JP2008135808A - アンテナと、このアンテナを用いたアンテナ装置、およびこのアンテナ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナコイルの高さが高く、アンテナ装置の薄型化が困難である。
【解決手段】基板２１と、この基板２１に設けられた接続端子２５ａと接続端子２５ｂと、この接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間を連結するように基板２１上に装着されたアンテナ導体２２とを設け、アンテナ導体２２と接続端子２５ａとの間およびアンテナ導体２２と接続端子２５ｂとの間は共にはんだ３２によって接続されたものである。これにより、アンテナは基板上にアンテナ導体が装着されることによって形成されるので、薄いアンテナ装置を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に形成されるアンテナと、これを用いたアンテナ装置に関するものである。

以下、従来のアンテナ装置について図面を用いて説明する。図７は、従来のアンテナ装置の側面図である。図７において、従来のアンテナ装置１は、基板２上に電子部品３やアンテナ４がはんだ付けで装着されている。

アンテナ４は、約３００ＭＨｚの高周波信号を受信するために、線径が０．４ｍｍの銅線を５．５回巻かれたヘリカルアンテナであり、巻き外形は３．６ｍｍである。そしてこのアンテナ４を基板２へ実装するために、アンテナ４の両端には脚４ａが設けられる。この脚４ａは基板２と平行となるように折り曲げられている。ここで、アンテナ４が基板２へ装着された状態において、はんだとアンテナ４の本体部４ｂとが短絡しないように、本体部４ｂと脚との間には約０．２ｍｍの隙間４ｃが設けられる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
特開２００３−２６４４１６号公報 特開２００１−１６８９３０号公報

しかしながらこのような従来のアンテナ４が基板２へ実装されたときの高さは約４．３ｍｍであり、電子部品３の高さに比べて高い。従ってこのアンテナ４の高さが、アンテナ装置１が薄くできないという大きな課題の原因となっている。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、アンテナ装置の薄型化を実現するアンテナを提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明のアンテナは、第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたアンテナ導体とを設け、前記アンテナ導体と前記第１の接続端子との間および前記アンテナ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたものである。これにより所期の目的を達成できる。

以上のように本発明によれば、第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたアンテナ導体とを設け、前記アンテナ導体と前記第１の接続端子との間および前記アンテナ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたアンテナである。

これにより、アンテナは基板上にアンテナ導体が装着されることによって形成されるので、薄いアンテナを実現できるという効果がある。また、導体の形状や長さを変更すれば、アンテナで送信あるいは受信する周波数を容易に変更できる。さらにこのような導体は、プレス加工（板金加工）で容易に加工が可能であるので、生産性も良く、安価なアンテナを得ることができる。それに加えて導体パターンアンテナに比べて、容易に導体の厚みを厚くできる。従って、アンテナの持つ抵抗値を小さくでき、効率の良いアンテナを実現できる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態のアンテナ装置２０について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の上面図であり、図１（ｂ）は同、下方から見た断面図であり、図２は、同、側面図であり、図３は、要部拡大断面図である。

まず図１から図２において、アンテナ装置２０について説明する。基板２１は、折り曲げ加工が容易なフレキシブル基板２１である。ここで基板２１には、アンテナが搭載されたアンテナ部２１ａと、このアンテナと接続された送信回路が形成された回路部２１ｂと、この回路部２１ｂとアンテナ部２１ａとの間を連結する連結部２１ｃとを有している。そしてアンテナ部２１ａと連結部２１ｃとがそれぞれ直角に折り曲げられ、アンテナ部２１ａと回路部２１ｂとが対向する状態で配置される。

回路部２１ｂ上に装着された電子部品２３によって、送信回路が形成される。この回路部２１ｂ上の送信回路は、連結部２１ｃ上に設けられた導体パターン２４ａ、導体パターン２４ｂを介して、アンテナ部２１ａ上に装着されたアンテナ導体２２に接続されている。なお本実施の形態では回路部２１ｂ上に送信回路を構成したが、これはアンテナに接続される回路であれば、他の高周波回路としてもかまわない。

では、次にアンテナ導体２２およびアンテナ部２１ａの詳細を説明する。アンテナは、アンテナ部２１ａの両面に装着された成形導体２２ａと成形導体２２ｂとによって構成される。なお、本実施の形態において成形導体２２ａ、成形導体２２ｂは共にＣの字型をしている。そして成形導体２２ａと成形導体２２ｂとは同じものを用いている。従って成形導体２２ａと成形導体２２ｂとを異なるものを準備する必要がなく、効率的である。

導体パターン２４ａは、アンテナ部２１ａの表側において接続端子２５ａへ接続される。接続端子２５ａは、成形導体２２ａにおける一方の端部近傍に対応する位置に形成される。中間端子２６ａは、アンテナ部２１ａの表側において、成形導体２２ａの他方の近傍に設けられる。そして、固定用ランド２７ａは、アンテナ部２１ａの表側において、成形導体２２ａのほぼ中間点に対応する位置に設けられる。なおこの固定用ランド２７ａは他の回路とは接続せず、独立させている。

中間端子２６ａはスルーホール２８を介して、アンテナ部２１ａの裏側の中間端子２６ｂに接続されている。中間端子２６ｂは、成形導体２２ｂにおける一方の端部近傍に対応する位置に形成される。接続端子２５ｂは、アンテナ部２１ａの裏側において、成形導体２２ｂの他方の端部の近傍に設けられ、導体パターン２４ｂと接続される。そして、固定用ランド２７ｂは、アンテナ部２１ａの裏側において、成形導体２２ｂのほぼ中間点に対応する位置に設けられる。なおこの固定用ランド２７ｂは他の回路とは接続せず、独立させている。

そしてアンテナ部２１ａの表と裏側のそれぞれに、成形導体２２ａと成形導体２２ｂとが装着され、接続端子２５ａと成形導体２２ａ、固定用ランド２７ａと成形導体２２ａ、中間端子２６ａと成形導体２２ａ、中間端子２６ｂと成形導体２２ｂ、固定用ランド２７ｂと成形導体２２ｂおよび接続端子２５ｂと成形導体２２ｂとがそれぞれはんだ３２（接続部材の一例として用いた）によって接続される。なお本実施の形態でははんだを用いたが、これは導電性接着剤を用いても良い。

これにより、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間にアンテナ導体２２が連結され、アンテナ部２１ａ上にヘリカルアンテナが形成される。なお、本実施の形態では２巻きのヘリカルアンテナが構成される。

以上のように、アンテナ部２１ａの両面に薄板によって形成された成形導体２２ａ、成形導体２２ｂが装着され、これらがはんだ付け接続されることによってアンテナが形成される。これにより、厚みの薄いアンテナを実現でき、アンテナ装置２０も薄型化が可能となる。

なお、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとの間がアンテナとなるので、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂあるいは中間端子２６ａ、中間端子２６ｂの位置を適宜変更すれば、成形導体２２ａや成形導体２２ｂを変えずとも容易にアンテナ長の異なるアンテナを得ることができる。

ここで図３は、本実施の形態におけるアンテナ装置の導体部の要部拡大断面図である。成形導体２２ａ、成形導体２２ｂにおいて、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂ、中間端子２６ａ、中間端子２６ｂ、固定用ランド２７ａおよび固定用ランド２７ｂに対応する位置には、アンテナ部２１ａ側に向かって突出した突起２９が設けられている。これにより、成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂとアンテナ部２１ａとの間には隙間が形成されるので、アンテナ部２１ａにおける成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂの下にもパターンを形成することが可能となる。従って小型なアンテナ装置２０を実現できる。

次にアンテナ部２１ａには、アンテナ導体２２で囲まれた領域に孔３０が設けられる。この孔３０は、アンテナ部２１ａと回路部２１ｂとが対向した状態において、回路部２１ｂの電子部品２３に対応する位置に設けられる。逆に言えば、アンテナ部２１ａと回路部２１ｂとを対向するように曲げた場合に、電子部品２３は孔３０に入るような位置に実装されるわけである。そして、アンテナ部２１ａは、電子部品２３が孔３０を貫通するような位置で折り曲げられる。これにより、薄型のアンテナ装置２０を実現できる。

ここで、一般的に汎用の電子部品実装機では、回路部２１ｂの外周から０．５ｍｍ程度の領域は電子部品２３が実装できない。そこでアンテナ部２１ａは回路部２１ｂと同じ大きさまたは、回路部２１ｂより大きくし、アンテナ導体２２がこの実装不可能な領域と対応するようにすることで、電子部品２３が実装できない回路部２１ｂの外周近傍の領域を有効に利用することができる。なおこの場合においても、回路部２１ｂの電子部品２３が実装不可能な領域には、パターンを設けることが可能であるので、基板２１の面積を有効に利用でき、アンテナ装置２０を小型化できる。

さらに、成形導体２２ａの上面は、電子部品２３の中で最も高さの高い部品より突出しなければ良い。そこで、最も高い部品の高さが、アンテナの厚み（アンテナ導体２２の厚みと基板２１の厚みの総和）より大きい場合に、成形導体２２ａの上面と最も高さの高い部品の上面とが等しい高さとなるように、基板２１を折り曲げる。そしてアンテナ部２１ａあるいは成形導体２２ｂと回路部２１ｂとの間に生じる隙間に低背の電子部品を装着することもできる。これによりさらに、基板２１の面積をより有効に利用することが可能となる。

なお、本実施の形態において孔３０は、成形導体２２ａの内周より約０．５ｍｍ小さい半径の孔とし、すべての電子部品２３に対して１個とした。これにより電子部品２３の位置の異なるアンテナ装置へも容易に対応が可能となる。なお、孔３０は各々の電子部品２３に対して１つずつの孔を設けても良い。

では本実施の形態におけるアンテナ装置２０の製造方法を説明する。基板２１の接続端子２５ａ、固定用ランド２７ａ、中間端子２６ａへスクリーン印刷などによりクリーム状のはんだ３２を塗布し、成形導体２２ａを装着する。その後で、リフロー炉などではんだ３２を溶融させて、成形導体２２ａがアンテナ部２１ａへ接続固定される。

次に、電子部品２３を装着すべき箇所や接続端子２５ｂ、固定用ランド２７ｂ、中間端子２６ｂへスクリーン印刷などによりクリーム状のはんだ３２を塗布し、電子部品２３や成形導体２２ｂを装着する。そしてリフロー炉などによってはんだ３２を溶融させて、電子部品２３や成形導体２２ｂが基板２１へ接続固定される。

その後に、電子部品２３が孔３０に入り込むように、アンテナ部２１ａや連結部２１ｃを折り曲げてアンテナ装置２０が完成する。

なお、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂは、薄い金属板を板金加工（いわゆるプレス加工）で打ち抜いて形成したものである。従って、非常に生産性が良好であり、安価である。本実施の形態では、厚みが０．１５ｍｍの黄銅板を用いているので、錆び難く防錆処理が不要である。なお、本実施の形態では黄銅を用いたが、これは銅板を用いても良い。この場合、導体抵抗が小さくできるので、アンテナ効率が良好になる。

なお、アンテナ部２１ａや回路部２１ｂが四角形である場合には、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂはコの字型とすると良い。この場合基板２１の材料を有効的に使用できる。またこれ以外にもアンテナ部２１ａ、回路部２１ｂはＤの字型などのように、このアンテナ装置２０を収納する機器のレイアウトに応じた形状としてもよい。そしてアンテナ導体は、その場合のアンテナ部の外周に応じた形状としておけばよい。成形導体２２ａや成形導体２２ｂはプレス加工で形成するので、容易に搭載される基板に適した形状にできる。

また、本実施の形態における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂのアンテナ部２１ａに対向する面側には、絶縁膜３１を形成している。なおこの絶縁膜３１は、ポリイミドなどのような耐熱性を有する樹脂によって形成される。そして、成形導体２２ａや成形導体２２ｂにおいて、接続端子２５ａ、接続端子２５ｂ、固定用ランド２７ａ、固定用ランド２７ｂ、中間端子２６ａと中間端子２６ｂに対応する位置は絶縁膜３１の不形成部としておく。これにより、はんだ３２は絶縁膜３１の不形成部にのみ付着するので、アンテナ導体２２のアンテナ長のばらつきを小さくできる。

なお、本実施の形態では突起２９によってアンテナ部２１ａと成形導体２２ａ、成形導体２２ｂとの間に隙間を設けることで、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂとアンテナ部２１ａの導体３３との短絡を防止したが、これは成形導体２２ａ、成形導体２２ｂに設けた絶縁膜３１のみにより短絡を防止しても良い。ただしいずれの場合も、プレス加工によって発生する成形導体２２ａ、成形導体２２ｂの加工バリによって成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと導体３３との短絡が発生しないようにすることが必要である。そこで、成形導体２２ａ、成形導体２２ｂをアンテナ部２１ａへ装着時にバリ方向がアンテナ部２１ａの反対側となるように装着するか、あるいは導体３３上にも絶縁膜を形成するなどの処理を行う。

また、本実施の形態ではアンテナ部２１ａの表裏に装着された成形導体２２ａ、成形導体２２ｂで構成したが、これはアンテナ長が短くてよい場合には、一方面のみに装着しても良い。ただしこの場合には、中間端子２６ａ、中間端子２６ｂは不要となり、接続端子２５ａと接続端子２５ｂとは同じ面に形成される。なお、この場合アンテナ導体２２は、アンテナ部２１ａが折り曲げられた状態においてアンテナ導体２２が電子部品２３と対向する側に形成する。これは、電子部品２３と成形導体２２ｂとは、基板２１を折り曲げ前において同じ面側となるので、１度のリフロー加熱でアンテナ装置２０を得ることができるためである。従って生産性が良好なアンテナ装置２０を実現できる。

さらに、本実施の形態では接続端子２５ａ、接続端子２５ｂを共に回路部２１ｂ上の送信回路へ接続する平衡型のアンテナとしたが、これは接続端子２５ａあるいは接続端子２５ｂのいずれか一方のみを送信回路へ接続すれば、不平衡型のアンテナとすることもできる。あるいは、アンテナ導体２２に直列あるいは並列に容量素子を設ければ、同調形式のアンテナとすることもできる。その場合において、容量素子として容量を変化させることができる可変容量ダイオードを用いれば、受信あるいは送信できる周波数を可変できる同調型のアンテナを得ることも可能となる。なおこのような同調アンテナの場合、アンテナ導体２２の近傍に容量素子（あるいは可変容量ダイオード）を配置することが望ましい。これにより、アンテナ導体２２と容量素子との間を接続するパターンなどへの妨害信号の飛び込みを少なくできる。そして本発明におけるアンテナでは、アンテナ導体２２がアンテナ部２１ａ上に装着されて実現されたものであるので、このアンテナ導体２２の近傍に容量素子を装着することが可能であり、同調形式のアンテナにも適する構造である。

では次に、成形導体２２ａあるいは成形導体２２ｂの他の例について説明する。図４（ａ）は、第２の例における成形導体２２ｃの上面図であり、図４（ｂ）は同、側面図である。この例において成形導体２２ｃは、矩形状のＣの字型である。そして、この成形導体２２ｃは板金成形の過程で、厚みが０．１５ｍｍの黄銅製の薄板が折り曲げ部５１で折り曲げられて成形される。これにより、第１例における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと同じ効果に加え、成形導体２２ｃをアンテナ部２１ａへ装着するための面積をさらに小さくできるという効果を奏する。従って、一般的に汎用の電子部品実装機では、実装が困難で実質的に部品の搭載ができない回路部２１ｂの外周から０．５ｍｍ程度の領域をアンテナ領域として有効的に使用できる。これにより、基板２１の面積を有効的に利用可能である。また、孔３０を設けた場合、孔３０を大きくできるので、電子部品２３を配置できる面積を大きくできる。なお、この成形導体２２ｃもプレス加工によって加工されるので、容易に突起２９を設けることができる。

図５は、第３の例における成形導体２２ｄの上面図である。この例において、成形導体２２ｄは、厚みが０．１５ｍｍの黄銅製の薄板を渦巻状に打ち抜いたものである。この場合、第１例における成形導体２２ａ、成形導体２２ｂと同じ効果に加え、３巻き以上のアンテナ長を必要とするアンテナを実現できる。従ってさらに、周波数の低い周波数を受信するアンテナを実現できるという効果を有する。

なお、成形導体としては上記各例以外にも、一般的な絶縁皮膜付の銅線を上記各例に示したような形状に成形して用いることもできる。

（実施の形態２）
以下、本実施の形態におけるアンテナ装置６１について、図面を用いて説明する。図６は、本実施の形態におけるアンテナ装置の断面図である。図６において、図１と同じものには、同じ番号を用い、その説明は簡略化している。

図６において、基板６３は、アンテナ部６３ａ、回路部６３ｂと連結部６３ｃから構成される。そして回路部６３ｂの表裏には成形導体６２ａ、成形導体６２ｂが装着されている。なおこの成形導体６２ａ、成形導体６２ｂは、実施の形態１のアンテナ導体２２と同様に、基板６３の回路部６３ｂの表側において、成形導体６２ａに囲まれた領域に電子部品２３が装着されている。なお回路部６３ｂには受信回路が形成され、成形導体６２ａ、成形導体６２ｂで構成されるアンテナ導体６２へ接続される。これにより、アンテナ導体６２は受信用のアンテナとなる。

回路部６３ｂとアンテナ部６３ａとの間には送信回路が構成された基板６４が設けられる。ここで、成形導体６２ｂあるいはアンテナ部６３ａと基板６４の表側とが対向するように配置される。そして基板６４の表側に装着された電子部品６５は、孔３０に対応する位置に装着される。

基板６４の裏面側には、コネクタ６６が装着されている。このコネクタ６６には、連結部６３ｃから切り曲げられて形成された接続部６３ｄが挿入される。これにより、基板６４上の送信回路は、接続部６３ｄと連結部６３ｃを介してアンテナ導体２２に接続されることとなる。以上の構成によって、アンテナを２個有したようなアンテナ装置６１の小型・薄型化が実現できる。なお本実施の形態では、コネクタ６６を用いて基板６４と接続部６３ｄを接続したが、これは接続部６３ｄを直接基板６４へはんだ付けして接続しても良い。

なお本実施の形態におけるアンテナ導体６２には、実施の形態１におけるいずれの例の成形導体を用いてもかまわない。

本発明にかかるアンテナは、薄型のアンテナを得るという効果を有し、携帯機器などのように薄型が要求される機器に用いるアンテナ装置等として有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の上面図、（ｂ）同、断面図 同、側面図 同、導体部の要部拡大断面図 （ａ）同、成形導体の第２の実施例の上面図、（ｂ）同、側面図 同、導体の第３の実施例の上面図 第２の実施の形態におけるアンテナ装置の断面図 従来のアンテナ装置の側面図

符号の説明

２１ 基板
２２ アンテナ導体
２５ａ 接続端子
２５ｂ 接続端子
３２ はんだ

Claims (14)

1. 第１の基板と、この第１の基板に設けられた第１の接続端子ならびに第２の接続端子と、この第１の接続端子と前記第２の接続端子との間を連結するように前記第１の基板上に装着されたアンテナ導体とを設け、前記アンテナ導体と前記第１の接続端子との間および前記アンテナ導体と第２の接続端子との間は共に接続部材によって接続されたアンテナ。
2. アンテナ導体の断面は四角形とした請求項１に記載のアンテナ。
3. アンテナ導体には、第１の接続端子と同じ面側に装着された第１の成形導体と、この第１の導体部の反対面側に装着された第２の成形導体とを有し、前記第１の基板には、前記第１の接続端子と同じ面側に設けられた第１の中間端子と、この第１の中間端子の反対側の面に設けられた第２の中間端子と、この第２の中間端子と前記第１の中間端子とを接続するスルーホールとを有し、前記第１の成形導体と前記第１の中間端子および、前記第２の成形導体と前記第２の中間端子とがそれぞれ接続された請求項１に記載のアンテナ。
4. アンテナ導体はＣの字型とした請求項３に記載のアンテナ。
5. 基板には、アンテナ導体の中央に対応する位置に、他の回路とは独立して設けられた固定用ランドを設け、この固定用ランドと前記アンテナ導体との間が半田付け接続された請求項１に記載のアンテナ。
6. アンテナ導体は、板金成形された板体とした請求項１に記載のアンテナ。
7. 基板とアンテナ導体との間には、絶縁膜が形成された請求項１に記載のアンテナ。
8. 請求項１に記載のアンテナと、第１の基板に装着された第１の電子部品とを有し、前記第１の電子部品はアンテナで囲まれた領域に装着されたアンテナ装置。
9. 第１の基板には、請求項１に記載のアンテナが形成されたアンテナ部と、第１の電子部品が装着された回路部と、前記アンテナと前記回路部との間を接続する連結部とを有し、前記連結部が前記アンテナ部と前記回路部とが平行に配置されるように折り返され、前記アンテナ部は前記回路部の上方あるいは下方のいずれかに配置されるアンテナ装置。
10. アンテナ部は第１の電子部品の装着面側に折り返され、前記アンテナ部の第１の基板には少なくとも前記第１の電子部品と対応する位置に孔が設けられ、前記第１の電子部品は前記孔を貫通する請求項９に記載のアンテナ装置。
11. アンテナ部と回路部とはほぼ同じ大きさとすると共に、アンテナ導体はＣの字型とし、前記アンテナ部には前記アンテナ導体で囲まれた領域に孔を設けた請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 請求項９に記載のアンテナ装置と、このアンテナ装置におけるアンテナ部と回路部との間に挟まれるとともに、前記アンテナ部と平行に配置された第２の基板と、この第２の基板のアンテナ部と対向する面に装着された第２の電子部品とを有し、前記アンテナ部には前記第２の電子部品に対応する位置に孔を設け、前記第２の電子部品は前記孔を貫通したアンテナ装置。
13. 請求項４に記載のアンテナと、このアンテナの基板のいずれか一方と対向するとともに、前記アンテナと接続された第２の基板と、この第２の基板の一方に装着された第２の電子部品とを有し、前記アンテナの基板には前記第２の電子部品に対応する位置に孔を設け、前記第２の電子部品は前記孔を貫通するアンテナ装置。
14. 請求項９に記載のアンテナ装置の製造方法において、第１の基板に接続部材を塗布し、その後で前記第１の基板上へ第１の電子部品とアンテナ導体とを装着し、その後で前記接続部材を硬化し、その後でアンテナ部と回路部とが対向するように前記第１の基板を折り曲げるアンテナ装置の製造方法。

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