TW201448359A - 天線裝置及電子機器 - Google Patents

Abstract

提供一種高效率且省空間地配置複數個天線並提升天線性能之天線裝置。天線裝置(10)，具備環狀天線部(3)、及配置在環狀天線部(3)之內徑之天線部(13)。此外，環狀天線部(3)及天線部(13)具有含有磁性粒子之磁性樹脂層(4a,4b)。環狀天線部(3)或天線部(13)中之至少一者之至少一部分埋設在磁性樹脂層(4a,4b)。

Description

天線裝置及電子機器

本發明係關於一種具有複數個天線之天線裝置，尤其是關於重疊配置有複數個天線之天線裝置、及使用該天線裝置之電子機器。本申請以2013年3月19日在日本申請之日本專利申請號特願2013-056779為基礎主張優先權，參照該申請並將其內容援用於本申請。

近年之無線通訊機器，搭載了電話通訊用天線、GPS用天線、無線LAN/BLUETOOTH(註冊商標)用天線、以及稱為RFID(Radio Frequency Identification)之複數個RF天線。除了此等以外，伴隨著非接觸充電之導入，亦開始搭載電力傳送用之天線線圈。使用非接觸充電方式之電力傳送方式，可舉出電磁感應方式、電波收訊方式、磁共振方式等。此等皆是利用一次側線圈與二次側線圈間之電磁感應或磁共振傳送電力。

此等天線，即使是被設計成以天線單體能獲在目標頻率之最大特性，但實際上構裝於電子機器時，不易獲得目標之特性。其原因在於天線周邊之磁場成分與位於周邊之金屬等產生干涉(耦合)，使天線線圈之電感實質減少，而導致諧振頻率偏移之故。又，因電感實質上減少，收訊靈敏度也會降低。作為此等之對策，可藉由在天線線圈與存在於其周邊之金屬之間插入磁屏蔽材，將從天線線圈產生之磁通聚集於磁屏蔽材，據以降低因金屬導致之干涉使電感增加，因此可提升收訊靈敏度。

非專利文獻1：伊志嶺、渡邊、上野、前田、德岡、「高頻對應低損耗壓粉磁心材料之開發」、SEI technical review、2011年1月、第178號、P121~127

非專利文獻2：Wireless Power Consortium, 「System Description Wireless PowerTransfer」, Volurme I：Low Power, Part1：Interface definition, Version1.1.1, July 2012.

隨著電子機器之小型化、高性能化之趨勢，在行動終端機器等之電子機器中分配來用於搭載上述複數個天線之空間極小。一般天線之構成，如圖16A及圖16B所示，藉由塗布有接著劑之接著劑層41將磁通聚集用之防磁片42黏貼於螺旋線圈狀之環狀天線元件2。然而，上述環狀天線中，就各天線而言，會佔據搭載天線之電子機器內之構裝空間，因此構裝面積亦將隨著搭載之天線之種類/數量之增加而變大。因此，此等天線之小型化、薄型化、進而複合化、集成化之要求變強。

然而，用於非接觸通訊或非接觸充電之磁屏蔽材，一般而言若透磁率高則屏蔽性能良好，因此主要使用高透磁率之肥粒鐵或金屬磁性箔。然而，在施加強直流磁場之環境下使用此等磁屏蔽材之情形，磁性體引起磁飽和，實際上之透磁率降低。例如，在非專利文獻1報告了在肥粒鐵芯，磁飽和造成之直流重疊特性降低顯著。又，在高飽和磁通密度之金屬磁性箔，一般而言厚度較薄為數10μm，因此若不重疊10片來使用，則同樣地會產生磁飽和之問題。

關於電磁感應型之非接觸充電，在無線充電聯盟(Wireless Power Consortium、WPC)已規定安裝有磁鐵之送訊線圈單元(非專利文獻2記載之設計A1)，且已市售。欲製作薄型之線圈單元之情形，必須使磁屏蔽之厚度變薄，但上述磁飽和變顯著，線圈之電感大幅地降低。因此，受電線圈側之諧振頻率大幅地偏移，產生從一次側往二次側之傳送電力之傳送效率降低或受電線圈之發熱增加之問題。再者，在諧振頻率之偏移顯著之情形，會有傳送本身無法進行之問題。

因此，本發明之目的在於提供一種高效率且省空間地配置複數個天線並提升天線性能之天線裝置。

作為用以解決上述課題之手段，本發明一實施形態之天線裝置，具備環狀天線、及配置在環狀天線之內徑之一個以上之其他天線。此外，環狀天線及其他天線具有含有磁性粒子之一個以上之磁性樹脂層。環狀天線或一個以上之其他天線中之至少一者之至少一部分埋設在磁性樹脂層。

作為用以解決上述課題之手段，本發明之電子機器，具備具有環狀天線、及配置在環狀天線之內徑之一個以上之其他天線之天線裝置。此外，環狀天線及其他天線具有含有磁性粒子之一個以上之磁性樹脂層。環狀天線或一個以上之其他天線中之至少一者之至少一部分埋設在磁性樹脂層。

較佳為，天線裝置及使用其之電子機器中，一個以上之磁性樹脂層中之至少一個磁性樹脂層含有球狀或以長徑與短徑之比表示之尺寸比為6以下之旋轉橢圓體狀之磁性粒子。

本發明之天線裝置及電子機器中，由於在環狀天線之內徑配 置一個以上之其他天線，因此天線裝置之構裝面積成為環狀天線之佔有面積，可降低構裝空間。

又，由於在磁屏蔽層之全部或一部分具有磁飽和造成之磁氣特性之劣化較少之磁性樹脂層，因此即使在施加較強磁場之環境下，線圈電感之變化亦較少，能穩定地進行通訊。

1,11,21‧‧‧導線

2‧‧‧環狀天線元件

12,22‧‧‧天線元件

3‧‧‧環狀天線部

13,23‧‧‧天線部

3a,3b‧‧‧引出線

4‧‧‧磁屏蔽層

4a,4b‧‧‧磁性樹脂層

4c‧‧‧磁性層

4d‧‧‧磁性片

5‧‧‧接著層

6‧‧‧引出部

7‧‧‧間隔物

8‧‧‧支承基材

10,10a~10f‧‧‧天線裝置

10g,10h‧‧‧特性評估用天線裝置

26‧‧‧缺口部

30‧‧‧送訊線圈單元

30a‧‧‧螺旋線圈

30b‧‧‧磁屏蔽

31‧‧‧金屬板

40‧‧‧磁鐵

120‧‧‧一次側天線部

121‧‧‧系統控制部

122‧‧‧收發訊控制部

123‧‧‧解調部

124‧‧‧調變部

125‧‧‧送訊訊號部

140‧‧‧非接觸通訊裝置

150‧‧‧非接觸通訊模組

160‧‧‧二次側天線部

161‧‧‧系統控制部

163‧‧‧調變部

164‧‧‧解調部

165‧‧‧收訊控制部

166‧‧‧整流部

167‧‧‧定電壓部

168‧‧‧外部電源

169‧‧‧電池

170‧‧‧充電控制部

180‧‧‧非接觸充電裝置

190‧‧‧受電裝置

圖1A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之構成例之俯視圖。圖1B係圖1A之AA’線之剖面圖。

圖2A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖2B係圖2A之AA’線之剖面圖。

圖3A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖3B係圖3A之AA’線之剖面圖。

圖4A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖4B係圖4A之AA’線之剖面圖。

圖5A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖5B係圖5A之AA’線之剖面圖。

圖6A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖6B係圖6A之AA’線之剖面圖。

圖7A係顯示本發明一實施形態之天線裝置之變形例之俯視圖。圖7B係圖7A之AA’線之剖面圖。

圖8係顯示使用天線裝置之非接觸通訊系統之構成例之方塊圖。

圖9係顯示諧振電路之主要部之方塊圖。

圖10係顯示使用天線裝置之非接觸充電系統之構成例之方塊圖。

圖11係顯示用以測定磁性樹脂層及磁性層對磁氣特性之影響之測定用天線裝置之構成之圖。圖11A係俯視圖，圖11B係圖11A之AA’線之剖面圖，係磁屏蔽層僅有磁性樹脂層之情形之剖面圖，圖11C係圖11A之AA’線之剖面圖，係磁屏蔽層由磁性樹脂層與磁性層構成之情形之剖面圖。

圖12係顯示本發明之特性評估用之線圈模組之構成之側視圖。圖12A係顯示單一之線圈模組之構成之側視圖，圖12B係顯示具備產生直流磁場之磁鐵之送訊線圈單元與線圈模組之側視圖。

圖13係將相對於未施加直流磁場之情形之線圈之電感值之施加直流磁場之情形之電感之變化值作為電感之相對值ΔL，使磁屏蔽層之厚度變化來描繪ΔL之圖表。圖13A係顯示將球狀非晶質合金使用於磁性樹脂層使相對透磁率為20程度之情形之ΔL，圖13B係顯示將球狀鋁矽鐵粉使用於磁性樹脂層使相對透磁率為15程度之情形之ΔL。

圖14係使磁屏蔽層之厚度變化來描繪電感之相對值ΔL之比較例之圖表。圖14A係顯示將長徑/短徑約50之鋁矽鐵粉使用於磁屏蔽層使相對透磁率為100程度之情形之ΔL，圖14B係顯示將MnZn肥粒鐵使用於磁屏蔽層使相對透磁率為1500程度之情形之ΔL。

圖15係測定在磁性樹脂層加上磁性層之情形之電感值之差異之圖表。圖15A係相對於磁屏蔽層之厚度來描繪無直流磁場之情形之電感之測定值之圖，圖15B係相對於磁屏蔽層之厚度來描繪有直流磁場之情形之電感之測定值之圖。

圖16A係習知單一天線裝置之俯視圖。圖16B係圖16A之AA’線之剖面圖。

以下，針對用以實施本發明之形態，一邊參照圖式一邊詳細說明。另外，本發明，並非僅限定於以下之實施形態，在不偏離本發明之概要範圍內當然有各種變更之可能。

(天線裝置之構成)

首先，說明作為環狀天線元件2適用通訊用天線且作為其他天線元件12適用非接觸供電用天線之天線裝置10。

如圖1A及圖1B所示，本發明一實施形態之天線裝置10具備具有將導線1捲繞成漩渦狀形成在平板狀之支承基材8之一面之螺旋線圈狀之環狀天線元件2之環狀天線部3、及導線11捲繞成漩渦狀之天線元件12整體埋設在磁性樹脂層4a之天線部13。天線部13之磁性樹脂層4a往天線部13之外周部分延伸，磁性片4d係以在天線部13之延伸部之上面與環狀天線元件2重疊之位置整體埋設在磁性樹脂層4a且上面從磁性樹脂層4a露出之方式配置。環狀天線部3係配置在天線部13之上面。在磁性樹脂層4a之下面、亦即與埋設有天線元件12側相反側之面配置有另一磁性樹脂層4b。在環狀天線部3之內徑配置天線部13之情形，較佳為，配置成各天線之中心軸大致一致。

對天線元件12、環狀天線元件2之與外部電路之電氣連接可透過來自埋設在磁性樹脂層4a,4b之導線1,11之引出線進行。磁性樹脂層4a,4b可在未硬化之狀態下容易地變形，因此在後述製作時之加壓步驟， 使上述引出線埋設在磁性樹脂層4a,4b之中。

此外，天線元件12並不限於圖1A及圖1B之環狀天線，亦可為平面天線或電介質天線等行動電話通訊用等之其他天線元件。

在用於磁性樹脂層4a之磁性粒子，可使用粒徑數μm~數十μm之球形、扁平或粉碎之粉末，不僅單體之磁性粉，亦可混合使用粉徑、材質、形狀不同之粉末。上述磁性粒子之中，尤其是使用金屬磁性粒子之情形，複透磁率具有頻率特性，若動作頻率變高則因表皮效應而產生損耗，因此與使用之頻率之頻帶對應地調整粒徑及形狀。

在用於磁性樹脂層4b之磁性粒子，使用粒徑數μm~100μm之球狀、或細長(長筒型)或扁平(圓盤型)之旋轉橢圓體形狀且其尺寸比(長徑/短徑)為6以下之粉末。此時，不僅單體之磁性粉，亦可混合使用粉徑、材質、尺寸比不同之粉末。

磁性樹脂層4a，由於為埋入導線1,11之層，因此在未硬化狀態下為了確保流動性、變形性，使磁性粉之填充率變少，相對於此，磁性樹脂層4b，磁性粉之填充率設定地較磁性樹脂層4a大，以使磁屏蔽特性變高。尤其是，為了提升填充率以改善磁氣特性，作為磁性樹脂層4b，亦可使用將金屬磁性粉、樹脂及潤滑劑等混合並壓縮成型之壓粉磁心。又，磁性樹脂層4b之粒子形狀從球形到尺寸比較小之旋轉橢圓體，為反磁場係數大對來自外部之磁場不易飽和之形狀。由於反磁場係數大之粒子透過樹脂形成磁性樹脂層4b，因此具有即使在直流磁場較大之環境下磁飽和之影響亦較少之磁氣特性。

磁性樹脂層4a,4b，含有由軟磁性粉末所構成之磁性粒子與 作為黏合劑之樹脂。磁性粒子為肥粒鐵等之氧化物磁性體，Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系等之結晶系，微結晶系金屬磁性體，或是Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等之非晶質金屬磁性體之粒子。又，天線裝置10之電感值雖藉由磁性體之實部透磁率(以下，僅稱為透磁率)決定，但透磁率可藉由磁性樹脂與樹脂之混合比率調整。磁性樹脂層4a,4b之平均透磁率與配合之磁性粒子之透磁率之關係相對於配合量遵循一般之對數混合法則，因此以粒子間之相互作用逐漸增加之體積填充率40vol%以上為佳。此外，磁性樹脂層4a,4b之熱傳導特性亦與磁性粒子之填充率之增加一起提升。

磁性樹脂層4a,4b並不限於以單一磁性材料構成之情形。亦可混合使用二種以上之磁性材料，亦可積層多層以形成磁性樹脂層。又，即使是相同磁性材料，亦可將磁性粒子之粒徑及/或形狀複數種選擇來混合，亦可積層多層。又，亦可就各天線改變磁性材料或組成。又，在磁性樹脂層4a,4b，除了上述磁性粒子以外，亦可含有用以使熱傳導性或粒子填充性等提升之填劑。

磁性片4d係用於環狀天線元件2之磁屏蔽，可使用肥粒鐵等之氧化物磁性體，Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系等之結晶系，微結晶系金屬磁性體，或是Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等之非晶質金屬磁性體。又，亦可使用將該等磁性體之粒子以黏合劑壓縮成型或燒成製作之片材。在天線之性能充分或受到後述直流磁場之影響之情 形，亦可省略磁性片4d。

黏合劑，使用因熱、紫外線照射等會硬化之樹脂等。作為黏合劑，例如可使用環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚脂等之樹脂，或是矽氧橡膠、聚氨酯橡膠、丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠等周知之材料，但當然並不限於此等，可使用其他周知之材質。另外，在上述之樹脂或是橡膠，適量加入阻燃劑、反應調整材、交聯劑或是矽烷耦合劑等之表面處理劑亦可。

形成天線元件12之導線11，在將天線部13使用為具有5W程度之充電輸出容量之非接觸充電用之二次側充電線圈之情形，用在120kHz程度之頻率時，較佳為，使用0.20mm~0.45mm之徑之由Cu或以Cu為主成分之合金構成之單線。或者，為了降低導線11之表皮效應，亦可使用將較上述單線細之細線捆束複數條之並行線、編線，亦可使用厚度薄之平角線或是扁平線作為1層或是2層之α卷。關於環狀天線部3，亦可考量使用之頻率、電流容量來任意決定。

在環狀天線元件2及天線元件12亦可使用在酚醛基板等之子基板或聚醯亞胺等形成之可撓性基板之單面或雙面使導電體圖案化而形成線圈之基板。使用上述在基材之單面或雙面使導電體圖案化而製作之線圈之構成，由於能使天線元件之厚度變薄，因此能使天線裝置10之厚度更薄。由於在非接觸充電用途會有較大電流流動，因此天線元件12能以例如使用單線或複數線之線圈構成，通訊用途之環狀天線元件2能以在基材之單面或雙面使金屬圖案化而製作之線圈、所謂FPC(Flexible printed circuit)線圈構成。在基板之兩面將導線1形成圖案，透過貫通孔串聯各圖案，藉此 可增加匝數。又，藉由使在基板之兩面圖案配線之導線1透過貫通孔加以並聯，亦可增加電流容量。藉由使用積層基板作為基板，亦可進一步多層化，藉由多層配線可進一步增加匝數或電流容量。

以上述方式構成之本發明之天線裝置10，由於複數個天線積層形成在厚度方向，因此可實現節省空間。

再者，本發明之天線裝置10，由於天線元件12埋設在磁性樹脂層4a，因此可提高線圈附近之磁通密度，即使匝數少亦可獲得所欲之電感值。藉此，為了獲得所欲之電感值，可減少匝數，因此可降低導線11之直流電阻，可降低損耗。又，藉由磁性樹脂層4a之熱傳導特性，可效率更佳地散熱，亦可因散熱降低減少電子機器內之散熱空間。又，能使作為天線部13之磁屏蔽層之磁性樹脂層4b變廣，再者，磁性樹脂層4b為不易磁飽和之構成，因此不論附近是否存在較強磁場，皆可發揮良好之磁屏蔽性能。

(天線裝置之製造方法)

接著，說明天線裝置10之製造方法之一例。

首先，製作用在磁性樹脂層4a,4b之片材。磁性樹脂層4a之情形，將平均粒徑5μm之球狀金屬磁性粒子與稀釋劑一起加入丙烯酸系樹脂並加以混練。使用片材成型機對其加工，使其乾燥後形成既定厚度之片材。在磁性樹脂層4b，以與磁性樹脂層4a之情形相同之方式形成片材。為了提高磁屏蔽性能，較磁性樹脂層4a之情形更高度地填充磁性粒子。因此，使用平均粒徑25μm、5μm之二種類之球狀非晶質金屬磁性粒子，在粒徑較大之粒子之間置入粒徑較小之粒子以提升填充率。將以上述方式形 成之各片材加工成既定形狀，作成磁性樹脂層4a,4b。

之後，將磁性樹脂層4b配置在模框，進行加熱加壓以作成既定形狀之硬化之磁性樹脂層4b。作為磁性樹脂層4b，亦可使用壓粉成型之材料，在以上述方法製作之情形，在硬化處理前壓縮強度較高時，亦可省略上述加熱加壓，在後續之磁性樹脂層4a之硬化處理時一併使其硬化。

接著，將環狀天線元件2與黏貼有磁性片4d之環狀天線部3與天線元件12以埋設在既定厚度之磁性樹脂層4a之方式載置在支承基材8。此時，使導線11之引出線、及貫通支承基材8設置之導線1之引出線位在磁性樹脂層4b之側，將其端部設置成沿著設在模具之外框之一部分之槽往外側突出。之後，進行加熱加壓，使磁性樹脂層4a硬化並從模框取出，藉此完成天線裝置10。以上述方式製作之天線裝置10，導線1,11之引出線埋設在磁性樹脂層4a,4b，用以與外部電路連接之線圈端部被引出。

磁性樹脂層4a之量，亦可為使環狀天線元件2及天線元件12完全地埋設之量，亦可為使環狀天線元件2及天線元件12之一部分露出之量。又，磁性樹脂層4a之位置，亦可為埋設成使環狀天線元件2及/或天線元件12之外徑部分或內徑部分之全部或者一部分填充之位置。

藉由上述製造方法將環狀天線元件2及天線元件12與磁性樹脂層4a,4b加以固定之情形，無需使用接著劑。是以，可削減塗布接著劑之步驟，再者與接著劑塗布所形成之接著劑層消失之量對應地，可使天線裝置10變薄。又，磁性樹脂層4a,4b，由於混練有上述樹脂，對於來自外部之衝擊，不會產生裂痕等之損傷，因此無須在表面黏貼保護片。是以，可減少保護片黏貼步驟，可抑制保護片造成之天線裝置之厚度增加。

又，磁性樹脂層4a,4b係將磁性粒子與樹脂混練形成，在硬化後亦具有適度之柔軟性，因此可配合電子機器之筐體內部之形狀搭載。

(變形例1)

圖2A及圖2B係使磁性樹脂層4b之剖面構造為凸型之例。藉由在天線元件12之內徑側配置透磁率高之磁性體，可提高天線之電感及收發訊天線間之耦合係數，能使通訊特性提升。

天線裝置10a具備具有將導線1捲繞成漩渦狀形成在支承基材8之螺旋線圈狀之環狀天線元件2之環狀天線部3、及導線11捲繞成漩渦狀之天線元件12整體埋設在磁性樹脂層4a之天線部13。天線部13之磁性樹脂層4a往天線部13之外周部分延伸，磁性片4d係以在天線部13之延伸部之上面與環狀天線元件2重疊之位置整體埋設在磁性樹脂層4a且上面從磁性樹脂層4a露出之方式配置。環狀天線部3係配置在天線部13之上面。在磁性樹脂層4a之下面、亦即與埋設有天線元件12側相反側之面配置有另一磁性樹脂層4b。磁性樹脂層4b係配置在環狀天線元件2且磁性樹脂層4a之下面，配置成填充至表面在環狀天線元件2之內徑之中心部附近露出為止。

磁性樹脂層4b之形狀並不限於圖1A及圖1B所示之平板狀或圖2A及圖2B所示之凸型。可配合天線裝置之尺寸或通訊特性等要求規格任意地設定磁性樹脂層4b之尺寸、形狀。又，磁性樹脂層4a因加壓而流動，因此可抑制形狀或厚度等，能將填充磁性樹脂層4a之位置任意地控制在例如僅天線元件12之內徑側附近、或延伸至環狀天線元件2與天線元件12之間等。

(變形例2)

圖3A及圖3B係顯示為了改善環狀天線元件2之性能，將構成環狀天線元件2之導線1之一部分中之內徑側之導線1配置在與天線部13重疊之位置之例。此情形，與天線部13側重疊之導線1會對環狀天線元件2之性能造成影響，因此必須留意導線1之形狀或尺寸。

又，圖3A及圖3B中，為了使磁屏蔽特性進一步提升，在磁性樹脂層4b之下面重疊配置磁性層4c。磁性樹脂層4b係將磁性粒子配合於樹脂中者，因此相較於高透磁率構成之塊體材料，透磁率較低。因此，藉由在磁性樹脂層4b追加透磁率高之磁性層4c，可提高磁屏蔽效果。此處，磁性層4c係透磁率高之磁性體，雖使用後述磁性材料，但一般而言為容易磁飽和之材料。是以，在直流磁場存在之環境下使用之情形，為主要使用磁性樹脂層4b且輔助地追加磁性層4c之構成。磁性層4c，在圖3A及圖3B中，配置在磁性樹脂層4b之下面側，但亦可配置成埋入在磁性樹脂層4b之上面或者磁性樹脂層4b之內部。又，亦可作成較磁性樹脂層4b小之形狀或者大之任意形狀來使用。磁性片4c係透磁率高之材料，可使用肥粒鐵等之氧化物磁性體，Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系等之結晶系，微結晶系金屬磁性體，或是Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等之非晶質金屬磁性體。又，亦可使用將該等磁性體之粒子以黏合劑壓縮成型或燒成製作之片材、或將對該等磁性體施加扁平處理等作成扁平形狀之磁性粉與樹脂等加以混練製作之片材。

如圖3A及圖3B所示之天線裝置10b，進一步將用以收納導 線1,11之引出線之引出部6設在磁性樹脂層4b與磁性層4c。導線1,11之引出線因製作時之熱壓而無法埋設在磁性樹脂層4b或磁性層4c或者該兩方之情形，在磁性樹脂層4b或磁性層4c或者該兩方設置引出部6，收納導線1,11之引出線，藉此可謀求天線裝置10之低高度化。

(變形例3)

圖4A及圖4B係顯示在環狀天線元件2之內徑側設有另一天線元件22之例。天線裝置10c，在相同支承基板8具有由漩渦狀之導線1構成之環狀天線元件2且在環狀天線元件2之內徑具有由漩渦狀之導線21構成之天線元件22。天線部13之磁性樹脂層4a往天線部13之外周部分延伸，磁性片4d係以在天線部13之延伸部之上面與環狀天線元件2重疊之位置整體埋設在磁性樹脂層4a且上面從磁性樹脂層4a露出之方式配置。環狀天線部3及天線部23係配置在天線部13之上面。在磁性樹脂層4a之下面、亦即與埋設有天線元件12側相反側之面配置有另一磁性樹脂層4b。

環狀天線元件2與磁性片4d及磁性樹脂層4a,4b一起構成環狀天線部3，配置在環狀天線元件2之內徑之天線元件22與磁性樹脂層4a,4b一起構成天線部23。又，天線元件12與磁性樹脂層4a,4b一起構成天線部13。

上述構成中，例如可將天線部13用於非接觸供電用，將環狀天線部3用於NFC天線用，將天線部23用於異物偵測線圈用。但並不限於此，例如，將環狀天線部3用於非接觸供電用，將天線部23用於另一通訊天線等，可自由地分配。

圖4A及圖4B中，對相同支承基板8構成環狀天線元件2 與天線元件12，但亦可使用不同支承基板形成天線元件12、另一天線元件22，配置在基板平面方向或積層於厚度方向。又，圖4A及圖4B中，在另一天線元件22之下方省略用在環狀天線元件2之磁性片4d，但亦可與環狀天線元件2同樣地為了改善特性設置磁性層。此情形，必須注意天線元件22之導線21之形狀、圖案及使用磁性層之情形須注意尺寸、配置部位，以避免對天線元件12之特性造成較大影響。

此外，環狀天線元件2,22能以在相同基材之單面或雙面使金屬導體圖案化而製作之線圈、所謂FPC(Flexible printed circuit)線圈構成。又，環狀天線元件2,22當然可為分別形成在不同基材之FPC線圈。

(變形例4)

圖5A及圖5B係顯示磁性樹脂層4b僅重疊配置在天線部13且在環狀天線元件2之下方配置用以支承環狀天線元件2之間隔物7之變形例。

亦即，天線裝置10d具備具有將導線1捲繞成漩渦狀形成在支承基材8之螺旋線圈狀之環狀天線元件2之環狀天線部3、及導線11捲繞成漩渦狀之天線元件12整體埋設在磁性樹脂層4a之天線部13。天線部13之磁性樹脂層4a往天線部13之外周部分延伸，磁性片4d係以在天線部13之延伸部之上面與環狀天線元件2重疊之位置整體埋設在磁性樹脂層4a且上面從磁性樹脂層4a露出之方式配置。環狀天線部3係配置在天線部13之上面。在磁性樹脂層4a之下面、亦即與埋設有天線元件12側相反側之面配置有另一磁性樹脂層4b。

在作為間隔物7使用非磁性材料之情形，可減輕環狀天線部3與天線部13之磁氣干涉。又，間隔物7若使用熱傳導性優異之材料，則 能使用於非接觸充電用途之天線部13所產生之熱有效地散熱。圖5A及圖5B所示之例，載置有環狀天線元件2之磁性片4d可藉由磁性樹脂層4a不使用接著劑地固著，但亦可預先以接著劑等將環狀天線元件2接合以構成環狀天線部3，之後，藉由天線部13與磁性樹脂層4a,4b之一方或兩方固著。又，可在間隔物7與磁性樹脂層4b預先固著之狀態下使用。

(變形例5)

又，如圖6A及圖6B所示，在天線裝置10e，亦可調整間隔物7之厚度，使構成天線裝置10e外側之環狀天線元件2之部分之厚度與構成天線裝置10e中心附近之天線元件12之部分之厚度大致相同。在天線裝置10e，能使整體之厚度較圖1A及圖1B~圖5A及圖5B等之情形薄。

(變形例6)

如圖7A及圖7B所示，亦可分別製作環狀天線部3與天線部13，不依賴圖5A及圖5B或圖6A及圖6B之間隔物使磁性樹脂層4a與支承基板8固著以連接兩者。

如以上說明，本發明之天線裝置，由於其他天線重疊配置在一個天線，因此可實現節省空間之天線裝置。

再者，本發明之天線裝置，作為主要之磁屏蔽係使用不易磁飽和之磁性樹脂層，因此即使在施加直流磁場之環境下亦可使線圈之電感值之變化變小，能穩定地進行通訊。又，本發明之天線裝置中，線圈周圍被具有磁性及熱傳導性之磁性樹脂層覆蓋，因此可提高線圈之電感，同時可使線圈所產生之熱散熱。尤其是，在收發大電力時，發熱會成為問題，但由於可高效率地散熱，因此亦可因發熱降低削減電子機器內之散熱空 間，實質上能對機器之小型化、薄型化具有貢獻。

再者，由於磁性樹脂層4a,4b係將樹脂混練於磁性粒子而形成，因此硬化後亦具有柔軟性，可配合電子機器內部之形狀搭載、構裝。

(構成非接觸通訊系統及非接觸充電系統之情形之具體例)

(非接觸通訊裝置之構成例)

本發明一實施形態之天線裝置10，作為諧振線圈(天線)，與諧振電容器一起構成諧振電路。此外，將構成之諧振電路搭載於非接觸通訊裝置，以非接觸方式進行此與其他非接觸通訊裝置之通訊。非接觸通訊裝置係例如搭載於行動電話之NFC(Near Field Communication)等之非接觸通訊模組150。又，其他非接觸通訊裝置係例如非接觸通訊系統中之讀寫器140。

如圖8所示，非接觸通訊模組150具備包含由諧振電容器與作為諧振線圈作用之天線裝置10構成之諧振電路之二次側天線部160。非接觸通訊模組150具備為了將從讀寫器140傳送而來之交流訊號用作為各區塊之電源而進行整流以轉換成直流電力之整流部166、及產生與各區塊對應之電壓之定電壓部167。非接觸通訊模組150具備藉由定電壓部167所供應之直流電力動作之解調部164與調變部163與收訊控制部165，又，具備控制整體之動作之系統控制部161。藉由二次側天線部160接收之訊號被整流部166轉換成直流電力，且被解調器解調，藉由系統控制部161解析來自讀寫器140之送訊資料。又，藉由系統控制部161產生非接觸通訊模組150之送訊資料，送訊資料被調變部163調變成用以傳送至讀寫器140之訊號，透過二次側天線部160傳送。在收訊控制部165，根據系統控制部161之控制，產生用以進行二次側天線部160之諧振頻率之調整之訊號，可配合通訊狀 態進行諧振頻率之調整。

又，非接觸通訊系統之讀寫器140，具備包含具有由諧振電容器構成之可變容量電路與天線裝置10之諧振電路之一次側天線部120。讀寫器140具備控制讀寫器140之動作之系統控制部121、根據系統控制部121之指令進行送訊訊號之調變之調變部124、及將藉由來自調變部124之送訊訊號調變之載波訊號往一次側天線部120送出之送訊訊號部125。再者，讀寫器140具備將藉由送訊訊號部125送出之已調變之載波訊號解調之解調部123。

圖9係顯示二次側天線部160之構成例。二次側天線部160包含由構成諧振容量之可變容量電容器CS1,CP1,CS2,CP2、及形成電感之天線裝置10構成之串並聯諧振電路。關於一次側天線部120，亦具備同樣之構成。

可變容量電路之各電容器CS1,CP1,CS2,CP2被收訊控制部165(在讀寫器140之情形為收發訊控制部122)控制直流偏壓電壓，設定成適當之容量值，與天線裝置10(Lant)一起被調整諧振頻率。

(非接觸通訊裝置之動作)

接著，說明分別具備由包含天線裝置10之諧振電路構成之一次側天線部120及二次側天線部160之讀寫器140及非接觸通訊模組150之動作。

讀寫器140根據被送訊訊號部125送出之載波訊號進行與一次側天線部120之阻抗匹配，根據收訊側即非接觸通訊模組150之收訊狀態進行諧振電路之諧振頻率之調整。在調變部124，用在一般讀寫器之調變方式、編碼方式係曼徹斯特(Manchester)編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying，振幅移位鍵控)調變方式等。載波頻率典型而言係13.56MHz。

傳送之載波訊號，收發訊控制部122以藉由監測送訊電壓、送訊電流獲得阻抗匹配之方式控制一次側天線部120之可變電壓Vc，進行阻抗調整。

從讀寫器140傳送之訊號被非接觸通訊模組150之二次側天線部160接收，訊號被解調部164解調。解調之訊號之內容藉由系統控制部161判斷，系統控制部161根據其結果產生回應訊號。此外，收訊控制部165根據收訊訊號之振幅或電壓/電流相位調整二次側天線部160之諧振參數等，能調整諧振頻率以使收訊狀態成為最佳。

非接觸通訊模組150藉由調變部163調變回應訊號，藉由二次側天線部160往讀寫器140傳送。讀寫器140以解調部123解調被一次側天線部120接收之回應訊號，根據解調之內容，藉由系統控制部121執行必要之處理。

(非接觸充電裝置及受電裝置之構成例)

使用本發明之天線裝置10之諧振電路可構成藉由非接觸充電裝置180以非接觸方式對內設在行動電話等之行動終端之二次電池進行充電之受電裝置190。作為非接觸充電之方式，可應用電磁感應方式或磁共振等。

圖10係顯示由本發明適用之行動終端等之受電裝置190、及以非接觸方式對受電裝置190進行充電之非接觸充電裝置180構成之非接觸充電系統之構成例。

受電裝置190具備與上述非接觸通訊模組150大致相同之構成。又，非接觸充電裝置180之構成與上述讀寫器140之構成大致相同。是 以，作為讀寫器140、非接觸通訊模組150，關於具有與圖8記載之區塊相同功能者，以相同符號顯示。此處，在讀寫器140，收發訊之載波頻率在大多數情形為13.56MHz，相對於此，在非接觸充電裝置180會有100kHz~數百kHz之情形。

非接觸充電裝置180根據被送訊訊號部125送出之載波訊號進行與一次側天線部120之阻抗匹配，根據收訊側即非接觸通訊模組之收訊狀態進行諧振電路之諧振頻率之調整。

傳送之載波訊號，收發訊控制部122以藉由監測送訊電壓、送訊電流獲得阻抗匹配之方式控制一次側天線部120之可變電壓Vc，進行阻抗調整。

受電裝置190以整流部166整流被二次側天線部160接收之訊號，依據充電控制部170之控制將整流後之直流電壓對電池169進行充電。即使是二次側天線部160無接收訊號之情形，亦可藉由AC適配器等之外部電源168驅動充電控制部170而對電池169進行充電。

從非接觸充電裝置180傳送之訊號被二次側天線部160接收，訊號被解調部164解調。解調之訊號之內容藉由系統控制部161判斷，系統控制部161根據其結果產生回應訊號。此外，收訊控制部165根據收訊訊號之振幅或電壓/電流相位調整二次側天線部160之諧振參數等，能調整諧振頻率以使收訊狀態成為最佳。

(實施例)

(設定磁性粒子之形狀之情形之天線裝置之特性評估)

在非接觸充電系統，一次側天線與二次側天線之相對位置會影響電力 傳送效率。因此，具有如下設計，為了能將充電裝置(一次側)與受電裝置(二次側)之位置接近地配置，在充電裝置配置強力磁鐵，將受電裝置之二次側天線吸引至充電裝置之一次側天線(非專利文獻2記載之設計A1)。為了將磁性樹脂層對上述強力磁鐵造成之直流磁場之效果定量化，進行以下之特性評估。

關於本發明實施形態之天線裝置10，將使用磁性樹脂層4b之情形之特性評估為賦予線圈之電感值之磁飽和之影響。具體而言，藉由測定圖11A所示之單一線圈之電感值進行特性評估。圖11B係顯示特性評估用之天線裝置10g之剖面。天線裝置10g具備由捲繞成長方形狀之導線1形成之環狀天線元件2、及透過接著層5連接於環狀天線元件2之具有既定厚度之磁性樹脂層4b。又，具有用以將環狀天線元件2與外部電路加以電氣連接之引出線3a,3b。環狀天線元件2之內徑側之引出線3a通過形成在磁性樹脂層4b之缺口部26往外部引出。此外，圖11C係用以測定進一步附加後述磁性層4c之情形之對磁氣特性之影響之特性評估用之天線裝置10h之構成。

圖12A及圖12B係顯示測定環境。

圖12A中，顯示評估無外部直流磁場之狀態之受電線圈單元之構成。受電線圈單元係特性評估用之天線裝置10g，具備環狀天線元件2與磁性樹脂層4b。在磁性樹脂層4b之與搭載環狀天線元件2之面相反側之面配置有模造電池組之金屬板31。受電線圈單元係14T之長方形線圈(外徑31×43mm)。

圖12B中，顯示評估有磁鐵造成之外部直流磁場之狀態之 受電線圈單元之構成。與圖12A之情形相同，受電線圈單元係評估用之天線裝置10h，具備環狀天線元件2與磁性樹脂層4b。在磁性樹脂層4b之與搭載環狀天線元件2之面相反側之面配置有模造電池組之金屬板31。以與受電線圈單元對向之方式配置有送電線圈單元。送電線圈單元具備螺旋線圈30a與磁屏蔽材30b，配置成中心軸與受電線圈單元之中心一致。在送電線圈單元30之中心配置有用以產生直流磁場之磁鐵40。安裝有該磁鐵之送電線圈單元係根據非專利文獻2記載之設計A1作成。受電線圈單元與送電線圈單元係隔著2.5mm之丙烯酸板分離對向配置。使用Agilent公司之阻抗分析儀4294A對各情形在改變磁性樹脂層4b之構成之情況下測定線圈之電感值。

首先，進行圖11B所示之具有僅由磁性樹脂層4b構成之磁屏蔽層之天線裝置10g之電感值之測定。

圖13A及圖13B及圖14A及圖14B係顯示對搭載有使用各種磁性材料之磁屏蔽層之受電線圈單元之電感值進行測定之圖表。以百分比表示相對於無直流磁場狀態下之電感之測定值之有直流磁場狀態下之電感之測定值之變化量，稱為電感之相對值ΔL。改變磁性樹脂層4b之厚度tm，描繪電感之相對值ΔL。負的電感之相對值ΔL表示電感值降低，正的情形，表示電感值增加。

(實施例1)

圖13A係顯示作為磁性樹脂層4b使用配合有尺寸比(長徑/短徑)為6以下之球狀非晶質粉之具有平均透磁率20程度之磁性樹脂層4b之情形之電感之相對值ΔL。

(實施例2)

圖13B係顯示作為磁性樹脂層4b使用配合有尺寸比(長徑/短徑)為6以下之球狀鋁矽鐵粉粉之具有平均透磁率16程度之磁性樹脂層4b之情形之電感之相對值ΔL。

(比較例1)

圖14A係顯示作為磁屏蔽層使用將鋁矽鐵粉系之尺寸比(長徑/短徑)為50程度之扁平粉與黏合劑混合製作之具有平均透磁率100程度之磁性片之情形之電感之相對值。

(比較例2)

圖14B係顯示作為磁屏蔽層使用透磁率1500程度之MnZn系之塊體肥粒鐵之情形之電感之相對值。

(結果)

如圖13A及圖13B所示，將使用球狀之磁性粉之磁性樹脂層4b作為磁屏蔽層之本發明實施形態之構成例中，線圈之電感值即使施加直流磁場亦幾乎不會降低。此外，電感之相對值ΔL成為正之原因在於，構成送電線圈單元之磁屏蔽層較大，因此磁通聚集在受電線圈單元附近。

另一方面，如圖14A所示，作為磁屏蔽層使用由扁平形狀之磁性粉構成之磁性片之情形，因安裝在送訊線圈單元之磁鐵之直流磁場之影響，在磁屏蔽層產生磁飽和，電感值大幅地降低。由於屏蔽層愈薄愈容易磁飽和，因此此傾向更為顯著。

如圖14B所示，作為磁屏蔽層使用肥粒鐵之情形，與圖14A之情形相同，電感值大幅地降低。

如上述，藉由本發明之構成，即使安裝磁鐵之送訊線圈單元或者在有較大直流磁場之環境，線圈電感之變化亦較少，是以受電模組之諧振頻率之變化較少，能穩定地傳送電力。

(附加有磁性層之情形之天線裝置之特性評估)

使用與用在上述天線裝置之評估之圖12A及圖12B所示者相同之受電線圈單元。受電線圈單元係14T之長方形線圈(外徑31mm×43mm)。

作為特性評估之方法，如圖11B及圖11C所示，作為磁屏蔽層，測定僅磁性樹脂層4b之情形(圖11B)與在磁性樹脂層4b之下面黏貼50μm厚之磁性層4c之情形(圖11C)之線圈之電感值。又，在此等情形，改變磁性樹脂層4b之厚度測定電感值。是以，磁屏蔽層整體之厚度為在磁性樹脂層4b加上磁性層4c之厚度50μm。

受電線圈單元(評估用之天線裝置10h)之磁性樹脂層4b係使用配合有尺寸比為6以下之球狀之非晶質粉之平均透磁率30程度者，磁性層4c係使用將鋁矽鐵粉系之尺寸比為50程度之扁平粉與黏合劑混合製作之透磁率100程度者。

圖15A及圖15B係顯示描繪相對於磁屏蔽層4之厚度tm之電感值L之圖表。此外，電感值係使用Agilent公司之阻抗分析儀4294A測定，描繪為在非接觸通電系統一般使用之頻率120kHz之電感值L。

(實施例3)

圖15A係顯示未施加直流磁場之情形、亦即圖12A之受電線圈單元之構成之情形之線圈之電感值L之測定結果。圖15B係顯示藉由磁鐵施加直流磁場之圖12B之受電線圈單元之構成之情形之電感值L之測定結果。

如圖15A所示，在無直流磁場之情形，藉由將磁性樹脂層4b之一部分以薄磁性層4c置換，能使線圈之電感值提升。

另一方面，如圖15B所示，若藉由磁鐵施加直流磁場，則磁飽和之影響較大，因此任一線圈之電感值皆下降。雖磁性層4c相較於磁性樹脂層4b使電感增加之效果較高，但相反地在施加強磁場之狀態下磁性樹脂層4b使電感提升之效果較高，因此藉由調整上述二個層之比例，可將對磁屏蔽性或電路之諧振條件影響較強之線圈電感與其磁飽和特性調整成所欲性能。

如上述，本發明之天線裝置中，由於具有對磁飽和強之磁性樹脂層，因此即使在施加較強磁場之環境下，線圈電感之變化亦較少，能穩定地供應電力。又，藉由調整磁性樹脂層與磁性層之厚度，可調整線圈電感之大小與在強磁場環境下之線圈電感之變化率之平衡。當然，亦可用在非接觸通訊用、非接觸電力傳送(非接觸充電)用，又，可視用途或搭載之電子機器最佳地設計各自之環狀天線部、天線部。

1,11‧‧‧導線

2‧‧‧環狀天線元件

12‧‧‧天線元件

3‧‧‧環狀天線部

13‧‧‧天線部

4a,4b‧‧‧磁性樹脂層

4d‧‧‧磁性片

8‧‧‧支承基材

10‧‧‧天線裝置

Claims (15)

1. 一種天線裝置，具備：天線，具有上面；以及環狀天線，重疊配置於該天線之上面；該天線及該環狀天線具有含有磁性粒子及樹脂之一個以上之磁性樹脂層；該天線係配置在該環狀天線之內徑，其至少一部分埋設在該磁性樹脂層。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，該磁性樹脂層係藉由將該磁性粒子及樹脂混練形成而具有柔軟性。
3. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該天線或該環狀天線中之至少一者進一步具有磁性層，該磁性層含有磁氣特性與該磁性樹脂層不同之磁性材料。
4. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該天線及該環狀天線係配置成彼此一部分重疊。
5. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其進一步具備配置在該環狀天線之內徑且重疊配置於該天線之上面之其他環狀天線。
6. 如申請專利範圍第5項之天線裝置，其中，該天線及該其他環狀天線中之至少一者係配置成彼此重疊。
7. 如申請專利範圍第5或6項之天線裝置，其中，該天線、該環狀天線或該其他環狀天線中之至少一者係藉由含有非磁性材料之支承構件支承。
8. 如申請專利範圍第5或6項之天線裝置，其中，該天線、該環狀天線 或該其他環狀天線中之至少一者係藉由含有高熱傳導性材料之支承構件支承。
9. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該天線，其全部係埋設在該磁性樹脂層；該環狀天線不具有該磁性樹脂層。
10. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該一個以上之磁性樹脂層中之至少一個磁性樹脂層含有球狀或以長徑與短徑之比表示之尺寸比為6以下之旋轉橢圓體狀之磁性粒子。
11. 如申請專利範圍第10項之天線裝置，其中，該一個以上之磁性樹脂層中之至少一個磁性樹脂層係含有球狀或以長徑與短徑之比表示之尺寸比為6以下之旋轉橢圓體狀之磁性粒子、樹脂及潤滑劑且將該等混合後壓縮成型之壓粉磁心。
12. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該環狀天線由形成在基材之至少一面之線圈構成，該其他環狀天線由形成在該基材上之線圈構成。
13. 如申請專利範圍第1或2項之天線裝置，其中，該環狀天線由形成在基材之至少一面之線圈構成，該其他環狀天線由形成在與該基材不同之基材之至少一面之線圈構成。
14. 如申請專利範圍第5項之天線裝置，其中，該天線、該環狀天線、或該其他環狀天線中之一者，係非接觸電力傳送用天線。
15. 一種電子機器，具備申請專利範圍第1至14項中任一項之天線裝置。