JP4560480B2 - Wireless tag - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも1つのICチップ、及びアンテナを有し、データを無線で通信することが可能な無線タグに関するものである。 The present invention relates to a wireless tag having at least one IC chip and an antenna and capable of communicating data wirelessly.
情報を記憶出来るICとアンテナからなる無線タグは、電波によって、リーダライタと呼ばれる無線機とデータを送受信することができる。このような無線タグは、例えば特許文献1などに示されている。そのうち特に、電波の周波数として300MHz以上を使用し、内部に電源を持たない無線タグは、リーダライタとの通信可能距離が長く、価格も比較的廉価であることから、バーコードの置き換え用途などに考えられている。このような無線タグは、特許文献2などに示されている。
A wireless tag including an IC and an antenna that can store information can transmit and receive data to and from a wireless device called a reader / writer by radio waves. Such a wireless tag is disclosed in
無線タグ内部に電源を持たない場合は、リーダライタからの電波を、IC内部のダイオードやコンデンサにより直流に変換して電圧を得る方式が採られる。無線タグ内部に電源を持つ場合は、ボタン型電池やフィルム状電池、大容量のコンデンサなどがIC駆動用電源として用いられる。 When the wireless tag does not have a power source, a method of obtaining a voltage by converting a radio wave from the reader / writer into a direct current using a diode or a capacitor inside the IC is employed. When the wireless tag has a power source, a button-type battery, a film-like battery, a large-capacity capacitor, or the like is used as an IC driving power source.
無線タグと、リーダライタとの通信に使用される電波は、送信電力が大きいほど、無線タグとリーダライタとの通信距離が長くなる。また、通信の周波数が低いほど、空気中の伝播損失が小さいため、通信距離は長くなる。ところが、使用出来る電波の周波数とその出力レベルに関しては、国ごとに定められた規制値があり、それぞれの国で定められた規制値のなかで、最大の効果が得られるような周波数、送信電力が選ばれ、無線タグとリーダライタとの通信系が設計される。 The radio wave used for communication between the wireless tag and the reader / writer has a longer communication distance between the wireless tag and the reader / writer as the transmission power increases. Further, the lower the communication frequency, the smaller the propagation loss in the air, and the longer the communication distance. However, with regard to the frequency of radio waves that can be used and their output levels, there are regulatory values set for each country, and the frequency and transmission power that provide the maximum effect among the regulatory values set for each country. Is selected, and a communication system between the wireless tag and the reader / writer is designed.
無線タグは、物品に貼付されたり、ひもで物品に繋がれたりして、物品に付設され、物品の在庫管理や入出荷の履歴管理等の用途に供される。ICチップには、データとして識別番号や入出荷の履歴情報などが記録される。 A wireless tag is attached to an article by being attached to the article or connected to the article with a string, and is used for purposes such as inventory management of goods and history management of receipt / shipment. In the IC chip, an identification number, receipt / shipment history information, and the like are recorded as data.
また、近年、無線タグ識別番号の改ざんが困難であることを利用して、高額商品の真贋判定に用いる、履歴情報を利用してリサイクル管理に用いる等の用途に供されることもある。 In recent years, the fact that it is difficult to falsify the wireless tag identification number may be used for authenticity determination of high-priced products, or for use in recycling management using history information.
ところが、導電性の物質や水分を含む物質に無線タグを貼る場合、導電性物質や水分に電磁波のエネルギーを吸収されてしまい、読み取り不能となることがある。一般的に、この対策としては、無線タグと、貼付する導電性の物質や水分を含む物質との間に間隙が出来るように、樹脂などからなるスペーサを挟み込み、電磁波の吸収の影響を小さくする。通信距離を劣化させないことを考えた場合、このスペーサの厚みはたとえば2.45GHz帯では3mm程度必要となり、950MHzでは10mm程度必要になる。この厚みのため、スペーサを有する無線タグは、全体として可撓性が失われ、貼付位置が制限される。 However, when a wireless tag is attached to a conductive substance or a substance containing moisture, the energy of electromagnetic waves is absorbed by the conductive substance or moisture, and reading may not be possible. In general, as a countermeasure, a spacer made of resin or the like is sandwiched between the wireless tag and a conductive substance or a substance containing moisture so as to reduce the influence of electromagnetic wave absorption. . In consideration of not deteriorating the communication distance, for example, the thickness of the spacer is required to be about 3 mm in the 2.45 GHz band and about 10 mm in the case of 950 MHz. Due to this thickness, the wireless tag having the spacer loses flexibility as a whole, and the sticking position is limited.
図15は、従来例による無線タグを示す説明図である。無線タグ300は、基板312上にICチップ313とアンテナ310が実装されてなり、基板312のICチップ313とアンテナ310搭載面の裏面には、スペーサ350および反射板320が設けられている。この無線タグ300を直接もしくは必要に応じてケース(図示せず)に封入し、反射板320側を、物品に貼り付ける。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a wireless tag according to a conventional example. The
反射板320は、反射手段として設けられ、電波をアンテナ310に向かって反射することにより電池の搭載なしに通信距離を伸ばすことに貢献している。また、貼付対象物品が金属体もしくは、貼付対象物品近傍に金属体がある場合であっても電磁干渉が生ぜず安定してアンテナに電波を送出できる。
Reflecting
しかしながら、上記構成の無線タグは、スペーサ分の厚みが不可欠であり、小型化が困難であった。また、小型化が困難な故に、貼付する物品の形状や貼付場所が限定され、実用に供し得ないという問題があった。 However, the wireless tag having the above-described configuration has an indispensable thickness for the spacer and is difficult to reduce in size. In addition, since it is difficult to reduce the size, there is a problem that the shape of the article to be pasted and the place of pasting are limited and cannot be put to practical use.
さらに、スペーサは、可撓性に乏しいために、曲面を有する物品に貼付し難く、仮に貼付しても剥離し易いため、同様に、実用に供し得ないことが多かった。 Furthermore, since the spacer is poor in flexibility, it is difficult to stick to an article having a curved surface, and it is easy to peel off even if it is temporarily attached.
本発明の技術的課題は、導電性の物質や水分を含む物質に貼付可能で、かつ小型の無線タグを供することにある。 A technical problem of the present invention is to provide a small wireless tag that can be attached to a conductive substance or a substance containing moisture.
本発明は、導電性の物質や水分を含む物質に貼付しても通信特性が劣化することなく、小型化を実現するために、帯状の1/2波長ダイポールアンテナではなく、ループ状のアンテナを採用し、かつアンテナ近傍に導電体を配して、通信特性を良好にする。 The present invention uses a loop-shaped antenna instead of a strip-shaped half-wave dipole antenna in order to achieve downsizing without deterioration of communication characteristics even when affixed to a conductive substance or a substance containing moisture. Adopting and arranging a conductor near the antenna to improve the communication characteristics.
すなわち、本発明は、基材上に、少なくとも1以上のICチップとアンテナを有する無線タグであって、前記アンテナは1ターンのループアンテナであり、該ループアンテナのループの長さは、無線周波数の波長の1/2以下である。また、該ループアンテナの近傍に、該ループアンテナが形成されている基材とほぼ直交する面に導電体を配することにより、該導電体が反射板として機能して、導電性の物質や水分を含む物質に貼付しても特性の劣化が小さい。 That is, the present invention is a wireless tag having at least one IC chip and an antenna on a substrate, wherein the antenna is a one-turn loop antenna, and the loop length of the loop antenna is a radio frequency. Is less than or equal to ½ of the wavelength. Further, by arranging a conductor in the vicinity of the loop antenna on a surface substantially orthogonal to the base material on which the loop antenna is formed, the conductor functions as a reflector, so that a conductive substance or moisture can be used. Deterioration of characteristics is small even when affixed to substances containing.
また、該ループアンテナのループの長さを、無線周波数の波長の1/2以下としたのは、アンテナ部全体を従来の1/2波長ダイポールアンテナを用いた場合よりも小型化するためであり、前記アンテナが形成された基板を、セラミック部材をはじめとする比誘電率の高い材質からなる部材で挟み込むことにより実現する。比誘電率の高い部材をアンテナ近傍に配すると波長短縮効果により、アンテナ長を短く設計することができ、アンテナ部全体を小型化することができる。 The reason why the loop length of the loop antenna is set to 1/2 or less of the wavelength of the radio frequency is to make the entire antenna portion smaller than the case of using a conventional 1/2 wavelength dipole antenna. This is realized by sandwiching the substrate on which the antenna is formed with a member made of a material having a high relative dielectric constant such as a ceramic member. When a member having a high relative dielectric constant is disposed in the vicinity of the antenna, the antenna length can be designed to be short due to the wavelength shortening effect, and the entire antenna portion can be reduced in size.
本発明によれば、基材上に少なくとも1以上のICチップとアンテナを有する無線タグであって、前記アンテナは1ターンのループアンテナであり、該ループアンテナのループの長さは、無線周波数の波長の1/2以下であり、前記ループアンテナの近傍に、前記基材と垂直となるよう導電体を配してなることを特徴とする無線タグが得られる。 According to the present invention, there is provided a radio tag having at least one IC chip and an antenna on a substrate, wherein the antenna is a one-turn loop antenna, and the loop length of the loop antenna is a radio frequency. A wireless tag is obtained, which has a wavelength of ½ or less and a conductor disposed near the loop antenna so as to be perpendicular to the base material.
本発明によれば、前記ICチップとアンテナを有する基材を誘電体部材で被覆してなることを特徴とする無線タグが得られる。 According to the present invention, there is obtained a wireless tag characterized in that the substrate having the IC chip and the antenna is covered with a dielectric member.
本発明により、導電性の物質や水分を含む物質に貼付しても特性の劣化が小さく、かつ小型である無線タグの提供が可能となった。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless tag that is small in deterioration of characteristics even when attached to a conductive substance or a substance containing moisture and is small.
また、小型化が実現できたことにより、物品への貼付面積も少なくなり、貼付すべき物品の形状による、貼付場所の制限が少なくなった。 In addition, since the downsizing can be realized, the area to be attached to the article is also reduced, and the restriction on the place to be attached is reduced depending on the shape of the article to be attached.
すなわち、従来の無線タグは、金属などの導電性物質や、水分を含む物質からなる物品には、使用する事は出来ず、専用の無線タグを貼付する事になるが、貼付対象物において、無線タグを貼付することができる面積は一般に限られている。特に、金属に貼付する事のできる無線タグは、比較的厚みのある樹脂などから構成されており、可撓性のない場合も多く、曲面などにも貼付不可能な場合も多い。一方、本発明による無線タグは、面積が小さいことにより、曲面や突起を含む平面などにも貼付可能となる。 In other words, the conventional wireless tag cannot be used on an article made of a conductive material such as metal or a substance containing moisture, and a dedicated wireless tag is attached. In general, the area where the wireless tag can be attached is limited. In particular, a wireless tag that can be attached to a metal is made of a relatively thick resin or the like, and is often not flexible, and often cannot be attached to a curved surface. On the other hand, since the wireless tag according to the present invention has a small area, it can be attached to a flat surface including a curved surface or a protrusion.
本発明による無線タグは、基材上に1以上のICチップと、該ICチップと電気的に接続されたアンテナを有する。アンテナは、ループの長さが無線周波数の波長の1/2以下であるループアンテナである。また、該ループアンテナの近傍に、前記アンテナを形成してなる基材にほぼ垂直に導電体を配する。この導電体は、ループアンテナにとって反射板として機能するので、これ以降は、反射板と称する。 The wireless tag according to the present invention has one or more IC chips on a substrate and an antenna electrically connected to the IC chips. The antenna is a loop antenna whose loop length is ½ or less of the wavelength of the radio frequency. Also, a conductor is disposed in the vicinity of the loop antenna substantially perpendicularly to the base material formed with the antenna. Since this conductor functions as a reflector for the loop antenna, it is hereinafter referred to as a reflector.
また、アンテナを小型化して、無線タグ全体を小型化するためには、ICチップとアンテナが搭載された基材を比誘電率の高い部材、すなわちジルコニアなどのセラミック部材や樹脂製部材などで挟み込むもしくは樹脂を充填するまたは一体成型するなどして被覆するのがよい。 In addition, in order to reduce the size of the antenna and the entire wireless tag, the substrate on which the IC chip and the antenna are mounted is sandwiched between members having a high relative dielectric constant, that is, a ceramic member such as zirconia or a resin member. Or it is good to coat | cover by filling resin or carrying out integral molding.
本発明による無線タグのアンテナは、例えばガラスエポキシ基板やPET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリイミド等の樹脂や紙からなる基材上に、銅やアルミ、銀等の導電体を用いて、エッチング手法、印刷等の一般的なアンテナ形成手段により形成する。また、アンテナとICチップは、ワイヤボンディングやフリップチップ実装等の一般的な実装技術により電気的に接続する。 The antenna of the wireless tag according to the present invention is an etching technique, printing using a conductive material such as copper, aluminum or silver on a base material made of resin or paper such as glass epoxy substrate, PET (polyethylene terephthalate), polyimide, etc. It is formed by general antenna forming means such as. The antenna and the IC chip are electrically connected by a general mounting technique such as wire bonding or flip chip mounting.
反射板は、ICチップとアンテナが実装された基材と、樹脂などにより一体モールド成型されるのが好ましい。また、あらかじめICチップとアンテナが実装された基材のみを樹脂で挟み込んで金属板添付部分を含む全体を成型し、その後金属板を貼付するのも好ましい。 The reflection plate is preferably integrally molded with a base material on which an IC chip and an antenna are mounted, and resin. It is also preferable to sandwich only the base material on which the IC chip and the antenna are mounted in advance with a resin, mold the whole including the metal plate attachment portion, and then attach the metal plate.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明の無線タグを示す透過斜視図である。図2は、図1に示した本発明の無線タグの断面図(図1の正面から背面方向断面)である。
Example 1
FIG. 1 is a transparent perspective view showing a wireless tag of the present invention. 2 is a cross-sectional view of the wireless tag of the present invention shown in FIG. 1 (cross-sectional view from the front to the back in FIG. 1).
無線タグ100は、アンテナ部110、反射板120、セラミック部121、接着部122からなっている。無線タグ100の外形寸法は、縦7mm、横7mm、高さ7mmである。アンテナ部110は、ポリイミドからなる基材112上に、導電体として主成分が銀からなる導電ペーストを印刷してアンテナ111を形成し、ICチップ113をフリップチップ実装し、アンテナ111と電気的に接続した。アンテナ部110の1辺の長さは約5mmである。
The
セラミック部121の材質はジルコニアであり、接着部122を介してアンテナ部110をセラミック部121で挟み込み固着する。接着部122はエポキシ接着剤である。ジルコニアの比誘電率は40前後と高いので、波長短縮効果によりアンテナのサイズを小さくすることができる。反射板120は銅からなる金属板であり両面テープ124を介して、セラミック部に付設されている。さらに、反射板120の他の面には両面テープ125が付設されているため、無線タグ100を任意の場所に貼付することができる。
The material of the
図3は、本発明の実施例を示し、無線タグ100単体のアンテナインピーダンス特性を示す。また、図4は、本発明の実施例を示し、ICチップ113のインピーダンス特性を示す。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention and shows antenna impedance characteristics of the
アンテナのインピーダンスのうち抵抗分をRa、リアクタンス分をXa、ICチップのインピーダンスのうち抵抗分をRi、リアクタンス分をXiとしたとき、アンテナとICチップの整合条件は、Ra=Ri,Xa=−Xiである。ここで、図3と図4を比較する。アンテナ110が小さいためRaが小さいものの、2.45GHz帯においてXa=40、Xi=−40となっており、比較的良く整合が取れていることがわかる。
When the resistance of the antenna is Ra, the reactance is Xa, the resistance of the IC chip is Ri, and the reactance is Xi, the matching condition of the antenna and the IC chip is Ra = Ri, Xa = − Xi. Here, FIG. 3 and FIG. 4 are compared. Although Ra is small because the
図5は、上記状態における無線タグ100のアンテナ放射特性を示す。最大で−5dBiの絶対利得が得られていることがわかる。
FIG. 5 shows the antenna radiation characteristics of the
図6は、本発明の実施例を示す図で、図6(a)は正面図、図6(b)は側面図である。無線タグ100を金属製の缶130に貼付した状態を示す。図7は、本発明の実施例を示し、図6におけるアンテナインピーダンス特性を示す。同様に、図8は、本発明の実施例を示し、図6における放射特性を示す。なお、ICチップのインピーダンス特性は図4と同じである。
6A and 6B are diagrams showing an embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a side view. A state in which the
図7に示すとおり、金属製の缶130に貼付しても、図3に示す単体でのインピーダンスから大きな変化はない。さらに図8から、放射特性は最大で−1dBiの絶対利得が得られており、無線タグ100単体の時より良い値となることがわかる。
As shown in FIG. 7, even if affixed to the metal can 130, there is no significant change from the single impedance shown in FIG. 3. Further, it can be seen from FIG. 8 that the radiation characteristic has an absolute gain of -1 dBi at the maximum, which is a better value than that of the
また、リーダライタでの読み取り距離は、無線タグ100単体の場合10cmであったが、無線タグ100を缶130に貼付した場合17cmであった。
The reading distance by the reader / writer was 10 cm when the
図9は、本発明の実施例を示す図で、無線タグ100を内部が水で満たされたPET(ポリエチレンテレフタレート)ボトル140に貼付した状態を示す。この状態に於ける通信距離は、無線タグ100をPETボトル140の側面に貼付した場合が16cm、PETボトル140の底面に貼付した場合が11cmであり、いずれの場合でも、単体での通信距離を上回る良好な結果となった。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and shows a state where the
(実施例2)
図10は、本発明による無線タグの実施例を示す透過斜視図である。さらに、図11は、本発明を示す図で、図10に示した無線タグ200の断面図(図10の正面から背面方向断面)である。無線タグ200の外形寸法は、縦15mm、横15mm、高さ12mmである。アンテナ部210は、ガラスエポキシからなる基材112上に、エッチングによって銅からなるアンテナ211を形成し、ICチップ213をワイヤボンディング実装し、アンテナ211と電気的に接続した。アンテナ211の1辺の長さは約10mmである。反射板220は鉄製の網を使用し、アンテナ部210とともに、ABSからなる成型樹脂223によって一体成型した。
(Example 2)
FIG. 10 is a transparent perspective view showing an embodiment of the wireless tag according to the present invention. Further, FIG. 11 shows the present invention, and is a cross-sectional view of the
図12は、本発明の無線タグを示す図で、付設手段としてネジ226を設けた状態を示す。無線タグ200の、リーダライタでの読み取り距離は、単体の場合30cmであったが、金属製筐体をもつデスクトップコンピュータに貼付したときは45cmであった。
FIG. 12 is a view showing a wireless tag of the present invention, and shows a state in which a
(比較例)
図13は、従来技術による無線タグを示す斜視図であり、比較例として作製した。無線タグ300は、PET製の基材312上に、アルミニウムをエッチングして形成されたアンテナ311とICチップ213をフリップチップ実装で接合してなる。図14は、比較例を示す図で、無線タグ300を金属体に貼付したときの放射特性を示す。
(Comparative example)
FIG. 13 is a perspective view showing a wireless tag according to the prior art, and was produced as a comparative example. The
無線タグ300単体では、アンテナの絶対利得0dBiであったが、金属体に貼付することにより、インピーダンスが整合しなくなる。すなわち、アンテナの放射性能自体が劣化することにより、絶対利得は−31dBiまで劣化する。リーダライタとの通信距離は、単体で20cmであったが、金属体に貼付した場合は、2mm程度となった。
In the
なお、従来技術としては、図15に示したようなスペーサを有する無線タグも提案されているが、前述のとおり、可とう性を有さないために小型の金属缶に貼付することができないために、比較実験には採用しなかった。 As a conventional technique, a wireless tag having a spacer as shown in FIG. 15 has also been proposed. However, as described above, since it does not have flexibility, it cannot be attached to a small metal can. In addition, it was not adopted for comparative experiments.
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。 The embodiments of the present invention have been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and the present invention is not limited to the scope of the present invention. Included in the invention. That is, it goes without saying that the present invention also includes various variations and modifications that would be obvious to those skilled in the art.
本発明の無線タグを用いることにより、一般商品等の流通管理、販売管理、在庫管理、利用状況管理に代表される多様な物品の管理において、管理する物品の材質や使用環境等に適したシステムを簡便に構築することができる。 By using the wireless tag of the present invention, in the management of various articles represented by distribution management, sales management, inventory management, usage status management of general merchandise, etc., a system suitable for the material and usage environment of the article to be managed Can be constructed easily.
100,200,300 無線タグ
110,210,310 アンテナ部
111,211,311 アンテナ
112,212,312 基材
113,213,313 ICチップ
120,220,320 反射板
121 セラミック部
122 接着部
124,125 両面テープ
130 缶
140 PETボトル
223 成型樹脂
226 ネジ
350 スペーサ
100, 200, 300
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