线圈天线元件以及天线模块的制作方法

文档序号：12180922阅读：313来源：国知局

技术领域

本发明涉及线圈天线元件，尤其涉及包括具有磁性层的芯子以及线圈导体的线圈天线元件，该线圈导体以磁性层的一部分构成磁芯、并以卷绕轴沿芯子的主面延伸的方式设置于芯子上。

本发明还涉及天线模块，涉及将包含线圈天线元件的用于无线通信的多个无线通信元件安装在印刷布线板上而形成的天线模块。

背景技术：

专利文献1中揭示了该种线圈天线元件的一个示例。根据背景技术，磁性体天线以电极材料将由磁性体以及非磁性体构成的芯子作为中心形成为线圈状的方式得以形成。此外，在形成线圈状的电极材料的一个或者两个外侧面上形成有绝缘层。并且，垂直于磁通的芯子剖面形成为磁性体被非磁性体所分割开。由此，能同时实现小型化与通信灵敏度的提高。

另外，“线圈天线”是指经由线圈导体产生的磁场与通信对象侧天线进行无线通信的天线，作为无线信号的频率主要利用HF频带。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-284476号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而、背景技术中，线圈状的电极材料卷绕于芯子的表面，因此在芯子的侧面方向以及主面方向产生各方向相同的磁场。于是，由于与安装于磁性体天线附近的金属物体之间发生磁场干扰而引起磁场形成问题，由此可能导致无线通信性能劣化。具体而言，也可能无法确保充分的通信距离，或者由于金属物体的安装位置的变更而导致通信特性产生偏差。

因此，本发明的主要目的在于，提供一种能抑制无线通信性能的劣化的线圈天线元件。

本发明的其他目的在于，提供一种能抑制无线通信性能的劣化的天线模块。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本发明，线圈天线元件(10：相当于实施例中的参照标号下同)包括具有磁性层(SH2a～SH2c)的芯子(12)、以及以磁性层的一部分构成磁芯、且卷绕轴沿芯子的主面延伸的方式设置于芯子上的线圈导体(14)，线圈导体具有：线状导体部(14a、14a、…、14b、14b、…)，该线状导体部(14a、14a、…、14b、14b、…)形成为沿芯子的主面延伸；以及通孔导体部(14c、14c、…、14d、14d、…)，该通孔导体部(14c、14c、…、14d、14d、…)以被磁性层包围的方式形成在芯子的厚度方向上，线状导体部的至少一部分形成为位于磁性层的外侧。

优选为线状导体部包括：多个第1线状导体(14b、14b、…)，该多个第1线状导体(14b、14b、…)各自在磁性层的一个主面侧延伸；以及多个第2线状导体(14a、14a、…)，该多个第2线状导体(14a、14a、…)各自在磁性层的另一个主面侧延伸，多个通孔导体部与多个第1线状导体以及多个第2线状导体一起形成卷绕体。

一方面，芯子还具有第1低磁导率层(SH1b)，该第1低磁导率层(SH1b)的磁导率比磁性层的磁导率要低，并层叠在磁性层的一个主面侧，且在从磁性层游离开的位置对多个第1线状导体的至少一部分进行支承。

更优选，多个第1线状导体各自包含通过通孔导体部而并联连接的多个第1部分线状导体，多个第1部分线状导体的一部分由第1低磁导率层进行支承。

多个第1部分线状导体各自的线宽可以随着距磁性层的距离的增大而扩大。此外，从层叠方向观察，多个第1部分线状导体可以各自设置在相互不同的位置。

其他方面，芯子还具有第2低磁导率层(SH1a、SH1a_1)，该第2低磁导率层(SH1a、SH1a_1)的磁导率比磁性层的磁导率要低，并层叠在磁性层的另一个主面侧，且在从磁性层游离开的位置对多个第2线状导体的至少一部分进行支承。

更优选，多个第2线状导体各自包含通过通孔导体部而并联连接的多个第2部分线状导体，多个第2部分线状导体的一部分由第2低磁导率层进行支承。

另一方面，多个第1线状导体各自在对于构成芯子的多个侧面中、卷绕轴相交的特定侧面呈第1角度的第1方向上延伸，多个第2线状导体各自在对于特定侧面呈比第1角度要大的第2角度的第2方向上延伸。

更优选为，还包括设置于磁性层的另一个主面侧、并与线圈导体的两端分别连接的多个端子(16a、16b)，多个第1线状导体中的两个构成线圈导体的两端。

优选为，芯子还具有安装层(SH1c)，该安装层(SH1c)层叠于磁性层的一个主面侧，且安装有与线圈导体进行联动的无线通信元件(20、30)，无线通信元件通过通孔导体部与线圈导体相连接。

根据本发明，天线模块(50)通过在印刷布线板(40)上安装包含线圈天线元件(10)在内的无线通信用的多个无线通信元件(10、20、30)而构成，线圈天线元件包括具有磁性层(SH2a～SH2c)的芯子(12)以及以磁性层的一部分构成磁芯、且卷绕轴沿芯子的主面延伸的方式设置于芯子上的线圈导体(14)，线圈导体具有：线状导体部(14a、14a、…、14b、14b、…)，该线状导体部(14a、14a、…、14b、14b、…)形成为沿芯子的主面延伸；以及多个通孔导体部(14c、14c、…、14d、14d、…)，该多个通孔导体部(14c、14c、…、14d、14d、…)以被磁性层包围的方式形成在芯子的厚度方向上，线状导体部的至少一部分形成为位于磁性层的外侧。

优选为，印刷布线板的主面具有特定角部而呈矩形，线圈天线元件安装于特定角部的附近，以使得卷绕轴与对特定角部进行定义的两条直线的双方交叉。

优选为，多个无线通信元件包括以避免与卷绕轴相交的方式安装在印刷布线板上的电感元件(30)以及/或者电容元件(30)。

优选为，多个无线通信元件包括以与卷绕轴相交的方式安装于印刷布线板上的电感元件(60a、60b)。

发明效果

根据本发明，形成线圈导体的多个通孔导体部以被磁性层包围的方式形成在芯子的厚度方向上，因此抑制了出现在芯子的侧面的磁场。其结果是，避免了由于安装于线圈天线元件附近的金属物体与出现在芯子的侧面的磁场之间的干扰而引起的磁场形成问题，从而维持所期望的无线通信性能。

本发明的上述目的、其它的目的、特征及优点能通过参照附图进行的以下的用于实施例的方式的说明进一步得到明确。

附图说明

图1是表示本实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图2是表示本实施例的线圈天线元件的外观的立体图。

图3是表示本实施例的线圈天线元件的结构的等效电路图。

图4是表示本实施例的天线模块的立体图。

图5(A)是表示本实施例的天线模块的俯视图，图5(B)是图5(A)中所示的天线模块沿A-A线的剖视图。

图6是表示本实施例的天线模块的结构的等效电路图。

图7(A)是表示由线圈天线元件所形成的磁场的一部分的图解图，图7(B)是表示由线圈天线元件所形成的磁场的另一部分的图解图。

图8(A)是表示通过由线圈天线元件所生成的磁场而激励出的涡流的发生区域的一个示例的图解图，图8(B)是用于比较涡流的发生区域大小的参考图。

图9是表示线圈天线元件与印刷布线板之间的位置关系的一个示例的图解图。

图10是表示其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图11是表示其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图12是表示图11所示的线圈天线元件的外观的立体图。

图13(A)是图12所示的线圈天线元件沿B-B线剖视图，图13(B)是图12所示的线圈天线元件沿C-C线的剖视图。

图14是表示又一其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图15是表示其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图16是表示其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图17是表示又一其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图18是表示图17所示的线圈天线元件的外观的立体图。

图19是图18所示的线圈天线元件沿D-D线的剖视图。

图20是表示其他实施例的线圈天线元件分解后的状态的图解图。

图21是表示又一其他实施例的天线模块的俯视图。

图22是表示图21所示的天线模块的结构的等效电路图。。

具体实施方式

参照图1以及图2，本实施例的线圈天线元件10包括由各自的上表面或者下表面呈长方形的非磁性体片材SH1a、SH1b、以及磁性体片材SH2a～SH2c层叠而成的扁平状的层叠体12。具体而言，在非磁性体片材SH1a上以SH2a～SH2c的顺序层叠磁性体片材SH2a～SH2c，并且在磁性体片材SH2c上层叠非磁性体片材SH1b。层叠体12的上表面或下表面的长方形的长边以及短边分别沿X轴以及Y轴延伸，层叠体12的厚度沿Z轴增大。另外，“层叠体”等同于“芯子”。

在非磁性体片材SH1a上表面形成有多个线状导体14a、14a、…，磁性体片材SH2c的上表面形成有多个线状导体14b、14b、…。多个线状导体14a、14a、…以向共同的方向延伸的状态在X轴方向上等间隔地排列，多个线状导体14b、14b、…也以向公共的共同延伸的状态在X轴方向上等间隔地排列。

多个线状导体14a、14a、…各自的两端较磁性体片材SH2a下表面的Y轴方向两端配置在内侧。此外，多个线状导体14a、14a、…中X轴方向上两侧的两个线状导体14a、14a较磁性体片材SH2a下表面的X轴方向两端配置在内侧。

此外，多个线状导体14b、14b、…各自的两端较磁性体片材SH2c上表面的Y轴方向两端配置在内侧。此外，多个线状导体14b、14b、…中X轴方向上两侧的两个线状导体14b、14b较磁性体片材SH2c上表面的X轴方向两端配置在内侧。

其中，线状导体14b延伸的方向是与Y轴大致平行的方向，另一方面，线状导体14a延伸的方向是对于Y轴倾斜的方向。即，线状导体14b沿对于Y轴呈0°的方向延伸，另一方面，线状导体14a沿对于Y轴呈大于0°的角度的方向延伸。此外，从线状导体14a的的一端到另一端的X轴方向的距离与相邻的两个线状导体14b、14b的间隔一致。并且，某个线状导体14a的一端以及另一端的正上方存在某个线状导体14b的一端和其他线状导体14b的另一端。此外，线状导体14a的数量比线状导体14b的数量要少一个。

层叠体12中形成有多个通孔导体14c、14c、…，该多个通孔导体14c、14c、…在Z轴方向上贯通磁性体片材SH2a～SH2c，来使线状导体14a的一端与线状导体14b的一端彼此连接。层叠体12中还形成有多个通孔导体14d、14d、…，该多个通孔导体14d、14d、…在Z轴方向上贯通磁性体片材SH2a～SH2c，来使线状导体14a的另一端与线状导体14b的另一端彼此连接的。

由于线状导体14a的两端与线状导体14b的两端的位置关系如上所述，因此通孔导体14c以及14d的四周被磁性体所包围，线状导体14a以及14b与通孔导体14c以及14d一起形成卷绕体(线圈导体14)。利用该卷绕体的内侧的磁性体与线状导体14a、14b以及通孔导体14c、14d来形成线圈天线。

在层叠体12的下表面形成有对应于X轴方向的正侧端部附近的导电端子16a、并形成有对应于X轴方向的负侧端部附近的导电端子16b。构成线圈导体14的一端的通孔导体14c进一步贯通非磁性体片材SH1a，与导电端子16a相连。构成线圈导体14的另一端的通孔导体14d进一步贯通非磁性体片材SH1a，与导电端子16b相连。

这样制作而成的线圈天线元件10的等效电路构成为如图3所示。根据图3，电感器L1的一端与导电端子16a相连，电感器L1的另一端与导电端子16b相连。

参照图4、图5(A)～图5(B)，线圈天线元件10以线圈导体14的卷绕轴沿着印刷布线板14的主面的方式安装于构成天线模块50的一部分的印刷布线板40上。此外，印刷布线板40上安装有进行无线信号处理的RFIC元件20、还安装有各自具有电感以及/或者电容的多个无源元件30、30、30。印刷布线板40的上表面以及下表面呈长方形，上表面形成有布线导体LD，内部的大致整个面上埋入有接地层GND。

设置于线圈天线元件10的导电端子16a以及16b经由焊料糊料与布线导体LD相连接。无源元件30也经由焊料糊料与布线导体LD相连接。另一方面，进行无线信号处理的RFIC元件20经由形成在其下表面的焊料凸点与布线导体LD相连接。

接地层GND形成为上表面以及下表面呈长方形。该长方形的长边以及短边分别比构成印刷布线板40的上表面或者下表面的长方形的长边以及短边要短。此外，接地层GND埋入于印刷布线板40的内部，以使得接地层GND的上表面以及下表面对于印刷布线板40的上表面以及下表面平行，且构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的长边以及短边呈对于构成印刷布线板40的上表面或者下表面的长方形的长边以及短边平行延伸的状态。

线圈天线元件10以构成层叠体12的上表面或者下表面的长方形的长边呈对于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的长边平行延伸的状态，安装于印刷布线板40中比上表面中央更靠近X轴方向的负侧且比上表面中央更靠近Y轴方向的负侧的位置上。其中，从Z轴方向观察，构成层叠体12的上表面或者下表面的长方形收纳于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的内侧。

这样制作而成的天线模块50的等效电路构成为如图6所示。根据图6，电感器L1的一端经由电容器C2以及电感器L2与RFIC20的端子T1相连，电感器L1的另一端经由电容器C3以及电感器L3与RFIC20的端子T2相连。此外，电感器L1与电容器C2的连接点与电容器C1的一端相连，电感器L1与电容器C3的连接点与电容器C1的另一端相连。

并且，电容器C2与电感器L2的连接点与电容器C4的一端相连，电容器C3与电感器L3的连接点与电容器C4的另一端相连。此处，电感器L2、L3以及电容器C4形成滤波电路，电容器C1～C3形成匹配电路。另外，电感器L1～L3以及电容器C1～C4由贴片状的无源元件30构成。

如上所述，形成线圈天线元件10的线圈导体14以磁性体的一部分构成磁芯，且卷绕轴沿层叠体12的主面延伸的方式设置于层叠体12上。此外，构成线圈导体14的一部分的通孔导体14c以及14d以被磁性体包围的方式向层叠体12的厚度方向延伸。

因此，如图7(A)～图7(B)所示，由线圈导体14生成的磁场向X轴方向以及Z轴方向较大地扩展，而在Y轴方向，被封在层叠体12的内部。即，出现在面向Y轴方向的层叠体12的侧面的磁场被大大地抑制。其结果，避免了安装于线圈天线元件10的周边的无源元件30与由线圈导体14生成的磁场产生干扰而导致的磁场形成问题，从而能维持所期望的无线通信性能。尤其是在无源元件30包含磁性体贴片元器件的情况下，其效果尤为显著。

此外，线圈天线元件10以构成层叠体12的上表面或者下表面的长方形的长边呈对于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的长边平行延伸的状态，安装在构成层叠体12的上表面或者下表面的长方形收纳于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形中的位置上。

因此，位于磁性体的下侧的多个线状导体14a、14a、…对于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的短边倾斜延伸，另一方面，位于磁性体的正侧的多个线状导体14b、14b、…对于构成接地层GND的上表面或者下表面的长方形的短边平行延伸。此外，位于磁性体的上侧的多个线状导体14b、14b、…中X轴方向两端的两个线状导体14b、14b与设置于层叠体12的下表面的导电端子16a以及16b相连接。

因此，在线圈导体14的X轴方向的负侧端部在图8(A)的阴影所示区域中产生涡流。其中，该阴影区域的面积与线状导体14b对于接地层GND的短边向倾斜方向延伸并且线状导体14a对于接地层GND的短边平行延伸时的面积(参照图8(B))相比要小。其结果是，能抑制由于涡流的产生而导致的损耗。

此外，线圈天线元件10的配置以及线状导体14a、14b的长度方向如上所述，由此，线圈导体14的卷绕轴设为与构成印刷布线板40的上表面或者下表面的长方形的特定角部(X轴方向的负侧且Y轴方向的负侧的角部)的两条直线交叉(参照图9的箭头)。由此，进行无线信号的处理的RFIC元件20以及无源元件30能避免妨碍线圈元件10中的磁场生成的情况。

另外，本实施例中，采用非磁性体片材作为片材SH1a～SH1b，采用磁性体片材作为片材SH2a～SH2c。然而，可以采用磁性体片材作为片材SH2a、SH2c，或者采用磁性体片材作为片材SH1a。也可以采用磁导率比磁性体片材的磁导率要低的片材来代替非磁性体片材。

参照图10，其他实施例的线圈天线元件10除了以下几点以外，与图1所示的天线线圈元件10相同，即，在非磁性体片材SH1与磁性体片材SH2a之间层叠有其他非磁性体片材SH1a1的点，线状导体14b、14b、…形成于非磁性体片材SH1b的上表面而非磁性体片材SH2c，以及通孔导体14c、14c、…、14d、14d、…进一步贯通磁性体片材SH1a_1以及SH1b。

根据本实施例，线状导体14a、14a、…以从磁性体片材SH2a的下表面游离的方式被非磁性体片材SH1a以及SH1a_1支承。同样，线状导体14b、14b、…也以从磁性体片材SH2c的上表面游离的方式被非磁性体片材SH1b支承。线状导体14a、14a、…、14b、14b、…被非磁性体包围，由此改善了磁场的辐射特性(即通信距离)。

参照图11～图12，其他实施例的线圈天线元件10除了以下几点以外，与图1所示的天线线圈元件10相同，即，除了磁性体片材SH2c的上表面以外，也在非磁性体片材SH1b的上表面形成线状导体14b、14b、…，以及通孔导体14c、14c、…、14d、14d、…进一步贯通非磁性体片材SH1b。

层叠体12的B-B剖面具有图13(A)所示的结构。即，从Z轴方向观察、重复的两个线状导体14b以及14b通过通孔导体14c以及14b并联连接。由此，线圈导体14的串联电阻(导体损耗)降低，改善了天线特性。层叠体12的C-C剖面具有图13(B)所示的结构。由于线状导体14b、14b、…彼此接近，因此各个线状导体14b所生成的磁场发生合成，增大了磁场环路。其结果是，结合非磁性体片材SH1b的上表面的线状导体14b、14b、…从磁性体片材SH2c游离，由此进一步改善了磁场的放射特性。