JP5652581B1 - アンテナ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

アンテナに取り付けられた無線ＩＣ素子を封止部材にて効果的に保護すること。平面視で所定の幅を有する一対の放射電極部（２０ａ）と、一対の放射電極部（２０ａ）の対向する一端部に位置して平面視で両側が凹んだ接続部（２０ｂ）とを有し、接続部（２０ｂ）に無線ＩＣ素子（３０）が接続されたダイポールアンテナ（２０）と、無線ＩＣ素子（３０）を被覆する封止部材（４０）と、を備えたアンテナ装置。封止部材（４０）は、放射電極部（２０ａ）の一端部及び接続部（２０ｂ）を含めて無線ＩＣ素子（３０）を被覆しており、かつ、接続部（２０ｂ）の凹んだ部分を介してダイポールアンテナ（２０）の表面側と裏面側とに連続している。

Description

本発明は、アンテナ装置、特に、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられるアンテナ装置の製造方法に関する。

近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線ＩＣデバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣ素子と、高周波信号の送受信を行うアンテナ装置とを備え、管理対象となる種々の物品（あるいはその包装材）に貼着して使用される。

ＲＦＩＤシステムとしては、１３ＭＨｚ帯を利用したＨＦ帯ＲＦＩＤシステム、９００ＭＨｚ帯を利用したＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムが一般的である。特に、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤシステムは、通信距離が比較的長く、複数のタグを一括して読取りが可能であることから、物品管理のシステムとして有望視されている。

近年、ＲＦＩＤシステムは、例えば、リネン業者と呼ばれる衣類洗濯業者にも適用が検討されている。衣類洗濯業者は、ホテル、医療、介護、食品などの衛生・環境管理が必要とされる業界に主に洗濯サービスを提供している。この種の衣類洗濯業者は、洗濯作業工程において、洗濯の対象となる多数の衣類を管理するために、衣類に取り付けたＲＦＩＤタグからリーダライタにて必要な情報を読み取り、回収、洗濯、高温減菌処理、納品、廃棄などの管理を行っている。

衣類洗濯業者は、無線ＩＣ素子とアンテナ装置とを備えた前記ＲＦＩＤタグを布ラベルで覆い、該布ラベルを熱圧着又は縫製にて衣類に取り付けている。しかし、洗濯工程において衣類が激しく揉まれるのに伴って、アンテナ装置と無線ＩＣ素子との接続部に応力が繰り返して加わると、該接続部が破損しやすくなるといった問題点を有していた。

そこで、特許文献１に記載されているように、基板に設けたＩＣチップとアンテナ部との接続部の近傍に、表面から裏面まで貫通している少なくとも二つの貫通孔部を有し、これらの貫通孔部を介して基板の表裏面に設けたモールド部で接続部を含むＩＣチップを覆う構成が提案されている。しかしながら、この構成では、タグが小型化している現状において、基板に形成される貫通孔部を大きくすることが困難である。貫通孔部を細くするとモールドされる樹脂が貫通孔部に流入しにくくなり、ＩＣチップを十分に保護することができない。あるいは、貫通孔部が細いので、樹脂による十分な取付け強度が得られないという問題点を有している。

特開２０１０−１７６４５１号公報

本発明の目的は、アンテナに取り付けられた無線ＩＣ素子を封止部材にて効果的に保護できるアンテナ装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一形態であるアンテナ装置の製造方法は、
平面視で所定の幅を有する一対の放射電極部からなるダイポールアンテナを一対の放射電極部のそれぞれの一端部を対向させて複数対を並置する工程と、
前記複数対の放射電極部のそれぞれの一端部に平面視で両側が凹む形状に貫通開口部を形成する工程と、
前記一対の放射電極部の一端部に無線ＩＣ素子を接続する工程と、
前記複数対の放射電極部の一端部を含めて前記無線ＩＣ素子を封止部材で被覆する工程と、
前記ダイポールアンテナを一対の放射電極部ごとに前記封止部材を含めて切り分ける工程と、
を備え、
前記封止部材は前記一対の放射電極部の一端部の凹んだ部分を介して前記ダイポールアンテナの表面側と裏面側とに連続していること、
を特徴とする。

前記アンテナ装置は、無線ＩＣ素子と一体化されてＲＦＩＤタグ（無線ＩＣデバイス）として、例えば、衣類などに取り付けられ、ＲＦＩＤシステムのリーダライタと交信することによって、洗濯や納品などの工程管理に利用される。前記アンテナ装置において、無線ＩＣ素子は封止部材によって覆われて保護されており、封止部材はダイポールアンテナの凹んだ両側部を回り込んだ状態でダイポールアンテナの表面側と裏面側とに連続しているため、ＩＣタグが小型であっても必要な固着強度を保持できる。従って、洗濯工程などで衣類が揉まれても無線ＩＣ素子とダイポールアンテナとの接続部が破損するおそれがない。

本発明によれば、アンテナに取り付けられた無線ＩＣ素子を封止部材にて効果的に保護できる。

一実施例であるアンテナ装置を備えた無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 前記無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図１（Ａ）のＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）は図１（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 封止樹脂を除いた状態の図１に記載の無線ＩＣデバイスを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 図３に示した無線ＩＣデバイスを示す分解斜視図である。 凹みの変形例を拡大して示す平面図である。 前記無線ＩＣデバイスの製造工程を示す説明図である。 前記無線ＩＣデバイスの製造工程（図６の続き）を示す説明図である。 前記製造工程における封止部材の充填時を示す断面図である。 前記製造工程で使用される治具の第１例を示す斜視図である。 前記製造工程で使用される治具の第２例を示す斜視図である。 前記製造工程で使用される治具の第３例を示す斜視図である。 無線ＩＣ素子をＩＣチップと給電回路基板とのモジュールとして構成した無線ＩＣデバイスの等価回路図。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ前記給電回路を示す等価回路図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（アンテナ装置を備えた無線ＩＣデバイス、図１〜図４参照）
図１、図３及び図４に示すように、無線ＩＣデバイスは、ＵＨＦ帯の通信に用いられるものであり、可撓性を有する基材シート１０と、該シート１０上に設けられたダイポールアンテナ２０と、無線ＩＣ素子３０と、該無線ＩＣ素子３０を被覆する封止樹脂４０と、でいわゆるＲＦＩＤタグとして構成されている。

基材シート１０は、例えば、耐熱性や耐薬品性を有することが好ましく、ポリイミドやＰＥＴ、ＬＣＰなどの熱可塑性樹脂材を好適に使用することができる。ダイポールアンテナ２０は、基材シート１０上に該シート１０のほぼ全面に設けられた銀、銅、アルミニウムなどを主成分とする金属膜によって可撓性を有するように形成されている。封止樹脂４０は、例えばシリコーン樹脂である。

ダイポールアンテナ２０は、平面視で所定の幅を有する一対の放射電極部２０ａと、該放射電極部２０ａが対向する一端部に位置して平面視で両側が凹んだ（凹み２０ｃ）接続部２０ｂとを有し、該接続部２０ｂに無線ＩＣ素子３０が接続固定されている。また、基材シート１０もダイポールアンテナ２０の接続部２０ｂと平面視で同じ幅の凹んだ部分（凹み１０ａ）を有している。

無線ＩＣ素子３０は、ＲＦ信号を処理するもので、例えば、シリコン半導体集積回路チップとして構成されており、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。このような無線ＩＣ素子３０（ＩＣチップ）は、その裏面に入出力用電極や実装用電極が設けられており、該入出力用電極は前記ダイポールアンテナ２０の接続部２０ｂに金属バンプなどを介して電気的に接続固定される。なお、金属バンプの材料としては、Ａｕ、はんだなどを用いることができる。また、無線ＩＣ素子３０とダイポールアンテナ２０とは電磁界結合であってもよい。

封止樹脂４０は、ダイポールアンテナ２０の放射電極部２０ａの一端部及び接続部２０ｂを含めて、さらに、基材シート１０をも含めて、無線ＩＣ素子３０を全体的に被覆している。この封止樹脂４０は、ダイポールアンテナ２０の凹み２０ｃ及び基材シート１０の凹み１０ａを介してアンテナ２０及びシート１０の表面側と裏面側とに連続している。

封止樹脂４０は、無線ＩＣ素子３０を水分や周囲の環境から保護するものであり、ダイポールアンテナ２０や基材シート１０の凹んだ両側部を回り込んだ状態でアンテナ２０及びシート１０の表面側と裏面側とに連続しているため、アンテナ２０やシート１０への固着強度が大きい（はがれにくい）。従って、無線ＩＣデバイスが小型化された場合であっても、ダイポールアンテナ２０の接続部２０ｂと無線ＩＣ素子３０との必要な固着強度を保持できる。その結果、洗濯工程などで衣類が揉まれても無線ＩＣ素子３０とダイポールアンテナ２０との接続部が破損するおそれはない。

無線ＩＣ素子３０は凹み１０ａ，２０ｃが形成されている領域Ａ（図３（Ａ）参照）の内側に配置することが好ましい。これにて、無線ＩＣ素子３０の短辺方向においても封止樹脂４０で保護することができる。特に、凹み１０ａ，２０ｃ（領域Ａ）の中心と無線ＩＣ素子３０の中心とが重なるように配置すると、温度や湿度に起因する樹脂４０の変形による応力が素子３０に作用し難くなる。

さらに、図２（Ｃ），（Ｄ）に基材シート１０の短辺方向の断面として示すように、封止樹脂４０は短辺方向の両側部分で大きく回り込んでいるため、この両側部分ではがれにくく、封止性が良好となる。また、封止樹脂４０の両側部分は平面視で基材シート１０の両側部分と同じ幅である。即ち、この無線ＩＣデバイスは、図１（Ａ）に示すように、短辺方向の両側部分は直線状であって出っ張り部がなく、衣類などの他の物品と干渉するおそれはない。さらに、封止樹脂４０の裏面側部分はダイポールアンテナ２０から離れる方向に狭まる傾斜面４０ａを有している。この傾斜面４０ａを設けることによって封止樹脂４０の裏面側部分の角が突起状となって他の物品と干渉することがなくなる。

凹み１０ａ，２０ｃの形状に関しては、四角形状であることにより、少ないスペースに多くの樹脂４０を充填できるので、保持強度が充分で信頼性が高い利点を有している。但し、凹み１０ａ，２０ｃの形状は四角形状に限定するものではなく、図５に示すように、円弧形状や楕円形状などの曲線あるいは多角形状で形成されていてもよい。凹み１０ａ，２０ｃが直角のエッジを有すると、インピーダンスの不整合が生じて電力損失が起こりやすい。凹み１０ａ，２０ｃをエッジが少ない曲線や多角形で形成すると、このような電力損失が起こりにくい。一方、四角形状とすることで、小さいスペースでより強固に樹脂４０を保持できる。

前記無線ＩＣデバイスは、例えば、衣類洗濯業者によって多数の衣類に取り付けられ、ＲＦＩＤシステムを利用した衣類の管理に使用される。無線ＩＣデバイスの通信作用について概略的に説明すると、放射電極部２０ａが外部からの高周波を受信すると、接続部２０ｂを介して無線ＩＣ素子３０に電力が供給される。一方、無線ＩＣ素子３０から所定の高周波信号が接続部２０ｂを介して放射電極部２０ａに伝達されると、放射電極部２０ａから外部に放射される。これにて、無線ＩＣ素子３０と図示しないリーダライタとが交信することになる。

（製造工程、図６〜図８参照）
次に、前記無線ＩＣデバイスの製造方法の一例について図６及び図７を参照して説明する。この製造方法は、複数の無線ＩＣデバイスを集合基板として作製した後、１単位ずつカットする、いわゆる多数個取りの手法によっている。

まず、工程（１）として、広い面積の基材シート１０上にダイポールアンテナ２０となる複数対の放射電極部２０ａをそれぞれの一端部を対向させて並置する。放射電極部２０ａはシート１０上のほぼ全面に金属膜として形成されており、エッチングなどの処理で短冊状に形成される。

次に、工程（２）として、一対ずつの放射電極部２０ａの一端部に平面視で両側が凹む形状にシート１０の表裏面に貫通する開口部１１を形成する。これにて、接続部２０ｂ、凹み２０ｃ，１０ａが形成されたことになる。次に、工程（３）として、対向する一対の接続部２０ｂ上に無線ＩＣ素子３０を、はんだ付けや導電性ペーストなどにより接続する。

次に、工程（４）として、複数対の放射電極部２０ａの一端部を含めて無線ＩＣ素子３０を封止樹脂４０で連続的に被覆する。この場合、図８に示すように、基材シート１０の裏面側に凹所５１を有する治具５０を配置し、無線ＩＣ素子３０の上方から樹脂液（例えばシリコーン樹脂液）を塗布する。塗布された樹脂液は、無線ＩＣ素子３０を覆うとともに、凹み２０ｃ，１０ａを介してシート１０の裏面側に回り込む。

次に、工程（５）として、ダイポールアンテナ２０を一対の放射電極部２０ａごとに封止樹脂４０を含めて一点鎖線Ｘで示す位置で切り分ける。これにて、１単位のアンテナ装置を含む無線ＩＣデバイスが製造される。なお、治具５０はステンレスなどの板材からなり、このカット工程において、治具５０は取り外されている。

（製造用治具、図９〜図１１参照）
図８に示した治具５０は具体的には図９に示す第１例、図１０に示す第２例、図１１に示す第３例を用いることができる。第１例である治具５０は、図９に示すように、１枚の治具板５０Ａに各無線ＩＣ素子３０に対応した箇所に凹所５１を形成したものである。第２例である治具５０は、図１０に示すように、各無線ＩＣ素子３０に対応した箇所に凹所５１を表裏面への貫通開口部として形成した板５０Ｂをベース板５０Ｃ上に重ね合わせたものである。

また、凹所５１は個々の無線ＩＣ素子３０に対応して形成される必要はなく、第３例である治具５０として図１１に示すように、連続した一つの凹所５１であってもよい。

（無線ＩＣモジュール、図１２及び図１３参照）
無線ＩＣ素子３０は、前述のように、高周波信号を処理する無線ＩＣチップであってもよく、あるいは、図１２に示すように、無線ＩＣチップ３１と所定の共振周波数を有する共振回路を含んだ給電回路３２とでモジュールとして構成されていてもよい。給電回路３２は、ダイポールアンテナ２０が受信した高周波信号を無線ＩＣチップ３１に供給し、かつ、無線ＩＣチップ３１から発信された所定の周波数を有する高周波信号をダイポールアンテナ２０に伝達する。給電回路３２が所定の共振周波数を有するので、無線ＩＣチップ３１のインピーダンスとダイポールアンテナ２０のインピーダンスとのマッチングが図りやすくなる。

無線ＩＣチップ３１と給電回路３２とで無線ＩＣ素子３０を構成する場合、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、給電回路基板３５には種々の給電回路３２（共振回路／整合回路を含む）を設けることができる。給電回路基板３５の裏面に設けた一対の電極３６ａが前記接続部２０ｂに接続され、表面に設けた一対の電極３６ｂが無線ＩＣチップ３１の入出力電極３２ａに接続される。給電回路基板３５は、例えば、セラミックシートなどの多層基板で形成することができる。インダクタンスやキャパシタンスをセラミックシート上に導電材をパターニングすることで内蔵すれば、給電回路基板３５が薄型化され、特性の公差を小さくすることができる。また、給電回路基板３５は樹脂製の多層基板にチップタイプのインダクタンスやキャパシタンスを埋め込んで構成してもよい。この場合は、大きな値のインダクタンスやキャパシタンスを設けることができるので整合が取りやすくなる。

なお、無線ＩＣチップ３１と給電回路３２とは、電気的に接続（ＤＣ接続）されていてもよいし、図示しないが電磁界を介して結合されていてもよい。給電回路３２とダイポールアンテナ２０もＤＣ接続や電磁界を介しての結合であってもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るアンテナ装置の製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、基材シート、ダイポールアンテナ、封止樹脂の材質、形状やサイズは用途に応じて適宜選択すればよい。また、ダイポールアンテナの形状は任意であり、ミアンダ状であったり、湾曲していてもよい。さらに、無線ＩＣデバイスを取り付ける物品は、必ずしも衣類に限ることなく、例えば手術用ガーゼなどの様々な製品であってもよい。

以上のように、本発明は、アンテナ装置の製造方法に有用であり、特に、アンテナに取り付けられた無線ＩＣ素子を封止部材にて効果的に保護できる点で優れている。

１０…基材シート
１０ａ…凹み
２０…ダイポールアンテナ
２０ａ…放射電極部
２０ｂ…接続部
２０ｃ…凹み
３０…無線ＩＣ素子
３１…無線ＩＣチップ
３２…給電回路
３５…給電回路基板
４０…封止樹脂

Claims (6)

1. 平面視で所定の幅を有する一対の放射電極部からなるダイポールアンテナを一対の放射電極部のそれぞれの一端部を対向させて複数対を並置する工程と、
   前記複数対の放射電極部のそれぞれの一端部に平面視で両側が凹む形状に貫通開口部を形成する工程と、
   前記一対の放射電極部の一端部に無線ＩＣ素子を接続する工程と、
   前記複数対の放射電極部の一端部を含めて前記無線ＩＣ素子を封止部材で被覆する工程と、
   前記ダイポールアンテナを一対の放射電極部ごとに前記封止部材を含めて切り分ける工程と、
   を備え、
   前記封止部材は前記一対の放射電極部の一端部の凹んだ部分を介して前記ダイポールアンテナの表面側と裏面側とに連続していること、
   を特徴とするアンテナ装置の製造方法。
2. 前記封止部材として樹脂材を用いること、を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置の製造方法。
3. 前記ダイポールアンテナは平面状の基材シート上に前記複数対の放射電極部が並置され、
   前記基材シートには前記貫通開口部と平面視で同形状の両側が凹む形状に貫通開口部が形成され、
   前記封止部材は前記基材シートの凹んだ部分をも介して該基材シートの表面側と裏面側とに連続しており、
   前記封止部材の平面視で両側部分は前記基材シートの両側部分と同じ幅であること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置の製造方法。
4. 前記封止部材の前記ダイポールアンテナの裏面側部分は該ダイポールアンテナから離れる方向に狭まる傾斜面に形成すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
5. 前記無線ＩＣ素子として、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップを用いること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
6. 前記無線ＩＣ素子として、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、所定の共振周波数を有する給電回路を含む給電回路基板とからなるものを用いること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。

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