JP4302859B2 - 非接触式icタグ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触式ICタグやICカードについて、特に、タグのアンテナコイルで構成される共振回路の共振周波数の最適化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
非接触式ICタグ用のアンテナコイルは従来、銅線を円周上に巻いた巻線コイル式が主流であった。また、その他、回路基板に銅又はアルミニウムのエッチング加工によりアンテナ形成したもの、又は、プラスチックフィルムの表裏面にアンテナコイルをプリントして、両面のアンテナコイルをスルーホールを介して接続されるものもある。
【0003】
従来の共振周波数の調節は、巻線コイル式においてはアンテナコイルの巻数の増減によって行っていた。回路基板やプラスチックフィルムにおいては、アンテナコイルの巻数や線幅、線間の距離を増減させることによって行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の巻線アンテナコイルの場合、共振周波数を調節するにはコイルの巻数を変えることによってインダクタンスを調整する方法が取られている。しかし、コイル1ターンの増減のみでは共振周波数の変化量が大きくなることがあり、微調整することはできない。また、アンテナコイルは、同一円周上にコイルを巻く方式である為、アンテナ形成後の静電容量の容量調整ができなかった。
【0005】
また、基板に銅又はアルミニウムのエッチング加工によるアンテナを形成したものにおいてもアンテナコイルのパターン仕様によって既に静電容量が決まってしまい、エッチング加工後の調整は技術的に不可能であった。
【0006】
ここで、非接触式ICカード及びタグの最適な共振周波数の帯域が広い場合は共振周波数の微調整は不要であるが、帯域が狭い場合はそれを外れると通信特性に悪影響を及ぼしてしまう。特に通信距離が最適値に比較して20%乃至50%に低下急激に低下してしまう。
【0007】
本発明は上記問題に鑑みて考案されたもので、その目的とするところは、搭載されるICに整合する共振周波数で共振するアンテナコイルを備える非接触式ICタグを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、絶縁基板と、この絶縁基板の表面上に設けられるアンテナコイルと、絶縁基板の表面上に設けられこのアンテナコイルに接続するICチップと、絶縁基板の裏面上にアンテナコイルに対向するように設けられ絶縁基板を貫通する孔を介してアンテナコイルに接続し線幅が0.5mm以上であるジャンパー線とを有する非接触式ICタグであることである。ここで、「絶縁基板」とは、プラスチックフィルムや材料として樹脂やセラミックスを用いた薄い板のことである。「ジャンパー線」としては、アルミニウム(Al)や銅(Cu)などの金属が好ましいが導電性があれば化合物や有機物でもよい。「孔」とは、いわゆるスルーホールのことである。このことにより、アンテナコイルとジャンパー線を対向電極とするコンデンサが形成できる。このコンデンサはアンテナコイルと共振回路を構成するので、コンデンサの静電容量を変えるべくジャンパー線の線幅を変えることで共振回路の共振周波数を容易に変えることができる。そして、IC(集積回路)の所望の周波数にこの共振周波数を一致させることができるので、非接触式ICタグの通信距離を大きくすることができる。また、線幅が0.5mm以上であるので線幅の変更が容易である。
【0009】
本発明の特徴は、線幅が、アンテナコイルとICチップに応じて異なることにより一層効果的である。ここで、「アンテナコイルとICチップに応じて」とは、アンテナコイルとICチップが決まると、線幅も1つに決まることを意味している。すなわち、例えば、異なるアンテナコイルを用いると、そのコイルでタグの通信距離が最大になる線幅が別に存在し、その線幅にまた設定可能であることを意味している。このことにより、コイルやICチップの種類が変わった場合はもちろん、それぞれの製造上のばらつきが存在する場合でも、タグにおいて最大の通信距離を提供することはできる。
【0010】
また、本発明の特徴は、表面にコイルパターン及びICチップ搭載用ランドを備え、裏面にコイルパターンからスルーホールを介して接続されているジャンパー線を備える基板を内蔵した非接触式ICタグであって、このジャンパー線の線幅を変化させることにより共振周波数を最適値に補正できる非接触式ICタグであってもよい。このことにより上記と同様の効果を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態と実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率の異なる部分が含まれるのはもちろんである。
【0012】
図1(a)は、本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグの上面方向からの透視図であり、図1(b)は、下面方向からの透視図である。本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグは、基板1と、基板1の表面上に設けられるアンテナコイル2と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するICチップ搭載用ランド4と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するスルーホール用ランド5と、基板1の表面上でICチップ搭載用ランド4の上に設けられる異方導電フィルムと、この異方導電フィルムの上でICチップ搭載用ランド4の上方に設けられるICチップ3と、基板1を貫通しスルーホール用ランド5と接続するスルーホール7と、基板1の裏面上に設けられスルーホール7に接続するスルーホール用ランド8と、基板1の裏面上にコイル2に対向するように設けられ、両端がスルーホール用ランド8に接続するジャンパー線6とで構成される。本ICタグにおいては、片面にコイルパターン2及びICチップ搭載用ランド4を備え、裏面にコイルパターン2からスルーホール7を介して接続されているジャンパー線6を備える両面プリント基板1を内蔵している。この非接触式ICタグは、非接触式ICカードと呼ばれる場合もある。このICタグによれば、ジャンパー線6の線幅を変化させる事により静電容量を調節でき、ICタグの共振周波数を最適値に補正することができる。
【0013】
基板1はアルミニウム又は銅のエッチング基板であり、基板1の表面には、アンテナコイル2とそれに接続されたICチップ搭載用ランド4及びスルーホール用ランド5が設けられている。基板1の裏面には、基板1を介してコイル2と対向しコイル2を跨ぐようにジャンパー線6が設けられている。ジャンパー線6はスルーホール用ランド8に施されたスルーホールによりコイル2に接続されている。基板1の表面にはICチップ搭載用ランド4に電気的に接続された集積回路(IC)が設けられた半導体チップ3が設けられている。ジャンパー線6は、両端をスルーホールランド8に接続している。ジャンパー線6は、コイル2の電線の長さ方向と平行な方向の長さであるジャンパー線の線幅dで規定される。線幅dは、コンデンサの容量と相関関係があると考えられ、調節することによって所望のコンデンサの容量が得られる。
【0014】
図2(a)は、本発明の実施の形態に係る非接触式ICで、図2のA−B方向の断面図である。コンデンサC1は、基板1と、基板1の上に配置されたアンテナコイル21と、基板1の下にコイル21に対向して配置されたジャンパー線6とで構成される。同様に、コンデンサC2は、基板1とアンテナコイル22とジャンパー線6とで構成される。コンデンサC1及びC2の静電容量Cは、アンテナコイル2とジャンパー線6の対向する面積Sと、基板1の厚さtと、基板1の材質による比誘電率εrで決定される。このことは、静電容量Cが、式1で表されることにより明らかである。ここで、εは真空中の誘電率である。
【0015】
C=ε×εr×S/t ・・・・式1
ここで、ジャンパー線6の線幅dを広げると、面積Sが大きくなるので静電容量C1とC2は増加する。なお、コンデンサ名C1やC2の静電容量もそれぞれ静電容量C1やC2と表す。コンデンサC1とC2は等価的にアンテナコイルと並列に接続されているのもと見なすことができ、静電容量C1とC2の和を静電容量Cvと表せる。
【0016】
非接触式ICタグのアンテナ回路全体の等価回路を図4に示す。アンテナ回路全体の等価回路は、アンテナコイル2の等価回路9と、この回路9に並列接続するコンデンサCvとICチップ3の等価回路10で構成される。アンテナコイル2の等価回路9は、アンテナコイル2のインダクタンスL0と、このインダクタンスL0に直列接続するコイル2の抵抗R0と、インダクタンスL0に並列接続するコイル2を形成する電線間に生じる線間容量C0で表される。ICチップ3の等価回路10は、ICチップ3の内部抵抗Riと、この内部抵抗Riに並列接続するICチップ3の内部容量Ciで表される。
【0017】
コンデンサC0、Cv及びCiは並列接続であるから、合成の静電容量Caは、式2のように求められる。
【0018】
Ca=C0+Cv+Ci ・・・式2
非接触式ICタグの共振周波数fは式3により求められる。
【0019】
f=1/(2×π×(L0×Ca)1/2) ・・・式3
これによりL0、C0、Ciの既定値に対してCvの値が増加すればfは低下し、Cvが減少すればfが上昇することがわかる。
【0020】
従って、ジャンパー線の幅を微妙に調整することにより静電容量Cvが変化し、共振周波数fの微調整をすることが可能になる。この結果通信特性の優れた非接触式ICカード及びタグを提供できる。
【0021】
以上のことから、共振周波数fを最適化するためには静電容量Cvの値を増減させればよく、静電容量Cvの値を増減させるためにはコンデンサC1とC2の容量値を増減させればよく、コンデンサC1とC2の容量値を増減させる為にはジャンパー線の線幅dを増減させればよい。
【0022】
なお、ジャンパー線6は、パターン形成後であってもカッター等で容易に切り離し線幅dを調節することが可能である。このように、平面上に構成されたアンテナ形成後であっても、微妙な静電容量の調整が別途可能なため、共振周波数を最適値に調整でき、この結果、通信特性の良いICタグを提供することができる。そして、この調節の際には、基板1の表面に設けられるコイル2やICチップ3の調整が不要で、唯一裏面に設けられるジャンパー線6のみの調節なので、調整中にコイル2やICチップ3を破損する心配がない。
【0023】
【実施例】
図3(a)は本発明の実施例に係る非接触式ICタグの上面図であり、図3(b)は下面方向からの透視図である。本発明の実施例に係る非接触式ICタグは、基板1と、基板1の表面上に設けられるアンテナコイル2と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するICチップ搭載用ランド4と、基板1の表面上に設けられコイル2に接続するスルーホール用ランド5と、基板1の表面上でICチップ搭載用ランド4の上に設けられる異方導電フィルムと、この異方導電フィルムの上でICチップ搭載用ランド4の上方に設けられるICチップ3と、基板1を貫通しスルーホール用ランド5と接続するスルーホール7と、基板1の裏面上に設けられスルーホール7に接続するスルーホール用ランド8と、基板1の裏面上にコイル2に対向するように設けられ、両端がスルーホール用ランド8に接続するジャンパー線6とで構成される。
【0024】
図4は、本発明の実施例に係る非接触式ICタグのジャンパー線6の線幅dに対する共振周波数fのグラフである。本実施例ではジャンパー線6の線幅dを0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mmの5通りに変化させた。共振周波数fの測定には、ネットワークアナライザ(R−Xモード)を使用した。これより、線幅dが1mm変化した場合の共振周波数fの変化量は、最大でも0.2MHzであることがわかった。最適共振周波数の許容範囲が±0.1MHz以上であれば、線幅dをミリ単位で調節することにより、最適共振周波数に設定可能である。このミリ単位での調節は本実施例で示すように十分対応可能である。
【0025】
以上説明したように、本発明によれば、非接触式ICカード及びタグに用いられるプリント基板のジャンパー線幅を変えることにより共振周波数の微調整が可能であり、この結果通信特性の優れた非接触式ICカード及びタグを提供できる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、搭載されるICに整合する共振周波数で共振するアンテナコイルを備える非接触式ICタグを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグの上面方向と下面方向からの透視図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る非接触式ICタグの断面図と等価回路図である。
【図3】本発明の実施例に係る非接触式ICタグの上面図と下面方向からの透視図である。
【図4】本発明の実施例に係る非接触式ICタグのジャンパー線の線幅に対する共振周波数のグラフである。
【符号の説明】
1 基板
2 アンテナコイル
3 半導体集積回路(IC)チップ
4 ICチップ搭載用ランド
5 、8 スルーホール用ランド
6 ジャンパー線
7 スルーホール
9 アンテナコイルの等価回路
10 ICチップの等価回路
L0 コイルのインダクタンス
R0 コイルの抵抗
C0 コイルの線間容量
Ri ICチップの内部抵抗
Ci ICチップの内部容量
d ジャンパー線の線幅
Claims (3)
- 電源を内蔵せず、外部からの電磁エネルギーの供給を受けて動作する非接触式ICタグであって、
略矩形の平面形状をなす絶縁基板と、
前記基板の表面上において、前記矩形のコーナー部に設けられた第1のスルーホール用ランド及び、該第1のスルーホール用ランドよりも前記基板の内側に設けられた第2のスルーホール用ランドと、
前記基板の表面上に設けられ、両端が前記第1及び第2のスルーホール用ランドにそれぞれ接続され、前記第1及び第2のスルーホール用ランド間を複数回螺旋状に周回するアンテナコイルと、
前記基板の表面上に設けられ、前記第1及び第2のスルーホール用ランドとは異なる位置で前記螺旋の最内周のパターンに電気的に直列接続されるように挿入されて、前記コイルに接続するICチップと、
前記基板の裏面上に前記コイルに対向するように設けられ、前記基板を貫通する第1及び第2の孔を介して前記第1及び第2のスルーホール用ランドとそれぞれ電気的に接続し、前記アンテナコイルとともに閉回路を構成する、線幅が0.5mm以上であるジャンパー線
とを有し、前記ジャンパー線の線幅を減少させることにより、前記第1及び第2のスルーホール用ランド間の前記アンテナコイルの一部と前記ジャンパー線とが前記基板を介して構成する静電容量を調整することを特徴とする非接触式ICタグ。 - 前記線幅が、前記コイルと前記ICチップに応じて異なることを特徴とする請求項1に記載のICタグ。
- 電源を内蔵せず、外部からの電磁エネルギーの供給を受けて動作し、第1及び第2のスルーホール用ランド、該第1及び第2のスルーホール用ランド間に接続されるアンテナコイル、及び前記第1及び第2のスルーホール用ランドとは異なる位置で前記アンテナコイルに接続されるICチップ搭載用ランドを表面に備え、
第1及び第2のスルーホールを介して、前記第1及び第2のスルーホール用ランドとそれぞれ電気的に接続され、前記アンテナコイルとともに閉回路を構成するジャンパー線を、裏面に備える略矩形の平面形状の基板を内蔵した非接触式タグであって、
前記第1のスルーホール用ランドは、前記矩形のコーナー部に設けられ、前記第2のスルーホール用ランドは、前記第1のスルーホール用ランドよりも前記基板の内側に設けられ、前記アンテナコイルは、前記第1及び第2のスルーホール用ランド間を複数回螺旋状に周回し、前記ジャンパー線の線幅を減少させる事により、前記第1及び第2のスルーホール用ランド間の前記アンテナコイルの一部と前記ジャンパー線とが前記基板を介して構成する静電容量を調整し、これにより共振周波数を最適値に補正できることを特徴とする非接触式ICタグ。
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