(57)【要約】【課題】無線ＩＣデバイスにおいて、物品の金属部への対向面積が大きくて電力伝達効率が高く、搭載強度も高くすること。【解決手段】物品の導電性金属部１に搭載される無線ＩＣデバイスであって、第１入出力端子及び第２入出力端子を有する無線ＩＣ素子１０と、無線ＩＣ素子１０を保持して導電性金属部１上に配置される導電性金属板２０と、を備えている。導電性金属板２０は、導電性金属部１に対面して該導電性金属部１と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部２１と、該平面部２１の異なる部分からほぼ直立して立ち上がって端部が第１入出力端子及び第２入出力端子にそれぞれ結合された一対の線路２３ａ，２３ｂからなるループ部２２と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の導電性金属部に搭載される無線ＩＣデバイスであって、
第１入出力端子及び第２入出力端子を有する無線ＩＣ素子と、
前記無線ＩＣ素子を保持して前記導電性金属部上に配置される導電性金属板と、
を備え、
前記導電性金属板は、前記導電性金属部に対面して該導電性金属部と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部と、該平面部の異なる部分からほぼ直立して立ち上がって端部が第１入出力端子及び第２入出力端子にそれぞれ結合された一対の線路からなるループ部と、を有していること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記無線ＩＣ素子と前記導電性金属板とを一体的に被覆する樹脂層を備えたこと、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】
前記ループ部は前記導電性金属板を折り曲げることにより前記平面部の異なる部分からほぼ直立して立ち上がっていること、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】
平面状態において導電性金属板に平面部と一対の線路からなるループ部とを形成する工程と、
前記一対の線路の各端部に無線ＩＣ素子の第１入出力端子及び第２入出力端子をそれぞれ結合させて前記ループ部に前記無線ＩＣ素子を実装する工程と、
前記ループ部を前記平面部からほぼ直立するように折り曲げる工程と、
を備えたことを特徴とする無線ＩＣデバイスの製造方法。
【請求項５】
さらに、前記無線ＩＣ素子と前記導電性金属板とを樹脂層によって一体的に被覆する工程を備えたこと、を特徴とする請求項４に記載の無線ＩＣデバイスの製造方法。
【請求項６】
無線ＩＣデバイスが搭載された導電性金属部を有する物品であって、
前記無線ＩＣデバイスは、
第１入出力端子及び第２入出力端子を有する無線ＩＣ素子と、
前記無線ＩＣ素子を保持して前記導電性金属部上に配置される導電性金属板と、
を備え、
前記導電性金属板は、前記導電性金属部に対面して該導電性金属部と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部と、該平面部の異なる部分からほぼ直立して立ち上がって端部が第１入出力端子及び第２入出力端子にそれぞれ結合された一対の線路からなるループ部と、を有していること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス付き物品。
【請求項７】
前記無線ＩＣデバイスが、前記導電性金属部の主面の側縁部又は該主面に隣接した側面に搭載されていること、を特徴とする請求項６に記載の無線ＩＣデバイス付き物品。
【請求項８】
前記無線ＩＣデバイスは、前記平面部が前記導電性金属部の主面の中心部側に配置されるとともに前記ループ部が前記主面の側縁部側に配置されるように、前記導電性金属部の主面上に搭載されていること、を特徴とする請求項６に記載の無線ＩＣデバイス付き物品。
【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、非接触型のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線ＩＣデバイス、その製造方法、及び、無線ＩＣデバイス付き物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品を管理するための情報を電子的に記憶することができ、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、この無線ＩＣチップとリーダライタとの間で無線信号の送受信を行うアンテナ素子とを備えた無線ＩＣデバイスが、その多様な可能性から注目を集めている。
【０００３】
特許文献１には、金属物品上に搭載しても動作可能な無線ＩＣデバイスとして、金属物品の主面に対して垂直なループ面を持ったループ部を有するものが記載されている。この垂直ループ部は金属物品からの影響を受けにくいため、十分な利得を持った無線ＩＣデバイスを得ることができる。但し、この無線ＩＣデバイスでは金属物品面に対するループ部の対向面積が小さいので、金属面とループ部との間に形成される容量が小さくなり、電力伝達効率に限界を生じている。また、対向面積が小さいことに起因してループ部の搭載強度に問題点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／００８２９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、物品の金属部への対向面積が大きくて電力伝達効率が高く、搭載強度も高くできる無線ＩＣデバイス、その製造方法、及び、無線ＩＣデバイス付き物品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態である無線ＩＣデバイスは、
物品の導電性金属部に搭載される無線ＩＣデバイスであって、
第１入出力端子及び第２入出力端子を有する無線ＩＣ素子と、
前記無線ＩＣ素子を保持して前記導電性金属部上に配置される導電性金属板と、
を備え、
前記導電性金属板は、前記導電性金属部に対面して該導電性金属部と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部と、該平面部の異なる部分からほぼ直立して立ち上がって端部が第１入出力端子及び第２入出力端子にそれぞれ結合された一対の線路からなるループ部と、を有していること、
を特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の形態である無線ＩＣデバイスの製造方法は、
平面状態において導電性金属板に平面部と一対の線路からなるループ部とを形成する工程と、
前記一対の線路の各端部に無線ＩＣ素子の第１入出力端子及び第２入出力端子をそれぞれ結合させて前記ループ部に前記無線ＩＣ素子を実装する工程と、
前記ループ部を前記平面部からほぼ直立するように折り曲げる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の形態である無線ＩＣデバイス付き物品は、
無線ＩＣデバイスが搭載された導電性金属部を有する物品であって、
前記無線ＩＣデバイスは、
第１入出力端子及び第２入出力端子を有する無線ＩＣ素子と、
前記無線ＩＣ素子を保持して前記導電性金属部上に配置される導電性金属板と、
を備え、
前記導電性金属板は、前記導電性金属部に対面して該導電性金属部と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部と、該平面部の異なる部分からほぼ直立して立ち上がって端部が第１入出力端子及び第２入出力端子にそれぞれ結合された一対の線路からなるループ部と、を有していること、
を特徴とする。
【０００９】
前記無線ＩＣデバイスにおいて、無線ＩＣ素子を保持する導電性金属板は、物品の導電性金属部に対面して該導電性金属部と容量を介して又は直接電気的に接続される平面部を有しており、該平面部によって導電性金属部との対向面積を大きく設定することができるため、無線ＩＣ素子と導電性金属部との電力伝達効率が高くなり、無線ＩＣデバイスの搭載強度も高くなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、物品の金属部への対向面積が大きくて電力伝達効率が高く、搭載強度も高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例である無線ＩＣデバイスを示す斜視図である。
【図２】第１実施例である無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】第１実施例である無線ＩＣデバイスを構成する無線ＩＣ素子を示す断面図である。
【図４】前記無線ＩＣ素子の等価回路図である。
【図５】第１実施例である無線ＩＣデバイスの電流経路を示す斜視図である。
【図６】金属部に対する無線ＩＣデバイスの種々の配置形態を示す斜視図である。
【図７】ともに金属部に流れる電流を示す平面図である。
【図８】第１実施例である無線ＩＣデバイスの金属板の製造工程を示す斜視図である。
【図９】第１実施例である無線ＩＣデバイスの変形例を示す斜視図である。
【図１０】第２実施例である無線ＩＣデバイスを示す斜視図である。
【図１１】第２実施例である無線ＩＣデバイスの金属板の製造工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る無線ＩＣデバイス、その製造方法、及び無線ＩＣデバイス付き物品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、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
（第１実施例、図１〜図８参照）
第１実施例である無線ＩＣデバイス５Ａは、図１に示すように、所定物品の導電性金属部１に搭載されるものであり、入出力端子１７ａ，１７ｂ（図３及び図４参照）を有する無線ＩＣ素子１０と、無線ＩＣ素子１０を保持して金属部１上に配置される導電性金属板２０とを備えている。
【００１４】
無線ＩＣ素子１０は、所定周波数（例えば、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯）の送受信信号を処理する無線ＩＣチップ１１と、給電回路基板１５と、チップ１１を基板１５上に封止する封止樹脂１９とで構成されている。無線ＩＣチップ１１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。無線ＩＣチップ１１は、裏面に設けた一対の入出力端子（図示せず）が給電回路基板１５上に形成した給電端子１８ａ，１８ｂ（図３及び図４参照）に、金属バンプ１２などの導電性接合材を介して電気的に接続されている。
【００１５】
導電性金属板２０は、平面部２１とループ部２２とを有している。平面部２１は導電性金属部１に対面して該金属部１と容量を介して接続されている。具体的には、図２に示すように、平面部２１は誘電体材料からなる接着剤層２５（例えば、エポキシ樹脂などを用いることが好ましい）を介して金属部１上に貼着され、金属部１とは容量を介して接続されている。また、平面部２１には金属板２０を金属部１に安定的に固定するための突起２１’が設けられている。ループ部２２は平面部２１の異なる部分（長手方向の両端部）からほぼ直立して立ち上がって端部２３ａ’，２３ｂ’が入出力端子１７ａ，１７ｂにそれぞれ金属バンプ１３などの導電性接合材を介して結合された一対のＬ字状の線路２３ａ，２３ｂからなる。さらに、無線ＩＣ素子１０と導電性金属板２０とは樹脂層３０によって一体的に被覆されている。
【００１６】
ここで、給電回路基板１５の構成について説明する。給電回路基板１５は所定の共振周波数で動作する共振回路（無線ＩＣチップ１１と金属部１との広帯域でのインピーダンス整合機能を有していることが好ましい）を含む給電回路１６（図４参照）を有している。この給電回路１６は、互いに磁気結合する二つのコイル状インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２と二つのキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２を備えている。インダクタンス素子Ｌ１は一端が給電端子１８ａに接続され、他端がインダクタンス素子Ｌ２の一端及びキャパシタンス素子Ｃ１の一方電極に接続されている。キャパシタンス素子Ｃ１の他方電極は入出力端子１７ａに接続されている。インダクタンス素子Ｌ２はその他端が給電端子１８ｂ及びキャパシタンス素子Ｃ２の一方電極に接続されている。キャパシタンス素子Ｃ２の他方電極は入出力端子１７ｂに接続されている。
【００１７】
以上の構成からなる無線ＩＣデバイス５Ａにおいて、給電回路１６は、無線ＩＣチップ１１から発信された所定の周波数を有する送信信号を金属板２０のループ部２２（線路２３ａ，２３ｂ）に伝達し、ループ部２２には図５に矢印Ａで示す電流が誘起され、さらに平面部２１に矢印Ｂで示す電流が誘起される。この電流は、容量結合を介して、金属部１にも誘起され、外部に放射されることになる。一方、給電回路１６は、金属部１で受信した信号から所定の周波数（共振回路の共振周波数に相当する）を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ１１に供給する。このように、無線ＩＣチップ１１の一方入出力端子から出力された高周波信号は、ループ部２２の線路２３ａ、平面部２１、ループ部２２の線路２３ｂを経由して、無線ＩＣチップ１１の他方入出力端子へと周回し、無線ＩＣデバイス５Ａには、このようなループ電流が流れる。
【００１８】
無線ＩＣデバイス５Ａにおいて、無線ＩＣ素子１０を保持する導電性金属板２０は、導電性金属部１に対面する平面部２１が広い面積を有することから、金属部１との対向面積が大きくなり、無線ＩＣ素子１０と金属部１との電力伝達効率が高くなり、また、無線ＩＣデバイス５Ａと金属部１との接続信頼性が向上して、その搭載強度も高くなる。また、送受信信号の周波数は、給電回路１６の共振周波数に実質的に相当することになり、安定した周波数特性が得られる。
【００１９】
特に、無線ＩＣデバイス５Ａは、無線ＩＣ素子１０と金属板２０とが樹脂層３０によって一体的に被覆されているので、堅牢である。従って、物品に搭載された無線ＩＣデバイス５Ａに外力が作用しても、ループ部２２が変形しにくく、ループ部２２の金属部１に対する角度が安定しているので、通信性能にばらつきが生じにくい。
【００２０】
なお、無線ＩＣデバイス５Ａは金属板２０（特に平面部２１）からの電波信号の放射によってデバイス５Ａ単体で短距離での通信が可能である。但し、無線ＩＣデバイス５Ａは金属部１に搭載されることによって金属部１がいわばブースタ機能を有し、通信距離が大きくなる。換言すれば、金属部１は放射素子として機能し、アンテナ素子としての利得が大きくなる。
【００２１】
本実施例のように、導電性金属板２０の平面部２１が導電性金属部１と容量を介して接続される場合、樹脂層（誘電体）３０は平面部２１の裏面までも被覆していてもよい。この場合、接着剤層２５は誘電体からなる両面テープを用いることができる。一方、平面部２１が金属部１と直接電気的に接続されていてもよく、この場合、平面部２１の裏面は樹脂層３０から露出している必要があり、接着剤層２５として導電性の材料を用いればよい。例えば、導電性の両面テープを用いることができる。
【００２２】
無線ＩＣ素子１０としては、必ずしも給電回路基板１５を含む必要はない。単なる配線基板に無線ＩＣチップ１１を搭載したものであってもよく、あるいは、無線ＩＣチップ１１をベアチップで構成し、単体で金属板２０に搭載してもよい。また、無線ＩＣチップ１１の再配線層に給電回路が一体的に形成されていてもよい。
【００２３】
金属部１は所定の広がりをもった金属面であることが好ましく、柱状金属の金属面であってもよい。例えば、金属部１を備えた物品としては、車両や家電製品、建築物などの構成部材、さらに、金属製ボンベ、金属製バルブ、金属製配管、金属製ボルトやナット、金属製ハサミ、金属製医療器具など、一部又は全部が導電性を有する部材を備えた種々の物品が対象となる。無線ＩＣデバイス５Ａが搭載される金属部１の表面は平面であることが好ましいが、曲面であってもよい。即ち、無線ＩＣデバイス５Ａは、金属対応ＲＦＩＤタグとして機能する。
【００２４】
ここで、金属部１に対する無線ＩＣデバイス５Ａの搭載位置について説明する。無線ＩＣデバイス５Ａは、図６に示す種々の位置（１）〜（６）に搭載することができる。位置（１）は金属部１の主面の長辺方向中央の側縁部であり、位置（２）は主面の短辺方向中央の側縁部であり、位置（３）は主面の中央部である。位置（４）は主面の一隅部であり、無線ＩＣデバイス５Ａは長辺方向と平行に配置されている。位置（５）は主面の一隅部であり、無線ＩＣデバイス５Ａは斜めに配置されている。位置（６）は主面に隣接した長辺方向中央の側面である。
【００２５】
無線ＩＣデバイス５Ａは、いわゆる縁端効果を利用できるので、金属部１の主面のうち側縁部の近傍や主面に連接した側面部に配置することが好ましい。即ち、ループ部（ループ面）２２を平面部２１に対して垂直方向に起立して設ける場合は、無線ＩＣデバイス５Ａが金属部１の主面の側縁部にオフセットして配置することが好ましく、図６における位置（１）、位置（２）、位置（４）、位置（５）、位置（６）のようなレイアウトにすることが好ましい。このような配置であれば、例えば図７（Ｂ）に示すように、誘起電流は矢印Ｄに示すように流れ、縁端効果により金属部１の側縁部がアンテナ素子として機能するので、換言すれば、アンテナ素子として機能する長さが大きくなるので、利得が向上する。これに対して、位置（３）のように、無線ＩＣデバイス５Ａが主面の中央部又は中央部付近に配置されると、図７（Ａ）に示すように、金属部１に誘起された電流は小さく周回してしまう（電流Ｃ−電流Ｃ’）ため、利得が小さくなる傾向にある。
【００２６】
また、図５に示したように、ループ部（ループ面）２２は平面部２１に対して垂直方向に起立しているが、平面部２１及びループ部２２を流れるループ電流のループ面は、金属部１の主面に対して垂直とはならないため、金属部１の主面には渦電流が生じることがある。
【００２７】
従って、無線ＩＣデバイス５Ａが金属部１の主面の側縁部に搭載される場合、図２（Ｂ）に示すように、平面部２１が金属部１の主面の中心部側に配置されるとともにループ部２２が主面の側縁部側に配置されることが好ましい。
【００２８】
なお、ループ部（ループ面）２２の起立角度は必ずしも平面部２１に対して９０°の垂直である必要はなく、適度の傾斜角度を有していてもよい。
【００２９】
次に、前記無線ＩＣデバイス５Ａの製造方法、特に、導電性金属板２０の製造工程について説明する。図８（Ａ）に示すように、まず、平面状態において導電性金属板２０に平面部２１と一対の線路２３ａ，２３ｂからなるループ部２２とを形成する。金属板２０としては、真鍮にＳｎめっきを施した板状体を好適に用いることができる。燐青銅からなるフープ材のような柔らかい材料でもよいが、以下の曲げ工程における曲げ形状の保持力が高い材料を用いることが好ましい。平面部２１のループ部２２側に二つの突起２１’を設けるのは、平面部２１の形状を安定化するためである。
【００３０】
次に、図８（Ｂ）に示すように、一対の線路２３ａ，２３ｂの各端部２３ａ’，２３ｂ’に無線ＩＣ素子１０の入出力端子１７ａ及び入出力端子１７ｂをそれぞれ結合させてループ部２２に無線ＩＣ素子１０を実装する。金属板２０に無線ＩＣ素子１０を実装するタイミングとして、このように曲げ加工の前に行えば、実装作業が極めて容易になる。
【００３１】
次に、ループ部２２を点線Ｘで示すように平面部２１からほぼ直立するように折り曲げ、その後、図８（Ｃ）に示すように、無線ＩＣ素子１０と金属板２０とを樹脂層３０によって一体的に被覆する。樹脂層３０が平面部２１の裏面側に薄く回り込んでもよく、あるいは、平面部２１の裏面が樹脂層３０から露出している場合があるのは前述のとおりである。
【００３２】
（変形例、図９参照）
前記第１実施例の変形例である無線ＩＣデバイス５Ｂを図９に示す。この変形例では、導電性金属板２０の平面部２１をより幅広く形成している。従って、ループ部２２の線路２３ａ，２３ｂは平面部２１の両端部の短辺方向中央部からほぼ垂直方向に起立している。さらに、線路２３ａ，２３ｂの上部は平面部２１と平行に折曲げられ、無線ＩＣ素子１０は平面部２１と平行な状態で端部２３ａ’，２３ｂ’上に搭載される。
【００３３】
このように、平面部２１を幅広く形成することにより、無線ＩＣデバイス５Ｂの金属部１上への搭載時の安定性が増し、平面部２１と金属部１との結合度も大きくなる。また、平面部２１の法線方向から見たとき、ループ部２２の線路２３ａ、２３ｂの幅方向における仮想中心線（図中の点線）と、平面部２１の幅方向における仮想中心線（図中の点線）とを一致あるいはほぼ一致させることで、ループ部２２及び平面部２１を周回するループ電流のループ面を、金属部１の主面に対して垂直あるいはほぼ垂直にすることができ、金属部１に前記のような渦電流を生じさせることがなく、利得を向上させることができる。
【００３４】
（第２実施例、図１０及び図１１参照）
第２実施例である無線ＩＣデバイス５Ｃは、図１０に示すように、導電性金属板２０の平面部２１の長辺方向の両端部分からループ部２２を構成する一対の線路２３ａ，２３ｂをほぼ垂直方向に切り起こしたものである。この無線ＩＣデバイス５Ｃにおいて、他の構成は前記第１実施例である無線ＩＣデバイス５Ａと同様であり、その作用効果も無線ＩＣデバイス５Ａと基本的に同様である。
【００３５】
導電性金属板２０の製造過程は、図１１（Ａ）に示す平板状の導電性金属板２０を用意し、図１１（Ｂ）に示すように、ループ部２２となる切込みを形成する。次に、切込み部分をほぼ垂直方向に起立させることにより、一対の線路２３ａ，２３ｂからなるループ部２２が形成される（図１１（Ｃ）参照）。その後、図示しないが、線路２３ａ，２３ｂの各端部２３ａ’，２３ｂ’に無線ＩＣ素子１０を結合させ、無線ＩＣ素子１１と金属板２０とを樹脂層によって一体的に被覆する。このように製造される導電性金属板２０は金属材料を無駄なく使用することができる。
【００３６】
（他の実施例）
なお、本発明に係る無線ＩＣデバイス、その製造方法、及び、無線ＩＣデバイス付き物品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できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
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、物品の金属部への対向面積が大きくて電力伝達効率が高く、搭載強度も高くなる点で優れている。
【符号の説明】
【００３８】
１…導電性金属部
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…無線ＩＣデバイス
１０…無線ＩＣ素子
１１…無線ＩＣチップ
１７ａ，１７ｂ…入出力端子
２０…導電性金属板
２１…平面部
２２…ループ部
２３ａ，２３ｂ…線路
３０…樹脂層
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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