CN102365787B - 复合rf标签、设置有该复合rf标签的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合RF标签，其用于利用电磁感应方式接收发送信息，该复合RF标签包括安装有IC的磁性体天线和形成于磁性体天线周围的树脂层，上述磁性体天线形成为以由磁性体构成的芯部为中心，电极材料呈线圈状。本发明的RF标签，通过其磁性体天线以周围用树脂所包围的方式形成，而在工具或部件管理上，将周围的水分或金属的影响抑制在最小限度，且不必担心损坏和破裂。

Description

复合RF标签、设置有该复合RF标签的工具
技术领域
本发明涉及用于利用磁场成分进行信息通信的复合RF标签，并提供一种该复合RF标签通过在安装有IC的磁性体天线的周围形成树脂，其将周围的水分给通讯特性造成的影响抑制在最小限度，并且将周围的金属给通讯特性造成的影响也抑制在最小限度，而且不必担心RF标签的损坏和破裂的复合磁性体RF标签。 
背景技术
使用磁性体接收发送电磁波的天线(下面，称为“磁性体天线”)是将导线卷绕在芯部(磁性体)上而做成线圈，使从外部飞来的磁场成分贯通磁性体而在线圈中感应并转换成电压(或电流)的天线，广泛应用于小型收音机和电视中。另外，近年来也应用在逐渐普及的被称为RF标签的非接触型的物体识别装置中。 
当频率变高时，在RF标签中，将不使用磁性体、且平面与识别对象物平行的平面环形线圈作为天线使用，当频率进一步变高时(UHF带和微波带)，与包含RF标签而检测磁场成分相比，更为广泛使用检测电场成分的电场天线(偶极天线或电介体天线)。 
这种平面环形天线和电场天线在金属物靠近时，在金属物上产生映射(镜像效应)，形成与天线相反的相位，因此会产生天线失去灵敏度这样的问题。 
另一方面，已知有这样的磁性体天线，用于接收发送磁场成分，在以磁性层为中心的芯部呈线圈状地形成电极材料，在形成有线圈状的电极材料的一个或两个外侧面形成绝缘层，在上述绝缘层的一个或两个外侧面设置有导电层(专利文献1)。该磁性体天线即使在与金属物接触的情况下，也可以维持作为天线的特性。另外，已知有特别规定了标签或磁性体天线的设置状态的标签或天线(专利文献2)。 
另外，在以电磁感应方式接收发送的RF标签中，已知，由于周围的水分的影响，即，RF标签周围的介电常数变高，RF标签的共振频率偏离，从而通讯特性降低。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2007-19891号公报 
专利文献2：日本特开2002-207980号公报 
发明内容
发明所要解决的课题 
上述专利文献1和2记载的方法中，虽然考虑了针对向特定方向的贴附金属用途的对策，但对水分造成的影响的对策不够。另外，在金属-塑料部件和工具等上贴附时，对损坏和破裂的对策不够。 
另外，一般广泛普及的镶入(***)类型的RF标签的情况，基极薄膜不能耐受注射成形工艺等中的大约100℃以上的温度上升。另外，作为注射成形工艺的其它成形方法，也有热熔或热固化、UV固化等工艺，但根据方法的不同而担心温度上升带来的影响，因此在镶入(***)类型中缺乏通用性。 
因此，本发明的目的在于，获得一种复合RF标签或复合磁性体天线，其包括即使在贴附到金属-塑料部件或工具等的情况或在周围水分多的环境下，也可将通讯特性的降低抑制在最小限度，且不必担心损坏或破裂的磁性体天线。 
用于解决课题的方法 
所述技术性课题能够通过如下的本发明实现。 
即，本发明为一种复合RF标签，其用于利用电磁感应方式接收发送信息，其特征在于，该复合RF标签包括安装有IC的磁性体天线和树脂，上述树脂将上述磁性体天线的周围全部包围，上述树脂的厚度为200μm以上(本发明1)。 
另外，本发明为一种复合RF标签，其用于利用电磁感应方式接收发送信息，其特征在于，该复合RF标签包括安装有IC的磁性体天线和树脂，上述磁性体天线为六面体状，形成为以由磁性体构成的芯部 为中心，电极材料呈线圈状，上述树脂将上述磁性体天线的周围全部包围，上述树脂的厚度为200μm以上(本发明2)。 
另外，本发明为本发明1或2所述的树脂为聚酰胺、环氧、聚酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、丙烯酸类的树脂、或其混合物的复合RF标签 
(本发明3)。 
另外，本发明为一种工具，其中，设置有本发明1～3中任一项所述的复合RF标签(本发明4)。 
发明的效果 
本发明涉及的复合RF标签即使在贴附于金属-塑料部件的状态、或在周围水分多的环境下，通讯特性也不会降低，还不必担心损坏或破裂，适用于13.56MHz的RFID用途。 
本发明涉及的复合RF标签小型、结实且外部影响特别是外部的金属或导体、水分的影响小，因此可贴附到便携设备、容器、金属部件、基板、金属制工具、各种模具、印刷版或印刷辊、自行车或汽车等车辆、金属制夹具、螺栓、图钉等指示器(marker)等各种用途中，或者能够以嵌入凹部的状态在周围存在大量水分的环境或水中等使用。 
附图说明
图1是本发明涉及的复合RF标签的概念图。 
图2是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图3是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图4是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图5是本发明中的磁性体天线的线圈部分的叠层结构图。 
图6是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图7是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图8是本发明中的磁性体天线的概念图。 
图9是表示本发明中的磁性体天线的叠层结构的概念图。 
图10是表示本发明中的磁性体天线的叠层结构的概念图。 
图11是表示本发明涉及的复合RF标签的树脂的厚度和通讯距离的降低率的关系的图表。 
符号说明 
1：通孔 
2：电极层(线圈电极) 
3：芯部 
4：线圈 
4-1：线圈的最小单位 
4-2：线圈开放端面 
5：磁性层 
6：绝缘层 
7：导电层 
8：非磁性层 
9：IC芯片连接端子 
10：IC芯片 
11：电容器连接用电极 
12：电容器 
17：磁性体天线 
20：树脂 
具体实施方式
首先，对本发明的复合RF标签进行说明。 
本发明的复合RF标签在安装有IC的磁性体天线(RF标签)的线圈长度方向(磁通量的开方面)的周围形成有树脂层。磁性体天线形成为以磁性体或由磁性体和非磁性体构成的芯部为中心，电极材料呈线圈状，在该磁性体天线上安装IC形成RF标签。 
图1表示本发明涉及的复合RF标签的概略图。 
如图1所示，本发明的复合RF标签为按照用树脂(20)包围磁性体天线(17)的周围的方式配置而成的结构。但是，复合RF标签的形状不仅可以是如图1所示的长方体或圆柱形状，也可以是多棱柱状、多棱锥状、圆锥状、球状等任意的形状。在此，所谓树脂“包围”磁性体天线，包括以下所有结构，即：在树脂的成形品中埋设有磁性体天线的结构、以涂膜的方式用树脂被覆磁性体天线的结构等在磁性体天线的周围存在树脂的结构。 
在本发明中，包围磁性体天线的树脂的厚度即使最薄的部分也为 200μm以上。在树脂的厚度不足200μm时，在附着有水或在水中使用的情况下，由于水分的影响通信灵敏度降低。优选树脂的厚度为250μm以上。 
作为本发明中的树脂层能够使用各种树脂，可列举例如，聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、丙烯酸、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚缩醛、聚碳酸酯、聚氯乙烯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯硫醚、环氧、聚氨酯、聚烯烃、硅类的树脂、或其混合物。 
接着，对本发明中的磁性体天线进行说明。本发明中的磁性体天线的形状没有特别限定，可以为立方体状、长方体状等六面体状、多棱柱状、圆柱状、大致U字状等，更优选为立方体状、长方体状等的六面体状。 
图2～图4表示本发明中的磁性体天线的概略图。 
图2表示的磁性体天线，基本构成为，以磁性层(芯部)为中心，呈线圈状(卷线状)地形成电极材料，在形成有线圈状的电极材料的一个或两个外侧面上形成有绝缘层。 
在本发明中，图2表示的磁性体天线，如图5所示，形成叠层了将磁性粉末和粘合剂混合而成的混合物制成的片状的单层或多个层的磁性层(5)，在该磁性层(5)上开设通孔(1)。向上述通孔(1)的每一个注入电极材料且在与通孔(1)成直角的两面上，与通孔(1)连接呈线圈(卷线状)地形成电极层(2)，以磁性层(5)成为方形或长方形的芯部的方式形成线圈。此时，成为形成线圈(4)的磁性层5的两端向磁性回路上开放的构成。 
接着，在形成了电极层的线圈(4)的上下面形成绝缘层(6)。 
能够通过将所得到的片材以成为所希望的形状的方式，在通孔(1)和线圈开放端面(3)切断并进行一体烧制、或进行一体烧制后在通孔(1)和线圈开放端面(3)进行切断，进行制造(LTCC技术)。 
图3所示的磁性体天线，基本构成为，以磁性层(芯部)为中心，呈线圈状(卷线状)地形成电极材料，在形成有线圈状的电极材料的一个或两个外侧面形成绝缘层，在上述绝缘层的一个或两个外侧面设有导电层。 
如图4或图6所示，上述芯部也可以为构成芯部的磁性体被非磁性体分割的结构。 
在本发明涉及的磁性体天线中，在用非磁性体分割磁性体芯部的情况下，对于贯穿该磁性体天线的磁通垂直地切断得到的截面的状态，只要是磁性体被非磁性体分割的状态，什么样的状态都可以，例如，图6(a)～(d)所示的状态。 
图4所示的磁性体天线，基本构成为，以由磁性体(5)和非磁性体(8)构成的芯部为中心，在芯部的外侧呈线圈状(卷线状)地形成电极材料，在形成了线圈状的电极材料的一个或两个外侧面形成绝缘层。上述芯部为磁性体被非磁性体分割的结构。 
另外，图4表示的磁性体天线中，在上述芯部的截面中，全部磁性体和全部非磁性体的面积之比(全部磁性体/全部非磁性体)优选为1.0以下。在非磁性层超过上述范围为较大的情况下，由于芯部内的磁性体的比例降低，因此对磁性体天线的小型化是不利的。全部磁性体和全部非磁性体的面积之比更优选为0.5以下、进一步优选为0.2以下。 
另外，在图4所示的磁性体天线中，形成图6表示的磁性体天线的芯部的磁性层的一个截面面积(S)和磁性体天线的长度(L)之比(S/L)优选为0.3以下。上述面积比(S/L)超过0.3的情况下，难以降低退磁的影响。 
在本发明中，具有图4所示的芯部的磁性体天线，能够通过例如下面的方法制造。 
首先，形成叠层了将混合了磁性粉末和粘合剂的混合物制成为片状的单层或多个层的磁性层。 
另外，形成叠层了将混合了非磁性粉末和粘合剂的混合物制成为片状的单层或多个层的非磁性层。 
接着，如图6所示，交替叠层磁性层(5)和非磁性层(8)，以使整体的厚度达到所希望的厚度。 
接着，在叠层的磁性层和非磁性层开设所希望数量的通孔(1)。向上述各个通孔中注入电极材料。另外，在与通孔成直角的两面，与通孔连接并呈线圈状(卷线状)地形成电极层(2)。通过注入到通孔中的电极材料和电极层，以磁性层成为长方形的芯部的方式形成线圈。 此时，形成线圈的磁性层的两端成为向磁性回路上开放的结构。 
接着，如图4所示在形成有电极层的线圈的上下面形成绝缘层(6)。 
能够通过将得到的片材以成为所希望的形状的方式，在通孔和开放端面切断并进行一体烧制、或一体烧制后在通孔和线圈开放端面切断而进行制造(LTCC技术)。 
另外，如图7和图8所示，本发明的磁性体天线(17)，可以基本构成为，以由磁性体构成的芯部(3)为中心，在芯部(3)的外侧呈线圈状(卷线状)地形成电极材料，多个线圈(4-1)并联地电连接，且线圈(4-1)串联地配置于相同芯部(3)。(图7和图8中为4个线圈，但本发明中，不限定线圈的数量) 
具有上述结构的磁性体天线的各线圈(4-1)的电感L1，在将IC安装于磁性体天线时，满足下述关系式(1)。 
<关系式(1)> 
L1≥1/(4π2×(工作频率)2×(IC容量+天线的寄生容量)) 
在磁性体天线的各个线圈(4-1)的电感L1满足上述关系式(1)的情况下，能够进一步提高通信灵敏度。优选各个线圈的电感L1为磁性体天线的合成电感L0的2倍以上、更优选为3倍以上。 
具有上述结构的磁性体天线的合成电感L0，在磁性体天线安装了IC时，满足下述关系式(2)。 
<关系式2> 
L0≤1/(4π2×(工作频率)2×(IC容量+天线的寄生容量)) 
在磁性体天线的合成电感L0满足上述关系式(2)的情况下，能够容易地将安装了IC的RF标签的共振频率调节为工作频率，因此能够进一步提高通信灵敏度。满足上述关系式的磁性体天线可以通过控制作为芯部的材料的导磁率、线圈的卷数、线圈的截面面积、线圈的长度等进行制作。 
另外，如图9的概略图所示，本发明中的磁性体天线也可以在夹入线圈(4)的上下面的绝缘层(6)的一个或两个外侧面配置电容器电极(11)。 
另外，图9的概略图所示的磁性体天线也可以在绝缘层的上表面印刷平行电极或梳形电极作为电容器，另外，也可以并联或串联地连 接该电容器和线圈引线端子。 
另外，如图10的概略图所示，也可以按照在配置有电容器电极(11)的外侧面进一步设置绝缘层(6)，在该绝缘层(6)的外侧面形成兼作为IC芯片连接端子的电极层(9)，将该绝缘层(6)夹入，由此形成电容器，与IC芯片连接端子并联或串联地连接。 
另外，如图8所示，本发明中的磁性体天线，只要在绝缘层(6)上表面形成能够与IC芯片(10)连接的端子(9)即可。另外，也可以并联或串联地连接IC芯片连接端子(9)和线圈引线端子并一体烧制。 
本发明中的磁性体天线能够在芯部的磁性体中使用Ni-Zn系铁氧体等。在使用Ni-Zn系铁氧体的情况下，优选Fe2O3为45～49.5摩尔％、NiO为9.0～45.0摩尔％、ZnO为0.5～35.0摩尔％、CuO为4.5～15.0摩尔％的组成，选择在所使用的频率带中材料的导磁率高、磁损耗低的铁氧体组成即可。作为材料的导磁率过高时，磁损耗增加，所以不适于天线。 
例如，在RFID标签用途中，选择在13.56MHz的导磁率为70～120、在民用FM广播接收用途中，选择在100MHz的导磁率为10～30那样的铁氧体组成时，磁损耗小，因此优选。 
本发明中的磁性体天线，在芯部的非磁性体中，能够使用Zn系铁氧体等非磁性铁氧体、硼硅酸系玻璃、锌系玻璃或铅系玻璃等玻璃系陶瓷、或适量混合了非磁性铁氧体和玻璃系陶瓷的混合物等。 
在非磁性铁氧体中使用的铁氧体粉末时，可以选择烧结体的体积固有电阻为108Ωcm以上的Zn系铁氧体组成。优选Fe2O3为45～49.5摩尔％、ZnO为17.0～22.0摩尔％、CuO为4.5～15.0摩尔％的组成。 
在玻璃系陶瓷的情况下使用的玻璃系陶瓷粉末中，可以选择线膨胀系数与所使用的磁性体的线膨胀系数没有较大差异的组成。具体地说，是与用作磁性体的软磁性铁氧体的线膨胀系数的差在±5ppm/℃以内的组成。 
接着，对本发明的复合RF标签的制造方法进行说明。 
本发明涉及的复合RF标签以对安装有通过上述方法制作的IC的磁性体天线，用树脂包围的方式形成。 
作为树脂的形成方法，按照注塑成形、挤压成形、挤出成形、热熔、UV固化、粉体涂装、厚药皮等常用方法形成即可。 
例如，能够在模具内装填了RF标签后，注入树脂将RF标签用熔融树脂被覆使其固化，制作将RF标签和树脂一体化的复合RF标签。 
另外，使用本发明涉及的复合RF标签，也可以埋入到各种树脂成形体中。例如，能够埋入到各种容器、包装材料-容器、运输用设备、壳体、基板、医疗用器具、工具、文具等。 
<作用> 
本发明涉及的磁性体天线即使是贴附到金属-塑料部件的状态、或周围水分多的状态下，也可将通讯特性的降低抑制在最小限度，并且不必担心损坏或破裂，因此便于工具或部件管理。 
实施例 
下面一边参照附图，一边基于发明的实施方式详细地说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。 
[RF标签1] 
作为磁性层用，在900℃烧结后，用球磨机混合：作为在13.56MHz的材料的导磁率为100的Ni-Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3为48.5摩尔％、NiO为25摩尔％、ZnO为16摩尔％、CuO为10.5摩尔％)100重量份、丁醛树脂8重量份、增塑剂5重量份、溶剂80重量份，制造出浆料。用刮刀将所制备的浆料在PET薄膜上片成型为150mm见方、烧结时的厚度为0.1mm。 
另外，作为绝缘层用，同样地用球磨机混合：Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3为48.5摩尔％、ZnO为41摩尔％、CuO为10.5摩尔％)100重量份、丁醛树脂8重量份、增塑剂5量份、溶剂80重量份，制造出浆料。用刮刀将所制备的浆料在PET薄膜上，以与磁性层同样的尺寸和厚度进行片成型。 
接着，如图5所示，在磁性层用生片(green sheet)上开设通孔1，在其中填充Ag膏，并且在与通孔1成直角的两面印刷Ag膏并叠层10片，形成线圈。 
接着，如图2所示，在线圈4的上下表面叠层绝缘层6用生片，将叠层的生片集中加压粘接，在通孔和线圈开放端面3切断，在900℃下一体烧制2小时，制作出横10mm×纵3mm大小的线圈卷数为23匝的磁性体天线1。(图中简化了线圈卷数。另外，为了简化图示，磁性层的叠层片数用3层表示。以下其他图也同样如此。)
进而，在该磁性体天线的线圈两端连接RF标签用IC，与IC并联地连接电容器，将共振频率调节为13.56MHz，制成RF标签。 
将得到的RF标签投入注射成形机，以使涂层的厚度为1000μm的方式，使用聚丙烯树脂进行成形，得到复合RF标签1。 
[共振频率的测定和调节方法] 
就共振频率而言，用Agilent Technology株式会社制阻抗分析仪4291A所测定的阻抗的峰频率，作为共振频率。 
[通讯距离的测定方法] 
就通讯距离而言，使用读/写器(Takaya株式会社制，产品型号TR3-A201/TR3-C201)作为天线，所制得的复合RF标签在13.56MHz可进行通信所离开的最远位置时的天线与RF标签的距离，设定为通信距离。 
水中的评价是在装满了水的容器内设置复合RF标签，移动容器，使距天线的距离变化，测定可通信的距离。 
[RF标签2] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性体天线上，通过热熔塑模成形，以涂层厚度为500μm的方式成形聚酰胺系树脂，得到复合RF标签2。 
[RF标签3] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性天线上，通过UV固化处理，以涂层厚度为200μm的方式成形丙烯酸系UV固化树脂，得到复合RF标签3。 
[RF标签4比较例] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性天线上，直接安装IC，在其保持不变的状态下将共振频率调节为13.56MHz，形成RF标签4。 
[RF标签5比较例] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性天线上，通过涂装包覆，以涂层厚度为20μm的方式成形环氧系树脂，得到复合RF标签5。 
[RF标签6比较例] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性天线上，通过涂装包覆，以涂层厚度为50μm的的方式成形聚酰亚胺系树脂，得到复合RF标签6。 
[RF标签7比较例] 
在与RF标签1同样地制造出的磁性天线上，通过涂装包覆，以涂层厚度为100μm的方式成形环氧系树脂，得到复合RF标签7。 
[表1] 
如表1所示，可以制作出即使在用树脂被覆的情况下，也能保持与比较例同等的性能，即使投入到水中的状态下，也观察不到通讯特性的降低，且不必担心损坏或破裂的复合标签。 
工业上的可利用性 
本发明的复合RF标签由于小型、结实，且外部影响、特别是外部的金属或导体、水分的影响小，因此可贴附到便携设备、容器、金属部件、基板、金属制工具、各种模具、印刷版或印刷辊、自行车或汽车等车辆、金属制夹具、螺栓、图钉等指示器(marker)等各种用途中，或者能够以嵌入凹部的状态在周围存在大量水分的环境或水中等使用。 

Claims (4)

1.一种复合RF标签，其用于利用电磁感应方式对信息进行接收发送，其特征在于：该复合RF标签包括安装有IC芯片的磁性体天线和树脂，所述树脂将所述磁性体天线的周围全部包围，所述树脂的厚度为200μm以上，
所述磁性体天线包括由磁性体构成的芯部、和以所述芯部为中心在所述芯部的外侧呈线圈状地形成有电极材料的多个线圈，
所述多个线圈并联地电连接，且配置于相同芯部，
各线圈的电感L1，在将所述IC芯片安装于所述磁性体天线时，满足下述关系式(1)，
＜关系式(1)＞
L1≥1/(4π2×(工作频率)2×(IC芯片容量+天线的寄生容量))，
所述磁性体天线的合成电感L0，在所述磁性体天线安装了IC芯片时，满足下述关系式(2)，
＜关系式(2)＞
L0≤1/(4π2×(工作频率)2×(IC芯片容量+天线的寄生容量))。
2.一种复合RF标签，其用于利用电磁感应方式对信息进行接收发送，其特征在于：该复合RF标签包括安装有IC芯片的磁性体天线和树脂，所述磁性体天线为六面体状，形成为以由磁性体构成的芯部为中心，电极材料呈线圈状，所述树脂将所述磁性体天线的周围全部包围，所述树脂的厚度为200μm以上，
所述磁性体天线包括由磁性体构成的芯部、和以所述芯部为中心在所述芯部的外侧呈线圈状地形成有电极材料的多个线圈，
所述多个线圈并联地电连接，且配置于相同芯部，
各线圈的电感L1，在将所述IC芯片安装于所述磁性体天线时，满足下述关系式(1)，
＜关系式(1)＞
L1≥1/(4π2×(工作频率)2×(IC芯片容量+天线的寄生容量))，
所述磁性体天线的合成电感L0，在所述磁性体天线安装了IC芯片时，满足下述关系式(2)，
＜关系式(2)＞
L0≤1/(4π2×(工作频率)2×(IC芯片容量+天线的寄生容量))。
3.如权利要求1或2所述的复合RF标签，其特征在于：
所述树脂为聚酰胺、环氧、聚酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、丙烯酸类的树脂、或其混合物。
4.一种工具，其特征在于：
设置有权利要求1～3中任一项所述的复合RF标签。
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