(57)【要約】共振回路を有する非接触識別媒体において、ＩＣ端子間キャパシタの製造上の差異を補正する工程を無くすため、共振回路の共振周波数への影響が少ない部位にＩＣを接続する。こうすることによって、ＩＣ端子間キャパシタンスの製造上の差異を補正する工程を無くした安価な非接触識別媒体を提供できるという利点がある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルのインダクタンスと該アンテナコイルに接続された共振用コンデンサのキャパシタンスとで電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成した非接触識別媒体において、電力供給を受けるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）と該アンテナコイルとの接続点が該コンデンサと並列接続となっていないことを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項２】
請求項１の非接触識別媒体において、該アンテナコイルと電力供給を受けるＩＣとの接続が該アンテナコイル巻き数の２分の１以下であることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項３】
請求項１の非接触識別媒体において、共振用コンデンサのキャパシタンスがＩＣの入力端キャパシタンスの２倍以上であることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項４】
請求項１の非接触識別媒体において、共振用コンデンサが非接触識別媒体基材としての誘電体両面のメタライズパターンによって形成されていることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項５】
請求項３の非接触識別媒体において、アンテナコイルおよびコンデンサが銀ペースト印刷により形成されていることを特徴とする非接触識別媒体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
非接触ＩＣカードや無線タグなど電池を有しない非接触識別媒体に関する。
背景技術
情報を電子回路に記憶し非接触で情報通信を行う非接触ＩＣカードや無線タグなどの非接触識別媒体（以下、本明細書においては非接触識別媒体を指す用語であるＲＦＩＤ（ＲＡＤＩＯ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮ）を用いる）のうち電池を有しないＲＦＩＤは通信を行う外部機器のアンテナから放射される特定の周波数の電磁界を搬送波としてアンテナコイルで受信し、アンテナコイルに接続されるＩＣ内で直流電力に変換しＩＣ自身に使用される。該ＩＣはＲＦＩＤのアンテナコイルと外部機器のアンテナを介して外部機器との通信を行う。
近年ＲＦＩＤへの期待が高まり、より便利に使うために外部機器とＲＦＩＤ間の通信距離を外部機器の電磁界出力など与えられた条件の中でできるだけ伸ばすことが要求されている。
外部機器とＲＦＩＤ間の通信距離を伸ばす手段としては、効率良く電力を受信するために図１の従来技術の一例としてのＲＦＩＤの基本回路ブロック構成図の回路ブロック構成で示すように、ＲＦＩＤのアンテナコイルに並列にコンデンサを接続し、搬送波の周波数に合わせた共振回路を形成する技術が一般に使用されている。電力を最大限に受けるためにＩＣも該コンデンサに並列に接続されている。図１に示す従来技術の一例としてのＲＦＩＤ基本回路ブロック構成図において、アンテナコイル１の両端に並列共振用のコンデンサ２が接続され、該コンデンサのキャパシタンスに比して小さな値の端子間キャパシタンス３ＡのＩＣ３が該コンデンサ２と並列に接続される。
共振周波数は該コンデンサ２のキャパシタンスと該ＩＣ３の端子間キャパシタンス３Ａを加算したものと該アンテナコイル１のインダクタンスとで決まる。
該コンデンサ２はＲＦＩＤ基材である極薄い誘電体への両面メタライズパターンによって形成される。
アンテナコイル１のインダクタンス及び両面メタライズパターンによって形成されるコンデンサ２のキャパシタンスは製造上精度を保てるが、該ＩＣ３のアンテナコイルとの接続端キャパシタンス３Ａは製造上の各種要因により２０〜３０％程度のばらつきが生ぜざるを得ない。このばらつきは共振周波数に直接影響する。そのため、共振回路を所定の共振周波数に合わせる手段として該メタライズパターンで形成されるコンデンサのトリミング（例えば特開平１１−３５３４４０）を行っている。
図２はこれまでの技術の一例としての共振用コンデンサ２を両面メタライズパターンによって形成した場合のＲＦＩＤの回路ブロック構成図である。
図１の回路ブロック構成にトリミング用のコンデンサ２Ａ〜２Ｈを付加したもので、コンデンサ２Ａ〜２Ｈのキャパシタンスの合計がＩＣ３の接続端子間キャパシタンス３Ａの製造上の差異を包含する値に形成され、該ＩＣ３の接続端子間キャパシタンス３Ａによる共振周波数の差異を補正するため該コンデンサ２Ａ〜２Ｈの必要な共振周波数にあわせるために該当する接続点を切断するトリミングを行う。
図３は前述の構成をカード型ＲＦＩＤに適用した実装図の一例である。
図３において、基材４は透明に表記しているが極く薄い１／５０ｍｍ厚のポリーミド材を使用し、該基材４裏面のメタライズパターンによりアンテナコイル１を、該基材４両面のメタライズパターンにより共振用コンデンサ２および２Ａ〜２Ｈを形成している。該アンテナコイル１の外周端はスルホール加工により表面側パターンに接続され該コンデンサ２および２Ａ〜２Ｈの表面側に接続されると共にスルホール加工により裏面パターンに接続され、ＩＣ３の一方の端子に接続される。該アンテナコイル１の内周端は該ＩＣの他の一方の端子に接続されると共に該コンデンサ２および２Ａ〜２Ｈの裏面側に接続される。該ＩＣ３を実装後、共振周波数が測定され、必要な共振周波数にするために該コンデンサ２Ａ〜２Ｈの該当する接続点を機械的に切断するトリミングが行われる。
図４は、これまでの技術の別例を示してあり、外部メタライズパターンによるコンデンサに値するコンデンサをＩＣ内に半導体により形成したものの回路ブロック構成図である。
前記半導体により形成されたコンデンサのキャパシタンスを所定の値にするためレーザ加工などによって前記同様のトリミングを行う。
また、特開２０００−２７８１７２号公報にアンテナコイルと並列に共振回路を形成し、負荷回路の入力インピーダンスと該共振回路からの出力インピーダンスが等しくなる該アンテナコイル中間もしくは延長の点と該負荷回路を接続することで（いわゆるインピーダンス整合）効率よく電力伝送を行う非接触識別媒体（ＲＦＩＤ）が記載されている。
発明の開示
ＩＣのアンテナコイル接続用端子間のキャパシタンスはＩＣ製作上の要因で差異が生じるため、ＲＦＩＤとしての共振周波数を正確に合わせるためには、メタライズパターンで形成されるコンデンサのトリミングか、ＩＣ内コンデンサ形成回路部分のトリミングのどちらかの方法によるトリミング行程が必然となり多大な作業時間と経費が生じていた。本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、ＩＣのアンテナコイル接続用端子間容量のばらつきによる共振周波数への影響を微少にする回路構成にすることで、トリミングを行う必要の無いＲＦＩＤを提供することができる。
本発明のＲＦＩＤでは、アンテナコイルのインダクタンスと該アンテナコイルに接続された共振用コンデンサのキャパシタンスとで電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成したＲＦＩＤにおいて、電力供給を受けるＩＣと該アンテナコイルとの接続点が該コンデンサと並列接続となっていないことを特徴とする。この特徴を有する理由は以下の通りである。
すなわち、ＩＣの端子間キャパシタンスの差異が共振周波数に与える影響を少なくするため、共振回路をアンテナコイルと該アンテナコイルに接続されるメタライズパターンで形成したコンデンサとで形成し、該アンテナコイルの一部分をＩＣと接続する。図５は本発明の一例としてのＲＦＩＤの回路ブロック構成図である。図５において、アンテナコイル１の両端に共振用のコンデンサ２が接続され、該コンデンサ２のキャパシタンスに比して小さな値の端子間キャパシタンス３ＡのＩＣ３が該アンテナコイルの一端と中間とに接続される。
共振周波数は該アンテナコイル１全体のインダクタンスと該コンデンサ２のキャパシタンスが支配的に作用し、ＩＣ３の端子間キャパシタンスの変化に対しての影響は著しく少なくなる。ただし、該コンデンサ２のキャパシタンスと該ＩＣ３の端子間キャパシタンスの比が大きいほど効果があり、２：１以上であることが望ましい。
また、該ＩＣ３の端子間レジスタンスによる共振回路のＱへのダンピング効果も著しく少なくなり、製造上差異による通信可能距離への影響も極端に少なくなる。
また、共振周波数に支配的に作用する該コンデンサ２を誘電体基材への両面メタライズパターンで形成することによりコンデンサとしての耐電圧に配慮する必要がなく、該アンテナコイル１の巻き数を多く設定することが可能となり、アンテナコイル１とＩＣ３への接続点を選択することで該ＩＣ３へ必要最小限の電力供給が可能となり、該ＩＣ３内に過度な電力供給による破損を未然に防ぐための過電圧保護回路を設ける必要がなくなる。
図６はこれまでの技術である図１に示す回路ブロック構成におけるＲＦＩＤ、送信側アンテナコイル間距離によるＲＦＩＤのアンテナコイル１両端電圧を示すグラフ図の１例であり、ＩＣ３の端子間キャパシタンス３Ａと同値のコンデンサを該ＩＣ３と置き換え測定したものである。なお、この場合のコンデンサ２とＩＣ３の端子間キャパシタンスの比は約９：１である。
図６において、曲線６Ａで示すＩＣ３の端子間キャパシタンスと等しいコンデンサと並列に接続されるコンデンサ２のキャパシタンスを調整することで共振周波数を外部機器からの搬送周波数に合わせた場合と、曲線６Ｂで示す前記調整済みコンデンサ２の状態でＩＣ３と置き換えたコンデンサのキャパシタンスを３０％増量した場合との比較を示している。図で明らかなごとく従来技術ではコンデンサ２とＩＣ３の合成キャパシタンスのわずかな差異が通信距離に甚大な影響をもたらすことを示している。
なお、曲線６Ｃは実際のＩＣを接続した場合の測定値であり、ＩＣの端子間レジスタンスの影響で共振回路のＱが下がることにより曲線６Ａと違う軌跡となっている。
技術が進み、ＩＣの消費電力が少なくなっていくことは必然であるが、それは端子間レジスタンスが高くなることとなり、共振回路へのダンピング効果が減少することとでＱが高くなり、ひいては高い電圧がＩＣにかかることになる。ＩＣの消費電力が少なくなるとＩＣの耐電圧の点からアンテナコイルの設計し直しが必然となることおも示している。
図７は本発明の一例である図５のＲＦＩＤにおける特性例であり、前記同様ＩＣ３の端子間キャパシタンスと同値のコンデンサを該ＩＣ３と置き換え測定したもので、該ＩＣ３と置き換えた該コンデンサの両端電圧と送信側アンテナコイルとの距離のグラフ図の１例であり、図５において、曲線７Ａで示す前項と同じ処置で外部機器からの搬送周波数とＲＦＩＤの共振周波数を正確に合わせた場合と、曲線７Ｂで示す前項と同様にＩＣ３と置き換えたコンデンサのキャパシタンスを３０％増量した場合と曲線７Ｃで示す１００％増量した場合との比較を示している。なお、３０％増量した場合は前記曲線７Ａとほぼ等しい軌跡となっている。図で明らかなごとく、ＩＣ３の製造上における端子間キャパシタンスの変化による共振周波数への影響が微少であることを示している。
また、曲線７Ｄは実際のＩＣを接続した場合の測定値であり、ＩＣの端子間レジスタンスの影響による共振回路のＱ変化は微小で、ほぼ曲線７Ａと等しい軌跡となっている。
従来技術においてはアンテナコイルのレジスタンスを極力小さなものとしなければ共振回路のＱが小さくなり、通信距離が伸びないため、通信距離を多く必要とするＲＦＩＤは銅やアルミニウムなどでアンテナコイルを形成せざるを得なかったが、本発明によれば、アンテナコイルの形成に比抵抗の高い材料、例えば銀ペーストなどの材料を使用することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
図８は本発明の一例として図５で示す回路ブロック構成をカード状ＲＦＩＤに適用した実装図の一例である。図８において、基材４は透明に表記しているが極く薄い１／５０ｍｍ厚のポリーミド材を使用し、該基材４裏面のメタライズパターンによりアンテナコイル１を、該基材４両面のメタライズパターンにより共振用コンデンサ２を形成している。該アンテナコイル１の内周端はＩＣ３の一方の端子と該コンデンサ２の裏面側に接続される。該アンテナコイル１の内周端から１ターンの部位は該ＩＣ３の他方の端子へ接続される。該アンテナコイル１の外周端はスルホール加工により表面側に接続され、該コンデンサ２の表面側に接続される。
図９は本発明の一例として図５で示す回路ブロック構成をカード状ＲＦＩＤに適用した実装図の他の一例でありＩＣ３の破損を避けるためにＩＣ３を極力カード外側に実装する配置となっている。図９において、基材４は透明に表記しているが極く薄い１／５０ｍｍ厚のポリーミド材を使用し、該基材４裏面のメタライズパターンによりアンテナコイル１を、該基材４両面のメタライズパターンにより共振用コンデンサ２を形成している。該アンテナコイル１の外周端はＩＣ３の一方の端子と該コンデンサ２の裏面側に接続される。該アンテナコイル１の外周端から１ターンの部位は該ＩＣ３の他方の端子へ接続される。該アンテナコイル１の内周端はスルホール加工により表面側に接続され、該コンデンサ２の表面側に接続される。
図１０は本発明応用の一例としての回路ブロック図である。
図１１は図１０で示した回路構成をカード状ＲＦＩＤに実装した一例の図である。図１１において、基材４は透明に表記しているが極く薄い１／５０ｍｍ厚のポリーミド材を使用し、該基材４裏面のメタライズパターンによりアンテナコイル１を、該基材４両面のメタライズパターンにより共振用コンデンサ２を形成している。該アンテナコイル１の外周端はＩＣ３の一方の端子に接続され、該アンテナコイル１の外周端から１ターンの部位は該ＩＣ３の他方の端子と該コンデンサ２の裏面側に接続される。該アンテナコイル１の内周端はスルホール加工により表面側に接続され、該コンデンサ２の表面側に接続される。
図１２は本発明応用の他の一例としての回路ブロック図である
図１３は図１２で示した回路構成ををカード状ＲＦＩＤに実装した一例の図である。図１３において、基材４は透明に表記しているが極く薄い１／５０ｍｍ厚のポリーミド材を使用し、該基材４裏面のメタライズパターンによりアンテナコイル１およびアンテナコイル１Ａを、該基材４両面のメタライズパターンにより共振用コンデンサ２を形成している。該アンテナコイル１Ａの両端はＩＣ３に接続される。該アンテナコイル１Ａの内側に配置された該アンテナコイル１の外周端は該コンデンサ２の裏面側に接続され、該アンテナコイル１の内周端はスルホール加工により表面側に接続され、該コンデンサ２の表面側に接続される。
図１４は本発明応用の他の一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図であり、図９で説明したＲＦＩＤと放射アンテナ７にＩＣ８が接続された使用周波数が１０倍以上違うＲＦＩＤを一枚のカードに収めたものである。
産業上の利用可能性
ＩＣの端子間キャパシタンスの製造差異を補正する行程の必要が無い、安価なＲＦＩＤを提供できるという利点がある。また、ＩＣへの電力供給を最適化することが安易にでき、ＩＣの発熱を押さえ、破損を未然に防ぎ、信頼性の高いＲＦＩＤ提供することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
図１は従来技術の一例としてのＲＦＩＤ基本回路ブロック構成図である。
図２は従来技術の一例としてのＲＦＩＤの回路ブロック構成図である。
図３は図２で示す従来技術の実施形態の一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図である。
図４は従来技術の他の一例としてのＲＦＩＤの回路ブロック構成図である。
図５は本発明の一例としてのＲＦＩＤの回路ブロック構成図である。
図６は従来技術の実施形態の一例としてのＲＦＩＤにおけるＩＣの端子間キャパシタンスの影響を示すグラフ図である。
図７は本発明の実施形態の一例としてのＲＦＩＤにおけるＩＣの端子間キャパシタンスの影響を示すグラフ図である。
図８は図５で示す本発明の回路ブロック構成を適用した一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図である。
図９は図５で示す本発明の回路ブロック構成を適用した他の一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図である。
図１０は本発明応用の一例としての回路構成ブロック図である。
図１１は図１０で示す本発明の回路ブロック構成を適用した一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図である。
図１２は本発明応用の他の一例としての回路構成ブロック図である。
図１３は図１２で示す本発明の回路ブロック構成を適用した一例としてのカード状ＲＦＩＤの実装図である。
図１４は本発明のＲＦＩＤと他のＲＦＩＤを一枚のカードに実装したカード状ＲＦＩＤの実装図である。
【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】
2002061675.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2002061675.tif 000012
【図１１】
2002061675.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2002061675.tif 000015
【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年12月3日(2001.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルのインダクタンスと該アンテナコイルに接続された共振用コンデンサのキャパシタンスとで電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成した非接触識別媒体において、電力供給を受けるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）と該アンテナコイルとの接続点が該コンデンサと並列接続となっておらず、上記共振用コンデンサのキャパシタンスは上記ＩＣの入力端子間キャパシタンスの２倍以上大きいことを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項２】
請求項１記載の非接触識別媒体において、該アンテナコイルと電力供給を受けるＩＣとの接続が該アンテナコイル巻き数の２分の１以下であることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項３】
削除
【請求項４】
請求項１記載の非接触識別媒体において、上記共振用コンデンサが非接触識別媒体基材としての誘電体両面のメタライズパターンによって形成されていることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項５】
請求項３記載の非接触識別媒体において、上記アンテナコイルおよび上記コンデンサが銀ペースト印刷により形成されていることを特徴とする非接触識別媒体。
【請求項６】
非接触識別媒体であって、
第１ノードと第２ノードの間に接続されたアンテナコイルと、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第１コンデンサと、
前記アンテナコイルの途中に設けられた第３ノードに接続された第１電極、及び前記第１ノードに接続された第２電極を有するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）とを備え、
前記ＩＣは、前記第１電極と前記第２電極との間に接続された第２コンデンサを含み、
前記第１コンデンサのキャパシタンスは、前記第２コンデンサのキャパシタンスよりも２倍以上大きく、
前記アンテナコイル及び前記第１コンデンサは、前記アンテナコイルに外部から供給される電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成する非接触識別媒体。
【請求項７】
請求項６記載の前記非接触識別媒体は、前記アンテナコイル、前記第１キャパシタ、及び前記ＩＣを搭載する基材を更に有し、
前記アンテナコイルは前記基材の外形に沿って設けられた渦巻き状のの配線によって形成され、
前記第１ノードは、前記渦巻き状の配線の内周端に設けられるとともに、前記第２ノードは、前記渦巻き状の配線の外周端に設けられる非接触識別媒体。
【請求項８】
請求項７記載の前記非接触識別媒体において、
前記第３ノードは前記渦巻き状の配線の内周の１ターン部に設けられ、
前記ＩＣは前記基材に対して前記渦巻き状配線の内周側に配置される非接触識別媒体。
【請求項９】
請求項６記載の前記非接触識別媒体において、前記アンテナコイルは、銀ペースト材料により形成されている非接触識別媒体。
【請求項１０】
請求項６記載の前記非接触識別媒体において、前記ＩＣは前記アンテナコイルからの信号を当該ＩＣ内で直流電力に変換して動作し、前記アンテナコイルを介して外部機器との通信を行う非接触識別媒体。
【請求項１１】
非接触識別媒体であって、
第１ノードと第２ノードの間に接続されたアンテナコイルと、
前記第２ノードと前記アンテナコイルの途中に設けられた第３ノードとの間に接続された第１コンデンサと、
前記第３ノードに接続された第１電力供給端子、及び前記第１ノードに接続された第２電力供給端子を有するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）とを備え、
前記ＩＣは、前記第１電極と前記第２電極との間に接続された第２コンデンサを含み、
前記第１コンデンサのキャパシタンスは、前記第２コンデンサのキャパシタンスよりも２倍以上大きく、
前記アンテナコイル及び前記第１コンデンサは、前記アンテナコイルに外部から供給される電力搬送波周波数に合わせた共振回路を形成する非接触識別媒体。
【請求項１２】
請求項１０記載の前記非接触識別媒体は、前記アンテナコイル、前記第１キャパシタ、及び前記ＩＣを搭載する基材を更に有し、
前記アンテナコイルは前記基材の外形に沿って設けられた渦巻き状のの配線によって形成される非接触識別媒体。
【請求項１３】
請求項１１記載の前記非接触識別媒体において、前記アンテナコイルは、銀ペースト材料により形成されている非接触識別媒体。
【国際調査報告】
2002061675.tif 000017
2002061675.tif 000018