JP2014161003A - アンテナ装置、無線通信装置およびアンテナ装置の製造方法 - Google Patents

アンテナ装置、無線通信装置およびアンテナ装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】HF帯等のアンテナ装置において、省スペース化しつつ良好なアンテナ特性を得る。
【解決手段】樹脂シート12の下面にコイル導体の複数の線条部21が形成されている。樹脂シート16の上面にコイル導体の複数の線条部22が形成されている。樹脂シート12〜16にはコイル導体の複数のビア導体23,24が形成されている。これらのビア導体23は複数の線条部21の第1端と複数の線条部22の第1端とを接続する。ビア導体24は複数の線条部21の第2端と複数の線条部22の第2端とを接続する。線条部21,22およびビア導体23,24によってコイル導体が構成されている。樹脂シート13,14,15には中央部に開口APが形成されている。これらの開口APの積層によってキャビティが構成され、このキャビティ内に焼結体の磁性体コア40が埋設される。コイル導体はキャビティの周囲を巻回するように形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、磁性体とコイル導体とを備えたアンテナ装置、それを備えた無線通信装置およびアンテナ装置の製造方法に関する。
NFC(Near Field Communication)など、近距離無線通信を行うアンテナ装置のように、磁性体を備えたアンテナを小面積で実現するため、積層構造のアンテナ装置が特許文献1に示されている。このような積層構造を用いることによって、積層数を変えるだけでアンテナコイルの開口径を変えることができ、また、コイル導体面と回路基板実装面とを平面視で重なる位置に配置させることができるため、省スペース化が図れるなどの利点がある。
特許第4821965号公報
しかし特許文献1に示されているような多層構造のアンテナ装置を作成するためには、磁性粉末をバインダーで混合したシートに電極を印刷したものを積層し、一体焼成する必要がある。ところが、磁性体の焼結温度は1000℃以上であるのに対し、銀などの焼成温度は約800〜900℃であるため、焼成温度を900℃以上の高温にすることができない。その結果、磁性体は完全に焼結されず、良好な材料特性(高い透磁率や低い磁性損の特性)を得ることができないため、このことが良好なアンテナ特性を得られないことの要因となっていた。
そこで、本発明の目的は、省スペース化しつつ良好なアンテナ特性が得られるアンテナ装置それを備えた無線通信装置およびアンテナ装置の製造方法を提供することにある。
(1)本発明のアンテナ装置は、樹脂シートが複数枚積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備え、
前記樹脂多層基板の内部にキャビティが形成されていて、
前記コイル導体は前記キャビティの周囲を巻回するように形成されていて、
前記キャビティ内に焼結体の磁性体(焼結磁性体)が配置されている、
ことを特徴とする。
この構成により、完全に焼結された磁性体を用いることができ、良好な材料特性(高い透磁率や低い磁性損の特性)を利用でき、良好なアンテナ特性が得られる。
(2)必要に応じて、前記キャビティは前記樹脂多層基板内に複数形成されていて、各キャビティに前記磁性体が配置されていることが好ましい。これにより、コイル導体と磁性体との位置関係の自由度を高めることができる。
(3)前記磁性体は平板形状であり、前記磁性体の少なくとも一方の面の少なくとも一部を覆う位置に前記コイル導体以外の、(面状に広がる)第1導体パターンが配置されていることが好ましい。これにより、樹脂シートおよび樹脂多層基板が補強され、樹脂シートの圧着時(プレス成型時)に磁性体を割れにくくすることができる。
(4)(3)において、前記複数の樹脂シートのうち、前記第1導体パターンと前記コイル導体との間の樹脂シートの誘電率は、前記コイル導体が形成された樹脂シートの誘電率および前記磁性体の誘電率より低いことが好ましい。
(5)前記磁性体は矩形板状であり、前記磁性体の短辺に重なる位置に第2導体パターンが配置されていることが好ましい。これにより、磁性体の短辺の変位が効果的に抑制され、磁性体に対する応力が軽減される。
(6)(5)において、前記コイル導体は、異なった層の樹脂シートの面に形成された複数の線条導体と、これらの線条導体を層間で接続する層間接続導体とで構成され、前記第2導体パターンは前記線条導体の一部であることが好ましい。
(7)平面視で、前記磁性体の周囲に、前記樹脂多層基板の層間接続導体が配置されていることが好ましい。これにより、複数の樹脂シートの圧着時の樹脂流動性が層間接続導体により抑制されて、樹脂多層基板内での磁性体の位置ずれを抑制できる。
(8)前記複数の樹脂シートの積層前に前記磁性体が仮圧着される樹脂シートには、平面視で前記磁性体が重なる位置に前記コイル導体が形成されていないことが好ましい。これにより、樹脂シートと磁性体との仮圧着時に磁性体を割れにくくすることができる。
(9)前記複数の樹脂シートのうち、前記キャビティを構成する層の樹脂シートは磁性体を含むシートであることが好ましい。これにより、樹脂多層基板内での磁性体の位置ずれがあっても、磁性体部分の全体形状が殆ど変わらないので、特性変動を抑えることができる。
(10)前記コイル導体は、異なった層の樹脂シートの面に形成された複数の線条導体と、これらの線条導体を層間で接続する層間接続導体とで構成され、前記線条導体は、平面視で前記磁性体を横切るように形成されて、この線条導体に隣接する樹脂シートの部分は波板状に屈曲していることが好ましい。これにより、樹脂シートおよび樹脂多層基板が補強され、樹脂シートの圧着時(プレス成型時)の磁性体の割れを抑制できる。
(11)必要に応じて、前記樹脂多層基板の少なくとも一方の主面に、前記コイル導体に導通するチップ素子が実装されていることが好ましい。これにより、アンテナを備えたモジュールを構成できる。
(12)必要に応じて、前記コイル導体に対して電磁界結合し、電磁界を放射するコイル(ブースターコイル)をさらに備えることが好ましい。これにより、アンテナの利得向上および指向性制御が可能となる。
(13)本発明の無線通信装置は、樹脂シートが複数枚積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備え、
前記樹脂多層基板の内部にキャビティが形成されていて、
前記コイル導体は前記キャビティの周囲を巻回するように形成されていて、
前記キャビティ内に焼結体の磁性体が配置されたアンテナ装置と、前記コイル導体に接続された通信回路とを備えたことを特徴とする。
この構成により、良好なアンテナ特性のアンテナ装置を備えて、低損失特性が得られ、通信可能最大距離が大きくなる。
(14)本発明のアンテナ装置の製造方法は、樹脂シートが複数枚積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備えたアンテナ装置の製造方法であって、
前記樹脂シートにコイル導体を形成する工程と、
前記樹脂シートにキャビティ形成用の開口部を形成する工程と、
前記複数の樹脂シートのうち、開口部を形成した樹脂シートを、開口を形成していない樹脂シートとの積層により前記開口部の積層によるキャビティを構成し、外形寸法が前記キャビティの内形寸法より小さな焼結体の磁性体を前記キャビティ内に収め、前記磁性体と共に前記複数の樹脂シートを圧着する工程と、
を備えたことを特徴とする。
この製造方法によれば、磁性体に対する樹脂シートによる負荷が小さいので磁性体の破損を軽減できる。
(15)前記複数の樹脂シートを圧着する工程の前に、開口を形成していない樹脂シートに前記磁性体を配置し、プレスする工程をさらに含んでいることが好ましい。これにより、樹脂多層基板内への磁性体の埋設が容易となる。
(16)前記複数の樹脂シートの積層前に前記磁性体が仮圧着される樹脂シートには、平面視で前記磁性体と重なる位置に前記コイル導体が形成されていないことが好ましい。これにより、樹脂シートと磁性体との仮圧着時の磁性体の割れを抑制できる。
本発明のアンテナ装置によれば、完全に焼結された磁性体を用いることができ、良好な材料特性(高い透磁率や低い磁性損の特性)を利用でき、良好なアンテナ特性を実現できる。
また、本発明の無線通信装置によれば、低損失特性や通信可能最大距離の拡大化が実現できる。
また、本発明のアンテナ装置の製造方法によれば、磁性体に対する樹脂シートによる負荷が小さいので良品率の向上化が実現できる。
図1は第1の実施形態に係るアンテナ装置101の分解斜視図である。 図2はアンテナ装置101の斜視図である。 図3(A)はアンテナ装置101の主要部の分解断面図、図3(B)はアンテナ装置101の主要部の断面図である。 図4は開口が形成された樹脂シート13,14,15の層における樹脂シートと磁性体コア40との平面上の寸法関係を示す図である。 図5(A)はアンテナ装置101の分解断面図、図5(B)は熱圧着後の外形形状を示す図である。 図6(A)はアンテナ装置101の比較例としてのアンテナ装置の分解断面図、図6(B)はその熱圧着後の外形形状を示す図である。 図7(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図7(B)はその積層状態での断面図である。 図8(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図8(B)はその積層状態での断面図である。 図9(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図9(B)はその積層状態での断面図である。 図10(A)第2の実施形態に係るはアンテナ装置の主要部の分解断面図、図10(B)はその積層状態での断面図である。 図11(A)第2の実施形態に係るはアンテナ装置の主要部の分解断面図、図11(B)はその積層状態での断面図である。 図12(A)第2の実施形態に係るはアンテナ装置の主要部の分解断面図、図12(B)はその積層状態での断面図である。 図13は第3の実施形態に係るアンテナ装置103の分解斜視図である。 図14はアンテナ装置103の斜視図である。 図15は第4の実施形態に係るアンテナ一体型RFモジュール201の主要部の断面図である。 図16(A)はアンテナ一体型RFモジュール201のアンテナ部101Pによる磁束ループの様子を模式的に示す図、図16(B)はアンテナ一体型RFモジュール201のアンテナ部101Pのコイル巻回軸に垂直な面(図16(A)中の一点鎖線)での断面図である。 図17は第5の実施形態に係るアンテナ装置105Aの分解斜視図である。 図18は第5の実施形態に係る別のアンテナ装置105Bの分解斜視図である。 図19はアンテナ装置105Bの断面図である。 図20(A)、図20(B)は、第5の実施形態に係るアンテナ装置の、磁性体コア40と端子電極33との他の位置関係を示す平面図である。 図21は、第6の実施形態に係るアンテナ一体型RFモジュールについて示す図であり、開口が形成されている樹脂シートの平面図である。 図22は第7の実施形態に係るアンテナ装置の構造および製造方法について示す図であり、図22(A)は樹脂シート13および磁性体コア40の断面図、図22(B)は樹脂シート13に磁性体コア40を仮圧着した状態での断面図である。図22(C)は、図22(B)に示した、磁性体コア40が仮圧着された樹脂シート13を含む複数の樹脂シートを積層した状態での断面図である。 図23は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の分解斜視図である。 図24(A)はアンテナ装置108の断面図、図24(B)は樹脂シート12の平面図である。 図25(A)(B)(C)は第2導体パターンの他の形状例を示す図である。 図26(A)(B)(C)は第9の実施形態に係る3つのアンテナ装置109A,109B,109Cの断面図である。 図27(A)は第10の実施形態に係るアンテナ装置110Aの積層圧着前の断面図、図27(B)はアンテナ装置110Aの断面図である。 図28(A)は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Bの積層圧着前の断面図、図28(B)はアンテナ装置110Bの断面図である。 図29(A)は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Cの断面図、図29(B)は樹脂シート16の平面図、図29(C)は樹脂シート19の平面図である。 図30は第11の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の断面図である。 図31はブースターコイル301の分解斜視図である。 図32は図30に示したアンテナ装置の等価回路図である。 図33(A)は第12の実施形態に係るアンテナ装置112の積層圧着前の断面図、図33(B)はアンテナ装置112の断面図である。 図34は第13の実施形態に係るアンテナ装置113の熱圧着後の断面図である。 図35は第14の実施形態に係る無線通信装置401の筐体内部の構造を示す図であり、上部筐体91と下部筐体92とを分離して内部を露出させた状態での平面図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係るアンテナ装置101の分解斜視図、図2はアンテナ装置101の斜視図である。また、図3(A)はアンテナ装置101の主要部の分解断面図、図3(B)はアンテナ装置101の主要部の断面図である。
アンテナ装置101は、複数の樹脂シート11〜16が積層された樹脂多層基板10と、この樹脂多層基板10に形成されたコイル導体とを備えている。樹脂シート12の下面にはコイル導体の複数の線条部21が形成されている。樹脂シート16の上面にはコイル導体の複数の線条部22が形成されている。樹脂シート12〜16にはコイル導体の複数のビア導体(層間接続導体)23,24が形成されている。これらのビア導体23は前記複数の線条部21の第1端と前記複数の線条部22の第1端とを接続する。また、ビア導体24は前記複数の線条部21の第2端と前記複数の線条部22の第2端とを接続する。前記線条部21,22およびビア導体23,24によって、横置きの扁平角筒に沿ったヘリカル状のコイル導体が構成されている。
樹脂シート13,14,15には中央部に開口APが形成されている。これらの開口APの積層によってキャビティCAが構成されている。そして、このキャビティCA内に磁性体コア40が埋設されている。この磁性体コア40は例えば焼結された直方体状の磁性フェライトである。
樹脂シート11の下面には端子電極31,32が形成されている。コイル導体の複数の線条部21のうち1つの端部がビア導体で端子電極31に接続されている。また、コイル導体の複数の線条部22のうち1つの端部がビア導体で端子電極32に接続されている。したがって、端子電極31,32を通信回路(給電回路)に接続することにより、アンテナ装置101を磁性体コア付きのコイルアンテナとして用いることができる。
アンテナ装置101の製造方法は次のとおりである。
(1)導体パターン形成
片面銅張の樹脂シートにエッチングレジストを塗布し、ビア導体形成位置のランドを形成するためにエッチングレジスト膜をパターン化し、エッチングし、エッチングレジスト膜を除去する。
(2)層間接続体形成
ランド形成面とは反対側の面からレーザー加工によりビア形成用の穴あけ、その穴に導電性ペーストをスキージで塗布し、乾燥する。
(3)開口形成
樹脂シート13,14,15となるべき樹脂シートに磁性体コア挿入用の開口APをパンチングにより形成する。
(4)磁性体コアの配置
後の積層時に開口内に磁性体コアが入るように、開口を形成していない樹脂シート16の所定位置に磁性体コア40を配置し、磁性体コアが外れないように軽くプレスすることで仮圧着する。
(5)熱圧着
樹脂シート16の上に樹脂シート15〜11をこれらの順に積み上げることで複数の樹脂シートを積層し、その後、一括熱圧着する。または1層ずつ熱圧着しながら積層してもよい。さらには、接着シートを介在させて貼り付けてもよい。
なお、この製造方法は一例であり、本発明はこれに限るものではない。例えば、ビア形成用の穴あけ後の不純物除去のためにプラズマ処理を行う場合もあり、また、導体に金メッキ処理などを施す場合もある。
樹脂シートとしては、例えばポリイミドや液晶ポリマーなどの可塑性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。また、コイル導体や配線、層間接続体としては銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料を用いることができる。特に、基板上に形成するコイル導体や配線は金属箔であることが好ましい。
図4は開口AP(図1参照)が形成された樹脂シート13,14,15の層における樹脂シートと磁性体コア40との平面上の寸法関係を示す図である。樹脂シート13,14,15の開口の積層によってキャビティCAが形成されるが、このキャビティCAの内径寸法は磁性体コア40の外形寸法より一回り大きい。このことによって、樹脂シートの積層時および熱圧着時に変形した樹脂シートが磁性体コア40に圧力を掛ける状況を回避もしくは弱めることができる。そのため、磁性体コア40に対する負荷が無く(小さく)、熱応力や衝撃による磁性体コア40の割れを軽減できる。但し、熱圧着後はキャビティCAと磁性体コア40との間に間隙が必ずしも無くてもよい。なお、キャビティの内径寸法が磁性体コア40の外形寸法より一回り大きいことで、組み立て時(樹脂シートの積層時)に磁性体コア40が挿入しやすいという効果もある。
図5(A)はアンテナ装置101の分解断面図、図5(B)は熱圧着後の外形形状を示す図である。図6(A)はアンテナ装置101の比較例としてのアンテナ装置の分解断面図、図6(B)はその熱圧着後の外形形状を示す図である。この比較例のアンテナ装置は磁性体コア40を埋設しないものである。図6(B)に表しているように、コイル導体のビア導体23,24の位置では樹脂多層基板は厚み方向に収縮しないのに対し、ビア導体23,24形成位置以外の位置では樹脂多層基板は相対的に大きく収縮する。特に樹脂シートの積層数が多い場合や、樹脂層が薄い場合にその傾向は顕著となる。このように樹脂多層基板の厚みが局部的に異なると、実装基板へのアンテナ装置の表面実装が困難になる。また、樹脂多層基板の上面にチップ部品を搭載することも困難になる。
これに対し、本発明に係るアンテナ装置101では、図5(B)に表しているように、コイル導体のビア導体23,24の形成位置以外の位置には磁性体コア40が埋設されているため、樹脂多層基板の収縮率は小さい。すなわち、熱圧着時に樹脂シートはキャビティと磁性体コア40との隙間を埋めるような流動または変形が生じるが、それ以上には変形しない。そのため、樹脂多層基板の厚み寸法は全体に比較的均一なものとなる。
このようにして、磁性体コア40の厚みを、樹脂層の厚みと同じ厚みにするか、導体の厚みを考慮した厚みに設定することによって、積層後の厚みに差が出にくくすることができる。また、磁性体コア40を配置することによって、プレス時に樹脂層に掛かる熱を緩和させることができるため、樹脂層の熱変形が小さい。
以上に示した例のように、本発明によれば、磁性体の表面にコイル導体を直接形成しないため、磁性体単体での焼成が可能となる。その結果、高透磁率でしかも低損失な磁性体材料をコイルアンテナ用の磁性体コアに使用することができる。また、コイル導体についても同時焼成する必要が無いため、銀パラジウムやタングステンなどのような高温焼成は可能なものの導電率の低い材料を用いる必要が無い。更に、導体についてはエッチングなどで形成するため、高い寸法精度で形成でき、安定した電気特性が得られる。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、樹脂シートと磁性体コアとの積層構造について幾つかの構成例を示す。
図7(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図7(B)はその積層状態での断面図である。この例では、コイル導体の線条部21,22が磁性体コア40に接触するように、コイル導体の線条部21,22の形成面の位置を定めている。この構造によれば、コイル導体の全体の線長あたりに得られるインダクタンスが大きいので、導体損失が低減できQ値を高めることができる。
図8(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図8(B)はその積層状態での断面図である。この例では、コイル導体の線条部21,22と磁性体コア40との間隙が上下でアンバランスとなっている。この構造によれば、磁性体コア40からの磁束の広がり方が磁性体コア40の上下で異なるので、設計上の自由度が高まる。例えば金属体が上面側近傍にある場合に、磁性体コア40が金属体から離れる(オフセットしている)ようにコイル導体の線条部21,22に対する磁性体コア40の位置を定めることができる。
図9(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図9(B)はその積層状態での断面図である。この例では、コイル導体の線条部21,22と磁性体コア40とが左右方向でアンバランスとなっている。この構造によれば、磁性体コア40からの磁束の広がり方が磁性体コア40の左右で異なるので、設計上の自由度が高まる。例えば近傍の金属体からなるべく磁束が避けて通るようにコイル導体の線条部21,22に対する磁性体コア40の位置を定めることができる。また、磁性体コア40のオフセット方向に磁束が広がるので、そのことでアンテナの指向性を制御することもできる。特に、磁性体コア40を実装基板の端部に近い位置に配置でき、そのことで、実装基板の下方(アンテナ装置の実装面とは反対側の面)へ磁界が拡がるので、アンテナの指向性を広角度にできる。なお、図9(A)(B)に示した例では、磁性体コア40がコイル導体の線条部21,22の形成範囲より左方向に突き出ているが、必ずしも突き出ていなくてもよい。例えば、磁性体コア40の長さをコイル導体の線条部21,22の形成範囲より短くして、コイル導体の線条部21,22の形成範囲内で磁性体コア40が左または右にオフセット(偏って配置)されていてもよい。その構成の場合も、磁性体コア40からの磁束の広がり方が磁性体コア40の左右で異なって、磁性体コア40のオフセット方向に磁束が広がる。このことでアンテナの指向性を制御することができる。
図10(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図10(B)はその積層状態での断面図である。この例では、2つの磁性体コア41,42を備え、且つ面方向に互いにずれた位置に配置している。これに伴い、コイル導体の線条部21,22も部分的に形成層がずれている。この構造によれば、磁性体コアおよびコイル巻回軸の実質的な方向が多層基板の面に対して斜め方向を向くので、その方向に応じた指向性が得られる。
図11(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図11(B)はその積層状態での断面図である。この例では、3つの磁性体コア41,42,43を備え、且つ面方向に互いにずれた位置に配置している。この構造によれば、磁性体コアの実質的に厚い部分に磁界が集中するので、そのことで指向性を制御できる。
図10(B)、図11(B)に示したように複数の磁性体コアを積層する場合に、各磁性体コアは互いに接合されている必要はなく、樹脂シートとともに積層される結果、複数の磁性体コアが積層配置される。
図12(A)は第2の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の分解断面図、図12(B)はその積層状態での断面図である。この例では、2つの磁性体コア41,42を備え、且つ2つの磁性体コア41,42を厚み方向に分離している。この構造によれば、2つの磁性体コア41,42の合計体積が小さくても、磁性体をコイル導体の線条部21,22に近接させることができる。そのため、高価なフェライト材の量が削減されて低コスト化が図れる。また、各磁性体コアが薄型化されるので、フェライトの焼成が容易になり、磁性体コアの作製が容易となる。
なお、磁性体については、透磁率などが異なる材質を持つ複数の磁性体コアを用いてもよいし、矩形でなくてもよい。
《第3の実施形態》
図13は第3の実施形態に係るアンテナ装置103の分解斜視図、図14はアンテナ装置103の斜視図である。
アンテナ装置103は、複数の樹脂シート11〜17が積層された樹脂多層基板10と、この樹脂多層基板10に形成されたコイル導体とを備えている。樹脂シート12〜16には開口APが形成されていて、それらの積層によってキャビティCAが構成されている。そして、このキャビティCA内に磁性体コア40が埋設されている。コイル導体20は、樹脂シート12〜16の表面を周回するように形成され、各樹脂シートのコイル導体20は樹脂シート13〜16に形成されたビア導体を介して接続されている。また、樹脂シート16に形成されたコイル導体20の一端が樹脂シート11〜16に形成されたビア導体を介して端子電極31に接続され、樹脂シート12に形成されたコイル導体20の他端が樹脂シート11,12に形成されたビア導体を介して端子電極32に接続されている。
このように、コイル導体のコイル巻回軸は樹脂多層基板10の積層方向を向くようにしてもよい。
《第4の実施形態》
図15は第4の実施形態に係るアンテナ一体型RFモジュール201の主要部の断面図である。複数の樹脂シート11〜18の積層によって樹脂多層基板10が構成されている。樹脂多層基板10内には磁性体コア40が埋設されている。また、樹脂多層基板10には磁性体コア40の周囲を巻回するように、線条部21,22等によるコイル導体が形成されている。
また、樹脂多層基板10にはビア導体25、電極26による配線や回路が形成されている。樹脂多層基板10の上面には電極およびソルダーレジスト50が形成されていて、搭載部品61,62,63が搭載されている。樹脂多層基板10の下面(実装面)には端子電極33およびソルダーレジスト50が形成されている。
前記搭載部品61,62,63はRFIC、チップコンデンサ、チップインダクタ等である。アンテナ一体型RFモジュール201は例えばNFCなどの近距離無線通信モジュールとして用いる。このアンテナ一体型RFモジュール201を組み込み先の実装基板70に実装することで、近距離無線通信機能を有する無線通信装置が構成できる。
図16(A)はアンテナ一体型RFモジュール201のアンテナ部101Pによる磁束ループの様子を模式的に示す図、図16(B)はアンテナ一体型RFモジュール201のアンテナ部101Pのコイル巻回軸に垂直な面(図16(A)中の一点鎖線)での断面図である。アンテナ部101Pのコイル導体に電流iが流れることにより、アンテナ部101Pから磁束φが生じ、これが通信相手のアンテナのコイルと鎖交する。このようにして、アンテナ一体型RFモジュール201の上方(実装基板70に対して垂直方向)を通信方向とすることができる。
《第5の実施形態》
図17は第5の実施形態に係るアンテナ装置105Aの分解斜視図である。第1の実施形態で図1に示したアンテナ装置101と異なり、樹脂シート11の下面(アンテナ装置105Aの実装面)に端子電極31,32だけでなく端子電極33も形成されている。
磁性体コア40は平板形状であり、磁性体コア40の下面を覆うように、端子電極33が面状に広がっている。この端子電極33は本発明における「第1導体パターン」に相当する。端子電極33はアンテナ装置105Aの実装用NC端子(電気的には非接続の空き端子)である。
磁性体コア40はNi−Zn系の低温焼成フェライトであり、その比誘電率は15である。複数の樹脂シートのうち、コイル導体が形成された樹脂シート12〜16の比誘電率は80〜100である。端子電極33とコイル導体の線条部21との間に存在する樹脂シート11の比誘電率は3である。
このように、第1導体パターンとコイル導体との間の樹脂シート11の比誘電率は、コイル導体が形成される樹脂シート12〜16に比べて低い。そのため、第1導体パターン33を介して生じるコイル導体の線条部同士の不要な浮遊容量が抑制できる。端子電極33とコイル導体の線条部21との間に存在する樹脂シート11の比誘電率は3.5以下であることが好ましい。
図18は第5の実施形態に係る別のアンテナ装置105Bの分解斜視図、図19はこのアンテナ装置105Bの断面図である。
アンテナ装置105Bは、複数の樹脂シート11〜17が積層された樹脂多層基板10と、この樹脂多層基板10に形成されたコイル導体とを備えている。樹脂シート12〜16には開口APが形成されていて、それらの積層によってキャビティCAが構成されている。そして、このキャビティCA内に磁性体コア40が埋設されている。コイル導体20は、樹脂シート12〜16の表面を周回するように形成され、各樹脂シートのコイル導体20は樹脂シート13〜16に形成されたビア導体を介して接続されている。また、樹脂シート16に形成されたコイル導体20の一端が樹脂シート11〜16に形成されたビア導体を介して端子電極31に接続され、樹脂シート12に形成されたコイル導体20の他端が樹脂シート11,12に形成されたビア導体を介して端子電極32に接続されている。図13に示したアンテナ装置103と異なり、樹脂シート11の下面(アンテナ装置105Bの実装面)に端子電極31,32以外に端子電極33が形成されている。
このように、コイル導体は、そのコイル巻回軸が樹脂多層基板の積層方向を向くようにしてもよい。
図20(A)、図20(B)は、第5の実施形態に係るアンテナ装置105Bの、磁性体コア40と端子電極33との他の位置関係を示す平面図である。図20(A)のように、端子電極33(第1導体パターン)は磁性体コア40の全体を覆っていなくてもよく、少なくとも一部を覆う位置に配置されていればよい。また、図20(B)のように、端子電極33(第1導体パターン)は複数であってもよい。
なお、第1導体パターンは磁性体コア40の両面の全面または一部を覆う位置に配置されていてもよい。
《第6の実施形態》
図21は、第6の実施形態に係るアンテナ一体型RFモジュールについて示す図であり、開口が形成されている樹脂シートの平面図である。ここでは磁性体コア40と共に表している。アンテナ一体型RFモジュール全体の基本構造は図15に示したものと同じである。ビア導体23,24はコイル導体の一部であり、磁性体コア40の長辺に沿って(X軸方向に)配列されている。ビア導体27,28はコイルを形成する導体とは別のビア導体であり、磁性体コア40の短辺の近傍に配置(Y軸方向に配列)されている。
このように、平面視で、磁性体コア40の周囲にビア導体が配置されている。これにより、複数の樹脂シートの圧着時の樹脂流動性がビア導体23,24,27,28により抑制されて、樹脂多層基板内での磁性体コア40の面方向への位置ずれを抑制できる。なお、ビア導体27,28は回路を実質的に構成しないダミー導体であってもよい。
《第7の実施形態》
図22は第7の実施形態に係るアンテナ装置の構造および製造方法について示す図であり、図22(A)は樹脂シート13および磁性体コア40の断面図、図22(B)は樹脂シート13に磁性体コア40を仮圧着した状態での断面図である。樹脂シート13には、平面視で磁性体コア40が重なる位置にコイル導体の線条部が形成されていない。
図22(C)は、図22(B)に示した、磁性体コア40が仮圧着された樹脂シート13を含む複数の樹脂シートを積層した状態での断面図である。この図22(C)に示した状態の後、この積層体を本圧着(プレス成型)することにより、樹脂多層基板を構成する。
コイル導体の線条部21は樹脂シート13の何れの面にも形成されていなくて、樹脂シート12に形成されている。そのため、図22(B)に示したように、仮圧着時にコイル導体の線条部21が存在しない。そのため、樹脂シート13に対する磁性体コア40の仮圧着時に線条部21を曲げの起点として磁性体コア40が割れるのを防止できる。
《第8の実施形態》
図23は第8の実施形態に係るアンテナ装置108の分解斜視図、図24(A)はアンテナ装置108の断面図、図24(B)は樹脂シート12の平面図である。但し、図24(A)、図24(B)においては、図23の例よりも線条部21,22の数を減らして表している。アンテナ装置108は、複数の樹脂シート12,13,14,16,17が積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体とを備えている。樹脂シート12の上面にはコイル導体の複数の線条部21および第2導体パターン34が形成されている。樹脂シート12の下面には端子電極31,32が形成されている。樹脂シート16の上面にはコイル導体の複数の線条部22が形成されている。樹脂シート13,14,16にはコイル導体の複数のビア導体(層間接続導体)が形成されている。これらの線条部21,22およびビア導体によって、横置きの扁平角筒に沿ったヘリカル状のコイル導体が構成されている。
樹脂シート14には中央部に開口APが形成されている。これらの開口APの積層によってキャビティが構成され、このキャビティ内に磁性体コア40が埋設されている。
図24(B)に表れているように、第2導体パターン34は磁性体コア40の短辺に重なる位置に配置されている。磁性体コア40は相対的に短辺の変位が大きいが、この構造により、磁性体コア40の短辺の変位が効果的に抑制され、磁性体コア40に対する応力が軽減される。また、樹脂シート12および樹脂多層基板全体が補強される。これらの作用により、複数の樹脂シートの圧着時(プレス成型時)に磁性体コア40の割れを抑制できる。
図25(A)(B)(C)は第2導体パターンの他の形状例を示す図である。磁性体コア40の短辺に重なる位置に配置される第2導体パターン34は、図25(A)に示すように、コイル導体の線条部21の一部を兼ねていてもよい。また、第2導体パターン34は図25(B)に示すように、磁性体コア40の短辺の全体に重なっていなくてもよい。また、図25(C)に示すように、コイル導体の線条部21の延びる方向とは異なる方向に延びるパターンであってもよい。なお、第2導体パターン34による段差部の発生を抑制するために図23,図24,図25のいずれにも示すように、二つの第2導体パターン34に挟まれる位置に、例えばコイル導体の線条部21などの導体部をさらに有していることが好ましい。
《第9の実施形態》
図26(A)(B)(C)は第9の実施形態に係る3つのアンテナ装置109A,109B,109Cの断面図である。これらのアンテナ装置109A,109B,109Cの基本構造は図3に示したものと同じである。ここではコイル導体の線条部22の上部に樹脂シート17が積層されている。図26(A)において、キャビティ形成用の開口を有する樹脂シート13,14,15は磁性体である。したがって、磁性体コア40と共に樹脂シート13,14,15がアンテナコイルの磁芯として作用する。また、図26(B)において、コイル導体の線条部21,22で挟まれる樹脂シート12〜16は磁性体を含むシートである。したがって、磁性体コア40と共に樹脂シート12〜16がアンテナコイルの磁芯として作用する。さらに、図26(C)においては、すべての樹脂シート11〜17が磁性体を含むシートである。したがって、磁性体コア40と共に樹脂シート11〜17がアンテナコイルの磁芯として作用する。磁性体を含むシートは、例えば、樹脂シートや樹脂ペレットを軟化、流動させたのち、磁性体粉末と混合したものをシート化して得ることができる。
これらの構造により、樹脂多層基板内での磁性体コア40が面方向に位置ずれしても、磁性体部分の全体形状が殆ど変わらないので、特性変動を抑えることができる。
《第10の実施形態》
図27(A)は第10の実施形態に係るアンテナ装置110Aの積層圧着前の断面図、図27(B)はアンテナ装置110Aの断面図である。基本構造は図3に示したものと同じである。アンテナ装置110Aは、樹脂シート17,18,19を備える点で図3に示したアンテナ装置101と異なる。また、図27(B)に表れているように、樹脂シートの圧着によって、樹脂シートは層方向に隣接するコイル導体の線条部21,22の断面形状に沿って波板状に変形している。樹脂シート11〜18はそれぞれ熱可塑性樹脂のシートであり、加熱加圧によってこのように変形する。これにより、樹脂シートおよび樹脂多層基板は、波板状の山または谷が連続する方向の剛性が高い。そのため、樹脂シートの圧着時(プレス成型時)に磁性体コア40を割れにくくすることができる。
上記の各実施形態においては、樹脂シートの圧着による変形の様子については図示していないが、実際にはこの第10の実施形態で示すように波板状に変形する。第10の実施形態では、圧着による樹脂シートの変形を図に明示したものである。
図28(A)は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Bの積層圧着前の断面図、図28(B)はアンテナ装置110Bの断面図である。この例では、コイル導体の線条部21は樹脂シート12,19の2層に交互に分かれて形成されている。同様に線条部22は樹脂シート16,17の2層に交互に分かれて形成されている。この構造により、図28(B)に表れているように、樹脂シート17,19はより大きく波板状にうねる。そのため、樹脂シート17,19および樹脂多層基板は、波板状の山または谷が連続する方向の剛性はより高まる。
図29(A)は第10の実施形態に係る別のアンテナ装置110Cの断面図、図29(B)は樹脂シート16の平面図、図29(C)は樹脂シート19の平面図である。コイル導体の線条部21,22は延びる方向が異なっているので、二つの軸について上述の剛性が高まる。したがって、複数の樹脂シートおよび樹脂多層基板は面方向の剛性が高まり(曲がりやすい方向が無くなり)、樹脂シートの圧着時(プレス成型時)の磁性体コア40の割れをより効果的に回避できる。
なお、複数の樹脂層のうち、全体が波板状である必要はないが、磁性体コアに近い樹脂層であるほど、その樹脂層を波板状にすることが好ましい。また、コイル導体の線条部によって波板状にすることに限らず、他の配線パターンによって波板状にしてもよい。さらに、コイル導体の線条部に直交するダミーの線条導体パターンを形成することで、上述の、剛性を高める二つの軸を直交させてもよい。
《第11の実施形態》
図30は第11の実施形態に係るアンテナ装置の主要部の断面図である。但し、この例では、単なるアンテナ装置ではなく、アンテナ一体型RFモジュール201とともに構成される(すなわちRFモジュールを含む)アンテナ装置である。このアンテナ装置は、アンテナ一体型RFモジュール201およびブースターコイル301で構成される。アンテナ一体型RFモジュール201の構成は第4の実施形態で示したとおりであるが、アンテナ一体型RFモジュール201内のアンテナ部101Pはブースターコイル301に給電するための給電コイルとして用いる。
図31はブースターコイル301の分解斜視図である。ブースターコイル301は、絶縁体基材3、その第1面に形成された第1コイル1、第2面に形成された第2コイル2、および磁性体シート4を備えている。第1コイル1と第2コイル2はそれぞれ矩形渦巻状にパターン化された導体であり、平面視で同方向に電流が流れる状態で容量結合するようにパターン化されている。同一方向からの平面視で、一方のコイル導体に時計回りの電流が流れるとき、他方のコイル導体にも時計回りに電流が流れるように、二つのコイル導体はパターン化されている。
図30に磁束φで示すように、RFモジュール201のアンテナ部101Pとブースターコイル301とは互いに磁界結合するように配置されている。磁性体シート4は、RFモジュール201のアンテナ部101Pとブースターコイル301との磁界結合を妨げない程度に薄い。また、磁性体シート4は、ブースターコイル301から発生される磁界をシールドして、実装基板70に形成されているグランド導体に渦電流が生じるのを抑制する。なお、磁性体シート4は必ずしも設けられなくてもよい。
また、本実施形態では、アンテナ一体型RFモジュール201とともに構成される(すなわちRFモジュールを含む)アンテナ装置を示したが、RFモジュールを含まない構成としてもよい。例えば、アンテナ装置101とブースターコイル301とを組み合わせて構成してもよい。
図32は図30に示したアンテナ装置の等価回路図である。アンテナ一体型RFモジュール201はアンテナ部101Pのコイル導体および磁性体コア40によるインダクタンス成分L1、アンテナ部101Pの抵抗成分R1、キャパシタC1およびRFIC等で構成される。キャパシタC1はアンテナ部(給電コイル)101Pの共振周波数を調整するための容量である。ブースターコイル301は、第1コイル1および第2コイル2のインダクタンス成分L2,L3、第1コイル1と第2コイル2との間に生じるキャパシタンス成分C2,C3、第1コイル1および第2コイル2の抵抗成分R2,R3等で構成される。
このようにして、樹脂多層基板10に形成されたアンテナ部101Pを給電用のコイルとして用い、樹脂多層基板10とは別体のブースターコイル301をブースターアンテナとして用いてもよい。このことによって、通信可能最長距離を拡張できる。
《第12の実施形態》
図33(A)は第12の実施形態に係るアンテナ装置112の積層圧着前の断面図、図33(B)はアンテナ装置112の断面図である。基本構造は図2および図5(A)に示したものと同じである。但し、本実施形態では、ビア導体25の位置(ビア導体25を受ける位置)に形成されている電極26がキャビティ(磁性体コア40の収納空間)の内面に露出するように形成されている。また、コイル導体の線条部22は樹脂シート16の下面(積層により磁性体コア40に接する面)に形成されている。
このように、ビア導体25の位置(ビア導体25を受ける位置)に形成されている電極26がキャビティの内面に露出するように形成されていることにより、ビア導体25および電極26による層間接続導体より内側(キャビティ側)の樹脂量は少ない。そのため、次のような効果を奏する。
(1)樹脂シートの熱圧着時のコイル導体形成範囲内の樹脂流動量が少なく、コイル導体に対する磁性体コア40の位置ずれが小さい。そのため、特性変動を抑えることができる。
(2)コイル導体の形成範囲を拡大することなくキャビティのサイズを大きくでき、したがって大きな磁性体コア40を収納できる。また、磁性体コア40に近接する位置にコイル導体が配置される。すなわちコイル巻回内の透磁率が高まる。これらのことにより、コイル導体形成範囲の体積あたりに得られるインダクタンスが大きくなる。換言すると、必要なインダクタンスを得るのに要するコイル導体形成範囲の体積を小さくできる。
なお、ビア導体25をキャビティの側面に露出させてもよい。そのためには、樹脂シートに、先ず、ビア導体25を形成し、その後にビア導体25に掛かる位置にキャビティ用の開口を打ち抜き形成すればよい。
《第13の実施形態》
図34は第13の実施形態に係るアンテナ装置113の熱圧着後の断面図である。基本構造は図18・図19に示したものと同じである。但し、本実施形態では、コイル導体20がキャビティ(磁性体コア40の収納空間)の内面に露出するように形成されている。
このように、コイル導体20がキャビティの内面に露出するように形成されていることにより、コイル導体20より内側(キャビティ側)の樹脂量が非常に少ない。そのため、第12の実施形態で述べた効果と同様の効果を奏する。
《第14の実施形態》
図35は第14の実施形態に係る無線通信装置401の筐体内部の構造を示す図であり、上部筐体91と下部筐体92とを分離して内部を露出させた状態での平面図である。この無線通信装置401は図30に示したアンテナ一体型RFモジュール201およびブースターコイル301を備えたものである。
上部筐体91の内部にはプリント配線板71,81、バッテリーパック83等が収められている。プリント配線板71にはアンテナ一体型RFモジュール201が実装されている。このプリント配線板71にはUHF帯アンテナ72、カメラモジュール76等も搭載されている。また、プリント配線板81にはUHF帯アンテナ82等が搭載されている。プリント配線板71とプリント配線板81とは同軸ケーブル84を介して接続されている。
下部筐体92の内面にはブースターコイル301が形成されている。このブースターコイル301はアンテナ一体型RFモジュール201のアンテナ部(給電コイル)と磁界結合する。
なお、以上に示した各実施形態において、熱圧着後の断面図では、磁性体コア40がキャビティ内に隙間無く埋設されている例を示したが、磁性体コア40とキャビティの内面との間に僅かに隙間が生じる場合もある。
AP…開口
CA…キャビティ
1…第1コイル
2…第2コイル
3…絶縁体基材
4…磁性体シート
10…樹脂多層基板
11〜19…樹脂シート
20…コイル導体
21,22…線条部
23〜25,27,28…ビア導体(層間接続導体)
26…電極
31,32…端子電極
33…端子電極(第1導体パターン)
34…第2導体パターン
40〜43…磁性体コア
50…ソルダーレジスト
61〜63…搭載部品
70…実装基板
71,81…プリント配線板
72…UHF帯アンテナ
76…カメラモジュール
81…プリント配線板
82…UHF帯アンテナ
83…バッテリーパック
84…同軸ケーブル
91…上部筐体
92…下部筐体
101,103,105A,105B,107,108,109A,109B,109C,110A,110B,110C,112,113…アンテナ装置
101P…アンテナ部
201,207…RFモジュール
301…ブースターコイル
401…無線通信装置

Claims (16)

  1. 複数の樹脂シートが積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備えたアンテナ装置であって、
    前記樹脂多層基板の内部にキャビティが形成されていて、
    前記コイル導体は前記キャビティの周囲を巻回するように形成されていて、
    前記キャビティ内に焼結体の磁性体が配置されている、
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記キャビティは前記樹脂多層基板内に複数形成されていて、各キャビティに前記磁性体が配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記磁性体は平板形状であり、
    前記磁性体の少なくとも一方の面の少なくとも一部を覆う位置に前記コイル導体以外の第1導体パターンが配置されている、請求項1または2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記複数の樹脂シートのうち、前記第1導体パターンと前記コイル導体との間の樹脂シートの誘電率は、前記コイル導体が形成された樹脂シートの誘電率および前記磁性体の誘電率より低い、請求項3に記載のアンテナ装置。
  5. 前記磁性体は矩形板状であり、
    前記磁性体の短辺に重なる位置に第2導体パターンが配置されている、請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 前記コイル導体は、異なった層の樹脂シートの面に形成された複数の線条導体と、これらの線条導体を層間で接続する層間接続導体とで構成され、
    前記第2導体パターンは前記線条導体の一部である、請求項5に記載のアンテナ装置。
  7. 平面視で、前記磁性体の周囲に、前記樹脂多層基板の層間接続導体が配置されている、請求項1〜6のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8. 前記複数の樹脂シートの積層前に前記磁性体が仮圧着される樹脂シートには、平面視で前記磁性体が重なる位置に前記コイル導体が形成されていない、請求項1〜7のいずれかに記載のアンテナ装置。
  9. 前記複数の樹脂シートのうち、前記キャビティを構成する層の樹脂シートは磁性体を含むシートである、請求項1〜8のいずれかに記載のアンテナ装置。
  10. 前記コイル導体は、異なった層の樹脂シートの面に形成された複数の線条導体と、これらの線条導体を層間で接続する層間接続導体とで構成され、
    前記線条導体は、平面視で前記磁性体を横切るように形成されて、この線条導体に隣接する樹脂シートの部分は波板状に屈曲している、請求項1〜9のいずれかに記載のアンテナ装置。
  11. 前記樹脂多層基板の少なくとも一方の主面に、前記コイル導体に導通するチップ素子が実装されている、請求項1〜10のいずれかに記載のアンテナ装置。
  12. 前記コイル導体に対して電磁界結合し、電磁界を放射するコイルをさらに備えた、請求項1〜11のいずれかに記載のアンテナ装置。
  13. 複数の樹脂シートが積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備え、
    前記樹脂多層基板の内部にキャビティが形成されていて、
    前記コイル導体は前記キャビティの周囲を巻回するように形成されていて、
    前記キャビティ内に焼結体の磁性体が配置されたアンテナ装置と、前記コイル導体に接続された通信回路とを備えた無線通信装置。
  14. 複数の樹脂シートが積層された樹脂多層基板と、この樹脂多層基板に形成されたコイル導体と、を備えたアンテナ装置の製造方法であって、
    前記樹脂シートにコイル導体を形成する工程と、
    前記樹脂シートにキャビティ形成用の開口部を形成する工程と、
    前記複数の樹脂シートのうち、開口部を形成した樹脂シートを、開口を形成していない樹脂シートとの積層により前記開口部の積層によるキャビティを構成し、外形寸法が前記キャビティの内形寸法より小さな焼結体の磁性体を前記キャビティ内に収め、前記磁性体と共に前記複数の樹脂シートを圧着する工程と、
    を備えたことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。
  15. 前記複数の樹脂シートを圧着する工程の前に、開口を形成していない前記樹脂シートに前記磁性体を配置し、仮圧着する工程をさらに含む、請求項14に記載のアンテナ装置の製造方法。
  16. 前記複数の樹脂シートの積層前に前記磁性体が仮圧着される樹脂シートには、平面視で前記磁性体と重なる位置に前記コイル導体が形成されていない、請求項15に記載のアンテナ装置の製造方法。
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