(57)【要約】【課題】通信距離が極端に短い場合においても正常に動作し、かつ、信頼性の高い半導体装置（ＲＦタグ）を提供する。【解決手段】無線によりデータの交信が可能な半導体装置（ＲＦタグ）を構成する素子を保護するための保護回路（リミッタ回路）を設ける。整流回路において生成された直流電源電位が所定の値（基準値）以上となるときに保護回路が動作するようにし、生成される直流電源電位の値を小さくする。一方、整流回路において生成された直流電源電位が所定の値（基準値）以下となるときは、保護回路が動作しないようにし、生成された直流電源電位の値をそのまま用いる。【選択図】図３
2010109339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを介して受信した搬送波または振幅変調波を整流する整流回路と、保護回路とを有し、
前記整流回路は、第１のダイオードと、容量とを有し、
前記保護回路は、第１及び第２の抵抗と、第２のダイオードと、Ｐチャネル型のトランジスタと、スイッチとを有し、
前記第１のダイオードのアノードは、前記アンテナの一端、及び前記スイッチの一端に電気的に接続され、
前記第１のダイオードのカソードは、前記容量の一方の電極、前記第１の抵抗の一端、及び前記トランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他端は、前記トランジスタのゲート及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続され、
前記トランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の抵抗の一端に電気的に接続され、
前記第２のダイオードのカソード、及び前記第２の抵抗の他端は、前記アンテナの他端、前記スイッチの他端、及び前記容量の他方の電極に電気的に接続され、
前記トランジスタのソースまたはドレインの他方と前記第２の抵抗の一端との間の電位に応じて、前記スイッチの導通・非導通が制御されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の抵抗の一端と前記トランジスタのソースまたはドレインの他方との間におけるノードの電位が所定の電位よりも大きいときに、前記スイッチは導通となり、
前記第２の抵抗の一端と前記トランジスタのソースまたはドレインの他方との間におけるノードの電位が所定の電位よりも小さいときに、前記スイッチは非導通となることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
アンテナを介して受信した搬送波または振幅変調波を整流する整流回路と、保護回路とを有し、
前記整流回路は、第１のダイオードと、容量とを有し、
前記保護回路は、第１及び第２の抵抗と、第２のダイオードと、Ｐチャネル型の第１のトランジスタと、Ｎチャネル型の第２のトランジスタとを有し、
前記第１のダイオードのアノードは、前記アンテナの一端、及び前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、
前記第１のダイオードのカソードは、前記容量の一方の電極、前記第１の抵抗の一端、及び前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、
前記第１の抵抗の他端は、前記第１のトランジスタのゲート及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の抵抗の一端に電気的に接続され、
前記第２のダイオードのカソード、及び前記第２の抵抗の他端は、前記アンテナの他端、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方、及び前記容量の他方の電極に電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方、及び前記第２の抵抗の一端は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記第１のダイオードは、ダイオード接続されたトランジスタ、横接合型のＰＮダイオード、または横接合型のＰＩＮダイオードから構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、前記第２のダイオードは、ダイオード接続されたトランジスタが複数直列接続された構成、横接合型のＰＮダイオード、または横接合型のＰＩＮダイオードを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置は、前記アンテナをさらに有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置は、前記アンテナと、復調回路と、定電圧回路と、論理回路と、変調回路とをさらに有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置は、前記アンテナと、復調回路と、定電圧回路と、論理回路と、変調回路と、クロック生成回路とをさらに有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する発明は、無線によりデータの交信（送信・受信）が可能な半導体装置（データキャリア）に関する。特に、無線通信において半導体装置が大電力を受信した場合に、半導体装置を構成する素子の破壊や劣化を防止する保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、個別の対象物にＩＤ（個体識別番号）を与えることで、その対象物が持っている情報の履歴を明確にし、生産、または管理等に役立てるといった個体認識技術が注目されている。特に、無線通信によりデータの送受信を行うＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術が世の中に普及されつつある。ＲＦＩＤ技術を用いた無線通信システムは、無線通信装置（質問器）とデータキャリア（応答器）から構成され、無線により両者の間でデータのやりとりを行う通信システムである。無線通信装置は、リーダ／ライタ、携帯電話、パーソナルコンピュータなど、無線による信号の送受信が可能であるものを指すが、本明細書においては代表的にリーダ／ライタと表記する。また、データキャリアは、一般にＲＦタグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、無線タグ、電子タグ等と呼ばれているが、本明細書においては代表的にＲＦタグと表記する。
【０００３】
ＲＦタグは、電源を持たない受動型（パッシブ型）のものや、電源を内蔵する能動型（アクティブ型）のものがある。パッシブ型のＲＦタグは、リーダ／ライタから発せられる無線信号（搬送波、または搬送波に変調波を重畳して生成された振幅変調波）を、ＲＦタグ内部に設けられた整流回路により直流電圧に変換する機能を有し、この直流電圧を用いてＲＦタグ内部の回路が動作する。搬送波の強さは、一般に電力として表され、電力が放射される点から測定点までの距離（以下、本明細書においては通信距離と表記する）の二乗に比例して減衰する。すなわち、リーダ／ライタとＲＦタグとの通信距離が変化すると、それに応じてＲＦタグに供給される電力も変化する。そして、リーダ／ライタとＲＦタグとの通信距離が極端に短い場合（例えば双方が接触しているような場合）、ＲＦタグに大電力が供給されてしまう。ＲＦタグに大電力が供給されると、ＲＦタグはリーダ／ライタからの信号を正確に復調できずに誤動作してしまったり、ＲＦタグ内部に設けられた素子が劣化または破壊されるおそれがある。
【０００４】
一方、ＲＦＩＤ技術を用いた無線通信システムは、リーダ／ライタにより複数のＲＦタグを同時に読み取ることが可能であるという利点があるが、複数のＲＦタグを同時に読み取る場合、リーダ／ライタと複数のＲＦタグそれぞれとの間の通信距離が異なってしまう。また、ＲＦタグが貼り付けられた商品をカートンに詰めてフォークリフトでリーダ／ライタの前を通過するような場合、通信距離は時々刻々と変化する。このような無線通信システムの利用の実情を鑑みると、通信距離が意図せず極端に短くなってしまい、その結果ＲＦタグに大電力が供給されてしまうおそれがある。
【０００５】
このような問題に対応するため、ＲＦタグに大電力が印加された際に、ＲＦタグ内部の素子を保護する保護回路を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
保護回路は、大電力を逃がす専用のパスの状態を制御する機能を有している。通信距離が長く、受信する電力が小さい場合は、ＲＦタグの動作に影響を及ばさないように大電力を逃がす専用のパスを非導通の状態にする。一方、通信距離が短く、受信する電力が大きい場合は、ＲＦタグ内部の素子に大電力が印加されないように、大電力を逃がす専用のパスを導通状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
保護回路の動作は、負荷変調方式を用いた変調回路（ＲＦタグ内部に設けられている）の動作と類似しているため、ＲＦタグからリーダ／ライタへ送信する信号に少なからず影響を与えてしまう。特に、保護回路が電気的雑音を含んだ信号を出力してしまうと、その電気的雑音は、ＲＦタグからリーダ／ライタへ送信する信号にそのまま伝わり、リーダ／ライタとＲＦタグ間における交信の妨げとなる。
【０００９】
本発明の一態様は、以上のような問題を鑑みてなされたものであり、通信距離が極端に短い場合においても正常に動作し、かつ、信頼性の高い半導体装置（ＲＦタグ）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、上記課題を解決するため、以下の構成を用いる。すなわち、本発明の一態様においては、無線によりデータの交信が可能な半導体装置（ＲＦタグ）を構成する素子を保護するための保護回路（リミッタ回路と呼ぶこともできる）を設けることに特徴を有する。そして、整流回路において生成された直流電源電位が所定の値（基準値）以上となるときに保護回路が動作するようにし、生成される直流電源電位の値を小さくする。一方、整流回路において生成された直流電源電位が所定の値（基準値）以下となるときは、保護回路が動作しないようにし、生成された直流電源電位の値をそのまま用いる。
【００１１】
本発明の一態様に係る構成は、アンテナを介して受信した搬送波または振幅変調波を整流する整流回路と、保護回路とを有する。前記整流回路は、第１のダイオードと、容量とを有する。前記保護回路は、第１及び第２の抵抗と、第２のダイオードと、Ｐチャネル型のトランジスタと、スイッチとを有する。前記第１のダイオードのアノードは、前記アンテナの一端、及び前記スイッチの一端に電気的に接続され、前記第１のダイオードのカソードは、前記容量の一方の電極、前記第１の抵抗の一端、及び前記トランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、前記第１の抵抗の他端は、前記トランジスタのゲート及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続され、前記トランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の抵抗の一端に電気的に接続され、前記第２のダイオードのカソード、及び前記第２の抵抗の他端は、前記アンテナの他端、前記スイッチの他端、及び前記容量の他方の電極に電気的に接続される。そして、前記トランジスタのソースまたはドレインの他方と前記第２の抵抗の一端との間の電位に応じて、前記スイッチの導通・非導通が制御されることを特徴の一つとする。
【００１２】
前記一態様に係る構成において、前記第２の抵抗の一端と前記トランジスタのソースまたはドレインの他方との間におけるノードの電位が所定の電位よりも大きいときに、前記スイッチは導通となり、前記第２の抵抗の一端と前記トランジスタのソースまたはドレインの他方との間におけるノードの電位が所定の電位よりも小さいときに、前記スイッチは非導通となることを特徴の一つとする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る構成は、アンテナを介して受信した搬送波または振幅変調波を整流する整流回路と、保護回路とを有する。前記整流回路は、第１のダイオードと、容量とを有する。前記保護回路は、第１及び第２の抵抗と、第２のダイオードと、Ｐチャネル型の第１のトランジスタと、Ｎチャネル型の第２のトランジスタとを有する。そして、前記第１のダイオードのアノードは、前記アンテナの一端、及び前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、前記第１のダイオードのカソードは、前記容量の一方の電極、前記第１の抵抗の一端、及び前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、前記第１の抵抗の他端は、前記第１のトランジスタのゲート及び前記第２のダイオードのアノードに電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の抵抗の一端に電気的に接続され、前記第２のダイオードのカソード、及び前記第２の抵抗の他端は、前記アンテナの他端、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方、及び前記容量の他方の電極に電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方、及び前記第２の抵抗の一端は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴の一つとする。
【００１４】
また、前記第１のダイオードは、ダイオード接続されたトランジスタ、横接合型のＰＮダイオード、または横接合型のＰＩＮダイオードから構成されることを特徴の一つとする。また、前記第２のダイオードは、ダイオード接続されたトランジスタが複数直列接続された構成、横接合型のＰＮダイオード、または横接合型のＰＩＮダイオードを有することを特徴の一つとする。
【００１５】
本発明の一態様における半導体装置は、アンテナをさらに有することを特徴の一つとする。
【００１６】
本発明の一態様における半導体装置は、アンテナと、復調回路と、定電圧回路と、論理回路と、変調回路とをさらに有することを特徴の一つとする。
【００１７】
また、本発明の一態様における半導体装置は、アンテナと、復調回路と、定電圧回路と、論理回路と、変調回路と、クロック生成回路とをさらに有することを特徴の一つとする。
【００１８】
また、本発明の一態様における半導体装置（ＲＦタグ）は、リーダ／ライタと交信する周波数帯に依存性はなく、任意の周波数帯域に用いるＲＦタグに適用可能である。具体的には、周波数３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（例えば１３．５６ＭＨｚ）のＨＦ帯、周波数３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ（例えば４３３ＭＨｚ、９５３ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ）のＵＨＦ帯、周波数１３５ｋＨｚのいずれの場合にも本発明の一態様におけるＲＦタグは適用可能である。
【００１９】
本発明の一態様におけるＲＦタグは、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、無線タグ、電子タグ等の無線によりデータの交信が可能なものであれば、全てその範疇に含まれるものとする。
【００２０】
また、本明細書において、「ＡとＢとが電気的に接続されている」と記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合（つまり、ＡとＢとの間に別の素子や別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合（つまり、ＡとＢとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＡとＢとが直接接続されている場合（つまり、ＡとＢとの間に別の素子や別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含むものとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様に係る保護回路を有するＲＦタグは、通信距離が極端に短い場合においても、ＲＦタグが受信する大電力から内部素子を保護することができる。このため、ＲＦタグの信頼性の向上を図ることができる。また、本発明の一態様に係る保護回路は、電気的雑音がのりやすい信号を用いることなく動作するため、保護回路の出力信号に電気的雑音が伝わることを防止できる。この結果、ＲＦタグからリーダ／ライタへの送信信号に電気的雑音が伝わることを防止し、リーダ／ライタとＲＦタグ間において、安定した交信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一態様に係るＲＦタグ全体を示すブロック図である。
【図２】本発明の一態様に係るＲＦタグ全体を示すブロック図である。
【図３】本発明の一態様に係る整流回路及び保護回路の一例を示す回路図である。
【図４】本発明の一態様に係る整流回路の一例を示す回路図である。
【図５】本発明の一態様に係る保護回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の一態様に係る保護回路の一例を示す上面図（レイアウト）である。
【図７】本発明の一態様に係る保護回路の特性を示す図である。
【図８】本発明の一態様に係る保護回路の特性を示す図である。
【図９】本発明の一態様に係る保護回路の特性を評価するための測定環境を示すブロック図である。
【図１０】本発明の一態様に係るＲＦタグの使用例を示す図である。
【図１１】本発明の一態様に係るＲＦタグに対し、静電対策を施した構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一態様に係る実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態において、同じ物を指し示す符号は異なる図面において共通とする。
【００２４】
また、以下に説明する実施の形態及び実施例それぞれにおいて、特に断りがない限り、本明細書に記載されている他の実施形態及び実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一態様として用いるＲＦタグ全体のブロック図を示すものである。ＲＦタグ１００は、受信されたデータに基づいて、応答信号を生成するなどといった機能的処理を行う論理回路１０１と、リーダ／ライタと信号の送受信（交信）を行うアンテナ回路１０２と、アンテナ回路１０２において受信された振幅変調波（搬送波に変調波を重畳して生成されたもの）を復調し、パルス信号を取り出す復調回路１０３と、論理回路１０１から出力される応答信号に従ってリーダ／ライタから出力されている搬送波を変調し、リーダ／ライタに応答信号を返信する変調回路１０４と、アンテナ回路１０２において受信された搬送波または振幅変調波から直流電圧を生成するための整流回路１１３と、内部回路に過電圧が印加されるのを防止する保護回路１０６とを有する。
【００２６】
アンテナ回路１０２は、アンテナ１１１及び共振容量１１２を有する。アンテナ１１１は、その形状や巻き数によってリーダ／ライタからの搬送波の受信能力が異なるものであるが、本発明においては特に限定されるものではない。共振容量１１２は、アンテナ１１１との組み合わせによって、アンテナ回路１０２の共振周波数を、リーダ／ライタからの搬送波の周波数に最適化するために設けられる容量である。なお、本実施の形態では共振容量１１２を設ける構成としているが、必ずしも設ける必要はなく、この場合はアンテナ１１１のみでリーダ／ライタからの搬送波の周波数に対して最適化すればよい。
【００２７】
整流回路１１３は、アンテナ回路１０２で受信した搬送波または振幅変調波を整流し、直流電圧ＶＤＣを生成する機能を有する。整流回路１１３が生成する直流電圧ＶＤＣの電位は、搬送波の大きさである電力によって変化する。電力が大きい場合は、直流電圧ＶＤＣも高くなり、電力が小さい場合は、直流電圧ＶＤＣも低くなる。
【００２８】
定電圧回路１１４は、電力の大きさによって変化する直流電圧ＶＤＣを一定の電源電位Ｖｄｄ（高電源電位と呼ぶことができる）にして、論理回路１０１に供給する機能を有する。論理回路１０１は、供給される電位が変化してしまうと、動作が不安定になる。このため、論理回路１０１には一定の電位が供給される必要がある。本実施の形態では、定電圧回路１１４によって論理回路１０１に一定の電源電位Ｖｄｄが供給されている。なお、ＲＦタグ１００を構成する各々の回路において、低電源電位（以下、ＶＳＳ）は共通であり、例えばＶＳＳをＧＮＤ（＝０Ｖ）とすることができる。
【００２９】
保護回路１０６は、整流回路１１３から出力され、論理回路１０１、復調回路１０３、変調回路１０４等の内部回路に供給される電圧を監視する電圧検出回路１１５と、電圧検出回路１１５にて検出された電圧に応じて導通・非導通が制御されるスイッチ１１６とを有する。保護回路１０６は、リーダ／ライタからの搬送波の電圧の振幅が大きい場合に動作して、搬送波の電圧の振幅を小さくする機能を有する。この結果、復調回路１０３や、変調回路１０４、整流回路１１３等の内部回路の破壊や劣化を防止することができる。また、搬送波の電圧の振幅が小さくなると、それに応じて整流回路１１３が出力する直流電圧ＶＤＣも小さくなるので、定電圧回路１１４等の内部回路の破壊や劣化を防止することもできる。
【００３０】
なお、図１に示すＲＦタグ１００の構成は、アンテナ回路１０２で受信した搬送波または振幅変調波を論理回路１０１の内部に含まれる回路で適宜加工して、論理回路１０１の動作に必要なクロック信号ＣＬＫを生成する場合の構成である。アンテナ回路１０２で受信した搬送波または振幅変調波を参照せずに、論理回路１０１の動作に必要なクロック信号ＣＬＫを生成する場合は、図２に示すように、ＲＦタグ１００の内部にクロック生成回路１１７を別途有する構成とすればよい。特に、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ（ＵＨＦ帯）の周波数でリーダ／ライタとデータのやり取りを行う遠隔型のＲＦタグにおいては、クロック生成回路１１７を別途有する構成とすることが好ましい。
【００３１】
クロック生成回路１１７には、一定の周波数のクロック信号ＣＬＫを安定して論理回路１０１に供給する機能が求められる。このため、先に説明した論理回路１０１と同様に、クロック生成回路１１７には一定の電位が供給される必要がある。
【００３２】
クロック生成回路１１７に供給する一定の電位としては、論理回路１０１と同様に、定電圧回路１１４で生成された電源電位Ｖｄｄを用いてもよい。しかしながら、電源電位Ｖｄｄは他の回路にも供給されるものであり、他の回路の動作によって電源電位Ｖｄｄが変動するおそれがある場合は、他の回路に供給される電源電位Ｖｄｄとは別の電源電位Ｖｄｄ＿ＣＬＫを定電圧回路１１４で生成し、その電源電位Ｖｄｄ＿ＣＬＫをクロック生成回路１１７に供給する構成とすることが好ましい。この構成を採用することにより、クロック生成回路１１７は一定の周波数のクロック信号ＣＬＫを安定して論理回路１０１に供給することが容易となる。
【００３３】
なお、図２に示すＲＦタグ１００において、クロック生成回路１１７以外の回路は図１に示すＲＦタグ１００の有する回路と同様のものを用いることができるので、ここでは説明を省略する。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した整流回路及び保護回路の構成及び動作について説明する。図３は、本発明の一態様に係る整流回路及び保護回路の回路構成の一例を示したものである。
【００３５】
整流回路１１３は、ダイオード１２０と、容量１２１とを有する。ダイオード１２０のアノードは、アンテナの一端（図３においては、＋Ａ端子側に電気的に接続されている）に電気的に接続され、ダイオード１２０のカソードは、容量１２１の一方の電極に電気的に接続される。また、容量１２１の他方の電極は、アンテナの他端（図３においては、−Ａ端子側に電気的に接続されている）に電気的に接続されている。
【００３６】
なお、アンテナは平衡デバイスであるため、ＲＦタグにおけるアンテナの一端とアンテナの他端とには、それぞれある周波数の正弦波が入力される。アンテナの一端とアンテナの他端の信号は、１８０°位相がずれた関係にある。しかし、回路の説明を簡単にするために、アンテナの他端の電位を固定の電位（０Ｖ）として、以下説明する。
【００３７】
整流回路１１３の動作を説明する。アンテナにおいてリーダ／ライタからの搬送波または振幅変調波を受信すると、この搬送波または振幅変調波をダイオードによって直流電圧ＶＤＣに整流（変換）する。直流電圧ＶＤＣは、容量１２１に電荷がたまることで保持される。この直流電圧ＶＤＣが生成されることにより、整流回路の後段に設けられるロジック回路等の回路の電源を確保し、これら回路の動作が可能となる。
【００３８】
ダイオード１２０の種類は特に限定されず、ＰＮダイオードや、ＰＩＮダイオード、ショットキーバリアダイオード、定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）、ダイオード接続したトランジスタ等を用いることができる。例えば、図４に示すように、ゲートとソースまたはドレインの一方とをダイオード接続したＮチャネル型のトランジスタを用いることができる。また、ゲートとソースまたはドレインの一方とをダイオード接続したＰチャネル型のトランジスタを用いることもできる。また、ダイオード接続したトランジスタを複数直列に接続したトランジスタ群（以下、ダイオード接続したトランジスタ群という）を用いることもできる。また、ＰＮダイオードやＰＩＮダイオードを用いる場合は、それぞれ横接合型のものとすることが好ましい。ダイオード１２０として、横接合型のＰＮダイオードまたは横接合型のＰＩＮダイオードを用いる場合、ＲＦタグのような半導体装置を構成する上で必要とされるトランジスタと併せて同一基板上にこれらのダイオードを作製する際に、既存のプロセスを変更することなく作製することが可能となるためである。なお、ダイオード１２０に限らず、本発明で用いる全てのダイオードは、これら様々な種類のダイオードを適宜用いることが可能である。
【００３９】
また、整流回路１１３は、図３に示す回路構成を複数段直列に接続した構成とすることもできる。この場合、図３の回路構成を一段設ける構成の場合に比較して、より高い直流電圧ＶＤＣを生成することができる。
【００４０】
次に、保護回路１０６について説明する。保護回路１０６は、電圧検出回路１１５と、スイッチ１１６から構成される。保護回路１０６は、直流電圧ＶＤＣの大きさを電圧検出回路１１５で検出し、基準値より小さい場合にスイッチ１１６を非導通状態とし、基準値より大きい場合にスイッチ１１６を導通状態とする機能を有する。
【００４１】
このような機能を有する保護回路１０６の具体的な回路構成の一例について、図３、図６を用いながら説明する。図６は、保護回路１０６のレイアウト（上面図）を示すものである。図６においては、スイッチとして用いるＮチャネル型のトランジスタ１１６、抵抗１３０、ダイオード１３１、Ｐチャネル型のトランジスタ１３２、抵抗１３３の各素子が配線によって接続されたレイアウトを示している。
【００４２】
なお、本発明の一態様に係る保護回路においては、図３に示す抵抗１３３のような２端子素子の抵抗を用いる方が、３端子素子の抵抗を用いるよりも好ましい。例えば、３端子素子の一例である電界効果トランジスタは、ゲートに与えられる電位に応じてソースとドレインとの間を流れる電流量が変化する。したがって、抵抗１３３として電界効果トランジスタを用いた場合、ゲートに与えられる電位にバラツキが生じると、保護回路の動作が不安定になるおそれがある。
【００４３】
また、ゲートに電位を与える制御回路の一例として定電圧回路１１４を利用することができるが、制御回路として定電圧回路１１４を用いたとしても、ゲートに安定した電位を与えることは困難である。このような理由により、抵抗１３３として３端子素子を用いる場合、保護回路の動作を安定させることが困難となる。
【００４４】
一方、抵抗１３３として２端子素子を用いる場合、このような問題が生じる可能性を抑制できる。２端子素子の一例としては、金属よりも電気抵抗率の高い半導体（例えば、シリコン）を材料として用いた抵抗配線が挙げられる。また、２端子素子の他の一例として、ダイオード接続されたトランジスタを用いることもできる。本実施の形態においては、図６に示すとおり、シリコンを材料として用いた抵抗配線を抵抗１３３として用いているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００４５】
電圧検出回路１１５は、抵抗１３０と、ダイオード１３１と、Ｐチャネル型のトランジスタ１３２と、抵抗１３３を有する。抵抗１３０の一端、及びトランジスタ１３２のソースまたはドレインの一方は、整流回路１１３の有するダイオード１２０のカソード、及び容量１２１の一方の電極に電気的に接続される。また、抵抗１３０の他端は、トランジスタ１３２のゲート、及びダイオード１３１のアノードに電気的に接続される。また、トランジスタ１３２のソースまたはドレインの他方は、抵抗１３３の一端に電気的に接続される。また、ダイオード１３１のカソード、及び抵抗１３３の他端は、整流回路１１３の有する容量１２１の他方の電極に電気的に接続される。
【００４６】
また、スイッチ１１６は、一端が整流回路１１３の有するダイオード１２０のアノードに電気的に接続され、他端が整流回路１１３の有する容量１２１の他方の電極に電気的に接続される。そして、スイッチ１１６は、トランジスタ１３２のソースまたはドレインの他方と抵抗１３３の一端との間における接続点ｑの電位に応じて、導通・非導通が制御される。
【００４７】
ダイオード１３１は、先に述べたダイオード１２０と同様に、様々な種類のダイオードを適宜用いることが可能であるが、以下、ダイオード１３１として、ダイオード接続したトランジスタ群１３４を用いた場合の保護回路１０６の動作について図５を用いながら説明する。
【００４８】
上述したように、スイッチ１１６の状態を制御するのは、接続点ｑの電位であるが、この電位は、トランジスタ１３２と抵抗１３３との抵抗比で決まる。また、トランジスタ１３２の状態は、抵抗１３０と、ダイオード接続したトランジスタ群１３４の抵抗比で決まる。
【００４９】
直流電圧ＶＤＣが小さく、トランジスタ１３２のゲートと抵抗１３０の他端との間における接続点ｐの電位が、ダイオード接続したトランジスタ群１３４全体のしきい値電圧の値より小さい場合、ダイオード接続したトランジスタ群１３４は、非導通状態となる。この状態では、抵抗１３０よりもダイオード接続したトランジスタ群１３４の方が抵抗値が極めて大きいため、接続点ｐの電位は直流電圧ＶＤＣとほぼ等しいものとなり、トランジスタ１３２は非導通状態となる。このとき、トランジスタ１３２と抵抗１３３の抵抗値を比べると、トランジスタ１３２よりも抵抗１３３の方が極めて小さいため、接続点ｑの電位は抵抗１３３の他端における電位とほぼ等しいものとなる。この結果、スイッチ１１６は非導通状態となる。
【００５０】
一方、直流電圧ＶＤＣが大きく、接続点ｐの電位が、ダイオード接続したトランジスタ群１３４全体のしきい値電圧の値より大きい場合、ダイオード接続したトランジスタ群１３４は、導通状態となる。この状態では、抵抗１３０よりもダイオード接続したトランジスタ群１３４の方が抵抗値が小さいため、接続点ｐの電位は直流電圧ＶＤＣよりも低くなり、さらにトランジスタ１３２のゲート−ソース間の電位差（Ｖｇｓ）がトランジスタ１３２のしきい値電圧より低くなると、トランジスタ１３２は導通状態となる。このとき、トランジスタ１３２と抵抗１３３の抵抗値を比べると、トランジスタ１３２より抵抗１３３の方が大きい。接続点ｑの電位はトランジスタ１３２と抵抗１３３の抵抗値の比で決まり、直流電圧ＶＤＣが大きくなればなるほど、接続点ｑの電位は抵抗１３３の他端における電位よりも高くなる。そして、直流電圧ＶＤＣがさらに大きくなり、接続点ｑの電位が所定の電位に達すると、スイッチ１１６は導通状態となる。
【００５１】
上記のように動作するスイッチ１１６の一例としては、Ｎチャネル型のトランジスタが挙げられる。Ｎチャネル型のトランジスタを用いた場合は、スイッチ１１６の一端がソース又はドレインの一方に対応し、スイッチ１１６の他端がソース又はドレインの他方に対応し、接続点ｑの電位の入力先がゲートに対応する。なお、保護回路１０６としての特性を良好にするためには、導通状態におけるＮチャネル型のトランジスタの抵抗値が小さいものを用いるのが好ましい。
【００５２】
また、搬送波の周波数が高い場合、搬送波は、容量を通過する特性を持つので、保護回路１０６の非導通状態を保つためには、寄生容量が小さいＮチャネル型のトランジスタを用いる必要がある。寄生容量が大きいと、保護回路１０６の非導通状態を保つ事ができなくなり、直流電圧ＶＤＣを生成することが困難となる。その結果、ＲＦタグの通信距離が短くなってしまう。
【００５３】
また、Ｎチャネル型のトランジスタが導通状態のとき、このトランジスタ周辺において大電力が通過し、熱が発生する。この対策として、Ｎチャネル型のトランジスタ周辺の配線の幅を広くし、トランジスタ上の膜をなくすなど放熱対策を施すことが好ましい。
【００５４】
このように、本実施の形態で説明した保護回路１０６は、電気的雑音がのりやすい信号を用いることなく動作するため、保護回路の出力信号に電気的雑音が伝わることを防止できる。この結果、ＲＦタグからリーダ／ライタへの送信信号に電気的雑音が伝わることを防止し、リーダ／ライタとＲＦタグ間において、安定した交信が可能となる。
【００５５】
（実施の形態３）
ＲＦタグを始めとする半導体装置は、微小な半導体素子を複数用いて形成された半導体集積回路を有する。本発明の一態様における保護回路も、半導体素子を用いて形成されている。このため、外部からの静電気放電（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＥＳＤ）による回路の誤動作や半導体素子の損傷を生じやすい。特に、表面積の大きい導電体であるアンテナを有するＲＦタグは、静電気放電が生じる可能性が高い。本実施の形態においては、そのような静電気放電から半導体集積回路を保護する構成の一例について説明する。
【００５６】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）に構成例を示す。本実施の形態においては、導電性材料を有する遮蔽体を半導体集積回路の近傍に設けることにより、半導体集積回路を保護することができる。なお、遮蔽体は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法などの各種乾式法、塗布法、印刷法、液滴吐出法（インクジェット法）などの各種湿式法により形成することができる。
【００５７】
図１１（Ａ）は、遮蔽体１１０１が半導体集積回路の外側全体を覆うように形成された例である。遮蔽体１１０１は、リーダ／ライタから発せられる搬送波または振幅変調波のアンテナにおける受信を極力妨げない程度の膜厚で形成すればよい。
【００５８】
なお、図１１（Ａ）では、遮蔽体１１０１が半導体集積回路の上面、下面、及び側面を覆うように形成されているが、形成の方法としては、上面及び側面の一部に遮蔽体を形成した後、半導体集積回路を裏返して下面及び側面の一部に遮蔽体を形成し、全面を覆うように形成すればよい。
【００５９】
図１１（Ｂ）は、遮蔽体１１０２が絶縁体の内側に設けられ、半導体集積回路の全面を覆うように形成された例である。このように半導体集積回路の全面を覆うように遮蔽体１１０２を形成するには、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、個々の半導体集積回路に分断し、遮蔽体１１０２を形成する必要があるが、特にこの形態に限定されるものではない。例えば、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、半導体集積回路の上面、下面に遮蔽体を形成しておき、絶縁体で挟持、接着した後、レーザ光を照射して分断すると、分断面において遮蔽体が溶融し、半導体集積回路の側面を上下から溶着して覆うように形成することができる。
【００６０】
図１１（Ｃ）は、遮蔽体１１０３が絶縁体の内側に設けられ、半導体集積回路の片面のみに形成された例である。本例では、遮蔽体１１０３はアンテナが設けられている側の面に形成されているが、この面と逆側の面に形成してもよい。
【００６１】
遮蔽体が半導体集積回路の片面のみに形成されることにより、リーダ／ライタから発せられる搬送波または振幅変調波のアンテナにおける受信を遮蔽体が妨害することを抑制できるため、良好な通信精度を確保することができる。
【００６２】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）においては、導電性の材料を用いて遮蔽体を膜状に形成した例を示したが、図１１（Ｄ）に示すように、遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇを島状に形成してもよい。遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇ各々は、導電性材料で形成されているために導電性を有するが、半導体集積回路上に互いに点在して形成されている。このため、例えば１１０４ａと１１０４ｂ、１１０４ｃと１１０４ｇの間では互いに導通していない。すなわち、遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇ各々としては導電性を有するにも関わらず、遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇ全体としては絶縁体に等しい膜とみなすことができる。このような構成で遮蔽体を形成すると、遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇ各々は導電性を有しているため、静電気放電に対して良好に半導体集積回路を保護することができる。また同時に、遮蔽体１１０４ａ〜１１０４ｇ全体としては絶縁体に等しい膜とみなすことができるため、リーダ／ライタから発せられる搬送波または振幅変調波のアンテナにおける受信を遮蔽体が妨害することを抑制できるため、良好な通信精度を確保することができる。
【００６３】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）で説明した遮蔽体を形成する材料としては、導電体又は半導体が好ましく、例えば金属膜、金属酸化物膜、半導体膜、又は金属窒化物膜が挙げられる。具体的な材料としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉄、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、バリウムから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料、化合物材料、窒化物材料、酸化物材料等を用いることができる。
【００６４】
なお、窒化物材料としては、窒化タンタル、窒化チタンなどを用いることができる。
【００６５】
また、酸化物材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ））、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム（Ｇａ）を含む酸化亜鉛、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることもできる。
【００６６】
また、遮蔽体を形成する材料として、半導体に不純物元素などを添加して導電性を付与した半導体膜などを用いることができる。例えば、不純物元素としてリンを含む多結晶シリコン膜を用いることができる。
【００６７】
また、遮蔽体を形成する材料として、導電性高分子（導電性ポリマー）を用いてもよい。導電性高分子としては、いわゆるπ共役系導電性高分子を用いることができる。一例として、ポリアニリン及び／又はその誘導体、ポリピロール及び／又はその誘導体、ポリチオフェン及び／又はその誘導体が挙げられる。また、他の例として、これらの２種以上を有する共重合体が挙げられる。
【００６８】
共役導電性高分子の具体例としては、ポリピロ−ル、ポリ（３−メチルピロ−ル）、ポリ（３−ブチルピロ−ル）、ポリ（３−オクチルピロ−ル）、ポリ（３−デシルピロ−ル）、ポリ（３，４−ジメチルピロ−ル）、ポリ（３，４−ジブチルピロ−ル）、ポリ（３−ヒドロキシピロ−ル）、ポリ（３−メチル−４−ヒドロキシピロ−ル）、ポリ（３−メトキシピロ−ル）、ポリ（３−エトキシピロ−ル）、ポリ（３−オクトキシピロ−ル）、ポリ（３−カルボキシルピロ−ル）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルピロ−ル）、ポリＮ−メチルピロール、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（３−デシルチオフェン）、ポリ（３−ドデシルチオフェン）、ポリ（３−メトキシチオフェン）、ポリ（３−エトキシチオフェン）、ポリ（３−オクトキシチオフェン）、ポリ（３−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアニリン、ポリ（２−メチルアニリン）、ポリ（２−オクチルアニリン）、ポリ（２−イソブチルアニリン）、ポリ（３−イソブチルアニリン）、ポリ（２−アニリンスルホン酸）、ポリ（３−アニリンスルホン酸）等が挙げられる。
【００６９】
また、導電性高分子を含む遮蔽体には、有機樹脂やドーパント（ハロゲン類、ルイス酸、無機酸、有機酸、遷移金属ハロゲン化物、有機シアノ化合物、非イオン性界面活性剤等）をさらに含んでいてもよい。
【００７０】
本発明の一態様に係る保護回路を有するＲＦタグにおいて、導電性材料を有する遮蔽体が半導体集積回路の近傍に設けられた構造を採用することにより、ＲＦタグの信頼性を更に向上させることができる。
【００７１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る保護回路を備えたＲＦタグの使用例について図１０を用いながら説明する。ＲＦタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１０（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１０（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１０（Ｂ）参照）、乗り物類（自転車等、図１０（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、または電子機器（液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話）等の物品、若しくは各物品に取り付ける荷札（図１０（Ｅ）、図１０（Ｆ）参照）等に設けて使用することができる。
【００７２】
本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００は、プリント基板に実装、表面に貼る、または埋め込むことにより、物品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、または証書類等に本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に本発明の一態様に係るＲＦタグを取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るＲＦタグを取り付けることにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができる。
【００７３】
以上のように、本発明の一態様に係る保護回路を搭載したＲＦタグを本実施の形態に挙げた各用途に用いることにより、所定の通信距離を有するＲＦタグにおいて、例えば通信距離が変化、または極端に短い距離で信号を受信することにより、回路に素子を破壊するような大電力の高周波信号が供給されてしまった場合においても、回路内部の素子が劣化または破壊することなく安定した動作を実現できるため、物品の認証性、またはセキュリティ性に対する信頼性を高めることができる。
【実施例１】
【００７４】
本実施例では、本発明の一態様に係る保護回路の特性について説明する。
【００７５】
図７は、リーダ／ライタの設定電力（出力信号）の大きさを変化させたときの、保護回路の有するスイッチを制御する信号（以下、スイッチ制御信号と表記する）の波形より電位を読み取った結果を示すものである。また、図８は、リーダ／ライタの出力信号の大きさを変化させたときの、スイッチ制御信号の波形より電位の変動幅を読み取った結果を示すものである。ここで、スイッチ制御信号は、図３における接続点ｑの電位に相当する。また、測定サンプル数は、それぞれ２つとしている。
【００７６】
スイッチ制御信号の波形観測の測定環境を図９に示す。本測定は、リーダ／ライタ９０１（ＣＤＥＸ社製  ＣＲＤＫ−９００Ｊ−Ｇ２Ｎ）と、アッテネータ９０２（ヒロセ電機社製  ＡＴ−１００３（４０））と、高周波測定用プローブ９０６（ＣＡＳＣＡＤＥ  ＭＩＣＲＯＴＥＣＨ社製ＡＣＰ４０−ＬＷ−ＧＳＧ−２００）をそれぞれ同軸ケーブル９０３、９０４で接続した。また、ピコプローブ９０７（ＧＧＢ  ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ社製Ｍｏｄｅｌ２８）とオシロスコープ９０８（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製  ＴＤＳ３０５４Ｂ）を接続した。電波シールドボックス９０５内に設置されたマニュアルプローバに、測定サンプルであるＲＦタグ９００と、高周波測定用プローブ９０６と、ピコプローブ９０７を設置しておこなった。
【００７７】
なお、アッテネータ９０２は２つの端子を有し、それぞれの端子を第１の端子と，第２の端子とすると、第１の端子から入力された信号は第２の端子に出力され、第２の端子から入力された信号は第１の端子に出力される。
【００７８】
図７に示すとおり、リーダ／ライタ９０１の設定電力を大きくしていくと、スイッチ制御信号の電位は大きくなっていくが、３．５Ｖから４．５Ｖの範囲においては電位の変化が小さくなっている。この結果より、この範囲で保護回路１０６が正常に機能していることがわかる。このときのリーダ／ライタ９０１の設定電力の大きさは、４０〜７０％の範囲にある。
【００７９】
また、図８に示すとおり、リーダ／ライタ９０１の設定電力の大小に依らず、スイッチ制御信号の電位の変動幅は、０．４〜０．７Ｖの範囲に収まっており、スイッチ制御信号に電気的雑音がほとんど含まれていないことがわかる。この結果、リーダ／ライタ９０１の設定電力の大小に依らず、常にスイッチが安定して動作する。すなわち、本発明の一態様に係る保護回路は、常に安定した動作が得られているといえる。
【００８０】
以上の結果が示すように、本発明の一態様に係る保護回路は、スイッチを用いて大電力を逃がす専用のパスを制御することにより、通信距離が短い場合においてＲＦタグが受信する大電力から内部素子を守ることができる。このため、ＲＦタグの信頼性の向上を図ることができる。また、本発明の一態様に係る保護回路は、保護回路のスイッチを制御する信号として電気的雑音が伝わりにくい構造としているため、通信距離が短い場合でも、リーダ／ライタとＲＦタグ間で安定した交信を行うことができる。
【符号の説明】
【００８１】
１００    ＲＦタグ
１０１    論理回路
１０２    アンテナ回路
１０３    復調回路
１０４    変調回路
１０６    保護回路
１１１    アンテナ
１１２    共振容量
１１３    整流回路
１１４    定電圧回路
１１５    電圧検出回路
１１６    スイッチ
１１７    クロック生成回路
１２０    ダイオード
１２１    容量
１３０    抵抗
１３１    ダイオード
１３２    Ｐチャネル型のトランジスタ
１３３    抵抗
１３４    ダイオード接続したトランジスタ群
９００    ＲＦタグ（測定サンプル）
９０１    リーダ／ライタ
９０２    アッテネータ
９０３    同軸ケーブル
９０４    同軸ケーブル
９０５    電波シールドボックス
９０６    高周波測定用プローブ
９０７    ピコプローブ
９０８    オシロスコープ
１１０１    遮蔽体
１１０２    遮蔽体
１１０３    遮蔽体
１１０４ａ    遮蔽体
１１０４ｂ    遮蔽体
１１０４ｃ    遮蔽体
１１０４ｄ    遮蔽体
１１０４ｅ    遮蔽体
１１０４ｆ    遮蔽体
１１０４ｇ    遮蔽体
４０００    ＲＦタグ
【図１】
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【図２】
2010109339.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010109339.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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