JP5927337B2 - Small IC tag with laminated coil antenna and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ及びその製法に係り、特に、マイクロ帯やUHF帯の交信周波数において半波長アンテナを用いたRFIDタグでは対応できない、小型化の要求される金属対応のRFIDタグ利用分野に用いるのに適したRFIDタグに関するものである。 The present invention relates to a small IC tag having a laminated coil antenna and a method of manufacturing the same, and particularly to a metal that requires a reduction in size that cannot be handled by an RFID tag using a half-wave antenna at a communication frequency in a micro band or a UHF band. The present invention relates to an RFID tag suitable for use in the field of using RFID tags.
ICタグの小型化のために、ICチップに電力を供給する内蔵アンテナの感度を高いまま、如何に寸法を小さくするかが課題となる。波長が十分に小さいサブミリ波やミリ波を使うことも選択岐であるが波長に依存しない集中定数のコイルやコンデンサー部品による小型の電磁波共振器を用いて小型化を図ることも行われている。 In order to reduce the size of an IC tag, there is a problem of how to reduce the size while maintaining the sensitivity of the built-in antenna that supplies power to the IC chip. The use of submillimeter waves and millimeter waves with sufficiently small wavelengths is also a variety of choices, but miniaturization is also attempted by using small electromagnetic resonators with lumped constant coils and capacitor parts that do not depend on the wavelength.
特許文献1では、ICチップに接続された微小ループアンテナを含むRFIDタグ本体と、絶縁層を介して前記ICチップを覆うアームとを備え、前記アームを、微小ループアンテナのループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びてICチップを覆うように構成した、金属対応のRFIDタグが開示されている。 In Patent Document 1, an RFID tag main body including a micro loop antenna connected to an IC chip and an arm that covers the IC chip via an insulating layer are provided, and the arm is formed into a substantially half turn of a loop of the micro loop antenna. A metal-compatible RFID tag configured to extend in the winding direction of the loop by a corresponding length and cover the IC chip is disclosed.
一方、特許文献2には、非接触ICカード用のカードケースにアンテナを内蔵し、カード内のアンテナとの電磁結合により通信電波の補強を行い、ブースターとして機能させることにより、通信距離等を伸長させたカードケースが開示されている。特許文献2には、ブースター用通信アンテナは、非接触式ICカードの通信アンテナよりも、より大きいアンテナコイル開口面積か、又はより大きいアンテナコイル巻数か、又はより大きいアンテナ搭載領域サイズに設定されて搭載されている、と記載されている。また、ブースターアンテナは、コイル状アンテナあるいはリニアー状アンテナの何れでも良いと記載されている。
On the other hand, in
さらに、特許文献3には、Qコイル及びキャパシタによって構成され、RFIDタグとRFIDリーダライタとの間に配置されるブースターアンテナが開示されている。このQコイルは、導体を同じ半径で軸方向に展開するように、螺旋状に複数回巻いて形成されている。 Further, Patent Document 3 discloses a booster antenna that is configured by a Q coil and a capacitor and is disposed between an RFID tag and an RFID reader / writer. This Q coil is formed by winding a conductor a plurality of times so as to expand the conductor in the axial direction with the same radius.
また、特許文献4には、表裏にアンテナパターンが形成されたアンテナ用基板を積層し、各アンテナコイルパターンが隣り合うパターンと接続するように積層基板間をスルーホールなどで電気的に直列につなぎ、閉じた1個のコイルを形成した、RFIDタグが開示されている。
In
空気中での半波長が15〜16cmのUHFやマイクロ波帯のICタグには、大きく分類すると、次の2種類がある。 There are the following two types of UHF and microwave band IC tags whose half-wavelength in air is 15 to 16 cm.
(1)波長依存性が顕著な半波長共振ダイポール基調のアンテナを内蔵する普通サイズのICタグ,(1辺は10cm程度)
(2)波長依存性がないコイルやコンデンサーの接続による共振回路を内蔵した超小型サイズのICタグ,(1辺は数mm程度、例えば2.5mm),LC共振
上記(1)のICタグは5m〜7m程度の飛距離(通信距離)でも所定の受信感度を実現できるのに対し、同条件の検出電波出力で、上記(2)のICタグは数mmの飛距離の受信感度しか得られない。これは、超小型化を最優先した結果である。(1) IC tag of normal size with a built-in half-wavelength resonant dipole antenna with remarkable wavelength dependence (one side is about 10cm)
(2) Ultra-small size IC tag with built-in resonance circuit by connecting a coil or capacitor that has no wavelength dependence (one side is about several mm, for example 2.5 mm), LC resonance The IC tag of (1) above is While predetermined reception sensitivity can be achieved even at a flight distance (communication distance) of about 5m to 7m, with the detection radio wave output under the same conditions, the IC tag of (2) above can only receive reception sensitivity with a flight distance of several mm. Absent. This is the result of giving the highest priority to miniaturization.
市場のニーズとして、金属対応の小型のICタグとして、超小型タグの数倍の大きさ(数mm角のオーダー、例えば1辺が5mm乃至8mm、以下、「小型のICタグ」)を許容できる環境下で、少なくとも数10cm程度の飛距離の交信感度が得られる小型のICタグの実現が必要とされている。 As market needs, metal-compatible small IC tags can be several times as large as ultra-small tags (in the order of several mm square, for example, one side is 5 mm to 8 mm, hereinafter referred to as “small IC tag”). There is a need to realize a small IC tag capable of obtaining a communication sensitivity of a flight distance of at least several tens of centimeters under the environment.
このような小型のICタグは、金属製の各種機器のネジ穴や窪地、金属表面や角部等の数mm角のオーダーの狭小な箇所への設置などに適している。例えば、定期点検が必要な水道管のバルブ、マンホールの鉄蓋等の各種の公共的な施設や機器、商品管理の必要な車等のレンタル機器、メンテナンスの必要な医療機器等、種々の分野に小型ICタグの用途が考えられる。このような小型ICタグであれば、このICタグを取り付ける相手機器・施設などの設置環境が金属面あるいは非金属面の如何を問わず、そのまま設置できる。そのため、これら相手機器・施設への加工が少なくて良く、環境や外観に配慮した設置場所の選定の自由度も増大する。 Such a small IC tag is suitable for installation in a narrow place on the order of several mm square such as screw holes and depressions of various metal devices, metal surfaces and corners. For example, in various fields such as water pipe valves that require periodic inspections, various public facilities and equipment such as manhole iron covers, rental equipment such as cars that require product management, and medical equipment that requires maintenance. Possible uses for small IC tags. With such a small IC tag, it can be installed as it is regardless of whether the installation environment of the counterpart device / facility to which the IC tag is attached is a metal surface or a non-metal surface. For this reason, it is possible to reduce the processing of these counterpart devices and facilities, and the degree of freedom in selecting an installation location in consideration of the environment and appearance is increased.
特許文献1の発明は、飛距離の点で、上記(2)に相当するものであり、小型ではあるが通信距離が短い。 The invention of Patent Document 1 corresponds to the above (2) in terms of flight distance, and is small but has a short communication distance.
通信距離改善のために上記(1)の波長依存性があって保護金属板を兼用するアンテナ共振器を採用したとしても、波長(例えば30〜32cm)の数十分の一の、数mm角のオーダーまで小型化すると感度が著しく低下し、実用的ではなくなる。従って、上記(1)の方式でも、小型化するには限界がある。 Even if the antenna resonator having the wavelength dependency (1) and also serving as a protective metal plate is adopted for improving the communication distance, a few millimeters of a wavelength (for example, 30 to 32 cm) If the size is reduced to the order of 10 mm, the sensitivity is remarkably lowered and it becomes impractical. Therefore, there is a limit to downsizing even the method (1).
一方、特許文献2、特許文献3に記載されたようなブースターにより、ICタグの通信距離を延長させることが知られている。
On the other hand, it is known to extend the communication distance of an IC tag by a booster as described in
しかし、特許文献2、3に記載されたRFIDタグは、いずれも金属対応ではない。すなわち、これらのRFIDタグは、取り付け面に対してアンテナコイル開口面を平行に置く構造のため、設置環境が金属面であると、タグのアンテナが設置される金属面に絶縁層があっても電磁的に接触して短絡するか、内蔵アンテナ全体が金属面に容量結合し、金属面内部に平行に投影するイメージのアンテナに全て逆向きの高周波電流が流れる。そのため、RFIDタグの内部のアンテナとイメージのアンテナの電磁誘導が互いに打ち消しあい、外部に電磁波放射をし難くしてしまうために、十分な感度が得られない。さらに、これらのRFIDタグは、人が所持するHF帯電波(13.56MHz)のICカードを前提にし、その感度増強のために工夫がなされたものである。数mm角程度の小型の寸法のHF帯用ブースターアンテナを使用すると仮定した場合、HF帯ブースターコイルの巻数が百回巻きを超えるなど、数mm角のオーダーにおいてRFIDタグを小型化することはできない。しかも、使用設置環境が金属面であると、ブースターのコイルが螺旋状に複数回巻かれたものでは、ブースターのコイル状アンテナの外周が金属取り付け面に接触するか又は接近することにより、金属面と巻き線が高周波的に短絡し、コイルのインダクタンス値Lが変化、例えば減少する。同様に、コイルの浮遊容量Cも変化、例えば増加する。このため、共振条件が失われ、ICタグの交信感度が急激に劣化するという課題がある。
However, none of the RFID tags described in
特許文献4に記載されたRFIDタグは、多層構造のアンテナパターンがICチップに直列に接続されている。設置環境によっては、例えば、道路上設備のICタグ組み込み付きマンホール蓋などでは、車輪や土砂の衝撃など外部から、多層基板にスルーホールを切断するような応力や衝撃が加わることも有りうる。このような場合、特許文献4のRFIDタグでは、各基板のアンテナコイルが独立に歪み、アンテナパターンが層間切断される可能性がある。しかも、金属対応とは言い難く、ブースターコイルに相当するものも無いので、使用設置環境が金属面であると、通信距離は数mm程度以下と考えられる。
In the RFID tag described in
本発明の目的は、設置環境に左右されずに安定して、少なくとも数10cm程度の飛距離の交信感度が得られる、小型のICタグを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small IC tag which can stably obtain a communication sensitivity of a flight distance of at least about several tens of centimeters regardless of the installation environment.
本発明の代表的な構成によれば、積層コイルアンテナを備えた小型ICタグは、超小型ICタグと、少なくとも1つの積層コイルとを備え、前記超小型ICタグは、共振回路を構成する帯状のコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたICチップとを有しており、前記積層コイルは、同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、前記超小型ICタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、前記渦巻き状の積層コイルのアンテナ面と前記超小型ICタグのアンテナ面とが平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ICタグと前記積層コイルとが一体化されており、前記積層コイルの外側が、絶縁性の部材で被覆されていることを特徴とする。 According to a typical configuration of the present invention, a small IC tag including a multilayer coil antenna includes a micro IC tag and at least one multilayer coil, and the micro IC tag is a belt-shaped band constituting a resonance circuit. A coil antenna, and an IC chip connected to the coil antenna, and the laminated coil is a spiral coil wound a plurality of times around an axis on the same plane, and The open start coil and the end of winding end of the laminated coil are not connected to each other, and the micro IC tag and the laminated coil are electrically disconnected and electromagnetically connected. It is configured so as to bond the antenna surface of the spiral can form the laminated coil as the antenna surface of the ultra-small IC tag is parallel to or overlap, the laminated co and the micro IC tag And the outer side of the laminated coil is covered with an insulating member.
本発明によれば、少なくとも数10cm程度の飛距離の交信感度が得られる小型のICタグを実現できる。設置環境が例えば金属面であっても、高い感度を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a small IC tag that can obtain a communication sensitivity of a flight distance of at least about several tens of centimeters. Even if the installation environment is, for example, a metal surface, high sensitivity can be realized.
本発明の代表的な実施形態によれば、小型ICタグは、渦巻状に複数回巻きされた積層コイルのアンテナ面に、この積層コイルのアンテナ面と超小型ICタグのアンテナ面とが平行になるように配置する。必要に応じて、それらの外側を電気的に絶縁性の樹脂で被覆する。 According to a typical embodiment of the present invention, a small IC tag has an antenna surface of a laminated coil wound a plurality of times in a spiral shape, and the antenna surface of the laminated coil and the antenna surface of the micro IC tag are parallel to each other. Arrange so that If necessary, the outside is covered with an electrically insulating resin.
積層コイルは、同一平面上で渦巻状に複数回巻きされ、積層コイルの始点と終点を接続しない構造となっている。すなわち、積層コイルを、始点と終点を結線しないで渦巻状に巻き込んで、渦巻状の積層コイルの外側がその内側を保護する構造としている。 The laminated coil is wound a plurality of times in a spiral on the same plane, and has a structure in which the start point and the end point of the laminated coil are not connected. That is, the laminated coil is wound in a spiral shape without connecting the start point and the end point, and the outside of the spiral laminated coil protects the inside.
この構成によれば、渦巻状の積層コイルの最外周部がそれより内側のコイル層をシールドし、超小型ICタグが物体に取り付けられたときでも、取り付け面等の物体と共振を妨げるように働く浮遊容量結合などの電磁誘導干渉を極力軽減させる。これにより共振周条件を安定化させることができる。そのため、設置環境の如何に関わらず、安定した高い感度の小型ICタグを実現できる。 According to this configuration, the outermost peripheral portion of the spiral laminated coil shields the coil layer on the inner side, and even when the micro IC tag is attached to the object, it prevents resonance with the object such as the attachment surface. Reduce electromagnetic interference such as stray capacitive coupling as much as possible. As a result, the resonance circumferential condition can be stabilized. Therefore, a stable and highly sensitive small IC tag can be realized regardless of the installation environment.
以下、本発明の第1の実施形態に係る小型ICタグについて説明する。図1は、本実施形態に係る小型ICタグ10を、金属物300上に設置した例を示している。小型ICタグ10は、超小型ICタグ100が渦巻き状の積層コイル200のアンテナ面に一体に取り付けられた、LC共振タイプのタグであり、外側が電気的に絶縁性の樹脂240で被覆され、一体化されている。
Hereinafter, the small IC tag according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example in which the
小型ICタグ10は、外形が、長さTL,幅TW,高さTHの、略直方体状である。小型ICタグの側面(長さTL・高さTHで構成される面)に対応する積層コイル200の側面が、小型ICタグのアンテナ面210となる。つまり、小型ICタグ10の側面はアンテナ面210となる。
The
小型ICタグ10は積層コイルが巻かれるコア材を有し、小型ICタグの外周面に沿った積層コイルが巻かれる面を、コア材のコイル面と定義する。また、小型ICタグは、その外周面(幅TWで、高さTH・長さTL方向に沿って一周する面)の中の1つの面12が、金属物300等への設置面となる。この設置面12を小型ICタグの「底辺」と定義する。
The
積層コイル200は、電気的導体が、同一平面上で、すなわち、小型ICタグ10の側面に直角な軸を中心とする同一平面上で、渦巻き(VORTEX)状に複数回巻きされている。超小型タグ100と積層コイル200とは電気的には非接続であり、電磁気的には結合するように構成されている。なお、ここでの「積層」は、上記軸を中心として、その周囲に「積層」されたものを指す。
In the
図2Aに、図1の超小型ICタグ100の平面図を示し、図2Bに側面図を示す。超小型ICタグ100は、平板状の基板の表面側に設けられたICタグ本体部101と、基板の裏面に形成されたICタグ絶縁基板104とを有している。ICタグ本体部101は平面形状が略正方形であり、その中央に固定されたICチップ110と、このICチップ110の周囲に、渦巻き状に複数回巻かれた同一面上の面状のプリント配線などによるコイルアンテナ102、及び、保護材等で構成されている。コイルアンテ102はその内端と外端をワイヤーボンディング等でICチップ110に接続されている。
FIG. 2A shows a plan view of the
図3で、第1の実施形態になる小型ICタグ10の製法の一例を説明する。積層コイル200は、直方体状のコア材(芯材)220を有し、このコア材の側面すなわちアンテナ面には、超小型ICタグ100が接着される。コア材220のコイル面の外周には、帯状のコイル230が複数回だけ巻かれる(積層される)。すなわち、渦巻状の積層コイル200は、導電材料からなり絶縁被覆済の帯状のコイル230が、コア材(絶縁層)220を挟んで同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされて形成される。帯状のコイル230は、コイルの巻き始めと終わりは接続しない開いたコイルである。
An example of the manufacturing method of the
コア材220は、磁気損失角(magnetic loss tangent, tanδ0)の小さい材料で構成されている。磁気損失角の小さい材料として、例えば、フッ素樹脂、ナイロン、塩化ビニル、PET、ABS、エポキシ樹脂などの、プラスチック材料が主原料のものが挙げられる。換言すると、コア材220の材料は、UHFなどの高周波帯域で、「損失の少ない」絶縁部材として機能するものであればよい。The
なお、渦巻き(VORTEX)は、通常、同一平面上で、旋回するにつれて中心に近づく(あるいは中心から遠ざかる)曲線として定義される。一例として、極座標で、中心からの距離rがθの滑らかな単調関数(単調増加関数または単調減少関数)として記述され、線間が等間隔となる、アルキメデスの螺旋が挙げられる。 Note that a vortex (VORTEX) is usually defined as a curve that approaches (or moves away from) the center as it turns on the same plane. As an example, an Archimedean spiral is described which is described as a smooth monotone function (monotonically increasing function or monotonically decreasing function) having a distance r from the center in polar coordinates and having an equal interval between lines.
本発明における積層コイル200の渦巻きは、上記単調関数の曲線のみならず、少なくとも一部が直線で形成される渦巻も含む。例えば、複数の直線とそれらを接続する短辺とで構成される、平面形状が矩形の渦巻を含む。図3に示した帯状のコイル230は、コア材(芯材)220を挟んで相対向する辺に沿って複数の平行な線が伸びている。なお、本発明において、「平行」とは、数学的な意味での平行のみならず、実質的な平行を含むものとする。そして、渦巻状に積層されるコイルが形成されるときのコイル内の複数の平行な線は、コア材(芯材)220の中心からの距離が段階的に減少し、角部で接続され、全体として、矩形状の渦巻きとなっている。帯状のコイル230は、その巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とは接続されていない、開放型コイルである。この積層コイル200は、超小型ICタグ100とも電気的には非接続である。
The spiral of the
コア材の側面に形成される、積層コイル200のアンテナ面210のサイズは、これに重なる超小型ICタグ100のアンテナ面のサイズと同じかこれよりも大きいことが好ましい。積層コイル200のアンテナ面210と、コイルアンテナ102で囲まれて出来るアンテナ面とは、対向し平行になるようにして超小型ICタグ100と積層コイル200とが一体的に構成される。(ここで言う平行とは、両アンテナのなす角度が例えば、10度以内など厳密な数学的平行からゆるい平行までを許容するものとする)。帯状のコイル230の外側は、電気的に絶縁性の樹脂240で被覆されて保護層となっている。この保護層の外表面の一部、すなわちアンテナ面210に直角な方向の面が、超小型ICタグを金属部材に設置するための取り付け面12として機能するように構成されている(図1参照)。
The size of the
すなわち、積層コイルの軸O−O(図4参照)に直角な方向の外表面が、小型ICタグ10の金属取り付け面として機能し、超小型ICタグ100のコイル面が金属面に略直角になる。そのため、金属面に分布する定在波など高周波電流I(図1参照)に対して、積層コイル200の最も外側が、絶縁部材が介在していても電磁誘導で結合して、一般的に呼ばれているブースターとして動作することになる。これにより、設置環境に左右されずに安定して、大きな飛距離の交信感度が得られ、かつ、狭小な箇所に設置可能な、小型のICタグを実現することができる。なお、設置環境が非金属面の場合、定在波電流や高周波電流がないので取り付け方が自由になる。この場合、積層コイルの軸に平行な方向の外表面も取り付け面として利用できることは言うまでもない。しかしながら、設置環境が非金属に見えたとしても表面直近の内部に金属物を有することもある。そのため、もし、直方体状の小型ICタグの外観のみからは、その外表面と積層コイルの軸との関係が不明となる場合には、外表面の一部に、金属対応面であることを識別できる表示を行っても良い。
That is, the outer surface in a direction perpendicular to the axis OO (see FIG. 4) of the laminated coil functions as a metal mounting surface of the
このような小型化の用途に適した超小型ICタグ100としては、例えば、外形寸法が、2.5mm×2.5mmのUHF帯の超小型タグ(日立化成(株)(登録商標)IM5−PK2525型タグ)が有る。
As the
なお、旋回するにつれて中心に近づく渦巻き状のコイルではなく、スプリングのような半径rが一定の螺旋コイルでブースターを作り、これを金属面上に設置すると、金属面にはブースターのコイルの一周ごとに金属と電磁結合する部位が出現する。これは、一つ目の電磁結合点と次の結合点が高周波的に短絡することを意味する。すなわち、ブースターのコイルが自由空間におかれたときの共振条件から大きく外れることになる。そのため、金属対応タグとするにはスプリングの周りの縁層寸法を、電磁誘導結合が無視できるほどの大き目の寸法にする必要がある。これは、小型ICタグ10の小型化には不利な特性となる。
If a booster is made of a spiral coil with a constant radius r like a spring, instead of a spiral coil that approaches the center as it turns, and it is installed on a metal surface, the booster coil is placed on the metal surface every round of the booster coil. The part which electromagnetically couples to the metal appears. This means that the first electromagnetic coupling point and the next coupling point are short-circuited in high frequency. In other words, the resonance condition when the booster coil is placed in free space is greatly deviated. Therefore, in order to make a metal-compatible tag, it is necessary to make the dimension of the edge layer around the spring so large that electromagnetic induction coupling can be ignored. This is a disadvantageous characteristic for miniaturization of the
図4は、図3の小型ICタグの製造過程を説明する図である。
まず、積層コイル200は、帯状のコイル230すなわち絶縁被覆済の帯状金属箔が、その使用する周波数帯で共振するように、同一平面上で所定の回数だけ、コア材220の中心の軸O−Oの周りに巻かれている。コア材220は超小型タグ100のサイズに沿ったものであり、このコア材220に対するコイル230の巻き回数(積層回数)は、920MHz帯においてはコイル幅にも依存するが少なくとも2回、望ましくは3乃至4回である。FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the small IC tag of FIG.
First, the
次に、積層コイル200のアンテナ面210を、芯材(コア材)220の端面と一致させ、このアンテナ面が、共通の軸O−O上において超小型タグ100のコイルアンテナ102が囲んで出来るアンテナ面と対向するようにして、両者を接着材などで接着する。この後、必要に応じ積層コイル200及び超小型タグ100外側を絶縁性の樹脂240(図1参照)で被覆して一体化し、積層コイル200とする。
Next, the
このようにして製造された小型ICタグ10において、積層コイル200を1次コイル、超小型タグ100のコイルを2次コイルとそれぞれ見立てると、両コイルは相互誘導による電磁結合関係を形成し、構造上も電磁的にも一体化したICタグ10として動作させることができる。
In the
なお、説明の都合上、図4では超小型タグ100をコア材220の側面に接着しているが、図中の矢印の向きに平行にコア材の内部に入れても良い(図示略)。例えばコア材220を、アンテナ面に沿って左右に2分割した、第1コア材、第2コア材とする。そして、両コア材の対向するアンテナ面の中央部に超小型タグ100を収納する凹部を形成する。第1コア材、第2コア材には各々帯状のコイル230を複数回だけ巻く(積層する)。そして、第1コア材、第2コア材の凹部に超小型タグ100を、各アンテナ面の中心(軸O−O)が一致するようにして配置し、全体を絶縁性の樹脂で被覆することにより一体化して、小型ICタグを形成しても良い。
For convenience of explanation, the
次に、積層コイル200について、図5、図6を参照しながら説明する。
図5は、積層コイルの展開図である。コイル230は、絶縁被覆済の帯状金属箔231と、その下層の接着材などのコイル間絶縁材232からなる平板状の部材である。コイル230は、その使用する周波数帯で渦巻き状に巻いて共振が得られるようにするとき、逆にこれをほどいて伸ばした長さを、巻いて初めて共振する所定の長さPLとしてもよい。すなわち、所定の長さPLを有するコイル230は、その巻き始点233と巻き終点234間の距離が、共振周波数に対応して、決定される。Next, the
FIG. 5 is a development view of the laminated coil. The
共振周波数をfとした時、コイル230は次の式(1)を満たす必要がある。
f=1/2π√(L2C) (1)
但し、L2は主に積層コイルのインダクタンス容量、Cは主に積層コイルのコイル間などに存在する浮遊容量である。When the resonance frequency is f, the
f = 1 / 2π√ (L 2 C) (1)
However, L 2 is primarily inductance capacitance of the laminated coil, C is a stray capacitance existing like primarily between the laminated coil coil.
図6は、コイル230の等価回路を示している。積層コイルのインダクタンス容量L2と積層コイルのコイル間に存在する浮遊容量Cは、電磁気学でよく知られるように直列接続、並列接続の何れの場合でも、コイル230の構造が上記式(1)を満たす。つまり、コイルの等価的LC共振回路には、主に直列型と並列型の2通りあるが、同じ共振条件となるので、積層コイルを、安価に実現しやすい開放型コイルとしている。FIG. 6 shows an equivalent circuit of the
積層コイル200の巻き終点234は、芯材(コア材)220に巻かれたとき、小型ICタグ10の底辺12以外の辺、すなわち金属物300等への設置面以外の面に位置するように構成するのが望ましい。
When wound around the core material (core material) 220, the winding
本実施例の小型ICタグ10によれば、同一平面上で渦巻状に巻かれた積層コイル200のアンテナ面210に超小型タグが取り付けられ、全体を絶縁性の樹脂で被覆することにより、超小型ICタグ100と積層コイル200とを一体化している。
According to the
そのため、例え絶縁被覆がはがれた場合であっても、一体化したICタグ10の底辺12、渦巻状のすなわち、積層コイル200の底部の巻き部分の金属が取り付け相手の金属面300に接触したとしても、積層コイル200の共振周波数fが変化しにくい。これは、同一平面上で渦巻状に巻かれた積層コイル200の最外周部がそれより内側の内部の積層コイルの巻き部分を覆って保護しているためである。すなわち、図1の取り付け状態で示したように、積層コイルの最外周の底部の部分12が金属物300に接触し該部分のL2やCが局部的に変動したとしても、渦巻状に巻かれた積層コイルの内側は最外周のコイルにより電磁気学的に保護されており、内側の共振定数(L2、C)には金属接触の影響が及びにくいため、全体としてのL2とCの値の変動はごく僅かであることによる。Therefore, even if the insulation coating is peeled off, it is assumed that the metal on the bottom 12 of the
同様に、ICタグの設置環境が水中であっても、積層コイル内側の共振定数(L2、C)には影響を与えにくいため、全体としてのL2とCの値の変動はごく僅かであり、高い感度を維持できる。Similarly, the installation environment of the IC tag is a water for hardly affect the laminated coil inside the resonance constant (L2, C), the variation of the values of L 2 and C as a whole is negligible High sensitivity can be maintained.
次に、図7は、第1の実施形態に係る小型ICタグに対して使用されるリーダ/ライタの一例を示す図である。
ICタグ通信用リーダ/ライタ装置400は、本体の表面に設けられた操作部420や表示部430、本体の内部に設けられた電源及び制御回路部(図示略)、及び、本体の内部一体的に設けられたアンテナ(パッチアンテナやマイクロストリップアンテナなど一般的アンテナ)410を備えている。Next, FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reader / writer used for the small IC tag according to the first embodiment.
The IC tag communication reader /
図8は、ICタグ通信用リーダ/ライタ装置400を小型ICタグの通信可能な距離まで接近させた状態である。この状態において、ICタグ通信用リーダ/ライタ装置400の検出部のアンテナ410が小型ICタグの積層コイル200及び超小型タグ100のコイルと電磁結合する。アンテナからの放射電波の、例えば磁束だけを図示すると、放射電波はΦと-Φで1周期となる波長を鎖状に形成して連なる。この連鎖の1つの磁束Φは、積層コイル200をコイルL2、超小型タグ100のコイルアンテ102をコイルL1とし、両コイルL1、L2を相互誘導(M)により電磁結合を行わせ、構造上も電磁的にも一体化したICタグとして動作させる。すなわち、相互誘導により積層コイル200を仮に1次側とすると1次電流が誘導電流I2となり、これに対応する2次側がコイルL1となりこれに対応する2次電流が誘導電流I1となるように超小型ICタグ100のコイルアンテナ102に誘導される。この誘導電流で動作した超小型タグ100は、そのIDなどの識別情報の信号をICタグ通信用リーダ/ライタ装置400のアンテナ410へ返す。その結果は、ICタグ通信用リーダ/ライタ装置の表示部430に表示される。これにより、超小型タグ100単体では3cm前後の感度しかないものを、積層コイル200と組み合わせ、共振を助長させることにより、例えば約10倍の感度を実現することができる。
FIG. 8 shows a state in which the IC tag communication reader /
一例として、発明者は、本実施例の小型ICタグ10は、積層コイル200のコイル230として、絶縁被覆済付きの帯状アルミ金属箔(PL=40mm)を、コア材として、幅3.5mm、長さ3.5mm、高さ2.0mmの直方体状のマグネットゴムラバーに、同一平面上で渦巻状に3〜4回巻いて、外形が、長さTL=5.8mm,幅TW=4.2mm,高さがTH=4.0mmの略直方体の小型ICタグを製作した。そして、この小型ICタグを、金属板に設置した時、920MHz、30dBmのICタグ通信電波出力に対し、金属板の表面から20cm〜30cm上空で応答することを実験により確認した。
As an example, the inventor used the
本発明のICタグは、金属面以外の、一般分野にも設置できることは言うまでもない。例えば、共通仕様のICタグを用いて機器の定期点検等の管理を行うものにおいて、対象機器の設置環境として、狭小で、かつ、状況に応じて、金属面あるいは非金属面の何れかを選択して設置するような場合が想定される。管理者は、このような環境下でも、本発明を採用することにより、共通仕様のICタグで自在に対処できる利点がある。この場合、非金属面にICタグを設置するときは、設置面の制約はない。一方、金属面にICタグを設置するときは、取り付ける金属面に各アンテナコイルのコイル面が直立するように設置する。こうすると、渦巻状のアンテナコイルの最外周が金属面側に近接し、金属表面に流れる定在波など高周波電流との電磁結合が増して大きな感度を得ることが出来る。従って少しぐらいアンテナコイルの共振条件がずれても、感度が低下しにくいことになる。そのため、金属表面に流れるRFIDタグとの通信に活用する定在波など高周波電流との相互作用をより多く行わせるため、渦巻き状のアンテナコイルのコイル面形状は、円形よりも、直線やそれらを繋ぐ短辺(円弧)で近似した、矩形が好ましい。さらにその形状は物理的にも安定な設置が可能になる形状である。 It goes without saying that the IC tag of the present invention can be installed in general fields other than metal surfaces. For example, in the case of managing equipment such as periodic inspection of equipment using IC tags with common specifications, the installation environment of the target equipment is narrow and, depending on the situation, select either metal surface or non-metal surface The case where it installs and is assumed. By adopting the present invention, even in such an environment, the administrator has the advantage that the IC tag of the common specification can be dealt with freely. In this case, when the IC tag is installed on the non-metal surface, there is no restriction on the installation surface. On the other hand, when the IC tag is installed on the metal surface, the antenna tag is installed so that the coil surface of each antenna coil stands upright on the metal surface to be attached. In this way, the outermost periphery of the spiral antenna coil is close to the metal surface side, and electromagnetic coupling with a high-frequency current such as a standing wave flowing on the metal surface is increased, so that high sensitivity can be obtained. Therefore, even if the resonance condition of the antenna coil is shifted a little, the sensitivity is not easily lowered. For this reason, the coil surface shape of the spiral antenna coil is not a circle but a straight line or those in order to make more interaction with a high-frequency current such as a standing wave used for communication with an RFID tag flowing on the metal surface. A rectangle approximated by a short side (arc) to be connected is preferable. Furthermore, the shape is a shape that enables a physically stable installation.
以上述べたとおり、本発明によれば、積層コイルが同一平面上で渦巻状に巻かれた構造であるので、次のような特徴がある。 As described above, according to the present invention, the laminated coil has a structure wound spirally on the same plane, and thus has the following characteristics.
(特長1)本発明によれば、一体化したICタグの底部が取り付け相手の金属面に積層コイルの底部の巻き部分の金属が接触しても、この積層コイルの共振周波数が変化しにくい。これは、LとCの値が、積層コイルの最外周部で内部の積層コイルの巻き部分を保護していることによる。 (Feature 1) According to the present invention, even if the bottom part of the integrated IC tag is in contact with the metal surface of the other side of the laminated coil, the resonance frequency of the laminated coil hardly changes. This is because the values of L and C protect the winding portion of the inner laminated coil at the outermost peripheral portion of the laminated coil.
(特長2)本発明によれば、特長1で述べた保護機能により、地絡電流(電気溶接、雷など)もしくは放電電流が積層コイルの最外周部からアース側となる取り付け相手の金属面に流れ、最外周部の内側に配置される超小型ICタグを電気的衝撃から保護する。 (Feature 2) According to the present invention, the ground fault current (electric welding, lightning, etc.) or discharge current is applied from the outermost peripheral portion of the laminated coil to the grounding metal surface by the protective function described in Feature 1. The micro IC tag disposed inside the outermost flow portion is protected from electric shock.
(特長3)本発明によれば、積層コイルは、電磁的ロスの少ないコア材に始点から巻き始まり、終点で巻き終わり、始点と終点が接続していない開放型コイルである。開放型コイルは、特許文献2、3に記載されたブースターコイルのような、始点と終点を接続したコイルの製造に比べ、接続のためのジャンパー配線を不要とする利点がある。積層コイルのコイル間に存在する浮遊容量Cを考慮した時、コイルの等価的LC共振回路には、主に直列型と並列型の2通りあるが、電磁気学では、同じ共振条件となるので、安価に実現しやすい開放型コイルとしている。
(Feature 3) According to the present invention, the laminated coil is an open-type coil in which the winding starts from the start point to the core material with little electromagnetic loss, ends at the end point, and does not connect the start point and the end point. The open-type coil has an advantage that a jumper wiring for connection is not required, as compared with the manufacture of a coil in which a start point and an end point are connected, such as the booster coil described in
次に、本発明の第2の実施形態に係る小型ICタグについて説明する。図9Aは、本発明の第2の実施形態に係る小型ICタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。第2の実施形態に係る小型ICタグ10は、第1の実施形態に係る小型ICタグ10の1つの超小型ICタグ100に対して、そのアンテナ面の直近でかつこのアンテナ面と直角な軸O−O方向に、複数個の積層コイル200(A〜N)を重ねて設けたものである。換言すると、積層コイル200(A〜N)が軸方向に並列に並べられている。複数個の積層コイルは電気的に非接続でありながら電磁結合される。そのため、コイル切断の可能性のある機械的な外的応力に対する耐久性が増す効果のほかに、小型ICタグ10の感度を大幅に向上させる効果がある。これは、超小型ICタグ100の直近に、同じ形状の共振器(コイル)を複数個並べたことに相当する。すなわち、第2の実施形態では、軸上に、1つの超小型タグ100と複数の積層コイル200(A〜N)とが配列され、各積層コイルが絶縁性の接着材250で一体化されて、幅TWn、高さTH、長さTLの1個の小型ICタグ10となっている。絶縁性の接着材250には、磁気損失角の小さい材料を用いる。積層コイル200(A〜N)は、何れも、共振周波数をfとした時、コイル230が前記式(1)を満たす必要がある。
Next, a small IC tag according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 9A is a perspective view showing an example in which the small IC tag according to the second embodiment of the present invention is installed on a metal object. The
なお、図9Aの例では、超小型ICタグ100が左端に位置しているが、これを複数の積層コイル200(A〜N)の右端であっても良く、あるいは中間に配置しても良い。すなわち、超小型ICタグ100は、軸上のどの位置にあっても良い。取り付け相手が金属の場合には、軸に平行な小型ICタグ10の外周面の1つ、例えば底辺12が取り付け面となる。
In the example of FIG. 9A, the
複数の積層コイル200(A〜N)は、超小型ICタグ100のブースターとして働く、開放型コイルである。すなわち、複数のブースターの各々がそれぞれ、共振を助長する、コイルの巻き始めと巻き終わりが接続されていない開放型の、共振器として機能する。これにより、積層コイル200(A〜N)が、より多くの電磁波を超小型タグ100に送り込むため、高感度の小型ICタグ10となる。
The plurality of laminated coils 200 (A to N) are open-type coils that function as boosters for the
超小型タグ100及び複数の積層コイル200(A〜N)の外側は、必要に応じ電気的に絶縁性の樹脂で被覆される。超小型タグ100と複数の積層コイル200(A〜N)の各開放型コイルとの間、及び、複数の積層コイル200(A〜N)の各開放型コイル相互の間は、何れも、電気的には非接続であり、電磁気的には結合するように構成されている。すなわち、小型ICタグ10は、開放型コイルを重ねて多層化し、隣接層を非接触に電磁結合させた、等価的に一つのコイルを形成している。
The outsides of the
各積層コイルの幅は小さいので、これらを軸O−O方向に並列に並べて形成される小型ICタグ10の全体の幅は、長さTL、高さがTHと同等、あるいはそれ以下にすることができる。一例として、発明者等は、前記した、2.5mm×2.5mmのUHF帯の超小型タグを採用し、まずは1個の積層コイル200により、外形寸法が、TWn=TH=TL=3mm×3mm×3mmの立方体形状の小型ICタグ10を実現した。
Since the width of each laminated coil is small, the overall width of the
図9Bは、第2の実施形態に係る小型ICタグの動作を説明する、斜視図である。図9Bの小型ICグ10に対して、図8に示したICタグ通信用リーダ/ライタ装置400を通信可能な距離まで接近させると、ICタグ通信用リーダ/ライタ装置400の検出部のアンテナ410が小型ICタグの複数の積層コイル200(A〜N)及び超小型ICタグ100のコイルと電磁結合する。連鎖の1つの磁束Φは、複数の積層コイル200(A〜N)をコイルL21〜L2n、超小型ICタグ100のコイルアンテ102をコイルL1とし、両コイルL1とL21〜L2nを相互誘導(M)により電磁結合を行わせ、構造上も電磁的にも一体化したICタグとして動作させる。すなわち、相互誘導により積層コイル200(A〜N)の1次電流が誘導電流I21〜I2nとなりこれに対応する2次電流の誘導電流I1が、超小型ICタグ100のコイルアンテナ102に誘起される。これにより、複数の積層コイル200を超小型ICタグ100のコイルアンテナ102のブースターとして共振させることにより、高い感度を実現することができる。FIG. 9B is a perspective view for explaining the operation of the small IC tag according to the second embodiment. When the IC tag communication reader /
なお、積層コイルは、渦巻状に巻かれた構造を有し、かつ、前記式(1)を満たす必要があるが、そのアンテナの平面形状は、必ずしも、超小型ICタグのアンテナの平面形状と完全に一致している必要はない。 The laminated coil has a spirally wound structure and needs to satisfy the formula (1), but the planar shape of the antenna is not necessarily the planar shape of the antenna of the micro IC tag. It doesn't have to be exactly the same.
積層コイルは、同一平面上で渦巻状に巻かれた構造であるので、複数の積層コイル200(A〜N)の何れかの底部の巻き部分の金属が取り付け相手の金属面300に接触したとしても、各積層コイルの共振周波数fが変化しにくい。これは、各積層コイルの最外周部が、何れも、それより内側の内部の積層コイルの巻き部分を覆って保護しているため、積層コイルの内側は最外周のコイルにより電磁気学的に保護されており、内側の共振定数(L2、C)には金属接触の影響が及び難いためである。
Since the laminated coil has a structure wound spirally on the same plane, it is assumed that the metal at the bottom of any one of the plurality of laminated coils 200 (A to N) is in contact with the
また、多層基板内部の基板間をスルーホールで接続をしないで良いので、製造上の工程数減、コスト減のみならず、外部から多層基板に応力や衝撃が加わるような設置環境であっても、アンテナパターンが層間切断されるという可能性も無く、信頼性を向上させる効果もある。 In addition, since it is not necessary to connect through-holes between the boards inside the multilayer board, not only the number of manufacturing steps and cost can be reduced, but also in an installation environment where stress or impact is applied to the multilayer board from the outside. There is no possibility that the antenna pattern is cut between layers, and there is an effect of improving reliability.
図10は、第2の実施形態に係る小型ICタグの、積層コイルの数(N)と感度(cm)との関係を実験で求めた結果の一例を示す図である。小型ICタグには、前記2.5mm×2.5mmのUHF帯の超小型タグを採用し、複数の積層コイル200(A〜N)の中央に超小型ICタグ100を配置した積層コイルの数(N)毎に複数のサンプルを製作した。そしてこれらを、金属板に設置した場合における、金属板の表面上空の通信距離(cm)を通信感度として測定した。またそれらの平均値を実線で示した。図10に示す通り超小型ICタグ100のみの場合(N=0)に対して、積層コイルの数(N)を増すほど、感度(cm)は向上する。但し、感度の増加は(N)の増加と共に、飽和する傾向にある。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a result obtained by experiments to determine the relationship between the number of laminated coils (N) and sensitivity (cm) of the small IC tag according to the second embodiment. The number of laminated coils in which the above-described 2.5 mm × 2.5 mm UHF band ultra-small tag is adopted as the small IC tag, and the
図10の例によれば、(N)を3とすれば30cm程度、(N)を4とすれば40cm程度の飛距離の交信感度が得られている。一方、(N)を8〜10とすれば50cm程度の感度、換言すると(N)=1に対して約2.5倍の感度が得られる。しかし、積層コイルの数(N)が増すことに伴う製造コストの上昇や、設置容積の増加というデメリットもある。従って、設置環境の許容範囲、換言すると、要求される感度、コスト、及び許容設置面寸法等を考慮して、(N)を決めればよい。実用上は、(N)を1〜6、より好ましくは2〜4とするのが良い。 According to the example of FIG. 10, the communication sensitivity of about 30 cm is obtained when (N) is 3 and about 40 cm when (N) is 4. On the other hand, if (N) is 8 to 10, a sensitivity of about 50 cm, in other words, a sensitivity about 2.5 times that of (N) = 1 is obtained. However, there are also demerits such as an increase in manufacturing cost and an increase in installation volume due to an increase in the number (N) of laminated coils. Therefore, (N) may be determined in consideration of the allowable range of the installation environment, in other words, the required sensitivity, cost, allowable installation surface dimensions, and the like. Practically, (N) should be 1 to 6, more preferably 2 to 4.
本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定して、高い感度の飛距離の交信感度が得られる、小型のICタグを実現できる。例えば、設置環境が金属面であっても、飛距離が数10cm程度の交信感度を有する数mm角オーダーの、小型のICタグを実現できる。 According to the present embodiment, it is possible to realize a small IC tag that is stable regardless of the installation environment and can obtain a high-sensitivity communication sensitivity with a high flight distance. For example, even if the installation environment is a metal surface, it is possible to realize a small IC tag on the order of several mm square having a communication sensitivity with a flight distance of about several tens of cm.
次に、本発明の第3の実施形態に係る小型ICタグについて説明する。第3の実施形態に係る小型ICタグ10は、第2の実施形態に係る小型ICタグ10と同様な構成の小型ICタグ10を、プリント基板により製作したものである。すなわち、第3の実施形態では、基板上に印刷配線により、渦巻状に巻かれた帯状のコイルを製造する点で、第2の実施形態と異なる。
Next, a small IC tag according to a third embodiment of the present invention will be described. The
図11は、本発明の第3の実施形態に係る小型ICタグの縦断面図である。図12は、第3の実施形態に係る小型ICタグに使用される、超小型ICタグの斜視図である。これまで、帯状のコイルを渦巻状に巻いて出来たコイルを積層コイルとしてきたが、説明の一貫性を保つ目的で、基板に印刷配線パターンで形成の同一平面状に渦巻状に巻いて出来たコイルも積層コイルと呼ぶこととする。以下ではこの広義の積層コイル200の並列に並べて重ねて段積みされる数をNとし、このN=3の場合について、説明する。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a small IC tag according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a perspective view of an ultra-small IC tag used for the small IC tag according to the third embodiment. Up to now, the coil formed by spirally winding the band-shaped coil has been made into a laminated coil, but for the purpose of maintaining the consistency of explanation, it has been made by spirally winding it on the same plane formed with the printed wiring pattern on the substrate The coil is also called a laminated coil. Hereinafter, the number of the stacked
第3の実施形態に係る小型ICタグ10は、1個の超小型ICタグ100と、複数個の積層コイル200(A〜C)とが、軸O−O方向に並列に並べて重ねて段積みされている。超小型ICタグ100は、平板状の絶縁基板104の表面側の中央部(軸上)に設けられたICチップ110と、この軸に直角な方向において外側に設けられたコイルアンテナ102と、両者を接続するボンディングワイヤ108と、これらを保護する保護材242とを含む。取り付け相手が金属の場合には、軸に平行な小型ICタグ10の外周面の1つ、例えば底辺12が取り付け面となる。
In the
各積層コイル200(A〜C)は、絶縁基板104の表面側に設けられたコイルアンテナ102(これは積層コイル200を形成する帯状のコイル230に相当するものと等価である)を有している。超小型ICタグ100と各積層コイル200(A〜C)とが、絶縁性の接着材250を介して貼り付けられ一体化されている。すなわち、第3の実施形態では、共通の軸上に、1つの超小型タグ100と複数の積層コイル200(A〜C)とが配列され、各積層コイルが絶縁性の接着材250で一体化されて、1個の小型ICタグ10となっている。保護材242と接着材250は同じ材料であっても良い。保護材242や絶縁性の接着材250には、磁気損失角の小さい材料を用いる。
Each laminated coil 200 (A to C) has a coil antenna 102 (which is equivalent to a belt-
各積層コイル200のコイルアンテナ102は、始点と前記終点が接続していない開放型コイルである。一方、超小型タグ100のコイルアンテナ102は、図12に示したように、各積層コイル200すなわちコイルアンテナ102と同じく、始点から巻き始まり終点で巻き終わる渦巻状の形状となっているが、その内端及び外端が、ボンディングワイヤ108を介してICチップ110に接続されている点で、積層コイル200のコイルアンテナ102と異なる。
The
各積層コイル200は、何れも、共振周波数をfとした時、コイル230(ここではコイルアンテナ102)が前記式(1)を満たす必要がある。なお、図11の例では、超小型ICタグ100が左端に位置しているが、複数の積層コイル200(A〜C)の中間に配置されていても良い。すなわち、超小型ICタグ100は、軸上のどの位置にあっても良い。
In each
次に、第3の実施形態に係る小型ICタグの製造方法の一例を、図13、図14を参照しながら、説明する。
まず、図13に示すように超小型ICタグ100を多数配置したプリント基板(以下、ボード)500と、コイル基板200(A〜C)を多数配置したボード501,502,503を作製する。このとき、この4枚のボードを(軸方向に)重ねたときに、超小型ICタグ100のコイルアンテナの位置と、コイル基板200のコイルアンテナの位置が重なるように、ボード500中の超小型ICタグ100の各々の位置と、ボード501、502、および503の中の各コイル基板20の各々の位置を決定する。
次に、図14のように、作製したボード500、501、502、503を、接着材250を介して貼り付け、一体化する。その後、点線のように切断することによって、各々1つの超小型ICタグ100と3つの積層コイル200(A〜C)とを備えた、図の例では30個の小型ICタグ10を得ることが出来る。Next, an example of a method for manufacturing a small IC tag according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 13, printed circuit boards (hereinafter referred to as boards) 500 on which a large number of micro IC tags 100 are arranged, and
Next, as shown in FIG. 14, the produced
なお、図13において、ボード500を他のボード501,502,503の間に配置しても良い。この場合、超小型ICタグ100が複数の積層コイル200(A〜N)の中間に配置された、小型ICタグ10が得られる。
In FIG. 13, the
本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定して、高い感度の飛距離の交信感度が得られる、小型のICタグを、安価に実現できる。例えば、設置環境が金属面であっても、数10cm程度の飛距離の交信感度が得られる、数mm角のオーダーの、小型のICタグを一般的な印刷配線技術で実現できる。 According to the present embodiment, a small IC tag can be realized at low cost, which is stable regardless of the installation environment and can obtain a high-sensitivity communication sensitivity with a high flight distance. For example, even if the installation environment is a metal surface, a small IC tag of the order of several millimeters square that can obtain a communication sensitivity of a flight distance of about several tens of centimeters can be realized by a general printed wiring technique.
また、印刷配線技術を採用することで、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のICタグを、量産化することが可能になり、安価に提供できる。 Further, by adopting the printed wiring technology, it is possible to mass-produce a small IC tag that can obtain a stable communication sensitivity regardless of the installation environment, and can be provided at a low cost.
次に、本発明の第4の実施形態に係る小型ICタグについて説明する。第4の実施形態では、プリント基板(ボード)として、両面に導体箔として例えば銅箔が形成されているガラスエポキシ基板などを用いて、基板の両面にコイルを形成し、その後、コイルの表面に金メッキ等を施したものである。 Next, a small IC tag according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, as a printed board (board), a coil is formed on both sides of a board using, for example, a glass epoxy board on which copper foil is formed as a conductor foil on both sides, and then on the surface of the coil. Gold-plated or the like.
図15は、本発明の第4の実施形態に係る小型ICタグの縦断面図である。ガラスエポキシ基板104の両面に導体箔が形成されており、この基板104の両面にコイルアンテナ102が形成されている。左端のガラスエポキシ基板104の表面の中央部には、ICチップ110が配置され、ボンディングワイヤ108を介してICチップ110がその外側に設けられたコイルアンテナ102に接続されている。これによりこの基板104の左側表面には超小型ICタグ100が形成される。ガラスエポキシ基板104の他の表面には、ICチップ110が無く、これらの表面は積層コイル200となる。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a small IC tag according to the fourth embodiment of the present invention. Conductive foil is formed on both surfaces of the
次に、第4の実施形態に係る小型ICタグの製造方法の一例を、図16、図17を参照しながら、説明する。
第4の実施形態でも、第3の実施形態と同様に、ガラスエポキシ基板104の片面上に超小型ICタグ100を多数配置し、裏面にコイル基板200(A〜C)のみを多数配置したプリント基板500と、両面にコイル基板200(A〜C)のみを多数配置した複数のボードとを作製する。以下、主に、第3の実施形態との相違点について説明する。Next, an example of a method for manufacturing a small IC tag according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
Also in the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, a print in which a large number of micro IC tags 100 are arranged on one side of a
図16に、超小型ICタグ100を有するガラスエポキシ基板104の、個片切断後に相当する部分の断面図を示す。図17に、超小型ICタグ100を有しないガラスエポキシ基板104の、個片切断後に相当する部分の断面図を示す。その後、コイルアンテナの位置が重なるように複数のガラスエポキシ基板104の位置合わせを行い、ビルドアップ材260を介して熱プレスして全体を一体化する。その後、これらを切断することによって、各々1つの超小型ICタグ100と3つの積層コイル200(A〜C)とを備えた、複数の小型ICタグ10を得ることが出来る。
第4の実施形態による製造方法の場合、ガラスエポキシ基材の使用量が減り、また工程数も減るため、低コストで小型ICタグを量産することができ、また小型ICタグの厚みを薄くすることが出来るというメリットがある。FIG. 16 shows a cross-sectional view of a portion corresponding to the
In the case of the manufacturing method according to the fourth embodiment, the amount of glass epoxy substrate used is reduced and the number of processes is reduced, so that small IC tags can be mass-produced at low cost, and the thickness of the small IC tags is reduced. There is a merit that you can.
本実施例によれば、印刷配線技術を採用することで、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のICタグを、量産化することが可能になり、安価に提供できる。 According to the present embodiment, by adopting the printed wiring technology, it is possible to mass-produce a small IC tag that can obtain a stable communication sensitivity regardless of the installation environment, and can be provided at a low cost.
実施例3及び実施例4では、積層コイル200のアンテナ面のサイズと超小型ICタグ100のアンテナ面のサイズが同じであるが、これに代えて、積層コイル200のアンテナ面のサイズを、超小型ICタグ100のアンテナ面のサイズよりも大きくしても良い。この場合、実施例1や実施例2と同様に、積層コイル200の1段目の積層コイルは、超小型ICタグ100のアンテナ面の外側に形成される。例えば、図13において、ボード500には、超小型ICタグ100の渦巻状のアンテナコイルと、それよりもサイズの大きな渦巻状の共振用コイルが形成される。一方、ボード501,502,503上には、積層コイル200の共振用コイルのみが形成される。
In Example 3 and Example 4, the size of the antenna surface of the
本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のICタグを、安価に提供できる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a small IC tag that can obtain stable communication sensitivity regardless of the installation environment at a low cost.
10…小型ICタグ、12…小型ICタグの底辺、100…超小型ICタグ、101…ICタグ本体部、102…コイルアンテナ、104…ICタグ絶縁基板、108…ボンディングワイヤ、110…ICチップ、200…渦巻状の積層コイル、210…アンテナ面、220…コア材(芯材)、230…帯状のコイル、240…絶縁性の樹脂、242…保護材、250…絶縁性の接着材、260…絶縁性の樹脂、300…金属物、400…ICタグ通信用リーダ/ライタ装置、500〜503…プリント基板(ボード)、I…高周波電流、I1…誘導電流、I2…誘導電流、φ…磁束。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
少なくとも1つの積層コイルとを備え、
前記超小型ICタグは、共振回路を構成する帯状のコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたICチップとを有しており、
前記積層コイルは、同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、
前記超小型ICタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、
前記渦巻き状の積層コイルのアンテナ面と前記超小型ICタグのアンテナ面とが平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ICタグと前記積層コイルとが一体化されており、
前記積層コイルの外側が、絶縁性の部材で被覆されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 An ultra-small IC tag,
Comprising at least one laminated coil,
The ultra-small IC tag has a strip-shaped coil antenna constituting a resonance circuit and an IC chip connected to the coil antenna.
The laminated coil is a spiral coil wound in a spiral manner around an axis on the same plane, and the start point of winding and the end point of winding end of the laminated coil are not connected. Type coil,
The micro IC tag and the laminated coil are configured to be electrically disconnected and electromagnetically coupled.
Wherein the antenna surface of the spiral can form the laminated coil as the antenna surface of the ultra-small IC tag is parallel to or overlap, the and said laminated coil and micro IC tag is integrated,
A small IC tag provided with a laminated coil antenna, wherein the outer side of the laminated coil is covered with an insulating member.
前記超小型ICタグと共に共通の前記軸上に配列された複数個の前記積層コイルを有し、
前記各積層コイルは、互いに電気的に非接続である
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 1,
A plurality of the laminated coils arranged on the common shaft together with the micro IC tag,
A small IC tag having a laminated coil antenna, wherein the laminated coils are electrically disconnected from each other.
前記積層コイルは、使用される周波数帯で共振し、巻き回数は2乃至4である
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 1,
A small IC tag provided with a multilayer coil antenna, wherein the multilayer coil resonates in a frequency band to be used, and the number of turns is 2 to 4.
前記積層コイルは、コア材に帯状のコイルが渦巻き状に巻かれたものであり、
前記帯状のコイルは、使用する周波数帯で共振するように巻き、全長にわたり絶縁被覆済の帯状金属箔と、コイル間絶縁材とを有し、
前記コア材の側面に、前記超小型ICタグが一体に設けられている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 1,
The laminated coil state, and are not strip-shaped coil is wound spirally on the core member,
The band-shaped coil is wound so as to resonate in the frequency band to be used, and has a band-shaped metal foil that has been insulation-coated over the entire length, and an inter-coil insulating material,
A small IC tag provided with a laminated coil antenna, wherein the micro IC tag is integrally provided on a side surface of the core material.
前記積層コイルにより形成される前記アンテナ面のサイズは、前記超小型ICタグのアンテナ面のサイズよりも大きい
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 4,
The size of the antenna surface formed by the multilayer coil is larger than the size of the antenna surface of the ultra-small IC tag.
前記積層コイルのアンテナ面に前記超小型ICタグが取り付けられ、前記積層コイルと前記超小型ICタグの全体が絶縁性の樹脂で被覆され一体化され、前記積層コイルの軸に直角な方向の外表面が、金属取り付け面として機能するように構成されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 1,
The micro IC tag is attached to the antenna surface of the multilayer coil, and the multilayer coil and the micro IC tag are entirely covered with an insulating resin and integrated, and the outer surface is perpendicular to the axis of the multilayer coil. A small IC tag having a laminated coil antenna, the surface of which is configured to function as a metal mounting surface.
前記積層コイルの数(N)は、1乃至6である
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 2,
The number (N) of the laminated coils is 1 to 6, and is a small IC tag provided with a laminated coil antenna.
前記積層コイルの外表面に形成された設置面とを備え、
前記超小型ICタグは、共振回路を構成するコイルアンテナを有しており、
前記積層コイルは、使用される周波数帯で共振するように巻き、平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、
前記超小型ICタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、
前記積層コイルのアンテナ面と前記超小型ICタグのアンテナ面とが前記軸方向において平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ICタグと前記積層コイルとが一体化され、
前記積層コイルの軸に直角な方向の前記設置面が、金属取り付け面として機能するように構成されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 An ultra-small IC tag,
An installation surface formed on the outer surface of the laminated coil,
The micro IC tag has a coil antenna that constitutes a resonance circuit,
The laminated coil is a spiral coil that is wound so as to resonate in a frequency band to be used, and is wound a plurality of times around the axis on a plane in a spiral shape, and the starting point of the winding start of the laminated coil It is an open coil that is not connected to the end point of the winding end,
The micro IC tag and the laminated coil are configured to be electrically disconnected and electromagnetically coupled.
The micro IC tag and the multilayer coil are integrated such that the antenna surface of the multilayer coil and the antenna surface of the micro IC tag are parallel or overlapped in the axial direction,
A compact IC tag provided with a laminated coil antenna, wherein the installation surface in a direction perpendicular to the axis of the laminated coil functions as a metal mounting surface.
前記積層コイルの巻き回数は2乃至4であり、
前記積層コイルは、前記軸方向に1乃至6個並んで配列されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 8,
The number of turns of the laminated coil is 2 to 4,
A small IC tag provided with a laminated coil antenna, wherein the laminated coils are arranged in an array of 1 to 6 in the axial direction.
前記超小型ICタグは、1枚の絶縁基板の表面側に設けられており、
前記積層コイルは、他の少なくとも1枚の絶縁基板の表面側で、かつ、前記超小型ICタグに対応する位置に設けられており、
前記各絶縁基板が絶縁性の接着材で一体化されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 8,
The micro IC tag is provided on the surface side of one insulating substrate,
The laminated coil is provided on the surface side of at least one other insulating substrate and at a position corresponding to the micro IC tag,
A small IC tag having a laminated coil antenna, wherein each of the insulating substrates is integrated with an insulating adhesive.
前記超小型ICタグは、1枚の絶縁基板の表面側に設けられており、
前記積層コイルは、前記1枚の絶縁基板の裏面側、及び、他の少なくとも1枚の絶縁基板の表面及び裏面で、かつ、前記超小型ICタグに対応する位置に設けられており、
前記各絶縁基板が絶縁性の接着材で一体化されている
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグ。 In claim 8,
The micro IC tag is provided on the surface side of one insulating substrate,
The laminated coil is provided on the back side of the one insulating substrate and on the front and back surfaces of at least one other insulating substrate, and at a position corresponding to the micro IC tag,
A small IC tag having a laminated coil antenna, wherein each of the insulating substrates is integrated with an insulating adhesive.
前記小型ICタグは、
超小型ICタグと、少なくとも1つの積層コイルとを備えており、
前記超小型ICタグは絶縁基板上に形成された共振回路を構成するコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたICチップとを有しており、
使用される周波数帯で共振する電気的導体を、平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻き、巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型の渦巻き状の積層コイルを形成し、
前記積層コイルのアンテナ面と前記超小型ICタグのアンテナ面とが平行になるような位置関係において、前記超小型ICタグと前記積層コイルとを、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合する状態で、一体化する
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグの製法。 A method for producing a small IC tag having a laminated coil antenna,
The small IC tag is
It has a micro IC tag and at least one laminated coil,
The ultra-small IC tag has a coil antenna constituting a resonance circuit formed on an insulating substrate, and an IC chip connected to the coil antenna,
An open-type spiral laminated coil in which an electrical conductor that resonates in the frequency band used is spirally wound around an axis on a plane multiple times, and the start point of winding and the end point of winding end are not connected Form the
In such a positional relationship that the antenna surface of the multilayer coil and the antenna surface of the micro IC tag are parallel to each other, the micro IC tag and the multilayer coil are electrically disconnected and electromagnetically connected. Is a manufacturing method of a small IC tag equipped with a laminated coil antenna characterized by being integrated in a coupled state.
絶縁被覆済の帯状の金属箔を、同一平面上で2乃至4回、コア材の中心の軸の周りに巻いて前記積層コイルを形成し、
前記積層コイルのアンテナ面を前記コア材の端面と一致させ、前記軸上において前記超小型ICタグのコイルアンテナのアンテナ面と対向するようにして、両者を接着材で接着して一体化する
ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグの製法。 In claim 12,
Insulating coated strip-shaped metal foil is wound around the central axis of the core material 2 to 4 times on the same plane to form the laminated coil,
The antenna surface of the laminated coil is aligned with the end surface of the core material, and is opposed to the antenna surface of the coil antenna of the micro IC tag on the axis, and the two are bonded and integrated with an adhesive. The manufacturing method of the small IC tag provided with the laminated coil antenna characterized by this.
面内に前記超小型ICタグを多数配置したプリント基板と、面内の前記超小型ICタグに対応する位置に各々前記積層コイルを有する複数のコイル基板とを作製し、
前記プリント基板と、前記複数のコイル基板とを、前記対応する位置が一致するようにして重ね、接着材を介して一体化し、
前記各超小型ICタグ単位に切断することによって、複数の前記小型ICタグとすることを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグの製法。 In claim 12,
A printed circuit board in which a large number of the micro IC tags are arranged in a plane, and a plurality of coil boards each having the laminated coil at a position corresponding to the micro IC tag in the plane,
The printed circuit board and the plurality of coil boards are overlapped so that the corresponding positions coincide with each other, and are integrated through an adhesive,
A method of manufacturing a small IC tag having a laminated coil antenna, wherein the plurality of small IC tags are formed by cutting each of the micro IC tags.
片面上に前記超小型ICタグを多数配置し、裏面に前記積層コイルを有する複数のコイル基板のみを多数配置したプリント基板と、両面に前記積層コイルを有する複数のコイル基板のみを多数配置した複数のプリント基板とを作製し、
前記プリント基板と、前記複数のコイル基板とを、前記対応する位置が一致するようにして重ね、接着材を介して一体化し、
前記各超小型ICタグ単位に切断することによって、複数の前記小型ICタグとすることを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ICタグの製法。 In claim 12,
A plurality of printed circuit boards in which a large number of the micro IC tags are arranged on one side and only a plurality of coil boards having the laminated coils are arranged on the back surface, and a plurality of only a plurality of coil boards having the laminated coils on both sides. A printed circuit board and
The printed circuit board and the plurality of coil boards are overlapped so that the corresponding positions coincide with each other, and are integrated through an adhesive,
A method of manufacturing a small IC tag having a laminated coil antenna, wherein the plurality of small IC tags are formed by cutting each of the micro IC tags.
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