JP2010288242A - Antenna device - Google Patents

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悟 杉田
Katsuhisa Orihara
勝久 折原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device that is thinner as a whole, while maintaining the communication characteristics thereof. <P>SOLUTION: The antenna device includes an antenna substrate 11, in which an antenna coil 11a which receives the magnetic field emitted form a reader-writer 2 and which is inductively coupled with the reader-writer 2 that becomes enabled of communication, is mounted on a surface of an insulating layer 112; and a magnetic sheet 12 which is adhered through an adhesive layer 13 to a surface 112a of the insulating layer 112, whereon the antenna coil 11a of the antenna substrate 11 is not mounted, and which draws the magnetic field emitted form the reader-writer 2 into the antenna coil 11a. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発信器から発信される磁界を受けて、当該発信器と誘導結合されて通信可能となるアンテナ装置に関する。   The present invention relates to an antenna device that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled with the transmitter to enable communication.

RFID(Radio Frequency Identification)用のアンテナモジュールとして、次のような数種類のものが従来から用いられている。第1に、FPC(Flexible Printed Circuit)やリジット基板を用いてコイルパターンを平面上に作成したアンテナモジュールがある。第2に、丸線を巻き線にしてコイルを作成したアンテナモジュールがある。第3に、FPCやFFC(Flexible Flat Cable)などをハーネスにして、そのハーネスをリング状にしてコイルを形成したアンテナモジュールがある。   The following several types of antenna modules for RFID (Radio Frequency Identification) have been conventionally used. First, there is an antenna module in which a coil pattern is created on a plane using an FPC (Flexible Printed Circuit) or a rigid substrate. Secondly, there is an antenna module in which a coil is formed by winding a round wire. Third, there is an antenna module in which an FPC, FFC (Flexible Flat Cable) or the like is used as a harness, and the harness is formed in a ring shape to form a coil.

上述したアンテナモジュールは、部品の配置、形状を考慮した設計により、適宜選択されて、電子機器に組み込まれて使用されている。   The above-described antenna module is appropriately selected by a design that takes into account the arrangement and shape of components, and is used by being incorporated in an electronic device.

電子機器内にアンテナモジュールを配置する場合、電子機器の金属製筐体や内部部品に使用されている金属の影響を受けないようにするため、透磁率が比較的高く、損失係数が小さいフェライト製の磁性シートをアンテナの周辺に取り付けている(特許文献1)。   When an antenna module is placed in an electronic device, it is made of ferrite with a relatively high permeability and low loss factor so as not to be affected by the metal used in the metal casing and internal parts of the electronic device. The magnetic sheet is attached to the periphery of the antenna (Patent Document 1).

このようにして、磁気特性が良好なフェライト製の磁性シートは、アンテナモジュールに重畳するように配置することによって、磁界がアンテナモジュールの周囲に配置されている金属内に入り渦電流となって熱に変わることを防ぐ。また、フェライト製の磁性シートは、良好な通信性能が得られるように、形状や組合せ等の最適化が行われている。また、携帯電話機などの携帯型電子機器の薄型化が進む中で、アンテナモジュールは、フェライト製の磁性シートと貼り合わされた状態で、できるだけ薄くなるようにすることが望まれる。   In this way, a magnetic sheet made of ferrite with good magnetic properties is placed so as to overlap the antenna module, so that the magnetic field enters the metal placed around the antenna module and becomes an eddy current. To prevent it from changing. In addition, the ferrite magnetic sheet has been optimized in shape, combination, etc. so as to obtain good communication performance. In addition, as portable electronic devices such as cellular phones are becoming thinner, it is desired that the antenna module be as thin as possible while being bonded to a ferrite magnetic sheet.

特開2006−310812号公報JP 2006-310812 A

上述したように、アンテナをFPCなどの可撓性のある電子材料で平面形状にして作成したアンテナ基板に、電子機器内での渦電流や熱の発生を防止する目的で、フェライト製などの磁性シートが取り付けられる場合がある。   As described above, magnetic material such as ferrite is used for the purpose of preventing the generation of eddy current and heat in the electronic device on the antenna substrate formed by making the antenna planar with a flexible electronic material such as FPC. A seat may be attached.

アンテナを寸法的観点から薄くするには、フェライト構成層、粘着構成層そしてFPC層各々を薄くする事にて対応できるが、通信特性の観点では、金属筐体の影響を受けるため、アンテナパターンと磁性シート間の距離ができるだけ離れていることが好ましい。例えば、図8(A)に示すように、アンテナパターン401と磁性シート402を接着させるADH層403の厚みを変数d[μm]として変化させた場合、図8(B)に示すように、dが小さいほど通信可能距離が小さくなってしまう。これは、アンテナパターンと磁性シート間に形成されるADH層の厚みを薄くするとアンテナ抵抗が上昇し通信性能を劣化するからである。このように、単に各部材を薄くすると通信特性が劣化してしまうという問題があった。   The antenna can be thinned from a dimensional viewpoint by reducing the thickness of the ferrite constituent layer, the adhesive constituent layer, and the FPC layer. However, in terms of communication characteristics, the antenna pattern is affected by the influence of the metal casing. The distance between the magnetic sheets is preferably as far as possible. For example, as shown in FIG. 8A, when the thickness of the ADH layer 403 that bonds the antenna pattern 401 and the magnetic sheet 402 is changed as a variable d [μm], as shown in FIG. The smaller the is, the smaller the communicable distance becomes. This is because if the thickness of the ADH layer formed between the antenna pattern and the magnetic sheet is reduced, the antenna resistance increases and the communication performance deteriorates. As described above, there is a problem in that the communication characteristics are deteriorated simply by reducing the thickness of each member.

そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、通信特性を維持しつつ、全体で薄型化が図られたアンテナ装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device that is thinned as a whole while maintaining communication characteristics.

上述した課題を解決するため、本発明は、発信器から発信される磁界を受けて、発信器と誘導結合されて通信可能となるアンテナコイルが、絶縁層の表面に実装されたアンテナ基板と、アンテナ基板のアンテナコイルが実装されていない絶縁層の面に、接着層を介して接着され、発信器から発信される磁界をアンテナコイルに引き込む磁性シートとを含んで構成される。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides an antenna substrate in which an antenna coil that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled to the transmitter to enable communication is mounted on the surface of the insulating layer; The antenna substrate includes a magnetic sheet that is bonded to the surface of the insulating layer on which the antenna coil is not mounted via an adhesive layer and draws a magnetic field transmitted from the transmitter into the antenna coil.

本発明は、アンテナ基板のアンテナコイルが実装されていない絶縁層の面に、接着層を介して、磁性シートが接着されているので、アンテナコイル−磁性シート間を離間する部材として、アンテナコイルが表面実装される絶縁部を用いることができ、全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現することができる。   In the present invention, since the magnetic sheet is bonded to the surface of the insulating layer of the antenna substrate on which the antenna coil is not mounted via the adhesive layer, the antenna coil is used as a member for separating the antenna coil and the magnetic sheet. An insulating portion that is surface-mounted can be used, and good communication characteristics can be realized while reducing the overall thickness.

本発明が適用されたアンテナモジュールが組み込まれた無線通信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radio | wireless communications system incorporating the antenna module to which this invention was applied. 本発明が適用されたアンテナモジュールに係る構成について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure which concerns on the antenna module to which this invention was applied. 比較例に係るアンテナモジュールに係る構成について説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure which concerns on the antenna module which concerns on a comparative example. アンテナコイル−磁性シート間の間隔に応じた通信特性の変化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the communication characteristic according to the space | interval between an antenna coil and a magnetic sheet. アンテナモジュールの具体的な寸法を示す図である。It is a figure which shows the specific dimension of an antenna module. 通信距離を測定する測定条件について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement conditions which measure a communication distance. リーダーライターとアンテナモジュールの間で誘導結合しているときの通信特性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the communication characteristic at the time of carrying out inductive coupling between the reader / writer and the antenna module. アンテナパターンと磁性シートとの間の間隔に応じた通信特性の変化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the communication characteristic according to the space | interval between an antenna pattern and a magnetic sheet.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明が適用されたアンテナモジュールは、電磁波を発信する発信器との間で発生する電磁誘導により通信可能状態となる装置であって、例えば図1に示すようなRFID(Radio Frequency Identification)用の無線通信システム100に組み込まれて使用される。   An antenna module to which the present invention is applied is a device that is in a communicable state by electromagnetic induction generated with a transmitter that transmits electromagnetic waves. For example, the antenna module for RFID (Radio Frequency Identification) as shown in FIG. It is incorporated into the wireless communication system 100 and used.

無線通信システム100は、本発明が適用されたアンテナモジュール1と、アンテナモジュール1に対するアクセスを行うリーダーライター2とからなる。   The wireless communication system 100 includes an antenna module 1 to which the present invention is applied, and a reader / writer 2 that accesses the antenna module 1.

リーダーライター2は、アンテナモジュール1に対して磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナモジュール1に向けて磁界を発信するアンテナ2aと、アンテナ2aを介して誘導結合されたアンテナモジュール1と通信を行う制御基板2bとを備える。   The reader / writer 2 functions as a transmitter that transmits a magnetic field to the antenna module 1, and specifically, an antenna 2a that transmits a magnetic field toward the antenna module 1, and an antenna that is inductively coupled via the antenna 2a. A control board 2b that communicates with the module 1 is provided.

すなわち、リーダーライター2は、アンテナ2aと電気的に接続された制御基板2bが配設されている。この制御基板2bには、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナモジュール1から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。例えば、制御回路は、アンテナモジュール1にデータを書き込む場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数(例えば、13.56MHz)の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ2aを駆動する。また、制御回路は、アンテナモジュール1からデータを読み出す場合、アンテナ2aで受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダーライターで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。   That is, the reader / writer 2 is provided with a control board 2b electrically connected to the antenna 2a. A control circuit composed of electronic components such as one or a plurality of integrated circuit chips is mounted on the control board 2b. The control circuit executes various processes based on the data received from the antenna module 1. For example, when writing data to the antenna module 1, the control circuit encodes the data, modulates a carrier wave of a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) based on the encoded data, and amplifies the modulated modulation signal Then, the antenna 2a is driven by the amplified modulation signal. Further, when reading data from the antenna module 1, the control circuit amplifies the modulation signal of the data received by the antenna 2a, demodulates the modulation signal of the amplified data, and decodes the demodulated data. In the control circuit, an encoding method and a modulation method used in a general reader / writer are used. For example, a Manchester encoding method or an ASK (Amplitude Shift Keying) modulation method is used.

電子機器の筐体3内部に組み込まれるアンテナモジュール1は、誘導結合されたリーダーライター2との間で通信可能となるアンテナコイル11aが実装されたアンテナ基板11と、磁界をアンテナコイル11aに引き込むためアンテナ基板11と重畳する位置に形成された磁性シート12とを備える。また、アンテナモジュール1が組み込まれる電子機器内部には、アンテナコイル11aに流れる電流により、リーダーライター2との間で通信を行う通信処理部4が組み込まれている。   The antenna module 1 incorporated in the housing 3 of the electronic device draws a magnetic field into the antenna coil 11a and the antenna substrate 11 on which the antenna coil 11a that can communicate with the reader / writer 2 that is inductively coupled is mounted. The magnetic sheet 12 formed in the position which overlaps with the antenna board | substrate 11 is provided. In addition, in the electronic device in which the antenna module 1 is incorporated, a communication processing unit 4 that performs communication with the reader / writer 2 by the current flowing through the antenna coil 11a is incorporated.

アンテナ基板11には、例えばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理などをすることによって形成されるアンテナコイル11aと、アンテナコイル11aと通信処理部4とを電気的に接続する端子部11bとが実装されている。   On the antenna substrate 11, for example, an antenna coil 11a formed by patterning a flexible conductive wire such as a flexible flat cable, and a terminal for electrically connecting the antenna coil 11a and the communication processing unit 4 Part 11b is mounted.

アンテナコイル11aは、リーダーライター2から発信される磁界を受けると、リーダーライター2と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部11bを介して受信信号を通信処理部4に供給する。   When the antenna coil 11a receives a magnetic field transmitted from the reader / writer 2, the antenna coil 11a is magnetically coupled to the reader / writer 2 by inductive coupling, receives the modulated electromagnetic wave, and communicates the received signal via the terminal portion 11b. Supply to part 4.

磁性シート12は、アンテナ基板11と重畳する位置に形成され、リーダーライター2から発信される磁界をアンテナコイル11aに引き込む。具体的に、磁性シート12は、携帯型電子機器の筐体3内部に設けられた金属部品がリーダーライター2から発信される磁界を跳ね返したり、渦電流を発生するのを抑制するために、磁界が放射されてくる方向の反対側に貼り付けた構造をとる。   The magnetic sheet 12 is formed at a position overlapping the antenna substrate 11, and draws the magnetic field transmitted from the reader / writer 2 into the antenna coil 11a. Specifically, the magnetic sheet 12 has a magnetic field in order to suppress a metal part provided in the housing 3 of the portable electronic device from repelling a magnetic field transmitted from the reader / writer 2 or generating an eddy current. The structure is pasted on the opposite side of the direction from which the light is emitted.

通信処理部4は、アンテナコイル11aに流れる電流により駆動し、リーダーライター2との間で通信を行う。具体的に、通信処理部4は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部4が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部4は、リーダーライター2に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル11aを介して変調された電波をリーダーライター2に送信する。   The communication processing unit 4 is driven by a current flowing through the antenna coil 11 a and communicates with the reader / writer 2. Specifically, the communication processing unit 4 demodulates the received modulation signal, decodes the demodulated data, and writes the decoded data in the internal memory of the communication processing unit 4. The communication processing unit 4 reads out data to be transmitted to the reader / writer 2 from the internal memory, encodes the read data, modulates a carrier wave based on the encoded data, and is magnetically coupled by inductive coupling. The modulated radio wave is transmitted to the reader / writer 2 via the coil 11a.

以上のような構成からなる無線通信システム100において、以下では、アンテナモジュール1の構成に注目して説明する。   In the radio communication system 100 configured as described above, the following description will be made with a focus on the configuration of the antenna module 1.

本実施形態に係るアンテナモジュール1では、モジュール全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現する観点から、図2に示すような構成となっている。   The antenna module 1 according to the present embodiment is configured as shown in FIG. 2 from the viewpoint of realizing good communication characteristics while reducing the thickness of the entire module.

すなわち、アンテナ基板11は、上下両面から導線と接続可能なダブルアクセス型の配線板であり、具体的には、図2に示すように、ポリイミドからなる絶縁層112の表面に、導電性が高いCu等からなる導電性金属層111、導電性金属層111を被覆するAu/Niなどの耐腐食性を有する耐腐食性金属層113が順に積層されたものである。このような構成からなるアンテナ基板11では、導電性金属層111、耐腐食性金属層113に対して、パターンニング処理等を施すことで、絶縁層112の表面に上述したアンテナコイル11aが実装される。   That is, the antenna substrate 11 is a double-access type wiring board that can be connected to the conductive wire from both the upper and lower surfaces. Specifically, as shown in FIG. 2, the surface of the insulating layer 112 made of polyimide has high conductivity. A conductive metal layer 111 made of Cu or the like, and a corrosion-resistant metal layer 113 having corrosion resistance such as Au / Ni covering the conductive metal layer 111 are sequentially laminated. In the antenna substrate 11 having such a configuration, the above-described antenna coil 11a is mounted on the surface of the insulating layer 112 by performing a patterning process or the like on the conductive metal layer 111 and the corrosion-resistant metal layer 113. The

磁性シート12は、例えばフェライト板などの、損失係数が小さくアンテナコイル11aに磁界を効率よく引き込むことが可能な磁性材料からなり、アンテナ基板11のアンテナコイル11aが実装されていない絶縁層112の面112aに、ADHなどの絶縁性の接着層13を介して接着されている。   The magnetic sheet 12 is made of a magnetic material such as a ferrite plate that has a small loss factor and can efficiently draw a magnetic field into the antenna coil 11a, and is a surface of the insulating layer 112 on the antenna substrate 11 on which the antenna coil 11a is not mounted. 112a is bonded via an insulating adhesive layer 13 such as ADH.

また、アンテナモジュール1は、アンテナ基板11のアンテナコイル11aが実装されていない絶縁層112の面112aの側に、アンテナコイル11aと電気的に接続される端子部11bが設けられている。アンテナモジュール1は、端子部11bを介して、アンテナコイル11aと通信処理部4とが電気的に接続される。具体的には、端子部11bは、導電性が高いAu/Niから形成されている。   In addition, the antenna module 1 is provided with a terminal portion 11b electrically connected to the antenna coil 11a on the surface 112a side of the insulating layer 112 on which the antenna coil 11a of the antenna substrate 11 is not mounted. In the antenna module 1, the antenna coil 11a and the communication processing unit 4 are electrically connected through the terminal unit 11b. Specifically, the terminal portion 11b is made of Au / Ni having high conductivity.

以上のような構成からなるアンテナモジュール1は、アンテナ基板11のアンテナコイル11aが実装されていない絶縁層112の面112aに、接着層13を介して、磁性シート12が接着されている。したがって、アンテナモジュール1では、接着層13と絶縁層112とが、アンテナコイル11a−磁性シート12間を離間するための厚みdで定義される部材として機能する。このようにして、アンテナモジュール1は、アンテナコイル11a−磁性シート12間を離間するための厚みdで定義される部材として、アンテナコイル11aが表面実装される絶縁層112を用いることができるので、全体の薄型化を図りつつ良好な通信特性を実現することができる。   In the antenna module 1 configured as described above, the magnetic sheet 12 is bonded to the surface 112a of the insulating layer 112 on which the antenna coil 11a of the antenna substrate 11 is not mounted via the adhesive layer 13. Therefore, in the antenna module 1, the adhesive layer 13 and the insulating layer 112 function as members defined by the thickness d for separating the antenna coil 11 a and the magnetic sheet 12. In this way, the antenna module 1 can use the insulating layer 112 on which the antenna coil 11a is surface-mounted as a member defined by the thickness d for separating the antenna coil 11a and the magnetic sheet 12 from each other. Good communication characteristics can be realized while reducing the overall thickness.

特に、リーダーライター2側から発信される磁界の影響を受けないようにするため、アンテナ基板11が接着された磁性シートの内側に通信処理部4を配置して、通信処理部4とアンテナコイル11aとを電気的に接続するため磁性シート12側に端子部11bを設ける場合、アンテナモジュール1は、図3に示すような比較例に係るシングルアクセス型の配線板を用いたアンテナモジュール200に比べて全体の薄型化を図ることができる。   In particular, in order not to be affected by the magnetic field transmitted from the reader / writer 2 side, the communication processing unit 4 is arranged inside the magnetic sheet to which the antenna substrate 11 is bonded, and the communication processing unit 4 and the antenna coil 11a. When the terminal portion 11b is provided on the magnetic sheet 12 side to electrically connect the antenna module 1 to the antenna module 200 using a single access wiring board according to a comparative example as shown in FIG. The overall thickness can be reduced.

すなわち、アンテナモジュール200は、図3に示すように、片面のみから導線と接続可能なシングルアクセス配線板210と、接着層220を介して、磁性シート230とを接着させたものである。シングルアクセス配線板210は、ポリイミドからなる絶縁層211の表面に、導電性が高いCuからなる導電性金属層212、導電性金属層211を被覆する絶縁部材からなるレジスト層213が順に積層されたものである。なお、レジスト層213には、エッチング処理により開口され、導電性金属層212と電気的に接続可能なAu/Niからなる端子部213aが形成されている。このアンテナモジュール200では、磁性シート230側からアンテナモジュール200の導電性金属層212と通信処理部との接続を確保するため、磁性シート230の面を基準として、接着層220、レジスト層213、導電性金属層212、絶縁層211という順に積層され、レジスト層213に端子部213aが設けられた構造となっている。アンテナモジュール200では、接着層220とレジスト層213とが、アンテナコイル11a−磁性シート230間を離間するための厚みdで定義される部材として機能する。   That is, as shown in FIG. 3, the antenna module 200 is obtained by bonding a single access wiring board 210 that can be connected to a conductive wire from only one side, and a magnetic sheet 230 via an adhesive layer 220. In the single access wiring board 210, a conductive metal layer 212 made of Cu having high conductivity and a resist layer 213 made of an insulating member covering the conductive metal layer 211 are sequentially laminated on the surface of the insulating layer 211 made of polyimide. Is. Note that the resist layer 213 is provided with a terminal portion 213a made of Au / Ni that is opened by etching and can be electrically connected to the conductive metal layer 212. In this antenna module 200, in order to secure the connection between the conductive metal layer 212 of the antenna module 200 and the communication processing unit from the magnetic sheet 230 side, the adhesive layer 220, the resist layer 213, the conductive layer are used based on the surface of the magnetic sheet 230. The conductive metal layer 212 and the insulating layer 211 are stacked in this order, and the resist layer 213 is provided with a terminal portion 213a. In the antenna module 200, the adhesive layer 220 and the resist layer 213 function as members defined by a thickness d for separating the antenna coil 11 a and the magnetic sheet 230.

以上のような構成からなるアンテナモジュール200は、本実施形態に係るアンテナモジュール1と異なり、絶縁層211が、アンテナコイル11a−磁性シート230間を離間するための厚みdで定義される部材として機能しないため、全体として厚くなってしまう。したがって、アンテナコイル−磁性シート間の間隔を同一の条件にした場合、アンテナモジュール1は、アンテナモジュール200に比べて、モジュール全体としての薄型化を図ることができる。   Unlike the antenna module 1 according to the present embodiment, the antenna module 200 configured as described above functions as a member in which the insulating layer 211 is defined by a thickness d for separating the antenna coil 11a and the magnetic sheet 230 from each other. Because it does not, it becomes thick as a whole. Therefore, when the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is set to the same condition, the antenna module 1 can be made thinner as a whole module than the antenna module 200.

また、アンテナモジュール1は、アンテナモジュール200と異なり、絶縁層112の表面に実装されたアンテナコイル11aには、絶縁材料を用いたレジスト処理が施されていないが、電子機器等に組み込まれる際には、リーダーライター2と通信を行う観点から、筐体3からアンテナコイル11aまでの空間に電子回路等の導電部材が配置されないので、モジュール全体の薄型化を図りつつ、アンテナコイル11aとして機能させることができる。   Further, unlike the antenna module 200, the antenna module 1 is not subjected to a resist treatment using an insulating material on the antenna coil 11a mounted on the surface of the insulating layer 112, but when it is incorporated into an electronic device or the like. From the viewpoint of communicating with the reader / writer 2, no conductive member such as an electronic circuit is disposed in the space from the housing 3 to the antenna coil 11a, so that the entire module can be made thin and function as the antenna coil 11a. Can do.

特に、本願の発明者らは、下記の実施例に基づき、アンテナコイル−磁性シート間の間隔が50[μm]乃至55[μm]の範囲内で離間するように配置することで、アンテナモジュール1が、アンテナモジュール200に比べて、モジュール全体としての薄型化、良好な通信特性を実現することを見出した。   In particular, the inventors of the present application arrange the antenna module 1 so that the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is separated within a range of 50 [μm] to 55 [μm] based on the following example. However, it has been found that the module as a whole can be made thinner and have better communication characteristics than the antenna module 200.

<アンテナコイル−磁性シート間に応じた通信特性の変化>
アンテナコイル−磁性シート間の間隔に応じた通信特性の変化について、図4を参照して説明する。図4は、アンテナモジュール1において、アンテナコイル11aと磁性シート12の間の距離を20〜140[μm]まで変化させたときの、下記の(1)式で算出されるQ値の変化を示す図である。
<Changes in communication characteristics according to the antenna coil-magnetic sheet>
A change in communication characteristics according to the distance between the antenna coil and the magnetic sheet will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows changes in the Q value calculated by the following equation (1) when the distance between the antenna coil 11a and the magnetic sheet 12 is changed from 20 to 140 [μm] in the antenna module 1. FIG.

Q=ωL/R ・・・(1)
ここで、ω[rad/s]はアンテナコイル11aの角周波数であり、L[μH]はアンテナコイル11aのインダクタンス値であり、R[Ω]はアンテナコイル11aの抵抗値である。Q値は、通信特性を評価する指標であって、この値が大きいほど通信感度が良く、最大通信可能距離が大きくなることを示す。
Q = ωL / R (1)
Here, ω [rad / s] is an angular frequency of the antenna coil 11a, L [μH] is an inductance value of the antenna coil 11a, and R [Ω] is a resistance value of the antenna coil 11a. The Q value is an index for evaluating communication characteristics, and the larger this value is, the better the communication sensitivity is and the larger the maximum communicable distance is.

また、図4において、アンテナコイル11aを構成する導電性金属層は、膜厚が35[μm]であり、μ”=1、5、10は、それぞれフェライト製の磁性シート12の複素比透磁率の虚数部である。   In FIG. 4, the conductive metal layer constituting the antenna coil 11a has a film thickness of 35 [μm], and μ ″ = 1, 5, and 10 are complex relative magnetic permeability of the magnetic sheet 12 made of ferrite, respectively. Is the imaginary part.

図4では、アンテナコイル−磁性シート間の間隔が50[μm]より近づけると、Qが大きく劣化することを示している。すなわち、この間隔を狭くしてアンテナモジュール全厚を薄くすることは特性劣化を招くことを示唆している。これに対して、アンテナコイル−磁性シート間の間隔を50〜55[μm]よりも厚くするとQ値は上がり、図4に示すように100[μm]程度以上で安定するが、薄型化の観点から好ましくない。   FIG. 4 shows that Q is greatly deteriorated when the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is closer than 50 [μm]. That is, it is suggested that narrowing the interval to reduce the total thickness of the antenna module causes deterioration of characteristics. On the other hand, when the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is made thicker than 50 to 55 [μm], the Q value is increased and stabilized at about 100 [μm] or more as shown in FIG. Is not preferable.

したがって、モジュール全体としての薄型化、良好な通信特性を実現する観点から、アンテナコイル−磁性シート間の間隔を50乃至55[μm]の範囲内で変化させることを制約条件として、下記のようなアンテナモジュールを具体的に作成した。   Therefore, from the viewpoint of realizing a thin module as a whole and good communication characteristics, the following conditions are set by changing the distance between the antenna coil and the magnetic sheet within a range of 50 to 55 [μm] as a constraint. An antenna module was specifically created.

<アンテナモジュールの設計条件>
以下では、図5(A)及び図5(B)に示すようなアンテナ基板101を用いてアンテナモジュールを作成するものとする。
<Design conditions for antenna module>
In the following, it is assumed that an antenna module is created using the antenna substrate 101 as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).

すなわち、アンテナ基板101は、図5(A)に示すように、外形形状が36[mm]×29[mm]、厚さが0.09[mm]であって、次のようなアンテナコイル102と、端子部103とが実装される。また、アンテナコイル102は、幅が0.31[mm]の導線が、隣接する導線間で0.12[mm]のスペース、すなわち、パターンピッチが0.42[mm]で、巻き線数が4となるように巻回される。   That is, the antenna substrate 101 has an outer shape of 36 [mm] × 29 [mm] and a thickness of 0.09 [mm] as shown in FIG. And the terminal part 103 is mounted. Further, the antenna coil 102 has a conductor wire having a width of 0.31 [mm], a space of 0.12 [mm] between adjacent conductors, that is, a pattern pitch of 0.42 [mm], and the number of windings. It is wound to be 4.

磁性シート104は、アンテナコイル102の外形形状と一致するように配置されるものであって、図5(B)に示すように、その形状が、36[mm]×29[mm]の略矩形である。また、磁性シートは、発振周波数が13.56MHzの磁界における比複素透磁率が次の値のフェライト板を用いるものとする。すなわち、フェライト板は、比複素透磁率の実数部μ’が119、虚数部μ”が1.33のものを用いるものとする。   The magnetic sheet 104 is disposed so as to coincide with the outer shape of the antenna coil 102, and as shown in FIG. 5B, the shape is a substantially rectangular shape of 36 [mm] × 29 [mm]. It is. The magnetic sheet is a ferrite plate having a relative complex permeability of the following value in a magnetic field with an oscillation frequency of 13.56 MHz. That is, a ferrite plate having a relative complex permeability having a real part μ ′ of 119 and an imaginary part μ ″ of 1.33 is used.

上述した設計条件に従い、それぞれモジュール全体の厚みが同程度となるようにして、実施例としてアンテナモジュール1に対応するアンテナモジュールAと、比較例としてアンテナモジュール200に対応するアンテナモジュールBを次のように作成した。   In accordance with the design conditions described above, the thickness of the entire module is approximately the same, and the antenna module A corresponding to the antenna module 1 as an example and the antenna module B corresponding to the antenna module 200 as a comparative example are as follows. Created in.

<アンテナモジュールA>
アンテナモジュールAは、次のようなダブルアクセス型の配線板を用いたものである。すなわち、膜厚が25μmのポリイミドからなる絶縁層の表面に、膜厚が50μmのCuからなる導電性金属層が積層されたものである。アンテナモジュールAは、アンテナコイル−磁性シート間の間隔が55[μm]となるように接着層の厚みを調整して、アンテナ基板の絶縁層と磁性シートを接着させたものである。
<Antenna module A>
The antenna module A uses the following double access type wiring board. That is, a conductive metal layer made of Cu having a thickness of 50 μm is laminated on the surface of an insulating layer made of polyimide having a thickness of 25 μm. In the antenna module A, the thickness of the adhesive layer is adjusted so that the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is 55 [μm], and the insulating layer of the antenna substrate and the magnetic sheet are adhered.

<アンテナモジュールB>
アンテナモジュールBは、次のようなシングルアクセス型の配線板を用いたものである。すなわち、膜厚が25μmのポリイミドからなる絶縁層の表面に、膜厚が35μmのCuからなる導電性金属層、膜厚が15μmからなるレジスト層が順に積層されたものである。アンテナモジュールBは、アンテナコイル−磁性シート間の間隔が50[μm]となるように接着層の厚みを調整して、アンテナ基板のレジスト層と磁性シートを接着させたものである。
<Antenna module B>
The antenna module B uses the following single access type wiring board. That is, a conductive metal layer made of Cu having a thickness of 35 μm and a resist layer having a thickness of 15 μm are sequentially laminated on the surface of an insulating layer made of polyimide having a thickness of 25 μm. In the antenna module B, the thickness of the adhesive layer is adjusted so that the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is 50 [μm], and the resist layer of the antenna substrate and the magnetic sheet are adhered.

<評価>
上述したアンテナモジュールA、Bについて、形状と通信特性とを、下記の表1を用いて評価した。ここで、「FPC」とは、アンテナ基板の全厚であり、「間隔」とは、アンテナコイル−磁性シート間の間隔であり、「Total」とはモジュール全体の全厚であり、「最大通信可能距離」とは、発振周波数が13.56[MHz]において、リーダライタとアンテナモジュール間で通信可能な最大距離を示す値であり、この値が大きいほど通信特性がよい。具体的に、「最大通信可能距離」は、図6に示すように、ソニー株式会社製の型名RC-S440Cの非接触ICカードリーダー/ライター301を用いて、アンテナ基板302aを有するアンテナモジュール302の磁性シート302b側に2mm離れた位置に、擬似的な電子基板として50×100[mm]のステンレス板303を設置した条件下で測定したものである。
<Evaluation>
For the antenna modules A and B described above, the shape and communication characteristics were evaluated using Table 1 below. Here, “FPC” is the total thickness of the antenna substrate, “interval” is the interval between the antenna coil and the magnetic sheet, “Total” is the total thickness of the entire module, and “maximum communication” The “possible distance” is a value indicating the maximum distance at which the communication between the reader / writer and the antenna module can be performed at an oscillation frequency of 13.56 [MHz]. The larger this value, the better the communication characteristics. Specifically, as shown in FIG. 6, the “maximum communicable distance” is an antenna module 302 having an antenna substrate 302a using a non-contact IC card reader / writer 301 of model name RC-S440C manufactured by Sony Corporation. Measured under the condition that a 50 × 100 [mm] stainless steel plate 303 is installed as a pseudo electronic substrate at a position 2 mm away from the magnetic sheet 302b.

Figure 2010288242
Figure 2010288242

上記の表1に示すように、アンテナモジュールAは、アンテナモジュールBと比べて、アンテナ基板とモジュール全体の全厚が同様であるが、アンテナコイル−磁性シート間の間隔をできるだけ大きくすることができ、この結果、3[mm]程度遠くまで通信することができた。   As shown in Table 1 above, the antenna module A has the same overall thickness as the antenna substrate and the entire module as compared with the antenna module B, but the distance between the antenna coil and the magnetic sheet can be made as large as possible. As a result, communication was possible as far as 3 [mm].

次に、図7を参照して、リーダーライターとの間で誘導結合しているときの通信特性について説明する。ここで、横軸には、通信に用いられる磁界の周波数を示し、縦軸には、周波数に応じた最大通信可能距離を示している。なお、リーダーライターから発信される磁界の周波数は、上述したように13.56MHzであるが、誘導結合により通信が行われているときには、13.56MHzよりも高い周波数の磁界の成分まで用いて通信が行われる。   Next, communication characteristics when inductively coupled to the reader / writer will be described with reference to FIG. Here, the horizontal axis represents the frequency of the magnetic field used for communication, and the vertical axis represents the maximum communicable distance corresponding to the frequency. The frequency of the magnetic field transmitted from the reader / writer is 13.56 MHz as described above. However, when communication is performed by inductive coupling, communication is performed using a magnetic field component having a frequency higher than 13.56 MHz. Is done.

図7から明らかなように、アンテナモジュールAは、アンテナモジュールBに比べて、計測対象となった全ての周波数帯域において特性上高く、通信感度が良い。   As is clear from FIG. 7, the antenna module A has higher characteristics and better communication sensitivity than the antenna module B in all frequency bands to be measured.

また、下記の表2に、アンテナモジュールA、Bについて、インダクタンス値L、抵抗値R、Q値を示す。   Table 2 below shows the inductance value L, resistance value R, and Q value for the antenna modules A and B.

Figure 2010288242
Figure 2010288242

上記の表2から明らかなように、アンテナモジュールAは、アンテナモジュールBに比べて、導電性金属層の厚みを厚くすることによって、アンテナコイルの抵抗値を下げることができ、結果としてアンテナモジュール全体の全厚が同じで、Q値で示されるように通信性能が向上したものとなった。   As apparent from Table 2 above, the antenna module A can reduce the resistance value of the antenna coil by increasing the thickness of the conductive metal layer as compared with the antenna module B. As a result, the entire antenna module can be reduced. The overall thickness was the same, and the communication performance was improved as indicated by the Q value.

以上の結果から明らかなように、本実施の形態に係るアンテナモジュールは、アンテナコイル−磁性シート間の間隔が50[μm]乃至55[μm]の範囲内で離間するように配置する条件下において、モジュール全体としての薄型化、良好な通信特性を実現することができた。このようにして、モジュール全体としての薄型化、良好な通信特性を実現できるのは、アンテナコイル−磁性シートを離間する部材として、アンテナコイルが表面実装される絶縁部を用いることができるからである。   As is clear from the above results, the antenna module according to the present embodiment is arranged under the condition that the distance between the antenna coil and the magnetic sheet is spaced within the range of 50 [μm] to 55 [μm]. As a result, the module as a whole can be reduced in thickness and have good communication characteristics. The reason why the entire module can be thinned and has good communication characteristics in this way is that an insulating portion on which the antenna coil is surface-mounted can be used as a member for separating the antenna coil and the magnetic sheet. .

1、200、302 アンテナモジュール、2 リーダーライター、2a アンテナ、2b 制御基板、3 筐体、4 通信処理部、11、101、302a アンテナ基板、11a、102 アンテナコイル、11b、103、213a 端子部、12、104、230、402 磁性シート、13、220 接着層、100 無線通信システム、111、212 導電性金属層、112、211 絶縁層、112a 面、113 耐腐食性金属層、210 シングルアクセス配線板、213 レジスト層、301 非接触ICカードリーダー/ライター、303 ステンレス板、401 アンテナパターン、403 ADH層   1, 200, 302 antenna module, 2 reader / writer, 2a antenna, 2b control board, 3 housing, 4 communication processing unit, 11, 101, 302a antenna board, 11a, 102 antenna coil, 11b, 103, 213a terminal unit, 12, 104, 230, 402 Magnetic sheet, 13, 220 Adhesive layer, 100 Wireless communication system, 111, 212 Conductive metal layer, 112, 211 Insulating layer, 112a surface, 113 Corrosion resistant metal layer, 210 Single access wiring board 213 resist layer, 301 non-contact IC card reader / writer, 303 stainless steel plate, 401 antenna pattern, 403 ADH layer

Claims (6)

発信器から発信される磁界を受けて、該発信器と誘導結合されて通信可能となるアンテナコイルが、絶縁層の表面に実装されたアンテナ基板と、
上記アンテナ基板のアンテナコイルが実装されていない絶縁層の面に、接着層を介して接着され、上記発信器から発信される磁界を上記アンテナコイルに引き込む磁性シートとを含んで構成されるアンテナ装置。
An antenna substrate that receives a magnetic field transmitted from a transmitter and is inductively coupled with the transmitter to enable communication, and an antenna substrate mounted on the surface of the insulating layer;
An antenna device comprising: a magnetic sheet that is bonded to a surface of an insulating layer of the antenna substrate on which an antenna coil is not mounted via an adhesive layer and draws a magnetic field transmitted from the transmitter into the antenna coil. .
上記アンテナ基板のアンテナコイルが実装されていない絶縁層の面には、該アンテナコイルと電気的に接続される端子部が設けられていることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。   2. The antenna device according to claim 1, wherein a terminal portion electrically connected to the antenna coil is provided on a surface of the insulating layer of the antenna substrate on which the antenna coil is not mounted. 上記発信器から発信される磁界の発信周波数は、13.56[MHz]であり、
上記アンテナ基板に実装されたアンテナコイルと上記磁性シートとは、50[μm]乃至55[μm]の範囲内で離間するように配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
The transmission frequency of the magnetic field transmitted from the transmitter is 13.56 [MHz],
3. The antenna according to claim 1, wherein the antenna coil mounted on the antenna substrate and the magnetic sheet are disposed so as to be separated from each other within a range of 50 [μm] to 55 [μm]. apparatus.
上記絶縁層は、ポリイミドからなることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のアンテナ装置。   The antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating layer is made of polyimide. 上記絶縁層に設けられた端子部は、Au/Niから形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載のアンテナ装置。   The antenna device according to any one of claims 1 to 4, wherein the terminal portion provided in the insulating layer is made of Au / Ni. 上記絶縁層の表面に実装されたアンテナコイルには、絶縁材料を用いたレジスト処理が施されていないことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のアンテナ装置。   The antenna device according to any one of claims 1 to 5, wherein the antenna coil mounted on the surface of the insulating layer is not subjected to a resist treatment using an insulating material.
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