具備層疊線圈天線的小型ic標簽及其制法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具備層疊線圈天線的小型IC標簽及其制法，特別涉及RFID(射頻識 另Ij)標簽，上述RFID標簽適合用于在微波帶、UHF (特高頻）帶的通訊頻率下無法通過使用 半波長天線的RFID標簽來應對的、要求小型化的適應金屬的RFID標簽利用領域中。
【背景技術】
[0002] 為了 IC標簽的小型化，在保持向IC芯片供電的內置天線的高靈敏度的狀態下如 何減小尺寸成為課題。可以選擇使用波長足夠小的亞毫米波、毫米波，也在進行使用利用不 依賴于波長的集中常數的線圈、電容器部件的小型電磁波共振器來實現小型化。
[0003] 專利文獻1中公開了一種適應金屬的RFID標簽，其如下構成：具備含有與IC芯片 連接的微小環形天線的RFID標簽主體和隔著絕緣層覆蓋上述IC芯片的臂（arm)，將上述臂 在微小環形天線的環的纏繞方向上延伸僅相當于該環大概半圈的長度來覆蓋IC芯片。
[0004] 另一方面，專利文獻2中公開了一種卡盒，其在非接觸IC卡用的卡盒中內置天線， 通過與卡內天線的電磁耦合來進行通信電波增強，發揮作為增幅器的功能，從而使通信距 離等伸長。專利文獻2中記載了 ：將增幅器用通信天線設定為與非接觸式IC卡的通信天線 相比天線線圈的開口面積更大、或天線線圈的圈數更多、或天線搭載區域尺寸更大，而進行 搭載。此外記載了，增幅器天線可以是線圈狀天線或線狀天線中的任一種。
[0005] 進而，專利文獻3中公開了一種增幅器天線，其由Q線圈和電容器構成，配置在 RFID標簽和RFID讀寫器之間。該Q線圈是以對導體以相同的半徑在軸方向上展開的方式 以螺旋狀纏繞多次而形成的。
[0006] 此外，專利文獻4中公開了一種RFID標簽，如下形成：層疊在表背面形成有天線圖 案的天線用基板，用通孔等對層疊基板之間進行串聯電連接，以使各天線線圈圖案與相鄰 的圖案連接，形成一個閉合的線圈。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1:日本特開2011-204130號公報
[0010] 專利文獻2:日本特開2005-332015號公報
[0011] 專利文獻3:日本特開2009-21970號公報
[0012] 專利文獻4:日本特開2010-152449號公報
【發明內容】
[0013] 發明所要解決的問題
[0014] 空氣中的半波長為15~16cm的UHF、微波帶的IC標簽大致分類的話有以下兩種。
[0015] (1)內置波長依賴性顯著的半波長共振偶極基調天線的普通尺寸IC標簽，（一邊 為IOcm左右）
[0016] (2)內置有沒有波長依賴性的由線圈、電容器連接成的共振電路的超小型尺寸的 IC標簽（一邊為幾 mm程度，例如2. 5mm)、LC共振
[0017] 上述（1)的IC標簽即使為5m~7m程度的跨越距離（通信距離）也能實現規定 的接收靈敏度，而相對于此，在相同條件的檢測電波輸出下，上述（2)的IC標簽只能得到跨 越距離幾_的接收靈敏度。這是最優先考慮超小型化的結果。
[0018] 作為市場的需求，要求：作為適應金屬的小型IC標簽，實現在可容許超小型標簽 的數倍大小（幾_見方的級別，例如一邊為5_至8_，以下為"小型IC標簽"）的環境下， 能夠得到至少幾十cm程度跨越距離的通訊靈敏度的小型IC標簽。
[0019] 這樣的小型IC標簽適合設置在金屬制的各種設備的螺孔、凹處、金屬表面、角部 等幾 mm見方級別的狹小部位。例如在需要定期檢查的自來水管的閥、下水道的鐵蓋等各種 公共的設施、設備，需要進行商品管理的車輛等租賃設備，需要維修的醫療設備等各種領域 中可考慮小型IC標簽的用途。如果是這樣的小型IC標簽，則無論安裝該IC標簽的對象設 備、設施等的設置環境是金屬面還是非金屬面，都能夠直接設置。因此，對這些對象設備、設 施進行少量加工即可，考慮了環境、外觀的設置部位的選擇自由度也增大。
[0020] 專利文獻1的發明在跨越距離方面相當于上述（2)，雖然是小型但通信距離短。
[0021] 即使為了改進通信距離而采用上述（1)的具有波長依賴性且兼用保護金屬板的 天線共振器，如果小型化至波長（例如30~32cm)的幾十分之一即幾_見方的級別，則靈 敏度也會顯著下降，變得不實用。因此，即使是上述（1)的方式，小型化也有限。
[0022] 另一方面，已知通過專利文獻2、專利文獻3所記載那樣的增幅器來延長IC標簽的 通信距離。
[0023] 然而，專利文獻2、3所記載的RFID標簽均不適應金屬。即，這些RFID標簽是相對 于安裝面平行地放置天線線圈開口面的結構，因此如果設置環境為金屬面，則即使標簽的 設置天線的金屬面上有絕緣層，也會電磁性接觸而產生短路，或內置天線整體與金屬面電 容耦合，在對金屬面內部平行投影的鏡像天線中流過完全反向的高頻電流。因此，RFID標 簽內部的天線和鏡像天線的電磁感應相互抵消，使得電磁波難以向外部放射，因而無法得 到充分的靈敏度。進而，這些RFID標簽以人所攜帶的HF帶電波（13. 56MHz)的IC卡為前 提，為了增強其靈敏度而花費了工夫。假設使用幾_見方程度的小型尺寸HF帶用增幅器 天線的情況下，存在HF帶增幅器線圈的圈數超過百圈等情況，在幾_見方的級別下無法將 RFID標簽小型化。并且，使用設置環境是金屬面時，如果增幅器的線圈是以螺旋狀纏繞多次 的線圈，則增幅器的線圈狀天線的外周與金屬安裝面接觸或接近，從而金屬面和繞線產生 高頻短路，線圈的電感值L產生變化，例如減少。同樣地，線圈的寄生電容C也產生變化，例 如增加。因此，共振條件消失，有IC標簽的通訊靈敏度急劇劣化這樣的問題。
[0024] 專利文獻4所記載的RFID標簽中，多層結構的天線圖案與IC芯片串聯連接。根據 設置環境，例如對于道路上設備的帶IC標簽組裝部的下水道蓋等，也可能有時由于車輪、 沙土的沖擊等從外部對多層基板施加切斷通孔那樣的應力、沖擊。該情況下，專利文獻4的 RFID標簽中，各基板的天線線圈獨立地變形，天線圖案有可能產生層間切斷。并且，難以說 適應金屬，也沒有相當于增幅器線圈者，因此在使用設置環境為金屬面時，通信距離可認為 是幾 mm程度以下。
[0025] 本發明的目的在于，提供不受設置環境影響而能夠穩定地得到跨越距離至少幾十 cm程度的通訊靈敏度的小型IC標簽。
[0026] 用于解決課題的方法
[0027] 根據本發明的代表性的構成，具備層疊線圈天線的小型IC標簽的特征在于，具備 超小型IC標簽和至少一個層疊線圈，上述超小型IC標簽具有構成共振電路的帶狀線圈天 線和與該線圈天線連接的IC芯片，上述層疊線圈是在同一平面上以漩渦狀多次纏繞在軸 周圍的漩渦狀線圈，且是該層疊線圈的纏繞開始的起點和纏繞結束的終點未連接的開放型 線圈，上述超小型IC標簽和上述層疊線圈以非電連接且電磁耦合的方式構成，上述超小型 IC標簽和上述層疊線圈以上述漩渦狀層疊線圈的天線面和上述超小型IC標簽的天線面平 行或重疊的方式一體化，上述層疊線圈的外側由絕緣性的部件被覆。
[0028] 發明的效果
[0029] 根據本發明，能夠實現可得到跨越距離至少幾十cm程度的通訊靈敏度的小型IC 標簽。即使設置環境為例如金屬面也能夠實現高靈敏度。
【附圖說明】
[0030] 圖1是表示在金屬物上設有本發明的第一實施方式所涉及的小型IC標簽的立體 圖。
[0031] 圖2A是在圖1的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的俯視圖。
[0032] 圖2B是在圖1的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的側視圖。
[0033] 圖3是對使用圖2的超小型IC標簽和層疊線圈來制造第一實施方式的小型IC標 簽的例子進行說明的圖。
[0034] 圖4是說明圖3的小型IC標簽的制造過程的圖。
[0035] 圖5是對圖3的層疊線圈制法的一個例子進行說明的圖。
[0036] 圖6是說明圖3的層疊線圈的等效電路和共振條件的圖。
[0037] 圖7是表示對第一實施方式所涉及的小型IC標簽使用的讀寫器的一個例子的圖。
[0038] 圖8是表示使用圖7的讀寫器與第一實施方式所涉及的小型IC標簽進行通訊的 使用例的圖。
[0039] 圖9A是表示在金屬物上設有本發明第二實施方式所涉及的小型IC標簽的例子的 立體圖。
[0040] 圖9B是說明第二實施方式所涉及的小型IC標簽的動作的立體圖。
[0041] 圖10是表示對第二實施方式所涉及的小型IC標簽通過實驗求出層疊線圈的數量 (N)與靈敏度（cm)的關系的結果的一個例子的圖。
[0042] 圖11是本發明的第三實施方式所涉及的小型IC標簽的縱截面圖。
[0043] 圖12是在第三實施方式所涉及的小型IC標簽中使用的超小型IC標簽的立體圖。
[0044] 圖13是表示第三實施方式所涉及的小型IC標簽的制造方法的圖。
[0045] 圖14是表示第三實施方式所涉及