JP4479765B2 - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

Description

この発明は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに関し、リーダライタから送信されるコマンド信号を受信し、そのコマンド信号の情報に応じてメモリに格納しているタグ情報を更新し、追記し、又はそのタグ情報をＲＦＩＤリーダライタに読み出し信号として送信するものであり、生体・物品の入退室管理や物流管理などに利用されるものである。

ＲＦＩＤシステムは、ＩＣチップを備えたＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとの間で無線通信を行なうものである。ＲＦＩＤタグは、バッテリーを搭載してその電力で駆動するいわゆるアクティブ型タグと、リーダライタからの電力を受けてこれを電源として駆動するいわゆるパッシブ型タグとがある。アクティブ型タグは、パッシブ型に比べてバッテリーを搭載しているため、通信距離や通信の安定度等の点でメリットがある一方、構造が複雑で、サイズの大型化や高コスト化等のデメリットもある。そして、近年の半導体技術の向上により、パッシブ型タグ用としてＩＣチップの小型化、高性能化が進み、通信距離の拡張や通信の安定度の向上などにより、パッシブ型タグの幅広い分野における使用が期待されている状況である。

パッシブ型タグにおいて、周波数帯が長波帯、短波帯のＲＦＩＤタグで適用されている電磁誘導方式では、リーダライタの送信アンテナコイルとＲＦＩＤタグのアンテナコイルとの間の電磁誘導作用でＲＦＩＤタグに電圧が誘起され、この電圧によりＩＣチップを起動して通信を可能としている。したがって、ＲＦＩＤリーダライタによる誘導電磁界内でしかＲＦＩＤタグが動作せず、通信距離は数十ｃｍ程度となってしまう。また、ＵＨＦ帯及びマイクロ波帯などの高い周波数帯のＲＦＩＤタグでは、電波通信方式が適用されており、電波によりＲＦＩＤタグのＩＣチップに電力を供給しているため、通信距離は１〜８ｍ程度と大幅に向上している。したがって、ＵＨＦ帯及びマイクロ波帯などの高い周波数帯のＲＦＩＤタグは、通信距離の短い長波帯、短波帯のＲＦＩＤシステムでは実現が困難であった複数枚のＲＦＩＤタグの一括読み取りや移動しているＲＦＩＤタグの読み取りなども可能となり、その利用範囲は、今後大幅に広がるものと考えられる。そこで、ＵＨＦ帯又はマイクロ波帯などの高い周波数のパッシブ型タグとしては、例えば、特許文献１〜６に記載されたものがあった。

従来のＲＦＩＤタグに関し、特許文献１の第３図には、１／２波長マイクロストリップ線路共振器１３、誘電体基板１４、接地導体板１５を備え、１／２波長マイクロストリップ線路共振器１３と接地導体板１５との間にＩＣチップを接続することにより、接地導体板１５側に金属物体（導体）があっても、アンテナの放射特性には殆んど影響せずに金属物体（導体）に設置・貼り付けが可能なＲＦＩＤタグが開示されている。なお、ＩＣチップの詳細に関し、特許文献１の第１７図には、ワイヤーボンディングなどの技術により、ＩＣ１０６がアンテナ導体１００の中心部分につながる接地線路１０４の裏面で接地導体側の誘電体材料の中に埋没させるように配置されたものが開示され、同様に特許文献１の第１８図〜第２１図には、ＩＣ１２１が接地導体側の誘電体材料の中に埋没させるように配置されたものが開示されており、特許文献１の段落番号００２８には、ＩＣ１２１の接続パッドが形成される面と反対側に接地面が形成できるＩＣ構成であれば、ボンデングワイヤ１２２、１２、２のうち、片方のボンデングワイヤ１２２が不要である旨の記載がある。

特許文献２の第１図には、基材１の表面に形成された端子部３、基材１の一部に形成されたＩＣチップ配置領域９に配置され、端子部３に接続されたＩＣチップ５を備えたＲＦＩＤタグが開示されている。そして、それには、ＩＣチップ５をワイヤーボンディングによる接続やＩＣチップ５を基材１の内部に埋め込む必要はなく、アンテナ上面に実装できるため、基材１の表面に対する加工だけで簡便な構造のＲＦＩＤタグを製造でき、歩留りの低減・製造コストダウンが可能になるというものが開示されている。

特許文献３の第１９図には、誘電体部材１０、ＩＣチップ用凹部１０ｂ、フィルム基材２０、アンテナパターン３０、ＩＣチップ４０を備えたＲＦＩＤタグ５であって、誘電体部材１０にＩＣチップ４０を埋設可能なＩＣチップ用凹部１０ｂを設け、このＩＣチップ用凹部１０ｂにＩＣチップ４０を埋設させ、フィルム基材２０の内面側に形成したアンテナパターン３０とＩＣチップ４０とが電気的に接続するようにフィルム基材２０を誘電体部材１０に巻き付けてアンテナパターン３０により構成したループアンテナにより、電波吸収体の近傍でも通信距離の低下を抑制したものが開示されている。

特許文献４の第１図及び第２図には、ＩＣチップ２１が基材１１（基板）の凹部１５に嵌合され、導電性インキを用いたスクリーン印刷で形成されたアンテナパターン１３の両端がＩＣチップ２１に電気的に接続されたＲＦＩＤタグが開示されている。また、特許文献４の第４図には、２枚の一対のアンテナパターン１３Ａ、１３Ｂを有したものが開示されている。

特許文献５の第４図には、アンテナ面３０に誘電体２０の一部を露出させる開口３１が形成され、開口は、互いに対向するように平行に延びる一対の第１スリット３１ａと、該一対のスリット３１ａと、該一対のスリット３１ａを連通する第２スリット３１ｂとを有し、前記第２スリット３１ｂを前記一対の第１スリット３１ａの中間部に位置させたＲＦＩＤタグが開示されている。なお、送受信素子（ＩＣチップ）は、第１及び第２給電点は４１、４２に接続されている。

特許文献６の第１図及び第２図には、長方形の導体板１１の中央長手方向にスロット１２が設けられて構成されたスロットアンテナ１０にＩＣチップ１３が搭載されたＲＦＩＤタグが開示されている。

特開２０００−３３２５２３号公報（第３図、第１７図〜第２１図）

特開２００２−１９７４３４号（第１図）

特開２００６−５３８３３号（第１９図）

特開２００３−２２３６２６（第１図、第２図、第４図）

特開２００６−２３７６７４号公報（第４図）

特開２００２−３５８４９４号公報（第１図、第２図）

特許文献１に記載のＲＦＩＤタグは、金属物体（導体）に設置することは可能である。しかし、１／２波長マイクロストリップ線路共振器と接地導体板との間にＩＣチップを接続する構成であるために、ＩＣチップのワイヤーボンディングによる接続や誘電体基板の内部にＩＣチップを埋め込む必要があるために、衝撃等によりＩＣチップが破損する可能性は少ないが、ＲＦＩＤタグ構成が複雑で製造（量産）が困難となるという課題がある。

特許文献２に記載のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップの小型化が進んでいたとしても、ＩＣチップの厚みはアンテナパターンや端子部の導体厚と比較すると厚く、しかもＩＣチップが基材の表面に実装されるためにＲＦＩＤタグの表面に突起ができてしまう。したがって、特許文献２の段落番号００２、２に記載されるように、ＩＣチップの実装部全体あるいは一部を被覆保護してＲＦＩＤタグの表面を平坦にする必要がある。すなわち、基材にアンテナパターン及びＩＣチップを実装する場合には、衝撃等によりＩＣチップが破損するおそれがあり、ＲＦＩＤタグの表面（上面）にラベルプリンタを使用して直接印刷することが難しくなるという課題がある。また、基材にアンテナパターンとＩＣチップとを実装したフィルムを接着する場合には、ＩＣチップによるフィルムの膨らみ（突起）が生じるため、やはり前記のような課題がある。

特許文献３に記載のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップによるフィルム（フィルム基材）の膨らみ（突起）は殆んど生じないものの、金属物体などの導電性物体（導体）に貼り付けたりその近傍に設置した場合には、導電性物体の影響によりループアンテナが動作しなくなったり、通信距離が極端に低下してしまうという課題がある。

特許文献４に記載のＲＦＩＤタグは、ＩＣチップによる膨らみ（突起）は殆んど生じないものの、特許文献３と同様に金属物体などの導電性物体（導体）に貼り付けたりその近傍に設置した場合には、導電性物体の影響によりループアンテナやダイポールアンテナが動作しなくなったり、通信距離が極端に低下してしまうという課題がある。

特許文献５に記載のＲＦＩＤタグは、特許文献１に記載のＲＦＩＤタグと同様に金属物体（導体）に設置することは可能である。しかし、特許文献１とは異なり、ＩＣチップが誘電体２０外に設けられているので、ＩＣチップの小型化が進んでいたとしても、ＩＣチップの厚みはアンテナパターンや端子部の導体厚と比較すると厚く、しかもＩＣチップが基材の表面に実装されるためにＲＦＩＤタグの表面に突起ができてしまう。このために衝撃等によりＩＣチップが破損するおそれがある。このことに加えて、開口が互いに対向するように平行に延びる一対の第１スリット３１ａと、該一対のスリット３１ａと、該一対のスリット３１ａを連通する第２スリット３１ｂとを有し、該開口３１は、アンテナ面３０のうち該開口３１を介して露出する誘電体２０によって画される領域３６、３７が送受信素子に対する整合回路を形成するように構成されているので、給電方向が横方向に対し一対のスリット３１ａが横長形状となり第２スリット３１ｂにおける横方向の正偏波の電界と併せて一対のスリット３１ａに縦方向の交差偏波成分の電界も発生するので、正偏波成分の利得が低下するという課題がある。

また、発生した交差偏波が、本来正偏波で意図した方向とは異なる方向に放射されるため、リーダライタと通信する時に通信したくない場所にタグがいるのに通信してしまう場合があり、タグの設置方法や運用方法が困難になるという課題もある。さらに、特許文献５に記載のＲＦＩＤタグのパッチアンテナは、給電点４１、４２はアンテナ面３０の中央付近にあるが、スリットをアンテナ面３０の中央からずらした位置に配置することを基本としているので、正偏波のパターンも非対称になり、アンテナの放射パターンの対称性に影響を与えるという課題もある。なお、これらの課題から特許文献５のパッチアンテナは、領域３６、３７と送受信素子（ＩＣチップ）との整合をとることを中心に考えてことが分かる。

特許文献６の第１図及び第２図に記載されたＲＦＩＤタグは、導体パターン内部にスロットを設けたスロットアンテナを適用しており、特許文献３と同様に金属物体などの導電性物体（導体）に貼り付けたりその近傍に設置した場合には、導電性物体の影響によりループアンテナやダイポールアンテナが動作しなくなったり、通信距離が極端に低下してしまうという課題がある。さらに、特許文献６の第１図に示すスロットの長方向に磁界が発生し、この長さで共振させ放射しているため、高効率で放射するためにはスロット長さはλ／２程度必要となりＲＦＩＤタグの小型化にも課題がある。

この発明は、前述のような課題を解消するためになされたもので、通信距離を短縮することなく導電性物体や非導電性物体に関わらずに設置可能であるＲＦＩＤタグと、この機能に加えてＲＦＩＤタグの表面にＩＣチップによる突起が生じることもないために衝撃などによるＩＣチップの破損のおそれが低く、製造後の後加工（調整）がしやすい新規なＲＦＩＤタグを提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るＲＦＩＤタグは、一主面に穴部を有する誘電体基板と、この誘電体基板の他主面に設けられた接地導体パターンと、前記誘電体基板の一主面上に設けられ、前記誘電体基板の端部から所定距離だけ隔ててその内側に設けられた放射部である矩形の導体パターンと、この矩形の導体パターンの内部に前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットを構成し、この長細形状のスロットを構成する短手方向おいて対向する前記導体パターンの両側から前記スロットの内側にそれぞれ延びた電気接続部と、これらの電気接続部に電気的に接続され、前記誘電体基板の前記穴部に挿入され、前記導体パターンと前記接地導体パターンとの間に電界が形成され、前記長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向の対向部分の電位差によって給電されるＩＣチップとを備え、前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットが、前記導体パターンの縮退分離素子として動作して、円偏波が送受信可能なものである。

請求項２の発明に係るＲＦＩＤタグは、一主面に穴部を有する誘電体基板と、この誘電体基板の他主面に設けられた接地導体パターンと、前記誘電体基板の一主面上に設けられ、前記誘電体基板の端部から所定距離だけ隔ててその内側に設けられた放射部である矩形の導体パターンと、この矩形の導体パターンの内部に前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットを構成し、この長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向おいて対向する前記導体パターンの両側にそれぞれ電気的に接続され、前記誘電体基板の前記穴部に挿入され、前記導体パターンと前記接地導体パターンとの間に電界が形成され、前記長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向の対向部分の電位差によって給電されるＩＣチップとを備え、前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットが、前記導体パターンの縮退分離素子として動作して、円偏波が送受信可能なものである。

以上のように、この発明に係るＲＦＩＤタグによれば、スロットに発生する電界方向とパッチアンテナの電界方向が一致しているため、交差偏波成分はかなり低く抑えられ、スロットを構成した導体パターンがパッチアンテナの放射部として作用するため、非導電性のみならず導電性の設置物に設置した場合であっても、アンテナ放射特性に殆んど影響を受けることがなく、スロットを介してＩＣチップを導電パターンに電気的に接続する構成であるから、給電損失を低減することができ、そのために通信可能な距離が短縮することもないという効果を奏するほか、ＩＣチップを誘電体基板の穴部に挿入する構成により、ＩＣチップによる膨らみが生じないため、衝撃等によるＩＣチップの破損が少なくなる。フィルム基材がないのでＲＦＩＤタグ全体の厚みの薄型化を図れる。長手方向に長細形状のスロットが放射部である矩形の導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して設けられているので、スロットが導体パターンの縮退分離素子（摂動素子）として動作し、円偏波が送受信可能であるＲＦＩＤタグが得られるなどの効果も有する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、以下に説明する。図１は、この実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの構成図である。図１（ａ）は、ＲＦＩＤタグの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）でＡ−Ａ’線により切断したときの断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示したＲＦＩＤタグのスロット付近を拡大した平面図である。これらの図１において、１は、誘電体基板である。２は、誘電体基板１の一主面（表面）上に設けられた導体パターンである。導体パターン２は、図１（ａ）に示すように、誘電体基板１の縦及び横の端部から距離ｄだけ隔ててその内側に形成している。導体パターン２の中央部には、図１（ａ）に示すように、長細形状のスロット３を形成している。このスロット３は、導体パターン２をエッチング処理・ミリング処理・蒸着・印刷等により形成することができる。そして、このスロット３の長さ及び幅は使用周波数によって決定することができる。４は、誘電体基板１の一主面に形成した穴部（凹部）である。５は、ＩＣチップで、後述するようなメモリ等から構成している。このＩＣチップ５は、スロット３を介して導体パターン２に電気的に接続している。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

ここで、ＩＣチップ５と導体パターン２との接続構成について説明する。６、６は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、スロット３を構成する幅方向における対向する導体パターン２、２の両側からスロット３の内側にそれぞれ延びる突起状の電気接続部で、それぞれスロット３の両側における導体パターン２、２に連続的に繋がって電気的に接続している。これらの電気接続部６及び６は、導体パターン２の形成と同時に形成すればよい。ＩＣチップ５の二つの端子（図示せず）は、それらの電気接続部６、６に接続することとなる。ＩＣチップ５のサイズがスロット３の幅と同程度又はこれより小さい場合には、スロット３の幅内に入ることになるが、このときに、ＩＣチップ５の二つの端子（図示せず）は電気接続部６、６と接続する。ところが、ＩＣチップ５のサイズがスロット３の幅よりも大きい場合には、ＩＣチップの端子（図示せず）はスロットを介する導体パターン２のスロット３に近い部分に電気的に接続すればよい。したがって、この場合には、前記したような電気接続部６、６を設ける必要はないことになる。

また、図１（ａ）においては、ＩＣチップ５は、スロット３の長さ方向において中央部に配置しているが、その中央部ではなく図１（ａ）のスロット３に付させた矢印に沿って移動したスロット３の長さ方向の端部に配置してもよい。誘電体基板１の穴部４は、ＩＣチップ５を挿入するために形成したので、その深さやその幅はＩＣチップの大きさに対応したものとなる。ただし、ＩＣチップを固定するためにモールド材や接着剤を使用する場合は、それらの容積を加味する必要がある。そして、その穴部４を形成する位置については、スロット３のどの位置にＩＣチップ５を配置するかに応じて決定されるのは当然である。いずれにしても、スロット３の形状と寸法は、実装するＩＣチップ５の電気接続部６の数と特性インピーダンスに合わせる必要がある。例えば、インピーダンス整合をとるために、スロット３の形状の微調整に加えて、ＩＣチップ５の接続端子の足が２つの場合には、インピーダンス整合がとれる幅の２本の電気接続部６を形成すればよい。次に、７は、誘電体基板１の他主面（裏面）に設けた接地導体パターンである。

図２は、ＲＦＩＤシステムの基本構成図、図２（ａ）は、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとの間で送受信を行なう様子を模式的に示した概念図である。図２（ｂ）は、ＲＦＩＤタグの構成図であり、特に、ＩＣチップ５の内部構成を機能的に示したブロック構成図である。図２（ａ）（ｂ）において、８は、図１に示した構成のＲＦＩＤタグである。９は、ＲＦＩＤタグ８に設けられたアンテナ部で、図１においてスロット３を形成した導体パターン２に相当するものである。ＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９は、前述した図１に示すように、誘電体基板１の一主面（表面）にスロット３を有する導体パターン２を設け、誘電体基板１の他主面（裏面）に接地導体パターン７を設けているので、ＲＦＩＤタグ８はパッチアンテナとして機能するものである。すなわち、スロット３を有する導体パターン２がアンテナパターン（放射部）として機能する。そして、導体パターン２とスロット３とは、励振するようにＲＦＩＤシステムの使用周波数とＩＣチップ５とのインピーダンス整合をとるように調整している。この調整は、誘電体基板１の厚みや比誘電率にも大きく関係するので、これらの条件もあわせて調整、設計することにより、所望の放射パターンや利得を得ることができる。また、スロット３は、導体パターン２の放射パターンが良好となるように導体パターン２の中央部に形成しているのは前記のとおりである。このような条件をあわせて調整して設計することにより、ＲＦＩＤタグ８における所望の放射パターンや利得が得られ、ＲＦＩＤタグ８、すなわち、誘電体基板１を大型化することなく、例えば、１〜８ｍ程度の通信距離を得ることが可能となる。

また、１０は、ＲＦＩＤリーダライタ、１１は、ＲＦＩＤリーダライタ１０に設けられたアンテナ部で、ＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９と無線通信を行なうものである。５は、図１において説明したＩＣチップであり、その具体的構成については、図２（ｂ）に示すような構成としている。１２は、ＲＦＩＤリーダライタ１０からの送信波をＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９により受信し、後段のディジタル部１９に出力するアナログ部である。１３は、送信波をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部、１４は、アンテナ部９が受信した送信波を整流回路で平滑化して電力を生成し、ＲＦＩＤタグ８の各回路に給電及び電源制御を行なう電源制御部である。１５は、ＲＦＩＤタグ８に搭載され、固体識別情報等のタグ情報が格納されたメモリ部である。１６は、送信波を復調する復調部、１７は、復調部１６で復調された送信波によりメモリ部１５を含むＩＣチップ５内の回路を制御する制御部である。１８は、制御部１７によりメモリ部１５から引き出された情報を変調する変調部である。１９は、復調部１５、制御部１６及び変調部１７により構成されるディジタル部、２０は、変調部１８から送信されてきた信号をＤ／Ａ変換し、アナログ部１２に出力するＤ／Ａ変換部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

ここで、このようなＲＦＩＤシステムについて、その基本的な動作について説明する。このようなＲＦＩＤシステムを利用する用途（生体・物品の入退室管理や物流管理）に合わせて、それらのタグ情報がＲＦＩＤタグ８のメモリ部１５に格納されており、ＲＦＩＤリーダライタ１０は、自身の送受信エリア内にＲＦＩＤタグ８が（入退室管理や物流管理の対象である生体・物品に貼り付けられて）存在又は移動しているときにタグ情報の更新・書き込み、又は読み出しを行なうことができる。ＲＦＩＤリーダライタ１０は、更新・書き込み、又は読み出し等をＲＦＩＤタグ８に命令するコマンド信号を送信波としてＲＦＩＤリーダライタ１０のアンテナ部１１からＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９へ送信する。ＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９が送信波を受信し、送信波は電源制御部１４により検波・蓄電（平滑化）され、ＲＦＩＤタグ８の動作電源を生成し、ＲＦＩＤタグ８の各回路に動作電源を供給する。また、送信波は復調部１６によりコマンド信号が復調される。復調されたコマンド信号の命令内容から制御部１７がデータ処理し、メモリ部１５へタグ情報の更新・書き込みと読み出しとのいずれか一方、又は両方の指示を行ない、この制御部１７の指示によりメモリ部１５が出力した読み出し信号が変調部１８により変調された返信波がアナログ部１２を経由してアンテナ部９からＲＦＩＤリーダライタ１０のアンテナ部１１に送信され、ＲＦＩＤリーダライタ１０が読み出し信号を受信して、所望の情報を得る。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

さらに、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグを使用したＲＦＩＤシステムの動作について、詳細に説明すると、ＲＦＩＤリーダライタ１０は、更新・書き込み、又は読み出し等をＲＦＩＤタグ８に命令するコマンド信号を送信波としてＲＦＩＤリーダライタ１０のアンテナ部１１からＲＦＩＤタグ８のアンテナ部９へ送信する。ＲＦＩＤタグ８を構成する誘電体基板１の電波の放射部である導体パターン２が送信波を受信して、スロット３の対向部分間に電位差が生じ、送信波がＩＣチップ５に供給され、上述のように、ＩＣチップ５に供給された送信波は、電源制御部１４により検波・蓄電（平滑化）され、ＲＦＩＤタグ８の動作電源を生成し、ＲＦＩＤタグ８の各回路（ＩＣチップ５）に動作電源を供給し、送信波からコマンド信号が復調され、復調されたコマンド信号の命令内容からメモリ部１５へタグ情報の更新・書き込みと読み出しとのいずれか一方、又は両方を行ない、メモリ部１５が出力した読み出し信号が返信波としてＩＣチップ５に送信波が供給された経路と同じ経路を遡り、放射部である導体パターン２からＲＦＩＤリーダライタ１０に返信波が送信され、ＲＦＩＤリーダライタ１０のアンテナ部１１が返信波を受信して、所望の情報を得るということになる。なお、ＲＦＩＤシステムが行なう無線通信のデータの中身は、従来からものでもよいし、新規なものでもよく、誘電体基板１の裏面に接地導体パターン７を形成しているので、誘電体基板１の裏面側を設置対象の面に向けることで、設置対象が導体や非導体に関わらず設置が可能な簡易構造のＲＦＩＤタグを安価で製造できるため、大量のＲＦＩＤタグを必要とする物流管理、倉庫管理、機材管理、自動車の入退場管理など幅広い分野で利用でき、設置対象や設置対象の面が導電性物体などの導体であっても設置することが可能である。

実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの製造方法は、前述の特許文献１〜５（特許文献６は、導体板にスロットを開けたものであるので除く）などに記載された一般的なＲＦＩＤタグの製造方法でよい。図３及び図４を用いて製造方法の例を簡単に説明する。図３は、誘電体基板１の一主面にＩＣチップ５を挿入するための穴部４を形成した誘電体基板１の平面図である（穴部が形成された誘電体基板１の構成図）。なお、この穴部４は、切削等により基板に形成することや射出成型法による基板であれば成型時に形成することなどが考えられる。図４は、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの製造方法を（ａ−１）〜（ｃ−１）、（ａ−２）〜（ｄ−２）、（ａ−３）〜（ｄ−３）の三つに分類したの製造プロセス図である。この三つの製造方法において、図４（ａ−１）図４（ｂ−１）図４（ａ−３）はそれぞれの製造方法の初期段階を示し、それぞれの構造は共通であり、誘電体基板１の一主面（表面）に穴部４、他主面（裏面）に接地導体パターン７を設けた状態である。接地導体パターン７の形成方法は、一般的な基板の製造方法を使用すればよい。なお、図４は、完成したＲＦＩＤタグが図１（ｂ）と同様に、図１（ａ）でＡ−Ａ’線により切断したときの断面図に対応するように図示している。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図４（ａ−１）〜図４（ｃ−１）に示す製造方法を説明する。前述の図４（ａ−１）、つまり初期状態の誘電体基板１の穴部４にＩＣチップ５を載置して図４（ｂ−１）の状態にする。次に、誘電体基板１の表面に導体パターン２（スロット３及び電気接続部６を含む）を印刷や蒸着により形成する。導体パターン２形成の際に、ＩＣチップ５の二つの端子（図示せず）は、それらの電気接続部６、６に接続することとなる。このようにすることにより、図４（ｃ−１）に示すＲＦＩＤタグが完成する。次に、図４（ａ−２）〜図４（ｄ−２）に示す製造方法を説明する。この方法は、誘電体基板１の穴部４にＩＣチップ５を載置して図４（ｂ−２）の状態にした後に、誘電体基板１の表面に導体層２１を形成してから（図４（ｃ−２））、導体層２１をエッチングやミリングにより導体パターン２（スロット３及び電気接続部６を含む）を誘電体基板１に形成する。このようにすることにより、図４（ｄ−２）に示すＲＦＩＤタグが完成する。なお、導体層２１形成の際に、ＩＣチップ５の端子（図示せず）は、最終的に電気接続部６、６が形成される箇所に対応する導体層２１に接続されている。

続いて、図４（ａ−３）〜図４（ｄ−３）に示す製造方法を説明する。この方法は、前述の図４（ａ−２）〜図４（ｄ−２）の方法と比較して（ｄ−２）と（ｄ−３）のプロセスは、ほぼ同様であるので異なるプロセスの（ｂ−３）及び（ｃ−３）を説明する。最初に誘電体基板１の表面に導体箔２２を対向させる（図４（ｂ−３））。この際、導体箔２２には、ＩＣチップ５が実装されており、ＩＣチップ５の二つの端子（図示せず）は、最終的に電気接続部６、６が形成される箇所に対応する導体箔２２に接続されている。そして、誘電体基板１の表面上に導体箔２２を穴部４とＩＣチップ５とを位置合わせを行ない載置する（図４（ｃ−３））。なお、このような一般的な基板加工方法やＲＦＩＤタグ製造方法の以外の方法でも、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの構成を実現できるのであれば、特に製造方法の制約はない。

以上のように、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ５が誘電体基板１の一主面に形成した穴部４に挿入され、チップボンディングにより導体パターン２と電気的にＩＣチップ５が接続された構成にしたので、ＲＦＩＤタグに衝撃等が加わった場合でも、ＩＣチップ５の破損やＩＣチップ５と電気接続部６との電気的な接触不良や接続の破断等の発生率を大幅に低減させることができる。また、誘電体基板１の穴部の寸法をどのようにするかは、ＩＣチップ５の容積に対してＩＣチップ５を穴部４に挿入する際の歩留を考慮して設定すればよい。

図５は、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの電界（矢印で記入）を示した電界図である。図５には、ＩＣチップ５周辺の部分拡大図も併せて示すとともに、その部分拡大図において矢印で電界の様子を示している。図５に示した矢印は、接地導体パターン７と導体パターン２との間の電界を示しており、このような電界が導体間で形成されるため、スロット３の対向部分の間に電界が走り、電位差が生じる。誘電体基板１の厚さ方向における電界の強さが零の位置をＩＣチップの給電点としている。図５に示すように、誘電体基板１の内部において、左右の電界が相互に打ち消しあうため、スロット３の長手方向（図５では、奥行き方向）の軸に沿った位置では、電界の強さは零となる。したがって、この位置にＩＣチップ５の電気接続部６を配置すれば、給電損失を大幅に低減することができる。したがって、このように構成すると、スロット３に発生する電界方向とパッチアンテナの電界方向が一致しているため、交差偏波成分はかなり低く抑えられることに加えて、スロット３をパッチアンテナ（導体パターン２）の中央に設置することを基本としているために正偏波のパターンも左右対称となるので、アンテナ（ＲＦＩＤタグ）の放射パターンの対称性を良好にすることができるので、導体パターン２の放射パターンの対称性に悪影響を与えることも少なく、通信可能な距離も大きく延ばすこともでき、また、構成が簡単であっても、性能が大幅に向上したＲＦＩＤタグが得られるという効果を奏する。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図６は、実施の形態１に係るＲＦＩＤタグにおける特性インピーダンスの変化の様子を示した特性図である。前述したところでは、誘電体基板２の端部から所定距離ｄだけ隔てて導体パターン２を形成する旨を記載したが、このことは、誘電体基板１の他主面の全面に接地導体パターン７を形成しているため、所定距離ｄは、図５に示すように、導体パターン２と接地導体パターン７との四隅における寸法差であるということができる。このようにすれば、所定距離ｄは、接地導体パターン７が誘電体基板１の他主面の全面に形成していない場合であっても、同じく導体パターン２と接地導体パターン７との四隅における寸法差として考えることができる。そこで、図６において、横軸は所定距離又は前記した寸法差ｄをＲＩＦＤタグの使用周波数の波長比を表したもので、縦軸Ｒ［Ω］及びＸ［Ω］はそれぞれ特性インピーダンスの実部及び虚部を表したものである。ただし、横軸のλは使用周波数の波長である。図６の特性図によれば、所定距離ｄが０．１３λ以上の場合には、ＲＦＩＤタグ８の特性インピーダンスがほぼ一定となっている。したがって、所定距離ｄを０．１３λ以上とすることにより、ＲＦＩＤタグの設置対象が導体又は非導体の物体に関わらず、また、空中に浮かしたような状態であっても、ＲＦＩＤタグの特性インピーダンスがほぼ一定であるから、ＲＦＩＤの性能が劣化することがなく、ＲＦＩＤリーダライタ１０との無線通信を可能とすることができる。なお、誘電体基板１の穴部４の位置における電界の強さが零の位置であるから、穴部４がない場合におけるＲＦＩＤタグ、つまり、ＩＣチップ５が誘電体基板１に内挿されていない状態で、パッチアンテナの放射部である導体パターンの形状が導体パターン２同様であるＲＦＩＤタグの特性インピーダンス変化とほぼ同様であるといえる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態２に係るＲＦＩＤタグの構成を示した平面図であり、図７（ａ）は、ＲＦＩＤタグの平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したＲＦＩＤタグのスロット付近を拡大した平面図である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。ここでは、実施の形態１の場合には、ＩＣチップ５の端子（図示せず）が２つ、すなわち、足が２つのＩＣチップを用いた場合について説明したが、ＩＣチップ５の端子が４つのものを実装する場合には、実施の形態１において説明した電気接続部６、６のほかに、２つのダミーパッド２３、２３をスロット３に内側であって、電気接続部６、６の近傍に設けている。これらのダミーパッド２３、２３の形成方法は、電気接続部６、６を形成すると同時に、形成する。また、ダミーパッド２３、２３は、導体パターン２及び電気接続部６、６とは電気的に接続されていない単なるダミーとしてのパッドである。このように、ＲＦＩＤに実装するＩＣチップ５の仕様の変更に柔軟に対応できるので、簡易構造のＲＦＩＤタグを安価で製造することができる。なお、ダミーパッド２３の数は、２つに限定されたものではない。なお、後段の実施の形態３においては、ダミーパッド２３を有するＲＦＩＤタグを用いて説明を行っていく。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、実施の形態３によるＲＦＩＤタグの構成図、図８（ａ）は、ＲＦＩＤタグの平面図、図８（ｂ）は、実施の形態２によるＲＦＩＤタグのスロット拡大図、図９は、実施の形態３によるＲＦＩＤタグの構成図、図１０は、実施形態２によるＲＦＩＤタグの構成図であり、図８〜図１０において、２４は、ＩＣチップ５が配置された位置から相反方向に幅広になるように形成したテーパ状のスロット、２５は、導体パターン２の端部に切り欠き状に設けられた電気長調整部、２６は、導体パターン２の辺に対して角度を持たせて形成され、導体パターン２に縮退分離方式を用いて円偏波を放射させるスロットである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。以下、図８〜図１０を用いて実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの構造及び動作を説明する。なお、実施の形態３では、ＲＦＩＤタグの広帯域化・電気長調整方法・縮退分離による円偏波送受信に関するもので、基本的な構成や発明の効果は、実施の形態２及び２と同様である。

図８（ａ）（ｂ）は、ＲＦＩＤタグの広帯域化に関するもので、スロット２４はＩＣチップ５が配置された位置から相反方向に幅が拡がっていくテーパ状になっている。図１のスロット３と比較すると、スロット３の対向部分が電気接続部６を除き、相反方向ともに一定の幅が形成されている。このようにスロット２４がテーパ状を成していることにより、ＲＦＩＤタグの使用周波数の広帯域化が実現でき、帯域はテーパの拡がる寸法を調整することにより選択が可能である。したがって、ＲＦＩＤシステムの通信可能帯域を広帯域化できるため、インピーダンス整合が容易で製造誤差による歩留りの悪化を低減できるだけでなく、ＲＦＩＤタグ８が設置した周囲の環境により水滴や汚れが付着してインピーダンス変化に強い耐環境性を有したＲＦＩＤタグを得ることができる。なお、ダミーパッド２３は、ＩＣチップ５に設けられた端子の足の数により、必要がない場合もある。

図９は、ＲＦＩＤタグの電気長調整方法に関するもので、図１のＲＦＩＤタグとの大きな違いは、図示されるように、導体パターン２の側部に切り欠きのような形状の電気長調整部２５が形成された導体パターン２である。電気長調整部２５は、スロット３とは垂直となる位置に設けられているので、導体パターン２の実効的な電気長が見かけの長さよりも長くなり、ＲＦＩＤシステムの使用周波数が固定でも、導体パターン２の大きさを小さくできるので、ＲＦＩＤタグ８全体の寸法が小さくできる。導体パターン２の長さ未満であれば、電気長調整部２５の長さは変更できるので、長さや切り込みの程度を調整して設計することにより、ＲＦＩＤタグ８全体の寸法を名刺大にすることや設置対象にあわせた寸法にすることも、ある程度の範囲内では可能である。したがって、タグの寸法・形状の自由度が増す（言い換えると、制約が改善される）ため、設置個所の自由度をこれまで以上に拡大することができる。なお、電気長調整部２５の調整以外にも、実施の形態１と同様に、誘電体基板１の厚みや比誘電率，導体パターン２，スロット３の寸法などが大きく関係するので、これらの条件もあわせて調整して設計することにより、ＲＦＩＤタグ８の寸法及び所望の放射パターンや利得を得ることができる。また、導体パターン２の片側だけに設けてもよい。

図１０は、ＲＦＩＤタグの縮退分離による円偏波送受信に関するもので、図１のＲＦＩＤタグとの大きな違いは、図１０に示されるように、スロット２６の位置が導体パターン２に対して、傾斜して設けられている。図１のスロット３と比較すると、スロット２６は、ＩＣチップ５を中心にしておよそ４５°傾斜して形成される（傾斜させる方向は、送受信する電波が、右旋性か左旋性かにより決定する）。このような位置に設けられているので、スロット２６は導体パターン２の縮退分離素子（摂動素子）として動作する。つまり、近似的に、図１のＲＦＩＤタグの放射パターンに同じ放射パターンの位相をπ／２ずらして重ねた放射パターンに近い放射パターンを持つ円偏波が送受信可能であるＲＦＩＤタグが得られるので、ＲＦＩＤシステムの無線通信に円偏波の電波が使用されても対応が可能となる。なお、一般的に、縮退分離素子は導体パターン２に対して、およそ４５°程度傾斜して形成させるが、給電点の影響で良好な放射パターンを得るためには、傾斜角度をおよそ４５°ではなく、微調整を行なう必要がある。しかし、本発明は、給電点（ＩＣチップ５）を電界が０となる位置に設けているので、比較的、微調整の幅が狭くなり、調整が容易となる。さらに、実施の形態３におけるＲＦＩＤタグの電気長調整方法・広帯域化・縮退分離による円偏波送受信は、それぞれを組み合わせて実施することが可能である。

この発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグの構成図である。 この発明に係るＲＦＩＤシステムの基本構成図である。 この発明に係る穴部が形成された誘電体基板構成図である。 この発明に係るＲＦＩＤタグの製造プロセス図である。 この発明に係るＲＦＩＤタグの電界を示した電界図である。 この発明に係るＲＦＩＤタグにおける特性インピーダンスの変化の様子を示した特性図である。 この発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグの構成を示した平面図である。 この発明の実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの構成を示した平面図である。 この発明の実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの構成を示した平面図である。 この発明の実施の形態３に係るＲＦＩＤタグの構成を示した平面図である。

符号の説明

１…誘電体基板、２…導体パターン、３…スロット、４…穴部、５…ＩＣチップ、
６…電気接続部、７…接地導体パターン、８…ＲＦＩＤタグ、９…アンテナ部、
１０…ＲＦＩＤリーダライタ、１１…アンテナ部、１２…アナログ部、
１３…Ａ／Ｄ変換部、１４…電源制御部、１５…メモリ部、１６…復調部、
１７…制御部、１８…変調部、１９…ディジタル部、２０…Ｄ／Ａ変換部、
２１…導体層、２２…導体箔、２３…ダミーパッド、２４…スロット、
２５…電気長調整部、２６…スロット。

Claims (2)

1. 一主面に穴部を有する誘電体基板と、この誘電体基板の他主面に設けられた接地導体パターンと、前記誘電体基板の一主面上に設けられ、前記誘電体基板の端部から所定距離だけ隔ててその内側に設けられた放射部である矩形の導体パターンと、この矩形の導体パターンの内部に前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットを構成し、この長細形状のスロットを構成する短手方向おいて対向する前記導体パターンの両側から前記スロットの内側にそれぞれ延びた電気接続部と、これらの電気接続部に電気的に接続され、前記誘電体基板の前記穴部に挿入され、前記導体パターンと前記接地導体パターンとの間に電界が形成され、前記長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向の対向部分の電位差によって給電されるＩＣチップとを備え、前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットが、前記導体パターンの縮退分離素子として動作して、円偏波が送受信可能なＲＦＩＤタグ。
2. 一主面に穴部を有する誘電体基板と、この誘電体基板の他主面に設けられた接地導体パターンと、前記誘電体基板の一主面上に設けられ、前記誘電体基板の端部から所定距離だけ隔ててその内側に設けられた放射部である矩形の導体パターンと、この矩形の導体パターンの内部に前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットを構成し、この長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向おいて対向する前記導体パターンの両側にそれぞれ電気的に接続され、前記誘電体基板の前記穴部に挿入され、前記導体パターンと前記接地導体パターンとの間に電界が形成され、前記長手方向に長細形状のスロットを構成する短手方向の対向部分の電位差によって給電されるＩＣチップとを備え、前記導体パターンの辺に対して角度を持たせ、傾斜して形成された長手方向に長細形状のスロットが、前記導体パターンの縮退分離素子として動作して、円偏波が送受信可能なＲＦＩＤタグ。

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