JP4826195B2 - RFID tag - Google Patents
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Description
本発明は、電磁誘導方式で交信するRFIDタグ(無線ICタグ、ICカード、非接触式データキャリアなどともいう)に関し、特に、小型化に資するRFIDタグに関する。 The present invention relates to an RFID tag (also referred to as a wireless IC tag, an IC card, a non-contact data carrier, etc.) that communicates by an electromagnetic induction method, and particularly relates to an RFID tag that contributes to miniaturization.
電磁誘導方式で交信するRFIDタグは、主にカード型のものが社会で広く使われている。近年は、カード型よりも遥かに小さいサイズのRFIDタグが開発されるようになり、さらなる小型化が期待されている。 RFID tags that communicate using the electromagnetic induction method are mainly used in society mainly in the card type. In recent years, RFID tags having a size much smaller than the card type have been developed, and further miniaturization is expected.
一方、電磁誘導方式で交信するRFIDタグには、所定の周波数(例えば13.56MHzや135KHz)で共振する共振回路を構成するアンテナコイルが必要とされるが、このアンテナコイルは、絶縁基材の一方の面に単層構造で形成されるのが一般的である。また、カード型のRFIDタグでは、カードの外周に沿うようにしてほぼ長方形(矩形)に形成されるのが一般的である。そして、13.56MHzのカード型の場合、カードが十分に大きいことから、単層構造でも、所定のインダクタンス値を確保するためのアンテナコイルの巻回数は3〜4回程度で十分とされている。 On the other hand, an RFID tag that communicates using an electromagnetic induction method requires an antenna coil that forms a resonance circuit that resonates at a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz or 135 KHz). In general, it is formed in a single layer structure on one surface. In general, the card-type RFID tag is formed in a substantially rectangular shape (rectangular shape) along the outer periphery of the card. In the case of a card type of 13.56 MHz, since the card is sufficiently large, even with a single layer structure, the number of turns of the antenna coil for securing a predetermined inductance value is sufficient to be about 3 to 4 times. .
しかし、このような従来一般的な単層構造のアンテナコイルのまま、小型化すると、アンテナコイルの内周面積を確保しながら十分な巻回数を確保することができなくなって、所定のインダクタンス値を確保できなくなるという問題がある。 However, if the antenna coil having such a conventional single-layer structure is miniaturized, a sufficient number of turns cannot be secured while securing the inner peripheral area of the antenna coil, and a predetermined inductance value is set. There is a problem that it cannot be secured.
そこで、複数層構造のアンテナコイルが提案されている。例えば、特許文献1には、渦巻状に導電性パターンが形成された複数枚の樹脂シートが、各アンテナパターンの渦巻きが同じ向きになるように重畳積層され、電気的に接続された、3層構造のアンテナコイルが開示されている。
Therefore, an antenna coil having a multi-layer structure has been proposed. For example, in
この特許文献1に開示されたアンテナコイルの渦巻き形状は、ICチップの搭載領域を渦巻きの外側に残した他は、従来どおり矩形の基板の外周にほぼ沿った形の矩形であり、ICチップに接続されるべきアンテナコイルの両端は、長方形である渦巻きの外側に配置されている。
このように、アンテナパターンをカード型のアンテナコイルで一般的な矩形状にしたまま、この外側にICチップを配置した場合には、ICチップ配置の為に余分に基板の面積が必要になり、RFIDタグを小型化するのが困難であるという問題がある。また、ICチップを渦巻きの内側に配置した場合であっても、渦巻きが矩形のままだと、渦巻きの外側に配置すべきスルーホール形成の為に余分に基板の面積が必要になり、RFIDタグを小型化するのが困難であるという問題がある。 In this way, when an IC chip is arranged outside the antenna pattern while keeping the antenna pattern in a general rectangular shape with a card-type antenna coil, an extra board area is required for the IC chip arrangement, There is a problem that it is difficult to reduce the size of the RFID tag. Further, even when the IC chip is arranged inside the spiral, if the spiral remains rectangular, an extra board area is required to form a through hole to be placed outside the spiral, and the RFID tag There is a problem that it is difficult to reduce the size.
また、磁束を受ける効率の向上を意図してアンテナパターンの渦巻きを円形にすると、RFIDタグの基板の大きさの割にアンテナの面積を確保できず、インダクタンス値を低下させずにRFIDタグを小型化するのが困難であるという問題がある。 Also, if the spiral of the antenna pattern is made circular in order to improve the efficiency of receiving magnetic flux, the area of the antenna cannot be secured for the size of the RFID tag substrate, and the RFID tag can be reduced in size without reducing the inductance value. There is a problem that it is difficult to make it.
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、必要なインダクタンス値を確保しながらRFIDタグを小型化することができる多層構造のアンテナコイルを具備したRFIDタグを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an RFID tag including a multi-layered antenna coil capable of downsizing the RFID tag while ensuring a necessary inductance value. And
上記目的を達成するために、本発明に係るRFIDタグは、矩形の絶縁基板の少なくとも一方の面に四隅を残して渦巻状のアンテナパターンを形成し前記アンテナパターンの渦巻き内及び前記絶縁基板の四隅の一つに、それぞれ前記アンテナパターンの内側端又は外側端に接続された接続端子を形成してなる単位アンテナ基板を、絶縁層を介して複数層積層しこれらの各接続端子を層間接続導体を介して接続して、各アンテナパターンが直列接続されて最上層の単位アンテナ基板に両端子を有するアンテナコイルを構成するとともに、この積層された単位アンテナ基板の最上層のアンテナパターンの渦巻き内にICチップを搭載して、前記アンテナコイルの両端を電気的に前記ICチップに接続してなり、かつ前記アンテナパターンの渦巻きで一方の面から透視したとき主たるコイル部分が、前記絶縁層を介して互いに対向することを特徴としている。 In order to achieve the above object, an RFID tag according to the present invention forms a spiral antenna pattern leaving four corners on at least one surface of a rectangular insulating substrate, and forms a spiral antenna pattern within the antenna pattern spiral and the four corners of the insulating substrate. One of them is a unit antenna substrate formed by forming a connection terminal connected to the inner end or the outer end of the antenna pattern, and a plurality of layers are laminated via an insulating layer. The antenna patterns are connected in series to form an antenna coil having both terminals on the uppermost unit antenna substrate, and an IC is placed in the spiral of the uppermost antenna pattern of the stacked unit antenna substrate. equipped with a chip, the ends of the antenna coil Ri name connected electrically to the IC chip, and the antenna pattern spiral The main coil portions when viewed from one side, is characterized in face to Rukoto each other via the insulating layer.
絶縁基板の平面形状は、多数毎取りの加工が容易になるという点では矩形であれば足りるが、本発明においては略正方形であることが好ましい。基板平面を略正方形とすることで、各辺の長さを短くしつつ基板の面積を大きくすることができ、インダクタンス値を大きくすることができる。 The planar shape of the insulating substrate may be a rectangular shape in terms of facilitating the processing of a large number of pieces, but is preferably a substantially square shape in the present invention. By making the substrate plane substantially square, the area of the substrate can be increased while shortening the length of each side, and the inductance value can be increased.
層間接続導体としては、全層を貫通する貫通スルーホールを用いることが好ましい。そうすることで簡便に製造することができる。 As the interlayer connection conductor, it is preferable to use a through-hole penetrating all layers. By doing so, it can be simply manufactured.
本発明によれば、必要なインダクタンス値を確保しながらRFIDタグを小型化することができる多層構造のアンテナコイルを具備したRFIDタグを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an RFID tag including a multi-layered antenna coil that can reduce the size of the RFID tag while ensuring a necessary inductance value.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下、原則として、同じものには同じ符号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, in principle, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態のRFIDタグ100を表(おもて)面(ICチップ搭載面)側から見た平面図であり、図2は、このRFIDタグを裏面側から見た平面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view of the
図1及び図2に示すように、このRFIDタグ100の基板の平面形状は、略正方形とされている。この基板の大きさは、カード型のRFIDタグ(ICカード)として標準的な大きさである54mm×85.6mmに比べると、はるかに小さいものとされており、例えば、5mm×5mm程度である。搭載されるICチップは、例えば、平面形状が0.5mm〜1mm程度の矩形であり、厚さは約150μmである。したがって、本実施形態のRFIDタグ100は、搭載されるICチップの大きさに対して、それほど大きくないものとされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the planar shape of the substrate of the
基板の平面形状は、必ずしも正方形でなくてもよいが、多数枚取りの製造を容易とするため、矩形とされている。図1のように基板平面を略正方形とすることで、小型化しながらアンテナコイルの内側面積を確保することが容易となり、コイルのインダクタンス値を向上させることが容易となる。 The planar shape of the substrate does not necessarily have to be a square, but is rectangular in order to facilitate the production of a large number of pieces. By making the substrate plane substantially square as shown in FIG. 1, it is easy to secure the inner area of the antenna coil while reducing the size, and it is easy to improve the inductance value of the coil.
図1に示すように、このRFIDタグ100の表(おもて)面側、絶縁基板の一主面11には、四隅を残して、銅などの導体からなる渦巻状のアンテナパターン12が形成されている。渦巻状のアンテナパターン12は、基板の面積を十分に活かすように外縁ぎりぎり近くまで形成されているが、四隅を残しているので、その形状は略八角形とされている。略正方形から四隅を切り落としたこのような形状の略八角形の渦巻き状アンテナパターンは、正方形のものよりは円に近くなるから、磁束を受ける効率が良いという利点がある。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、主面11の四隅の一つには、アンテナパターン12の外側端12bと直接接続された外側端子14が形成されている。外側端子14には、他の層のアンテナパターンの外側端と接続するためのスルーホール6bが形成されている。この主面11の四隅の別の1つには、スルーホール6aが形成されているが、このスルーホール6aは、この層のアンテナパターン12とは接続されていない。この主面11の四隅の残り2つには、アンテナパターン12と一体的に形成された略直角三角形の導体パターン19a,19bが示されているが、これらはアンテナの構成要素としては、あってもなくてもよいもので、いわゆるダミーパターンである。
As shown in FIG. 1, an
図1において、ほぼ中央部に符号7で示す領域は、封止樹脂で覆われた部分である。渦巻きの内側端12aおよびICチップ1は、この封止樹脂7の下に隠れていて見えない。また、図1ではわかりにくいが、アンテナパターン12とその外側の配線パターンは、Auめっき用のソルダーレジスト8で保護されている。
In FIG. 1, a region indicated by
図3は、このRFIDタグの表(おもて)面の、ICチップを樹脂封止される前の状態を表す平面図である。図3において、太線で示された矩形Aの内側は、封止樹脂7で封止される領域である。この太線で示された矩形Aの外側は、封止樹脂7が流れ出ないように、内側よりも若干(例えば5μm程度)高くなるようソルダーレジスト8が塗布されている。
FIG. 3 is a plan view showing a state of the front surface of the RFID tag before the IC chip is resin-sealed. In FIG. 3, the inside of the rectangle A indicated by the bold line is a region sealed with the sealing
図3に示すように、このアンテナパターン12の渦巻きの内側には、チップ搭載パッド15と、チップ接続端子16a,16bと、スルーホール5a,5bが形成されている。ICチップ1は、2つの電極端子3a,3bを具備している。ICチップ1は、その電極端子を3a,3b上に向けてチップ搭載パッド15の上に搭載されている。ICチップ1の電極端子3aは低背ワイヤ4aによりチップ接続端子16aに接続されている。ICチップ1の電極端子3bは低背ワイヤ4bによりチップ接続端子16bに接続されている。チップ接続端子16aは、渦巻き状のアンテナパターン12の内側端12aに接続された内側接続端子13でもある。チップ接続端子16bは、配線12cを介してスルーホール5bに接続されている。スルーホール5a,5bは、その一部がICチップ1の下に隠れており、チップ搭載パッドの役割も兼ねている。なお、この場合でも、スルーホール5a,5bは、ICチップ1の底面とは電気的には接続されていない。スルーホール5a,5bの一部または全部を、ICチップ1の下に、電気的に接続されないように配置し、チップ搭載パッドの役割も兼ねさせることで、渦巻きの内側にスルーホール専用の領域を確保する必要がなくなるため、アンテナコイルの面積を大きくとることができる。すなわち、基板のサイズ、配線幅、ギャップ幅、アンテナパターン数など他の条件が同じままでも、内側のスルーホール用の特別な領域を取らないようにすることで、アンテナコイルの巻回数を増やすことができるのでアンテナコイルのインダクタンス値を大きくさせることができる。
As shown in FIG. 3,
各配線層の配線パターンは、銅のエッチングにより形成される。チップ搭載パッド15、チップ接続端子16a,16bは、ICチップ1の電極端子との電気的接続を確実にするため、さらにAuめっきされている。また、低背ワイヤ4a,4bもAuめっきされている。アンテナパターン12や接続端子13,14等、Auめっき不要の部分には、Auめっき用のソルダーレジストが塗布されている。このソルダーレジストは、上述したように、太線で示された矩形Aの外側が内側よりも少し高くなるように形成されている。
The wiring pattern of each wiring layer is formed by etching copper. The
本実施形態のRFIDタグ100の裏面側にも、図2に示すように、表面側と同様に、略正方形の絶縁基板の主面41の四隅を残して略八角形状に渦巻状のアンテナパターン42が形成されている。アンテナパターン42の渦巻きの内側には、渦巻きの内側端42aに直接接続された内側接続端子43が設けられている。この内側接続端子43にはスルーホール5bが設けられている。主面41の四隅の一つには、アンテナパターン42の渦巻きの外側端42bと直接接続された略直角三角形の外側端子44が形成されている。外側端子44には、他の層のアンテナパターンの外側端と接続するためのスルーホール6aが形成されている。この主面41の四隅の別の1つには、スルーホール6bが形成されているが、このスルーホール6bは、この層のアンテナパターン42とは接続されていない。この主面41の四隅の残り2つには、アンテナパターン42と一体的に形成された略直角三角形の導体パターン49a,49bが示されているが、これらはアンテナの構成要素としては、あってもなくてもよいもので、いわゆるダミーパターンである。裏面側は、全面的に、Auめっき用のソルダーレジスト8が塗布され、保護されている。
On the back side of the
図1〜図3に示すように、渦巻きの内側に位置するスルーホール5a,5b、および、渦巻きの外側に位置するスルーホール6a,6bは、それぞれ、このRFIDタグ100の基板全体を貫通している貫通スルーホールである。貫通スルーホールは、接続したい一対の層ごとに別々のスルーホールを形成するよりも、簡便に製造することができ、余分な場所も取らずに済むという利点がある。
これらの貫通スルーホール5a,5b,6a,6bは、その内壁が例えば銅でめっきされ、その孔の内部は、導電性樹脂や銅めっきなどの導体で充填され孔埋めされている。スルーホールの孔の内部に導体が充填されているので、チップ搭載や樹脂封止の液が孔に侵入することがない。また、スルーホール内壁のめっき液残りによる腐食も防止できる。なお、スルーホール内部に導電性樹脂が充填される場合には層間の導通も可能であるから、スルーホール内壁は、めっきされていなくても良い。これらのスルーホール5a,5b,6a,6bの内径は、例えば、10〜100μm程度とされる。スルーホールは、例えば、公知のレーザー加工やドリル加工などにより、比較的簡便に孔明けすることができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the through
These through-through
次に、図4〜図8を用いて、このRFIDタグのアンテナの構成を説明する。 Next, the configuration of the antenna of the RFID tag will be described with reference to FIGS.
図4は、このRFIDタグの構成を簡略化して模式的に示した分解斜視図である。図5〜8は、このRFIDタグのアンテナを構成する各層の配線パターンを表す水平断面図であり、図5はICチップが搭載される第1配線層(最上層ともいう)、図6は第2配線層、図7は第3配線層、図8は第4配線層を示している。 FIG. 4 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the RFID tag in a simplified manner. 5 to 8 are horizontal sectional views showing wiring patterns of respective layers constituting the antenna of the RFID tag, FIG. 5 is a first wiring layer (also referred to as an uppermost layer) on which an IC chip is mounted, and FIG. FIG. 7 shows a third wiring layer, and FIG. 8 shows a fourth wiring layer.
図4においては、各配線層の接続関係を説明するため、実際よりも巻回数を少なくして簡略化して示している。実際のアンテナパターンの渦巻きの巻回数は、必要とされるインダクタンス値や、設計にもよるが、図5〜8に示すように、例えば9回程度とされている。 In FIG. 4, in order to explain the connection relationship between the respective wiring layers, the number of turns is reduced to be simplified than the actual number. The actual number of spirals of the antenna pattern is, for example, about nine as shown in FIGS. 5 to 8 depending on the required inductance value and design.
図4に示すように、第1の実施形態に係るRFIDタグ100は、略正方形の絶縁基板の一方の主面に渦巻状のアンテナパターンを含めた配線層が形成された4つの単位アンテナ基板10、20、30、40が絶縁層を介して積層され一体化された4層配線板とされている。積層された4つの単位アンテナ基板の最上層に位置する単位アンテナ基板10及び最下層に位置する単位アンテナ基板40の構成は、図1〜図3のところで説明したのと同じである。
As shown in FIG. 4, the
図4〜図8に示すように、各配線層は、第1配線層から順に、渦巻状のアンテナパターン12,22,32,42を具備している。各アンテナパターン12,22,32,42は、1つの内側端12a,22a,32a,42aと、1つの外側端12b,22b,32b,42bを内包している。内側端12a,22a,32a,42aには、それぞれ、1つの内側接続端子13,23,33,43が接続されている。外側端12b,22b,32b,42bには、それぞれ、1つの外側接続端子14,24,34,44が接続されている。内側接続端子13,23,33,43は、アンテナパターンの渦巻きの内側に設けられ、互いに層間接続される配線層の内側端子同士が同じ位置に重なるようにされている。各内側接続端子13,23,33,43には、複数ある貫通スルーホール5a,5bのうちの1つのみが導通するようにされている。外側接続端子14,24,34,44は、アンテナ基板の四隅の1つに設けられ、互いに層間接続される配線層の外側端子同士が同じ位置になるようにされている。各外側接続端子14,24,34,44には、複数ある貫通スルーホール6a,6bのうちの1つのみが導通するようにされている。
As shown in FIGS. 4 to 8, each wiring layer includes
図4〜図8に示すように、各配線層の四隅の2つには、スルーホールが設けられていない略直角二等辺三角形状の配線領域19a,19b,29a,29b,39a,39b,49a,49bが形成されている。これらは、渦巻き状のアンテナパターンと一体化されているが、アンテナの構成要素としてはあってもなくても良いダミーパターンである。
As shown in FIGS. 4 to 8,
図4に示すように、第1配線層のアンテナパターン12と第2配線層のアンテナパターン22とは、その渦巻きの外側端において、外側接続端子14,24と導通したスルーホール6bを介して接続されている。第2配線層のアンテナパターン22と第3配線層のアンテナパターン32とは、その渦巻きの内側端において、内側接続端子23,33と導通したスルーホール5aを介して接続されている。第3配線層のアンテナパターン32と第4配線層のアンテナパターン42とは、その渦巻きの外側端において、外側接続端子34,44と導通したスルーホール6aを介して接続されている。第4配線層のアンテナパターン42と第1配線層のアンテナパターン12とは、その渦巻きの内側端において、内側接続端子43,13と導通したスルーホール5bを介して接続されている。
As shown in FIG. 4, the
各アンテナパターン12,22,32,42は、これらの接続端子及び層間接続導体を介して、図4に示すようにして、電気的に直列接続され、第1配線層(最上層)に両端子を有する1つのアンテナコイル2を構成している。このように構成されたアンテナコイル2の一端は、第1配線層の内側接続端子13(チップ接続端子16aと兼用)であり、他端は、第1配線層の内側貫通スルーホール5bに接続されたチップ接続端子16bである(配線12cといってもよい)。
The
なお、この例では、各単位アンテナ基板はこの順序で積層されて接続されているが、図4の例において、第2配線層が形成されている単位アンテナ基板20と第3配線層が形成されている単位アンテナ基板30とは、順序を入れ替えて積層しても良い。その場合でも、各アンテナパターンを直列接続させ両端を最上層に露出させた1つのアンテナコイルを構成することができる。
In this example, the unit antenna substrates are stacked and connected in this order. However, in the example of FIG. 4, the
図4〜8に示すように、これらの渦巻き状のアンテナパターン12,22,32,42は、一方の面から透視したとき主たるコイル部分の配線が互いに重なり合うように形成されている。互いに重なり合うように形成されているので、絶縁層を介して互いに対向する配線層のアンテナパターンとの間で、寄生容量が発生する。本実施形態においては、その寄生容量を積極的に利用する構成とされている。したがって、寄生容量を大きくするためには、配線層間に介在する絶縁層は、誘電率の高いものであることが好ましい。
As shown in FIGS. 4 to 8, these
図4〜8に示すように、これらの渦巻き状のアンテナパターン12,22,32,42は、アンテナコイル2の一端から各アンテナパターンの接続関係に沿ってたどったときに、渦巻きの旋回方向が同じ向き(例えば、時計回りなら時計回り、反時計回りなら反時計回り)になるように形成されている。すなわち、一定の方向の磁界を受けたときに発生する電流を打ち消しあわない向きで、各アンテナパターンが形成されている。
As shown in FIGS. 4 to 8, when these
図9は、本実施形態のRFIDタグ100の等価回路を示す図である。図9に示すように、このRFIDタグ100は、基本的には、ICチップ1の内部に搭載されたコンデンサC1と、4層構造のアンテナコイル2とでLC共振回路を構成している。さらに、上記説明したアンテナパターンの重なり合いにより生じる寄生容量C2がICチップ1内のコンデンサC1に並列に接続される構成となっている。
FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of the
ここで、ICチップ1は、図示を省略した読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ロジック回路、演算装置(CPU)から主に構成されている。CPUでは、ROMやRAMに格納されたプログラムやデータなどを用いてリーダライタとの通信制御や応答処理など各種の演算処理を実行する。また、ROMには、RFIDタグ100の製造時に、個々のRFIDタグに固有に付与された識別情報であるタグ識別コードが記憶され、このタグ識別コードは書き換え不能となっている。ICチップ1には、電源バックアップ不要で且つ書き換え可能な不揮発性メモリや無線交信のためのRF回路の他、コンデンサC1なども搭載されている(図9参照)。ICチップ1としては、フィリップス社の I-CODE SLIチップや、インフィニオンテクノロジーズ社のmy-dチップ等、13.56MHz帯のRFIDタグ用のチップとして市場で入手可能なものを、用途に合わせて適宜用いることができる。
Here, the
各単位アンテナ基板に形成されたアンテナパターンは、例えば、線幅が約80μm、線間(ギャップ)が約70μm、線厚が約18μmである。アンテナパターン12は、公知の方法により形成することができるが、このように微細な配線パターンであるため、銅などの導電性金属のエッチングにより形成することが好ましい。
The antenna pattern formed on each unit antenna substrate has, for example, a line width of about 80 μm, a line-to-line (gap) of about 70 μm, and a line thickness of about 18 μm. Although the
上記説明したように、また、図1〜8に示すように、本実施形態のRFIDタグ100は、各層の巻回数が9回程度の4層の渦巻状アンテナパターンを直列に接続して、その最上層である第1配線層に両端子を有する1つのアンテナコイルを構成し、その第1配線層のアンテナパターンの渦巻きの内部にICチップを搭載し、ICチップの両電極端子とアンテナコイルの両端子を電気的に接続した構成とされている。このような構成にすることにより、基板を5mm角の略正方形のように、ICカードに比べて大幅に小型化しても、十分なアンテナコイルの巻回数および面積を確保することができ、結果として所定のインダクタンス値を確保することができた。
As described above and as shown in FIGS. 1 to 8, the
なお、本実施形態において、RFIDタグ100は、カード型のものより厚くてもよく、その厚さは、例えば、樹脂封止されていない部分で0.3mm〜0.5mm程度、総厚で0.6mm〜1.2mm程度とされている。
In the present embodiment, the
(製造方法)
次に、本実施形態に係るRFIDタグ100の製造方法を説明する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the
以下では、便宜上、1個のRFIDタグの製造方法として説明するが、実際には、図10に示すように、実装機等で扱いやすい大きさの実装用単位シート110に、例えば7個×7個の49個といった、複数個がまとめて製造され、ダイシングにより個片化されて、個々のRFIDタグ100となる。 Hereinafter, for convenience, the description will be made as a method for manufacturing one RFID tag. However, as shown in FIG. 10, in actuality, for example, 7 × 7 Plural pieces such as 49 pieces are manufactured together and separated into pieces by dicing to form individual RFID tags 100.
本発明のRFIDタグは、図4に模式的に示すように、4つの絶縁基板の片面に所定の形状のアンテナパターンと接続端子をそれぞれ形成して4つの単位アンテナ基板とし、これら4つの単位アンテナ基板を接着性絶縁層を介して積層し、各接続端子を導通させることで製造することができる。そのための材料や製造方法としては、公知の多層プリント配線板の材料や製造方法を用いることができる。 As schematically shown in FIG. 4, the RFID tag of the present invention forms antenna patterns and connection terminals of a predetermined shape on one side of four insulating substrates to form four unit antenna substrates, and these four unit antennas. It can be manufactured by laminating a substrate via an adhesive insulating layer and making each connection terminal conductive. As the material and manufacturing method therefor, a known multilayer printed wiring board material and manufacturing method can be used.
しかし、片面プリント配線板を接着性絶縁層を介して4層積層すると全体が厚くなってしまう。また、各配線層間の絶縁層が厚くなってしまうので、絶縁層を介して積層される配線層間で寄生容量を発生させることが期待できなくなる。
そこで、実際には、層間絶縁層を薄くして寄生容量を生じやすくするため、また、全体を薄くするため、次に説明するように、両面配線板を内層板として多層化する方法で製造することが好ましい(図11〜図12参照)。
However, if four layers of a single-sided printed wiring board are laminated via an adhesive insulating layer, the whole becomes thick. In addition, since the insulating layer between the wiring layers becomes thick, it cannot be expected that parasitic capacitance is generated between the wiring layers stacked via the insulating layer.
Therefore, in actuality, in order to make the interlayer insulating layer thin to easily generate parasitic capacitance, and to make the whole thin, as described below, the double-sided wiring board is manufactured by a multilayer method as an inner layer board. It is preferable (see FIGS. 11 to 12).
まず、内層板として、厚さ0.1mmの絶縁基板の両側に厚さ18μmの銅箔が張られた両面銅張り基板を用意し、一方の銅箔面には図6に示す第2配線層パターンを、他方の銅箔面には図7に示す第3配線層パターンを、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより形成した。絶縁基板としては、例えばガラスエポキシ系のプリプレグが硬化したものを用いた。銅箔は仕上がり時と同じ厚さのものを用意する必要はなく、もっと厚いものであってもよい。銅箔のエッチングにより配線層の厚さを調整することが可能だからである。銅のエッチャントとしては、通常用いられるもの、たとえば、塩化鉄を成分とする水溶液を用いた。 First, as an inner layer board, a double-sided copper-clad board in which 18 μm-thick copper foil is stretched on both sides of an insulating board having a thickness of 0.1 mm is prepared, and the second wiring layer shown in FIG. A third wiring layer pattern shown in FIG. 7 was formed on the other copper foil surface by known photolithography and etching. As the insulating substrate, for example, a glass epoxy prepreg cured was used. It is not necessary to prepare a copper foil having the same thickness as the finished one, and it may be thicker. This is because the thickness of the wiring layer can be adjusted by etching the copper foil. As the copper etchant, a commonly used one, for example, an aqueous solution containing iron chloride as a component was used.
一方、外層板として、厚さ0.1mmの絶縁基板の片側に厚さ18μmの銅箔が張られた片面銅張り基板を2組用意した。 On the other hand, two sets of single-sided copper-clad substrates in which a copper foil having a thickness of 18 μm was stretched on one side of an insulating substrate having a thickness of 0.1 mm were prepared as outer layer plates.
そして、図11(a)に示すように、この配線層形成済みの両面板102を内層板として、その両側に絶縁性接着層104,105を介して、それぞれ配線層形成前の片面銅張り基板101,103を、銅層を外側になるようにして、互いに積層配置した。絶縁性接着層104,105としては、例えば未硬化のガラスエポキシ系プリプレグを用いた。
Then, as shown in FIG. 11 (a), the double-
続いて、図11(b)に示すように、積層された積層体を加熱加圧して一体化し、図5〜8で示した所定の場所にレーザー加工やドリル加工などで貫通孔をあけ、内壁を銅めっきし、さらに孔の内部に導電性ペーストを充填して孔埋めし、貫通スルーホール5a,5b,6a,6bとした。そして、外層両面の銅箔を公知のフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングした。すなわち、片面銅張り基板101の銅層には図5に示した第1配線層パターンを、片面銅張り基板103の銅層には図8に示した第4配線層パターンを、それぞれ形成した。
Then, as shown in FIG.11 (b), the laminated body laminated | stacked is heat-pressed and integrated, a through-hole is drilled by the laser processing, drilling, etc. in the predetermined place shown in FIGS. Was plated with copper, and the inside of the hole was filled with a conductive paste to fill the hole, thereby forming through-
続いて、図11(c)に示すように、第1配線層のうちAuめっきを施したい部分、すなわち、チップ搭載パッド15、チップ接続端子16a,16bにマスクをしてから、最上層表面と最下層表面に、Auめっきや酸化から保護するためのソルダーレジストを塗布した。これにより、Auめっきを施したくない部分、すなわち、第1配線層のアンテナパターン12、外側接続端子14、スルーホール6a,6bの表面、第4配線層の全面、および、露出していた絶縁基板部分に耐Auめっき用のソルダーレジスト層8が形成された。そして、マスクをはずして、ボンディングめっきをした。これにより、チップ搭載パッド15、チップ接続端子16a、16bの表面がAuめっきされた。このように、チップ搭載部のみ窓開けしてソルダーレジスト層を形成してからAuめっきをすることで、Auめっきの少量化、アンテナ特性の安定化という効果が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 11C, after masking the portion of the first wiring layer to which Au plating is to be performed, that is, the
続いて、図12(d)に示すように、第1配線層の樹脂封止したい箇所(すなわち、図3に太線Aで示した領域の内側)にマスクをして、再度第1配線層側の表面にソルダーレジストを塗布した。このとき追加形成されるソルダーレジスト層は、図3のところで説明したように封止樹脂の流出を防ぐ堤防としての役目を果たす。その堤防の厚さ(高さ)、すなわちソルダーレジスト層同士の段差は、封止樹脂の量や粘性などにより適宜定められるが、例えば10μmとした。 Subsequently, as shown in FIG. 12D, a mask is applied to a portion of the first wiring layer where the resin sealing is desired (that is, the inside of the region indicated by the thick line A in FIG. 3), and the first wiring layer side again. A solder resist was applied to the surface of the film. The solder resist layer additionally formed at this time serves as a bank to prevent the sealing resin from flowing out as described with reference to FIG. The thickness (height) of the levee, that is, the level difference between the solder resist layers is appropriately determined depending on the amount and viscosity of the sealing resin, and is set to 10 μm, for example.
続いて、図12(e)に示すように、マスクをはずして、チップ搭載パッド15及び内側のスルーホール5a,5bの上に、接着剤を用いてICチップ1を固定し、ワイヤボンディングにより、ICチップ1の電極端子3a,3bをチップ接続端子16a,16bにそれぞれ接続した。そして、図12(f)に示すように、第1配線層の中央の凹んだ部分を封止樹脂7で封止した。これにより、図1〜図2で示した状態のものとなる。
Subsequently, as shown in FIG. 12 (e), the mask is removed, and the
既に説明したように、図10のようにして1つの実装用単位シートに複数個のRFIDタグがまとめて製造される。すなわち、この後、ダイシングにより個々のRFIDタグに切り離されて、個々のRFIDタグ100となる。 As already described, a plurality of RFID tags are manufactured together on one mounting unit sheet as shown in FIG. That is, after that, it is separated into individual RFID tags by dicing to form individual RFID tags 100.
本実施形態のRFIDタグ100は、以上のようにして製造される。
The
この後、必要に応じて、透明樹脂で覆われるなどして、利用場面に即した形態のRFIDタグとされる。 Then, if necessary, the RFID tag is formed in a form suitable for the use scene by being covered with a transparent resin.
以上は、アンテナ配線層が4層の場合で説明したが、さらに多層の場合でも、両面内層板を増やすことで、同様に製造することができる。 Although the above description has been given for the case where the antenna wiring layer has four layers, even in the case of a multilayer structure, the antenna wiring layer can be manufactured similarly by increasing the number of double-sided inner layer plates.
[その他の実施形態]
上記説明では、ICチップ搭載部分を必要最小限度で樹脂封止した(部分封止した)が、図13(b)に示すように、ICチップ搭載部分のみならず、ICチップ搭載面(最上層)全面を封止樹脂7で封止してもよい。その場合の製造工程は、図11(a)〜(c)までは、部分封止の場合と同じである。図11(c)の工程の後、追加のソルダーレジスト層を形成して堤防用の段差を設けることなく、図13(a)に示すように、ICチップを搭載してワイヤボンディングすればよい。そして、図13(b)に示すように、RFIDタグ200の上面が平坦になるように最上層の全面を封止樹脂7で封止する。
[Other Embodiments]
In the above description, the IC chip mounting portion is resin-sealed (partially sealed) at the necessary minimum. However, as shown in FIG. 13B, not only the IC chip mounting portion but also the IC chip mounting surface (uppermost layer). ) The entire surface may be sealed with the sealing
樹脂封止以外の事項は、第1の実施形態と同じであるので説明を省略する。 Since matters other than resin sealing are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
このように全面封止した場合には、図13(b)に示すように、チップ搭載面側の上面を平坦にすることができるので、ブランド名や型番などを印字することが容易になるという利点がある。また、いずれの面を下にしても安定して配置することができるという利点もある。これに対して、第1の実施形態のように部分封止した場合には、図12(e)に示したようにチップ搭載面側の上面が平坦にならず、中央が盛り上がった形態となるので、安定配置できる向きが制限され、印字も困難である。 When the entire surface is sealed in this way, as shown in FIG. 13B, the top surface on the chip mounting surface side can be flattened, so that it is easy to print the brand name, model number, and the like. There are advantages. In addition, there is an advantage that it can be stably arranged regardless of which side is facing down. On the other hand, when the partial sealing is performed as in the first embodiment, the top surface on the chip mounting surface side is not flat as shown in FIG. Therefore, the direction in which stable placement can be performed is limited, and printing is difficult.
上記説明では、ICチップ1をワイヤボンディングにより接続していたが、フリップチップ接続してもよい。
In the above description, the
図14はフリップチップ接続のための接続端子の配置の一例を示す図である。同図においては、ICチップ搭載領域Bの近傍のみ示されており、その他の領域は省略されている。図14に示すように、ICチップ搭載領域Bには、渦巻状のアンテナパターン12の内側端12aと接続された内側接続端子13、ICチップ1の電極端子3aと接続されるチップ接続端子16a、ICチップ1の電極端子3bと接続されるチップ接続端子16b、貫通スルーホール5a,5bが設けられている。内側接続端子13とチップ接続端子16aは兼用されており、同じものである。貫通スルーホール5aは、他の層のアンテナパターンの内側端子同士を接続するための層間接続導体となるもので、この第1配線層のアンテナパターン12とは接続されていない。貫通スルーホール5bは、図5の場合と同様、図8に示す第4配線層のアンテナパターンの内側端子43と接続するための層間接続導体となるものである。図14に示すとおり、貫通スルーホール5bと、チップ接続端子16bとは配線12cを介して接続されている。このようにして、ICチップ1の電極端子3a,3bは、各層のアンテナパターンと接続端子が貫通スルーホールを介して接続されて構成された多層構造のアンテナコイル2の両端と電気的に接続される。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the arrangement of connection terminals for flip chip connection. In the figure, only the vicinity of the IC chip mounting area B is shown, and the other areas are omitted. As shown in FIG. 14, in the IC chip mounting area B, the
図15は、フリップチップ接続のための接続端子の配置の他の一例を示す図である。同図においては、ICチップ搭載領域Bの近傍のみ示されており、その他の領域は省略されている。図15の例は、図14の例と基本的には同じであるが、貫通スルーホール5a,5bが、ICチップ搭載領域Bの外にはみ出ている点と、アンテナパターンともICチップの電極端子とも接続されない小さなチップ搭載パッド15が2つ設けられている点が異なる。この2つの小さなチップ搭載パッド15は、チップを搭載するための台であるから、このような形状で2つに分かれている必要はなく、ふたつが合わさって細長い四角形とされていてもよい。また、小さなチップ搭載パッド15のうちの一つを削除して、スルーホール5aを領域Bの内側に配置しても良い。
FIG. 15 is a diagram showing another example of the arrangement of connection terminals for flip-chip connection. In the figure, only the vicinity of the IC chip mounting area B is shown, and the other areas are omitted. The example of FIG. 15 is basically the same as the example of FIG. 14, but the through-
図16は、図14のようにしてICチップをフリップチップ接続により搭載して、図12(f)に示した例のように、ICチップとその近傍を部分的に樹脂封止したRFID300を模式的に示した垂直断面図である。図16において、ICチップ1の電極端子3aは第1配線層のチップ接続端子16aと、ICチップ1の電極端子3bと第1配線層の16bと、それぞれ、チップ接続用バンプ9を介して接続されている。このチップ接続用バンプ9は、フリップチップ接続用の導体として一般的なものでよい。例えば金(Au)で構成できるが、銅で構成して表面をAuでめっきしてもよい。なお、図16においてはチップ接続端子16aとスルーホール5aが接続されているようにも見えるが、図14に示したように、チップ接続端子16aとスルーホール5aとは接続されていない。このように、ICチップは、ワイヤボンディングに限らずフリップチップ接続により搭載してもよい。なお、フリップチップ接続の場合でも、図13(b)に示した例のように、全体を封止樹脂7で封止して上面を平坦にしてもよいことはもちろんである。そのほうが上面を平坦にできるので印字や安定配置に資するほか、全体的に薄型にできるという効果が得られる。
FIG. 16 schematically shows an
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、いろいろに変形することができる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment. Various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、上記では、層間接続導体として、スルーホールの例で説明したが、スルーホールでなくても、略円錐型の導体バンプを層間絶縁層を貫通させ塑性変形させることにより導通させてもよい。各層において導体バンプが互いに積層されるように位置合わせすることにより、導体バンプの場合であっても余計な面積をとらずに層間接続することができる。もちろん、全配線層を貫通させる必要はなく必要な配線層同士だけをスルーホールまたは導体バンプにより接続してもよい。 For example, in the above description, the example of the through-hole is used as the interlayer connection conductor. However, instead of the through-hole, a substantially conical conductor bump may be made conductive by penetrating the interlayer insulating layer and plastically deforming. By aligning the conductor bumps in each layer so as to be laminated with each other, even in the case of conductor bumps, interlayer connection can be made without taking up an extra area. Of course, it is not necessary to penetrate all the wiring layers, and only necessary wiring layers may be connected by through holes or conductor bumps.
また、上記では、アンテナ配線層を4層にした例で説明したが、4層にする必要はなく、3層でも5層以上でもかまわない。5層以上の多層にする場合には、増やした層のアンテナパターンとの接続端子やスルーホールを形成するために、上記でダミーパターンとして説明した配線領域(四隅の残り)を用いることができる。また、渦巻きの外側を貫通するスルーホールは、1つの隅に1つしか形成できないわけではなく、同一の隅に2つ以上のスルーホールを設けてもよい。その場合でも、そのスルーホールの周囲の導体パターンが互いに導通しないようにすれば、多層のアンテナパターンが途中で短絡することなく、電気的に直列接続されて両端が最上層に露出した1つのアンテナコイルを構成することができる。また、アンテナパターンが形成された配線層が奇数の場合でも、アンテナコイルの両端をICチップの両電極端子に接続するために、配線層は偶数にする必要がある。その場合、配線層のうちの一層は、アンテナパターンの形成されていない、単なるジャンパー接続用の配線パターンとなる。 In the above description, the antenna wiring layer has been described as having four layers, but it is not necessary to have four layers, and three or five or more layers may be used. In the case of a multilayer of five or more layers, the wiring region (the rest of the four corners) described above as the dummy pattern can be used to form connection terminals and through-holes with the increased number of antenna patterns. Further, only one through hole penetrating the outside of the spiral cannot be formed at one corner, and two or more through holes may be provided at the same corner. Even in such a case, if the conductor patterns around the through hole are not electrically connected to each other, the multi-layer antenna pattern is electrically connected in series without short-circuiting in the middle, and one antenna having both ends exposed to the uppermost layer. A coil can be constructed. Even when the wiring layer on which the antenna pattern is formed is an odd number, the wiring layer needs to be an even number in order to connect both ends of the antenna coil to both electrode terminals of the IC chip. In that case, one of the wiring layers is simply a wiring pattern for connecting a jumper without an antenna pattern.
また、上記で説明した具体的な大きさや厚さなどの数値は、本発明の最適な実施形態における一例を示したものであり、本発明の範囲はこれらの数値に限定されるものではない。 Further, the numerical values such as the specific size and thickness described above are examples in the optimal embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these numerical values.
本発明によれば、13.56MHz帯など電磁誘導方式で交信するRFIDタグを、必要なインダクタンス値を確保しつつ、ICカードよりもはるかに小型化することができる。たとえば13.56MHz帯で5mm角のRFIDタグを提供することができる。これにより、RFIDタグをさまざまなものに付すことができるようになるので、RFIDタグの用途がさらに広がり、さまざまな産業に利用されることが期待できる。 According to the present invention, an RFID tag that communicates by an electromagnetic induction method such as the 13.56 MHz band can be made much smaller than an IC card while ensuring a necessary inductance value. For example, a 5 mm square RFID tag can be provided in the 13.56 MHz band. Thereby, since the RFID tag can be attached to various things, it can be expected that the use of the RFID tag is further expanded and used in various industries.
1…ICチップ、2…アンテナコイル、3a,3b…チップ電極端子、4…低背ワイヤ、5a,5b…内側貫通スルーホール、6a,6b…外側貫通スルーホール、7…封止樹脂、8…ソルダーレジスト、9…チップ接続用バンプ、10,20,30,40…単位アンテナ基板、11,21,31,41…絶縁基板の一主面、12,22,32,42…アンテナパターン、12a,22a,32a,42a…アンテナパターンの渦巻きの内側端、12b,22b,32b,42b…アンテナパターンの渦巻きの外側端、13,23,33,43…内側接続端子、14,24,34,44…外側接続端子、15…チップ搭載パッド、16a,16b…チップ接続端子、100…RFIDタグ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
絶縁層を介して複数層積層し前記各接続端子を層間接続導体を介して接続して、
前記各アンテナパターンが直列接続されて最上層の単位アンテナ基板表面に両端子を有するアンテナコイルを構成するとともに、
前記積層された単位アンテナ基板の最上層のアンテナパターンの渦巻き内にICチップを搭載して、
前記アンテナコイルの両端を電気的に前記ICチップに接続してなり、かつ前記アンテナパターンの渦巻きで一方の面から透視したとき主たるコイル部分が、前記絶縁層を介して互いに対向する
ことを特徴とするRFIDタグ。 A spiral antenna pattern is formed, leaving four corners on at least one surface of a rectangular insulating substrate, and inside the antenna pattern spiral and one of the four corners of the insulating substrate, respectively, on the inner end or outer end of the antenna pattern, respectively. A unit antenna substrate formed by forming connected connection terminals,
A plurality of layers are laminated via an insulating layer, and each connection terminal is connected via an interlayer connection conductor.
Each antenna pattern is connected in series to form an antenna coil having both terminals on the uppermost unit antenna substrate surface,
An IC chip is mounted in the spiral of the antenna pattern on the uppermost layer of the laminated unit antenna substrate,
Ri Na by connecting both ends of the antenna coil electrically the IC chip, and spiral in primary coil portions when viewed from one surface of the antenna pattern, the mutually opposing to isosamples through said insulating layer A featured RFID tag.
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