JP2012074987A - Ｒｆｉｄ用アンテナ、およびそれを備えた電子機器、それに用いるチップフェライト部品 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで安定した通信特性を得ることができるＲＦＩＤ用アンテナ、およびそれを備えた電子機器、それに用いるチップフェライト部品を提供する。
【解決手段】チップフェライト３４を、アンテナ基板３１のアンテナパターン３２自体に表面実装することで、その搭載位置精度を高めて、アンテナ特性のばらつきを抑え、生産性を高める。また、各チップフェライト３４の電極と、アンテナパターンとの半田付け部分に、それぞれ半田フィレットを形成し、アンテナパターン３２の断面積を実質的に増大させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）機能を実現するＲＦＩＤ用アンテナ、およびそれを備えた電子機器、それに用いるチップフェライト部品に関する。

昨今の携帯電話端末には、電波を用いてデータの記録または読み出しを行い、アンテナを介して外部と通信を行うことで認識を行うＲＦＩＤ機能が標準的に搭載されている。このようなＲＦＩＤ機能は、携帯電話端末に限らず、その他の各種電子機器にも備えることができる。

ＲＦＩＤ機能は、メモリを搭載した半導体チップからなる制御部と、アンテナとから構成される。メモリには、電子機器のそれぞれに個別に割り当てられたＩＤ情報等が格納されている。外部のリーダ／ライタからアンテナに無線でコマンドを送信すると、制御部では、メモリに対して、データの記録または読み出しを行う。
図８、図９に示すように、ＲＦＩＤ機能を構成するアンテナ１は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）やガラスエポキシ樹脂からなるアンテナ基板２と、アンテナ基板２上にループ状に形成されたアンテナパターン３と、制御部に電気的に接続される接続端子４Ａ、４Ｂと、アンテナパターン３の切り返し用の貫通ビア５と、を備える。

ところで、電子機器においては、ＲＦＩＤ機能以外にも、各種の機能を備えており、これらの機能を実現するために、各種の部品が備えられている。すると、これらの部品が金属等の導電性材料からなる場合、ＲＦＩＤ機能を構成するアンテナ１における通信特性が悪影響を受けることがある。
特許文献１、２には、アンテナ基板２上に、アンテナパターン３を覆うようにフェライト系材料からなる磁性体シート６を積層し、周囲に存在する金属等の導電性材料からなる部品との間に磁性体シート６を介在させて、アンテナ１の周囲の導電性材料による影響を軽減する構成が開示されている。

特開２００６−２８５７０９号公報 特開２００８−９７０７１号公報

しかしながら、上記したような構成においては、以下に示すような問題が存在する。
まず、磁性体シート６を積層する場合、生産工程においては、アンテナパターン３が形成されたアンテナ基板２に磁性体シート６を貼り付ける工程が必須となり、生産性が悪い。さらに、磁性体シート６の貼り付け作業を手作業で行う場合、その貼り付け位置精度は、±１ｍｍ程度であり、これによりアンテナ１における通信特性にばらつきが生じることもある。さらに、フェライト系材料をシート状とした磁性体シート６は、材料自体高価であり、しかも磁性体シート６でアンテナパターン３の全体を覆うため、費用対効果の面において向上の余地がある。
そこでなされた本発明の目的は、低コストで安定した通信特性を得ることのできるＲＦＩＤ用アンテナ、およびそれを備えた電子機器、それに用いるチップフェライト部品を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のＲＦＩＤ用アンテナは、導電性材料からなるアンテナパターンが形成されたアンテナ基板と、アンテナパターン上に表面実装された磁性材料からなるチップ部品と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ用アンテナを備えたことを特徴とする電子機器とすることもできる。

また、本発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ用アンテナに用いられ、フェライト系材料からなる磁性材料部と、複数の電極と、のみから構成され、アンテナ基板上に形成されたアンテナパターンに表面実装可能とされていることを特徴とするチップフェライト部品とすることができる。

本発明によれば、磁性材料からなるチップ部品を、アンテナ基板のアンテナパターンに表面実装するようにした。チップ部品は、表面実装装置によりアンテナ基板に高い位置精度で実装することができるため、アンテナ特性のばらつきを抑え、生産性を高めることができる。

本実施形態における携帯電話端末を示す斜視図である。 ＲＦＩＤ通信部の構成を示す図である。 アンテナの構成を示す平面図である。 図３の側面図である。 （ａ）はチップフェライトをアンテナパターン上に表面実装した状態を示す断面図、（ｂ）はチップフェライトを電極が形成された底面側から見た図である。 チップフェライトビーズを示す図である。 他の実施形態を示す図であり、チップフェライトをアンテナパターン上に表面実装した状態を示す断面図である。 従来のアンテナの構成を示す平面図である。 図８の側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による電子機器を実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１に本発明を適用した携帯電話端末（電子機器）１０の構成を示す。
図１に示すように、携帯電話端末１０は、画像や文字、映像等の各種情報を表示するモニター部を有した表示筐体１１Ａと、ユーザが携帯電話端末１０を操作するための操作キー１２等を備えた本体筐体１１Ｂとを備えている。
これら表示筐体１１Ａと本体筐体１１Ｂとは、それぞれの一辺側において、ヒンジにより回転可能に連結された折り畳み式とされている。ただし、これは一例に過ぎず、携帯電話端末１０は、折り畳み式に限らず、表示筐体１１Ａと本体筐体１１Ｂとが一体化されたものであっても良い。

そして、本体筐体１１Ｂの内部には、携帯電話端末１０の動作を制御する制御基板や電源となるバッテリーパックが内蔵されている。

図２に示すように、表示筐体１１Ａ、本体筐体１１Ｂの内部には、ＲＦＩＤ通信部２０が内蔵されている。ＲＦＩＤ通信部２０は、磁界結合を行うアンテナ（ＲＦＩＤ用アンテナ）２１と、制御チップ２２とから構成されている。制御チップ２２は、アンテナ２１と電気的に接続するための接続コネクタ２３と、予め定められたプログラムに基づいた動作制御を行う制御部２４と、制御部２４とアンテナ２１との間でやり取りする信号の変換を行うＲＦ部２５とを備える。

本実施形態においては、アンテナ２１は、表示筐体１１Ａの内部に、モニター部の背面側に位置するよう設けられている。
図３、図４に示すように、アンテナ２１は、表面実装（Surface Mount Technology）が可能なアンテナ基板３１と、アンテナ基板３１の表面に形成されたアンテナパターン３２と、アンテナパターン３２の端部に設けられた接続端子３３Ａ、３３Ｂと、アンテナパターン３２に表面実装されたチップフェライト（チップ部品、チップフェライト部品）３４と、アンテナパターン３２のパターン切り返し用のジャンパ抵抗３５と、を備えている。

アンテナパターン３２は、一方の接続端子３３Ａから、アンテナ基板３１の外周部から内周部に向けてループ状（渦巻き状）に多重に巻き回されて形成されている。アンテナパターン３２の内周側の端部３２ｅは、ジャンパ抵抗３５を介し、アンテナパターン３２の外周側に設けられた他方の接続端子３３Ｂに接続されている。

このようなアンテナパターン３２上には、アンテナパターン３２が連続する方向に沿って多数のチップフェライト３４が表面実装されている。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、各チップフェライト３４は、フェライト本体（磁性材料部）３４ａと、フェライト本体３４ａに設けられた一対の電極３４ｂ、３４ｃとから構成されている。ここで、チップフェライト３４は、フェライト本体３４ａが、電極３４ｂ、３４ｃの上方（チップフェライト３４をアンテナ基板３１の表面に実装した状態で、アンテナ基板３１から離間した側）を覆うように設けられている。
図５（ａ）に示したように、各チップフェライト３４は、ループ状に多重に巻き回されたアンテナパターン３２を、径方向に跨ぐよう設けられている。各チップフェライト３４において、一方の電極３４ｂは外周側のアンテナパターン３２ａに電気的に接続され、他方の電極３４ｃは内周側のアンテナパターン３２ｃに電気的に接続されている。
ここで、各チップフェライト３４の電極３４ｂ、３４ｃと、アンテナパターン３２ａ、３２ｃとの半田付け部分に、それぞれ半田フィレット３６が形成されている。

このようなアンテナ２１は、予めアンテナパターン３２を形成しておいたアンテナ基板３１に、チップフェライト３４を表面実装する。このときには、チップフェライト３４をアンテナ基板３１上にセットし、アンテナ基板３１のアンテナパターン３２にチップフェライト３４を半田付けするが、これらの作業は表面実装装置により自動的に行うことができる。
しかるのち、アンテナ２１の接続端子３３Ａ、３３Ｂに、制御チップ２２の接続コネクタ２３を接続し、表示筐体１１Ａ、本体筐体１１Ｂに内蔵させることで、アンテナ２１を構成することができる。

上述したような構成によれば、複数のチップフェライト３４を、アンテナ基板３１のアンテナパターン３２自体に表面実装することで、図８に示したような従来の磁性体シート６を用いた場合と同等のアンテナ特性を得ることができる。しかも、チップフェライト３４は表面実装装置によりアンテナ基板３１上に自動的に実装することができ、その搭載位置精度は±０．１ｍｍ程度と極めて高い。したがって、アンテナ特性のばらつきを抑え、生産性を高めることができる。

また、図８に示した従来のアンテナ１においては、アンテナパターン３のパターン幅が例えば３５μｍ程度であり、断面積が小さいために、アンテナ１のＱ値を高く確保できない。
これに対し、本実施形態で示した構成によれば、各チップフェライト３４の電極３４ｂ、３４ｃと、アンテナパターン３２ａ、３２ｃとの半田付け部分に、それぞれ半田フィレット３６が形成されている。これにより、アンテナパターン３２が連続する方向に直交する断面において、アンテナパターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃのみの断面積に比較し、半田フィレット３６が形成されている分、アンテナパターン３２の断面積が実質的に増大している。これにより、アンテナパターン３２の直列抵抗が低減するのでアンテナ２１のＱ値を高めることができ、アンテナ特性が向上する。

また、図８に示した従来のアンテナ１においては、接続端子４Ａ、４Ｂを近接して並べて設けている。このような構成においては、ループ状のアンテナパターン３の内周側の端部３ａを、アンテナパターン３の外周側に位置する接続端子４Ｂに接続する必要がある。このため貫通ビア５、５を、端部３ａと、接続端子４Ｂに接続されたアンテナパターン３とに形成し、これらをアンテナ基板２の裏面側で電気的に接続する必要があり、アンテナ基板２に表裏２層構造のものを用いる必要があった。
これに対し、本実施形態で示した上記構成によれば、アンテナパターン３２の内周側の端部３２ｅは、ジャンパ抵抗３５を介して他方の接続端子３３Ｂに接続されている。ジャンパ抵抗３５は、アンテナ基板３１において、チップフェライト３４が実装されている側と同じ側に表面実装できる。したがって、１層構造のアンテナ基板３１においても、接続端子３３Ａ、３３Ｂを近接させて隣接させた構成を実現できる。

また、上記構成において、チップフェライト３４に代えて、図６に示すように、フェライト本体３４ｄと、一対の電極３４ｅ、３４ｆと、インダクタ３４ｇとを備えたチップフェライトビーズ３４Ｂを用いることも考えられるが、本発明においては、電極３４ｅ、３４ｆ間の導通は必要としないため、図５に示したように、フェライト本体３４ａと、電極３４ｂ、３４ｃのみがあれば所要の機能を果たすことができる。これにより、チップフェライト３４の構造を簡略化することができ、チップフェライト３４を低コスト化できる。
さらに、チップフェライト３４は、フェライト本体３４ａが、電極３４ｂ、３４ｃの上方を覆うように設けられている。これにより、フェライト本体３４ａにより、アンテナパターン３２を覆う面積を増大させることができ、アンテナ特性を有効に向上させることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、チップフェライト３４は、図７に示すような構成とすることもできる。すなわち、図７に示すチップフェライト３４は、図５に示したものと基本的に同様の構成であるが、フェライト本体３４ａに、電極３４ｂ、３４ｃの間に位置する中央電極３４ｈを備えている。これにより、アンテナパターン３２において、外周側のアンテナパターン３２ａと内周側のアンテナパターン３２ｃとの間に位置する中間部のアンテナパターン３２ｂに対しても、チップフェライト３４を中央電極３４ｈにより半田付けすることができる。これにより、中間部のアンテナパターン３２ｂにおいても半田フィレット３６を形成することができて直列抵抗値を下げることが可能となり、さらにＱ値の高いアンテナ２１を構成することが可能である。
また、携帯電話端末１０において、アンテナ２１以外の部分については、その構成を何ら限定するものではなく、適宜他の構成を採用することができる。
さらに、携帯電話端末１０に限らず、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、トランシーバ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯音楽プレーヤー等、ＲＦＩＤ機能を有した各種電子機器にも上記実施形態で示した構成を同様に適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０ 携帯電話端末（電子機器）
１１Ａ 表示筐体
１１Ｂ 本体筐体
２０ ＲＦＩＤ通信部
２１ アンテナ（ＲＦＩＤ用アンテナ）
２２ 制御チップ
２３ 接続コネクタ
２４ 制御部
３１ アンテナ基板
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ アンテナパターン
３３Ａ、３３Ｂ 接続端子
３４ チップフェライト（チップ部品、チップフェライト部品）
３４ａ フェライト本体（磁性材料部）
３４ｂ、３４ｃ 電極
３４ｈ 中央電極
３５ ジャンパ抵抗
３６ 半田フィレット

Claims (8)

1. 導電性材料からなるアンテナパターンが形成されたアンテナ基板と、
   前記アンテナパターン上に表面実装された磁性材料からなるチップ部品と、
   を備えることを特徴とするＲＦＩＤ用アンテナ。
2. 前記アンテナパターンは、前記アンテナ基板上において多重に巻き回され、前記チップ部品は、前記アンテナパターンが連続する方向に沿って複数個が設けられ、それぞれの前記チップ部品は、外周側の前記アンテナパターンと内周側の前記アンテナパターンとを跨ぐように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
3. 前記チップ部品は、フェライト系材料からなる磁性材料部と、前記アンテナパターンに電気的に接続される電極と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
4. 前記磁性材料部は、前記アンテナパターンに電気的に接続された前記電極を、前記アンテナパターンから離間した側において覆うよう設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
5. 前記電極が前記アンテナパターンに電気的に接続される部分には、半田付けによる半田フィレットが形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
6. 前記アンテナパターンの外周側に設けられた接続端子と、前記アンテナパターンの内周側の端部とが、前記アンテナ基板上に表面実装されたジャンパ抵抗により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ用アンテナ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ用アンテナを備えたことを特徴とする電子機器。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦＩＤ用アンテナに用いられ、
   フェライト系材料からなる磁性材料部と、複数の電極と、のみから構成され、
   アンテナ基板上に形成されたアンテナパターンに表面実装可能とされていることを特徴とするチップフェライト部品。

Images