JP4867831B2

JP4867831B2 - 無線ｉｃデバイス

Info

Publication number: JP4867831B2
Application number: JP2007187060A
Authority: JP
Inventors: 雄也道海; 伸郎池本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009027341A

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チップを有する無線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や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）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。

ＩＣチップを搭載した無線ＩＣデバイスとしては、従来、特許文献１に記載されているように、誘電体基板にダイポールアンテナ（一対の主アンテナ素子とインピーダンス整合部とからなる）を設け、ダイポールアンテナの端部にタグＩＣを電気的に接続した無線ＩＣタグが知られている。整合部はタグＩＣと主アンテナ素子との間に配置され、両者をインピーダンス整合させる機能を有している。

しかしながら、この無線ＩＣタグでは以下の問題点を有している。（１）タグＩＣを主アンテナ素子に対して精度よく位置合わせして搭載する必要があるため、実装に時間がかかる。（２）タグＩＣを主アンテナ素子に半田などの導電性接合材で導通状態となるように接続する必要がある。（３）主アンテナ素子とタグＩＣとが電気的に導通状態で接続されているため、主アンテナ素子から静電気が侵入した場合、タグＩＣが破壊される可能性がある。
特開２００５−２４４７７８号公報

そこで、本発明の目的は、アンテナ素子と無線ＩＣチップを変更することなく、放射板への実装性を高め、かつ、無線ＩＣチップの静電気による破壊の可能性を解消した無線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、本発明に係る無線ＩＣデバイスは、
入出力端子電極を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
実装用電極部を備えた放射板と、
インダクタンス素子を含む第１のインピーダンス補正回路を設けた補正回路基板と、
を備え、
前記第１のインピーダンス補正回路が前記無線ＩＣチップの入出力端子電極と電気的に導通状態で接続されているとともに、前記補正回路基板に設けた接続用電極と電気的に導通状態で接続されており、
前記接続用電極と前記放射板の実装用電極部とが電磁界結合していること、
を特徴とする。

本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいては、補正回路基板が放射板と無線ＩＣチップとの間に挿入されており、放射板で受信された信号によって第１のインピーダンス補正回路を介して無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が第１のインピーダンス補正回路を介して放射板から外部に放射される。そして、前記インピーダンス補正回路によって補正回路基板と放射板との結合容量によるインピーダンスの変化分を補正するインピーダンス整合が行われ、無線ＩＣチップが放射板に直接搭載されているときと同じ放射特性が得られる。また、補正回路基板は放射板に設けられた実装用電極部に、該電極部を変更することなくそのまま実装することができ、さらに、無線ＩＣチップの端子電極の配置を変更する場合であっても、補正回路基板の電極配置などを変更することで、放射板などを設計変更する必要はない。さらに、放射板と第１のインピーダンス補正回路とは電磁界結合しており、電気的に導通してはいないので、放射板から侵入する静電気により無線ＩＣチップが破壊されるおそれが解消される。また、結合容量が確保できる範囲で補正回路基板が実装されればよいため、放射板に対する搭載位置精度を緩和することができる。

本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、無線ＩＣチップの入出力端子電極、補正回路基板に設けた接続用電極及び放射板の実装用電極部が平面透視で重なる部分を有することが好ましい。また、補正回路基板には共振回路及び／又は整合回路を備えていてもよい。さらに、第１のインピーダンス補正回路と放射板とは容量結合していてもよく、より具体的には、補正回路基板に設けた接続用電極と放射板の実装用電極部とが容量結合している。第１のインピーダンス補正回路は複数の共振回路を含んでいてもよい。さらに、放射板に第２のインピーダンス補正回路が設けられていてもよい。

補正回路基板はセラミックや液晶ポリマなど樹脂からなる多層基板で構成されていてもよい。多層基板で構成すれば、共振回路を構成するインダクタンス素子やキャパシタンス素子を高精度に内蔵可能であり、配線電極の形成の自由度が向上する。

なお、無線ＩＣチップは、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。

本発明によれば、第１のインピーダンス補正回路によって補正回路基板と放射板との結合容量によるインピーダンスの変化分を補正するインピーダンス整合が行われ、無線ＩＣチップが放射板に直接搭載されているときと同じ放射特性が得られる。特に、無線ＩＣチップを変更する場合であっても、補正回路基板の電極配置などを変更することで、放射板などを設計変更する必要はない。さらに、放射板と第１のインピーダンス補正回路とは電磁界結合しており、電気的には導通していないので、放射板から侵入する静電気により無線ＩＣチップが破壊されるおそれが解消される。

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、各図において、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。

（無線ＩＣデバイス、図１及び図２参照）
まず、本発明に係る無線ＩＣデバイスの構成について図１及び図２を参照して説明する。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、該無線ＩＣチップ５を搭載した補正回路基板１０と、放射板２１ａ，２１ｂとから構成されている。

無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、図２に示すように、裏面に入出力端子電極６ａ，６ｂが設けられている。

補正回路基板１０は、インダクタンス素子を含む第１のインピーダンス補正回路を内蔵したもので、表面には第１のインピーダンス補正回路と接続された電極１２ａ，１２ｂが形成されている。また、補正回路基板１０の裏面には第１のインピーダンス補正回路と接続された接続用外部電極１９ａ，１９ｂが形成されている。なお、接続用外部電極１９ａ，１９ｂは基板１０の裏面から両側部、さらには上面にわたって形成されていてもよい。また、無線ＩＣチップ５はエポキシ系、ポリイミド系などの樹脂製の保護膜にて覆われていてもよい。

放射板２１ａ，２１ｂは、一端部に実装用電極部２２ａ，２２ｂを備え、ＰＥＴフィルムなどのフレキシブルな基板２０上に、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっきや導電性ペーストなどによる電極膜をライン状に設けたものである。なお、基板２０はＰＥＴフィルムのみならずセラミック製のプリント配線基板であってもよい。

無線ＩＣチップ５は、入出力端子電極６ａ，６ｂが補正回路基板１０の表面に設けた電極１２ａ，１２ｂに金属バンプ７を介して電気的に接続されている。なお、金属バンプ７の材料としては、Ａｕ、半田などを用いることができる。また、補正回路基板１０は、接続用外部電極１９ａ，１９ｂが放射板２１ａ，２１ｂの実装用電極部２２ａ，２２ｂに接着剤２３を介して接続されている。放射板２１ａ，２１ｂ（実装用電極部２２ａ，２２ｂ）と接続用外部電極１９ａ，１９ｂとは電磁界結合（本実施例では容量結合）している。従って、接着剤２３は誘電性を有していることが好ましい。

図１に示されているように、無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６ａ，６ｂ、補正回路基板１０の接続用外部電極１９ａ，１９ｂ及び放射板２１ａ，２１ｂの実装用電極部２２ａ，２２ｂが、補正回路基板１０の主面から平面透視したとき重なっている部分がある。このような構造にすることにより、放射板２１ａ，２１ｂの実装部形状を変更することなく補正回路基板１０を放射板２１ａ，２１ｂ上に実装することができる。

補正回路基板１０には、所定の共振周波数を有する共振回路を含む第１のインピーダンス補正回路（以下に図３などを参照して説明する）が内蔵されており、無線ＩＣチップ５から発信された所定の周波数を有する送信信号を接続用外部電極１９ａ，１９ｂを介して放射板２１ａ，２１ｂに伝達し、かつ、放射板２１ａ，２１ｂで受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ５に供給する。それゆえ、この無線ＩＣデバイスは、放射板２１ａ，２１ｂで受信された信号によって無線ＩＣチップ５が動作され、該無線ＩＣチップ５からの応答信号が放射板２１ａ，２１ｂから外部に放射される。

（第１のインピーダンス補正回路、図３及び図４参照）
図３に第１のインピーダンス補正回路の第１例を示す。このインピーダンス補正回路は、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２からなる補正回路を有している。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の一端は無線ＩＣチップ５の入出力端子電極６ａ，６ｂにそれぞれ電気的に導通状態で接続され、他端は放射板２１ａ，２１ｂとそれぞれ容量結合Ｃ１，Ｃ２している。容量結合Ｃ１，Ｃ２の一方の電極は接続用外部電極１９ａ，１９ｂであり、他方の電極は放射板２１ａ，２１ｂの実装用電極部２２ａ，２２ｂである。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は容量結合Ｃ１，Ｃ２によるインピーダンスの変化分を補正し、無線ＩＣチップ５を放射板２１ａ，２１ｂに直接実装したときと同じ状態とする。さらに、無線ＩＣチップ５と放射板２１ａ，２１ｂとのインピーダンス整合を補正する機能を有することも可能である。

図４に第１のインピーダンス補正回路の第２例を示す。このインピーダンス補正回路は、インダクタンス素子Ｌ１とキャパシタンス素子Ｃ３とからなる共振回路及びインダクタンス素子Ｌ２とキャパシタンス素子Ｃ３とからなる共振回路を有している。その他の構成、接続関係は前記第１例と同様である。

（補正回路基板の構造、図５参照）
図５に第１例である第１のインピーダンス補正回路を設けた補正回路基板１０の積層構造を示す。この補正回路基板１０は、誘電体からなるセラミックシート１１Ａ〜１１Ｆを積層、圧着、焼成したもので、シート１１Ａには電極１２ａ，１２ｂとビアホール導体１３ａ，１３ｂが形成され、シート１１Ｂ〜１１Ｅには導体パターン１５ａ，１５ｂとビアホール導体１３ｃ，１３ｄが形成されている。さらに、シート１１Ｆには導体パターン１５ａ，１５ｂとビアホール導体１３ｅ，１３ｆが形成されている。

以上のシート１１Ａ〜１１Ｆを積層することにより、ビアホール導体１３ｃ，１３ｄにて螺旋状に接続された導体パターン１５ａ，１５ｂにてインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２が構成される。インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の一端はビアホール導体１３ａ，１３ｂを介して表面の電極１２ａ，１２ｂにそれぞれ接続される。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２の他端はビアホール導体１３ｅ，１３ｆを介して接続用外部電極１９ａ，１９ｂに接続される。そして、接続用電極１２ａ，１２ｂが金属バンプ７（図１参照）を介して無線ＩＣチップ５の端子電極６ａ，６ｂと電気的に接続される。

また、補正回路基板１０の裏面には接続用外部電極１９ａ，１９ｂが導体ペーストの塗布などで設けられている。接続用外部電極１９ａは放射板２１ａの実装用電極部２２ａと容量結合し（Ｃ１）、接続用外部電極１９ｂは放射板２１ｂの実装用電極部２２ｂと容量結合する（Ｃ２）。なお、接続用外部電極１９ａ，１９ｂの下に別のシートを設け、補正回路基板１０の内部に接続用外部電極１９ａ，１９ｂを内蔵させてもよい。

以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、補正回路基板１０が放射板２１ａ，２１ｂと無線ＩＣチップ５との間に挿入されており、補正回路基板１０に設けたインピーダンス補正回路によって接続用外部電極１９ａ，１９ｂと放射板２１ａ，２１ｂとの結合容量によるインピーダンスの変化分の補正を行うインピーダンス整合が行われ、無線ＩＣチップ５を放射板２１ａ，２１ｂに直接実装したときと同じ放射特性が得られる。また、補正回路基板１０は放射板２１ａ，２１ｂの実装用電極部２２ａ，２２ｂに、該電極部２２ａ，２２ｂを変更することなくそのまま実装することができ、無線ＩＣチップ５の端子電極の配置を変更する場合であっても、補正回路基板１０の電極配置などを変更することで、放射板２１ａ，２１ｂなどを設計変更する必要はない。さらに、放射板２１ａ，２１ｂと第１のインピーダンス補正回路とは容量結合しており、電気的に導通してはいないので、放射板２１ａ，２１ｂから侵入する静電気により無線ＩＣチップ５が破壊されるおそれが解消される。

また、補正回路基板１０は多層基板として小型に構成されているため、無線ＩＣチップ５はこのような小型の補正回路基板１０に搭載すればよく、従来から広く使用されているＩＣ実装機などを用いることができ、実装コストが低減する。また、共振回路を含む場合、使用周波数帯を変更するに際しては、共振回路の設計を変更するだけでよく、放射板２１ａ，２１ｂなどはそのまま用いてもよい。

また、第１のインピーダンス補正回路は前記第２例に示したように、複数の共振回路を含んでいれば、無線ＩＣデバイスを広帯域化することができる。

さらに、各セラミックシート１１Ａ〜１１Ｆは磁性体のセラミック材料からなるシートであってもよく、補正回路基板１０は従来から用いられているシート積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程により容易に得ることができる。

なお、補正回路基板１０はセラミック以外のポリイミドや液晶ポリマなど樹脂からなる多層基板で構成されていてもよい。多層基板で構成すれば、共振回路を構成するインダクタンス素子やキャパシタンス素子を高精度に内蔵可能であり、配線電極の形成の自由度が向上する。

（第２のインピーダンス補正回路、図６〜図８参照）
本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいては、放射板２１ａ，２１ｂに補助的なインピーダンス補正機能（第２のインピーダンス補正回路）を付加してもよい。

第２のインピーダンス補正回路は、図６及び図７に示すように、放射板２１ａ，２１ｂのそれぞれの端部にインダクタンス素子Ｌ４，Ｌ４を設けることにより構成できる。図６に示す第１のインピーダンス補正回路は図４に示した第２例を用いている。図７に示す第１のインピーダンス補正回路は、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で共振回路を構成するとともにインピーダンスの整合を行っている。

さらに、図８（Ａ）に示す放射板２１ａ，２１ｂを長くすることにより（図８（Ｂ）参照）、補助的にインピーダンスの整合を補正することができる。また、図８（Ｃ）に示すように、放射板２１ａ，２１ｂの一部分をミアンダ形状部２１ａ’、２１ｂ’とすることによっても補助的にインピーダンスの整合を補正することができる。

（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、共振回路やインピーダンス補正回路は様々な構成のものを採用できる。また、前記実施例に示した接続用外部電極や補正回路基板の材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。さらに、無線ＩＣチップを補正回路基板に実装するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。

本発明に係る無線ＩＣデバイスの一実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。無線ＩＣチップを示す斜視図である。インピーダンス補正回路の第１例を示す等価回路図である。インピーダンス補正回路の第２例を示す等価回路図である。補正回路基板を示す分解斜視図である。補助的なインピーダンス補正回路を設けた第３例を示す等価回路図である。補助的なインピーダンス補正回路を設けた第４例を示す等価回路図である。補助的にインピーダンスを補正する形態を示す説明図である。

符号の説明

５…無線ＩＣチップ
６ａ，６ｂ…入出力端子電極
１０…補正回路基板
１９ａ，１９ｂ…接続用外部電極
２１ａ，２１ｂ…放射板
２２ａ，２２ｂ…実装用電極部
Ｌ１〜Ｌ４…インダクタンス素子
Ｃ１，Ｃ２…容量結合
Ｃ３…キャパシタンス素子

Claims

入出力端子電極を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
実装用電極部を備えた放射板と、
インダクタンス素子を含む第１のインピーダンス補正回路を設けた補正回路基板と、
を備え、
前記第１のインピーダンス補正回路が前記無線ＩＣチップの入出力端子電極と電気的に導通状態で接続されているとともに、前記補正回路基板に設けた接続用電極と電気的に導通状態で接続されており、
前記接続用電極と前記放射板の実装用電極部とが電磁界結合していること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
前記無線ＩＣチップの入出力端子電極、前記補正回路基板に設けた接続用電極及び前記放射板の実装用電極部が平面透視で重なる部分を有することを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
前記補正回路基板に共振回路を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
前記補正回路基板に整合回路を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
前記第１のインピーダンス補正回路と前記放射板とは容量結合し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。
前記補正回路基板に設けた接続用電極と前記放射板の実装用電極部とが容量結合していることを特徴とする請求項５に記載の無線ＩＣデバイス。
前記第１のインピーダンス補正回路は複数の共振回路を含んでいることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
前記放射板に第２のインピーダンス補正回路が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
前記補正回路基板は多層基板で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。