JP5061712B2 - 非接触ｉｃタグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触ＩＣタグの製造方法に関する。詳しくは、１波長ループアンテナまたは半波長ダイポールアンテナからなる非接触ＩＣタグの製造方法において、同一のアンテナ素子に対して異なるインターポーザを使用して２種以上の非接触ＩＣタグを製造する方法に関する。

非接触ＩＣタグは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification) とも称され、個体の識別が可能な情報を保持するＩＣチップを備え、この情報を無線通信によって非接触で読み取りできるようにされているタグに関する。このようなＩＣタグは、例えば、運送や流通、倉庫、工場工程管理、荷物の取り扱い等の分野で利用されている。

近年、従来からの１３．５６ＭＨｚ帯もしくはマイクロ波帯（２．４５ＧＨｚ）の非接触ＩＣタグに加えて、わが国でも法改正によりＵＨＦ帯（９５２Ｍ〜９５５ＭＨｚ）を使用することが可能になり、当該ＵＨＦ帯非接触ＩＣタグの実用化が図られている。
ＵＨＦ帯ＩＣタグは、電磁誘導方式の１３．５６ＭＨｚ帯の非接触ＩＣタグに比べて遠距離（３〜５メートル）からの一括読み取りが可能である。また、マイクロ波帯ＩＣタグも１〜１．５メートルの距離の通信が可能であり、今後、それらの特徴を活かした用途での普及が見込まれている。

ＵＨＦ帯ＩＣタグが使えるわが国の周波数帯は、２００５年の法改正により高出力型が９５２Ｍ〜９５４ＭＨｚの２ＭＨｚ、低出力型が９５２Ｍ〜９５５ＭＨｚの３ＭＨｚが使用可能とされている。なお、電波の分類ではＵＨＦ帯は３００Ｍ〜３ＧＨｚを指すが、非接触ＩＣタグの場合は８６０Ｍ〜９６０ＭＨｚを使うタグを指すことが多い。上記範囲に含まれる２．４５ＧＨｚ帯を使うＩＣタグは、通常ＵＨＦ帯ＩＣタグとは言わず、マイクロ波帯ＩＣタグとされている。

ところで、非接触ＩＣタグは誘電体である物品に被着して使用するため、実際に使用する場合は、自由空間（真空）に対して電波を放射することを前提として設計した共振周波数に対して、被着体への貼り付け時の共振周波数は多少（１〜４０ＭＨｚ程度）変化することが知られている。共振周波数の変化はリーダライタに対する読み取り性能を低下させるので、結果として通信距離の低下となる。特に、牛乳パックや酒パック、ペットボトル入り液体、大根、ゴムタイヤのように水分含有量の多い物体や誘電体、に貼り付けた場合は、アンテナ素子を通る電磁波が減少して誘起電力が低下する現象が顕著である。この場合は通信距離が極端に低下し、リーダライタ（Ｒ／Ｗ）との通信が確保できなくなる問題がある。

一般に、非接触ＩＣタグラベルの周波数特性はＩＣチップまたは回路の浮遊容量や外部環境（前記のように被着体の誘電率等）により決定される。非接触ＩＣタグは、後から回路変更や部品交換は不可能である。ＩＣチップの容量（Ｃ成分）やアンテナ回路のインダクタンス（Ｌ成分）は、ある程度予測できるが被着体の状態までは予測できないからである。被着体の状況に応じて共振周波数の異なる各種非接触ＩＣタグを使用すること、すなわち、共振周波数の異なる非接触ＩＣタグラベルを多種類製造して準備することはできるが、物品に貼着する際に、特性を調査し多種類の非接触ＩＣタグラベルの中から適合するものを選んで使用することは手間がかかり、現実的には不可能である。
また、実質的に同一周波数が使用される場合であっても、より多くの情報量を必要とする特定の用途において、当該ＩＣチップが搭載するメモリ量に不足がある場合などは別種のＩＣチップを使用する必要がある場合もある。

そこで本発明は、アンテナ素子を一定のものとし、当該アンテナ素子に適合する複数種のインターポーザを準備しておき状況に応じて、適切な周波数や用途に適合するインターポーザを選択して使用することを企図するものである。そのようにすれば、一定形状の平面アンテナ素子だけが形成されたアンテナラベルを予め多数準備しておき、被着体や用途の状況に応じて最適の周波数が得られるインターポーザを選択して、或いは同一周波数であっても目的に適合したＩＣチップのインターポーザを選択して、アンテナラベルに装着して使用することが可能になる。

非接触ＩＣタグ用インターポーザに関しては、特許文献１、特許文献２等の先行技術がある。しかし、特許文献１は、２つの薄い金属フィルムアンテナ間に接着して、ＲＦＩＤを完成させるという考えだけのものであり、インターポーザ自体を選択して使用することにより周波数を調製することについては記載していない。
特許文献２は、ＲＦＩＤタグを記載し、ＲＦＩＤタグ部は、本願のインターポーザに相当すると考えられる。しかし、当該ＲＦＩＤタグ部は、異なるアンテナパターンに使用することを目的とするので、本願のように同一形状、特性のアンテナ素子に適用するのとは相違している。なお、ダイポールアンテナからなる移動体識別システムにおいて、アンテナの指向性を維持しつつ、インピーダンス調製を行う先行技術として特許文献３があるが、周波数調製方法は本願と相違している。

特開２０００−３１１２３３号公報 特開２００７− ５２６６０号公報 特開２００４−１０４３４４号公報

上記のように、ＵＨＦ帯非接触ＩＣタグにおいては、被着体の誘電率によって周波数が変動することが多い。この場合、完成した非接触ＩＣタグを多種類準備しておき、状況に応じて選択して使用することは不可能ではないが、実際問題として困難である。また、特許文献２のように、一定のＲＦＩＤ部に対して、アンテナパターンを複数種準備して使用することも考えられるが、アンテナパターンを予め多数種類準備するのは煩雑となる。
そこで、本発明では、より基材面積を小サイズにできるインターポーザを複数種類準備しておき、被着体の状況に応じて同一平面アンテナ素子に対して、適用できる最適のインターポーザを選択して使用することを企図するものである。

上記課題を解決する本発明の要旨の１は、ベースフィルムに形成された同一形状、同一特性の平面アンテナ素子の給電部端子間に、異なる特性の非接触タグ用ＩＣチップとインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを装着して、ＵＨＦ帯またはマイクロ波帯の所定周波数内で通信できる、２種以上の非接触ＩＣタグを得る製造方法において、インピーダンス調整パターンとして、前記ＩＣチップを接続する回路とその回路端間を短絡する回路からなるものを用いることを特徴とする非接触ＩＣタグの製造方法、にある。

本発明の要旨の２は、ベースフィルムに形成された同一形状、同一特性の平面アンテナ素子の給電部端子間に、同一特性の非接触タグ用ＩＣチップと異なるインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを装着して、ＵＨＦ帯またはマイクロ波帯の所定周波数内で通信できる、２種以上の非接触ＩＣタグを得る製造方法において、インピーダンス調整パターンとして、前記ＩＣチップを接続する回路とその回路端間を短絡する回路からなるものを用いることを特徴とする非接触ＩＣタグの製造方法、にある。

上記非接触ＩＣタグの製造方法において、平面アンテナ素子を１波長ループアンテナとすることも、半波長ダイポールアンテナとすることも可能であり、所定周波数を９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚである、ようにすることもできる。また、製造された非接触ＩＣタグのアンテナ利得のピークが、前記所定周波数内にあること、も好ましい。

本発明の非接触ＩＣタグの製造方法では、予め、同一の平面アンテナ素子だけが形成されているＩＣタグラベルを多数準備しておき、被着体の状況に応じて、各種のインターポーザの中から適切なインターポーザを選択して装着して使用できるので、完成した多種類のＩＣタグを備えておかなければならない無駄を排除できる。
得られる非接触ＩＣタグは、同一の平面アンテナ素子からなるので、周波数特性を変化させても指向特性を大きく変化させない特徴がある。

請求項１の製造方法では、異なる特性の非接触タグ用ＩＣチップとインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを使用するので、インターポーザの選択範囲が広くなり、周波数および使用目的に適合した非接触ＩＣタグが得られる。
請求項２の製造方法では、同一特性の非接触タグ用ＩＣチップとインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを使用するので、ＩＣチップが異なることによる使用上の制限を少なくすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を、さらに詳しく説明する。
図１は、非接触ＩＣタグの平面アンテナ素子を示す平面図、図２は、本発明で使用するインターポーザの一例を示す図、図３は、１波長ループアンテナにインターポーザを装着した状態図、図４、図５は、アンテナ入力インピーダンスの周波数特性を示す図、図６は、ＩＣタグのアンテナ利得を示す図、図７は、同リターンロスを示す図、である。
図８は、半波長ダイポールアンテナにインターポーザを装着した状態図、図９は、ＩＣタグのアンテナ利得を示す図、図１０は、同リターンロスを示す図、である。

図１は、非接触ＩＣタグの平面アンテナ素子を示す平面図であって、図１（Ａ）は１波長ループアンテナ、図１（Ｂ）は半波長ダイポールアンテナ、を示している。
１波長ループアンテナの場合は、図１（Ａ）のように、ラベル基材１０面に屈曲した凹凸形状からなるアンテナパターン２を形成する。アンテナラベル１ａには、例えば、幅Ｈ１が４０〜４５ｍｍ、長さＬ１が７０〜８０ｍｍのアンテナパターン２を納める大きさのプラスチック基材を使用する。アンテナパターン２の端部（給電部）には、インターポーザを装着する接続端部２ａ，２ｂが形成されている。アンテナパターン２の全長とインターポーザのＩＣチップを含む線路の全長が、ＵＨＦ帯による交信周波数の略１波長になるように形成されている。

アンテナパターン２は、ラベル基材１０にアルミニウム箔や銅箔をラミネートした基材をフォトエッチングして形成することが多い。この金属箔には、１０〜２０μｍ程度の厚みのものを使用する。アンテナパターン２の接続端部２ａ，２ｂは金属面が露出している必要があるが、その他の部分は、保護フィルムで覆われていてもよい。ラベル基材１０のアンテナパターン２の反対側面には、剥離紙で保護された粘着剤層を有するのが通常であり、当該粘着剤により被着体に貼着する。ただし、粘着剤層を使用しないで用いられる場合もある。

半波長ダイポールアンテナの場合は、図１（Ｂ）のように、ラベル基材１０面に左右のアンテナパターン３Ｌ，３Ｒを形成し、アンテナパターン３の端部（給電部）に、インターポーザを装着する接続端部３ａ，３ｂを形成する。図１（Ｂ）の場合、線路全長は９０ｍｍ程度となるが、動作としては半波長ダイポールアンテナとなるものである。アンテナパターン３の製造方法や使用材料は、１波長ループアンテナの場合と同様である。
ただし、上記各アンテナパターン２，３の形状は例示であり、所定の特性が得られれば、任意のパターンを使用できるものである。半波長ダイポールアンテナも一般的なライン形状や屈曲した形状のものであってよい。

図２は、本発明で使用するインターポーザの一例を示す図であって、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、である。
インターポーザ４は、非接触ＩＣタグ用ＩＣチップ５とインピーダンス調製パターン（「整合回路」ともいう。）６とからなっている。ＩＣチップ５は、データを保持する記憶領域と、送受信を制御する回路部からなるものである。線路７ａ，７ｂの両端には、アンテナパターン２，３に装着する接続端部４ａ，４ｂを備えている。インターポーザ４の線路７ａ，７ｂとインピーダンス調製パターン６はアンテナパターン同様、ラベル基材２０面にラミネートした金属箔をフォトエッチングして製造することが多い。
ＩＣチップ５とインピーダンス調製パターン６の形状や長さ等により、インターポーザ４の特性が変化するようにされている。

図２（Ｂ）の断面図のように、ＩＣチップ５は、接続端部４ａ，４ｂから導かれる線路７ａ，７ｂの間に実装されている。ＩＣチップ５の線路７ａ，７ｂへの固定は、導電性接着剤等により行われる。ＩＣチップ５と線路７ａ，７ｂ、および接続端部４ａ，４ｂは、アンテナラベル１ａの露出した接続端部２ａ，２ｂに装着するため、アンテナラベル基材１０側に面するようにするのが好ましい。この場合には、インターポーザラベル基材２０がＩＣチップ５や接続端部４ａ，４ｂを保護するために有効となる。接続端部４ａ，４ｂ面を含むラベル基材２０面は異方導電性接着剤８が塗布されている。もっとも導電性接着剤８を使用しないで超音波等で接続するものであってもよい。インターポーザ４は、通常は複数の単位が連続した帯状の形態にして、ラベル貼り器等で連続装着する作業が可能なようにされている。

以上のように、本発明は同一形状、同一特性の平面アンテナ素子の給電部端子間に、異なる特性、または同一特性の非接触タグ用ＩＣチップ５とインピーダンス調製パターン６とからなるインターポーザ４を装着して、ＵＨＦ帯の所定周波数内で通信できる、２種以上の非接触ＩＣタグを得る、ことを目的とする。

ＵＨＦ帯は、日本国内では９５０ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚとされるが、実際にはそのうちの９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚの帯域を割り当て、９５０ＭＨｚ〜９５１ＭＨｚと９５５ＭＨｚ〜９５６ＭＨｚの帯域は、それぞれ両側の周波数を使っている携帯電話システムとの干渉を防ぐための空き帯域とされている。ＵＨＦ帯の所定周波数内で通信できるとは、ＩＣタグ１を被着体に装着した際に当該範囲の周波数で通信できることを意味する。
前記のように被着体により、１〜４０ＭＨｚ程度変化することを考慮すると、４０ＭＨｚ程度（１のＩＣタグを中心として±２０ＭＨｚ）の変動は必要になり、日本と米国、またはヨーロッパとの仕向け先の違いを考慮すると、１４０ＭＨｚ程度（１のＩＣタグを中心として±７０ＭＨｚ）の範囲で変化できることも必要になる。
なお、ＵＨＦ帯は日本国内では、上記帯域とされるが、米国では、９０２ＭＨｚ〜９２８ＭＨｚとされ、ヨーロッパでは、８６５ＭＨｚ〜８６８ＭＨｚとされている。従って、これらの帯域もＵＨＦ帯の所定周波数である。また、２種以上とは、２種であってもそれ以上の数であってももちろん構わない。

（Ａチップ用インターポーザ）
図３は、図１（Ａ）の１波長ループアンテナ２の接続端部２ａ，２ｂに、インターポーザ４を装着した状態であって、図３（Ａ）は、Ａチップ用インターポーザ４Ａを装着した状態のＩＣタグ１Ａ、図３（Ｂ）は、Ｂチップ用インターポーザ４Ｂを装着した状態のＩＣタグ１Ｂである。アンテナパターン２の幅Ｈ１は４２．０ｍｍ、長さＬ１は７４．０ｍｍとなった。アンテナの線路幅は、１ｍｍである。アンテナラベル１ａのラベル基材１０には、厚み２０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートを使用し、金属箔には、厚み１５μｍのアルミニウム箔を使用した。インターポーザ４Ａ，４Ｂにも同一材料の同一厚みのものを使用した。

図３（Ａ）のＩＣタグ１ＡのＡチップ５はＵＨＦ帯用非接触ＩＣタグ用チップであり、最適なアンテナ入力インピーダンスは３０＋ｊ１１０Ω（メーカー公称値）である。
なお、アンテナパターン２とインピーダンス調製パターン（整合回路）６の合計線路長はアンテナパターン２の折り曲げ部を含み約３３０ｍｍとなった。

図４は、ＩＣタグ１Ａのアンテナ入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。有限要素法によるシュミレーション計算結果（以下も同様）である。図４の実線は、インピーダンスの実数部、点線は虚数部を示している。９５３ＭＨｚにおいて、入力インピーダンスは約３０＋ｊ１２０Ωとなっている。前記最適なアンテナ入力インピーダンス値に対して、実用上問題にならない数値を示している。

（Ｂチップ用インターポーザ）
図３（Ｂ）のＩＣタグ１ＢのＢチップ５はＵＨＦ帯用非接触ＩＣタグ用チップであり、最適なアンテナ入力インピーダンスは２０＋ｊ２００Ω（メーカー公称値）である。
なお、アンテナパターン２とインピーダンス調製パターン（整合回路）６の合計線路長はアンテナパターン２の折り曲げ部を含み約３３９ｍｍとなった。インターポーザ４Ｂは、チップ５に接続している回路と、それを短絡している整合回路６との間隔および接続位置等の点で、インターポーザ４Ａと相違している。

図５は、ＩＣタグ１Ｂのアンテナ入力インピーダンスの周波数特性を示す図であって、実線はインピーダンスの実数部、点線はインピーダンスの虚数部を示している。９５３ＭＨｚにおいて、約１９＋ｊ２０８Ωとなっている。この場合も前記最適なアンテナ入力インピーダンス値に対して、実用上問題にならない数値を示している。

図６は、ＩＣタグ１Ａ，１Ｂのアンテナ利得を示す図、図７は、同リターンロスを示す図である。共に、実線はＡチップを用いたＩＣタグを、点線はＢチップを用いたＩＣタグを示している。図６のように、ＩＣタグ１Ａ，１Ｂ共に９５３ＭＨｚ付近に利得のピークがあることが見て取れる。利得値が高いほどＩＣタグとしての通信距離は大きくなるので、９５３ＭＨｚ用のタグとして適切な設計となっていることがわかる。

また、図７のように、ＩＣタグ１Ａ，１Ｂ共に９５３ＭＨｚ付近にリターンロスの谷があることが見て取れる。リターンロスはグラフ上で下方向にいくほど、ＩＣチップとアンテナの整合が取れ損失が少ないことを意味するので、ＩＣタグ１Ａ，１Ｂ共に９５３ＭＨｚに対して適切な設計となっていることがわかる。
以上の結果からは、同一形状、同一特性の平面アンテナ素子に異なる種類のＩＣチップを搭載した異なるインターポーザを装着して、実質的に、９５３ＭＨｚの同一周波数特性のＩＣタグが製造可能なことがわかった。もちろん、所定周波数内で異なる周波数特性のＩＣタグ１が得られることも明らかである。

（Ｃチップ用インターポーザ）
図８は、半波長ダイポールアンテナ３にＣチップ用インターポーザを装着した状態であって、図８（Ａ）は、図１（Ｂ）の半波長ダイポールアンテナ３の接続端部３ａ，３ｂに、Ｃチップ用インターポーザ４Ｃを装着した状態のＩＣタグ１Ｃ、図８（Ｂ）は、Ｃチップ用インターポーザ４Ｄを装着した状態のＩＣタグ１Ｄ、である。
図８（図１（Ｂ）参照）において、アンテナパターン２の幅Ｈ２は２０ｍｍ、長さＬ２は８８ｍｍとなった。アンテナラベル１ａのラベル基材１０には、厚み２０μｍのＰＥＴシートを使用し、金属箔には、厚み１５μｍのアルミニウム箔を使用した。インターポーザ４Ｃ，４Ｄにも同一材料の同一厚みのものを使用した。

インターポーザ４Ｃ，４ＤのＩＣチップ５は、アンテナ入力インピーダンス３０＋ｊ１２０Ωの同一のものであり、インピーダンス調製パターン６のみが相違することになる。 図８（Ａ）のＩＣタグ１Ｃは、９１５ＭＨｚ用に設計したインターポーザ４Ｃを装着したものであり、図８（Ｂ）のＩＣタグ１Ｂは、８６５ＭＨｚ用に設計したインターポーザ４Ｃを装着したものである。９１５ＭＨｚは米国（アメリカ）向けの、８６５ＭＨｚはヨーロッパ向けの設計仕様となる。

図９は、ＩＣタグ１Ｃ，１Ｄのアンテナ利得を示す図、図１０は、同リターンロスを示す図である。共に、実線はインターポーザ４Ｃを用いたＩＣタグ１Ｃ（９１５ＭＨｚ）を、点線はインターポーザ４Ｄ用いたＩＣタグ１Ｄ（８６５ＭＨｚ）を示している。
図９のように、９１５ＭＨｚ用に比べ８６５ＭＨｚ用はより低い周波数に利得のピークがあることがわかる。利得が高いほどＩＣタグとしての通信距離は大きくなるので、希望どおりの設計となっていることがわかる。

図１０のように、９１５ＭＨｚ用も８６５ＭＨｚ用も、共に予定する周波数付近に谷があることが見て取れる。リターンロスはグラフ上で下方向にいくほど、ＩＣチップ５とアンテナ素子の整合が取れていて損失が少ないことを意味するので、両設計例とも、予定の周波数帯に対して適切な設計となっていることがわかる。
以上より、同一のアンテナ素子に対して同一特性のＩＣチップを搭載しても、インターポーザのインピーダンス調製パターン６の形状を違えることにより異なる周波数に適合したＩＣタグを製造可能なことがわかる。
図８のＩＣタグ１Ｃ，１Ｄに使用したインターポーザ４Ｄは、チップに接続している回路と、それを短絡している整合回路との間隔および接続位置等の点で、インターポーザ４Ｃと相違している。上記の違いがＩＣタグの特性には大きな影響を与えている。

非接触ＩＣタグの平面アンテナ素子を示す平面図である。 本発明で使用するインターポーザの一例を示す図である。 １波長ループアンテナにインターポーザを装着した状態図である。 アンテナ入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。 アンテナ入力インピーダンスの周波数特性を示す図である。 ＩＣタグのアンテナ利得を示す図である。 同リターンロスを示す図である。 半波長ダイポールアンテナにインターポーザを装着した状態図である。 ＩＣタグのアンテナ利得を示す図である。 同リターンロスを示す図である。

符号の説明

１ ＩＣタグ
１ａ，１ｂ アンテナラベル
２，３ アンテナパターン、平面アンテナ素子
４ ラベル状インターポーザ
４ａ，４ｂ 接続端部
５ ＩＣチップ
６ インピーダンス調製パターン
７ａ，７ｂ 線路
８ 異方導電性接着剤
１０ ラベル基材
２０ ラベル基材

Claims (6)

1. ベースフィルムに形成された同一形状、同一特性の平面アンテナ素子の給電部端子間に、異なる特性の非接触タグ用ＩＣチップとインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを装着して、ＵＨＦ帯またはマイクロ波帯の所定周波数内で通信できる、２種以上の非接触ＩＣタグを得る製造方法において、インピーダンス調整パターンとして、前記ＩＣチップを接続する回路とその回路端間を短絡する回路からなるものを用いることを特徴とする非接触ＩＣタグの製造方法。
2. ベースフィルムに形成された同一形状、同一特性の平面アンテナ素子の給電部端子間に、同一特性の非接触タグ用ＩＣチップと異なるインピーダンス調製パターンからなるインターポーザを装着して、ＵＨＦ帯またはマイクロ波帯の所定周波数内で通信できる、２種以上の非接触ＩＣタグを得る製造方法において、インピーダンス調整パターンとして、前記ＩＣチップを接続する回路とその回路端間を短絡する回路からなるものを用いることを特徴とする非接触ＩＣタグの製造方法。
3. 平面アンテナ素子が１波長ループアンテナであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触ＩＣタグの製造方法。
4. 平面アンテナ素子が半波長ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触ＩＣタグの製造方法。
5. 所定周波数が９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触ＩＣタグの製造方法。
6. 製造された非接触ＩＣタグのアンテナ利得のピークが、前記所定周波数内にあることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触ＩＣタグの製造方法。

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