JP4169062B2 - 無線タグ - Google Patents

Description

本発明は、各種物品に取り付けて用いられ、対象物品に関連する情報を無線通信可能な無線タグに関する。

従来の無線タグは、物品に取り付けて用いられ、情報を格納する集積回路と、無線通信のためのアンテナとを有し、非接触で集積回路から情報を読み出したり、集積回路の情報を更新したりできるように構成されている。このため、無線タグを用いると、製造工程における生産管理や、物流における商品管理などを行うことができる。ここで、無線タグが取り付けられる物品には、金属や水分を含むものなどのように、それ自体が電波に影響を与えるものがある。

このように金属などに取り付けて使用される場合には、９５０ＭＨｚ帯や２．４５ＧＨｚ帯においては、無線タグのアンテナが物品の影響を受けないように、片面指向性を有するパッチアンテナを使用することが知られている。
従来のパッチアンテナは、理想的には無限遠となる地板の上に誘電体の基板を設け、基板上に銅箔からなる放射用のパッチアンテナ部を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１７２５号公報

しかしながら、誘電体の基板を用いるパッチアンテナでは、放射電極の給電点に集積回路チップを設けて、接地導体との間で導通をとる必要があるが、その導通のために基板にスルーホール加工を施す必要があり、ドリル加工、スルーホールメッキ加工等の作業がコスト高を招き易い。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、安価に製造することができる無線タグを提供することを目的とする。

本発明の無線タグは、誘電体からなる基板の一方の主面に放射電極が設けられるとともに、他方の主面に接地導体が設けられ、これら放射電極と接地導体との間に、情報が記録される集積回路チップと、該集積回路チップを前記放射電極及び接地導体にそれぞれ接続状態とする導体線路とが設けられ、その導体線路が前記基板の側面上を経由して形成され、前記基板はフレキシブル基板を二つ折り状に折り曲げて構成され、二つ折り状の前記フレキシブル基板の間にスペーサが挿入状態に固定され、前記スペーサは可とう性を有する軟質材から構成され、前記放射電極及び／又は接地導体には、その曲げ変形予定線に沿う切欠部が形成されていることを特徴とする。

この無線タグは、集積回路チップに接続された導体線路が基板の側面を経由して形成されているから、従来のようなスルーホール加工を施す必要がない。この場合、放射電極から引き出される導体線路がいわゆるマイクロストリップラインを構成することになり、放射電極における導体線路の引き出し部が給電点とされる。

また、従来の無線タグであると、基板が硬質であるため、曲面への追従性に乏しく、缶の外表面等の曲面に取り付けることは困難で、対象物品が限定されるが、本発明ではフレキシブル基板であるから、曲面へも取り付けることができる。また、二つ折りにしていることにより、薄肉のフレキシブル基板でもアンテナとして必要な誘電体の厚さを確保することが可能である。

また、二つ折り状の前記フレキシブル基板の間にスペーサが挿入状態に固定されているため、さらに大きな厚さを確保することができる。したがって、数十μｍの厚さのフレキシブル基板であっても、スペーサの厚さを適宜設定することにより、放射電極と接地電極との間隔を最適に設定し得て、十分にアンテナとして機能させることができる。

さらに、スペーサが可とう性を有する軟質材から構成されることで、スペーサもフレキシブル基板と同様に柔軟性を有するので、湾曲面等にも取り付けることが可能になる。

また、前記放射電極及び／又は接地導体には、その曲げ変形予定線に沿う切欠部が形成されているため、曲げ変形させて使用する場合に、放射電極や接地導体にしわが発生することを防止することができる。

さらに、二つ折り状の前記フレキシブル基板の内側表面に、前記放射電極、接地導体、集積回路チップ、導体線路が設けられている構成とすると、集積回路チップが外側に露出しないので、外力から有効に保護することができる。

この場合、前記スペーサに、前記集積回路チップを収容する凹部が形成されている構成とするとよく、無線タグの外表面を平坦に形成することができる。

また、本発明の無線タグにおいて、前記スペーサは腕に巻き付け可能なバンドとして構成され、このスペーサの長さ方向の途中位置に前記フレキシブル基板が固定されていることを特徴とする。
このような構成とすることにより、腕に巻き付けて、各種施設の入退場管理に使用することができる。

本発明の無線タグによれば、集積回路チップに接続された導体線路が基板の側面を経由して形成されているから、従来のようなスルーホール加工を施す必要がなく、容易に製作することができる。
その場合、フレキシブル基板を二つ折り状に折り曲げて基板を構成すると、フレキシブル基板の柔軟性により曲面への取り付けも可能になり、対象物品に関する制約を少なくすることができる。また、二つ折り状のフレキシブル基板の間にスペーサを介在することにより、放射電極と接地導体との間隔も十分に設定することができ、アンテナとしての機能を有効に発揮することができる。

以下、本発明の無線タグの実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は第１実施形態の無線タグを示しており、この無線タグ１は、誘電体からなる略正方形の基板２を挟むように放射電極３及び接地導体４が設けられたアンテナ５と、アンテナ５の放射電極３側に配置された集積回路チップ６とを有する。このような無線タグ１はＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグや、ＩＣ（Integrated Circuit）タグと呼ばれることもある。

放射電極３は、基板２の一方の主面（図1の上面）に貼り付けられた銅箔等からなる略正方形の平面状の導電体である。この放射電極３の両側辺３ａに平行な軸線C上を中心から所定距離だけオフセットした位置が、放射電極３に対する給電点Ｑとされ、この給電点Ｑから基板２の一側面２ａに向けて前記軸線Ｃ上に沿って給電線路となる導体線路７が形成されている。また、この導体線路７における給電点Ｑまでの間の部分には、導体線路７の両側を除去してなるスリット８が形成されている。
なお、この放射電極３において前記軸線Ｃに平行な一対の辺３ａは、電波の送受信に寄与する開放端であり、その長さＤは通信用の電波の実効波長λの約１／４とされている。一方、前記軸線Ｃに直交する辺３ｂの長さは開放端３ａと略同じ長さに形成されているが、通信に直接影響を与えないので、開放端３ａより短くてもよい。

前記基板２は、ガラスエポキシやセラミックスなどから製造されている。この基板２は、厚さが約１．６ｍｍであり、外形は放射電極３よりも一回り大きく、前記軸線Ｃに直交する一対の辺２ｂの長さが、放射電極３の辺３ｂの長さの両端にそれぞれＸ＝約λ／１０ずつ加えた大きさに形成されている。この基板２は略正方形に形成されているから、前記軸線Ｃに沿う辺２ｃの長さも、放射電極３に対して同程度に大きく形成されている。

前記接地導体４は、銅箔等の導電体から構成され、基板２の他方の主面（図1の底面）のほぼ全面を覆っている。また、この接地導体４から基板２の一側面２ａを経由して前記一方の主面にまで延びる導体線路９が前記軸線Ｃに沿って形成されている。
そして、基板２の前記一方の主面、つまり放射電極３が設けられている上面に、該放射電極３から基板２の一側面２ａ付近まで引き出されている導体線路７の端部と、接地導体４から基板２の一側面２ａを経由して引き出されている導体線路９の端部との間を接続するように前記集積回路チップ６がフリップチップ実装等により搭載されている。

このように構成される無線タグ１を製造する場合、銅箔等の導電体を全面に貼り付けてなる基板２にフォトレジストを形成してマスク露光、エッチングすることにより、基板２の両面上の放射電極３、接地導体４、導体線路７等が形成され、一側面２ａ上の導体線路９の部分はメッキや印刷等によって形成される。したがって、従来のパッチアンテナのように基板にスルーホール加工を施す必要がなく、ドリル加工やスルーホールメッキ加工等の特殊な作業を省略し得て、コスト低下を図ることができる。

そして、このように製作された無線タグ１においては、放射電極３の給電点Ｑに対してマイクロストリップライン構成の導体線路７が引き出され、集積回路チップ６が基板２の一側面２ａの近傍に配置されているから、放射電極３の付近の表面は平坦に形成され、その平坦面に印刷等を施す場合に、その印刷面を広く確保することができる。

図２から図４は無線タグの第２実施形態を示しており、図４が完成した無線タグを示し、図２がその無線タグに使用されるフレキシブル回路板、図３が図２のフレキシブル回路板に集積回路チップを搭載する前の状態をそれぞれ示している。
この無線タグ１１は、アンテナ１２の基板をフレキシブル基板１３により構成し、そのフレキシブル基板１３を二つ折りにしてスペーサ１４を間に介在させた構成としたものである。放射電極３、接地導体４、両導体線路７、９、及び集積回路チップ６の構成は第1実施形態のものと同じであり、同一符号を付して説明を簡略化する。

フレキシブル基板１３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリイミド等の誘電体の樹脂からなる２５μｍ〜７５μｍのフィルム材によって構成されている。
このフレキシブル基板１３の片面に、前記第１実施形態の放射電極、接地導体及び導体線路を平面状に展開したようなパターンで、放射電極３、接地導体４及び導体線路７、９が設けられている。この場合、フレキシブル基板１３は幅寸法Ｗの２倍より少し大きい長さ寸法Ｌを有する長方形状に形成されており、その片面において、図２の一点鎖線Ａで示す半分の位置よりも若干一方の端部寄りの位置の表面に、その一方の端部にわたって略正方形の接地導体４が設けられ、該接地導体４との間に間隔をおいて前記放射電極３が設けられている。この放射電極３は、フレキシブル基板１３における前記接地導体４とは反対側の端部寄りに設けられており、フレキシブル基板１３の両側辺からX＝約λ／１０ずつ内側に寄せて配置されている。

そして、これら放射電極３と接地導体４との間に、放射電極３の軸線C上に沿って両者から対向して延びる導体線路７、９が形成され、両導体線路７、９を接続するように集積回路チップ６が搭載されることにより、図２に示すフレキシブル回路板が構成される。放射電極３の給電点Ｑ付近で導体線路７の両側にスリット８が設けられる点等、第１実施形態のものと同様である。
一方、スペーサ１４は、シリコンゴム等の軟質の樹脂から構成されており、前記接地導体３とほぼ同じ大きさの略正方形の板状に形成され、厚さは約１．０ｍｍに設定されている。

なお、集積回路チップ６を搭載する前の状態のフレキシブル回路板は、図３に示すように、放射電極３と接地導体４との間に、両者からそれぞれ他方に向けて延びる導体線路７・９が設けられるとともに、両導体線路７・９の先端が対向状態に配置され、これら対向状態の両導体線路７・９の間に、集積回路チップ６を搭載するためのチップ搭載部Ｅが形成されている。このチップ搭載部Ｅに各導体線路７・９に接続状態に集積回路チップ６を搭載することにより、図２に示す状態となるのである。

そして、図４に示すように、前記フレキシブル基板１３は放射導体３等の形成面を表側（外側）にして二つ折りにされ、その間にスペーサ１４が介在した状態とされ、両者が接着剤１５によって固定されている。詳細には、フレキシブル基板１３は、接地導体４が設けられている端部の裏面にスペーサ１４の一方の面を接着剤１５によって固定し、スペーサ１４の一側面の両縁によってフレキシブル基板１３を図２の二点鎖線Bで示す位置からそれぞれ折り曲げ、折り曲げられたフレキシブル基板１３の端部をスペーサ１４の他方の面に接着剤１５によって固定することにより、製作される。この組み立てた後の構造においては、無線タグ１１は、前記第１実施形態とほぼ同じ形状、寸法のものとなる。

このように構成した無線タグ１１は、フレキシブル基板１３と軟質材からなるスペーサ１４とによって基板が構成されているので、これを湾曲させることが可能であり、缶などの湾曲面を有する対象物品に取り付けることができる。
また、製造に際しては、フレキシブル基板１３やスペーサ１４をロール状のものから切り出しながら製作することができる。また、フレキシブル基板１３は、銅を積層した基板からエッチング処理によって複数個同時に製作することも可能であり、生産性を著しく向上させることができる。

この場合、フレキシブル基板１３を折り曲げた際に、放射電極３は接地導体４の中央位置に重ねられるように配置されるが、接地導体４は放射電極３に比べて大きい面積に形成されているので、フレキシブル基板１３を折り曲げた際にわずかにずれが生じたとしてもアンテナ１２としての精度には影響が少なく、精密な位置決め作業が要求されないので、比較的容易に製作することができる。
なお、この第２実施形態の無線タグ１１では、フレキシブル基板１３の厚さが２５μｍ〜７５μｍであり、これを単に二つ折りにしただけでは放射電極３と接地導体４との離間距離が確保できないので、二つ折りした間にスペーサ１４を介在させるように構成したが、数百μmの厚さのフレキシブル基板を用いることができれば、スペーサは省略することが可能である。

以下、図５から図７は、図２及び図３に示すフレキシブル回路板を使用した他の実施形態の無線タグを示している。
図５は第３実施形態の無線タグを示している。この無線タグ２１は、アンテナ２２が第２実施形態の場合と同じように、フレキシブル基板１３とスペーサ１４とを有する構成とされているが、フレキシブル基板１３は、放射電極３等の形成面を内側にして折り曲げられている点が異なるものである。このため、フレキシブル基板１３の表面から突出する集積回路チップ６はスペーサ１４に対向することになり、その対向位置のスペーサ１４に、集積回路チップ６よりも大きい凹部２３が形成されている。したがって、組み立て状態においては、集積回路チップ６がスペーサ１４の凹部２３内に収容され、フレキシブル基板１３の外面に突出部分がなく、平坦面とされている。

このように集積回路チップ６をフレキシブル基板１３の内側に配置して外側に露出しないようにしたことにより、集積回路チップ６が外力から有効に保護される。
すなわち、集積回路チップ６を実装する場合、ベアチップをフリップチップ実装するか、ＩＣパッケージ化してハンダ付けする等の方法があるが、単に基板上にフリップチップ実装するだけではチップが露出状態となるし、ＩＣパッケージ化の方法ではパッケージ化のための工程が必要でコスト高を招く。本実施形態の場合、図５に示すように、フリップチップ実装した集積回路チップ６を二つ折りにしたフレキシブル基板１３の内側に配置するという簡単な構成により、集積回路チップ６の保護を確実にすることができるのである。

図６は第４実施形態の無線タグを示しており、この無線タグ３１は、アンテナ３２のフレキシブル基板１３及びその片面に形成される放射電極３、接地導体４、導体回路７、９並びに集積回路チップ６の構成は第２実施形態及び第３実施形態のものと同じであるが、折り曲げたフレキシブル基板１３の間に介在されるスペーサ３３がリストバンドの形態をしている点が両実施形態のものと異なる点である。
すなわち、このスペーサ３３は、フレキシブル基板１３が貼り付けられる基台部３４と、該基台部３４の両端から一体に延びる一対のバンド部３５とから構成されており、バンド部３５の先端部には、相互に着脱可能なマジックテープ（登録商標）等の留め具（図示略）が設けられる。基台部３４とバンド部３５とは、同一の厚みにより1枚のシートから型抜き等で成形されてもよい。

そして、その基台部３４は直方体状に形成され、該基台部３４を挟むように図２に示すものと同様のフレキシブル基板１３が二つ折り状態で貼り付けられていることにより、その上面に放射電極３、下面に接地導体４が配置されるとともに、側面に接地導体４からの導体線路９が引き出され、上面で集積回路チップ６に接続されている。

このように構成した無線タグ３１は、スペーサ３３であるリストバンドを腕等に巻き付けて使用され、遊園地等において入園者の入退場管理に適用することができる。
この種の無線タグは、従来では、例えば成形樹脂中に埋め込まれており、成形金型内で無線タグをインサート成形することにより製作されるので、コスト高となっていたが、この実施形態の構成とすることにより、フレキシブル基板１３とスペーサ３３とを別々にかつ連続的に製作しておくことができ、生産性が著しく向上するものである。
なお、この第４実施形態の無線タグ３１においても、図５の第３実施形態のものと同様に、フレキシブル基板１３をその回路形成面を内側にして折り曲げ、スペーサ３３の基台部３４に集積回路チップ６を収容する凹部を形成した構成とすれば、突出部のない平坦な外面に形成することができるとともに、集積回路チップ６を外力から保護することができる。

図７は第５実施形態の無線タグを示しており、この無線タグ４１は、基本的な構成は第2実施形態の無線タグと同様であるが、アンテナ４２の放射電極３及び接地導体４に切欠部４３を形成したものである。つまり、放射電極３及び接地導体４のほぼ中央位置（図７では接地導体６の切欠部は隠れて見えない）に、放射電極３の軸線Ｃに直交する方向に沿うスロット状の切欠部４３が形成されている。図中符号４４は放射電極３及び集積回路チップ６を覆う保護層を示しており、薄肉の樹脂フィルムによって構成される。

この無線タグ４１においては、フレキシブル基板１３及びスペーサ１４が可とう性を有しているので、全体に曲げ変形させて使用することができるが、その場合に、この無線タグ４１では、フレキシブル基板１３が折り曲げて形成されているので、その折り曲げ部１３ａをさらに直交方向に曲げ変形させることには限界がある。そこで、図７の矢印Ｅで示すように軸線Ｃを湾曲させる方向に曲げ変形させることになり、そのときに曲げ変形の内側に配置される面（図７では接地導体４の表面）には圧縮力が作用して接地導体４を構成している銅箔にしわが生じ易いが、その部分に、放射電極３の軸線Ｃに直交する方向の線Ｆに沿ってスロット状の切欠部４３が形成されているので、しわの発生が防止されるのである。したがって、曲げ変形が予定される場合に、その曲げ変形予定位置に、曲げ変形予定線（図７の場合は線Ｆ）に沿って切欠部４３を形成すればよい。
この無線タグ４１において、アンテナ４２は、放射電極３において通信に寄与する一対の辺（開放端）３ａが所定の長さＤ＝約λ／４に設定されていれば通信可能であり、その開放端３ａが維持される範囲で切欠部４３が形成されていても通信には影響を与えない。

なお、本発明は、前記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、図７の第５実施形態で示した保護層を図１の第１実施形態等、集積回路チップ６が表面に露出する形態のものに適用することができる。また、基板やスペーサの形状等も取り付けられる対象の物品形状等に合わせて適宜変更可能である。例えば、本やＣＤケース、各種カード等の端部をスペーサとして無線タグを構成することができる。

本発明の第１実施形態の無線タグを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の無線タグに使用されるフレキシブル回路板を示す斜視図である。 図２に示す状態に対して集積回路チップを搭載する前の状態を示す斜視図である。 図２のフレキシブル回路板を使用して組み立てた状態の無線タグを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態の無線タグを示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態の無線タグを示す斜視図である。 本発明の第５実施形態の無線タグを示す斜視図である。

符号の説明

１…無線タグ ２…基板 ３…放射電極 ４…接地導体 ５…アンテナ ６…集積回路チップ ７…導体線路 ８…スリット ９…導体線路 １１…無線タグ １２…アンテナ １３…フレキシブル基板 １４…スペーサ １５…接着剤 ２１…無線タグ ２２…アンテナ ３１…無線タグ ３２…アンテナ ３３…スペーサ ３４…基台部 ３５…バンド部 ４１…無線タグ ４２…アンテナ ４３…切欠部 ４４…保護層 Ｅ…集積回路チップ搭載部

Claims (4)

1. 誘電体からなる基板の一方の主面に放射電極が設けられるとともに、他方の主面に接地導体が設けられ、これら放射電極と接地導体との間に、情報が記録される集積回路チップと、該集積回路チップを前記放射電極及び接地導体にそれぞれ接続状態とする導体線路とが設けられ、その導体線路が前記基板の側面上を経由して形成され、
   前記基板はフレキシブル基板を二つ折り状に折り曲げて構成され、
   二つ折り状の前記フレキシブル基板の間にスペーサが挿入状態に固定され、
   前記スペーサは可とう性を有する軟質材から構成され、
   前記放射電極及び／又は接地導体には、その曲げ変形予定線に沿う切欠部が形成されていることを特徴とする無線タグ。
2. 二つ折り状の前記フレキシブル基板の内側表面に、前記放射電極、接地導体、集積回路チップ、導体線路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の無線タグ。
3. 前記スペーサに、前記集積回路チップを収容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の無線タグ。
4. 前記スペーサは腕に巻き付け可能なバンドとして構成され、このスペーサの長さ方向の途中位置に前記フレキシブル基板が固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無線タグ。

Images