CN103026551A - 读写用天线模块以及天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种读写用天线模块，该读写用天线模块能够确保天线导体和贴片型元器件之间的绝缘，并且保护该贴片型元器件不受外来噪声或外部应力的影响。本发明的读写用天线模块1采用柔性基板10，该柔性基板10具有第1基底部11、第2基底部12、以及连接第1基底部11和第2基底部12的弯曲部13。因而，柔性基板10具有利用弯曲部13的柔性进行弯折，从而使得第1基底部11的第1主面11a和第2基底部12的第1主面12a相对的结构，并且其主要特征在于，在该弯折结构中，在天线导体21和贴片型元器件31之间配置有磁性体层41。

Description

读写用天线模块以及天线装置
技术领域
本发明涉及一种读写用天线模块，特别涉及一种适用于与RFID(RadioFrequency I dentifi cat ion:射频识别)标签的近距离通信的HF(Hi ghFrequency:高频)带的读写用天线模块、以及使用该读写天线模块的天线装置。
背景技术
作为物品的管理系统，已知有读写器与RFID标签以非接触方式进行通信，从而在读写器与RFID标签之间进行信息传输的RFID系统。读写器构成为具有用于处理无线信号的无线IC和用于发送接收无线信号的天线，在RFID标签的天线与读写器的天线之间通过电磁场发送接收作为高频信号的规定信息，
近几年，该RFID系统的应用领域越来越广泛，还有将读写器安装到例如移动通信终端的用途。因此，推进了读写器的小型化，例如提出了如专利文献1中所记载的卡片型的读写器用天线模块。该天线模块是将天线导体或半导体存储器等与柔性布线基板形成为一体而得到的模块，该天线模块具有这样的结构：将设置有天线导体的基板和设置有半导体存储器等贴片型元器件的基板进行堆叠，用具有柔性的引线将这些基板连接起来。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2007/105469号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在该结构中，将设置有天线导体的基板堆叠到设置有贴片型元器件的基板之中的与设置有贴片型元器件的面相反一侧的面上。因此，为了使贴片型元器件成为从表面露出的状态以保护其不受外来噪声或外部应力的影响，需要另外设置金属壳或者树脂层等。另外，因为将设置有天线导体的基板和设置有安装元器件的基板直接粘贴起来，因此，连结各个基板的引线的曲率变小，施加到引线上的弯曲应力变大，不能充分地保证各个基板的导通可靠性。
本发明正是鉴于上述问题而设计的。
为解决问题所采用的技术方案
本发明的读写用天线模块1采用柔性基板，该柔性基板具有第1基底部、第2基底部、以及连接第1基底部和第2基底部的弯曲部。因而，柔性基板具有利用弯曲部的柔性进行弯折，从而使得第1基底部的第1主面和第2基底部的第1主面相对的结构（以下称为弯折结构），并且该柔性基板的主要特征在于，在该弯折结构中，在天线导体和贴片型元器件之间配置有磁性体层。
发明效果
在本发明中，由于在天线导体和贴片型元器件之间(更详细而言是在天线导体和由贴片型元器件构成的RF电路之间)存在磁性体层，因此，能够确保天线导体和贴片型元器件(更详细而言是RF电路)之间的绝缘，并且能够保护贴片型元器件不受外来噪声或外部应力的影响。另外，由于在第1基底部和第2基底部之间配置有贴片型元器件和磁性体层，因此，连接导体的曲率能够取得相对较大，因而，施加到连接导体的弯曲应力变小，能够保证各个基板的导通可靠性。
附图说明
图1是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。(实施例1)
图2是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前后的结构的俯视图和剖面图。(实施例1)
图3是本发明所涉及的读写用天线模块中所应用的电路图的示例。(实施例1)
图4是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。(实施例2)
图5是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前后的结构的俯视图和剖面图。(实施例3)
图6是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。(实施例4)
图7是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前的结构的剖面图、俯视图和仰视图。(实施例5)
图8是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折后的结构的剖面图、俯视图和仰视图。(实施例5)
图9是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前的结构的剖面图、俯视图和仰视图。(实施例6)
图10是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中安装时的结构的剖面图、俯视图和仰视图。(实施例6)
图11是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中使用时的结构的剖面图、俯视图和仰视图。(实施例6)
图12是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的俯视图。(实施例7)
图13是示出了本发明所涉及的天线装置的剖面图和俯视图。(实施例8)
图14是示出了增益天线的立体图及其等价电路图。(实施例8)
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的方式进行说明。
<实施例1>
图1是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。另外，图2是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前后的结构的俯视图和剖面图。图2(A)是弯折前的俯视图。另外，图2(B)是弯折前的剖面图。另外，图2(C)是弯折后的剖面图。本实施例的读写用天线模块构成为适用于与RFID标签的近距离通信的HF带的读写用天线模块。
柔性基板10具有第1基底部11、第2基底部12、以及连接第1基底部11和第2基底部12的弯曲部13。该柔性基板10利用液晶聚合物或聚酰亚胺等具有柔性和弹性的柔性树脂片材来构成，利用该柔性树脂片材将第1基底部11、第2基底部12以及弯曲部13形成为一体。另外，至少在第1基底部11及第2基底部12中，层叠多个柔性树脂片材来构成层叠体。由此，由于柔性基板10是相同的柔性树脂片材的层叠体，因此，能够利用所谓的片材层叠过程来制作基板。例如，不利用制作第1基底部11和第2基底部12后再由弯曲部13来连接它们那样的复杂工序，而能够利用简单的过程来进行制作。另外，由于不需要用于连接第1基底部11和弯曲部13、以及用于连接第2基底部12和弯曲部13的连接器等连接元器件，因此，特别容易实现天线导体21和RF(Radio Frequency:射频)电路的阻抗匹配。另外，根据第1基底部11和第2基底部12的厚度、布线密度、布线材料、有无磁性体层、有无贴片型元器件等来对其赋予刚性。因此，第1基底部11和第2基底部12的刚性随着厚度、布线密度、布线材料自身的刚性而变化。另外，由于磁性体层41和贴片型元器件31、33的存在，刚性变得相对较高。
在柔性基板10之中的第1基底部11上，设置有由金属箔等导体图案构成的天线导体21。将该天线导体21构成为对多匝卷绕的导体图案进行多层层叠而成的线圈状的天线导体，且该天线导体21设置于第1基底部11的表层和内层。导体图案彼此可以通过电容耦合来连接，也可以通过由导电性糊料等形成连接导体来连接。
另外，在第1基底部11之中的第1主面11a上设置有将铁氧体等磁性体粉末分散到树脂材料中而得到的磁性体层41。该磁性体层41的外形尺寸大于天线导体21的外形尺寸。优选磁性体层41的外形尺寸等于或大于第1基底部11的外形尺寸。
在柔性基板10之中的第2基底部12上设置有RF电路。该RF电路具有贴片型元器件31、33，以及用于连接贴片型元器件31、33的布线导体24(参照图2)。在本实施例中，贴片型元器件31图示为无线IC，贴片型元器件33图示为贴片电容器。第2基底部12的第1主面12a上，通过表面导体(连接盘)28及焊锡等接合材料35来安装贴片型元器件31、33。作为贴片型元器件的示例，举例包括存储电路和逻辑电路的无线IC、水晶振荡器等有源器件、贴片电容器或贴片电感器、以及贴片电阻等无源器件等。
另外，在第2基底部12的内层设置有内部导体27和连接导体29。内部导体27设置于柔性树脂片材的表面。另外，通过在柔性树脂片材上形成贯通孔并填充导电性糊料，来形成连接导体29。内部导体27和连接导体29与表面导体28电连接。因而，也可以在第2基底部的内层配置内部导体27和连接导体29，以具有与设计值相应的C和L。
在柔性基板10之中的弯曲部13上设置有连接导体25，该连接导体25用于将设置于第1基底部11的天线导体21和第2基底部12的RF电路电连接。连接导体25利用例如金属箔那样的柔性的导电材料来构成。
因而，在本实施例的读写用天线模块1中，柔性基板10具有利用弯曲部13的柔性进行弯折，从而使得第1基底部11的第1主面11a和第2基底部12的第1主面12a相对的结构(弯折结构)。第1基底部的第1主面11a和第2基底部12的第1主面12a在弯折前形成为同一个面。因而，天线导体21和贴片型元器件31、33之间配置有磁性体层41。由此，由于天线导体21和贴片型元器件31、33之间(更详细而言是天线导体21与RF电路之间)存在磁性体层41，因此，能够确保天线导体21与RF电路之间的绝缘，且能够保护贴片型元器件31、33不受外来噪声或外部应力的影响。另外，由于在第1基底部11和第2基底部12之间配置有贴片型元器件31、33和磁性体层41，所以设置于弯曲部13的连接导体25的曲率能够取得相对较大，因此，施加到连接导体25的应力变小，能够确保第1基底部11和第2基底部12的导通可靠性。
在本实施例中，当俯视时，在第2基底部12上设置有接地导体23，以实质上覆盖构成有RF电路的区域。在本实施例中，设置在第2基底部12的第2主面12b上。因而，第2基底部12上的贴片型元器件31、33配置在磁性体层41和接地导体23之间。因此，能够进一步地使RF电路与外来噪声隔离开，提高RF电路的绝缘特性，能够构成可靠性高的读写用天线模块。
另外，在本实施例的读写用天线模块1中，在磁性体层41的表面设置有粘接层43，通过该粘接层43将磁性体层41与贴片型元器件31连接起来。在本实施例中，粘接层43是双面胶带那样的片状的粘接片材。也就是说，利用该粘接片材来保持第1基底部11和第2基底部12相对的弯折结构。该粘接片材与贴片型元器件31、33之中最高的贴片元器件31的顶面粘接，该最高的贴片元器件31安装在第2基底部12之中相对于第2基底部12的中心位置远离弯曲部13的一侧。由此，易于维持第1基底部11和第2基底部12的弯折状态，能够构成形状稳定性优越的读写用天线模块。
另外，在本实施例中，弯曲部13中的连接导体25设置于弯折结构中，以使其位于弯折结构的内侧。因此，连接导体25断线的危险性较小，能够实现连接可靠性优越的弯折结构。
在设置于柔性基板10的表层的连接导体25和接地导体23等之上，也可以根据需要形成焊料抗蚀剂图案。另外，粘接层43不限定为片状的粘接片材，也可以由粘接剂等来构成。
图3是本发明所涉及的读写用天线模块中所应用的电路图的示例。图3(A)是框图。本实施例的读写用天线模块在无线IC72与天线80之间具有接收电路73、滤波电路74、以及匹配电路75。因而，RF电路70具有振荡器71、无线IC72、接收电路73、滤波电路74、以及匹配电路75。利用平衡线路，由无线IC72输出的发送信号通过滤波电路74及匹配电路75被传输到天线80。另一方面，利用不平衡线路，由天线80所接收到的接收信号通过匹配电路75及接收电路73被传输到无线IC72。该RF电路70也可以通过例如连接器与未图示的其它电路连接。作为与其它电路连接的示例，考虑为例如与控制电路的连接等。
图3(B)是接收电路73、滤波电路74、匹配电路75、以及天线80的实际电路图。
滤波电路74与匹配电路75共用一部分的电容器。发送信号通过滤波电路74及匹配电路75被传输到天线75。另外，由匹配电路75输出的接收信号被输入到接收电路73。接收电路73是用于调整接收信号的振幅和直流电位的偏置电路。
<实施例2>
图4是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。
如本实施例的读写用天线模块1那样，第1基底部11可以由单层的柔性树脂片材来构成。在这种情况下，天线导体21如图所示，可以是在柔性树脂片材的表面和背面构成的双层的线圈状天线导体，或者也可以是仅设置于第1基底部11的第1主面11a(或者第2主面11b)的单层的线圈状天线。该天线优选形成为多匝，但是也可以为1匝。另外，第2基底部12也可以由单层的柔性树脂片材来构成。
<实施例3>
图5是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前后的结构的剖面图。图5(A)是弯折前的剖面图，图5(B)是弯折后的剖面图。
如本实施例的读写用天线模块1那样，弯曲部13可以与第1基底部11及第2基底部12的与第1主面11a、12a相反侧的面(第2主面11b、12b)的一侧连接。该弯折结构能够使连接导体25的曲率变得更大。另外，第2基底部12中的接地导体23也可以设置在第2基底部12的内层。
<实施例4>
图6是示出了本发明所涉及的读写器用天线模块的剖面图。如本实施例的读写用天线模块1那样，贴片型元器件(在本实施例中为无线IC)37也可以内置于第2基底部12。在这种情况下，能够将安装于第2基底部12的第1主面12a的贴片型元器件33、34之中最高的贴片型元器件34的顶面利用作与粘接层43之间的粘接面。另外，弯曲部13中的连接导体25也可以设置于柔性树脂片材的各层之间。
<实施例5>
图7是示出了在本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前后的结构的图。图7(A)是剖面图，图7(B)是俯视图，图7(C)仰视图。另外，图8是示出了弯折后的结构的图。图8(A)是剖面图，图8(B)是俯视图，图8(C)仰视图。
天线导体21从第1基底部11的未设置有磁性体层41的一侧的第2主面11b露出。另外，在第2基底部12的未安装贴片型元器件31、33的一侧的第2主面12b上形成有表面导体28。该表面导体28与第2基底部12内的内部导体27和层间导体29电连接。在弯折之后，天线导体21和表面导体28从读写用天线模块的表面露出。表面导体28通过粘接材料与印刷布线板等连接。
另外，不采用粘接片材，而通过使设置于第1基底部11的钩部14a和设置于第2基底部12的钩部14b相互卡合来保持弯折结构。或者，也可以在使用粘接片材的基础上再使钩部14a和钩部14b卡合。
钩部14a、14b能够用与第1基底部11、第2基底部12及弯曲部13相同的材质来形成为一体。另外，由于用钩部14a、14b来维持弯折结构，因此，通过拔掉钩部14a、14b能够简单地切换未弯折的结构和弯折结构。
<实施例6>
图9是示出了本发明所涉及的读写用天线模块中弯折前的结构的图。图9(A)是剖面图，图9(B)是俯视图，图9(C)仰视图。另外，图10是示出了安装时的结构的图。图10(A)是剖面图，图10(B)是俯视图，图10(C)仰视图。另外，图11是示出了使用时的结构的图。图11(A)是剖面图，图11(B)是俯视图，图11(C)仰视图。
本实施例是将第1基底部11折叠2次的结构。利用这样的结构，在将第2基底部12保持为小型的情况下，能够使由天线导体21构成的开口面积变大。
在供应或安装读写用天线模块时，如图10所示，折叠第1基底部11，形成为与第2基底部12大致相同的尺寸以预留钩部14a、14b。于是，能够形成为SMD型的元器件形状。因此，能够与一般的元器件一样用带缚住。另外，在用贴片机安装到基板上之后，还能够进行回流安装。
在使用读写用天线模块时，如图11所示，暂时拔掉钩部14a、14b来增大第1基底部11。然后，在增大了第1基底部11的状态下再次扣住钩部14a、14b，由此能够在天线导体21和贴片型元器件31、33之间配置磁性体层41。
<实施例7>
图12是示出了本发明所涉及的读写用天线模块的俯视图。如本实施例的读写用天线模块1所示，在安装于第2基底部12的第1主面12a的贴片型元器件31、33之中，优选将配置在相对于第2基底部12的中心位置靠近弯曲部13的贴片型元器件33(在本实施例中为贴片型电容器)的长度方向配置成与第2基底部12和弯曲部13的边界线平行。在相对于第2基底部12的中心位置靠近弯曲部13的一侧，由于在弯折弯曲部13时施加了较大的应力，因此，通过这样配置贴片型元器件33，能够防止弯折时贴片型元器件33脱落。
<实施例8>
图13是示出了本发明所涉及的天线装置的图。图13(A)是剖面图，图13(B)是示出了增益天线和读写用天线模块的位置关系的俯视图。另外，图14是示出了增益天线的立体图及其等价电路图。
实施例1～7所说明的读写用天线模块的天线导体的大小相对较小。因此，在需要确保较大通信距离的情况下，优选如图13那样追加增益天线。
天线装置50具有读写用天线模块1、印刷布线板53、增益天线55、基材片材57、粘接层59、以及框体51。
读写用天线模块1通过粘接材61安装到印刷布线板53的表面。另外，在印刷布线板53上形成对读写用天线模块供电的供电电路(未图示)。印刷布线板53收纳于框体51的内部。
形成于柔性基材片材57的两个主面的2个线圈图案55a、55b进行电容耦合，以形成增益天线55。如图14(A)所示，该线圈图案55a、55b分别进行卷绕，以使线圈图案55a、55b上所产生的感应电流的方向相同。另外，增益天线55和基材片材57通过粘接层59固定于框体51的内壁。
增益天线55如图14(B)所示，利用LC谐振电路来构成，具有与载波频率(13.56MHz)相当的谐振频率。
在本实施例中，将增益天线55的线圈轴配置成与读写用天线模块1的天线导体21的线圈轴平行。增益天线55的外形尺寸大于天线导体21的外形尺寸。另外，配置为天线导体21的线圈的开口位于增益天线55的线圈的开口之中。特别地，配置为增益导体21的位置在增益天线55的线圈图案55a、55b的位置附近，以使天线导体21和增益天线55通过磁场耦合。另外，也可以配置成使增益天线55的线圈轴和天线导体21的线圈轴正交。
发送信息时，由无线IC(未图示)所产生的发送信号通过天线导体21被传输到增益天线55。因而，从增益天线55向通信对象的天线进行发送。另一方面，在接收信息时，利用增益天线55来接收由通信对象的天线所发送的信号。因而，接收信号通过天线导体21被传输到无线IC。
由此，天线导体21和增益天线55通过磁场耦合。因此，不需要用接触针或柔性电缆来将增益天线55和供电电路连接起来。
为了提高高频信号的传输效率，优选天线导体21具有与载波频率相当的谐振频率。在进行耦合之后，增益天线55的谐振频率有时会因为与天线导体21的磁场耦合而发生变化。该耦合程度由天线导体21和增益天线55之间的距离、以及线圈的开口面积等的设计因素来决定。因此，在与增益天线55耦合之后，可以将天线导体21的谐振频率设计成载波频率(13.56MHz)。
另外，在本实施例中，说明了天线导体21和增益天线55通过磁场耦合的情况，也可以通过电场来耦合。
标号说明
1读写用天线模块
10柔性基板
11第1基底部
11a第1主面
11b第2主面
12第2基底部
12a第1主面
12b第2主面
13弯曲部
14a、14b钩部
21天线导体
23接地导体
24布线导体
25连接导体
27内部导体
28表面导体
29层间导体
31贴片型元器件(无线IC)
33贴片型元器件(贴片电容器)
34贴片型元器件(贴片电容器)
35粘接材
37贴片型元器件(无线IC)41磁性体层
43粘接层
50天线装置
51框体
53印刷布线板
55增益天线
55a、55b线圈图案57基材片材
59粘接层
61粘接材
70RF电路
71振荡器
72无线IC
73接收电路
74滤波电路
75匹配电路
80天线

Claims (10)

1.一种读写用天线模块，其特征在于，具有
柔性基板，该柔性基板具有第1基底部、第2基底部、以及连接所述第1基底部和所述第2基底部的弯曲部；
天线导体，该天线导体设置于所述第1基底部；
贴片型元器件，该贴片型元器件安装于所述第2基底部的第1主面且构成RF电路；
柔性的连接导体，该柔性的连接导体设置于所述弯曲部且用于将所述天线导体和所述贴片型元器件电连接；以及
磁性体层，该磁性体层设置于所述第1基底部的第1主面，
所述柔性基板具有以使所述第1基底部的所述第1主面和所述第2基底部的所述第1主面相对的方式进行弯折的弯折结构，
所述天线导体和所述贴片型元器件之间配置有所述磁性体层。
2.如权利要求1中所述的读写用天线模块，其特征在于，
在所述第2基底部上设置有接地导体，所述贴片型元器件配置于所述磁性体层和所述接地导体之间。
3.如权利要求1或2中所述的读写用天线模块，其特征在于，
在所述磁性体层的表面设置有粘接层，通过所述粘接层将所述磁性体层和所述贴片型元器件粘接，由此来保持所述弯折结构。
4.如权利要求3中所述的读写用天线模块，其特征在于，
所述粘接层由片状的粘接片材构成，所述粘接片材粘接到所述贴片型元器件之中最高的贴片型元器件的顶面。
5.如权利要求4中所述的读写用天线模块，其特征在于，
在所述第2基底部之中，在相对于所述第2基底部的中心位置远离所述弯曲部的一侧，装载所述贴片型元器件之中最高的元器件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的读写用天线模块，其特征在于，
所述柔性基板由柔性树脂片材构成，所述第1基底部、所述第2基底部及所述弯曲部利用所述柔性树脂片材形成为一体。
7.如权利要求6中所述的读写用天线模块，其特征在于，
所述柔性基板至少在所述第1基底部及所述第2基底部上由层叠多个所述柔性树脂片材而成的层叠体来构成。
8.如权利要求6或7中所述的读写用天线模块，其特征在于，
在所述弯折结构中，设置为所述连接导体位于所述柔性树脂片材的内侧。
9.如权利要求1至8中任一项所述的读写用天线模块，其特征在于，
所述贴片型元器件之中，将配置在相对于所述第2基底部的中心位置靠近所述弯曲部的一侧的贴片型元器件的长度方向配置成与所述第2基底部和所述弯曲部的边界线平行。
10.一种天线装置，其特征在于，具有
权利要求1至9中所记载的读写用天线模块；
印刷布线板，在该印刷布线板的表面安装有所述读写用天线模块；
增益天线，该增益天线设置为与所述读写用天线模块的天线导体通过电磁场耦合且外形尺寸大于所述天线导体；以及
框体，在该框体的内部收纳有所述印刷布线板和所述增益天线。
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