JP7109232B2 - モジュール基板用アンテナ、及びそれを用いたモジュール基板 - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＣチップ等が実装され、無線通信用モジュールとして機能するＩＣモジュール基板用アンテナ、及びそれを用いたモジュール基板に関する。
近年、非接触で信号の授受を行うＩＣモジュール（非接触型のＩＣタグやＩＣカード）が普及し始めている。このＩＣモジュールは、絶縁性基板の表面に導体配線が形成されたアンテナ用の配線を備えており、このアンテナ配線により、非接触による信号の授受を行うことができる。
例えば、Ｃｕ－Ｚｎ系などの非磁性体のフェライトからなる非磁性体材料により形成された複数の絶縁体層が積層された積層体と、各絶縁体層の表面に設けられ、Ａｇ等の導電性材料により形成されたパターン導体部とを備えたモジュール基板が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、上記特許文献１に記載のモジュール基板においては、ＩＣチップ等を実装した後、外部回路に接続する際に、アンテナコイルのインダクタンスの変動が大きくなるため、ＩＣチップ搭載面等に、アンテナコイルの周波数を調整するためのコンデンサを別個に設けなければならず、当該周波数の調整が困難になるという問題があった。
そこで、本発明は、上述の問題に鑑み、アンテナコイルの周波数の調整を容易に行うことができるモジュール基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のモジュール基板用アンテナは、複数のフェライト層が積層された積層体と、複数のフェライト層の各々の表面に設けられたアンテナコイルと、外部回路に接続される接続パッドと、積層体と接続パッドとの間に設けられた引出し配線とを備え、積層体において、２種類のアンテナコイルが交互に積層されていることを特徴とする。
本発明のモジュール基板によれば、ＩＣチップが搭載されたモジュール基板を外部回路に接続する前に、アンテナコイルの周波数の調整を容易に行うことができる。その結果、外部回路に接続する際に、周波数調整用のコンデンサ等による周波数の調整を行う必要がなくなる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るモジュール基板の断面図であり、図２は、本実施形態に係るモジュール基板の分解斜視図である。
図１は、本実施形態に係るモジュール基板の断面図であり、図２は、本実施形態に係るモジュール基板の分解斜視図である。
図１に示すように、モジュール基板１は、複数（本実施形態においては４層）のフェライト層３～６が積層された積層体２と、複数のフェライト層３～６の各々の表面に設けられたアンテナコイル３ａ～６ａと、外部回路（不図示）に接続される接続パッド７と、積層体２と接続パッド７との間に設けられた引出し配線８とを備えている。
フェライト層３～６は、例えば、非磁性体フェライトからなる非磁性体材料により形成されており、これらのフェライト層３～６が積層されることにより、積層体２が形成されている。
非磁性体フェライトの主成分としては、例えば、Ｚｎ系フェライトの粉体を用いることができ、これらの成分の組成比は、Ｆｅ２Ｏ３が４０．０～５０．０モル％、ＺｎＯが３５．０～５０．０モル％、及びＣｕＯが５～２０モル％であることが好ましい。
また、各フェライト層３～６の厚みは、特に限定されないが、積層セラミック工法を行うとの観点から、５０μｍ～１００μｍが好ましい。
アンテナコイル３ａ～６ａは、導電性材料により形成されており、矩形状に渦巻きされたアンテナパターンにより形成されている。
また、フェライト層３～６には、フェライト層３～６を厚み方向に貫通する層間接続導体２０ａ～２０ｃが設けられており、アンテナコイル３ａ～６ａは、層間接続導体２０ａ～２０ｃを介して電気的に接続されている。そして、本実施形態のモジュール基板１においては、アンテナコイル３ａ～６ａと層間接続導体２０ａ～２０ｃとにより、アンテナコイル３ａ～６ａの全体が電気的に接続されて、アンテナとして機能するアンテナコイル３ａ～６ａが形成されている。
アンテナコイル３ａ～６ａ、及び層間接続導体２０ａ～２０ｃを形成する材料は、特に限定されず、例えば、銀、銅等を使用することができる。
また、図１、図２に示すように、積層体２における最上層のフェライト層３のＩＣ搭載面３ｂ側には、ＩＣ搭載用の絶縁層９が設けられており、この絶縁層９の外表面９ａにＩＣ搭載用電極１２が設けられている。なお、絶縁層９は、上述のフェライト層３～６と同様に、例えば、非磁性体フェライトからなる非磁性体材料により形成することができる。
また、図１、図２に示すように、積層体２における最下層のフェライト層６側には、接続パッド搭載用の絶縁層１０が設けられており、この絶縁層１０の外表面１０ａに外部回路に接続される接続パッド７が設けられている。なお、絶縁層１０は、上述のフェライト層３～６と同様に、例えば、非磁性体フェライトからなる非磁性体材料により形成することができる。
接続パッド７を形成する材料は、例えば、銀や銅、銀と白金やパラジウムの合金等を使用することができる。
また、図１、図２に示すように、積層体２と接続パッド搭載用の絶縁層１０との間に、引出し配線用の絶縁層１１が設けられており、この絶縁層１１の表面に引出し配線８が設けられている。なお、絶縁層１１は、上述のフェライト層３～６と同様に、例えば、非磁性体フェライトからなる非磁性体材料により形成することができる。
引出し配線８を形成する材料は、特に限定されず、例えば、上述のアンテナコイル３ａ～６ａを形成する導電材料を使用することができる。
そして、本実施形態においては、図２に示すように、積層体２において、アンテナパターン（渦巻きパターン）の異なる２種類のアンテナコイル３ａ～６ａが交互に積層されている点に特徴がある。
より具体的には、図２に示すように、アンテナコイル３ａと５ａは同一の矩形状の渦巻きパターンを有するとともに、アンテナコイル４ａと６ａは同一の矩形状の渦巻きパターンを有しており、積層体２において、渦巻きパターンの異なる２種類のアンテナコイルが交互に積層（即ち、積層体２の厚み方向において隣接するアンテナコイルの渦巻きパターンが異なるように積層）されている。
従って、アンテナコイル３ａ～６ａのインダクタンスの変動を抑制することが可能になり、ＩＣチップ（不図示）が搭載されたモジュール基板１を外部回路に接続する前に、アンテナコイル３ａ～６ａからなるアンテナの周波数の調整を容易に行うことができる。また、周波数調整用のコンデンサによる周波数の調整を行う必要がなくなるため、当該コンデンサが不要になる。
また、本実施形態においては、図２に示すように、接続パッド７が、引出し配線８を介して、絶縁層９の外表面９ａに設けられたＩＣ搭載用電極１２に接続され、絶縁層９の外表面９ａ側と反対側に（即ち、絶縁層１０の外表面１０ａから）露出するように設けられている。
従って、半田等により、容易に、モジュール基板１を外部回路に接続することが可能になる。
また、絶縁層１０～１１には、絶縁層１０～１１を厚み方向に貫通する層間接続導体２１ａ～２１ｆが設けられており、接続パッド７と引出し配線８は、層間接続導体２１ａ～２１ｆを介して電気的に接続されている。
また、フェライト層３～６、及び絶縁層９，１１には、フェライト層３～６、及び絶縁層９，１１を厚み方向に貫通する層間接続導体２２ａ～２２ｆが設けられており、接続パッド７と電気的に接続された引出し配線８は、層間接続導体２２ａ～２２ｆを介して、ＩＣ搭載用電極１２に電気的に接続されている。そして、このような構成により、本実施形態のモジュール基板１においては、接続パッド７が、引出し配線８を介して、積層体２における最上層のフェライト層３のＩＣ搭載面３ｂ側に設けられたＩＣ搭載用電極１２に電気的に接続されている。
また、図２に示すように、接続パッド７は引出し配線８のみに接続されており、アンテナコイル３ａ～６ａには接続されていない。従って、アンテナコイル３ａ～６ａが交信リーダーと交信した状態において、ＩＣチップから出力される信号を独立して基板側に送ることが可能になる。
また、図２に示すように、引出し配線８は、各フェライト層３～６のアンテナコイル３ａ～６ａの内側部分を介して、ＩＣ搭載用電極１２に接続されている。従って、引出し配線８の引き回しがコンパクトになるため、モジュール基板１の小型化を図ることが可能になる。
なお、アンテナコイル６ａは、層間接続導体２２ｇを介して引出し配線８に接続されるとともに、当該引出し配線８は、層間接続導体２２ｈを介して、ＩＣ搭載用電極１２に接続されている。
そして、以上に説明したモジュール基板１の接続パッド７を、半導体素子が搭載された外部回路に電気的に接続することにより、アンテナコイル３ａ～６ａからなるアンテナと半導体素子とが電気的に接続されたモジュールが作製される。そして、アンテナで受信された信号が半導体素子に送信されて処理されるとともに、半導体素子から送られてきた信号がアンテナから外部に発信される。
次に、モジュール基板の製造方法について説明する。まず、このフェライト層３～６、及び絶縁層９～１１の原料粉末である非磁性材料及びバインダを混合した混合物に溶剤を添加して混合し、フェライト分散体を作製する。
次に、このフェライト分散体をドクターブレード法等の公知のシート成形法を使用して、非磁性層のグリーンシートを作製して所望の形状に切断する。
次に、各グリーンシートに、層間接続導体２０ａ～２０ｃ，２１ａ～２１ｆ，２２ａ～２２ｈを形成する。より具体的には、まず、フェライト層３～６、及び絶縁層９～１１となるセラミックグリーンシートに、例えば、ピンやレーザビームで穴あけ加工を行い、スルーホールを形成する。次に、このスルーホールに対して、上述の銀、銅等を主成分とする導電性ペーストを用意し、この導電性ペーストをスルーホールに充填する。
次に、フェライト層３～６となるセラミックグリーンシートの各々の表面にアンテナコイル３ａ～６ａを形成する。より具体的には、セラミックグリーンシートの表面上に、上述の銀、銅等を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法などの方法で塗布し、アンテナコイル３ａ～６ａを形成する。
次に、絶縁層９～１１となるセラミックグリーンシートの各々の表面に、上記アンテナコイル３ａ～６ａの形成方法と同様にして、接続パッド７、引出し配線８、及びＩＣ搭載用電極１２を形成する。
次に、フェライト層３～６、及び絶縁層９～１１となるセラミックグリーンシートを、図２に示す順序に積層し、静水圧プレスを行うことにより加圧して圧着（ラミネート処理）を行い、マザー積層体を得る。圧着後のマザー積層体を所定寸法にカットする。そして、カットした積層体に対して焼成処理を行うことにより、図１に示すモジュール基板１が製造される。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るモジュール基板の断面図であり、図４は、本発明の第２実施形態に係るモジュール基板の分解斜視図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るモジュール基板の断面図であり、図４は、本発明の第２実施形態に係るモジュール基板の分解斜視図である。なお、上記第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
図３、図４に示すように、本実施形態のモジュール基板３０においては、接続パッド７と引出し配線８との間に、一対のコンデンサ用電極２３，２４により構成されたコンデンサ２５が設けられている点に特徴がある。
そして、このようなコンデンサ２５を設けることにより、アンテナコイル３ａ～６ａの周波数の微調整が可能になるため、アンテナコイルの周波数の調整を更に容易に行うことが可能になる。
また、図３、図４に示すように、接続パッド搭載用の絶縁層１０と引出し配線用の絶縁層１１との間に、コンデンサ用電極用の絶縁層２６，２７が設けられている。そして、絶縁層２６の表面にコンデンサ用電極２３が設けられるとともに、絶縁層２７の表面にコンデンサ用電極２４が設けられている。
なお、絶縁層２６，２７は、上述のフェライト層３～６と同様に、非磁性体フェライトからなる非磁性体材料により形成してもよく、磁性体フェライトからなる磁性体材料により形成してもよい。また、絶縁層２６，２７の一方のみを非磁性体材料（または磁性体材料）により形成してもよい。
なお、磁性体フェライトの主成分としては、例えば、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライトの粉体を用いることができ、これらの成分の組成比は、Ｆｅ２Ｏ３が４６～５０ｍｏｌ％、ＮｉＯが２０～２７ｍｏｌ％、ＺｎＯが１５～２２ｍｏｌ％、ＣｕＯが９～１１ｍｏｌ％、及びＣｏＯが０～１．０ｍｏｌ％であることが好ましい。
また、コンデンサ用電極２３，２４を形成する材料は、特に限定されず、例えば、上述のアンテナコイル３ａ～６ａを形成する金属材料を使用することができる。
コンデンサ用電極２３，２４は、例えば、上述の銀、銅等を主成分とする導電性ペーストを用意し、この導電性ペーストを、絶縁層２６，２７の表面に塗布することにより形成することができる。
また、図３、図４に示すように、本実施形態のモジュール基板３０においては、コンデンサ２５が、アンテナコイル３ａ～６ａと並列に接続されており、コンデンサ２５とアンテナコイル３ａ～６ａはＬＣ共振回路を形成している。また、コンデンサ２５は、接続パッド７には接続されていない。
即ち、本実施形態のモジュール基板３０においては、コンデンサ２５は、単体としての機能（例えば、電圧調整機能等）を有しておらず、アンテナコイル３ａ～６ａの特性向上（即ち、ＬＣ共振回路における周波数ｆの調整）のみに寄与している。
本発明のモジュール基板は、ＩＣチップ等が実装され、無線通信用のアンテナとして機能する積層型コイル部品（ダイナミックタグ）を内蔵するモジュール基板として有効に利用できる。
１ モジュール基板
２ 積層体
３～６ フェライト層
３ａ～６ａ アンテナコイル
３ｂ ＩＣ搭載面
７ 接続パッド
８ 引出し配線
９～１１ 絶縁層
９ａ，１０ａ 絶縁層の外表面
１２ ＩＣ搭載用電極
２０ａ～２０ｃ，２１ａ～２１ｆ，２２ａ～２２ｈ 層間接続導体
２３，２４ コンデンサ用電極
２５ コンデンサ
２６，２７ 絶縁層
３０ モジュール基板
２ 積層体
３～６ フェライト層
３ａ～６ａ アンテナコイル
３ｂ ＩＣ搭載面
７ 接続パッド
８ 引出し配線
９～１１ 絶縁層
９ａ，１０ａ 絶縁層の外表面
１２ ＩＣ搭載用電極
２０ａ～２０ｃ，２１ａ～２１ｆ，２２ａ～２２ｈ 層間接続導体
２３，２４ コンデンサ用電極
２５ コンデンサ
２６，２７ 絶縁層
３０ モジュール基板
Claims (6)
- 複数のフェライト層が積層された積層体と、
前記複数のフェライト層の各々の表面に設けられたアンテナコイルと、
外部回路に接続される接続パッドと、
前記積層体と前記接続パッドとの間に設けられた引出し配線と
を備え、
前記積層体において、２種類の前記アンテナコイルが交互に積層されており、
前記引出し配線と前記接続パッドとの間に、一対のコンデンサ用電極により構成されたコンデンサが設けられていることを特徴とするモジュール基板用アンテナ。 - 前記２種類のアンテナコイルは、アンテナパターンの形状が異なることを特徴とする請求項１に記載のモジュール基板用アンテナ。
- 前記接続パッドが、前記引出し配線を介して、前記積層体における最上層の前記フェライト層のＩＣ搭載面側に設けられたＩＣ搭載用電極に接続されるとともに、該ＩＣ搭載面側と反対側に露出して設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモジュール基板用アンテナ。
- 前記引出し配線が、前記フェライト層の前記アンテナコイルの内側部分を介して、前記ＩＣ搭載用電極に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のモジュール基板用アンテナ。
- 前記コンデンサは、前記アンテナコイルと並列に接続されており、前記コンデンサと前記アンテナコイルはＬＣ共振回路を形成することを特徴とする請求項１に記載のモジュール基板用アンテナ。
- 請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のモジュール基板用アンテナを備えることを特徴とするモジュール基板。
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