JP2008153925A - アンテナシート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触通信用ユニットに利用することができ、しかも搭載機器の厚さを増加させることのないアンテナシート及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明のアンテナシートは、樹脂マトリクス中にＦｅ基非晶質合金を含んでなる磁気シート１１と、前記磁気シート１１上に直接形成され、ナノ粒子で構成されたアンテナパターン１２と、を具備することを特徴とする。このアンテナシートは、磁気シート１１上にナノ粒子を含む材料を用いてアンテナパターンを直接形成し、前記アンテナパターンを有する磁気シートに熱処理を施して前記ナノ粒子を焼結させることにより製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はアンテナシート及びその製造方法に関し、特に非接触通信用のアンテナシート及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話などの携帯端末が普及し、高機能化しており、非接触通信が可能な携帯端末も開発されている。非接触通信を行う場合には、外部リーダライタ（Ｒ／Ｗ）との間で通信を行うために、アンテナと非接触通信用ＩＣとを有する非接触通信用ユニットが必要である。通常、非接触通信が可能な携帯端末などには、この非接触通信用ユニットが搭載されている。

しかしながら、携帯端末内においては、非接触通信用ユニットの背面に金属板（シールド板）が配置されることが多く、このような構成では、アンテナから発生する磁束が、金属板で発生する渦電流に起因する反作用磁束に阻害されて非接触通信に影響を及ぼすことがある。このため、非接触通信用ユニットと金属板との間に磁気シートを配置して金属板による影響を抑えることが行われている（特許文献１）。
特開２００２−２４６７８６号公報

携帯端末については、高機能化が進むにつれて搭載される部品やモジュールが多くなるが、一方で小型化、薄型化が望まれている。したがって、上記のように磁気シートを別に配置するということは厚さが増加することになり、薄型化に逆行するという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、非接触通信用ユニットに利用することができ、しかも搭載機器の厚さを増加させることのないアンテナシート及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のアンテナシートは、樹脂マトリクス中にＦｅ基非晶質合金を含んでなる磁気シートと、前記磁気シート上に直接形成され、ナノ粒子で構成されたアンテナパターンと、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、非接触通信用ユニットに利用することができ、しかも搭載機器の厚さを増加させることのないアンテナシートを得ることができる。

本発明のアンテナシートにおいては、前記磁気シートはアニール処理されたものであることが好ましい。この構成によれば、ナノ粒子を焼結して導電性が特に良好なアンテナパターンを形成することができる。

本発明のアンテナシートの製造方法は、樹脂材料にＦｅ基非晶質合金を混合してなる混合材料をシート化してシート体を形成する工程と、前記シート体にアニール処理を施して磁気シートを得る工程と、前記磁気シート上にナノ粒子を含む材料を用いてアンテナパターンを直接形成する工程と、前記アンテナパターンを有する磁気シートに熱処理を施して前記ナノ粒子を焼結させる工程と、を具備することを特徴とする。

本発明のアンテナシートの製造方法においては、前記アンテナパターン形成前に、前記磁気シートに対してコロナ放電処理を施す工程をさらに具備することが好ましい。

本発明のアンテナシートは、樹脂マトリクス中にＦｅ基非晶質合金を含んでなる磁気シートと、前記磁気シート上に直接形成され、ナノ粒子で構成されたアンテナパターンと、を具備するので、非接触通信用ユニットに利用することができ、しかも搭載機器の厚さを増加させることがない。

本発明者らは、Ｆｅ基非晶質合金がアニール処理を行うことにより磁気特性が向上するために、Ｆｅ基非晶質合金を含む磁気シートにアニール処理を行っている際に、樹脂マトリスク材料が一度ゲル化した後に硬化することにより、得られた磁気シートの耐熱性が向上することを見出した。ナノ粒子は、２００℃以上の熱処理で焼結することにより導電性が格段に良くなることが知られているが、通常の樹脂マトリクス材料はナノ粒子を焼結するための熱処理には耐えられない。本発明者らは、樹脂マトリスク材料が一度ゲル化し硬化してなる磁気シートの耐熱性が向上することを利用して、磁気シート上にナノ粒子で構成されたアンテナパターンを直接形成して熱処理によりナノ粒子を焼結させることにより、導電性に優れたアンテナパターンを有する薄型のアンテナシートが得られることを見出し本発明をするに至った。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明のアンテナシートは、図１に示すように、樹脂マトリクス中にＦｅ基非晶質合金を含んでなる磁気シート１１と、この磁気シート１１上に直接形成され、ナノ粒子で構成されたアンテナパターン１２と、から主に構成されている。また、磁気シート１１上には、アンテナパターン１２と電気的に接続するようにＩＣ１３が搭載されている。

樹脂マトリクスを構成する樹脂材料としては、シリコーン樹脂、ポリ塩化ビニル、シリコーンゴム、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、又は各種エラストマーなどを挙げることができる。特に、樹脂溶液中に磁性材料を混合させてシート化することを考慮すると、マトリクス材料としては、磁性材料のエマルジョン溶液を得ることができる樹脂、例えばシリコーン樹脂などが好ましい。なお、ステアリン酸塩などを含む潤滑剤をマトリクス材料に添加することにより、磁性材料を扁平状に加工し易くなり、アスペクト比の高い磁性材料を得ることができる。その結果、磁気シートにおける磁性材料がシート厚み方向に積層して配向し易くなり、密度も高くなる。

磁気シート１１に含まれるＦｅ基非晶質合金は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｐ−Ｃ−Ｂ−Ｓｉ系合金であり、過冷却液体領域を持つ非晶質合金である。なお、Ｆｅ基非晶質合金の組成については、磁気シート１１に必要とされる特性により適宜決定することができる。また、磁気シート１１におけるＦｅ基非晶質合金の含有量は、磁気シート１１に必要とされる特性により適宜決定することができるが、透磁率などを考慮すると、８３重量％〜９３重量％であることが好ましい。

磁気シート１１に使用するＦｅ基非晶質合金としては、扁平状の粒子や粉末であることが好ましい。扁平状の粒子や粉末としては、アスペクト比（長径／厚さ）が２．５以上、好ましくは１２以上のものが好ましい。扁平状の粒子や粉末の配向性が向上することにより、磁気シート自体の密度が高くなり、複素透磁率の実数部μ’が高くなる。また、アスペクト比が高いと、渦電流の発生が抑制されてインピーダンスが増大し、ＭＨｚ帯における複素透磁率の実数部μ’が高くなる。

アンテナパターン１２を構成するナノ粒子としては、粒径３ｎｍ〜２２ｎｍ程度の銀ナノ粒子、金ナノ粒子、銅ナノ粒子などを挙げることができる。このアンテナパターン１２は、前記ナノ粒子を分散剤に分散させてなるナノペーストを磁気シート１１上に直接パターン印刷し、その後ナノペーストを焼成することにより形成することができる。ナノペーストを焼成することにより、ナノペースト中のナノ粒子同士が融合し、融着して焼結する。これにより磁気シート１１の導電性能を向上させることができる。

本発明の磁気シートの製造方法は、樹脂材料にＦｅ基非晶質合金を混合してなる混合材料をシート化してシート体を形成する工程と、前記シート体にアニール処理を施して磁気シートを得る工程と、前記磁気シート上にナノ粒子を含む材料を用いてアンテナパターンを形成する工程と、前記アンテナパターンを有する磁気シートに熱処理を施して前記ナノ粒子を焼結させる工程と、を具備することを特徴とする。

まず、Ｆｅ基非晶質合金粉末を作製する。この場合、所定のＦｅ基非晶質合金の組成になるように原料を秤量し混合して溶解し、この合金溶湯を水に噴出して急冷する、水アトマイズ法によりＦｅ基非晶質合金を作製する。なお、Ｆｅ基非晶質合金の作製方法としては、水アトマイズ法に限定されず、ガスアトマイズ法、上記合金溶湯から急冷したリボンを粉砕して粉末化する液体急冷法などを用いても良い。また、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、液体急冷法の処理条件については、原料の種類に応じて通常行われる条件を用いることができる。

そして、得られたＦｅ基非晶質合金粉末を分級して粒度を揃えた後に、必要に応じて、アトライタなどの装置を用いて合金粉末を扁平加工する。アトライタとは、ドラムの内部に粉砕用のボールを多数収容したものであり、ドラムの軸周りに回転自在に挿入された撹幹ロッド装置によってドラム内部に投入されたＦｅ基非晶質合金粉末とボールとを撹拌混合することによりＦｅ基非晶質合金粉末を目的の扁平度に加工する。なお、このＦｅ基非晶質合金粉末の扁平粒子は、上記液体急冷法によっても得ることができる。また、得られたＦｅ基非晶質合金粉末に対して、必要に応じて、内部応力を緩和させる目的で熱処理を施しても良い。

次いで、Ｆｅ基非晶質合金を含む磁気シートを作製する。この場合、磁気シートを構成するマトリクス材料の液状体中にＦｅ基非晶質合金粉末を混合させて混合液を作製した後に、混合液をシート化することにより磁気シートを作製することが好ましい。その後、磁気シートにアニール処理を施す。このアニール処理温度としては、２５０℃〜４００℃であることが好ましい。Ｆｅ基非晶質合金は、アニール処理を施すことにより複素透磁率の実数部μ’を大きくすることができる。

磁気シートに対しては、アンテナパターン形成前にコロナ放電処理を施すことが好ましい。この処理を施すことにより、磁気シート表面が粗面化あるいは活性化されてアンテナパターンとの間の密着性を向上させることができる。なお、コロナ放電処理の条件は、例えばギャップ１ｍｍで電圧１４ｋＶとすることができる。

次いで、磁気シート上にアンテナパターンを形成する。アンテナパターンの形成は、ナノ粒子を分散剤で分散させてなるナノペーストをスクリーン印刷、インクジェットプリントなどの方法によりパターニングすることにより行う。なお、アンテナパターンの厚さやパターン形状については特に制限されない。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
（実施例）
Ｆｅ_67.9Ｎｉ₄Ｃｒ₄Ｓｎ_3.5Ｐ_8.8Ｃ_10.8Ｂ₁の組成を持つ軟磁性合金を水アトマイズ法により粉体化して、扁平状のＦｅ基非晶質合金粒子を作製した。次いで、このＦｅ基非晶質合金粒子を９０重量％でシリコーン樹脂に混合し、この混合材料をシート化して、厚さ約０．１ｍｍの磁気シートを作製した。次いで、得られた磁気シートをアニール炉内に投入し、窒素雰囲気下でアニール温度３６０℃でアニール処理を行った。

次いで、得られた磁気シートに対してギャップ１ｍｍで電圧１４ｋＶの条件でコロナ放電処理を行った。次いで、銀ナノペーストをスクリーン印刷により厚さ２μｍで磁気シート上にスクリーン印刷した。その後、この磁気シートに対して２４０℃×１時間の熱処理を施して銀ナノ粒子を焼結させた。このようにして実施例のアンテナシートを得た。また、このアンテナシートのアンテナパターンに非接触通信用ＩＣを実装した。

このアンテナシートについて導体抵抗を抵抗計により調べたところ、１４．３Ωであった。また、携帯電話用アンテナユニットを想定した評価として誘起起電力を調べた。このアンテナシートについて誘起起電力は、アンテナシートをスペクトラムアナライザ（ＲＳＡ３３０３Ａ）に接続し、アンテナシートを１３．５６ＭＨｚの搬送波を送出するＲ／Ｗに２６ｍｍ離した位置に配置した状態で、アンテナパターンが捉えた信号強度を測定した。その結果、信号強度は９．３（ｄＢｍ）であり、十分に非接触通信が可能なレベルであった。また、このアンテナシートの厚さは、約０．１ｍｍであり、従来のように非接触通信用ユニットと磁気シートとを用いた場合に比べて厚さが半分であった。

（比較例）
実施例と同様にして厚さ約０．１ｍｍの磁気シートを作製し、これに実施例と同様のアニール処理を行った。次いで、銀ペーストをスクリーン印刷により厚さ２μｍで磁気シート上にスクリーン印刷した。その後、この磁気シートに対して１２０℃×３０分間の熱処理を施した。このようにして比較例のアンテナシートを得た。また、このアンテナシートのアンテナパターンに非接触通信用ＩＣを実装した。

このアンテナシートについて導体抵抗を抵抗計により調べたところ、１２．３ＭΩであった。また、このアンテナシートについて実施例と同様にして誘起起電力を調べた。その結果、信号強度は−３７．８（ｄＢｍ）であり、非接触通信が不可能なレベルであった。

このように本発明に係るアンテナシートは、十分な感度で非接触通信を行うことができると共に、薄型化を実現することが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、構成成分の種類や含有量、配合手順、処理条件、印刷条件などについては、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナシートの一例を示す図である。

符号の説明

１１ 磁気シート
１２ アンテナパターン
１３ ＩＣ

Claims (4)

1. 樹脂マトリクス中にＦｅ基非晶質合金を含んでなる磁気シートと、前記磁気シート上に直接形成され、ナノ粒子で構成されたアンテナパターンと、を具備することを特徴とするアンテナシート。
2. 前記磁気シートはアニール処理されたものであることを特徴とする請求項１記載のアンテナシート。
3. 樹脂材料にＦｅ基非晶質合金を混合してなる混合材料をシート化してシート体を形成する工程と、前記シート体にアニール処理を施して磁気シートを得る工程と、前記磁気シート上にナノ粒子を含む材料を用いてアンテナパターンを直接形成する工程と、前記アンテナパターンを有する磁気シートに熱処理を施して前記ナノ粒子を焼結させる工程と、を具備することを特徴とするアンテナシートの製造方法。
4. 前記アンテナパターン形成前に、前記磁気シートに対してコロナ放電処理を施す工程をさらに具備することを特徴とする請求項３のアンテナシートの製造方法。

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