JP4930586B2 - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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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型無線ＩＣタグ等の無線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型無線ＩＣタグ１００は、内部構成を示す図７（ａ）、図７（ａ）のＡ−Ａ'部分における断面図である図７（ｂ）に示すように、基材となる樹脂シート１１５の一方主面上に放射板としてループ状アンテナ１１２が形成され、その開放端部に接続端子１１４が設けられ、その接続端子１１４に無線ＩＣチップ１１１が実装され、接着剤層１５０を介して表面シート１２０で被覆されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２８０３９０号公報
しかし、この無線ＩＣデバイスのように、無線ＩＣチップと放射板とが電気的に導通するように接続されている必要がある場合、接続端子上に高精度に無線ＩＣチップを実装する必要がある。そのため、高精度な実装機が必要となり、製造コストが高くなる。
また、接続端子に対して無線ＩＣチップを実装する位置のずれが大きくなると、無線ＩＣチップと放射板とが電気的に接続されず、無線ＩＣデバイスは機能しなくなる。
さらに、通信距離等の仕様が異なる場合、仕様に応じてアンテナパターンや回路構成等が異なる部品を用いると、製造コストが高くなる。
本発明は、かかる実情に鑑み、実装位置ずれの許容範囲を広くすることができ、製造コストを低減することができる、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）無線ＩＣチップと、（ｂ）前記無線ＩＣチップが配置され、共振回路及び／又は整合回路を有する給電回路が形成され、前記給電回路は一対の放射板と電磁界結合される給電回路基板と、（ｃ）前記給電回路基板が配置されるとともに、前記給電回路と電磁界結合される前記一対の放射板が配置される基材とを備える。前記基材には、所定の通信距離や放射強度に応じて、前記給電回路基板の配置位置の位置決め領域の境界を示す複数の同心状の位置決め用マーカが、前記位置決め用マーカを垂直方向から見ると前記一対の放射板の互いに近接して配置された一端を取り囲むように形成されている。
上記構成において、放射板は、基材そのものに配置されている。
上記構成によれば、給電回路基板に形成された共振回路は放射板と電磁界結合されるので、給電回路基板が放射板に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。給電回路基板は、例えば、放射板が電波を受信して生じる磁界がインダクタンス素子と結合することにより生じる誘導電流を利用することによって無線ＩＣに電源を供給する。
上記構成によれば、所望の通信距離や放射強度に応じて位置決め領域を選択し、対応する位置決め用マーカを用いて適宜な方法で、給電回路基板を基材に実装することができる。例えば、位置決め領域が狭い場合には、実装機を用いて高精度に給電回路基板を基材に実装する。一方、位置決め領域が広い場合には、手作業により給電回路基板を基材に実装する。
複数の要求仕様に対して、給電回路基板を基材に実装する位置を変えるだけで対応することができ、所望の通信距離により所定の実装方法を選択できるので、製造コストの低減を図ることができる。
また、所定の位置決め用マーカの内側に給電回路基板が実装されていれば良品と判定できるため、実装不良の判定を簡単かつ短時間に行うことができる。
好ましくは、前記基材がシート状である。
シート状基材を用いると、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。
好ましくは、前記位置決め用マーカは、同心状の閉図形である。
位置決め用マーカが閉図形であれば、所定の位置決め用マーカ内に給電回路基板が配置されているか否かの判定が容易となり、給電回路基板の実装不良の判定をより短時間で、かつより簡単に行うことができる。
好ましくは、前記給電回路基板と前記基材との間に接着層が配置されており、前記接着層の上面は前記位置決め用マーカの上面と同等もしくはそれ以上に前記基材から離れている。
この場合、平坦な接着層の上面に給電回路基板を配置することで、給電回路基板が位置決め用マーカ上に実装されても、給電回路基板が傾かないようにすることができる。
好ましくは、前記位置決め用マーカは、前記基材の前記給電回路基板が配置される主面上に形成されている。
この場合、給電回路基板を基材に実装する際に接着剤を用いる場合には、所定の位置決め用マーカよりも外側への接着剤のはみ出しを防ぐことができる。
好ましくは、前記基材は、前記給電回路基板が配置される主面に、前記放射板が形成されている。
この場合、基材そのものに放射板が配置されているので、放射板が基材以外に配置されている場合のように基材を放射板に対して所定位置に配置する作業が不要となる。
また、給電回路基板と放射板との間の距離を短くし、効率よく電磁界結合することができるので、小型化が容易である。
なお、放射板は導電性材料で形成されるため、電気的、磁気的な悪影響を防止するため、位置決め用マーカを絶縁性樹脂等の絶縁性材料により形成することが好ましい。
好ましくは、前記基材は、前記給電回路基板が配置される主面と異なる主面に、前記放射板が形成されている。
この場合、基材そのものに放射板が配置されているので、放射板が基材以外に配置されている場合のように基材を放射板に対して所定位置に配置する作業が不要となる。
また、位置決め用マーカと放射板とは基材の異なる主面に形成されるため、位置決め用マーカにも、放射板と同様に導電性材料を用いて形成することができる。この場合には、位置決め用マーカ用に絶縁性樹脂等を用意する必要がなくなり、部材削減によりコスト低減を図ることができる。
本発明によれば、給電回路基板と放射板とを電磁界結合することにより実装位置ずれの許容範囲を広くすることができる。また、要求仕様に応じて選択した位置決め用マーカを用いて給電回路基板を基材に実装することにより、部品の共通化を図り、製造コストを低減することができる。
無線ＩＣデバイス１０の（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。（実施例１） 無線ＩＣデバイス１０の（ａ）平面図、（ｂ）要部拡大平面図である。（実施例２） （ａ）無線ＩＣデバイスの要部平面図、（ｂ）無線ＩＣデバイスの要部断面図、（ｃ）基材の要部平面図である。（実施例３） 電磁結合モジュールの配置を示す要部平面図である。（実施例３） （ａ）無線ＩＣデバイスの要部平面図、（ｂ）無線ＩＣデバイスの要部断面図、（ｃ）基材の要部平面図である。（実施例４） 無線ＩＣデバイスの断面図である。（変形例） 無線ＩＣデバイスの（ａ）内部構成図、（ｂ）断面図である。（従来例）
符号の説明
１０，１０ａ，１０ｂ 無線ＩＣデバイス
１２ 基材
１４，１６ 放射板
２０ 電磁結合モジュール
２２ 給電回路基板
２４ 無線ＩＣチップ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 位置決め用マーカ
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 位置決め用マーカ
３８ 接着層
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に沿って切断した断面図である。
図１に示すように、無線ＩＣデバイス１０は、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。例えば、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。
無線ＩＣデバイス１０は、基材１２の他方主面である下面１２ｂが、図示していないが、放射板が配置されている被貼付部材の所定位置に貼り付けられる。これによって、電磁結合モジュール２０が放射板に対して所定位置に配置される。
なお、電磁結合モジュール２０が放射板に対して所定位置に配置されることによって、無線ＩＣデバイス１０として機能する。
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基材１２の上面１２ａに固定される。
例えば、電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２は多層基板であり、内部又は外部には、インダクタパターン（すなわち、インダクタンス素子）を含む共振回路が形成され、このインダクタパターンと放射板とが電磁界結合している。給電回路基板２２と放射板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を基材１２に固定することができる。
給電回路基板２２は、放射板が電波を受信して発生した磁界を受けてインダクタパターンに生じた誘導電流により、無線ＩＣチップ２４に電力を供給する。すなわち、給電回路基板２２にて受信したエネルギーを無線ＩＣチップ２４とインピーダンスマッチングせさることにより無線ＩＣチップ２４に電力を供給する。
また、給電回路基板２２は、インダクタパターンを介して、無線ＩＣチップ２４と放射板との間において信号を中継する。
基材１２の上面１２ａには、略Ｌ字状の位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃが４つずつ形成されている。位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれ、電磁結合モジュール２０が選択的に配置される複数の位置決め領域の境界を示している。
電磁結合モジュール２０は、所望の通信距離や放射強度に応じて位置決め領域を選択し、対応する位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃにより示される位置決め領域の境界よりも内側に電磁界結合配置する。電磁結合モジュール２０を所定の位置決め領域内に配置することによって、無線ＩＣチップ２４は、所定範囲の利得となる。
図１のように、同心状に配置された位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの中心に電磁結合モジュール２０が配置されている場合、無線ＩＣデバイス１０が不図示の被貼付部材の所定位置に配置されると、給電回路基板２２と放射板との電磁界結合は最も強くなり、通信距離や放射強度は最大となる。この場合には、電磁結合モジュール２０を基材１２に高精度に実装する必要があるので、例えば実装機を用いる。
一方、電磁結合モジュール２０を、位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃの中心から離して配置するほど、給電回路基板２２と放射板との電磁界結合が弱くなり、放射強度が低下し、通信距離が短くなる。通信距離が短くてよいなど、電磁結合モジュール２０を実装すべき位置決め領域が広い場合には、例えば手作業によって電磁結合モジュール２０を実装することができる。
複数の要求仕様に対して、電磁結合モジュール２０の実装範囲の目印として用いる位置決め用マーカ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを選択し、電磁結合モジュール２０を基材１２に実装する位置を変えるだけで対応することができる。仕様ごとに異なる部品を製造する必要はないため、製造コストの低減を図ることができる。
＜実施例２＞ 実施例２の無線ＩＣデバイス１０ａについて、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、無線ＩＣデバイス１０ａの平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）において鎖線Ｂで示した部分の拡大平面図である。
図２に示すように、無線ＩＣデバイス１０ａは、実施例１と同様に、基材１２の上面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。
実施例１と異なり、基材１２は細長く、基材１２の上面１２ａには放射板１４，１６が形成されている。放射板１４，１６は、左右対称に配置され、基材１２の中央付近に放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂ同士が互いに近接して配置され、他端１４ａ，１６ａはそれぞれ基材１２の両端側に配置されている。放射板１４，１６の他端１４ａ，１６ａはループ形状に形成されている。
放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂは矩形に形成され、電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２は、放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂ間を橋渡しするように、一端１４ｂ，１６ｂ上に、例えば接着剤を介して固定され、給電回路基板２２と放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂとが電磁界結合するようになっている。
実施例１と同様に、基材１２の上面１２ａには、電磁結合モジュール２０が選択的に配置される複数の位置決め領域の境界を示す略Ｌ字状の位置決め用マーカ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが４つずつ形成されている。複数の要求仕様に対して、実装範囲の目印として用いる位置決め用マーカ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを選択し、各位置決め用マーカ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの線路を延長、接続することで形成される領域内に、電磁結合モジュール２０を基材１２に実装するだけで対応することができる。仕様ごとに異なる部品を製造する必要はないため、製造コストの低減を図ることができる。
実施例１と異なり、図２（ｂ）に示すように位置決め用マーカ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの中心に電磁結合モジュール２０が実装された場合、放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂは、給電回路基板２２の周囲にはみ出す。すなわち、放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂは、面積に余裕を持たせて形成されている。そのため、電磁結合モジュール２０が位置決め用マーカ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの中心から多少ずれて配置されても放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂと十分に電磁界結合され、一定以上のアンテナ利得を確保することができる。したがって、電磁結合モジュール２０の実装が、実施例１よりも容易になる。
＜実施例３＞ 実施例３の無線ＩＣデバイス１０ｂについて、図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）は、無線ＩＣデバイス１０ｂの要部平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）において線Ｃ−Ｃに沿って切断した要部断面図である。図３（ｃ）は基材の要部平面図である。
図３に示すように、実施例３の無線ＩＣデバイス１０ｂは、実施例２の無線ＩＣデバイス１０ａと同様に、シート状樹脂の基材１２の上面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、矩形に形成されている放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂ付近に電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２が配置される。
実施例２とは異なり、基材１２の上面１２ａには、電磁結合モジュール２０が選択的に配置される複数の位置決め領域の境界を示す位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが１つずつ形成されている。各位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、４辺が矩形に接続されて連続する閉図形に形成されている。
各位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、導電性材料で形成されている放射板１４，１６と交差するため、絶縁性樹脂などの絶縁性材料で形成する。
図３（ａ）に示すように位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの中心に電磁結合モジュール２０が実装された場合、放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂは、給電回路基板２２の周囲にはみ出さない。すなわち、放射板１４，１６の一端１４ｂ，１６ｂは、面積に余裕を持たせずに形成されている。
図４の平面図に示すように、電磁結合モジュール２０は、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを用いて異なる位置に配置することができる。
図４（ａ）に示すように、電磁結合モジュール２０が最も小さい位置決め用マーカ３４ａよりも内側に配置されているときには、一例を挙げると９１０ＭＨｚでの放射利得が１．３ｄＢとなり、特性は良く、通信距離は遠距離となる。
図４（ｂ）に示すように、電磁結合モジュール２０が最も小さい位置決め用マーカ３４ａを越えて外側に配置され、かつ、中間の位置決め用マーカ３４ｂよりも内側に配置されているときには、一例を挙げると９１０ＭＨｚでの放射利得が−３．５ｄＢとなり、特性は中程度となり、通信距離も中距離となる。
図４（ｃ）に示すように、電磁結合モジュール２０が中間の位置決め用マーカ３４ｂを越えて外側に配置され、かつ、最も大きい位置決め用マーカ３４ｃよりも内側に配置されているときには、一例を挙げると９１０ＭＨｚでの放射利得が−１０．０ｄＢとなり、特性が劣り、通信距離は近距離となる。
実施例３の無線ＩＣデバイスは、例えば、無線ＩＣチップ２４内に格納されたデータを読み出すための読出し装置であるリーダとの間隔（通信距離）が長い用途に用いる場合には、実装機を用いて最も小さい位置決め用マーカ３４ａよりも内側に電磁結合モジュール２０を正確に実装する。一方、リーダとの間隔（通信距離）が短い用途に用いる場合には、他の位置決め用マーカ３４ｂ，３４ｃを目印に用い、手作業で電磁結合モジュール２０を実装する。この場合には、実装機を用いる場合よりも実装精度を低くできるため、実装コストを低減することができる。
電磁結合モジュール２０の実装をユーザー側で行うようにすれば、ユーザーの事情に応じて実装方法や実装精度を選択できる。
また、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが閉図形であれば、所定の位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ内に電磁結合モジュール２０が配置されているか否かの判定が容易となり、電磁結合モジュール２０の実装不良の判定をより短時間で、かつより簡単に行うことができる。
また、電磁結合モジュール２０を基材１２に貼り付けるために接着剤を用いる場合には、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが閉図形であるので、接着剤が所定の位置決め用マーカよりも外側にはみ出すのを防止することができる。
＜変形例＞ 図４（ｂ）及び（ｃ）のように、基材表面に形成した位置め用マーカ３４ａ，３４ｂ上に電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２が実装される場合がある。このような場合、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂもある程度の厚みをもって形成されているため、実装位置によって給電回路基板２２が傾いた状態で実装されるなどの不具合が発生する可能性がある。
これを改善するため、図６の断面図に示すように、電磁結合モジュール２０の給電回路基板２２と基材１２とを接着する際に使用する接着層３８の厚みが、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂの厚みと同等もしくはそれ以上となるように形成する。すなわち、給電回路基板２２と基材１２との間に配置される接着層３８の上面３８ｘが、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂの上面３４ｘと同等もしくはそれ以上に、基材１２から離れているように形成する。
これにより、平坦な接着層３８の上面３８ｘに給電回路基板２２を配置することで、給電回路基板２２が位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ上に実装されても、給電回路基板２２が傾かないようにすることができる。
＜実施例４＞ 実施例４の無線ＩＣデバイスについて、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は、無線ＩＣデバイスの要部平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の線Ｄ−Ｄに沿って切断した要部断面図である。図５（ｃ）は基材の要部平面図である。
図５に示すように、実施例４の無線ＩＣデバイスは、実施例３の無線ＩＣデバイス
と同様に、基材１２の上面１２ａに、電磁結合モジュール２０が選択的に配置される複数の位置決め領域の境界を示す閉図形（４辺からなる矩形）の位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが１つずつ形成されている。
実施例３と異なり、放射板１４，１６は、基材１２の下面１２ｂに形成されている。位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃと放射板１４，１６とは、基材１２の異なる面１２ａ，１２ｂにそれぞれ形成されているので、位置決め用マーカ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、放射板１４，１６と同じ導電性材料を用いて形成することができる。この場合には、位置決め用マーカ用に絶縁性樹脂等を用意する必要がなくなり、部材削減によりコスト低減を図ることができる。
＜まとめ＞ 以上に説明したように、給電回路基板は放射板と電磁界結合されるので、給電回路基板が放射板に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、通信距離等の要求仕様に応じて位置決め用マーカを選択し、実装方法を選択することにより、製造コストを低減することができる。
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、実施例１における位置決め用マーカはＬ字状だけではなく円弧状などでもよく、また、実施例３における位置決め用マーカは矩形状だけではなく楕円状などでもよい。
また、給電回路基板の給電回路は、（ａ）インダクタンス素子を含む共振回路とともに、整合回路を有する構成としても、（ｂ）整合回路を有するが、インダクタンス素子を含む共振回路は有しない構成としても、（ｃ）整合回路を有しないが、インダクタンス素子を含む共振回路は有する構成としてもよい。

Claims (5)

  1. 無線ＩＣチップと、
    前記無線ＩＣチップが配置され、共振回路及び／又は整合回路を有する給電回路が形成され、前記給電回路は一対の放射板と電磁界結合される給電回路基板と、
    前記給電回路基板が配置されるとともに、前記給電回路と電磁界結合される前記一対の放射板が配置される基材とを備え、
    前記基材には、所定の通信距離や放射強度に応じて、前記給電回路基板の配置位置の位置決め領域の境界を示す複数の同心状の位置決め用マーカが、前記位置決め用マーカを垂直方向から見ると前記一対の放射板の互いに近接して配置された一端を取り囲むように形成されていることを特徴とする、無線ＩＣデバイス。
  2. 前記基材がシート状であることを特徴とする、請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  3. 前記位置決め用マーカは、前記基材の前記給電回路基板が配置される主面上に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線ＩＣデバイス。
  4. 前記基材は、前記給電回路基板が配置される主面に、前記放射板が形成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。
  5. 前記基材は、前記給電回路基板が配置される主面と異なる主面に、前記放射板が形成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。
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