WO2015072568A1

WO2015072568A1 - コイルアンテナの製造方法及びコイルアンテナ実装体の製造方法

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Publication number: WO2015072568A1
Application number: PCT/JP2014/080371
Authority: WO
Inventors: 隆司清玄寺; 大槻　隆志; 乾　哲夫; 直広伊藤; 中村　康行
Original assignee: 株式会社リコー; 隆司清玄寺; 大槻　隆志; 乾　哲夫; 直広伊藤; 中村　康行
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-05-21
Also published as: JPWO2015072568A1; KR20160072198A; EP3073573A1; CN105745789A; US20160261046A1; JP6197878B2; EP3073573A4

Abstract

　可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナの製造方法は、前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、前記コイルアンテナが実装される実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材の接続部と当接する部位に対して処理を行う工程とを含む。

Description

コイルアンテナの製造方法及びコイルアンテナ実装体の製造方法

　本発明は、コイルアンテナの製造方法、及びコイルアンテナ実装体の製造方法に関する。

　近年、携帯電話機、スマートフォン、タブレット型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）端末などの携帯端末の無線通信機器が急速に普及している。これらの機器では小型化と高機能化が同時に進行しているため、搭載されるデバイスにも小型化・薄型化が求められている。特に、搭載される各種通信用アンテナも薄型化が要求されている。

　スマートフォンに搭載されるアンテナとして、ループアンテナとスパイラルアンテナが挙げられる。このうち、通信距離が伸びるのはスパイラルアンテナであると考えられている。

　スパイラルアンテナで薄型アンテナを構成しようとした場合、コイルが巻かれるコアの磁性体を薄くする必要がある。しかしながら、磁性体として通常の剛性を有するフェライト材料でコアを構成する場合、製造時や製品への組み込み時に割れが発生することがあり、実用は困難である。

　そこで、フェライトを各辺数ｍｍの小片に分割したものをＰＥＴ樹脂などで挟み込み、棒状やシート状とした磁性体を用いる技術が知られている（例えば、下記の特許文献１及び特許文献２）。

　特許文献１には、アンテナの可撓性への要求に対し、樹脂が塗布された薄膜磁性体から形成された磁性部材と、複数の前記磁性部材が互いに固定されずに積層された磁心部を密封する可撓性チューブと、前記磁心部と前記可撓性チューブとの間に介在した油剤と、を有するアンテナコアが開示されている。このアンテナコアによれば、亀裂や破損の発生を抑制でき、形状を安定させることができ、良好なアンテナ特性が得られることが記載されている。

　特許文献２には、耐衝撃性、形状の多様化の要求に対し、軟磁性体粉末と有機結合剤とを有する絶縁性軟磁性体から構成されたアンテナコアが開示されている。特定の透磁率周波数特性を有する絶縁性軟磁性体を使用することで、該アンテナ用コアを備えたコイルアンテナは、従来のコイルアンテナ以上の特性が得られ、耐衝撃性、加工性、実装性に優れることが記載されている。

特開２０１２－１０５０９２号公報特開２００５－３１７６７４号公報

　可撓性を有する板状（シート状）磁性材料をコアとして用いたコイルアンテナ（スパイラルアンテナ）は、薄型化を実現することができるが、コイルアンテナを基板などに接続して作製するアンテナ実装体も薄さが維持されていることが望ましい。また、アンテナ実装体の製作効率に優れることも望まれる。

　特許文献１及び特許文献２には、アンテナコアに巻き回されたコイル線の末端の処理方法について記載されていないが、コイル線の末端の処理方法は工程の効率にも、アンテナ実装体の厚みにも影響するものと考えられる。

　例えば、コイル線の末端を電子基板に個々に半田付けする方法では、製造効率が悪く、また薄型化を実現するのが難しいという問題がある。

　本発明は上記課題を鑑み、可撓性を有する板状磁性材料をコアとして用いたコイルアンテナの薄さを維持しつつ、効率よく実装可能なコイルアンテナの製造方法を提供することを目的とする。

　本発明の一側面によれば、可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナの製造方法は、前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、前記コイルアンテナが実装される実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材の接続部と当接する部位に対して処理を行う工程とを含む。

　本発明の一側面によれば、可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナと、前記コイルアンテナと接続する位置に接続部を有し、前記コイルアンテナが表面実装される実装基材と、を備えたコイルアンテナ実装体の製造方法は、前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、前記実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材に設けられた前記接続部と当接する部位に対して処理を行う工程と、前記コイルアンテナを、前記コイル線の部位が前記接続部と当接するように前記実装基材に配設し、前記コイルアンテナを半田フローにより前記実装基材に接合する工程と、を含む。

　本発明の一側面によれば、可撓性を有する板状磁性材料をコアとして用いたコイルアンテナの薄さを維持しつつ、効率よく実装可能なコイルアンテナの製造方法が提供される。

　本発明の一側面によれば、コイルアンテナと実装基材との接合による厚みの増加を抑えるコイルアンテナ実装体の製造方法が提供される。

第１の実施形態のコイルアンテナの製造方法に係る、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの一例を示す外観斜視図である。第１の実施形態のコイルアンテナの製造方法に係る、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの他の例を示す外観斜視図である。第２の実施形態に係る、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの一例の上面図である。第２の実施形態に係る、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの他の例の上面図である。第２の実施形態に係る、コイルアンテナを実装基材に実装する前の状態を示す説明図である。第３の実施形態に係る、フレキシブルプリント基板の集合基板を示す上面の模式図である。第３の実施形態に係る、コイルアンテナ本体の構成を示す説明図である。第３の実施形態に係る、フレキシブルプリント基板が磁性体コアに積層されたコイルアンテナ本体を示す模式図である。第３の実施形態に係る、コイルアンテナの一例を示す模式図である。第３の実施形態に係る、コイルアンテナの他の例を示す模式図である。第３の実施形態に係る、実装基材に搭載される前のコイルアンテナ及び他の部品を示す説明図である。

　以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照して説明する。以下の説明において、同一の構成要素は同一の参照符号により参照する。

　本発明の一側面によれば、可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナと、前記コイルアンテナと接続する位置に接続部を有し、前記コイルアンテナが表面実装される実装基材と、を備えたコイルアンテナ実装体の製造方法は、前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、前記実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材に設けられた前記接続部と当接する部位に対して処理を行う工程と、前記コイルアンテナを、前記コイル線の部位が前記接続部と当接するように前記実装基材に配設し、前記コイルアンテナを半田フローにより前記実装基材に接合する工程と、を含む。
＜第１の実施形態＞
　図１及び図２は、それぞれ第１の実施形態のコイルアンテナの製造方法において、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの外観を示す斜視図である。　図１及び図２を参照すれば、コイルアンテナ１０は、可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体１１、及びコイルアンテナ本体１１の短手方向（長手方向に直交する方向）方向にループを形成するように巻かれたコイル線１２を備える。

　コイルアンテナ１０の製造方法は、コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂをコイルアンテナ本体１１に仮固定する工程と、コイルアンテナ１０が実装される実装基材（不図示）に対しコイルアンテナ１０が電気的に接続可能となるように、コイル線１２の少なくとも前記実装基材の接続部と当接する部位に対して処理を行う工程を含む。

　図１及び図２を参照すれば、本実施形態では、コイルアンテナ１０のコイル線１２の末端１２ａ，１２ｂは、コイルアンテナ本体１１の実装基材に配設される際に実装基材に対向する（接続する）面１１ａ以外の面に仮固定される。

　コイルアンテナ本体１１は実装基材に対向する面１１ａの反対側の面１１ｂを有する。また、コイルアンテナ１０は、実装基材に形成された接続部（アンテナ接続用パターン）と対応する位置に、アンテナ接続用パターン当接部２０を有する。

　コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂは、コイルアンテナ本体１１の表面に接着剤などを用いて仮固定される。末端１２ａ，１２ｂが仮固定される面は、実装基材へ搭載した後のコイルアンテナ１０の厚みの増加を最小にするため、図１に示すように実装基材と対向する（接続する）面１１ａに隣接した面とすることが好ましい。しかしながら、そのような配置が構造上困難である場合には、接着剤の塗布量を最小限としたうえで、図２に示すように末端１２ａ，１２ｂを仮固定する面を実装基材と接続する面１１ａの反対側の面１１ｂとすることもできる。

　コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂを仮固定した後、実装基材と接続する面１１ａに配置されたコイル線１２のうち、少なくとも実装基材に形成されたアンテナ接続用パターンに対応する位置にあるアンテナ接続用パターン当接部２０の部分に前処理を行う。

　前処理は、半田フロー工程においてコイルアンテナ１０と実装基材とが容易に接続可能となるように施され、例えば、予備半田部の形成、被覆銅線の被覆除去を含む。

　本実施形態において、コイルアンテナ本体１１は、可撓性を有する磁性体を含む板状体であればよく、磁性体としては、例えば、フェライト、鉄、ニッケル、コバルト、及びこれらの合金などが挙げられるが、フェライトが好ましい。

　コイル線１２としては、例えば、銅線、好適には被覆銅線、を用いることができる。
＜第２の実施形態＞
　図３及び図４は、第２の実施形態のコイルアンテナの製造方法及びコイルアンテナ実装体の製造方法において、実装基材に搭載される前のコイルアンテナの上面図であり、図５は、コイルアンテナを実装基材に実装する前の状態を示す説明図である。

　本実施形態のコイルアンテナの製造方法は、コイル線１２の末端１２ａ、１２ｂをコイルアンテナ本体１１に仮固定する工程と、コイルアンテナ１０が実装される実装基材３０に対しコイルアンテナ１０が電気的に接続可能となるように、コイル線１２の少なくとも実装基材３０の接続部（アンテナ接続用パターン）３１と当接する部位に対して処理を行う工程を含み、当該処理が予備半田部２３を形成する処理である。

　図３は、Ａｇ厚膜印刷によりＳＭＴ（表面実装）用ランド２２（アンテナ端子）が設けられた磁性体をコイルアンテナ本体１１として用いたコイルアンテナ１０の例を示している。コイルアンテナ本体１１にはコイル線１２が巻かれ、コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂには予備半田がされ、ＳＭＴ用ランド２２に高温半田接続またはスポット溶接されている。

　ＳＭＴ用ランド２２の寸法は限定されないが、たとえば、図３に双方向矢印ｅで示すコイルアンテナ本体１１の長手方向における寸法を１．０ｍｍ、図３に双方向矢印ｆで示すコイルアンテナ本体１１の短手方向に直交する方向における寸法を１．０ｍｍとすることができる。

　コイルアンテナ本体１１は、磁性体として焼結フェライトを用いることができる。この場合、磁性体に対してハーフカットを行い、ハーフカットした一の区画にＳＭＴ用ランドを印刷した後、当該磁性体に対して焼成を行い、ＳＭＴ用ランド部分を開口したＰＥＴ樹脂を貼り付けることによりコイルアンテナ本体１１を製造することができる。

　図３のコイルアンテナ１０を、図５に示すように実装基材３０に接合することにより、コイルアンテナ実装体が製造される。

　本実施形態のコイルアンテナ実装体の製造方法によれば、コイル線１２の末端１２ａ、１２ｂをコイルアンテナ本体１１に形成されたＳＭＴ用ランド２２に高温半田接続またはスポット溶接した後、コイルアンテナ１０を、コイル線１２が接続されたＳＭＴ用ランド２２がアンテナ接続用パターン３１と当接するように実装基材３０に配設し、他の実装部品とともに半田フローにより接合する。

　図４は、例えば、フェライト上に樹脂が塗工された磁性体をコイルアンテナ本体１１として用いたコイルアンテナ１０の例を示している。コイルアンテナ本体１１にはコイル線１２が巻かれ、コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂには予備半田がされている。コイル線１２は、塗工された樹脂との熱圧着などによりコイルアンテナ本体１１に固定されている。

　図４のコイルアンテナ１０を、図５に示すように実装基材３０に接合することにより、コイルアンテナ実装体が製造される。

　本実施形態のコイルアンテナ実装体の製造方法は、コイル線１２の末端１２ａ、１２ｂに予備半田を形成した後、コイルアンテナ１０を、予備半田部２３がアンテナ接続用パターン３１と当接するように実装基材３０に配設し、他の実装部品とともに半田フローにより接合する方法である。
＜第３の実施形態＞
　第３の実施形態を、図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１を参照し説明する。

　本実施形態のコイルアンテナの製造方法によれば、コイルアンテナ本体１１が、板状の磁性体コア１１０と、ＳＭＴ用ランド２２を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１１１とを備え、前記ＳＭＴ用ランド２２にコイル線１２の末端１２ａ、１２ｂが仮固定されてなるコイルアンテナ１０が製造される。

　図６を参照すれば、フレキシブルプリント基板１１１は、多数の要素が配列された集合基板である。個々の要素の寸法は限定されないが、例えば、図６に双方向矢印ａで示す寸法が６ｍｍ、双方向矢印ｂで示す寸法が２４ｍｍとすることができる。

　図７を参照すれば、磁性体コア１１０は矩形板形状に成形されたフェライトのコアである。この磁性体コア１１０の第１面（図７の状態で下面）に粘着材付きポリイミドである片面粘着シート１１３を貼着する。一方、磁性体コア１１０の第２面（図７の状態で上面）に耐熱両面粘着シート１１２を貼着する。そして、耐熱両面粘着シート１１２を介してフレキシブルプリント基板１１１を磁性体コア１１０に貼着し、積層体を得る。

　得られた積層体は、図６に点線で示したフレキシブルプリント基板１１１の分割線に沿って分割され、図８に示すように個片化される。得られた各個片はコイルアンテナ本体１１としてコイルアンテナ１０の製造に用いられる。

　コイルアンテナ本体１１には、コイル線１２が巻き回され、コイル線１２の末端１２ａ，１２ｂはＳＭＴ用ランド２２に熱圧着により仮固定され、コイルアンテナ１０が形成される。

　本実施形態に係るコイルアンテナ１０の例を図９及び図１０に示す。

　図９及び図１０に示すように、ＳＭＴ用ランド２２がコイルアンテナ本体１１の両端側に１つずつ、合計２つ設けられていることにより、ＳＭＴ用ランド２２の設けられた面１１ａと実装基材３０とを接合した際に、コイルアンテナ１０の実装基材３０に対する水平性を維持することが容易となり、コイルアンテナ１０のアンテナ性能のばらつきを抑えることが可能となる。図１０に示す態様ではコイルアンテナ１０の長手方向の水平性を安定させることができるのに対し、図９に示す態様では、コイルアンテナ１０の長手方向とともに短手方向の水平性も安定させることができ、実装基材３０に対してより確実にコイルアンテナ１０の水平性を維持しながらコイルアンテナ１０を取り付けることが可能となる。

　なお、コイルアンテナ１０の寸法は限定されないが、図９の例において、双方向矢印ａ及びｂで示すコイルアンテナ本体１１の短手方向、長手方向の外寸がそれぞれ６ｍｍ、２４ｍｍの場合、双方向矢印ｃで示す寸法を２．０ｍｍ、双方向矢印ｄで示す寸法を０．７５ｍｍ、双方向矢印ｅ´で示す寸法を１．０ｍｍ、双方向矢印ｆ´で示す寸法を４．５ｍｍ、双方向矢印ｆ１及びｆ２で示す寸法を２．０ｍｍとすることができる。

　また、図１０の例において、同様に双方向矢印ａ及びｂで示すコイルアンテナ本体１１の短手方向、長手方向の外寸がそれぞれ６ｍｍ、２４ｍｍの場合、双方向矢印ｃで示す寸法を２．０ｍｍ、双方向矢印ｄで示す寸法を０．７５ｍｍ、双方向矢印ｅ´で示す寸法を１．０ｍｍ、双方向矢印ｆ´で示す寸法を２．０ｍｍとすることができる。

　そして、図１１に示すように、コイルアンテナ１０を、ＳＭＴ用ランド２２及びコイル線１２が実装基材３０のアンテナ接続用パターン３１と当接するように実装基材３０に配設し、半田フロー工程を行い、他の実装部品、例えばチップ抵抗器（ＣＲ）４１やウェハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）４２とともに実装基材３０に半田接合する。

　なお、「半田フロー工程」とは、半田フロー槽を通すこと、またはリフロー装置を通すことをいう。

　上述の製造方法のいずれかにより製造されたコイルアンテナ１０は、薄さを維持しつつ、効率よく実装可能であり、上述の製造方法のいずれかにより製造されたコイルアンテナ実装体は、コイルアンテナ１０と実装基材３０との接合による厚みの増加が抑えられており、小型化や薄型化が求められるスマートフォンをはじめとする無線通信機器等の各種携帯端末に搭載される部品として好適である。

　本明細書における全ての実施例及び条件的な言い回しは、発明者による技術発展のための発明及び概念を読者が理解する上での一助とするという教導的目的のものであり、そのように具体的に記載された例及び条件に限定的に解釈されるべきものではなく、また、本明細書におけるそのような例の構成は、発明の優劣を示すことに関連するものでもない。コイルアンテナの製造方法及びコイルアンテナ実装体の製造方法を本発明の一又は複数の実施例に基づき詳細に説明したが、種々の変更、代替、修正は、本発明の趣旨及び範囲を離れることなくなされ得ると理解すべきである。

　本願は２０１３年１１月１８日に出願した日本国特許出願第２０１３－２３７６７６号に基づきその優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を参照することにより本願に援用する。

　　１０　　コイルアンテナ
　　１１　　コイルアンテナ本体
　　１１ａ　実装基材対向面
　　１１ｂ　実装基材対向面の反対面
　　１１０　磁性体コア
　　１１１　フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
　　１１２　耐熱両面粘着シート
　　１１３　片面粘着シート
　　１２　　コイル線
　　１２ａ、１２ｂ　コイル線末端
　　２０　　アンテナ接続用パターン当接部
　　２２　　ＳＭＴ用ランド
　　２３　　予備半田部
　　３０　　実装基材
　　３１　　アンテナ接続用パターン
　　４１　　チップ抵抗器（ＣＲ）
　　４２　　ウェハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）

Claims

　可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナの製造方法において、
　前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、
　前記コイルアンテナが実装される実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材の接続部と当接する部位に対して処理を行う工程と、を含むことを特徴とするコイルアンテナの製造方法。
　前記コイル線の末端は、前記実装基材と対向する面以外のコイルアンテナ本体の面に仮固定されることを特徴とする請求項１に記載のコイルアンテナの製造方法。
　前記コイル線の末端は、前記実装基材と対向する面に隣接したコイルアンテナ本体の面に仮固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のコイルアンテナの製造方法。
　前記コイル線の末端は、前記実装基材と対向するコイルアンテナ本体の面に仮固定されることを特徴とする請求項１に記載のコイルアンテナの製造方法。
　前記コイルアンテナ本体が、板状の磁性体コアと、アンテナ端子を有するフレキシブルプリント基板とを備え、前記アンテナ端子に前記コイル線の末端が仮固定されることを特徴とする請求項１に記載のコイルアンテナの製造方法。
　前記処理は、前記コイル線の前記実装基材の接続部と当接する部位に予備半田を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のコイルアンテナの製造方法。
　可撓性を有する磁性体を含む板状のコイルアンテナ本体、及び該コイルアンテナ本体の長手方向に直交する方向にループを形成するように巻かれたコイル線を備えるコイルアンテナと、前記コイルアンテナと接続する位置に接続部を有し、前記コイルアンテナが表面実装される実装基材と、を備えたコイルアンテナ実装体の製造方法において、
　前記コイル線の末端を前記コイルアンテナ本体に仮固定する工程と、
　前記実装基材に対し前記コイルアンテナが電気的に接続可能となるように、前記コイル線の前記実装基材に設けられた前記接続部と当接する部位に対して処理を行う工程と、
　前記コイルアンテナを、前記コイル線の部位が前記接続部と当接するように前記実装基材に配設し、前記コイルアンテナを半田フローにより前記実装基材に接合する工程と、を含むことを特徴とするコイルアンテナ実装体の製造方法。