JP5835336B2 - Ｒｆｉｄタグ及び自動認識システム - Google Patents

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Description

本発明は、汎用のリーダやリーダライタと共に用いて非接触で情報の送受信を行うことができるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ及びこれを用いた自動認識システムに関する。
製品の情報や識別、管理、偽造防止の目的で、商品、包装、カード、書類等にはＩＣチップを搭載した非接触式ＲＦＩＤタグ（以下、単に「ＲＦＩＤタグ」という。）が多数利用されている。ＩＣチップには商品の名称、価格等の情報が書き込まれており、管理、販売、使用する際には、リーダやリーダライタ（以下、リーダとリーダライタを合わせて「リーダ等」ということがある。）によって、これらのＩＣチップの情報を無線で読み取り、利用できる。製造日や製造所、残金等の情報を、後でリーダライタによって書き込むことができるものもある。このようにしてＲＦＩＤタグは商品管理の利便性向上や安全性の向上、また人為的ミスをなくす等大きなメリットをもたらしている。
ＲＦＩＤタグは、商品に取り付けたりカードに内蔵したりするという性格上、小型薄型化の要求も強い。特に、従来はロット番号を刻印・記入して管理したりあるいは管理そのものができていなかったものへの利用として近年着目されている。具体的には眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体等（以下、このような複雑な形状を有したり、サイズが縦：数ｃｍ×横：数ｃｍ×高さ：数ｃｍ（数ｃｍとは、２〜３ｃｍを表す。以下、同様。）程度以下の小さい物品を「小型多品種品」という。）の管理であり、商品（サンプル）の製造所、作業者、製造日、使用材料、寸法、特性、在庫数管理等に役立ち、管理作業者の手間を減らしてかつミスを防ぐことができる。これらのような利便性のある管理システム実現のためには、ＲＦＩＤタグの小型化・薄型化が必要不可欠となる。
比較的小型で薄型のＲＦＩＤタグとしては、図１に示すように、フィルム基材１上にアンテナ２０を形成し、ＩＣチップ３０を搭載したＲＦＩＤタグ８０が開示されている（特許文献１、２）。また、より小型のＲＦＩＤとして、基板上にアンテナパターンとＩＣチップを取り付けた後、封止してパッケージ化したもの（特許文献３）や、より薄く平坦にするために、基板を設けずに、独立したアンテナパターン上にＩＣチップを取付けた後、封止してパッケージ化したもの（特許文献４）が開示されている。さらに、図２に示すように、ＩＣチップサイズまで小型化したＲＦＩＤタグとして、ＩＣチップ３０上に直接アンテナ２０を形成したもの（オンチップアンテナ）が開示されている（特許文献５、６）。
特開２００６−２２１２１１号公報 特開２０１１−１０３０６０号公報 特開２０１０−１５２４４９号公報 特開２００１−０５２１３７号公報 国際公開第２００５／０２４９４９号 特開２００７−１８９４９９号公報
特許文献１、２のＲＦＩＤタグは、比較的小型で薄型であり、汎用のリーダ等でも２００ｍｍ以上の通信距離を有する。しかし、フィルム基材に設けるアンテナとして、縦または横が、数ｃｍ程度の大きさが必要なため、ＲＦＩＤタグを取付ける対象が、上述した小型多品種品である場合には対応できず、対象となる製品や取付けについての制約が大きい。
特許文献３、４のＲＦＩＤタグは、数ｍｍ角（縦：数ｍｍ×横：数ｍｍを表す。また、数ｍｍとは、２〜３ｍｍを表す、以下、同様。）程度と小型であり、小型多品種品にも対応できる。しかし、引用文献３のＲＦＩＤタグは、アンテナを多層に設けるため、アンテナを設ける基材も多層構造が必要となり、コストがかかる上、全体の厚みも増す問題がある。引用文献４のＲＦＩＤタグは、基材で支持されない単体のアンテナを、多数個繋げたリードフレーム状の部材を用いるので、封止後に個々のパッケージに切断すると、アンテナの切断面がパッケージの外部に露出し、環境劣化等による通信特性や信頼性への影響が懸念される。しかも、引用文献３、４のような、数ｍｍ角程度サイズのＲＦＩＤタグは、一般に、通信距離が１〜２ｍｍ以下程度であり、実用的には十分とは言えない。リーダ等の側で対応することで、通信距離を伸ばすことは可能であるが、専用のリーダ等が必要になり、汎用のリーダ等が使えないため、使い勝手が悪い問題がある。
特許文献５、６のＲＦＩＤは、サイズはＩＣチップと同等（数１００μｍ角程度）であり、小型多品種品に十分対応できる。しかし、通信距離が１ｍｍ以下または接触レベルと短く、実際に使用する現場においては、作業の効率や自由度が低い問題がある。一方、通信距離を長くしようとすると、ＩＣチップ自体のサイズを拡大する必要があるため、コスト高になる問題があった。
サイズが１０数ｍｍ角程度以下で、かつ通信距離が、数ｍｍ（２〜３ｍｍ）程度以上であるようなＲＦＩＤタグであれば、小型多品種品を始めとして、適用範囲は大幅に拡大し、また汎用のリーダ等でも対応可能であるため、産業上利用価値が非常に高い。しかしながら、上述したように、サイズが数ｍｍ角オーダー以下のＲＦＩＤは、通信距離が短く、実用上は、使い勝手の悪いものであった。また、適用製品が、半導体パッケージ等の電子部品や射出成形品等の場合、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒されるため、２５０〜３００℃で数秒程度の耐熱性を要するが、このような耐熱性は考慮されていない問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型（１．７〜１３ｍｍ角）であっても、通信距離を確保可能で、耐熱性や耐環境性を有し、しかも従来のオンチップアンテナやパッケージ化したものに比べて、コストを低減可能なＲＦＩＤタグ及びこれを用いた自動認識システムを提供することを目的とする。
本発明は、以下のものに関する。
１． 樹脂製の基材と、この基材上の中央部に配置されたＩＣチップと、このＩＣチップの外周部に配置され、前記ＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成する単層のアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有するＲＦＩＤタグであって、前記アンテナが、コイルアンテナまたはループアンテナであり、前記アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であり、前記ＩＣチップの動作周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚ、または０．８６〜０．９６ＧＨｚであり、前記ＲＦＩＤタグのサイズが、縦１３ｍｍ以下×横１３ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下、または縦４ｍｍ以下×横４ｍｍ以下×高さ０．４ｍｍ以下、または縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下、または縦１．７ｍｍ以下×横１．７ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
２． 項１において、ＩＣチップの動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚであり、アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ０が、０．２〜２ＧＨｚであるか、または、ＩＣチップの動作周波数が１３．５６ＭＨｚであり、前記共振周波数ｆ０が１３．５６〜２９ＭＨｚであるか、または、ＩＣチップの動作周波数が２．４５ＧＨｚであり、前記共振周波数ｆ０が２〜２．４５ＧＨｚであるＲＦＩＤタグ。
３． 項１または２において、間隙を有して隣接するアンテナの構成部分が静電容量を提供し、ＩＣチップとこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量を、前記ＩＣチップ単体の静電容量よりも増加させるＲＦＩＤタグ。
４． 項１から３の何れかにおいて、ＩＣチップが、アンテナの端部と、ワイヤボンディング接続またはフリップチップ接続で、直接接続されているＲＦＩＤタグ。
５． 項１から４の何れかにおいて、アンテナの導線幅／導線間距離が、０．２ｍｍ／０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍであるＲＦＩＤタグ。
６． 項１から５の何れかにおいて、封止材の比誘電率が２．６以上であるＲＦＩＤタグ。
７． 項１から６の何れかにおいて、基材の比誘電率が３．５以上であるＲＦＩＤタグ。
８． 項１から７の何れかにおいて、基材にポリイミドまたはガラスエポキシを用い、かつエポキシと炭素とシリカを主成分とした封止材を用いるＲＦＩＤタグ。
９． 項１から８の何れかにおいて、基材の片面のみにアンテナが形成されており、前記アンテナとＩＣチップとワイヤボンディングのワイヤとを、封止材を用いて一括して封止することで、前記アンテナ、ＩＣチップ、およびワイヤが、前記封止材の表面に露出していないＲＦＩＤタグ。
１０． 項１から９の何れかのＲＦＩＤタグと、リーダまたはリーダライタとを有する自動認識システム。
本発明は、小型（１．７〜１３ｍｍ角）であっても、通信距離を確保可能で、耐熱性や耐環境性を有し、しかも従来のオンチップアンテナやパッケージ化したものに比べて、コストを低減可能なＲＦＩＤタグ及びこれを用いた自動認識システムを提供することができる。
従来のＲＦＩＤタグの概略図である。 従来のＲＦＩＤタグの概略図である。 本実施形態のＲＦＩＤタグのアンテナの形状を示す図である。 本実施形態のＲＦＩＤタグの概略図である。 ＩＣチップを接続したコイルアンテナの電気的等価回路を示す図である。
本発明における基材は、アンテナやＩＣチップを支持するものである。基材としては、樹脂製のものを使用する。樹脂製の基材としては、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒される時に必要な、２５０〜３００℃で数秒程度の耐熱性と機械的強度を有し、熱膨張係数が小さい材料が好適であり、このようなものとして、ガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド等が利用できる。アンテナを低コストでばらつきなく形成するためには、基材の片面に金属箔が貼り合わされた金属箔付き基材を用いて、エッチングによりアンテナを形成することが効果的である。さらにＲＦＩＤタグの薄型化のためには１０〜５０μｍ程度の薄い基材を用いることが有効である。前記条件を満たす基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔が貼り合わされた銅箔付きポリイミド基材（例えば日立化成工業株式会社製 製品名：ＭＣＦ−５０００Ｉ、ポリイミド厚み２５μｍ、銅箔厚み１８μｍ）が利用できる。なお、比誘電率は、紙フェノールが４．６〜７．０程度、ガラスエポキシが４．４〜５．２程度、ポリイミドが３．５程度であり、これらの基材は全て利用できるが、比誘電率が高ければ、インダクタンスが増加するため、アンテナを小型化できる。なお、比誘電率は、紙フェノールやガラスエポキシより小さいが、基材が薄く形成可能で、耐熱性があり、物理的強度が強く、アンテナの形成性も良好な点で、銅箔付きポリイミド基材を用いるのが望ましい。
本発明のアンテナは、リーダ等と電磁結合して電力を受け取り、ＩＣチップに伝えて、ＩＣチップを動作させるものである。アンテナは単層でよく、多層化する必要がないので、基材の片面に金属層として銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成すると、低コストでばらつきなく形成することができる点で望ましい。
図３に示すように、樹脂製の基材１上の中央部にＩＣチップ３０を配置し、このＩＣチップ３０の外周部の基材１の片面にアンテナ２０を配置する。アンテナ２０は、基材１の外周部の長さのとれる領域に配置されるので、アンテナ形状の自由度が拡大し、アンテナ２０のインダクタンスＬとＩＣチップ３０の静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路（以下、「ＬＣ共振回路」ということがある。ここで、Ｌはインダクタンス、Ｃは静電容量を示す。）の共振周波数の調整が容易となる。また、アンテナ２０は、ＩＣチップ３０の外周部に設けられるので、コイルアンテナの場合、コイルの直径が大きくなり、インダクタンスが増加して、通信距離の確保と小型化に有利となる。また、アンテナ２０は、ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないようにする。ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないアンテナの具体例としては、図３（４）のループアンテナＢや図３（５）のコイルアンテナが挙げられ、これにより、ＲＦＩＤタグのサイズが小型でも、ＬＣ回路としてアンテナ２０を容易に設計でき、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、通信距離を確保するのが有利となる。
アンテナの形状の代表的な例を、図３（１）〜（５）に示す。アンテナ２０の形状は、アンテナ２０のインダクタンスとＩＣチップ３０の静電容量とを含めて形成される電気回路（ＬＣ共振回路）の共振周波数が、ＩＣチップ３０の動作周波数またはその付近となるように設計する。アンテナ２０の形状としては、メアンダラインアンテナ（図３（２））、ループアンテナ（図３（１）、（４））、コイルアンテナ（図３（５））、渦アンテナ（図３（３））等のアンテナとして広く用いられているものが利用できる。これらの中でも、ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成するコイルアンテナ（図３（５））やループアンテナＢ（図３（４））は、電気回路をＬＣ共振回路として容易に設計することができ、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、小型化することが可能となる点で望ましく、特にコイルアンテナ（図３（５））が望ましい。アンテナ２０の設計手法については後述する。またコイルアンテナの場合、巻線コイルを接着剤等で搭載することも可能だが、巻線コイルよりもエッチングで作製するコイルの方がインダクタンス等の性能が安定しており、また、導線幅／導線間距離が、０．２ｍｍ／０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ程度の微細な配線を形成することができるため小型化に有利であり、量産性にも優れているため、エッチング製法のほうが産業上有効である。また、このようなアンテナ２０の形状をとり、さらに基材１と封止材１０の比誘電率が寄与することにより、間隙を有して隣接する構成部分を含むアンテナ２０は、隣接する構成部分が容量的に結合し、これらの間に静電容量を提供する。これにより、ＩＣチップ３０とこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量である実効静電容量は、ＩＣチップ３０単体の静電容量よりも著しく増加することになる。ここで、実質的な静電容量とは、ＩＣチップ３０の外周部にアンテナを配置した構成におけるＩＣチップ３０が提供する静電容量である。
また、図３には、ＩＣチップ３０及びワイヤボンディングしたワイヤ４０も図示している。銅箔付きポリイミドの銅箔をエッチングしてアンテナ２０を形成するとき、ＩＣチップ３０を搭載する部分の銅箔も残しておき、ダイパッド（図示しない。）を形成しておくことで、ＩＣチップ３０のワイヤボンディング等の接続の際に剛性を保ち歩留まりが向上する。
ＩＣチップ３０を搭載する部分の銅箔の上にダイボンドフィルム（図示しない。）を配置し、その上にＩＣチップ３０を固定する。ＩＣチップ３０は読み取り専用のものでもよいが、情報を書き込めるもののほうが、作業履歴等を随時書き込めるため好適である。その後、ワイヤボンディングによってＩＣチップ３０とアンテナ２０を直接接続する。図３（５）のコイルアンテナ２０では、２箇所のアンテナ端部が、アンテナ２０を間に挟んで位置するが、この間に位置するアンテナ２０を、ワイヤボンディングのワイヤ４０で跨いで、アンテナ端部とＩＣチップ３０とを直接接続することによって、ジャンパー線を設けたり、多層化してスルーホールを介して接続する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
ほとんど全てのアンテナは配線場所を調整することでフリップチップ接続により、アンテナとＩＣチップとを直接接続することも可能である。両面銅箔基材等を用いて多層配線すれば全てのアンテナにおいてフリップチップ接続ができるが、量産性減少、コスト上昇及び配線が封止後に表面に露出してしまう等の理由から片面銅箔基材を用いることが望ましい。
両面銅箔基材等を用いて多層配線することで、特にコイルアンテナではコイルの直径を小さくすることができるためＲＦＩＤタグの縦および横の寸法を減らし、小型化を実現できる。但し、この場合は、高さの寸法が若干増加する。また、デメリットとしては量産性減少、コスト上昇及び配線が封止後に表面に露出してしまう等があるため、やはり片面銅箔基材を用いて、単層のコイルアンテナを形成することが望ましい。
図４は、封止後のＲＦＩＤタグ８０を示す断面図である。基材１上にてダイパッド９０上に搭載されたＩＣチップ３０、アンテナ２０、ワイヤ４０を、封止材１０を用いて一括して封止することで、それらを保護する。基材１として薄いものを用い、アンテナ２０を基材の片面のみに単層で設けているので、封止後の厚みは、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度にすることができる。封止後、ＩＣチップ３０やアンテナ２０やワイヤ４０等の金属配線部分は全て封入されるため、封止材１０の外部からは、まったく触れられない構造となり、環境劣化の観点からも偽造防止の観点からも安全性・信頼性が向上する。
封止材としては、通常半導体で使用されている封止材を使用することができ、比誘電率は２．６〜４．５程度である。ＲＤＩＤタグ自体の性能を高めるためには、封止材の比誘電率は低いほうが好ましいが、比誘電率が高ければインダクタンスが増加するためアンテナを小型化することができる。
このようにして作製されたＲＦＩＤタグは、基材が耐熱性１８０℃以上、封止材が耐熱性１５０℃以上であり、ワイヤボンディングを使用しているため、従来のＰＥＴ等にアンテナを形成しているＲＦＩＤタグに比べて耐熱性が高く、高温でも正常に動作する。このため、適用製品が、半導体パッケージ等の電子部品や射出成形品等の場合、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒されるので、２５０〜３００℃で数秒程度の耐熱性を要するが、このような用途にも対応可能である。
以下、アンテナの設計手法について説明する。アンテナの設計は、アンテナ線の形状、線の太さ、線の長さ、等によって決まる共振周波数を指標とする。この共振周波数を、使用するＩＣチップの動作周波数に近づけることによって、リーダライタからの電力をアンテナが受け取り、ＩＣチップに伝えて、ＩＣチップが動作する。
共振周波数をアンテナの図面から解析的に導出することは一般的に難しい。実際にはアンテナを試作して実験的に測定する方法が採られることが多い。しかし、本発明のＲＦＩＤタグは小型なので、アンテナの試作を手作業で正確に行うことは不可能であり、一方でエッチングマスク作製からエッチングまで行ってアンテナを作製するのは時間もコストもかかってしまう。このため、本発明では、電磁界シミュレータ（アンシス・ジャパン株式会社製シミュレータソフト 製品名：ＨＦＳＳ）を用いてアンテナ設計を行なうが、これにより、時間およびコストを削減することができる。電磁界シミュレータに、アンテナの形状、材質、およびＩＣチップの静電容量等を入力することにより、シミュレーション結果から共振周波数を得る。そして、電磁界シミュレータにより求められる、アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であるように、アンテナを設計する。なお、この場合の共振周波数とは、アンテナの両端にＩＣチップを接続した場合の電気的閉回路のインピーダンスの虚数部がゼロとなる周波数のことである。
設計の原理を理解しやすいのはコイルアンテナの両端にＩＣチップを接続した場合の電気的閉回路を考えることであり、単純なＬＣ共振回路と見立てることができる。図３（５）のコイルアンテナの電気的等価回路を、図５に示す。この場合の共振周波数ｆ０は、コイルアンテナの等価回路であるコイル５０のインダクタンスＬ、ＩＣチップ３０の等価回路であるコンデンサ６０の静電容量Ｃを用いて、次式で表される。
［式］ （２πｆ０）２＝１／（Ｌ・Ｃ）
Ｃは使用するＩＣチップ３０の選定によって変えられ、Ｌはコイルアンテナの形状（特にコイルアンテナの直径と巻数）によって調整することができ、その結果、目的の共振周波数ｆ０を実現することができる。特にＬの調整は有効で、コイルアンテナの直径を大きくしたり、巻数を増やすことでＬが増加し、その結果ｆ０は減少する。
上記式において、ＩＣチップ３０の静電容量Ｃとしては、ＩＣチップ３０の外周部にアンテナ２０（コイル５０）を配置した構成における実効静電容量が適用される。本実施の形態では、間隙を有して隣接するアンテナ２０の構成部分の間に容量成分が生じ、さらに基材１と封止材１０の比誘電率が寄与することにより、これらの間に静電容量を提供する。これにより、ＩＣチップ３０とこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量である実効静電容量は、ＩＣチップ３０単体の静電容量よりも著しく増加している。したがって、上記式から明らかなように、所望の共振周波数ｆ０は、より小さなインダクタンスＬによって実現できるようになる。このことによって、直径と巻数を低減するなどしてコイルの寸法を小型化し、ひいてはＲＦＩＤタグ全体を小型化することが可能になる。
ＲＦＩＤタグ（ＩＣチップ）の共振周波数（動作周波数）は、電波法上特に商業的に利用価値が高い１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの範囲とすることが好ましい。ＵＨＦ帯（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｎｄ）の動作周波数０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近のＲＦＩＤの場合、電波の波長は３０ｃｍ程度であるが、一方で、ＵＨＦ帯用のＩＣチップの大きさは、通常０．６ｍｍ角以下であるため、オンチップアンテナ方式では、ＩＣチップが正常に動作するようなアンテナを、ＩＣチップ上に形成することは困難である。また、数ｍｍ角程度サイズのＲＦＩＤタグにおいても、従来の設計手法を用いたアンテナでは、数ｍｍ程度の通信距離しか得られなかった。しかし、上記の電磁界シミュレータを用いた設計手法による本発明のＲＦＩＤタグによれば、従来の数ｃｍ角のアンテナを用いずとも、数ｍｍ角の単層のアンテナでも、ＲＦＩＤタグが動作するための通信距離を大幅に拡大できるという優れた特長がある。また、大きさが数ｍｍ角で、導線幅／導線間幅が数１０μｍ〜数１００μｍのアンテナでよいため、銅箔等の金属層をエッチングすること等により容易に形成できる。さらに、単層のアンテナでよいため、多層化する必要がないので、基材の片面に金属層として銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成することができる。このため、低コストの汎用の材料を用い、汎用のプロセスで形成することができる。
本発明のＲＦＩＤタグは、半導体装置内等に埋め込んで使用することができる。また、両面テープ等でラベルのように商品やサンプルに貼り付けて管理等に利用することができ、商品を販売する際等に容易に取り外すことも可能である。さらに、本発明のＲＦＩＤタグと、リーダ等とを組み合わせることにより、眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体等のような小型多品種品であっても、通信距離が長く、作業性のよい自動認識システムを構成することができる。この場合、本発明のＲＦＩＤタグであれば、通信距離が長いので、汎用のリーダ等と組み合わせて自動認識システムを構成することも可能である。
（実施例１）
樹脂基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材（日立化成工業株式会社製 ＭＣＦ−５０００Ｉ、ポリイミド厚み２５μｍ、銅箔厚み１８μｍ）を準備した。この銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、４ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。また、同時にＩＣチップを搭載するダイパッド（図示しない。）を形成した。
次に、ＩＣチップとして、大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量が０．７７ｐＦ、動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近のものを用いた。このＩＣチップを、ダイパッド上に、ダイボンディング材を用いて搭載し、ワイヤボンディングにより、アンテナとＩＣチップとを直接接続した。次に、基材の片面上のアンテナとＩＣチップ、ワイヤボンディングのワイヤを含めて、封止材で封止した。最後に、必要なサイズにダイシング加工し、ＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例２）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（４）に示すようなループアンテナＢを、４ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例１）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（２）に示すようなメアンダラインアンテナを、４ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例２）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（１）に示すようなループアンテナＡを、４ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例３）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（３）に示すような渦アンテナを、４ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例３）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例４）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（４）に示すようなループアンテナＢを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例４）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（２）に示すようなメアンダラインアンテナを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例５）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（１）に示すようなループアンテナＡを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（比較例６）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（３）に示すような渦アンテナを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例５）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、１．７ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍで形成した。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例６）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、９ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍで形成した。また、ＩＣチップとして、大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量が１７ｐＦ、動作周波数が１３．５６ＧＨｚ付近のものを用いた。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例７）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、１３ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍで形成した。それ以外は、実施例６と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例８）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．２ｍｍ／０．２ｍｍで形成した。また、ＩＣチップとして、大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量が０．７ｐＦ、動作周波数が２．４５ＧＨｚ付近のものを用いた。それ以外は、実施例１と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
（実施例９）
銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３（５）に示すようなコイルアンテナを、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍで形成した。それ以外は、実施例８と同様にしてＲＦＩＤタグを作製した。
以下、読取り評価の方法と実験結果について説明する。リーダライタはＬＳ産電株式会社製 製品名：ＵＩ−９０６１（出力１Ｗ）を用いた。リーダライタの読取り部を中心として、周囲２５ｃｍ四方に障害物がない状態で、ＲＦＩＤタグ８０の読取り評価を行った。リーダライタでＲＦＩＤを読取れる時の、リーダライタ読取り部からＲＦＩＤタグ８０までの最大距離を測定した。
実施例１〜５及び比較例１〜６についての、シミュレーション結果および読み取り評価の結果を、表１に示す。使用したＩＣチップの大きさは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量は０．７７ｐＦ、動作周波数は０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近である。 この表１から、ＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成する、コイルアンテナ及びループアンテナＢでは、電磁界シミュレータによる共振周波数が、０．２〜２ＧＨｚであり、概ね、他のアンテナに比べて、ＩＣチップの動作周波数０．９ＧＨｚ程度に近い。また、読み取り距離も、電気的閉回路を形成しない、メアンダラインアンテナ、ループアンテナＡ、渦アンテナに比べて、読取り良好な結果となっている。また、電磁界シミュレータによる共振周波数が、０．５〜１．５ＧＨｚとなった、実施例１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ｂ、４ｃ、５ｂでは、５ｍｍ以上の通信距離が得られた。特に、ＩＣチップの動作周波数０．９ＧＨｚ程度に近い、共振周波数１〜１．１ＧＨｚとなった、実施例１ａ、２ｂ、３ｂでは、２０ｍｍを超える通信距離が得られた。
Figure 0005835336
 ※ 表１中の「読取り距離」欄の「×」は、ＲＦＩＤタグをリーダライタに接触させても、読取りできなかったことを表す。
エッチングによってアンテナを形成するにあたり、導線幅および導線間距離は太いほうが歩留まりよく安定して量産することが可能である。そこで、プロセス上の制約から導線幅／導線間距離が決められた場合、１０ｍｍ程度の読み取り距離を確保しつつ、どれだけ小型化できるかを考察した。その結果、導線幅／導線間距離が０．２ｍｍ／０．２ｍｍの場合は、ＲＦＩＤタグのサイズを４ｍｍ角程度まで小さくできることが判明した。また導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合は、ＲＦＩＤタグのサイズを２．５ｍｍ角程度まで小さくできることが判明した。また導線幅／導線間距離が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍの場合はＲＦＩＤタグのサイズを１．７ｍｍ角程度まで小さくできることが判明した。
実施例６及び７のシミュレーション結果および読み取り評価結果を、表２に示す。使用したＩＣチップの大きさは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量１７ｐＦ動作周波数１３．５６ＭＨｚである。電磁界シミュレータによる共振周波数が２９ＭＨｚとなった実施例６では、１２ｍｍの通信距離が得られ、特に、電磁界シミュレータによる共振周波数が１４ＭＨｚとなった実施例７では、１１０ｍｍの通信距離が得られた。また、ＨＦ帯（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｎｄ）の動作周波数１３．５６ＭＨｚにおいては、周波数がＵＨＦ帯よりも低くなるが、コイルアンテナのインダクタンスを大きくすることにより、導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合は、ＲＦＩＤタグのサイズを１３ｍｍ角程度まで小さくできることが判明した。
Figure 0005835336
実施例８及び９のシミュレーション結果および読み取り評価結果を、表３に示す。使用したＩＣチップの大きさは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量０．７ｐＦ、動作周波数２．４５ＧＨｚである。電磁界シミュレータによる共振周波数が２ＧＨｚとなった実施例８及び電磁界シミュレータによる共振周波数が２．１ＧＨｚとなった実施例９では、４ｍｍの通信距離が得られた。また、導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合はＲＦＩＤタグのサイズを１．７ｍｍ角程度まで小さくできることが判明した。
Figure 0005835336
本発明のＲＦＩＤタグは、商品、包装、カード、書類、眼鏡、時計（特に腕時計等小型のもの）、半導体、医療用途（患者から採取したサンプル等）等の製品の管理、識別、情報提示、情報記録、偽造防止の目的として使用することができる。
１ 基材
１０ 封止材
２０ アンテナ
３０ ＩＣチップ
４０ ワイヤボンディングのワイヤ
５０ コイル（アンテナ）
６０ コンデンサ（ＩＣチップ）
７０ シミュレーション時に入力するポート
８０ ＲＦＩＤタグ
９０ ダイパッド

Claims (10)

  1. 樹脂製の基材と、この基材上の中央部に配置されたＩＣチップと、このＩＣチップの外周部に配置され、前記ＩＣチップと電気的に接続されて電気的閉回路を形成する単層のアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有するＲＦＩＤタグであって、
    前記アンテナが、前記ＩＣチップの外周部の基材上に凸状に配置され、間隙を有して隣接する構成成分を含む単層のコイルアンテナまたはループアンテナであり、前記アンテナの間隙には前記封止材が配置されており、
    前記アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であり、
    前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分の間に容量成分が生じ、さらに前記アンテナの間隙に配置された前記封止材の比誘電率が寄与することにより、前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分が静電容量を提供し、ＩＣチップとこのＩＣチップに電気的に接続された前記ＩＣチップの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量を、前記ＩＣチップ単体の静電容量よりも増加させ、
    前記ＩＣチップの動作周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚ、または０．８６〜０．９６ＧＨｚであり、
    前記ＲＦＩＤタグのサイズが、縦４ｍｍ以下×横４ｍｍ以下×高さ０．４ｍｍ以下、または縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下、または縦１．７ｍｍ以下×横１．７ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
  2. 請求項１において、
    ＩＣチップの動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚであり、アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ０が、０．２〜２ＧＨｚであるか、
    または、ＩＣチップの動作周波数が１３．５６ＭＨｚであり、前記電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ０が１３．５６〜２９ＭＨｚであるか、
    または、ＩＣチップの動作周波数が２．４５ＧＨｚであり、前記電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ０が２〜２．４５ＧＨｚであるＲＦＩＤタグ。
  3. 請求項１または２において、
    アンテナが樹脂製の基材に貼り合わされた金属箔をエッチングすることにより、間隙を有して隣接する構成成分を含むように形成され、前記アンテナの間隙に封止材が配置されるＲＦＩＤタグ。
  4. 請求項１から３の何れかにおいて、アンテナがこのアンテナを間に挟んで位置する２箇所のアンテナ端部を有し、このアンテナ端部の間に位置するアンテナを前記ワイヤボンディングのワイヤで跨いで、ＩＣチップが、前記アンテナの端部と、ワイヤボンディング接続で、直接接続されているＲＦＩＤタグ。
  5. 請求項１から４の何れかにおいて、アンテナの導線幅／導線間距離が、０．２ｍｍ／０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍであるＲＦＩＤタグ。
  6. 請求項１から５の何れかにおいて、封止材の比誘電率が２．６以上であるＲＦＩＤタグ。
  7. 請求項１から６の何れかにおいて、基材の比誘電率が３．５以上であるＲＦＩＤタグ。
  8. 請求項１から７の何れかにおいて、基材にポリイミドまたはガラスエポキシを用い、かつエポキシと炭素とシリカを主成分とした封止材を用いるＲＦＩＤタグ。
  9. 請求項１から８の何れかにおいて、基材の片面のみにアンテナが形成されており、前記アンテナとＩＣチップとワイヤボンディングのワイヤとを、封止材を用いて一括して封止することで、前記アンテナ、ＩＣチップ、およびワイヤが、前記封止材の表面に露出していないＲＦＩＤタグ。
  10. 請求項１から９の何れかのＲＦＩＤタグと、リーダまたはリーダライタとを有する自動認識システム。
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