JP4572983B2 - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣデバイスに関する。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品に付された所定の情報を記憶したＩＣタグ（以下、無線ＩＣデバイスと称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＲＦＩＤシステムに使用される無線ＩＣデバイスとしては、例えば、非特許文献１に記載のものが知られている。
この種の無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップをストラップ基板上に実装し、該ストラップ基板をさらにアンテナ基板に接合したものである。無線ＩＣチップとストラップ基板とはＡｕバンプを介して直接電気的に接合され、ストラップ基板とアンテナ基板とも直接電気的に接合されている。
しかしながら、この無線ＩＣデバイスにおいては、中心周波数やインピーダンスをアンテナ側で設定するため、複数の周波数やインピーダンスに適合させるにはそれぞれの周波数やインピーダンスに応じたアンテナを用意する必要があり、多品種少量生産には適していない。
また、ストラップ基板とアンテナ基板とを直接電気的に接続するため、加熱工程が必要となり、アンテナ基板などに使用される材料が限定されてしまう。しかも、ストラップ基板とアンテナ基板との接合位置がずれると、中心周波数やインピーダンスに影響を与え、特に、ＵＨＦ帯以上の周波数帯域になるとこれらは微小な変動も許容されなくなるので、製造工程で高精度な管理が要求される。
無線ＩＣタグ活用のすべて 日経ＢＰムック社 ｐ１１２−ｐ１２６
そこで、本発明の目的は、周波数特性やインピーダンスをアンテナに依存することなく決定することができ、製作の容易な無線ＩＣデバイスを提供することにある。
前記目的を達成するため、第１の発明は、フレキシブルなシートに無線ＩＣチップ及び放射板を配してなる無線ＩＣデバイスにおいて、前記無線ＩＣチップは前記シート上に形成された所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有する給電回路に接続されており、フレキシブルな第１シートの第１主面に無線ＩＣチップ及び給電回路が配置され、フレキシブルな第２シートの第１主面に放射板が配置されており、第１シートの第１主面と第２シートの第１主面とが互いに向かい合うように貼り合わされており、給電回路と放射板とが結合されていること、を特徴とする。
第２の発明は、フレキシブルなシートに無線ＩＣチップ及び放射板を配してなる無線ＩＣデバイスにおいて、前記無線ＩＣチップは前記シート上に形成された所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有する給電回路に接続されており、フレキシブルな第１シートの第１主面に無線ＩＣチップ及び給電回路が配置され、フレキシブルな第２シートの第１主面に放射板が配置されており、第１シートの第１主面と第２シートの第１主面とは反対側の第２主面とが互いに向かい合うように貼り合わされており、給電回路と放射板とが第２シートを介して容量結合されていること、を特徴とする。
第１及び第２の発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、放射板が給電回路から供給された送信信号を放射する機能及び受信信号を受けて給電回路に供給する機能を有し、無線ＩＣチップとの送受信は給電回路によって行われる。放射板から放射する送信信号の周波数及び無線ＩＣチップに供給する受信信号の周波数は、給電回路の共振周波数で実質的に決まる。即ち、中心周波数は、放射板の形状などによらずに、給電回路によって決定され、給電回路のみを変更することで多種の周波数やインピーダンスに対応することができ、給電回路と放射板との接合に高精度を要求されることがない。また、放射板を丸めたり、誘電体で挟んだりしても周波数特性が変化することはなく、無線ＩＣデバイスの取付け箇所を自由に選択することができ、安定した周波数特性が得られる。
第１及び第２の発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、給電回路の電極パターンには、共振周波数及びインピーダンスを調整するための切欠き部が形成されていることが好ましい。切欠き部の深さや幅を変更することで、共振周波数やインピーダンスを簡単に調整することができる。また、放射板をシート上にフレキシブルな金属膜によって形成すれば、無線ＩＣデバイスの取扱いが容易になる。
第１の発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、給電回路と放射板とが直接電気的に結合されていてもよく、あるいは、接着剤層を介して容量結合されていてもよい。無線ＩＣチップ、給電回路及び放射板が２枚のシートで被覆されるため、これらの部材が湿気などの外気から保護される。また、容量結合であれば、結合に加熱工程が不要であり、シートの材質を耐熱性のもの以外に幅広く選択することができる。第２の発明に係る無線ＩＣデバイスにおいても、結合に加熱工程が不要である。
また、給電回路と放射板とが容量を介して結合することで耐サージ性が向上する。サージは２００ＭＨｚまでの低周波電流なので容量によってカットすることができ、無線ＩＣチップのサージ破壊を防止することができる。
本発明によれば、周波数特性やインピーダンスを、給電回路によって実質的に決定しているため、給電回路の電極パターンの形状を変更することで各種の周波数やインピーダンスに対応でき、多品種の製造に適している。また、給電回路と放射板との接合に高精度を要求されることがないので、製造が容易になり、特にＵＨＦ帯以上の周波数で使用する無線ＩＣデバイスの製造に有利である。
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施例において共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１及び図２参照）
第１実施例である無線ＩＣデバイス１ａは、図１（Ａ）に示すように、１枚のフレキシブルな誘電体シート１０（例えば、ＰＥＴなどの樹脂フィルム、紙）の第２主面（裏面）１０ｂにフレキシブルなアルミ箔や金属蒸着膜などの金属薄膜にて放射板１１，１１を形成するとともに、図１（Ｂ）に示すように、第１主面（表面）１０ａに給電回路１５を形成し、無線ＩＣチップ５を給電回路１５上に搭載したものである。なお、図１（Ｂ）では、無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路１５を拡大して示している。
無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路を含み、必要な情報がメモリされている周知のものであり、所定の高周波信号を送受信できるものである。この無線ＩＣチップ５の端子電極は給電回路１５の電極パターン１５ａ，１５ｂを跨ぐ状態にてＡｕバンプ６（図２参照）を介して電気的に接続されている。なお、電気的接続はＡｕバンプ６以外にはんだや導電性接着剤による接続であってもよい。
給電回路１５も、放射板１１，１１と同様に、フレキシブルなアルミ箔や金属蒸着膜などの金属薄膜にて形成されたもので、各電極パターン１５ａ，１５ｂの一端部１６が放射板１１，１１の一端部１２とシート１０を介して対向して容量結合している。
この無線ＩＣデバイス１ａは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板１１，１１で受信し、放射板１１，１１と容量的に結合している給電回路１５を共振させてエネルギーを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、給電回路１５にて所定の周波数に整合させた後、前記容量結合を介して放射板１１，１１に送信信号を伝え、放射板１１，１１からリーダライタに送信、転送する。
ところで、第１実施例である無線ＩＣデバイス１ａにおいて、給電回路１５は所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有している。そして、共振周波数及びインピーダンスは各電極パターン１５ａ，１５ｂに形成された切欠き部１７，１７の深さ及び／又は幅寸法を変更することにより調整される。即ち、切欠き部１７を大きくすることでインピーダンスが高くなる。また、切欠き部１７を深くしていくとインダクタンスが大きくなり、中心周波数（ｆｏ）が低くなる。このような調整は電極パターン１５ａ，１５ｂをレーザなどでトリミングすることにより行われる。例えば、共振周波数は、８６８ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、９５３ＭＨｚなどに微調整することができる。
以上のごとく、無線ＩＣデバイス１ａにおいて、放射板１１，１１から放射する送信信号の周波数及び無線ＩＣチップ５に供給する受信信号の周波数は、給電回路１５の共振周波数で実質的に決まる。即ち、中心周波数は、放射板１１，１１の形状などによらずに、給電回路１５によって決定され、給電回路１５の電極パターン１５ａ，１５ｂの形状を変更することで多種の周波数やインピーダンスに対応することができ、放射板１１，１１と給電回路１５との接合に高精度を要求されることがなく、放射板１１，１１の形状を変更する必要がないため、信号の放射特性が変化することもない。また、放射板１１，１１を丸めたり、誘電体で挟んだりしても周波数特性が変化することはないので、無線ＩＣデバイス１ａの取付け箇所を自由に選択することができ、安定した周波数特性が得られる。
さらに、放射板１１，１１と給電回路１５とが容量結合されていることで、無線ＩＣチップ５の耐サージ性が向上する。サージは２００ＭＨｚまでの低周波電流なので容量によってカットすることができ、無線ＩＣチップ５のサージ破壊を防止することができる。また、放射板１１，１１と給電回路１５とは容量結合であるため、その結合に加熱工程が不要であり、シート１０の材質を耐熱性のもの以外に幅広く選択することができる。
また、放射板１１，１１の電気長はそれぞれ共振周波数λの１／４、計１／２とされている。但し、放射板１１，１１の電気長はλ／２の整数倍でなくてもよい。即ち、本発明において、放射板１１，１１から放射される信号の周波数は、給電回路１５の共振周波数によって実質的に決まるので、周波数特性に関しては、放射板１１，１１の電気長に実質的に依存しない。放射板１１，１１の電気長がλ／２の整数倍であると、利得が最大になるので好ましい。なお、この点は以下に説明する第２、第３及び第４実施例でも同じである。
（第２、第３及び第４実施例、図３〜図６参照）
以下に説明する第２、第３及び第４実施例は、それぞれ、図３に示すように、フレキシブルな誘電体又は絶縁体からなる２枚のシート２１，２２を貼り合わせたものである。第１シート２１にはその第１主面２１ａにフレキシブルなアルミ箔や金属蒸着膜などの金属薄膜にて給電回路１５が形成され、この給電回路１５上に無線ＩＣチップ５が搭載されている。第２シート２２にはその第１主面２２ａにフレキシブルなアルミ箔や金属蒸着膜などの金属薄膜にて広い面積の放射板２５，２５が形成されている。
給電回路１５は、前記第１実施例で示した給電回路１５と同じ構成であり、無線ＩＣチップ５が二つの電極パターン１５ａ，１５ｂを跨ぐ状態にて電気的に接続されている。また、給電回路１５は所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有しており、これらは前述のごとく切欠き部１７，１７の深さ及び／又は幅寸法を変更することにより調整される。
（第２実施例、図４参照）
第２実施例である無線ＩＣデバイス１ｂは、図４に示すように、前記第１シート２１の第１主面２１ａと前記第２シート２２の第１主面２２ａとが互いに向かい合うように熱圧着にて貼り合わされており、給電回路１５の一端部１６と放射板２５の一端部２６とが直接電気的に結合されている。
この無線ＩＣデバイス１ｂは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板２５，２５で受信し、放射板２５，２５と直接電気的に結合している給電回路１５を共振させてエネルギーを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、給電回路１５にて所定の周波数に整合させた後、前記直接的な電気結合を介して放射板２５，２５に送信信号を伝え、放射板２５，２５からリーダライタに送信、転送する。
従って、第２実施例である無線ＩＣデバイス１ｂの作用効果は、前記第１実施例である無線ＩＣデバイス１ａと同様であり、かつ、無線ＩＣチップ５、給電回路１５及び放射板２５が２枚のシート２１，２２で被覆されるため、これらの部材が湿気などの外気から保護される。即ち、給電回路１５や放射板２５に錆などが発生することがなく、無線ＩＣチップ５が離脱することが確実に防止される。また、給電回路１５の一端部１６と放射板２５の一端部２６との接合も特に固着しておかなくともずれるおそれはない。
さらに、シート２１，２２の各第１主面２１ａ，２２ａとは反対側の第２主面２１ｂ，２２ｂに必要な情報（例えば、宣伝広告情報、バーコード）を印刷しておくことも可能である。
（第３実施例、図５参照）
第３実施例である無線ＩＣデバイス１ｃは、図５に示すように、前記第１シート２１の第１主面２１ａと前記第２シート２２の第１主面２２ａとが互いに向かい合うように接着剤層２９を介して貼り合わされており、給電回路１５の一端部１６と放射板２５の一端部２６とが接着剤層２９を介して対向して容量結合している。
この無線ＩＣデバイス１ｃは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板２５，２５で受信し、放射板２５，２５と容量的に結合している給電回路１５を共振させてエネルギーを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、給電回路１５にて所定の周波数に整合させた後、前記容量結合を介して放射板２５，２５に送信信号を伝え、放射板２５，２５からリーダライタに送信、転送する。
従って、第３実施例である無線ＩＣデバイス１ｃの作用効果は、前記第１実施例である無線ＩＣデバイス１ａと同様であり、かつ、無線ＩＣチップ５、給電回路１５及び放射板２５が２枚のシート２１，２２で被覆されていることの効果は前記第２実施例である無線ＩＣデバイス１ｂと同様である。
（第４実施例、図６参照）
第４実施例である無線ＩＣデバイス１ｄは、図６に示すように、前記第１シート２１の第１主面２１ａと前記第２シート２２の第２主面２２ｂとが互いに向かい合うように熱圧着にて貼り合わされており、給電回路１５の一端部１６と放射板２５の一端部２６とが第２シート２２を介して対向して容量結合している。
この無線ＩＣデバイス１ｄは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板２５，２５で受信し、放射板２５，２５と容量的に結合している給電回路１５を共振させてエネルギーを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、給電回路１５にて所定の周波数に整合させた後、前記容量結合を介して放射板２５，２５に送信信号を伝え、放射板２５，２５からリーダライタに送信、転送する。
従って、第４実施例である無線ＩＣデバイス１ｄの作用効果は、前記第１実施例である無線ＩＣデバイス１ａと同様であり、かつ、無線ＩＣチップ５、給電回路１５及び放射板２５が２枚のシート２１，２２で被覆されていることの効果は前記第２実施例である無線ＩＣデバイス１ｂと同様である。
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、無線ＩＣチップ５の詳細な構成は任意であり、また、給電回路１５や放射板１１，２５の細部形状は任意である。
以上のように、本発明は、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、周波数特性やインピーダンスをアンテナに依存することなく決定することができ、製作が容易である点で優れている。
本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す分解斜視図であり、（Ａ）は裏面側、（Ｂ）は表面側を示す。 前記第１実施例の断面図である。 本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２、第３及び第４実施例を構成する第１及び第２シートを示す分解斜視図である。 第２実施例を示し、（Ａ）は貼り合わせ前の断面図、（Ｂ）は貼り合わせ後の断面図である。 第３実施例を示し、（Ａ）は貼り合わせ前の断面図、（Ｂ）は貼り合わせ後の断面図である。 第４実施例を示し、（Ａ）は貼り合わせ前の断面図、（Ｂ）は貼り合わせ後の断面図である。
符号の説明
１ａ〜１ｄ…無線ＩＣデバイス
５…無線ＩＣチップ
１０，２１，２２…シート
１１，２５…放射板
１５…給電パターン
１７…切欠き部
２９…接着剤層

Claims (6)

  1. フレキシブルなシートに無線ＩＣチップ及び放射板を配してなる無線ＩＣデバイスにおいて、
    前記無線ＩＣチップは前記シート上に形成された所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有する給電回路に接続されており、
    フレキシブルな第１シートの第１主面に前記無線ＩＣチップ及び前記給電回路が配置され、フレキシブルな第２シートの第１主面に前記放射板が配置されており、
    前記第１シートの第１主面と前記第２シートの第１主面とが互いに向かい合うように貼り合わされており、前記給電回路と前記放射板とが結合されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. 前記給電回路と前記放射板とが直接電気的に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  3. 前記給電回路と前記放射板とが接着剤層を介して容量結合されていることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  4. フレキシブルなシートに無線ＩＣチップ及び放射板を配してなる無線ＩＣデバイスにおいて、
    前記無線ＩＣチップは前記シート上に形成された所定の共振周波数及び所定のインピーダンスを有する給電回路に接続されており、
    フレキシブルな第１シートの第１主面に前記無線ＩＣチップ及び前記給電回路が配置され、フレキシブルな第２シートの第１主面に前記放射板が配置されており、
    前記第１シートの第１主面と前記第２シートの第１主面とは反対側の第２主面とが互いに向かい合うように貼り合わされており、前記給電回路と前記放射板とが前記第２シートを介して容量結合されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  5. 前記給電回路の電極パターンには、共振周波数及びインピーダンスを調整するための切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  6. 前記放射板が前記シート上にフレキシブルな金属膜によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
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