(57)【要約】  周波数特性のばらつきが小さく、広帯域での動作が可能である、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを得る。  送受信信号を処理する無線ＩＣチップ（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）と、放射板（２５）とを備えた無線ＩＣデバイス。放射板（２５）に設けた線状の環状電極（２６ａ），（２６ｂ）は給電回路基板（１０）の表面に形成した平面電極に電磁界結合している。放射板（２５）で受信された信号によって無線ＩＣチップ（５）が動作され、無線ＩＣチップ（５）からの応答信号が放射板（２５）から外部に送信される。送受信信号の周波数は、環状電極（２６ａ），（２６ｂ）によるインダクタンス、環状電極（２６ａ），（２６ｂ）と平面電極との間の容量、及び、各環状電極（２６ａ），（２６ｂ）の線間に発生する浮遊容量によって、実質的に決定される。
2008126458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力端子を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記入出力端子と接続するための接続用電極と、該接続用電極と電気的に接続された平面電極とが形成された給電回路基板と、
前記平面電極に電磁界結合するように形成された線状電極と、
前記線状電極と電気的に導通するように形成された放射板と、
を備え、
前記無線ＩＣチップを前記給電回路基板上に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
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送信され、
前記放射板で送受信される信号の周波数は、前記線状電極によるインダクタンス、前記線状電極と前記平面電極との間の容量により、実質的に決定されること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記給電回路基板上に少なくとも前記平面電極を覆うように絶縁膜を設けた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】
前記線状電極は複数の隣接する電極により構成されてい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】
前記線状電極の端部と前記平面電極とが対向して配置され、電界結合する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】
前記線状電極は複数の環状に形成された電極であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項６】
前記環状に形成された複数の線状電極は前記端部とは異なる位置で前記放射板と電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項７】
前記線状電極と前記放射板とを同一基板上に形成したことを特徴とする請求の範囲第１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】
前記線状電極はそれぞれ異なる位置で前記放射板と電気的に導通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９】
前記平面電極が前記給電回路基板の異なる主面上に対向す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１項ないし第８項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１０】
対向する前記平面電極が電気的に接続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】
前記線状電極及び前記放射板が前記無線ＩＣチップから見て左右対称に形成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１０項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１２】
前記給電回路基板がフレキシブルな基板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】
前記線状電極と前記放射板とを形成した基板がフレキシブルな基板であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１４】
前記放射板を形成した基板上に該放射板を覆うように絶縁膜を設けた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】
前記平面電極を覆うように形成した絶縁膜を前記放射板に向けて配置したことを特徴とする請求の範囲第２項ないし第１４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に記載されているものが知られている。【０００３】
この無線ＩＣデバイスは、ＩＣチップ、主アンテナ素子、補助アンテナ素子及び整合部から構成され、ＩＣチップと主アンテナ素子とが整合部を介して電気的に導通するように接続配置されている。また、整合部の線路によるインダクタンスと、主アンテナ素子と補助アンテナ素子との電極間に発生する容量とを調整することにより、ＩＣチップと主アンテナ素子とのインピーダンスを整合している。【０００４】
しかしながら、前記無線ＩＣデバイスにおいては、整合部のインダクタンス及び主アンテナと補助アンテナとの間の容量で決まる周波数のみでしか整合しないため、無線ＩＣデバイスとして使用できる周波数帯域が狭いという問題点を有していた。また、整合用の容量をアンテナ電極間の間隔により制御しているため、容量を大きくするにはその間隔を狭くする必要があり、間隔がばらつくことによる容量変化が大きくなり、周波数特性がばらつくという問題点を有していた。さらに、ＩＣチップと主アンテナ素子とが電気的に導通するように接続されているため、主アンテナからの静電気が直接ＩＣチップに加わり、ＩＣチップを破壊するという問題点をも有していた。
【特許文献１】特開２００５−２４４７７８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、本発明の第１の目的は、周波数特性のばらつきが小さい、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを提供することにある。さらに、本発明の第２の目的は、広帯域での動作が可能なＲＦＩＤシステムに好適な無線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、本発明に係る無線ＩＣデバイスは、
入出力端子を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記入出力端子と接続するための接続用電極と、該接続用電極と電気的に接続された平面電極とが形成された給電回路基板と、
前記平面電極に電磁界結合するように形成された線状電極と、
前記線状電極と電気的に導通するように形成された放射板と、
を備え、
前記無線ＩＣチップを前記給電回路基板上に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
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送信され、
前記放射板で送受信される信号の周波数は、前記線状電極によるインダクタンス、前記線状電極と前記平面電極との間の容量により、実質的に決定されること、
を特徴とする。【０００７】
前記線状電極は複数の隣接する電極により構成されていることが好ましい。線状電極は単一の電極であっても、あるいは、複数の環状に形成された電極であってもよい。【０００８】
本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいては、線状電極によるインダクタンス、平面電極と線状電極との間に発生する容量にて、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合を行うため、容量のばらつきが小さくなり、結果的に周波数特性のばらつきが小さくなる。また、線状電極が複数の環状に形成されている場合、線状電極間の線間容量もインピーダンス整合に用いられる。さらに、複数の隣接する電極のそれぞれの線路長を異ならせることにより線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる。【０００９】
本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、平面電極と線状電極の端部とが対向して配置され、電界結合していてもよい。無線ＩＣチップと放射板とが電気的に直接導通していないため、放射板から侵入する静電気が無線ＩＣチップに印加されることがなく、静電気による無線ＩＣチップの破壊を未然に防止することができる。さらに、平面電極と線状電極の端部との間で発生する容量値を大きく設定することができ、線状電極の電極間隔のばらつきによる容量のばらつきを小さくでき、これにより使用周波数のばらつきが小さくなる。【００１０】
また、平面電極は給電回路基板の異なる主面上に対向するように形成されていてもよい。基板の両主面に平面電極を形成することで、平面電極間に基板を誘電体とする容量を形成することができ、給電回路基板と放射板との間の容量と組み合わせることにより、容量値の微調整が容易になり、共振周波数やインピーダンスのばらつきが小さくなる。【００１１】
また、線状電極及び放射板は無線ＩＣチップから見て左右対称に形成されていてもよい。これにて、左右の放射板からの放射特性を同じにでき、インピーダンス整合設計が容易になる。【００１２】
また、給電回路基板上に少なくとも平面電極を覆うように絶縁膜を設けてもよく、あるいは、放射板を形成した基板上に該放射板を覆うように絶縁膜を設けてもよい。平面電極や放射板が絶縁膜で保護されるため、耐環境性能（特に防錆効果）が向上する。しかも、給電回路基板や放射板のみで市場での流通が可能になる。【００１３】
なお、無線ＩＣチップは、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、給電回路基板に設けた平面電極と該平面電極と電磁界結合する線状電極とで、無線ＩＣチップとアンテナとして機能する放射板とのインピーダンス整合を行うため、容量のばらつき、ひいては周波数特性のばらつきが小さくなり、また、線状電極ごとに異なる共振周波数を設定することができるので、広帯域な利得特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す平面図である。
【図２】前記第１実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図３】前記第１実施例を示す要部断面図である。
【図４】環状電極の変形例を示す平面図である。
【図５】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図６】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図７】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図８】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図９】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す平面図である。
【図１１】前記第２実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図１２】前記第２実施例を示す要部断面図である。
【図１３】前記第２実施例の変形例１を示す断面図である。
【図１４】前記第２実施例の変形例２を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図１６】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第４実施例を構成する放射板を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。【００１７】
（第１実施例、図１〜図３参照）
図１〜図３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、該無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、及び、ＰＥＴフィルム基板３０上に形成した放射板２５にて構成されている。【００１８】
給電回路基板１０はＰＥＴフィルム基板１１の表面及び裏面に互いに対向する一対ずつの平面電極１２，１３を形成するとともに、該平面電極１２，１３をビアホール導体１４で電気的に接続したものである。さらに、フィルム基板１１の表面には平面電極１２と電気的に接続された接続用電極１５ａ〜１５ｄが形成されている。これらの電極１２，１３，１５ａ〜１５ｄは、フィルム基板１１に導電性材料を用いて周知の厚膜法や薄膜法によって形成される。【００１９】
電極１５ａ，１５ｂ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、電極１５ｃ，１５ｄ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。【００２０】
なお、電極１５ａ，１５ｂと無線ＩＣチップ５の入出力端子との間に、絶縁性材料層などを配置して両者を容量で結合するようにしても構わない。【００２１】
放射板２５は、無線ＩＣチップ５から見てその両側に設けられており、より具体的には、左右対称なミアンダ状に形成され、図１に示す線状の電極からなる環状電極２６ａ，２６ｂを有している。環状電極２６ａ，２６ｂは端部に幅広部２７，２７を有し、この幅広部２７，２７が前記平面電極１３，１３と対向している。放射板２５は環状電極２６ａ，２６ｂを含めてアルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板をフィルム基板３０上に貼着したり、フィルム基板３０上に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。【００２２】
前記電磁結合モジュール１は、図３に示すように、平面電極１３，１３が環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７と対向して電界結合するように、絶縁性で誘電率の高い接着剤１９によりフィルム基板３０上に貼着されている。【００２３】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、内側の環状電極２６ａと外側の環状電極２６ｂによるそれぞれのインダクタンスＬ１，Ｌ２と、平面電極１３，１３と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７との間の容量Ｃと、環状電極２６ａ，２６ｂの線間容量とで、無線ＩＣチップ５と放射板２５とのインピーダンス整合を行う。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、インダクタンスＬ１，Ｌ２と容量Ｃと環状電極２６ａ，２６ｂの線間容量とで構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。放射板２５から放射される信号の共振周波数は、共振回路の自己共振周波数に実質的に相当する。さらに、環状電極２６ａ，２６ｂの線路長が異なることによって環状電極２６ａ，２６ｂごとに共振周波数（ピーク波長）が得られ、二つのピーク値の間の広帯域（例えば、９１５ＭＨｚ±５０ＭＨｚ）で動作可能である。【００２４】
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２５で受信し、環状電極２６ａ，２６ｂと主として電界的に（容量）結合している平面電極１３を介して（等価回路的には、インダクタンスＬ１，Ｌ２とキャパシタンスＣからなる二つの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、共振回路にて所定の周波数に整合させた後、環状電極２６ａ，２６ｂから放射板２５に送信信号を伝え、放射板２５からリーダライタに送信、転送する。【００２５】
なお、平面電極１３，１３と環状電極２６ａ，２６ｂとの結合は、電界を介しての結合が主であるが、磁界を介しての結合が存在していてもよい。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。【００２６】
また、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１３による大きな容量結合が発生するため、この大きな容量で無線ＩＣチップ５と放射板２５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２５とが電気的に直接導通していないため、放射板２５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Ｉ
Ｃチップ５の破壊を未然に防止できる。【００２７】
また、環状電極２６ａ，２６ｂ間には浮遊容量が発生し、この浮遊容量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１３と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７との間で発生する容量値を大きく設定することにより、環状電極２６ａ，２６ｂの電極間隔のばらつきによる容量のばらつきを小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。【００２８】
なお、本第１実施例では、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１３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、環状電極２６ａ，２６ｂ間の浮遊容量と、環状電極２６ａ，２６ｂによるインダクタスＬ１，Ｌ２によりインピーダンス整合を行う。【００２９】
（環状電極の変形例、図４〜図９参照）
前記環状電極２６ａ，２６ｂは種々の形状であってもよく、環状電極２６ａ，２６ｂの形状に関する種々の変形例を図４〜図９に示す。これらに図示した変形例以外の形状であってもよいことは勿論である。【００３０】
（第２実施例、図１０〜図１２参照）
図１０〜図１２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、無線ＩＣチップ５と給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、環状電極２６ａ，２６ｂを有する放射板２５を備えている点は前記第１実施例と同様であり、異なるのは、給電回路基板１０の基板１１の表面にのみ平面電極１２，１２が形成されている点である。【００３１】
本第２実施例においては、図１２に示すように、平面電極１２，１２と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７とは、接着剤１９及びフィルム基板１１を介して電界結合する。また、内側の環状電極２６ａと外側の環状電極２６ｂによるそれぞれのインダクタンスＬ１，Ｌ２と、平面電極１２，１２と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７との間に発生する容量Ｃとでインピーダンス整合を行う。従って、その作用効果は前記第１実施例と同様である。【００３２】
（第２実施例の変形例、図１３及び図１４参照）
図１３に第２実施例の変形例１を示す。この無線ＩＣデバイスは、放射板２５及び環状電極２６ａ，２６ｂをフィルム基板３０の裏面に形成したものである。従って、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１２，１２とは、フィルム基板３０、接着剤１９及びフィルム基板１１を介して電界結合する。【００３３】
図１４に第２実施例の変形例２を示す。この無線ＩＣデバイスは、平面電極１２，１２をフィルム基板１１の裏面に形成したもので、平面電極１２，１２と無線ＩＣチップ５の端子とはビアホール導体１６を介して電気的に接続されている。従って、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１２，１２とは、接着剤１９のみを介して電界結合する。【００３４】
（第３及び第４実施例、図１５及び図１６参照）
図１５に示す第３実施例である無線ＩＣデバイスは、図１１に示した給電回路基板１０のフィルム基板１１上に、平面電極１２，１２さらに無線ＩＣチップ５を含めて覆うように絶縁膜１７を設けたものである。なお、絶縁膜１７は少なくとも平面電極１２，１２を覆っていればよい。【００３５】
図１６に示す第４実施例である無線ＩＣデバイスは、図１０に示したフィルム基板３０上に、放射板２５、環状電極２６ａ，２６ｂを覆うように絶縁膜３１を設けたものである。絶縁膜１７，３１としては、エポキシ系やシリコン系のコーティング材を用いることができる。【００３６】
第３及び第４実施例によれば、第２実施例の作用効果に加えて、平面電極１２，１２や放射板２５が絶縁膜１７，３１で保護されるため、防錆効果を奏し、耐環境性能が向上する。しかも、給電回路基板１０や放射板２５のみを市場に流通させることが可能になり、給電回路基板１０に対して種々の形状、サイズの放射板２５を組み合わせることができ、アンテナ利得を大きくしたい場合などに選択の幅が広がる。放射板２５はＲＦＩＤシステムに使用する物品の包装資材に印刷して絶縁膜３１で覆っておいてもよい。【００３７】
また、平面電極１２，１２や放射板２５がフィルム基板１１，３０から剥がれるおそれも解消され、給電回路基板１０と放射板２５とは通常の接着剤で接合でき、放射板２５には錫などの低融点の安価な金属箔や蒸着材など種々の材料を使用できる。しかも、給電回路基板１０と放射板２５の接合時に、平面電極１２や放射板２５に不要な引張り応力が作用することもなく、無線ＩＣデバイスとしての信頼性が向上する。【００３８】
（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。【００３９】
例えば、前記実施例に示した放射板２５やフィルム基板１１，３０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。【００４０】
また、各実施例において、環状電極や放射板は左右対称に形成したものを示したが、左右対称ではなく、それぞれの環状電極は異なる位置で放射板を電気的に接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明は、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイス  に有用であり、特に、周波数特性のばらつきが小さい点で優れている。
【図１】
2008126458.tif 000003
【図２】
2008126458.tif 000004
【図３】
2008126458.tif 000005
【図４】
2008126458.tif 000006
【図５】
2008126458.tif 000007
【図６】
2008126458.tif 000008
【図７】
2008126458.tif 000009
【図８】
2008126458.tif 000010
【図９】
2008126458.tif 000011
【図１０】
2008126458.tif 000012
【図１１】
2008126458.tif 000013
【図１２】
2008126458.tif 000014
【図１３】
2008126458.tif 000015
【図１４】
2008126458.tif 000016
【図１５】
2008126458.tif 000017
【図１６】
2008126458.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月15日(2009.9.15)
【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】
入出力端子を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記入出力端子と接続するための接続用電極と、該接続用電極と電気的に接続された平面電極とが形成された給電回路基板と、
前記平面電極に電磁界結合するように形成された線状電極と、
前記線状電極と電気的に導通するように形成された放射板と、
を備え、
前記無線ＩＣチップを前記給電回路基板上に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記線状電極は複数の隣接する電極により構成され、かつ、該複数の隣接する電極は互いに線路長が異なり、
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送信され、
前記放射板で送受信される信号の周波数は、前記線状電極によるインダクタンス、前記線状電極と前記平面電極との間の容量により、実質的に決定されること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記給電回路基板上に少なくとも前記平面電極を覆うように絶縁膜を設けた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】
前記線状電極の端部と前記平面電極とが対向して配置され、電界結合す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】
前記線状電極は複数の環状に形成された電極である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】
前記環状に形成された複数の線状電極は前記端部とは異なる位置で前記放射板と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項６】
前記線状電極と前記放射板とを同一基板上に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項７】
前記線状電極はそれぞれ異なる位置で前記放射板と電気的に導通されていることを特徴とする請求項１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】
前記平面電極が前記給電回路基板の異なる主面上に対向するように形成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】
対向する前記平面電極が電気的に接続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】
前記線状電極及び前記放射板が前記無線ＩＣチップから見て左右対称に形成されている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】
前記給電回路基板がフレキシブルな基板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】
前記線状電極と前記放射板とを形成した基板がフレキシブルな基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１３】
前記放射板を形成した基板上に該放射板を覆うように絶縁膜を設けた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】
前記平面電極を覆うように形成した絶縁膜を前記放射板に向けて配置したことを特徴とする請求項２ないし請求項１３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に記載されているものが知られている。
【０００３】
この無線ＩＣデバイスは、ＩＣチップ、主アンテナ素子、補助アンテナ素子及び整合部から構成され、ＩＣチップと主アンテナ素子とが整合部を介して電気的に導通するように接続配置されている。また、整合部の線路によるインダクタンスと、主アンテナ素子と補助アンテナ素子との電極間に発生する容量とを調整することにより、ＩＣチップと主アンテナ素子とのインピーダンスを整合している。
【０００４】
しかしながら、前記無線ＩＣデバイスにおいては、整合部のインダクタンス及び主アンテナと補助アンテナとの間の容量で決まる周波数のみでしか整合しないため、無線ＩＣデバイスとして使用できる周波数帯域が狭いという問題点を有していた。また、整合用の容量をアンテナ電極間の間隔により制御しているため、容量を大きくするにはその間隔を狭くする必要があり、間隔がばらつくことによる容量変化が大きくなり、周波数特性がばらつくという問題点を有していた。さらに、ＩＣチップと主アンテナ素子とが電気的に導通するように接続されているため、主アンテナからの静電気が直接ＩＣチップに加わり、ＩＣチップを破壊するという問題点をも有していた。
【特許文献１】特開２００５−２４４７７８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、本発明の第１の目的は、周波数特性のばらつきが小さい、ＲＦＩＤシステムに好適な無線ＩＣデバイスを提供することにある。さらに、本発明の第２の目的は、広帯域での動作が可能なＲＦＩＤシステムに好適な無線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、本発明に係る無線ＩＣデバイスは、
入出力端子を有し、送受信信号を処理する無線ＩＣチップと、
前記入出力端子と接続するための接続用電極と、該接続用電極と電気的に接続された平面電極とが形成された給電回路基板と、
前記平面電極に電磁界結合するように形成された線状電極と、
前記線状電極と電気的に導通するように形成された放射板と、
を備え、
前記無線ＩＣチップを前記給電回路基板上に搭載して電磁結合モジュールを構成し、
前記線状電極は複数の隣接する電極により構成され、かつ、該複数の隣接する電極は互いに線路長が異なり、
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送信され、
前記放射板で送受信される信号の周波数は、前記線状電極によるインダクタンス、前記線状電極と前記平面電極との間の容量により、実質的に決定されること、
を特徴とする。
【０００７】
前記線状電極は複数の隣接する電極により構成されており、複数の環状に形成された電極であってもよい。
【０００８】
本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいては、線状電極によるインダクタンス、平面電極と線状電極との間に発生する容量にて、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合を行うため、容量のばらつきが小さくなり、結果的に周波数特性のばらつきが小さくなる。また、線状電極が複数の環状に形成されている場合、線状電極間の線間容量もインピーダンス整合に用いられる。さらに、複数の隣接する電極のそれぞれの線路長を異ならせることにより線状電極ごとに共振周波数を適宜設定することができ、広帯域な利得特性を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る無線ＩＣデバイスにおいて、平面電極と線状電極の端部とが対向して配置され、電界結合していてもよい。無線ＩＣチップと放射板とが電気的に直接導通していないため、放射板から侵入する静電気が無線ＩＣチップに印加されることがなく、静電気による無線ＩＣチップの破壊を未然に防止することができる。さらに、平面電極と線状電極の端部との間で発生する容量値を大きく設定することができ、線状電極の電極間隔のばらつきによる容量のばらつきを小さくでき、これにより使用周波数のばらつきが小さくなる。
【００１０】
また、平面電極は給電回路基板の異なる主面上に対向するように形成されていてもよい。基板の両主面に平面電極を形成することで、平面電極間に基板を誘電体とする容量を形成することができ、給電回路基板と放射板との間の容量と組み合わせることにより、容量値の微調整が容易になり、共振周波数やインピーダンスのばらつきが小さくなる。
【００１１】
また、線状電極及び放射板は無線ＩＣチップから見て左右対称に形成されていてもよい。これにて、左右の放射板からの放射特性を同じにでき、インピーダンス整合設計が容易になる。
【００１２】
また、給電回路基板上に少なくとも平面電極を覆うように絶縁膜を設けてもよく、あるいは、放射板を形成した基板上に該放射板を覆うように絶縁膜を設けてもよい。平面電極や放射板が絶縁膜で保護されるため、耐環境性能（特に防錆効果）が向上する。しかも、給電回路基板や放射板のみで市場での流通が可能になる。
【００１３】
なお、無線ＩＣチップは、本無線ＩＣデバイスが取り付けられる物品に関する各種情報がメモリされている以外に、情報が書き換え可能であってもよく、ＲＦＩＤシステム以外の情報処理機能を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、給電回路基板に設けた平面電極と該平面電極と電磁界結合する線状電極とで、無線ＩＣチップとアンテナとして機能する放射板とのインピーダンス整合を行うため、容量のばらつき、ひいては周波数特性のばらつきが小さくなり、また、線状電極ごとに異なる共振周波数を設定することができるので、広帯域な利得特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（第１実施例、図１〜図３参照）
図１〜図３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、該無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、及び、ＰＥＴフィルム基板３０上に形成した放射板２５にて構成されている。
【００１７】
給電回路基板１０はＰＥＴフィルム基板１１の表面及び裏面に互いに対向する一対ずつの平面電極１２，１３を形成するとともに、該平面電極１２，１３をビアホール導体１４で電気的に接続したものである。さらに、フィルム基板１１の表面には平面電極１２と電気的に接続された接続用電極１５ａ〜１５ｄが形成されている。これらの電極１２，１３，１５ａ〜１５ｄは、フィルム基板１１に導電性材料を用いて周知の厚膜法や薄膜法によって形成される。
【００１８】
電極１５ａ，１５ｂ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、電極１５ｃ，１５ｄ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。
【００１９】
なお、電極１５ａ，１５ｂと無線ＩＣチップ５の入出力端子との間に、絶縁性材料層などを配置して両者を容量で結合するようにしても構わない。
【００２０】
放射板２５は、無線ＩＣチップ５から見てその両側に設けられており、より具体的には、左右対称なミアンダ状に形成され、図１に示す線状の電極からなる環状電極２６ａ，２６ｂを有している。環状電極２６ａ，２６ｂは端部に幅広部２７，２７を有し、この幅広部２７，２７が前記平面電極１３，１３と対向している。放射板２５は環状電極２６ａ，２６ｂを含めてアルミ箔、銅箔などの導電材からなる金属薄板をフィルム基板３０上に貼着したり、フィルム基板３０上に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。
【００２１】
前記電磁結合モジュール１は、図３に示すように、平面電極１３，１３が環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７と対向して電界結合するように、絶縁性で誘電率の高い接着剤１９によりフィルム基板３０上に貼着されている。
【００２２】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイスにおいては、内側の環状電極２６ａと外側の環状電極２６ｂによるそれぞれのインダクタンスＬ１，Ｌ２と、平面電極１３，１３と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７との間の容量Ｃと、環状電極２６ａ，２６ｂの線間容量とで、無線ＩＣチップ５と放射板２５とのインピーダンス整合を行う。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、インダクタンスＬ１，Ｌ２と容量Ｃと環状電極２６ａ，２６ｂの線間容量とで構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。放射板２５から放射される信号の周波数は、共振回路の自己共振周波数に実質的に相当する。さらに、環状電極２６ａ，２６ｂの線路長が異なることによって環状電極２６ａ，２６ｂごとに共振周波数（ピーク波長）が得られ、二つのピーク値の間の広帯域（例えば、９１５ＭＨｚ±５０ＭＨｚ）で動作可能である。
【００２３】
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２５で受信し、環状電極２６ａ，２６ｂと主として電界的に（容量）結合している平面電極１３を介して（等価回路的には、インダクタンスＬ１，Ｌ２とキャパシタンスＣからなる二つの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、共振回路にて所定の周波数に整合させた後、環状電極２６ａ，２６ｂから放射板２５に送信信号を伝え、放射板２５からリーダライタに送信、転送する。
【００２４】
なお、平面電極１３，１３と環状電極２６ａ，２６ｂとの結合は、電界を介しての結合が主であるが、磁界を介しての結合が存在していてもよい。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。
【００２５】
また、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１３による大きな容量結合が発生するため、この大きな容量で無線ＩＣチップ５と放射板２５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２５とが電気的に直接導通していないため、放射板２５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。
【００２６】
また、環状電極２６ａ，２６ｂ間には浮遊容量が発生し、この浮遊容量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１３と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７との間で発生する容量値を大きく設定することにより、環状電極２６ａ，２６ｂの電極間隔のばらつきによる容量のばらつきを小さくでき、これにより使用周波数のばらつきがさらに小さくなる。
【００２７】
なお、本第１実施例では、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１３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、環状電極２６ａ，２６ｂ間の浮遊容量と、環状電極２６ａ，２６ｂによるインダクタンスＬ１，Ｌ２によりインピーダンス整合を行う。
【００２８】
（環状電極の変形例、図４〜図９参照）
前記環状電極２６ａ，２６ｂは種々の形状であってもよく、環状電極２６ａ，２６ｂの形状に関する種々の変形例を図４〜図９に示す。これらに図示した変形例以外の形状であってもよいことは勿論である。
【００２９】
（第２実施例、図１０〜図１２参照）
図１０〜図１２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、無線ＩＣチップ５と給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール１、環状電極２６ａ，２６ｂを有する放射板２５を備えている点は前記第１実施例と同様であり、異なるのは、給電回路基板１０の基板１１の表面にのみ平面電極１２，１２が形成されている点である。
【００３０】
本第２実施例においては、図１２に示すように、平面電極１２，１２と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７とは、接着剤１９及びフィルム基板１１を介して電界結合する。また、内側の環状電極２６ａと外側の環状電極２６ｂによるそれぞれのインダクタンスＬ１，Ｌ２と、平面電極１２，１２と環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７，２７との間に発生する容量Ｃとでインピーダンス整合を行う。従って、その作用効果は前記第１実施例と同様である。
【００３１】
（第２実施例の変形例、図１３及び図１４参照）
図１３に第２実施例の変形例１を示す。この無線ＩＣデバイスは、放射板２５及び環状電極２６ａ，２６ｂをフィルム基板３０の裏面に形成したものである。従って、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１２，１２とは、フィルム基板３０、接着剤１９及びフィルム基板１１を介して電界結合する。
【００３２】
図１４に第２実施例の変形例２を示す。この無線ＩＣデバイスは、平面電極１２，１２をフィルム基板１１の裏面に形成したもので、平面電極１２，１２と無線ＩＣチップ５の端子とはビアホール導体１６を介して電気的に接続されている。従って、環状電極２６ａ，２６ｂの幅広部２７と平面電極１２，１２とは、接着剤１９のみを介して電界結合する。
【００３３】
（第３及び第４実施例、図１５及び図１６参照）
図１５に示す第３実施例である無線ＩＣデバイスは、図１１に示した給電回路基板１０のフィルム基板１１上に、平面電極１２，１２さらに無線ＩＣチップ５を含めて覆うように絶縁膜１７を設けたものである。なお、絶縁膜１７は少なくとも平面電極１２，１２を覆っていればよい。
【００３４】
図１６に示す第４実施例である無線ＩＣデバイスは、図１０に示したフィルム基板３０上に、放射板２５、環状電極２６ａ，２６ｂを覆うように絶縁膜３１を設けたものである。絶縁膜１７，３１としては、エポキシ系やシリコン系のコーティング材を用いることができる。
【００３５】
第３及び第４実施例によれば、第２実施例の作用効果に加えて、平面電極１２，１２や放射板２５が絶縁膜１７，３１で保護されるため、防錆効果を奏し、耐環境性能が向上する。しかも、給電回路基板１０や放射板２５のみを市場に流通させることが可能になり、給電回路基板１０に対して種々の形状、サイズの放射板２５を組み合わせることができ、アンテナ利得を大きくしたい場合などに選択の幅が広がる。放射板２５はＲＦＩＤシステムに使用する物品の包装資材に印刷して絶縁膜３１で覆っておいてもよい。
【００３６】
また、平面電極１２，１２や放射板２５がフィルム基板１１，３０から剥がれるおそれも解消され、給電回路基板１０と放射板２５とは通常の接着剤で接合でき、放射板２５には錫などの低融点の安価な金属箔や蒸着材など種々の材料を使用できる。しかも、給電回路基板１０と放射板２５の接合時に、平面電極１２や放射板２５に不要な引張り応力が作用することもなく、無線ＩＣデバイスとしての信頼性が向上する。
【００３７】
（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。
【００３８】
例えば、前記実施例に示した放射板２５やフィルム基板１１，３０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。
【００３９】
また、各実施例において、環状電極や放射板は左右対称に形成したものを示したが、左右対称ではなく、それぞれの環状電極は異なる位置で放射板を電気的に接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明は、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスに有用であり、特に、周波数特性のばらつきが小さい点で優れている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第１実施例を示す平面図である。
【図２】前記第１実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図３】前記第１実施例を示す要部断面図である。
【図４】環状電極の変形例を示す平面図である。
【図５】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図６】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図７】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図８】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図９】環状電極の他の変形例を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第２実施例を示す平面図である。
【図１１】前記第２実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図１２】前記第２実施例を示す要部断面図である。
【図１３】前記第２実施例の変形例１を示す断面図である。
【図１４】前記第２実施例の変形例２を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第３実施例を構成する給電回路基板を示す斜視図である。
【図１６】本発明に係る無線ＩＣデバイスの第４実施例を構成する放射板を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…電磁結合モジュール
５…無線ＩＣチップ
１０…給電回路基板
１２，１３…平面電極
１７…絶縁膜
１９…接着剤
２５…放射板
２６ａ，２６ｂ…環状電極
３１…絶縁膜
【国際調査報告】
2008126458.tif 000019
2008126458.tif 000020