JP6095070B2 - Ｒｆｉｄアンテナ - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナを製造するための方法、およびその方法によって得られるアンテナに関する。
物体を識別し監視するためにRFIDアンテナを有するタグを用いることは、当技術分野では良く知られている。このようなタグは例として、メモリを含む集積回路(IC)チップに電気的に接続された、導電性トラックによって形成されるアンテナ回路を備える。これはRFIDリーダによって発生される電磁界を使用する。このようなタグが十分な時間の間、磁界内に入ると、RFIDアンテナは付勢され、電子回路はリーダまたは個別の受信アンテナに向かって信号を送信することができる。
ICタグとリーダ/ライタの間のこのような非接触通信のためのモードは、将来さらに多様化することが予想される。例えば利便性のレベルをさらに増すために、携帯電話などの携帯通信端末にタグ機能およびリーダ/ライタ機能が装備されるようになる。
例えば携帯電話にタグ機能を設けることによって、携帯電話は駅の改札口に電話機をかざすことによって鉄道運賃を支払うために用いることができる。
13.56MHzの周波数において動作する最近のRFIDシステム(例えばNFC標準)においては、適切な動作環境が必要である。例えば通信特性に関しては長い通信距離が望まれ、またはリーダ/ライタとICタグが対向する場合に、広い平面通信範囲が望まれる。
しかしこのようなタグが導電性材料でその表面が作られた物品の上に取り付けられたとき、または例えば電話機ケース内または電池の上など電磁界に囲まれた環境にあるときは、アンテナの共振周波数は公称共振周波数に対してシフトされる。この共振周波数のシフトは、トランスポンダとリーダ/ライタ装置との間の情報交換に影響を及ぼし、さらには結果として通信が不通(RFIDシステム全体の離調)となる。
さらに、実用的であるためにはこのようなアンテナはまた、消費される空間に対する要件を満たす必要があり、具体的にはアンテナは厚さをできるだけ薄くすべきであり、製造ができるだけ容易であり、大量生産仕様に適合すべきである。厚さの問題は携帯電話内に、特に空間が非常に限られる新世代の薄型スマートフォン内に、アンテナを収めようとするときに特に重要となる。
米国特許第7,060,418号
本発明の目的は、厚さおよびコストが低減され、金属製の装置上に取り付けられたとき、および/または電磁界に囲まれた環境に置かれたときに動作可能な、アンテナを製造するための方法を提供することである。
この目的のために請求項1に記載の方法が提供される。
実際、特許請求される特徴により、アンテナ導電性トラックはシールド部材としてのその主な機能に加えて支持基板として働くフェライトシート上に直接形成されるので、厚さが低減された(150μmもの薄さ)アンテナを作製することが可能である。それによりアンテナのための追加の中間支持基板を使用する必要がなくなり、したがって製造公差の累積を低減するのにも役立つ。
上記その他の本発明の態様については、例としておよび添付の図面を参照して以下に詳しく説明される。
本発明によるアンテナの第1の実施形態を示す図である。 本発明によるアンテナの第2の実施形態を示す図である。 図2の矢印に沿ったアンテナの断面図である。 層状構造を有するアンテナを概略的に描いた図である。
図は原寸に比例して描かれていない。一般に図において同一の構成要素は同じ参照番号によって表される。
図1は、導電性トラック4がその上に形成された支持基板2を備える、平面RFIDアンテナの第1の実施形態を示す。基板2は本発明との関連において、樹脂バインダ内に分散された磁性粒子(磁性フェライトの粉末または薄片など)を備える磁気可撓性シートで作られる。このようなフェライトシートの一例には、アルプス電気株式会社から販売されているリカロイ(商標)フレキシブルフィルムがある。このようなタイプのフェライトシートは、例えば日本のフェライト材料供給業者などの、フェライト材料供給業者からも容易に入手することができる。
導電性トラックは、導電性トラックが第1の主表面に平行な平面内に延びるように、フェライトシートの第1の主表面上に直接形成される。導電性トラックは例として銅で作られる。図1に見られるようにアンテナトラックは、螺旋の形の複数の巻き(ここでは4回の巻き)を備える。外側の巻きは接続端を備え、これは電気的ブリッジを通じて内側の巻きの接続端に接続される。
本発明との関連において動詞「形成する」およびその活用形は、非網羅的な以下に列挙される方法を包含する。
・導電性箔の積層形成、および例えばフォトレジスト樹脂を用いた導電性箔の選択的マスキングの後の導電性箔の選択的化学エッチング
・機械的打抜き加工によるすでにパターン化された導電性箔の積層形成
・導電性インクのスクリーン、グラビア、インクジェット、またはオフセット印刷
・磁気シートの第1の表面上に導線を置く
・導電性粒子の化学気相成長
製造の観点からは方法は、高い生産速度を可能にするリールツーリールプロセスによって実行することができるように選ばれることが有利である。リールツーリールの実施のために特に適している方法は、上述の最初の3つの方法である。
アンテナトラックは例としてNFC規格を満たすように、その共振周波数が13.56MHzの範囲内となるように設計することができる。インダクタンスを調整するためには、2つの隣接する巻きの間の間隙距離、および/またはそれぞれの巻きの幅、および/または巻数を変えることができる。
図2はアンテナの第2の実施形態を表し、アンテナ導電性トラックの2つの接続端がブリッジされないという点で第1の実施形態と異なる。
図2の線A-Aにおける断面図である図3を参照すると、銅フェライトの積層に、2つのアンテナ接続端のレベルにある2つの止まり穴が設けられることが分かる。これらの止まり穴は、アンテナを装置に電気的に接続するための容易なアクセスをもたらす。アンテナ接続端は、装置との信頼性のある電気的接続を得るように機械的にエンボス加工することができる。
次に、第2の実施形態によるアンテナを製造する好ましいプロセスについて述べる。
プロセスは以下のステップを含む。
(a)フェライトシートを用意する
(b)フェライトシートの第1の表面上に接着層を施す
(c)フェライトシートに2つのスルーホールを開ける
(d)接着層上に銅箔を積層する
(e)アンテナパターンを画定するようにマスク材料で銅層をマスクする
(f)銅箔のマスクされていない領域を除去する
(g)銅トラックを露出するようにマスク材料を除去する
任意選択でステップ(g)の後に、例としてニッケルおよび金などのコーティングを用いて、露出された銅トラック上および止まり穴の底面上にメッキする追加のステップに移ることができ、あるいは腐食保護のためにアンテナトラックを不動態化するステップを実行することができる。
あるいはステップ(b)、および(d)から(g)までは、例えば参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,060,418号で述べられているような印刷技術に置き換えることができる。
本出願人はその結果、図4に概略的に描かれるような層状構造を有した、厚さが150から200μmの範囲のアンテナを得ることに成功した。
止まり穴を有するいわゆる片面の層状構造は、フェライトシート、フェライトシートの第1の表面上の接着層、および最終的に積層された銅層を備える。典型的にはフェライトシート、接着層、および導電性トラックの厚さはそれぞれ、約100μm、20μm、および35μmである。
任意選択で磁気材料の第2のシートを、上述の複合材料磁気シートの第2の表面上に、すなわち第1の磁気シートの、導電性トラックがその上に形成されたまたは形成される表面とは反対側の表面上に配置される。
本発明のこの実施形態では、第1および第2のシートのために2つのタイプのフェライト材料が用いられる。
第1のシートは、透磁率の虚数部μ"の値が5H/mより低いものを選ぶことが好ましい。「より低い」とは「より低いまたは等しい」と理解される。通常はポリマーをベースとするこのような複合フェライト材料の低いμ"の値により、この第1の磁気シートは通常は低い値の、すなわち40から50H/mの間の値の透磁率の実数部μ'をもつことになる。
このように低いμ"の値により、最終的に実現されるアンテナの抵抗損失を最小にすることができる。
フェライト材料の第2のシートはμ'の値が高い、すなわち100H/mより高い値のものが選ばれる。「より高い」とは「より高いまたは等しい」と理解される。μ"の値の選択は重要ではない。
このような高いμ'の値を有するフェライト材料の第2のシートにより、高められたQファクタを有するアンテナを得ることが可能になる。
このような第2の磁気シートは、磁性粒子および合成樹脂を含む複合材料、焼結したタイプの磁気材料から作製することができ、または平らな(plain)フェライトシートとすることができる。
このような第1および第2の磁気シートの組み合わせを用いることにより、得られるアンテナは特に低減された抵抗損失、およびQファクタに関して優れた性質を有する。
このような第1および第2の磁気シートは具体的には、例えば日本のフェライト材料供給業者などの、フェライト材料供給業者から容易に入手することができる。
公知のアンテナ構造において、層状構造は通常、以下を備える。
・誘電体基板(例えばエポキシガラス、またはPET、またはポリイミド)
・誘電体基板の第1の表面上に形成された導電性トラック
・誘電体基板の反対側の第2の表面上に積層されたフェライトシート
公知のアンテナ構造の主な制限は、合計の厚さが厚いこと、およびアンテナ導電性トラックとフェライトシートの間の距離が大きいことである。
述べられた実施形態は片面アンテナに関するものであるが、当業者には上述の方法による導電性ホールを有する両面アンテナを製造することもできることが理解されるであろう。
2 支持基板
4 導電性トラック

Claims (8)

  1. 磁性粒子および合成樹脂を含む複合材料で作られた磁気シートであって第1の表面を有する前記磁気シートを用意するステップと、
    前記磁気シートの前記第１の表面に接着層を施すステップと、
    前記磁気シート及び前記接着層に複数のスルーホールを設けるステップと、
    前記磁気シートの前記第1の表面上に、電気的接続のアクセスを提供する底面を有する片面の層状構造の止まり穴と、少なくとも1つの巻きを有する導電性アンテナトラックと、を形成するために、前記スルーホールの少なくとも一部に亘って前記接着層上に導電性箔を積層するステップと、
    を含み、
    これにより、前記止まり穴の前記底面と、前記導電性アンテナトラックと、が、前記導電性箔から形成されることを特徴とするアンテナを製造するための方法。
  2. 前記導電性アンテナトラックを形成するステップが、
    導電層が前記第1の表面に接着するように、前記導電層を前記第1の表面上に施すステップと、
    前記導電層上にマスクパターンを施して前記導電層を選択的に保護するステップと、
    保護されていない前記導電層を除去するために、前記導電層を化学的にエッチングするステップと、
    前記マスクパターンを除去して前記導電性アンテナトラックを露出させるステップと
    を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 露出した前記導電性アンテナトラックをメッキまたは不動態化するステップをさらに含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記導電性アンテナトラックを形成するステップは、
    パターン化された導電層が前記第1の表面に接着するように、前記パターン化された導電層を前記第1の表面上に施すステップ
    を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記導電層が銅、銀、アルミニウム、パラジウム、およびグラファイトから選択される、請求項2から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記磁気シートの第2の表面上に、第2の磁気シートを配置するステップを含み、前記第2の表面は、前記第1の表面の反対側である、前記請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記磁気シートは、磁性粒子および合成樹脂を含む複合材料で作られており、かつ、虚数部μ"の値が5H/mより低い透磁率を有し、前記第2の磁気シートは、磁性粒子および合成樹脂を含む複合材料で作られており、かつ、実数部μ'が100H/mより高い透磁率を有する、請求項6に記載の方法。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセスによって得ることができるアンテナ。
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