WO2015022923A1 - アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器 - Google Patents

アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2015022923A1
WO2015022923A1 PCT/JP2014/071146 JP2014071146W WO2015022923A1 WO 2015022923 A1 WO2015022923 A1 WO 2015022923A1 JP 2014071146 W JP2014071146 W JP 2014071146W WO 2015022923 A1 WO2015022923 A1 WO 2015022923A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor pattern
antenna
antenna device
conductor
insulator
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/071146
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
天野信之
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to CN201490000262.1U priority Critical patent/CN204809410U/zh
Priority to JP2015506967A priority patent/JP5741782B1/ja
Publication of WO2015022923A1 publication Critical patent/WO2015022923A1/ja
Priority to US14/679,303 priority patent/US9627761B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07773—Antenna details
    • G06K19/07777—Antenna details the antenna being of the inductive type
    • G06K19/07779—Antenna details the antenna being of the inductive type the inductive antenna being a coil
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07773—Antenna details
    • G06K19/07777—Antenna details the antenna being of the inductive type
    • G06K19/07779—Antenna details the antenna being of the inductive type the inductive antenna being a coil
    • G06K19/07783—Antenna details the antenna being of the inductive type the inductive antenna being a coil the coil being planar
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07773—Antenna details
    • G06K19/07777—Antenna details the antenna being of the inductive type
    • G06K19/07784—Antenna details the antenna being of the inductive type the inductive antenna consisting of a plurality of coils stacked on top of one another
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/003—Printed circuit coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2258—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used with computer equipment
    • H01Q1/2266—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used with computer equipment disposed inside the computer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/0066—Printed inductances with a magnetic layer

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device used in an RFID (Radio Frequency Identification) system, a near field communication (NFC) system, and the like, a card type device including the antenna device, and an electronic device.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • NFC near field communication
  • Patent Document 1 is shown as an antenna device mounted on a wireless communication device applied to an RFID system or the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 controls antenna directivity by inserting a magnetic material into an opening of an antenna coil formed on the same plane of a flexible substrate.
  • Patent Document 1 when increasing the number of turns, if the number of turns is increased toward the inside of the winding (winding center), the area of the coil opening is reduced, so that the magnetic flux passing through the coil opening is limited. Therefore, there is a problem that communication characteristics deteriorate. On the other hand, if the number of turns is increased toward the outside of the winding while the area of the coil opening is maintained, the outer shape of the antenna coil becomes large.
  • the antenna device of the present invention is an antenna device in which a plurality of insulators each having a conductor pattern formed thereon are laminated, and an antenna coil having a plurality of turns is formed by the conductor pattern in the laminate.
  • the antenna coil includes a first conductor pattern that forms a first side every turn, a second conductor pattern that forms a second side, and a third conductor that forms a third side, as viewed from the stacking direction of the insulator.
  • a pattern, and a fourth conductor pattern forming a fourth side;
  • the first conductor pattern is formed on the first layer
  • the second conductor pattern is formed on a second layer different from the first layer
  • the third conductor pattern and the fourth conductor pattern are formed from the first layer to the second layer.
  • the first to fourth conductor patterns are formed on each insulator so that the direction of the line connecting the center of gravity of the wound shape of the conductor pattern for one turn is inclined with respect to the stacking direction of the insulators. It is characterized by being
  • the number of turns can be increased without narrowing the substantial coil opening while suppressing an increase in the outer size of the antenna coil.
  • the conductor pattern for one turn is preferably substantially the same in size and shape. As a result, an effective area as an antenna coil per occupied area can be increased.
  • the third conductor pattern and the fourth conductor pattern are formed in different layers for each winding and overlap in the stacking direction of the insulator.
  • the occupied area of the third conductor pattern and the fourth conductor pattern in a plan view can be suppressed, and the number of turns of the antenna coil can be increased while securing the coil opening.
  • the formation ranges of the plurality of first conductor patterns and the formation ranges of the plurality of second conductor patterns may partially overlap. Thereby, the occupation area per turn number of the antenna coil can be reduced.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern are parallel when viewed in the stacking direction of the insulator.
  • the conductor pattern is simplified, and an antenna coil having a predetermined number of turns can be formed in a limited area.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern may be non-parallel when viewed in the stacking direction of the insulator. Thereby, the shape of a coil opening can be diversified.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern are larger in line width than the third conductor pattern and the fourth conductor pattern (or the third conductor pattern and the fourth conductor pattern are the first conductor pattern and the second conductor pattern, respectively).
  • the line width is preferably smaller than that of the two-conductor pattern).
  • the card type device of the present invention is characterized in that the antenna device having any one of the above configurations is provided in a card type package.
  • the electronic apparatus is characterized in that a circuit board is provided in a casing, and the antenna device having any one of the above-described configurations is mounted on the circuit board.
  • the number of turns can be earned without narrowing the substantial coil opening. Therefore, it is possible to obtain a high-gain antenna device having a predetermined inductance while being small, and a card-type device and electronic equipment including the antenna device.
  • FIG. 1 is a perspective view of an antenna device 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the antenna device 101.
  • 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4A
  • FIG. 4B is the antenna coil.
  • It is a top view which shows the coil winding axis
  • FIG. 5 is a diagram showing the parasitic capacitance generated in each part of the antenna coil in the antenna device 101.
  • FIG. 6A is a perspective view of the antenna device 101 of the present embodiment
  • FIG. 6B is a perspective view of the antenna device of Comparative Example 1
  • FIG. 6C is a perspective view of the antenna device of Comparative Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between the antenna device 101 and the reader / writer side antenna 200.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in the coupling coefficient with respect to the offset of each antenna apparatus shown in FIG.
  • FIG. 9A is a plan view of the antenna device 102A
  • FIG. 9B is a cross-sectional view thereof.
  • 10A is a plan view of the antenna device 102B
  • FIG. 10B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 11 is a plan view of the antenna device 103A.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 103B.
  • FIG. 13A is a plan view of the antenna device 104 of the fourth embodiment, and
  • FIG. 13B is a plan view of the antenna device of the comparative example.
  • FIG. 14 is a plan view of an insulator in which conductor patterns 10, 20, 30, and 40 are formed in the multilayer body.
  • FIG. 15 is a perspective view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part of an electronic device 301 according to the seventh embodiment.
  • FIG. 17 is a plan view of the metal socket 410 with the card-type device 401 of the eighth embodiment inserted.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the main part of an electronic device provided with a metal socket 410.
  • FIG. 1 is a perspective view of an antenna device 101 according to the first embodiment.
  • a plurality of insulators on which conductor patterns are formed are laminated, and a first conductor pattern 10, a second conductor pattern 20, a third conductor pattern 30, and a fourth conductor pattern 40 are formed in the laminate 90.
  • a multi-turn antenna coil Is a multi-turn antenna coil.
  • FIG. 1 is a perspective view of the inside of the laminate.
  • the first conductor pattern, the second conductor pattern, the linear conductor of the third conductor pattern, and the linear conductor of the fourth conductor pattern are formed on the lower surface of the predetermined insulator among the insulators S1 to S10. These linear conductors are hereinafter simply referred to as conductor patterns. Further, via conductors 31V, 32Va, 32Vb, 33Va, 33Vb, 34Va, 34Vb, 35V of the third conductor pattern and via conductors 41V, 42Va, 42Vb, 43Va of the fourth conductor pattern are provided at predetermined locations of the insulators S1 to S10. 43Vb, 44V, and 45V are formed, respectively.
  • Input / output terminals 51 and 52 and mounting terminals 53 and 54 are formed on the lower surface of the insulator S1.
  • Conductor patterns 11, 12, 13, 14, 15, 35, and 44 are formed on the insulator S2.
  • a conductor pattern 34 is formed on the insulator S4.
  • a conductor pattern 43 is formed on the insulator S5.
  • a conductor pattern 33 is formed on the insulator S6.
  • a conductor pattern 42 is formed on the insulator S7.
  • a conductor pattern 32 is formed on the insulator S8.
  • Conductor patterns 21, 22, 23, 24, 25, 31, 41 are formed on the insulator S10.
  • the antenna coil of about 5 turns is constituted by the first conductor pattern, the second conductor pattern, the third conductor pattern, and the fourth conductor pattern.
  • the conductor pattern for each turn has substantially the same size and shape.
  • a nonmagnetic material layer may be further laminated on the insulators S1 and S10 in order to increase the mechanical strength.
  • the thicknesses of the insulators S1 to S10 are as follows.
  • the pitch in the layer direction of the conductor patterns 31, 32, 33, 34, 35 is constant at 75 ⁇ m.
  • the pitch in the layer direction of the conductor patterns 41, 42, 43, 44 is 100 ⁇ m and constant.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing the magnetic flux passing through the antenna coil and the coil winding axis by the first conductor pattern, the second conductor pattern, the third conductor pattern, and the fourth conductor pattern
  • FIG. 4B is the antenna. It is a top view which shows the coil winding axis
  • FIG. 4A shows the cross-sectional view shown in FIG. 3B in which the magnetic flux ⁇ , the coil winding axis, and the like are entered. In FIG. 4A, the broken lines indicate the schematic shapes of the third conductor pattern and the fourth conductor pattern of the antenna coil.
  • the antenna coil formed of the first conductor pattern, the second conductor pattern, the third conductor pattern, and the fourth conductor pattern has substantially the same shape and the same size as the conductor pattern for one turn. Then, the center of gravity of the winding shape by the conductor pattern for one turn (the center of gravity of the figure formed by closing the conductor pattern for one turn by connecting the start point and end point with a line segment) is connected for each adjacent turn.
  • This line extends in a straight line. The direction of this line is inclined with respect to the stacking direction of the insulator. This line can be called the winding axis of the antenna coil.
  • this line extends linearly.
  • This line can be referred to as the winding axis of the antenna coil in the cross section.
  • the point C1 is the center of gravity of the conductor pattern for one turn including the first conductor pattern 11 and the second conductor pattern 21.
  • the point C2 is the center of gravity of the conductor pattern for one turn including the first conductor pattern 12 and the second conductor pattern 22
  • the point C3 is for one turn including the first conductor pattern 13 and the second conductor pattern 23.
  • the center of gravity of the conductor pattern, point C4 is the center of gravity of the conductor pattern for one turn including the first conductor pattern 14 and the second conductor pattern 24, and point C5 is one turn including the first conductor pattern 15 and the second conductor pattern 25. This is the center of gravity of the minute conductor pattern.
  • a line connecting these centroids C1 to C5 extends linearly. This line can be called the winding axis of the antenna coil in a plane.
  • the center of the plurality of turns (first turn, second turn, third turn,...) Is sequentially shifted in a predetermined direction (direction along the winding axis) when viewed in the stacking direction of the insulator.
  • the first conductor pattern (11, 12, 13, 14, 15) and the second conductor pattern (21, 22, 23, 24, 25) of the plurality of turns are wound in the stacking direction of the insulator. They are sequentially displaced at predetermined intervals in the direction along the rotation axis.
  • the first conductor pattern (11, 12, 13, 14, 15) and the second conductor pattern (21, 22, 23) of a plurality of turns When viewed from the direction orthogonal to the stacking direction of the insulators, as shown in FIG. 4, the first conductor pattern (11, 12, 13, 14, 15) and the second conductor pattern (21, 22, 23) of a plurality of turns.
  • first conductor pattern 12 and the second conductor pattern 22 of the second turn are sequentially arranged adjacent to each other in a direction orthogonal to the stacking direction of the insulators. That is, the first conductor pattern 12 and the second conductor pattern 22 of the second turn are along the winding axis as viewed in the stacking direction of the insulator with respect to the first conductor pattern 11 and the second conductor pattern 21 of the first turn.
  • the first conductor pattern 13 and the second conductor pattern 23 of the third turn are stacked with an insulator with respect to the first conductor pattern 12 and the second conductor pattern 22 of the second turn. As viewed in the direction, they are arranged at a predetermined interval in the direction along the winding axis.
  • the magnetic flux passing through the coil opening of the antenna coil tilts in the direction of inclination of the winding axis and is linked to the antenna coil.
  • the main direction through which the magnetic flux passes does not necessarily coincide with the direction along the winding axis, depending on the orientation of the antenna device in the magnetic field.
  • FIG. 5 is a diagram showing the parasitic capacitance generated in each part of the antenna coil in the antenna device 101.
  • the lines between the first conductor patterns 11, 12, 13, and 14 are equal, and the lines between the second conductor patterns 22, 23, 24, and 25 are equal.
  • the interlayer distance of the fourth conductor patterns 41, 42, 43, 44 is equal to 100 ⁇ m.
  • the interlayer distance between the linear conductors 31, 32, 33, 34, and 35 of the third conductor pattern shown in FIG. 2 is equal to 75 ⁇ m.
  • first conductor pattern and the second conductor pattern are formed on the same plane (same layer), even if the width of the conductor pattern is increased, the parasitic capacitance is not easily increased.
  • the insulating layer used in the laminate 90 may be a sintered body of magnetic material or non-magnetic material, or polyimide (PI) or liquid crystal polymer (LCP) in which a magnetic ferrite filler is dispersed.
  • the resin sheet may be used.
  • the material has a high Q value and a small magnetic loss.
  • an antenna having a high antenna Q value can be configured.
  • an electrode material having a low conductor loss such as Cu can be used.
  • an antenna having a high antenna Q value can be configured.
  • FIG. 6A is a perspective view of the antenna device 101 of the present embodiment
  • FIG. 6B is a perspective view of the antenna device of Comparative Example 1
  • FIG. 6C is a perspective view of the antenna device of Comparative Example 2.
  • the antenna device of Comparative Example 1 includes a rectangular helical antenna coil whose coil winding axis faces the Y-axis direction
  • the antenna device of Comparative Example 2 includes a rectangular spiral antenna coil whose coil winding axis faces the Z-axis direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between the antenna device 101 and the reader / writer side antenna 200.
  • the reader / writer side antenna 200 is a multi-turn loop antenna having a radius of 30 mm.
  • the antenna device 101 or the like was placed at a position spaced apart from the center of the reader / writer side antenna 200 on the Z axis by a certain distance, and the coupling coefficient was measured when shifted from that position by dy in the Y axis direction.
  • FIG. 8 shows the measurement results.
  • the antenna device described above includes a laminate of a magnetic layer and a nonmagnetic layer, but may be a laminate of only a nonmagnetic layer or a laminate of only a magnetic layer. May be.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern are formed in FIGS. 1 to 7 so that current flows along the longitudinal direction of each insulating layer.
  • the third conductor pattern and the fourth conductor pattern are formed so that a current flows along the direction, but this is not restrictive.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern are formed so that current flows along the short direction of each insulating layer, and the third conductor pattern and the fourth conductor so that current flows along the longitudinal direction of each insulating layer.
  • a pattern may be formed.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the shapes of the antenna coils of the two antenna devices according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a plan view of the antenna device 102A
  • FIG. 9B is a cross-sectional view thereof.
  • 10A is a plan view of the antenna device 102B
  • FIG. 10B is a cross-sectional view thereof.
  • the formation structure of the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 in the multilayer body is basically the same as that shown in the first embodiment, but is schematically shown in FIGS.
  • the formation range of the plurality of first conductor patterns 10 and the formation range of the plurality of second conductor patterns 20 may partially overlap when viewed in the stacking direction of the insulators. Thereby, the occupation area per turn number of the antenna coil can be reduced.
  • the direction in which the winding axis extends can be easily changed by adjusting the degree of overlap between the formation range of the first conductor pattern 10 and the formation range of the second conductor pattern 20, so that the direction in which the magnetic flux passes can be changed. Can be easily changed.
  • FIG. 11 is a plan view of the antenna device 103A
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device 103B.
  • the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 of the antenna device 103A are non-parallel when viewed in the stacking direction of the insulator (in plan view).
  • the first conductor pattern 10 of the antenna device 103B is non-linear when viewed in the stacking direction of the insulator (in plan view).
  • the first conductor pattern 10 of the antenna device 103B has a portion that is not parallel (non-parallel) to the second conductor pattern 20, and is bent.
  • the first conductor pattern 10 generally extends in a direction indicated by a straight broken line (a broken line connecting both ends with a straight line). Therefore, the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 are also the same for the antenna device 103B. It is non-parallel when viewed in the stacking direction of the insulator.
  • the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 may be non-parallel when viewed in the stacking direction of the insulator.
  • the path through which the magnetic flux passes bends as shown by the curved arrows in FIGS. 11 and 12, so that the shape of the coil opening can be diversified.
  • the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 are arranged in a non-parallel state.
  • the path through which the magnetic flux passes can be bent, and the magnetic flux can be designed to pass through a path that does not approach the peripheral components.
  • unnecessary coupling with peripheral components can be suppressed.
  • an antenna coil having a large effective size can be formed for a laminated body having a limited volume.
  • the antenna device described above is an example in which the line extends linearly when the center of gravity of the winding shape of the conductor pattern for one turn is connected for each adjacent turn.
  • Each conductor pattern may be formed so that when the center of gravity of the winding shape by the pattern is connected for each adjacent turn, the line has a shape along the curve.
  • FIG. 13A is a plan view of the antenna device 104 of the fourth embodiment
  • FIG. 13B is a plan view of the antenna device of the comparative example.
  • the antenna device of this comparative example is the same as the antenna device 101 shown in the first embodiment.
  • the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 have a larger line width than the third conductor pattern 30 and the fourth conductor pattern 40 (the third conductor pattern 30 and the fourth conductor pattern 30).
  • the conductor pattern 40 has a smaller line width than the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20).
  • the width W of the coil opening becomes wide, the area of the coil opening can be secured while suppressing the DC resistance component DCR of the conductor pattern.
  • the line length of the third conductor pattern 30 and the fourth conductor pattern 40 is shorter than that of the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20, the direct current resistance by making the third conductor pattern 30 and the fourth conductor pattern 40 thinner.
  • the increase in component DCR is suppressed.
  • the opposing area of the 3rd conductor pattern 30 and the 4th conductor pattern 40 is suppressed, parasitic capacitance can be suppressed.
  • FIG. 14 is a plan view of an insulator in which conductor patterns 10, 20, 30, and 40 are formed in the multilayer body.
  • the second conductor pattern 20 has a larger line width and a smaller gap between the lines than the first conductor pattern 10. Therefore, compared with the formation range of a 2nd conductor pattern, a magnetic flux passes easily between the lines of the formation range of a 1st conductor pattern. Therefore, the directivity can be controlled not only by the inclination of the winding axis of the antenna coil but also by the ease with which the magnetic flux in the formation range of the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 can be removed. In addition, by determining the formation range according to not only the gap between the lines but also the line width, the easiness of the removal of the magnetic flux in the formation range of the first conductor pattern 10 and the second conductor pattern 20 is determined. You may control.
  • FIG. 15 is a perspective view of the antenna device 106 according to the sixth embodiment.
  • the basic structure of the laminate 90 is as shown in FIGS. 1 and 2 in the first embodiment.
  • input / output terminals 51 and 52 and mounting terminals 53 to 60 are formed on the lower surface of the laminate 90.
  • an insulator nonmagnetic layer
  • electrodes 61 to 70 are transferred and formed on the surface.
  • the electrodes 61 to 70 have the same shape as the input / output terminals 51 and 52 and the mounting terminals 53 to 60, and are formed at positions facing each other in the stacking direction.
  • the terminal electrodes 61 to 70 are formed at the opposing positions of the input / output terminals 51 and 52 and the mounting terminals 53 to 60, the vertical symmetry of the stacked structure of the stacked body is high. Therefore, warpage due to a difference in shrinkage rate of each layer due to heating during formation of the laminate and mounting on the circuit board is suppressed, and flatness of the lower surface of the laminate is ensured. Thereby, surface mountability increases.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part of an electronic device 301 according to the seventh embodiment.
  • the electronic device 301 is a portable tablet PC, for example, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the electronic device 301 cut in the minor axis direction.
  • the antenna device 101 is the antenna device shown in the first embodiment.
  • the antenna device 101 is mounted near the edge of the long side of the circuit board 110.
  • the circuit board 110 is provided in the housing 120.
  • the magnetic flux passing through the antenna device 101 passes through the reader / writer side antenna 200, and both are magnetically coupled.
  • FIG. 17 is a plan view of the metal socket 410 with the card-type device 401 of the eighth embodiment inserted.
  • This card type device is, for example, a memory card such as an SD card or an authentication card such as a SIM card.
  • An antenna device 101 is built in the card type device 401.
  • the antenna device 101 is the antenna device shown in the first embodiment. In a state where the card-type device 401 is inserted into the metal socket 410, the antenna device 101 is arranged such that about half of the antenna coil (the first conductor pattern or the second conductor pattern) of the antenna device 101 comes out of the metal socket.
  • the card type device 401 is arranged near the edge of the long side (along one short side).
  • the card-type device If the antenna coil built in the card-type device has the shape shown in FIG. 6C (a rectangular spiral shape in which the coil winding axis faces the Z-axis direction), the card-type device is inserted into the card slot. When communicating with an external device, the magnetic flux is blocked by the metal socket 410 and communication is not possible. Further, assuming that the antenna coil built in the card-type device has the shape shown in FIG. 6B (a rectangular helical shape in which the coil winding axis faces the Y-axis direction), the normal direction of the main surface of the metal socket 410 Because it does not radiate, it is inconvenient. On the other hand, if the card-type device 401 incorporating the antenna device 101 shown in FIG. 17 is used, directivity is also obtained in the normal direction of the main surface of the metal socket 410 while reducing the influence of shielding by the metal socket 410. It can be secured.
  • FIG. 6C a rectangular spiral shape in which the coil winding axis faces the Z-axis direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

　アンテナコイルは、絶縁体の積層方向から視て、１ターン毎に第１辺を形成する第１導体パターン、第２辺を形成する第２導体パターン、第３辺を形成する第３導体パターン、および第４辺を形成する第４導体パターンで構成され、第１導体パターンは第１層に形成され、第２導体パターンは第１層とは異なる第２層に形成され、第３導体パターンおよび第４導体パターンは、第１層から第２層にかけて形成され、第１～第４の導体パターンは、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心を１ターン毎に結ぶ線の方向が絶縁体の積層方向に対して傾くように、各絶縁体に配置される。

Description

アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器
　本発明はＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムや近距離無線通信（NFC：Near Field Communication）システム等に用いられるアンテナ装置、およびそれを備えるカード型デバイスならびに電子機器に関するものである。
　ＲＦＩＤシステムなどに適用される無線通信機器に搭載されるアンテナ装置として、例えば特許文献１が示されている。特許文献１はフレキシブル基板の同一平面上に形成されたアンテナコイルの開口部に磁性体を挿入することによってアンテナの指向性を制御するというものである。
特許第４８８３１３６号公報
　しかし特許文献１では、ターン数を増やす場合、巻回の内側（巻回中心）に向かってターン数を増やすと、コイル開口部の面積が狭まってしまうため、コイル開口部を通る磁束が制限されて、通信特性が劣化する問題がある。一方、コイル開口部の面積を維持した状態で、巻回の外側に向かってターン数を増やすと、アンテナコイルの外形が大きくなってしまう。
　そこで、本発明の目的は、外形サイズが大きくなることを抑制しながら、アンテナコイルのターン数を増やしてもコイル開口部の大きさを維持できる構造のアンテナ装置およびそれを備えるカード型デバイスならびに電子機器を提供することにある。
　本発明のアンテナ装置は、導体パターンが形成された複数の絶縁体が積層されて、積層体内に前記導体パターンによる複数ターンのアンテナコイルが構成されたアンテナ装置において、
　前記アンテナコイルは、前記絶縁体の積層方向から視て、１ターン毎に第１辺を形成する第１導体パターン、第２辺を形成する第２導体パターン、第３辺を形成する第３導体パターン、および第４辺を形成する第４導体パターンで構成され、
　第１導体パターンは第１層に形成され、第２導体パターンは第１層とは異なる第２層に形成され、第３導体パターンおよび第４導体パターンは、第１層から第２層にかけて形成され、
　前記第１～第４の導体パターンは、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心を１ターン毎に結ぶ線の方向が前記絶縁体の積層方向に対して傾くように、各絶縁体に配置されることを特徴とする。
　上記構造により、アンテナコイルの外形サイズが大きくなることを抑制しながら、実質的なコイル開口を狭めることなく、ターン数を稼ぐことができる。
　前記１ターン分の導体パターンは大きさおよび形状が実質的に同じであることが好ましい。このことにより、占有面積あたりのアンテナコイルとしての有効な領域を大きくできる。
　また、前記第３導体パターンおよび前記第４導体パターンは、巻回毎に異なる層に形成され、前記絶縁体の積層方向に視て重なることが好ましい。このことにより、平面視における第３導体パターンおよび第４導体パターンの占有面積が大きくなることを抑制し、かつ、コイル開口を確保しつつアンテナコイルのターン数を多くできる。
　前記絶縁体の積層方向に視て、複数の前記第１導体パターンの形成範囲と複数の前記第２導体パターンの形成範囲とは部分的に重なってもよい。これにより、アンテナコイルのターン数あたりの占有面積が縮小化できる。
　前記絶縁体の積層方向に視て、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは平行であることが好ましい。これにより、導体パターンが単純となり、限られた面積に所定のターン数のアンテナコイルを形成できる。
　前記絶縁体の積層方向に視て、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは非平行であってもよい。これにより、コイル開口の形状を多様化できる。
　前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンは、前記第３導体パターンおよび前記第４導体パターンよりも線幅が大きい（または、第３導体パターンおよび第４導体パターンは、第１導体パターンおよび第２導体パターンよりも線幅が小さい）ことが好ましい。これにより、導体パターンの直流抵抗成分を抑制しつつコイル開口の面積を確保でき、かつ導体パターン間の寄生容量を抑えられる。
　本発明のカード型デバイスは、上記いずれかの構成のアンテナ装置をカード型のパッケージ内に設けたことを特徴とする。
　本発明の電子機器は、筐体内に回路基板を備え、この回路基板に上記いずれかの構成のアンテナ装置が実装されたことを特徴とする。
　本発明によれば、実質的なコイル開口を狭めることなく、ターン数を稼ぐことができる。そのため、小型でありながら所定のインダクタンスを有し、高利得なアンテナ装置およびそれを備えるカード型デバイスならびに電子機器が得られる。
図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。 図２はアンテナ装置１０１の分解斜視図である。 図３（Ａ）は図１におけるＡ－Ａ部分の断面図、図３（Ｂ）は図１におけるＢ－Ｂ部分の断面図である。 図４（Ａ）は第１導体パターン、第２導体パターン、第３導体パターンおよび第４導体パターンによるアンテナコイルを通る磁束およびコイル巻回軸を示す断面図、図４（Ｂ）はこのアンテナコイルのコイル巻回軸を示す平面図である。 図５はアンテナ装置１０１について、アンテナコイルの各部に生じる寄生容量について示す図である。 図６（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置１０１の斜視図、図６（Ｂ）は比較例１のアンテナ装置の斜視図、図６（Ｃ）は比較例２のアンテナ装置の斜視図である。 図７はアンテナ装置１０１とリーダライター側アンテナ２００との位置関係を示す図である。 図８は図６に示す各アンテナ装置のオフセットに対する結合係数の変化を示す図である。 図９（Ａ）はアンテナ装置１０２Ａの平面図、図９（Ｂ）はその断面図である。 図１０（Ａ）はアンテナ装置１０２Ｂの平面図、図１０（Ｂ）はその断面図である。 図１１はアンテナ装置１０３Ａの平面図である。 図１２はアンテナ装置１０３Ｂの平面図である。 図１３（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置１０４の平面図、図１３（Ｂ）は比較例のアンテナ装置の平面図である。 図１４は、積層体内における、導体パターン１０，２０，３０，４０が形成された絶縁体の平面図である。 図１５は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の斜視図である。 図１６は第７の実施形態である電子機器３０１の主要部の断面図である。 図１７は、金属ソケット４１０に第８の実施形態のカード型デバイス４０１が挿入された状態での平面図である。 図１８は、金属ソケット４１０を備えた電子機器の主要部の断面図である。
　以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付す。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図である。このアンテナ装置１０１は、導体パターンが形成された複数の絶縁体が積層されて、積層体９０内に、第１導体パターン１０、第２導体パターン２０、第３導体パターン３０、第４導体パターン４０による複数ターンのアンテナコイルが構成されたものである。図１は積層体の内部を透視した図である。
　図２はアンテナ装置１０１の分解斜視図である。図１に示した積層体９０は複数の絶縁体Ｓ１～Ｓ１０が積層されたものである。積層体９０の内部に、第１導体パターン１０（１１，１２，１３，１４，１５）、第２導体パターン２０（２１，２２，２３，２４，２５）、第３導体パターン３０（３１，３２，３３，３４，３５，３１Ｖ，３２Ｖａ，３２Ｖｂ，３３Ｖａ，３３Ｖｂ，３４Ｖａ，３４Ｖｂ，３５Ｖ）、および第４導体パターン４０（４１，４２，４３，４４，４１Ｖ，４２Ｖａ，４２Ｖｂ，４３Ｖａ，４３Ｖｂ，４４Ｖ，４５Ｖ）が形成される。
　絶縁体Ｓ１～Ｓ１０のうち所定の絶縁体の下面に、第１導体パターン、第２導体パターン、第３導体パターンの線状導体および第４導体パターンの線状導体が形成される。これら線状導体は以降、単に導体パターンという。また、絶縁体Ｓ１～Ｓ１０の所定箇所に第３導体パターンのビア導体３１Ｖ，３２Ｖａ，３２Ｖｂ，３３Ｖａ，３３Ｖｂ，３４Ｖａ，３４Ｖｂ，３５Ｖ、および第４導体パターンのビア導体４１Ｖ，４２Ｖａ，４２Ｖｂ，４３Ｖａ，４３Ｖｂ，４４Ｖ，４５Ｖがそれぞれ形成される。
　絶縁体Ｓ１の下面には入出力端子５１，５２および実装用端子５３，５４が形成される。絶縁体Ｓ２には導体パターン１１，１２，１３，１４，１５，３５，４４が形成される。絶縁体Ｓ４には導体パターン３４が形成される。絶縁体Ｓ５には導体パターン４３が形成される。絶縁体Ｓ６には導体パターン３３が形成される。絶縁体Ｓ７には導体パターン４２が形成される。絶縁体Ｓ８には導体パターン３２が形成される。絶縁体Ｓ１０には導体パターン２１，２２，２３，２４，２５，３１，４１が形成される。
　上記第１導体パターン１１，１２，１３，１４，１５は、１ターン毎の第１辺を形成する。同様に、第２導体パターン２１，２２，２３，２４，２５は、１ターン毎の第２辺を形成する。また、第３導体パターン３１，３２，３３，３４，３５，３１Ｖ，３２Ｖａ，３２Ｖｂ，３３Ｖａ，３３Ｖｂ，３４Ｖａ，３４Ｖｂ，３５Ｖは、１ターン毎の第３辺を形成する。さらに、第４導体パターン４１，４２，４３，４４，４１Ｖ，４２Ｖａ，４２Ｖｂ，４３Ｖａ，４３Ｖｂ，４４Ｖ，４５Ｖは、１ターン毎の第４辺を形成する。
　ここで、符号のみで表すと、５１→５１Ｖ→１１→３１Ｖ→３１→２１→４１→４１Ｖの経路で１ターン分のコイルが構成される。同様に、
　１２→３２Ｖａ→３２→３２Ｖｂ→２２→４２Ｖａ→４２→４２Ｖｂの経路、
　１３→３３Ｖａ→３３→３３Ｖｂ→２３→４３Ｖａ→４３→４３Ｖｂの経路、
　１４→３４Ｖａ→３４→３４Ｖｂ→２４→４４Ｖ→４４の経路、
で、それぞれ１ターン分のコイルが構成される。
　また、１５→３５→３５Ｖ→２５→４５Ｖ→５２の経路で３／４ターン分のコイルが構成される。
　上記第１導体パターン、第２導体パターン、第３導体パターンおよび第４導体パターンによっておよそ５ターンのアンテナコイルが構成される。１ターン毎の導体パターンは略同じ大きさで略同じ形状である。
　絶縁体Ｓ２～Ｓ９は磁性体層、絶縁体Ｓ１，Ｓ１０は非磁性体層である。したがって、上記アンテナコイルは磁性体の周囲を巻回するように配置される。
　なお、絶縁体Ｓ１やＳ１０の上部に機械強度を上げるために非磁性体層がさらに積層されてもよい。
　図２において、絶縁体Ｓ１～Ｓ１０の厚みは次のとおりである。
　　Ｓ１：２５μｍ
　　Ｓ２：５０μｍ
　　Ｓ３：２５μｍ
　　Ｓ４：２５μｍ
　　Ｓ５：５０μｍ
　　Ｓ６：５０μｍ
　　Ｓ７：２５μｍ
　　Ｓ８：２５μｍ
　　Ｓ９：５０μｍ
　Ｓ１０：２５μｍ
　したがって、導体パターン３１，３２，３３，３４，３５の層方向のピッチは７５μｍで一定である。また、導体パターン４１，４２，４３，４４の層方向のピッチはそれぞれ１００μｍで一定である。
　図３（Ａ）は図１におけるＡ－Ａ部分の断面図、図３（Ｂ）は図１におけるＢ－Ｂ部分の断面図である。第４導体パターンの線状導体４１～４４は、巻回毎に異なる層に形成され、絶縁体の積層方向に視て重なる。第３導体パターンの線状導体３１～３５についても同様に、巻回毎に異なる層に形成され、絶縁体の積層方向に視て重なる。
　図４（Ａ）は上記第１導体パターン、第２導体パターン、第３導体パターンおよび第４導体パターンによるアンテナコイルを通る磁束およびコイル巻回軸を示す断面図、図４（Ｂ）はこのアンテナコイルのコイル巻回軸を示す平面図である。但し、図の明瞭化のため、図４（Ｂ）については、図における横方向が拡大されるように縦横比を変更して描いている。図４（Ａ）は図３（Ｂ）に示した断面図に磁束φおよびコイル巻回軸などを記入したものである。図４（Ａ）において破線はアンテナコイルの第３導体パターンおよび第４導体パターンの概略形状を示す。第１導体パターン、第２導体パターン、第３導体パターンおよび第４導体パターンによるアンテナコイルは、１ターン分の導体パターンが略同じ形状で略同じ大きさである。そして、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心（１ターン分の導体パターンの始点と終点を線分で結んで閉じることで形成される図形の重心）を、隣接するターン毎に結ぶと、この線は直線状に延びる。この線の方向は絶縁体の積層方向に対して傾く。この線はアンテナコイルの巻回軸ということができる。
　図４（Ａ）に示すように、破線で示す線分の中点を、隣接するターン毎に結ぶと、この線は直線状に延びる。この線を断面におけるアンテナコイルの巻回軸ということができる。
　図４（Ｂ）において、点Ｃ１は、第１導体パターン１１および第２導体パターン２１を含む１ターン分の導体パターンの重心である。同様に、点Ｃ２は、第１導体パターン１２および第２導体パターン２２を含む１ターン分の導体パターンの重心、点Ｃ３は、第１導体パターン１３および第２導体パターン２３を含む１ターン分の導体パターンの重心、点Ｃ４は、第１導体パターン１４および第２導体パターン２４を含む１ターン分の導体パターンの重心、点Ｃ５は、第１導体パターン１５および第２導体パターン２５を含む１ターン分の導体パターンの重心である。これらの重心Ｃ１～Ｃ５を結ぶ線は直線状に延びる。この線を平面におけるアンテナコイルの巻回軸ということができる。
　また、絶縁体の積層方向に視て、複数のターン（１ターン目、２ターン目、３ターン目・・・）の中心は所定方向（巻回軸に沿った方向）に順次ずれる。換言すれば、複数のターンの第１導体パターン（１１，１２，１３，１４，１５）および第２導体パターン（２１，２２，２３，２４，２５）は、絶縁体の積層方向に視て巻回軸に沿った方向に所定の間隔で順次ずれて配置される。絶縁体の積層方向に直交する方向から見ると、図４に示すように、複数のターンの第１導体パターン（１１，１２，１３，１４，１５）および第２導体パターン（２１，２２，２３，２４，２５）は、絶縁体の積層方向に直交する方向に順次隣接して配置される。すなわち、２ターン目の第１導体パターン１２および第２導体パターン２２は、１ターン目の第１導体パターン１１および第２導体パターン２１に対して絶縁体の積層方向に視て巻回軸に沿った方向に所定間隔を隔てて配置され、３ターン目の第１導体パターン１３および第２導体パターン２３は、２ターン目の第１導体パターン１２および第２導体パターン２２に対して絶縁体の積層方向に視て巻回軸に沿った方向に所定間隔を隔てて配置される。
　アンテナコイルのコイル開口を通る磁束は、巻回軸の傾き方向に傾いて、アンテナコイルと鎖交する。但し、複数のコイル開口が重なった領域を磁束が通過するので、磁界中におけるアンテナ装置の向きによっては、磁束が通過する主たる向きは、必ずしも上記巻回軸に沿った向きとは一致しない。
　図５はアンテナ装置１０１について、アンテナコイルの各部に生じる寄生容量について示す図である。第１導体パターン１１，１２，１３，１４の線間は等しい、また、第２導体パターン２２，２３，２４，２５の線間は等しい。このように導体パターンの線間が均等であることにより、これら導体パターンの面内方向の線間容量が極端に大きくなる部分が形成されるのを防止できる。図２を基に既に述べたとおり、第４導体パターン４１，４２，４３，４４の層間距離は１００μｍ均等である。図２に示した第３導体パターンの線状導体３１，３２，３３，３４，３５の層間距離は７５μｍ均等である。このように導体パターンの層間が均等であることにより、これら導体パターンの層方向の線間容量が極端に大きくなる部分が形成されるのを防止できる。
　また、第１導体パターンおよび第２導体パターンはそれぞれ同一面上（同一層）に形成されるため、仮に導体パターンの幅を太くした場合でも、寄生容量が大きくなりにくい。
　なお、積層体９０に用いられる絶縁体の層には磁性体や非磁性体の焼結体を用いてもよいし、磁性体フェライトフィラーを分散させたポリイミド(PI)や液晶ポリマー(LCP)などの樹脂シートを用いてもよい。
　焼結体の場合は材料のＱ値が高く磁性体損が小さい。その結果、アンテナＱ値の高いアンテナが構成できる。また、樹脂シートの場合は高温焼成が不要なので、Cu等、導体損の低い電極材料を使用することができる。その結果、アンテナＱ値の高いアンテナが構成できる。
　次に、２つの従来タイプのアンテナ装置と比較して本実施形態のアンテナ装置１０１の指向性について示す。
　図６（Ａ）は本実施形態のアンテナ装置１０１の斜視図、図６（Ｂ）は比較例１のアンテナ装置の斜視図、図６（Ｃ）は比較例２のアンテナ装置の斜視図である。比較例１のアンテナ装置は、コイル巻回軸がＹ軸方向を向く矩形ヘリカル状のアンテナコイルを備える。比較例２のアンテナ装置は、コイル巻回軸がＺ軸方向を向く矩形スパイラル状のアンテナコイルを備える。
　図７はアンテナ装置１０１とリーダライター側アンテナ２００との位置関係を示す図である。リーダライター側アンテナ２００は半径30mmの複数ターンのループ状アンテナである。このリーダライター側アンテナ２００の中心からＺ軸上に一定距離だけ離れた位置にアンテナ装置１０１等を置き、その位置からＹ軸方向にｄｙだけシフトしたときの結合係数を測定した。図８はその測定結果である。図６（Ｂ）に示す比較例１のアンテナ装置では、ｄｙ＝０のとき結合係数は０であり、利得が無くなる（０になる）。図６（Ｃ）に示す比較例２のアンテナ装置では、ｄｙ＝０のとき結合係数は最大であるが、ｄｙが大きくなるほど結合係数は急激に低下する。本実施形態のアンテナ装置１０１では、ｄｙ＝２０を中心として広い範囲で結合係数は大きい。ｄｙ＝－２０で結合係数は最低となるが、０にはならない。
　なお、以上に示したアンテナ装置は、磁性体層と非磁性体層の積層体を備えたが、非磁性体層のみの積層体であってもよいし、磁性体層のみの積層体であってもよい。また、以上に示したアンテナ装置は、図１から図７において、各絶縁層の長手方向に沿って電流が流れるように第１導体パターンおよび第２導体パターンが形成され、各絶縁層の短手方向に沿って電流が流れるように第３導体パターンおよび第４導体パターンが形成されるが、この限りでは無い。各絶縁層の短手方向に沿って電流が流れるように第１導体パターンおよび第２導体パターンが形成され、各絶縁層の長手方向に沿って電流が流れるように第３導体パターンおよび第４導体パターンが形成されてもよい。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、積層体内における第１導体パターンおよび第２導体パターンの別の配置について示す。図９、図１０は第２の実施形態の２つのアンテナ装置のアンテナコイルの形状を示す図である。図９（Ａ）はアンテナ装置１０２Ａの平面図、図９（Ｂ）はその断面図である。図１０（Ａ）はアンテナ装置１０２Ｂの平面図、図１０（Ｂ）はその断面図である。積層体内における第１導体パターン１０および第２導体パターン２０の形成構造は基本的に第１の実施形態で示したものと同じであるが、図９、図１０では概略的に示している。
　アンテナ装置１０２Ａ，１０２Ｂのいずれも、絶縁体の積層方向に視て（平面視で）、第１導体パターン１０と第２導体パターン２０とは一部重なっている。具体的には、図９に示した構造は、上記第１の実施形態のアンテナ装置１０１のターン数を維持した状態で、第１導体パターン１０の形成範囲と第２導体パターン２０の形成範囲とを一部重なるように配置したものである。図１０に示した構造は、上記第１の実施形態のアンテナ装置１０１に対してターン数を増やすことにより、第１導体パターン１０の形成範囲と第２導体パターン２０の形成範囲とを一部重なるようにしたものである。
　このように、絶縁体の積層方向に視て、複数の第１導体パターン１０の形成範囲と複数の第２導体パターン２０の形成範囲とは部分的に重なっていてもよい。これにより、アンテナコイルのターン数あたりの占有面積が縮小化できる。また、第１導体パターン１０の形成範囲と第２導体パターン２０の形成範囲との重なり度合いを調整することによって、巻回軸が延びる方向を容易に変化させることができるので、磁束が通過する向きを容易に変化させることができる。
《第３の実施形態》
　第３の実施形態では、積層体内における第１導体パターンおよび第２導体パターンの別の形状について示す。図１１、図１２は第３の実施形態の２つのアンテナ装置のアンテナコイルの形状を示す図である。図１１はアンテナ装置１０３Ａの平面図、図１２はアンテナ装置１０３Ｂの平面図である。アンテナ装置１０３Ａの第１導体パターン１０と第２導体パターン２０とは絶縁体の積層方向に視て（平面視で）非平行である。アンテナ装置１０３Ｂの第１導体パターン１０は、絶縁体の積層方向に視て（平面視で）非直線状である。具体的には、アンテナ装置１０３Ｂの第１導体パターン１０は、第２導体パターン２０に対して平行でない（非平行である）部分を有し、屈曲する。第１導体パターン１０は概略的には直線の破線（両端部を直線で結んだ破線）で示す方向に延びるので、このアンテナ装置１０３Ｂについても、第１導体パターン１０と第２導体パターン２０とは絶縁体の積層方向に視て非平行である。
　このように、絶縁体の積層方向に視て、第１導体パターン１０と第２導体パターン２０とが非平行であってもよい。これにより、図１１および図１２中に曲線矢印で示すように磁束の通る経路（巻回軸の延びる方向）が曲がるので、コイル開口の形状を多様化できる。また、図１１および図１２に示すように、アンテナ装置１０３Ａ，１０３Ｂの近傍に周辺部品が存在する場合に、第１導体パターン１０と第２導体パターン２０とを互いに非平行な状態で配置することによって、磁束の通る通路を曲げて、それら周辺部品に接近しない経路で磁束が通るように設計することができる。そのことにより、周辺部品との不要な結合が抑制できる。また、限られた体積の積層体に対して有効サイズの大きなアンテナコイルを形成することができる。
　なお、以上に示したアンテナ装置は、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心を、隣接するターン毎に結ぶと、この線が直線状に延びる例であったが、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心を、隣接するターン毎に結んだとき、その線が曲線に沿った形状となるように、各導体パターンを形成してもよい。
《第４の実施形態》
　第４の実施形態では、第３導体パターンおよび第４導体パターンの線幅について示す。
　図１３（Ａ）は第４の実施形態のアンテナ装置１０４の平面図、図１３（Ｂ）は比較例のアンテナ装置の平面図である。この比較例のアンテナ装置は第１の実施形態で示したアンテナ装置１０１と同じである。第４の実施形態のアンテナ装置１０４において、第１導体パターン１０および第２導体パターン２０は、第３導体パターン３０および第４導体パターン４０よりも線幅が大きい（第３導体パターン３０および第４導体パターン４０は、第１導体パターン１０および第２導体パターン２０よりも線幅が小さい）。
　この構造によれば、コイル開口の幅Ｗが広くなるので、導体パターンの直流抵抗成分DCRを抑制しつつコイル開口の面積を確保できる。特に、第３導体パターン３０および第４導体パターン４０の線長が第１導体パターン１０および第２導体パターン２０より短いと、第３導体パターン３０および第４導体パターン４０を細くすることによる直流抵抗成分DCRの増大は抑えられる。また、第３導体パターン３０と第４導体パターン４０との対向面積が抑えられるため、寄生容量を抑えられる。
《第５の実施形態》
　第５の実施形態では、第１導体パターンおよび第２導体パターンの線幅が互いに異なる例について示す。
　図１４は、積層体内における、導体パターン１０，２０，３０，４０が形成される絶縁体の平面図である。第２導体パターン２０は第１導体パターン１０に比べて線幅が大きく、線間の隙間が狭い。そのため、第２導体パターンの形成範囲に比べて、第１導体パターンの形成範囲の線間を磁束が通り抜け易い。そのため、アンテナコイルの巻回軸の傾きだけでなく、第１導体パターン１０と第２導体パターン２０の形成範囲の磁束の抜けやすさによっても、指向性が制御できる。なお、線間の間隙だけでなく、線幅に応じて形成範囲を定めることで第１導体パターン１０と第２導体パターン２０の形成範囲の磁束の抜けやすさを定め、そのことで指向性を制御してもよい。
《第６の実施形態》
　図１５は第６の実施形態のアンテナ装置１０６の斜視図である。このアンテナ装置１０６において積層体９０の基本的な構造は、第１の実施形態で図１および図２に示したとおりである。但し、積層体９０の下面に入出力端子５１，５２、実装用端子５３～６０が形成される。また、積層体９０の上面には絶縁体（非磁性体層）がさらに積層され、その表面に電極６１～７０が転写形成される。電極６１～７０は入出力端子５１，５２および実装用端子５３～６０と同一形状であり、積層方向において互いに対向する位置に形成される。
　このように、下面に入出力端子５１，５２以外に多数の実装用端子５３～６０を分散配置することにより、高い実装強度を確保できる。また、端子電極６１～７０が入出力端子５１，５２、および実装用端子５３～６０の対向位置に形成されるので、積層体の積層構造上の上下対称性が高い。そのため、積層体形成時および回路基板への実装時の加熱による、各層の収縮率の違いによる反りが抑制され、積層体の下面の平面性が確保される。これにより、表面実装性が高まる。
《第７の実施形態》
　図１６は第７の実施形態である電子機器３０１の主要部の断面図である。この電子機器３０１は例えば携帯タブレットＰＣ等であり、図１６は電子機器３０１の短軸方向に切断した断面図である。アンテナ装置１０１は第１の実施形態で示したアンテナ装置である。このアンテナ装置１０１は回路基板１１０の長辺の縁付近に実装される。回路基板１１０は筐体１２０内に設けられる。アンテナ装置１０１を通る磁束は、リーダライター側アンテナ２００を通って、両者は磁界結合する。
《第８の実施形態》
　第８の実施形態ではカード型デバイスについて示す。
　図１７は、金属ソケット４１０に第８の実施形態のカード型デバイス４０１が挿入された状態での平面図である。このカード型デバイスは例えばSDカード等のメモリーカードやSIMカード等の認証カードである。カード型デバイス４０１の内部にはアンテナ装置１０１が内蔵される。アンテナ装置１０１は第１の実施形態で示したアンテナ装置である。カード型デバイス４０１が金属ソケット４１０内に挿入された状態で、アンテナ装置１０１のアンテナコイルの約半分（第１導体パターンまたは第２導体パターン）が金属ソケットの外部に出るように、アンテナ装置１０１は、カード型デバイス４０１の長辺の縁付近に（一方の短辺に沿って）配置される。
　図１８は、上記金属ソケット４１０を備えた電子機器の主要部の断面図である。カード型デバイス４０１内のアンテナ装置１０１の第１導体パターンおよび第２導体パターンの位置は、図１８に示すように、磁束φが通るように定められる。
　カード型デバイスに内蔵するアンテナコイルが図６（Ｃ）に示した形状（コイル巻回軸がＺ軸方向を向く矩形スパイラル状）であるとすると、そのカード型デバイスをカードスロットに差し込んだ状態で、外部装置と通信する場合、磁束が金属ソケット４１０に遮られて通信できない。また、カード型デバイスに内蔵するアンテナコイルが図６（Ｂ）に示した形状（コイル巻回軸がＹ軸方向を向く矩形ヘリカル状）であるとすると、金属ソケット４１０の主面の法線方向には放射しないため、使い勝手が悪い。これに対し、図１７に示したアンテナ装置１０１を内蔵したカード型デバイス４０１を用いれば、金属ソケット４１０による遮蔽の影響を軽減しながら、金属ソケット４１０の主面の法線方向についても指向性を確保できる。
Ｓ１～Ｓ１０…絶縁体
１０（１１，１２，１３，１４，１５）…第１導体パターン
２０（２１，２２，２３，２４，２５）…第２導体パターン
３０…第３導体パターン
３１，３２，３３，３４，３５…第３導体パターンの線状導体
３１Ｖ，３２Ｖａ，３２Ｖｂ，３３Ｖａ，３３Ｖｂ，３４Ｖａ，３４Ｖｂ，３５Ｖ…第３導体パターンのビア導体
４０…第４導体パターン
４１，４２，４３，４４…第４導体パターンの線状導体
４１Ｖ，４２Ｖａ，４２Ｖｂ，４３Ｖａ，４３Ｖｂ，４４Ｖ，４５Ｖ…第４導体パターンのビア導体
５１Ｖ…ビア導体
５１，５２…入出力端子
５３～６０…実装用端子
６１～７０…電極
９０…積層体
１０１，１０４，１０６…アンテナ装置
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０３Ａ，１０３Ｂ…アンテナ装置
１１０…回路基板
１２０…筐体
２００…リーダライター側アンテナ
３０１…電子機器
４０１…カード型デバイス
４１０…金属ソケット

Claims (9)

  1. 　導体パターンが形成された複数の絶縁体が積層されて、積層体内に前記導体パターンによる複数ターンのアンテナコイルが構成されたアンテナ装置において、
    　前記アンテナコイルは、前記絶縁体の積層方向から視て、１ターン毎に第１辺を形成する第１導体パターン、第２辺を形成する第２導体パターン、第３辺を形成する第３導体パターン、および第４辺を形成する第４導体パターンで構成され、
    　第１導体パターンは第１層に形成され、第２導体パターンは第１層とは異なる第２層に形成され、第３導体パターンおよび第４導体パターンは、第１層から第２層にかけて形成され、
    　前記第１～第４の導体パターンは、１ターン分の導体パターンによる巻回形状の重心を１ターン毎に結ぶ線の方向が前記絶縁体の積層方向に対して傾くように、各絶縁体に配置される、アンテナ装置。
  2. 　前記１ターン分の導体パターンは大きさおよび形状が実質的に同じである、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第３導体パターンおよび前記第４導体パターンは、巻回毎に異なる層に形成され、前記絶縁体の積層方向に視て重なる、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記絶縁体の積層方向に視て、複数の前記第１導体パターンの形成範囲と複数の前記第２導体パターンの形成範囲とは部分的に重なる、請求項１～３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 　前記絶縁体の積層方向に視て、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは平行である、請求項１～４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  6. 　前記絶縁体の積層方向に視て、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは非平行である、請求項１～４のいずれかに記載のアンテナ装置。
  7. 　前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンは、前記第３導体パターンおよび前記第４導体パターンよりも線幅が大きい、請求項１～６のいずれかに記載のアンテナ装置。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載のアンテナ装置をカード型のパッケージ内に設けたカード型デバイス。
  9. 　筐体内に回路基板を備えた電子機器において、前記回路基板に請求項１～７のいずれかに記載のアンテナ装置が実装された電子機器。
PCT/JP2014/071146 2013-08-13 2014-08-11 アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器 WO2015022923A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201490000262.1U CN204809410U (zh) 2013-08-13 2014-08-11 天线装置、卡式器件及电子设备
JP2015506967A JP5741782B1 (ja) 2013-08-13 2014-08-11 アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器
US14/679,303 US9627761B2 (en) 2013-08-13 2015-04-06 Antenna device, card device, and electronic apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013168407 2013-08-13
JP2013-168407 2013-08-13

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/679,303 Continuation US9627761B2 (en) 2013-08-13 2015-04-06 Antenna device, card device, and electronic apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015022923A1 true WO2015022923A1 (ja) 2015-02-19

Family

ID=52468309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/071146 WO2015022923A1 (ja) 2013-08-13 2014-08-11 アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9627761B2 (ja)
JP (1) JP5741782B1 (ja)
CN (1) CN204809410U (ja)
WO (1) WO2015022923A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016133728A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Qualcomm Incorporated Three dimensional (3d) antenna structure

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9912058B2 (en) * 2014-10-21 2018-03-06 Infineon Technologies Ag Hybrid antenna, antenna arrangement and method for manufacturing an antenna arrangement
CN109075446B (zh) * 2016-01-29 2020-09-08 夏普株式会社 天线设备
CN105552563B (zh) * 2016-02-03 2018-08-10 深圳市信维通信股份有限公司 基于z字形的双环绕线式nfc天线及天线系统
CN105977644B (zh) * 2016-03-22 2019-03-15 深圳市信维通信股份有限公司 立体绕线贴片式nfc天线及天线系统
KR101883109B1 (ko) * 2017-07-20 2018-07-27 삼성전기주식회사 안테나 모듈
CN111293420B (zh) * 2019-01-31 2021-04-27 展讯通信（上海）有限公司 天线单元、天线系统及电子装置
JP2022179866A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 Tdk株式会社 アンテナ装置及びこれを備えるワイヤレス電力伝送デバイス

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012050037A1 (ja) * 2010-10-12 2012-04-19 株式会社村田製作所 アンテナ装置および通信端末装置
WO2013035821A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 株式会社村田製作所 アンテナ装置および無線デバイス

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3975918B2 (ja) * 2002-09-27 2007-09-12 ソニー株式会社 アンテナ装置
JP2008092131A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Tdk Corp アンテナ素子及び携帯情報端末
TWI420398B (zh) * 2009-02-24 2013-12-21 Tyfone Inc 具有微型天線的無接觸裝置
JP4883136B2 (ja) 2009-05-15 2012-02-22 株式会社村田製作所 コイルアンテナ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012050037A1 (ja) * 2010-10-12 2012-04-19 株式会社村田製作所 アンテナ装置および通信端末装置
WO2013035821A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 株式会社村田製作所 アンテナ装置および無線デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016133728A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Qualcomm Incorporated Three dimensional (3d) antenna structure

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015022923A1 (ja) 2017-03-02
US20150214622A1 (en) 2015-07-30
CN204809410U (zh) 2015-11-25
US9627761B2 (en) 2017-04-18
JP5741782B1 (ja) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5741782B1 (ja) アンテナ装置、カード型デバイスおよび電子機器
JP6090536B2 (ja) アンテナ装置、アンテナモジュールおよび通信端末装置
US8231061B2 (en) Contactless device with miniaturized antenna
JP5234216B2 (ja) アンテナ装置および通信端末装置
US10181637B2 (en) Antenna device and communication apparatus
US8638268B2 (en) Coil antenna and antenna structure
US20120038443A1 (en) Communication terminal
JP6635116B2 (ja) 多層基板および電子機器
JP2015128302A (ja) アンテナモジュール
US20150364245A1 (en) Coil component and power supply unit including the same
US11217372B2 (en) Coil component
JP2014093675A (ja) コイルアンテナ
JP2009290829A (ja) ループアンテナ装置
JP6172407B2 (ja) アンテナ装置、カード型情報媒体および通信端末装置
US10122065B2 (en) Antenna device, card information medium, electronic apparatus, and method for manufacturing antenna device
JP6183688B2 (ja) アンテナ装置および無線通信装置
JP6504231B2 (ja) アンテナ装置および電子機器
JP6874570B2 (ja) アンテナ装置、コイルアンテナ及び電子機器
JP4883233B2 (ja) コイルアンテナおよび携帯電子機器
JP2009027045A (ja) トランス
JP2018006480A (ja) 平面コイル素子及びワイヤレス給電装置
CN105552562A (zh) Z字形贴片式nfc天线及天线系统

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201490000262.1

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015506967

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14835961

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14835961

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1