專利名稱：Rf標(biāo)簽、磁性體天線和安裝有該rf標(biāo)簽的基板、通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用磁場成分對信息進(jìn)行通信的磁性體天線和RF標(biāo)簽，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該磁性體天線和RF標(biāo)簽為實(shí)現(xiàn)了提高通信靈敏度的磁性體天線和RF標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
使用磁性體收發(fā)電磁波的天線(下面，稱為“磁性體天線”)是，在磁芯(磁性體)卷繞導(dǎo)線制作線圈，使從外部傳送來的磁場成分貫通磁性體并與線圈感應(yīng)而轉(zhuǎn)換成電壓(或電流)的天線，在小型收音機(jī)及TV中被廣泛利用。近年來，還利用于逐漸普及的稱為RF標(biāo)簽的非接觸型的物體識別裝置中。當(dāng)頻率變得更高時(shí)，RF標(biāo)簽中，作為天線，不使用磁性體，而使用平面與識別對象物平行的環(huán)形線圈，當(dāng)頻率進(jìn)一步變高時(shí)(UHF波段或微波段)，包含RF標(biāo)簽，與檢測磁場成分相比，更廣泛地使用檢測電場成分的電場天線(偶極天線或電介質(zhì)天線)。當(dāng)這種環(huán)形天線或電場天線與金屬物接近時(shí)，能夠在金屬物形成鏡像(mirroreffect :鏡像效應(yīng))，且與天線成相反相位，因此，產(chǎn)生天線的靈敏度下降的問題。另一方面，已知有用于收發(fā)磁場成分的磁性體天線，S卩，在以磁性體為中心的芯部將電極材料形成線圈狀，在形成有線圈狀的電極材料的一方或兩方的外側(cè)面形成絕緣層，且在上述絕緣層的一方或兩方的外側(cè)面設(shè)有導(dǎo)電層的磁性體天線(專利文獻(xiàn)I)。該磁性體天線即使在與金屬物接觸的情況下，也維持作為天線的特性。還已知有在一個(gè)芯部(磁 芯)形成多個(gè)線圈，且將其并聯(lián)連接而形成天線(專利文獻(xiàn)2)。還已知有，為了測定形狀的小型化而進(jìn)行重繞時(shí)，通過利用通常的螺線管線圈繞組形成疊層(bank wound :疊繞)，能夠最小限度地限制線圈的寄生電容的增大(專利文獻(xiàn)3 4)。專利文獻(xiàn)1:日本特開2007 — 19891號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平9 - 64634號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2003 - 332822號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開2004 - 206479號公報(bào)在上述專利文獻(xiàn)I記載的方法中，在大小具有限制的條件下，難以得到更長的通
信距離。另外，在上述專利文獻(xiàn)2記載中，由于是以防止繞組的電阻增加引起的線圈特性的降低為目的，因此，對于提高通信靈敏度沒有任何記載。另外，在上述專利文獻(xiàn)3記載中，是以減少浮游電容(寄生電容)，減少隨著特性的不均或溫度變化而引起的電感變化為目的，對于提高通信靈敏度沒有任何記載。另外，在上述專利文獻(xiàn)4記載中，是以通過疊層來增大開口部分的面積，提高通信靈敏度為目的，對于并聯(lián)連接多個(gè)線圈沒有任何記載。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，得到比以往更能增大由諧振頻率(共振頻率resonantfrequency)限制的線圈的電感(inductance :感應(yīng)系數(shù)),提高通信靈敏度的磁性體天線。所述技術(shù)課題可通過如下的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)。即，本發(fā)明提供一種RF標(biāo)簽，該RF標(biāo)簽在用于利用電磁感應(yīng)方式收發(fā)信息的磁性體天線安裝有1C，該RF標(biāo)簽的特征在于，所述磁性體天線在一個(gè)磁性體芯(磁性體磁芯)形有成多個(gè)電感L1滿足關(guān)系式(I)的線圈，并且各線圈的卷繞方式為疊層(bank winding),各所述線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列(串聯(lián))地配置于磁性體芯，磁性體天線的總電感(合成電感)Ltl滿足關(guān)系式(2)(本發(fā)明I)。<關(guān)系式(1)>L1≥I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))(L1 :1個(gè)線圈的電感)<關(guān)系式(2)>L0 ^ I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))( L0 :磁性體天線的總電感)本發(fā)明還提供一種復(fù)合RF標(biāo)簽，其利用樹脂覆蓋(被覆)本發(fā)明I記載的RF標(biāo)簽(本發(fā)明2)。本發(fā)明還提供一種磁性體天線，其用于本發(fā)明I記載的RF標(biāo)簽，該磁性體天線的特征在于，該磁性體天線在安裝有IC時(shí)，在一個(gè)磁性體芯形成多個(gè)電感L1滿足關(guān)系式(I)的線圈，并且各線圈的卷繞方式為疊層，各所述線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列(串聯(lián))地配置于磁性體芯，磁性體天線的總電感Ltl滿足關(guān)系式(2)(本發(fā)明3)。<關(guān)系式(1)>L1彡I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))(L1 = I個(gè)線圈的電感)<關(guān)系式(2)>L0 ^ I / (4 2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))(Ltl :磁性體天線的總電感)本發(fā)明還提供一種基板，其安裝有本發(fā)明I記載的RF標(biāo)簽或本發(fā)明2記載的復(fù)合RF標(biāo)簽(本發(fā)明4)。本發(fā)明還提供一種通信系統(tǒng)，其使用本發(fā)明I記載的RF標(biāo)簽或本發(fā)明2記載的復(fù)合RF標(biāo)簽(本發(fā)明5)。發(fā)明的效果本發(fā)明的磁性體天線及RF標(biāo)簽是靈敏度得到提高的磁性體天線，即使是長的距離，也可以通信，優(yōu)選作為13. 56MHz的RFID用途等磁性體天線。本發(fā)明的磁性體天線或RF標(biāo)簽由于具有高的通信靈敏度，因此，能夠用于各種便攜式設(shè)備、容器、金屬零件、基板、金屬制工具、金屬模具等各種用途。


圖1是本發(fā)明的磁性體天線的概略圖。
圖2是本發(fā)明的磁性體天線的立體圖。圖3是表示疊層的狀態(tài)的概略圖。圖4是表示本發(fā)明中又非磁性體分割的芯部(B卩，芯)的狀態(tài)的概略圖。圖5是表示本發(fā)明的磁性體天線其它方式的概略圖。圖6是表示本發(fā)明的磁性體天線其它方式的概略圖。圖7是表示本發(fā)明的磁性體天線的層疊結(jié)構(gòu)的概念圖。圖8是表示本發(fā)明的磁性體天線的層疊結(jié)構(gòu)的概念圖。圖9是在基板上安裝有本發(fā)明的磁性體天線時(shí)的概念圖。
具體實(shí)施例方式對本發(fā)明的磁性體天線進(jìn)行敘述。圖1及圖2中表示本發(fā)明的磁性體天線的概略圖。如圖1及圖2所示，本發(fā)明的磁性體天線(20)以包括磁性體的芯(3)為中心，在芯(3)的外側(cè)將電極材料按照成為線圈狀(繞組狀)的方式形成，多個(gè)線圈(4 -1)電并聯(lián)連接，且線圈(4 一 I)串列地配置于同一芯(3)，令這種結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)。在圖1及圖2中為4個(gè)線圈，但在本發(fā)明中，線圈數(shù)不限定于此。另外，為了簡化，線圈以螺線管繞組的方式圖示。本發(fā)明的磁性體天線的各線圈(4 — I)的電感L1，在磁性體天線上安裝有IC時(shí)，滿足下述關(guān)系式(I)。
`
<關(guān)系式(1)>L1 ^ I / (4 2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))如果磁性體天線的各線圈(4 一 I)的電感L1不滿足上述關(guān)系式(1)，則不能提高通信靈敏度。優(yōu)選各線圈的電感L1為磁性體天線的總電感Ltl的2倍以上，更優(yōu)選為3倍以上。本發(fā)明的磁性體天線的總電感Lci,在磁性體天線安裝有IC時(shí)，滿足下述關(guān)系式(2)。<關(guān)系式(2)>L0 ^ I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))如果磁性體天線的總電感Ltl不滿足上述關(guān)系式(2)，則不能將安裝有IC的RF標(biāo)簽的諧振頻率調(diào)節(jié)成工作頻率，因此，不能提高通信靈敏度。在本發(fā)明中，各線圈在芯的外側(cè)將電極材料按照成為線圈狀(繞組狀)的方式形成，并令線圈的卷繞方式為疊層。通過為疊層，即使將繞組重疊卷繞，寄生電容也不會增大，有助于提聞RF標(biāo)簽的靈敏度。圖3表示疊層(式卷繞)的卷繞方式的一例。圖3中，圖3 — I為俯視圖(xy面)，圖3-2為側(cè)視圖(yz面)。按照通孔的位置依次圖示a η。圖3 — I為俯視圖(平面圖)，a成為線圈的上表面，a’成為線圈的下表面。對于以后的b、b’、c、c’也一樣，帶括號的部分成為隱藏的部分。圖3 — 2為側(cè)視圖(側(cè)面圖)，b為線圈跟前側(cè)，(a)為線圈后方側(cè)。對于以后的f、e、f’、e’也一樣，帶括號的部分成為隱藏的部分。作為線圈，按照a’、a、b、b’、c’、
c、d、d’、e’、e、f、f’、g’、g、h、h’、i’、1、j、j’、k’、k、1、I’、m’、m、n、n’ 的順序形成線圈狀。對于以后的、未圖示的部分也按照相同的順序制作線圈。a’、a、b、b’、c’、c、d、d’、……和e’、e、f、f’、……的位置關(guān)系不限定于圖3，e’、e、f、f’、……也可以在外側(cè)。另外，如圖4所示，本發(fā)明中的芯(或，芯部)也可以為構(gòu)成芯的磁性體被非磁性體分割的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的磁性體天線中，在利用非磁性體分割磁性體芯的情況下，相對于貫通該磁性體天線的磁通垂直地切斷而得的截面的狀態(tài)，只要是磁性體被非磁性體分割的狀態(tài)，則可以為任意的狀態(tài)，例如，為圖4 Ca) (d)所示的狀態(tài)。將表示本發(fā)明的磁性體天線的其它方式的概略圖在圖5中表示。(為了簡化，線圈以螺線管繞組進(jìn)行圖示。)如圖5所示，本發(fā)明的磁性體天線(20)也可以為以包括磁性體的芯(3)為中心，在芯(3)外側(cè)將電極材料按照成為線圈狀(繞組狀)的方式形成(2)，多個(gè)線圈(4 一 I)電并聯(lián)連接，線圈(4 一 I)串連(串聯(lián))地配置于同一芯(3)上，在形成有線圈狀的電極材料的一方或兩方的外側(cè)面形成絕緣層(6)，在上述絕緣層(6)的一方或兩方的外側(cè)面設(shè)置導(dǎo)電層(7)，以上述這樣的結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)。通過形成導(dǎo)電層(7)，即使金屬物接近磁性體天線,磁性體天線的特性變化也小,能夠縮小諧振頻率的變化。將表示本發(fā)明的磁性體天線的其它方式的概略圖在圖6中表示。(為了簡化，線圈以螺線管繞組圖示。)如圖6所示，本發(fā)明的磁性體天線(20)也可以為如下結(jié)構(gòu)以包括磁性體的芯(3)為中心，在芯(3)的外側(cè)將電極材料按照成為線圈狀(繞組狀)的方式形成
(2)，多個(gè)線圈(4 -1)電并聯(lián)連接，線圈(4 -1)串列地配置于同一芯(3)上，在形成有線圈狀的電極材料的一方或兩方的外側(cè)面形成絕緣層(6)，在上述絕緣層(6)的一方或兩方的外側(cè)面設(shè)置導(dǎo)電層(7)，在導(dǎo)電層(7)的外側(cè)進(jìn)一步設(shè)置磁性層(5)。通過形成磁性層(5)，金屬接近時(shí)的磁性體天線的特性變化進(jìn)一步變小，能夠降低諧振頻率的變動。另外，也可以為除去了導(dǎo)電層(7)的層疊結(jié)構(gòu)。另外，如圖7的概念 圖所示，本發(fā)明的磁性體天線也可以為在夾著線圈(4)的上下表面的絕緣層(6 )的一方或兩方的外側(cè)面配置電容器電極(11)。另外，圖7的概念圖所示的磁性體天線也可以為對在絕緣層的上表面形成的電容器，印刷平行電極或梳型電極作為電容器，進(jìn)一步也可以為將該電容器和線圈引線端子并聯(lián)或串聯(lián)連接。另外，如圖8的概念圖所示，也可以為如下結(jié)構(gòu)按照在配置有電容器電極(11)的外側(cè)面進(jìn)一步設(shè)置絕緣層(6)，在該絕緣層(6)的外側(cè)面形成兼作IC芯片連接端子的電極層(9)夾著該絕緣層(6)的方式形成電容器，與IC芯片連接端子并聯(lián)或串聯(lián)連接。另外，如圖2所示，本發(fā)明的磁性體天線只要在絕緣層(6)上表面形成IC芯片
(10)能夠連接的端子(9)即可。另外，也可以將IC芯片連接端子(9)和線圈引線端子并聯(lián)或串聯(lián)地連接而一體燒制。本發(fā)明的磁性體天線的芯的磁性材料能夠使用N1- Zn類鐵素體等。在使用Ni —Zn類鐵素體的情況下，優(yōu)選為Fe20345 49. 5摩爾％、Ν 09. O 45. O摩爾％、ZnOO. 5 35. O摩爾％、Cu04. 5 15. O摩爾％這樣的組成，選擇在所使用的頻帶材料的導(dǎo)磁率高、磁性損耗低的鐵素體組成即可。當(dāng)選擇高于需要的導(dǎo)磁率的材料時(shí)，磁性損耗增加，因此，不適于天線。例如，在RFID標(biāo)簽用途中13. 56MHz的導(dǎo)磁率為70 120，在民生FM廣播接收用途中IOOMHz的導(dǎo)磁率成為10 30這樣的鐵素體組成時(shí)，磁性損耗少，因此，優(yōu)選。
本發(fā)明的磁性體天線的芯的非磁性材料能夠使用Zn類鐵素體等非磁性鐵素體、硼硅酸類玻璃、鋅類玻璃或鉛類玻璃等玻璃類陶瓷，或適量混合非磁性鐵素體和玻璃類陶瓷而得的物質(zhì)等。在非磁性鐵素體使用的鐵素體粉末中，選擇燒結(jié)體的體積固有電阻(volumeresistivity :體積電阻率)為IO8Qcm以上的Zn類鐵素體組成即可。優(yōu)選Fe20345 49. 5摩爾％、Ζη017· O 22. O摩爾％、Cu04. 5 15. O摩爾％的組成。在玻璃類陶瓷的情況下，所使用的玻璃類陶瓷粉末選擇線膨脹系數(shù)與使用的磁性體的線膨脹系數(shù)沒有大幅不同的組成即可。具體地講，與作為磁性體使用的軟磁性鐵素體的線膨脹系數(shù)的差為±5ppm / °C以內(nèi)的組成。接著，對本發(fā)明的RF標(biāo)簽進(jìn)行敘述。本發(fā)明的RF標(biāo)簽在上述磁性體天線連接有1C。圖2所示的立體圖是能夠在磁性體天線上安裝IC的方式，但也可以是將磁性體天線和另外設(shè)置的IC以電路連接的方式的
任一方式。如圖2所示，本發(fā) 明的RF標(biāo)簽也可以為在磁性體天線的絕緣層(6)上表面形成能夠連接IC芯片(10)的端子(9)，將IC芯片連接端子和線圈引線端子并聯(lián)或串聯(lián)地連接并一體燒制。如圖2所示，形成有上述IC芯片連接端子的磁性體天線能夠通過如下得到在形成有電極層的線圈(4)的至少一個(gè)面的絕緣層(6)設(shè)置通孔(1)，向該通孔(I)流入電極材料，與線圈(4)的兩端連接，在該絕緣層的表面用電極材料形成線圈引線端子和IC芯片連接端子并一體燒制。本發(fā)明的RF標(biāo)簽的并聯(lián)連接的I個(gè)線圈的電感1^滿足下述關(guān)系式1，并且，總電感Ltl滿足下述關(guān)系式2。<關(guān)系式(1)>L1彡I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))<關(guān)系式(2)>L0 ^ I / (4ji2X (工作頻率)2X (IC電容+天線的寄生電容))本發(fā)明的RF標(biāo)簽也可以被聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯(苯乙烯丙烯腈)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚縮醛、聚碳酸酯、氯乙烯、改性聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二酯、聚苯硫醚等樹脂覆蓋。接著，對本發(fā)明的磁性體天線的制造方法進(jìn)行敘述。首先，形成磁性層(5)，該磁性層(5)是將混合有磁性粉末及粘合劑的混合物形成為片狀的單層或多層并層疊該單層或多層而得到的。此時(shí)，劃分成內(nèi)側(cè)的線圈部分(在圖3 — 2的e、f、1、j、m、η形成通孔的部分)和外側(cè)的線圈部分(在圖3 — 2的a、b、C、d、g、h、k、I形成通孔的部分)形成磁性層。接著，如圖3 — 2所示，使用上述磁性層(5)以使得內(nèi)側(cè)的線圈部分(在圖3 — 2的e、f、1、j、m、η形成通孔的部分)成為希望厚度的方式進(jìn)行層疊。接著，如圖3 -1所示，在層疊得到的磁性層形成(開通)希望數(shù)量的通孔(e、f、1、j、m、n)。向各個(gè)上述通孔注入(流入)電極材料。另外，在與通孔成直角的兩面以與通孔連接且成為線圈狀(繞組狀)的方式形成電極層(2)。
進(jìn)一步，在制作有上述內(nèi)側(cè)線圈的外側(cè)部分層疊磁性層，在與圖3 — 2的a、b、C、
d、g、h、k、I等相當(dāng)?shù)牟糠中纬赏住Ｅc上述一樣，向通孔注入電極材料，并且，以連接各通孔的方式形成電極層。此時(shí)，例如，使得b’和c’連接。通過注入于通孔的電極材料和電極層，以使得磁性層成為長方形的芯的方式形成多個(gè)線圈(圖2的4 一 I)。而且，多個(gè)線圈(圖2的4 一 I)以電路上成為并聯(lián)的方式連接。此時(shí)，串列(串聯(lián))配置有多個(gè)的線圈兩端的形成線圈的磁性層的兩端在磁性回路上成為開放(4 — 2)。接著，如圖2所示，在形成有電極層(2)的線圈的上下表面形成絕緣層(6)。為了使得成為希望的形狀，能夠通過如下方式制造將得到的片沿著通孔(I)和線圈開放端面(4 - 2)在切斷面(6)切斷并一體燒制，或在一體燒制后在通孔和線圈開放端面切斷(LTCC技術(shù))。本發(fā)明的具有圖4所示的芯的磁性體天線例如能夠通過下面的方法制造。首先，形成磁性層，該磁性層是將混合有磁性粉末及粘合劑的混合物形成為片狀的單層或多層并層疊該單層或多層而得到的。另外，形成非磁性層，該非磁性層是將混合有非磁性粉末及粘合劑的混合物形成為片狀的單層或多層并層疊該單層或多層而得到的。接著，如圖4 (a)所示，將磁性層(5)和非磁性層(8)交替層疊，使得整體厚度成為希望的厚度。 接著，在層疊得到的磁性層及非磁性層形成希望數(shù)量的通孔(I)。向各個(gè)上述通孔注入電極材料。另外，在與通孔成直角的兩面，以與通孔連接且成為線圈狀(繞組狀)的方式形成電極層(2)。利用注入到通孔中的電極材料和電極層，以使得磁性層成為長方形的芯的方式形成線圈。此時(shí)，形成線圈的磁性層的兩端在磁性回路上成為開放(開路)。接著，如圖2所示，在形成有電極層的線圈的上下面形成絕緣層(6 )。為了使得所得到的片成為希望的形狀，能夠通過如下方式制造將得到的片在通孔和線圈開放端面切斷并一體燒制，或在一體燒制后在通孔和線圈開放端面切斷。本發(fā)明的導(dǎo)電層(7)也可以以任何方法形成，但優(yōu)選以例如印刷、涂刷(刷毛塗>9 painting with a brush)等通常方法形成?；?在形成的絕緣層外側(cè)貼附金屬片，也能夠賦予相同的效果。作為形成導(dǎo)電層的材料，另外作為流入到通孔的電極材料，能夠使用Ag膏體，能夠使用其它的Ag類合金膏體等金屬類導(dǎo)電性膏體。在形成于絕緣層外側(cè)的情況下，導(dǎo)電層(7)的膜厚優(yōu)選為O. 001 O. 1mm。如圖9的概念圖所示，本發(fā)明的磁性體天線也可以為在線圈(4)的下表面的絕緣層(6)設(shè)置通孔，向該通孔注入電極材料，與線圈(4)兩端連接，在其下表面用電極材料形成基板連接用電極(14)并一體燒制。在此情況下，能夠容易與陶瓷、樹脂等基板接合。另外，作為基板，能夠使用包括(復(fù)合)上述各種材料的基板、含有金屬的基板等。另外，安裝有本發(fā)明的磁性體天線的基板的特征在于，磁性體天線以粘合劑、粘接劑或錫焊等方式固定于基板(15 )的表面。在本發(fā)明中，通過利用電極材料設(shè)置基板連接用電極或未電連接的基板連接用電極，能夠利用在將部件安裝至多層配線基板時(shí)通常使用的方式，將磁性體天線與其它部件同時(shí)安裝，量產(chǎn)性高。在多層配線基板中，內(nèi)置由導(dǎo)體構(gòu)成的配線，對天線給予與金屬相同的影響。在安裝有本發(fā)明的磁性體天線的基板中，磁性體天線為上述那樣的結(jié)構(gòu)，因此，不會受到金屬的影響，即使是在多層配線基板等的內(nèi)部或表面形成有由導(dǎo)體構(gòu)成的配線的基板，也不會受到其影響，特性不會明顯變化。如上述圖2所示，IC也可以在上表面的絕緣層上形成IC芯片連接端子而連接，如圖8所示，也可以按照與磁性體天線的下表面的基板連接電極(14)連接的方式在基板內(nèi)形成配線，經(jīng)由基板內(nèi)配線連接。另外，也可以經(jīng)由與下表面的基板連接端子(14)連接的基板內(nèi)配線，與讀取記錄器連接，能夠作為讀取記錄器使用。另外，在本發(fā)明中，能夠在通信設(shè)備中設(shè)置本發(fā)明的磁性體天線。另外，在本發(fā)明中，能夠在包裝容器中設(shè)置本發(fā)明的磁性體天線。另外，在本發(fā)明中，能夠在工具及螺栓等金屬部件設(shè)置本發(fā)明的磁性體天線。< 作用 >本發(fā)明的磁性體天線，將以一個(gè)磁性體芯為中心，按照使得電極材料成為線圈狀的方式形成的多個(gè)線圈，在重疊地卷繞形成繞組時(shí)，按照使得寄生電容不變大的方式通過疊層的方式形成多個(gè)線圈，將該多個(gè)線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列配置在線圈共有的磁性體芯上，由此，盡可能增大使用的諧振頻率處受到限制的線圈的電感L1，磁性體天線的電感Ltl控制至諧振頻率， 因此，能夠期待通信靈敏度的提高。由線圈感應(yīng)的電動勢e使用電流的單位時(shí)間的變化量dl / dt，以下述式(3)表
/Jn ο<式(3)>e = - L (dl / dt)因此，如果線圈的電感L增大，則感應(yīng)的電動勢也變大。通常，在13. 56MHz的RFID用途等的磁性體天線中，諧振頻率fQ由下述式(4)確定。〈式⑷〉F0=I / 231 (LXC)因此，由于安裝的IC電容及天線本身的寄生電容，必須使線圈的電感Ltl為某限制值以下，存在這樣的限制。另一方面，RF標(biāo)簽和讀取器/記錄器的偶合產(chǎn)生的標(biāo)簽的感應(yīng)電壓，使用互感M以下述式(5)表示。<式(5)>e =— M (dl / dt) 二 k ((L1L2) " (I / 2)) X (dl / dt)L1 :讀取器/記錄器的天線的電感L2:標(biāo)簽的天線的電感因此，如果增大標(biāo)簽的天線的電感，則能夠增大使標(biāo)簽感應(yīng)的電壓，能夠提高耦合度。在本發(fā)明中，由于以并聯(lián)的方式連接多個(gè)線圈，因此，在磁性體天線的總電感Lci,各線圈的電感L1等價(jià)的情況下，成為下述式(6 )那樣。0125]<式(6)>
0126]L0 = L1 (I個(gè)線圈的量)/線圈的個(gè)數(shù)
0127]因此，如果增加線圈個(gè)數(shù)，隨之，則能夠較大地設(shè)計(jì)并聯(lián)連接的一個(gè)線圈的電感在本發(fā)明中，增大各線圈的電感L1，另一方面，磁性體天線自身的總電感Ltl按照符合諧振頻率的方式連接并調(diào)節(jié)各線圈，由此，能夠提高磁性體天線的通信靈敏度。一般而言，當(dāng)增加圈數(shù)時(shí)，寄生電容變大。另外，通過將多個(gè)線圈并聯(lián)連接，多個(gè)線圈的寄生電容的總和成為總的寄生電容。<式(7)>C0 = C1 (I個(gè)線圈的量)X線圈個(gè)數(shù)在此，如果總的寄生電容變大，則滿足關(guān)系式(2)的總電感的上限變小，因此，不便提高通信靈敏度。在本發(fā)明中，可縮小并聯(lián)連接的多個(gè)線圈的寄生電容，因此，通過縮小I個(gè)線圈的寄生電容，能夠縮小總的寄生電容，并提聞通/[目靈敏度。如專利文獻(xiàn)2所記載，如果并聯(lián)連接的相鄰的線圈彼此偶合，則根據(jù)式(4)，總電感變大，回路的Q也變大。較大地設(shè)計(jì)Q，作為共振 電路，線圈中受到的電力增大Q倍，因此優(yōu)選，但當(dāng)取得高于需要時(shí)，由于外部環(huán)境及IC等偏差引起的變動，頻率偏差引起的通信靈敏度的變動變大，因此，只要以成為下述式(7)的方式設(shè)計(jì)即可。<式(7)>Q= 13. 56MHz / (利用的頻帶)實(shí)施例下面，參照附圖，基于發(fā)明的實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明，但本發(fā)明不限定于下面的實(shí)施例。[磁性體天線I]作為磁性層(5)用，在900°C燒結(jié)后，在球磨機(jī)中混合13. 56MHz時(shí)的材料的導(dǎo)磁率成為100的N1- Zn - Cu鐵素體預(yù)燒粉(Fe20348. 5摩爾％、Ni025摩爾％、Zn016摩爾％、CuOlO. 5摩爾％ ) 100重量份、縮丁醒樹脂(butyral resin) 8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，制造漿體。在PET膜上利用刮刀以150mm四方，以燒結(jié)時(shí)的厚度成為O.1mm的方式對制成的漿體進(jìn)行片成型。另外，作為絕緣層(6)用，同樣,在球磨機(jī)中混合Zn — Cu鐵素體(ferrite :鐵氧體)預(yù)燒粉((Fe20348. 5摩爾%、Zn041摩爾%、CuOlO. 5摩爾% ) 100重量份、縮丁醛樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，制造漿體。在PET膜上利用刮刀(doctor blade 刮片)以與磁性層相同的大小和厚度對制成的漿體進(jìn)行片成型。接著,如圖3所示,在磁性層(5)用生片(Green Sheet)形成通孔,并向通孔中填充Ag膏體，且對與通孔成直角的兩面印刷Ag膏體，并層疊10張，各線圈成為疊層，卷務(wù)bank wound), 5個(gè)線圈以并聯(lián)連接的方式形成。接著，在線圈(4 一 I)的上下表面層疊絕緣層(6)用生片，在一個(gè)表面層疊用Ag膏體印刷導(dǎo)電層(7)而得到的絕緣層用生片。
整理層疊得到的生片進(jìn)行加壓粘接，在通孔和線圈開放端面(4 - 2)切斷，在900°C—體燒制兩個(gè)小時(shí)，制作成并聯(lián)連接有5個(gè)橫30mmX縱4mm大小的圈數(shù)為23圈的線圈的磁性體天線I。(圖中，線圈圈數(shù)簡化表示。磁性層的層疊張數(shù)也簡化。對于下面的其它圖也一樣。)進(jìn)一步，在該磁性體天線I的線圈兩端連接RF標(biāo)簽用IC(IC的電容23. 5pF)，進(jìn)一步與IC并聯(lián)連接電容器，將諧振頻率調(diào)節(jié)成13. 56MHz，制作RF標(biāo)簽，利用功率IOOmW的讀取器/記錄器測定通信的距離。下面，整理各測定方法。[諧振頻率的測定和調(diào)節(jié)方法]諧振頻率如下設(shè)定，即，在Agilent Technologies 公司(7 'y' > 卜 f ^ 7 口 y'一株式會社)阻抗分析儀E4991A連接I匝線圈，并使RF標(biāo)簽與之偶合，令測定的阻抗的峰頻率為諧振頻率。磁性體天線的總電感和總的寄生電容使用Agilent Technologies公司阻抗分析儀E4991A測定。另外，將制作的多個(gè)線圈并聯(lián)連接，切斷配線，只對I個(gè)線圈測定各線圈的電感。[通信范圍的測定方法]通信范圍如下設(shè)定，SP，將功率IOOmW的讀取器/記錄器(株式會社夕力Y制，產(chǎn)品名TR3 - A201 / TR3 一 C201)的天線水平固定，使RF標(biāo)簽的長度方向與天線垂直地位于天線上方，以13. 56MHz將通信盡可能高的位置時(shí)的天線與RF標(biāo)簽的垂直方向的距離設(shè)為通信范圍。[磁性體天線2] 作為磁性層(5)用，在900°C燒結(jié)后，在球磨機(jī)中混合13. 56MHz時(shí)的材料的導(dǎo)磁率成為100的N1- Zn - Cu鐵素體預(yù)燒粉(Fe20348. 5摩爾％、Ni025摩爾％、Zn016摩爾％、CuO 10. 5摩爾％)100重量份、縮丁醒樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份,制造漿體。在PET膜上利用刮刀以150mm見方，以燒結(jié)時(shí)的厚度成為O.1mm的方式對制成的漿體進(jìn)行片成型。作為非磁性層(8)，在球磨機(jī)中混合硼硅酸玻璃(Si0286 89wt%、B2037 IOwtK2OO. 5 7wt%) 100重量份、縮丁醛樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，制造漿體。在PET膜上利用刮刀以150mm見方，以燒結(jié)時(shí)的厚度成為O. 05mm的方式對制成的漿體進(jìn)行片成型。另外，作為絕緣層(6)用，同樣在球磨機(jī)中混合Zn — Cu鐵素體預(yù)燒粉(Fe20348. 5摩爾％、Zn041摩爾％、CuOlO. 5摩爾％ ) 100重量份、縮丁醒樹脂8重量份、可塑劑5重量份、溶劑80重量份，制造漿體。在PET膜上利用刮刀以與磁性層相同的大小和厚度對制成的漿體進(jìn)行片成型。接著，如圖3 (a)所示，將層疊有磁性層(5)用生片和非磁性層(8)用生片的片逐一加壓粘接，制成I個(gè)片后，形成通孔(I )，并向通孔中填充Ag膏體，且對與通孔(I)成直角的兩表面印刷Ag膏體，層疊10張，使各線圈為疊層，形成線圈(4)。接著，如圖2所示，在線圈(4)的上下表面層疊絕緣層(6)用生片，在一個(gè)表面上層疊用Ag膏體印刷有導(dǎo)電層(7)的絕緣層用生片。
整理層疊得到的生片進(jìn)行加壓粘接，在通孔和線圈開放端面(4 - 2)切斷，以900°C—體燒制兩個(gè)小時(shí)，制作成并聯(lián)連接有5個(gè)橫30mmX縱4mm大小的圈數(shù)為23圈的線圈的磁性體天線2。與磁性體天線I 一樣，連接RF標(biāo)簽用1C，進(jìn)一步與IC并聯(lián)地連接電容器，將諧振頻率調(diào)節(jié)成13. 56MHz，制作RF標(biāo)簽。利用功率IOOmW的讀取器/記錄器對得到的RF標(biāo)簽測定通信的距離。[磁性體天線3]在與磁性體天線I 一樣制造的磁性層(5)用生片上以O(shè). 02mm的厚度印刷玻璃陶瓷的膏體，層疊10層。
·
在上述磁性層(5)用生片形成通孔(1)，并向該通孔中填充Ag膏體，且對與通孔I成直角的兩表面印刷Ag膏體進(jìn)行層疊，將各線圈形成為疊層，形成線圈(4)。接著，在線圈(4)的一個(gè)表面上層疊以Ag膏體印刷導(dǎo)電層(7)而構(gòu)成的絕緣層(6)用生片。在另一個(gè)表面上，以與線圈兩端連接的方式形成通孔并在該通孔中填充Ag膏體，且用Ag膏體對與通孔(I)成直角的表層印刷成為將線圈引線端子和IC連接的IC芯片連接端子(9)的形狀，層疊絕緣層(6)用生片。整理以上的生片進(jìn)行加壓粘接，在通孔(I)和線圈開放端面(4 一 2)切斷，以900°C—體燒制兩個(gè)小時(shí)，制作橫IOmmX縱3mm大小的線圈圈數(shù)為23圈的磁性體天線3。在該磁性體天線的線圈兩端連接RF標(biāo)簽用1C，再與IC并聯(lián)地連接電容器，將諧振頻率調(diào)節(jié)成13. 56MHz，制作RF標(biāo)簽，并以功率IOOmW的讀取器/記錄器測定通信的距離。其結(jié)果,磁性體天線3為12. 7cm的通信距離。金屬板貼附時(shí)的通信范圍為10. 5cm。[磁性體天線4]將與磁性體天線I 一樣制造的磁性層(5)用生片和非磁性層(8)用的玻璃陶瓷的生片分別以相同的厚度O.1mm成膜。使用陶瓷生片層疊體切斷機(jī)(UHT株式會社制G — CUT)分別以O(shè).1mm寬度切斷得到的片。接著，如圖4 (b)所示，磁性層和非磁性層依次排列成I個(gè)片狀進(jìn)行加壓粘接。按照能夠?qū)⒌玫降钠乜v方向也以依次成為磁性層和非磁性層的順序的方式層疊10張，并加壓粘接的方式進(jìn)行準(zhǔn)備，逐一在片上形成通孔(1)，并向通孔中填充Ag膏體，且在與通孔(I)成直角的兩表面印刷Ag膏體，并層疊10張，將各線圈制成疊層，形成線圈(4)。與磁性體天線I 一樣，在得到的線圈上形成絕緣層，制成磁性體天線4。[磁性體天線5]將與磁性體天線I 一樣制造的磁性層(5)用生片和非磁性層(8)用的玻璃陶瓷的生片分別以相同的厚度O.1mm進(jìn)行成膜。使用陶瓷生片層疊體切斷機(jī)(G—⑶T / UHT)分別以O(shè).1mm寬度切斷得到的片。接著，如圖4 (c)所示，磁性層和非磁性層依次排列成I張片狀進(jìn)行加壓粘接。按照能夠?qū)⒌玫降钠筒Ａ沾缮惶鎸盈B各10張，并加壓粘接的方式準(zhǔn)備，逐一在片上形成通孔(I)，并向通孔中填充Ag膏體，且在與通孔(I)成直角的兩表面印刷Ag膏體，并層疊10張，將各線圈制成疊層，形成線圈(4)。與磁性體天線I 一樣，在得到的線圈上形成絕緣層，制成磁性體天線5。[磁性體天線6]使用與磁性體天線I 一樣制造的漿體制作磁性層(5)用的棒狀磁性體。如圖4Cd)所示，將制作的棒狀磁性體在容器內(nèi)排列，注入非磁性玻璃陶瓷的漿體，制作厚度Imm的片。按照能夠?qū)⒌玫降钠筒Ａ沾傻纳瑢盈B10張，并壓粘接的方式準(zhǔn)備，如圖4所示，逐一在片上形成通孔(1)，并向通孔中填充Ag膏體，且在與通孔(I)成直角的兩面印刷Ag膏體,并層疊10張,將各線圈制成疊層,形成線圈(4)。與磁性體天線I 一樣，在得到的線圈上形成絕緣層，制成磁性體天線6。[磁性體天線7比較例]除了形成為能夠形成一個(gè)圈數(shù)(匝數(shù))為23圈(匝)的線圈以外，與上述磁性體天線I 一樣地制造。利用IOOmW的讀取器/記錄器進(jìn)行通信的距離為6. Ocm0[磁性體天線8參考例]除了以螺線管(圓筒形線圈)繞組的方式制作線圈的卷繞方式以外，與上述磁性體天線I 一樣地制造。I個(gè)線圈的寄生電容為4. 5pF。將得到的磁性體天線的各種特性在表I中表示。[表I]
權(quán)利要求
1.一種RF標(biāo)簽，其特征在于 在用于利用電磁感應(yīng)方式收發(fā)信息的磁性體天線安裝有1C， 所述磁性體天線在一個(gè)磁性體芯形成有多個(gè)電感L1滿足關(guān)系式(I)的線圈，并且各線圈的繞組方式為疊層，各所述線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列地配置于磁性體芯，磁性體天線的總電感Ltl滿足關(guān)系式(2)， 關(guān)系式(I):
2.一種復(fù)合RF標(biāo)簽，其特征在于 利用樹脂覆蓋權(quán)利要求1所述的RF標(biāo)簽。
3.—種磁性體天線，其特征在于 用于權(quán)利要求1所述的RF標(biāo)簽， 該磁性體天線在安裝有IC時(shí)，在一個(gè)磁性體芯形成有多個(gè)電感L1滿足關(guān)系式(I)的線圈，并且各線圈的繞組方式為疊層，各所述線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列地配置于磁性體芯，磁性體天線的總電感Ltl滿足關(guān)系式(2)， 關(guān)系式(I):
4.一種基板，其特征在于 安裝有權(quán)利要求1所述的RF標(biāo)簽或權(quán)利要求2所述的復(fù)合RF標(biāo)簽。
5.一種通信系統(tǒng)，其特征在于 使用權(quán)利要求1所述的RF標(biāo)簽或權(quán)利要求2所述的復(fù)合RF標(biāo)簽。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁性體天線，用于利用磁場成分對信息進(jìn)行通信，該磁性體天線是同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化和提高通信靈敏度的磁性體天線或RF標(biāo)簽。即，是在用于利用電磁感應(yīng)方式收發(fā)信息的磁性體天線上安裝有IC的RF標(biāo)簽，該RF標(biāo)簽的特征在于上述磁性體天線在一個(gè)磁性體芯上以使得重疊卷繞繞組時(shí)，寄生電容不會變大的方式，通過疊層形成多個(gè)電感L1滿足特定關(guān)系式的線圈，上述各線圈在電路上并聯(lián)連接，且串列地配置于磁性體芯上，磁性體天線的總電感L0滿足特定的關(guān)系式。
文檔編號H01Q7/08GK103053075SQ20118003774
公開日2013年4月17日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者香嶋純, 大前誠司, 佐藤由郎 申請人:戶田工業(yè)株式會社