CN106797073A - 天线模块以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种消除了尺寸和天线特性的不权衡性的天线模块、以及具备该天线模块的电子设备。本发明具备：层叠体(10)，层叠有绝缘体层；表面安装部件(51、52)，安装在层叠体(10)的上表面；天线线圈，线圈卷绕轴朝向绝缘体层的层叠方向或相对于绝缘体层的平行方向；以及布线导体(31、32)，与表面安装部件(51、52)或天线线圈导通。天线线圈由形成于多个绝缘体层的多个线圈用导体(21、22)和对这些多个线圈用导体(21、22)的端部之间分别进行连接的层间连接导体构成为螺旋状，布线导体(31、32)在绝缘体层的层叠方向上配置于天线线圈的形成区域的内侧。

Description

天线模块以及电子设备
技术领域
本发明涉及例如用于RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)系统、近距离无线通信(NFC：Near Field Communications，近场通信)系统等的天线模块以及具备该天线模块的电子设备。
背景技术
在NFC等近距离无线通信中使用天线线圈。而且，在专利文献1中示出了具有绝缘体层的层叠体和表面安装部件的天线模块。专利文献1的天线模块构成为，将对表面安装部件和端子电极进行连接的过孔导体配置在位于线状导体的两端的天线线圈用层间连接导体的中央，从而抑制天线线圈与过孔导体的干扰。
一般来说，在由层叠体构成的天线线圈中，为了使天线特性良好，多数情况下绝缘体层由磁性体构成。而且，为了确保机械强度，有时最外层的绝缘体层由非磁性体构成。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-107573号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将表面安装部件配置于层叠体的上表面的情况下，需要在天线线圈用的层叠体的表面进一步配置形成有用于安装这些表面安装部件的安装用电极、与该安装用电极相连的布线导体的绝缘体层。因此，具有表面安装部件的天线模块会大型化对应上述绝缘体层的量。或者，当要抑制与其相应的天线模块的尺寸的大型化时，天线线圈的尺寸会减小，因此天线特性会下降。
此外，在上述安装用电极、端子电极与布线导体之间施加高电压的情况下，当为了提高耐电压而增大安装用电极、端子电极与布线导体之间的距离时，天线模块的尺寸会大型化。或者，当要抑制与其相应的天线模块的尺寸的大型化时，天线线圈的尺寸会减小，因此天线特性会下降。
此外，为了确保机械强度，由非磁性体构成层叠体的最外层，从而也会产生同样的问题。
因此，本发明的目的在于消除上述的问题，提供一种消除了模块化所引起的尺寸与天线特性的不权衡性的天线模块以及具备该天线模块的电子设备。
用于解决课题的技术方案
本发明的天线模块如以下那样构成。
(1)一种天线模块，具备：层叠体，层叠有绝缘体层；表面安装部件，安装在上述层叠体的上表面；天线线圈，在上述绝缘体层的层叠方向上，由形成于多个上述绝缘体层的多个线圈用导体和对这些多个线圈用导体的端部之间分别进行连接的层间连接导体构成为螺旋状；以及布线导体，与上述表面安装部件或上述天线线圈导通，其特征在于，上述布线导体在上述绝缘体层的层叠方向上配置于上述天线线圈的形成区域的内侧。
根据上述结构，由于布线导体配置在天线线圈的卷绕范围内，因此能够增大天线线圈的尺寸，天线特性会提高。或者，能够在不减小天线线圈的尺寸的情况下将天线模块小型化。此外，由于布线导体能够更加远离安装用电极、端子电极，因此能够确保耐电压性。或者，无需为了提高耐电压性而增厚从安装用电极、端子电极的形成层到布线导体形成层为止的厚度，因此可避免天线模块的大型化。
(2)优选的是，上述层叠体内的形成有上述天线线圈的多个绝缘体层包括多个磁性体层和被多个上述磁性体层夹着的非磁性体层。由此，在为了提高机械强度而在最外层形成非磁性体层的情况下，即使将该非磁性体层变薄，也能够确保给定的机械强度。
(3)优选的是，在上述(2)中，上述布线导体配置在上述非磁性体层的表面或上述非磁性体层的内部。由此，能够使磁性体层靠近天线线圈的线状电极，由此，电感提高，天线特性提高。此外，布线导体周围的有效相对导磁率会被非磁性体层所抑制，因此可抑制布线导体的不必要的电感成分。
(4)本发明的电子设备具备上述(1)～(3)中的任一项所述的天线模块。由此，可得到具备小型的天线模块或天线特性高的天线模块的电子设备。
(5)关于本发明的电子设备，优选的是，在上述(4)中，具备形成有与上述天线线圈连接的布线导体图案的电路基板。由此，电路基板上的布线导体图案作为辐射元件的一部分发挥作用，虽然使用小型的天线模块，也可得到给定的天线特性。或者，能够构成具备具有高天线特性的天线的电子设备。
发明效果
根据本发明，通过相对地增大天线线圈的尺寸，从而天线特性会提高。或者，能够在不减小天线线圈的尺寸的情况下将天线模块小型化。此外，通过使布线导体远离安装用电极、端子电极，从而能够确保耐电压性。或者，无需为了提高耐电压性而增厚从安装用电极、端子电极的形成层到布线导体形成层为止的厚度，因此能够在维持给定的耐电压性的同时将天线模块小型化。
附图说明
图1是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对第一实施方式涉及的天线模块101的内部的一部分进行观察的图。
图2是天线模块101的层叠前的各层的俯视图。
图3是天线模块101的电路图。
图4是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对第二实施方式涉及的天线模块102的内部的一部分进行观察的图。
图5是第三实施方式涉及的天线模块103的分解立体图。
图6是示出第四实施方式涉及的便携式终端装置401的框体内部的构造的俯视图。
图7是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对作为比较对象的天线模块101P的内部的一部分进行观察的图。
具体实施方式
《第一实施方式》
在第一实施方式中，示出利用于例如13.56MHz频带等HF频带的RFID的天线模块。
图1是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对第一实施方式涉及的天线模块101的内部的一部分进行观察的图。图2是天线模块101的层叠前的各层的俯视图。此外，图7是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对作为比较对象的天线模块101P的内部的一部分进行观察的图。另外，图1和图7是用于简化本发明的说明的图，并不是表示为与图2所示的天线模块101内的布线的配置、连接处等完全一致的图。
如图1所示，本实施方式的天线模块101具备：层叠有绝缘体层(12a、11a、11b、12b、12c、11c、11d、12d)的层叠体10、安装在层叠体10的上表面的表面安装部件51、52、线圈卷绕轴朝向沿着绝缘体层的方向的天线线圈、以及与表面安装部件51、52或天线线圈导通的布线导体31、32。布线导体31、32不是构成天线线圈的一部分的导体图案。
天线线圈由形成在绝缘体层11a的多个线状的线圈用导体21、形成在绝缘体层12d的多个线状的线圈用导体22、以及对这些多个线圈用导体21、22的端部之间分别进行连接的层间连接导体23、24构成为螺旋状。
布线导体31形成在绝缘体层12b，布线导体32形成在绝缘体层11c。在绝缘体层的层叠方向上，布线导体31、32配置在天线线圈的形成区域的内侧。
在层叠体10的上表面(绝缘体层12a的上表面)形成有用于安装表面安装部件51、52等的安装用电极41、42、43等。此外，在层叠体10的下表面(绝缘体层12d的下表面)形成有端子电极P3、P8等。
安装用电极41、42、43等和布线导体31、32等分别通过层间连接导体25、26等进行连接。此外，端子电极P8等和布线导体32通过层间连接导体27进行连接。
在图2中，(1)-2是作为层叠体10(参照图1)的最下层的绝缘体层12d的俯视图，(8)是作为最上层的绝缘体层12a的俯视图，(2)～(7)是其间的绝缘体层的俯视图。此外，(1)-1是从上表面对绝缘体层12d的下表面侧的端子电极图案进行观察(透视)的图。
在构成层叠体10的多个绝缘体层之中，绝缘体层12a、12b、12c、12d是分别由非磁性铁氧体构成的非磁性体层，绝缘体层11a、11b、11c、11d是分别由磁性铁氧体构成的磁性体层。
如图2所示，在绝缘体层12d的下表面形成有端子电极P1～P10。在绝缘体层12a形成有安装用电极，在这些安装用电极安装有表面安装部件。在图2所示的例子中，示出了表面安装有高频ICRFIC、片式电容器C11、C12、C13、C4、片式电阻R1的状态。在绝缘体层12b、11c形成有各种布线导体31、32。
在绝缘体层11a、12d形成有线圈用导体21、22。在绝缘体层11a、11b、12b、12c、11c、11d形成有对线圈用导体21-22之间进行连接的两列层间连接导体(过孔导体)23、24。通过这些线圈用导体21、22以及层间连接导体23、24来构成呈螺旋状卷绕为线圈开口朝向层叠体10的端面的天线线圈。
图7所示的作为比较对象的天线模块101P是作为天线线圈形成层的磁性体层LC被非磁性体层LA、LB夹着的构造。天线线圈由多个线圈用导体21、22和多个层间连接导体23、24构成。布线导体31、32形成在非磁性体层LA、LB内。
在如图7所示的比较例的天线模块101P那样形成有天线线圈的磁性体层LC被非磁性体层LA、LB夹着且在该非磁性体层LA、LB形成有布线导体31、32的构造中，层叠体会增厚与非磁性体层LA、LB的厚度相应的量。此外，当将磁性体层LC变薄而使得层叠体的厚度不会变厚时，天线线圈的线圈开口的高度A会减小，从天线线圈辐射的磁通量减少等，从而天线特性会下降。此外，在安装用电极41、42、43等、端子电极P8、P3等与布线导体31、32之间施加高电压的情况下，当为了提高耐电压而增大安装用电极、端子电极与布线导体之间的距离时，天线模块的尺寸会大型化。图7的厚度R是用于确保耐电压性的尺寸。此外，当将天线线圈的尺寸减小对应非磁性体层LA、LB增厚的量时，天线特性会下降。
另一方面，根据本实施方式，起到如下的作用效果。
(a)如图1所示，是磁性体层11a、11b被非磁性体层12a和非磁性体层12b、12c夹着且磁性体层11c、11d被非磁性体层12b、12c和非磁性体层12d夹着的构造，因此可提高层叠体10的机械强度。
一般来说，在非磁性铁氧体层和磁性铁氧体层中，非磁性铁氧体的热收缩率比磁性铁氧体层更低。因此，通过用作为热收缩率相对低的非磁性铁氧体层的非磁性体层12a和非磁性体层12b、12c夹着作为热收缩率相对高的磁性铁氧体层的磁性体层11a、11b，从而可通过烧成对层叠体10整体进行压缩，机械强度得以提高。同样地，通过用作为热收缩率相对低的非磁性铁氧体层的非磁性体层12a、12b和非磁性体层12d夹着作为热收缩率相对高的磁性铁氧体层的磁性体层11c、11d，从而可通过烧成对层叠体10整体进行压缩，机械强度得以提高。
(b)通过上述机械强度的提高效果，即使将构成最外层的非磁性体层12a、12d变薄，也能够确保给定的机械强度。
(c)根据本实施方式，由于布线导体31、32配置在天线线圈的卷绕范围内，因此不需要用于配置布线导体31、32的特别的层，与其相应地，能够将层叠体10形成得薄。此外，与避开布线导体31、32的形成层来构成天线的情况相比，能够增大天线线圈的尺寸，天线特性会提高。(在图1的例子中，与图7相比，天线线圈的线圈开口的高度A大。)或者，能够在不减小天线线圈的尺寸的情况下将天线模块小型化。
(d)由于布线导体31、32能够更加远离安装用电极41、42、43、端子电极P3、P8等，因此能够确保耐电压性。或者，无需为了提高耐电压性而增厚从安装用电极41、42、43、端子电极P3、P8的形成层到布线导体31、32的形成层为止的厚度，因此可避免天线模块的大型化。
(e)由于布线导体31、32位于与天线线圈的线圈卷绕轴平行的面内，因此难以在布线导体31、32感应出涡流，布线导体31、32对天线特性的影响小。
(f)由于多个线圈用导体21、22在天线线圈的内侧分别与磁性体层11a、11b、11c、11d接触，因此产生的磁通量多，并且，由于在天线线圈的外部不存在磁性体层，因此能够高效地辐射磁通，天线特性会提高。此外，由于非磁性体层12b、12c与多个线圈用导体21、22分开距离，因此即使这些层是非磁性体层，对天线特性的影响也小。
图3是本实施方式的天线模块101的电路图。在此，天线线圈ANT是由线圈用导体21、22以及层间连接导体23、24构成的天线线圈。电容器C10是由图2所示的片式电容器C11、C12、C13的并联连接构成的谐振频率微调用的电容器。由天线线圈ANT和电容器C10构成LC并联谐振电路，其谐振频率调整为通信信号的载波频带(13.56MHz)。
所述RFIC是RF通信电路。在该RFIC被设定为卡仿真模式的情况下，将由天线线圈接收的近电磁场变换为电力，并且对来自通信对方侧的命令进行解调，并通过负载调制来发送(响应)给定的信息。由此，该天线模块作为RFID标签发挥作用。
此外，在RFIC被设定为读写器模式的情况下，将发送信号发送到通信对方侧，并接收通信对方的基于负载调制的信息。由此，该天线模块作为RF读写器发挥作用。
另外，在本实施方式的图2和图3所示的天线模块101中，线圈天线的一端开放，因此例如能够将该天线模块101安装在印刷布线板，并通过使端子电极P5、P6导通而作为天线模块进行动作。但是，也可以使线圈天线在天线模块内与RFIC构成闭环，从而能够由天线模块单独进行动作。此外，虽然设想了端子电极P8与外部的地线连接且端子电极P4与外部的控制电路连接的情况，但这只是一个例子，未必一定要采用这种结构。例如，也能够由天线模块101单体来构成RFID标签。
《第二实施方式》
图4是从天线线圈的卷绕轴方向透视性地对第二实施方式涉及的天线模块102的内部的一部分进行观察的图。布线导体32的形成位置与在第一实施方式中图1所示的天线模块101不同。此外，不同点在于，在层叠体10的上表面形成有树脂覆盖物60。另外，图4是用于简化本发明的说明的图，并不是表示为与图2所示的天线模块101内的布线的配置、连接处等完全一致的图。
如图4所示，布线导体的一部分(在本实施方式中是布线导体31)也可以配置在非磁性体层12b、12c的内部。由此，在布线导体32的周围不存在磁性体，因此与第一实施方式相比，有效相对导磁率被进一步抑制，可抑制在布线导体产生的不必要的电感。特别是，如果布线导体长，则不必要的电感的抑制效果高。此外，由于在作为天线线圈的一部分的线圈用导体21、22与布线导体31之间至少配置有非磁性层12b、12c，因此可抑制线圈用导体21、22与布线导体32的不必要的磁场耦合。
另外，布线导体只要至少一部分构成在非磁性层的表面或内部即可。因为布线导体短，所以能够忽略电感、电阻的影响的情况下、与其他导体的电位差低而无需考虑耐电压性的情况下等，布线导体也可以配置在磁性体层。
在本实施方式中，在层叠体10的上表面形成有对表面安装部件进行覆盖的树脂覆盖物60。树脂覆盖物60例如是环氧树脂。通过像这样设置树脂覆盖物，从而能够保护表面安装部件51、52等。
《第三实施方式》
在第三实施方式中，示出具备线圈卷绕轴朝向绝缘体层的层叠方向的天线线圈的天线模块。
图5是第三实施方式涉及的天线模块103的分解立体图。
如图5所示，本实施方式的天线模块103具备：层叠有绝缘体层(12a、11a、11b、12b、12c、11c、11d、12d)的层叠体、安装在层叠体的上表面的表面安装部件51、52、线圈卷绕轴朝向绝缘体层的层叠方向的天线线圈、以及与表面安装部件51、52或天线线圈导通的布线导体31、32a、32b。
天线线圈由形成在绝缘体层11a、11b、12b、12c、11c、11d、12d的多个线圈用导体28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g和对这些多个线圈用导体的端部之间分别进行连接的层间连接导体26a、26b、26d、26e、26f、26g等构成为螺旋状。
布线导体31形成在绝缘体层12b，布线导体32形成在绝缘体层12c。在绝缘体层的层叠方向上，布线导体31、32配置在天线线圈的形成区域的内侧。
在层叠体10的上表面(绝缘体层12a的上表面)形成有用于安装表面安装部件51、52等的安装用电极。此外，在层叠体10的下表面(绝缘体层12d的下表面)形成有端子电极P1、P2、P3、P4。
安装用电极和布线导体31、32等通过层间连接导体进行连接。
根据本实施方式，起到与在第一实施方式中说明的(a)～(d)同样的作用效果。此外，根据本实施方式，虽然在天线线圈的线圈卷绕内的磁路的中途存在非磁性体层12b、12c，但是该非磁性体层12b、12c作为磁路内的间隙发挥作用。因此，可抑制磁性体层11a、11b、11c、11d的磁饱和，直流叠加特性会变好。
《第四实施方式》
图6是示出第四实施方式涉及的便携式终端装置401的框体内部的构造的俯视图。该便携式终端装置401具备第一实施方式所示的天线模块101。
在框体91的内部容纳有电路基板71、81、电池组83等。在电路基板71还安装有UHF频带天线72、摄像机模块76等。此外，在电路基板81安装有UHF频带天线82等。电路基板71和电路基板81经由同轴电缆84连接。
在电路基板71安装有天线模块101、控制用IC111以及电源模块等。控制用IC111是本发明涉及的“控制电路”的一个例子。此外，在电路基板71形成有布线导体图案73。该布线导体图案73的两端分别与图3所示的端子电极P5、P6连接。因此，布线导体图案73与天线模块101内的天线线圈一同作为辐射元件的一部分发挥作用。
在本实施方式的便携式终端装置401中，能够将便携式终端装置、外部装置所具有的数据与外部装置进行交换。此外，通过将电路基板上的布线导体图案用作辐射元件的一部分，从而能够进行磁通的辐射/集磁的范围扩大，天线特性会提高。
另外，除了便携式终端装置以外，本发明同样也能够应用于所谓的智能手机、平板式终端、笔记本式个人计算机、所谓的智能眼镜、智能手表等的可穿戴终端、游戏机、摄像机、卡等RFID标签等电子设备。
另外，虽然在以上示出的例子中示出了13.56MHz频带的RFID，但是本发明不仅能够应用于HF频带，而且同样能够应用于在无线LAN等中利用的UHF频带的系统等。此外，虽然在各实施方式中对主要利用磁场耦合的通信系统中的天线模块和电子设备进行了说明，但是各实施方式中的天线模块和电子设备也可以作为利用了磁场耦合的非接触式电力传输系统(电磁感应方式、磁场共振方式等)中的输电天线模块或受电天线模块进行应用。该情况下的表面安装部件可使用构成输电电路、受电电路的开关元件、二极管等有源部件、电容器、电感器等无源部件。
附图标记说明
A：线圈开口的高度；
ANT：天线线圈；
C10：电容器；
C11、C12、C13、C4：片式电容器；
LA、LB：非磁性体层；
LC：磁性体层；
P1～P10：端子电极；
R1：片式电阻；
10：层叠体；
11a、11b、12b、12c、l1c、11d：绝缘体层；
11a、11b、11c、11d：绝缘体层(磁性体层)；
12a、12b、12c、12d：绝缘体层(非磁性体层)；
21、22：线圈用导体；
23、24、25、26：层间连接导体；
26a、26b、26c、26d、26e、26f、26g：层间连接导体；
27：层间连接导体；
28a、28b、28c、28d、28e、28f、28g：线圈用导体；
31、32、32a、32b：布线导体；
41、42、43：安装用电极；
51、52：表面安装部件；
60：树脂覆盖物；
71、81：电路基板；
72：UHF频带天线；
73：布线导体图案；
76：摄像机模块；
81：电路基板；
82：UHF频带天线；
83：电池组；
84：同轴电缆；
91：框体；
101、101P：天线模块；
102、103：天线模块；
111：控制用IC；
401：便携式终端装置。

Claims (5)

1.一种天线模块，具备：层叠体，层叠有绝缘体层；表面安装部件，安装在上述层叠体的上表面；天线线圈，在上述绝缘体层的层叠方向上，由形成于多个上述绝缘体层的多个线圈用导体和对这些多个线圈用导体的端部之间分别进行连接的层间连接导体构成为螺旋状；以及布线导体，与上述表面安装部件或上述天线线圈导通，其特征在于，
上述布线导体在上述绝缘体层的层叠方向上配置于上述天线线圈的形成区域的内侧。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，
上述层叠体内的形成有上述天线线圈的多个绝缘体层包括多个磁性体层和被多个上述磁性体层夹着的非磁性体层。
3.根据权利要求2所述的天线模块，其特征在于，
上述布线导体配置在上述非磁性体层的表面或上述非磁性体层的内部。
4.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1至3中的任一项所述的上述天线模块。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，具备：
电路基板，形成有与上述天线模块的上述天线线圈连接的布线导体图案。
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