JP4713621B2

JP4713621B2 - アンテナ搭載形の通信用ｉｃユニット

Info

Publication number: JP4713621B2
Application number: JP2008234611A
Authority: JP
Inventors: 詩朗杉村
Original assignee: FEC Inc
Current assignee: FEC Inc
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2009027741A

Description

この発明は、小形の携帯用通信端末や、非接触形のＩＣカード等に特に好適に使用することができるアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットに関する。

小形の携帯用通信端末や、非接触形のＩＣカード等には、使用周波数に適合するアンテナが組み込まれている。

従来のアンテナは、適当な平面状の基材上に２次元のコイルとして形成され、通信用のＩＣモジュールと組み合わせることにより、外部からの到来電波を受信してＩＣモジュールに作動用の電力を供給したり、外部機器との間において情報伝達用の電波を送受信したりすることができる。

かかる従来技術によるときは、アンテナは、単なる２次元に形成されているため、パターンサイズを十分に小さくして必要な高インダクタンスを実現することが難しく、回路設計が困難になる場合が少なくない上、通信用のＩＣモジュールに一体に搭載して小形化することが極めて困難であるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、基材上に形成する第１のコイル上に絶縁膜を介して第２のコイルを積層することによって、パターンサイズを十分に小さくして必要な高インダクタンスを実現し、通信用のＩＣモジュールに容易に搭載することができるアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、通信用のＩＣモジュールと、ＩＣモジュールと重ね合わせて一体に接合する多層アンテナとを備えてなり、多層アンテナは、ＩＣモジュールと外形寸法を統一するとともに、基材と、基材上に形成する第１のコイルと、絶縁膜を介して第１のコイル上に積層する第２のコイルと、第２のコイルを保護する保護膜とを備え、第１、第２のコイルは、磁束の発生方向が同一となるようにそれぞれ基材、絶縁膜上に螺旋状に形成して直列接続し、ＩＣモジュールの端子配列に合わせて配列する保護膜上の端子に引き出してＩＣモジュールの端子に接合することをその要旨とする。

第２発明（請求項２に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、通信用のＩＣモジュールと、ＩＣモジュールと重ね合わせて一体に接合する多層アンテナとを備えてなり、多層アンテナは、ＩＣモジュールと外形寸法を統一するとともに、基材と、基材上に形成する第１のコイルと、絶縁膜を介して第１のコイル上に積層する第２のコイルとを備え、第１、第２のコイルは、磁束の発生方向が同一となるようにそれぞれ基材、絶縁膜上に螺旋状に形成して直列接続し、ＩＣモジュールの端子配列に合わせて配列する基材の下面の端子に引き出してＩＣモジュールの端子に接合することをその要旨とする。

なお、第１発明、第２発明において、第１のコイル上には、絶縁膜と第２のコイルとの層を２層以上の多層に積層することができる。

また、第１、第２のコイルは、保護膜または絶縁膜上において互いに並列接続する複数のビアホールを介して直列接続してもよく、ビアホールは、絶縁膜または基材上の対応するランドに接合してもよい。

かかる第１発明、第２発明の構成によるときは、多層アンテナの第１のコイルは、基材上に形成され、第２のコイルは、絶縁膜を介して第１のコイル上に積層されている。そこで、第１、第２のコイルは、磁束の発生方向が同一方向となるようにそれぞれ基材、絶縁膜上に螺旋状に形成して直列接続することにより、パターンサイズを十分に小さくするとともに、全体として、必要な高インダクタンスを容易に実現することができる。すなわち、第１、第２のコイルは、一体のコイルとして作動させることができるから、パターンサイズを最小にして必要な高インダクタンスを容易に実現し、通信用のＩＣモジュールに容易に搭載することができる。また、多層アンテナを通信用のＩＣモジュールに一体に接合することにより、アンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットを容易に実現することができる。

基材は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂を含む任意のプラスチック樹脂の他、セラミックスや、マイカ、ガラスなどの絶縁板、絶縁フィルム、絶縁シート、絶縁膜等を使用することができるが、絶縁性、高周波特性、ＩＣモジュールに対する接合性などの観点から、殊に可撓性のポリイミド樹脂フィルムが好適である。また、絶縁膜は、任意のフォトレジスト材料、たとえばポリイミド樹脂系フォトレジスト材料により、印刷や塗布等の手法によって絶縁性のレジスト膜として形成することができる。ただし、基材、絶縁膜は、双方ともに同一仕様の絶縁性のレジスト膜としてもよい。

第１、第２のコイルは、金属を含む任意の導電性材料により、それぞれ基材、絶縁膜に対し、メッキ、印刷、エッチング、蒸着等の手法によって形成することができる。なお、第１、第２のコイルは、複数を並列させるとともに絶縁膜を貫通させて形成するビアホール（ｖｉａｈｏｌｅ）を介して直列接続することにより、接続部分の信頼性を向上させることができる。

２層以上の絶縁膜、第２のコイルを第１のコイル上に形成するときは、第１、第２のコイルは、全体として、パターンサイズを一層小さくして必要な高インダクタンスを得ることができる。

最上層の第２のコイルは、保護膜を介して保護することにより、機械的な損傷による断線や、酸化による劣化、湿度による絶縁劣化等を有効に防止することができる。なお、保護膜は、基材や絶縁膜と同等の絶縁フィルムまたは絶縁性のレジスト膜を使用することができる。

なお、ＩＣモジュールは、多層アンテナの最下層の基材の下面に接合してもよく、適当な絶縁膜または絶縁性の保護膜を介し、最上層の第２のコイル上に接合してもよい。このとき、多層アンテナの端子は、基材の下面、あるいは、最上層の絶縁膜または保護膜上に引き出し、ＩＣモジュールの端子に直接接合することが好ましい。

アンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットは、複数の通信用のＩＣモジュールを配列するウェハと、複数の多層アンテナを配列するアンテナシートとを一体に接合することにより、複数をウェハ上に一挙に作ることができ、アンテナシートとともにウェハをＩＣモジュールごとにダイシングすることにより、容易に量産することができる。なお、ダイシングとは、ウェハをＩＣモジュールごとに分割して切断することをいう。

ただし、ウェハ上にアンテナシートを形成すれば、ＩＣモジュールの製造工程と多層アンテナの製造工程とを連続させることができ、ウェハと別体にアンテナシートを形成すれば、双方の製造工程を並列して同時進行させることができる。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

多層アンテナＡは、基材１１と、基材１１上に形成する第１のコイル２１と、絶縁膜１２を介して第１のコイル２１上に積層する第２のコイル２２とを備えてなる（図１、図２）。

基材１１、絶縁膜１２は、それぞれの中央部に空間領域Ｋが設定されており、第１、第２のコイル２１、２２は、それぞれ基材１１、絶縁膜１２上において、空間領域Ｋのまわりに螺旋状に形成されている。ただし、第２のコイル２２は、第１のコイル２１より巻数が少なく、小さいパターンサイズに形成されている。また、第２のコイル２２は、絶縁膜１２に積層する保護膜１３を介して保護されており、保護膜１３上には、多層アンテナＡの端子Ａ1 、Ａ2 が形成されている。

端子Ａ1 は、保護膜１３上の複数のビアホール３３ａ、３３ａ…、互いに接続された絶縁膜１２上のランド３４ａ、複数のビアホール３４ｂ、３４ｂ…、基材１１上のランド３１ａを介し、基材１１上の第１のコイル２１の外周端に接続されている。第１のコイル２１は、外周端から内側に時計回りに形成され、内周端は、基材１１上のランド３１ｂ、絶縁膜１２上の複数のビアホール３２ａ、３２ａ…を介し、絶縁膜１２上の第２のコイル２２の内周端に接続されている。また、第２のコイル２２は、内周端から外側に時計回りに形成され、外周端は、絶縁膜１２上のランド３２ｂ、保護膜１３上の複数のビアホール３３ｂ、３３ｂ…を介して端子Ａ2 に接続されている。すなわち、第１、第２のコイル２１、２２は、共通の電流による磁束の発生方向が同一方向となるように直列接続されている。

各組のビアホール３３ａ、３３ａ…、３４ｂ、３４ｂ…、３２ａ、３２ａ…、３３ｂ、３３ｂ…は、それぞれ保護膜１３または絶縁膜１２上において並列接続され、対応するランド３４ａ、３１ａ、３１ｂ、３２ｂに接合されている（図３）。ただし、図３には、ビアホール３２ａ、３２ａ…、ランド３１ｂの組合せが図示されている。

多層アンテナＡは、端子Ａ1 、Ａ2 を介して通信用のＩＣモジュールＢに接続することにより（図１）、外部からの到来電波を受信し、外部に送信電波を送信するアンテナとして作動させることができる。このとき、多層アンテナＡと組み合わせる共振用の容量は、多層アンテナＡのインダクタンスを十分大きくすることにより、ＩＣモジュールＢ内の等価容量のみを利用することができ、外付けのコンデンサを設ける必要がない。なお、多層アンテナＡの外形寸法は、ＩＣモジュールＢのそれと統一し、最小に設定することが好ましい。

以上の説明において、第２のコイル２２の巻数やパターンサイズ、第１のコイル２１上に積層する絶縁膜１２、第２のコイル２２の積層数は、それぞれ第１のコイル２１との合計の所要インダクタンスに応じて適宜に設定変更することができる。すなわち、絶縁膜１２、第２のコイル２２は、基材１１、第１のコイル１１上に２層以上の多層に積層してもよい。また、第１、第２のコイル２１、２２の巻き方向、接続形態は、第１、第２のコイル２１、２２からの磁束の発生方向が同一方向であればよく、図示以外の任意の形態に変更してもよい。

なお、多層アンテナＡは、図１に拘らず、ＩＣモジュールＢから十分に分離させて配設し、適当な導線を介して両者を電気的に接続してもよい。

他の実施の形態

多層アンテナＡは、通信用のＩＣモジュールＢと同一サイズに形成し、ＩＣモジュールＢと一体に接合して、アンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットＣを形成することができる（図１）。ＩＣモジュールＢは、異方性の導電接着剤や、はんだ等によって保護膜１３上に固定され、端子Ａ1 、Ａ2 に電気的に接続されている。ただし、保護膜１３上の端子Ａ1 、Ａ2 は、ＩＣモジュールＢの端子配列に合わせて配列するものとする。また、図１において、端子Ａ1 、Ａ2 を基材１１の下面に形成し、ＩＣモジュールＢを基材１１の下面側に接合してもよい。

通信用ＩＣユニットＣは、複数のＩＣモジュールＢ、Ｂ…を規則的に配列するウェハＷと、複数の多層アンテナＡ、Ａ…を配列するアンテナシートＡＳとを一体に接合して、一挙に量産することができる（図４）。ただし、図４（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ−Ｙ線矢視相当断面図である。

アンテナシートＡＳは、図１の多層アンテナＡ、Ａ…を配列しており、たとえば図５の製造工程に従って製造される。すなわち、ウェハＷ上のＩＣモジュールＢ、Ｂ…の配列に合わせて、基材１１上に複数の第１のコイル２１、２１…を配列して形成し、第１のコイル２１、２１…上に絶縁性のレジスト膜からなる絶縁膜１２を形成し、第１のコイル２１、２１…に対応させて絶縁膜１２上に第２のコイル２２、２２…を形成する。次に、第２のコイル２２、２２…上に保護膜１３を形成し、第２のコイル２２、２２…に対応させて保護膜１３上に端子Ａ1 、Ａ1 …、Ａ2 、Ａ2 …を形成してアンテナシートＡＳを完成させる。ただし、基材１１上のランド３１ａ、３１ｂ、絶縁膜１２上のビアホール３２ａ、３２ａ…、３４ｂ、３４ｂ…、ランド３２ｂ、３４ａ、保護膜１３上のビアホール３３ａ、３３ａ…、３３ｂ、３３ｂ…は、それぞれ、第１のコイル２１、第２のコイル２２、端子Ａ1 、Ａ2 とともに形成するものとする。

このようにしてウェハＷと別体に形成するアンテナシートＡＳは、たとえば異方性の導電接着剤を介してウェハＷに接合し（図４（Ｂ））、端子Ａ1 、Ａ2 を介して各多層アンテナＡ、ＩＣモジュールＢを電気的に接続することにより、ウェハＷ上に通信用ＩＣユニットＣ、Ｃ…を形成することができる。なお、このときのアンテナシートＡＳは、保護膜１３、端子Ａ1 、Ａ1 …、Ａ2 、Ａ2 …側をウェハＷに接合するものとする。そこで、アンテナシートＡＳとともにウェハＷをＩＣモジュールＢ、Ｂ…ごとにダイシングし、アンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットＣ、Ｃ…を量産することができる。

なお、アンテナシートＡＳは、ＩＣモジュールＢ、Ｂ…を配列するウェハＷ上に直接形成してもよい。すなわち、ウェハＷ上に基材１１を形成し、ウェハＷ上のＩＣモジュールＢ、Ｂ…に対応させて基材１１上に第１のコイル２１、２１…を配列して形成するとともに、基材１１を貫通させてビアホール形の端子Ａ1 、Ａ1 …、Ａ2 、Ａ2 …を形成する。以後、図５の製造工程に準じて第１のコイル２１、２１…上に絶縁膜１２、第２のコイル２２、２２…、保護膜１３を順に積層して形成すればよい。アンテナシートＡＳ内の各多層アンテナＡは、基材１１上のビアホール形の端子Ａ1 、Ａ2 を介し、ウェハＷ内の対応するＩＣモジュールＢに接続することができる。

このようなアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニットＣは、多層アンテナＡのパターンサイズがＩＣモジュールＢと同一であり、小形の携帯用通信端末やＩＣカード等にコンパクトに組み込むことができる。

以上の説明において、基材１１、絶縁膜１２には、それぞれフェライトなどの高磁性材料を混入し、埋設するなどの手段により、第１、第２のコイル２１、２２のインダクタンスを一層大きくすることができる。

多層アンテナの分解斜視説明図多層アンテナの等価回路図図１のＸ−Ｘ線矢視相当拡大断面図製造工程説明図（１）製造工程説明図（２）

符号の説明

Ａ…多層アンテナ
Ｂ…ＩＣモジュール
Ｃ…通信用ＩＣユニット
１１…基材
１２…絶縁膜
１３…保護膜
２１…第１のコイル
２２…第２のコイル
３１ａ、３１ｂ、３２ｂ、３４ａ…ランド
３２ａ、３３ａ、３３ｂ、３４ｂ…ビアホール

特許出願人株式会社エフ・イー・シー
代理人弁理士松田忠秋

Claims

通信用のＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールと重ね合わせて一体に接合する多層アンテナとを備えてなり、該多層アンテナは、前記ＩＣモジュールと外形寸法を統一するとともに、基材と、該基材上に形成する第１のコイルと、絶縁膜を介して前記第１のコイル上に積層する第２のコイルと、該第２のコイルを保護する保護膜とを備え、前記第１、第２のコイルは、磁束の発生方向が同一となるようにそれぞれ前記基材、絶縁膜上に螺旋状に形成して直列接続し、前記ＩＣモジュールの端子配列に合わせて配列する前記保護膜上の端子に引き出して前記ＩＣモジュールの端子に接合することを特徴とするアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニット。
通信用のＩＣモジュールと、該ＩＣモジュールと重ね合わせて一体に接合する多層アンテナとを備えてなり、該多層アンテナは、前記ＩＣモジュールと外形寸法を統一するとともに、基材と、該基材上に形成する第１のコイルと、絶縁膜を介して前記第１のコイル上に積層する第２のコイルとを備え、前記第１、第２のコイルは、磁束の発生方向が同一となるようにそれぞれ前記基材、絶縁膜上に螺旋状に形成して直列接続し、前記ＩＣモジュールの端子配列に合わせて配列する前記基材の下面の端子に引き出して前記ＩＣモジュールの端子に接合することを特徴とするアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニット。
前記第１のコイル上には、前記絶縁膜と前記第２のコイルとの層を２層以上の多層に積層することを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニット。
前記第１、第２のコイルは、前記保護膜または前記絶縁膜上において互いに並列接続する複数のビアホールを介して直列接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載のアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニット。
前記ビアホールは、前記絶縁膜または前記基材上の対応するランドに接合することを特徴とする請求項４記載のアンテナ搭載形の通信用ＩＣユニット。