JP2006042097A - Antenna wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、ICカードやICタグ等に使用される、非接触で信号の授受を行なうためのアンテナを形成したアンテナ配線基板に関する。 The present invention relates to an antenna wiring board used for an IC card, an IC tag, or the like, in which an antenna for transmitting and receiving signals without contact is formed.
近年、ICカードやICタグ等の、非接触で信号の授受を行なう情報媒体が注目され、急速に普及し始めている。このような情報媒体は、非接触での信号の授受を可能にするために、アンテナ配線基板を用いて形成されている。アンテナ配線基板は、例えば、樹脂で形成した平板状の絶縁基体と、絶縁基体の主面に形成された渦巻き状の配線導体とを具備した構造である。 In recent years, information media such as IC cards and IC tags that exchange signals in a non-contact manner have attracted attention and have begun to spread rapidly. Such an information medium is formed using an antenna wiring board in order to enable transmission and reception of signals without contact. The antenna wiring board has a structure including, for example, a flat insulating base made of resin and a spiral wiring conductor formed on the main surface of the insulating base.
このアンテナ配線基板において、渦巻状の配線導体がアンテナとして機能し、例えば、防犯用や商品の管理用等の商品タグ、プリペイド式の鉄道,バス等の料金支払い用カードに組み込まれて、旅券,各種施設の入場券等として利用され、対応する情報の読み取り装置と対になって使用される。情報の読み取り装置にもアンテナの機構が内蔵されていて、これに情報媒体の配線導体部分を接近させることにより、渦巻状の配線導体と外部の読取装置との間で電波を介して信号が授受される。信号は、読み取り装置と連動する記憶装置,演算装置等により処理され、商品の売買記録、利用料金の計算、旅券等の真贋判定等の各種の処理が実行される。また、アンテナ配線基板に記憶装置や演算装置として半導体素子が搭載される場合もある。 In this antenna wiring board, the spiral wiring conductor functions as an antenna. For example, it is incorporated into a product tag for crime prevention, product management, etc., a prepaid railway, bus or other fee payment card, It is used as an admission ticket for various facilities and used in combination with a corresponding information reader. The information reader also has a built-in antenna mechanism. By bringing the wiring conductor portion of the information medium close to it, signals are exchanged between the spiral wiring conductor and the external reader via radio waves. Is done. The signal is processed by a storage device, an arithmetic device, or the like linked with the reading device, and various processes such as merchandise sales and purchase records, calculation of usage fees, and authenticity determination of a passport are executed. In some cases, a semiconductor element is mounted on the antenna wiring board as a storage device or an arithmetic device.
このようなアンテナ配線基板において、渦巻状の配線導体は、その渦巻きの巻き数が多いほど信号の授受の感度に優れているため、情報をより短時間でかつ正確に授受させる上では、配線導体の巻き数を多くすることが求められる。
しかしながら、上記の従来のアンテナ配線基板においては、平板状の樹脂から成る絶縁基板の主面に渦巻状の配線導体が形成されているため、巻き数を多くするためには配線導体が形成されている面積を大きくする必要があり、外形寸法の小型化が難しいという問題があった。また、外形寸法を小さくしようとすると、信号の授受の精度を向上させることが難しい。 However, in the above-described conventional antenna wiring board, since the spiral wiring conductor is formed on the main surface of the insulating substrate made of a flat resin, the wiring conductor is formed to increase the number of turns. There is a problem in that it is necessary to increase the area, and it is difficult to reduce the outer dimensions. Also, when trying to reduce the outer dimensions, it is difficult to improve the accuracy of signal transmission / reception.
本発明は、このような従来の問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、平面面積が小型で、かつ信号の授受の精度に優れたアンテナ配線基板を提供することにある。 The present invention has been completed in order to solve such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an antenna wiring board having a small planar area and excellent signal transmission / reception accuracy. is there.
本発明のアンテナ配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体と、最上層の絶縁層の上面に形成された第1および第2の電極パッドと、前記最上層の絶縁層以外の前記絶縁層の上面にそれぞれ形成されるとともに互いに電気的に直列接続された渦巻き状の配線導体と、前記第1の電極パッドおよび前記最上層の絶縁層直下の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第1の貫通導体と、前記第2の電極パッドおよび最下層の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第2の貫通導体とを具備していることを特徴とするものである。 An antenna wiring board according to the present invention includes an insulating base formed by laminating a plurality of insulating layers, first and second electrode pads formed on the upper surface of the uppermost insulating layer, and other than the uppermost insulating layer. A spiral wiring conductor formed on the upper surface of the insulating layer and electrically connected in series to each other, and the wiring formed in the insulating layer immediately below the first electrode pad and the uppermost insulating layer A first through conductor that electrically connects the conductors in series; and a second through conductor that electrically connects the wiring conductors formed in the second electrode pad and the lowermost insulating layer in series. It is characterized by that.
本発明のアンテナ配線基板において好ましくは、前記第1および第2の電極パッドは、前記絶縁基体の上面に搭載される半導体素子に電気的に接続されており、前記配線導体は、それらの全てが平面視で前記半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることを特徴とするものである。 In the antenna wiring board of the present invention, preferably, the first and second electrode pads are electrically connected to a semiconductor element mounted on the upper surface of the insulating base, and the wiring conductor is all of them. It is formed in the area | region enclosed with the external shape of the said semiconductor element by planar view.
本発明のアンテナ配線基板によれば、上記の構成により、配線導体を複数の絶縁層に形成し、これら絶縁層を上下に積層することにより巻き数を増やすことができるため、アンテナ配線基板の外形寸法を小型に維持しながら、配線導体により信号の授受の精度を優れたものとすることができ、小型かつ高精度のアンテナ配線基板を提供することができる。 According to the antenna wiring board of the present invention, with the above configuration, the number of turns can be increased by forming wiring conductors in a plurality of insulating layers and laminating these insulating layers vertically, so that the outer shape of the antenna wiring board can be increased. While keeping the dimensions small, the wiring conductor can improve the accuracy of signal transmission and reception, and a small and highly accurate antenna wiring board can be provided.
また、半導体素子が、配線導体が形成されている絶縁層とは異なる最上層の絶縁層に搭載されるため、最上層の絶縁層により配線導体と半導体素子との間を従来よりも有効に電磁的に遮断することができ、半導体素子の誤動作や信号へのノイズの混入等の不具合の発生をより確実に防止することができ、より精度の高い信号の授受および処理を行なうことが可能なアンテナ配線基板とすることができる。 In addition, since the semiconductor element is mounted on the uppermost insulating layer different from the insulating layer on which the wiring conductor is formed, the uppermost insulating layer is more effective than the prior art in electromagnetic waves between the wiring conductor and the semiconductor element. Which can be cut off automatically, can prevent malfunctions such as malfunction of semiconductor elements and noises in signals, and can more reliably prevent signals from being sent and received and processed. It can be set as a wiring board.
本発明のアンテナ配線基板において好ましくは、第1および第2の電極パッドは、絶縁基体の上面に搭載される半導体素子に電気的に接続されており、配線導体は、それらの全てが平面視で半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることから、半導体素子が接続されて一体的に信号の授受および情報の処理を行なうことができるとともに、アンテナ配線基板の外形寸法を半導体素子と同程度に小さく抑えることができ、より実用性に優れるとともに、小型化がより確実なアンテナ配線基板とすることができる。 In the antenna wiring board of the present invention, preferably, the first and second electrode pads are electrically connected to a semiconductor element mounted on the upper surface of the insulating base, and the wiring conductors are all in plan view. Since the semiconductor element is formed in a region surrounded by the outer shape of the semiconductor element, the semiconductor element can be connected to perform signal exchange and information processing integrally, and the outer dimensions of the antenna wiring board can be The antenna wiring board can be made as small as possible, more excellent in practicality, and more reliable in size.
本発明の配線基板について図面に基づき説明する。図1は、本発明のアンテナ配線基板の実施の形態の一例を示し、各絶縁層ごとに分解して示した分解斜視図である。図1において、1は複数の絶縁層2が積層されて成る絶縁基体、3は第1電極パッド、4は第2の電極パッド、5は配線導体、6は第1の貫通導体、7は第2の貫通導体である。これらの、絶縁基体1、第1の電極パッド3、第2の電極パッド4、配線導体5、第1の貫通導体6および第2の貫通導体7により本発明のアンテナ配線基板9が主に構成される。
The wiring board of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of an embodiment of an antenna wiring board according to the present invention, disassembled for each insulating layer. In FIG. 1, 1 is an insulating substrate formed by laminating a plurality of
絶縁層2は、平面視形状が四角形状,円形状等の形状であり、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス),窒化アルミニウム質焼結体,ムライト質焼結体,窒化珪素質焼結体,炭化珪素質焼結体,ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料により形成される。この絶縁層2が複数積層されることにより絶縁基体1が形成されている。
The insulating layer 2 has a square shape, a circular shape or the like in plan view, and is made of an aluminum oxide sintered body (alumina ceramic), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, or a silicon nitride sintered body. , A silicon carbide sintered body, a glass ceramic sintered body and the like. The
絶縁基体1の側面に不要な凹凸が生じないようにする上では、各絶縁層2は最上層から最下層まで同じ外形形状、寸法であることが好ましい。
In order to prevent unnecessary unevenness from occurring on the side surface of the
絶縁基体1は、例えば、各絶縁層2が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化カルシウム,酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な樹脂バインダ,溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、このセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによって複数のセラミックグリーンシート(セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう)を得て、しかる後、このグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともに、これらのグリーンシートを積層して積層体とし、最後にこの積層体を還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
For example, in the case where each insulating layer 2 is made of an aluminum oxide sintered body, the
複数の絶縁層2のうち、最上層のものの上面には第1の電極パッド3と第2の電極パッド4とが形成されている。また、複数の絶縁層2のうち最上層以外のものの上面には渦巻状の配線導体5が形成されている。
A
また、第1の電極パッド3および最上層の絶縁層2直下の絶縁層2aに形成された配線導体5の間は、第1の貫通導体6を介して電気的に直列接続され、第2の電極パッド4と最下層の絶縁層2に形成された配線導体5aとの間は、複数の絶縁層2を最下層から最上層まで貫通する第2の貫通導体7を介して電気的に直列接続されている。
The
配線導体5と第1および第2の貫通導体6,7とにより、全体が電気的に相互接続されてアンテナとして機能する渦巻状の配線導体5が形成される。また、第1および第2の電極パッド3,4を、半導体集積回路素子等の半導体素子に電気的に接続することにより、アンテナと半導体素子とが電気的に接続される。これにより、アンテナで受信された信号が半導体素子に送信されて処理され、また半導体素子から送られてきた信号がアンテナから外部に発信される。
The
なお、上下の絶縁層2の配線導体5同士の間の電気的接続は、各絶縁層2に、上下の配線導体5同士の間を接続するようにして厚み方向に貫通する層間導体(貫通導体)8を形成しておくことにより行なわせることができる。この場合、配線導体5の巻き数を有効に増やすために、上下の絶縁層2間で、配線導体5に流れる信号の向きが同じ向きになるようにしておく必要がある。すなわち、渦巻き状の配線導体5の右巻き方向、左巻き方向のいずれか一方の向きに信号が流れるようにする。上下の絶縁層2間で、配線導体5に流れる信号の向きが逆になると、配線導体5間に生じる電磁誘導による誘導成分の向きが、配線導体5を伝送する信号の向きと逆になり、信号が配線導体5で正常に伝送されなくなり、アンテナとしての機能をなさない。
The electrical connection between the
また、上下の配線導体5間で渦巻きの方向が異なるようにすることが好ましい。もし、上下の配線導体5間で、渦巻きの方向が同じであると、上下の配線導体5間で流れる信号の向きが逆になり電磁誘導が打ち消し合い、信号(高周波信号)が正確に流れ難くなる。
Moreover, it is preferable that the direction of the spiral is different between the upper and
配線導体5、第1および第2の電極パッド3,4、第1および第2の貫通導体6,7および層間導体8は、タングステン,モリブデン,マンガン,銅,銀,金,パラジウム,白金等の金属材料から成る。
The
配線導体5、第1および第2の電極パッド3,4、第1および第2の貫通導体6,7および層間導体8は、例えば、全部がタングステンからなる場合、タングステン粉末に適当な有機バインダ,溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、各絶縁層2となるグリーンシートの上面に印刷塗布するとともに、各絶縁層2に予め打抜き加工等で形成しておいた貫通孔の内部に印刷塗布し充填することにより形成される。生産性を考慮すれば、これらを全部、同種の材料で形成することが好ましい。なお、金属ペーストとグリーンシートとの間で焼成時の収縮の割合を合わせて、絶縁基体1に対する被着の強度を確保すること等を目的として、金属ペーストにセラミック粉末やガラス粉末等のフィラー粉末を添加したり、添加する割合を各部位ごとに異ならせたりしてもよい。
When the
本発明のアンテナ配線基板9によれば、配線導体5は絶縁層2の上面に形成されているため、絶縁層2の上面における巻き数を多くすることに加えて、絶縁層2の層数を増やすことによっても巻き数を多くすることができる。そのため、アンテナ配線基板9の外形寸法を小型に維持しながら、配線導体5により信号の授受の精度を優れたものとすることができ、小型かつ高精度のアンテナ配線基板9を提供することができる。この場合、アンテナ配線基板9の厚さを薄く抑えるために、各絶縁層2の厚さを薄くすることが好ましい。例えば、ICカードの用途では、絶縁基体1の厚さは0.5mm以下であることが好ましく、アンテナの送受信の感度を確保しながら、上記厚さを満たすためには、各絶縁層2の厚さは0.1mm以下とすることが好ましい。
According to the
また、渦巻状の配線導体5の巻き数は、信号の授受の感度をより確実に確保するために、各絶縁層2の上面において3重以上の巻き数であることが好ましい。
Further, the number of turns of the
絶縁層2の厚さを薄くする場合、上下の配線導体5の間の電気絶縁性の劣化を防ぐために、上下に隣り合う配線導体5について、平面視で重ならないように形成すること、つまり上層の渦巻状の配線導体5の間の渦巻状の空隙部分に、下層の渦巻状の配線導体5が位置するようにして形成することが好ましい。またこの場合、配線導体5が形成されている部分を上下の絶縁層2の間でずらすことができるので、配線導体5の厚さに起因して絶縁基体1の上面や下面に凹凸が生じることを有効に防止することができる。これにより、第1および第2の電極パッド3,4が形成されている面の平坦度を良好とし、例えば、アンテナ配線基板9を、外部の電気回路基板に対して容易かつ強固に電気的接続させて搭載することができる。
When the thickness of the insulating layer 2 is reduced, in order to prevent electrical insulation deterioration between the upper and
第1および第2の電極パッド3,4が接続される外部の電気回路(図示せず)は、例えば、半導体素子の集積回路、増幅回路、フィルター回路等であり、外部の電気回路の所定位置に半田等の導電性接続材を介して電気的に接続される。第1および第2の電極パッド3,4は、例えば、円形状や楕円形状、四角形状等の形状に形成され、外部の電気回路に対する接続を容易かつ強固なものとする上では、互いの電気絶縁性を確保できる範囲で大きいほど好ましい。また、第1および第2の電極パッド3,4は、識別のために、異なる形状や寸法としてもよい。また、識別用のマークを絶縁基体1の上面に形成してもよい。
The external electric circuit (not shown) to which the first and
また、第1および第2の電極パッド3,4は、露出面にニッケルや金,銅,銀,白金,パラジウム,錫,半田等から成るめっき層を被着させて、酸化腐食の防止や接触抵抗の低減、半田等の接続材の濡れ性の向上等を行なうようにしてもよい。
The first and
また、本発明のアンテナ配線基板9において、第1および第2の電極パッド3,4は、絶縁基体1の上面に搭載される半導体素子(図示せず)に電気的に接続されており、配線導体5は、それらの全てが平面視で半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることが好ましい。これにより、半導体素子が接続されて一体的に信号の授受および情報の処理を行なうことができるとともに、アンテナ配線基板9の外形寸法を半導体素子と同程度に小さく抑えることができ、より実用性に優れるとともに、小型化がより確実なアンテナ配線基板9とすることができる。
In the
また、半導体素子が、配線導体5が形成されている絶縁層2とは異なる最上層の絶縁層2に搭載されるため、最上層の絶縁層2により配線導体5と半導体素子との間を従来よりも有効に電磁的に遮断することができ、半導体素子の誤動作や信号へのノイズの混入等の不具合の発生をより確実に防止することができ、より精度の高い信号の授受および処理を行なうことが可能なアンテナ配線基板9とすることができる。この場合、最上層の絶縁層2の厚さを、他の絶縁層2,2aの厚さよりも厚くしておくとよく、電磁遮蔽をより効果的に行なわせることができる。
Further, since the semiconductor element is mounted on the uppermost insulating layer 2 different from the insulating layer 2 on which the
また、最上層の絶縁層2の下面にフェライト等の電磁遮蔽材料からなる電磁遮蔽層(シールド層:図示せず)を形成しておいてもよい。なお、電磁遮蔽層は、その下層側の渦巻状の配線導体5との電気的短絡を避けるために、電磁遮蔽層の下面をセラミック層等の絶縁層で被覆する必要がある。
Further, an electromagnetic shielding layer (shield layer: not shown) made of an electromagnetic shielding material such as ferrite may be formed on the lower surface of the uppermost insulating layer 2. The electromagnetic shielding layer needs to cover the lower surface of the electromagnetic shielding layer with an insulating layer such as a ceramic layer in order to avoid an electrical short circuit with the
また、最上層の絶縁層2に凹部(図示せず)を形成し、凹部内に半導体素子を収納するようにしてもよい。また、凹部の内面に上述のような電磁遮蔽層を被着させて、凹部に収容された半導体素子に対する電磁的な遮蔽をさらに向上させるようにしてもよい。 Further, a recess (not shown) may be formed in the uppermost insulating layer 2, and the semiconductor element may be accommodated in the recess. Further, an electromagnetic shielding layer as described above may be attached to the inner surface of the recess to further improve the electromagnetic shielding with respect to the semiconductor element accommodated in the recess.
なお、半導体素子は、アンテナ配線基板9において記憶装置や演算装置として機能する。例えば、外部から受信した信号を記憶したデータと比較し、演算処理して料金の計算、真贋判定等の所定の処理、処理結果の送信等を行なう。
The semiconductor element functions as a storage device or an arithmetic device in the
半導体素子は、1個に限らず、アンテナ配線基板9の使用目的や機能等に応じて複数個搭載してもよい。また、半導体素子に加えて、容量素子や抵抗器等の電子部品を搭載してもよい。
The number of semiconductor elements is not limited to one, and a plurality of semiconductor elements may be mounted according to the purpose and function of the
なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、絶縁基体1は、図1の例では四角板状であるが、角部を丸く面取りして角部で機械的な破壊が生じることを防止するようにしてもよく、または円板状でもよい。また、絶縁基体1の側面等の外面に樹脂等からなる緩衝材層を形成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the insulating
1・・・絶縁基体
2・・・絶縁層
3・・・第1の電極パッド
4・・・第2の電極パッド
5・・・配線導体
6・・・第1の貫通導体
7・・・第2の貫通導体
8・・・層間導体
9・・・アンテナ配線基板
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