JP4075919B2 - アンテナユニットおよび非接触ｉｃタグ - Google Patents

Description

この発明は、例えばＵＨＦ帯の電波を用いて非接触で通信するような非接触ＩＣタグ、および該非接触ＩＣタグに用いられるアンテナユニットに関する。

近年、様々な分野で機械を用いて自動化することが行われている。例えば物流において自動化を進めようとする場合は、個々の物品等に貼付される伝票等の内容を機械により読み取り可能とすることが重要になる。この自動化を実現する方法として、個々の伝票にその内容に対応したバーコードラベルを貼付することが従来から行われている。

しかし、いわゆるバーコードリーダを用いてバーコードラベルを読みとるためには、バーコードリーダとバーコードラベルとの距離、およびバーコードリーダをバーコードラベルに向ける方向を高精度に対応させなければならない。この距離と方向の対応は手作業で行うため読み取り作業に時間がかかり、物流の円滑化の障害となっていた。さらに、バーコードに入力できる情報量が少ないため、このバーコードラベルを用いて管理できる区域は狭い区域に限られていた。

このような背景から、近年では、誘導電磁界を用いて非接触で読み取りが可能な非接触ＩＣタグが注目されている。この非接触ＩＣタグは、誘導電磁界を用いて非接触で通信することから、記憶されたデータの読み取りにおける距離と方向の対応付けの制約がバーコードに比べると随分少なく、読み取り作業を効率よく実行することができる。

また、この非接触ＩＣタグ内のＩＣには管理対象物品の個体情報を大容量で記憶することができる。このため、利用用途の幅が広がり、例えば個体を特定するためのセキュリティ情報として前記固体情報を用いることも可能である。

しかし、近年では非接触ＩＣタグを利用する用途が増加しており、上述した誘導電磁界による読み取り距離（５０ｃｍ程度）では不十分な用途も出てきている。この読み取り距離の問題を解決する手段として、ＵＨＦ帯（８５０〜９５０ＭＨｚ）等の電波を利用して３〜５ｍの読み取り距離を得る方法が検討され始めている（特許文献１参照）。

図７は、このＵＨＦの周波数帯で用いられる非接触ＩＣタグ１０１の一例を示し、図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は正面図を示す。非接触ＩＣタグ１０１は、内部にメモリ機能を持つＩＣチップ１１１と、フィルム１０３上に設けられたアンテナ１０４とで構成されている。

通常、この周波数帯で用いる非接触ＩＣタグ１０１は、読み取り距離を長距離化するために、非接触ＩＣタグ１０１を構成するＩＣチップ１１１のもつインピーダンスと、アンテナ１０４のもつインピーダンスを整合させて、非接触ＩＣタグ１０１からリードアンテナに送受信されるパワーを最大化する必要がある。

従って、例えば、内部の構成回路で決定されるＩＣチップ１１１のインピーダンスに対して、使用する周波数値に合わせた形状のアンテナ１０４のインピーダンスを、アンテナ１０４に平行してローディングバー１０９をつける等によって整合させる。

しかし、ＵＨＦ帯の周波数使用においては、携帯電話等の他の無線機器と混信しないように、非接触ＩＣタグシステムで使用可能な周波数帯が各国で定められている。この周波数帯は、日本では９４８〜９５６ＭＨｚ、米国では９０２〜９２８ＭＨｚ、ヨーロッパでは８６５〜８６８ＭＨｚ、中国では９１８〜９２５ＭＨｚと、国毎に異なっている。このため、非接触ＩＣタグを製造販売するメーカーは、各国の周波数に合わせたアンテナ１０４を設計することが必要であり、非接触ＩＣタグ１０１の生産や管理が非常に煩雑になるという問題点があった。

特開２００４−８０６００号公報

この発明は、上述の問題に鑑み、交信周波数としてＵＨＦ帯（例えば８５０〜９６０ＭＨｚ）を用いて電波により通信可能な非接触ＩＣタグについて、異なる共振周波数を持った非接触ＩＣタグを容易に製造できるアンテナユニット、及び非接触ＩＣタグを提供することを目的とする。

この発明は、プリント配線からなるアンテナとインピーダンスマッチング配線部とを備え、ＩＣチップが該インピーダンスマッチング配線部を介して該アンテナに電気的に接続されると非接触ＩＣタグになるアンテナユニットであって、前記インピーダンスマッチング配線部は、前記アンテナの中央から略Ｔ字型の形状にプリント配線をくり貫いて形成されたくり貫き部の周囲に形成され、前記ＩＣチップのインピーダンスと前記アンテナのインピーダンスとをマッチングさせるため、前記ＩＣチップの端子の直接的または間接的な前記インピーダンスマッチング配線部への接続位置を所定の範囲で調整可能な接続領域を、前記インピーダンスマッチング配線部の略Ｔ字型の形状の中心軸の左右両側に設けたアンテナユニットであることを特徴とする。
この発明の態様として、前記接続領域における前記調整可能な方向に直角な方向の幅をＩＣチップの接続端部の該方向の幅よりも広く形成したことを特徴とする。

この発明の態様として、前記接続領域は、前記インピーダンスマッチング配線部の両端部分とし、該両端部分を略平行に配設することができる。
またこの発明の態様として、ダイポールアンテナのアンテナユニットとすることができる。
またこの発明の態様として、前記接続領域は、前記ＩＣチップの端子の直接的または間接的な前記インピーダンスマッチング配線部への接続位置を所定の範囲で連続的に調整可能に構成することができる。

またこの発明の態様として、前記アンテナは、平行な前記両端部分に対して略直角方向に伸びる形状に形成することができる。

またこの発明の態様として、前記接続領域の近傍に、ＩＣチップの接続位置を識別させる識別表示部を設けることができる。

またこの発明は、前記アンテナユニットを備え、前記インピーダンスマッチング配線部を介して前記アンテナにＩＣチップを電気的に接続した非接触ＩＣタグとすることができる。

この発明により、異なる共振周波数を持った非接触ＩＣタグを容易に製造できるアンテナユニット、及び非接触ＩＣタグを提供できる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１（Ａ）は、８５０〜９６０ＭＨｚのＵＨＦ帯の周波数を使用するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ１の平面図を示し、図１（Ｂ）はＲＦＩＤタグ１の正面図を示し、図２はＩＣモジュール１０の縦断正面図を示す。

ＲＦＩＤタグ１は、長方形のシート状のアンテナ回路基板２と、該アンテナ回路基板２より小さい長方形の略シート状のＩＣモジュール１０とで構成されている。

前記アンテナ回路基板２は、ＰＥＴ製で長方形の透明のフィルム３の上面に、該フィルム３より一回り小さいアンテナ４がプリント配線により設けられている。このフィルム３とアンテナ４は、いずれも肉厚が一定で、適度に湾曲可能な柔らかさを有するシート状の部材である。

前記アンテナ４は、中央に略Ｔ字型のくり貫き部５が設けられた形状のプリント回路であり、該くり貫き部５の周囲がインピーダンスマッチング配線部（インピーダンスマッチング回路）６になっている。また、くり貫き部５の左右には、接続用の突出部である接続領域８，８が設けられている。この接続領域８，８は、インピーダンスマッチング配線部６をＩＣチップ１１に電気的に接続するための両端部となる部分であり、図１（Ａ）の図示上下方向に長い領域で、左右に対照で互いが平行に形成されている。また該アンテナ４の上面には、図示省略する絶縁層が設けられている。

左側の接続領域８の近傍には、前後方向（図１（Ａ）の上下方向）に並べた複数のマーカー部７が設けられている。この実施形態では、アンテナ４が左右方向に長いスリット状にくり貫かれた穴を前後に２つ並べてマーカー部７，７を形成しているが、これにかぎらず、より多くの数を備える、右側の接続領域８の近傍に備える、あるいは左右両側の接続領域８，８の近傍にそれぞれ備えるなど、適宜の構成にすることができる。

前記ＩＣモジュール１０は、ＩＣチップ（半導体ベアチップ）１１とストラップ１３とで構成されている。
前記ＩＣチップ１１は、例えば内部に無線周波数インタフェース部と制御論理部、及び記憶部が設けられて交流信号によって動作する一般的なものであり、図２に示すように、上面に入出力兼用の端子（バンプ）が設けられている。

前記ストラップ１３は、図２に示すように、ＰＥＴ製で長方形のフィルム１６の下面に、アルミニウムによるプリント回路である導電配線部１５，１５が左右に分割して配設され、各導電配線部１５の下面が絶縁層１４で被覆されている。この絶縁層１４、導電配線部１５、およびフィルム１６は、いずれも肉厚が一定で、適度に湾曲可能な柔らかさを有するシート状の部材である。
一定の隙間を空けて配設された前記導電配線部１５，１５には、前記ＩＣチップ１１の端子１２，１２がそれぞれ接続されている。

このように形成されたＩＣモジュール１０の接続端部１９（図１参照）の前後方向（図１（Ａ）の上下方向）の幅は、前記接続領域８の前後方向の幅よりも充分狭く形成されている。従って、接続領域８のどの位置にＩＣモジュール１０を接続するか適宜調整することが可能になる。

なお、各部材の厚みについて説明すると、フィルム３は約３２μｍ、アンテナ４は約１８μｍ、ＩＣチップ１１は約１００μｍ、導電配線部１５は約３５μｍ、フィルム１６は約１８μｍである。

そして、ＲＦＩＤタグ１の全体の大きさ、すなわちフィルム３の大きさは、９４ｍｍ（左右方向）×１６ｍｍ（前後方向）程度であり、左右方向の中心部にＩＣチップ１１が位置するようにＩＣモジュール１０がアンテナ回路基板２に搭載される。

なお、アンテナ４の形状は、略長方形に形成したが、図３の平面図に示すような形状に形成してもよい。このアンテナ４は、左右方向の長さＬが９４ｍｍであり、その中心位置（左右の両端から４７ｍｍの位置）に、上述したＩＣチップ１１が位置するようにＩＣモジュール１０が搭載される。くり貫き部５は、逆Ｕ字型に形成されており、その角は、角部Ｒ１，Ｒ４が半径２ｍｍの円弧に、角部Ｒ２，Ｒ３が半径１ｍｍの円弧になるよう丸められている。
また、アンテナ４の左右の中腹部は、前後（図３の上下）で点対称に略三角形の凹部９，９が形成されており、該凹部９の角も、角部Ｒ５，Ｒ６が半径７ｍｍの円弧に、角部Ｒ７が半径５ｍｍの円弧に丸められている。

以上の構成により、ＲＦＩＤタグ１は、アンテナ４によって電波を通じたデータの送受信を実行することができ、ＩＣチップ１１内の記憶部にデータを記憶することができる。

次に、接続領域８に対するＩＣモジュール１０の取り付け位置と、その位置の違いによるＲＦＩＤタグ１の特性の違いについて説明する。
図４は、図１及び図２と共に説明したＲＦＩＤタグ１で、マーカー部７を設けた場合に対してのＩＣモジュール１０の取り付け位置を説明している。
図５は、図３と共に示したアンテナ４を利用し、図４に示すようにＩＣモジュール１０の取り付け位置を変化させた場合の特性の変化について説明する表図である。

まず、図４（Ａ）に示すように、インピーダンスマッチング配線部６におけるインピーダンスマッチング用の有効部分長（回路長）Ｗが最も短く（インピーダンスマッチング配線部６の面積が最も小さく）なるように、アンテナ４の幅方向である図示Ｘ方向についてインピーダンスマッチング配線部６側にＩＣモジュール１０を接続した場合、図５の位置（Ａ）に示すように、特性値（インピーダンス値、Ｇａｉｎ−Ｍ値等）は、対応周波数が９５３ＭＨｚとなるＲＦＩＤタグ１が得られる。このとき、３つのマーカー部７のうち最もインピーダンスマッチング配線部６側にあるマーカー部７をＩＣモジュール１０が指し示し、そのマーカー部７に対応する周波数であること視認できるようになる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、インピーダンスマッチング配線部６の有効部分長Ｗが中程度の長さになるように、図４（Ａ）の位置からアンテナ４の幅方向である図示Ｘ方向にスライド移動（平行移動）させた位置であって接続領域８の中央程度の位置にＩＣモジュール１０を接続した場合、図５の位置（Ｂ）に示すように、特性値（インピーダンス値、ＧａｉｎーＭ値等）は、対応周波数が９１５ＭＨｚとなるＲＦＩＤタグ１が得られる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、インピーダンスマッチング配線部６の有効部分長Ｗが最も長く（インピーダンスマッチング配線部６の面積が最も大きく）なるように、図４（Ｂ）の位置からアンテナ４の幅方向である図示Ｘ方向にさらにスライド移動（平行移動）させた位置であってインピーダンスマッチング配線部６と反対側の位置（インピーダンスマッチング配線部６の両端）にＩＣモジュール１０を接続した場合、図５の位置（Ｃ）に示すように、特性値（インピーダンス値、ＧａｉｎーＭ値等）は、対応周波数が８５０ＭＨｚとなるＲＦＩＤタグ１が得られる。このとき、３つのマーカー部７のうち最もインピーダンスマッチング配線部６から離れた位置にあるマーカー部７をＩＣモジュール１０が指し示し、そのマーカー部７に対応する周波数であること視認できるようになる。

なお、この実施形態では、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）と、それぞれＸ方向に数ｍｍ程度だけＩＣモジュール１０の位置を変化させており、その接続精度は、±１５０μｍ程度の精度で行っている。

以上に説明したように、このＲＦＩＤタグ１によれば、アンテナ４を複数種類用意せずとも、１つのアンテナ４に対して、ＩＣモジュール１０の接続位置を変えるだけで、周波数帯の異なる複数種類のＲＦＩＤタグ１を製造することができる。

接続領域８，８は平行であるから、ＩＣモジュール１０の取り付け位置の調整によるインピーダンスマッチング配線部６の有効部分長を容易に変化させることができる。

ＩＣモジュール１０の取り付け位置の変更が可能な方向、すなわち図４のＸ方向に対して、アンテナ４はこれと直角なＹ方向に長いため、ＩＣモジュール１０の取り付け位置を変化させてもアンテナ４の長さは変わらず、ＩＣモジュール１０の取り付け位置の変化によって変動するパラメータの数を減少できる。従って、各国の仕様にあわせたＲＦＩＤタグ１を容易に製造することができる。

また、ＩＣモジュール１０の接続位置に対応してマーカー部７を形成したため、製造されたＲＦＩＤタグ１がどの種類（どの国）に対応するか一目で容易に判断することができる。

しかも、このマーカー部７はアンテナ４に形成したスリット状の穴、すなわちプリント配線時にその部分にプリントしないことで形成できるため、ＲＦＩＤタグ１のコスト増につながらず、汎用性の高いアンテナ回路基板２およびＲＦＩＤタグ１を安価に提供することができる。

なお、アンテナ４およびインピーダンスマッチング配線部６に対して導電配線部１５を介して間接的にＩＣチップ１１を接続したが、ＩＣチップ１１をアンテナ４およびインピーダンスマッチング配線部６に直接接続する構成にしてもよい。この場合でも、ＩＣチップ１１の接続位置を調整することでＲＦＩＤタグ１の交信周波数を変化させることができる。

また、ＩＣモジュール１０のストラップ１３は長方形に形成したが、図６（Ａ）や図６（Ｂ）に示すように、該ストラップ１３にもマーカー部２０を形成してもよい。この場合、図６（Ａ）に示すように、ＩＣモジュール１０の端部を先鋭にして形成する、あるいは図６（Ｂ）に示すように穴を形成することでマーカー部２０とすることができる。
この場合、小さい面積でＩＣモジュール１０の接続位置を変化させても、どのマーカー部７をＩＣモジュール１０が指しているかより明確にすることができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の非接触ＩＣタグは、実施形態のＲＦＩＤタグ１に対応し、
以下同様に、
アンテナユニットは、アンテナ回路基板２に対応し、
識別表示部は、マーカー部７に対応し、
接続領域および両端部分は、接続領域８に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

ＲＦＩＤタグの外観説明図。 ＩＣモジュールの縦断正面図。 他の形態のアンテナの平面図。 ＩＣモジュールの取り付け位置の説明図。 ＲＦＩＤタグの特性の変化を説明する表図。 他の実施形態のＲＦＩＤタグの説明図。 従来の非接触ＩＣタグの外観説明図。

符号の説明

１…ＲＦＩＤタグ
２…アンテナ回路基板
４…アンテナ
６…インピーダンスマッチング配線部
７…マーカー部
８…接続領域
１１…ＩＣチップ
Ｗ…有効部分長

Claims (8)

1. プリント配線からなるアンテナとインピーダンスマッチング配線部とを備え、
   ＩＣチップが該インピーダンスマッチング配線部を介して該アンテナに電気的に接続されると非接触ＩＣタグになるアンテナユニットであって、
   前記インピーダンスマッチング配線部は、前記アンテナの中央から略Ｔ字型の形状にプリント配線をくり貫いて形成されたくり貫き部の周囲に形成され、
   前記ＩＣチップのインピーダンスと前記アンテナのインピーダンスとをマッチングさせるため、前記ＩＣチップの端子の直接的または間接的な前記インピーダンスマッチング配線部への接続位置を所定の範囲で調整可能な接続領域を、前記インピーダンスマッチング配線部の略Ｔ字型の形状の中心軸の左右両側に設けたことを特徴とする
   アンテナユニット。
2. 前記接続領域における前記調整可能な方向に直角な方向の幅をＩＣチップの接続端部の該方向の幅よりも広く形成したことを特徴とする
   請求項１に記載のアンテナユニット。
3. 前記接続領域は、前記インピーダンスマッチング配線部の両端部分とし、該両端部分を略平行に配設した
   請求項１又は２に記載のアンテナユニット。
4. プリント配線からなるダイポールアンテナとインピーダンスマッチング配線部とを備え、
   ＩＣチップが該インピーダンスマッチング配線部を介して該ダイポールアンテナに電気的に接続されると非接触ＩＣタグになるアンテナユニットであって、
   前記インピーダンスマッチング配線部は、前記ダイポールアンテナの中央からプリント配線をくり貫いて形成されたくり貫き部の周囲に形成され、
   前記ＩＣチップのインピーダンスと前記ダイポールアンテナのインピーダンスとをマッチングさせるため、前記ＩＣチップの端子の直接的または間接的な前記インピーダンスマッチング配線部への接続位置を所定の範囲で調整可能な接続領域を、前記くり貫き部の左右両側に設けたことを特徴とする
   アンテナユニット。
5. 前記接続領域は、前記インピーダンスマッチング配線部の両端部分とし、該両端部分を略平行に、且つ、連続的に調整可能に配設した
   請求項４に記載のアンテナユニット。
6. 前記アンテナは、平行な前記両端部分に対して略直角方向に伸びる形状に形成した
   請求項３又は５に記載のアンテナユニット。
7. 前記接続領域の近傍に、ＩＣチップの接続位置を識別させる識別表示部を設けた
   請求項１、２、３、４，５又は６記載のアンテナユニット。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のアンテナユニットを備え、
   前記インピーダンスマッチング配線部を介して前記アンテナにＩＣチップを電気的に接続した
   非接触ＩＣタグ。

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