(57)【要約】  無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく放射板の大きさや放射特性を決めることのできる無線ＩＣデバイスを得る。  送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、給電回路基板（１０）の表面に形成した螺旋状の整合用インダクタンス素子（２０）と平面電極（２５）と、放射基板（３３）に形成したコイル状の放射板（３０）とで構成した無線ＩＣデバイス。放射板（３０）の両端に接続した平面電極（３１），（３２）はインダクタンス素子（Ｌ１）及び平面電極（２５）とそれぞれ電磁界結合している。放射板（３０）で受信された信号によって無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が放射板（３０）から外部に放射される。
2008140037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
整合用インダクタンス素子を含む共振回路を備えた給電回路基板と、
放射基板に形成した放射板と、を備え、
前記無線ＩＣチップを前記共振回路と電気的に接続するように前記給電回路基板の表面に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記給電回路基板の裏面に前記放射基板が貼着され、前記放射板の両端は前記共振回路と電磁界結合しており、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が前記放射板から外部に放射されること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記放射板の両端が近接して配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項３】
前記放射板が帯状であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項４】
前記整合用インダクタンス素子に対向して配置され、前記放射板と電気的に導通している第１の平面電極を備えたこと、を特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項５】
前記第１の平面電極は前記放射板の一端として形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項６】
前記第１の平面電極は前記整合用インダクタンス素子と前記放射板の一端との間に配置され、接続部を介して放射板と電気的に導通していること、を特徴とする請求の範囲第４項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項７】
前記第１の平面電極はその面積が前記整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項８】
前記無線ＩＣチップと前記放射板との間に配置された第２の平面電極を備えたことを特徴とする請求の範囲第４項ないし第７項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項９】
前記無線ＩＣチップと前記放射板との間に配置された第２の平面電極を備え、
前記放射板の一端が前記整合用インダクタンス素子と対向し、他端が前記第２の平面電極と対向するように配置されていること、
を特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１０】
前記第１の平面電極及び前記第２の平面電極の少なくとも一方は前記給電回路基板の内部又は表面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１１】
前記整合用インダクタンス素子の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも前記放射板からの信号の共振周波数が高いことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１２】
前記放射板がループ形状であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１３】
前記放射板が螺旋形状であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１４】
前記給電回路基板が前記整合用インダクタンス素子を内蔵した多層基板からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１５】
前記給電回路基板がフレキシブルな基板からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１６】
前記放射基板がコイル状の放射板を内蔵した多層基板からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１７】
前記放射基板がフレキシブルな基板からなることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＩＣチップを搭載した無線ＩＣデバイスとしては、従来、特許文献１に記載の非接触ＩＣ媒体用モジュールが知られている。【０００３】
この非接触ＩＣ媒体用モジュールは、ＬＳＩとループアンテナとキャパシタンス素子とを組み合わせたものであり、ループアンテナの線路が持つインダクタンスとキャパシタンス素子の容量により共振回路を構成し、ループアンテナとＬＳＩとの間のインピーダンス整合を行っている。【０００４】
しかしながら、この非接触ＩＣ媒体用モジュールでは、ＬＳＩとのインピーダンス整合に必要なインダクタンス値を得るために、ループアンテナの長さを調整する必要があった。そのため、使用するＬＳＩの入力インピーダンスによってループアンテナの長さが変化し、モジュール自体の大きさやアンテナ放射特性が変化するという問題点を有していた。
【特許文献１】特開２００３−３３１２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく放射板の大きさや放射特性を決めることのできる無線ＩＣデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の一形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
整合用インダクタンス素子を含む共振回路を備えた給電回路基板と、
放射基板に形成した放射板と、を備え、
前記無線ＩＣチップを前記共振回路と電気的に接続するように前記給電回路基板の表面に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記給電回路基板の裏面に前記放射基板が貼着され、前記放射板の両端は前記共振回路と電磁界結合しており、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が前記放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。【０００７】
前記無線ＩＣデバイスにおいては、放射板の両端が整合用インダクタンス素子を含む共振回路と電磁界的に結合しているため、整合用インダクタンス素子のインダクタンスと該素子の配線電極間の容量とにより、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合が行われる。これにて、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、整合用インダクタンス素子のインダクタンスと該素子の配線電極間の容量とにより、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合が行われ、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を構成する電磁結合モジュールを示す平面図である。
【図２】第１実施例を示す部分断面図である。
【図３】第１実施例の変形例を示す部分断面図である。
【図４】無線ＩＣデバイスをペットボトルに貼着した状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す斜視図である。
【図６】図５のVI−VI拡大断面図である。
【図７】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す斜視図である。
【図８】第３実施例の要部拡大断面図である。
【図９】第３実施例を構成する給電回路基板を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第１例を示す回路図である。
【図１１】等価回路の第１例の反射特性を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第２例を示す回路図である。
【図１３】等価回路の第２例の反射特性を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第３例を示す回路図である。
【図１５】等価回路の第３例の反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１０】
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣチップ
１０…給電回路基板
２０…整合用インダクタンス素子
２５…第２の平面電極
３０…放射板
３０ａ…一端部（第１の平面電極）
３１…第１の平面電極
３３，３４…放射基板
４０…給電回路基板
５１…第２の平面電極
５３…第３の平面電極
Ｃ１，Ｃ２，Ｃｆ…容量
Ｌ１…整合用インダクタンス素子
Ｌ２…インダクタンス素子（放射板）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００１２】
（第１実施例、図１〜図４参照）
図１及び図２に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる給電回路基板１０の表面に形成したインダクタンス素子２０（Ｌ１）と平面電極２５（第２の平面電極と称する）と、放射基板３３に内蔵したコイル状の放射板３０とで構成されている。【００１３】
放射基板３３は複数枚の誘電体（セラミック）シートを積層したもので、図２に示すように、その内部には軸心が積層方向と直交して延在するコイル状の放射板３０が形成され、その表面には平面電極３１，３２（平面電極３１を第１の平面電極と称する）が形成されている。図３は軸心Ｃが積層方向と平行に延在するコイル状の放射板３０を形成した、いわば変形例を示す。図２及び図３に示すそれぞれのコイル状の放射板３０は一端が平面電極３１に電気的に接続され、他端が平面電極３２に電気的に接続され、第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成している。多層基板（放射基板３３）にコイル状のインダクタンスを内蔵させる製造方法は従来周知である。【００１４】
インダクタンス素子２０は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性ペーストや金属めっきなどからなる配線電極を螺旋状に形成したもので、螺旋状の中央端部は配線２１を介して平面電極２５に電気的に接続され、螺旋状の外側端部は接続用電極３５ａに電気的に接続されている。また、インダクタンス素子２０は放射板３０の一端が接続された平面電極３１と対向している。【００１５】
平面電極２５は、給電回路基板１０の表面に、金属薄板を貼着したり、導電性ペーストや金属めっきにより設けたものであり、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と対向している。また、平面電極２５は接続用電極３５ｂに電気的に接続されている。【００１６】
接続用電極３５ａ，３５ｂは無線ＩＣチップ５の入出力端子（図示せず）に電気的に接続され、電気的に開放されている接続用電極３５ｃ，３５ｄは無線ＩＣチップ５のグランド端子（図示せず）に電気的に接続される。この接続は金属バンプなどを用いて行われる。無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。メモリ回路は情報を書き換え可能であってもよい。【００１７】
以上のごとく無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０を電磁結合モジュール１と称する。また、給電回路基板１０と放射基板３３とは接着剤１９を介して貼着されている。この接着剤１９は、絶縁性であり、誘電性の高い材料であることが好ましい。【００１８】
この電磁結合モジュール１は、インダクタンス素子２０と放射板３０の一端に接続した平面電極３１とが対向して磁界的に結合し、平面電極２５と放射板３０の他端に接続した平面電極３２とが対向して電界的に（容量）結合している。【００１９】
なお、放射板３０の両端とインダクタンス素子２０及び平面電極２５との結合は、それぞれ、磁界や電界を介してのいずれの結合であってもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁界を介しての結合を意味する。【００２０】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０の両端部（平面電極３１，３２）がインダクタンス素子２０を含む共振回路と電磁界的に結合しているため、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と該素子２０の配線電極間の容量Ｃｆ及び平面電極２５と放射板３０（平面電極３２）との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板３０の大きさや形状を設定することが可能になる。【００２１】
即ち、この無線ＩＣデバイスは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１、放射板３０のインダクタンスＬ２、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。【００２２】
また、放射板３０の一端に接続した平面電極３１がインダクタンス素子２０に対向して配置されているため、インダクタンス素子２０で発生した磁界が平面電極３１に放射されることにより、平面電極３１に渦電流が発生し、その渦電流が放射板３０に流れて該放射板３０に磁界が発生し、リーダライタとの送受信が行われる。このように、平面電極３１はインダクタンス素子２０で発生した磁界を遮断することになり、放射板３０を所定周波数の高周波信号を送受信できる形状にすることにより、無線ＩＣデバイスとしての送受信信号の設計自由度が向上する。また、平面電極３１をインダクタンス素子２０の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子２０の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。【００２３】
また、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間には大きな容量結合が発生するため、この大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合の設計自由度が大きくなる。しかも、無線ＩＣチップ５と放射板３０とが電気的に直接導通していないため、放射板３０から侵入する２００ＭＨｚ以下のエネルギー波である静電気による無線ＩＣチップ５の破壊を未然に防止できる。【００２４】
また、インダクタンス素子２０を構成する配線電極間には浮遊容量Ｃｆが発生し、この浮遊容量Ｃｆもインピーダンス整合あるいは共振周波数に影響するが、平面電極３２と平面電極２５との間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。【００２５】
さらに、インダクタンス素子２０の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている。本第１実施例において、放射板３０からの信号の共振周波数とは、放射板３０のインダクタンスＬ２と平面電極２５と平面電極３２との間で発生する容量Ｃ１による共振周波数を意味する。放射板３０からの信号の共振周波数をインダクタンス素子２０や無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも高く設定しておくことにより、無線ＩＣデバイスの使用周波数において放射板３０はインダクタンスとして機能する。これにより、放射板３０からは磁界が放出される。本第１実施例のように磁界を放出する放射板３０を備えた放射基板３３を水などを満たしたペットボトル６０（図４参照）などの誘電体に貼着、あるいは、埋め込むことにより、該誘電体を電磁放射体とする無線ＩＣデバイスを構成することができる。【００２６】
なお、本第１実施例では、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。【００２７】
（第２実施例、図５及び図６参照）
図５及び図６に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる給電回路基板１０の表面に形成したインダクタンス素子２０（Ｌ１）と平面電極２５（第２の平面電極と称する）と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる放射基板３４の表面に形成した放射板３０とで構成されている。【００２８】
放射板３０は、帯状であり、両端部３０ａ，３０ｂが対向するループ状をなして第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成し、放射基板３４の表面に、アルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板を貼着したり、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性ペーストや金属めっきにより設けたものである。【００２９】
インダクタンス素子２０及び平面電極２５は前記第１実施例と同様の構成、形状をなし、それぞれ無線ＩＣチップ５の入出力端子及びグランド端子と電気的に接続されている。そして、給電回路基板１０の裏面が放射基板３４の表面に接着剤１９を介して貼着され、インダクタンス素子２０は放射板３０の一端部３０ａ（第１の平面電極と称する）と対向し、平面電極２５は放射板３０の他端部３０ｂと対向している。【００３０】
本第２実施例において、放射板３０は給電回路基板１０と放射基板３４とで挟着されており、湿気などによる劣化が防止される。【００３１】
無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０からなる電磁結合モジュール１は、インダクタンス素子２０と放射板３０の一端部３０ａとが対向して磁界的に結合し、平面電極２５と放射板３０の他端部３０ｂとが対向して電界的に（容量）結合している。なお、放射板３０の両端部３０ａ，３０ｂにおける結合は、それぞれ、磁界や電界を介してのいずれの結合であってもよい。【００３２】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０の両端部３０ａ，３０ｂがインダクタンス素子２０を含む共振回路と電磁界的に結合しているため、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と該素子２０の配線電極間の容量Ｃｆ及び平面電極２５と放射板３０（他端部３０ｂ）との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板３０の大きさや形状を設定することが可能になる。【００３３】
この無線ＩＣデバイスがＲＦＩＤシステムとして使用される動作は前記第１実施例と同様である。即ち、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１、放射板３０のインダクタンスＬ２、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。【００３４】
また、放射板３０の一端部３０ａは第１実施例で示した平面電極３１と同様の作用を示し、一端部３０ａをインダクタンス素子２０の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子２０の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。【００３５】
また、放射板３０の他端部３０ｂは第１実施例で示した平面電極３２と同様の作用を示し、平面電極２５との間に発生する大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合の設計自由度が大きくなる。【００３６】
また、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、インダクタンス素子２０の配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。【００３７】
さらに、インダクタンス素子２０の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている点も前記第１実施例と同様である。そして、磁界を放出する放射板３０を設けた放射基板３４を水などを満たしたペットボトルなどの誘電体に貼着することにより、該誘電体を電磁放射体とする無線ＩＣデバイスを構成することができる。【００３８】
また、給電回路基板１０及び放射基板３４をフレキシブルなフィルム基板で構成したため、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。【００３９】
なお、本第２実施例では、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。【００４０】
（第３実施例、図７〜図９参照）
図７及び図８に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板４０からなる電磁結合モジュール１と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる放射基板３４の表面に形成した放射板３０にて構成されている。給電回路基板４０の裏面が放射基板３４の表面に接着剤１９を介して貼着されている。【００４１】
放射板３０は、前記第２実施例と同様に、両端部３０ａ，３０ｂが対向するループ状をなして第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成している。【００４２】
なお、接着剤１９を放射板３０の全面を覆うように塗布すれば、接着剤１９が放射板３０の劣化を防止する保護膜として機能する。【００４３】
給電回路基板４０は、図９に示すように、多層基板からなり、インダクタンス素子Ｌ１及びキャパシタンス素子Ｃ１を内蔵している。詳しくは、誘電体からなるセラミックシート４１Ａ〜４１Ｈ上に以下に説明する電極などを導電性ペーストなどにて周知の方法で形成し、これらのシート４１Ａ〜４１Ｈを積層、圧着、焼成したものである。【００４４】
即ち、シート４１Ａには接続用電極３５ａ〜３５ｄとビアホール導体４２ａ，４２ｂとが形成されている。シート４１Ｂには平面電極５１（第２の平面電極）と導体パターン５２ａ，５２ｂとビアホール導体４２ｃ，４２ｄ，４２ｅとが形成されている。シート４１Ｃには平面電極５３（第３の平面電極）とビアホール導体４２ｃ，４２ｅ，４２ｆとが形成されている。シート４１Ｄ，４１Ｅには、それぞれ、導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。シート４１Ｆには平面電極５４と導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。【００４５】
さらに、シート４１Ｇには導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。シート４１Ｈには平面電極５５と導体パターン４５ａ，４５ｂとが形成されている。【００４６】
以上のシート４１Ａ〜４１Ｈを積層することにより、ビアホール導体４２ｈ，４２ｉにて螺旋状に接続された導体パターン４５ａ，４５ｂにてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、導体パターン４５ａの一端はビアホール導体４２ｃ、導体パターン５２ａ、ビアホール導体４２ｄを介して平面電極５３に接続され、導体パターン４５ｂの一端はビアホール導体４２ｇを介して平面電極５４に接続されている。また、導体パターン４５ａ，４５ｂの他端は、シート４１Ｈ上で一つにまとめられ、ビアホール導体４２ｅ、導体パターン５２ｂ、ビアホール導体４２ａを介して接続用電極３５ａに接続されている。また、平面電極５１はビアホール導体４２ｂを介して接続用電極３５ｂに接続されている。平面電極５１は平面電極５３と対向してキャパシタンスＣ１が形成される。平面電極５３はビアホール導体４２ｆを介して平面電極５５に接続されている。【００４７】
そして、接続用電極３５ａ，３５ｂが金属バンプを介して無線ＩＣチップ５の入出力端子と電気的に接続される。接続用電極３５ｃ，３５ｄは終端のグランド端子であり、無線ＩＣチップ５のグランド端子に接続される。【００４８】
なお、本第３実施例において、インダクタンス素子Ｌ１は２本の導体パターン４５ａ，４５ｂを並列に螺旋状に配置した構造としている。２本の導体パターン４５ａ，４５ｂはそれぞれ線路長が異なっており、異なる共振周波数とすることができ、無線ＩＣデバイスを広帯域化できる。【００４９】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０（インダクタンス素子Ｌ２）の一端部３０ａがインダクタンス素子Ｌ１と電磁界的に結合し、他端部３０ｂが平面電極５５と電磁界的に結合している。インダクタンス素子Ｌ１とその配線電極間の容量Ｃｆ及び電極５１と電極５３との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することが可能になる。【００５０】
即ち、この無線ＩＣデバイスは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンスＬ１，Ｌ２、平面電極５１，５３の間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。【００５１】
ところで、インダクタンス素子Ｌ１の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている。本第３実施例において、放射板３０からの信号の共振周波数とは、インダクタンス素子Ｌ２と平面電極５１，５３の間で発生する容量Ｃ１による共振周波数を意味する。放射板３０を共振周波数以下で使用することにより、放射板３０の周辺には磁界が発生し、ペットボトルや水などの誘電体に電磁波を伝達できる。誘電体に電磁波を放射すると、誘電率の異なる部分（電磁結合モジュール１と誘電体との間）で反射を生じ、外部に伝搬される。従って、図４に示したように、本無線ＩＣデバイスは水を充填したペットボトル６０の表面に貼着することにより、ＲＦＩＤシステムに用いることができる。【００５２】
また、放射板３０の一端部３０ａがインダクタンス素子Ｌ１に対向して配置されていることの作用は前記第２実施例と同様であり、一端部３０ａをインダクタンス素子Ｌ１の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子Ｌ１の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。【００５３】
また、平面電極５３と平面電極５１との間には大きな容量結合が発生するため、この大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が可能である。しかも、無線ＩＣチップ５と放射板３０とが電気的に直接導通していないため、放射板３０から侵入する２００ＭＨｚ以下のエネルギー波である静電気による無線ＩＣチップ５の破壊を未然に防止できる。しかも、第２の平面電極５１に対向して第３の平面電極５３が設けられているため、両者が電界結合（容量結合）することになる。【００５４】
また、インダクタンス素子Ｌ１を構成する配線電極間には浮遊容量Ｃｆが発生し、この浮遊容量Ｃｆもインピーダンス整合あるいは共振周波数に影響するが、平面電極５１，５３の間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。【００５５】
また、給電回路基板４０を多層基板で構成したため、インダクタンス素子Ｌ１や容量Ｃ１を積層タイプとして給電回路基板４０をコンパクトに構成できる。【００５６】
なお、本第３実施例では、平面電極５３と平面電極５１との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。また、給電回路基板４０は樹脂シートを積層、圧着して形成したものであってもよい。【００５７】
（等価回路とその特性、図１０〜図１５参照）
次に、本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路を図１０、図１２、図１４に示し、それぞれの反射特性を図１１、図１３、図１５に示す。【００５８】
等価回路の第１例を図１０に示す。この等価回路は、前記各実施例に示したように、インダクタンス素子Ｌ１に対向して第１の平面電極３０ａ，３１を配置して容量Ｃ２を形成し、無線ＩＣチップ５と放射板３０（インダクタンス素子Ｌ２）との間に第２の平面電極２５を配置して容量Ｃ１を形成したものである。その反射特性は図１１に示すとおりである。なお、図１０におけるインダクタンス素子Ｌ１と平面電極３０ａ，３１とは両者が電磁界結合している状態を模式的に表現したものである。【００５９】
等価回路は図１２に示す第２例のように構成してもよい。この等価回路は、インダクタンス素子Ｌ１に対向して第１の平面電極３１を配置して容量Ｃ２を形成し、インダクタンス素子Ｌ２（放射板３０）の他端部をインダクタンス素子Ｌ１に接続したものである。その反射特性は図１３に示すように前記第１例と同じである。【００６０】
等価回路の第３例を図１４に示す。この等価回路は、前記第３実施例に示したように、インダクタンス素子Ｌ１を二つの共振周波数の異なるインダクタンスＬ１ａ，Ｌ１ｂにて構成したものである。インダクタンスＬ１ａ，Ｌ１ｂによりそれぞれの共振周波数にピーク値が発生し、図１５に示すように、使用周波数が広帯域化された反射特性を有することになる。【００６１】
（実施例のまとめ）
前記無線ＩＣデバイスは、整合用インダクタンス素子に対向して配置され、放射板と電気的に導通している第１の平面電極を備えていることが好ましい。第１の平面電極は放射板の一端として形成されていてもよく、あるいは、整合用インダクタンス素子と放射板の一端との間に配置され、接続部を介して放射板と電気的に導通していてもよい。また、第１の平面電極の面積が整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくてもよい。また、放射板はループ形状であってもよく、あるいは、螺旋形状であってもよい。【００６２】
前記第１の平面電極を設けることにより、整合用インダクタンス素子で発生した磁界が第１の平面電極に放射されることにより、第１の平面電極に渦電流が発生し、その渦電流が放射板に流れて該放射板に磁界が発生し、リーダライタとの送受信が行われる。第１の平面電極は整合用インダクタンス素子で発生した磁界を遮断することができ、放射板を所定周波数の高周波信号を送受信できる形状にすることにより、無線ＩＣデバイスとしての送受信周波数の設計自由度が向上する。また、第１の平面電極を整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくすることにより、整合用インダクタンス素子の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。【００６３】
また、前記無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップと放射板との間に配置された第２の平面電極を備えていてもよい。第２の平面電極を備えることにより、整合用インダクタンス素子と放射板との間に直流電流が流れることが防止され、静電気などによる無線ＩＣチップの破壊を防ぐことができる。さらに、第２の平面電極と放射板との間に第３の平面電極を設けてもよい。第２の平面電極と放射板の他端とが電界結合（容量結合）することになる。【００６４】
また、前記無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップと放射板との間に配置された第２の平面電極を備え、かつ、放射板の一端が整合用インダクタンス素子と対向し、他端が第２の平面電極と対向するように配置されていてもよい。整合用インダクタンス素子の磁界が遮断されるとともに、整合用インダクタンス素子と放射板との間に直流電流が流れることが防止される点は前述のとおりである。第１の平面電極及び第２の平面電極の少なくとも一方は給電回路基板の内部又は表面に配置されていてもよい。【００６５】
また、前記無線ＩＣデバイスにおいては、整合用インダクタンス素子の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板からの信号の共振周波数が高いことが好ましい。放射板からの信号の共振周波数とは、放射板のインダクタンスと放射板の両端と平面電極との間で発生する容量又は放射板の開放端間で発生する容量とによる共振周波数を意味する。放射板を共振周波数以下で使用することにより、放射板の周辺には磁界が発生し、ペットボトルや水などの誘電体に電磁波を伝達できる。誘電体に電磁波を放射すると、誘電率の異なる部分（電磁結合モジュールと誘電体との界面）で反射を生じ、外部に伝搬される。【００６６】
また、給電回路基板は、整合用インダクタンス素子を内蔵した多層基板から構成してもよく、あるいは、フレキシブルな基板から構成してもよい。多層基板とすれば、インダクタンス素子を積層タイプとして給電回路基板をコンパクトに構成できる。フレキシブルな基板とすれば、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。【００６７】
また、放射基板は、コイル状の放射板を内蔵した多層基板から構成してもよく、あるいは、フレキシブルな基板から構成してもよい。多層基板とすれば、コイル状の放射板を積層タイプとして放射板をコンパクトに構成できる。フレキシブルな基板とすれば、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。【００６８】
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。【００６９】
例えば、前記実施例に示した各種電極、放射板、フィルム基板などの材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。また、無線ＩＣチップを平面電極に接続するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく放射板の大きさや放射特性を決めることができる点で優れている。
【図１】
2008140037.tif 000003
【図２】
2008140037.tif 000004
【図３】
2008140037.tif 000005
【図４】
2008140037.tif 000006
【図５】
2008140037.tif 000007
【図６】
2008140037.tif 000008
【図７】
2008140037.tif 000009
【図８】
2008140037.tif 000010
【図９】
2008140037.tif 000011
【図１０】
2008140037.tif 000012
【図１１】
2008140037.tif 000013
【図１２】
2008140037.tif 000014
【図１３】
2008140037.tif 000015
【図１４】
2008140037.tif 000016
【図１５】
2008140037.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月17日(2009.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
整合用インダクタンス素子及び該整合用インダクタンス素子と電気的に接続された第１の平面電極を含む回路を備えた給電回路基板と、
放射基板に形成された、一端及び他端を有する放射板と、を備え、
前記無線ＩＣチップを前記回路と電気的に接続するように前記給電回路基板の表面に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記給電回路基板の裏面に前記放射基板が貼着され、前記放射板の一端は前記回路と磁界結合し、前記放射板の他端は前記回路と電界結合しており、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が前記放射板から外部に放射されること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記放射板の一端及び他端が近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項３】
前記放射板が帯状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項４】
前記整合用インダクタンス素子に対向して配置され、前記放射板と電気的に導通している第２の平面電極を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項５】
前記第２の平面電極は前記放射板の一端として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項６】
前記第２の平面電極は前記整合用インダクタンス素子と前記放射板の一端との間に配置され、接続部を介して放射板と電気的に導通していること、を特徴とする請求項４に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項７】
前記第２の平面電極はその面積が前記整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項８】
前記放射板の一端が前記整合用インダクタンス素子と対向し、他端が前記第１の平面電極と対向するように配置されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項９】
前記第１の平面電極及び前記第２の平面電極の少なくとも一方は前記給電回路基板の内部又は表面に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１０】
前記整合用インダクタンス素子の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも前記放射板からの信号の共振周波数が高いことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１１】
前記放射板がループ形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１２】
前記放射板が螺旋形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１３】
前記給電回路基板が前記整合用インダクタンス素子を内蔵した多層基板からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１４】
前記給電回路基板がフレキシブルな基板からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１５】
前記放射基板がコイル状の放射板を内蔵した多層基板からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１６】
前記放射基板がフレキシブルな基板からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＩＣデバイス、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムに用いられる無線ＩＣチップを有する無線ＩＣデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。ＩＣチップを搭載した無線ＩＣデバイスとしては、従来、特許文献１に記載の非接触ＩＣ媒体用モジュールが知られている。
【０００３】
この非接触ＩＣ媒体用モジュールは、ＬＳＩとループアンテナとキャパシタンス素子とを組み合わせたものであり、ループアンテナの線路が持つインダクタンスとキャパシタンス素子の容量により共振回路を構成し、ループアンテナとＬＳＩとの間のインピーダンス整合を行っている。
【０００４】
しかしながら、この非接触ＩＣ媒体用モジュールでは、ＬＳＩとのインピーダンス整合に必要なインダクタンス値を得るために、ループアンテナの長さを調整する必要があった。そのため、使用するＬＳＩの入力インピーダンスによってループアンテナの長さが変化し、モジュール自体の大きさやアンテナ放射特性が変化するという問題点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３１２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく放射板の大きさや放射特性を決めることのできる無線ＩＣデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の一形態である無線ＩＣデバイスは、
送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
整合用インダクタンス素子及び該整合用インダクタンス素子と電気的に接続された第１の平面電極を含む回路を備えた給電回路基板と、
放射基板に形成された、一端及び他端を有する放射板と、を備え、
前記無線ＩＣチップを前記回路と電気的に接続するように前記給電回路基板の表面に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記給電回路基板の裏面に前記放射基板が貼着され、前記放射板の一端は前記回路と磁界結合し、前記放射板の他端は前記回路と電界結合しており、
前記放射板で受信された信号によって前記無線ＩＣチップが動作され、該無線ＩＣチップからの応答信号が前記放射板から外部に放射されること、
を特徴とする。
【０００８】
前記無線ＩＣデバイスにおいては、放射板の一端及び他端が整合用インダクタンス素子及び該整合用インダクタンス素子と電気的に接続された第１の平面電極を含む回路と電磁界的に結合しているため、整合用インダクタンス素子のインダクタンス及び該素子の配線電極間の容量と第１の平面電極と放射板との間の容量により、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合が行われる。これにて、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、整合用インダクタンス素子のインダクタンス及び該素子の配線電極間の容量と第１の平面電極と放射板との間の容量により、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合が行われ、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を構成する電磁結合モジュールを示す平面図である。
【図２】第１実施例を示す部分断面図である。
【図３】第１実施例の変形例を示す部分断面図である。
【図４】無線ＩＣデバイスをペットボトルに貼着した状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す斜視図である。
【図６】図５のVI−VI拡大断面図である。
【図７】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す斜視図である。
【図８】第３実施例の要部拡大断面図である。
【図９】第３実施例を構成する給電回路基板を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第１例を示す回路図である。
【図１１】等価回路の第１例の反射特性を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第２例を示す回路図である。
【図１３】等価回路の第２例の反射特性を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路の第３例を示す回路図である。
【図１５】等価回路の第３例の反射特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る無線ＩＣデバイスの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
（第１実施例、図１〜図４参照）
図１及び図２に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる給電回路基板１０の表面に形成したインダクタンス素子２０（Ｌ１）と平面電極２５と、放射基板３３に内蔵したコイル状の放射板３０とで構成されている。
【００１３】
放射基板３３は複数枚の誘電体（セラミック）シートを積層したもので、図２に示すように、その内部には軸心が積層方向と直交して延在するコイル状の放射板３０が形成され、その表面には平面電極３１，３２が形成されている。図３は軸心Ｃが積層方向と平行に延在するコイル状の放射板３０を形成した、いわば変形例を示す。図２及び図３に示すそれぞれのコイル状の放射板３０は一端が平面電極３１に電気的に接続され、他端が平面電極３２に電気的に接続され、第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成している。多層基板（放射基板３３）にコイル状のインダクタンスを内蔵させる製造方法は従来周知である。
【００１４】
インダクタンス素子２０は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性ペーストや金属めっきなどからなる配線電極を螺旋状に形成したもので、螺旋状の中央端部は配線２１を介して平面電極２５に電気的に接続され、螺旋状の外側端部は接続用電極３５ａに電気的に接続されている。また、インダクタンス素子２０は放射板３０の一端が接続された平面電極３１と対向している。
【００１５】
平面電極２５は、給電回路基板１０の表面に、金属薄板を貼着したり、導電性ペーストや金属めっきにより設けたものであり、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と対向している。また、平面電極２５は接続用電極３５ｂに電気的に接続されている。
【００１６】
接続用電極３５ａ，３５ｂは無線ＩＣチップ５の入出力端子（図示せず）に電気的に接続され、電気的に開放されている接続用電極３５ｃ，３５ｄは無線ＩＣチップ５のグランド端子（図示せず）に電気的に接続される。この接続は金属バンプなどを用いて行われる。無線ＩＣチップ５は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。メモリ回路は情報を書き換え可能であってもよい。
【００１７】
以上のごとく無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０を電磁結合モジュール１と称する。また、給電回路基板１０と放射基板３３とは接着剤１９を介して貼着されている。この接着剤１９は、絶縁性であり、誘電性の高い材料であることが好ましい。
【００１８】
この電磁結合モジュール１は、インダクタンス素子２０と放射板３０の一端に接続した平面電極３１とが対向して磁界的に結合し、平面電極２５と放射板３０の他端に接続した平面電極３２とが対向して電界的に（容量）結合している。
【００１９】
なお、放射板３０の両端とインダクタンス素子２０及び平面電極２５との結合は、それぞれ、磁界や電界を介してのいずれの結合であってもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁界を介しての結合を意味する。
【００２０】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０の両端部（平面電極３１，３２）がインダクタンス素子２０を含む共振回路と電磁界的に結合しているため、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と該素子２０の配線電極間の容量Ｃｆ及び平面電極２５と放射板３０（平面電極３２）との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板３０の大きさや形状を設定することが可能になる。
【００２１】
即ち、この無線ＩＣデバイスは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１、放射板３０のインダクタンスＬ２、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。
【００２２】
また、放射板３０の一端に接続した平面電極３１がインダクタンス素子２０に対向して配置されているため、インダクタンス素子２０で発生した磁界が平面電極３１に放射されることにより、平面電極３１に渦電流が発生し、その渦電流が放射板３０に流れて該放射板３０に磁界が発生し、リーダライタとの送受信が行われる。このように、平面電極３１はインダクタンス素子２０で発生した磁界を遮断することになり、放射板３０を所定周波数の高周波信号を送受信できる形状にすることにより、無線ＩＣデバイスとしての送受信信号の設計自由度が向上する。また、平面電極３１をインダクタンス素子２０の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子２０の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。
【００２３】
また、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間には大きな容量結合が発生するため、この大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合の設計自由度が大きくなる。しかも、無線ＩＣチップ５と放射板３０とが電気的に直接導通していないため、放射板３０から侵入する２００ＭＨｚ以下のエネルギー波である静電気による無線ＩＣチップ５の破壊を未然に防止できる。
【００２４】
また、インダクタンス素子２０を構成する配線電極間には浮遊容量Ｃｆが発生し、この浮遊容量Ｃｆもインピーダンス整合あるいは共振周波数に影響するが、平面電極３２と平面電極２５との間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。
【００２５】
さらに、インダクタンス素子２０の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている。本第１実施例において、放射板３０からの信号の共振周波数とは、放射板３０のインダクタンスＬ２と平面電極２５と平面電極３２との間で発生する容量Ｃ１による共振周波数を意味する。放射板３０からの信号の共振周波数をインダクタンス素子２０や無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも高く設定しておくことにより、無線ＩＣデバイスの使用周波数において放射板３０はインダクタンスとして機能する。これにより、放射板３０からは磁界が放出される。本第１実施例のように磁界を放出する放射板３０を備えた放射基板３３を水などを満たしたペットボトル６０（図４参照）などの誘電体に貼着、あるいは、埋め込むことにより、該誘電体を電磁放射体とする無線ＩＣデバイスを構成することができる。
【００２６】
なお、本第１実施例では、放射板３０の他端に接続した平面電極３２と平面電極２５との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。
【００２７】
（第２実施例、図５及び図６参照）
図５及び図６に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる給電回路基板１０の表面に形成したインダクタンス素子２０（Ｌ１）と平面電極２５と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる放射基板３４の表面に形成した放射板３０とで構成されている。
【００２８】
放射板３０は、帯状であり、両端部３０ａ，３０ｂが対向するループ状をなして第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成し、放射基板３４の表面に、アルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板を貼着したり、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性ペーストや金属めっきにより設けたものである。
【００２９】
インダクタンス素子２０及び平面電極２５は前記第１実施例と同様の構成、形状をなし、それぞれ無線ＩＣチップ５の入出力端子及びグランド端子と電気的に接続されている。そして、給電回路基板１０の裏面が放射基板３４の表面に接着剤１９を介して貼着され、インダクタンス素子２０は放射板３０の一端部３０ａと対向し、平面電極２５は放射板３０の他端部３０ｂと対向している。
【００３０】
本第２実施例において、放射板３０は給電回路基板１０と放射基板３４とで挟着されており、湿気などによる劣化が防止される。
【００３１】
無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０からなる電磁結合モジュール１は、インダクタンス素子２０と放射板３０の一端部３０ａとが対向して磁界的に結合し、平面電極２５と放射板３０の他端部３０ｂとが対向して電界的に（容量）結合している。なお、放射板３０の両端部３０ａ，３０ｂにおける結合は、それぞれ、磁界や電界を介してのいずれの結合であってもよい。
【００３２】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０の両端部３０ａ，３０ｂがインダクタンス素子２０を含む共振回路と電磁界的に結合しているため、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と該素子２０の配線電極間の容量Ｃｆ及び平面電極２５と放射板３０（他端部３０ｂ）との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板３０の大きさや形状を設定することが可能になる。
【００３３】
この無線ＩＣデバイスがＲＦＩＤシステムとして使用される動作は前記第１実施例と同様である。即ち、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１、放射板３０のインダクタンスＬ２、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。
【００３４】
また、放射板３０の一端部３０ａは第１実施例で示した平面電極３１と同様の作用を示し、一端部３０ａをインダクタンス素子２０の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子２０の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。
【００３５】
また、放射板３０の他端部３０ｂは第１実施例で示した平面電極３２と同様の作用を示し、平面電極２５との間に発生する大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合の設計自由度が大きくなる。
【００３６】
また、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、インダクタンス素子２０の配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。
【００３７】
さらに、インダクタンス素子２０の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている点も前記第１実施例と同様である。そして、磁界を放出する放射板３０を設けた放射基板３４を水などを満たしたペットボトルなどの誘電体に貼着することにより、該誘電体を電磁放射体とする無線ＩＣデバイスを構成することができる。
【００３８】
また、給電回路基板１０及び放射基板３４をフレキシブルなフィルム基板で構成したため、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。
【００３９】
なお、本第２実施例では、放射板３０の他端部３０ｂと平面電極２５との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンス素子２０のインダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。
【００４０】
（第３実施例、図７〜図９参照）
図７及び図８に本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を示す。この無線ＩＣデバイスは、所定周波数の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板４０からなる電磁結合モジュール１と、フレキシブルな誘電体（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる放射基板３４の表面に形成した放射板３０にて構成されている。給電回路基板４０の裏面が放射基板３４の表面に接着剤１９を介して貼着されている。
【００４１】
放射板３０は、前記第２実施例と同様に、両端部３０ａ，３０ｂが対向するループ状をなして第２のインダクタンス素子Ｌ２を構成している。
【００４２】
なお、接着剤１９を放射板３０の全面を覆うように塗布すれば、接着剤１９が放射板３０の劣化を防止する保護膜として機能する。
【００４３】
給電回路基板４０は、図９に示すように、多層基板からなり、インダクタンス素子Ｌ１及びキャパシタンス素子Ｃ１を内蔵している。詳しくは、誘電体からなるセラミックシート４１Ａ〜４１Ｈ上に以下に説明する電極などを導電性ペーストなどにて周知の方法で形成し、これらのシート４１Ａ〜４１Ｈを積層、圧着、焼成したものである。
【００４４】
即ち、シート４１Ａには接続用電極３５ａ〜３５ｄとビアホール導体４２ａ，４２ｂとが形成されている。シート４１Ｂには平面電極５１と導体パターン５２ａ，５２ｂとビアホール導体４２ｃ，４２ｄ，４２ｅとが形成されている。シート４１Ｃには平面電極５３とビアホール導体４２ｃ，４２ｅ，４２ｆとが形成されている。シート４１Ｄ，４１Ｅには、それぞれ、導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｇ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。シート４１Ｆには平面電極５４と導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。
【００４５】
さらに、シート４１Ｇには導体パターン４５ａ，４５ｂとビアホール導体４２ｅ，４２ｆ，４２ｈ，４２ｉとが形成されている。シート４１Ｈには平面電極５５と導体パターン４５ａ，４５ｂとが形成されている。
【００４６】
以上のシート４１Ａ〜４１Ｈを積層することにより、ビアホール導体４２ｈ，４２ｉにて螺旋状に接続された導体パターン４５ａ，４５ｂにてインダクタンス素子Ｌ１が形成され、導体パターン４５ａの一端はビアホール導体４２ｃ、導体パターン５２ａ、ビアホール導体４２ｄを介して平面電極５３に接続され、導体パターン４５ｂの一端はビアホール導体４２ｇを介して平面電極５４に接続されている。また、導体パターン４５ａ，４５ｂの他端は、シート４１Ｈ上で一つにまとめられ、ビアホール導体４２ｅ、導体パターン５２ｂ、ビアホール導体４２ａを介して接続用電極３５ａに接続されている。また、平面電極５１はビアホール導体４２ｂを介して接続用電極３５ｂに接続されている。平面電極５１は平面電極５３と対向してキャパシタンスＣ１が形成される。平面電極５３はビアホール導体４２ｆを介して平面電極５５に接続されている。
【００４７】
そして、接続用電極３５ａ，３５ｂが金属バンプを介して無線ＩＣチップ５の入出力端子と電気的に接続される。接続用電極３５ｃ，３５ｄは終端のグランド端子であり、無線ＩＣチップ５のグランド端子に接続される。
【００４８】
なお、本第３実施例において、インダクタンス素子Ｌ１は２本の導体パターン４５ａ，４５ｂを並列に螺旋状に配置した構造としている。２本の導体パターン４５ａ，４５ｂはそれぞれ線路長が異なっており、異なる共振周波数とすることができ、無線ＩＣデバイスを広帯域化できる。
【００４９】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、放射板３０（インダクタンス素子Ｌ２）の一端部３０ａがインダクタンス素子Ｌ１と電磁界的に結合し、他端部３０ｂが平面電極５５と電磁界的に結合している。インダクタンス素子Ｌ１とその配線電極間の容量Ｃｆ及び電極５１と電極５３との間の容量Ｃ１とにより、無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が行われる。それゆえ、容量のばらつきが小さく、周波数特性のばらつきも小さくなる。また、無線ＩＣチップ５のインピーダンスに関係なく、所定の放射特性が得られるように放射板の大きさや形状を設定することが可能になる。
【００５０】
即ち、この無線ＩＣデバイスは、図示しないリーダライタから放射される高周波信号（例えば、ＵＨＦ周波数帯）を放射板３０で受信し、ＬＣ共振回路（等価回路的には、インダクタンスＬ１，Ｌ２、平面電極５１，５３の間に形成されるキャパシタンスＣ１からなるＬＣ共振回路）を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、ＬＣ共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射板３０からリーダライタに送信する。
【００５１】
ところで、インダクタンス素子Ｌ１の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板３０からの信号の共振周波数が高く設定されている。本第３実施例において、放射板３０からの信号の共振周波数とは、インダクタンス素子Ｌ２と平面電極５１，５３の間で発生する容量Ｃ１による共振周波数を意味する。放射板３０を共振周波数以下で使用することにより、放射板３０の周辺には磁界が発生し、ペットボトルや水などの誘電体に電磁波を伝達できる。誘電体に電磁波を放射すると、誘電率の異なる部分（電磁結合モジュール１と誘電体との間）で反射を生じ、外部に伝搬される。従って、図４に示したように、本無線ＩＣデバイスは水を充填したペットボトル６０の表面に貼着することにより、ＲＦＩＤシステムに用いることができる。
【００５２】
また、放射板３０の一端部３０ａがインダクタンス素子Ｌ１に対向して配置されていることの作用は前記第２実施例と同様であり、一端部３０ａをインダクタンス素子Ｌ１の占有面積よりも大きくすれば、インダクタンス素子Ｌ１の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。
【００５３】
また、平面電極５３と平面電極５１との間には大きな容量結合が発生するため、この大きな容量Ｃ１で無線ＩＣチップ５と放射板３０とのインピーダンス整合が可能である。しかも、無線ＩＣチップ５と放射板３０とが電気的に直接導通していないため、放射板３０から侵入する２００ＭＨｚ以下のエネルギー波である静電気による無線ＩＣチップ５の破壊を未然に防止できる。しかも、第２の平面電極５１に対向して第３の平面電極５３が設けられているため、両者が電界結合（容量結合）することになる。
【００５４】
また、インダクタンス素子Ｌ１を構成する配線電極間には浮遊容量Ｃｆが発生し、この浮遊容量Ｃｆもインピーダンス整合あるいは共振周波数に影響するが、平面電極５１，５３の間で発生する容量Ｃ１を大きな値に設定することにより、配線電極の間隔のばらつきによる容量Ｃｆのばらつきの影響を小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。
【００５５】
また、給電回路基板４０を多層基板で構成したため、インダクタンス素子Ｌ１や容量Ｃ１を積層タイプとして給電回路基板４０をコンパクトに構成できる。
【００５６】
なお、本第３実施例では、平面電極５３と平面電極５１との間は容量によって結合しているが、両者を電気的に直接導通させてもよい。この場合は、インダクタンスＬ１と配線電極間の浮遊容量Ｃｆとによりインピーダンス整合を行う。また、給電回路基板４０は樹脂シートを積層、圧着して形成したものであってもよい。
【００５７】
（等価回路とその特性、図１０〜図１５参照）
次に、本発明に係る無線ＩＣデバイスの等価回路を図１０、図１２、図１４に示し、それぞれの反射特性を図１１、図１３、図１５に示す。
【００５８】
等価回路の第１例を図１０に示す。この等価回路は、前記各実施例に示したように、インダクタンス素子Ｌ１に対向して平面電極３０ａ，３１を配置して容量Ｃ２を形成し、無線ＩＣチップ５と放射板３０（インダクタンス素子Ｌ２）との間に平面電極２５を配置して容量Ｃ１を形成したものである。その反射特性は図１１に示すとおりである。なお、図１０におけるインダクタンス素子Ｌ１と平面電極３０ａ，３１とは両者が電磁界結合している状態を模式的に表現したものである。
【００５９】
等価回路は図１２に示す第２例のように構成してもよい。この等価回路は、インダクタンス素子Ｌ１に対向して平面電極３１を配置して容量Ｃ２を形成し、インダクタンス素子Ｌ２（放射板３０）の他端部をインダクタンス素子Ｌ１に接続したものである。その反射特性は図１３に示すように前記第１例と同じである。
【００６０】
等価回路の第３例を図１４に示す。この等価回路は、前記第３実施例に示したように、インダクタンス素子Ｌ１を二つの共振周波数の異なるインダクタンスＬ１ａ，Ｌ１ｂにて構成したものである。インダクタンスＬ１ａ，Ｌ１ｂによりそれぞれの共振周波数にピーク値が発生し、図１５に示すように、使用周波数が広帯域化された反射特性を有することになる。
【００６１】
（実施例のまとめ）
前記無線ＩＣデバイスは、整合用インダクタンス素子に対向して配置され、放射板と電気的に導通している第２の平面電極を備えていることが好ましい。第２の平面電極は放射板の一端として形成されていてもよく、あるいは、整合用インダクタンス素子と放射板の一端との間に配置され、接続部を介して放射板と電気的に導通していてもよい。また、第２の平面電極の面積が整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくてもよい。また、放射板はループ形状であってもよく、あるいは、螺旋形状であってもよい。
【００６２】
前記第２の平面電極を設けることにより、整合用インダクタンス素子で発生した磁界が第２の平面電極に放射されることにより、第２の平面電極に渦電流が発生し、その渦電流が放射板に流れて該放射板に磁界が発生し、リーダライタとの送受信が行われる。第２の平面電極は整合用インダクタンス素子で発生した磁界を遮断することができ、放射板を所定周波数の高周波信号を送受信できる形状にすることにより、無線ＩＣデバイスとしての送受信周波数の設計自由度が向上する。また、第２の平面電極を整合用インダクタンス素子の占有面積よりも大きくすることにより、整合用インダクタンス素子の磁界の遮蔽効果が向上し、さらに設計自由度が大きくなり、放射特性が向上する。
【００６３】
また、前記無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップと放射板との間に配置された第１の平面電極を備えることにより、整合用インダクタンス素子と放射板との間に直流電流が流れることが防止され、静電気などによる無線ＩＣチップの破壊を防ぐことができる。さらに、第１の平面電極と放射板との間に第３の平面電極を設けてもよい。第１の平面電極と放射板の他端とが電界結合（容量結合）することになる。
【００６４】
また、前記無線ＩＣデバイスは、放射板の一端が整合用インダクタンス素子と対向し、他端が第１の平面電極と対向するように配置されていてもよい。整合用インダクタンス素子の磁界が遮断されるとともに、整合用インダクタンス素子と放射板との間に直流電流が流れることが防止される点は前述のとおりである。第１の平面電極及び第２の平面電極の少なくとも一方は給電回路基板の内部又は表面に配置されていてもよい。
【００６５】
また、前記無線ＩＣデバイスにおいては、整合用インダクタンス素子の共振周波数と無線ＩＣデバイスの使用周波数よりも放射板からの信号の共振周波数が高いことが好ましい。放射板からの信号の共振周波数とは、放射板のインダクタンスと放射板の両端と平面電極との間で発生する容量又は放射板の開放端間で発生する容量とによる共振周波数を意味する。放射板を共振周波数以下で使用することにより、放射板の周辺には磁界が発生し、ペットボトルや水などの誘電体に電磁波を伝達できる。誘電体に電磁波を放射すると、誘電率の異なる部分（電磁結合モジュールと誘電体との界面）で反射を生じ、外部に伝搬される。
【００６６】
また、給電回路基板は、整合用インダクタンス素子を内蔵した多層基板から構成してもよく、あるいは、フレキシブルな基板から構成してもよい。多層基板とすれば、インダクタンス素子を積層タイプとして給電回路基板をコンパクトに構成できる。フレキシブルな基板とすれば、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。
【００６７】
また、放射基板は、コイル状の放射板を内蔵した多層基板から構成してもよく、あるいは、フレキシブルな基板から構成してもよい。多層基板とすれば、コイル状の放射板を積層タイプとして放射板をコンパクトに構成できる。フレキシブルな基板とすれば、物品の平面上のみならず曲面上にも貼着することができ、無線ＩＣデバイスの用途が拡大する。
【００６８】
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイスは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００６９】
例えば、前記実施例に示した各種電極、放射板、フィルム基板などの材料はあくまで例示であり、必要な特性を有する材料であれば、任意のものを使用することができる。また、無線ＩＣチップを平面電極に接続するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明は、無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、無線ＩＣチップのインピーダンスに関係なく放射板の大きさや放射特性を決めることができる点で優れている。
【符号の説明】
【００７１】
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣチップ
１０…給電回路基板
２０…整合用インダクタンス素子
２５…平面電極
３０…放射板
３０ａ…一端部（平面電極）
３１…平面電極
３３，３４…放射基板
４０…給電回路基板
５１…平面電極
５３…平面電極
Ｃ１，Ｃ２，Ｃｆ…容量
Ｌ１…整合用インダクタンス素子
Ｌ２…インダクタンス素子（放射板）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008140037.tif 000018
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008140037.tif 000019
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2008140037.tif 000020
【国際調査報告】
2008140037.tif 000021
2008140037.tif 000022
2008140037.tif 000023
2008140037.tif 000024
2008140037.tif 000025