JP4531198B2 - 非接触式データキャリア装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触式データキャリア装置に関する。詳しくは、非接触式データキャリア装置における共振回路のコンデンサ容量を調整することにより、共振周波数を調整する技術に関する。
【0002】
【従来技術】
非接触式データキャリア装置は、各種のデータを記憶できるメモリーを有し、外部のリーダーライタと非接触で交信して制御できることから、データキャリアの付いた荷物の自動仕分け、在庫品の管理、商品等の盗難防止、生産・流通管理、等各種の用途に使われるようになってきている。
ところで、非接触式データキャリア装置は、外部装置との交信を、データキャリアの有する固有共振周波数の電磁波により行うものであるが、最良の通信状態を確保するためには、外部装置の周波数とデータキャリアの共振周波数が一致するような正確な調整が必要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の非接触式データキャリア装置では、そのような波長調整(チューニング)機能がなく、最適な通信状態が得られないという問題があった。また、あえてチューニング機能を持たせる場合は、基材の両面に容量パターンを形成して、当該パターンを調整する必要があり、データキャリアの製造工程が複雑となる問題があった。そこで、本発明では、パターンが基材の一方の面にだけ形成された単層構成の非接触式データキャリア装置であっても、チューニングが容易にできるデータキャリア構造を研究して完成されたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第1は、絶縁性の基材上を周回する線状パターンからなるアンテナコイルと容量パターンとを該基材の一方の面にのみ形成し、当該アンテナコイルの両端にアンテナコイルをまたいで実装されたICチップと、により共振回路を構成し、当該共振回路の有する共振周波数で外部装置と交信する非接触式データキャリア装置において、
アンテナコイルのICチップと接続する端子部からさらに連続して周回する線状パターンをアンテナコイルに沿って延長して設け、当該延長部分を共振回路の容量パターンとして機能させるとともに、当該延長部分の線状である容量パターンの長さを調整することにより共振周波数を調整可能としたことを特徴とする非接触式データキャリア装置、にある。かかる非接触式データキャリア装置であるため、波長調整が容易にできる。
【0005】
上記において、非接触式データキャリア装置は、アンテナコイルに連続して周回する線状パターンからなる容量パターンがアンテナコイルの内側に沿い、かつアンテナコイルに略等間隔で並行する線パターンとして形成されていること、もでき、アンテナコイルに連続して周回する線状パターンからなる容量パターンがアンテナコイルの外側に沿い、かつアンテナコイルに略等間隔で並行する線パターンとして形成されていること、もできる。
さらに、容量パターンにおける線パターンの1周回の巻の切断が、0.05〜0.1MHzの共振周波数変化を与えるようにされていれば、調整量として好適である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非接触式データキャリア装置について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の非接触式データキャリア装置の一例を示す平面図である。図1のように、非接触式データキャリア装置10は、絶縁性基材11の一方面上にアンテナコイル15と、アンテナコイルに延長して形成される同様の線パターンからなり、コンデンサの機能をする容量パターン16と、アンテナコイルの両端部に搭載されたICチップと、から構成されている。
通常は、この絶縁性基材の回路全体を覆う保護被覆(不図示)が設けられる。
【0007】
アンテナコイル15は、絶縁性基材11の周縁に沿って周回する線パターンとして形成されている。図1において、絶縁性基材11の周縁から数えて6本までの線が、アンテナコイル15に相当し、それより内側の6本の線が容量パターン16に相当する。なお、図1ではICチップの図示は省略されている。
【0008】
図2は、非接触式データキャリア装置のICチップ搭載部を拡大して示す図である。ICチップ8は、線パターンの様子を判り易くするため、矩形状の枠としてのみ表示されている。
アンテナコイル15の端子22Aおよび他方側端子22Bの近傍に、マーク21A,21B、23A,23B等が形成されている。
マーク21A,21B、23A,23Bは、円形のマーク21A,21Bの中心を結ぶ直線と、四角形のマーク23A,23Bの中心をを結ぶ直線とが直交または実質的に直交するような配置となっている。
【0009】
この非接触式データキャリア装置10では、アンテナコイル15と、マーク21A,21Bとを絶縁性のレジスト材料による絶縁膜で覆い、端子22A,22Bおよびマーク23A,23Bを露出させてICチップ8と接続してもよく、さらには端子22A,22Bのうち、ICチップ8のバンプ(不図示)と接続する部分のみを露出させ、他の部分を絶縁膜で覆うようにしてもよい。
【0010】
ICチップ8の実装では、四角形のマーク23A,23Bのうち一方のマークを用い、当該一方のマークおよび端子22A,22BにICチップ8の電極を接合することで、ICチップ8を3箇所で接合して安定性の向上を図ることが可能である。ICチップのバンプと端子22A,22Bとの接合は、溶融バンプ法による他、異方導電性シートや異方導電性接着剤を使用しても良い。ICチップはフリップチップ実装される。
【0011】
図2中、アンテナコイルの内周側の6本の線パターン、正確には端子22Aよりも内側方向の線パターン部分は、容量パターン16となる部分である。
当該容量パターンの各線パターンとアンテナコイル15の各線間に静電容量を生じ、回路全体の静電容量を増加するはたらきを行っていると解される。
ICチップ8は、それ自体容量(キャパシタンス)を有する他、回路自体の浮遊容量もあるので、アンテナコイルのLと、容量パターン、ICチップ、回路の浮遊容量等の合成容量Cと、により共振回路を形成し、固有の共振周波数を有することになる。
【0012】
本発明では、このような容量パターン16の長さを調整することにより回路全体のキャパシタンスを調整して、それにより共振周波数の調整(チューニング)を行おうとするものである。容量パターン16は、アンテナコイルに沿い、かつアンテナコイルに略等間隔で並行する線パターンとして形成されていることが調整量を安定的なものとする上で好ましい。
なお、図2の場合、容量パターン16は、アンテナコイル15の内側に形成されているが、端子22Bに連続して延長し外側に周回する線パターンとして形成してもよい。
【0013】
図3は、容量パターンの切断の具体例を示す図である。
図3のように、アンテナコイルに隣接して周回する容量パターン16の最内側の線から切断1、切断2、切断3、切断4、切断5、の順で順次切断していく。切断5までの切断をしても、なお略1周回分の容量パターンが残存することになる。
この例の場合では、切断を1段ずつ進めることにより1周回分の線パターンが除去されていくことになるが、切断を他の隅でも行うようにすれば、さらに微調整も可能である。線パターンの切断は剃刀刃等によって可能であるが、レーザービームによる切断も可能である。
【0014】
容量パターン16の線パターンとアンテナコイル線間の静電容量は、線間の間隔、絶縁基材11の材質、保護被覆の材質、アンテナコイル15の大きさ、等により変化し、1段階の切断によりどの程度の静電容量の変化が生じるかは、一律ではないが、13.56MHzの共振周波数では、線パターン1巻の切断により、およそ0.05〜0.1MHzの周波数変化を与えることが調整量としては適切である。通常、当該数値の範囲内であれば適切な通信状態が得られることが実験的に見出されているからである。
【0015】
アンテナシート11に使用する基材は、データキャリアの使用目的によって選択される。通常は絶縁性であって誘電体層としても機能する、硬質の塩化ビニルシートやポリエステルシート(PET)、あるいはポリイミドやガラスエポキシ樹脂シート等が使用される。アンテナシートの厚みは20〜150μm程度であり、好ましくは25〜100μm程度となる。
通常はこの基材の面に、5〜50μm厚のアルミ箔や銅箔あるいは鉄箔を積層した材料を使用し、当該アルミ箔や銅箔等をエッチングしてアンテナコイル部や容量パターンを形成するが、アルミペースト等の導電性インキによる印刷法でも形成することができる。
【0016】
保護シートも同様の基材が使用され得るが、紙等の安価なものであっても良い。データキャリアシートは、一般的には生産や流通過程で使用されることが多く、定期券等のように人が携帯して使用する以外の場合は装飾的要素はあまり要求されない。特別の目的以外の場合は、小サイズのデータキャリアが望まれるので通常は、50mm×50mm以内の単位の大きさに製造される。
【0017】
非接触式データキャリア装置10は、コイルとコンデンサーとにより共振回路を形成して一定周波数の電波を送受信する。
一般的には125kHz(中波)、13.56MHz、2.45GHz(マイクロ波)の周波数帯が使用され、125kHzでは、2cm程度、13.56MHzでは、50cm程度の通信距離といわれる。本発明のようなデータキャア装置構成であれば、60cm程度の通信が可能となる。
【0018】
図4は、容量パターンの切断数に対する共振周波数の変化をグラフに表した図である。後述の実施例から得られた試料の測定値である。
図4からは、容量パターンの切断により共振周波数が高くなることが認められる。切断数0(ゼロ)では、13.37MHzのものが切断数5では、13.75MHzとなっているので、一回の切断で平均して、0.076MHzずつ周波数が高くなることになる。
【0019】
図5は、容量パターンの切断数に対するキャパシタンスの変化をグラフに表した図である。アンテナコイル15自体のキャパシタンスを測定したもので、ICチップを実装したり保護被覆をした非接触式データキャリア装置を測定したものではない。
1回の切断で、約0.5〜1.0pFずつ容量が減少するが、5回切断後に、もキャパシタンスが0(ゼロ)にならないのは、チップ搭載用端子(パッド)22Aの内側に容量パターン16の残る部分があるためと考えられる。
【0020】
【実施例】
(実施例)
厚み、38μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ株式会社製造)に30μm厚のアルミ箔を片面にラミネートした基材を使用して非接触式データキャリア装置を試作した。
まず、アルミ箔面にカゼイン系レジストを塗布して乾燥し、図1〜図2図示の形状からなるアンテナコイル15と容量パターン16(アンテナコイル6回巻き、容量パターン6回巻き)を露光し焼き付けた。現像後、塩化鉄溶液でエッチングしてアンテナコイルと容量パターンとなる部分以外の部分のアルミ箔をエッチングして除去した。
【0021】
エッチング後のアンテナコイル線状パターンの線幅は200μm、線間隔は200μmであった。容量パターンも同等の線幅、線間隔であった。
このアンテナコイルの両端部端子22A,22B上に、ICチップ8(大きさ1.5mm×1.5mm)を位置合わせして搭載した。ICチップはアンダーフィル剤を塗り、加熱圧着する方法で搭載した。
最後に、厚み、100μmのPETフィルムを表面保護シートとして積層し非接触式データキャリア装置を完成した。
【0022】
完成した非接触式データキャリア装置は、容量パターンを切断3まで進めて、周波数13.56MHzで、約60cmの通信距離を得ることができた。
このような非接触式データキャリア装置は、定期券、配送物の仕分け等に好適に使用することができた。
【0023】
【発明の効果】
本発明の非接触式データキャリア装置は、上述のような構成を有するので、パターンが基材の一方の面にだけ形成された単層構成の非接触式データキャリアであっても、チューニングを容易に行うことができる。これにより、製造ロットによる特性のバラツキが生じても容易に最良な通信状態に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の非接触式データキャリア装置の一例を示す平面図である。
【図2】 非接触式データキャリア装置のICチップ搭載部を拡大して示す図である。
【図3】 容量パターンの切断の具体例を示す図である。
。
【図4】 容量パターンの切断数に対する共振周波数の変化をグラフに表した図である。
【図5】 容量パターンの切断数に対するキャパシタンスの変化をグラフに表した図である。
【符号の説明】
8 ICチップ
10 非接触式データキャリア装置
11 絶縁性基材
15 アンテナコイル
16 容量パターン
21A,21B 円形マーク
22A,22B 端子
23A,23B 四角形マーク
Claims (4)
- 絶縁性の基材上を周回する線状パターンからなるアンテナコイルと容量パターンとを該基材の一方の面にのみ形成し、当該アンテナコイルの両端にアンテナコイルをまたいで実装されたICチップと、により共振回路を構成し、当該共振回路の有する共振周波数で外部装置と交信する非接触式データキャリア装置において、
アンテナコイルのICチップと接続する端子部からさらに連続して周回する線状パターンをアンテナコイルに沿って延長して設け、当該延長部分を共振回路の容量パターンとして機能させるとともに、当該延長部分の線状である容量パターンの長さを調整することにより共振周波数を調整可能としたことを特徴とする非接触式データキャリア装置。 - アンテナコイルに連続して周回する線状パターンからなる容量パターンがアンテナコイルの内側に沿い、かつアンテナコイルに略等間隔で並行する線状パターンとして形成されていることを特徴とする請求項1記載の非接触式データキャリア装置。
- アンテナコイルに連続して周回する線状パターンからなる容量パターンがアンテナコイルの外側に沿い、かつアンテナコイルに略等間隔で並行する線状パターンとして形成されていることを特徴とする請求項1記載の非接触式データキャリア装置。
- 容量パターンにおける線パターンの1周回の巻の切断が、0.05〜0.1MHzの共振周波数変化を与えるように調整されていることを請求項1乃至請求項3の何れか1の請求項記載の非接触式データキャリア装置。
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