無線ic標籤和無線ic標籤的製造方法

2023-04-24 14:24:21 1

專利名稱：無線ic標籤和無線ic標籤的製造方法
技術領域：
本發明涉及通過無線發送記錄在IC標籤中的信息的無線IC標籤及其製造方法，特別涉及對設置在無線IC標籤中的天線部分的結構進行了改良的無線IC標籤及其製造方法。
背景技術：
近年來，在物品和構造物的信息管理、或者物流管理等中正在廣泛利用無線IC標籤。這樣的無線IC標籤由記錄了信息的小的IC晶片和通過無線發送IC晶片的信息的小的天線構成，被粘貼在物品上或嵌入到構造物中而利用。在讀取記錄在IC晶片中的信息(即與各個物品和構造物的屬性等有關的信息)的情況下，只要將讀寫器(reader-writer)覆蓋在無線IC標籤上，在與讀寫器之間進行通信，就能夠非接觸地讀取記錄在IC晶片中的信息。
作為這樣的無線IC標籤，已知例如在特開2003-298464號公報中(參考段落編號0067～0071以及圖6)中揭示的技術。在該技術中，構成為用電介質損失較低的聚丙烯等電介質材料的殼體夾著在電介質的兩側形成了發射導電層(天線層)和接地導電層(接地層)的微帶天線(microstrip antenna，偶極天線)。因此，由於包含IC晶片的天線部分被殼體覆蓋，所以耐氣候性優越，同時防塵性也好。
一般，如果將無線IC標籤粘貼在金屬上使用，則由於金屬的影響而通信距離顯著下降。對比文獻2揭示了使得即使粘貼在金屬上也不降低通信距離的技術。在特開2003-85501號公報(參考第0010～0016段落以及

圖1～圖3)所揭示的技術中，在作為接地的導電體上隔著絕緣層形成第一天線，並且將導電體作為第二天線。所以，通過利用靜電耦合在第一天線和第二天線(導電體)之間產生電位差，而即使將無線IC標籤粘貼在金屬上，因第二天線的電波反射作用而從第一天線發射的電波強度也不減弱，防止了通信距離的降低。
但是，在上述專利文獻所揭示的任意一個現有技術中，都使用了偶極天線(dipole antenna)。如果為了有效地發射電波而將電波波長設置為λ，則偶極天線的長度必須是λ/2。如果長度小於1/2λ，則天線的效率顯著降低而難以進行通信，因此作為大小無法構成小於等於λ/2的無線IC標籤。
另外，無論是偶極天線還是單極天線，都有以下的特性，即隨著電波頻率提高而金屬的影響變大。因此，例如即使在現在正在研究的頻率為2.4GHz頻帶的微波進行通信的無線IC標籤中適用專利文獻2所揭示的天線，由於天線效率的降低，也無法對金屬使用。對於天線的效率降低，某種程度上可以通過提高讀寫器的靈敏度來補償，但在該情況下，由於讀寫器側的天線成為特殊的形狀，所以讀寫器沒有通用性，使用變得不方便。

發明內容
本發明就是鑑於以上問題點而提出的，其目的在於提供一種即使使天線大小小型化而嵌入到金屬材料中，也能夠在微波頻帶的電波中得到充分的通信距離的小型無線IC標籤。
本發明的無線IC標籤就是為了達到上述目的而提出的，是一種無線IC標籤，具備記錄了信息的IC晶片、通過無線發送記錄在該IC晶片中的信息的天線，該天線為以下這樣的3層結構，具有安裝有IC晶片的供電部分的寬度變細，並且在供電部分的兩側擴展的電波的發射部分變寬的發射電極；被配置為與發射電極的一個面相對，並與該發射電極的一端連接的接地電極；隔著發射電極和接地電極之間的電介體。這時，發射電極為存在於供電部分的兩側的2個發射部分的面積為非對稱那樣的偏移(offset)構造的O型天線、多角形天線或者H型天線。另外，發射電極和接地電極通過電介體的側面或貫通孔而電連接。通過這樣的結構，通過來自大面積的發射電極的高效的電波發射和來自接地電極的反射電波，而即使減小無線IC標籤的天線也能夠延長通信距離。
根據本發明，具有以下的構造將基於安裝了IC晶片的供給點左右的發射部分為非對稱的供電點左右偏移構造O型天線和H型天線等的發射電極、夾著電介體的背面側的接地電極電氣地連接起來，由此即使將無線IC標籤的尺寸設置為小於等於0.1λ，也能夠在微波頻帶的電波下確保充分的通信距離。由此，例如能夠在設置在由金屬材料構成的螺栓(bolt)的頭部上的直徑10mm×深度2mm左右的孔(holes)中安裝該無線IC標籤。另外，作為其他優點，即使對無線IC標籤進行小型化也不需要特殊的讀寫器的天線，能夠在偶極或補片天線等已知設備中穩定地進行通信。另外，通過設置放大O型天線或H型天線的發射電波的輔助天線，能夠進一步增強從無線IC標籤發射的發射電波，進一步延長無線IC標籤的通信距離。
附圖文字圖1是表示本發明的實施例1的無線IC標籤的O型天線的圖，(a)是表面圖，(b)是A-A截面圖，(c)是背面圖。
圖2是表示用貫通孔將發射電極和接地電極連接起來的情況下的無線IC標籤的圖。
圖3是表示將圖1所示的O型天線的無線IC標籤嵌入到金屬材料中而安裝的狀態的截面圖，(a)是將無線IC標籤安裝到金屬材料中的截面，(b)是表示無線IC標籤的截面。
圖4是表示保護了IC晶片的無線IC標籤的圖。
圖5是表示本發明的實施例2的無線IC標籤的製造步驟的圖，(a)表示成形加工前，(b)表示成形加工後。
圖6是表示在天線發射部件表面形成樹脂模(mould)的形狀的圖。
圖7是表示本發明的實施例2的無線IC標籤的製造步驟的圖，(a)表示成形加工前，(b)表示成形加工後。
圖8是表示作為本發明的實施例3的、在引線框架(lead frame)上形成了許多發射電極和接地電極的第一變形(variation)的圖。
圖9是表示通過圖8所示的第一變形的引線框架來製造無線IC標籤的製造工序的流程的流程圖。
圖10是表示作為本發明的實施例3的、在引線框架上形成了許多發射電極和接地電極的第二變形的圖。
圖11是表示作為本發明的實施例3的、具有左右為非對稱的半圓形的發射電極和梳子型圓形的接地電極的第三變形的圖。
圖12是表示作為本發明的實施例3的、具有隻有左部分是半圓形的發射電極和梳子型圓形的接地電極的第四變形的圖。
圖13是表示作為本發明的實施例3的、具有左右為非對稱的半圓形的發射電極和放射形狀的接地電極的第五變形的圖。
圖14是表示形成了固定用鉤的無線IC標籤的圖。
圖15是表示形成了固定用鉤的無線IC標籤的圖。
圖16是使用固定用鉤將無線IC標籤安裝在金屬材料上的情況下的說明圖。
圖17是說明變形了的放射形狀的接地電極的圖。
圖18是表示本發明的實施例4的作為第一變形的基於H型天線的發射電極和接地電極的平面圖。
圖19是表示本發明的實施例4的作為第二變形的基於多角形天線的發射電極和接地電極的平面圖。
圖20是在本發明的實施例5中設置了輔助天線的無線IC標籤的構造圖，(a)是設置輔助天線前的截面圖，(b)是設置了輔助天線後的截面圖，(c)是(b)的上面圖。
圖21是接地電極的成形步驟的說明圖。
圖22是其他接地電極的成形步驟的說明圖。
具體實施例方式
以下，參考附圖，針對用於實施本發明的最優形式(以下稱為實施例)的無線IC標籤，舉例進行說明。對於本發明的無線IC標籤，在天線的部分中，設置為安裝IC晶片的天線的供電點附近的寬度變細而成為電波的發射部分的周邊的發射電極的寬度變寬的天線形狀，例如O型、多角形或H型的天線形狀，由此高效地使電磁能量集中在IC晶片的周邊，來提高天線的效率。
發射電極的形狀可以是安裝了IC晶片的供電點的左右的發射部分具有相同面積的對稱構造，也可以是非對稱構造。特別在供電點是左右偏移了的非對稱構造的O型、多角形或H型形狀時，能夠提高發射效率。進而，針對形成在供電點的兩側的二個發射部分，在夾著電介體的背面側設置接地電極，通過側面或貫通孔將任意一個發射部分和接地電極電氣地連接起來。另外，與接地電極電連接的發射部分是發射面積小的發射部分。由此，在發射面積大的發射部分中，能夠得到高的發射效率，同時在安裝的對象物為金屬材料的情況下，由於接地電極能夠與金屬材料電連接，所以提高了發射效率。因此，由於即使縮短發射電極的長度，也不會降低通信距離，所以結果是能夠使無線IC標籤小型化。
例如，即使儘量使發射電極減小，將無線IC標籤全體的尺寸設置為小於等於0.1λ，通過微波頻帶的電波，即使將無線IC標籤安裝在金屬等上也能夠確保充分的通信距離。進而，可以針對由O型、多角形或H型的發射電極構成的天線設置輔助天線。在該情況下，通過輔助天線的放大效果，能夠進一步增加發射電波的強度，進一步延長通信距離。
(實施例1)圖1是表示本發明的實施例1的無線IC標籤的O型天線的圖，(a)是表面圖，(b)是(a)的A-A截面圖，(c)是背面圖。如圖1所示，圓形形狀的O型天線1(發射電極)在作為天線基本材料的電介體2的表面上形成非對稱的2個半圓形的發射電極(發射部分)3a、3b，構成為用細長的頸部分4將發射電極3a和發射電極3b的中央部分連接起來。另外，從細長的頸部分4向發射電極3a的方向形成縫隙(slit)5。進而，在細長的頸部分4中跨過縫隙地安裝IC晶片6，IC晶片6的各個端子與縫隙5的兩側的電極連接。另外，縫隙5形成為用於防止靜電破壞、以及進行IC晶片6和發射電極3a的阻抗匹配的阻抗匹配電路。另外，在電介體2的背面側形成圓形的接地電極7。另外，O型天線1的發射電極3b的端部和接地電極7的端部在電介體2的側面電連接。
即，在電介體2的表面側，作為O型天線1形成具有IC晶片6和縫隙5(阻抗匹配電路)的發射電極3a、3b，該發射電極3a、3b中的發射面積小的發射電極3b的端部和形成在電介體2的背面側的接地電極7的端部在電介體2的側面電連接。另外，發射電極3b和接地電極7如圖2所示，也可以在任意的位置通過貫通了電介體2的多個貫通孔30連接。在該情況下，理想的是設置儘量多的貫通孔，在低阻抗下連接發射電極3b和接地電極7。
該O型天線1、接地電極7、電介體2構成了權利要求中的天線。
如果從IC晶片6向圖1(a)那樣的O型天線1流過了天線電流，則在安裝了IC晶片6的頸部分4中流過最大電流，進而在兩側的發射電極3a、3b中流過電流。由此，發射電極3a、3b的電磁能量集中在IC晶片6，因此即使是小的圓形的O型天線也提高了天線效率。
另外，如圖1(a)所示，通過增大發射電極3a的發射面積，在發射面積小的發射電極3b側與接地電極7連接，即通過構造為供電點左右偏移，能夠有效地發射來自發射面積大的發射電極3a的電波，因此結果是能夠進一步提高O型天線1的天線效率。
進而，通過將接地電極7連接在金屬材料上，等價地增大接地電極面積，提高天線的發射效率，由此即使是小的天線，也能夠進一步提高通信距離。
對於這樣構成的O型天線1，例如在電波頻率為2.4GHz的情況下，可以在直徑小於等於0.1λ(λ電波波長)，即直徑為小於等於10mm的大小的條件下實現。在O型天線1的直徑為10mm時，能夠得到約20mm的通信距離。在該情況下，被安裝的對象物不只是非金屬制的物質，例如也可以嵌入安裝在金屬制的螺栓等上，能夠抑制天線效率的降低，得到相同的通信距離。
另外，在金屬材料上設置孔，並將無線IC標籤安裝在孔中的情況下，為了防止因接觸金屬材料而發射電極3a和接地電極7短路，而如圖1(a)所示，理想的是由發射電極3a、3b構成的O型天線1的直徑比電介體2的直徑(即接地電極7的直徑)略小。電介體2可以使用氧化鋁陶瓷、莫來石(mullite)陶瓷等陶瓷材料、或玻璃陶瓷等無機類材料、或樹脂類材料等的任意一種。作為樹脂類材料，例如可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯聚合樹脂(ETFE)、四氟乙烯-氟烷基乙烯醚聚合樹脂(PFA)、氟元素樹脂、玻璃環氧樹脂、聚醯亞胺等。
除了這些固體材料以外，例如還可以是空氣、氫氣、氬等惰性氣體，也可以是真空。
另外，為了製造圖1所示那樣的無線IC標籤，而在玻璃環氧樹脂、特氟龍(Teflon註冊商標)、陶瓷等的雙面印刷基板的表面上形成由發射電極3a、3b構成的O型天線1，並在雙面印刷基板的背面形成接地電極7。然後，在O型天線1上形成了縫隙5後，將IC晶片6安裝在O型天線1的表面上。進而，在對雙面印刷基板的側面的一部分實施電鍍加工，將O型天線1的端部和接地電極7的端部連接起來。或者，對雙面印刷基板實施貫通孔加工，將O型天線1和接地電極7連接起來。
另外，在雙面印刷基板以外，也可以通過厚膜印刷法，例如在陶瓷基板的表面和背面形成由高頻信號傳送用的金屬材料構成的導體層，來形成O型天線1和接地電極7。
除此以外，也可以使用電鍍法或蒸鍍法，在陶瓷基板上形成O型天線1和接地電極7。例如可以通過以下這樣的方法形成。
(1)在Cu層、Mo-Mn的金屬噴鍍層上覆蓋地形成Ni鍍層和Au鍍層。
(2)在W的金屬噴鍍層上覆蓋地形成Ni鍍層和Au鍍層。
(3)在Cr-Cu合金層上覆蓋地形成Ni鍍層和Au鍍層。
(4)在Ta2N層上覆蓋地形成Ni-Cr合金層和Au鍍層。
(5)在Ti層上覆蓋地形成Pt層和Au鍍層。
(6)在Ni-Cr合金層上覆蓋地形成Pt層和Au鍍層。
接著，說明無線IC標籤的安裝。
圖3是表示將圖1所示的O型天線的無線IC標籤嵌入到金屬材料中而安裝的狀態的截面圖，(a)是將無線IC標籤安裝到金屬材料中的截面，(b)是表示所安裝的無線IC標籤的截面。如圖3(b)所示，無線IC標籤11在電介體的絕緣材料12的表面側形成天線發射部分13，在絕緣材料12的背面側形成接地電極7。在絕緣材料12的側面將天線發射部分13的端部和接地電極7的端部連接起來，並且將IC晶片6安裝在天線發射部分13的上面。另外，天線發射部分13相當於圖1所示的O型天線1，絕緣材料12相當於圖1所示的電介體2。
天線發射部分13也可以是圖1所示那樣的頸部為左右偏移了的O型的形狀，也可以是同樣地頸部為左右偏移了的多角形狀、H型形狀。在任意的情況下，都將發射面積小的發射電極和接地電極7連接起來。由此，能夠提高天線效率。
這樣形成的無線IC標籤11為直徑小於等於10mm的大小，因此例如能夠嵌入安裝到螺栓的頭部中。在該情況下，如圖3(a)所示，在構成螺栓的頭部的金屬材料14上設置直徑10mm×深度2mm左右的孔，並在該孔的底部塗抹導電性粘接劑15，使接地電極7朝向孔的底部地將無線IC標籤11嵌入到該孔中。然後，用環氧樹脂等密封材料16對金屬材料14的孔與無線IC標籤11的間隙和無線IC標籤11的表面部分進行模製(mould)。由此，無線IC標籤11在被嵌入到金屬材料14中的狀態下安裝，同時接地電極7與金屬材料14電連接。
另外，在安裝無線IC標籤11時，為了防止IC晶片6脫落，理想的是如圖4所示，朝向天線發射部分13地在IC晶片6上滴下環氧樹脂並使之固化，從而形成圍著IC晶片6的樹脂的保護層6a。由此，能夠防止IC晶片6脫落。
另外，作為用於模製(mould)無線IC標籤11的密封材料16，也可以不使用環氧樹脂，而使用低融點玻璃。使用了這樣的低融點玻璃的不透氣密封(hermetic seal)與金屬的粘接性和密閉性非常好，因此可以很好地用於半導體裝置的氣密端子或引擎等的高溫部分中。通過將該低融點玻璃用作密封材料16，能夠提高耐熱溫度，除了螺栓外，還可以安裝使用於引擎等高溫設備中。另外，低融點玻璃的融解溫度是320～375℃，IC晶片的最大容許溫度是450℃左右，因此即使不用低融點玻璃密封，在高溫下IC晶片也不會破損。
如圖3(a)那樣，嵌入到金屬材料14中的無線IC標籤14是直徑為10mm左右的小型裝置，但天線的發射效率高，因此在無線IC標籤11的表面部分上，如果將讀寫器接近到5～10cm左右，則能夠讀取記錄在IC晶片6中的信息。另外，通過導電性粘接劑15將接地電極7與金屬材料14電連接，因此通過接地電極的密封作用，屏蔽了金屬的影響，即使將小的無線IC標籤11嵌入到金屬材料14中，也能夠確保充分的通信距離，即使從通常的讀取距離也能夠取得微波頻帶的電波，正確地讀取IC晶片6的信息。
圖5是表示其他的將無線IC標籤嵌入到金屬材料中而安裝的狀態的截面圖，(a)是無線IC標籤安裝到金屬材料中的截面，(b)表示所安裝的無線IC標籤的截面。
如圖5(b)所示，無線IC標籤11a構成為包含絕緣材料12的周邊部分地在天線發射部分13、IC晶片6上覆蓋樹脂模6b，只有接地電極7露出。通過該樹脂模6b，與圖3所示的只由絕緣材料12構成的基板基底構造的無線IC標籤11相比增強了強度，同時保護了IC晶片6和天線發射部分13表面。另外，安裝也簡單了。該樹脂模6b例如可以使用作為用於半導體IC封裝的材料的環氧樹脂等。
對於安裝到金屬材料14的操作，如圖5(a)所示，在金屬材料14上設置孔，並在該孔的底部塗抹導電性粘接劑15，將無線IC標籤11a嵌入到該孔中。然後，用環氧樹脂等密封材料16，模製(mould)金屬材料14的孔和無線IC標籤11的間隙和無線IC標籤11的表面部分。由此，無線IC標籤11a在被嵌入到金屬材料14中的狀態下安裝，同時接地電極7與金屬材料14電連接。
另外，為了減小無線IC標籤11或無線IC標籤11a的大小，也可以進一步減小天線發射部分13。在該情況下，通信距離變得極短。這時，如果為了高效地轉送能量而使讀寫器的天線與天線發射部分13接觸並供給能量，則能夠從無線IC標籤讀取所記錄的信息。因此，覆蓋天線發射部分13和IC晶片6的樹脂模6c形成為環(ring)狀，如圖6所示可以通過在天線發射部分13上設置開口部分3c來實現。
(實施例2)在實施例2中，說明無線IC標籤的製造。
圖7是表示本發明的實施例2的無線IC標籤的製造工序的圖，(a)表示成形加工前，(b)表示成形加工後。如圖7(a)所示，在預先準備的容器的底部，作為上部電極21(即發射電極)例如配置具有圖1(a)所示那樣的非對稱發射電極的O型天線。該上部電極21由板厚度為0.1mm～0.3mm的銅合金(例如磷青銅或黃銅等)和鐵類合金構成。另外，在上部電極21的金屬制板材料上實施焊錫電鍍、錫電鍍、金電鍍、鈀電鍍等端子表面處理。
接著，在上部電極21的背面配置IC晶片22，通過基於導電性粘接的軟溶(reflow)、Au-Sn共晶的超聲波結合、或者電線結合(wirebonding)等，將IC晶片22的端子電連接到上部電極21上。
IC晶片22是雙面電極，在IC晶片22的背面配置背面電極23(即接地電極)，並通過與上部電極21同樣的方法將位於背面的晶片22的另一個端子和背面電極23電連接。另外，這時的背面電極23的長度方向的形狀是任意的。
接著，在安裝了上部電極21、IC晶片22和背面電極23的一部分的容器中模製(mould)環氧樹脂等密封材料24並使其硬化。作為模製的密封材料24使用環氧樹脂、不透氣密封、低融點玻璃等。低融點玻璃密封時的處理溫度是320℃～375℃，因此通過密封而IC晶片22不被破壞。另外，在用於使用接觸型讀寫器的用途的情況下，如圖6所示，設置不模製上部電極21的表面的一部分的開口部分。
接著，在模製(mould)了的樹脂硬化後，如圖7(b)所示，沿著密封材料24的背面對背面電極23進行成形加工。由此，能夠形成隔著密封材料24而平行地配置了上部電極21和背面電極23的無線IC標籤，因此例如能夠如上述圖3(a)那樣嵌入到金屬材料14中。另外，在該情況下，上部電極21(即發射電極)和背面電極(即接地電極)通過IC晶片22的導電性而電連接，因此省略了如圖1或圖2那樣在電介體的側面連接或者設置貫通孔連接的步驟。在以下的實施例3中，說明使用了不是雙面電極的IC晶片的情況下的無線IC標籤製造。
(實施例3)接著，作為本發明的實施例3，說明在引線框架上形成許多發射電極和接地電極並批量生產無線IC標籤的幾個變形。
(第一變形)圖8是表示作為本發明的實施例3的、在引線框架上形成了許多發射電極和接地電極的第一變形的圖。如圖8所示，在帶狀的引線框架31的長度方向上等間隔地形成發射電極32和接地電極33以及縫隙34。發射電極32由上下為非對稱的半圓形形成，並且接地電極33形成為圓形，兩者通過帶狀的短的引線框架36連接。另外，在引線框架31上等間隔地形成進給導孔31a。將未圖示的晶片安裝器的進給結構的爪掛在進給導孔31a上，同時等間距地使引線框架31移動，來安裝IC晶片35。進而，從引線框架31切下一個個的發射電極32。這樣形成的天線部分利用與上述實施例2幾乎一樣的方法通過環氧樹脂被密封，對接地電極33進行成形而形成無線IC標籤。
接著，說明通過圖8所示的第一變形的引線框架製造無線IC標籤的製造工序。圖9是表示通過圖8所示的第一變形的引線框架來製造無線IC標籤的製造工序的流程的流程圖。首先，未圖示的晶片安裝器的進給機構的爪通過進給導孔31a使引線框架31移動，同時通過晶片安裝器將IC晶片35向發射電極32安裝(步驟S1)。然後，用蓋子(case)覆蓋發射電極32並注入樹脂(密封材料)(步驟S2)。進而，在使樹脂硬化後(步驟S3)，用保護劑對外部引線進行塗層(coating)(步驟S4)，並標註序列號(步驟S5)。然後，在切開引線框架31和連接有發射電極32的引線部分後(步驟S6)，進行接地電極33的成形(步驟S7)。
在此，如圖21(a)所示，在引線框架36彎曲為直角的狀態下，用密封材料24密封了發射電極32的情況下，如圖21(b)所示，沿著密封材料24的背面一次地對接地電極33進行成形，完成該工序。
如圖22(a)所示，在發射電極32、引線框架36、接地電極33是平面狀態下，用密封材料24密封了發射電極32的情況下，如圖22(b)所示那樣，沿著密封材料24的端部，首先對引線框架36進行成形。然後，如圖22(c)所示那樣，沿著密封材料24的背面對接地電極33進行成形，完成該工序。
這樣，由於可以作為絕緣材料12使密封材料24發揮功能，所以能夠通過比較簡單的步驟得到圖5(b)所示的無線IC標籤11a。
(第二變形)圖10是表示作為本發明的實施例3的、在引線框架上形成了許多發射電極和接地電極的第二變形的圖。第二變形與第一變形的不同點只在於發射電極32a不是上下為非對稱的半圓形的發射電極，而是形成為只有上部的半圓形。即使是這種形狀的發射電極32a，接地電極33也可以形成為與第一變形一樣的圓形。另外，通過第二變形的引線框架製造無線IC標籤的製造工序與圖9的流程圖一樣。
(第三變形)圖11是表示作為本發明的實施例3的、具有左右為非對稱的半圓形的發射電極和梳子型圓形的接地電極的第三變形的圖。如圖11的第三變形所示，使在圓形電極上設置了許多縫隙的接地電極33a與左右為非對稱的半圓形的發射電極32相對，也能夠形成本發明的無線IC標籤。通過這樣形成設置了許多縫隙的接地電極33a，例如即使在與圖3所示的接地電極33a連接的金屬材料14的孔的底面上有凹凸，也能夠通過接地電極33a的許多縫隙吸收凹凸，因此能夠提高接地電極33a和金屬材料14的密接性。另外，通過第三變形的引線框架製造無線IC標籤的製造工序與圖9的流程圖一樣。
(第四變形)圖12是表示作為本發明的實施例3的、具有隻有左部分是半圓形的發射電極和梳子型圓形的接地電極的第四變形的圖。如圖12的第四變形所示，使在圓形電極上設置了許多縫隙的接地電極33a與只有左部分為半圓形的發射電極32a相對，也能夠形成本發明的無線IC標籤。通過這樣形成設置了許多縫隙的接地電極33a，例如即使在與圖3所示的接地電極33a連接的金屬材料14的底面上有凹凸，也能夠通過接地電極33a的許多縫隙吸收凹凸，因此能夠提高接地電極33a和金屬材料14的密接性。另外，通過第四變形的引線框架製造無線IC標籤的製造工序與圖9的流程圖一樣。
(第五變形)圖13是表示作為本發明的實施例3的、具有左右為非對稱的半圓形的發射電極和放射形狀的接地電極的第五變形的圖。如圖13的第五變形所示，使在圓形部分c的周圍等間隔地設置了多個發射端d的接地電極33b與左右為非對稱的半圓形的發射電極32相對，也能夠形成本發明的無線IC標籤。由此，能夠使接地電極33b具有柔軟性，例如即使在圖3所示的金屬材料14的孔的底面上有凹凸，也能夠吸收它，因此能夠提高接地電極33a和金屬材料14的密接性。
另外，在該情況下，將發射端d形成得長，在通過圖9的製造工序對接地電極33b進行了成形後，進而對從密封材料24露出的引線部分進行成形，能夠如圖14、圖15所示那樣在密封材料24的外周部分形成固定用鉤20。
這樣，通過在密封材料24的外周部分形成固定用鉤20，能夠如圖16所示那樣將無線IC標籤11a壓入固定在金屬材料14的孔中，能夠簡單地進行安裝。另外，在這時，由於也同時在金屬材料14和固定用鉤20之間進行電連接，所以能夠省略導電性粘接劑15的使用。
另外，接地電極33c的形狀也可以如圖17所示那樣形成。在此，將形成有發射端f的圓形部分e設置為與發射電極32大致一樣的大小。在該情況下，無法得到吸收凹凸的功能，但與第五變形一樣，可以對從密封材料24露出的引線部分進行成形而形成固定用鉤20。這樣，接地電極33c可以為比發射電極32大的面積，因此即使安裝有無線IC標籤的材料不是金屬材料，也不會降低天線效率。
另外，通過第五變形的引線框架製造無線IC標籤的製造工序與圖9的流程圖一樣。
(實施例4)接著，作為實施例4說明發射電極的幾個變形。如上述實施例1所述那樣，除了基於O型天線的發射電極以外，也可以通過H型天線和多角形天線形成發射電極。
(第一變形)圖18是表示本發明的實施例4的作為第一變形的基於H型天線的發射電極和接地電極的平面圖。如圖18所示，H型天線41構成為形成左右非對稱的發射電極42a、42b，發射電極42a和發射電極42b的中央部分通過細長的頸部分44連接。另外，從細長的頸部分44向發射電極42a的方向形成縫隙45。在該細長的頸部分44中跨過縫隙45地安裝IC晶片46，IC晶片46的各個端子與縫隙45的兩側的電極連接。在發射電極42側形成大面積的矩形的接地電極43。由於接地電極43是矩形的，所以並不需要如圖8的連接O型天線的發射電極32和接地電極33的引線框架36那樣變細，而可以如2條一點劃線所示那樣，在與發射電極42b一樣的寬度下，形成連接H型天線41的發射電極42b和接地電極43的引線框架。
(第二變形)圖19是表示本發明的實施例4的作為第二變形的基於多角形天線的發射電極和接地電極的平面圖。如圖19所示，多角形天線51(在圖19的例子中為六角形天線)構成為形成左右非對稱的發射電極52a、52b，發射電極52a和發射電極52b的中央部分通過細長的頸部分54連接。另外，從細長的頸部分54向發射電極52a的方向形成縫隙55。在細長的頸部分54中跨過縫隙55地安裝IC晶片56，IC晶片56的各個端子與縫隙55的兩側的電極連接。在發射電極52b側形成大面積的相同的六角形的接地電極53。由於接地電極53是六角形的，所以並不需要如圖8的連接O型天線的發射電極32和接地電極33的引線框架36那樣變細，而可以如2條一點劃線所示那樣，在與發射電極52b的一邊一樣的寬度下，形成連接發射電極52b和接地電極53的引線框架。
(實施例5)接著，作為實施例5，說明為了進一步延長通信距離而設置了輔助天線的無線IC標籤。圖20是在本發明的實施例5中設置了輔助天線的無線IC標籤的構造圖，(a)是設置輔助天線前的截面圖，(b)是設置了輔助天線後的截面圖，(c)是(b)的上面圖。
如圖20(a)所示，在構成螺栓的頭部的金屬材料14上設置孔，並在該孔的底部塗抹導電性粘接劑15，將無線IC標籤11嵌入到該孔中。然後，用環氧樹脂等密封材料16，模製(mould)金屬材料14和無線IC標籤11的孔的間隙和無線IC標籤11的表面部分。由此，在安裝有IC晶片6的天線發射部分13朝向上，並且接地電極7與金屬材料14電連接的狀態下，安裝無線IC標籤11。然後，在無線IC標籤11的表面上配置外部天線，該外部天線構成為在樹脂膜17(非磁性膜)上層疊輔助天線18，並在其上層疊保護薄膜(film)19。
樹脂膜17是在由聚乙烯、聚丙烯、特氟龍(Teflon註冊商標)、氯化乙烯、合成橡膠等構成的膜或膜狀的發泡體的表面塗抹了尿烷類粘接材料的膜，外部天線構成為在該樹脂膜17上層疊了使用鋁或銅等導電體材料的輔助天線18和使用聚丙烯的保護薄膜19。
樹脂膜17是厚度為0.5mm到2mm的膜，輔助天線18是7μm厚的箔，保護薄膜19使用50到200μm厚的材料，因此外部天線具有一定的柔軟性，能夠在金屬材料14的表面密接並固定。
另外，在金屬材料14是鐵等磁性金屬的情況下，也可以代替樹脂膜17而使用磁性膜。在該情況下，通過磁力能夠將外部天線固定在金屬材料上。
在此，天線發射部分13是能夠得到約20mm的通信距離的直徑10mm的大小，輔助天線18是寬度5mm×長度50mm。與電波波長λ對應地將輔助天線18的長度設置為其1/2。樹脂膜17也可以比輔助天線18大，例如為寬度9mm×長度60mm。
理想的是在設電波的波長為λ時，輔助天線18的長度為λ/2的長度。另外，在金屬材料14是鋁等非磁性體時，作為輔助天線18的天線基本材料，在金屬材料14上粘貼樹脂膜17，但在金屬材料14是鐵等磁性體時，作為天線基本材料使用磁性膜，可以得到能夠簡單地進行安裝和拆卸的效果。
如果這樣將輔助天線18安裝在無線IC標籤11上，則輔助天線18與無線IC標籤11的發射電極的電波共振，產生放大作用而向外部發射強電波，因此能夠使通信距離從安裝天線18之前的20mm延長到100mm。即，在通常的通信距離時，如圖20(a)所示使用通常的無線IC標籤11，在需要進一步延長通信距離時，如圖11(b)所示安裝輔助天線18，由此能夠用於從通信距離短的範圍到通信距離長的範圍的廣用途中。
另外，理論上已知在將輔助天線18的長度設置為用於從無線IC標籤讀取信息的規定的頻率(2.45GHz)的電波波長的1/2(即λ/2)的情況下，通信距離為最長。但是，輔助天線18的長度根據樹脂膜17(或者磁性膜)的介電常數而變化。例如，如果樹脂膜17(或者磁性膜)使用介電常數大的絕緣材料，則可以縮短輔助天線18的長度。
這樣，通信距離、輔助天線18的長度、樹脂膜17的介電常數相互處於折中的關係，因此通過選擇適當的介電常數的絕緣材料，能夠縮短輔助天線18的長度方向的尺寸。
總結本發明的無線IC標籤具有以下的3層構造的天線結構在O型、多角形或H型的發射電極、配置在與該發射電極相對的位置上的接地電極之間，配置了包含樹脂、空氣、氣體、真空的絕緣體。另外，在發射電極的上面或下面安裝IC晶片，並且在安裝了IC晶片的部分中設置用於使天線和IC晶片之間的阻抗匹配的阻抗匹配電路(即縫隙)。進而，通過絕緣體的側面或貫通孔，將發射面積小的發射電極和接地電極連接起來。
另外，標籤安裝構成為將無線IC標籤的接地電極和作為安裝物體的金屬材料電氣地連接起來。這時，通過導電性材料固定無線IC標籤的接地電極和金屬材料。另外，上面的發射電極和下面的接地電極之間的絕緣材料使用了環氧樹脂等半導體封裝材料。
另外，通過在安裝到金屬材料中的無線IC標籤上配置輔助天線，能夠進一步延長通信距離。這時，在嵌入了無線IC標籤的金屬材料上覆蓋具有粘接性的樹脂膜或磁性膜等膜狀的天線基本材料，在該天線基本材料上配置輔助天線。這時，在輔助天線的下面塗抹粘接劑，強化輔助天線對天線基本材料的粘接力。
根據以上所述，本實施例的無線IC標籤即使天線形狀是小型的也能夠確保通信距離的長度，因此能夠將無線IC標籤安裝在由金屬材料構築的構造體上，並對這些構造體的組合位置等進行管理。因此，能夠有效地在建築領域和機械的安裝領域中利用。
權利要求
1.一種無線IC標籤，具備記錄了信息的IC晶片、通過無線發送記錄在該IC晶片中的信息的天線，其特徵在於上述天線具備使安裝有上述IC晶片的供電部分的寬度變細，並且使在上述供電部分的兩側擴展的電波的發射部分變寬了的發射電極；配置為與上述發射電極的一面相對，並與該發射電極電連接的接地電極；位於上述發射電極和上述接地電極之間的電介體。
2.根據權利要求1所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極具有存在於上述供電部分的兩側的發射部分的面積不對稱的偏移構造。
3.根據權利要求2所述的無線IC標籤，其特徵在於對於上述發射電極，存在於上述供電部分的兩側的發射部分分別形成為半圓形，由上述供電部分和上述發射部分構成圓形形狀。
4.根據權利要求2所述的無線IC標籤，其特徵在於對於上述發射電極，由上述供電部分和存在於其兩側的發射部分構成H形形狀。
5.根據權利要求2所述的無線IC標籤，其特徵在於對於上述發射電極，由上述供電部分和存在於其兩側的發射部分構成多角形形狀。
6.根據權利要求5所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極和上述接地電極在上述電介體的側面電連接。
7.根據權利要求5所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極和上述接地電極通過設置在上述電介體上的貫通孔而電連接。
8.根據權利要求6所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極在面積小的發射部分上與上述接地電極連接。
9.根據權利要求8所述的無線IC標籤，其特徵在於位於上述發射電極和上述接地電極之間的電介體是具有規定的介電常數的陶瓷材料、樹脂材料、空氣和惰性氣體中的任意一個。
10.根據權利要求9所述的無線IC標籤，其特徵在於上述電介體由包含環氧樹脂的半導體封裝材料構成。
11.根據權利要求8所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極和上述接地電極之間為真空狀態。
12.根據權利要求11所述的無線IC標籤，其特徵在於上述IC晶片被配置在上述發射電極的供電部分的表面或背面。
13.根據權利要求3所述的無線IC標籤，其特徵在於在上述發射電極上形成用於進行上述IC晶片與天線的阻抗匹配的縫隙，上述IC晶片的端子與跨過上述縫隙的兩側的電極連接。
14.根據權利要求13所述的無線IC標籤，其特徵在於上述縫隙形成在面積大的發射部分上。
15.根據權利要求14所述的無線IC標籤，其特徵在於上述發射電極在上述接地電極與成為安裝物體的金屬材料電連接的狀態下發射電波。
16.根據權利要求15所述的無線IC標籤，其特徵在於用導電性材料固定上述接地電極和上述金屬材料。
17.根據權利要求15所述的無線IC標籤，其特徵在於在延長上述發射電極的電波通信距離時，在上述發射電極的表面隔著電介體膜配置輔助天線。
18.根據權利要求17所述的無線IC標籤，其特徵在於在設由上述發射電極發射的電波的波長為λ時，上述輔助天線的長度是λ/2。
19.根據權利要求17所述的無線IC標籤，其特徵在於上述輔助天線的長度根據上述電介體膜的介電常數而可變。
20.根據權利要求19所述的無線IC標籤，其特徵在於上述輔助天線的長度被設置為在上述電介體膜的介電常數大時短，在上述電介體膜的介電常數小時長。
21.根據權利要求17所述的無線IC標籤，其特徵在於上述電介體膜是在由聚乙烯、聚丙稀、特氟隆(註冊商標)、氯乙烯、合成橡膠中的任意一個材料構成的膜主體的表面上塗抹了粘接材料的非磁性膜或磁性膜。
22.根據權利要求21所述的無線IC標籤，其特徵在於在上述金屬材料是磁性材料時，上述電介體膜使用上述磁性膜，在上述金屬材料是非磁性材料時，上述電介體膜使用上述非磁性膜。
23.根據權利要求17所述的無線IC標籤，其特徵在於上述輔助天線通過粘接材料固定在上述電介體膜上。
24.一種無線IC標籤的製造方法，用於製造無線IC標籤，該無線IC標籤具備記錄了信息的IC晶片；通過無線發送記錄在該IC晶片中的信息的天線，該製造方法的特徵在於包括形成引線框架的步驟，其中該引線框架具備具有頸部分和在該頸部分的兩側擴展的電波的發射部分的發射電極；與上述發射部分連接的接地電極；在上述頸部分上裝配IC晶片的步驟；向上述發射電極注入樹脂的步驟；使注入的樹脂硬化的步驟；用保護劑對從發射電極伸出到外部的引線框架進行塗層的步驟；從上述引線框架切割上述發射電極的步驟；沿著上述樹脂硬化了的面形成上述接地電極的步驟。
全文摘要
本發明提供一種即使對天線大小進行小型化並嵌入到金屬材料中，也能夠在微波頻帶的電波中得到通信距離充分長的小型無線IC標籤。設置為安裝了IC晶片(6)的頸部分(4)的寬度變細並且作為電波的發射部分的周邊的發射電極(3a、3b)的寬度變寬的O型天線形狀。這時，形成發射電極，其具有安裝了IC晶片(6)供電點左右的發射部分的面積為非對稱的供電點左右偏移構造。進而，對發射電極(3a、3b)夾著電介體(2)地設置接地電極(7)，並在側面連接發射電極(3b)和接地電極(7)。由此，發射面積大的發射電極(3a)能夠得到大的發射效率，同時通過將接地電極(7)與金屬材料連接，能夠等價地增大接地電極，即使縮短成為天線的發射電極的長度，通信距離也不減小。
文檔編號G06K19/07GK1873666SQ20051013576
公開日2006年12月6日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年5月30日
發明者坂間功, 蘆澤實 申請人:株式會社日立製作所