JP2013078144A - アンテナモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】耐衝撃性を維持したまま、製造が容易で、アンテナ感度の高い磁界結合型アンテナを備えた携帯電子機器を構成する。
【解決手段】絶縁層１１０と、絶縁層１１０に埋設された磁性体コア１１２と、を備える。絶縁層１１０の上面に形成された上面導体１１６と、絶縁層１１０の下面に形成された下面導体１１８と、上面導体１１６と下面導体１１８とを電気的に接続する側面導体１２０およびビア１２２、によって、絶縁層の上面と平行なコイル軸を有するコイルを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる携帯電子機器に関する。
近年、利用が拡大しているＲＦＩＤシステムにおいては、携帯電話等の携帯電子機器とリーダ・ライタの各々に情報通信用のアンテナを搭載し、互いにデータを交信している。ＲＦＩＤ用のアンテナとしては、磁性体コアにコイルを巻回した構造の磁界結合型アンテナが一般的である。そして、このうち携帯電子機器に搭載される磁界結合型アンテナには特に、落下等の衝撃によってもアンテナ特性が変動しない耐衝撃性の高さが求められている。外部から加わった衝撃によりアンテナ特性が変動する一要因として、衝撃による磁性体コアの破損が挙げられる。
磁性体コアの破損によるアンテナ特性の変動を防止する方策として、特許文献１は以下のような磁界結合型アンテナ（以下、磁界結合型アンテナを単にアンテナと記載する。）の形状を提案している。図１５−Ａ，図１５−Ｂは、特許文献１に記載のアンテナの構造を示す図であり、図１５−Ａは上面図、図１５−Ｂは図１５−ＡのＡ−Ａ断面における断面図である。
図１５−Ａ，図１５−Ｂに記載のアンテナ１０００において、２つの絶縁層１０１０ａ，１０１０ｂの間に磁芯部材１０１２が挟まれている。また、アンテナ１０００は、上側の絶縁層１０１０ａ上面に形成された上面導体１０１６、下側の絶縁層１０１０ｂ下面に形成された下面導体１０１８、および上面導体１０１６と下面導体１０１８とを接続する接続導体１０２０を備える。上面導体１０１６、下面導体１０１８、接続導体１０２０によって、絶縁層１０１０ａ，１０１０ｂの周囲にコイル１０１４が形成されている。なお、接続導体１０２０は上側の絶縁層１０１０ａ上面から下側の絶縁層１０１０ｂ下面にかけて形成されたスルーホールである。スルーホールの内壁に形成されためっき層により上面導体１０１６と下面導体１０１８とを導通させている。
磁芯部材１０１２を上下の絶縁層１０１０ａ，１０１０ｂの間に挟む構造によって、アンテナ１０００全体に加わった衝撃が磁芯部材１０１２に直接加わることはない。従って、磁芯部材１０１２が破損しにくく、磁芯部材１０１２の破損に起因するアンテナ特性の変動は生じにくい。
特開２００５−１８４０９４号公報
アンテナ１０００において、磁芯部材１０１２は下側の絶縁層１０１０ｂに磁性材料を含む塗料を塗布することによって形成される。その後、磁芯部材１０１２を覆うように、下側の絶縁層１０１０ｂに上側の絶縁層１０１０ａが接着される。
ＲＦＩＤ用アンテナにおいては、外部からの磁束がコイルのコイル軸を通過し、電圧が誘起されることにより通信する。その際、磁性体コア、すなわち特許文献１における磁芯部材はコイル軸を通過するように磁束を導くため、高いアンテナ感度を実現するには一定以上の厚みを有することが必要である。しかしながら、塗料の塗布により磁芯部材１０１２を形成する方法によると、非常に薄い磁芯部材しか形成することができないという問題があった。また、厚みを厚くしようとすれば塗布を繰り返さなければならないという問題があった。
また、特許文献１に記載のアンテナ１０００は、板状の磁芯部材１０１２を用いる方法も開示している。具体的には、板状の磁芯部材１０１２の周囲に絶縁部材を貼付して、板状の磁芯部材１０１２と絶縁部材により絶縁層１０１０ａ，１０１０ｂと同一の断面形状を形成する。その上で磁芯部材１０１２を絶縁層１０１０ａ，１０１０ｂにより挟み込む方法である。この方法によると、絶縁部材を貼付する工程が余計に必要となり、アンテナ１０００を簡便に製造することが困難であった。
そこで本発明は、耐衝撃性を維持したまま、製造が容易で、アンテナ感度の高い磁界結合型アンテナを備えた携帯電子機器を実現することを目的とする。
上記問題点を解決するために、本発明は以下のような構成とする。
本発明に係る携帯電子機器は、第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層に埋設された磁性体コアと、前記第１の絶縁層の上面に形成された上面導体と、前記第１の絶縁層の下面に形成された下面導体と、前記上面導体と前記下面導体とを電気的に接続する接続導体と、を有するアンテナを備えた携帯電子機器において、
前記接続導体の少なくとも一部は、前記第１の絶縁層の上面導体と下面導体とを電気的に接続するスルーホールまたはビアによって形成されていて、
前記上面導体、前記下面導体および前記接続導体によって、前記第１の絶縁層の上面と平行なコイル軸を有するコイルが形成され、
前記アンテナは、前記第１の絶縁層の上面が前記携帯電子機器の主面と平行となるように配置された磁界結合型のアンテナであり、
前記第１の絶縁層の下面に第２の絶縁層が設けられ、前記第２の絶縁層の下面には下面電極層が形成されており、
前記磁性体コアは、前記上面導体よりも前記下面導体側にオフセット配置されていることを特徴とする。
本発明によると、アンテナは絶縁層の上面が磁束の到来方向に向いて磁束を捕える構造であるため、携帯電子機器の使用形態において最も効率よく磁束を捕える構造となる。従って、薄型でありながら高いアンテナ感度を備えた携帯電子機器が構成できる。
本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る磁界結合型アンテナにおける磁束の流れを示す模式図である。 本発明の第６の実施形態に係る磁界結合型アンテナモジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る磁界結合型アンテナモジュールの変形例を示す斜視図である。 本発明の第７の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の変形例を示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す斜視図である。 従来例の構造を示す平面図である。 従来例の構造を示す断面図である。
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態を図１を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。以下の説明において、磁界結合型アンテナを単にアンテナと称す。
第１の実施形態に係るアンテナ１００は、絶縁層１１０と、一面が絶縁層１１０の下面から露出した状態で、絶縁層１１０に埋設された磁性体コア１１２を備える。埋設とは、磁性体コア１１２に半硬化状態の絶縁層１１０を加圧することによって、磁性体コア１１２が絶縁層１１０により包囲された状態である。本実施形態のように、磁性体コア１１２の一部が絶縁層１１０から露出している状態も含む。
絶縁層１１０は、熱硬化性樹脂、または熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなる。磁性体コア１１２としてはフェライト板が好適であり、直方体に成型されている。磁性体コア１１２の厚みは所望とするアンテナ感度を実現し得る最適な厚みに設計されている。また、絶縁層１１０の上面には上面導体１１６、下面には下面導体１１８、側面には側面導体１２０、内部にはビア１２２が形成されている。側面導体１２０とビア１２２とによって、上面導体１１６と下面導体１１８とを接続する接続導体が構成される。ここで、ビアとは絶縁層１１０の上面から下面にかけて形成された貫通穴が充填されている状態を指す。より具体的には導電性ペーストが充填されるか、貫通穴の内壁にめっき層を形成したのち、導電性ペーストもしくは非導電性ペーストが充填されることによって、上面導体１１６と下面導体１１８とを電気的に接続している状態である。上面導体１１６、下面導体１１８、接続導体を構成する側面導体１２０およびビア１２２によって、絶縁層１１０の周囲に絶縁層１１０の上面と平行なコイル軸を有するコイル１１４が形成されている。コイル１１４の端部は、接続が容易なように絶縁層１１０の側面に引き出され、接続部１２６が形成されている。
磁性体コア１１２は絶縁層１１０に埋設されているため、アンテナ１００に落下等により衝撃が加わっても、磁性体コア１１２には直接衝撃が加わらないため磁性体コア１１２は破損しにくい。本実施形態においては、磁性体コア１１２の一面が絶縁層１１０の下面から露出しているが、３面が絶縁層１１０により覆われているため、耐衝撃性向上の効果を得ることができる。磁性体コア１１２の全ての面が絶縁層１１０によって包囲されている場合には、耐衝撃性向上の効果がさらに高まることは言うまでもない。
また、絶縁層１１０への磁性体コア１１２の埋め込みは、磁性体コア１１２の厚みによって影響されない。すなわち、厚みの厚い磁性体コア１１２を用いた場合にも、磁性体コア１１２に半硬化状態の絶縁層１１０を加圧するという単一の工程によって、磁性体コア１１２を絶縁層１１０に埋設することができる。従って、所望とするアンテナ感度に合わせて磁性体コアの厚みを選択することによって、容易にアンテナ感度を向上させることができる。
また、アンテナ１００は、コイル１１４のコイル軸を磁束が通過することによってコイル１１４に電圧が誘起される磁界結合型アンテナである。磁束はコイル軸方向に位置する絶縁層１１０の側面のうち一方から磁性体コア１１２に進入し、他方から放射される。この磁束の流れが阻害される場合、コイル１１４のコイル軸を通過する磁束が減少し、アンテナ１００のアンテナ感度が低下する。従って、磁性体コア１１２のコイル軸方向に位置する両側面には、磁束の流れを阻害する物が配置されないことが好ましい。
以下に、図２−Ａ〜図２−Ｆを参照しながらアンテナ１００の製造方法を説明する。図２−Ａ〜図２−Ｆはアンテナ１００の各製造工程を示す斜視図である。
図２−Ａは下面導体形成工程を示す。下面導体１１８は支持板もしくは基板１３０上に形成される。下面導体１１８は支持板もしくは基板１３０に電解めっきによってめっき層を形成し、めっき層をエッチングするなど、公知の方法によって形成可能である。以下、支持板としてＳＵＳからなる転写板を用いた場合について説明する。
図２−Ｂは磁性体コア搭載工程を示す。磁性体コア１１２は、下面導体１１８と重なるように支持板１３０上に搭載される。磁性体コア１１２は粘着シートまたは接着剤等によって支持板１３０上に固定される。
図２−Ｃは絶縁層形成工程を示し、絶縁層１１０の上面と垂直な断面を表している。上面に予め銅箔１５０が貼付された状態の絶縁層１１０を用意する。絶縁層１１０は熱硬化性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂と無機フィラーとの混合物からなり、半硬化状態（プリプレグ）である。この絶縁層１１０を磁性体コア１１２側から上記磁性体コア搭載工程により得られた構成物に加圧・加熱する。これによって、絶縁層１１０に磁性体コア１１２が埋設される。磁性体コア１１２の下面は支持板１３０に接しているので、磁性体コア１１２の下面は絶縁層１１０によって覆われていない。その後、さらに加熱して絶縁層１１０を硬化させる。
図２−Ｄはビア形成工程を示し、絶縁層１１０の上面と垂直な断面を表している。まず、絶縁層１１０の上面の銅箔１５０をエッチングして、ビアの形成されるべき箇所に開口を形成する。そして、絶縁層１１０の上面方向から上記開口を通過するようにレーザーを照射し、下面導体１１８を底面とする貫通穴を形成する。その後貫通穴の内壁に無電解めっきおよび電解めっきによってめっき層１４０を形成した後、非導電性ペースト１４２を充填する。本工程により形成されたビア１２２は接続導体の一部をなす。
図２−Ｅは上面導体形成工程を示し、絶縁層１１０の上面と垂直な断面を表している。絶縁層１１０に予め貼付された銅箔１５０上に電解めっきによってめっき層１５２を形成する。めっき層１５２と銅箔１５０とを同時にエッチングすることによって、上面導体１１６を形成することができる。上面導体１１６はビア１２２と重なり、かつ絶縁層１１０の上面方向から見て磁性体コア１１２と重なる箇所に形成される。
図２−Ｆは側面導体形成工程を示す。側面導体１２０は、絶縁層１１０の側面にパターン印刷によって形成する。側面導体１２０は上面導体１１６および下面導体１１８と電気的に接続されている。本工程により形成された側面導体１２０は接続導体の一部をなす。
以上の工程を経て、上面導体１１６と下面導体１１８とが側面導体１２０およびビア１２２によって電気的に接続され、絶縁層１１０の周囲にコイル１１４が形成される。最後に、支持板１３０が下面導体１１８および絶縁層１１０から剥離され、アンテナ１００が形成される。
本実施形態においては、接続導体を絶縁層１１０の側面に形成した側面導体１２０と、絶縁層１１０の内部に形成したビア１２２とで形成した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。まず、ビア１２２の代わりにスルーホールを用いることも可能である。ここで、スルーホールとは絶縁層１１０の上面から下面にかけて形成された貫通穴が充填されていない状態を指す。貫通穴の内壁にめっき層を形成することによって、上面導体１１６と下面導体１１８とを電気的に接続する。また、接続導体を側面導体のみによって形成すること、またはビアまたはスルーホールのみによって形成することも可能である。
また、この実施形態では、図１に示すように３ターンのコイル１１４が形成されている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。上面導体１１６、下面導体１１８、側面導体１２０およびビア１２２の数を増やすことによって、容易にターン数の多いコイルを形成することができる。これによって、インダクタンス値が高いコイルを実現することができる。
また、この実施形態では磁性体コア１１２を直方体としたが、直方体の角を面取りし、丸みを帯びた形状にしておくことが好ましい。磁性体コア１１２埋設後の絶縁層１１０が硬化した後、さらに絶縁層１１０に熱が加わった場合、絶縁層１１０中に含まれていた水分が蒸気化し、水分の体積が増加することによって絶縁層１１０内に応力が発生する。この応力は絶縁層１１０に埋設された磁性体コア１１２の角に集中し易く、角を基点としてクラックが生じる可能性があるためである。角を面取りして丸みを持たせておくことによって、応力を分散させることができ、クラックの発生を防止することができる。
また、磁性体コア１１２の中心部に磁性体コア１１２の上面から下面へと貫通する空洞を設け、ドーナツ形状としておくことも有効である。磁性体コア１１２をドーナツ形状とすることによって、絶縁層１１０を磁性体コア１１２に加圧する際、磁性体コア１１２の中心部に設けられた空洞にも絶縁層１１０を構成する樹脂が流入する。これによって、磁性体コア１１２と絶縁層１１０とが接する面積が増大するため、磁性体コア１１２と絶縁層１１０との接合強度が向上する。従って、より強固なアンテナ１００を形成することができる。ただし、空洞は磁性体コア１１２の内部を通過する磁束の流れを阻害しない程度の大きさであることが好ましい。
（変形例）
以下に第１の実施形態に係るアンテナ１００の変形例を、図３を参照しながら説明する。図３は第１の実施形態に係るアンテナの変形例を示す斜視図である。
図３において、磁性体コア１１２が絶縁層１１０に埋設されている。磁性体コア１１２の一側面にはパターン１６０が形成されている。また、絶縁層１１０には、絶縁層１１０の上面から磁性体コア１１２の上面にかけてビア１２３が形成されている。ビア１２３とパターン１６０とは、絶縁層１１０の上面から見て重なり合う位置に形成されており、これらは電気的に接続されている。接続導体は、絶縁層１１０の側面に形成された接続導体１２０ａと、ビア１２３と、パターン１６０と、から構成される。
絶縁層１１０には予め側面にパターン１６０が形成された状態の磁性体コア１１２を埋設する。磁性体コア１１２を絶縁層１１０に埋設した後、絶縁層１１０を硬化し、ビア１２３を形成する。ビア１２３は絶縁層１１０の上面から磁性体コア１１２の上面にかけて形成されるため、図３におけるビア１２３の深さは、図１におけるビア１２２の深さよりも浅くなる。
有底穴をレーザー等により形成し、有底穴の内壁にめっき層を形成する場合、有底穴の口径に対する深さの割合であるアスペクト比を考慮しなければならない。図１において、下面導体１１８を底面としてビア１２０ｂが形成されるので、アスペクト比を考慮して有底穴の口径と深さを設定する必要がある。一般に、アスペクト比が２以上となると有底穴の底面にまでめっき層を形成することが困難となる。従って、有底穴の深さが深い場合、有底穴の底面にまでめっき層を形成するためには有底穴の口径を大きくする必要がある。
上述したように、本変形例においては浅い深さのビア１２３を形成すれば良いので、有底穴の口径は小さくても良い。従って、より高密度にビア１２３が形成できる。磁性体コア１１２の側面に形成するパターン１６０、上面導体１１６、下面導体１１８、絶縁層１１０の側面に形成する側面導体１２０は高密度に形成することが可能であるため、ビア１２３の形成数を増やすことによって、コイル１１４の巻回数を増やすことができる。
《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態を図４を参照しながら説明する。図４は第２の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において磁界結合型アンテナを単にアンテナと称す。
図４において、アンテナ２００は絶縁層１１０に二つの磁性体コア２１２ａ，２１２ｂを埋設してなる。磁性体コア２１２ａ，２１２ｂはそれぞれ第１の実施形態で用いた磁性体コアを二等分したものであって、二つの磁性体コア２１２ａ，２１２ｂを合わせた総体積は第１の実施形態と同等である。磁性体コア２１２ａ，２１２ｂが並ぶ方向はコイル１１４のコイル軸と直交する方向であり、コイル１１４のコイル軸を通過する磁束は磁性体コア２１２ａ，２１２ｂのいずれか一方の内部を通る。従って、磁性体コア２１２ａ，２１２ｂの間の間隙がアンテナ２００のコイル軸を通過する磁束の流れを妨げることはない。
第１の実施形態で用いた磁性体コアを二等分して用いることによって、アンテナ感度を維持したまま、個々の磁性体コアの寸法を小さくすることできる。アンテナ２００に曲げ等の応力が加わった場合、絶縁層１１０を介して磁性体コア２１２ａ，２１２ｂにも応力が加わる。個々の磁性体コア２１２ａ，２１２ｂの寸法を小さくしておくことによって、磁性体コア２１２ａ，２１２ｂに応力が加わっても割れ等の破損が発生しにくくなる。
磁性体コア２１２ａ，２１２ｂを共に支持板上に固定し、半硬化状態（プリプレグ）の絶縁層１１０を加圧・加熱することによって、同時に絶縁層１１０内に埋設することができる。従って、磁性体コア２１２ａ，２１２ｂを二つ埋設するアンテナ２００を製造することも非常に容易である。
本実施形態においては、磁性体コア２１２ａ，２１２ｂが並ぶ方向がコイル１１４のコイル軸と直交するように磁性体コア２１２ａ，２１２ｂを設けたが、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、磁性体コア２１２ａ，２１２ｂをコイル１１４のコイル軸に沿って並べることも可能である。また、三つ以上の磁性体コアを埋設することも可能である。
《第３の実施形態》
本発明の第３の実施形態を、図５−Ａ，図５−Ｂを参照しながら説明する。図５は第３の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示し、図５−Ａは斜視図、図５−Ｂは図５−ＡのＡ−Ａ断面における断面図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナを単にアンテナと称す。
図５−Ａ，図５−Ｂにおいて、三つの直方体状の磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃは絶縁層１１０に埋設されている。三つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃはコイル１１４のコイル軸方向に沿って並べられている。図５−Ｂは絶縁層１１０の上面と垂直で、かつコイル１１４のコイル軸に沿う断面を示す。この断面において、三つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃのうち、コイル軸方向の両端に位置する二つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｃの高さは、中央に位置する磁性体コア３１２ｂの高さよりも高い。すなわち、三つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃの、コイル軸方向の両端に位置する面の面積は、磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃのコイル軸と直交する任意の断面の面積よりも大きい。コイル軸方向の両端に位置する二つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｃのいずれか一方にアンテナ３００の外部からの磁束が進入する。これら磁性体コア３１２ａ，３１２ｃはコイル１１４のコイル軸方向に位置する面の面積が大きくなっているので、磁束の入り口が大きく確保され、より磁束が進入しやすくなる。また、磁性体コア３１２ａ，３１２ｃのうち磁束が進入した磁性体コアとは異なる磁性体コアから磁束が放射される。こちらもコイル軸方向に位置する面の面積が大きいので、磁束の出口が大きく確保され、より磁束が外部へ放射され易くなる。このように磁束が進入しやすく、かつ放射しやすい構造によって、コイル１１４のコイル軸を通過する磁束の量が増加し、アンテナ３００の感度が向上する。
三つの磁性体コア３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ全てを支持板上に固定し、半硬化状態（プリプレグ）の絶縁層１１０を加圧することによって、同時に絶縁層１１０内に埋設される。このような製造方法によって、磁性体コアを特別な形状に成型することなく、磁束が進入および放射しやすい構造を形成することができる。
なお、本実施形態においては、コイル軸方向の両端に面積の大きい磁性体コアを配置したが、本発明はこの実施形態に限られるものではない。いずれか一端にのみ配置した場合にも、一定の効果を得ることができる。また、一つの磁性体コアによって、コイル軸方向の両端に位置する面の面積が磁性体コアのコイル軸と直交する任意の断面の面積よりも大きくなるように成型した場合にも、磁束が進入しやすく放射しやすい構造となり、アンテナ感度が向上する。ただし、この場合には磁性体コアを特殊な形状に成型する必要が生じる。
《第４の実施形態》
本発明の第４の実施形態を図６を参照しながら説明する。図６は第４の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナを単にアンテナと称す。
図６において、磁性体コア４１２ｂが絶縁層１１０に埋設されている。さらに別の磁性体コア４１２ａ，４１２ｃは絶縁層１１０のコイル１１４のコイル軸方向に位置する側面に設けられている。磁性体コア４１２ａ，４１２ｃは半硬化状態の絶縁層１１０に圧着し、圧着した状態で絶縁層１１０を硬化させることにより、絶縁層１１０の側面に設けることが可能である。磁性体コア４１２ａ，４１２ｃはそれぞれ、絶縁層１１０の側面全面を覆うように形成されている。
コイル１１４のコイル軸方向の端部に位置する磁性体コア４１２ａ，４１２ｃが絶縁層１１０の側面全面を覆うように形成されているため、アンテナ４００はコイル１１４のコイル軸方向に位置する側面全面から磁束を進入させることができる。また同様に側面全面から磁束を放射させることができる。従って、第３の実施形態にも増してコイル１１４のコイル軸を通過する磁束の量が増加し、アンテナ感度が向上する。磁性体コア４１２ａ，４１２ｃは絶縁層１１０によって覆われていないため破損する可能性があるが、中央に位置する磁性体コア４１２ｂは絶縁層によって被覆されているので、磁性体コア４１２ａ，４１２ｃが破損しても一定のアンテナ感度を実現することができる。
本実施形態においては、半硬化状態の絶縁層１１０に磁性体コア４１２ａ，４１２ｃを圧着することによって絶縁層１１０の側面に設けたが、硬化した絶縁層１１０の側面に磁性体コア４１２ａ，４１２ｃを接着剤によって接着することも可能である。
《第５の実施形態》
本発明の第５の実施形態を図７、図８を参照しながら説明する。図７は第５の実施形態に係る磁界結合型アンテナの構造を示す斜視図である。図８は第５の実施形態における磁束の進路を説明する模式図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナを単にアンテナと称する。
図７において、絶縁層１１０には二つの磁性体コア５１２ａ，５１２ｂが埋設されている。コイル５１４は第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂに分割して巻回されており、第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂとの間はコイルが形成されない非巻回部５７０となっている。第１のコイル部５１５ａは磁性体コア５１２ａの周囲に形成され、第２のコイル部５１５ｂは磁性体コア５１２ｂの周囲に形成されている。
また、第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂからなるコイル５１４には各コイル部５１５ａ，５１５ｂのコイル軸を通過する同一方向の磁束によって電圧が誘起されないように、各コイル部５１５ａ，５１５ｂの巻回方向と両コイル部５１５ａ，５１５ｂの接続方法が設定されている。より具体的に説明すれば、図７において、第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂは巻回数が互いに等しく、巻回方向が同一方向から見て逆となっている。また、同一方向から見て第１のコイル部５１５ａの終端と第２のコイル部５１５ｂの始端とが互いに接続されている。このように第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂとを形成すると、同一方向の磁束が第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂのコイル軸を通過した場合、第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂには逆方向の電圧が誘起される。しかし、第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂとは互いに接続されているため、逆方向の電圧は互いにキャンセルされ、コイル５１４には電圧が誘起されない。
以下にアンテナ５００の動作を図８を参照しながら説明する。図８は図７のＢ−Ｂ断面における磁束の進路を表した模式図である。図８に示すように、アンテナ５００の上面方向から到来した磁束φは、二つの磁性体コア５１２ａ，５１２ｂの間に設けられた非巻回部５７０に進入する。その後、磁束は二方向に分かれて、絶縁層１１０に埋設された二つの磁性体コア５１２ａ，５１２ｂへ誘導される。このようにして第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂには逆方向の磁束が通過することとなる。上述したように第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂとは巻回方向が逆となっているので、逆方向の磁束によって第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂに誘起される電圧は同一方向となる。従って、コイル５１４には第１のコイル部５１５ａと第２のコイル部５１５ｂに誘起された電圧を加算した電圧が発生する。
薄型化が求められる携帯電子機器においては、アンテナ５００の上面と携帯電子機器の主面とが平行になるよう設置される。また通常、携帯電子機器の主面が磁束の到来方向に向く形態で使用される。すなわち、アンテナ５００の上面が磁束の到来方向に向いている。第５の実施形態に係るアンテナ５００は上面にて磁束を捕える構造であるため、このような使用形態において最も効率よく磁束を捕える構造となる。従って、アンテナ５００は薄型化と高いアンテナ感度を兼ね備えた携帯電子機器に寄与する。
《第６の実施形態》
本発明の第６の実施形態を図９を参照しながら説明する。図９は第６の実施形態に係る磁界結合型アンテナモジュールの構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナモジュールを単にアンテナモジュールと称す。
図９において、アンテナモジュール６０１は絶縁層１１０に磁性体コア１１２とコンデンサ６８０を埋設してなる。コンデンサ６８０は、コイル１１４の外側、すなわち絶縁層１１０の上面方向から見て、絶縁層１１０の側面とビア１２２との間に位置している。コンデンサ６８０はコイル１１４とともに共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数が、アンテナモジュール６０１が捕える磁束の周波数と一致した場合に特に大きな電圧を誘起することができる。
本実施形態においては、共振回路を構成するコンデンサ６８０とコイル１１４とを一体化してアンテナモジュール６０１とした。従って、アンテナモジュール６０１製作後に共振周波数が変動することがなく、安定して高いアンテナ感度を実現することが可能となる。
コンデンサ６８０と磁性体コア１１２とは同一の工程において、半硬化状態（プリプレグ）の樹脂に埋設する。従って、余分な工程を有することなく、容易にコンデンサ６８０を埋設することが可能である。
また、コンデンサ６８０は素子として絶縁層１１０に埋設される。従って、特性の異なるコンデンサを埋設することによって、絶縁層１１０に形成された上面導体１１６、下面導体１１８、側面導体１２０およびビア１２２の形状および形成箇所を変更することなく、容易にアンテナモジュール６０１の特性を変化させることが可能である。また、コンデンサ６８０として、積層コンデンサ等の容量の大きいコンデンサを選択することによって、アンテナモジュール６０１の特性を大きく変化させることが可能である。
（変形例）
図１０に本実施形態の変形例を示す。図１０において、コンデンサ６８０は、コイル１１４の内側、すなわち絶縁層１１０の上面方向から見て磁性体コア１１２とビア１２２との間に位置している。この変形例においても、コンデンサ６８０と磁性体コア１１２を同一工程にて同時に絶縁層１１０に埋設するので、容易に製造することができる。
変形例において、コンデンサ６８０は上面導体１１６、下面導体１１８、ビア１２２によって包囲されている。上面導体１１６、下面導体１１８、ビア１２２はコイル１１４を構成するだけでなく、コンデンサ６８０のシールドとしても機能し、コンデンサ６８０が外部の電磁界の影響を受けることを軽減することができる。従って、アンテナモジュール６０２において、コイル１１４とコンデンサ６８０からなる共振回路の共振周波数の変動がさらに抑制され、アンテナモジュール６０２のアンテナ感度がさらに安定する。
なお、本実施形態において、絶縁層１１０にコンデンサ６８０を埋設したが、埋設する電子部品はコンデンサ以外の部品であっても構わない。また、絶縁層１１０に埋設するコンデンサ６８０は複数個であっても構わない。
《第７の実施形態》
本発明の第７の実施形態を図１１を参照しながら説明する。図１１は第７の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナ装置を単にアンテナ装置と称す。
図１１において、アンテナ装置７０３は磁性体コア１１２とコンデンサ７８０と集積回路素子７８２が絶縁層１１０に埋設されてなる。集積回路素子７８２はＲＦＩＤ処理回路を内蔵している。
集積回路素子７８２をも絶縁層１１０に埋設することによって、磁性体コア１１２とコイル１１４とからなるアンテナ７００がＲＦＩＤ用アンテナとして機能するために必要な要素が全て一体化される。従って、携帯電子機器へは一括して実装することができる。
また、磁性体コア１１２とコイル１１４と集積回路素子７８２を同一工程において同時に絶縁層１１０に埋設することができる。従って、アンテナ装置７０３の製造は非常に容易である。
《第８の実施形態》
本発明の第８の実施形態を、図１２−Ａ，図１２−Ｂを参照しながら説明する。図１２−Ａ，図１２−Ｂは第８の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す図であり、図１２−Ａは斜視図であり、図１２−Ｂは図１２−ＡのＣ−Ｃ断面における断面図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナ装置を、単にアンテナ装置と称する。
図１２−Ａ，図１２−Ｂにおいて、アンテナ装置８０３は磁性体コア１１２とコンデンサ８８０と集積回路素子８８２を絶縁層１１０に埋設してなる。集積回路素子８８２はＲＦＩＤ処理回路を内蔵している。絶縁層１１０の下面にはさらに下部絶縁層８１１が設けられ、下部絶縁層８１１の下面には下面電極層８９０が形成されている。
アンテナ装置８０３はその下面が携帯電子機器の親基板に実装される。本実施形態においては、アンテナ装置８０３の下面に下面電極層８９０が形成されている。そのため、親基板に形成された回路の電磁界は下面電極層８９０によって遮蔽され、アンテナ装置８０３は親基板の回路から影響を受けない。従って、アンテナ装置８０３を構成するコイル１１４のインダクタンス値や、コンデンサ８８０とコイル１１４から構成される共振回路の共振周波数が変動することを抑制できる。
（変形例）
図１３−Ａ，図１３−Ｂに本実施形態の変形例を示す。図１３−Ａ，図１３−Ｂは第８の実施形態の変形例を示す図であり、図１３−Ａは斜視図、図１３−Ｂは図１３−ＡのＤ−Ｄ断面における断面図である。
図１３−Ａ，図１３−Ｂにおいて、図１２−Ａ，図１２−Ｂに記載のアンテナ装置８００に加えて、絶縁層１１０の上面の、上面導体１１６が形成されていない箇所に上面電極層８９２が形成されている。上面電極層８９２はビア８９４を介して下面電極層８９０に接続されている。上面電極層８９２によって、アンテナ装置８００の下面のみならず上面も外部の電磁界の影響から遮蔽され、アンテナ装置８００の特性がより安定する。なお、上面電極層８９２は下面電極層８９０に限らずグランドとなる電極に接続されていれば良い。
本実施形態においては、絶縁層１１０に磁性体コア１１２とコンデンサ８８０と集積回路素子８８２を埋設してなるアンテナ装置８０３の下面に下部絶縁層８１１および下面電極層８９０を形成した。しかし、下部絶縁層８１１および下面電極層８９０は、絶縁層１１０に磁性体コアとコンデンサのみを埋設してなるアンテナモジュールの下面に形成することも可能である。この場合にも、アンテナモジュールが親基板に形成された回路の電磁界から影響を受けず、コイルのインダクタンス値やコンデンサとコイルから構成される共振回路の共振周波数が変動することを抑制できる。
《第９の実施形態》
本発明の第９の実施形態を、図１４を参照しながら説明する。図１４は第９の実施形態に係る磁界結合型アンテナ装置の構造を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明において、磁界結合型アンテナ装置を、単にアンテナ装置と称す。
図１４において、アンテナ装置９０３は絶縁層１１０に二つの磁性体コア９１２ａ，９１２ｂ、コンデンサ９８０および集積回路素子９８２を埋設してなる。集積回路素子９８２はＲＦＩＤ処理回路を内蔵している。
コイル９１４は第１のコイル部９１５ａと第２のコイル部９１５ｂに分割して巻回されている。第１のコイル部９１５ａおよび第２のコイル部９１５ｂはそれぞれ絶縁層１１０の上面と平行なコイル軸を有する。第１のコイル部９１５ａと第２のコイル部９１５ｂとの間はコイルが形成されない非巻回部９７０となっている。第１のコイル部９１５ａは磁性体コア９１２ａの周囲に形成され、第２のコイル部９１５ｂは磁性体コア９１２ｂの周囲に形成されている。第１のコイル部９１５ａと第２のコイル部９１５ｂは、各コイル部９１５ａ，９１５ｂのコイル軸を通過する同一方向の磁束によって電圧が誘起されないように接続されている。
コンデンサ９８０および集積回路素子９８２はそれぞれ、第１のコイル部９１５ａと第２のコイル部９１５ｂとの間の非巻回部９７０、すなわち二つの磁性体コア９１２ａ，９１２ｂの間に設置されている。絶縁層１１０の上面で磁束を捕えてコイル９１４を機能させるための非巻回部９７０と、コンデンサ９８０および集積回路素子９８２の設置領域を重ねることによって、アンテナ装置９０３全体の小型化が実現される。なお、本実施形態において、非巻回部９７０にコンデンサ９８０や集積回路素子９８２が存在していても、コンデンサ９８０や集積回路素子９８２によって磁束の進入が妨げられることはない。
本実施形態においては、絶縁層１１０に二つの磁性体コア９１２ａ，９１２ｂを埋設した。しかし、一つの磁性体コアを埋設することも可能である。
また、本実施形態は、絶縁層１１０に磁性体コア９１２ａ，９１２ｂ、コンデンサ９８０および集積回路素子９８２を埋設してなるアンテナ装置において、第１のコイル部９１５ａと第２のコイル部９１５ｂの間に非巻回部９７０を形成した。しかし、非巻回部９７０が絶縁層１１０に磁性体コアとコンデンサのみを埋設してなるアンテナモジュールに形成することも可能である。この場合にも、非巻回部とコンデンサの設置領域を重ねることによって、アンテナモジュールの小型化を実現することができる。
１００，２００，３００，４００，５００…磁界結合型アンテナ
１１０…絶縁層
１１２…磁性体コア
１１４…コイル
１１６…上面導体
１１８…下面導体
１２０…側面導体
１２０ａ…接続導体
１２０ｂ，１２２，１２３…ビア
１２６…接続部
１３０…支持板（基板）
１４０…めっき層
１４２…非導電性ペースト
１５０…銅箔
１５２…めっき層
１６０…パターン
２１２ａ，２１２ｂ…磁性体コア
３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ…磁性体コア
４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ…磁性体コア
５１２ａ，５１２ｂ…磁性体コア
５１４…コイル
５１５ａ…第１のコイル部
５１５ｂ…第２のコイル部
５７０…非巻回部
６０１，６０２…磁界結合型アンテナモジュール
６８０…コンデンサ
７００…アンテナ
７０３，８０３，９０３…磁界結合型アンテナ装置
７８０…コンデンサ
７８２…集積回路素子
８００…アンテナ装置
８１１…下部絶縁層
８８０…コンデンサ
８８２…集積回路素子
８９０…下面電極層
８９２…上面電極層
８９４…ビア
９１２ａ，９１２ｂ…磁性体コア
９１４…コイル
９１５ａ…第１のコイル部
９１５ｂ…第２のコイル部
９７０…非巻回部
９８０…コンデンサ
９８２…集積回路素子
１０００…アンテナ
１０１０ａ，１０１０ｂ…絶縁層
１０１２…磁芯部材
１０１４…コイル
１０１６…上面導体
１０１８…下面導体
１０２０…接続導体
本発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられるアンテナモジュールに関する。
そこで本発明は、耐衝撃性を維持したまま、製造が容易で、アンテナ感度の高い磁界結合型アンテナを備えたアンテナモジュールを実現することを目的とする。
本発明に係るアンテナモジュールは、ＲＦＩＤ処理回路を内蔵した集積回路素子と、前記集積回路素子に接続された磁界結合型アンテナと、を樹脂絶縁層に一体化してなるアンテナモジュールであって、
前記磁界結合型アンテナは、前記樹脂絶縁層の上面および下面に平行なコイル軸を有するコイルと、前記コイルの内側であって前記樹脂絶縁層に埋設された磁性体コアとを有し、前記コイルは、前記磁性体コアの上面側に設けられた上面導体、前記磁性体コアの下面側に設けられた下面導体、および、前記樹脂絶縁層に設けられ、前記上面導体と前記下面導体とを接続する層間接続導体によって形成されており、前記磁界結合型アンテナの前記コイル軸方向の端面は前記樹脂絶縁層の端面に対向している、ことを特徴とする。
本発明によると、ＲＦＩＤ処理回路を内蔵した集積回路素子と、この集積回路素子に接続された磁界結合型アンテナとを樹脂絶縁層に一体化してなるアンテナモジュールであるので、ＲＦＩＤ用アンテナとして機能するために必要な要素が一体化されており、携帯電子機器に一括して実装することができる。

Claims (4)

  1. 第１の絶縁層と、
    前記第１の絶縁層に埋設された磁性体コアと、
    前記第１の絶縁層の上面に形成された上面導体と、
    前記第１の絶縁層の下面に形成された下面導体と、
    前記上面導体と前記下面導体とを電気的に接続する接続導体と、を有するアンテナを備えた携帯電子機器において、
    前記接続導体の少なくとも一部は、前記第１の絶縁層の上面導体と下面導体とを電気的に接続するスルーホールまたはビアによって形成されていて、
    前記上面導体、前記下面導体および前記接続導体によって、前記第１の絶縁層の上面と平行なコイル軸を有するコイルが形成され、
    前記アンテナは、前記第１の絶縁層の上面が前記携帯電子機器の主面と平行となるように配置された磁界結合型のアンテナであり、
    前記第１の絶縁層の下面に第２の絶縁層が設けられ、前記第２の絶縁層の下面には下面電極層が形成されており、
    前記磁性体コアは、前記上面導体よりも前記下面導体側にオフセット配置されていることを特徴とする携帯電子機器。
  2. 前記接続導体の少なくとも一部は、前記磁性体コアの側面に予め形成されたパターンによって形成され、前記パターンは前記スルーホールまたはビアと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯電子機器。
  3. 前記第１の絶縁層に埋設された集積回路を備える、請求項１または２に記載の携帯電子機器。
  4. 前記第１の絶縁層の上面の前記上面導体が形成されていない箇所に上面電極層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の携帯電子機器。
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