JP4141491B2 - パターンアンテナ内蔵回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、パターンアンテナを内蔵する回路基板に関する。

パターンアンテナ内蔵回路基板は、電気回路とパターンアンテナとを一体にしてプリント基板上に実装した構造であり、非接触型ＩＣカード等の小型通信モジュールとして用いられている。その典型例の１つとして、特許文献１にパターンアンテナ内蔵回路基板を用いた送信機および受信機が開示されている。

用途上、携帯性が重要であり、小型化が要請されるが、パターンアンテナ用のスペースの確保と小型化との両立が常に課題となる。

すなわち、図１に示したように、従来のパターンアンテナ内蔵回路基板１０では、基板１２上の限られたスペース内で、配線パターンやベタパターン等の回路形成部１４以外に、必要な電磁波送受信特性を発揮するためのアンテナ１６の形成に必要なスペースが余分に必要となる。

更に、同じ基板表面に近接配置されたアンテナと配線パターンやデバイスとが相互のノイズにより影響を受け易いという問題もある。

また、基板表裏面間の電気的接続のためにビアを設けると、負荷容量が増加して、信号の立ち上がりにタイムラグが生じ、信号遅延の原因となる。

特開２０００−１１４９９２号公報（図１、段落００２０〜００２４）

本発明の目的の１つは、パターンアンテナの形成に余分な基板スペースを必要とせず小型化を促進できる構造のパターンアンテナ内蔵回路基板を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、アンテナと配線パターンやデバイスとの配置間隔に余裕を設けて相互のノイズによる影響を防止できる構造のパターンアンテナ内蔵回路基板を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は、ビアを用いずに基板表裏面間の電気的接続を可能として負荷容量の増加を防止した構造のパターンアンテナ内蔵回路基板を提供することを目的とする。

特許請求しない第１参考技術によるパターンアンテナ内蔵回路基板は、パターンアンテナが、基板の側面に形成された主部と、該基板に形成された電気回路との接続部とから成ることを特徴とする。

更に、特許請求しない第２参考技術によるパターンアンテナ内蔵回路基板は、パターンアンテナが、矩形基板の各側面にそれぞれ形成された側面部分と、該矩形基板の表面の各コーナー領域に形成され、隣接する上記側面部分間を接続するコーナー部分とから成るループアンテナであることを特徴とする。

本発明によるパターンアンテナ内蔵回路基板は、パターンアンテナが、該基板の両面に該基板の周縁に沿ってそれぞれ形成された２つのループ部分と、該基板の側面から該基板の両面の周縁領域まで延在して上記２つのループ部分間を連接するループ間連接部分とから成る２重ループアンテナであって、前記ループ間連接部分が、前記基板の側面に形成された凹部の内壁から該基板の両面の周縁部まで延在して形成されていることを特徴とする。

〔参考形態１〕
図２に、第１参考技術によるパターンアンテナ内蔵回路基板の一実施形態を示す。

パターンアンテナ内蔵回路基板１００は、プリント基板１０２に回路部１０４とパターンアンテナ１０６とが設けられて成る。回路部１０４はプリント基板１０２の一表面上に形成されており、パターンアンテナ１０６はプリント基板１０２の一側面に形成された主部１０８と、上記一側面に形成され主部１０８から上記回路部１０４まで延在する接続部１１０とから成る。

本参考形態において、パターンアンテナの主部１０８が基板１０２の側面に形成されているので、図１に示した従来構造のように基板表面にパターンアンテナ形成用に余分なスペースを必要としないので、回路基板の小型化を促進できる。

また、図１に示した従来構造では、回路基板１０の外径寸法内に回路部１４と、かつこれを取り囲むパターンアンテナ１６とを設けていたため、回路基板１０を小型化しようとすると回路形成部１４に近接してパターンアンテナ１６を形成する必要があり、このため回路部１４とパターンアンテナ１６とが相互のノイズにより影響を受け易かった。

これに対して、図２に示す参考形態１の構造では、パターンアンテナ１０６の大部分を成す主部１０８は回路基板１００の表面ではなく側面に設けられており、パターンアンテナ１０６のごく一部を成す接続部１１０のみを回路基板１００の表面に設ければよい。そのため、回路基板の外形寸法を図１の従来構造より一回り小さくしてもなおかつ回路部１０４とパターンアンテナ主部１０８との間隔を従来構造より大きくとることができる。これにより、回路部１０４とパターンアンテナ１０６とが相互のノイズにより影響を受けないように設計しつつ小型化を実現することができる。

図３を参照して、本参考形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板１００の製造手順の一例を説明する。

図３（１）に示すように、一般にプリント配線基板に用いられているＦＲ−４等のガラスクロス入り樹脂板２０の両面に銅箔２２を貼り付けた両面銅張積層板２４に、ＮＣドリルまたはルーターにより貫通孔または貫通スリット２６を開口する。なお、この積層板２４は、実際には多数個のパターンアンテナ内蔵回路基板１００を一括して作り込むための大判の積層板であるが、図には回路基板１００を１個形成するための領域とその隣接領域について、一部分を示してある。

図３（２）に示すように、無電解銅めっきと電解銅めっきを順次行なって、貫通孔（貫通スリット）２６の内壁を含む積層板２４の全面に銅からなる導体層２８を形成する。

図３（３）に示すように、フォトリソグラフィーにより導体層２８とその下の銅箔２２をパターニングして、回路部１０４とパターンアンテナ用導体層１０８’を形成する。回路部１０４は積層板２４の表面に形成され、パターンアンテナ用導体層は貫通孔（貫通スリット）２６の内壁から開口縁部に延在する主部用導体層１０８’およびこれと回路部１０４とを接続する接続部用導体層（図示せず）としての積層板２４の表面領域におよびパターンアンテナ主部１０８とを形成する。なお、図示の便宜上、回路部１０４は単純な連続層として示したが、実際には所定の配線パターンに形成されている。

図３（４）は、図３（３）の状態を平面図で示したものである。ここでは、大判の積層板２４上に一括して形成された多数個のうち隣り合う２個の回路基板１００Ａおよび１００Ｂを示してある。

次いで、積層板２４両面へのソルダレジスト塗布、配線パターンパッド部への金めっき等の外装めっき処理、フラックス塗布、ＨＡＳＬ処理によるパッド部への部品実装用はんだコート等の後処理を行なう。

次に、図３（４）のように、貫通スリット２６の中心を通る破線Ｃ１に沿って切断し、回路基板１００Ａと１００Ｂとを個片に分離する。これにより切り分けられた左右２個の回路基板１００Ａおよび１００Ｂは、図３（５）に示すように、元の貫通スリット２６がキャスタレーション（凹部もしくは切り欠き）２６’となる。キャスタレーション２６’は内壁に導体層１０８’が形成されている。

更に、図３（５）の破線Ｃ２に沿って切断して、キャスタレーション２６の両端部を除去する。これにより、図２に示したように、所定寸法の主部１０８と接続部１１０とから成るパターンアンテナ１０６を備えた所定外形寸法のパターンアンテナ内蔵回路基板１００が得られる。なお、切断線Ｃ２より外側の領域Ｒは回路基板１００には不要であり、余分な領域として除去される。

以上の操作を大判の積層板２４の全体について一括して行なうことにより、多数個のパターンアンテナ内蔵回路基板１００が得られる。

なお、本参考形態では、回路部１０４およびパターンアンテナ１０６の形成をサブトラクティブ法により行なう例を説明したが、特にこれに限定する必要はなく、アディティブ法によって形成してもよい。この点は、通常のプリント配線基板の製法と同様である。

〔参考形態２〕
前述の参考形態１においては、パターンアンテナ内蔵回路基板１００には、その側面の寸法（長さ）に対応した寸法（長さ）の主部１０８を有するパターンアンテナ１０６が形成される。

本参考形態では、回路基板１００の側面寸法より小さい寸法の主部１０８を有するパターンアンテナ１０６を形成する方法を説明する。

この方法では、図４（１）に示したようにキャスタレーション用の貫通スリット（貫通孔）の寸法を回路形成部１０４の１側辺と同等程度に小さくし、そこにパターンアンテナ主部用導体層１０８’を形成する。（対応する参考形態１の処理段階を示す図３（４）のパターンアンテナ主部用導体層１０８’は回路形成部１０４の１側辺よりかなり大きい寸法であった。）
この場合、図示したように、必要なパターンアンテナ主部用導体層１０８’の寸法が最終的な回路基板１００の外形寸法（切断線Ｃ１、Ｃ２で規定される）より小さければ、図３（５）に示した場合のように切断線Ｃ２より外側の余分な領域Ｒは発生しないので、大判の積層板２４により多数の回路基板１００を作り込める、という利点がある。すなわち、図４（１）に示したように、個々の回路基板１００が直接隣接して大判の積層板２４に形成される。

次いで、図４（２）に示すように、ＮＣドリルやルーターによりパターンアンテナ主部用導体層１０８の両端の位置に穴Ｄを開ける。これにより、導体層１０８は回路基板１００の外形寸法（切断線Ｃ１、Ｃ２で規定される）よりも小さく整形される。図示の例では、隣接する回路基板１００の導体層１０８の両端が共通の穴Ｄにより削除され、それぞれ寸法減少される。

ここで、更に寸法の小さいパターンアンテナ主部１０８が必要な場合には、図４（３）に示したように、複数のドリル穴Ｄを開けることができる。ドリル穴開け位置をオーバラップさせることにより、またはルーターで穴開けをすることにより、不要な残留部が発生しないように穴開けを行なう。

以上の操作により、図４（４）に示すように、主部１０８の寸法が回路基板１００の側辺寸法より小さいパターンアンテナ内蔵回路基板１００が得られる。

本参考形態においても、参考形態１と同様に、余分なスペースを必要とせず、回路部とパターンアンテナ部とが相互のノイズに影響を受けないように設計しつつ小型化を実現できるという作用効果が得られる。

〔参考形態３〕
図５に、第２参考技術によるパターンアンテナ内蔵回路基板の一実施形態を示す。

パターンアンテナ内蔵回路基板２００は、パターンアンテナ１１２が、矩形基板１０２の各側面にそれぞれ形成されたキャスタレーションの内壁に延在する側面部分１１４と、矩形基板１０２の表面上の各コーナー領域に形成され、隣接する側面部分１１４間を接続するコーナー部分１１６とから成るループアンテナとして形成されている。ループアンテナ１１２は、基板１０２の表面に形成された接続部分１１０を介して、基板１０２の表面に形成された回路部１０４と接続されている。

キャスタレーション内壁に延在する４つの側面部分１１４は、参考形態１における主部１０８と同様の操作により形成される。

本参考形態においても、参考形態１、２と同様に、余分なスペースを必要とせず、回路部とパターンアンテナ部とが相互のノイズに影響を受けないように設計しつつ小型化を実現できるという作用効果が得られる。

〔実施形態１〕
図６に、本発明によるパターンアンテナ内蔵回路基板の一実施形態を示す。

パターンアンテナ内蔵回路基板３００は、プリント基板１０２に回路部とパターンアンテナ１２０とが設けられて成る。回路部は図示の便宜上示していないが、基板１０２の上面にパターンアンテナに囲まれて設けられている。パターンアンテナ１２０は、基板１０２の両面に基板１０２の周縁に沿ってそれぞれ形成された２つのループ部分１２２と、基板１０２の側面から基板の両面の周縁領域まで延在して上記２つのループ部分１２２間を連接するループ間連接部分１２４とから成る２重ループアンテナである。ループ間連接部分１２４は、基板１０２の側面に形成されたキャスタレーションの内壁全面から基板の両面の周縁部まで延在して形成されている。

パターンアンテナ内蔵回路基板３００は参考形態１と同様にサブトラクティブ法で形成することもできるし、アディティブ法で形成することもできる。

本実施形態においては、基板両面に形成されたループ部分１２２間の接続を、基板側面部のキャスタレーション内壁に形成されたループ間連接部１２４によって行なうため、従来のようにビアにより表裏面のループ間を接続した場合のように負荷容量の増加による信号立ち上がりの遅延を生ずることがない、という作用効果が得られる。

〔実施形態２〕
上記の実施形態１においては、本発明による２重ループアンテナを備えたパターンアンテナ内蔵基板３００を、参考形態１と同様のサブトラクティブ法で形成できるし、またアデティブ法によっても形成できることを述べた。しかし、本発明によるパターンアンテナ内蔵基板の製法はこれらに限定する必要はない。

図７に、本発明によるパターンアンテナ内蔵回路基板の別の態様を示す。

パターンアンテナ内蔵回路基板３３０は、プリント基板１０２に回路部とパターンアンテナ１３０とが設けられて成る。回路部は図示の便宜上示していないが、基板１０２上面にパターンアンテナに囲まれて設けられている。パターンアンテナ１３０は、実施形態１と同様に、基板１０２の両面に基板１０２の周縁に沿ってそれぞれ形成された２つのループ部分１２２と、基板１０２の側面から基板の両面の周縁領域まで延在して上記２つのループ部分１２２間を連接するループ間連接部分１２６とから成る２重ループアンテナである。ただし、実施形態４とは異なり、基板１０２の側面にはキャスタレーションは設けず、平滑な基板側面にループ間連接部分１２６が直接形成されている。

本実施形態のパターンアンテナ１３０は、導電性ペーストの印刷により下記のようにして形成される。導電性ペーストは通常のものでよく、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂中に、銀フィラー等の導電性粒子を分散させたものを用いることができる。

先ず、導電性ペーストを、個片に切断分離された基板１０２の側面から基板１０２の両面周縁部まで延在するように印刷して、ループ間連接部分１２６を形成する。

次に、このループ間連接部分１２６の延在部１２６Ａの上に重なるようにして、基板１０２の表面および裏面に各々導電性ペーストを印刷して、ループ部分１２２を形成すると、図７に示した２重ループアンテナ１３０が完成する。

あるいは別の方法として、先ず、大判の両面銅張積層板２４の表裏両面の銅箔にフォトリソグラフィー処理を施して、両面それぞれに、回路部配線パターンとアンテナループ部分１２２とを形成する。その際、積層板２４にはビア穴は形成しない。

次に、切断により個々の回路基板に分離した後、導電性ペーストを基板側面から表裏両面に延在するように印刷してループ連接部分１２６を形成すると、図７に示した２重ループアンテナ１３０が完成する。

本実施形態によっても、基板両面に形成されたループ部分１２２間の接続を、基板側面部に形成されたループ間連接部１２６によって行なうため、従来のようにビアにより表裏面のループ間を接続した場合のように負荷容量の増加による信号立ち上がりの遅延を生ずることがない、という実施形態１と同様の作用効果が得られる。

本発明によれば、パターンアンテナの形成に余分な基板スペースを必要とせず小型化を促進できると同時に、アンテナと配線パターンやデバイスとの配置間隔に余裕を設けて相互のノイズによる影響を防止できる構造のパターンアンテナ内蔵回路基板が提供される。

また、ビアを用いずに基板表裏面間の電気的接続を可能として負荷容量の増加を防止した構造のパターンアンテナ内蔵回路基板も提供される。

図１は、従来のパターンアンテナ内蔵回路基板を示す斜視図である。 図２は、第１参考技術の一形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板を示す斜視図である。 図３は、図２のパターンアンテナ内蔵回路基板の製造工程を示す（１）〜（３）断面図および（４）〜（５）平面図である。 図４は、第１参考技術の別の形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板を示す（４）斜視図およびその製造工程を示す（１）〜（３）平面図である。 図５は、第２参考技術の一形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板を示す斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板を示す斜視図である。 図７は、本発明の別の実施形態によるパターンアンテナ内蔵回路基板を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 従来のパターンアンテナ内蔵回路基板
１２ プリント基板
１４ 回路部分
１６ アンテナ部分
１００ パターンアンテナ内蔵回路基板
１０２ プリント基板
１０４ 回路部
１０６ パターンアンテナ
１０８ パターンアンテナ１０６の主部
１１０ パターンアンテナ１０６の接続部
２００ パターンアンテナ内蔵回路基板
１１２ パターンアンテナ
１１４ パターンアンテナ１１２の側面部分
１１６ パターンアンテナ１１２のコーナー部分
３００ パターンアンテナ内蔵回路基板
１２０ パターンアンテナ
１２２ パターンアンテナ１２０のループ部分
１２４ パターンアンテナ１２０のループ間連接部分

Claims (1)

1. パターンアンテナを内蔵する回路基板において、
   パターンアンテナが、該基板の両面に該基板の周縁に沿ってそれぞれ形成された２つのループ部分と、該基板の側面から該基板の両面の周縁領域まで延在して上記２つのループ部分間を連接するループ間連接部分とから成る２重ループアンテナであって、
   前記ループ間連接部分が、前記基板の側面に形成された凹部の内壁から該基板の両面の周縁部まで延在して形成されていることを特徴とするパターンアンテナ内蔵回路基板。

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