JP6362759B1

JP6362759B1 - IC tag

Info

Publication number: JP6362759B1
Application number: JP2017243023A
Authority: JP
Inventors: 誠敏中野
Original assignee: KOBAYASHI, YOSHIO; NAGAO, TOSHIYUKI
Current assignee: KOBAYASHI, YOSHIO; NAGAO, TOSHIYUKI
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: JP2019057263A

Abstract

【課題】ＩＣタグのバッテリーを大容量化してＩＣタグシステムの適用範囲及び用途を拡げることを可能にするＩＣタグを提供する。
【解決手段】ＩＣタグシステムＡについては、ＩＣタグ１００から送信されたデータをＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機1により非接触で受信可能になっている。このシステムに使用されるＩＣタグ１００は、ＩＣタグチップ１３０、通信アンテナ１２０及びバッテリー１４０が基板１１０に設けられている。基板１１０には、誘電体層１４２が導体層１４１，１４３により上下から挟まれた構造のキャパシタがバッテリー１４０として設けられている。導体層１４１，１４３には、その実効面積増大のために金属微粒子１４１１，１４３１が一面にわたって付着されている。
【選択図】図１There is provided an IC tag capable of expanding the application range and application of an IC tag system by increasing the capacity of the battery of the IC tag.
An IC tag system A can receive data transmitted from an IC tag 100 in a non-contact manner by a portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader. In an IC tag 100 used in this system, an IC tag chip 130, a communication antenna 120, and a battery 140 are provided on a substrate 110. A capacitor having a structure in which a dielectric layer 142 is sandwiched from above and below by conductor layers 141 and 143 is provided as a battery 140 on the substrate 110. Metal fine particles 1411 and 1431 are attached to the conductor layers 141 and 143 over the entire surface in order to increase the effective area.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、非接触でデータ送信可能なＩＣタグに関する。 The present invention relates to an IC tag capable of transmitting data without contact .

ＩＣタグシステムに使用されるＩＣタグ（ＩＤタグ）は、バッテリー（一次電池）を搭載したアクティブ型と、リード/ライタからの電磁波（搬送波）の電力を受けて駆動電力を生成する機能を有したパッシブ型とに大別される（アクティブ型に関しては特許文献１、パッシブ型に関しては特許文献２を参照）。 An IC tag (ID tag) used in an IC tag system has an active type equipped with a battery (primary battery) and a function of generating drive power by receiving electromagnetic wave (carrier wave) power from a reader / writer. The active type is broadly classified (see Patent Document 1 for the active type and Patent Document 2 for the passive type).

特開２００５−３１６７２４号公報JP 2005-316724 A 特表２００６−５０３３７６号公報JP-T-2006-503376

しかしながら、ＲＦＩＤタグシステムのＩＣタグとしてアクティブ型、パッシブ型の何れのものを使用しても以下のような問題が指摘されている。即ち、アクティブ型のＩＣタグを用いた場合、バッテリーの点でＩＣタグの小型・薄型化や長時間使用が困難である。一方、パッシブ型のＩＣタグを用いた場合、電磁波から大きな電力を生成できないために消費電力の大きい高機能回路を搭載することが困難である。このように従来のＩＣタグにはバッテリーに関する上記欠点が内在しており、この点でシステムの適用範囲及び用途が大きく制約される結果になっているのが現状である。 However, the following problems have been pointed out regardless of whether the active type or passive type is used as the IC tag of the RFID tag system. That is, when an active type IC tag is used, it is difficult to reduce the size and thickness of the IC tag and use it for a long time in terms of the battery. On the other hand, when a passive IC tag is used, it is difficult to mount a high-performance circuit with high power consumption because large power cannot be generated from electromagnetic waves. As described above, the conventional IC tag has the above-mentioned drawbacks relating to the battery, and the present situation is that the application range and use of the system are greatly restricted in this respect.

本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その主たる目的は、バッテリーを大容量化してシステムの適用範囲及び用途を拡げることが可能なＩＣタグを提供することにある。 The present invention has been created under the above-described background, and a main object of the present invention is to provide an IC tag capable of expanding the application range and use of the system by increasing the capacity of the battery .

本発明に係るＩＣタグは、非接触でデータ送信可能なＩＣタグであって、少なくともＩＣタグチップ、通信アンテナを基板に設け、かつバッテリーが基板内部に設けられており、前記基板内部には、誘電体層が導体層により上下から挟まれた構造のキャパシタが前記バッテリーとして設けられており、前記通信アンテナは、べタグラウンドを有したバッチアンテナであって、前記べタグラウンドが前記導体層の一方と共通されている。 An IC tag according to the present invention is an IC tag capable of transmitting data in a non-contact manner. At least an IC tag chip and a communication antenna are provided on a substrate, and a battery is provided inside the substrate. A capacitor having a structure in which a body layer is sandwiched from above and below by a conductor layer is provided as the battery, and the communication antenna is a batch antenna having a solid ground, and the solid ground is one of the conductor layers. And is common .

このようなＩＣタグによる場合、ＩＣタグチップ等を搭載するための基板内にバッテリーが設けられた構造になっていることから、ＩＣタグ自体の小型薄型化を図ることが容易となる。しかもバッテリーとしてキャパシタを用いたことから、電極間隔を小さくする等によりバッテリーの大容量化を容易に行うことが可能となる。よって、従来のＩＣタグに内在していた欠点が解消され、これに伴ってシステムの適用範囲及び用途を大きく拡げることが可能になる。また、基板の内部構造がシンプルになるに伴ってＩＣタグ自体の低コスト化を図ることも可能になる。 In the case of such an IC tag, since the battery is provided in the substrate for mounting the IC tag chip or the like, it is easy to reduce the size and thickness of the IC tag itself. Moreover since for the use of Capacity data as a battery, it is possible to easily perform the capacity of the battery such as by reducing the electrode spacing. Therefore, the disadvantage inherent in the conventional IC tag is solved, and accordingly, the application range and application of the system can be greatly expanded. Further, as the internal structure of the substrate becomes simple, the cost of the IC tag itself can be reduced.

好ましくは、前記キャパシタを構成する導体層には、その実効面積増大のために金属微粒子が一面にわたって付着された構成にすると良い。 Preferably, the conductor layer constituting the capacitor may have a structure in which metal fine particles are adhered over the entire surface in order to increase the effective area.

上記した構成のＩＣタグによる場合、キャパシタの電極面積の増大によりバッテリーの一層の大容量化を図ることが可能となる。 In the case of the IC tag configured as described above, it is possible to further increase the capacity of the battery by increasing the electrode area of the capacitor.

（ａ）はＩＣタグシステムの概略構成図である。（ｂ）は同ＩＣタグシステムを構成するＩＣタグの構成図である。(A) is a schematic block diagram of an IC tag system. FIG. 2B is a configuration diagram of an IC tag constituting the IC tag system. （ａ）は同ＩＣタグシステムを構成するＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機の概略構成図である。（ｂ）は同機のＩＣタグ用通信アンテナの平面図である。(A) is a schematic block diagram of the portable information terminal with a built-in IC tag reader constituting the IC tag system. (B) is a top view of the communication antenna for IC tags of the same machine. 同ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機内のＩＣタグリーダーの取り付け位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the attachment position of the IC tag reader in the portable information terminal with the same IC tag reader. 同ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機の変形例を説明するための図であって、同機によってＷｅｂサイトにアクセスする状態を示した説明図である。It is a figure for demonstrating the modification of the portable information terminal with a built-in IC tag reader, and is an explanatory view showing a state where a web site is accessed by the machine.

以下、本発明に係るＩＣタグの実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。ここに例として挙げるＩＣタグシステムＡは、図１（ａ）に示されているように、輸送品等の物品２００に固定されたＩＣタグ１００と、ＩＣタグ１００から送信された物品輸送情報等に関するデータを非接触で受信可能なＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１とを備えている。ここではＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１として折り畳み式の携帯電話機を想定しているが、スマートフォン、ｉＰａｄ（登録商標）又はタブレットコンピュータ等の携帯型無線端末機に置き替えても良い。 Embodiments of an IC tag according to the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1A, an IC tag system A exemplified here includes an IC tag 100 fixed to an article 200 such as a transported article, article transportation information transmitted from the IC tag 100, and the like. And a portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader capable of receiving data relating to contactless. Here, a foldable mobile phone is assumed as the portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader.

ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１については、情報端末機本体５にＩＣタグリーダー４が内蔵された構成になっている。ＩＣタグリーダー４は、ＩＣタグ用通信アンテナ３の読取機能等を有したＩＣタグリーダーチップ２と、ＩＣタグリーダーチップ２に接続されるＩＣタグ用通信アンテナ３とを備え、ISO/IEC15963及びISO/IEC14443に準拠したものを用いている The portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader has a configuration in which the IC tag reader 4 is built in the information terminal main body 5. The IC tag reader 4 includes an IC tag reader chip 2 having a reading function of the IC tag communication antenna 3 and the like, and an IC tag communication antenna 3 connected to the IC tag reader chip 2, and ISO / IEC15963 and ISO / Conforming to IEC14443

ＩＣタグリーダー４については、図２（ａ）に示されているように、情報端末機本体５内のバッテリー及び電源回路(電源)により電源が供給され、情報端末機本体５内に搭載されるＩＣタグ専用読取りアプリケーション(情報端末機本体５にインストールされたＩＣタグリーダー用ソフトウエア)により作動し、これによりＩＣタグ用通信アンテナ３にて受信されたＩＣタグ１００のデータを読み取り、その読取結果を情報端末機本体５のディスプレイ７(表示部)に表示するように構成されている。 As shown in FIG. 2A, the IC tag reader 4 is powered by the battery and the power supply circuit (power source) in the information terminal main body 5 and mounted in the information terminal main body 5. It operates by an IC tag dedicated reading application (IC tag reader software installed in the information terminal main unit 5), thereby reading the data of the IC tag 100 received by the IC tag communication antenna 3, and the reading result Is displayed on the display 7 (display unit) of the information terminal main body 5.

ここでは図３に示されているように、ＩＣタグリーダー４を情報端末機本体５の折り畳み時に於ける前面部６、具体的にはサブディスプレイの部位に取り付けている。なお、サブディスプレイ部分を取外して、ＩＣタグリーダー４を取り付ける形態でもかまわない。 Here, as shown in FIG. 3, the IC tag reader 4 is attached to the front face 6 when the information terminal main body 5 is folded, specifically, to the sub-display. The sub-display part may be removed and the IC tag reader 4 may be attached.

ＩＣタグ用通信アンテナ３については、ここでは、図２（ｂ）に示すように２ｃｍ×２ｃｍ程度のアンテナ径のものが使用される。 As the IC tag communication antenna 3, an antenna having an antenna diameter of about 2 cm × 2 cm is used here as shown in FIG.

ＩＣタグ１００については、図１（ｂ）に示されているように、ＩＣタグチップ１３０、通信アンテナ１２０及びバッテリー１４０が基板１１０に設けられている。ＩＣタグチップ１３０の通信出力ラインには通信アンテナ１２０が接続され、ＩＣタグチップ１３０の電源ラインにはバッテリー１４０が接続される。即ち、ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１等から送信された電波を通信アンテナ１２０にて受信する一方、その受信電力をＩＣタグチップ１３０により整流化等してバッテリー１４０に出力する。ＩＣタグチップ１３０はバッテリー１４０から出力された直流電圧により駆動可能になっている。ここではセミアクティブ型のものを用いているが、パッシブ型又はアクティブ型のものを用いても良い。なお、バッテリー１４０については、パッシブ型の場合、電力用コンデンサに相当し、アクティブ型の場合、駆動電池に相当することになる。 As for the IC tag 100, as shown in FIG. 1B, an IC tag chip 130, a communication antenna 120, and a battery 140 are provided on a substrate 110. The communication antenna 120 is connected to the communication output line of the IC tag chip 130, and the battery 140 is connected to the power supply line of the IC tag chip 130. That is, the communication antenna 120 receives the radio wave transmitted from the IC tag reader built-in portable information terminal 1 or the like, and the received power is rectified by the IC tag chip 130 and output to the battery 140. The IC tag chip 130 can be driven by a DC voltage output from the battery 140. Here, a semi-active type is used, but a passive type or an active type may be used. The battery 140 corresponds to a power capacitor in the case of a passive type, and corresponds to a driving battery in the case of an active type.

基板１１０については、ここでは素材がシリコン単結晶等である多層基板を用いている。その最上層の上面の中央部に通信アンテナ１２０の導体部１２１がパターン形成され、その周りにＩＣタグチップ１３０が実装されている。基板１１０の内部には、図１（ｂ）中の部分拡大断面図に示されているように、チタン酸バリウム等の誘電体層１４２が銅等の導体層１４１，１４３により上下から挟まれた構造のキャパシタがバッテリー１４０として設けられている。 As the substrate 110, a multilayer substrate whose material is a silicon single crystal or the like is used here. The conductor portion 121 of the communication antenna 120 is patterned at the center of the upper surface of the uppermost layer, and the IC tag chip 130 is mounted around the conductor portion 121. Inside the substrate 110, as shown in the partially enlarged sectional view in FIG. 1B, a dielectric layer 142 such as barium titanate is sandwiched from above and below by conductor layers 141 and 143 such as copper. A capacitor having a structure is provided as the battery 140.

通信アンテナ１２０については、ここではべタグラウンドを有したバッチアンテナを用いており、上記べタグラウンドが導体層１４１と共通にされている。即ち、導体層１４１の全面が上記べタグラウンドになっており、導体部１２１と導体層１４１により上記バッチアンテナが構成されている。アンテナ周波数については、13.56MHz、860〜960 MHz又は2.4GHz等を想定しているが、これより低い周波数帯、例えば125kHz等についてはバッチアンテナではなくスパイラルアンテナ等を用いると良い。 Here, a batch antenna having a solid ground is used as the communication antenna 120, and the solid ground is shared with the conductor layer 141. That is, the entire surface of the conductor layer 141 is the solid ground, and the batch antenna is constituted by the conductor portion 121 and the conductor layer 141. The antenna frequency is assumed to be 13.56 MHz, 860 to 960 MHz, 2.4 GHz, or the like. However, for a lower frequency band such as 125 kHz, a spiral antenna or the like may be used instead of a batch antenna.

導体層１４１の下面、導体層１４３の上面には、キャパシタの電極としての実効面積増大のために金属微粒子１４１１、１４３１が一面にわたって各々付着されている。一方、導体層１４１の上面、導体層１４３の下面には、基板１１０を構成するシリコン単結晶等との反応を防ぐために、ＺｒＯ_２等のバッファ層１４１２、１４３２が各々形成されている。 Metal fine particles 1411 and 1431 are attached to the lower surface of the conductor layer 141 and the upper surface of the conductor layer 143 over the entire surface in order to increase the effective area as an electrode of the capacitor. On the other hand, buffer layers 1412 and 1432 such as ZrO ₂ are respectively formed on the upper surface of the conductor layer 141 and the lower surface of the conductor layer 143 in order to prevent reaction with the silicon single crystal constituting the substrate 110.

金属微粒子１４１１等については、粒子径が200〜2000nm程度で且つ導体層１４１等と同一材料の金属粒子であって、スパッタリング等により導体層１４１等の表面に粒子径を制御しながら成形している。粒子の積層数は５層程度で成形され、1μm〜2μm程度の厚みに複合積層される（図１（ｂ）は１層の例を模式的に示している。）。この場合、キャパシタの電極の実効面積を数百倍に増大させることが可能になる。加えて、誘電体層１４２を高誘電率系の素材に変更したり、導体層１４１と導体層１４３との間の電極間隔を小さくすれば、バッテリー１４０の電気エネルギーの蓄積量を一層増大させることが可能になる。 The metal fine particles 1411 and the like are metal particles having a particle size of about 200 to 2000 nm and the same material as the conductor layer 141 and are formed on the surface of the conductor layer 141 and the like while controlling the particle size by sputtering or the like. . The number of particles stacked is about 5 layers, and is compositely stacked to a thickness of about 1 μm to 2 μm (FIG. 1 (b) schematically shows an example of one layer). In this case, the effective area of the capacitor electrode can be increased several hundred times. In addition, if the dielectric layer 142 is changed to a high dielectric constant material or the electrode spacing between the conductor layer 141 and the conductor layer 143 is reduced, the amount of electric energy stored in the battery 140 can be further increased. Is possible.

なお、金属微粒子１４１１の材質を導体層１４１等とは異なるもの、例えば、鉄コバルト合金等の軟磁性材料又はマンガン酸化物のようにコロッサル効果（超巨大磁気抵抗効果）により磁性抵抗が常温で極めて高い材料を選定してもよい。この場合、磁界の集電効果によりバッテリー１４０の電気エネルギーの蓄積量をさらに増大させることが可能になる。 Note that the magnetic resistance of the metal fine particles 1411 is different from that of the conductor layer 141 and the like , for example, a soft magnetic material such as iron-cobalt alloy or a manganese resistance such as a manganese oxide, and the magnetic resistance is extremely low at room temperature. High materials may be selected. In this case, it is possible to further increase the amount of electric energy stored in the battery 140 due to the current collection effect of the magnetic field.

上記のように構成されたＩＣタグ１００による場合、ＩＣタグチップ１３０等を搭載するための基板１１０内にバッテリー１４０が設けられた構造になっていることから、ＩＣタグ自体の小型薄型化を図ることが容易となる。しかもバッテリー１４０としてキャパシタを用い、その電極面積増大等により一層の大容量化を図ることが可能となった。それ故、従来のＩＣタグに内在していた欠点が解消され、これに伴ってシステムの適用範囲及び用途を大きく拡げることが可能になった。 In the case of the IC tag 100 configured as described above, since the battery 140 is provided in the substrate 110 for mounting the IC tag chip 130 and the like, the IC tag itself can be reduced in size and thickness. Becomes easy. In addition, a capacitor is used as the battery 140, and the capacity can be further increased by increasing the electrode area. Therefore, the drawbacks inherent in the conventional IC tag have been eliminated, and accordingly, the application range and application of the system can be greatly expanded.

このようなＩＣタグシステムＡに使用されるＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１については、本来の電話通信機能に加えてＩＣタグ１００の読取機能を有している。即ち、情報端末機本体５をオンにすると、ＩＣタグリーダー４が通電され、情報端末機本体５のキー操作によってＩＣタグ専用読取りアプリケーションが起動される。この状態で、物品２００に固定されたＩＣタグ１００にＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１を、例えば、数ｍｍ乃至２ｃｍ程度近づけると、ＩＣタグ１００から送信された物品輸送情報等に関するデータがＩＣタグリーダー４により読み取られ、読み取られたデータがディスプレイ７に表示出力される。 The IC information reader built-in portable information terminal 1 used in such an IC tag system A has a reading function of the IC tag 100 in addition to the original telephone communication function. That is, when the information terminal main body 5 is turned on, the IC tag reader 4 is energized, and an IC tag dedicated reading application is activated by a key operation of the information terminal main body 5. In this state, when the portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader is brought close to the IC tag 100 fixed to the article 200, for example, about several millimeters to 2 cm, the data related to the article transportation information transmitted from the IC tag 100 is IC. The data read by the tag reader 4 is displayed and output on the display 7.

このようにＩＣタグ１００のリーダライタを用いることなく自己が保有する携帯電話機を用いてＩＣタグ１００の読み取りが可能となる。ＩＣタグ１００の読取り操作が容易になり、この面で使い勝手が良好になる。しかもＩＣタグリーダー４において、情報端末機本体５の有する機能（電源供給、ソフトウエア処理及びデータ表示出力）を十分に活用してＩＣタグ１００の読取機能を実現したことから、ＩＣタグリーダー４の構成が簡素化され、ひいてはＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１の低コスト化を図ることが可能になる。 In this way, the IC tag 100 can be read using the mobile phone owned by itself without using the reader / writer of the IC tag 100. The reading operation of the IC tag 100 becomes easy and the usability is improved in this aspect. Moreover, since the IC tag reader 4 has realized the reading function of the IC tag 100 by fully utilizing the functions (power supply, software processing and data display output) of the information terminal main body 5, The configuration is simplified, and as a result, the cost of the portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader can be reduced.

次にＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機１の変形例について図４を参照して説明する。具体的には上記ＩＣタグ専用読取りアプリケーションを一部設計変更することにより、ＩＣタグリーダー４がＩＣタグ１００から読み取ったデータにＷｅｂサイトアクセス情報が含まれているときは、その情報に基づきＷｅｂサイト４００にアクセス自在にする。 Next, a modification of the portable information terminal 1 with a built-in IC tag reader will be described with reference to FIG. Specifically, when the IC tag reader 4 includes the website access information in the data read from the IC tag 100 by partially changing the design of the IC tag dedicated reading application, the website is based on the information. Make 400 accessible.

よって、ＩＣタグ１００から読み取られたデータにＷｅｂサイトアクセス情報が含まれているときは、そのＷｅｂサイト４００にアクセスされ、Ｗｅｂサイト４００から発信された情報がディスプレイ７に表示出力される。この状態で、情報端末機本体５の操作入力を通じて、Ｗｅｂサイト４００に向けて情報発信が可能になる。これに伴って、物品２００に関係した作業効率が高くなり非常に便利になる。 Therefore, when the website read information is included in the data read from the IC tag 100, the website 400 is accessed, and the information transmitted from the website 400 is displayed and output on the display 7. In this state, information can be transmitted to the Web site 400 through the operation input of the information terminal main body 5. Accordingly, the work efficiency related to the article 200 is increased and it becomes very convenient.

なお、本発明に係るＩＣタグについては、上記実施形態に限定されない。例えば、ＩＣタグチップ又は通信アンテナを基板の内部に設けたり、バッテリーとしてのキャパシタを複数設けて、これらを直列／並列接続する形態に設計変更しても良い。ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機に関しては、ＩＣタグのリーダライタの専用機に上記と同様に適用してもかまわない。 The IC tag according to the present invention is not limited to the above embodiment. For example, an IC tag chip or a communication antenna may be provided inside the substrate, or a plurality of capacitors as batteries may be provided, and the design may be changed to a configuration in which these are connected in series / parallel. The portable information terminal with a built-in IC tag reader may be applied to a dedicated device for a reader / writer of an IC tag in the same manner as described above.

ＡＩＣタグシステム
１ＩＣタグリーダー内蔵携帯情報端末機
４ＩＣタグリーダー
２ＩＣタグリーダーチップ
３ＩＣタグ用通信アンテナ
５情報端末機本体
７ディスプレイ（表示部）
１００ＩＣタグ
１１０基板
１２０通信アンテナ
１３０ＩＣタグチップ
１４０バッテリー（キャパシタ）
１４１導体層（べタグラウンド）
１４２誘電体層
１４３導体層
１４１１，１４３１金属粒子 A IC tag system 1 Mobile information terminal with built-in IC tag reader 4 IC tag reader 2 IC tag reader chip 3 Communication antenna for IC tag 5 Information terminal main unit 7 Display (display unit)
100 IC tag 110 Substrate 120 Communication antenna 130 IC tag chip 140 Battery (capacitor)
141 Conductor layer (solid ground)
142 Dielectric layer 143 Conductor layers 1411 and 1431 Metal particles

Claims

In an IC tag that can transmit data without contact , at least an IC tag chip and a communication antenna are provided on a substrate, and a battery is provided inside the substrate , and a dielectric layer is sandwiched from above and below by a conductor layer inside the substrate. A capacitor having the above structure is provided as the battery, and the communication antenna is a batch antenna having a solid ground, and the solid ground is shared with one of the conductor layers. IC tag .

In the IC tag of claim 1, wherein the conductor layer constituting the capacitor, IC tag, wherein a metal fine particle is deposited over one surface for the effective area increases.