特許 5776780 ＲＦＩＤタグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5776780

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】ＲＦＩＤタグ

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/077 20060101AFI20150820BHJP

   H01Q 1/40 20060101ALI20150820BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   G06K19/077 272

   G06K19/077 140

   H01Q1/40

   H01Q7/00

【請求項の数】19

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-536394(P2013-536394)

(86)(22)【出願日】2012年9月27日

(86)【国際出願番号】JP2012074932

(87)【国際公開番号】WO2013047680

(87)【国際公開日】20130404

【審査請求日】2014年3月12日

(31)【優先権主張番号】特願2011-217165(P2011-217165)

(32)【優先日】2011年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】日立化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 俊博

(72)【発明者】

【氏名】石坂 裕宣

(72)【発明者】

【氏名】太田 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】田崎 耕司

(72)【発明者】

【氏名】細井 博之

(72)【発明者】

【氏名】角田 譲

(72)【発明者】

【氏名】成田 博明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 博樹

【審査官】 甲斐 哲雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１６５６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０２３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５６２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７６５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｋ １９／００−１９／１４

Ｈ０１Ｑ １／４０

Ｈ０１Ｑ ７／００

Ｈ０１Ｑ ９／２６− ９／２７

Ｈ０４Ｂ １／５９

Ｈ０４Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単層のアンテナと、前記アンテナに重ならないようにワイヤボンディングで接続された大きさが０．６ｍｍ□以下のＩＣチップと、このＩＣチップおよび前記アンテナを封止する封止材とを有し、
前記アンテナが、前記ＩＣチップの外周部に配置され、間隙を有して隣接する構成成分を含むコイルアンテナであり、前記アンテナの間隙には前記封止材が配置されており、
前記アンテナが、断面視で、きのこのように傘を有しており、
前記アンテナの導線幅に対する導線間距離が０．２ｍｍ対０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ対０．０５ｍｍの範囲であり、
前記アンテナのインダクタンスＬと前記ＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ_０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であり、
前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分の間に容量成分が生じ、さらに前記アンテナの間隙に配置された前記封止材の比誘電率が寄与することにより、前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分が静電容量を提供し、前記ＩＣチップとこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量を、前記ＩＣチップ単体の静電容量よりも増加させるＲＦＩＤタグ。

【請求項2】

単層のアンテナと、金属の層を介して配置され、前記アンテナにワイヤボンディング接続で電気的に接続された大きさが０．６ｍｍ□以下のＩＣチップと、このＩＣチップおよび前記アンテナを封止する封止材とを有し、
前記アンテナが、前記ＩＣチップの外周部に配置され、間隙を有して隣接する構成成分を含むコイルアンテナであり、前記アンテナの間隙には前記封止材が配置されており、
前記アンテナが、断面視で、きのこのように傘を有しており、
前記アンテナの導線幅に対する導線間距離が０．２ｍｍ対０．２ｍｍ〜０．０５ｍｍ対０．０５ｍｍの範囲であり、
前記アンテナのインダクタンスＬと前記ＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の電磁界シミュレータによる共振周波数ｆ_０が、ＩＣチップの動作周波数またはその付近であり、
前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分の間に容量成分が生じ、さらに前記アンテナの間隙に配置された前記封止材の比誘電率が寄与することにより、前記間隙を有して隣接するアンテナの構成部分が静電容量を提供し、前記ＩＣチップとこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量を、前記ＩＣチップ単体の静電容量よりも増加させるＲＦＩＤタグ。

【請求項3】

請求項１または２において、
アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ_０が、下記（１）式に基づいて、電磁界シミュレータにより求められる共振周波数であるＲＦＩＤタグ。

【数1】

【請求項4】

請求項１〜３の何れかにおいて、
ＩＣチップの動作周波数が０．８６〜０．９６ＧＨｚであり、アンテナのインダクタンスＬとＩＣチップの静電容量Ｃとを含めて形成される電気回路の共振周波数ｆ_０が、０．
２〜２ＧＨｚであるか、
または、ＩＣチップの動作周波数が１３．５６ＭＨｚであり、前記共振周波数ｆ_０が１
３．５６〜２９ＭＨｚであるか、
または、ＩＣチップの動作周波数が２．４５ＧＨｚであり、前記共振周波数ｆ_０が２〜
２．４５ＧＨｚであるＲＦＩＤタグ。

【請求項5】

請求項１〜４の何れかにおいて、ＲＦＩＤタグの大きさが、縦１３ｍｍ以下、横１３ｍｍ以下及び高さ１．０ｍｍ以下、または縦４ｍｍ以下、横４ｍｍ以下及び高さ０．４ｍｍ以下、または縦２．５ｍｍ以下、横２．５ｍｍ以下及び高さ０．３ｍｍ以下、または縦１．９ｍｍ以下、横１．９ｍｍ以下及び高さ０．３ｍｍ以下であるＲＦＩＤタグ。

【請求項6】

請求項１〜５の何れかにおいて、動作周波数帯が１３．５６ＭＨｚ〜２．４８ＧＨｚであるＲＦＩＤタグ。

【請求項7】

請求項１〜６の何れかにおいて、動作周波数帯が０．８６〜０．９６ＧＨｚであるＲＦＩＤタグ。

【請求項8】

請求項１〜７の何れかにおいて、封止材の比誘電率が２．６以上であるＲＦＩＤタグ。

【請求項9】

請求項１〜８の何れかにおいて、エポキシと炭素とシリカを主成分とした封止材を用いることで耐熱性を向上させたＲＦＩＤタグ。

【請求項10】

請求項１〜９の何れかにおいて、ステンレス板上にレジストでパターンを形成し、めっきによってレジストがない部分に金属の層又はアンテナとなる金属を形成し、レジスト剥離後にＩＣチップを搭載して前記金属とＩＣチップを電気的に接続し、前記金属と前記ＩＣチップを封止材によって封止し、ステンレス板のみを剥がすことによって得る、アンテナと、このアンテナに接続されたＩＣチップと、このＩＣチップおよび前記アンテナを封止する封止材とを有するＲＦＩＤタグ。

【請求項11】

請求項１０において、金属がニッケルを主成分とする金属であるＲＦＩＤタグ。

【請求項12】

請求項１０または１１において、めっきにより形成された金属が、ＲＦＩＤタグ表層側よりも中心側の方が太いＲＦＩＤタグ。

【請求項13】

請求項１〜１２の何れかにおいて、金属が表面に露出しているＲＦＩＤタグ。

【請求項14】

請求項１３に記載のＲＦＩＤタグを共に封止することで、ＲＦＩＤタグの金属が表面に露出していない半導体パッケージ。

【請求項15】

ステンレス板上にレジストでパターンを形成し、めっきによってレジストがない部分に金属の層又はアンテナとなる金属を形成し、レジスト剥離後にＩＣチップを搭載して前記金属とＩＣチップを電気的に接続し、前記金属と前記ＩＣチップを封止材によって封止し、ステンレス板のみを剥がすことによって得る、アンテナと、このアンテナに接続されたＩＣチップと、このＩＣチップおよびアンテナを封止する封止材とを有する請求項１〜１０の何れかに記載のＲＦＩＤタグの製造方法。

【請求項16】

請求項１５において、金属がニッケルを主成分とする金属であるＲＦＩＤタグの製造方法。

【請求項17】

請求項１５または１６において、めっきにより形成された金属が、ＲＦＩＤタグ表層側よりも中心側の方が太いＲＦＩＤタグの製造方法。

【請求項18】

請求項１５〜１７の何れかにおいて、金属が封止材の表面に露出しているＲＦＩＤタグの製造方法。

【請求項19】

請求項１８において、金属が封止材の表面に露出したＲＦＩＤタグを共に封止することで、ＲＦＩＤタグの金属が表面に露出していない半導体パッケージの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リーダライタと共に用いて非接触で情報の送受信を行うＲＦＩＤ（radio frequency identification）タグに関する。

【背景技術】

【0002】

製品の情報や識別、管理、偽造防止の目的で、商品、包装、カード、書類などにはＩＣチップを搭載した非接触式ＲＦＩＤタグが多数利用されている。ＩＣチップには商品の名称、価格などあらゆる情報が書き込まれており、場合により製造日や製造所、残金などの情報をあとでリーダライタによって書き込むことが出来るものもある。管理、販売、使用する際にはリーダライタによってＩＣチップの情報を無線で読み取り、利用できる。このようにしてＲＦＩＤタグは商品管理の利便性向上や安全性の向上、また人為的ミスをなくすなど大きなメリットをもたらしている（特許文献１参照）。

【0003】

ＲＦＩＤタグは、商品に取り付けたりカードに内蔵したりするという性格上、小型薄型化の要求も強い。特に、従来ロット番号を刻印・記入して管理したりあるいは管理そのものが出来ていなかったものへの利用として近年着目されている。具体的には眼鏡や時計あるいは医療用サンプルなどの小型多品種品の管理であり、商品（サンプル）の製造所、作業者、製造日、使用材料、寸法、特性、在庫数管理などに役立ち、管理作業者の手間を減らしてかつミスを防ぐことができる。これらのような利便性のある管理システム実現のためには、ＲＦＩＤタグの小型化が必要不可欠となる。

【0004】

小型のＲＦＩＤタグとしては、図１に示すように、ＩＣチップ上に直接アンテナ形成したもの（オンチップアンテナ）が考えられているが、通信距離が短い（１ｍｍ以下）問題があった。実際に使用する現場において通信距離が１ｍｍ以下程度というほぼ接触状態でしか通信できないＲＦＩＤタグよりは、通信距離が２〜３ｍｍ以上のＲＦＩＤタグのほうが作業効率がよく作業の自由度も高くなるため有用である。そのため、図１のようなオンチップアンテナにおいて通信距離を長くしようとするとＩＣチップのサイズを拡大する必要があるため、コスト高になる問題があった（特許文献２、３参照）。

【0005】

一方、通信距離が比較的長い（２〜３ｍｍ以上）ＲＦＩＤタグとしては、図２に示すように、フィルム基材上にアンテナを形成し、ＩＣチップを搭載したＲＦＩＤタグが使用されているが、サイズが大きい（数ｃｍ□以上）問題があった（特許文献４参照）。なお、数ｃｍ□とは、一辺が２〜３ｃｍの正方形を意味する。以下でも同様である。

【0006】

一方、ＩＣパッケージ内にアンテナを形成するという量産性に優れた技術が報告されている（特許文献５、６）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−３４７６３５号公報

【特許文献2】特開２００１−３４４４６４号公報

【特許文献3】特開２００６−２２１２１１号公報

【特許文献4】特開２０１１−１０３０６０号公報

【特許文献5】特開２００１−５２１３７号公報

【特許文献6】特開２０１０−１５２４４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来、サイズが数ｍｍ□オーダーでかつ通信距離がその１０倍程度の数ｃｍオーダーであるようなＲＦＩＤタグは、産業上利用価値が非常に高いにもかかわらず、提供されていなかった。

【0009】

本発明は、安価であり、さらに小型で通信距離が数ｍｍ以上である信頼性に優れた超小型のＲＦＩＤタグを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述の課題を解決するために、本発明は、小型（１．９〜１３ｍｍ□）であっても、数ｃｍ以上の通信距離を確保可能で、しかも従来のオンチップアンテナに比べてコストを低減可能なＲＦＩＤタグを提供するものである。また半導体装置の製造工程などにおいて行われるはんだリフローや射出成型など２５０〜３００℃数秒の耐熱性を有し、かつ半導体装置の使用中の発熱にも耐えるＲＦＩＤタグを提供するものである。

【0011】

ステンレス板９０上にレジスト１００でパターンを形成し、めっきによってレジスト１００がない部分にアンテナ２０等となる金属を形成し、レジスト１００剥離後にＩＣチップ３０を搭載して前記アンテナ２０とＩＣチップ３０を電気的に接続し、前記アンテナ２０と前記ＩＣチップ３０を封止材１０によって封止し、ステンレス板９０のみを剥がし、ダイシング等で切断することによって１．９〜１３ｍｍ□以下の大きさのＲＦＩＤタグ８０を得る。

【0012】

このとき、アンテナ２０のインダクタンスとＩＣチップ３０の静電容量を含めて形成される電気回路の共振周波数が、ＩＣチップ３０の動作周波数付近となるように、アンテナ２０を設計する。

【0013】

特にアンテナ２０をコイル形状とすることで、上記電気回路をＬＣ共振回路として容易に設計することができ、かつ小面積で効率的にインダクタンスを得ることが出来るため、小型化することが可能となる。

【0014】

エポキシと炭素とシリカを主成分とした封止材１０を用いることで耐熱性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0015】

小型（１．９〜１３ｍｍ□）であっても、数ｃｍ以上の通信距離を確保可能で、しかも従来のオンチップアンテナに比べてコストを低減可能なＲＦＩＤタグを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来のＲＦＩＤタグの概略図である。

【図2】従来のＲＦＩＤタグの概略図である。

【図3】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する図である。

【図4】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する図である。

【図5】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する図である。

【図6】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する図である。

【図7】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の概略図である。

【図8】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する図である。

【図9】本実施形態のＲＦＩＤタグ８０のアンテナ２０の形状を示す図である。

【図10】ＩＣチップ３０を接続したコイル状アンテナ２０の電気的等価回路を示す図である。

【図11】実験に用いたＲＦＩＤタグの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、実施の形態として、封止材１０中にアンテナ２０を形成する方法を中心に、以下にＲＦＩＤタグ８０の製造方法を説明する。

【0018】

図３に示すように、ステンレス板９０上に絶縁性レジスト１００を形成し、アンテナ２０、ＩＣチップ３０を乗せるパッド等を形成する部分のレジスト１００を除去する。

【0019】

次に、図４に示すように、めっき工程によってレジスト１００が除去された部分に金属がめっきされた金属層が設けられ、アンテナ２０等を形成する。

【0020】

その後、図５に示すように全てのレジスト１００を除去することで、アンテナ２０等の金属配線がステンレス板９０上に残る。また、ＩＣチップ３０を乗せるパッドもステンレス板９０上に残る。

【0021】

次に、図６に示すように、ＩＣチップ３０を乗せるパッド上に、ダイボンドフィルム（図示せず）などでＩＣチップ３０を固定し、ＩＣチップ３０とアンテナ２０をワイヤボンディング４０などで電気的に接続する。なおほとんど全てのアンテナ２０は配線場所を調整することでフリップチップ接続することも可能である。

【0022】

ここで、ＩＣチップ３０を乗せるパッドを構成する金属層は、ＩＣチップ３０の下方を電磁的に遮蔽することにより、ＩＣチップ３０における高周波発振の安定した動作に寄与している。また、後述するＩＣチップ３０をステンレス板９０から剥離する際にＩＣチップ３０に加わる応力を低減してＩＣチップ３０を保護する。

【0023】

その後、ステンレス板９０上において前記めっき金属ごと封止材１０で封止し、封止材硬化後にステンレス板９０を剥がすことで、図７のように封止材１０中にアンテナ２０、ＩＣチップ３０が封止されたＲＦＩＤタグ８０を作製できる。

【0024】

このとき、図４におけるめっき工程において、図８に示すようにレジスト１００の高さよりもめっきにより形成されるアンテナ２０等の金属の高さを高くすることで、きのこのように傘を有するアンテナ２０等の金属を形成することが出来る。このように形成したアンテナ２０等の金属は、ステンレス板９０を剥がす時に封止材１０にしっかりと引っかかるため、一部または全部がステンレス板９０に残ってしまう不具合を効果的に防ぐ。

【0025】

なお前記めっき金属としてニッケルを主成分とする金属を用いることは、めっきによるアンテナ２０等の形成が可能で、かつステンレス板９０からの剥離性も良好なため、好適である。

【0026】

アンテナ２０の形状の代表的な例を図９に示す。また、図９にはＩＣチップ３０及びワイヤボンディングしたワイヤ４０も図示している。アンテナ２０の形状は、メアンダラインアンテナ、ループアンテナなどアンテナとして広く用いられているものが利用できる。図９（ａ）はループアンテナ、図９（ｂ）はメアンダラインアンテナ、図９（ｃ）は渦アンテナ、図９（ｄ）はループアンテナの他の形態、図９（ｅ）はコイル状アンテナを示している。

【0027】

そのほかにコイル形状のものは特にＲＦＩＤタグ８０用アンテナとしては小型化することができる。アンテナ２０の設計手法については後述する。またコイル形状の場合、巻線コイルを接着剤などで搭載することも可能だが、本発明のようにレジスト形成の後にめっきで形成するコイル状のアンテナ２０のほうがインダクタンスなどの性能が安定しており、また線幅０．０５ｍｍなどの微細な配線を形成することが出来るため小型化に有利であり、量産性にも優れているため、産業上有効である。

【0028】

また、このようなアンテナ２０の形状をとり、さらに基材１と封止材１０の比誘電率が寄与することにより、間隙を有して隣接する構成部分を含むアンテナ２０は、隣接する構成部分が容量的に結合し、これらの間に静電容量を提供する。これにより、ＩＣチップ３０とこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量である実効静電容量は、ＩＣチップ３０単体の静電容量よりも著しく増加することになる。ここで、実質的な静電容量とは、ＩＣチップ３０の外周部にアンテナを配置した構成におけるＩＣチップ３０が提供する静電容量である。

【0029】

図７は、封止後のＲＦＩＤタグ８０を示す断面図である。ＩＣチップ３０、アンテナ２０、ワイヤ４０を一括して封止することでそれらを保護する。ワイヤボンディングのワイヤ４０も封止するため、封止後の厚み又は高さは０．２〜１．０ｍｍ程度となる。

【0030】

封止材１０としては通常半導体で使用されている封止材を使用することが出来、比誘電率は２．６〜４．５程度である。半導体パッケージ自体の性能を高めるためには封止材１０の比誘電率は低いほうが好ましいが、比誘電率が高ければインダクタンスが増加するためアンテナ２０を小型化することができる。

【0031】

本ＲＦＩＤタグ８０は、従来であれば基材部分となるステンレス板９０を剥離するので、金属配線が露出している。保護層がない分、薄型化が可能である。これにより例えばＲＦＩＤ供給メーカーは薄いＲＦＩＤタグ８０を半導体パッケージ等のメーカーに提供することが可能となり、ＲＦＩＤタグ８０を半導体パッケージ内等に一括して封止することで金属部分は表面に現れなくなる。

【0032】

ＲＦＩＤタグ８０単体においては、表面に露出している金属部分に防錆処理を行うことで金属の腐食を抑えることが出来る。あるいはＲＦＩＤタグ８０単体で用いる場合にはＲＦＩＤタグ８０においてアンテナ２０等の金属が露出している面に絶縁性のレジスト等を形成することでＩＣチップ３０やアンテナ２０等の金属配線部分は封入され、外部からはまったく触れられない構造となり、環境劣化の観点からも偽造防止の観点からも安全性・信頼性が向上する。

【0033】

このように作製されたＲＦＩＤタグ８０は、小型であるにもかかわらず自身にアンテナとチップを内蔵しているため、端子を外部の部品（例えばアンテナパターンを形成した基板）などにはんだ実装したり電気的接続したりする必要がない。すなわち管理したい対象物に対して特別な装置や部品を用いずに、接着剤やテープなどで誰でも簡便に装着できるという利便性を有する。

【0034】

このようにして作製されたＲＦＩＤタグ８０の耐熱性はほぼ封止材１０の性能で決定され、封止材１０の耐熱性が数秒であれば２５０〜３００℃かつ定常的にはほぼ１５０℃以上であるため、従来のＰＥＴなどにアンテナを形成しているＲＦＩＤタグに比べて耐熱性が高く、高温でも正常に動作する。

【0035】

ＩＣチップ３０は読み取り専用のものでもよいが、情報を書き込めるもののほうが、作業履歴などを随時書き込めるため管理に好適である。

【0036】

＜アンテナ２０の設計手法＞
アンテナ２０の設計は、アンテナ線の形状、線の太さ、線の長さ、などによって決まる共振周波数を指標とする。この共振周波数を、使用するＩＣチップ３０の動作周波数に近づけることによって、リーダライタからの電力をアンテナ２０が受け取り、ＩＣチップ３０に伝えて、ＩＣチップ３０が動作する。

【0037】

共振周波数をアンテナの図面から解析的に導出することは一般的に難しい。実際にはアンテナを試作して実験的に測定するか、電磁界シミュレータを用いて共振周波数を求める場合が多い。特に本発明品は小型なのでアンテナの試作を手作業で正確に行うことは不可能であり、前記レジスト１００を形成してからめっきで金属のアンテナ２０を作製するような方法で試料を作製・評価してその結果をフィードバックするような試行錯誤は時間もコストもかかってしまうことから、本明細書では電磁界シミュレータ（アンシス・ジャパン株式会社製シミュレータソフト ＨＦＳＳ）を用いて設計することで時間およびコストを削減した。シミュレータにはアンテナ２０の形状、材質、およびＩＣチップ３０の静電容量、封止材１０の形状と屈折率、ワイヤ４０に相当する導体、ＩＣチップ３０に見立てた電力ポートを最低でも入力する必要があり、シミュレーション結果から共振周波数を得る。この場合の共振周波数とは、回路のインピーダンスの虚数部がゼロとなる周波数のことである。

【0038】

設計の原理を理解しやすいのはコイル状アンテナ２０の両端にＩＣチップ３０を接続した場合の電気的閉回路を考えることであり、単純なＬＣ共振回路と見立てることが出来る。図９（ｅ）コイル状アンテナ２０の電気的等価回路を図１０に示す。この場合の共振周波数ｆ_０は、コイル状アンテナ２０の等価回路であるコイル５０のインダクタンスＬ、ＩＣチップ３０の等価回路であるコンデンサ６０の静電容量Ｃを用いて、次の（１）式となる。

【0039】

【数1】

【0040】

ここで、Ｃは使用するＩＣチップ３０の選定によって変えられ、Ｌはコイル状アンテナ２０の形状（特にコイル状アンテナ２０の直径と巻数）によって調整することが出来、その結果、目的の共振周波数ｆ_０を実現することができる。特にＬの調整は有効で、コイル状アンテナ２０の直径を大きくしたり巻数を増やすことでＬが増加し、その結果ｆ_０は減少する。

【0041】

上記式において、ＩＣチップ３０の静電容量Ｃとしては、ＩＣチップ３０の外周部にアンテナ２０（コイル５０）を配置した構成における実効静電容量が適用される。本実施の形態では、間隙を有して隣接するアンテナ２０の構成部分の間に容量成分が生じ、さらに基材１と封止材１０の比誘電率が寄与することにより、アンテナ２０は静電容量を提供する。これにより、ＩＣチップ３０とこの外周部に配置されるアンテナとを有する構成全体の実質的な静電容量である実効静電容量は、ＩＣチップ３０単体の静電容量よりも著しく増加している。したがって、上記式から明らかなように、所望の共振周波数ｆ_０は、より小さなインダクタンスＬによって実現できるようになる。このことによって、直径と巻数を低減するなどしてコイル５０の寸法を小型化し、ひいてはＲＦＩＤタグ全体を小型化することが可能になる。

【0042】

ただし使用するＩＣチップ３０が指定されたり、アンテナ２０の搭載面積が小さく制限されていたりプロセス上アンテナ２０の線幅をあまり細く出来ない場合などは、目標としているＲＦＩＤタグ８０の寸法内で希望の共振周波数を実現できない場合もある。

【0043】

なお正確にはコイル状アンテナ２０には線間に浮遊容量Ｃ’が存在するため、（１）式より複雑である。

【0044】

ＲＦＩＤタグ８０（ＩＣチップ３０）の共振周波数（動作周波数）は、電波法上特に商業的に利用価値が高い１３．５６ＭＨｚ〜２．４８ＧＨｚの範囲とすることが好ましい。特にＵＨＦ帯（Ultra High Frequency Band）の動作周波数０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近のＲＦＩＤの場合、電波の波長は３０ｃｍ程度であるが、一方でＵＨＦ帯用のＩＣチップの大きさは通常０．６ｍｍ□以下であるため、オンチップアンテナ方式ではＩＣチップが正常に動作するようなアンテナをＩＣチップ上に形成することは不可能である。しかし本発明の方式を用いることで従来の数ｃｍ□のアンテナを用いずとも数ｍｍ□の単層のアンテナでＲＦＩＤタグが動作するという優れた特長がある。また、大きさが数ｍｍ角で、導線幅／導線間幅が数１０μｍ〜数１００μｍのアンテナでよいため、銅箔等の金属層をエッチングすること等により容易に形成できる。さらに、単層のアンテナでよいため、多層化する必要がないので、基材の片面に金属層として銅箔を貼り合せた、銅箔付きポリイミド基材の銅箔を用いて形成することができる。このため、低コストの汎用の材料を用い、汎用のプロセスで形成することができる。

【0045】

本発明のＲＦＩＤタグ８０は、半導体装置内などに埋め込んで使用することが出来る。また、両面テープなどでラベルのように商品やサンプルに貼り付けて管理などに利用することが出来、商品を販売する際などに容易に取り外すことも可能である。

【実施例】

【0046】

＜読取り評価の方法と実験結果＞
リーダライタはＬＳ産電株式会社製 ＵＩ−９０６１（出力１Ｗ）を用いた。リーダライタの読取り部を中心として、周囲２５ｃｍ四方に障害物がない状態で、ＲＦＩＤタグ８０の読取り評価を行った。リーダライタでＲＦＩＤタグ８０を読取れる時の、リーダライタ読取り部からＲＦＩＤタグ８０までの最大距離（以後、読み取り距離という）を測定した。なおこのとき使用したＩＣチップの大きさは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、静電容量は０．７７ｐＦ、動作周波数は０．８６〜０．９６ＧＨｚ付近である。

【0047】

表１は、図１１に示すようなポリイミド基板１上にエッチングにてアンテナ２０を形成し、ＵＨＦ帯で動作するＩＣチップ３０をワイヤボンディング後に封止したサンプルを測定してもっとも読み取り距離が長かった時の値を示した結果である。

【0048】

この表１から、ＩＣチップと接続されて電気的閉回路を形成する、コイルアンテナ及びループアンテナ２では、電磁界シミュレータによる共振周波数が、０．２〜２ＧＨｚであり、概ね、他のアンテナに比べて、ＩＣチップの動作周波数０．９ＧＨｚ程度に近い。また、読み取り距離も、電気的閉回路を形成しない、メアンダラインアンテナ、ループアンテナ１、渦アンテナに比べて、読取り良好な結果となっている。また、電磁界シミュレータによる共振周波数が、０．５〜１．５ＧＨｚとなった、実験例１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ｂ、４ｃ、５ｃでは、５ｍｍ以上の通信距離が得られた。特に、ＩＣチップの動作周波数０．９ＧＨｚ程度に近い、共振周波数１〜１．１ＧＨｚとなった、実験例１ａ、２ｂ、３ｂでは、２０ｍｍを超える通信距離が得られた（最大の読取り距離は３７ｍｍ）。

【0049】

【表1】

【0050】

ここで、ＲＦタグ８０の大きさが縦４ｍｍ以下×横４ｍｍ以下の場合、高さ０．４ｍｍ以下とすることができる。ＲＦＩＤタグ８０の大きさが縦２．５ｍｍ以下×横２．５ｍｍ以下の場合、高さ０．３ｍｍ以下とすることができる。ＲＦＩＤタグ８０の大きさが縦１．９ｍｍ以下×横１．９ｍｍ以下の場合、高さ０．３ｍｍ以下とすることができる。

【0051】

表２は、本発明に係る図７に示すサンプルの読み取り距離の測定結果である。表１において読取り良好であったサンプル２種類とほぼ同じ大きさ・形状のアンテナ２０を形成したＲＦＩＤタグ８０を各２０個程度試作して測定した。その結果、読取り距離は４ｍｍ□品では２９．５ｍｍ、２．５ｍｍ□品では１９．９ｍｍであった。

【0052】

【表2】

【0053】

アンテナ２０を作製するにあたり、導線幅および導線間距離は太いほうが歩留まりよく安定して製造することが可能である。そこで、プロセス上の制約から導線幅／導線間距離が決められた場合、数ｃｍ以上の読取り距離を確保しつつどれだけ小型化できるかを考察した。その結果、ＵＨＦ帯では導線幅／導線間距離が０．２ｍｍ／０．２ｍｍの場合はＲＦＩＤタグ８０の外径を４ｍｍ□程度まで小さくすることが限界であることが判明した。また導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合はＲＦＩＤタグ８０の外径を２．５ｍｍ□程度まで小さくすることが限界であることが判明した。また導線幅／導線間距離が０．０５ｍｍ／０．０５ｍｍの場合はＲＦＩＤタグ８０の外径を１．９ｍｍ□程度まで小さくすることが限界であることが判明した。

【0054】

表３は、ＩＣチップの大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、動作周波数１３．５６ＭＨｚ、静電容量１７ｐＦのＩＣチップを使用した場合のシミュレーション結果および実験結果である。電磁界シミュレータによる共振周波数が２９ＭＨｚとなった実験例６ｂでは、１２ｍｍの通信距離が得られ、特に、電磁界シミュレータによる共振周波数が１４ＭＨｚとなった実験例７ｂでは、１１０ｍｍの通信距離が得られた。また、ＨＦ帯（High Frequency Band）の動作周波数１３．５６ＭＨｚにおいては、周波数がＵＨＦ帯よりも低くなるため、コイル状アンテナ２０のインダクタンスを大きくする必要があり、導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合はＲＦＩＤタグ８０の外径を１３ｍｍ□程度まで小さくすることが限界であることが判明した。

【0055】

【表3】

【0056】

ここで、ＲＦＩＤタグ８０の大きさが縦１３ｍｍ以下×横１３ｍｍ以下の場合、高さ１．０ｍｍ以下とすることができる。

【0057】

表４は、ＩＣチップの大きさが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×０．１ｍｍ程度、動作周波数２．４５ＧＨｚ、静電容量０．７ｐＦのＩＣチップを使用した場合のシミュレーション結果および実験結果である。電磁界シミュレータによる共振周波数が２ＧＨｚとなった実験例８ａ及び電磁界シミュレータによる共振周波数が２．１ＧＨｚとなった実験例９ｂでは、４ｍｍの通信距離が得られた。また、導線幅／導線間距離が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの場合はＲＦＩＤタグ８０の外径を１．９ｍｍ□程度まで小さくすることが限界であることが判明した。

【0058】

【表4】

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明のＲＦＩＤタグは、商品、包装、カード、書類、眼鏡、時計（特に腕時計など小型のもの）、半導体、医療用途（患者から採取したサンプル等）などの製品の管理、識別、情報提示、情報記録、偽造防止の目的として使用することが出来る。

【符号の説明】

【0060】

１ 基材
１０ 封止材
２０ アンテナ
３０ ＩＣチップ
４０ ワイヤボンディングのワイヤ
５０ コイル（アンテナ）
６０ コンデンサ（ＩＣチップ）
７０ 抵抗（ＩＣチップ。シミュレーション時に設定するポート）
８０ ＲＦＩＤタグ
９０ ステンレス板
１００ レジスト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】