JP6016013B2 - Ｒｆｉｄタグ及び自動認識システム - Google Patents

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、又は平面視におけるサイズが縦５ｃｍ×横５ｃｍ程度以下の小さい物品を「小型多品種品」という。以下、同様。）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８５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８５として、ＩＣチップ３０上に直接アンテナ２０を形成して封止したもの（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

引用文献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、縦又は横が、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。

引用文献３、４のＲＦＩＤタグは、数ｍｍ角（縦２〜３ｍｍ×横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。

引用文献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以下又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１０ｍｍ角程度以下（縦１０ｍｍ程度×横１０ｍｍ程度を表す。以下、同様。）で、かつ通信距離が、８ｍｍ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、ＲＦＩＤタグには耐久性への要求も強まっている。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場合がほとんどである。また、ＲＦＩＤタグはＩＣチップとアンテナをはんだ付け等で機械的に接続する必要があり、そのため使用中に外力によって接続が外れてしまうことがあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現し、しかもアンテナの設置にはんだ付け等の機械的接続が不要なため、設置が容易で信頼性に優れており、用いる導体は金属線等を用いることができるため、設置場所や設置形状の自由度が高いＲＦＩＤタグ及び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． ＩＣチップと、このＩＣチップとワイヤボンディングにより接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、それぞれの辺の長さの全てが前記ＩＣチップの動作波長に比べて１／５０以下である略直方体のＲＦＩＤタグパッケージと、このＲＦＩＤタグパッケージの周辺に、前記ＩＣチップ及び前記アンテナと電気的に独立な導体を配置したＲＦＩＤタグであって、前記ＲＦＩＤタグパッケージの前記アンテナが、略平面上に形成され、略四角形に周回するコイルアンテナであり、前記コイルアンテナの最も外側の終端部を含む１辺と前記導体との最短距離が、１ｍｍ以下であり、前記コイルアンテナの最も外側の終端部を含む１辺の延伸方向と前記導体の延伸方向とが、略平行であり、前記導体の端部付近に前記ＲＦＩＤタグパッケージが配置されているＲＦＩＤタグ。
２． 項１において、導体が金属線、導電性の印刷物又は導電性の糸であるＲＦＩＤタグ。
３． 項１又は２において、導体が銅、アルミニウム、鉄又はニッケルを主成分とするＲＦＩＤタグ。
４． 項１から３の何れかにおいて、ＲＦＩＤタグパッケージと導体との最短距離が、０．８ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
５． 項１から４の何れかにおいて、導体の表面が絶縁材料で覆われているＲＦＩＤタグ。
６． 項５において、ＲＦＩＤタグパッケージと導体が、前記絶縁材料を介して配置されるＲＦＩＤタグ。
７． 項１から６の何れかにおいて、ＩＣチップの動作周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグ。
８． 項７において、ＩＣチップの動作周波数が、０．８６〜０．９６ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグ。
９． 項１から８の何れかにおいて、導体の長さが、ＩＣチップの動作波長以下かつＩＣチップの動作波長の１／８以上であるＲＦＩＤタグ。
１０． 項１から９の何れかにおいて、導体の長さが、１３０ｍｍ以上かつ１５０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
１１． 項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤタグパッケージのサイズが、縦４ｍｍ以下×横４ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下、又は縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
１２． 項１１において、ＲＦＩＤタグパッケージのサイズが、縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
１３． 項１から１２の何れかのＲＦＩＤタグと、リーダー又はリーダライタとを有する自動認識システム。

本発明によれば、小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現し、しかもアンテナの設置にはんだ付け等の機械的接続が不要なため、設置が容易で信頼性に優れており、用いる導体は金属線等を用いることができるため、設置場所や設置形状の自由度が高いＲＦＩＤタグ及び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。 本発明のＲＦＩＤタグパッケージのアンテナの形状の一例である。 本発明のＲＦＩＤタグパッケージの一例である。 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。 参考例１のＲＦＩＤタグを説明する図である。 参考例２のＲＦＩＤタグを説明する図である。 本発明のＲＦＩＤタグの概略図である。 （１）及び（２）は、本発明のＲＦＩＤタグの概略図である。（３）〜（８）は、比較例のＲＦＩＤタグの概略図である。 本発明のＲＦＩＤタグの概略図である。

本発明で用いるＲＦＩＤタグパッケージとは、ＩＣチップとアンテナをワイヤボンディング等で接続し、それらを封止材で封止したものをいう。アンテナやＩＣチップを支持するための基材を有していてもよい。基材としては、樹脂製のものを使用するのがコストや加工性の面から望ましい。樹脂製の基材としては、表面が略平面であって、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。また、表面が略平面であるとは、アンテナを形成するのに用いられる、一般的な金属箔付き基材（リジッド基材及びフレキシブル基材を含む。）の有する平面度をいう。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タグパッケージ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。

アンテナとは、ＲＦＩＤの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導体パターンをいう。アンテナは単層でもよく、その場合は、多層化する必要がないので、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、表面が略平面である基材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。略四角形に周回するコイルアンテナであると、一般に樹脂製の基材１は略四角形であるため、基材１の形状に合わせて表面をより広く利用してコイルアンテナを配置でき、コイルの開口や巻き数を大きくできる点で望ましい。なお、略四角形に周回するとは、略四角形のコイルアンテナが重畳することなく、内側から外側になるにつれて大きくなるように周回する形状であることをいう。略四角形とは、設計上の理由等で、コイルアンテナの角部や辺に丸みを設けたりする場合を含む意味である。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。ここで、電気的閉回路を形成し、開放端を形成しないとは、アンテナ２０が長さ方向に端部を２箇所有しており、この端部２箇所とＩＣチップ３０の２つの電極（図示しない。）とがそれぞれ接続されていることを意味する。また、アンテナ端部とは、アンテナ２０の長さ方向の端から１ｍｍ以内の領域をいう。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のコイルアンテナ２０が挙げられ、これにより、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のサイズが小型でも、ＬＣ共振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。

アンテナの形状を、図３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の動作周波数又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、コイルアンテナ等が利用できる。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ほう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、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方が、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。

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が可能になる場合がある。両面銅箔基材等を用いて多層配線すれば必ず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、コイルの直径を小さくすることができるため、ＲＦＩＤタグパッケージ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、封止材１０によって封止された後、ダイシング加工によって、略直方体に形成されたＲＦＩＤタグパッケージ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を用いて被覆し、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を表面が略平面である基材１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タグパッケージ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タグパッケージは、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（Ｐｏｌｙｅｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）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ｆ_０が、ＩＣチップの動作周波数又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のコイルアンテナ２０の電気的等価回路を、図５に示す。この場合の共振周波数ｆ_０は、コイルアンテナ２０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。

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２０の形状（特にコイルアンテナ２０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ｆ_０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２０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ｆ_０は減少する。

ＲＦＩＤタグパッケージ（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、１ｍｍ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タグパッケージによれば、従来の数ｃｍ角のアンテナを用いずとも、数ｍｍ角のアンテナでも、ＲＦＩＤタグパッケージ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。具体的には、略直方体に形成されたＲＦＩＤタグパッケージであって、全ての辺の長さが、ＵＨＦ帯の波長３０ｃｍに対してその１／５０以下である、縦４ｍｍ×横４ｍｍ×高さ１．０ｍｍ、又は縦２．５ｍｍ×横２．５ｍｍ×高さ１．０ｍｍの大きさのＲＦＩＤタグパッケージにおいて、内部にアンテナが形成されており、通信距離は６ｍｍ以上である。

ＲＦＩＤタグパッケージは、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タグパッケージであれば、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。

図６に、参考例１のＲＦＩＤタグ８５を示す。ＲＦＩＤタグパッケージ８０の外部周辺には、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のアンテナ２０（略四角形のコイルアンテナ２０）やＩＣチップ３０とは電気的に独立な、つまり電気的に接続されていない導体１００を配置している。なお、導体１００としては、金属の塊、金属の板、金属線（断面が円、楕円、正方形、長方形等のもの）、導電性のインクを用いて印刷した導電性の印刷物、導電性の糸（金属を含有した糸や、細い金属線を通常の糸に織り込んだものを含む）等が含まれるが、小型・軽量・デザイン性という観点から、金属線又は導電性の線状の印刷物又は金属を含有する糸（以下、これらを代表して「金属線」という。）が良好であるため、これ以降、導体１００として、金属線を取り上げて説明する。図６では、金属線１００が外部アンテナとなり、リーダ（図示せず）からの信号を効率よくＲＦＩＤタグパッケージ８０に伝え、結果的に通信距離が向上する。

銅又はアルミニウム又は鉄又はニッケルのいずれかを主成分とする金属線を用いる場合は、安価で透磁率が高く、良好な外部アンテナとして働くため好適である。また、金属線は、金属線自身又は外部の金属と接触することで、外部アンテナとしての性能が減少するため、金属線の外部（表面）が、絶縁材料で被覆してある金属線を用いることも有効である。

リーダからの信号を受けることで、金属線には電流が流れる。その電流によって、金属線周辺には磁束が発生する。発生した磁束は、ＲＦＩＤタグパッケージのコイルアンテナに電流を発生させ、それによりＩＣチップには電圧が印加されて動作する。この原理が活用できるのは、ＲＦＩＤタグパッケージのアンテナがコイル状のためである。

そのため、ＲＦＩＤタグパッケージのコイルアンテナが一つの平面上に形成されており、この平面と略同一の平面上に金属線を配置すると、金属線で発生した磁束が多くコイルアンテナに伝わるため、効率が良く、通信距離が長くなる。図７の参考例２のように、平面視において、略四角形のコイルアンテナ２０と金属線１００が大きく重なるような配置は、金属線１００で発生した磁束が、コイルアンテナ２０に伝わる効率が悪くなるため通信距離はあまり長くならず、望ましくない。

ＲＦＩＤタグパッケージのコイルアンテナが一つの平面上に形成されており、この平面と略同一の平面上でかつコイルアンテナと重ならない様に金属線を配置した場合は、ＲＦＩＤタグパッケージのコイルアンテナから遠い位置よりも、近接した位置に金属線を配置すると、金属線１００で発生した磁束が、コイルアンテナ２０に伝わる効率が良くなるため通信距離が長くなる。特には、略四角形のコイルアンテナの最も外側の終端部を含む１辺と金属線（導体）との最短距離が、１ｍｍ以下であるのが望ましい。

図８に示す本発明のＲＦＩＤタグの概略図のように、金属線１００の端部付近にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置することでも、ＲＦＩＤタグ８５の通信距離を長くすることができる。金属線１００の端部付近とは、金属線１００の端部から１０ｍｍ程度以内（好ましくは２〜３ｍｍ以内、より好ましくは１ｍｍ以内）に、ＲＦＩＤタグパッケージ８０の外側の端部が位置するように配置することをいう。この配置方法は、特にＲＦＩＤタグ８５を取り付ける対象物の大きさ、形状、デザイン等の理由で取り付け場所が制限される場合に有効であり、ＲＦＩＤタグ８５の設置において、自由度が飛躍的に向上する。

金属線の端部付近にＲＦＩＤタグパッケージを配置する場合、金属線に対するＲＦＩＤタグパッケージの相対向きも重要である。直線状の金属線と略四角形に周回する形状のコイルアンテナを有するＲＦＩＤタグパッケージの場合、配置の組み合わせは、図９（１）〜（８）に示すように、８通りになる。これらの中で、（１）や（２）のように、略四角形のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と、金属線１００（導体１００）の延伸方向とが、略平行（つまり、方向が同じか又は１８０°異なる方向）であり、金属線１００（導体１００）の端部付近に、ＲＦＩＤタグパッケージ８０が配置されるのが、通信距離を拡張する上で必要である。理由として、リーダーからの信号を受け取る際に、金属線１００の端部では電圧が高く電流が低い状態のためインピーダンスが高く、またＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナにおいても、コイルの最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）では、電圧が高く電流が低い状態でインピーダンスが高いため、インピーダンス整合が取れているために、電力を効率よく伝送していることが考えられる。なお、コイルアンテナ２０の最も外側の１辺（終端部付近）の延伸方向と、金属線１００（導体１００）の延伸方向とが、略平行（同じか又は１８０°異なる方向）とは、平行である状態から、何れかの方向に５°以内のずれであることを意味する。

金属線１００の形状は、図８のように直線状でもよいが、図１０のように、Ｌ字、コの字、円形、楕円形、不定形でも利用できる。このように金属線１００の形状を変化させても長い通信距離を実現できることは、対象物の大きさや取り付け・埋設場所に制限がある場合に特に有効である。

金属線の長さは、ＩＣチップの動作波長の半分程度が最も好適である。ＩＣチップの動作周波数をｆ_０（Ｈｚ）、光の速度をｃ（ｍ／秒）とすると、ＩＣチップの動作波長λ（ｍ）は次式で示せる。

例えば動作周波数が９５０ＭＨｚの場合、ＩＣチップの動作波長は３１５．６ｍｍであり、金属線の長さはその半分の１５７．８ｍｍ程度が理論上は好適である。但し、後述するように、実験的にはそれより短い場合が最適である。

本発明では、ＲＦＩＤタグパッケージとして、日立化成工業株式会社製ＵＨＦ超小型パッケージタグ（外形が縦２．５ｍｍ×横２．５ｍｍ×高さ０．３ｍｍ）を用いた。このパッケージタグは、銅箔付きポリイミド基板（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）をエッチングして、図３に示すような、四角形に周回し、導線幅／導線間距離が０．１００／０．１２５ｍｍのコイルアンテナ２０（本実施例においては、実際は４回巻きとした。）を略平面上に形成し、中央部にＩＣチップ３０を配置して、ワイヤボンディングによってＩＣチップ３０とアンテナ２０を直接接続することで電気的閉回路を形成した後に、封止材１０によって封止し、ダイシングによって略直方体のＲＦＩＤタグパッケージ８０として形成したものである。ＩＣチップ３０の動作周波数は０．９５ＧＨｚ程度であり、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のもっとも長い辺２．５ｍｍは、ＩＣチップ３０の動作波長３１５．６ｍｍの１／１２６程度である。

以下、読取り評価の方法と実験結果について説明する。
リーダーは、ＡＴＩＤ社製、製品名ＡＴ−８７０−ＵＨＦＨ（出力１Ｗ）を、出力２４ｄＢｍで用いた。リーダーの読取り部を中心として、周囲１ｍ四方に障害物がない状態で、ＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグパッケージの読取り評価を行った。リーダーでＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグパッケージを読み取りつつリーダーとＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグパッケージとの距離を離し、読み取れなくなった時のリーダー読取り部からＲＦＩＤタグ又はＲＦＩＤタグパッケージまでの距離を通信距離として測定した。

（比較例１）
ＲＦＩＤタグパッケージを、そのままリーダーで読み取り距離を測定した結果を、表１に示す。読み取り距離は６ｍｍであった。

（実施例１）
図９（１）のように、導体１００である金属線１００の端部にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置して通信距離を測定した結果を表２に示す。金属線１００として、鉄が主成分であるＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ、ステンレス鋼）からなる、断面の直径が０．３２ｍｍの線であり、その表面が絶縁性のビニールで覆われているものを用いた。金属線１００は、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０が形成されている略面内であり、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）との最短距離が０．１ｍｍであり、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部付近の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが同じ方向であり、金属線１００の端部付近にＲＦＩＤタグパッケージ８０が位置するように配置した。
表２から、金属線１００の長さがＩＣチップ３０の動作波長である３１５．６ｍｍ以下、かつＩＣチップ３０の動作波長の１／８である３９．５ｍｍ以上において、ＲＦＩＤタグパッケージ８０単体の読み取り距離よりも長い距離で読み取れることがわかる。金属線１００の長さが１３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下では、特に長い読み取り距離を実現している。

（実施例２）
図９（１）と（２）のように、金属線１００の端部にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置して通信距離を測定した結果を表３に示す。
つまり、図９（１）では、金属線１００は、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０が形成されている略面内であり、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）との最短距離が０．１ｍｍであり、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが同じ方向であり、金属線１００の端部付近にＲＦＩＤタグパッケージ８０が位置するように配置した。また、図９（２）は、図９（１）とほぼ同様であるが、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが１８０°異なる方向である点が異なる。
金属線１００の長さは１４０ｍｍとした。ＲＦＩＤタグパッケージ８０単体（比較例１）に比べて通信距離が長くなっていることが分かる。

（比較例２）
図９（３）から（８）のように、金属線１００の端部にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置して通信距離を測定した結果を表４に示す。金属線１００の長さは１４０ｍｍとした。
つまり、図９（３）〜（８）では、金属線１００は、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０が形成されている略面内であり、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）との最短距離が０．１ｍｍであり、金属線１００の端部付近にＲＦＩＤタグパッケージ８０が位置するように配置したが、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが、同じ方向ではなく、又、１８０°異なる方向でもない。具体的には、図９（３）、（４）、（７）及び（８）は、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが９０°異なる点で、図９（１）及び（２）とは異なり、図９（５）及び（６）は、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）との最短距離が１ｍｍより離れている点で図９（１）及び（２）とは異なる。
これらの比較例２では、通信距離がＲＦＩＤタグパッケージ８０単体の時（比較例１）と変わらない。

（実施例３）
図９（１）のように、金属線１００がＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０が形成されている略面内であり、ＲＦＩＤタグパッケージ８０のコイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）との最短距離が０．１ｍｍであり、コイルアンテナ２０の最も外側の終端部を含む１辺（終端部付近）の延伸方向と金属線１００の延伸方向とが同じ方向であり、金属線１００の端部にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置して、かつ金属線１００の形状を図１０（１）〜（６）のように形成した場合の通信距離を測定した結果を表５に示す。金属線１００として、金属が直径０．３２ｍｍの被覆ＳＵＳ線を用いた。金属線１００の長さは全体で１４０ｍｍとした。Ｌ字（１）は２辺を何れも７０ｍｍとした。コの字（２）は３辺を何れも４６ｍｍ程度とした。円形（３）は直径５０ｍｍ程度とした。円形（４）は直径４０ｍｍ程度とし、ＲＦＩＤタグパッケージ８０が円のほぼ中心に配置されるように、円周から中心方向に向かう直線部を形成した。楕円（５）は７０ｍｍ×２５ｍｍの範囲に収まるようにし、かつ湾曲部は円弧とした。不定形（６）はＲＦＩＤパッケージを囲むランダムな曲線とした。このように変形しても直線の状態に比べて通信距離が極端に短くなることはなく、中には長くなるものもある。

（実施例４）
図９（１）のように、金属線１００の端部にＲＦＩＤタグパッケージ８０を配置して、ＲＦＩＤタグパッケージ８０と金属線１００の間隔に対する通信距離の関係を測定した結果を、表６に示す。ＲＦＩＤタグパッケージ８０と金属線１００の間隔が１ｍｍ以下において、ＲＦＩＤタグパッケージ８０単体の通信距離よりも長い距離で読み取れることがわかる。ＲＦＩＤタグパッケージ８０と金属線１００の間隔が０．８ｍｍ以下や、絶縁材料を介して配置される場合（特に絶縁材料を隔てて密着（０ｍｍ）の場合）に、長い通信距離を実現している。

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）、ホテル等で使用するリネン類、作業着、屋外で使用する耐候性ラベル、ショッピングカート等のカゴ車、ガスボンベ等の製品の管理、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 アンテナ又はコイルアンテナ
３０ ＩＣチップ
４０ ワイヤボンディングのワイヤ
５０ コイル（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タグパッケージ
８５ ＲＦＩＤタグ
９０ ダイパッド
１００ 金属線（導体）

Claims (13)

1. ＩＣチップと、このＩＣチップとワイヤボンディングにより接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、それぞれの辺の長さの全てが前記ＩＣチップの動作波長に比べて１／５０以下である略直方体のＲＦＩＤタグパッケージと、このＲＦＩＤタグパッケージの周辺に、前記ＩＣチップ及び前記アンテナと電気的に独立な導体を配置したＲＦＩＤタグであって、前記ＲＦＩＤタグパッケージの前記アンテナが、略平面上に形成され、略四角形に周回するコイルアンテナであり、前記コイルアンテナの最も外側の終端部を含む１辺と前記導体との最短距離が、１ｍｍ以下であり、前記コイルアンテナの最も外側の終端部を含む１辺の延伸方向と前記導体の延伸方向とが、略平行であり、前記導体の端部付近に前記ＲＦＩＤタグパッケージが配置されているＲＦＩＤタグ。
2. 請求項１において、導体が金属線、導電性の印刷物又は導電性の糸であるＲＦＩＤタグ。
3. 請求項１又は２において、導体が銅、アルミニウム、鉄又はニッケルを主成分とするＲＦＩＤタグ。
4. 請求項１から３の何れかにおいて、ＲＦＩＤタグパッケージと導体との最短距離が、０．８ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
5. 請求項１から４の何れかにおいて、導体の表面が絶縁材料で覆われているＲＦＩＤタグ。
6. 請求項５において、ＲＦＩＤタグパッケージと導体が、前記絶縁材料を介して配置されるＲＦＩＤタグ。
7. 請求項１から６の何れかにおいて、ＩＣチップの動作周波数が、１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグ。
8. 請求項７において、ＩＣチップの動作周波数が、０．８６〜０．９６ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグ。
9. 請求項１から８の何れかにおいて、導体の長さが、ＩＣチップの動作波長以下かつＩＣチップの動作波長の１／８以上であるＲＦＩＤタグ。
10. 請求項１から９の何れかにおいて、導体の長さが、１３０ｍｍ以上かつ１５０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
11. 請求項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤタグパッケージのサイズが、縦４ｍｍ以下×横４ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下、又は縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
12. 請求項１１において、ＲＦＩＤタグパッケージのサイズが、縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ０．３ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。
13. 請求項１から１２の何れかのＲＦＩＤタグと、リーダー又はリーダライタとを有する自動認識システム。

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