JP2007272264A

JP2007272264A - Ｒｆｉｄタグ及びその製造方法

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Publication number: JP2007272264A
Application number: JP2006093423A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yamagashiro; 尚志山ヶ城; Toru Maniwa; 透馬庭; Manabu Kai; 学甲斐
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: US7598873B2; CN100568270C; TW200737013A; US20070229276A1; CN101046854A; KR100787263B1; KR20070098420A; TWI329839B; JP4854362B2; EP1840802A1

Abstract

【目的】金属に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送信することができ、しかも高い巻き付け精度が必要でないループアンテナ構成のRFIDタグ及びその製造方法を提供する。
【構成】ループアンテナを備えたRFIDタグであり、平板状の誘電体部材５１と、該誘電体部材の第１の面と第２の面において所定の間隙をおいて形成され、かつ、該誘電体部材の第１の面から第２の面までそれぞれ連通する第１、第２のループアンテナパターン５２，５３と、一方の面において第１、第２のループアンテナパターン５２，５３に電気的に接続するICチップ５４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、RFIDタグ及びその製造方法に係わり、特にループアンテナを備え、導電性物体あるいは非導電性物体に貼り付けて使用してもタグアンテナとしての所要の特性を発揮するRFIDタグ及びその製造方法に関する。

従来、流通業界、運送業界等において、個々の製品情報を管理する方法として、製品自体に、あるいは製品の箱にバーコードを印刷あるいは貼付し、このバーコードをバーコードリーダによって読取る方法が広く用いられている。しかし、かかるバーコード処理方法では、バーコードを読取る際、バーコードリーダをバーコードに接触させなければならず、読み取り作業が面倒であった。また従来のバーコード処理方法では、バーコード自体に新たな情報を追加あるいは更新することができない問題があった。
このため、近年、バーコードに替わって物品等にRFID（Radio Frequency Identification）タグをつけ、物品の情報を無線（電磁結合）で非接触で読み取ることが要求され、実用化されつつある。RFIDタグは、ICカードの機能に情報の無線通信機能を追加したもので、情報記録可能な不揮発性メモリを備えているが電池(電源部)を有していない。このため、タグ読み取り装置はRFIDタグのメモリから情報を非接触で読み取る際、電磁波でRFIDタグに電力を供給し、該メモリから情報を読み取るようになっている。かかるRFIDタグによれば、作業性の大幅な向上を図ることができ、しかも、RFIDタグとの間で認証機能、暗号化等の技術を用いることにより、優れたセキュリティを確保することができる。

図１８はRFIDタグの説明図であり、読み取り装置１はアンテナ２より送信データで変調した無線信号（電磁波）をRFIDタグ３に送信する。無線タグ３のアンテナ３ａは受信信号を整流回路３ｂと変復調回路３ｃに入力する。整流回路３ｂは無線信号を直流電圧に変換して変復調回路３ｃと論理回路３ｄに供給し、電源として動作する。変復調回路３ｃは読み取り装置1から送られてきた制御データを復調し、論理回路３ｄに入力する。論理回路３ｄは該制御データ(コマンド)に応じた論理処理を行なって、例えば内蔵のメモリに記憶されている情報を読み取って変復調回路３ｃに入力する。変復調回路３ｃは論理回路から入力された情報を用いて搬送波を変調して無線でアンテナ３ａから読み取り装置1に送信する。
RFIDタグとして種々のタイプが提案されている。その１つとしてプラスチックや紙などの誘電体ベースシート上に電波通信用のアンテナパターンとICチップ（LSI）を搭載したものがある。かかるRFIDタグは非導電性の物体に貼り付けられると通信距離等に関して所要の性能が得られる。しかし、スチール等の金属に貼り付けられる場合、該金属によりRFIDタグの通信用電波が阻害されて通信距離の低下などの不具合が生じる。

図１９はかかる不具合発生の説明図であり、図１９（A）は半波長のダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを非導電性物体(図示せず)に貼り付けた場合の説明図であり、リーダライターのアンテナより放射される電波によりダイポールアンテナDPにICチップに必要な電力(開放電圧V)が発生する。また、ダイポールアンテナに電流Iを流してリーダライターのアンテナに向けて電磁波を送信することができる。
しかし、金属物体にダイポールアンテナパターンを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、金属表面において電界の接線方向成分が境界条件から０となり、周囲電界が０となる。このため、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができない。またタグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信（散乱）することもできない。すなわち、図１９（B）に示すように、金属物体MTLにダイポールアンテナパターンDPを備えたRFIDタグを貼り付けた場合、ダイポールアンテナDPに電流Iを流すと、写像原理により金属物体MTLに逆方向に電流が流れるイメージIMGが発生する。このイメージにより、ダイポールアンテナ電流Iが発生する電磁界が打ち消され、RFIDタグのICチップに必要な電力を供給することができず、しかも、タグアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信することもできなくなる。以上から金属表面に貼り付けてもアンテナ利得が劣化せず、電磁波の送受信が可能なタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。

そこで、図１９（C）に示すように、金属物体MTL表面からダイポールアンテナパターンDPまでの距離Dを大きくしてイメージの影響を低減することが考えられるがRFIDタグの厚みが大きくなって使用上の問題が生じる。また、UHF帯のRFIDシステムは他の周波数帯に比べ、通信距離が長いという利点を持つが、UHF帯のダイポール型タグアンテナは通常半波長（約16cm）程度の長さが必要である。この長さはタグアンテナを誘電体に貼り付けたり折り曲げたりすることで確保し、かつ小形化しているが、狭帯域になってしまう。以上から、RFIDタグの小型化、及び小形化してもアンテナ利得が劣化せず、しかも、極力帯域が広くなるようなタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。
また、タグアンテナの受信電力をLSIチップに効率よく供給するためにタグアンテナとLSIチップのインピーダンスがマッチング（整合）している必要がある。このため、インピーダンス変換回路が必要となるが、RFIDタグの製造コストが高くなる。このため、インピーダンス変換回路を使用せずにタグLSIチップとタグアンテナの整合を取る必要がある。すなわち、インピーダンス変換回路を使用しなくてもLSIチップとのインピーダンス整合が取れるようにしたタグアンテナを備えたRFIDタグが要望される。

従来のダイポールアンテナを備えたRFIDタグは上記のように金属に貼り付けると通信距離が劣化するという問題がある。このため、UHF帯においても幾つかの金属対応タグアンテナが開発されているが(特許文献1参照)、いずれも厚さ4mm以上、長さ10cm以上と大きいものばかりであった。
このため、本願出願人は、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能な小型アンテナを備えたRFIDタグを提案している(特許文献２参照)。この提案されたRFIDタグ１０は、図２０に示すように直方体状の誘電体部材１１と、この誘電体部材１１の表面に設けられループアンテナを形成する送受信用のアンテナパターン１２と、このアンテナパターン１２にチップ搭載パッド１３を介して電気的に接続されたＩＣチップ１５と、を備えている。
直方体状の誘電体部材１１は、所定の誘電率を有しており、ガラス等を含んだ樹脂により形成された基板、いわゆる高周波用基板を用いることができる。誘電体部材１１の平面部分のアンテナパターン１２は、導体（たとえば、銅等の金属導体）をエッチングすることにより形成されている。また、ＩＣチップ１５をアンテナパターン１２に電気的に接続するための一対のチップ搭載パッド１３が、このアンテナパターン１２とともに、上記エッチングにより同時形成されている。さらに、誘電体部材１１の側面部分（厚みを形成する部分）のアンテナパターン１２′は、公知のいわゆるメッキによる側面導通法によって形成されている。ＩＣチップ１５は、非接触で情報を記録し、かつ読み取るための通信回路とメモリおよび所定の制御回路を備えるとともに、アンテナパターン１２に延設された上記チップ搭載パッド１３と電気的に接続するためのチップ電極（図示せず）を備えている。以上のように構成されたＲＦＩＤタグ１０は、図２１に示すように、たとえば金属性物体MTLに絶縁性接着剤（たとえば、両面テープ）１６等を用いて貼付され、図示しない所定の保護フィルム等で被覆されて使用される。なお、このＲＦＩＤタグ１０は、使用する物品へ貼付するための上記接着剤１６や上記保護フィルム等を予め備えて構成されていてもよい。

このループアンテナ構成のRFIDタグによれば、ループアンテナに電流Iを流すと、図１９（B）と同様に写像原理により金属物体MTLに図２２に示すようにイメージIMGが発生する。しかし、ループアンテナではこのイメージIMGによりRFIDタグの下側の電流が打ち消されるだけであり、等価的に一点鎖線で示すような電流I′が流れているとみなされ、RFIDタグのLSIチップ１５に必要な電力を供給することができ、しかも、ループアンテナからリーダライターのアンテナに向け電磁波を送信することができる。
上記ループアンテナ構成のRFIDタグを製造するには、先ず、両面が導電体で覆われたプリント基板(誘電体部材)１１の表面をエッチング加工して図２０に示すアンテナパターンを形成し、ついで、側面にメッキ加工を施し、該メッキ１２′により基板の上面アンテナパターンと下面アンテナパターンを接続してループアンテナを形成する（ループアンテナ形成工程）。しかる後、上記チップ搭載パッド１３にＩＣチップ１５のチップ電極が電気的に接続するように、当該ＩＣチップ１５を実装する。実装技術としては、たとえばいわゆるフリップチップ実装を採用することができる。
別の製造方法として図２３に示すように絶縁性のフィルム２０上にアンテナパターン１２及びチップ搭載パッド１３を印刷し、図２４に示すように該フィルム２０を誘電体部材１１に巻きつけて固定し、しかる後、ICチップ１５をチップ搭載パッド１３に実装する。
特開２００２−２９８１０６号公報特開２００６−５３８３３

上記従来のループアンテナ構成のRFIDタグによれば小型、薄型の構造にもかかわらず、金属表面に貼り付けても電磁波の送受信が可能で通信距離を長くでき、しかも、広い帯域でゲインをほぼ一定にでき、更に、インピーダンス変換回路が無くても整合を取ることができる。
しかし、従来のRFIDタグの第１の製造方法では、プリント基板を使用し、しかも、エッチング加工、側面メッキ加工などの複雑な工程が必要であり、製造コストが高くなる問題がある。また、従来のRFIDタグの第２の製造方法では、絶縁フィルム２０を誘電体部材１１に巻きつけてからＩＣチップ１５を実装しなくてはならず、絶縁フィルムを誘電体材料へ巻きつけて固定する際に高い巻き付け位置精度が要求される。すなわち、ICチップは非常に小さいため、例えば0.4mm角と小さいため、正確に実装するには高い位置精度、例えば数10〜数100μmの位置精度で絶縁フィルムを誘電体部材１１に巻きつける必要がある。
以上から本発明の目的は、ＩＣチップを実装してからフィルムを誘電体材料に巻きつけることにより高い巻き付け位置精度が必要でないループアンテナ構成のRFIDタグ及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、金属に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送受信することができ、しかも、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供することである。
本発明の別の目的は、非導電性物体に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送受信することができ、しかも、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供することである。

・RFIDタグ
本発明の第１の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグは、平板状の誘電体部材と、該誘電体部材の第１の面と第２の面において所定の間隙をおいて形成され、かつ、該誘電体部材の第１の面から第２の面までそれぞれ連通する第１、第２のループアンテナパターンと、前記一方の面において前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップとを備えている。前記第１、第２のループアンテナパターンは前記ICチップを搭載するICチップ搭載部分を備え、該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて前記誘電体部材に形成される。
本発明の第２の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグは、平板状の誘電体部材と、ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンが該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて形成された絶縁フィルムと、前記ICチップ搭載部分に搭載され、前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップとを備え、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを前記誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように、巻きつけて構成されている。
本発明の第３の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグは、平板状の誘電体部材と、該誘電体部材の第１の面と第２の面において所定の間隙をおいて形成され、かつ、該誘電体部材の第１の面から第２の面までそれぞれ連通する第１、第２のループアンテナパターンと、前記一方の面において前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、前記ICチップ搭載面と反対の面に積層された絶縁層と導電層とを備えている。前記第１、第２のループアンテナパターンは前記ICチップを搭載するICチップ搭載部分を備え、該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて前記誘電体部材に形成される。
本発明の第４の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグは、平板状の誘電体部材と、ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンが該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて形成された絶縁フィルムと、前記ICチップ搭載部分に搭載され、前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、前記ICチップ搭載面と反対の面に積層された絶縁層と導電層とを備え、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを前記誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように、巻きつけて構成されている。

・RFIDタグの製造方法
本発明の第１の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグの製造方法は、ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンを、該ICチップ搭載部分を向き合わせて絶縁フィルム上に形成するステップ、前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップを搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続するステップ、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを平板状の誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定するステップを備えている。
本発明の第２の態様であるループアンテナを備えたRFIDタグの製造方法は、ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンを、該ICチップ搭載部分を向き合わせて絶縁フィルム上に形成するステップ、前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップを搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続するステップ、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを平板状の誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定するステップ、前記ICチップ搭載面と反対の面に絶縁層と導電層を積層するステップを備えている。

本発明によれば、ＩＣチップを実装してからフィルムを誘電体材料に巻きつけることにより高い巻き付け位置精度が不要なループアンテナ構成のRFIDタグ及びその製造方法を提供できる。
又、本発明によれば、ループアンテナ構成にしているため金属に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送受信することができる。しかも、本発明によれば、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供できる。
また、本発明によれば、ループアンテナ構成にし、かつ、ICチップ搭載面と反対の面に絶縁層と導電層を積層するようにしたから、非導電性物体に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送受信することができる。しかも、本発明によれば、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供できる。

（A）第１実施例
・構成
図１は本発明のループアンテナ構成のRFIDタグ５０の分解斜視図である。(A)に示すように78×45×1.2(単位はmm)の平板状の誘電体部材(誘電体基板)５１に、(B)に示すAA断面略U状の第１、第２のループアンテナ部分５２，５３を向かい合うように取り付ける((C)参照)。また、LSIチップ５４を誘電体基板５１に形成した凹み部(図示せず)にはまるように、かつ、アンテナ部分５２，５３に接続するようにチップ搭載パッド５５，５６に実装する。なお、チップ搭載パッド５５，５６はループアンテナ部分５２，５３の端部に設けられている。
誘電体基板５１は例えば、比誘電率εr＝4.3、誘電損失率tanδ=0.009の電気特性を有しており、ガラス等を含まない安価な樹脂のみにより形成することができる。たとえば、この誘電体基板５１は、成形加工性、機械的性質等に優れた、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の樹脂により形成することができる。
図２は第１実施例のRFIDタグの平面図、図３は裏面図である。図３の裏面図から判るように、本発明のRFIDタグの第１、第２のループアンテナ部分５２，５３はLSIチップの反対側で非導通になっており、c mm(=約3ｍｍ)の誘電体表面スリット５５が露出している。

図４は絶縁層あるいは絶縁シート(図示せず)を介して本発明のRFIDタグ５０を導電性物体６０に貼り付けた場合の等価アンテナ回路である。ループアンテナ部分５２，５３は絶縁層の誘電容量５７ａ,５７ｂを介して導電性物体６０に容量結合して電流ループが形成されている。この結果、図２２で説明したと同様の原理でループアンテナに等価的に点線で示すような電流I′が流れているとみなされ、RFIDタグのLSIチップ５４に必要な電力を供給することができ、しかも、ループアンテナからリーダライタアンテナに向け電磁波を送信することができる。

・製造方法
図５は本発明のRFIDタグの製造方法説明図である。
薄い絶縁フィルム７１上にプリント技術により第１、第２のループアンテナ部分(ループアンテナパターン)５２，５３を向かい合うように印刷する。すなわち、導線性ペーストを絶縁フィルム７１上にスクリーン印刷することによりループアンテナ部分５２，５３を形成する。同時に、該ループアンテナ部分５２，５３の端部にＬＳＩチップ５４を搭載して該ループアンテナ部分５２，５３に電気的に接続するための一対のチップ搭載パッド５５，５６が形成される。
絶縁フィルム７１として、可撓性を有する熱可塑性プラスチック例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を使用することができるが、加工性、絶縁性、機械的強度、価格面を考慮すると、ＰＥＴが最適である。なお、絶縁フィルム７１の大きさは、図１（Ｃ）に示すループアンテナ部分５２，５３を形成できるように、誘電体部材５１に過不足無く巻き付けられる程度である。
ついで、第１、第２のループアンテナ部分５２，５３の端部に形成したチップ搭載パッド５５，５６にLSIチップ５４をチップボンディングなどの実装技術により実装する。
しかる後、ＬＳＩチップ５４が実装された絶縁フィルム７１を、誘電体基板５１の角部に対応した折り曲げ部７５〜７８で折り曲げ、当該誘電体基板５１に巻き付けて固定する。この絶縁フィルム７１と誘電体基板５１間の固定は、例えば接着剤や両面テープ等を用いて行うことができる。

以上まとめると、第１実施例のRFIDタグの製造方法は、
(１) ICチップ搭載部分５５，５６を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターン５２，５３を、該ICチップ搭載部分が向き合うように絶縁フィルム７１上に形成する第１ステップ、
(２) 前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップ５４を搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続する第２ステップ、
(３) 前記ICチップ５４が搭載された絶縁フィルム７１を平板状の誘電体部材５１(図１参照)に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定する第３ステップ、を備えている。
以上のようにして製造されるRFIDタグのタグアンテナが、必要とされる特性を有するように富士通製の3次元電磁界シミュレータACCUFIELDを用いてアンテナ各部の寸法設計を行なった。なお、s2(１参照)等の寸法を調整することで、アンテナのインピーダンス、帯域および利得を最適化することができる。

・第１実施例のRFIDタグの特性
(a)整合性
図１の誘電体基板５１として比誘電率εr=4.3、損失率tanδ＝0.009の誘電体材料を採用する。そして、サイズ78×45×1.2(単位はmm)の該誘電体基板５１に各部寸法がw=25mm,S2=5mm(図１(C))、a=3mm,b＝10mm(図２)、c=3mm(図３)のループアンテナパターンを巻きつけてRFIDタグを形成し、800MHｚ〜1.1GHzにわたってタグアンテナのインピーダンスをシミュレーションした。図６は該タグアンテナのインピーダンスをスミスチャート上にプロットしたもので、950MHにおけるループアンテナのインピーダンスはA点に示すようになる。この950MHにおけるループアンテナのインピーダンスはLSIチップ５４の入力インピーダンス（図６のB参照)にほぼ整合する値となった。
LSIチップとタグアンテナで構成されるRFIDタグの等価回路は図７に示すようになる。すなわち、等価回路はLSIチップとタグアンテナの並列回路で表わされ、LSIチップは抵抗RcpとコンデンサCcpの並列回路で表わされ、タグアンテナは抵抗RapとインダクタンスLapの並列回路で表わされる。このRFIDタグにおける整合の条件はRcP=Rap、ωL=１/ωCであり、図６より第１実施例のRFIDタグはこの整合条件を満たしている。

(b) ゲイン特性
図８は周波数を800MHｚ〜1.1GHz(1100MHｚ)の間で変化させたときのアンテナゲイン特性であり、広い範囲でゲインがほぼ一定になっており（＝−５ｄB〜−４．３dB）、広帯域特性が得られていることがわかる。
図９は図２４に示す従来のRFIDタグのアンテナゲイン特性であり、比較するために第１実施例のアンテナゲイン特性を並べて示している。この従来のタグアンテナは比誘電率εr=4.1、損失率tanδ＝0.009の誘電体材料を用いてサイズ78×45×1.15(単位はmm)の誘電体基板を作成し、その両面に図１０（A）,(B)に示す寸法を有するループアンテナパターンを形成している。図９より、第１実施例のタグアンテナは従来のタグアンテナと同等のアンテナゲイン特性を示していることが判る。なお、第１実施例の方のゲインが若干高いが、これは基板の厚さの差が影響していると思われる。

(c)アンテナパターン寸法s2に対する各種特性
比誘電率εr=5.0、損失率tanδ＝0.002の誘電体材料を用いてサイズ78×45×1.2(単位はmm)の誘電体基板５１を作成し、その両面に図１１（A）,(B)に示す寸法を有するループアンテナ５２，５３のタグパターンを形成した。そして、上側端部からのパターン寸法S2を可変とし、s2=10mm〜20mmにおけるアンテナゲイン、タグアンテナ抵抗Rap、LSIチップ容量Ccpをシミュレーションした。図１２(A)はゲイン特性、図１２（B）はチップ容量特性、図１２（C）はタグアンテナ抵抗特性である。
図１２（A）より寸法s2が変化してもゲイン、タグアンテナ抵抗Rapはそれほど変動せず、チップ容量Ccpは変化することがわかる。これにより、タグアンテナとLSIチップのインピーダンス整合が取れていないとき、寸法s2を調整することによりタグアンテナとLSIチップのインピーダンス整合を取ることが可能であることが判る。
なお、RFIDの通信距離ｒは概略以下の式で与えられる。
r=λ／（４π）(PtGtGrτ／Pth)^0.5
ここで、λは波長、Ptはリーダライタアンテナに加えたパワー、GtおよびＧｒはそれぞれタグアンテナおよびリーダライタアンテナのアンテナゲイン、PthはICチップが動作するために必要なパワーの最小値をである。また、τはICチップとタグアンテナの整合の度合いを表わし、以下の式で与えられる。
τ＝４RcRt/(Zc+Za)²
ここでRcはICチップのインピーダンスの実数部、Ｒｔはタグアンテナのインピーダンスの実数部、ZcおよびZaはそれぞれ、ICチップとタグアンテナの複素インピーダンスである。図１２のシミュレーション結果を元に、図１１に示すRFIDタグの通信距離を計算すると1.7ｍとなり、きわめて実用的な通信距離が得られることが分かる。ただし、ここではGrを９ｄBi、Ptを0.5W、Pthを−5dBmとした。またICチップのインピーダンスを７２−２５８ｊΩとした。

本発明のタグアンテナは名刺と同程度の大きさであり、厚みも1.2mm程度であり、UHF帯金属対応タグとしては極めて小形かつ薄形の部類に入る。
また、第１実施例のRFIDタグによれば高い巻き付け位置精度が不要になる。図１３（A）,(B)は巻き付け位置精度が1mmずれた場合の第１実施例のRFIDタグの平面図及び裏面図であり、図１４は真のセンターラインＣ−Ｃからの巻き付け誤差が0，0.5ｍｍ，１ｍｍのときのアンテナゲインを示す図表である。巻き付け誤差が1mmであってもゲインが大きく変化せず、高々0.3ｄＢの変化であり、また、通信距離は数％程度の劣化で大きな影響が無いことがわかる。これより、本発明のRFIDタグによれば巻き付ける前にＩＣチップを実装することにより従来技術に比べて巻き付け位置精度を１桁緩くすることができる。
尚、実施例では誘電体基板が直方体の場合について説明したが本発明はかかる形状に限るものではなく、三角形、正方形、六角形などの平板状の立体であっても良い。
第１実施例のRFIDタグによれば、金属に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送信することができ、しかも、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供できる。また、第１実施例のRFIDタグによれば、ＩＣチップを実装してからフィルムを誘電体材料に巻きつけることにより高い巻き付け位置精度が不要になる。

（Ｂ）第２実施例
第１実施例のRFIDタグは絶縁層を介して導電性物体に貼り付けて使用すると図４に示すように等価回路が形成されて所要の特性が得られる。しかし、非導電性物体に貼り付けた場合にはアンテナパターンに電流が流れずタグアンテナとして機能しない。
図１５は非導電性物体に貼り付けた場合にはアンテナパターンに電流が流れようにした第２実施例のループアンテナ構成のRFIDタグの説明図であり、(Ａ)はRFIDタグの分解斜視図、（Ｂ）はRFIDタグの斜視図である。
第２実施例のRFIDタグは、第１実施例のRFIDタグ５０(図１（C）)の裏面に厚さ100μｍの絶縁シート８１と導電シート８２を積層して構成されている。かかる構成により、第２実施例のRFIDタグを非導電性物体に貼り付け、タグアンテナに給電すると図４に示すように等価回路が形成されて所要の特性が得られる。

第２実施例のRFIDタグは第１実施例のRFIDタグに絶縁シート８１と導電シート８２を積層して製造することができる。すなわち、第２実施例のRFIDタグの製造方法は、
(１) ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンを、該ICチップ搭載部分が向き合うように絶縁フィルム上に形成する第１ステップ、
(２) 前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップを搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続する第２ステップ、
(３) 前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを平板状の誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定する第３ステップ、
(４) 前記ICチップ搭載面と反対の面に絶縁層と導電層を積層するステップ、
を備えている。

図１６は第２実施例のタグアンテナの出力インピーダンスを示すスミスチャートであり950ＭＨｚにおいてA′点で示すようにＬＳＩチップの入力インピーダンス（B点参照）にマッチングする出力インピーダンスが得られた。又、図１７に示すように800MHz〜1100MHzの範囲で−4dBの略一定のゲインが得られた。
第２実施例のRFIDタグによれば、非導電性物体に貼り付けても必要な電力を供給できると共に電磁波を送信することができ、しかも、帯域を広くでき、かつイピーダンス変換回路が不要な小型で薄型のRFIDタグを提供できる。
また、第１実施例のRFIDタグの裏面に絶縁シートと導電シートを積層することにより第２実施例のRFIDタグを作成することができる。

本発明のループアンテナ構成のRFIDタグの分解斜視図である。第１実施例のRFIDタグの平面図である。第１実施例のRFIDタグの裏面図である。絶縁層(図示せず)を介して本発明のRFIDタグを導電性物体に貼り付けた場合の等価アンテナ回路である。本発明のRFIDタグの製造方法説明図である。タグアンテナのインピーダンスをスミスチャート上にプロットした図である。 RFIDタグの等価回路である。周波数を800MHｚ〜1.1GHz(1100MHｚ)の間で変化させたときのアンテナゲイン特性である。従来のRFIDタグのアンテナゲイン特性であり、比較するために第１実施例のアンテナゲイン特性を並べて示している。従来のRFIDタグの平面図及び裏面図である。本発明のアンテナパターン説明図である。本発明のs2を変更したときのゲイン特性、チップ容量特性、タグアンテナ抵抗特性である。第１実施例のRFIDタグの効果説明図である。巻き付け誤差とゲイン変化の対応図である。第２実施例のループアンテナ構成のRFIDタグの説明図である。第２実施例のタグアンテナのインピーダンスをスミスチャート上にプロットした図である。周波数を800MHｚ〜1.1GHz(1100MHｚ)の間で変化させたときの第２実施例のタグアンテナのアンテナゲイン特性である。 RFIDタグの説明図である。従来のRFIDタグの不具合説明図である。従来のRFIDタグの斜視図である。図２０のRFIDタグの導電性物体への貼り付け説明図である。図２０のRFIDタグを金属物体に貼り付けてもLSIチップに必要な電力を供給でき、かつ、電磁波を送信できる理由説明図である。図２０のRFIDタグの製造方法説明図（その１）である。図２０のRFIDタグの製造方法説明図（その２）である。

符号の説明

５０ RFIDタグ
５１誘電体基板
５２，５３第１、第２のループアンテナ部分
５４ LSIチップ
５５，５６チップ搭載パッド

Claims

ループアンテナを備えたRFIDタグにおいて、
平板状の誘電体部材と、
該誘電体部材の第１の面と第２の面において所定の間隙をおいて形成され、かつ、該誘電体部材の第１の面から第２の面までそれぞれ連通する第１、第２のループアンテナパターンと、
前記一方の面において前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
前記第１、第２のループアンテナパターンは前記ICチップを搭載するICチップ搭載部分を備え、該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて前記誘電体部材に形成された、
ことを特徴とする請求項１記載のRFIDタグ。
ループアンテナを備えたRFIDタグにおいて、
平板状の誘電体部材と、
ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンが、該ICチップ搭載部分を向き合わせて所定の間隙をおいて形成された絶縁フィルムと、
前記ICチップ搭載部分に搭載され、前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、
を備え、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを前記誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように、巻きつけてなることを特徴とするRFIDタグ。
前記ICチップ搭載面と反対の面を、絶縁層を介在して導電性物体に貼り付けてなることを特徴とする請求項１又は３記載のRFIDタグ。
ループアンテナを備えたRFIDタグにおいて、
平板状の誘電体部材と、
該誘電体部材の第１の面と第２の面において所定の間隙をおいて形成され、かつ、該誘電体部材の第１の面から第２の面までそれぞれ連通する第１、第２のループアンテナパターンと、
前記一方の面において前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、
前記ICチップ搭載面と反対の面に積層された絶縁層と導電層と、
を備えたことを特徴とするRFIDタグ。
前記第１、第２のループアンテナパターンは前記ICチップを搭載するICチップ搭載部分を備え、該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて前記誘電体部材に形成された、
ことを特徴とする請求項５記載のRFIDタグ。
ループアンテナを備えたRFIDタグにおいて、
平板状の誘電体部材と、
ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンが該ICチップ搭載部分を向かい合わせて所定の間隙をおいて形成された絶縁フィルムと、
前記ICチップ搭載部分に搭載され、前記第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続されたICチップと、
前記ICチップ搭載面と反対の面に積層された絶縁層と導電層と、
を備え、前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを前記誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように、巻きつけてなることを特徴とするRFIDタグ。
ループアンテナを備えたRFIDタグの製造方法において、
ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンを、該ICチップ搭載部分を向き合わせて絶縁フィルム上に形成するステップ、
前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップを搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続するステップ、
前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを平板状の誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定するステップ、
を備えたことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
ループアンテナを備えたRFIDタグの製造方法において、
ICチップ搭載部分を備えた帯状の第１、第２のループアンテナパターンを、該ICチップ搭載部分を向き合わせて絶縁フィルム上に形成するステップ、
前記第１、第２のループアンテナパターンの前記ICチップ搭載部分にICチップを搭載して該第１、第２のループアンテナパターンに電気的に接続するステップ、
前記ICチップが搭載された絶縁フィルムを平板状の誘電体部材に、該ICチップが該誘電体部材の第１の面に位置するように、かつ、第２の面において前記第１、第２のループアンテナパターンが所定の間隙をおいて位置するように巻きつけて固定するステップ、
前記ICチップ搭載面と反対の面に絶縁層と導電層を積層するステップ、
を備えたことを特徴とするRFIDタグの製造方法。