TWI539382B - RF tags, magnetic antenna and the installation of the RF label substrate, communication system - Google Patents

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Description

RF標籤，磁性體天線及安裝該RF標籤的基板，通訊系統
本發明是有關用以利用磁場成分來將資訊通訊的磁性體天線及RF標籤，該磁性體天線及RF標籤相較於以往技術，為使通訊感度的提升實現之磁性體天線及RF標籤。
使用磁性體收發電磁波的天線(以下稱為「磁性體天線」)是在磁芯(磁性體)捲繞導線而作成線圈，使從外部飛來的磁場成分貫通於磁性體，誘導至線圈而變換成電壓(或電流)的天線，廣泛利用於小型收音機或TV。並且，近年來普遍利用在所謂的RF標籤之非接觸型的物體識別裝置。
若頻率變更高，則在RF標籤中是不使用磁性體，以平面和識別對象物形成平行的環線圈作為天線使用，若頻率再變更高(UHF頻帶或微波頻帶)，則包括RF標籤，與其檢測出磁場成分，莫如檢測出電場成分的電場天線(雙極天線或介電質天線)被廣泛使用。
如此的環天線或電場天線是一旦金屬物接近，則會在金屬物形成鏡像(鏡像效應)，與天線形成倒相位，因此會有天線的感度喪失的問題。
另一方面，有用以收發磁場成分的磁性體天線為人所知，是在以磁性體為中心的磁芯將電極材料形成線圈狀，且在形成線圈狀的電極材料的一方或雙方的外側面形成絕緣層，在上述絕緣層的一方或雙方的外側面設置導電層的磁性體天線(專利文獻1)。該磁性體天線是即使接觸於金屬物時，依然作為天線的特性會被維持。
又，有在一個的磁芯形成複數的線圈，並聯結線來作為天線者為人所知(專利文獻2)。
又，有為了謀求形狀的小型化而重疊捲繞時，由通常的螺旋線圈捲繞換成疊層捲繞下可使線圈的寄生電容的增大止於最小限度者為人所知(專利文獻3～4)。
先行技術文獻
專利文獻
專利文獻1：特開2007-19891號公報
專利文獻2：特開平9-64634號公報
專利文獻3：特開2003-332822號公報
專利文獻4：特開2004-206479號公報
就上述專利文獻1記載的方法而言，在尺寸受限的條件下難取得更長的互相通訊距離。
又，上述專利文獻2的目的是在於防止因捲線的電阻的增加造成線圈特性的降低，所以有關使通訊感度提升的事未有任何的記載。
又，上述專利文獻3的目的是在於使浮動電容(寄生電容)減少，而使特性的偏差或隨溫度變化之電感的變化減少，有關使通訊感度提升的事未有任何的記載。
又，上述專利文獻4記載的目的是在於藉由疊層捲繞來擴大開口部分的面積，使通訊感度提升，有關並聯複數個的線圈的事未有任何的記載。
相對的，本發明是可使受限於共振頻率之線圈的電感增大到以往之上，以取得使通訊感度提升的磁性體天線為目的。
上述技術的課題可藉由其次般的本發明來達成。
亦即，本發明係於用以利用電磁誘導方式來收發資訊的磁性體天線安裝IC的RF標籤(本發明1)，其特徵為：上述磁性體天線係於一個的磁性體磁芯形成複數個電感L1符合關係式(1)的線圈，且將各線圈的捲法設為疊層捲繞，上述各線圈係於電路上並聯，且在磁性體磁芯串聯配置，磁性體天線的合成電感L0為符合關係式(2)。
<關係式(1)>
L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
(L1：線圈1個的電感)
<關係式(2)>
L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
(L0：磁性體天線的合成電感)
又，本發明係以樹脂來被覆本發明1記載的RF標籤之複合RF標籤(本發明2)。
又，本發明係使用於本發明1記載的RF標籤之磁性體天線(本發明3)，其特徵為：該磁性體天線在安裝IC時，在一個的磁性體磁芯形成複數個電感L1符合關係式(1)的線圈，且將各線圈的捲法設為疊層捲繞，上述各線圈係於電路上並聯，且在磁性體磁芯串聯配置，磁性體天線的合成電感L0符合關係式(2)。
<關係式(1)>
L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
(L1：線圈1個的電感)
<關係式(2)>
L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
(L0：磁性體天線的合成電感)
又，本發明係安裝本發明1記載的RF標籤或本發明2記載的複合RF標籤之基板(本發明4)。
又，本發明係使用本發明1記載的RF標籤或本發明2記載的複合RF標籤之通訊系統(本發明5)。
本發明的磁性體天線及RF標籤是感度更提升的磁性體天線，即使長距離也可通訊，適合作為13.56MHz的RFID用途等的磁性體天線。
由於本發明的磁性體天線或RF標籤具有高的通訊感度，因此可利用於各種攜帶機器、容器、金屬零件、基板、金屬製工具、金屬模等的各種用途。
敘述有關本發明的磁性體天線。
將本發明的磁性體天線的概略圖顯示於圖1及圖2。如圖1及圖2所示，本發明的磁性體天線(20)是以由磁性體所構成的磁芯(3)為中心，在磁芯(3)的外側將電極材料形成線圈狀(捲線狀)，複數的線圈(4-1)會被電性並聯，且線圈(4-1)是以串聯配置於同一磁芯(3)作為基本構造。(在圖1及圖2是形成4個的線圈，但在本發明中，線圈的數量不是被限定者。並且，為了簡略化，線圈是以螺旋捲繞來圖示)
本發明的磁性體天線的各線圈(4-1)的電感L1是在磁性體天線安裝IC時，符合下記關係式(1)者。
<關係式(1)>
L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
若磁性體天線的各線圈(4-1)的電感L1不符合上述關係式(1)，則無法使通訊感度提升。較理想是各線圈的電感L1為磁性體天線的合成電感L0的2倍以上，更理想是3倍以上。
本發明的磁性體天線的合成電感L0是在磁性體天線安裝IC時，符合下記關係式(2)者。
<關係式(2)>
L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
若磁性體天線的合成電感L0未符合上述關係式(2)，則無法將安裝了IC的RF標籤的共振頻率調整成動作頻率，因此無法使通訊感度提升。
在本發明中，各線圈是在磁芯的外側形成使電極材料成為線圈狀(捲線狀)者，將線圈的捲法設為疊層捲繞。藉由設為疊層捲繞，即使重疊捲繞捲線，寄生電容也不會變大，有助於RF標籤的感度提升。
在圖3顯示有關疊層捲繞的捲法的例子。圖3中，圖3-1為平面圖(xy面)，圖3-2為側面圖(yz面)。依序由a至n圖示通孔的位置。圖3-1為平面圖，a為線圈的上面，a’為線圈的下面。有關以後的、b、b’、c、c’也是同樣，括弧者為隱藏的部分。圖3-2為側面圖，b為線圈前面側，(a)為線圈後方側。有關以後的、f、e、f’、e’也是同樣，括弧者為隱藏的部分。線圈是以a’、a、b、b’、c’、c、d、d’、e’、e、f、f’、g’、g、h、h’、i’、i、j、j’、k’、k、l、l’、m’、m、n、n’的順序設為線圈狀。以後，有關未圖示的部分也是以同樣的順序製作線圈。a’、a、b、b’、c’、c、d、d’、‧‧‧與e’、e、f、f’、‧‧‧的位置關係並非限於圖3，即使e’、e、f、f’、‧‧‧為外側也可以。
又，本發明的磁芯，如圖4所示般，構成磁芯的磁性體亦可成為藉由非磁性體所分割的構造。
在本發明的磁性體天線中，以非磁性體來分割磁性體磁芯時，相對於貫通該磁性體天線的磁通垂直切斷的斷面的狀態，只要是磁性體藉由非磁性體所分割的狀態，形成如何的狀態皆可，例如圖4(a)～(d)所示的狀態。
將顯示本發明的磁性體天線的別的形態的概略圖表示於圖5(為了簡略化，線圈是以螺旋捲繞來圖示)。如圖5所示般，本發明的磁性體天線(20)是以由磁性體所構成的磁芯(3)為中心，在磁芯(3)的外側將電極材料形成線圈狀(捲線狀)(2)，複數的線圈(4-1)會被電性並聯，且線圈(4-1)是被串聯配置於同一磁芯(3)，在形成線圈狀的電極材料的一方或雙方的外側面形成絕緣層(6)，且在上述絕緣層(6)的一方或雙方的外側面設置導電層(7)作為基本構造。藉由形成導電層(7)，即使金屬物接近磁性體天線，照樣磁性體天線的特性變化小，可縮小共振頻率的變化。
將顯示本發明的磁性體天線的別的形態的概略圖表示於圖6(為了簡略化，線圈是以螺旋捲繞來圖示)。如圖6所示般，本發明的磁性體天線(20)是以由磁性體所構成的磁芯(3)為中心，在磁芯(3)的外側將電極材料形成線圈狀(捲線狀)(2)，複數的線圈(4-1)會被電性並聯，且線圈(4-1)是被串聯配置於同一磁芯(3)，在形成線圈狀的電極材料的一方或雙方的外側面形成絕緣層(6)，在上述絕緣層(6)的一方或雙方的外側面設置導電層(7)，且亦可在導電層(7)的外側設置磁性層(5)。藉由形成磁性層(5)，金屬接近時的磁性體天線的特性變化會變更小，可減少共振頻率的變動。另外，亦可為除去導電層(7)的層疊構造。
又，本發明的磁性體天線是如圖7的概念圖所示，亦可在夾著線圈(4)的上下面的絕緣層(6)的一方或雙方的外側面配置電容器電極(11)。
另外，圖7的概念圖所示的磁性體天線亦可將形成於絕緣層的上面的電容器設為印刷平行電極或梳型電極的電容器，且亦可並聯或串聯該電容器與線圈導線端子。
又，如圖8的概念圖所示，在配置電容器電極(11)的外側面更設置絕緣層(6)，在該絕緣層(6)的外側面形成兼作IC晶片連接端子的電極層(9)以能夠夾著該絕緣層(6)的方式形成電容器，亦可與IC晶片連接端子並聯或串聯。
又，本發明的磁性體天線，如圖2所示，只要在絕緣層(6)上面形成可連接IC晶片(10)的端子(9)即可。另外，亦可並聯或串聯IC晶片連接端子(9)及線圈導線端子，一體燒結。
本發明的磁性體天線是在磁芯的磁性材料可使用Ni-Zn系肥粒鐵(ferrite)等。在使用Ni-Zn系肥粒鐵時，是Fe2O3 45～49.5莫耳%、NiO 9.0～45.0莫耳%、ZnO 0.5～35.0莫耳%、CuO 4.5～15.0莫耳%之類的組成為理想，選擇在所使用的頻帶作為材料的透磁率高，磁性損失低之類的肥粒鐵組成為佳。若為必要以上高的透磁率的材料，則因為磁性損失會增加，所以變成不適於天線。
例如，在RFID標籤用途上，若選擇在13.56MHz的透磁率為形成70～120，在民生FM播放接收用途上，若選擇在100MHz的透磁率為形成10～30之類的肥粒鐵組成，則因為磁性損失少，所以較理想。
本發明的磁性體天線是磁芯的非磁性材料可使用Zn系肥粒鐵等的非磁性肥粒鐵，硼矽酸系玻璃、鋅系玻璃或鉛系玻璃等的玻璃系陶瓷，或適量混合非磁性肥粒鐵與玻璃系陶瓷者等。
使用於非磁性肥粒鐵的肥粒鐵粉末是選擇燒結體的體積固有電阻為形成108Ωcm以上之類的Zn系肥粒鐵組成為佳。Fe2O3 45～49.5莫耳%、ZnO 17.0～22.0莫耳%、CuO 4.5～15.0莫耳%的組成為理想。
玻璃系陶瓷時，所使用的玻璃系陶瓷粉末是選擇線膨脹係數與所使用的磁性體的線膨脹係數差異不大的組成為佳。具體而言與作為磁性體使用的軟磁性肥粒鐵的線膨脹係數的差為±5 ppm/℃以內的組成。
其次，敘述有關本發明的RF標籤。
本發明的RF標籤是在上述磁性體天線連接IC者。圖2所示的立體圖是可在磁性體天線安裝IC的形態，但亦可為以電路來連接磁性體天線與分開設置的IC之形態。
本發明的RF標籤是如圖2所示在磁性體天線的絕緣層(6)上面形成可連接IC晶片(10)的端子(9)，並聯或串聯IC晶片連接端子與線圈導線端子，一體燒結。
形成上述IC晶片連接端子的磁性體天線是如圖2所示般，在形成電極層的線圈(4)的至少一方的面的絕緣層(6)設置通孔(1)，在此通孔(1)中流入電極材料，與線圈(4)的兩端連接，可在該絕緣層的表面以電極材料來形成線圈導線端子及IC晶片連接端子而一體燒結取得。
本發明的RF標籤的並聯的線圈1個的電感L1是符合下記關係式1，且合成電感L0是符合下記關係式2。
<關係式(1)>
L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
<關係式(2)>
L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))
本發明的RF標籤亦可藉由聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚甲醛、聚碳酸酯、氯乙烯、變性聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二酯、聚苯硫等的樹脂來被覆。
其次，敘述有關本發明的磁性體天線的製造方法。
首先，形成磁性層(5)，其係層疊使混合磁性粉末及黏合劑的混合物形成薄板狀的單層或複數的層。此時，分成內側的線圈部分(在圖3-2的e、f、i、j、m、n形成通孔的部分)及外側的線圈部分(在圖3-2的a、b、c、d、g、h、k、l形成通孔的部分)來形成磁性層。
其次，如圖3-2所示，利用上述磁性層(5)來使內側的線圈部分(在圖3-2的e、f、i、j、m、n形成通孔的部分)層疊成所望的厚度。
其次，如圖3-1所示，在層疊後的磁性層開鑿所望數量的通孔(e、f、i、j、m、n)。分別在上述通孔中流入電極材料。並且，在與通孔成直角的兩面，以能夠和通孔連接而成為線圈狀(捲線狀)的方式形成電極層(2)。
更在製作上述內側的線圈後的外側部分層疊磁性層，且在相當於圖3-2的a、b、c、d、g、h、k、l等的部分形成通孔。與上述同樣，在通孔中流入電極材料，且以能夠連接各通孔的方式形成電極層。此時，例如形成b‘及c’會被連接。
藉由流入通孔的電極材料及電極層，以磁性層能夠形成長方形的磁芯之方式形成複數個的線圈(圖2的4-1)。而且，以複數個的線圈(圖2的4-1)能夠在電路上成為並列的方式連接。此時，形成被串聯配置複數個的線圈的兩端的線圈之磁性層的兩端會在磁性電路上成為開放的構成(4-2)。
其次，如圖2所示在形成電極層(2)的線圈的上下面形成絕緣層(6)。
可使取得的薄板，以能夠形成所望的形狀之方式，沿著通孔(1)及線圈開放端面(4-2)在切斷面(6)切斷而一體燒結，或一體燒結後在通孔及線圈開放端面切斷，藉此來製造(LTCC技術)。
具有本發明的圖4所示的磁芯之磁性體天線是例如可藉由以下的方法來製造。
首先，形成磁性層，其係層疊使混合磁性粉末及黏合劑的混合物形成薄板狀的單層或複數的層。
另外，形成非磁性層，其係層疊使混合非磁性粉末及黏合劑的混合物形成薄板狀的單層或複數的層。
其次，如圖4(a)所示，將磁性層(5)及非磁性層(8)予以交替地層疊成全體的厚度可成為所望的厚度。
其次，在層疊的磁性層及非磁性層開鑿所望數量的通孔(1)。分別在上述通孔中流入電極材料。並且，在與通孔成直角的兩面，以能夠和通孔連接而成為線圈狀(捲線狀)的方式形成電極層(2)。由流入通孔的電極材料及電極層，以磁性層能夠形成長方形的磁芯之方式形成線圈。此時，形成線圈的磁性層的兩端會在磁性電路上成為開放的構成。
其次，如圖2所示在形成電極層的線圈的上下面形成絕緣層(6)。
可使取得的薄板，以能夠形成所望的形狀之方式，在通孔及線圈開放端面切斷而一體燒結，或一體燒結後在通孔及線圈開放端面切斷，藉此來製造。
本發明的導電層(7)是使用哪種的手段來形成皆可，但例如以印刷、毛刷塗抹等的通常的方法來形成為理想。或，在形成後的絕緣層的外側貼附金屬板，亦可給予同樣的效果。
形成導電層的材料、作為流入通孔的電極材料是以Ag膏為合適，亦可使用其他的Ag系合金膏等、金屬系導電性膏。
形成於絕緣層的外側時，導電層(7)的膜厚是0.001～0.1mm為理想。
本發明的磁性體天線，如圖9的概念圖所示，亦可在線圈(4)的下面的絕緣層(6)設置通孔，在此通孔中流入電極材料，與線圈(4)兩端連接，在其下表面以電極材料來形成基板連接用電極(14)而一體燒結。此情況，可容易接合於陶瓷、樹脂等的基板。另外，基板可使用使上述各種材料複合化者、含有金屬者等。
又，安裝本發明的磁性體天線的基板的特徵是以接合劑、黏著劑、或錫焊等的手段來將磁性體天線固定於基板(15)的表面。本發明是以電極材料來設置基板連接用電極或未電性連接的基板連接用電極，藉此對多層配線基板安裝零件時所被一般使用的手段，可將磁性體天線與其他的零件同時安裝，量產性高。
在多層配線基板是內藏有以導體所構成的配線，使天線蒙受與和金屬同樣的影響。就安裝本發明的磁性體天線的基板而言，磁性體天線為前述那樣的構造，所以不受金屬的影響，即使是在多層配線基板等的內部或表面形成有以導體所構成的配線之基板，也不會有受其影響而特性顯著變化的情形。
IC是如上述圖2所示，亦可在上面的絕緣層上形成IC晶片連接端子來連接，或如圖8所示，以能夠連接至磁性體天線的下面的基板連接電極(14)之方式在基板內形成有配線，而經由基板內配線來連接。又，亦可經由被連接至下面的基板連接端子(14)的基板內配線來與reader/writer連接，可作為reader/writer使用。
並且，在本發明中，可在通訊機器中設置本發明的磁性體天線。
並且，在本發明中，可在包裝容器中設置本發明的磁性體天線。
並且，在本發明中，可在工具或螺栓等的金屬零件中設置本發明的磁性體天線。
<作用>
本發明的磁性體天線是以一個的磁性體磁芯為中心，使以電極材料能夠成為線圈狀的方式形成的複數個線圈，在重疊捲繞捲線時以寄生電容不會變大的方式用疊層捲繞來形成複數個線圈，且在電路上並聯該複數個的線圈，線圈是串聯配置於所共有的磁性體磁芯，藉此儘可能增大受限於所使用的共振頻率之線圈的電感L1，磁性體天線的電感L0是控制在共振頻率，因此可期待通訊感度的提升。
被線圈所誘起的起電力e是利用電流的單位時間的變化量dl/dt，以下記式(3)來表示。
<式(3)>
e=-L(dl/dt)
因此，若線圈的電感L大，則被誘起的起電力也會變大。
一般，在13.56MHz的RFlD用途等的磁性體天線中，共振頻率f0是以下記式(4)來決定。
<式(4)>
f0=1/2π(L×C)
因此，為了所安裝的IC的電容或天線本身的寄生電容，會有必須將線圈的電感L0形成某限制的值以下的限制。
另一方面，RF標籤與reader/writer的結合所產生標籤的誘起電壓是利用相互電感M以下記式(5)來表示。
<式(5)>
e=-M(dl/dt)=k((L1L2)^(1/2))×(dl/dt)
L1：reader/writer的天線的電感
L2：標籤的天線的電感
於是，若增大標籤的天線的電感，則可增大使誘起於標籤的電壓，可提高結合度。
由於在本發明是將複數的線圈並聯，因此磁性體天線的合成電感L0是各線圈的電感L1為等效時，成為下記式(6)一般。
<式(6)>
L0=L1(線圈1個分)/線圈的個數
因此，只要增加線圈的個數，便可隨之增大設計被並聯的一個線圈的電感L1。
在本發明中是增大各線圈的電感L1，另一方面，磁性體天線本身的合成電感L0是以能夠適合於共振頻率的方式連接各線圈來進行調整，藉此可使磁性體天線的通訊感度提升。
一般可知若增加捲數，則寄生電容會變大。並且，在並聯複數個的線圈下，複數個的線圈的寄生電容的總和會成為合成的寄生電容。
<式(7)>
C0=C1(線圈1個分)×線圈的個數
在此，若合成的寄生電容變大，則符合關係式(2)的合成的電感的上限會變小，因此對於提升互相通訊感度而言不合適。
就本發明而言，因為可縮小並聯的複數個線圈的寄生電容，所以藉由縮小1個線圈的寄生電容，可縮小合成的寄生電容，使互相通訊感度提升。
如專利文獻2記載般，若並聯之相鄰的線圈彼此間結合，則合成電感會形成比式(4)更大，電路的Q也變大。
將Q增大設計是因為作為共振電路是將在線圈所受的電力形成Q倍為理想，但若過度取必要以上，則因外部環境或IC等偏差所造成的變動下，頻率偏差所造成的互相通訊感度的變動會變大，所以只要設計成下記式(7)那樣既可。
<式(7)>
Q=13.56MHz/(所利用的頻帶)
實施例
以下，一邊參照附圖，一邊根據發明的實施形態來詳細說明本發明，但本發明並非限定於以下的實施例。
[磁性體天線1]
作為磁性層(5)用是在900℃燒結後以球磨機來混合作為在13.56MHz的材料之透磁率為形成100的Ni-Zn-Cu肥粒鐵預燒粉(Fe2O3 48.5莫耳%、NiO 25莫耳%、ZnO 16莫耳%、CuO 10.5莫耳%)100重量份，丁縮醛樹脂8重量份，可塑劑5重量份，溶劑80重量份，製造料漿。在PET薄膜上以刮漿刀來將製成的料漿形成150mm見方且燒結時的厚度為0.1mm之薄板。
又，作為絕緣層(6)用是同樣以球磨機來混合Zn-Cu肥粒鐵預燒粉(Fe2O3 48.5莫耳%、ZnO 41莫耳%、CuO 10.5莫耳%)100重量份、丁縮醛樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，製造料漿。在PET薄膜上以刮漿刀來將製成的料漿形成與磁性層同樣的尺寸及厚度的薄板。
其次，如圖3所示，在磁性層(5)用生胚薄板(Green Sheet)中開鑿通孔，在其中充填Ag膏，且在與通孔成直角的兩面印刷Ag膏而層疊10片，各線圈會成為疊層捲繞，形成5個的線圈會被並列結線。
其次，將絕緣層(6)用生胚薄板層疊於線圈(4-1)的上下面，在一方的面層疊以Ag膏來印刷導電層(7)的絕緣層用生胚薄板。
集合層疊後的生胚薄板來使加壓接合，在通孔及線圈開放端面(4-2)切斷，以900℃，2小時的條件來一體燒結，而作成橫30mm×縱4mm的尺寸之捲數23轉的線圈被並列結線5個的磁性體天線1(圖中線圈捲數是簡略化顯示。並且，磁性層的層疊片數是簡略化。以下的其他圖也是同樣)。
而且在該磁性體天線1的線圈兩端連接RF標籤用IC(IC的電容：23.5pF)，而且與IC並列連接電容器，將共振頻率調整於13.56MHz來製作RF標籤，以輸出100mW的reader/writer來測定互相通訊的距離。
將各測定方法彙整於以下。
[共振頻率的測定與調整方法]
共振頻率是在Agilent Technologies公司的阻抗分析儀器E4991A連接1旋轉線圈，使結合RF標籤，以所被測定的阻抗的峰值頻率作為共振頻率。
磁性體天線的合成電感及合成的寄生電容是利用Agilent Technologies公司的阻抗分析儀器E4991A來測定。並且，各線圈的電感是將並聯製作後的複數個線圈的配線予以切斷，只針對1個的線圈測定。
[互相通訊距離的測定方法]
互相通訊距離是將輸出100mW的reader/writer(takaya公司製，製品名TR3-A201/TR3-C201)的天線固定於水平，在其上方使RF標籤的長度方向相對於天線垂直地位置，而以13.56MHz所能互相通訊的高度位置時的天線與RF標籤的垂直方向的距離作為互相通訊距離。
[磁性體天線2]
作為磁性層(5)用是在900℃燒結後以球磨機來混合作為在13.56MHz的材料之透磁率為形成100的Ni-Zn-Cu肥粒鐵預燒粉(Fe2O3 48.5莫耳%、NiO 25莫耳%、ZnO 16莫耳%、CuO 10.5莫耳%)100重量份，丁縮醛樹脂8重量份，可塑劑5重量份，溶劑80重量份，製造料漿。在PET薄膜上以刮漿刀來將製成的料漿形成150mm見方且燒結時的厚度為0.1mm之薄板。
作為非磁性層(8)用是以球磨機來混合硼矽酸玻璃(SiO2 86～89wt%、B2O3 7～10wt%、K2O 0.5～7wt%)100重量份、丁縮醛樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，製造料漿。在PET薄膜上以刮漿刀來將製成的料漿形成150mm見方且燒結時的厚度為0.05mm之薄板。
又，作為絕緣層(6)用是同樣以球磨機來混合Zn-Cu肥粒鐵預燒粉(Fe2O3 48.5莫耳%、ZnO 41莫耳%、CuO 10.5莫耳%)100重量份、丁縮醛樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，製造料漿。在PET薄膜上以刮漿刀來將製成的料漿形成與磁性層同樣的尺寸及厚度的薄板。
其次，如圖3(a)所示，將使磁性層(5)用生胚薄板及非磁性層(8)用生胚薄板層疊的薄板各1片加壓接合，作為1片的薄板之後，開鑿通孔(1)在其中充填Ag膏，且在與通孔(1)成直角的兩面印刷Ag膏而層疊10片，並將各線圈設為疊層捲繞，形成線圈(4)。
其次，如圖2所示，將絕緣層(6)用生胚薄板層疊於線圈(4)的上下面，在一方的面層疊以Ag膏來印刷導電層(7)的絕緣層用生胚薄板。
集合層疊後的生胚薄板來使加壓接合，在通孔及線圈開放端面(4-2)切斷，以900℃，2小時的條件來一體燒結，而作成橫30mm×縱4mm的尺寸之捲數23轉的線圈被並列結線5個的磁性體天線2。
與磁性體天線1同樣連接RF標籤用IC，而且與IC並列連接電容器，將共振頻率調整於13.56MHz來製作RF標籤。針對所取得的RF標籤，以輸出100mW的reader/writer來測定互相通訊的距離。
[磁性體天線3]
在與磁性體天線1同樣製造的磁性層(5)用生胚薄板，以0.02mm的厚度來印刷玻璃陶瓷的膏，層疊10層。
在上述磁性層(5)用生胚薄板中開鑿通孔(1)，在其中充填Ag膏，且在與通孔1成直角的兩面印刷Ag膏而層疊，並將各線圈設為疊層捲繞，形成線圈(4)。
其次，在線圈(4)的一方的面，將以Ag膏來印刷導電層(7)而構成的絕緣層(6)用生胚薄板予以層疊。在另一方的面是以能夠連接至線圈的兩端的方式開鑿通孔，在其中充填Ag膏，且在與通孔(1)成直角的表層以Ag膏來印刷成為連接線圈導線端子與IC的IC晶片連接端子(9)之形狀，層疊絕緣層(6)用生胚薄板。將以上的生胚薄板集合而使加壓接合，在通孔(1)及線圈開放端面(4-2)切斷，以900℃，2小時的條件來一體燒結，而作成橫10mm×縱3mm的尺寸的線圈捲繞數23轉的磁性體天線3。
在該磁性體天線的線圈兩端連接RF標籤用IC，而且與IC並列連接電容器，將共振頻率調整於13.56MHz來製作RF標籤，以輸出100mW的reader/writer來測定互相通訊的距離。
其結果，磁性體天線3是12.7cm的通訊距離。金屬板貼附時的互相通訊距離是10.5cm。
[磁性體天線4]
將與磁性體天線1同樣製造的磁性層(5)用生胚薄板及非磁性層(8)用的玻璃陶瓷的生胚薄板分別以同樣的厚度0.1mm成膜。將所取得的薄板分別以0.1mm寬來利用陶瓷生胚薄板層疊體切斷機(UHT公司製G-CUT)切斷。其次，如圖4(b)所示，以磁性層及非磁性層能夠依序形成的方式排列成1片的薄板狀而加壓接合。使所取得的薄板在縱方向也以磁性層及非磁性層能夠依序形成的方式疊合10片而可加壓接合的方式準備，在一個一個的薄板中開鑿通孔(1)，在其中充填Ag膏，且在與通孔(1)成直角的兩面印刷Ag膏而層疊10片，將各線圈設為疊層捲繞，形成線圈(4)。
在所取得的線圈，與磁性體天線1同樣形成絕緣層，而作為磁性體天線4。
[磁性體天線5]
將與磁性體天線1同樣製造的磁性層(5)用生胚薄板及非磁性層(8)用的玻璃陶瓷的生胚薄板分別以同樣的厚度0.1mm成膜。將所取得的薄板分別以0.1mm寬來利用陶瓷生胚薄板層疊體切斷機(G-CUT/UHT)切斷。其次，如圖4(c)所示，以磁性層及非磁性層能夠依序形成的方式排列成1片的薄板狀而加壓接合。以使所取得的薄板及玻璃陶瓷的生胚薄板能夠交替地各10片疊合而加壓接合的方式準備，在一個一個的薄板中開鑿通孔(1)，在其中充填Ag膏，且在與通孔(1)成直角的兩面印刷Ag膏而層疊10片，將各線圈設為疊層捲繞，形成線圈(4)。
在所取得的線圈，與磁性體天線1同樣形成絕緣層，而作為磁性體天線5。
[磁性體天線6]
利用與磁性體天線1同樣製造的料漿來製作磁性層(5)用的棒狀的磁性體。將如圖4(d)所示作成的棒狀的磁性體排列於容器內，流入非磁性玻璃陶瓷的料漿，製作厚度1mm的薄板。以可重疊加壓接合所取得的薄板與玻璃陶瓷的生胚薄板10片之方式準備，如圖4所示，在一個一個的薄板中開鑿通孔(1)在其中充填Ag膏，且在與通孔(1)成直角的兩面印刷Ag膏而層疊10片，並將各線圈設為疊層捲繞，形成線圈(4)。
在所取得的線圈，與磁性體天線1同樣形成絕緣層，而作為磁性體天線6。
[磁性體天線7比較例]
除了可形成1個捲數為23轉的線圈以外，與上述磁性體天線1同樣製造。以100mW的reader/writer來互相通訊的距離是6.0cm。
[磁性體天線8參考例]
除了線圈的捲法為以螺旋捲繞來製作以外，與上述磁性體天線1同樣製造。1個的線圈的寄生電容是4.5pF。
將所取得的磁性體天線的諸特性顯示於表1。
本發明的磁性體天線皆是即使增大設計線圈的電感，還是可進行共振頻率的調整，以非磁性體來分割磁芯時，實效的透磁率高，為可兼顧小型化及通訊感度的提升之天線。
又，若與螺旋捲繞作比較，則可縮小1個的線圈的寄生電容，可謀求互相通訊感度的提升。藉由形成疊層捲繞，可縮短捲線的長度，因此有利於小型化。
[產業上的利用可能性]
由於本發明的磁性體天線或RF標籤是具有高的通訊感度，因此可利用於各種攜帶機器、容器、金屬零件、基板、金屬製工具、金屬模等的各種用途。
1．．．通孔
2．．．電極層(線圈電極)
3．．．磁芯
4．．．線圈
4-1．．．線圈的最小單位
4-2．．．線圈開放端面
5．．．磁性層
6．．．絕緣層
7．．．導電層
8．．．非磁性層
9．．．IC連接用電極層(端子)
10．．．IC
11．．．電容器電極
12．．．電容器
14．．．基板連接用電極層
15．．．基板
20．．．磁性體天線
圖1是本發明的磁性體天線的概略圖。
圖2是本發明的磁性體天線的立體圖。
圖3是表示疊層捲繞的狀態的概略圖。
圖4是表示在本發明的非磁性體所被分割的磁芯的狀態的概略圖。
圖5是表示本發明的磁性體天線的別的形態的概略圖。
圖6是表示本發明的磁性體天線的別的形態的概略圖。
圖7是表示本發明的磁性體天線的層疊構造的概念圖。
圖8是表示本發明的磁性體天線的層疊構造的概念圖。
圖9是表示將本發明的磁性體天線安裝於基板時的概念圖。

Claims (4)

  1. 一種RF標籤，係於用以利用電磁誘導方式來收發資訊的磁性體天線安裝IC的RF標籤，其特徵為：上述磁性體天線係於一個的磁性體磁芯形成複數個電感L1符合關係式(1)的線圈，且將各線圈的捲法設為疊層捲繞，上述各線圈係於電路上並聯，且在磁性體磁芯串聯配置，磁性體天線的合成電感L0為符合關係式(2)，<關係式(1)>L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))(L1：線圈1個的電感)<關係式(2)>L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))(L0：磁性體天線的合成電感)。
  2. 一種複合RF標籤，係以樹脂來被覆如申請專利範圍第1項記載的RF標籤。
  3. 一種磁性體天線，係使用於如申請專利範圍第1項記載的RF標籤之磁性體天線，其特徵為：該磁性體天線在安裝IC時，在一個的磁性體磁芯形成複數個電感L1符合關係式(1)的線圈，且將各線圈的捲法設為疊層捲繞，上述各線圈係於電路上並聯，且在磁性體磁芯串聯配置，磁性體天線的合成電感L0符合關係式(2)，<關係式(1)>L1≧1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))(L1：線圈1個的電感) <關係式(2)>L0≦1/(4π2×(動作頻率)2×(IC電容+天線的寄生電容))(L0：磁性體天線的合成電感)。
  4. 一種基板，係安裝如申請專利範圍第1項記載的RF標籤或如申請專利範圍第2項記載的複合RF標籤。
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