JP4671446B2 - Electromagnetic induction module - Google Patents
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Description
本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)などの無線通信や、非接触給電などに用いられる電磁誘導モジュールに関する。 The present invention relates to an electromagnetic induction module used for radio communication such as RFID (Radio Frequency Identification), non-contact power feeding, and the like.
電磁誘導モジュールは、回路基板上に設けたループ状アンテナと、ループ状アンテナへの入出力を制御する送受信回路により構成される。さらに、導体を含む領域に設置する場合は、特許文献1に開示されているように導体を含む領域側に磁性シートを設ける場合もあり、さらにループ状アンテナとコンデンサによる共振回路を設けることで検出信号を大きくする構成をとる場合もある。 The electromagnetic induction module includes a loop antenna provided on a circuit board and a transmission / reception circuit that controls input and output to the loop antenna. Furthermore, when installing in a region including a conductor, a magnetic sheet may be provided on the region including the conductor as disclosed in Patent Document 1, and detection is performed by providing a resonance circuit with a loop antenna and a capacitor. In some cases, the signal may be increased.
また電磁誘導モジュールは、少なくともループ状アンテナの内側端部と外側端部を送受信回路まで電気的に接続する構成が必要となる。特に送受信回路がループ状アンテナの外側にある場合には、ループ状アンテナの内側端部よりループ状アンテナの外側へ引き出すため、回路基板に設けたループ状アンテナの内側から外側へ跨ぐような導電配線が必要となる。従来技術には前記の導電配線の構成がいくつか開示されている。 Further, the electromagnetic induction module needs to have a configuration in which at least the inner end and the outer end of the loop antenna are electrically connected to the transmission / reception circuit. Especially when the transmitter / receiver circuit is outside the loop antenna, the conductive wiring extends from the inside to the outside of the loop antenna provided on the circuit board in order to pull out from the inner end of the loop antenna to the outside of the loop antenna. Is required. In the prior art, several configurations of the conductive wiring are disclosed.
例えば、特許文献2では導電配線としてジャンパ線を用いる構成が開示され、特許文献3では導電配線としてループ状アンテナの上に形成された絶縁層に密着するフォトリソグラフィや印刷、転写技術により形成した導体を用いる構成が開示されている。 For example, Patent Document 2 discloses a configuration using a jumper wire as a conductive wiring, and Patent Document 3 discloses a conductor formed by photolithography, printing, or transfer technology that adheres to an insulating layer formed on a loop antenna as a conductive wiring. A configuration using is disclosed.
携帯機器は極力薄く小型であることが要求され、新規仕様も多く出されることから電磁誘導モジュールが携帯機器に内蔵される場合は、電磁誘導モジュールについても薄型であること、量産性と仕様変更の柔軟な対処を両立することが求められる。 Mobile devices are required to be as thin and compact as possible, and many new specifications are issued. Therefore, when an electromagnetic induction module is built into a portable device, the electromagnetic induction module must also be thin, mass-productivity and specification changes. It is necessary to achieve both flexible measures.
ループ状アンテナの内側から外側へ接続する導電配線としてジャンパ線を用いると、ループ状アンテナの導電接続を行う際にもジャンパ線は断面が丸いため転がりやすく実装に手間が掛かるため、充分な量産性があるとは言えない。 When jumper wires are used as the conductive wiring to connect the inside of the loop antenna from the outside to the outside, the jumper wire has a round cross section even when conducting the conductive connection of the loop antenna, so it is easy to roll and troublesome to mount. I can't say there is.
また、ループ状アンテナの内側から外側へ接続する導電配線として、ループ状アンテナの上に形成された絶縁層に密着する導体を用いた場合は、ループ状アンテナと導電配線が近接するため、線間容量が発生し、特にループ状アンテナとコンデンサにより共振回路を形成した場合には、絶縁層の厚さや導電配線の幅によって電磁誘導モジュールの共振周波数のばらつきが増加してしまう。 In addition, when a conductor that is in close contact with the insulating layer formed on the loop antenna is used as the conductive wiring connecting from the inside to the outside of the loop antenna, the loop antenna and the conductive wiring are close to each other. When a capacitance is generated and a resonance circuit is formed by a loop antenna and a capacitor, variation in the resonance frequency of the electromagnetic induction module increases depending on the thickness of the insulating layer and the width of the conductive wiring.
また、共振回路を用いない場合であっても、線間容量のばらつきによっては、ループ状アンテナと送受信回路のインピーダンスマッチングが外れてしまう可能性がある。 Even when the resonant circuit is not used, there is a possibility that the impedance matching between the loop antenna and the transmission / reception circuit may be lost due to variations in the line capacitance.
本発明によれば、回路基板の一方の面に、1ターン以上のループを有するループ状アンテナと、前記ループ状アンテナの内側端部と導電する第1の電極部と、前記第1の電極部より前記ループ状アンテナのより外側の領域に配置した第2の電極部と、前記第1の電極部と第2電極部を導電接続する表面実装部品と、前記ループ状アンテナの外側端部と導電する第3の電極部と、前記ループ状アンテナより内側の領域に配置した第4の電極部と、前記第3の電極部と前記第4の電極部を導電接続する表面実装部品と、前記第4の電極部と前記ループ状アンテナの最も内側のループを電気的に接続する電子部品を備え、前記回路基板の他方の面の全面に、磁性シートを設けたことを特徴とする電磁誘導モジュールが得られる。 According to the present invention , on one surface of the circuit board, a loop-shaped antenna having a loop of one turn or more, a first electrode portion that conducts with an inner end of the loop-shaped antenna, and the first electrode portion A second electrode portion disposed in a region outside the loop-shaped antenna, a surface-mounted component that conductively connects the first electrode portion and the second electrode portion, and an outer end portion of the loop-shaped antenna. A third electrode portion, a fourth electrode portion disposed in a region inside the loop antenna, a surface mount component for conductively connecting the third electrode portion and the fourth electrode portion, An electromagnetic induction module comprising an electronic component that electrically connects the four electrode portions and the innermost loop of the loop antenna, and a magnetic sheet is provided on the entire other surface of the circuit board. can get.
本発明によれば、電子部品は、コンデンサであることを特徴とする上記の電磁誘導モジュールが得られる。また、本発明によれば、前記表面実装部品は、抵抗またはインダクタのうちの少なくとも1つであることを特徴とする上記の電磁誘導モジュールが得られる。 According to the present invention, the electromagnetic induction module described above is obtained, wherein the electronic component is a capacitor. Further, according to the present invention, there is obtained the electromagnetic induction module, wherein the surface mount component is at least one of a resistor and an inductor.
本発明により、量産性が高く、接続箇所も安定していて、静電容量による共振周波数あるいはマッチングインピーダンスばらつきの影響を少なくしたコイル状のアンテナ両端部より内側と外側へ跨ぐ導電接続手段を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a conductive connection means that extends from the both ends of the coiled antenna to the inside and outside, which has high productivity and is stable in connection location, and has less influence of variations in resonance frequency or matching impedance due to capacitance. be able to.
図1は本発明の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。電磁誘導モジュールには回路基板11、磁性シート12、ループ状アンテナ4が配置されている。以下では電磁誘導モジュールの詳細な構成を述べる。
FIG. 1 is a perspective view showing an electromagnetic induction module according to an embodiment of the present invention. A
ループ状アンテナ4の内側端部と電極21は導体パターンが繋がっていて、例えばジャンパチップなどによる表面実装部品51を介してループ状アンテナ4の外側の電極22と導電接続している。さらに電極22と外部接続端子32は導体パターンが繋がっている。
The inner end of the
ループ状アンテナ4の外側端部と電極23および外部接続端子31は導体パターンが繋がっていて、例えばジャンパチップなどによる表面実装部品52を介してループ状アンテナ4の内側の電極24と導電接続している。さらに電極24と電極41は導電パターンが繋がっていて、複数の電極41と複数の電極42は複数のチップコンデンサによる表面実装部品53によって各々電気的に接続されている。
The outer end of the
すなわち、電極42とループ状アンテナ4の最も内側のループの導電パターンが繋がっているため、電極24とループ状アンテナ4の最も内側のループの間にチップコンデンサによる表面実装部品53が並列接続された構成となっている。
That is, since the
ループ状アンテナ4および電極21、22、23、24、41、42は回路基板11の上に導体パターン形成をすればよく、電極21、22、23、24、41、42および外部接続端子31、32以外は図示しない絶縁層により被覆し、露出した電極21、22、23、24、41、42および外部接続端子31、32には表面実装部品51、52、53などと接続するためにニッケルめっきや金めっきなどが施される。
The
図1の構成の電磁誘導モジュールでは、ループ状アンテナ4とチップコンデンサによる表面実装部品53により共振回路を形成し、外部接続端子31、32と図示しない送受信回路とが接続されている。共振周波数は、あらかじめ目的の周波数よりも低くなるよう表面実装部品53の静電容量を設定しておき、電極41のいずれかの間の導電パターンか、電極42のいずれかの間の導電パターンを切断することによって、並列回路から必要分の表面実装部品53との電気的接続を切り離し、目的の共振周波数にあわせる調整を行う。
In the electromagnetic induction module having the configuration shown in FIG. 1, a resonance circuit is formed by the
ここで、回路基板11はプリント基板のほか、フレキシブル基板などを用いることができる。磁性シート12と回路基板11は両面テープや接着剤などによって貼り合わせればよい。
Here, the
また、磁性シート12は、フェライト板であっても良いが、可撓性が必要な場合には軟磁性粉と結合材によって構成された磁性シートや、薄いフェライト板の両面にテープを貼り合わせた後砕いたシート状部材などを用いると良い。
The
表面実装部品51、52として導電経路が回路基板11から最も離れた面に形成されたジャンパチップを用いることで、ループ状アンテナ4と表面実装部品51、52における導電経路との間の距離を離し、線間容量の影響を抑えた導電接続を行える。また、外部接続端子31、32との接続時にインピーダンスマッチングを取るために表面実装部品51、52としてチップ抵抗、チップインダクタを用いても良い。また、ループ状アンテナ4の内側から外側まで表面実装部品1個では届かない場合は、ループ状アンテナ4の内側から外側までの間に中継する電極部を設けて複数の表面実装部品を用いて導電接続しても良い。
By using a jumper chip in which the conductive path is formed on the surface farthest from the
なお、表面実装部品51、52としてチップコンデンサを用いた場合は、インピーダンスが大きく変化するため、インピーダンスマッチングに用いる用途には不向きである。
In addition, when a chip capacitor is used as the
もちろん、図1の構成における磁性シート12、表面実装部品53が無くても本発明の効果を享受することができる。また、表面実装部品53の数も調整する共振周波数のばらつき範囲に応じて適宜変更しても構わない。周波数調整が不要の場合は、表面実装部品53が1個でも構わない。
Of course, the effects of the present invention can be enjoyed without the
図2は本発明の他の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。図2のように、電極22と電極23が導電パターンで繋がっていて、外部接続端子31、32が無く、送受信回路を含むICチップ6を電極23と電極24に導電接続しても本発明を実施することが可能である。
FIG. 2 is a perspective view showing an electromagnetic induction module according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
(実施例1)
図1の構成で、外形40mm×30mm、0.2mm厚のフレキシブルプリント基板よりなる回路基板11の片面に、4ターン巻のループ状アンテナ4と外部接続端子31、32とループ状アンテナ4のループ内に表面実装部品53(セラミックコンデンサ2pF×3個、100pF×2個)用の導電配線パターンと外部接続端子31、32を形成し、複数の表面実装部品53をリフロー実装した。
Example 1
In the configuration of FIG. 1, the
さらに、0.8mm厚さのセンダストの扁平状軟磁性粉と有機結合剤(塩素化ポリエチレン)よりなる電磁波干渉抑制体シートの両面に30μm厚さ両面テープを貼り合わせた上で、ビク型により抜き加工を行い、コンデンサ実装部及びコンデンサからループ状アンテナまたは電極まで接続される導電配線パターン部へ図示しない開口部を設けた回路基板11の外形と同形状の磁性シート12を作製した。
Further, a 30 μm thick double-sided tape is bonded to both sides of a 0.8 mm thick Sendust flat soft magnetic powder and an organic binder (chlorinated polyethylene) electromagnetic interference suppressor sheet, and then removed with a Bic die. Processing was performed to produce a
その後、磁性シート12を回路基板11の外形により位置あわせを行う治具を用いて回路基板11に貼り付け、電磁誘導モジュールを作製した。磁性シート12の残る粘着面により、電磁誘導モジュールを図示しない機器に実装した。機器側の回路は、電磁誘導モジュールの外部接続端子31、32で接続され、電磁誘導モジュールで受信した信号は機器側の送受信回路により検出がなされる。
Then, the
次に電磁誘導モジュールのループ状アンテナ4と表面実装部品53を並列接続することで共振回路を形成し、外部に設けたループ状アンテナ等により電磁波を入射し、反射を測定することにより共振周波数を特定した。
Next, a resonance circuit is formed by connecting the
この電磁誘電モジュールを100個作製した。この電磁誘電モジュールの共振周波数を測定した所、16.45MHzを中心としてレンジとして200kHzのバラツキを持っていた。一方、通常使用で必要とされる共振周波数としては、16.7MHzを中心としてレンジとして100kHzのバラツキ以内に抑えることが求められる。 100 electromagnetic dielectric modules were produced. When the resonance frequency of this electromagnetic dielectric module was measured, it had a variation of 200 kHz with a range around 16.45 MHz. On the other hand, the resonance frequency required for normal use is required to be suppressed within a variation of 100 kHz with a range centering on 16.7 MHz.
そこで、共振周波数が外れている場合には、各々の表面実装部品53に接続されている導電配線パターンのうち、各々の表面実装部品53間を繋ぐ配線パターンの一部にパンチ穴を開けることで切断し、複数のコンデンサにより合成される静電容量を変更し、共振周波数の調整を行った。
Therefore, when the resonance frequency is off, punch holes are formed in a part of the wiring pattern connecting the
この場合は、2pFコンデンサ1個の導電配線を切断することで136kHz移動することが分かった。従って、2pF×3個を共振周波数の調整用コンデンサとして用いることにより、最大約400kHz修正できるので、充分に通常の使用で用いられる共振周波数の範囲に設定することができた。例えば、この共振周波数の調整は、周波数のずれ量が200kHzの場合は、2pF×2個のコンデンサ導電パターンを切断することより共振周波数を調整することができる。 In this case, it turned out that it moves 136kHz by cutting the conductive wiring of one 2pF capacitor. Therefore, by using 2 pF × 3 capacitors as the resonance frequency adjustment capacitors, the maximum correction can be made to about 400 kHz, so that the resonance frequency range used in normal use can be sufficiently set. For example, when the amount of frequency deviation is 200 kHz, the resonance frequency can be adjusted by cutting 2 pF × 2 capacitor conductive patterns.
本実施例では、面実装部品である3.2mm×1.6mm×厚さ0.6mmのジャンパ抵抗による表面実装部品51、52をリフロー実装している。
In this embodiment,
(実施例2)
図2の構成で、磁性シート12以外は、全く実施例1と同じ仕様の電磁誘導モジュールを100個作製した。磁性シート12は、厚さ0.2mmのMn−Znフェライト板の両面を50μm厚のPETテープで被覆し、1mm間隔の凹凸を持つ治具により砕いたものを使用し、実施例1と同様に両面に両面テープを貼り合わせた上で、ビク型により抜き加工を行い、図示しない開口部を設けた回路基板11の外形と同形状の磁性シート12を作製した。
(Example 2)
In the configuration of FIG. 2, except for the
その後、実施例1と同じようにして電磁誘導モジュールを製造し、共振周波数の測定と、微調整を行った。実施例2の結果でも実施例1とほぼ同じく16.45MHzを中心としてレンジとして200kHzのバラツキを持つことが分かった。共振周波数の微調整も同様に可能であった。 Thereafter, an electromagnetic induction module was manufactured in the same manner as in Example 1, and the resonance frequency was measured and finely adjusted. Also in the result of Example 2, it was found that there was a variation of 200 kHz as a range around 16.45 MHz as in the case of Example 1. Fine adjustment of the resonance frequency was possible as well.
本実施例でも、面実装部品である3.2mm×1.6mm×厚さ0.6mmのジャンパ抵抗による表面実装部品51をリフロー実装している。
Also in the present embodiment, the
(実施例3)
回路基板11は、実施例1と同じフレキシブルプリント基板を用いて、同様に回路基板11の片面に導電配線パターンを形成した。ループ状アンテナ4はアンテナ導体厚が100μmで4ターン巻のループを形成し、ループ内に表面実装部品53(セラミックコンデンサ200nFを7個、2nFを3個)用の導電配線パターンを形成し、また、2つの外部接続端子31、32も同様に形成し、複数のコンデンサによる表面実装部品53をリフロー実装した。
(Example 3)
For the
磁性シート12として、10mm角で1mm厚さのMn−Znフェライト板のタイルを並べて、両面を50μm厚のPETテープで被覆した軟磁性フェライト板を用い、パンチで、所定の開口部を打ち抜いて形成したものを使用した。この磁性シート12の両面に実施例1と同じ両面テープを貼り合わせた。
The
その後、磁性シート12を回路基板11の外形により位置あわせを行う治具を用いて回路基板11に貼り付け、電磁誘導モジュールを100個作製した。次に電磁誘導モジュールのループ状アンテナ4と表面実装部品53を並列接続することで共振回路を形成して共振周波数を測定し、共振周波数が外れている場合には、各々の表面実装部品53に接続されている導電配線パターンのうち、各々の表面実装部品53の間にパンチ穴を開けることで切断し、複数のコンデンサにより合成される静電容量を変更し、共振周波数が100kHzに近くなるように調整した。
Thereafter, the
磁性シート12の残る粘着面により、電磁誘導モジュールを機器側に実装した。機器側の回路は、電磁誘導モジュールの外部接続端子31、32で接続され、電磁誘導モジュールで受信した信号は図示しない送信検出回路により検出がなされる。外部の給電装置の電磁誘導モジュールに、機器側の実施例3の電磁誘導モジュールを約1mmに近づけて、図示しない送信検出回路の検出信号を整流することで、非接触給電の電力を引き出すことができ、周波数100kHz、1Wの電力伝送を行うことができた。
Due to the remaining adhesive surface of the
本実施例では、面実装部品である6.3mm×3.2mm×厚さ0.6mmのジャンパ抵抗による表面実装部品51をリフロー実装している。
In the present embodiment, the
(比較例1)
実施例1の構成にて、表面実装部品51、52を配置せず、電極21、22および電極23、24にスルーホールを形成し、回路基板11のループ状アンテナ4を表面とした場合の裏面に導電配線パターンを、電極21、22および電極23、24を繋ぐように形成することで、電極21、22および電極23、24の導電接続を行ったところ、調整前の共振周波数のばらつきは、実施例1と同じレンジとして200kHzのバラツキとなった。
(Comparative Example 1)
Back surface when the
(比較例2)
実施例1の構成にて、表面実装部品51、52を配置せず、電極21、22および電極23、24間に導電接続するように銀ペーストを印刷したところ、調整前の共振周波数のバラツキは、レンジとして300kHzと実施例1よりも大きくなった。
(Comparative Example 2)
In the configuration of Example 1, when the silver paste was printed so as to be conductively connected between the
11 回路基板
12 磁性シート
21、22、23、24、41、42 電極
31、32 外部接続端子
4 ループ状アンテナ
51、52、53 表面実装部品
6 ICチップ
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