WO2011108339A1 - 無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末 - Google Patents

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登 加藤
博美 村山
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication module, a wireless communication device, and a wireless communication terminal, and more particularly to a wireless communication module, a wireless communication device, and a wireless communication terminal used in an RFID (Radio Frequency Identification) system.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the RFID tag includes a wireless IC that stores predetermined information and processes predetermined wireless signals, and an antenna that transmits and receives high-frequency signals.
  • Patent Document 1 describes a wireless IC device used in an RFID system.
  • This wireless IC device has a power supply circuit board on which a wireless IC chip is mounted, and this power supply circuit board is mainly magnetically coupled to a radiation plate (antenna pattern).
  • the frequency of the transmission / reception signal is determined by the power supply circuit built in the power supply circuit board, the operating frequency is stable without depending on the size of the antenna pattern, the material of the holding member of the device, etc. Frequency characteristics.
  • the power feeding circuit described in Patent Document 1 includes an inductance element and a capacitance element, and transmits and receives high-frequency signals by magnetically coupling the inductance element and the antenna pattern.
  • the magnetic field by the inductance element is disturbed, and the resonance frequency characteristic of the inductance element is changed. For this reason, high positional accuracy is required for the power supply circuit board, resulting in a decrease in production efficiency.
  • an object of the present invention is to provide a wireless communication module, a wireless communication device, and a wireless communication terminal that can relax the positional accuracy of the power supply circuit board with respect to the antenna pattern and can increase the production efficiency.
  • the wireless communication module is A wireless IC for processing wireless signals;
  • a power supply circuit board including a loop electrode and an auxiliary electrode coupled to the wireless IC;
  • the loop electrode is formed by winding a coil pattern,
  • the auxiliary electrode is disposed so as to overlap at least a part of the loop electrode when viewed in plan from the coil axis direction, and at least a part is formed with a slit that divides the auxiliary electrode into a plurality of parts, It is characterized by.
  • the wireless communication device is: A wireless IC for processing wireless signals; A power supply circuit board including a loop electrode and an auxiliary electrode coupled to the wireless IC; An antenna pattern coupled to the loop electrode and the auxiliary electrode; With The loop electrode is formed by winding a coil pattern, The auxiliary electrode is disposed so as to overlap at least a part of the loop electrode when viewed in plan from the coil axis direction, and at least a part is formed with a slit that divides the auxiliary electrode into a plurality of parts, The loop electrode is arranged so that at least a part thereof overlaps with the antenna pattern when viewed in plan from the coil axis direction, The auxiliary electrode is arranged so that at least a part thereof overlaps the loop electrode and the antenna pattern when viewed in plan from the coil axis direction, and at least one of the slits does not overlap the antenna pattern. Being placed, It is characterized by.
  • a wireless communication terminal includes the wireless communication device.
  • the loop electrode formed by winding the coil pattern and the antenna pattern are magnetically coupled, and the auxiliary electrode and the antenna pattern are magnetically coupled. Then, a high frequency signal is transmitted and received between the wireless IC and the antenna pattern via the loop electrode and the auxiliary electrode. Since the auxiliary electrode is formed with a slit that divides the auxiliary electrode into a plurality of portions, a potential difference occurs in the induced current generated in the auxiliary electrode, and the auxiliary electrode and the antenna pattern are coupled. As described above, the auxiliary electrode arranged so as to overlap the loop electrode can suppress the magnetic field generated by the loop electrode from being disturbed by the antenna pattern. As a result, even if the mounting position of the power supply circuit board with respect to the antenna pattern is slightly deviated, the resonance frequency characteristic does not fluctuate, and the position accuracy of the power supply circuit board is relaxed.
  • the positional accuracy of the feeder circuit board with respect to the antenna pattern is relaxed, and the production efficiency can be increased.
  • (A) is a comparative example and (B) is an example of the present invention.
  • the wireless communication device which is 1st Example is shown,
  • (A) is a perspective view,
  • (B) is sectional drawing.
  • the antenna pattern which comprises 1st Example is shown,
  • (A) is a front view,
  • (B) is a back view.
  • positioning relationship of the feeder circuit board with respect to the antenna pattern in 1st Example is shown, (A) is sectional drawing, (B) is a top view which shows the arrangement
  • FIG. 7 shows a wireless communication module according to a seventh embodiment, wherein (A) is a cross-sectional view, and (B) is a cross-sectional view showing a wireless communication device equipped with the wireless communication module.
  • wireless communication device shown in FIG. 18 is shown, (A) is a front view, (B) is a back view.
  • FIG. 1A shows a coupling state as a comparative example.
  • a wireless communication device is roughly coupled to a wireless IC chip 10 for processing a wireless signal and the wireless IC chip 10, and coil patterns 21a to 21d have a predetermined width W1.
  • the antenna pattern 35 that is magnetically coupled to the loop electrode 20 (which may be electromagnetic coupling, the same applies hereinafter). The specific shapes of the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 will be described in detail in the first embodiment below.
  • the loop electrode 20 is arranged so as not to overlap the antenna pattern 35 in plan view. Accordingly, the magnetic field ⁇ 1 due to the antenna pattern 35 is formed as indicated by a dotted line, and the magnetic field ⁇ 2 due to the loop electrode 20 is formed as indicated by a dashed line and is magnetically coupled to each other.
  • a metal body is close to the lower side of the antenna pattern 35, a position where communication cannot be performed due to disturbance of the magnetic field, that is, a null point may be formed, and the communication distance may be shortened or communication may be poor.
  • the auxiliary electrode 26 is provided on the feeder circuit board 15 so as to overlap the loop electrode 20 (coil patterns 21a to 21d) in plan view.
  • the auxiliary electrode 26 is divided into a plurality of slits 26a (see FIG. 5).
  • the loop electrode 20 is arranged so that at least a part of the winding width W1 of the coil patterns 21a to 21d overlaps the width W2 of the antenna pattern 35 when viewed in plan from the axial direction, and the auxiliary electrode 26 is also at least one.
  • the portion is disposed so as to overlap the antenna pattern 35, and at least one slit 26 a is disposed so as not to overlap the antenna pattern 35.
  • the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 are magnetically coupled to transmit and receive a high frequency signal between the wireless IC chip 10 and the antenna pattern 35.
  • the auxiliary electrode 26 and the antenna pattern 35 are magnetically coupled (which may be electromagnetic coupling, the same applies hereinafter), and high-frequency signals are transmitted and received between the wireless IC chip 10 and the antenna pattern 35. Since the auxiliary electrode 26 is formed with a slit 26a that divides the auxiliary electrode 26 into a plurality of parts, a potential difference occurs in the induced current generated in the auxiliary electrode 26, and the auxiliary electrode 26 and the antenna pattern 35 are coupled. Become.
  • the auxiliary electrode 26 arranged so as to overlap the loop electrode 20 determines the magnetic field by the loop electrode 20 to some extent, and suppresses the disturbance of the magnetic field by the loop electrode 20 by the antenna pattern 35. Can do. As a result, even if the mounting position of the power feeding circuit board 15 with respect to the antenna pattern 35 is slightly deviated, the resonance frequency characteristics do not fluctuate, and the position accuracy of the power feeding circuit board is relaxed.
  • the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 are arranged so that at least a part thereof overlaps with the antenna pattern 35, the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 and the antenna pattern 35 each have a magnetic field ⁇ 3 indicated by a dotted line. Even if a metal body is close to the lower side of the antenna pattern 35, at least the magnetic fields ⁇ 3a and ⁇ 3b are not disturbed, and there is no problem in coupling the two.
  • the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 are not connected in a DC manner, but are connected via a magnetic field and an electric field. However, it may be connected in a DC manner.
  • the wireless communication device 1 As shown in FIG. 2, the wireless communication device 1 according to the first embodiment is used in the 13.56 MHz band, and is electrically connected to the wireless IC chip 10 that processes wireless signals and the wireless IC chip 10.
  • the feeder circuit board 15 including the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 (see FIGS. 4 and 5) in which the coil patterns 21a to 21d are wound with a predetermined width W1 (see FIG. 5), and the loop electrode 20 And an antenna pattern 35 magnetically coupled to the auxiliary electrode 26.
  • a combination of the wireless IC chip 10 and the power supply circuit board 15 is referred to as a wireless communication module 5.
  • the IC chip 10 includes a clock circuit, a logic circuit, a memory circuit, and the like, and necessary information is stored in the memory.
  • input terminal electrodes and output terminal electrodes provided on the back surface thereof are electrically connected to both ends of the loop electrode 20.
  • the antenna pattern 35 is formed by winding three turns in the shape of a coil on the front and back surfaces of a flexible base substrate 36 made of PET or the like, and both ends are opened.
  • FIG. The antenna pattern 35 on the side is shown, and FIG. 3B shows the antenna pattern 35 on the back side as seen through from the front side.
  • the antenna patterns 35 on the front and back sides have the same line width W2, are overlapped in a plan view and are capacitively coupled via the base substrate 36, and currents flow in the same direction.
  • the antenna pattern 35 is formed of a metal material mainly composed of Ag, Cu or the like, and may be formed by patterning a metal film by a photolithography method or an etching method, or may be formed by screen printing a conductive paste. May be.
  • the feeder circuit board 15 has a cavity 16 at the center, and the cavity 16 accommodates the wireless IC chip 10 and is filled with a sealing material 17. .
  • the power supply circuit board 15 incorporates a loop electrode 20 and an auxiliary electrode 26 in which a plurality of coil patterns 21a to 21d are laminated in a multilayer manner.
  • the auxiliary electrode 26 is disposed between the loop electrode 20 and the antenna pattern 35.
  • a plurality of base material layers 18a to 18e are laminated, pressure-bonded, and fired as necessary.
  • the base material layers 18a to 18e may be an insulator (dielectric material, magnetic material), a thermoplastic resin such as a liquid crystal polymer, or a thermosetting resin such as an epoxy polymer.
  • an opening 25 is formed at the center, and a coil pattern 21a having pads 21a-1 and 21a-2 at both ends is formed.
  • an opening 25 is formed at the center, and a coil pattern 21b and pads 22 having pads 21b-1 and 21b-2 are formed at both ends.
  • an opening 25 is formed at the center, and a coil pattern 21c and pads 22 having pads 21c-1 and 21c-2 are formed at both ends.
  • a coil pattern 21d and a land 23b having a land 23a at one end and a pad 21d-1 at the other end are formed on the fourth base layer 18d.
  • An auxiliary electrode 26 is formed on the lowermost base material layer 18e.
  • the auxiliary electrode 26 has a wide loop shape having the same inner periphery and outer periphery as the coil patterns 21a to 21d, and is divided into four equal areas by four slits 26a.
  • These coil patterns, pads, lands, and auxiliary electrodes are made of a metal material mainly composed of Ag, Cu, etc., and may be formed by patterning a metal film by a photolithography method or an etching method, or may be conductive.
  • the paste may be formed by screen printing.
  • the pad 21d-1 of the coil pattern 21d is connected to the pad 21c-1 of the third layer coil pattern 21c via the interlayer conductor, and the coil pattern 21c.
  • the end pad 21c-2 is connected to the pad 21b-1 of the second layer coil pattern 21b through an interlayer conductor.
  • the other end pad 21b-2 of the coil pattern 21b is connected to the pad 21a-1 of the uppermost coil pattern 21a through an interlayer conductor.
  • the other end pad 21 a-2 of the uppermost coil pattern 21 a is connected to a land 23 b provided on the lowermost layer via an interlayer conductor or pad 22.
  • the opening 25 forms a cavity 16, and the wireless IC chip 10 accommodated in the cavity 16 has an input terminal electrode on the land 23b, an output terminal electrode on the land 23a, a solder bump 29 (see FIG. 4), etc. Connected with.
  • the rectangular loop electrode 20 is formed in a plan view.
  • the predetermined width W1 around which the coil patterns 21a to 21d are wound is a width from the inner peripheral pattern to the outer peripheral pattern.
  • the current flows through the coil patterns 21a to 21d in the first direction indicated by the arrow x and in the second direction indicated by the arrow y opposite to the first direction. That is, each of the coil patterns 21a to 21d is wound so that a current flows in the same direction in a portion adjacent to the stacking direction.
  • a region extending in the first direction x is referred to as a first region X
  • a region extending in the second direction y is a second region Y. Called.
  • the feeder circuit board 15 is disposed to face the inner corner portion of the antenna pattern 35 on the front surface (see FIG. 3A), and is attached with an insulating adhesive 19 (see FIG. 3). 6 (A)).
  • the arrangement relationship in the vertical direction of the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 with respect to the antenna pattern 35 is as shown in FIG. 6A.
  • the first region X is arranged so as to overlap the antenna pattern 35, and the second region Y is The antenna pattern 35 is arranged so as not to overlap.
  • the first direction x (the line length direction of the coil patterns 21a to 21d) and the line length direction of the antenna pattern 35 coincide with each other. As shown in FIG.
  • the auxiliary electrode 26 is disposed so that two sides thereof overlap the antenna pattern 35, the two slits 26a overlap the antenna pattern 35, and the other two slits 26a are antenna patterns. 35 is arranged so as not to overlap. Further, the predetermined width W1 of the loop electrode 20 is preferably the same as or smaller than the width W3 of the auxiliary electrode 26 (see FIG. 5).
  • the first region X of the loop electrode 20 is magnetically coupled to the antenna pattern 35. Further, the auxiliary electrode 26 and the antenna pattern 35 are magnetically coupled. Therefore, the high frequency signal radiated from the reader / writer of the RFID system and received by the antenna pattern 35 is supplied to the wireless IC chip 10 via the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26, and the wireless IC chip 10 operates. On the other hand, a response signal from the wireless IC chip 10 is transmitted to the antenna pattern 35 via the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 and is radiated to the reader / writer.
  • An LC resonance circuit is formed by the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26, and the frequency of the high-frequency signal transmitted from the antenna pattern 35 and the frequency of the high-frequency signal received by the antenna pattern 35 are substantially determined by this resonance frequency. Is done.
  • a resonance circuit having a predetermined frequency is formed by the inductance component by the coil patterns 21a to 21d and the capacitance component between the lines, and an impedance matching circuit between the wireless IC chip 10 and the antenna pattern 35 is formed. Also works.
  • the loop electrode 20 has its resonance frequency and impedance adjusted by adjusting its electrical length and pattern width.
  • the auxiliary electrode 26 is formed with a slit 26a that divides the auxiliary electrode 26 into a plurality of parts, a potential difference is generated in the induced current generated in the auxiliary electrode 26, and the auxiliary electrode 26 and the antenna pattern 35 are coupled. It will be. As described above, the auxiliary electrode 26 disposed so as to overlap the loop electrode 20 can suppress the magnetic field generated by the loop electrode 20 from being disturbed by the antenna pattern 35. As a result, even if the mounting position of the power feeding circuit board 15 with respect to the antenna pattern 35 is slightly deviated, the resonance frequency characteristics do not fluctuate, and the position accuracy of the power feeding circuit board is relaxed.
  • the first region X extending in the first direction x of the loop electrode 20 is disposed so as to overlap the antenna pattern 35 and is magnetically coupled. Even if the body is close, the magnetic field coupling between the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 is maintained in the overlapping portion, and there is no problem in coupling the two.
  • the arrangement of the feeder circuit board 15 in the directions of arrows a and b with respect to the antenna pattern 35 is such that the inner peripheral edge of the loop electrode 20 faces the inner peripheral edge of the antenna pattern 35.
  • the auxiliary electrode 26 suppresses fluctuations in the inductance value due to the positional relationship between the loop electrode 20 and the antenna pattern 35, the coil patterns 21a to 21d are within this range where the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 face each other. The inductance value does not fluctuate. Therefore, the positional accuracy of the feeder circuit board 15 is greatly relaxed.
  • the first direction x (the line length direction of the coil patterns 21a to 21d) and the line length direction of the antenna pattern 35 coincide with each other, the current flows through the coil patterns 21a to 21d when transmitting a high-frequency signal.
  • the induced current is guided to the antenna pattern 35 as an induced current in the line length direction, and high frequency power is efficiently transmitted.
  • the line length directions of the coil patterns 21a to 21d and the antenna pattern 35 are not necessarily completely coincident with each other in the magnetic field coupling portion, and may be substantially coincident with each other. In other words, the line length directions of both need not be orthogonal.
  • the feeder circuit board 15 is disposed to face the corner portion on the inner side of the antenna pattern 35, as shown in FIG. 6B, the third direction which is the direction with respect to the first direction of the loop electrode 20 is provided.
  • the third region Z extending in the direction (see arrow z) also overlaps with the antenna pattern 35, and the third direction z and the line length direction of the antenna pattern 35 coincide.
  • the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 are magnetically coupled in the two regions of the first region X and the third region Z, and the degree of coupling between the two is increased.
  • the feeder circuit board 15 has a substantially square shape in plan view, and the auxiliary electrode 26 has slits 26a formed at the center of four sides. If the feeder circuit board 15 has such a shape, when the feeder circuit board 15 is mounted on the antenna pattern 35, any of the four sides may be arranged along the antenna pattern 35. There is no question. On the other hand, when a plurality of slits 26 a are formed in the auxiliary electrode 26, if all the slits 26 a overlap the antenna pattern 35 in plan view, the induced current generated in the auxiliary electrode 26 circulates. In order to solve this problem, it is necessary that at least one slit 26 a does not overlap the antenna pattern 35.
  • the width W3 of the auxiliary electrode 26 is preferably larger than the predetermined width W1 of the loop electrode 20. However, if the width W3 is too large, the substrate 15 is increased in size, and if it is overlapped so as to close the inner peripheral edge of the loop electrode 20, the inductance values of the coil patterns 21a to 21d tend to decrease. Absent.
  • the sealing material 17 preferably contains a magnetic filler such as ferrite powder.
  • a magnetic filler such as ferrite powder.
  • the wireless communication module 5 can communicate with the reader / writer at a short distance without being combined with the antenna pattern 35.
  • the loop electrode 20 and the auxiliary electrode 26 function as a radiating element.
  • the wireless IC chip 10 for the power supply circuit board 15 adopts various mounting forms other than being housed in a cavity 16 provided on the surface of the board 15 and sealed with a sealing material 17. Can do.
  • various embodiments of the wireless communication module in which the wireless IC chip is mounted on the power supply circuit board will be described.
  • the wireless communication module 5A has a power supply circuit board 15 having a flat plate shape without a cavity, and the wireless IC chip 10 is mounted on a flat surface of the power supply circuit board 15. Although the height is increased by the thickness of the wireless IC chip 10, the step of forming a cavity in the substrate 15 can be omitted. In addition, there is an advantage that the number of turns of the loop electrode 20 is increased by forming a coil pattern in the portion where the cavity is formed.
  • a wireless communication module 5B according to the third embodiment shown in FIG. 9 has a cavity 16 formed on the back surface of the feeder circuit board 15 to accommodate the wireless IC chip 10 and sealed with a sealing material 17. Further, the auxiliary electrode 26 and the loop electrode 20 are electrically connected (DC connection) by an interlayer conductor 27. Note that sealing with the sealing material 17 is not always necessary. This is because the wireless IC chip 10 accommodated in the cavity 16 is protected by sticking the back surface of the power supply circuit board 15 to the base film 36.
  • the wireless communication module 5C according to the fourth embodiment shown in FIG. 10 is provided with the coil pattern 21e on the surface of the feeder circuit board 15 to form the loop electrode 20, and the auxiliary electrode 26 is formed on the back surface of the board 15.
  • the wireless IC chip 10 is mounted on the surface of the substrate 15.
  • a wireless communication module 5D according to the fifth embodiment shown in FIG. 11 has the feeder circuit board 15 provided with the auxiliary electrode 26 in two layers, and the auxiliary electrode 26 may be provided in two or more layers.
  • the auxiliary electrode 26 of each layer may be electrically independent or connected. When the auxiliary electrodes 26 of each layer are electrically connected, it is preferable that the directions of the currents flowing through the auxiliary electrodes 26 are the same.
  • the wireless communication module 5E according to the sixth embodiment shown in FIG. 12 is provided with the auxiliary electrode 26 on the feeder circuit board 15 so as to sandwich the loop electrode 20 in two layers.
  • the lower auxiliary electrode 26 has a function of suppressing the resonance frequency from being fluctuated by a metal body close to the lower side of the feeder circuit board 15.
  • the upper auxiliary electrode 26 has a function of suppressing the resonance frequency from being fluctuated by a metal body close to the upper side of the feeder circuit board 15.
  • FIGS. 6B and 6C various forms can be adopted as the mounting form of the feeder circuit board 15 with respect to the antenna pattern 35 other than the mounting on the corner portion of the antenna pattern 35.
  • the line length directions of the loop electrodes 20 (coil patterns 21a to 21d) and the antenna pattern 35 are not necessarily arranged so as to coincide with each other in the magnetic field coupling portion. As long as it flows.
  • one side of the auxiliary electrode 26 (the first region X of the loop electrode 20) is mounted so as to overlap the linear portion of the antenna pattern 35.
  • the power feeding circuit board 15 is displaced in the line length direction (see arrow a) of the antenna pattern 35, the frequency characteristics do not change.
  • the area of the portion where the loop electrode 20 (coil patterns 21a to 21d) is orthogonal to the line length direction of the antenna pattern 35 and overlaps the antenna pattern 35 is smaller.
  • a bent portion 35a is formed in the antenna pattern 35, and the three sides of the auxiliary electrode 26 (the loop electrode 20) are superimposed on the bent portion 35a.
  • the degree of coupling increases as the overlapping area between each of the auxiliary electrode 26 and the loop electrode 20 and the antenna pattern 35 increases.
  • the feeder circuit board 15 is arranged at the inner corner of the antenna pattern 35 as in FIGS. 6B and 6C, but the auxiliary electrode 26 has one slit. Only 26a is formed. The slit 26 a is arranged so as not to overlap the antenna pattern 35.
  • the wireless communication module 5F according to the seventh embodiment is formed such that the cavity portion 16 is formed in the feeder circuit board 15 so as to open on the back side of the substrate 15 and the cavity portion 16 is wirelessly connected.
  • the IC chip 10 is accommodated and the sealing material 17 is filled.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the wireless communication module 5F is attached to the base substrate 36 with an insulating adhesive 19 with the opening of the cavity 16 facing the base substrate 36.
  • the wireless communication device 1A is arranged in FIG. 17A.
  • the effects of the wireless communication module 5F and the wireless communication device 1A are basically the same as those shown in FIG. 2, and in particular, the bottom surface of the cavity portion 16 (disposed on the top surface in FIG. 17A).
  • the wireless IC chip 10 is protected.
  • the bottom surface of the power supply circuit board 15 (which is the top surface in FIG. 10A) has high flatness, suction when the wireless communication module 5F is mounted on the base substrate 36 by vacuum suction using a mounter. Good performance.
  • FIG. 17A since the sealing material 17 slightly protrudes from the cavity portion 16, the protruding portion is not mounted when mounted on the base substrate 36 (when bonded with the adhesive 19). The anchor effect is exhibited, and the feeder circuit board 15 is firmly bonded onto the base substrate 36. In addition, even if the sealing material 17 has a concave shape on the contrary, the anchor effect is exhibited.
  • FIGS. 18 to 20 Next, a third example of a wireless communication device equipped with the wireless communication module 5 will be described.
  • the wireless communication device 1B is obtained by mounting the wireless communication module 5 on a flexible base substrate 36A having a circular shape, and on the front and back surfaces of the base substrate 36A, as shown in FIG.
  • An antenna pattern 35A as a second example shown in (B) is formed. Note that the antenna pattern 35A on the back surface side shown in FIG. 19B is seen through from the front surface side.
  • the antenna patterns 35A are wound in a circular shape, overlap each other in plan view over almost the entire length, and are capacitively coupled to each other.
  • the antenna pattern 35A forms the equivalent circuit shown in FIG.
  • Capacitance C3 is generated between the front and back patterns which are coupled by the capacitance C2.
  • the operation of the antenna pattern 35A capacitively coupled to each other is the same as that of the antenna pattern 35 shown in FIG. 2, and the current flows in the same direction.
  • the coiled electrode 20 of the wireless communication module 5 disposed on the surface of the base substrate 36A and partially overlapping the antenna pattern 35A is magnetically coupled to the antenna pattern 35A. Therefore, the reader / writer antenna and the wireless communication module 5 can communicate with each other via the antenna pattern 35A.
  • the basic operational effects of the wireless communication device 1B are as described in the wireless communication device 1.
  • both end portions of the antenna pattern 35A arranged on the front and back sides of the base substrate 36A may be DC coupled by crimping (pouching). May be combined. In short, it is only necessary that the directions of the currents flowing through the antenna patterns 35A on the front and back sides are the same.
  • FIG. 21 shows an antenna pattern 35B as a third example.
  • the antenna pattern 35B has a substantially circular shape having a rectangular portion 35B ′, is formed on the front and back surfaces of the base substrate 36A, and the antenna pattern on the back surface side is formed so as to overlap the antenna pattern 35B on the front surface side in plan view. Yes.
  • the antenna patterns 35B on the front and back surfaces are capacitively coupled to each other, and the equivalent circuit thereof is the same as in FIG.
  • the wireless communication module 5 is mounted along the inner peripheral portion of the rectangular portion 35B ′ on the surface side of the base substrate 36A, and the coiled electrode 20 built in the wireless communication module 5 is connected to the antenna pattern 35B and the magnetic field. Combine to form a wireless communication device.
  • the operational effects of the antenna pattern 35B are as described for the antenna pattern 35A.
  • the antenna pattern 35B is coupled to the coiled electrode 20 at three sides, and the amount of coupling between the antenna pattern 35B and the coiled electrode 20 is increased.
  • FIG. 22 shows an antenna pattern 35C as a fourth example.
  • the antenna pattern 35C has a substantially circular shape having a stepped portion 35C ′, is formed on the front and back surfaces of the base substrate 36A, and the antenna pattern on the back surface side is formed so as to overlap the antenna pattern 35C on the front surface side in plan view. ing.
  • the antenna patterns 35C on the front and back surfaces are capacitively coupled to each other, and an equivalent circuit thereof is the same as that in FIG.
  • the wireless communication module 5 is mounted on the surface side of the base substrate 36A along the inner peripheral portion of the stepped portion 35C ′, and the coiled electrode 20 is magnetically coupled to the antenna pattern 35C to constitute a wireless communication device. To do.
  • the operational effects of the antenna pattern 35C are as described for the antenna pattern 35A.
  • the antenna pattern 35C is coupled to the coiled electrode 20 at two sides, and the amount of coupling between the antenna pattern 35C and the coiled electrode 20 is increased.
  • FIG. 23 shows an antenna pattern 35D as a fifth example.
  • the antenna pattern 35D is basically arranged in the same shape as the antenna pattern 35A shown in FIG. 19, and the outermost turn portion 35D ′ is formed thicker than the other portions. Other configurations and operational effects are basically the same as described in the antenna pattern 35A.
  • the coupling capacitance value at the outermost turn portion 35D ′ increases, the resonance frequency of the antenna pattern 35D can be lowered.
  • the magnetic flux passage region can be increased without reducing the opening diameter. That is, in the antenna pattern 35D, the resonance frequency can be shifted to the lower side, and the communication distance can be maintained and improved without increasing the overall size.
  • FIG. 24 shows an antenna pattern 35E as a sixth example.
  • the antenna pattern 35E has the outermost turn portion 35E ′ thick as in the antenna pattern 35D shown in FIG. 25.
  • the antenna pattern 35E forms the equivalent circuit shown in FIG. 25, and the inductor L1 formed by the antenna pattern 35E on the front surface side and the inductor L2 formed by the antenna pattern 35E on the back surface side are magnetically coupled to each other.
  • one end 35E ′′ is coupled in a direct current manner, and the outermost turn portions 35E ′′ are coupled by a capacitor C2.
  • the operation of the antenna patterns 35E magnetically coupled to each other is the same as that of the antenna pattern 35A shown in FIG.
  • the coupling capacitance value at the outermost turn portion 35E ' is increased, so that the resonance frequency of the antenna pattern 35E can be lowered.
  • the magnetic flux passage area can be increased without reducing the opening diameter. That is, in the antenna pattern 35E, the resonance frequency can be shifted to the lower side, and the communication distance can be maintained and improved without increasing the overall size.
  • FIG. 26 As an example of a wireless communication terminal according to the present invention, an IC card 50 is shown in FIG.
  • the IC card 50 has the wireless communication device 1 incorporated therein.
  • the wireless communication module, the wireless communication device, and the wireless communication terminal according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the gist.
  • the auxiliary electrode is disposed so as to overlap substantially the entire area of the loop electrode, but the auxiliary electrode may be disposed at a position where the loop electrode overlaps with the antenna pattern.
  • the loop electrode has a predetermined width by winding the coil pattern a plurality of turns, but may be wound by one turn to have a predetermined width.
  • the coil pattern may be wound in a single layer without being wound in multiple layers.
  • the wireless IC may be formed integrally with the inside of the power supply circuit board other than the chip mounted on the power supply circuit board.
  • the wireless IC may be mounted as a chip on another substrate disposed in the vicinity of the power supply circuit substrate.
  • the wireless communication device can be mounted on various portable products.
  • the wireless IC chip and the loop electrode may not be DC-connected (directly connected), and may be coupled via an electromagnetic field. In other words, it only needs to be electrically connected.
  • the antenna pattern may have various shapes as long as it plays a role as an antenna. Further, the present invention is not limited to the HF band such as the 13.56 MHz band, and can be used for a UHF band or a SHF band wireless communication device.
  • the present invention is useful for a wireless communication module, a wireless communication device, and a wireless communication terminal, and is particularly excellent in that the positional accuracy of the feeder circuit board with respect to the antenna pattern is relaxed and the production efficiency is increased.

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Abstract

　アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度を緩和し、生産効率を高めることのできる無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末を得る。　無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に電気的に接続されたループ状電極２０及び補助電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０及び補助電極２６と電磁界結合されたアンテナパターン３５と、を備えた無線通信デバイス。ループ状電極２０はコイルパターンを巻回してなり、平面視で、少なくとも一部がアンテナパターン３５と重なるように配置されている。補助電極２６は、平面視で、少なくとも一部がループ状電極２０及びアンテナパターン３５と重なるように配置されている。補助電極２６には少なくとも一つの分割用スリットが形成され、該スリットの少なくとも一つはアンテナパターン３５とは重ならないように配置されている。

Description

無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末
　本発明は、無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末に関する。
　近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグ（無線通信デバイスとも称する）とを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。ＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣと、高周波信号の送受信を行うアンテナとを備えている。
　特許文献１には、ＲＦＩＤシステムに用いられる無線ＩＣデバイスが記載されている。この無線ＩＣデバイスは、無線ＩＣチップを搭載した給電回路基板を有し、この給電回路基板を放射板（アンテナパターン）に主に磁界結合させている。この無線ＩＣデバイスでは、給電回路基板に内蔵されている給電回路にて送受信信号の周波数が決められているため、動作周波数はアンテナパターンのサイズ、デバイスの保持部材の材質などに依存することなく安定した周波数特性を有する。
　ところで、特許文献１に記載の給電回路は、インダクタンス素子やキャパシタンス素子にて構成されており、インダクタンス素子とアンテナパターンとを磁界結合させて高周波信号を送受している。しかし、アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載位置がずれると、インダクタンス素子による磁界が乱れて、インダクタンス素子の共振周波数特性が変動してしまう。それゆえ、給電回路基板には高い位置精度が求められており、生産効率の低下を招いていた。
国際公開番号ＷＯ２００７／０８３５７４
　そこで、本発明の目的は、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度を緩和し、生産効率を高めることができる無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末を提供することにある。
　本発明の第１の形態である無線通信モジュールは、
　無線信号を処理する無線ＩＣと、
　前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
　を備え、
　前記ループ状電極はコイルパターンを巻回してなり、
　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、前記ループ状電極の少なくとも一部と重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されていること、
　を特徴とする。
　本発明の第２の形態である無線通信デバイスは、
　無線信号を処理する無線ＩＣと、
　前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
　前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
　を備え、
　前記ループ状電極はコイルパターンを巻回してなり、
　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、前記ループ状電極の少なくとも一部と重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
　前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
　を特徴とする。
　本発明の第３の形態である無線通信端末は、前記無線通信デバイスを備えたことを特徴とする。
　前記無線通信デバイスにおいて、コイルパターンを巻回してなるループ状電極とアンテナパターンとが磁界結合し、さらに、補助電極とアンテナパターンとが磁界結合する。そして、ループ状電極及び補助電極を介して、無線ＩＣとアンテナパターンとの間で高周波信号を送受信する。補助電極には該補助電極を複数に分割するスリットが形成されているため、補助電極に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極とアンテナパターンとが結合することになる。このように、ループ状電極と重なるように配置された補助電極によって、ループ状電極による磁界がアンテナパターンによって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。
　本発明によれば、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度が緩和され、生産効率を高めることができる。
本発明の原理的な説明図であり、（Ａ）は比較例、（Ｂ）は本発明例である。 第１実施例である無線通信デバイスを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 第１実施例を構成するアンテナパターン示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。 第１実施例を構成する給電回路基板を示す断面図である。 前記給電回路基板の積層構造を示す平面図である。 第１実施例でのアンテナパターンに対する給電回路基板の配置関係を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はループ状電極とアンテナパターンとの配置関係を示す平面図、（Ｃ）は補助電極とアンテナパターンとの配置関係を示す平面図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに給電回路基板の配置に関する許容範囲を示す平面図である。 本発明の第２実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。 本発明の第３実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。 本発明の第４実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。 本発明の第５実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。 本発明の第６実施例である無線通信モジュールを示す断面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第１変形例を示す平面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第２変形例を示す平面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第３変形例を示す平面図である。 アンテナパターンに対する給電回路基板の搭載形態の第４変形例を示す平面図である。 第７実施例である無線通信モジュールを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は該無線通信モジュールを搭載した無線通信デバイスを示す断面図である。 第８実施例である無線通信モジュールを備えた無線通信デバイスを示す断面図である。 図１８に示す無線通信デバイスを構成するアンテナパターン（第２例）を示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図である。 第２例であるアンテナパターンの等価回路図である。 アンテナパターの第３例を示す表面図である。 アンテナパターンの第４例を示す表面図である。 アンテナパターンの第５例を示す表面図である。 アンテナパターンの第６例を示す表面図である。 第６例であるアンテナパターンの等価回路図である。 無線通信端末の一例として示すＩＣカードの平面図である。
　以下、本発明に係る無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
　（原理的説明、図１参照）
　本発明に係る無線通信デバイスにおける、ループ状電極及び補助電極のそれぞれとアンテナパターンとの結合状態について原理的に説明する。
　図１（Ａ）は比較例としての結合状態を示し、無線通信デバイスは、概略、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に結合され、コイルパターン２１ａ～２１ｄが所定幅Ｗ１で巻回されてなるループ状電極２０を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０と磁界結合（電磁界結合であってもよい、以下同じ）されたアンテナパターン３５と、を備えている。なお、ループ状電極２０やアンテナパターン３５の具体的な形状は以下に第１実施例で詳述する。
　図１（Ａ）では、アンテナパターン３５に対してループ状電極２０が平面視で重ならないように配置されている。従って、アンテナパターン３５による磁界φ１は点線で示すように形成され、ループ状電極２０による磁界φ２は一点鎖線で示すように形成され、互いに磁界結合している。しかし、アンテナパターン３５の下方に金属体が近接すると、磁界が乱れて通信ができない位置、即ち、ヌル点ができることがあり、通信距離が短くなったり、通信が不良になることがある。
　以上の比較例に対して、図１（Ｂ）に示す本発明例においては、給電回路基板１５に、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ～２１ｄ）と平面視で重なるように補助電極２６を設けており、補助電極２６はスリット２６ａ（図５参照）にて複数に分割されている。そして、ループ状電極２０はその軸方向から平面視したとき、コイルパターン２１ａ～２１ｄの巻回幅Ｗ１の少なくとも一部がアンテナパターン３５の幅Ｗ２に重なるように配置され、補助電極２６も少なくとも一部がアンテナパターン３５と重なるように配置され、かつ、少なくとも一つのスリット２６ａがアンテナパターン３５とは重ならないように配置されている。
　本発明例において、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とが磁界結合し、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５との間で高周波信号を送受信する。さらに、補助電極２６とアンテナパターン３５とが磁界結合（電磁界結合であってもよい、以下同じ）し、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５との間で高周波信号を送受信する。補助電極２６には該補助電極２６を複数に分割するスリット２６ａが形成されているため、補助電極２６に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極２６とアンテナパターン３５とが結合することになる。このように、ループ状電極２０と重なるように配置された補助電極２６によって、ループ状電極２０による磁界がある程度決定され、ループ状電極２０による磁界がアンテナパターン３５によって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。
　また、ループ状電極２０及び補助電極２６はそれぞれ少なくとも一部がアンテナパターン３５と重なるように配置されているため、ループ状電極２０及び補助電極２６のそれぞれとアンテナパターン３５とは点線で示す磁界φ３で結合されており、仮にアンテナパターン３５の下方に金属体が近接しても、少なくとも磁界φ３ａ，φ３ｂは乱されることがなく、両者の結合に支障が生じることはない。なお、本発明例において、ループ状電極２０と補助電極２６とはＤＣ的には接続されていないが、磁界及び電界を介して接続されている。但し、ＤＣ的に接続されていても構わない。
　（第１実施例、無線通信デバイス、図２～図７参照）
　図２に示すように、第１実施例である無線通信デバイス１は１３．５６ＭＨｚ帯に使用されるものであり、無線信号を処理する無線ＩＣチップ１０と、無線ＩＣチップ１０に電気的に接続され、コイルパターン２１ａ～２１ｄが所定幅Ｗ１（図５参照）で巻回されてなるループ状電極２０及び補助電極２６（図４及び図５参照）を含む給電回路基板１５と、ループ状電極２０及び補助電極２６と磁界結合されたアンテナパターン３５と、を備えている。ここで、無線ＩＣチップ１０と給電回路基板１５を組み合わせたものを無線通信モジュール５と称する。ＩＣチップ１０は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ１０は、その裏面に設けた入力用端子電極及び出力用端子電極をループ状電極２０の両端に電気的に接続されている。
　アンテナパターン３５は、ＰＥＴなどからなる可撓性ベース基材３６の表面及び裏面にコイル状に３ターン巻回され、かつ、両端が開放状態で形成されたもので、図３（Ａ）は表面側のアンテナパターン３５を示し、図３（Ｂ）は裏面側のアンテナパターン３５を表面側から透視した状態で示している。表裏のアンテナパターン３５は、線幅Ｗ２が同じであり、平面視で重なってベース基材３６を介して容量結合しており、電流は同じ方向に流れる。アンテナパターン３５は、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
　給電回路基板１５は多層基板であって、図４に示すように、中央部にキャビティ１６を有し、該キャビティ１６には前記無線ＩＣチップ１０が収容され、封止材１７が充填されている。給電回路基板１５には複数のコイルパターン２１ａ～２１ｄを多層に積層したループ状電極２０及び補助電極２６が内蔵されている。補助電極２６はループ状電極２０とアンテナパターン３５との間に配置されている。具体的には、図５に示すように、複数の基材層１８ａ～１８ｅを積層、圧着、必要に応じて焼成したものである。基材層１８ａ～１８ｅは、絶縁体（誘電体、磁性体）あるいは液晶ポリマなどのような熱可塑性樹脂やエポキシ系ポリマなどのような熱硬化性樹脂であってもよい。
　最上層の基材層１８ａには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ａ－１，２１ａ－２を有するコイルパターン２１ａが形成されている。２層目の基材層１８ｂには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｂ－１，２１ｂ－２を有するコイルパターン２１ｂ及びパッド２２が形成されている。３層目の基材層１８ｃには、中央に開口部２５が形成され、両端にパッド２１ｃ－１，２１ｃ－２を有するコイルパターン２１ｃ及びパッド２２が形成されている。４層目の基材層１８ｄには、一端にランド２３ａを有し他端にパッド２１ｄ－１を有するコイルパターン２１ｄ及びランド２３ｂが形成されている。最下層の基材層１８ｅには補助電極２６が形成されている。この補助電極２６は前記コイルパターン２１ａ～２１ｄと同じ内周及び外周を有する幅広のループ状であり、４本のスリット２６ａによって等しい面積に４分割されている。これらのコイルパターンやパッド、ランド及び補助電極は、Ａｇ，Ｃｕなどを主成分とする金属材料で形成され、金属膜をフォトリソ法やエッチング法によってパターニングして形成してもよく、あるいは、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
　以上の基材層１８ａ～１８ｅを積層することにより、コイルパターン２１ｄはパッド２１ｄ－１が層間導体を介して３層目のコイルパターン２１ｃのパッド２１ｃ－１に接続され、該コイルパターン２１ｃの他端パッド２１ｃ－２は層間導体を介して２層目のコイルパターン２１ｂのパッド２１ｂ－１に接続される。該コイルパターン２１ｂの他端パッド２１ｂ－２は層間導体を介して最上層のコイルパターン２１ａのパッド２１ａ－１に接続される。また、最上層のコイルパターン２１ａの他端パッド２１ａ－２は層間導体やパッド２２を介して最下層に設けたランド２３ｂに接続される。
　開口部２５はキャビティ１６を形成し、該キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は入力用端子電極がランド２３ｂに、出力用端子電極がランド２３ａに、それぞれはんだバンプ２９（図４参照）などで接続される。
　以上のごとくコイルパターン２１ａ～２１ｄが巻回されることにより、平面視で矩形状のループ状電極２０が形成される。コイルパターン２１ａ～２１ｄが巻回されている所定幅Ｗ１とは内周側のパターンから外周側のパターンまでの幅である。ランド２３ａから電流が供給されると、該電流は各コイルパターン２１ａ～２１ｄを矢印ｘで示す第１の方向及び第１の方向とは反対方向の矢印ｙで示す第２の方向に流れる。即ち、各コイルパターン２１ａ～２１ｄは、積層方向に隣接する部分では、同方向に電流が流れるように巻回されている。図５において、コイル軸方向から平面視したとき、第１の方向ｘに延在している領域を第１領域Ｘと称し、第２の方向ｙに延在している領域を第２領域Ｙと称する。
　本第１実施例において、給電回路基板１５は表面のアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置され（図３（Ａ）参照）、絶縁性の接着剤１９で貼着される（図６（Ａ）参照）。アンテナパターン３５に対するループ状電極２０及び補助電極２６の垂直方向の配置関係は図６（Ａ）に示すとおりであり、第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置され、第２領域Ｙはアンテナパターン３５に重ならないように配置されている。また、図６（Ｂ）に示すように、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ～２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。補助電極２６は、図６（Ｃ）に示すように、２辺がアンテナパターン３５と重なるように配置され、かつ、二つのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なり、他の二つのスリット２６ａはアンテナパターン３５とは重ならないように配置されている。また、ループ状電極２０の所定幅Ｗ１は補助電極２６の幅Ｗ３（図５参照）と同じか、幅Ｗ３よりも小さいことが好ましい。
　以上の構成からなる無線通信デバイス１において、ループ状電極２０の第１領域Ｘがアンテナパターン３５と磁界結合している。さらに、補助電極２６とアンテナパターン３５とが磁界結合している。それゆえ、ＲＦＩＤシステムのリーダライタから放射されてアンテナパターン３５で受信された高周波信号がループ状電極２０及び補助電極２６を介して無線ＩＣチップ１０に供給され、無線ＩＣチップ１０が動作する。一方、無線ＩＣチップ１０からの応答信号がループ状電極２０及び補助電極２６を介してアンテナパターン３５に伝達されてリーダライタに放射される。
　ループ状電極２０及び補助電極２６によってＬＣ共振回路が形成され、この共振周波数によって、アンテナパターン３５から送信される高周波信号の周波数、及び、アンテナパターン３５で受信する高周波信号の周波数が実質的に決定される。ループ状電極２０単独では、それぞれのコイルパターン２１ａ～２１ｄによるインダクタンス成分と線間のキャパシタンス成分とで所定周波数の共振回路を形成し、かつ、無線ＩＣチップ１０とアンテナパターン３５とのインピーダンスの整合回路としても機能する。ループ状電極２０はその電気長やパターン幅などを調整することで、共振周波数やインピーダンスが調整される。
　また、補助電極２６には該補助電極２６を複数に分割するスリット２６ａが形成されているため、補助電極２６に生じた誘導電流には電位差が生じ、補助電極２６とアンテナパターン３５とが結合することになる。このように、ループ状電極２０と重なるように配置された補助電極２６によって、ループ状電極２０による磁界がアンテナパターン３５によって乱されることを抑制することができる。この結果、アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載位置が多少ずれたとしても共振周波数特性が変動することはなく、給電回路基板の位置精度が緩和される。
　前記無線通信デバイス１においては、ループ状電極２０の第１の方向ｘに延在している第１領域Ｘがアンテナパターン３５に重なるように配置されて磁界結合しているため、仮に他の金属体が近接したとしても、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との磁界結合が重なり部分では保たれ、両者の結合に支障が生じることはない。
　図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、給電回路基板１５のアンテナパターン３５に対する矢印ａ，ｂ方向の配置は、ループ状電極２０の内周縁がアンテナパターン３５の内周縁に対向する位置から、ループ状電極２０の外周縁がアンテナパターン３５の内周縁に対応する位置までの範囲内に収めればよい。補助電極２６によって、ループ状電極２０とアンテナパターン３５との位置関係によるインダクタンス値の変動を抑制しているので、ループ状電極２０とアンテナパターン３５が対向するこの範囲内において、コイルパターン２１ａ～２１ｄのインダクタンス値が変動しない。従って、給電回路基板１５の位置精度は大きく緩和されることになる。
　また、第１の方向ｘ（コイルパターン２１ａ～２１ｄの線路長方向）とアンテナパターン３５の線路長方向とが一致しているため、高周波信号の送信時であれば、コイルパターン２１ａ～２１ｄに流れた電流がアンテナパターン３５にその線路長方向に誘導電流として導かれ、高周波電力が効率よく伝送される。なお、磁界結合部分においてコイルパターン２１ａ～２１ｄ及びアンテナパターン３５の線路長方向は必ずしも完全に一致している必要はなく、略一致していればよい。換言すれば、両者の線路長方向は直交していなければよい。
　また、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の内側のコーナー部に対向して配置されているため、図６（Ｂ）に示すように、ループ状電極２０の第１の方向に対する方向である第３の方向（矢印ｚ参照）に延在している第３領域Ｚもアンテナパターン３５と重なるようになり、第３の方向ｚとアンテナパターン３５の線路長方向とが一致している。これにて、第１領域Ｘと第３領域Ｚの二つの領域で、ループ状電極２０とアンテナパターン３５とが磁界結合することになり、両者の結合度が強くなる。
　さらに、本第１実施例においては、給電回路基板１５が平面視で略正方形状であり、補助電極２６には４辺の中央部にスリット２６ａが形成されている。給電回路基板１５がこのような形状であれば、給電回路基板１５をアンテナパターン３５に搭載する際、４辺のいずれをアンテナパターン３５に沿わせて配置してもよく、搭載時の方向性を問うことはない。一方、補助電極２６に複数のスリット２６ａが形成されている場合、平面視で全てのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なると、補助電極２６に生じる誘導電流が周回してしまう。これを解消するために、少なくとも一つのスリット２６ａがアンテナパターン３５と重なっていないことが必要である。補助電極２６の幅Ｗ３はループ状電極２０の所定幅Ｗ１よりも大きいことが好ましい。しかし、幅Ｗ３があまり大きくなると、基板１５の大型化を招くほか、ループ状電極２０の内周縁を塞ぐように重なると、コイルパターン２１ａ～２１ｄのインダクタンス値が低下する傾向にあり、好ましいことではない。
　また、本第１実施例において、封止材１７はフェライト粉末のような磁性体フィラーを含有していることが好ましい。これにより、無線ＩＣチップ１０からの輻射ノイズを低減できるとともに、コイルパターン２１ａ～２１ｄのインダクタンス値を大きくすることができる。インダクタンス値を大きくするという点で、前述したように、キャビティ１６を深くすることが好ましい。
　なお、無線通信モジュール５は、前記アンテナパターン３５と組み合わせることなく、単独でもリーダライタと近距離ではあるが通信が可能である。この場合は、ループ状電極２０及び補助電極２６が放射素子として機能する。
　（無線通信モジュールの各種実施例、図８～図１２参照）
　給電回路基板１５に対する無線ＩＣチップ１０は、図４に示したように、基板１５の表面に設けたキャビティ１６に収容して封止材１７で封止する以外に種々の搭載形態を採用することができる。ここで、無線ＩＣチップを給電回路基板に搭載した無線通信モジュールの種々の実施例について説明する。
　図８に示す第２実施例である無線通信モジュール５Ａは、給電回路基板１５をキャビティのない平板状とし、無線ＩＣチップ１０を給電回路基板１５の平坦な表面上に搭載したものである。無線ＩＣチップ１０の厚み分だけ背が高くなるが、基板１５にキャビティを形成する工程を省略することができる。また、キャビティが形成される部分にコイルパターンを形成してループ状電極２０のターン数を増加させるなどの利点を有する。
　図９に示す第３実施例である無線通信モジュール５Ｂは、給電回路基板１５の裏面にキャビティ１６を形成して無線ＩＣチップ１０を収容し、封止材１７で封止したものである。さらに、補助電極２６とループ状電極２０とは層間導体２７によって電気的に接続（ＤＣ接続）されている。なお、封止材１７での封止は必ずしも必要ではない。キャビティ１６に収容された無線ＩＣチップ１０は、給電回路基板１５の裏面がベースフィルム３６に貼着されることで保護されるからである。
　図１０に示す第４実施例である無線通信モジュール５Ｃは、コイルパターン２１ｅを給電回路基板１５の表面に設けてループ状電極２０を形成するとともに、基板１５の裏面に補助電極２６を形成し、無線ＩＣチップ１０を基板１５の表面上に搭載したものである。
　図１１に示す第５実施例である無線通信モジュール５Ｄは、給電回路基板１５に補助電極２６を２層に設けたものであり、補助電極２６は２層以上の複数層に設けてもよい。各層の補助電極２６は電気的に独立していてもよいし、接続されていてもよい。各層の補助電極２６を電気的に接続する際には、各補助電極２６に流れる電流の向きが同方向になることが好ましい。
　図１２に示す第６実施例である無線通信モジュール５Ｅは、給電回路基板１５に補助電極２６を、２層にかつループ状電極２０を上下に挟み込むように設けたものである。下側の補助電極２６は給電回路基板１５の下方に近接する金属体によって共振周波数が変動することを抑制する機能を有する。上側の補助電極２６は給電回路基板１５の上方に近接する金属体によって共振周波数が変動することを抑制する機能を有する。
　（給電回路基板の他の搭載形態、図１３～図１６参照）
　アンテナパターン３５に対する給電回路基板１５の搭載形態は、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したように、アンテナパターン３５のコーナー部に搭載する以外に種々の形態を採用することができる。特に、磁界結合部分においてループ状電極２０（コイルパターン２１ａ～２１ｄ）及びアンテナパターン３５の線路長方向は必ずしも一致するように配置されている必要はなく、一方から他方へと線路長方向に誘導電流が流れるように配置されていればよい。
　図１３に示す第１変形例は、補助電極２６（ループ状電極２０）がアンテナパターン３５の延在方向に対して傾斜するように搭載したものである。
　図１４に示す第２変形例は、補助電極２６の１辺（ループ状電極２０の第１領域Ｘ）をアンテナパターン３５の直線部分に重なるように搭載したものである。この場合、給電回路基板１５がアンテナパターン３５の線路長方向（矢印ａ参照）に位置ずれを生じても周波数特性は変動することがない。なお、ループ状電極２０（コイルパターン２１ａ～２１ｄ）がアンテナパターン３５の線路長方向とは直交する部分であってアンテナパターン３５と重なる部分の面積は、少ないほうが好ましい。
　図１５に示す第３変形例は、アンテナパターン３５に屈曲部３５ａを形成し、該屈曲部３５ａに補助電極２６（ループ状電極２０）の３辺を重ね合わせたものである。補助電極２６及びループ状電極２０のそれぞれとアンテナパターン３５との重なり領域が増加することにより、結合度が高くなる。
　図１６に示す第４変形例は、給電回路基板１５を図６（Ｂ），（Ｃ）と同様にアンテナパターン３５の内側コーナー部に配置したものであるが、補助電極２６には一つのスリット２６ａのみが形成されている。このスリット２６ａはアンテナパターン３５とは重ならないように配置される。
　（第７実施例、図１７参照）
　第７実施例である無線通信モジュール５Ｆは、図１７（Ａ）に示すように、給電回路基板１５にキャビティ部１６を基板１５の裏面側に開口するように形成し、該キャビティ部１６に無線ＩＣチップ１０を収容して封止材１７を充填したものである。他の構成は前記第１実施例と同様である。この無線通信モジュール５Ｆは、図１７（Ｂ）に示すように、キャビティ部１６の開口部分がベース基材３６に対向した状態でベース基材３６上に絶縁性の接着剤１９にて貼着され、無線通信デバイス１Ａとされる。
　この無線通信モジュール５Ｆ及び無線通信デバイス１Ａの作用効果は、基本的には図２に示したものと同様であり、特にキャビティ部１６の底面（図１７（Ａ）では上面に配置されている）によって無線ＩＣチップ１０が保護される。また、給電回路基板１５の底面（図１０（Ａ）では上面となっている）は平坦性が高いので、無線通信モジュール５Ｆをベース基材３６上にマウンタで真空吸引して搭載する場合の吸引性能が良好である。さらに、図１７（Ａ）に示すように、封止材１７がキャビティ部１６から若干突出した状態となるので、ベース基材３６への搭載時（接着剤１９での接着時）に突出部分がアンカー効果を発揮し、給電回路基板１５がベース基材３６上に強固に接合されることになる。なお、封止材１７がこれとは逆に凹状となっていても、アンカー効果が発揮される。
　（無線通信デバイスの第３例、図１８～図２０参照）
　次に、無線通信モジュール５を搭載した無線通信デバイスの第３例について説明する。
　図１８に示すように、無線通信デバイス１Ｂは、無線通信モジュール５を円形状をなすフレキシブルなベース基材３６Ａ上に搭載したもので、ベース基材３６Ａの表裏面には図１９（Ａ），（Ｂ）に示す第２例としてのアンテナパターン３５Ａが形成されている。なお、図１９（Ｂ）に示す裏面側のアンテナパターン３５Ａは表面側から透視した状態で示している。アンテナパターン３５Ａは、円形状に巻回され、ほぼ全長にわたって互いに平面視で重なっており、互いに容量結合している。アンテナパターン３５Ａは、図２０に示す等価回路を形成しており、表面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＡによるインダクタＬ２とが、最内パターンどうしの容量Ｃ１と最外パターンどうしの容量Ｃ２によって結合され、かつ、表裏のパターン間にも容量Ｃ３が発生している。
　互いに容量結合しているアンテナパターン３５Ａの作用は図２に示したアンテナパターン３５と同様であり、電流は同じ方向に流れる。そして、ベース基材３６Ａの表面であってアンテナパターン３５Ａと部分的に重なるように配置された無線通信モジュール５のコイル状電極２０とアンテナパターン３５Ａとが磁界結合している。それゆえ、リーダライタのアンテナと無線通信モジュール５とがアンテナパターン３５Ａを介して通信が可能となる。無線通信デバイス１Ｂの基本的な作用効果は前記無線通信デバイス１で説明したとおりである。
　なお、本無線通信デバイス１Ｂにおいて、ベース基材３６Ａの表裏に配置されたアンテナパターン３５Ａの両端部をそれぞれクリンピング（パウチング）によって直流的に結合させてもよく、一方端部どうしを同様に直流的に結合させてもよい。要は、表裏のアンテナパターン３５Ａに流れる電流の向きが同じ方向となるように結合していればよい。
　（アンテナパターンの第３例、図２１参照）
　図２１に第３例であるアンテナパターン３５Ｂを示す。このアンテナパターン３５Ｂは方形部３５Ｂ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｂと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｂは互いに容量結合しており、その等価回路は図２０と同様である。
　無線通信モジュール５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、方形部３５Ｂ'の内周部分に沿って搭載され、無線通信モジュール５に内蔵されているコイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｂと磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｂの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｂは、コイル状電極２０と３辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｂとコ
イル状電極２０との結合量が多くなる。
　（アンテナパターンの第４例、図２２参照）
　図２２に第４例であるアンテナパターン３５Ｃを示す。このアンテナパターン３５Ｃは階段状部３５Ｃ'を有する概略円形状をなし、ベース基材３６Ａの表裏面に形成され、裏面側のアンテナパターンは表面側のアンテナパターン３５Ｃと平面視で重なるように形成されている。表裏面のアンテナパターン３５Ｃは互いに容量結合しており、その等価回路は図２０と同様である。
　無線通信モジュール５は、ベース基材３６Ａの表面側であって、階段状部３５Ｃ'の内周部分に沿って搭載され、コイル状電極２０がアンテナパターン３５Ｃと磁界結合し、無線通信デバイスを構成する。アンテナパターン３５Ｃの作用効果は前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。特に、アンテナパターン３５Ｃは、コイル状電極２０と２辺で結合しており、アンテナパターン３５Ｃとコイル状電極２０との結合量が多くなる。
　（アンテナパターンの第５例、図２３参照）
　図２３に第５例であるアンテナパターン３５Ｄを示す。このアンテナパターン３５Ｄは、図１９に示したアンテナパターン３５Ａと基本的には同じ形状に配置され、最外ターン部分３５Ｄ’が他の部分よりも線太に形成されている。他の構成及び作用効果は基本的には前記アンテナパターン３５Ａで説明したとおりである。加えて、最外ターン部分３５Ｄ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｄの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｄでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｄでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。
　（アンテナパターンの第６例、図２４及び図２５参照）
　図２４に第６例であるアンテナパターン３５Ｅを示す。このアンテナパターン３５Ｅは、図２３に示したアンテナパターン３５Ｄと同様に最外ターン部分３５Ｅ'を線太とし、ベース基材３６Ａの表裏面に配置したアンテナパターン３５Ｅの一端３５Ｅ”どうしをクリンピング（パウチング）によって直流的に結合したものである。アンテナパターン３５Ｅは図２５に示す等価回路を形成し、表面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ１と裏面側のアンテナパターン３５ＥによるインダクタＬ２とが互いに磁気結合Ｍし、かつ、一端３５Ｅ”で直流的に結合し、最外ターン部分３５Ｅ”どうしは容量Ｃ２によって結合されている。
　互いに磁気結合しているアンテナパターン３５Ｅの作用は図１９に示したアンテナパターン３５Ａと同様である。特に、アンテナパターン３５Ｅでは、前記アンテナパターン３５Ｄと同様に、最外ターン部分３５Ｅ’での結合容量値が大きくなるため、アンテナパターン３５Ｅの共振周波数を低下させることができる。換言すれば、アンテナパターン３５Ｅでは開口径を小さくしないで磁束の通過領域を大きくできる。つまり、アンテナパターン３５Ｅでは全体のサイズを大きくすることなく、共振周波数の低域側へのシフト、及び、通信距離の維持、向上を実現できる。
　（ＩＣカード、図２６参照）
　本発明に係る無線通信端末の一例として、図２６にＩＣカード５０を示す。このＩＣカード５０は前記無線通信デバイス１を内蔵させたものである。
　（他の実施例）
　なお、本発明に係る無線通信モジュール、無線通信デバイス及び無線通信端末は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
　例えば、前記実施例において、補助電極は、ループ状電極の略全域と重なるように配置したが、補助電極は、ループ状電極とアンテナパターンとが重なる位置に配置されていればよい。また、前記実施例において、ループ状電極は、コイルパターンを複数ターン巻回させて所定幅としたが、１ターン巻回させて所定幅としてもよい。また、コイルパターンを多層に巻回せず、単層に巻回してもよい。
　また、無線ＩＣはチップ状として給電回路基板上に搭載されるもの以外に、給電回路基板の内部に一体的に形成されていてもよい。また、無線ＩＣはチップとして給電回路基板の近傍に配置される他の基板に搭載されていてもよい。また、無線通信デバイスは前記ＩＣカード以外に種々の携帯用品に搭載することができる。
　また、無線ＩＣチップとループ状電極とはＤＣ接続（直結）していなくてもよく、電磁界を介して結合していてもよい。即ち、電気的に接続していればよい。
　また、アンテナパターンはアンテナとしての役割を果たすものであれば、種々の形状であってもよい。また、１３．５６ＭＨｚ帯のようなＨＦ帯に限定されず、ＵＨＦ帯やＳＨＦ帯の無線通信デバイスにも利用できる。
　以上のように、本発明は、無線通信モジュール、無線通信デバイスや無線通信端末に有用であり、特に、アンテナパターンに対する給電回路基板の位置精度が緩和され、生産効率が高まる点で優れている。
　１，１Ａ，１Ｂ…無線通信デバイス
　５，５Ａ～５Ｆ…無線通信モジュール
　１０…無線ＩＣチップ
　１５…給電回路基板
　２０…ループ状電極
　２１ａ～２１ｄ…コイルパターン
　２６…補助電極
　２６ａ…スリット
　３５，３５Ａ～３５Ｅ…アンテナパターン

Claims (10)

  1. 　無線信号を処理する無線ＩＣと、
    　前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
    　を備え、
    　前記ループ状電極はコイルパターンを巻回してなり、
    　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、前記ループ状電極の少なくとも一部と重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されていること、
    　を特徴とする無線通信モジュール。
  2. 　前記補助電極は四角形のループ状をなし、４辺のそれぞれに前記スリットが形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の無線通信モジュール。
  3. 　前記コイルパターンは同一平面にて複数ターン巻回されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信モジュール。
  4. 　前記給電回路基板は多層基板からなり、前記コイルパターンは層間導体を介して多層に巻回されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の無線通信モジュール。
  5. 　無線信号を処理する無線ＩＣと、
    　前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
    　前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
    　を備え、
    　前記ループ状電極はコイルパターンを巻回してなり、
    　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、前記ループ状電極の少なくとも一部と重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
    　前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
    　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
    　を特徴とする無線通信デバイス。
  6. 　前記補助電極は前記ループ状電極と前記アンテナパターンとの間に配置されていること、を特徴とする請求項５に記載の無線通信デバイス。
  7. 　前記補助電極は四角形のループ状をなし、４辺のそれぞれに前記スリットが形成されていること、を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の無線通信デバイス。
  8. 　前記コイルパターンは同一平面にて複数ターン巻回されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  9. 　前記給電回路基板は多層基板からなり、前記コイルパターンは層間導体を介して多層に巻回されていること、を特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の無線通信デバイス。
  10. 　無線通信デバイスを備えた無線通信端末であって、
    　前記無線通信デバイスは、
    　　無線信号を処理する無線ＩＣと、
    　　前記無線ＩＣに結合されたループ状電極及び補助電極を含む給電回路基板と、
    　　前記ループ状電極及び前記補助電極と結合されたアンテナパターンと、
    　　を備え、
    　　前記ループ状電極はコイルパターンを巻回してなり、
    　　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、前記ループ状電極の少なくとも一部と重なるように配置され、少なくとも一部に該補助電極を複数に分割するスリットが形成されており、
    　　前記ループ状電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記ループ状電極及び前記アンテナパターンと重なるように配置されており、
    　　前記補助電極は、コイル軸方向から平面視したとき、少なくとも一部が前記アンテナパターンと重なるように配置され、かつ、少なくとも一つの前記スリットが前記アンテナパターンとは重ならないように配置されていること、
    　を特徴とする無線通信端末。
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