせ、▲３▼誘電体シート１４とシート９の組み合わせ、▲４▼誘電体シート１４と基材７とシート９の組み合わせが考えられる。また、本実施例では共振用のＣはＩＣ内蔵型であるため、誘電体シート１４の損失により、トランスポンダ２自体のＱ値の低下にはほとんど影響を及ぼさない。
【００５６】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及び該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４は、第４の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００５７】
前記した第３の実施例では、容量内蔵型のＩＣチップ１０を用いて２点（ａ、ｃ）でアンテナコイル６と接続したが、誘電体シート１４を介在させる構造を３点（ａ、ｂ、ｃ）で接続する構造に適用することもできる。この場合、第２の実施例と同様にＩＣチップ１０内部に容量が内蔵されていないため、外部で容量を形成する必要がある。
【００５８】
具体的には、図１３に示すように、アンテナコイル基板５側にアンテナコイル６と容量形成部１３ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂと櫛形電極１１ｂとを設けて、両者を所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４を介在させて接合したものであり、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂと誘電体シート１４とで所望の容量を確保すると共に、櫛形電極１１ｂをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことを可能としている。
【００５９】
又、図１４に示すように、アンテナコイル基板５側に容量形成部１３ａと櫛形電極１１ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂを設け、両者を誘電体シート１４を介在させて接合する構成とすることもでき、この場合も、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂと誘電体シート１４とで所望の容量を確保すると共に、櫛形電極１１ａをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができる。
【００６０】
本実施例の構造では、アンテナコイル基板５側の容量形成部１３ａとブリッジ回路８側の容量形成部１３ｂにより形成される容量が共振用の容量となるので、トランスポンダ２自体のＱの低下を極力押さえるために、ｔａｎδ＜０．００１の誘電体シート１４を選定することが望ましい。
【００６１】
なお、上記各実施例ではブリッジ回路８にＩＣチップ１０を実装した場合について示したが、アンテナコイル基板５側にＩＣチップ１０を実装することも可能である。また、上記共振周波数の調整機構をＲＦＩＤ用トランスポンダに設ける場合について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、アンテナコイルとコンデンサとで共振回路が形成される任意の装置に適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００６３】
本発明の第１の効果は、簡単かつ正確にコンデンサの容量を変化させ、共振周波数を所望の値に合わせ込むことができるということである。
【００６４】
その理由は、本発明のトランスポンダは、アンテナコイル基板の片面に設けたアンテナパターンにブリッジ回路を接続する構造において、ブリッジ回路に櫛形電極を設け、櫛形電極をトリミングすることによりアンテナコイル基板の基材、又はブリッジ回路の基材を誘電体層とするコンデンサの容量を調節する構造、又は、アンテナコイル基板とブリッジ回路との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを介在させることによりコンデンサの容量を調節する構造を用いることにより、共振周波数の微調整を行うことができるからである。また、誘電体シートのε、ｄ、Ｓ、及び配置を変えることによりトリミングした際の周波数シフト量を一定にすることができるからである。
【００６５】
また、本発明の第２の効果は、トランスポンダの製造を容易にし、トランスポンダの製造コストを低減することができるということである。
【００６６】
その理由は、本発明のブリッジ回路を用いる方法では、電極パターンはアンテナコイル基板の片面に形成すればよいため、製造を容易にすることができると共に、パターンを抜くためのエッチング液の利用率が向上し、また、アルミ材料のムダが低減することにより製造工程においてコスト削減となるからである。また、アンテナコイル基板とブリッジ回路との間に挿入する誘電体の材料、面積、厚さを調整することにより容量を調整することができるため、アンテナコイル基板の変更に左右されず、ブリッジ回路の構造は統一できるからである。
【００６７】
また、本発明の第３の効果は、共振周波数の調整作業に柔軟性を持たせることができるということである。
【００６８】
その理由は、従来はトランスポンダ完成後にトリミング作業を行っていたが、ブリッジ回路を用いる本発明のトランスポンダでは、ｆ０のバラツキはＩＣに起因する部分が大であることからブリッジ回路のみでトリミングを行うこともできからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】２点接続構造のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図２】３点接続構造のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図３】ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施例の共振周波数のばらつき低減効果を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの製造方法を示す製造フロー図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの製造方法を示す製造フロー図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１５】従来のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図１６】従来のトランスポンダの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ＲＦＩＤ用システム
２ トランスポンダ
３ リーダ／ライタ
３ａ 受信回路
３ｂ 送信回路
３ｃ ＣＰＵ
４ リーダ／ライタ用アンテナ
５ アンテナコイル基板
６ アンテナパターン
７ 基材
８ ブリッジ回路
９ シート
１０ ＩＣチップ
１０ａ ブリッジ回路
１１ａ、１１ｂ 櫛形電極
１２ 接続位置
１３ａ、１３ｂ 容量形成部
１４ 誘電体シート
１５ 電極層
１６ａ コンデンサ
１６ｂ トリミング用コンデンサ
１６ｃ フィルムコンデンサ
１７ アンテナコイル基板
１８ ブリッジ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装されたＩＣチップに対して非接触でデータの読み書きを行うことを特徴とするＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用トラスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣチップを備えたトランスポンダとリーダ／ライタ（又はリーダ）との間でデータの交信を行うＲＦＩＤシステムが普及している。このＲＦＩＤシステムは、トランスポンダ及びリーダ／ライタの各々に備えたアンテナを用いてデータの交信を行うため、トランスポンダをリーダ／ライタから数ｃｍ乃至数十ｃｍ離しても通信可能であり、また、汚れや静電気等に強いという長所から、工場の生産管理、物流の管理、入退室管理等の様々な分野に利用されるようになってきている。
【０００３】
このＲＦＩＤシステムでデータの通信を行う場合、リーダ／ライタ、トランスポンダの双方のアンテナの共振周波数をある程度の精度で送信するキャリア周波数に合わせ込む必要がある。ここで、アンテナの共振周波数ｆ0は、アンテナコイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃとを用いて次式のように表される。
【０００４】
式（１）より、アンテナコイルのインダクタンスＬ又はコンデンサの容量Ｃのいずれかを増減させることにより共振周波数ｆ0を所望の値に調整することができ、リーダ／ライタのアンテナやサイズの大きいトランスポンダの場合は、通常、アンテナに実装したトリマコンデンサなどにより調整が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サイズの小さいトランスポンダ、特に、シート状やラベル状の様な厚さ数１００μｍ程度のトランスポンダの場合は、トリマコンデンサを実装することが困難であり、シートやラベル上に作製されたフィルムコンデンサにトリミング領域を設けたり、容量を内蔵したＩＣを実装することにより共振周波数が調整される。
【０００７】
ここで、従来のシート状（ラベル状）のトランスポンダの構造について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【０００８】
図１５は、基材７の両面に形成した電極層で構成されるフィルムコンデンサ１６ｃの容量Ｃと、基材７上にパターン印刷されたアンテナコイル６のインダクタンスＬにより共振周波数ｆｏを決定するトランスポンダ２の構造を示す平面図である。このような構造では、アンテナコイル６を形成する基材７を誘電体層として容量を形成するため、誘電率、tanδの特性の変更が簡単でなく、ｆｏにバラツキが生じるためｆｏの微調整が必要となる。そこで、基材７の一方に櫛形電極（図示せず）を形成し、この櫛形電極をトリミングすることによりフィルムコンデンサ１６ｃの容量を変化させてｆｏを所望の値に合わせ込むようにしている。しかしながら、フィルムコンデンサ１６ｃを形成するためには基材７の両面に電極層をパターン印刷する必要があり、製造が複雑になるという問題がある。
【０００９】
また、図１６は、基材７の片面にパターン印刷されたアンテナコイル６と、容量を内蔵するＩＣチップ１０を実装したブリッジ回路１７とによりｆｏを設定するトランスポンダ２の構造を示す平面図である。このような構造では、ＩＣチップ１０に内蔵される容量のバラツキが大きく、また、トランスポンダ２に容量の調整機構を有しないため、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、簡単かつ正確に共振周波数を調整することができるＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに共振周波数の調整方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に形成される櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンとで構成され、前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されるものである。
【００１２】
また、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダは、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に形成される第２の電極パターンとで構成され、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設されているものであり、前記第１のパターン又は前記第２の電極パターンの少なくとも一方に櫛形構造の電極を含む構成とすることができる。
【００１３】
本発明においては、前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のＲＦＩＤトランスポンダの製造方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダの製造方法であって、基材の一方の面に前記コンデンサの第１の電極パターン及び前記アンテナコイルを形成する工程と、ブリッジ回路を形成する工程と、
前記ブリッジ回路にＩＣチップを実装する工程と、前記基材と前記ブリッジ回路とをかしめにより接合する工程と、前記基材と前記ブリッジ回路との間に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを配設する工程と、を含むものであり、前記基材と前記ブリッジ回路との間に、前記誘電体シートを着脱可能に挿入する構成とすることができる。
【００１６】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンを形成し、前記第１の電極パターンと前記基材と前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記櫛形構造の電極をトリミングすることにより共振周波数を調整するものである。
【００１７】
また、本発明の共振周波数の調整方法は、アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に第２の電極パターンを形成し、前記第１の電極パターンと前記誘電体シートと前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設され、前記誘電体シートを交換することにより前記共振回路の共振周波数を調整するものである。
【００１８】
このように、本発明では、アンテナコイルが形成される基材の片面に形成された電極パターンと該アンテナコイルに２点又は３点で接続されるブリッジ回路に形成される電極パターンとで誘電体を挟み込んでコンデンサを形成する構造において、ブリッジ回路に容量調整用の櫛形電極を設け、該櫛形電極をトリミングすることにより共振周波数の微調整を可能としている。また、基材とブリッジ回路との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟み込むことにより、共振周波数の調整を可能としている。このような構造を採用することにより、基材の片側にのみ電極パターンを形成すれば良く、トランスポンダの製造が容易になると共に、誘電体シートを調整することにより、櫛形電極をトリミングする際の共振周シフト量を一定にすることができ、共振周波数の調整作業を容易にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
従来技術で示したように、トランスポンダ２の共振周波数ｆ０は式（１）で決まり、共振周波数を微調整するためには、アンテナコイル６のインダクタンスＬか、コンデンサの容量Ｃを変化させる必要があり、従来のシート状のトランスポンダ２では、基材７の両面に設ける電極パターンにより形成されるフィルムコンデンサ１６ｃ、又は、容量内蔵型ＩＣチップ１０を備えるブリッジ回路１８を接続することによりｆ０の調整を行っていた。
【００２０】
しかしながら、フィルムコンデンサ１６ｃを用いる構造では基材７の材料が限定され、また、容量内蔵型ＩＣチップ１０を備えるブリッジ回路を接続する構造では容量の調整機構がないため、共振周波数を所望の値に合わせ込むことができなかった。
【００２１】
そこで、本発明では、簡単かつ正確に容量を調整する方法として、（１）コンデンサの片側の電極パターンをアンテナコイル基板側に形成し、もう一方の電極パターンをブリッジ回路側に設け、その間に誘電体シートを挟み込む構造とし、誘電体シートの誘電率、厚さ、大きさ又は配置を変えることによりコンデンサ容量、損失ｔａｎδを簡単に変えられる構造、（２）アンテナコイル基板側の電極パターン、又はブリッジ回路側の電極パターンに櫛形電極を形成し、櫛形電極をトリミングして電極間の面積を調節することによりｆｏの微調整を可能にする構造を用いることを特徴としている。以下、各実施例においてその具体的構造を示すが、その前にトランスポンダの基本的な構成について説明する。
【００２２】
トランスポンダの構造パターンとして図１及び図２の２種類のパターンがある。図１に示すパターン１は、容量Ｃを内蔵しているＩＣチップ１０を用いる構造であり、この場合はアンテナコイル６の両端の２点ａ、ｃ（端子ａ、ｃは電力、クロック入力のための高周波入力端子）でＩＣチップ１０と容量の微調整を行うトリミング用コンデンサ１６ｂが接続される。また、図２に示すパターン２は、容量を内蔵していないＩＣチップ１０を用いる構造であり、この場合は、アンテナコイル６の３点ａ、ｂ、ｃ（端子ａ、ｃは電力、クロック入力のための高周波入力端子、端子ｂは変調用端子）でＩＣチップ１０が接続され、コンデンサとして、基本となる容量を形成するコンデンサ１６ａと、微調整を行うトリミング用コンデンサ１６ｂが接続される。本発明は、上記パターン１及びパターン２のいずれの構造にも適用することができ、第１及び第３の実施例ではパターン１の具体例を、第２及び第４の実施例ではパターン２の具体例を示す。
【００２３】
また、一般にコンデンサの容量は以下の式で計算できる。
【００２４】
Ｃ＝ε（Ｓ／ｄ） …(2)
ただしε：電極間の誘電体の誘電率
ｄ：電極の間隔（誘電体の厚さ）
Ｓ：電極の面積
【００２５】
従って、コンデンサの容量を変化させるパラメータは３種類あり、そのいずれかを変化させる構造とすればよい。そこで、第１及び第２の実施例では、εを固定しＳ（又はＳとｄ）を変化させてコンデンサの容量を調整する具体例を示し、第３及び第４の実施例では、ε（又はεとＳ、εとＳとｄ）を変化させてコンデンサの容量を調整する具体例を示す。
【００２６】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２７】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図３乃至図７を参照して説明する。図３は、ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図であり、図４は、第１の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びブリッジ回路の構造を示す平面図であり、図５は、本実施例の効果を説明するための図である。また、図６は、本実施例と従来のトランスポンダの製造工程を比較する製造フロー図であり、図７は本実施例のトランスポンダ及びブリッジ回路の他の構造を示す平面図である。
【００２８】
図３に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、リーダ／ライタ用アンテナ４を用いてデータの交信を行うリーダ／ライタ３と、カード型、ラベル型、シート型、スティック型等の種々の形状のトランスポンダ２とからなり、リーダ／ライタ３には、送受信信号を変換するための受信回路３ａ及び送信回路３ｂと、送受信信号をデコードするためのＣＰＵ３ｃとを備え、トランスポンダ２の共振周波数とリーダ／ライタ用アンテナ４の共振周波数をキャリア周波数に合わせることによりデータの交信が行われる。
【００２９】
また、図４（ａ）に示すように、本実施例のトランスポンダ２は、絶縁性シートやＰＣＢ等の基板等からなる基材７の片面にアンテナコイル６がパターン印刷やエッチング、配線等により形成されるアンテナコイル基板５と、データの記憶、演算処理を行うＩＣチップ１０がシート９に実装されるブリッジ回路８とからなり、アンテナコイル基板５のパターン形成面と反対側の面にブリッジ回路８の回路形成面が配置され、２点ａ及びｃ（端子ａ、ｃは電気的に接続）においてかしめ構造又はスルーホール接続構造により両者が接続されている。また、図２（ｂ）に示すように、ブリッジ回路８には、略平行して延在する複数の電極からなる櫛形電極１１ｂを備えており、この櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とで基材７を挟み込むことによりコンデンサを形成し、櫛形電極１１ｂをカットすることによりｆｏの微調整ができるように構成している。なお、コンデンサの形成方法としては、櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とでシート９を挟み込む構造や、櫛形電極１１ｂとアンテナコイル６とで基材７とシート９を挟み込む構造としてもよい。
【００３０】
また、図では、ブリッジ回路８はアンテナコイル６の内側の略中央に配置しているが、配置場所は任意に設定すればよい。また、櫛形電極１１ｂの長さや櫛歯の本数、アンテナコイル６の巻き数、形状も図の構成に限定されず、櫛形電極１１ａの櫛歯とアンテナコイル６端部とが交差する構成であればよい。更に、図４では、ＩＣチップ１０をブリッジ回路８に実装する構造を記載しているが、櫛形電極１１ｂとＩＣチップとを別々に実装する構造（以下の実施例においても同様）とすることもできる。例えば、図４（ｃ）に示すように、櫛形電極１１ｂのみをシート９に形成し、ＩＣチップ１０を実装したブリッジ回路１０ａを別途接続することにより、シート９の材質が変わってもブリッジ回路１０ａの実装条件を変える必要がなくなる。
【００３１】
図４のトランスポンダ２では、式（２）の誘電率εは誘電体層となるアンテナコイル基板５の基材７、又はブリッジ回路８のシート９の材料により決定されるが、櫛形電極１１ｂをトリミングすることにより電極面積Ｓを変化させてコンデンサの容量を調整することができる。このような櫛形電極１１ｂを備えるトランスポンダ２におけるｆｏのバラツキ低減効果を確認するために、トリミング前とトリミング後のｆｏを測定した。その結果を表１及び図５に示す。なお、本測定では、基材７として誘電率が３．９〜４．８、ｔａｎδが０．００５〜０．００８のＰＥＴを用い、厚さｄは２５μｍに設定した。
【００３２】
【表１】
表１及び図３より、共振周波数ｆ０は、トリミング前は１３．１４〜１３．３２ＭＨｚ（最大でΔｆ０＝０．１８ＭＨｚのバラツキ）であるのに対し、トリミング後は１３．５１〜１３．５８ＭＨｚ（最大でΔｆ０＝０．０７ＭＨｚのバラツキ）であり、櫛形電極１１ｂをトリミングすることにより、ｆｏのバラツキがかなり押さえられていることが分かる。
【００３４】
なお、アンテナコイル基板５の両面に電極パターンを形成する従来のトランスポンダに上記櫛形電極を形成する構造は公知であるが、本実施例では櫛形電極１１ｂをブリッジ回路８側に設けたことを特徴としており、櫛形電極１１ｂをブリッジ回路８側に設けることにより、種々の効果が得られる。
【００３５】
例えば、従来の構造では、アンテナコイル基板５の両面に電極パターンを形成するために製造が複雑になり、また、コンデンサがアンテナコイル基板５に一体的に形成されるため、トリミングに失敗した場合はトランスポンダ２全体が不良となってしまう。一方、本実施例の構造では、アンテナコイル基板５には片面に電極パターンを形成すればよく、製造を容易にすることができると共に、トリミングに失敗した場合にはブリッジ回路８のみを交換すれば良く、アンテナコイル基板５を再利用することができるというメリットがある。
【００３６】
次に、本実施例のトランスポンダ２の製造方法について、図６を参照して従来方法と比較しながら具体的に説明する。図６（ａ）は本実施例のブリッジ回路８を用いたラベルタイプのトランスポンダ２の製造フロー図であり、図６（ｂ）は従来のトランスポンダ２の製造フロー図である。
【００３７】
図６（ｂ）に示すように従来のトランスポンダの製造方法は、エッチング加工法等により基材の両面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板を製造する工程（Ｓ２０１）と、基材の両面に形成した電極パターンをかしめにより接続する工程（Ｓ２０２）と、ＩＣチップをアンテナコイル基板にフリップチップ実装する工程（Ｓ２０３）と、アンテナコイル基板の一方の面に形成した櫛形電極をトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ２０４）と、インレーの状態のトランスポンダにラベル加工を施す工程（Ｓ２０５）とからなり、Ｓ２０１で基材の両面に電極パターンを形成するため、基材の材料や厚さがある程度制限されてしまい、また、パターンを抜くためのエッチング液、電極材料をムダに消費してしまうという問題や、Ｓ２０４のトリミング工程で所望の共振周波数に合わせ込むことができない場合はトランスポンダ全体が不良品となってしまうという問題があった。
【００３８】
これに対して、本発明のトランスポンダ２の製造方法は、エッチング加工法等により基材７の一方の面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板５を製造する工程（Ｓ１０１）に並行して、エッチング加工法によりポリイミド等のシート９に櫛形電極１１ｂを含む電極パターンを形成してブリッジ回路８を製造する工程（Ｓ１０２）とフリップチップ実装によりＩＣチップ１０を実装する工程（Ｓ１０３）とを行い、その後、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを冷間加工法を用いて２点又は３点でかしめて接続する接合工程（Ｓ１０４）と、ブリッジ回路８に設けた櫛形電極１１ｂをトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ１０５）と、インレーの状態のトランスポンダ２にラベル加工を施す工程（Ｓ１０６）とからなり、アンテナコイル基板５には片面のみに電極パターンを形成すればよいため、アンテナコイル基板５の製造を容易にし、エッチング液や電極材料のムダを削減してコストの低減を図ることができ、また、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを別々に設けるために、トリミング工程で所望の共振周波数に合わせ込むことができない場合であっても、ブリッジ回路８を交換すればよく、材料のムダを防止することができる。
【００３９】
なお、図４では、ブリッジ回路８側に櫛形電極１１ｂを形成する構成としたが、例えば、図７に示すように、アンテナコイル基板５側のアンテナパターン６の端部に櫛形電極１１ａを設け、ブリッジ回路８側にもう一方の電極を設け、両電極により誘電体層を形成する構成としたり、また、ブリッジ回路８とアンテナコイル基板５の双方に櫛形電極を設ける構成とすることもできる。
【００４０】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及び該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、第２の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００４１】
前記した第１の実施例では、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを２点（ａ、ｃ）で接続する構造（図１のパターン１の構造）を示したが、３点（ａ、ｂ、ｃ）で接続する構造（図２のパターン２の構造）に適用することもできる。この場合、ＩＣチップ１０内部に容量が内蔵されていないため、外部で容量を形成する必要がある。
【００４２】
そこで、図８に示すように、アンテナコイル基板５側にアンテナコイル６と容量形成部１３ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂと櫛形電極１１ｂとを設けて、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂとで基本容量を確保すると共に、櫛形電極１１ｂをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことを可能としている。なお、容量形成部１３ａ、１３ｂの形状、配置は図の構成に限定されず、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを接合した時に所望の容量が形成される構成であればよい。
【００４３】
又、図９に示すように、アンテナコイル基板５側に容量形成部１３ａと櫛形電極１１ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂを設ける構成とすることもでき、この場合も、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂとで基本容量を確保すると共に、櫛形電極１１ａをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができる。
【００４４】
このように、容量を内蔵しないＩＣチップ１０を用いて３点接続する構成の場合も、容量形成部１３ａ、１３ｂと櫛形電極１１ａ（又は１１ｂ）を設けることにより、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０及び図１１は、第３の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図であり、図１２は、その製造方法を示す製造フロー図である。
【００４６】
前記した第１及び第２の実施例では、コンデンサの容量は電極面積Ｓ（又は、電極面積Ｓと電極間隔ｄ）を変化させることにより調整可能であるが、アンテナコイル基板５の基材７、又はブリッジ回路８のシート９、又は基材７とシート９の組み合わせを誘電体層としているため、その誘電率を自由に設定することができない。そこで、本実施例では、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８との間に所定の誘電率の誘電体シートを介在させることにより、容量の調整に自由度を持たせ、ｆ０の調整作業を容易にしている。
【００４７】
具体的には、本実施例のトランスポンダ２は、図１０（ａ）に示すように、図４と同様に基材７の片側にアンテナコイル６が形成されたアンテナコイル基板５と、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、シート９上にＩＣチップ１０を備え、櫛形電極１１ｂを含む電極パターンが形成され、電極パターン上に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４が配設されたブリッジ回路８とから構成され、誘電体シート１４を挟んでアンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを接合することによりコンデンサの容量を調整可能とし、ｆ０を所望の値に合わせ込むことを可能としている。なお、図では、便宜上誘電体シート１４をブリッジ回路８に取り付けた状態を示しているが、誘電体シート１４が分離した形態であってもよい。
【００４８】
また、図１１（ａ）に示すように、基材７の片側にアンテナコイル６と櫛形電極１１ａが形成されたアンテナコイル基板５と、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、シート９上にＩＣチップ１０を備え、櫛形電極１１ａと交差する電極パターンが形成され、電極パターン上に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４が配設されたブリッジ回路８とからなる構成とすることもできる。
【００４９】
このような構造では、誘電体シート１４の材質を変えることで、誘電率εを変化させて、容量のバリエーションを増やすことが可能である。表２に誘電体シート１４として利用可能な材料及びその損失ｔａｎδ、誘電率を示す。なお、誘電体層としては、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８の接合面の組み合わせにより以下が考えられる。
【００５０】
・誘電体シート１４のみ
・誘電体シート１４と基材７の組み合わせ
・誘電体シート１４とシート９の組み合わせ
・誘電体シート１４と基材７とシート９の組み合わせ
【００５１】
【表２】
誘電体シート１４としては上記材料のみならず、シート状、ラベル状のトランスポンダ２に使用できる誘電体材料であればよく、例えば、金属化プラスチックフィルムコンデンサに用いるプラスチックフィルムや金属化紙コンデンサに用いる紙や紙とプラスチックフィルム、マイカコンデンサに用いるマイカ、紙コンデンサに用いる紙や紙とプラスチックフィルム、ガラスコンデンサに用いるガラス、陶器コンデンサに用いる陶器（温度補償用陶器、高誘電率陶器、半導体陶器）等を用いることもできる。
【００５３】
次に、上記構造のトランスポンダ２の製造方法について図１２を参照して説明する。本実施例のトランスポンダ２の製造方法は、エッチング加工法等により基材７の一方の面に電極パターンを形成してアンテナコイル基板５を製造する工程（Ｓ３０１）と、エッチング加工法によりポリイミド等のシート９に櫛形電極１１ａを含む電極パターンを形成してブリッジ回路８を製造する工程（Ｓ３０２）と、フリップチップ実装によりＩＣチップ１０を実装する工程（Ｓ３０３）と、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８とを冷間加工法を用いて２点又は３点でかしめて接続する接合工程（Ｓ３０４）と、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４を挟み込んで接着する工程（Ｓ３０５）と、ブリッジ回路８に設けた櫛形電極１１ａをトリミングしてｆ０を微調整し、共振周波数を所望の値に合わせ込む工程（Ｓ３０６）と、インレーの状態のトランスポンダ２にラベル加工を施す工程（Ｓ３０７）とからなる。なお、誘電体シートの挿入工程はステップＳ３０４の接合工程の前に行ってもよい。
【００５４】
本実施例の製造方法においても、第１の実施例と同様に、アンテナコイル基板５の片面のみに電極パターンを形成すればよいため、アンテナコイル基板５の製造を容易にしコストを削減することができるという効果が得られると共に、トリミング加工工程においてｆ０の調整が困難な場合に挟み込んだ誘電体シート１４を交換してｆ０の調整幅を広げたり、誘電体シート１４の誘電率、厚さ、大きさ又は配置を変えることにより櫛形電極１１ｂのトリミングにおける周波数シフト量を一定にしたり、誘電体シート１４の交換でｆ０を合わせ込むことができる場合にはトリミングを省略することができ、ｆ０の調整作業をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００５５】
なお、本実施例ではアンテナコイル基板５のパターン形成面側にブリッジ回路８を配置する構成としたが、アンテナコイル基板５の反対面側にブリッジ回路８を配置することもでき、この場合は誘電体シート１４と基材７とが誘電体層となる。この誘電体層としては、アンテナコイル基板５とブリッジ回路８の接合面の組み合わせにより、▲１▼誘電体シート１４のみ、▲２▼誘電体シート１４と基材７の組み合わせ、▲３▼誘電体シート１４とシート９の組み合わせ、▲４▼誘電体シート１４と基材７とシート９の組み合わせが考えられる。また、本実施例では共振用のＣはＩＣ内蔵型であるため、誘電体シート１４の損失により、トランスポンダ２自体のＱ値の低下にはほとんど影響を及ぼさない。
【００５６】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダ及び該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４は、第４の実施例に係るＲＦＩＤ用トランスポンダの構造の一例を示す平面図である。
【００５７】
前記した第３の実施例では、容量内蔵型のＩＣチップ１０を用いて２点（ａ、ｃ）でアンテナコイル６と接続したが、誘電体シート１４を介在させる構造を３点（ａ、ｂ、ｃ）で接続する構造に適用することもできる。この場合、第２の実施例と同様にＩＣチップ１０内部に容量が内蔵されていないため、外部で容量を形成する必要がある。
【００５８】
具体的には、図１３に示すように、アンテナコイル基板５側にアンテナコイル６と容量形成部１３ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂと櫛形電極１１ｂとを設けて、両者を所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シート１４を介在させて接合したものであり、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂと誘電体シート１４とで所望の容量を確保すると共に、櫛形電極１１ｂをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことを可能としている。
【００５９】
又、図１４に示すように、アンテナコイル基板５側に容量形成部１３ａと櫛形電極１１ａとを設け、ブリッジ回路８側に容量形成部１３ｂを設け、両者を誘電体シート１４を介在させて接合する構成とすることもでき、この場合も、容量形成部１３ａと容量形成部１３ｂと誘電体シート１４とで所望の容量を確保すると共に、櫛形電極１１ａをカットすることにより容量を微調整し、ｆｏを所望の値に合わせ込むことができる。
【００６０】
本実施例の構造では、アンテナコイル基板５側の容量形成部１３ａとブリッジ回路８側の容量形成部１３ｂにより形成される容量が共振用の容量となるので、トランスポンダ２自体のＱの低下を極力押さえるために、ｔａｎδ＜０．００１の誘電体シート１４を選定することが望ましい。
【００６１】
なお、上記各実施例ではブリッジ回路８にＩＣチップ１０を実装した場合について示したが、アンテナコイル基板５側にＩＣチップ１０を実装することも可能である。また、上記共振周波数の調整機構をＲＦＩＤ用トランスポンダに設ける場合について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、アンテナコイルとコンデンサとで共振回路が形成される任意の装置に適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＦＩＤ用トランスポンダ及びその製造方法並びに該トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００６３】
本発明の第１の効果は、簡単かつ正確にコンデンサの容量を変化させ、共振周波数を所望の値に合わせ込むことができるということである。
【００６４】
その理由は、本発明のトランスポンダは、アンテナコイル基板の片面に設けたアンテナパターンにブリッジ回路を接続する構造において、ブリッジ回路に櫛形電極を設け、櫛形電極をトリミングすることによりアンテナコイル基板の基材、又はブリッジ回路の基材を誘電体層とするコンデンサの容量を調節する構造、又は、アンテナコイル基板とブリッジ回路との間に所望の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを介在させることによりコンデンサの容量を調節する構造を用いることにより、共振周波数の微調整を行うことができるからである。また、誘電体シートのε、ｄ、Ｓ、及び配置を変えることによりトリミングした際の周波数シフト量を一定にすることができるからである。
【００６５】
また、本発明の第２の効果は、トランスポンダの製造を容易にし、トランスポンダの製造コストを低減することができるということである。
【００６６】
その理由は、本発明のブリッジ回路を用いる方法では、電極パターンはアンテナコイル基板の片面に形成すればよいため、製造を容易にすることができると共に、パターンを抜くためのエッチング液の利用率が向上し、また、アルミ材料のムダが低減することにより製造工程においてコスト削減となるからである。また、アンテナコイル基板とブリッジ回路との間に挿入する誘電体の材料、面積、厚さを調整することにより容量を調整することができるため、アンテナコイル基板の変更に左右されず、ブリッジ回路の構造は統一できるからである。
【００６７】
また、本発明の第３の効果は、共振周波数の調整作業に柔軟性を持たせることができるということである。
【００６８】
その理由は、従来はトランスポンダ完成後にトリミング作業を行っていたが、ブリッジ回路を用いる本発明のトランスポンダでは、ｆ０のバラツキはＩＣに起因する部分が大であることからブリッジ回路のみでトリミングを行うこともできからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】２点接続構造のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図２】３点接続構造のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図３】ＲＦＩＤシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施例の共振周波数のばらつき低減効果を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの製造方法を示す製造フロー図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係るトランスポンダの製造方法を示す製造フロー図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係るトランスポンダの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例に係るトランスポンダの他の構成を示す平面図である。
【図１５】従来のトランスポンダの構成を示す回路図である。
【図１６】従来のトランスポンダの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ＲＦＩＤ用システム
２ トランスポンダ
３ リーダ／ライタ
３ａ 受信回路
３ｂ 送信回路
３ｃ ＣＰＵ
４ リーダ／ライタ用アンテナ
５ アンテナコイル基板
６ アンテナパターン
７ 基材
８ ブリッジ回路
９ シート
１０ ＩＣチップ
１０ａ ブリッジ回路
１１ａ、１１ｂ 櫛形電極
１２ 接続位置
１３ａ、１３ｂ 容量形成部
１４ 誘電体シート
１５ 電極層
１６ａ コンデンサ
１６ｂ トリミング用コンデンサ
１６ｃ フィルムコンデンサ
１７ アンテナコイル基板
１８ ブリッジ回路
Claims (9)
- アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、
前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に形成される櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンとで構成され、前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されることを特徴とするＲＦＩＤ用トランスポンダ。 - アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダにおいて、
前記コンデンサの電極は、基材の一方の面に形成される第１の電極パターンと、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に形成される第２の電極パターンとで構成され、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設されていることを特徴とするＲＦＩＤ用トランスポンダ。 - 更に、前記第１のパターン又は前記第２の電極パターンの少なくとも一方に櫛形構造の電極を含むことを特徴とする請求項２記載のＲＦＩＤ用トランスポンダ。
- 前記櫛形構造の電極のトリミングにより前記コンデンサの容量が調整され、前記共振回路の共振周波数が設定されることを特徴とする請求項３記載のＲＦＩＤ用トランスポンダ。
- アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダの製造方法であって、
基材の一方の面に前記コンデンサの第１の電極パターン及び前記アンテナコイルを形成する工程と、
ブリッジ回路を形成する工程と、
前記ブリッジ回路にＩＣチップを実装する工程と、
前記基材と前記ブリッジ回路とをかしめにより接合する工程と、
前記基材と前記ブリッジ回路との間に所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを配設する工程と、を含むことを特徴とするトランスポンダの製造方法。 - 前記基材と前記ブリッジ回路との間に、前記誘電体シートを着脱可能に挿入することを特徴とする請求項５記載のトランスポンダの製造方法。
- アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、
基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、前記基材の他方の面に配設されるブリッジ回路に櫛形構造の電極を含む第２の電極パターンを形成し、前記第１の電極パターンと前記基材と前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記櫛形構造の電極をトリミングすることにより共振周波数を調整することを特徴とする共振周波数の調整方法。 - アンテナコイルとコンデンサとからなる共振回路を備えたＲＦＩＤ用トランスポンダを用いた共振周波数の調整方法であって、
基材の一方の面に第１の電極パターンを形成し、所定の誘電率、厚さ、大きさ又は配置の誘電体シートを挟んで、該基材の同一面に配設されるブリッジ回路に第２の電極パター ンを形成し、前記第１の電極パターンと前記誘電体シートと前記第２の電極パターンとで前記コンデンサを形成し、前記誘電体シートは、前記基材と前記ブリッジ回路との間に着脱可能に配設され、前記誘電体シートを交換することにより前記共振回路の共振周波数を調整することを特徴とする共振周波数の調整方法。 - 更に、前記第１のパターン又は前記第２の電極パターンの少なくとも一方に櫛形構造の電極を含み、前記櫛形構造の電極をトリミングすることにより共振周波数を調整することを特徴とする請求項８記載の共振周波数の調整方法。
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