JPWO2008096574A1

JPWO2008096574A1 - 電磁結合モジュール付き包装材

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Publication number: JPWO2008096574A1
Application number: JP2008557043A
Authority: JP
Inventors: 誠長村; 酒井　範夫; 範夫酒井; 加藤　登; 登加藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2008096574A1; US20090305635A1

Abstract

包装材の平坦性を損なうことなく、無線ＩＣチップが外部からの衝撃や環境の変化から保護され、放射体と電磁結合モジュールとの組立てが容易で、放射特性が良好である、ＲＦＩＤシステムに好適な電磁結合モジュール付き包装材を得る。ライナー（２１），（２２）と波形の芯材（２３）からなる包装材（２０）であって、互いに電磁界結合する電磁結合モジュール（１）と放射体（２５）とが包装材（２０）の内側に配置されている。電磁結合モジュール（１）は、無線ＩＣチップ（５）と、該チップ（５）が搭載されており、インダクタンス素子を含む共振回路を有する給電回路基板（１０）とで構成されている。放射体（２５）は電磁結合モジュール（１）と電磁界結合して高周波信号を送受信する。

Description

本発明は、電磁結合モジュール付き包装材、特に、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システ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、誘導電磁界を発生するリーダライタと物品や容器などに付された所定の情報を記憶したＩＣチップ（ＩＣタグ、無線ＩＣチップとも称する）とを非接触方式で通信し、情報を伝達するＲＦＩＤシステムが開発されている。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チップを互いに電気的に導通状態で取り付けた包装体が記載されている。ＩＣチップを保護するために別の面でこれを覆うことも記載されている。

しかしながら、アンテナ部やＩＣチップを包装体の外表面に取り付けた場合、まず、外部環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、部分的に嵩高くなり、包装体を積み上げて保管する場合など、きちんと積み上げることが困難である。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いった問題点をも有している。また、アンテナ部とＩＣチップとは電気的に導通状態で重ね合わせて配置する必要があり、重ね合わせがずれると信号の送受信に支障を生じるので、重ね合わせに高精度を要求される。また、アンテナ部が小さいので、送受信時の放射特性が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、包装材の平坦性を損なうことなく、無線ＩＣチップが外部からの衝撃や環境の変化から保護され、放射体と電磁結合モジュールとの組立てが容易で、放射特性が良好である、ＲＦＩＤシステムに好適な電磁結合モジュ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、
前記給電回路基板と電磁界結合する放射体と、
を備えた電磁結合モジュール付き包装材であって、
前記放射体は前記包装材の内側に配置されており、
前記電磁結合モジュールは前記包装材の内側であって、前記放射体上に又は前記放射体に近接して設けられていること、
を特徴とする。

本発明に係る電磁結合モジュール付き包装材において、無線ＩＣチップと給電回路基板とで電磁結合モジュールが構成され、該電磁結合モジュールと放射体とは電磁界結合する。電磁結合モジュールと放射体とが電気的に直接接続することなく電磁界結合していることから、電磁結合モジュールを放射体上に設ける以外に近接して設けても動作する。また、電磁結合モジュールを放射体に対して高い精度で組み合わせる必要はなく、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や放射体を包装材の内側に設けたため、包装材の平坦性を損なうことがなく、無線ＩＣチップが外部からの衝撃や環境の変化から保護される。また、放射体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、放射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。

本発明に係る電磁結合モジュール付き包装材において、放射体は線状、針金状又は薄膜状の導電体で構成することができる。放射体は芯材の波形と平行する方向に配置されていてもよく、あるいは、芯材の波形と直交する方向に配置されていてもよい。

放射体及び電磁結合モジュールは包装材の内側であれば任意に配置することができ、例えば、芯材の一方の面に放射体を配置し、他方の面に電磁結合モジュールを配置してもよく、芯材の凹部に配置してもよい。さらに、放射体は芯材に織り込まれていてもよく、あるいは、ライナーの内側面に配置されていてもよい。

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

本発明によれば、放射体及び電磁結合モジュールが包装材の内側に配置されているため、包装材の平坦性を損なうことなく、無線ＩＣチップが外部からの衝撃や環境の変化から保護され、また、放射体と電磁結合モジュールとの接合に高精度を要求されることなく、組立てが容易である。また、電磁結合モジュールと放射体とは電磁界結合をしており、放射体は任意の形状が採用でき、放射特性が良好で、安定した周波数特性を得ることができる。

本発明に係る包装材を示す断面図であり、（Ａ）は第１実施例、（Ｂ）は第１の変形例、（Ｃ）は第２の変形例を示す。図１（Ａ）に示した第１実施例である包装材の斜視図である。（Ａ）〜（Ｆ）は放射体の各種形状を示す斜視図である。電磁結合モジュールを示す断面図である。電磁結合モジュールの等価回路図である。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板との接続状態を示す斜視図である。本発明に係る包装材の第２実施例を示す断面図である。図８に示した第２実施例である包装材の斜視図である。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。本発明に係る包装材の第５実施例を示す断面図である。本発明に係る包装材の第６実施例を示す断面図である。本発明に係る包装材の第７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付き包装材の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図３参照）
図１（Ａ）に電磁結合モジュール付き包装材の第１実施例を示し、この包装材２０は、いわゆるダンボールであって、表裏のライナー２１，２２と、該ライナー２１，２２の間に貼着された断面波形（コルゲート）の芯材２３とで構成されている。なお、包装材２０としては、図１（Ｂ）に示すように、上側のライナー２１と芯材２３とからなるものであってもよい。

無線ＩＣチップ５と、該無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０とからなる電磁結合モジュール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、該モジュール１には導電体からなる薄膜状の放射体２５が接着剤１８（図４参照）を介して貼着されている。放射体２５は、導電材からなる薄板や針金、あるいは、樹脂フィルム上にアルミ箔、銅箔、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属めっき膜を設けたもので、芯材２３の波形の稜線と平行する方向に配置されている。また、図１（Ｃ）に示すように、包装材２０内であって電磁結合モジュール１の近傍に複数の放射体２５'を設けてもよい。接着剤１９は、絶縁性であり、誘電率の高い材料であることが望ましい。

前記放射体２５は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、細長い直線体の一端に鍵状部２５ａを有するものであってもよく、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、電磁結合モジュール１と同じ幅を有するシート状体であってもよい。また、図３（Ｅ），（Ｆ）に示すように、電磁結合モジュール１に対する貼着部２５ｂを有するものであってもよい。以下に説明するように、電磁結合モジュール１と放射体２５とは電磁界結合するため、放射体２５はどのような形状であってもよく、針金状であってもよく、あるいは、少なくとも電磁結合モジュール１と対向する部分をメッシュ状としたものであってもよい。

（電磁結合モジュール、図４〜図７参照）
電磁結合モジュール１は、図４に示すように、無線ＩＣチップ５と、該無線ＩＣチップ５を搭載した給電回路基板１０とで構成されている。無線ＩＣチップ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に内蔵された共振回路１６と金属バンプ６を介して電気的に接続されている。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信号を放射体２５に供給するための回路、及び／又は、放射体２５で受けた信号から所定の周波数を有する受信信号を選択し、無線ＩＣチップ５に供給するための回路であり、所定の周波数で共振する。共振回路１６は、図４及び図５に示すように、ヘリカル型のインダクタンス素子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直列共振回路にて構成されている。

詳しくは、図６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、キャパシタ電極１４ａを形成したシート１１Ｂ、キャパシタ電極１４ｂとビアホール導体１３ｂを形成したシート１１Ｃ、ビアホール導体１３ｃを形成したシート１１Ｄ、導体パターン１５ａとビアホール導体１３ｄを形成したシート１１Ｅ、ビアホール導体１３ｅを形成したシート１１Ｆ（１枚もしくは複数枚）、導体パターン１５ｂを形成したシート１１Ｇからなる。なお、各セラミックシート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積層法、厚膜印刷法などの多層基板の製作工程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放射体２５と平行なインダクタンス素子Ｌと、該インダクタンス素子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に接続されたキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２が形成される。そして、基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７参照）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、コイル状電極パターンであるインダクタンス素子Ｌから、磁界を介して、放射体２５に送信信号を給電し、また、放射体２５からの受信信号は、磁界を介して、インダクタンス素子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を構成するインダクタンス素子Ｌ、キャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２のうち、インダクタンス素子Ｌが放射体２５に近くなるようにレイアウトすることが望ましい。

図７に無線ＩＣチップ５と給電回路基板１０との接続形態を示す。図７（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、一対のアンテナ（バランス）端子７ａ，１７ａを設けたものである。図７（Ｂ）は他の接続形態を示し、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のグランド端子１７ｂは終端しており、給電回路基板１０の他の素子に接続されているわけではない。

図５に電磁結合モジュール１の等価回路を示す。この電磁結合モジュール１は、図示しない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）を放射体２５で受信し、放射体２５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直列共振回路）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チップ５にメモリされている情報を、共振回路１６にて所定の周波数に整合させた後、インダクタンス素子Ｌから、磁界結合を介して放射体２５に送信信号を伝え、放射体２５からリーダライタに送信、転送する。

なお、共振回路１６と放射体２５との結合は、磁界を介しての結合が主であるが、電界を介しての結合が存在していてもよい。本発明において、「電磁界結合」とは、電界及び／又は磁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、インダクタンス素子Ｌとキャパシタンス素子Ｃ１，Ｃ２で構成された共振回路にて共振周波数特性が決定される。放射体２５から放射される信号の共振周波数は、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、放射体２５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の放射体２５に対する相対的な位置は任意である。従って、電磁結合モジュール１の貼着位置をそれほど高精度に管理する必要はない。

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、その巻回軸が放射体２５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で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のインピーダンスと放射体２５のインピーダンスを整合させるためのマッチング回路を兼ねている。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ていてもよい。共振回路１６にマッチング回路の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とは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きる。

以上説明した第１実施例によれば、放射体２５及び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く、無線ＩＣチップ５が外部からの衝撃や環境の変化から保護される。また、送受信信号の周波数は、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、放射体２５と電磁結合モジュール１との接合に高精度を要求されることなく、組立てが容易である。また、電磁結合モジュール１と放射体２５とは電磁界結合をしており、放射体２５は任意の形状が採用でき、放射特性が良好で、安定した周波数特性を得ることができる。

（第２実施例、図８及び図９参照）
第２実施例は、図８及び図９に示すように、導電材からなる針金状の放射体２５を芯材２３の波形の凹部に配置し、該放射体２５に隣接して電磁結合モジュール１を接着剤１９で芯材２３に接着したものである。本発明における電磁結合モジュール１では、給電回路基板１０内のインダクタンス素子Ｌで発生する磁界を介して放射体２５と結合している。このため、電磁結合モジュール１と放射体２５とを離して配置することができる。なお、給電回路基板１０に含まれる整合回路では、芯材２３の誘電率等を考慮して整合条件を設定している。第２実施例の作用効果は前記第１実施例と同様である。

（第３実施例、図１０参照）
第３実施例は、図１０に示すように、導電材からなる針金状の放射体２５を芯材２３の波形の凹部に配置し、ライナー２２の該放射体２５に隣接した位置に形成した穴２２ａに電磁結合モジュール１を配置し、接着剤１９で固定したものである。第３実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１１参照）
第４実施例は、図１１に示すように、芯材２３の作製時に芯材２３に糸状の導電材（図示せず）を複数本織り込んで芯材２３の表面及び内部に帯状の放射体を形成したもので、糸状の導電材は芯材２３の波形の稜線と平行する方向に、あるいは、波形の稜線と直交する方向に織り込まれている。本第４実施例においては、糸状の導電材が織り込まれた部分が放射体として機能し、該織り込み部分に電磁結合モジュール１が接着剤１９にて固定されている。第４実施例の作用効果は前記第１実施例と同様である。

（第５実施例、図１２参照）
第５実施例は、図１２に示すように、芯材２３の一面に薄膜もしくは厚膜状の放射体２５を配置し、他面に電磁結合モジュール１を接着剤１９にて固定したものである。本第５実施例における放射体２５は、芯材２３を作製する際に同時に形成することができる。つまり、平板状の芯材に所望の形状の放射体２５を導電性ペースト等の印刷等により形成しておく。その後、波形に加工することにより所定の芯材２３を得ることができる。なお、放射体２５は、印刷等により簡単に形成できるため、矩形、円形などどのような形状でも作製でき、波形に平行あるいは垂直に配置してもよく、十字状に交差して配置してもよい。また放射体２５を複数本配置してもよい。このように放射体２５を所望の形状や個数にすることにより、放射体２５の放射特性を向上させることができ、ＲＦＩＤとしての通信可能距離を長くしたり、通信可能範囲を広くすることができる。第５実施例の他の作用効果は前記第１実施例と同様である。

（第６実施例、図１３参照）
第６実施例は、図１３に示すように、ライナー２２の内側面であって芯材２３の波形の凹部に、放射体２５を接合した電磁結合モジュール１を接着剤１９にて固定したものである。なお、放射体２５は、ライナー２２の内側面に導電性ペーストなどを印刷して形成したものであってもよい。第６実施例の作用効果は前記第１実施例と同様である。

（第７実施例、図１４参照）
第７実施例は、図１４に示すように、放射体２５をライナー２２と芯材２３の波形の凸部との間に配置し、該放射体２５と対向する芯材２３の波形の凹部に電磁結合モジュール１を接着剤１９にて固定したものである。なお、放射体２５は、ライナー２２の内側面に導電性ペーストなどを印刷して形成したものであってもよい。第７実施例の作用効果は前記第１実施例と同様である。

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

特に、前記各実施例において、電磁結合モ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、樹脂製であってもよい。また、給電回路基板の内部構成の細部、放射体の細部形状は任意であり、給電回路基板をフレキシブルな材料で形成してもよい。さらに、無線ＩＣチップを給電回路基板上に接続するのに、金属バンプ以外の処理を用いてもよい。

また、図８と図１０〜図１４に示す各実施例において、無線ＩＣチップを放射体側に向けて電磁結合モジュールを配置しても構わない。なお、前記各実施例において放射体は芯材の波形に対して平行もしくは垂直に配置したが、特にその形状に限られるものではなく、波形に斜めに配置しても、平面視で十字形状に配置しても構わない。

産業上の利用分野

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

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、
前記給電回路基板と電磁界結合する放射体と、
を備えた電磁結合モジュール付き包装材であって、
前記放射体は前記包装材の内側に配置されており、
前記電磁結合モジュールは前記包装材の内側であって、前記放射体上に又は前記放射体に近接して設けられていること、
を特徴とする電磁結合モジュール付き包装材。
前記放射体は線状、針金状又は薄膜状の導電体であ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。
前記放射体は前記芯材の波形と平行する方向に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の電磁結合モジュール付き包装材。
前記放射体は前記芯材の波形と直交する方向に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の電磁結合モジュール付き包装材。
前記芯材の一方の面に前記放射体を配置し、他方の面に前記電磁結合モジュールを配置したことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の電磁結合モジュール付き包装材。
前記放射体又は前記電磁結合モジュールは前記芯材の凹部に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の電磁結合モジュール付き包装材。
前記放射体は前記芯材に織り込まれていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の電磁結合モジュール付き包装材。
前記放射体は前記ライナーの内側面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の電磁結合モジュール付き包装材。