TWI459632B - Method of manufacturing antenna device - Google Patents

Description

天線裝置之製造方法

本發明係關於一種藉由在與發射磁場之發射器之間產生之電磁感應成為可通訊狀態之天線裝置之製造方法。

本申請係以2009年7月28日在日本申請之日本發明專利申請特願2009-175750號為基礎主張優先權，參照該等申請並將其內容援引至本申請。

近年來，藉由電磁感應收發訊號之非接觸通訊技術已確立，利用為交通系統車票或電子貨幣之傾向逐漸增加。又，此種非接觸通訊功能亦有裝載於行動電話之傾向，因而期待今後之蓬勃發展。不僅以電磁感應進行之近接通訊，在物流可相隔數m之距離讀寫之IC標籤亦已產品化。又，此種非接觸通訊技術不僅能以非接觸方式進行通訊，亦可同時進行電力傳送，因此亦可構裝於本身不具備電池等電源之IC卡。

適用此種非接觸通訊之通訊系統中，為了在讀寫器與非接觸資料載體之間進行非接觸之通訊與電力傳送，在環狀天線連接共振用電容器，使以環狀天線與共振用電容器之常數LC決定之共振頻率與系統之規定頻率一致，以使進行讀寫器與非接觸資料載體之穩定通訊之通訊距離成為最大。

然而，環狀天線與共振用電容器之LC之常數具有複數個變動要因，不一定會成為假設值。例如，在非接觸資料載體為了實現低成本，以銅箔圖案製作環狀天線，因圖案寬度之偏差等導致L之值變化。又，同樣地，為了實現低成本，共振用電容器亦以天線基板之銅箔作為電極、以基板之樹脂作為電介質而構成，因銅箔之寬度、長度、間隔導致電容值變化。再者，最終而言，為了使用為IC卡，藉由保護膜層壓天線基板之上下，但由於該保護膜之影響使電容器之電容改變，因此預測層壓後之頻率偏移，作為預估調整，藉由銅箔圖案之裁切調整電極面積以調整共振用電容器之電容值。

由於上述各種要因導致共振頻率偏差，通訊成為不穩定，且通訊距離縮短。針對上述問題，專利文獻1建議一種方法，係在具有接收從讀寫器輸出之磁通之天線線圈與以高效率使該磁通之變化轉換成電壓之共振電路之天線模組，為了獲得通訊之穩定性，藉由調整可變電容器之電容調整共振頻率。

專利文獻1：日本特開2009-111483號公報

由於環狀天線與共振用電容器之LC之常數具有複數個變動要因，不一定會成為假設值，因此即使使用專利文獻1之共振頻率之調整方法，亦會有不易將製造後天線模組之電路特性之變動要因導致之頻率偏差調整在適當範圍內之情形。例如使用強電介質之電容在低電壓可變之可變電容器中，具有電介質膜厚或電極面積之變動導致之電容偏差較大之問題。

本發明係有鑑於上述問題而提案，其目的在於提供一種可將製造後天線模組之電路特性之變動要因導致之頻率偏差調整在可修正範圍內，能穩定地進行通訊之天線裝置之製造方法。

作為用以解決上述問題之手段，本發明之天線裝置之製造方法，該天線裝置，接收從發射器以既定振盪頻率發射之磁場，與發射器感應耦合成為可進行通訊，其特徵在於，具有：第1步驟，將具有接收從發射器發射之磁場之天線線圈及與天線線圈電氣連接之可變電容器之共振電路，以共振電路之共振頻率低於振盪頻率之方式製作；以及第2步驟，將形成於與天線線圈重疊之位置並使天線線圈之電感變化之磁性片，透過使電感與天線線圈與磁性片之間隔距離對應變化成共振電路之共振頻率與振盪頻率一致之膜厚之絕緣材料黏貼於天線線圈。

本發明，利用天線線圈之電感與天線線圈與磁性片之間隔距離對應變化之特性，將黏貼天線線圈與磁性片時之共振電路之共振頻率調整成與發射器之振盪頻率一致。因此，本發明能製造可將製造後天線模組之電路特性之變動要因導致之頻率偏差調整在可修正範圍內、能穩定地進行通訊之天線裝置。

以下，參照圖式詳細說明用以實施本發明之形態。此外，本發明並不限於以下實施形態，理所當然，在不脫離本發明之要旨範圍內，可進行各種變更。

(整體構成)

適用本發明之天線模組，係利用在與發射電磁波之發射器間所產生之電磁感應而成為可通訊狀態之天線裝置，其係組裝於例如圖1所示之RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)用之無線通訊系統100而使用。

無線通訊系統100，係由適用本發明之天線模組1、及進行對天線模組1之存取之讀寫器2所構成。

讀寫器2，具備：天線2a，作為用以對天線模組1發射磁場之發射器，具體而言，朝天線模組1發射磁場；及控制基板2b，係與經由天線2a而感應耦合之天線模組1進行通訊。

即，讀寫器2，配設有與天線2a電氣連接之控制基板2b。在該控制基板2b，構裝有由1個或複數個積體電路晶片等電子零件所構成之控制電路。該控制電路，根據從天線模組1接收之資料，執行各種處理。例如，控制電路，在將資料寫入天線模組1時，將資料編碼，根據編碼後之資料，進行既定頻率(例如13.56MHz)之載波之調變，然後將調變後之調變訊號放大，以放大後之調變訊號驅動天線2a。又，控制電路，在從天線模組1讀出資料時，將以天線2a接收之資料之調變訊號放大，將放大後之資料之調變訊號解調，然後將解調後之資料解碼。又，控制電路，係使用一般之讀寫器所使用之編碼方式及調變方式，例如，使用曼徹斯特(Manchester)編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying，振幅移位鍵控)調變方式。

組裝於電子機器之筐體3內部之天線模組1，具備：天線電路11，構裝有能在與感應耦合之讀寫器2間進行通訊之天線線圈11a；磁性片12，為將磁場導入天線線圈11a而形成於與天線線圈11a重疊之位置；及通訊處理部13，係藉由流過天線電路11之電流驅動，在與讀寫器2之間進行通訊。

天線電路11，係相當於本發明之共振電路之電路，具備天線線圈11a及與天線線圈11a電氣連接之電容器11b。

天線電路11，在以天線線圈11a接收到從讀寫器2發射之磁場後，則與讀寫器2藉由感應耦合而形成磁耦合，接收調變後之電磁波，然後將接收訊號供應至通訊處理部13。

磁性片12，為將從讀寫器2發射之磁場導入天線線圈11a而形成於與天線線圈11a重疊之位置，相較於沒有該磁性片12之情形，變化成天線線圈11a之電感增加。具體而言，磁性片12設成如下構造，為抑制設於可攜式電子機器之筐體3內部之金屬零件使從讀寫器2發射之磁場散射或產生渦電流，因而將其貼合於磁場釋放方向之相反側。

通訊處理部13，係藉由流過電氣連接之天線電路11之電流驅動，在與讀寫器2間進行通訊。具體而言，通訊處理部13，將接收到之調變訊號解調，將解調後之資料解碼，然後將解碼後之資料寫入至後述記憶體133。又，通訊處理部13，將待傳送至讀寫器2之資料從記憶體133讀出，將已讀出之資料編碼，根據編碼後之資料將載波調變，經由利用感應耦合而形成磁耦合之天線電路11，將調變後之電波傳送至讀寫器2。

參照圖2說明以上構成之無線通訊系統100中，天線模組1之天線電路11之具體電路構成。

如上述，天線電路11具備天線線圈11a與電容器11b。

天線線圈11a係例如形成為矩形，依據由讀寫器2之天線2a放射之磁通之中、與天線線圈11a交鏈之磁通之變化產生反電動勢。

電容器11b，係可藉由從通訊處理部13輸出之控制電壓調整電容之電容器，例如，被稱為Varicap之可變電容二極體或由耐壓特性優異之強介電材料構成之可變電容之電容器。

天線電路11中，天線線圈11a與電容器11b電氣連接，構成共振電路，藉由使電容器11b之電容為可變，調整包含天線線圈11a與電容器11b之共振電路之共振頻率。

通訊處理部13係藉由具備調變/解調電路131、CPU 132、記憶體133之微電腦構成。

調變/解調電路131進行產生使從天線電路11送出至讀寫器2之資料重疊於載波之調變波之調變處理。又，調變/解調電路131進行從讀寫器2所輸出之調變波取出資料之解調處理。

CPU 132讀出儲存於記憶體133之控制電壓資訊，將控制電壓V施加至電容器11b調整電容器11b之電容，以修正起因於製造時之元件之誤差或偏差之共振頻率之偏差。

在記憶體133，考慮天線電路11之共振頻率與讀寫器2使磁場振盪之振盪頻率之偏差，儲存有以天線電路11之共振頻率與讀寫器2之振盪頻率一致之方式控制電容器11b之電容之控制電壓資訊。

在與具有上述構成之天線模組1進行通訊之讀寫器2，天線2a具備天線線圈21與電容器22，控制基板2b具備調變/解調電路23、CPU 24、及記憶體25。

天線線圈21係例如形成為矩形，藉由與天線模組1側之天線線圈11a磁耦合，收發指令或寫入資料等各種資料，再者，供應在天線模組1使用之電力。

電容器22與天線線圈21連接構成共振電路。調變/解調電路23進行產生使從讀寫器2送出至天線模組1之資料重疊於載波之調變波之調變處理。又，調變/解調電路23進行從天線模組1所送出之調變波取出資料之解調處理。

CPU 24控制調變/解調電路23，以將從記憶體25讀出之資料送出至天線模組1，又，進行將以調變/解調電路23解調之資料寫入記憶體25之處理。

以上述方式，天線模組1之天線電路11，藉由通訊處理部13所控制之控制電壓調節天線電路11之電容器11b之電容，以使天線電路11之共振頻率與讀寫器2之振盪頻率一致，可實現穩定之通訊。

(共振頻率之調整)

天線電路11，即使施加控制電壓以調整電容器11b之電容，由於製造後天線模組之電路特性之變動要因導致之頻率偏差，亦會有不易調整在適當範圍內之情形。

例如，由強電介質構成之可變電容器，如圖3所示，若施加DC偏壓電壓作為控制電壓，電容隨著電壓值上昇單調遞減。亦即，在具有由強電介質構成之可變電容器之共振電路，能以共振頻率變高之方式進行調節，但無法以共振頻率變低之方式進行調節。因此，由於原本製造時之變動要因而共振頻率偏移至高頻側時，會有不易調整在適當範圍內之情形。多數情形，較佳為，施加控制電壓之一半時與讀寫器之振盪頻率一致，因此在控制電壓為0V時將頻率調整成較低。

此處，天線線圈之電感，係以線圈之外形、匝數、線間間距等決定，但將相對透磁率高之材料貼合於天線線圈之情形，依其材料之相對透磁率、形狀、厚度、天線線圈與磁性片之間隔距離等亦會變化。由於相對透磁率、形狀、厚度係設計上決定之參數，因此事後無法改變，但關於天線線圈與磁性片之間隔距離，可以貼合時之調整使其變化。

因此，利用上述天線線圈之電感與天線線圈與磁性片之間隔距離對應變化之特性，本實施形態之製造方法，係製造能以在將磁性片12黏貼於天線線圈11a時之天線電路11之共振頻率與讀寫器2之振盪頻率一致之方式進行調整之天線模組1。在說明天線模組1之具體製造方法之前，先針對天線線圈之電感與天線線圈11a與磁性片12之間隔距離對應變化之特性進行說明。

圖4A及圖4B分別係作為絕緣材料透過接著劑14貼合磁性片12之天線線圈11a的立體圖與剖面圖。

如圖4A所示，天線線圈11a係在例如印刷基板上以下述方式構裝。亦即，天線線圈11a係使用在可撓性印刷基板之導電體111施加圖案化處理且將導電體112接地者，該可撓性印刷基板係以導電體111,112被覆由聚醯亞胺、液晶聚合物、鐵氟龍等具有可撓性之材料構成之介電層113之兩面。此外，作為構裝有天線線圈11a之印刷基板，除了上述可撓性印刷基板以外，雖亦可使用例如使用環氧樹脂等具有可塑性之材料之硬性基板，但從可相對抑制介電常數之觀點觀之，以使用可撓性印刷基板較佳。

又，磁性片12係透過接著劑14與具有天線線圈11a之接地功能之導電體112黏貼。

此處，以圖5顯示具體使用由下述組成構成之肥粒鐵片作為磁性片12時、以μm單位使天線線圈與磁性片之間隔距離d變化時之天線線圈之電感之變化。

此處，肥粒鐵片使用49.3mol%之Fe₂ O₃ 、12.5mol%之ZnO、28.9mol%之NiO、及9.2mol%之CuO作為主成分，使用1.10mol%之Sb₂ O₃ 、0.1mol%之CoO作為添加元素。

如圖5所示，天線線圈11a之電感與天線線圈11a與磁性片12之間隔距離d對應單調遞減。此外，圖5中，雖顯示在13.56[MHz]之電感之變化，但即使在其他頻帶亦具有天線線圈之電感隨著天線線圈與磁性片之間隔距離變大而單調遞減之傾向，此點非常明確。

接著，參照圖6A及圖6B說明利用天線線圈11a之電感與天線線圈11a與磁性片12之間隔距離對應變化之特性之天線模組1之製造方法。

首先，參照圖6A說明第1製造方法。

在步驟S11，以天線電路11之共振頻率低於讀寫器2之振盪頻率、例如13.56[MHz]之方式，設定天線線圈11a與電容器11b之特性來製作。

在步驟S12，一邊將既定控制電壓施加至可變電容、一邊測定藉由步驟S11製作之天線電路11之共振頻率之實測值。

在步驟S13，根據藉由步驟S12測定之共振頻率之實測值與讀寫器2之振盪頻率之誤差，透過使天線電路11之共振頻率與振盪頻率一致之膜厚之絕緣性之接著劑，將磁性片12黏貼於天線線圈11a。

以此方式，在第1製造方法，可製造將藉由步驟S13透過既定膜厚之絕緣材料黏貼天線線圈與磁性片時之共振電路之共振頻率調整成與讀寫器2之振盪頻率一致之天線模組1。尤其，在第1製造方法，相較於後述第2製造方法，由於共振頻率之測定步驟一次即可完成，因此可實現製程之縮短化。

接著，參照圖6B說明第2製造方法。

在步驟S21，以天線電路11之共振頻率低於振盪頻率、例如13.56[MHz]之方式，設定天線線圈11a與電容器11b之特性來製作。

在步驟S22，一邊將既定控制電壓施加至可變電容、一邊測定藉由步驟S21製作之天線電路11之共振頻率之實測值。

在步驟S23，判斷藉由步驟S22測定之天線電路11之共振頻率之實測值與讀寫器2之振盪頻率是否一致，在一致時到步驟S25，在不一致時到步驟S24。

在步驟S24，以天線線圈11a與磁性片12之間隔距離以既定單位距離間隔變大之方式，將熱硬化或UV硬化之接著劑塗布於天線線圈11a或磁性片12並加以貼合後，回到步驟S23。此外，接著劑只要為在後續步驟S25之硬化處理硬化之接著劑，則不限定於上述接著劑。

在步驟S25，為了使藉由步驟S24形成在天線線圈11a與磁性片12之間之接著劑層硬化，進行加熱處理或UV照射。

以此方式，在第2製造方法，一邊測定天線電路之共振頻率、一邊使天線線圈11a與磁性片12之間隔距離變化，在最佳間隔距離之位置使接著劑硬化並保持形狀。其結果，在第2製造方法，可製造調整成與讀寫器2之振盪頻率一致之天線模組1。

尤其，在第2製造方法，相較於前述第1製造方法，由於一邊測定共振頻率一邊使間隔距離變化，因此可製造以更高精度調整成與讀寫器2之振盪頻率一致之天線模組1。

以上述方式，本實施形態之製造方法，利用天線線圈11a之電感與天線線圈11a與磁性片12之間隔距離對應變化之特性，於天線線圈11a黏貼有磁性片12時之天線電路11之共振頻率調整成與讀寫器2之振盪頻率一致。因此，本實施形態之製造方法，能製造可將製造後之天線電路11之電路特性之變動要因導致之頻率偏差調整在可修正範圍內、能穩定地進行通訊之天線模組1。

具體而言，本實施形態之製造方法，藉由控制天線線圈11a與磁性片12之間隔距離，能將共振頻率控制成適當值，且電容器11b為可變電容之情形能使可變電容之調整範圍適當，因此能使初始共振頻率偏移一定量，可製造維持設計自由度且性能高之天線模組。

此外，上述實施形態中，雖使用藉由施加電壓調整電容之由強電介質構成之電容器進行說明，但即使使用藉由開關動作切換較小電容之電容器之連接以合成電容調整之可變電容器，亦能製造可將製造後之天線模組之電路特性之變動要因導致之頻率偏差調整在可修正範圍內、能穩定地進行通訊之天線模組。

1．．．天線模組

2．．．讀寫器

2a．．．天線

2b．．．控制基板

3．．．筐體

11．．．天線電路

11a．．．天線線圈

11b．．．電容器

12．．．磁性片

13．．．通訊處理部

14．．．接著劑

21．．．天線線圈

22．．．電容器

23．．．調變/解調電路

24．．．CPU

25．．．記憶體

100．．．無線通訊系統

111．．．導電體

112．．．導電體

113．．．介電層

131．．．調變/解調電路

132．．．CPU

133．．．記憶體

圖1係顯示無線通訊系統之整體構成的圖。

圖2係顯示無線通訊系統之電路構成的圖。

圖3係顯示在由強電介質構成之可變電容器中，與DC偏壓電壓對應之特性變化的圖。

圖4A係將磁性片貼合於天線線圈的立體圖，圖4B係剖面圖。

圖5係用以說明與天線線圈與磁性片之間隔距離對應之電感之變化的圖。

圖6A及圖6B係用以說明利用天線線圈之電感與天線線圈與磁性片之間隔距離對應變化之特性之天線模組之製造方法的圖。

Claims (4)

1. 一種天線裝置之製造方法，該天線裝置，接收從發射器以既定振盪頻率發射之磁場，與該發射器感應耦合成為可進行通訊，其特徵在於，具有：第1步驟，將具有接收從該發射器發射之磁場之天線線圈及與該天線線圈電氣連接之可變電容器之共振電路，以該共振電路之共振頻率低於該振盪頻率之方式製作；以及第2步驟，將形成於與該天線線圈重疊之位置並使該天線線圈之電感變化之磁性片，透過使電感與該天線線圈與該磁性片之間隔距離對應變化成該共振電路之共振頻率與該振盪頻率一致之膜厚之絕緣材料黏貼於該天線線圈。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置之製造方法，其中，在該第2步驟，測定藉由該第1步驟製作之共振電路之共振頻率，根據該測量結果，將該磁性片透過使該共振電路之共振頻率與振盪頻率一致之膜厚之絕緣材料黏貼於該天線線圈。
3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置之製造方法，其中，在該第2步驟，作為該絕緣材料，透過以既定硬化處理而硬化之接著劑將該天線線圈與該磁性片貼合，一邊測定該共振電路之共振頻率一邊使該間隔距離變化，在該共振電路之共振頻率成為該振盪頻率時使該接著劑硬化，以使該天線線圈與該磁性片黏貼。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之天線裝置之製造方法，其中，在該第1步驟，使用由電容隨著溫度上昇單調遞減之強介電材料構成之電容器製作該共振電路。