JP6070895B2 - 積層型コイル素子、アンテナモジュール、および、無線通信モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁体層を積層してなる積層体内に導体パターンからなるコイルを形成した積層型コイル素子、該積層型コイル素子を備えたアンテナモジュールおよび無線通信モジュールに関する。
従来、積層体内に導体パターンを形成することで、積層体内に回路素子を形成した積層型電子部品が各種考案されている。例えば、特許文献1に記載の積層型電子部品では、積層体内に、複数の導体パターンをスパイラル形状で形成することにより、複数のコイルを内蔵する積層型電子部品を構成している。
特許文献1に記載の積層型電子部品では、積層体の同一の層(同一平面)に複数のコイル用導体パターンが形成されている。複数のコイル用導体パターンの間には、内部グランド導体が配置されている。この構成により、単一の積層型電子部品内に近接して配置された複数のコイル間の結合を抑制している。
しかしながら、特許文献1に記載のようなコイルを内蔵する従来の積層型電子部品では、積層型電子部品を平面視した面積として、複数のコイル用導体パターンの面積、複数のコイル用導体パターンの間に配置する内部グランド導体の面積、これらの導体パターンを離間する部分の面積が少なくとも必要となる。したがって、積層型電子部品を平面視した面積を小さくしにくい。
本発明の目的は、積層体内に複数のコイルを形成しながら、これらのコイル間の結合を抑制し、且つ平面視した面積を小さくできる積層型コイル素子を提供することにある。
この発明の積層型コイル素子は、複数の絶縁性シートを積層してなる積層体と、第1コイルおよび第2コイルのそれぞれを構成する積層体内に形成された巻回状の第1コイル導体および第2コイル導体と、積層体内に形成された平面状の磁気シールド部材と、を備え、次の構成を特徴としている。第1コイルおよび第2コイルは、巻回軸の延びる方向が略一致し、且つ、巻回軸の延びる方向に視て巻回領域の一部が重なるように配置されている。磁気シールド部材は、巻回軸の延びる方向において第1コイルおよび第2コイルの間に配置され、巻回軸の延びる方向に視て、第1コイルと第2コイルが重なる第1領域に重なり、且つ第1コイルと第2コイルが重ならない第2領域の少なくとも一部に重ならない形状である。
この構成では、第1コイルと第2コイルとは、巻回軸の延びる方向に視て、部分的に重なっている。したがって、積層体を小面積化することが可能である。そして、第1コイルと第2コイルが重なる第1領域に重なり、且つ第1コイルと第2コイルが重ならない第2領域の少なくとも一部に重ならない形状に磁気シールド部材を構成することによって、第1領域において第1コイルと第2コイルとの結合を効果的に抑制し、且つ、磁気シールド部材に発生する渦電流を抑制して磁気シールド部材による第1コイルと第2コイルのQ値の低下による特性劣化を抑制することが可能である。
また、この発明の積層型コイル素子では、第1コイルおよび第2コイルの巻回軸の延びる方向は、複数の絶縁性シートの積層方向と略同じであることが好ましい。
この構成では、それぞれ異なる絶縁性シートの表面に第1コイル導体および第2コイル導体を形成して、これらの絶縁性シートを積層すれば、部分的に重なる第1コイル導体と第2コイル導体の構造を容易に実現することができる。
また、この発明の積層型コイル素子では、次の構成であることが好ましい。積層型コイル素子は、積層体に設けられた螺旋状の第3コイル導体から構成される第3コイルを備える。第1コイル、第2コイル、および磁気シールド部材は、第3コイルによる螺旋形状によって囲まれる領域内に配置されている。
この構成では、第1コイルおよび第2コイルとは異なる第3コイルを積層体に形成しながら、積層体の形状が大きくなることを抑制することができる。
また、この発明の積層型コイル素子は、第1コイルおよび第2コイルの巻回軸と、第3コイルの巻回軸は直交していることが好ましい。
この構成では、第1コイルおよび第2コイルと、第3コイルとの結合を抑制することができる。
また、この発明の積層型コイル素子では、第1コイルおよび第2コイルは、第3コイルの巻回軸の延びる方向において第3コイルの両端からそれぞれ所定間隔を空けた内側の領域に配置されていることが好ましい。
この構成では、第1コイル導体および第2コイル導体が、第3コイル導体と結合する磁界に対して結合し難くすることができる。
また、この発明の積層型コイル素子では、次の構成であることが好ましい。積層体を構成する絶縁性シートは、少なくとも一部が磁性体からなる。第1コイルおよび第2コイルは、磁性体の絶縁性シートに挟まれるように配置されている。
この構成では、第1コイルおよび第2コイルを挟む磁性体を、第3コイルの磁性体コアとして利用することができる。
また、この発明の積層型コイル素子では、次の構成であることが好ましい。第1コイル、第2コイル、および第3コイルを外部端子に接続する複数のビア導体を積層体に備える。該複数のビア導体の配列方向は、第3コイルの巻回軸の延びる方向と略平行である。
この構成では、複数のビア導体と第1、第2コイルとの結合を抑制しながら、第3コイルが結合する磁界と複数のビア導体との結合を抑制することができる。
また、この発明の積層型コイル素子では、第3コイルはコイルアンテナを構成し、第1コイルおよび第2コイルはコイルアンテナに接続する回路に含まれるインダクタを構成することが好ましい。
この構成では、積層型コイル素子によるアンテナモジュールの一部を構成でき、アンテナモジュールを小型化できる。
また、この発明の積層型コイル素子では、磁気シールド部材は、第1領域のみを囲む形状からなることが好ましい。
この構成では、第1コイルと第2コイルとの結合を抑制し、且つ磁気シールド部材による第1コイルと第2コイルのQ値の低下による特性劣化を、さらに抑制することが可能である。
また、この発明のアンテナモジュールは、上述の積層型コイル素子と、第1コイルおよび第2コイルが構成するインダクタの少なくとも一方に接続する無線ICとを備えることが特徴としている。
この構成では、上述の積層型コイル素子を用いることで、アンテナモジュールを小型化することができる。
また、この発明の無線通信モジュールは、上述の積層型コイル素子と、第1コイルおよび第2コイルが構成するインダクタに接続する無線ICと、を備える。第1コイルおよび第2コイルは、フィルタ回路を構成している。第3コイルが構成するコイルアンテナは、フィルタ回路を介して無線ICに接続されていて、放射素子を構成している。
この構成では、上述の積層型コイル素子を用いることで、無線通信モジュールを小型化することができる。
この発明によれば、積層体内に複数のコイルを形成しながら、これらのコイル間の結合を抑制した積層型コイル素子を小面積で形成することができる。
本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子の外観斜視図である。図2(A)は、本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子の平面透視図である。図2(A)は、本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子の第1側面断面図である。図2(C)は、本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子の第2側面断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る積層型コイル素子の概略導体パターンを示す図である。
第1の実施形態に係る積層型コイル素子10は、図1、図2に示すように、積層体20を備える。積層体20は、直方体形状からなる。積層体20は、複数枚の絶縁性シートを積層してなる。絶縁性シートは、ここでは、フェライト等の磁性体セラミック層からなる。すなわち、積層体20は、磁性体セラミック積層体である。
積層体20の内部には、第1線状導体31、第2線状導体32、および磁気シールド部材40が備えられている。第1線状導体31、第2線状導体32、および磁気シールド部材40は、銀(Ag)等の導電性の高い材料からなる。なお、絶縁性シートを、例えば、液晶ポリマー等の非磁性層で構成し、各種導体パターンを銅(Cu)等で構成してもよい。
第1線状導体31は、平面状で且つスパイラル形状の第1コイル導体311と第1配線導体312とからなる。この第1コイル導体311が、本発明の「第1コイル」を構成する積層体内に形成された巻回状の第1コイル導体に相当する。第1配線導体312は、第1コイル導体311の外周側端部に接続されている。第1配線導体312が積層体20を平面視した際の第1方向(図のY方向)の一方端付近に配置され、第1コイル導体311が第1方向の中央付近に配置されるように、第1線状導体31は、積層体20内に形成されている。
第2線状導体32は、平面状で且つスパイラル形状の第2コイル導体321と第2配線導体322とからなる。この第2コイル導体321が、本発明の「第2コイル」を構成する積層体内に形成された巻回状の第2コイル導体に相当する。第2配線導体322は、第2コイル導体321の外周側端部に接続されている。第2配線導体322が積層体20を平面視した際の第1方向の他方端付近に配置され、第2コイル導体321が第1方向の中央付近に配置されるように、第2線状導体32は、積層体20内に形成されている。
磁気シールド部材40は、矩形状の平板導体からなる。磁気シールド部材40は、積層体20を平面視した第1方向の中央付近に配置されている。
第1線状導体31と第2線状導体32は、それぞれの平板面が平行になるように配置されている。言い換えれば、第1コイル導体311と第2コイル導体321は、巻回軸の方向が一致する(平行になる)ように配置されている。第1線状導体31と第2線状導体32は、積層体20の厚み方向(積層方向)に沿って間隔を空けて配置されている。言い換えれば、第1線状導体31と第2線状導体32は、第1コイル導体311と第2コイル導体321の巻回軸の延びる方向に沿って間隔を空けて配置されている。積層体20の厚み方向に沿って(第1コイル導体311と第2コイル導体321の巻回軸の延びる方向に沿って)、第1線状導体31と第2線状導体32との間には、磁気シールド部材40が配置されている。磁気シールド部材40は、その平板面が第1、第2コイル導体311,321の巻回軸に直交するように配置されている。
積層体20を平面視した状態において、言い換えれば、第1コイル導体311および第2コイル導体321の巻回軸の延びる方向に視て、第1線状導体31の第1コイル導体311の形成領域(第1コイルの領域)と、第2線状導体32の第2コイル導体321の形成領域(第2コイルの領域)とは、それぞれの一部が重なるように配置されている。このように第1コイル導体311の形成領域(第1コイルの領域)と第2コイル導体321の形成領域(第2コイルの領域)が重なる領域が本発明の「第1領域」に相当する。このような構成とすることで、2つのコイルの領域を重なり合わないように配置する態様と比較して、積層体20の平面面積を小さくすることができる。
積層体20を平面視した状態において、磁気シールド部材40は、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域とが重なり合う領域(重複領域(第1領域))に対して重なるように配置されている。言い換えれば、積層体20を平面視した状態における磁気シールド部材40の配置される領域は、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域とが重なり合う領域(重複領域(第1領域))を含んでいる。
より具体的な例としては、図3に示すように、磁気シールド部材40の第1方向の長さYsdは、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域とが重なり合う重複領域の第1方向の長さYreよりも長い。そして、重複領域の第1方向の両端の位置が、磁気シールド部材40の第1方向の両端の位置よりも、第1方向に沿って中央にある。また、磁気シールド部材40の第2方向の長さXsdは、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域の第2方向の長さXc1,Xc2と同じである。すなわち、磁気シールド部材40の第2方向の長さXsdは、重複領域の第2方向の長さXreと同じである。そして、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域の第2方向の両端の位置は、磁気シールド部材40の第2方向の両端の位置と同じである。
このような構成とすることで、第1コイル導体311と第2コイル導体321とが最も電磁界結合し易い重複領域で、第1コイル導体311と第2コイル導体321との電磁界結合を効果的に抑制することができる。
さらに、図2に示すように、積層体20を平面視して、磁気シールド部材40は、第1コイル導体311の形成領域における第2コイル導体321の形成領域と重ならない領域(非重複領域(本発明の「第2領域」に相当する。))の一部と磁気シールド部材40とは重ならない。また、積層体20を平面視して、磁気シールド部材40は、第2コイル導体321の形成領域における第1コイル導体311の形成領域と重ならない領域(非重複領域(第2領域))の一部と、磁気シールド部材40とは重ならない。
このように、重ならない領域を備えることで、第1コイル導体311および第2コイル導体321に高周波信号が流れたとき、磁気シールド部材40に発生する渦電流を抑制することができる。これにより、第1コイル導体311および第2コイル導体321のQ値を向上することができ、第1、第2コイル導体311,321の特性を向上させることができる。
図4は、磁気シールド部材と重複領域および非重複領域との重なり具合がコイル導体の特性に与える影響を示すグラフである。図4は、第1、第2コイル導体311,321の形成領域の面積、および、重複領域の面積を一定にして、磁気シールド部材40の面積を変化させたときのQ値及び第1コイル導体311と第2コイル導体321との結合係数を示すグラフである。なお、磁気シールド部材40の第1方向の長さYsdを変化させることで、磁気シールド部材40の面積を変更している。そして、第1方向に沿った磁気シールド部材40の中心位置と重複領域の中心位置とは一致させている。
図4に示すように、シールド部材40の長さYsdが長くなるほど、第1、第2コイル導体311,321のQ値は低下(劣化)していく。したがって、Q値のみの観点では、シールド部材40の長さYsdは短い方がより好ましい。
しかしながら、シールド部材40の長さYsdが1.5[mm]未満の領域では、長さYsdが短くなるにしたがって結合係数が高くなる。一方で、シールド部材40の長さYsdが1.5[mm]以上であれば、結合係数は略「0」になる。
図4の結果から、シールド部材40の長さYsdは1.5[mm]以上であることが好ましく、シールド部材40の長さYsdは1.5[mm]であることがより好ましい。すなわち、シールド部材40は重複領域に重なるように配置することが好ましく、シールド部材40は重複領域のみに重なるように配置されることがより好ましい。
図5は、コイル導体同士の重なりのズレ量がコイル導体の特性に与える影響を示すグラフである。図5は、第1コイル導体311と磁気シールド部材40の位置関係を固定し、第2コイル導体321の位置を第1方向に沿ってズレさせた状態を示している。
図5に示すように、コイル同士のズレ量が大きくなる、すなわち、第2コイル導体321と磁気シールド部材40との重なり合う面積が小さくなると、第2コイル導体322のQ値は向上し、第1コイル導体311に対する結合係数は小さくなる。したがって、非重複領域を大きくすることが好ましい。しかしながら、非重複領域を大きくすると、積層体20の面積が大きくなるので、製品の仕様、要求されるQ値や結合係数、および積層型コイル素子10に許容される大きさに応じて、ズレ量は適正値に設定すればよい。
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、積層体内に複数のコイルを形成しながら、これらのコイル間の結合を抑制した積層型コイル素子を小面積で形成することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る積層型コイル素子の外観斜視図である。図7は、本発明の第2の実施形態に係る積層型コイル素子の第1側面断面図である。
図6、図7に示すように、第2の実施形態に係る積層型コイル素子10Aは、第1の実施形態に示した積層型コイル素子10に対して、第3コイル導体50を追加したものである。第3コイル導体50が、本発明の「第3コイル」を構成する第3コイル導体に相当する。
第3コイル導体50は、積層体20Aの四面に沿って巻回する螺旋状の線状導体からなる。したがって、第1、第2コイル導体311,321は、第3コイル導体50による螺旋形状の導体パターンによって囲まれる領域内に配置される。第3コイル導体50の巻回軸は、第1、第2コイル導体311,321の巻回軸と直交する。
このような構成により、第1、第2、第3コイル導体311,321,50を備える積層型コイル素子10Aを小型に形成することができる。
さらに、本実施形態の構成では、第3コイル導体50の巻回軸と第1、第2コイル導体311,321の巻回軸とが直交するので、第3コイル導体50と第1、第2コイル導体311,321との間の電磁界結合を抑制することができる。すなわち、互いの相互誘導が抑制された3つのコイル導体を、1つの積層体20Aによって、小型に形成することができる。
ここで、図7に示すように、第1、第2コイル導体311,321は、第3コイル導体50における第1方向の両端から間隔Gだけ離間した位置、すなわち、第1方向の中央寄りの領域に形成されている。
このような構成とすることで、第3コイル導体50が結合する外部印加磁界に対して、第1、第2コイル導体311,321が結合することを抑制することができる。図8は、第3コイル導体に結合する外部印加磁界Htを示す図である。図8に示すように、積層型コイル素子10Aは、当該積層型コイル素子10Aを含む電子機器モジュールを形成するベース基板901の表面に実装される。この場合、図8に示すように、外部印加磁界Htの磁力線は、ベース基板901を透過しない。このため、外部印加磁界Htの磁力線の方向は、第1、第2コイル導体311,321の平板面と平行になる。したがって、図7に示す構成を備えることで、外部印加磁界と第1、第2コイル導体311,321との結合は抑制される。
さらに、図8に示すように、外部印加磁界Htの磁力線は、第3コイル導体50の第1方向(巻回軸に沿った方向)の両端付近で、第1、第2コイル導体311,321の平板面と平行な面に対して、0°ではない成す角を生じる(交差する方向になる)。したがって、第3コイル導体50の第1方向(巻回軸に沿った方向)の両端付近に第1、第2コイル導体311,321に配置される場合と比較して、本実施形態の構成を用いることで、外部印加磁界と第1、第2コイル導体311,321との結合はさらに抑制される。
図9は、第3コイル導体の端部と第1、第2コイル導体との距離が結合係数に与える影響を示すグラフである。図9に示すように、第3コイル導体の端部と第1、第2コイル導体との距離Gを長くすることにより、外部印加磁界に対する第1、第2コイル導体の結合をより一層抑制することができる。
このような構成からなる積層型コイル素子10Aは、図10に示すようなアンテナモジュールに利用することができる。図10は、本発明の実施形態に係るアンテナモジュールを含む無線通信システムの一部分を示す回路図である。
無線通信システムは、アンテナモジュール1と給電側アンテナコイルB50とを備える。アンテナモジュール1は、第1コイル導体311および第2コイル導体321のそれぞれからなるインダクタ、第3コイル導体50からなるアンテナコイル、キャパシタ611,612,621,622,631,632、RFIC90を備える。アンテナモジュール1は、第3コイル導体50からなるアンテナコイルを給電側アンテナコイルB50に近接させることで、無線通信を実現する。
RFIC90の第1端子は、第1コイル導体311からなるインダクタとキャパシタ631とを介して、第3コイル導体50からなるアンテナコイルの一方端に接続されている。RFIC90の第2端子は、第2コイル導体321からなるインダクタとキャパシタ632とを介して、第3コイル導体50からなるアンテナコイルの他方端に接続されている。
第1コイル導体311とキャパシタ631との接続点は、キャパシタ611の一方端に接続されている。第2コイル導体321とキャパシタ632との接続点は、キャパシタ612の一方端に接続されている。キャパシタ611,612の他方端は、グランドに接続されている。
第3コイル導体50とキャパシタ631との接続点は、キャパシタ621の一方端に接続されている。第3コイル導体50とキャパシタ632との接続点は、キャパシタ622の一方端に接続されている。キャパシタ621,622の他方端は、グランドに接続されている。
キャパシタ621,622,631,632からなる回路は、第3コイル導体50からなるアンテナコイルとRFIC90との整合回路を構成する。第1コイル導体311および第2コイル導体321からなるインダクタとキャパシタ611,612からなる回路は、EMCフィルタ回路を構成する。
そして、このようなアンテナモジュール1に上述の積層型コイル素子10Aを用いることで、アンテナモジュール1を小型化、薄型化することができる。
なお、本実施形態では、第3コイル導体50を備える積層型コイル素子10Aを用いる例を示したが、第1の実施形態に係る積層型コイル素子10を用いて、アンテナコイルを別途用いる構成であってもよい。この場合、積層型コイル素子10は、本発明の「無線通信モジュール」に相当する。このような構成であっても、無線通信モジュールを小型化、薄型化することができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図11は、本発明の第3の実施形態に係る積層型コイル素子を構成する各層の平面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Bは、以下の絶縁体層201〜211を積層してなる。絶縁体層201,202,203,210,211は、非磁性体の絶縁性材料からなる。絶縁体層204〜209は、磁性体材料からなる。
絶縁体層201の表面には、外部接続用の各種ランド導体が形成されている。具体的に、絶縁体層201には、アンテナコイル用ランド導体PA1,PA2、インダクタ用ランド導体PL11,PL12,PL21,PL22が形成されている。アンテナコイル用ランド導体PA1は、絶縁体層201の長手方向(Y方向)の一方端付近に形成されている。アンテナコイル用ランド導体PA2は、絶縁体層201の長手方向(Y方向)の他方端付近に配置されている。
インダクタ用ランド導体PL11,PL12,PL21,PL22は、長手方向(Y方向)に沿ったアンテナコイル用ランド導体PA1,PA2間に配置されている。インダクタ用ランド導体PL11,PL12は、アンテナコイル用ランド導体PA1側に配置されている。インダクタ用ランド導体PL21,PL22は、アンテナコイル用ランド導体PA2側に配置されている。インダクタ用ランド導体PL11,PL21は、長手方向(Y方向)に沿って配置されている。インダクタ用ランド導体PL12,PL22は、長手方向(Y方向)に沿って配置されている。
絶縁体層202の表面には、配線導体Pt221,Pt222,Pt223,Pt224,Pt225,Pt226が形成されている。
配線導体Pt221の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi211を介してアンテナコイル用ランド導体PA1に接続されている。配線導体Pt221の他方端は、絶縁体層202のビア導体Vi221を介して、絶縁体層203の長手方向(Y方向)の一方端のコイル導体501に接続されている。
配線導体Pt222の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi212を介してインダクタ用ランド導体PL11に接続されている。配線導体Pt222の他方端は、絶縁体層202,203,204のビア導体Vi222を介して、絶縁体層205の配線導体Pt251の一方端に接続されている。
配線導体Pt223の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi213を介してインダクタ用ランド導体PL12に接続されている。配線導体Pt223の他方端は、絶縁体層202,203,204のビア導体Vi223を介して、絶縁体層205の配線導体Pt252の一方端に接続されている。
ビア導体Vi221,Vi223は、絶縁体層202,203,204の一方端付近に、長手方向に配列して配置されている。このようにビア導体Vi221,Vi223を絶縁体層の長手方向に配列することで、後述するアンテナ用のコイル導体が結合する外部印加磁界への結合を抑制することができる。
配線導体Pt224の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi214を介してアンテナコイル用ランド導体PA2に接続されている。配線導体Pt224の他方端は、絶縁体層202のビア導体Vi224を介して、絶縁体層203の長手方向(Y方向)の他方端のコイル導体501に接続されている。
配線導体Pt225の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi215を介してインダクタ用ランド導体PL22に接続されている。配線導体Pt225の他方端は、絶縁体層202,203,204,205,206,207のビア導体Vi225を介して、絶縁体層208の配線導体Pt281の一方端に接続されている。
配線導体Pt226の一方端は、絶縁体層201のビア導体Vi216を介してインダクタ用ランド導体PL21に接続されている。配線導体Pt226の他方端は、絶縁体層202,203,204,205,206,207のビア導体Vi226を介して、絶縁体層208の第1配線導体312Bに接続されている。
ビア導体Vi225,Vi226は、絶縁体層202,203,204,205,206,207の他方端付近に、長手方向に配列して配置されている。このようにビア導体Vi225,Vi226を絶縁体層の長手方向に配列することで、後述するアンテナ用のコイル導体が結合する外部印加磁界への結合を抑制することができる。
絶縁体層203の表面には、複数のコイル導体501が形成されている。複数のコイル導体501は、絶縁体層203の短手方向(X方向)に略平行に延びる線状導体である。複数のコイル導体501は、絶縁体層203の長手方向に沿って間隔をおいて配列して配置されている。
絶縁体層204の表面には、複数のコイル導体502が形成されている。複数のコイル導体502は、絶縁体層204の短手方向(X方向)に略平行に延びる線状導体である。複数のコイル導体502は、絶縁体層204の長手方向に沿って間隔をおいて配列して配置されている。各コイル導体502は、積層型コイル素子10Bを平面視して、絶縁体層203に形成された各コイル導体501と重なる位置に配置されている。各コイル導体502の一方端は、絶縁体層203に形成されたビア導体Vi511を介して、各コイル導体501の一方端に接続されている。各コイル導体502の一方端は、絶縁体層204,205,206,207,208の側面に形成した溝に設けたビア導体Vi521を介して、絶縁体層210の各コイル導体503の一方端に接続されている。
各コイル導体502の他方端は、絶縁体層203に形成されたビア導体Vi512を介して、各コイル導体501の他方端に接続されている。各コイル導体502の他方端は、絶縁体層204,205,206,207,208の側面に形成した溝に設けたビア導体Vi522を介して、絶縁体層210の各コイル導体503の他方端に接続されている。
絶縁体層205の表面には、配線導体Pt251,Pt252が形成されている。
絶縁体層206の表面には、第2コイル導体321Bおよび第2配線導体322Bが形成されている。第2コイル導体321Bはスパイラル形状であり、外周端が第2配線導体322Bに接続されている。第2コイル導体321Bの内周端は、絶縁体層205に設けられたビア導体Vi252を介して、絶縁体層205の配線導体Pt252に接続されている。第2配線導体322Bにおける第2コイル導体321Bと接続する端と反対側の端は、絶縁体層205に設けられたビア導体Vi251を介して、絶縁体層205の配線導体Pt251に接続されている。
絶縁体層207の表面には、平板状の磁気シールド部材40が形成されている。磁気シールド部材40は、絶縁体層206の第2コイル導体321Bの形成領域と絶縁体層208の第1コイル導体311Bの形成領域が重なる領域に対して少なくとも重なる形状である。さらに、磁気シールド部材40は、絶縁体層206の第2コイル導体321Bの形成領域と絶縁体層208の第1コイル導体311Bの形成領域が重ならない領域の少なくとも一部に対して重ならない形状である。この際、磁気シールド部材40は、絶縁体層206の第2コイル導体321Bの形成領域と絶縁体層208の第1コイル導体311Bの形成領域が重なる領域のみに対して重なる形状であるとよい。
絶縁体層208の表面には、第1コイル導体311B、第1配線導体312B、配線導体Pt281が形成されている。第1コイル導体311Bはスパイラル形状であり、外周端が第1配線導体312Bに接続されている。第1コイル導体311Bの内周端は、絶縁体層208に設けられたビア導体Vi281を介して、絶縁体層209の配線導体Pt291に接続されている。第1配線導体312Bにおける第1コイル導体311Bに接続する端と反対側の端は、上述のビア導体Vi225に接続されている。
配線導体Pt281の一方端は、上述のビア導体Vi226に接続されている。配線導体Pt281の他方端は、絶縁体層208に設けられたビア導体Vi282を介して、絶縁体層209の配線導体Pt291に接続されている。
絶縁体層209には配線導体Pt291が形成されている。
絶縁体層210の表面には、複数のコイル導体503が形成されている。複数のコイル導体503は、絶縁体層210の短手方向(X方向)に平行に延びる線状導体である。複数のコイル導体503は、絶縁体層210の長手方向に沿って間隔をおいて配列して配置されている。各コイル導体503の一方端は、上述のビア導体Vi521に接続されている。各コイル導体503の他方端は、上述のビア導体Vi522に接続されている。
絶縁体層211の表面には、複数のコイル導体504が形成されている。複数のコイル導体504は、絶縁体層211の短手方向(X方向)に平行に延びる線状導体である。複数のコイル導体504は、絶縁体層211の長手方向に沿って間隔をおいて配列して配置されている。各コイル導体504は、積層型コイル素子10Bを平面視して、絶縁体層210に形成された各コイル導体503と重なる位置に配置されている。各コイル導体504の一方端は、絶縁体層210に設けられたビア導体Vi531を介して、各コイル導体503の一方端に接続されている。各コイル導体504の他方端は、絶縁体層210に設けられたビア導体Vi532を介して、各コイル導体503の他方端に接続されている。
このような構成とすることで、上述の第2の実施形態と同様の作用効果を有する積層型コイル素子10Bを形成することができる。さらに、本実施形態の構成では、コイル導体501,502,503,504およびビア導体Vi511,Vi512,Vi521,Vi522,Vi531,Vi532からなる第3コイル導体の螺旋導体に囲まれる部分を磁性体とすることができる。これにより、第3コイル導体をアンテナコイルとして利用した際の、アンテナ特性を向上させることができる。
また、本実施形態では、コイル導体501,502およびビア導体Vi511,Vi512の組み合わせ、およびコイル導体503,504およびビア導体Vi531,Vi532の組み合わせにより、コイルの抵抗率を低減させることができる。これにより、第3コイル導体のQ値をさらに改善することができる。
また、上述のビア導体Vi223,Vi224,Vi225,Vi226の構造を用いることで、これらのビア導体と外部印加磁界の結合を抑制でき、さらにアンテナ特性を向上させることができる。
また、本実施形態の構成では、第3コイル導体が積層体の外形から突出せず、平板面では露出しない。これにより、外部環境に対する不要な電磁界結合を抑制できるとともに、外部環境に対する耐性を向上させることができる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図12は、本発明の第4の実施形態に係る積層型コイル素子を構成する各層の平面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Cは、第2の実施形態に示した積層型コイル素子10Bに対して、絶縁体層の層数を少なくしたものである。したがって、第3の実施形態に示した積層型コイル素子10Bと異なる箇所について、具体的に説明する。
積層型コイル素子10Cでは、磁気シールド部材40を形成する絶縁体層206に対して、第1コイル導体311C、第2コイル導体321C用の配線導体Pt261,Pt262,Pt263を形成したものである。すなわち、磁気シールド部材と、コイル導体用の配線導体を同層に形成した構成からなる。
このような構成とすることで、積層型コイル素子10Cは、第3の実施形態に係る積層型コイル素子10Bと同様の作用効果を得ることができる。さらに、積層型コイル素子10Cの構成により、さらに薄型の積層型コイル素子を実現することができる。
次に、本発明の第5の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図13は、本発明の第5の実施形態に係る積層型コイル素子を構成する各層の平面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Dは、第4の実施形態に示した積層型コイル素子10Cに対して、配線パターンが異なるものであり、第4の実施形態に示した積層型コイル素子10Cと異なる箇所について、具体的に説明する。
本実施形態の積層型コイル素子10Dは、第1コイル導体のみからなる第1線状導体31Dが形成される絶縁体層207、および、第2コイル導体のみからなる第2線状導体32Dが形成される絶縁体層205に配線導体が設けられていない構成からなる。
このような構成であっても、第4の実施形態に係る積層型コイル素子10Cと同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第6の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図14は、本発明の第6の実施形態に係る積層型コイル素子を構成する各層の平面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Eは、第5の実施形態に示した積層型コイル素子10Dに対して、配線パターンが異なるものであり、第5の実施形態に示した積層型コイル素子10Dと異なる箇所について、具体的に説明する。
本実施形態の積層型コイル素子10Eでは、絶縁体層205の第2コイル導体32Eの両端および絶縁体層207の第1コイル導体31Eの両端を、配線層である絶縁体層202に形成された各配線導体まで、ビア導体Vi222E,Vi223E,Vi225E,Vi226Eのみで接続する構成としている。さらに、絶縁体層202に形成された配線導体Pt222E,Pt223E,Pt224E,Pt225E,Pt226Eが直線状に形成されている。このような構成とすることにより、積層方向に重なり合う導体の領域を小さくすることができる。これにより、重なり合う導体による浮遊容量を低減でき、コイルとしての特性を向上することができる。
次に、本発明の第7の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図15は、本発明の第7の実施形態に係る積層型コイル素子を構成する各層の平面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Fは、第5の実施形態に示した積層型コイル素子10Dに対して、配線パターンが異なるものであり、第5の実施形態に示した積層型コイル素子10Dと異なる箇所について、具体的に説明する。
上述の各実施形態では、積層体の長手方向(Y方向)の中心を基準にした一方端側に第1コイル導体を配置し、他方端側に第2コイル導体を配置していた。本実施形態の積層型コイル素子10Fでは、積層体の短手方向(X方向)の中心を基準にした一方端側に第1コイル導体のみからなる第1線状導体31Fを配置し、他方端側に第2コイル導体のみからなる第2線状導体32Fを配置する構成からなる。
このような構成であっても、第5の実施形態に係る積層型コイル素子10Dと同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第8の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図16は、本発明の第8の実施形態に係る積層型コイル素子の側面断面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Gは、上述の第3〜第7の実施形態に係る積層型コイル素子10B〜10Fに対して、RFIC90を実装したものである。積層型コイル素子10Gは、磁性体層21Gを非磁性体層22G,23Gで挟み込む構造からなる。RFIC90を実装するためのランド導体は、積層体の非磁性体層22Gの表面に形成されており、積層体に設けられた他の導体に接続されている。
このような構成とすることで、これらを別々に回路基板に実装するよりも小型化することができる。なお、本実施形態では、RFIC90を積層体に実装する例を示したが、他の回路素子、例えば、コンデンサ、抵抗、インダクタ等の受動素子や能動素子を実装してもよい。
次に、本発明の第9の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図17は、本発明の第9の実施形態に係る積層型コイル素子の側面断面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Hは、上述の第3〜第7の実施形態に係る積層型コイル素子10B〜10Fに対して、内部グランド導体600Hを追加したものである。積層型コイル素子10Hは、磁性体層21Hを非磁性体層22H、23Hで挟み込む構造からなる。内部グランド導体600Hは、平板状導体であり、第3コイル導体の螺旋の外部、非磁性体層23H内に形成されている。
このような構成とすることで、次に示す回路を実現できる。図18は、本発明の第9の実施形態に係る積層型コイル素子のアンテナコイルの回路図である。
アンテナコイルを構成する第3コイル導体50は、複数のインダクタ部分からなり、各インダクタの接続点は、それぞれキャパシタ601H,602Hによってグランドに接続されている。このキャパシタ601H,602Hは、上述の内部グランド導体600Hとこれに近接する第3コイル導体50用のコイル導体によって実現することができる。
この構成により、フィルタ機能を有するアンテナコイル、より具体的にはローパスフィルタ機能付きのアンテナコイルを実現することができる。
次に、本発明の第10の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図19は、本発明の第10の実施形態に係る積層型コイル素子の側面断面図である。
本実施形態の積層型コイル素子10Iは、上述の第9の実施形態に係る積層型コイル素子10Hに対して、内部グランド導体の形状が異なるものである。積層型コイル素子10Iは、磁性体層21Iを非磁性体層22I,23Iで挟み込む構造からなる。内部グランド導体600I1,600I2は、平板状導体であり、第3コイル導体の螺旋の外部、非磁性体層23I内に形成されている。
このような構成であっても、第9の実施形態に示した積層型コイル素子10Hと同様に、フィルタ機能を有するアンテナコイルを実現することができる。さらに、本実施形態の構成では、内部グランド導体を複数配置することで、グランドに接続するキャパシタのキャパシタンスを所望値にすることができる。これにより、所望のフィルタ特性をより正確に実現することができる。
次に、本発明の第11の実施形態に係る積層型コイル素子について、図を参照して説明する。図20は、本発明の第11の実施形態に係るアンテナモジュールの側面図である。
本実施形態のアンテナモジュールは、積層型コイル素子10、ブースタアンテナ910、ベース基板912を備える。
積層型コイル素子10は、ベース基板912上に配置されている。ブースタアンテナ910は、ベース基板912における積層型コイル素子10が実装される面側に配置されている。ブースタアンテナ910は、ベース基板912から離間して配置されている。
上述の各実施形態に示した積層型コイル素子は、このように、ブースタアンテナ910を用いたアンテナモジュールの給電コイルとして利用することができる。
なお、ブースタアンテナ910を用いず、ベース基板912を放射用平板導体として用いる態様としてもよい。
なお、第1コイル導体、第2コイル導体、および磁気シールド部材は、次に示すような態様であってもよい。図21は、本発明の第1コイル導体、第2コイル導体、および磁気シールドの他の態様を示す平面図である。
図21(A)に示す態様では、第1コイル導体311および第2コイル導体321が、長手方向および短手方向の両方でずれた位置に配置されている。このような態様であっても、磁気シールド部材40Jは、第1コイル導体311の形成領域と第2コイル導体321の形成領域とが重なる領域に重なるように配置すればよい。
図21(B)に示す態様では、第1コイル導体311Kおよび第2コイル導体321Kが平面視して円形のスパイラル形状となっている。このような構成であっても、磁気シールド部材40Kは、第1コイル導体311Kの形成領域と第2コイル導体321Kの形成領域とが重なる領域に重なるように配置すればよい。なお、図21(B)は円形であるが、他の多角形であってもよい。
なお、上述の各実施形態では、第1コイル導体および第2コイル導体を単層で形成する例を示したが、少なくとも一方が複数層に形成された巻回形の線状導体から形成される態様であっても、上述の作用効果を適用することができる。
10,10A、10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H,10I,10J,10K:積層型コイル素子
20,20A:積層体
21G,21H,21I:磁性体層
22G,23G,22H,23H,22I:非磁性体層
201〜211:絶縁体層
31,31B,31C,31D,31E,31F:第1線状導体
311,311B,311C,311K:第1コイル導体
312,312B,312C:第1配線導体
32,32B,32C,32D,32E,32F:第2線状導体
321,321B,321C,321K:第2コイル導体
322,322B,322C:第2配線導体
40,40J,40K:磁気シールド部材
50:第3コイル導体
90:RFIC
501,502,503,504:コイル導体
600H,600I1,600I2:内部グランド導体
601H,602H,611,612,621,622,631,632:キャパシタ
901,902:ベース基板
910:ブースタアンテナ
912:ベース基板
B50:給電側アンテナコイル
20,20A:積層体
21G,21H,21I:磁性体層
22G,23G,22H,23H,22I:非磁性体層
201〜211:絶縁体層
31,31B,31C,31D,31E,31F:第1線状導体
311,311B,311C,311K:第1コイル導体
312,312B,312C:第1配線導体
32,32B,32C,32D,32E,32F:第2線状導体
321,321B,321C,321K:第2コイル導体
322,322B,322C:第2配線導体
40,40J,40K:磁気シールド部材
50:第3コイル導体
90:RFIC
501,502,503,504:コイル導体
600H,600I1,600I2:内部グランド導体
601H,602H,611,612,621,622,631,632:キャパシタ
901,902:ベース基板
910:ブースタアンテナ
912:ベース基板
B50:給電側アンテナコイル
Claims (11)
- 複数の絶縁性シートを積層してなる積層体と、
前記積層体内に形成された第1コイルおよび第2コイルのそれぞれを構成する巻回状の第1コイル導体および第2コイル導体と、
前記積層体内に形成された平面状の磁気シールド部材と、を備え、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、
巻回軸の延びる方向が略一致し、且つ、前記巻回軸の延びる方向に視て巻回領域の一部が重なるように、配置されており、
前記磁気シールド部材は、
前記巻回軸の延びる方向において前記第1コイルおよび前記第2コイルの間に配置され、前記巻回軸の延びる方向に視て、前記第1コイル導体の形成領域と前記第2コイル導体の形成領域が重なる第1領域に重なり、且つ前記第1コイルと前記第2コイルが重ならない第2領域の少なくとも一部に重ならない形状である、
積層型コイル素子。 - 前記第1コイルおよび前記第2コイルの前記巻回軸の延びる方向は、前記複数の絶縁性シートの積層方向と略同じである、
請求項1に記載の積層型コイル素子。 - 前記積層体に設けられた螺旋状の第3コイル導体から構成される第3コイルを備え、
前記第1コイル、前記第2コイル、および前記磁気シールド部材は、前記第3コイルによる螺旋形状によって囲まれる領域内に配置されている、
請求項1または請求項2に記載の積層型コイル素子。 - 前記第1コイルおよび前記第2コイルの巻回軸と、前記第3コイルの巻回軸は直交している、
請求項3に記載の積層型コイル素子。 - 前記第1コイルおよび前記第2コイルは、前記第3コイルの巻回軸の延びる方向において前記第3コイルの両端からそれぞれ所定間隔を空けた内側の領域に配置されている、
請求項3または請求項4に記載の積層型コイル素子。 - 前記積層体を構成する絶縁性シートの少なくとも一部の絶縁性シートは磁性体からなり、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、前記磁性体の絶縁性シートに挟まれるように配置されている、
請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の積層型コイル素子。 - 前記第1コイル、前記第2コイル、および前記第3コイルを外部端子に接続する複数のビア導体を前記積層体に備え、
該複数のビア導体の配列方向は、前記第3コイルの巻回軸の延びる方向と略平行である、
請求項3乃至請求項6のいずれかに記載の積層型コイル素子。 - 前記第3コイルは、コイルアンテナを構成し、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、前記コイルアンテナに接続する回路に含まれるインダクタを構成する、
請求項3乃至請求項7のいずれかに記載の積層型コイル素子。 - 前記磁気シールド部材は、前記第1領域のみを囲む形状からなる、
請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の積層型コイル素子。 - 請求項8に記載の積層型コイル素子と、
前記第1コイルおよび前記第2コイルが構成するインダクタの少なくとも一方に接続する無線ICと、
を備えたアンテナモジュール。 - 請求項8に記載の積層型コイル素子と、
前記第1コイルおよび前記第2コイルが構成するインダクタに接続する無線ICと、を備え、
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、フィルタ回路を構成しており、
前記第3コイルが構成するコイルアンテナは、前記フィルタ回路を介して前記無線ICに接続されていて、放射素子を構成している、無線通信モジュール。
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