JP7142716B2

JP7142716B2 - Ｒｆｉｄタグ

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Publication number: JP7142716B2
Application number: JP2020557661A
Authority: JP
Inventors: 周一山本; 拓也林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: US20220121898A1; EP3889838A1; WO2020110930A1; CN113015980A; JPWO2020110930A1; EP3889838A4

Description

本開示は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグに関する。

従来、シートアンテナにＲＦＩＤタグ用ＩＣ（Integrated Circuit）が実装されて構成されるＲＦＩＤタグがある。国際公開第２００９／１４２１１４号には、給電回路を有する給電回路基板を介してＲＦＩＤタグ用ＩＣがアンテナ（放射板）に搭載されたＲＦＩＤタグが開示されている。

本開示に係るＲＦＩＤタグは、
ＲＦＩＤタグ用ＩＣと前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣが搭載された基板とを有するＲＦＩＤタグデバイスと、
アンテナ導体を含みかつ前記ＲＦＩＤタグデバイスが固定されたシートアンテナと、
を備え、
前記基板は、
第１面導体と、
前記第１面導体と前記アンテナ導体との間に配置された第２面導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体とを短絡させる短絡導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体との間に配置された容量用面導体と、
前記容量用面導体と前記第１面導体又は前記第２面導体とを導通させる容量用接続導体と、
を有し、
前記第２面導体のうち前記短絡導体の接続部から前記第２面導体の中央を向く方向が、前記アンテナ導体の長手方向を向き、前記短絡導体から前記容量用接続導体を向く方向が、前記アンテナ導体の長手方向を向いている。

本開示に係るもう一つの態様のＲＦＩＤタグは、
ＲＦＩＤタグ用ＩＣと前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣが搭載された基板とを有するＲＦＩＤタグデバイスと、
アンテナ導体と、
を備え、
前記基板は、
前記アンテナ導体とは逆方に配置される第１面導体と、
前記アンテナ導体に対向する第２面導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体とを短絡する短絡導体と、
を有し、
前記第２面導体及び前記アンテナ導体の対向方向から見たときに、前記アンテナ導体における共振電波電圧の節の位置が、前記第２面導体の中央よりも前記短絡導体の逆方に位置する。

本開示によれば、単純で信頼性の高いアンテナの接続により通信可能距離を長くできるという効果が得られる。

本開示に係る実施形態のＲＦＩＤタグの第１例を示す斜視図である。本開示に係る実施形態のＲＦＩＤタグの第２例を示す斜視図である。代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第１例を示す縦断面図である。図２のＲＦＩＤタグデバイスを示す分解斜視図である。代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第２例を示す縦断面図である。代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第３例を示す縦断面図である。図５のＲＦＩＤタグデバイスを示す分解斜視図である。代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第４例を示す縦断面図である。実施形態１に係るＲＦＩＤタグに含まれるＲＦＩＤタグデバイスを示す底面図である。実施形態２に係るＲＦＩＤタグに含まれるＲＦＩＤタグデバイスを示す底面図である。実施形態３に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態３に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。実施形態４に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態４に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。実施形態５に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態５に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。実施形態６に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態６に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。実施形態７に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態７に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。実施形態８に係るＲＦＩＤタグを示す平面図である。アンテナ導体の配線幅とアンテナ利得との関係を示すグラフである。実施形態９に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。実施形態１０に係るＲＦＩＤタグを示す図である。図１８Ａの範囲Ｃ１の拡大図である。ＲＦＩＤタグデバイスの位置とアンテナ利得との関係を示すグラフである。ＲＦＩＤタグデバイスの参考例１を示す図である。参考例１のＲＦＩＤタグデバイスにおける短絡導体とは逆方の端部の電界強度を示す図である。ＲＦＩＤタグデバイスの参考例２を示す図である。参考例２のＲＦＩＤタグデバイスにおける短絡導体とは逆方の端部の電界強度を示す図である。ＲＦＩＤタグデバイスの参考例３を示す図である。参考例３のＲＦＩＤタグデバイスにおける短絡導体とは逆方の端部の電界強度を示す図である。実施形態１１に係るＲＦＩＤタグを示す図である。

以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１Ａは、本開示に係る実施形態のＲＦＩＤタグの第１例を示す斜視図である。図１Ｂは、本開示に係る実施形態のＲＦＩＤタグの第２例を示す斜視図である。

本実施形態のＲＦＩＤタグ１は、図１Ａに示すように、シートアンテナ１０と、ＲＦＩＤタグデバイス２０とを備える。シートアンテナ１０は、シート１１と、シート１１上に位置する膜状のアンテナ導体１２とを含む。アンテナ導体１２は、膜状で、一方に長い形状を有する。アンテナ導体１２は、図１Ｂに示すように、蛇行したミアンダ形状としてもよい。アンテナ導体１２の長手方向の長さは、無線信号の半波長に調整されてもよいし、これと異なる長さであってもよい。

ＲＦＩＤタグデバイス２０は、基板にＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０（図２～図７を参照）が搭載されて構成され、電波を介してリーダライタから電力を受け、リーダライタと無線通信を行う。ＲＦＩＤタグデバイス２０は、特に制限されないが、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を用いて無線通信を行う。

ＲＦＩＤタグデバイス２０としては、絶縁基板の形状、絶縁基板上又は絶縁基板内の導体のパターン及び位置等が異なる、様々な形態が適用可能である。続いて、これらのうち代表的な４つについて説明する。以下の説明では、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ａ～２０Ｄに固定的に定義された直交座標ｘ、ｙ、ｚを用いて、各方向を表わす場合がある。ＲＦＩＤタグデバイス２０Ａ～２０ＤからＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０を除いた構成が、本発明に係る基板の一例に相当する。

図２は、代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第１例を示す縦断面図である。図３は、図２のＲＦＩＤタグデバイスを示す分解斜視図である。図３中、一点鎖線により、短絡導体４１、容量用接続導体４２及び接続導体４３、４４を示す。

第１例のＲＦＩＤタグデバイス２０Ａは、ｘ－ｙ方向に広がった第１面とその反対側の第２面とを有する絶縁基板２１と、絶縁基板２１の第１面に配置された第１面導体３１と、絶縁基板２１の第２面に配置された第２面導体３２と、絶縁基板２１の内部に位置する容量用面導体３３とを備える。容量用面導体３３は、第１面導体３１及び第２面導体３２と同様にｘ－ｙ方向に広がった面導体である。第１面導体３１は、貫通孔３１ａを有する。貫通孔３１ａには、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の端子と接続される２つの電極パッド３４、３５が配置されている。絶縁基板２１の第１面には、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０が搭載され、その２つの端子が、電極パッド３４、３５にボンディングワイヤ等を介して接続されている。絶縁基板２１の第１面上にはモールド樹脂６０が配置され、モールド樹脂６０に第１面導体３１とＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０とが埋め込まれている。

さらに、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ａは、絶縁基板２１の内部にｚ方向に延びた短絡導体４１、容量用接続導体４２、及び接続導体４３、４４を備える。短絡導体４１は、第１面導体３１と第２面導体３２とに接続されてこれらを短絡する。容量用接続導体４２は、第１面導体３１と容量用面導体３３とに接続されて、これらを導通する。接続導体４３は、電極パッド３４と容量用面導体３３とを導通する。接続導体４４は、電極パッド３５と第２面導体３２とを導通する。接続導体４４は、容量用面導体３３の貫通孔３３ａを通過し、容量用面導体３３とは接触しない。

絶縁基板２１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体又はガラスセラミック焼結体等の誘電体であり、例えば各々がシート状の複数層のセラミックグリーンシートを重ねかつ焼結することで形成できる。

第１面導体３１、第２面導体３２及び電極パッド３４、３５は、スクリーン印刷等の方法を用いて、金属ペーストをセラミックグリーンシート（焼結前の絶縁基板２１）の該当位置に印刷し、その後、セラミックグリーンシートと一緒に焼結することで形成できる。容量用面導体３３は、焼結前の絶縁基板２１であるセラミックグリーンシートが、複数層に離間している段階で、スクリーン印刷等の方法を用いて、セラミックグリーンシートの該当の層の該当位置に金属ペーストを印刷し、その後、複数層のセラミックグリーンシートを重ね合わせ、一緒に焼結することで形成できる。金属ペーストとしては、例えば、銅の粉末を有機溶剤及び有機バインダと混合した材料が適用できる。第１面導体３１、第２面導体３２及び電極パッド３４、３５などの絶縁基板２１上で露出した導体の表面は、ニッケル、コバルト、パラジウム又は金等のめっき層で被覆されてもよく、よって、酸化腐食を抑制できかつワイヤボンディングの接合特性を向上できる。

短絡導体４１、容量用接続導体４２、及び接続導体４３、４４は、焼結前の絶縁基板２１であるセラミックグリーンシートの該当箇所に貫通孔又は層間孔を設け、ここに金属ペーストを充填し、セラミックグリーンシートと一緒に焼結することで形成できる。金属ペーストとしては、例えば、銅の粉末を有機溶剤及び有機バインダと混合した材料が適用できる。

このような構成により、第１面導体３１、第２面導体３２及び短絡導体４１により、板状逆Ｆアンテナが構成される。ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０は、板状逆Ｆアンテナを介して無線信号を送受信できる。容量用面導体３３は第２面導体３２と対向して静電容量を構成する。この静電容量により、板状逆Ｆアンテナの特性を維持しつつ、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ａの小型化が実現される。

図４は、代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第２例を示す縦断面図である。

第２例のＲＦＩＤタグデバイス２０Ｂは、第１例の構成から容量用面導体３３を省いた構成である。容量用面導体３３が省かれているので、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の一方の端子は、第１面導体３１にボンディングワイヤ等を介して接続されている。また、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の他方の端子が接続された電極パッド３５は、接続導体４４を介して第２面導体３２に導通されている。絶縁基板２１及び各導体は、前述した第１例と同様の方法で製造できる。

このような構成により、第１面導体３１、第２面導体３２及び短絡導体４１により、板状逆Ｆアンテナが構成され、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０は、板状逆Ｆアンテナを介して無線信号を送受信できる。

図５は、代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第３例を示す縦断面図である。図６は、図５のＲＦＩＤタグデバイスを示す分解斜視図である。図６中、一点鎖線により、短絡導体４１ａ～４１ｃ、容量用接続導体４２及び接続導体４３Ｃ、４４Ｃを示す。

第３例のＲＦＩＤタグデバイス２０Ｃは、キャビティ構造（凹部２１ｄ）を有する絶縁基板２１Ｃと、絶縁基板２１Ｃの第１面に配置された第１面導体３１Ｃと、絶縁基板２１Ｃの第２面に配置された第２面導体３２と、絶縁基板２１Ｃの内部に位置する容量用面導体３３とを備える。第１面導体３１Ｃと、容量用面導体３３と、第２面導体３２とは、ｘ－ｙ方向に広がっている。第１面導体３１Ｃは、凹部２１ｄの開口部分を除外した範囲に位置する。凹部２１ｄの内底面には、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の端子と接続される２つの電極パッド３４Ｃ、３５Ｃが配置される。電極パッド３４Ｃ、３５Ｃの一部は、絶縁基板２１Ｃの内部に埋め込まれてもよい。ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０は、凹部２１ｄに収容され、２つの端子が、電極パッド３４Ｃ、３５Ｃにボンディングワイヤ等を介して接続されている。凹部２１ｄは樹脂モールドにより埋められていてもよい。

さらに、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｃは、絶縁基板２１の内部にｚ方向に延びた短絡導体４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、容量用接続導体４２、及び接続導体４３Ｃ、４４Ｃを備える。短絡導体４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、第１面導体３１Ｃと第２面導体３２とに接続されてこれらを短絡する。容量用接続導体４２は、第１面導体３１と容量用面導体３３とに接続されて、これらを導通する。接続導体４３Ｃは、電極パッド３４と第２面導体３２とを導通する。接続導体４４Ｃは、電極パッド３５Ｃと容量用面導体３３とを導通する。接続導体４３Ｃは、容量用面導体３３の貫通孔３３ａを通過し、容量用面導体３３と接触しない。

絶縁基板２１Ｃ及び各導体は、前述した第１例と同様の方法で製造できる。

このような構成により、第１面導体３１Ｃ、第２面導体３２及び短絡導体４１ａ、４１ｂ、４１ｃにより、板状逆Ｆアンテナが構成され、これに接続されたＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０は、板状逆Ｆアンテナを介して無線信号を送受信できる。容量用面導体３３は第２面導体３２と対向して静電容量を構成する。この静電容量により、板状逆Ｆアンテナの特性を維持しつつ、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｃの小型化が実現される。

図７は、代表的なＲＦＩＤタグデバイスの第４例を示す縦断面図である。

第４例のＲＦＩＤタグデバイス２０Ｄは、第３例の構成から容量用面導体３３を省いた構成である。容量用面導体３３が省かれているので、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の一方の端子は、電極パッド３５Ｃ及び接続導体４５Ｃを介して第１面導体３１Ｃに導通されている。絶縁基板２１及び各導体は、前述した第１例と同様の方法で製造できる。

このような構成により、第１面導体３１Ｃ、第２面導体３２及び短絡導体４１により、板状逆Ｆアンテナが構成され、これに接続されたＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０は、板状逆Ｆアンテナを介して無線信号を送受信できる。

以上、ＲＦＩＤタグデバイス２０の代表的な４つの例を説明した。しかし、ＲＦＩＤタグデバイス２０は、上記の例に限られず、いくつかの設計自由度を有する。例えば、短絡導体４１、４１ａ～４１ｃのｘ－ｙ方向の位置及び数、容量用接続導体４２のｘ－ｙ方向の位置及び数、電極パッド３４、３４Ｃ、３５、３５Ｃのｘ方向における並び順、容量用面導体３３のｚ方向における位置、容量用接続導体４２の接続先を第１面導体３１、３１Ｃあるいは第２面導体３２とするかといった自由度がある。容量用接続導体４２の接続先を第１面導体３１、３１Ｃとすることは、容量用面導体３３と第２面導体３２との組み合わせが静電容量を構成することを意味する。容量用接続導体４２の接続先を第２面導体３２とすることは、容量用面導体３３と第１面導体３１、３１Ｃとの組み合わせが静電容量を構成することを意味する。

続いて、上記のような複数の設計自由度の幾つかを規定したＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅ～２０Ｍと、シートアンテナ１０とを組み合わせて構成される、実施形態１～実施形態９のＲＦＩＤタグ１Ｅ～１Ｍについて説明する。
（実施形態１）
図８は、実施形態１に係るＲＦＩＤタグに含まれるＲＦＩＤタグデバイスを示す底面図である。

実施形態１のＲＦＩＤタグ１Ｅは、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅの第１方向Ｘ１が、シートアンテナ１０のアンテナ導体１２の長手方向Ｘ０（図１Ａ、図１Ｂ）を向く。さらに、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅは、第１面導体３１又は第２面導体３２がアンテナ導体１２に対向するように、シートアンテナ１０上に固定される。ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅは、第１面導体３１又は第２面導体３２がアンテナ導体１２と電気的に接続されるようにシートアンテナ１０上に固定されてもよいし、接着剤等を介して非導通にシートアンテナ１０上に固定されてもよい。このように、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅはシートアンテナ１０に単純に固定することができ、かつ、両者の導通が必要でないことから、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅとアンテナ導体１２との接合の信頼性が向上する。

ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅの第１方向Ｘ１とは、図８に示すように、第２面導体３２における短絡導体４１ａ、４１ｂ、４１ｃの接続部から、第２面導体３２の中央Ｐ０を向く方向である。短絡導体４１ａ～４１ｃの接続部が複数ある場合には、第１方向Ｘ１は、各短絡導体４１ａ～４１ｃの接続部から中央Ｐ０を向く各方向を平均した方向を意味する。このように定義された第１方向Ｘ１とは、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅを単体で見たときの無線信号の輻射方向に相当する。アンテナ導体１２の長手方向Ｘ０とは、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅに対向する部分の周辺の範囲における長手方向を意味する。

なお、本明細書において、第１の構成要素の方向Ａ１が、第２の構成要素の方向Ａ２を向くとは、両方の方向Ａ１、Ａ２が完全に一致している場合に限られず、方向Ａ１における方向Ａ２成分が、方向Ａ１における方向Ａ２の直交成分よりも大きいことを意味する。したがって、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅの第１方向Ｘ１がアンテナ導体１２の長手方向Ｘ０を向くとは、両方の方向が完全に一致している場合に限られず、第１方向Ｘ１における長手方向Ｘ０の成分が、長手方向Ｘ０に直交する方向の成分よりも大きいことを意味する。なお、第１方向Ｘ１は、第１方向Ｘ１±３０°に長手方向Ｘ０が含まれる向きとしてもよい。第１方向Ｘ１は、第１方向Ｘ１±１５°に長手方向Ｘ０が含まれる向きとしてもよい。

シミュレーションにより、第１方向Ｘ１と長手方向Ｘ０とを一致させた本実施形態１の構成と、第１方向Ｘ１を長手方向Ｘ０と直交させて配置した形態と、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅ単体の構成とで、ｚ方向におけるアンテナ利得を計算すると、比較表１の結果が得られた。

比較表１の結果から、実施形態１によれば、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅの第１方向Ｘ１とアンテナ導体１２の長手方向Ｘ０との関係により、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅの板状逆Ｆアンテナとアンテナ導体１２との結合度が向上し、通信可能距離が延びることがわかる。

（実施形態２）
図９は、実施形態２に係るＲＦＩＤタグに含まれるＲＦＩＤタグデバイスを示す底面図である。
実施形態２のＲＦＩＤタグ１Ｆは、図９に示すように、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆの第２方向Ｘ２が、シートアンテナ１０のアンテナ導体１２の長手方向Ｘ０（図１Ａ、図１Ｂ）を向く。さらに、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆは、第１面導体３１又は第２面導体３２がアンテナ導体１２に対向するように、シートアンテナ１０上に固定される。ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆは、第１面導体３１又は第２面導体３２がアンテナ導体１２と電気的に接続されるようにシートアンテナ１０上に固定されてもよいし、接着剤等を介して非導通にシートアンテナ１０上に固定されてもよい。このように、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆはシートアンテナ１０に単純に固定することができ、かつ、両者の導通が必要でないことから、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆとアンテナ導体１２との接合の信頼性が向上する。

第２方向Ｘ２とは、第２面導体３２における短絡導体４１ａ、４１ｂ、４１ｃの接続部から、容量用接続導体４２の接続部を向く方向である。短絡導体４１ａ～４１ｃの接続部が複数ある場合、あるいは、容量用接続導体４２の接続部が複数ある場合には、各短絡導体４１ａ～４１ｃの接続部から各容量用接続導体４２の接続部を向く全方向を平均した方向を、第２方向Ｘ２とすればよい。このように定義された第２方向Ｘ２とは、ＲＦＩＤタグデバイス２０を単体で見たときの無線信号の輻射方向に相当する。

このような構成としても、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆの無線信号の輻射方向がアンテナ導体１２の長手方向を向くことで、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｆの板状逆Ｆアンテナとアンテナ導体１２との結合度が向上し、通信可能距離を延ばすことができる。

（実施形態３）
図１０Ａは、実施形態３に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図１０Ｂは、実施形態３に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。図１０Ａの例では、容量用面導体３３と第２面導体３２とが静電容量を構成するため、第１電極パッド３４は容量用面導体３３と接続導体４３を介して接続されている。

実施形態３のＲＦＩＤタグ１Ｇは、実施形態２と同様の構造を有し、加えて、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの電極パッド３４、３５が、短絡導体４１と容量用接続導体４２との関係で、図１０Ａに示すように並んだ構造を有する。一方の電極パッド３５は、接続導体４４を介して第２面導体３２と接続されることで、もう一方の電極パッド３４と区別される。両者を区別するため、以下では、第１電極パッド３４、第２電極パッド３５とも呼ぶ。

この電極パッド３４、３５の並びとは、第１電極パッド３４と短絡導体４１との距離のほうが、第２電極パッド３５と短絡導体４１との距離よりも短い並びを意味する。加えて、第１電極パッド３４と容量用接続導体４２との距離のほうが、第２電極パッド３５と容量用接続導体４２との距離よりも長い並びを意味する。

シミュレーションにより、本実施形態３の構成（図１０Ａ）と、電極パッド３４、３５の並びを逆にした比較例の構成（図１０Ｂ）とで、ｚ方向におけるアンテナ利得を計算すると、比較表２の結果が得られた。

電極パッド３４、３５の並びによりアンテナ利得に違いが生じるのは、次に説明する現象に起因する。すなわち、無線信号の送受信中には、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０に接続される第１電極パッド３４と第２電極パッド３５との間の電位差が大きくなる。このため、図１０Ａの構造では、第２面導体３２と容量用面導体３３との間に強い電界が生じ、この間から強い電波が輻射される。電波は、第２面導体３２と容量用面導体３３との間隙部のうち、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの外周部に近い端部Ｒ１から、より多く輻射される。ここで、第２面導体３２に着目すると、第２面導体３２では第２電極パッド３５に一端が接続された接続導体４４の近くで電位が安定する。図中、安定度の高い電荷を実線で、低い電荷を破線で示す。このため、第２電極パッド３５が端部Ｒ１から遠い比較例の構成よりも、第２電極パッド３５が端部Ｒ１に近い実施形態３の構成のほうが、端部Ｒ１に近い第２面導体３２の電位が安定する。したがって、比較例に比べて、本実施形態３の構成のほうが、端部Ｒ１から輻射される電波強度が向上し、アンテナ導体１２との結合度が向上する。

また、図１０ＡのＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇと、図１０Ｂの比較例とを比べると、電極パッド３４、３５の並びが異なることで、区間Ｍ１、Ｍ２の長さに違いが生じる。区間Ｍ１、Ｍ２は、容量用面導体３３における接続導体４３の接続位置から容量用接続導体４２の接続位置までの区間を示す。アンテナの動作時には、静電容量（第２面導体３２と容量用面導体３３）のうち、接続導体４３（給電線）との接続位置から容量用接続導体４２との接続位置までの区間Ｍ１、Ｍ２において主に電流が流れる。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した正電荷と負電荷は、送受信される無線信号の位相により、期間によっては極性が逆となる。このため、静電容量（第２面導体３２と容量用面導体３３）では、区間Ｍ１、Ｍ２において電荷が溜まることとなり、区間Ｍ１、Ｍ２が長い方が、より多くの電荷が溜まることになる。そして、より多くの電荷が溜まることで、静電容量の第２面導体３２と容量用面導体３３との間の電位差が安定する。したがって、区間Ｍ１が長いＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇは、区間Ｍ２が短い図１０Ｂの比較例と比較して、静電容量の第２面導体３２と容量用面導体３３との間の電位差が安定し、より電界強度の高い電波を輻射できる。

これらのことから、実施形態３のＲＦＩＤタグ１Ｇによれば、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇとアンテナ導体１２との結合度がより向上し、無線通信距離をより長くすることができる。

（実施形態４）
図１１Ａは、実施形態４に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図１１Ｂは、実施形態４に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。

実施形態４のＲＦＩＤタグ１Ｈは、実施形態２と同様の構造を有し、加えて、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｈの電極パッド３４、３５が、短絡導体４１と容量用接続導体４２との関係で、実施形態３と同様の順に並んだ構造を有する。

実施形態４のＲＦＩＤタグデバイス２０Ｈは、容量用接続導体４２が容量用面導体３３と第２面導体３２との間に介在し、第１面導体３１と容量用面導体３３との組み合わせが静電容量を構成しているところが、実施形態３と異なる。この構造では、第１面導体３１と容量用面導体３３との間に強い電界が生じ、これらの間の間隙部のうち、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの外周部に近い端部Ｒ２から強い電波が輻射される。

この構成においても、図１１Ａに示される電極パッド３４、３５の並びとすることで、電波が輻射される端部Ｒ２に近い範囲で、第２面導体３２及び容量用面導体３３の電位が安定し、端部Ｒ２から輻射される電波強度を向上できる。したがって、実施形態４のＲＦＩＤタグ１Ｈによれば、実施形態３と同様に、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｈとアンテナ導体１２との結合度がより向上し、無線通信距離をより長くすることができる。

（実施形態５）
図１２Ａは、実施形態５に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図１２Ｂは、実施形態５に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。

実施形態５のＲＦＩＤタグ１Ｉは、実施形態２と同様の構造を有し、加えて、絶縁基板２１の第２面導体３２側がシートアンテナ１０に対向し、かつ、容量用接続導体４２が第１面導体３１と容量用面導体３３とを接続する構造を有する。すなわち、第２面導体３２と容量用面導体３３との組み合わせが静電容量を構成する。

なお、図１２Ａの具体例では、前述した実施形態３と同様に、電極パッド３４、３５が並んでいるが、実施形態５においては、電極パッド３４、３５の並びはこの逆でもよい。

シミュレーションにより、実施形態５の構成（図１２Ａ）と、容量用接続導体４２の接続を第２面導体３２とした構成（図１２Ｂ）とで、ｚ方向におけるアンテナ利得を計算すると、比較表３の結果が得られた。図１２Ｂの構造では、第１面導体３１と容量用面導体３３との組み合わせが静電容量を構成する。

前述したように、電波は、静電容量を構成する２つの面導体の間隙から高い電界強度で外部に輻射される。このため、図１２Ｂの比較例よりも、図１２Ａのように第２面導体３２が静電容量を構成するほうが、高い電界強度の電波がアンテナ導体１２の近傍から輻射される。したがって、実施形態５のＲＦＩＤタグ１Ｉによれば、図１２Ｂの比較例と比べて、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｉとシートアンテナ１０との高い結合が得られ、無線可能距離をより延ばすことができる。

さらに、実施形態５のＲＦＩＤタグ１Ｉによれば、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｉとアンテナ導体１２とが強く結合される。このため、例えば接着材の厚みにより、第２面導体３２とアンテナ導体１２との距離に差異が生じても、結合後のアンテナの共振ピーク周波数のずれを抑制できる。このことからも、実施形態５のＲＦＩＤタグ１Ｉによれば、無線可能距離をより延ばすことができる。

（実施形態６）
図１３Ａは、実施形態６に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図１３Ｂは、実施形態６に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。

実施形態６のＲＦＩＤタグ１Ｊは、実施形態１又は実施形態２と同様の構造を有することに加え、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｊがキャビティ構造を有し、凹部２１ｄがシートアンテナ１０とは反対側に配置された構造を有する。実施形態６においては、電極パッド３４Ｃ、３５Ｃの並び順について、図１３Ａの例に限定されず、その逆の並び順であってもよい。

シミュレーションにより、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｊをシートアンテナ１０との間のギャップを変化させて固定した場合に、アンテナの共振ピーク周波数がどのくらいシフトするか計算したところ、比較表４の結果が得られた。シミュレーションでは、実施形態６の構成（図１３Ａ）と、凹部２１ｄをシートアンテナ１０側に配置した構成（図１３Ｂ）とで、共振ピーク周波数のシフト量を計算した。比較例（図１３Ｂ）においては、凹部２１ｄ側の面導体を第２面導体３２Ｃと記し、凹部２１ｄとは反対側の面導体を第１面導体３１と記す。ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｊとシートアンテナ１０との間のギャップは、０．３ｍｍの場合と、０.０５ｍｍの場合とで比較した。

共振ピーク周波数のシフト量に違いが生じるのは、次の理由による。比較例の構成では、板状逆Ｆアンテナにおける容量用面導体３３と接地電位とされる基準面との距離は、凹部２１ｄが無い部分では、容量用面導体３３と第２面導体３２Ｃとの距離である一方、凹部２１ｄが在る部分では、容量用面導体３３とアンテナ導体１２との距離となる。したがって、接着剤の厚み等により、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｊと、シートアンテナ１０とのギャップに差異があると、凹部２１ｄが在る部分で、容量用面導体３３と基準面との距離が変わり、これがアンテナの共振ピーク周波数のずれとなって現れる。一方、実施形態６の構成では、板状逆Ｆアンテナにおける容量用面導体３３と接地電位とされる基準面との距離は、容量用面導体３３と第２面導体３２との距離であり、凹部２１ｄの在る部分と無い部分とで変わらない。このため、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｊとシートアンテナ１０との間のギャップに差異があっても、アンテナの共振ピーク周波数のずれが抑えられる。共振ピーク周波数のずれは、周波数が一定の無線通信において無線信号の強度低下につながることから、通信可能距離を減少させる要因となる。したがって、実施形態６のＲＦＩＤタグ１Ｊによれば、共振ピーク周波数のずれが少ないことから、無線信号の強度が安定し、通信可能距離の劣化を抑制することができる。

なお、実施形態６では、容量用面導体３３を有する構成について説明したが、容量用面導体３３を有さない構成においても、第１面導体３１と基準面との距離が、凹部２１ｄの在る部分と無い部分とで一定となる。よって、凹部２１ｄがシートアンテナ１０側に配置された比較例と比べて、無線信号の強度が安定し、通信可能距離の減少を抑制することができるという同様の効果が得られる。

（実施形態７）
図１４Ａは、実施形態７に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。図１４Ｂは、実施形態７に係るＲＦＩＤタグの比較例を示す縦断面図である。

実施形態７のＲＦＩＤタグ１Ｋは、実施形態１又は実施形態２と同様の構造を有することに加え、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｋが片側にモールド樹脂６０を有し、モールド樹脂６０がシートアンテナ１０とは反対側に配置された構造を有する。実施形態７においては、電極パッド３４、３５の並び順について、図１４Ａの例に限定されず、その逆の並び順であってもよい。

シミュレーションにより、実施形態７の構成（図１４Ａ）と、モールド樹脂６０がシートアンテナ１０側に配置された構成（図１４Ｂ）とで、ｚ方向におけるアンテナ利得を計算すると、比較表５の結果が得られた。

前述したように、電波は、複数の面導体（第１面導体３１、第２面導体３２、容量用面導体３３）の間隙から高い電界強度で外部に輻射される。このため、図１４Ｂの比較例では、モールド樹脂６０が介在することで、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｋの電波が輻射される端部Ｒ３と、シートアンテナ１０のアンテナ導体１２との距離が開き、これらの結合度が低下する。一方、図１４Ａの本実施形態７の構成では、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｋの電波が輻射される端部Ｒ３が、シートアンテナ１０のアンテナ導体１２に近接し、これらの結合強度が向上する。したがって、実施形態７のＲＦＩＤタグ１Ｋによれば、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｋとシートアンテナ１０との高い結合が得られ、無線可能距離をより延ばすことができる。

（実施形態８）
図１５は、実施形態８に係るＲＦＩＤタグを示す平面図である。図１６は、アンテナ導体の配線幅とアンテナ利得との関係を示すグラフである。

実施形態８のＲＦＩＤタグ１Ｌは、実施形態１又は実施形態２と同様の構造を有し、加えて、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｌの実装部におけるアンテナ導体１２の短手方向の配線幅ＬＡが、第２面導体３２の同方向の幅ＬＢよりも小さい構造を有する。

シミュレーションにより、アンテナ導体１２の実装部における配線幅ＬＡを変化させて、ｚ方向のアンテナ利得を計算すると、図１６のシミュレーション結果が得られた。このシミュレーション結果は、配線幅ＬＡが第２面導体３２の幅ＬＢよりも小さい方が、アンテナ利得が向上することを示す。このようなアンテナ利得の変化は、配線幅ＬＡが小さくなることで、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｌからアンテナ導体１２の短手方向の両縁を経てアンテナ導体１２の反対側の面へ回り込む電波が多くなることに起因する。

以上のように、実施形態８のＲＦＩＤタグ１Ｌによれば、アンテナ導体１２の配線幅ＬＡが第２面導体３２の幅ＬＢよりも小さいことで、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｌとアンテナ導体１２との結合度が向上し、無線可能距離をより延ばすことができる。

（実施形態９）
図１７は、実施形態９に係るＲＦＩＤタグを示す縦断面図である。

実施形態９のＲＦＩＤタグ１Ｍは、実施形態１～実施形態８のいずれかの構造を有し、加えて、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｍに所定の物理量を検出するセンサ５５が搭載された構造を有する。センサ５５としては、例えば、温度センサ、加速度センサ、圧力センサなど、様々なセンサが適用可能である。センサ５５はＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０に検出値を出力可能に接続され、外部のリーダライタからデータの読み出しが可能なＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０の記憶部に、センサ５５の検出値が格納される構成としてもよい。

実施形態９のＲＦＩＤタグ１Ｍによれば、外部のリーダライタから、周辺環境の所定の物理量を読み出すことができるという効果が得られる。

以上、各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、実施形態１～実施形態９の特徴のうち組み合わせ可能なものについては、いずれか複数を組み合わせた構成が採用されてもよい。また、上記実施形態１～５、８、９では、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅ～２０Ｉ、２０Ｌ、２０Ｍとして片側がモールド樹脂６０で埋められたタイプを適用した例を示した。しかし、実施形態１～５、８、９のＲＦＩＤタグデバイス２０Ｅ～２０Ｉ、２０Ｌ、２０Ｍは、キャビティ構造を有するタイプが適用されてもよい。さらに、上記実施形態では、ＲＦＩＤタグ１、１Ｅ～１Ｍとして、リーダライタから電力を受けて動作する構成を一例にとって説明したが、電池を内蔵し、電池の電力で無線通信を行う構成であってもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（実施形態１０）
図１８Ａは、実施形態１０に係るＲＦＩＤタグを示す図であり、図１８Ｂは図１８Ａの範囲Ｃ１の拡大図である。

実施形態１０に係るＲＦＩＤタグ１Ｎは、アンテナ導体１２に対するＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの位置が特定されている。図１８Ａでは、代表的な構成例として、図１０ＡのＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇが採用された例を示している。しかし、ＲＦＩＤタグデバイスとしては、図２～図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａ、図１７に示されたＲＦＩＤタグデバイス２０Ａ～２０Ｋ、２０Ｍのいずれか、あるいは、上記実施形態で示された変形例を伴った構成が採用されてもよい。

実施形態１０のＲＦＩＤタグ１Ｎは、方向Ｚから見たときに、アンテナ導体１２における共振電波電圧Ｖｒの節の位置Ｐ１０が、第２面導体３２の中央Ｏ１よりも短絡導体４１の逆方に位置する。

ここで、方向Ｚとは、アンテナ導体１２と第２面導体３２とが対向する方向である。節の位置Ｐ１０は、例えばダイポールアンテナであれば、アンテナ導体１２の長手方向の中央点に相当する。アンテナ導体は、直線状に長い形態に限られず、蛇行した経路で長い形態であってもよい。その場合、アンテナ導体の中央点は、蛇行した経路に沿った距離で中央の位置に相当する。また、図２３に示すように、アンテナ導体１２Ｍは、モノポールアンテナでもよく、この場合、節の位置Ｐ１０は接地点に相当する。

さらに、アンテナ導体１２の節の位置Ｐ１０は、方向Ｚから見たとき、第２面導体３２の端ｔ１を中心とする範囲Ｗ１内に位置してもよい（図１８Ｂを参照）。ここで、端ｔ１とは、第２面導体３２の短絡導体４１とは逆方における端であり、範囲Ｗ１の長さは、第２面導体３２の長手方向の四半分の長さＬ１に相当する。

さらに、アンテナ導体１２の節の位置Ｐ１０は、方向Ｚから見たとき、第２面導体３２の短絡導体４１とは逆方における端ｔ１から、容量用面導体３３の短絡導体４１とは逆方における端ｔ２までの範囲Ｗ２内に位置してもよい（図１８Ｂ）。

図１９は、ＲＦＩＤタグデバイスの位置とアンテナ利得との関係を示すグラフである。このグラフは、シミュレーションによりＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの配置をずらした場合の各アンテナ利得を示している。図１９に示すように、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの中心点がアンテナ導体１２の節の位置Ｐ１０よりも一方に変位した場合に、高いアンテナ利得が得られる。シミュレーションでは、長手方向の寸法が５ｍｍのＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇを適用した構成について計算しており、アンテナ利得の極大点が現れる２ｍｍ近傍は、ＲＦＩＤタグデバイス２０Ｇの短絡導体４１とは逆方における端が、節の位置Ｐ１０に近づく配置を示している。

図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ａは、３つの参考例のＲＦＩＤタグデバイスをそれぞれ示す。図２０Ｂ、図２１Ｂ、図２２Ｂは、３つの参考例のＲＦＩＤタグデバイスそれぞれの短絡導体とは逆方の端部の電界強度を示している。図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ａにおいては、ＲＦＩＤタグデバイスの所定の導体の配置関係が示され、ＲＦＩＤタグ用ＩＣ５０及び接続導体４３、４４については省略されている。図２０Ｂ、図２１Ｂ、図２２Ｂは、図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ａの範囲Ｃ１についての電界強度のシミュレーション結果を示しており、明るい方が高い電界強度を示す。

図２０Ａ、図２１Ｂ、図２２Ｂの３つの形態のＲＦＩＤタグデバイスは、第２面導体３２の端ｔ１（短絡導体４１とは逆方の端ｔ１）と、容量用面導体３３の端ｔ２（短絡導体４１とは逆方の端ｔ２）との間の距離（範囲Ｗ２の長さ）が異なる。図２０Ｂ～図２２Ｂに示すように、容量用面導体３３を有する構成では、容量用面導体３３と第２面導体３２との間に強い電界が現れる。そして、第２面導体３２の端ｔ１と容量用面導体３３の端ｔ２との間の開口部から強い電界が出力される。図２０Ｂ～図２２Ｂに示されるように、アンテナ導体１２側においても、第２面導体３２の端ｔ１と容量用面導体３３の端ｔ２との間の範囲Ｗ２において、強い電界が出力されている。

以上のように、実施形態１０に係るＲＦＩＤタグ１Ｎによれば、図１９及び図２０Ｂ～図２２Ｂのシミュレーション結果に示されるように、アンテナ導体１２の節の位置Ｐ１０を、短絡導体４１の逆側に合わせることで、高いアンテナ利得を得ることができる。さらに、アンテナ導体１２の節の位置Ｐ１０を、図１８Ｂの範囲Ｗ１又は範囲Ｗ２に合わせることで、より高いアンテナ利得を得ることができる。図２３に示したように、モノポールアンテナを採用した場合でも、アンテナ導体１２Ｍの節の位置Ｐ１０に合わせて、同様にＲＦＩＤタグデバイスを配置することで、高いアンテナ利得を得ることができる。

以上、本開示の実施形態１０について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、実施形態１０では、容量用面導体を有するＲＦＩＤタグデバイスを適用した構成を一例にとって説明した。しかし、容量用面導体が無い構成においても、短絡導体４１とは逆方における第１面導体と第２面導体と間から強い電界が生じる。このため、アンテナ導体の節の位置を、短絡導体とは逆側に合わせる構成、又は、範囲Ｗ１に合わせる構成を採用することで、高いアンテナ利得を得ることができる。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本開示は、ＲＦＩＤタグに利用できる。

Claims

ＲＦＩＤタグ用ＩＣと前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣが搭載された基板とを有するＲＦＩＤタグデバイスと、
アンテナ導体を含みかつ前記ＲＦＩＤタグデバイスが固定されたシートアンテナと、
を備え、
前記基板は、
第１面導体と、
前記第１面導体と前記アンテナ導体との間に配置された第２面導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体とを短絡させる短絡導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体との間に配置された容量用面導体と、
前記容量用面導体と前記第１面導体又は前記第２面導体とを導通させる容量用接続導体と、
を有し、
前記第２面導体のうち前記短絡導体の接続部から前記第２面導体の中央を向く方向が、前記アンテナ導体の長手方向を向き、前記短絡導体から前記容量用接続導体を向く方向が、前記アンテナ導体の長手方向を向いているＲＦＩＤタグ。
前記基板は、前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣの第１端子が接続されて前記第１面導体又は前記容量用面導体に導通される第１電極と、前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣの第２端子が接続されて前記第２面導体に導通される第２電極とを有し、
前記第１電極と前記短絡導体との距離は前記第２電極と前記短絡導体との距離よりも短く、前記第１電極と前記容量用接続導体との距離は前記第２電極と前記容量用接続導体との距離よりも長い、
請求項１記載のＲＦＩＤタグ。
前記容量用接続導体は前記第１面導体と前記容量用面導体とに接続され、
前記第２面導体と前記容量用面導体との組み合わせが静電容量を構成する、
請求項１又は請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
前記基板は、前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣを収容する凹部を有し、
前記凹部の開口が、前記アンテナ導体とは反対側を向いている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ。
前記基板は、前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣを埋め込んだモールド樹脂を有し、
前記モールド樹脂が、前記アンテナ導体とは反対側に配置されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ。
前記アンテナ導体における少なくとも前記基板と対向する範囲の短手方向の幅寸が、前記第２面導体の前記短手方向の幅寸よりも小さい、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ。
前記基板に搭載され、所定の物理量を検出するセンサを更に備える、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグ。
ＲＦＩＤタグ用ＩＣと前記ＲＦＩＤタグ用ＩＣが搭載された基板とを有するＲＦＩＤタグデバイスと、
アンテナ導体と、
を備え、
前記基板は、
前記アンテナ導体とは逆方に配置される第１面導体と、
前記アンテナ導体に対向する第２面導体と、
前記第１面導体と前記第２面導体とを短絡する短絡導体と、
を有し、
前記第２面導体及び前記アンテナ導体の対向方向から見たときに、前記アンテナ導体における共振電波電圧の節の位置が、前記第２面導体の中央よりも前記短絡導体の逆方に位置するＲＦＩＤタグ。
前記共振電波電圧の節の位置は、前記アンテナ導体がダイポールアンテナである場合には中央、前記アンテナ導体がモノポールアンテナである場合には接地点である、
請求項８記載のＲＦＩＤタグ。
前記第２面導体と前記アンテナ導体とが対向する方向から見たときに、前記アンテナ導体における共振電波電圧の節の位置が、前記第２面導体の前記短絡導体とは逆方における端を中心とする前記第２面導体の長手方向の四半分の長さの範囲内に位置する、
請求項８又は請求項９に記載のＲＦＩＤタグ。
前記基板は、
前記第１面導体と前記第２面導体との間に容量用面導体を有し、
前記第２面導体と前記アンテナ導体とが対向する方向から見たときに、前記アンテナ導体における共振電波電圧の節の位置が、前記第２面導体の前記短絡導体とは逆方における端から前記容量用面導体の前記短絡導体とは逆方における端までの範囲内に位置する、
請求項８又は請求項９に記載のＲＦＩＤタグ。