CN102763277A - 复合印刷布线基板及无线通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明得到一种适于RFID系统的复合印刷布线基板及无线通信系统，其由简易的结构构成，能够提高辐射增益。包括母基板(10)和装载在该母基板(10)的子基板(20)的复合印刷布线基板。在子基板(20)设置有处理高频信号的无线IC元件(50)、与无线IC元件(50)耦合的环状电极(27)、与环状电极(27)耦合的第一辐射体(25)。在母基板(10)设置有经由电磁场与环状电极(27)耦合的第二辐射体(15)。
Description
技术领域
本发明涉及复合印刷布线基板及无线通信系统，特别是RFID(RadioFrequency Identification，射频识别)系统所使用的复合印刷布线基板及无线通信系统。
背景技术
近年来，作为物品的信息管理系统，以利用了电磁场的非接触方式，将产生感应磁场的读写器与附加到物品的RFID标签进行通信，传输预定的信息的RFID系统被实际应用。该RFID标签包括：储存预定的信息并处理预定的无线信号的无线IC芯片、对高频信号进行收发的天线(辐射体)。
有时RFID系统被用于内置在各种电子设备的印刷布线基板的信息管理。例如，专利文献1公开了将印刷布线基板的接地电极用作天线的RFID标签。在该RFID标签设置有环状电极，用于在无线IC芯片与接地电极之间使阻抗匹配。因此，能够以简易的结构实现信号损耗较小的RFID标签。
另外，近些年来，随着电子设备的高性能化、多功能化，有时使用复合印刷布线基板作为印刷布线基板。复合印刷布线基板由大型的母基板(主板)、作为特定的功能块而构成的子基板(子板)构成，子基板装载在母基板上。在复合印刷布线基板中，若在母基板和子基板分别附加RFID标签，则能够对每个基板进行信息管理。但是，需要基板数量那么多的RFID标签，会导致匹配电路的复杂化、各基板的大型化。另外，若RFID标签的数量增多，则其信号处理等在RFID系统花费的负载会增大，导致系统的复杂化、高成本化。
现有技术文献
专利文献1：国际公开号WO2009／011144
发明内容
本发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供一种适于RFID系统的复合印刷布线基板及无线通信系统，其由简易的结构构成，能够提高辐射增益。
用于解决问题的方法
本发明的第一形态的复合印刷布线基板的特征在于，
包括母基板和装载在该母基板的子基板，
在所述子基板设置有：处理高频信号的无线IC元件、与该无线IC元件耦合的环状电极、与该环状电极耦合的第一辐射体，
在所述母基板设置有第二辐射体，该第二辐射体经由电磁场与所述环状电极耦合。
本发明的第二形态的无线通信系统的特征在于，
包括由母基板和装载在该母基板的子基板构成的复合印刷布线基板，
在所述子基板设置有：处理高频信号的无线IC元件、与该无线IC元件耦合的环状电极、与该环状电极耦合的第一辐射体，
在所述母基板设置有第二辐射体，该第二辐射体经由电磁场与所述环状电极耦合。
在上述复合印刷布线基板中，无线IC元件经由环状电极与第一辐射体耦合，第一辐射体作为天线起作用。并且，无线IC元件也经由环状电极与第二辐射体耦合，第二辐射体也作为天线起作用。在这种情况下，环状电极作为对于第一和第二辐射体的阻抗的匹配电路起作用。即，无线IC元件经由环状电极，利用除了由第一辐射体还由第二辐射体接收的高频信号进行动作，来自该无线IC元件的响应信号经由环状电极从第一和第二辐射体向外部辐射。所以，能够用设在子基板的无线IC元件来管理子基板和母基板的信息，不需要配置多个无线IC元件。另外，由于母基板的第二辐射体也用于收发，因此辐射增益提高。
发明的效果
根据本发明，能够以简单的结构，且提高辐射增益，将复合印刷布线基板适当用于RFID系统。
附图说明
图1是示出第一实施例即复合印刷布线基板的立体图。
图2是示出所述复合印刷布线基板的分解立体图。
图3示出构成所述复合印刷布线基板的子基板，(A)是表面图，(B)是后视图，(C)是X－X放大剖视图，(D)是Y－Y放大剖视图。
图4是示出所述复合印刷布线基板的剖视图。
图5是示出分别设置在母基板和子基板的辐射体的耦合关系的说明图。
图6是示出在所述复合印刷布线基板装载各种电子元器件的状态的立体图。
图7是示出子基板的变形例的剖视图。
图8是示出作为无线IC元件的无线IC芯片的立体图。
图9是示出作为无线IC元件在供电电路基板上装载所述无线IC芯片的状态的立体图。
图10是示出供电电路的一个例子的等效电路图。
图11是示出所述供电电路基板的层叠构造的俯视图。
附图标记说明
1…复合印刷布线基板
10…母基板
15…第二辐射体
20…子基板
23…层间导体
25…第一辐射体
26a、26b…平面导体
27…环状电极
32、33…层间导体
50…无线IC元件
51…无线IC芯片
65…供电电路基板
66…供电电路
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明所涉及的复合印刷布线基板及无线通信系统的实施例。另外，在各图中，对共通的器件和部分标注相同的符号，省略重复的说明。
(第一实施例、参照图1～图6)
第一实施例即复合印刷布线基板1如图1及图2所示，由面积比较大的母基板10、装载在该母基板10上的面积比较小的子基板20构成。母基板10是包含在表面形成有第二辐射体15的基体材料层11、形成有多个端子电极16的基体材料层12的多层基板。子基板20是包含在表面形成有第一辐射体25的基体材料层21、在表面形成有平面导体26a、26b的基体材料层22的多层基板，在表面(基体材料层22上)装载有无线IC元件50。母基板10和子基板20的各基体材料层都由已知的环氧玻璃材料形成。另外，第一和第二辐射体25、15如下面说明的那样，作为天线起作用，但也可以作为装载在母基板10、子基板20的电子元器件(参照图6)的接地导体起作用。
无线IC元件50处理高频信号，参照图8～图11下面详细说明其细节。
如图3所示，在子基板20，平面导体26a、26b其一端与无线IC元件50的未图示的第一端子电极和第二端子电极电连接，且经由层间导体23(通孔导体)与内置的第一辐射体25电连接。如最清楚地在图3(D)的Y－Y放大剖视图所示，由平面导体26a、26b和层间导体23和第一辐射体25的一部分构成环状电极27。此处，第一辐射体25的一部分是指将与层间导体23的连接点连在一起的导体部分。另外，在子基板20的背面形成有多个端子电极28，该端子电极28经由层间导体29(通孔导体)与第一辐射体25电连接。
母基板10如图4所示，在其表面形成有与所述端子电极28对置的多个端子电极16，该端子电极16经由层间导体17(通孔导体)与第二辐射体15电连接。而且，通过利用焊料、导电销等接合材料31将端子电极28与端子电极16电连接并固定，使子基板形成20在母基板10上。
如图5所示，所述环状电极27与第一辐射体25电连接(DC连接)，且与第二辐射体15电连接(DC连接)，并且经由电磁场M进行耦合。通过将环状电极27与第一辐射体25电连接，能够提高高频信号的传输效率。此外，也可以使环状电极27与第一辐射体25分开，环状电极27与第一辐射体25经由电磁场耦合。另外，同样地，也可以使第一辐射体25与第二辐射体15分开，环状电极27与第二辐射体15仅经由电磁场M耦合。即，环状电极27和第二辐射体的主要耦合是经由电磁场M(意思是电场、磁场或者这两者)的耦合。
另外，第一和第二辐射体25、15经由层间导体17、29、接合材料31而电连接(DC连接)，但也可以不电连接。在这种情况下，第一和第二辐射体25、15主要经由电容C进行电磁场耦合。这样，通过使第一和第二辐射体25、15电连接、或电磁场耦合，能够提高环状电极27与第二辐射体15的高频信号的传输效率。
在由以上的结构构成的复合印刷布线基板1中，通过环状电极27与第一和第二辐射体25、15耦合，从RFID系统的读写器辐射并由第一和第二辐射体25、15接收的高频信号经由环状电极27供给至无线IC元件50，无线IC元件50进行动作。另一方面，来自无线IC元件50的响应信号经由环状电极27传输至第一和第二辐射体25、15，向读写器辐射。
所述环状电极27使无线IC元件50与第一辐射体25耦合，作为阻抗的匹配电路起作用，且使无线IC元件50与第二辐射体15耦合，作为阻抗的匹配电路起作用。通过调整环状电极27的电长度、电极宽度等，能够实行阻抗的匹配。该环状电极27的环形面(图3(D)所示)形成为对于第一和第二辐射体25、15垂直的方向。之外，环形面也可以形成为对于第一和第二辐射体25、15水平的位置。即，也可以在基体材料层的表面形成环状电极。
在所述复合印刷布线基板1中，通过将设置有无线IC元件50和环状电极27的子基板20装载在母基板10上，能够用1个无线IC元件50来管理子基板20和母基板10的信息，不需要配置多个无线IC元件50。并且，由于不仅子基板20的第一辐射体25，而且母基板10的第二辐射体15也用于收发，因此辐射体的面积增加，辐射增益提高。
另外，由于环状电极27位于第二辐射体15的端部(或者也可以是其附近)而配置，因此环状电极27与第二辐射体15的高频信号的传输效率提高。并且，由于第一辐射体25与第二辐射体15经由层间导体17、29、接合材料31电连接，并且热连接，因此能够利用面积较大的母基板10对面积较小的子基板20的热量高效地进行散热。
在所述复合印刷布线基板上装载有各种电子元器件，内置在计算机等电子设备中。这样的例子如图6所示。在母基板10上装载有多个IC电路器件35、芯片型的电子元器件36。另外，在子基板20上也装载有IC电路器件37。
(子基板的变形例、参照图7)
图7示出子基板20的变形例，将构成环状电极27的平面导体26a、26b形成于子基板20的背面。即，形成于背面的平面导体26a、26b经由层间导体32(通孔导体)，分别与无线IC元件50的第一和第二端子电极电连接，且经由层间导体33(通孔导体)与第一辐射体25电连接。此外，在图7中未图示，但第一辐射体25以与图4所示同样的结构与第二辐射体15耦合。
在图7所示的子基板20中，由于平面导体26a、26b形成于与无线IC元件50的装载层不同的层，因此能够将子基板20的表面有效地用作为其他元件的装载面。
(无线IC元件、参照图8～图11)
无线IC元件50如图8所示，可以是处理高频信号的无线IC芯片51，或者如图9所示，由无线IC芯片51、和包含具有预定的谐振频率的谐振电路的供电电路基板65构成。
图8所示的无线IC芯片51包含时钟电路、逻辑电路、存储器电路等，存储了所需的信息。无线IC芯片51在其背面设置输入输出用端子电极52、52和安装用端子电极53、53。输入输出用端子电极52、52是所述第一实施例所示的第一及第二端子电极，经由金属凸点等与所述平面导体26a、26b电连接。此外，作为金属凸点的材料，可以使用Au、焊料等。
如图9所示，在由无线IC芯片51和供电电路基板65构成无线IC元件50的情况下，可以在供电电路基板65设置各种供电电路(包含谐振电路／匹配电路)。例如，如图10作为等效电路所示，也可以是包含具有互不相同的电感值，且互相以反相进行磁耦合(以互感M所示)的电感元件L1、L2的供电电路66。供电电路66具有预定的谐振频率，并且实现无线IC芯片51的阻抗与第一和第二辐射体25、15的阻抗匹配。此外，无线IC芯片51与供电电路66可以电连接(DC连接)，也可以经由电磁场耦合。
供电电路66经由所述环状电极27，将从无线IC芯片51发送的、具有预定频率的高频信号传输至第一和第二辐射体25、15，且经由环状电极27，将由在第一和第二辐射体25、15接收的高频信号供给至无线IC芯片51。由于供电电路66具有预定的谐振频率，因此与第一和第二辐射体25、15的阻抗匹配容易实现，可以缩短环状电极27的电长度。
接下来，说明供电电路基板65的结构。如图8及图9所示，无线IC芯片51的输入输出用端子电极52经由金属凸点等与形成于供电电路基板65上的供电端子电极142a、142b连接，安装用端子电极53经由金属凸点等与安装端子电极143a、143b连接。
供电电路基板65如图11所示，是将由电介质或者磁性体构成的陶瓷片141a～141h层叠、压接、烧成而成的。但是，构成供电电路基板65的绝缘层不限于陶瓷片，例如也可以是液晶聚合物等这样的热固化性树脂、热塑性树脂这样的树脂片。在最上层的片141a形成有供电端子电极142a、142b、安装端子电极143a、143b、通孔导体144a、144b、145a、145b。在第二层～第八层片141b～141h分别形成有构成电感元件L1、L2的布线电极146a、146b，根据需要形成有通孔导体147a、147b、148a、148b。
通过将以上的片141a～141h层叠，布线电极146a用通孔导体147a连接为螺旋状来形成电感元件L1，布线电极146b用通孔导体147b连接为螺旋状来形成电感元件L2。另外，在布线电极146a、146b的线间形成电容。
片141b上的布线电极146a的端部146a－1经由通孔导体145a与供电端子电极142a连接，片141h上的布线电极146a的端部146a－2经由通孔导体148a、145b与供电端子电极142b连接。片141b上的布线电极146b的端部146b－1经由通孔导体144b与供电端子电极142b连接，片141h上的布线电极146b的端部146b－2经由通孔导体148b、144a与供电端子电极142a连接。
在以上的供电电路66中，由于电感元件L1、L2分别向反向卷绕，因此在电感元件L1、L2产生的磁场被抵消。由于磁场被抵消，因此为了得到期望的电感值需要将布线电极146a、146b延长一定程度。由此，由于Q值降低，因此谐振特性的陡峭性消失，在谐振频率附近会宽带化。
在俯视透视供电电路基板65时，电感元件L1、L2形成于左右不同的位置。另外，在电感元件L1、L2产生的磁场分别为反向。由此，在使供电电路66与环状电极27耦合时，在环状电极27会激发反向的电流，能够在第一和第二辐射体25、15产生电流，能够利用该电流所引起的电位差，使第一和第二辐射体25、15作为天线进行动作。
通过在供电电路基板65内置谐振／匹配电路，能够抑制外部的物品的影响所引起的特性变动，能够防止通信品质的劣化。另外，若将构成无线IC元件50的无线IC芯片51朝向供电电路基板65的厚度方向的中央侧配置，则能够防止无线IC芯片51的毁坏，能够提高作为无线IC元件50的机械强度。
(其他实施例)
此外，本发明所涉及的复合印刷布线基板及无线通信系统不限于所述实施例的结构，能够在该要点的范围内进行各种变更。例如，第一和／或第二辐射体可以在子基板、母基板遍及2层内置，或者设置在子基板、母基板的表面，其形状是任意的。
工业上的实用性
如上所述，本发明对于复合印刷布线基板及无线通信系统是有用的，特别是在由简易的结构构成，辐射增益提高这点较好。
Claims (11)
1.一种复合印刷布线基板，其特征在于，
包括母基板和装载在该母基板的子基板，
在所述子基板设置有：处理高频信号的无线IC元件、与该无线IC元件耦合的环状电极、与该环状电极耦合的第一辐射体，
在所述母基板设置有第二辐射体，该第二辐射体经由电磁场与所述环状电极耦合。
2.如权利要求1所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述第一辐射体是接地导体。
3.如权利要求1所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述第二辐射体是接地导体。
4.如权利要求1至3的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述环状电极与所述第一辐射体电连接。
5.如权利要求1至4的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述第一辐射体与所述第二辐射体电连接。
6.如权利要求1至5的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述环状电极配置为位于所述第二辐射体的端部或者其附近。
7.如权利要求1至6的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述子基板由多层基板构成，所述无线IC元件和所述第一辐射体分别设在该多层基板的不同的层，
所述环状电极由以下部分构成：
第一平面导体，该第一平面导体与所述无线IC元件设置在同一层且与该无线IC元件的第一端子电连接；
第一层间导体，该第一层间导体将所述第一平面导体与所述第一辐射体电连接；
第二平面导体，该第二平面导体与所述无线IC元件设置在同一层且与该无线IC元件的第二端子电连接；
第二层间导体，该第二层间导体将所述第二平面导体与所述第一辐射体电连接；以及
导体部分，该导体部分是在所述第一辐射体中，将与所述第一层间导体的连接点与所述第二层间导体的连接点连在一起的部分。
8.如权利要求1至6的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述子基板由多层基板构成，所述无线IC元件和所述第一辐射体分别设在该多层基板的不同的层，
所述环状电极由以下部分构成：
第三平面导体，该第三平面导体与所述无线IC元件设置在不同的层且经由第三层间导体与该无线IC元件的第一端子电连接；
第四层间导体，该第四层间导体将所述第三平面导体与所述第一辐射体电连接；
第四平面导体，该第四平面导体与所述无线IC元件设置在不同的层且经由第五层间导体与该无线IC元件的第二端子电连接；
第六层间导体，该第六层间导体将所述第四平面导体与所述第一辐射体电连接；以及
导体部分，该导体部分是所述第一辐射体中，将与所述第四层间导体的连接点与所述第六层间导体的连接点连在一起的部分。
9.如权利要求1至8的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述无线IC元件是处理高频信号的无线IC芯片。
10.如权利要求1至8的任一项所述的复合印刷布线基板，其特征在于，
所述无线IC元件由处理高频信号的无线IC芯片以及包含具有预定的谐振频率的供电电路的供电电路基板构成。
11.一种无线通信系统，其特征在于，
包括由母基板和装载在该母基板的子基板构成的复合印刷布线基板，
在所述子基板设置有：处理高频信号的无线IC元件、与该无线IC元件耦合的环状电极、与该环状电极耦合的第一辐射体，
在所述母基板设置有第二辐射体，该第二辐射体经由电磁场与所述环状电极耦合。
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