Rfid標(biāo)簽以及自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種RFID標(biāo)簽以及使用其的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，所述RFID標(biāo)簽即使為小型也能夠確保通信距離，且具有耐熱性，而且與以前的片上天線、封裝化標(biāo)簽相比能夠降低成本。一種RFID標(biāo)簽以及使用其的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，所述RFID標(biāo)簽具有樹(shù)脂制的基材、配置在該基材上的中央部的IC芯片、配置在該IC芯片的外周部且與所述IC芯片連接而形成閉合電路的單層天線、以及密封所述IC芯片和天線的密封材料，所述天線為線圈天線或者環(huán)形天線，所述天線的共振頻率f0為IC芯片的工作頻率或者在其附近，所述IC芯片的工作頻率為13.56MHz～2.45GHz、或者0.86～0.96GHz，所述RFID標(biāo)簽的尺寸為長(zhǎng)13mm以下×寬13mm以下×高1.0mm以下。
【專(zhuān)利說(shuō)明】RF ID標(biāo)簽以及自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠與通用的閱讀器、讀寫(xiě)器一起使用并在非接觸下進(jìn)行信息收發(fā)的RFID (射頻識(shí)別，Radio Frequency Identif ication)標(biāo)簽以及使用其的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在產(chǎn)品的信息、識(shí)別、管理、防止偽造的目的下，在商品、包裝、卡片、文件等中多數(shù)使用搭載有IC芯片的非接觸式RFID標(biāo)簽(以下僅稱(chēng)為“RFID標(biāo)簽”。)。將商品的名稱(chēng)、價(jià)格等信息寫(xiě)入IC芯片中，在管理、銷(xiāo)售、使用時(shí)可以通過(guò)閱讀器、讀寫(xiě)器(以下有時(shí)將閱讀器、讀寫(xiě)器統(tǒng)稱(chēng)為“閱讀器等”)以無(wú)線讀取、利用這些IC芯片的信息。也有之后可以通過(guò)讀寫(xiě)器寫(xiě)入制造日期、制造地點(diǎn)、余款等信息的RFID標(biāo)簽。由此，RFID標(biāo)簽帶來(lái)了使商品管理的便利性提高、安全性提高、另外消除人為錯(cuò)誤等大優(yōu)點(diǎn)。
[0003]從安裝在商品上或者內(nèi)置于卡片中這樣的特性方面出發(fā)，RFID標(biāo)簽也強(qiáng)烈要求小型薄型化。特別是作為在以前通過(guò)刻印、記入批號(hào)來(lái)進(jìn)行管理或者根本無(wú)法進(jìn)行管理的商品中的使用在近年受到關(guān)注。具體地為眼鏡、鐘表或者醫(yī)療用樣品、半導(dǎo)體等(以下，將這樣具有復(fù)雜的形狀或者尺寸為長(zhǎng):數(shù)cmX寬:數(shù)cmX高:數(shù)cm(數(shù)cm表示2?3cm。以下同樣。)程度以下的小物品稱(chēng)為“小型多品種物品”。)的管理，對(duì)商品(樣品)的制造地點(diǎn)、工作人員、制造日期、使用材料、尺寸、特性、庫(kù)存數(shù)管理等有幫助，能夠減少管理工作人員的勞力和時(shí)間而且防止錯(cuò)誤。為了實(shí)現(xiàn)有這些便利性的管理系統(tǒng)，RFID標(biāo)簽的小型化、薄型化是必不可缺的。
[0004]作為較小型且薄型的RFID標(biāo)簽，公開(kāi)了一種如圖1所示在膜基材I上形成有天線20并搭載有IC芯片30的RFID標(biāo)簽80 (專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)。另外，作為更小型的RFID，公開(kāi)了將天線圖案和IC芯片安裝在基板上后，進(jìn)行密封而封裝化的標(biāo)簽(專(zhuān)利文獻(xiàn)3);為了使其更薄且平坦，不設(shè)置基板，在獨(dú)立的天線圖案上安裝IC芯片后，進(jìn)行密封而封裝化的標(biāo)簽(專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。進(jìn)一步，如圖2所示，作為小型化至IC芯片尺寸的RFID標(biāo)簽，公開(kāi)了一種在IC芯片30上直接形成有天線20的標(biāo)簽(片上天線)(專(zhuān)利文獻(xiàn)5、6)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-221211號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2011-103060號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2010-152449號(hào)公報(bào)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2001-052137號(hào)公報(bào)
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)5:國(guó)際公開(kāi)第2005/024949號(hào)
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2007-189499號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問(wèn)題[0014]引用文獻(xiàn)1、2的RFID標(biāo)簽為較小型且薄型，即便是通用的閱讀器等也具有200mm以上的通信距離。但是，作為設(shè)置在膜基材上的天線，由于長(zhǎng)或者寬需要數(shù)cm程度的大小，因此，不能應(yīng)對(duì)安裝RFID標(biāo)簽的對(duì)象為上述的小型多品種物品的情況，對(duì)作為對(duì)象的產(chǎn)品、安裝的制約大。
[0015]引用文獻(xiàn)3、4的RFID標(biāo)簽為數(shù)mm見(jiàn)方(表示長(zhǎng):數(shù)mmX寬:數(shù)mm。另外，數(shù)mm表示2?3mm，以下同樣。)程度的小型，也能夠應(yīng)對(duì)小型多品種物品。但是，引用文獻(xiàn)3的RFID標(biāo)簽中，為了將天線設(shè)置為多層，設(shè)置天線的基材也必須為多層結(jié)構(gòu)，從而不僅成本增力口，具有整體的厚度也增加的問(wèn)題。引用文獻(xiàn)4的RFID標(biāo)簽由于使用將多個(gè)未支撐在基材上的單個(gè)天線連接而成的引線框狀的構(gòu)件，因此，密封后切斷為各個(gè)封裝件時(shí)，天線的切斷面露出在封裝件的外部，從而擔(dān)心環(huán)境惡化等會(huì)對(duì)通信特性、可靠性產(chǎn)生影響。而且，像引用文獻(xiàn)3、4那樣的數(shù)mm見(jiàn)方程度尺寸的RFID標(biāo)簽通常通信距離為I?2mm以下程度，在實(shí)用中不能說(shuō)充分。通過(guò)在閱讀器等側(cè)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，能夠延長(zhǎng)通信距離，但需要專(zhuān)用的閱讀器等，不能使用通用的閱讀器等，因此有使用不方便的問(wèn)題。
[0016]引用文獻(xiàn)5、6的RFID的尺寸與IC芯片相等(數(shù)100 μ m見(jiàn)方程度)，能夠充分應(yīng)對(duì)小型多品種物品。但是，通信距離短至1_以下或接觸水平，在實(shí)際使用的現(xiàn)場(chǎng)中，有工作的效率、自由度低的問(wèn)題。另一方面，想要使通信距離增長(zhǎng)時(shí)，必須擴(kuò)大IC芯片本身的尺寸，因此有成本提聞的問(wèn)題。
[0017]如果是尺寸為10數(shù)mm見(jiàn)方程度以下、而且通信距離為數(shù)mm (2?3mm)程度以上那樣的RFID標(biāo)簽，則從小型多品種物品開(kāi)始，適用范圍大幅度擴(kuò)大，另外通用的閱讀器等也能夠應(yīng)對(duì)，因此工業(yè)上利用價(jià)值非常高。然而，如上所述，尺寸為數(shù)mm見(jiàn)方級(jí)以下的RFID的通信距離短，實(shí)用上使用不方便。另外，在適用產(chǎn)品為半導(dǎo)體封裝等電子部件、注射成型品等情況下，由于暴露在回流、成型時(shí)的加熱、或者使用時(shí)的發(fā)熱，因此要求在250?300°C下數(shù)秒程度的耐熱性，但是有未考慮到這樣的耐熱性的問(wèn)題。
[0018]本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而完成的發(fā)明，目的在于提供一種RFID標(biāo)簽以及使用其的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，所述RFID標(biāo)簽即使為小型(1.7?13mm見(jiàn)方)也能夠確保通信距離，且具有耐熱性、耐環(huán)境性，而且與以前的片上天線、封裝化標(biāo)簽相比能夠降低成本。
[0019]解決問(wèn)題的方法
[0020]本發(fā)明涉及以下方面。
[0021]1.一種RFID標(biāo)簽，其為具有樹(shù)脂制的基材、配置在該基材上的中央部的IC芯片、配置在該IC芯片的外周部且與上述IC芯片連接而形成閉合電路的單層天線、以及密封上述IC芯片和天線的密封材料的RFID標(biāo)簽，上述天線為線圈天線或者環(huán)形天線，包含上述天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為IC芯片的工作頻率或者在其附近，上述IC芯片的工作頻率為13.56MHz?2.45GHz、或者0.86?0.96GHz，上述RFID標(biāo)簽的尺寸為長(zhǎng)13mm以下X寬13mm以下X高1.0mm以下、或者長(zhǎng)4mm以下X寬4mm以下X高0.4mm以下、或者長(zhǎng)2.5mm以下X寬2.5mm以下X高0.3mm以下、或者長(zhǎng)
1.7mm以下X寬1.7mm以下X高0.3mm以下。
[0022]2.根據(jù)項(xiàng)I中的RFID標(biāo)簽，IC芯片的工作頻率為0.86?0.96GHz，包含天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率4為0.2?2GHz，或者IC芯片的工作頻率為13.56MHz，上述共振頻率&為13.56?29MHz，或者IC芯片的工作頻率為2.45GHz,上述共振頻率fQ為2?2.45GHz。
[0023]3.根據(jù)項(xiàng)I或者2中的RFID標(biāo)簽，以具有間隙的方式鄰接的天線的構(gòu)成部分提供靜電容量，使具有IC芯片和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量與上述IC芯片單一物體的靜電容量相比增加。
[0024]4.根據(jù)項(xiàng)I至3中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，IC芯片與天線的端部通過(guò)引線接合連接或者倒裝芯片連接進(jìn)行了直接連接。
[0025]5.根據(jù)項(xiàng)I至4中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，天線的導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間距離為0.2mm/0.2mm ?0.05mm/0.05mmo
[0026]6.根據(jù)項(xiàng)I至5中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，密封材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.6以上。
[0027]7.根據(jù)項(xiàng)I至6中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，基材的相對(duì)介電常數(shù)為3.5以上。
[0028]8.根據(jù)項(xiàng)I至7中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，基材使用聚酰亞胺或者玻璃環(huán)氧，而且使用以環(huán)氧樹(shù)脂、碳以及二氧化硅為主要成分的密封材料。
[0029]9.根據(jù)項(xiàng)I至8中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽，僅在基材的一面形成天線，通過(guò)使用密封材料將上述天線、IC芯片以及引線接合的引線一起密封，從而使上述天線、IC芯片以及引線不露出上述密封材料的表面。
[0030]10.一種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，具有項(xiàng)I至9中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽、閱讀器或者讀寫(xiě)器。
[0031]發(fā)明的效果
[0032]本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而完成的發(fā)明，能夠提供一種RFID標(biāo)簽以及使用其的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，所述RFID標(biāo)簽即使為小型(1.7?13mm見(jiàn)方)也能夠確保通信距離，且具有耐熱性、耐環(huán)境性，而且與以前的片上天線、封裝化標(biāo)簽相比能夠降低成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是以前的RFID標(biāo)簽的概略圖。
[0034]圖2是以前的RFID標(biāo)簽的概略圖。
[0035]圖3是表示本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽的天線形狀的圖。
[0036]圖4是本實(shí)施方式的RFID標(biāo)簽的概略圖。
[0037]圖5是表示連接了 IC芯片的線圈天線的電等效電路的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明的基材是支撐天線、IC芯片的材料。作為基材，使用樹(shù)脂制的基材。作為樹(shù)脂制的基材，優(yōu)選具有在暴露于回流、成型時(shí)的加熱、或者使用時(shí)的發(fā)熱時(shí)所需要的250?300°C下數(shù)秒程度的耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度、且熱膨脹系數(shù)小的材料，作為這樣的材料，可以使用玻璃環(huán)氧、苯酚、聚酰亞胺等。為了以低成本無(wú)偏差地形成天線，使用在基材的一面貼合有金屬箔的帶金屬箔的基材并通過(guò)蝕刻來(lái)形成天線是有效的。進(jìn)一步為了使RFID標(biāo)簽薄型化，使用10?50 μ m程度的薄基材是有效的。作為滿(mǎn)足上述條件的基材，可以使用在聚酰亞胺基材的一面貼合有銅箔的帶銅箔的聚酰亞胺基材(例如日立化成工業(yè)株式會(huì)社制產(chǎn)品名:MCF-50001、聚酰亞胺厚度25μπι、銅箔厚度18μπι)。另外，關(guān)于相對(duì)介電常數(shù)，酚醛紙為4.6?7.0左右，玻璃環(huán)氧為4.4?5.2左右，聚酰亞胺為3.5左右，這些基材全部可以使用，但是如果相對(duì)介電常數(shù)高，則電感增加，因此能夠?qū)⑻炀€小型化。另外，雖然相對(duì)介電常數(shù)與酚醛紙、玻璃環(huán)氧相比更小，但從基材能夠形成得薄、具有耐熱性、物理強(qiáng)度強(qiáng)、天線的形成性也良好方面出發(fā)，優(yōu)選使用帶銅箔的聚酰亞胺基材。
[0039]本發(fā)明的天線與閱讀器等進(jìn)行電磁耦合而接收電力，并傳給IC芯片，使IC芯片工作。由于天線可以為單層而不需要多層化，因此從能夠以低成本無(wú)偏差地形成方面出發(fā)，優(yōu)選使用在基材的一面上貼合有銅箔作為金屬層的、帶銅箔的聚酰亞胺基材的銅箔來(lái)形成。
[0040]如圖3所示，在樹(shù)脂制的基材I上的中央部配置IC芯片30，在該IC芯片30的外周部的基材I的一面配置天線20。由于天線20配置在能獲得基材I的外周部長(zhǎng)度的區(qū)域中，因此天線形狀的自由度擴(kuò)大，容易調(diào)整包含天線20的電感L和IC芯片30的靜電容量C而形成的電路(以下有時(shí)稱(chēng)為“LC共振電路”。這里，L表示電感，C表示靜電容量。)的共振頻率。另外，由于天線20設(shè)置在IC芯片30的外周部，因此在線圈天線的情況下，線圈的直徑增大，電感增加，對(duì)通信距離的確保和小型化有利。另外，天線20與IC芯片30連接而形成閉合電路，從而不具有開(kāi)放端。作為與IC芯片30連接而形成閉合電路、不具有開(kāi)放端的天線的具體例子，可列舉圖3 (4)的環(huán)形天線B、圖3 (5)的線圈天線，由此，即使RFID標(biāo)簽的尺寸為小型，也能夠容易地將天線20設(shè)計(jì)成為L(zhǎng)C電路，而且能夠以小面積有效率地得到電感，因此對(duì)確保通信距離有利。
[0041]將天線形狀的代表例子示于圖3 (I)?(5)。天線20的形狀按照包含天線20的電感和IC芯片30的靜電容量而形成的電路(LC共振電路)的共振頻率為IC芯片30的工作頻率或者在其附近的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。作為天線20的形狀，可以使用作為彎折線天線(圖3 (2))、環(huán)形天線(圖3 (1)、(4))、線圈天線(圖3 (5))、旋渦狀天線(圖3 (3))等天線廣泛使用的形狀。其中，與IC芯片30連接而形成閉合電路的線圈天線(圖3 (5))、環(huán)形天線B(圖3(4))，由于能夠?qū)㈦娐啡菀椎卦O(shè)計(jì)成為L(zhǎng)C共振電路，而且能夠以小面積有效率地得到電感，因此能夠小型化，從這方面出發(fā)而優(yōu)選，特別優(yōu)選線圈天線(圖3 (5))。關(guān)于天線20的設(shè)計(jì)方法，如后所述。另外，在線圈天線的情況下，也能夠使用粘接劑等搭載繞線線圈，但與繞線線圈相比，通過(guò)蝕刻制作的線圈的電感等性能更穩(wěn)定，另外能夠形成導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間距離為0.2mm/0.2mm?0.05mm/0.05mm程度的微細(xì)配線，因此對(duì)小型化有利，批量生產(chǎn)性也優(yōu)異，因而蝕刻制法在工業(yè)上更有效。另外，通過(guò)采取這樣的天線20的形狀，進(jìn)一步使基材I和密封材料10的相對(duì)介電常數(shù)做貢獻(xiàn)，從而包含以具有間隙的方式鄰接的構(gòu)成部分的天線20的鄰接構(gòu)成部分發(fā)生電容耦合，向它們之間提供靜電容量。由此，作為具有IC芯片30和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量的實(shí)效靜電容量，與IC芯片30單一物體的靜電容量相比顯著增加。這里，所謂實(shí)質(zhì)靜電容量，是在IC芯片30的外周部配置有天線的構(gòu)成中IC芯片30所提供的靜電容量。
[0042]另外，圖3也圖示了 IC芯片30以及進(jìn)行引線接合的引線40。在對(duì)帶銅箔的聚酰亞胺的銅箔進(jìn)行蝕刻而形成天線20時(shí)，留下搭載IC芯片30的部分的銅箔而形成芯片焊盤(pán)(未圖示。)，從而在IC芯片30的引線接合等連接時(shí)維持剛性且成品率提高。
[0043]在搭載IC芯片30的部分的銅箔上配置芯片接合膜(未圖示。)，將IC芯片30固定在其上。IC芯片30可以為讀取專(zhuān)用的芯片，但能夠?qū)懭胄畔⒌男酒捎谀軌螂S時(shí)寫(xiě)入操作歷程等，因此優(yōu)選。之后，通過(guò)引線接合將IC芯片30與天線20直接連接。在圖3 (5)的線圈天線20中，2處天線端部以將天線20夾在之間的方式定位，在位于其間的天線20上跨過(guò)引線接合的引線40，將天線端部與IC芯片30直接連接，從而無(wú)須設(shè)置跳線或者多層化并通過(guò)通孔進(jìn)行連接，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。
[0044]幾乎全部的天線通過(guò)調(diào)整配線位置并利用倒裝芯片連接也能夠?qū)⑻炀€和IC芯片直接連接。如果使用雙面銅箔基材等進(jìn)行多層配線，則能夠在全部的天線中進(jìn)行倒裝芯片連接，但從批量生產(chǎn)性減少、成本上升以及配線在密封后會(huì)露出表面等的理由考慮，優(yōu)選使用單面銅箔基材。
[0045]通過(guò)使用雙面銅箔基材等進(jìn)行多層配線，特別是在線圈天線中能夠減小線圈的直徑，因此能夠減小RFID標(biāo)簽的長(zhǎng)和寬的尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化。但是，在這種情況下，高度的尺寸增加一些。另外，作為缺點(diǎn)，有批量生產(chǎn)性減少、成本上升以及配線在密封后會(huì)露出表面等，因此還是優(yōu)選使用單面銅箔基材形成單層的線圈天線。
[0046]圖4是表示密封后的RFID標(biāo)簽80的截面圖。通過(guò)將基材I上搭載在芯片焊盤(pán)90上的IC芯片30、天線20、引線40使用密封材料10 —起密封而保護(hù)它們。由于使用薄的基材作為基材I且僅在基材的一面上以單層設(shè)置天線20，因此密封后的厚度例如可以為0.2?1.0mm左右。密封后，IC芯片30、天線20、引線40等的金屬配線部分全部被封入，因此形成與密封材料10的外部完全不接觸的結(jié)構(gòu)，從環(huán)境惡化的觀點(diǎn)和防止偽造的觀點(diǎn)考慮，安全性、可靠性都提高。
[0047]作為密封材料，可以使用通常在半導(dǎo)體中使用的密封材料，相對(duì)介電常數(shù)為
2.6?4.5左右。為了提高RDID標(biāo)簽本身的性能，優(yōu)選使密封材料的相對(duì)介電常數(shù)低，但如果相對(duì)介電常數(shù)高，則電感增加，因此能夠使天線小型化。
[0048]這樣制作的RFID標(biāo)簽，基材耐熱性為180°C以上，密封材料耐熱性為150°C以上，且使用了引線接合，因此與以前的在PET等上形成有天線的RFID標(biāo)簽相比耐熱性高，即使在高溫下也正常工作。因此，在適用產(chǎn)品為半導(dǎo)體封裝等電子部件、注射成型品等情況下，由于暴露于回流、成型時(shí)的加熱、或者使用時(shí)的發(fā)熱而需要在250?300°C下數(shù)秒鐘程度的耐熱性，也能夠應(yīng)對(duì)這樣的用途。
[0049]以下對(duì)天線的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。天線的設(shè)計(jì)以由天線的形狀、線的粗細(xì)、線的長(zhǎng)度等決定的共振頻率作為指標(biāo)。通過(guò)使該共振頻率接近所使用的IC芯片的工作頻率，天線接收來(lái)自讀寫(xiě)器的電力，并傳給IC芯片，使IC芯片工作。
[0050]通常難以從天線的設(shè)計(jì)圖解析導(dǎo)出共振頻率。實(shí)際上多數(shù)采用試制天線并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法。但是，由于本發(fā)明的RFID標(biāo)簽為小型，因此不可能通過(guò)手工操作正確地進(jìn)行天線的試制，另一方面，從制作蝕刻掩模到進(jìn)行蝕刻來(lái)制作天線既花費(fèi)時(shí)間也花費(fèi)成本。因此，在本發(fā)明中，使用電磁場(chǎng)模擬器(ANSYS日本株式會(huì)社制模擬器軟件產(chǎn)品名:HFSS)進(jìn)行天線設(shè)計(jì)，由此能夠削減時(shí)間和成本。通過(guò)在電磁場(chǎng)模擬器中輸入天線的形狀、材質(zhì)、以及IC芯片的靜電容量等，由模擬結(jié)果得到共振頻率。然后，按照由電磁場(chǎng)模擬器求出的、包含天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為IC芯片的工作頻率或者在其附近的方式設(shè)計(jì)天線。另外，這種情況下的共振頻率是指將IC芯片連接在天線的兩端時(shí)閉合電路的阻抗的虛數(shù)部為零的頻率。
[0051]容易理解設(shè)計(jì)原理的方法為，對(duì)將IC芯片連接在線圈天線的兩端時(shí)的閉合電路加以考慮，可以看作單純的LC共振電路。將圖3(5)的線圈天線的電等效電路示于圖5中。這種情況下的共振頻率fo，使用作為線圈天線的等效電路的線圈50的電感L、作為IC芯片30的等效電路的電容器60的靜電容量C，用下式表示。[0052][式](23if0)2=l/(L*C)
[0053]C可以通過(guò)所使用的IC芯片30的選定而改變，L可以通過(guò)線圈天線的形狀(特別是線圈天線的直徑和卷數(shù))進(jìn)行調(diào)整，其結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)共振頻率特別是L的調(diào)整有效，通過(guò)使線圈天線的直徑增大或者卷數(shù)增多，L增加，其結(jié)果&減少。
[0054]在上述式中，作為IC芯片30的靜電容量C，可適用在IC芯片30的外周部配置有天線20 (線圈50)的構(gòu)成的實(shí)效靜電容量。在本實(shí)施方式中，通過(guò)在以具有間隙的方式鄰接的天線20的構(gòu)成部分之間產(chǎn)生電容成分，進(jìn)一步使基材I與密封材料10的相對(duì)介電常數(shù)做貢獻(xiàn)，從而向它們之間提供靜電容量。由此，作為具有IC芯片30和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量的實(shí)效靜電容量，與IC芯片30單一物體的靜電容量相比顯著增加。因此，從上述式可知，期望的共振頻率A能夠通過(guò)更小的電感L來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此，通過(guò)減小直徑和卷數(shù)等，能夠使線圈的尺寸小型化，進(jìn)而能夠使RFID標(biāo)簽整體小型化。
[0055]RFID標(biāo)簽(IC芯片)的共振頻率(工作頻率)優(yōu)選設(shè)為在電波法上特別是商業(yè)利用價(jià)值高的 13.56MHz ?2.48GHz 的范圍。在 UHF 帶(超高頻帶,UltraHigh Frequency Band)的工作頻率0.86?0.96GHz附近的RFID的情況下，電波的波長(zhǎng)為30cm左右，而UHF帶用的IC芯片的大小通常為0.6mm見(jiàn)方以下，因此在片上天線方式中，難以在IC芯片上形成IC芯片正常工作的天線。另外，即使在數(shù)mm見(jiàn)方程度尺寸的RFID標(biāo)簽中，使用了以前的設(shè)計(jì)方法的天線也僅得到數(shù)mm程度的通信距離。但是，根據(jù)通過(guò)上述使用了電磁場(chǎng)模擬器的設(shè)計(jì)方法得到的本發(fā)明的RFID標(biāo)簽，有如下的優(yōu)異特點(diǎn):即使不使用以前的數(shù)cm見(jiàn)方的天線而使用數(shù)mm見(jiàn)方的單層天線，也能夠大幅度擴(kuò)大用于使RFID標(biāo)簽工作的通信距離。另外，由于可以為大小為數(shù)_見(jiàn)方、導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為數(shù)10 μ m?數(shù)100 μ m的天線，因此通過(guò)蝕刻等能夠容易地形成銅箔等金屬層。進(jìn)一步，由于可以為單層的天線而不需要多層化，因此能夠使用在基材的一面上貼合有銅箔作為金屬層的、帶銅箔的聚酰亞胺基材的銅箔來(lái)形成。因此，能夠使用低成本的通用材料以通用工藝來(lái)形成。
[0056]本發(fā)明的RFID標(biāo)簽可以埋入半導(dǎo)體裝置內(nèi)等而使用。另外，可以使用雙面膠帶等像簽條那樣粘貼在商品、樣品上而用于管理等，銷(xiāo)售商品時(shí)等情況下也能夠容易摘下。進(jìn)一步，通過(guò)將本發(fā)明的RFID標(biāo)簽和閱讀器等組合，即使為眼鏡、鐘表或者醫(yī)療用樣品、半導(dǎo)體等那樣的小型多品種物品，也能夠構(gòu)成通信距離長(zhǎng)、操作性好的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。在這種情況下，使用本發(fā)明的RFID標(biāo)簽的話，由于通信距離長(zhǎng)，因此也能夠與通用的閱讀器等組合而構(gòu)成自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。
[0057]實(shí)施例
[0058](實(shí)施例1)
[0059]作為樹(shù)脂基材，準(zhǔn)備在聚酰亞胺基材的一面貼合有銅箔的、帶銅箔聚酰亞胺基材(日立化成工業(yè)株式會(huì)社制MCF-5000I聚酰亞胺厚度25 μ m、銅箔厚度18 μ m)。通過(guò)對(duì)該帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在4_見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。另外，同時(shí)形成搭載IC芯片的芯片焊盤(pán)(未圖示。)。
[0060]接著，作為IC芯片，使用大小為0.5mmX0.5mmX0.1mm左右、靜電容量為0.77pF、工作頻率在0.86?0.96GHz附近的芯片。使用芯片接合材料將該IC芯片搭載在芯片焊盤(pán)上，通過(guò)引線接合將天線和IC芯片直接連接。接著，對(duì)于在基材的一面上的天線和IC芯片、包含引線接合的引線在內(nèi)，使用密封材料進(jìn)行密封。最后，切割加工成為所要求的尺寸，制作RFID標(biāo)簽。
[0061](實(shí)施例2)
[0062]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在4mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (4)所不的環(huán)形天線B。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0063](比較例I)
[0064]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在4mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (2)所示的彎折線天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0065](比較例2)
[0066]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在4mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (I)所不的環(huán)形天線A。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0067](比較例3)
[0068]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在4mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (3)所不的旋潤(rùn)狀天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0069](實(shí)施例3)
[0070]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.l_/0.1mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0071](實(shí)施例4)
[0072]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5_見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05臟、0.lmm/0.1臟、0.2mm/0.2臟形成如圖3 (4)所不的環(huán)形天線B。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0073](比較例4)
[0074]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5_見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05臟、0.lmm/0.1臟、0.2mm/0.2臟形成如圖3 (2)所不的彎折線天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0075](比較例5)
[0076]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5_見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05mm、0.lmm/0.lmm、0.2mm/0.2mm形成如圖3 (I)所不的環(huán)形天線A。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0077](比較例6)
[0078]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5_見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.05mm/0.05臟、0.lmm/0.1臟、0.2mm/0.2臟形成如圖3 (3)所不的旋渦狀天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0079](實(shí)施例5)[0080]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在1.7mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.l_/0.1mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0081](實(shí)施例6)
[0082]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在9mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.lmm/0.1mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。另外，作為IC芯片，使用大小為0.5mmX 0.5mmX 0.1mm左右、靜電容量為17pF、工作頻率在13.56GHz附近的芯片。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0083](實(shí)施例7)
[0084]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在13mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.l_/0.1mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。除此之外，與實(shí)施例6同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0085](實(shí)施例8)
[0086]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.2mm/0.2mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。另外，作為IC芯片，使用大小為0.5mmX 0.5mmX 0.1mm左右、靜電容量為0.7pF、工作頻率在2.45GHz附近的芯片。除此之外，與實(shí)施例1同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0087](實(shí)施例9)
[0088]通過(guò)對(duì)帶銅箔聚酰亞胺基材的銅箔進(jìn)行蝕刻，從而在2.5mm見(jiàn)方的范圍內(nèi)以導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間寬度為0.l_/0.1mm形成如圖3 (5)所示的線圈天線。除此之外，與實(shí)施例8同樣地操作，制作RFID標(biāo)簽。
[0089]以下，對(duì)讀取評(píng)價(jià)的方法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。讀寫(xiě)器使用LS產(chǎn)電株式會(huì)社制產(chǎn)品名:U1-9061 (輸出1W)。在以讀寫(xiě)器的讀取部為中心、周?chē)?5cm四周沒(méi)有障礙物的狀態(tài)下，進(jìn)行RFID標(biāo)簽80的讀取評(píng)價(jià)。測(cè)定使用讀寫(xiě)器讀取RFID時(shí)從讀寫(xiě)器讀取部到RFID標(biāo)簽80的最大距尚。
[0090]將對(duì)于實(shí)施例1?5和比較例I?6的模擬結(jié)果和讀取評(píng)價(jià)的結(jié)果示于表I中。所使用的IC芯片的大小為0.5mmX0.5mmX0.1mm左右，靜電容量為0.77pF，工作頻率在
0.86?0.96GHz附近。從該表I可知，在與IC芯片連接而形成閉合電路的線圈天線和環(huán)形天線B中，使用電磁場(chǎng)模擬器得到的共振頻率為0.2?2GHz，與其他天線相比大概更接近IC芯片的工作頻率0.9GHz左右。另外，與未形成閉合電路的彎折線天線、環(huán)形天線A、旋渦狀天線相比，讀取距離也獲得了讀取良好的結(jié)果。另外，在使用電磁場(chǎng)模擬器得到的共振頻率為0.5?1.5GHz的實(shí)施例la、lb、2a、2b、3b、4c、5b中，得到了 5mm以上的通信距離。特別是在獲得了接近IC芯片的工作頻率0.9GHz左右的共振頻率I?1.1GHz的實(shí)施例la、2b、3b中，得到了超過(guò)20mm的通信距離。
[0091][表 I]
[0092]
【權(quán)利要求】
1.一種RFID標(biāo)簽，其為具有樹(shù)脂制的基材、配置在該基材上的中央部的IC芯片、配置在該IC芯片的外周部且與所述IC芯片連接而形成閉合電路的單層天線、以及密封所述IC芯片和天線的密封材料的RFID標(biāo)簽， 所述天線為線圈天線或者環(huán)形天線， 包含所述天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為IC芯片的工作頻率或者在其附近， 所述IC芯片的工作頻率為13.56MHz?2.45GHz、或者0.86?0.96GHz, 所述RFID標(biāo)簽的尺寸為長(zhǎng)13mm以下X寬13mm以下X高1.0mm以下、或者長(zhǎng)4mm以下X寬4mm以下X高0.4mm以下、或者長(zhǎng)2.5謹(jǐn)以下X寬2.5謹(jǐn)以下X高0.3謹(jǐn)以下、或者長(zhǎng)1.7mm以下X寬1.7mm以下X高0.3mm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽，IC芯片的工作頻率為0.86?0.96GHz，包含天線的電感L和IC芯片的靜電容量C而形成的電路的共振頻率&為0.2?2GHz， 或者IC芯片的工作頻率為13.56MHz，所述共振頻率&為13.56?29MHz， 或者IC芯片的工作頻率為2.45GHz，所述共振頻率&為2?2.45GHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的RFID標(biāo)簽，以具有間隙的方式鄰接的天線的構(gòu)成部分提供靜電容量，使具有IC芯片和配置在其外周部的天線的構(gòu)成整體的實(shí)質(zhì)靜電容量與所述IC芯片單一物體的靜電容量相比增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，IC芯片與天線的端部通過(guò)引線接合連接或者倒裝芯片連接進(jìn)行了直接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，天線的導(dǎo)線寬度/導(dǎo)線間距離為0.2mm/0.2mm ?0.05mm/0.05mmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，密封材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.6以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，基材的相對(duì)介電常數(shù)為3.5以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，基材使用聚酰亞胺或者玻璃環(huán)氧，而且使用以環(huán)氧樹(shù)脂、碳以及二氧化硅為主要成分的密封材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽，通過(guò)僅在基材的一面形成天線，使用密封材料將所述天線、IC芯片以及引線接合的引線一起密封，從而使所述天線、IC芯片以及引線不露出于所述密封材料的表面。
10.一種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，具有權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的RFID標(biāo)簽、閱讀器或者讀寫(xiě)器。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK103797498SQ201280044117
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月12日
【發(fā)明者】遠(yuǎn)藤俊博, 石坂裕宣, 太田雅彥, 田崎耕司, 細(xì)井博之 申請(qǐng)人:日立化成株式會(huì)社