无线IC器件的制作方法与工艺

无线IC器件本发明申请是国际申请号为PCT/JP2009/058682，国际申请日为2009年5月8日，进入中国国家阶段的申请号为200980118462.0，名称为“无线IC器件”的发明专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及一种包含无线IC和辐射板而构成的无线IC器件，特别涉及一种用于RFID(RadioFrequencyIdentification：射频识别)系统的无线IC器件。

背景技术：
近年来，作为物品的管理系统，已开发出如下的RFID系统：通过利用电磁场的非接触方式在产生感应磁场的读写器、和附于物品上且存储有预定的信息的IC标签(以下称为无线IC器件)之间进行通信，以传送预定的信息。用于该RFID系统的无线IC器件包括处理预定的无线信号的无线IC芯片、和进行无线信号收发的辐射板，例如，已知有专利文献1所记载的无线IC器件。专利文献1所记载的无线IC器件包括：无线IC芯片；馈电电路基板，该馈电电路基板安装有该无线IC芯片，且具备馈电电路，该馈电电路包含具有预定谐振频率的谐振电路；及辐射板，该辐射板粘贴于该馈电电路基板的下表面，将由馈电电路提供的发送信号进行辐射，并对接收信号进行接收以提供给馈电电路。将馈电电路基板的谐振电路的谐振频率设计成实质上相当于收发信号的频率，具有极其稳定的频率特性。专利文献1所记载的无线IC器件中，由于用辐射板收发的无线信号的频率实质上由馈电电路基板的馈电电路决定，因此具有基本上不取决于辐 射板的大小和形状的极其优异的特性。然而，例如专利文献1的段落0020所记载的那样，无线信号的增益大小取决于辐射板的大小和形状。即，若辐射板的大小和形状等不同，则随之增益也变化，但增益的控制方法未在专利文献1中充分披露。专利文献1：国际公开第2007/083574号公报

技术实现要素：
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于，提供一种可控制收发信号的增益的无线IC器件。为了达到上述目的，作为本发明的一个方式的无线IC器件的特征在于，包括：无线IC，该无线IC处理预定的无线信号；馈电电路基板，该馈电电路基板与所述无线IC连接，且具有包含至少一个线圈图案的馈电电路；及辐射板，该辐射板将由所述馈电电路基板提供的发送信号进行辐射，及/或对接收信号进行接收并将其提供给所述馈电电路基板，所述辐射板的一部分具有开口部和与该开口部连接的狭缝部，从所述线圈图案的卷绕轴方向俯视时，所述辐射板的开口部和所述线圈图案的内侧区域在至少一部分重叠。根据本发明所涉及的无线IC器件，特别是由于辐射板具有形成于其一部分的开口部和与该开口部连接的狭缝部，从馈电电路基板所包含的线圈图案的卷绕轴方向俯视时，辐射板的开口部和线圈图案的内侧区域在至少一部分重叠，因此若线圈图案中流过电流，则被激发的磁场通过辐射板的开口部呈理想分布，利用该感应磁场在辐射板的开口部周边激发感应电流，利用狭缝部对该感应电流提供电位差。因而，通过利用该狭缝部的长度和宽度来控制感应电流的量和分布，从而能控制在辐射板的整个区域产生的电场、磁场的量，由此，能控制收发信号的增益。附图说明图1表示作为实施例1的无线IC器件，(A)是器件整体的立体图，(B)是表示在馈电电路基板上安装无线IC芯片的状态的立体图，(C)是表示在辐射板上安装馈电电路基板的状态的立体图。图2是表示作为实施例1的无线IC器件的俯视图。图3是表示作为实施例1的无线IC器件的主要部分的简要俯视图。图4是表示构成作为实施例1的无线IC器件的馈电电路基板的内部结构的简要立体图。图5表示作为实施例1的无线IC器件的动作原理，(A)是剖视图，(B)是开口部周边的俯视图，(C)是表示向辐射板的传播的俯视图。图6是作为实施例1的无线IC器件的等效电路图。图7是表示作为实施例1的无线IC器件的主要部分的简要剖视图。图8表示作为实施例2的无线IC器件，(A)是俯视图，(B)是其变形例的放大俯视图。图9是表示形成于馈电电路基板的内部的线圈图案的变形例的简要立体图。图10是表示作为实施例3的无线IC器件的剖视图。图11是表示作为实施例4的无线IC器件(省略了馈电电路基板)的俯视图。图12是表示作为实施例5的无线IC器件(省略了馈电电路基板)的俯视图。图13是表示将作为实施例5的无线IC器件安装于物品上的状态的正视图。图14是表示作为实施例6的无线IC器件的主要部分的立体图。图15是表示作为实施例6的无线IC器件的剖视图。图16是表示辐射板的变形例1的俯视图。图17是表示辐射板的变形例2的俯视图。图18是表示辐射板的变形例3的俯视图。图19表示辐射板的变形例4，(A)是分解后的状态的俯视图，(B)是组合后的状态的俯视图。具体实施方式下面，基于具体的实施例，说明本发明所涉及的无线IC器件。此外，各图中，对相应的部件、部分附加相同的标号，并省略重复的说明。(实施例1，参照图1～图7)首先，主要参照图1说明实施例1的无线IC器件的结构。如图1(A)等所示，无线IC器件1中，例如在由印刷布线基板构成的支承基板2上，形成有例如由金属箔那样的金属膜形成的辐射板3，而且在辐射板3上安装有馈电电路基板4。馈电电路基板4具有包含至少一个线圈图案的馈电电路，且安装有处理预定的无线信号的无线IC芯片5。即，无线IC芯片5安装于馈电电路基板4的一个主面4a，馈电电路基板4的另一个主面4b作为安装面安装于辐射板3。无线IC芯片5包含时钟电路、逻辑电路、存储器电路等，存储有所需的信息。如图1(B)等所示，在馈电电路基板4的一个主面4a，设有用于将无线IC芯片5安装并连接于馈电电路基板4的多个连接用电极11。这些连接用电极11通过焊料等导电性接合剂8(参照图10)分别与形成于无线IC芯片5的背面的多个连接用电极(省略图示)电连接。其结果是，无线IC芯片5安装于馈电电路基板4的一个主面4a。另外，在馈电电路基板4的另一个主面4b，设有用于将馈电电路基板4安装于辐射板3的安装用电极12。如图1(C)等所示，在辐射板3的一部分设有开口部7，与该开口部7连接有狭缝部6。狭缝部6的一端与开口部7连接，另一端在辐射板3的侧缘开放。即，狭缝部6设置成使得开口部7和辐射板3的侧缘连通。此外，狭缝部6的形状如本实施例1那样为直线状的话，在加工性方面较为有利，但也可形成为蜿蜒状或弯曲状。而且，在辐射板3上，设有用于在其开口部7的周围部分安装并连接馈电电路基板4的多个安装用电极15。这些安装用电极15通过焊料等导电性接合剂16(参照图5)与设于馈电电路基板4的另一个主面4b的安装用电极12连接。由涂覆在辐射板3的表面的抗蚀剂材料等构成保护层14，安装用电极15是利用将该保护层14局部剥离后的开口来形成。即，利用保护 层14的开口部分将辐射板3的一部分形成作为安装用电极15。此外，本实施例1中，设于馈电电路基板4的另一个主面4b的安装用电极12未与设于馈电电路基板4的内部的馈电电路直接连接。该安装用电极12通过焊料等导电性接合剂16与形成作为辐射板3的一部分的安装用电极15接合。辐射板3如图2所示，构成呈平面形成的矩形，在一侧缘部即长边方向的大致中央部，安装有安装了无线IC芯片5的馈电电路基板4。在本实施例1中，例如，可将接地电极用作为辐射板3，该接地电极内置于便携式电话和个人计算机等电子设备，且设于构成预定的电子电路的印刷布线基板。即，可将辐射板3设置作为仅具有辐射功能的元件，但即使不是那样的元件，也可将在各种电子电路中使用的接地电极用作为辐射板3。设于辐射板3的开口部7与设于馈电电路基板4的线圈图案23(参照图3)的关系中，当从该线圈图案23的卷绕轴方向俯视时，线圈图案23的旋绕轨迹的内侧区域的至少一部分重叠。如图3所示，开口部7和线圈图案23的内侧区域在几乎整个区域重叠，且优选为，开口部7的面积和线圈图案23的内侧区域的面积大致相同。其理由是因为，由线圈图案23产生的磁场H(参照图5(A))可对于辐射板3高效地传播，可抑制损耗，提供增益。这里，实施例1中的馈电电路基板4构成作为层叠有由树脂层和陶瓷层等构成的多个电介质层的层叠体。关于构成馈电电路的线圈图案23，是将分别配置于多个电介质层的多个环状电极在层叠方向上通过层间导体连接成具有其卷绕轴的螺旋状的图案。这里，馈电电路基板也可以是在单层基板上形成线圈图案的基板。即，如图4所示，在馈电电路基板4中内置有螺旋状的线圈图案23，利用包含线圈图案23的馈电电路，将来自无线IC芯片5的发送信号提供给辐射板3，将来自辐射板3的接收信号(接收功率)提供给无线IC芯片5。若具体说明馈电电路，则与无线IC芯片5的连接用电极连接的馈电电路基板4侧的连接用电极11a通过设于层叠体中的层间连接导体21a与设于其它层的焊盘导体22a连接，焊盘导体22a在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23a迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24a连 接。焊盘导体24a通过层间连接导体21b与设于其它层的焊盘导体22b连接，焊盘导体22b在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23b迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24b连接。而且，焊盘导体24b通过层间连接导体21c与设于其它层的焊盘导体22c连接，焊盘导体22c在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23c迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24c连接。而且，焊盘导体24c通过层间连接导体21d与设于其它层的焊盘导体22d连接，焊盘导体22d在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23d迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24d连接。而且，焊盘导体24d通过层间连接导体21e与设于其它层的焊盘导体22e连接，焊盘导体22e在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23e迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24e连接。而且，焊盘导体24e通过层间连接导体21f与设于其它层的焊盘导体22f连接，焊盘导体22f在该层中经由构成线圈图案23的一部分的布线导体23f迂回成为环状，与设于同层的焊盘导体24f连接。而且，焊盘导体24f通过层间连接导体25与馈电电路基板4侧的连接用电极11b连接,该馈电电路基板4侧的连接用电极11b与无线IC芯片5的其它连接用电极连接。即，利用层间连接导体21a～21f、焊盘导体22a～22f、环状的布线导体23a～23f、焊盘导体24a～24f及层间连接导体25来形成线圈图案23。此外，在构成馈电电路基板4的层叠体的表面，设有电极11c、11d，这些电极是安装无线IC芯片5时的固定用电极，未与设于馈电电路基板4的线圈图案23连接。如上所述，本实施例1中，辐射板3具有在其一部分形成的开口部7和与该开口部7连接的狭缝部6，从形成于馈电电路基板4的线圈图案23的卷绕轴方向俯视时，开口部7和线圈图案23的内侧区域重叠，而且，开口部7的面积和线圈图案23的内侧区域的面积大致相同。因而，如图5(A)所示，例如，在发送无线信号时，信号电流从无线IC芯片5流到线圈图案23，由该电流产生的感应磁场H通过开口部7，如图中虚线所示，呈理想分布。所谓磁场H呈理想分布，是指两个磁场H的中心B与开口部7的中心 一致，在该状态下辐射板3的增益成为最大。利用上述感应磁场H，如图5(B)所示，在开口部7的周围部分，产生感应电流I1、I2(这里，电流I1、I2的传输方向相差180°)。这里，由于与开口部7连接有狭缝部6，因此该感应电流I1、I2在狭缝部6处其流动受到限制，提供电位差(形成电容)。因而，通过利用该狭缝部6的长度L1和宽度L2来控制感应电流I1、I2的量和分布，从而能控制在辐射板3的整个区域产生的电场、磁场的量。其结果是，能控制发送信号的增益。这样，在辐射板3中，利用感应电流I1、I2激发磁场H，如图5(C)所示，利用该磁场H激发电场E，利用该电场E激发磁场H，利用这样的连锁现象，使得在辐射板3的整个区域，电磁场分布呈二维扩展。利用该电磁场分布，发送无线信号。因而，由该无线IC器件1处理的无线信号优选为高频带、特别是UHF频带的信号。如上所述，利用狭缝部6的长度L1和宽度L2，能控制由辐射板3收发的无线信号的增益。具体而言，狭缝部6的长度L1越大，宽度L2越小，则增益越具有变大的趋势。如图5(A)所示，形成于馈电电路基板4的安装用电极12优选为，从线圈图案23的卷绕轴方向俯视时，其主要部分形成于线圈图案23的内侧区域以外的区域。即，安装用电极12优选为配置成使得不会妨碍形成理想的磁场H，特别是不会妨碍通过开口部7的磁场H，而且，优选为安装用电极12的主要部分与线圈图案23的投影面内重叠。以相同的理由，辐射板3侧的安装用电极15也优选为，从线圈图案23的卷绕轴方向俯视时，其主要部分形成于线圈图案23的内侧区域以外的区域。而且，优选为安装用电极15的主要部分与线圈图案23的投影面内重叠。如图4及图5(A)所示，设于各电介质层的环状导体(布线导体23b～23f)优选为，利用分别隔开预定间隔且平行的多个线路导体来形成。即，本实施例1中，形成为环状的布线导体23b～23f形成作为连接配置于两端部的焊盘导体的平行的两根线路导体，由此，在两根线路导体之间也会通过磁通，被激发的磁场朝线圈图案23的中心方向、即与卷绕轴正交的方向扩展，能有效地利用磁通。另外，通过增加环状导体的并联根数，从而起到能减 小环状导体的直流电阻的效果。其结果是，能提高无线信号的增益。如图6所示，本实施例1的无线IC器件1采用如下结构：包括差分输出型的无线IC芯片5，在两个输入输出电极间串联连接有线圈图案23。而且，线圈图案23所激发的感应磁场H通过辐射板3的开口部7以理想的形状传播到开口部7的周围部分。该等效电路图中，虽然仅图示出线圈图案23以作为馈电电路，但除了利用线圈图案23自身的电感以作为电感分量以外，由于线圈图案23如上所述由层叠后的环状电极形成，因此还利用形成于各层的环状电极间的寄生电容以作为电容分量。此外，设于馈电电路基板4的馈电电路只要至少包括线圈图案即可，在馈电电路具有预定的谐振频率的情况下，例如也可进一步具有用于调整该谐振频率的电容分量和电感分量。本实施例1中，馈电电路基板4的馈电电路具有预定的谐振频率，由辐射板3收发的无线信号的频率优选为实质上相当于该谐振频率。这里，所谓“实质上相当于”，是指馈电电路所具有的谐振频率的频带和由辐射板3收发的无线信号的频带基本一致。这样，由于发送信号及/或接收信号的频率实质上相当于馈电电路的谐振频率，因此可得到这样的无线IC器件：该无线IC器件具有稳定的频率特性而基本上不取决于辐射板3的大小和形状、支承辐射板3的支承基板2的形状和材质等。本实施例1中，如图7所示，关于辐射板3中的开口部7的周边部分的面积、即接收由线圈图案23引起的磁通的部分的面积，若设线圈图案23的卷绕轴方向的长度、即线圈图案23的层叠方向的厚度为T1，设从相当于线圈图案23的外延端的位置10a到辐射板3的外端10b的长度为T2，则这时优选为T2>T1。通过将辐射板3的开口部7周边部分的尺寸和线圈图案23的尺寸设为这样的关系，从而能在辐射板3侧以大约80%以上的高效率接收由线圈图案23产生的磁通，能构成损耗小、增益大的无线IC器件。此外，本实施例1中，由于馈电电路基板4和辐射板3主要通过磁场进行耦合，因此不一定需要考虑馈电电路基板4和辐射板3之间的阻抗匹配。即，根据本实施例1，如上所述，通过将狭缝部6设计成优选的形状，从而能极其容易地控制无线信号的增益。(实施例2，参照图8)如图8(A)所示，本实施例2的无线IC器件31基本上与上述实施例1的无线IC器件1是同样构成，在馈电电路基板34配置于辐射板33的侧缘部这一点上，与实施例1的无线IC器件不同。无线IC器件31中，从辐射板33的侧缘部到开口部37的狭缝部36的长度(参照图5(B)的L1)变短，增益具有变小的趋势。此外，如图8(B)所示，形成于辐射板33’的狭缝部36’的宽度也可与开口部37’的宽度大致相同。这里，在设辐射板33的长度为14cm、宽度为4cm的情况下，示出与狭缝部36的长度L1的数值对应的增益的具体数值。L1＝0mm时，增益为－14.4dBL1＝0.5mm时，增益为－13.1dBL1＝1.0mm时，增益为－11.6dBL1＝1.5mm时，增益为－10.9dBL1＝2.5mm时，增益为－9.4dBL1＝4.5mm时，增益为－7.9dB(线圈图案的变形例，参照图9)设于上述馈电电路基板4的内部的线圈图案23如图9所示，也可利用1根线路导体来形成设于各电介质层的环状导体。图4所示的线圈图案23是利用设于5层的布线导体23b～23f来构成，而图9所示的线圈图案23是利用设于4层的布线导体23b～23e来构成。如该变形例那样，在由1根线路导体形成设于各电介质层的环状导体(布线导体23b～23e)的情况下，与图4所示的结构相比，由线圈图案23产生的感应磁场的二维分布量变小，增益具有变小的趋势，但结构变得简单，可实现馈电电路基板4的小型化。(实施例3，参照图10)本实施例3的无线IC器件61如图10所示，主要在辐射板63设于支承基板62的内部这一点上，与上述实施例1的无线IC器件1不同。即，辐射板63利用设于支承基板(例如，印刷布线基板)62的内层的接地电极。具体而言，如图10所示，无线IC器件61中，在作为印刷布线基板的 支承基板62的内部，形成具有连接未图示的狭缝部的开口部67的辐射板63，而且在支承基板62上安装有馈电电路基板4。馈电电路基板4具有包含线圈图案23的馈电电路，而且在其表面安装有处理预定的无线信号的无线IC芯片5。在支承基板62的表面，设有用于安装并固定馈电电路基板4的安装用电极68，通过焊料等导电性接合剂16与设于馈电电路基板4的另一个主面4b的安装用电极12连接。另外，馈电电路基板4侧的安装用电极12未与设于馈电电路基板4的内部的馈电电路直接连接。同样地，支承基板62侧的安装用电极68也未与设于支承基板62的内部的辐射板63直接连接。(实施例4，参照图11)本实施例4的无线IC器件71如图11所示，是所谓的标签型(嵌入型)的无线IC器件。即，该无线IC器件71具有如下结构：在PET薄膜那样的可弯性的支承体72上，设有由金属箔那样的可弯性的金属膜形成的辐射板73。辐射板73具有：连接狭缝部76的开口部77的周边部、即接收由馈电电路基板的线圈图案引起的磁通的平面状部分78；和主要进行无线信号收发的蜿蜒状部分79。这里，接收磁通的平面状部分78和进行无线信号收发的蜿蜒状部分79之间并没有明确的界线。与上述实施例1的无线IC器件1相同，在开口部77的周围，通过将抗蚀剂材料局部剥离从而设置用于安装馈电电路基板的安装用电极75。该无线IC器件71固定于各种商品，可用于商品的流通履历管理等。这样，本发明所涉及的无线IC器件中，支承辐射板的支承体不仅可以是印刷布线基板那样的刚性基板，而且也可以是如本实施例4所示的、PET薄膜那样的柔性支承体72。同样地，辐射板自身也不仅可以是烧结金属和金属板那样的刚性构件，而且也可以是金属箔那样的柔性构件。另外，也可将金属制的眼镜框和指环等金属的一部分作为辐射板。(实施例5，参照图12及图13)本实施例5的无线IC器件81如图12所示，在由面积比较小的可弯性薄膜等构成的支承体82上利用金属箔等形成辐射板83，呈贴片型的形状，辐射板83具有开口部87和与其连接的狭缝部86。如图13所示，在物品89上粘贴上述支承体82来使用该无线IC器件81。只要支承体82具有磁通通过的某种程度的厚度，则物品也可为金属。(实施例6，参照图14及图15)本实施例6的无线IC器件91如图14及图15所示，在馈电电路基板4的背面形成通过层间连接导体26a、26b与线圈图案23连接的安装用电极12a、12b，将该安装用电极12a、12b通过焊料等导电性接合剂16与辐射板3的安装用电极15a、15b连接。安装用电极15a、15b与实施例1所说明的安装用电极15相同，利用将涂覆在辐射板3的表面的抗蚀剂材料局部剥离后的开口来形成。此外，其它结构与实施例1相同。即，本实施例6中，馈电电路基板4的线圈图案23和辐射板3不仅通过电磁场进行耦合，而且两者也直接连接(耦合)。因而，辐射板3的增益变大。(辐射板的变形例1～4，参照图16～图19)若重叠以相同比较大的面积形成辐射板的多个无线IC器件，则辐射板会阻断磁通。若产生这种状态，则无线IC器件和读写器之间无法进行信号收发。因此，以下的图16～19中示出变形例1～4，该变形例1～4在辐射板设置开口，使得即使在多个无线IC器件重叠的情况下，磁通也能通过。通过在辐射板设置变形例1～4所示那样的开口(磁通的通过部分)，从而即使在重叠多个无线IC器件的情况下，也可使磁通通过开口，从而与读写器进行信号收发。另外，通过具有环状的电极，从而对于辐射板而言增加接收磁通的面积，作为天线的增益变大。图16所示的作为变形例1的辐射板100包括安装上述馈电电路基板4的具有开口部107和狭缝部106的第1电极101、和包围该第1电极101的环状的第2电极108，由金属箔等形成。第1及第2电极101、108在一个平面上形成为一体，利用连接部102相互电连接。本变形例1中，磁通通过由环状的第2电极108包围的开口109。此外，安装馈电电路基板4的开口部107优选为，位于环状的第2电极108的中央部。利用该结构，馈电电路基板4能均匀地接收磁通。图17所示的作为变形例2的辐射板110包括安装上述馈电电路基板4 的具有开口部117和狭缝部116的第1电极111、和包围该第1电极111的环状的第2电极118，由金属箔等形成。第1及第2电极111、118在一个平面上形成为一体，利用连接部112、113相互电连接。这样，由于第1电极111和第2电极118在两处连接，因此由磁场产生的电信号可有效地传送到馈电电路基板4。本变形例2中，磁通通过由环状的第2电极118包围的开口119。图18所示的作为变形例3的辐射板120包括安装上述馈电电路基板4的具有开口部127和狭缝部126的第1电极121、和包围该第1电极121的环状的第2电极128。第1及第2电极121、128在一个平面上形成为一体，利用连接部122相互电连接。本变形例3中，磁通通过由环状的第2电极128包围的开口129。图19所示的作为变形例4的辐射板130中，第1电极131和第2电极138分开形成，将第1电极131粘贴在第2电极138上。对于粘贴，可使用非导电性粘接剂或导电性粘接剂中的任一种。另外，可粘贴成使得第1电极131和第2电极138之间相对，也可粘贴成使得在表面形成有第1电极131的薄膜和第2电极138相对。即使电极131与电极138粘贴，也可传播磁场。第1电极131具有安装上述馈电电路基板4的开口部137和狭缝部136。第2电极138具有与上述变形例2相同的形状。本变形例4中，磁通也通过由环状的第2电极138包围的开口139。此外，变形例4中，通过将第2电极138的开口部及狭缝部设定得比第1电极131的开口部137及狭缝部136要大，从而在粘贴第1电极131和第2电极138时，即使产生一些位置偏差，也能确保第1电极131所具有的预定大小的开口部137及狭缝部136的宽度。(其它实施例)此外，本发明所涉及的无线IC器件并不限于上述实施例，当然可以在其要点的范围内进行各种变更。工业上的实用性如上所述，本发明可用于无线IC器件，特别是在能控制收发信号的增益这一点上较佳。标号说明1、31、61、71、81、91···无线IC器件2、62···支承基板3、33、63、73、83、100、110、120、130···辐射板4、34···馈电电路基板5···无线IC芯片6、36、76、86、106、116、126、136···狭缝部7、37、67、77、87、107、117、127、137···开口部72、82···支承体101、111、121、131···第1电极108、118、128、138···第2电极