CN107204510A - 天线装置及具备其的便携无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供天线装置及具备其的便携无线设备，延长使用了含有软磁性金属粉的复合磁性片材的天线装置的通信距离。该天线装置具备形成于基板(20)的平面线圈图案(30)和从平面线圈图案(30)看位于基板(20)的相反侧且在粘合剂树脂中混合软磁性金属粉而成的复合磁性片材(40)。复合磁性片材(40)以相对于平面线圈图案(30)保持规定的距离L1的方式被支撑。根据本发明，可靠地防止平面线圈图案(30)和软磁性金属粉的接触。而且，因为是平面线圈图案(30)位于复合磁性片材(40)和基板(20)之间的结构，所以即使在从上表面侧支撑基板(20)的情况下，也能够防止支撑部件(50)和平面线圈图案(30)的接触。由此，如果将本发明的天线装置用于近距离无线通信，则能够延长通信距离。

Description

天线装置及具备其的便携无线设备

技术领域

本发明涉及天线装置及具备其的便携无线设备，特别是涉及作为近距离无线通信(Near Field Communication)用适宜的天线装置及具备其的便携无线设备。

背景技术

近年来，在智能手机等便携无线设备上搭载有RFID(Radio FrequencyIdentification：基于无线电波的个体识别)系统，作为用于此的通信装置，搭载有用于与读写器等进行近距离无线通信的天线装置。作为这种天线装置，例如已知有专利文献1所记载的天线装置。

专利文献1所记载的天线装置具有在粘合剂树脂中混合软磁性金属粉而成的复合磁性片材上设置有天线基板的结构。由此，因为是在天线基板和作为良导体的电路基板之间介有复合磁性片材的结构，所以能够抑制电路基板的影响导致的天线特性的降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－13976号公报

发明所要解决的课题

但是，专利文献1所记载的天线装置因为是天线基板和复合磁性片材相接，所以形成于天线基板的平面线圈图案和复合磁性片材中所含的软磁性金属粉可能接触。

发明内容

为了解决这种问题，需要使天线基板和复合磁性片材分离，但该情况下，天线基板如何支撑成为问题。即，在使天线基板和复合磁性片材分离的情况下，需要从上表面侧(即复合磁性片材的相反侧)支撑天线基板，在天线基板的上表面侧形成有平面线圈图案的情况下，天线基板的支撑部件可能与平面线圈图案相接。另外，即使在平面线圈图案不与支撑部件相接的情况下，通过两者接近，天线特性可能发生变化。

因此，本发明的目的在于，提供防止了平面线圈图案和软磁性金属粉或支撑部件的接触，并且防止了两者的接近导致的天线特性的降低的天线装置及具备其的便携无线设备。

用于解决课题的技术方案

本发明的天线装置，其特征在于，具备：平面线圈图案，其形成于基板上；复合磁性片材，从所述平面线圈图案看位于所述基板的相反侧，在粘合剂树脂中混合软磁性金属粉而成，所述复合磁性片材以相对于所述平面线圈图案保持规定的距离的方式被支撑。

另外，本发明的便携无线设备，其特征在于，具备所述天线装置。

根据本发明，因为将复合磁性片材与平面线圈图案分开设置，所以能够可靠的防止平面线圈图案和软磁性金属粉的接触。而且，因为是平面线圈图案位于复合磁性片材和基板之间的结构，所以即使在从上表面侧支撑基板的情况下，也能够防止支撑部件和平面线圈图案的接触。由此，如果将本发明的天线装置用于以例如13.56MHz的频率进行收发的近距离无线通信，则能够在其与读写器等之间获得良好的通信特性。

本发明的天线装置优选还具备隔离层，其设置于所述平面线圈图案和所述复合磁性片材之间，将所述平面线圈图案和所述复合磁性片材的距离保持所述规定的距离。据此，通过隔离层能够可靠地保持平面线圈图案和复合磁性片材的距离。

本发明中，所述规定的距离优选为20μm以上。据此，因为平面线圈图案和软磁性金属粉之间的寄生电容降低，所以寄生电容导致的电感的上升被抑制，其结果可以延长通信距离。

本发明中，所述软磁性金属粉优选表面被绝缘涂层。据此，因为复合磁性片材的体积电阻提高，所以可以进一步提高天线装置的电感。该情况下，所述规定的距离优选为10μm以上。据此，因为平面线圈图案和软磁性金属粉之间的寄生电容降低，所以可以延长通信距离。另外，所述软磁性金属粉优选具有扁平形状。据此，能够获得更高的磁特性。

本发明中，也可以为，从所述复合磁性片材看，在所述平面线圈图案的相反侧配置金属图案。即使在这种情况下，因为平面线圈图案和金属图案之间介有复合磁性片材，所以也能够抑制金属图案导致的天线特性的降低。在此，所述金属图案也可以是内置于便携无线设备的电池组的一部分。

该情况下，所述规定的距离优选为所述复合磁性片材和所述金属图案的距离以下。据此，能够充分发挥作为复合磁性片材的磁路的效果。

发明效果

这样，根据本发明，能够防止平面线圈图案和软磁性金属粉或支撑部件的接触，并且能够确保良好的天线特性。

附图说明

图1是表示本发明的优选的实施方式的天线装置10的结构的俯视图。

图2是沿着图1所示的A－A线的剖视图。

图3是表示具有扁平形状的软磁性金属粉41的外观的示意图。

图4是对表面进行了绝缘涂层的软磁性金属粉41的剖视图。

图5是用于说明支撑复合磁性片材40的第一方法的剖视图。

图6是用于说明支撑复合磁性片材40的第二方法的剖视图。

图7是用于说明支撑复合磁性片材40的第三方法的剖视图。

图8是表示实施例1的结果的图表。

图9是表示实施例2的结果的图表。

图10是表示实施例3的结果的图表。

符号说明

10 天线装置

20 基板

21 基板的表面

22 基板的背面

30 平面线圈图案

31、32 端子

33 桥接部

34 通孔导体

40 复合磁性片材

41 软磁性金属粉

42 绝缘膜

50 支撑体

60 金属图案

71 隔离层

72 粘接剂

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的优选的实施方式。

图1是表示本发明的优选的实施方式的天线装置10的结构的俯视图。另外，图2是沿着图1所示的A－A线的剖视图。

如图1及图2所示，本实施方式的天线装置10具备基板20、形成于基板20的表面21的平面线圈图案30、与平面线圈图案30分开设置的复合磁性片材40。

基板20例如是由PET树脂构成的挠性基板，没有特别限定，其平面尺寸例如为40×50mm左右、厚度约为30μm左右。基板20具有构成xy平面的表面21及背面22，平面线圈图案30主要形成于基板20的表面21侧。基板20的背面22被固定于规定的支撑体50上。支撑体50例如是内置有本实施方式的天线装置10的便携无线设备的框体。该情况下，在便携无线设备的框体的内表面贴附有基板20。

平面线圈图案30由形成于基板20上的螺旋状的导体构成。在图1所示的例子中，平面线圈图案30的外形为矩形，匝数为3匝，但本发明不限于此。平面线圈图案30可以通过镀敷而形成，也可以通过蚀刻(图形化)预先形成于基板20表面21的整个面上的金属层而形成。

如图1所示，平面线圈图案30的内周端与端子31连接，平面线圈图案30的外周端与端子32连接。特别是，平面线圈图案30的内周端经由横穿螺旋导体的桥接部33与端子31连接。在图1所示的例子中，桥接部33形成于基板20的背面22，桥接部33的两端经由贯通基板20而设置的通孔导体34与形成于基板20的表面21的导体图案连接。但是，桥接部33未必形成于基板20的背面22，也可以形成于覆盖平面线圈图案30的绝缘层上。

平面线圈图案30的端子31、32与内置于便携无线设备的未图示的RF电路连接。由此，本实施方式的天线装置10可以用于以例如13.56MHz的频率进行收发的近距离无线通信。

复合磁性片材40从平面线圈图案30看位于基板20的相反侧，相对于平面线圈图案30沿z方向保持规定的距离L1。

从复合磁性片材40看，在平面线圈图案30的相反侧配置有金属图案60。金属图案60例如是便携无线设备的电池组，当在天线装置10附近存在这种大面积的金属图案60时，因涡流损耗而电感大幅降低。但是，如果在平面线圈图案30和金属图案60之间介有复合磁性片材40，则因为复合磁性片材40作为磁路起作用，所以能够确保高的电感，由此，能够实现天线特性的提高。

复合磁性片材40由粘合剂树脂中混合了软磁性金属粉的片材构成。作为软磁性金属粉，可以使用磁性不锈钢(Fe－Cr－Al－Si系合金)、铁硅铝合金等Fe－Si－Al系合金、坡莫合金(Fe－Ni系合金)、Fe－Si系合金、Fe－Si－B(－Cu－Nb)系合金、Fe－Ni－Cr－Si系合金、Fe－Si－Cr系合金、Fe－Si－Al－Ni－Cr系合金、Mo－Ni－Fe或非晶质合金等。特别是，如果使用Fe－Si系合金、Fe－Si－Cr系合金，则可以获得更高的磁特性。

软磁性金属粉的形状没有特别限定，但优选具有扁平形状，更优选纵横比为5以上。图3是表示具有扁平形状的软磁性金属粉41的外观的示意图。如图3所示，具有扁平形状的软磁性金属粉41优选在xy方向上为扁平，该情况下，可以在通过复合磁性片材40的磁通的主要方向即xy方向上获得高的导磁率。具有扁平形状的软磁性金属粉41的中值径优选为25～50μm程度。

作为复合磁性片材40中所含的粘合剂树脂，可使用聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、丁腈橡胶、乙丙橡胶等。如果考虑加工性，则最优选使用聚氨酯树脂。

软磁性金属粉41如作为剖视图的图4所示，优选其表面通过绝缘膜42进行绝缘涂层。在将软磁性金属粉41的表面进行绝缘涂层的情况下，复合磁性片材40的体积电阻提高，因此，可以提高电感。绝缘涂层可以通过利用磷酸或磷酸盐对软磁性金属粉41进行化学处理而形成。

这样，在本实施方式中，因为复合磁性片材40中包含软磁性金属粉41，所以能够获得高的导磁率。相反，因为软磁性金属粉41为导体，所以如果与平面线圈图案30接触，则可能产生短路不良。另外，即使平面线圈图案30和复合磁性片材40不接触，在两者非常接近的情况下，因平面线圈图案30和软磁性金属粉41之间的寄生电容而阻抗提高，其结果是通信距离会缩短。

着眼于这一点，本实施方式中，通过将平面线圈图案30和复合磁性片材40相互分开支撑，从而降低两者之间产生的寄生电容。就分开的距离L1而言，在对软磁性金属粉41的表面进行了绝缘涂层的情况下，优选为10μm以上，在未对软磁性金属粉41的表面进行绝缘涂层的情况下，优选为20μm以上。这是因为，在对软磁性金属粉41的表面进行了绝缘涂层的情况下，通过将距离L1设为10μm以上，寄生电容的影响实质上被消除，在未对软磁性金属粉41的表面进行绝缘涂层的情况下，通过将距离L1设为20μm以上，寄生电容的影响实质上被消除。任意的情况中，即使将距离L1分开其以上也看不到降低寄生电容的效果。如果考虑这一点，则在对软磁性金属粉41的表面进行了绝缘涂层的情况下，优选将距离L1设为10μm以上、40μm以下，如果也考虑薄型化的观点，则更优选将距离L1设为10μm以上、25μm以下。另外，在未对软磁性金属粉41的表面进行绝缘涂层的情况下，优选将距离L1设为20μm以上、50μm以下，如果也考虑薄型化的观点，则更优选将距离L1设为20μm以上、35μm以下。

距离L1的上限没有特别限定，但在距离L1大的情况下，平面线圈图案30和金属图案60的距离也增大，其结果是，金属图案60对天线特性带来的影响自身减少。另一方面，如果距离L1过大，则作为复合磁性片材40的磁路的作用降低。如果考虑这些方面，则虽然距离L1的上限没有特别限定，但期望设为复合磁性片材40和金属图案60的距离L2以下。

图5是用于说明支撑复合磁性片材40的第一方法的剖视图。

图5所示的例子中，在平面线圈图案30和复合磁性片材40之间设置有隔离层71，利用该隔离层71保持平面线圈图案30和复合磁性片材40的距离L1。该情况下，具有通过调整隔离层71的厚度，能够可靠地调整平面线圈图案30和复合磁性片材40的距离L1的优点。因此，在对软磁性金属粉41的表面进行了绝缘涂层的情况下，使用厚度为10μm以上的隔离层71，在未对软磁性金属粉41的表面进行绝缘涂层的情况下，使用厚度为20μm以上的隔离层71，由此，可以获得高的天线特性。作为隔离层71的材料，只要是绝缘性的材料即可，没有特别限定。例如，可以使用绝缘树脂作为隔离层71，并利用粘接剂将其粘接于平面线圈图案30及复合磁性片材40，也可以由粘接剂自身构成隔离层71。

图6是用于说明支撑复合磁性片材40的第二方法的剖视图。

图6所示的例子中，将复合磁性片材40经由粘接剂72固定于金属图案60。该情况下，如果将支撑体50和金属图案60的位置关系固定，则通过调整粘接剂72的厚度，即可调整平面线圈图案30和复合磁性片材40的距离L1。本例中因为未由隔离层71等其它部件覆盖平面线圈图案30的表面，所以能够防止其它部件存在于平面线圈图案30附近导致的磁特性的变化。

图7是用于说明支撑复合磁性片材40的第三方法的剖视图。

图7所示的例子中，将复合磁性片材40利用粘接剂72固定于金属图案60，并且，在平面线圈图案30和复合磁性片材40之间设置有隔离层71。该例中，因为将平面线圈图案30及复合磁性片材40均固定于金属图案60，所以不需要支撑基板20的支撑体50。

以上是本实施方式的天线装置10的结构。这样，本实施方式的天线装置10因为在复合磁性片材40中含有软磁性金属粉，所以能够获得高的导磁率，天线特性得以提高。而且，因为将复合磁性片材40和平面线圈图案30相互分开配置，所以能够防止平面线圈图案30和软磁性金属粉的接触，并且也抑制了寄生电容导致的阻抗的増加。进而，因为平面线圈图案30以被基板20和复合磁性片材40夹持的方式配置，所以也不会产生平面线圈图案30与其它部件接触或接近导致的天线特性的变化。

如上，在将本实施方式的天线装置10用于以13.56MHz的频率进行收发的近距离无线通信的情况下，能够确保相较于目前更长的通信距离。

以上，说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更，不用说这些也包含在本发明的范围内。

【实施例1】

制作具有图5所示的构造的天线装置10，实际测定通过使隔离层71的厚度进行各种变化而通信距离如何变化。平面线圈图案30的平面尺寸为40×30mm，导体的厚度为35μm，匝数为4匝。作为复合磁性片材40，使用聚氨酯树脂中混合有作为软磁性金属粉的Fe－Si－Cr合金粉的材料。但是，在实施例1中，在Fe－Si－Cr合金粉的表面未实施绝缘涂层。隔离层71的材料为PET树脂。另外，复合磁性片材40和金属图案60的距离L2与隔离层71的厚度(＝L1)无关，设为10μm。

在这样的条件下，一边使读写的距离逐渐变化，一边以13.56MHz的频率进行通信，测量可正常进行通信的最大距离、即通信距离。图8表示结果。

如图8所示，在隔离层71的厚度、即平面线圈图案30和复合磁性片材40的距离L1为15μm以下的区域，通信距离为30mm，但如果距离L1为20μm以上，则通信距离显著扩大，成为35mm以上。该效果在距离L1为25μm以上时达到饱和，即使将距离L1增大至其以上，通信距离也未发现变化。

【实施例2】

除使用对表面实施了绝缘涂层的Fe－Si－Cr合金粉之外，以与实施例1同样的条件测量通信距离。图9表示结果。

如图9所示，在隔离层71的厚度、即平面线圈图案30和复合磁性片材40的距离L1为5μm以下的区域，通信距离为37mm，但如果距离L1为10μm以上，则通信距离显著扩大，成为40mm。但是，如果将距离L1扩展到500μm，则通信距离降低至38mm。这认为其原因在于，平面线圈图案30和复合磁性片材40过于远离的结果是平面线圈图案30的电感降低。

【实施例3】

测定具有表面未进行绝缘涂层的Fe－Si－Cr合金粉的复合磁性片材、和具有表面实施了绝缘涂层的Fe－Si－Cr合金粉的复合磁性片材的体积电阻。相对于Fe－Si－Cr合金粉的绝缘涂层通过磷酸处理来进行。作为粘合剂树脂，使用聚氨酯树脂，厚度设为100μm。图10表示结果。

如图10所示，确认了，与具有未进行绝缘涂层的Fe－Si－Cr合金粉的复合磁性片材(未进行磷酸处理)相比，具有实施了绝缘涂层的Fe－Si－Cr合金粉的复合磁性片材(有磷酸处理)获得高的体积电阻，且成为峰值的频率也低。

Claims (16)

1.一种天线装置，其特征在于，

具备：

平面线圈图案，其形成于基板上；

复合磁性片材，从所述平面线圈图案看位于所述基板的相反侧，在粘合剂树脂中混合软磁性金属粉而成，

所述复合磁性片材以相对于所述平面线圈图案保持规定的距离的方式被支撑。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

还具备隔离层，其设置于所述平面线圈图案和所述复合磁性片材之间，将所述平面线圈图案和所述复合磁性片材的距离保持为所述规定的距离。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述规定的距离为20μm以上。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述软磁性金属粉的表面被绝缘涂层。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，

所述规定的距离为10μm以上。

6.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，

所述软磁性金属粉具有扁平形状。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

从所述复合磁性片材看，在所述平面线圈图案的相反侧配置有金属图案。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，

所述金属图案为电池组的一部分。

9.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，

所述规定的距离为所述复合磁性片材和所述金属图案的距离以下。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的天线装置，其特征在于，

被用于以13.56MHz的频率进行收发信号的近距离无线通信。

11.一种便携无线设备，其具备权利要求1～10中任一项所述的天线装置。

12.一种天线装置，其特征在于，

具备：

基板，具有互相相对的表面和背面，所述基板的所述背面固定于一个支撑构件；

线圈图案，形成于所述基板的所述表面上；

磁性片材，以距所述线圈图案为规定的距离的方式覆盖所述线圈图案，从而不与所述线圈图案接触。

13.根据权利要求12所述的天线装置，其特征在于，

进一步具备介于所述线圈图案和所述磁性片材之间的隔离物。

14.根据权利要求12所述的天线装置，其特征在于，

所述磁性片材固定于另一个支撑构件。

15.根据权利要求14所述的天线装置，其特征在于，

所述线圈图案以介有自由空间的方式与所述磁性片材相对。

16.根据权利要求14或15所述的天线装置，其特征在于，

所述规定的距离小于所述磁性片材与所述另一个支撑构件之间的距离。