无线IC器件

摘要

为了获得提高信号的放射特性或指向性并能可靠地与读出器/写入器通信的无线IC器件。包括电磁耦合模块(1)的无线IC器件由无线IC器件(10)与馈电电路基板(20)、保护层(30)、第一辐射板(31)和第二辐射板(35)构成。馈电电路基板(20)包括含电感元件(L1)和(L2)的馈电电路(21)。馈电电路(21)电连接于无线IC芯片(10)并耦合于辐射板(31)和(35)。由辐射板(31)、(35)接收的信号经由馈电电路(21)提供给无线IC芯片10。来自无线IC芯片(10)的信号经由馈电电路(21)提供给辐射板(31)和(35)并随后放射至外部。

权利要求

1.一种无线IC器件，包括：

无线IC器件；

耦合于所述无线IC器件的馈电电路基板，其中所述馈电电路基板包括馈电电路，所述馈电电路包括谐振电路和/或匹配电路，并且其中所述谐振电路和/或匹配电路包括至少一个电感元件；以及第一和第二辐射板，所述第一和第二辐射板用于辐射所述馈电电路提供的传输信号和/或将接收的信号提供给所述馈电电路；

其中，在所述馈电电路基板的一个主表面上设置保护层或金属壳，所述保护层或金属壳覆盖住所述无线IC器件，所述第一辐射板是形成在所述保护层或所述金属壳上的电极，并且所述第二辐射板设置在所述馈电电路基板的另一主表面上。

2.如权利要求1所述的无线IC器件，其特征在于，

所述馈电电路电磁耦合于所述第二辐射板并使所述无线IC芯片的电感与所述第一和第二辐射板的电感匹配。

3.如权利要求1和2中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，从所述第一和第二辐射板辐射出的信号的谐振频率基本上等效于所述馈电电路的自谐振频率。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，所述馈电电路包括具有不同电感值并彼此耦合的至少两个电感元件。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，所述第一辐射板形成在所述保护层的表面上或所述保护层内。

6.如权利要求1-5中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，所述第二辐射板形成在印刷基板的表面上或所述印刷基板内。

7.如权利要求1-6中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，所述第一辐射板是倒F形天线或倒L形天线。

8.如权利要求1-7中任何一项所述的无线IC器件，其特征在于，在所述馈电电路基板的所述另一主表面上形成有安装用外部电极。

说明书

无线IC器件

技术领域

[0001] 本发明涉及无线IC器件并尤其涉及用于RFID(射频识别)系统的无线IC器件。

背景技术

[0002] 已研发出RFID系统作为物品管理系统，其中产生感应磁场的读出器/写入器以及附连于物品并存储预定信息的无线标签(也称无线IC器件)使用非接触方法彼此通信以传输信息。作为在这种RFID系统中使用的无线标签，专利文献1记载了一种半导体装置，该半导体装置具有在IC芯片的一个主表面上形成的天线线圈并用于无接触IC卡。这种半导体装置使用电连接于IC芯片内的电路的天线线圈无线地与读出器/写入器通信。

[0003] 然而，对于专利文献1记载的半导体装置来说，天线线圈的尺寸很小，因为其尺寸最多与IC芯片的尺寸相同。因此，该半导体装置存在的问题在于：如果半导体装置和读出器/写入器之间的距离很长或者如果半导体装置相对于读出器/写入器的位置即使偏移极小距离就无法与读出器/写入器通信。另外，如果从天线线圈传输具有预定频率的信号，则需要将天线线圈的长度设定为对应于信号频率的波长的1/2。然而，IC芯片很小。因此，如果尝试将具有预定长度的天线线圈设置在IC芯片上，则必须减小线圈电极的宽度或电极之间的间隔。为此，需要高精度地制造天线线圈的设施并仍然存在IC芯片甚至极小的偏差造成通信频率偏差并因此发生通信故障的可能性。

[0004] [专利文献1]特开2001-257292号公报

[0005] 发明公开

[0006] 发明解决的问题

[0007] 因此，本发明的一个目的是提供一种提高信号的辐射特性和指向性并能可靠地与读出器/写入器通信的无线IC器件。

[0008] 解决问题的手段

[0009] 为了达到这个目的，根据本发明一个方面的无线IC器件包括：无线IC器件；耦合于无线IC器件的馈电电路基板，其中馈电电路基板包括馈电电路，馈电电路包括谐振电路和/或匹配电路，而谐振电路和/或匹配电路包括至少一个电感元件；以及第一和第二辐射板，用于辐射馈电电路提供的传输信号和/或将接收的信号提供给馈电电路。无线IC器件的特征在于，在馈电电路基板的一个主表面上设置保护层或金属壳，所述保护层或金属壳覆盖住无线IC器件，并且第一辐射板是形成在保护层或金属壳上的电极，而第二辐射板设置在馈电电路基板的另一主表面上。

[0010] 在该无线IC器件中，第一和第二辐射板充当天线，由第一和第二辐射板接收的信号经由馈电电路提供给无线IC以使无线IC工作，而来自无线IC的信号经由馈电电路提供给第一和第二辐射板并随后射向外侧。

[0011] 优势

[0012] 根据本发明，可使用设置在馈电电路基板一个主表面上的第一辐射板和设置在其另一主表面上的第二辐射板来改善辐射特性或指向性。因此，无线IC器件能可靠地与读出器/写入器通信。具体地说，第二辐射板的尺寸可比馈电电路基板的尺寸更大，而第二辐射板的大小或形状可任意选择。

[0013] 附图简述

[0014] 图1是示出第一实施例的无线IC器件的截面图。

[0015] 图2是示出第一实施例的无线IC器件的立体图。

[0016] 图3是示出第一实施例的在包含于无线IC器件内的馈电电路基板上安装无线IC芯片的状态的立体图。

[0017] 图4是示出第一实施例的无线IC器件的馈电电路基板的层叠结构的平面图。

[0018] 图5是示出第二实施例的无线IC器件的截面图。

[0019] 图6是示出第三实施例的无线IC器件的截面图。

[0020] 图7是示出第四实施例的无线IC器件的截面图。

[0021] 图8是示出第四实施例的无线IC器件的馈电电路基板的层叠结构的平面图。

[0022] 图9是示出第五实施例的无线IC器件的截面图。

[0023] 附图标记

[0024] L1-L4电感元件

[0025] 1电磁耦合模块

[0026] 10无线IC芯片

[0027] 20馈电电路基板

[0028] 21馈电电路

[0029] 25安装用外部电极

[0030] 30保护层

[0031] 31第一辐射板

[0032] 33金属壳

[0033] 35第二辐射板

[0034] 36印刷基板

[0035] 实现本发明的最佳方式

[0036] 下文中，将参照附图对根据本发明的无线IC器件的实施例进行描述。

[0037] (第一实施例，见图1-4)

[0038] 如图1所示，第一实施例的无线IC器件包括：无线IC芯片10，用于处理具有预定频率的发送/接收信号；馈电电路基板20，其包括电连接于无线IC芯片10的的馈电电路21；保护层30；第一辐射板31以及第二辐射板35。一体化的无线IC芯片10和馈电电路基板20被称为“电磁耦合模块1”。

[0039] 如图1中的等效电路所示，馈电电路21形成为包括电感元件L1和L2的谐振电路和/或匹配电路，电感元件L1和L2具有不同的电感值并彼此逆相地磁耦合(由互感M1表示)(详情参见图4如下所述)。

[0040] 无线IC芯片10包括时钟电路、逻辑电路、存储电路等。将必要信息存储在无线IC芯片10内。在无线IC芯片10的背面设置一对输入/输出端电极(未示出)和一对安装端电极(未示出)。如图3所示，输入/输出端电极和安装端电极经由金属焊点等电连接于各自形成在馈电电路基板20上的馈电端电极42a和42b以及安装电极43a、43b。

[0041] 无线IC芯片10安装在馈电电路基板20的主表面(顶面)上并覆盖有由树脂材料(例如环氧树脂)构成的保护层30。

[0042] 如图2所示，第一辐射板31安装在保护层30的表面上作为由非磁性金属材料制成的电极。第一辐射板31包括形成在保护层30近乎整个顶表面上的电极部分31a、形成在其一侧表面上的电极部分31b以及形成在其后表面上的电极部分31c。电极部分31c与馈电电路21的电极部分42c相对。馈电电路21和第一辐射板31彼此电容耦合。

[0043] 第二辐射板35作为由非磁性材料制成的环状电极形成在印刷基板36的表面上。馈电电路基板20经由粘合剂37固定于作为第二辐射板35一端的端部35a以及作为其另一端的端部35b。端部35a、35b分别电磁耦合于电感元件L1和L2中的一个。印刷基板36是内置在例如蜂窝电话的物品中的印刷基板。

[0044] 包含在馈电电路21中的电感元件L1和L2彼此逆相地磁耦合并因此在无线IC芯片10处理的频率下谐振。另外，电感元件L1和L2电磁耦合于端部35a和35b。同时，馈电电路21在电极部分42c电容耦合于第一辐射板31。另外，馈电电路21电连接于无线IC芯片10的输入/输出端电极(未示出)。因此，馈电电路21使无线IC芯片10的电阻(一般为50Ω)与辐射板31、35的电阻(空间电阻377Ω)匹配。

[0045] 因此，馈电电路21将从无线IC芯片10传来的具有预定频率的发射信号送至辐射板31、35，并辐射板31、35接收的信号中选择具有预定频率的接收信号并将选择的信号提供给无线IC芯片10。因此，在该无线IC器件中，无线IC芯片10根据辐射板31、35接收的信号而工作，并且来自无线IC芯片10的响应信号从辐射板31、35辐射至外部。

[0046] 如上所述，该无线IC器件能使用第一辐射板31和第二辐射板35改善放射特性或指向性并因此能可靠地与读出器/写入器通信。尤其，第二辐射板35能够以比电磁耦合模块1更大的尺寸以及任何形式形成。

[0047] 另外，在设置在馈电电路基板20上的馈电电路21中设定信号的谐振频率；因此，即使将该无线IC器件安装在各种物品上，无线IC器件照旧工作，放射特性的许多变化得以抑制并且不必为每件物品改变辐射板31、35等的设计。另外，从辐射板31、35放射出的发射信号的频率以及提供给无线IC芯片10的接收信号的频率基本等于馈电电路基板20的馈电电路21的谐振频率。还有，信号的最大增益基本由馈电电路21的尺寸或形状、馈电电路21和辐射板31、35之间的距离以及媒质中的至少一者确定。由于发送/接收信号的频率是在馈电电路基板20中确定的，因此可获得不依赖于辐射板31、35的形状或尺寸、这些辐射板之间的位置关系等的稳定频率特性，例如，即使无线IC器件被修整或介入于介电材料之间。

[0048] 在下文中，参照图4对馈电电路基板20的结构进行说明。馈电电路基板20通过层压、压摺和烧制由介电材料或磁性材料制成的陶瓷薄板41a-41h而形成。馈电端电极42a和42b、安装用电极43a和43b、电容耦合于第一辐射板31的电极部分42c以及通孔导体44a、
44b、45a和45b形成在作为最上层的薄板41a上。形成电感元件L1和L2的布线电极46a、
46b和必要的通孔导体47a、47b、48a、48b形成在作为第二至第八层的每块薄板41b-41h上。

[0049] 通过层叠上述薄板41a-41h，形成布线电极46a经由通孔导体47a以螺旋方式相互连接的电感元件L1并形成布线电极46b经由通孔导体47b以螺旋方式相互连接的电感元件L2。另外，在布线电极46a的线路和布线线路46b之间形成有电容。

[0050] 薄板41b上的布线电极46a的端部46a-1经由通孔导体45a连接于馈电端电极42a。薄板41h上的布线电极46a的端部46a-2经由通孔导体48a和45b连接于馈电端电极
42b。薄板41b上的布线电极46b的端部46b-1经由通孔导体44b连接于馈电端电极42b。
薄板41h上的布线电极46b的端部46b-2经由通孔导体48b和44a连接于馈电端电极42a。

[0051] 在上面提到的馈电电路21中，电感元件L1和L2沿相反方向缠绕，因此由电感元件L1和L2产生的磁场彼此抵消。由于磁场被抵消，布线电极46a和布线电极46b的长度必须增加至某一程度以获得预定的电感值。由此Q值减小。因此，谐振特性的倾斜度丧失并因此频带在谐振频率两边变宽。

[0052] 当从上方透视馈电电路基板20时，电感元件L1和L2形成在左右不同的位置。而且，电感元件L1和L2引起的磁场指向相反的方向。因此，当将馈电电路21耦合于环状辐射板35的两端35a、35b时，在两端35a、35b激励起指向相反方向的电流，信号可通过环状辐射板35发射或接收。电感元件L1和L2可耦合于两块不同的辐射板(偶极天线)。

[0053] 通过使用磁性材料形成馈电电路基板20并在磁性材料中形成电感元件L1和L2，可获得大的电感值。也可对应于13.56MHz的频率。此外，即使磁性材料薄板的加工偏差或导磁率变化发生，也可吸收馈电电路基板20和无线IC芯片10之间的电阻差。磁性材料的导磁率μ较佳为100上下。

[0054] 另外，通过对两个电感元件L1和L2的电感值设定基本相同的值，由电感元件L1和L2产生的磁场的大小被均等化。因此，由电感元件L1、L2产生的磁场彼此抵消的量可以是相等的。因此，频带可在谐振频率周围加宽。

[0055] 馈电电路基板20可以是由陶瓷或树脂制成的多层基板或者是通过层叠由例如聚酰亚胺或液晶聚合体的介电材料制成的层压可挠薄板形成的基板。尤其，电感元件L1和L2内置在馈电电路基板20中；因此，馈电电路21不容易受基板外部的介电常数的变化影响。因此，可抑制放射特性的变化。

[0056] 另外，馈电电路基板20不需要固定在第二辐射板35的端部35a、35b并可设置在端部35a和35b附近。

[0057] (第二实施例，见图5)

[0058] 如图5所示，第二实施例的无线IC器件基本具有与前述第一实施例相同的结构。不同点在于：取代前述保护层30，覆盖无线IC芯片10并由非磁性材料(例如磷青铜)制成的金属壳33被设置在馈电电路基板20上并且金属壳33充当第一辐射板。金属壳33具有突出电极部分33a，且该电极部分33a对置于馈电电路21的电极部分42c并与之电容耦合。

[0059] 第二实施例具有与前述第一实施例相同的效果和优点，除了金属壳33充当第一辐射板外。

[0060] (第三实施例，见图6)

[0061] 如图6所示，第三实施例的无线IC器件具有与前述第一实施例的无线IC器件相同的结构。其不同点在于：馈电电路21直接电连接于(耦合于)第一辐射板31的电极部分31c。

[0062] 第三实施例具有与前述第一实施例相同的效果和优点，除了馈电电路21和第一辐射板31直接彼此电气耦合外。

[0063] (第四实施例，见图7和图8)

[0064] 如图7所示，在第四实施例的无线IC器件中，由无线IC芯片10和馈电电路基板20构成的电磁耦合模块1通过粘合剂附连于形成在印刷基板(未示出)上的环状第二辐射板35的端部35a、35b。

[0065] 另外，第一辐射板31作为电极形成在覆盖无线IC芯片10的保护层30上。如同前述第一实施例，第一辐射板31包括形成在保护层30几乎整个顶表面上的电极部分31a、形成在其一个侧表面上的电极部分31b以及形成在其背面上的电极部分31c。电极部分31c与馈电电路21的电极部分64c相对。馈电电路21和第一辐射板31彼此电容耦合。

[0066] 如图7中的等效电路所示，在馈电电路20中，具有不同电感值的电感元件L1和L2彼此同相地磁耦合(互感M1)并且具有不同电感值的电感元件L3和L4彼此同相地磁耦合(互感M1)。并且电感元件L1和L3逆相地磁耦合(由互感M2表示)而电感元件L2和L4逆相地磁耦合。下面参照图8对包括具有电感元件L1、L2、L3和L4的谐振电路和/或匹配电路的馈电电路21进行详细说明。

[0067] 包含在馈电电路21中的电感元件L1、L2以及电感元件L3、L4彼此逆相地磁耦合并因此在无线IC芯片10处理的频率下谐振，并电磁耦合于环状辐射板35的两端35a、35b。同时，馈电电路21在电极部分64c电容耦合于第一辐射板31。另外，馈电电路21电连接于无线IC芯片10的输入/输出端电极(未示出)。因此，馈电电路21使无线IC芯片10的电阻(典型为50Ω)匹配于辐射板31、35的电阻(空间电阻377Ω)。

[0068] 至于第四实施例，当将具有正极性的信号提供给环状辐射板35的端部35a时，具有负极性的信号被提供给其端部35b。因此，电流从正极(端35a)流向负极(端35b)方向，并在发射板35和馈电电路21之间传输信号。

[0069] 因此，在前述第一实施例中，馈电电路21将从无线IC芯片10传来的具有预定频率的发射信号发送至辐射板31、35，并从由辐射板31、35接收的信号中选择具有预定频率的接收信号并将所选择的信号提供给无线IC芯片10。因此，在该无线IC器件中，无线IC芯片10根据辐射板31、35接收的信号工作，并将来自无线IC芯片10的响应信号从辐射板31、35放射至外部。如所见那样，第四实施例基本上具有与前述第一实施例相同的效果和优势。

[0070] 下面，参照图8对馈电电路基板20的结构进行说明。馈电电路基板20通过层压、压摺和烧制由介电材料或磁性材料制成的陶瓷薄板61a-61h而形成。馈电端电极62a和62b、安装用电极63a和63b、准备将电容耦合于第一辐射板31的电极部分64c，以及通孔导体64a、64b、65a和65b形成在最上层的薄板61a上。形成电感元件L1、L2、L3和L4的布线电极66a、66b、66c和66d并且如有需要还有通孔导体67a、67b、67c、67d、68a和68b形成在第二至第八层的各块薄板61b-61h上。

[0071] 通过层压前述薄板61a-61h，形成布线电极66a经由通孔导体67a以螺旋方式相互连接的电感元件L1，并形成布线电极66b经由通孔导体67b以螺旋方式相互连接的电感元件L2。另外，形成布线电极66c经由通孔导体67c以螺旋方式相互连接的电感元件L3，形成布线电极66d经由通孔导体67d以螺旋方式相互连接的电感元件L4。另外，在布线电极66a、66b、66c和66d的线路之间形成有电容。

[0072] 在薄板61b上整合布线电极66a、66b的端部66-1经由通孔导体65a连接于馈电端电极62a。在薄板61h上整合布线电极66a、66b的端部66-2经由通孔导体68a和65b连接于馈电端电极62b。在薄板61b上整合布线电极66c、66d的端部66-3经由通孔导体64b连接于馈电端电极62b。在薄板61h上整合布线电极66c、66d的端部66-4经由通孔导体68b和64a连接于馈电端电极62a。

[0073] 具有前述结构的馈电电路21基本上具有与第一实施例中描述的馈电电路21相同的效果。具体地说，电感元件L1和L2通过在相同平面上彼此靠近的两个布线电极66a、66b形成，而电感元件L3和L4通过在相同平面上彼此靠近的两个布线电极66c、66d形成；
因此，可通过改变布线电极的长度或电极之间的间距来获得宽带谐振特征。

[0074] 电感元件L1-L4可耦合于充当偶极天线的辐射板而不是环状辐射板。

[0075] (第五实施例，见图9)

[0076] 如图9所示，第五实施例的无线IC器件包括馈电电路基板20，馈电电路基板20具有彼此磁耦合的电感元件L1和L2的谐振电路和/或匹配电路的馈电电路21(由互感M1表示)。

[0077] 无线IC芯片10安装在馈电电路基板20上并电连接于电感元件L1和L2的端部。前述第一实施例中示出的第一辐射板31形成在保护层30上，而其电极部分31c电磁耦合于馈电电路21。另外，安装用外部电极25从馈电电路基板20的底表面至其侧面地形成。

[0078] 充当单极天线的第二辐射板35形成在印刷基板36上并通过焊料38电连接于安装用外部电极25。第二辐射板35经由焊料38和外部电极25电磁耦合于馈电电路21。

[0079] 在前述配置中，馈电电路21的操作与前述第一实施例相同，并且其效果和优势也在第一实施例中有过描述。

[0080] (实施例的总结)

[0081] 在前述无线IC器件中，覆盖无线IC芯片10的保护层30或金属壳33被设置在馈电电路基板20的一个主表面上，第一辐射板是形成在保护层30上的电极31，或者第一辐射板是金属壳33，而第二辐射板35形成在馈电电路基板20的另一主表面上。

[0082] 馈电电路21电磁耦合于第二辐射板35并使无线IC芯片10的电感匹配于第一辐射板31或33以及第二辐射板35的电感。从第一辐射板31或33以及第二辐射板35放射出的信号的谐振频率基本上等效于馈电电路21的自谐振频率。由于在馈电电路21中确定了信号频率，第一辐射板31或33和第二辐射板35的长度或形状是任意的。因此，第一辐射板31或33以及第二辐射板35的设计中的灵活度增加。另外，频率特性的变化很小并能获得稳定的频率特性而不依赖第一辐射板31或33以及第二辐射板35的形状或尺寸、两者间的位置关系等，即使无线IC器件被修整或设置在介电材料之间。另外，即使无线IC器件被安装在各物品上，无线IC器件照旧工作，放射特性的变化得以抑制，而不必对每件物品改变辐射板的设计。

[0083] 具体地说，馈电电路21包括具有不同电感值并彼此耦合的至少两个电感元件L1和L2。通过用不同的电感值使馈电电路21保持多个谐振频率，无线IC器件的频带可加宽。因此，可在世界各个国家使用无线IC器件而不会改变设计。

[0084] 第一辐射板31可形成在保护层30的表面上或保护层30内。第二辐射板35可形成在印刷基板36的表面上或印刷基板36内。第二辐射板35可以是例如偶极天线的狭长或平坦电极。第一辐射板31可以是倒F形天线或倒L形天线。

[0085] 另外，安装用外部电极25可形成在馈电电路基板20的另一主表面上。馈电电路基板20可表面安装在印刷基板36上。另外，馈电电路21和第二辐射板35可彼此电容耦合。

[0086] 根据本发明的无线IC器件不局限于前述实施例并可对实施例作出多种改变而照例不脱离本发明的精神和范围。

[0087] 例如，无线IC可形成在馈电电路基板上以使馈电电路基板和无线IC器件形成一体。另外，无线IC和馈电电路可以这些元件彼此电连接或经由绝缘薄膜彼此耦合。

[0088] 工业应用

[0089] 显然，本发明可用作无线IC器件。具体地说，本发明的优异点在于：可提高信号的放射特性或指向性并且无线IC器件能可靠地与读出器/写入器通信。