JP4036125B2 - 無線認証装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦタグなどに代表される無線認証装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多くの無線認証装置のアンテナは、通信の効率を優先した形状に設計されるため、無線認証装置の取り付け対象物の大きさや形状に制限がある。かかる制限に対処する方法として、ダイポールアンテナをアンテナの延伸方向に彎曲させることにより対処するものがある。（特許文献１、図１）。
【０００３】
また、直線状のダイポールアンテナは無線通信の指向性が強く、棒状アンテナの延伸方向には殆ど感度がない。感度を向上させる手法として、２つのダイポールアンテナを90度の角度で固定するものがある（特許文献１、図１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開2002年第76768号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では２つのダイポールアンテナを90度の角度で固定することしか記載されていない。
【０００６】
つまり、１つのダイポールアンテナ（特に、平板状のダイポールアンテナ）だけで実現する手法に関しては何ら記載がない。
【０００７】
本発明の目的は、１つのダイポールアンテナだけでアンテナの指向性を解消し、全ての方位で高い感度を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の代表的な発明として、平板状のダイポールアンテナと、該ダイポールアンテナに接続された半導体チップとを有し、ダイポールアンテナで受信した電波から電力と信号を受け取り、ダイポールアンテナで出力する無線認証装置において、該ダイポールアンテナは、該半導体チップが該ダイポールアンテナの延伸方向からずれた角度に折り返されているものがある。
【０００９】
このように、ダイポールアンテナ１つで実現できると、棒状の製品に実装する場合も、小面積の板状の製品に実装する場合も、キャップ状の製品に実装する場合でも同一の外観形状のアンテナ部材を有する無線認証装置を使用できるため、無線認証装置の品種を少なくでき、生産コストを低く押さえることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の無線認証装置である送信ユニット１の折り曲げ以前の形状を示す斜視図である。レジン１３により半導体チップ１０、接続用のワイヤ１２が覆われ、アンテナ１１と一体化している。アンテナ１１は錫メッキを施したニッケル鉄合金（Ni 42%, Fe 残部を例示）の薄板であり、概ね直線状に形成されている。
【００１１】
図２に本発明の送信ユニット１の製造工程を説明する模式的な斜視図を示す。送信ユニット１はフープ材２０に半導体チップ１０を搭載接合し、金細線を用いたワイヤ１２により接続され、レジン１３により保護され、順次アンテナ１１を切り離すことにより製造される。本来は定尺の短冊状に切断したフープ材２０を用いて工程毎に加工されるため各工程での組立状態は連続していないが、図示の都合上連続して表示してある。なお、生産量に応じてフープ材２０連続的に使用し、一貫ラインとして製造することも可能である。
【００１２】
工程の初期ではフープ材２０は半導体チップ図２右下位置の図示状態のごとく、帯状の金属板にスプロケット孔２１ｄ，ｅを設け、アンテナ部２１ａ，ｂを形成してあり、アンテナ部２１ａ，ｂの間にはスリット２１ｃが設けられた状態で供給される。ここでアンテナ部２１ａ及び２１ｂの間のスリット２１ｃはアンテナ部２１ａとアンテナ部２１ｂを完全には切り離して居らず、またアンテナ部２１ａ，ｂは両端でフープ材２０とつながっており、一体として取り扱える。またアンテナ部２１ａ，ｂとフープ材２０の接合部は幅を狭くしており、さらに分離孔２１ｆを設けてあり、後の切断を容易にしてある。
【００１３】
次にフープ材２０はチップ搭載工程に送られ、予め個別の識別データを付与され書き換え不可能に製造された半導体チップ１０を搭載される。半導体チップ１０はフープ材２０のスリット２１ｃに近接したアンテナ２１ｂ側に設置され、加熱されることにより固定される。半導体チップ１０裏面には予め金メッキ（図示せず）が施されている。このメッキの金材料は、チップ搭載に際して加熱することでフープ材２０表面のメッキの錫材料と反応し、金錫合金を形成して半導体チップ１０をフープ材２０に強固に固定され、半導体チップ基板とフープ材２０が電気的にも接続される。
【００１４】
さらに、フープ材２０は接続工程に送られる。接続工程では半導体チップ表面の端子パッド（図示せず）とアンテナ２１ａ端部が金ワイヤ１２によりワイヤボンディングにより接続される。
【００１５】
この後、フープ材２０はモールド工程に送られる。モールド工程では液状のポッティングレジンをフープ材２０の回路部分を覆うように塗布し、予備加熱を施しレジンを半硬化させてモールド１３を形成する。
【００１６】
さらにフープ材２０は加熱工程により本加熱され、レジンは完全に硬化する。
【００１７】
最後に、プレス切断工程に於いて、フープ材２０から個別の送信ユニット１が切り離され、図１に示した折り曲げ前の送信ユニット１が得られる。
【００１８】
これらの工程に使用される技術はトランジスタ、ダイオードなどのピン数が少ない半導体パッケージ用に実績がある技術を用いており、生産性の高い製造装置を安価に入手でき、送信ユニット１を安価に大量に生産可能である。
【００１９】
送信ユニット１は折り曲げ前の状態でも読みとり機３０により同期信号を電磁波として付与されることにより暗号化された識別コードを読みとり機３０に送信することが可能であるが、認証機能を付加する製品の使用形態や、形状に応じ、アンテナ１１を折り曲げ加工することにより実装が容易になり、アンテナ１１の指向性を緩和して認証を容易にする。
【００２０】
図３に平面内にアンテナ１１を折り曲げた送信ユニット１の形状を示す。アンテナ１１を軸方向に対し４５度の線で折り返し、アンテナ１１を「Ｃ」字形に折り曲げる。これにより、送信ユニット１の全長が約１／３になる。アンテナ１１を１／３の長さに切断すると半導体チップ１０とアンテナ１１のインピーダンスマッチングが大きく崩れるが、アンテナ１１を折り曲げるだけであるので、インピーダンスの不整合は軽減される。また、アンテナ１１を折り曲げることで、送信ユニット１の指向性が軽減される。なお、アンテナ１１の折り曲げ形状としては、アンテナ１１同士が断続的に接触すると送信が安定しないため、折り曲げ部は接触させない程度に留めるか、確実に折り曲げて、アンテナ１１の重なり部分を導通させる。またアンテナ１１の先端と他端が接触すると、送信効率が極端に低下するので、先端が接触しないよう配慮する必要がある。
【００２１】
図４にアンテナ１１を折り曲げない送信ユニット１を折り曲げることなく受信機３０と組み合わせた場合の検出距離の方向性を測定した結果を、図５に同じ送信ユニット１を、図３に示したようにアンテナ１１を折り曲げた場合の検出距離の方向性を測定した結果を示す。図４、図５ともそれぞれの最大到達距離を100%とし、アンテナ１１の方向による到達距離を曲線４０に相対表記した。また、図中にはグラフの中心に送信ユニット１の方向を示す模式図を書き入れてある。実際は送信ユニット１は到達距離に比してかなり小さいため模式図は拡大して示してある。
【００２２】
アンテナ１１を曲げない場合は、図４に示したように、アンテナ１１の軸方向には殆ど到達距離を持たず、アンテナ１１の端部が受信機３０の受信アンテナに殆ど接触しても感度は得られなかった。これは一般的なダイポールアンテナの場合の利得と同様である。今回用いた受信機との組み合わせの場合は約30cmの最大到達距離を示し、小物製品の認証用途には十分な到達距離を得られたが、方向によっては殆ど密接させても感度が得られないためこのままでは使用法が限られる。
【００２３】
一方、アンテナ１１を先に示したように折り曲げた場合、最大到達距離は１／４程度まで低下し、約7cm程度の最大到達距離となったが、送信ユニット１の方向性による到達距離の差はかなり改善され、最短の場合でも4cm弱の到達距離を示した。
【００２４】
この結果、製品の内部にこの送信ユニット１を外部から判別不能に組み込んでも、認証ができるようになる。
【００２５】
図１７に、送信ユニットの他の実施形態を示す。
【００２６】
図３の構造と異なるのは、折り返しを片方のみ行っている点である。
【００２７】
図６に、本発明の送信ユニット１を埋め込んだフラップ付きの鞄１００の例を示す。図６中では送信ユニット１が判別できるようにフラップ１０４の一部を切り開いて図示してある。フラップ１０４は留め金１０５付近と袋部１０１の接合部付近を結ぶ三角形の領域以外は基本的に外部からの荷重が掛からない。また、フラップ１０４の角付近のやや内側の領域は曲げも掛かりにくく、送信ユニット１を内蔵させても問題を生じにくい。送信ユニット１はフラップ１０４の芯材１０６に縫い糸（図示せず）により縫いつけられている。また、この鞄１００の表材１０９は厚手の皮革であるため、小形で薄い送信ユニット１をフラップの芯材１０６に縫いつけてあっても、送信ユニット１の存在を外観上からは判別しがたい。しかも、送信ユニット１の信号が指向性を緩和した限定てきな到達距離を有するものであるため、受信時は概ねの送信ユニット１の内蔵位置のみを元に適切な受信が可能になる。
【００２８】
ここで、この鞄１００の認証が必要になるときに、どのように認証を行うかを図７に示す。鞄１００には既に述べたように送信ユニット１が外観上判別不能な状態で内蔵されている。この鞄１００に受信機３０を近接させ、受信機３０から搬送信号を電磁波として放出させると、送信ユニット１は暗号化された固有のID情報を受信機３０の搬送波に重畳させて送信する。受信機３０は暗号化解読ユニット３１に受信データを送り、暗号化解読ユニット３１は送信ユニット１の暗号を復調してさらに別種の暗号化を施したうえで、ID情報を公衆の情報回線３３を介して基地局である認証局３５に送信する。基地局ではその送信ユニット１の来歴を特定し、その送信ユニット１が含まれる製品の製品名称や外観上の特徴などの識別情報、製造元、製造時期などの情報を情報回線３３により暗号化した上で返信する。暗号化解読ユニットはこの情報を復元して、認証情報端末３２に表示する。認証情報端末３２に表示された内容と製品たる鞄１００の特徴が一致することで、鞄１００が正規の製品であることが確認される。鞄１００にこのような送信ユニット１が内蔵されていることを外観上からは部外者には判別しがたい上、送信ユニット１は固有のIDを有しているため、偽造された送信ユニット１類似物や、別種の廃棄された製品から回収した送信ユニット１’を偽造製品に内蔵させても認証情報が一致しないため正規品とは区別できる。
【００２９】
ここまでの製品の製造方法と認証の手順を図１６のフローチャートに示す。チップ製造工程１０００により半導体チップ１０には個別の認証データを書き換え不能な状態で付与してある。一方、フープ材製造工程１００１により、アンテナ１１を含む形状のフープ材２０が製造される。この両者をチップ搭載工程１００２により一体化し、接続工程１００３においてワイヤ１２により接続する。この後、モールド工程１００４にて液状レジンを半導体チップ１０およびワイヤ１２を覆う形で塗布し、仮加熱により概略のモールド形状を得る。しかる後、加熱工程１００５において本加熱を実施しモールド１３を完全に固形化し、さらにプレス切断工程１００６により送信ユニット１を個別の状態に切り離し図１の形状をえる。この状態で、送信ユニット１の動作を確認して良品をストックし、認証対象製品が確定するまで保存する。
【００３０】
認証対象製品が決まると、図１の形状の送信ユニット１を折り曲げ工程１００８に於いて所望の折り曲げ形状（例えば図３の形状）にアンテナ１１を折り曲げ、製品実装工程１００８において、認証対象製品に実装し、出荷１００９を行う。並行して認証データ入力１０１２により半導体チップ１０固有の認証データと認証対象製品の対応、認証対象商品の製品名、型式、来歴、製造年月日などを認証局３５に入力する。認証対象製品は流通１０１０を経て、最終顧客１０１１に渡る。流通１０１０段階の関係者、最終顧客１０１１により認証局３５に問い合わせが行われると、認証局から認証データが送られ、さらに必要によって、流通来歴・製品廃棄情報等の追加情報の入力が実施される。
【００３１】
このように、送信ユニット１が小形で変形可能なため各種の製品に同じ形式の送信ユニット１を埋め込むことが容易である。別種の送信ユニット１の実装形態を別種の鞄１００−１を例に取り図８により説明する。鞄１００−１はフラップを有せず、革巻きのリング状の取っ手を有する鞄である。この場合、取っ手１０３はリング状であり取っ手１０３の下部全体が袋部１０１に縫いつけられているため、取っ手１０３の下部中央は外部からの荷重を受けにくい。さらに芯材１０６は強化樹脂製であるため、送信ユニット１は接着剤（図示せず）により芯材１０６に接着され、固定された上で、表材１０９により覆われて外観上からは判別できない。このとき、送信ユニット１は比較的細いリング状の取っ手１０３の芯材１０６に接着されるため、アンテナ１１を屈曲させず、軽く湾曲させて実装することが好ましい。この場合、アンテナ１１が折り曲げられていないため、指向性を緩和する効果は殆ど期待できないが、先の鞄１００と元々同一形状の送信ユニット１を使用できるため、部品共通化により送信ユニット１を安価に保つことができる。
【００３２】
ここまでの例では、鞄１００のフラップや取っ手に送信ユニット１を実装したが、認証すべき製品の形態によって送信ユニット１の実装位置を変更することができる。図９にビジネスバッグ１００−２を例示する。この製品の場合は、フラップ１０４には金属製の取っ手１０３や留め金１０５が付属しており、さらに補強のためフラップ１０４の芯材１０６’は金属製である。このためフラップ１０４に送信ユニット１を内蔵すると信号が減衰してしまい、好ましくない。そこで、この実施例では送信ユニット１を袋部１０１の下部の隅に実装している。この部分の芯材１０６は表材１０９と同様に皮革製であり、信号送信には妨げとはならない。この場合、送信ユニット１は芯材１０６の一部を彫り込み、溝（図示せず）を設け、この溝の内部に接着剤により固定されている。
【００３３】
このようにアンテナ１１を殆どまたは全く折り曲げないで実装することが好ましい条件は、他にも万年筆やボールペン、シャープペンシルなどの文房具の軸部分に送信ユニット１を一体モールドする場合や、サングラス、ファッショングラスなどの眼鏡フレームのツル部分に送信ユニット１を内蔵する場合など、細長い形状の部品に実装する場合が当てはまる。
【００３４】
このように、送信ユニット１を実装する場所は多岐に渡る。たとえば、表面が柔軟で薄い布製の婦人用ハンドバッグや、薄い皮革製の札入れの場合などでは、表材の直下に送信ユニット１を配置した場合風合いを損ねる場合がある。このような場合には内部の小物入れポケットの仕切り布の裏面に設けるなど、外観上に送信ユニット１の存在が判りにくい位置に実装することができる。
【００３５】
これまでの実施例では、アンテナ１１が概ね平面内に形成されて居る例を示したが、本発明の送信ユニット１の折り曲げ形態は必ずしも平面内に限定する必要はない。図１０にアンテナ１１を面外に折り曲げた送信ユニット１の外観を示す。この場合でも、アンテナ１１は指向性を緩和した性能を示す。
【００３６】
図１１に示す、携帯用化粧水の場合、化粧品ビン２００は透明ガラス製であり、送信ユニット１を内蔵する用途には向かない。一方、キャップ２０１は化粧品ビン２００が細口ビンであるため直径が小さく、図３の形状の送信ユニット１を内蔵することは困難である。このような場合、図１０に示した形状に折り曲げた送信ユニット１を用いることで問題が回避される。
【００３７】
図１２（ａ）にキャップ２０１の断面形状を示す。このキャップ２０１は内面にネジ山２０６が設けてあり、一方、化粧品用途であるため外観上の美観を優先する必要があり２重構造を有している。外キャップ２０２は外観を優先したデザインが施された硬質プラスチック製のキャップであり、内キャップ２０３は気密性やネジ山２０６の耐久性を有する軟質プラスチック製である。この内キャップ２０３の外面には角溝２０５が設けてあり、この角溝２０６に通信ユニット１がはめ込まれている。また角溝２０６は内キャップ２０３の上面ではやや深くなってあおり、通信ユニット１のモールド１３を納める際に問題を生じない。外キャップ２０１と内キャップ２０２通信ユニット１はその隙間に樹脂２０４を充填されており一体化することで安定して取り扱える。
【００３８】
なおキャップ２０１が図１２（ｂ）に示したように形状が異なる場合はアンテナ１１の折り曲げ位置を変更することで容易に対応でき、キャップのデザイン変更、製品品種の違い等に対し低コストで適用拡大を行える利点がある。
【００３９】
この用途では、アンテナ１１がキャップ２０１の肉厚方向に薄いため、内キャップに浅い角溝２０５を設けるだけで実装が可能であり、キャップ２０１のデザイン上の自由度を高められる利点がある。
【００４０】
キャップの構造によっては送信ユニット１のアンテナ１１を図１３に示すように、端部を丸め加工する事により、実装が容易になる場合がある。このキャップ２０１’ではキャップ上面である上キャップ２０２’がロゴを浮き彫り加工した別ピースとなっており、キャップ本体である舌キャップ２０３’と別に製造される。この場合、角溝２０５のモールド１３に接する部分は同様であるが、アンテナ１１の屈曲部から先端部は細い深孔２０５’に差し込まれる。樹脂２０４により充填固定されている点は同様である。このようにアンテナ１１の幅方向の形状を変化させることにより、丸い断面形状の深孔２０５’が使用できるため、角形状の深孔を加工する困難を回避することができる。
【００４１】
同様の方法によれば、認証対象とする製品はこれまで例示した製品のみならず、靴、スーツ、ジャケット、ベルト、アクセサリ、キーホルダなど各種の製品に用いることが可能である。
【００４２】
以上の実施例では、送信ユニット１を認証を必要とする製品自体に実装する方法を示したが、同様な加工方法によれば、製品自体でなくとも製品の品質表示タグや、品質保証タグ、製品を納めて一体として販売される専用ケースに送信ユニット１を内蔵することも同様に可能である。この場合は、たとえば時計・宝飾品など製品自体が電磁遮蔽性のある金属を主体に構成されている場合であっても認証用の送信ユニット１を用いることができる。製品自体とこれらの付属品が流通段階では一体として取り扱われるため、認証に問題を生じず、製品自体の材質や形状に対する制限が大幅に緩和される利点があることは言うまでもない。なお、タグプレートや専用ケースなど送信ユニット１を納めようとする部材がプラスチック成形の板状物からなる場合は、図３に示した。平面上にアンテナを折り曲げた形態が特に適合し、プラスチック形成のモールド時に送信ユニット１を鋳込むことがでる。送信ユニット１が小形であるため、鋳込み位置を比較的自由に選べる上、アンテナ１１の指向性が緩和されているため送信ユニット１の位置決め精度を緩和できるため生産性に優れる利点がある。
【００４３】
本発明の送信ユニット１の別の実施例を図１５に示す。本実施例では、アンテナ１１の裏面（半導体チップ１１を搭載しない面）に、フープ材２０の段階でポリイミド膜１７を形成してある。ポリイミド膜１７は耐熱性が高いため、図２に示した半導体チップ１０の搭載工程、ワイヤ１２の接続工程での加熱に耐えうる。この場合アンテナ１１の折り曲げ方向は図１５に示したように、アンテナ１１の裏面側を内側に折り曲げる必要がある。この状態で送信ユニット１１を製造すると、アンテナ１１の折り曲げ部にポリイミド膜が形成されているためアンテナ１１の折り曲げ部でアンテナ１１同士が接触しないため送信が安定する利点がある。
【００４４】
ポリイミド膜１７の形成面をチップ搭載側にすることも、両面とも形成することも可能であるが、この場合は半導体チップ１０の搭載部位とワイヤ１２を接続する部位はポリイミド膜を形成しないようマスクを用いる必要がある。
【００４５】
これとは別に、絶縁膜を図１の形状の送信ユニット１を得た後に、全体に成膜する方法もある。この場合、送信ユニット１は外部との電流の接続を必要とせず、高温で加熱される工程も終了しているため、ウレタン樹脂などの安価な樹脂膜を絶縁膜として用いることができる。なお、この場合は、布製品・革製品などに実装した場合、洗濯などの水濡れによりアンテナ１１が錆を生じるなどの問題を回避することができる利点がある。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば，１つのダイポールアンテナで受信感度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信ユニットの折り曲げ加工前の概略形状を示す斜視図。
【図２】送信ユニットの製造工程を説明する斜視図。
【図３】送信ユニットの概略形状を示す斜視図。
【図４】送信ユニットの折り曲げ加工前の信号到達距離を示すレーダーチャート図。
【図５】送信ユニットの折り曲げ加工後の信号到達距離を示すレーダーチャート図。
【図６】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図７】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図８】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図９】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１０】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１１】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１２】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１３】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１４】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１５】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１６】送信ユニットの搭載例、その他の実施例を示す図。
【図１７】送信ユニットの他の形態を示す図。
【符号の説明】
１・・・送信ユニット、１０・・・半導体チップ、１１・・・アンテナ、１２・・・ワイヤ、１３・・・モールド、１７・・・ポリイミド膜、２０・・・フープ材、２１ａ・・・アンテナ部、２１ｂ・・・アンテナ部、２１ｃ・・・スリット、２１ｄ・２１ｅ・・・スプロケット孔、２１ｆ・・・分離孔、３０・・・受信機、３１・・・暗号化解読ユニット、３２・・・認証情報表示端末、３３・・・情報回線、３５・・・認証局、１００・・・鞄、１０１・・・袋部、１０２・・・ストラップ、１０３・・・取っ手、１０４・・・フラップ部、１０５・・・留め金、１０６・・・芯材、１０９・・・表材、２００・・・化粧品ビン、２０１・・・キャップ、２０２・・・外キャップ、２０３・・・内キャップ、２０４・・・樹脂、２０５・・・角溝、２０６・・・ネジ山

Claims (3)

1. 複数の連なった帯状の金属板であって、その夫々の上に半導体チップを搭載接続し、該半導体チップを樹脂被覆した後、前記金属板を個別に切り離して半導体チップを挟む両側の金属板をアンテナとする送信ユニットを形成した後、前記アンテナの一部を折り曲げることを特徴とする無線認証装置の製造方法。
2. 前記アンテナの折り曲げ方向は、前記半導体チップが搭載された平面内であることを特徴とする請求項１に記載の無線認証装置の製造方法。
3. 前記アンテナの折り曲げ方向は、前記半導体チップが搭載された平面に対して法線方向であることを特徴とする請求項１に記載の無線認証装置の製造方法。

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