CN104836022A - 天线装置、非接触电力传输用天线单元及电子设备 - Google Patents

天线装置、非接触电力传输用天线单元及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供天线装置、非接触电力传输用天线单元及电子设备。目的在于，在需要在大电力传输、薄型化的天线装置中实现天线装置的薄型化。具有螺旋线圈(2)、支撑该螺旋线圈(2)的一个以上的磁性层(5)以及电路基板(7)的天线装置(1)的特征在于，从磁性层(5)的螺旋线圈内周侧到外周设置有切口部(9)，在切口部(9)设置有电路基板(7)，在电路基板(7)设置有用于与螺旋线圈(2)的引出线连接的端子部(8)和用于与外部电气路径连接的连接端子(10)，螺旋线圈内周侧的引出线(3a)与电路基板(7)的内周侧的端子部(8a)连接，螺旋线圈外周侧的引出线(3b)与电路基板(7)的外周侧的端子部(8b)接合。

Description

天线装置、非接触电力传输用天线单元及电子设备
技术领域
本发明涉及例如天线装置，特别是，涉及具有螺旋线圈、支撑该螺旋线圈的一个以上的磁性层及电路基板的天线装置，涉及来自螺旋线圈内周侧的引出线与电路基板的内周侧的连接端子部连接，来自螺旋线圈外周侧的引出线与电路基板的外周侧的连接端子部接合的天线装置、非接触电力传输用天线单元、及电子设备。
背景技术
在近年的无线通信设备中，搭载有电话通信用天线、GPS(GlobalPositioning System：全球定位系统)用天线、无线LAN(Local Area Network：局域网)/蓝牙(BLUETOOTH、注册商标)用天线、以及RFID(RadioFrequency Identification：射频识别)等多个RF天线。并且，随着非接触充电的导入，也逐渐开始搭载电力传输用天线。
作为非接触充电方式中使用的电力传输方式，可以举出电磁感应方式、电波接收方式、磁共鸣方式等。这些都是利用初级线圈与次级线圈间的电磁感应与磁共鸣的方式，上述RFID也利用电磁感应。
这些天线即使设计成天线个体在目标频率下能够得到最大的特性，当实际安装在电子设备上时，也难以得到目标特性。这是因为由于天线周边的磁场成分与位于周边的金属等干涉(耦合)，天线线圈的感应系数实质上减少，从而导致共振频率发生位移。另外还因为，由于天线线圈的感应系数实质上减少，从而导致接收敏感度降低。
作为解决这些问题的对策，通过在天线线圈与存在于其周边的金属之间插入磁屏蔽材料，使天线线圈发生的磁通聚集到磁屏蔽材料，从而使由金属引起的干涉减少。另外，通过将这样的磁屏蔽材料配置在天线线圈的附近，使天线线圈的感应系数、以及表示通信时天线之间磁性耦合的良好度的耦合系数增加。
然而，在面向手机用途的天线装置中，为了容纳在薄的设备内，希望天线装置制作得薄。特别是在使用螺旋线圈的天线装置中，为了与外部连接而从线圈内周侧引出线圈端部的线材时，需要使线圈主体交叉，因此使用线圈的天线装置的厚度是在线圈的丝径的两倍厚度上加上上述磁屏蔽材料的厚度。
在此，在专利文献1中记载了，为了使天线装置的厚度变薄，如图4的(a)、(b)所示，在聚集磁通用的防磁片(此处作为磁性层105进行说明)设置狭缝106，通过使来自螺旋线圈102的内周侧的引出线103a通过该部分，从而使天线装置的厚度变薄的方法。此时，天线装置的厚度是螺旋线圈的厚度的两倍，或是螺旋线圈102、磁性层105与粘结层104的总和，是这二者中较厚的一方。
当该天线装置作为非接触供电用使用时，增大输送电力，则由于线圈的阻力而产生焦耳热，天线装置的温度上升。为了降低这些，需要增大线圈的丝径(增大线材的截面积)，抑制线圈的发热。而且，非接触供电的标准规格之一的“Qi规格”规定为5W为止的电力传输，但正在准备对应至15W，今后，增大线圈的丝径而抑制发热逐渐变得重要。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-210861号公报
专利文献1：日本专利特开2007-281315号公报
发明内容
但是，在上述专利文献1的方法中，如果螺旋线圈102的丝径超过磁性层105与粘结层104的厚度之和，则上述天线装置的厚度一定是上述丝径的2倍，所以不能抑制天线装置的厚度。
即，专利文献1是在防磁片接合有线圈的带防磁片线圈，在防磁片形成狭缝，从线圈的内周侧引出的线材容纳于其中，如果线圈的丝径比防磁片的厚度大，则无法比丝径的2倍更薄。
另外，专利文献2公开了将在绝缘层上形成的平面螺旋线路的螺旋中心侧的一端与在绝缘层上形成的引出线路连接后层叠而成的线圈部件，该文献还记载着可以通过将形成有电极图案的聚酰亚胺等的薄片粘贴后层叠而成的多层柔性基板制作成该线圈部件。但是，该文献2公开的线圈部件是与非接触供电天线不同方式的线圈部件，不以薄型化为目的。
因此，本发明的目的在于在需要大电力传输、薄型化的天线装置等中实现该天线装置本身的薄型化。
为了解决上述问题，本发明的一个方式涉及的天线装置的特征在于，在具有螺旋线圈、支撑该螺旋线圈的一个以上的磁性层及电路基板的天线装置中，从上述磁性层的上述螺旋线圈内周侧到外周设置切口部，在上述切口部设置上述电路基板，上述电路基板设置有用于与上述螺旋线圈的引出线连接的端子部和用于与外部电气路径连接的连接端子，上述螺旋线圈内周侧的引出线与上述电路基板的内周侧的端子部连接，上述螺旋线圈外周侧的引出线与上述电路基板的外周侧的端子部接合。
根据本发明涉及的天线装置、非接触电力传输用天线单元及电子设备，在磁屏蔽层设置切口部，在该部分设置比构成螺旋线圈的线材薄的电路基板，经由其将来自螺旋线圈的内周侧的信号取出至外部，因此能够使天线装置本身薄型化。
附图说明
图1的(a)是示出适用了本发明的第一实施方式涉及的天线装置的俯视图，(b)是(a)的立体图。
图2是示出图1的(a)和(b)所示的本发明的第一实施方式涉及的天线装置的制作方法的说明图。
图3的(a)是示出适用了本发明的第二实施方式涉及的天线装置的俯视图，(b)是(a)的立体图。
图4的(a)是示出现有发明的实施方式涉及的天线装置的俯视图，(b)是(a)在AA’线的剖视图。
具体实施方式
下面，一边参考附图一边对用于实施本发明的方式进行详细的说明。另外，本发明不仅仅限定于下面的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然可以有各种变形。
(第一实施方式)
<天线装置的结构>
图1的(a)是适用了本发明的第一实施方式涉及的天线装置的俯视图，图1的(b)示出图1的(a)的立体图，对天线装置的结构进行说明。
如图1的(a)及图1的(b)所示，天线装置1具有将导线旋涡状缠绕而形成的螺旋线圈2(该附图中进行了简化，以一匝大线圈描述)、磁性层5、以及电路基板7。
在该磁性层5形成有切口部9，该切口部9设置有电路基板7，经由粘结层4，将螺旋线圈2接合在由磁性层5与电路基板7构成的复合基板上。该切口部9不需要延伸至磁性层5的端部而形成，可以仅在设置电路基板7所需要的部分形成。另外，切口部9可以是以磁性层5的一部分残留的形式挖下的沟状的形状。
在电路基板7上形成有连接构成螺旋线圈2的导线的引出部3a、3b的端子部8a、8b、用于与外部电路连接的连接端子部10、以及将那些电连接的电路图案。螺旋线圈2的内周侧的引出线3a在螺旋线圈2的内周侧与电路基板7的端子部8a连接，而且螺旋线圈2的外周侧的引出线3b在螺旋线圈2的外周侧与电路基板7的端子部8b连接。通过在连接端子部10连接未图示的整流电路等，构成非接触充电电路的次级电路。
电路基板7在电介质基板的单面或双面形成有导电材料的电路图案，可以使用刚性基板、富有柔软性的柔性基板、或者作为两者的复合体的刚性/柔性基板。
单面柔性基板中由于即使导体厚度为35μm也能够将厚度抑制在大致0.07mm～0.08mm，所以当磁性层5的厚度比上述引出线3a的厚度小时，与从螺旋线圈2的内周侧向外周侧引出引出线3a相比，使用电路基板7向外周侧引出能够使天线装置的厚度变薄。
磁性层5能够使用Fe类、Fe-Si类、铝硅铁粉、坡莫合金、非晶磁性体等的金属磁性体、MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、或者、向由上述磁性体构成的磁性颗粒中添加作为粘合剂的树脂制作而成的磁性树脂材料、向磁性颗粒中添加少量的粘合剂进行压缩成形而制作的压粉成形材料。这些磁性体能够单独或混合使用。另外，磁性层5可以作为将由上述材料构成的多个磁性层组合而成的复合结构或层叠结构使用。
另一方面，形成螺旋线圈2的导线，当是5W左右的充电输出电容时，在大致100kHz～200kHz的频率下使用时，优选使用由直径0.20mm～0.45mm的铜或以铜作为主要成分的合金构成的单线。或者，为了降低导线的表皮效果，可以使用将比上述单线细的多根细线捆绑成束后的平行线、编织线，也可以使用厚度薄的矩形线或扁平线作成1层或2层的α卷。
由于粘结层4是用于将螺旋线圈2接合在由磁性层5及电路基板7构成的复合基板上，因此只要具有粘着性可以是任意材料。例如，能够使用在PET等薄片的两面形成有粘着层的双面粘着带，并且，也能够使用将磁粉末混合到树脂而制作出的磁性树脂片。使用磁性树脂片时，由于粘结层4的部分也作为磁性体产生作用所以能够使磁屏蔽性更加提高。此时，制作厚的磁性树脂片，埋入螺旋线圈2后使用，能够更加提高粘结性、磁屏蔽性，另外能够期待由螺旋线圈2产生的热容易散热的效果。
图1中，在粘结层4设置有开口部6a、6b，以便在后面的工序中不阻碍引出部3a、3b与电路基板7上的配线的连接，开口部6a、6b设置在与那些连接位置对应的部分。
由此，在第一实施方式中，在图1的(a)和(b)示出，在非接触充电用的螺旋线圈2的背侧配置形成有从该线圈内侧到线圈外侧的两根导体图案的电路基板7，该线圈2的内周侧与外周侧的端部分别与导体图案连接，制作天线模块。通过电路基板7上的导体图案抑制了厚度的另一面、在担忧由于截面积减少而导致导通阻力的增加的情况下，可以通过将图案宽度增大来进行处理。
<天线装置的制造方法>
下面，参考图2，对之前图1的(a)及图1的(b)所示的天线装置的制作步骤的一个例子进行说明，在此，也适当参考图1的(a)和(b)。
首先，准备磁性层5的片材。由于该片材是将磁通聚集于螺旋线圈2的周边的部件，所以一般使用比螺旋线圈2大的磁性层。为了设置电路基板7，因此在磁性层5设置与电路基板7大致相同形状的切口部9。
下面，在该切口部9插入电路基板7。此后，将粘结层4粘贴在由磁性层5与电路基板7构成的复合基板(复合体)的一个表面。在粘结层4设置有与端子部8a、8b对应的开口部6a、6b。这是为了之后能够通过焊锡等将来自螺旋线圈2的引出部3a、3b与在电路基板7形成的导体图案、即端子部8a、8b连接而设置的。
最后将螺旋线圈2粘贴在粘结层4的表面并加压，将引出部3a、3b通过焊锡固定在电路基板7上的规定的导体图案位置(图1的(a)的端子部8a、8b)，从而能够完成制作。使用磁性树脂层作为粘结层4时，通过加压的同时也进行加热而使树脂固化，从而巩固接合。
如上述所说明的，根据本发明的第一实施方式，在磁性层5形成切口部9，在该切口部9安装电路基板7，由于能够通过电路基板7上的导体图案将螺旋线圈2的内周侧的引出部3a导向线圈外周(外部)，所以能够防止由于层叠导致的层增厚，能够抑制螺旋线圈2的直径、磁性层5、以及粘结层4的总和的总厚度，所以可以使天线模块本身薄型化。
(第二实施方式)
图3的(a)中示出适用了本发明的第二实施方式涉及的天线装置的俯视图，图3的(b)示出图3的(a)的立体图，对天线装置的结构进行说明。在此，与图1相同种类的结构使用相同符号，省略重复的说明，以特征部分为中心进行说明。
如图3的(a)及图3的(b)所示，天线装置20具有磁性层5、粘结层4、螺旋线圈2、和电路基板11。并且，天线装置20中使用软电缆作为电路基板11，为了容易与外部元件连接，电缆长度从磁性层5向外侧长长地延长。在该例中，还在电路基板11上设置传感用的元件13。传感器件是例如用于监控天线装置的温度上升的热敏电阻等感温元件、用于监控磁场强度的霍尔元件等。但是，不限定于此。
在电路基板11上形成有连接构成螺旋线圈2的导线的引出部3a、3b的端子部12a、12b、用于与外部电路连接的连接端子部14、以及将那些电连接的电路图案。螺旋线圈2的内周侧的引出线3a在螺旋线圈2的内周侧与电路基板11的端子部12a连接，并且螺旋线圈2的外周侧的引出线3b在螺旋线圈2的外周侧与电路基板11的端子部12b连接。通过在连接端子部14连接未图示的整流电路等，构成非接触充电电路的次级电路。
另外，在图3中粘结层4设置有开口部6c，以便在后面的工序中不阻碍引出部3a与电路基板7上的配线的连接，开口部6c设置在与那些连接位置对应的部分。
如此，在第二实施方式中，将形成引出线的电路基板11延长至模块外。由于该基板由柔性印刷基板形成，因此在设备框体中的安装性优越，并且在可动部分形成有利于反复弯曲的结构。
如上述所说明的，根据本发明的第二实施方式，在磁性层5形成切口部9，在该切口部9安装电路基板11，由于能够通过电路基板11上的导体图案将螺旋线圈2的内周侧的引出部3a导向线圈外周，所以能够防止由于层叠导致的层增厚，能够抑制螺旋线圈2的直径、磁性层5、以及粘结层4的总和的总厚度，所以可以使天线模块本身薄型化。并且，可以提供使传感器件的安装自由度提高的天线模块。
以上，在本发明的第一及第二实施方式涉及的天线装置中，由于在磁性层、即磁屏蔽层设置切口，在该部分设置比构成螺旋线圈线材薄的电路基板，并经由该电路基板将来自螺旋线圈的内周侧的信号向外部取出，因此能够使天线装置薄型化。
以上，对本发明的第一及第二实施方式进行了说明，但本发明不限定于此，当然在不脱离该宗旨的范围内可以有各种改进、变更。例如，本实施方式涉及的天线装置可以适用于智能手机等电子设备。
符号说明
1、20 天线装置
2 螺旋线圈
3a、3b 引出部
4 粘结层
5 磁性层
6a、6b、6c 开口部
7、11 电路基板
8a、8b、12a、12b 端子部
9 切口部
13 元件
10、14 连接端子部

Claims (6)

1.一种天线装置，具有螺旋线圈、支撑该螺旋线圈的一个以上的磁性层、以及电路基板，其特征在于，
从所述磁性层的所述螺旋线圈的内周侧到外周设置有切口部；
在所述切口部设置有所述电路基板，在所述电路基板设置有用于与所述螺旋线圈的引出线连接的端子部和用于与外部电气路径连接的连接端子；
所述螺旋线圈的内周侧的引出线与所述电路基板的内周侧的端子部连接，所述螺旋线圈的外周侧的引出线与所述电路基板的外周侧的端子部接合。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述螺旋线圈与所述磁性层通过含有磁粉的磁性树脂层粘结。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述磁性层是包含磁粉的磁性树脂层或者压粉成形体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述电路基板设置有传感元件。
5.一种非接触电力传输用天线单元，其特征在于，
包括权利要求1至4中任一项所述的天线装置。
6.一种电子设备，其特征在于，
包括权利要求1至4中任一项所述的天线装置。
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