JP4036125B2 - 無線認証装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。
- 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。
- 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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