JP7036287B2 - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

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Description

本発明は、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）及びアンテナを備えるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグに関する。
ＲＦＩＣモジュールを備えるＲＦＩＤタグの一例として特許文献１が示されている。このＲＦＩＤタグは、アンテナが形成されたアンテナ基材にＲＦＩＣモジュールが実装されることで構成される。そのＲＦＩＣモジュールは、ＲＦＩＣと、このＲＦＩＣとアンテナとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを備える。
国際公開第２０１６／０８４６５８号
特許文献１に記載の構造のＲＦＩＣモジュールでは、インピーダンス整合回路を構成する複数のコイルの配置によっては、これらコイルとアンテナとの不要結合が生じることがある、この不要結合が生じると、ＲＦＩＣモジュールとアンテナの設計を独立して行うことができず、ＲＦＩＤタグ全体の設計が複雑となる。
そこで、本発明の目的は、ＲＦＩＣモジュールのインピーダンス整合回路を構成するコイルとアンテナとの不要結合を抑制して、ＲＦＩＣモジュールとアンテナとの独立性を高めたＲＦＩＤタグを提供することにある。
本開示の一例としてのＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＣと、アンテナと、前記ＲＦＩＣと前記アンテナとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路と、を備える。前記インピーダンス整合回路はコイルを備え、前記ＲＦＩＣと前記アンテナとの間に接続される。そして、前記アンテナにより前記コイルの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、前記コイルに生じる磁束ループの主要な面とは非平行である。
本発明によれば、ＲＦＩＣモジュールのインピーダンス整合回路を構成するコイルとアンテナとの不要結合を抑制して、ＲＦＩＣモジュールとアンテナとの独立性を高めたＲＦＩＤタグが得られる。
図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０１の部分拡大平面図である。 図２はＲＦＩＣモジュール１０１の回路図である。 図３（Ａ）は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０２の平面図である。図３（Ｂ）は、ＲＦＩＤタグ２０２が備えるＲＦＩＣモジュール１０２の搭載部分の拡大平面図である。 図４はＲＦＩＣモジュール１０２の基板１に形成されている導体パターンを示す平面図である。 図５は第３の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０３の平面図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０１の部分拡大平面図である。このＲＦＩＤタグ２０１は、絶縁体フィルム６０と、この絶縁体フィルム６０に形成されたアンテナ導体パターン６１，６２と、絶縁体フィルム６０に搭載されたＲＦＩＣモジュール１０１と、を備える。
アンテナ導体パターン６１，６２はダイポール型アンテナを構成する。図１においては、アンテナ導体パターン６１，６２によるダイポール型アンテナの給電部付近が表れている。導体パターン６１Ｐはアンテナ導体パターン６１の給電部（給電端）であり、導体パターン６２Ｐはアンテナ導体パターン６２の給電部（給電端）である。
ＲＦＩＣモジュール１０１は、基板１と、この基板１に搭載されたＲＦＩＣ２と、基板１に形成され、ＲＦＩＣ２とアンテナとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路と、を備える。
上記インピーダンス整合回路は、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２、第３インダクタＬ３、第４インダクタＬ４及び第５インダクタＬ５で構成されている。
絶縁体フィルム６０は例えばポリエチレンテレフタレート（PET）のフィルムであり、アンテナ導体パターン６１，６２は例えばアルミニウム箔のパターンである。
ＲＦＩＣモジュール１０１には、ＲＦＩＣ側第１端子電極３１、ＲＦＩＣ側第２端子電極３２、アンテナ側第１端子電極１１、アンテナ側第２端子電極１２が形成されている。
ＲＦＩＣモジュール１０１が絶縁体フィルム６０に搭載された状態で、導体パターン６１ＰにＲＦＩＣモジュール１０１のアンテナ側第１端子電極１１が接続され、導体パターン６２ＰにＲＦＩＣモジュール１０１のアンテナ側第２端子電極１２が接続される。
図２はＲＦＩＣモジュール１０１の回路図である。ＲＦＩＣモジュール１０１はＲＦＩＣ２とインピーダンス整合回路７とで構成されている。インピーダンス整合回路７は、上記第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２、第３インダクタＬ３、第４インダクタＬ４及び第５インダクタＬ５で構成される。図２中のドット記号は各インダクタのコイル巻回方向を示している。
図１に示した、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２、第３インダクタＬ３及び第４インダクタＬ４はそれぞれスパイラル状のコイル導体パターンで構成されている。第１インダクタＬ１を構成するコイル導体パターンのコイル開口と、第３インダクタＬ３を構成するコイル導体パターンのコイル開口とは重なっている。同様に、第２インダクタＬ２を構成するコイル導体パターンのコイル開口と、第４インダクタＬ４を構成するコイル導体パターンのコイル開口とは重なっている。
上記第１インダクタＬ１及び第３インダクタＬ３を構成するコイルが本発明に係る第１コイルＬＡに相当し、第２インダクタＬ２及び第４インダクタＬ４を構成するコイルが本発明に係る第２コイルＬＢに相当する。つまり、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢは、基板１の面に垂直方向にコイルの巻回軸を有し、第１コイルＬＡの巻回方向と第２コイルＬＢの巻回方向は、ＲＦＩＣ側第１端子電極３１からＲＦＩＣ側第２端子電極３２への電流通電時に第１コイルＬＡのコイル開口に生じる磁束の方向と第２コイルＬＢのコイル開口に生じる磁束の方向とは、逆方向の関係にある。そのため、図１において磁束φ３で示すように、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢのコイル開口を鎖交する磁束の主要なループの面はＸ－Ｚ面に平行である。
一方、図１において、磁束φ１で示すように、アンテナ導体パターン６１の周囲に生じる磁束ループの主要な面はＹ－Ｚ面に平行である。同様に、磁束φ２で示すように、アンテナ導体パターン６２の周囲に生じる磁束ループの主要な面もＹ－Ｚ面に平行である。
したがって、アンテナ導体パターン６１，６２によって、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とは直交している。このため、インピーダンス整合回路の第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢと、アンテナ導体パターン６１，６２とは、殆ど不要結合しない。
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、特に、アンテナの構成が第１の実施形態で示した例とは異なるＲＦＩＤタグについて例示する。
図３（Ａ）は第２の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０２の平面図である。図３（Ｂ）は、ＲＦＩＤタグ２０２が備えるＲＦＩＣモジュール１０２の搭載部分の拡大平面図である。
ＲＦＩＤタグ２０２は、アンテナ６と、このアンテナ６に結合するＲＦＩＣモジュール１０２とで構成される。アンテナ６は絶縁体フィルム６０と、この絶縁体フィルム６０に形成されたアンテナ導体パターン６１，６２とで構成される。
アンテナ導体パターン６１は導体パターン６１Ｐ，６１Ｌ，６１Ｃで構成され、アンテナ導体パターン６２は導体パターン６２Ｐ，６２Ｌ，６２Ｃで構成される。アンテナ導体パターン６１，６２はダイポールアンテナを構成する。
導体パターン６１Ｐ，６２ＰにはＲＦＩＣモジュール１０２が搭載される。導体パターン６１Ｌ，６２Ｌはメアンダライン形状であって、インダクタンス成分の高い領域として作用する。また、導体パターン６１Ｃ，６２Ｃは平面形状であって、キャパシタンス成分の高い領域として作用する。このことにより、電流強度の高い領域のインダクタンス成分を大きくし、電圧強度の高い領域のキャパシタンス成分を大きくして、アンテナ導体パターン６１，６２の形成領域を縮小化している。
図４はＲＦＩＣモジュール１０２の基板１に形成されている導体パターンを示す平面図である。図４において上部は基板１の上面に形成されている導体パターンの平面図であり、図４の下部は基板１の下面に形成されている導体パターンの平面図である。
基板１の上面には、ＲＦＩＣ側第１端子電極３１、ＲＦＩＣ側第２端子電極３２、第１インダクタＬ１の主要部の導体パターンＬ１１、及び第２インダクタＬ２の主要部の導体パターンＬ２１が形成されている。ＲＦＩＣ側第１端子電極３１は上記導体パターンＬ１１の一方端に繋がっていて、ＲＦＩＣ側第２端子電極３２は上記導体パターンＬ２１の一方端に繋がっている。これら導体パターンは例えば銅箔をフォトリソグラフィによってパターンニングしたものである。
基板１の下面にはアンテナ側第１端子電極１１及びアンテナ側第２端子電極１２が形成されている。また、基板１の下面には、第１インダクタＬ１の一部の導体パターンＬ１２、第２インダクタＬ２の一部の導体パターンＬ２２、第３インダクタＬ３の導体パターン、第４インダクタＬ４の導体パターン及び第５インダクタＬ５の導体パターン（二点鎖線で囲む導体パターン）が形成されている。これら導体パターンも例えば銅箔をフォトリソグラフィによってパターンニングしたものである。
導体パターン６１Ｐとアンテナ側第１端子電極１１との間には絶縁層が形成されていて、導体パターン６１Ｐとアンテナ側第１端子電極１１とは容量結合する。同様に、導体パターン６２Ｐとアンテナ側第２端子電極１２との間には絶縁層が形成されていて、導体パターン６２Ｐとアンテナ側第２端子電極１２とは容量結合する。
上記第１インダクタＬ１の一部の導体パターンＬ１２の一方端及び第３インダクタＬ３の導体パターンの一方端は上記アンテナ側第１端子電極１１に繋がっている。同様に、上記第２インダクタＬ２の一部の導体パターンＬ２２の一方端及び第４インダクタＬ４の導体パターンの一方端は上記アンテナ側第２端子電極１２に繋がっている。第３インダクタＬ３の導体パターンの他方端と、第４インダクタＬ４の導体パターンの他方端との間には第５インダクタＬ５の導体パターンが繋がっている。
第３インダクタＬ３の導体パターンの他方端と第１インダクタＬ１の主要部の導体パターンＬ１１の他方端とはビア導体Ｖ１を介して接続されている。同様に、第４インダクタＬ４の導体パターンの他方端と第２インダクタＬ２の主要部の導体パターンＬ２１の他方端とはビア導体Ｖ２を介して接続されている。
上記ＲＦＩＣ側第１端子電極３１及びＲＦＩＣ側第２端子電極３２にＲＦＩＣ２が搭載されている。つまり、ＲＦＩＣ２のＲＦＩＣ端子電極２１がＲＦＩＣ側第１端子電極３１に接続されていて、ＲＦＩＣ２のＲＦＩＣ端子電極２２がＲＦＩＣ側第２端子電極３２に接続されている。
第１インダクタＬ１及び第３インダクタＬ３は基板１の異なる層にそれぞれ形成され、且つコイル開口が重なる関係に配置されている。同様に、第２インダクタＬ２及び第４インダクタＬ４は基板１の異なる層にそれぞれ形成され、且つコイル開口が重なる関係に配置されている。そして、第２インダクタＬ２及び第４インダクタＬ４と、第１インダクタＬ１及び第３インダクタＬ３とは、ＲＦＩＣ２の搭載位置を基板１の面に沿って挟む位置関係に配置されている。
ＲＦＩＣ側第１端子電極３１から第３インダクタＬ３の他端までの巻回方向と、ＲＦＩＣ側第２端子電極３２から第４インダクタＬ４の他端までの巻回方向とは同方向である。
ＲＦＩＣモジュール１０２の回路は図２に示した回路と同じである。図２に示した第１インダクタＬ１は、図４に示した導体パターンＬ１１，Ｌ１２で構成され、第２インダクタＬ２は、図４に示した導体パターンＬ２１，Ｌ２２で構成される。第１インダクタＬ１はアンテナ側第１端子電極１１とＲＦＩＣ側第１端子電極３１との間に接続されている。第２インダクタＬ２はアンテナ側第２端子電極１２とＲＦＩＣ側第２端子電極３２との間に接続されている。第３インダクタＬ３の一端はアンテナ側第１端子電極１１に接続されていて、第４インダクタＬ４の一端はアンテナ側第２端子電極１２に接続されていて、第５インダクタＬ５は第３インダクタＬ３の他端と第４インダクタＬ４の他端との間に接続されている。
図４、図３（Ｂ）に示すように、第１インダクタＬ１及び第３インダクタＬ３を構成するコイルで第１コイルＬＡが構成されていて、第２インダクタＬ２及び第４インダクタＬ４を構成するコイルで第２コイルＬＢが構成されている。そして、ＲＦＩＣ側第１端子電極３１からＲＦＩＣ側第２端子電極３２への電流通電時に第１コイルＬＡのコイル開口に生じる磁束の方向と第２コイルＬＢのコイル開口に生じる磁束の方向とは、逆方向の関係にある。
図３（Ｂ）において磁束φ３で示すように、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢのコイル開口を鎖交する磁束の主要なループの面はＸ－Ｚ面に平行である。
本実施形態において、アンテナ導体パターン６１，６２は、メアンダライン形状の導体パターン６１Ｌ，６２Ｌを有するが、全体的な延伸方向は、図３（Ａ）に示すＸ方向である。そのため、図３（Ａ）において、磁束φ１で示すように、アンテナ導体パターン６１の周囲に生じる磁束ループの主要な面はＹ－Ｚ面に平行である。同様に、磁束φ２で示すように、アンテナ導体パターン６２の周囲に生じる磁束ループの主要な面はＹ－Ｚ面に平行である。
したがって、アンテナ導体パターン６１，６２によって、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とは直交している。このため、インピーダンス整合回路の第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢと、アンテナ導体パターン６１，６２とは、殆ど不要結合しない。
《第３の実施形態》
第３の実施形態では、特に、ＲＦＩＣモジュール近傍のアンテナの構成が第１の実施形態とは異なるＲＦＩＤタグについて示す。
図５は第３の実施形態に係るＲＦＩＤタグ２０３の平面図である。このＲＦＩＤタグ２０３は、絶縁体フィルム６０と、この絶縁体フィルム６０に形成されたアンテナ導体パターン６１，６２と、絶縁体フィルム６０に搭載されたＲＦＩＣモジュール１０３と、を備える。
アンテナ導体パターン６１，６２はダイポール型アンテナを構成する。図５においては、アンテナ導体パターン６１，６２によるダイポール型アンテナの給電部付近が表れている。導体パターン６１Ｐはアンテナ導体パターン６１の給電部（給電端）であり、導体パターン６２Ｐはアンテナ導体パターン６２の給電部（給電端）である。
ＲＦＩＣモジュール１０３は、基板１と、この基板１に搭載されたＲＦＩＣ２と、基板１に形成され、ＲＦＩＣ２とアンテナとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路と、を備える。このインピーダンス整合回路は、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２、第３インダクタＬ３、第４インダクタＬ４、及び第５インダクタＬ５で構成されている。ＲＦＩＣモジュール１０３の基本構成は第１の実施形態で示したＲＦＩＣモジュール１０１と同じである。
本実施形態では、アンテナ導体パターン６１は、導体パターン６１Ｐから延びる引き出し部６１Ｅを有する。この引き出し部６１Ｅの引き出し方向の主要方向はＹ軸に平行方向である。同様に、アンテナ導体パターン６２は、導体パターン６２Ｐから延びる引き出し部６２Ｅを有する。この引き出し部６２Ｅの引き出し方向の主要方向はＹ軸に平行方向である。これら引き出し部６１Ｅ，６２Ｅは第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに近接する部位である。
図５において磁束φ３で示すように、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢのコイル開口を鎖交する磁束の主要なループの面はＹ－Ｚ面に平行である。また、磁束φ１で示すように、アンテナ導体パターン６１のうち、引き出し部６１Ｅの周囲に生じる磁束ループの主要な面はＸ－Ｚ面に平行である。同様に、磁束φ２で示すように、アンテナ導体パターン６２のうち、引き出し部６２Ｅの周囲に生じる磁束ループの主要な面はＸ－Ｚ面に平行である。
したがって、アンテナ導体パターン６１，６２の引き出し部６１Ｅ，６２Ｅによって、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とは直交している。このため、インピーダンス整合回路の第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢと、アンテナ導体パターン６１，６２とは、殆ど不要結合しない。
以上、各実施形態で示したように、本発明によれば、ＲＦＩＣモジュールのインピーダンス整合回路を構成するコイルとアンテナとの不要結合が抑制されて、ＲＦＩＣモジュールとアンテナとの独立性が高いＲＦＩＤタグが得られる。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
例えば、以上に示したいずれの実施形態においても、アンテナ導体パターン６１，６２によって、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とが「直交」する例を示したが、「非平行」であれば、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢと、アンテナ導体パターン６１，６２との不要結合を抑制する効果がある。つまり、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とが直交する関係であるとき、上記不要結合が最も抑制される典型例ということができる。例えば、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、第１コイルＬＡ及び第２コイルＬＢに生じる磁束ループの主要な面とが、交差角９０°±４５°の範囲内で交差する関係であれば、不要結合の良好な抑制効果が得られる。
また、例えば、以上に示したいずれの実施形態においても、基板１の上面にＲＦＩＣ２を搭載する例を示したが、ＲＦＩＣ２は基板１の内部に配置してもよい。例えば、ＲＦＩＣ側第１端子電極３１及びＲＦＩＣ側第２端子電極３２を第１層に形成し、ＲＦＩＣ２を第１層に設けてもよい。その場合、第２層に開口（キャビティ）を形成して、ＲＦＩＣ２との構造上の干渉を避けるようにしてもよい。
Ｌ１…第１インダクタ
Ｌ２…第２インダクタ
Ｌ３…第３インダクタ
Ｌ４…第４インダクタ
Ｌ５…第５インダクタ
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２…導体パターン
ＬＡ…第１コイル
ＬＢ…第２コイル
Ｖ１，Ｖ２…ビア導体
１…基板
２…ＲＦＩＣ
６…アンテナ
７…インピーダンス整合回路
１１…アンテナ側第１端子電極
１２…アンテナ側第２端子電極
２１，２２…ＲＦＩＣ端子電極
３１…ＲＦＩＣ側第１端子電極
３２…ＲＦＩＣ側第２端子電極
６０…絶縁体フィルム
６１，６２…アンテナ導体パターン
６１Ｐ，６１Ｌ，６１Ｃ，６２Ｐ，６２Ｌ，６２Ｃ…導体パターン
１０１，１０２，１０３…ＲＦＩＣモジュール
２０１，２０２，２０３…ＲＦＩＤタグ

Claims (4)

  1. ＲＦＩＣと、
    開放端を有するアンテナと、
    前記ＲＦＩＣと前記アンテナとの間に接続されて、前記アンテナに直流的に又は容量結合によって接続され、前記ＲＦＩＣと前記アンテナとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路と、を備え、
    前記インピーダンス整合回路はコイルを備え、
    前記アンテナにより前記コイルの近傍に生じる磁束ループの主要な面と、前記コイルに生じる磁束ループの主要な面とは非平行である、
    ＲＦＩＤタグ。
  2. 絶縁体フィルム及び基板を備え、
    前記アンテナは前記絶縁体フィルムに形成された導体パターンで構成され、
    前記ＲＦＩＣは前記基板に搭載されて、前記基板、前記インピーダンス整合回路及び前記ＲＦＩＣによってＲＦＩＣモジュールが構成され、
    前記ＲＦＩＣモジュールが前記絶縁体フィルムに搭載された、
    請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
  3. 前記コイルは前記基板に形成されたスパイラル状の導体パターンで構成された、請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
  4. 前記コイルは、前記ＲＦＩＣに接続される２つの端子電極間に直列接続された、第１コイル及び第２コイルを備え、
    前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記基板の面に垂直方向にコイルの巻回軸を有し、
    前記２つの端子電極の一方から他方への電流通電時に前記第１コイルのコイル開口に鎖交する磁束の方向と前記第２コイルのコイル開口に鎖交する磁束の方向とは、逆方向の関係にある、
    請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
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