JP6662497B1 - Rfidタグ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができるRFIDタグを提供する。RFIDタグ(1)は、基板(31)にコイル状アンテナ(32)が内蔵されたインダクタ素子(3)と、基板(31)の実装面(31A)上に実装され、コイル状アンテナ(32)に電気的に接続されるRFIC素子(2)とを備えるRFIDタグ(1)であって、コイル状アンテナ(32)は、巻回軸(32A)が基板(31)の実装面(31A)に対して平行又は傾斜するように設けられ、基板(31)の実装面(31A)に対して直交する方向から見たRFIC素子(2)の面積は、コイル状アンテナ(32)の巻回軸(32A)方向から見たコイル状アンテナ(32)の開口面積よりも大きく、RFIC素子(2)は、コイル状アンテナ(32)の巻回軸(32A)方向から見たとき、コイル状アンテナ(32)の開口領域(32B)の少なくとも一部と重ならないように設けられている。

Description

本発明は、RFID(Radio-Frequency IDentification)タグ及びその製造方法に関する。
従来、この種のRFIDタグとして、コイル状アンテナを内蔵する基板の実装面上にRFIC(Radio-Frequency Integrated circuit)素子を実装した構造を有するRFIDタグが知られている。従来のRFIDタグにおいて、コイル状アンテナは、巻回軸が基板の実装面に対して垂直に設けられている。また、RFIC素子は、コイル状アンテナの巻回軸方向から見て、コイル状アンテナの開口領域を塞ぐように設けられている。
このRFIDタグを金属面に取り付けた場合、コイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れが金属面に阻害され、RFIDタグの通信距離が短くなる。これに対して、特許文献1には、コイル状アンテナの巻回軸方向の中心が基板の中心よりも金属面から離れるように構成されたRFIDタグが開示されている。特許文献1のRFIDタグによれば、コイル状アンテナを金属面から離して配置することで、金属面からの影響を抑えて、RFIDタグの通信距離の低下を抑えることができる。
特開2012−201596号公報
近年、RFIDタグにおいては、一層の小型化が求められており、コイル状アンテナを内蔵する基板のサイズがRFIC素子のサイズに対して同程度以下の超小型のRFIDタグも求められている。この場合、RFIC素子に内蔵される導体パターンなどの金属成分が無視できなくなり、当該金属成分によってコイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れが妨げられ、RFICタグの通信距離が短くなってしまう。
本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができるRFIDタグ及びその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係るRFIDタグは、
基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子と、前記基板の実装面上に実装され、前記コイル状アンテナに電気的に接続されるRFIC素子と、を備えるRFIDタグであって、
前記コイル状アンテナは、巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように設けられ、
前記基板の実装面に対して直交する方向から見た前記RFIC素子の面積は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見た前記コイル状アンテナの開口面積よりも大きく、
前記RFIC素子は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見たとき、前記コイル状アンテナの開口領域の少なくとも一部と重ならないように設けられている。
本発明の一態様に係るRFIDタグの製造方法は、
RFIC素子の材料となるウェハを用意する工程と、
基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子を複数用意する工程と、
前記ウェハ上に、前記コイル状アンテナの巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように複数の前記インダクタ素子を電気的に接続する工程と、
1つのインダクタ素子を含む個々のRFIDタグとなるように前記ウェハをダイシングして個片化する工程と、
を含む。
本発明によれば、通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができるRFIDタグ及びその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るRFIDタグの概略構成を示す斜視図である。 図1のRFIDタグが備えるインダクタ素子の内部を透過して示す斜視図である。 図1のRFIDタグの断面図である。 図1のRFIDタグの平面図である。 図1のRFIDタグの等価回路図である。 図1のRFIDタグの第1変形例を示す断面図である。 図6のRFIDタグの製造方法の一例を示す模式図である。 図7Aに続く工程を示す拡大図である。 図7Bに続く工程を示す拡大図である。 図7Cに続く工程を示す拡大図である。 図1のRFIDタグの第2変形例を示す斜視図である。 図1のRFIDタグの第3変形例を示す斜視図である。 図1のRFIDタグの第4変形例を示す斜視図である。
本発明の一態様に係るRFIDタグは、基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子と、前記基板の実装面上に実装され、前記コイル状アンテナに電気的に接続されるRFIC素子と、を備えるRFIDタグであって、
前記コイル状アンテナは、巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように設けられ、
前記基板の実装面に対して直交する方向から見た前記RFIC素子の面積は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見た前記コイル状アンテナの開口面積よりも大きく、
前記RFIC素子は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見たとき、前記コイル状アンテナの開口領域の少なくとも一部と重ならないように設けられている。
この構成によれば、コイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れがRFIC素子によって阻害されることを抑えることができるので、RFIDタグの通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができる。
なお、前記RFIC素子は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見たとき、前記コイル状アンテナの前記開口領域と重ならないように、前記コイル状アンテナの外側に位置するように設けられてもよい。この構成によれば、コイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れがRFIC素子によって阻害されることをより確実に抑えることができる。
また、前記基板の実装面に対して直交する方向から見たとき、前記RFIC素子は、前記インダクタ素子と同じ又は前記インダクタ素子を包含するサイズを有してもよい。この構成によっても、コイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れがRFIC素子によって阻害されることを抑えることができる。
また、前記RFIC素子は、ウェハレベルパッケージ構造体であってもよい。この構成によれば、RFIDタグのより一層の小型化を図ることができる。
また、前記インダクタ素子と前記RFIC素子との実装部は、樹脂部材によって封止されてもよい。この構成によれば、実装部が水濡れしてショートなどの不具合が生じることを抑えることができるとともに、RFIDタグの強度を向上させることができる。
また、前記基板は、複数の誘電体層又は磁性体層を積層した積層体で構成され、前記コイル状アンテナは、前記積層体の各層に形成されたコイル用導体パターンを層間接続導体で連結した積層コイル状アンテナで構成されてもよい。この構成によれば、基板のサイズに対してコイル状アンテナの開口領域をより大きくして、小型で大きいインダクタンス値を得ることができ、RFIDタグのより一層の小型化を図ることができる。
本発明の一態様に係るRFIDタグの製造方法は、
RFIC素子の材料となるウェハを用意する工程と、
基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子を複数用意する工程と、
前記ウェハ上に、前記コイル状アンテナの巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように複数の前記インダクタ素子を電気的に接続する工程と、
1つのインダクタ素子を含む個々のRFIDタグとなるように前記ウェハをダイシングして個片化する工程と、を含む。
この製造方法によれば、コイル状アンテナの開口領域を巻回軸方向に通る磁束の流れがRFIC素子によって阻害されることを抑えて、通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができるRFIDタグを製造することができる。
なお、前記製造方法は、前記ウェハ上に電気的に接続した複数の前記インダクタ素子を封止するように樹脂部材を形成し、その後、1つのインダクタ素子を含む個々のRFIDタグとなるように前記ウェハ及び前記樹脂部材をダイシングして個片化することを含んでもよい。この製造方法によれば、インダクタ素子とRFIC素子との実装部を樹脂部材によって封止し、実装部が水濡れしてショートなどの不具合が生じることを抑えることができるとともに、RFIDタグの強度を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
(実施形態)
以下、本発明の実施形態に係るRFIDタグについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係るRFIDタグの概略構成を示す斜視図である。図2は、図1のRFIDタグが備えるインダクタ素子の内部を透過して示す斜視図である。図3は、図1のRFIDタグの断面図である。図4は、図1のRFIDタグの平面図である。
図1に示すように、本実施形態に係るRFIDタグ1は、RFIC素子2と、インダクタ素子3とを備えている。
RFIC素子2は、所定周波数(例えば、UHF帯、HF帯)の送受信信号を処理するチップ状の部品(RFICチップ)である。本実施形態において、RFIC素子2は、ウェハレベルパッケージ構造体である。図4に示すように、平面視において(Z方向から見て)、RFIC素子2は、インダクタ素子3を包含するサイズを有している。RFIC素子2は、例えば、X方向の長さが0.6mm、Y方向の長さが0.6mm、Z方向の長さ
0.1mmのサイズを有している。
RFIC素子2の一面には、図3に示すように、インダクタ素子3に電気的に接続される一対の入出力端子21,22が設けられている。本実施形態において、RFIC素子2の一対の入出力端子21,22は、はんだ4を介してインダクタ素子3に接続されている。なお、当該接続は、はんだ4に限定されるものでなく、異方性導電ペースト(ACP)などで接続してもよい。
インダクタ素子3は、基板31と、基板31に内蔵されたコイル状アンテナ32とを備えている。本実施形態において、インダクタ素子3は、チップ状の部品(チップインダクタ)である。
基板31は、RFIC素子2が実装される実装面31Aを有する基板である。本実施形態において、基板31は、複数の誘電体層又は磁性体層を積層した積層体で構成されている。基板31は、例えば、セラミック製の積層体である。基板31は、例えば、X方向の長さが0.4mm、Y方向の長さが0.2mm、Z方向の長さが0.2mmのサイズを有している。
コイル状アンテナ32は、巻回軸32Aを中心としてコイル状に巻き回された線状のアンテナ導体である。コイル状アンテナ32の一端部は、RFIC素子2の一方の入出力端子21に電気的に接続されている。コイル状アンテナ32の他端部は、RFIC素子2の他方の入出力端子22に電気的に接続されている。本実施形態において、コイル状アンテナ32は、前記積層体の各層に形成されたコイル用導体パターンを層間接続導体で連結した積層コイル状アンテナで構成されている。
図3に示すように、基板31の実装面31Aに対して直交する方向から見たRFIC素子2の面積は、コイル状アンテナ32の巻回軸方向(Y方向)から見たコイル状アンテナ32の開口面積よりも大きくなるように設計されている。すなわち、本実施形態に係るRFIDタグ1は、コイル状アンテナ32のサイズがRFIC素子2のサイズに対して小さい超小型のRFIDタグである。コイル状アンテナ32は、例えば、X方向の長さが0.35mm、Y方向の長さが0.15mm、Z方向の長さ0.15mmのサイズを有している。
また、RFIC素子2は、図3に示すように、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たとき、コイル状アンテナ32の開口領域32Bの少なくとも一部と重ならないように設けられている。本実施形態において、コイル状アンテナ32は、巻回軸32Aが基板の実装面31Aに対して平行になるように設けられている。RFIC素子2は、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たとき、コイル状アンテナ32の開口領域と重ならないように、コイル状アンテナ32の外側に位置するように設けられている。
図5は、RFIDタグ1の等価回路図である。
本実施形態においては、RFIC素子2が電力を供給する給電部5として機能し、コイル状アンテナ32がインダクタLとして機能し、RFIC素子2及び基板31の内部容量がコンデンサCとして機能する。これにより、LC並列共振回路が構成されている。
本実施形態に係るRFIDタグ1は、RFIDシステムのリーダライタ(図示せず)と無線通信可能である。リーダライタのアンテナをRFIDタグ1に近接させることによって、当該アンテナから放射された所定周波数(例えば、UHF帯、HF帯)の信号に基づく磁束がコイル状アンテナ32の開口領域32Bを巻回軸方向に流れる。これにより、コイル状アンテナ32に電流が流れる。この電流がRFIC素子2に供給され、RFIC素子2が動作する。一方、RFIC素子2からの応答信号がコイル状アンテナ32から磁界として放射され、リーダライタで読み取られる。このとき、コイル状アンテナ32から放射される磁界により、コイル状アンテナ32の開口領域32Bを巻回軸方向に通る磁束の流れが生じる。
本実施形態に係るRFIDタグ1によれば、コイル状アンテナ32の巻回軸32Aが基板31の実装面31Aに対して平行に設けられている。また、RFIC素子2は、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たとき、コイル状アンテナ32の開口領域32Bと重ならないように設けられている。これにより、コイル状アンテナ32の開口領域32Bを巻回軸方向に通る磁束の流れがRFIC素子2によって阻害されることを抑えることができる。また、前記構成によれば、RFIC素子2の実装面上に渦電流が生じた場合でも、当該渦電流による磁束がコイル状アンテナ32の開口領域32Bを巻回軸方向に通る磁束の流れを阻害しない。その結果、RFIDタグ1の通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができる。
また、本実施形態に係るRFIDタグ1によれば、RFIC素子2がウェハレベルパッケージ構造体であるので、RFIDタグ1のより一層の小型化を図ることができる。
また、本実施形態に係るRFIDタグ1によれば、基板31が積層体で構成され、コイル状アンテナ32が積層コイル状アンテナで構成されている。この構成によれば、基板31のサイズに対してコイル状アンテナ32の開口領域32Bをより大きくして、小型で大きいインダクタンス値を得ることができ、RFIDタグ1のより一層の小型化を図ることができる。
なお、図6に示すように、インダクタ素子3とRFIC素子2との実装部は、エポキシ樹脂などの樹脂部材6によって封止されてもよい。この構成によれば、当該実装部が水濡れしてショートなどの不具合が生じることを抑えることができるとともに、RFIDタグ1の強度を向上させることができる。
次に、図6に示すRFIDタグの製造方法の一例について説明する。図7A〜図7Dは、図6のRFIDタグの製造方法の一例を示す模式図である。図7B〜図7Dは、図7Aの一部を拡大して示している。
まず、図7Aに示すように、RFIC素子2の材料となるウェハ2Aを用意する。ウェハ2Aには、後述するウェハ2Aのダイシングの際に目安となるダイシングライン2Aaが編み目状に形成されている。
次いで、基板31にコイル状アンテナ32が内蔵されたインダクタ素子3を複数用意する。
次いで、図7Bに示すように、ウェハ2A上に、コイル状アンテナ32の巻回軸32Aが基板31の実装面31Aに対して平行にインダクタ素子3を電気的に接続する。より具体的には、ウェハ2Aのダイシングライン2Aaで囲まれた矩形の領域上にそれぞれ1つのインダクタ素子3を、コイル状アンテナ32の巻回軸32Aが基板31の実装面31Aに対して平行に、はんだを介して配置する。その後、リフローによりはんだを硬化させて、ウェハ2A上に複数のインダクタ素子3を電気的に接続する。
次いで、図7Cに示すように、ウェハ2A上に電気的に接続した複数のインダクタ素子3を封止するように樹脂部材6Aを形成する。
次いで、図7Dに示すように、1つのインダクタ素子3を含む個々のRFIDタグとなるようにウェハ2A及び樹脂部材6Aをダイシングライン2Aaでダイシングして個片化する。これにより、図6に示すRFIDタグを得ることができる。
なお、図1に示すRFIDタグ1を製造するには、例えば、図7Bに示す工程後、図7Cに示す工程を行わずに、1つのインダクタ素子3を含む個々のRFIDタグとなるようにウェハ2Aをダイシングして個片化すればよい。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記では、基板31の実装面31Aに対して直交する方向(Z方向)から見たとき、RFIC素子2は、インダクタ素子3を包含するサイズを有するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、Z方向から見て、RFIC素子2は、インダクタ素子3と同じサイズを有してもよいし、インダクタ素子3よりも小さいサイズを有してもよい。また、図8に示すように、Z方向から見て、インダクタ素子3の一部がRFIC素子2の外方にはみ出すように設けられてもよい。
また、前記では、コイル状アンテナ32は、積層体の各層に形成されたコイル用導体パターンを層間接続導体で連結した積層コイル状アンテナで構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、コイル状アンテナ32は、一本の線状のアンテナ導体をコイル状に巻き回した巻線コイルであってもよい。
また、前記では、コイル状アンテナ32は、巻回軸32Aが基板の実装面31Aに対して平行になるように設けられるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図9に示すように、コイル状アンテナ32は、巻回軸32Aが基板31の実装面31Aに対して傾斜するように設けられてもよい。このとき、RFIC素子2は、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たとき、コイル状アンテナ32の開口領域の少なくとも一部と重ならないように設けられていればよい。但し、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たときに、RFIC素子2がコイル状アンテナ32の開口領域32Bと重なる部分が大きくなればなるほど、当該開口領域32Bを巻回軸方向に通る磁束の流れが妨げられることになる。このため、コイル状アンテナ32の巻回軸方向から見たとき、RFIC素子2がコイル状アンテナ32の開口領域32Bの例えば80%以上重ならないようにすることが望ましい。
また、前記では、図4に示すように、Z方向から見て、コイル状アンテナ32の巻回軸32AがRFIC素子2の各辺と直交又は垂直になるように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、コイル状アンテナ32の巻回軸32AがRFIC素子2の各辺に対して、例えば45度、傾斜するように構成されてもよい。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明は、通信距離の低下を抑えつつ、一層の小型化を図ることができるので、RFIDシステムに用いるRFIDタグとして有用である。
1 RFIDタグ
2 RFIC素子
2A ウェハ
2Aa ダイシングライン
3 インダクタ素子
4 はんだ
5 給電部
6,6A 樹脂部材
21,22 入出力端子
31 基板
31A 実装面
32 コイル状アンテナ
32A 巻回軸
32B 開口領域

Claims (8)

  1. 基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子と、前記基板の実装面上に実装され、前記コイル状アンテナに電気的に接続されるRFIC素子と、を備えるRFIDタグであって、
    前記コイル状アンテナは、巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように設けられ、
    前記基板の実装面に対して直交する方向から見た前記RFIC素子の面積は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見た前記コイル状アンテナの開口面積よりも大きく、
    前記RFIC素子は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見たとき、前記コイル状アンテナの開口領域の少なくとも一部と重ならないように設けられ、
    前記基板の実装面に対して直交する方向において、前記コイル状アンテナの開口領域の高さ寸法が、前記RFIC素子の高さ寸法よりも大きい、
    RFIDタグ。
  2. 前記RFIC素子は、前記コイル状アンテナの巻回軸方向から見たとき、前記コイル状アンテナの前記開口領域と重ならないように、前記コイル状アンテナの外側に位置するように設けられている、請求項1に記載のRFIDタグ。
  3. 前記基板の実装面に対して直交する方向から見たとき、前記RFIC素子は、前記インダクタ素子と同じ又は前記インダクタ素子を包含するサイズを有している、請求項1又は2に記載のRFIDタグ。
  4. 前記RFIC素子は、ウェハレベルパッケージ構造体である、請求項1〜3のいずれか1つに記載のRFIDタグ。
  5. 前記インダクタ素子と前記RFIC素子との実装部は、樹脂部材によって封止されている、請求項1〜4のいずれか1つに記載のRFIDタグ。
  6. 前記基板は、複数の誘電体層又は磁性体層を積層した積層体で構成され、
    前記コイル状アンテナは、前記積層体の各層に形成されたコイル用導体パターンを層間接続導体で連結した積層コイル状アンテナで構成されている、請求項1〜5のいずれか1つに記載のRFIDタグ。
  7. RFIC素子の材料となるウェハを用意する工程と、
    基板にコイル状アンテナが内蔵されたインダクタ素子を複数用意する工程と、
    前記ウェハ上に、前記コイル状アンテナの巻回軸が前記基板の実装面に対して平行又は傾斜するように複数の前記インダクタ素子を電気的に接続する工程と、
    1つのインダクタ素子を含む個々のRFIDタグとなるように前記ウェハをダイシングして個片化する工程と、
    を含み、
    前記基板の実装面に対して直交する方向において、前記コイル状アンテナの開口領域の高さ寸法が、前記RFIC素子の高さ寸法よりも大きい、
    RFIDタグの製造方法。
  8. 前記ウェハ上に電気的に接続した複数の前記インダクタ素子を封止するように樹脂部材を形成し、その後、1つのインダクタ素子を含む個々のRFIDタグとなるように前記ウェハ及び前記樹脂部材をダイシングして個片化することを含む、請求項7に記載のRFIDタグの製造方法。
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