線圈天線元件以及天線模塊的制作方法

文檔序號：12180922閱讀：391來源：國知局

技術領域

本發明涉及線圈天線元件，尤其涉及包括具有磁性層的芯子以及線圈導體的線圈天線元件，該線圈導體以磁性層的一部分構成磁芯、并以卷繞軸沿芯子的主面延伸的方式設置于芯子上。

本發明還涉及天線模塊，涉及將包含線圈天線元件的用于無線通信的多個無線通信元件安裝在印刷布線板上而形成的天線模塊。

背景技術：

專利文獻1中揭示了該種線圈天線元件的一個示例。根據背景技術，磁性體天線以電極材料將由磁性體以及非磁性體構成的芯子作為中心形成為線圈狀的方式得以形成。此外，在形成線圈狀的電極材料的一個或者兩個外側面上形成有絕緣層。并且，垂直于磁通的芯子剖面形成為磁性體被非磁性體所分割開。由此，能同時實現小型化與通信靈敏度的提高。

另外，“線圈天線”是指經由線圈導體產生的磁場與通信對象側天線進行無線通信的天線，作為無線信號的頻率主要利用HF頻帶。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2009-284476號公報

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

然而、背景技術中，線圈狀的電極材料卷繞于芯子的表面，因此在芯子的側面方向以及主面方向產生各方向相同的磁場。于是，由于與安裝于磁性體天線附近的金屬物體之間發生磁場干擾而引起磁場形成問題，由此可能導致無線通信性能劣化。具體而言，也可能無法確保充分的通信距離，或者由于金屬物體的安裝位置的變更而導致通信特性產生偏差。

因此，本發明的主要目的在于，提供一種能抑制無線通信性能的劣化的線圈天線元件。

本發明的其他目的在于，提供一種能抑制無線通信性能的劣化的天線模塊。

解決技術問題所采用的技術方案

根據本發明，線圈天線元件(10：相當于實施例中的參照標號下同)包括具有磁性層(SH2a～SH2c)的芯子(12)、以及以磁性層的一部分構成磁芯、且卷繞軸沿芯子的主面延伸的方式設置于芯子上的線圈導體(14)，線圈導體具有：線狀導體部(14a、14a、…、14b、14b、…)，該線狀導體部(14a、14a、…、14b、14b、…)形成為沿芯子的主面延伸；以及通孔導體部(14c、14c、…、14d、14d、…)，該通孔導體部(14c、14c、…、14d、14d、…)以被磁性層包圍的方式形成在芯子的厚度方向上，線狀導體部的至少一部分形成為位于磁性層的外側。

優選為線狀導體部包括：多個第1線狀導體(14b、14b、…)，該多個第1線狀導體(14b、14b、…)各自在磁性層的一個主面側延伸；以及多個第2線狀導體(14a、14a、…)，該多個第2線狀導體(14a、14a、…)各自在磁性層的另一個主面側延伸，多個通孔導體部與多個第1線狀導體以及多個第2線狀導體一起形成卷繞體。

一方面，芯子還具有第1低磁導率層(SH1b)，該第1低磁導率層(SH1b)的磁導率比磁性層的磁導率要低，并層疊在磁性層的一個主面側，且在從磁性層游離開的位置對多個第1線狀導體的至少一部分進行支承。

更優選，多個第1線狀導體各自包含通過通孔導體部而并聯連接的多個第1部分線狀導體，多個第1部分線狀導體的一部分由第1低磁導率層進行支承。

多個第1部分線狀導體各自的線寬可以隨著距磁性層的距離的增大而擴大。此外，從層疊方向觀察，多個第1部分線狀導體可以各自設置在相互不同的位置。

其他方面，芯子還具有第2低磁導率層(SH1a、SH1a_1)，該第2低磁導率層(SH1a、SH1a_1)的磁導率比磁性層的磁導率要低，并層疊在磁性層的另一個主面側，且在從磁性層游離開的位置對多個第2線狀導體的至少一部分進行支承。

更優選，多個第2線狀導體各自包含通過通孔導體部而并聯連接的多個第2部分線狀導體，多個第2部分線狀導體的一部分由第2低磁導率層進行支承。

另一方面，多個第1線狀導體各自在對于構成芯子的多個側面中、卷繞軸相交的特定側面呈第1角度的第1方向上延伸，多個第2線狀導體各自在對于特定側面呈比第1角度要大的第2角度的第2方向上延伸。

更優選為，還包括設置于磁性層的另一個主面側、并與線圈導體的兩端分別連接的多個端子(16a、16b)，多個第1線狀導體中的兩個構成線圈導體的兩端。

優選為，芯子還具有安裝層(SH1c)，該安裝層(SH1c)層疊于磁性層的一個主面側，且安裝有與線圈導體進行聯動的無線通信元件(20、30)，無線通信元件通過通孔導體部與線圈導體相連接。

根據本發明，天線模塊(50)通過在印刷布線板(40)上安裝包含線圈天線元件(10)在內的無線通信用的多個無線通信元件(10、20、30)而構成，線圈天線元件包括具有磁性層(SH2a～SH2c)的芯子(12)以及以磁性層的一部分構成磁芯、且卷繞軸沿芯子的主面延伸的方式設置于芯子上的線圈導體(14)，線圈導體具有：線狀導體部(14a、14a、…、14b、14b、…)，該線狀導體部(14a、14a、…、14b、14b、…)形成為沿芯子的主面延伸；以及多個通孔導體部(14c、14c、…、14d、14d、…)，該多個通孔導體部(14c、14c、…、14d、14d、…)以被磁性層包圍的方式形成在芯子的厚度方向上，線狀導體部的至少一部分形成為位于磁性層的外側。

優選為，印刷布線板的主面具有特定角部而呈矩形，線圈天線元件安裝于特定角部的附近，以使得卷繞軸與對特定角部進行定義的兩條直線的雙方交叉。

優選為，多個無線通信元件包括以避免與卷繞軸相交的方式安裝在印刷布線板上的電感元件(30)以及/或者電容元件(30)。

優選為，多個無線通信元件包括以與卷繞軸相交的方式安裝于印刷布線板上的電感元件(60a、60b)。

發明效果

根據本發明，形成線圈導體的多個通孔導體部以被磁性層包圍的方式形成在芯子的厚度方向上，因此抑制了出現在芯子的側面的磁場。其結果是，避免了由于安裝于線圈天線元件附近的金屬物體與出現在芯子的側面的磁場之間的干擾而引起的磁場形成問題，從而維持所期望的無線通信性能。

本發明的上述目的、其它的目的、特征及優點能通過參照附圖進行的以下的用于實施例的方式的說明進一步得到明確。

附圖說明

圖1是表示本實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖2是表示本實施例的線圈天線元件的外觀的立體圖。

圖3是表示本實施例的線圈天線元件的結構的等效電路圖。

圖4是表示本實施例的天線模塊的立體圖。

圖5(A)是表示本實施例的天線模塊的俯視圖，圖5(B)是圖5(A)中所示的天線模塊沿A-A線的剖視圖。

圖6是表示本實施例的天線模塊的結構的等效電路圖。

圖7(A)是表示由線圈天線元件所形成的磁場的一部分的圖解圖，圖7(B)是表示由線圈天線元件所形成的磁場的另一部分的圖解圖。

圖8(A)是表示通過由線圈天線元件所生成的磁場而激勵出的渦流的發生區域的一個示例的圖解圖，圖8(B)是用于比較渦流的發生區域大小的參考圖。

圖9是表示線圈天線元件與印刷布線板之間的位置關系的一個示例的圖解圖。

圖10是表示其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖11是表示其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖12是表示圖11所示的線圈天線元件的外觀的立體圖。

圖13(A)是圖12所示的線圈天線元件沿B-B線剖視圖，圖13(B)是圖12所示的線圈天線元件沿C-C線的剖視圖。

圖14是表示又一其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖15是表示其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖16是表示其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖17是表示又一其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖18是表示圖17所示的線圈天線元件的外觀的立體圖。

圖19是圖18所示的線圈天線元件沿D-D線的剖視圖。

圖20是表示其他實施例的線圈天線元件分解后的狀態的圖解圖。

圖21是表示又一其他實施例的天線模塊的俯視圖。

圖22是表示圖21所示的天線模塊的結構的等效電路圖。。

具體實施方式

參照圖1以及圖2，本實施例的線圈天線元件10包括由各自的上表面或者下表面呈長方形的非磁性體片材SH1a、SH1b、以及磁性體片材SH2a～SH2c層疊而成的扁平狀的層疊體12。具體而言，在非磁性體片材SH1a上以SH2a～SH2c的順序層疊磁性體片材SH2a～SH2c，并且在磁性體片材SH2c上層疊非磁性體片材SH1b。層疊體12的上表面或下表面的長方形的長邊以及短邊分別沿X軸以及Y軸延伸，層疊體12的厚度沿Z軸增大。另外，“層疊體”等同于“芯子”。

在非磁性體片材SH1a上表面形成有多個線狀導體14a、14a、…，磁性體片材SH2c的上表面形成有多個線狀導體14b、14b、…。多個線狀導體14a、14a、…以向共同的方向延伸的狀態在X軸方向上等間隔地排列，多個線狀導體14b、14b、…也以向公共的共同延伸的狀態在X軸方向上等間隔地排列。

多個線狀導體14a、14a、…各自的兩端較磁性體片材SH2a下表面的Y軸方向兩端配置在內側。此外，多個線狀導體14a、14a、…中X軸方向上兩側的兩個線狀導體14a、14a較磁性體片材SH2a下表面的X軸方向兩端配置在內側。

此外，多個線狀導體14b、14b、…各自的兩端較磁性體片材SH2c上表面的Y軸方向兩端配置在內側。此外，多個線狀導體14b、14b、…中X軸方向上兩側的兩個線狀導體14b、14b較磁性體片材SH2c上表面的X軸方向兩端配置在內側。

其中，線狀導體14b延伸的方向是與Y軸大致平行的方向，另一方面，線狀導體14a延伸的方向是對于Y軸傾斜的方向。即，線狀導體14b沿對于Y軸呈0°的方向延伸，另一方面，線狀導體14a沿對于Y軸呈大于0°的角度的方向延伸。此外，從線狀導體14a的的一端到另一端的X軸方向的距離與相鄰的兩個線狀導體14b、14b的間隔一致。并且，某個線狀導體14a的一端以及另一端的正上方存在某個線狀導體14b的一端和其他線狀導體14b的另一端。此外，線狀導體14a的數量比線狀導體14b的數量要少一個。

層疊體12中形成有多個通孔導體14c、14c、…，該多個通孔導體14c、14c、…在Z軸方向上貫通磁性體片材SH2a～SH2c，來使線狀導體14a的一端與線狀導體14b的一端彼此連接。層疊體12中還形成有多個通孔導體14d、14d、…，該多個通孔導體14d、14d、…在Z軸方向上貫通磁性體片材SH2a～SH2c，來使線狀導體14a的另一端與線狀導體14b的另一端彼此連接的。

由于線狀導體14a的兩端與線狀導體14b的兩端的位置關系如上所述，因此通孔導體14c以及14d的四周被磁性體所包圍，線狀導體14a以及14b與通孔導體14c以及14d一起形成卷繞體(線圈導體14)。利用該卷繞體的內側的磁性體與線狀導體14a、14b以及通孔導體14c、14d來形成線圈天線。

在層疊體12的下表面形成有對應于X軸方向的正側端部附近的導電端子16a、并形成有對應于X軸方向的負側端部附近的導電端子16b。構成線圈導體14的一端的通孔導體14c進一步貫通非磁性體片材SH1a，與導電端子16a相連。構成線圈導體14的另一端的通孔導體14d進一步貫通非磁性體片材SH1a，與導電端子16b相連。

這樣制作而成的線圈天線元件10的等效電路構成為如圖3所示。根據圖3，電感器L1的一端與導電端子16a相連，電感器L1的另一端與導電端子16b相連。

參照圖4、圖5(A)～圖5(B)，線圈天線元件10以線圈導體14的卷繞軸沿著印刷布線板14的主面的方式安裝于構成天線模塊50的一部分的印刷布線板40上。此外，印刷布線板40上安裝有進行無線信號處理的RFIC元件20、還安裝有各自具有電感以及/或者電容的多個無源元件30、30、30。印刷布線板40的上表面以及下表面呈長方形，上表面形成有布線導體LD，內部的大致整個面上埋入有接地層GND。

設置于線圈天線元件10的導電端子16a以及16b經由焊料糊料與布線導體LD相連接。無源元件30也經由焊料糊料與布線導體LD相連接。另一方面，進行無線信號處理的RFIC元件20經由形成在其下表面的焊料凸點與布線導體LD相連接。

接地層GND形成為上表面以及下表面呈長方形。該長方形的長邊以及短邊分別比構成印刷布線板40的上表面或者下表面的長方形的長邊以及短邊要短。此外，接地層GND埋入于印刷布線板40的內部，以使得接地層GND的上表面以及下表面對于印刷布線板40的上表面以及下表面平行，且構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的長邊以及短邊呈對于構成印刷布線板40的上表面或者下表面的長方形的長邊以及短邊平行延伸的狀態。

線圈天線元件10以構成層疊體12的上表面或者下表面的長方形的長邊呈對于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的長邊平行延伸的狀態，安裝于印刷布線板40中比上表面中央更靠近X軸方向的負側且比上表面中央更靠近Y軸方向的負側的位置上。其中，從Z軸方向觀察，構成層疊體12的上表面或者下表面的長方形收納于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的內側。

這樣制作而成的天線模塊50的等效電路構成為如圖6所示。根據圖6，電感器L1的一端經由電容器C2以及電感器L2與RFIC20的端子T1相連，電感器L1的另一端經由電容器C3以及電感器L3與RFIC20的端子T2相連。此外，電感器L1與電容器C2的連接點與電容器C1的一端相連，電感器L1與電容器C3的連接點與電容器C1的另一端相連。

并且，電容器C2與電感器L2的連接點與電容器C4的一端相連，電容器C3與電感器L3的連接點與電容器C4的另一端相連。此處，電感器L2、L3以及電容器C4形成濾波電路，電容器C1～C3形成匹配電路。另外，電感器L1～L3以及電容器C1～C4由貼片狀的無源元件30構成。

如上所述，形成線圈天線元件10的線圈導體14以磁性體的一部分構成磁芯，且卷繞軸沿層疊體12的主面延伸的方式設置于層疊體12上。此外，構成線圈導體14的一部分的通孔導體14c以及14d以被磁性體包圍的方式向層疊體12的厚度方向延伸。

因此，如圖7(A)～圖7(B)所示，由線圈導體14生成的磁場向X軸方向以及Z軸方向較大地擴展，而在Y軸方向，被封在層疊體12的內部。即，出現在面向Y軸方向的層疊體12的側面的磁場被大大地抑制。其結果，避免了安裝于線圈天線元件10的周邊的無源元件30與由線圈導體14生成的磁場產生干擾而導致的磁場形成問題，從而能維持所期望的無線通信性能。尤其是在無源元件30包含磁性體貼片元器件的情況下，其效果尤為顯著。

此外，線圈天線元件10以構成層疊體12的上表面或者下表面的長方形的長邊呈對于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的長邊平行延伸的狀態，安裝在構成層疊體12的上表面或者下表面的長方形收納于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形中的位置上。

因此，位于磁性體的下側的多個線狀導體14a、14a、…對于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的短邊傾斜延伸，另一方面，位于磁性體的正側的多個線狀導體14b、14b、…對于構成接地層GND的上表面或者下表面的長方形的短邊平行延伸。此外，位于磁性體的上側的多個線狀導體14b、14b、…中X軸方向兩端的兩個線狀導體14b、14b與設置于層疊體12的下表面的導電端子16a以及16b相連接。

因此，在線圈導體14的X軸方向的負側端部在圖8(A)的陰影所示區域中產生渦流。其中，該陰影區域的面積與線狀導體14b對于接地層GND的短邊向傾斜方向延伸并且線狀導體14a對于接地層GND的短邊平行延伸時的面積(參照圖8(B))相比要小。其結果是，能抑制由于渦流的產生而導致的損耗。

此外，線圈天線元件10的配置以及線狀導體14a、14b的長度方向如上所述，由此，線圈導體14的卷繞軸設為與構成印刷布線板40的上表面或者下表面的長方形的特定角部(X軸方向的負側且Y軸方向的負側的角部)的兩條直線交叉(參照圖9的箭頭)。由此，進行無線信號的處理的RFIC元件20以及無源元件30能避免妨礙線圈元件10中的磁場生成的情況。

另外，本實施例中，采用非磁性體片材作為片材SH1a～SH1b，采用磁性體片材作為片材SH2a～SH2c。然而，可以采用磁性體片材作為片材SH2a、SH2c，或者采用磁性體片材作為片材SH1a。也可以采用磁導率比磁性體片材的磁導率要低的片材來代替非磁性體片材。

參照圖10，其他實施例的線圈天線元件10除了以下幾點以外，與圖1所示的天線線圈元件10相同，即，在非磁性體片材SH1與磁性體片材SH2a之間層疊有其他非磁性體片材SH1a1的點，線狀導體14b、14b、…形成于非磁性體片材SH1b的上表面而非磁性體片材SH2c，以及通孔導體14c、14c、…、14d、14d、…進一步貫通磁性體片材SH1a_1以及SH1b。

根據本實施例，線狀導體14a、14a、…以從磁性體片材SH2a的下表面游離的方式被非磁性體片材SH1a以及SH1a_1支承。同樣，線狀導體14b、14b、…也以從磁性體片材SH2c的上表面游離的方式被非磁性體片材SH1b支承。線狀導體14a、14a、…、14b、14b、…被非磁性體包圍，由此改善了磁場的輻射特性(即通信距離)。

參照圖11～圖12，其他實施例的線圈天線元件10除了以下幾點以外，與圖1所示的天線線圈元件10相同，即，除了磁性體片材SH2c的上表面以外，也在非磁性體片材SH1b的上表面形成線狀導體14b、14b、…，以及通孔導體14c、14c、…、14d、14d、…進一步貫通非磁性體片材SH1b。

層疊體12的B-B剖面具有圖13(A)所示的結構。即，從Z軸方向觀察、重復的兩個線狀導體14b以及14b通過通孔導體14c以及14b并聯連接。由此，線圈導體14的串聯電阻(導體損耗)降低，改善了天線特性。層疊體12的C-C剖面具有圖13(B)所示的結構。由于線狀導體14b、14b、…彼此接近，因此各個線狀導體14b所生成的磁場發生合成，增大了磁場環路。其結果是，結合非磁性體片材SH1b的上表面的線狀導體14b、14b、…從磁性體片材SH2c游離，由此進一步改善了磁場的放射特性。