JP2006042097A - アンテナ配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 平面面積が小型で、かつ信号の授受の精度に優れたアンテナ配線基板を提供すること。
【解決手段】 複数の絶縁層２が積層されて成る絶縁基体１と、最上層の絶縁層２の上面に形成された第１および第２の電極パッド３,４と、最上層の絶縁層２以外の絶縁層２ａの上面にそれぞれ形成されるとともに互いに電気的に直列接続された渦巻き状の配線導体５と、第１の電極パッド３および最上層の絶縁層２直下の絶縁層２ａに形成された配線導体５を電気的に直列接続する第１の貫通導体６と、第２の電極パッド４および最下層の絶縁層２ｂに形成された配線導体５ａを電気的に直列接続する第２の貫通導体４とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣカードやＩＣタグ等に使用される、非接触で信号の授受を行なうためのアンテナを形成したアンテナ配線基板に関する。

近年、ＩＣカードやＩＣタグ等の、非接触で信号の授受を行なう情報媒体が注目され、急速に普及し始めている。このような情報媒体は、非接触での信号の授受を可能にするために、アンテナ配線基板を用いて形成されている。アンテナ配線基板は、例えば、樹脂で形成した平板状の絶縁基体と、絶縁基体の主面に形成された渦巻き状の配線導体とを具備した構造である。

このアンテナ配線基板において、渦巻状の配線導体がアンテナとして機能し、例えば、防犯用や商品の管理用等の商品タグ、プリペイド式の鉄道，バス等の料金支払い用カードに組み込まれて、旅券，各種施設の入場券等として利用され、対応する情報の読み取り装置と対になって使用される。情報の読み取り装置にもアンテナの機構が内蔵されていて、これに情報媒体の配線導体部分を接近させることにより、渦巻状の配線導体と外部の読取装置との間で電波を介して信号が授受される。信号は、読み取り装置と連動する記憶装置,演算装置等により処理され、商品の売買記録、利用料金の計算、旅券等の真贋判定等の各種の処理が実行される。また、アンテナ配線基板に記憶装置や演算装置として半導体素子が搭載される場合もある。

このようなアンテナ配線基板において、渦巻状の配線導体は、その渦巻きの巻き数が多いほど信号の授受の感度に優れているため、情報をより短時間でかつ正確に授受させる上では、配線導体の巻き数を多くすることが求められる。
特開２００２−３１２２３３号公報 特開２００２−３１２２３４号公報

しかしながら、上記の従来のアンテナ配線基板においては、平板状の樹脂から成る絶縁基板の主面に渦巻状の配線導体が形成されているため、巻き数を多くするためには配線導体が形成されている面積を大きくする必要があり、外形寸法の小型化が難しいという問題があった。また、外形寸法を小さくしようとすると、信号の授受の精度を向上させることが難しい。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために完成されたものであり、その目的は、平面面積が小型で、かつ信号の授受の精度に優れたアンテナ配線基板を提供することにある。

本発明のアンテナ配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体と、最上層の絶縁層の上面に形成された第１および第２の電極パッドと、前記最上層の絶縁層以外の前記絶縁層の上面にそれぞれ形成されるとともに互いに電気的に直列接続された渦巻き状の配線導体と、前記第１の電極パッドおよび前記最上層の絶縁層直下の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第１の貫通導体と、前記第２の電極パッドおよび最下層の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第２の貫通導体とを具備していることを特徴とするものである。

本発明のアンテナ配線基板において好ましくは、前記第１および第２の電極パッドは、前記絶縁基体の上面に搭載される半導体素子に電気的に接続されており、前記配線導体は、それらの全てが平面視で前記半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることを特徴とするものである。

本発明のアンテナ配線基板によれば、上記の構成により、配線導体を複数の絶縁層に形成し、これら絶縁層を上下に積層することにより巻き数を増やすことができるため、アンテナ配線基板の外形寸法を小型に維持しながら、配線導体により信号の授受の精度を優れたものとすることができ、小型かつ高精度のアンテナ配線基板を提供することができる。

また、半導体素子が、配線導体が形成されている絶縁層とは異なる最上層の絶縁層に搭載されるため、最上層の絶縁層により配線導体と半導体素子との間を従来よりも有効に電磁的に遮断することができ、半導体素子の誤動作や信号へのノイズの混入等の不具合の発生をより確実に防止することができ、より精度の高い信号の授受および処理を行なうことが可能なアンテナ配線基板とすることができる。

本発明のアンテナ配線基板において好ましくは、第１および第２の電極パッドは、絶縁基体の上面に搭載される半導体素子に電気的に接続されており、配線導体は、それらの全てが平面視で半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることから、半導体素子が接続されて一体的に信号の授受および情報の処理を行なうことができるとともに、アンテナ配線基板の外形寸法を半導体素子と同程度に小さく抑えることができ、より実用性に優れるとともに、小型化がより確実なアンテナ配線基板とすることができる。

本発明の配線基板について図面に基づき説明する。図１は、本発明のアンテナ配線基板の実施の形態の一例を示し、各絶縁層ごとに分解して示した分解斜視図である。図１において、１は複数の絶縁層２が積層されて成る絶縁基体、３は第１電極パッド、４は第２の電極パッド、５は配線導体、６は第１の貫通導体、７は第２の貫通導体である。これらの、絶縁基体１、第１の電極パッド３、第２の電極パッド４、配線導体５、第１の貫通導体６および第２の貫通導体７により本発明のアンテナ配線基板９が主に構成される。

絶縁層２は、平面視形状が四角形状，円形状等の形状であり、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化珪素質焼結体，炭化珪素質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料により形成される。この絶縁層２が複数積層されることにより絶縁基体１が形成されている。

絶縁基体１の側面に不要な凹凸が生じないようにする上では、各絶縁層２は最上層から最下層まで同じ外形形状、寸法であることが好ましい。

絶縁基体１は、例えば、各絶縁層２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム，酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な樹脂バインダ，溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックスラリーとなし、このセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成形技術を採用してシート状となすことによって複数のセラミックグリーンシート（セラミック生シートで、以下、グリーンシートともいう）を得て、しかる後、このグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともに、これらのグリーンシートを積層して積層体とし、最後にこの積層体を還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。

複数の絶縁層２のうち、最上層のものの上面には第１の電極パッド３と第２の電極パッド４とが形成されている。また、複数の絶縁層２のうち最上層以外のものの上面には渦巻状の配線導体５が形成されている。

また、第１の電極パッド３および最上層の絶縁層２直下の絶縁層２ａに形成された配線導体５の間は、第１の貫通導体６を介して電気的に直列接続され、第２の電極パッド４と最下層の絶縁層２に形成された配線導体５ａとの間は、複数の絶縁層２を最下層から最上層まで貫通する第２の貫通導体７を介して電気的に直列接続されている。

配線導体５と第１および第２の貫通導体６,７とにより、全体が電気的に相互接続されてアンテナとして機能する渦巻状の配線導体５が形成される。また、第１および第２の電極パッド３,４を、半導体集積回路素子等の半導体素子に電気的に接続することにより、アンテナと半導体素子とが電気的に接続される。これにより、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、また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。

なお、上下の絶縁層２の配線導体５同士の間の電気的接続は、各絶縁層２に、上下の配線導体５同士の間を接続するようにして厚み方向に貫通する層間導体（貫通導体）８を形成しておくことにより行なわせることができる。この場合、配線導体５の巻き数を有効に増やすために、上下の絶縁層２間で、配線導体５に流れる信号の向きが同じ向きになるようにしておく必要がある。すなわち、渦巻き状の配線導体５の右巻き方向、左巻き方向のいずれか一方の向きに信号が流れるようにする。上下の絶縁層２間で、配線導体５に流れる信号の向きが逆になると、配線導体５間に生じる電磁誘導による誘導成分の向きが、配線導体５を伝送する信号の向きと逆になり、信号が配線導体５で正常に伝送されなくなり、アンテナとしての機能をなさない。

また、上下の配線導体５間で渦巻きの方向が異なるようにすることが好ましい。もし、上下の配線導体５間で、渦巻きの方向が同じであると、上下の配線導体５間で流れる信号の向きが逆になり電磁誘導が打ち消し合い、信号（高周波信号）が正確に流れ難くなる。

配線導体５、第１および第２の電極パッド３,４、第１および第２の貫通導体６,７および層間導体８は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，金，パラジウム，白金等の金属材料から成る。

配線導体５、第１および第２の電極パッド３,４、第１および第２の貫通導体６,７および層間導体８は、例えば、全部がタングステンからなる場合、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、各絶縁層２となるグリーンシートの上面に印刷塗布するとともに、各絶縁層２に予め打抜き加工等で形成しておいた貫通孔の内部に印刷塗布し充填することにより形成される。生産性を考慮すれば、これらを全部、同種の材料で形成することが好ましい。なお、金属ペーストとグリーンシートとの間で焼成時の収縮の割合を合わせて、絶縁基体１に対する被着の強度を確保すること等を目的として、金属ペーストにセラミック粉末やガラス粉末等のフィラー粉末を添加したり、添加する割合を各部位ごとに異ならせたりしてもよい。

本発明のアンテナ配線基板９によれば、配線導体５は絶縁層２の上面に形成されているため、絶縁層２の上面における巻き数を多くすることに加えて、絶縁層２の層数を増やすことによっても巻き数を多くすることができる。そのため、アンテナ配線基板９の外形寸法を小型に維持しながら、配線導体５により信号の授受の精度を優れたものとすることができ、小型かつ高精度のアンテナ配線基板９を提供することができる。この場合、アンテナ配線基板９の厚さを薄く抑えるために、各絶縁層２の厚さを薄くすることが好ましい。例えば、ＩＣカードの用途では、絶縁基体１の厚さは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、アンテナの送受信の感度を確保しながら、上記厚さを満たすためには、各絶縁層２の厚さは０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、渦巻状の配線導体５の巻き数は、信号の授受の感度をより確実に確保するために、各絶縁層２の上面において３重以上の巻き数であることが好ましい。

絶縁層２の厚さを薄くする場合、上下の配線導体５の間の電気絶縁性の劣化を防ぐために、上下に隣り合う配線導体５について、平面視で重ならないように形成すること、つまり上層の渦巻状の配線導体５の間の渦巻状の空隙部分に、下層の渦巻状の配線導体５が位置するようにして形成することが好ましい。またこの場合、配線導体５が形成されている部分を上下の絶縁層２の間でずらすことができるので、配線導体５の厚さに起因して絶縁基体１の上面や下面に凹凸が生じることを有効に防止することができる。これにより、第１および第２の電極パッド３,４が形成されている面の平坦度を良好とし、例えば、アンテナ配線基板９を、外部の電気回路基板に対して容易かつ強固に電気的接続させて搭載することができる。

第１および第２の電極パッド３,４が接続される外部の電気回路（図示せず）は、例えば、半導体素子の集積回路、増幅回路、フィルター回路等であり、外部の電気回路の所定位置に半田等の導電性接続材を介して電気的に接続される。第１および第２の電極パッド３,４は、例えば、円形状や楕円形状、四角形状等の形状に形成され、外部の電気回路に対する接続を容易かつ強固なものとする上では、互いの電気絶縁性を確保できる範囲で大きいほど好ましい。また、第１および第２の電極パッド３,４は、識別のために、異なる形状や寸法としてもよい。また、識別用のマークを絶縁基体１の上面に形成してもよい。

また、第１および第２の電極パッド３,４は、露出面にニッケルや金，銅，銀，白金，パラジウム，錫，半田等から成るめっき層を被着させて、酸化腐食の防止や接触抵抗の低減、半田等の接続材の濡れ性の向上等を行なうようにしてもよい。

また、本発明のアンテナ配線基板９において、第１および第２の電極パッド３,４は、絶縁基体１の上面に搭載される半導体素子（図示せず）に電気的に接続されており、配線導体５は、それらの全てが平面視で半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることが好ましい。これにより、半導体素子が接続されて一体的に信号の授受および情報の処理を行なうことができるとともに、アンテナ配線基板９の外形寸法を半導体素子と同程度に小さく抑えることができ、より実用性に優れるとともに、小型化がより確実なアンテナ配線基板９とすることができる。

また、半導体素子が、配線導体５が形成されている絶縁層２とは異なる最上層の絶縁層２に搭載されるため、最上層の絶縁層２により配線導体５と半導体素子との間を従来よりも有効に電磁的に遮断することができ、半導体素子の誤動作や信号へのノイズの混入等の不具合の発生をより確実に防止することができ、より精度の高い信号の授受および処理を行なうことが可能なアンテナ配線基板９とすることができる。この場合、最上層の絶縁層２の厚さを、他の絶縁層２，２ａの厚さよりも厚くしておくとよく、電磁遮蔽をより効果的に行なわせることができる。

また、最上層の絶縁層２の下面にフェライト等の電磁遮蔽材料からなる電磁遮蔽層（シールド層：図示せず）を形成しておいてもよい。なお、電磁遮蔽層は、その下層側の渦巻状の配線導体５との電気的短絡を避けるために、電磁遮蔽層の下面をセラミック層等の絶縁層で被覆する必要がある。

また、最上層の絶縁層２に凹部（図示せず）を形成し、凹部内に半導体素子を収納するようにしてもよい。また、凹部の内面に上述のような電磁遮蔽層を被着させて、凹部に収容された半導体素子に対する電磁的な遮蔽をさらに向上させるようにしてもよい。

なお、半導体素子は、アンテナ配線基板９において記憶装置や演算装置として機能する。例えば、外部から受信した信号を記憶したデータと比較し、演算処理して料金の計算、真贋判定等の所定の処理、処理結果の送信等を行なう。

半導体素子は、１個に限らず、アンテナ配線基板９の使用目的や機能等に応じて複数個搭載してもよい。また、半導体素子に加えて、容量素子や抵抗器等の電子部品を搭載してもよい。

なお、本発明は上記の実施の形態の例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で種々の変更、改良を施すことは何ら差し支えない。例えば、絶縁基体１は、図１の例では四角板状であるが、角部を丸く面取りして角部で機械的な破壊が生じることを防止するようにしてもよく、または円板状でもよい。また、絶縁基体１の側面等の外面に樹脂等からなる緩衝材層を形成してもよい。

本発明のアンテナ配線基板の実施の形態の一例を示し、各絶縁層ごとに分解して示した分解斜視図である。

符号の説明

１・・・絶縁基体
２・・・絶縁層
３・・・第１の電極パッド
４・・・第２の電極パッド
５・・・配線導体
６・・・第１の貫通導体
７・・・第２の貫通導体
８・・・層間導体
９・・・アンテナ配線基板

Claims (2)

1. 複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基体と、最上層の絶縁層の上面に形成された第１および第２の電極パッドと、前記最上層の絶縁層以外の前記絶縁層の上面にそれぞれ形成されるとともに互いに電気的に直列接続された渦巻き状の配線導体と、前記第１の電極パッドおよび前記最上層の絶縁層直下の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第１の貫通導体と、前記第２の電極パッドおよび最下層の前記絶縁層に形成された前記配線導体を電気的に直列接続する第２の貫通導体とを具備していることを特徴とするアンテナ配線基板。
2. 前記第１および第２の電極パッドは、前記絶縁基体の上面に搭載される半導体素子に電気的に接続されており、前記配線導体は、それらの全てが平面視で前記半導体素子の外形で囲まれる領域内に形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ配線基板。

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