JP4233554B2 - 識別エレメントと安全エレメントの組合体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路およびそれに接続されたアンテナ・コイル（ＲＦＩＤトランスポンダ）を有する識別エレメントと安全エレメントの組合体、ならびにそのような識別エレメントと安全エレメントの組合体を製造する方法に関するものである。

特に商品の値段表示区分に主として用いられるバーコードになぞらえるＲＦＩＤトランスポンダの利点は、それらが情報の直接交換を許すということである。このことは、審問装置と情報伝達のためのトランスポンダとの間に視覚的接触が不要であることを意味する。さらに、バーコードとは似ていないが、必要に応じて情報内容を直接に変更することはＲＦＩＤトランスポンダにとっては容易なことである。

ＲＦＩＤトランスポンダは、受動エレメントまたは能動エレメントのいずれかとして構成されている。ＲＦＩＤトランスポンダが能動エレメントとして用いられる場合には、集積回路を包囲するハウジングは、通常は電池の形体の追加のエネルギ源を収容している。ＲＦＩＤトランスポンダは、例えば、１２５ｋＨｚの低周波領域、１３．５６ＭＨｚの中間周波領域、または代表的には２．４５ＧＨｚのマイクロ波領域で、最も多くの別種の周波数領域で動作できる。本発明は、好ましいが排他的ではなく、中間周波領域で動作する受動トランスポンダに関する。

集積回路によるデータ・キャリアは、ヨーロッパ特許第０６８２３２１号明細書から当該技術においては公知である。データ・キャリアは、カード本体と、接触エレメントをかいして１つまたはいくつかの層からなる少なくとも１つのコイルに電気的に接続された集積回路とからなる。２つのエレメントが、所定の共振周波数で動作する共振回路を形成するように組み合される。コイルの目的は、エネルギを供給すること及び／又は集積回路と外部装置とでデータを交換することである。回路および接触エレメントは、別個のモジュールとして構成される。

バーコードになぞらえる公知のＲＦＩＤトランスポンダの欠点は、２つの要素間の著しい価額格差である。これはまた、販売区分にＲＦＩＤトランスポンダを使用することが今までは受信状態の悪いへりの領域に限られていたという理由でもある。特に、百貨店や問屋で量産製品を売るさいに、価額情報またはその他のデータを表すために、ＲＦＩＤトランスポンダを使用するときに日付を記入する利点がなかった。現在、ＲＦＩＤトランスポンダは、完全に疑問なく使捨て識別マーカとして当然にそれらを使用するのに、１０ＤＭ（ドイツマルク）程度の費用がかかる。

ＲＦＩＤトランスポンダは、最も多くの異種の分野、特に生産分野、さらには安全性の用途のみならず商品の処理および輸送の分野において応用されうる。その例としては、人間および動物の識別表示、特に空港や郵便局における手荷物や荷物の識別表示、自動車の生産過程または来歴自動車駐車場において自動車の識別表示を含んでいる。
ヨーロッパ特許第０６８２３２１号明細書 ヨーロッパ特許第０６６５７０５号明細書

本発明の目的は、経済的価額の識別エレメントと安全エレメントの組合体、およびそのような識別エレメントと安全エレメントの組合体の製造方法を提供することにある。

上記目的は、集積回路が非カプセル化チップ（ハウジングなしの集積回路を意味する）であり、かつ、アンテナ・コイルが金属の少なくとも１層からなっている識別エレメント及び安全エレメントによって達成される。費用は２つの点で本発明の識別エレメントと安全エレメントの組合体によって節約される。第１点では、ハウジング内のチップにおいて比較的に高価なカプセル化を免除できることであり、第２点は、低費用物品でしかも最適効果を発揮し、非常に良好な調節可能性を有しているアンテナ・コイルが用いられることである。この点において、アンテナ・コイルが低費用のアルミニウムまたは銅からなる金属箔の打抜きからつくられる場合は非常に有利であることがわかった。銅の利点は、それが優れた導電性を発揮し、かつ、他の材料と非常に有効に組み合されうるということにある。

もちろん、アンテナ・コイルは、電導性インク（例えば、銀粒子を有するポリマ・インク）を印刷することによって、化学手段によるコイルのエッチングによって、あるいは電線の巻線によって製造されうることは理解されるであろう。しかし、機械を使用して、適当な金属箔からコイルを打ち抜くことが好ましい。この方法は、製造費用の観点のみならず適用する環境保護調整の観点からも大きな利点を与えるからである。

コイルに打ち抜くための金属箔は、代表的には１００μｍ以下の厚み、好ましくは２０−５０μｍの厚みになる。コイル材料としてこれらの非常に薄くて可撓性のある箔を用いることの追加の利点は、最終製品（すなわち、ＲＦＩＤトランスポンダ）が同様に可撓性があって薄く、したがってラベル／正札の製造に用いるのに著しく適しているということである。薄いコイルを一体化することによって生じるラベル／正札の表面の波打ちは、慣用の方法でラベル／正札の実際に滑らかな表面が印刷される程度に同様に無視しうる。

本発明において、非カプセル化チップが、半導体の製造において用いられる接触方法によって、例えば、導電性接着剤の使用によって、ハンダ付けによって、またはフリップチップ法によって、アンテナ・コイルに接続される。この種の方法は、電子工学参考書、第６版「集積回路包装」の２５／１４−２５／２１ページに詳細に記載されている。種々の接触法の記載は、本発明の開示において特別の参照によって共同されうるであろう。

本発明においては、アンテナ・コイルが共振回路を形成するように構成されている。このような共振回路を安価かつ高精度で、すなわち特性の点で小さい許容変動で製造する方法は、ヨーロッパ特許第０６６５７０５号明細書に開示されている。このヨーロッパ公開公報において提案されている方法の対応する記載は、特別な参照によって本発明の開示内容において、特に、本発明の方法の開示内容において等しく共同されうるであろう。

ヨーロッパ特許第０６６５７０５号明細書に記載された方法にもとづいて製造された共振回路は、非常に小さい製造公差によって特徴付けられている。打抜きアンテナ・コイルは約３％のキャパシタンス公差を有し、他方、半導体チップに製造されたキャパシタンスは約２０％の製造公差を有している。この理由によって、キャパシタンスが共振回路よりはむしろアンテナ・コイルによって実質的に決定されるならば、それは特に有利である。この場合、比較的に小さい公差のためにアンテナ・コイルのキャパシタンスが引き続いて同調される必要性がほぼないので、チップ自体における同調コンデンサを免除することができる。明らかに、同調コンデンサの免除は、本発明のＲＦＩＤトランスポンダを製造する費用を最小にすることを助ける。

上述したことは、例えば下記のことから明らかになる。金属箔からなる２つのコイルを少なくとも部分的に重ね合せたものからなるコンデンサは、３％以下の公差を有している。対照的に、半導体回路において集積されたコンデンサは、２０％以上の公差を有している。その回路が全キャパシタンスの主要部を占めている場合は、共振回路は５％の許容公差を得るために集積回路をコイルに接続した後に、同調される必要がある。他方、アンテナ・コイルが、本発明において提案されているように、キャパシタンスの主要部（約８０％）を占めている場合には、５％の公差は、引き続く同調なしに得られる。

アンテナ・コイルの周波数を同調する必要性を認めた場合には、これは、集積回路がアンテナ・コイルに接続された後に、もちろんなされうる。この同調は、例えば、キャパシタンスまたはインダクタンスを変えることによって行われる。キャパシタンスの変化は、熱の局部的入力によって生じるアンテナ・コイルの２層間の距離の変化からも起りうる。したがって、コンデンサ表面の寸法を変えることが可能である。結論として、回路内の同調コンデンサの免除は、本発明のＲＦＩＤトランスポンダの費用低減に追加的な貢献をすると言える。

本発明によれば、共振回路の特性（Ｑ係数）が高く、少なくとも５０よりも高い。ＲＦＩＤトランスポンダとの交信は大きな領域範囲まで拡張されうる。
識別エレメントがバンドのような密接容量本体からの静電荷に対していかに正確に敏感であっても、例えば、水を入れたビンまたはプラスチック材料の被覆が本質的にはアンテナ・コイルの全キャパシタンスによって決まる。キャパシタンスが低くなればなるほど、共振回路がこの種の静電荷によってより速く共振を外す。集積回路に見られる慣用のコンデンサと本発明にもとづいて用いられるアンテナ・コイルとの差異について再び考えてみる。キャパシタンスが集積回路から十分に派生されるとき、それは代表的には、１０−１００ｐＦの範囲内にある。この種の共振回路は比較的容易に共振を外して、審問範囲をきわめて不利な仕方で大きく拘束する。既に指摘したように、本発明の場合、全キャパシタンスの大部分がアンテナ・コイルから供給される。後者は、代表的には５００ｐＦ−５ｎＦのキャパシタンスを有する。このことは、例えば、共振回路が物理的接触による静電荷の結果として共振外れになることは、実際問題として不可能であることを意味する。

本発明によれば、必要に応じてトランスポンダを作動させるのに十分な量のエネルギを貯える追加のコンデンサを設けることがなされる。コンデンサに貯えられたエネルギは、伝達装置の審問信号から生じる。好ましくは、コンデンサは１ｎＦの範囲内にあるキャパシタンスを有している。アンテナ・コイル自体の場合には、少なくとも１層の誘電層によって分離された少なくとも２つの部分的に重なった金属被覆を設けることによって得られる。アンテナ・コイルの場合におけるように、この生産形体は、本発明のＲＦＩＤトランスポンダにコスト削減効果を有する。その低費用製造とは別に、追加のコンデンサの格別な形状が有利である。その理由は、そのキャパシタンスが半導体チップの対応するコンデンサのキャパシタンスよりも１０倍高いからである。当然の結果として得られる高いエネルギは、相当の量だけ識別エレメントのデータ伝送能力を増加させる。

好ましくは、本発明による識別エレメントは、電子物品監視のための安全エレメントとして同時に用いられる。この場合、識別エレメントの共振周波数とは異なる共振周波数を有する共振周波数安全エレメントが設けられる。この共振周波数安全エレメントは、電子物品監視装置の審問磁界に同調され、また、それが電子物品監視装置によって共振するように励起されるや否や、特性信号を発生する。共振周波数安全要素用の審問周波数は、通常８．２ＭＨｚであり、識別エレメントの審問周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚの範囲にある。

特に好ましい実施例によれば、共振周波数安全エレメントが基板上に配置される。基板は、紙または合成材料からなる。両方の基板材料は、ラベル／正札に課される要求に合致する。それらは、薄く、可撓性で、印刷容易で、安価な物品である。プラスチック材料は、水または化学物質に接触しても耐久性があるという追加の利点を有している。

方法に関する本発明の目的は、金属の少なくとも１層からなるアンテナ・コイルに非カプセル化チップを接触させることによって達成される。
本発明の方法の有利な考え方によれば、半導体の製造から当該技術においては公知の方法によってチップとアンテナ・コイルとの間に接触を行うことが提案される。

図１は、本発明のＲＦＩＤトランスポンダ６に用いられた第１アンテナ・コイル１の上面図を示す。それは、２つのコイル巻きからなり、外側のコイル巻きは内側のコイル巻きとは逆方向に形成されている。図２から明らかなように、第１アンテナ・コイル１に本質的に対応する形体の第２アンテナ・コイル２は、第１アンテナ・コイル１の上にあるがそれとは１８０°回転されて配置される。２つのアンテナ・コイル１，２は、誘電層（図示せず）によってそれらの畳重領域において分離されている。好ましくは、２つのアンテナ・コイル１，２はアルミニウム箔から打ち抜かれる。図２に示す共振回路は、好ましくはヨーロッパ特許第０６５５７０５号明細書に記載された方法によって、前述したように製造される。

第１アンテナ・コイル１は、図４から明らかになるように、アンテナ・コイル１をチップ５に接触させるように用いられる追加の区分３を有している。
図２に示すアンテナ・コイル１，２は図３に再び示されているが、アンテナ・コイル１，２は特定の領域において電気的に相互に接続されている。２つの共振回路は、好ましくは異なる共振周波数範囲で共振するように励起され、領域４ａ，４ｂにおいて電気的接続によってつくられる。

図４は、識別エレメント７と、電子物品監視のための安全エレメント８とからなる本発明のＲＦＩＤトランスポンダ６の有利な形体を示す。内側共振回路およびそれに接続されたチップ５は、識別エレメント７を電気的に形成する。この回路の共振周波数は、例えば、約１３．５６ＭＨｚである。チップ５と内側共振回路との間の接続は、半導体技術から知られた接触方法のうちの１つによってつくられる。

外側共振回路は、電子安全エレメント８を形成する。安全エレメント８は、特性信号を発するように物品監視装置の審問時間で励起される。物品監視装置の審問周波数は、代表的には８．２ＭＨｚの範囲内にあり、このことは選ばれたサンプルにおいてそれがＲＦＩＤトランスポンダ６の周波数から派生することを意味する。図４からさらに明らかになるように、第１アンテナ・コイル１と第２アンテナ・コイル２とはチップに電気的に接続される。

識別エレメント７用の共振回路および安全エレメント８用の共振回路の斜線領域９，１０は、各共振回路の総キャパシタンスに対して大きな部分を占める領域を各場合について表している。共振回路の引き続く同調が必要な場合には、それがこれら領域９，１０においてなされることが好ましい。適切な同調方法に関しては、前述した記載に注意が向けられる。

本発明のＲＦＩＤトランスポンダに用いられた第１アンテナ・コイルの上面図である。 特定の領域において重なっている２つのアンテナ・コイルの上面図である。 図２の２つのアンテナ・コイルの上面図であって、特定の領域において電気的に相互に接続されたアンテナ・コイルを示す。 本発明のＲＦＩＤトランスポンダの有利な形体の上面図である。

符号の説明

１，２ アンテナ・コイル
３ 区分
４ａ，４ｂ 領域
５ チップ
６ トランスポンダ
７ 識別エレメント
８ 安全エレメント
９，１０ 磁界斜線領域

Claims (9)

1. 識別エレメントと安全エレメントの組合体であって、各エレメントがそれぞれ共振回路を有しており、前記共振回路の各々がコイルとキャパシタンスとを備え、前記コイルが２つの導電体のアンテナ・コイルを使用して形成され、一つのアンテナ・コイルが誘電層により他方のアンテナ・コイルから分離され、双方のアンテナ・コイルが共通の領域で電気的に結合されると同時に前記キャパシタンスを形成する、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
2. 請求項１に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記識別エレメントの共振回路が集積回路を備えている、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
3. 請求項２に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記集積回路が非カプセル化チップである、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
4. 請求項３に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記各アンテナ・コイルが内側のコイル巻きと外側のコイル巻きとを備え、前記内側のコイル巻き及び外側のコイル巻きが相互に反対方向に巻かれている、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
5. 請求項４に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記内側のコイル巻きが前記集積回路に電気的に結合されている、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
6. 請求項４又は５に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記外側のコイル巻きが相互に電気的に結合されていて前記安全エレメントの共振回路の前記共通の領域を形成する、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
7. 請求項６に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記安全エレメントの共振回路が８．２ＭＨｚの範囲内の審問周波数に応答して共振する、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
8. 請求項６に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記識別エレメントの共振回路が１３．５６ＭＨｚの範囲内の審問周波数に応答して共振する、識別エレメントと安全エレメントの組合体。
9. 請求項６に記載の識別エレメントと安全エレメントの組合体において、前記共振回路の各々が、前記内側のコイル巻きと外側のコイル巻きのそれぞれに、同調のための領域を有する、識別エレメントと安全エレメントの組合体。

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