JP4301346B2 - 無線ｉｃデバイス及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイス及び該無線ＩＣデバイスを備えた電子機器に関する。
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や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。
特許文献１には、ＩＣチップとプリント配線回路基板内に形成されたアンテナとを備えたＲＦＩＤタグが記載されている。このＲＦＩＤタグでは、プリント配線回路基板内のアンテナと該基板の主面上に実装したＩＣチップとを電気的に導通状態で接続している。そして、アンテナをプリント配線回路基板内に配置することにより、ＲＦＩＤタグを小型化している。
しかしながら、このＲＦＩＤタグでは、専用のアンテナを設けているため、アンテナ作製工程が必要でコストが上昇し、かつ、設置スペースも必要で大型化する。特に、特許文献１の図２に描かれているように、アンテナをミアンダ状にすると、複数層にわたって内層電極を加工する必要があり、作製工程が長くなる。また、ＩＣチップとアンテナとのインピーダンスを整合するための整合部が必要となり、その整合部をアンテナとＩＣチップとの接続部に設けるとアンテナ形状が大きくなり、ＩＣチップを変更するとアンテナ形状なども変更する必要がある。
特表平１１−５１５０９４号公報
そこで、本発明の目的は、専用のアンテナを設けることなく、小型化を達成でき、インピーダンスの整合も容易な無線ＩＣデバイス及び該無線ＩＣデバイスを備えた電子機器を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の第１形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記無線ＩＣチップを実装した回路基板と、
前記回路基板に形成された電極と、
前記無線ＩＣチップと結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
を備え、
前記ループ状電極と前記回路基板に形成された前記電極とが互いに電気的に導通状態で配置されていること、
を特徴とする。
本発明の第２形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記無線ＩＣチップを実装した回路基板と、
前記回路基板に形成された電極と、
前記無線ＩＣチップと結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
を備え、
前記ループ状電極の内側に整合電極を有すること、
を特徴とする。
本発明の第３形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
前記回路基板に形成された電極と、
前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
を備え、
前記ループ状電極と前記回路基板に形成された前記電極とが互いに電気的に導通状態で配置されていること、
を特徴とする。
本発明の第４形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
前記回路基板に形成された電極と、
前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
を備え、
前記ループ状電極の内側に整合電極を有すること、
を特徴とする。
本発明の第５形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
前記回路基板に形成された電極と、
前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
を備え、
前記給電回路基板に共振回路及び／又は整合回路が形成され、
前記給電回路基板の表面に、前記共振回路及び／又は前記整合回路と電磁界結合するとともに、前記ループ状電極と電気的に導通された外部電極が形成されていること、
を特徴とする。
前記無線ＩＣデバイスにおいては、無線ＩＣチップ又は給電回路基板と例えばグランド電極などの回路基板に形成された電極とがループ状電極を介して結合され、回路基板に形成された電極が無線ＩＣ（チップ）の放射板（アンテナ）として機能する。即ち、前記電極で受信された信号によってループ状電極を介して無線ＩＣ（チップ）が動作され、該無線ＩＣ（チップ）からの応答信号がループ状電極を介して前記電極から外部に放射される。従って、必ずしも専用のアンテナを作製する必要がなく、それを設置するスペースも必要としない。また、ループ状電極にて無線ＩＣ（チップ）と前記電極とのインピーダンスを整合させることができ、必ずしも別途整合部を設ける必要がなく、無線ＩＣ（チップ）と前記電極との信号伝達効率が向上する。
第３、第４及び第５形態である無線ＩＣデバイスにおいては、例えば無線ＩＣチップなどの無線ＩＣとループ状電極との間に給電回路基板が介在されている。この給電回路基板はインダクタンス素子を有する共振回路及び／又は整合回路を含むもので、共振回路及び／又は整合回路によって使用周波数が実質的に設定され、ＲＦＩＤシステムの使用周波数に応じて無線ＩＣを変更した場合、共振回路及び／又は整合回路の設計を変更するだけでよく、放射板（電極）の形状やサイズ、配置、あるいは、ループ状電極と電極又は給電回路基板との結合状態まで変更する必要はない。また、共振回路及び／又は整合回路は無線ＩＣと電極とのインピーダンス整合機能をも備えることができ、無線ＩＣと電極との信号伝達効率を向上させることができる。
また、前記無線ＩＣデバイスにおいては、無線ＩＣ（チップ）又は給電回路基板と結合しているループ状電極を多層構造をなす回路基板の複数の層上に形成してもよい。
なお、無線ＩＣ（チップ）は、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。
本発明によれば、回路基板に既設の電極をアンテナとして利用することができ、必ずしも別部品としてアンテナを配置する必要がなくなり、無線ＩＣデバイスないし該デバイスを搭載した機器を小型化することができる。また、ループ状電極及び／又は給電回路基板に含まれる共振回路及び／又は整合回路にインピーダンス整合機能をもたすことができ、必ずしも別途整合部を設ける必要はない。
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイス及び電子機器の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１及び図２参照）
図１に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、該無線ＩＣチップ５を実装したプリント配線回路基板２０と、該回路基板２０に形成されたグランド電極２１及びループ状電極２２とで構成されている。グランド電極２１及びループ状電極２２は、それぞれプリント配線回路基板２０の主面上に導体ペーストの塗布や、回路基板２０上に設けた金属箔をエッチングすることなどで設けられている。
無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、図２に示すように、裏面に入出力端子電極６，６及び実装用端子電極７，７が設けられている。入出力端子電極６，６がループ状電極２２の両端に設けた接続用電極２２ａ，２２ｂに金属バンプ８にて電気的に接続されている。また、回路基板２０上には一対の接続用電極２２ｃ，２２ｄが設けられ、無線ＩＣチップ５の端子電極７，７がこの接続用電極２２ｃ，２２ｄに金属バンプ８を介して電気的に接続されている。
ループ状電極２２はグランド電極２１のエッジ部に対して水平方向に近接して設けられ、この両者は電界により結合している。即ち、ループ状電極２２をグランド電極２１と同一面上で近接させることで、ループ状電極２２から垂直方向にループ状の磁界Ｈ（図１（Ａ）の点線参照）が発生し、その磁界Ｈがグランド電極２１に対して垂直に交わることによってグランド電極２１のエッジ部にループ状の電界Ｅ（図１（Ａ）の一点鎖線参照）が励振される。このループ状電界Ｅによりさらにループ状磁界Ｈが誘起されることにより、ループ状電界Ｅとループ状磁界Ｈとがグランド電極２１の全面に広がっていき、高周波信号を空中に放射する。このようにグランド電極２１とループ状電極２２とを同一主面上に近接して、かつ、絶縁状態で配置することによって、両者を確実に電磁界結合させることができ、放射特性が向上する。
以上のごとくループ状電極２２がグランド電極２１と電磁界により結合することにより、リーダライタから放射されてグランド電極２１で受信された高周波信号がループ状電極２２を介して無線ＩＣチップ５に供給され、無線ＩＣチップ５が動作する。一方、無線ＩＣチップ５からの応答信号がループ状電極２２を介してグランド電極２１に伝達され、グランド電極２１からリーダライタに放射される。
グランド電極２１は本無線ＩＣデバイスが収容される電子機器のプリント配線回路基板２０に既設のものを利用してもよい。あるいは、電子機器に搭載されている他の電子部品のグランド電極として使用されるものである。従って、この無線ＩＣデバイスにおいては、専用のアンテナを作製する必要がなく、それを設置するスペースも必要としない。しかも、グランド電極２１は大きなサイズで形成されているため、放射利得が向上する。
また、ループ状電極２２は、その長さ、電極幅及びグランド電極２１との間隔などを調整することで、無線ＩＣチップ５とグランド電極２１とのインピーダンスの整合をとることができる。
（第２実施例、図３参照）
図３に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第１実施例と同様の構成からなり、グランド電極２１及びループ状電極２２をプリント配線回路基板２０の裏面に形成したものである。回路基板２０の表面には接続用電極２４ａ〜２４ｄが形成されており、ループ状電極２２の両端部とは接続用電極２４ａ，２４ｂがビアホール導体２３を介して電気的に接続されている。接続用電極２４ａ〜２４ｄは図１に示した接続用電極２２ａ〜２２ｄに相当するもので、無線ＩＣチップ５の端子電極６，６，７，７（図２参照）に金属バンプ８を介して電気的に接続されている。
グランド電極２１とループ状電極２２との結合状態は前記第１実施例と同様であり、本第２実施例の作用効果は第１実施例と同様である。特に、回路基板２０の表面に他の電子部品を実装するスペースを大きく設定できる。
（第３実施例、図４参照）
図４に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、ループ状電極２５をプリント配線回路基板２０の表面に設けた接続用電極２５ａ，２５ｂとビアホール導体２８，２８と内部電極２９とで形成したものである。このループ状電極２５は回路基板２０の裏面に設けたグランド電極２１と電界結合している。接続用電極２５ａ，２５ｂと接続用電極２５ｃ，２５ｄとが無線ＩＣチップ５の端子電極６，６，７，７（図２参照）と金属バンプ８を介して電気的に接続されている。
ループ状電極２５はグランド電極２１に対して垂直方向に近接して設けられ、この両者は電界により結合している。即ち、ループ状電極２５からは磁束がグランド電極２１の面付近に発生し、グランド電極２１からはその磁界と直交する電界が発生する。これにより、グランド電極２１に電界ループが励振され、この電界ループにより発生した磁界ループがグランド電極２１の全面に広がっていき、高周波信号を空中に放射する。このようにグランド電極２１に対してループ状電極２５を垂直方向に近接して、かつ、絶縁状態で配置することにより、ループ状電極２５の配置（即ち、無線ＩＣチップ５の配置）の自由度が大きくなる。
本第３実施例の動作は前記第１実施例と基本的に同様であり、その作用効果も第１実施例で説明したとおりである。特に、ループ状電極２５をプリント配線回路基板２０の内部に形成することにより、外部からの磁界の侵入による妨害などが減少する。グランド電極２１を回路基板２０の内部に形成してもよい。この場合には、回路基板２０の表裏面に大きな空きスペースができるので、他の配線を形成したり、電子部品を実装することにより集積密度を高めることができる。
（第４実施例、図５参照）
図５に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第４実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、プリント配線回路基板２０の表面に設けたグランド電極２１の一側部に切欠き２１ａを形成することによりループ状電極３１を設けたもので、接続用電極３１ａ，３１ｂが無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６，６（図２参照）と金属バンプ８を介して電気的に接続されている。また、回路基板２０の表面に形成した接続用電極３１ｃ，３１ｄが無線ＩＣチップ５の実装用端子電極７，７と金属バンプ８を介して電気的に接続されている。
本第４実施例において、ループ状電極３１はグランド電極２１と電気的に導通状態で結合し、このループ状電極３１が介在することで無線ＩＣチップ５とグランド電極２１とが結合する。第４実施例の動作は前記第１実施例と基本的に同様であり、その作用効果も第１実施例で説明したとおりである。
（第５実施例、図６参照）
図６に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第５実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様に、グランド電極２１とループ状電極３２とを電気的に導通状態で結合させたものである。詳しくは、ループ状電極３２は、プリント配線回路基板２０の表面に設けた接続用電極３３ａ，３３ｂとビアホール導体３４，３４とで形成されている。グランド電極２１は回路基板２０の裏面に形成されており、ビアホール導体３４，３４の上端が接続用電極３３ａ，３３ｂと電気的に接続され、下端がグランド電極２１と電気的に接続されている。そして、接続用電極３３ａ，３３ｂと接続用電極３３ｃ，３３ｄとが無線ＩＣチップ５の端子電極６，６，７，７（図２参照）と金属バンプ８を介して電気的に接続されている。
本第５実施例において、ループ状電極３２はグランド電極２１と電気的に導通状態で結合し、このループ状電極３２が介在することで無線ＩＣチップ５とグランド電極２１とが結合する。第５実施例の動作は前記第１実施例と基本的に同様であり、その作用効果も第１実施例で説明したとおりである。
（第６実施例、図７参照）
図７に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第６実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップ５を給電回路基板１０に搭載して電磁結合モジュール１を構成し、該電磁結合モジュール１をプリント配線回路基板２０に設けたループ状電極３５に電気的に接続したものである。ループ状電極３５は、前記第１実施例で示したループ状電極２２と同様に、回路基板２０の表面に設けたグランド電極２１に近接して配置され、グランド電極２１と磁界により結合している。
無線ＩＣチップ５は、図２に示した入出力端子電極６，６が給電回路基板１０の表面に設けた電極１２ａ，１２ｂ（図１５及び図１６参照）に金属バンプ８を介して電気的に接続され、実装用端子電極７，７が電極１２ｃ，１２ｄに金属バンプ８を介して電気的に接続されている。さらに、給電回路基板１０の表面と無線ＩＣチップ５の裏面との間には両者の接合強度を向上させる効果も有する保護膜９が設けられている。
給電回路基板１０は、インダクタンス素子を有する共振回路（図７では省略）を内蔵したもので、裏面には外部電極１９ａ，１９ｂ（図１５及び図１６参照）が設けられ、表面には接続用電極１２ａ〜１２ｄ（図１５及び図１６参照）が形成されている。外部電極１９ａ，１９ｂは基板１０に内蔵された共振回路と電磁界結合し、ループ状電極３５の接続用電極３５ａ，３５ｂとは図示しない導電性接着剤を介して電気的に導通状態で接続されている。なお、この電気的な接続には半田などを用いてもよい。
即ち、給電回路基板１０には所定の共振周波数を有する共振回路が内蔵されており、無線ＩＣチップ５から発信された所定の周波数を有する送信信号を外部電極１９ａ，１９ｂ及びループ状電極３５を介してグランド電極２１に伝達し、かつ、グランド電極２１で受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ５に供給する。それゆえ、この無線ＩＣデバイスは、グランド電極２１で受信された信号によって無線ＩＣチップ５が動作され、該無線ＩＣチップ５からの応答信号がグランド電極２１から外部に放射される。
前記電磁結合モジュール１にあっては、給電回路基板１０の裏面に設けた外部電極１９ａ，１９ｂが、基板１０に内蔵された共振回路と電磁界結合するとともに、アンテナとして機能するグランド電極２１と電界結合しているループ状電極３５と電気的に導通している。電磁結合モジュール１としては比較的サイズの大きいアンテナ素子を別部品として搭載する必要はなく、小型に構成できる。しかも、給電回路基板１０も小型化されているので、無線ＩＣチップ５はこのような小型の給電回路基板１０に搭載すればよく、従来から広く使用されているＩＣ実装機などを用いることができ、実装コストが低減する。また、使用周波数帯を変更するに際しては、共振回路の設計を変更するだけでよい。
なお、給電回路基板１０内に形成される素子としては、インダクタンス素子のみでもよい。インダクタンス素子は無線ＩＣチップ５と放射板（グランド電極２１）とのインピーダンス整合機能を有している。
（第７実施例、図８参照）
図８に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第７実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、前記第６実施例と同様に、無線ＩＣチップ５を給電回路基板１０に搭載して電磁結合モジュール１を構成し、該電磁結合モジュール１をプリント配線回路基板２０に設けたループ状電極３６に電気的に接続したものである。ループ状電極３６は、前記第４実施例で示したループ状電極３１と同様に、グランド電極２１の一側部に切欠き２１ａを形成することによりループ状電極としたもので、接続用電極３６ａ，３６ｂが給電回路基板１０の裏面に設けた外部電極１９ａ，１９ｂと図示しない導電性接着剤を介して電気的に導通状態で接続されている。なお、本第７実施例における給電回路基板１０の構成、作用は前記第６実施例と同様であり、ループ状電極３６の作用は前記第４実施例と同様である。
（第８実施例、図９参照）
図９に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第８実施例におけるプリント配線回路基板４０を分解した状態で示す。この回路基板４０は複数の誘電体層又は磁性体層を積層してなる多層基板であり、表面の第１層４１Ａ、第２層４１Ｂ、第３層４１Ｃ及び裏面の第４層４１Ｄ上にループ状電極５１Ａ〜５１Ｄを形成したものである。
各ループ状電極５１Ａ〜５１Ｄは、前記第４実施例（図５参照）と同様に、各層４１Ａ〜４１Ｄ上に設けたグランド電極５０Ａ〜５０Ｄに切欠き５０ａ〜５０ｄを形成することにより設けたものである。第１層４１Ａ上に設けたループ状電極５１Ａの接続用電極５２ａ，５２ｂが、無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６，６と電気的に接続され、あるいは、給電回路基板１０（電磁結合モジュール１）と電磁界結合している。また、各グランド電極５０Ａ〜５０Ｄはビアホール導体によって電気的に導通状態としてもよい。なお、アンテナとして機能する電極は必ずしもグランド電極である必要はない。
ところで、図１を参照して説明すると、ループ状電極２２はグランド電極２１をアンテナとして機能させるために用いており、ループ状電極２２もインピーダンス変換の機能を有している。具体的には、ループ状電極２２はその接続用電極２２ａ，２２ｂの間でループ形状に起因するインピーダンスを有している。そして、電極２２ａ，２２ｂと結合される無線ＩＣチップ５又は給電回路基板１０から送信される信号に相当する電流はループ形状に沿って流れる。
接続用電極２２ａ，２２ｂにおけるインピーダンス（Ｚ）は実数部（Ｒ）と虚数部（Ｘ）の和で表され、ループ状電極２２の形状が小さくなると電流経路長も短くなるため、ループ状電極２２で発生する抵抗（Ｒ）も小さくなる。電流経路長が短くなると、その電流により発生するインダクタンス（Ｌ）によるインピーダンス（Ｘ＝ωＬ）も小さくなる。携帯電話などの機器の小型化などでループ状電極２２の配置スペースが小さくなった場合、ループ状電極２２のインピーダンスが小さくなりすぎてしまい、無線ＩＣチップや給電（共振／整合）回路とのインピーダンスの差が大きくなり、無線ＩＣチップ５や給電回路から放射板へ十分な電力の伝達ができなくなるという問題が発生する。
この問題を解決するためには、ループ状電極２２のインピーダンス（Ｚ）を大きくする必要があり、実数部（Ｒ）又は虚数部（Ｘ）を大きくする必要がある。第８実施例から以下に示す第１３実施例はこのような問題を解決するためのものである。従って、本第８実施例はグランド電極５０Ａがアンテナとして機能して前記第１実施例と同じ作用効果を奏するとともに、特に、第１層４１Ａ上に形成されて無線ＩＣチップ５又は給電回路基板１０と結合されるループ状電極５１Ａを他のループ状電極５１Ｂ〜５１Ｄよりも大きなサイズとしているため、通信時にループ状電極５１Ａに流れる電流経路が長くなり、抵抗（Ｒ）が大きくなるとともに実数部（Ｒ）が大きくなり、結果的にインピーダンス（Ｚ）を大きくすることができる。
（第９実施例、図１０参照）
図１０に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第９実施例におけるプリント配線回路基板４０を分解した状態で示す。本第９実施例は、前記第８実施例と基本的に同様の構成を有しており、異なるのは、無線ＩＣチップ５又は給電回路基板１０と結合される接続用電極５４ａ，５４ｂ（第１層４１Ａ上に形成されている）を第２層４１Ｂ上に設けたループ状電極５１Ｂにビアホール導体５４ｃにて電気的に接続し、該ループ状電極５１Ｂを他のループ状電極５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｄよりも大きなサイズとした点にある。従って、本第９実施例の作用効果は第８実施例と同様である。
（第１０実施例、図１１参照）
図１１に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１０実施例におけるプリント配線回路基板２０を示す。この回路基板２０の表面に設けたグランド電極２１に切欠き２１ｂを形成するとともに、該切欠き２１ｂにループ状電極３１を設け、かつ、該ループ状電極３１の内側にミアンダ状の整合電極３７を配置したものである。整合電極３７の端部である接続用電極３７ａ，３７ｂに無線ＩＣチップ５又は給電回路基板１０が結合される。
本第１０実施例においても、グランド電極２１がアンテナとして機能し、前記第１実施例と同様の作用効果を奏する。しかも、ループ状電極３１の内側に配置したミアンダ状の整合電極３７によってループ状電極３１の電流経路が長くなり、抵抗（Ｒ）が大きくなるとともに実数部（Ｒ）が大きくなり、結果的にインピーダンス（Ｚ）を大きくすることができる。なお、図１１における整合電極３７の形状は、一例であり、切欠き２１ｂの形状や大きさなどに合わせて変更しても構わない。
（第１１実施例、図１２参照）
図１２に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１１実施例におけるプリント配線回路基板２０の要部を示す。本第１１実施例は、前記第１０実施例と基本的に同様の構成を有しており、異なるのは、内側にミアンダ状の整合電極３７を配置したループ状電極３１をグランド電極２１の切欠き２１ｃに設け、ループ状電極３１を前記第１実施例と同様にグランド電極２１と電界により結合させた点にある。
整合電極３７の端部である接続用電極３７ａ，３７ｂに無線ＩＣチップ５又は給電回路基板１０が結合される点も第１０実施例と同様であり、グランド電極２１がアンテナとして機能し、前記第１実施例及び第１０実施例と同様の作用効果を奏する。
（第１２実施例、図１３参照）
図１３に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１２実施例におけるプリント配線回路基板４０を分解した状態で示す。この回路基板４０は、前記第８実施例（図９参照）と同様に、複数の誘電体層又は磁性体層を積層してなる多層基板であり、表面の第１層４１Ａ、第２層４１Ｂ、第３層４１Ｃ及び裏面の第４層４１Ｄ上にループ状電極５１Ａ〜５１Ｄを形成したものである。
ループ状電極５１Ａ〜５１Ｄは、各層４１Ａ〜４１Ｄ上に設けたグランド電極５０Ａ〜５０Ｄに切欠き５０ａ〜５０ｄを形成することにより設けたものである。第１層４１Ａ上に設けた接続用電極５５ａ、５５ｂが、無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６，６と電気的に接続され、あるいは、給電回路基板１０（電磁結合モジュール１）と電磁界結合している。また、各グランド電極５０Ａ〜５０Ｄはビアホール導体によって電気的に導通状態としてもよい。なお、アンテナとして機能する電極は必ずしもグランド電極である必要はない。
さらに、ループ状電極５１Ｂ，５１Ｃの内側に整合電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂが配置されている。接続用電極５５ａはビアホール導体５８ａを介して整合電極５７ａの一端に接続され、該整合電極５７ａの他端はビアホール導体５８ｂを介して整合電極５６ａの一端に接続されている。該整合電極５６ａの他端はビアホール導体５８ｃを介してグランド電極５０Ａの一端５０Ａａに接続されている。また、接続用電極５５ｂはビアホール導体５８ｄを介して整合電極５７ｂの一端に接続され、該整合電極５７ｂの他端はビアホール導体５８ｅを介して整合電極５６ｂの一端に接続されている。該整合電極５６ｂの他端はビアホール導体５８ｆを介してグランド電極５０Ａの他端５０Ａｂに接続されている。
本第１２実施例においても、グランド電極５０Ａがアンテナとして機能し、前記第１実施例と同様の作用効果を奏する。しかも、ループ状電極５１Ｂ，５１Ｃの内側に配置した整合電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂによってループ状電極５１Ａの電流経路が長くなり、抵抗（Ｒ）が大きくなるとともに実数部（Ｒ）が大きくなり、結果的にインピーダンス（Ｚ）を大きくすることができる。特に、本第１２実施例では、整合電極５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂが多層構造にて形成されているため、小型であっても電流経路長を長くすることができ、比較的大きなインピーダンス（Ｚ）を得ることができる。
（第１３実施例、図１４参照）
図１４に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１３実施例におけるプリント配線回路基板４０を分解した状態で示す。この回路基板４０は、前記第８及び第１２実施例と同様に、複数の誘電体層又は磁性体層を積層してなる多層基板であり、表面の第１層４１Ａ、第２層４１Ｂ、第３層４１Ｃ及び裏面の第４層４１Ｄ上にループ状電極５１Ａ〜５１Ｄを形成したものである。
ループ状電極５１Ａ〜５１Ｄは、各層４１Ａ〜４１Ｄ上に設けたグランド電極５０Ａ〜５０Ｄに切欠き５０ａ〜５０ｄを形成することにより設けたものである。第１層４１Ａ上に設けた接続用電極６１とグランド電極５０Ａの一端５０Ａａとが、無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６，６と電気的に接続され、あるいは、給電回路基板１０（電磁結合モジュール１）と電磁界結合している。また、各グランド電極５０Ａ〜５０Ｄはビアホール導体によって電気的に導通状態としてもよい。なお、アンテナとして機能する電極は必ずしもグランド電極である必要はない。
さらに、ループ状電極５１Ｂ，５１Ｃの内側に整合電極６２，６３が配置されている。接続用電極６１はビアホール導体６４ａを介して整合電極６３の一端に接続され、該整合電極６３の他端はビアホール導体６４ｂを介して整合電極６２の一端に接続されている。該整合電極６２の他端はビアホール導体６４ｃを介してグランド電極５０Ａの他端５０Ａｂに接続されている。
本第１３実施例においても、グランド電極５０Ａがアンテナとして機能し、前記第１実施例と同様の作用効果を奏する。しかも、ループ状電極５１Ｂ，５１Ｃの内側に配置した整合電極６２，６３によってループ状電極５１Ａの電流経路が長くなり、抵抗（Ｒ）が大きくなるとともに実数部（Ｒ）が大きくなり、結果的にインピーダンス（Ｚ）を大きくすることができる。特に、本第１３実施例では、整合電極６２，６３が多層構造にて形成されているため、前記第１２実施例と同様に小型であっても電流経路長を長くすることができ、比較的大きなインピーダンス（Ｚ）を得ることができる。
（共振回路の第１例、図１５参照）
給電回路基板１０に内蔵された共振回路の第１例を図１５に示す。この給電回路基板１０は、誘電体からなるセラミックシート１１Ａ〜１１Ｈを積層、圧着、焼成したもので、シート１１Ａには接続用電極１２ａ，１２ｂと電極１２ｃ，１２ｄとビアホール導体１３ａ，１３ｂが形成され、シート１１Ｂにはキャパシタ電極１８ａと導体パターン１５ａ，１５ｂとビアホール導体１３ｃ〜１３ｅが形成され、シート１１Ｃにはキャパシタ電極１８ｂとビアホール導体１３ｄ〜１３ｆが形成されている。さらに、シート１１Ｄには導体パターン１６ａ，１６ｂとビアホール導体１３ｅ，１３ｆ，１４ａ，１４ｂ，１４ｄが形成され、シート１１Ｅには導体パターン１６ａ，１６ｂとビアホール導体１３ｅ，１３ｆ，１４ａ，１４ｃ，１４ｅが形成され、シート１１Ｆにはキャパシタ電極１７と導体パターン１６ａ，１６ｂとビアホール導体１３ｅ，１３ｆ，１４ｆ，１４ｇが形成され、シート１１Ｇには導体パターン１６ａ，１６ｂとビアホール導体１３ｅ，１３ｆ，１４ｆ，１４ｇが形成され、シート１１Ｈには導体パターン１６ａ，１６ｂとビアホール導体１３ｆが形成されている。
以上のシート１１Ａ〜１１Ｈを積層することにより、ビアホール導体１４ｃ，１４ｄ，１４ｇにて螺旋状に接続された導体パターン１６ａにてインダクタンス素子Ｌ１が構成され、ビアホール導体１４ｂ，１４ｅ，１４ｆにて螺旋状に接続された導体パターン１６ｂにてインダクタンス素子Ｌ２が構成され、キャパシタ電極１８ａ，１８ｂにてキャパシタンス素子Ｃ１が構成され、キャパシタ電極１８ｂ，１７にてキャパシタンス素子Ｃ２が構成される。
インダクタンス素子Ｌ１の一端はビアホール導体１３ｄ、導体パターン１５ａ、ビアホール導体１３ｃを介してキャパシタ電極１８ｂに接続され、インダクタンス素子Ｌ２の一端はビアホール導体１４ａを介してキャパシタ電極１７に接続される。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端は、シート１１Ｈ上で一つにまとめられ、ビアホール導体１３ｅ、導体パターン１５ｂ、ビアホール導体１３ａを介して接続用電極１２ａに接続されている。さらに、キャパシタ電極１８ａはビアホール導体１３ｂを介して接続用電極１２ｂに電気的に接続されている。
そして、接続用電極１２ａ，１２ｂが金属バンプ８を介して無線ＩＣチップ５の端子電極６，６と電気的に接続される。電極１２ｃ，１２ｄは無線ＩＣチップ５の端子電極７，７に接続される。
また、給電回路基板１０の裏面には外部電極１９ａ，１９ｂが導体ペーストの塗布などで設けられ、外部電極１９ａはインダクタンス素子Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）と磁界により結合し、外部電極１９ｂはビアホール導体１３ｆを介してキャパシタ電極１８ｂに電気的に接続される。外部電極１９ａ，１９ｂはループ状電極３５又は３６の接続用電極３５ａ，３５ｂ又は３６ａ，３６ｂに電気的に接続されることは前述のとおりである。
なお、この共振回路において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は２本の導体パターン１６ａ，１６ｂを並列に配置した構造としている。２本の導体パターン１６ａ，１６ｂはそれぞれ線路長が異なっており、異なる共振周波数とすることができ、無線ＩＣデバイスを広帯域化できる。
なお、各セラミックシート１１Ａ〜１１Ｈは磁性体のセラミック材料からなるシートであってもよく、給電回路基板１０は従来から用いられているシート積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程により容易に得ることができる。
また、前記シート１１Ａ〜１１Ｈを、例えば、ポリイミドや液晶ポリマなどの誘電体からなるフレキシブルなシートとして形成し、該シート上に厚膜形成法などで電極や導体を形成し、それらのシートを積層して熱圧着などで積層体とし、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２やキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２を内蔵させてもよい。
前記給電回路基板１０において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２とは平面透視で異なる位置に設けられ、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２により外部電極１９ａと磁界的に結合し、外部電極１９ｂはキャパシタンス素子Ｃ１を構成する一方の電極となっている。
従って、給電回路基板１０上に前記無線ＩＣチップ５を搭載した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）をグランド電極２１で受信し、ループ状電極３５又は３６を介して外部電極１９ａ，１９ｂと磁界結合及び電界結合している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、外部電極１９ａ，１９ｂ及びループ状電極３５又は３６を介してグランド電極２１に伝え、該グランド電極２１からリーダライタに送信、転送する。
給電回路基板１０においては、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２で構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。グランド電極２１から放射される信号の共振周波数は、共振回路の自己共振周波数によって実質的に決まる。
ところで、共振回路は無線ＩＣチップ５のインピーダンスとグランド電極２１のインピーダンスを整合させるためのマッチング回路を兼ねている。給電回路基板１０は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子で構成された共振回路とは別に設けられたマッチング回路を備えていてもよい（この意味で、共振回路を整合回路とも称する）。共振回路にマッチング回路の機能をも付加しようとすると、共振回路の設計が複雑になる傾向がある。共振回路とは別にマッチング回路を設ければ、共振回路、マッチング回路をそれぞれ独立して設計できる。なお、前記ループ状電極３５，３６はインピーダンス整合機能や共振回路としての機能を備えていてもよい。その場合、ループ状電極の形状や放射板となるグランド電極のサイズなども考慮して給電回路基板１０内の共振回路（整合回路）の設計を行うことにより、放射特性を向上させることができる。
（共振回路の第２例、図１６参照）
給電回路基板７０に設けた共振回路の第２例を、図１６に示す。この給電回路基板７０は、フレキシブルなＰＥＴフィルムなどからなり、基板７０上に、インダクタ素子Ｌを構成する螺旋形状の導体パターン７２と、キャパシタンス素子Ｃを構成するキャパシタ電極７３とを形成したものである。導体パターン７２及びキャパシタ電極７３から引き出された電極１２ａ，１２ｂは無線ＩＣチップ５の端子電極６，６と電気的に接続される。また、基板７０上に形成された電極１２ｃ，１２ｄは無線ＩＣチップ５の端子電極７，７に電気的に接続される。
給電回路基板７０ではインダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃとで共振回路を構成し、それぞれに対向する前記電極３５ａ，３５ｂ又は前記電極３６ａ，３６ｂとの間で磁界結合及び電界結合し、所定周波数の高周波信号を送受信する点は前記第１例と同様である。特に、第２例では給電回路基板７０がフレキシブルなフィルムから構成されているため、電磁結合モジュール１が低背化される。また、インダクタンス素子Ｌに関しては、導体パターン７２の線幅や線間隔を変更することでインダクタンス値を変更し、共振周波数を微調整することができる。
なお、本第２例においても、インダクタンス素子Ｌは２本の導体パターン７２を螺旋形状に配置し、螺旋中心部において２本の導体パターン７２を接続している。これらの２本の導体パターン７２はそれぞれ異なるインダクタンス値Ｌ１，Ｌ２を有しており、それぞれの共振周波数を異なる値に設定することができ、前記第１例と同様に無線ＩＣデバイスの使用周波数帯を広帯域化することができる。
（電子機器、図１７及び図１８参照）
次に、本発明に係る電子機器の一実施例として携帯電話を説明する。図１７に示す携帯電話８０は、複数の周波数に対応しており、地上波デジタル信号、ＧＰＳ信号、ＷｉＦｉ信号、ＣＤＭＡやＧＳＭなどの通信用信号が入力される。
筐体８１内には、図１８に示すように、プリント配線回路基板２０が設置されている。このプリント配線回路基板２０には、無線通信用回路９０と電磁結合モジュール１とが配置されている。無線通信用回路９０は、ＩＣ９１と回路基板２０に内蔵されたバラン９２とＢＰＦ９３とコンデンサ９４とで構成されている。無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０は、プリント配線回路基板２０上に設けたグランド電極２１と結合しているループ状電極（例えば、第６実施例では符号３５参照、第７実施例では符号３６参照）上に搭載され、無線ＩＣデバイスを構成している。
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイス及び電子機器は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、高周波信号を送受信するための電極は、グランド電極だけではなく、回路基板に設けられている種々の電極を使用することができる。また、共振回路は様々な構成のものを採用できる。前記実施例に示した外部電極や給電回路基板の材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。また、無線ＩＣの機能を給電回路基板に含めて無線ＩＣと給電回路とを一つの基板に形成してもよい。これにより、無線ＩＣデバイスを小型化、低背化することができる。
前記第１〜５実施例において、無線ＩＣチップに代えて第６及び第７実施例に示した電磁結合モジュール１を用いてもよい。
無線ＩＣチップを給電回路基板に実装するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。また、無線ＩＣチップの電極と給電回路基板の接続用電極との間に誘電体を配置して該両電極を容量結合しても構わない。さらに、無線ＩＣチップとループ状電極と、あるいは、給電回路基板とループ状電極とを容量結合しても構わない。
また、無線ＩＣデバイスが実装される機器は、携帯電話などの無線通信機器に限らず、グランド電極を有する回路基板を備えた種々の機器（例えば、テレビや冷蔵庫などの家電製品）であってもよい。
以上のように、本発明は、無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイス及び該無線ＩＣデバイスを備えた電子機器に有用であり、特に、専用のアンテナを設けることなく、小型化を達成でき、インピーダンスの整合も容易である点で優れている。
本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。 無線ＩＣチップを示す斜視図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図、（Ｃ）は短辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第４実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第５実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図、（Ｃ）は短辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第６実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第７実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第８実施例における回路基板を示す分解平面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第９実施例における回路基板を示す分解平面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１０実施例における回路基板を示す平面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１１実施例における回路基板の要部を示す平面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１２実施例における回路基板を示す分解平面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１３実施例における回路基板を示す分解平面図である。 共振回路の第１例を内蔵した給電回路基板を示す分解斜視図である。 共振回路の第２例を設けた給電回路基板を示す平面図である。 本発明に係る電子機器の一実施例である携帯電話を示す斜視図である。 前記携帯電話に内蔵されているプリント配線回路基板を示す説明図である。
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣチップ
１０，４０，７０…給電回路基板
１９ａ，１９ｂ…外部電極
２０…プリント配線回路基板
２１…グランド電極
２２，２５，３１，３２，３５，３６…ループ状電極
５０Ａ〜５０Ｄ…グランド電極
５１Ａ〜５１Ｄ…ループ状電極
５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，６２，６３…整合電極
８０…携帯電話
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス素子
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２…キャパシタンス素子

Claims (18)

  1. 送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
    前記無線ＩＣチップを実装した回路基板と、
    前記回路基板に形成された電極と、
    前記無線ＩＣチップと結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極と前記回路基板に形成された前記電極とが互いに電気的に導通状態で配置されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. 送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
    前記無線ＩＣチップを実装した回路基板と、
    前記回路基板に形成された電極と、
    前記無線ＩＣチップと結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極の内側に整合電極を有すること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  3. 送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
    前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
    前記回路基板に形成された電極と、
    前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極と前記回路基板に形成された前記電極とが互いに電気的に導通状態で配置されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  4. 送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
    前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
    前記回路基板に形成された電極と、
    前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極の内側に整合電極を有すること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  5. 送受信信号を処理する無線ＩＣと、インダクタンス素子を含み、該インダクタンス素子が前記無線ＩＣと結合されている給電回路基板とで構成された電磁結合モジュールと、
    前記電磁結合モジュールを実装した回路基板と、
    前記回路基板に形成された電極と、
    前記給電回路基板と結合されるとともに、前記電極と結合するように前記回路基板に形成されたループ状電極と、
    を備え、
    前記給電回路基板に共振回路及び／又は整合回路が形成され、
    前記給電回路基板の表面に、前記共振回路及び／又は前記整合回路と電磁界結合するとともに、前記ループ状電極と電気的に導通された外部電極が形成されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  6. 前記給電回路基板に共振回路を形成したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無線ＩＣデバイス。
  7. 前記給電回路基板に整合回路を形成したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無線ＩＣデバイス。
  8. 前記ループ状電極と前記回路基板に形成された前記電極とが前記回路基板の同一主面上に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  9. 前記ループ状電極及び前記回路基板に形成された前記電極のうち少なくとも一方を前記回路基板の内部に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  10. 前記ループ状電極と前記回路基板に形成された電極とが互いに絶縁状態で配置されていることを特徴とする請求項２、請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  11. 前記回路基板は複数の誘電体層又は磁性体層を積層してなる多層基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  12. 前記ループ状電極がインピーダンス整合機能を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  13. 前記ループ状電極が前記回路基板の一方主面及び少なくとも一つの誘電体層上又は磁性体層上に形成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の無線ＩＣデバイス。
  14. 複数の層上に形成された前記ループ状電極のループの大きさが少なくとも一つの層上で異なることを特徴とする請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  15. 大きさが異なる前記ループ状電極の端部が前記無線ＩＣチップ又は前記電磁結合モジュールと結合していることを特徴とする請求項１４に記載の無線ＩＣデバイス。
  16. 前記給電回路基板は多層基板で構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項１５のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  17. 前記給電回路基板はフレキシブルな基板で構成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項１５のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  18. 請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の無線ＩＣデバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
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