(57)【要約】【課題】曲面に取り付けた場合に無線ＩＣ素子に応力が集中してダメージを受けるおそれを排除した無線ＩＣデバイスを得る。【解決手段】可撓性を有する誘電体素体２０と、誘電体素体２０の少なくとも一方主面に設けられた金属材からなる可撓性を有する放射体３０と、放射体３０に結合された無線ＩＣ素子５０とを備えた無線ＩＣデバイス。放射体３０の一部分を折り曲げる又は湾曲させることによって、誘電体素体２０と放射体３０との間に空隙部２８を形成し、該空隙部２８に無線ＩＣ素子５０が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する誘電体素体と、
前記誘電体素体の少なくとも一方主面に設けられた金属材からなる可撓性を有する放射体と、
前記放射体に結合された無線ＩＣ素子と、
を備え、
前記放射体の一部分を折り曲げる又は湾曲させることによって、前記誘電体素体と前記放射体との間に空隙部を形成し、
前記空隙部に前記無線ＩＣ素子が配置されていること、
を特徴とする無線ＩＣデバイス。
【請求項２】
前記無線ＩＣ素子は、前記空隙部の折り曲げ位置又は湾曲部分の中心位置よりもオフセットされた位置に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】
前記誘電体素体は平面視で長辺と短辺を有する直方体形状をなし、
前記無線ＩＣ素子は、前記誘電体素体の長辺方向に沿ってオフセットされた位置に配置されていること、
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】
前記誘電体素体は平面視で長辺と短辺を有する直方体形状をなし、
前記無線ＩＣ素子は、平面視で長辺と短辺を有する直方体形状をなし、該短辺を前記誘電体素体の長辺方向に一致させて前記放射体に結合されていること、
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】
前記放射体は可撓性を有するフィルム上に設けられており、
前記フィルムは前記放射体及び前記無線ＩＣ素子を内側にして前記誘電体素体の表面に取り付けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項６】
前記放射体は、前記誘電体素体の一方主面から両端面を経て他方主面にわたって連続して配置されており、かつ、一方主面及び／又は他方主面に接着されていること、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】
前記無線ＩＣ素子は所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップであること、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】
前記無線ＩＣ素子は、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、所定の共振周波数を有する給電回路を含む給電回路基板とからなること、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９】
前記誘電体素体、前記放射体及び前記無線ＩＣ素子が、可撓性を有する保護ケースに収容されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
【請求項１０】
可撓性を有する誘電体素体と、
前記誘電体素体の少なくとも一方主面に設けられた金属材からなる可撓性を有する放射体と、
前記放射体に結合された無線ＩＣ素子と、
を備え、
前記放射体の一部分を折り曲げる又は湾曲させることによって、前記誘電体素体と前記放射体との間に空隙部を形成し、
前記空隙部に前記無線ＩＣ素子が配置されており、
前記誘電体素子が金属体の表面に貼着されていること、
を特徴とする無線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デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線ＩＣデバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、高周波信号の送受信を行うアンテナ（放射体）とを備え、管理対象となる種々の物品（あるいはその包装材）に貼着して使用される。
【０００３】
この種のＲＦＩＤタグとして、特許文献１，２には、金属物品の表面に貼り付けても動作する金属対応タグが記載されている。この金属対応タグは、直方体形状の誘電体素体にアンテナとなる金属パターンを巻き付けたものである。ところで、この種のＲＦＩＤタグを貼り付ける対象となる物品の表面は、様々な形状を有している。例えば、ガスボンベの表面などの湾曲面にも貼着可能であることが要求される。前記金属対応タグにあっては、誘電体素体として例えばシリコンゴムのような可撓性を有する材料を用い、放射体として金属箔のような可撓性を有する材料を用いれば、湾曲面に貼着することが可能になる。但し、誘電体素体はある程度の厚みが必要であり、素体自体が可撓性を有していても、該素体が曲げられた場合には無線ＩＣチップに応力が集中し、無線ＩＣチップがダメージを受けるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０５３８３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７２２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、曲面に取り付けて誘電体素体が曲げられた場合であっても、無線ＩＣ素子に応力が集中してダメージを受けるおそれを排除した無線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】
本発明の第１の形態である無線ＩＣデバイスは、
可撓性を有する誘電体素体と、
前記誘電体素体の少なくとも一方主面に設けられた金属材からなる可撓性を有する放射体と、
前記放射体に結合された無線ＩＣ素子と、
を備え、
前記放射体の一部分を折り曲げる又は湾曲させることによって、前記誘電体素体と前記放射体との間に空隙部を形成し、
前記空隙部に前記無線ＩＣ素子が配置されていること、
を特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の形態である無線ＩＣデバイスは、前記誘電体素体が金属体の表面に貼着されていること、を特徴とする。
【０００８】
前記無線ＩＣデバイスにおいては、無線ＩＣデバイスを湾曲した物品（金属体）の表面に取り付け、誘電体素体が強制的に湾曲して応力が発生した場合であっても、無線ＩＣ素子は誘電体素体と放射体との間に形成されている空隙部に配置されているため、無線ＩＣ素子に作用する応力が緩和され、無線ＩＣ素子が損傷するおそれがなくなり、信頼性が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、曲面に取り付けた場合であっても、無線ＩＣ素子に応力が集中してダメージを受けるおそれを排除でき、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例である無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２】前記無線ＩＣデバイスを金属体の湾曲面に貼着した状態を示す断面図である。
【図３】第２実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。
【図４】第３実施例である無線ＩＣデバイスを示す断面図である。
【図５】第４実施例である無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】無線ＩＣ素子としての無線ＩＣチップを示す斜視図である。
【図７】無線ＩＣ素子として給電回路基板上に前記無線ＩＣチップを搭載した状態を示す斜視図である。
【図８】給電回路の一例を示す等価回路図である。
【図９】前記給電回路基板の積層構造を示す平面図である。
【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及び図２参照）
第１実施例である無線ＩＣデバイス１Ａは、ＵＨＦ帯の通信に用いられるものであり、図１に示すように、直方体形状をなす誘電体素体２０と、金属パターンからなる放射体３０と、無線ＩＣ素子５０とで構成されている。
【００１３】
誘電体素体２０は、フッ素系樹脂材、ウレタン系樹脂材などの誘電体（絶縁性、磁性体であってもよい）からなり、可撓性を有している。なお、誘電体素体２０は、それ自体が可撓性を有する材料にて形成されているが、表面に短辺方向に延在する図示しないスリットが形成されていることにより、より大きな可撓性を備えていてもよい。
【００１４】
放射体３０は、可撓性を有する銅箔やアルミ箔などの金属材からなり、誘電体素体２０の上面（一方主面）から両端面を経て下面（他方主面）にわたって設けられている。この放射体３０は可撓性樹脂フィルム３５（両面テープであってもよい）上に設けられている。このフィルム３５は放射体３０及び無線ＩＣ素子５０を内側にして誘電体素体２０の表面に貼着されている。
【００１５】
放射体３０と樹脂フィルム３５とは、誘電体素体２０の表面に貼着された状態において、短辺方向に延在するa，ｂで示す部分で折り曲げることによって、誘電体素体２０と放射体３０との間に断面で三角形状をなす空隙部２８が形成されている。また、放射体３０の両端部と誘電体素体２０の両端部との間にも空隙部２９が形成されている。なお、本実施例では、放射体３０及び無線ＩＣ素子５０を内側にしてフィルム３５が誘電体素体２０の上面及び下面で貼着されている。但し、フィルム３５は誘電体素体２０の上面又は下面のいずれか一方のみで貼着されていてもよい。
【００１６】
前記放射体３０は、前記空隙部２８において誘電体素体２０の短辺方向に対向する給電部３０ａ，３０ｂに分割されており、また、誘電体素体２０の下面においてギャップ３１によって分離されている。無線ＩＣ素子５０は給電部３０ａ，３０ｂに実装されている。無線ＩＣ素子５０は、ＲＦ信号を処理するもので、その詳細は図６〜図９を参照して以下に説明する。無線ＩＣ素子５０と給電部３０ａ，３０ｂとの結合は電磁界結合あるいは半田バンプなどによる電気的な直接結合（ＤＣ接続）である。
【００１７】
ところで、本第１実施例において、無線ＩＣ素子５０は前記空隙部２８に配置されている。即ち、給電部３０ａ，３０ｂが誘電体素体２０の一方主面から持ち上げられた傾斜面に配置され、この給電部３０ａ，３０ｂに無線ＩＣ素子５０が結合されている。空隙部２８はａ部分を中心位置として図１の左右に対称形状をなしている。無線ＩＣ素子５０はこの中心位置ａよりも誘電体素体２０の長辺方向に沿って若干オフセットされた位置に配置されている。
【００１８】
ところで、無線ＩＣデバイス１Ａは物品の平面部分に貼着されるのであれば支障を生じないのであるが、図２に示すように、ガスボンベなどの金属体７０の曲面部分に貼着される場合がある。このように、無線ＩＣデバイス１Ａの下面を曲面に貼着すると、無線ＩＣデバイス１Ａは誘電体素体２０や放射体３０が可撓性を有するため、長辺方向に沿って湾曲する。
【００１９】
前記湾曲が生じると、比較的剛性を有する誘電体素体２０や放射体３０に矢印ｃで示す曲げ応力が発生し、仮に、空隙部２８が存在せずに無線ＩＣ素子５０が誘電体素体２０に密着していると、無線ＩＣ素子５０に応力が集中し、無線ＩＣ素子５０がダメージを受けるおそれがある。しかし、本第１実施例において、無線ＩＣ素子５０は空隙部２８に配置されているため、誘電体素体２０の湾曲によって空隙部２８が若干潰れた状態になるが、無線ＩＣ素子５０に作用する応力は大きく軽減され、無線ＩＣ素子５０が損傷するおそれが排除される。また、誘電体素体２０の両端部に形成した空隙部２９によって、誘電体素体２０の湾曲が助長されるとともに、無線ＩＣ素子５０に生じる応力も緩和される。
【００２０】
特に、本第１実施例においては、無線ＩＣ素子５０が中心位置ａよりも誘電体素体２０の長辺方向に沿って若干オフセットされた位置に配置されているため、無線ＩＣ素子５０への応力の集中を効果的に緩和することができる。また、金属パターンからなる放射体３０が可撓性を有する樹脂フィルム３５上に接着されており、樹脂フィルム３５が放射体３０及び無線ＩＣ素子５０を内側にして誘電体素体２０の表面に貼着されているため、樹脂フィルム３５によって放射体３０及び無線ＩＣ素子５０が外界から保護されることになる。さらに、樹脂フィルム３５で誘電体素体２０を巻き込むように取り付けるので、容易かつ効率的に無線ＩＣデバイス１Ａを製造することができる。
【００２１】
また、図１（Ｃ）に示すように、無線ＩＣ素子５０が平面視で長辺と短辺を有する直方体形状をなす場合には、無線ＩＣ素子５０をその短辺が誘電体素体２０の長辺方向に一致するように放射体３０に結合させると、誘電体素体２０の湾曲時に無線ＩＣ素子５０に作用する応力をより緩和することができる。
【００２２】
ここで、無線ＩＣデバイス１Ａの通信作用について概略的に説明すると、無線ＩＣ素子５０から所定の高周波信号が給電部３０ａ，３０ｂを介して放射体３０の上面部分に伝達され、下面部分との電位差により、上面部分がパッチアンテナとして動作する。このように、給電部３０ａ，３０ｂから供給される信号の特性（例えば、広帯域な周波数特性）をそのまま放射体３０から外部に伝えることができる。放射体３０が外部からの高周波を受信した場合も、同様に、給電部３０ａ，３０ｂから無線ＩＣ素子５０に電力が供給される。
【００２３】
放射体３０単体からの電磁界放射は弱く短い距離でしか通信できない。無線ＩＣデバイス１Ａを金属体７０に貼着すると、放射体３０の下面部分が金属体７０と容量結合し、金属体７０からその表面方向に強い電磁界が放射され、離れた位置にあるリーダライタとの通信が可能になる。なお、放射体３０と金属体７０との間に形成される容量は無限大であってもよい。換言すれば、放射体３０の下面部分は金属体７０と直接電気的に導通してもよい。
【００２４】
（第２実施例、図３参照）
第２実施例である無線ＩＣデバイス１Ｂは、図３に示すように、誘電体素体２０の上面であって無線ＩＣ素子５０と対向する位置に、無線ＩＣ素子５０よりも大きい凹部２１を形成したものである。誘電体素体２０が図２に示したように湾曲した場合、無線ＩＣ素子５０は凹部２１に入り込み、応力の集中がより緩和される。それゆえ、必ずしも、誘電体素体２０の両端部に空隙部２９（図１（Ｂ）参照）を形成しなくてもよい。
【００２５】
本第２実施例の他の構成は前記第１実施例と同様であり、その作用効果も第１実施例で説明したとおりである。
【００２６】
（第３実施例、図４参照）
第３実施例である無線ＩＣデバイス１Ｃは、図４に示すように、放射体３０のギャップ３１を平面視で無線ＩＣ素子５０とは重ならないように配置したものである。これにて、無線ＩＣ素子５０が放射体３０の下面部分にて覆われるので、シールド効果が発生する。本第３実施例の他の構成は前記第１実施例と同様であり、その作用効果も第１実施例で説明したとおりである。
【００２７】
（第４実施例、図５参照）
第４実施例である無線ＩＣデバイス１Ｄは、図５に示すように、無線ＩＣデバイス本体を可撓性を有する保護ケース４０に収容したものである。保護ケース４０はエラストマ樹脂などからなる平板状の基台部４１と箱形状部４２とからなり、無線ＩＣデバイス本体を収容した後、箱形状部４２の周囲に形成したフランジ部４３を基台部４１に熱溶着することにより封止される。この無線ＩＣデバイス１Ｄにあっては、基台部４１の下面に設けた接着剤層４５よって物品の表面に貼着される。
【００２８】
この種の無線ＩＣデバイスはガスボンベなどに貼着されると、ガスボンベどうしの接触やトラックへの積み込み、運び出しなどの際荷台に接触するなど、様々な場面で衝撃が加わる。本第４実施例のように、ケース４０で保護されることにより、耐環境性や耐衝撃性が向上する。なお、ケース４０の天面４２ａと誘電体素体２０の上面（樹脂フィルム３５や放射体３０を含めて）との間には、少なくとも空隙部２８の高さのギャップ４４が設けられていることが好ましい。
【００２９】
（無線ＩＣ素子、図６〜図９参照）
以下に、無線ＩＣ素子５０について説明する。無線ＩＣ素子５０は、図６に示すように、高周波信号を処理する無線ＩＣチップ５１であってもよく、あるいは、図７に示すように、無線ＩＣチップ５１と所定の共振周波数を有する共振回路を含んだ給電回路基板６５とで構成されていてもよい。
【００３０】
図６に示す無線ＩＣチップ５１は、シリコン半導体集積回路チップとして構成されており、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５１は、その裏面に入出力用端子電極５２，５２及び実装用端子電極５３，５３が設けられている。入出力用端子電極５２，５２は前記各実施例で示した給電部３０ａ，３０ｂと金属バンプなどを介して電気的に接続される。なお、金属バンプの材料としては、Ａｕ、はんだなどを用いることができる。
【００３１】
図７に示すように、無線ＩＣチップ５１と給電回路基板６５とで無線ＩＣ素子５０を構成する場合、給電回路基板６５には種々の給電回路（共振回路／整合回路を含む）を設けることができる。例えば、図８に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに逆相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２を含む給電回路６６であってもよい。給電回路６６は、所定の共振周波数を有するとともに、無線ＩＣチップ５１のインピーダンスと放射体３０とのインピーダンスマッチングを図っている。なお、無線ＩＣチップ５１と給電回路６６とは、電気的に接続（ＤＣ接続）されていてもよいし、電磁界を介して結合されていてもよい。
【００３２】
給電回路６６は、無線ＩＣチップ５１から発信された所定の周波数を有する高周波信号を前記アンテナに伝達し、かつ、受信した高周波信号をアンテナを介して無線ＩＣチップ５１に供給する。給電回路６６が所定の共振周波数を有するので、インピーダンスマッチングが図りやすくなり、放射体３０の整合回路部分の電気長を短くすることができる。
【００３３】
次に、給電回路基板６５の構成について説明する。図６及び図７に示すように、無線ＩＣチップ５１の入出力用端子電極５２は、給電回路基板６５上に形成した給電端子電極１４２ａ、１４２ｂに、実装用端子電極５３は、実装端子電極１４３ａ、１４３ｂに金属バンプなどを介して接続される。
【００３４】
給電回路基板６５は、図９に示すように、誘電体あるいは磁性体からなるセラミックシート１４１ａ〜１４１ｈを積層、圧着、焼成したものである。但し、給電回路基板６５を構成する絶縁層はセラミックシートに限定されるものではなく、例えば、液晶ポリマなどのような熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のような樹脂シートであってもよい。最上層のシート１４１ａには、給電端子電極１４２ａ，１４２ｂ、実装端子電極１４３ａ，１４３ｂ、ビアホール導体１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂが形成されている。ビアホール導体１４４ａ，１４５ａは給電端子電極１４２ａによって接続されている。ビアホール導体１４４ｂ，１４５ｂは給電端子電極１４２ｂによって接続されている。２層目〜８層目のシート１４１ｂ〜１４１ｈには、それぞれ、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を構成する配線電極１４６ａ，１４６ｂが形成され、必要に応じてビアホール導体１４７ａ，１４７ｂ，１４８ａ，１４８ｂが形成されている。
【００３５】
以上のシート１４１ａ〜１４１ｈを積層することにより、配線電極１４６ａがビアホール導体１４７ａにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ１が形成され、配線電極１４６ｂがビアホール導体１４７ｂにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ２が形成される。また、配線電極１４６ａ，１４６ｂの線間にキャパシタンスが形成される。
【００３６】
シート１４１ｂ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−１はビアホール導体１４５ａを介して給電端子電極１４２ａに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−２はビアホール導体１４８ａ，１４５ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続される。シート１４１ｂ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−１はビアホール導体１４４ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−２はビアホール導体１４８ｂ，１４４ａを介して給電端子電極１４２ａに接続される。
【００３７】
以上の給電回路６６において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ逆方向に巻かれているため、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界が相殺される。磁界が相殺されるため、所望のインダクタンス値を得るためには配線電極１４６ａ，１４６ｂをある程度長くする必要がある。これにてＱ値が低くなるので共振特性の急峻性がなくなり、共振周波数付近で広帯域化することになる。
【００３８】
インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は、給電回路基板６５を平面透視したときに、左右の異なる位置に形成されている。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界はそれぞれ逆向きになる。これにて、給電回路６６をアンテナに結合させたとき、アンテナには逆向きの電流が励起され、近接する金属板に電流を発生させることができ、その電流による電位差で該金属板を放射素子（アンテナ）として動作させることができる。
【００３９】
給電回路基板６５に共振／整合回路を内蔵することにより、外部の物品の影響による特性変動を抑えることができ、通信品質の劣化を防ぐことができる。また、無線ＩＣ素子５０を構成する無線ＩＣチップ５１を給電回路基板６５の厚み方向の中央側に向けて配置すれば、無線ＩＣチップ５１の破壊を防ぐことができ、無線ＩＣ素子５０としての機械的強度を向上させることができる。
【００４０】
（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。
【００４１】
特に、誘電体素体は必ずしも直方体形状である必要はなく、またその材料に関しては、ゴムやエラストマ、エポキシなどの熱硬化性樹脂やポリイミドなどの熱可塑性樹脂であってもよい、あるいは、表面に凹部を形成することにより必要な可撓性を有するのであれば、ＬＴＣＣなどのセラミックであってもよく、多層に形成されてもよい。
【００４２】
また、前記各実施例において、放射体は樹脂フィルム上に設けられている例を示したが、放射体は誘電体素体に対して両面テープなどを用いて全面的にあるいは部分的に接着されていてもよい。さらに、空隙部は放射体及び樹脂フィルムを折り曲げることにより形成した例を示したが、それ以外に放射体及び樹脂フィルムを外方に湾曲させて空隙部を形成してもよい。
【００４３】
また、放射体におけるＲＦ信号の伝搬や放射体と無線ＩＣ素子との信号の受渡しは前記実施例で説明した形態に限定することはなく、種々の伝搬形態、受渡し形態を採用でき、放射体の形状やサイズも任意である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
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、曲面に取り付けた場合に無線ＩＣ素子に応力が集中してダメージを受けるおそれを排除できる点で優れている。
【符号の説明】
【００４５】
１Ａ〜１Ｄ…無線ＩＣデバイス
２０…誘電体素体
２８…空隙部
３０…放射体
３５…樹脂フィルム
４０…保護ケース
５０…無線ＩＣ素子
６５…給電回路基板
７０…金属体
【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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