WO2002061675A1 - Moyen d'identification sans contact - Google Patents

Description

明細書 非接触識別媒体 技術分野

非接触 I Cカー ドゃ無線タグなど電池を有しない非接触識別媒体に関する。 背景技術

• 情報を電子回路に記憶し非接触で情報通信を行う非接触 I Cカー ドや無線タ グなどの非接触識別媒体 （以下、 本明細書においては非接触識別媒体を指す用語 である R F I D (R A D I O F R E Q U E N C Y I D E N T I F I C AT I O N) を用いる） の う ち電池を有しない R F I Dは通信を行う外部機器のアンテ ナから放射される特定の周波数の電磁界を搬送波と してァンテナコィルで受信し アンテナコイルに接続される I C内で直流電力に変換し I C 自身に使用される。 該 I Cは R F I Dのアンテナコイルと外部機器のアンテナを介して外部機器との 通信を行う。

近年 R F I Dへの期待が高ま り 、 よ り便利に使うために外部機器と R F I D間 の通信距離を外部機器の電磁界出力など与えられた条件の中でできるだけ伸ばす こ とが要求されている。

外部機器と R F I D間の通信距離を伸ばす手段と しては、 効率良く電力を受信 するために図 1 の従来技術の一例と しての R F I Dの基本回路ブロ ック構成図の 回路ブロ ック構成で示すよ う に、 R F I Dのアンテナコイルに並列にコンデンサ を接続し、 搬送波の周波数に合わせた共振回路を形成する技術が一般に使用 され ている。 電力を最大限に受けるために I Cも該コンデンサに並列に接続されてい る。 図 1 に示す従来技術の一例と しての R F I D基本回路ブロ ック構成図におい て、 アンテナコイル 1 の両端に並列共振用のコンデンサ 2が接続され、 該コンデ ンサのキャパシタンスに比して小さな値の端子間キャパシタンス 3 Aの I C 3が 該コンデンサ 2 と並列に接続される。

共振周波数は該コ ンデンサ 2 のキャパシタ ンス と該 I C 3 の端子間キャパシ タ ンス 3 Aを加算したもの と該アンテナコイ ル 1 のイ ンダク タ ンス とで決ま る。 該コ ンデンサ 2 は R F I D基材である極薄い-誘電体への両面メ タライズパタ ーンによって形成される。

アンテナコイ ル 1 のィ ンダク タ ンス及び両面メ タ ラィズパターンによって形成 されるコ ンデンサ 2 のキャパシタ ンスは製造上精度を保てるが、 該 I C 3 のアン テナコイルと の接続端キャパシタ ンス 3 Aは製造上の各種要因によ り 2 0〜 3 0 %程度のばらつきが生ぜざるを得ない。 このばらつきは共振周波数に直接影響 する。 そのため、 共振回路を所定の共振周波数に合わせる手段と して該メ タライ ズパターンで形成される コ ンデンサの ト リ ミ ング （例えば特開平 1 1 一 3 5 3 4 4 0 ) を行っている。

図 2 はこれまでの技術の一例と しての共振用 コンデンサ 2 を両面メ タライ ズ' パターンによって形成した場合の R F I Dの回路ブロ ッ ク構成図である。

図 1 の回路ブロ ック構成に 卜 リ ミ ング用のコ ンデンサ 2 A〜 2 Hを付加した もので、 コンデンサ 2 A〜 2 Hのキャパシタ ンスの合計が I C 3 の接続端子間キ ャパシタ ンス 3 Aの製造上の差異を包含する値に形成され、 該 I C 3 の接続端子 間キャパシタ ンス 3 Aによる共振周波数の差異を補正するため該コンデンサ 2 A 〜 2 Hの必要な共振周波数にあわせるために該当する接続点を切断する ト リ ミ ン グを行う。

図 3 は前述の構成をカー ド型 R F I Dに適用した実装図の一例である。

図 3 において、 基材 4は透明に表記しているが極く薄い 1 / 5 0 m m厚のポリ ーミ ド材を使用し、 該基材 4裏面のメ タライズパターンによ り アンテナコイル 1 を、 該基材 4両面のメ タラィズパターンによ り共振用コンデンサ 2および 2 A〜 2 Hを形成している。 該アンテナコイル 1 の外周端はス ルホール加工によ り表面 側パターンに接続され該コ ンデンサ 2および 2 A〜 2 Hの表面側に接続される と 共にス ルホール加工によ り裏面パターンに接続され、 I C 3の一方の端子に接続 される。 該アンテナコイル 1 の内周端は該 I Cの他の一方の端子に接続される と 共に該コ ンデンサ 2および 2 A〜 2 Hの裏面側に接続される。該 I C 3 を実装後、 共振周波数が測定され、 必要な共振周波数にするために該コ ンデンサ 2 A〜 2 H の該当する接続点を機械的に切断する ト リ ミ ングが行われる，

図 4 は、 これまでの技術の別例を示してあ り 、 外部メ タライズパターンによる コンデンサに値するコンデンサを I C内に半導体によ り形成したものの回路ブロ ッ ク構成図である。

前記半導体によ り形成されたコ ンデンサのキャパシタンスを所定の値にするた めレーザ加工などによって前記同様の 卜 リ ミ ングを行う。

また、特開 2 0 0 0— 2 7 8 1 7 2号公報にアンテナコイルと並列に共振回路を形成 し、 負荷回路の入力インピ一ダンスと該共振回路からの出力インピーダンスが等しくなる該ァ ンテナコイル中間もしくは延長の点と該負荷回路を接続することで （いわゆるインピーダンス 整合） 効率よく電力伝送を行う非接触識別媒体 （ R F I D ) が記載されている。 発明の開示

I Cのアンテナコ イ ル接続用端子間のキャパシタ ンスは I C製作上の要因で 差異が生じるため、 R F I D と しての共振周波数を正確に合わせるためには、 メ タラィズパターンで形成されるコンデンサの ト リ ミ ングか、 I C内コンデンサ形 成回路部分の ト リ ミ ングのどちらかの方法による ト リ ミ ンダ行程が必然とな り多 大な作業時間と経費が生じていた。 本発明は、 前記問題点に鑑みてなされたもの であ り 、 I Cのアンテナコイ ル接続用端子間容量のばらつきによる共振周波数へ の影響を微少にする回路構成にする こ とで、 卜 リ ミ ングを行う必要の無い R F I Dを提供することができる。

本発明の R F I Dでは、 アンテナコ イ ルのイ ンダク タンス と該アンテナコ イ ル に接続された共振用コンデンサのキャパシタンス とで電力搬送波周波数に合わせ た共振回路を形成した R F I Dにおいて、 電力供給を受ける I C と該アンテナコ ィ ルと の接続点が該コ ンデンサと並列接続となっていないこ と を特徴とする。 こ の特徴を有する理由は以下の通り である。

すなわち、 I Cの端子間キャパシタ ンスの差異が共振周波数に与える影響を少 なく するため、 共振回路をアンテナコイルと該アンテナコイルに接続されるメ タ ライ ズパターンで形成したコ ンデンサと で形成し、 該アンテナコイ ルの一部分を I C と接続する。 図 5 は本発明の一例と しての R F I Dの回路ブロ ック構成図で ある。 図 5 において、 アンテナコイ ル 1 の両端に共捩用のコンデンサ 2が接続さ れ、 該コ ンデンサ 2のキャパシタ ンスに比して小さな値の端子間キャパシタ ンス 3 Aの I C 3 が該アンテナコイ ルの一端と中間と に接続される。

共振周波数は該アンテナコイル 1 全体のイ ンダク タンス と該コンデンサ 2 の キャパシタンスが支配的に作用 し、 I C 3 の端子間キャパシタ ンスの変化に対し ての影響は著しく少なく なる。 ただし、 該コンデンサ 2のキャパシタンス と該 I C 3 の端子間キャパシタ ンスの比が大きレ、ほど効果があ り 、 2 ： 1以上である こ とが望ま しい。

また、 該 I C 3 の端子間レジス タ ンスによる共振回路の Qへのダンピング効果 も著しく 少なく なり 、 製造上差異による通信可能距離への影饗も極端に少なく な る。 .

また、 共振周波数に支配的に作用する該コンデンサ 2 を誘電体基材への両面メ タラィズパターンで形成するこ とによ り コンデンサと しての耐電圧に配慮する必 要がなく 、 該アンテナコイル 1 の卷き数を多く 設定するこ とが可能とな り 、 アン テナコイル 1 と I c 3への接続点を選択するこ とで該 I C 3へ必要最小限の電力 供給が可能とな り 、 該 I C 3 内に過度な電力供給による破損を未然に防ぐための 過電圧保護回路を設ける必要がなく なる。

図 6 はこれまでの技術である図 1 に示す回路ブロ ック構成における R F I D、 送信側アンテナコイル間距離による R F I Dのアンテナコイル 1 両端電圧を示す グラフ図の 1 例であり 、 I C 3 の端子間キャパシタ ンス 3 Aと 同値のコンデンサ を該 I C 3 と置き換え測定したものである。 なお、 この場合のコンデンサ 2 と I C 3 の端子間キャパシタンスの比は約 9 ： 1 である。

図 6 において、 曲線 6 Aで示す I C 3 の端子間キャパシタ ンス と等しいコンデ ンサと並列に接続されるコンデンサ 2 のキャパシタンスを調整するこ とで共振周 波数を外部機器からの搬送周波数に合わせた場合と、 曲線 6 Bで示す前記調整済 みコ ンデンサ 2 の状態で I C 3 と置き換えたコ ンデンサのキヤノ シタ ンスを 3 0 %增 flした場合との比較を示している。 図で明らかなごと く 従来技術ではコン デンサ 2 と I C 3 の合成キャパシタ ンスのわずかな差異が通信距離に甚大な影響 をもたらすこ と を示している。 なお、 曲線 6 Cは実際の I Cを接続した場合の 測定値であり 、 I Cの端子間レジス タ ンスの影響で共振回路の Qが下がるこ とに よ り 曲線 6 A と違う軌跡となっている。

技術が進み、 I Cの消費電力が少なく なつていく こ とは必然であるが、 それは 端子間 レジスタンスが高く なるこ と とな り 、 共振回路へのダンビング効果が減少 するこ と とで Qが高く なり、 ひいては高い電圧が I Cにかかる こ とになる。 I C の消費電力が少なく なる と I Cの耐電圧の点からアンテナコイルの設計し直しが 必然となるこ とおも示している。

図 7は本発明の一例である図 5 の R F I Dにおける特性例であ り 、 前記同様 I C 3 の端子間キャパシタンスと同値のコンデンサを該 I C 3 と置き換え測定した もので、 該 I C 3 と置き換えた該コンデンサの両端電圧と送信側アンテナコイル との距離のグラフ図の 1 例であ り 、 図 5 において、 曲線 7 Aで示す前項と同じ処 置で外部機器からの搬送周波数と R F I Dの共振周波数を正確に合わせた場合と . 曲線 7 B で示す前項と同様に I C 3 と笸き換えたコ ンデンサのキャパシタ ンスを 3 0 %増量した場合と曲線 7 Cで示す 1 0 0 %増量した場合との比 を示してい る。 なお、 3 0 %増量した場合は前記曲線 7 Aとほぼ等しい軌跡となっている。 図で明らかなごと く 、 I C 3 の製造上における端子間キャパシタ ンスの変化によ る共振周波数への影響が微少であるこ とを示している。

また、 曲線 7 Dは実際の I Cを接続した場合の測定値であ り 、 I Cの端子間レ ジスタ ンスの影響による共振回路の Q変化は微小で、 ほぼ曲線 7 Aと等しい軌跡 となっている。

従来技術においてはアンテナコイルの レジスタ ンスを極力小さなものと しなけ れば共振回路の Qが小さ く なり 、 通信距離が伸ぴないため、 通信距離を多く 必要 とする R F I Dは銅やアルミ ニウムなどでアンテナコイルを形成せざるを得なか つたが、 本発明によれば、 アンテナコイ ルの形成に比抵抗の高い材料、 例えば銀 ペース 卜などの材料を使用するこ とが可能となる。 図面の簡単な説明

図 1 は従来技術の一例と しての R F I D基本回路プロ ック構成図である。

図 2 は従来技術の一例と しての R F I Dの回路プロ ッ ク構成図である。

図 3 は図 2 で示す従来技術の実施形態の一例と してのカー ド状 R F I Dの実装図 である。 '

図 4は従来技術の他の一例と しての R F I Dの回路ブロ ック構成図である。 図 5 は本発明の一例と しての R F I Dの回路ブロ ック構成図である。

図 6 は従来技術の実施形態の一例と しての R F I Dにおける I Cの端子間キャパ シタンスの影響を示すグラフ図である。

図 7 は本発明の実施形態の一例と しての R F I Dにおける I Cの端子間キヤパシ タンスの影響を示すグラフ図である。

図 8 は図 5 で示す本発明の回路プロ ック構成を適用した一例と してのカー ド状 R F I Dの実装図である。

図 9 は図 5 で示す本発明の回路ブロ ック構成を適用 した他の一例と してのカー ド 状 R F I Dの実装図である。

図 1 0は本発明応用の一例と しての回路構成ブロ ック図である。

図 1 1 は図 1 0 で示す本発明の回路ブロ ック構成を適用 した一例と してのカー ド 状 R F I Dの実装図である。

図 1 2は本発明応用の他の一例と しての回路構成ブロ ック図である。

図 1 3 は図 1 2で示す本発明の回路ブロ ック構成を適用 した一例と してのカー ド 状 R F I Dの実装図である。

図 1 4 は本発明の R F I D と他の R F I Dを一枚のカー ドに実装したカー ド状 R F I Dの実装図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 なお、 本発明は以下の 実施例によ り 限定されるものではない。

図 8 は本発明の一例と して図 5 で示す回路ブロ ック構成をカー ド状 R F I D に適用 した実装図の一例である。 図 8 において、 基材 4は透明に表記しているが 極く薄い 1 5 0 m m厚のポリ ーミ ド材を使用 し、 該基材 4裏面のメ タ ライズパ ターンによ り アンテナコ イ ル 1 を、 該基材 4両面のメ タラィズパターンによ り共 振用コンデンサ 2 を形成している。 該アンテナコイル 1 の内周端は I C 3 の一方 の端子と該コ ンデンサ 2 の裏面側に接続される。 該アンテナコ イ ル 1 の內周端か ら 1 ターンの部位は該 I C 3 の他方の端子へ接続される。 該アンテナコイル 1 の 外周端はスルホール加工によ り表面側に接続され、 該コ ンデンサ 2 の表面側に接 続される。

図 9 は本発明の一例と して図 5 で示す回路ブロ ック構成をカー ド状 R F I D に適用 した実装図の他の一例であ り I C 3 の破損を避けるために I C 3 を極力力 ー ド外側に実装する配置となっている。 図 9 において、 基材 4 は透明に表記して いるが極く 薄い 1 / 5 0 m m厚のポリーミ ド材を使用 し、 該基材 4裏面のメ タラ ィズパターンによ り アンテナコイル 1 を、 該基材 4両面のメ タライズパターンに よ り 共振用コンデンサ 2 を形成している。 該アンテナコイル 1 の外周端は I C 3 の一方の端子と該コンデンサ 2 の裏面側に接続される。 該ァンテナコィ ル 1 の外 周端から 1 ターンの部位は該 I C 3 の他方の端子へ接続される。 該アンテナコィ ル 1 の内周端はスルホール加工によ り表面側に接続され、 該コ ンデンサ 2 の表面 側に接続される。

図 1 0は本発明応用の一例と しての回路ブロ ック図である。

図 1 1 は図 1 0で示した回路構成をカー ド状 R F I Dに実装した一例の図であ る。 図 1 1 において、 基材 4は透明に表記しているが極く薄い 1 / 5 0 m m厚の ポリ ーミ ド材を使用 し、 該基材 4裏面のメ タライズパターンによ り アンテナコィ ル 1 を、 該基材 4両面のメ タライズパターンによ り共振用コ ンデンサ 2 を形成し ている。 該アンテナコイ ル 1 の外周端は I C 3 の一方の端子に接続され、 該アン テナコイ ル 1 の外周端から 1 ターンの部位は該 I C 3 の他方の端子と該コンデン サ 2 の裏面側に接続される。 該アンテナコイ ル 1 の内周端はスルホール加工によ り表面側に接続され、 該コ ンデンサ 2 の表面側に接続される。

図 1 2 は本発明応用の他の一例と しての回路ブロ ック図である

図 1 3 は図 1 2で示した回路構成ををカー ド状 R F I Dに実装した一例の図で ある。 図 1 3 において、 基材 4は透明に表記しているが極く 薄い 1 Z 5 0 m m厚 のポリ一ミ ド材を使用し、 該基材 4裏面のメ タラィズパターンによ り アンテナコ ィル 1 およびアンテナコイ ル 1 Aを、 該基材 4両面のメ タライズパターンによ り 共振用コンデンサ 2 を形成している。 該アンテナコイル 1 Aの両端は I C 3 に接 続される。 該アンテナコイ ル 1 Aの内側に配置された該アンテナコイ ル 1 の外周 端は該コ ンデンサ 2 の裏面側に接続され、 該アンテナコイル 1 の内周端はスルホ ール加工によ り表面側に接続され、 該コンデンサ 2 の表面側に接続される。 図 1 4は本発明応用の他の一例と してのカー ド状 R F I Dの実装図であ り 、 図 9で説明した R F I D と放射アンテナ 7 に I C 8が接続された使用周波数が 1 0 倍以上違う R F I Dを一枚のカー ドに収めたものである。 産業上の利用可能性

I Cの端子間キャパシタンスの製造差異を補正する行程の必要が無い、 安価な R F I Dを提供できる という利点がある。 また、 I Cへの電力供給を最適化する こ とが安易にでき、 I Cの発熱を押さえ、 破損を未然に防ぎ、 信頼性の高い R F I D提供するこ ίができる という利点がある。

Claims

請求の範囲

1 . アンテナコイ ルのイ ンダクタ ンス と該アンテナユイルに接続された共振用コ ンデンサのキャパシタンスとで電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成した 非接触識別媒体において、 電力供給を受ける I C ( I n t e g r a t e d C i r c u i t ) と該アンテナコイ ルと の接続点が該コンデンサと並列接続となって いないこ とを特徴とする非接触識別媒体。

2 . 請求項 1 の非接触識別媒体において、 該アンテナコイルと電力供給を受ける I C との接続が該アンテナコイル卷き数の 2分の 1 以下であるこ とを特徴とする 非接触識別媒体。

3 . 請求項 1 の非接触識別媒体において、 共振用コ ンデンサのキャパシタ ンスが

I Cの入力端キャパシタ ンスの 2倍以上であるこ とを特徴とする非接触識別媒体 _t

4 . 請求項 1 の非接触識別媒体において、 共振用コンデンサが非接触識別媒体墓 材と しての誘電体両面のメ タライズパターンによって形成されているこ と を特徴 とする非接触識別媒体。

5 . 請求項 3 の非接触識別媒体において、 アンテナコイルおよびコ ンデンサが銀 ペース 卜印刷によ り形成されている こ とを特徴とする非接触識別媒体。