JP4500214B2 - 無線ｉｃタグ、及び無線ｉｃタグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップに記録されている情報を無線で送信する無線ＩＣタグおよびその製造方法に関し、特に、無線ＩＣタグに設けられたアンテナ部分の構成に改良を加えた無線ＩＣタグ及びその製造方法に関する。

近年、物品や構造物の情報管理、あるいは物流管理などに無線ＩＣタグが広く利用されている。このような無線ＩＣタグは、情報を記録した小さなＩＣチップとＩＣチップの情報を無線で送信する小さなアンテナとによって構成され、物品に貼付したり構造物に埋め込んだりして利用されている。ＩＣチップに記録されている情報（つまり、個々の物品や構造物の属性などに関する情報）を読み取る場合、リーダライタを無線ＩＣタグにかざすだけで、リーダライタとの間に通信が行われ、非接触でＩＣチップに記録されている情報を読み取ることができる。

このような無線ＩＣタグとして、例えば特許文献１で開示された技術が知られている。この技術では、誘電体の両側に放射導電層（アンテナ層）とアース導電層（グランド層）とを形成したマイクロストリップアンテナ（ダイポールアンテナ）を、誘電体損失が比較的低いポリプロピレンなどの誘電体材料のケースで挟み込んだ構成となっている。したがって、ＩＣチップを含むアンテナ部分はケースで覆われているので、耐候性が優れていると共に防塵性にも優れている。

一般的に、無線ＩＣタグを金属に貼付して使用すると、金属の影響で通信距離が著しく低下する。金属に貼付しても通信距離を低下させない技術として特許文献２に開示されたものがある。特許文献２開示の技術では、グランドとなる導電体の上に絶縁層を介して第１のアンテナを形成し、かつ導電体を第２のアンテナとしている。そして、静電結合によって第１のアンテナと第２のアンテナ（導電体）の間に電位差を生じさせることにより、無線ＩＣタグが金属に貼付されていても、第２のアンテナの電波反射作用によって第１のアンテナから放射される電波強度は弱まることなく、通信距離の低下を防止する。

特開２００３−２９８４６４号公報（段落番号００６７〜００７１、及び図６参照） 特開２００３−８５５０１号公報（段落番号００１０〜００１６、及び図１〜図３参照）

ところで、前記特許文献で開示されたいずれの従来技術では、ダイポールアンテナを使用している。ダイポールアンテナは、電波を効率よく放射させるためには電波波長をλとすると、長さがλ/２である必要がある。長さが１／２λより小さくなると、アンテナの効率が著しく低下し通信が困難になるため、大きさとして、λ／２以下の無線ＩＣタグを構成することができない。
また、ダイポールアンテナでも、モノポールアンテナでも、電波周波数が高くなるにしたがって、金属の影響が大きくなる特性がある。このため、例えば、現在、研究されている周波数が２．４ＧＨｚ帯のマイクロ波で通信する無線ＩＣタグに特許文献２で開示されたアンテナを適用しても、アンテナ効率の低下で、金属には使用することができない。アンテナの効率低下は、リーダライタの感度を上げることによってある程度補うことができるが、この場合、リーダライタ側のアンテナが特殊な形状になるため、リーダライタに汎用性がなくなって使い勝手が悪くなってしまう。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、アンテナサイズを小型化して金属材料へ埋め込んでも、マイクロ波帯の電波で充分な通信距離が得られるような小型な無線ＩＣタグを提供することを目的とする。

本発明の無線ＩＣタグは、前記の目的を達成するために創案されたものであり、情報を記録したＩＣチップと、そのＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線ＩＣタグであって、アンテナは、ＩＣチップが搭載された給電部分の幅を細くし、かつ給電部分の両側に広がる電波の放射部分を広くした放射電極と、放射電極の一面と対向するように配置されて、その放射電極の一端に接続されている接地電極と、放射電極と接地電極との間に介在する誘電体との３層構造となっている。このとき、放射電極は、給電部分の両側に存在する２つの放射部分の面積が非対称となるようなオフセット構造のＯ型アンテナ、多角形アンテナ、またはＨ型アンテナとなっている。また、放射電極と接地電極は、誘電体の側面あるいはスルーホールによって電気的に接続されている。また、放射電極には、ＩＣチップとアンテナとのインピーダンスマッチングを行うためのスリットが形成され、ＩＣチップの端子はスリットを跨いだ両側の電極に接続されている。このような構成によって、広い面積の放射電極からの効率的な電波の放射と接地電極からの反射電波とによって、無線ＩＣタグのアンテナを小さくしても通信距離を長くすることができる。

本発明によれば、ＩＣチップの搭載された給電点の左右の放射部分が非対称となる給電点左右オフセット構造Ｏ型アンテナやＨ型アンテナ等による放射電極と、誘電体を挟んだ裏面側の接地電極とを電気的に接続した構造にすることにより、無線ＩＣタグの寸法を０．１λ以下にしてもマイクロ波帯の電波で充分な通信距離を確保することが可能となる。これによって、例えば、金属材料で構成されたボルトの頭部に設けた直径１０ｍｍ×深さ２ｍｍ程度の穴（ホール）にこの無線ＩＣタグを実装することが可能となる。また、他の利点として、無線ＩＣタグを小型化しても特殊なリーダライタのアンテナを必要とすることなく、ダイポールやバッチアンテナ等の既存機器で安定的に通信することが可能となる。また、Ｏ型アンテナやＨ型アンテナの放射電波を増幅させる補助アンテナを設けることによって、無線ＩＣタグから放射される放射電波が一層強くなり、無線ＩＣタグの通信距離をさらに長くすることができる。

《発明の概要》
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）に係る無線ＩＣタグについて好適な例をあげて説明する。本発明に係る無線ＩＣタグはアンテナの部分で、ＩＣチップが搭載されたアンテナの給電点付近の幅を細くし、電波の放射部分となる周辺の放射電極の幅を広くしたアンテナ形状、例えば、Ｏ型、多角形、またはＨ型のアンテナ形状にすることにより、ＩＣチップの周辺に効率的に電磁エネルギーを集中させてアンテナ効率の向上を図っている。

放射電極の形状は、ＩＣチップを搭載した給電点の左右の放射部分が同じ面積の対称構造でもよいし、非対称構造でもよい。特に、給電点が左右オフセットした非対称構造のＯ型、多角形、またはＨ型形状のときは、放射効率を高めることができる。さらに、給電点の両側に形成された二つの放射部分に対して誘電体を挟んだ裏面側に接地電極を設けて、いずれか一方の放射部分と接地電極とを側面またはスルーホールによって電気的に接続している。また、接地電極と電気的に接続される放射部分は、放射面積が小さい方の放射部分とする。これによって、放射面積が大きい方の放射部分では、大きな放射効率が得られると共に、取り付けられる対象物は金属材料の場合は、接地電極が金属材料と電気接続が取れるため、放射効率が向上する。したがって、放射電極の長さを短くしても通信距離を低下させることがないので、結果的に、無線ＩＣタグの小型化を図ることができる。

例えば、放射電極を極力小さくして、無線ＩＣタグ全体の寸法を０．１λ以下にしても、マイクロ波帯の電波によって、無線ＩＣタグを金属などに取り付けても充分な通信距離を確保することができる。さらに、Ｏ型、多角形、またはＨ型の放射電極で構成されたアンテナに対して補助アンテナを設けることができる。この場合、補助アンテナによる増幅効果により放射電波の強度が一層強くなって通信距離をさらに延すことができる。

《第１実施形態》
図１は、本発明に係る第１実施形態の無線ＩＣタグにおけるＯ型アンテナを示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は裏面図である。図１に示すように、円形の形状をしたＯ型アンテナ１（放射電極）は、アンテナ基材となる誘電体２の表面に非対称な２つの半円形の放射電極（放射部分）３ａ，３ｂが形成され、放射電極３ａと放射電極３ｂの中央部分が細長いくびれ部４で接続された構成となっている。また、細長いくびれ部４から放射電極３ａの方向へ向けてスリット５が形成されている。さらに、細長いくびれ部４においてスリット５を跨いでＩＣチップ６が搭載され、ＩＣチップ６のそれぞれの端子がスリット５の両側の電極に接続されている。なお、スリット５は、静電破壊防止対策及びＩＣチップ６と放射電極３ａとのインピーダンスマッチングを行うためのインピーダンスマッチング回路として形成されたものである。また、誘電体２の裏面側には円形の接地電極７が形成されている。そして、Ｏ型アンテナ１の放射電極３ｂの端部と接地電極７の端部が誘電体２の側面において電気的に接続されている。

つまり、誘電体２の表面側にはＩＣチップ６及びスリット５（インピーダンスマッチング回路）を有する放射電極３ａ，３ｂをＯ型アンテナ１として形成し、この放射電極３ａ，３ｂのうち放射面積の小さい放射電極３ｂの端部と誘電体２の裏面側に形成された接地電極７の端部とが誘電体２の側面で電気的に接続されている。なお、放射電極３ｂと接地電極７は、図２に示すように、任意の箇所において誘電体２に貫通された複数のスルーホール３０で接続してもよい。この場合、できるだけ多くのスルーホールを設け、低いインピーダンスで放射電極３ｂと接地電極７とを接続することが望ましい。
このＯ型アンテナ１、接地電極７、誘電体２で請求の範囲におけるアンテナが構成される。

図１（ａ）のようなＯ型アンテナ１にＩＣチップ６からアンテナ電流が流れると、ＩＣチップ６の搭載されたくびれ部４で最大電流が流れて、さらに両側の放射電極３ａ，３ｂに電流が流れて行く。これによって、放射電極３ａ，３ｂの電磁エネルギーがＩＣチップ６を取り囲んで集中するので、小さい円形のＯ型アンテナであってもアンテナ効率が向上する。
また、図１（ａ）のように放射電極３ａの放射面積を大きく取り、放射面積の小さい放射電極３ｂ側で接地電極７と接続させることにより、つまり、給電点左右オフセットの構造にすることにより、放射面積の大きい放射電極３ａからの電波を有効に放射させることができるので、結果的に、Ｏ型アンテナ１のアンテナ効率をさらに向上させることができる。

さらに、接地電極７を金属材料に接続することにより、等価的に接地電極面積を大きくしたことになりアンテナの放射効率が向上するため、小さなアンテナであっても通信距離を一段と向上させることができる。
このように構成されたＯ型アンテナ１は、例えば電波周波数が２．４ＧＨｚの場合、直径が０．１λ（λ：電波波長）以下、すなわち直径１０ｍｍ以下の大きさで実現することができる。Ｏ型アンテナ１の直径が１０ｍｍのときは、約２０ｍｍの通信距離が得られる。この場合、取り付ける対象物は非金属製のものだけでなく、例えば金属製のボルトなどに埋め込み実装してもアンテナ効率の低下を抑え、同じ通信距離を得ることができる。

また、金属材料に穴を設けて、無線ＩＣタグを穴に取り付けた場合、金属材料に触れて放射電極３ａと接地電極７が短絡するのを防止するために、図１（ａ）に示すように、放射電極３ａ，３ｂからなるＯ型アンテナ１の直径を誘電体２の直径（つまり、接地電極７の直径）より略小さくした方が望ましい。誘電体２は、アルミナセラミックス・ムライトセラミックスなどのセラミックス材料、あるいはガラスセラミックスなどの無機系材料、または樹脂系材料などのいずれを用いることができる。樹脂系材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パ−フルオロアルキルビニルエ−テル共重合樹脂（ＰＦＡ）、フッ素樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミドなどを使用することができる。
これら固体材料のほかに。例えば、空気や窒素、アルゴンなどの不活性気体であってもよいし真空でもよい。

また、図１に示すような無線ＩＣタグを製造するためには、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）、セラミック等の両面プリント基板の表面に放射電極３ａ，３ｂからなるＯ型アンテナ１を形成し、両面プリント基板の裏面に接地電極７を形成する。そして、Ｏ型アンテナ１にスリット５を形成した後に、Ｏ型アンテナ１の表面にＩＣチップ６を実装する。さらに、両面プリント基板の側面の一部にメッキ加工を施してＯ型アンテナ１の端部と接地電極７の端部とを接続する。あるいは、両面プリント基板にスルーホール加工を施してＯ型アンテナ１と接地電極７を接続する。
なお、両面プリント基板以外に、例えばセラミック基板の表面及び裏面に高周波信号伝送用の金属材料で構成された導体層を厚膜印刷法によって、Ｏ型アンテナ１と接地電極７を形成することができる。

Ｏ型アンテナ１と接地電極７の形成は、ほかにメッキ法または蒸着法を用いることによってセラミック基板上に形成することもできる。例えば、以下のような方法で形成することができる。
（１）Ｃｕ層、Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。
（２）Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。
（３）Ｃｒ−Ｃｕ合金層、Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。
（４）Ｔａ₂Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。
（５）Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。
（６）Ｎｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させて形成する。

次に、無線ＩＣタグの実装について説明する。
図３は、図１に示すＯ型アンテナの無線ＩＣタグを金属材料に埋め込み実装した状態を示す断面図であり、（ａ）は無線ＩＣタグの金属材料への実装断面、（ｂ）は実装される無線ＩＣタグの断面を示している。図３（ｂ）に示すように、無線ＩＣタグ１１は、誘電体の絶縁材料１２の表面側にアンテナ放射部１３が形成され、絶縁材料１２の裏面側に接地電極７が形成されている。アンテナ放射部１３の端部と接地電極７の端部とが絶縁材料１２の側面で接続され、かつ、ＩＣチップ６がアンテナ放射部１３の上面に取り付けられている。なお、アンテナ放射部１３は図１に示すＯ型アンテナ１に相当し、絶縁材料１２は図１に示す誘電体２に相当する。
アンテナ放射部１３は、図１に示すようなくびれが左右オフセットしたＯ型の形状にしてもよいし、同じようにくびれが左右オフセットした多角形状、Ｈ型形状にしてもよい。そのいずれの場合においても、放射面積が小さいほうの放射電極と接地電極７が接続される。これによって、アンテナ効率を高めることができる。

このように形成された無線ＩＣタグ１１は、直径１０ｍｍ以下の大きさになるので、例えばボルトの頭部に埋め込んで実装することができる。この場合、図３（ａ）に示すように、ボルトの頭部を構成する金属材料１４に直径１０ｍｍ×深さ２ｍｍ程度の穴を明けてその穴の底部に導電性接着剤１５を塗り、無線ＩＣタグ１１を接地電極７を穴の底部に向けさせその穴に埋め込む。そして、金属材料１４の穴と無線ＩＣタグ１１の隙間及び無線ＩＣタグ１１の表面部分をエポキシ樹脂などの封止材１６でモールドする。これによって、無線ＩＣタグ１１は、金属材料１４に埋め込んだ状態で取り付けられるとともに、接地電極７が金属材料１４に電気接続される。
なお、無線ＩＣタグ１１を取り扱う際に、ＩＣチップ６が脱落することを防止するため、図４に示すようにアンテナ放射部１３に向けてＩＣチップ６上にエポキシレジンを滴下し、固化させることによってＩＣチップ６を取り囲むレジンの保護層６ａを形成することが望ましい。これによって、ＩＣチップ６が脱落することを防止可能になる。

なお、無線ＩＣタグ１１をモールドするための封止材１６としては、エポキシ樹脂ではなく低融点ガラスを用いてもよい。このような低融点ガラスを用いたハーメチックシールは、金属との接着性及び密閉性が極めてよいので、半導体装置の気密端子やエンジンなどの高温部分に好んで用いられている。この低融点ガラスを封止材１６として用いることによって、耐熱温度が高くなり、ボルト以外にエンジンなどの高温機械に取り付けて使用することが可能になる。なお、低融点ガラスの溶解温度は３２０〜３７５℃であり、ＩＣチップの最大許容温度は４５０℃程度であるので、低融点ガラスで封止しても、高温でＩＣチップが破損するおそれはない。

図３（ａ）のように金属材料１４に埋め込まれた無線ＩＣタグ１１は直径が１０ｍｍ程度の小さなものであるが、アンテナの放射効率がよいので、無線ＩＣタグ１１の表面部分において５〜１０ｃｍ程度までリーダライタを近づければ、ＩＣチップ６に記録されている情報を読み取ることができる。また、導電性接着剤１５により、接地電極７が金属材料１４と電気接続されるので、接地電極のシール作用で、金属の影響を遮断し、小さな無線ＩＣタグ１１を金属材料１４に埋め込んでも、充分な通信距離を確保して通常の読み取り距離からでもマイクロ波帯の電波をキャッチし、ＩＣチップ６の情報を正確に読み取ることができる。

図５は、別の無線ＩＣタグを金属材料に埋め込み実装した状態を示す断面図であり、（ａ）は無線ＩＣタグの金属材料への実装断面、（ｂ）は実装される無線ＩＣタグの断面を示している。
図５（ｂ）に示すように、無線ＩＣタグ１１ａは、絶縁材料１２の周辺部を含めてアンテナ放射部１３、ＩＣチップ６上に樹脂モールド６ｂを被せ、接地電極７だけが露出させた構成となっている。この樹脂モールド６ｂによって、図３に示す絶縁材料１２だけで構成された基板ベース構造の無線ＩＣタグ１１より強度が増すとともに、ＩＣチップ６とアンテナ放射部１３表面の保護が図られる。また、取扱いも簡単になる。この樹脂モールド６ｂは、例えば、半導体ＩＣパッケージに使用される材料としてエポキシレジンなどを使用することができる。

金属材料１４への実装は、図５（ａ）に示すように金属材料１４に穴を明けてその穴の底部に導電性接着剤１５を塗り、無線ＩＣタグ１１ａをその穴に埋め込む。そして、金属材料１４の穴と無線ＩＣタグ１１の隙間及び無線ＩＣタグ１１の表面部分をエポキシ樹脂などの封止材１６でモールドする。これによって、無線ＩＣタグ１１ａは、金属材料１４に埋め込んだ状態で取り付けられるとともに、接地電極７が金属材料１４に電気接続される。

なお、無線ＩＣタグ１１または無線ＩＣタグ１１ａの大きさを小さくするために、アンテナ放射部１３をさらに小さくすることができる。この場合は、通信距離が極端に短くなることがある。このとき、エネルギーを効率よく転送するためリーダライタのアンテナとアンテナ放射部１３を接触させてエネルギーを供給すれば、無線ＩＣタグから記録された情報を読み取ることができる。このために、アンテナ放射部１３およびＩＣチップ６を被せた樹脂モールド６ｃは、リング状に形成し、図６に示すようにアンテナ放射部１３に開口部３ｃを設けることによって実現することができる。

《第２実施形態》
第２実施形態では、無線ＩＣタグの製造について説明する。
図７は、本発明に係る第２実施形態の無線ＩＣタグの製造工程を示す図であり、（ａ）はフォーミング加工前、（ｂ）はフォーミング加工後を示している。図７（ａ）に示すように、あらかじめ用意された容器の底部に、例えば、図１（ａ）に示すような非対称な放射電極を有するＯ型アンテナを上部電極２１（つまり、放射電極）として配置する。この上部電極２１は板厚が０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの銅合金（例えば、りん青銅や真鍮など）や鉄系合金で構成されている。また、上部電極２１の金属製板材には半田メッキ、錫メッキ、金メッキ、パラジュームメッキなどの端子表面処理が施されている。

次に、上部電極２１の裏面にＩＣチップ２２を配置し、導電性ペーストによるリフロー、Ａｕ−Ｓｎ共晶による超音波接合、あるいはワイヤーボンディングなどによって、上部電極２１にＩＣチップ２２の端子を電気的に接続する。
ＩＣチップ２２は両面電極で、ＩＣチップ２２の裏面に裏面電極２３（つまり、接地電極）を配置し、上部電極２１と同様の方法で裏面にあるＩＣチップ２２のもう一方端子と裏面電極２３とを電気的に接続する。なお、この時点における裏面電極２３の長さ方向の形状は任意である。

次に、上部電極２１、ＩＣチップ２２、及び裏面電極２３の一部が実装された容器にエポキシ樹脂などの封止材２４をモールドして硬化させる。モールドする封止材２４としてはエポキシレジン、ハーメチックシール、低融点ガラスなどを使用する。低融点ガラス封止時の処理温度は３２０℃〜３７５℃であるため、封止によってＩＣチップ２２が破壊されることはない。なお、接触型リーダライタを使う用途に供する場合は図６に示すように上部電極２１の表面の一部をモールドしない開口部を設ける。

次に、モールドした樹脂が硬化した後に、図７（ｂ）に示すように、裏面電極２３を封止材２４の裏面に沿ってフォーミング加工する。これによって、上部電極２１と裏面電極２３とが封止材２４を介して平行に配置された無線ＩＣタグを形成することができるので、例えば、前述の図３（ａ）のように金属材料１４に埋め込むことができる。なお、この場合、上部電極２１（つまり、放射電極）と裏面電極（つまり、接地電極）がＩＣチップ２２の導電性によって電気接続されるため、図１または図２に示すように誘電体の側面で接続したり、スルーホールを設けて接続することを省ける。両面電極でないＩＣチップを用いた場合の無線ＩＣタグ製造は、以下の第３実施形態で説明する。

《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態として、リードフレームに多数の放射電極と接地電極を形成して無線ＩＣタグを量産する幾つかのバリエーションを説明する。

〈第１のバリエーション〉
図８は、本発明に係る第３実施形態として、リードフレームに多数の放射電極と接地電極を形成した第１のバリエーションを示す図である。図８に示すように、帯状のリードフレーム３１の長手方向に等間隔で放射電極３２と接地電極３３およびスリット３４が形成されている。放射電極３２は上下が非対称な半円形で形成され、かつ接地電極３３は円形に形成され、両者は帯状の短いリードフレーム３６で接続されている。また、リードフレーム３１には等間隔で送り穴３１ａが形成されている。図示しないチップマウンタの送り機構の爪を送り穴３１ａに掛けながらリードフレーム３１を等ピッチで移動させ、ＩＣチップ３５をマウントして行く。さらに、一つ一つの放射電極３２ごとにリードフレーム３１から切り離して行く。このようにして形成されたアンテナ部分は、前記第２実施形態とほぼ同じ要領でエポキシレジンにて封止され、接地電極３３がフォーミングされて無線ＩＣタグが形成される。

次に、図８に示す第１のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスを説明する。図９は、図８に示す第１のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスの流れを示すフローチャートである。まず、図示しないチップマウンタの送り機構の爪が送り穴３１ａによってリードフレーム３１を移動させながら、チップマウンタによってＩＣチップ３５を放射電極３２へマウントする（ステップＳ１）。そして、放射電極３２をケースで覆ってレジン（封止材）を注入する（ステップＳ２）。さらに、レジンを硬化させた後（ステップＳ３）、外部リードを保護剤でコーティングしてから（ステップＳ４）、シリアルナンバーをマーキングする（ステップＳ５）。そして、リードフレーム３１と放射電極３２が接続されているリード部分をカットしてから（ステップＳ６）、接地電極３３のフォーミングを行う（ステップＳ７）。

ここで、図２１（ａ）に示すように、リードフレーム３６が直角に曲げた状態で、放射電極３２が封止材２４で封止された場合、図２１（ｂ）に示すように封止材２４の裏面に沿って接地電極３３を一回フォーミングして、この工程が完了する。
図２２（ａ）に示すように、放射電極３２、リードフレーム３６、接地電極３３が平面状態で、放射電極３２が封止材２４で封止された場合には、図２２（ｂ）に示すように封止材２４の端部に沿って、まず、リードフレーム３６をフォーミングする。その後、図２２（ｃ）に示すように封止材２４の裏面に沿って接地電極３３をフォーミングして、この工程が完了する。
このようにして、封止材２４を絶縁材料１２として機能させることができるので、比較的に簡単な工程で、図５（ｂ）に示す無線ＩＣタグ１１ａが得られる。

〈第２のバリエーション〉
図１０は、本発明に係る第３実施形態として、リードフレームに多数の放射電極と接地電極を形成した第２のバリエーションを示す図である。第２のバリエーションが第１のバリエーションと異なるところは、放射電極３２ａが、上下が非対称な半円形の放射電極ではなく、上部のみの半円形で形成されている点のみである。このような形状の放射電極３２ａであっても、接地電極３３は第１のバリエーションと同じ円形にすることができる。なお、第２のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスは図９のフローチャートと同じである。

〈第３のバリエーション〉
図１１は、本発明に係る第３実施形態として、左右が非対称な半円形の放射電極と櫛型円形の接地電極とを有する第３のバリエーションを示す図である。図１１の第３のバリエーションに示すように、左右が非対称な半円形の放射電極３２に対して円形電極に多数のスリットを設けた接地電極３３ａを対向させても本発明の無線ＩＣタグを形成することができる。このように多数のスリットを設けた接地電極３３ａにすることによって、例えば図３に示す接地電極３３ａと接続される金属材料１４の穴の底面に凹凸があっても接地電極３３ａの多数のスリットで凹凸を吸収できるので、接地電極３３ａと金属材料１４との密着性を向上させることができる。なお、第３のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスは図９のフローチャートと同じである。

〈第４のバリエーション〉
図１２は、本発明に係る第３実施形態として、左部のみが半円形の放射電極と櫛型円形の接地電極とを有する第４のバリエーションを示す図である。図１２の第４のバリエーションに示すように、左部のみが半円形の放射電極３２ａに対して円形電極に多数のスリットを設けた接地電極３３ａを対向させても本実施形態の無線ＩＣタグを形成することができる。このように多数のスリットを設けた接地電極３３ａにすることによって、例えば図３に示す接地電極３３ａと接続される金属材料１４の底面に凹凸があっても接地電極３３ａの多数のスリットで凹凸を吸収するので、接地電極３３ａと金属材料１４の密着性を向上させることができる。なお、第４のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスは図９のフローチャートと同じである。

〈第５のバリエーション〉
図１３は、本発明に係る第３実施形態として、左右が非対称な半円形の放射電極と放射形状の接地電極とを有する第５のバリエーションを示す図である。図１３の第５のバリエーションに示すように、左右が非対称な半円形の放射電極３２に対して円形部ｃの周囲に等間隔に複数の放射端ｄを設けた接地電極３３ｂを対向させても本発明の無線ＩＣタグを形成することができる。これによって、接地電極３３ｂに柔軟性を持たせることができ、例えば図３に示す金属材料１４の穴の底面に凹凸があってもそれを吸収できるので、接地電極３３ｂと金属材料１４の密着性を向上させることができる。

また、この場合、放射端ｄを長く形成し、図９の製造プロセスで接地電極３３ｂをフォーミングしたのち、封止材２４からはみだしたリード部分をさらにフォーミングして図１４、図１５に示すように封止材２４の外周部に固定用フック２０を形成することができる。
このように、封止材２４の外周部に固定用フック２０を形成することによって、図１６に示すように無線ＩＣタグ１１ａを金属材料１４の穴に圧入固定することができ、取付が簡単に行える。また、このとき、金属材料１４と固定用フック２０の間に電気接続も同時に行われるため、導電性接着剤１５の使用を省略することができる。

なお、接地電極３３ｃの形状は、図１７に示すように形成することもできる。ここでは、放射端ｆが形成される円形部ｅを放射電極３２と略同じ大きさとしている。この場合は、凹凸を吸収する機能は得られないが、第５のバリエーションと同様に、封止材２４からはみだしたリード部分をフォーミングして固定用フック２０を形成することができる。このように、接地電極３３ｃは、放射電極３２より大きい面積とすることができるので、無線ＩＣタグが取り付けられる部材は金属材料でなくても、アンテナ効率が低下することはない。
なお、第５のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスは図９のフローチャートと同じである。
《第４実施形態》
次に、第４実施形態として、放射電極の幾つかのバリエーションについて説明する。前述の第１実施形態で述べたように、Ｏ型アンテナによる放射電極の他にＨ型アンテナや多角形アンテナによって放射電極を形成することもできる。

〈第１のバリエーション〉
図１８は、本発明に係る第４実施形態の第１のバリエーションであるＨ型アンテナによる放射電極および接地電極を示す平面図である。図１８に示すように、Ｈ型アンテナ４１は左右が非対称な放射電極４２ａ，４２ｂが形成され、放射電極４２ａと放射電極４２ｂの中央部分が細長いくびれ部４４で接続された構成となっている。また、細長いくびれ部４４から放射電極４２ａの方向へ向けてスリット４５が形成されている。この細長いくびれ部４４においてスリット４５を跨いでＩＣチップ４６を搭載し、ＩＣチップ４６のそれぞれの端子がスリット４５の両側の電極に接続されている。放射電極４２側に面積の大きい矩形の接地電極４３が形成されている。接地電極４３は矩形であるので、図８のＯ型アンテナの放射電極３２と接地電極３３を接続するリードフレーム３６のように細くする必要はなく、２本の一点鎖線で示すように放射電極４２ｂと同じ幅でＨ型アンテナ４１の放射電極４２ｂと接地電極４３を接続するリードフレームを形成することができる。

〈第２のバリエーション〉
図１９は、本発明に係る第４実施形態の第２のバリエーションである多角形アンテナによる放射電極および接地電極を示す平面図である。図１９に示すように、多角形アンテナ５１（図１９の例では６角形アンテナ）は左右が非対称な放射電極５２ａ，５２ｂが形成され、放射電極５２ａと放射電極５２ｂの中央部分が細長いくびれ部５４で接続された構成となっている。また、細長いくびれ部５４から放射電極５２ａの方向へ向けてスリット５５が形成されている。細長いくびれ部５４においてスリット５５を跨いでＩＣチップ５６を搭載し、ＩＣチップ５６のそれぞれの端子がスリット５５の両側の電極に接続されている。放射電極５２ｂ側に面積の大きい同じ６角形の接地電極５３が形成されている。接地電極５３は６角形であるので、図８のＯ型アンテナの放射電極３２と接地電極３３を接続するリードフレーム３６のように細くする必要はなく、２本の一点鎖線で示すように放射電極５２ｂの一辺と同じ幅で放射電極５２ｂと接地電極５３を接続するリードフレームを形成することができる。

《第５実施形態》
次に、第５実施形態として、通信距離をさらに延ばすために補助アンテナを設けた無線ＩＣタグについて説明する。図２０は、本発明の第５実施形態において補助アンテナを設けた無線ＩＣタグの構造図であり、（ａ）は補助アンテナを設ける前の断面図、（ｂ）は補助アンテナを設けた後の断面図、（ｃ）は（ｂ）の上面図である。

図２０（ａ）に示すように、ボルトの頭部を構成する金属材料１４に穴を明けてその穴の底部に導電性接着剤１５を塗り、無線ＩＣタグ１１をその穴に埋め込む。そして、金属材料１４と無線ＩＣタグ１１の穴の隙間及び無線ＩＣタグ１１の表面部分をエポキシ樹脂などの封止材１６でモールドする。これによって、無線ＩＣタグ１１は、ＩＣチップ６が取り付けられたアンテナ放射部１３が上向けて、接地電極７が金属材料１４に電気接続された状態で取り付けられる。その後、樹脂シート１７（非磁性シート）上に補助アンテナ１８、その上に保護フィルム１９を積層した外部アンテナを無線ＩＣタグ１１の表面上に配置する。

樹脂シート１７はポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、塩化ビニル、合成ゴムなどで構成されたシートまたはシート状の発泡体の表面にウレタン系粘着材が塗布されたもので、外部アンテナは、この樹脂シート１７上にアルミや銅などの導電体材料を使用した補助アンテナ１８とポリプロピレンを使用した保護フィルム１９を積層した構造とする
樹脂シート１７が０．５ｍｍから２ｍｍ厚さのシートで、補助アンテナ１８が７μｍ厚さの箔で、保護フィルム１９が５０から２００μｍ厚さのものを使用するので、外部アンテナは一定の柔軟性をもち、金属材料１４の表面に密着して固定することができる。
なお、金属材料１４は鉄などの磁性金属の場合は、樹脂シート１７の代わりにマグネットシートを使用することもできる。この場合、磁気力で外部アンテナを金属材料に固着することができる。
ここで、アンテナ放射部１３が、約２０ｍｍの通信距離が得られる直径１０ｍｍの大きさで、補助アンテナ１８は、幅５ｍｍ×長さ５０ｍｍである。補助アンテナ１８の長さは電波波長λに応じて、その１／２で設定する。樹脂シート１７は、補助アンテナ１８より大きければよいが、例えば幅９ｍｍ×長さ６０ｍｍのものを使用する。

補助アンテナ１８の長さは、電波の波長をλとしたときλ/２の長さにすることが望ましい。また、金属材料１４がアルミなどの非磁性体のときは補助アンテナ１８のアンテナ基材として金属材料１４に樹脂シート１７を貼り付けるが、金属材料１４が鉄などの磁性体のときはアンテナ基材としてマグネットシートを用いることによって簡単に取り付け、取り外しできる効果が得られる。

このようにして無線ＩＣタグ１１に補助アンテナ１８を装着すれば、補助アンテナ１８が、無線ＩＣタグ１１の放射電極による電波に共振して増幅作用を行って強い電波を外部に放射するので、通信距離がアンテナ１８を取り付ける前の２０ｍｍから１００ｍｍに延ばすことができる。すなわち、通常の通信距離のときは図２０（ａ）のように通常の無線ＩＣタグ１１を使用し、通信距離をさらに長くする必要があるときは図１１（ｂ）に示すように補助アンテナ１８を装着すれば、通信距離の短い範囲から通信距離の長い範囲まで広い用途に利用することができる。

なお、補助アンテナ１８の長さは、無線ＩＣタグから情報を読み取るために用いられる所定の周波数（２．４５ＧＨｚ）の電波の波長の１／２（つまり、λ／２）とした場合に、通信距離が最も長くなることが理論的に知られている。ただし、補助アンテナ１８の長さは樹脂シート１７（またはマグネットシート）の誘電率によって変化する。例えば、樹脂シート１７（またはマグネットシート）に誘電率の大きい絶縁材料を用いると、補助アンテナ１８の長さを短くすることができる。
このように、通信距離と、補助アンテナ１８の長さと、樹脂シート１７の誘電率とは、相互にトレードオフの関係にあるため、適切な誘電率の絶縁材料を選択することにより、補助アンテナ１８の長さ方向の寸法を短縮することができる。

《まとめ》
本発明に係る無線ＩＣタグは、Ｏ型、多角形、またはＨ型の形状をした放射電極と、この放射電極と対向する位置に配置された接地電極との間に、樹脂、空気、気体、真空を含む絶縁体を配置した３層構造のアンテナ構成となっている。また、放射電極の上面または下面にＩＣチップが取り付けられ、かつ、ＩＣチップが取り付けられた部分にはアンテナとＩＣチップ間のインピーダンスを整合させるためのインピーダンスマッチング回路（つまり、スリット）が設けられている。さらに、放射面積が小さい側の放射電極と接地電極とが絶縁体の側面またはスルーホールによって接続されている。

また、無線ＩＣタグの接地電極と取り付け物体である金属材料とは電気的に接続されたタグ取り付け構成となっている。このとき、無線ＩＣタグの接地電極と金属材料は導電性材料によって固定されている。また、上面の放射電極と下面の接地電極と間の絶縁材料はエポキシレジン等の半導体パッケージ材料を使用している。

また、金属材料に組み込んだ無線ＩＣタグの上に補助アンテナを配置することによって通信距離をさらに長くすることもがきる。このとき、無線ＩＣタグを埋め込んだ金属材料の上に粘着性のある樹脂シートまたはマグネットシートなどのシート状のアンテナ基材をかぶせ、そのアンテナ基材の上に補助アンテナを配置する。このとき、補助アンテナの下面に粘着剤を塗って補助アンテナのアンテナ基材への接着力を強化する。

以上により、本実施形態の無線ＩＣタグは、アンテナ形状が小型であっても通信距離を長く確保することができるので、金属材料で構築された構造体に無線ＩＣタグを装着して、それらの構造体の組合せ位置などの管理を行うことができる。したがって、建築分野や機械の組立分野などにおいて有効に利用することができる。

本発明に係る第１実施形態の無線ＩＣタグにおけるＯ型アンテナを示す図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は裏面図である。 放射電極と接地電極とをスルーホールで接続した場合の無線ＩＣタグを示す図である。 図１に示すＯ型アンテナの無線ＩＣタグを金属材料に埋め込み実装した状態を示す断面図であり、（ａ）は無線ＩＣタグの金属材料への実装断面、（ｂ）は無線ＩＣタグの断面を示す。 ＩＣチップを保護した無線ＩＣタグを示す図である。 本発明に係る第２実施形態の無線ＩＣタグの製造工程を示す図であり、（ａ）はフォーミング加工前、（ｂ）はフォーミング加工後を示している。 アンテナ放射部に表面に形成された樹脂モールドの形状を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の無線ＩＣタグの製造工程を示す図であり、（ａ）はフォーミング加工前、（ｂ）はフォーミング加工後を示している。 本発明に係る第３実施形態として、リードフレームに多数の放射電極と接地電極を形成した第１のバリエーションを示す図である。 図８に示す第１のバリエーションのリードフレームによって無線ＩＣタグを製造する製造プロセスの流れを示すフローチャートである。 本発明に係る第３実施形態として、リードフレームに多数の放射電極と接地電極を形成した第２のバリエーションを示す図である。 本発明に係る第３実施形態として、左右が非対称な半円形の放射電極と櫛型円形の接地電極とを有する第３のバリエーションを示す図である。 本発明に係る第３実施形態として、左部のみが半円形の放射電極と櫛型円形の接地電極とを有する第４のバリエーションを示す図である。 本発明に係る第３実施形態として、左右が非対称な半円形の放射電極と放射形状の接地電極とを有する第５のバリエーションを示す図である。 固定用フックを形成した無線ＩＣタグを示す図である。 固定用フックを形成した無線ＩＣタグを示す図である。 固定用フックを用いて無線ＩＣタグを金属材料に取り付けた場合の説明図である。 変形した放射形状の接地電極を説明する図である。 本発明に係る第４実施形態の第１のバリエーションであるＨ型アンテナによる放射電極および接地電極を示す平面図である。 本発明に係る第４実施形態の第２のバリエーションである多角形アンテナによる放射電極および接地電極を示す平面図である。 本発明の第５実施形態において補助アンテナを設けた無線ＩＣタグの構造図であり、（ａ）は補助アンテナを設ける前の断面図、（ｂ）は補助アンテナを設けた後の断面図、（ｃ）は（ｂ）の上面図である。 接地電極のフォーミング工程の説明図である。 他の接地電極のフォーミング工程の説明図である。

符号の説明

１ Ｏ型アンテナ
２ 誘電体
３ａ、３ｂ、３２、３２ａ、４２、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５３ｂ 放射電極
３ｃ 開口部
４、４４ くびれ部
５、３４、５５ スリット
６、２２、３５、４６、５６ ＩＣチップ
６ａ 保護層
６ｂ、６ｃ 樹脂モールド
７、５３ 接地電極
１１、１１ａ 無線ＩＣタグ
１２ 絶縁材料
１３ アンテナ放射部
１４ 金属材料
１５ 導電性接着剤
１６ 封止材
１７ 樹脂シート
１８ 補助アンテナ
１８ アンテナ
１９ 保護フィルム
２０ 固定用フック
２１ 上部電極
２３ 裏面電極
２４ 封止材
３０ スルーホール
３１ リードフレーム
３１ａ 穴
３６ リードフレーム
４１ Ｈ型アンテナ
５１ 多角形アンテナ

Claims (23)

1. 情報を記録したＩＣチップと、そのＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線ＩＣタグであって、
   前記アンテナは、
   前記ＩＣチップが搭載された給電部分の幅を細くし、かつ前記給電部分の両側に広がる電波の放射部分を広くした放射電極と、
   前記放射電極の一面と対向するように配置され、その放射電極に対して電気的に接続されている接地電極と、
   前記放射電極と前記接地電極との間に介在する誘電体とを備え、
   前記放射電極には、前記ＩＣチップと前記アンテナとのインピーダンスマッチングを行うためのスリットが形成され、前記ＩＣチップの端子は前記スリットを跨いだ両側の電極に接続されていることを特徴とする無線ＩＣタグ。
2. 前記放射電極は、前記給電部分の両側に存在する放射部分の面積が非対称となるようなオフセット構造であることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣタグ。
3. 前記放射電極は、前記給電部分の両側に存在する放射部分がそれぞれ半円形に形成され、前記給電部分と前記放射部分とによって円形の形状を構成していることを特徴とする請求項２に記載の無線ＩＣタグ。
4. 前記放射電極は、前記給電部分とその両側に存在する放射部分とによってＨ型の形状を構成していることを特徴とする請求項２に記載の無線ＩＣタグ。
5. 前記放射電極は、前記給電部分とその両側に存在する放射部分とによって多角形の形状を構成していることを特徴とする請求項２に記載の無線ＩＣタグ。
6. 前記放射電極と前記接地電極は、前記誘電体の側面で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
7. 前記放射電極と前記接地電極は、前記誘電体に設けられたスルーホールを通して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
8. 前記放射電極は、面積の小さい放射部分で前記接地電極と接続されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線ＩＣタグ。
9. 前記放射電極と前記接地電極との間に介在する誘電体は、所定の誘電率を有するセラミック材料、樹脂材料、空気、または不活性気体のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
10. 前記誘電体は、エポキシレジンを含む半導体パッケージ材料で構成されることを特徴とする請求項９に記載の無線ＩＣタグ。
11. 前記放射電極と前記接地電極との間は真空状態となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
12. 前記ＩＣチップは、前記放射電極における給電部分の表面または裏面に配置され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１項に記載の無線ＩＣタグ。
13. 前記スリットは、面積が大きい方の放射部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣタグ。
14. 前記放射電極は、前記接地電極が取り付け物体となる金属材料に電気的に接続された状態で電波を放射することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
15. 前記接地電極と前記金属材料は導電性材料によって固定されることを特徴とする請求項１４に記載の無線ＩＣタグ。
16. 前記放射電極による電波の通信距離を長くするときは、前記放射電極の表面に誘電体シートを介在させて補助アンテナを配置することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の無線ＩＣタグ。
17. 前記補助アンテナの長さは、前記放射電極より放射される電波の波長をλとしたとき、λ／２の長さであることを特徴とする請求項１６に記載の無線ＩＣタグ。
18. 前記補助アンテナの長さは、前記誘電体シートの誘電率によって可変することを特徴とする請求項１６に記載の無線ＩＣタグ。
19. 前記補助アンテナの長さは、前記誘電体シートの誘電率が大きいとき短くなり、前記誘電体シートの誘電率が小さいとき長くなるように設定されたことを特徴とする請求項１８に記載の無線ＩＣタグ。
20. 前記誘電体シートは、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、塩化ビニル、合成ゴムのうち、いずれかの材料で構成されたシート本体の表面に粘着材が塗布された非磁性シートまたはマグネットシートとすることを特徴とする請求項１６ないし請求項１９のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
21. 前記金属材料が磁性材料のときは、前記誘電体シートに前記マグネットシートを用い、前記金属材料が非磁性材料のときは、前記誘電体シートに前記非磁性シートを用いることを特徴とする請求項２０に記載の無線ＩＣタグ。
22. 前記補助アンテナは粘着材によって前記誘電体シートに固着されることを特徴とする請求項１６ないし請求項２１のいずれか１項に記載の無線ＩＣタグ。
23. 情報を記録したＩＣチップと、そのＩＣチップに記録されている情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線ＩＣタグを製造する無線ＩＣタグの製造方法であって、
    くびれ部とそのくびれ部の両側に広がる電波の放射部分とを有する放射電極と、前記放射部分に接続される接地電極とを備えるリードフレームを形成する工程と、
    前記くびれ部における前記ＩＣチップと前記アンテナとのインピーダンスマッチングを行うためのスリットに、前記ＩＣチップの端子を前記スリットを跨いだ両側の電極に接続するようＩＣチップをマウントする工程と、
    前記放射電極にレジンを注入する工程と、
    注入されたレジンを硬化する工程と、
    放射電極から外部に出ているリードフレームを保護剤でコーティングする工程と、
    前記リードフレームから前記放射電極をカットする工程と、
    前記レジンが硬化された面に沿って前記接地電極をフォーミングする工程と、
    を含むことを特徴とする無線ＩＣタグの製造方法。

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