JPWO2008126649A1 - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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Abstract

広帯域で動作可能であり、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを得る。送受信信号を処理する無線ＩＣ（５）と結合した給電回路を有する給電回路基板（１０）からなる電磁結合モジュール（１）と、放射板（２５）と、を備えた無線ＩＣデバイス。放射板（２５）は折曲げ部（２５ａ）を有する長さの異なる見かけ上２本の線状電極（２６），（２７）にて構成されている。電磁結合モジュール（１）「は給電回路基板（１０）と線状電極（２６），（２７）とが電磁界結合するように配置されている。放射板（２５）で受信された信号によって無線ＩＣ（５）が動作され、該無線ＩＣ（５）からの応答信号が放射板（２５）から外部に放射される。

Description

本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイスに関する。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＩＣチップを搭載した無線ＩＣデバイスとしては、従来、特許文献１に記載されているように、大面積のフィルム上にコイル状のアンテナを形成し、該アンテナと接触するようにＩＣチップを配置したものが知られている。この無線ＩＣデバイスでは、アンテナに駆動回路から信号を送り、アンテナに流れる電流により発生する磁束とリーダライタのアンテナとを結合させることで信号の送受信を行う。
しかし、前記従来の無線ＩＣデバイスでは、アンテナはその中央部で整合回路と駆動回路に接続されたループ状とされているため、コイルの線路長などで決まる単一の周波数の信号のみが励振され、動作周波数帯域が狭いという問題点を有していた。また、整合回路とコイル状のアンテナとの接続位置がずれて電気的な接続不調が発生すると、通信が不能になるという問題点を有していた。さらに、コイル状のアンテナの上部又は下部に磁束が発生するが、コイル面から外周部へ漏れる磁束の外側には磁束が発生することはない。従って、リーダライタとアンテナとの位置が少しずれた場合、通信が不能になるという問題点を有していた。
特開２００５−１３６５２８号公報
そこで、本発明の目的は、広帯域で動作可能であり、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを提供することにある。他の目的は、放射特性や指向性が良好な無線ＩＣデバイスを提供することにある。さらに、他の目的は、電磁結合モジュールと放射板との組立てが容易な無線ＩＣデバイスを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の第１の形態である無線ＩＣデバイスは、
所定箇所で折り曲げて長さの異なる見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第１の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、所定箇所で折り曲げて長さの異なる見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる。
また、給電回路基板と放射板とが電気的に直接接続することなく電磁界結合していることから、電磁結合モジュールを放射板上に設ける以外に近接して設けても動作し、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される。
本発明の第２の形態である無線ＩＣデバイスは、
２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に配置し、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
を備え、
前記無線ＩＣチップの端子電極が前記線状電極の螺旋形状中央部開放端のそれぞれに電気的に接続されていること、
を特徴とする。
第２の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に配置し、それぞれの両端を開放した放射板を設け、この放射板の螺旋形状の中央部開放端に無線ＩＣチップの端子電極を電気的に接続することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる。
各線状電極の共振周波数は専らその線路長によって決定される。２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に周回させると、周回を重ねるごとに線路長が変化していき、各線状電極の共振周波数が異なることになる。但し、隣接する線状電極の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。即ち、線状電極の線幅を変更することで電極のインダクタンスが変化する。また、電極間隔を変更することで、電極間の容量が変化する。
本発明の第３の形態である無線ＩＣデバイスは、
互いに隣接させて二重の螺旋形状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第３の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、互いに隣接させて螺旋形状に配置した見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる点、及び、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される点は前記第１の形態である無線ＩＣデバイスと同様である。また、放射板を螺旋形状に構成することで、放射板の占有面積を小さくすることができる。
また、前記第２の形態である無線ＩＣデバイスと同様に、２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に周回させているので、周回を重ねるごとに線路長が変化していき、各線状電極の共振周波数が異なることになる。但し、隣接する線状電極の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。
本発明の第４の形態である無線ＩＣデバイスは、
互いに隣接させてミアンダ状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第４の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、互いに隣接させてミアンダ状に配置した見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる点、及び、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される点は前記第１の形態である無線ＩＣデバイスと同様である。また、放射板をミアンダ状に構成することで、放射板の占有面積を小さくすることができる。
本発明によれば、アンテナとして機能する放射板は見かけ上２本の線状電極ごとに、あるいは、１本の線状電極ごとに、異なる共振周波数を設定することができるので、広帯域な利得特性を得ることができる。また、給電回路基板と放射板とは電磁界結合するために、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される。また、線状電極を螺旋形状の外方に引き出すことで指向性を任意に設定できる。
無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す平面図である。 電磁結合モジュールを示す断面図である。 電磁結合モジュールの等価回路図である。 給電回路基板を示す分解斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに無線ＩＣと給電回路基板との接続状態を示す斜視図である。 無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第４実施例を示す平面図である。 第４実施例の反射特性を示すグラフである。 第４実施例の変形例を示す平面図である。 第４実施例の他の変形例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第５実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第６実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第７実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第８実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第９実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第１０実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 無線ＩＣチップを示す斜視図である。 第１０実施例の変形例を示す平面図である。 第１０実施例の他の変形例を示す平面図である。
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１〜図５参照）
図１に無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣ５と、該無線ＩＣ５を搭載した給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、及び、ＰＥＴフィルム３０上に形成した放射板２５にて構成されている。
放射板２５は、折曲げ部２５ａにて折り曲げた見かけ上２本の線状電極２６，２７にて構成され、線状電極２６，２７は互いに長さが異なり、それらの両端は開放されている。この放射板２５は、アルミ、銅などの導電材からなる金属薄板をフィルム３０上に貼着したり、フィルム３０上にＡｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっき膜を設けたものである。
電磁結合モジュール１は、詳しくは図２に示すように、無線ＩＣ５と、該無線ＩＣ５を搭載した給電回路基板１０とで構成され、前記放射板２５の折曲げ部２５ａ上に接着剤１８にて貼着されている。接着剤１８は、絶縁性であり、誘電率の高い材料であることが望ましい。無線ＩＣ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、給電回路基板１０に内蔵された給電（共振）回路１６と金属バンプ６を介して電気的に接続されている。なお、金属バンプ６の材料としては、Ａｕ、半田などを用いることができる。
給電回路１６は、所定の周波数を有する送信信号を放射板２５に供給するための回路、及び、放射板２５で受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣ５に供給するための回路であり、所定の周波数で共振する。給電回路１６は、図２及び図３に示すように、ヘリカル型のインダクタンス素子Ｌ及びキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなる集中定数型のＬＣ直列共振回路にて構成されている。なお、図２及び図３に示すインダクタンス素子Ｌは、その巻回軸が放射板２５に対して平行になるように形成しているが、放射板２５に対して垂直になるように形成してもよい。
給電回路基板１０は、詳しくは、図４に示すように、誘電体からなるセラミックシート１１Ａ〜１１Ｇを積層、圧着、焼成したもので、接続用電極１２とビアホール導体１３ａを形成したシート１１Ａ、キャパシタ電極１４ａを形成したシート１１Ｂ、キャパシタ電極１４ｂとビアホール導体１３ｂを形成したシート１１Ｃ、ビアホール導体１３ｃを形成したシート１１Ｄ、導体パターン１５ａとビアホール導体１３ｄを形成したシート１１Ｅ、ビアホール導体１３ｅを形成したシート１１Ｆ（１枚もしくは複数枚）、導体パターン１５ｂを形成したシート１１Ｇからなる。なお、各セラミックシート１１Ａ〜１１Ｇは磁性体のセラミック材料からなるシートであってもよく、給電回路基板１０は従来から用いられているシート積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程により容易に得ることができる。
以上のシート１１Ａ〜１１Ｇを積層することにより、ヘリカルの巻回軸が放射板２５と平行なインダクタンス素子Ｌと、該インダクタンス素子Ｌの両端にキャパシタ電極１４ｂが接続され、かつ、キャパシタ電極１４ａがビアホール導体１３ａを介して接続用電極１２に接続されたキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が形成される。そして、基板側電極パターンである接続用電極１２が金属バンプ６を介して無線ＩＣ５の端子電極（図５参照）と電気的に接続される。
即ち、共振回路を構成する素子のうち、コイル状電極パターンであるインダクタンス素子Ｌから、磁界を介して、放射板２５に送信信号を給電し、また、放射板２５からの受信信号は、磁界を介して、インダクタンス素子Ｌに給電される。そのため、給電回路基板１０において、給電回路１６を構成するインダクタンス素子Ｌ、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２のうち、インダクタンス素子Ｌが放射板２５に近くなるようにレイアウトすることが望ましい。
図５に無線ＩＣ５と給電回路基板１０との接続形態を示す。図５（Ａ）は無線ＩＣ５の裏面に入出力端子電極７を設け、給電回路基板１０の表面に接続用電極１２を設けたものである。図５（Ｂ）は他の接続形態を示し、無線ＩＣ５の裏面に入出力端子電極７及び実装用端子電極７ａを設け、給電回路基板１０の表面に接続用電極１２，１２ａを設けたものである。但し、給電回路基板１０の接続用電極１２ａは終端しており、給電回路基板１０の他の素子に接続されているわけではない。
図３に電磁結合モジュール１の等価回路を示す。この電磁結合モジュール１は、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板２５で受信し、放射板２５と主として磁気的に結合している給電回路１６（インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなるＬＣ直列共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣ５にメモリされている情報を、給電回路１６にて所定の周波数に整合させた後、インダクタンス素子Ｌから磁界結合を介して放射板２５に送信信号を伝え、放射板２５からリーダライタに送信、転送する。
ちなみに、無線ＩＣ５のサイズは０．４〜０．９ｍｍ×０．４〜０．９ｍｍで厚さは５０〜１００μｍ、給電回路基板１０のサイズは無線ＩＣ５のサイズより大きくて３ｍｍ×３ｍｍ程度までで厚さは２００〜５００μｍである。なお、ここに挙げたサイズはあくまで例示である。
なお、給電回路１６と放射板２５との結合は、磁界を介しての結合が主であるが、電界を介しての結合が存在していてもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁界を介しての結合を意味する。
前記給電回路１６においては、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２で構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。放射板２５から放射される信号の共振周波数は、給電回路１６の自己共振周波数によって実質的に決まる。従って、電磁結合モジュール１はその貼着位置をそれほど高精度に管理する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合するように、折曲げ部２５ａ上又は線状電極２６，２７の近傍に貼着すればよい。
また、放射板２５は見かけ上２本の線状電極２６，２７で構成されており、各線状電極２６，２７の線路長Ｌと共振周波数λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、各線状電極２６，２７の共振周波数のピーク値が異なる。従って、本無線ＩＣデバイスにおいては、放射板２５の二つのピーク値の間の広帯域にて動作可能である。動作帯域については、以下の第４実施例（図８及び図９参照）にて具体的な数値を挙げて説明する。
さらに、インダクタンス素子Ｌを構成するコイル状電極パターンは、その巻回軸が放射板２５と平行に形成されているため、中心周波数が変動しないという利点を有している。また、無線ＩＣ５の後段に、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が挿入されているため、この素子Ｃ１，Ｃ２で低周波数のサージをカットすることができ、無線ＩＣ５をサージから保護できる。
ところで、給電回路１６は無線ＩＣ５のインピーダンスと放射板２５のインピーダンスを整合させるためのマッチング回路を兼ねている。給電回路基板１０は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子で構成された、給電回路１６とは別に設けられたマッチング回路を備えていてもよい。給電回路１６にマッチング回路の機能をも付加しようとすると、給電回路１６の設計が複雑になる傾向がある。給電回路１６とは別にマッチング回路を設ければ、共振回路、マッチング回路をそれぞれ独立して設計できる。
以上説明した第１実施例によれば、送受信信号の周波数は、給電回路基板１０の給電回路１６の共振周波数で実質的に決まり、給電回路基板１０と放射板２５とは電磁界結合するため、放射板２５に対する電磁結合モジュール１の接合に高精度を要求されることなく、組立てが容易である。また、放射板２５は広帯域の動作特性を有し、線状電極２６，２７を並べて配置することにより、各線状電極２６，２７の指向性を揃えることができる。
（第２実施例、図６参照）
図６に無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第１実施例と同様の構成からなり、異なるのは、放射板２５を構成する両端開放型である見かけ上２本の長さの異なる線状電極２６，２７を所定の角度（例えば４５°）で折り曲げた点にある。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の折曲げ部２５ａの近傍に配置されている。
本第２実施例においても、放射板２５は線状電極２６，２７のそれぞれの線路長に応じた二つのピーク値を持つ広い動作特性を有し、その作用効果は前記第１実施例と同様である。特に、２本の線状電極２６，２７の角度に応じた放射特性、指向性を有する。
（第３実施例、図７参照）
図７に無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第１実施例と同様の構成からなり、異なるのは、放射板２５を中央部２５ｂから２本の線状電極２６，２７に分けて対称形状にミアンダ状に配置し、かつ、線路長を異ならせた両端開放型とした点にある。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部２５ｂに囲まれた領域に配置されている。
本第３実施例においても、放射板２５は線状電極２６，２７のそれぞれの線路長に応じた二つのピーク値を持つ広い動作特性を有し、その作用効果は前記第１実施例と同様である。特に、２本の線状電極２６，２７をミアンダ状に配置しているので、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
（第４実施例、図８及び図１１参照）
図８に無線ＩＣデバイスの第４実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、前記第１実施例に示した電磁結合モジュール１を備えたもので、放射板２５は中央部２５ｂから２本の線状電極２６，２７に分けて、かつ、互いに隣接させて螺旋形状に配置され、線状電極２６，２７の両端２６ａ，２７ａは開放されており、開放端２６ａ，２７ａは同じ位置であって、線状電極２６，２７の巻き数は同数である。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部２５ｂ上に貼着されている。なお、図８において、図１に示したフィルム３０は図示を省略している。
本第４実施例の場合、放射板２５は２本の線状電極２６，２７を互いに隣接させて螺旋形状に配置しているため、線状電極２６，２７は周回を重ねるごとに線路長が変化していき、同相の電流／電圧が流れるので、共振周波数が異なる。線路長Ｌと共振周波数に相当する波長λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、図９に示すように、線状電極２７の共振周波数のピーク値は約１．０２５ＧＨｚで線状電極２６の共振周波数のピーク値は約０．７８５ＧＨｚである。従って、放射板２５は帯域Ａ（図９参照）の広帯域にて動作可能である。他の作用効果は前記第１実施例と同様であり、特に、螺旋形状であるため、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
なお、本４実施例においては、電磁結合モジュール１は必ずしも放射板２５の中央部２５ｂ上に配置する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合すれば線状電極２６，２７上又はその近傍など、どのような位置であってもよい。この点は以下に説明する第５〜第９実施例でも同様である。
また、隣接する線状電極２６，２７の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。図１０には、線幅を線間寸法よりも大きくした例を示す。また、図１１には、線間寸法を線幅よりも大きくした例を示す。なお、いずれの例においても無線ＩＣは図示を省略している。
このように、線状電極２６，２７の線幅を変更することで電極のインダクタンスが変化する。即ち、線幅を大きくするとインダクタンスが大きくなる。また、電極間隔を変更することで、電極間の容量が変化する。即ち、電極間隔を大きくすると容量が小さくなる。従って、線幅及び／又は電極間隔を変更することで、共振周波数を微調整することが可能となる。
（第５実施例、図１２参照）
図１２に無線ＩＣデバイスの第５実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の線状電極２７から引出し部２７’を外方に引き出したものである。なお、図１２において、図１に示した電磁結合モジュール１及びフィルム３０は図示を省略している。なお、この点は以下に説明する第６〜第８実施例でも同様である。
本第５実施例においては、前記第４実施例と同様の作用効果を奏するとともに、引出し部２７’の引出し方向に高周波信号の指向性を設定することができる。なお、いま一つの線状電極２６からも引出し部２７’と同方向に引出し部（２６’）を設けてもよい。
ところで、隣接する線状電極２６，２７において、螺旋形状の特定の周回部分では流れる電流の位相が同じになる部分が生じ、この部分では磁界が強め合って強い電磁界が生じる。即ち、線状電極２６，２７を流れる電流の位相は、中央部２５ｂでは同相であるが、周回を重ねると隣接する部分では線路長が異なってくるために位相ずれを生じる。さらに、周回を重ねると同相となる部分が生じる。従って、強い電磁界が生じている同相部分から引出し部２７’（あるいは引出し部２６’）を引き出すことで大きなエネルギーを取り出すことができ、良好な放射特性を得ることができる。
（第６実施例、図１３参照）
図１３に無線ＩＣデバイスの第６実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の各線状電極２６，２７から引出し部２６’，２７’をそれぞれ直交する方向に引き出したものである。
本第６実施例においては、第４及び第５実施例と同様の作用効果を奏するとともに、引出し部２６’，２７’の引出し方向の指向性が合成されることで、円偏波の送受信が可能になる。
（第７実施例、図１４参照）
図１４に無線ＩＣデバイスの第７実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の各線状電極２６，２７から引出し部２６’，２７’を所定の角度を設けて引き出したもので、角度に応じた指向性が生じる。
（第８実施例、図１５参照）
図１５に無線ＩＣデバイスの第８実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の線状電極２６から複数の引出し部２６’を引き出したもので、引出し方向に応じた指向性が生じる。
（第９実施例、図１６参照）
図１６に無線ＩＣデバイスの第９実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、前記第１実施例に示した電磁結合モジュール１を備えたもので、放射板２５は見かけ上２本の線状電極２６，２７を互いに隣接させてミアンダ状に配置され、線状電極２６，２７の両端２６ａ，２７ａは開放されている。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部上に線状電極２６，２７に跨って貼着されている。なお、図１６において、図１に示したフィルム３０は図示を省略している。
本第９実施例においても、放射板２５は２本の線状電極２６，２７ごとに線路長、即ち、共振周波数が異なり、広帯域にて動作可能である。他の作用効果は前記第１実施例と同様であり、特に、ミアンダ状であるため、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
なお、本第９実施例においては、電磁結合モジュール１は必ずしも放射板２５の中央部上に配置する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合すれば線状電極２６，２７上又はその近傍など、どのような位置であってもよい。また、線状電極２６，２７の線幅や電極間隔を変更することで共振周波数を調整することも可能である。
（第１０実施例、図１７〜図２０参照）
図１７に無線ＩＣデバイスの第１０実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ１１０と、ＰＥＴフィルムからなる基板１３０上に形成した放射板１２０とで構成されている。
放射板１２０は２本の線状電極１２１，１２２を互いに隣接させて螺旋形状に配置したもので、線状電極１２１，１２２の両端１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂは開放されており、開放端１２１ｂ，１２２ｂは同じ位置であって、線状電極１２１，１２２の巻き数は同数である。この放射板１２０は、アルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板を基板１３０に貼着したり、基板１３０上にＡｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっき、あるいは導電性ペーストなどにより形成した電極膜を設けたものである。
無線ＩＣチップ１１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、図１８に示す入出力端子電極１１１，１１１が前記線状電極の中央部開放端１２１ａ，１２２ａに半田やＡｕなどの金属バンプを介して電気的に接続されている。また、基板１３０上には接続用電極１２３，１２３が形成されており、これらは無線ＩＣチップ１１０の実装用端子電極１１２，１１２に金属バンプを介して電気的に接続されている。
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスは、基板１３０をＲＦＩＤシステムの対象となる物品の容器などに貼着され、無線ＩＣチップ１１０が放射板１２０を介して、例えば、ＵＨＦ周波数帯の高周波信号を用いて、リーダライタと交信する。そのアンテナ放射特性は図９に示した特性と同等である。
放射板１２０は２本の線状電極１２１，１２２を互いに隣接させて螺旋形状に配置しているため、線状電極１２１，１２２は周回を重ねるごとに線路長が変化していき、共振周波数が異なる。線路長Ｌと共振周波数に相当する波長λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、図９に示したように、線状電極１２１の共振周波数のピーク値は約０．７８５ＧＨｚで線状電極１２２の共振周波数のピーク値は約１．０２５ＧＨｚである。従って、本無線ＩＣデバイスは帯域Ａ（図９参照）の広帯域にて動作可能である。また、放射板１２０の専有面積が小さくて済む。
なお、隣接する線状電極１２１，１２２の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。図１９には、線幅を線間寸法よりも大きくした無線ＩＣデバイスを示す。また、図２０には、線間寸法を線幅よりも大きくした無線ＩＣデバイスを示す。なお、いずれの無線ＩＣデバイスにおいても無線ＩＣチップは図示を省略している。
このように、線状電極１２１，１２２の線幅を変更することで電極のインダクタンスが変化する。即ち、線幅を大きくするとインダクタンスが大きくなる。また、電極間隔を変更することで、電極間の容量が変化する。即ち、電極間隔を大きくすると容量が小さくなる。従って、線幅及び／又は電極間隔を変更することで、共振周波数を微調整することが可能となる。
また、本第１０実施例においても、図１２、図１３及び図１４に示したように、各線状電極１２１，１２２から引出し部を任意の方向に引き出してもよい。このような引出し部を設けることによる作用効果は、第５、第６及び第７実施例で説明したとおりである。
（実施例のまとめ）
放射板を二重の螺旋形状に配置された線状電極にて構成する場合、線状電極の少なくともいずれか一方が螺旋形状の外方に引き出されていてもよい。外方への引出し方向に応じて放射特性や指向性を変えることができ、円偏波の送受信が可能になる。さらに、引出し長さを変えることで、広帯域化にも対応する。
また、前記引出し部は隣接する線状電極間で電流の位相が同じになる部分から引き出されていることが好ましい。螺旋形状の周回が増えていくと、隣接する線状電極を流れる電流の位相が同じになる部分が生じる。このような部分から線上電極を外方に引き出すと、大きなエネルギーを取り出すことができ、良好な放射特性が得られる。
前記給電回路基板はセラミックや樹脂などからなる多層基板で構成されていることが好ましい。無線ＩＣデバイスの小型化を図ることができる。また、前記放射板はフレキシブルな基板上に設けられていてもよい。無線ＩＣデバイスを物品の様々な形状部分に貼着することができる。
なお、無線ＩＣや無線ＩＣチップは、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記実施例に示した放射板やフィルムの材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。また、無線ＩＣや無線ＩＣチップを給電回路に結合するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。
また、放射板の引出し部の形状や螺旋形状部との寸法比は任意であり、巻き数も任意であることは勿論である。さらに、放射板の螺旋形状は右巻きになっているが、左巻きでもよく、あるいは、二つの中心を有する螺旋形状であってもよい。また、各線状電極の引出し部の引出し角度は任意である。
また、給電回路基板の内部構成の細部は任意であり、無線ＩＣチップを放射板に接続するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよく、絶縁体などを配置して結合しても構わない。また、無線ＩＣ部を給電回路基板に形成して一体化しても構わない。このような構造にすることにより無線ＩＣデバイスを低背化できる。給電回路基板は無線ＩＣや無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンスを整合する機能のみを有していてもよい。
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、広帯域での動作が可能で、ＲＦＩＤシステムに好適である点で優れている。
本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイスに関する。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＩＣチップを搭載した無線ＩＣデバイスとしては、従来、特許文献１に記載されているように、大面積のフィルム上にコイル状のアンテナを形成し、該アンテナと接触するようにＩＣチップを配置したものが知られている。この無線ＩＣデバイスでは、アンテナに駆動回路から信号を送り、アンテナに流れる電流により発生する磁束とリーダライタのアンテナとを結合させることで信号の送受信を行う。
しかし、前記従来の無線ＩＣデバイスでは、アンテナはその中央部で整合回路と駆動回路に接続されたループ状とされているため、コイルの線路長などで決まる単一の周波数の信号のみが励振され、動作周波数帯域が狭いという問題点を有していた。また、整合回路とコイル状のアンテナとの接続位置がずれて電気的な接続不調が発生すると、通信が不能になるという問題点を有していた。さらに、コイル状のアンテナの上部又は下部に磁束が発生するが、コイル面から外周部へ漏れる磁束の外側には磁束が発生することはない。従って、リーダライタとアンテナとの位置が少しずれた場合、通信が不能になるという問題点を有していた。
特開２００５−１３６５２８号公報
そこで、本発明の目的は、広帯域で動作可能であり、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを提供することにある。他の目的は、放射特性や指向性が良好な無線ＩＣデバイスを提供することにある。さらに、他の目的は、電磁結合モジュールと放射板との組立てが容易な無線ＩＣデバイスを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の第１の形態である無線ＩＣデバイスは、
所定箇所で折り曲げて長さの異なる見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第１の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、所定箇所で折り曲げて長さの異なる見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる。
また、給電回路基板と放射板とが電気的に直接接続することなく電磁界結合していることから、電磁結合モジュールを放射板上に設ける以外に近接して設けても動作し、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される。
本発明の第２の形態である無線ＩＣデバイスは、
互いに隣接させて二重の螺旋形状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第２の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、互いに隣接させて二重の螺旋形状に配置した見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる点、及び、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される点は前記第１の形態である無線ＩＣデバイスと同様である。また、放射板を螺旋形状に構成することで、放射板の占有面積を小さくすることができる。
また、２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に周回させているので、周回を重ねるごとに線路長が変化していき、各線状電極の共振周波数が異なることになる。但し、隣接する線状電極の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。
本発明の第３の形態である無線ＩＣデバイスは、
互いに隣接させてミアンダ状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
送受信信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
を備え、
前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
第３の形態である無線ＩＣデバイスにおいては、互いに隣接させてミアンダ状に配置した見かけ上２本の線状電極にて放射板を構成し、電磁結合モジュールを給電回路基板と放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置することにより、放射板をアンテナとして機能させている。放射板の１本の線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる点、及び、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される点は前記第１の形態である無線ＩＣデバイスと同様である。また、放射板をミアンダ状に構成することで、放射板の占有面積を小さくすることができる。
本発明によれば、アンテナとして機能する放射板は見かけ上２本の線状電極ごとに、あるいは、１本の線状電極ごとに、異なる共振周波数を設定することができるので、広帯域な利得特性を得ることができる。また、給電回路基板と放射板とは電磁界結合するために、電磁結合モジュールを放射板に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、取付け工程が大幅に簡略化される。また、線状電極を螺旋形状の外方に引き出すことで指向性を任意に設定できる。
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施例、図１〜図５参照）
図１に無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣ５と、該無線ＩＣ５を搭載した給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、及び、ＰＥＴフィルム３０上に形成した放射板２５にて構成されている。
放射板２５は、折曲げ部２５ａにて折り曲げた見かけ上２本の線状電極２６，２７にて構成され、線状電極２６，２７は互いに長さが異なり、それらの両端は開放されている。この放射板２５は、アルミ、銅などの導電材からなる金属薄板をフィルム３０上に貼着したり、フィルム３０上にＡｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっき膜を設けたものである。
電磁結合モジュール１は、詳しくは図２に示すように、無線ＩＣ５と、該無線ＩＣ５を搭載した給電回路基板１０とで構成され、前記放射板２５の折曲げ部２５ａ上に接着剤１８にて貼着されている。接着剤１８は、絶縁性であり、誘電率の高い材料であることが望ましい。無線ＩＣ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、給電回路基板１０に内蔵された給電（共振）回路１６と金属バンプ６を介して電気的に接続されている。なお、金属バンプ６の材料としては、Ａｕ、半田などを用いることができる。
給電回路１６は、所定の周波数を有する送信信号を放射板２５に供給するための回路、及び、放射板２５で受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣ５に供給するための回路であり、所定の周波数で共振する。給電回路１６は、図２及び図３に示すように、ヘリカル型のインダクタンス素子Ｌ及びキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなる集中定数型のＬＣ直列共振回路にて構成されている。なお、図２及び図３に示すインダクタンス素子Ｌは、その巻回軸が放射板２５に対して平行になるように形成しているが、放射板２５に対して垂直になるように形成してもよい。
給電回路基板１０は、詳しくは、図４に示すように、誘電体からなるセラミックシート１１Ａ〜１１Ｇを積層、圧着、焼成したもので、接続用電極１２とビアホール導体１３ａを形成したシート１１Ａ、キャパシタ電極１４ａを形成したシート１１Ｂ、キャパシタ電極１４ｂとビアホール導体１３ｂを形成したシート１１Ｃ、ビアホール導体１３ｃを形成したシート１１Ｄ、導体パターン１５ａとビアホール導体１３ｄを形成したシート１１Ｅ、ビアホール導体１３ｅを形成したシート１１Ｆ（１枚もしくは複数枚）、導体パターン１５ｂを形成したシート１１Ｇからなる。なお、各セラミックシート１１Ａ〜１１Ｇは磁性体のセラミック材料からなるシートであってもよく、給電回路基板１０は従来から用いられているシート積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程により容易に得ることができる。
以上のシート１１Ａ〜１１Ｇを積層することにより、ヘリカルの巻回軸が放射板２５と平行なインダクタンス素子Ｌと、該インダクタンス素子Ｌの両端にキャパシタ電極１４ｂが接続され、かつ、キャパシタ電極１４ａがビアホール導体１３ａを介して接続用電極１２に接続されたキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が形成される。そして、基板側電極パターンである接続用電極１２が金属バンプ６を介して無線ＩＣ５の端子電極（図５参照）と電気的に接続される。
即ち、共振回路を構成する素子のうち、コイル状電極パターンであるインダクタンス素子Ｌから、磁界を介して、放射板２５に送信信号を給電し、また、放射板２５からの受信信号は、磁界を介して、インダクタンス素子Ｌに給電される。そのため、給電回路基板１０において、給電回路１６を構成するインダクタンス素子Ｌ、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２のうち、インダクタンス素子Ｌが放射板２５に近くなるようにレイアウトすることが望ましい。
図５に無線ＩＣ５と給電回路基板１０との接続形態を示す。図５（Ａ）は無線ＩＣ５の裏面に入出力端子電極７を設け、給電回路基板１０の表面に接続用電極１２を設けたものである。図５（Ｂ）は他の接続形態を示し、無線ＩＣ５の裏面に入出力端子電極７及び実装用端子電極７ａを設け、給電回路基板１０の表面に接続用電極１２，１２ａを設けたものである。但し、給電回路基板１０の接続用電極１２ａは終端しており、給電回路基板１０の他の素子に接続されているわけではない。
図３に電磁結合モジュール１の等価回路を示す。この電磁結合モジュール１は、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板２５で受信し、放射板２５と主として磁気的に結合している給電回路１６（インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２からなるＬＣ直列共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣ５にメモリされている情報を、給電回路１６にて所定の周波数に整合させた後、インダクタンス素子Ｌから磁界結合を介して放射板２５に送信信号を伝え、放射板２５からリーダライタに送信、転送する。
ちなみに、無線ＩＣ５のサイズは０．４〜０．９ｍｍ×０．４〜０．９ｍｍで厚さは５０〜１００μｍ、給電回路基板１０のサイズは無線ＩＣ５のサイズより大きくて３ｍｍ×３ｍｍ程度までで厚さは２００〜５００μｍである。なお、ここに挙げたサイズはあくまで例示である。
なお、給電回路１６と放射板２５との結合は、磁界を介しての結合が主であるが、電界を介しての結合が存在していてもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁界を介しての結合を意味する。
前記給電回路１６においては、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２で構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。放射板２５から放射される信号の共振周波数は、給電回路１６の自己共振周波数によって実質的に決まる。従って、電磁結合モジュール１はその貼着位置をそれほど高精度に管理する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合するように、折曲げ部２５ａ上又は線状電極２６，２７の近傍に貼着すればよい。
また、放射板２５は見かけ上２本の線状電極２６，２７で構成されており、各線状電極２６，２７の線路長Ｌと共振周波数λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、各線状電極２６，２７の共振周波数のピーク値が異なる。従って、本無線ＩＣデバイスにおいては、放射板２５の二つのピーク値の間の広帯域にて動作可能である。動作帯域については、以下の第４実施例（図８及び図９参照）にて具体的な数値を挙げて説明する。
さらに、インダクタンス素子Ｌを構成するコイル状電極パターンは、その巻回軸が放射板２５と平行に形成されているため、中心周波数が変動しないという利点を有している。また、無線ＩＣ５の後段に、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が挿入されているため、この素子Ｃ１，Ｃ２で低周波数のサージをカットすることができ、無線ＩＣ５をサージから保護できる。
ところで、給電回路１６は無線ＩＣ５のインピーダンスと放射板２５のインピーダンスを整合させるためのマッチング回路を兼ねている。給電回路基板１０は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子で構成された、給電回路１６とは別に設けられたマッチング回路を備えていてもよい。給電回路１６にマッチング回路の機能をも付加しようとすると、給電回路１６の設計が複雑になる傾向がある。給電回路１６とは別にマッチング回路を設ければ、共振回路、マッチング回路をそれぞれ独立して設計できる。
以上説明した第１実施例によれば、送受信信号の周波数は、給電回路基板１０の給電回路１６の共振周波数で実質的に決まり、給電回路基板１０と放射板２５とは電磁界結合するため、放射板２５に対する電磁結合モジュール１の接合に高精度を要求されることなく、組立てが容易である。また、放射板２５は広帯域の動作特性を有し、線状電極２６，２７を並べて配置することにより、各線状電極２６，２７の指向性を揃えることができる。
（第２実施例、図６参照）
図６に無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第１実施例と同様の構成からなり、異なるのは、放射板２５を構成する両端開放型である見かけ上２本の長さの異なる線状電極２６，２７を所定の角度（例えば４５°）で折り曲げた点にある。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の折曲げ部２５ａの近傍に配置されている。
本第２実施例においても、放射板２５は線状電極２６，２７のそれぞれの線路長に応じた二つのピーク値を持つ広い動作特性を有し、その作用効果は前記第１実施例と同様である。特に、２本の線状電極２６，２７の角度に応じた放射特性、指向性を有する。
（第３実施例、図７参照）
図７に無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第１実施例と同様の構成からなり、異なるのは、放射板２５を中央部２５ｂから２本の線状電極２６，２７に分けて対称形状にミアンダ状に配置し、かつ、線路長を異ならせた両端開放型とした点にある。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部２５ｂに囲まれた領域に配置されている。
本第３実施例においても、放射板２５は線状電極２６，２７のそれぞれの線路長に応じた二つのピーク値を持つ広い動作特性を有し、その作用効果は前記第１実施例と同様である。特に、２本の線状電極２６，２７をミアンダ状に配置しているので、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
（第４実施例、図８及び図１１参照）
図８に無線ＩＣデバイスの第４実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、前記第１実施例に示した電磁結合モジュール１を備えたもので、放射板２５は中央部２５ｂから２本の線状電極２６，２７に分けて、かつ、互いに隣接させて螺旋形状に配置され、線状電極２６，２７の両端２６ａ，２７ａは開放されており、開放端２６ａ，２７ａは同じ位置であって、線状電極２６，２７の巻き数は同数である。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部２５ｂ上に貼着されている。なお、図８において、図１に示したフィルム３０は図示を省略している。
本第４実施例の場合、放射板２５は２本の線状電極２６，２７を互いに隣接させて螺旋形状に配置しているため、線状電極２６，２７は周回を重ねるごとに線路長が変化していき、同相の電流／電圧が流れるので、共振周波数が異なる。線路長Ｌと共振周波数に相当する波長λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、図９に示すように、線状電極２７の共振周波数のピーク値は約１．０２５ＧＨｚで線状電極２６の共振周波数のピーク値は約０．７８５ＧＨｚである。従って、放射板２５は帯域Ａ（図９参照）の広帯域にて動作可能である。他の作用効果は前記第１実施例と同様であり、特に、螺旋形状であるため、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
なお、本第４実施例においては、電磁結合モジュール１は必ずしも放射板２５の中央部２５ｂ上に配置する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合すれば線状電極２６，２７上又はその近傍など、どのような位置であってもよい。この点は以下に説明する第５〜第９実施例でも同様である。
また、隣接する線状電極２６，２７の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。図１０には、線幅を線間寸法よりも大きくした例を示す。また、図１１には、線間寸法を線幅よりも大きくした例を示す。なお、いずれの例においても無線ＩＣは図示を省略している。
このように、線状電極２６，２７の線幅を変更することで電極のインダクタンスが変化する。即ち、線幅を大きくするとインダクタンスが大きくなる。また、電極間隔を変更することで、電極間の容量が変化する。即ち、電極間隔を大きくすると容量が小さくなる。従って、線幅及び／又は電極間隔を変更することで、共振周波数を微調整することが可能となる。
（第５実施例、図１２参照）
図１２に無線ＩＣデバイスの第５実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の線状電極２７から引出し部２７'を外方に引き出したものである。なお、図１２において、図１に示した電磁結合モジュール１及びフィルム３０は図示を省略している。なお、この点は以下に説明する第６〜第８実施例でも同様である。
本第５実施例においては、前記第４実施例と同様の作用効果を奏するとともに、引出し部２７'の引出し方向に高周波信号の指向性を設定することができる。なお、いま一つの線状電極２６からも引出し部２７'と同方向に引出し部（２６'）を設けてもよい。
ところで、隣接する線状電極２６，２７において、螺旋形状の特定の周回部分では流れる電流の位相が同じになる部分が生じ、この部分では磁界が強め合って強い電磁界が生じる。即ち、線状電極２６，２７を流れる電流の位相は、中央部２５ｂでは同相であるが、周回を重ねると隣接する部分では線路長が異なってくるために位相ずれを生じる。さらに、周回を重ねると同相となる部分が生じる。従って、強い電磁界が生じている同相部分から引出し部２７'（あるいは引出し部２６'）を引き出すことで大きなエネルギーを取り出すことができ、良好な放射特性を得ることができる。
（第６実施例、図１３参照）
図１３に無線ＩＣデバイスの第６実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の各線状電極２６，２７から引出し部２６'，２７'をそれぞれ直交する方向に引き出したものである。
本第６実施例においては、第４及び第５実施例と同様の作用効果を奏するとともに、引出し部２６'，２７'の引出し方向の指向性が合成されることで、円偏波の送受信が可能になる。
（第７実施例、図１４参照）
図１４に無線ＩＣデバイスの第７実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の各線状電極２６，２７から引出し部２６'，２７'を所定の角度を設けて引き出したもので、角度に応じた指向性が生じる。
（第８実施例、図１５参照）
図１５に無線ＩＣデバイスの第８実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、基本的には前記第４実施例と同様の構成からなり、放射板２５の線状電極２６から複数の引出し部２６'を引き出したもので、引出し方向に応じた指向性が生じる。
（第９実施例、図１６参照）
図１６に無線ＩＣデバイスの第９実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、前記第１実施例に示した電磁結合モジュール１を備えたもので、放射板２５は見かけ上２本の線状電極２６，２７を互いに隣接させてミアンダ状に配置され、線状電極２６，２７の両端２６ａ，２７ａは開放されている。また、電磁結合モジュール１は放射板２５の中央部上に線状電極２６，２７に跨って貼着されている。なお、図１６において、図１に示したフィルム３０は図示を省略している。
本第９実施例においても、放射板２５は２本の線状電極２６，２７ごとに線路長、即ち、共振周波数が異なり、広帯域にて動作可能である。他の作用効果は前記第１実施例と同様であり、特に、ミアンダ状であるため、放射板２５の専有面積が小さくて済む。
なお、本第９実施例においては、電磁結合モジュール１は必ずしも放射板２５の中央部上に配置する必要はなく、２本の線状電極２６，２７に電磁界結合すれば線状電極２６，２７上又はその近傍など、どのような位置であってもよい。また、線状電極２６，２７の線幅や電極間隔を変更することで共振周波数を調整することも可能である。
（第１０実施例、図１７〜図２０参照）
図１７に無線ＩＣデバイスの第１０実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ１１０と、ＰＥＴフィルムからなる基板１３０上に形成した放射板１２０とで構成されている。
放射板１２０は２本の線状電極１２１，１２２を互いに隣接させて螺旋形状に配置したもので、線状電極１２１，１２２の両端１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂは開放されており、開放端１２１ｂ，１２２ｂは同じ位置であって、線状電極１２１，１２２の巻き数は同数である。この放射板１２０は、アルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板を基板１３０に貼着したり、基板１３０上にＡｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっき、あるいは導電性ペーストなどにより形成した電極膜を設けたものである。
無線ＩＣチップ１１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされており、図１８に示す入出力端子電極１１１，１１１が前記線状電極の中央部開放端１２１ａ，１２２ａに半田やＡｕなどの金属バンプを介して電気的に接続されている。また、基板１３０上には接続用電極１２３，１２３が形成されており、これらは無線ＩＣチップ１１０の実装用端子電極１１２，１１２に金属バンプを介して電気的に接続されている。
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスは、基板１３０をＲＦＩＤシステムの対象となる物品の容器などに貼着され、無線ＩＣチップ１１０が放射板１２０を介して、例えば、ＵＨＦ周波数帯の高周波信号を用いて、リーダライタと交信する。そのアンテナ放射特性は図９に示した特性と同等である。
放射板１２０は２本の線状電極１２１，１２２を互いに隣接させて螺旋形状に配置しているため、線状電極１２１，１２２は周回を重ねるごとに線路長が変化していき、共振周波数が異なる。線路長Ｌと共振周波数に相当する波長λとの関係は、Ｌ＝λ／２であり、図９に示したように、線状電極１２１の共振周波数のピーク値は約０．７８５ＧＨｚで線状電極１２２の共振周波数のピーク値は約１．０２５ＧＨｚである。従って、本無線ＩＣデバイスは帯域Ａ（図９参照）の広帯域にて動作可能である。また、放射板１２０の専有面積が小さくて済む。
なお、隣接する線状電極１２１，１２２の線路長が同じであっても、電極間容量などの相違によって共振周波数を異ならせることが可能である。図１９には、線幅を線間寸法よりも大きくした無線ＩＣデバイスを示す。また、図２０には、線間寸法を線幅よりも大きくした無線ＩＣデバイスを示す。なお、いずれの無線ＩＣデバイスにおいても無線ＩＣチップは図示を省略している。
このように、線状電極１２１，１２２の線幅を変更することで電極のインダクタンスが変化する。即ち、線幅を大きくするとインダクタンスが大きくなる。また、電極間隔を変更することで、電極間の容量が変化する。即ち、電極間隔を大きくすると容量が小さくなる。従って、線幅及び／又は電極間隔を変更することで、共振周波数を微調整することが可能となる。
また、本第１０実施例においても、図１２、図１３及び図１４に示したように、各線状電極１２１，１２２から引出し部を任意の方向に引き出してもよい。このような引出し部を設けることによる作用効果は、第５、第６及び第７実施例で説明したとおりである。
（実施例のまとめ）
放射板を二重の螺旋形状に配置された線状電極にて構成する場合、線状電極の少なくともいずれか一方が螺旋形状の外方に引き出されていてもよい。外方への引出し方向に応じて放射特性や指向性を変えることができ、円偏波の送受信が可能になる。さらに、引出し長さを変えることで、広帯域化にも対応する。
また、前記引出し部は隣接する線状電極間で電流の位相が同じになる部分から引き出されていることが好ましい。螺旋形状の周回が増えていくと、隣接する線状電極を流れる電流の位相が同じになる部分が生じる。このような部分から線上電極を外方に引き出すと、大きなエネルギーを取り出すことができ、良好な放射特性が得られる。
前記給電回路基板はセラミックや樹脂などからなる多層基板で構成されていることが好ましい。無線ＩＣデバイスの小型化を図ることができる。また、前記放射板はフレキシブルな基板上に設けられていてもよい。無線ＩＣデバイスを物品の様々な形状部分に貼着することができる。
なお、無線ＩＣや無線ＩＣチップは、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、前記実施例に示した放射板やフィルムの材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。また、無線ＩＣや無線ＩＣチップを給電回路に結合するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。
また、放射板の引出し部の形状や螺旋形状部との寸法比は任意であり、巻き数も任意であることは勿論である。さらに、放射板の螺旋形状は右巻きになっているが、左巻きでもよく、あるいは、二つの中心を有する螺旋形状であってもよい。また、各線状電極の引出し部の引出し角度は任意である。
また、給電回路基板の内部構成の細部は任意であり、無線ＩＣチップを放射板に接続するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよく、絶縁体などを配置して結合しても構わない。また、無線ＩＣ部を給電回路基板に形成して一体化しても構わない。このような構造にすることにより無線ＩＣデバイスを低背化できる。給電回路基板は無線ＩＣや無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンスを整合する機能のみを有していてもよい。
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、広帯域での動作が可能で、ＲＦＩＤシステムに好適である点で優れている。
無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す平面図である。 電磁結合モジュールを示す断面図である。 電磁結合モジュールの等価回路図である。 給電回路基板を示す分解斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに無線ＩＣと給電回路基板との接続状態を示す斜視図である。 無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第４実施例を示す平面図である。 第４実施例の反射特性を示すグラフである。 第４実施例の変形例を示す平面図である。 第４実施例の他の変形例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第５実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第６実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第７実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第８実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第９実施例を示す平面図である。 無線ＩＣデバイスの第１０実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 無線ＩＣチップを示す斜視図である。 第１０実施例の変形例を示す平面図である。 第１０実施例の他の変形例を示す平面図である。
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣ
１０…給電回路基板
２５…放射板
２５ａ…折曲げ部
２５ｂ…中央部
２６，２７…線状電極
２６'，２７'…引出し部
１１０…無線ＩＣチップ
１１１…入出力端子電極
１２０…放射板
１２１，１２２…線状電極
１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ…開放端
１３０…基板

Claims (8)

  1. 所定箇所で折り曲げて長さの異なる見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
    送受信信号を処理する無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
    を備え、
    前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
    前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
    前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. ２本の線状電極を互いに隣接させて螺旋形状に配置し、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
    送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
    を備え、
    前記無線ＩＣチップの端子電極が前記線状電極の螺旋形状中央部開放端のそれぞれに電気的に接続されていること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  3. 互いに隣接させて二重の螺旋形状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
    送受信信号を処理する無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
    を備え、
    前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
    前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
    前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  4. 前記二重の螺旋形状をなす線状電極の少なくともいずれか一方が螺旋形状の外方に引き出されていることを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の無線ＩＣデバイス。
  5. 前記引出し部は隣接する線状電極間で電流の位相が同じになる部分から引き出されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線ＩＣデバイス。
  6. 互いに隣接させてミアンダ状に配置された見かけ上２本の線状電極にて構成され、該線状電極の両端が開放されている放射板と、
    送受信信号を処理する無線ＩＣと、
    前記無線ＩＣと前記放射板とのインピーダンス整合及び／又は送受信信号の共振周波数を設定する給電回路を有する給電回路基板と、
    を備え、
    前記無線ＩＣを前記給電回路に結合して電磁結合モジュールを構成し、
    前記電磁結合モジュールは前記給電回路基板と前記放射板の２本の線状電極とが電磁界結合するように配置され、
    前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣが動作され、該無線ＩＣからの応答信号が該放射板から外部に放射されること、
    を特徴とする無線ＩＣデバイス。
  7. 前記給電回路基板は多層基板で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  8. 前記放射板はフレキシブルな基板上に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
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