專利名稱：Rfid系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID (Radio Frequency Identif ication :射頻識別)系統(tǒng),特別涉及用于讀寫器與RFID標(biāo)簽的近距離通信的UHF頻帶RFID系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為物品的管理系統(tǒng)，已知有使讀寫器和RFID標(biāo)簽以非接觸的方式進行通信，從而在讀寫器與RFID標(biāo)簽之間傳輸信息的RFID系統(tǒng)。RFID標(biāo)簽包括用于處理無線信號的RFIC芯片及用于收發(fā)無線信號的天線，在RFID標(biāo)簽的天線與讀寫器的天線之間經(jīng)由磁場或電波將規(guī)定的信息作為高頻信號來收發(fā)。然而，由于RFID標(biāo)簽是安裝于物品的部件，因此，要求其小型化。作為利用了小型RFID標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)，例如，在專利文獻I中公開了如下系統(tǒng)即，利用在無線IC芯片上形成有微小的天線線圈的RFID標(biāo)簽，將由設(shè)置于讀寫器的前端部的電容器及線圈所形成的諧振體靠近該標(biāo)簽，以讀寫信息。然而，在專利文獻I的RFID系統(tǒng)中，若將RFID標(biāo)簽裝載于印刷布線板等母基板，則有時會受到設(shè)置于印刷布線板的其他安裝元器件、電路圖案等的金屬物質(zhì)的影響，通信距離變短，或完全無法進行通信。此外，由于金屬物質(zhì)的影響，有時諧振體的諧振頻率會有偏差，高頻信號的傳輸效率下降。特別是，若在配置有RFID標(biāo)簽的部分附近存在金屬體，則該傾向顯著?，F(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻專利文獻I :日本專利特開2002 - 183676號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明是鑒于上述實際情況而完成的，其目的在于提供一種即使裝載于母基板也可保持通信距離且高頻信號的傳輸效率優(yōu)良的RFID系統(tǒng)。用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段本發(fā)明的一個實施方式的RFID系統(tǒng)的特征在于，作為讀寫器側(cè)的天線，使用由環(huán)狀導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)形天線，作為RFID標(biāo)簽側(cè)的天線，使用將多個線圈狀導(dǎo)體進行層疊而成的線圈天線，而且，構(gòu)成為環(huán)形天線中的環(huán)狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度比線圈天線中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度要大。根據(jù)上述RFID系統(tǒng)，由于作為讀寫器側(cè)天線，使用由環(huán)形導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)形天線，該環(huán)形天線中的環(huán)狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度大于線圈天線中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度，因此，可抑制環(huán)形天線中的導(dǎo)體損耗，并使磁通集中于環(huán)形天線中的卷繞軸的中心線上，此外，由于磁通的環(huán)路變大，因此，可將磁通發(fā)射到遠方。此外，作為RFID標(biāo)簽側(cè)的天線，使用將多個線圈狀導(dǎo)體進行層疊而成的線圈天線，并使線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度比較細，因此，可減小與母基板中的金屬物質(zhì)等之間產(chǎn)生的雜散電容分量，從而可將金屬物質(zhì)的影響抑制在最低限度。由此，使RFID標(biāo)簽與讀寫器的耦合度提高，能實現(xiàn)可保持通信距離且高頻信號的傳輸效率優(yōu)良的RFID系統(tǒng)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能實現(xiàn)可保持通信距離且高頻信號的傳輸效率優(yōu)良的RFID系統(tǒng)。


圖I是表示一個實施例的RFID系統(tǒng)的概要的立體圖。圖2表示上述RFID系統(tǒng)，圖2 (A)是對讀寫器側(cè)天線與RFID標(biāo)簽側(cè)天線的位置關(guān)系進行說明的俯視圖，圖2(B)是側(cè)視圖。圖3是上述RFID系統(tǒng)中的供電基板的分解圖。圖4表示上述RFID系統(tǒng)中的讀寫器側(cè)天線，圖4(A)是從背面?zhèn)扔^察到的立體圖，圖4(B)是電路圖。圖5是表示上述RFID系統(tǒng)的使用方式的說明圖。圖6是表示上述RFID系統(tǒng)的動作原理的說明圖。圖7是表示上述RFID系統(tǒng)的動作原理的說明圖。圖8是表示上述RFID系統(tǒng)中的讀寫器側(cè)天線的變形例的俯視圖。圖9是表示第2示例的RFID標(biāo)簽的剖視圖。圖10是表示圖9所示的RFID標(biāo)簽的磁場放射狀態(tài)的說明圖。圖11是表示圖9所示的RFID標(biāo)簽的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖12是表示第3示例的RFID標(biāo)簽的剖視圖。圖13是表示圖12所示的RFID標(biāo)簽的磁場放射狀態(tài)的說明圖。圖14是表示圖12所示的RFID標(biāo)簽的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖15是表示第4示例的RFID標(biāo)簽的剖視圖。圖16是表示圖15所示的RFID標(biāo)簽的磁場放射狀態(tài)的說明圖。圖17是表示圖15所示的RFID標(biāo)簽的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖。圖18是表示第5示例的RFID標(biāo)簽的剖視圖。圖19是表示圖18所示的RFID標(biāo)簽的磁場放射狀態(tài)的說明圖。圖20是表示第6示例的RFID標(biāo)簽的剖視圖。圖21是表示圖20所示的RFID標(biāo)簽的磁場放射狀態(tài)的說明圖。圖22(A)是表示使用了第5示例的RFID標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)中的磁場放射狀態(tài)的說明圖，圖22(B)是表示使用了第6示例的RFID標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)中的磁場放射狀態(tài)的說明圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明所涉及的RFID系統(tǒng)的實施例。另外，在各圖中，對于相同的構(gòu)件和部分標(biāo)注公共的標(biāo)號，省略其重復(fù)說明。
(RFID系統(tǒng)及RFID標(biāo)簽的第I示例、參照圖I 圖8)一個實施例的RFID系統(tǒng)在讀寫器與RFID標(biāo)簽之間以非接觸的方式傳輸信息，具體而言，在以數(shù)mm至數(shù)cm左右的距離靠近配置的讀寫器的天線與RFID標(biāo)簽的天線之間收發(fā)UHF頻帶或SHF頻帶的高頻信號。首先，參照圖I 圖4，說明一個實施例的RFID系統(tǒng)中的讀寫器及作為第I示例的RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)。如圖I所示，讀寫器具有由設(shè)置于支承構(gòu)件2的表面上的環(huán)形天線10構(gòu)成的天線頭I。環(huán)形天線10由將供電部Ila和供電部Ilb作為供電端的I匝的環(huán)狀導(dǎo)體11形成，供電部Ila和供電部Ilb與未圖示的讀寫器主體的信息處理電路相連接。RFID標(biāo)簽20具有將內(nèi)置于供電基板40的多個線圈狀導(dǎo)體進行層疊而成的線圈天線30及與該線圈天線30相連接的RFIC元件50。線圈天線30構(gòu)成為包含第I線圈天線31和第2線圈天線32，這些線圈天線31、32在供電基板40的內(nèi)部以各線圈天線31、32的卷繞軸分別平行的方式相鄰配置，各線圈天線31、32彼此進行磁耦合。另外，詳細情況將 在后面闡述，但線圈天線30還構(gòu)成為包含第3線圈天線31。線圈天線30形成于供電基板40的內(nèi)部，供電基板40由將多個電介質(zhì)層進行層疊而成的層疊體構(gòu)成。供電基板40裝載于印刷布線板等母基板60上，RFIC元件50裝載于供電基板40的表面。RFIC50構(gòu)成為包含邏輯電路和存儲電路等，作為裸片IC芯片或封裝后的IC芯片，經(jīng)由其背面的輸入輸出端子連接到供電基板40上的端子36、37。如圖2 (A)及圖2⑶所示，當(dāng)俯視讀寫器側(cè)的環(huán)形天線10及RFID標(biāo)簽20側(cè)的線圈天線30時，環(huán)形天線10所占的面積基本等于線圈天線30、即第I線圈天線31所占的面積與第2線圈天線32所占的面積的總面積，或比總面積要稍微大一些。另外，環(huán)形天線10所占的面積是指比環(huán)形天線10的外形更內(nèi)側(cè)的面積，線圈天線30所占的面積是指比線圈天線31、32的外形更內(nèi)側(cè)的面積。此外，在本實施例中，環(huán)形天線10的環(huán)狀導(dǎo)體11在平面上進行卷繞，線圈天線31、32的線圈狀導(dǎo)體主要在層疊方向上進行卷繞。而且，環(huán)形天線10構(gòu)成為使得該環(huán)形天線10中的環(huán)狀導(dǎo)體11的導(dǎo)體寬度大于線圈天線31、32中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度。具體而言，若設(shè)環(huán)形天線10中的環(huán)狀導(dǎo)體11的導(dǎo)體寬度為W1，線圈天線31、32中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度為W2，則設(shè)定為滿足Wl > W2的關(guān)系。如圖3所示，供電基板40由將多個陶瓷電介質(zhì)層41a 41f進行層疊而成的層疊體構(gòu)成，在其內(nèi)部具有由線圈狀導(dǎo)體31a 31d、32a 32d及層間導(dǎo)體34a 34e、35a 35e構(gòu)成的線圈天線31、32。各陶瓷電介質(zhì)層41a 41f由LTCC(Low Temperature Co-firedCeramic:低溫共燒陶瓷)材料等相對介電常數(shù)e r為6以上的電介質(zhì)材料構(gòu)成。線圈狀導(dǎo)體31a 31d、32a 32d及層間導(dǎo)體34a 34e、35a 35e由以銀或銅為主要成分的電阻率較小的低熔點金屬材料構(gòu)成。即，該層疊體通過將線圈狀導(dǎo)體或?qū)娱g導(dǎo)體與多個陶瓷電介質(zhì)層同時燒結(jié)而得到。在電介質(zhì)層41a上設(shè)置有與RFIC元件50的兩個輸入輸出端子進行連接的端子36及端子37，端子36經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41a的層間導(dǎo)體34a與設(shè)置于電介質(zhì)層41b的線圈狀導(dǎo)體31a的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體31a在電介質(zhì)層41b的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41b的層間導(dǎo)體34b與設(shè)置于電介質(zhì)層41c的線圈狀導(dǎo)體31b的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體31b在電介質(zhì)層41c的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41c的層間導(dǎo)體34c與設(shè)置于電介質(zhì)層41d的線圈狀導(dǎo)體31c的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體31c在電介質(zhì)層41d的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41d的層間導(dǎo)體34d與設(shè)置于電介質(zhì)層41e的線圈狀導(dǎo)體31d的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體31d在電介質(zhì)層41e的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41e的層間導(dǎo)體34e與設(shè)置于電介質(zhì)層41f的線圈狀導(dǎo)體33a的一端相連接。此外，線圈狀導(dǎo)體33 a在電介質(zhì)層41f的表面上走線成直徑較大的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41e的層間導(dǎo)體35e與設(shè)置于電介質(zhì)層41e的線圈狀導(dǎo)體32d的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體32d在電介質(zhì)層41e的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41d的層間導(dǎo)體35d與設(shè)置于電介質(zhì)層41d的線圈狀導(dǎo)體32c的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體32c在電介質(zhì)層41d的表面上走線成直徑較小的環(huán)狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41c的層間導(dǎo)體35c與設(shè)置于電介質(zhì)層41c的線圈狀導(dǎo)體32b的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體32b在電介質(zhì)層41c的表面上走線成直徑較小的線圈狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41b的層間導(dǎo)體35b與設(shè)置于電介質(zhì)層41b的線圈狀導(dǎo)體32a的一端相連接。線圈狀導(dǎo)體32a在電介質(zhì)層41b的表面上走線成直徑較小的線圈狀，其另一端經(jīng)由設(shè)置于電介質(zhì)層41a的層間導(dǎo)體35a與設(shè)置于電介質(zhì)層41a的端子37相連接。S卩，第I線圈天線31由直徑較小的線圈狀導(dǎo)體31a 31d及層間導(dǎo)體34a 34e構(gòu)成，第2線圈天線32由直徑較小的線圈狀導(dǎo)體32a 32d及層間導(dǎo)體35a 35e構(gòu)成。此外，在本實施例的情況下，具有由直徑較大的線圈狀導(dǎo)體33a形成的第3線圈天線33。如圖3所示，第I線圈天線31、第2線圈天線32及第3線圈天線33中的線圈狀導(dǎo)體31a 31d、32a 32d、33a卷繞成使得流過各線圈狀導(dǎo)體的電流的方向為相同方向，即由流過各線圈狀導(dǎo)體的電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的方向為相同方向。第I線圈天線31、第2線圈天線32及第3線圈天線33在供電基板40的內(nèi)部以各線圈天線的卷繞軸分別平行的方式相鄰配置，彼此進行磁耦合。而且，當(dāng)對其進行俯視時，讀寫器側(cè)的環(huán)形天線10所占的面積基本等于RFID標(biāo)簽20側(cè)的天線即由第I線圈天線31、第2線圈天線32及第3線圈天線33的外形尺寸所包圍的部分的面積。如圖4 (A)所示，讀寫器側(cè)天線構(gòu)成為設(shè)置在平板狀的支承構(gòu)件2的一個主面上的環(huán)形天線10，在支承構(gòu)件2的另一主面上連接有同軸電纜3，其中，該支承構(gòu)件2由環(huán)氧樹脂等硬質(zhì)構(gòu)件形成。如圖4(B)所示，在環(huán)形天線10與同軸電纜3之間設(shè)置有由電容元件C和電感元件L所形成的匹配電路，環(huán)形天線10中的供電部Ila經(jīng)由匹配電路與同軸電纜3的內(nèi)部導(dǎo)體4相連接，供電部Ilb經(jīng)由匹配電路與同軸電纜3的外部導(dǎo)體5相連接。同軸電纜3構(gòu)成為50 Q的線路，通過匹配電路來實現(xiàn)同軸電纜3的阻抗與環(huán)形天線10的阻抗的匹配。接下來，參照圖5 圖7，說明本實施例的RFID系統(tǒng)的使用方式及動作原理。如圖5所示，讀寫器中的天線頭I構(gòu)成為包含設(shè)置在上述支承構(gòu)件2的一個主面上的環(huán)形天線10、及由設(shè)置在支承構(gòu)件2的另一主面上的電容元件C和電感元件L所形成的匹配電路元件。該天線頭I經(jīng)由同軸電纜3與把持部6相連接，構(gòu)成為能一邊把持該把持部6 —邊使用的所謂筆型的天線。該筆型的讀寫器側(cè)天線還以DC方式或經(jīng)由磁場、電磁場與未圖示的讀寫器主體相連接。RFID標(biāo)簽20包括矩形平板狀的供電基板40和裝載于其上的RFIC元件50，RFIC元件50由環(huán)氧樹脂等密封材55所密封。該RFID標(biāo)簽20經(jīng)由樹脂等絕緣材料或焊料等導(dǎo)電材料所形成的接合材56裝載于印刷布線板等母基板60。在本實施例中，如圖6所示，作為讀寫器側(cè)的天線，使用環(huán)形天線10，作為RFID標(biāo)簽20側(cè)的天線，使用線圈天線30(31、32)，并且，構(gòu)成為使得環(huán)形天線10中的環(huán)狀導(dǎo)體11的導(dǎo)體寬度大于線圈天線31、32中的線圈狀導(dǎo)體31a 31d、32a 32d的導(dǎo)體寬度。因此，在使天線頭I接近RFID標(biāo)簽20的狀態(tài)下，產(chǎn)生圖6中用點劃線表示的磁場H1、H2、H3、H4，經(jīng)由這些磁場，在環(huán)形天線10與線圈天線31、32之間收發(fā)高頻信號。即，由環(huán)形天線 10的環(huán)狀導(dǎo)體11所產(chǎn)生的磁場H1、H2在保持較低的導(dǎo)體損耗的同時使開口部磁場集中，且擴展至較寬范圍。此外，如圖7所示，該磁通與線圈天線31、32的線圈狀導(dǎo)體連結(jié)。這樣，由于在環(huán)形天線10及線圈天線31、32，可使磁場集中于各開口部，因此，即使母基板60為金屬或在母基板60的附近配置有金屬，也可使磁場集中連結(jié)于線圈天線31、32。此外，線圈天線31、32中，通過縮小導(dǎo)體寬度并采用層疊結(jié)構(gòu)，可使磁場H3、H4主要集中在與其線圈面垂直的方向，即使母基板60是金屬，在母基板60與線圈天線31、32之間產(chǎn)生的電容也較小，對諧振頻率的影響也較小。此外，由于利用UHF頻帶或頻帶比UHF頻帶要高的高頻信號，因此，即使在將RFID標(biāo)簽20裝載于母基板60的情況下，也不易受到裝載于母基板60的其他安裝元器件或設(shè)置于母基板60的各種布線圖案等金屬物質(zhì)的影響。此外，關(guān)于環(huán)形天線10中的磁場Hl及H2，由于環(huán)形天線10的導(dǎo)體寬度較寬，因此，磁場H1、H2主要沿與其環(huán)形面平行的方向擴展至較寬范圍，即使環(huán)形天線10相對于RFID標(biāo)簽20在平面方向上的相對位置有些偏移，在環(huán)形天線10側(cè)產(chǎn)生的磁場H1、H2也易于與線圈天線31、32連結(jié)，可讀寫的區(qū)域較寬。本實施例的RFID系統(tǒng)用于像這樣使讀寫器側(cè)天線與RFID標(biāo)簽側(cè)天線極其接近的方式中，可僅限于與作為讀寫器的讀寫對象的RFID標(biāo)簽20而進行通信。在此情況下，例如，線圈天線10的外形尺寸為長IcmX寬Icm以下,還可構(gòu)成為長0. 5cmX寬0. 5cm以下的極小尺寸。具體而言，設(shè)使用頻帶為860MHz 960MHz的UHF頻帶，供電基板40的尺寸為長3. 2mmX寬I. 6mm,線圈天線30的外形尺寸為長2. 5mmX寬I. 2mm,環(huán)形天線10的外形尺寸為長3. OmmX寬4. 0mm，環(huán)狀導(dǎo)體11的導(dǎo)體寬度為0. 5mm，輸出功率值為1W，在此情況下，即使讀寫器側(cè)天線與RFID標(biāo)簽側(cè)天線之間的距離為6mm左右，也可進行讀寫。當(dāng)然，通過增大輸出功率值、或增大供電基板40的尺寸即線圈天線30的尺寸，可進一步延長通信距離。以上，基于具體實施例對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限于上述方式。例如，如圖8所示，讀寫器側(cè)天線也可以不是I匝的環(huán)形天線，而由多匝的環(huán)形天線10構(gòu)成。在此情況下，環(huán)形天線10的最外徑與最內(nèi)徑之間的距離為環(huán)形天線10中的環(huán)狀導(dǎo)體11的導(dǎo)體寬度W1。此外，雖然基于上述理由，環(huán)形天線10優(yōu)選由環(huán)狀的單層導(dǎo)體形成，但只要比線圈天線30的層疊方向的厚度薄，也可以層疊多層環(huán)狀導(dǎo)體。如上所述，第I線圈天線和第2線圈天線優(yōu)選為彼此的卷繞方向相同。若構(gòu)成各線圈天線的線圈狀導(dǎo)體采用彼此的卷繞方向相同的結(jié)構(gòu)，則各線圈天線中的電流沿相同方向流動，該電流的感應(yīng)磁場也沿相同方向產(chǎn)生。因而，各線圈天線所產(chǎn)生的電流不會相抵銷，高頻信號的能量傳輸效率提高，從而讀寫器側(cè)天線與RFID標(biāo)簽側(cè)天線的通信距離變長。此夕卜，線圈天線形成為層疊結(jié)構(gòu)，若兩個線圈天線的卷繞軸形成于俯視時重疊的位置，則可增大線圈天線中的開口面積之和，其結(jié)果是，磁通密度提高，因此，通信距離進一步增加。此外，讀寫器側(cè)天線是環(huán)形天線，RFID標(biāo)簽側(cè)天線是線圈天線，因此，讀寫器與RFID標(biāo)簽之間的通信主要經(jīng)由磁場來進行。但是，若環(huán)形天線中的環(huán)狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度大于線圈天線中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度，且環(huán)形天線的外形尺寸與線圈天線的外形尺寸的比率在規(guī)定范圍內(nèi)，則在配置成天線頭I與RFID標(biāo)簽之間的距離例如為2mm以下那樣的極近距離的情況下，在磁場耦合的基礎(chǔ)上，電容耦合也起作用。因此，即使功率極小，也可進行無線通信。此外，通過使環(huán)形天線的導(dǎo)體寬度較寬、RFID標(biāo)簽側(cè)的線圈天線的導(dǎo)體寬度較窄，使得即使兩者的位置有偏移，兩者之間形成的電容值的變化也較小，從而特性變化較小。S卩，在以這種近距離間的通信為目的的情況下，讀寫器的環(huán)形天線所占的面積優(yōu)選為RFID標(biāo)簽的線圈天線所占的面積的0. 2 6倍。若環(huán)形天線所占的面積低于線圈天線所占的面積的0. 2倍，則有時會無法充分地收發(fā)高頻信號，另一方面，若環(huán)形天線所占的面積超過線圈天線所占的面積的6倍，則環(huán)形天線的磁通難以集中，即使使環(huán)形天線接近 線圈天線，也有產(chǎn)生無法讀寫的區(qū)域即啞點(null point)的趨勢。此外，在配置于極近距離時，電容耦合會難以起作用。此外，優(yōu)選為，線圈天線構(gòu)成為使得RFIC元件的阻抗的虛數(shù)部和線圈天線的阻抗的虛數(shù)部在使用頻率下處于共軛的關(guān)系。即，優(yōu)選為，供電基板所包括的線圈天線構(gòu)成為除具有作為天線的功能外，還具有使RFIC元件的阻抗匹配的功能。即，在線圈天線中，因線圈本身所具有的電感分量和形成于線間的電容分量而具有諧振頻率，但優(yōu)選為，該諧振頻率處于使用頻率附近。進一步優(yōu)選為，阻抗的實部一致。特別是，若使用第I線圈天線和第2線圈天線進行了磁耦合的天線，來作為線圈天線，則可使得使用頻帶實現(xiàn)寬頻帶化。此外，也可利用雙面膠、粘接劑等接合材料來將RFID標(biāo)簽安裝到母基板，在此情況下，也可加工成密封件、貼紙、膠帶等，之后粘貼在母基板上。此時，RFID標(biāo)簽可將RFIC元件側(cè)或供電基板側(cè)的任一方作為安裝到母基板的安裝面。特別是，若RFIC元件由密封材所覆蓋，則可保護RFIC元件，并且，可利用密封材的頂面來粘貼到母基板。構(gòu)成供電基板的基材可由一般的相對介電常數(shù)e r為3 4的樹脂材來形成，但若像上述那樣，由陶瓷電介質(zhì)等相對介電常數(shù)er較高的材料構(gòu)成，則可力圖實現(xiàn)該RFID系統(tǒng)的動作的穩(wěn)定性。即，線圈狀導(dǎo)體間的線間電容由線圈狀導(dǎo)體間的材質(zhì)來決定，因此，構(gòu)成母基板的材料的相對介電常數(shù)的影響較小，雜散電容不易產(chǎn)生變動。此外，線圈狀導(dǎo)體的電感值的變化也較小，因此，諧振頻率的變化較小，通信距離變得穩(wěn)定，而不依賴于使用環(huán)境。該RFID標(biāo)簽可裝載于印刷布線板等各種母基板，但也可裝載于金屬板來使用。在此情況下，RFID標(biāo)簽將設(shè)置有RFIC元件一側(cè)的面作為與金屬板的裝載面，將供電基板側(cè)作為上表面?zhèn)龋瑥亩?，與讀寫器的通信變得更加可靠。在將供電基板側(cè)的面作為與金屬板的裝載面的情況下，通過盡可能地將線圈天線配置在供電基板的上側(cè)，從而與金屬板之間可確保磁通的通過路徑，可使金屬板上的動作變得穩(wěn)定。讀寫器中的天線頭優(yōu)選構(gòu)成為同軸電纜沿相對于環(huán)形天線的環(huán)狀面及線圈天線的線圈面傾斜的方向延伸。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可減小環(huán)形天線所產(chǎn)生的磁場和線圈天線所產(chǎn)生的磁場這兩者與同軸電纜之間的相互干擾。
此外，作為RFID標(biāo)簽側(cè)天線的線圈天線可以是相對于作為讀寫器側(cè)天線的環(huán)形天線的環(huán)狀面沿垂直方向?qū)⒕€圈狀導(dǎo)體層疊而成的層疊型線圈天線，也可以是一個線圈天線。(RFID標(biāo)簽的第2示例、參照圖9 圖11)如圖9所示，作為第2示例的RFID標(biāo)簽IOlA包括處理規(guī)定頻率的收發(fā)信號的RFIC元件110、供電基板120、及內(nèi)置于該供電基板120的線圈天線130。RFIC元件110構(gòu)成為芯片狀，包含時鐘電路、邏輯電路、存儲器電路等，存儲所需的信息，在背面設(shè)置有未圖示的一對輸入輸出端子電極，安裝于供電基板120上。供電基板120將以電介質(zhì)或磁性體作為主成分的多個層進行層疊而構(gòu)成。參照圖11，像以下說明的那樣，線圈天線130通過將形成于電介質(zhì)或磁性體的片材121c 121e上的線圈用導(dǎo)體圖案133a 133c進行層疊并利用通孔導(dǎo)體134a來進行連接，從而卷繞成線圈狀。線圈天線130的各自的一端經(jīng)由焊錫凸塊115與RFIC元件110 的輸入輸出端子電極進行電連接。如圖9所不，RFID標(biāo)簽IOlA經(jīng)由粘接層141粘貼在印刷布線基板等基材140上。線圈天線130內(nèi)置于供電基板120，以使得該天線130的層疊方向的中心面A位于供電基板120的中心面B的相對于基板140為相反側(cè)的位置。即，線圈天線130位于與基材140的表面相隔距離C的位置。上述RFID標(biāo)簽IOlA可與RFID系統(tǒng)的未圖示的讀寫器進行通信，由兩者構(gòu)成信息處理系統(tǒng)。在該信息處理系統(tǒng)中，通過使讀寫器的天線靠近RFID標(biāo)簽101A，從而基于從該天線發(fā)射的規(guī)定頻率(例如UHF頻帶、HF頻帶)的信號的磁通貫穿線圈天線130，因此，在該天線130中有電流流過。該電流提供給RFIC元件110，以使RFIC元件110動作。另一方面，來自RFIC元件110的響應(yīng)信號從線圈天線130作為磁場進行發(fā)射，由讀寫器進行讀取。從線圈天線130發(fā)射的磁場H如圖10中的虛線所示。由于該線圈天線130內(nèi)置于供電基板120，且該線圈天線130的層疊方向的中心面A位于供電基板120的層疊方向的中心面B的相對于印刷布線基板等基材140為相反側(cè)的位置，因此，磁場H大多產(chǎn)生于遠離基材140而靠近讀寫器的天線的方向。因此，不易受到來自設(shè)置于基材140的其他安裝元器件或?qū)w圖案等金屬物質(zhì)的影響，通信距離不會變短。此外，讀寫器與RFID標(biāo)簽IOlA的通信主要由磁場來進行，但磁場隨距離的衰減比電場要大，因此，在比較靠近的狀態(tài)下進行通信。因此，可僅限于與作為讀寫器的讀取對象的RFID標(biāo)簽進行通信，不用擔(dān)心與位于周邊的讀取對象以外的RFID標(biāo)簽進行誤通信。優(yōu)選使RFIC元件110的阻抗的虛部和線圈天線130的阻抗的虛部在通信所使用的信號的頻率下處于共軛的關(guān)系。即，優(yōu)選為，線圈天線130的諧振頻率處于使用頻率附近。進一步優(yōu)選為，阻抗的實部一致。特別是，若使線圈天線130為層疊型且具有較大的開口部，則能實現(xiàn)小型并獲得較大的電感值，進而使RFID標(biāo)簽IOlA本身也小型化。通過將使用頻率設(shè)為950MHz附近的短波長，則能進一步變小。在對通信使用UHF頻帶的頻率的情況下，作為RFID標(biāo)簽101A，能集中在例如長3. 2mm、寬I. 6mm、高0. 5mm的尺寸內(nèi)。此處，參照圖11，對供電基板120 (線圈天線130)的層疊結(jié)構(gòu)的一個示例進行說明。該供電基板120是在以電介質(zhì)或磁性體為主要成分的多個片材121a 121e上形成電極、導(dǎo)體、通孔導(dǎo)體并進行層疊而得到的，并且，層疊有用于獲得上述中心面A的高度的片材群 121f、121g。在第I層的片材121a上形成有與RFIC元件110的未圖示的輸入輸出端子電極連接的電極131a、131b、安裝用電極131c、131d(與RFIC元件110的未圖示的安裝用端子電極連接)，在第2層的片材121b形成有連接用導(dǎo)體132a、132b，在第3層至第5層的片材121c 121e上形成有線圈用導(dǎo)體圖案133a、133b、133c。線圈用導(dǎo)體圖案133a、133b、133c經(jīng)由通孔導(dǎo)體134a連接成線圈狀，以形成天線130。導(dǎo)體圖案133a的一端經(jīng)由通孔導(dǎo)體134b、連接用導(dǎo)體132a、及通孔導(dǎo)體134c連接到電極131a。此外，導(dǎo)體圖案133c的一端經(jīng)由通孔導(dǎo)體134d、連接用導(dǎo)體132b、及通孔導(dǎo)體134e連接到電極131b。通過使線圈天線130為層疊型，除了能增大開口部以外，還能力圖實現(xiàn)動作的穩(wěn)定性。即，由于線圈用導(dǎo)體圖案133a、133b、133c間的電容由它們之間的材質(zhì)(片材的材質(zhì))來決定，因此，RFID標(biāo)簽IOlA的粘貼對象物品的介電常數(shù)的影響較少(雜散電容不易產(chǎn)生 變動)，線圈的電感值的變化較小。因此，諧振頻率的變化較小，通信距離穩(wěn)定。特別是，通過對供電基板120使用高介電常數(shù)的材料，從而基本確定供電基板120內(nèi)的線圈的阻抗，不易受到來自使用環(huán)境的影響。(RFID標(biāo)簽的第3示例、參照圖12 圖14)第3示例的RFID標(biāo)簽IOlB中，如圖12所示，在供電基板120的上部形成線圈用導(dǎo)體圖案133a、133b、133c，以形成線圈天線130，在供電基板120的背面?zhèn)妊b載RFIC元件110，且設(shè)置有覆蓋RFIC元件110的密封層125。密封層125的頂面經(jīng)由粘接層141粘貼在印刷布線基板等基材140上。在該RFID標(biāo)簽IOlB中，線圈天線130內(nèi)置于供電基板120，以使得該天線130的層疊方向的中心面A位于供電基板120的中心面B的相對于基板140為相反側(cè)的位置。此夕卜，通過使密封層125介于供電基板120與基材140之間，線圈天線130與基材140的表面的距離C比上述第2示例要大。RFID標(biāo)簽IOlB的動作與上述第2示例相同，特別是，距離C變大，相應(yīng)部分如圖13中虛線所示，天線130中產(chǎn)生的磁場H遠離基材140的表面而靠近未圖示的讀寫器的天線，從而可更有效地排除來自設(shè)置于基材140的其他安裝元器件或?qū)w圖案等金屬物質(zhì)的影響。此外，通過用密封層125來覆蓋RFIC元件110，從而可保護RFIC元件110免受外部環(huán)境的影響。即，可保護其免受來自外部的機械沖擊，此外，可防止水分所導(dǎo)致的短路等。本第3示例中的供電基板120 (線圈天線30)的層疊結(jié)構(gòu)如圖14所示，使圖11所示的片材組121f、121g介于片材121b與片材121c之間，在片材121e的背面形成有線圈用導(dǎo)體圖案133c。另外，片材121e在將RFID標(biāo)簽IOlB粘貼到基材140時處于最上層。(RFID標(biāo)簽的第4示例、參照圖15 圖17)如圖15所示,作為第4示例的RFID標(biāo)簽201A包括處理規(guī)定頻率的收發(fā)信號的RFIC元件110、供電基板220、及內(nèi)置于該供電基板220的線圈天線230。參照圖17，像以下說明的那樣，線圈天線230是通過將形成于電介質(zhì)或磁性體的片材221c 221e上的線圈用導(dǎo)體圖案233a 233c進行層疊并利用通孔導(dǎo)體234a來進行連接，從而卷繞成線圈狀。線圈天線230的各自的一端經(jīng)由焊錫凸塊215與RFIC元件110的輸入輸出端子電極進行電連接。如圖15所示，RFID標(biāo)簽201A經(jīng)由粘接層241粘貼在印刷布線基板等基材240上。如圖16所示，線圈天線230形成為使得從該天線230發(fā)射的磁場H的范圍在供電基板220的上表面?zhèn)群拖卤砻鎮(zhèn)炔煌?。具體而言，線圈天線230形成為使得線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b,233c的開口直徑(在本說明書中意味著各圖案的內(nèi)徑)從供電基板220的下表面?zhèn)认蛏媳砻鎮(zhèn)葘嵸|(zhì)上變大。上述RFID標(biāo)簽201A可與RFID系統(tǒng)的未圖示的讀寫器進行通信，由兩者構(gòu)成信息處理系統(tǒng)。在該信息處理系統(tǒng)中，通過使讀寫器的天線靠近RFID標(biāo)簽201A，從而基于從該天線發(fā)射的規(guī)定頻率(例如UHF頻帶、HF頻帶)的信號的磁通貫穿線圈天線230，因此，在該天線230中有電流流過。該電流提供給RFIC元件110，以使RFIC元件110動作。另一方面，來自RFIC元件110的響應(yīng)信號從線圈天線230作為磁場進行發(fā)射，由讀寫器進行讀取。從線圈天線230發(fā)射的磁場H如圖16中的虛線所示。該線圈天線230內(nèi)置于供電基板220，且該線圈天線230所產(chǎn)生的磁場H向RFID標(biāo)簽201A的外側(cè)擴展，與未圖示的 讀寫器的天線之間的位置關(guān)系的自由度增大，可在較寬范圍內(nèi)進行穩(wěn)定的通信。此外，讀寫器與RFID標(biāo)簽201A的通信主要由磁場來進行，但磁場隨距離的衰減比電場要大，因此，在比較靠近的狀態(tài)下進行通信。因此，可僅限于與作為讀寫器的讀取對象的RFID標(biāo)簽進行通信，不用擔(dān)心與位于周邊的讀取對象以外的RFID標(biāo)簽進行誤通信。優(yōu)選使RFIC元件110的阻抗的虛部和線圈天線230的阻抗的虛部在通信所使用的信號的頻率下處于共軛的關(guān)系。即，優(yōu)選為，線圈天線230的諧振頻率處于使用頻率附近。進一步優(yōu)選為，阻抗的實部一致。特別是，若使線圈天線230為層疊型且具有較大的開口部，則能實現(xiàn)小型并獲得較大的電感值，進而使RFID標(biāo)簽201A本身也小型化。通過將使用頻率設(shè)為950MHz附近的短波長，則能進一步變小型。在對通信使用UHF頻帶的頻率的情況下，作為RFID標(biāo)簽201A，能集中在例如長3. 2mm、寬I. 6mm、高0. 5mm的尺寸內(nèi)。此處，參照圖17，對供電基板220(線圈天線230)的層疊結(jié)構(gòu)的一個示例進行說明。該供電基板220是在以電介質(zhì)或磁性體為主要成分的多個片材221a 221e上形成電極、導(dǎo)體、通孔導(dǎo)體并進行層疊而得到的。在第I層的片材221a上形成有與RFIC元件110的未圖示的輸入輸出端子電極連接的電極231a、231b、安裝用電極231c、231d(與RFIC元件110的未圖示的安裝用端子電極連接)，在第2層的片材221b形成有連接用導(dǎo)體232a、232b，在第3層至第5層的片材221c 221e上形成有線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c。線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c經(jīng)由通孔導(dǎo)體234a連接成線圈狀，以形成天線230。導(dǎo)體圖案233a的一端經(jīng)由通孔導(dǎo)體234b、連接用導(dǎo)體232a、及通孔導(dǎo)體234c連接到電極231a。此外，導(dǎo)體圖案233c的一端經(jīng)由通孔導(dǎo)體234d、連接用導(dǎo)體232b、及通孔導(dǎo)體234e連接到電極231b。通過使線圈天線230為層疊型，除了能增大開口部以外，還能力圖實現(xiàn)動作的穩(wěn)定性。即，由于線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c間的電容由它們之間的材質(zhì)(片材的材質(zhì))來決定，因此，RFID標(biāo)簽201A的粘貼對象物品的介電常數(shù)的影響較少(雜散電容不易產(chǎn)生變動)，線圈的電感值的變化較小。因此，諧振頻率的變化較小，通信距離穩(wěn)定。特別是，通過對供電基板220使用高介電常數(shù)的材料，從而基本確定供電基板220內(nèi)的線圈的阻抗，不易受到來自使用環(huán)境的影響。另外，線圈天線230的各自的線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c也可以由比其更多的數(shù)量來構(gòu)成。此外，各圖案的開口直徑形成為從供電基板220的下表面?zhèn)认蛏媳砻鎮(zhèn)葘嵸|(zhì)上變大即可。所謂實質(zhì)上，是指不一定需要連續(xù)地階段性變大，可以是位于中間的線圈用導(dǎo)體圖案具有與位于其上下的圖案相同的開口直徑，或具有比位于其下方的圖案要大的開口直徑。另外，像這樣，各圖案的開口直徑也可以不用沿上下方向連續(xù)地階段性變化這一情況在以下示出的實施例中也是相同的。(RFID標(biāo)簽的第5示例、參照圖18及圖19)第5示例的RFID標(biāo)簽201B中，如圖18所示，在內(nèi)置有線圈天線230的供電基板220的背面?zhèn)妊b載有RFIC元件110，且設(shè)置有覆蓋RFIC元件110的密封層225。密封層225的頂面經(jīng)由粘接層241粘貼在印刷布線基板等基材240上。
本第5示例的其它結(jié)構(gòu)與上述第4示例相同。因此，本第5示例的作用效果與上述第4示例同樣。特別是，通過用密封層225來覆蓋RFIC元件110，從而可保護RFIC元件110免受外部環(huán)境的影響。即，可保護其免受來自外部的機械沖擊，此外，可防止水分所導(dǎo)致的短路等。而且，通過使密封層225介于供電基板220與基材240之間，從而線圈天線230與基材240的表面之間的距離比第4示例要大，從線圈天線230發(fā)射的磁場H形成為稍許遠離基材240(參照圖19)。因此，可減少設(shè)置于基材240的其他安裝元器件或?qū)w圖案等金屬物質(zhì)對磁場H的影響。(第6示例、參照圖20及圖21)第6示例的RFID標(biāo)簽201C中，如圖20所示，構(gòu)成線圈天線230的線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c形成為其開口直徑從供電基板220的下表面?zhèn)认蛏媳砻鎮(zhèn)葘嵸|(zhì)上變小。此外，與上述第4不例同樣，RFIC兀件110裝載于供電基板220的下表面,并由密封層225
所覆蓋。本第6示例的其它結(jié)構(gòu)與上述第4示例相同。在本第6示例中，由于從線圈天線230發(fā)射的磁場H如圖21中的虛線所示，線圈用導(dǎo)體圖案233a、233b、233c的開口直徑形成為向供電基板220的上表面變小，因此，磁場H朝向RFID標(biāo)簽201C的內(nèi)側(cè)，在RFID標(biāo)簽201C的中央部分形成磁通密度較大的區(qū)域，通信特性提高。此外，本第6示例中的其他作用效果基本上與上述第4示例、第5實施例相同。(第5示例及第6示例中的磁場發(fā)射狀態(tài)、參照圖22)在本RFID系統(tǒng)中，作為讀寫器側(cè)的天線，使用環(huán)形天線10，作為RFID標(biāo)簽側(cè)的天線，例如使用構(gòu)成為在讀寫器側(cè)產(chǎn)生較多磁場的線圈天線230。因而，在使天線頭I接近RFID標(biāo)簽201B、201C的狀態(tài)下，如圖22 (A)、(B)所示，從環(huán)形天線10產(chǎn)生的磁場Hl與從線圈天線230產(chǎn)生的磁場H2連結(jié)，在環(huán)形天線10與線圈天線230之間，彼此傳輸高頻信號。從環(huán)形天線10產(chǎn)生的磁場Hl集中于環(huán)形天線10的開口部，在較寬范圍內(nèi)擴展。另一方面，RFID標(biāo)簽201B、201C的線圈天線230中，由于在讀寫器側(cè)產(chǎn)生較多的磁場H2，因此，磁場H2集中于環(huán)形天線10的開口部。因而，即使基材240中含有金屬材料，或有金屬材料接近，或基材240為金屬材料，通信性能也不會惡化。此外，通過使用UHF頻帶或比其要高的頻帶的高頻信號，從而即使裝載RFID標(biāo)簽201B、201C的基材240為金屬材料，或在基材240上裝載有其他安裝元器件或各種布線圖案等金屬構(gòu)件，也不易受到來自它們的影響。此外，即使在使用上述RFID標(biāo)簽101A、101B、201A、201B、201C的情況下，也由線圈天線130,230在讀寫器的環(huán)形天線10側(cè)產(chǎn)生較多的磁場，因此，可起到此處闡述的效果。此外，若增大環(huán)形天線10的導(dǎo)體寬度，則從環(huán)形天線10產(chǎn)生的磁場Hl主要沿與其環(huán)狀面平行的方向擴展至較寬范圍，即使環(huán)形天線10與RFID標(biāo)簽201B、201C的相對位置有稍許偏差，磁場H1、H2也可靠地進行連結(jié)，因此，可確保必要的通信性能。在從RFID標(biāo)簽201B、201C觀察的情況下，線圈天線230中產(chǎn)生的磁場H2向外側(cè)擴展，因此，與環(huán)形天線10的位置關(guān)系的自由度增大。另外，在圖22(A)、(B)中，磁場H1、H2未圖示所產(chǎn)生的所有磁場。 在本RFID系統(tǒng)中，在使讀寫器的天線與RFID標(biāo)簽接近的狀態(tài)下進行使用，可僅限于與作為對象的RFID標(biāo)簽進行通信。在此情況下，線圈天線230可構(gòu)成為外形尺寸是長/寬為IOmm以下、進一步為5mm以下的較小尺寸。具體而言，設(shè)使用頻帶為860MHz 960MHz的UHF頻帶，RFID標(biāo)簽201B、201C的尺寸為長3. 2mm、寬I. 6mm，線圈天線230的外形尺寸為長3. 0mm、寬4. Omm,環(huán)形天線10的導(dǎo)體寬度為0. 5mm,輸出電壓值為1W,在此情況下，即使環(huán)形天線10與RFID標(biāo)簽201B、201C之間的距離為6mm左右，也可進行通信。當(dāng)然，通過增大輸出功率值或增大線圈天線230的尺寸，可進一步延長通信距離。工業(yè)上的實用性如上所述，本發(fā)明用于使RFID標(biāo)簽和讀寫器在數(shù)mm至數(shù)cm的距離內(nèi)進行通信的RFID系統(tǒng)，特別是，具有可保持通信距離、高頻信號的傳輸效率良好的優(yōu)點。標(biāo)號說明10環(huán)形天線11環(huán)狀導(dǎo)體20 RFID 標(biāo)簽30、130、230 線圈天線31第I線圈天線31a 31d線圈狀導(dǎo)體32第2線圈天線32a 32d線圈狀導(dǎo)體33第3線圈天線40、120、220 供電基板41a 41f電介質(zhì)層50、110 RFIC 元件
權(quán)利要求
1.ー種RFID系統(tǒng)，在讀寫器的天線與RFID標(biāo)簽的天線之間收發(fā)高頻信號，該RFID系統(tǒng)的特征在干， 作為所述讀寫器的天線，使用由環(huán)狀導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)形天線， 作為所述RFID標(biāo)簽的天線，使用將多個線圈狀導(dǎo)體進行層疊而成的線圈天線， 所述環(huán)形天線中的環(huán)狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度比所述線圈天線中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度要大。
2.如權(quán)利要求I所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 所述線圈天線形成在將多個電介質(zhì)層進行層疊而成的供電基板上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 所述線圈天線包括第I線圈天線及第2線圈天線，所述第I線圈天線和所述第2線圈天線進行磁耦合。
4.如權(quán)利要求I至3的任一項所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 在俯視時，所述線圈天線的外形尺寸為IcmX Icm以下。
5.如權(quán)利要求4所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 在俯視時，所述環(huán)形天線所占的面積為所述線圈天線所占的面積的O. 2 6倍。
6.如權(quán)利要求2所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 所述供電基板由將多個陶瓷電介質(zhì)層進行層疊而成的陶瓷層疊體所形成。
7.如權(quán)利要求I至6的任一項所述的RFID系統(tǒng)，其特征在于， 所述高頻信號為UHF頻帶或SHF頻帶的信號。
全文摘要
提供一種即使將RFID標(biāo)簽裝載于印刷布線板也可保持通信距離且高頻信號的傳輸效率優(yōu)良的RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)在靠近配置的讀寫器的天線與RFID標(biāo)簽的天線之間收發(fā)UHF頻帶的高頻信號。作為讀寫器的天線，使用由環(huán)狀導(dǎo)體(11)構(gòu)成的環(huán)形天線(10)，作為RFID標(biāo)簽(20)的天線，使用將多個線圈狀導(dǎo)體進行層疊而成的線圈天線(31、32)。而且，使環(huán)形天線(10)中的環(huán)狀導(dǎo)體(11)的導(dǎo)體寬度(W1)比線圈天線(31、32)中的線圈狀導(dǎo)體的導(dǎo)體寬度(W2)要大。
文檔編號H01Q1/40GK102668241SQ201180004664
公開日2012年9月12日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者池本伸郎 申請人:株式會社村田制作所