CN204497378U - 天线线圈内置模块、天线装置及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种天线线圈内置模块、天线装置及通信设备。天线线圈的卷绕轴为基材层的面方向，端子电极配置于所述天线线圈的开口部附近，导体图案具备：多个第1布线，所述第1布线与所述端子电极连接；多个第2布线，所述第2布线与安装贴片零部件的贴片零部件安装端子电极连接；以及层间连接导体，所述层间连接导体在层间将所述第1布线与所述第2布线导通，所述第1布线中的至少1个对于从中间点到与所述端子电极连接的点的第1部分、以及从所述中间点到与所述第2布线连接的点的第2部分，若比较两部分沿着路径的方向成分，则满足第1部分与第2部分相比所述卷绕轴方向的成分较多的布线图案的形状条件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天线线圈内置模块、具备该天线线圈内置模块的天线装置及通信设备，所述天线线圈内置模块用于例如RFID(Radio Frequency Identification)系统、近距离无线通信(NFC：Near Field Communication)系统等。
背景技术
最近的以手机终端为代表的无线通信设备不仅搭载通话功能，还搭载GPS、无线LAN、RFID、近距离无线通信等各种通信功能。另一方面，无线通信设备不仅高功能化得到发展，小型化也同时得到发展，确保用于安装上述通信电路的足够空间逐渐变得困难。
作为解决该问题的一种方法，例如专利文献1所示，通过将天线线圈内置于层叠基体来实现小型化的方法是有效的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-218626号公报
实用新型的公开
实用新型所要解决的技术问题
但是，构成包含天线线圈与其他电路的模块后，天线线圈与其周围的电极相接近而进行无用耦合，因此会产生天线特性因该无用耦合而劣化的新问题。
因此，本实用新型的目的在于提供一种天线线圈内置模块、具备该天线线圈内置模块的天线装置及通信设备，所述天线线圈内置模块在内置天线线圈的模块中，维持小型化的同时减轻天线特性的劣化。
解决技术问题所采用的技术方案
本实用新型的天线线圈内置模块如下构成。
(1)一种天线线圈内置模块，具备层叠基体，所述层叠基体将形成导体图案的多个基材层层叠而构成，天线线圈由所述导体图案构成，所述层叠基体的底面形成有多个端子电极，所述层叠基体安装有贴片零部件，其特征在于，
所述天线线圈的卷绕轴为所述基材层的面方向，
所述端子电极配置于所述天线线圈的开口部附近，
所述导体图案具备：多个第1布线，所述第1布线与所述端子电极连接；多个第2布线，所述第2布线与安装所述贴片零部件的贴片零部件安装端子电极连接；以及层间连接导体，所述层间连接导体在层间将所述第1布线与所述第2布线导通，
所述第1布线中的至少1个对于从中间点(例如中央等任意1点)到与所述端子电极连接的点的第1部分、以及从所述中间点到与所述第2布线连接的点的第2部分，若比较两部分沿着路径的方向成分，则满足第1部分与第2部分相比所述卷绕轴方向的成分较多的布线图案的形状条件。
虽然天线线圈内产生的磁场在天线线圈的中央较高，但是天线线圈外产生的磁场在天线线圈开口部附近较高。因此，满足上述布线图案形状条 件的第1布线是越靠近天线线圈开口部路径越朝向卷绕轴方向的图案，所以第1布线与天线线圈的无用耦合得到抑制，天线特性的劣化得到抑制。
(2)优选为所述第1布线中，多个布线满足所述形状条件。
(3)更优选为所述第1布线中，所有布线满足所述形状条件。
(4)优选为形成所述第2布线的区域是在平面视图上不与所述天线线圈开口部重合或者重合区域少的线轴形。通过该结构，由天线线圈辐射的磁场难以与搭载于模块的贴片零部件、模块内导体图案等耦合，其结果是，天线特性的劣化进一步得到抑制。
(5)优选为所述层叠基体的底面中，在平面视图上不与所述天线线圈开口部重合的区域形成有安装用电极。通过该结构，由天线线圈辐射的磁场难以与层叠基体底面的安装用电极耦合，其结果是，天线特性的劣化进一步得到抑制。
(6)优选为所述基材层中，形成有所述天线线圈的层是磁体。通过该结构，在小型天线线圈中可得到预定的电感。
(7)优选为所述基材层中，形成有所述天线线圈的层中的一部分形成有空腔，该空腔内插入有(烧结)磁体。通过该结构，在小型天线线圈中可得到预定的电感，且没有磁体产生的磁屏蔽，可提高磁场辐射效率。
(8)由所述贴片零部件、所述第1布线及所述第2布线构成RF通信电路后，形成具备RF通信电路及天线线圈的模块。
(9)例如所述RF通信电路是作为RFID标签动作的电路。
(10)例如所述RF通信电路是作为RF读写器动作的电路。
(11)本实用新型的天线装置具备：上述任意的天线内置模块；以及增益天线，所述增益天线与该天线内置模块所具有的天线线圈磁场耦合。通过该结构，可扩展可通信距离。
(12)本实用新型的通信设备与上述任意的天线线圈内置模块或者上述天线装置共同具备无线通信电路。
实用新型效果
本实用新型中，第1布线与天线线圈的无用耦合得到抑制，天线特性的劣化得到抑制。
附图说明
图1A～图1G是第1实施方式所涉及的天线线圈内置模块层叠前各层的平面图。
图2A、图2B是基材层12e,12f的平面图，是表示天线线圈开口部与第1布线图案的关系的图。
图3是表示天线线圈、以及其附近磁场强度的图(剖面图)。
图4A、图4B、图4C是基材层12b,12e,12g的平面图，是表示天线线圈开口部与第2布线图案的关系、以及天线线圈开口部与安装用电极的关系的图。
图5是天线线圈内置模块的电路图。
图6A～图6G是第2实施方式所涉及的天线线圈内置模块层叠前各层的平面图。
图7是第3实施方式所涉及的天线线圈内置模块的基材层12f的平面 图，是表示天线线圈开口部与第1布线图案的关系的图。
图8是第3实施方式所涉及的其他天线线圈内置模块的基材层12f的平面图，是表示天线线圈开口部与第1布线图案的关系的图。
图9是作为增益天线发挥作用的升压线圈301的分解立体图。
图10是由天线线圈内置模块201与图9所示的升压线圈301构成的天线装置的等效电路图。
图11是表示第5实施方式所涉及的通信设备401的壳体内部结构的图，是将下部壳体91与上部壳体92分离后露出内部的状态下的平面图。
具体实施方式
《第1实施方式》
图1A～图1G是第1实施方式所涉及的天线线圈内置模块层叠前各层的平面图。
第1实施方式所涉及的天线线圈内置模块具备层叠基体(多层基板)，所述层叠基体将形成导体图案的多个基材层层叠而构成，天线线圈由导体图案构成，层叠基体的底面形成有多个端子电极，层叠基体安装有贴片零部件。
图1A是层叠基体第1层(最上层)的平面图，图1G是第10层(最下层)的平面图，图1B～图1F是其之间各层的平面图。另外，图1D是表示第4层到第7层的图。第4层到第7层若用平面图表示则相同。
构成层叠基体的多个基材层是绝缘层。这些基材层12a～12g分别是电介质(非磁体)层。基材层12d形成有开口，利用第4层到第7层的基材层12d的层叠来构成空腔。该空腔内收存有磁体材料31。磁体材料31例如是烧结磁体铁氧体板。基材层12a～12g例如是低温共烧陶瓷(LTCC)的层。
如图1G所示，基材层12g形成有端子电极P1～P6及安装用电极16。基材层12a形成有贴片零部件搭载用的多个电极及多个布线图案。但是，该图1A中仅表示所搭载的贴片零部件。具体而言，搭载有RFIC、安全元件SE、晶体振荡器X1、贴片电感器L1,L2、贴片电容器C4,C9,C14,C15,C17,C18,C19,C20,C23,C24、以及贴片电阻器R1。
基材层12c形成有线状导体21，基材层12e形成有线状导体22。基材层12c,12d形成有将线状导体21-22间连接的2列天线线圈用层间连接导体(过孔导体)23。利用这些线状导体21,22及天线线圈用层间连接导体23，构成以卷绕轴朝向基材层面方向的方式卷绕成螺旋状的天线线圈。所述端子电极P1～P6排列在天线线圈开口部附近。该示例中，线状导体21,22沿着x轴方向延伸，天线线圈卷绕轴朝向y轴方向。
基材层12f形成有第1布线14a～14f。基材层12b形成有第2布线。但是，图1B中整体表示第2布线的形成区域17。
基材层12b～12f形成有将形成于基材层12b的第2布线与形成于基材层12f的第1布线14a～14f连接的层间连接导体(过孔导体)13a～13f。基材层12a形成有将形成于基材层12a的布线图案与形成于基材层12b的第2布线连接的层间连接导体。
基材层12g形成有将形成于基材层12f的第1布线14a～14f与形成于基材层12g的端子电极P1～P6连接的层间连接导体(过孔导体)15a～15f。
第1布线14a～14f将层间连接导体13a～13f与层间连接导体15a～15f连接。因此，端子电极P1～P6通过第1布线14a～14f、层间连接导体15a～15f,13a～13f与第2布线导通。
图2A、图2B是所述基材层12e,12f的平面图，是表示天线线圈开口部与第1布线图案的关系的图。单点划线表示卷绕轴。
第1布线14a～14f具备：从中间点(该示例中弯折点)到与端子电极连接的点(层间连接导体15a～15f)的第1部分Z1、以及从所述中间点到与第2布线连接的点(层间连接导体13a～13f)的第2部分Z2。对该第1部分Z1与第2部分Z2，比较沿着路径的方向成分，则第1部分Z1与第2部分Z2相比天线线圈的卷绕轴方向的成分较多。该示例中，第1布线14a～14f各自的第1部分Z1朝向y轴方向，各自的第2部分Z2朝向x轴方向。换言之，第1布线14a～14f在天线线圈的开口部附近沿着天线线圈的卷绕轴方向延伸，在比天线线圈的开口部靠里的位置沿着与卷绕轴正交的方向延伸。
图3是表示天线线圈、以及其附近磁场强度的图(剖面图)。线状导体21,22为天线线圈的一部分，虚线是由天线线圈产生的磁力线，以该磁力线的疏密表示磁场的强度分布。
虽然天线线圈内产生的磁场在天线线圈的中央较高，但是天线线圈外产生的磁场在天线线圈的开口部附近较高。因此，若存在在天线线圈开口部附近相对于卷绕轴沿着正交方向延伸的导体图案，则天线线圈与该导体图案的磁场耦合较强。图3中，虽然第1布线14e,14b的一部分位于线圈开口部附近，但是第1布线14e,14b在线圈开口部附近沿着卷绕轴方向延伸。因此，天线线圈与第1布线的耦合较弱。
图4A、图4B、图4C是所述基材层12b,12e,12g的平面图，是表示天线线圈开口部与第2布线图案的关系、以及天线线圈开口部与安装用电极的关系的图。在基材层12b,12g中还表示基材层12e所示的天线线圈开口 部CA在平面视图上的位置。
如基材层12b所示，第2布线的形成区域17是在平面视图上不与天线线圈开口部CA重合或者重合区域少的线轴形。以与天线线圈开口部CA重合的区域变少的方式，从线圈开口以偏移量OF进行偏移。例如，基材层的尺寸是6mm×5mm，偏移量OF设为距线圈开口位置约0.6mm。优选为该偏移量是天线线圈卷绕轴轴长(图4A、图4B、图4C的y轴方向长度)的1/10左右(从1/5到1/20的范围)。
如图3所示，虽然天线线圈外的磁场强度在线圈开口部附近较高，但是通过在上述区域形成第2布线，从而由天线线圈辐射的磁场难以与搭载于模块的贴片零部件、模块内导体图案等耦合，其结果是，天线特性的劣化进一步得到抑制。
此外，如基材层12g所示，在平面视图上不与天线线圈开口部CA重合的区域形成有安装用电极16。例如，将间隙CL设为距线圈开口位置约0.7mm。优选为该间隙是天线线圈卷绕轴轴长(图4A、图4B、图4C的y轴方向长度)的1/10左右(从1/5到1/20的范围)。通过该结构，由天线线圈辐射的磁场难以与安装用电极16耦合，其结果是，天线特性的劣化进一步得到抑制。
图5是所述天线线圈内置模块的电路图。此处，天线线圈ANT是由所述线状导体21,22及天线线圈用层间连接导体23构成的天线线圈。LC并联谐振电路由该天线线圈ANT与电容器C20构成，其谐振频率调整为通信信号的载波频带(例如13.56MHz频带等HF频带)。电容器C19是谐振频率微调用电容器。电感器L1,L2、电容器C14,C15,C17,C18构成阻抗匹配电路。晶体振荡器X1、电容器C23,C24及电阻器R1构成晶体振荡电路。电容器C4,C9是旁路电容器。
端子电极P1～P6中，P1,P6是电源端子，端子电极P4是接地端子。
所述RFIC是RF通信电路。该RFIC设定成标签模式时，将用天线线圈接收的近区电磁场转换成电力，并解调来自通信对象侧的指令，利用负载调制发送(响应)预定信息。由此，该天线线圈内置模块作为RFID标签发挥作用。
此外，RFIC设定成读写器模式时，将用天线线圈接收的近区电磁场转换成电力，并接收来自通信对象侧的发送信号，利用负载调制发送预定信息。由此，该天线线圈内置模块作为RF读写器发挥作用。
《第2实施方式》
图6A～图6G是第2实施方式所涉及的天线线圈内置模块层叠前各层的平面图。
第2实施方式所涉及的天线线圈内置模块与第1实施方式所示的天线线圈内置模块相同，具备层叠基体，所述层叠基体将形成导体图案的多个基材层层叠而构成，天线线圈由导体图案构成，层叠基体的底面形成有多个端子电极，层叠基体安装有贴片零部件。
图6A～图6G中，虽然基材层12a～12g均为绝缘层，但是基材层12c,12d,12e为磁体层，其他基材层为电介质层。基材层12c,12d,12e为磁体层这点与第1实施方式不同。此外，基材层12d无开口，因此未构成空腔，不存在如图1D所示的磁体材料31。
上述电介质层例如为低温共烧陶瓷(LTCC)的电介质陶瓷层，上述磁体层例如为低温共烧陶瓷(LTCC)的铁氧体层。
由此，通过将由天线线圈的线状导体21,22夹住的基材层设为磁体层，从而可用小型天线线圈得到预定电感，而无需埋设烧结磁体铁氧体板。
另外，虽然用于得到预定电感的天线线圈尺寸略大，但是也可以将如图6A～图6G所示的所有基材层12a～12g设为电介质层。
《第3实施方式》
图7是第3实施方式所涉及的天线线圈内置模块的基材层12f的平面图，是表示天线线圈的开口部与第1布线图案的关系的图。此外，图8是第3实施方式所涉及的其他天线线圈内置模块的基材层12f的平面图，是表示天线线圈的开口部与第1布线图案的关系的图。图7、图8中，基材层12f以外的结构与第1实施方式中如图1A～图1G、图2A、图2B所示的结构相同。
如图1F、图2B所示的示例中，虽然第1布线14a～14f是近似L字状的图案，但是第1布线可以并非仅由直线构成，还可以如图7所示，第1布线图案的一部分或者全部是曲线。此外，如图8所示，第1布线图案的一部分也可以倾斜。无论哪种情况下，均具备：从中间点到与端子电极连接的点(层间连接导体15a～15f)的第1部分Z1、以及从中间点到与第2布线连接的点(层间连接导体13a～13f)的第2部分Z2。对该第1部分Z1与第2部分Z2，比较沿着路径的方向成分，则满足第1部分Z1与第2部分Z2相比天线线圈卷绕轴方向的成分较多的形状条件。
所述中间点并非第1布线14a～14f的中央点的含义，而是与端子电极连接的点(层间连接导体15a～15f)和与第2布线连接的点(层间连接导体13a～13f)之间的任意点。
满足上述布线图案的形状条件后，布线图案在天线线圈开口部附近成为沿着线圈卷绕轴方向的形状，在比天线线圈开口部靠里的位置成为沿着与线圈卷绕轴方向正交的方向的形状。因此，第1布线是在天线线圈开口部附近朝向卷绕轴方向的图案，所以第1布线与天线线圈的无用耦合得到抑制，天线特性的劣化得到抑制。
另外，如果是如图7、图8所示的第1布线图案，则与如图2B所示的L字状图案的情况相比，布线图案的路径长度较短，所以布线电阻较小，可实现低损失化。
《第4实施方式》
第4实施方式中，使用如以上所示的天线线圈内置模块的天线线圈作为供电用线圈，表示具备与该供电用线圈耦合的增益天线的天线装置。
图9是作为增益天线发挥作用的升压线圈301的分解立体图。升压线圈301具备：绝缘体基材3、形成于其第1面的第1线圈1、形成于第2面的第2线圈2、以及磁体片4。第1线圈1与第2线圈2分别是图案化成矩形漩涡状的导体，以在平面视图上电流流向同方向的状态下进行电容耦合的方式进行图案化。两个线圈导体进行图案化，以使得在来自同一方向的平面视图上，顺时针电流流向其中一个线圈导体时，电流还顺时针流向另一个线圈导体。
图10是由天线线圈内置模块201与图9所示的升压线圈301构成的天线装置的等效电路图。天线线圈内置模块201的结构如前面几个实施方式所示。详细而言，构成如图5所示的电路，但是此处简化后表示。天线线圈内置模块201由天线线圈的电感成分L1、电容器C1及RFIC等构成。电容器C1是用于调整天线线圈谐振频率的电容(图5的C19,C20)。升压线圈301由第1线圈1及第2线圈2的电感成分L2,L3、第1线圈1与第2 线圈2之间产生的电容成分C2,C3等构成。
由此，通过使用与天线线圈内置模块不同的升压线圈301作为增益天线，从而可扩展可通信最长距离。
《第5实施方式》
图11是表示第5实施方式所涉及的通信设备401的壳体内部结构的图，是将下部壳体91与上部壳体92分离后露出内部的状态下的平面图。该通信设备401使用如以上所示的天线线圈内置模块的天线线圈作为供电用线圈，具备与该供电用线圈耦合的升压线圈。
下部壳体91的内部收存有印刷布线板71,81、电池组83等。印刷布线板71安装有天线线圈内置模块201。该印刷布线板71还搭载有UHF频带天线72、摄像头模块76等。此外，印刷布线板81搭载有UHF频带天线82等。印刷布线板71与印刷布线板81通过同轴电缆84连接。
上部壳体92的内表面形成有升压线圈301。该升压线圈301与天线线圈内置模块201的天线线圈(供电线圈)磁场耦合。
另外，虽然在以上各实施方式中表示具备陶瓷层叠基体的示例，但是也可以将电介质(非磁体)的树脂片作为基材层，并利用树脂片的层叠来构成层叠基体。可使用例如液晶聚合物、聚酰亚胺等热塑性树脂片。此外，可使用将电介质填充物分散的树脂片作为电介质层。另外，可使用将磁体填充物分散或者与此同时将电介质填充物分散的树脂片作为磁体层。
虽然在以上所示的各实施方式中，表示所有第1布线满足前述布线图案形状条件的示例，但是如果多个第1布线中的至少1个满足布线图案形状条件，则天线特性的劣化就可得到抑制。
此外，虽然以上所示的示例中，表示13.56MHz频带等HF频带的RFID，但是本实用新型不仅可适用于HF频带的系统，还同样可适用于无线LAN等所利用的UHF频带的系统等。
标号说明
ANT …天线线圈
CA …天线线圈的开口部
P1～P6 …端子电极
SE …安全元件
X1 …晶体振荡器
Z1 …第1部分
Z2 …第2部分
1 …第1线圈
2 …第2线圈
3 …绝缘体基材
4 …磁体片
12a～12g …基材层
13a …层间连接导体
14a～14f …第1布线
15a～15f …层间连接导体
16 …安装用电极
17 …第2布线的形成区域
21,22 …线状导体
23 …天线线圈用层间连接导体
31 …磁体材料
71,81 …印刷布线板
72,82 …UHF频带天线
76 …摄像头模块
83 …电池组
84 …同轴电缆
91 …下部壳体
92 …上部壳体
201 …天线线圈内置模块
301 …升压线圈
401 …通信设备
Claims (12)
1.一种天线线圈内置模块，具备层叠基体，所述层叠基体将形成导体图案的多个基材层层叠而构成，天线线圈由所述导体图案构成，所述层叠基体的底面形成有多个端子电极，所述层叠基体安装有贴片零部件，其特征在于，
所述天线线圈的卷绕轴为所述基材层的面方向，
所述端子电极配置于所述天线线圈的开口部附近，
所述导体图案具备：多个第1布线，所述第1布线与所述端子电极连接；多个第2布线，所述第2布线与安装所述贴片零部件的贴片零部件安装端子电极连接；以及层间连接导体，所述层间连接导体在层间将所述第1布线与所述第2布线导通，
所述第1布线中的至少1个对于从中间点到与所述端子电极连接的点的第1部分、以及从所述中间点到与所述第2布线连接的点的第2部分，若比较两部分沿着路径的方向成分，则满足第1部分与第2部分相比所述卷绕轴方向的成分较多的布线图案的形状条件。
2.如权利要求1所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述第1布线中，多个布线满足所述形状条件。
3.如权利要求1所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述第1布线的所有布线满足所述形状条件。
4.如权利要求1～3中任一项所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
形成所述第2布线的区域是在平面视图上不与所述天线线圈的开口部重合或者重合区域少的线轴形。
5.如权利要求1～3中任一项所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述层叠基体的底面中，在平面视图上不与所述天线线圈的开口部重合的区域形成安装用电极。
6.如权利要求1～3中任一项所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述基材层中，形成有所述天线线圈的层是磁体。
7.如权利要求1～3中任一项所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述基材层中，形成有所述天线线圈的层中的一部分形成有空腔，该空腔内插入有磁体。
8.如权利要求1～3中任一项所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
由所述贴片零部件、所述第1布线及所述第2布线构成RF通信电路。
9.如权利要求8所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述RF通信电路是作为RFID标签动作的电路。
10.如权利要求8所述的天线线圈内置模块，其特征在于，
所述RF通信电路是作为RF读写器动作的电路。
11.一种天线装置，具备：如权利要求1～10中任一项所述的天线内置模块；以及增益天线，所述增益天线与该天线内置模块所具有的所述天线线圈磁场耦合。
12.一种通信设备，与如权利要求1～10中任一项所述的天线线圈内置模块或者如权利要求11所述的天线装置共同具备无线通信电路。
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