JP2008092131A - アンテナ素子及び携帯情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 高感度を有するアンテナ素子及び携帯情報端末を提供する。
【解決手段】 携帯情報端末１０を利用する場合、電子決済サービス用の送受信機器の送受信面は水平に配置されていることが多い。携帯情報端末１０の把持部分１１Ａを片手で把持した状態で、電子決済サービス用の送受信面に携帯情報端末をかざすと、ループアンテナ１Ｂが水平となり、すなわち、ループアンテナ１Ｂの最大の開口面積が当該送受信面に対して平行になるため、ループアンテナ１Ｂ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等に用いられるアンテナ素子及び携帯情報端末に関する。

近年、ＲＦＩＤと呼ばれるアンテナとＩＣ装置を有する近接無線装置が開発されている。ＲＦＩＤの機能を有する携帯電話などの電子機器も市場に投入されている。このような電子機器においては、その用途に応じた形態のアンテナが使用されている。電磁誘導型のＲＦＩＤのアンテナには、スパイラルアンテナ、ループアンテナ、渦巻きアンテナ、ヘリカルアンテナ、アンテナコイル、スパイラルインダクタ等と呼ばれるアンテナが用いられている。また、ＲＦＩＤに関する文献も数多く存在する。

特許文献１及び特許文献２に記載の技術においては、ＩＣチップとループアンテナとを有するＲＦＩＤを備えたシート状製品を開示している。特許文献３に記載の技術においては、ＲＦＩＤタグを物品に取り付ける場合に、ＲＦＩＤタグのループアンテナの少なくとも一部を物品からずらして又は離間させて装着している。特許文献４に記載の技術においては、ＲＦＩＤタグのシートを複数重ねてなる積層シート状製品の最上層のシートのタグのみに対して読み書きを行う技術を開示している。

特許文献５に記載の技術においては、２以上のシートの各々に、タグ本体部とアンテナとを含むタグを設け、アンテナを平面から見たときに互いに異なる領域に位置するように配置した技術を開示している。

特許文献６に記載の技術においては、２以上のシートの各々に、タグ本体部とアンテナを含むタグを設け、積層状態においてタグのうち１つのタグ以外のタグのアンテナを短絡させる技術を開示している。

特許文献７に記載の技術においては、アンテナを傾斜させたものが開示されている。

上記従来のＲＦＩＤのアンテナは、基材表面上に平面的にパターン形成されている。通常、Ｚ軸方向に存在する対象物と通信を行う場合を想定して、アンテナの開口面は、Ｚ軸方向を向いており、すなわち、一般に、アンテナはＸＹ平面内に形成されている。これにより、Ｚ軸に平行な磁束をアンテナで効率良く受信することができる。Ｚ軸に平行な磁束がアンテナ内を通過する場合、通過磁束の時間的変化に応じた電流が当該アンテナを流れる。このような用途に好適なアンテナとしては、ヘリカルアンテナや平面アンテナ等が知られている。
特開２００６−０９９５３４号公報 特開２００６−０９９５３５号公報 特開２００６−１２９００３号公報 特開２００６−１８５３７０号公報 特開２００６−１８５３７１号公報 特開２００６−１８５３７２号公報 特開２００３−１８７２１２号公報

しかしながら、電子機器の小型化に伴って、アンテナ素子を搭載する面積は小さくなっており、搭載面積が小さい場合、その感度は十分ではない。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高感度を有するアンテナ素子及び携帯情報端末を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係るアンテナ素子は、直方体のパッケージと、パッケージの隣接する２つの外面の交線で規定される第１の辺と、２つの外面のそれぞれに対向する２つの別の外面の交線で規定される第２の辺とを含む第１平面に沿って、パッケージ内に埋め込まれた第１ループアンテナとを備える。

直方体のパッケージの第１の辺を含む搭載面を電子機器などに搭載すると、この搭載面に対して第１ループアンテナの形成された第１平面は傾斜する。したがって、電子機器と送信源とを近づけると、第１ループアンテナの第１平面内の開口面積は、第１ループアンテナの搭載面への垂直投影の開口面積よりも大きくなる。すなわち、直方体においては、第１平面は最大の横断面積を提供している。したがって、第１平面に垂直な方向から第１ループアンテナ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。

また、第１ループアンテナは、磁性体コアと、磁性体コアの外周に巻かれた導線とを備えていることを特徴とする。この場合、導線の形成する磁界は磁性体コア内を通るため、磁束を磁性体コア内に集中させ、高感度の検出を行うことができる。

また、本発明のアンテナ素子は、導線の両端をそれぞれ固定する２つの固定部を有するリードフレームを更に備えることを特徴とする。この場合、リードフレームの固定部に電流を供給／又は固定部から電流を出力するのみで、第１ループアンテナに電流を供給／出力することができる。

また第１ループアンテナは、絶縁体基板と、絶縁体基板の表面に設けられた導電パターンと、絶縁体基板の裏面に設けられた磁性体とを有する平面アンテナであることとしもよい。導電パターンで発生・受信する磁界は、裏面の磁性体を通ることになる。したがって、外部への磁界の漏洩が減少し、このアンテナは高感度を有することとなる。また、平面アンテナであるため、厚みが薄くなり、アンテナ素子が小型化される。

また、本発明に係るアンテナ素子は、第１ループアンテナの内側に配置され、且つ、この第１ループアンテナに直列に接続された第２ループアンテナを備え、第２ループアンテナは、第１平面と交差する第２平面に沿って、パッケージ内に埋め込まれており、第１及び第２平面の交線は、第１の辺に平行であることを特徴とする。この場合、異なる方向を向いた２つのループアンテナを同一のパッケージ内に備えるため、電波送受信時の指向性が改善される。

また、本発明に係るアンテナ素子は、積層された複数の絶縁体と、複数の絶縁体間の各界面にそれぞれ形成された複数の導電パターンと、絶縁体に設けられた貫通孔内を通り、異なる界面に形成された導電パターン同士を接続する貫通導体とを備え、導電パターン及び貫通導体は、全体として第１ループアンテナを構成するように設けられていることを特徴とする。

この場合、第１ループアンテナは、貫通導体に沿った断面が階段状になり、電子機器への搭載面に対して擬似的に傾斜することとなる。電子機器と送信源とを近づけると、第１ループアンテナの最大開口面積は、第１ループアンテナの搭載面への垂直投影の開口面積よりも大きくなる。第１ループアンテナ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。また、貫通導体を用いて、擬似的に傾斜した第１ループアンテナは、導電パターンを用いて製造されているため、巻線を用いたものに比べて位置精度が高くなるという利点も有する。

また、本発明に係る携帯情報端末は、把持部分及び前記把持部分以外の残余部分を有する携帯情報端末であって、把持部分から残余部分に向かう方向を、水平から斜め上方に向かう方向とした場合に、第１ループアンテナの形成された第１平面が水平となるように、上述のアンテナ素子を搭載したことを特徴とする。なお、携帯情報端末の下部を把持し、上部を残余部分とするが、二つ折りの携帯情報端末の場合には、ヒンジが上部に位置する。

すなわち、携帯情報端末を利用する場合、電子決済サービス用の送受信機器の送受信面は水平に配置されていることが多い。すなわち、携帯情報端末を片手で把持した状態で、電子決済サービス用の送受信面に携帯情報端末をかざすと、第１ループアンテナが水平となり、すなわち、最大の開口面積が送受信面に対して平行になるため、第１ループアンテナ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。

本発明に係るアンテナ素子によれば、ループアンテナ内に導入される磁束を大きくすることが可能となり、その感度を向上させることができる。この携帯情報端末によれば、水平配置された送受信機器との近接通信を好適に行うことが可能となる。

以下、実施の形態に係るアンテナについて説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、アンテナ素子１を備えた携帯情報端末１０の斜視図である。

携帯電話等の携帯情報端末１０は、ハウジング１１、ハウジング１１の表面に設けられた複数の入力ボタン１２、及びディスプレイ１３を備えている。ハウジング１１の入力ボタン１２側は、把持部分１１Ａを構成しており、把持部分１１Ａ以外の残余部分１１Ｂ内に、アンテナ素子１が収容されている。

アンテナ素子１は、直方体のパッケージ１Ａと、パッケージ１Ａ内に埋設された（第１）ループアンテナ１Ｂとを有している。パッケージ１Ａは、絶縁性の樹脂材料から構成されている。携帯情報端末１０の把持部分１１Ａから残余部分１１Ｂに向かう方向をＸ軸とし、携帯情報端末１０の厚み方向をＺ軸、幅方向をＹ軸とする。なお、この図のＺ軸の正方向は下方を示している。ループアンテナ１Ｂは、ＸＹ平面に対して傾斜している。Ｘ軸を水平から斜め上方に向かう方向とした場合に、アンテナ素子１は、ループアンテナ１Ｂの形成された第１平面が水平となるように、携帯情報端末１０に搭載されている。なお、リーダライタは携帯情報端末１０の下側に位置することとなるため、電磁シールド板や回路基板は、アンテナ素子１に対してリーダライタとは反対側に位置する。

携帯情報端末１０を利用する場合、電子決済サービス用の送受信機器の送受信面は水平に配置されていることが多い。携帯情報端末１０の把持部分１１Ａを片手で把持した状態で、電子決済サービス用の送受信面に携帯情報端末をかざすと、ループアンテナ１Ｂが水平となり、すなわち、ループアンテナ１Ｂの最大の開口面積が当該送受信面に対して平行になるため、ループアンテナ１Ｂ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。

なお、アンテナ素子１と携帯情報端末の送受信回路との間には、電磁シールド板１４が介在しており、送受信回路のアンテナ素子１に対する影響を抑制している。なお、電磁シールド板（層）１４は、例えば、フィルム状の金属を用いてアンテナ素子１と一体的に形成することもできる。

図２は第１実施形態のアンテナ素子１の斜視図、図３は図２に示したアンテナ素子１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。

ループアンテナ１Ｂは、パッケージ１Ａは直方体であり、パッケージ１Ａの隣接する２つの外面１Ａ_Ｓ１，１Ａ_Ｓ２の交線で規定される第１の辺１Ａ_１と、２つの外面１Ａ_Ｓ１，１Ａ_Ｓ２のそれぞれに対向する２つの別の外面１Ａ_Ｓ３，１Ａ_Ｓ４の交線で規定される第２の辺１Ａ_２とを含む第１平面Ｓ１に沿って、パッケージ１Ａ内に埋め込まれている。なお、第１平面Ｓ１とループアンテナ１Ｂの開口面は、完全に平行である必要はなく、数学的に厳密に平行とすることは誤差の観点からすると難しい。ここでは、ループアンテナ１Ｂの中心軸Ｃ１と、第１平面Ｓ１の法線Ｎ１の成す角度が１０度以内であれば、ループアンテナ１Ｂは第１平面Ｓ１に沿っているものとする。

直方体のパッケージの第１の辺１Ａ_１を含む搭載面（外面１Ａ_Ｓ２）を携帯情報端末等の電子機器などに搭載すると、この搭載面１Ａ_Ｓ２に対してループアンテナ１Ｂの形成された第１平面Ｓ１は傾斜する。したがって、電子機器と送信源とを近づけると、ループアンテナ１Ｂの第１平面Ｓ１内の開口面積は、ループアンテナ１Ｂの搭載面１Ａ_Ｓ２への垂直投影の開口面積よりも大きくなる。特に、搭載面の長辺（１Ａ_Ｓ２と１Ａ_Ｓ３の交線）の長さ≦短辺（１Ａ_１）の長さ×√３の直方体（立方体を含む）においては、第１平面Ｓ１は最大の横断面積を提供している。したがって、第１平面Ｓ１に垂直な方向からループアンテナ１Ｂ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。

アンテナ素子１は、ループアンテナ１Ｂの導線１Ｂ_２の両端をそれぞれ固定する２つの導電性の固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２を有するリードフレーム１Ｃを備えている。リードフレーム１Ｃの材料は、バネ性のある物質が好ましく、金型などで挟み込みことで形状が加工できるものが好ましい。リードフレーム１Ｃの材料は、ＣｕＢｅなどのＣｕ系合金からなり、その表面にＳｎ等のハンダと親和性の高いメッキが施されていることが好ましい。固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２のＸＺ断面の形状は、Ｕの字型であって、ループアンテナ１Ｂの周辺部を噛んでいる。リードフレーム１Ｃの固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に電流を供給／又は固定部から電流を出力するのみで、ループアンテナ１Ｂの導線１Ｂ_２に電流を供給／出力することができる。導線１Ｂ_２の両端は、固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に設けられた孔又はスリット等の開口を通っており、半田などの導電性材料Ｈ１，Ｈ２で固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に固定され、電気的に接続されている。以上のように、本例では、巻線アンテナのボビンを傾けてリードフレーム１Ｃに固定している。

また、リードフレーム１Ｃの長手方向（Ｘ方向）の端部１Ｃ_３，１Ｃ_４は、Ｚ軸方向に沿って屈曲し、パッケージ１Ａの外面１Ａ_Ｓ１及び１Ａ_Ｓ３にそれぞれ接触している。リードフレーム１Ｃは、固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２からそれぞれＺ軸方向に沿って延びた支持部１Ｃ_１１、１Ｃ_１２を有しており、外面１Ａ_Ｓ２に接触する基部１Ｃ_２１，１Ｃ_２２に連続している。固体部１Ｃ_１とＸＹ平面に沿って設けられた基部１Ｃ_２１との間の支持部１Ｃ_１１の長さは、固定部１Ｃ_２とＸＹ平面に沿って設けられた基部１Ｃ_２２との間の支持部１Ｃ_１２の長さよりも短く、固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２間を繋ぐ平面はＹＸ平面に対して傾斜している。固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２のＸＺ断面の形状は、Ｕの字型であって、ループアンテナ１Ｂに噛み合っている。なお、パッケージ１Ａの寸法は、例えば、１０ｍｍ（Ｘ）×１０ｍｍ（Ｙ）×５ｍｍ（Ｚ）である。

図４は、ループアンテナ１Ｂの斜視図である。

ループアンテナ１Ｂは、直方体の磁性体コア１Ｂ_１と、磁性体コア１Ｂ_１の外周に巻かれた導線１Ｂ_２とを備えている。導線１Ｂ_２は、磁性体コア１Ｂ_１の上下の主表面間に位置する４つの側面Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４上を這って、スパイラル状に磁性体コア１Ｂ_１に巻かれている。電流を流した場合に導線１Ｂ_２の形成する磁界は磁性体コア１Ｂ_１内を通るため、外部からの磁束又は導線１Ｂ_２において発生した磁束を磁性体コア１Ｂ_１内に集中させ、高感度の検出を行うことができる。非金属ボビンを構成する磁性体コア１Ｂ_１の材料としては、使用する周波数帯において高透磁率を有する磁性材料、焼結フェライト、磁性粉・樹脂複合材料等を用いることができる。

次に、上記アンテナ素子の製造方法について説明する。

図５乃至図８は、アンテナ素子中間体の側面図である。なお、図７及び図８においては一部の要素は断面構成で示している。

まず、磁性体コア１Ｂ_１の側面に導線１Ｂ_２を巻きつけてループアンテナ１Ｂとし、ループアンテナ１Ｂの側面をリードフレーム１Ｃの固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に固定する（図５参照）。ループアンテナ１Ｂは、リードフレーム１Ｃの基部１Ｃ_２１，１Ｃ_２２を含むＸＹ平面に対して、傾斜して固定される。導線１Ｂ_２は、固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２の開口内に通される。

次に、固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２の開口内に通された導線１Ｂ_２を、適当な長さに切断し、導電性材料Ｈ１，Ｈ２で固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に固定する（図６参照）。これらの固定方法としては、導電性材料Ｈ１、Ｈ２を用いる代わりに、圧着を採用してもよい。

しかる後、対向する２枚の金型Ｍ１，Ｍ２間のキャビティ内に、図６に示したアンテナ素子中間体を配置し、当該キャビティ内に樹脂を射出・注入して、パッケージ１Ａを形成する（図７参照）。このとき、リードフレーム１Ｃの基部１Ｃ_２１，ＩＣ_２２及び端部１Ｃ_３，１Ｃ_４は、その表面に樹脂が付着しないように金型Ｍ１，Ｍ２によって挟まれている。キャビティの形状は直方体であり、この直方体は金型Ｍ１，Ｍ２間の境界面に平行な底面を有する。このキャビティの底面は、成形後にはパッケージ１Ａの外面１Ａ_Ｓ２に一致することになる。

さらに、金型Ｍ１，Ｍ２をパッケージ１Ａから取り外す。（図８参照）。パッケージ１Ａの外面１Ａ_Ｓ２に沿ってリードフレーム１Ｃの端部１Ｃ_３，１Ｃ_４が延びている。最後に、リードフレーム１Ｃの端部１Ｃ_３，１Ｃ_４を折り曲げて、図３に示したアンテナ素子１が完成する。

次に、第２実施形態のアンテナ素子について説明する。

図９は、第２実施形態のアンテナ素子１の斜視図、図１０は図９に示したループアンテナ１Ｂの平面図であり、図１１は図１０に示したループアンテナ１ＢのＸＩ−ＸＩ矢印断面図である。

本形態のアンテナ素子１は、第１実施形態のアンテナ素子１と比較して、ループアンテナ１Ｂの構造のみが異なり、他の構成は同一である。

ループアンテナ１Ｂは平面アンテナであり、磁性体からなる基板（又は層）１Ｂ_Ｓと、基板１Ｂ_Ｓ上に形成された絶縁層（絶縁体基板）１Ｂ_Ｉと、絶縁層１Ｂ_Ｉ上にパターニングされた導電パターン１Ｂ_２’とを有する。換言すれば、ループアンテナ１Ｂは、絶縁体基板１Ｂ_Ｉと、絶縁体基板１Ｂ_Ｉの表面に設けられた導電パターン１Ｂ_２’と、絶縁体基板１Ｂ_Ｉの裏面に設けられた磁性体層１Ｂ_Ｓとを備えている。導電パターン１Ｂ_２’は、矩形の渦巻き状に形成されており、両端に電流を供給すると渦巻きの中心を通る磁界を発生し、渦巻きを通る磁束の大きさが時間的に変化すると、両端間に磁束変化に応じた電流が流れる。導電パターン１Ｂ_２’で発生・受信する磁界は、磁性体からなる基板１Ｂ_Ｓを通ることになる。

したがって、外部への磁界の漏洩が減少し、このアンテナは高感度を有することとなる。また、平面アンテナであるため、厚みが薄くなり、アンテナ素子が小型化される。この平面アンテナは、中心軸Ｃ１が、Ｚ軸に対して傾斜した状態で配置され、パッケージ１Ａ内に埋設されている。第１平面Ｓ１の法線Ｎ１と導電パターン１Ｂ_２’の形成された平面の法線、すなわち、平面アンテナの中心軸Ｃ１との成す角度は、１０度以下である。

絶縁層１Ｂ_Ｉの材料としては、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド及びポリエチレンテレフタレート等を用いることができる。磁性体の材料としては、焼結フェライト、磁性粉・樹脂複合材料などを用いることができる。導電パターン１Ｂ２’は、絶縁層１Ｂ_Ｉの前面に金属膜を堆積した後、この金属膜上にフォトレジストを形成し、フォトレジストを所望のパターンで露光し、これをマスクとして金属膜をエッチングすることによって形成される。導電パターン１Ｂ２’の両端は、それぞれボンディングワイヤＢＷを介して固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に電気的に接続されている。なお、導電パターン１Ｂ２’の両端は、必要に応じて絶縁層１Ｂ_Ｉに貫通電極を形成して、貫通電極に延長用の導体パターンを接続し、これを固定部１Ｃ_１，１Ｃ_２に電気的に接続してもよい。

図１２は、第３実施形態に係るアンテナ素子の斜視図である。

本形態に係るアンテナ素子１は、積層された複数の絶縁体Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と、複数の絶縁体Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４間の各界面にそれぞれ形成された複数の導電パターン１Ｂ_２１’、１Ｂ_２２’、１Ｂ_２３’と、絶縁体Ｉ２，Ｉ３に設けられた貫通孔内を通り、異なる界面に形成された導電パターン１Ｂ_２１’、１Ｂ_２２’を接続する貫通導体ＰＴ２、導電パターン１Ｂ_２２’、１Ｂ_２３’を接続する貫通導体ＰＴ３とを備え、導電パターン１Ｂ_２１’、１Ｂ_２２’、１Ｂ_２３’及び貫通導体（貫通電極）ＰＴ２，ＰＴ３は、全体としてループアンテナ１Ｂを構成するように設けられている。なお、複数の絶縁体Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４は全体として密閉パッケージ１Ａを構成し、その内部にループアンテナ１Ｂが埋設されている。絶縁体Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の材料としては、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド及びポリエチレンテレフタレートなどを用いることができる。また、絶縁体は焼結フェライト、磁性粉・樹脂複合材料などの磁性体でもよく、その場合、アンテナ素子の小型化や低コスト化に効果がある

第１層目の絶縁層Ｉ１上には、Ｘ方向及び／又はＹ方向に延びた複数の導電パターン１Ｂ_２１’が形成されている。第１層目の絶縁層Ｉ１上には、第２層目の絶縁層Ｉ２が形成され、絶縁層Ｉ２上にもＸ方向に延びた複数の導電パターン１Ｂ_２２’が形成されている。第１層目の導電パターン１Ｂ_２１’の一端は、第２層目の絶縁層Ｉ２を厚み方向に貫通する貫通導体ＰＴ２を介して、それぞれ第２層目の導電パターン１Ｂ_２２’の一端に接続されている。第２層目の絶縁層Ｉ２上には、第３層目の絶縁層Ｉ３が形成され、絶縁層Ｉ３上にもＸ方向及び／又はＹ方向に延びた複数の導電パターン１Ｂ_２３’が形成されている。第２層目の導電パターン１Ｂ_２２’の一端は、第３層目の絶縁層Ｉ３を厚み方向に貫通する貫通導体ＰＴ３を介して、それぞれ第３層目の導電パターン１Ｂ_２３’の一端に接続されている。第３層目の絶縁層Ｉ３は、第４層目の絶縁層Ｉ４で被覆されている。絶縁体Ｉ４は、レジストなどで形成することも可能である。

ループアンテナ１Ｂを構成するコイルの両端部分は、第１層目の絶縁層Ｉ１上の導電パターン１Ｂ_２１’の端部からなり、それぞれの端部は、第１絶縁層Ｉ１を厚み方向に貫通する貫通導体ＰＴ１及びパッケージ外部を這う接続配線ＰＴ１’によって、それぞれ絶縁層Ｉ１の裏面に設けられた下部電極（給電部）Ｅ１，Ｅ２に接続されている。

この場合、ループアンテナ１Ｂは、貫通導体ＰＴ２．ＰＴ３に沿った断面（ＸＺ断面）が階段状になり、電子機器への搭載面（外面１Ａ_Ｓ２）に対して擬似的に傾斜することとなる。ループアンテナ１Ｂの最大開口面積は、ほぼ第１平面Ｓ１に沿って得られるが、電子機器と送信源とを近づけた場合、この最大開口面積は、ループアンテナ１Ｂの搭載面（外面１Ａ_Ｓ２）への垂直投影の開口面積よりも大きくなる。ループアンテナ１Ｂ内に導入される磁束は大きくなり、この磁束を効率良く受信することが可能となり、感度を向上させることができる。また、貫通導体ＰＴ２，ＰＴ３を用いて、擬似的に傾斜したループアンテナ１Ｂは、導電パターンを用いて製造されているため、巻線を用いたものに比べて位置精度が高くなるという利点も有する。また、この場合、回路形成を一括して行った後、個別に切断するなどすることができるため、大量生産による低コスト化に効果がある。

本例では、貫通導体ＰＴ２，ＰＴ３を用いることにより、ループアンテナ１Ｂを構成する矩形スパイラル導体の一辺の始点と終点に高度差を設けている。この場合、上述のように、ループアンテナ１Ｂを斜めに配線するのとほぼ同じ効果が得られる。すなわち、アンテナ開口面積は大きくなり、アンテナ感度を良好にすることができる。換言すれば、階段状のループアンテナ１Ｂを用いることにより、擬似的に斜めにアンテナ導体が配置されることになる。なお、このようなループアンテナを複数配線し、直列に接続することで、アンテナ感度の対称性を改善することもできる。なお、第２実施形態と同様に、第１層目の絶縁層Ｉ１の下に磁性層を配置してもよい。

図１３は、第４実施形態に係るアンテナ素子の斜視図である。

本形態のアンテナ素子１は、第１ループアンテナ１Ｂの内側に、第２ループアンテナ１Ｂａを配置したものである。第２ループアンテナ１Ｂａは、第１ループアンテナ１Ｂに直列に接続されている。第２ループアンテナ１Ｂａは、第１平面Ｓ１と交差する第２平面Ｓ２に沿って、パッケージ１Ａ内に埋め込まれており、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２の交線ＣＸは、第１の辺１Ａ_１に平行である。この平行は５度以下の誤差を含む。

第１ループアンテナ１Ｂの中心軸Ｃ１と、第１平面Ｓ１の法線Ｎ１の成す角度が１０度以内であれば、第１ループアンテナ１Ｂは第１平面Ｓ１に沿っているものとする。第２ループアンテナ１Ｂａの中心軸Ｃａ１と、第２平面Ｓ２の法線Ｎ２の成す角度が１０度以内であれば、第２ループアンテナ１Ｂａは第２平面Ｓ２に沿っているものとする。

このアンテナ素子１は、異なる方向を向いた２つのループアンテナ１Ｂ，１Ｂａを同一のパッケージ１Ａ内に備えるため、電波送受信時の指向性が改善される。すなわち、ＸＹ平面内における磁界分布は、交線ＣＸの両側の領域において対称となり、アンテナ感度の対称性が改善される。また、第１ループアンテナ１Ｂ及び第２ループアンテナ１Ｂａは直列接続されているので、実効的な開口面積をループアンテナが１つの場合よりも増加させることができる。

上述の第１乃至第３実施形態のアンテナ素子においては、パッケージ１Ａ内の配線可能な空間を有効利用し、開口面積を大きくとることでアンテナ感度を良好にしたが、これらの構造においては、アンテナの総合的な感度は得られるものの、場所による感度の差が発生する可能性がある。本実施形態では、角度を持った開口面を持つアンテナを複数配線し、直列に接続することにより、アンテナ感度の交線ＣＸに対する対称性を改善している。なお、ループアンテナを３個以上設けて、対称性をより改善することも可能である。

なお、本例では、第１ループアンテナ１Ｂ及び第２ループアンテナ１Ｂａは、それぞれスパイラル状に導線１Ｂ_２，１Ｂａ_２を巻いたものである。第２ループアンテナ１Ｂａの内側に、導線を巻くための磁性体コアを設けてもよい。また、上述の例の導線の長手方向に垂直な断面は四角形であるが、これは円形であってもよい。また、第４実施形態の第１及び第２ループアンテナは、それぞれ巻線を用いて構成したが、これは第３実施形態のような導電パターン積層型のループアンテナを用いて構成してもよい。なお、パッケージ１Ａの形状は直方体であるが、数学的に厳密な直方体である必要はなく、角にアールが設けられているものや、必要に応じて若干の凹凸部が設けられているものも直方体であるとする。

図１４は、フィルム状の電磁シールドを設けたアンテナ素子１の斜視図である。

直方体のパッケージ１Ａの外面１Ａ_Ｓ２には、電磁シールド１４’が固定されている。電磁シールド１４’は、回路基板とループアンテナ１Ｂとの間に位置し、金属フィルムを外面１Ａ_Ｓ２に貼り付けるか、金属材料を外面１Ａ_Ｓ２上に堆積することによって形成される。

図１５は、図１２に示したアンテナ素子１の変形例の斜視図である。

本形態に係るアンテナ素子１は、第１ループアンテナ１Ｂの内側に、第２ループアンテナ１Ｂａを配置し、これらをパッケージ１Ａ内に埋め込んだものである。第２ループアンテナ１Ｂａは、第１ループアンテナ１Ｂに直列に接続されている。第２ループアンテナ１Ｂａは、第１平面Ｓ１と交差する第２平面Ｓ２に沿って、パッケージ１Ａ内に埋め込まれており、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２の交線ＣＸは、第１の辺１Ａ_１に平行である。この平行は５度以下の誤差を含む。各ループアンテナはそれぞれ全体としては第１及び第２平面Ｓ１，Ｓ２に沿っている。

第２ループアンテナ１Ｂａの形状は、第１ループアンテナ１Ｂの形状に対して相似であり、交線ＣＸを含むＹＺ平面に対して対称に配置されている。第２ループアンテナ１Ｂａは、第１ループアンテナ１Ｂに対して相似で面対称である点を除いては、同一の要素からなるため、本例の第２ループアンテナ１Ｂａの各要素の説明は、図１２の第１ループアンテナ１Ｂに関する記載を読み替える。この構造により、アンテナの対称性を改善することができる。

図１６は、上述のアンテナ素子１を回路基板ＰＳ上に搭載した携帯情報端末１０の斜視図である。

回路基板ＰＳ上には、送受信回路Ｑが形成されており、送受信回路Ｑはアンテナ素子１を構成するループコイルの両端の電極に接続されている。本例では、アンテナ素子１の外面にフィルム状の磁気シールド１４’を設けることとし、磁気シールド１４’は回路基板ＰＳとループアンテナ１Ｂとの間に存在する。なお、同図では送受信回路Ｑは、アンテナ素子１からＸ方向に離隔して配置されているが、これは磁気シールド１４’を挟んで、回路基板ＰＳのアンテナ素子１とは逆側の面に設けることとしてもよい。この場合には、小型化が達成される。

なお、いずれの実施形態のアンテナ素子も携帯情報端末などの電子機器に搭載することができる。好適な搭載手法は図１に示した通りである。

アンテナ素子１を備えた携帯情報端末１０の斜視図である。 第１実施形態のアンテナ素子１の斜視図である。 図２に示したアンテナ素子１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。 ループアンテナ１Ｂの斜視図である。 アンテナ素子中間体の側面図である。 アンテナ素子中間体の側面図である。 アンテナ素子中間体の側面図である。 アンテナ素子中間体の側面図である。 第２実施形態のアンテナ素子１の斜視図である。 図９に示したループアンテナ１Ｂの平面図である。 図１０に示したループアンテナ１ＢのＸＩ−ＸＩ矢印断面図である。 第３実施形態に係るアンテナ素子の斜視図である。 第４実施形態に係るアンテナ素子の斜視図である。 フィルム状の電磁シールドを設けたアンテナ素子１の斜視図である。 図１２に示したアンテナ素子１の変形例の斜視図である。 アンテナ素子１を回路基板ＰＳ上に搭載した携帯情報端末１０の斜視図である。

符号の説明

Ｃ１・・・中心軸、Ｃａ１・・・中心軸、Ｈ１，Ｈ２・・・導電性材料、Ｓ１・・・平面、Ｓ２・・・平面、Ｎ１・・・法線、Ｎ２・・・法線、１・・・アンテナ素子、１Ａ・・・パッケージ、１Ｂ・・・ループアンテナ、１Ｃ・・・リードフレーム、１Ｂａ・・・ループアンテナ、１Ａ_Ｓ１，１Ａ_Ｓ２・・・外面、１Ａ_Ｓ３，１Ａ_Ｓ４・・・外面、１Ｂ_Ｓ・・・基板、１Ｃ_２１，１Ｃ_２２・・・基部、１Ｃ_１，１Ｃ_２・・・固定部、１Ｃ_１１・・・支持部、Ｃ_１２・・・支持部、１Ｂ_１・・・磁性体コア、１Ｂ_２・・・導線、１Ｂａ_２・・・導線、１Ｂ_Ｉ・・・絶縁層、１Ｃ_３，１Ｃ_４・・・端部、１Ｂ_２’・・・導電パターン、１Ｂ_２１’・・・導電パターン１Ｂ_２２’・・・導電パターン、１Ｂ_２３・・・導電パターン、１Ａ_１・・・辺、１Ａ_２・・・辺、１０・・・携帯情報端末、１１・・・ハウジング、１１Ａ・・・把持部分、１１Ｂ・・・残余部分、１２・・・入力ボタン、１３・・・ディスプレイ、１４・・・電磁シールド板、ＢＷ・・・ボンディングワイヤ、ＣＸ・・・交線、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４・・・側面、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４・・・絶縁体、Ｍ１，Ｍ２・・・金型、ＰＴ１’・・・接続配線、ＰＴ２，ＰＴ３・・・貫通導体。

Claims (7)

1. 直方体のパッケージと、
   前記パッケージの隣接する２つの外面の交線で規定される第１の辺と、前記２つの外面のそれぞれに対向する２つの別の外面の交線で規定される第２の辺とを含む第１平面に沿って、前記パッケージ内に埋め込まれた第１ループアンテナと、
   を備えるアンテナ素子。
2. 前記第１ループアンテナは、
   磁性体コアと、
   前記磁性体コアの外周に巻かれた導線と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ素子。
3. 前記導線の両端をそれぞれ固定する２つの固定部を有するリードフレームを更に備えることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ素子。
4. 前記第１ループアンテナは、
   絶縁体基板と、
   前記絶縁体基板の表面に設けられた導電パターンと、
   前記絶縁体基板の裏面に設けられた磁性体と、
   を有する平面アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ素子。
5. 積層された複数の絶縁体と、
   複数の前記絶縁体間の各界面にそれぞれ形成された複数の導電パターンと、
   前記絶縁体に設けられた貫通孔内を通り、異なる界面に形成された前記導電パターン同士を接続する貫通導体と、
   を備え、
   前記導電パターン及び前記貫通導体は、全体として第１ループアンテナを構成するように設けられている、
   ことを特徴とするアンテナ素子。
6. 前記第１ループアンテナの内側に配置され、且つ、この第１ループアンテナに直列に接続された第２ループアンテナを備え、
   前記第２のループアンテナは、前記第１平面と交差する第２平面に沿って、前記パッケージ内に埋め込まれており、
   前記第１及び第２平面の交線は、前記第１の辺に平行である、
   ことを特徴とする請求項１、２又は５に記載のアンテナ素子。
7. 把持部分及び前記把持部分以外の残余部分を有する携帯情報端末であって、
   前記把持部分から前記残余部分に向かう方向を、水平から斜め上方に向かう方向とした場合に、前記第１ループアンテナの形成された前記第１平面が水平となるように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ素子を搭載したことを特徴とする携帯情報端末。
   

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