專利名稱:無線ic器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及無線IC器件并尤其涉及用于RFID (射頻識別)系統(tǒng)的無線IC器件。
背景技術(shù):
已研發(fā)出RFID系統(tǒng)作為物品管理系統(tǒng),其中產(chǎn)生感應磁場的讀出器/寫入器以及 附連于物品并存儲預定信息的無線標簽(也稱無線IC器件)使用非接觸方法彼此通信以 傳輸信息。作為在這種RFID系統(tǒng)中使用的無線標簽,專利文獻1記載了一種半導體裝置, 該半導體裝置具有在IC芯片的一個主表面上形成的天線線圈并用于無接觸IC卡。這種半 導體裝置使用電連接于IC芯片內(nèi)的電路的天線線圈無線地與讀出器/寫入器通信。然而,對于專利文獻1記載的半導體裝置來說,天線線圈的尺寸很小,因為其尺寸 最多與IC芯片的尺寸相同。因此,該半導體裝置存在的問題在于如果半導體裝置和讀出 器/寫入器之間的距離很長或者如果半導體裝置相對于讀出器/寫入器的位置即使偏移極 小距離就無法與讀出器/寫入器通信。另外,如果從天線線圈傳輸具有預定頻率的信號,則 需要將天線線圈的長度設(shè)定為對應于信號頻率的波長的1/2。然而,IC芯片很小。因此,如 果嘗試將具有預定長度的天線線圈設(shè)置在IC芯片上,則必須減小線圈電極的寬度或電極 之間的間隔。為此,需要高精度地制造天線線圈的設(shè)施并仍然存在IC芯片甚至極小的偏差 造成通信頻率偏差并因此發(fā)生通信故障的可能性。[專利文獻1]特開2001-257292號公報發(fā)明公開發(fā)明解決的問題因此,本發(fā)明的一個目的是提供一種提高信號的輻射特性和指向性并能可靠地與 讀出器/寫入器通信的無線IC器件。解決問題的手段為了達到這個目的,根據(jù)本發(fā)明一個方面的無線IC器件包括無線IC器件;耦合 于無線IC器件的饋電電路基板,其中饋電電路基板包括饋電電路,饋電電路包括諧振電路 和/或匹配電路,而諧振電路和/或匹配電路包括至少一個電感元件;以及第一和第二輻射 板,用于輻射饋電電路提供的傳輸信號和/或?qū)⒔邮盏男盘柼峁┙o饋電電路。無線IC器件 的特征在于,在饋電電路基板的一個主表面上設(shè)置保護層或金屬殼,所述保護層或金屬殼 覆蓋住無線IC器件,并且第一輻射板是形成在保護層或金屬殼上的電極,而第二輻射板設(shè) 置在饋電電路基板的另一主表面上。在該無線IC器件中,第一和第二輻射板充當天線,由第一和第二輻射板接收的信 號經(jīng)由饋電電路提供給無線IC以使無線IC工作,而來自無線IC的信號經(jīng)由饋電電路提供 給第一和第二輻射板并隨后射向外側(cè)。優(yōu)勢根據(jù)本發(fā)明,可使用設(shè)置在饋電電路基板一個主表面上的第一輻射板和設(shè)置在其 另一主表面上的第二輻射板來改善輻射特性或指向性。因此,無線IC器件能可靠地與讀出
3器/寫入器通信。具體地說,第二輻射板的尺寸可比饋電電路基板的尺寸更大,而第二輻射 板的大小或形狀可任意選擇。附圖簡述
圖1是示出第一實施例的無線IC器件的截面圖。圖2是示出第一實施例的無線IC器件的立體圖。圖3是示出第一實施例的在包含于無線IC器件內(nèi)的饋電電路基板上安裝無線IC 芯片的狀態(tài)的立體圖。圖4是示出第一實施例的無線IC器件的饋電電路基板的層疊結(jié)構(gòu)的平面圖。圖5是示出第二實施例的無線IC器件的截面圖。圖6是示出第三實施例的無線IC器件的截面圖。圖7是示出第四實施例的無線IC器件的截面圖。圖8是示出第四實施例的無線IC器件的饋電電路基板的層疊結(jié)構(gòu)的平面圖。圖9是示出第五實施例的無線IC器件的截面圖。附圖標記L1-L4電感元件1電磁耦合模塊10無線IC芯片20饋電電路基板21饋電電路25安裝用外部電極30保護層31第一輻射板33金屬殼35第二輻射板36印刷基板實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式下文中,將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的無線IC器件的實施例進行描述。(第一實施例,見圖1-4)如圖1所示,第一實施例的無線IC器件包括無線IC芯片10,用于處理具有預定 頻率的發(fā)送/接收信號;饋電電路基板20,其包括電連接于無線IC芯片10的的饋電電路 21 ;保護層30 ;第一輻射板31以及第二輻射板35。一體化的無線IC芯片10和饋電電路基 板20被稱為“電磁耦合模塊1 ”。如圖1中的等效電路所示,饋電電路21形成為包括電感元件Ll和L2的諧振電路 和/或匹配電路,電感元件Ll和L2具有不同的電感值并彼此逆相地磁耦合(由互感Ml表 示)(詳情參見圖4如下所述)。無線IC芯片10包括時鐘電路、邏輯電路、存儲電路等。將必要信息存儲在無線IC 芯片10內(nèi)。在無線IC芯片10的背面設(shè)置一對輸入/輸出端電極(未示出)和一對安裝 端電極(未示出)。如圖3所示,輸入/輸出端電極和安裝端電極經(jīng)由金屬焊點等電連接于 各自形成在饋電電路基板20上的饋電端電極42a和42b以及安裝電極43a、43b。
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無線IC芯片10安裝在饋電電路基板20的主表面(頂面)上并覆蓋有由樹脂材 料(例如環(huán)氧樹脂)構(gòu)成的保護層30。如圖2所示,第一輻射板31安裝在保護層30的表面上作為由非磁性金屬材料制 成的電極。第一輻射板31包括形成在保護層30近乎整個頂表面上的電極部分31a、形成在 其一側(cè)表面上的電極部分31b以及形成在其后表面上的電極部分31c。電極部分31c與饋 電電路21的電極部分42c相對。饋電電路21和第一輻射板31彼此電容耦合。第二輻射板35作為由非磁性材料制成的環(huán)狀電極形成在印刷基板36的表面上。 饋電電路基板20經(jīng)由粘合劑37固定于作為第二輻射板35 —端的端部35a以及作為其另 一端的端部35b。端部35a、35b分別電磁耦合于電感元件Ll和L2中的一個。印刷基板36 是內(nèi)置在例如蜂窩電話的物品中的印刷基板。包含在饋電電路21中的電感元件Ll和L2彼此逆相地磁耦合并因此在無線IC芯 片10處理的頻率下諧振。另外,電感元件Ll和L2電磁耦合于端部35a和35b。同時,饋 電電路21在電極部分42c電容耦合于第一輻射板31。另外,饋電電路21電連接于無線IC 芯片10的輸入/輸出端電極(未示出)。因此,饋電電路21使無線IC芯片10的電阻(一 般為50Ω)與輻射板31、35的電阻(空間電阻377Ω)匹配。因此,饋電電路21將從無線IC芯片10傳來的具有預定頻率的發(fā)射信號送至輻射 板31、35,并輻射板31、35接收的信號中選擇具有預定頻率的接收信號并將選擇的信號提 供給無線IC芯片10。因此,在該無線IC器件中,無線IC芯片10根據(jù)輻射板31、35接收的 信號而工作,并且來自無線IC芯片10的響應信號從輻射板31、35輻射至外部。如上所述,該無線IC器件能使用第一輻射板31和第二輻射板35改善放射特性或 指向性并因此能可靠地與讀出器/寫入器通信。尤其,第二輻射板35能夠以比電磁耦合模 塊1更大的尺寸以及任何形式形成。另外,在設(shè)置在饋電電路基板20上的饋電電路21中設(shè)定信號的諧振頻率;因此, 即使將該無線IC器件安裝在各種物品上,無線IC器件照舊工作,放射特性的許多變化得以 抑制并且不必為每件物品改變輻射板31、35等的設(shè)計。另外,從輻射板31、35放射出的發(fā) 射信號的頻率以及提供給無線IC芯片10的接收信號的頻率基本等于饋電電路基板20的 饋電電路21的諧振頻率。還有,信號的最大增益基本由饋電電路21的尺寸或形狀、饋電電 路21和輻射板31、35之間的距離以及媒質(zhì)中的至少一者確定。由于發(fā)送/接收信號的頻 率是在饋電電路基板20中確定的,因此可獲得不依賴于輻射板31、35的形狀或尺寸、這些 輻射板之間的位置關(guān)系等的穩(wěn)定頻率特性,例如,即使無線IC器件被修整或介入于介電材 料之間。在下文中,參照圖4對饋電電路基板20的結(jié)構(gòu)進行說明。饋電電路基板20通過層 壓、壓摺和燒制由介電材料或磁性材料制成的陶瓷薄板41a-41h而形成。饋電端電極42a和 42b、安裝用電極43a和43b、電容耦合于第一輻射板31的電極部分42c以及通孔導體44a、 44b,45a和45b形成在作為最上層的薄板41a上。形成電感元件Ll和L2的布線電極46a、 46b和必要的通孔導體47a、47b、48a、48b形成在作為第二至第八層的每塊薄板41b-41h上。通過層疊上述薄板41a_41h,形成布線電極46a經(jīng)由通孔導體47a以螺旋方式相互 連接的電感元件Ll并形成布線電極46b經(jīng)由通孔導體47b以螺旋方式相互連接的電感元 件L2。另外,在布線電極46a的線路和布線線路46b之間形成有電容。
薄板41b上的布線電極46a的端部46a_l經(jīng)由通孔導體45a連接于饋電端電極 42a。薄板41h上的布線電極46a的端部46a_2經(jīng)由通孔導體48a和45b連接于饋電端電極 42b。薄板41b上的布線電極46b的端部46b-l經(jīng)由通孔導體44b連接于饋電端電極42b。 薄板41h上的布線電極46b的端部46b-2經(jīng)由通孔導體48b和44a連接于饋電端電極42a。在上面提到的饋電電路21中,電感元件Ll和L2沿相反方向纏繞,因此由電感元 件Ll和L2產(chǎn)生的磁場彼此抵消。由于磁場被抵消,布線電極46a和布線電極46b的長度 必須增加至某一程度以獲得預定的電感值。由此Q值減小。因此,諧振特性的傾斜度喪失 并因此頻帶在諧振頻率兩邊變寬。當從上方透視饋電電路基板20時,電感元件Ll和L2形成在左右不同的位置。而 且,電感元件Ll和L2引起的磁場指向相反的方向。因此,當將饋電電路21耦合于環(huán)狀輻 射板35的兩端35a、35b時,在兩端35a、35b激勵起指向相反方向的電流,信號可通過環(huán)狀 輻射板35發(fā)射或接收。電感元件Ll和L2可耦合于兩塊不同的輻射板(偶極天線)。通過使用磁性材料形成饋電電路基板20并在磁性材料中形成電感元件Ll和L2, 可獲得大的電感值。也可對應于13. 56MHz的頻率。此外,即使磁性材料薄板的加工偏差或 導磁率變化發(fā)生,也可吸收饋電電路基板20和無線IC芯片10之間的電阻差。磁性材料的 導磁率μ較佳為100上下。另外,通過對兩個電感元件Ll和L2的電感值設(shè)定基本相同的值,由電感元件Ll 和L2產(chǎn)生的磁場的大小被均等化。因此,由電感元件L1、L2產(chǎn)生的磁場彼此抵消的量可以 是相等的。因此,頻帶可在諧振頻率周圍加寬。饋電電路基板20可以是由陶瓷或樹脂制成的多層基板或者是通過層疊由例如聚 酰亞胺或液晶聚合體的介電材料制成的層壓可撓薄板形成的基板。尤其,電感元件Ll和L2 內(nèi)置在饋電電路基板20中;因此,饋電電路21不容易受基板外部的介電常數(shù)的變化影響。 因此,可抑制放射特性的變化。另外,饋電電路基板20不需要固定在第二輻射板35的端部35a、35b并可設(shè)置在 端部35a和35b附近。(第二實施例,見圖5)如圖5所示,第二實施例的無線IC器件基本具有與前述第一實施例相同的結(jié)構(gòu)。 不同點在于取代前述保護層30,覆蓋無線IC芯片10并由非磁性材料(例如磷青銅)制 成的金屬殼33被設(shè)置在饋電電路基板20上并且金屬殼33充當?shù)谝惠椛浒?。金屬?3具 有突出電極部分33a,且該電極部分33a對置于饋電電路21的電極部分42c并與之電容耦合。第二實施例具有與前述第一實施例相同的效果和優(yōu)點,除了金屬殼33充當?shù)谝?輻射板外。(第三實施例,見圖6)如圖6所示,第三實施例的無線IC器件具有與前述第一實施例的無線IC器件相 同的結(jié)構(gòu)。其不同點在于饋電電路21直接電連接于(耦合于)第一輻射板31的電極部 分 31c。第三實施例具有與前述第一實施例相同的效果和優(yōu)點,除了饋電電路21和第一 輻射板31直接彼此電氣耦合外。
(第四實施例,見圖7和圖8)如圖7所示,在第四實施例的無線IC器件中,由無線IC芯片10和饋電電路基板 20構(gòu)成的電磁耦合模塊1通過粘合劑附連于形成在印刷基板(未示出)上的環(huán)狀第二輻射 板35的端部35a、35b。另外,第一輻射板31作為電極形成在覆蓋無線IC芯片10的保護層30上。如同 前述第一實施例,第一輻射板31包括形成在保護層30幾乎整個頂表面上的電極部分31a、 形成在其一個側(cè)表面上的電極部分31b以及形成在其背面上的電極部分31c。電極部分31c 與饋電電路21的電極部分64c相對。饋電電路21和第一輻射板31彼此電容耦合。如圖7中的等效電路所示,在饋電電路20中,具有不同電感值的電感元件Ll和L2 彼此同相地磁耦合(互感Ml)并且具有不同電感值的電感元件L3和L4彼此同相地磁耦合 (互感Ml)。并且電感元件Ll和L3逆相地磁耦合(由互感M2表示)而電感元件L2和L4 逆相地磁耦合。下面參照圖8對包括具有電感元件L1、L2、L3和L4的諧振電路和/或匹配 電路的饋電電路21進行詳細說明。包含在饋電電路21中的電感元件Li、L2以及電感元件L3、L4彼此逆相地磁耦合 并因此在無線IC芯片10處理的頻率下諧振,并電磁耦合于環(huán)狀輻射板35的兩端35a、35b。 同時,饋電電路21在電極部分64c電容耦合于第一輻射板31。另外,饋電電路21電連接于 無線IC芯片10的輸入/輸出端電極(未示出)。因此,饋電電路21使無線IC芯片10的 電阻(典型為50Ω)匹配于輻射板31、35的電阻(空間電阻377Ω)。至于第四實施例,當將具有正極性的信號提供給環(huán)狀輻射板35的端部35a時,具 有負極性的信號被提供給其端部35b。因此,電流從正極(端35a)流向負極(端35b)方 向,并在發(fā)射板35和饋電電路21之間傳輸信號。因此,在前述第一實施例中,饋電電路21將從無線IC芯片10傳來的具有預定頻 率的發(fā)射信號發(fā)送至輻射板31、35,并從由輻射板31、35接收的信號中選擇具有預定頻率 的接收信號并將所選擇的信號提供給無線IC芯片10。因此,在該無線IC器件中,無線IC 芯片10根據(jù)輻射板31、35接收的信號工作,并將來自無線IC芯片10的響應信號從輻射板 31、35放射至外部。如所見那樣,第四實施例基本上具有與前述第一實施例相同的效果和優(yōu) 勢。下面,參照圖8對饋電電路基板20的結(jié)構(gòu)進行說明。饋電電路基板20通過層壓、 壓摺和燒制由介電材料或磁性材料制成的陶瓷薄板61a-61h而形成。饋電端電極62a和 62b、安裝用電極63a和63b、準備將電容耦合于第一輻射板31的電極部分64c,以及通孔導 體64a、64b、65a和65b形成在最上層的薄板61a上。形成電感元件L1、L2、L3和L4的布線 電極66a、66b、66c和66d并且如有需要還有通孔導體67a、67b、67c、67d、68a和68b形成在 第二至第八層的各塊薄板61b-61h上。 通過層壓前述薄板61a_61h,形成布線電極66a經(jīng)由通孔導體67a以螺旋方式相互 連接的電感元件Li,并形成布線電極66b經(jīng)由通孔導體67b以螺旋方式相互連接的電感元 件L2。另外,形成布線電極66c經(jīng)由通孔導體67c以螺旋方式相互連接的電感元件L3,形 成布線電極66d經(jīng)由通孔導體67d以螺旋方式相互連接的電感元件L4。另外,在布線電極 66a、66b、66c和66d的線路之間形成有電容。 在薄板61b上整合布線電極66a、66b的端部66_1經(jīng)由通孔導體65a連接于饋電端電極62a。在薄板61h上整合布線電極66a、66b的端部66_2經(jīng)由通孔導體68a和65b連 接于饋電端電極62b。在薄板61b上整合布線電極66c、66d的端部66_3經(jīng)由通孔導體64b 連接于饋電端電極62b。在薄板61h上整合布線電極66c、66d的端部66_4經(jīng)由通孔導體 68b和64a連接于饋電端電極62a。具有前述結(jié)構(gòu)的饋電電路21基本上具有與第一實施例中描述的饋電電路21相 同的效果。具體地說,電感元件Ll和L2通過在相同平面上彼此靠近的兩個布線電極66a、 66b形成,而電感元件L3和L4通過在相同平面上彼此靠近的兩個布線電極66c、66d形成; 因此,可通過改變布線電極的長度或電極之間的間距來獲得寬帶諧振特征。電感元件L1-L4可耦合于充當偶極天線的輻射板而不是環(huán)狀輻射板。(第五實施例,見圖9)如圖9所示,第五實施例的無線IC器件包括饋電電路基板20,饋電電路基板20具 有彼此磁耦合的電感元件Ll和L2的諧振電路和/或匹配電路的饋電電路21 (由互感Ml 表不)O無線IC芯片10安裝在饋電電路基板20上并電連接于電感元件Ll和L2的端部。 前述第一實施例中示出的第一輻射板31形成在保護層30上,而其電極部分31c電磁耦合 于饋電電路21。另外,安裝用外部電極25從饋電電路基板20的底表面至其側(cè)面地形成。充當單極天線的第二輻射板35形成在印刷基板36上并通過焊料38電連接于安 裝用外部電極25。第二輻射板35經(jīng)由焊料38和外部電極25電磁耦合于饋電電路21。在前述配置中,饋電電路21的操作與前述第一實施例相同,并且其效果和優(yōu)勢也 在第一實施例中有過描述。(實施例的總結(jié))在前述無線IC器件中,覆蓋無線IC芯片10的保護層30或金屬殼33被設(shè)置在饋 電電路基板20的一個主表面上,第一輻射板是形成在保護層30上的電極31,或者第一輻射 板是金屬殼33,而第二輻射板35形成在饋電電路基板20的另一主表面上。饋電電路21電磁耦合于第二輻射板35并使無線IC芯片10的電感匹配于第一輻 射板31或33以及第二輻射板35的電感。從第一輻射板31或33以及第二輻射板35放射 出的信號的諧振頻率基本上等效于饋電電路21的自諧振頻率。由于在饋電電路21中確定 了信號頻率,第一輻射板31或33和第二輻射板35的長度或形狀是任意的。因此,第一輻 射板31或33以及第二輻射板35的設(shè)計中的靈活度增加。另外,頻率特性的變化很小并能 獲得穩(wěn)定的頻率特性而不依賴第一輻射板31或33以及第二輻射板35的形狀或尺寸、兩者 間的位置關(guān)系等,即使無線IC器件被修整或設(shè)置在介電材料之間。另外,即使無線IC器件 被安裝在各物品上,無線IC器件照舊工作,放射特性的變化得以抑制,而不必對每件物品 改變輻射板的設(shè)計。具體地說,饋電電路21包括具有不同電感值并彼此耦合的至少兩個電感元件Ll 和L2。通過用不同的電感值使饋電電路21保持多個諧振頻率,無線IC器件的頻帶可加寬。 因此,可在世界各個國家使用無線IC器件而不會改變設(shè)計。第一輻射板31可形成在保護層30的表面上或保護層30內(nèi)。第二輻射板35可形 成在印刷基板36的表面上或印刷基板36內(nèi)。第二輻射板35可以是例如偶極天線的狹長 或平坦電極。第一輻射板31可以是倒F形天線或倒L形天線。
另外,安裝用外部電極25可形成在饋電電路基板20的另一主表面上。饋電電路 基板20可表面安裝在印刷基板36上。另外,饋電電路21和第二輻射板35可彼此電容耦
口 O根據(jù)本發(fā)明的無線IC器件不局限于前述實施例并可對實施例作出多種改變而照 例不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如,無線IC可形成在饋電電路基板上以使饋電電路基板和無線IC器件形成一 體。另外,無線IC和饋電電路可以這些元件彼此電連接或經(jīng)由絕緣薄膜彼此耦合。工業(yè)應用顯然,本發(fā)明可用作無線IC器件。具體地說,本發(fā)明的優(yōu)異點在于可提高信號的 放射特性或指向性并且無線IC器件能可靠地與讀出器/寫入器通信。
權(quán)利要求
一種無線IC器件,包括無線IC器件;耦合于所述無線IC器件的饋電電路基板,其中所述饋電電路基板包括饋電電路,所述饋電電路包括諧振電路和/或匹配電路,并且其中所述諧振電路和/或匹配電路包括至少一個電感元件;以及第一和第二輻射板,所述第一和第二輻射板用于輻射所述饋電電路提供的傳輸信號和/或?qū)⒔邮盏男盘柼峁┙o所述饋電電路;其中,在所述饋電電路基板的一個主表面上設(shè)置保護層或金屬殼,所述保護層或金屬殼覆蓋住所述無線IC器件,所述第一輻射板是形成在所述保護層或所述金屬殼上的電極,并且所述第二輻射板設(shè)置在所述饋電電路基板的另一主表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的無線IC器件,其特征在于,所述饋電電路電磁耦合于所述第二輻射板并使所述無線IC芯片的電感與所述第一和 第二輻射板的電感匹配。
3.如權(quán)利要求1和2中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,從所述第一和第二 輻射板輻射出的信號的諧振頻率基本上等效于所述饋電電路的自諧振頻率。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,所述饋電電路包括具 有不同電感值并彼此耦合的至少兩個電感元件。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,所述第一輻射板形成 在所述保護層的表面上或所述保護層內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,所述第二輻射板形成 在印刷基板的表面上或所述印刷基板內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,所述第一輻射板是倒 F形天線或倒L形天線。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一項所述的無線IC器件,其特征在于,在所述饋電電路基板 的所述另一主表面上形成有安裝用外部電極。
全文摘要
為了獲得提高信號的放射特性或指向性并能可靠地與讀出器/寫入器通信的無線IC器件。包括電磁耦合模塊(1)的無線IC器件由無線IC器件(10)與饋電電路基板(20)、保護層(30)、第一輻射板(31)和第二輻射板(35)構(gòu)成。饋電電路基板(20)包括含電感元件(L1)和(L2)的饋電電路(21)。饋電電路(21)電連接于無線IC芯片(10)并耦合于輻射板(31)和(35)。由輻射板(31)、(35)接收的信號經(jīng)由饋電電路(21)提供給無線IC芯片10。來自無線IC芯片(10)的信號經(jīng)由饋電電路(21)提供給輻射板(31)和(35)并隨后放射至外部。
文檔編號H01Q1/50GK101960665SQ20098010697
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者加藤登, 石野聰 申請人:株式會社村田制作所