CN102549841B - 天线装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供能在制造后将天线模块的电路特性的变动因素所导致的频率偏离调整到修正范围内，能稳定地进行通信的天线装置的制造方法。本发明具有：第1步骤(S11)，将具有接受从读写器(2)发送的磁场的天线线圈(11a)和与天线线圈(11a)电连接的电容器(11b)的天线电路(11)、以天线电路(11)的谐振频率比读写器(2)的振荡频率更低的方式作成；以及第2步骤，将形成于与天线线圈(11a)重叠的位置并使天线线圈(11a)的电感变化的磁性片(12)、经由使电感与天线线圈(11a)和磁性片(12)的离开距离相对应地变化以使得天线电路(11)的谐振频率与振荡频率一致的膜厚的粘接剂(14)而粘贴于天线线圈(11a)。
Description
技术领域
本发明涉及通过在其与发送磁场的发送器之间产生的电磁感应而成为能通信的状态的天线装置的制造方法。
本申请以2009年7月28日在日本申请的日本专利申请特愿2009-175750号为基础主张优先权，参照这些申请，由此，引用至本申请。
背景技术
近年来，确立通过电磁感应而收发信号的非接触通信技术，作为交通类车票或电子货币而扩大利用。另外，这样的非接触通信功能处于也搭载在便携电话机的倾向，期待今后日益发展。不仅是利用电磁感应的邻近通信，而且在物流中隔开数m的距离而可读写的IC标签也商品化。另外，这样的非接触通信技术不但能非接触地进行通信，而且还能够同时进行电力传输，所以还能够安装于自身不带有电池等电源的IC卡。
在适用这样的非接触通信的通信系统中，为了在读写器与非接触数据载波之间进行非接触的通信和电力传输，将谐振用电容器与环形天线(loop antenna)连接，使由环形天线和谐振用电容器的常数LC决定的谐振频率与系统的规定频率一致，由此，进行读写器和非接触数据载波的稳定的通信，使通信距离最大。
然而，环形天线和谐振用电容器的LC常数带有若干个变动因素，不一定成为假设的值。例如，在非接触数据载波中，为了低成本，环形天线由铜箔图案制作，图案宽度的偏离等导致L值变化。另外，同样地，为了低成本化，还以天线基板的铜箔作为电极并以基板的树脂作为电介质而构成谐振用电容器，电容值根据铜箔的宽度、长度、间隔而变化。而且，为了最终作为IC卡而使用，由保护膜层压天线基板的上下，但该保护膜的影响导致电容器的电容变化，所以预测层压后的频移，作为预计调整，通过铜箔图案的切割而调整电极面积并调整谐振用电容器的电容值。
如上所述的各种因素导致谐振频率偏离，通信变得不稳定或通信距离会变短。针对这样的问题，在专利文献1中，提出了这样的方法：在具有接受从读写器输出的磁通的天线线圈和效率良好地将该磁通的变化转换成电压的谐振电路的天线模块中，为了得到通信的稳定性，调整可变电容电容器的电容，由此，调整谐振频率。
专利文献1：日本特开2009-111483号公报
发明内容
由于环形天线和谐振用电容器的LC常数带有若干个变动因素，不一定成为假设的值，所以即使使用专利文献1的谐振频率的调整方法，有时候也难以将所制造的天线模块的电路特性的变动因素所导致的频率偏离调整到适当范围内。在例如使用强电介质的低电压电容可变的可变电容器中，存在着电介质膜厚或电极面积的变动所导致的电容偏差大的问题。
本发明是鉴于这样的实际情况而提出的，其目的在于，提供能在制造后将天线模块的电路特性的变动因素所导致的频率偏离调整到修正范围内，能稳定地进行通信的天线装置的制造方法。
作为用于解决上述的课题的方案，本发明的天线装置的制造方法，接受从发送器以既定振荡频率发送的磁场，能与发送器感应耦合而通信，具有：第1步骤，将具有接受从发送器发送的磁场的天线线圈和与天线线圈电连接的可变电容电容器的谐振电路，以谐振电路的谐振频率比振荡频率更低的方式作成；以及第2步骤，将形成于与天线线圈重叠的位置并使该天线线圈的电感变化的磁性片、经由使电感与天线线圈和磁性片的离开距离相对应地变化以使得谐振电路的谐振频率与振荡频率一致的膜厚的绝缘材料而粘贴于天线线圈。
本发明利用天线线圈的电感与天线线圈和磁性片的离开距离相对应地变化的特性，以将天线线圈和磁性片粘贴时的谐振电路的谐振频率与发送器的振荡频率一致的方式进行调整。因此，能够制造能在制造后将天线模块的电路特性的变动因素所导致的频率偏离调整到修正范围内、能稳定地进行通信的天线装置。
附图说明
图1是示出无线通信系统的整体构成的图。
图2是示出无线通信系统的电路构成的图。
图3是示出由强电介质构成的可变电容电容器中的与DC偏置电压相对应的特性变化的图。
图4A是粘贴有磁性片的天线线圈的立体图，图4B是截面图。
图5是用于对与天线线圈和磁性片的离开距离相对应的电感的变化进行说明的图。
图6A及图6B是用于对利用天线线圈的电感与天线线圈和磁性片的离开距离相对应地变化的特性的天线模块的制造方法进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式详细进行说明。此外，当然，本发明不只限定于以下的实施方式，在不脱离本发明的要点的范围内，能够有各种变更。
<整体构成>
适用本发明的天线模块是通过在其与发送电磁波的发送器之间产生的电磁感应而成为能通信的状态的天线装置，装入例如如图1所示的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)用的无线通信系统100而使用。
无线通信系统100由适用本发明的天线模块1和进行对天线模块1的存取的读写器2构成。
读写器2作为对天线模块1发送磁场的发送器而起作用，具体而言，具备向着天线模块1发送磁场的天线2a和经由天线2a与感应耦合的天线模块1进行通信的控制基板2b。
即，读写器2配设有与天线2a电连接的控制基板2b。在该控制基板2b，安装有由一个或多个集成电路芯片等电子部件构成的控制电路。该控制电路基于从天线模块1接收的数据而执行各种处理。例如，在将数据写入天线模块1的情况下，控制电路将数据编码，基于经编码的数据，调制既定频率(例如，13.56MHz)的载波，放大经调制的调制信号，用经放大的调制信号来驱动天线2a。另外，在从天线模块1读出数据的情况下，控制电路放大由天线2a接收的数据的调制信号，解调经放大的数据的调制信号，将经解调的数据解码。此外，在控制电路中，使用一般的读写器所使用的编码方式及调制方式，例如，使用曼彻斯特编码方式或ASK(Amplitude Shift Keying，幅移键控)调制方式。
装入电子设备的壳体3内部的天线模块1具备：天线电路11，安装有能在其与感应耦合的读写器2之间进行通信的天线线圈11a；磁性片12，为了将磁场引入天线线圈11a而形成于与天线线圈11a重叠的位置；以及通信处理部13，由流动于天线电路11的电流驱动而在其与读写器2之间进行通信。
天线电路11是相当于本发明的谐振电路的电路，具备天线线圈11a和与天线线圈11a电连接的电容器11b。
当由天线线圈11a接受从读写器2发送的磁场时，天线电路11与读写器2通过感应耦合而磁耦合，接收经调制的电磁波，将接收信号供给至通信处理部13。
为了将从读写器2发送的磁场引入天线线圈11a，在与天线线圈11a重叠的位置形成磁性片12，与不具有该磁性片12的情况相比，使天线线圈11a的电感以增加的方式变化。具体而言，为了抑制设在便携型电子设备的壳体3内部的金属部件弹回从读写器2发送的磁场或产生涡电流，磁性片12采取粘贴在放射磁场的方向的相反侧的构造。
通信处理部13由流动于电连接的天线电路11的电流驱动，在其与读写器2之间进行通信。具体而言，通信处理部13解调所接收的调制信号，将经解调的数据解码，将经解码的数据写入后述的存储器133。另外，通信处理部13从存储器133读出发射至读写器2的数据，将所读出的数据编码，基于经编码的数据而调制载波，经由通过感应耦合而磁耦合的天线电路11将经调制的电波发射至读写器2。
在由如以上那样的构成组成的无线通信系统100中，参照图2，对天线模块1的天线电路11的具体的电路构成进行说明。
如上所述，天线电路11具备天线线圈11a和电容器11b。
天线线圈11a形成为例如矩形状，与从读写器2的天线2a放射的磁通中与天线线圈11a交链(鎖交)的磁通的变化相对应地产生逆电动势。
电容器11b是根据从通信处理部13输出的控制电压而电容可调整的电容器，例如，是被称为变容二极管的可变电容二极管或由耐压特性优异的强介电材料构成的可变电容的电容器。
天线电路11将天线线圈11a和电容器11b电连接，构成谐振电路，通过电容器11b的电容可变，调整包括天线线圈11a及电容器11b的谐振电路的谐振频率。
通信处理部13由具备调制解调电路131、CPU 132以及存储器133的微型计算机构成。
调制解调电路131进行生成使从天线电路11向读写器2送出的数据与载波重叠的调制波的调制处理。另外，调制解调电路131进行从自读写器2输出的调制波提取数据的解调处理。
CPU 132读出存储于存储器133的控制电压信息，将控制电压V施加至电容器11b，调整电容器11b的电容，由此，修正起因于制造时的元件的误差或偏差的谐振频率的偏离。
在存储器133中，考虑到天线电路11的谐振频率和读写器2振荡磁场的振荡频率的偏离，存储有控制电容器11b的电容以使得天线电路11的谐振频率与读写器2的振荡频率一致的控制电压信息。
在与具有上述构成的天线模块1进行通信的读写器2中，天线2a具备天线线圈21和电容器22，控制基板2b具备调制解调电路23、CPU24以及存储器25。
天线线圈21形成为例如矩形状，与天线模块1侧的天线线圈11a磁耦合，由此，收发指令或写入数据等各种数据，还供给天线模块1所使用的电力。
电容器22与天线线圈21连接而构成谐振电路。调制解调电路23进行用于生成使从读写器2向天线模块1送出的数据与载波重叠的调制波的调制处理。另外，调制解调电路23进行从自天线模块1送出的调制波提取数据的解调处理。
CPU 24控制调制解调电路23，使得从存储器25读出的数据送出至天线模块1，另外，进行将由调制解调电路23解调的数据写入存储器25的处理。
如以上那样，天线模块1的天线电路11根据由通信处理部13控制的控制电压而调节天线电路11的电容器11b的电容，由此，能够使天线电路11的谐振频率与读写器2的振荡频率一致，实现稳定的通信。
<谐振频率的调整>
即使天线电路11施加控制电压而调整电容器11b的电容，由于所制造天线模块的电路特性的变动因素所导致的频率偏离，有时候也难以调整到适当范围内。
例如，由强电介质构成的可变电容电容器，如图3所示，如果施加DC偏置电压以作为控制电压，则伴随着电压值的上升，电容单调地减少。即，在具有由强电介质构成的可变电容电容器的谐振电路中，能够以谐振频率变高的方式调节，但不能以谐振频率变低的方式调整。因此，由于本来制造时的变动因素，在谐振频率偏离至高频侧时，有时候难以调整到适当范围内。在大多情况下，期望在施加控制电压的一半时与读写器的振荡频率一致，相应地，如果控制电压为0V，则频率调整得稍低。
在此，天线线圈的电感由线圈的外形、匝数、线间间距等决定，在将相对磁导率高的材料粘贴于天线线圈的情况下，也根据其材料的相对磁导率、形状、厚度、天线线圈和磁性片的离开距离等而变化。相对磁导率、形状、厚度是在设计上决定的参数，所以后续不能变更，而关于天线线圈和磁性片的离开距离，能通过粘贴时的调整而使其变化。
于是，利用天线线圈的电感与如上所述的天线线圈和磁性片的离开距离相应地变化的特性，在本实施方式的制造方法中，制造能够以将磁性片12粘贴于天线线圈11a时的天线电路11的谐振频率与读写器2的振荡频率一致的方式进行调整的天线模块1。在天线模块1的具体制造方法之前，对天线线圈的电感与天线线圈11a和磁性片12的离开距离相对应地变化的特性进行说明。
图4A及图4B分别是经由作为绝缘材料的粘接剂14而粘贴有磁性片12的天线线圈11a的立体图和截面图。
如图4A所示，天线线圈11a如下地安装于例如印刷基板上。即，使用这样的天线线圈11a：在由聚酰亚胺、液晶聚合物、特氟隆(注册商标)等具有可挠性的材料构成的介电层113的两面由导电层111、112覆盖的柔性印刷基板的导电体111施行构图处理，并且，以导电体112作为地。此外，作为安装有天线线圈11a的印刷基板，除了上述的柔性印刷基板以外，也可以使用例如使用环氧树脂等具有可塑性的材料的刚性(rigid)基板，但从能够相对地抑制介电常数的观点，优选使用柔性印刷基板。
另外，磁性片12经由粘接剂14与作为天线线圈11a的地而起作用的导电体112粘贴。
在此，在图5中示出，具体地使用由如下的组成构成的铁氧体片作为磁性片12时的、使天线线圈和磁性片的离开距离d以μm为单位而变化时的天线线圈的电感的变化。
在此，使用这样的铁氧体片：作为主要成分，Fe2O3为49.3mol％，ZnO为12.5mol％，NiO为28.9mol％，以及CuO为9.2mol％；作为添加元素，Sb2O3为1.10mol％，CoO为0.1mol％。
如图5所示，天线线圈11a的电感与天线线圈11a和磁性片12的离开距离d相对应地单调减少。此外，在图5中，示出13.56[MHz]处的电感的变化，但显然，在其他频带也处于伴随着天线线圈和磁性片的离开距离变大而天线线圈的电感单调减少的倾向。
接着，参照图6A及图6B，对利用天线线圈11a的电感与天线线圈11a和磁性片12的离开距离相对应地变化的特性的天线模块1的制造方法进行说明。
首先，参照图6A，说明第1制造方法。
在步骤S11中，设定并作成天线线圈11a和电容器11b的特性，使得天线电路11的谐振频率比读写器2的振荡频率例如13.56[MHz]更低。
在步骤S12中，将确定的控制电压施加至可变电容，并且，测定通过步骤S11作成的天线电路11的谐振频率的实测值。
在步骤S13中，基于通过步骤S12测定的谐振频率的实测值和读写器2的振荡频率的偏离，经由天线电路11的谐振频率与振荡频率一致那样的膜厚的绝缘性的粘接剂，将磁性片12粘贴于天线线圈11a。
这样地，在第1制造方法中，能够制造以通过步骤S13经由既定的膜厚的绝缘材料将天线线圈和磁性片粘贴时的谐振电路的谐振频率与读写器2的振荡频率一致的方式进行调整的天线模块1。特别是，在第1制造方法中，与后述的第2制造方法相比，谐振频率的测定工序进行一次即可，所以能够实现制造工序的缩短化。
接着，参照图6B，说明第2制造方法。
在步骤S21中，设定并作成天线线圈11a和电容器11b的特性，使得天线电路11的谐振频率比振荡频率例如13.56[MHz]更低。
在步骤S22中，将确定的控制电压施加至可变电容，并且，测定通过步骤S21作成的天线电路11的谐振频率的实测值。
在步骤S23中，判断通过步骤S22测定的天线电路11的谐振频率的实测值是否与读写器2的振荡频率一致，在一致时前进至步骤S25，在不一致时前进至步骤S24。
在步骤S24中，将热硬化或UV硬化的粘接剂涂敷于天线线圈11a或磁性片12而粘在一起，使得天线线圈11a和磁性片12的离开距离以既定单位距离间隔变大，返回至步骤S23。此外，如果是通过利用后续的步骤S25的硬化处理而硬化的粘接剂，则粘接剂不限定于上述。
在步骤S25中，为了使通过步骤S24形成于天线线圈11a与磁性片12之间的粘接剂的层硬化，进行加热处理或UV照射。
这样地，在第2制造方法中，测定天线电路的谐振频率，并且，使天线线圈11a和磁性片12的离开距离变化，在最佳的离开距离的位置处使粘接剂硬化而保持形状。其结果是，在第2制造方法中，能够制造以与读写器2的振荡频率一致的方式进行调整的天线模块1。
特别是，在第2制造方法中，与前述的第1制造方法相比，进行谐振频率的测定，并且使离开距离变化，所以能够制造精度更好地以与读写器2的振荡频率一致的方式进行调整的天线模块1。
如以上那样，在本实施方式的制造方法中，利用天线线圈11a的电感与天线线圈11a和磁性片12的离开距离相对应地变化的特性，以将磁性片12粘贴于天线线圈11a时的天线电路11的谐振频率与读写器2的振荡频率一致的方式进行调整。因此，在本实施方式的制造方法中，能够制造能在制造后将天线电路11的电路特性的变动因素导致的频率偏离调整到修正范围内、能稳定地进行通信的天线模块1。
具体而言，在本实施方式的制造方法中，能通过控制天线线圈11a和磁性片12的离开距离而将谐振频率控制成适当值，并且，在电容器11b是可变电容的情况下，使可变电容导致的调整范围适当，所以能够使初始的谐振频率偏移一定量，能够维持设计自由度，并且，制造高性能的天线模块。
此外，在上述的实施方式中，使用根据施加电压调整电容的由强电介质构成的电容器来说明，但即使使用通过开关动作切换比较小的电容的电容器的连接并用合成容量来调整那样的可变电容电容器，也能够制造能在制造后将天线模块的电路特性的变动因素导致的频率偏离调整到修正范围内、能稳定地进行通信的天线模块。
Claims (1)
1.一种天线装置的制造方法，接受从发送器以既定振荡频率发送的磁场，能与该发送器感应耦合而通信，具有：
第1步骤，将具有接受从所述发送器发送的磁场的天线线圈和与该天线线圈电连接的可变电容电容器的谐振电路、以该谐振电路的谐振频率比所述振荡频率更低的方式作成；以及
第2步骤，将形成于与该天线线圈重叠的位置并使该天线线圈的电感变化的磁性片、经由使该天线线圈的电感与该天线线圈和该磁性片的离开距离相对应地变化以使得所述谐振电路的谐振频率与所述振荡频率一致的膜厚的绝缘材料而粘贴于所述天线线圈。
2．如权利要求1所述的天线装置的制造方法，其特征在于：
在所述第2步骤中，
测定通过所述第1步骤作成的谐振电路的谐振频率，基于计测结果，经由使该谐振电路的谐振频率与振荡频率一致的膜厚的绝缘材料，将所述磁性片粘贴于所述天线线圈。
3．如权利要求1所述的天线装置的制造方法，其特征在于：
在所述第2步骤中，
作为所述绝缘材料，经由通过既定的硬化处理而硬化的粘接剂，将所述天线线圈和所述磁性片粘在一起，测定所述谐振电路的谐振频率，并且使所述离开距离变化，在该谐振电路的谐振频率成为所述振荡频率时，使该粘接剂硬化，使该天线线圈和该磁性片粘贴。
4．如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置的制造方法，其中：
在所述第1步骤中，使用由伴随着温度上升而电容单调减少的强介电材料构成的电容器，作成所述谐振电路。
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