(57)【要約】【課題】データの読み書きの際の通信距離および通信範囲を従来よりも大きくとることができ、より安価なコイン型ＲＦＩＤタグを提供する。【解決手段】ＩＣチップ５のアンテナ接続用端子７ａ、７ｂに環状アンテナ回路６を接続してなるＩＣチップ実装体１と、非磁性金属板３とを、環状アンテナ回路の内側に非磁性金属板が位置するように円板状の外殻樹脂基材２上に配置し、外殻樹脂基材のＩＣチップ実装体側を被覆する射出外殻樹脂部によってＩＣチップ実装体および非磁性金属板を封止したものからなり、非磁性金属板がその中央部において外殻樹脂基材から外向きに凸状となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップのアンテナ接続端子に環状アンテナ回路を接続してなるＩＣチップ実装体と、非磁性金属板とを、前記環状アンテナ回路の内側に前記非磁性金属板が位置するように円板状の外殻樹脂基材上に配置し、前記外殻樹脂基材の該ＩＣチップ実装体側を被覆する射出外殻樹脂部によって前記ＩＣチップ実装体および前記非磁性金属板を封止したコイン型ＲＦＩＤタグであって、前記非磁性金属板がその中央部において前記外殻樹脂基材から外向きに凸状であることを特徴とするコイン型ＲＦＩＤタグ。
【請求項２】
前記非磁性金属板が、その中心部分および周辺部分の前記外殻樹脂基材表面に対する高さの差が０．５ｍｍ以下となるような凸状であることを特徴とする請求項１に記載のコイン型ＲＦＩＤタグ。
【請求項３】
前記非磁性金属板が、プレス打ち抜き加工により製造されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイン型ＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を介してデータの送受信を行うコイン型ＲＦＩＤタグ（Radio Frequency Identification：無線自動識別）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグは、外部から無線によってデータの読み書きをすることが可能であり、近年、人や物を識別し、管理するための手段として広く普及しつつあり、さらには、社会のＩＴ化、自動化を推進するための基盤技術として注目されている。
ＲＦＩＤタグは、ラベル型、カード型、コイン型、スティック型等の種々の形態ものがあり、用途に応じて選択される。
【０００３】
従来のコイン型ＲＦＩＤタグとしては、例えば、コイルと、コイルの両端に接続されたＩＣチップとにより構成されたＩＣチップ実装体を、実質上Ｃ字状の非磁性金属の小円板における中央孔に収容したものがある（特許文献１参照）。
しかし、この構成によれば、Ｃ字状の非磁性金属の小円板の作成にコストがかかり、また、ＲＦＩＤタグのサイズ、特にその直径を小さくしようとすれば、ＩＣチップ実装体のコイルの径を小さくしなければならないので、ＲＦＩＤタグに対するデータの読み書きの際の通信距離および通信範囲を大きくとることができないという問題を生じていた。
【特許文献１】特開２００３−３３１２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、データの読み書きの際の通信距離および通信範囲を従来よりも大きくとることができ、より安価なコイン型ＲＦＩＤタグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、ＩＣチップのアンテナ接続用端子に環状アンテナ回路を接続してなるＩＣチップ実装体と、非磁性金属板とを、前記環状アンテナ回路の内側に前記非磁性金属板が位置するように円板状の外殻樹脂基材上に配置し、前記外殻樹脂基材の該ＩＣチップ実装体側を被覆する射出外殻樹脂部によって前記ＩＣチップ実装体および前記非磁性金属板を封止したコイン型ＲＦＩＤタグであって、前記非磁性金属板がその中央部において前記外殻樹脂基材から外向きに凸状であることを特徴とするコイン型ＲＦＩＤタグを構成したものである。
【０００６】
上記構成において、前記非磁性金属板が、その中心部分および周辺部分の前記外殻樹脂基材表面に対する高さの差が０．５ｍｍ以下となるような凸状であることが好ましく、また、前記非磁性金属板が、プレス打ち抜き加工により製造されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、非磁性金属板をＩＣチップ実装体の環状アンテナ回路の内側に配置したので、コイン型ＲＦＩＤタグの寸法を小さくしても、ＩＣチップ実装体の環状アンテナ回路の径を大きくすることができ、その結果、ＲＦＩＤタグに対するデータ読み書きの際の通信距離を長くすることができ、また通信範囲を広げることができる。さらに、ＲＦＩＤタグの組み立て時において、金属板の面積歩留まりが高くなり、ハンドリングが容易になるためコストダウンが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
図１は、本発明の１実施例によるコイン型ＲＦＩＤタグの組み立て工程における中間製品の平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図１を参照して、本発明によるコイン型ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ５および環状アンテナ回路６からなるＩＣチップ実装体１と、非磁性金属板３と、円板状の外殻樹脂基材２とを有している。
【０００９】
ＩＣチップ５としては、１２５〜１３５ＫＨｚ、４.９ＭＨｚ、６.５ＭＨｚ、１３.５６ＭＨｚまたはＵＨＦ帯等の周波数帯域で作動するＩＣチップが使用可能である。
環状アンテナ回路６は、ＩＣチップ５のリードフレームのそれぞれのアンテナ接続用端子７ａ、７ｂに電気的に接続され、電磁誘導方式でデータ通信が行われるようになっている。
【００１０】
環状アンテナ回路６は、巻線（被覆銅線）、エッチング、印刷、蒸着、メッキなどの方法で作成することが可能であるが、小型化するためには、重ね巻が容易で、回路の断面積が比較的大きく、抵抗値が小さく、低コストで製造可能な巻線アンテナを使用することが好ましい。
巻線アンテナ６の材料としては、銅、アルミ、金等があるが、銅線が最も多く使用されており種類も多い。銅線は、一般にマグネットワイヤと呼ばれ、絶縁性の樹脂で被覆されている。コイルを成型する場合、絶縁被覆の外側にホットメルトあるいは溶剤可溶性接着剤が設けられた線材を使用し、線を重ね巻きしながら接着剤で線同士を接着して解れないようにする。
【００１１】
ＩＣチップ５に環状アンテナ回路６を接続する方法としては、ハンダ等の金属、合金を使用して加熱接続する方法や、銀、銅などの金属粉末を含有する導電性接着剤で接続する方法や、超音波接合を含む広い意味での溶接、カシメ、金属同士の熱圧着など定法の接続方法が使用可能である。
【００１２】
非磁性金属板３は、コイン型ＲＦＩＤタグを所望の重量とするための重りとして機能する。非磁性金属３としは、真鍮板、銅板、燐青銅板等が使用可能である。本発明では、円板状のものを使用する。円板状の非磁性金属板３とすることで、面積歩留まりが高くなり、非磁性金属円板を作成するための打ちぬき刃型の形状を単純にすることができ、またハンドリングを容易にすることができるので製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００１３】
本発明では、非磁性金属板３の厚さを１．５ｍｍ以下としている。これは、厚さ２．８ｍｍのコイン型ＲＦＩＤタグにおいて、中心部に１．５ｍｍ厚の非磁性金属板３を設けると、両側の樹脂の厚さが片側０．４ｍｍ程度となり、厚さがこれ以上に大きくなると、射出成型時に樹脂の流れる空隙が狭くなり、樹脂が十分に回り込むのが困難になるからである。層構成にもよるが、このような観点から非磁性金属板３の厚さは１．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００１４】
また、コイン型ＲＦＩＤタグの重さを５ｇ程度とし、そのうちの５０％の重量を非磁性金属板３が占めると仮定すると、非磁性金属板３は、真鍮製の場合（比重８．４５）、３００ｍｍ３程度の体積が必要となる。これは１６ｍｍφ×１．５ｍｍ〜２５ｍｍφ×０．６ｍｍの範囲の真鍮板に換算できる。通信性能、射出成型性、ＩＣチップ実装体１の設置部分の空き面積を考慮すると、１８〜２２ｍｍφ×０．８〜１．２ｍｍｔの範囲の真鍮板が更に好ましい。発明者らの試行によれば、この範囲の非磁性金属板において、金属板の中心部分および周辺部分の外殻樹脂基材表面に対する高さの差が０．５ｍｍ以下であることが、後述の射出成型適性を良好にする上でより好ましい。すなわち、この値が０．５ｍｍを超えると、成型適性を満足しえないおそれが大きくなる。また、この差が０．０２ｍｍ未満の場合は、金属板を上下どの向きに配置しても、すなわち外殻樹脂基材に対し外向きに凸に置こうが凹に置こうがいずれにしても射出成型適性が良好となる。したがって、上述のような形状の範囲の非磁性金属板の場合に、その中心部分および周辺部分の外殻樹脂基材表面に対する高さの差を０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にすることが、後述の射出成型適性が良好であるという本発明の特徴を満足するようなコイン型ＲＦＩＤタグを得る上で非常に好ましい。
【００１５】
大きな平板状非磁性金属板から円形の金属板を打ち抜くのは、硬貨のようにほぼ平坦になるものから、ある程度中心部分が凸状にしたものまで打ち抜き金型の形状で変更することが可能である。平坦に打ち抜き可能な打ち抜き金型は、若干、中心部が凸状になる打ち抜き金型に比較して高い精度が要求されるため、コストが高い。本発明では、コストを抑えた打ち抜き金型を使用し、若干中心部が凸状となる円形非磁性金属板を使用することで、低コストのコイン型ＲＦＩＤタグとすることを可能とした。
【００１６】
外殻樹脂基材２は、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン（登録商標）、ポリアミド、ポリマーアロイ、エンジニアリングプラスチックなどの単体或いは複合体、等熱可塑性の一般的に射出成型が可能な樹脂から形成される。用途によって、透明、半透明、不透明のものが使用できる。透明樹脂以外のほとんどの樹脂は、酸化チタン、炭酸カルシウム、シリカ、カーボン、有機顔料などの顔料や染料や紫外線吸収剤、滑材等の添加剤を含んでいる。また、出来上がったコイン型ＲＦＩＤタグを染料によって染色する場合もある。
コイン状に成型されるものであるから、落下等が頻繁に発生し外部からの応力を受ける可能性があり、よって、変形の少なく耐衝撃性の高い樹脂、たとえばＡＢＳ、ＡＢＳ-ＰＣ等を使用するのが更に好ましい。
外殻樹脂基材２は、公知の射出形成法を用いて作成される（１次成型）。図１および図２からわかるように、外殻樹脂基材２は、この実施例では、円板状の本体部分２ｂと、本体部分２ｂの表面側の外周縁に沿って設けられた環状突起部分２ａとからなっている。
【００１７】
本発明では、１次成型された外殻樹脂基材２における環状突起部分２ａに囲まれた表面に、ＩＣチップ実装体１と非磁性金属板３を固定する必要がある。これは、２次成型時に射出される樹脂によって非磁性金属板３が押し流され、それによって通信性能の低下並びに重心の移動、およびＩＣチップ実装体１の破壊が生じることを防止するため、また、２次成型時の射出成型作業でのハンドリングを容易にするために必須である。
【００１８】
ＩＣチップ実装体１および非磁性金属板３を固定する方法として、(1)粘着シート(両面テープ)による固定法、(2)接着剤および粘着剤による固定法が考えられる。
固定法(1)は、ＩＣチップ実装体１および非磁性金属板３を同時に固定するのに使用することが出来る。この場合、粘着シートとしては公知のものが使用可能であり、芯材に紙、フィルム、不織布、フォーム基材などを使用したものや、芯材のないものが使用可能である。粘着剤は、当初外殻樹脂基材２の内側に敷き詰められるように円形状として、環状アンテナ回路とチップを同時に固定できるようにしたが、２次成型時にチップが破壊する不具合が発生する場合もある。本発明者等が試行した結果、外殻樹脂基材に直接接着出来る、図１に示すような一部切り欠きを設けた円形にカットしたものを使用すると、２次成型の射出成型処理後にチップについて不具合がほとんど出ないことが判った。なお、この際、チップ部分は外殻樹脂基材２に接着剤で固定することが好ましい。また、環状アンテナ回路とチップは別々に固定することが好ましいと推定される。
ここで使用されるチップを固定する接着剤は、熱硬化型や反応型のものが好ましい。接着剤の種類としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂等、２次成型時の射出樹脂によって接着力の低下がないものが好ましい。接着剤の粘度は５００ｃｐｓ〜１００，０００ｃｐｓのものが好ましい。これは、５００ｃｐｓより低粘度であると、外殻樹脂基材２の表面等にも接着剤が付着する可能性があり、硬化するまでに汚れなどの原因となる。また、１００,０００ｃｐｓより高粘度であると、チップと外殻樹脂基材２の間に接着剤が進入しにくかったりして作業性が悪いという問題点がある。
図２では外殻樹脂基材２と非磁性金属板３の間に隙間があるように描かれている。実際には、非磁性金属板３の縁の部分が粘着剤４に部分的に埋まることで、外殻樹脂基材２と非磁性金属板３との接着力の向上と、２次成型時の圧力による外殻樹脂基材２の変形防止の緩衝効果が得られる。
粘着剤の厚さ・種類は、非磁性金属板３の厚さ、凸形状の割合、２次成型の条件により適宜選択する必要がある。粘着剤の厚さは２０μｍ〜２００μｍの範囲で選択するのが好ましい。更に３０μｍ〜１５０μｍの厚さが好ましい。２０μｍ以下の厚さでは、接着および圧力緩衝効果が弱く、２００μｍ以上であると、全体の厚さの影響やコストの課題が出てくる。
固定法(2)では、金属板を固定する接着剤として、エポキシ系、シリコーン系、シアノアクリレート系、ビニル系等の汎用の接着剤の使用が可能で、使用される外郭樹脂の材質によって選択するのが好ましい。一般の紫外線硬化樹脂は、紫外線が金属板で遮蔽されてしまって硬化が難しく好ましくない。熱硬化、反応性硬化接着剤が好ましい。
接着剤の厚さがない場合、２次成型時に非金属板の縁の部分が外殻樹脂基材２に局部的な圧力が加わり、外殻樹脂基材２が変形する場合がある。変形を防ぐため、接着剤の厚さを一定以上にすることで、圧力の緩衝効果が得られる。接着剤には５〜１００μのシリカ等の汎用のスペーサー顔料を含有させるのが好ましい。
また、ＩＣチップ実装体１を固定するのに粘着剤が使用される。この場合にも、アクリル系、シリコーン系、ビニル系等の汎用の粘着剤が使用可能である。
【００１９】
本発明では、２次成型時には高温の樹脂が外殻樹脂基材２の中央部から押し出されるので、中央部には熱および圧力によって非磁性金属板３が移動しないように確実に固定できる接着剤を使用し、ＩＣチップ実装体１については、外殻樹脂基材２の周辺部に配置され、周辺部は、中央部より熱および圧力の影響を受けないので、粘着剤を使用するのが好ましい。周辺部を粘着剤によって固定することで、ＩＣチップ実装体１の貼り込み作業が容易になる。固定法(2)は、接着剤と粘着剤を塗布することができるので、自動化しやすい。
射出成型時に強い圧力を受けてＩＣチップの破損や、環状アンテナ回路との接続部分での断線を防ぐことを目的としている。
【００２０】
そして、コイン型ＲＦＩＤタグの中間製品１０（外殻樹脂基材２における環状突起部分２ａに囲まれた表面に、ＩＣチップ実装体１と非磁性金属板３が固定されたもの）に対し、その外殻樹脂基材２の中央部から射出された高温の樹脂が押し出され、２次成型がなされる。こうして、外殻樹脂基材２のＩＣチップ実装体１側が射出外殻樹脂部８によって被覆され、ＩＣチップ実装体１および非磁性金属板３が封止され、コイン型ＲＦＩＤタグが製造される（図３参照）。
【００２１】
次に、非磁性金属板３の凸部分の形状を色々と変更し、射出成型性との関係を検討した。
（実施例１）
実施例１では、図１および図２に示した構成のコイン型ＲＦＩＤタグを作成した。
マイフェア／ＭＣＣ２パッケージ（インフィニオン社製）をＩＣチップ５として使用した。ホットメルト接着剤を被覆した１２０μｍのエナメル線（東京特殊電線製）を２８ｍｍφのコアに加熱し線材同士を接着しながら８回巻き、コアから外し、環状アンテナ回路となる空芯コイル状の巻線アンテナ６とした。ＩＣチップ５の両アンテナ用接続端部７ａ、７ｂを環状アンテナ回路６の両端とハンダにて接合した。不要な線材をカットし、ＩＣチップ実装体１とした。
外殻樹脂基材２（ＡＢＳ樹脂）は、外径３２ｍｍφ、内径３０ｍｍφ、厚さ０．６ｍｍ、縁の部分の厚さ１．４ｍｍとして、射出成型により製造した。
粘着剤４（商品名：Ｎｏ.５００  日東電工）を、一部に切り欠きを設けた２９．５ｍｍφの円形にカットして、外殻樹脂基材２の内側に貼り、その上から２０ｍｍφ (開口面積比率５１．０％：空芯コイル内径面積に対する金属板面積被覆率)に打ち抜いた非磁性金属板３（１．０ｍｍ厚真鍮板）とＩＣチップ実装体１を貼り付けた。非磁性金属板３の形状は中心部分が周辺部分と比較して０．２５ｍｍ高くなるようにした。
ＩＣチップ実装体１のチップ５は、一部切り欠きを設けた円形にカットした粘着剤の切り欠き部分に合わせておき、湿気硬化型接着剤（商品名：アロンアルファ  東亜合成製）で外殻樹脂基材２に粘着剤を介さず直接接着した。
こうして組み立てたコイン型ＲＦＩＤタグの中間製品１０をＡＢＳ樹脂にて射出成型しコイン型ＲＦＩＤタグを得た。
【００２２】
（実施例２）
非磁性金属板３を平面にプレス加工し、非磁性金属板３の形状は中心部分が周辺部分と比較して０．０５ｍｍ高くなるようにした以外は実施例１と同様とした。
（比較例１）
図４に示されるように、非磁性金属板３を上下逆向きに（外殻樹脂基材２に対し外向きに凹となる）配置した点を除いて、実施例１と同様とした。
【００２３】
（比較検討）
実施例１、２および比較例１で作成したサンプルについて、ＮＥＣフロンティア製リーダライタ：ＳＲ１０１２−ＳＴ３で読み取り距離を測定した。測定結果を以下の表１に示す。
【００２４】
【表１】
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比較例１は樹脂が射出成型出来なかったため、その後の比較検討は行わなかった。
この原因は、次のとおりである。図５は、実施例１における２次成型時の射出樹脂の流れ（矢印Ａ）を示した図であり、図６は、比較例１における２次成型時の射出樹脂の流れ（矢印Ｂ）を示した図である。図５から分かるように、射出される樹脂は、スムーズに全体に行き渡ることなく、中心部分に滞ってしまうため、先に射出された樹脂の粘度が高くなり、後から射出される樹脂の妨げになり、最後に樹脂が中心部分で固まり、周辺部分に樹脂欠損が発生して製品とならなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１実施例によるコイン型ＲＦＩＤタグの組み立て工程における中間製品の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明の１実施例によるコイン型ＲＦＩＤタグの図２に類似の断面図である。
【図４】コイン型ＲＦＩＤタグの比較例の図２に類似の断面図である。
【図５】図１の中間製品の場合の２次成型時の射出樹脂の流れを示した図である。
【図６】比較例の２次成型時の射出樹脂の流れを示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ＩＣチップ実装体
２  外殻樹脂基材
３  非磁性金属板
４  粘着剤
５  ＩＣ実装部
６  環状アンテナ回路
７ａ、７ｂ  アンテナ用接続端
８  射出外殻樹脂部
９  コイン型ＲＦＩＤタグ
１０  コイン型ＲＦＩＤタグの中間製品
【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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