具備層疊線圈天線的小型ic標簽及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具備層疊線圈天線的小型IC標簽及其制法，特別涉及RFID(射頻識 另Ij)標簽，上述RFID標簽適合用于在微波帶、UHF (特高頻）帶的通訊頻率下無法通過使用 半波長天線的RFID標簽來應對的、要求小型化的適應金屬的RFID標簽利用領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了 IC標簽的小型化，在保持向IC芯片供電的內(nèi)置天線的高靈敏度的狀態(tài)下如 何減小尺寸成為課題?？梢赃x擇使用波長足夠小的亞毫米波、毫米波，也在進行使用利用不 依賴于波長的集中常數(shù)的線圈、電容器部件的小型電磁波共振器來實現(xiàn)小型化。
[0003] 專利文獻1中公開了一種適應金屬的RFID標簽，其如下構(gòu)成：具備含有與IC芯片 連接的微小環(huán)形天線的RFID標簽主體和隔著絕緣層覆蓋上述IC芯片的臂（arm)，將上述臂 在微小環(huán)形天線的環(huán)的纏繞方向上延伸僅相當于該環(huán)大概半圈的長度來覆蓋IC芯片。
[0004] 另一方面，專利文獻2中公開了一種卡盒，其在非接觸IC卡用的卡盒中內(nèi)置天線， 通過與卡內(nèi)天線的電磁耦合來進行通信電波增強，發(fā)揮作為增幅器的功能，從而使通信距 離等伸長。專利文獻2中記載了 ：將增幅器用通信天線設定為與非接觸式IC卡的通信天線 相比天線線圈的開口面積更大、或天線線圈的圈數(shù)更多、或天線搭載區(qū)域尺寸更大，而進行 搭載。此外記載了，增幅器天線可以是線圈狀天線或線狀天線中的任一種。
[0005] 進而，專利文獻3中公開了一種增幅器天線，其由Q線圈和電容器構(gòu)成，配置在 RFID標簽和RFID讀寫器之間。該Q線圈是以對導體以相同的半徑在軸方向上展開的方式 以螺旋狀纏繞多次而形成的。
[0006] 此外，專利文獻4中公開了一種RFID標簽，如下形成：層疊在表背面形成有天線圖 案的天線用基板，用通孔等對層疊基板之間進行串聯(lián)電連接，以使各天線線圈圖案與相鄰 的圖案連接，形成一個閉合的線圈。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1:日本特開2011-204130號公報
[0010] 專利文獻2:日本特開2005-332015號公報
[0011] 專利文獻3:日本特開2009-21970號公報
[0012] 專利文獻4:日本特開2010-152449號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的問題
[0014] 空氣中的半波長為15~16cm的UHF、微波帶的IC標簽大致分類的話有以下兩種。
[0015] (1)內(nèi)置波長依賴性顯著的半波長共振偶極基調(diào)天線的普通尺寸IC標簽，（一邊 為IOcm左右）
[0016] (2)內(nèi)置有沒有波長依賴性的由線圈、電容器連接成的共振電路的超小型尺寸的 IC標簽（一邊為幾 mm程度，例如2. 5mm)、LC共振
[0017] 上述（1)的IC標簽即使為5m~7m程度的跨越距離（通信距離）也能實現(xiàn)規(guī)定 的接收靈敏度，而相對于此，在相同條件的檢測電波輸出下，上述（2)的IC標簽只能得到跨 越距離幾_的接收靈敏度。這是最優(yōu)先考慮超小型化的結(jié)果。
[0018] 作為市場的需求，要求：作為適應金屬的小型IC標簽，實現(xiàn)在可容許超小型標簽 的數(shù)倍大?。◣譥見方的級別，例如一邊為5_至8_，以下為"小型IC標簽"）的環(huán)境下， 能夠得到至少幾十cm程度跨越距離的通訊靈敏度的小型IC標簽。
[0019] 這樣的小型IC標簽適合設置在金屬制的各種設備的螺孔、凹處、金屬表面、角部 等幾 mm見方級別的狹小部位。例如在需要定期檢查的自來水管的閥、下水道的鐵蓋等各種 公共的設施、設備，需要進行商品管理的車輛等租賃設備，需要維修的醫(yī)療設備等各種領(lǐng)域 中可考慮小型IC標簽的用途。如果是這樣的小型IC標簽，則無論安裝該IC標簽的對象設 備、設施等的設置環(huán)境是金屬面還是非金屬面，都能夠直接設置。因此，對這些對象設備、設 施進行少量加工即可，考慮了環(huán)境、外觀的設置部位的選擇自由度也增大。
[0020] 專利文獻1的發(fā)明在跨越距離方面相當于上述（2)，雖然是小型但通信距離短。
[0021] 即使為了改進通信距離而采用上述（1)的具有波長依賴性且兼用保護金屬板的 天線共振器，如果小型化至波長（例如30~32cm)的幾十分之一即幾_見方的級別，則靈 敏度也會顯著下降，變得不實用。因此，即使是上述（1)的方式，小型化也有限。
[0022] 另一方面，已知通過專利文獻2、專利文獻3所記載那樣的增幅器來延長IC標簽的 通信距離。
[0023] 然而，專利文獻2、3所記載的RFID標簽均不適應金屬。即，這些RFID標簽是相對 于安裝面平行地放置天線線圈開口面的結(jié)構(gòu)，因此如果設置環(huán)境為金屬面，則即使標簽的 設置天線的金屬面上有絕緣層，也會電磁性接觸而產(chǎn)生短路，或內(nèi)置天線整體與金屬面電 容耦合，在對金屬面內(nèi)部平行投影的鏡像天線中流過完全反向的高頻電流。因此，RFID標 簽內(nèi)部的天線和鏡像天線的電磁感應相互抵消，使得電磁波難以向外部放射，因而無法得 到充分的靈敏度。進而，這些RFID標簽以人所攜帶的HF帶電波（13. 56MHz)的IC卡為前 提，為了增強其靈敏度而花費了工夫。假設使用幾_見方程度的小型尺寸HF帶用增幅器 天線的情況下，存在HF帶增幅器線圈的圈數(shù)超過百圈等情況，在幾_見方的級別下無法將 RFID標簽小型化。并且，使用設置環(huán)境是金屬面時，如果增幅器的線圈是以螺旋狀纏繞多次 的線圈，則增幅器的線圈狀天線的外周與金屬安裝面接觸或接近，從而金屬面和繞線產(chǎn)生 高頻短路，線圈的電感值L產(chǎn)生變化，例如減少。同樣地，線圈的寄生電容C也產(chǎn)生變化，例 如增加。因此，共振條件消失，有IC標簽的通訊靈敏度急劇劣化這樣的問題。
[0024] 專利文獻4所記載的RFID標簽中，多層結(jié)構(gòu)的天線圖案與IC芯片串聯(lián)連接。根據(jù) 設置環(huán)境，例如對于道路上設備的帶IC標簽組裝部的下水道蓋等，也可能有時由于車輪、 沙土的沖擊等從外部對多層基板施加切斷通孔那樣的應力、沖擊。該情況下，專利文獻4的 RFID標簽中，各基板的天線線圈獨立地變形，天線圖案有可能產(chǎn)生層間切斷。并且，難以說 適應金屬，也沒有相當于增幅器線圈者，因此在使用設置環(huán)境為金屬面時，通信距離可認為 是幾 mm程度以下。
[0025] 本發(fā)明的目的在于，提供不受設置環(huán)境影響而能夠穩(wěn)定地得到跨越距離至少幾十 cm程度的通訊靈敏度的小型IC標簽。
[0026] 用于解決課題的方法
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的代表性的構(gòu)成，具備層疊線圈天線的小型IC標簽的特征在于，具備 超小型IC標簽和至少一個層疊線圈，上述超小型IC標簽具有構(gòu)成共振電路的帶狀線圈天 線和與該線圈天線連接的IC芯片，上述層疊線圈是在同一平面上以漩渦狀多次纏繞在軸 周圍的漩渦狀線圈，且是該層疊線圈的纏繞開始的起點和纏繞結(jié)束的終點未連接的開放型 線圈，上述超小型IC標簽和上述層疊線圈以非電連接且電磁耦合的方式構(gòu)成，上述超小型 IC標簽和上述層疊線圈以上述漩渦狀層疊線圈的天線面和上述超小型IC標簽的天線面平 行或重疊的方式一體化，上述層疊線圈的外側(cè)由絕緣性的部件被覆。
[0028] 發(fā)明的效果
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)可得到跨越距離至少幾十cm程度的通訊靈敏度的小型IC 標簽。即使設置環(huán)境為例如金屬面也能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度。
【附圖說明】
[0030] 圖1是表示在金屬物上設有本發(fā)明的第一實施方式所涉及的小型IC標簽的立體 圖。
[0031] 圖2A是在圖1的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的俯視圖。
[0032] 圖2B是在圖1的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的側(cè)視圖。
[0033] 圖3是對使用圖2的超小型IC標簽和層疊線圈來制造第一實施方式的小型IC標 簽的例子進行說明的圖。
[0034] 圖4是說明圖3的小型IC標簽的制造過程的圖。
[0035] 圖5是對圖3的層疊線圈制法的一個例子進行說明的圖。
[0036] 圖6是說明圖3的層疊線圈的等效電路和共振條件的圖。
[0037] 圖7是表示對第一實施方式所涉及的小型IC標簽使用的讀寫器的一個例子的圖。
[0038] 圖8是表示使用圖7的讀寫器與第一實施方式所涉及的小型IC標簽進行通訊的 使用例的圖。
[0039] 圖9A是表示在金屬物上設有本發(fā)明第二實施方式所涉及的小型IC標簽的例子的 立體圖。
[0040] 圖9B是說明第二實施方式所涉及的小型IC標簽的動作的立體圖。
[0041] 圖10是表示對第二實施方式所涉及的小型IC標簽通過實驗求出層疊線圈的數(shù)量 (N)與靈敏度（cm)的關(guān)系的結(jié)果的一個例子的圖。
[0042] 圖11是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的小型IC標簽的縱截面圖。
[0043] 圖12是在第三實施方式所涉及的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的立體圖。
[0044] 圖13是表示第三實施方式所涉及的小型IC標簽的制造方法的圖。
[0045] 圖14是表示第三實施方式所涉及