JP2016184966A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アンテナ装置において、ビアホール導体を用いることなく製造でき、かつ、外部との接続のための引き回しを容易とする。
【解決手段】第1の絶縁基材10と磁性体シート25を含む、第1の絶縁基材部Aと、アンテナパターン15と、第2の絶縁基材と配線導体31、32を含む第2の絶縁基材部Bと、を備える。アンテナパターン15の一端部15aと他端部15bとの間の領域には、絶縁層20が介在されており、配線導体は、アンテナパターン15の一端部と他端部にそれぞれ接続された複数の電極部31a、32aを有し、絶縁層20の開口部20dが形成された部分において、配線導体とアンテナパターン15とが接続され、配線導体は、アンテナパターン15と配線導体が重なっている領域において、アンテナパターン15と配線導体との間に磁性体シート25が配されている。
【選択図】図31

Description

本発明は、アンテナ装置、例えば、NFC(Near Field Communication)などの非接触通信システムで用いられるアンテナ装置及び該アンテナ装置を備えた通信端末機器に関する。
近年、携帯端末などには13.56MHz帯の非接触通信システムで使用されるアンテナ装置が内蔵されている。この種のアンテナ装置としては、特許文献1,2,3に記載されているように、平面上でスパイラル状に巻回されたコイルパターンをアンテナとして用いている。
このように、一平面上でスパイラル状に巻回されたコイルパターンの一端部及び他端部を他の回路部との接続のために引き出すには、それぞれを絶縁する必要上、一端部又は他端部のいずれかをビアホール導体を介して外部へ引き出すのが一般的である。しかしながら、基板にビアホール導体を形成するには手間がかかり、製造工程を複雑にしている。
また、アンテナ装置にあっては、アンテナ特性の劣化を避けること、一構成部品である磁性体が焼結体である場合には該焼結体の割れを防止してアンテナ特性の劣化を防止すること、などが要求されている。また、アンテナとその通信相手であるアンテナなどとの通信距離をより近づけて良好な通信特性を得ることも要求されている。
さらに、アンテナ装置にあっては、アンテナパターンから発生する磁界が他の配線導体に伝達するのを防止する必要があり、配線導体に曲げを施す場合には曲げやすくしたり、応力の集中を避けたり、断線防止や接続の信頼性を確保し、強度を補強する必要もある。
特開2013−13144号公報 特開2008−205557号公報 特許第4218635号公報
本発明の目的は、ビアホール導体を用いることなく製造でき、かつ、外部との接続のための引き回しが容易なアンテナ装置を提供することにある。
本発明の一形態であるアンテナ装置は、
第1の絶縁基材と該第1の絶縁基材の一方主面側に積層された磁性体シートを含む、第1の絶縁基材部と、
前記第1の絶縁基材部において一端部と他端部とを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターンと、
第2の絶縁基材と該第2の絶縁基材に形成された配線導体を含む第2の絶縁基材部と、を備え、
平面視で、前記アンテナパターンの一端部と他端部との間の領域には、前記配線導体と前記アンテナパターンとを絶縁するための絶縁層が介在されており、
前記配線導体は、前記アンテナパターンの一端部と他端部にそれぞれ導電性材料を介して電気的かつ機械的に接続された複数の電極部を有し、
前記絶縁層は、前記配線導体が前記アンテナパターンに接続される前の状態において前記アンテナパターンの一端部及び他端部の少なくとも一方を前記配線導体側に露出する切欠き又は開口部を有し、
前記絶縁層の切欠き又は開口部が形成された部分において、前記配線導体と前記アンテナパターンとが前記導電性材料を介して接続され、
平面視で、前記配線導体は、前記アンテナパターンに沿って重なっているものを含み、
前記アンテナパターンと前記配線導体が重なっている領域において、前記アンテナパターンと前記配線導体との間に回路パターンが形成されていない磁性体シートが配されていること、
を特徴とする。
本発明によれば、ビアホール導体を用いることなく製造でき、かつ、外部との接続のための引き回しが容易である。
また、本発明によれば、磁性体が割れにくく、アンテナ特性が良好となり、また、割れたりしても性能への影響を極力排除できる。
第1実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 前記アンテナ装置の断面図であり、(A)は分解した状態を示し、(B)は組み立てた状態を示す。 アンテナパターンの他の形状を示す断面図である。 前記アンテナ装置の製造工程の一部を示す平面図である。 アンテナパターンと配線導体との他の接続形態を示す平面的な説明図である。 アンテナパターンと配線導体とのさらに他の接続形態を示す平面的な説明図である。 アンテナ装置を通信端末機器に組み込んだ第1例を示す断面図である。 通信端末機器の要部を示す回路図である。 第2実施例であるアンテナ装置を示す斜視図である。 アンテナ装置を通信端末機器に組み込んだ第2例を示す断面図である。 アンテナ装置を通信端末機器に組み込んだ第3例を示す断面図である。 第3実施例であるアンテナ装置を示す斜視図である。 第4実施例であるアンテナ装置を示す斜視図である。 アンテナ装置における接続部の強度補強の第1例を示す断面図である。 スルーホールの形成手順を示す説明図である。 アンテナ装置における接続部の強度補強の第2例を示す断面図である。 アンテナ装置における接続部の強度補強の第3例を示す断面図である。 アンテナ装置における接続部の強度補強の第4例を示す断面図である。 アンテナ装置における接続部の強度補強の第5例を示す断面図である。 第5実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 第5実施例であるアンテナ装置の平面図である。 図21の断面図である。 第5実施例での第1変形例を示す分解斜視図である。 第5実施例での第2変形例を示す分解斜視図である。 図24の断面図である。 層間接続導体部分での断面図である。 第5実施例での第3変形例を示す断面図である。 第5実施例での第4変形例を示す断面図である。 第6実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 図29の断面図である。 第7実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 第7実施例であるアンテナ装置の平面図である。 図32の断面図である。 第7実施例での第1変形例を示す断面図である。 第7実施例での第2変形例を示す断面図である。 第7実施例での第3変形例を示す断面図である。 第7実施例での第4変形例を示す断面図である。 第7実施例での第5変形例を示す分解斜視図である。 図38の断面図である。 第8実施例であるアンテナ装置を示す分解斜視図である。 図40の断面図である。 フェライト焼結体の配置/構成の第1例を示す分解斜視図である。 図42の断面図である。 フェライト焼結体の配置/構成の第2例を示す平面図である。 (A)はフェライト焼結体の配置/構成の第3例を示す断面図、(B)は比較例を示す断面図である。
以下、本発明に係るアンテナ装置及び通信端末機器の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
(アンテナ装置の第1実施例、図1参照)
図1に示すように、第1実施例であるアンテナ装置1は、HF帯のNFCやRFIDシステムなどに使用されるものであって、概略、第1の絶縁基材部Aと第2の絶縁基材部Bとで構成されている。第1の絶縁基材部Aは、第1の絶縁基材10と、第1の絶縁基材10の主面上にスパイラル状に形成され、一端部15aと他端部15bとが前記主面上に位置するアンテナパターン15と、絶縁性接着剤層20と、磁性体シートであるフェライトシート25と、を備えている。第2の絶縁基材部Bは、第2の絶縁基材30と、第2の絶縁基材30の裏面に形成された配線導体31,32と、を備えている。
配線導体31,32はアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bにそれぞれ一平面上で半田付け(電気的かつ機械的に接続)された電極部31a,32aと外部接続用端子部31b,32bを有している。
第1の絶縁基材10及び第2の絶縁基材30は、ともにポリイミド樹脂にて形成されているが、材料はこれに限定するものではなく、例えば、液晶ポリマなどであってもよい。第2の絶縁基材30は長尺状をなし、第1の絶縁基材10から平面視で外方に突出している。第2の絶縁基材部Bは第1の絶縁基材部Aよりも可撓性に優れている。なお、第1及び第2の絶縁基材10,30の主成分が同じ材料で構成されていれば、その接合部に熱膨張係数差に伴う応力が発生しにくくなる。
アンテナパターン15及び配線導体31,32は、それぞれ、基材10,30上に形成した銅箔をエッチング処理にて形成されている。但し、他の方法で形成してもよいことは勿論である。
絶縁性接着剤層20はアンテナパターン15がアンテナパターン15に平面視で交差する配線導体32によりショートしてしまうことを防止するものであり、予めアンテナパターン15を形成した第1の絶縁基材10上に、あるいは、予め配線導体31,32を形成した第2の絶縁基材30の裏面にパターン印刷により形成されている。なお、絶縁性接着剤層20は粘着シートを貼着するようにしてもよい。この絶縁性接着剤層20は、フェライトシート25と第1の絶縁基材10とを接着するためにも用いられている。
前記第2の絶縁基材30は、前記第1の絶縁基材10上に絶縁性接着剤層20を介して接着され、絶縁性接着剤層20の切欠き20a,20c及びフェライトシート25の切欠き25aを介して、アンテナパターン15の一端部15a及び他端部15bが、配線導体31,32の電極部31a,32aにそれぞれ半田付けされる(図2における半田40参照)。なお、絶縁性接着剤層20の切欠き20aには電極部31a,32aの絶縁のための橋渡し部20bが形成されている。
絶縁性接着剤層20の切欠き20a,20cは塗布時にパターニングする、あるいはこのような切欠き20a,20cを予め設けた粘着シートを用意することによって形成可能である。絶縁性接着剤層20は半田付け時などの加熱(リフロー)工程で若干加圧されながら固着される。絶縁性接着剤層20は、この加熱により流動する。この際、絶縁のための橋渡し部20bも流動して、平面視で、アンテナパターン15の一部を覆うとともに、第1の絶縁基材10におけるアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bとの間の領域に入り込む。この絶縁のための橋渡し部20bの存在により、アンテナパターン15が配線導体32によりショートしてしまうことを防止できる。
以上の構成からなるアンテナ装置1において、第1の絶縁基材10の主面上に形成されたアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bとはそれぞれ第2の絶縁基材30上に形成された配線導体31,32の電極部31a,32aと平面上で電気的かつ機械的に接続されているため、ビアホール導体を用いる必要がなく、容易に製造することができる。また、第2の絶縁基材部Bは第1の絶縁基材部Aから突出しているが可撓性に優れているため、配線上の引き回しが容易である。
また、フェライトシート25は、切欠き25aを形成することで、第1の絶縁基材10と第2の絶縁基材30との接合を図っている。即ち、この切欠き25aと、絶縁性接着剤層20の切欠き20a,20cによって、アンテナパターン15の一端部15aと他端部15bとが外部に露出するようになる。フェライトシート25は、アンテナパターン15から発生する磁界の漏れを防止するとともに、外部からの磁界や高周波信号がアンテナパターン15に好ましく入力されるように磁界結合を強める作用を有している。特に、フェライトシート25は切欠き25aの両側部分においてアンテナパターン15から放射される磁界の漏れを防止できる。
アンテナパターン15に金属体が近接した場合、アンテナパターン15の磁界にて該金属体に渦電流が発生することによりアンテナパターン15のエネルギーが低減するおそれがある。しかし、本実施例のごとくフェライトシート25を配置することにより、このようなエネルギーのロスが低減される。また、このような作用は、絶縁性接着剤層20に磁性体粉末を含有させるなどにより、磁性体材料を含有させることでより高めることができる。
(各部材の厚み、図2参照)
ここで、アンテナ装置1の各構成部材の材料と厚みについて図2を参照して例示する。なお、図2は、接続関係を理解しやすくするために、図1に示すX−Xでの断面を示しており、以下に示す図11までの断面図においても、同様の箇所での断面を示している。
第1の絶縁基材10はポリイミド樹脂からなり、その厚みD1は10〜15μmである。アンテナパターン15は銅箔からなり、その厚みD2は15〜35μmである。絶縁性接着剤層20はエポキシ樹脂からなり、その厚みD3は25〜45μmである。フェライトシート25はNi−Zn系焼結体からなり、その厚みD4は100〜150μmである。第2の絶縁基材30はポリイミド樹脂からなり、その厚みD5は50〜100μmである。配線導体31,32は銅箔からなり、その厚みD6は10〜20μmである。半田40は配線導体31,32上にプリコートされたものであり、その厚みD7は10〜30μmである。
本実施例においては、具体的には、以下の厚みの組合せとした。即ち、第1の絶縁基材10の厚みD1は10μm、アンテナパターン15の厚みD2は20μm、絶縁性接着剤層20の厚みD3は30μm、フェライトシート25の厚みD4は120μm、第2の絶縁基材30の厚みD5は100μm、配線導体31,32の厚みD6は16μm、半田40の厚みD7は10μmである。これにより、第2の絶縁基材部Bは前記第1の絶縁基材部Aよりも可撓性に優れる。なお、図2及び図3の断面図において、各部材の厚みはここで記載した具体的な厚み数値と必ずしも整合するものではない。
絶縁性接着剤層20の厚みD3に関しては、フェライトシート25の厚みD4よりも小さいことが好ましい。絶縁性接着剤層20の厚みD3を薄くすることで、絶縁性接着剤層20を間に挟み込みながら半田40によってパターン15と導体31,32とを接合することが容易になる。また、絶縁性接着剤層20の厚みD3はアンテナパターン15の厚みD2よりも大きいことが好ましい。これにて、アンテナパターン15と配線導体31,32との不要な導通(ショート)を防止することができる。
第1の絶縁基材10の厚みD1はアンテナパターン15の厚みD2よりも小さいことが好ましい。これにより、導体損を低減しながらアンテナ装置1の全体的な厚みを小さくすることができる。
(アンテナパターンの断面形状、図3参照)
アンテナパターン15の幅方向の横断面形状に関しては、図3に示すように、底面部よりも上面部が小さい台形状であることが好ましい。半田40によるリフローでの接合は、第1及び第2の絶縁基材部A,Bを絶縁性接着剤層20が介在した状態で厚み方向に加圧しつつ行われる。このとき、絶縁性接着剤層20の流動圧力が図3に矢印で示す方向にパターン15に対して作用する。パターン15の横断面形状が矩形であると、接着剤層20の流動性が阻害され、流動圧力が大きく作用してパターン15が第1の絶縁基材10上から剥がれるおそれがある。
アンテナパターン15の幅方向の横断面を台形状とすることにより、上面の間隔Pが広くなり、接着剤層20の流動性が大きくなってパターン15に作用する矢印方向の圧力が小さくなる。その結果、パターン15の剥離が生じにくくなる。また、接着剤層20の流動性がよくなると、半田40による接合も良好になる。接着剤層20の流動圧力によるパターン15の剥離を生じにくくするには、アンテナパターン15の第1の絶縁基材10に接する側面(即ち、下面)の表面粗さを大きくしてもよい。アンテナパターン15の第1の絶縁基材10に接する側の面の表面粗さを大きくすると、基材10とパターン15との接合強度が高まるからである。さらに、アンテナパターン15の上面の間隔Pを大きくすると、パターン15の線間距離が大きくなるので、線間容量によるエネルギーの損失を小さくすることができる。
アンテナパターン15の幅方向の横断面を台形状とするには、例えば、パターン15をエッチング処理で形成する場合にあっては、エッチング速度を調整することにより行うことができる。
(製造工程、図4参照)
第1の絶縁基材10及び第2の絶縁基材30は、図4に示すように、まず、大きな面積のマザーシート51,52上にアンテナパターン15をマトリクス状に形成するとともに、配線導体31,32をもマトリクス状に形成する。これらを一単位のアンテナパターン15及び配線導体31,32に切り分け、その後両者(基材10,30)を切欠き20a,20cを形成した絶縁性接着剤層20及び切欠き25aを形成したフェライトシート25を介して積層・接着するようにしてもよい。こうすることにより、基材10,30の取り個数を多くすることができる。
(アンテナパターンと配線導体との他の接続形態、図5及び図6参照)
アンテナパターン15と配線導体31,32とは、図5に示すように、第2の絶縁基材30を第1の絶縁基材10の角部分に配置する形態で接続してもよい。また、図6に示すように、アンテナパターン15と配線導体31,32とを、第2の絶縁基材30を第1の絶縁基材10の図中上半分部分に外部に突出しないように配置する形態で接続してもよい。
図5及び図6に示すいずれの接続形態にあっても、アンテナパターン15の端部15a,15bと配線導体31,32の電極部31a,32aとを、互いにショートするおそれなく、平面上で電気的かつ機械的に接続することができる。
(通信端末機器の第1例、図7及び図8参照)
ここで、前記アンテナ装置1を備えた通信端末機器の第1例について、図7を参照して説明する。この通信端末機器61は、例えば、携帯電話機であり、前記アンテナ装置1は筺体65の底面部に接着剤層66を介して貼着されている。第2の絶縁基材30は180度折り返されており、配線導体31,32の端部である端子部31b,32bが半田71を介してプリント配線板70に実装されているマッチング素子(コンデンサ)72と電気的に接続されている。プリント配線板70にはノイズフィルタ73なども実装されている。
この通信端末機器61における前記接続部分の回路は、図8に示すように、IC80に接続されたノイズフィルタ部81とマッチング部82とを備え、アンテナ装置1がマッチング部82に接続されている。配線導体31はマッチング部82との接続部分に用いられ、配線導体32はグランドへの接続部分に用いられている。
(アンテナ装置の第2実施例、図9参照)
第2実施例であるアンテナ装置2は、図9に示すように、第2の絶縁基材30を比較的厚みのある可塑性を備えた部材で形成したものであり、塑性変形によってほぼ中心部分で折り返されている。図示しないが、通信端末機器のプリント配線板への接続形態は、図7に示した形態と同様である。
(通信端末機器の第2例、図10参照)
第2例である通信端末機器62は図6に示した接続形態を用いたものである。即ち、通信端末機器62は、図10に示すように、第2の絶縁基材30を第1の絶縁基材10の直上で折り返し、配線導体31,32の端子部31b,32bを半田71を介してプリント配線板70上のマッチング素子に接続したものである。この例では、折り返された第2の絶縁基材30は第1の絶縁基材10の外周から外部に突出することがないので、アンテナ装置1自体を小型化することができる。
(通信端末機器の第3例、図11参照)
第3例である通信端末機器63は図6に示した接続形態を用いたものである。即ち、通信端末機器63は、図11に示すように、第2の絶縁基材30の他端部を上方に持ち上げ、配線導体31,32の端子部31b,32bをプリント配線板70の上面側に半田71を介してマッチング素子に接続したものである。なお、プリント配線板70は、図示しない支持部材により平面視で第1の絶縁基材10に重なる位置で支持されている。
(アンテナ装置の第3実施例、図12参照)
第3実施例であるアンテナ装置3は、図12に示すように、第2の絶縁基材30を二股状に形成し、(裏面に配置されているため図示していないが)配線導体31,32の端子部31b,32b側を若干上方に持ち上げたものである。配線導体31,32のプリント配線板への接続形態は図11に示した形態と類似したものになる。
(アンテナ装置の第4実施例、図13参照)
第4実施例であるアンテナ装置4は、図13に示すように、第2の絶縁基材30を複数個所で折り曲げてコイル状に形成し、コイル部分を徐々に持ち上げたものである。このアンテナ装置4にあっては、前記アンテナ装置3も同様であるが、第2の絶縁基材30は厚み方向に大きな弾性変形力を有することになり、配線導体31,32の電極部31a,32aとアンテナパターン15との接合部への応力集中を効果的に防止することができ、また、第2の絶縁基材30が折れにくくなる。
以下に、配線導体31,32とアンテナパターン15との接続部の強度補強に関していくつかの例を説明する。
(強度補強の第1例、図14及び図15参照)
図14(A)に示すように、第2の絶縁基材30の配線導体31,32を形成した部分にスルーホール81を形成することにより、図14(B)に示すように、半田40がスルーホール81に濡れ上がって充填される。これにて、配線導体31,32とアンテナパターン15との接続部が強度補強される。
スルーホール81は、例えば、図15に示す工程で形成することができる。基材30の上下面に金属膜82を形成し(図15(A)参照)、穴83を形成する(図15(B)参照)。次に、穴83の内周面に金属膜82を含めて無電解めっき膜84を形成し(図15(C)参照)、さらに、無電解めっき膜84上に電解めっき膜85を形成する(図15(D)参照)。
なお、前記スルーホール81には導体(めっき膜84,85)を必ずしも形成する必要はなく、単に穴83が形成されているのみであってもよい。即ち、半田40が溶融した状態で穴83に充填されるのであれば、穴83に導体が形成される必要はない。
(強度補強の第2例、図16参照)
図16に示す補強の第2例は、配線導体31,32をアンテナパターン15に接続した後に、接続部分を樹脂材86で覆うようにしたものである。樹脂材86が補強材として機能する。樹脂材86は、絶縁性接着剤層20と同じ材料であってもよい。
(強度補強の第3例、図17参照)
図17に示す補強の第3例は、前記第2例の変形例とも言えるもので、第2の絶縁基材30の縁部に段差部34を形成して樹脂材86で覆うようにしている。さらに、樹脂材86を第1の絶縁基材10の下面側にも回り込ませている。この第3例では、樹脂材86として絶縁性接着剤層20と同じ材料をスクリーン印刷やポッティングによって接続部分被覆し、UV照射や加熱プロセスによって樹脂材86を硬化させることが好ましい。補強用の樹脂材86を絶縁性接着剤層20と同じ材料で形成することにより、両者の熱膨張係数が揃えられるので、温度変化による樹脂材86の剥離が生じにくくなる。
(強度補強の第4例、図18参照)
図18に示す補強の第4例は、第2の絶縁基材30にその表裏に貫通する貫通孔91を形成し、該貫通孔91に補強用の樹脂材86を充填したものである。貫通孔91は配線導体31,32が設けられていない部分に形成すればよい。
(強度補強の第5例、図19参照)
図19に示す補強の第5例は、第2の絶縁基材30にその表裏に貫通する貫通孔92を形成するとともに、第1の絶縁基材10及び絶縁性接着剤層20にもその表裏に貫通する貫通孔93を形成し、該貫通孔92,93に補強用の樹脂材86を充填したものである。貫通孔92,93は配線導体31,32やアンテナパターン15が設けられていない部分に形成される。なお、図19では、貫通孔92,93を同軸上に形成するように示しているが、必ずしも同軸上でなくてもよい。
(アンテナ装置の第5実施例、図20〜図22参照)
第5実施例であるアンテナ装置5は、図20に示すように、第1の絶縁基材部Aと、第1の絶縁基材部Aにおいて一端部15aと他端部15bとを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターン15と、第2の絶縁基材部Bと、第2の絶縁基材部B上に形成された少なくとも2本の配線導体31,32と、を備えている。2本の配線導体31,32はアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bにそれぞれ電気的に接続され、かつ、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する1本の配線導体31(平面図である図21参照)とには同じ方向fの電流が流れる。
また、第1の絶縁基材10と第2の絶縁基材30との間には絶縁性接着剤層20が介在されている。より詳しくは、絶縁性接着剤層20は配線導体31,32がアンテナパターン15と接触する部分のみに設けられており、かつ、電極部31a,32aと端部15a,15bとの電気的な接続(図22に示す半田40参照)を確保するための開口部20dが形成されている。なお、図22は図21に示すY−Yでの断面を示しており、以下の断面図においても同様の箇所での断面を示している。
アンテナ装置5において、スパイラル状に形成されたアンテナパターン15の最外周に配置されたパターンがアンテナとしての特性に大きく寄与する。そこで、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する配線導体31とには同じ方向fの電流が流れるため、ここで発生する磁界f’は図20に示すように、同方向に発生することになり、配線導体31から発生する磁界が最外周に配置されたパターンから発生する磁界を打ち消すことがなく、アンテナ特性の劣化が防止される。
また、配線導体31,32のうちアンテナパターン15との接続部分(電極部31a,31b)の線幅は、アンテナパターン15の線幅よりも大きくされている。これにて、配線導体31,32とアンテナパターン15との接続部分に断線が生じにくくなり、接続信頼性が向上する。
なお、本第5実施例において、第2の絶縁基材部B(第2の絶縁基材30)は必ずしも折り曲げて使用する必要はなく、図22に示すように、直線状に伸ばした状態で、配線導体31,32の端子部31b,32bをプリント配線板170上のランド171に半田175を介して接続している。この点で第2の絶縁基材30は可撓性に優れたものでなくてもよい。
(第5実施例での第1変形例、図23参照)
前記第5実施例であるアンテナ装置5においては、図23に示すように、第1の絶縁基材10の裏面に、絶縁基材10とほぼ同面積のフェライトシート180を絶縁性接着剤層181を介して貼着してもよい。フェライトシート180をアンテナパターン15の近傍に配置することにより、アンテナパターン15から発生する磁界密度を高めることができ、アンテナ特性が向上する。
(第5実施例での第2変形例、図24〜図26参照)
前記第5実施例であるアンテナ装置5においては、図24及び図25に示すように、第2の絶縁基材30を互いに平面的に接合させた2枚の基材30a,30bで形成し、基材30aの下面に形成した配線導体31,32の他端を層間接続導体185を介して基材30bの上面に形成した端子部31b,32bに接続するようにしてもよい。端子部31b,32bを絶縁基材30の上面に配置することで、第1の絶縁基材10に対して反対側に配置されたプリント配線板170のランド171に端子部31b,32bを半田175を介して接続する場合、第2の絶縁基材30を折り曲げる必要がなく、折曲げに伴う配線導体31,32の破損などを防止できる。また、配線導体31,32の他端部分にホットバーなどの加熱部材を当てることで、熱が層間接続導体185を介して端子部31b,32bから半田175やランド171に伝達され、半田175による接合を容易に行うことができる。
層間接続導体185は以下のようにして形成する。まず、図26に示すように、熱可塑性樹脂からなる基材30a,30bに形成した貫通孔に導電性ペースト185a,185bをそれぞれ配線導体31,32と端子部31b,32bに接続するように充填する。その後、基材30a,30bを加熱圧着すると同時に導電性ペースト185a,185bを固化させる。これにて、導電性ペースト185a,185bが接合、導通して層間接続導体185が形成される。なお、層間接続導体185としては、図15に示したスルーホール81を用いてもよい。但し、層間接続導体185を図26に示したビアホールによって形成すれば、スルーホールで形成する際に必要となるめっき工法が不要となり、製造工程が簡略化される。
(第5実施例での第3変形例、図27参照)
前記第5実施例であるアンテナ装置5においては、図27に示すように、第2の絶縁基材30の上面に配線導体31,32を形成し、それらの一端を層間接続導体186を介して電極部31a,32aに接続したものであってもよい。絶縁基材30の上面にはレジスト層190が設けられている。
(第5実施例での第4変形例、図28参照)
前記第5実施例であるアンテナ装置5においては、図28に示すように、互いに張り合わせた基材30a,30bにて第2の絶縁基材30を形成したものであってもよい。詳しくは、基材30aの上面に配線導体31,32を形成し、配線導体31,32の一端は層間接続導体186を介して基材30aの下面に形成した電極部31a,32aに接続され、他端が層間接続導体185を介して基材30bの上面に形成した端子部31b,32bに接続されている。電極部31a,31b及び端子部31b,32bは、それぞれ半田40,175を介して、アンテナパターン15の端部15a,15b及びプリント配線板170のランド171に接続される。
(アンテナ装置の第6実施例、図29及び図30参照)
第6実施例であるアンテナ装置6は、図29に示すように、第2の絶縁基材層Bにおいて、配線導体31,32を厚み方向に平面視で重なるように配置したものである。即ち、基材30a上に配線導体31を形成し、基材30b上に配線導体32を形成し、基材30b上には配線導体32を覆うレジスト層190を形成する。図30に示すように、配線導体31の一端は層間接続導体186を介して基材30aの下面に形成した電極部31aに接続されている。配線導体32の一端は、図30では図示されていないが、層間接続導体を介して基材30aの下面に形成した電極部(32a)に接続されている。配線導体31の他端は基材30bに形成した層間接続導体185を介して基材30bの上面に形成した端子部31bに接続されている。
本第6実施例におけるその他の構成は、前記第5実施例及び前記各種変形例と基本的に同様であり、第5実施例で説明したように、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する配線導体31とには同じ方向fの電流が流れるように構成されている。それゆえ、配線導体31から発生する磁界が最外周に配置されたパターンから発生する磁界を打ち消すことがなく、アンテナ特性の劣化が防止される。
(アンテナ装置の第7実施例、図31〜図33参照)
第7実施例であるアンテナ装置7は、図31に示すように、第1の絶縁基材部Aと、第1の絶縁基材部Aにおいて一端部15aと他端部15bとを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターン15と、第2の絶縁基材部Bと、第2の絶縁基材部B上に形成された少なくとも2本の配線導体31,32と、第1の絶縁基材部Aと第2の絶縁基材部Bとの間に配置された磁性体部材(フェライトシート25)と、を備えている。本第7実施例において、アンテナパターン15は第1の絶縁基材10上で前記各実施例とは逆方向に巻回されている。2本の配線導体31,32はアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bにそれぞれ電気的に接続され、かつ、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する1本の配線導体31(平面図である図32参照)とには反対方向f,gの電流が流れる。
また、第1の絶縁基材10とフェライトシート25との間には絶縁性接着剤層20が介在されている。より詳しくは、フェライトシート25及び絶縁性接着剤層20は第1の絶縁基材10とほぼ同じ面積を有している。絶縁性接着剤層20には電極部31a,32aと端部15a,15bとの電気的な接続(図33に示す半田40参照)を確保するための開口部20dが形成されており、フェライトシート25にも同様の目的で切欠き25aが形成されている。
アンテナ装置7において、アンテナパターン15には磁性体(フェライトシート25)が近接して配置されているためにアンテナパターン15近傍の磁界を強くできるとともに、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する配線導体31とには反対方向f,gの電流が流れるため、最外周のパターンで発生する磁界f’と近接する配線導体31で発生する磁界g’とが磁性体(フェライトシート25)の内部で同方向に流れて打ち消すことがなく、アンテナ特性の劣化が防止される。その他の作用効果は前記第5実施例での説明が妥当する。
(第7実施例での第1変形例、図34参照)
前記第7実施例であるアンテナ装置7においては、図34に示すように、第2の絶縁基材30の下面に形成した配線導体31,32の端部を層間接続導体185を介して絶縁基材30の上面に形成した端子部31b,32bに接続するようにしてもよい。端子部31b,32bを絶縁基材30の上面に配置することで、第1の絶縁基材10に対して反対側に配置されたプリント配線板170のランド171に端子部31b,32bを半田175を介して接続する場合、第2の絶縁基材30を折り曲げる必要がなく、折曲げに伴う配線導体31,32の破損などを防止できる。
(第7実施例での第2変形例、図35参照)
前記第7実施例であるアンテナ装置7においては、図35に示すように、第2の絶縁基材30の上面に配線導体31,32を形成し、それらの一端を層間接続導体186を介して電極部31a,32aに接続したものであってもよい。絶縁基材30の上面にはレジスト層190が設けられている。
(第7実施例での第3変形例、図36参照)
前記第7実施例であるアンテナ装置7においては、図36に示すように、互いに張り合わせた基材30a,30bにて第2の絶縁基材30を形成したものであってもよい。詳しくは、基材30aの上面に配線導体31,32を形成し、配線導体31,32の一端は層間接続導体186を介して基材30aの下面に形成した電極部31a,32aに接続され、他端が層間接続導体185を介して基材30bの上面に形成した端子部31b,32bに接続されている。電極部31a,31b及び端子部31b,32bは、それぞれ半田40,175を介して、アンテナパターン15の端部15a,15b及びプリント配線板170のランド171に接続される。
(第7実施例での第4変形例、図37参照)
前記第7実施例であるアンテナ装置7においては、図37に示すように、第2の絶縁基材30を3層(基材30a,30b,30c)にて形成し、即ち、図36に示した基材30b上にいま一つの基材30cを貼り合わせ、配線導体31,32の他端部から層間接続導体185を介して第2の絶縁基材30の上面及び下面に端子部31b,32b,31b’,32b’が引き出されている。そして、端子部31b,32bが半田175を介してプリント配線板170のランド171に接続される。この接続時において、ホットバー300を端子部31b’、32b’に当てることにより、熱が層間接続導体185を介して端子部31b,32bから半田175やランド171に伝達され、半田175による接合を容易に行うことができる。
また、第2の絶縁基材30において、アンテナパターン15と配線導体31,32との接続部分及びその近傍は、端子部31b,32bが設けられた部分よりも層数が少なく厚みが小さい。厚みが小さいと可撓性が高まって曲げやすく、配線導体31,32の断線などを防止できる。また、第2の絶縁基材30は複数の基材を積層してなり(ここでは3層)、配線導体31,32は該複数の基材の間に配置されている。これにて、配線導体31,32を効果的に保護することができる。
さらに、第2の絶縁基材部Bは第1の絶縁基材部Aよりも厚みが小さい。第1の絶縁基材部Aは、アンテナパターン15と、絶縁性接着剤層20と、磁性体シート25と、主表面にアンテナパターン15が形成された第1の絶縁基材10とを含み、第2の絶縁基材部Bは、第2の絶縁基材30(30a,30b,30c)と、第2の絶縁基材30に形成された配線導体31,32とを含む。第1の絶縁基材10は第2の絶縁基材30よりも厚みが小さい。また、第1の絶縁基材10は第2の絶縁基材30よりも薄い。つまり、第2の絶縁基材部Bは第1の絶縁基材部Aよりも可撓性に優れており、曲げ加工が容易であるとともに、アンテナパターン15が形成された第1の絶縁基材10の厚みを小さくすることにより、第1の絶縁基材部A側に位置する通信相手であるアンテナなどに対してアンテナパターン15の距離が近くなり、通信特性が良好となる。柔軟な第1の絶縁基材10が、アンテナ装置(第1の絶縁基材10)を貼り付ける対象である筐体などの物品の形状に追随しやすくなる。さらに、配線導体31,32のずれや断線のおそれを排除することができる。
(第7実施例での第5変形例、図38及び図39参照)
前記第7実施例であるアンテナ装置7においては、図38及び図39に示すように、アンテナパターン15と配線導体31,32を接合する部分において、第2の絶縁基材30の上面に絶縁性接着剤層191を介してフェライトシート192を貼り付けるようにしてもよい。アンテナパターン15と配線導体31,32との接合部をより強固に固定できるとともに、フェライトシート25の切欠き25aにフェライトシート192が設けられることになり、アンテナパターン15の全体にわたって磁界を強めることができる。
(アンテナ装置の第8実施例、図40及び図41参照)
第8実施例であるアンテナ装置8は、図40に示すように、第2の絶縁基材層Bにおいて、配線導体31,32を厚み方向に平面視で重なるように配置したものである。即ち、基材30a上に配線導体31を形成し、基材30b上に配線導体32を形成し、基材30b上には配線導体32を覆うレジスト層190を形成する。図41に示すように、配線導体31の一端は層間接続導体186を介して基材30aの下面に形成した電極部31aに接続されている。配線導体32の一端は、図41では図示されていないが、層間接続導体を介して基材30aの下面に形成した電極部(32a)に接続されている。配線導体31の他端は基材30bに形成した層間接続導体185を介して基材30bの上面に形成した端子部31bに接続されている。
本第8実施例におけるその他の構成は、前記第7実施例及び前記各種変形例と基本的に同様であり、第7実施例で説明したように、アンテナパターン15の最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する配線導体31とには反対方向f,gの電流が流れるように構成されている。それゆえ、最外周のパターンで発生する磁界と近接する配線導体31で発生する磁界とが磁性体(フェライトシート25)の内部で同方向に流れて打ち消すことがなく、アンテナ特性の劣化が防止される。その他の作用効果は前記第5実施例及び第7実施例での説明が妥当する。
(フェライト焼結体の配置/構成の第1例、図42及び図43参照)
以下に、フェライト焼結体の好ましい配置/構成例について説明する。図42及び図43はその第1例を示し、第1の絶縁基材部Aと、第1の絶縁基材部Aにおいて一端部15aと他端部15bとを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターン15と、第2の絶縁基材部Bと、第2の絶縁基材部B上に形成された少なくとも2本の配線導体31,32と、第1の絶縁基材部Aと第2の絶縁基材部Bとの間に配置された磁性体部材200と、を備えている。
そして、配線導体31,32はアンテナパターン15の一端部15aと他端部15bにそれぞれ電気的に接続されている。磁性体部材200は、磁性体材料の焼結体201と該焼結体201に貼着された担持シート202とからなり、焼結体201が第1の絶縁基材部A側に配置されているとともに、担持シート202が第2の絶縁基材部B側に配置されている。担持シート202としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどの樹脂材を好適に用いることができる。
Ni−Zn系フェライトなどの磁性体材料からなる焼結体201は割れやすい。そこで、担持シート202を図示しない接着剤を用いて焼結体201に貼着することで焼結体201が割れにくくなる。また、焼結体201が第1の絶縁基材部A側に(即ち、アンテナパターン15側に)配置されているため、アンテナパターン15の磁束密度が高まり、アンテナ特性が良好なものとなる。さらに、担持シート202が第2の絶縁基材部Bの近傍に配置されているため、その近傍の透磁率が低くなり、配線導体31,32が形成する磁界がアンテナパターン15に干渉することが抑制される。
(フェライト焼結体の配置/構成の第2例、図44参照)
また、アンテナ装置としては、第1の絶縁基材部と、第1の絶縁基材部において一端部と他端部とを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターンと、第2の絶縁基材部と、第2の絶縁基材部上に形成された少なくとも2本の配線導体と、第1の絶縁基材部と第2の絶縁基材部との間に配置された磁性体材料の焼結体と、を備えており、2本の配線導体はアンテナパターンの一端部と他端部にそれぞれ電気的に接続されており、焼結体には複数のスリットがマトリクス状に形成されており、かつ、該スリットはアンテナパターンに近接した領域では該アンテナパターンから生じる磁束の向きに沿う方向にスリットが形成されていてもよい。
即ち、磁性体材料の焼結体は割れやすいために予めスリットをマトリクス状に形成しておくことが考えられる。しかし、スリットがアンテナパターンに近接した領域でアンテナパターンの直線部分と平行に位置すると、スリットがアンテナパターンから生じる磁束を遮ってしまい、透磁率が低下することになる。そこで、図44に示すように、焼結体201にマトリクス状に形成したスリット201aをアンテナパターン15から生じる磁束の向きに沿う方向f’に形成することとした。これにて、スリット201aがアンテナパターン15(の直線部分)から発生する磁界を遮ることがなく、透磁率の低下が防止される。
なお、スリット201aは、焼結体201の表裏主面に貫通している、または、焼結体201の表裏いずれかの主面には貫通していない、のいずれであってもよい。
(フェライト焼結体の配置/構成の第3例、図45参照)
また、アンテナ装置としては、第1の絶縁基材部と、第1の絶縁基材部において一端部と他端部とを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターンと、第2の絶縁基材部と、第2の絶縁基材部上に形成された少なくとも2本の配線導体と、第1の絶縁基材部と第2の絶縁基材部との間に配置された磁性体材料の焼結体と、を備えており、2本の配線導体はアンテナパターンの一端部と他端部にそれぞれ電気的に接続されており、かつ、焼結体にはアンテナパターンに近接した領域を除いて複数のスリットがマトリクス状に形成されていてもよい。
図45(B)に示すように、アンテナパターン15を有する絶縁基材10に焼結体201を貼着した際には、貼着時に作用する力でスリット201aの間隔が開いて透磁率が変化するおそれがある。しかし、本第3例においては、図45(A)に示すように、マトリクス状に形成された複数のスリット201aはアンテナパターン15に近接した領域には形成されていない。それゆえ、アンテナパターン15に近接した領域ではスリット201aの間隔が変動することはなく、透磁率の低下が防止される。
(他の実施例)
なお、本発明に係るアンテナ装置及び通信端末機器は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、磁性体シートとしてのフェライトシートは必ずしも必要なものではない。絶縁性接着剤層の代わりに接着性を有しない絶縁層を設けてもよい。この場合、接着性を有しない絶縁層は、必ずしも第1の絶縁基材の全面を覆っていなくてもよく、絶縁のための橋渡し部20b(図1参照)に対応する位置、即ち、平面視で、前記アンテナパターンの一端部と他端部との間の領域に少なくとも設けられていればよい。
フェライトシートや絶縁性接着剤層が設けられない場合、第1の絶縁基材は第2の絶縁基材よりも厚いものを用意する。第1の絶縁基材は第2の絶縁基材よりも薄いと、第1の絶縁基材が相対的に変形しやすくなり、アンテナパターンなどの特性が変化してしまうおそれがあるためである。例えば、第2の絶縁基材の厚みを50〜100μmとした場合、第1の絶縁基材の厚みを60〜200μmとすることができる。
また、アンテナパターンや配線導体における細部の構成、形状などは任意である。さらに、本発明は、HF帯のNFC用の無線通信装置に限定されるものではなく、UHF帯など他の周波数帯や、他の通信システムにも利用できる。
また、アンテナパターン15の一端部15a及び他端部15bと、配線導体31,32の電極部31a,32aとを接続する材料も半田に限定されず、導電性接着剤などの他の導電性材料も使用可能である。
以上のように、本発明は、アンテナ装置に有用であり、特に、ビアホール導体を用いることなく製造でき、かつ、外部との接続のための引き回しが容易である点で優れている。
1〜8…アンテナ装置
10…第1の絶縁基材
15…アンテナパターン
20…絶縁性接着剤層
25…フェライトシート
30…第2の絶縁基材
31,32…配線導体
31a,32a…電極部
31b,32b…外部接続用端子部
61,62,63…通信端末機器
81…スルーホール
86…樹脂材
91,92,93…貫通孔
A…第1の絶縁基材部
B…第2の絶縁基材部
200…磁性体部材
201…焼結体
201a…スリット
202…担持シート

Claims (7)

  1. 第1の絶縁基材と該第1の絶縁基材の一方主面側に積層された磁性体シートを含む、第1の絶縁基材部と、
    前記第1の絶縁基材部において一端部と他端部とを有するスパイラル状に形成されたアンテナパターンと、
    第2の絶縁基材と該第2の絶縁基材に形成された配線導体を含む第2の絶縁基材部と、を備え、
    平面視で、前記アンテナパターンの一端部と他端部との間の領域には、前記配線導体と前記アンテナパターンとを絶縁するための絶縁層が介在されており、
    前記配線導体は、前記アンテナパターンの一端部と他端部にそれぞれ導電性材料を介して電気的かつ機械的に接続された複数の電極部を有し、
    前記絶縁層は、前記配線導体が前記アンテナパターンに接続される前の状態において前記アンテナパターンの一端部及び他端部の少なくとも一方を前記配線導体側に露出する切欠き又は開口部を有し、
    前記絶縁層の切欠き又は開口部が形成された部分において、前記配線導体と前記アンテナパターンとが前記導電性材料を介して接続され、
    平面視で、前記配線導体は、前記アンテナパターンに沿って重なっているものを含み、
    前記アンテナパターンと前記配線導体が重なっている領域において、前記アンテナパターンと前記配線導体との間に回路パターンが形成されていない磁性体シートが配されていること、
    を特徴とするアンテナ装置。
  2. 前記磁性体シートが前記アンテナパターンのコイル開口部を覆っていること、
    を特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記アンテナパターンの最外周に配置されたパターンと該パターンに最も近接する前記配線導体が反対方向に電流が流れるように配置されていること、
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。
  4. 前記磁性体シートには前記アンテナパターンの一端部及び他端部に対応する箇所に切欠きが形成されており、
    前記アンテナパターンの一端部及び他端部と前記配線導体の電極部とは、前記磁性体シートの切欠き部分において前記導電性材料にて接続されていること、
    を特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 前記絶縁層は、接着性を有する絶縁性接着剤層であって、前記磁性体シートと前記第1の絶縁基材とを接着していること、
    を特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 前記第2の絶縁基材部は複数の絶縁基材を積層してなり、前記配線導体は、前記絶縁基材の間に配置されていること、
    を特徴とする、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 前記第2の絶縁基材部は、前記アンテナパターンと接続されていない端部において、層間接続導体を介して配線導体に接続される端子部が第2の絶縁基材部の表裏面に引き出されていること、
    を特徴とする、請求項6に記載のアンテナ装置。
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