CN105098363A - 天线线圈及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线装置，其包括具有平面线圈图案的天线线圈、覆盖天线线圈的一个主面的磁片、以及设置在天线线圈的另一个主面上并且沿着线圈图案的树脂层。树脂层与平面线圈图案为基本上相同的平面形状。

Description

天线线圈及其制造方法

技术领域

本发明涉及天线装置及其制造方法，更具体而言涉及适合于NFC(NearFieldCommunication：近场通信)系统的天线装置及其制造方法。

背景技术

近年来，移动电子设备诸如智能手机设置有RFID(无线射频识别，即依靠无线电波的个体识别)系统，并且还设置有带有读取器/写入器的用于执行近场通信的天线装置作为RFID的通信手段。例如，在日本特开2008-117944中所描述的常规天线装置具有：由塑料膜制成的基板、形成在基板上的天线线圈、设置在在平面视图中与天线线圈重叠的位置处的金属屏蔽板、以及设置在天线线圈与金属屏蔽板之间的磁芯构件。这样的天线装置内置在移动电子设备诸如智能手机的壳体内，并且布置在电池组的表面或者印刷电路板的表面上。

然而，近来，强烈要求减小移动电子设备的厚度，并且要求天线装置本身减小更多厚度。此外，在将天线装置安装在放热元件诸如电池组的表面上的情况下，由于天线线圈被支撑在基板上，因此基板会阻挡来自电池组的热辐射。另外，由于基板由电介质材料制成，因此绝缘材料介于天线线圈的线间而导致天线线圈的线间电容变大，使得难以实现频率匹配。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供具有非常小的厚度并且具有优异的热辐射特性和优异的天线特性的天线装置及其制造方法。

为了解决上述问题，根据本发明的天线装置包括：具有平面线圈图案的天线线圈、覆盖天线线圈的一个主面的磁片、以及设置在天线线圈的另一个主面上并且沿着线圈图案的树脂层。

根据本发明，天线线圈被磁片支撑，并且不设置树脂支撑膜，从而能够实现天线装置厚度的减小。此外，天线线圈被树脂层覆盖，因而由此能够保护天线线圈的表面。此外，由于没有设置支撑膜，因此，即使当天线装置设置在放热体的表面上，来自放热体的热辐射也不会被支撑膜阻挡。另外，具有高介电常数的支撑膜被去除而不存在，使得可以解决由于支撑膜所致的线圈的大的线电容而难以实现频率匹配的问题。

在本发明中，天线线圈优选经由粘结层而接合于磁片的一个主面上。根据此结构，能够将先前已经形成在支撑膜上的天线线圈转移到磁片的表面，从而使天线线圈可靠地形成在磁片上。

在本发明中，磁片优选设置成在平面视图中避开与天线线圈的外周端和内周端重叠的区域。利用此结构，可以容易地实现天线线圈与通信电路诸如NFC芯片之间的电连接。

在本发明中，金属体可以定位在磁片的另一个主面侧。根据此结构，磁片介于金属体与天线线圈之间，使得可以降低金属体对天线线圈的影响。

在本发明中，印刷电路板可以定位在磁片的另一个主面侧。根据此结构，能够在印刷电路板上构造通信电路，以便于通信电路与天线线圈之间的电连接。

在本发明中，树脂层优选包含在天线线圈通过镀覆形成时起到催化剂作用的金属。根据此结构，天线线圈能够通过镀覆形成在树脂层的表面上。通过将所形成的天线线圈接合于磁片的表面，从而能够容易地制造根据本发明的天线装置。

根据本发明的天线装置优选还包括：第一和第二接触插塞，其穿过磁片以分别连接于天线线圈的外周端和内周端。根据此结构，在要连接于天线线圈的通信电路设置在天线线圈的一个主面上的情况下，能够通过第一和第二接触插塞可靠地实现通信电路与天线线圈之间的电连接。

在根据本发明的天线装置中，天线线圈的外周端和内周端可以未被树脂层覆盖而露出。根据此结构，能够容易且可靠地实现通信电路与天线线圈之间的电连接。

根据本发明的制造方法是制造包括天线线圈和磁片的天线装置的方法，该方法包括以下步骤：在树脂支撑膜的表面上，形成具有与天线线圈的平面形状相同的平面形状的树脂层；通过镀覆在树脂层的表面上形成电线线圈；在天线线圈的一个主面侧形成磁片；并且从树脂层去除支撑膜。

根据本发明，可以容易且低成本制造具有非常小的厚度、热辐射特性优异以及优异的天线特性的天线装置。

在本发明中，优选地，树脂层含有无电镀用催化剂，并且通过镀覆形成天线线圈的步骤包括：通过无电镀，在树脂层表面上形成构成天线线圈的基底镀层的步骤；以及通过电镀使基底镀覆层生长的步骤。根据此结构，可以在支撑膜的表面上形成天线线圈，由此制造具有非常小的厚度以及优异的天线特性的天线装置。

在本发明中，通过镀覆形成天线线圈的步骤优选包括：将无电镀用催化剂粘结在树脂层的表面的步骤；以及通过无电镀，在已经粘结有催化剂的树脂层的表面上形成构成天线线圈的基底镀层的步骤；以及通过电镀使基底镀层生长的步骤。根据此结构，可以在支撑膜表面上形成天线线圈，由此制造具有非常小的厚度和优异的天线特性的天线装置。

根据本发明的制造方法优选还包括：在支撑膜的去除之后，去除覆盖天线线圈的外周端和内周端的树脂层的步骤。根据此结构，能够容易地实现天线线圈与通信电路之间的电连接。

如上所说明，根据本发明，可以提供具有非常小的厚度并且具有优异的热辐射特性和优良的天线特性的天线装置及其制造方法。

附图说明

本发明的上述特征和优点从下面结合附图的某些优选实施方式的描述中将更加明显，其中：

图1是示出根据本发明第一实施方式的天线装置的配置的分解立体图；

图2A至2C是独立地示出构成根据第一实施方式的天线装置的各层的平面视图，其中图2A示出磁片，图2B示出天线线圈，并且图2C示出树脂层；

图3A和3B是根据第一实施方式的天线装置的截面图，其中图3A是沿着图2A至2C的A-A’线截取的截面图，并且图3B是沿着图2A至2C的B-B’线截取的截面图；

图4A至4E是用于说明用于图1所示的天线装置的制造方法的例子的示例性示意图；

图5A至5F是用于说明用于图1所示的天线装置的制造方法的另一个例子的示例性示意图；

图6B至6C是示出图1所示的天线装置的实现例的截面图，其中图6A示出天线装置与电池组接触的情况，并且图6B和6C示出天线装置与印刷电路板接触的情况；

图7是示出根据本发明第二实施方式的天线装置的配置的截面图；以及

图8是用于说明用于根据第二实施方式的天线装置的制造方法的示意图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明第一实施方式的天线装置的配置的分解立体图。图2A至2C是独立地示出构成根据第一实施方式的天线装置的各层的平面视图。图2A示出磁片，图2B示出天线线圈，并且图2C示出树脂层。图3A和3B是根据第一实施方式的天线装置的截面图。图3A是沿着图2A至2C的A-A’线截取的截面图，并且图3B是沿着图2A至2C的B-B’线截取的截面图。

如图1、图2A至2C以及图3A和3B所示，根据本实施方式的天线装置1包括：由平面线圈图案构成的天线线圈10、设置在天线线圈10的一个主面10a上的磁片11、以及设置在天线线圈10的另一个主面10b上的树脂层12。粘结层13形成在磁片11的一个主面11a上，使得天线线圈10通过粘结层13设置在磁片11的主面11a上。

天线线圈10由大致矩形的螺旋图案构成并且在沿着磁片11尽可能大地描绘环路以便使得螺旋内部的开口尺寸较大的同时形成。天线线圈10优选由具有高电导率且在加工性和成本方面具有优势的Cu(铜)制成。天线线圈10的厚度优选在30μm至50μm的范围内。尽管稍后将描述细节，但是天线线圈10的外周端10c和内周端10d连接于通信电路诸如NFC芯片。

磁片11提供天线线圈10产生的磁通的磁路，并且能够由含有通过将磁性金属粉末分散到树脂粘结剂中而获得的树脂的磁性金属粉末制成。作为磁性金属粉末，可以使用坡莫合金(Fe-Ni合金)、超级坡莫合金(Fe-Ni-Mo合金)、铁硅铝磁粉(Fe-Si-Al合金)、Fe-Si合金、Fe-Co合金、Fe-Cr合金、Fe-Cr-Si合金等。作为树脂粘结剂，可以使用酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚芳酯、有机硅树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯、聚酰亚胺等。

为了减小天线装置1的厚度，磁片11的厚度优选在磁片11的功能能够被实现的范围内尽可能薄。具体而言，磁片11的厚度优选在30μm至80μm的范围内。磁片11具有接触孔11c和11d以经此使天线线圈10的外周端10c和内周端10d露出。天线线圈10的外周端10c和内周端10d分别连接于嵌入到接触孔11c和11d中的接触插塞(未图示)，并且通过穿过磁片11的接触插塞而电连接于通信电路(未图示)。

树脂层12可以在机械上保护天线线圈10的表面，并且一旦其形成则充当天线线圈10的基膜。树脂层12是由例如环氧树脂制成并且优选具有1μm至5μm的厚度。树脂层12的平面形状不需要与天线线圈10的平面形状完全一致。例如，天线线圈10的表面的一部分(尤其是外周端10c和内周端10d)可以通过树脂层12的去除部分而露出。因此，树脂层12仅需要在平面视图中形成在天线线圈10的形成区域。

树脂层12可以包含在天线线圈10通过镀覆形成时起到催化剂作用的金属诸如钯。在树脂层12不包含这样的金属并且因而具有绝缘特性的情况下，树脂层12能够充当电气保护天线线圈10的绝缘膜。

图4A至4E是用于说明用于天线装置1的制造方法的例子的示例性示意图。

首先，如图4A所示，制备树脂支撑膜16，并且在支撑膜16的表面上形成具有与天线线圈10的平面形状相同的平面形状的树脂层12。作为支撑膜16，优选使用具有30μm至50μm的厚度的PET膜。树脂层12包含用于无电镀的催化剂诸如钯。通过将包含钯的环氧树脂膏体进行丝网印刷接着固化能够形成树脂层12。为了便于支撑膜16的去除工序(稍后描述)，可以在树脂层12的形成之前，预先对支撑膜16的表面施加涂覆。

然后，如图4B所示，对已经形成包含催化剂的树脂层12的支撑膜16施加无电解铜镀覆，由此在树脂层12的上表面上形成天线线圈10的基底镀层10e。此外，如图4C所示，通过电解铜镀覆，使天线线圈10的基底镀层10e生长，由此完成天线线圈10的形成。

然后，如图4D所示，制备其主面11a上已经形成有粘结层13的磁片11，并且将天线线圈10接合于粘结层13的表面。其后，如图4E所示，从天线线圈10去除支撑膜16。因而完成天线装置1的形成。

图5A至5F是用于说明用于天线装置1的制造方法的另一个例子的示例性示意图。

如图5A至5F所示，该制造方法的特征在于，形成不包含无电镀用催化剂的树脂层(图5A)，并且将催化剂17粘结于所形成的树脂层12的表面(图5B)，紧接着进行无电镀(图5C)。其他工序(图5D至5F)与图4C至4E所示的工序相同，因此省去其多余的描述。使用催化剂容易粘结的材料作为树脂层12的材料，使涂覆或分散于支撑膜16的整个表面的催化剂仅粘结于树脂层12的表面。其后，通过执行无电镀和电镀，能够形成具有所期望的平面线圈图案的天线线圈10。在由该制造方法所制造的天线装置1中，在去除支撑膜16后露出的树脂层12的表面呈现绝缘特性。因此，可以通过树脂层12将天线线圈10与其他电路或壳体绝缘。

在根据本实施方式的天线装置1中，尽管天线线圈10设置在磁片11上，但是不设置在其形成阶段支撑天线线圈10的树脂支撑膜16。最近以智能手机为代表的移动电子设备要求将厚度减小到限定范围，并且在本实施方式中，在制造过程中去除支撑膜16，使得天线装置1的厚度和重量能够正好减小掉支撑膜16的厚度和重量，使内含天线装置的移动电子设备诸如智能手机等的厚度和重量减小。

另外，树脂支撑膜16是电介质体，使得如果使支撑膜16接触天线线圈10，则天线线圈10的线间电容变大。在天线装置1的频率匹配中，通过将电容添加到天线电路来设定所期望的谐振频率。然而，如果由于大的线间电容而导致初始电容(originalcapacitance)非常大，则通过添加电容来进行频率调整是困难的。也就是说，难以通过在频率匹配中添加电容来实现在目标频率(例如，13.56MHz)处的匹配。然而，当未设置支撑膜16时，能够减小线间电容，由此便于天线的频率匹配。

图6A至6C是示出天线装置1的实现例的截面图。图6A示出天线装置1与电池组接触的情况，并且图6B和6C示出天线装置1与印刷电路板接触的情况。

如图6A所示，根据本实施方式的天线装置1能够适配于电池组14的表面。在这种情况下，电池组14需要布置在磁片11的另一个主面11b侧。在不存在磁片11的情况下，天线线圈10在电池组14的金属壳体的影响下不会起到所期望的天线的作用；然而，在本实施方式中，磁片11设置在天线线圈10与电池组14之间，从而能够充分减少金属体的影响。

电池组14伴随着电池的充放电而产生热。然而，由于在天线装置1中未设置支撑膜16，因此来自电池组14的热辐射不会被树脂支撑膜16阻挡。因此，天线装置1具有高的热辐射性能。

此外，如图6B所示，根据本实施方式的天线装置1能够适配于印刷电路板15上。如图所示，电池组14设置在磁片11的另一个主面11b侧，并且印刷电路板15设置在电池组14与天线装置1之间。尽管磁片11设置在天线线圈10与印刷电路板15之间，但是天线线圈10的外周端10c和内周端10d经由分别嵌入到磁片11的接触孔11c和11d的第一和第二接触插塞18a和18b而连接于印刷电路板的接触引脚15a和15b，从而天线线圈10能够容易地连接于印刷电路板15。可选地，可以使印刷电路板15的接触引脚15a和15b直接接触天线线圈10的外周端10c和内周端10d而不使用接触插塞18a和18b。

假设如图6B所示半导体IC芯片15c安装在印刷电路板15并且产生热。另外，在这种情况下，由于在天线装置1中未设置树脂支撑膜16，因此来自半导体IC芯片15c的热辐射不会被阻挡。因此，天线装置1具有高的热辐射特性。

如图6C所示，根据本实施方式的天线装置1能够设置成其天线线圈10侧朝向印刷电路板15。在这种情况下，印刷电路板15的接触引脚15a和15b穿过树脂层12以分别电连接于天线线圈10的外周端10c和内周端10d。可选地，可以部分地去除覆盖天线线圈10的外周端10c和内周端10d的树脂层12，并且接着将接触引脚15a和15b分别连接于外周端10c和内周端10d的露出表面。在图6C所示的实现例中，磁片11中不需要形成接触孔11c和11d。

如上所述，在根据本实施方式的天线装置1中，天线线圈10被磁片11支撑，并且树脂支撑膜16被去除而不存在，从而能够实现天线装置的厚度的减小。此外，支撑膜16被去除而不存在，使得即使当天线线圈10设置在放热体诸如电池组14的表面上时，热辐射也不会被支撑膜16阻挡。此外，具有高介电常数的支撑膜16被去除而不存在，使得可以解决由于支撑膜16所致的线圈的大的线电容而难以实现频率匹配的问题。

图7是示出根据本发明第二实施方式的天线装置2的结构的截面图。图8是用于说明根据第二实施方式的天线装置2的制造方法的示意图。

如图7所示，根据本实施方式的天线装置2的特征在于，天线线圈10和树脂层12嵌入到主面11a侧的磁片11内，使得树脂层12在主面11a上露出。在第一实施方式中所使用的粘结层13未被设置。其他的配置基本上与根据第一实施方式的天线装置1的配置相同。因此，根据本实施方式的天线装置2能够提供与天线装置1的功能和效果相同的功能和效果。

如图8所示，树脂层12和天线线圈10形成在支撑膜16上，并且磁性金属粉末树脂膏体11e涂覆在支撑膜16的整个表面以便覆盖树脂层12和天线线圈10。其后，使磁性金属粉末树脂膏体11e固化，并且支撑膜16被去除，从而完成天线装置2的形成。在支撑膜16上形成树脂层12和天线线圈10的工序如图4A至4C或者图5A至5C所示。

显而易见，本发明并不局限于上述实施方式，而是在不偏离本发明的范围和实质的情况下，可以进行修改和变化。

例如，在上述实施方式中，虽然天线线圈10由带有若干匝的螺旋图案构成，但是环形图案可以不包含匝。也就是说，天线线圈10仅需要是环形的或者螺旋形的平面图案。

此外，在上述实施方式中，接触孔11c和11d形成在磁片11中使得接触孔11c和11d设置在它们在平面视图中分别与天线线圈10的外周端10c和内周端10d的焊盘重叠的有限的范围内。然而，可选地，外周端10c和内周端10d各自的焊盘可以通过一个大的接触孔一起露出。也就是说，在磁片11上形成有接触孔的配置中，接触孔可以形成为在平面视图中与外周端10d和内周端10d重叠。

Claims (20)

1.一种天线装置，包括：

天线线圈，其具有平面线圈图案；

磁片，其覆盖所述天线线圈的一个主面；以及

树脂层，其设置在所述天线线圈的另一个主面上，并且沿着所述线圈图案。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述天线线圈经由粘结层而接合于所述磁片的一个主面。

3.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述磁片设置成在平面视图中避开与所述天线线圈的外周端和内周端重叠的区域。

4.如权利要求2所述的天线装置，其中，

金属体定位在所述磁片的另一个主面侧。

5.如权利要求2所述的天线装置，其中，

印刷电路板定位在所述磁片的另一个主面侧。

6.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述树脂层包含在天线线圈通过镀覆形成时起到催化剂作用的金属。

7.如权利要求3所述的天线装置，其中，

还包括：第一接触插塞和第二接触插塞，其穿过所述磁片以分别连接于所述天线线圈的所述外周端和所述内周端。

8.如权利要求1至6中的任一项所述的天线装置，其中，

所述天线线圈的外周端和内周端未被所述树脂层覆盖而露出。

9.一种制造包括天线线圈和磁片的天线装置的方法，所述方法包括以下步骤：

在支撑膜的表面上形成具有与所述天线线圈的平面形状相同的平面形状的树脂层；

通过镀覆在所述树脂层的表面上形成所述天线线圈；

在所述天线线圈的一个主面侧形成所述磁片；以及

从所述树脂层去除所述支撑膜。

10.如权利要求9所述的制造天线装置的方法，其中，

所述树脂层包含无电镀用催化剂，并且通过镀覆形成所述天线线圈的步骤包括：

通过无电镀，在所述树脂层的表面上形成基体镀层；以及

通过电镀使所述基体镀层生长。

11.如权利要求9所述的制造天线装置的方法，其中，

所述通过镀覆形成所述天线线圈的步骤包括：

将所述无电镀用催化剂粘结在所述树脂层的表面；

通过无电镀在已经粘结有所述催化剂的所述树脂层的所述表面上，形成基体镀层；以及

通过电镀，使所述基体镀层生长。

12.如权利要求9至11中的任一项所述的制造天线装置的方法，其中，

还包括：在所述去除步骤之后，去除覆盖所述天线线圈的外周端和内周端的所述树脂层。

13.一种装置，包括：

螺旋金属图案，其具有彼此相对的第一螺旋面和第二螺旋面；

磁片，其布置在所述螺旋金属图案的所述第一螺旋面上；以及

螺旋树脂图案，其具有彼此相对的第三螺旋面和第四螺旋面，所述螺旋树脂图案的所述第三螺旋面与所述螺旋金属图案的所述第二螺旋面接触。

14.如权利要求13所述的装置，其中，

所述螺旋树脂图案与所述螺旋金属图案为基本上相同的平面形状。

15.如权利要求13所述的装置，其中，

所述螺旋树脂图案包括金属材料。

16.如权利要求15所述的装置，其中，

所述金属材料包括钯。

17.如权利要求13所述的装置，其中，

所述螺旋树脂图案基本上不含金属材料。

18.如权利要求13所述的装置，其中，

所述磁片具有：至少一个接触孔，其使所述螺旋金属图案的所述第一螺旋面的外周端和内周端露出。

19.如权利要求13所述的装置，其中，

所述螺旋金属图案的所述第二螺旋面具有从所述螺旋树脂图案露出的外周端和内周端。

20.如权利要求13至19中的任一项所述的装置，其中，

所述螺旋金属图案比所述螺旋树脂图案厚。