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Patent Searching and Data


Title:
BASE SHEET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/081699
Kind Code:
A1
Abstract:
A base sheet (12) has a structure which stably couples even a 1mm or smaller particle-like chip on paper with an antenna line only by arranging the chip close to the antenna line without bringing the chip into electrical contact with the antenna line. The base sheet (12) is configured by arranging a chip (11) having at least one turn of spiral coil (13) on the surface or inside close to the surface, and an antenna line (14) having a conductor portion (14A) which winds at the periphery of or directly above the coil (13A) to have magnetic field coupling with the coil (13A) of the chip (11). The base sheet has a structure that stably couples even a 1mm or smaller chip on paper and the like with an antenna line, not by bringing the chip into physical contact with the antenna line but only by arranging the base sheet and the antenna line close to each other.

Inventors:
FURUMURA YUJI (JP)
MURA NAOMI (JP)
NISHIHARA SHINJI (JP)
FUJINO KATSUHIRO (JP)
MISHIMA KATSUHIKO (JP)
KAMIHASHI SUSUMU (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/074108
Publication Date:
July 10, 2008
Filing Date:
December 14, 2007
Export Citation:
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Assignee:
PHILTECH INC (JP)
FURUMURA YUJI (JP)
MURA NAOMI (JP)
NISHIHARA SHINJI (JP)
FUJINO KATSUHIRO (JP)
MISHIMA KATSUHIKO (JP)
KAMIHASHI SUSUMU (JP)
International Classes:
H01Q1/38; B42D15/10; G06K19/07; G06K19/077; H01Q7/00; H01Q9/28; H01Q9/30; H04B5/02
Foreign References:
JPH1069533A1998-03-10
JP2006203852A2006-08-03
JP2003187195A2003-07-04
Attorney, Agent or Firm:
INABA, Yoshiyuki et al. (23rd FloorRoppongi Hills Mori Tower,6-10-1 Roppoingi, Minato-ku, Tokyo 23, JP)
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Claims:
 少なくとも1巻きのスパイラル状またはヘリカル状のコイルを表面または表面近くの内部に配置したチップと、このチップの前記コイルと磁界結合するように前記コイルの周辺またはその直上もしくは直下を周回する導体部分を有するアンテナ線とを配置して成ることを特徴とする基体シート。
 前記チップは、前記コイルと共に、無線で読出し可能な情報を記憶する半導体回路を含み、前記コイルと前記半導体回路は電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の基体シート。
 前記アンテナ線における前記コイルと磁界結合する前記導体部分の形状は、前記チップのコイルの周辺または直上もしくは直下を周回する、単巻きまたは複数巻きのスパイラル巻きあるいはヘリカル巻き形状、あるいはループ形状を有することを特徴とする請求項1または2記載の基体シート。
 前記アンテナ線における前記コイルと磁界結合する前記導体部分の形状は蛇行形状であり、複数の前記チップが前記アンテナ線に磁界結合するように配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の基体シート。
 前記アンテナ線はダイポールアンテナであることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の基体シート。
 前記アンテナ線はループアンテナであることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の基体シート。
 複数の前記アンテナ線が多層構造の各層に形成されていることを特徴とする請求項1記載の基体シート。
Description:
基体シート

 本発明は、チップとアンテナと搭載した 体シートに関し、特に、リーダ・ライタか の信号電波により読出し可能または識別可 な情報を記憶する回路を有するチップと、 ーダ・ライタからの信号電波を受信するた のアンテナと非接触で接続する技術に関す ものである。

 現在、無線ICタグまたは無線ICカード(以下 は「無線ICタグ/カード」と記す)はユビキタ 時代の入り口にある商品と考えられている 例えば、その一種であるRFID(無線識別/無線I Cタグ)は、名札や商品の識別、工場における 品・材料や中間製品・完成品などの仕分け どの管理といった用途に供されている。一 、無線ICタグ/カードの中には、読取/書込装 置の近傍でのみ動作する繰り返し使用可能な プリペイド方式の乗車券カード(JR東日本のス イカカードなど)や定期券カード、さらには 子マネーなどに用いられているものもある
 これらの無線ICタグ/カードは一般的に内部 電池などの電源を持たず、リーダ・ライタ らの読み取り信号電波を受信・整流して、 の電力を制御回路やメモリを駆動する直流 源に変換生成している。また、RFIDとして使 用される場合は、数十cmから数mの読み取り距 離を確保するために、900MHz帯あるいは2.45GHz といった高い周波数を無線周波数として用 、またダイポールアンテナなどの電波を放 したり、放射電波を受信したりするアンテ を内蔵している。
 リーダ・ライタにも同様に読み取り信号電 を放射したり受信したりするアンテナを用 ている。このアンテナの利得を大きくして 定の方向に放射される電波を用いることに り、数十cm~数m離れた距離からもRFIDに記憶 れている情報を読み取り、例えば商品など 貨物の仕分けをしたりすることができる。

 一方、上記のプリペイド方式の乗車券カ ドでは、簡単な制御によりレーン間の混信 避ける目的もあって、改札口の数cmの距離 近づけたときにのみ信号のやりとりができ ように、13.56MHzといった低い周波数を無線周 波数として用い、無線周波数における波長に 比してはるかに小さい(数cm程度の)スパイラ コイルを、それに接続する無線ICと共に内蔵 している。その構造の一例を図18に示す。図1 8で、210は乗車券カード、211はスパイラルコ ル、212は無線ICである。スパイラルコイル211 により、乗車券カード210が改札機に接近した 場合に、当該改札機の中のリーダ・ライタ側 コイルと磁界結合して改札業務に必要な情報 のやりとりを自動的に行えるようにしている 。

 ここで、後ほどの説明を容易にするために 前述の2種類の無線ICタグ/カードの構造およ び動作について非特許文献2などを参照しつ 説明する。
 まず無線ICタグ(RFID)およびリーダ・ライタ 含む無線ICタグのシステムの概要について説 明し、続いて現在の無線ICタグの構造および 作について、その概略を図19(非特許文献2の 30頁の図3.1に対応)および図21を用いて説明す 。

 図19は無線ICタグのデータ読み取りシステム の構成の概要を示す。図19で左側はリーダ・ イタ221、右側が無線ICタグ222となっている リーダ・ライタ221は、制御回路/メモリ回路2 21a、変調回路221b、検波・復調回路221c、送受 波器となるサーキュレータ221d、アンテナ221 eなどからなる。一方、無線ICタグ222は、アン テナ222a、整流回路222b、復調回路222c、輻輳制 御回路/メモリ回路222d、変調回路222e、ロード スイッチトランジスタ222fなどからなる。
 まず、無線ICタグ222に記憶されている情報 読み出す動作について説明する。無線ICタグ 222の情報を読み出す場合、リーダ・ライタ221 においてそのための指示情報をデジタル信号 として制御回路221aから発信し、それを変調 路221bが受けて、変調回路221b内で発生する無 線周波数の搬送波(通常は、900MHz帯あるいは2. 45GHz帯の周波数)に変調をかけた後に送受分波 器となるサーキュレータ221d(非可逆回路)を経 てアンテナ221eから送信する。この変調をか た搬送波(無線周波数の信号)は、単に読み取 り指示情報で変調された無線周波数の信号と いうばかりでなく、無線ICタグ222で受信後そ 駆動用直流電力となる。従ってリーダ・ラ タ221のアンテナ221eから無線ICタグ222のアン ナ222aまでの無線区間の伝搬による減衰(推 10~20dB)も考慮して、無線ICタグ222を駆動する に必要十分な電力(概ね数百mW)で送信される 。
 リーダ・ライタ221からの無線周波数の信号 アンテナ222a経由で受信した無線ICタグ222は 受信した電力(数mW)の大半を整流回路222bに り、直流電力に変換して一時的に無線ICタグ 222内部のコンデンサ(図示せず)を充電し蓄え 。また、残りの電力は、前述のようにして えた直流電力により動作する復調回路222cに 送られて、元の読み取り指示信号に復調され る。この復調された読み取り指示信号は制御 回路/メモリ回路222dに送られてこのメモリ回 に記憶されている情報を読み出すように働 。そして、この読み出された情報により、 ードスイッチトランジスタ222fをON・OFF駆動 、それによって無線周波数の搬送波に対す インピーダンスの大きさを規定の繰り返し 期で切り替えることによりアンテナから見 無線周波数でのインピーダンスをスイッチ グして、搬送波に対する反射係数の変化に じてパルス振幅変調のかかった反射波が無 ICタグ222のアンテナからリーダ・ライタ221 アンテナに向けて放射される。
 リーダ・ライタ221はこの無線ICタグ222から パルス振幅変調のかかった反射波を受信し 送信波と受信波とを切り分ける機能を持つ ーキュレータ221bを経て検波・復調回路221cに 導き、無線ICタグから読み出したデータを復 識別してメモリ回路221aに記憶する。

 図20には無線ICタグの構造の一例を模式的に 示す。図20において(A)は無線ICタグの平面図 示し、(B)は(A)におけるX1-X1線断面であって拡 大した断面図を示す。この従来例に係る無線 ICタグ230は、基板上に印刷配線技術により形 されたダイポールアンテナ231に半導体チッ 232が搭載されたような構造を持つ。図示し 例では、最も単純なダイポールアンテナを したが、周波数や指向性の設計に応じて様 な形がある。このダイポールアンテナ231は 無線周波数に相当する波長の約半分の長さ 有し、前述のようにリーダ・ライタ221から 射される電力を効率よく受信できるように っている。ダイポールアンテナ231は、最も 純な構成のアンテナのひとつであり、利得 低く鋭い指向性も持たないために、どのよ な方向からの電波(無線周波数の信号)も受 することができるというメリットがある。 だ、アンテナとしては、ダイポールアンテ 231に限らず、例えばループアンテナを用い 場合もある。シートの上に配置されたアン ナをしばしば「インレット」と呼ぶことが る。
 このような無線ICタグ(RFID)230の応用例とし 、平成17年に開催された2005年国際博覧会、 わゆる「愛・地球博」の入場券およびパビ オン見学を管理するシステムを挙げること できる。非特許文献2の図6.9から引用した図2 1((A)平面図、(B)断面図)によれば、入場券であ る無線ICタグ241は、外部アンテナとしての導 箔242に半導体チップ243を接続して両側から2 枚の板状の紙244で挟んだ構造を取っている点 が図20のカード型の構成・構造と異なるが、 本的な機能は同じである。

 「愛・地球博」の入場券およびパビリオン 学を管理するシステムは、2.45GHzの無線ICタ を応用して、入場者へのサービスを大幅に 上させた典型的な例である。そのシステム ついて非特許文献2の図6.11から引用した図22 により簡単にその効果を説明する。
 図22に示されているように、このシステム 入場券製造工場251から半導体チップを搭載 た無線ICタグすなわちRFID(入場券)が製作され るところからその機能が発動される。入場券 製造工場251でチップIDと共に入場券が作製さ 、チップIDは、入場券管理DB252に保管される 。基盤機能253では、発券データ、入退場の認 証などがリアルタイムで集計管理される。入 退場認証ゲート254では、図19を用いて説明し 前述のリーダ・ライタ221が備えられ、所定 囲の距離だけ離れた所から、RFIDに向けて、 読み取りのための信号電波を放射し、メモリ 回路に送られてきた情報を書き込んだり、ま た記憶されている情報を読み取り、入退場管 理のために使用する。また、各パビリオンの 前の見学予約ゲートにも、図19におけるリー ・ライタ221が設置され、見学したいパビリ ンの予約が自動的にできる仕組みになって る。このように、入場券に無線ICタグ(RFID) 用いることにより、入場者へのサービスが 段に優れたものになった。

 次に、他の無線ICカードの一例として前述 乗車券カードの動作について、図23を参照し て説明する。
 図23に改札装置の外観を示した。この乗車 カードの読み取り・書き込みシステム、す わち改札装置の基本部分は、改札口の入出 ート261に備えられた、結合用コイルを内蔵 たリーダ・ライタ262と、各利用者に個別に 持される乗車券カード263とから構成される 利用者が入出ゲート261を通過するとき、乗 券カード263をリーダ・ライタ262にかざす。 のとき、リーダ・ライタ262のコイルと乗車 カード263内のコイルを磁界/磁束264により結 させ情報送受(通信)と電力伝送とが実行さ る。

 乗車券カード263の内部の概略構造は前述 図18に示した乗車券カード210と同じである 乗車券カード263は、カード基板上に形成さ た前述のスパイラル状コイル211と、そのコ ルとボンディングなどの技術により電気的 接続された情報の書込と読出を行う半導体 ップ212と、から構成されている。

 改札装置に内蔵されているリーダ・ライタ2 62と乗車券カード263が結合する磁界/磁束を模 式的に図23の符号264で示した。磁界/磁束264に よる結合状態の等価回路を図24に示す。図23 よび図24に示すように、リーダ・ライタ262の 制御部271で作られた乗車券カード263に対する 情報読み出しのための制御信号を含む信号に よりRF部272で13.56MHzの周波数の搬送波(電磁界) に変調をかける。この変調された搬送波(電 界)は、リーダ・ライタ262に接続されたコイ 273に高周波電流を流し、それによって搬送 による磁界/磁束(図23における264)を生起す 。この変調された搬送波の磁界/磁束264は、 ーダ・ライタ262からの信号と共に乗車券カ ド263内の電子回路を駆動するための電力を 給する。
 このようにリーダ・ライタ262内のコイル273 生成された磁界/磁束264は、図23あるいは図2 4に示すように、乗車券カード263の周辺に設 られているスパイラル状のコイル(図18のコ ル211)と鎖交することにより結合し、無線に る信号および電力の伝送が行われる。

 リーダ・ライタ側コイル273と乗車券カー 側コイル211との間で、信号および電力が効 よく(損失が少なく)相互に伝送されるには 両コイルが密に結合していることが重要で る。言いかえると、一方で発生した磁束の 洩が少ないことが必要であり、そのために 、両コイル間の距離が一定値(13.56MHzを用い この乗車券カードシステムの場合は数十mm) 下であることが必要である。この距離は、 コイルの大きさとほぼ比例する関係にある で、コイルが小さくなれば同じような結合 を確保するには、大きさに比例して両コイ 間の間隔を狭くする必要がある。

 以上説明した乗車券カード263の書込・読 に関する記述は、当然同様の構造と動作原 を持つ定期券、電子マネーなどの動作につ ても当てはまる。

 無線ICタグ/カードは、徐々に製造コスト 下がり、乗車券カードや電子マネーなどに 実用化されているが、RFIDとしてはまだ製造 コストが相対的に高いので、まだその利用も 限定されており、全面的に普及するには至っ ていない。

 このRFIDが、例えば1辺が数百μm以下の超 型チップになり、そしてより安価になれば 紙幣や有価証券等の財産的価値を有する書 の識別への応用も考えられる。すなわち、 ードよりも曲がりやすい紙幣や有価証券に 小型のRFIDを埋め込むことができれば、これ 紙幣などの偽造を容易に発見したり、発見 容易さの故に偽造を抑止したりすることも 能になると考えられる。そして、そのよう 試みが非特許文献1に見られるようにすでに 各方面でなされている。

 本発明は、このような背景の下に生まれ ものであり、リーダ・ライタからの信号電 により読み出しあるいは識別可能な情報を 憶する回路を有するチップとリーダ・ライ からの信号電波を受信するためのアンテナ を非接触で接続する技術、そしてそのよう チップとアンテナを搭載した基体シートに するものである。

 非特許文献1に示されたRFID機能を持つICチ ップは、1辺の長さが450μmの正方形で厚さが 十μmの大きさ・形状を有する非常に小さい ップである。このように小さくしたのは、 導体(シリコン)により作られたチップに、曲 げ応力などに対する耐破壊性を持たせるため である。また、このように小さくすることに より、チップ1個あたりの製造コストとも大 く低減することができる。

 このチップは、通常のRFIDチップに比して非 常に小さいために、図25(非特許文献2の50頁の 図3.21を参照)における機能指向ICタグチップ 回路ブロック(A)または超小型指向ICタグチッ プの回路ブロック(B)に示すように、通常のRFI Dチップには搭載されている、RF回路、電源回 路、コマンド制御回路、輻輳制御回路、クロ ック発生回路、メモリ書込制御回路、EEPROM( 気的に書込・消去可能なメモリ)から必要最 限の回路に絞って搭載している。具体的に 、RF回路、電源回路、クロック発生回路、12 8ビットのリード・オンリー・メモリ(ROM)のみ である。
 このようにRFIDチップを超小型にするために 、リーダ・ライタからの信号電波を受けて内 部のデータを読み出して送り出すアンテナを このチップ上に設けることが望ましい。そう すれば、RFIDチップを容易に前述のように紙 や有価証券に漉き込んで偽造防止などに役 てることができる。

 そのために、第一に必要なことは、アンテ を小型化するために、信号を読み出すため 無線信号の周波数を高くすることである。 体的には、現在無線LANなどにも用いられて るIMS帯(工業、医療、科学用の周波数帯域) ある2.4~2.5GHz帯の一部の周波数が適している 言われている。この周波数帯では、空間半 長がおよそ60mmであるので寸法的にも使いや すい。
 しかし、半波長が60mmといえども、チップの 大きさに比して2桁以上大きいので、RFIDチッ 上にスパイラルコイルを設け、リーダ・ラ タ側にもコイルを設けて、主として磁界/磁 束により結合させるという方法が考えられた (非特許文献1)。この方法は、前述した乗車券 カードなどの無線ICカードに見られるのと同 の技術思想の下に考え出されたものである 従来はカード基板上に形成していたスパイ ルコイルを2.45GHzにおいてもインダクタンス として動作するように波長に比して相当に小 さくして、ICチップ上に形成することが考え れた。
 そして、乗車券カードと同様の技術思想の に、チップ上のコイルと同程度の大きさの ーダ・ライタ側コイルと近づけることによ 、両コイル間の磁界結合を実現して、リー 側からのマイクロ波帯の電波による質問信 を受けてチップを動作させてROMの情報を読 取るという方法である。

 しかし、この方法を仔細に検討してみると リーダ側のコイルとチップ上のコイルとの で、実用上必要な距離(例えば数十mm)をとろ うとすると、ICチップの制御回路を駆動する けの電力を数百mW程度のマイクロ波帯の質 信号により確保することは困難である。こ ことは、13.56MHzを無線周波数とする乗車券カ ード(無線ICカード)における読み取り可能距 (約40mm)からスケーリング則で推測すると、45 0μm角のチップ上コイルでは、せいぜい0.2mmが 読み取り可能距離となり、磁界結合方式では 非常に困難であることからも理解される。
 以上のように、超小型チップ上に設けたコ ルでは、リーダ・ライタとの結合を十分と ことが難しいために、超小型の無線ICチッ を半波長ダイポールアンテナなどの電磁波 放射するアンテナに接続し、リーダ・ライ に接続されている電磁波放射型のアンテナ らの読み取り制御信号および電力供給の電 を受信して、読み取り信号を無線ICチップ側 のアンテナからチップ上のメモリに記憶され ているデータを送るという、図18および図20 おいて前述した方法が考えられた。

 このような方式による2.45GHzの無線ICタグ(RFI D)についてより詳細に説明する。すでに一般 として説明したように、この方式では、リ ダ・ライタのアンテナも無線ICタグ側のア テナも電磁波放射型のアンテナを用いるが 使用周波数の2.45GHzにおける空間波長(約120mm) の約半分の長さ(約60mm)を持ついわゆる半波長 ダイポールアンテナを用いることが多い。そ の際に、無線ICチップとダイポールアンテナ を電気的に接続することが必要であるが、 線ICチップの2個のアンテナ接続端子が同一 内に配置されている場合には、図20に示す うな方法を用いている。すなわち、無線ICチ ップ232の表面に設けた接続用バンプ233と接続 された端子234を異方導電性接着剤235によりア ンテナの導体面236と接合するという方法を用 いて電気的接続を実現している。この方法に より、距離が離れている二つのバンプ間は絶 縁が保たれ、ごく接近しているバンプとアン テナ導体とは接着剤中の金属粒子の接触によ り電気的な導通をとることができる。
 一方、非特許文献1および非特許文献2では 無線ICチップの上下両側に接続用電極を設け た構造のチップのアンテナとの接続方法につ いて述べている。この場合には、ダイポール アンテナの導体部分に無線ICチップを置き、 の上に異方導電性接着剤を介して導体を置 、チップを挟み込んで接続を確保する方法 とっている。この方法は、特に超小型のチ プについて比較的実用的な方法として用い れている。
 しかしながら、この方法は、チップそのも は半導体の製造プロセスを用いることによ 安価に製造できるが、アンテナとの接続に 、微細物の曲げ加工および圧着などの機械 な加工作業が必要であり、かなり細かな作 が必要であると共に、アンテナとの接続部 屈曲などのストレスによる接続の信頼性の 下を無視できないという問題がある。

 一方、ICチップとアンテナとの電気的な接 におけるこのような問題を避けるために、 ップ上にモノリシックにアンテナを集積・ 成しようという方法も考えられる。しかし 無線ICチップ上にダイポールアンテナを形成 するという方法では、無線ICチップのほとん の面積をアンテナが占めることになるためI Cチップが大きくなりすぎて、製造コストは らかに実用上全く受け入れがたいほどにな 。
宇佐美光雄、『超小型無線ICタグチップ ミューチップ」』、応用物理、Vol.73、No.9、 2004、p.1179-p.1183 宇佐美光雄、山田純、「ユビキタス技術 ICタグ」、第1版、(株)オーム社、平成17年3月2 5日、p115

 以上述べてきたように、カードよりも曲 りやすい紙でできた紙幣や有価証券の識別 にRFIDチップの技術を適用しようとする場合 、(1)識別用のチップは曲げ応力への耐性を確 保するために非常に小さく(超小型に)するこ が必要であること、(2)このような超小型チ プ内の識別用の回路に実用的な距離にある ーダ・ライタと無線で接続するためには、 のチップにダイポールアンテナなどのよう 電磁波放射型のアンテナを低コスト・高信 度を確保しつつ結合させる必要があること の2点が解決すべき課題である。

 以上述べた課題を、紙幣認証応用に関連 て以下にもう少し具体的に説明する。

 第1に、紙の上に固定できるほど小さい半 導体チップの表面上で無線周波数の波長に匹 敵する大きさのアンテナを作製できないので 、離れたリーダ・ライタとの間の電磁結合が 困難になる。第2に、アンテナを大きくする めチップ大きくすると折り曲げられて破壊 れる。また大きくすると、チップ単価が高 になり実用の妨げである。第3に、十分に大 なアンテナを印刷して微小半導体チップと 理的に接合させることは難しく、またこれ 出来たとしてもその接合が簡単に脆性破壊 れて性能が維持できない。

 紙幣認証応用などのためのRFIDを実用的な ものにするためには、上記半導体チップを微 小化し、安価なチップにするのは最初の必要 条件になる。同時に微小なチップにおいても 十分な電力を供給できるアンテナを配置しな くてはならないが、それと微小チップを電力 伝達可能なように結合する必要がある。しか もその結合構造は、使用する周波数において 十分な結合が得られ、かつ信頼性の面からは 、その結合が紙状の基体の折り曲げなどによ っても破壊されない耐久性のある構造である 必要がある。

 本発明の目的は、上記の課題を解決するこ にあり、紙の上の1mm以下のチップであって 、アンテナ線と物理的に接触させるのでな 、相互に近接して配置するだけで安定に結 する構造を有する基体シートを提供するこ にある。
 さらに本発明の目的は、複数のチップと紙 の基体の上でアンテナ線が結合でき、あた も粒子のように見える超小型の無線ICチッ が集合したもの(これを「RFパウダー」と呼 )であっても、安価にアンテナ線への結合を 現することができ、安価でありながら紙状 基体の上あるいは内部でRFIDが使用できる構 造を有する基体シートを提供することにある 。

 本発明に係る基体シートは、上記の目的 達成するために、次のように構成される。

 本発明に係る基体シートは、少なくとも1 巻きのスパイラル状またはヘリカル状のコイ ルを表面または表面近くの内部に配置したチ ップと、このチップのコイルと磁界結合する ようにコイルの周辺またはその直上もしくは 直下を周回する導体部分を有するアンテナ線 とを配置して成ることを特徴とする。

 上記の構成において、好ましくは、チッ は、コイルをその周辺に配置すると共に、 線で読出し可能な情報を記憶する半導体回 を含み、コイルと半導体回路は電気的に接 されている。

 上記の構成において、好ましくは、アン ナ線におけるコイルと磁界結合する導体部 の形状は、チップを囲むコイルの周辺また 直上もしくは直下を周回する、単巻きまた 複数巻きのスパイラル巻きあるいはヘリカ 巻き形状、あるいはループ形状を有する。

 上記の構成において、好ましくは、アン ナ線におけるコイルと磁界結合する導体部 の形状は蛇行形状であり、複数のチップが ンテナ線に磁界結合するように配置されて る。

 上記の構成において、好ましくは、アン ナ線はダイポールアンテナであることを特 とする。

 上記の構成において、好ましくは、アン ナ線はループアンテナであることを特徴と る。

 上記の構成において、好ましくは、アン ナ線が多層構造の各層に形成されているこ を特徴とする。

 本発明によれば次の効果を奏する。
 紙のような屈曲する基体シートの上でも壊 ないほどに微小な半導体デバイスや受動電 回路要素(インダクタやキャパシタ)を搭載 たチップと電磁エネルギの伝達可能な波長 度に大きいアンテナを安定に結合すること できる。
 従来の技術では、アンテナを用いないとき 、チップと磁界結合を得るためにチップの 小なコイルに微小なプローブアンテナを近 させる必要があった。近接して読み取る応 には寧ろ適しているが、大きな電力を短時 に伝える方法でないために、メモリなどを 載したRFIDを動作させることができなかった 。これに対して、本発明によれば、比較的に 離れた位置からでもメモリやロジックを動作 させる電力を微小なデバイスに供給すること ができる。微小な半導体デバイスチップは安 価であるので、安価な粒子状のRFIDの利用が 幣や機密性を求められるシート状の基体(基 シート)で可能になる。

 以下に、本発明の好適な実施形態(実施例 )を添付図面に基づいて説明する。

 一般的に、物理的に接触させないで、電 を伝達する方法として電磁誘導の原理があ 。通常、この原理は電力トランスとして低 波における大電力伝達において一般に利用 れる。これをマイクロ波と言われる高い周 数領域において交流成分の伝達に利用する え方が既にある(例えば、特開2005-340658号公 (特願2004-159960号)、「トランス回路およびそ の製造方法」)。

 これによれば、半導体チップ上の厚い絶 層の上に絶縁されて上下2層で線が重なるよ うに第1と第2のコイルを配置させ、第1のコイ ルに高周波を通すと磁界結合により、回路が 閉じていれば同じ周波数の電流が第2のコイ に流れるようにしている。回路が開放され いれば両端に電圧を発生させる。これはマ スウエルの電磁方程式に従う作用である。 の結合の良い点は、接触させる方法と違い 2つのコイルの距離が少しずれた程度(コイル の10分の1程度)では電力伝達のための結合に きな変化がない。接触方式では接触が離れ と電力伝達はできなくなるのと大きく異な 。磁界結合は互いの回路の距離に対して大 な余裕を与える。

 従来はコイルのないチップとアンテナは 理的に接触させて用いていたのに対して、 発明においてはチップ上に磁界結合させる めの第1のコイルを形成させ、アンテナ線の 一部を上記特許文献(特開2005-340658号公報)の 2のコイルにすることにより、アンテナ線と ップを磁界結合させる。物理的な接合のと は、微小なチップを正確にアンテナに接合 せるという高価な実装工程を必要としてい が、磁界結合によれば、位置設定は、物理 に接合させる場合ほどの正確さは必要でな 。また、2つのコイルは物理的に離れている ので、屈曲する紙の上でも電気的な接触が切 れて故障するという問題は起きない。

 図を参照して、典型的な本発明に係る基 シートの構造の例(第1の実施形態)を説明す 。この基体シートの平面図を図1A,1Bと図2に す。図1Aには無線ICチップおよびアンテナを 含む基体シートの平面図を示し、図1Bには無 ICチップのみを拡大した図を示す。図1Aは無 線IC(RFID)チップを強調するために相対的に大 く描いている。11は無線ICチップ、12は基体 ートである。基体シート12は紙などの可撓 を有するシート部材である。無線ICチップ11 、シリコン基板の上に形成した酸化膜の上 スパイラル状のコイル13Aを配置させたもの ある。このコイル13Aは無線ICチップ11の内部 または無線ICチップ11の上に形成された回路 素または機能回路ブロックと接続されてい 。この接続状態のイメージは、拡大図であ 図1Bに示されている。機能回路ブロックの一 例としては、例えば図25の(A)と(B)に示したよ に、無線回路、制御回路、メモリ回路、電 回路などよりなるRFIDとしての機能を持った 回路などが挙げられる。また回路要素の例と して、回路整合用のMIMキャパシタや抵抗など が挙げられる。

 本発明の第1の実施形態では、基体シート 12の上で無線ICチップ11とアンテナ(またはア テナ線)14との結合部分に、極近接して配置 た2つのコイル13A,14Aを用いることにより、前 述の難点を解消した。この発明に至るまでに 、発明者は以下のように2つの重要な技術的 検討を行った。

 その1つは、2つのコイル13A,14Aの結合度と の距離との関係である。この検討では、一 が450μmの方形チップ状に形成したスパイラ 巻き(1巻きまたは2巻き以上)のコイルを用い た実験とシミュレーションにより距離と結合 度との関係を求めた。その結果、450μm角程度 の大きさのコイルを用いて実用的な結合度を 得るには両コイルを同程度の大きさにして上 下に重ねると共に、その上下の間隔を200μm程 度以下にすることが必要であることがわかっ た。さらに、この距離は通常の紙の厚さ(約10 0μm)と同程度であることも見出した。

 上記の実験に用いた構成を図2に示す。25μm のポリイミド基板21上に銅薄膜で形成した2 ーンの円形ヘリカルコイル22(基板上コイル2 2)と、図3に示すような450μm角のシリコンチッ プ31上の3ターンのスパイラルコイル33A(チッ 上コイル33A)との間の磁界結合の構造を有し いる。シリコンチップ31上のスパイラルコ ル33Aには、MIMキャパシタ32が並列に接続され 、ほぼ2.45GHz付近で共振するように設定した 信号源を含むこの等価回路を図4に示すが、 の等価回路は、前述のヘリカルコイル22の 力端をポート1とし、シリコンチップ31上の パイラルコイル33Aの両端を出力端のポート2 して求めたものである。この図4で、Iは信 源となる電流源、G G は信号源コンダクタンス、L G は前述の基板上コイル22の自己インダクタン 、Lはチップ上コイル33Aの自己インダクタン ス、Mは基板上コイル22とチップ上コイル33Aの 結合を表す相互インダクタンス、CはMIMキャ シタの容量、G 0 はチップ上コイル33AとMIMキャパシタ32で構成 れるタンク回路の損失を表すコンダクタン 、GLはこのタンク回路に接続される負荷(実 の無線ICチップではRF回路などに相当)をそ ぞれ示す。

 実験では、まずチップ上コイル33A、すなわ ポート2に負荷を接続しないで(つまり、G L =0)として、基板上コイル22の入力ポートから た反射係数を測定した。その結果の一例を 射係数線図51(いわゆるスミス線図)として図 5に示す。この図において、2.5GHz付近で共振 見られた。
 一方、図2の回路配置構成を市販の電磁界シ ミュレーション用のソフトウェアを用いて解 析した。解析に当たっては、実験と同様の条 件(図4の等価回路における負荷を接続しない 態、G L =0)での基板上コイル22のポート1から見た反射 係数と、ポート1とポート2を入出力端とする 乱係数行列(SパラメータあるいはS行列とも う)を両コイル間の間隔を変えて求めた。シ ミュレーションには、実験で用いたコイルの 形状データを用いた。

 シミュレーションで求めた反射係数のスミ 線図61を図6に示すが、図5の実験値とほぼ合 致しているので、他の条件でのシミュレーシ ョン結果をもって机上実験結果としても差し 支えないことが判明した。
 次に、シミュレーションから求めたSパラメ ータから最大有能電力損失を求めた結果を両 コイル間の間隔をパラメータにして図7に示 。この結果から見ると、2つのコイル22,33Aの 隔を10~20μm程度に接近させると、両コイル の結合によるポート1からポート2までの電力 伝送損失は1~2dB程度に納まり、200μm程度の間 になると5-6dB程度に相当大きくなることが 明した。

 以上の結果は、実験と理論の両面での検 により、初めて明確になったことであり、 発明の実現性が基本的に実証された。

 以上の基本的な技術的な検討結果に基づ て、本発明の基本的構成を図1A、および図8 基にして説明する。図1Aにおいては、無線IC チップ11上の3ターンのスパイラル状コイル13A とそれを周回して囲むようにループ状に配置 された1ターンのコイル14Aが磁界結合する。 こで、無線ICチップ11上のコイル13Aと結合し 紙などの基体シート12上のアンテナ14につな がっているコイル(またはループ)14Aの構造を 結合部」と呼び、無線ICチップ11上のコイル 13Aと当該結合部を含む構造を「結合ユニット 」と呼ぶことにする。図1Aでは、無線ICチッ 11はアンテナ14のコイル14Aのほぼ中心に配置 せてあるが、この中で位置ずれが起きても 界結合の大きな障害にならない。このこと 、電磁界シミュレーション技術を用いた検 結果でも確認されている。図8は、無線ICチ プ11とアンテナ14の大きさの関係を実際に近 づけて示した模式図である。

 上記の構成において、基体シート12上のア テナ14について、ダイポールアンテナ線の長 さは1/2波長であるのが望ましいが、使用目的 や製造上の制約で寸法は変更できる。
 また、同様のことが無線ICチップ11上のコイ ル13Aについても当てはまる。すなわち、無線 ICチップ11上のコイル13Aも、単巻でも、スパ ラル巻でも、ヘリカル巻でも実現可能であ し、コイルの形が方形、多角形、円形、楕 形などいずれの形でも実現可能である。

 次に、リーダ・ライタに接続される半波 ダイポールアンテナが基体シート12上の半 長ダイポールアンテナと同一構造・寸法で るとして、両アンテナ間の間隔を変えて、2. 4GHz近くの周波数で伝送特性をシミュレーシ ンで求めた。この結果、伝送損失は、両ア テナ間の距離が300mmの時に20dB強になるが、 述した無線ICチップ11上のコイル13Aと、基体 ート12上のアンテナ14の結合部コイル14Aとの 結合の小さな伝送損失(1-2dB)もと併せて考え と、この程度の距離までは、読み取り可能 判断される。

 次に、本発明の第2の実施形態を図9と図10に 示す。基体シート91の上でアンテナ92は閉じ ループを形成する。図9は無線ICチップ93がア ンテナ92が形成するループ状コイル92Aの内部 包含される例を示し、図10は無線ICチップ93 アンテナ92が形成するループ状コイル92Aの 部に配置される例を示している。それぞれ おいて、無線ICチップ93のコイル93Aと、アン ナ92のコイル92Aとは磁界結合している。
 無線ICチップ93の表面上にはコイル93Aのみを 示したが、このコイル93Aは、図1Aにおける無 ICチップ11と同様に、回路要素または機能ブ ロックと接続されている。

 図9と図10においても、アンテナ92の線の さに比べて無線ICチップ93の大きさを誇張し 示している。アンテナ92のループ形状の実 長さは波長に相当させるのが一般的である 紙等の基体シート91に固定して用いる無線IC ップ93は通常ほぼ1mm以下であり、アンテナ92 の長さは波長に応じて設計され、ほぼ数十mm 度である。

 チップとアンテナとの間の結合の機能を つ前述の「結合ユニット」においては、原 的には無線ICチップ93のコイル93Aとの結合部 の導体が平行して近接していると、2つの回 は互いに磁界結合する。この結合は集積回 の配線設計ではクロストークの原因であり 使用を回避したい構造であるが、本発明で 伝達電磁エネルギを増すために積極的に近 させ、その平行部分の長さを長くする。

 近接させる方法として無線ICチップを包 するのでなく、無線ICチップのスパイラル状 コイルと磁界結合させるアンテナ(アンテナ )を重ねる方法がある。この場合、チップ上 イルは保護膜としてプラズマシリコン窒化 などで絶縁されているので、チップ上コイ とアンテナ線の結合部コイルとは絶縁膜で 離される。

 また、チップ上コイルと基体シート上の イルとの間の平行部分を長くする方法は、 合部コイルとなるアンテナ線をスパイラル きにする方法である。それを図11に示す。 11で、111は基体シート、112はアンテナ、112A スパイラル巻きしたアンテナの結合部コイ 、113は無線ICチップ、113Aはチップ上コイル ある。基体シート111の上で、無線ICチップ113 上のコイル113Aは、用いる周波数に依存して 宜に長さを設計し、スパイラル巻きを用い 。この場合、スパイラル状のコイル112Aの内 線端を、スパイラル巻きの外に取り出す必 がある。これは一層のアンテナ線では構成 きないので、アンテナ112は2層にして作られ る。

 図12は、周波数2.45GHzでリーダ・ライタ用 ループアンテナ124から電磁波が送られ、基 シート121上のアンテナ122がこれを受信する 様を示したものである。アンテナ122には、 じ周波数の電流が誘起され、磁界結合する 線ICチップ123のコイル123Aがこれを受信する 無線ICチップ123の電力変換のための電源回 が動作に必要な直流電力を作り出し、これ 蓄積する。これを用いて、記憶されている ータをチップ上コイル123Aからアンテナ122に 界結合を通して送信する。読取りモードで ーダ・ライタ125はアンテナ同士の電磁界結 を通してデータを受信する。

 次に、図12に示すリーダ・ライタ125側と 体シート121側との2つのアンテナ122,124が、同 一構造・寸法であるとして、両アンテナ間の 間隔を変えて、2.4GHz近くの周波数で伝送特性 をシミュレーションで求めた。この結果、伝 送損失は、前述したダイポールアンテナの場 合とほぼ同様に300mm程度の距離でも読み取り 能との見通しを得るものであった。

 以上はアンテナの共振周波数で電力を送 動作例を説明したが、電力送信は十分な電 を持つ外部プローブアンテナから行うので 周波数は無線ICチップ123と結合する基体シ ト121上のアンテナ122の共振周波数に完全に 一致させなくても良い。

 次に図13を参照して本発明の第3の実施形 を説明する。第3実施形態では、無線ICチッ とアンテナ線との結合ユニットが、アンテ 線の一端に配置されており、基体シート上 ンテナ線の結合部がループ状あるいはスパ ラル状のコイルであり、アンテナ線の端部 接続パッドの上に無線ICチップを配置した である。図13で(A)は平面図であり、(B)は(A)に おけるX2-X2線断面図である。図13の(B)の断面 において、基体シートの厚みは誇張して図 している。この点は以下の実施形態の説明 も同じである。図13の(A),(B)において、131は 体シート、132はアンテナ線、132Aはアンテナ 132の結合部として作用するスパイラル部(ル ープ部)、132Bは接続パッド、133は無線ICチッ 、133Aは無線ICチップ133上のコイルである。 線ICチップ133の片面はシリコン基板と接続さ れたアルミニウムでできており、スパイラル 部132Aの内側の一端に形成された接続パッド13 2Bの上に導電接着剤(例えば銀ペーストなど) 固定される。

 この場合のアンテナ線は、4分の1波長モ ポールアンテナであり、通常、その一端に 続されているコイルを介して接地されるが この場合は、アンテナ側のコイルとチップ のコイルとが相互に接続されている状態で 用する。従って、この方法では、一端を電 的に接続することが必要で、その点では従 技術と同様の問題がある。

 本発明の第4の実施形態として、複数の結 合部が一本のアンテナ線に構成され、また無 線ICチップが複数配置されている構成を有す 例を、配置平面図として図14に示す。基体 ート141の上に形成されるループ状のアンテ 142は蛇行部(ミアンダー)144を有する。蛇行部 144は、形状の異なる複数の無線ICチップ143に して複数の結合部を形成している。複数の 線ICチップ143のそれぞれの大きさは、結合 の中に納まらない例も示した。このように 屈曲する蛇行部144を有するアンテナ142を「 アンダーアンテナ(蛇行状アンテナ)」と呼ぶ 。

 また無線ICチップ143がミアンダーアンテ 142をまたぐ形の例も示した。アンテナ線が 線ICチップの中央を横切るように配置される と、方向が逆の磁界が横切るので実質的に磁 界結合は得られない。多くの無線ICチップの 置を個別に制御しないで用いるパウダーの 式で用いるときは、このような状態が起き が、必ずアンテナ線と磁界結合できる位置 配置される確率が高いので、結合しない場 が起こり得ることを無視して用いる。

 また、逆向きの電流が流れる2本のアンテ ナ線が無線ICチップ143を横切るときには磁界 合は起きないので、これは設計や製造工程 中で調節して避ける。

 図14ではミアンダーアンテナ142における 行部144の屈曲周期(またはピッチ)を一定させ て描いたが、用途によりピッチは場所に依存 させて変えてよい。

 本発明における前述のような構成によれ 、微小なチップと電磁エネルギの伝達可能 アンテナを安定に余裕をもって結合させる とができる。

 以上、第1から第4までの本発明の実施形 について、結合部/結合ユニットおよびアン ナの構造・構成について説明してきたが、 れらはいずれも基本的な形状の例を挙げて べている。アンテナの結合部コイル(図1Aに ける14A、およびその相当部92A,112A,122A,233A等) は、単巻でも、スパイラル巻でも、また単層 基板あるいは多層基板の上下に導体を配した ヘリカル巻でも、いずれの場合でも実現可能 である。また、アンテナ線におけるチップ上 コイルとの結合部コイルの形が、方形に巻か れていても、円形や楕円形、あるいは多角形 に巻かれていても、同様にチップ上コイルと 結合するという結合ユニットの構成要素とし ての目的を実現することができ、これら一連 の変形例は、すべて本発明の技術的思想に含 まれる。

 同様のことが、第1から第4までの実施形 において、無線ICチップ上のコイル(図1Aにお ける13A、およびその相当部であるコイル93A,11 3A,123A,133A等)についても当てはまる。すなわ 、チップ上コイルも、単巻でも、スパイラ 巻でも、ヘリカル巻でも実現可能であるし コイルの形が方形、多角形、円形、楕円形 どいずれの形でも実現可能であり、いずれ 本発明の技術的思想に含まれる。

 またアンテナについても、第1から第4ま の実施形態において、直線状のダイポール ンテナ、モノポールアンテナ、方形のルー アンテナについて説明してきたが、これら アンテナは1つの例を示したに過ぎず、その 状が、直線状でも、波形やメアンダー型な の形でも、さらに正方形でも、斜方形でも その他の多角形でも本発明の技術的思想に まれる。

 前述した無線ICチップとアンテナとの結合 とは、ぴったりと重ならず少々ずれても磁 結合に大きな支障のないことは若干説明し が、このことをあらためて図15と前述の図13 例とを用いて説明する。
 まず図15はループアンテナを用いた例であ 。基体シート151上における典型的な本発明 係る無線ICチップ153とループ状のアンテナ152 のコイル(結合部)152Aとの磁界結合を示す。無 線ICチップ153上にはスパイラル状のコイル153A が形成されている。この図では、無線ICチッ 153がコイル152Aからややはみ出しているが、 双方の磁界結合には大きな影響はない。
 また前述した図13に示した例は、モノポー アンテナを用いた例であったが、この場合 例でも無線ICチップ133が結合部中心からやや 図中上側に偏ってはみ出しているが、同様に 双方の磁界結合には大きな影響はない。

 基体シート12等の材料については、第1から 4の実施形態においては、紙を使っているが 、導体でないシート上の材料であれば紙以外 のもの、例えばプラスチックやこれらと同様 な特性を有する材質でもよい。
 さらに基体シート12等の厚みについては、 ートというほど薄くない、例えばカード程 の厚さがあってもよい。前述した図13の(B)の 図示例で、基体シート131はある程度の厚みを 有するカード形態を有している。

 また、第1から第4までの実施形態において 、基体シートの上に無線ICチップとアンテナ のコイル(結合部)が配置され、しかも無線IC ップのコイル側を上にした構成であったが このような構成に対する変形例について以 に図16A~図16Jを参照して述べる。
 まず、先の実施形態では無線ICチップとシ ト上コイル(結合部)が基体シートの同じ面上 に配置されていたが、図16Aでの無線ICチップ1 63で示すごとく、無線ICチップが上下反転し いる場合でも結合ユニットの機能は十分に 現することができる。以下の変形例の説明 も、いずれにおいても無線ICチップ163の上下 反転も含むものとする。図16Aの(A)と(B)におい て、161は基体シート、162はアンテナの一部で あって結合部引出し部、162Aはアンテナ162の イル(結合部)、163Aは無線ICチップ163上のスパ イラル状コイルである。図16Aの(A)で、正方形 の無線ICチップ163の一辺の長さは例えば450μm あり、正方形のコイル162Aの一辺の長さは例 えば550μmである。

 次に、図16Bに示すように、無線ICチップ16 3のコイル163Aとアンテナ162のコイル(結合部)16 2Aとが、それぞれ、基体シート161において互 に反対側の位置になるように配置されてい 場合も、この結合ユニットの機能は十分発 できる。ただし、このような場合は、基体 ート161の厚みが、無線ICチップ163のコイル16 3Aとコイル(結合部)162Aとの間隔を決めている で、十分な結合がとれる程度の厚さを有す 基体シート161を用いる必要があるのは当然 ある。

 さらに、図16Cに示すように、無線ICチッ 163が基体シート161とその上側に位置するシ ト164に挟まれ、その基体シート161あるいは ート164の外部の面にアンテナ162のコイル(結 部)162Aを配置することもできる。これとは に、アンテナ162とおよびそのコイル(結合部) 162Aが、基体シート161とその下側に位置する ート164の間に挟まれ、無線ICチップ163を基体 シート161あるいはシート164の上のコイル(結 部)162Aの近くの箇所に配置するということも できる(図16D)。

 上記のような場合には、紙を漉くときに 無線ICチップ163やアンテナ162およびそのコ ル(結合部)162Aを紙の中に漉き込むといった 合も含まれる。そのため、図16C、図16D、図16 E、図16Fなどには基体シート161とシート164と 間の境界を破線で示したりして、その意味 表現している。

 また上記の変形例と同様に、アンテナ162 よびそのコイル(結合部)162Aも、無線ICチッ 163と同じ基体シート161上に配置してその上 もう1枚のシート164をかぶせることもできる 図16Cあるいは図16Dのような場合も、図16Bの 合と同様に基体シート161あるいはシート164 厚さが十分な磁界結合がとれる程度の厚さ 下であることが必要であることについては 様である。

 図16Eに示すように、無線ICチップ163とアン ナ162およびそのコイル(結合部)162Aとを同一 体シート161上に配置し、その上側にシート16 4をかぶせて貼り合わせることもできる。
 さらに図16Fに示すように、無線ICチップ163 アンテナ162およびコイル(結合部)162Aのそれ れが基体シート1161の上下の異なる面に配置 れ、それぞれの上にシート164をかぶせるよ にすることもできる。

 図16Aから図16Fまでの図を用いて説明した 形例が、第1から第4までの実施形態の基本 な変形例であるが、その上に、その中で基 シート161の上面あるいは下面に配置された 線ICチップ163あるいはアンテナ162およびその コイル(結合部)162Aを印刷インク165などでコー ティングする場合もある。その例を図16G、図 16H、図16I、あるいは図16Jに示す。以上の図16G ,16H,16I,16Jはコーティングしたインクとアンテ ナまたはチップ上コイルの表面とを一致させ て描いたが、インクが盛り上がってそれらを 覆うように仕上げることも粘度に応じて起き る。

 以上では、アンテナとそのコイル(結合部 )、無線ICチップ、それらを保護するためのシ ート、基体シートの層構造を説明した。製造 方法についてもそれぞれについて便利な方法 がある。物理的に接触させて結合させる必要 がないので、あらかじめアンテナや無線ICチ プの部品をシートに接着剤で接着させて、 置合わせをしてそれぞれのシート同士を連 して接着する製造方法が可能である。接着 せたシートをベルトのように巻き取ってロ ルで供給することも可能である。基体シー やシートを熱硬化樹脂で作ると、後から剛 を与えることもできる。アンテナは金属微 末を用いて印刷で作ることも可能である。 刷は凸版でも凹版でも可能であり、インク 種類別にオフセット印刷することも可能で る。

 チップが例えば0.15mm程度に小さくなると それを選んでピックアップするのが困難に る。チップの一面に磁性材料などを付けて き、それを磁石を利用して上下の関係も選 でピックアップすることも可能である。

 以上に説明した第1から第4の実施形態お びその変形例では、1個あるいは複数個の無 ICチップと1個のアンテナを結合させる結合 ニットについて述べたが、逆に、1個あるい は複数個の無線ICチップに複数個のアンテナ 従って複数個のアンテナ結合部を持たせる ともできる。

 その例として、ループアンテナの場合に いて、図17に示す。図17の(A)は平面図であり 、(B)はX13-X13線断面図である。図17の(A)と(B)に おいて、171は基体シート、172,173はループ状 アンテナ、174は無線ICチップである。アンテ ナ172,173はそれぞれコイル172A,173Aを備える。 ープ状アンテナ172,173は、それぞれ基体シー 171の上面と下面に配置され、かつ上下で位 的に同一位置に重ならないようにしている これにより、基体シート171の面積を有効に 用することが可能となる。

 基体シートの表裏(2層)に2個のアンテナを 配置するという技術的思想は、当然3層以上 多層の基体シートに2個以上のアンテナを配 して、1つのチップに結合させることもでき るので、このような場合も本発明の技術的思 想の中に含まれる。

 また直線状のアンテナ(ダイポール型とモ ノポール型がある)のときは、上下で90度回転 させて直交させることも自由に設計できる。 またアンテナ線は限られた面積のなかで設計 した長さを得るために、屈曲させて設計して も良い。またアンテナの受信周波に対する整 合をとるために、適切なキャパシタンス成分 が生成されるように形を設計するとができる 。

 以上、実施形態を挙げて本発明の詳細な 明を行ってきたが、いずれも無線ICチップ アンテナとを両方のコイル/ループによる磁 /磁束を介して低損失に結合できる効果があ る。また、本発明の実施形態・変形例を整理 すると、(1)アンテナの形・構造、(2)無線ICチ プ上のコイルの形・構造、(3)無線ICチップ コイルと結合するアンテナの結合部の形・ 造、(4)アンテナや結合部を基体シートの両 に配置するなどの多層の基体シートを用い ものなどに区分されるが、各々において説 してきた実施形態以外にも様々な形態が考 られるが、それはすべて本発明の技術思想 含まれる。

 RFIDを安価に利用したいという産業上の要 請が強い。その実現にむけて半導体チップを 微小にすればよいが、RF伝達のためのアンテ との物理接続が信頼性の面から制限がある めに困難であった。150μm以下に小さくする 紙のような屈曲する基体(シート)の上でも ップが破壊されず、微小チップとRF伝達の両 立を可能にすればRFIDの市場は大きいと言わ ていた。本発明はそれを可能にさせる。さ に磁界結合によるチップとアンテナのシー への配置は、偽造紙幣等の防止にも利用可 である。

本発明に係る基板シートの平面図を示 し、本発明による磁界結合する誇張した無線 IC(RFID)チップとダイポールアンテナの配置平 図である。 無線ICチップの拡大平面図である。 実験およびシミュレーションに用いた アンテナ結合用円形コイルとチップ上コイ との磁界結合系を示す模式的な斜視外観図 ある。 本発明による磁界結合の実験に用いたL Cタンク回路の模式的平面図である。 本発明による磁界結合による電力伝送 計算に使用したモデルを示す電気回路図で る。 リーダ・ライタ側コイルから見たチッ 上コイルとの結合系の反射係数のスミス線 (実験値)である。 リーダ・ライタ側コイルから見たチッ 上コイルとの結合系の反射係数のスミス線 (シミュレーション値)である。 リーダ・ライタ側コイルからチップ上 イルまでの電力伝送損失のコイル間隔(ギャ ップ)依存性を示すグラフである。 図1Aに示した無線ICチップとダイポール アンテナとの実際の配置関係をイメージ的に 示す平面図である。 無線ICチップが磁界結合するループア テナの内側にある場合における無線ICチップ と磁界結合するループアンテナの配置平面図 である。 無線ICチップが磁界結合するループア テナの外側にある場合における無線ICチッ と磁界結合するループアンテナの配置平面 である。 無線ICチップと渦巻きモノポールアン ナの配置平面図である。 基体シート上のループアンテナと電磁 界結合するリーダ・ライタのループアンテナ の斜視外観図である。 無線ICチップの片面が渦巻きの内側端 接続したモノポールアンテナの配置平面図( A)と、(A)におけるX2-X2線断面図(B)である。 複数の磁界結合部をもつミアンダーア ンテナと、起こり得る複数のチップの配置例 とを示す平面図である。 無線ICチップの一部が重なるループア テナの配置平面図である。 無線ICチップが上下反転した場合の結 合ユニットの平面図(A)と、(A)におけるX3-X3線 面図(B)である。 無線ICチップをアンテナ結合部と反対 側に配置した場合の結合ユニットの平面図(A) と、(A)におけるX4-X4線断面図(B)である。 無線ICチップが基体シートとシートに 挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結合ユ ニットの平面図(A)と、(A)におけるX5-X5線断面 (B)である。 アンテナ結合部が基体シートとシー に挟まれるかまたは埋め込まれた場合の結 ユニットの平面図(A)と、(A)におけるX6-X6線断 面図(B)である。 無線ICチップとアンテナ結合部とが基 体シートとシートに挟まれるかまたは埋め込 まれた場合の結合ユニットの平面図(A)と、(A) におけるX7-X7線断面図(B)である。 無線ICチップとアンテナ結合部が基体 シートと2枚のシートに挟まれるかまたは埋 込まれた場合の結合ユニットの平面図(A)と (A)におけるX8-X8線断面図(B)である。 無線ICチップが基体シートとシートに 挟まれるかまたは埋め込まれ、アンテナ結合 部にコーティングした場合の結合ユニットの 平面図(A)と、(A)におけるX9-X9線断面図(B)であ 。 アンテナ結合部が基体シートとシー に挟まれるかまたは埋め込まれ、チップに ーティングした場合の結合ユニットの平面 (A)と、(A)におけるX10-X10線断面図(B)である。 無線ICチップおよびアンテナ結合部が 基体シート上でコーティングされている場合 の結合ユニットの平面図(A)と、(A)におけるX11 -X11線断面図(B)である。 無線ICチップとアンテナ結合部が基体 シートの互いに反対側に配置されコーティン グされている場合の結合ユニットの平面図(A) と、(A)におけるX12-X12線断面図(B)である。 1つの無線ICチップと磁界結合するルー プアンテナが上下2層に配置されたシートの 面図(A)と、(A)におけるX13-X13線縦断面図(B)で る。 従来の非接触ループアンテナ式ICカー の構成を示す正面図である。 従来のリーダ・ライタが無線ICタグの ータを読み取る様子を示す模式図である。 従来の非接触ダイポールアンテナ式IC ードの部品配置図(A)と、(A)におけるX1-X1線 面図(B)である。 2005年国際博覧会の入場券の構造(非特 文献2の図6.9)を示す図(平面図(A)と断面図(B)) である。 RFIDシステムの一例としての「愛地球 」入場システムの模式図である。 乗車券カード(従来の非接触ICカード) 読取り装置の例を示す斜視図である。 磁界結合型非接触ICカードの読み取り ために、リーダ・ライタ用コイルとICカー のコイルとが磁界結合していることを表し 模式図である。 超小型無線ICチップの収容機能の2つの 例(A),(B)を示す図である。

符号の説明

 11,93,113,123,133,143,153,163,174…無線ICチップ 12,91,111,121,131,141,151,161,171…基体シート、13A,3 3A…無線ICチップ上のスパイラル状コイル、14 ,92,112,122,132,152,162,172,173…アンテナ、14A,92A,112 A,152A,162A…アンテナの結合部コイル、93A,113A,1 23A,133A,153A,163A…チップ上コイル、112A…スパ ラル巻きアンテナ線の結合部、124…リーダ ライタ用のループアンテナ、125…リーダ・ イタ、132…アンテナ線、132A…アンテナ線の パイラル部、142…ミアンダーアンテナ、144 アンテナの蛇行部(ミアンダー)、162…結合 引き出し線、164…シート、165…インクコー 膜。