(57)【要約】【課題】小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現し、しかもＲＦＩＤタグの装着対象である金属部品や金属製品そのものを、ＲＦＩＤシステムの一部であるスリットを形成する導体として用いることも可能な、適応自由度が高いＲＦＩＤタグシステム及びこれに用いるＲＦＩＤパッケージを提供する。【解決手段】ＩＣチップと、このＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、前記ＩＣチップの動作波長に対して縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下サイズのＲＦＩＤパッケージと、このＲＦＩＤパッケージを内部または周辺に配置したスリットを備える導体と、を有するＲＦＩＤタグシステム。【選択図】図６
2013152600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップと、このＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、前記ＩＣチップの動作波長に対して縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下のＲＦＩＤパッケージと、このＲＦＩＤパッケージを内部または周辺に配置するスリットを備える導体と、を有するＲＦＩＤタグシステム。
【請求項２】
請求項１において、ＲＦＩＤパッケージのアンテナが単層のコイルであるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項３】
請求項１または２において、導体が銅、アルミニウム、鉄のいずれかを主成分としているＲＦＩＤタグシステム。
【請求項４】
請求項１から３の何れかにおいて、導体がＲＦＩＤパッケージの装着対象である金属部品もしくは金属製品または金属部品もしくは金属製品の一部であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項５】
請求項１から４の何れかにおいて、導体のスリットが切削、プレス、粉末治金、溶接、鋳造のいずれかにより形成されたＲＦＩＤタグシステム。
【請求項６】
請求項１から５の何れかにおいて、導体の表面が絶縁材料で覆われているＲＦＩＤタグシステム。
【請求項７】
請求項１から６の何れかにおいて、導体に備えられたスリットの形状が略直線状もしくは略コの字状もしくは略メアンダライン状であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項８】
請求項１から７の何れかにおいて、スリットの長さがＩＣチップの動作波長のおおよそ１／２であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項９】
請求項１から７の何れかにおいて、スリットの両端のうち片方が開放端であり、前記スリットの長さがＩＣチップの動作波長のおおよそ１／４であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項１０】
請求項１〜９において、ＩＣチップの動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージが樹脂製のネジに埋め込まれ、導体に備えられたスリットの一部にネジ穴加工が施され、前記ネジを前記スリットの一部にネジ止めすることにより、前記ＲＦＩＤパッケージが前記スリットの内部または周辺に配置されているＲＦＩＤタグシステム。
【請求項１２】
請求項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージが樹脂製の圧着ピンに埋め込まれ、前記圧着ピンを前記スリットの一部に圧入することにより、前記ＲＦＩＤパッケージが前記スリットの内部または周辺に配置されているＲＦＩＤタグシステム。
【請求項１３】
請求項１から１２の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージのサイズが、縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグシステム。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れかのＲＦＩＤタグシステムに用いるＲＦＩＤパッケージであって、ＩＣチップと、このＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、前記ＩＣチップの動作波長に対して縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下のＲＦＩＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汎用のリーダやリーダライタと共に用いて非接触で情報の送受信を行うことができるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグシステム及びＲＦＩＤパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
製品の情報や識別、管理、偽造防止の目的で、商品、包装、カード、書類等にはＩＣチップを搭載した非接触式ＲＦＩＤタグ（以下、単に「ＲＦＩＤタグ」という。）が多数利用されている。ＩＣチップには商品の名称、価格等の情報が書き込まれており、管理、販売、使用する際には、リーダやリーダライタ（以下、リーダとリーダライタを合わせて「リーダ等」ということがある。）によって、これらのＩＣチップの情報を無線で読み取り、利用できる。製造日や製造所、残金等の情報を、後でリーダライタによって書き込むことができるものもある。このようにしてＲＦＩＤタグは商品管理の利便性向上や安全性の向上、また人為的ミスをなくす等大きなメリットをもたらしている。
【０００３】
ＲＦＩＤタグは、商品に取り付けたりカードに内蔵したりするという性格上、小型薄型化の要求も強い。特に、従来はロット番号を刻印・記入して管理したりあるいは管理そのものができていなかったものへの利用として近年着目されている。具体的には眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体パッケージ等（以下、このような複雑な形状を有したり、サイズが縦：数ｃｍ×横：数ｃｍ程度以下の小さい物品を「小型多品種品」という。）の管理であり、商品（サンプル）の製造所、作業者、製造日、使用材料、寸法、特性、在庫数管理等に役立ち、管理作業者の手間を減らしてかつミスを防ぐことができる。これらのような利便性のある管理システム実現のためには、ＲＦＩＤタグの小型化・薄型化が必要不可欠となる。
【０００４】
比較的小型で薄型のＲＦＩＤタグとしては、図１に示すように、フィルム基材１上にアンテナ２０を形成し、ＩＣチップ３０を搭載したＲＦＩＤタグ８０が開示されている（特許文献１、２）。また、より小型のＲＦＩＤタグとして、基板上にアンテナパターンとＩＣチップを取り付けた後、封止してパッケージ化したもの（特許文献３）や、より薄く平坦にするために、基板を設けずに、独立したアンテナパターン上にＩＣチップを取付けた後、封止してパッケージ化したもの（特許文献４）が開示されている。以下、このようにパッケージ化したＲＦＩＤタグを、「ＲＦＩＤパッケージ」という。さらに、図２に示すように、ＩＣチップサイズまで小型化したＲＦＩＤパッケージ８０として、ＩＣチップ３０上に直接アンテナ２０を形成したもの（オンチップアンテナ）が開示されている（特許文献５、６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２１２１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０３０６０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５２４４９号公報
【特許文献４】特開２００１−０５２１３７号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／０２４９４９号
【特許文献６】特開２００７−１８９４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引用文献１、２のＲＦＩＤタグは、比較的小型で薄型であり、汎用のリーダ等でも２００ｍｍ以上の通信距離を有する。しかし、フィルム基材に設けるアンテナとして、縦または横が、数ｃｍ程度の大きさが必要なため、ＲＦＩＤタグを取付ける対象が、上述した小型多品種品である場合には対応できず、対象となる製品や取付けについての制約が大きい。
【０００７】
引用文献３、４のＲＦＩＤタグは、数ｍｍ角（縦：数ｍｍ×横：数ｍｍを表す。以下、同様。）程度と小型であり、小型多品種品にも対応できる。しかし、引用文献３のＲＦＩＤタグは、アンテナを多層に設けるため、アンテナを設ける基材も多層構造が必要となり、コストがかかる上、全体の厚みも増す問題がある。引用文献４のＲＦＩＤタグは、基材で支持されない単体のアンテナを、多数個繋げたリードフレーム状の部材を用いるので、封止後に個々のパッケージに切断すると、アンテナの切断面がパッケージの外部に露出し、環境劣化等による通信特性や信頼性への影響が懸念される。しかも、引用文献３、４のような、数ｍｍ角程度サイズのＲＦＩＤタグは、一般に、通信距離が数ｍｍ以下程度であり、実用的には十分とは言えない。リーダ等の側で対応することで、通信距離を伸ばすことは可能であるが、専用のリーダ等が必要になり、汎用のリーダ等が使えないため、使い勝手が悪い問題がある。
【０００８】
引用文献５、６のＲＦＩＤタグは、サイズはＩＣチップと同等（数１００μｍ角程度）であり、小型多品種品に十分対応できる。しかし、通信距離が１ｍｍ以下または接触レベルと短く、実際に使用する現場においては、作業の効率や自由度が低い問題がある。一方、通信距離を長くしようとすると、ＩＣチップ自体のサイズを拡大する必要があるため、コスト高になる問題があった。
【０００９】
サイズが１０ｍｍ角程度以下で、かつ通信距離が、１０ｍｍ程度以上であるようなＲＦＩＤタグであれば、小型多品種品を始めとして、適用範囲は大幅に拡大し、また汎用のリーダ等でも対応可能であるため、産業上利用価値が非常に高い。しかしながら、上述したように、サイズが数ｍｍ角オーダー以下のＲＦＩＤタグは、通信距離が短く、実用上は、使い勝手の悪いものであった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現し、しかもこれまでＲＦＩＤタグの装着対象である金属部品や金属製品そのものを、ＲＦＩＤシステムの一部であるスリットを形成する導体として用いることも可能な、適応自由度が高いＲＦＩＤタグシステム及びこれに用いるＲＦＩＤパッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下のものに関する。
１．  ＩＣチップと、このＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、前記ＩＣチップの動作波長に対して縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下のＲＦＩＤパッケージと、このＲＦＩＤパッケージを内部または周辺に配置するスリットを備える導体と、を有するＲＦＩＤタグシステム。
２．  項１において、ＲＦＩＤパッケージのアンテナが単層のコイルであるＲＦＩＤタグシステム。
３．  項１または２において、導体が銅、アルミニウム、鉄のいずれかを主成分としているＲＦＩＤタグシステム。
４．  項１から３の何れかにおいて、導体がＲＦＩＤパッケージの装着対象である金属部品もしくは金属製品または金属部品もしくは金属製品の一部であるＲＦＩＤタグシステム。
５．  項１から４の何れかにおいて、導体のスリットが切削、プレス、粉末治金、溶接、鋳造のいずれかにより形成されたＲＦＩＤタグシステム。
６．  項１から５の何れかにおいて、導体の表面が絶縁材料で覆われているＲＦＩＤタグシステム。
７．  項１から６の何れかにおいて、導体に備えられたスリットの形状が略直線状もしくは略コの字状もしくは略メアンダライン状であるＲＦＩＤタグシステム。
８．  項１から７の何れかにおいて、スリットの長さがＩＣチップの動作波長のおおよそ１／２であるＲＦＩＤタグシステム。
９．  項１から７の何れかにおいて、スリットの両端のうち片方が開放端であり、前記スリットの長さがＩＣチップの動作波長のおおよそ１／４であるＲＦＩＤタグシステム。
１０．  項１〜９において、ＩＣチップの動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚの間であるＲＦＩＤタグシステム。
１１．  項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージが樹脂製のネジに埋め込まれ、導体に備えられたスリットの一部にネジ穴加工が施され、前記ネジを前記スリットの一部にネジ止めすることにより、前記ＲＦＩＤパッケージが前記スリットの内部または周辺に配置されているＲＦＩＤタグシステム。
１２．  項１から１０の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージが樹脂製の圧着ピンに埋め込まれ、前記圧着ピンを前記スリットの一部に圧入することにより、前記ＲＦＩＤパッケージが前記スリットの内部または周辺に配置されているＲＦＩＤタグシステム。
１３．  項１から１２の何れかにおいて、ＲＦＩＤパッケージのサイズが、縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下×高さ１．０ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグシステム。
１４．  １から１３の何れかのＲＦＩＤタグシステムに用いるＲＦＩＤパッケージであって、ＩＣチップと、このＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成するアンテナと、前記ＩＣチップ及びアンテナを封止する封止材とを有し、前記ＩＣチップの動作波長に対して縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下のＲＦＩＤパッケージ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現し、しかもＲＦＩＤタグの装着対象である金属部品や金属製品そのものを、スリットを形成する導体として用いることも可能な、適応自由度が高いＲＦＩＤタグシステム及びこれに用いるＲＦＩＤパッケージを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のＲＦＩＤパッケージの概略の断面図である。
【図２】従来の他のＲＦＩＤパッケージの概略の断面図である。
【図３】本発明のＲＦＩＤパッケージのアンテナの形状を示す概略の平面図である。
【図４】本発明のＲＦＩＤパッケージの一例の概略の断面図である。
【図５】ＩＣチップを接続したコイルアンテナの電気的等価回路を示す図である。
【図６】本発明のＲＦＩＤタグシステムの概略の（ａ）平面図と（ｂ）Ａ−Ａ断面の拡大図である。
【図７】本発明のＲＦＩＤタグシステムの概略の平面図である。
【図８】本発明のＲＦＩＤタグシステムの概略の平面図である。
【図９】本発明のＲＦＩＤタグシステムの概略の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明におけるＲＦＩＤパッケージとは、ＩＣチップと基材上に設けたアンテナをワイヤボンディングなどで接続し、それらを封止材で封止したＲＦＩＤタグをいう。以下に、本発明に用いるＲＦＩＤパッケージの実施形態の一例を示す。
【００１５】
ＲＦＩＤパッケージにおける基材は、アンテナやＩＣチップを支持するものである。基材としては、樹脂製のものを使用する。樹脂製の基材としては、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒される時に必要な、２５０〜３００℃で数秒程度の耐熱性と機械的強度を有し、熱膨張係数が小さい材料が好適であり、このようなものとして、ガラスエポキシ、フェノール、ポリイミド等が利用できる。アンテナを低コストでばらつきなく形成するためには、基材の片面に金属箔が貼り合わされた金属箔付き基材を用いて、エッチングによりアンテナを形成することが効果的である。さらにＲＦＩＤパッケージの薄型化のためには１０〜５０μｍ程度の薄い基材を用いることが有効である。前記条件を満たす基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔が貼り合わされた銅箔付きポリイミド基材（例えば、日立化成工業株式会社製  製品名：ＭＣＦ−５０００Ｉ、ポリイミド厚み２５μｍ、銅箔厚み１８μｍ）が利用できる。なお、比誘電率は、紙フェノールが４．６〜７．０程度、ガラスエポキシが４．４〜５．２程度、ポリイミドが３．５程度であり、これらの基材は全て利用できるが、比誘電率が高ければ、インダクタンスが増加するため、アンテナを小型化できる。なお、比誘電率は、紙フェノールやガラスエポキシより小さいが、基材が薄く形成可能で、耐熱性があり、物理的強度が強く、アンテナの形成性も良好な点で、銅箔付きポリイミド基材を用いるのが望ましい。
【００１６】
アンテナは、リーダ等と電磁結合して電力を受け取り、ＩＣチップに伝えて、ＩＣチップを動作させるものである。アンテナは単層でよく、多層化する必要がないので、基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成すると、低コストでばらつきなく形成することができる点で望ましい。
【００１７】
図３に示すように、樹脂製の基材１上の中央部にＩＣチップ３０を配置し、このＩＣチップ３０の外周部の基材１の片面にアンテナ２０を配置する。アンテナ２０は、基材１の外周部の長さのとれる領域に配置されるので、アンテナ形状の自由度が拡大し、アンテナ２０のインダクタンスＬとＩＣチップ３０の静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路（以下、「ＬＣ共振回路」ということがある。）の共振周波数の調整が容易となる。また、アンテナ２０は、ＩＣチップ３０の外周部に設けられるので、コイルアンテナの場合、コイルの直径が大きくなり、インダクタンスが増加して、通信距離の確保と小型化に有利となる。また、アンテナ２０は、ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないようにする。ここで、電気的閉回路を形成し、開放端を形成しないとは、アンテナ２０が端部を２箇所有しており、この端部２箇所とＩＣチップ３０の２つの電極（図示しない。）とがそれぞれ接続されていることを意味する。また、アンテナ２０端部とは、アンテナ２０の端から１ｍｍ以内の領域をいう。ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成し、開放端を有しないアンテナの具体例としては、図３のコイルアンテナが挙げられ、これにより、ＲＦＩＤパッケージのサイズが小型でも、ＬＣ回路としてアンテナ２０を容易に設計でき、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、通信距離を確保するのが有利となる。
【００１８】
アンテナの形状を、図３に示す。アンテナ２０の形状は、アンテナ２０のインダクタンスとＩＣチップ３０の静電容量とを含めて形成される電気回路（ＬＣ共振回路）の共振周波数が、ＩＣチップ３０の動作周波数またはその付近となるように設計する。アンテナ２０の形状としては、コイルアンテナなどが利用できる。ＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成するコイルアンテナは、電気回路をＬＣ共振回路として容易に設計することができ、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることができるため、小型化することが可能となる点で望ましい。アンテナ２０の設計手法については後述する。またコイルアンテナの場合、巻線コイルを接着剤等で搭載することも可能だが、巻線コイルよりもエッチングで作製するコイルのほうがインダクタンス等の性能が安定しており、また、導線幅／導線間距離が、０．２ｍｍ／０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍ程度の微細な配線を形成することができるため小型化に有利であり、量産性にも優れているため、エッチング製法のほうが産業上有効である。
【００１９】
また、図３には、ＩＣチップ３０及びワイヤボンディングしたワイヤ４０も図示している。銅箔付きポリイミドの銅箔をエッチングしてアンテナ２０を形成するとき、ＩＣチップ３０を搭載する部分の銅箔も残しておき、ダイパッド（図示しない。）を形成しておくことで、ＩＣチップ３０のワイヤボンディング等の接続の際に剛性を保ち歩留まりが向上する。ＩＣチップ３０を搭載する部分の銅箔の上にダイボンドフィルム（図示しない。）を配置し、その上にＩＣチップ３０を固定する。ＩＣチップ３０は読み取り専用のものでもよいが、情報を書き込めるもののほうが、作業履歴等を随時書き込めるため好適である。その後、ワイヤボンディングによってＩＣチップ３０とアンテナ２０を直接接続する。図３のコイルアンテナ２０では、２箇所のアンテナ端部が、アンテナ２０を間に挟んで位置するが、この間に位置するアンテナ２０を、ワイヤボンディングのワイヤ４０で跨いで、アンテナ端部とＩＣチップ３０とを直接接続することによって、ジャンパー線を設けたり、多層化してスルーホールを介して接続する必要がないため、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
アンテナは配線場所を調整することでフリップチップ接続により、アンテナとＩＣチップとを直接接続することが可能になる。両面銅箔基材等を用いた多層配線及び片面銅箔基材を用いた単層配線の何れを用いることもできる。両面銅箔基材等を用いて多層配線する場合は、コイルの直径を小さくすることができるため、ＲＦＩＤパッケージの縦および横の寸法を減らし、縦及び横のサイズの小型化を実現し易い。しかし、この場合は、高さの寸法が増加すること、量産性減少やコスト上昇の傾向があること、さらに、片面を封止するだけでは、配線が表面に露出してしまう等のデメリットがある。このため、片面銅箔基材を用いて、単層のコイルアンテナを形成することで、ＲＦＩＤパッケージの縦及び横の寸法を減らし、縦及び横のサイズの小型化を実現するのが望ましい。
【００２１】
図４は、封止材によって封止された後、ダイシング加工によって、略直方体に形成されたＲＦＩＤパッケージ８０を示す断面図である。基材１上にてダイパッド９０上に搭載されたＩＣチップ３０、アンテナ２０、ワイヤ４０を、封止材１０を用いて一括して封止することで、それらを保護する。基材１として薄いものを用い、アンテナ２０を基材の片面のみに単層で設けているので、封止後の厚み（高さ）は、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度にすることができる。封止後、ＩＣチップ３０やアンテナ２０やワイヤ４０等の金属配線部分は全て封入されるため、封止材１０の外部からは、まったく触れられない構造となり、環境劣化の観点からも偽造防止の観点からも安全性・信頼性が向上する。
【００２２】
封止材としては、通常半導体で使用されている封止材を使用することができ、比誘電率は２．６〜４．５程度である。ＲＤＩＤパッケージ自体の性能を高めるためには、封止材の比誘電率は低いほうが好ましいが、比誘電率が高ければインダクタンスが増加するためアンテナを小型化することができる。
【００２３】
このようにして作製されたＲＦＩＤパッケージは、基材が耐熱性１８０℃以上、封止材が耐熱性１５０℃以上であり、ワイヤボンディングを使用しているため、従来のＰＥＴ等にアンテナを形成しているＲＦＩＤタグに比べて耐熱性が高く、高温でも正常に動作する。このため、適用製品が、半導体パッケージ等の電子部品や射出成形品等の場合、リフローや成形時の加熱、あるいは使用時の発熱に晒されるので、２５０〜３００℃で数秒程度の耐熱性を要するが、このような用途にも対応可能である。
【００２４】
以下、アンテナの設計手法について説明する。
アンテナの設計は、アンテナ線の形状、線の太さ、線の長さ、等によって決まる共振周波数を指標とする。この共振周波数を、使用するＩＣチップの動作周波数に近づけることによって、リーダライタからの電力をアンテナが受け取り、ＩＣチップに伝えて、ＩＣチップが動作する。
【００２５】
共振周波数をアンテナの図面から解析的に導出することは一般的に難しい。実際にはアンテナを試作して実験的に測定する方法が採られることが多い。しかし、本発明のＲＦＩＤタグは小型なので、アンテナの試作を手作業で正確に行うことは不可能であり、一方でエッチングマスク作製からエッチングまで行ってアンテナを作製するのは時間もコストもかかってしまう。このため、本発明では、電磁界シミュレータ（アンシス・ジャパン株式会社製シミュレータソフト  製品名：ＨＦＳＳ）を用いてアンテナ設計を行なうが、これにより、時間およびコストを削減することができる。電磁界シミュレータに、アンテナの形状、材質、およびＩＣチップの静電容量等を入力することにより、シミュレーション結果から共振周波数を得る。そして、電磁界シミュレータにより求められる、アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であるように、アンテナを設計する。なお、この場合の共振周波数とは、アンテナの両端にＩＣチップを接続した場合の電気的閉回路のインピーダンスの虚数部がゼロとなる周波数のことである。
【００２６】
設計の原理を理解しやすいのはコイルアンテナの両端にＩＣチップを接続した場合の電気的閉回路を考えることであり、単純なＬＣ共振回路と見立てることができる。図３のコイルアンテナ２０の電気的等価回路を、図５に示す。この場合の共振周波数ｆ０は、コイルアンテナの等価回路であるコイル５０のインダクタンスＬ、ＩＣチップ３０の等価回路であるコンデンサ６０の静電容量Ｃを用いて、次式で表される。
【００２７】
【数１】
2013152600.tif 000003
Ｃは使用するＩＣチップ３０の選定によって変えられ、Ｌはコイルアンテナの形状（特にコイルアンテナの直径と巻数）によって調整することができ、その結果、目的の共振周波数ｆ０を実現することができる。特にＬの調整は有効で、コイルアンテナの直径を大きくしたり、巻数を増やすことでＬが増加し、その結果ｆ０は減少する。
【００２８】
ＲＦＩＤパッケージ（ＩＣチップ）の共振周波数（動作周波数）は、電波法上特に商業的に利用価値が高い１３．５６ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの範囲とすることが好ましい。ＵＨＦ帯（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｂａｎｄ）の動作周波数０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近のＲＦＩＤの場合、電波の波長は３０ｃｍ程度であるが、一方で、ＵＨＦ帯用のＩＣチップの大きさは、通常０．６ｍｍ角以下であるため、オンチップアンテナ方式では、ＩＣチップが正常に動作するようなアンテナを、ＩＣチップ上に形成することは困難である。また、数ｍｍ角程度サイズのＲＦＩＤタグにおいても、従来の設計手法を用いたアンテナでは、１ｍｍ程度の通信距離しか得られなかった。しかし、上記の電磁界シミュレータを用いた設計手法による本発明のＲＦＩＤパッケージによれば、従来の数ｃｍ角のアンテナを用いずとも、数ｍｍ角のアンテナでも、ＲＦＩＤパッケージが動作するための通信距離を大幅に拡大できるという優れた特長がある。具体的には、略直方体に形成されたＲＦＩＤパッケージであって、全ての辺の長さが、ＵＨＦ帯の波長３０ｃｍに対してその１／５０以下である縦２．５ｍｍ×横２．５ｍｍ×高さ１．０ｍｍの大きさのＲＦＩＤパッケージであって、内部にアンテナが形成されており、通信距離は１０ｍｍ以上である。
【００２９】
本発明で用いるＲＦＩＤパッケージは、例えば、ネジ、圧着ピン等の樹脂成形品に埋め込んで装着対象に取り付けて使用することができる。また、両面テープ等でラベルのように装着対象である商品やサンプルに貼り付けて管理等に利用することができ、商品を販売する際等に容易に取り外すことも可能である。金属製品や金属部品等の導体のスリットの内部や周辺に配置すれば、後述するように、導体が外部アンテナとして作用することで、ＲＦＩＤパッケージ単独の場合に比べて、通信距離を大幅に拡大可能なＲＦＩＤタグシステムを構成することができる。本発明のＲＦＩＤパッケージを商品やサンプルに装着して構成したＲＦＩＤタグシステムと、リーダ等とを組み合わせることにより、眼鏡や時計あるいは医療用サンプルや半導体パッケージ等のような小型多品種品であっても、通信距離が長く、作業性のよい自動認識システムを構成することができる。この場合、本発明のＲＦＩＤタグシステムであれば、通信距離が長いので、汎用のリーダ等と組み合わせて自動認識システムを構成することも可能である。なお、本発明におけるＲＦＩＤタグシステムとは、ＲＦＩＤパッケージ等のＲＦＩＤタグと、スリットを備える導体とを組み合わせたものであって、全体としてＲＦＩＤタグとして機能するものをいう。
【００３０】
本発明のＲＦＩＤタグシステムの実施形態の例を、図６〜９に示す。本発明のＲＦＩＤタグシステム８５は、ＩＣチップ３０と、このＩＣチップ３０と接続されて電気的閉回路を形成するアンテナ２０と、前記ＩＣチップ３０及びアンテナ３０を封止する封止材１０とを有し、前記ＩＣチップ３０の動作波長に比べて縦及び横及び高さのサイズが１／５０以下のＲＦＩＤパッケージ８０と、このＲＦＩＤパッケージ８０を内部または周辺に配置するスリット１１０を備える導体１００と、を有する。
【００３１】
図６（ａ）、（ｂ）に、本発明のＲＦＩＤタグシステム８５の実施形態の一例の平面図と断面図を示す。ＲＦＩＤパッケージ８０の外部周辺には、ＲＦＩＤパッケージ８０のアンテナ２０やＩＣチップ３０とは電気的に接続されておらず、表面が絶縁材料（図示せず）で覆われている導体１００に形成されたスリット１１０を配置している。導体としては金属の塊、金属の板、金属製の部品、製品、これらの一部などが含まれる。図６ではスリット１１０を備える導体１００が外部アンテナとなり、リーダ（図示せず）からの信号を効率よくＲＦＩＤパッケージ８０に伝え、結果的に通信距離が向上する。
【００３２】
リーダからの信号を受けることで、導体１００に備えられたスリット１１０の壁面には電流が流れる。その電流によって発生した磁束は、ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナに電流を発生させ、それによりＩＣチップには電圧が印加されて動作する。この原理が活用できるのはＲＦＩＤパッケージのアンテナがコイル状のためである。
【００３３】
そのため、ＲＦＩＤパッケージを、導体に備えられたスリットの内部または周辺に配置することにより、スリット１１０で発生した磁束が、ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナに伝わるため、効率が良く、通信距離が長くなる。特には、ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナが、導体に備えられたスリットの内部（導体の厚みの範囲内）に配置されると、スリット１１０で発生した磁束が多くコイル状アンテナに伝わるため、より効率が良く、通信距離が長くなる。さらに、ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナが、スリットが形成された導体表面と略平行になるように配置されると、さらに効率が良く、通信距離が長くなる。ここで、スリットの内部とは、スリットにより形成された空間の内部をいい、スリットの周辺とは、スリットの内部に限らず、スリットの内壁から２ｍｍまでの範囲内をいう。図６（ｂ）に、コイル状アンテナ２０を備えるＲＦＩＤパッケージ８０を、導体１００に備えられたスリット１１０の内部に配置した場合の具体例を示す。
【００３４】
同様の理由で、ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナから遠い位置よりも、近接した位置にスリットを配置すると、通信距離が長くなる。ＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナの端から、スリットの壁面までの距離が、２ｍｍ以内の位置にあることが、スリットで発生した磁束をコイルアンテナに伝える効率がよい点で望ましい。
【００３５】
導体としては、金属の塊、金属の板、金属製の部品や製品または金属製部品や製品の一部などが含まれる。導体は、銅、アルミニウム、鉄のいずれかを主成分とすると、導体にスリットを設けることにより、このスリットで磁束が発生し、この磁束がＲＦＩＤパッケージのコイル状アンテナに伝わるため、効率が良く、通信距離が長くなるので望ましい。導体の表面を覆う絶縁材料は、導体の表面を絶縁し保護するものであれば特に限定はないが、金属等の絶縁被覆として一般に使用される絶縁塗料等を用いることができる。
【００３６】
スリットを備える導体が、ＲＦＩＤパッケージの装着対象にもなり得る金属製の部品や製品または金属製部品や製品の一部などであれば、本発明のＲＦＩＤタグシステムを構成するために、わざわざスリットを備える導体を用意する必要がないため、コストを低減できる。また、ＲＦＩＤタグであるＲＦＩＤパッケージ自体のサイズが小さくても、装着対象であるスリットを備える導体の作用により、小型のＲＦＩＤタグ単体に比べて長い通信距離を実現できる。さらに、ＲＦＩＤパッケージを導体に備えられたスリットの内部や周辺に配置するので、例えば、ＲＦＩＤパッケージが樹脂製のネジに埋め込まれ、スリットの一部にネジ穴加工が施され、ネジをスリットの一部にネジ止めすることなどにより、従来ＲＦＩＤタグの装着が困難であった金属部品や金属製品などにも、装着が容易になる。
【００３７】
本発明におけるスリットとは、導体を貫通するように設けられた細長い開口をいう。導体のスリットは、例えば、切削、プレス、粉末治金、溶接、鋳造のいずれかにより形成することができる。スリットの内壁は、導体が露出していても、絶縁材料で覆われていてもよい。
【００３８】
図７（１）〜（３）に、導体１００に設けられた場合に、外部アンテナとして効率がよいスリット１１０の形状を示す。（１）はスリット１１０が直線型である。（２）はコの字型である。（３）はメアンダライン型である。
【００３９】
スリットの長さは、ＩＣチップの動作波長の１／３〜２／３が好適であり、１／２（半分）程度がもっとも好適である。ＩＣチップの動作周波数をｆ０（Ｈｚ）、光の速度をｃ（ｍ／秒）とすると、ＩＣチップの動作波長λ（ｍ）は次式で示せる。
【００４０】
【数２】
2013152600.tif 000004
例えば、動作周波数が９５０ＭＨｚの場合、動作波長は３１５．６ｍｍであり、スリットの長さはその半分の１５７．８ｍｍ程度が好適である。
【００４１】
図８（１）〜（３）に、導体１００に設けられたスリット１１０の長さ方向の両端のうち、片方が開放端（開放した状態）となっているＲＦＩＤタグ８５を示す。（１）はスリット１１０が直線型である。（２）はＬ字型である。（３）はメアンダライン型である。この場合、スリット１１０の片端が開放端となることでミラー効果が生じるため、スリット１１０の長さは、ＩＣチップの動作波長の１／８〜３／８が好適であり、１／４（４分の１）程度がもっとも好適である。
【００４２】
図９は、金属部品１２０にスリット１１０を設け、ＲＦＩＤパッケージ８０が樹脂製ネジ１３０に埋め込まれ、スリット１１０の一部にネジ穴加工が施され、樹脂製ネジ１３０をスリット１１０の一部にネジ止めすることにより、ＲＦＩＤパッケージ８０がスリット１１０の周辺に配置されているＲＦＩＤタグ８５を示す。この例では、ＲＦＩＤパッケージ８０のコイル状アンテナ（図示せず）は、スリット１１０の周辺であって、金属部品１２０の表面よりも上方に、略平行に配置される。ＲＦＩＤパッケージ８０の樹脂製ネジ１３０内に埋め込まれる位置によって、スリット１１０の内部に配置することもできる。樹脂製ネジ１３０は樹脂製の圧着ピンでもよく、圧着ピンを前記スリットの一部に圧入することにより、容易にスリット１１０の周辺にＲＦＩＤパッケージ８０を配置することができる。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は、本実施例に限定されない。
ＲＦＩＤパッケージを作製する方法はいくつか提案されている。本発明ではＲＦＩＤパッケージの作製方法は、特に限定されない。今回はその中の一例を実施した。
樹脂基材として、ポリイミド基材の片面に銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材（日立化成工業株式会社製  ＭＣＦ−５０００Ｉ、ポリイミド厚み２５μｍ、銅箔厚み１８μｍ）を準備した。この銅箔付きポリイミド基材の銅箔をエッチングすることにより、図３に示すようなコイルアンテナ２０を、２．５ｍｍ角の範囲内に、導線幅／導線間幅が０．１ｍｍ／０．１ｍｍ、巻数４回で形成した。また、同時にＩＣチップ３０を搭載するダイパッド（図示せず）を形成した。
【００４４】
次に、ＩＣチップとして、大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量が０．８ｐＦ、動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近のものを用いた。このＩＣチップを、ダイパッド上に、ダイボンディング材を用いて搭載し、ワイヤボンディングにより、アンテナとＩＣチップとを直接接続した。次に、基材の片面上のアンテナとＩＣチップ、ワイヤボンディングのワイヤを含めて、封止材で封止した。最後に、必要なサイズにダイシング加工し、ＲＦＩＤパッケージを作製した。
【００４５】
以下、読取り評価の方法と実験結果について説明する。
リーダライタはＬＳ産電株式会社製  製品名：ＵＩ−９０６１（出力１Ｗ）を用いた。リーダライタの読取り部を中心として、周囲５ｍ四方に障害物がない状態で、ＲＦＩＤタグシステム及びＲＦＩＤパッケージの読取り評価を行った。リーダライタでＲＦＩＤタグシステム及びＲＦＩＤパッケージを読取れる時の、リーダライタ読取り部からＲＦＩＤタグシステム及びＲＦＩＤパッケージまでの最大距離を測定した。
【００４６】
（比較例１）
製作したＲＦＩＤパッケージを、そのままリーダで読み取り距離を測定した結果、読み取り距離は１８ｍｍであった。
【００４７】
（実施例１）
製作したＲＦＩＤパッケージを用いて、図７（１）のように、導体１００である厚さ５ｍｍのアルミ板に、長さ１５０ｍｍ、幅３ｍｍのスリット１１０を直線状に形成して、その長さ方向の端部から３０ｍｍの付近（つまり、図７（１）において、スリット１１０の右側の端部から左側に３０ｍｍの付近）のスリット１１０内部に、ＲＦＩＤパッケージ８０を配置してＲＦＩＤタグシステム８５を製作し、読み取り距離を測定した結果、読み取り距離は３．５ｍであった。また、図７（２）のように、スリット１１０の形状を上側に向いた略コの字状にし、スリット１１０の右上の端部から３０ｍｍの付近のスリット１１０内部にＲＦＩＤパッケージ８０を配置し、読み取り距離を測定した結果では、読み取り距離は３．２ｍであった。更に、図７（３）のようにスリット１１０の形状を略メアンダ状にし、スリット１１０の右側の端部から３０ｍの付近のスリット１１０内部にＲＦＩＤパッケージを配置しても読み取り距離は３．０ｍであった。いずれも、ＲＦＩＤパッケージ８０が単体である場合（比較例１）に比べて、１５０〜２００倍近い通信距離を実現した。
【００４８】
（実施例２）
次に、製作したＲＦＩＤパッケージ８０を用いて、図８（１）のように、導体１００である厚さ５ｍｍのアルミ板に、長さ７５ｍｍ、幅３ｍｍで、片方が開放端となるスリット１１０を直線状に形成して、その長さ方向の端部から３０ｍｍの付近（つまり、図８（１）において、スリット１１０の右側の端部から左側に３０ｍｍの付近）のスリット１１０内部に、ＲＦＩＤパッケージ８０を配置してＲＦＩＤタグ８５を製作し、読み取り距離を測定した結果、読み取り距離は２．７ｍであった。また、図８（２）のようにスリット１１０の形状を略Ｌの字状にし、スリット１１０の右上の端部から３０ｍｍの付近のスリット１１０内部にＲＦＩＤパッケージ８０を配置し、読み取り距離を測定した結果では、読み取り距離は２．６ｍであった。更に、図８（３）のようにスリット１１０の形状を略メアンダ状にし、スリット１１０の右側の端部から３０ｍの付近のスリット１１０内部にＲＦＩＤパッケージを配置しても、読み取り距離は２．５ｍであった。いずれも、図７の約半分のサイズでＲＦＩＤパッケージ８０が単体である場合（比較例１）に比べて、１５０倍近い通信距離を実現した。
【００４９】
（実施例３）
次に、製作したＲＦＩＤパッケージ８０を用いて、図９のようにＲＦＩＤパッケージ８０をＭ６サイズ（直径６ミリ）の樹脂製ネジ１３０に埋め込み、導体であるアルミダイキャスト製の金属部品１２０の端部から、長さ７５ｍｍ、幅３ｍｍのスリット１１０を切削加工にて形成し、スリット１１０の一部にＭ６のネジ穴加工を施し、ＲＦＩＤパッケージ８０が埋め込まれた樹脂製ネジ１３０をネジ止めした。ＲＦＩＤパッケージ８０のコイル状アンテナ（図示せず）は、スリット１１０の周辺（スリット１１０の内壁から２ｍｍ以内）であって、金属部品１２０の表面よりも上方に、略平行に配置されている。読み取り距離を測定した結果、約２ｍの読み取り距離を実現した。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のＲＦＩＤタグは、商品、包装、カード、書類、眼鏡、時計（特に腕時計等小型
のもの）、半導体、医療用途（患者から採取したサンプル等）、ホテル等で使用するリネン類、作業着、屋外で使用する耐候性ラベル、ショッピングカートなどのカゴ車、ガスボンベ等の製品の管理、識別、情報提示、情報記録、偽造防止の目的として使用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    基材
１０  封止材
２０  アンテナまたはコイルアンテナまたはコイル状アンテナ
３０  ＩＣチップ
４０  ワイヤボンディングのワイヤ
５０  コイル（アンテナ）
６０  コンデンサ（ＩＣチップ）
７０  シミュレーション時に入力するポート
８０  ＲＦＩＤパッケージまたはＲＦＩＤタグ
８５  ＲＦＩＤタグシステム
９０  ダイパッド
１００  導体
１１０  スリット
１２０  金属部品
１３０  樹脂製ネジ
【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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