JP2003520475A - 一体形アンテナ・コアを伴う受動集積トランスポンダ・タグ - Google Patents
一体形アンテナ・コアを伴う受動集積トランスポンダ・タグInfo
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Abstract
Description
ナ・コアを有する受動集積トランスポンダ・タグに関する。
られてよい受動集積トランスポンダ(PIT)の使用が、しばらくの間に広まっ
た。これら、一般的にPITタグ・システムとして知られているものは、一般的
には、タグを付けられたアイテムまたは対象が通過しなければならない放射電磁
エネルギの場を生成するように配置された一つ以上のアンテナ・コイルを具備す
る。一般的に展開されているように、そのようなシステムは、PITタグが、皮
下に埋め込まれ、または外部に取り付けられている動物を追跡し、および/また
は数えるために使用される。
ネルギを与えられる。PITタグは、このエネルギ―通常は容量エレメントに蓄
えられる―を用いて、前述のアンテナ・エレメントによって検出される唯一のP
ITタグ識別信号を放出する送信回路を作動させる。アンテナ・エレメントによ
って検出される識別信号は、検出された信号を解読し、および前記システムによ
って追跡されているアイテムまたは動物の個体数に関する記録を数え、追跡し、
そうでなければ維持する目的で、この解読された情報を使用する、遠隔処理設備
に送信される。
、生きている動物、例えば家畜等に埋め込むことができるものは、当業界ではよ
く知られている。ほとんどのそのようなPITタグは、受信アンテナとして機能
し、トランスポンダを起動させるための呼びかけ信号を受信するため、およびそ
のオペレーションのための電力を受け取るためのコイルを具備する。同じアンテ
ナが、識別信号を送信するために使用される。業界公認の集積回路パッケージに
収容された集積回路が、呼びかけ信号の検出、トランスミッタ・オペレーション
の作動のための、受信された信号のDCへの変換、識別コードの記憶および供給
、送信信号周波数の生成、コードに従った、送信された信号の変調およびその送
信を実行するためにも供給される。回路は、周波数シフト・キー(frequency-sh
ift-keyed)出力信号を供給するために使用される2つの周波数を生成するため
に、複数の除数によって、呼びかけ信号周波数を分割し、送信周波数は、記憶さ
れた識別信号に従って変化する。トランスポンダは、設計選択の問題として、ガ
ラスまたは類似の耐久性素材に封入されてもよい。それは、動物への、便利なシ
リンジ埋め込みのために、使い捨てカニューレとともに供給されてもよい。本来
の、従来の呼びかけ機およびデータ記憶装置とともに、完全な動物監視システム
が供給されることができ、それは実験動物、ペット、家畜と同様に、野生動物の
移動の監視に適している。
物への埋め込み可能なものは、大変小さく、それらの設計および製造において考
慮されなければならない、本来的なサイズ制約がある。長年にわたって、様々な
サイズのPITタグが、産業界において試験をされ、使用された。その結果、特
に、埋め込み可能PITタグを用いた動物識別の市場において、サイズはより標
準化された。今日、この分野におけるより標準化したサイズの一つは、長さ12
mm、幅2.07mmのPITタグである。連れ合いとしての動物および魚での
応用における主要な研究のほとんどは、そのようなサイズのPITタグで実行さ
れた。そのようなサイズ標準化において、そのサイズを大きくすることなく、P
ITタグの動作範囲または性能を上げる必要性が、業界において生じている。
般的に構築されてきた。第一の方法では、PITタグは、ゆるんだワイヤ・リー
ド線を有するアンテナを具備する一つのサブ・アセンブリと、および集積回路な
らびにプリント回路基板(PCB)に実装されたキャパシタとを具備する別のサ
ブアセンブリ等、サブアセンブリで構築される。例えば、本出願と同じ譲受人に
譲渡され、参照によってここに含まれている、アメリカ合衆国特許第5,211
,129号を参照。2つのサブ・アセンブリは、電気的および機械的に接続され
ている。このアプローチは、標準製造機械の使用と同様に、製造過程において迅
速に、かつ容易に設計を変更することができる能力を含む、いくつかの効果を供
給する。しかしながら、このアプローチは、サブコンポーネントのアセンブリの
多くが、例えば、アンテナ・リード線をICに接続する等、手動でなされなけれ
ばならないために、労働力を要する傾向にあり、および製造過程のすべてが、部
分的に、関与する製造段階の数により、費用と時間がかかる傾向にある等、いく
つかの不利な点も有する。
される。例えば、それぞれ参照によってここに含まれている、アメリカ合衆国特
許第5,223,851号および第5,281,855号を参照。そのようなア
プローチの一つの効果は、製造過程がより完全に自動化され、時間を節約するこ
とである。しかしながら、部分的に、関与するコンポーネントの小さいサイズに
よって、直接アンテナ・リード線をICに接続する機械は高価になりがちであり
、しばしば専門家によるメンテナンスまたは指示を必要とする。さらに、このシ
ステムの別の不利な点は、アンテナ・リード線が直接ICに接続されるために、
製造組み立て過程における大きな変更なく、最終のPITタグ上の他の種類のI
Cまたはキャパシタを代わりにすることが困難であり、高価であることである。
それにもかかわらず、従来技術においては、コアおよびIC支持サブアセンブリ
は、一体形ではなく、むしろ部品をつなげることによって統合される、複数の部
品のアセンブリである。
効果的であろう。本発明は、一つの解決法を供給する。
一体形コアを具備する。ここで使用されるように、一体形という用語は、その通
常の意味を与えられており、分断されていないワンピースのコアを意味する。好
ましい実施例において、一体形コアは、一般的に、一端においてアンテナ・コイ
ルを受けるための円筒形部分と、および他の一端において、集積回路ならびに/
またはキャパシタおよびアンテナ・コイルとの間の電気的接続を可能にし、また
は収容するための平らな部分とを具備する。好ましい実施例において、コアの平
らな部分は、金属化層またはパッドの完全な対(integral pair)で形成される
。コアがそのように構築されているので、アンテナ・コイルからのリード線は、
製造過程で、電気的に金属化層に接続されることができる。ここで論じられてい
るように、集積回路(IC)は、他に特定されていない限り、業界公認のICパ
ッケージに収容されていると仮定され、ここで使用されているICという用語は
、回路だけではなく、ここに説明されているPIT技術とともに使用されるIC
とともに通常存在する、ICパッケージおよびリード線も指す。
パシタは簡単に、数多くの、業界公認の方法のいずれかによって、金属化層に電
気的に接続されることができる。一度、金属化層に接続されると、集積回路は、
アンテナ・コイルにも電気的に接続される。コアはそのように構築されているの
で、一体形コアは、集積回路および/またはキャパシタのためのサポートとして
機能し、また、集積回路および/またはキャパシタと、アンテナ・コイルとの間
の電気的接続が、従来技術よりも迅速な、かつ、より費用がかからない方法で達
成されるようにもする。
化層に電気的に接続することによって、機械は、より簡単に利用されることがで
き、製造過程はより完全に自動化されることができる。さらに、集積回路を金属
化層に電気的に接続することによって、集積回路を直接アンテナ・コイル・リー
ド線に取り付ける必要なく、金属化層での異なる集積回路および/またはキャパ
シタの代用を可能にすることによって、PITタグをカスタマイズすることがよ
り簡単になり、および費用がかからなくなり、それによって、カスタマイズされ
たPITタグは、より簡単に製造されることができる。
標準サイズのPITタグ、またはあらゆるサイズのPITタグで使用されること
ができるようにする。当業者が理解するであろう通り、電磁場の強度に影響を与
える要因の一つは、コアのサイズと素材である。PITタグにおけるコア素材の
量を増やすことによって、PITタグの全体のサイズを増やすことなく、本発明
のPITタグは、アンテナ・コイルの磁場の、より大きな強度を供給し、それに
よって、PITタグの動作範囲を増やす。
設計を利用することによって、コアの平らな部分は、物理的に集積回路および/
またはキャパシタを支持するので、PITタグは、従来のPITタグよりも多く
の衝撃および振動を耐えることができるかもしれない。
計を利用することによって、PITタグにおいて使用される集積回路は、伝導性
接着剤で接続され、および熱で硬化され、または従来のはんだ付け、あるいは他
の、業界公認の方法で接続され、硬化した表面実装キャパシタを伴う、フリップ
・チップ技術でもよい。
の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は、一定の縮尺で
描かれておらず、説明の目的のためだけに設計されており、本発明の制限の定義
ではなく、それに関しては、付属の特許請求の範囲を参照するべきである。
る、一体形コアが示されている。図1乃至3に見られる通り、本発明の一体形コ
アは、一般的に、コアの一端にコイル形成部分16を、およびコアの他の一端に
集積回路支持部分18を具備する。コア形成部分16は、一般的に、端部分42
につながる傾斜した端部40を有する中心部分36を具備する。図1に見られる
通り、中心部分36は、一般的に、後述の通り、コイル20を収容するように、
端部分42より低減した直径である。しかしながら、他の形状のコイル形成部分
が、設計選択の問題として、本発明の精神を逸脱することなく構想される。コイ
ル形成部分16と集積回路支持部分18との間に、移行部分44がある。移行部
分44が傾斜した面として示されている一方で、本発明の精神を逸脱することな
く、設計選択の問題として、他の形状の部分が構想される。実際に、移行部分4
4は、一体形コア12の設計には必須ではなく、よって一体形コア12は、本発
明の精神を逸脱することなく、移行部分なくして構築されることができるが、コ
アおよびICの全体の高さは、PITタグを小さく維持するために、最小に維持
されることが好ましい。
集積回路支持部分18は、PITタグの全体のサイズを増すことなく、PITタ
グの他の構成部分の取り付けを収容するように、コイル形成部分16よりも低い
高さを有する平らな平面を具備する。集積回路支持部分18は、平らな平面とし
て示されている一方で、他の形状または構成が、アプリケーションに特化した設
計選択の問題として、本発明の精神を逸脱することなく、構想される。すなわち
、PITタグの全体の高さが、埋め込み可能PITタグにおける使用に対する許
容できる範囲内にとどまる限り、他の形状の集積回路支持部分18が構想される
。
。金属化層26は、本発明の目的を達成するために必要な伝導特性を有する、業
界公認の素材で形成されており、好ましい実施例においては、金属化層26は、
銀で形成される。他の貴金属、例えば金等も構想され、およびアプリケーション
に特化した設計選択の問題として、使用されることができると思われる。当業者
が理解するであろう通り、およびより完全に後述される通り、金属化層26は、
アンテナ20、集積回路14およびキャパシタ28の間の電気的接続として機能
する。好ましい実施形態において、金属化層26は、業界公認の配置技術で、集
積回路支持部分18に配置される。しかしながら、金属化層26は、そうでなけ
れば、本発明の精神から逸脱することなく、設計選択の問題として、集積回路支
持部分18の上に、または中に実装され、あるいは形成され、またはその一部で
もよい。さらに、金属化層26は、集積回路支持部分18の長さの一部のみにわ
たって伸びているように示されている一方で、前記層の実際の長さまたは形状は
、本発明の重要な特徴ではない。例えば、金属化層26は、本発明の精神を逸脱
することなく、設計選択の問題として、プレートまたは他の形状およびサイズと
して形成されることができる。
トで形成されている。耐熱フェライトは、どのように、金属化層26が、集積回
路支持部分18の上に、または中に配置され、または形成されるかによって、設
計選択の問題として、必要かもしれないし、必要ではないかもしれない。さらに
、フェライトは、本発明の好ましいコア素材として構想される一方で、現在公知
の、または将来利用可能である、他の、業界公認のコア素材が、本発明の精神を
逸脱することなく、構想される。
図4乃至7に記載されている。ここで使用されているように、受動集積トランス
ポンダ・タグおよび/またはPITタグという用語は同義で使用され、放射電磁
、電気、または磁気エネルギ場にさらされることに反応して、信号を放出する、
あらゆる種類の受動トランスポンダを意味することを意図する。そのようなタグ
は、一般的に、動物園、農場等の場所、または野生において、動物を追跡し、識
別するための目的で、動物の皮下に埋め込まれる。そのようなタグは、魚や鳥と
同様に、室内ペットにタグをつけるためにも使用される。業界で公知の通り、お
よび後述の資料をさらに読むことで明らかになるとおり、ここに説明されたよう
なシステムは、当業者の想像によってのみ制約される、数多くの応用および状況
において展開されるかもしれない。本発明の一体形コアは、そのために、トラン
スポンダにエネルギを与え、およびそこから識別信号を受信する双方向アンテナ
の場の中で、またはそれを通して、対象が通過すると、前記対象を追跡するため
に、対象にトランスポンダが配置されるような応用において使用されてもよい。
ここで使用されるように、対象およびアイテムは互換性があり、あらゆるPIT
タグを付けられた、生物または無生物の実体を意味する。
示された従来のアンテナを示す。PITタグでの使用のためのアンテナは、業界
ではよく知られている。使用される特定のワイヤ、またはコイル部分22におけ
る巻き数は、本発明の重要な特徴ではない。すなわち、本発明は、要求される特
定のPITタグの、所望のアプリケーションに特化した特徴を達成するために、
必要な数の巻きを有する、業界公認のアンテナ・ワイヤの使用を構想する。図5
は、キャパシタを示しており、それは、後述の通り、部分的に、PITタグにお
いて利用される特定の集積回路によって、本発明の一部を形成するかもしれない
し、しないかもしれない。図6は、集積回路14を示す。集積回路は当業界では
良く知られており、キャパシタ28と同様に、本発明において使用される特定の
集積回路14は、PITタグにおいて所望される特定の特性および特徴によって
、設計選択の問題として選択されることができる。好ましい実施例において、集
積回路14は、アイテム番号H4005である、E.M.Micro Elec
tric−Marrin S.A.によって販売されるISO11’784/1
1’785準拠読み取り専用コンタクトレス識別装置である。好ましい集積回路
14の特定の特徴および特性は、アイテム番号H4005である、E.M. M
icro Electronic−Marrin S.A.の集積回路の製品カ
タログに説明されており、それは参照によってここに含まれている。製品カタロ
グにおいてより詳細に説明されている通り、好ましい集積回路14は、オンチッ
プ共鳴キャパシタおよびオンチップ・サプライ・バッファ・キャパシタを具備し
、それらは、よって、ここでの図面において示されるように、キャパシタ28の
必要性を排除するかもしれない。さらに、製品カタログでより詳細に説明される
ように、好ましい集積回路14は、本発明の集積回路と金属化層26との間の電
気的接続を可能にするための、緩衝器(bumps)を具備する。
ラスで形成される。しかしながら、設計選択の問題として、滅菌を受ける、業界
公認の他の、孔のない、耐腐食性素材が、本発明の精神を逸脱することなく、封
入手段34として使用されることができる。トランスポンダのガラス封入は、例
えば、Fisherらのアメリカ合衆国特許第3,935,612号に説明され
たように、当業界の知識内のものであり、それは参照によってここに含まれてい
る。
する封入PITタグを示す。図8乃至10に記載の通り、コイル20のコイル部
分22は、一体形コア12のコイル形成部分16の周囲に巻きつき、リード線部
分24は、コイル部分から、一体形コア12の集積回路支持部分18に向かった
方向に伸びる。リード線部分24は、業界公認の方法で、金属化層26を終端さ
せ、電気的にそれに接続される。さらに、要求に応じて、集積回路14と同様に
、キャパシタ28は、金属化層26に実装され、および/または電気的にそれに
接続される。キャパシタ28は、上述の通り、図面に示されている一方で、キャ
パシタに対する必要性は、選択された特定の集積回路によって、設計選択の問題
として、排除されるかもしれない。好ましい実施例において、上述の通り、好ま
しい集積回路上の緩衝器は、集積回路14と金属化層26との間の電気的接続を
供給する。集積回路および/またはキャパシタを、金属化層へ電気的に接続する
ための、他の、業界公認の方法または手段は、本発明の精神を逸脱することなく
、構想される。
路支持部分18は、キャパシタ28および集積回路14の下へと伸び、それを支
持する。さらに、集積回路支持部分18は、(コイル形成部分16と比較して)
低減した高さで形成されているので、PITタグの全体の高さは、集積回路14
および/またはキャパシタ28が、一体形コア12の集積回路支持部分18の上
に実装される時には、増やされる必要はない。また、図8乃至10において見ら
れるように、好ましい実施例において、一体形コア12は、実質的に、封入手段
34の内部の長さ全体に伸びる。
方法で構築されるが、金属化層26は使用されない。その代わり、別の実施例に
おいては、プリント回路基板(PCB)30が、アンテナ・リード線24、キャ
パシタ28、および集積回路14を電気的に接続するために使用される。図11
および12に見られるように、業界においてよく知られている方法で、PCBは
、アンテナ・コイル20のアンテナ・リード線24を、キャパシタ28と集積回
路14との両方に電気的に接続するための電気パッド32を具備する。パッド3
2の使用が示されている一方で、アンテナ・リード線24をPCB30に電気的
に接続するための、他の、業界公認の方法または手段が、本発明の精神を逸脱す
ることなく、構想される。この、別の実施例において、PCB30は、一体形コ
ア12の集積回路支持部分18の上に実装される。前に開示された実施例のよう
に、一体形コア12の集積回路支持部分18は、キャパシタ28と集積回路14
との下に伸び、それら両方を支持する。
グ・コアに対して、多くの効果を供給する。例えば、金属化層26へのアンテナ
・リード線24を終わらせることによって、製造過程は、より完全に自動化され
ることができる。さらに、集積回路14を金属化層26に電気的に接続すること
によって、集積回路14を直接アンテナ・リード線に取り付ける必要なく、金属
化層の上の異なる集積回路および/またはキャパシタの代用を可能にすることに
よって、PITタグをカスタマイズすることがより簡単になり、より費用がかか
らなくなり、それによって、カスタマイズされたPITタグは、より簡単に製造
されることができる。
り大量のコア素材が、標準サイズのPITタグにおいて使用されることができる
。当業者が理解するであろうとおり、電磁場の強度に影響を与える要因の一つは
、コアのサイズおよび素材である。PITタグにおけるコア素材の量を増やすこ
とによって、PITタグ全体のサイズを増やすことなく、本発明のPITタグは
、アンテナ・コイルの磁場のより大きな捕獲を供給し、それによって、PITタ
グの動作範囲を増やす。実際に、出願人は、本発明のPITタグの構造が、従来
のPITタグと比較して、PITタグの動作範囲の、50%までの増加を供給す
ることができると判断した。
利用することによって、PITタグは、集積回路支持部分18が、物理的に、集
積回路14および/またはキャパシタ28を支持するので、従来のPITタグよ
りも多くの衝撃および振動に耐えることができるかもしれない。
い特性が示され、説明され、指摘されてきた一方で、開示された発明の形式およ
び詳細における様々な省略および代用および変更が、本発明の精神を逸脱するこ
となく、当業者によってなされても良いことが理解されるであろう。よって、そ
れは、付属の特許請求の範囲によって示されたものによってのみ、制約されるこ
とを意図する。
号は、いくつかの図面を通して、同様のエレメントを示す。
である。
るプリント回路基板(PCB)の正面図である。
Claims (23)
- 【請求項1】 受動集積トランスポンダ(PIT)タグであって: 集積回路および一体形コアを具備し; 前記一体形コアは、その一端の近くにあるコイル形成部分と、その反対の端の
近くにある集積回路支持部分とを具備し; 前記集積回路支持部分は、前記集積回路の下に伸び、およびそれを支持するこ
とを特徴とする、受動集積トランスポンダ・タグ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のPITタグであって、前記集積回路支持部
分は、そこに形成された金属化層を有することを特徴とする、PITタグ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のPITタグであって、前記一体形コアはフ
ェライトで形成されることを特徴とする、PITタグ。 - 【請求項4】 請求項1に記載のPITタグであって、前記集積回路支持部
分に実装されたプリント回路基板(PCB)をさらに具備するPITタグ。 - 【請求項5】 請求項1に記載のPITタグであって、前記一体形コアの長
さは、実質的に、前記PITタグの長さを定義することを特徴とするPITタグ
。 - 【請求項6】 請求項1に記載のPITタグであって、密閉されたユニット
を形成するために、前記PITタグを封入するための封入手段をさらに具備する
、PITタグ。 - 【請求項7】 請求項2に記載のPITタグであって: 前記コイル形成部分の周りに巻きついているコイル部分と、および前記コイル
部分から伸び、前記集積回路支持部分で終わるリード線部分とを具備するアンテ
ナをさらに具備するPITタグ。 - 【請求項8】 請求項7に記載のPITタグであって、前記アンテナ・リー
ド線部分は、前記金属化層で終わり、および前記金属化層と電気的に接続されて
いることを特徴とするPITタグ。 - 【請求項9】 請求項2に記載のPITタグであって、前記集積回路は、前
記金属化層と電気的に接続されていることを特徴とするPITタグ。 - 【請求項10】 請求項2に記載のPITタグであって、前記金属化層上に
実装され、および前記金属化層に電気的に接続されたキャパシタをさらに具備す
るPITタグ。 - 【請求項11】 請求項2に記載のPITタグであって、前記金属化層は、
金または銀で形成されていることを特徴とするPITタグ。 - 【請求項12】 請求項4に記載のPITタグであって、前記アンテナ・リ
ード線および前記集積回路は、前記PCBに電気的に接続されていることを特徴
とするPITタグ。 - 【請求項13】 請求項7に記載のPITタグであって、前記アンテナ・コ
イルは、間接的に、前記集積回路に電気的に接続されていることを特徴とするP
ITタグ。 - 【請求項14】 請求項13に記載のPITタグであって、前記一体形コア
は、実質的に、前記密閉されたユニットの長さと同一の広がりをもって伸びる長
さを有することを特徴とするPITタグ。 - 【請求項15】 請求項3に記載のPITタグであって、前記フェライトは
、耐熱フェライト(high-temperature ferrite)であることを特徴とするPIT
タグ。 - 【請求項16】 アンテナ・コイルを受けるための一体形コアであって: そこでアンテナ・コイルを受けるように適応したコイル受け取り部分と;およ
び そこで集積回路を受けるように適応した集積回路支持部分と を具備する一体形コア。 - 【請求項17】 請求項16に記載の一体形コアであって、前記集積回路支
持部分はさらに、そこに形成された金属化層を具備することを特徴とする一体形
コア。 - 【請求項18】 請求項17に記載の一体形コアであって、前記金属化層は
、前記集積回路を受けるように適応していることを特徴とする一体形コア。 - 【請求項19】 請求項18に記載の一体形コアであって、金属化層は、電
気的に、前記アンテナ・コイルと前記集積回路とを接続することを特徴とする一
体形コア。 - 【請求項20】 請求項17に記載の一体形コアであって、前記金属化層は
、金または銀で形成されることを特徴とする一体形コア。 - 【請求項21】 請求項16に記載の一体形コアであって、前記集積回路支
持部分は、PCBを受けるように適応していることを特徴とする一体形コア。 - 【請求項22】 請求項16に記載の一体形コアであって、前記コアは、フ
ェライトで形成されることを特徴とする一体形コア。 - 【請求項23】 請求項22に記載の一体形コアであって、前記フェライト
は、耐熱フェライトであることを特徴とする一体形コア。
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