アンテナ基板およびＩＣタグ
【課題】 アンテナ特性を正しく評価でき、また耐環境性に優れたアンテナ基板およびこれを用いたＩＣタグを提供する。
【解決手段】 誘電体１と、誘電体１の一方主面上に配設された放射導体２と、誘電体１の他方主面上に放射導体２と対向して配設された接地導体３とを備えており、接地導体３はスロット３ａを有するとともに、スロット３ａを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂを備えているアンテナ基板およびその接続部３ｂにＩＣチップが搭載されたＩＣタグである。測定用プローブが接触される接続部３ｂは、電界が強く電波を授受する放射導体２とは反対側の接地導体３側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響を受けにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。ＩＣチップとＩＣタグの使用環境との間にはアンテナ基板が存在するので、使用環境の影響が小さいものとなる。
【解決手段】 誘電体１と、誘電体１の一方主面上に配設された放射導体２と、誘電体１の他方主面上に放射導体２と対向して配設された接地導体３とを備えており、接地導体３はスロット３ａを有するとともに、スロット３ａを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂを備えているアンテナ基板およびその接続部３ｂにＩＣチップが搭載されたＩＣタグである。測定用プローブが接触される接続部３ｂは、電界が強く電波を授受する放射導体２とは反対側の接地導体３側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響を受けにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。ＩＣチップとＩＣタグの使用環境との間にはアンテナ基板が存在するので、使用環境の影響が小さいものとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ基板およびこれを用いたＩＣタグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バーコードに代わり、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いたＩＣタグにより物品の正確で高速な峻別が実現されてきている。ＲＦＩＤは、ＩＣタグへの電池の搭載の有無、データ伝送方式および使用周波数などにより多くの種類があり、用途に応じて選択される。この内、国内では2006年の電波法改正によりＵＨＦ帯を用いた電波方式のＲＦＩＤが利用され始め、通信距離が長いことから物流分野で利用が拡大している。いずれの方式においても、ＩＣタグの近くに金属体が存在すると、電波の伝播に影響が及んで通信の妨げになる場合があるが、特に電波を遠くに飛ばす必要があるＵＨＦ帯を用いた電波方式の用途においては、その影響が大きい。
【０００３】
ＩＣタグを、このような電波の伝播に影響を与えやすい金属体に貼り付ける場合には、ＩＣタグのアンテナとして、接地導体から放射導体に向かう向きが最大利得となる半球状の放射パターンを有するパッチアンテナが形成されたアンテナ基板が用いられる場合が多い（例えば、特許文献１を参照。）。このアンテナ基板の接地導体を金属体側にして設置することで、データ（電波）の入出力部である放射導体は金属体と反対側を向くので、金属体の影響が少ない状態でＩＣタグとして動作させることができる。また、放射導体にスロットを設けて、スロットの対向部分から内部にそれぞれ延びた電気接続部にＩＣチップを搭載してＩＣチップ−アンテナ間で電力の授受ができるようにしたパッチアンテナを用いることもできる（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
ＩＣタグは、上記のようなアンテナ基板の放射導体にＩＣチップの一方の端子が接続され、他方の端子は接地導体と放射導体とを接続する貫通導体に接続されてＩＣチップが搭載されてなる。このようなアンテナ基板とＩＣチップとからなる、電池を用いない方式（パッシブ型）のＩＣタグの動作原理は、以下のようなものである。ＩＣタグの情報を読み取るタグリーダーから照射された電波をアンテナ（放射導体）で受け取ると、その電波をＩＣチップ内で整流して直流に変換し、それを電源としてＩＣチップが動作する。また、アンテナはタグリーダーからの電波の一部を反射するが、ＩＣチップの動作によってＩＣチップのメモリーに記憶されているＩＤ情報をこの反射波に乗せて返す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第2006／001049号パンフレット
【特許文献２】特開2007−243296号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＩＣタグ用のアンテナ基板では放射導体の上にＩＣチップが実装されるものであることから、ＩＣチップを実装する前に、アンテナ基板の性能評価あるいは特性測定を正しく行なうことができないという問題点があった。これは、アンテナ基板のアンテナ特性の測定は、通常ＩＣチップが実装される部分に測定用プローブの先端を接触させて測定する方法で行なわれるため、金属体で構成される測定用プローブが、電界が強く電波を授受する放射導体側に位置することになり、測定用プローブによってアンテナ特性が影響を受けるからであった。
【０００７】
また、電波の授受をするために外側に向けられた放射導体側にＩＣチップが実装されていると、ＩＣチップが使用環境にさらされることから、温度や雰囲気等の環境の影響を受けやすく、故障や誤動作が起こりやすいという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アンテナ特性を正しく評価でき、また耐環境性に優れたアンテナ基板およびこれを用いたＩＣタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアンテナ基板は、誘電体と、該誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、前記誘電体の他方主面上に前記放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、該接地導体はスロットを有するとともに、該スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のアンテナ基板は、上記構成において、前記接地導体の上に、前記接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のアンテナ基板は、上記各構成において、前記放射導体を覆うように誘電体層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のＩＣタグは、上記各構成のいずれかの本発明のアンテナ基板と、該アンテナ基板の前記接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のＩＣタグは、上記構成において、前記ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のＩＣタグは、上記構成において、前記ＩＣチップを覆う蓋体を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアンテナ基板によれば、誘電体と、誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、誘電体の他方主面上に放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、接地導体はスロットを有するとともに、スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることから、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えたスロットが接地導体に形成されているので、アンテナ基板の特性測定を行なう際に、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部に測定用プローブの先端を接触させて測定しても、金属体で形成される測定用プローブは、電界が強く電波を授受する放射導体とは反対側の接地導体側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響されにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。
【００１６】
また、誘電体、放射導体および接地導体にてパッチアンテナの基本構造が形成され、接地導体にスロットが形成されているので、接続部にＩＣチップを実装してＩＣタグとした場合には、タグリーダーからの電波を放射導体で受信し、それによってスロットに磁界が励振され、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部に高周波が入力されてＩＣチップが作動し、続いてＩＣチップからの起電力によってスロットに磁界が励起され、放射導体から電波が放射される。このとき、ＩＣタグは接地導体を対象物側にして貼り付けられることから、ＩＣチップと使用環境との間にはアンテナ基板が存在することとなり、使用環境のＩＣチップに対する影響が小さいものとなるので、耐環境性に優れたＩＣタグとなる。
【００１７】
本発明のアンテナ基板によれば、上記構成において、接地導体の上に、接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されているときには、ＩＣチップの周囲が枠状誘電体に囲まれることから、さらに耐環境性に優れたＩＣタグを得ることのできるアンテナ基板となる。また、枠状誘電体の厚みを実装された状態のＩＣチップの高さより厚くすることで、筐体などを用いることなくＩＣチップを保護しつつ、金属体などの対象物に直接貼り付けることができるアンテナ基板となる。
【００１８】
本発明のアンテナ基板によれば、上記各構成において、放射導体を覆うように誘電体層が積層されているときには、金属からなる放射導体が誘電体層で覆われることから、アンテナ基板を用いたＩＣタグの使用環境の雰囲気等によって放射導体が腐食することのないものとなる。
【００１９】
本発明のＩＣタグによれば、上記各構成の本発明のアンテナ基板と、アンテナ基板の接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることから、ＩＣタグを電波の授受を行なう放射導体を外部に向け、接地導体を対象物側にして貼り付けることで、ＩＣチップを使用環境とはアンテナ基板を挟んだ位置に配置することができるので、使用環境の雰囲気や温度等の影響を受けにくく、耐環境性に優れたものとなる。
【００２０】
本発明のＩＣタグによれば、上記構成において、ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えているときには、ＩＣチップが封止樹脂で覆われてＩＣタグの使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００２１】
本発明のＩＣタグによれば、上記構成において、ＩＣチップを覆う蓋体を備えているときには、ＩＣチップが蓋体で覆われて使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図２】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図３】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図４】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図５】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図６】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図７】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図８】本発明のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【図９】従来のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【図１０】本発明のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のアンテナ基板およびＩＣタグについて図面を用いて詳細に説明する。図１〜図７において、１は誘電体、１ａは枠状誘電体、１ｂは誘電体層、２は放射導体、３は接地導体、３ａはスロット、３ｂは接続部、４はＩＣチップ、４ａは端子電極、５は封止樹脂、６は蓋体である。
【００２４】
図１に示す例のように、本発明のアンテナ基板は、誘電体１と、誘電体１の一方主面上に配設された放射導体２と、誘電体１の他方主面上に放射導体２と対向して配設された接地導体３とを備えており、接地導体３はスロット３ａを有するとともに、スロット３ａを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂを備えている。
【００２５】
誘電体１、放射導体２および接地導体３にてパッチアンテナの基本構造が形成され、接地導体３にスロット３ａが形成されているので、接続部３ｂにＩＣチップを実装してＩＣタグとした場合には、タグリーダーからの電波を放射導体で受信し、それによってスロット３ａに磁界が励振され、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂに高周波が入力されてＩＣチップが作動し、続いてＩＣチップからの起電力によってスロット３ａに磁界が励起され、放射導体２から電波が放射される。このとき、ＩＣタグは接地導体３を対象物側にして貼り付けられることから、ＩＣチップと使用環境との間にはアンテナ基板が存在することとなり、使用環境のＩＣチップに対する影響が小さいものとなるので、耐環境性に優れたＩＣタグとなる。
【００２６】
パッチアンテナは、図１に示す例のように、誘電体１と放射導体２とスロット３ａを備える接地導体３とで基本構造が構成されるが、図２に示す例のように、共振周波数を調節するために、放射導体２と接地導体３との間に、接続導体３ｄで接地導体２に接続された容量導体３ｃを設けてもよい。容量導体３ｃは、接地導体３と放射導体２との距離よりも近い位置で放射導体２と対向することから、接地導体３と放射導体２との間の容量結合が大きくなるので、共振周波数を低くすることができる。通常、共振周波数を低くするためには、放射導体２の大きさを大きくする必要があるが、このような容量導体３ｃを設けることで、放射導体２の大きさを変えることなく共振周波数を低くすることができるので、アンテナ基板およびＩＣタグを小型化することができる。共振周波数の調節は、容量導体３ｃの面積や、容量導体３ｃと放射導体２との距離によって容量結合の大きさを変えることによって行なうことができる。
【００２７】
容量導体３ｃの平面視の位置は、放射導体２と接地導体３との間の電界強度が強い位置にすると共振周波数をより低くすることができることから、図２に示す例のように、特にスロット３ａの長辺側の放射導体２の端部に対向する位置に容量導体３ｃを設置するのがよい。スロット３ａの長辺側の放射導体２の端部はスロット３ａを挟んで２箇所あるので、図２に示す例のように、容量導体３ｃをスロット３ａの長辺側の放射導体２の両端部（図２における、放射導体２のスロット３ａに平行な２辺部）に対向して設けると、共振周波数をより低くすることができるので好ましい。
【００２８】
また、図２に示す例では、２つの接続導体３ｄはそれぞれ１つの接続導体３ｄで接地導体３に接続されているが、複数の接続導体３ｄで接続してもよい。接続導体３ｄの数が多いほど接地導体３と容量導体３ｃとの間の電気抵抗を小さくすることができ、電波の放射効率を向上できるので好ましい。あるいは、同様の理由から、図２に示す例のような接続導体３ｄに対して、接続導体３ｄの横断面積を大きくするために、図２に示す例の接続導体３ｄを容量導体３ｃの長さ方向に伸ばした、容量導体３ｃの長さに沿った板状としてもよい。また、接続導体３ｄと放射導体２との間でもわずかではあるが容量結合するので、図２に示す例のように、接続導体３ｄを放射導体２の端部側に配置すると、接続導体３ｄが接続された容量導体３ｃと放射導体２との間の容量結合を大きくすることができるので好ましい。
【００２９】
また、スロット３ａが接地導体３に形成されているので、アンテナ基板の特性測定を行なう際に、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂに測定用プローブの先端を接触させて測定しても、金属体で形成される測定用プローブは、電界が強く電波を授受する放射導体２とは反対側の接地導体３側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響されにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。
【００３０】
図３に示す例のように、接地導体３の上に接続部３ｂを取り囲むような枠状誘電体１ａが積層されているときには、ＩＣチップの周囲が枠状誘電体１ａに囲まれることから、さらに耐環境性に優れたＩＣタグを得ることのできるアンテナ基板となる。また、枠状誘電体１ａの厚みを実装された状態のＩＣチップの高さより厚くすると、筐体などを用いることなくＩＣチップを保護しつつ、ＩＣタグを金属体などの対象物に直接貼り付けることができるので好ましい。
【００３１】
図４に示す例のように、放射導体２を覆うように誘電体層１ｂが積層されているときには、金属体からなる放射導体２が誘電体層１ｂで覆われることとなり、アンテナ基板を用いたＩＣタグの使用環境の雰囲気等によって放射導体２が腐食することのないものとなる。例えば、ＩＣタグの使用環境が薬品処理工程であるような場合であっても、誘電体層１ｂが耐薬品性の高いセラミックス等からなるものであれば、誘電体層１ｂによって薬品から放射導体２を保護することができる。
【００３２】
誘電体１、枠状誘電体１ａおよび誘電体層１ｂは、セラミック材料や樹脂材料からなるものである。具体的には、セラミック材料としては、例えば、アルミナ質セラミックス，ムライトセラミックスおよびガラスセラミックス等を用いることができる。また、樹脂材料としては、例えば、四フッ化エチレン―エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四フッ化エチレン―エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）および四フッ化エチレン―パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）のようなフッ素樹脂，エポキシ樹脂，ガラスエポキシ樹脂およびポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００３３】
放射導体２および接地導体３は、金属材料からなるものである。具体的には、金属材料としてＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｇ，ＡｕおよびＰｔならびにこれらの合金を用いることができる。
【００３４】
アンテナ基板の作製方法としては、誘電体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒および有機バインダーを添加混合してスラリーを作製し、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう。）を得る。次に、従来周知のスクリーン印刷法等の印刷方法により、セラミックグリーンシートに放射導体２および接地導体３の所定パターン形状に導体ペーストを印刷塗布する。導体ペーストは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して作製する。その後、必要に応じてグリーンシートを複数枚積層して積層体を作製し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合は、打ち抜き加工したグリーンシートを接地導体パターンが形成されたグリーンシートの上に積層すればよい。同様に、アンテナ基板が誘電体層１ｂを有する場合は、グリーンシートを放射導体パターンが形成されたグリーンシートの上に積層すればよい。あるいは、積層体を作製した後に、上記スラリーと同様の誘電体ペーストを印刷塗布してもよい。
【００３５】
導体ペーストを印刷せずに誘電体１からなる基板を作製した後に、この基板の上に導体ペーストを印刷塗布して焼成することにより、メタライズ層を焼き付けることで放射導体２および接地導体３を形成してもよい。
【００３６】
または、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末に必要に応じて有機バインダーを加えたものを金型に充填してプレス成型することによって板状に成形して、この成形体を約1600度の温度で焼成することによって誘電体１からなる基板を作製してもよい。
【００３７】
容量導体３ｃを設ける場合は、例えば、２枚のグリーンシートを準備して、１枚のグリーンシートには放射導体２パターンを形成し、もう１枚のグリーンシートには上面に容量導体３ｃパターンを、下面に接地導体３パターンをそれぞれ形成すればよい。容量導体３ｃパターンは、放射導体２パターンを印刷塗布したグリーンシートの下面に形成してもよい。接続導体３ｄは、上記パターンの形成の前にグリーンシートに貫通孔を形成して、この貫通孔を導体ペーストで充填しておくことにより形成することができる。
【００３８】
誘電体１が樹脂材料からなる場合は、上記のような樹脂材料からなる板材の上に、銅（Ｃｕ）等の金属箔をエッチング加工により放射導体２および接地導体３の形状に加工したものを転写することによって、アンテナ基板を作製することができる。アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合は、打ち抜き加工した樹脂板を接地導体パターンが形成された樹脂板の上に積層して接着すればよい。同様に、アンテナ基板が誘電体層１ｂを有する場合も、樹脂板を放射導体パターンが形成された樹脂板の上に積層して接着すればよい。あるいは、液状の樹脂を印刷塗布して硬化させてもよい。
【００３９】
また、誘電体１上に放射導体２および接地導体３を形成する方法としては、誘電体１を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成してもよい。
【００４０】
容量導体３ｃを設ける場合は、例えば、上面に放射導体２を形成した樹脂板と、上面に容量導体３ｃを形成して下面に接地導体３を形成した樹脂板とを接着すればよい。容量導体３ｄは、上面に放射導体２を形成した樹脂板の下面に形成してもよい。あるいは、上面に容量導体３ｃを形成し、下面に接地導体３を形成した樹脂板の上に、液状の樹脂を印刷塗布して硬化させ、その上に放射導体２を形成してもよい。いずれの場合であっても、接続導体３ｄは、例えば、ドリル加工やレーザー加工あるいは金型によるうち抜き加工などによって下側の樹脂板に貫通孔を形成し、貫通孔を熱硬化性の導体ペーストで充填して硬化させることによって形成することができる。
【００４１】
なお、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂは、接地導体３のスロット３ａを挟んだ両側の部分であり、別に形成する必要はない。
【００４２】
次に、本発明のアンテナ基板の具体例について説明する。上記のようなアンテナ基板のアンテナ特性について、電磁界シミュレーターにて計算した。図２に示す例のアンテナ基板において、誘電率が９であり、30ｍｍ角で厚み（図２に示すＴ）が３ｍｍである誘電体１の上面に、22ｍｍ角（図２に示すＬ）の放射導体２が形成され、下面に長さ（図２に示すＳＬ）が10ｍｍで幅（図２に示すＳＷ）が１ｍｍであるスロット３ａを中央部に有する30ｍｍ角の接地導体３が形成されたものとした。また、共振周波数をＵＨＦ帯のＲＦＩＤに使用される950ＭＨｚ帯に合わせるため、誘電体１内に、放射導体２との間に容量を形成する３ｍｍ×22ｍｍの容量導体３ｃを２枚配置して、容量導体３ｃと接地導体３とを接続する接続導体３ｄを形成した。容量導体３ｃは、上面（放射導体２）から0.35ｍｍの位置において、図２に示す例のように、平面視でスロット３ａの長手方向と容量導体３ｃの長手方向とを平行にしてスロット３ａを挟むとともに、２つの容量導体３ｃのぞれぞれのスロットとは反対側の長辺が、放射導体２の辺と重なるように配置した。接続導体３ｄは、容量導体３ｃの幅の中心からスロット３ａから離れる方向に１ｍｍずらした位置に、直径0.１ｍｍのものを１ｍｍピッチで20本並べて接続した。また、アンテナ基板の貼り付け先を300ｍｍ角の完全導体板とした。アンテナ基板を筐体で覆うことを考慮して、完全導体板とアンテナ基板の間に１ｍｍの隙間を設けた（ただし、筐体はモデリングせず）。
【００４３】
図８は、このようなアンテナ基板のシミュレーションによるアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。図８（ａ）において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はＳ11（単位：ｄＢ）を示す。Ｓ11の値が小さいほど、その周波数において信号のやり取りが効率的に行なわれることに対応する。図８（ｂ）において、円周の数字が天頂方向（図２において接地導体３から放射導体２に向かう方向）を０度としたときの角度であり、縦軸の数字は利得（単位：ｄＢｉ）を規格化（最大値＝０ｄＢｉ）した値である。
【００４４】
図８（ａ）から、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される950ＭＨｚ帯において、約3.6ＭＨｚの帯域幅に亘ってＳ11が−10ｄＢ以下となっており、日本国内においてＵＨＦ帯のＲＦＩＤ用に割り当てられている周波数帯域の２ＭＨｚをカバーしているので、ＩＣタグ用のアンテナ基板として使用可能であるといえる。
【００４５】
図８（ｂ）は、図２に示すアンテナ基板おけるスロット３ａの中心を通り、スロット３ａの長手方向に垂直な面内の利得を示している。図８（ｂ）から、０度において最大となる放射パターンを示しており、上記アンテナ基板は、ＩＣタグの貼り付け面に垂直な方向、すなわち接地導体３から放射導体２に向かう方向に最も強い指向性を有することが分かる。
【００４６】
次に、アンテナ基板のアンテナ特性を測定する際の測定用プローブによる影響について説明する。プローブを直径2.6ｍｍの完全導体とし、このプローブがアンテナ基板の接続部３ｂから上方に延びるようにモデリングして、上記と同様の電磁界シミュレーターを用いたシミュレーションによってアンテナ特性を計算した。
【００４７】
図９は、従来のアンテナ基板のシミュレーションによるアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、図８と同様に、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。従来のアンテナ基板は、スロットを放射導体に設けた以外の構造および材料は、上記の本発明のアンテナ基板と同一であるものとした。なお、スロットのサイズは、インピーダンス整合のために長さを９ｍｍとした。図９には、「プローブなし」として、プローブをモデリングしていない場合の結果と、「プローブあり」として、プローブをモデリングした場合の結果を示している。
【００４８】
図９（ａ）から、プローブが存在することで、反射特性に影響が生じ、プローブがない状態に対してＳ11が最小となる周波数が約0.2ＭＨｚ低周波側へシフトしていることが分かる。日本におけるＵＨＦ帯ＲＦＩＤの帯域幅２ＭＨｚに対して、0.2ＭＨｚは10％であるので、プローブによって正確なアンテナ特性が測定できないといえる。また、図９（ｂ）から、プローブによって放射パターンが歪んでいるので、放射特性についても正確な測定ができないことが分かる。これは、電界が強い放射導体の上方に金属体のプローブが存在することによって、放射導体の周囲の電界が乱されて、アンテナ特性がずれたものと考えられる。
【００４９】
図10は、上記本発明のアンテナ基板においてプローブをモデリングした場合の結果を図８のグラフに重ねて示したものであり、図８と同様に、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。この例の場合のプローブは、上記と同様のものがアンテナ基板の接続部３ｂから図２における下方に延びるようにモデリングした。なお、プローブがアンテナ基板が実装される完全導体板を突き抜けるように、完全導体板に直径2.6ｍｍの穴を設け、プローブが通るようにした。
【００５０】
図10から、「プローブあり」と「プローブなし」との結果は、（ａ）の反射特性および（ｂ）の放射特性のいずれにおいてもほとんど重なっており、プローブの存在によるアンテナ特性への影響は少ないことが分かる。これは、プローブが電界の弱い放射導体の下方に存在するため、電界が大きく乱されることもなく、アンテナ特性への影響が少ないものと考えられる。
【００５１】
そして、本発明のアンテナ基板においては、アンテナ特性測定用のプローブによる影響が少なく、アンテナ特性を正しく評価できるといえる。
【００５２】
次に、上記のようなアンテナ基板を用いた本発明のＩＣタグについて説明する。図５に示す例のように、本発明のＩＣタグは、上記した本発明のアンテナ基板と、アンテナ基板の接続部（図示せず）に端子電極４ａが接続されて搭載されたＩＣチップ４とを備えている。このようなＩＣタグを、電波の授受を行なう放射導体２を外部に向け、接地導体３を対象物側にして貼り付けることで、使用環境とはアンテナ基板を挟んだ位置にＩＣチップ４を配置することができるので、使用環境の雰囲気や温度等の影響を受けにくく、耐環境性に優れたものとなる。
【００５３】
ＩＣチップ４は、整流回路などを含む高周波化回路、メモリーあるいは制御回路等がシリコン（Ｓｉ）等からなる基板上に形成されたものであり、アンテナ基板の接続部３ｂに接続するための端子電極４ａを有する。
【００５４】
ＩＣタグは、ＩＣチップ４の端子電極４ａと接地導体３の接続部３ｂとを、導電性ペーストやはんだ等の接合材を用いて接合することによって電気的に接続して作製される。あるいは、ＩＣチップ４の端子電極４ａの上に金（Ａｕ）やはんだ等からなるバンプを形成しておき、異方性導電ペーストや異方性導電フィルムを用いて、あるいは超音波や熱を加えながら圧着して接続してもよい。
【００５５】
図６に示す例のように、ＩＣタグがＩＣチップ４を覆う封止樹脂５を備えているときには、ＩＣチップ４が封止樹脂５で覆われてＩＣタグの使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００５６】
封止樹脂５は絶縁性のものであればよく、また、封止樹脂５は外界の環境からＩＣチップ４を保護する意味から、耐薬品性、耐熱性および耐水性等に優れるものが好適である。具体的には、エポキシ樹脂等が用いられる。誘電体１やＩＣチップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するものであれば、使用環境の温度変化によって封止樹脂５がアンテナ基板から剥がれてしまうことを抑えることができるので、エポキシ樹脂に熱膨張係数を調整するためのＳｉＯ２やアルミナ等の無機粉末を添加したものを用いるとよい。
【００５７】
封止樹脂５は、例えば、液状のエポキシ樹脂をスクリーン印刷によって、あるいはディスペンサーによってＩＣチップ４を覆うように塗布して、加熱することにより硬化させればよい。この加熱による樹脂硬化の際に、熱によってＩＣチップ４を破壊してしまわないためにも、封止樹脂５は硬化温度が低いものが好適である。なお、図６に示す例では、アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合であるが、枠状誘電体１ａを有さないアンテナ基板であってもよい。図６に示す例のように、ＩＣチップ４の実装高さより厚みの厚い枠状誘電体１ａを有する場合は、枠状誘電体１ａと誘電体１ａとで形成された凹部に液状の封止樹脂５を充填すれば、液状の封止樹脂５が拡がることがないので、容易にＩＣチップ４を覆うことができる。
【００５８】
図７に示す例のように、ＩＣタグがＩＣチップ４を覆う蓋体６を備えているときには、ＩＣチップ４が蓋体６で覆われて使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００５９】
蓋体６は、ＩＣチップを外界の環境から保護できる緻密なものであればよく、セラミックス，金属または樹脂等からなるものである。蓋体６は、エポキシ樹脂等の接着剤によってアンテナ基板上に接合される。例えば、蓋体６が誘電体１や枠状誘電体１ａと同一の材料からなるなど、誘電体１や枠状誘電体１ａとの熱膨張係数が近いものであれば、使用環境の温度変化によって蓋体６がアンテナ基板から剥がれてしまうことを抑えることができるので好適である。
【００６０】
なお、図７に示す例は、アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合であるが、枠状誘電体１ａを有さないアンテナ基板であってもよい。この場合の蓋体６は、図７に示す例の蓋体６が平板状であるのに対して、箱状のものとすればよい。また、図７に示す例では、枠状誘電体１ａの開口部に段差部を設けて、段差部に平板状の蓋体６を接合してＩＣタグの下面を平らにしている。このようにすることで、対象物への貼り付けが容易かつ強固になるので好ましい。
【００６１】
なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、誘電体１がセラミックス材料から成る場合に、放射導体２および接地導体３を備える誘電体基板１を作製した後に、上記封止樹脂５と同様の液状のエポキシ樹脂を印刷塗布して硬化させることによって誘電体層１ｂや枠状誘電体１ａを形成してもよい。あるいは、ＩＣタグ全体を樹脂製の筐体で囲ったり、樹脂封止したりしてもよい。このようにすることで、ＩＣタグの耐環境性や強度がさらに向上する。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・誘電体
１ａ・・・枠状誘電体
１ｂ・・・誘電体層
２・・・放射導体
３・・・接地導体
３ａ・・・スロット
３ｂ・・・接続部
４・・・ＩＣチップ
４ａ・・・端子電極
５・・・封止樹脂
６・・・蓋体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ基板およびこれを用いたＩＣタグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バーコードに代わり、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いたＩＣタグにより物品の正確で高速な峻別が実現されてきている。ＲＦＩＤは、ＩＣタグへの電池の搭載の有無、データ伝送方式および使用周波数などにより多くの種類があり、用途に応じて選択される。この内、国内では2006年の電波法改正によりＵＨＦ帯を用いた電波方式のＲＦＩＤが利用され始め、通信距離が長いことから物流分野で利用が拡大している。いずれの方式においても、ＩＣタグの近くに金属体が存在すると、電波の伝播に影響が及んで通信の妨げになる場合があるが、特に電波を遠くに飛ばす必要があるＵＨＦ帯を用いた電波方式の用途においては、その影響が大きい。
【０００３】
ＩＣタグを、このような電波の伝播に影響を与えやすい金属体に貼り付ける場合には、ＩＣタグのアンテナとして、接地導体から放射導体に向かう向きが最大利得となる半球状の放射パターンを有するパッチアンテナが形成されたアンテナ基板が用いられる場合が多い（例えば、特許文献１を参照。）。このアンテナ基板の接地導体を金属体側にして設置することで、データ（電波）の入出力部である放射導体は金属体と反対側を向くので、金属体の影響が少ない状態でＩＣタグとして動作させることができる。また、放射導体にスロットを設けて、スロットの対向部分から内部にそれぞれ延びた電気接続部にＩＣチップを搭載してＩＣチップ−アンテナ間で電力の授受ができるようにしたパッチアンテナを用いることもできる（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
ＩＣタグは、上記のようなアンテナ基板の放射導体にＩＣチップの一方の端子が接続され、他方の端子は接地導体と放射導体とを接続する貫通導体に接続されてＩＣチップが搭載されてなる。このようなアンテナ基板とＩＣチップとからなる、電池を用いない方式（パッシブ型）のＩＣタグの動作原理は、以下のようなものである。ＩＣタグの情報を読み取るタグリーダーから照射された電波をアンテナ（放射導体）で受け取ると、その電波をＩＣチップ内で整流して直流に変換し、それを電源としてＩＣチップが動作する。また、アンテナはタグリーダーからの電波の一部を反射するが、ＩＣチップの動作によってＩＣチップのメモリーに記憶されているＩＤ情報をこの反射波に乗せて返す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第2006／001049号パンフレット
【特許文献２】特開2007−243296号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＩＣタグ用のアンテナ基板では放射導体の上にＩＣチップが実装されるものであることから、ＩＣチップを実装する前に、アンテナ基板の性能評価あるいは特性測定を正しく行なうことができないという問題点があった。これは、アンテナ基板のアンテナ特性の測定は、通常ＩＣチップが実装される部分に測定用プローブの先端を接触させて測定する方法で行なわれるため、金属体で構成される測定用プローブが、電界が強く電波を授受する放射導体側に位置することになり、測定用プローブによってアンテナ特性が影響を受けるからであった。
【０００７】
また、電波の授受をするために外側に向けられた放射導体側にＩＣチップが実装されていると、ＩＣチップが使用環境にさらされることから、温度や雰囲気等の環境の影響を受けやすく、故障や誤動作が起こりやすいという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アンテナ特性を正しく評価でき、また耐環境性に優れたアンテナ基板およびこれを用いたＩＣタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアンテナ基板は、誘電体と、該誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、前記誘電体の他方主面上に前記放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、該接地導体はスロットを有するとともに、該スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のアンテナ基板は、上記構成において、前記接地導体の上に、前記接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のアンテナ基板は、上記各構成において、前記放射導体を覆うように誘電体層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のＩＣタグは、上記各構成のいずれかの本発明のアンテナ基板と、該アンテナ基板の前記接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のＩＣタグは、上記構成において、前記ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のＩＣタグは、上記構成において、前記ＩＣチップを覆う蓋体を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアンテナ基板によれば、誘電体と、誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、誘電体の他方主面上に放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、接地導体はスロットを有するとともに、スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることから、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えたスロットが接地導体に形成されているので、アンテナ基板の特性測定を行なう際に、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部に測定用プローブの先端を接触させて測定しても、金属体で形成される測定用プローブは、電界が強く電波を授受する放射導体とは反対側の接地導体側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響されにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。
【００１６】
また、誘電体、放射導体および接地導体にてパッチアンテナの基本構造が形成され、接地導体にスロットが形成されているので、接続部にＩＣチップを実装してＩＣタグとした場合には、タグリーダーからの電波を放射導体で受信し、それによってスロットに磁界が励振され、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部に高周波が入力されてＩＣチップが作動し、続いてＩＣチップからの起電力によってスロットに磁界が励起され、放射導体から電波が放射される。このとき、ＩＣタグは接地導体を対象物側にして貼り付けられることから、ＩＣチップと使用環境との間にはアンテナ基板が存在することとなり、使用環境のＩＣチップに対する影響が小さいものとなるので、耐環境性に優れたＩＣタグとなる。
【００１７】
本発明のアンテナ基板によれば、上記構成において、接地導体の上に、接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されているときには、ＩＣチップの周囲が枠状誘電体に囲まれることから、さらに耐環境性に優れたＩＣタグを得ることのできるアンテナ基板となる。また、枠状誘電体の厚みを実装された状態のＩＣチップの高さより厚くすることで、筐体などを用いることなくＩＣチップを保護しつつ、金属体などの対象物に直接貼り付けることができるアンテナ基板となる。
【００１８】
本発明のアンテナ基板によれば、上記各構成において、放射導体を覆うように誘電体層が積層されているときには、金属からなる放射導体が誘電体層で覆われることから、アンテナ基板を用いたＩＣタグの使用環境の雰囲気等によって放射導体が腐食することのないものとなる。
【００１９】
本発明のＩＣタグによれば、上記各構成の本発明のアンテナ基板と、アンテナ基板の接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることから、ＩＣタグを電波の授受を行なう放射導体を外部に向け、接地導体を対象物側にして貼り付けることで、ＩＣチップを使用環境とはアンテナ基板を挟んだ位置に配置することができるので、使用環境の雰囲気や温度等の影響を受けにくく、耐環境性に優れたものとなる。
【００２０】
本発明のＩＣタグによれば、上記構成において、ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えているときには、ＩＣチップが封止樹脂で覆われてＩＣタグの使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００２１】
本発明のＩＣタグによれば、上記構成において、ＩＣチップを覆う蓋体を備えているときには、ＩＣチップが蓋体で覆われて使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図２】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図３】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図４】（ａ）は本発明のアンテナ基板の実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図５】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図６】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図７】（ａ）は本発明のＩＣタグの実施の形態の他の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図８】本発明のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【図９】従来のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【図１０】本発明のアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のアンテナ基板およびＩＣタグについて図面を用いて詳細に説明する。図１〜図７において、１は誘電体、１ａは枠状誘電体、１ｂは誘電体層、２は放射導体、３は接地導体、３ａはスロット、３ｂは接続部、４はＩＣチップ、４ａは端子電極、５は封止樹脂、６は蓋体である。
【００２４】
図１に示す例のように、本発明のアンテナ基板は、誘電体１と、誘電体１の一方主面上に配設された放射導体２と、誘電体１の他方主面上に放射導体２と対向して配設された接地導体３とを備えており、接地導体３はスロット３ａを有するとともに、スロット３ａを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂを備えている。
【００２５】
誘電体１、放射導体２および接地導体３にてパッチアンテナの基本構造が形成され、接地導体３にスロット３ａが形成されているので、接続部３ｂにＩＣチップを実装してＩＣタグとした場合には、タグリーダーからの電波を放射導体で受信し、それによってスロット３ａに磁界が励振され、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂに高周波が入力されてＩＣチップが作動し、続いてＩＣチップからの起電力によってスロット３ａに磁界が励起され、放射導体２から電波が放射される。このとき、ＩＣタグは接地導体３を対象物側にして貼り付けられることから、ＩＣチップと使用環境との間にはアンテナ基板が存在することとなり、使用環境のＩＣチップに対する影響が小さいものとなるので、耐環境性に優れたＩＣタグとなる。
【００２６】
パッチアンテナは、図１に示す例のように、誘電体１と放射導体２とスロット３ａを備える接地導体３とで基本構造が構成されるが、図２に示す例のように、共振周波数を調節するために、放射導体２と接地導体３との間に、接続導体３ｄで接地導体２に接続された容量導体３ｃを設けてもよい。容量導体３ｃは、接地導体３と放射導体２との距離よりも近い位置で放射導体２と対向することから、接地導体３と放射導体２との間の容量結合が大きくなるので、共振周波数を低くすることができる。通常、共振周波数を低くするためには、放射導体２の大きさを大きくする必要があるが、このような容量導体３ｃを設けることで、放射導体２の大きさを変えることなく共振周波数を低くすることができるので、アンテナ基板およびＩＣタグを小型化することができる。共振周波数の調節は、容量導体３ｃの面積や、容量導体３ｃと放射導体２との距離によって容量結合の大きさを変えることによって行なうことができる。
【００２７】
容量導体３ｃの平面視の位置は、放射導体２と接地導体３との間の電界強度が強い位置にすると共振周波数をより低くすることができることから、図２に示す例のように、特にスロット３ａの長辺側の放射導体２の端部に対向する位置に容量導体３ｃを設置するのがよい。スロット３ａの長辺側の放射導体２の端部はスロット３ａを挟んで２箇所あるので、図２に示す例のように、容量導体３ｃをスロット３ａの長辺側の放射導体２の両端部（図２における、放射導体２のスロット３ａに平行な２辺部）に対向して設けると、共振周波数をより低くすることができるので好ましい。
【００２８】
また、図２に示す例では、２つの接続導体３ｄはそれぞれ１つの接続導体３ｄで接地導体３に接続されているが、複数の接続導体３ｄで接続してもよい。接続導体３ｄの数が多いほど接地導体３と容量導体３ｃとの間の電気抵抗を小さくすることができ、電波の放射効率を向上できるので好ましい。あるいは、同様の理由から、図２に示す例のような接続導体３ｄに対して、接続導体３ｄの横断面積を大きくするために、図２に示す例の接続導体３ｄを容量導体３ｃの長さ方向に伸ばした、容量導体３ｃの長さに沿った板状としてもよい。また、接続導体３ｄと放射導体２との間でもわずかではあるが容量結合するので、図２に示す例のように、接続導体３ｄを放射導体２の端部側に配置すると、接続導体３ｄが接続された容量導体３ｃと放射導体２との間の容量結合を大きくすることができるので好ましい。
【００２９】
また、スロット３ａが接地導体３に形成されているので、アンテナ基板の特性測定を行なう際に、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂに測定用プローブの先端を接触させて測定しても、金属体で形成される測定用プローブは、電界が強く電波を授受する放射導体２とは反対側の接地導体３側に位置するので、測定用プローブによってアンテナ特性が影響されにくく、アンテナ特性を正しく測定することができる。
【００３０】
図３に示す例のように、接地導体３の上に接続部３ｂを取り囲むような枠状誘電体１ａが積層されているときには、ＩＣチップの周囲が枠状誘電体１ａに囲まれることから、さらに耐環境性に優れたＩＣタグを得ることのできるアンテナ基板となる。また、枠状誘電体１ａの厚みを実装された状態のＩＣチップの高さより厚くすると、筐体などを用いることなくＩＣチップを保護しつつ、ＩＣタグを金属体などの対象物に直接貼り付けることができるので好ましい。
【００３１】
図４に示す例のように、放射導体２を覆うように誘電体層１ｂが積層されているときには、金属体からなる放射導体２が誘電体層１ｂで覆われることとなり、アンテナ基板を用いたＩＣタグの使用環境の雰囲気等によって放射導体２が腐食することのないものとなる。例えば、ＩＣタグの使用環境が薬品処理工程であるような場合であっても、誘電体層１ｂが耐薬品性の高いセラミックス等からなるものであれば、誘電体層１ｂによって薬品から放射導体２を保護することができる。
【００３２】
誘電体１、枠状誘電体１ａおよび誘電体層１ｂは、セラミック材料や樹脂材料からなるものである。具体的には、セラミック材料としては、例えば、アルミナ質セラミックス，ムライトセラミックスおよびガラスセラミックス等を用いることができる。また、樹脂材料としては、例えば、四フッ化エチレン―エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四フッ化エチレン―エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）および四フッ化エチレン―パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）のようなフッ素樹脂，エポキシ樹脂，ガラスエポキシ樹脂およびポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００３３】
放射導体２および接地導体３は、金属材料からなるものである。具体的には、金属材料としてＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｇ，ＡｕおよびＰｔならびにこれらの合金を用いることができる。
【００３４】
アンテナ基板の作製方法としては、誘電体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒および有機バインダーを添加混合してスラリーを作製し、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう。）を得る。次に、従来周知のスクリーン印刷法等の印刷方法により、セラミックグリーンシートに放射導体２および接地導体３の所定パターン形状に導体ペーストを印刷塗布する。導体ペーストは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合して作製する。その後、必要に応じてグリーンシートを複数枚積層して積層体を作製し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合は、打ち抜き加工したグリーンシートを接地導体パターンが形成されたグリーンシートの上に積層すればよい。同様に、アンテナ基板が誘電体層１ｂを有する場合は、グリーンシートを放射導体パターンが形成されたグリーンシートの上に積層すればよい。あるいは、積層体を作製した後に、上記スラリーと同様の誘電体ペーストを印刷塗布してもよい。
【００３５】
導体ペーストを印刷せずに誘電体１からなる基板を作製した後に、この基板の上に導体ペーストを印刷塗布して焼成することにより、メタライズ層を焼き付けることで放射導体２および接地導体３を形成してもよい。
【００３６】
または、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末に必要に応じて有機バインダーを加えたものを金型に充填してプレス成型することによって板状に成形して、この成形体を約1600度の温度で焼成することによって誘電体１からなる基板を作製してもよい。
【００３７】
容量導体３ｃを設ける場合は、例えば、２枚のグリーンシートを準備して、１枚のグリーンシートには放射導体２パターンを形成し、もう１枚のグリーンシートには上面に容量導体３ｃパターンを、下面に接地導体３パターンをそれぞれ形成すればよい。容量導体３ｃパターンは、放射導体２パターンを印刷塗布したグリーンシートの下面に形成してもよい。接続導体３ｄは、上記パターンの形成の前にグリーンシートに貫通孔を形成して、この貫通孔を導体ペーストで充填しておくことにより形成することができる。
【００３８】
誘電体１が樹脂材料からなる場合は、上記のような樹脂材料からなる板材の上に、銅（Ｃｕ）等の金属箔をエッチング加工により放射導体２および接地導体３の形状に加工したものを転写することによって、アンテナ基板を作製することができる。アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合は、打ち抜き加工した樹脂板を接地導体パターンが形成された樹脂板の上に積層して接着すればよい。同様に、アンテナ基板が誘電体層１ｂを有する場合も、樹脂板を放射導体パターンが形成された樹脂板の上に積層して接着すればよい。あるいは、液状の樹脂を印刷塗布して硬化させてもよい。
【００３９】
また、誘電体１上に放射導体２および接地導体３を形成する方法としては、誘電体１を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成してもよい。
【００４０】
容量導体３ｃを設ける場合は、例えば、上面に放射導体２を形成した樹脂板と、上面に容量導体３ｃを形成して下面に接地導体３を形成した樹脂板とを接着すればよい。容量導体３ｄは、上面に放射導体２を形成した樹脂板の下面に形成してもよい。あるいは、上面に容量導体３ｃを形成し、下面に接地導体３を形成した樹脂板の上に、液状の樹脂を印刷塗布して硬化させ、その上に放射導体２を形成してもよい。いずれの場合であっても、接続導体３ｄは、例えば、ドリル加工やレーザー加工あるいは金型によるうち抜き加工などによって下側の樹脂板に貫通孔を形成し、貫通孔を熱硬化性の導体ペーストで充填して硬化させることによって形成することができる。
【００４１】
なお、ＩＣチップの端子電極が接続される接続部３ｂは、接地導体３のスロット３ａを挟んだ両側の部分であり、別に形成する必要はない。
【００４２】
次に、本発明のアンテナ基板の具体例について説明する。上記のようなアンテナ基板のアンテナ特性について、電磁界シミュレーターにて計算した。図２に示す例のアンテナ基板において、誘電率が９であり、30ｍｍ角で厚み（図２に示すＴ）が３ｍｍである誘電体１の上面に、22ｍｍ角（図２に示すＬ）の放射導体２が形成され、下面に長さ（図２に示すＳＬ）が10ｍｍで幅（図２に示すＳＷ）が１ｍｍであるスロット３ａを中央部に有する30ｍｍ角の接地導体３が形成されたものとした。また、共振周波数をＵＨＦ帯のＲＦＩＤに使用される950ＭＨｚ帯に合わせるため、誘電体１内に、放射導体２との間に容量を形成する３ｍｍ×22ｍｍの容量導体３ｃを２枚配置して、容量導体３ｃと接地導体３とを接続する接続導体３ｄを形成した。容量導体３ｃは、上面（放射導体２）から0.35ｍｍの位置において、図２に示す例のように、平面視でスロット３ａの長手方向と容量導体３ｃの長手方向とを平行にしてスロット３ａを挟むとともに、２つの容量導体３ｃのぞれぞれのスロットとは反対側の長辺が、放射導体２の辺と重なるように配置した。接続導体３ｄは、容量導体３ｃの幅の中心からスロット３ａから離れる方向に１ｍｍずらした位置に、直径0.１ｍｍのものを１ｍｍピッチで20本並べて接続した。また、アンテナ基板の貼り付け先を300ｍｍ角の完全導体板とした。アンテナ基板を筐体で覆うことを考慮して、完全導体板とアンテナ基板の間に１ｍｍの隙間を設けた（ただし、筐体はモデリングせず）。
【００４３】
図８は、このようなアンテナ基板のシミュレーションによるアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。図８（ａ）において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はＳ11（単位：ｄＢ）を示す。Ｓ11の値が小さいほど、その周波数において信号のやり取りが効率的に行なわれることに対応する。図８（ｂ）において、円周の数字が天頂方向（図２において接地導体３から放射導体２に向かう方向）を０度としたときの角度であり、縦軸の数字は利得（単位：ｄＢｉ）を規格化（最大値＝０ｄＢｉ）した値である。
【００４４】
図８（ａ）から、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤで使用される950ＭＨｚ帯において、約3.6ＭＨｚの帯域幅に亘ってＳ11が−10ｄＢ以下となっており、日本国内においてＵＨＦ帯のＲＦＩＤ用に割り当てられている周波数帯域の２ＭＨｚをカバーしているので、ＩＣタグ用のアンテナ基板として使用可能であるといえる。
【００４５】
図８（ｂ）は、図２に示すアンテナ基板おけるスロット３ａの中心を通り、スロット３ａの長手方向に垂直な面内の利得を示している。図８（ｂ）から、０度において最大となる放射パターンを示しており、上記アンテナ基板は、ＩＣタグの貼り付け面に垂直な方向、すなわち接地導体３から放射導体２に向かう方向に最も強い指向性を有することが分かる。
【００４６】
次に、アンテナ基板のアンテナ特性を測定する際の測定用プローブによる影響について説明する。プローブを直径2.6ｍｍの完全導体とし、このプローブがアンテナ基板の接続部３ｂから上方に延びるようにモデリングして、上記と同様の電磁界シミュレーターを用いたシミュレーションによってアンテナ特性を計算した。
【００４７】
図９は、従来のアンテナ基板のシミュレーションによるアンテナ基板のアンテナ特性を示すグラフであり、図８と同様に、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。従来のアンテナ基板は、スロットを放射導体に設けた以外の構造および材料は、上記の本発明のアンテナ基板と同一であるものとした。なお、スロットのサイズは、インピーダンス整合のために長さを９ｍｍとした。図９には、「プローブなし」として、プローブをモデリングしていない場合の結果と、「プローブあり」として、プローブをモデリングした場合の結果を示している。
【００４８】
図９（ａ）から、プローブが存在することで、反射特性に影響が生じ、プローブがない状態に対してＳ11が最小となる周波数が約0.2ＭＨｚ低周波側へシフトしていることが分かる。日本におけるＵＨＦ帯ＲＦＩＤの帯域幅２ＭＨｚに対して、0.2ＭＨｚは10％であるので、プローブによって正確なアンテナ特性が測定できないといえる。また、図９（ｂ）から、プローブによって放射パターンが歪んでいるので、放射特性についても正確な測定ができないことが分かる。これは、電界が強い放射導体の上方に金属体のプローブが存在することによって、放射導体の周囲の電界が乱されて、アンテナ特性がずれたものと考えられる。
【００４９】
図10は、上記本発明のアンテナ基板においてプローブをモデリングした場合の結果を図８のグラフに重ねて示したものであり、図８と同様に、（ａ）は反射特性を、（ｂ）は放射特性を示す。この例の場合のプローブは、上記と同様のものがアンテナ基板の接続部３ｂから図２における下方に延びるようにモデリングした。なお、プローブがアンテナ基板が実装される完全導体板を突き抜けるように、完全導体板に直径2.6ｍｍの穴を設け、プローブが通るようにした。
【００５０】
図10から、「プローブあり」と「プローブなし」との結果は、（ａ）の反射特性および（ｂ）の放射特性のいずれにおいてもほとんど重なっており、プローブの存在によるアンテナ特性への影響は少ないことが分かる。これは、プローブが電界の弱い放射導体の下方に存在するため、電界が大きく乱されることもなく、アンテナ特性への影響が少ないものと考えられる。
【００５１】
そして、本発明のアンテナ基板においては、アンテナ特性測定用のプローブによる影響が少なく、アンテナ特性を正しく評価できるといえる。
【００５２】
次に、上記のようなアンテナ基板を用いた本発明のＩＣタグについて説明する。図５に示す例のように、本発明のＩＣタグは、上記した本発明のアンテナ基板と、アンテナ基板の接続部（図示せず）に端子電極４ａが接続されて搭載されたＩＣチップ４とを備えている。このようなＩＣタグを、電波の授受を行なう放射導体２を外部に向け、接地導体３を対象物側にして貼り付けることで、使用環境とはアンテナ基板を挟んだ位置にＩＣチップ４を配置することができるので、使用環境の雰囲気や温度等の影響を受けにくく、耐環境性に優れたものとなる。
【００５３】
ＩＣチップ４は、整流回路などを含む高周波化回路、メモリーあるいは制御回路等がシリコン（Ｓｉ）等からなる基板上に形成されたものであり、アンテナ基板の接続部３ｂに接続するための端子電極４ａを有する。
【００５４】
ＩＣタグは、ＩＣチップ４の端子電極４ａと接地導体３の接続部３ｂとを、導電性ペーストやはんだ等の接合材を用いて接合することによって電気的に接続して作製される。あるいは、ＩＣチップ４の端子電極４ａの上に金（Ａｕ）やはんだ等からなるバンプを形成しておき、異方性導電ペーストや異方性導電フィルムを用いて、あるいは超音波や熱を加えながら圧着して接続してもよい。
【００５５】
図６に示す例のように、ＩＣタグがＩＣチップ４を覆う封止樹脂５を備えているときには、ＩＣチップ４が封止樹脂５で覆われてＩＣタグの使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００５６】
封止樹脂５は絶縁性のものであればよく、また、封止樹脂５は外界の環境からＩＣチップ４を保護する意味から、耐薬品性、耐熱性および耐水性等に優れるものが好適である。具体的には、エポキシ樹脂等が用いられる。誘電体１やＩＣチップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するものであれば、使用環境の温度変化によって封止樹脂５がアンテナ基板から剥がれてしまうことを抑えることができるので、エポキシ樹脂に熱膨張係数を調整するためのＳｉＯ２やアルミナ等の無機粉末を添加したものを用いるとよい。
【００５７】
封止樹脂５は、例えば、液状のエポキシ樹脂をスクリーン印刷によって、あるいはディスペンサーによってＩＣチップ４を覆うように塗布して、加熱することにより硬化させればよい。この加熱による樹脂硬化の際に、熱によってＩＣチップ４を破壊してしまわないためにも、封止樹脂５は硬化温度が低いものが好適である。なお、図６に示す例では、アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合であるが、枠状誘電体１ａを有さないアンテナ基板であってもよい。図６に示す例のように、ＩＣチップ４の実装高さより厚みの厚い枠状誘電体１ａを有する場合は、枠状誘電体１ａと誘電体１ａとで形成された凹部に液状の封止樹脂５を充填すれば、液状の封止樹脂５が拡がることがないので、容易にＩＣチップ４を覆うことができる。
【００５８】
図７に示す例のように、ＩＣタグがＩＣチップ４を覆う蓋体６を備えているときには、ＩＣチップ４が蓋体６で覆われて使用環境に露出していないので、耐環境性がさらに向上する。
【００５９】
蓋体６は、ＩＣチップを外界の環境から保護できる緻密なものであればよく、セラミックス，金属または樹脂等からなるものである。蓋体６は、エポキシ樹脂等の接着剤によってアンテナ基板上に接合される。例えば、蓋体６が誘電体１や枠状誘電体１ａと同一の材料からなるなど、誘電体１や枠状誘電体１ａとの熱膨張係数が近いものであれば、使用環境の温度変化によって蓋体６がアンテナ基板から剥がれてしまうことを抑えることができるので好適である。
【００６０】
なお、図７に示す例は、アンテナ基板が枠状誘電体１ａを有する場合であるが、枠状誘電体１ａを有さないアンテナ基板であってもよい。この場合の蓋体６は、図７に示す例の蓋体６が平板状であるのに対して、箱状のものとすればよい。また、図７に示す例では、枠状誘電体１ａの開口部に段差部を設けて、段差部に平板状の蓋体６を接合してＩＣタグの下面を平らにしている。このようにすることで、対象物への貼り付けが容易かつ強固になるので好ましい。
【００６１】
なお、本発明は、上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。例えば、誘電体１がセラミックス材料から成る場合に、放射導体２および接地導体３を備える誘電体基板１を作製した後に、上記封止樹脂５と同様の液状のエポキシ樹脂を印刷塗布して硬化させることによって誘電体層１ｂや枠状誘電体１ａを形成してもよい。あるいは、ＩＣタグ全体を樹脂製の筐体で囲ったり、樹脂封止したりしてもよい。このようにすることで、ＩＣタグの耐環境性や強度がさらに向上する。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・誘電体
１ａ・・・枠状誘電体
１ｂ・・・誘電体層
２・・・放射導体
３・・・接地導体
３ａ・・・スロット
３ｂ・・・接続部
４・・・ＩＣチップ
４ａ・・・端子電極
５・・・封止樹脂
６・・・蓋体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、該誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、前記誘電体の他方主面上に前記放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、該接地導体はスロットを有するとともに、該スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることを特徴とするアンテナ基板。
【請求項２】
前記接地導体の上に、前記接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ基板。
【請求項３】
前記放射導体を覆うように誘電体層が積層されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ基板と、該アンテナ基板の前記接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることを特徴とするＩＣタグ。
【請求項５】
前記ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えていることを特徴とする請求項４記載のＩＤタグ。
【請求項６】
前記ＩＣチップを覆う蓋体を備えていることを特徴とする請求項４記載のＩＣタグ。
【請求項１】
誘電体と、該誘電体の一方主面上に配設された放射導体と、前記誘電体の他方主面上に前記放射導体と対向して配設された接地導体とを備えており、該接地導体はスロットを有するとともに、該スロットを挟んでＩＣチップの端子電極が接続される接続部を備えていることを特徴とするアンテナ基板。
【請求項２】
前記接地導体の上に、前記接続部を取り囲むような枠状誘電体が積層されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ基板。
【請求項３】
前記放射導体を覆うように誘電体層が積層されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ基板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ基板と、該アンテナ基板の前記接続部に端子電極が接続されて搭載されたＩＣチップとを備えていることを特徴とするＩＣタグ。
【請求項５】
前記ＩＣチップを覆う封止樹脂を備えていることを特徴とする請求項４記載のＩＤタグ。
【請求項６】
前記ＩＣチップを覆う蓋体を備えていることを特徴とする請求項４記載のＩＣタグ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−４９７１１（Ｐ２０１１−４９７１１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４９２８（Ｐ２００９−１９４９２８）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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