JP4359198B2 - Ｉｃタグ実装基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップに記録されている情報を無線で送信する無線用ＩＣタグを搭載したＩＣタグ実装基板の製造方法に関する。

近年、物品を認識するために無線用ＩＣタグが広く利用されている。例えば、多数のプリント基板によって構成された電子機器などにおいては、それぞれのプリント基板の情報を認識するために各プリント基板に無線用ＩＣタグを搭載している。これによって、電子機器の故障などプリント基板を交換するときには、プリント基板に搭載された無線用ＩＣタグによってそれぞれのプリント基板の製造情報や技術情報などを非接触で（つまり、無線で）読み取り、基板交換時における固有情報の収集を行い交換作業をサポートする。このような無線用ＩＣタグは、情報を記録する小さなＩＣチップとＩＣチップの情報を無線で送信する小さなアンテナとによって構成され、ＩＣチップ及びアンテナがプリント基板の表面または裏面に実装されてＩＣタグ実装基板を構成している。

図１０は従来のＩＣタグ実装基板を示す図であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図で、（ｂ）は上面図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、プリント基板２１の表面（部品面）１ａの前面側にアンテナ２３が形成され、そのアンテナ２３がプリント基板２１の表面１ａに実装されたＩＣチップ２４に回路接続されて、無線用ＩＣタグ２２を構成している。もちろん、他の電子部品と同様にプリント基板２１の裏面（パターン面）にアンテナ２３を形成し、アンテナ２３から表面１ａにあるＩＣチップ２４へはスルーホールによって回路接続して無線用ＩＣタグ２２を構成することもできる。このように構成されたＩＣタグ実装基板を電子機器に組み込んだ場合、プリント基板２１の前面側に形成された無線用ＩＣタグ２２に読取装置（図示せず）を近づければ、ＩＣチップ２４に記録されている基板情報などを非接触で読み取ることができる。

また、多層基板の表面を除く各層にアンテナをパターニングし、表面に実装したＩＣチップとこれらのアンテナとを例えばスルーホールによって回路接続して無線用ＩＣタグを構成する技術も開示されている。この技術によれば、内部の層にアンテナがパターニングされているので表面の部品実装スペースを有効に使うことができると共に、多層によって所望のアンテナ長を確保しているために１層あたりのアンテナ長を短くすることができるので、結果的に、アンテナを含めた無線用ＩＣタグを小さくすることができる（例えば、特許文献１参照）。
特表平１１−５１５０９４号公報（３〜７ページ、図１及び図２参照）

しかしながら、図１０に示すような従来のＩＣタグ実装基板においては、無線用ＩＣタグ２２を構成するアンテナ２３をプリント基板２１の表面または裏面に形成しているので、電子部品の実装スペースが少なくなってしまう。また、特許文献１の技術においても、多層基板の内部の層にアンテナが形成されていても表面から見た透視面積の一部にアンテナが形成されているので、その部分には電子部品を搭載することができない。すなわち、従来技術においては、無線用ＩＣタグ用のアンテナを形成するために電子部品の実装効率が低下してしまう。特に、ダイポールアンテナの場合はアンテナ長がλ/２のときに最大アンテナ効率が得られるので、そのアンテナ長を確保して所望の通信性能を維持するためには、プリント基板の面積を大きくしなければならない。但し、λは電波の波長である。すなわち、従来のＩＣタグ実装基板では、所望の通信性能の維持と電子部品の実装効率の向上というトレイドオフの関係を解決することができない。

また、従来のＩＣタグ実装基板では、基板の表面または裏面にアンテナが形成されているか、あるいは、多層基板の場合は内部の層にアンテナが形成されているので、無線用ＩＣタグにおけるアンテナ指向性を所望の方向のみに高くすることはできない。つまり、１枚のＩＣタグ実装基板から放射されるアンテナ電波は比較的広い範囲であって且つ短い距離となっている。このため、ＩＣタグ実装基板が多層に重なって構成された電子機器の場合、隣接するＩＣタグ実装基板の送信電波が相互に干渉してしまい、何れのＩＣタグ実装基板の情報を読み取っているのか分からなくなってしまうこともある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、無線用ＩＣタグの送信距離を低下させることなく電子部品の実装効率を高くすると共に、アンテナ指向性を所望の方向に高くすることができるＩＣタグ実装基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、情報を記録するＩＣチップとそのＩＣチップに記録された情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線用ＩＣタグを基板に搭載したＩＣタグ実装基板の製造方法であって、複数の単位基板が配置され、隣接する単位基板の間に送信する電波の波長に対応した基板切欠部が形成された基板材料に対して、前記基板切欠部の側面に導電層を形成する第１の工程と、ＩＣチップが実装される側の導電層を残すように、前記基板切欠部で切断し前記基板材料を前記単位基板ごとに分割する第２の工程と、分割された前記単位基板に対して、前記導電層の中央部分に切欠きを形成する第３の工程と、前記切欠きにＩＣチップを収納し、前記ＩＣチップの両側にある前記導電層をアンテナとして、前記ＩＣチップの２つの端子と接続する第４の工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果を有するＩＣタグ実装基板を容易に製造する製造方法を提供することができる。
無線用ＩＣタグを構成するアンテナを基板の側面に形成しているので、基板の表面及び裏面は、電子部品の実装スペースとして有効に使え、基板表面に搭載する電子部品の実装効率を向上させることができる。
さらに、基板の表面または裏面に補助アンテナを形成し、アンテナ指向性を所望の方向に制御することにより、多数の基板が積み重ねられた電子機器から基板情報を読み取る場合、基板ごとのＩＣチップの信号を正確に受信して基板情報を読み取ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るＩＣタグ実装基板の製造方法について好適な実施例を挙げて説明する。尚、以下に説明する各実施例に用いる図面では、同一の構成要素は同一の符号を付すことにする。

ＩＣタグ実装基板は、無線用ＩＣタグを構成するアンテナをプリント基板の側面に形成して、電子部品の実装表面における実装効率を向上させるようにしたことを特徴とする。この場合、プリント基板の製造工程中におけるスルーホールの加工工程と基板の切断分離工程において、アンテナをプリント基板の側面に形成することができる。従来技術に対して特に新たな工程を追加することなくアンテナを形成することが可能となる。これによって、製造コストをアップさせることなく電子部品の実装効率を向上させることができる。さらに、基板表面または基板裏面にプリント基板の側面に形成したアンテナとの間で所望の放射角度が得られるような補助アンテナを形成すれば、所望の方向に対して高いアンテナ指向性を得ることができる。

図１は実施例１のＩＣタグ実装基板を示す図であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図で、（ｂ）は上面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、プリント基板１における前側面１ｂの中央部分に切欠き１ｃが形成され、その切欠き１ｃから前側面１ｂの両側にアンテナ３が形成されている。尚、アンテナ３は、送信する電波の波長をλとしたとき、ダイポールアンテナとして最大アンテナ効率が得られるλ/２の長さを有している。そして、二つのアンテナ３の間に形成された切欠き１ｃに嵌まり込むようにＩＣチップ４が取り付けられていて、ＩＣチップ４のそれぞれの端子５は両側に延びたアンテナ３に回路接続されている。尚、特に図示しないが、プリント基板１の表面１ａには多数の電子部品が実装され、これらの電子部品は裏面に形成された回路パターンに対してスルーホールによって接続されている。スタブ７はアンテナ３とＩＣチップ４とのインピーダンス整合をとるとともに、ＩＣチップ４を直流的に短絡してＩＣチップ４の静電破壊対策を行っている。
また、プリント基板１に配置余裕がない場合は、スタブ７を省略してもよい。スタブ７を省略すると通信距離が低下するが、ＩＣチップ４の動作に影響を与えることはない。

図２は、図１に示すＩＣタグ実装基板に実装されるＩＣチップを示す斜視図である。図２に示すように、ＩＣチップ４は、例えば、幅１.６ｍｍ×奥行き０．８ｍｍ×高さ０．６ｍｍのＩＣチップパッケージ６の幅方向の両端面に端子５が取り付けられた構造になっている。したがって、図１において、プリント基板１における切欠き１ｃの深さを０．６ｍｍよりやや大きくし、幅を１.６ｍｍよりやや大きくし、かつプリント基板１の厚さを０.８ｍｍに選定すれば、図１（ａ）、（ｂ）のように、ＩＣチップ４がプリント基板１の前側面１ｂだけでなく、表面１ａ、裏面からもはみ出すことなくＩＣチップ４をプリント基板１へ実装することができる。

次に、ＩＣタグ実装基板の製造工程について説明する。図３は、本発明におけるＩＣタグ実装基板の製造工程を示す製造工程図である。まず、図３（ａ）に示すように、複数の単位基板１１が配置され単位基板１１同士の間に細長い基板切欠部１１ａが形成された基板材料１０を用意する。基板切欠部１１ａは、例えば単位基板１１におけるスルーホールと同じ工程で加工される。なお、基板切欠部１１ａの長さは、送信する電波の半波の長さである。
そして、第１の工程において、基板材料１０のそれぞれの単位基板１１のスルーホールに対してメッキ加工を施す。このとき、各基板切欠部１１ａの側面が同時にメッキされ、メッキ層３１が形成される。

次に、第２の工程において、それぞれの単位基板１１を切り落し線１１ｃ、１１ｂに沿って、図３において左側のメッキ層３１を残すように切断すると、図３（ｂ）に示すように前側面１ｂに所定の長さのメッキ層３１をもった単位基板１１が得られる。さらに、第３の工程において、図３（ｃ）に示すように、前記メッキ層３１の中央部分で、ＩＣチップ４に対応した大きさの切落し部分１１ｇを切り落とすと、図３（ｄ）に示すような切欠き１ｃとメッキ層３１で構成されたアンテナ３が形成されたプリント基板１が得られる。

その後、インサートマシーンなどによって、図３（ｄ）のプリント基板１の表面に多数の電子部品を搭載する。そして、第４の工程において、図３（ｅ）に示すように、図２に示すＩＣチップ４をプリント基板１の切欠き１ｃに収納し、ＩＣチップ４のそれぞれの端子５を半田付けなどによってアンテナ３へ接続する。このようにして、プリント基板１の前側面１ｂにＩＣチップ４が収納できるような切欠き１ｃを形成することによって、プリント基板１の前側面１ｂの端面の平坦化を図ることができる。これにより、プリント基板１を取り扱う際に、機器のケーシングや工具などと衝突して、ＩＣチップ４がプリント基板１から脱落するようなことがなくなる。
また、図１に示すように、無線用ＩＣタグ２のアンテナ３がプリント基板１の表面１ａや裏面ではなく、前側面１ｂに形成されるので、プリント基板１における電子部品の実装効率を高くすることが可能となる。

尚、プリント基板１の前側面１ｂにアンテナ３を形成する場合は、静電対策及びインピーダンスマッチングを行うため、図１（ａ）、（ｂ）の点線で示すようなプリント基板１上にパターンとしてアンテナ３を接続するスタブ７を設けるようすることが望ましい。なお、このスタブ７は、例えば切欠き１ｃの側面にメッキなどによって形成してもよい。このようなスタブ７を設けることにより、高周波のアンテナ電流はＩＣチップ４に流れるためにＩＣチップ４は有効に機能するが、静電気などの直流電流はスタブ７を通って流れるので静電気などによってＩＣチップが破壊するおそれはなくなる。

図４は実施例２のＩＣタグ実装基板を示す図であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。図４（ａ）に示すように、アンテナ３ａをプリント基板１の前側面１ｂから表面１ａ（または、図示されない裏面）に延設させて形成することもできる。または、アンテナ３ａをプリント基板１の前側面１ｂから表面１ａと裏面の両方に延設させて形成することもできる。これにより、アンテナ３ａから放射する電波の放射エリアを広範囲にすることができ、無線用ＩＣタグ２ａの指向範囲を広げることが可能となる。尚、図４に示す実施例２のアンテナ３ａの場合でも、ＩＣチップ４を跨いでアンテナ３ａにスタブ７を設けて静電破壊対策及びインピーダンスマッチングを行うことが望ましい。なお、アンテナ３ａも前記した工程で形成することができる。

図５は実施例３のＩＣタグ実装基板の一例を示す図であり、（ａ）は基板表面の前側面側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ａ）に示すように、実施例１で示したアンテナ３の形成に加えて、プリント基板１における表面１ａの所定の箇所にアンテナ３と平行になるように補助アンテナ８を形成する。これによって、図５（ｂ）に示すように、アンテナ指向性は補助アンテナ８とアンテナ３を結ぶ矢印の方向に規制されるので、その方向への指向性が極めて高くなる。すなわち、補助アンテナ８を二つのアンテナ３の合計長さより長く設定することによって、補助アンテナ８を反射器として機能させ、補助アンテナ８からアンテナ３に向かう方向にアンテナの指向性を高くすることができる。したがって、プリント基板１が何枚も重なっている電子機器において、各プリント基板の無線用ＩＣタグから情報を読み取る場合は、アンテナ指向性が狭く絞られるので、確実に所望のプリント基板に対応する無線用ＩＣタグから情報を読み取ることができる。

図６は実施例３のＩＣタグ実装基板の他の例を示す図であり、（ａ）は基板裏面の側面側から見た斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図６（ａ）に示すように、プリント基板１の裏面１ｎに補助アンテナ８を形成しても、図６（ｂ）に示すように、アンテナ指向性は補助アンテナ８とアンテナ３を結ぶ矢印の方向に規制されるので、その方向への指向性が極めて高くなる。また、プリント基板１の表面１ａと裏面１ｎにそれぞれ補助アンテナ８を形成すれば、プリント基板１の前側面１ｂから垂直な方向へアンテナ指向性を持たせることができる。

尚、補助アンテナ８の長さは任意に変化させることができる。例えば、補助アンテナ８の長さを送信する電波の波長λに対応して変化させれば、所望の波長の電波に対してアンテナ指向性を高めることができる。したがって、無線用ＩＣタグ２ごとに個別の使用周波数を予め決めておき、かつ補助アンテナ８の長さをその電波波長に合わせてプリント基板に実装しておけば、プリント基板ごとに決められた固有の方向へ電波指向を制御して読取操作を行うことができる。これによって、プリント基板の読み取りミスを防止したり不正な読み取りを防止することができる。

次に、実施例３の変形例を説明する。図７は変形例を示す図である。
ここでは、補助アンテナ８’がプリント基板１上でなく、プリント基板１が配置された筐体２０に取り付けられている。補助アンテナ８’は、例えば、二つのアンテナ３の合計長さより短く設定することによって、導波器として機能させることができる。この場合、図７（ｂ）で示すようにアンテナ３から補助アンテナ８’に向かう方向(読取方向)に指向性を持たせることができる。補助アンテナ８からアンテナ３に向かう方向が読取方向となっている実施例３とは、その反対方向に指向性が得られる。
もちろん、筐体２０に補助アンテナを取り付けた場合も、図７（ａ）に示すように二つのアンテナ３の合計長さより長い補助アンテナ８を設置することによって、前記実施例３と同様に図７（ｂ）に示すように補助アンテナ８からアンテナ３に向かう方向（読取方向）に指向性を持たせることができる。この場合、補助アンテナ８の配置位置は部品によって制限されることが少ないため、設置自由度が向上し指向性が大きく変えられる利点がある。

図８は実施例４のＩＣタグ実装基板を示す図であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。（ｃ）は、（ａ）におけるｃ方向から見たときの部分拡大図である。図８に示す実施例４のＩＣタグ実装基板が、図１に示す実施例１のＩＣタグ実装基板と異なるところは、ＩＣチップ４をプリント基板１の表面１ａに搭載し、かつ、アンテナ３ｂを分割しないでλ/２の長さで前側面１ｂに形成した点にある。この場合、図８（ａ）に示すように、静電破壊対策及びインピーダンスマッチングを行うため、アンテナ３ｂの中央部にスリット９を形成する。

すなわち、実施例４では、図１の実施例１のようにアンテナ３の中央部にＩＣチップ４を収納するための切欠きがなくなったので、図８（ｃ）の部分拡大図に示すように、アンテナ３ｂにおける中央部分にかき状のスリット９を設けることができる。これによって、実施例１のように外部にスタブ７を設けなくても、静電破壊対策及びインピーダンスマッチングを実現することが可能となる。実施例４の場合は、ＩＣチップ４がプリント基板１の表面１ａに搭載されるが、ＩＣチップ４が小さいこととＩＣチップ４の搭載箇所が表面１ａの端部であることから、実質的には電子部品の実装効率は殆んど低下しない。

図９は実施例５のＩＣタグ実装基板を示す図である。図９に示すように、プリント基板１における前側面１ｂの一方の側に、長さがλ/４の放射アンテナで構成されるアンテナ３ｃを形成し、前側面１ｂの中央部付近に位置するプリント基板１の表面１ａにＩＣチップ４を搭載する。さらに、プリント基板１の裏面１ｎでアンテナ３ｃが形成されていない側に所望の面積のアースパターン１２を形成する。これによって、アンテナ３ｃだけが電波を放射するモノポールアンテナを構成することができるので、隣接する電子回路パターンからの影響を排除してアンテナ３ｃによる電波指向性を確保することができる。尚、アースパターン１２は電子回路のアースパターンと共有してもよい。もちろん、アースパターン１２はプリント基板１の表面１ａに形成することもできる。またプリント基板１が多層基板の場合にはその中間層（途中の層）の面に形成しても構わない。

上記の各実施例におけるアンテナパターンの形成は、前記メッキ以外に、銅や銀などの金属ペーストをプリント基板の前側面にパターン印刷して焼き付けたり、あるいは、エッチングによって薄い金属膜をパターニングしたりすることによって実現することもできる。

実施例１のＩＣタグ実装基板であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。 図１に示すＩＣタグ実装基板に実装されるＩＣチップを示す図である。 本発明におけるＩＣタグ実装基板の製造工程を示す製造工程図である。 実施例２のＩＣタグ実装基板であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。 実施例３のＩＣタグ実装基板の一例であり、（ａ）は基板表面の前側面側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 実施例３のＩＣタグ実装基板の他の例であり、（ａ）は基板裏面の側面側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 実施例３の変形例を示す図である。 実施例４のＩＣタグ実装基板であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。 実施例５のＩＣタグ実装基板である。 従来のＩＣタグ実装基板であり、（ａ）は前側面側から見た斜視図、（ｂ）は上面図である。

符号の説明

１、２１ プリント基板
１ａ 表面
１ｂ 前側面
１ｃ 切欠き
１ｎ 裏面
２，２ａ，２ｂ，２２ 無線用ＩＣタグ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，２３ アンテナ
４，２４ ＩＣチップ
５ 端子
６ ＩＣチップパッケージ
７ スタブ
８，８’ 補助アンテナ
９ スリット
１０ 基板材料
１１ 単位基板
１１ａ 基板切欠部
１２ アースパターン
２０ 筐体

Claims (1)

1. 情報を記録するＩＣチップとそのＩＣチップに記録された情報を無線で送信するアンテナとを備えた無線用ＩＣタグを基板に搭載したＩＣタグ実装基板の製造方法であって、
   複数の単位基板が配置され、隣接する単位基板の間に送信する電波の波長に対応した基板切欠部が形成された基板材料に対して、前記基板切欠部の側面に導電層を形成する第１の工程と、
   ＩＣチップが実装される側の導電層を残すように、前記基板切欠部で切断し前記基板材料を前記単位基板ごとに分割する第２の工程と、
   分割された前記単位基板に対して、前記導電層の中央部分に切欠きを形成する第３の工程と、
   前記切欠きにＩＣチップを収納し、前記ＩＣチップの両側にある前記導電層をアンテナとして、前記ＩＣチップの２つの端子と接続する第４の工程と、
   を含むことを特徴とするＩＣタグ実装基板の製造方法。

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