JP5403145B2

JP5403145B2 - 無線通信デバイス及び無線通信端末

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Publication number: JP5403145B2
Application number: JP2012503047A
Authority: JP
Inventors: 登加藤; 博美村山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: JPWO2011108339A1; JP2014017884A; JP5660188B2; WO2011108339A1

Description

本発明は、無線通信デバイス及び無線通信端末、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末に関する。

近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線通信デバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。ＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、高周波信号の送受信を行うアンテナとを備えている。

特許文献１には、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスが記載されている。この無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップを搭載した給電回路基板を有し、この給電回路基板を放射板（アンテナパターン）に主に磁界結合させている。この無線ＩＣデバイスでは、給電回路基板に内蔵されている給電回路にて送受信信号の周波数が決められているため、動作周波数はアンテナパターンのサイズ、デバイスの保持部材の材質などに依存することなく安定した周波数特性を有する。

ところで、特許文献１に記載の給電回路は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子にて構成されており、インダクタンス素子とアンテナパターンとを磁界結合させて高周波信号を送受している。しかし、アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載位置がずれると、インダクタンス素子による磁界が乱れて、インダクタンス素子の共振周波数特性が変動してしまう。それゆえ、給電回路基板には高い位置精度が求められており、生産効率の低下を招いていた。

国際公開番号ＷＯ２００７／０８３５７４

そこで、本発明の目的は、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度を緩和し、生産効率を高めることができる無線通信デバイス及び無線通信端末を提供することにある。

本発明の第１の形態である無線通信デバイスは、
無線信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
を備え、
前記ループ状電極はコイル開口を有するようにコイルパターンを巻回してなり、
前記補助電極は、略中央に開口部を有し、コイル軸方向から平面視したとき、該補助電極の形成領域内に前記ループ状電極の形成領域が含まれるように、かつ、前記コイル開口と前記開口部との少なくとも一部が重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である無線通信端末は、前記無線通信デバイスを備えたことを特徴とする。

前記無線通信デバイスにおいて、コイルパターンを巻回してなるループ状電極とアンテナパターンとが磁界結合し、さらに、補助電極とアンテナパターンとが磁界結合する。そして、ループ状電極及び補助電極を介して、無線ＩＣとアンテナパターンとの間で高周波信号を送受信する。補助電極には該補助電極を複数に分割するスリットが形成されているため、補助電極に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極とアンテナパターンとが結合することになる。このように、ループ状電極と重なるように配置された補助電極によって、ループ状電極による磁界がアンテナパターンによって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。

本発明によれば、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度が緩和され、生産効率を高めることができる。

本発明の原理的な説明図であり、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は本発明例である。第１実施例である無線通信デバイスを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。第１実施例を構成するアンテナパターン示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第１実施例を構成する給電回路基板を示す断面図である。前記給電回路基板の積層構造を示す平面図である。第１実施例でのアンテナパターンに対する給電回路基板の配置関係を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はループ状電極とアンテナパターンとの配置関係を示す平面図、（Ｃ）は補助電極とアンテナパターンとの配置関係を示す平面図である。（Ａ），（Ｂ）ともに給電回路基板の配置に関する許容範囲を示す平面図である。第２実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。第３実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。第４実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。第５実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。第６実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第１変形例を示す平面図である。アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第２変形例を示す平面図である。アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第３変形例を示す平面図である。アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第４変形例を示す平面図である。第７実施例である無線通信モジュールを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は該無線通信モジュールを搭載した無線通信デバイスを示す断面図である。第８実施例である無線通信モジュールを備えた無線通信デバイスを示す断面図である。図１８に示す無線通信デバイスを構成するアンテナパターン（第２例）を示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。第２例であるアンテナパターンの等価回路図である。アンテナパターの第３例を示す表面図である。アンテナパターンの第４例を示す表面図である。アンテナパターンの第５例を示す表面図である。アンテナパターンの第６例を示す表面図である。第６例であるアンテナパターンの等価回路図である。無線通信端末の一例として示すＩＣカードの平面図である。

以下、本発明に係る無線通信デバイス及び無線通信端末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。

（原理的説明、図１参照）
本発明に係る無線通信デバイスにおける、ループ状電極及び補助電極のそれぞれとアンテナパターンとの結合状態について原理的に説明する。

図１（Ａ）は比較例としての結合状態を示し、無線通信デバイスは、概略、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に結合され、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが所定幅Ｗ１で巻回されてなるループ状電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０と磁界結合（電磁界結合であってもよい、以下同じ）されたアンテナパターン３５と、を備えている。なお、ループ状電極２０やアンテナパターン３５の具体的な形状は以下に第１実施例で詳述する。

図１（Ａ）では、アンテナパターン３５に対してループ状電極２０が平面視で重ならないように配置されている。従って、アンテナパターン３５による磁界φ１は点線で示すように形成され、ループ状電極２０による磁界φ２は一点鎖線で示すように形成され、互いに磁界結合している。しかし、アンテナパターン３５の下方に金属体が近接すると、磁界が乱れて通信ができない位置、即ち、ヌル点ができることがあり、通信距離が短くなったり、通信が不良になることがある。

以上の比較例に対して、図１（Ｂ）に示す本発明例においては、給電回路基板１５に、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）と平面視で重なるように補助電極２６を設けており、補助電極２６はスリット２６ａ（図５参照）にて複数に分割されている。そして、ループ状電極２０はその軸方向から平面視したとき、コイルパターン２１ａ〜２１ｄの巻回幅Ｗ１の少なくとも一部がアンテナパターン３５の幅Ｗ２に重なるように配置され、補助電極２６も少なくとも一部がアンテナパターン３５と重なるように配置され、かつ、少なくとも一つのスリット２６ａがアンテナパターン３５とは重ならないように配置されている。

本発明例において、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とが磁界結合し、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５との間で高周波信号を送受信する。さらに、補助電極２６とアンテナパターン３５とが磁界結合（電磁界結合であってもよい、以下同じ）し、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５との間で高周波信号を送受信する。補助電極２６には該補助電極２６を複数に分割するスリット２６ａが形成されているため、補助電極２６に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極２６とアンテナパターン３５とが結合することになる。このように、ループ状電極２０と重なるように配置された補助電極２６によって、ループ状電極２０による磁界がある程度決定され、ループ状電極２０による磁界がアンテナパターン３５によって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。

また、ループ状電極２０及び補助電極２６はそれぞれ少なくとも一部がアンテナパターン３５と重なるように配置されているため、ループ状電極２０及び補助電極２６のそれぞれとアンテナパターン３５とは点線で示す磁界φ３で結合されており、仮にアンテナパターン３５の下方に金属体が近接しても、少なくとも磁界φ３ａ，φ３ｂは乱されることがなく、両者の結合に支障が生じることはない。なお、本発明例において、ループ状電極２０と補助電極２６とはＤＣ的には接続されていないが、磁界及び電界を介して接続されている。但し、ＤＣ的に接続されていても構わない。

（第１実施例、無線通信デバイス、図２〜図７参照）
図２に示すように、第１実施例である無線通信デバイス１は１３．５６ＭＨｚ帯に使用されるものであり、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に電気的に接続され、コイルパターン２１ａ〜２１ｄが所定幅Ｗ１（図５参照）で巻回されてなるループ状電極２０及び補助電極２６（図４及び図５参照）を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０及び補助電極２６と磁界結合されたアンテナパターン３５と、を備えている。ここで、無線ＩＣチップ１０と給電回路基板１５を組み合わせたものを無線通信モジュール５と称する。ＩＣチップ１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ１０は、その裏面に設けた入力用端子電極及び出力用端子電極をループ状電極２０の両端に電気的に接続されている。

アンテナパターン３５は、ＰＥＴなどからなる可撓性ベース基材３６の表面及び裏面にコイル状に３ターン巻回され、かつ、両端が開放状態で形成されたもので、図３（Ａ）は表面側のアンテナパターン３５を示し、図３（Ｂ）は裏面側のアンテナパターン３５を表面側から透視した状態で示している。表裏のアンテナパターン３５は、線幅Ｗ２が同じであり、平面視で重なってベース基材３６を介して容量結合しており、電流は同じ方向に流れる。アンテナパターン３５は、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。

給電回路基板１５は多層基板であって、図４に示すように、中央部にキャビティ１６を有し、該キャビティ１６には前記無線ＩＣチップ１０が収容され、封止材１７が充填されている。給電回路基板１５には複数のコイルパターン２１ａ〜２１ｄを多層に積層したループ状電極２０及び補助電極２６が内蔵されている。補助電極２６はループ状電極２０とアンテナパターン３５との間に配置されている。具体的には、図５に示すように、複数の基材層１８ａ〜１８ｅを積層、圧着、必要に応じて焼成したものである。基材層１８ａ〜１８ｅは、絶縁体（誘電体、磁性体）あるいは液晶ポリマなどのような熱可塑性樹脂やエポキシ系ポリマなどのような熱硬化性樹脂であってもよい。

最上層の基材層１８ａには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ａ−１，２１ａ−２を有するコイルパターン２１ａが形成されている。２層目の基材層１８ｂには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｂ−１，２１ｂ−２を有するコイルパターン２１ｂ及びパッド２２が形成されている。３層目の基材層１８ｃには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｃ−１，２１ｃ−２を有するコイルパターン２１ｃ及びパッド２２が形成されている。４層目の基材層１８ｄには、一端にランド２３ａを有し他端にパッド２１ｄ−１を有するコイルパターン２１ｄ及びランド２３ｂが形成されている。最下層の基材層１８ｅには補助電極２６が形成されている。この補助電極２６は前記コイルパターン２１ａ〜２１ｄと同じ内周及び外周を有する幅広のループ状であり、４本のスリット２６ａによって等しい面積に４分割されている。これらのコイルパターンやパッド、ランド及び補助電極は、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。

以上の基材層１８ａ〜１８ｅを積層することにより、コイルパターン２１ｄはパッド２１ｄ−１が層間導体を介して３層目のコイルパターン２１ｃのパッド２１ｃ−１に接続され、該コイルパターン２１ｃの他端パッド２１ｃ−２は層間導体を介して２層目のコイルパターン２１ｂのパッド２１ｂ−１に接続される。該コイルパターン２１ｂの他端パッド２１ｂ−２は層間導体を介して最上層のコイルパターン２１ａのパッド２１ａ−１に接続される。また、最上層のコイルパターン２１ａの他端パッド２１ａ−２は層間導体やパッド２２を介して最下層に設けたランド２３ｂに接続される。

開口部２５はキャビティ１６を形成し、該キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は入力用端子電極がランド２３ｂに、出力用端子電極がランド２３ａに、それぞれはんだバンプ２９（図４参照）などで接続される。

以上のごとくコイルパターン２１ａ〜２１ｄが巻回されることにより、平面視で矩形状のループ状電極２０が形成される。コイルパターン２１ａ〜２１ｄが巻回されている所定幅Ｗ１とは内周側のパターンから外周側のパターンまでの幅である。ランド２３ａから電流が供給されると、該電流は各コイルパターン２１ａ〜２１ｄを矢印ｘで示す第１の方向及び第１の方向とは反対方向の矢印ｙで示す第２の方向に流れる。即ち、各コイルパターン２１ａ〜２１ｄは、積層方向に隣接する部分では、同方向に電流が流れるように巻回されている。図５において、コイル軸方向から平面視したとき、第１の方向ｘに延在している領域を第１領域Ｘと称し、第２の方向ｙに延在している領域を第２領域Ｙと称する。

本第１実施例において、給電回路基板１５は表面のアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置され（図３（Ａ）参照）、絶縁性の接着剤１９で貼着される（図６（Ａ）参照）。アンテナパターン３５に対するループ状電極２０及び補助電極２６の垂直方向の配置関係は図６（Ａ）に示すとおりであり、第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置され、第２領域Ｙはアンテナパターン３５に重ならないように配置されている。また、図６（Ｂ）に示すように、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ〜２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。補助電極２６は、図６（Ｃ）に示すように、２辺がアンテナパターン３５と重なるように配置され、かつ、二つのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なり、他の二つのスリット２６ａはアンテナパターン３５とは重ならないように配置されている。また、ループ状電極２０の所定幅Ｗ１は補助電極２６の幅Ｗ３（図５参照）と同じか、幅Ｗ３よりも小さいことが好ましい。

以上の構成からなる無線通信デバイス１において、ループ状電極２０の第１領域Ｘがアンテナパターン３５と磁界結合している。さらに、補助電極２６とアンテナパターン３５とが磁界結合している。それゆえ、ＲＦＩＤシステムのリーダライタから放射されてアンテナパターン３５で受信された高周波信号がループ状電極２０及び補助電極２６を介して無線ＩＣチップ１０に供給され、無線ＩＣチップ１０が動作する。一方、無線ＩＣチップ１０からの応答信号がループ状電極２０及び補助電極２６を介してアンテナパターン３５に伝達されてリーダライタに放射される。

ループ状電極２０及び補助電極２６によってＬＣ共振回路が形成され、この共振周波数によって、アンテナパターン３５から送信される高周波信号の周波数、及び、アンテナパターン３５で受信する高周波信号の周波数が実質的に決定される。ループ状電極２０単独では、それぞれのコイルパターン２１ａ〜２１ｄによるインダクタンス成分と線間のキャパシタンス成分とで所定周波数の共振回路を形成し、かつ、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５とのインピーダンスの整合回路としても機能する。ループ状電極２０はその電気長やパターン幅などを調整することで、共振周波数やインピーダンスが調整される。

また、補助電極２６には該補助電極２６を複数に分割するスリット２６ａが形成されているため、補助電極２６に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極２６とアンテナパターン３５とが結合することになる。このように、ループ状電極２０と重なるように配置された補助電極２６によって、ループ状電極２０による磁界がアンテナパターン３５によって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。

前記無線通信デバイス１においては、ループ状電極２０の第１の方向ｘに延在している第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置されて磁界結合しているため、仮に他の金属体が近接したとしても、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との磁界結合が重なり部分では保たれ、両者の結合に支障が生じることはない。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、給電回路基板１５のアンテナパターン３５に対する矢印ａ，ｂ方向の配置は、ループ状電極２０の内周縁がアンテナパターン３５の内周縁に対向する位置から、ループ状電極２０の外周縁がアンテナパターン３５の内周縁に対応する位置までの範囲内に収めればよい。補助電極２６によって、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との位置関係によるインダクタンス値の変動を抑制しているので、ループ状電極２０とアンテナパターン３５が対向するこの範囲内において、コイルパターン２１ａ〜２１ｄのインダクタンス値が変動しない。従って、給電回路基板１５の位置精度は大きく緩和されることになる。

また、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ〜２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致しているため、高周波信号の送信時であれば、コイルパターン２１ａ〜２１ｄに流れた電流がアンテナパターン３５にその線路長方向に誘導電流として導かれ、高周波電力が効率よく伝送される。なお、磁界結合部分においてコイルパターン２１ａ〜２１ｄ及びアンテナパターン３５の線路長方向は必ずしも完全に一致している必要はなく、略一致していればよい。換言すれば、両者の線路長方向は直交していなければよい。

また、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置されているため、図６（Ｂ）に示すように、ループ状電極２０の第１の方向に対する方向である第３の方向（矢印ｚ参照）に延在している第３領域Ｚもアンテナパターン３５と重なるようになり、第３の方向ｚとアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。これにて、第１領域Ｘと第３領域Ｚの二つの領域で、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とが磁界結合することになり、両者の結合度が強くなる。

さらに、本第１実施例においては、給電回路基板１５が平面視で略正方形状であり、補助電極２６には４辺の中央部にスリット２６ａが形成されている。給電回路基板１５がこのような形状であれば、給電回路基板１５をアンテナパターン３５に搭載する際、４辺のいずれをアンテナパターン３５に沿わせて配置してもよく、搭載時の方向性を問うことはない。一方、補助電極２６に複数のスリット２６ａが形成されている場合、平面視で全てのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なると、補助電極２６に生じる誘導電流が周回してしまう。これを解消するために、少なくとも一つのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なっていないことが必要である。補助電極２６の幅Ｗ３はループ状電極２０の所定幅Ｗ１よりも大きいことが好ましい。しかし、幅Ｗ３があまり大きくなると、基板１５の大型化を招くほか、ループ状電極２０の内周縁を塞ぐように重なると、コイルパターン２１ａ〜２１ｄのインダクタンス値が低下する傾向にあり、好ましいことではない。

また、本第１実施例において、封止材１７はフェライト粉末のような磁性体フィラーを含有していることが好ましい。これにより、無線ＩＣチップ１０からの輻射ノイズを低減できるとともに、コイルパターン２１ａ〜２１ｄのインダクタンス値を大きくすることができる。インダクタンス値を大きくするという点で、前述したように、キャビティ１６を深くすることが好ましい。

なお、無線通信モジュール５は、前記アンテナパターン３５と組み合わせることなく、単独でもリーダライタと近距離ではあるが通信が可能である。この場合は、ループ状電極２０及び補助電極２６が放射素子として機能する。

（無線通信モジュールの各種実施例、図８〜図１２参照）
給電回路基板１５に対する無線ＩＣチップ１０は、図４に示したように、基板１５の表面に設けたキャビティ１６に収容して封止材１７で封止する以外に種々の搭載形態を採用することができる。ここで、無線ＩＣチップを給電回路基板に搭載した無線通信モジュールの種々の実施例について説明する。

図８に示す第２実施例である無線通信モジュール５Ａは、給電回路基板１５をキャビティのない平板状とし、無線ＩＣチップ１０を給電回路基板１５の平坦な表面上に搭載したものである。無線ＩＣチップ１０の厚み分だけ背が高くなるが、基板１５にキャビティを形成する工程を省略することができる。また、キャビティが形成される部分にコイルパターンを形成してループ状電極２０のターン数を増加させるなどの利点を有する。

図９に示す第３実施例である無線通信モジュール５Ｂは、給電回路基板１５の裏面にキャビティ１６を形成して無線ＩＣチップ１０を収容し、封止材１７で封止したものである。さらに、補助電極２６とループ状電極２０とは層間導体２７によって電気的に接続（ＤＣ接続）されている。なお、封止材１７での封止は必ずしも必要ではない。キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は、給電回路基板１５の裏面がベースフィルム３６に貼着されることで保護されるからである。

図１０に示す第４実施例である無線通信モジュール５Ｃは、コイルパターン２１ｅを給電回路基板１５の表面に設けてループ状電極２０を形成するとともに、基板１５の裏面に補助電極２６を形成し、無線ＩＣチップ１０を基板１５の表面上に搭載したものである。

図１１に示す第５実施例である無線通信モジュール５Ｄは、給電回路基板１５に補助電極２６を２層に設けたものであり、補助電極２６は２層以上の複数層に設けてもよい。各層の補助電極２６は電気的に独立していてもよいし、接続されていてもよい。各層の補助電極２６を電気的に接続する際には、各補助電極２６に流れる電流の向きが同方向になることが好ましい。

図１２に示す第６実施例である無線通信モジュール５Ｅは、給電回路基板１５に補助電極２６を、２層にかつループ状電極２０を上下に挟み込むように設けたものである。下側の補助電極２６は給電回路基板１５の下方に近接する金属体によって共振周波数が変動することを抑制する機能を有する。上側の補助電極２６は給電回路基板１５の上方に近接する金属体によって共振周波数が変動することを抑制する機能を有する。

（給電回路基板の他の搭載形態、図１３〜図１６参照）
アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載形態は、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したように、アンテナパターン３５のコーナー部に搭載する以外に種々の形態を採用することができる。特に、磁界結合部分においてループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）及びアンテナパターン３５の線路長方向は必ずしも一致するように配置されている必要はなく、一方から他方へと線路長方向に誘導電流が流れるように配置されていればよい。

図１３に示す第１変形例は、補助電極２６（ループ状電極２０）がアンテナパターン３５の延在方向に対して傾斜するように搭載したものである。

図１４に示す第２変形例は、補助電極２６の１辺（ループ状電極２０の第１領域Ｘ）をアンテナパターン３５の直線部分に重なるように搭載したものである。この場合、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の線路長方向（矢印ａ参照）に位置ずれを生じても周波数特性は変動することがない。なお、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ〜２１ｄ）がアンテナパターン３５の線路長方向とは直交する部分であってアンテナパターン３５と重なる部分の面積は、少ないほうが好ましい。

図１５に示す第３変形例は、アンテナパターン３５に屈曲部３５ａを形成し、該屈曲部３５ａに補助電極２６（ループ状電極２０）の３辺を重ね合わせたものである。補助電極２６及びループ状電極２０のそれぞれとアンテナパターン３５との重なり領域が増加することにより、結合度が高くなる。

図１６に示す第４変形例は、給電回路基板１５を図６（Ｂ），（Ｃ）と同様にアンテナパターン３５の内側コーナー部に配置したものであるが、補助電極２６には一つのスリット２６ａのみが形成されている。このスリット２６ａはアンテナパターン３５とは重ならないように配置される。

（第７実施例、図１７参照）
第７実施例である無線通信モジュール５Ｆは、図１７（Ａ）に示すように、給電回路基板１５にキャビティ部１６を基板１５の裏面側に開口するように形成し、該キャビティ部１６に無線ＩＣチップ１０を収容して封止材１７を充填したものである。他の構成は前記第１実施例と同様である。この無線通信モジュール５Ｆは、図１７（Ｂ）に示すように、キャビティ部１６の開口部分がベース基材３６に対向した状態でベース基材３６上に絶縁性の接着剤１９にて貼着され、無線通信デバイス１Ａとされる。

この無線通信モジュール５Ｆ及び無線通信デバイス１Ａの作用効果は、基本的には図２に示したものと同様であり、特にキャビティ部１６の底面（図１７（Ａ）では上面に配置されている）によって無線ＩＣチップ１０が保護される。また、給電回路基板１５の底面（図１０（Ａ）では上面となっている）は平坦性が高いので、無線通信モジュール５Ｆをベース基材３６上にマウンタで真空吸引して搭載する場合の吸引性能が良好である。さらに、図１７（Ａ）に示すように、封止材１７がキャビティ部１６から若干突出した状態となるので、ベース基材３６への搭載時（接着剤１９での接着時）に突出部分がアンカー効果を発揮し、給電回路基板１５がベース基材３６上に強固に接合されることになる。なお、封止材１７がこれとは逆に凹状となっていても、アンカー効果が発揮される。

（無線通信デバイスの第３例、図１８〜図２０参照）
次に、無線通信モジュール５を搭載した無線通信デバイスの第３例について説明する。

図１８に示すように、無線通信デバイス１Ｂは、無線通信モジュール５を円形状をなすフレキシブルなベース基材３６Ａ上に搭載したもので、ベース基材３６Ａの表裏面には図１９（Ａ），（Ｂ）に示す第２例としてのアンテナパターン３５Ａが形成されている。なお、図１９（Ｂ）に示す裏面側のアンテナパターン３５Ａは表面側から透視した状態で示している。アンテナパターン３５Ａは、円形状に巻回され、ほぼ全長にわたって互いに平面視で重なっており、互いに容量結合している。アンテナパターン３５Ａは、図２０に示す等価回路を形成しており、表面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ２とが、最内パターンどうしの容量Ｃ１と最外パターンどうしの容量Ｃ２によって結合され、かつ、表裏のパターン間にも容量Ｃ３が発生している。

互いに容量結合しているアンテナパターン３５Ａの作用は図２に示したアンテナパターン３５と同様であり、電流は同じ方向に流れる。そして、ベース基材３６Ａの表面であってアンテナパターン３５Ａと部分的に重なるように配置された無線通信モジュール５のコイル状電極２０とアンテナパターン３５Ａとが磁界結合している。それゆえ、リーダライタのアンテナと無線通信モジュール５とがアンテナパターン３５Ａを介して通信が可能となる。無線通信デバイス１Ｂの基本的な作用効果は前記無線通信デバイス１で説明したとおりである。

なお、本無線通信デバイス１Ｂにおいて、ベース基材３６Ａの表裏に配置されたアンテナパターン３５Ａの両端部をそれぞれクリンピング（パウチング）によって直流的に結合させてもよく、一方端部どうしを同様に直流的に結合させてもよい。要は、表裏のアンテナパターン３５Ａに流れる電流の向きが同じ方向となるように結合していればよい。

（アンテナパターンの第３例、図２１参照）
図２１に第３例であるアンテナパターン３５Ｂを示す。このアンテナパターン３５Ｂは方形部３５Ｂ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｂと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｂは互いに容量結合しており、その等価回路は図２０と同様である。

無線通信モジュール５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、方形部３５Ｂ'の内周部分に沿って搭載され、無線通信モジュール５に内蔵されているコイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｂと磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｂの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｂは、コイル状電極２０と３辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｂとコ
イル状電極２０との結合量が多くなる。

（アンテナパターンの第４例、図２２参照）
図２２に第４例であるアンテナパターン３５Ｃを示す。このアンテナパターン３５Ｃは階段状部３５Ｃ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｃと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｃは互いに容量結合しており、その等価回路は図２０と同様である。

無線通信モジュール５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、階段状部３５Ｃ'の内周部分に沿って搭載され、コイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｃと磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｃの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｃは、コイル状電極２０と２辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｃとコイル状電極２０との結合量が多くなる。

（アンテナパターンの第５例、図２３参照）
図２３に第５例であるアンテナパターン３５Ｄを示す。このアンテナパターン３５Ｄは、図１９に示したアンテナパターン３５Ａと基本的には同じ形状に配置され、最外ターン部分３５Ｄ’が他の部分よりも線太に形成されている。他の構成及び作用効果は基本的には前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。加えて、最外ターン部分３５Ｄ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｄの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｄでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｄでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。

（アンテナパターンの第６例、図２４及び図２５参照）
図２４に第６例であるアンテナパターン３５Ｅを示す。このアンテナパターン３５Ｅは、図２３に示したアンテナパターン３５Ｄと同様に最外ターン部分３５Ｅ'を線太とし、ベース基材３６Ａの表裏面に配置したアンテナパターン３５Ｅの一端３５Ｅ”どうしをクリンピング（パウチング）によって直流的に結合したものである。アンテナパターン３５Ｅは図２５に示す等価回路を形成し、表面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ２とが互いに磁気結合Ｍし、かつ、一端３５Ｅ”で直流的に結合し、最外ターン部分３５Ｅ”どうしは容量Ｃ２によって結合されている。

互いに磁気結合しているアンテナパターン３５Ｅの作用は図１９に示したアンテナパターン３５Ａと同様である。特に、アンテナパターン３５Ｅでは、前記アンテナパターン３５Ｄと同様に、最外ターン部分３５Ｅ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｅの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｅでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｅでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。

（ＩＣカード、図２６参照）
本発明に係る無線通信端末の一例として、図２６にＩＣカード５０を示す。このＩＣカード５０は前記無線通信デバイス１を内蔵させたものである。

（他の実施例）
なお、本発明に係る無線通信デバイス及び無線通信端末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、前記実施例において、補助電極は、ループ状電極の略全域と重なるように配置したが、補助電極は、ループ状電極とアンテナパターンとが重なる位置に配置されていればよい。また、前記実施例において、ループ状電極は、コイルパターンを複数ターン巻回させて所定幅としたが、１ターン巻回させて所定幅としてもよい。また、コイルパターンを多層に巻回せず、単層に巻回してもよい。

また、無線ＩＣはチップ状として給電回路基板上に搭載されるもの以外に、給電回路基板の内部に一体的に形成されていてもよい。また、無線ＩＣはチップとして給電回路基板の近傍に配置される他の基板に搭載されていてもよい。また、無線通信デバイスは前記ＩＣカード以外に種々の携帯用品に搭載することができる。

また、無線ＩＣチップとループ状電極とはＤＣ接続（直結）していなくてもよく、電磁界を介して結合していてもよい。即ち、電気的に接続していればよい。

また、アンテナパターンはアンテナとしての役割を果たすものであれば、種々の形状であってもよい。また、１３．５６ＭＨｚ帯のようなＨＦ帯に限定されず、ＵＨＦ帯やＳＨＦ帯の無線通信デバイスにも利用できる。

以上のように、本発明は、無線通信デバイスや無線通信端末に有用であり、特に、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度が緩和され、生産効率が高まる点で優れている。

１，１Ａ，１Ｂ…無線通信デバイス
５，５Ａ〜５Ｆ…無線通信モジュール
１０…無線ＩＣチップ
１５…給電回路基板
２０…ループ状電極
２１ａ〜２１ｄ…コイルパターン
２６…補助電極
２６ａ…スリット
３５，３５Ａ〜３５Ｅ…アンテナパターン

Claims

無線信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
を備え、
前記ループ状電極はコイル開口を有するようにコイルパターンを巻回してなり、
前記補助電極は、略中央に開口部を有し、コイル軸方向から平面視したとき、該補助電極の形成領域内に前記ループ状電極の形成領域が含まれるように、かつ、前記コイル開口と前記開口部との少なくとも一部が重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
を特徴とする無線通信デバイス。
前記補助電極は前記ループ状電極と前記アンテナパターンとの間に配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の無線通信デバイス。
前記補助電極は四角形のループ状をなし、４辺のそれぞれに前記スリットが形成されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信デバイス。
前記コイルパターンは同一平面にて複数ターン巻回されていること、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無線通信デバイス。
前記給電回路基板は多層基板からなり、前記コイルパターンは層間導体を介して多層に巻回されていること、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無線通信デバイス。
無線通信デバイスを備えた無線通信端末であって、
前記無線通信デバイスは、
無線信号を処理する無線ＩＣと、
前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
を備え、
前記ループ状電極はコイル開口を有するようにコイルパターンを巻回してなり、
前記補助電極は、略中央に開口部を有し、コイル軸方向から平面視したとき、該補助電極の形成領域内に前記ループ状電極の形成領域が含まれるように、かつ、前記コイル開口と前記開口部との少なくとも一部が重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
を特徴とする無線通信端末。