JP2010081276A

JP2010081276A - Ｒｆｉｄ用アンテナ

Info

Publication number: JP2010081276A
Application number: JP2008247075A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hanahito; 勝花等
Original assignee: NEC Embedded Products Ltd
Current assignee: NEC Embedded Products Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP5139941B2

Abstract

【課題】設計上の最適計算値からアンテナパターンを決め、ＲＦＩＤチップ用のアンテナパターンを形成したプリント基板において、プリント基板や基板周囲の種々の部品から影響を受け、その受信性能が変わってしまっても、極力、プリント基板の作り直しを回避可能にするアンテナパターン付きのプリント基板および、該基板を用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】予め受信性能の異なるアンテナパターンをプリント基板に複数形成し、それらを適宜選択して用いるようにすることで、該基板や該基板を用いた電子機器を量産化する際に、極力、プリント基板の作り直しを回避することが可能する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板に形成されるＲＦＩＤ用のアンテナに関する。

プリント基板にＲＦＩＤチップを実装し、その基板を用いた製品組み立ての各工程でＩＤを読みとることで、組み立て中の製品を特定し、その製品に応じた部品を正確に効率よく供給するようにした生産システムが知られている。このシステムは、多品種混合生産において、生産効率を向上させるというメリットがある。また、ＲＦＩＤチップの応用は、製品出荷後においても、流通段階での製品在庫管理や保守段階での製品特定等、様々な分野で検討され、実用化されてきている。

ＲＦＩＤチップを基板上に実装する際には、送受信性能の向上と全体的なコストダウンを計る目的から、プリント基板上にＲＦＩＤアンテナを形成するように構成する場合がある。特許文献１に記載の技術は、低コストで提供するＲＦＩＤタグ付け装置に関する技術である。アンテナ手段が、プリント基板上に形成され、アンテナ支持用の別の回路基板が不要で、全体のタグのサイズを縮小し、タグの製造工程も簡易化できるという特長を有している。

特許第３６５３０９９号公報

しかしながら、特許文献１の技術には、アンテナ支持用の別の回路基板を不要として、低コスト化は可能であるが、アンテナの受信性能をＲＦＩＤチップの利用環境に適合させて最適化する仕組については、示唆されてはいない。

受信性能は、適用するＲＦＩＤチップのＲＦ信号の周波数から最適なアンテナ構成、つまり、最適コイル長さを確定することができる。しかし、実際には、基板上に実装されたＲＦＩＤチップ、基板上に形成されたアンテナ部（設計上最適と算定されたコイル長さ）、および、該基板に各電子部品が実装され装置として組み込まれた状態との種々の関係で、設計時に最適としたコイル長さでは、期待する受信性能が確保できない場合が多々ある。

従って、特許文献１の技術を適用しても、試作機を作成した上で、受信性能を確認し、信号線と同様に形成されたプリント基板上のアンテナ部（設計上最適と算定されたコイル長さ）を調整する必要が出てくる。すなわち、受信状況によってはアンテナ形成部を修正したプリント基板を作り直す必要が出てくる。これは、多品種少量生産や生産リードタイム短縮という観点からは、基板作り直しのコスト増や作り直しのための生産遅延につながるという問題となる。この問題は、特許文献１に記載の技術を適用しても解消ができない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、プリント基板にアンテナパターンを形成する場合、予め性能の異なるアンテナパターンを複数形成し、それらを適宜選択して用いるようにすることで、極力、プリント基板の作り直しを回避可能にするアンテナパターン付きのプリント基板および、該基板を用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明の第１のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板は、ＲＦＩＤチップ用のアンテナを、信号線状のアンテナパターンとして形成したプリント基板であって、前記ＲＦＩＤチップの前記プリント基板上の実装位置を変えることで、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とする。

本発明の第２のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板は、ＲＦＩＤチップと前記ＲＦＩＤチップが実装されるプリント基板であって、前記プリント基板には、前記ＲＦＩＤチップ用のアンテナが複数のアンテナパターンとしてコイル状に形成されていて、かつ、前記ＲＦＩＤチップが実装され得る複数の実装箇所が設けられており、前記複数の実装箇所の内の１つを適宜選択して前記ＲＦＩＤチップを実装することで前記複数のアンテナパターンの内の１つもしくは複数を選択できるようにして、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とする。

本発明の第３のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板は、本発明の第２のプリント基板において、前記ＲＦＩＤチップが実装され得る複数の実装箇所には、さらに回路短絡用部品が実装可能であって、前記ＲＦＩＤチップと前記回路短絡用部品の実装位置を適宜選択し配置することで、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とする。

本発明の第４のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板は、本発明の第２または第３のプリント基板において、前記コイル状に形成された複数のアンテナパターンは、略同一中心にコイル状に形成されたアンテナパターンであって、前記アンテナの周波数特性を変更とは、コイル巻数の増減選択によってアンテナパターンの長さを調整できるようにしたことによる周波数特性変更であることを特徴とする。

本発明の電子機器は、本発明の第１ないし第４のプリント基板を実装したことを特徴とする。

本発明によれば、予め性能の異なるアンテナパターンをプリント基板に複数形成し、それらを適宜選択して用いるようにすることで、極力、プリント基板の作り直しを回避可能にするアンテナパターン付きのプリント基板、および、該基板を用いた電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明のプリント基板の一部で、複数のアンテナパターンとＲＦＩＤチップが実装され得る複数の実装箇所を示している。このプリント基板１が装置の主基板であるならば、その他の多くの部品が実装されていることになる（不図示）。例えば、このプリント基板は、パーソナルコンピュータのマザーボードであれば、該基板がパーソナルコンピュータの筐体に実装されてパーソナルコンピュータ本体が組み立てられる。該プリント基板が組み込まれる電子機器であれば、全ての電子機器に適用が可能である。プリント基板１の表面には、アンテナパターン１１がコイル状に形成されている。プリント基板の裏面にはアンテナパターンの一部として、ＲＦＩＤチップの実装箇所１３、１４、および１５への信号線１２が形成されている。図１において、破線で示した部分が、アンテナパターンの一部である信号線１２である。

ここでは、プリント基板１の表面側に、ＲＦＩＤチップを実装する箇所１３、１４および１５と、コイル状に形成されたアンテナパターン１１を設け、プリント基板の裏面側にアンテナパターンの一部である信号線１２を設けている。しかし、複数層のプリント基板であれば、各層にアンテナパターンを分割して形成しても良い。また、ＲＦＩＤチップの実装箇所も表面であったり裏面であったりしても、適宜、設計段階で、選択すれば良い。

図２は、ＲＦＩＤチップ２と同形状の短絡チップ３を示す。ＲＦＩＤチップ２とプリント基板上に形成されたアンテナパターン１１が電気的に接続されることで、ＲＦＩＤチップ２は、同チップへの信号電波を、アンテナパターン１２を介して送受信が可能となる。短絡チップ３は、ＲＦＩＤチップ２と同形状なチップとして示されているが、ＲＦＩＤチップの実装箇所に、代替的に短絡チップ３が実装可能であれば、形状は異なったものでも構わない。

図３は、後述する図４の実装２に対応する実装例を示した図である。図１で説明したアンテナパターン１１の理解を促進するために、コイル状のアンテナパターンの内周部を実線１１ａ、中間部を二重線１１ｂ、外周部を太線１１ｃと区別して示してある。

すなわち、プリント基板１は、ＲＦＩＤチップの実装箇所１３、１４、および１５にＲＦＩＤチップ２や短絡チップ３を適宜、選択的に実装することで、アンテナパターンのコイル巻数を選択できるようなっている。

図４は、ＲＦＩＤチップの実装箇所１３、１４、および１５へのＲＦＩＤチップ２や短絡チップ３の配置パターンと、それに対応するコイル巻数の関係を具体的に示した図である。

まず、図３と対比しながら図４の中段に示す実装２について、説明する。図３の実装箇所１３は、ＲＤＩＤチップ２も短絡チップ３も未実装で、この箇所の回路はオープンとなった状態を示している。実装箇所１４にはＲＦＩＤチップ２が実装され、実装箇所１５には短絡チップ１５が実装されている。この場合、ＲＦＩＤチップ２にはアンテナパターン１１の内周部１１ａと中間部１１ｂとが裏面に形成された信号線１２によって実装箇所１２に実装されたＲＦＩＤチップ２に電気的に接続され、アンテナとして内周部１１ａと中間部１１ｂが機能する。内周部１１ａに対応するコイルがＬ1（ｎ巻）で、中間部１１ｂに対応するコイルがＬ２（２巻）で、アンテナとしてｎ＋２巻のコイルが選択されていることを示す。外周部１１ｃは短絡チップ３で実装２に示すように短絡されるので、ＲＦＩＤチップ２のアンテナ部としては機能しない。

一般には、ＲＦＩＤチップが受信する電波の波長、もしくは周波数は、基本的に決まっている。例えば、ＨＦ帯の場合は、１３．５６ＭＨｚである。従って、それに基づいて、プリント基板上のアンテナパターンを決めることが可能である。つまり、アンテナ巻数を多くして、パターンを長くすると、共振周波数が下がり、受信周波数の低い電波を受信するのに最適化され、逆に巻数を少なくして、パターンを短くすると共振周波数が上がり、受信周波数の高い電波を受信するのに最適化される。

しかしながら、実際には、最適化計算によるシミュレーション結果を基にした、アンテナパターンでは受信周波数に一致する最適なアンテナにはならない。これは、プリント基板に形成されたＲＦＩＤチップのアンテナの周りにはＩＣ、抵抗、コンデンサ等、電波に影響を与える部品が多数搭載されるためである。また、本願筐体を構成する金属部品や、プリント基板の銅箔や材質もメーカ毎に微妙に異なるなど、影響を与えるファクターは前述の搭載部品以外にも種々存在する。

前述の通り様々な電波に影響を与える要因を含めて、試作前にシミュレーションするのは困難であるので、試作品においてアンテナ特性を評価し、場合によっては、アンテナパターンを作り変えねばならないという問題が発生する。プリント基板の作り変えを極力回避するために、図４に示す実装２に対して選択可能な実装１と実装３を予め用意したプリント基板を製作するというのが本願発明の趣旨である。

例えば、シミュレーション結果を基にしたアンテナパターンが図３に示す部品配置、つまり、図４の実装２のアンテナパターンのコイル巻数がｎ＋２巻であったとすれば、巻数を減らした実装１（巻数ｎ）と、巻数を増やした実装３（巻数ｎ＋４）を形成すれば良い。実装後の影響要因から、アンテナの受信特性を変更せねばならない時には、適宜、ＲＦＩＤチップ２と短絡チップ３を配置することで、最適化計算値の巻数ｎに対して、巻数を多くしたアンテナパターンを採用することも、巻数を少なくしたアンテナパターンを採用することも可能である。

続いて、図４に示す上段の実装１と下段の実装３について、詳説する。上段の実装１は、内周部１１ａに対応するコイル状のアンテナパターンのＬ1（ｎ巻）がＲＦＩＤチップ２のアンテナとして機能する場合を示す。実装箇所１３の位置にＲＦＩＤチップ２を実装し、実装箇所１４と１５には短絡チップ３が２個実装されている。

下段の実装３は、内周部Ｌ１（ｎ巻）、中間部Ｌ２（２巻）および外周部Ｌ３（２巻）を直列にＲＦＩＤチップ２に接続した状態でＲＦＩＤチップ２のアンテナとしてｎ＋４巻が機能する場合を示す。実装箇所１３と１４は、チップは未実装で回路はオープンである。実装箇所１５にはＲＦＩＤチップが実装されている。

本実施例においては、コイル状のアンテナパターンは同一中心状に配置し、ＲＦＩＤチップ２もしくは短絡チップ３へ接続するための信号線を、中心部、中間部の２箇所および最外周部の１箇所として、巻数調整が可能な形状としている。また、中心部と中間部の２箇所からの信号線はプリント基板の裏面に形成されている。

しかしながら、この例は、プリント基板の価格を安価に、かつ、アンテナパターン形成部の面積を抑えるためのプリント基板形成例であって、設計上許容されるのであれば、選択的にＲＦＩＤチップを配置することでアンテナパターンの長さを変えられるようなパターンを少なくとも二つ以上、基板上に形成するだけで良い。

以上のように、予め受信性能の異なるアンテナパターンをプリント基板に複数形成し、それらを適宜選択して用いるようにすることで、該基板や該基板を用いた電子機器を量産化する際に、極力、プリント基板の作り直しを回避することが可能となる。

本発明の実施形態のアンテナパターンとチップ部品の実装箇所を設けたプリント基板の一部を示す図である。本発明のプリント基板に実装するＲＦＩＤチップと短絡チップを示す図である。本発明のプリント基板にチップ部品が実装された例を示す図である。実装箇所へのチップ部品の実装パターンと選択されたコイル巻数の関係を示した図である。

符号の説明

１プリント基板
２ＲＦＩＤチップ
３短絡チップ
１１アンテナパターン
１２アンテナパターンとチップを接続する信号線
１３ＲＦＩＤチップまたは短絡チップの実装箇所
１４ＲＦＩＤチップまたは短絡チップの実装箇所
１５ＲＦＩＤチップまたは短絡チップの実装箇所

Claims

ＲＦＩＤチップ用のアンテナを、信号線状のアンテナパターンとして形成したプリント基板であって、
前記ＲＦＩＤチップの前記プリント基板上の実装位置を変えることで、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とするＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板。
ＲＦＩＤチップと前記ＲＦＩＤチップが実装されるプリント基板であって、前記プリント基板には、前記ＲＦＩＤチップ用のアンテナが複数のアンテナパターンとしてコイル状に形成されていて、かつ、前記ＲＦＩＤチップが実装され得る複数の実装箇所が設けられており、前記複数の実装箇所の内の１つを適宜選択して前記ＲＦＩＤチップを実装することで前記複数のアンテナパターンの内の１つもしくは複数を選択できるようにして、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とするＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板。
前記ＲＦＩＤチップが実装され得る複数の実装箇所には、さらに回路短絡用部品が実装可能であって、
前記ＲＦＩＤチップと前記回路短絡用部品の実装位置を適宜選択し配置することで、前記アンテナの周波数特性を変更できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板。
前記コイル状に形成された複数のアンテナパターンは、略同一中心にコイル状に形成されたアンテナパターンであって、
前記アンテナの周波数特性を変更とは、コイル巻数の増減選択によってアンテナパターンの長さを調整できるようにしたことによる周波数特性変更であることを特徴とする請求項２または３に記載のＲＦＩＤアンテナ付きプリント基板。
請求項１ないし４に記載のプリント基板を実装した電子機器。