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JP2010016886A - 無線ｉｃデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】金属物品の作製コストを低減し、金属物品を放射体として用いる無線ＩＣデバイスを構成する。
【解決手段】リーダ・ライタからの信号を受ける面とは反対面側に無線ＩＣデバイス主要部６を設ける。無線ＩＣデバイス主要部６は、絶縁性基板にループ状電極７と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。リーダ・ライタからの信号（磁界Ｈｏ）により、金属物品６０の導体主面の全体にうず電流Ｊが発生し、このうず電流Ｊにより導体主面に垂直な方向に磁界Ｈｉが発生する。そして、ループ状電極７は磁界Ｈｉと結合する。このことにより、無線ＩＣデバイス主要部６とは反対の主面からの信号に対してもＲＦ−ＩＤとして機能する。これにより、金属物品の作製コストが低減し、金属物品を放射体として用いる無線ＩＣデバイスが構成できる。
【選択図】図２４

Description

本発明は、電磁波により非接触でデータ通信を行うＲＦＩＤ（RadioFrequency Identification）システムに適用する無線ＩＣデバイスに関する。
近年、物品の管理システムとして、誘導電磁界を発生するリーダ・ライタと物品に付された所定の情報を記憶した無線ＩＣデバイスとで非接触通信をし、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが利用されている。
図１はその特許文献１に示されているＩＣタグラベルを装着した金属物品の例を示す外観斜視図である。
ＩＣタグラベル１０２は四角形の薄いフィルム状をなし、その中央にＩＣチップ１０２ａが配置され、外側周辺にはアンテナ１０２ｂが薄膜で形成されている。このＩＣタグ１０２を金属物品１０１の頭部１０１ａに設けている凹部１０５ａに浮かせて収納するためにＩＣタグ１０２は非金属性プレート１０３の裏面に固定している。この非金属性プレート１０３を凹部１０５ａ内に嵌合して固定する。また、この頭部１０１ａには切欠部１０６を形成している。
上記構造にすることにより、ＩＣタグ１０２内のアンテナ１０２ｂで発生する磁界を、切欠部１０６、金属物品１０１の外部、非金属性プレート１０３を通ってアンテナ１０２ｂに戻るループ状にすることができる。
これによって、ＩＣタグ付き金属物品が構成されている。
特開２００３−６５９９号公報
しかしながら、上記特許文献１のＩＣタグやそれを設けた金属物品では、以下のような問題がある。
（１）凹部や切欠部等、複雑な構造を作る必要があり、工程が長くなること、余分な部材が必要なことにより金属物品の作製コストが高くなる。
（２）凹部を閉鎖するプレートは非金属性であるため、金属物品とは異なる材料を用意する必要があり、工程が長くなることおよび余分な材料が必要なことにより金属製構造物の作製コストが高くなる。また、金属物品との固着部分において、熱膨張係数の差による応用歪みが発生するため、クラックの発生や、破壊の可能性もある。
（３）ＩＣタグとして動作するためのアンテナパターンが必要になる。
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解消して、金属物品の作製コストを低減し、金属物品を放射体として用いる無線ＩＣデバイスを提供することにある。
前記課題を解決するために、この発明の無線ＩＣデバイスは次のように構成する。
（１）無線ＩＣと該無線ＩＣに導通あるいは電磁界結合する給電回路基板とからなる電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップである、高周波デバイスと、
放射体として作用する放射電極と、
前記高周波デバイスおよび前記放射電極に結合し、ループ面が前記放射電極の面に対して垂直または傾斜関係にあるループ状電極と、
を備え、
前記ループ状電極が、前記放射電極の領域内に近接配置されていることを特徴とする。
（２）前記ループ状電極は、例えば絶縁層を介して前記放射電極と電磁界結合させる。
（３）前記ループ状電極は、例えば前記放射電極に対して電気的に直接導通し、前記放射電極の一部をループ状電極に兼用させる。
（４）前記高周波デバイスの実装部と前記ループ状電極との間には、前記高周波デバイスと前記ループ状電極とを直接導通させる整合回路を備えてもよい。
（５）前記給電回路基板内には共振回路および／または整合回路を備えてもよい。
（６）例えば、前記共振回路の共振周波数は、前記放射電極により送受信される信号の周波数に実質的に相当するものとする。
（７）前記高周波デバイスまたは前記ループ状電極を例えば樹脂により被覆する。
（８）前記高周波デバイスおよび前記ループ状電極を例えば前記放射電極に樹脂でモールドする。
（９）前記放射電極は導電層を含む例えば円柱状の金属物品とする。
（１０）前記放射電極は例えば電子機器内の回路基板に形成された電極パターンとする。
（１１）前記放射電極は例えば電子機器内のコンポーネントに設けられた金属板とする。
（１２）前記ループ状電極は、例えば前記放射電極の外部の電磁波送受信面とは反対面側に配置する。
（１３）前記ループ状電極は、例えば前記放射電極または当該放射電極を含む導体面で覆われたものとする。
（１）放射電極と垂直または傾斜関係にあるループ状電極が、放射電極の領域内に設けられているので、磁界Ｈが放射板の表面に対して平行に発生したときに、放射板の面に対してほぼ垂直に電界Ｅが誘起され、この電界ループによって磁界ループを誘起し、その連鎖により電磁界分布が広がる。
また、金属物品の全体または一部を放射体として利用できるため、放射特性を向上させることができる。
さらに、電磁結合モジュールを用いることにより、無線ＩＣチップと放射電極とのインピーダンス整合を給電回路基板内で設計できるため、設計自由度が向上する。
この発明に係るループ状電極を放射電極に対して垂直にしたときに放射電極とループ状電極とが最も結合するが、ループ状電極のループ面が放射電極の面に対して斜めに傾斜しても結合量が小さくなるものの両者は結合する。そのため、放射電極に対するループ状電極の配置関係の自由度が高い。
（２）高周波デバイスと結合し、且つ放射電極と絶縁層を介して電磁界結合するループ状電極を備えることによって、高周波デバイスとループ状電極とを容易に整合させることができ、且つループ状電極と放射電極とが直流的に絶縁されているので静電気に対する耐性が高い。
（３）高周波デバイスと結合し、且つ放射電極と電気的に直接導通し、放射電極の一部をループ状電極に兼用したことによって、高周波デバイスとループ状電極とを容易に整合させることができ、且つループ状電極が放射電極と強く結合するので高利得化が図れる。
（４）高周波デバイスを実装する実装部とループ状電極との間に整合回路を備えることにより、整合回路を放射電極と高周波デバイスとのインピーダンス整合用インダクタとして利用することができ、無線ＩＣデバイスとしてのインピーダンス整合設計の設計自由度が高まり、その設計も容易になる。
（５）前記給電回路基板内に共振回路を設けることによって、周波数の選択性が高まり、自己共振周波数により無線ＩＣデバイスの動作周波数をほぼ決定することができる。それに伴い、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。これにより無線ＩＣデバイスの放射特性を向上させることができる。
また、前記給電回路基板内に整合回路を設けることによって、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。
（６）前記共振回路の共振周波数を前記放射電極により送受信される信号の周波数に実質的に合わせることにより、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。また、放射用電極は単に給電回路部と結合して、必要な利得に応じた大きさを備えていればよく、使用する周波数に応じて放射電極の形状や材質を限定する必要がなく、どのような物品にも対応することができる。
（７）高周波デバイスまたはループ状電極を樹脂により被覆したことによって、電磁結合モジュールを金属物品に直接取り付けることができ、設計自由度が向上する。
（８）高周波デバイスおよびループ状電極を放射電極に樹脂でモールドしたことによって、電磁結合モジュールの被覆工程と金属物品への接着を同時に行うことができ、工程の短縮が図れ、低コスト化が可能になる。
（９）導電層を含む円柱状の金属物品に成形した物品を放射電極とすることによって、金属物品をそのまま利用でき、且つ物品のほぼ全体が放射体として作用するので、複数の物品が重なっていても、各物品のＩＤを読み取ることが可能となる。
（１０）電子機器内の回路基板に形成された電極パターンを放射電極とすることによって、電子機器に備える回路基板をそのまま利用でき、且つ高周波デバイスの実装が容易となる。
（１１）電子機器内の例えば、液晶表示パネル等のコンポーネントに設けられた金属板を放射電極とすることによって、電子機器内に設けられるコンポーネントをそのまま利用することができ、大型化・コストアップすることもない。
（１２）前記ループ状電極を、前記放射電極の外部の電磁波送受信面、すなわち高周波デバイスの設置面とは反対面側に配置することによって、物品の内部に無線ＩＣデバイスを設けることができ、無線ＩＣデバイスが放射電極で保護され、その耐久性が増す。
（１３）前記ループ状電極を、前記放射電極または当該放射電極を含む導体面で覆うことにより 無線ＩＣデバイスの耐久性が増し、耐環境性が高まる。
特許文献１に示されている無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図２に示した無線ＩＣデバイスの主要部の拡大図である。 図２に示した金属物品表面の無線ＩＣデバイス付近の電磁界分布を示す概略図である。 第２の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図６に示した物品の無線ＩＣデバイスの主要部の拡大図である。 第４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図８に示した無線ＩＣデバイスの主要部の拡大図である。 第５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図１０に示した無線ＩＣデバイス主要部の拡大図である。 第６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図１２に示した物品の無線ＩＣデバイス主要部の拡大図である。 無線ＩＣデバイスの電磁結合モジュールの外観斜視図である。 給電回路基板の内部の構成を示す分解図である。 給電回路基板の等価回路図である。 第７の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの電磁結合モジュールの構成を示す図である。 図１７に示した電磁結合モジュールの主要部の断面図である。 第８の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの電磁結合モジュールの構成を示す図である。 第９の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの給電回路基板の分解斜視図である。 図２０に示した無線ＩＣデバイスの主要部の等価回路図である。 第１０の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた物品の構成を示す図である。 図２２に示した無線ＩＣデバイスを備えたノート型パソコン内部の回路基板の主要部の断面図である。 第１１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第１２の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第１３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第１４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第１５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。 第１６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
１…電磁結合モジュール
４…給電回路基板
５…ＩＣチップ
６…無線ＩＣデバイス主要部
７…ループ状電極
８…インピーダンス整合部
９，９ａ，９ｂ…金属リボン部
１０…基材
１１…整合回路
１５…回路基板
１６…電極パターン
１７，１８…電子部品
２０…インダクタ電極
２１…モールド樹脂
２５…キャパシタ電極
３０…ループ状電極
３５ａ〜３５ｄ…無線ＩＣチップ実装用ランド
４０…給電回路基板
４１Ａ〜４１Ｈ…誘電体層
４２ａ…ビアホール
４５ａ，４５ｂ…インダクタ電極
４６，４７…インダクタ電極
５１…キャパシタ電極
５３〜５７…キャパシタ電極
６０〜６４，７０…金属物品
６５…絶縁性シート
６６，６７，６８，６９…無線ＩＣデバイス主要部
７１，７２，７３…ループ状電極部
８１〜８６…金属ケース
８７，８８…金属トレイ
９１，９２…パッキン
９３…ヒンジ
９４…突起部
９５…隙間
９６…リム
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２…インダクタ
Ｅ…電界
Ｈ…磁界
《第１の実施形態》
図２は、第１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた金属物品の外観斜視図である。金属物品６０は、少なくとも表面または表面付近が金属である金属物品である。
この金属物品６０の所定の面に対して無線ＩＣデバイス主要部６を設けている。符号６を無線ＩＣデバイスと呼ばないのは、この符号６部分だけで無線ＩＣデバイスを構成しているのではなく、金属物品６０の金属面の一部を含めて無線ＩＣデバイスとして作用させているからである。
図３は無線ＩＣデバイス主要部を拡大した図である。無線ＩＣデバイス主要部６は、絶縁性基板にループ状電極７と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。この無線ＩＣデバイス主要部６は、ループ状電極７のループ面が金属物品６０に対してほぼ垂直に向くように配置している。
なお、ループ状電極７を形成した無線ＩＣデバイス主要部６は、絶縁性接着剤等により金属物品６０に貼着している。
図４は、ループ状電極７を送信用補助放射体として作用させた場合の金属物品６０に生じる電磁界分布の例を概略的に示すものである。図中破線は、磁界Ｈのループ、実線は電界Ｅのループをそれぞれ示している。ループ状電極７は磁界用補助放射体として作用し、ループ状電極７によって磁界Ｈは金属物品６０の表面に対して平行に発生し、金属物品６０の面に対してほぼ垂直に電界Ｅを誘起し、この電界ループによって磁界ループを誘起し、その連鎖により電磁界分布が広がる。
上述の例ではループ状電極７を送信用補助放射体として説明したが、これが受信用補助放射体として作用する場合にも同様に作用して高利得が得られる。
なお、図３に示した電磁結合モジュール１は、後述する無線ＩＣチップと給電回路基板とからなる。無線ＩＣチップと給電回路基板は、電気的に導通するように接続しても、電磁界的に結合するようにしても構わない。電磁界結合させる場合は、両者の接続電極間に誘電体薄膜等で容量を形成する。無線ＩＣチップと、給電回路基板と、を容量で結合させることにより、無線ＩＣチップの静電気による破壊を防ぐことができる。
また、給電回路基板を用いる場合には、給電回路基板の電極をループ状電極７の両端に電磁界結合させる。または電磁結合モジュール１は単体の無線ＩＣチップに置換してもよい。いずれの場合でも、ループ状電極７は金属物品６０から直流的には分離されているので、この無線ＩＣデバイスは静電気に対する耐性が高いという効果をもつ。
また、ループ状電極７は、電磁結合モジュール１の入出力端子間を結合するように配置されているものであれば、どのような形状であってもよい。
因みに、金属物品の表面の電界は金属物品の表面に対して垂直に立つので、ループ状電極７のループ面が金属物品６０の面に対して垂直から傾くと、ループ状電極７による磁界から誘起される電界の強度が低下するので、アンテナの利得は低下する。そのため、ループ状電極７のループ面は金属物品６０に対してほぼ垂直に向ける程高利得が得られるが、ループ状電極７のループ面が金属物品６０の面に対して斜めに傾斜していても、金属物品６０は放射体として作用するため、必要に応じてループ状電極７のループ面を傾斜させてもよい。
なお、ループ状電極７を金属物品６０に対してほぼ垂直に配置するために、金属物品６０の表面に給電回路基板の先端部を挿入するような凹部を形成しても構わない。その場合、凹部の内部に絶縁性接着剤等の絶縁材料を配置してもよい。
また、第１の実施形態においては、ループ状電極７を金属物品６０の表面に直接貼付しているが、例えば金属箔または金属板等の上にループ状電極７を貼付し、その金属箔または金属板を金属物品６０に貼付してもよい。
《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係る２つの無線ＩＣデバイスの構成を示す図である。この第２の実施形態は、高周波デバイスの実装部とループ状電極との間に、高周波デバイスとループ状電極とを直接導通させる整合回路を備えたものである。
図５（Ａ）において、金属物品７０は、少なくとも表面または表面付近が金属である金属物品である。そして、この金属物品７０に対して、ループ状電極７３のループ面がほぼ垂直に向いて配置されることで、金属物品７０が放射体として作用する。
無線ＩＣデバイス主要部６９の内部には、ミアンダ状の電極からなる整合回路１１および、高周波デバイス（電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップ）の実装部である金属リボン部９ａ，９ｂを形成している。
このように、整合回路１１による整合回路を設けたことにより、金属リボン部９ａ，９ｂに無線ＩＣチップを直接実装することができる。なお、無線ＩＣチップをループ状電極に直接実装した場合は、整合回路１１を含むループ状電極により無線ＩＣデバイスの動作周波数を実質的に決定している。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）で示した無線ＩＣデバイス主要部６９の金属リボン部９ａ，９ｂに対して、電磁結合モジュール１を実装した状態を示している。整合回路１１および電磁結合モジュールの実装部である金属リボン部９ａ，９ｂ、ループ状電極７３の構成は図５（Ａ）と同様である。
このような構成により、ループ状電極７３は磁界用補助放射体として作用し、金属物品７０と結合し、図４に示したものと同様の作用により、金属物品７０が放射体として作用する。
なお、図５の金属物品７０は、例えば、携帯電話端末内部の回路基板上に形成したベタ電極であってもよい。
《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスおよびそれを備えた金属物品の外観斜視図である。金属物品６１は、少なくとも表面または表面付近が金属である金属物品である。
図３に示した例では、無線ＩＣデバイス主要部６の基板にループ状電極の全体を設けたが、この図６に示す例では、無線ＩＣデバイス主要部６６の基板にループ状電極の一部であるループ状電極部７１を設け、金属物品６１の一部をループ状電極の一部に兼用している。
図７は図６に示した無線ＩＣデバイス主要部６６の拡大図である。無線ＩＣデバイス主要部６６は、基板にループ状電極部７１，７１と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。この電磁結合モジュール１の構成については図３に示したものと同様である。ループ状電極部７１，７１は、ループ状電極の一部を構成し、金属物品６１の表面の一部をループ状電極の一部に兼用している。すなわち、ループ状電極部７１，７１と金属物品６１の表面とによって、図中Ｌで示すようにループ状電極を構成している。
このような構成であっても、ループ状電極部７１，７１と金属物品６１の表面とによるループ状電極は磁界用補助放射体として作用し、金属物品６１と結合して、図４に示したものと同様の作用により、金属物品６１の表面が放射体として作用する。
《第４の実施形態》
図８は第４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスを備えた金属物品の外観図である。金属物品６２は例えば円柱状の金属製の缶である。図２・図６に示した例では金属物品は多面体状であったが、この図８に示す例では、金属物品６２は円柱状であり、その側面に無線ＩＣデバイス主要部６７を取り付けている。
図９は、図８に示した無線ＩＣデバイス主要部６７の実装部分の拡大図である。無線ＩＣデバイス主要部６７は、ループ状電極部７２，７２と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。図７に示した例では基板にループ状電極部７１，７１を形成したが、この図９の例では金属板によりループ状電極部７２，７２を形成している。電磁結合モジュール１の構成は図３または図７で示したものと同様である。
このような構成であっても、ループ状電極部７２，７２と金属物品６２の表面とによるループ状電極は磁界用補助放射体として作用し、金属物品６２と結合して、図４に示したものと同様の作用により、金属物品６２の表面が放射体として作用する。
なお、導電部が放射体として作用する物品であれば、それらが多数重なっている場合には、上記電界と磁界の誘起は物品間でも連鎖して拡がっていく。そのため、多数の物品が重なっていても（寧ろ重なっている方が）、高利得な無線ＩＣデバイスとして作用する。例えば、本願発明を適用した缶入り清涼飲料水の山の一部に対して、リーダ・ライタのアンテナを近接させた状態で、その山となっている全ての缶入り清涼飲料水のＩＤを読み取ることができる。
また、紙製の容器であっても、アルミニウム等の導電層を含むものであれば、その導電層が放射体として作用する。
《第５の実施形態》
図１０は、第５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスを備えた金属物品の外観図である。金属物品６３は例えば円柱状の金属製の缶である。図８に示した例では、金属物品６２の側面に電磁結合モジュール１を配置したが、この図１０に示した例では、金属物品６３の一部に金属リボン部９，９を設け、その金属リボン部９，９に電磁結合モジュール１を配置している。この電磁結合モジュール１および金属リボン部９，９の周囲には樹脂等の絶縁物を被覆またはモールドしてもよい。
図１１は図１０に示した電磁結合モジュール１の実装部分の拡大図である。金属物品６３の一部に設けている金属リボン部９および金属物品６３の一部が図中Ｌで示すようにループ状電極として作用する。
このような構成であっても、金属リボン部９および金属物品６３の一部が磁界用補助放射体として作用し、金属物品６３と結合して、図４に示したものと同様の作用により、金属物品６３が放射体として作用する。
《第６の実施形態》
図１２は、第６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスを備えた金属物品の外観図である。この金属物品６４の表面には無線ＩＣデバイス主要部６８を備えている。
図１３は、この無線ＩＣデバイス主要部６８の拡大図である。無線ＩＣデバイス主要部６８は全体の形状が所謂タックインデックス形状をなし、絶縁性シート６５の内面には粘着層を備えていて、絶縁性シート６５でループ状電極７および電磁結合モジュール１を挟みこんでいる。ループ状電極７および電磁結合モジュール１の構成は図３に示したものと同様である。
そして、ループ状電極７が図１２に示した金属物品６４の面に対して垂直に向くように丁度タックインデックスを貼り付けるようにして取り付ける。
このような構成であっても、ループ状電極７は磁界用補助放射体として作用し、金属物品６４と結合して、図４に示したものと同様の作用により、金属物品６４の表面が放射体として作用する。
なお、金属物品に沿ったループをループ状電極７として作用させたが、他の実施例で示した通り、金属物品６４をループ状電極の一部として作用させるとともに金属物品６４を放射体として作用させてもよい。
《第７の実施形態》
図１４は第７の実施形態に係る、無線ＩＣデバイスに用いる電磁結合モジュール１の外観斜視図である。この電磁結合モジュール１は他の実施形態における各無線ＩＣデバイスに適用できるものである。この電磁結合モジュール１は無線ＩＣチップ５と給電回路基板４とで構成している。給電回路基板４は、放射体として作用する金属物品と無線ＩＣチップ５との間のインピーダンス整合をとるとともに共振回路として作用する。
図１５は給電回路基板４の内部の構成を示す分解図である。この給電回路基板４は、それぞれに電極パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる多層基板で構成している。最上層の誘電体層４１Ａには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ〜３５ｄを形成している。誘電体層４１Ｂには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂと導通するキャパシタ電極５１を形成している。誘電体層４１Ｃにはキャパシタ電極５１との間でキャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極５３を形成している。誘電体層４１Ｄ〜４１Ｈにはインダクタ電極４５ａ、４５ｂをそれぞれ形成している。これらの複数層に亘って形成したインダクタ電極４５ａ、４５ｂは全体として２重のスパイラル状をなし、互いに強く誘電結合するインダクタＬ１、Ｌ２を構成している。また、誘電体層４１ＦにはインダクタＬ１と導通するキャパシタ電極５４を形成している。キャパシタ電極５４はこの２つのキャパシタ電極５３、５５の間で挟まれてキャパシタ電極５５を形成している。各誘電体層の電極間にはビアホール４２ａ〜４２ｉで導通させている。
図１６は図１５に示した給電回路基板４およびループ状電極を含めた等価回路図である。図１６において、キャパシタＣ１は図１５に示したキャパシタ電極５１〜５３間に生じる容量、キャパシタＣ２は図１５に示したキャパシタ電極５４と５３、５５との間に生じる容量、インダクタＬ１，Ｌ２は図１５に示したインダクタ電極４５ａ、４５ｂによるものである。
キャパシタ電極５５はループ状電極（図３に示した例ではループ状電極７）の一方の端部に対して平行に対向していて、その間で容量を構成する。また、インダクタ電極Ｌ１，Ｌ２はループ状電極７の他方の端部と電磁界結合する。
給電回路基板４においては、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２とその浮遊容量とで構成される共振回路にて共振周波数が決定される。放射電極から放射される信号の周波数は、共振回路の自己共振周波数によって実質的に決まる。
給電回路基板４上に前記無線ＩＣチップ５を搭載してなる電磁結合モジュール１は、図示しないリーダ・ライタから放射される高周波信号（例えばＵＨＦ周波数帯）を放射電極を介して受信し、給電回路基板４内の共振回路を共振させ、所定の周波数帯の受信信号のみを無線ＩＣチップ５に供給する。一方、この受信信号から所定のエネルギーを取り出し、このエネルギーを駆動源として無線ＩＣチップ５にメモリされている情報を、共振回路にて所定の周波数に整合させた後、放射電極に伝え、この放射電極からリーダ・ライタに送信・転送される。
このように、給電回路基板内に共振回路を設けることによって、周波数の選択性が高まり、自己共振周波数により無線ＩＣデバイスの動作周波数をほぼ決定することができる。それに伴い、ＲＦＩＤシステムで用いる周波数の信号のエネルギーの授受（送受信）を高効率のもとで行うことができる。また、放射体の形状やサイズを考慮して最適な共振周波数に設定することができ、これにより無線ＩＣデバイスの放射特性を向上させることができる。
《第８の実施形態》
図１７は、第８の実施形態に係る無線ＩＣデバイスで用いる電磁結合モジュールの構成を示す図である。図１７において基材１０の内層には、ループ状電極３０を形成している。この開放した２つの端部３０ａ，３０ｂの上部に絶縁層を介してインダクタ電極２０およびキャパシタ電極２５を形成している。インダクタ電極２０はスパイラル状であり、その内側の端部は後述するようにキャパシタ電極２５に接続している。
このインダクタ電極２０とキャパシタ電極２５の端部には図中の拡大図に示す通り、無線ＩＣチップ５を搭載している。すなわちインダクタ電極２０の端部に無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ、キャパシタ電極２５の端部に無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂをそれぞれ形成し、さらに無線ＩＣ実装用ランド３５ｃ、３５ｄを形成して無線ＩＣチップ５を搭載している。
図１８は図１７におけるII−II部分の断面図である。図１８において、ワイヤ２１はインダクタ電極２０とキャパシタ電極２５とを接続している。
また、第８の実施形態の変形例として、図１９のように、インピーダンス整合部８，８を介して、無線ＩＣチップ５とループ状電極３０とを導通させてもよい。
なお、インピーダンス整合部８，８をセラミック等の多層基板やガラスエポキシ基板等を用いて別に作製し、それをループ状電極３０に対して導電性接着剤で貼着し導通させてもよい。
《第９の実施形態》
図２０は第９の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの給電回路基板４０の分解斜視図である。また、図２１はその等価回路図である。
給電回路基板４０は、それぞれに電極パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる多層基板で構成している。最上層の誘電体層４１Ａには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ａ〜３５ｄを形成している。誘電体層４１Ｂには無線ＩＣチップ実装用ランド３５ｂと導通するキャパシタ電極５１を形成している。誘電体層４１Ｃにはキャパシタ電極５１との間でキャパシタＣ１を構成するキャパシタ電極５３を形成している。誘電体層４１Ｄ〜４１Ｈにはインダクタ電極４５ａ、４５ｂは全体として２重のスパイラル状をなすインダクタＬ１を構成している。
また誘電体層４１ＦにはインダクタＬ１と導通するキャパシタ電極５４を形成している。キャパシタ電極５４はこの２つのキャパシタ電極５３、５５（５６）の間で挟まれてキャパシタを構成する。また誘電体層４１Ｈにはキャパシタ電極５３と導通するキャパシタ電極５５を形成している。
誘電体層４１Ｊ〜４１Ｎにはそれぞれインダクタ電極４６、４７を形成している。このインダクタ電極４６、４７によって複数回巻回したループ状電極Ｌ２を構成している。各誘電体層の電極間はビアホール４２ａ〜４２ｍで導通させている。
すなわちこの給電回路基板４０は丁度図１５に示した給電回路基板４にループ状電極を含めて構成したものである。
図２１においてキャパシタＣ１は図２０に示したキャパシタ電極５１−５３間に生じる容量、キャパシタＣ２は図２０に示したキャパシタ電極５４と５３，５５との間に生じる容量、インダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂはそれぞれ図２０に示したインダクタ電極４５ａ，４５ｂによるものであり、インダクタＬ２は図２０に示したインダクタ電極４６，４７によるものである。
《第１０の実施形態》
図２２は無線ＩＣデバイスを備えたノート型パソコンの外観斜視図であり、図２３はその内部の回路基板の主要部の断面図である。ノート型パソコン内の回路基板１５には電子部品１７、１８と共に無線ＩＣデバイス主要部６を回路基板１５に対してほぼ垂直に実装している。回路基板１５の上面には電極パターン１６を形成している。この電極パターン１６は無線ＩＣデバイス主要部６と結合して放射体として作用する。
また、その他の例として、図２２に示したノート型パソコンの内部のコンポーネント（例えば液晶パネル）の背面に設けられている金属パネルに無線ＩＣデバイスを構成してもよい、すなわち、第１〜第１０の実施形態で示した無線ＩＣデバイスを適用して上記金属パネルを放射体として作用させるようにしてもよい。
なお、以上に示した各実施形態以外にも金属体である物品であれば同様に適用できる。例えば、金庫、コンテナにも適用できる。
《第１１の実施形態》
図２４は、第１１の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
第１の実施形態で図２に示した例では、リーダ・ライタから信号を受ける面（金属物品６０の外部の電磁波送受信面）に無線ＩＣデバイス主要部６を設けたが、第１１の実施形態は、リーダ・ライタから信号を受ける面とは反対面側に無線ＩＣデバイス主要部６を設けたものである。
無線ＩＣデバイス主要部６は、第１の実施形態の場合と同様に、絶縁性基板にループ状電極７と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。
この構成によれば、リーダ・ライタからの信号（磁界Ｈｏ）により、金属物品６０の導体主面の全体にうず電流Ｊが発生し、このうず電流Ｊにより導体主面に垂直な方向に磁界Ｈｉが発生する。そして、ループ状電極７は磁界Ｈｉと結合する。このことにより、無線ＩＣデバイス主要部６とは反対の主面からの信号に対してもＲＦ−ＩＤとして機能させることができる。
なお、無線ＩＣデバイス主要部６を設ける物品は金属物品に限らず、例えばカーボン等の導電性材料による面を備えていれば同様に適用できる。
また、ループ状電極７は導体面に接していてもよいし、離れていてもよい。
《第１２の実施形態》
図２５は、第１２の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
第１の実施形態で図２に示した例では、金属物品６０の表面（外面）に無線ＩＣデバイス主要部６を設けたが、第１２の実施形態は、金属物品６０の内部（内面）に無線ＩＣデバイス主要部６を設けたものである。
図２５（Ａ）は金属ケース（ハーフケース）８１，８２の接合部をケース内部に突出させたもの、図２５（Ｂ）は金属ケース（ハーフケース）８１，８２の接合部をケース外部に突出させたものである。図２５（Ｃ）は金属ケース（ハーフケース）８１，８２の一端を、導電性を保つヒンジ構造にしたものである。いずれも、接合部をゴムパッキンなどの電気絶縁物や電気抵抗体を介して接合させている。
無線ＩＣデバイス主要部６は、第１の実施形態の場合と同様に、絶縁性基板にループ状電極７と、それに結合する電磁結合モジュール１とを備えている。
この構成によれば、第１１の実施形態の場合と同様に、リーダ・ライタからの信号（磁界）により、金属ケース８１，８２の導体主面の全体にうず電流が発生し、このうず電流により導体主面に垂直な方向に磁界が発生する。この磁界がループ状電極７と結合する。このことにより、ＲＦ−ＩＤタグを内蔵した金属物品として用いることができる。
図２５（Ａ）（Ｂ）の例では、上部の金属ケース８２が、無線ＩＣデバイス主要部６を設けた側の金属ケース８１から直流的には絶縁されているが、金属ケースによる導体面に沿って電界ループおよび磁界ループの連鎖が広がるので、上部の金属ケース８２側も放射体として作用する。
このようにケース内に無線ＩＣデバイス６を設けることによって無線ＩＣデバイスの耐久性・耐環境性が向上する。
また、図２５に示した無線ＩＣデバイス主要部６が例えば食品に設けられたＲＦ−ＩＤタグであり、金属ケース８１，８２が冷蔵庫や冷凍庫の筐体である場合も同様であるので、冷蔵庫や冷凍庫のドアを開けることなく、外部から各食品の情報を読み取ることができる。
また、図２５に示した無線ＩＣデバイス主要部６が例えば電子部品や回路基板に設けられたＲＦ−ＩＤタグであり、金属ケース８１，８２がパソコンや携帯電話端末の筐体であるような場合にも同様であるので、パソコンや携帯電話端末の筐体を開くことなく、外部から各電子部品や回路基板の情報を読み取ることができる。
図２５に示した例では、缶状の金属ケースを用いる例について示したが、筒状やカップ状の導体ケースにも同様に適用できる。例えばカーボンシャフトのゴルフクラブのシャフト内に無線ＩＣデバイス主要部６を設けることによって、外部から読み書きできるＲＦ−ＩＤタグ内蔵のゴルフクラブとして用いることができる。
《第１３の実施形態》
図２６は、第１３の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
図２６の例では、表面に電気絶縁体または電気抵抗体の被膜を形成した金属ケース８３，８４を用いている。その他の構成は図２５に示したものと同様である。
このようにケース表面の被膜で、上下のケース同士の界面が絶縁状態または略絶縁状態になっていてもよい。
《第１４の実施形態》
図２７は、第１４の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
図２７の例では、下部の金属ケース８５と上部の金属ケース８６との接合部に突起部９４が設けられていて、隙間９５が生じている。その他の構成は図２５に示したものと同様である。
このように金属ケースの一部に隙間があっても同様の作用によって、ＲＦ−ＩＤタグを内蔵した金属物品として用いることができる。
《第１５の実施形態》
図２８は、第１５の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
図２８の例では、表面に電気絶縁体または電気抵抗体の被膜を形成した金属トレイ８７の内部に無線ＩＣデバイス主要部６を設けて、ＲＦ−ＩＤタグ付き金属トレイを構成している。また、この図２８の例では複数の金属トレイを積み重ねた例を示している。
このように金属トレイ同士を重ねることによって、上記電気絶縁体または電気抵抗体の被膜によって金属トレイ同士が直流的に絶縁され、無線ＩＣデバイス主要部６が金属体で囲まれることになるが、第１２〜第１４の実施形態の場合と同様に、リーダ・ライタは各金属トレイのＲＦ−ＩＤタグと通信できる。
《第１６の実施形態》
図２９は、第１６の実施形態に係る無線ＩＣデバイスの主要部の断面図である。
図２９の例では、縁部分に電気絶縁体または電気抵抗体のリム９６を形成した金属トレイ８８の内部に無線ＩＣデバイス主要部６を設けて、ＲＦ−ＩＤタグ付き金属トレイを構成している。この図２９の例では複数の金属トレイを積み重ねた例を示している。
このように金属トレイ同士を重ねることによって、上記電気絶縁体または電気抵抗体によって金属トレイ同士が直流的に絶縁され、無線ＩＣデバイス主要部６が金属体で囲まれることになるが、第１２〜第１４の実施形態の場合と同様に、リーダ・ライタは各金属トレイのＲＦ−ＩＤタグと個別に通信できる。
なお、図２５〜図２９に示した例はいずれも電気絶縁体または抵抗体で直流的に絶縁された部分を備えた例を示したが、隙間無く導体で囲まれたケースや筐体の内部に無線ＩＣデバイス主要部６を設けた場合でも、アンテナ利得が多少低下するものの、同様にＲＤ−ＩＤタグとして用いることができる。
なお、以上の各実施形態では矩形を成すループ状電極を用いたが、ループ状電極の形状は、収納する物品にあわせて円、楕円、多角形等、種々の形状をとることができる。また、ケースの底面と側面にまたがるように形成することもできる。このような形状によって信号の送受信面が変わってもＲＦ−ＩＤとして機能する。
また、以上の各実施形態では単層の導体パターンによるループ状電極を形成したが、単層ループではなく、多層コイル構造にしてもよい。
また、以上の各実施形態では開ループを成すループ状電極を形成したが、ループ状電極が給電回路基板内のインダクタと磁界結合するように構成すれば、ループ状電極は閉ループを成していてもよい。すなわち、ループ状電極のループ面に平行なインダクタ用パターンを給電回路基板に形成し、このインダクタ用パターンが閉ループのループ状電極と磁界結合するように構成してもよい。
また、以上の各実施形態ではループ状電極を備えた無線ＩＣデバイス主要部を所定の面に接して配置したが、これを面から離間して配置する構造にしてもよく、ケースの内部でケースの内面から吊す（空中に浮かす）構造にしてもよい。
また、以上の各実施形態ではループ状電極を備えた無線ＩＣデバイス主要部をケースの面積の広い主面に配置したが、これをケースの側面に配置してもよい。

Claims (13)

  1. 無線ＩＣと該無線ＩＣに導通あるいは電磁界結合する給電回路基板とからなる電磁結合モジュールまたは無線ＩＣチップである、高周波デバイスと、
    放射体として作用する放射電極と、
    前記高周波デバイスおよび前記放射電極に結合し、ループ面が前記放射電極の面に対して垂直または傾斜関係にあるループ状電極と、
    を備え、
    前記ループ状電極が、前記放射電極の領域内に近接配置されていることを特徴とする無線ＩＣデバイス。
  2. 前記ループ状電極は絶縁層を介して前記放射電極と電磁界結合する請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  3. 前記ループ状電極は前記放射電極に対して電気的に直接導通し、前記放射電極の一部をループ状電極に兼用した請求項１に記載の無線ＩＣデバイス。
  4. 前記高周波デバイスの実装部と前記ループ状電極との間に、前記高周波デバイスと前記ループ状電極とを直接導通させる整合回路を備えた請求項１〜３の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  5. 前記給電回路基板内に共振回路および／または整合回路を備えた請求項１〜４の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  6. 前記共振回路の共振周波数は前記放射電極により送受信される信号の周波数に実質的に相当する請求項５に記載の無線ＩＣデバイス。
  7. 前記高周波デバイスまたは前記ループ状電極を樹脂により被覆した請求項１〜６の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  8. 前記高周波デバイスおよび前記ループ状電極を前記放射電極に樹脂でモールドした請求項１〜６の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  9. 前記放射電極は導電層を含む円柱状の金属物品である請求項１〜８の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  10. 前記放射電極は電子機器内の回路基板に形成された電極パターンである請求項１〜８の何れかに記載の無線ＩＣデバイス。
  11. 前記放射電極は電子機器内のコンポーネントに設けられた金属板である請求項１〜８のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  12. 前記ループ状電極は、前記放射電極の外部の電磁波送受信面とは反対面側に配置した、請求項１〜１１のいずれかに記載の無線ＩＣデバイス。
  13. 前記ループ状電極は、前記放射電極または当該放射電極を含む導体面で覆われた、請求項１２に記載の無線ＩＣデバイス。
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