JP2003067682A - アンテナ装置及びリーダー／ライター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層基板製造技術を用いて限られた範囲で導
体断面積を拡大することにより、通信距離を拡大し安価
に製造可能なアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 絶縁樹脂層１１ａに導体層が積層され該
導体層がコイル状にパターン形成された該コイルパター
ン１０ａ〜１０ｄが、絶縁樹脂層１１ａを介して多層に
形成されたアンテナ基板１１の各層のコイルパターン１
０ａ〜１０ｄどうしが所定間隔で形成されたスルーホー
ルめっき層１２により電気的に接続されて、単一のコイ
ルパターン１０に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は非接触型ＩＣカード
との間でデータを送受信するアンテナ装置及び該アンテ
ナ装置を備えたリーダー／ライター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、データ処理の効率化やデータ管理
の利便性やセキュリティの確保を図る上でＩＣチップを
搭載したＩＣカードが普及しつつある。ＩＣカードに
は、カードの外部接続端子とホスト装置側の端子と接続
してデータの送受信を行う接触型と、ＩＣカードとリー
ダー／ライター装置とに各々備えたコイルアンテナ間で
無線方式でデータの送受信を行う非接触型とがある。非
接触型のＩＣカードは独自の電源を持たず、ＩＣ回路の
起動電力をＩＣカードとリーダー／ライター装置との間
で電磁誘導により生ずる誘導起電力により供給するよう
になっている。

【０００３】非接触型ＩＣカードとリーダー／ライター
装置との通信距離は、使用目的により様々なものが開発
されているが、一般に通信距離を伸ばすためにはリーダ
ー／ライター装置側のコイルアンテナ部に大きな電流を
流す必要がある。電流値を大きくすることでコイルアン
テナ部に鎖交する磁束密度が増大するからである。直流
抵抗値はコイル断面積に反比例することから、コイル断
面積を増やせば大電流が得られることになる。

【０００４】リーダー／ライター装置のコイルアンテナ
部の構成としては、ワイヤをコイル状に巻き回して形成
したアンテナ部がある。また、プリント基板に導体パタ
ーンを渦巻き状に形成したアンテナ部や、ＩＶＨ（Ｉｎ
ｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ・Ｖｉａ・Ｈｏｌｅ）基板やビル
ドアップ基板を用いて渦巻き状の導体パターンを複数層
積層してコイル部分を並列接続することにより該コイル
部分の抵抗値（インダクタンス）を低減させたアンテナ
部などが形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ワイヤをコイル状に巻
き回してアンテナ部を形成した場合、コイル径や線間密
度のばらつきが大きくなるため量産には適さない。ま
た、プリント基板に導体パターンを渦巻き状に形成した
アンテナ部の場合、めっきにより導体層を厚付けした導
体パターンの場合でも数十μｍ程度であるため、断面積
を大きくするには導体パターンの幅を広げる必要があ
る。導体パターンの幅を広げるとコイル径が大きくなり
装置が大型化する。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、多層基板製造技術を用いて限られた範囲で導体断
面積を拡大することにより、通信距離を拡大ししかも安
価に製造可能なアンテナ装置及び該アンテナ装置を用い
たリーダー／ライター装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。即ち、非接触型ＩＣカ
ードとの間でデータを送受信するリーダー／ライター装
置に具備したアンテナ装置において、絶縁樹脂層に導体
層が積層され該導体層がコイル状にパターン形成された
該コイルパターンが、絶縁樹脂層を介して多層に形成さ
れたアンテナ基板の各層のコイルパターンどうしが所定
間隔で形成されたスルーホールめっき層により電気的に
接続されて、単一のコイルパターンに形成されているこ
とを特徴とする。

【０００８】リーダー／ライター装置においては、非接
触型ＩＣカードのアンテナ部とデータの送受信が行われ
る前記アンテナ装置と、該アンテナ装置を通じてデータ
の送信／受信を行うデータ送信部及びデータ受信部と、
ホスト装置の命令に応じてデータ送信部又はデータ受信
部の動作を制御する制御部とを具備したことを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について添付図面と共に詳述する。図１はリーダー／ラ
イター装置のブロック図、図２は図１のリーダー／ライ
ター装置外観図、図３はアンテナ装置の回路図、図４は
アンテナ基板とコイルアンテナとの直流抵抗値の比較例
を示す図表、図５はアンテナ基板の各層のコイルパター
ンを示す説明図、図６は各層のコイルパターンの電気的
接続状態を示す部分断面図である。

【００１０】先ず、図１及び図２を参照してリーダー／
ライター装置の概略構成について説明する。１はリーダ
ー／ライター装置であり、図２に示す装置本体２内にア
ンテナ装置３及び該アンテナ装置３に接続する本体装置
部４が収容されている。アンテナ装置３は、ＩＣカード
５側のアンテナ部（図示せず）との間で電磁誘導により
データの送受信が行われる。本体装置部４は、アンテナ
装置３を通じてデータの送信／受信を行うデータ送信部
６及びデータ受信部７と、ホスト装置８側の命令に応じ
てデータ送信部６又はデータ受信部７の動作を制御する
制御部９とを備えている。

【００１１】次に、アンテナ装置３の構成について図３
乃至図６を参照して説明する。先ず、アンテナ装置３の
回路構成について、図３を参照して説明する。１０はコ
イルパターン（導体パターン）であり、導体層がコイル
状にパターン形成されたコイルパターン１０ａ〜１０ｄ
が絶縁樹脂層１１ａを介して多層（本実施例では４層）
に形成されている。後述するように各層のコイルパター
ン１０ａ〜１０ｄは電気的に導通した単一のコイルパタ
ーン１０に形成されている。コイルパターン１０は、抵
抗Ｒ１、同調容量Ｃ１と直列に接続されて直列共振回路
を形成している。Ｊ１は直列共振回路と本体装置部４と
を接続するコネクタ部である。

【００１２】コイルパターン１０の構成について図５及
び図６を参照して説明する。図５は、アンテナ基板１１
に各々形成された第１層〜第４層のコイルパターン１０
ａ〜１０ｄを例示するものである。アンテナ基板１１は
絶縁樹脂層（例えばガラスエポキシ樹脂層）１１ａに導
体層（例えば銅箔層）が積層され、コイル状にパターン
化して形成されたコイルパターン１０ａ〜１０ｄが、絶
縁樹脂層１１ａを介して多層形成された厚さ０．６〜
２．０ｍｍ程度の基板（プリント基板）が用いられる。
第１層〜第３層のコイルパターン１０ａ〜１０ｃは同一
形状であるが、第４層のコイルパターン１０ｄは、抵抗
Ｒ１、同調容量（コンデンサ）Ｃ１を実装するためパタ
ーン形状は若干異なる。

【００１３】また、多層板であるアンテナ基板１１は、
図６に示すように、各層のコイルパターン１０ａ〜１０
ｄどうしが所定間隔で形成されたスルーホールめっき層
１２により層間接続されて電気的に単一のコイルとして
形成されている。スルーホールめっき層１２は、通常の
プリント基板製造プロセスを用いてアンテナ基板１１に
貫通孔を開けて、無電解銅めっき、電解銅めっきを施す
ことにより形成される。

【００１４】尚、アンテナ基板１１に形成された第１層
〜第４層のコイルパターン１０ａ〜１０ｄは、片面銅張
基板にコイルパターンが形成された基板を積層して貼り
合わせても良いが、アンテナ基板１１を簡易に製造コス
トを低減させて多層形成するには、両面銅張基板を用い
て形成したり、両面銅張基板と片面銅張基板を組合わせ
て形成するのが好ましい。

【００１５】例えば、両面銅張基板１３の両面にエッチ
ングによりコイルパターン１０ａ、１０ｂが形成され、
該コイルパターン１０ａ、１０ｂ上にスルーホールが形
成された基材と、両面銅張基板の両面にエッチングによ
りコイルパターン１０ｃ、１０ｄが形成され、該コイル
パターン１０ｃ、１０ｄ上にスルーホールが形成された
基板どうしを加熱加圧して一体に積層し、スルーホール
めっき層１２により層間接続するようにしても良い（図
６左端側参照）。

【００１６】或いは両面銅張基板１３の両面にエッチン
グによりコイルパターン１０ｂ、１０ｃが形成され、該
コイルパターン１０ｂ、１０ｃ上にスルーホールが形成
されたコア基材の両側に、片面銅張基板１４にコイルパ
ターン１０ａが形成され該パターン上にスルーホールが
形成された積層板及び片面銅張基板にコイルパターン１
０ｄが形成され該パターン上にスルーホールが形成され
た積層板を貼り合わせて、スルーホールめっき層１２に
より層間接続するようにしても良い（図６右端側参
照）。

【００１７】コイルパターン１０は、見かけ上４層並列
接続構造であるが、スルーホールめっき層１２により層
間接続されているので、電気的には単一のコイルパター
ン１０として機能する。よって、アンテナ基板１１に形
成されたコイルパターン１０自体の断面積、特に線幅を
大きくすることなく、上下複数層のコイルパタ−ン断面
積の合計がコイル断面積とみなせるので、直流抵抗分を
抑えて電流値を増加させることができる。また、アンテ
ナ装置３に鎖交する磁束密度が増大するため、広範囲で
ＩＣカード５のアンテナ部との間で十分な誘導起電力を
生じさせて送受信を行うことができ、通信距離を拡大す
ることが可能となる。本実施例のアンテナ装置３は、共
振周波数１３．５６ＭＨｚ、通信距離が３０ｍｍ〜４０
ｍｍ程度の送受信が可能に形成されている。尚、各層の
コイルパターン１０はめっきによりできるだけ導体厚を
厚く形成したほうが断面積増加につながり、また積層す
る層数を増やすほどコイルパターン１０の断面積が全体
で増加するため直流抵抗値は小さくなる。

【００１８】一例として、図４にアンテナ基板とコイル
アンテナとの直流抵抗値の比較例を示す。本実施例の４
層接続タイプのアンテナ基板１１（）、１層のみにコ
イルパターンを形成したアンテナ用基板（）、リード
線によるコイルアンテナ（）について周波数１００ｋ
Ｈｚの場合の直流抵抗値並びにインダクタンス値を比較
した。直流抵抗値は、４層接続タイプのアンテナ基板１
１（）は、１層のみのアンテナ用基板（）に比べて
低く、リード線によるコイルアンテナに近いことが分か
る。

【００１９】上記アンテナ装置３を用いれば、限られた
基板面積でコイルパターン１０の断面積を拡大し直流抵
抗値を小さくすることにより、コイルパターン１０に流
れる電流値を大きくできる。よって、アンテナ装置３に
鎖交する磁束密度が増大するため、広範囲でＩＣカード
５のアンテナ部との間で十分な誘導起電力を生じさせて
送受信を行うことができ、通信距離を拡大することが可
能となる。また、アンテナ装置３は既存の多層基板製造
設備を用いて安価に製造することが可能であるので、量
産してもアンテナ装置３の性能差を小さく抑えることが
でき、コイルアンテナに比べて品質レベルを一定に保つ
ことができる。また、アンテナ装置３を具備したリーダ
ー／ライター装置１は、通信距離が拡大してもアンテナ
基板の面積を増大する必要がないので小型化でき、部品
コストも削減でき、しかも一定の通信性能を有するリー
ダー／ライター装置１を安価に量産することができる。

【００２０】以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明は上述した各実施例に限定される
のものではなく、例えば、アンテナ装置３のコイルパタ
ーン１０の外径や積層する層数は、通信距離に応じて任
意に増減することが可能である等、発明の精神を逸脱し
ない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係るアンテナ装置を用いれば、
限られた基板面積でコイルパターンの断面積を拡大し直
流抵抗値を小さくすることにより、コイルパターンに流
れる電流値を大きくできる。よって、アンテナ装置に鎖
交する磁束密度が増大するため、広範囲でＩＣカードの
アンテナ部との間で十分な誘導起電力を生じさせて送受
信を行うことができ、通信距離を拡大することが可能と
なる。また、アンテナ装置は既存の多層基板製造設備を
用いて安価に製造することが可能であるので、量産して
もアンテナ装置の性能差を小さく抑えることができ、コ
イルアンテナに比べて品質レベルを一定に保つことがで
きる。また、アンテナ装置を具備したリーダー／ライタ
ー装置は、通信距離が拡大してもアンテナ基板の面積を
増大する必要がないので小型化でき、部品コストも削減
でき、しかも一定の通信性能を有するリーダー／ライタ
ー装置を安価に量産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リーダー／ライター装置のブロック図である。

【図２】図１のリーダー／ライター装置外観図である。

【図３】アンテナ装置の回路図である。

【図４】アンテナ基板とコイルアンテナとの直流抵抗値
の比較例を示す図表である。

【図５】アンテナ基板の各層のコイルパターンを示す説
明図である。

【図６】各層のコイルパターンの電気的接続状態を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１ リーダー／ライター装置 ２ 装置本体 ３ アンテナ装置 ４ 本体装置部 ５ ＩＣカード ６ データ送信部 ７ データ受信部 ８ ホスト装置 ９ 制御部 １０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ コイルパター
ン １１ アンテナ基板 １１ａ 絶縁樹脂層 １２ スルーホールめっき層 １３ 両面銅張基板 １４ 片面銅張基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C005 MA25 NA09 5B035 BB09 CA23 5B058 CA15 KA24 KA40 5J046 AA03 AA07 AA19 AB11 PA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触型ＩＣカードとの間でデータを送
   受信するリーダー／ライター装置に具備したアンテナ装
   置において、 絶縁樹脂層に導体層が積層され該導体層がコイル状にパ
   ターン形成された該コイルパターンが、絶縁樹脂層を介
   して多層に形成されたアンテナ基板の各層のコイルパタ
   ーンどうしが所定間隔で形成されたスルーホールめっき
   層により電気的に接続されて、単一のコイルパターンに
   形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 非接触型ＩＣカードのアンテナ部とデー
   タの送受信が行われる請求項１記載のアンテナ装置と、 該アンテナ装置を通じてデータの送信／受信を行うデー
   タ送信部及びデータ受信部と、 ホスト装置の命令に応じてデータ送信部又はデータ受信
   部の動作を制御する制御部とを具備したことを特徴とす
   る請求項１記載のリーダー／ライター装置。