专利名称：磁性天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性天线，具体而言，其是利用磁场成分的通信用磁性天线，该磁性天线即便是在添加于金属制造的对象物中的情况下，也能够以较好的灵敏度收发信号。本发明的磁性天线特别适合于RFID标签(tag)以及RFID标签用读写器(reader/writer)。
背景技术：
对于使用磁性体收发电磁波的天线(以下称为“磁性天线”)而言，是在磁性体上缠绕导线构成线圈，使从外部进来的磁场成分贯穿磁性体，并使其在线圈中感应，之后，将磁场成分转换成电压(或者电流)的天线，其一直被广泛应用于小型收音机或者电视机中。此夕卜，磁性天线也应用于近阶段所普及的被称为RFID标签的非接触式物体识别装置中。另一方面，在RFID标签中，如果频率变得更高，则不使用磁体并且使用线圈表面与识别对象物平行的环形线圈构成的环形天线(loop antenna)，而且，在频率高的情况下(UHF带或微波带)，包括RFID标签，一般情况下，广泛使用不检测出磁场成分而是检测出电场成分的电场天线(偶极天线(dipole antenna)或者介电体天线)。但是，对于这种环形天线和电场天线而言，在金属物靠近它的情况下，在金属物上会产生图像(镜面效果(mirror effect)),并且图像的电场变成与天线相反的相位，电场在金属面上变为零，因此，就会出现天线的灵敏度丧失这样的问题。因此，为了避免出现这样的问题，而开发出一种磁性天线(专利文献1)，它具备俯视时线圈表面形成为方形(square)或者矩形(rectangle)形状的线圈，并且按照线圈截面垂直于金属识别对象物的金属面的方式直接粘贴在对象物上。另外，也提出一种非接触式传感器线圈(专利文献2)，其积极利用粘贴磁性天线的金属面，在消除与金属面平行的磁场的方向上使线圈与其相对，在与金属面垂直的方向上产生磁场。专利文献1:日本特开2003-317052号公报专利文献2:日本特开2003-318634号公报但是，对于应用于RFID标签的上述磁性天线而言，在绕组(winding)的线圈与金属物接触的情况下，绕组与金属板的接触面变得不稳定，其结果产生特性出现偏差的问题。另一方面，在RFID标签用的读写器中，人们期望使用一种只需一个电极便能够收发信号的磁性天线，但是，由于这种天线其两端为开放结构，因此，在线圈两端产生磁场，于是，存在有在被分离的两个极收发信号这样的问题。另外，为了解决这个问题而开发出改进型的磁性天线，但是，在该磁性天线中，与上述情况同样，在使用漆包线(enamelled wire)等绕组的线圈与金属物接触的情况下，其特性也会出现偏差的问题。无论是应用于RFID标签还是应用于读写器，绕组的天线均存在量产性较差这样的问题。而且，如果原来的磁性天线靠近金属物，则会出现磁性天线的特性发生变化，共振频率发生变动这样的问题，为了在目标频率中获得共振，而必须将其粘贴于金属板上并单独对其频率进行调整。
发明内容
本发明就是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种应用于RFID标签以及RFID用读写器的磁性天线，该磁性天线即使在线圈接触金属物的情况下，作为天线的特性也不会出现偏差的现象，而且其量产性好。此外，提供一种即使在靠近金属物的情况下，其共振频率也不会发生变化的磁性天线。另外，本发明的其它目的是，提供一种应用于RFID标签以及RFID用读写器的磁性天线，并且能够在线圈的一个极上正确收发信号的磁性天线。在本发明中，采用一种在磁性层上以线圈状配置电极材料而构成线圈，并且在该线圈上通过绝缘层而层积导电层的构造，于是，能够解决上述各个课题。S卩，最适用于RFID标签的本发明由以下第一 第三的三个要点组成，其第一要点为:一种磁性天线，其是用来收发磁场成分的磁性天线，其特征在于，包括:以线圈状在磁性层的外周配置电极材料而构成的线圈、在该线圈的一个或者两个外侧面所设置的绝缘层、以及在一个或者两个绝缘层的外侧面所设置的导电层。本发明的第二要点为:一种磁性天线，其是用来收发磁场成分的磁性天线，其特征在于:在将磁性粉末与粘合剂树脂的混合物形成为板状而构成的单层或者多层构造的磁性层上，以线圈状在其外周配置电极材料作为电路而形成线圈，在该线圈的两个外侧面设置有绝缘层，在一个或者两个绝缘层的外侧面上设置有导电层，并按照预定尺寸切断之后一体烧制形成。本发明的第三要点为:一种磁性天线，其是用来收发磁场成分的磁性天线，其特征在于:在混合磁性粉末与粘合剂而成形的平面形状为方形或者矩形的板状的单层或者多层构造的磁性层上开设有通孔，在该通孔中注入电极材料，并且，在与通孔正交的磁性层的两个面上利用电极材料形成电极层，使该电极层与通孔连接，由此，制成结构为磁性层的两端在磁路上处于开放状态的线圈，利用绝缘层夹住形成有电极层的线圈的上下面，在一个或者两个绝缘层的外侧面上配置有导电层，在相当于通孔与线圈开放端面的位置切断并一体烧制形成。此外，最适用于RFID用读写器的本发明由以下第四 第七的四个要点组成，其第四要点为:一种磁性天线，其是用来收发磁场成分的磁性天线，其特征在于:具备多个由平面形状为方形或者矩形的磁性层所构成的线圈，这些线圈在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，为了使其极性相同，各个线圈的一端在放射形状的中心采用串联或者并联的方式通过磁性层相互连接，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧开放，而且，在线圈的上下面中的一个或者两个上设置有绝缘层，在其中一个绝缘层的外侧设置有导电层。本发明的第五要点为:一种磁性天线，其是用来收发磁场成分的磁性天线，其特征在于:具备多个由平面形状为方形或者矩形的磁性层所构成的线圈，这些线圈在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，各个线圈的一端朝着放射形状的中心一侧开放，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧，并且为了使其极性相同而在外周侧的圆环部采用串联或者并联的方式通过磁性层相互连接，而且，在线圈的上下面中的一个或者两个上设置有绝缘层，在其中一个绝缘层的外侧设置有导电层。本发明的第六要点为:一种磁性天线，其是为了收发磁场成分而利用LTCC技术制造的磁性天线，其特征在于:在混合磁性粉末与粘合剂并以板状成形的单层或者多层构造的磁性层上开设有通孔，在该通孔中注入电极材料，并且，在与通孔正交的磁性层的两个面上利用电极材料形成电极层，在通过通孔中心的位置贯穿磁性层，由此，以在形成放射形状的多个(例如三个)线圈的中心与磁性层连接的方式形成线圈，利用绝缘层从上面以及下面夹住该线圈的磁性层，并且，被配置在磁性层上面的绝缘层是以覆盖电极层的形状而穿孔的绝缘层，在磁性层下面的绝缘层的更下面设置有采用与电极材料相同的材料构成的导电层，并通过切成单片后烧制形成或者一体烧制形成后切成单片而制造，由平面形状为方形或者矩形的磁性层构成的多个线圈，在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，为了使其极性相同，各个线圈的一端在放射形状的中心采用串联或者并联的方式通过磁性层相互连接，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧开放。本发明的第七要点为:一种磁性天线，其是为了收发磁场成分而利用LTCC技术制造的磁性天线，其特征在于:在混合磁性粉末与粘合剂并以板状成形的单层或者多层构造的磁性层上开设有通孔，在该通孔中注入电极材料，并且，在与通孔正交的磁性层的两个面上利用电极材料形成电极层，在通过通孔中心的位置贯穿磁性层形成线圈，利用绝缘层从上面以及下面夹住该线圈的磁性层，并且，被配置在磁性层上面的绝缘层是以覆盖电极层的形状而穿孔的绝缘层，在磁性层下面的绝缘层的更下面设置有采用与电极材料相同的材料构成的导电层，并通过切成单片后烧制形成而制造，由平面形状为方形或者矩形的磁性层构成的多个线圈，在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，各个线圈的一端朝着放射形状的中心一侧开放，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧，并且为了使其极性相同而在外周侧的圆环部通过磁性层相互连接。本发明的磁性天线由于采用LTCC技术设置导电层，因此，层积的各层的密接性好，能够稳定地结合绕组和追加的导电层，而且，在使用环境下无需进行调整，使用单独的元件即能调整频率。另外，由于追加有导电层，因此，在接近金属物时，其特性也不会发生变化。另外，由于采用一个板就能稳定地制作多个元件，因此，不仅能抑制各个元件的偏差，提高量产性，而且能够降低制造成本。特别是由于本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线，在粘贴于金属面上时的共振频率的变化很少为IMHz以下，因此，能够在125KHz至2.45GHz的较宽的频率范围内应用，例如，在应用于13.56MHz的RFID标签的情况下，即使将标签粘贴于金属面上，通信距离也能够在3cm以上。另外，通过将生片的层积构造设计成以中心的线圈上下对称的层积构造，因此，能够将烧制后的扭曲控制在每Icm长边为0.5mm以下，从而能够作为更加实用的天线而加以利用。另外，本发明的第四 第七要点所涉及的磁性天线，在导电层的外侧设置磁性层，这样，就能够进一步抑制粘贴于金属物上时特性的变动。本发明的磁性天线并非局限于RFID标签用读写器，也可以在RFID标签中使用，通过选择变成线圈的芯的磁性层，能够在125KHz至2.45GHz的较宽的频率范围内应用。
图1是表示本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的线圈部分的层积构造的立体图。图2是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例1的立体图。图3是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例2的立体图。图4是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例3的立体图。图5是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例4的立体图。图6是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例5的立体图。图7是表示作为本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例6的立体图。图8是表示作为无导电层的比较例I的层积磁性天线的立体图。图9是表示作为本发明的第四 第七要点所涉及的磁性天线的实施例7的立体图。图10是表示作为本发明的第四 第七要点所涉及的磁性天线的实施例8的立体图。图11是在图9以及图10的磁性天线中，串联连接三个线圈，在其两端之间并联电容器的例子的电路模式图。图12是在图9以及图10的磁性天线中，串联连接三个线圈，在其两端之间并联电容器的例子的电路模式图。图13是在图9以及图10的磁性天线中，并联连接三个线圈，在各个线圈的两端之间并联电容器的例子的电路模式图。符号说明11:通孔、12:电极层、13:线圈开放端面、14:线圈、15:磁性层、16:绝缘层、17:导电层、18:IC芯片连接端子、19:线圈引线端子、IR:FM收音机(radio)、lC:电容器电极、21:线圈部磁性层、22:线圈电极、23:绝缘层、24:导电层、25:磁性层、26:在通孔截面形成的线圈电极、27:磁力线的方向、28:电容器、29:线圈引线端子
具体实施例方式首先，参照图1 图7来说明最适合RFID标签的本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施方式。具体而言，本发明的磁性天线是将图1所示的线圈14从其上下面利用图2所示的绝缘层16夹持而构成。在本发明的磁性天线中，线圈14如图1所示，采用平面形状形成为方形或者矩形的磁性层15构成。磁性层15具备单层或者多层的层构造，各层通过混合磁性粉末和粘合剂而形成板状(sheet:片状)。在磁性层15上开设有通孔11，使电极材料流入通孔11中。而且，在与通孔11垂直交叉(正交)的磁性层15的两面利用电极材料形成电极层12。电极层12与通孔11连接。这样，形成线圈14的磁性层15的两端在磁性电路上变成开放状态。而且，如图2所示，印刷有电极层12的线圈14从其上下面被绝缘层16所夹持，在一个或者两个绝缘层上面设置有导电层17。由线圈14、绝缘层16以及导电层17构成的上述层积体在通孔11和线圈开放端面13处被切断而一体烧制形成。在本发明中，如上所述，通过使用LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics ;低温共烧陶瓷)技术,而能够提高量产。在本发明的磁性天线中，如图3所示，也可以设置有线圈引线端子19和IC芯片连接端子18。即，在印刷有电极层12的线圈14的上下面的绝缘层16上设置通孔11，使电极材料11流入到该通孔11中，通孔11与线圈14的两端连接。而且，在绝缘层16的表面利用电极材料印刷线圈引线端子19和IC芯片连接端子18。由线圈14、绝缘层16以及导电层17构成的上述层积体被一体烧制形成。本发明的磁性天线如图4所示，也可以在具有导电层17的绝缘层16的下面设置磁性层15并一体烧制形成。这样，在本发明的磁性天线中，即便接近金属物，其特性变化也变得更小，能够进一步减小共振频率的变化。如图5所示，也可以在绝缘层16的上面设置导电层17并且在上述绝缘层16的下面设置磁性层15，而且在该磁性层的下面进一步设置绝缘层16并一体烧制形成。这样，在本发明的磁性天线中，就能够平衡在磁性天线的层间产生的应力平衡并减少扭曲。此外，在本发明的磁性天线中，如图6所示，也可以配备电容器电极1C。即，在夹持线圈14的上下面的绝缘层16的一个或者两个外侧面上配置电容器电极1C，在配置电容器电极IC的绝缘层16的外侧面设置绝缘层16，在该绝缘层的外侧面印刷有电极，并且以夹持该绝缘层的方式形成电容器。线圈14与IC芯片连接端子18和线圈引线端子19以并联或串联的方式连接。而且，在本发明的磁性天线中，也可以在绝缘层的上面印刷平行电极或者梳形电极从而形成电容器，线圈14与线圈接线端子并联或者串联连接。电容器既可以是夹着绝缘层16的平行平板构造，也可以是梳形或者平行电极的平面构造。另外，如果采用平行平板构造，则如图6所示，其中一个电容器电极也可以兼具IC芯片连接端子18。本发明的磁性天线是在磁性层15中使用N1-Zn系铁氧体(ferrite)磁体,并通过一体烧制而制造的。所使用的铁氧体粉末的组成优选为=Fe2O3:45 49.5摩尔(mol) %，NiO:9.0 45.0摩尔％，ZnO:0.5 35.0摩尔％，CuO:4.5 15.0摩尔％，其组成最好按照在所使用的频率带中透磁率高、磁性损失低的方式来进行选择。如果透磁率过低，则采用LTCC技术形成时所需的线圈绕组数增加过多，导致在制造方面困难。另一方面，如果透磁率过高，则由于损失增加，故不适用于天线。例如，在应用于RFID标签的情况下，13.56MHz下的透磁率为70 120，在民用FM广播接收时，IOOMHz下的透磁率为10 30，优选以这种方式选择铁氧体组成。其中，铁氧体(ferrite)的烧制温度为800 1000°C，优选为850 920。。。此外，对于绝缘层16而言，使用Zn系铁氧体。作为该铁氧体粉末优选选择烧制体的体积固有电阻为108Ω (欧姆)cm以上组成的Zn系铁氧体。即，Zn系铁氧体的组成优选是=Fe2O3:45 49.5 摩尔 ％，ZnO:17.0 22.0 摩尔 ％，CuO:4.5 15.0 摩尔 ％。另外，绝缘层16中使用玻璃类陶瓷。作为该玻璃类陶瓷可以使用硼酸玻璃、锌玻璃、铅玻璃等。本发明的磁性天线如图3所示，可以在绝缘层16上面具有IC芯片能够连接的端子，采用并联或者串联的方式连接该端子与IC芯片连接端子18并一体烧制形成。另外，也可以是在绝缘层上面，设置有可变电容器的端子与线圈接线端子采用并联或者串联的方式连接。而且，在本发明中，作为电极材料，最适合使用银膏(Ag paste),也可以使用其它的Ag合金膏等、金属导电性膏。下面，根据图9 图13说明最适合RFID标签用读写器的本发明的第四 第七要点涉及的磁性天线的实施方式。本发明的磁性天线是用来接收发送磁场成分的天线，如图9中所示的一种方式，利用平面形状形成为方形或者矩形的磁性层21构成线圈。该线圈在俯视它的情况下按照大体均等的间隔以放射状配置有多个。各个线圈的一端在放射形状的中心通过磁性层而相互连接，此外，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧开放。各个线圈的一端按照其极性相同的方式采用串联(参照图11以及图12)或者并联(参照图13)的方式相互连接。在俯视时的线圈的上下面中的一个或者两个上设置有绝缘层23，而且，在一个绝缘层23的外侧设置有导电层24。另外，本发明的磁性天线是用来接收发送磁场成分的天线，如图10中所示的其它方式，通过与上述同样的方形或者矩形的磁性层21构成线圈，该线圈在俯视它的情况下按照大体均等的间隔以放射状配置有多个。各个线圈的一端朝着放射形状的中心开放，另一方面，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧并且在外周侧的圆环部通过磁性层连接。各个线圈的另一端按照其极性相同的方式采用串联或者并联的方式相互连接。在俯视时的线圈的上下面中的一个或者两个设置有绝缘层23，而且，在一个绝缘层23的外侧设置有导电层24。上述各个磁性天线利用LTCC技术制造而成，构成线圈的磁性层21具有单层或者多层的层构造，各层通过混合预烧制的磁粉末与粘合剂而形成板状(片状)。在磁性层21上开设有通孔，在通孔中注入电极材料。此外，在与通孔正交的磁性层21的两个面上利用电极材料形成电极层。而且，包含电极层的磁性层21在包括通过通孔中心的延长线上的位置贯通并形成线圈构造。即，利用通孔截面形成线圈电极26。此时，为了在形成放射形状的三个线圈中心使磁性层连接，而保留线圈部分并进行穿孔。成形的磁性层21 (线圈)从上面以及下面被绝缘层23夹住。被配置在印刷有电极层的磁性层上面的绝缘层23以覆盖电极层24的形状被穿孔。而且，在磁性层21下面的绝缘层23的更下面位置设置有由与电极材料相同的材料构成的导电层24。作为各个线圈片(单片)而被切断，并被一体烧制形成。采用上述方式构成的磁性天线如前所述，磁性层21的平面形状形成方形或者矩形的线圈以放射状配置有多个，所有的线圈的一个端部通过磁性层21连接，另一端开放。以各个线圈的极性变成相同的方式串联或者并联连接。于是，相对的各个线圈的极性相同，这样，磁场27与金属面平行的成分被消除(参照图11)，而仅获得与金属面垂直的成分(参照图9以及图10)。此外，在本发明的磁性天线中，在印刷有电极层24的线圈上下面的绝缘层23或者与设置有导电层24的面相反一侧的面的绝缘层23上设置通孔，在该通孔中注入电极材料，然后与线圈的始端与终端两端连接，为此，也可以在绝缘层23的表面利用电极材料印刷线圈接线端子29。另外，也可以在导电层24的外侧设置磁性层25。在导电层24的外侧设置有磁性层25的情况下，与只有导电层24的情况相比，能够使在金属面上粘贴磁性天线时的共振频率的变化更小。此外，在本发明的磁性天线中，也可以在导电层24外侧的磁性层的更外侧设置绝缘层。这样，在包括线圈的层积构造中，能够平衡在层间产生的应力，并以此减少扭曲。此外，在本发明的磁性天线中，为了变成图11 图13所示的电路，相对于夹住线圈的上下面的绝缘层23的上面，以夹持的方式设置有印刷方形、圆形电极后而形成电容器28的绝缘层，上述电容器28的电极也可以按照与线圈接线端子电极29并联(参照图11以及图13)或者串联(参照图12)的方式连接。而且，为了变成图11 图13所示的电路，也可以相对于夹着线圈的绝缘层23的上面，通过印刷平行电极或者梳形电极而形成电容器28，并且与线圈接线端子29并联(参照图11以及图13)或者串联(参照图12)连接。具体的印刷图形例子如图6所示。电容器28既可以是夹着绝缘层23的平行平板构造，也可以是梳形或平行电极的平面构造。此外，如果采用平行平板构造，则一个电容器电极也可以兼具IC芯片连接端子。本发明的磁性天线与上述第一 第三要点涉及的磁性天线中的同样，是在磁性层21中使用N1-Zn系铁氧体磁体，并通过一体烧制来制造的。铁氧体粉末的组成、铁氧体的烧制温度也与上述的磁体天线同样。另外，绝缘层23的组成也与上述的磁体天线同样，与上述的磁体天线同样，可以在绝缘层23中使用玻璃类陶瓷。本发明的磁体天线与上述的磁体天线同样，也可以在绝缘层23上面具有IC芯片能够连接的端子构造，该端子与线圈接线端子29并联或者串联连接。另外，与上述的磁性天线同样，作为电极材料，使用银膏(Ag paste)最适合，但也可以使用其它的银合金膏等、金属导电性膏。实施例以下的实施例是应用于一般情况下广泛使用的13.56MHz的IC卡式标签系统中时的例子。首先，说明本发明的第一 第三要点所涉及的磁性天线的实施例(实施例1 6)以及与其进行比较的比较例(比较例1、2)。实施例1利用LTCC技术制造本发明磁体天线。首先,制作出磁性层15。在磁性层15的制作过程中，使用球磨机混合在900°C温度下烧制后13.56MHz时的透磁率为100的N1-Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3:48.5 摩尔 ％，NiO:25 摩尔 ％，ZnO:16 摩尔 ％，CuO:10.5 摩尔 ％。) 100分量(重量单位)、丁缩醛(butyral)树脂8分量(重量单位)、可塑剂5分量(重量单位)、溶剂80分量(重量单位)来制造粘合液。使用刮片(doctor blade)将所得到的粘合液(slurry)涂敷在PET薄膜上，以边长为150mm的方形并且烧制时的厚度为0.1mm的方式进行片材(sheet)成型。此外，在绝缘层16的制作过程中，与上述相同，使用球磨机混合Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3:48.5摩尔％，ZnO:41摩尔％，CuO:10.5摩尔%) 100分量、丁缩醛树脂8分量、可塑剂5分量、溶剂80分量来制造粘合液。使用刮片将所得到的粘合液涂敷在PET薄膜上，按照与磁性层相同的尺寸和厚度进行片材成型。
下面,如图1所示,层积5片构成磁性层15的生片(green sheet:未处理片材),在其上开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两个面上印刷银膏，由此形成线圈14。而且，如图2所示，在线圈14的上下面层积构成绝缘层16的生片。接着，使用银膏继续层积在一个面上印刷有导电层17的作为绝缘层16的生片。接着，一同对上述各生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，在900°C温度下一体烧制两个小时，于是，制造出尺寸为横ISmmX纵4mm、线圈绕组匝数为32匝的磁性天线(样品I)。(其中，为了简化图示，在图1以及图2中，用7匝表示线圈绕组数，另外，磁性层的层积片数表示为3层。其它的附图也同样)。下面，在上述磁性天线的线圈两端连接RFID标签用1C，并且并联连接IC与电容器，将共振频率调整为13.1MHz，制成RFID标签。将RFID标签粘贴在金属板上，测定输出为IOmW的读写器能够通信的距离。另外也测定出磁性天线的扭曲。各测定方法如下所述。(共振频率的测定与调整方法)对于共振频率，阻抗分析器(Hewlett-Packard公司制造(b工一 >、y卜八'y力一卜''社製)，产品名称:4291A)与I匝线圈连接，并且使其与RFID标签结合，以所测定阻抗的峰值频率作为共振频率。另外，该调整是通过选择在上述磁性天线的端面露出的线圈电极的位置，并调整阻抗而进行的。通过改变与IC并联连接的电容器的电容而能够调节共振频率。(通信距离的测定方法)对于通信距离而言，是水平固定输出为IOmW的读写器(FEC株式会社(株式会社二 7 ^ —'>一)生产，产品名称:URW1-201)的天线，使粘贴在金属板上的RFID标签水平置于上述天线的上方，并且在能够以13.56MHz进行通信的范围内使RFID标签移动，测定此时的天线与RFID标签的垂直方向的最大距离作为通信距离。(扭曲的测定方法)将具有平板状测量点的度盘式指示器(dial gauge)(三丰(S 卜3 )度盘式指示器ID-C112)安装在试验台上(三丰BSG-20)，在定盘上将度盘式指示器调整O点之后，将磁性天线夹在定盘与平板状测量点之间，使用度盘式指示器测定最高点，从该高度中减去使用游标卡尺(Nonius)(三丰游标卡尺CD-C)测定的磁性天线的厚度，从而算出扭曲值。根据上述各种方法测定共振频率、通信距离以及扭曲的结果，上述磁性天线中的扭曲为0.6mm，属于实用范围。使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动小，为+IMHz，并且，在粘贴于金属面上的状态下可获得3cm的通信距离。实施例2使用与实施例1同样的作为磁性层15的生片、以及代替Zn-Cu铁氧体使用玻璃类陶瓷构成的作为绝缘层16的生片。如图3所示，层积5片构成磁性层15的生片，在其上开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两个面上印刷银膏，于是形成线圈14。下面，在线圈14 的一个面上层积构成绝缘层16的生片。此时，在绝缘层16上用银膏印刷导电层17。另外，在线圈14的另一个面上层积其它的绝缘层16，在该绝缘层16上，为了与线圈14的两端连接而开设通孔11，并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的该绝缘层的表层，利用银膏印刷线圈引线端子19和连接IC的IC芯片连接端子18。
接着，一同对上述的各个生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，在900°C温度下一体烧制两个小时，于是，就制成尺寸为横ISmmX纵4mm、线圈绕组匝数为32匝的磁性天线(样品2)。下面，与实施例1同样，在上述的磁性天线的线圈两端连接RFID标签用1C，而且并联连接IC与电容器，将共振频率调整为13.1MHz，从而制成RFID。接着，在金属板上粘贴RFID，测定使用输出为IOmW的读写器能够通信的距离、共振频率。另外，测定磁性天线的扭曲。其结果是，上述磁性天线中的扭曲为1.0mm，属于实用范围。使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板状态下的共振频率为14.1MHz，在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动较小，为+1MHz。另外，在粘贴于金属面上的状态下可获得3.1cm的通信距离。实施例3使用与实施例1同样的作为磁性层15的生片、以及作为绝缘层16的生片。如图4所示，层积5片构成磁性层15的生片，在其上开设通孔11并向其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两面上印刷银膏，于是形成线圈14。下面，在线圈14的下面层积构成绝缘层16的生片。此时，在绝缘层16上利用银膏印刷导电层17。而且，在绝缘层16的下面层积作为磁性层15的生片。在线圈14的上面层积构成绝缘层16的生片。在该绝缘层16的上面，为了与线圈14的两端连接而开设有通孔11，并在其中填充银膏，而且，在与通孔11正交的该绝缘层的表层，利用银膏印刷线圈引线端子19和连接IC的IC芯片连接端子18。接着，一同对上述的各个生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，与实施例1同样，通过一体烧制，从而制成尺寸为横18mmX纵4mm、线圈绕组阻数为32匝的磁性天线(样品3)。下面，与实施例1同样，在上述的磁性天线的IC芯片连接端子18上连接RFID标签用1C，而且并联连接IC与电容器，将共振频率调整为13.1MHz，从而制成RFID。接着，在金属板上粘贴RFID，测定使用输出为IOmW的读写器能够通信的距离、共振频率。另外，测定磁性天线的扭曲。其结果是，上述磁性天线中的扭曲为0.8_，属于实用范围。使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动为+0.5MHz，属于更小的变动。另夕卜，在粘贴于金属面上的状态下可获得3.3cm的通信距离。实施例4使用与实施例1同样的作为磁性层15的生片、以及作为绝缘层16的生片。如图5所示，层积5片构成磁性层15的生片，在其上开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两个面上印刷银膏，于是形成线圈14。下面，在线圈14的下面层积两个构成绝缘层16的生片。此时，在下方的绝缘层16上利用银膏印刷导电层17。接着，在两个绝缘层16的更下面层积构成磁性层15的生片，而且在其下面层积作为绝缘层16的生片。另外，在线圈14的上面一侧的绝缘层16上，为了与线圈14的一端连接而开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的该绝缘层的表层，利用银膏印刷线圈引线端子19和连接IC的IC芯片连接端子18中的一个。而且，在线圈14的上面一侧的绝缘层16上，为了与线圈14的另一端以及中间的多个地方连接而开设通孔11，并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的该绝缘层的表层，利用银膏印刷线圈引线端子19和连接IC的IC芯片连接端子18。线圈引线端子19其端部以相互相对的形状引出。接着，一同对上述的各个生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，在900°C温度下一体烧制两个小时，于是，就制成尺寸为横ISmmX纵4mm、线圈绕组匝数为32匝的磁性天线(样品4)。下面，与实施例1同样，在上述的磁性天线的IC芯片连接端子18上连接RFID标签用1C，并且，使用导电性涂料等使相对的线圈引线端子19的任意的端面之间发生短路，调节阻抗并将共振频率调整为13.1MHz，从而制成RFID。接着，在金属板上粘贴RFID，测定使用输出为IOmW的读写器能够通信的距离、共振频率。另外，测定磁性天线的扭曲。其结果是，上述磁性天线中的扭曲为1.0mm，属于极小的数值。使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动为+0.5MHz，另外，在粘贴于金属面上的状态下可获得
3.4cm的通信距离。实施例5使用与实施例1同样的作为磁性层15的生片、以及作为绝缘层16的生片。如图6所示，层积5片构成磁性层15的生片，在其上开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两个面上印刷银膏，于是形成线圈14。接着，在线圈14的下面层积两个构成绝缘层16的生片。此时，在下方的绝缘层16上利用银膏印刷导电层17。在其下面层积作为磁性层15的生片。此外，在线圈14的上面一侧层积作为磁性层15以及绝缘层16的生片。此时，在构成线圈14的上面一侧的绝缘层16的生片上，为了与线圈14的两端连接而开设有通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的该绝缘层的表层，利用银膏印刷电容器电极1C。此外，在构成其上面一侧的绝缘层16的生片上印刷IC芯片连接端子18，在该IC芯片连接端子18和电容器电极IC之间形成电容器。接着，一同对上述的各个生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，在900°C温度下一体烧制两个小时，于是就制成了尺寸为横ISmmX纵4mm、线圈绕组匝数为32匝的磁性天线(样品5)。下面，在上述的磁性天线的IC芯片连接端子18上连接RFID标签用1C，削掉IC芯片连接端子18的一部分，调整静电电容并将共振频率调整为13.1MHz，从而制成RFID。接着，在金属板上粘贴RFID，测定使用输出为IOmW的读写器能够通信的距离、共振频率。另夕卜，测定磁性天线的扭曲。其结果是，上述磁性天线中的扭曲为0.1_，属于极小的数值。使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动较小，为+0.5MHz，另外，在粘贴于金属面上的状态下可获得3.3cm的通信距离。实施例6制作出构成磁性层15的生片。首先，在900°C的烧制后，利用球磨机混合IOOMHz的透磁率为20的N1-Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3:48.5摩尔％，NiO: 39摩尔％，ZnO:2摩尔％，CuO:10.5摩尔％) 100分量、丁缩醛树脂7分量、可塑剂3分量、溶剂100分量来制造粘合液。使用刮片将所得到的粘合液涂敷在PET薄膜上，并进行薄片成型。此外，制成构成绝缘层16的生片。该生片也与上述同样，利用球磨机混合Zn-Cu铁氧体预烧粉(Fe2O3:48.5摩尔％，ZnO:40摩尔％，CuO:11.5摩尔%) 100分量、丁缩醛树脂7分量、可塑剂3分量、溶剂100分量来制造粘合液，然后使用刮片将该粘合液涂敷在PET薄膜上，并进行片材成型。下面，如图7所示，层积5片作为磁性层15的生片，在其中开设通孔11并在其中填充银膏，并且，在与通孔11正交的两个表面印刷银膏，于是形成线圈14。在线圈14的上下面一侧层积作为绝缘层16的生片，在其下面一侧继续层积用银膏印刷有导电层17的绝缘层16。接着，一同对上述的各个生片进行加压粘合，在通孔11与线圈开放端面13处切断之后，在900°C温度下一体烧制两个小时，于是就制成尺寸为横ISmmX纵4mm、线圈绕组匝数为50匝的磁性天线(样品6)。下面，在上述磁性天线的线圈两端连接FM收音机IR，并且并联连接线圈14和电容器，将共振频率调整为82MHz，从而作为FM广播接收天线。设想是在移动电话等金属外壳的外侧设置天线，但是，在金属板上粘贴上述磁性天线尝试接收FM广播(82MHz)，得到良好的接收状态。通过测定磁性天线的扭曲可知，扭曲很小，仅为0.6_。比较例I如图8所示，除不具备实施例1中的导电层17这一点之外，采用与实施例1同样的方式制造磁性天线(样品7)。接着，与实施例1同样，在上述磁性天线的线圈两端连接RFID标签用1C，而且，并联连接IC与电容器，并将共振频率调整为13.1MHz，从而制成RFID标签。接着，在金属板上粘贴RFID标签，与实施例1同样，测定能够通信的距离、共振频率，另外测定磁性天线的扭曲。其结果是，上述磁性天线中的扭曲为1.0mm0使用磁性天线的RFID标签在粘贴于金属板上的前后的共振频率变动变大至+1.5MHz，另外，粘贴于金属板上的状态下的通信距离也仅为1.4cmο比较例2作为比较对照，对于在薄膜状的树脂表面上以漩涡形状布线的天线线圈的两端连接IC从而构成的市面上普通的IC卡式标签(Texas Instruments德州仪器公司制造(f今
^ > %'y社製)，产品名称:Tag-1tTMHF)，将其粘贴在金属板上，然后按照与
实施例1同样的方式测定通信距离。其结果是，粘贴于金属板状态下的通信距离为0.1cm,粘贴于金属板后的共振频率未被观测到。上述各个实施例以及比较例中的测定结果如下表所示。表I
权利要求
1.一种磁性天线，用于收发磁场成分，其特征在于: 具备多个由平面形状为方形或者矩形的磁性层所构成的线圈，这些线圈在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，为了使其极性相同，各个线圈的一端在放射形状的中心采用串联或者并联的方式通过磁性层相互连接，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧开放，而且，在线圈的上下面中的一个或者两个上设置有绝缘层，在其中一个绝缘层的外侧设置有导电层。
2.一种磁性天线，用来收发磁场成分，其特征在于: 具备多个由平面形状为方形或者矩形的磁性层所构成的线圈，这些线圈在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，各个线圈的一端朝着放射形状的中心一侧开放，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧，并且为了使其极性相同而在外周侧的圆环部采用串联或者并联的方式通过磁性层相互连接，而且，在线圈的上下面中的一个或者两个上设置有绝缘层，在其中一个绝缘层的外侧设置有导电层。
3.一种磁性天线，其为了收发磁场成分利用LTCC技术制造而成，其特征在于: 在混合磁性粉末与粘合剂并以板状成形的单层或者多层构造的磁性层上开设有通孔，在该通孔中注入电极材料，并且，在与通孔正交的磁性层的两个面上利用电极材料形成电极层，在通过通孔中心的位置贯穿磁性层，由此，以在形成放射形状的三个线圈的中心与磁性层连接的方式形成线圈，利用绝缘层从上面以及下面夹住该线圈的磁性层，并且，被配置在磁性层上面的绝缘层是以覆盖电极层的形状而穿孔的绝缘层，在磁性层下面的绝缘层的更下面设置有采用与电极材料相同的材料构成的导电层，并通过切成单片后烧制形成或者一体烧制形成后切成单片而制造，由平面形状为方形或者矩形的磁性层构成的多个线圈，在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，为了使其极性相同，各个线圈的一端在放射形状的中心采用串 联或者并联的方式通过磁性层相互连接，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧开放。
4.一种磁性天线，其为了收发磁场成分利用LTCC技术制造而成，其特征在于: 在混合磁性粉末与粘合剂并以板状成形的单层或者多层构造的磁性层上开设有通孔，在该通孔中注入电极材料，并且，在与通孔正交的磁性层的两个面上利用电极材料形成电极层，在通过通孔中心的位置贯穿磁性层形成线圈，利用绝缘层从上面以及下面夹住该线圈的磁性层，并且，被配置在磁性层上面的绝缘层是以覆盖电极层的形状而穿孔的绝缘层，在磁性层下面的绝缘层的更下面设置有采用与电极材料相同的材料构成的导电层，并通过切成单片后烧制形成而制造，由平面形状为方形或者矩形的磁性层构成的多个线圈，在俯视的状态下以大致均等的间隔呈放射状配置，并且，各个线圈的一端朝着放射形状的中心一侧开放，各个线圈的另一端朝着放射形状的外侧，并且为了使其极性相同而在外周侧的圆环部通过磁性层相互连接。
5.按权利要求1 4中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 在与设有导电层的面相反一侧的面的绝缘层上设置有通孔，在该通孔中注入电极材料而与线圈的两端连接，在其表面利用电极材料印刷有线圈引线端子。
6.按权利要求1 5中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 在导电层的外侧面设置有磁性层。
7.按权利要求6所述的磁性天线，其特征在于:在磁性层的外侧面设置有绝缘层。
8.按权利要求1 7中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 在夹住线圈的上下面的绝缘层的上面，设置有以夹持的方式印刷有方形、圆形电极而形成有电容器的绝缘层，采用并联或者串联的方式连接电容器的电极与线圈引线端子电极。
9.按权利要求1 8中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 在夹住线圈的绝缘层的上面印刷平行电极或者梳形电极而形成电容器，采用并联或者串联的方式连接该电容器与线圈引线端子。
10.按权利要求1 9中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 所述磁性层由N1-Zn系铁氧体形成。
11.按权利要求1 10中任一项所述的磁性天线,其特征在于: 所述绝缘层由Zn系铁氧体形成。
12.按权利要求1 10中任一项所述的磁性天线，其特征在于: 所述绝缘层由玻璃类陶瓷形成。
13.按权利要求1 12中任一项所述的磁性天线，其特征在于: 在所述绝缘层的上面配备有能够连接IC芯片的端子，采用并联或者串联的方式连接该端子与线圈引线端子 。
全文摘要
本发明提供一种最适用于RFID标签以及RFID标签用读写器的磁性天线，该磁性天线即使靠近金属物也能够稳定发挥其功能并且其量产性高。该磁性天线具有在构成线圈的磁性层上通过绝缘层设置有导电层的构造。另外，磁性天线构成为以放射状配置有多个磁性层的形状为方形或矩形的线圈，并且为了使极性相同，各线圈的一端通过磁性层采用串联或者并联方式连接，在线圈的上下两面中的一个或者两个面上设置有绝缘层，而且在一个绝缘层的外侧设置有导电层。上述磁性天线利用LTCC技术制造。
文档编号H01Q7/06GK103094667SQ201310002009
公开日2013年5月8日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月7日
发明者木村哲也, 佐藤由郎 申请人:户田工业株式会社