JP4671446B2 - 電磁誘導モジュール - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの無線通信や、非接触給電などに用いられる電磁誘導モジュールに関する。

電磁誘導モジュールは、回路基板上に設けたループ状アンテナと、ループ状アンテナへの入出力を制御する送受信回路により構成される。さらに、導体を含む領域に設置する場合は、特許文献１に開示されているように導体を含む領域側に磁性シートを設ける場合もあり、さらにループ状アンテナとコンデンサによる共振回路を設けることで検出信号を大きくする構成をとる場合もある。

また電磁誘導モジュールは、少なくともループ状アンテナの内側端部と外側端部を送受信回路まで電気的に接続する構成が必要となる。特に送受信回路がループ状アンテナの外側にある場合には、ループ状アンテナの内側端部よりループ状アンテナの外側へ引き出すため、回路基板に設けたループ状アンテナの内側から外側へ跨ぐような導電配線が必要となる。従来技術には前記の導電配線の構成がいくつか開示されている。

例えば、特許文献２では導電配線としてジャンパ線を用いる構成が開示され、特許文献３では導電配線としてループ状アンテナの上に形成された絶縁層に密着するフォトリソグラフィや印刷、転写技術により形成した導体を用いる構成が開示されている。

特開２００７−２１４７５４号公報 特開平１１−３４１１号公報 特許第３１４６８８４号公報

携帯機器は極力薄く小型であることが要求され、新規仕様も多く出されることから電磁誘導モジュールが携帯機器に内蔵される場合は、電磁誘導モジュールについても薄型であること、量産性と仕様変更の柔軟な対処を両立することが求められる。

ループ状アンテナの内側から外側へ接続する導電配線としてジャンパ線を用いると、ループ状アンテナの導電接続を行う際にもジャンパ線は断面が丸いため転がりやすく実装に手間が掛かるため、充分な量産性があるとは言えない。

また、ループ状アンテナの内側から外側へ接続する導電配線として、ループ状アンテナの上に形成された絶縁層に密着する導体を用いた場合は、ループ状アンテナと導電配線が近接するため、線間容量が発生し、特にループ状アンテナとコンデンサにより共振回路を形成した場合には、絶縁層の厚さや導電配線の幅によって電磁誘導モジュールの共振周波数のばらつきが増加してしまう。

また、共振回路を用いない場合であっても、線間容量のばらつきによっては、ループ状アンテナと送受信回路のインピーダンスマッチングが外れてしまう可能性がある。

本発明によれば、回路基板の一方の面に、１ターン以上のループを有するループ状アンテナと、前記ループ状アンテナの内側端部と導電する第１の電極部と、前記第１の電極部より前記ループ状アンテナのより外側の領域に配置した第２の電極部と、前記第１の電極部と第２電極部を導電接続する表面実装部品と、前記ループ状アンテナの外側端部と導電する第３の電極部と、前記ループ状アンテナより内側の領域に配置した第４の電極部と、前記第３の電極部と前記第４の電極部を導電接続する表面実装部品と、前記第４の電極部と前記ループ状アンテナの最も内側のループを電気的に接続する電子部品を備え、前記回路基板の他方の面の全面に、磁性シートを設けたことを特徴とする電磁誘導モジュールが得られる。

本発明によれば、電子部品は、コンデンサであることを特徴とする上記の電磁誘導モジュールが得られる。また、本発明によれば、前記表面実装部品は、抵抗またはインダクタのうちの少なくとも１つであることを特徴とする上記の電磁誘導モジュールが得られる。

本発明により、量産性が高く、接続箇所も安定していて、静電容量による共振周波数あるいはマッチングインピーダンスばらつきの影響を少なくしたコイル状のアンテナ両端部より内側と外側へ跨ぐ導電接続手段を提供することができる。

本発明の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。

図１は本発明の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。電磁誘導モジュールには回路基板１１、磁性シート１２、ループ状アンテナ４が配置されている。以下では電磁誘導モジュールの詳細な構成を述べる。

ループ状アンテナ４の内側端部と電極２１は導体パターンが繋がっていて、例えばジャンパチップなどによる表面実装部品５１を介してループ状アンテナ４の外側の電極２２と導電接続している。さらに電極２２と外部接続端子３２は導体パターンが繋がっている。

ループ状アンテナ４の外側端部と電極２３および外部接続端子３１は導体パターンが繋がっていて、例えばジャンパチップなどによる表面実装部品５２を介してループ状アンテナ４の内側の電極２４と導電接続している。さらに電極２４と電極４１は導電パターンが繋がっていて、複数の電極４１と複数の電極４２は複数のチップコンデンサによる表面実装部品５３によって各々電気的に接続されている。

すなわち、電極４２とループ状アンテナ４の最も内側のループの導電パターンが繋がっているため、電極２４とループ状アンテナ４の最も内側のループの間にチップコンデンサによる表面実装部品５３が並列接続された構成となっている。

ループ状アンテナ４および電極２１、２２、２３、２４、４１、４２は回路基板１１の上に導体パターン形成をすればよく、電極２１、２２、２３、２４、４１、４２および外部接続端子３１、３２以外は図示しない絶縁層により被覆し、露出した電極２１、２２、２３、２４、４１、４２および外部接続端子３１、３２には表面実装部品５１、５２、５３などと接続するためにニッケルめっきや金めっきなどが施される。

図１の構成の電磁誘導モジュールでは、ループ状アンテナ４とチップコンデンサによる表面実装部品５３により共振回路を形成し、外部接続端子３１、３２と図示しない送受信回路とが接続されている。共振周波数は、あらかじめ目的の周波数よりも低くなるよう表面実装部品５３の静電容量を設定しておき、電極４１のいずれかの間の導電パターンか、電極４２のいずれかの間の導電パターンを切断することによって、並列回路から必要分の表面実装部品５３との電気的接続を切り離し、目的の共振周波数にあわせる調整を行う。

ここで、回路基板１１はプリント基板のほか、フレキシブル基板などを用いることができる。磁性シート１２と回路基板１１は両面テープや接着剤などによって貼り合わせればよい。

また、磁性シート１２は、フェライト板であっても良いが、可撓性が必要な場合には軟磁性粉と結合材によって構成された磁性シートや、薄いフェライト板の両面にテープを貼り合わせた後砕いたシート状部材などを用いると良い。

表面実装部品５１、５２として導電経路が回路基板１１から最も離れた面に形成されたジャンパチップを用いることで、ループ状アンテナ４と表面実装部品５１、５２における導電経路との間の距離を離し、線間容量の影響を抑えた導電接続を行える。また、外部接続端子３１、３２との接続時にインピーダンスマッチングを取るために表面実装部品５１、５２としてチップ抵抗、チップインダクタを用いても良い。また、ループ状アンテナ４の内側から外側まで表面実装部品１個では届かない場合は、ループ状アンテナ４の内側から外側までの間に中継する電極部を設けて複数の表面実装部品を用いて導電接続しても良い。

なお、表面実装部品５１、５２としてチップコンデンサを用いた場合は、インピーダンスが大きく変化するため、インピーダンスマッチングに用いる用途には不向きである。

もちろん、図１の構成における磁性シート１２、表面実装部品５３が無くても本発明の効果を享受することができる。また、表面実装部品５３の数も調整する共振周波数のばらつき範囲に応じて適宜変更しても構わない。周波数調整が不要の場合は、表面実装部品５３が１個でも構わない。

図２は本発明の他の実施の形態における電磁誘導モジュールを示した斜視図である。図２のように、電極２２と電極２３が導電パターンで繋がっていて、外部接続端子３１、３２が無く、送受信回路を含むＩＣチップ６を電極２３と電極２４に導電接続しても本発明を実施することが可能である。

（実施例１）
図１の構成で、外形４０ｍｍ×３０ｍｍ、０．２ｍｍ厚のフレキシブルプリント基板よりなる回路基板１１の片面に、４ターン巻のループ状アンテナ４と外部接続端子３１、３２とループ状アンテナ４のループ内に表面実装部品５３（セラミックコンデンサ２ｐＦ×３個、１００ｐＦ×２個）用の導電配線パターンと外部接続端子３１、３２を形成し、複数の表面実装部品５３をリフロー実装した。

さらに、０．８ｍｍ厚さのセンダストの扁平状軟磁性粉と有機結合剤（塩素化ポリエチレン）よりなる電磁波干渉抑制体シートの両面に３０μｍ厚さ両面テープを貼り合わせた上で、ビク型により抜き加工を行い、コンデンサ実装部及びコンデンサからループ状アンテナまたは電極まで接続される導電配線パターン部へ図示しない開口部を設けた回路基板１１の外形と同形状の磁性シート１２を作製した。

その後、磁性シート１２を回路基板１１の外形により位置あわせを行う治具を用いて回路基板１１に貼り付け、電磁誘導モジュールを作製した。磁性シート１２の残る粘着面により、電磁誘導モジュールを図示しない機器に実装した。機器側の回路は、電磁誘導モジュールの外部接続端子３１、３２で接続され、電磁誘導モジュールで受信した信号は機器側の送受信回路により検出がなされる。

次に電磁誘導モジュールのループ状アンテナ４と表面実装部品５３を並列接続することで共振回路を形成し、外部に設けたループ状アンテナ等により電磁波を入射し、反射を測定することにより共振周波数を特定した。

この電磁誘電モジュールを１００個作製した。この電磁誘電モジュールの共振周波数を測定した所、１６．４５ＭＨｚを中心としてレンジとして２００ｋＨｚのバラツキを持っていた。一方、通常使用で必要とされる共振周波数としては、１６．７ＭＨｚを中心としてレンジとして１００ｋＨｚのバラツキ以内に抑えることが求められる。

そこで、共振周波数が外れている場合には、各々の表面実装部品５３に接続されている導電配線パターンのうち、各々の表面実装部品５３間を繋ぐ配線パターンの一部にパンチ穴を開けることで切断し、複数のコンデンサにより合成される静電容量を変更し、共振周波数の調整を行った。

この場合は、２ｐＦコンデンサ１個の導電配線を切断することで１３６ｋＨｚ移動することが分かった。従って、２ｐＦ×３個を共振周波数の調整用コンデンサとして用いることにより、最大約４００ｋＨｚ修正できるので、充分に通常の使用で用いられる共振周波数の範囲に設定することができた。例えば、この共振周波数の調整は、周波数のずれ量が２００ｋＨｚの場合は、２ｐＦ×２個のコンデンサ導電パターンを切断することより共振周波数を調整することができる。

本実施例では、面実装部品である３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのジャンパ抵抗による表面実装部品５１、５２をリフロー実装している。

（実施例２）
図２の構成で、磁性シート１２以外は、全く実施例１と同じ仕様の電磁誘導モジュールを１００個作製した。磁性シート１２は、厚さ０．２ｍｍのＭｎ−Ｚｎフェライト板の両面を５０μｍ厚のＰＥＴテープで被覆し、１ｍｍ間隔の凹凸を持つ治具により砕いたものを使用し、実施例１と同様に両面に両面テープを貼り合わせた上で、ビク型により抜き加工を行い、図示しない開口部を設けた回路基板１１の外形と同形状の磁性シート１２を作製した。

その後、実施例１と同じようにして電磁誘導モジュールを製造し、共振周波数の測定と、微調整を行った。実施例２の結果でも実施例１とほぼ同じく１６．４５ＭＨｚを中心としてレンジとして２００ｋＨｚのバラツキを持つことが分かった。共振周波数の微調整も同様に可能であった。

本実施例でも、面実装部品である３．２ｍｍ×１．６ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのジャンパ抵抗による表面実装部品５１をリフロー実装している。

（実施例３）
回路基板１１は、実施例１と同じフレキシブルプリント基板を用いて、同様に回路基板１１の片面に導電配線パターンを形成した。ループ状アンテナ４はアンテナ導体厚が１００μｍで４ターン巻のループを形成し、ループ内に表面実装部品５３（セラミックコンデンサ２００ｎＦを７個、２ｎＦを３個）用の導電配線パターンを形成し、また、２つの外部接続端子３１、３２も同様に形成し、複数のコンデンサによる表面実装部品５３をリフロー実装した。

磁性シート１２として、１０ｍｍ角で１ｍｍ厚さのＭｎ−Ｚｎフェライト板のタイルを並べて、両面を５０μｍ厚のＰＥＴテープで被覆した軟磁性フェライト板を用い、パンチで、所定の開口部を打ち抜いて形成したものを使用した。この磁性シート１２の両面に実施例１と同じ両面テープを貼り合わせた。

その後、磁性シート１２を回路基板１１の外形により位置あわせを行う治具を用いて回路基板１１に貼り付け、電磁誘導モジュールを１００個作製した。次に電磁誘導モジュールのループ状アンテナ４と表面実装部品５３を並列接続することで共振回路を形成して共振周波数を測定し、共振周波数が外れている場合には、各々の表面実装部品５３に接続されている導電配線パターンのうち、各々の表面実装部品５３の間にパンチ穴を開けることで切断し、複数のコンデンサにより合成される静電容量を変更し、共振周波数が１００ｋＨｚに近くなるように調整した。

磁性シート１２の残る粘着面により、電磁誘導モジュールを機器側に実装した。機器側の回路は、電磁誘導モジュールの外部接続端子３１、３２で接続され、電磁誘導モジュールで受信した信号は図示しない送信検出回路により検出がなされる。外部の給電装置の電磁誘導モジュールに、機器側の実施例３の電磁誘導モジュールを約１ｍｍに近づけて、図示しない送信検出回路の検出信号を整流することで、非接触給電の電力を引き出すことができ、周波数１００ｋＨｚ、１Ｗの電力伝送を行うことができた。

本実施例では、面実装部品である６．３ｍｍ×３．２ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのジャンパ抵抗による表面実装部品５１をリフロー実装している。

（比較例１）
実施例１の構成にて、表面実装部品５１、５２を配置せず、電極２１、２２および電極２３、２４にスルーホールを形成し、回路基板１１のループ状アンテナ４を表面とした場合の裏面に導電配線パターンを、電極２１、２２および電極２３、２４を繋ぐように形成することで、電極２１、２２および電極２３、２４の導電接続を行ったところ、調整前の共振周波数のばらつきは、実施例１と同じレンジとして２００ｋＨｚのバラツキとなった。

（比較例２）
実施例１の構成にて、表面実装部品５１、５２を配置せず、電極２１、２２および電極２３、２４間に導電接続するように銀ペーストを印刷したところ、調整前の共振周波数のバラツキは、レンジとして３００ｋＨｚと実施例１よりも大きくなった。

１１ 回路基板
１２ 磁性シート
２１、２２、２３、２４、４１、４２ 電極
３１、３２ 外部接続端子
４ ループ状アンテナ
５１、５２、５３ 表面実装部品
６ ＩＣチップ

Claims (3)

1. 回路基板の一方の面に、１ターン以上のループを有するループ状アンテナと、前記ループ状アンテナの内側端部と導電する第１の電極部と、前記第１の電極部より前記ループ状アンテナのより外側の領域に配置した第２の電極部と、前記第１の電極部と第２電極部を導電接続する表面実装部品と、前記ループ状アンテナの外側端部と導電する第３の電極部と、前記ループ状アンテナより内側の領域に配置した第４の電極部と、前記第３の電極部と前記第４の電極部を導電接続する表面実装部品と、前記第４の電極部と前記ループ状アンテナの最も内側のループを電気的に接続する電子部品を備え、前記回路基板の他方の面の全面に、磁性シートを設けたことを特徴とする電磁誘導モジュール。
2. 前記電子部品は、コンデンサであることを特徴とする、請求項１に記載の電磁誘導モジュール。
3. 前記表面実装部品は、抵抗またはインダクタのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁誘導モジュール。

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