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Title:
PACKING MATERIAL PROVIDED WITH ELECTROMAGNETICALLY COUPLED MODULE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/096576
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a packing material provided with an electromagnetically coupled module. The packing material protects a wireless IC chip from shock from external and environmental changes without deteriorating flatness of the packing material, facilitates assembly with the electromagnetically coupled module, has excellent radiation characteristics and is suitable for a RFID system. A packing material (20) is composed of liners (21, 22) and a wave-like core material (23), and electromagnetically coupled module (1) is arranged inside the packing material (20). The electromagnetically coupled module (1) is composed of a wireless IC chip (5) and a feed circuit board (10), which has the chip (5) mounted thereon and a resonance circuit including an inductance element. The packing material (20) is composed of a dielectric material, and high frequency signals are transmitted and received by electromagnetically coupling the dielectric material and the electromagnetically coupled module (1).

Inventors:
OSAMURA MAKOTO (JP)
SAKAI NORIO (JP)
KATO NOBORU (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/050358
Publication Date:
August 14, 2008
Filing Date:
January 15, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MURATA MANUFACTURING CO (JP)
OSAMURA MAKOTO (JP)
SAKAI NORIO (JP)
KATO NOBORU (JP)
International Classes:
B65D25/20; B65D5/44; B65D65/40; G06K19/00; G06K19/07; G06K19/077; H01Q7/00
Foreign References:
JP2007007888A2007-01-18
JPH10293828A1998-11-04
Attorney, Agent or Firm:
MORISHITA, Takekazu et al. (2-18 Minamihommachi 4-chome, Chuo-ku, Osaka-sh, Osaka 54, JP)
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Claims:
 シート状のライナーと、該ライナーに接合された波形の芯材とからなる包装材と、
 無線ICチップと、該無線ICチップが搭載されており、インダクタンス素子を含み所定の共振周波数を有する共振回路を含む給電回路基板とからなる電磁結合モジュールと、
 を備えた電磁結合モジュール付き包装材であって、
 前記電磁結合モジュールは前記包装材の内側に配置され、
 前記ライナー又は芯材は誘電体からなり、前記給電回路基板が誘電体からなるライナー又は芯材と電磁界結合し、前記共振回路から電磁界結合を介して供給された送信信号を放射し、及び/又は受け取った受信信号を電磁界結合を介して前記共振回路に供給すること、
 を特徴とする電磁結合モジュール付き包装材。
 前記電磁結合モジュールが前記芯材に配置されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の電磁結合モジュール付き包装材。
 前記電磁結合モジュールが前記ライナーに配置されていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の電磁結合モジュール付き包装材。
                                                                                    
Description:
電磁結合モジュール付き包装材

 本発明は、電磁結合モジュール付き包装 、特に、RFID(Radio Frequency Identification)シス ムに用いられる無線ICチップを有する電磁結 合モジュール付き包装材に関する。

 近年、物品の管理システムとして、誘導 磁界を発生するリーダライタと物品や容器 どに付された所定の情報を記憶したICチッ (ICタグ、無線ICチップとも称する)とを非接 方式で通信し、情報を伝達するRFIDシステム 開発されている。例えば、特許文献1には、 ダンボールの外表面にアンテナ部とICチップ 互いに電気的に導通状態で取り付けた包装 が記載されている。ICチップを保護するた に別の面でこれを覆うことも記載されてい 。

 しかしながら、アンテナ部やICチップを包 体の外表面に取り付けた場合、まず、外部 境の影響を受けやすいという問題点があり しかも、取付け箇所が凸状になるので、部 的に嵩高くなり、包装体を積み上げて保管 る場合など、きちんと積み上げることが困 である。また、凸状のICチップに他の物品が 当接するとその衝撃でICチップが破損すると った問題点をも有している。また、アンテ 部とICチップとは電気的に導通状態で重ね わせて配置する必要があり、重ね合わせが れると信号の送受信に支障を生じるので、 ね合わせに高精度を要求される。また、ア テナ部が小さいので、送受信時の放射特性 十分ではないという問題点も有している。

特開2003-26177号公報

 そこで、本発明の目的は、包装材の平坦 を損なうことなく、無線ICチップが外部か の衝撃や環境の変化から保護され、電磁結 モジュールの配置が容易で、放射特性が良 である、RFIDシステムに好適な電磁結合モジ ール付き包装材を提供することにある。

 前記目的を達成するため、本発明は、
 シート状のライナーと、該ライナーに接合 れた波形の芯材とからなる包装材と、
 無線ICチップと、該無線ICチップが搭載され ており、インダクタンス素子を含み所定の共 振周波数を有する共振回路を含む給電回路基 板とからなる電磁結合モジュールと、
 を備えた電磁結合モジュール付き包装材で って、
 前記電磁結合モジュールは前記包装材の内 に配置され、
 前記ライナー又は芯材は誘電体からなり、 記給電回路基板が誘電体からなるライナー は芯材と電磁界結合し、前記共振回路から 磁界結合を介して供給された送信信号を放 し、及び/又は受け取った受信信号を電磁界 結合を介して前記共振回路に供給すること、
 を特徴とする。

 本発明に係る電磁結合モジュール付き包 材において、無線ICチップと給電回路基板 で電磁結合モジュールが構成され、該電磁 合モジュールの入出力部の特性インピーダ スと誘電体界面の特性インピーダンスを合 せることで誘電体内に電磁波が入力され、 電体が電磁放射体として機能する。電磁結 モジュールと誘電体とが電気的に直接接続 ることなく電磁界結合していることから、 磁結合モジュールを誘電体に近接して設け も動作する。また、電磁結合モジュールを 電体に対して高い精度で組み合わせる必要 なく、取付け工程が大幅に簡略化される。

 そして、電磁結合モジュールを包装材の 側に配置したため、包装材の平坦性を損な ことがなく、無線ICチップが外部からの衝 や環境の変化から保護される。また、誘電 から放射する送信信号の周波数及び無線ICチ ップに供給する受信信号の周波数は、給電回 路基板における共振回路の共振周波数で実質 的に決まり、誘電体は種々の形状を採用でき 、かつ、安定した周波数特性が得られるので 、放射特性が良好である。

 ここで、誘電体とは、誘電率が1以上のも のをいい、例えば、紙や樹脂(ポリエチレン ポリプロピレン、ポリアミド、セロファン ポリエチレンテレフタレートなど)である。

 なお、無線ICチップは、電磁結合モジュ ルが取り付けられた包装材の内容物の各種 報がメモリされている以外に、情報が書き え可能であってもよく、RFIDシステム以外の 報処理機能を有していてもよい。

 本発明によれば、電磁結合モジュールが 装材の内側に配置されているため、包装材 平坦性を損なうことなく、無線ICチップが 部からの衝撃や環境の変化から保護され、 た、誘電体と電磁結合モジュールとの接合 高精度を要求されることなく、組立てが容 である。また、電磁結合モジュールと誘電 (ライナー又は芯材)とは電磁界結合をしてお り、誘電体(ライナー又は芯材)は任意の形状 採用でき、放射特性が良好で、安定した周 数特性を得ることができる。

本発明に係る包装材の第1実施例を示す 断面図である。 図1に示した第1実施例である包装材の 視図である。 電磁結合モジュールを示す断面図であ 。 電磁結合モジュールの等価回路図であ 。 給電回路基板を示す分解斜視図である (A),(B)ともに無線ICチップと給電回路基 との接続状態を示す斜視図である。 (A)は本発明に係る包装材の第2実施例を 示す断面図、(B)はその変形例を示す断面図で ある。 本発明に係る包装材の第3実施例を示す 断面図である。 本発明に係る包装材の第4実施例を示す 断面図である。

 以下、本発明に係る電磁結合モジュール き包装材の実施例について添付図面を参照 て説明する。なお、各図において、共通す 部品、部分は同じ符号を付し、重複する説 は省略する。

 (第1実施例、図1及び図2参照)
 図1及び図2に電磁結合モジュール付き包装 の第1実施例を示し、この包装材20は、いわ る紙製のダンボールであって、表裏のライ ー21,22と、該ライナー21,22の間に貼着された 面波形(コルゲート)の芯材23とで構成されて いる。

 無線ICチップ5と、該無線ICチップ5を搭載 た給電回路基板10とからなる電磁結合モジ ール1(後に詳述する)が、接着材19を介して芯 材23の波形の凹部に貼着されている。接着剤1 9は、絶縁性であり、誘電率の高い材料であ ことが望ましい。

 包装材20を構成するライナー21,22及び芯材 23はいずれも紙製であって誘電体であり、電 結合モジュール1は誘電体である接着剤19、 材23及びライナー21と電磁界結合し、以下に 説明する共振回路16から電磁界結合を介して 給された送信信号を放射し、受け取った受 信号を電磁界結合を介して共振回路16に供 する。この場合、専らライナー21が電磁波の 放射体として機能する。

 (電磁結合モジュール、図3~図6参照)
 電磁結合モジュール1は、図3に示すように 無線ICチップ5と、該無線ICチップ5を搭載し 給電回路基板10とで構成されている。無線IC ップ5は、クロック回路、ロジック回路、メ モリ回路などを含み、必要な情報がメモリさ れており、給電回路基板10に内蔵された共振 路16と金属バンプ6を介して電気的に接続さ ている。なお、金属バンプ6の材料としては 、Au、半田などを用いることができる。

 共振回路16は、所定の周波数を有する送 信号を誘電体(ライナー21)に供給するための 路、及び/又は、誘電体(ライナー21)で受け 信号から所定の周波数を有する受信信号を 択し、無線ICチップ5に供給するための回路 あり、所定の周波数で共振する。共振回路16 は、図3及び図4に示すように、ヘリカル型の ンダクタンス素子L及びキャパシタンス素子 C1,C2からなる集中定数型のLC直列共振回路に 構成されている。

 詳しくは、図5に示すように、給電回路基 板10は誘電体からなるセラミックシート11A~11G を積層、圧着、焼成したもので、接続用電極 12とビアホール導体13aを形成したシート11A、 ャパシタ電極14aを形成したシート11B、キャ シタ電極14bとビアホール導体13bを形成した ート11C、ビアホール導体13cを形成したシー 11D、導体パターン15aとビアホール導体13dを 成したシート11E、ビアホール導体13eを形成 たシート11F(1枚もしくは複数枚)、導体パタ ン15bを形成したシート11Gからなる。なお、 セラミックシート11A~11Gは磁性体のセラミッ ク材料からなるシートであってもよく、給電 回路基板10は従来から用いられているシート 層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工 により容易に得ることができる。

 以上のシート11A~11Gを積層することにより 、ヘリカルの巻回軸が誘電体(ライナー21)と 行なインダクタンス素子Lと、該インダクタ ス素子Lの両端にキャパシタ電極14bが接続さ れ、かつ、キャパシタ電極14aがビアホール導 体13aを介して接続用電極12に接続されたキャ シタンス素子C1,C2が形成される。そして、 板側電極パターンである接続用電極12が金属 バンプ6を介して無線ICチップ5の端子(図6参照 )と電気的に接続される。

 即ち、共振回路を構成する素子のうち、 イル状電極パターンであるインダクタンス 子Lから、磁界を介して、誘電体(ライナー21 )に送信信号を給電し、また、誘電体(ライナ 21)からの受信信号は、磁界を介して、イン クタンス素子Lに給電される。そのため、給 電回路基板10において、共振回路16を構成す インダクタンス素子L、キャパシタンス素子C 1,C2のうち、インダクタンス素子Lが誘電体(ラ イナー21)に近くなるようにレイアウトするこ とが望ましい。

 図6に無線ICチップ5と給電回路基板10との 続形態を示す。図6(A)は無線ICチップ5の裏面 及び給電回路基板10の表面に、それぞれ、一 のアンテナ(バランス)端子7a,17aを設けたも である。図6(B)は他の接続形態を示し、無線I Cチップ5の裏面及び給電回路基板10の表面に それぞれ、一対のアンテナ(バランス)端子7a, 17aに加えて、グランド端子7b,17bを設けたもの である。但し、給電回路基板10のグランド端 17bは終端しており、給電回路基板10の他の 子に接続されているわけではない。

 図4に電磁結合モジュール1の等価回路を す。この電磁結合モジュール1は、図示しな リーダライタから放射される高周波信号(例 えば、UHF周波数帯)を誘電体(ライナー21)で受 し、誘電体(ライナー21)と主として磁気的に 結合している共振回路16(インダクタンス素子 Lとキャパシタンス素子C1,C2からなるLC直列共 回路)を共振させ、所定の周波数帯の受信信 号のみを無線ICチップ5に供給する。一方、こ の受信信号から所定のエネルギーを取り出し 、このエネルギーを駆動源として無線ICチッ 5にメモリされている情報を、共振回路16に 所定の周波数に整合させた後、インダクタ ス素子Lから、磁界結合を介して誘電体(ラ ナー21)に送信信号を伝え、誘電体(ライナー2 1)からリーダライタに送信、転送する。

 なお、共振回路16と誘電体との結合は、 界を介しての結合が主であるが、電界を介 ての結合が存在していてもよい。本発明に いて、「電磁界結合」とは、電界及び/又は 界を介しての結合を意味する。

 前記共振回路16においては、インダクタ ス素子Lとキャパシタンス素子C1,C2で構成さ た共振回路にて共振周波数特性が決定され 。誘電体から放射される信号の共振周波数 、共振回路16の自己共振周波数によって実質 的に決まる。従って、誘電体はどのような形 状のものであっても使用することができ、電 磁結合モジュール1の誘電体に対する相対的 位置は任意である。従って、電磁結合モジ ール1の貼着位置をそれほど高精度に管理す 必要はない。

 さらに、インダクタンス素子Lを構成する コイル状電極パターンは、その巻回軸が誘電 体と平行に形成されているため、中心周波数 が変動しないという利点を有している。また 、無線ICチップ5の後段に、キャパシタンス素 子C1,C2が挿入されているため、この素子C1,C2 低周波数のサージをカットすることができ 無線ICチップ5をサージから保護できる。

 ところで、共振回路16は無線ICチップ5の ンピーダンスと誘電体のインピーダンスを 合させるためのマッチング回路を兼ねてい 。給電回路基板10は、インダクタンス素子や キャパシタンス素子で構成された、共振回路 16とは別に設けられたマッチング回路を備え いてもよい。共振回路16にマッチング回路 機能をも付加しようとすると、共振回路16の 設計が複雑になる傾向がある。共振回路16と 別にマッチング回路を設ければ、共振回路 マッチング回路をそれぞれ独立して設計で る。

 以上説明した第1実施例によれば、電磁結 合モジュール1が包装材20の内側に配置されて いるため、包装材20の平坦性を損なうことな 、無線ICチップ5が外部からの衝撃や環境の 化から保護される。また、送受信信号の周 数は、給電回路基板10の共振回路16の共振周 波数で実質的に決まるため、誘電体と電磁結 合モジュール1との接合に高精度を要求され ことなく、組立てが容易である。また、電 結合モジュール1と誘電体とは電磁界結合を ており、誘電体は任意の形状が採用でき、 射特性が良好で、安定した周波数特性を得 ことができる。

 (第2実施例、図7参照)
 第2実施例は、図7(A)に示すように、電磁結 モジュール1の給電回路基板10を接着剤19にて ライナー21の内面側に配置したものである。 イナー21は誘電体であり、放射体として機 することは前記第1実施例で説明したとおり ある。第2実施例の作用効果は前記第1実施 と同様である。なお、包装材20としては、図 7(B)に示すように、上側のライナー21と芯材23 からなるものであってもよい。

 (第3実施例、図8参照)
 第3実施例は、図8に示すように、電磁結合 ジュール1の給電回路基板10を接着剤19にて芯 材23の傾斜部に配置したものである。芯材23 誘電体であり、放射体として機能する。第3 施例の作用効果は前記第1実施例と同様であ る。

 (第4実施例、図9参照)
 第4実施例は、図9に示すように、ライナー22 に穴部22aを形成し、該穴部22aに電磁結合モジ ュール1を接着剤19により固定したものである 。この場合、誘電体であるライナー22が電磁 合モジュール1の放射体として機能する。第 4実施例の作用効果は前記第1実施例と同様で る。

 (他の実施例)
 なお、本発明に係る電磁結合モジュール付 包装材は前記実施例に限定するものではな 、その要旨の範囲内で種々に変更すること できる。

 特に、前記各実施例において、電磁結合 ジュール及び放射体を取り付けた包装材は 紙製のダンボールを示したが、樹脂製であ てもよい。また、給電回路基板の内部構成 細部、放射体の細部形状は任意であり、給 回路基板をフレキシブルな材料で形成して よい。さらに、無線ICチップを給電回路基 上に接続するのに、金属バンプ以外の処理 用いてもよい。

 以上のように、本発明は、電磁結合モジュ ル付き包装材に有用であり、特に、包装材 平坦性を損なうことなく、無線ICチップが 部からの衝撃や環境の変化から保護され、 磁結合モジュールの配置が容易で、放射特 が良好である点で優れている。