JP5505571B2 - コイルアンテナおよび通信端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体コアの周囲に形成されたコイル導体を備えるコイルアンテナ、およびこれを備えた通信端末装置に関する。

上記コイルアンテナでは、通信相手側で生じた磁界がコイルを鎖交すると、該コイル両端に誘導起電力が生じる。上記通信端末装置は、この誘導起電力に重畳されているデータを再生し、これによって通信相手側からのデータを受信する。また、コイルアンテナでは、コイルに電流を流すと、コイルの周辺には磁界が発生する。通信端末装置は、この磁界を用いて通信相手にデータを送信する。従来、この種のコイルアンテナとしては、例えば、下記特許文献１〜３に記載のものがある。

特開２００３−２８４４７６号公報 特開２００３−２８３２３１号公報 特開２００７−１９８９１号公報

上記コイルアンテナを小型化する場合、例えば、コイルの線幅を狭くしたり、磁性体コアに高透磁率の材料を用いたりすることが考えられる。しかしながら、コイル線幅を狭くすると、導体損の影響が無視できなくなる。また、磁性体コアに高透磁率の材料を用いると、磁界が閉じ込められるため、十分な通信距離を確保できなくなる。

それゆえに、本発明の目的は、導体損を抑えつつ、通信距離を確保可能なコイルアンテナ、およびこれを備えた通信端末装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一局面は、コイルアンテナであって、少なくとも第一主面を含む第一周面を有する磁性体コアと、所定の巻回軸の周りを巻回するよう、前記第一周面に形成された第一コイル導体と、前記第一主面上に積層され、該第一主面と略平行な第一面を少なくとも有し、かつ、前記磁性体コアよりも透磁率が低い材料からなる第一基材層と、少なくとも前記第一面に形成される第二コイル導体と、を備えている。

ここで、前記第二コイル導体の両端は、前記第一主面上の前記第一コイル導体と接続され、前記第一主面上の前記第一コイル導体を電流が流れる方向と、前記第一面上の前記第二コイル導体を電流が流れる方向とは互いに略同一である。

また、上記コイルアンテナは、例えば通信端末装置に搭載される。

上記局面によれば、導体損を抑えつつ、通信距離を確保可能となる。

第一実施形態に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図１のコイルアンテナの分解図である。 複数の磁性体層からなる磁性体コアを示す斜視図である。 図１の線Ａ−Ａ’に沿う縦断面を矢印Ｂの方向から見た図である。 図１の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 図１のコイルアンテナを備えた通信端末装置を示す模式図である。 図６のブースターアンテナの詳細な構成を示す模式図である。 図６のブースターアンテナと、給電回路との等価回路を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、図６のブースターアンテナの磁性体シート材の有無による効果を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６のブースターアンテナの代替例を示す模式図である。 第一変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図１１のコイルアンテナの分解図である。 第二変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図１３のコイルアンテナの分解図である。 第三変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図１５のコイルアンテナの分解図である。 第四変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図１７のコイルアンテナの分解図である。 （ａ），（ｂ）は、図１７のコイルアンテナの効果を示す模式図である。 第五変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図２０のコイルアンテナの分解図である。 第六変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図２２のコイルアンテナの分解図である。 図２２の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 第七変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図２５のコイルアンテナの分解図である。 図２５の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 第八変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図２８のコイルアンテナの分解図である。 図２８の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 第九変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図３１のコイルアンテナの分解図である。 図３１の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 第十変形例に係るコイルアンテナを示す斜視図である。 図３４のコイルアンテナの分解図である。 図３５の線Ｃ−Ｃ’に沿う縦断面を矢印Ｄの方向から見た図である。 非接触通信を行うモジュールの等価回路図である。 図３７のモジュールの具体的な構成を示す図である。

（はじめに）
以下、本発明の各実施形態に係るコイルアンテナの説明に先立ち、各図に示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を定義する。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸は、コイルアンテナの左右方向（横方向）、前後方向（縦方向）および上下方向（高さ方向または厚さ方向）を示す。

（第一実施形態の構成）
図１および図２において、コイルアンテナは、磁性体コア１と、第一コイル導体２と、第一基材層３と、少なくとも一個の第二コイル導体４と、第一絶縁体層５と、第一外部電極６ａと、第二外部電極６ｂと、第一ビア電極７ａと、第二ビア電極７ｂと、を備えている。

磁性体コア１は、相対的に高い透磁率μ_h （例えば、１００以上）を有する磁性材料からなる。このような磁性材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトがある。この磁性体コア１は、略直方体形状を有する。この横サイズ、縦サイズおよび高さは、例えば、約５ｍｍ、約１０ｍｍ、および約０．５５ｍｍである。また、磁性体コア１は、巻回軸Ａｔに略平行な周面Ｆｓと、該巻回軸Ａｔと直交する前端面および後端面と、からなる。

周面Ｆｓは、図２に明示するように、上面Ｆ１１と、右側面Ｆ１２と、下面Ｆ１３と、左側面Ｆ１４とからなる。上面Ｆ１１および下面Ｆ１３は、ＸＹ平面と略平行であり、上下方向に対向する。また、右側面Ｆ１２および左側面Ｆ１４は、ＹＺ平面と略平行で、左右方向に対向する。以下の説明では、上面Ｆ１１を第一主面Ｆ１１と、下面Ｆ１３を第二主面Ｆ１３という場合がある。

第一コイル導体２は、例えば銀のような導電材料からなるヘリカルコイルを形成する。具体的には、第一コイル導体２は、巻回軸Ａｔの周りを螺旋状に巻回するように、周面Ｆｓ上に形成される。図１の例では、ターン数は四であり、第一コイル導体２の各ターンは、大略的に、右側面Ｆ１２に形成される導体パターン２ａと、第一主面Ｆ１１に形成される導体パターン２ｂと、左側面Ｆ１４に形成される導体パターン２ｃと、第二主面Ｆ１３の導体パターン２ｄと、からなる。なお、図１，図２では、図示の都合上、一ターン分の導体パターンにしか参照符号は付与されていない。

上記磁性体コア１は、積層することなく最初から上記サイズを有するブロック体として作製されても構わないが、図３に示すように、複数の磁性体層１ａを積層することで作製されても構わない。なお、図３では、便宜上、二個の磁性体層にのみ、参照符号１ａが付けられている。また、各磁性体層１ａの厚さは互いに同一でも良いし、そうでなくとも構わない。複数の磁性体層１ａで構成することにより、磁性体コア１の高さを簡単に調整でき、さらには、脆さを抑えることが出来る。

再度、図１および図２を参照する。第一基材層３は、例えば絶縁材料からなる。絶縁体の透磁率は、真空または大気中の透磁率μ₀ に近く、上記磁性体コア１の透磁率μ_h よりも小さい。この第一基材層３は、第一コイル導体２が形成された第一主面Ｆ１１上に積層され、上下方向に所定の厚さを有する。この厚さは、磁性体コア１の横サイズに対し十分小さく、例えば１００μｍ〜１０００μｍである。なお、第一基材層３の横サイズおよび縦サイズは磁性体コア１のものと実質的に同じ値である。

この第一基材層３は、図２に明示されるように、少なくとも、接合面Ｆ２１と、第一面Ｆ２２と、右側面Ｆ２３と、左側面Ｆ２４と、を有する。接合面Ｆ２１および第一面Ｆ２２はＸＹ平面と略平行である。接合面Ｆ２１は第一主面Ｆ１１と当接し、第一面Ｆ２２は接合面Ｆ２１と上下方向に対向する。右側面Ｆ２３および左側面Ｆ２４は、ＹＺ平面に略平行で、接合面Ｆ２１および第一面Ｆ２２を繋ぐ面である。

なお、本実施形態では、第一基材層３は、絶縁材料からなるとして説明するが、これに限らず、第一基材層３は誘電体材料や、上記透磁率μ_h よりも低い透磁率を有する磁性材料からなっていても構わない。また、第一基材層３は、使用温度（例えば２５℃）において比透磁率が上記磁性体コア１のそれよりも小さい材料からなっても構わない。ここで、第一基材層３が磁性材料からなる場合、磁性体コア１と同様に、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトが用いられる。この場合、透磁率を小さくするために、第一基材層３の作製時に所定の添加物が混合される。

第二コイル導体４は、例えば銀のような導電材料からなり、導体パターン４ａ〜４ｃからなる。各導体パターン４ａ〜４ｃの線幅は互いに同じであり、各導体パターン２ａ〜２ｄとも同じである。ここで、線幅とは、巻回軸Ａｔの方向に沿う幅である。

また、導体パターン４ａは、図４，図５に示すように、第一コイル導体２を構成する一ターン分の導体パターン２ｂと略平行で、第一主面Ｆ１１の法線Ｎの方向からの平面視で該導体パターン２ｂと重なり合うように第一面Ｆ２２に形成される。

導体パターン４ｂ，４ｃは、導体パターン４ａの一方端および他方端を導体パターン２ｂの一方端および他方端と接続するように、右側面Ｆ２３および左側面Ｆ２４上に形成される。

本実施形態では、第二コイル導体４は、第一コイル導体２の各ターンに対応して形成される。換言すると、四ターン分の第二コイル導体４が第一基材層３に形成される。

第一絶縁体層５は、本実施形態では、第一基材層３と同様に絶縁材料からなり、少なくとも、接合面Ｆ３１と、背面Ｆ３２とを有する。接合面Ｆ３１には、第一コイル導体２が形成された磁性体コア１が積層される。背面Ｆ３２は接合面Ｆ３１と上下方向に対向しており、該背面Ｆ３２の前端部分および後端部分には、第一外部電極６ａおよび第二外部電極６ｂが形成される。

また、第一絶縁体層５において第一外部電極６ａ上には、背面Ｆ３２から接合面Ｆ３１へと貫くスルーホールが形成され、該スルーホールには第一ビア電極７ａが形成される。同様に、第一絶縁体層５において第二外部電極６ｂ上にもスルーホールが形成され、該スルーホールには第二ビア電極７ｂが形成される。第一ビア電極７ａには第一コイル導体２の一方端が接続され、第二ビア電極７ｂには第一コイル導体２の他方端が接続される。

（第一実施形態の製法）
次に、上記コイルアンテナの製法の一例について説明する。この製法は、下記（１）〜（６）の工程からなる。
（１）例えば、焼結後に所望の透磁率μ_h （例えば、１００以上）が得られるように、フェライト仮焼粉がバインダや可塑剤等と共にボールミルで混合される。これにより得られたスラリーは、ドクターブレード法等により、焼結時に所定サイズになるように成形加工され、磁性体コア１の基礎となる第一シート材が得られる。

（２）上記（１）で得られた第一シート材には、レーザや打ち抜きプレスを利用して、導体パターン２ａ，２ｃ用のスルーホールが形成され、それらスルーホール内に例えばＡｇからなる電極ペーストが充填される。さらに、第一シート材の表面には電極ペーストがスクリーン印刷等され、その結果、導体パターン２ｂ，２ｄが形成される。このような第一シート材は、所望枚数積層される。

（３）また、第一基材層３および第一絶縁体層５を作製するために、フェライト仮焼粉が、バインダや可塑剤等と共にボールミルで混合される。その結果得られたスラリーは、ドクターブレード法等により成形加工され、その結果、第一基材層３および第一絶縁体層５の基礎となる第二シート材が得られる。

（４）上記（３）で得られた第二シート材には、上記第一および第二ビア電極７ａ，７ｂ用のスルーホールが形成される。このスルーホールには電極ペーストが充填され、上記第一および第二ビア電極７ａ，７ｂが形成される。また、焼結後に所望の厚さとなるように、第一および第二ビア電極７ａ，７ｂが形成された第二シート材は逐次圧着される。これにより、第一絶縁体層５が作製される。

（５）また、上記（３）で得られた第二シート材には、導体パターン４ｂ，４ｃ用のスルーホールが形成され、スルーホールには電極ペーストが充填される。さらに、第二シート材において、第一面Ｆ２２を形成するものには、電極ペーストをスクリーン印刷等することで、導体パターン４ａが形成される。このような第二シート材は逐次圧着される。これにより、第一基材層３が作製される。

（６）以上の第一絶縁体層５、磁性体コア１および第一基材層３は、まとめて加圧接着させて、例えば９００℃、２時間の条件で焼成された後、ダイシングされる。その結果、上記のコイルアンテナが得られる。

（第一実施形態の作用・効果）
上記のコイルアンテナは、１３．５６ＭＨｚ帯のＮＦＣ(Near Field Communication)に対応した通信端末装置に使用される。ここで、図６には、筐体カバー９１を開けた時の通信端末装置９の筐体９２に収容された各種部品や各種部材が示されている。この通信端末装置９は、典型的には携帯電話であり、筐体９２の内部に、例えば、プリント配線板９３と、コイルアンテナ９４と、ＩＣチップ９５と、ブースターアンテナ９６と、を備えている。なお、筐体９２の内部には、上述以外にも、バッテリーパック、カメラ、ＵＨＦ帯アンテナ、各種回路素子が高密度に実装・配置されているが、これらについては本発明の要部では無いので、説明を省略する。

コイルアンテナ９４は、図１および図２を参照して説明したものと同様であり、図６、図７に示すように、ＩＣチップ９５とともに、プリント配線板９３に実装される。また、図８の等価回路に示すように、コイルアンテナ９４の両端にＩＣチップ９５が接続され、ＩＣチップ９５と並列にコンデンサ９７が接続される。これらコイルアンテナ９４、ＩＣチップ９５およびコンデンサ９７は給電回路９８を構成する。ここで、コイルアンテナ９４のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ９７の容量値をＣ１とすると、給電回路の共振周波数は、Ｌ１、Ｃ１により決まる。なお、図８には、コイルアンテナ９４の抵抗成分Ｒ１が示される。また、必要に応じて、コイルアンテナ９４とＩＣチップ９５の間には整合回路が接続される場合もある。

また、ブースターアンテナ９６は、筐体９２を筐体カバー９１で閉じた時にコイルアンテナ９４の上方に配置されるように筐体カバー９１に取り付けられている。このブースターアンテナ９６は、図７の例では、平面的なスパイラルコイル等であり、コイルアンテナ９４の通信距離を伸ばすために設けられる。ブースターアンテナ９６の開口サイズ（横サイズ×縦サイズ）は、コイルアンテナ９４の開口サイズ（横サイズ×高さ）よりも大きい。

ブースターアンテナ９６において、図７の右側に示すように、絶縁シート材７５ａの表面および裏面に、互いに逆巻きに巻回された第一平面コイル導体７５ｂおよび第二平面コイル導体７５ｃが形成される。また、絶縁シート材７５ａの下面には磁性体シート材７５ｄが貼り付けられる。この磁性体シート材７５ｄが無い場合、図９（ａ）に示すように、通信相手側からの磁束（点線矢印で示す）が、ブースターアンテナ９６の付近を通らず、プリント配線板９３にぶつかる。その結果、プリント配線板９３上において渦電流の発生や、実装部品との不要結合の発生により、通信端末装置９の通信特性を劣化させる。それに対し、磁性体シート材７５ｄがあると、図９（ｂ）に示すように、磁束が磁性体シート材７５ｄの内部を通過し、プリント配線板９３には至らないので、上記のような通信端末装置９の通信特性の劣化を防止することができる。

また、第一平面コイル導体７５ｂおよび第二平面コイル導体７５ｃの間には線間容量が生じており、図８の等価回路に示すように、第一平面コイル導体７５ｂおよび第二平面コイル導体７５ｃは、コンデンサ７５ｅ，７５ｆを介して接続されるに等しい。ここで、第一平面コイル導体７５ｂのインダクタンス値をＬ２、第二平面コイル導体７５ｃのインダクタンス値をＬ３、コンデンサ７５ｅの容量値をＣ２、コンデンサ７５ｆの容量値をＣ３とする。この場合、ブースターアンテナ９６の共振周波数は、Ｌ２、Ｌ３、Ｃ２，Ｃ３により決まる。

このような通信端末装置９において、図８に示すように、ＩＣチップ９５からコイルアンテナ９４に電流Ｉが与えられる。この電流Ｉは、図４に示すように、まず、第一コイル導体２の導体パターン２ａを流れる。その後、電流Ｉは、第一コイル導体２の導体パターン２ｂを流れるものと、第二コイル導体４の導体パターン４ｂ，４ａ，４ｃを流れるものとに分岐される。その後、第二コイル導体４を流れてきた電流Ｉａは、第一コイル導体２を流れてきた電流Ｉｂと同方向に流れ、その後合流して、導体パターン２ｃを流れる。

このように、第二コイル導体４は、第一コイル導体２から分岐し、第一コイル導体２に対し第一基材層３を挟んで略平行に設けられ、第一コイル導体２に合流する。したがって、従来と比較して、第二コイル導体４の断面積分だけ電流経路の断面積を実質的に大きくできるため、導体損の影響を低減できる。

ここで、導体損の影響を低減するには、第一コイル導体をスクリーン印刷時に厚塗りして、その断面積を大きくすることも考えられる。しかし、隣のターンを構成する導体パターンと狭ギャップで、かつ高いアスペクト比で、第一コイル導体を厚塗りすることは実際の製法上困難である。それゆえ、本実施形態のようにして電流経路を二分岐させることは導体損の影響を低減する上で実用的である。

また、第一コイル導体２および第二コイル導体４は、低透磁率の第一基材層３を挟んで近接している。また、第一コイル導体２の流れる電流と、第二コイル導体４を流れる電流とは殆ど同一方向に流れる。よって、両コイル導体２，４の周りに発生する磁界は、図８に示すように互いに結合する。さらに、第一面Ｆ２２側は相対的に低透磁率であるため、磁力線は第一面Ｆ２２の法線Ｎの方向に広がる。換言すると、コイルアンテナ９４は、第一面Ｆ２２の法線Ｎの方向に強い指向性を有し、第一面Ｆ２２から法線Ｎの方向に十分な通信距離を確保可能となる。

（付記１）
第一実施形態において、ブースターアンテナ９６は、二個の第一平面コイル導体７５ｂおよび第二平面コイル導体７５ｃと、これらの線間容量とを用いて共振するように構成されていた。しかし、これに限らず、ブースターアンテナ９６は、以下に示すものでも構わない。

図１０（ａ）のように、ブースターアンテナ９６は、一個の平面コイル導体７５ｇの両端にコンデンサ素子７５ｈを接続したものでも構わない。また、図１０（ｂ）のように、ブースターアンテナ９６は、図７に示す第一平面コイル導体７５ｂ上に、第二絶縁シート材７５ｉを貼り付け、その上に第三平面コイル導体７５ｊを形成したものでも構わない。なお、平面コイル導体の層数はいくつであっても構わない。また、図１０（ｃ）のように、ブースターアンテナ９６を筐体９２の内部に設けるのではなく、ＭＩＤ法等を用いて、筐体カバー９１の表面および裏面に平面コイル導体７５ｋ，７５ｌを一つずつ描画して、ブースターアンテナ９６を実現しても構わない。

（第一変形例）
なお、上記第一実施形態では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１に、第一基材層３を介して第二コイル導体４が設けられていた。しかし、これに限らず、図１１、図１２に示すように、コイルアンテナは、図１，図２に示す構成に加えて、第二基材層１０１と、第三コイル導体１０２とをさらに備えていても構わない。

第二基材層１０１は、好ましくは、材料およびサイズに関しては第一基材層３と同様である。この第二基材層１０１は、第一基材層３の第一面Ｆ２２上に積層され、図１２に明示されるように、接合面Ｆ４１と、第二面Ｆ４２と、右側面Ｆ４３と、左側面Ｆ４４と、を有する。接合面Ｆ４１および第二面Ｆ４２はＸＹ平面と略平行である。接合面Ｆ４１は第一面Ｆ２２と当接し、第二面Ｆ４２は接合面Ｆ４１と上下方向に対向する。右側面Ｆ４３および左側面Ｆ４４は、ＹＺ平面に略平行で、接合面Ｆ４１および第二面Ｆ４２を繋ぐ面である。

第三コイル導体１０２は、好ましくは、材料や線幅に関しては第二コイル導体４と同様である、この第三コイル導体１０２は、導体パターン１０２ａ〜１０２ｃからなる。導体パターン１０２ａは、導体パターン２ｂと略平行で、第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で該導体パターン２ｂと重なり合うように第二面Ｆ４２に形成される。導体パターン１０２ｂ，１０２ｃは、導体パターン１０２ａの一方端および他方端を導体パターン４ｂ，４ｃと接続するように、右側面Ｆ４３および左側面Ｆ４４上に形成される。本実施形態では、第三コイル導体１０２もまた、第二コイル導体４と同様に、第一コイル導体２の各ターンに対応して形成される。

（第一変形例の作用・効果）
第一変形例のコイルアンテナは、要するに、第一実施形態のコイルアンテナと比較すると、第二基材層１０１を介して第三コイル導体１０２を追加している点で相違する。それゆえ、第一実施形態と比較して、第三コイル導体１０２の断面積分だけ電流経路の断面積を実質的に大きくできるため、導体損の影響をさらに低減できる。また、コイルアンテナは、第二面Ｆ４２の法線の方向への指向性をさらに強くできるので、より十分な通信距離を確保可能となる。

（第二変形例）
なお、上記第一実施形態では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１に、第一基材層３を介して第二コイル導体４が設けられていた。しかし、これに限らず、図１３、図１４に示すように、コイルアンテナは、図１，図２に示す構成に加えて、第三基材層２０１と、第四コイル導体２０２とをさらに備えていても構わない。

第三基材層２０１は、好ましくは、材料およびサイズに関しては第一基材層３と同様である。この第三基材層２０１は、磁性体コア１の第二主面Ｆ１３の下方に積層され、接合面Ｆ５１と、第三面Ｆ５２と、これらを繋ぐ右側面Ｆ５３および左側面Ｆ５４と、を有する。接合面Ｆ５１および第三面Ｆ５２はＸＹ平面と略平行であり、上下方向に対向する。接合面Ｆ５１は第二主面Ｆ１３と当接する。

第四コイル導体２０２は、好ましくは、材料や線幅に関しては第二コイル導体４と同様である、この第四コイル導体２０２は、導体パターン２０２ａ〜２０２ｃからなる。導体パターン２０２ａは、導体パターン２ｄと略平行で、第二主面Ｆ１３の法線方向からの平面視で該導体パターン２ｄと重なり合うように第三面Ｆ５２に形成される。導体パターン２０２ｂは、導体パターン２０２ａの一方端を導体パターン２ａと接続するように、右側面Ｆ５３上に形成される。導体パターン２０２ｃは、導体パターン２０２ａの他方端を導体パターン２ｃと接続するように、左側面Ｆ５４上に形成される。

ここで、本変形例では、導体パターン２ｄは一ターン分の導体パターン２ａ〜２ｄの最後のものである。よって、導体パターン２０２ｃが接続されるターンを基準とすると、導体パターン２０２ｂは、隣のターンの導体パターン２ａに接続される。また、第四コイル導体２０２もまた、第二コイル導体４と同様に、第一コイル導体２の各ターンに対応して形成される。

なお、本変形例において、第一絶縁体層５は、第三基材層２０１の第三面Ｆ５２に接合される点で第一実施形態と異なる。

（第二変形例の作用・効果）
第二変形例によれば、第一実施形態と比較して、第四コイル導体２０２の断面積分だけ電流経路の断面積を実質的に大きくできるため、導体損の影響をさらに低減できる。また、コイルアンテナは、第一面Ｆ２２に加え、第三面Ｆ５２の法線方向への指向性をも強くできるので、複数方向に十分な通信距離を確保可能となる。

（付記）
上記第二変形例は、第一実施形態に第三基材層２０１および第四コイル導体２０２を追加するとして説明したが、これに限らず、第一変形例に第三基材層２０１および第四コイル導体２０２を追加することも可能である。

（第三変形例）
また、上記第一実施形態では、導体パターン４ａの線幅は、導体パターン２ｂの線幅と同じにされていた。しかし、これに限らず、図１５，図１６に示すように、導体パターン４ａの線幅が導体パターン２ｂの線幅に対して広くなっていても構わない。この場合、第一実施形態と比較してさらに導体損の影響を低減できる。ただし、線幅を広げすぎると、隣り合う導体パターン４ａ間の線間容量により、コイルアンテナの共振周波数が下がるので注意を要する。

（付記）
上記第三変形例は、第一実施形態の導体パターン４ａおよび導体パターン２ｂの線幅の関係について説明した。しかし、これに限らず、第一変形例の第三コイル導体１０２や第二変形例の第四コイル導体２０２の線幅を第一コイル導体２と比較して広くしても構わない。

（第四変形例）
また、上記第一実施形態では、導体パターン４ａ〜４ｃの線幅は互いに同じで、導体パターン２ａ〜２ｄの線幅は互いに同じとされていた。しかし、これに限らず、図１７、図１８に示すように、導体パターン４ａの線幅が導体パターン４ｂ，４ｃの線幅と比較して狭くし、導体パターン２ｂの線幅が導体パターン２ａ，２ｃと比較して狭くしても構わない。ここで、図１９（ａ）に示すように、導体パターン４ａの巻回軸Ａｔ（Ｙ軸方向）の中心線をＣａと、導体パターン２ｂの巻回軸Ａｔ（Ｙ軸方向）の中心線をＣｂとする。第一主面Ｆ１１の法線Ｎの方向からの平面視した時に中心線Ｃａ，Ｃｂが重なり合わないように、導体パターン４ａ，２ｂは形成されることが好ましい。これにより、コイルアンテナの上面の平坦度を向上させることができる。なぜならば、実際の導体パターン４ａ，２ｂの厚さは均一ではなく、図１９（ｂ）のように、中心線Ｃａ，Ｃｂの部分で最大となる。したがって、もし、上記のような平面視で、中心線Ｃａ，Ｃｂが重なり合っていると、コイルアンテナの上面の平坦度が悪くなってしまうからである。

（付記）
上記第四変形例は、第一実施形態の導体パターン４ａおよび導体パターン２ｂの線幅の関係について説明した。しかし、これに限らず、第三コイル導体１０２、第四コイル導体２０２の線幅を、第四変形例のようにしても構わない。

（第五変形例）
なお、上記第一実施形態では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１に、第一基材層３を介して第二コイル導体４が設けられていた。しかし、これに限らず、図２０、図２１に示すように、コイルアンテナは、図１，図２に示す構成に加えて、絶縁層の典型例である第二絶縁体層３０１と、電子部品３０２とをさらに備えていても構わない。

第二絶縁体層３０１は、好ましくは、材料に関しては第一絶縁体層５と同様である。この第二絶縁体層３０１は、例えば第一基材層３の第一面Ｆ２２上に積層され、少なくとも、接合面Ｆ６１と、実装面Ｆ６２と、を有する。接合面Ｆ６１および実装面Ｆ６２は上下方向に対向する。接合面Ｆ６１は第一面Ｆ２２に接合される。

電子部品３０２は、例えばコンデンサ素子、抵抗素子、インダクタ素子であり、実装面Ｆ６２上に実装される。この電子部品３０２は、例えば、第一コイル導体２の両端に接続される。また、電子部品３０２の代わりに、電極パターンで形成されたコンデンサ素子、抵抗素子、インダクタ素子が実装面６２上に形成されても構わない。

（付記）
上記第五変形例は、第一実施形態に、第二絶縁体層３０１および電子部品３０２を設けるとして説明した。しかし、これに限らず、第一〜第四変形例に、同様の第二絶縁体層および電子部品を設けても構わない。

（第六変形例）
なお、上記第一実施形態では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１に複数の導体パターン２ｂが、第一基材層３の第一面Ｆ２２に複数の導体パターン４ａが形成されていた。ここで、各導体パターン４ａは、一ターン分の導体パターン２ｂと、第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合っていた。換言すると、導体パターン４ａは導体パターン２ｂと一対一の関係を有していた。しかし、これに限らず、図２２および図２３に示すように、二つの導体パターン４ａが第一主面Ｆ２２に形成されても構わない。より具体的には、一方の導体パターン４ａは、複数の導体パターン２ｂのうちＹ軸負方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、このＹ軸負方向側端部の導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。また、他方の導体パターン４ａは、Ｙ軸正方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、このＹ軸正方向側端部の導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。

ここで、図２４は、図２２の線Ｃ−Ｃ’に沿うコイルアンテナ縦断面におけるＺ軸正方向側の一部分を示しており、コイルアンテナにより形成される磁力線の一例を点線で示している。本変形例では、上記から明らかな通り、導体パターン４ａはコイルアンテナのＹ軸方向両端部に設けられる。それゆえ、コイルアンテナに電流を供給すると、形成される磁力線は、図２４に示すように、コイルアンテナのＹ軸方向両端部分でＺ軸正方向に相対的に大きく広がり、コイルアンテナのＹ軸方向中央部分ではＺ軸正方向にはさほど広がらない。換言すると、コイルアンテナは、Ｙ軸方向両端部分からＺ軸正方向に強い指向性を有し、その部分で十分な通信距離を確保することが可能となる。

（第七変形例）
なお、第六変形例では、導体パターン４ａはコイルアンテナのＹ軸方向両端部に設けられていた。しかし、これに限らず、図２５および図２６に示すように、二つの導体パターン４ａが第一主面Ｆ２２のＹ軸方向中心よりも負方向側に形成されても構わない。より具体的には、一方の導体パターン４ａは、Ｙ軸負方向側の最も端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。また、他方の導体パターン４ａは、Ｙ軸負方向側の端から二番目に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。

図２７は、図２５の線Ｃ−Ｃ’に沿うコイルアンテナ縦断面におけるＺ軸正方向側の一部分を示しており、このコイルアンテナにより形成される磁力線の一例を点線で示している。本変形例では、上記から明らかな通り、二つの導体パターン４ａがコイルアンテナのＹ軸負方向寄りに設けられる。それゆえ、コイルアンテナに電流を供給すると、形成される磁力線は、図２７に示すように、コイルアンテナのＹ軸負方向寄りの部分でＺ軸正方向に相対的に大きく広がり、コイルアンテナのＹ軸正方向寄りの部分ではＺ軸正方向にはさほど広がらない。換言すると、コイルアンテナは、Ｙ軸負方向寄りの部分からＺ軸正方向に強い指向性を有し、その部分で十分な通信距離を確保することが可能となる。

（第八変形例）
また、上記第二変形例では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１上に第二コイル導体４が、第二主面Ｆ１３上に第四コイル導体２０２が設けられていた。ここで、第二コイル導体４に含まれる導体パターン４ａは導体パターン２ｂと、第四コイル導体２０２に含まれる２０２ａは導体パターン２ｄと、一対一の関係を有していた。なお、一対一の関係は、第六変形例で説明した通りである。しかし、これに限らず、図２８および図２９に示すように、例えば一つの導体パターン４ａが第一面Ｆ２２に、例えば一つの導体パターン２０２ａが第三面Ｆ５２に、形成されていても構わない。より具体的には、この導体パターン４ａは、Ｙ軸負方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、このＹ軸負方向側端部の導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。また、導体パターン２０２ａは、Ｙ軸正方向側の端に形成された導体パターン２ｄと第二主面Ｆ１３の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｄの一方端および他方端と導体パターン４ｂ,４ｃにより電気的に接続される。

ここで、図３０は、図２８の線Ｃ−Ｃ’に沿うコイルアンテナ縦断面を示しており、コイルアンテナを基準としてＺ軸正方向側に形成される磁力線の一例と、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線の一例と、を点線で示している。本変形例では、上記から明らかな通り、導体パターン４ａはコイルアンテナのＹ軸負方向端部に、導体パターン２０２ａはコイルアンテナのＹ軸正方向端部に設けられる。それゆえ、コイルアンテナに電流を供給すると、Ｚ軸正方向側に形成される磁力線は、図３０に示すように、コイルアンテナのＹ軸負方向側端部でＺ軸正方向に相対的に大きく広がる。また、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線は、図３０に示すように、コイルアンテナのＹ軸正方向側端部でＺ軸負方向に相対的に大きく広がる。換言すると、コイルアンテナは、導体パターン４ａ，２０２ａを結ぶ方向に強い指向性を有し、その部分で十分な通信距離を確保することが可能となる。

（第九変形例）
また、上記第二変形例では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１上に第二コイル導体４が、第二主面Ｆ１３上に第四コイル導体２０２が設けられていた。ここで、第二コイル導体４に含まれる導体パターン４ａは導体パターン２ｂと、第四コイル導体２０２に含まれる２０２ａは導体パターン２ｄと、一対一の関係（前述）を有していた。しかし、これに限らず、図３１および図３２に示すように、例えば二つの導体パターン４ａが第一面Ｆ２２に、例えば二つの導体パターン２０２ａが第三面Ｆ５２に、形成されていても構わない。

より具体的には、一方の導体パターン４ａは、Ｙ軸の負方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、該導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。他方の導体パターン４ａは、Ｙ軸の正方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、該導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。

また、一方の導体パターン２０２ａは、Ｙ軸正方向側の端に形成された導体パターン２ｄと第二主面Ｆ１３の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｄの一方端および他方端と導体パターン４ｂ,４ｃにより電気的に接続される。他方の導体パターン２０２ａは、Ｙ軸正方向側の端から二番目の導体パターン２ｄと第二主面Ｆ１３の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｄの一方端および他方端と導体パターン４ｂ,４ｃにより電気的に接続される。

ここで、図３３は、図３１の線Ｃ−Ｃ’に沿うコイルアンテナ縦断面を示しており、コイルアンテナを基準としてＺ軸正方向側に形成される磁力線の一例と、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線の一例と、を点線で示している。本変形例では、上記から明らかな通り、導体パターン４ａはコイルアンテナのＹ軸の正方向側端部および負方向側端部に、導体パターン２０２ａはコイルアンテナのＹ軸正方向端部寄りに設けられる。それゆえ、コイルアンテナに電流を供給すると、Ｚ軸正方向側に形成される磁力線は、図３３に示すように、コイルアンテナのＹ軸方向両端部でＺ軸正方向に相対的に大きく広がる。また、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線は、図３３に示すように、コイルアンテナのＹ軸正方向端部寄りでＺ軸負方向に相対的に大きく広がる。換言すると、コイルアンテナは、コイルアンテナのＹ軸方向両端部でＺ軸正方向に、さらにはコイルアンテナのＹ軸正方向端部寄りでＺ軸負方向に強い指向性を有し、その部分で十分な通信距離を確保することが可能となる。

（第十変形例）
また、上記第二変形例では、磁性体コア１の第一主面Ｆ１１上に第二コイル導体４が、第二主面Ｆ１３上に第四コイル導体２０２が設けられていた。ここで、第二コイル導体４に含まれる導体パターン４ａは導体パターン２ｂと、第四コイル導体２０２に含まれる２０２ａは導体パターン２ｄと、一対一の関係（前述）を有していた。しかし、これに限らず、図３４および図３５に示すように、例えば二つの導体パターン４ａが第一面Ｆ２２に、例えば一つの導体パターン２０２ａが第三面Ｆ５２に、形成されていても構わない。

より具体的には、一方の導体パターン４ａは、Ｙ軸の正方向側の端に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、該導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。他方の導体パターン４ａは、Ｙ軸の正方向側の端から二番目に形成された導体パターン２ｂと第一主面Ｆ１１の法線方向からの平面視で重なり合って、該導体パターン２ｂの一方端および他方端と導体パターン４ｂ，４ｃにより電気的に接続される。

また、一方の導体パターン２０２ａは、Ｙ軸正方向側の端に形成された導体パターン２ｄと第二主面Ｆ１３の法線方向からの平面視で重なり合って、この導体パターン２ｄの一方端および他方端と導体パターン４ｂ,４ｃにより電気的に接続される。

ここで、図３６は、図３４の線Ｃ−Ｃ’に沿うコイルアンテナ縦断面を示しており、コイルアンテナを基準としてＺ軸正方向側に形成される磁力線の一例と、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線の一例と、を点線で示している。本変形例では、上記から明らかな通り、導体パターン４ａはコイルアンテナのＹ軸正方向側端部寄りに、導体パターン２０２ａはコイルアンテナのＹ軸正方向側端部寄りに設けられる。それゆえ、コイルアンテナに電流を供給すると、Ｚ軸正方向側に形成される磁力線は、図３６に示すように、コイルアンテナのＹ軸正方向端部寄りでＺ軸正方向に相対的に大きく広がる。また、Ｚ軸負方向側に形成される磁力線は、図３６に示すように、コイルアンテナのＹ軸正方向端部でＺ軸負方向に相対的に大きく広がる。換言すると、コイルアンテナは、Ｙ軸正方向両端部寄りでＺ軸の正方向および負方向に強い指向性を有し、その部分で十分な通信距離を確保することが可能となる。

（第十一変形例）
上述の通り、実施形態および各変形例で説明したコイルアンテナは、例えば１３．５６ＭＨｚ帯のＮＦＣ(Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ)に基づく非接触通信に用いられる。図３７は、非接触通信を行うモジュールの等価回路を示す図である。図３８は、図３７のモジュールの構成例を示す模式図である。図３７および図３８において、モジュールは、ＲＦＩＣチップ５０２と、インダクタンス５０３，５０４およびコンデンサ５０５〜５０７を含む整合回路と、コンデンサ５０８、インダクタンス５０９，５１０およびコイルアンテナ５１１を含む共振回路と、を基板５１２上に備えている。共振回路は、ＲＦＩＣチップ５０２から供給された高周波信号により共振する。ここで、共振周波数は、コイルアンテナ５１１のＬ値と、インダクタンス５０９，５１０のＬ値と、コンデンサ５０８の容量とにより決まる。また、整合回路は、ＲＦＩＣチップ５０２と共振回路とのインピーダンスマッチングをとるために、これらの間に設けられている。

ところで、コイルアンテナ５１１の大きさとモジュールの通信距離との間には、一般的には相関関係がある。よって、通信距離を確保するために、コイルアンテナ５１１を大きくしたいという要望がある。しかし、モジュールを実装する無線通信機器の小型化・薄型化等により、モジュールのためにまとまった実装スペースを確保しにくくなってきている。また、本実施形態や変形例では、コイルアンテナ５１１は、大きなＬ値を得るために磁性体コアを有する。この磁性体コアは硬くて脆い材料からなる場合があり、信頼性の面から磁性体コアの形状は制約を受ける。よって、特に、コイルアンテナ５１１だけでは、小型化・薄型化が進む無線通信機器への応用は難しい。それゆえ、本変形例では、基板５１２上の空きスペース５１３に、コイルアンテナ５１１と直列接続されるインダクタンス５０９，５１０を実装して、モジュール全体としてＬ値が大きくなるようにしている。なお、インダクタンス５０９，５１０は図示したようにチップインダクタンスでも良いが、ミアンダパターンや螺旋電極であっても良い。

本発明に係るアンテナ装置は、導体損を抑えつつ、通信距離を確保可能であり、ＮＦＣ（Near Field Communication）やＦｅｌｉＣａ等で使用される通信端末装置、または小型ラジオ等、主にＶＨＦ帯以下の周波数で用いられる小型ラジオに好適である。

１ 磁性体コア
１ａ 磁性体層
２ 第一コイル導体
３ 第一基材層
４ 第二コイル導体
５ 第一絶縁体層
６ａ 第一外部電極
６ｂ 第二外部電極
７ａ 第一ビア電極
７ｂ 第二ビア電極


９ 通信端末装置
９１ 筐体カバー
９２ 筐体
９３ プリント配線板
９４ コイルアンテナ
９５ ＩＣチップ
９６ ブースターアンテナ
９７ コンデンサ
９８ 給電回路
１０１ 第二基材層
１０２ 第三コイル導体
２０１ 第三基材層
２０２ 第四コイル導体
３０１ 第二絶縁体層
３０２ 電子部品

Claims (10)

1. 少なくとも第一主面を含む第一周面を有する磁性体コアと、
   所定の巻回軸の周りを巻回するよう、前記第一周面に形成された第一コイル導体と、
   前記第一主面上に積層され、該第一主面と略平行な第一面を少なくとも有し、かつ、前記磁性体コアよりも透磁率が低い材料からなる第一基材層と、
   少なくとも前記第一面に形成される第二コイル導体と、を備え、
   前記第二コイル導体の両端は、前記第一主面上の前記第一コイル導体と接続され、
   前記第一主面上の前記第一コイル導体を電流が流れる方向と、前記第一面上の前記第二コイル導体を電流が流れる方向とは互いに略同一である、コイルアンテナ。
2. 前記磁性体コアは複数の磁性体層からなる積層体である、請求項１に記載のコイルアンテナ。
3. 前記第一面上に積層され、前記第一主面と略平行な第二面を少なくとも有し、かつ、前記磁性体コアよりも透磁率が低い材料からなる第二基材層と、
   少なくとも前記第二面に形成される第三コイル導体と、を備え、
   前記第三コイル導体の両端は、前記第一面上の前記第二コイル導体と接続され、
   前記第一主面上の前記第一コイル導体を電流が流れる方向と、前記第二面上の前記第三コイル導体を電流が流れる方向とは互いに略同一である、請求項１または２に記載のコイルアンテナ。
4. 前記第一周面はさらに第二主面を含み、
   前記コイルアンテナは、さらに、
   前記第二主面上に積層され、該第二主面と略平行な第三面を少なくとも有し、かつ、前記磁性体コアよりも透磁率が低い材料からなる第三基材層と、
   少なくとも前記第三面に形成される第四コイル導体と、を備え、
   前記第四コイル導体の両端は、前記第二主面上の前記第一コイル導体と接続され、
   前記第二主面上の前記第一コイル導体を電流が流れる方向と、前記第三面上の前記第四コイル導体を電流が流れる方向とは互いに略同一である、請求項１〜３のいずれかに記載のコイルアンテナ。
5. 前記第一主面に形成された前記第一コイル導体の線幅、および前記第一面に形成された前記第二コイル導体の線幅は互いに異なる、請求項１〜４のいずれかに記載のコイルアンテナ。
6. 前記第一主面に形成された前記第一コイル導体の中心線と、前記第一面上の前記第二コイル導体の中心線とは、前記第一主面の法線方向から平面視した時に重なり合っていない、請求項１〜５のいずれかに記載のコイルアンテナ。
7. 前記第一面上に積層された絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられた電子部品と、をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載のコイルアンテナ。
8. 前記第一面に形成される前記第二コイル導体の数は、前記第一コイル導体のターン数より少ない、請求項１〜７のいずれかに記載のコイルアンテナ。
9. 前記第三面に形成される前記第四コイル導体の数は、前記第一コイル導体のターン数より少ない、請求項４〜８のいずれかに記載のコイルアンテナ。
10. 送信データで変調した高周波信号を生成し、または受信高周波信号からデータを再生する集積回路と、
    前記集積回路で生成された高周波信号が与えられ、または空間からの受信高周波信号を集積回路に出力するコイルアンテナと、を備え、
    前記コイルアンテナは、
    少なくとも第一主面を含む第一周面を有する磁性体コアと、
    所定の巻回軸の周りを巻回するよう、前記第一周面に形成される第一コイル導体と、
    前記第一主面上に積層され、該第一主面と略平行な第一面を少なくとも有し、かつ、前記磁性体コアよりも透磁率が低い材料からなる第一基材層と、
    少なくとも前記第一面に形成される第二コイル導体と、を備え、
    前記第二コイル導体の両端は、前記第一主面に形成された前記第一コイル導体と接続され、
    前記第一主面上の前記第一コイル導体を電流が流れる方向と、前記第一面上の前記第二コイル導体を電流が流れる方向とは互いに略同一である、通信端末装置。

Images