(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏面の形状が矩形であるＩＣタグチップと、
塑性加工により一端の断面が半円弧形状をなし、且つ、他の部分が円形断面形状をなす第１金属線材と、
塑性加工により一端の断面が半円弧形状をなし、且つ、他の部分が円形断面形状をなす第２金属線材とを有し、
前記塑性加工により前記第1金属線材の断面と直角の方向に形成された第1接続用平坦部へ、前記ＩＣタグチップの表面の第１バンプが接続され、
前記塑性加工により前記第２金属線材の断面と直角の方向に形成された第２接続用平坦部へ、前記ＩＣタグチップの裏面の第２バンプが接続され、
前記矩形の辺の長さは、前記第１金属線材及び前記第２金属線材の直径以下であることを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項２】
請求項１に記載の無線ＩＣタグにおいて、
前記第１バンプと前記第１接続用平坦部、および、前記第２バンプと前記第２接続用平坦部とは、各々、異方導電性接着剤により接続されていることを特徴とする無線ＩＣタグ。
【請求項３】
表裏面形状が矩形であるＩＣタグチップと、円形断面形状をなす第１金属線材及び第２金属線材とからなり、前記矩形の辺の長さが、前記第１金属線材、及び、前記第２金属線材の直径以下である無線ＩＣタグの製造方法であって、
前記第１金属線材と前記第２金属線材の一端の断面を、半円弧形状に塑性加工し、
前記塑性加工により前記第１金属線材の断面と直角の方向に形成された第１接続用平坦部へ、前記ＩＣタグチップの表面の第１バンプを接続し、
前記塑性加工により前記第２金属線材の断面と直角の方向に形成された第２接続用平坦部へ、前記ＩＣタグチップの裏面の第２バンプを接続することを特徴とする無線ＩＣタグの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の無線ＩＣタグの製造方法において、
前記第１バンプと前記第１接続用平坦部、および、前記第２バンプと前記第２接続用平坦部とを超音波により接続することを特徴とする無線ＩＣタグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は無線により認識を行う無線ＩＣタグ及びその製造方法に係り、特に、輻輳制御機能を備えた無線ＩＣタグ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】  無線ＩＣタグは、貼付された商品等に関する認識情報を有しており、この認識情報を読み取ることで、該商品等の在庫、検品、来歴管理などを行うのに幅広く応用されるものである。例えば、カートンに収納された多数の商品であるカートリッジを、個別に認識して管理する場合に活用される。この時、２つの商品が近接している場合についてもＩＣタグで正確に認識し得るために、電波干渉に強い無線ＩＣタグが必要とされる。
電波干渉に強い無線ＩＣタグの例として、特開平１１−５３４９２号公報に示される技術が存在する。この従来技術では、動作用電力を外部から受ける形式のＩＤタグにおいて、相互に接近して複数のＩＤタグが存在する場合に、お互いに他のＩＤタグに電力用電波の受信に悪影響を与えることが無いようにするために、アンテナ用のコイルと共振コンデンサとで構成される共振回路を設けて、この共振回路により外部から送られてくる電波を受けるようにする。そして、そのコイルと共振コンデンサとの直列回路中にリレーを設けて、外部機器が複数のＩＤタグからデータを得るためのマルチリードコマンドに対する所定の処理を実行した後、リレーをオフして、外部から送られてくる電波を受けないようにするというものである。
また、無線ＩＣタグの他の例として、特開２０００−３３２５２３号公報に示される技術が存在する。この技術は、無線ＩＣタグのアンテナ感度を劣化させることなく、広帯域化して製造バラツキに対して歩留まりを向上させて製作し易くすることを目的とするものである。そのために、アンテナと接地導体と該アンテナと該接地導体との間の誘電体とを有するマイクロストリップ線路構成の１／２波長共振器と、アンテナの中点と接地導体とを接続する一ないし複数の線状導体とを具備し、アンテナとの接地導体との間にＩＣを内蔵している。
このマイクロストリップ線路構成のアンテナを有する従来例では、裏面アンテナパターンと表面アンテナパターンがあって、その間が貫通孔でショートされていて、サイドショートパターンによりインピーダンスの整合を行っている。この従来例では、無線ＩＣタグのアンテナサイズを決めている裏面アンテナパターンの形状は該アンテナの長い方が５０から６０ｍｍであり、該アンテナの短い方が５から１５ｍｍ程度である。
一方、アンテナに接続される無線ＩＣタグ用の半導体チップのサイズを、０．５のｍｍ以下にしたものが、特開２００２−１８４８７２号公報、特開２００３−２９６６７９号公報、特開２００４−４６９０３号公報、及び特開２００４−７８９９１号公報に開示されている。
【発明の開示】
無線ＩＣタグは、アンテナ導体を保有するために、特に輻輳制御機能を備えた無線ＩＣタグにおいて、アンテナによる電波干渉という課題が発生する。
この課題に対して、例えば、前記特開平１１−５３４９２号公報に開示された例では、電波干渉を避けるために、無線ＩＣタグのなかにリレー素子を導入している。このような方式では、リレー素子による物理的サイズの増大や構成部品による経済性の損失を発生させるという問題が存在し、小型の無線ＩＣタグや経済的な無線ＩＣタグの形成が困難である。
また、前記特開２０００−３３２５２３号公報には、アンテナ幅を広くして生産効率のよいアンテナとする技術が開示されているる。しかし、複数の無線タグが電磁波の領域にあるときの、電波干渉に関する課題についてはなんら言及がされていない。電波干渉という課題を解決する技術となっていない。むしろ、アンテナサイズに関する制約がないために、この課題を増大する技術となっている。
無線ＩＣタグが複数個、リーダからの電磁波のなかに存在してマルチリードする場合に、特開２０００−３３２５２３号公報に記載のような、アンテナ幅が広い無線ＩＣタグの場合、電波の影が存在して電波干渉の影響を受けやすいという課題がある。
なお、前記特開２００２−１８４８７２号公報、特開２００３−２９６６７９号公報、特開２００４−４６９０３号公報、及び特開２００４−７８９９１号公報に記載の無線ＩＣタグは、半導体チップ内に輻輳制御回路を備えておらず、複数の無線タグが電磁波の領域にあるときの電波干渉に関する課題については十分な検討がなされていない。
本発明の目的の１つは、無線ＩＣタグが複数個、リーダからの電磁波のなかに存在してマルチリードする場合にも、電波干渉の影響を受け難い輻輳制御に強い、無線ＩＣタグを提供することにある。
本発明の他の目的は、小型で生産性が高く経済性に優れ、かつ電波干渉の影響を受け難い輻輳制御に強い、無線ＩＣタグを提供することにある。
本発明の他の目的は、無線ＩＣタグの使用形態や読み取り形態が多様であって、いかなる状態でも、電波干渉の影響を受け難い輻輳制御に強い、無線ＩＣタグを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一つの特徴によれば、固有の認識情報を記憶したメモリーを有するＩＣタグチップとアンテナとを備え、該ＩＣタグチップは少なくとも輻輳制御部を有し、通信エリア内に存在するリーダからの問い合わせに応答して前記アンテナを介して前記認識情報の送出を行う機能を備えた無線ＩＣタグであって、前記アンテナは、前記ＩＣタグチップに接続され該ＩＣタグチップの両側に軸方向に伸びた一対のアンテナ導体を含むダイポールアンテナであり、前記アンテナ導体の幅が、１．０ｍｍ以下である。
なお、本発明において、無線ＩＣタグの幅あるいはアンテナの幅とは、リーダからの電波に投影されたアンテナの幅の実質的な最大値を意味している。
本発明の他の特徴によれば、固有の認識情報を記憶したメモリーを有するＩＣタグチップとアンテナとを備え、該ＩＣタグチップは少なくとも整流部と輻輳制御部とを有し、通信エリア内に存在するリーダからの問い合わせに応答して前記アンテナを介して前記認識情報の送出を行う機能を備えた無線ＩＣタグであって、前記リーダとの通信に用いられる電波がマイクロ波であり、前記ＩＣタグチップの表面および裏面に電極が形成され、該ＩＣタグチップの各電極とダイポールアンテナの一対のアンテナ導体とが各々接続され、前記アンテナ導体の幅が、０．５ｍｍ〜０．００１ｍｍの範囲である。
本発明の他の特徴によれば、リーダからの電波エリア内に複数の無線ＩＣタグが存在する状態で複数の輻輳制御による認識番号読み取りの対象となる無線ＩＣタグであって、該ＩＣタグチップの電極に一対のアンテナ導体が接続され該ＩＣタグチップの両側に軸方向に伸びたダイポールアンテナを構成し、前記ＩＣタグチップおよび前記アンテナ導体の幅が、１．０ｍｍ以下である。
本発明の他の特徴によれば、無線ＩＣタグは、前記各アンテナ導体の端部の内側に前記ＩＣタグチップを配置している。
本発明の他の特徴によれば、無線ＩＣタグは、前記アンテナ導体の断面形状が円形であり、前記各アンテナ導体の端部の内側に前記ＩＣタグチップを配置している。
本発明によれば、従来の無線ＩＣタグでは不可能であった、小型で経済性の優れる電波干渉につよい無線ＩＣタグを形成することが可能となる。アンテナのサイズを細くすることにより、幅広のアンテナに比べて、電波干渉を発生させる電波の影や反射量が低減できて、簡便にして有効な無線ＩＣタグを形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の実施例１になる無線ＩＣタグの構造を示す図面である。
第２図は、第１図の無線ＩＣタグのＢ方向断面構造を示す図面である。
第３図は、実施例１のＩＣタグチップの斜視図である。
第４Ａ図は、第２図のＣ−Ｃ断面構造を示す図面である。
第４Ｂ図は、第２図のＥ−Ｅ断面構造を示す図面である。
第５Ａ図は、第２図のＦ−Ｆ断面構造を示す図面である。
第５Ｂ図は、第２図のＦ−Ｆ断面構造を示す説明図である。
第６図は、本発明のＩＣタグチップの回路構成を示す図面である。
第７図は、本発明の無線ＩＣタグを利用するときの構成例を示す図面である。
第８Ａ図は、リーダの輻輳制御回路の動作手順を示す図である。
する。
第８Ｂ図は、無線ＩＣタグ側の輻輳制御回路の動作手順を示す図である。
第９図は、電波の種類ごとの、電波エネルギーと通信距離の関係を示す図である。
第１０図は、通信に使用される電波の周波数帯とアンテナの幅の関係を示す図である。
第１１Ａ図は、リーダから複数の無線ＩＣタグに対して電磁波を送出したときの反射波の状況を示す図である。
第１１Ｂ図は、許容しうる干渉量から見た、周波数と実用的なアンテナ幅の関係を示す図である。
第１２図は、本発明のアンテナによる効果を説明する図面である。
第１３Ａ図は、他のアンテナによる障害の例を示す図面である。
第１３Ｂ図は、他のアンテナによる障害の例を示す図面である。
第１４図は、本発明の他の実施例になる無線ＩＣタグ構造断面を示す図面である。
第１５図は、本発明の他の実施例になる無線ＩＣタグ構造断面を示す図面である。
第１６図は、本発明の各実施例の無線ＩＣタグの組み立て工程例を示す図面である。
第１７図は、本発明の他の実施例になる無線ＩＣタグ構造断面を示す図面である。
第１８Ａ図は本発明の他の実施例になる無線ＩＣタグの上面図である。
第１８Ｂ図は、第１８Ａ図の無線ＩＣタグの断面図を示している。
第１９Ａ図は本発明の別の実施例になる無線ＩＣタグの上面図を示している。
第１９Ｂ図は、第１９Ａ図の無線ＩＣタグの断面図を示している。
第２０図は、本発明の無線ＩＣタグの応用例を示す図面である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の無線ＩＣタグの実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】  まず、本発明の実施例１を、第１図〜第１３図により説明する。
第１図は、本発明の実施例１におけるＩＣタグチップとアンテナとの接続部を拡大し斜視図で示したものである。第２図は、第１図を記号Ｂ方向から見たものであり、ＩＣタグチップとアンテナを接続する部分の断面を示している。また、第３図は、第１図のＩＣタグチップの斜視図を示す。第２図のＣ−Ｃ断面を示したがの第４Ａ図であり、ＩＣタグチップ部分における無線ＩＣタグの断面図を示している。第４Ｂ図は、第２図のＥ−Ｅ断面を示したである。第５Ａ図は、第２図のＦ−Ｆ断面を示している。第５Ｂ図は、製作に関する説明図である。
以下、詳細に説明する。
本発明の無線ＩＣタグ１０４は、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された断面が円形の一対のアンテナ導体２０３及び２０４で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０を挟んで共通の軸に沿って（第１図のＡ方向＝アンテナの軸方向）に伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。無線ＩＣタグ１０４で使用される電波は、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波である。
ＩＣタグチップ１０１は平面形状が矩形であり、その表面および裏面には、電極としてのバンプ２０１、バンプ２０５が搭載され、両面電極型ＩＣタグチップを構成している。そして、これらのバンプ２０１、バンプ２０５は、それぞれ、アンテナ導体２０３およびアンテナ導体２０４の端部に設けられた接続用平面部２０３Ａ、２０４Ａに接続されている。バンプ２０１、２０５は、金メッキなどで形成されることが多いが、銅やアルミやタングステンなどで形成されることを妨げるものではない。また、アンテナ導体２０３及び２０４はアルミまたは、銅または銀ペーストなどで形成されるがこれらの材料に限定されるものではない。
本実施例によれば、ＩＣタグチップ１０１は、アンテナ導体の接続用平面部２０３Ａと２０４Ａの間に完全に挟まれており、実質的に無線ＩＣタグ全体が円形断面となっている。
無線ＩＣタグは多くの物品に極めて広範囲に貼付されるため、使用される数量は莫大である。そのため、経済的で信頼性のよい構造が必要である。半導体チップであるＩＣタグチップ１０１を経済的に作成し、曲げなどのストレスに強くするためには、サイズを小型化することが必要である。
ＩＣタグチップ１０１は、それ自身では電源を持たず、アンテナで受信したリーダからのマイクロ波信号を整流部で整流し電源電圧を得る回路構成となっている。これにより、ＩＣタグチップのサイズや形状を小さくしている。例えば、ＩＣタグチップ１０１の平面形状は一辺の長さＳが、０．３ｍｍの矩形であり、高さＨが０．０５ｍｍである（第３図参照）。また、バンプ２０１、２０５の高さＨ２（第４Ａ図参照）は、０．０１ミクロンから１００ミクロン程度である。
また、アンテナ導体２０３、２０４は、円形の断面形状をした金属ワイヤーからなっている。このワイヤーを例えば塑性加工して、アンテナ導体の端部に略半円弧状の接続用平面部２０３Ａ、２０４Ａを形成する。従って、塑性加工されたアンテナ導体端部の外径は、アンテナ導体の他の部分のように必ずしも均一な径の円とはならないが、全体から見たらごく一部の領域であり、アンテナ導体としては実質的に円形の断面形状となっている。
ＩＣタグチップ１０１に接続されるアンテナ導体２０３、２０４の直径Ｄ（＝幅Ｗ、第４Ｂ図参照）は、輻輳制御のアンテナ干渉を防ぐために、１．０ｍｍ以下，望ましくは０．５ｍｍ以下という制約を加えている。
なお、本発明では、無線ＩＣタグの幅あるいはアンテナの幅という用語を用いるが、これは、リーダからの電波に投影されたアンテナの幅の実質的な最大値を意味している。従って、上記アンテナ導体の直径Ｄも、アンテナの幅の一つの形態であり、直径が１．０ｍｍのアンテナ導体は、幅が１．０ｍｍのアンテナを意味する。また、ＩＣタグチップ１０１のサイズ（幅Ｓ）は、上記アンテナ導体の直径Ｄと同等以下であるため、通常は、無線ＩＣタグの幅とアンテナ導体の幅Ｗが同じである。但し、アンテナ導体として例えば０．００１ｍｍのような極細い直径のワイヤーを使用する場合、ＩＣタグチップ１０１のサイズ（幅）が若干これより大きくなり、無線ＩＣタグの幅となることもありうる。
通常、無線ＩＣタグはさまざまな物品に貼付され、搬送中など読み取り形態が不特定な状態で読み取られるため、リーダからは無線ＩＣタグがさまざまに回転している状態で読み取られることが多い。本実施例によれば、アンテナ導体の断面形状を円形とし、かつ、直径Ｄを小さくしたため、無線ＩＣタグの姿勢の如何にかかわらず、リーダは正確に認識情報を読み取ることができる。
なお、アンテナの軸方向（第１図のＡ方向）の長さは、目的とする無線ＩＣタグの応用分野により異なるものと考えられるので特段の限定を行う必要はない。一般には、使用する周波数帯の波長の半分程度が利用されることが多い。たとえば、２．４５ＧＨｚの周波数帯では１／２波長は６１．２ｍｍであるが、基材となる絶縁材料の誘電率の影響により若干これよりも短いアンテナとなる。また、５．１２ＧＨｚの周波数帯では、１／２波長は２９．３ｍｍであるが、基材となる絶縁材料の誘電率の影響により若干これよりも短いアンテナとなる。ただ、これらのアンテナ長に限定されることは本発明の実施上制約とならない。
この実施例では、バンプ２０１とアンテナ導体２０３、及びバンプ２０５とアンテナ導体２０４が、超音波を用いて、それぞれ超音波接続面２０２および超音波接続面２０６によって接続されている。この例によれば、超音波接続面でＩＣタグチップ１０１とアンテナを接続しているために耐熱性に優れている。
バンプ２０１、２０５は、ＩＣタグチップ１０１の上下の平坦面に各１個しかないため、それぞれの面に大きな面積の電極を形成できるので、高さを確保する必要性はあまりない。従って、ＩＣタグチップ１０１を構成する半導体チップのエッジショートが起こらない範囲でバンプの高さを低くして良く、経済的なＩＣタグチップを形成することが可能である。
また、上下に平坦面を有する両面電極型のＩＣタグチップ１０１は、同時に多数のＩＣタグチップをアンテナに搭載する目的のためにも極めて有効である。これは、小型のＩＣタグチップを一つづつ、ピンセットでピックアップして位置合わせすることに比較して、飛躍的に組み立て、接続、組み立ての工数を低減することが可能となる。
このことは、アンテナのサイズや形状が小さい場合に特に有効であり、本発明の輻輳制御に強いアンテナすなわち、幅Ｗの狭いアンテナとした場合に特に有効である。すなわち、アンテナ導体２０３及び２０４の幅が小さくなると、ＩＣタグチップ１０１との端子に対して、アンテナの接続端子も小さくなる。しかし、両面電極チップであれば、それぞれの面に大きな面積の電極を形成できるので、回転に対して影響のない位置合わせが簡便となる。これらの点に関して、第５Ａ図、第５Ｂ図で説明する。
まず、第５Ａ図は、無線ＩＣタグ１０４のＩＣタグチップ１０１と左右のアンテナ導体との接続部分を、上から見た状態を示している。この図は、本実施例のＩＣタグチップ１０１が、左右のアンテナ導体２０３、２０４（幅Ｗ）で挟み込まれた構造を持つことを示している。また、第５Ａ図は、ＩＣタグチップのバンプ２０１の形状が、ＩＣタグチップ１０１の表面をほぼカバーするような形状を持っていることが特徴であることも示している。
また、ＩＣタグチップ１０１の上および下の平坦面上に存在するバンプ２０１とバンプ２０５は、ＩＣタグチップの電極であって、アンテナ導体との接続端子となる。これらのバンプには、アンテナ導体２０３とアンテナ導体２０４が接続されている。この実施例では、ＩＣタグチップ１０１が、細い円形アンテナの断面の中に入るように形成されている。このような状態であれば、無線ＩＣタグ１０４の全体の断面形状が、円形となり、そのアンテナの表面に突起がない。そのため、ハンドリングに極めて都合が良いことが期待できる。
また、ＩＣタグチップ１０１の両面に電極２０１、２０５が存在することは、対象的な構造が可能であることを示している。これにより、組み立て、接続のとき、無線ＩＣタグの表裏面の特定をすることがなく、ＩＣタグチップをアンテナの中立面に配置することが容易に可能となり、曲げなどのストレスにも強い無線ＩＣタグを提供することが可能となる。
このＩＣタグチップは、１０ミクロン角程度まで小さくなることが予想されるために、アンテナ接続端子となるバンプ２０１、２０５の形状は、極力チップサイズに近い最大面積をとれるようにすることが必要である。そのために、チップ片面に２つのバンプを配置するよりも、両面に各１個のバンプを配置することが、十分なバンプ面積を確保しつつ、かつ、剛性が高くならないようにする意味から極めて重要である。
また、両面に各１個のバンプを配置することは、狭い輻輳制御を良好に行うためのアンテナ幅の狭いアンテナをチップに接続するためにも、重要である。すなわち、無線ＩＣタグ１０４を上面から見たとき、ＩＣタグチップ１０１とアンテナ導体２０３、２０４は、無線ＩＣタグ１０４の軸方向Ａに整列して配置され、ＩＣタグチップ１０１の両面に各１個のバンプに接続されている。アンテナ導体の端部に設けられた接続用平面部２０３Ａ、２０４Ａは、バンプに対して充分に大きな面積があるため、第５Ｂ図に示すように、平面的な方向においては、仮にＩＣタグチップ１０１が接続用平面部２０３Ａ、２０４Ａ上で任意の角度θだけ回転しても、ＩＣタグチップ１０１とアンテナ導体２０３、２０４間で電気的に良好な接続関係を確保することが出来る。従って、ＩＣタグチップ１０１の回転は、無線ＩＣタグの動作になんら影響をおよぼすことはない。
本実施例による、認識番号を有するＩＣタグチップ１０１の回路構成例を、第６図に示す。図に示した回路は、無線ＩＣタグがマイクロ波を用いて遠隔のリーダと交信するための送受信回路の例である。なお、アンテナ部については等価回路で示している。
ＩＣタグチップ１０１は、アンテナ部３０１と、このアンテナ部に接続された整流回路３０２と、この整流回路３０２に接続されたクロック抽出回路３０３と、論理回路と、輻輳制御回路３１０と、認識番号及び商品名等の情報を書き込んだリードオンリメモリ３１２とを備えている。
アンテナ部３０１は、コンデンサ３１３と共に共振回路を形成するアンテナ３１４を備えている。整流回路３０２は、電源回路として機能するものであり、アンテナ３１４で受信したリーダ（質問機）４０１からのマイクロ波信号を倍圧整流して電源電圧ＶＤＤを得ると共に、更に、電源電圧ＶＤＤが適当な電圧になったときに電源電圧ＶＤＤを出力するパワーオンリセット回路３１５を有する。
ＩＣタグチップ１０１は、さらに、受信したマイクロ波信号に変調を与える変調器３０９、振幅変調されているマイクロ波信号を復調してクロック信号ＣＬＫを取出す復調回路３０３、クロック信号ＣＬＫを増幅するアンプ（ＶＤＤクランプ）３０４、クロック信号ＣＬＫを分周して２５ｋＨｚのクロック信号にする３−ｂｉｔカウンタ３０５、更に分周して１２．５ｋＨｚのクロック信号にする７−ｂｉｔカウンタ３０６、後で詳述する、認識番号及び商品名等の情報を書き込んだリードオンリメモリ３１０、このメモリ３１０の内容を１ビットづつ読み出すためのデコード回路（デコーダ）３０７、メモリ３１０の出力であるメモリＯＵＴを所定のタイミングで出力するゲート回路３０８を備えている。
変調器３０９は、ゲート回路３０８から出力されるメモリＯＵＴを受けてマイクロ波信号を変調する。なお、カウンタ３０５等の論理回路を形成する各回路は、ＮＭＯＳトランジスタとＣＭＯＳトランジスタを組み合わせたＣＭＯＳ論理回路によって実現される。
リードオンリメモリ３１２に搭載される認識番号は、複数のメモリビットから構成されており、本実施形態では１２８ビットを採用した。１２８ビットであれば、２の１２８乗の組み合わせを得ることが可能となる。このビット数は、応用分野によって自由に設計することが可能であり、可変構造とすることも可能である。
第７図は、本発明の無線ＩＣタグが利用される状況の一例を示している。複数の無線ＩＣタグ１０４（１０４ａ〜１０４ｎ）は、光学的に遮蔽されたカートン８０１の中にある複数の小型カートリッジ８０２に貼付されている。無線ＩＣタグ１０４は、リーダ４０１からの輻輳制御による認識番号の問い合わせに対して認識番号を送出することにより、カートン８０３をオープンすることなく、カートンの中の各カートリッジを個別に認識し、商品情報を取得する場合に、有効に活用される。また、リーダ４０１に対して無線ＩＣタグ１０４がさまざまに回転している状態等、読み取り形態が不特定な状態でも、リーダから正確に読み取られる。
輻輳制御回路３１０は論理的な制御回路により構成されていて、リーダ４０１からの認識番号の問い合わせに対して、所定のアルゴリズムにより、認識番号を送出する機能を持つ。輻輳制御のアルゴリズムには、リーダ４０１からの問い合わせに対して、認識番号の頭から１ビットづつ複数の無線ＩＣタグ１０４が送出をし、リーダ４０１がそのビットがハイレベルかローレベルかを認識する。そして、ハイレベルかローレベルかを各無線ＩＣタグ１０４に送出して、ハイレベルを出している無線ＩＣタグ１０４はそれ以降の応答をやめてしまうようなアルゴリズム（バイナリサーチ方式）がある。
あるいはまた、各無線ＩＣタグが所定の乱数発生アルゴリズムをもっていて、リーダからの問い合わせに対して各無線ＩＣタグの内部の認識番号によって乱数を作成し、その乱数の順番により、認識番号を送出して、認識番号がダブっていれば、再度乱数を発生しなおしてまた、その乱数の順番により認識番号を送出するタイムスロット方式で行う方法もある。
これらのアルゴリズムを制御するのが輻輳制御回路３１０である。この輻輳制御回路３１０からの信号はゲート回路３０８に入力され、ゲート回路３０８によって、整流回路３０２のインピーダンスが変更されて、アンテナ３０１の電波反射率の変更に物理的現象として現れる。これに伴い、リーダ４０１は、リーダからのクロック信号に同期して、各無線ＩＣタグの状況を正確に観測することが可能となる。
第８Ａ図及び第８Ｂ図に、輻輳制御のアルゴリズムの具体例を示す。リーダ４０１が、複数ある無線ＩＣタグから１つの無線ＩＣタグを選択し、選択した無線ＩＣタグからリーダ４０１へセンサデータを転送する。
第８Ａ図は、リーダ４０１の輻輳制御回路（図示略）の動作手順を示す図である。リーダ４０１が、そのアンテナの通信エリア内に複数存在する無線ＩＣタグ１０４ａ、１０４ｂ、−−、１０４ｎから１つの無線ＩＣタグを識別し、そのデータを受信する場合、リーダ４０１はそのアンテナを介して通信エリア内にいる各無線ＩＣタグ１０４ａ、１０４ｂ、−−、１０４ｎへ質問コマンドを送信する（Ｓ８０２）。
無線ＩＣタグがリーダの質問コマンドを受けた場合、それぞれの無線ＩＣタグに固有の識別符号を１ビットだけリーダに向けて送信される。リーダ４０１が無線ＩＣタグからの送信信号を検出した場合、識別符号の１ビットを受信し（Ｓ８０４）、受信したビットを無線タグに向けて返信する（Ｓ８０６）。無線ＩＣタグ側では、返信されたビットを受信して、識別符号の次の１ビットをリーダに向けて送信する。リーダは受信ビット数をカウントすることによって、受信したビットが識別符号の最後のビットであるかどうか判定する（Ｓ８０８）。受信した識別符号が最後のビットであった場合、識別完了信号を無線タグに返信することにより、正しく受信できたことを無線タグに通知する（Ｓ８１０）。識別された無線タグの識別符号は出力され（Ｓ８１２）、処理を終了する。
一方、第８Ｂ図に、無線ＩＣタグ１０４側の輻輳制御回路３１０の動作手順を示す。リーダ４０１からの質問コマンドを受信した輻輳制御回路３１０は、リーダ４０１からの質問コマンドを検出すると（Ｓ８２２）、それぞれの無線ＩＣタグに固有の識別符号を１ビットだけリーダに向けて送信する（Ｓ８２４）。無線ＩＣタグ１０４はリーダ４０１の返信を待ち、識別符号の１ビットを受信した場合、既に送信した識別符号の１ビットと比較し、受信ビットと送信ビットとが一致しなかった場合は識別に失敗したとして次の質問コマンドを待つ（Ｓ８２６）。受信ビットと送信ビットとが一致した場合は、そのビットが最後のビットであるかどうか判定し（Ｓ８２８）、最後のビットでない場合は、次のビットを送信する。最後のビットであればリーダ４０１からの識別完了信号の送信を待ち、識別完了信号を検出した場合には識別に成功したとして（Ｓ８３０）、識別動作を終了する。
本発明によれば、アンテナは、ＩＣタグチップに接続された一対のアンテナ導体を含む幅の狭いダイポール型のアンテナである。また、リーダとＩＣタグチップとの通信に用いられる電波はマイクロ波である。これにより、干渉に強い無線ＩＣタグが得られる。以下、この点について、説明する。
ＩＣタグチップは、既に述べたとおり、それ自身では電源を持たずサイズを小型化している。他方、ＩＣタグチップを種々の用途に使用できるようにするためには、充分な通信距離を確保できる必要がある。
第９図は、電波の種類ごとの、電波エネルギーと通信距離の関係を示す図である。同じ電波エネルギーでも、静電型や誘導コイル型のアンテナは、通信距離ｒが短い。本発明では、アンテナをダイポール型とし、マイクロ波により通信することで、少ない電波エネルギーでも充分な通信距離を確保できるようにしている。
また、ＩＣタグチップを種々の用途に使用できるようにするためには、電波干渉に強い無線ＩＣタグとする必要がある。すなわち、無線ＩＣタグが使用される環境によっては、リーダからの電磁波のなかに複数の無線ＩＣタグが存在する。そのために、各無線ＩＣタグのアンテナが近づくと電波の影を生じて隣のタグの読み取りに大きく影響を及ぼすことがある。また、各無線ＩＣタグのアンテナが近づくと干渉して、ある無線ＩＣタグはリーダから読むことができるが、他の無線ＩＣタグでは正常に読むことが出来ないといったことが発生する。これは、リーダが無線ＩＣタグのアンテナの反射率をみているため、アンテナのサイズが大きいとこの反射率が極めて大きくなり、隣のタグの読み取りに大きく影響を及ぼすことになるためである。
本発明者は、電波の影や反射という観点から、通信に使用される電波の周波数帯とアンテナの幅及び通信距離との間に一定の関係があることを見出すことに成功した。
すなわち、リーダは複数の無線ＩＣタグに対して電磁波を送出しているが、各無線ＩＣタグの中の認識番号の読み取りには、各無線ＩＣタグのアンテナのインピーダンス変化をみている。このインピーダンス変化は隣り合ったアンテナの特性変化と相乗してリーダ側に伝達される。アンテナの幅が広いと空間のインピーダンスが大きく変化しやすくなり、共振周波数が変動すること、アンテナのインピーダンス変化がブロードとなっていくこと、隣のアンテナの放射影響を受けやすいことなどにより通信距離の低下をまねきやすい。逆にアンテナの幅を狭くすると、これらと逆の効果が期待できる。よって、輻輳制御の無線ＩＣタグにおいて、アンテナ幅を狭くすることは効果がある。
第１０図は、通信に使用される電波の周波数帯とアンテナの幅の関係を示している。すなわち、周波数帯毎に、アンテナ幅Ｗをパラメータにとり、二つの無線ＩＣタグの間隔を一定にした場合の通信距離の特性を示している。
電波の波長が長い場合、電波の影の問題は小さく、無線ＩＣタグの幅が広くても通信距離にはそれほど大きく影響しない。一方、マイクロ波にのように電波の波長が短い場合、電波の影の影響が大きくなり、無線ＩＣタグの幅が通信距離に大きく影響する。
第１２図は、直進性の高いマイクロ波で通信される円径断面の無線ＩＣタグ１０４の例を示している。狭い範囲にアンテナ幅の狭い無線ＩＣタグが複数存在しても、リーダ４０１から発出した電磁波４０２の無線ＩＣタグ１０４ａによる電波の影４０４の範囲は狭い。そのため、無線ＩＣタグ１０４ｂは、無線ＩＣタグ１０４ａの存在によって読み取りに影響を受けない。
一方、第１３Ａ図は、マイクロ波で通信されるアンテナ幅が広い無線ＩＣタグ５０１の例を示している。狭い範囲にアンテナ幅の広い無線ＩＣタグ５０１が複数存在すると、リーダ４０１から発出した電磁波４０２の無線ＩＣタグ５０１ａによる電波の影５０２ののエリアが広くなる。そのために、そのため、無線ＩＣタグ５０１ｂは、無線ＩＣタグ５０１ａの存在によって読み取りに影響を受け易い。
なお、第１３Ｂ図に示すように、通信に使用される電波の波長が長いと電波のまわ込みにより電波の影の影響は少なくり、狭い範囲にアンテナ幅の広い無線ＩＣタグ（コイル）５０１が複数存在していても、互いに読み取りに影響を及ぼすことは無い。
このように、通信に使用される電波の周波数帯とアンテナの幅による影響とには密接な関係がある。
通信距離の特性において、比較的大きな通信距離の得られる領域の下限を通信距離臨界点と定義すると、第１０図の線Ｌｃは、電波の波長毎の通信距離臨界点を示している。アンテナ幅Ｗはこの線Ｌｃよりも左側の領域に設定するのが望ましい。
一例として、通信距離臨界点は、９００ＭＨｚのＵＨＦでは１．０ｍｍ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波では０．０５ｍｍ、また５．８ＧＨｚのマイクロ波では０．０２５ｍｍとなる。よって、電波の影の影響を極力少なくするために、アンテナ幅Ｗは、これらの値よりも小さく設定するのが望ましい。
このように、アンテナ幅を小さくする、例えばマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合は幅を０．５ｍｍ以下とすることによって、複数の無線ＩＣタグの読み取りの障害を少なくして通信を行うこができる。
換言すると、この現象は、波長の短い電波で通信し、かつ、輻輳制御回路を持つ無線ＩＣタグの読み取りを行う環境においてのみ有効な効力を発揮するものである。すなわち、輻輳制御機能をもつ無線ＩＣタグにおいては、アンテナ幅を狭いすることでその有効性が発揮される。
次に、第１１図は、輻輳制御の無線ＩＣタグにおいて、通信に使用される電波の周波数帯とアンテナの幅及び干渉量の関係を示している。第１１Ａ図は、リーダから複数の無線ＩＣタグに対して電磁波を送出したときの反射波の状況を示しており、（ａ）は幅の広いアンテナによる反射波、（ｂ）は本発明の幅の狭いアンテナによる反射波を示している。アンテナの幅が狭い方が反射波図の影響を受けにくい。反射波図の影響は、電波の周波数によっても異なり、周波数が高くなるほど、影響を受け易い。
第１１Ｂ図は、許容しうる干渉量から見た、周波数と実用的なアンテナ幅Ｗの関係を示している。周波数が高くなるほど実用的なアンテナ幅Ｗは狭くなる。よって、干渉量という観点で見ても、輻輳制御の無線ＩＣタグにおいては、アンテナ幅Ｗを狭くすることに効果がある。電波の周波数が９００ＭＨｚでアンテナの幅は１．０ｍｍ以下、２．４５ＧＨｚの場合は、アンテナの幅は０．５ｍｍ以下、５．８ＧＨｚの場合は、アンテナの幅は０．０．２５ｍｍ以下とするのが好ましい。
なお、アンテナの断面形状は、既に述べた円形の他に、矩形または楕円形等も考えられる。いずれの場合も、無線ＩＣタグが回転して利用されることを考慮すると、投影されたアンテナ幅が最も大きなところで、上記関係を満たすようにすれば良い。
また、アンテナ幅の小さな方の限界は、１ミクロン程度とすることが、本発明の目的に即しているものと考えられる。
アンテナの幅を狭くすることは、さらに、アンテナ材料使用量の低減も図れることになり、経済性および環境負荷という面でも良好な効果をもたらす。
【実施例２】  第１４図は、本発明の別の実施例になる無線ＩＣタグを示している。本図は、ＩＣタグチップとアンテナを接続する部分の断面を示している。この実施例でも、無線ＩＣタグ１０４は、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された断面が円形の一対のアンテナ導体２０３及び２０４で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０を挟んで軸方向に伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。バンプ２０１およびバンプ２０５はＩＣタグチップ１０１の表面および裏面にあってＩＣタグチップの両面に存在するものである。このバンプはアンテナ２０３およびアンテナ２０４に接続されている。アンテナは断面が矩形でも楕円形でもよい。そのアンテナの最大幅は投射した場合で定義した最大幅と等しく、その最大幅は１．０ｍｍ以下であり、その最小幅は１ミクロン以上である。
この構造では、バンプ２０１とアンテナ２０３とバンプ２０５とアンテナ２０４は異方導電性接着剤面７０１および異方導電性接着剤面７０２によって接続されている。この実施例では、異方導電性接着剤を用いているために、簡便にＩＣタグチップの電極とアンテナを接続することができる。
【実施例３】  第１５図は、本発明の別の実施例になる無線ＩＣタグを示している。本図は、ＩＣタグチップとアンテナを接続する部分の断面を示している。この実施例でも、無線ＩＣタグ１０４は、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された断面が円形の一対のアンテナ導体２０３及び２０４で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０を挟んで軸方向に伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。アンテナ爪２０８があるアンテナ２０３とアンテナ２０４は、バンプ２０１およびバンプ２０５がＩＣタグチップ１０１の表面および裏面にあってＩＣタグチップの両面に存在するものであるバンプに接続されている。アンテナは断面が矩形でも楕円形でもよい。そのアンテナの最大幅は投射した場合で定義した最大幅と等しく、その最大幅は１．０ｍｍ以下であり、その最小幅は１ミクロン以上である。
この構造では、バンプ２０１とアンテナ２０３、バンプ２０５とアンテナ２０４は超音波または異方導電性接着剤にて接続されている。アンテナ爪２０８があるために、アンテナ２０３とアンテナ２０４が引っ張られても、ＩＣタグチップ１０１がアンテナとはずれないという特徴をもっている。
【実施例４】  第１６図は本発明の別の実施例になる無線ＩＣタグを示している。無線ＩＣタグは多様な物品に広範に貼付されるために、経済的に製作する必要がある。この図は本発明で有効なアンテナ幅が狭い無線ＩＣタグを連続的に形成することを考慮した形態を示している。
この実施例でも、無線ＩＣタグ１０４は、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された一対のアンテナ導体で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０１を挟んで伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。ＩＣタグチップ１０１がバンプを介して挟み込まれる構造は、実施例１〜３と同じであるが、各アンテナ導体２０３、２０４、９０１、９０２、９０３の各両端にはＩＣタグチップ１０１が接続されている点で異なる。換言すると、各アンテナ導体２０３、２０４、９０１、９０２、９０３は、隣接する２組の無線ＩＣタグに対応する長さを少なくとも有している。
このような形態をとることによって、複数組の無線ＩＣタグすわちＩＣタグチップと細いアンテナを、連続して作成することができて、輻輳制御を行うための無線ＩＣタグを経済的に作成し、供給することが可能となる。また、上下に平坦面を有する両面電極型のＩＣタグチップ１０１は、同時に多数のＩＣタグチップをアンテナに搭載する目的のためにも極めて有効である。
細いアンテナの無線ＩＣタグを取り扱うときは一般にテープなどのキャリアを必要とするが、本実施例では、細いアンテナ自体で連続で存在しテープキャリアとしての機能も有するために、テープキャリアは不要となる。
この連続した無線ＩＣタグを物品に貼付するときは、１組の無線ＩＣタグすなわち、１個のＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された断面が円形の一対のアンテナ導体とを単位として、カットし、物品に貼付すればよく簡便な取り扱いが可能となる。細いアンテナの最大幅を１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下とすれば、大量に巻き取っても大きなボリュームとなることはなく、少ない容積で大量の無線ＩＣタグを収納することができ、取り扱いが簡便となる。また、予めカット位置、例えばアンテナ導体２０４ではＧ−Ｇ線に、マークを付しておくのも良い。
【実施例５】  第１７図は、実施例１ないし３に示した輻輳制御に強い幅の狭いアンテナを、効率よく形成するための製造工程を示している。この実施例でも、無線ＩＣタグ１０４は、実施例１と同じように、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された断面が円形の一対のアンテナ導体２０３及び２０４で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０を挟んで軸方向に伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。
第１７図の（ａ）は、最初の細いアンテナ材料１５０１の断面形状を示している。この材料は通常の工業的に大量生産されている材料で、アルミ線や金線などの材料が使われる。第１７図の（ｂ）は、第１７図の（ａ）の線材がＦ１という力によりカットされてＦ２およびＦ３の力によって、左右に分離された直後の状態を示す断面図である。
第１７図の（ｃ）は、アンテナ２０３にはＦ４という力で断面が変形した状態、同時にアンテナ２０４にはＦ５という力で断面が塑性変形した状態を示す断面図である。第１７図の（ｄ）は、アンテナ２０４に両面に電極を持つＩＣタグチップが搭載されて、アンテナ２０３がＦ６という力で移動しようとする断面図を示している。
第１７図の（ｅ）は、Ｆ７およびＦ８という力によって、ＩＣタグチップ１０１の上および下の面にあるバンプ２０２とバンプ２０５がそれぞれアンテナ２０３とアンテナ２０４に接続される工程の断面図を示している。
【実施例６】  第１８図は本発明の実施例になる無線ＩＣタグを示している。第１８Ａ図は本発明の実施例の上面図を示している。第１８Ｂ図は無線ＩＣタグ１０４の断面図を示している。
この実施例でも、無線ＩＣタグ１０４は、ＩＣタグチップ１０１と、その電極に接続された一対のアンテナ導体２０３及び２０４で構成されている。一対のアンテナ導体は、ＩＣタグチップ１０を挟んで軸方向に伸びており、幅の狭いダイポール型のアンテナを構成する。アンテナは断面が矩形である。
バンプ１１０３はＩＣタグチップ１０１に付着してアンテナ１１０２と接続する。バンプは金メッキなどで形成されることが多いが、銅やアルミやタングステンなどで形成されることを妨げるものではない。アンテナはアルミまたは銅または銀ペーストなどで形成されるがこれらの材料に限定されるものではない。ここでのＩＣタグチップの外形寸法は１．０ｍｍ角以下であることが多い。アンテナの長さは目的とする無線ＩＣタグの応用分野により異なるものと考えられるので特段の限定を行う必要はない。一般には使用する周波数帯の波長の半分程度が利用されることが多い。たとえば、２．４５ＧＨｚの周波数帯では１／２波長は６１．２ｍｍであるが、基材となる絶縁材料の誘電率の影響により若干これよりも短いアンテナとなる。この無線ＩＣタグは、ＩＣチップの製造プロセスの一部に組み込んで製造することにより、ＩＣチップ中に実装することができる。
【実施例７】  第１９図は本発明の別の実施例になる無線ＩＣタグを示している。第１９Ａ図は本発明の実施例の上面図を示している。ＩＣタグチップ１０１はインピーダンス整合部１２０１に接続されて、無線ＩＣタグ１０４を形成している。インピーダンス整合部１２０１にはスリット１２０２が存在する。
第１９Ｂ図は断面図を示している。バンプ１１０３はＩＣタグチップ１０１に付着してインピーダンス整合部１２０１と接続する。ここでのＩＣタグチップ１０１の外形寸法は１．０ｍｍ角以下であることが多い。インピーダンス整合部はＩＣタグチップにとって、リーダからの電磁波を効率よくＩＣタグチップにエネルギを注入するために必要である。アンテナは電磁波と共振する役割があるが、共振を起こした電圧や電流は高速にアンテナを往復するために、ＩＣタグチップの端子はアンテナからみると集中定数をもつ電気的特性に見えて、この部分で反射が発生しやすい。この反射はアンテナの特性インピーダンスとＩＣタグチップの入力のインピーダンスが一致すると反射がなくなり、実効エネルギとしてＩＣタグチップに入力されて、ＩＣタグチップの中に効率よく電流が流入して、該ＩＣタグチップ内部の容量に電荷が蓄積されて、直流電圧に変換される。このために、スリット１２０２を設けて、アンテナのインピーダンスとＩＣタグチップの入力インピーダンスを一致させる。このスリットの幅や長さはインピーダンスを実現するために重要であって、固有のスリット幅や長さをＩＣタグチップの特性に応じて設定する必要がある。
輻輳制御を持つＩＣタグチップ１０１においては、アンテナのサイズを小さくすることが効果あることを本発明者は見出すことができたが、このインピーダンス整合部１２０２を持つアンテナであっても共振をつかさどるアンテナ１１０２が必要であって、このアンテナのサイズは第１図の場合と同様に、小さくすることにより複数の無線ＩＣタグのアンテナ間の干渉を小さくすることが可能であって、無線ＩＣタグが回転して利用されることを考慮すると投影されたアンテナ幅がもっとも大きなところで１．０ｍｍ以下として、小さな方の限界は１ミクロンとすることが本発明の目的に即しているものと考えられる。
【実施例８】  第２０図は本発明の別の実施例を示している。この実施例では、衣類の布１７０１に本発明の無線ＩＣタグ１０４を貼付したものである。クリーニング関係では多数のリネン材があり、形状が類似しているために、無線ＩＣタグによる認識が求められてきている分野である。この分野では布地に無線ＩＣタグが違和感なく付着していることと、輻輳制御による認識番号の読み取りが必要な分野である。リーダからハンガー等にリネン材や衣服が高速で移動して、認識番号が読み取られるためには、読み取り時間確保を確保する必要があり、必然的に電磁波の領域が広くなっていく。そのために、複数の無線ＩＣタグが存在するときは識別すると同時に前後の位置関係も示す必要があり、電波干渉の少ない無線ＩＣタグが必要とされる。
本発明では幅の狭いアンテナの有効性を見出して、その幅の限定と製作法について提案しているが、本発明の幅の狭いアンテナをもつ無線ＩＣタグは布に貼付される組み合わせにおいてさらに有効にその効力を発揮する。幅の狭い無線ＩＣタグは可とう性に富むため、衣服に好適であり、また、圧力や曲がりに強い。圧力に強い理由は第１図の実施例のように、ＩＣタグチップは強固な金属によって囲まれていることに依存し、また、曲がりに強いことはＩＣタグチップを０．５ｍｍ角以下に抑えたり、それを第４Ａ図で示すような中立面に置くことが可能となっているためである。第２０図で示す形態は、布１７０１自体を別の衣服に付着するような形態をとることも可能であり、衣服貼り付けの簡便性を向上することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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