(57)【要約】【課題】紙基材表面にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグの耐候性を改善する。【解決手段】下記（Ａ）に従う単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材の表面に、導電回路を有する、ＲＦＩＤタグ基材。  （Ａ）ＩＳＯ  ２１６に規定されるＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）に相当する面積の紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎり、その小片の全量をポリプロピレン製容器に入れ、電気伝導率０.２ｍＳ／ｍ以下の水５０ｍＬを加えて前記小片の全部を水中に浸漬させ、２３℃±２℃で１ｈ静置したのちメンブレンフィルターでろ過してろ液を回収し、そのろ液をイオンクロマトグラフ法で分析することにより求まるろ液中の塩化物イオン（Ｃｌ-）濃度から、水５０ｍＬ中に溶出した塩化物イオン総量を求め、これを当該紙基材試料の質量（ｇ）で除した値を単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）に従う単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材の表面に、導電回路を有する、ＲＦＩＤタグ基材。
（Ａ）ＩＳＯ  ２１６に規定されるＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）に相当する面積の紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎり、その小片の全量をポリプロピレン製容器に入れ、電気伝導率０.２ｍＳ／ｍ以下の水５０ｍＬを加えて前記小片の全部を水中に浸漬させ、２３℃±２℃で１ｈ静置したのちメンブレンフィルターでろ過してろ液を回収し、そのろ液をイオンクロマトグラフ法で分析することにより求まるろ液中の塩化物イオン（Ｃｌ-）濃度から、水５０ｍＬ中に溶出した塩化物イオン総量を求め、これを当該紙基材試料の質量（ｇ）で除した値を単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とする。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦＩＤタグ基材であって、貴金属めっき被覆された金属製バンプを持つＩＣチップ実装用のＲＦＩＤタグ基材。
【請求項３】
貴金属めっき被覆された金属がニッケルである請求項２に記載のＲＦＩＤタグ基材。
【請求項４】
導電回路が銀導電膜からなるものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ基材。
【請求項５】
下記（Ａ）に従う単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材の表面に導電回路を形成したＲＦＩＤタグ基材と、貴金属めっき被覆された金属製バンプを持つＩＣチップが接合され、前記導電回路と前記ＩＣチップの金属製バンプが電気的に接続しているＲＦＩＤタグ。
（Ａ）ＩＳＯ  ２１６に規定されるＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）に相当する面積の紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎり、その小片の全量をポリプロピレン製容器に入れ、電気伝導率０.２ｍＳ／ｍ以下の水５０ｍＬを加えて前記小片の全部を水中に浸漬させ、２３℃±２℃で１ｈ静置したのちメンブレンフィルターでろ過してろ液を回収し、そのろ液をイオンクロマトグラフ法で分析することにより求まるろ液中の塩化物イオン（Ｃｌ-）濃度から、水５０ｍＬ中に溶出した塩化物イオン総量を求め、これを当該紙基材試料の質量（ｇ）で除した値を単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とする。
【請求項６】
ＩＣチップのバンプを構成する金めっき被覆された金属がニッケルである請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。
【請求項７】
アンテナを構成する導電回路が銀導電膜からなるものである請求項５または６に記載のＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙基材の表面にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグ用の基材、およびそれを用いたＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は物流管理などの用途で幅広く利用されている。物品に取り付けられるＲＦＩＤタグは、アンテナ回路を有する基材と、その基材に実装されたＩＣチップにより構成される。ＩＣチップは、バンプと呼ばれる突起状の金属部材を介して基材上のアンテナ回路との導通をとるタイプのものが多用されている。
【０００３】
図１に、ＩＣチップを実装したＲＦＩＤタグの断面構造を模式的に例示する。基材１の表面に導電回路２が形成されてＲＦＩＤタグ基材３を構成している。導電回路２はアンテナとして機能する回路パターンにデザインされている。最近では例えば銀ナノ粒子を用いた低温焼成タイプの導電ペーストにより、屈曲性と導電性の良好な所望パターンのアンテナ回路が比較的容易に描画できるようになっている（特許文献１）。基材１には金属製のバンプ４を持つＩＣチップ５が導電性接着剤６により接合されている。バンプ４が導電回路２の一部分に接触し、ＩＣチップ５内部の電子回路とアンテナである導電回路２とが電気的に接続している。バンプ４は、従来、金などの貴金属で構成することが一般的であった。しかし近年ではコスト低減の観点から、ニッケルなどの比較的安価な金属の表面に金などの貴金属めっきを施した「貴金属めっきタイプ」のバンプを採用する例が増大する傾向にある。
【０００４】
図２に、貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを実装したＲＦＩＤタグの断面構造を模式的に例示する。バンプ４は、内部金属部材７の表面に貴金属めっき層８を有している。図中、貴金属めっき層８の厚さは誇張して描いてある。内部金属部材７は貴金属よりも標準電極電位が卑である金属（例えばニッケル）で構成される。バンプ４の表面が貴金属であるため導電回路２との間の導電性は良好である。バンプのめっき処理コストが十分に低減できれば、バンプ全体を貴金属で構成する場合よりも貴金属の使用量が少ない分、ＲＦＩＤタグの製品コストを下げることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＲＦＩＤタグのアンテナ回路を配置するための基材（図１、図２の符号１に相当するもの）には従来一般的に樹脂シートが多用されている。この基材にはある程度の可撓性が要求されるが、過度に変形するとアンテナ回路が損傷し、アンテナとして機能しなくなる。従って、基材の素材としては適度な強度を有する絶縁性の樹脂が選択されることが多い。
【０００７】
一方、衣料品、パルプ製品などの物流管理や、酒などの真贋判定の用途においては、紙を基材としたＲＦＩＤタグの要求がある。紙は易破壊性であるという特質も有しており、今後は易破壊性を重視する用途で紙基材を用いたＲＦＩＤタグの需要増大が見込まれる。上述のように最近では銀ナノ粒子を配合する低温焼成タイプの導電塗料が開発されている。例えばそのような導電塗料を用いた印刷技術を利用すると紙基材の表面に耐屈曲性の良好なアンテナ回路を描画することができ、紙基材を用いた易破壊性のＲＦＩＤタグの工業的量産が可能である。
【０００８】
ところが、紙基材にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグの普及を図るうえで、新たな問題が生じた。すなわち、図２に示したような貴金属めっきタイプのバンプを有するＩＣタグを用いると、使用環境によってはバンプに腐食が生じやすく、早期に通信距離の急激な低下が起きる場合があることが明らかとなった。本発明はこのような事情に鑑み、紙基材表面にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグの耐候性不良に起因する性能低下を安定して改善するための技術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】
【０００９】
上記目的は、下記（Ａ）に従う単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材の表面に、導電回路を有する、ＲＦＩＤタグ基材によって達成される。
（Ａ）ＩＳＯ  ２１６に規定されるＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）に相当する面積の紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎり、その小片の全量をポリプロピレン製容器に入れ、電気伝導率０.２ｍＳ／ｍ以下の水５０ｍＬを加えて前記小片の全部を水中に浸漬させ、２３℃±２℃で１ｈ静置したのちメンブレンフィルターでろ過してろ液を回収し、そのろ液をイオンクロマトグラフ法で分析することにより求まるろ液中の塩化物イオン（Ｃｌ-）濃度から、水５０ｍＬ中に溶出した塩化物イオン総量を求め、これを当該紙基材試料の質量（ｇ）で除した値を単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とする。
【００１０】
ここで、「紙」とは、ＪＩＳ  Ｐ０００１：１９９８「紙・板紙及びパルプ用語」の番号４００４に定義されている通り、植物繊維その他の繊維をこう着させて製造したものを意味し、素材として合成高分子物質を用いて製造した合成紙や、繊維状無機材料を配合したものも含む。樹脂等により表面処理が施されているものであっても構わない。
【００１１】
上記のＲＦＩＤタグ基材には、貴金属めっき被覆された金属製バンプを持つＩＣチップが実装される。ここで、貴金属とは、金、銀、および白金属元素（白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム）である。上記の貴金属めっき被覆された金属、すなわちバンプを構成する内部金属は、めっき層の貴金属よりも標準電極電位が卑な金属であり、例えばニッケルが挙げられる。上記の紙基材の表面の導電回路は印刷されたものであり、例えば銀導電膜からなるものが好適である。
【００１２】
また本発明では、上記（Ａ）に従う下記（Ａ）に従う単位質量あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材の表面に導電回路を形成したＲＦＩＤタグ基材と、貴金属めっき被覆された金属製バンプを持つＩＣチップが接合され、前記導電回路と前記ＩＣチップの金属製バンプが電気的に接続しているＲＦＩＤタグが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、紙基材表面にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグにおいて、貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを実装した場合の耐候性を安定して改善することが可能となった。従って本発明は、紙基材の易破壊性を活かした低コストのＲＦＩＤタグの普及に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バンプを持つＩＣチップを実装したＲＦＩＤタグの断面構造を模式的に例示した図。
【図２】貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを実装したＲＦＩＤタグの断面構造を模式的に例示した図。
【図３】ＲＦＩＤタグのアンテナ回路パターンの一例を示す図。
【図４】各紙基材単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの通信距離維持率を示すグラフ。
【図５】各紙基材単位質量あたりの溶出硫酸イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの通信距離維持率を示すグラフ。
【図６】紙基材単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの耐候性試験後通信距離の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述のように、紙基材表面にアンテナ回路を形成したＲＦＩＤタグにおいて図２に示したような貴金属めっきタイプのバンプを有するＩＣタグを用いると、使用環境によってはバンプに腐食が生じやすく、早期に通信距離の急激な低下が起きる場合がある。発明者らの調査によれば、この種のバンプ腐食は、貴金属めっき層と、それより卑な金属からなる内部金属部材との間に局部電池が形成されて、卑な金属である内部金属が溶解する異種金属接触腐食（ガルバニック腐食）によるものであることがわかった。バンプが腐食するとアンテナ回路との間の電気抵抗が増大し、アンテナの性能が低下する。貴金属めっき層にはめっき欠陥であるピンホールの存在が不可避であり、そのピンホールを通じて、貴金属めっき層と内部金属部材が、物品に付着している水分や空気中の湿分に起因する水膜で繋がり、局部電池が形成されるものと考えられる。
【００１６】
樹脂製基材のＲＦＩＤタグで問題を生じなかったＩＣチップであっても、それを紙基材のＲＦＩＤタグに転用すると上記の異種金属接触腐食が起こることが多い。そのことから、紙基材は樹脂基材と比べ水分を含みやすいことがバンプの異種金属接触腐食を招く要因となっていると考えられる。一方、異種金属接触腐食の進行には、両金属と接触している水溶液中に腐食の進行を助長するイオン種（電解質）がどの程度含まれているかという、腐食環境側の要因も大きく影響する。そのようなイオン種は水分を含んだ紙基材から供給される可能性が高い。
【００１７】
そこで発明者らは、紙基材に含まれるイオン源物質の種類・量と、バンプ腐食の関係を突き止めるべく、研究を重ねてきた。その結果、紙基材から供給される塩化物イオン（Ｃｌ-）の量がバンプの異種金属接触腐食に大きな影響を及ぼすことがわかった。具体的には、前記（Ａ）に従う単位質量あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材に、貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを実装することにより、バンプの異種金属接触腐食が顕著に防止されることがわかった。すなわち、貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを紙基材アンテナに実装したＲＦＩＤタグにおいて、その耐候性を顕著に改善することができる。前記（Ａ）に従う単位質量あたりの溶出塩化物イオン量が０.０６０ｍｇ以下である紙基材を適用することがより効果的であり、０.０５０ｍｇ以下である紙基材を適用することが一層好ましい。
上記（Ａ）に従って紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎる作業は、コンタミネーションを防止するためにクリーンルーム作業用などの手袋を装着した手指にて行うことが望ましい。上記のような手袋を装着した手指にて紙を１００ｍｍ2以下の小片にちぎる場合、通常、各小片のサイズは２５〜１００ｍｍ2の範囲となる。手指によりちぎられた各小片のサイズが上記の範囲にあれば、分析値の変動に及ぼす紙片サイズの影響は無視できる。
【００１８】
紙基材から供給され得るイオン種のうち、硫酸イオン（ＳＯ42-）の影響についても検討した。その結果、基本的には紙基材単位質量あたりの溶出塩化物イオン量が上述のように十分に抑えられていれば顕著な耐候性改善効果が得られ、硫酸イオンの影響は少ないことがわかった。より高い信頼性を付与する観点から、下記（Ｂ）に従う単位質量あたりの溶出硫酸イオン量が０.８００ｍｇ以下であることが望ましい。
（Ｂ）ＩＳＯ  ２１６に規定されるＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）に相当する面積の紙基材試料を１００ｍｍ2以下の小片にちぎり、その小片の全量をポリプロピレン製容器に入れ、電気伝導率０.２ｍＳ／ｍ以下の水５０ｍＬを加えて前記小片の全部を水中に浸漬させ、２３℃±２℃で１ｈ静置したのちメンブレンフィルターでろ過してろ液を回収し、そのろ液をイオンクロマトグラフ法で分析することにより求まるろ液中の硫酸イオン（ＳＯ42-）濃度から、水５０ｍＬ中に溶出した硫酸イオン総量を求め、これを当該紙基材試料の質量（ｇ）で除した値を単位質量あたりの溶出硫酸イオン量とする。
この場合も上記（Ａ）の場合と同様、手指によりちぎられた各小片のサイズが上記の範囲にあれば、分析値の変動に及ぼす紙片サイズの影響は無視できる。
【実施例】
【００１９】
表１に示す各種シート状基材を用意した。Ｎｏ.９はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、それ以外は紙である。紙基材には複数のメーカーの製品が含まれる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
〔溶出イオン濃度の測定〕
各紙基材について、上記（Ａ）に従う方法で紙基材単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量を調べた。具体例を示すと、基材Ｎｏ.１の場合、イオンクロマトグラフによるろ液中の塩化物イオン濃度は１.６０ｐｐｍであった。すなわち、ろ液１ｍＬ中に塩化物イオン０.００１６ｍｇが存在することになる。加えた水５０ｍＬ中に溶出した塩化物イオンの総量は０.００１６×５０＝０.０８０ｍｇとなる。溶出試験に用いたＡ４サイズの紙基材Ｎｏ.１の質量は３.０１８ｇであるから、単位質量（１ｇ）あたりの溶出塩化物イオン量は０.０８０／３.０１８≒０.０２６５ｍｇと求まる。
また、上記（Ｂ）に従う方法で紙基材単位質量あたりの溶出硫酸イオン量を調べた。
紙基材を小片にちぎる作業は、クリーンルーム作業用パウダーフリーニトリル手袋（アズワン社製、クリーンノール・ニトリル手袋）を着用して行った。
【００２２】
イオンクロマトグラフ法による分析は、ＤＩＯＮＥＸ社製ＩＣ２５を用いて、下記の条件で行った。
・カラム：ＤＩＯＮＥＸ  ＩｏｎＰａｃＡＳ１２Ａ
・カラムオーブン温度：３５℃
・溶離液流量：１.５ｍＬ／ｍｉｎ
・サプレッサー電流：５０ｍＡ
【００２３】
〔ＲＦＩＤタグ基材の作製〕
導電塗料として、平均一次粒子径１５ｎｍ、平均二次粒子径３４０ｎｍの銀粒子を６０質量％、塩化ビニルコポリマーラテックスを３.０質量％、ポリウレタンシックナーを２.０質量％、プロピレングリコールを２.５質量％含有する銀インク（ピーケム  アソシエイツ  インク社製、ＰＦＩ−７００型）を用意した。枚葉式フレキソ印刷機（日本電子精機社製）とフレキソ印刷版を用いて、上記の銀インクをアニロックス容量８ｃｍ3／ｍ2の条件で各基材表面に印刷することにより、図３に示す回路パターンのアンテナを描画した。この回路パターンは後述のＩＣチップに適合するようにデザインされたものである。アンテナの描画領域は８ｍｍ×９４ｍｍ、線幅は約０.６ｍｍである。アンテナを描画した後、ホットプレート上で１５５℃で３０秒間熱処理する手法により焼成し、平均厚さ０.５〜１.０μｍの銀導電膜からなるアンテナ形状の導電回路を形成し、ＲＦＩＤタグ基材を得た。
【００２４】
〔ＲＦＩＤタグの作製〕
ＩＣチップとして、Ｉｍｐｉｎｇ社製のＭｏｎｚａ４を用意した。このＩＣチップはニッケルの表面に金めっきを施した「貴金属めっきタイプ」のバンプを有している。ＲＦＩＤタグ基材上のＩＣチップを接合する箇所（バンプ位置の周辺領域）に、Ａｕ／Ｎｉコートポリマー粒子を含有する異方性導電接着剤（ＡＣＰ）（京セラケミカル社製、ＴＡＰ０６０４Ｃ）を薄く塗布し、このＡＣＰ上に前記ＩＣチップを配置した後、熱圧着装置（ミュールバウワー社製、ＴＴＳ３００）により１６０℃で１.０Ｎの荷重を加えて１０秒間密着させることによりＩＣチップをＲＦＩＤタグ基材上に実装し、ＲＦＩＤタグを得た。
【００２５】
〔通信距離の測定〕
上記のようにして作製した各ＲＦＩＤタグについて、通信距離測定器（Ｖｏｙａｎｔｉｃ社製、ｔａｇｆｏｒｍａｎｃｅ）を用いて、電波暗箱（マイクロニクス社製、ＭＹ１５３０）中での８００ＭＨｚ〜１１００ＭＨｚの周波数領域（ＩＳＯ／ＩＥＣ  １８０００−６Ｃ規格に準拠）における通信距離（Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｒｅａｄ  ｒａｎｇｅ  ｆｏｒｗａｒｄ）を測定した。この測定に先立って、この条件における環境設定（ｔａｇｆｏｒｍａｎｃｅ付属のリファレンスタグによる設定）を行った。
次に、上記各ＲＦＩＤタグを恒温恒湿装置内で８５℃×８５％ＲＨの条件で１６８ｈ保持する促進耐候性試験に供し、その後、上記と同様に通信距離を測定した。
【００２６】
促進耐候性試験前の通信距離を「初期通信距離」、促進耐候性試験後の通信距離を「耐候性試験後通信距離」と呼ぶ。ここでは、９２０ＭＨｚでの測定値を各ＲＦＩＤタグの「初期通信距離」および「耐候性試験後通信距離」として採用し、これらを下記（１）式に代入して促進耐候性試験前後での通信距離維持率を求めた。
通信距離維持率（％）＝耐候性試験後通信距離（ｍ）／初期通信距離（ｍ）×１００  …（１）
この通信距離維持率が８０％以上であれば、紙基材を用いたＲＦＩＤタグとして実用的に優れた耐候性を有すると評価できる。従って、通信距離維持率が８０％以上のものを○（耐候性；良好）、それ以外のものを×（耐候性；不良）と判定した。
以上の結果を表２に示す。図４に各紙基材単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの通信距離維持率を示す。図５に各紙基材単位質量あたりの溶出硫酸イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの通信距離維持率を示す。図６に紙基材単位質量あたりの溶出塩化物イオン量とそれを用いたＲＦＩＤタグの耐候性試験後通信距離の関係を示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２、図４、図６からわかるように、上述（Ａ）に従う単位質量あたりの溶出塩化物イオン量が０.１００ｍｇ以下である紙基材を用いると、貴金属めっきタイプのバンプを持つＩＣチップを実装したときの耐候性が顕著に向上する。表２、図５からわかるように、溶質塩化物イオン濃度が十分に低い紙基材であれば、上述（Ｂ）に従う単位質量あたりの溶出硫酸イオン量が０.８００ｍｇ近くまで増大しても良好な耐候性を呈する。
【符号の説明】
【００２９】
１    基材
２    導電回路
３    ＲＦＩＤタグ基材
４    バンプ
５    ＩＣチップ
６    導電性接着剤
７    内部金属部材
８    貴金属めっき層
【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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