JP2002049902A

JP2002049902A - Ｉｃタグ

Info

Publication number: JP2002049902A
Application number: JP2000234295A
Authority: JP
Inventors: Masahito Shibuya; 正仁渋谷; Yoshitaka Kise; 嘉隆木瀬; Kazuo Kaneko; 一男金子
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: JP3941353B2

Abstract

(57)【要約】【課題】搭載されるＩＣに整合する共振周波数で共振
するアンテナコイルを備える非接触式ＩＣタグを提供す
る。【解決手段】絶縁基板の表面にアンテナコイルを設
け、このコイルに電気的に接続するように基板の表面に
半導体チップを設ける。そして、基板の裏面上に基板を
挟んでコイルと対向するように導電体を設ける。このこ
とにより、コイルと導電体を対向電極とするコンデンサ
が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非接触式ＩＣカード
及びタグについて、特に、タグのアンテナコイルで構成
される共振回路の共振周波数の最適化に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】非接触式ＩＣタグ用のアンテナコイルは
従来、銅線を円周上に巻いた巻線コイル式が主流であっ
た。また、その他、回路基板（ガラスエポキシ、紙フェ
ノール等）に銅又はアルミニウムのエッチング加工によ
りアンテナ形成したもの、又は、プラスチックフィルム
の表裏面にアンテナコイルをプリントして、両面のアン
テナコイルをスルーホールを介して接続されるものもあ
る。

【０００３】従来の共振周波数の調節は、巻線コイル式
においてはアンテナコイルの巻数の増減によって行って
いた。回路基板やプラスチックフィルムにおいては、ア
ンテナコイルの巻数や線幅、線間の距離を増減させるこ
とによって行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の巻線アンテナコ
イルの場合、共振周波数を調節するにはコイルの巻数を
変えることによってインダクタンスを調整する方法が取
られている。しかし、コイル１ターンの増減のみでは共
振周波数の変化量が大きくなることがあり、微調整する
ことはできない。また、アンテナコイルは、同一円周上
にコイルを巻く方式である為、アンテナ形成後の静電容
量の容量調整ができなかった。

【０００５】また、基板に銅又はアルミニウムのエッチ
ング加工によるアンテナを形成したものにおいてもアン
テナコイルのパターン仕様によって既に静電容量が決ま
ってしまい、エッチング加工後の調整は技術的に不可能
であった。

【０００６】ここで、非接触式ＩＣカード及びタグの最
適な共振周波数の帯域が広い場合は共振周波数の微調整
は不要であるが、帯域が狭い場合はそれを外れると通信
特性に悪影響を及ぼしてしまう。特に通信距離が最適値
に比較して２０％乃至５０％に低下急激に低下してしま
う。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みて考案されたもの
で、その目的とするところは、搭載されるＩＣに整合す
る共振周波数で共振するアンテナコイルを備える非接触
式ＩＣタグを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の特徴は、絶縁基板と、この絶縁基板の表面
に設けられるアンテナコイルと、絶縁基板の表面に設け
られアンテナコイルに電気的に接続する集積回路を有す
る半導体チップと、絶縁基板の裏面上にこの基板を挟ん
でアンテナコイルと対向するように設けられる導電体と
を有するＩＣタグであることである。ここで、「絶縁基
板」とは、プラスチックフィルムや材料として樹脂やセ
ラミックスを用いた薄い板のことである。「導電体」と
しては、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属
が好ましいが導電性があれば化合物や有機物でもよい。

【０００９】このことにより、アンテナコイルと導電体
を対向電極とするコンデンサが形成できる。このコンデ
ンサはアンテナコイルと共振回路を構成するので、コン
デンサの静電容量を変えるべく導電体の大きさを変える
ことで共振回路の共振周波数を容易に変えることができ
る。そして、集積回路の所望の周波数にこの共振周波数
を一致させることができるので、非接触式ＩＣタグの通
信距離を大きくすることができる。

【００１０】本発明の特徴は、第１のプラスチックフィ
ルムの表面に配置されたアンテナコイルと、このアンテ
ナコイルに接続された集積回路と、アンテナコイルと集
積回路を覆う第２のプラスチックフィルム又はシートと
で構成されるＩＣタグにおいて、導電体がアンテナコイ
ルの内周のラインから外周のラインにかけての第１のプ
ラスチックフィルムの裏面に配置されることによっても
同様の効果が得られる。ここで、「フィルム又はシー
ト」とは、薄膜又は厚膜のことである。「内周のライン
から外周のラインにかけて」とは、アンテナコイルとし
て複数巻きされた電線の１巻毎すべてにの意味である。

【００１１】本発明の特徴は、導電体の第１のプラスチ
ックフィルムと接する面積が、アンテナコイルと集積回
路に応じて異なることにより一層効果的である。ここ
で、「アンテナコイルと集積回路に応じて」とは、アン
テナコイルと集積回路が決まると、接する面積の大きさ
も１つに決まることを意味している。すなわち、例え
ば、異なるアンテナコイルを用いると、そのコイルでタ
グの通信距離が最大になる面積が別に存在し、その面積
にまた設定可能であることを意味している。このことに
より、コイルや集積回路の種類が変わった場合はもちろ
ん、それぞれの製造上のばらつきが存在する場合でも、
タグにおいて最大の通信距離を提供することはできる。

【００１２】本発明の特徴は、アンテナコイル及び導電
体が、導電性ペーストを用いて印刷されたことにより一
層効果的である。このことにより、容易にアンテナコイ
ル及び導電体が形成できる。そして、導電体の面積を増
やしたいときでも、印刷を複数回実施することにより容
易に面積を増やすことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異
なることに留意すべきである。また図面相互間において
も互いの寸法の関係や比率の異なる部分が含まれるのは
もちろんである。

【００１４】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る
非接触式ＩＣタグの上面方向からの透視図である。本発
明の実施の形態に係る非接触式ＩＣタグにおいては、プ
ラスチックフィルム１の表面にアンテナコイル２がプリ
ントされており、フィルム１の裏面にはアンテナコイル
２の最外周から最内周までをカバー（クロス）して対向
するようにパターンコンデンサの電極３が所定の位置に
プリントされている。プラスチックフィルム１の表面に
はアンテナコイル２の端部に電気的に接続された集積回
路（ＩＣ）が設けられた半導体チップ４が設けられてい
る。プラスチックフィルム又はシートからなるラミネー
ト部材６は、フィルム１、コイル２とＩＣチップ４を上
方から覆っている。同様のラミネート部材９は、フィル
ム１とパターンコンデンサの電極３を下方から覆ってい
る。

【００１５】図１（ｂ）は、パターンコンデンサの電極
３を配置した部位のＩＣタグの拡大図である。パターン
コンデンサの電極３は、アンテナコイル２とフィルム１
を介して対向する結合部分と、複数の結合部分を電気的
に接続する接続部分とで構成される。図１（ｂ）の電極
３は、３つの結合部分と２つの接続部分を有している。
結合部分は、後述するように、コイル２の電線の長さ方
向と平行な方向の長さであるパターンコンデンサ電極の
長さｄ１、ｄ２、ｄ３と、コイル２の電線の幅方向と平
行な方向の長さであるパターンコンデンサ電極の幅Ｗ
１、Ｗ２、Ｗ３とで規定される。電極の長さｄ１、ｄ
２、ｄ３の和は、パターンコンデンサの容量と相関関係
があると考えられ、長さｄ１、ｄ２、ｄ３をそれぞれ調
節することによって所望のパターンコンデンサの容量が
得られる。電極の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、パターンコン
デンサ電極３のコイル２との結合効率を高め、また、電
極３のコイル２とを対向して配置する際の合わせずれに
よるパターンコンデンサの容量の変動を小さくするた
め、コイル２の電線の線幅より太く、好ましくは２倍以
上に太くしている。

【００１６】図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る
非接触式ＩＣで、図２のＡ−Ｂ方向の断面図である。パ
ターンコンデンサＣ１は、フィルム１と、フィルム１の
上に配置されたアンテナコイル２１と、フィルム１の下
にコイル２１に対向して配置されたパターンコンデンサ
電極３１とで構成される。同様に、パターンコンデンサ
Ｃ２は、フィルム１とアンテナコイル２２とパターンコ
ンデンサ電極３２とで構成され、パターンコンデンサＣ
３は、フィルム１とアンテナコイル２３とパターンコン
デンサ電極３３とで構成される。コンデンサＣ１、Ｃ２
及びＣ３の静電容量Ｃは、アンテナコイル２とパターン
コンデンサ電極３の対向する面積Ｓと、フィルム１の厚
さｔと、フィルム１の材質による比誘電率εｒで決定さ
れる。このことは、静電容量Ｃが、式１で表されること
より明らかである。ここで、εは真空中の誘電率であ
る。

【００１７】Ｃ＝ε×εｒ×Ｓ／ｔ・・・・式１また、コイル２１とコイル２２を電極として線間容量Ｃ
４が構成され、コイル２２とコイル２３を電極として線
間容量Ｃ５が構成される。パターンコンデンサＣ１、Ｃ
２とＣ３とコイル２の線間容量Ｃ４とＣ５によってＩＣ
チップ４の接続端子からアンテナコイル２側を見たイン
ピーダンスの等価回路は図２（ｂ）のように表される。
アンテナコイル２のインダクタンスＬとコイル２の直流
抵抗Ｒｄｃとが直列に接続され、パターンコンデンサＣ
１、Ｃ２、Ｃ３は互いに直列接続され全体でコイル２に
並列接続される。線間容量Ｃ４、Ｃ５がコイル２に並列
接続され、コンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３を形成するプ
ラスチックフィルム１の誘電体損失を表す抵抗Ｒもコイ
ル２に並列接続されている。ここで、コンデンサＣ１、
Ｃ２及びＣ３はプラスチックフィルム１の厚さが薄いほ
ど静電容量が大きくなる。また、アンテナコイル２と対
向するパターンコンデンサの電極３の面積が小さいほど
小さな値となる。また、誘電体損失を表す抵抗Ｒは、小
さいほど損失が少ないので性能の良いコイルが得られ
る。

【００１８】コンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３は直列接
続、線間容量Ｃ４とＣ５は並列接続であるから、合成の
静電容量Ｃ０は、式２のように求められる。ここで、Ｃ
１乃至５は、対応するコンデンサＣ１乃至５の静電容量
値である。

【００１９】Ｃ０＝Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）＋Ｃ４＋Ｃ５・・・式２線間容量Ｃ４とＣ５は対向する面積が小さいため、容量
値Ｃ４とＣ５も小さい。従って合成容量Ｃ０の値はほと
んどが容量値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３すなわちアンテナコイル
２と対向するパターンアンテナ電極３の面積Ｓ及びプラ
スチックフィルム１の比誘電率εｒで決まる。面積Ｓ
は、図１（ｂ）の長さｄ１と幅Ｗ１の積と、長さｄ２と
幅Ｗ２の積と、長さｄ３と幅Ｗ３の積との和で基本的に
は表される。だだ、詳細には、面積Ｓを算出する際に用
いる幅Ｗ１乃至３の値は、電極３１、３２、３３と、コ
イル２の電線２１、２２、２３との位置関係により補正
する必要がある。このことは、合成容量Ｃ０を変化させ
るために面積Ｓを変化させるためには補正を考慮する必
要がない長さｄ１乃至３を変化させることが好ましいこ
とを意味する。このことにより、合成容量Ｃ０のばらつ
きが低減でき、高い再現性が得られると考えられる。

【００２０】アンテナコイル２の共振周波数ｆ０は式３
により求められる。

【００２１】ｆ０＝１／（２×π×（Ｌ×Ｃ０）^１／２）・・・式３これより共振周波数ｆ０はコイル２のインダクタンスＬ
と、合成容量Ｃ０の値に依存することが分かる。インダ
クタンスＬは固定値であるので、合成容量Ｃ０の値が増
加すれば共振周波数ｆ０は低下し、合成容量Ｃ０の値が
減少すれば共振周波数ｆ０の値が上昇する。

【００２２】以上のことから、共振周波数ｆ０を最適化
するために変化させるためには合成容量Ｃ０の値を増減
させればよく、合成容量Ｃ０の値を増減させるためには
パターンコンデンサＣ１乃至３の容量値を増減させれば
よく、コンデンサＣ１乃至３の容量値を増減させる為に
はパターンコンデンサ電極の長さｄ１乃至３を増減させ
ればよい。すなわち、アンテナコイル２と対向するアン
テナ裏面に形成したパターンコンデンサの電極３の面積
を可変できるようにし、（アンテナ）コイル２形成後
に、パターンコンデンサの電極３の面積を変化させ静電
容量Ｃ０を変化させる。

【００２３】図３は、本発明の実施の形態に係る非接触
式ＩＣタグの通信距離ｆの共振周波数ｆ０依存性を示す
グラフである。アンテナコイル２にＩＣチップ４を接続
し、タグ（カード）化して測定している。通信距離ｈは
共振周波数ｆ０が１４ＭＨｚから１５ＭＨｚにおいて最
大となる。これより共振周波数ｆ０の狙いを１４．５Ｍ
Ｈｚ近傍に設定すれば、後は合成容量Ｃ０の微調整によ
り最大通信距離が得られる最適な共振周波数ｆ０に調整
する事ができる。

【００２４】図４は、本発明の実施の形態に係る非接触
式ＩＣの製造過程を説明するための図である。

【００２５】（１）まず、プラスチックフィルム１の両
面にアルミニウム（Ａｌ）箔を接着する。表面の箔をア
ンテナコイル２のパターンに、裏面の箔をパターンコン
デンサの電極３の形状に各々エッチングする。なお、両
面に箔を接着しエッチングする代わりに、コイル２と電
極３のパターンに導電性ペーストを用いて直接印刷して
もよい。

【００２６】（２）アンテナコイル２の終端をＩＣチッ
プ４の接続端に接続する。まず、アンテナコイル２の終
端とその付近に上に、接続材料として異方導電フィルム
８を接着する。コイル２の終端の直上にＩＣチップ４の
接続端が配置されるようにフィルム８の上にＩＣチップ
４を接着する。

【００２７】（３）一方、パターンコンデンサ電極３に
おいてはパターンの長さｄ１乃至３が約１０ｍｍで、パ
ターンの厚みが９μｍ（表面のアンテナコイル２のパタ
ーンの厚みと同一）で、パターンの幅Ｗ１乃至３は表面
に形成されたアンテナコイル２のパターンのライン幅以
上のパターンをライン毎に各々形成する。各々のパター
ンコンデンサの電極３の間隔は約１ｍｍ幅のラインにて
接続する。よって、パターンコンデンサは物理的に閉ル
ープとならない。

【００２８】なお、上記コイル２のライン毎に形成され
たパターンコンデンサの電極３は各々細い（約１ｍｍ
幅）ラインで接続されているため、回路形成後であって
もカッター等で容易に切り離すことが可能である。ま
た、電極３は、パターン形成後であってもカッター等で
容易に切り離し長さｄ１乃至３を調節することが可能で
ある。

【００２９】（４）最後に、プラスチックフィルム１を
接着剤付きポリエチレンテレフタレート（PET）フィル
ム６、９により張り合わし、ラミネータにより成形後、
所定の形状に打ち抜く。

【００３０】このように、平面上に構成されたアンテナ
形成後であっても、微妙な静電容量の調整が別途可能な
ため、共振周波数を最適値に調整でき、この結果、通信
特性の良いＩＣタグを提供することができる。そして、
この調節の際には、フィルム１の表面に設けられるコイ
ル２やＩＣチップ４の調整が不要で、唯一裏面に設けら
れる電極３のみの調節なので、調整中にコイル２やＩＣ
チップ４を破損する心配がない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
搭載されるＩＣに整合する共振周波数で共振するアンテ
ナコイルを備える非接触式ＩＣタグを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣタグの
上面方向からの透視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣタグの
断面図と等価回路図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣタグの
通信距離の共振周波数依存性を示すグラフである。

【図４】本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣタグの
製造過程を説明するための図である。

【符号の説明】

１プラスチックフィルム２、２１、２２、２３アンテナコイル３、３１、３２、３３パターンコンデンサ電極４集積回路（ＩＣ）チップ６、９接着剤付きＰＥＴフィルム８異方導電フィルムＣ１、Ｃ２、Ｃ３パターンコンデンサＣ４、Ｃ５線間容量ＬアンテナコイルのインダクタンスＲｄｃアンテナコイルの直流抵抗Ｒパターンコンデンサを形成するプラスチックフィル
ムの誘電体損失を表す抵抗ｄ１、ｄ２、ｄ３パターンコンデンサ電極の長さＷ１、Ｗ２、Ｗ３パターンコンデンサ電極の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子一男茨城県下館市大字五所宮1150番地日立化成工業株式会社五所宮事業所内Ｆターム(参考） 2C005 MA40 NA09 PA02 PA14 5B035 BA03 BB09 CA01 CA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板と、前記基板の表面に設けられるアンテナコイルと、前記基板の表面に設けられ、前記コイルに電気的に接続
する集積回路を有する半導体チップと、前記基板の裏面上に、前記基板を挟んで前記コイルと対
向するように設けられる導電体とを有することを特徴と
するＩＣタグ。
【請求項２】第１のプラスチックフィルムの表面に配
置されたアンテナコイルと、前記コイルに接続された集
積回路と、前記コイルと前記集積回路を覆う第２のプラ
スチックフィルム又はシートとで構成されるＩＣタグに
おいて、導電体が、前記コイルの内周のラインから外周のライン
にかけての前記第１のフィルムの裏面に配置されること
を特徴とするＩＣタグ。
【請求項３】前記導電体の前記第１のフィルムと接す
る面積が、前記コイルと前記集積回路に応じて異なるこ
とを特徴とする請求項２に記載のＩＣタグ。
【請求項４】前記コイル及び前記導電体が、導電性ペ
ーストを用いて印刷されたことを特徴とする請求項２又
は請求項３に記載のＩＣタグ。