WO2014141906A1 - 積層コイルアンテナを備えた小型ｉｃタグ及びその製法 - Google Patents

積層コイルアンテナを備えた小型ｉｃタグ及びその製法 Download PDF

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WO2014141906A1
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tag
coil
antenna
laminated
small
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PCT/JP2014/055122
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繁 山内
健一郎 友井
貴章 由井
耕司 田崎
遠藤　俊博
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株式会社日立システムズ
日立化成株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core

Definitions

  • the present invention relates to a small IC tag having a laminated coil antenna and a method of manufacturing the same, and particularly to a metal that requires a reduction in size that cannot be handled by an RFID tag using a half-wave antenna at a communication frequency in a micro band or a UHF band.
  • the present invention relates to an RFID tag suitable for use in the field of using RFID tags.
  • an RFID tag main body including a micro loop antenna connected to an IC chip and an arm that covers the IC chip via an insulating layer are provided, and the arm is formed into a substantially half turn of a loop of the micro loop antenna.
  • a metal-compatible RFID tag configured to extend in the winding direction of the loop by a corresponding length and cover the IC chip is disclosed.
  • Patent Document 2 an antenna is built in a card case for a non-contact IC card, communication radio waves are reinforced by electromagnetic coupling with the antenna in the card, and function as a booster, thereby extending the communication distance and the like.
  • a card case is disclosed.
  • the booster communication antenna is set to have a larger antenna coil opening area, a larger number of antenna coil turns, or a larger antenna mounting area size than the communication antenna of the non-contact IC card. It is stated that it is installed. Further, it is described that the booster antenna may be either a coil antenna or a linear antenna.
  • Patent Document 3 discloses a booster antenna that is configured by a Q coil and a capacitor and is disposed between an RFID tag and an RFID reader / writer.
  • This Q coil is formed by winding a conductor a plurality of times so as to expand the conductor in the axial direction with the same radius.
  • Patent Document 4 antenna substrates having antenna patterns formed on the front and back are stacked, and the stacked substrates are electrically connected in series by through holes or the like so that each antenna coil pattern is connected to an adjacent pattern.
  • An RFID tag having a closed coil is disclosed.
  • the UHF and microwave band IC tags whose half-wavelength in air is 15 to 16 cm can be broadly classified into the following two types.
  • IC tag of normal size with a built-in half-wavelength resonant dipole antenna with remarkable wavelength dependence one side is about 10cm
  • Ultra-small size IC tag with built-in resonance circuit by connecting a coil or capacitor that has no wavelength dependence one side is about several mm, for example 2.5 mm
  • LC resonance The IC tag of (1) above is While the predetermined reception sensitivity can be achieved even at a flight distance (communication distance) of about 5m to 7m, with the detection radio wave output under the same conditions, the IC tag of (2) above can only receive a reception sensitivity with a flight distance of several millimeters. Absent. This is the result of giving the highest priority to miniaturization.
  • metal-compatible small IC tags can be several times as large as ultra-small tags (in the order of several mm square, for example, one side is 5 mm to 8 mm, hereinafter referred to as “small IC tag”).
  • small IC tag capable of obtaining a communication sensitivity of a flight distance of at least several tens of centimeters under the environment.
  • Such a small IC tag is suitable for installation in narrow places on the order of several mm square such as screw holes and depressions of various metal devices, metal surfaces and corners.
  • various fields such as water pipe valves that require periodic inspections, various public facilities and equipment such as manhole iron covers, rental equipment such as cars that require product management, and medical equipment that requires maintenance.
  • Possible uses for small IC tags Possible uses for small IC tags. With such a small IC tag, it can be installed as it is regardless of whether the installation environment of the counterpart device / facility to which the IC tag is attached is a metal surface or a non-metal surface. Therefore, it is possible to reduce the processing of these counterpart devices and facilities, and the degree of freedom in selecting an installation location in consideration of the environment and appearance is increased.
  • Patent Document 1 corresponds to the above (2) in terms of flight distance, and is small but has a short communication distance.
  • these RFID tags are based on an HF charged wave (13.56 MHz) IC card possessed by a person and have been devised to increase the sensitivity.
  • the RFID tag cannot be miniaturized on the order of several mm square, for example, the number of turns of the HF band booster coil exceeds 100 turns. .
  • the installation environment is a metal surface
  • the booster coil is wound several times in a spiral shape, so that the outer periphery of the booster coiled antenna contacts or approaches the metal mounting surface.
  • the winding is short-circuited in high frequency, and the inductance value L of the coil changes, for example, decreases.
  • the stray capacitance C of the coil changes, for example, increases. For this reason, there is a problem that the resonance condition is lost and the communication sensitivity of the IC tag is rapidly deteriorated.
  • the RFID tag described in Patent Document 4 has a multilayer antenna pattern connected in series to an IC chip.
  • a manhole cover with an IC tag built in an on-road equipment may be subjected to stress or impact that cuts through-holes on the multilayer board from the outside, such as impact of wheels or earth and sand.
  • the antenna coil of each substrate may be independently distorted, and the antenna pattern may be cut between layers.
  • An object of the present invention is to provide a small IC tag that can stably obtain a communication sensitivity of a flight distance of at least about several tens of centimeters regardless of the installation environment.
  • a small IC tag including a multilayer coil antenna includes a micro IC tag and at least one multilayer coil, and the micro IC tag is a belt-shaped band constituting a resonance circuit.
  • a coil antenna, and an IC chip connected to the coil antenna, and the laminated coil is a spiral coil wound a plurality of times around an axis on the same plane, and The open start coil and the end of winding end of the laminated coil are not connected to each other, and the micro IC tag and the laminated coil are electrically disconnected and electromagnetically connected.
  • a small IC tag capable of obtaining a communication sensitivity of a flight distance of at least about several tens of centimeters. Even if the installation environment is, for example, a metal surface, high sensitivity can be realized.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the example which installed the small IC tag which concerns on the 1st Embodiment of this invention on the metal object. It is a top view of the micro IC tag used for the small IC tag of FIG. It is a side view of the micro IC tag used for the small IC tag of FIG. It is a figure explaining the example which manufactures the small IC tag which becomes 1st Embodiment using the microminiature IC tag and laminated coil of FIG. It is a figure explaining the manufacturing process of the small IC tag of FIG. It is a figure explaining an example of the manufacturing method of the laminated coil of FIG. It is a figure explaining the equivalent circuit and resonance condition of the laminated coil of FIG.
  • a small IC tag has an antenna surface of a laminated coil wound a plurality of times in a spiral shape, and the antenna surface of the laminated coil and the antenna surface of the micro IC tag are parallel to each other. Arrange so that If necessary, the outside is covered with an electrically insulating resin.
  • the laminated coil is wound in a spiral shape a plurality of times on the same plane, and has a structure in which the start point and the end point of the laminated coil are not connected. That is, the laminated coil is wound in a spiral shape without connecting the start point and the end point, and the outside of the spiral laminated coil protects the inside.
  • the outermost peripheral portion of the spiral laminated coil shields the coil layer on the inner side, and even when the micro IC tag is attached to the object, it prevents resonance with the object such as the attachment surface. Reduce electromagnetic interference such as stray capacitive coupling as much as possible. As a result, the resonance circumferential condition can be stabilized. Therefore, a stable and highly sensitive small IC tag can be realized regardless of the installation environment.
  • FIG. 1 shows an example in which the small IC tag 10 according to the present embodiment is installed on a metal object 300.
  • the small IC tag 10 is an LC resonance type tag in which the micro IC tag 100 is integrally attached to the antenna surface of the spiral laminated coil 200, and the outside is covered with an electrically insulating resin 240. It is integrated.
  • the small IC tag 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape with a length TL, a width TW, and a height TH.
  • the side surface of the laminated coil 200 corresponding to the side surface of the small IC tag (the surface constituted by the length TL and the height TH) becomes the antenna surface 210 of the small IC tag. That is, the side surface of the small IC tag 10 becomes the antenna surface 210.
  • the small IC tag 10 has a core material around which a laminated coil is wound, and a surface around which the laminated coil is wound along the outer peripheral surface of the small IC tag is defined as a coil surface of the core material. Further, in the small IC tag, one surface 12 in an outer peripheral surface (a surface having a width TW and a circuit along the direction of the height TH and the length TL) is an installation surface on the metal object 300 or the like. This installation surface 12 is defined as the “bottom side” of the small IC tag.
  • the electrical conductor is wound a plurality of times in a spiral shape (VORTEX) on the same plane, that is, on the same plane centered on an axis perpendicular to the side surface of the small IC tag 10.
  • the micro tag 100 and the laminated coil 200 are not electrically connected and are configured to be coupled electromagnetically.
  • laminated refers to what is “laminated” around the axis.
  • FIG. 2A shows a plan view of the micro IC tag 100 of FIG. 1, and FIG. 2B shows a side view.
  • the micro IC tag 100 has an IC tag main body 101 provided on the front surface side of a flat substrate and an IC tag insulating substrate 104 formed on the back surface of the substrate.
  • the IC tag main body 101 has a substantially square planar shape, and an IC chip 110 fixed at the center thereof, and a planar printed wiring on the same surface wound around the IC chip 110 in a spiral shape a plurality of times.
  • the coil antenna 102 is made up of a protective material and the like.
  • the coil antenna 102 has an inner end and an outer end connected to the IC chip 110 by wire bonding or the like.
  • FIG. 3 illustrates an example of a manufacturing method of the small IC tag 10 according to the first embodiment.
  • the laminated coil 200 has a rectangular parallelepiped core material (core material) 220, and the micro IC tag 100 is bonded to the side surface of the core material, that is, the antenna surface.
  • a strip-shaped coil 230 is wound (stacked) a plurality of times.
  • the spiral laminated coil 200 includes a strip-shaped coil 230 made of a conductive material and coated with insulation, and is wound a plurality of times around the axis on the same plane with the core material (insulating layer) 220 interposed therebetween. It is formed.
  • the strip-shaped coil 230 is an open coil in which the start and end of winding of the coil are not connected.
  • the core material 220 is made of a material having a small magnetic loss angle (magnetic loss tangent, tan ⁇ 0 ).
  • a material having a small magnetic loss angle for example, plastic materials such as fluororesin, nylon, vinyl chloride, PET, ABS, and epoxy resin are mainly used.
  • the core material 220 may be any material that functions as a “low loss” insulating member in a high frequency band such as UHF.
  • Vortex is usually defined as a curve that approaches (or moves away from) the center as it turns on the same plane.
  • an Archimedean spiral is described which is described as a smooth monotone function (monotonically increasing function or monotonically decreasing function) having a distance r from the center in polar coordinates and having an equal interval between lines.
  • the spiral of the laminated coil 200 in the present invention includes not only the above-mentioned monotonic function curve but also a spiral formed at least partially in a straight line.
  • the planar shape includes a spiral having a plurality of straight lines and short sides connecting them.
  • a plurality of parallel lines extend along sides facing each other with the core material (core material) 220 interposed therebetween.
  • “parallel” includes not only parallel in the mathematical sense but also substantially parallel.
  • stacked in a spiral form is formed, the distance from the center of the core material (core material) 220 decreases in steps, and the parallel lines in the coil are connected at the corners, As a whole, it is a rectangular spiral.
  • the strip-shaped coil 230 is an open coil in which the start point of the winding start and the end point of the winding end are not connected.
  • the laminated coil 200 is not electrically connected to the micro IC tag 100.
  • the size of the antenna surface 210 of the laminated coil 200 formed on the side surface of the core material is preferably the same as or larger than the size of the antenna surface of the micro IC tag 100 that overlaps the antenna surface 210.
  • the micro IC tag 100 and the multilayer coil 200 are integrally configured so that the antenna surface 210 of the multilayer coil 200 and the antenna surface surrounded by the coil antenna 102 face each other and are parallel to each other. (Here, “parallel” means that the angle between both antennas is allowed to be from strict mathematical parallel to loose parallel, for example, within 10 degrees).
  • the outside of the strip-shaped coil 230 is covered with an electrically insulating resin 240 to form a protective layer. A part of the outer surface of the protective layer, that is, a surface perpendicular to the antenna surface 210 is configured to function as an attachment surface 12 for installing the micro IC tag on the metal member (see FIG. 1). ).
  • the outer surface in the direction perpendicular to the axis OO (see FIG. 4) of the laminated coil functions as a metal mounting surface of the small IC tag 10, and the coil surface of the micro IC tag 100 is substantially perpendicular to the metal surface.
  • the outermost layer of the laminated coil 200 is generally coupled to the high-frequency current I (see FIG. 1) such as a standing wave distributed on the metal surface by electromagnetic induction even when an insulating member is interposed. Will act as a booster. Accordingly, it is possible to realize a small IC tag that can be stably installed regardless of the installation environment, can obtain a communication sensitivity with a large flight distance, and can be installed in a narrow place.
  • the installation environment is a non-metallic surface
  • there is no standing wave current or high-frequency current so the mounting method is free.
  • the outer surface in the direction parallel to the axis of the laminated coil can also be used as the mounting surface.
  • the installation environment appears to be non-metallic, it may have metal objects in the immediate vicinity of the surface. Therefore, if the relationship between the outer surface and the axis of the laminated coil is unknown only from the appearance of the rectangular parallelepiped small IC tag, it is identified that the part of the outer surface is a metal-compatible surface. Display that can be performed.
  • ultra-small IC tag 100 suitable for such miniaturization applications, for example, a UHF band ultra-small tag having an outer dimension of 2.5 mm ⁇ 2.5 mm (Hitachi Chemical Co., Ltd. (registered trademark) IM5- PK2525 type tag).
  • a booster is made of a spiral coil with a constant radius r like a spring, instead of a spiral coil that approaches the center as it turns, and it is installed on a metal surface, the booster coil is placed on the metal surface every round of the booster coil.
  • the part which electromagnetically couples to the metal appears. This means that the first electromagnetic coupling point and the next coupling point are short-circuited in high frequency. In other words, the resonance condition when the booster coil is placed in free space is greatly deviated. Therefore, in order to make a metal-compatible tag, it is necessary to make the dimension of the edge layer around the spring so large that electromagnetic induction coupling can be ignored. This is a disadvantageous characteristic for miniaturization of the small IC tag 10.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the small IC tag of FIG.
  • the laminated coil 200 has a central axis O ⁇ of the core material 220 a predetermined number of times on the same plane so that the strip-shaped coil 230, that is, the strip-coated metal foil with insulation coating, resonates in the frequency band used. Wound around O.
  • the core material 220 conforms to the size of the micro tag 100, and the number of windings of the coil 230 (the number of laminations) on the core material 220 is at least twice, preferably depending on the coil width in the 920 MHz band. 3 to 4 times.
  • the antenna surface 210 of the multilayer coil 200 is made to coincide with the end surface of the core material (core material) 220, and this antenna surface is formed by surrounding the coil antenna 102 of the micro tag 100 on a common axis OO. Both are bonded with an adhesive or the like so as to face the antenna surface. Thereafter, the laminated coil 200 and the outside of the micro tag 100 are coated with an insulating resin 240 (see FIG. 1) and integrated as necessary to form the laminated coil 200.
  • both coils form an electromagnetic coupling relationship by mutual induction, and the structure It is possible to operate as an IC tag 10 integrated both above and electromagnetically.
  • the ultra-small tag 100 is bonded to the side surface of the core material 220 in FIG. 4, but it may be placed inside the core material in parallel with the direction of the arrow in the figure (not shown).
  • the core material 220 is divided into left and right parts along the antenna surface as a first core material and a second core material. And the recessed part which accommodates the micro tag 100 is formed in the center part of the antenna surface which both core materials oppose.
  • Each of the first core material and the second core material is wound (laminated) with a strip-like coil 230 a plurality of times.
  • the micro tag 100 is arranged in the recesses of the first core material and the second core material so that the centers (axis OO) of the antenna surfaces coincide with each other, and the whole is covered with an insulating resin. May be integrated into a small IC tag.
  • FIG. 5 is a development view of the laminated coil.
  • the coil 230 is a flat plate member made of a strip-shaped metal foil 231 that has been covered with insulation and an inter-coil insulating material 232 such as an adhesive underneath.
  • the coil 230 may be unrolled and extended to a predetermined length P L that resonates only after winding. . That is, in the coil 230 having the predetermined length P L , the distance between the winding start point 233 and the winding end point 234 is determined corresponding to the resonance frequency.
  • the coil 230 needs to satisfy the following equation (1).
  • f 1 / 2 ⁇ (L 2 C) (1)
  • L 2 is primarily inductance capacitance of the laminated coil
  • C is a stray capacitance existing like primarily between the laminated coil coil.
  • FIG. 6 shows an equivalent circuit of the coil 230.
  • Stray capacitance C that exists between the coils of the inductance capacitance L 2 and laminated coils of the laminated coil is connected in series as well known in electromagnetism, in any case of parallel connection, the structure of the coil 230 above formula (1) Meet. That is, although there are two types of equivalent LC resonance circuits of the coil, the series type and the parallel type, the same resonance condition is used, so that the laminated coil is an open type coil that can be easily realized at low cost.
  • the winding end point 234 of the laminated coil 200 is positioned on a side other than the bottom side 12 of the small IC tag 10, that is, on a surface other than the installation surface on the metal object 300 or the like. It is desirable to configure.
  • the ultra small tag 10 of the present embodiment is attached to the antenna surface 210 of the laminated coil 200 wound spirally on the same plane, and the whole is covered with an insulating resin, The small IC tag 100 and the laminated coil 200 are integrated.
  • the resonance frequency f of the laminated coil 200 is difficult to change. This is because the outermost peripheral portion of the laminated coil 200 wound in a spiral on the same plane covers and protects the wound portion of the inner laminated coil inside. That is, as shown in the attached state of FIG. 1, even if the bottom portion 12 of the outermost periphery of the laminated coil contacts the metal object 300 and L2 and C of the portion fluctuate locally, they are wound in a spiral shape. inner of the laminated coil is protected electromagnetically biological the outermost coils, for inner resonance constant (L2, C) in the affected Oyobi hard metal contact, the values of L 2 and C as a whole The variation is negligible.
  • the installation environment of the IC tag is a water for hardly affect the laminated coil inside the resonance constant (L2, C), the variation of the values of L 2 and C as a whole is negligible High sensitivity can be maintained.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reader / writer used for the small IC tag according to the first embodiment.
  • the IC tag communication reader / writer device 400 includes an operation unit 420 and a display unit 430 provided on the surface of the main body, a power source and control circuit unit (not shown) provided in the main body, and an internal integration of the main body.
  • the antenna (a general antenna such as a patch antenna or a microstrip antenna) 410 is provided.
  • FIG. 8 shows a state in which the IC tag communication reader / writer device 400 is brought close to a communicable distance of the small IC tag.
  • the antenna 410 of the detection unit of the IC tag communication reader / writer device 400 is electromagnetically coupled to the laminated coil 200 of the small IC tag and the coil of the micro tag 100. If only the magnetic flux, for example, of the radiated radio wave from the antenna is shown in the figure, the radiated radio wave is continuous by forming a wavelength having a period of ⁇ and ⁇ in a chain shape.
  • One magnetic flux ⁇ of this chain uses the laminated coil 200 as the coil L2, the coil antenna 102 of the micro tag 100 as the coil L1, and electromagnetically couples both the coils L1 and L2 by mutual induction (M). It is operated as an integrated IC tag. That is, if the laminated coil 200 is assumed to be the primary side by mutual induction, the primary current becomes the induced current I2, and the secondary side corresponding thereto becomes the coil L1, and the secondary current corresponding thereto becomes the induced current I1. It is guided to the coil antenna 102 of the small IC tag 100. The micro tag 100 operated with this induced current returns a signal of identification information such as its ID to the antenna 410 of the IC tag communication reader / writer device 400.
  • the result is displayed on the display unit 430 of the IC tag communication reader / writer device. Accordingly, by combining a super small tag 100 having a sensitivity of only about 3 cm with the laminated coil 200 and promoting resonance, for example, a sensitivity of about 10 times can be realized.
  • the IC tag of the present invention can be installed in general fields other than metal surfaces.
  • the installation environment of the target equipment is narrow and, depending on the situation, select either metal surface or non-metal surface The case where it installs and is assumed.
  • the administrator has the advantage that the IC tag of the common specification can be dealt with freely.
  • the antenna tag is installed so that the coil surface of each antenna coil stands upright on the metal surface to be attached.
  • the outermost periphery of the spiral antenna coil is close to the metal surface side, and electromagnetic coupling with a high-frequency current such as a standing wave flowing on the metal surface is increased, so that high sensitivity can be obtained. Therefore, even if the resonance condition of the antenna coil is shifted a little, the sensitivity is not easily lowered.
  • the coil surface shape of the spiral antenna coil is not a circle but a straight line or those in order to make more interaction with a high-frequency current such as a standing wave used for communication with an RFID tag flowing on the metal surface.
  • a rectangle approximated by a short side (arc) to be connected is preferable.
  • the shape is a shape that enables a physically stable installation.
  • the laminated coil has a structure wound spirally on the same plane, and thus has the following characteristics.
  • the ground fault current (electric welding, lightning, etc.) or discharge current is applied from the outermost peripheral portion of the laminated coil to the grounding metal surface by the protective function described in Feature 1.
  • the micro IC tag disposed inside the outermost flow portion is protected from electric shock.
  • the laminated coil is an open-type coil which starts winding from the start point to the core material with little electromagnetic loss, finishes winding at the end point, and does not connect the start point and the end point.
  • the open-type coil has an advantage that a jumper wiring for connection is not required, as compared with the manufacture of a coil in which a start point and an end point are connected, such as the booster coil described in Patent Documents 2 and 3.
  • the stray capacitance C that exists between the coils of the laminated coil, there are two main types of equivalent LC resonance circuit of the coil, the series type and the parallel type. It is an open coil that is easy to implement at low cost.
  • FIG. 9A is a perspective view showing an example in which the small IC tag according to the second embodiment of the present invention is installed on a metal object.
  • the small IC tag 10 according to the second embodiment has an axis that is closest to the antenna surface and perpendicular to the antenna surface with respect to one micro IC tag 100 of the small IC tag 10 according to the first embodiment.
  • a plurality of laminated coils 200 (A to N) are stacked in the OO direction. In other words, the laminated coils 200 (A to N) are arranged in parallel in the axial direction.
  • the plurality of laminated coils are electromagnetically coupled while being electrically disconnected.
  • the small IC tag 10 in addition to the effect of increasing durability against mechanical external stress that may cause coil cutting, there is an effect of greatly improving the sensitivity of the small IC tag 10.
  • This is equivalent to arranging a plurality of resonators (coils) having the same shape in the immediate vicinity of the micro IC tag 100. That is, in the second embodiment, one micro tag 100 and a plurality of laminated coils 200 (A to N) are arranged on the axis, and the laminated coils are integrated with the insulating adhesive 250.
  • a single small IC tag 10 having a width TWn, a height TH, and a length TL.
  • a material with a small magnetic loss angle is used for the insulating adhesive 250.
  • the coil 230 needs to satisfy the formula (1) when the resonance frequency is f.
  • the micro IC tag 100 is located at the left end, but this may be the right end of the plurality of laminated coils 200 (A to N) or may be arranged in the middle. . That is, the micro IC tag 100 may be at any position on the axis.
  • the attachment partner is a metal
  • one of the outer peripheral surfaces of the small IC tag 10 parallel to the axis, for example, the bottom 12 becomes the attachment surface.
  • the plurality of laminated coils 200 are open coils that act as boosters for the micro IC tag 100. That is, each of the plurality of boosters functions as an open-type resonator that promotes resonance and that is not connected to the start and end of winding of the coil. As a result, the multilayer coil 200 (A to N) sends more electromagnetic waves to the ultra-small tag 100, and thus the highly sensitive small IC tag 10 is obtained.
  • the outer sides of the micro tag 100 and the plurality of laminated coils 200 (A to N) are coated with an electrically insulating resin as necessary. Between the micro tag 100 and each open coil of the plurality of laminated coils 200 (A to N) and between each open coil of the plurality of laminated coils 200 (A to N), electric They are not connected and are electromagnetically coupled. That is, the small IC tag 10 is equivalently formed as a single coil in which open-type coils are stacked to be multilayered, and adjacent layers are electromagnetically coupled in a non-contact manner.
  • the overall width of the small IC tag 10 formed by arranging them in parallel in the axis OO direction should be equal to or less than the length TL and the height TH.
  • FIG. 9B is a perspective view for explaining the operation of the small IC tag according to the second embodiment.
  • the antenna 410 of the detection unit of the IC tag communication reader / writer device 400 are electromagnetically coupled to the plurality of laminated coils 200 (A to N) of the small IC tag and the coils of the micro IC tag 100.
  • One magnetic flux ⁇ of the chain is a plurality of laminated coils 200 (A to N) as coils L2 1 to L2n, a coil antenna 102 of the micro IC tag 100 as a coil L1, and both coils L1 and L2 1 to L2n are mutually induced (
  • the electromagnetic coupling is performed by M), and the IC tag is operated as an integrated IC tag both in structure and electromagnetically. That is, due to mutual induction, the primary current of the laminated coil 200 (A to N) becomes the induced currents I2 1 to I2n, and the corresponding secondary current induced current I1 is induced in the coil antenna 102 of the micro IC tag 100.
  • the plurality of laminated coils 200 as boosters of the coil antenna 102 of the micro IC tag 100, high sensitivity can be realized.
  • the laminated coil has a spirally wound structure and needs to satisfy the formula (1), but the planar shape of the antenna is not necessarily the planar shape of the antenna of the micro IC tag. It doesn't have to be exactly the same.
  • the resonance frequency f of each laminated coil is difficult to change. This is because the outermost peripheral part of each laminated coil covers and protects the winding part of the inner laminated coil inside it, so the inner side of the laminated coil is protected electromagnetically by the outermost coil. This is because the inner resonance constants (L2, C) are hardly affected by the metal contact.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a result obtained by experiments on the relationship between the number of laminated coils (N) and sensitivity (cm) of the small IC tag according to the second embodiment.
  • a plurality of samples were produced for each (N). And when these were installed in the metal plate, the communication distance (cm) on the surface of the metal plate was measured as communication sensitivity. Their average values are shown by a solid line.
  • the increase in sensitivity tends to saturate as (N) increases.
  • (N) 3 communication sensitivity of about 30 cm is obtained, and if (N) is 4, communication sensitivity of about 40 cm is obtained.
  • (N) 8 to 10
  • (N) may be determined in consideration of the allowable range of the installation environment, in other words, the required sensitivity, cost, allowable installation surface dimensions, and the like.
  • (N) is preferably 1 to 6, more preferably 2 to 4.
  • the present embodiment it is possible to realize a small IC tag that can stably obtain a high-sensitivity communication sensitivity regardless of the installation environment. For example, even if the installation environment is a metal surface, it is possible to realize a small IC tag on the order of several mm square having a communication sensitivity with a flight distance of about several tens of cm.
  • the small IC tag 10 according to the third embodiment is obtained by manufacturing the small IC tag 10 having the same configuration as the small IC tag 10 according to the second embodiment with a printed circuit board. That is, the third embodiment is different from the second embodiment in that a strip-shaped coil wound in a spiral shape is manufactured on a substrate by printed wiring.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a small IC tag according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of an ultra-small IC tag used for the small IC tag according to the third embodiment.
  • the coil formed by spirally winding the band-shaped coil has been made into a laminated coil, but for the purpose of maintaining the consistency of explanation, it has been made by spirally winding it on the same plane formed with the printed wiring pattern on the substrate
  • the coil is also called a laminated coil.
  • the ultra-small IC tag 100 includes an IC chip 110 provided at the center (on the axis) on the surface side of the flat insulating substrate 104, a coil antenna 102 provided outside in a direction perpendicular to the axis, A bonding wire 108 for connecting the two and a protective material 242 for protecting them.
  • the attachment partner is a metal
  • one of the outer peripheral surfaces of the small IC tag 10 parallel to the axis, for example, the bottom 12 becomes the attachment surface.
  • Each laminated coil 200 has a coil antenna 102 provided on the surface side of the insulating substrate 104 (this is equivalent to a belt-like coil 230 forming the laminated coil 200). Yes.
  • the micro IC tag 100 and each laminated coil 200 (A to C) are bonded and integrated through an insulating adhesive material 250. That is, in the third embodiment, one micro tag 100 and a plurality of laminated coils 200 (A to C) are arranged on a common axis, and each laminated coil is integrated with an insulating adhesive 250. Thus, one small IC tag 10 is formed.
  • the protective material 242 and the adhesive material 250 may be the same material. A material with a small magnetic loss angle is used for the protective material 242 and the insulating adhesive material 250.
  • the coil antenna 102 of each laminated coil 200 is an open coil in which the start point and the end point are not connected.
  • the coil antenna 102 of the microminiature tag 100 has a spiral shape starting from the start point and ending at the end point, like each laminated coil 200, that is, the coil antenna 102. It differs from the coil antenna 102 of the laminated coil 200 in that the inner end and the outer end are connected to the IC chip 110 via the bonding wires 108.
  • the micro IC tag 100 is located at the left end, but may be arranged in the middle of the plurality of laminated coils 200 (A to C). That is, the micro IC tag 100 may be at any position on the axis.
  • FIG. 13 printed circuit boards (hereinafter referred to as boards) 500 on which a large number of micro IC tags 100 are arranged, and boards 501, 502, and 503 on which a large number of coil boards 200 (A to C) are arranged.
  • boards 500 printed circuit boards
  • boards 501, 502, and 503 on which a large number of coil boards 200 (A to C) are arranged.
  • the position of the coil antenna of the micro IC tag 100 and the position of the coil antenna of the coil substrate 200 are overlapped with each other.
  • the position of each IC tag 100 and the position of each coil substrate 20 in the boards 501, 502, and 503 are determined.
  • the produced boards 500, 501, 502, and 503 are attached and integrated through an adhesive material 250. Thereafter, by cutting as shown by dotted lines, 30 small IC tags 10 each having one micro IC tag 100 and three laminated coils 200 (A to C) can be obtained. I can do it.
  • the board 500 may be disposed between the other boards 501, 502, and 503.
  • the small IC tag 10 is obtained in which the micro IC tag 100 is arranged in the middle of the plurality of laminated coils 200 (A to N).
  • a small IC tag can be realized at low cost, which is stable regardless of the installation environment and can obtain a high-sensitivity flight distance communication sensitivity.
  • a small IC tag of the order of several millimeters square that can obtain a communication sensitivity of a flight distance of about several tens of centimeters can be realized by a general printed wiring technique.
  • a small IC tag according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
  • a printed board board
  • a coil is formed on both sides of a board using, for example, a glass epoxy board on which copper foil is formed as a conductor foil on both sides, and then on the surface of the coil. Gold-plated or the like.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a small IC tag according to the fourth embodiment of the present invention.
  • Conductive foil is formed on both surfaces of the glass epoxy substrate 104, and the coil antenna 102 is formed on both surfaces of the substrate 104.
  • An IC chip 110 is disposed at the center of the surface of the glass epoxy substrate 104 at the left end, and the IC chip 110 is connected to a coil antenna 102 provided outside thereof via a bonding wire 108. Thereby, the micro IC tag 100 is formed on the left surface of the substrate 104. There are no IC chips 110 on the other surfaces of the glass epoxy substrate 104, and these surfaces become the laminated coil 200.
  • a large number of micro IC tags 100 are arranged on one side of the glass epoxy substrate 104, and a large number of coil substrates 200 (A to C) are arranged on the back surface.
  • a substrate 500 and a plurality of boards on which only a large number of coil substrates 200 (A to C) are arranged on both sides are produced.
  • differences from the third embodiment will be mainly described.
  • FIG. 16 shows a cross-sectional view of a portion corresponding to the glass epoxy substrate 104 having the micro IC tag 100 after cutting pieces.
  • FIG. 17 shows a cross-sectional view of a portion of the glass epoxy substrate 104 that does not have the micro IC tag 100 after cutting the individual pieces.
  • the plurality of glass epoxy substrates 104 are aligned so that the positions of the coil antennas are overlapped, and the whole is integrated by hot pressing through the build-up material 260.
  • a plurality of small IC tags 10 each having one micro IC tag 100 and three laminated coils 200 (A to C) can be obtained.
  • the amount of glass epoxy substrate used is reduced and the number of processes is reduced, so that small IC tags can be mass-produced at low cost, and the thickness of the small IC tags is reduced. There is a merit that you can.
  • the printed wiring technology by adopting the printed wiring technology, it is possible to mass-produce a small IC tag that can obtain a stable communication sensitivity regardless of the installation environment, and can be provided at low cost.
  • Example 3 and Example 4 the size of the antenna surface of the laminated coil 200 and the size of the antenna surface of the micro IC tag 100 are the same.
  • the size of the antenna surface of the small IC tag 100 may be larger.
  • the first stage laminated coil of the laminated coil 200 is formed outside the antenna surface of the micro IC tag 100.
  • the board 500 is formed with a spiral antenna coil of the micro IC tag 100 and a spiral resonance coil having a larger size.
  • only the resonance coil of the laminated coil 200 is formed on the boards 501, 502, and 503.

Abstract

　超小型ＩＣタグと、積層コイルとを備えた小型ＩＣタグであって、前記超小型ＩＣタグは、共振回路を構成する帯状のコイルアンテナを有しており、前記積層コイルは、同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状の積層コイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点が接続されていない開放型コイルであり、前記超小型ＩＣタグと前記各積層コイルとは、電気的に非接続であり、前記複数回巻きされた積層コイルのアンテナ面と、該積層コイルのアンテナ面と前記超小型ＩＣタグの前記アンテナ面とが平行になるように構成され、前記渦巻き状の積層コイルの外側が絶縁性の部材で被覆されている。

Description

積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ及びその製法
　本発明は、積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ及びその製法に係り、特に、マイクロ帯やＵＨＦ帯の交信周波数において半波長アンテナを用いたＲＦＩＤタグでは対応できない、小型化の要求される金属対応のＲＦＩＤタグ利用分野に用いるのに適したＲＦＩＤタグに関するものである。
　ＩＣタグの小型化のために、ＩＣチップに電力を供給する内蔵アンテナの感度を高いまま、如何に寸法を小さくするかが課題となる。波長が十分に小さいサブミリ波やミリ波を使うことも選択岐であるが波長に依存しない集中定数のコイルやコンデンサー部品による小型の電磁波共振器を用いて小型化を図ることも行われている。
　特許文献１では、ＩＣチップに接続された微小ループアンテナを含むＲＦＩＤタグ本体と、絶縁層を介して前記ＩＣチップを覆うアームとを備え、前記アームを、微小ループアンテナのループの略半巻きに相当する長さだけ該ループの巻き方向に延びてＩＣチップを覆うように構成した、金属対応のＲＦＩＤタグが開示されている。
　一方、特許文献２には、非接触ＩＣカード用のカードケースにアンテナを内蔵し、カード内のアンテナとの電磁結合により通信電波の補強を行い、ブースターとして機能させることにより、通信距離等を伸長させたカードケースが開示されている。特許文献２には、ブースター用通信アンテナは、非接触式ＩＣカードの通信アンテナよりも、より大きいアンテナコイル開口面積か、又はより大きいアンテナコイル巻数か、又はより大きいアンテナ搭載領域サイズに設定されて搭載されている、と記載されている。また、ブースターアンテナは、コイル状アンテナあるいはリニアー状アンテナの何れでも良いと記載されている。
　さらに、特許文献３には、Ｑコイル及びキャパシタによって構成され、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダライタとの間に配置されるブースターアンテナが開示されている。このＱコイルは、導体を同じ半径で軸方向に展開するように、螺旋状に複数回巻いて形成されている。
　また、特許文献４には、表裏にアンテナパターンが形成されたアンテナ用基板を積層し、各アンテナコイルパターンが隣り合うパターンと接続するように積層基板間をスルーホールなどで電気的に直列につなぎ、閉じた１個のコイルを形成した、ＲＦＩＤタグが開示されている。
特開２０１１－２０４１３０号公報 特開２００５－３３２０１５号公報 特開２００９－２１９７０号公報 特開２０１０－１５２４４９号公報
　空気中での半波長が１５～１６ｃｍのUHFやマイクロ波帯のＩＣタグには、大きく分類すると、次の２種類がある。
　（１）波長依存性が顕著な半波長共振ダイポール基調のアンテナを内蔵する普通サイズのＩＣタグ，(１辺は１０ｃｍ程度)
　（２）波長依存性がないコイルやコンデンサーの接続による共振回路を内蔵した超小型サイズのＩＣタグ，（１辺は数ｍｍ程度、例えば２．５ｍｍ），LC共振
　上記（１）のＩＣタグは５ｍ～７ｍ程度の飛距離（通信距離）でも所定の受信感度を実現できるのに対し、同条件の検出電波出力で、上記（２）のＩＣタグは数ｍｍの飛距離の受信感度しか得られない。これは、超小型化を最優先した結果である。
　市場のニーズとして、金属対応の小型のＩＣタグとして、超小型タグの数倍の大きさ（数ｍｍ角のオーダー、例えば１辺が５ｍｍ乃至８ｍｍ、以下、「小型のＩＣタグ」）を許容できる環境下で、少なくとも数１０ｃｍ程度の飛距離の交信感度が得られる小型のＩＣタグの実現が必要とされている。
　このような小型のＩＣタグは、金属製の各種機器のネジ穴や窪地、金属表面や角部等の数ｍｍ角のオーダーの狭小な箇所への設置などに適している。例えば、定期点検が必要な水道管のバルブ、マンホールの鉄蓋等の各種の公共的な施設や機器、商品管理の必要な車等のレンタル機器、メンテナンスの必要な医療機器等、種々の分野に小型ＩＣタグの用途が考えられる。このような小型ＩＣタグであれば、このＩＣタグを取り付ける相手機器・施設などの設置環境が金属面あるいは非金属面の如何を問わず、そのまま設置できる。そのため、これら相手機器・施設への加工が少なくて良く、環境や外観に配慮した設置場所の選定の自由度も増大する。
　特許文献１の発明は、飛距離の点で、上記（２）に相当するものであり、小型ではあるが通信距離が短い。
　通信距離改善のために上記（１）の波長依存性があって保護金属板を兼用するアンテナ共振器を採用したとしても、波長（例えば３０～３２ｃｍ）の数十分の一の、数ｍｍ角のオーダーまで小型化すると感度が著しく低下し、実用的ではなくなる。従って、上記（１）の方式でも、小型化するには限界がある。
　一方、特許文献２、特許文献３に記載されたようなブースターにより、ＩＣタグの通信距離を延長させることが知られている。
　しかし、特許文献２、３に記載されたＲＦＩＤタグは、いずれも金属対応ではない。すなわち、これらのＲＦＩＤタグは、取り付け面に対してアンテナコイル開口面を平行に置く構造のため、設置環境が金属面であると、タグのアンテナが設置される金属面に絶縁層があっても電磁的に接触して短絡するか、内蔵アンテナ全体が金属面に容量結合し、金属面内部に平行に投影するイメージのアンテナに全て逆向きの高周波電流が流れる。そのため、ＲＦＩＤタグの内部のアンテナとイメージのアンテナの電磁誘導が互いに打ち消しあい、外部に電磁波放射をし難くしてしまうために、十分な感度が得られない。さらに、これらのＲＦＩＤタグは、人が所持するＨＦ帯電波（１３．５６ＭＨｚ）のＩＣカードを前提にし、その感度増強のために工夫がなされたものである。数ｍｍ角程度の小型の寸法のＨＦ帯用ブースターアンテナを使用すると仮定した場合、ＨＦ帯ブースターコイルの巻数が百回巻きを超えるなど、数ｍｍ角のオーダーにおいてＲＦＩＤタグを小型化することはできない。しかも、使用設置環境が金属面であると、ブースターのコイルが螺旋状に複数回巻かれたものでは、ブースターのコイル状アンテナの外周が金属取り付け面に接触するか又は接近することにより、金属面と巻き線が高周波的に短絡し、コイルのインダクタンス値Ｌが変化、例えば減少する。同様に、コイルの浮遊容量Ｃも変化、例えば増加する。このため、共振条件が失われ、ＩＣタグの交信感度が急激に劣化するという課題がある。
　特許文献４に記載されたＲＦＩＤタグは、多層構造のアンテナパターンがＩＣチップに直列に接続されている。設置環境によっては、例えば、道路上設備のＩＣタグ組み込み付きマンホール蓋などでは、車輪や土砂の衝撃など外部から、多層基板にスルーホールを切断するような応力や衝撃が加わることも有りうる。このような場合、特許文献４のＲＦＩＤタグでは、各基板のアンテナコイルが独立に歪み、アンテナパターンが層間切断される可能性がある。しかも、金属対応とは言い難く、ブースターコイルに相当するものも無いので、使用設置環境が金属面であると、通信距離は数ｍｍ程度以下と考えられる。
　本発明の目的は、設置環境に左右されずに安定して、少なくとも数１０ｃｍ程度の飛距離の交信感度が得られる、小型のＩＣタグを提供することにある。
　本発明の代表的な構成によれば、積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグは、超小型ＩＣタグと、少なくとも1つの積層コイルとを備え、前記超小型ＩＣタグは、共振回路を構成する帯状のコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたＩＣチップとを有しており、前記積層コイルは、同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、前記渦巻状の積層コイルのアンテナ面と前記超小型ＩＣタグのアンテナ面とが平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとが一体化されており、前記積層コイルの外側が、絶縁性の部材で被覆されていることを特徴とする。
　本発明によれば、少なくとも数１０ｃｍ程度の飛距離の交信感度が得られる小型のＩＣタグを実現できる。設置環境が例えば金属面であっても、高い感度を実現できる。
本発明の第１の実施形態に係る小型ＩＣタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。 図１の小型ＩＣタグに使用される、超小型ＩＣタグの平面図である。 図１の小型ＩＣタグに使用される、超小型ＩＣタグの側面図である。 第１の実施形態になる小型ＩＣタグを、図２の超小型ＩＣタグと積層コイルとを用いて製造する例を説明する図である。 図３の小型ＩＣタグの製造過程を説明する図である。 図３の積層コイルの製法の一例について説明する図である。 図３の積層コイルの等価回路と共振条件を説明する図である。 第１の実施形態に係る小型ＩＣタグに対して使用されるリーダ／ライタの一例を示す図である。 図７のリーダ／ライタを使用して第１の実施形態に係る小型ＩＣタグと交信する使用例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る小型ＩＣタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。 第２の実施形態に係る小型ＩＣタグの動作を説明する、斜視図である。 第２の実施形態に係る小型ＩＣタグの、積層コイルの数（Ｎ）と感度（ｃｍ）との関係を実験で求めた結果の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る小型ＩＣタグの縦断面図である。 第３の実施形態に係る小型ＩＣタグに使用される、超小型ＩＣタグの斜視図である。 第３の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法を示す図である。 第３の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る小型ＩＣタグの縦断面図である。 第４の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法を示す図である。 第４の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法を示す図である。
　本発明の代表的な実施形態によれば、小型ＩＣタグは、渦巻状に複数回巻きされた積層コイルのアンテナ面に、この積層コイルのアンテナ面と超小型ＩＣタグのアンテナ面とが平行になるように配置する。必要に応じて、それらの外側を電気的に絶縁性の樹脂で被覆する。
　積層コイルは、同一平面上で渦巻状に複数回巻きされ、積層コイルの始点と終点を接続しない構造となっている。すなわち、積層コイルを、始点と終点を結線しないで渦巻状に巻き込んで、渦巻状の積層コイルの外側がその内側を保護する構造としている。
　この構成によれば、渦巻状の積層コイルの最外周部がそれより内側のコイル層をシールドし、超小型ＩＣタグが物体に取り付けられたときでも、取り付け面等の物体と共振を妨げるように働く浮遊容量結合などの電磁誘導干渉を極力軽減させる。これにより共振周条件を安定化させることができる。そのため、設置環境の如何に関わらず、安定した高い感度の小型ＩＣタグを実現できる。
　以下、本発明の第１の実施形態に係る小型ＩＣタグについて説明する。図１は、本実施形態に係る小型ＩＣタグ１０を、金属物３００上に設置した例を示している。小型ＩＣタグ１０は、超小型ＩＣタグ１００が渦巻き状の積層コイル２００のアンテナ面に一体に取り付けられた、LC共振タイプのタグであり、外側が電気的に絶縁性の樹脂２４０で被覆され、一体化されている。
　小型ＩＣタグ１０は、外形が、長さＴＬ，幅ＴＷ，高さＴＨの、略直方体状である。小型ＩＣタグの側面（長さＴＬ・高さＴＨで構成される面）に対応する積層コイル２００の側面が、小型ＩＣタグのアンテナ面２１０となる。つまり、小型ＩＣタグ１０の側面はアンテナ面２１０となる。
　小型ＩＣタグ１０は積層コイルが巻かれるコア材を有し、小型ＩＣタグの外周面に沿った積層コイルが巻かれる面を、コア材のコイル面と定義する。また、小型ＩＣタグは、その外周面（幅ＴＷで、高さＴＨ・長さＴＬ方向に沿って一周する面）の中の１つの面１２が、金属物３００等への設置面となる。この設置面１２を小型ＩＣタグの「底辺」と定義する。
　積層コイル２００は、電気的導体が、同一平面上で、すなわち、小型ＩＣタグ１０の側面に直角な軸を中心とする同一平面上で、渦巻き(VORTEX)状に複数回巻きされている。超小型タグ１００と積層コイル２００とは電気的には非接続であり、電磁気的には結合するように構成されている。なお、ここでの「積層」は、上記軸を中心として、その周囲に「積層」されたものを指す。
　図２Ａに、図１の超小型ＩＣタグ１００の平面図を示し、図２Ｂに側面図を示す。超小型ＩＣタグ１００は、平板状の基板の表面側に設けられたＩＣタグ本体部１０１と、基板の裏面に形成されたＩＣタグ絶縁基板１０４とを有している。ＩＣタグ本体部１０１は平面形状が略正方形であり、その中央に固定されたＩＣチップ１１０と、このＩＣチップ１１０の周囲に、渦巻き状に複数回巻かれた同一面上の面状のプリント配線などによるコイルアンテナ１０２、及び、保護材等で構成されている。コイルアンテ１０２はその内端と外端をワイヤーボンディング等でＩＣチップ１１０に接続されている。
　図３で、第１の実施形態になる小型ＩＣタグ１０の製法の一例を説明する。積層コイル２００は、直方体状のコア材（芯材）２２０を有し、このコア材の側面すなわちアンテナ面には、超小型ＩＣタグ１００が接着される。コア材２２０のコイル面の外周には、帯状のコイル２３０が複数回だけ巻かれる（積層される）。すなわち、渦巻状の積層コイル２００は、導電材料からなり絶縁被覆済の帯状のコイル２３０が、コア材（絶縁層）２２０を挟んで同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされて形成される。帯状のコイル２３０は、コイルの巻き始めと終わりは接続しない開いたコイルである。
　コア材２２０は、磁気損失角（magnetic loss tangent, tanδ0）の小さい材料で構成されている。磁気損失角の小さい材料として、例えば、フッ素樹脂、ナイロン、塩化ビニル、PET、ABS、エポキシ樹脂などの、プラスチック材料が主原料のものが挙げられる。換言すると、コア材２２０の材料は、UHFなどの高周波帯域で、「損失の少ない」絶縁部材として機能するものであればよい。
　なお、渦巻き(VORTEX)は、通常、同一平面上で、旋回するにつれて中心に近づく（あるいは中心から遠ざかる）曲線として定義される。一例として、極座標で、中心からの距離ｒがθの滑らかな単調関数（単調増加関数または単調減少関数）として記述され、線間が等間隔となる、アルキメデスの螺旋が挙げられる。
　本発明における積層コイル２００の渦巻きは、上記単調関数の曲線のみならず、少なくとも一部が直線で形成される渦巻も含む。例えば、複数の直線とそれらを接続する短辺とで構成される、平面形状が矩形の渦巻を含む。図３に示した帯状のコイル２３０は、コア材（芯材）２２０を挟んで相対向する辺に沿って複数の平行な線が伸びている。なお、本発明において、「平行」とは、数学的な意味での平行のみならず、実質的な平行を含むものとする。そして、渦巻状に積層されるコイルが形成されるときのコイル内の複数の平行な線は、コア材（芯材）２２０の中心からの距離が段階的に減少し、角部で接続され、全体として、矩形状の渦巻きとなっている。帯状のコイル２３０は、その巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とは接続されていない、開放型コイルである。この積層コイル２００は、超小型ＩＣタグ１００とも電気的には非接続である。
　コア材の側面に形成される、積層コイル２００のアンテナ面２１０のサイズは、これに重なる超小型ＩＣタグ１００のアンテナ面のサイズと同じかこれよりも大きいことが好ましい。積層コイル２００のアンテナ面２１０と、コイルアンテナ１０２で囲まれて出来るアンテナ面とは、対向し平行になるようにして超小型ＩＣタグ１００と積層コイル２００とが一体的に構成される。（ここで言う平行とは、両アンテナのなす角度が例えば、１０度以内など厳密な数学的平行からゆるい平行までを許容するものとする）。帯状のコイル２３０の外側は、電気的に絶縁性の樹脂２４０で被覆されて保護層となっている。この保護層の外表面の一部、すなわちアンテナ面２１０に直角な方向の面が、超小型ＩＣタグを金属部材に設置するための取り付け面１２として機能するように構成されている（図１参照）。
　すなわち、積層コイルの軸Ｏ－Ｏ（図４参照）に直角な方向の外表面が、小型ＩＣタグ１０の金属取り付け面として機能し、超小型ＩＣタグ１００のコイル面が金属面に略直角になる。そのため、金属面に分布する定在波など高周波電流Ｉ（図１参照）に対して、積層コイル２００の最も外側が、絶縁部材が介在していても電磁誘導で結合して、一般的に呼ばれているブースターとして動作することになる。これにより、設置環境に左右されずに安定して、大きな飛距離の交信感度が得られ、かつ、狭小な箇所に設置可能な、小型のＩＣタグを実現することができる。なお、設置環境が非金属面の場合、定在波電流や高周波電流がないので取り付け方が自由になる。この場合、積層コイルの軸に平行な方向の外表面も取り付け面として利用できることは言うまでもない。しかしながら、設置環境が非金属に見えたとしても表面直近の内部に金属物を有することもある。そのため、もし、直方体状の小型ＩＣタグの外観のみからは、その外表面と積層コイルの軸との関係が不明となる場合には、外表面の一部に、金属対応面であることを識別できる表示を行っても良い。
　このような小型化の用途に適した超小型ＩＣタグ１００としては、例えば、外形寸法が、２．５ｍｍ×２．５ｍｍのUHF帯の超小型タグ（日立化成（株）（登録商標）ＩＭ５－ＰＫ２５２５型タグ）が有る。
　なお、旋回するにつれて中心に近づく渦巻き状のコイルではなく、スプリングのような半径ｒが一定の螺旋コイルでブースターを作り、これを金属面上に設置すると、金属面にはブースターのコイルの一周ごとに金属と電磁結合する部位が出現する。これは、一つ目の電磁結合点と次の結合点が高周波的に短絡することを意味する。すなわち、ブースターのコイルが自由空間におかれたときの共振条件から大きく外れることになる。そのため、金属対応タグとするにはスプリングの周りの縁層寸法を、電磁誘導結合が無視できるほどの大き目の寸法にする必要がある。これは、小型ＩＣタグ１０の小型化には不利な特性となる。
　図４は、図３の小型ＩＣタグの製造過程を説明する図である。  
　まず、積層コイル２００は、帯状のコイル２３０すなわち絶縁被覆済の帯状金属箔が、その使用する周波数帯で共振するように、同一平面上で所定の回数だけ、コア材２２０の中心の軸Ｏ－Ｏの周りに巻かれている。コア材２２０は超小型タグ１００のサイズに沿ったものであり、このコア材２２０に対するコイル２３０の巻き回数（積層回数）は、９２０ＭＨｚ帯においてはコイル幅にも依存するが少なくとも２回、望ましくは３乃至４回である。
　次に、積層コイル２００のアンテナ面２１０を、芯材（コア材）２２０の端面と一致させ、このアンテナ面が、共通の軸Ｏ－Ｏ上において超小型タグ１００のコイルアンテナ１０２が囲んで出来るアンテナ面と対向するようにして、両者を接着材などで接着する。この後、必要に応じ積層コイル２００及び超小型タグ１００外側を絶縁性の樹脂２４０（図１参照）で被覆して一体化し、積層コイル２００とする。
　このようにして製造された小型ＩＣタグ１０において、積層コイル２００を１次コイル、超小型タグ１００のコイルを２次コイルとそれぞれ見立てると、両コイルは相互誘導による電磁結合関係を形成し、構造上も電磁的にも一体化したＩＣタグ１０として動作させることができる。
　なお、説明の都合上、図４では超小型タグ１００をコア材２２０の側面に接着しているが、図中の矢印の向きに平行にコア材の内部に入れても良い（図示略）。例えばコア材２２０を、アンテナ面に沿って左右に２分割した、第１コア材、第２コア材とする。そして、両コア材の対向するアンテナ面の中央部に超小型タグ１００を収納する凹部を形成する。第１コア材、第２コア材には各々帯状のコイル２３０を複数回だけ巻く（積層する）。そして、第１コア材、第２コア材の凹部に超小型タグ１００を、各アンテナ面の中心（軸Ｏ－Ｏ）が一致するようにして配置し、全体を絶縁性の樹脂で被覆することにより一体化して、小型ＩＣタグを形成しても良い。
　次に、積層コイル２００について、図５、図６を参照しながら説明する。
　図５は、積層コイルの展開図である。コイル２３０は、絶縁被覆済の帯状金属箔２３１と、その下層の接着材などのコイル間絶縁材２３２からなる平板状の部材である。コイル２３０は、その使用する周波数帯で渦巻き状に巻いて共振が得られるようにするとき、逆にこれをほどいて伸ばした長さを、巻いて初めて共振する所定の長さＰLとしてもよい。すなわち、所定の長さＰLを有するコイル２３０は、その巻き始点２３３と巻き終点２３４間の距離が、共振周波数に対応して、決定される。
　共振周波数をｆとした時、コイル２３０は次の式（１）を満たす必要がある。  
　ｆ＝１／２π√（Ｌ２Ｃ）　　　　（１）
　但し、L２は主に積層コイルのインダクタンス容量、Cは主に積層コイルのコイル間などに存在する浮遊容量である。
　図６は、コイル２３０の等価回路を示している。積層コイルのインダクタンス容量L２と積層コイルのコイル間に存在する浮遊容量Cは、電磁気学でよく知られるように直列接続、並列接続の何れの場合でも、コイル２３０の構造が上記式（１）を満たす。つまり、コイルの等価的LC共振回路には、主に直列型と並列型の２通りあるが、同じ共振条件となるので、積層コイルを、安価に実現しやすい開放型コイルとしている。
　積層コイル２００の巻き終点２３４は、芯材（コア材）２２０に巻かれたとき、小型ＩＣタグ１０の底辺１２以外の辺、すなわち金属物３００等への設置面以外の面に位置するように構成するのが望ましい。
　本実施例の小型ＩＣタグ１０によれば、同一平面上で渦巻状に巻かれた積層コイル２００のアンテナ面２１０に超小型タグが取り付けられ、全体を絶縁性の樹脂で被覆することにより、超小型ＩＣタグ１００と積層コイル２００とを一体化している。
　そのため、例え絶縁被覆がはがれた場合であっても、一体化したＩＣタグ１０の底辺１２、渦巻状のすなわち、積層コイル２００の底部の巻き部分の金属が取り付け相手の金属面３００に接触したとしても、積層コイル２００の共振周波数ｆが変化しにくい。これは、同一平面上で渦巻状に巻かれた積層コイル２００の最外周部がそれより内側の内部の積層コイルの巻き部分を覆って保護しているためである。すなわち、図１の取り付け状態で示したように、積層コイルの最外周の底部の部分１２が金属物３００に接触し該部分のＬ2やCが局部的に変動したとしても、渦巻状に巻かれた積層コイルの内側は最外周のコイルにより電磁気学的に保護されており、内側の共振定数（L2、C）には金属接触の影響が及びにくいため、全体としてのL２とCの値の変動はごく僅かであることによる。
　同様に、ＩＣタグの設置環境が水中であっても、積層コイル内側の共振定数（L2、C）には影響を与えにくいため、全体としてのL２とCの値の変動はごく僅かであり、高い感度を維持できる。
　次に、図７は、第１の実施形態に係る小型ＩＣタグに対して使用されるリーダ／ライタの一例を示す図である。  
　ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００は、本体の表面に設けられた操作部４２０や表示部４３０、本体の内部に設けられた電源及び制御回路部（図示略）、及び、本体の内部一体的に設けられたアンテナ（パッチアンテナやマイクロストリップアンテナなど一般的アンテナ）４１０を備えている。
　図８は、ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００を小型ＩＣタグの通信可能な距離まで接近させた状態である。この状態において、ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００の検出部のアンテナ４１０が小型ＩＣタグの積層コイル２００及び超小型タグ１００のコイルと電磁結合する。アンテナからの放射電波の、例えば磁束だけを図示すると、放射電波はΦと-Φで１周期となる波長を鎖状に形成して連なる。この連鎖の１つの磁束Φは、積層コイル２００をコイルＬ２、超小型タグ１００のコイルアンテ１０２をコイルＬ１とし、両コイルＬ１、Ｌ２を相互誘導（Ｍ）により電磁結合を行わせ、構造上も電磁的にも一体化したＩＣタグとして動作させる。すなわち、相互誘導により積層コイル２００を仮に１次側とすると１次電流が誘導電流Ｉ２となり、これに対応する２次側がコイルＬ１となりこれに対応する２次電流が誘導電流Ｉ１となるように超小型ＩＣタグ１００のコイルアンテナ１０２に誘導される。この誘導電流で動作した超小型タグ１００は、そのＩＤなどの識別情報の信号をＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００のアンテナ４１０へ返す。その結果は、ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置の表示部４３０に表示される。これにより、超小型タグ１００単体では３ｃｍ前後の感度しかないものを、積層コイル２００と組み合わせ、共振を助長させることにより、例えば約１０倍の感度を実現することができる。
　一例として、発明者は、本実施例の小型ＩＣタグ１０は、積層コイル２００のコイル２３０として、絶縁被覆済付きの帯状アルミ金属箔（ＰL＝４０ｍｍ）を、コア材として、幅３．５ｍｍ、長さ３．５ｍｍ、高さ２．０ｍｍの直方体状のマグネットゴムラバーに、同一平面上で渦巻状に３～４回巻いて、外形が、長さＴＬ＝５．８ｍｍ，幅ＴＷ＝４．２ｍｍ，高さがＴＨ＝４．０ｍｍの略直方体の小型ＩＣタグを製作した。そして、この小型ＩＣタグを、金属板に設置した時、９２０ＭＨｚ、３０ｄＢｍのＩＣタグ通信電波出力に対し、金属板の表面から２０ｃｍ～３０ｃｍ上空で応答することを実験により確認した。
　本発明のＩＣタグは、金属面以外の、一般分野にも設置できることは言うまでもない。例えば、共通仕様のＩＣタグを用いて機器の定期点検等の管理を行うものにおいて、対象機器の設置環境として、狭小で、かつ、状況に応じて、金属面あるいは非金属面の何れかを選択して設置するような場合が想定される。管理者は、このような環境下でも、本発明を採用することにより、共通仕様のＩＣタグで自在に対処できる利点がある。この場合、非金属面にＩＣタグを設置するときは、設置面の制約はない。一方、金属面にＩＣタグを設置するときは、取り付ける金属面に各アンテナコイルのコイル面が直立するように設置する。こうすると、渦巻状のアンテナコイルの最外周が金属面側に近接し、金属表面に流れる定在波など高周波電流との電磁結合が増して大きな感度を得ることが出来る。従って少しぐらいアンテナコイルの共振条件がずれても、感度が低下しにくいことになる。そのため、金属表面に流れるＲＦＩＤタグとの通信に活用する定在波など高周波電流との相互作用をより多く行わせるため、渦巻き状のアンテナコイルのコイル面形状は、円形よりも、直線やそれらを繋ぐ短辺（円弧）で近似した、矩形が好ましい。さらにその形状は物理的にも安定な設置が可能になる形状である。
　以上述べたとおり、本発明によれば、積層コイルが同一平面上で渦巻状に巻かれた構造であるので、次のような特徴がある。
　（特長１）本発明によれば、一体化したＩＣタグの底部が取り付け相手の金属面に積層コイルの底部の巻き部分の金属が接触しても、この積層コイルの共振周波数が変化しにくい。これは、LとCの値が、積層コイルの最外周部で内部の積層コイルの巻き部分を保護していることによる。
　（特長２）本発明によれば、特長１で述べた保護機能により、地絡電流（電気溶接、雷など）もしくは放電電流が積層コイルの最外周部からアース側となる取り付け相手の金属面に流れ、最外周部の内側に配置される超小型ＩＣタグを電気的衝撃から保護する。
　（特長３）本発明によれば、積層コイルは、電磁的ロスの少ないコア材に始点から巻き始まり、終点で巻き終わり、始点と終点が接続していない開放型コイルである。開放型コイルは、特許文献２、３に記載されたブースターコイルのような、始点と終点を接続したコイルの製造に比べ、接続のためのジャンパー配線を不要とする利点がある。積層コイルのコイル間に存在する浮遊容量Cを考慮した時、コイルの等価的LC共振回路には、主に直列型と並列型の２通りあるが、電磁気学では、同じ共振条件となるので、安価に実現しやすい開放型コイルとしている。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る小型ＩＣタグについて説明する。図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る小型ＩＣタグを、金属物上に設置した例を示す、斜視図である。第２の実施形態に係る小型ＩＣタグ１０は、第１の実施形態に係る小型ＩＣタグ１０の１つの超小型ＩＣタグ１００に対して、そのアンテナ面の直近でかつこのアンテナ面と直角な軸Ｏ－Ｏ方向に、複数個の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）を重ねて設けたものである。換言すると、積層コイル２００（Ａ～Ｎ）が軸方向に並列に並べられている。複数個の積層コイルは電気的に非接続でありながら電磁結合される。そのため、コイル切断の可能性のある機械的な外的応力に対する耐久性が増す効果のほかに、小型ＩＣタグ１０の感度を大幅に向上させる効果がある。これは、超小型ＩＣタグ１００の直近に、同じ形状の共振器（コイル）を複数個並べたことに相当する。すなわち、第２の実施形態では、軸上に、１つの超小型タグ１００と複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）とが配列され、各積層コイルが絶縁性の接着材２５０で一体化されて、幅ＴＷｎ、高さＴＨ、長さＴＬの１個の小型ＩＣタグ１０となっている。絶縁性の接着材２５０には、磁気損失角の小さい材料を用いる。積層コイル２００（Ａ～Ｎ）は、何れも、共振周波数をｆとした時、コイル２３０が前記式（１）を満たす必要がある。
　なお、図９Ａの例では、超小型ＩＣタグ１００が左端に位置しているが、これを複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の右端であっても良く、あるいは中間に配置しても良い。すなわち、超小型ＩＣタグ１００は、軸上のどの位置にあっても良い。取り付け相手が金属の場合には、軸に平行な小型ＩＣタグ１０の外周面の１つ、例えば底辺１２が取り付け面となる。
　複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）は、超小型ＩＣタグ１００のブースターとして働く、開放型コイルである。すなわち、複数のブースターの各々がそれぞれ、共振を助長する、コイルの巻き始めと巻き終わりが接続されていない開放型の、共振器として機能する。これにより、積層コイル２００（Ａ～Ｎ）が、より多くの電磁波を超小型タグ１００に送り込むため、高感度の小型ＩＣタグ１０となる。
　超小型タグ１００及び複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の外側は、必要に応じ電気的に絶縁性の樹脂で被覆される。超小型タグ１００と複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の各開放型コイルとの間、及び、複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の各開放型コイル相互の間は、何れも、電気的には非接続であり、電磁気的には結合するように構成されている。すなわち、小型ＩＣタグ１０は、開放型コイルを重ねて多層化し、隣接層を非接触に電磁結合させた、等価的に一つのコイルを形成している。
　各積層コイルの幅は小さいので、これらを軸Ｏ－Ｏ方向に並列に並べて形成される小型ＩＣタグ１０の全体の幅は、長さＴＬ、高さがＴＨと同等、あるいはそれ以下にすることができる。一例として、発明者等は、前記した、２．５ｍｍ×２．５ｍｍのUHF帯の超小型タグを採用し、まずは１個の積層コイル２００により、外形寸法が、ＴＷｎ＝ＴＨ＝ＴＬ＝３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの立方体形状の小型ＩＣタグ１０を実現した。
　図９Ｂは、第２の実施形態に係る小型ＩＣタグの動作を説明する、斜視図である。図９Ｂの小型ＩＣグ１０に対して、図８に示したＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００を通信可能な距離まで接近させると、ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置４００の検出部のアンテナ４１０が小型ＩＣタグの複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）及び超小型ＩＣタグ１００のコイルと電磁結合する。連鎖の１つの磁束Φは、複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）をコイルＬ２１～Ｌ２n、超小型ＩＣタグ１００のコイルアンテ１０２をコイルＬ１とし、両コイルＬ１とＬ２１～Ｌ２nを相互誘導（Ｍ）により電磁結合を行わせ、構造上も電磁的にも一体化したＩＣタグとして動作させる。すなわち、相互誘導により積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の１次電流が誘導電流Ｉ２１～Ｉ２nとなりこれに対応する２次電流の誘導電流Ｉ１が、超小型ＩＣタグ１００のコイルアンテナ１０２に誘起される。これにより、複数の積層コイル２００を超小型ＩＣタグ１００のコイルアンテナ１０２のブースターとして共振させることにより、高い感度を実現することができる。
　なお、積層コイルは、渦巻状に巻かれた構造を有し、かつ、前記式（１）を満たす必要があるが、そのアンテナの平面形状は、必ずしも、超小型ＩＣタグのアンテナの平面形状と完全に一致している必要はない。
　積層コイルは、同一平面上で渦巻状に巻かれた構造であるので、複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の何れかの底部の巻き部分の金属が取り付け相手の金属面３００に接触したとしても、各積層コイルの共振周波数ｆが変化しにくい。これは、各積層コイルの最外周部が、何れも、それより内側の内部の積層コイルの巻き部分を覆って保護しているため、積層コイルの内側は最外周のコイルにより電磁気学的に保護されており、内側の共振定数（L2、C）には金属接触の影響が及び難いためである。
　また、多層基板内部の基板間をスルーホールで接続をしないで良いので、製造上の工程数減、コスト減のみならず、外部から多層基板に応力や衝撃が加わるような設置環境であっても、アンテナパターンが層間切断されるという可能性も無く、信頼性を向上させる効果もある。
　図１０は、第２の実施形態に係る小型ＩＣタグの、積層コイルの数（Ｎ）と感度（ｃｍ）との関係を実験で求めた結果の一例を示す図である。小型ＩＣタグには、前記２．５ｍｍ×２．５ｍｍのUHF帯の超小型タグを採用し、複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の中央に超小型ＩＣタグ１００を配置した積層コイルの数（Ｎ）毎に複数のサンプルを製作した。そしてこれらを、金属板に設置した場合における、金属板の表面上空の通信距離（ｃｍ）を通信感度として測定した。またそれらの平均値を実線で示した。図１０に示す通り超小型ＩＣタグ１００のみの場合（Ｎ＝０）に対して、積層コイルの数（Ｎ）を増すほど、感度（ｃｍ）は向上する。但し、感度の増加は（Ｎ）の増加と共に、飽和する傾向にある。
　図１０の例によれば、（Ｎ）を３とすれば３０ｃｍ程度、（Ｎ）を４とすれば４０ｃｍ程度の飛距離の交信感度が得られている。一方、（Ｎ）を８～１０とすれば５０ｃｍ程度の感度、換言すると（Ｎ）＝１に対して約２．５倍の感度が得られる。しかし、積層コイルの数（Ｎ）が増すことに伴う製造コストの上昇や、設置容積の増加というデメリットもある。従って、設置環境の許容範囲、換言すると、要求される感度、コスト、及び許容設置面寸法等を考慮して、（Ｎ）を決めればよい。実用上は、（Ｎ）を１～６、より好ましくは２～４とするのが良い。
　本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定して、高い感度の飛距離の交信感度が得られる、小型のＩＣタグを実現できる。例えば、設置環境が金属面であっても、飛距離が数１０ｃｍ程度の交信感度を有する数ｍｍ角オーダーの、小型のＩＣタグを実現できる。
　次に、本発明の第３の実施形態に係る小型ＩＣタグについて説明する。第３の実施形態に係る小型ＩＣタグ１０は、第２の実施形態に係る小型ＩＣタグ１０と同様な構成の小型ＩＣタグ１０を、プリント基板により製作したものである。すなわち、第３の実施形態では、基板上に印刷配線により、渦巻状に巻かれた帯状のコイルを製造する点で、第２の実施形態と異なる。
　図１１は、本発明の第３の実施形態に係る小型ＩＣタグの縦断面図である。図１２は、第３の実施形態に係る小型ＩＣタグに使用される、超小型ＩＣタグの斜視図である。これまで、帯状のコイルを渦巻状に巻いて出来たコイルを積層コイルとしてきたが、説明の一貫性を保つ目的で、基板に印刷配線パターンで形成の同一平面状に渦巻状に巻いて出来たコイルも積層コイルと呼ぶこととする。以下ではこの広義の積層コイル２００の並列に並べて重ねて段積みされる数をＮとし、このＮ＝３の場合について、説明する。
　第３の実施形態に係る小型ＩＣタグ１０は、１個の超小型ＩＣタグ１００と、複数個の積層コイル２００（Ａ～Ｃ）とが、軸Ｏ－Ｏ方向に並列に並べて重ねて段積みされている。超小型ＩＣタグ１００は、平板状の絶縁基板１０４の表面側の中央部（軸上）に設けられたＩＣチップ１１０と、この軸に直角な方向において外側に設けられたコイルアンテナ１０２と、両者を接続するボンディングワイヤ１０８と、これらを保護する保護材２４２とを含む。取り付け相手が金属の場合には、軸に平行な小型ＩＣタグ１０の外周面の１つ、例えば底辺１２が取り付け面となる。
　各積層コイル２００（Ａ～Ｃ）は、絶縁基板１０４の表面側に設けられたコイルアンテナ１０２（これは積層コイル２００を形成する帯状のコイル２３０に相当するものと等価である）を有している。超小型ＩＣタグ１００と各積層コイル２００（Ａ～Ｃ）とが、絶縁性の接着材２５０を介して貼り付けられ一体化されている。すなわち、第３の実施形態では、共通の軸上に、１つの超小型タグ１００と複数の積層コイル２００（Ａ～Ｃ）とが配列され、各積層コイルが絶縁性の接着材２５０で一体化されて、１個の小型ＩＣタグ１０となっている。保護材２４２と接着材２５０は同じ材料であっても良い。保護材２４２や絶縁性の接着材２５０には、磁気損失角の小さい材料を用いる。
　各積層コイル２００のコイルアンテナ１０２は、始点と前記終点が接続していない開放型コイルである。一方、超小型タグ１００のコイルアンテナ１０２は、図１２に示したように、各積層コイル２００すなわちコイルアンテナ１０２と同じく、始点から巻き始まり終点で巻き終わる渦巻状の形状となっているが、その内端及び外端が、ボンディングワイヤ１０８を介してＩＣチップ１１０に接続されている点で、積層コイル２００のコイルアンテナ１０２と異なる。
　各積層コイル２００は、何れも、共振周波数をｆとした時、コイル２３０（ここではコイルアンテナ１０２）が前記式（１）を満たす必要がある。なお、図１１の例では、超小型ＩＣタグ１００が左端に位置しているが、複数の積層コイル２００（Ａ～Ｃ）の中間に配置されていても良い。すなわち、超小型ＩＣタグ１００は、軸上のどの位置にあっても良い。
　次に、第３の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法の一例を、図１３、図１４を参照しながら、説明する。  
　まず、図１３に示すように超小型ＩＣタグ１００を多数配置したプリント基板（以下、ボード）５００と、コイル基板２００（Ａ～Ｃ）を多数配置したボード５０１，５０２，５０３を作製する。このとき、この４枚のボードを（軸方向に）重ねたときに、超小型ＩＣタグ１００のコイルアンテナの位置と、コイル基板２００のコイルアンテナの位置が重なるように、ボード５００中の超小型ＩＣタグ１００の各々の位置と、ボード５０１、５０２、および５０３の中の各コイル基板２０の各々の位置を決定する。  
　次に、図１４のように、作製したボード５００、５０１、５０２、５０３を、接着材２５０を介して貼り付け、一体化する。その後、点線のように切断することによって、各々１つの超小型ＩＣタグ１００と３つの積層コイル２００（Ａ～Ｃ）とを備えた、図の例では３０個の小型ＩＣタグ１０を得ることが出来る。
　なお、図１３において、ボード５００を他のボード５０１，５０２，５０３の間に配置しても良い。この場合、超小型ＩＣタグ１００が複数の積層コイル２００（Ａ～Ｎ）の中間に配置された、小型ＩＣタグ１０が得られる。
　本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定して、高い感度の飛距離の交信感度が得られる、小型のＩＣタグを、安価に実現できる。例えば、設置環境が金属面であっても、数１０ｃｍ程度の飛距離の交信感度が得られる、数ｍｍ角のオーダーの、小型のＩＣタグを一般的な印刷配線技術で実現できる。
　また、印刷配線技術を採用することで、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のＩＣタグを、量産化することが可能になり、安価に提供できる。
　次に、本発明の第４の実施形態に係る小型ＩＣタグについて説明する。第４の実施形態では、プリント基板（ボード）として、両面に導体箔として例えば銅箔が形成されているガラスエポキシ基板などを用いて、基板の両面にコイルを形成し、その後、コイルの表面に金メッキ等を施したものである。
　図１５は、本発明の第４の実施形態に係る小型ＩＣタグの縦断面図である。ガラスエポキシ基板１０４の両面に導体箔が形成されており、この基板１０４の両面にコイルアンテナ１０２が形成されている。左端のガラスエポキシ基板１０４の表面の中央部には、ＩＣチップ１１０が配置され、ボンディングワイヤ１０８を介してＩＣチップ１１０がその外側に設けられたコイルアンテナ１０２に接続されている。これによりこの基板１０４の左側表面には超小型ＩＣタグ１００が形成される。ガラスエポキシ基板１０４の他の表面には、ＩＣチップ１１０が無く、これらの表面は積層コイル２００となる。
　次に、第４の実施形態に係る小型ＩＣタグの製造方法の一例を、図１６、図１７を参照しながら、説明する。  
　第４の実施形態でも、第３の実施形態と同様に、ガラスエポキシ基板１０４の片面上に超小型ＩＣタグ１００を多数配置し、裏面にコイル基板２００（Ａ～Ｃ）のみを多数配置したプリント基板５００と、両面にコイル基板２００（Ａ～Ｃ）のみを多数配置した複数のボードとを作製する。以下、主に、第３の実施形態との相違点について説明する。
　図１６に、超小型ＩＣタグ１００を有するガラスエポキシ基板１０４の、個片切断後に相当する部分の断面図を示す。図１７に、超小型ＩＣタグ１００を有しないガラスエポキシ基板１０４の、個片切断後に相当する部分の断面図を示す。その後、コイルアンテナの位置が重なるように複数のガラスエポキシ基板１０４の位置合わせを行い、ビルドアップ材２６０を介して熱プレスして全体を一体化する。その後、これらを切断することによって、各々１つの超小型ＩＣタグ１００と３つの積層コイル２００（Ａ～Ｃ）とを備えた、複数の小型ＩＣタグ１０を得ることが出来る。  
　第４の実施形態による製造方法の場合、ガラスエポキシ基材の使用量が減り、また工程数も減るため、低コストで小型ＩＣタグを量産することができ、また小型ＩＣタグの厚みを薄くすることが出来るというメリットがある。
　本実施例によれば、印刷配線技術を採用することで、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のＩＣタグを、量産化することが可能になり、安価に提供できる。
　実施例３及び実施例４では、積層コイル２００のアンテナ面のサイズと超小型ＩＣタグ１００のアンテナ面のサイズが同じであるが、これに代えて、積層コイル２００のアンテナ面のサイズを、超小型ＩＣタグ１００のアンテナ面のサイズよりも大きくしても良い。この場合、実施例１や実施例２と同様に、積層コイル２００の１段目の積層コイルは、超小型ＩＣタグ１００のアンテナ面の外側に形成される。例えば、図１３において、ボード５００には、超小型ＩＣタグ１００の渦巻状のアンテナコイルと、それよりもサイズの大きな渦巻状の共振用コイルが形成される。一方、ボード５０１，５０２，５０３上には、積層コイル２００の共振用コイルのみが形成される。
　本実施例によれば、設置環境に左右されずに安定した交信感度が得られる小型のＩＣタグを、安価に提供できる。
　１０…小型ＩＣタグ、１２…小型ＩＣタグの底辺、１００…超小型ＩＣタグ、１０１…ＩＣタグ本体部、１０２…コイルアンテナ、１０４…ＩＣタグ絶縁基板、１０８…ボンディングワイヤ、１１０…ＩＣチップ、２００…渦巻状の積層コイル、２１０…アンテナ面、２２０…コア材（芯材）、２３０…帯状のコイル、２４０…絶縁性の樹脂、２４２…保護材、２５０…絶縁性の接着材、２６０…絶縁性の樹脂、３００…金属物、４００…ＩＣタグ通信用リーダ／ライタ装置、５００～５０３…プリント基板（ボード）、Ｉ…高周波電流、Ｉ１…誘導電流、Ｉ２…誘導電流、φ…磁束。

Claims (15)

  1. 　超小型ＩＣタグと、
    　少なくとも1つの積層コイルとを備え、
    　前記超小型ＩＣタグは、共振回路を構成する帯状のコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたＩＣチップとを有しており、
    　前記積層コイルは、同一平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、
    　前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、
    　前記渦巻状の積層コイルのアンテナ面と前記超小型ＩＣタグのアンテナ面とが平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとが一体化されており、
    　前記積層コイルの外側が、絶縁性の部材で被覆されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  2. 　請求項１において、
    　前記超小型ＩＣタグと共に共通の前記軸上に配列された複数個の前記積層コイルを有し、
    　前記各積層コイルは、互いに電気的に非接続である
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  3. 　請求項１において、
    　前記積層コイルは、使用される周波数帯で共振し、巻き回数は２乃至４である
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  4. 　請求項１において、
    　前記積層コイルは、コア材に帯状のコイルが渦巻き状に巻かれたものであり、
    　前記コア材は、電磁的ロスの少ない材料で構成され、
    　前記帯状のコイルは、使用する周波数帯で共振するように巻き、全長にわたり絶縁被覆済の帯状金属箔と、コイル間絶縁材とを有し、
    　前記コア材の側面に、前記超小型ＩＣタグが一体に設けられている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  5. 　請求項４において、
    　前記積層コイルにより形成される前記アンテナ面のサイズは、前記超小型ＩＣタグのアンテナ面のサイズよりも大きい
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  6. 　請求項１において、
    　前記積層コイルのアンテナ面に前記超小型タグが取り付けられ、前記積層コイルと前記超小型タグの全体が絶縁性の樹脂で被覆され一体化され、前記積層コイルの軸に直角な方向の外表面が、金属取り付け面として機能するように構成されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  7. 　請求項２において、
    　前記積層コイルの数（Ｎ）は、１乃至６である
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  8. 　超小型ＩＣタグと、
    　少なくとも1つの積層コイルと、
    　前記積層コイルの外表面に形成された設置面とを備え、
    　前記超小型ＩＣタグは、共振回路を構成するコイルアンテナを有しており、
    　前記積層コイルは、使用される周波数帯で共振するように巻き、平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻きされた渦巻き状のコイルであり、かつ、該積層コイルの巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型コイルであり、
    　前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとは、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合するように構成されており、
    　前記積層コイルのアンテナ面と前記超小型ＩＣタグのアンテナ面とが前記軸方向において平行に若しくは重なるようにして、前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとが一体化され、
    　前記積層コイルの軸に直角な方向の前記設置面が、金属取り付け面として機能するように構成されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  9. 　請求項８において、
    　前記積層コイルの巻き回数は２乃至４であり、
    　前記積層コイルは、前記軸方向に１乃至６個並んで配列されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  10. 　請求項８において、
    　前記超小型ＩＣタグは、１枚の絶縁基板の表面側に設けられており、
    　前記積層コイルは、他の少なくとも１枚の絶縁基板の表面側で、かつ、前記超小型ＩＣタグに対応する位置に設けられており、
    　前記各絶縁基板が絶縁性の接着材で一体化されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  11. 　請求項８において、
    　前記超小型ＩＣタグは、１枚の絶縁基板の表面側に設けられており、
    　前記積層コイルは、前記１枚の絶縁基板の裏面側、及び、他の少なくとも１枚の絶縁基板の表面及び裏面で、かつ、前記超小型ＩＣタグに対応する位置に設けられており、
    　前記各絶縁基板が絶縁性の接着材で一体化されている
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグ。
  12. 　積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグの製法であって、
    　前記小型ＩＣタグは、
    　超小型ＩＣタグと、少なくとも1つの積層コイルとを備えており、
    　前記超小型ＩＣタグは絶縁基板上に形成された共振回路を構成するコイルアンテナと、該コイルアンテナに接続されたＩＣチップとを有しており、
    　使用される周波数帯で共振する電気的導体を、平面上で軸の周りに渦巻き状に複数回巻き、巻き始まりの始点と巻き終わりの終点とが接続されていない開放型の渦巻き状の積層コイルを形成し、
    　前記積層コイルのアンテナ面と前記超小型ＩＣタグのアンテナ面とが平行になるような位置関係において、前記超小型ＩＣタグと前記積層コイルとを、電気的に非接続で、かつ、電磁気的には結合する状態で、一体化する
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグの製法。
  13. 　請求項１２において、
    　絶縁被覆済の帯状の金属箔を、同一平面上で２乃至４回、コア材の中心の軸の周りに巻いて前記積層コイルを形成し、
    　前記積層コイルのアンテナ面を前記コア材の端面と一致させ、前記軸上において前記超小型タグのコイルアンテナのアンテナ面と対向するようにして、両者を接着材で接着して一体化する
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグの製法。
  14. 　請求項１２において、
    　面内に前記超小型ＩＣタグを多数配置したプリント基板と、面内の前記超小型ＩＣタグに対応する位置に各々前記積層コイルを有する複数のコイル基板とを作製し、
    　前記プリント基板と、前記複数のコイル基板とを、前記対応する位置が一致するようにして重ね、接着材を介して一体化し、
    　前記各超小型ＩＣタグ単位に切断することによって、複数の前記小型ＩＣタグとする
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグの製法。
  15. 　請求項１２において、
    　片面上に前記超小型ＩＣタグを多数配置し、裏面に前記積層コイルを有する複数のコイル基板のみを多数配置したプリント基板と、両面に前記積層コイルを有する複数のコイル基板のみを多数配置した複数のプリント基板とを作製し、
    　前記プリント基板と、前記複数のコイル基板とを、前記対応する位置が一致するようにして重ね、接着材を介して一体化し、
    　前記各超小型ＩＣタグ単位に切断することによって、複数の前記小型ＩＣタグとする
    ことを特徴とする積層コイルアンテナを備えた小型ＩＣタグの製法。
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