(57)【要約】【課題】コイルとコンデンサとの接続不良が発生することなく、ブースターアンテナの共振周波数の調整を可能にする。【解決手段】非接触情報媒体に用いられるブースターアンテナは、絶縁基板１３の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターン１１と、絶縁基板１３の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターン１２と、第１のアンテナコイルパターン１１の一端１１ａおよび第２のアンテナコイルパターン１２の一端１２ａの間を接続する第１のスルーホールビア１４ａと、第１のアンテナコイルパターン１１の他端１１ｂおよび第２のアンテナコイルパターン１２の他端１２ｂの間を接続する第２のスルーホールビア１４ｂとを備えて構成され、アンテナコイルパターン１１，１２を高誘電率膜で覆うことにより、ブースターアンテナの共振周波数が調整される。【選択図】図１
2010028542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップ上にアンテナ部を備えたアンテナチップと、前記アンテナチップを保持する絶縁基板と、前記アンテナチップのアンテナ部と電磁結合するように前記絶縁基板に形成されたブースターアンテナとを備える非接触情報媒体であって、
前記ブースターアンテナが、前記絶縁基板の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターンと、前記絶縁基板の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターンと、前記第１のアンテナコイルパターンの一端および前記第２のアンテナコイルパターンの一端の間を接続する第１のスルーホールビアと、前記第１のアンテナコイルパターンの他端および前記第２のアンテナコイルパターンの他端の間を接続する第２のスルーホールビアとを備えて構成され、前記第１のアンテナコイルパターンおよび／または第２のアンテナコイルパターンが高誘電率膜で覆われることにより、前記ブースターアンテナの共振周波数が、前記非接触情報媒体に送受信される信号の周波数と一致するように作製されていることを特徴とする非接触情報媒体。
【請求項２】
非接触情報媒体に用いられるブースターアンテナであって、
前記絶縁基板の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターンと、前記絶縁基板の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターンと、前記第１のアンテナコイルパターンの一端および前記第２のアンテナコイルパターンの一端の間を接続する第１のスルーホールビアと、前記第１のアンテナコイルパターンの他端および前記第２のアンテナコイルパターンの他端の間を接続する第２のスルーホールビアとを備えて構成され、前記第１のアンテナコイルパターンおよび／または第２のアンテナコイルパターンが高誘電率膜で覆われることにより、前記ブースターアンテナの共振周波数が、前記非接触情報媒体に送受信される信号の周波数と一致するように作製されていることを特徴とする非接触情報媒体用ブースターアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンチップアンテナの特長を生かしつつ、通信距離を延長することが可能な非接触情報媒体およびそれに用いられるブースターアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップと無線通信用のアンテナコイルを有し、このアンテナチップを介して信号の送受信を行うＩＣモジュールが提案されている。この種のＩＣモジュールは、ＩＣチップによる高い情報処理能力を有するとともに、非接触で信号の読み取りや書き込みができる。このため、ＲＦ−ＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる無線認証システムで利用されている。ＲＦ−ＩＤは、近年では、アクセスコントロール、電子マネー、偽造防止技術や物流管理などの分野で普及が進んでいる。このようなＩＣモジュールには、カード型、タグ型、コイン型などの形態がある。また、ＩＣチップは、アンテナコイルがリーダライタ装置から受信した電波から電磁誘導によって動作電力を得ることができる。
【０００３】
上述のＲＦ−ＩＤで用いられるＩＣモジュールは、一般に絶縁基板の同一面上に、ＩＣチップおよび外付けタイプのアンテナコイルが設けられたものである。このようにアンテナコイルとＩＣチップが別体であると、アンテナを微小なＩＣチップの端子と電気的に接続するためには、技術的な困難性を伴う上、絶縁基板が可撓性を有するので、使用時には接続点に対して特に応力が加わり、断線の原因となっていた。
【０００４】
このような問題を解決するため、およびＩＣモジュールの小型化・低価格化のため、ＩＣチップの同一面内かつ直上に半導体プロセスを応用して、アンテナコイルがオンチップアンテナとして一体形成されたＩＣ素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の図７〜９に記載された情報媒体は、リーダライタ装置とオンチップアンテナとの間の誘導結合により動作する方式である。その場合、アンテナの開口面積に依存して通信距離が決定されるため、ＩＣチップ上のような微小面積上に形成しても、通信距離は非常に短く、リーダライタ装置と接触するレベルまたは１〜２ｍｍといった短距離でないとデータの送受信ができないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、オンチップアンテナを備えるＩＣチップを搭載した基板上に、オンチップアンテナと電磁結合するブースターアンテナを配置した非接触情報媒体が提案されている（特許文献１の図１１および特許文献２参照）。ブースターアンテナを備えた非接触情報媒体によれば、リーダライタ装置はブースターアンテナと非接触で電磁結合することができ、ブースターアンテナとオンチップアンテナとの電気的接続が不要でありながら通信距離を長くすることができる。
【特許文献１】特許第３３４７１３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３７７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通信距離をより向上するためには、特許文献２の段落００４４に記載されているように、ブースターアンテナの共振周波数は、リーダライタ装置との通信に用いられる信号の周波数（キャリア周波数ｆｃ）に一致することが望ましい。このため、特許文献２では、ブースターアンテナがコイルとコンデンサを備える構成とすることにより、ブースターアンテナの共振周波数を調整することが記載されている。特許文献２の段落００４１には、誘電体フィルムの両面にそれぞれコイルおよびコンデンサ電極を形成して、コイルとコンデンサを同時に形成することが記載されている。また、特許文献２の段落００３９には、セラミック基板に集積化したコンデンサを使用することが記載されている。
【０００７】
しかしながら、チップコンデンサのような実装部品を使用すると、情報媒体全体が厚くなってしまう。また、チップコンデンサを実装するためのコスト増大や、コイルとコンデンサの接続不良が発生する可能性が懸念される。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルとコンデンサとの接続不良が発生することなく、ブースターアンテナの共振周波数を調整することが可能な非接触情報媒体およびそれに用いられるブースターアンテナ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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、ＩＣチップ上にアンテナ部を備えたアンテナチップと、前記アンテナチップを保持する絶縁基板と、前記アンテナチップのアンテナ部と電磁結合するように前記絶縁基板に形成されたブースターアンテナとを備える非接触情報媒体であって、前記ブースターアンテナが、前記絶縁基板の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターンと、前記絶縁基板の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターンと、前記第１のアンテナコイルパターンの一端および前記第２のアンテナコイルパターンの一端の間を接続する第１のスルーホールビアと、前記第１のアンテナコイルパターンの他端および前記第２のアンテナコイルパターンの他端の間を接続する第２のスルーホールビアとを備えて構成され、前記第１のアンテナコイルパターンおよび／または第２のアンテナコイルパターンが高誘電率膜で覆われることにより、前記ブースターアンテナの共振周波数が、前記非接触情報媒体に送受信される信号の周波数と一致するように作製されていることを特徴とする非接触情報媒体を提供する。
【００１０】
また、本発明は、非接触情報媒体に用いられるブースターアンテナであって、前記絶縁基板の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターンと、前記絶縁基板の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターンと、前記第１のアンテナコイルパターンの一端および前記第２のアンテナコイルパターンの一端の間を接続する第１のスルーホールビアと、前記第１のアンテナコイルパターンの他端および前記第２のアンテナコイルパターンの他端の間を接続する第２のスルーホールビアとを備えて構成され、前記第１のアンテナコイルパターンおよび／または第２のアンテナコイルパターンが高誘電率膜で覆われることにより、前記ブースターアンテナの共振周波数が、前記非接触情報媒体に送受信される信号の周波数と一致するように作製されていることを特徴とする非接触情報媒体用ブースターアンテナを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アンテナコイルパターンを高誘電率膜で覆うことでブースターアンテナのキャパシタンスを増加させてブースターアンテナの共振周波数を調整することができ、コンデンサを別体としたときの接続不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１および図２に示すように、本形態例の非接触情報媒体１０は、ＩＣチップ上にアンテナ部（図示せず）を備えたアンテナチップ１７と、アンテナチップ１７を保持する絶縁基板１３と、アンテナチップ１７のアンテナ部と電磁結合するように絶縁基板１３に形成されたブースターアンテナＢとを備えている。
なお、図２では、アンテナチップ１７の図示を省略するとともに、上側のアンテナコイルパターン１１を実線で図示するため、該アンテナコイルパターン１１を覆う第１の保護層１８を二点鎖線で表示している。
【００１３】
ここで、ブースターアンテナＢは、絶縁基板１３の一方の面上に形成された第１のアンテナコイルパターン１１と、絶縁基板１３の他方の面上に形成された第２のアンテナコイルパターン１２と、第１のアンテナコイルパターン１１の一端１１ａおよび第２のアンテナコイルパターン１２の一端１２ａの間を接続する第１のスルーホールビア１４ａと、第１のアンテナコイルパターン１１の他端１１ｂおよび第２のアンテナコイルパターン１２の他端１２ｂの間を接続する第２のスルーホールビア１４ｂとを備えて構成されている。
そして、第１のアンテナコイルパターン１１および／または第２のアンテナコイルパターン１２が高誘電率膜１５，１６で覆われることにより、ブースターアンテナＢの共振周波数が、非接触情報媒体１０に送受信される信号の周波数と一致するように作製されている。
【００１４】
アンテナコイルパターン１１，１２は、銅（銅箔や銅めっきなど）、銀、アルミニウムなど適宜の導体から構成することができる。また、絶縁基板１３は、ガラスやセラミックスなどの硬質の基板でも、ポリイミド、ポリエステルや液晶ポリマーなどの絶縁樹脂フィルムでも適用可能である。フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に用いられる薄い両面銅張積層板（両面ＣＣＬ）を利用して、ＣＣＬの基材を絶縁基板１３とし、両面の銅箔からアンテナコイルパターン１１，１２を形成すると、軽量なブースターアンテナを低コストで製造できるので好ましい。ＣＣＬは、基材と銅箔が直接積層されたものであっても、接着材（図示略）を介して貼り合わされたものであっても構わない。
【００１５】
２つのアンテナコイルパターン１１，１２は、絶縁基板１３を貫通するスルーホール（ＴＨ）１３ａ，１３ｂに設けられたスルーホールビア（ＴＨビア）を通じて両端がそれぞれ接続されている。詳しくは、第１のスルーホール１３ａに設けられた第１のスルーホールビア１４ａによって第１のアンテナコイルパターン１１の一端１１ａおよび第２のアンテナコイルパターン１２の一端１２ａの間が接続され、第２のスルーホール１３ｂに設けられた第２のスルーホールビア１４ｂによって第１のアンテナコイルパターン１１の他端１１ｂおよび第２のアンテナコイルパターン１２の他端１２ｂの間が接続されている。スルーホールビア１４ａ，１４ｂは、例えば、銅の無電解めっきや導電性ペーストの充填等の手法を用いて形成することができる。
【００１６】
また、本形態例のブースターアンテナＢでは、その共振周波数を調整するため、アンテナコイルパターン１１，１２の表面に高誘電率膜１５，１６を形成して、コイル配線間などにおけるキャパシタンスを増大させるようにしている。高誘電率膜１５，１６を構成する誘電体は特に限定されるものではないが、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）や二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等、キャパシタ用誘電体として用いられる高誘電率材料が好適に用いられる。図１では、高誘電率膜１５，１６を両方のアンテナコイルパターン１１，１２上に形成しているが、片側のアンテナコイルパターン１１，１２のみ高誘電率膜を形成しても構わない。
【００１７】
高誘電率膜１５，１６は、ブースターアンテナＢの共振周波数が、非接触情報媒体１０に送受信される信号の周波数と一致するように作製される。高誘電率膜１５，１６はコイル配線の上部（配線間の部分を含む）が被覆されていれば充分であるから、アンテナコイルパターン１１，１２以外の絶縁基板１３上の部分（例えば図８の符号２３の領域）は、高誘電率膜１５，１６に被覆されていても被覆されていなくても構わない。本形態例の場合、後述のアンテナチップ収容部１７ａにアンテナチップ１７を収容する開口部の部分には、高誘電率膜１５が形成されていない。絶縁基板１３上の不要な高誘電率膜１５，１６は、エッチングなどで除去してもよい。
【００１８】
本形態例の非接触情報媒体１０は、ブースターアンテナＢとともに、ＩＣチップ上にアンテナ部を備えたアンテナチップ１７を備えている。ＩＣチップ上のアンテナ部は、いわゆるオンチップアンテナであり、ＩＣチップと一体に形成されている。アンテナチップ１７は、オンチップアンテナがブースターアンテナＢと電磁結合するように、絶縁基板１３に保持されている。本形態例では、各アンテナコイルパターン１１，１２の中心部付近にアンテナチップ収容部１７ａとなる空孔が設けられ、アンテナチップ１７はこのアンテナチップ収容部１７ａに収容されている。アンテナチップ収容部１７ａは、貫通孔でなくともよいが、絶縁基板１３が薄い場合（例えば厚さ２５μｍ等）では貫通孔のほうが形成が容易であるので、好ましい。
【００１９】
アンテナコイルパターン１１，１２の上は、オーバーレイフィルム等の絶縁性を有する保護層１８，１９で被覆することが好ましい。保護層１８，１９は、高誘電率膜１５，１６が形成された上に設けられ、配線層を封止している。
【００２０】
本形態例のブースターアンテナＢを有する非接触情報媒体１０によれば、アンテナコイルパターン１１，１２を高誘電率膜１５，１６で覆うことでブースターアンテナＢにキャパシタンスを与えてブースターアンテナＢの共振周波数を調整することができ、コンデンサを別体としたときの接続不良を防止することができる。また、チップコンデンサを使用しないので、非接触情報媒体１０の小型化・薄型化を図ることができる。
【００２１】
次に、本形態例のブースターアンテナＢを有する非接触情報媒体１０の製造方法の一例を、図３〜図１０を参照して説明する。なお、本発明のブースターアンテナおよび非接触情報媒体の製造方法は、下記の例に限定されるものではない。
【００２２】
図３は、両面ＣＣＬの一例を示す断面図である。この両面ＣＣＬ２０は、絶縁基板１３の両面に銅箔２１，２２が積層されたものである。
まず、図４に示すように、このＣＣＬ２０にレーザやＮＣドリル等で孔を形成する。ここでは、スルーホール１３ａ，１３ｂおよびアンテナチップ収容部１７ａを形成する。
【００２３】
次に、図５に示すように、銅箔２１，２２のエッチングなどによりアンテナコイルパターン１１，１２を形成する。アンテナコイルパターン１１，１２の形成方法は、例えば、所望の配線が得られるマスクを用いてフォトリソグラフィ（露光および現像）によりパターン形成部分にレジストを形成し、その後に不要部分の銅箔を例えば塩化第二鉄を主成分とするエッチャント等にてエッチングする方法が挙げられる。
【００２４】
また、スルーホール１３ａ，１３ｂの内面に銅無電解めっきなどで導体層を形成してスルーホールビア１４ａ，１４ｂを形成する。スルーホールビア１４ａ，１４ｂは、第１のアンテナコイルパターン１１の端部１１ａ，１１ｂと第２のアンテナコイルパターン１２の端部１２ａ，１２ｂとの間を導通するように形成する。
【００２５】
なお、スルーホールビア１４ａ，１４ｂの形成は、アンテナコイルパターン１１，１２を形成する前に行ってもよい。その場合は、図４のスルーホール１３ａ，１３ｂの内面に銅無電解めっきなどで導体層を形成して、両面の銅箔２１，２２を導通するようにスルーホールビア１４ａ，１４ｂを形成する。そして、アンテナコイルパターン１１，１２を形成する際のレジストは、パターン形成部分およびスルーホールビア１４ａ，１４ｂを保護するように形成する。
【００２６】
さらに、図７、図８に示すように、アンテナコイルパターン１１，１２の配線上（配線間の部分を含む）に高誘電率膜１５，１６を形成し、図９に示すように、第２の保護層１９としてオーバーレイなどを下面に積層し、図１０に示すようにアンテナチップ収容部１７ａにアンテナチップ１７を収容し、さらに、図１に示すように、第１の保護層１８としてオーバーレイなどを上面に積層することで、アンテナチップ１７とブースターアンテナを含んだ本形態例のブースターアンテナパッケージが完成する。このブースターアンテナパッケージは、ＲＦ−ＩＤ等の非接触情報媒体１０として利用することができる。
【００２７】
ブースターアンテナＢのアンテナコイルパターン１１，１２の外径と配線幅、配線間隔等の設計バランスは、オンチップアンテナ用のリーダライタモジュールの読み取り用アンテナなどに起因して適切なサイズが変化する。一例として、配線厚は１０〜３０μｍ、配線幅３００μｍ程度、配線間隔１００μｍ程度、コイル外径３ｍｍ程度が挙げられる。また、コイル配線は、銅箔に限らず、銀やアルミなどの他の導体で構成してもよい。
【００２８】
本形態例のブースターアンテナＢを有する非接触情報媒体１０は、ＩＣチップにより高い情報処理能力を有し、リーダライタ装置と無線通信により信号を送受信することができる。通常の外付けアンテナとは異なるアンテナ一体型のリーダライタモジュールの通信距離の向上を図ることができ、オンチップアンテナとブースターアンテナとが電磁誘導により非接点で接続される。また、チップキャパシタを使用しないため、キャパシタとアンテナコイルとの間の接続不良がなく、実装不良の可能性が低い。高誘電率薄膜を用いているので、薄型化が可能であり、外径サイズも抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のブースターアンテナおよび非接触情報媒体は、ＲＦ−ＩＤ等の無線認証システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の非接触情報媒体の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のブースターアンテナの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の非接触情報媒体の製造に用いるＣＣＬの一例を示す断面図である。
【図４】ＣＣＬに孔を形成した状態を示す断面図である。
【図５】アンテナコイルパターンを形成した状態を示す断面図である。
【図６】スルーホールビアを形成した状態を示す断面図である。
【図７】第１の高誘電率膜を形成した状態を示す断面図である。
【図８】第２の高誘電率膜を形成した状態を示す断面図である。
【図９】第２の保護層を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】アンテナチップを収容した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｂ…ブースターアンテナ、１０…非接触情報媒体、１１，１２…アンテナコイルパターン、１１ａ，１２ａ…アンテナコイルパターンの一端、１１ｂ，１２ｂ…アンテナコイルパターンの他端、１３…絶縁基板、１４ａ，１４ｂ…スルーホールビア、１５，１６…高誘電率膜、１７…アンテナチップ。
【図１】
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【図２】
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【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】
2010028542.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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