JP4525859B2 - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

Description

本発明は無線ＩＣデバイスに関し、詳しくは、例えばＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる非接触ＩＣ媒体用モジュール等の無線ＩＣデバイスに関する。

従来、無線ＩＣチップと放射板とを備えた無線ＩＣデバイスが提案されている。

例えば特許文献１に開示された非接触ＩＣ媒体用モジュール（ＲＦ−ＩＤ）は、図７（ａ）の上面図、及び図７（ａ）の線Ａ−Ａ'に沿って切断した断面図である図７（ｂ）に示すように、絶縁基板１０６にループアンテナ１０２と一方の電極１０１とが形成され、他方の電極１０３は、絶縁皮膜を有する導電性ワイヤ１１５により形成されたキャパシタを備え、このキャパシタとループアンテナ１０２とを用いた共振回路にＬＳＩ１０４が接続されている。
特開２００３−３３１２４６号公報

このＲＦ−ＩＤは、ＬＳＩ、共振回路、ループアンテナが全て電気的に導通した状態で使用される。そのため、例えばループアンテナに静電気などの大きな電圧が瞬間的に加わると、共振回路を介してＬＳＩにもその電圧が加わる。この高い電圧が印加されることによりＬＳＩが破壊されると、ＲＦ−ＩＤとして機能しなくなる。

また、各部品を電気的に導通させるためには、全ての部品をその実装電極上に精度よく実装する必要がある。そのため、高精度な実装機が必要になり、ＲＦ−ＩＤのコストが高くなる。

さらに、部品の実装精度が悪くなると、ＲＦ−ＩＤのモジュール特性も悪くなる。

本発明は、かかる実情に鑑み、静電気による破壊や動作不良、機能停止を防ぎ、部品実装精度を緩和しても動作させることができる、無線ＩＣデバイスを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した無線ＩＣデバイスを提供する。

無線ＩＣデバイスは、（ａ）放射板と、（ｂ）インダクタンス素子を含む共振回路を備えた給電回路が形成され、前記給電回路は前記放射板と電磁界結合される、給電回路基板と、（ｃ）前記給電回路基板に配置され、接続用電極を備えた無線ＩＣチップとを備える。前記給電回路基板の表面に実装電極が形成されている。前記無線ＩＣチップは、前記実装電極と容量結合を含む電磁界結合によって結合されている。前記放射板において送受信される信号の周波数は、前記共振回路の共振周波数に実質的に相当する。

上記構成において、例えば無線ＩＣチップと実装電極との間を容量結合により電磁界結合することによって、無線ＩＣチップと給電回路基板との間で、信号の送受信と電源供給を行うことができる。

上記構成によれば、無線ＩＣチップは、給電回路基板や放射板とは電気的に導通していないため、静電気による無線ＩＣチップの破壊や動作不良、機能停止を防ぐことができる。

また、給電回路基板に形成された実装電極は無線ＩＣチップと電磁界結合されるので、無線ＩＣチップと給電回路基板とが電気的に導通される場合よりも、実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。

また、給電回路基板に形成された共振回路と放射板とが電磁界結合されるので、給電回路基板と放射板とが電気的に導通される場合よりも、放射板に対する給電回路基板の実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。

放射板において送受信される信号の周波数は、給電回路基板内の共振回路によって決定され、給電回路基板の共振回路の共振周波数に実質的に相当する。そのため、放射板の形状やサイズ及び給電回路基板と放射板との結合状態などは、信号の共振周波数に実質的に影響を与えないので、無線ＩＣデバイスは、共振回路の設計変更などを必要とすることなく、種々の形状あるいはサイズの放射板と組み合わせることができ、また、給電回路基板と放射板との結合状態が変化したとしても、無線ＩＣデバイスとして機能させることができる。

好ましくは、前記共振回路が整合回路をさらに備える。

この場合、無線ＩＣデバイスと放射板との特性インピーダンスを容易に整合することができる。

好ましくは、前記給電回路基板と前記無線ＩＣチップとの間に配置されている誘電体をさらに備える。

この場合、給電回路基板の実装電極と無線ＩＣチップの端子電極との間に、誘電体を配置することにより、両電極間でキャパシタを形成し、このキャパシタを利用し、無線ＩＣチップと放射板とのインピーダンス整合をとることができる。インピーダンス整合をとるためのキャパシタを給電回路基板内に構成する必要がなくなるので、給電回路基板の小型化、積層数削減等による低背化を図ることができる。

また、無線ＩＣチップを給電回路基板に実装する際に無線ＩＣチップと給電回路基板との間の隙間に充填するアンダーフィル樹脂を無くすこともできる。

より好ましくは、前記誘電体は前記給電回路基板の実装電極と前記無線ＩＣチップの前記接続用電極との間に配置されている。

好ましくは、前記誘電体は、前記無線ＩＣチップの外周に配置され、前記無線ＩＣチップが前記誘電体で被覆される。

この場合、誘電体で無線ＩＣチップを被覆することによって、無線ＩＣチップへの水分等の浸入を防ぐことができる。

好ましくは、前記給電回路基板は、前記無線ＩＣチップが配置されている面が、前記放射板に対向するように配置されて、前記共振回路が前記放射板と電磁界結合される。

この場合、無線ＩＣチップは、放射板と給電回路基板との間に挟み込まれるので、外部からの衝撃等は、放射板又は給電回路基板を介して無線ＩＣチップに加わる。無線ＩＣチップには外部からの衝撃等が直接加わることがないので、無線ＩＣチップの破損や動作不良を防ぐことができる。

好ましくは、前記誘電体の比誘電率が３００以上である。

この場合、無線ＩＣチップと給電回路基板の電極間の距離や電極の面積が実用的な範囲内で、無線ＩＣチップと給電回路基板との間の静電容量を、無線ＩＣチップと給電回路基板との間で送受信が可能となる所定値以上に設定することができ、無線ＩＣデバイスの作製が容易となる。

好ましくは、前記無線ＩＣチップは、使用周波数が３００ＭＨｚ以上である。

静電気は２００ＭＨｚ以下の周波数であるので、無線ＩＣチップの使用周波数が３００ＭＨｚ以上の周波数であれば、無線ＩＣデバイスには、静電気による高周波電流が流れないため、無線ＩＣデバイスが静電気で破壊されることはない。

本発明によれば、給電回路基板と無線ＩＣチップとが電磁界結合されているため、静電気による破壊や動作不良、機能停止を防ぎ、部品実装精度を緩和しても動作させることができる。

無線ＩＣデバイスの（ａ）平面図、（ｂ）要部断面図である。（実施例１） 電磁結合モジュールの分解斜視図である。（実施例１） 電磁結合モジュールの等価回路図である。（実施例１） 無線ＩＣデバイスの要部断面図である。（実施例２） 無線ＩＣデバイスの要部断面図である。（実施例３） 無線ＩＣデバイスの要部断面図である。（実施例４） 無線ＩＣデバイスの（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。（従来例）

符号の説明

１０ 無線ＩＣデバイス
１１ 放射板
１２ 基材
１４，１６ 放射電極パターン
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電磁結合モジュール
２２ 給電回路基板
２２ｐ，２２ｑ インダクタンス素子
２４ 無線ＩＣチップ
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 誘電体

以下、本発明の実施の形態として実施例を図１〜図６を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の無線ＩＣデバイスについて、図１〜図３を参照しながら説明する。図１（ａ）は、無線ＩＣデバイス１０の平面図である。図１（ｂ）は、図（ａ）の線Ａ−Ａに沿って切断した要部断面図である。

図１に示すように、無線ＩＣデバイス１０は、放射板１１の基材１２の一方主面である上面１２ａに、給電回路基板２２と無線ＩＣチップ２４とを含む電磁結合モジュール２０が実装されている。無線ＩＣデバイス１０は、基材１２の他方主面である下面１２ｂに、放射電極パターン１４，１６が形成されている。なお、放射電極パターンは、基材の電磁結合モジュールが実装される側の面と同じ面に形成してもよい。

無線ＩＣデバイス１０は、例えば、放射板１１の基材１２の下面１２ｂ側が不図示の物品に貼り付けて使用される。基材１２にシート状樹脂を用いると、連続的に効率よく製造することができ、小型化も容易である上、湾曲した物品の面にも容易に貼り付けることができる。

電磁結合モジュール２０は、図１（ｂ）に示すように、給電回路基板２２と無線ＩＣチップ２４とが、接着剤等の誘電体２６を介して、電磁界結合されている。

詳しくは、図２の分解斜視図に示すように、電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２と無線ＩＣチップ２４とは、給電回路基板２２に形成された実装電極２２ｓと、無線ＩＣチップ２４に形成された端子電極２４ｓとが対向するように位置を合わせて接合される。このとき、給電回路基板２２の実装電極２２ｓと、無線ＩＣチップ２４の端子電極２４ｓとの間に、接着剤等の誘電体２６が挟まれる。

これにより、図３の等価回路図に示すように、給電回路基板２２の実装電極２２ｓと、無線ＩＣチップ２４の端子電極２４ｓとの間が、誘電体２６による容量を介して接続される。

例えば、誘電体２６に比誘電率が３００以上の接着材料を用いることにより、それぞれの面積が５０μｍ×５０μｍの給電回路基板２２の実装電極２２ｓと無線ＩＣチップ２４の端子電極２４ｓとの間に、５ｐＦ以上の静電容量を形成することができる。

給電回路基板２２の実装電極２２ｓと無線ＩＣチップ２４の端子電極２４ｓとの間の静電容量を大きくするには、（ａ）電極２２ｓ，２４ｓ間の距離を小さく、すなわち誘電体２６を薄く、（ｂ）電極２２ｓ，２４ｓの面積を大きく、すなわち誘電体２６の塗布面積を大きく、（ｃ）誘電体２６の比誘電率を大きくすればよい。誘電体２６の比誘電率が３００以上であれば、電極２２ｓ，２４ｓ間の距離や電極２２ｓ，２４ｓの面積が実用的な範囲内で、電極２２ｓ，２４ｓ間の静電容量を、無線ＩＣチップ２４と給電回路基板２２との間で送受信が可能となる所定値以上に設定することができ、無線ＩＣデバイス１０の作製が容易となる。

電磁結合モジュール２０は、例えば予め給電回路基板２２に無線ＩＣチップ２４が搭載された後、例えば接着剤を用いて放射板１１に固定される。

給電回路基板２２は、所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路を内蔵している。なお、本発明における所定の共振周波数とは、電磁結合モジュール２０が無線ＩＣデバイスとして動作する動作周波数のことを意味する。給電回路は、誘電体２６とともに、放射板１１と無線ＩＣチップ２４との特性インピーダンスを整合する。また、放射板１１は、給電回路基板２２から電磁界結合を介して供給された送信信号を空中に放射し、かつ、受け取った受信信号を電磁界結合を介して給電回路に供給する。

放射板１１において送受信される信号の周波数は、給電回路基板２２内の共振回路によって決定され、給電回路基板２２の共振回路の共振周波数に実質的に相当する。そのため、放射板１１の形状やサイズ及び給電回路基板２２と放射板１１との結合状態などは、信号の共振周波数に実質的に影響を与えないので、無線ＩＣデバイスは、共振回路の設計変更などを必要とすることなく、種々の形状あるいはサイズの放射板１１と組み合わせることができ、また、給電回路基板２２と放射板１１との結合状態が変化したとしても、無線ＩＣデバイスとして機能させることができる。

なお、実装電極と無線ＩＣチップの端子電極との間の静電容量を給電回路内の共振回路の一部として使用しても構わない。これにより、共振回路の設計自由度を増すことができる。

給電回路基板２２には、例えば多層基板あるいはフレキシブル基板を用い、図３に示すように、インダクタンス素子２２ｐ，２２ｑとキャパシタンス素子とを含む共振回路が形成され、このインダクタンス素子２２ｐ，２２ｑと放射板１１の放射電極パターン１４，１６の端子１４ａ，１６ａ（図１参照）とが電磁界結合している。給電回路基板２２と放射板１１とは電気的に導通するように接続されている必要がないので、絶縁性の接着剤を用いて、電磁結合モジュール２０を放射板１１に固定することができる。

無線ＩＣチップ２４は、給電回路基板２２や放射板１１とは電気的に導通していない。そのため、静電気による無線ＩＣチップ２４の機能停止を防ぐことができる。また、無線ＩＣチップ２４は、給電回路基板２２と電磁界結合されるので、無線ＩＣチップ２４が給電回路基板２２とが電気的に導通される場合よりも、実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。さらに、給電回路基板２２と放射板１１とが電磁界結合されるので、給電回路基板２２と放射板１１とが電気的に導通される場合よりも、放射板１１に対する給電回路基板２２の実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。

電磁結合モジュールは、以下の実施例２〜４のように構成してもよい。

＜実施例２＞ 実施例２の無線ＩＣデバイスでは、電磁結合モジュール２０ａが、図４の要部断面図に示すように構成されている。

すなわち、誘電体２６ａは、給電回路基板２２の無線ＩＣチップ２４が配置される側の面２２ａ全体に配置されている。誘電体２６ａは、給電回路基板２２の実装電極２２ｓと無線ＩＣチップ２４の端子電極２４ｓとの間に配置されている部分だけが容量結合するため、容量結合に必要な部分からはみ出してもよい。

誘電体２６ａの面積は、電極２２ｓ，２４ｓ（図２参照）のサイズ（例えば、５０μｍ^２）から無線ＩＣチップ２４のサイズ（例えば、１０００μｍ^２）以上へと大きくなり、誘電体２６ａの形成が容易になる。

誘電体２６ａは、給電回路基板２２との間の空間全体に配置されているので、実施例１のように無線ＩＣチップ２４と給電回路基板２２との間に部分的に誘電体２６が配置されている場合よりも、無線ＩＣチップ２４と給電回路基板２２との接合を強化することができる。

＜実施例３＞ 実施例３の無線ＩＣデバイスでは、電磁結合モジュール２０ｂが、図５の要部断面図に示すように構成されている。

すなわち、無線ＩＣチップ２４の外周に、モールド樹脂等の誘電体２６ｂが配置され、無線ＩＣチップ２４が誘電体２６に被覆された状態で、給電回路基板２２に搭載されている。誘電体２６ｂで無線ＩＣチップ２４を被覆することによって、無線ＩＣチップ２４への水分等の浸入を防ぐことができる。

＜実施例４＞ 実施例４の無線ＩＣデバイスでは、電磁結合モジュール２０ｃが、図６の要部断面図に示すように構成されている。

すなわち、電磁結合モジュール２０ｃは、図５に示した実施例３の電磁結合モジュール２０ｂと同様に、無線ＩＣチップ２４の外周に、モールド樹脂等の誘電体２６ｃが配置され、無線ＩＣチップ２４が誘電体２６ｃに被覆されている。

電磁結合モジュール２０ｃは、放射板１１に実装される向きが実施例３とは異なる。すなわち、給電回路基板２２は、無線ＩＣチップ２４が実装されている面２２ａが、放射板１１に対向するように配置されている。

放射板１１と給電回路基板２２とは離れているが、電磁界結合（電界のみ、磁界のみ、あるいは電界と磁界の両方を介して結合）されている。例えば、給電回路基板２２は、多層基板やフレキシブル基板を用いて内部又は外部にインダクタンス素子が形成され、このインダクタンス素子と放射板１１とで発生する磁界が結合するように構成されている。

給電回路基板２２は、無線ＩＣチップ２４からはみ出した部分が、放射板１１に直接対向しているため、このはみ出し部分に前述したインダクタンス素子の配線電極を形成すると、放射板１１との電磁界結合を容易に行うことができる。

もっとも、無線ＩＣチップ２４はシリコン基板等に形成された誘電体であり、電磁波が通過できるため、給電回路基板２２の無線ＩＣチップ２４と重なる部分にインダクタンス素子を形成してもよい。

無線ＩＣチップ２４は、放射板１１と給電回路基板２２との間に挟み込まれるので、外部からの衝撃等は、放射板１１、給電回路基板２２及び樹脂２６ｃを介して無線ＩＣチップ２４に加わる。無線ＩＣチップ２４には外部からの衝撃等が直接加わることがないので、無線ＩＣチップ２４の破損や動作不良を防ぐことができる。

＜まとめ＞ 以上に説明した無線ＩＣデバイスは、放射板と給電回路基板との間、及び給電回路基板と無線ＩＣチップとの間が電磁界結合されており、それぞれの間が電気的に導通されていないので、静電気による高い電圧が無線ＩＣチップに印加されるのを防ぎ、静電気による破壊や動作不良、機能停止を防ぐことができる。

また、給電回路基板は無線ＩＣチップと電磁界結合されるので、給電回路基板と無線ＩＣチップとが電気的に導通される場合よりも、給電回路基板に対する無線ＩＣチップの実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。また、給電回路基板は放射板と電磁界結合されるので、給電回路基板と放射板とが電気的に導通される場合よりも、実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。したがって、無線ＩＣデバイスは、部品実装精度を緩和しても動作させることができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、給電回路基板の給電回路が共振回路に加えて整合回路を備えるようにしてもよい。この場合、無線ＩＣデバイスと放射板との特性インピーダンスを容易に整合することができる。

Claims (7)

1. 放射板と、
   インダクタンス素子を含む共振回路を備えた給電回路が形成され、前記給電回路は前記放射板と電磁界結合される、給電回路基板と、
   前記給電回路基板に配置され、接続用電極を備えた無線ＩＣチップと、
   を備え、
   前記給電回路基板の表面に実装電極が形成され、
   前記無線ＩＣチップは、前記実装電極と容量結合を含む電磁界結合によって結合され、前記放射板において送受信される信号の周波数は、前記共振回路の共振周波数に実質的に相当し、
   前記共振回路が整合回路をさらに備えたことを特徴とする無線ＩＣデバイス。
2. 前記給電回路基板と前記無線ＩＣチップとの間に配置されている誘電体をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
3. 前記誘電体は前記給電回路基板の実装電極と前記無線ＩＣチップの前記接続用電極との間に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の無線ＩＣデバイス。
4. 前記誘電体は、前記無線ＩＣチップの外周に配置され、前記無線ＩＣチップが前記誘電体で被覆されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
5. 前記給電回路基板は、前記無線ＩＣチップが配置されている面が、前記放射板に対向するように配置されて、前記共振回路が前記放射板と電磁界結合されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
6. 前記誘電体の比誘電率が３００以上であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。
7. 前記無線ＩＣチップは、使用周波数が３００ＭＨｚ以上であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の無線ＩＣデバイス。

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