KR20070043922A

KR20070043922A - 안테나 모듈용 자심 부재, 안테나 모듈 및 이를 구비한휴대 정보 단말

Info

Publication number: KR20070043922A
Application number: KR1020067006431A
Authority: KR
Inventors: 히라꾸 아끼호; 히로유끼 료손; 가즈오 고또오
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-04-26
Also published as: EP1775794A1; US20070069961A1; DE602005016263D1; CN1842938A; EP1775794B1; WO2006013718A1; EP1775794A4; JP2006050265A

Abstract

모듈 두께를 크게 하는 일 없이 통신 거리의 향상을 도모할 수 있는 안테나 모듈용 자심 부재, 안테나 모듈 및 이를 구비한 휴대 정보 단말을 제공한다. 본 발명의 안테나 모듈(10)용 자심 부재(18)는 그 안테나 코일(15)이 적층되는 측의 표면이며, 상기 안테나 코일(15)의 루프 부분이 대향하는 영역에 오목부로서 환형 홈(18c)을 형성한다. 고주파 자계 중에 있어서 자심 부재(18)에 발생하는 와전류는 안테나 코일(15)이 적층되는 측의 자심 부재(18) 표면이며, 상기 안테나 코일(15)의 루프 부분이 대향하는 영역에 집중한다. 그래서, 본 발명에서는 상기 영역에 환형 홈(18c)을 형성함으로써 발생하는 와전류량을 저감시켜 안테나 모듈의 통신 거리 특성을 향상시킨다.

자심 부재, 안테나 코일, 안테나 모듈, 프린트 배선판, 금속 실드판

Description

안테나 모듈용 자심 부재, 안테나 모듈 및 이를 구비한 휴대 정보 단말 {ANTENNA MODULE MAGNETIC CORE MEMBER, ANTENNA MODULE, AND MOBILE INFORMATION TERMINAL USING THE SAME}

본 발명은 RFID(무선 주파수 식별 : Radio Frequency Identification) 기술을 이용한 비접촉 IC 태그 등에 이용하기에 적합한 안테나 모듈용 자심 부재, 안테나 모듈 및 이를 구비한 휴대 정보 단말에 관한 것이다.

종래, RFID 기술을 이용한 비접촉 IC 카드 및 식별 태그(이하, 이들을 총칭하여「비접촉 IC 태그」라고도 함)로서, 정보를 기록한 IC 칩 및 공진용 콘덴서를 안테나 코일에 전기적으로 접속한 것이 알려져 있다.

비접촉 IC 태그는 그 안테나 코일로 리더 라이터의 송수신 안테나로부터의 소정 주파수(예를 들어 13.56 ㎒)의 전파를 발신함으로써 활성화되고, 전파의 데이터 통신에 의한 판독 명령에 따라서 IC 칩에 기록된 정보가 판독됨으로써, 또는 특정 주파수의 전파에 대해 공진하는지 여부에 의해 하우징 식별 또는 인증 관리가 가능하게 되어 있다. 이에 부가하여, 비접촉 IC 태그의 대부분은 판독한 정보를 갱신하거나 이력 정보 등을 기입 가능하게 구성되어 있다.

주로, 비접촉 IC 태그에 이용되는 종래의 안테나 모듈로서, 평면 내에 소용 돌이 형상으로 권취된 안테나 코일에 이 안테나 코일의 평면과 대략 평행해지도록 자심 부재를 삽입한 것이 있다(일본 특허 공개 제2000-48152호 공보 참조). 이 안테나 모듈에 있어서의 자심 부재는 비정질 시트 또는 전자기 강판 등의 고투자율 재료로 이루어지고, 안테나 코일의 평면과 대략 평행해지도록 자심 부재를 삽입함으로써 안테나 코일의 인덕턴스를 크게 하여 통신 거리의 향상을 도모하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2000-113142호 공보에는, 평면 내에서 소용돌이 형상으로 권취된 안테나 코일에 대해 이 안테나 코일의 평면과 평행해지도록 평판 형상의 자심 부재를 적층한 구성의 안테나 모듈이 개시되어 있다.

그런데, 최근 널리 보급되고 있는 PDA(Personal Digital Assistants)나 휴대형 전화기 등의 휴대 정보 단말은 외출시 등에도 들고 다닐 수 있어 항상 사용자에 의해 휴대되는 것이다. 따라서, 비접촉 IC 태그의 기능을 휴대 정보 단말에 설치함으로써, 사용자는 항상 휴대하고 있는 휴대 정보 단말 외에, 예를 들어 비접촉 IC 카드를 가질 필요가 없어져 매우 편리하다. 또, 이와 같이 비접촉 IC 태그의 기능을 휴대 정보 단말에 조립한 기술이 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-37861호 공보에 개시되어 있는 것 외에, 본 출원인에 의해 이미 제안되어 있다(일본 특허 출원 제2004-042149).

휴대 정보 단말은 소형인 한편, 다기능을 갖는 기기이므로, 소형의 하우징 내에 고밀도로 금속 부품이 실장되어 있다. 예를 들어, 사용하는 프린트 배선 기판은 도체층이 다층인 것도 있고, 다층 프린트 배선 기판에는 전자 부품이 고밀도로 설치되어 있다. 또한, 휴대 정보 단말에는 전원이 되는 배터리 팩이 수납되고, 이 배터리 팩에는 패키지 등에 금속 부품이 이용되고 있다.

따라서, 휴대 정보 단말의 하우징 내에 배치되어 있는 비접촉 IC 태그용 안테나 모듈은 하우징 내에 실장되어 있는 금속 부품의 영향으로, 하우징 내에 배치되기 전의 안테나 모듈 단일 부재의 상태에 비해 통신 성능이 열화되어, 예를 들어 통신 거리가 짧아지는 경향이 있다.

안테나 모듈의 통신 거리가 짧아지면, 실제 사용시에는 리더 라이터에 가능한 한 근접시킬 필요성이 생겨, 간이하고 또한 신속하게 정보를 교환할 수 있는 비접촉 IC 카드 시스템의 편리성을 손상시키는 결과가 될지도 모른다. 안테나 모듈을 휴대 정보 단말의 하우징 내에 수용하여 사용하는 경우에도 적어도 100 ㎜의 통신 거리가 필요하게 되어 있다. 이는 현재 실시되고 있는 철도 자동 개찰용 비접촉 IC 카드 시스템의 사양에 준거하고 있다.

안테나 모듈의 통신 거리를 향상시키기 위해 종래부터 자심 부재로서 고투자율 자성 분말이 사용되고 있다. 바인더 중에 상기 자성 분말을 혼입시켜 시트 형상 또는 플레이트 형상으로 형성한 것을 자심 부재로서 사용하는 경우에는 자성 분말의 입자 사이즈를 크게 함으로써 자심 부재 전체의 투자율을 높일 수 있다.

그러나, 자성 분말의 입자 사이즈를 크게 하면 자심 부재의 와전류 손실에 기인하는 파워 손실가 현저해지고, IC 판독 전압의 저하 및 통신 거리의 감소를 초래한다. 구체적으로 설명하면, 고주파 자계 중에서 자성체를 자화하면, 그 주파수에 대응하는 자속의 변화가 발생한다. 이 때, 전자기 유도의 법칙에 의해 그 자속의 변화를 방해하는 방향의 기전력이 발생한다. 발생한 기전력에 의한 유도 전류는 자성체 내부에 있어서의 주울열로 변환된다. 이것이 와전류 손실이다.

그래서, 자심 부재의 투자율을 높게 하면서 와전류 손실을 저감시키기 위해, 종래에는 자성 분말의 입자 사이즈의 대형화에 제한을 가하는 동시에, 혼입하는 자성 분말의 절대량을 적게 하는 조치를 취하는 예가 대부분이다.

그러나, 자성 분말의 절대량을 적게 하는 것은, 즉 자심 부재의 두께가 커지는 것을 초래하여 안테나 모듈의 모듈 두께를 크게 하는 원인이 되었다. 예를 들어, 상술한 종래의 자심 부재의 구성으로 통신 거리 100 ㎜를 얻는 데 필요한 시트 두께는 자심 부재 단일 부재로 적어도 1 ㎜ 초과의 두께가 필요하고, 이에 안테나 코일을 지지하는 기판이나 하우징 내부의 금속 부분의 영향을 피하기 위한 실드판을 적층하면, 모듈 두께는 더욱 커진다.

최근에 있어서의 휴대 정보 단말에 대한 소형화, 박형화의 요구는 점점 높아지고 있고, 대모듈 사이즈 혹은 고모듈 두께의 안테나 모듈을 수납하는 공간은 이미 하우징 내에 남아 있지 않다. 이와 같이, 휴대 정보 단말 등의 소형 전자 기기에 내장되는 안테나 모듈에는 통신 거리의 한층 향상과 모듈 두께의 한층 삭감이라는 서로 모순되는 2개의 요구를 동시에 응하는 것이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제에 비추어 이루어져, 모듈 두께를 크게 하는 일 없이 통신 거리의 향상을 도모할 수 있는 안테나 모듈용 자심 부재, 안테나 모듈 및 이를 구비한 휴대 정보 단말을 제공하는 것을 과제로 한다.

이상의 과제를 해결하는 데 있어서, 본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 자심 부재에 발생하는 와전류는 안테나 코일이 적층되는 측의 표면이고, 상기 안테나 코일의 루프 부분이 대향하는 영역에 집중하는 것을 발견하여, 이 영역에 오목부를 형성함으로써 와전류의 발생량을 저감시킬 수 있는 것이 판명되었다.

즉, 본 발명의 안테나 모듈용 자심 부재는 그 안테나 코일이 적층되는 측의 표면이고, 적어도 상기 안테나 코일의 루프 부분이 대향하는 영역에 오목부를 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 오목부의 형성에 의해 자심 부재의 표면과 안테나 코일의 루프 부분 사이에 상기 오목부의 깊이에 상당하는 공극이 형성되게 되고, 이 공극의 개재에 의해 자심 부재 표면의 와전류 발생량이 저감된다. 따라서, 오목부의 깊이가 클수록 와전류 발생량의 저감을 예상할 수 있다. 그러나, 자심 부재를 안테나 코일의 루프 부분으로부터 멀어지게 하는 결과가 되므로, 안테나 코일의 인덕턴스가 저하되어 통신 거리의 열화를 초래하게 된다. 이로 인해, 본 발명에서는 오목부의 형성 영역을 적어도 안테나 코일 루프 부분의 대향 영역으로 함으로써, 와전류 발생량의 저감과 인덕턴스 저하 저지의 균형을 도모하도록 하고 있다.

또한, 오목부의 깊이는 자심 부재의 자기 특성 등에 따라서 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 즉, 와전류는 자심 부재의 도전율이 높은 것일수록 발생하기 쉽기 때문에, 도전율이 낮은 자심 부재를 이용하면 오목부의 깊이는 작아도 좋다. 예를 들어, 안테나 코일의 통신 주파수가 13.56 ㎒이고, Fe-Si-Cr계의 자성 분말을 바인더 중에 혼입하여 자심 부재(두께 0.58 ㎜)를 형성한 경우, 휴대 정보 단말의 하우징 내부에 수납한 상태에서 100 ㎜ 이상의 통신 거리를 확보하기 위해서는 오목부의 깊이는 0.1 ㎜ 이하가 된다.

상기 오목부의 형상은 특별히 한정되지 않고, 안테나 코일의 루프 부분에 대응하여 형성된 환형 홈으로 하거나, 자심 부재 표면의 복수 부위에 형성된 딤플(dimple)로 할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 의한 안테나 모듈(10)의 분해 사시도이다.

도2는 안테나 모듈(10)의 주요부 측단면도이다.

도3은 안테나 모듈(10)을 내장한 휴대 정보 단말(1)의 내부의 구성을 측방측으로부터 본 모식도이다.

도4는 휴대 정보 단말(1)의 부분 파단 배면도이다.

도5는 자심 부재(18)의 투자율의 실수부(μ'), 허수부(μ")와 주파수와의 관계의 일예를 나타내는 도면이다.

도6은 자심 부재(18)의 평면도이다.

도7은 다른 구성예의 자심 부재(18')의 평면도이다.

도8은 자심 부재의 표면에 발생하는 와전류의 분포도로, 도8의 (a)는 표면에 환형 홈(18c)을 형성한 자심 부재(18)를 나타내고, 도8의 (b)는 표면 비가공의 자심 부재(18")를 나타내고 있다.

도9는 환형 홈(18c)의 홈 깊이와 안테나 코일의 인덕턴스(L), 저항(R) 및 Q치의 관계를 나타내는 도면이다.

도10은 오목부[환형 홈(18c), 딤플(18d)]가 형성된 자심 부재를 이용하였을 때의 안테나 코일의 L, R, Q와, 표면 비가공품의 종래 형상의 자심 부재를 이용하였을 때 안테나 코일의 L, R, Q를 비교하는 도면이다.

도11은 오목부[환형 홈(18c), 딤플(18d)]가 형성된 자심 부재를 이용하였을 때의 안테나 코일의 통신 거리와, 표면 비가공품의 종래 형상의 자심 부재를 이용하였을 때의 안테나 코일의 통신 거리를 비교하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도1 및 도2는 본 발명의 실시 형태에 의한 비접촉 데이터 통신용 안테나 모듈(10)의 구성을 도시하는 분해 사시도 및 측단면도이다.

안테나 모듈(10)은 지지체로서의 베이스 기판(14)과, 자심 부재(18)와, 금속 실드판(19)의 적층 구조를 갖고 있다. 베이스 기판(14)과 자심 부재(18)는 양면 접착 시트(13A)를 사이에 두고 적층되고, 자심 부재(18)와 금속 실드판(19) 사이에는 양면 접착 시트(13B)를 두고 적층되어 있다. 또한, 도2에 있어서 양면 접착 시트(13A, 13B)의 도시는 생략하고 있다.

베이스 기판(14)은 예를 들어 폴리이미드나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 플라스틱 필름으로 이루어지는 절연성 가요성 기판으로 구성되어 있지만, 글래스 에폭시 등의 강성 기판으로 구성되어 있어도 좋다.

이 베이스 기판(14)에는 평면 내에서 루프 형상으로 권취된 안테나 코일(15)이 탑재되어 있다. 안테나 코일(15)은 비접촉 IC 태그 기능을 위한 안테나 코일 로, 외부의 리더 라이터(도시 생략)의 안테나부와 유도 결합되어 통신을 행한다. 이 안테나 코일(15)은 베이스 기판(14) 상에 패터닝된 구리, 알루미늄 등의 금속 패턴으로 형성되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 안테나 코일(15)은 평면 내에서 권취된 루프 부분과, 후술하는 신호 처리 회로부(16)와의 전기적 접속용 배선 부분으로 이루어지지만, 도면에서는 루프 부분만을 도시하고 있다.

또한, 이 안테나 모듈(10)에 리더 라이터 기능을 위한 제2 안테나 코일을 설치하는 것도 가능하고, 이 경우에는 베이스 기판(14) 상에 예를 들어 안테나 코일(15)의 내주측에 설치할 수 있다.

베이스 기판(14)의 자심 부재(18)측 표면에는 신호 처리 회로부(16)가 탑재되어 있다. 이 신호 처리 회로부(16)는 안테나 코일(15)의 내측에 배치되어 있는 동시에, 안테나 코일(15)과 전기적으로 접속되어 있다.

신호 처리 회로부(16)는 비접촉 데이터 통신에 필요한 신호 처리 회로 및 정보를 저장한 IC 칩(16a)이나 동조용 콘덴서 등의 전기ㆍ전자 부품으로 구성되어 있다. 신호 처리 회로부(16)는 도1 및 도2에 도시한 바와 같이 복수의 부품군으로 구성되어 있어도 좋고, 도4에 도시한 바와 같이 단일 부품(16b)으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 신호 처리 회로부(16)는 베이스 기판(14)에 부착되는 외부 접속부(17)를 거쳐서 후술하는 휴대 정보 단말(1)의 프린트 배선판(12)(도3)에 접속되어 있다.

다음에, 자심 부재(18)는 예를 들어 합성 수지 재료나 고무 등의 절연성 바 인더 중에 연자성 분말이 혼입 혹은 충전되어 시트 형상 또는 플레이트 형상으로 형성된 사출 성형체로 되어 있다. 연자성 분말로서는, 센더스트(Fe-Al-Si계), 퍼멀로이(Fe-Ni계), 비정질(Fe-Si-B계), 페라이트(Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트 등), 소결 페라이트 등이 적용 가능하고, 목적으로 하는 통신 성능이나 용도에 따라서 구분하여 사용한다.

자심 부재(18)는 안테나 코일(15)의 자심(코어)으로서 기능하는 동시에, 베이스 기판(14)과 하층의 금속 실드판(19) 사이에 개재 장착됨으로써, 안테나 코일(15)과 금속 실드판(19) 사이의 전자기 간섭을 회피한다. 이 자심 부재(18)의 중앙부에는 베이스 기판(14)에 실장된 신호 처리 회로부(16)를 수용하기 위한 개구(18a)가 형성되어 있다. 또한, 자심 부재(18)의 일측방에는 베이스 기판(14)과의 적층시에 외부 접속부(17)의 릴리프부(18b)가 형성되어 있다.

또한, 자심 부재(18)의 상세에 대해서는 후술한다.

금속 실드판(19)은 스테인레스판이나 동판, 알루미늄판 등으로 형성되어 있다. 본 실시 형태의 안테나 모듈(10)은 후술하는 바와 같이 휴대 정보 단말(1)의 단말 본체(2)의 내부 소정 위치에 수납되므로, 금속 실드판(19)은 단말 본체(2) 내부의 프린트 배선판(12) 상의 금속 부분(부품, 배선)과의 전자기 간섭으로부터 안테나 코일(15)을 보호하기 위해 설치되어 있다.

또한, 이 금속 실드판(19)은 안테나 모듈(10)의 공진 주파수(본 예에서는 13.56 ㎒)의 개략 조정에 이용되어, 안테나 모듈(10) 단일 부재일 때와, 단말 본체(2)의 내부에 조립된 상태일 때에 안테나 모듈(10)의 공진 주파수에 큰 변화를 발 생시키지 않도록 하기 위해 설치되어 있다.

도3 및 도4는 상술한 구성의 안테나 모듈(10)이 휴대 정보 단말(1)에 조립되어 있는 모습을 도시하는 모식도이고, 도3은 단말 본체(2)의 내부를 측방으로부터 본 모식도, 도4는 단말 본체(2)의 내부를 배면측으로부터 본 부분 파단도이다.

도시하는 휴대 정보 단말(1)은 단말 본체(1)와, 이 단말 본체(1)에 대해 회전 가능하게 부착된 패널부(3)를 구비한 휴대형 전화기로서 구성되어 있다. 도3에 있어서, 단말 본체(2)는 합성 수지 재료로 된 하우징부를 구성하고 있고, 그 패널부(3)측의 표면은 도시하지 않고 숫자 키패드 입력 버튼 등이 배치된 조작면으로 되어 있다.

단말 본체(2)의 내부에는 휴대 정보 단말(1)의 기능 혹은 동작을 제어하는 제어판으로서의 프린트 배선판(12)과, 전원을 공급하는 배터리 팩(4)이 내장되어 있다. 여기서, 배터리 팩(4)은 예를 들어 리튬 이온 전지로, 전체가 직사각 형상을 이루고, 외부 하우징이 알루미늄 등의 금속 재료로 형성되어 있다. 배터리 팩(4)은 단말 본체(2)의 내부에 설치된 플라스틱으로 된 구획 부재(5)의 내부에 배치되어 있다.

안테나 모듈(10)은 단말 본체(2)의 내부에 수납되어 있다. 특히 본 실시 형태에서는 배터리 팩(4)을 수용하는 구획 부재(5)의 바로 위의 위치이며, 안테나 코일(15)이 단말 본체(2)의 배면(2a)측에 대향하도록 안테나 모듈(10)이 수납되어 있다. 또한, 안테나 모듈(10)의 수납 위치는 상술한 예에 한정되지 않는다.

따라서, 이 안테나 모듈(10)을 이용하여 외부의 리더 라이터(도시 생략)와 데이터 통신을 행할 때에는 휴대 정보 단말(1)의 단말 본체(2)의 배면(2a)을 리더 라이터의 안테나부에 근접시킨다. 그리고, 리더 라이터의 안테나부로부터 발신된 전자기파 혹은 고주파 자계가 안테나 모듈(10)의 안테나 코일(15) 내를 통과함으로써, 안테나 코일(15)에 전자기파 혹은 고주파 자계의 강도에 따른 유도 전류가 발생한다. 이 유도 전류는 신호 처리 회로부(16)에 있어서 정류되고, IC 칩(16a)에 기록된 정보의 판독 전압으로 변환된다. 판독된 정보는 신호 처리 회로부(16)에 있어서 변조되어, 안테나 코일(15)을 거쳐서 리더 라이터의 안테나부로 송신된다.

일반적으로, 고투자율 재료인 연자성체(이하, 단순히 자성체라 함)에 고주파 자계를 인가하면, 자벽의 이동 혹은 회전 자화 등의 자화 기구에 의해 자성체가 자화된다. 이 때, 자화되기 쉬움을 나타내는 투자율은 복소 투자율로 나타내고, 다음 식 (1)로 나타낸다.

μ ＝ μ'－ iㆍμ" ……(1)

여기서, μ'는 투자율의 실수부로, 외부 자계에 추종할 수 있는 성분을 나타낸다. 한편, μ"는 투자율의 허수부로, 외부 자계에 추종할 수 없고, 위상이 90도 늦은 성분을 나타내고, 투자율의 손실항이라 불리우고 있다. 또, i는 허수 단위이다.

투자율의 실수부와 허수부 사이에 밀접한 관계가 있어, 투자율의 실수부가 큰 재료일수록 허수부도 커진다. 자성체에 고주파 자계를 인가하여 자화하는 경우, 고주파수가 될수록 투자율이 저하되는 것이 알려져 있다. 도5는 자성분으로서 Fe-Si-Cr계를 이용한 자심 부재의 자기 특성의 일예를 나타내고 있다. 고주파수가 됨에 따라서, μ'가 저하되고, μ"가 상승하는 모습을 알 수 있다. 자성체의 사용 주파수에 있어서의 손실 계수는 다음 식 (2)로 나타내는 바와 같이, (1)식에서 나타낸 복소 투자율(μ)의 실수부(μ')와 허수부(μ")로 나타낼 수 있다.

tanδ ＝ μ"/μ' ……(2)

한편, 자성체의 동적 자화에 있어서의 고주파 손실은 상기 손실 계수와 등가로, 다음 식 (3)으로 나타낸 바와 같이 3가지 타입의 에너지 손실의 합으로서 표현된다.

tanδ ＝ tanδh ＋ tanδe ＋ tanδr ……(3)

여기서, tanδh는 히스테리시스 손실로, 히스테리시스 곡선으로 나타내는 자화 변화에 있어서의 작업량으로 주파수에 비례하여 증가한다. tanδe는 와전류 손실로, 도전성 자성체에 교류 자계를 인가하였을 때에 자속의 변화에 대응하여 재료 중에 와전류가 유기되어 주울열로서 소비되는 에너지 손실이다. 또, tanδr은 잔류 손실로, 상기 어디에도 해당하지 않는 나머지 손실로 되어 있다.

13.56 ㎒의 고주파 자계에 있어서, 와전류 손실(tanδe)은 다음 식 (4)로 나타낸 바와 같이 도전율의 영향을 받아 사용 주파수에 비례하여 커진다.

tanδe ＝ e2ㆍμㆍfㆍσ ……(4)

여기서, e2는 계수, μ는 투자율, f는 사용 주파수, σ는 도전율이다.

이상과 같이, 안테나 모듈(10)을 구성하는 자심 부재(18)는 그 도전율이 클수록 와전류 손실이 증대한다. 자심 부재(18)에 발생하는 와전류는 외부 자기장을 방해하는 방향으로 작용하므로, 안테나 코일(15)을 흐르는 유도 전류의 감소를 초 래한다. 즉, 자심 부재(18)에 발생하는 와전류는 안테나 코일(15)을 흐르는 전류의 저항 성분이 되어 IC 판독 전압을 감소시키거나, 안테나 코일(15)로부터 송신되는 전파의 통신 거리를 짧게 하는 등의 폐해를 초래한다. 따라서, 자심 부재(18)에 발생하는 와전류는 최대한 억제할 필요가 있다.

자심 부재(18)에 발생하는 와전류는 안테나 코일(15)에 대향하는 측의 표면에 강하게 나타난다. 특히, 상기 표면의 안테나 코일(15)의 루프 부분에 대향하는 영역에 집중하여 와전류가 발생하는 것이 판명되고 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는 이 자심 부재(18) 표면의 안테나 코일(15)의 루프 부분에 대향하는 영역에 상기 루프 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 오목부(18c)를 형성함으로써 와전류의 발생량 저감을 도모하도록 하고 있다.

도1 및 도6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 자심 부재(18)에는 안테나 코일(15)의 루프 부분과 대향하는 영역에 상기 오목부로서 환형 홈(18c)이 형성되어 있다. 환형 홈(18c)의 홈 폭은 안테나 코일(15)의 루프 부분의 전체 폭보다도 넓게 형성되어 있다.

또한, 상기 오목부로서, 상술한 환형 홈(18c) 대신에, 도7에 도시하는 자심 부재(18')와 같이 안테나 코일(15)의 적층면에 형성한 복수의 딤플(18d)로 해도 좋다. 또한, 도면의 예에서는 딤플(18d)을 자심 부재(18')의 표면 전체 영역에 형성하고 있지만, 적어도 안테나 코일의 루프 부분과 대향하는 영역에만 형성되어도 좋다.

도8은 안테나 코일(15)의 루프 부분과의 대향 영역에 있어서 자심 부재의 표 면으로부터 그 깊이 방향으로 와전류의 발생 분포를 나타낸 도면으로, 도8의 (a)는 환형 홈(18c)을 형성한 자심 부재(18)를 도시하고, 도8의 (b)는 환형 홈(18c)[딤플(18d)]을 형성하고 있지 않은 표면 비가공의 종래 형상에 상당하는 자심 부재(18")를 나타내고 있다. 도면 중의 농담 분포는 자심 부재의 두께 방향에 있어서의 와전류의 발생량 분포를 경계선과 함께 나타내는 것으로, 안테나 코일(15) 측표면의 가장 짙은 영역(S1)이 와전류의 발생량이 가장 많고, 이후, 영역 S2 및 영역 S3의 순으로 와전류의 발생량이 낮아진다.

도8의 (b)에 도시한 자심 부재(18")에서는 각 영역 S1 내지 S3의 표면으로부터의 깊이는 영역 S1에서 100 ㎛, 영역 S2에서 200 ㎛, 영역 S3에서 300 ㎛인 데 반해, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 환형 홈(오목부)(18c)을 형성한 자심 부재(18)에서는 각 영역(S1 내지 S3)의 표면[환형 홈(18c)의 바닥면]으로부터의 깊이는 영역 S1에서 60 ㎛, 영역 S2에서 120 ㎛, 영역 S3에서 200 ㎛였다. 환형 홈(18c)의 깊이는 100 ㎛이다.

또한, 이 와전류 발생 분포는 컴퓨터를 이용한 유한 요소법에 의한 전자계 시뮬레이션에 의해 얻게 된 것으로, 어느 쪽의 자심 부재(18, 18")도 Fe-Si-Cr계의 자성 분말을 바인더 중에 분산시켜 시트 형상으로 형성된 동일한 복합 자성 재료제이고, 두께는 0.58 ㎜, 외부 고주파 자계는 13.56 ㎒로 하고 있다.

이상과 같이 환형 홈(18c)을 형성한 자심 부재(18)에 따르면, S1 내지 S3의 각 영역의 자심 부재 두께 방향에 있어서의 분포 깊이는 도8의 (b)에 도시한 표면 비가공의 자심 부재(18")에 비해 협소화되어 있고, 특히 가장 표면측의 영역 S1에 있어서의 와전류 발생량은 크게 저감되어 있다. 이는 환형 홈(18c)의 형성에 의해 안테나 코일(15)의 루프 부분과 자심 부재(18)의 표면 사이에 환형 홈(18c) 깊이에 상당하는 크기의 공극(갭)이 형성되고, 이 공극의 개재에 의해 자심 부재(18)의 표면의 와전류 발생량이 저감되었다고 생각할 수 있다.

한편, 형성하는 환형 홈(18c)의 깊이를 더욱 크게 함으로써 자심 부재(18)의 표면에 발생하는 와전류량을 보다 저감시킬 수 있다. 도9는 환형 홈(18c)의 깊이와 안테나 코일(15)의 인덕턴스(L), 저항(R 및 Q)값의 관계를 나타내고 있다. 환형 홈(18c)의 깊이가 커짐에 따라서, 안테나 코일의 저항(R)이 저하되는 모습을 알 수 있다. 이는, 자심 부재(18) 표면의 와전류량이 저하되어 안테나 코일을 전류가 흐르기 쉬워지는 것을 의미하고 있다.

또한, 도9로부터, 환형 홈(18c)의 깊이를 크게 함으로써, 안테나 코일의 인덕턴스가 0.1 ㎜를 경계로 하여 저하되는 경향을 나타내고 있다. 이는 환형 홈(18c)의 깊이를 크게 함으로써 자심 부재(18)의 표면이 안테나 코일(15)의 루프 부분으로부터 보다 멀어지게 되는 결과, 자심 부재(18)의 자심으로서의 기능이 저하되므로 안테나 코일(15)의 인덕턴스(L)가 저하되는 것이라 생각된다. 또한, 동시에 (ωL)/R로 나타내는 Q의 값도 환형 홈(18c)의 형성 깊이가 0.1 ㎜를 초과하면 저하 경향으로 바뀐다.

또한, 본 실시 형태와 같이 환형 홈(18c)이 형성되는 자심 부재(18)의 표면영역을 안테나 코일(15)의 루프 부분과 대향하는 영역으로만 함으로써, 자심 부재(18)의 다른 표면 영역을 안테나 코일(15)에 근접 배치시켜 둘 수 있으므로, 안테 나 코일의 인덕턴스 저하를 억제할 수 있다. 이와 같이, 환형 홈(15c)의 형성에 의한 와전류 발생량의 저감과 인덕턴스 저하 저지의 균형을 고려하여 환형 홈(15c)의 형성 깊이가 설정된다.

이상과 같이 본 실시 형태의 자성 부재(18)에 있어서는, 환형 홈(18c)의 깊이가 0.1 ㎜(100 ㎛)인 경우에, 안테나 코일(15)이 가장 높은 Q값을 나타내고, 가장 우수한 통신 거리 특성을 얻을 수 있게 된다.

또, 환형 홈(18c)의 깊이는 자심 부재(18)를 형성하는 자성 분말이나 사용 주파수에 따라 다르게 할 수 있다. 즉, 자심 부재의 도전율이 낮으면 발생하는 와전류량도 적어지므로, 형성하는 환형 홈의 깊이는 작게 할 수 있다. 이것은 와전류 손실이 자심 부재의 투자율의 허수부(μ")로 나타내는 손실항에 비례하기 때문이다[상기 (1) 내지 (4)식 참조]. 따라서, μ" 성분이 큰 경우에는, 환형 홈(18c)의 깊이를 크게 한다. 또한, 사용 주파수가 낮으면 와전류 발생량도 적어지기 때문에, 환형 홈의 깊이를 작게 할 수 있다.

도10은 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재[환형 홈(18c)을 형성한 자심 부재(18)], 딤플(18d)이 형성된 자심 부재[딤플(18d)을 형성한 자심 부재](18') 및 종래 형상의 표면 비가공의 자심 부재(18")의 각각 대해 측정한 고주파 자계(13.56 ㎒) 중에 있어서의 안테나 코일(15)의 인덕턴스(L), 저항(R 및 Q)값을 비교하여 나타내고 있다.

또한, 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18')는, 모재는 자심 부재(18, 18")와 동일한 복합 자성재로, 도7에 도시한 바와 같이 표면 전체 영역에 딤플(18d)이 형 성된 것을 이용하고 있고, 딤플(18d)의 형성 깊이는 100 ㎛, 딤플(18d)의 형성 비율은 면적비로 50 ％이다.

도10에 도시한 바와 같이 인덕턴스(L)는 특별히 변화는 보이지 않지만, 표면 비가공의 자심 부재(18")에 비해 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18)' 및 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18)의 저항(R)은 작고, 특히 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18)에서는 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18')보다도 저항(R)이 작다. 이에 의해, Q의 값도 표면 비가공의 자심 부재(18")에 비해 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18) 및 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18') 쪽이 높기 때문에 통신 거리 향상을 도모할 수 있다.

여기서, 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18)가 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18')보다도 낮은 저항(R)을 얻을 수 있는 것은, 안테나 코일(15)의 루프 부분에 대향하는 표면 영역의 전체가 환형 홈(18c)에 의해 일정한 공극을 사이에 두고 안테나 코일(루프 부분)에 대향하고 있으므로, 상기 표면에 발생하는 와전류 발생량의 저감 효과가 높아지기 때문이다.

도11은 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18), 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18') 및 표면 비가공의 자심 부재(18") 각각의 통신 거리[휴대 정보 단말(1)에 조립된 상태에 있어서의 통신 거리]를 비교하는 도면이다. 이 예로부터도 명백한 바와 같이, 종래 형상에 상당하는 표면 비가공의 자심 부재(18)(통신 거리 112 ㎜)에 비해 딤플(18d)이 형성된 자심 부재(18')(통신 거리 116 ㎜) 및 환형 홈(18c)이 형성된 자심 부재(18)(통신 거리 123 ㎜)에 의해 통신 거리를 크게 향상시킬 수 있 다.

또, 여기서 예로 든 표면 비가공의 자심 부재(18")에 있어서도, 휴대 정보 단말에 조립한 상태에서 100 ㎜ 이상의 통신 거리가 확보되고 있지만, 상기 자심 부재(18")는 본 발명자들에 의한 새로운 자심 부재의 개발 과정에서 얻게 된 신규인 자성 재료로 구성되는 것으로, 그 상세한 것은 본 출원인에 의해 먼저 제안되었다(일본 특허 출원 제2004-131925).

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 안테나 코일(15)과 대향하는 측의 자심 부재(18)(18')의 표면이며, 안테나 코일(15)의 루프 부분과 대향하는 영역에 소정 깊이의 오목부[환형 홈(18c), 딤플(18d)]를 형성하였으므로, 비접촉 데이터 통신시에 있어서 자심 부재(18)(18') 표면에 발생하는 와전류량을 저감시킬 수 있고, 이에 의해 외부 자기장의 파워 손실을 저감시켜 안테나 모듈(10)의 통신 거리의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 자심 부재(18)(18')의 표면에 오목부(18c, 18d)를 형성할 뿐이므로, 자심 부재의 두께를 크게 하는 일 없이 안테나 모듈(10)의 통신 거리 향상을 도모할 수 있어 휴대 정보 단말(1) 등의 소형 전자 기기에 대해서도 콤팩트하게 안테나 모듈(10)을 탑재할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 기초로 하여 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어 이상의 실시 형태에서는 자심 부재(18)의 표면에 오목부로서 환형 홈(18c) 혹은 복수의 딤플(18d)을 형성하였지만, 오목부의 형상은 이에 한정되지 않고, 다른 형상으로 하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 자심 부재는 자성 시트 표면에, 안테나 코일의 루프 부분에 대향하는 영역을 제외한 다른 영역에 안테나기판(14)을 지지하는 자성 지지층을 적층한 구성의 것도 포함되는 것으로 하고, 이 경우, 상기 자성 지지층의 층두께가 상기 오목부의 깊이에 상당하게 된다.

또한, 이상의 실시 형태에 있어서, 자심 부재(18)의 표면에 형성한 환형 홈(18c) 혹은 복수의 딤플(18d) 내부에 합성 수지 재료 등의 비도전성 재료를 충전하도록 해도 좋다. 이 경우, 자심 부재 표면의 안테나 코일 루프 부분 대향 영역에 있어서 와전류의 발생을 저지하여 통신 거리의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 이상의 실시 형태에서는 자심 부재를 구성하는 연자성 분말로서 Fe-Si-Cr계를 이용하였지만, 물론 이외에도 센더스트계나 비정질계, 페라이트계 등의 다른 합금계의 연자성 분말을 이용할 수 있다.

본 발명의 안테나 모듈용 자심 부재에 따르면, 안테나 코일의 루프 부분과 대향하는 영역에 오목부를 형성하였으므로, 자심 부재의 표면에 발생하는 와전류를 저감시킬 수 있고, 이에 의해 자심 부재의 와전류 손실을 저감시켜 안테나 코일의 통신 거리를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 안테나 모듈에 따르면, 자심 부재의 두께를 크게 하는 일 없이 안테나 코일의 통신 거리의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 예를 들어 휴대 정보 단말의 하우징 사이즈를 대형화하는 일 없이 콤팩트하게 실장하는 것이 가능해진다.

Claims

루프 형상의 안테나 코일에 적층되는 안테나 모듈용 자심 부재이며,

상기 안테나 코일이 적층되는 측의 표면에는 적어도 상기 안테나 코일의 루프 부분이 대향하는 영역에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈용 자심 부재.
제1항에 있어서, 상기 오목부는 상기 안테나 코일의 루프 부분에 대응하여 형성된 환형 홈인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈용 자심 부재.
제1항에 있어서, 상기 오목부는 상기 표면의 복수 부위에 형성된 딤플인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈용 자심 부재.
제1항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 0.1 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈용 자심 부재.
루프 형상의 안테나 코일이 형성된 지지체에 대해 자심 부재가 적층되어 이루어지는 안테나 모듈에 있어서,

상기 자심 부재는 상기 지지체가 적층되는 측의 표면이며, 적어도 상기 안테나 코일의 루프 부분이 대향하는 영역에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하 는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 오목부는 상기 안테나 코일의 루프 부분에 대응하여 형성된 환형 홈인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 오목부는 상기 표면의 복수 부위에 형성된 딤플인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 0.1 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 자심 부재의 상기 지지체가 적층되는 면과는 반대측 면에 금속으로 된 실드판이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 지지체 상에는 상기 안테나 코일에 전기적으로 접속된 신호 처리 회로부가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제10항에 있어서, 상기 신호 처리 회로부는 상기 지지체의 자심 부재측의 면에 탑재되어 있고, 상기 자심 부재에는 상기 신호 처리 회로부를 수용하기 위한 개구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
제5항에 있어서, 상기 자심 부재는 Fe-Si-Cr계의 자성 분말을 바인더 중에 분산시켜 시트 형상으로 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
루프 형상의 안테나 코일을 지지하는 지지체와, 상기 지지체에 적층된 자심 부재와,

상기 자심 부재에 적층된 금속으로 된 실드판이 하우징 내부에 조립되어 있는 휴대 정보 단말이며,

상기 자심 부재는 상기 지지체가 적층되는 측의 표면이며, 적어도 상기 안테나 코일의 루프 부분이 대향하는 영역에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.
제13항에 있어서, 상기 오목부는 상기 안테나 코일의 루프 부분에 대응하여 형성된 환형 홈인 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.
제13항에 있어서, 상기 오목부는 상기 표면의 복수 부위에 형성된 딤플인 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.
제13항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 0.1 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.
제13항에 있어서, 상기 자심 부재는 Fe-Si-Cr계의 자성 분말을 바인더 중에 분산시켜 시트 형상으로 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.