JP5155616B2 - Ｒｆｉｄタグ、ｒｆｉｄシステムおよびｒｆｉｄタグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、RFIDタグ、RFIDシステムおよびその製造方法、より具体的には、情報読取・書換装置と非接触で情報の送受信を行うRFIDタグ、RFIDシステムおよびその製造方法に関するものである。

近年、商品識別および管理技術としてのみならず、ユビキタス社会を推進するための基盤技術として、無線周波識別体、すなわちRFID（Radio Frequency Identification）タグが広く利用されている。RFIDシステムを構成する他の要素である情報読取・書換装置との交信に誘導電磁界や放射された電波を使うので、非接触で通信を行うことが可能である。RFIDタグの形状は、用途に応じてラベル型、カード型、コイン型、スティック型等、様々である。

従来用いられているRFIDタグは、基板絶縁層の上に、導電性のアンテナ回路が形成され、さらにその回路上にIC（半導体集積回路）チップ等の部品が接合されている。ここで、RFIDタグが使用される環境を考えると、部品による突起部があると、人が手を用いて、物をつかんだり、移動させたりするハンドリング時のこすれ等により突起部に力がかかるため、その表面は平坦であることが望ましい。そのため、ICチップ等の部品が接合された表面に、樹脂などの絶縁体のコーティングがなされるか、表面にフィルムのラミネートがなされて、表面が平坦になっている。
荒川弘煕、ＮＴＴデータ・ユビキタス研究会著、「ICタグって何だ？」株式会社カットシステム発行、第１００〜１０１頁

しかし、表面を平坦にしたRFIDタグを製造するために、樹脂のコーティングをしたり、フィルムをラミネートしたりすると、材料および工程数が増えてしまうという問題があった。また、表面を平坦にするためにフィルムをラミネートする場合は、フィルムが部品の下まで及ばないため、部品と基板絶縁層との間に隙間（ボイド）が生じ、この隙間が信頼性を低下させる影響を与えていた。

また、回路にも樹脂などの絶縁体が被されているため、一般的には900MHz以上の高周波で使用する場合、樹脂などの絶縁体には、放射抵抗や損失抵抗が少ないこと、特性インピーダンスが整合されていることといった、良好な電気特性が要求される。一方で、部品の接合後のコーティングでは、絶縁体には隙間への埋め込み性も要求されるため、良好な電気特性を持ちながら、埋め込み性も必要という２つの特性を同時にかなえる樹脂などの材料が必要となっている。

さらに、従来の方式では基板絶縁層の上に部品を搭載する方式であるため、薄型化を図るためには、部品を薄くするか、基板絶縁層を薄くするしか方策はなかった。

本発明は、このような課題に鑑み、板状体上に実装接合した部品を絶縁層で覆った後に回路を形成することができるRFIDタグ、RFIDシステムおよびRFIDタグの製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明では、薄型のRFIDタグの提供を可能とする構成をとる。すなわち、情報を記憶する記憶媒体と、記憶媒体を囲繞する絶縁体と、情報を担持する無線信号を交信する回路とを含むRFIDタグは、回路が絶縁体の表面から露出している。

また、本発明では、製造工程の簡略化を可能とするRFIDタグの製造方法をとる。すなわち、板状体の一方の面上に情報を記憶する記憶媒体を接合させる工程と、一方の面上に、記憶媒体を囲繞するように絶縁体を定着させる工程と、板状体の一方の面とは反対側の他方の面に、情報を担持する無線信号を交信する回路を形成する工程とを含む。

本発明によれば、板状体上に実装接合した記憶媒体を囲繞するように絶縁体を定着させた後に回路を形成するので、RFIDタグの薄型化を図ることができる。また、RFIDタグの製造工程を簡略化することができる。

次に添付図面を参照して本発明によるRFIDタグを実施するための最良の形態を詳細に説明する。本発明の実施形態によるRFIDタグ10は、ラベル型、カード型など、用途に応じて選択された形状の外観を呈する情報通信媒体として形成されている。

まず、比較参考のために図５を参照しながら従来技術に係るRFIDタグ30およびその製造方法を説明する。RFIDタグ30は、金属板32の上に基板絶縁層34が固着され、その基板絶縁層34の上に、導電性のアンテナ回路36が形成され、さらにその回路上に情報が記憶されたICチップ等の部品38が接合されている。部品38の存在により生じる突起部を平坦にするために、部品38が接合された表面に、樹脂などの絶縁層42のコーティングがなされている。

このRFIDタグ30を製造する一般的な方法は以下の通りである。金属板32の上に絶縁層34を固着させ、基板絶縁層34の上に、導電性ペーストによる印刷などの方法により導電性のアンテナ回路36を形成し、その回路36上にIC（半導体集積回路）チップ等の部品38を実装し、はんだ40または超音波などにより回路36との接合をする。さらに、ハンドリング時のこすれ等に対処すべく、回路36が接合された表面を平坦にするため、接合後、部品38が実装された側の表面に、樹脂などの絶縁層42のコーティングを行って表面を平坦にする。

以降、本発明の実施形態によるRFIDタグ10の構成に関する説明を行う。図１は、本発明の実施形態によるRFIDタグ10が、たとえばカード型のような平板形状の場合において、正面方向から見て垂直方向に分断したときの断面を示す図である。無線信号による情報のアンテナ回路である、導電性の材料で形成された回路12は、識別コードなど所定の情報が記憶されたICチップ14との間に、たとえば溶着したはんだ16を介して、チップ14と接合されている。チップ14は、回路12と接合された部分を除いた部分についても、絶縁層としての熱可塑性樹脂18に囲繞されている。RFIDタグ10の内部を構成する絶縁層は実質的に熱可塑性樹脂18のみとなっている。

なお、はんだ16の代わりに導電性ペーストを使用してもよい。導電性ペーストは、銀、銅、銀コーティングした銅粒子、その他であっても導電性を有するものならば使用が可能である。

回路12は、熱によって溶ける性質を有する絶縁体である熱可塑性樹脂18に固着、より具体的には圧着されている。他方、回路12が圧着されている面と平行、すなわち反対側にある面上には、RFIDタグ10は金属上に貼り付けても情報の通信が可能な金属対応型であると望ましいため、平板状の導電箔20が圧着されている。すなわち、チップ14は、回路12と導電箔20との間に定着されている。導電箔20には、たとえば銅箔など導電性に優れた金属が用いられる。もっとも、RFIDタグ10を金属対応型にする必要がなければ、導電箔20は不要で構わない。

このように、アンテナ用の回路12が熱可塑性樹脂18の表面から外部に露出する構成をとることにより、熱可塑性樹脂18としての材料について、必ずしも良好な埋め込み性のみならず良好な電気特性を有する材料という要件を満たす必要がなくなり、加工が容易、安価であるなど、製造者の事情に応じた絶縁体材料の選択の幅が広がる。

RFIDタグ10は、表裏面、すなわち回路12がある面側と導電箔20がある面側との電気的導通をとる必要がある場合、もしくはRFIDタグ10を識別対象物など他の物にセットする必要がある場合などには、適宜に孔を設けてもよい。

続いて、RFIDタグ10を用いたRFIDシステムの情報読取りの動作に関する説明を行う。チップ14に記憶された情報を読み取る装置であるリーダは、読取などの動作を制御する、たとえばコンピュータのような上位の処理システムに接続されている。

上位システムが情報読取指令をリーダに送ると、リーダは磁界もしくは電波といった無線信号を発生させる。RFIDタグ10には、リーダが発生させる回路12が無線信号を受け取ることによって、電流が発生する。さらに無線信号を介してRFIDタグ10は情報読取指令を受け取る。受け取った指令はICチップ14で解釈され、記憶している情報を回路12を介して無線信号で送信する。RFIDタグ10によって送信された情報はリーダが受信し、リーダはさらに情報を上位システムに送信する。コンピュータなどの上位システムは受け取った情報をデータベースなどと照合し、チップ14に記憶された情報の読取通信を可能としている。

なお、ここまではチップ14に記憶された情報の読取りについて述べたが、情報の書換えも同様の原理により行われる。また、本実施形態では、RFIDタグ10は電池を内蔵しないパッシブタグとして説明したが、電池を内蔵するアクティブタグであっても、情報読取指令に応じてではなく、自ら情報を発信するという相違はあるものの、その他の基本的な動作の流れは同様である。

以上の動作の下、情報の送受信をする回路12はRFIDタグ10の外部に露出しているので、RFIDタグの内部を構成する熱可塑性樹脂18の電気特性にかかわらず、円滑な無線信号の送受信が可能となる。

次にRFIDタグ10の製造方法について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。板状体22には、たとえば銅箔など、導電性の材料による導電箔を用いることが、アンテナ用の回路12の形成が容易となるので望ましい。板状体22が導電性材料である場合には、板状体22の一部は図１で示すように最終的にRFIDタグ10の回路12を形成することができる。導電性材料である板状体22が銅箔である場合、その厚さは、たとえば12μｍ、18μｍ、35μｍ、70μｍ、105μｍなど、最終的に形成される回路12としての役割が果たせる限り、任意の厚さにして問題はない。

また、板状体22として、たとえば厚さ10μｍ以下といった、特に薄い銅箔を用いる場合には、キャリア付きの銅箔を使用しても問題はない。キャリア付き銅箔を使用した場合、後述する工程を経て全体として十分な厚さを有するようになった後にキャリア部分を剥離すればよいので、板状体22が極めて薄いことに起因するRFIDタグ10の製造上の困難を解消することができる。その結果、特に薄型化を追求したRFIDタグ10を製造するにあたっても、容易に製造作業を進めることが可能となる。

また、板状体22は、一方の面が平滑な面であるシャイニー面、他方の面が多少の凸凹を持ったマット面であることが望ましい。後述する板状体22と熱可塑性樹脂18が圧着された後の密着性が、凸凹面の存在がもたらす投錨効果により高まるからである。

板状体22を搬送用治具に貼り付けると、その後の作業を容易に行うことができ、大量生産に適するという点で望ましい。搬送用治具は金属製であることがより望ましいが、高温はんだのリフロー温度に耐熱性があるものであれば、それ以外の材料による製品でもよい。

板状体22の一方の面上に、はんだ16を塗布する。一方の面がシャイニー面、他方の面がマット面である場合には、マット面上に塗布する。塗布するはんだ16は、たとえばクリームはんだの他、共晶はんだ、鉛フリーはんだなど、はんだ組成が異なるものであっても使用可能である。塗布方法としては、たとえばスクリーン印刷法が一般的であるが、もちろん、他の方法によって塗布しても構わない。スクリーン印刷を行う際には、リフロー温度に耐熱性を有する搬送用治具を用いてもよいし、板状体22にキャリア付き銅箔などを用いているときは、そのまま用いてもよい。

次に、チップ14を板状体22上のはんだ16が塗布された位置に実装するが、ここまでの製造工程を示した図が図２である。チップ14の実装を行う際には、マウンタを用いて搭載を行うと正確な実装が容易になるので望ましいが、もちろんマウンタによる実装に限られない。

その後、はんだリフロー炉でチップ14が実装された板状体22を加熱溶融する。温度プロファイルは、板状体22の大きさ、搬送用治具の熱容量により変化するので、任意の設定を行う。リフローによる温度上昇とその後の下降を経て、板状体22とチップ14とは、はんだ16を介して接合される。

なお、はんだ16の代わりに導電性ペーストを使用してもよい旨を先に述べたが、その場合にも、スクリーン印刷法などの方法によって板状体22上に塗布し、その後チップ14の実装を行う。板状体22とチップ14との接合に要する導電性ペーストの硬化時間など硬化条件は、使用した導電性ペーストに従う。また、その他にも、たとえば超音波接合などの様々な接合手段を用いることが可能である。

続いて、図３を参考にして、チップ14を実装した板状体22に、熱可塑性樹脂18および導電箔20を積層、圧着する工程について説明する。板状体22のチップ14が実装された面上に熱可塑性樹脂18を積層し、さらにその熱可塑性樹脂18の面上に導電箔20を積層する。言い換えれば、板状体22と導電箔20とで熱可塑性樹脂18を挟むような位置関係になる。このときに導電箔20のうち熱可塑性樹脂18と接する側の面はマット面であることが望ましい。導電箔20と熱可塑性樹脂18が圧着された後の密着性が、凸凹面の存在がもたらす投錨効果により高まるからである。

熱可塑性樹脂18は、加熱を経て再硬化した後に少なくともチップ14を囲繞できるだけの分量、特に厚みを有する。このとき、作業の便宜などに鑑みて、熱可塑性樹脂18のうち積層時に板状体22と接する側の面を、チップ14の実装による板状体22の突起部分に対応させて、あらかじめドリル、レーザ加工等任意の方法でくり抜いておく。すなわち、チップ14の厚みにチップ14と板状体22との間に生じる隙間（ボイド）を加えた分だけの高さ、ならびに突起した部分の長さおよび幅に合わせて、チップ14が実装された板状体22の面上に熱可塑性樹脂18を積層したときに嵌合するように切削しておくと、熱可塑性樹脂18の積層位置が安定し、その後の製造作業が容易になるので望ましい。

板状体22に熱可塑性樹脂18と導電箔20を積層した後に、加熱および加圧を行う。加熱により熱可塑性樹脂18が溶け出し、さらに加圧によって、チップ14が実装された板状体22と熱可塑性樹脂18、および熱可塑性樹脂18と導電箔20は圧着される。以上の工程を経ることによって、熱可塑性樹脂18が再硬化したとき、チップ14は熱可塑性樹脂18に囲繞されるようにして定着されることとなる。この工程段階におけるRFIDタグ10を図４に示す。なお、実装したチップ14と板状体22との間にできる隙間にまで樹脂を埋め込むべく、加熱圧着は真空下でなされることが望ましい。

このように、チップ14は実質的に熱可塑性樹脂18のみによって囲繞された状態で定着されるので、部品の高さ分だけの薄型化が可能となる。また、チップ14が接合された板状体22の表面をさらにフラット化する工程が必要なくなる。

なお、チップ14が実装された板状体22への熱可塑性樹脂18の固着は、上記の方法以外の公知の方法によっても可能である。また、RFIDタグ10を金属対応型にする必要がないならば、導電箔20の代わりに他の板状体を用いても、また他の板状体を用いずに、適宜の手段でチップ14が実装された板状体22と熱可塑性樹脂18との固着を行っても構わない。

RFIDタグ10に導通用もしくはセット用などの孔を設ける必要がある場合には、加熱圧着がされた後に穴あけ加工を行う。その場合には、ドリル加工、レーザ加工など適宜の方法によって穴あけをする。表裏間の電気的導通を目的とする孔である場合には、さらに孔の側面に、無電解メッキ処理を行った後に電解メッキ処理を行う。孔の側面にメッキを析出させるための無電解メッキ処理には湿式法を採用するのが望ましいが、もちろん真空蒸着、スパッタ、イオンプレーティングなどの乾式法による処理であっても構わない。なお、湿式法の中では、液の安定性がよく寿命が長くコスト面で優れたPd触媒溶液を用いて処理するのが最も望ましいが、もちろん他の触媒溶液を用いても構わない。

続いて、板状体22のうち、熱可塑性樹脂18が圧着された側とは他方の面に回路12を形成する。回路12の形成は、銅箔などの導電体である板状体22の表面にドライフィルムレジストをラミネートして露光現像を行い、さらにエッチングにより除去されずに残った板状体22の一部を回路12として形成する工程によるのが最も簡易かつ安価であり望ましい。図１における回路12は、この方法により板状体22の一部から形成されたものである。もっとも、板状体22が絶縁体であっても、板状体22上にメッキで回路を形成するアディティブ法、導電性ペーストを印刷する方法など、他の公知の工程により回路12を形成しても構わない。

このように、アンテナ用の回路12が熱可塑性樹脂18の外部に露出する構成をとるような製造方法にすることにより、熱可塑性樹脂18としての材料につき、必ずしも良好な埋め込み特性のみならず良好な電気特性を有することを要件とする必要がなくなり、加工が容易、安価であるなど、製造者の事情に応じた材料選択の幅が広がる。また、先に板状体22の上にチップ14を実装し、その上に熱可塑性樹脂18を圧着させてから回路形成を行うので、従来のように、形成した回路12の上にチップ14を実装した後にフラット化するような工程は必要なくなり、効率的なRFIDタグ10の製造が可能となる。

最後に、所望する形状に加工し、RFIDタグ10を形成する。形成加工に際しては、ルータ、プレス、レーザ、ダイシングなど、適宜の加工技術を用いることができる。このように形成されたRFIDタグ10は、チップ14に記憶された情報の読取りや書換えを行う装置である公知のリーダ・ライタと共に使用されることによって、情報の非接触通信を行うことが可能であり、RFIDタグ10はRFIDシステムの一部を構成することとなる。

板状体22として、古河サーキットフォイル株式会社製の、厚さ18μｍの銅箔を使用した。この板状体22である銅箔は、シャイニー面とマット面をもち、酸化防止処理が施された未使用品である。

板状体22である銅箔のシャイニー面側を搬送用治具に貼り付けて、この銅箔のマット面上にはんだ16をスクリーン印刷法で塗布した。ここで、はんだ16として用いたのは、千住金属工業株式会社製、鉛フリーはんだM705-235C-21である。

マウンタを用いて、ICチップ14を、塗布されたはんだ16上に実装し、はんだリフロー炉で加熱溶融した。このときのリフロープロファイルは余熱180℃＊120秒、ピーク温度240℃＊10秒で行った。

絶縁層である熱可塑性樹脂18には、日本油脂株式会社製のER140を用いた。この熱可塑性樹脂18の一面を、チップ14の実装による板状体22の突起部分の形状に対応させて、ドリルによりくり抜いた。その後板状体22の上に熱可塑性樹脂18を、ドリルによりくりぬいた部分と板状体22の突起部分が嵌合するように積層させ、さらに熱可塑性樹脂18の上に、導電箔20としてマット面を有する銅箔を、マット面が熱可塑性樹脂18に接するように積層させる。その後、真空下で加熱圧着を行う。

圧着後、熱可塑性樹脂18を挟んでいる、板状体22側と導電箔20側の両銅箔の導通経路を形成するために、レーザで孔をあけ、Pd触媒溶液を用いた無電解メッキを行い、さらに電解メッキを行った。

メッキ完了後、板状体22である側の銅箔表面のうち、回路12を形成させようとする部分を除く部分に、旭化成エレクトロニクス株式会社製のドライフィルムレジストAQ−2558をラミネートする。その後露光、現像、銅のエッチングを行うことにより、ドライフィルムレジストがラミネートされなかった部分の銅箔が熱可塑性樹脂18に圧着されたまま残存し、回路12を形成する。

基本的な製造工程は先の実施例と同様であるが、板状体22である銅箔にICチップ14を実装する工程で、はんだ16として千住金属工業株式会社製、鉛フリーはんだM705-235C-21を用いないで、これに代わってタツタシステム・エレクトロニクス株式会社製の導電性銅ペーストAE3030を用いて、スクリーン印刷法により板状体22（古河サーキットフォイル株式会社製、厚さ18μｍの銅箔）に塗布した。

かかる工程を経て製造されたRFIDタグ10も、鉛フリーはんだを使用した別の実施例により製造されたRFIDタグ10と同様、正常にRFIDリーダはICチップ14に記憶された情報を認識することができる。

本発明によるRFIDタグの実施例において、正面から見て垂直方向に分断した断面を示す図である。 図１に示すRFIDタグの製造方法について示す断面図である。 同実施例の製造方法のうち、図２に続く工程について示す断面図である。 同実施例の製造方法のうち、図３に続く工程について示す断面図である。 従来のRFIDタグを、正面から見て垂直方向に分断した断面を示す図である。

符号の説明

10 ＲＥＩＤタグ
12 回路
14 チップ
18 熱可塑性樹脂
20 導電箔
22 板状体

Claims (3)

1. 導電体を材料とする板状体の一方の面上に情報を記憶する記憶媒体を接合させる工程と、
   前記一方の面上に、前記記憶媒体を囲繞するように絶縁体を定着させる工程と、
   前記板状体の一部を、前記情報を担持する無線信号を交信する回路として形成する工程とを含むことを特徴とするRFIDタグの製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、前記絶縁体は熱可塑性樹脂であることを特徴とするRFIDタグの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法において、前記絶縁体を定着させる工程はさらに、前記絶縁体の１の面を、前記板状体の一方の面と該絶縁体とが嵌合するように切削してから該一方の面上に積層する工程を含むことを特徴とするRFIDタグの製造方法。

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