通讯介质、通讯设备及天线调整方法

专利名称：通讯介质、通讯设备及天线调整方法
技术领域：
本发明涉及与附近的读者/作者执行非接触无线电通讯的非接触通讯介质、非接触通讯介质中包括的设有天线图案的介质、内置非接触通讯介质的通讯设备以及应用于非接触无线电通讯的天线调整方法。
背景技术：
称为非接触IC卡的非接触通讯介质广泛地用作与附近读者/作者进行非接触无线电通讯的非接触通讯介质。例如，这样的非接触IC卡广泛地用于铁路检票系统、便利店的账单支付系统以及进出控制系统。这样的非接触IC卡也称为射频识别(radio frequency identification, RFID)或者无线电 IC 标签。这样的非接触IC卡具有埋设的IC芯片，在诸如进出和账单等管理方面能够快速响应和处理。因此，非接触IC卡与磁卡等相比具有非常高的效用。图8A和8B示出了根据现有技术的非接触IC卡构造的示例。图8A示出了非接触通讯的电路设置在树脂基底上的状态。作为实际产品的非接触IC卡具有膜等作为设置在其表面上的外部覆盖材料，从而隐藏了内部的电路。将描述图8A所示的构造。在基底10的前表面上，天线线圈部分20设置在靠近基底10的外周界的位置。天线线圈部分20这样形成，多次卷绕(winding)由诸如铜或铝的导体制作的预定宽度的导体图案(在该示例中约四次)，并且将绕组以预定的间隔设置在基底10的外周界附近的前表面上。天线线圈部分20的一端21和另一端22连接到IC芯片11，该IC芯片11是执行通讯处理的集成电路部件。在此情况下，天线线圈部分20的一端21与基底10的背侧电导通，并且通过背侧的导体图案14连接到执行通讯处理的IC芯片11。天线线圈部分20的另一端22通过导体图案13连接到IC芯片11。天线线圈部分20的一端21和另一端22连接到电容器12和调整电容器30。电容器12和调整电容器30也采用背侧的导体图案14被连接。电容器12用于存储由天线线圈部分20接收的载波(carrier wave)所产生的电荷，并且获得驱动IC芯片11的电力。电容器12包括由前侧的导电图案形成第一电极部分和由背侧的导电图案形成的第二电极部分。电容器12将电荷存储在通过基底10彼此相对的第一电极部分和第二电极部分上。形成电容器12的电极部分的每一个具有相对大的面积，从而能够存储相对多的电荷。调整电容器30用于改变谐振频率的目的。调整电容器30包括前侧的第一导体图案31，其连接到天线线圈部分20的另一端22，并且包括背侧的第二导体图案32，其连接到导体图案14。前侧的第一导体图案31设置成梳齿形状，并且背侧的第二导体图案32设置为与该梳齿图案垂直相交。电荷存储在它们的垂直交点处。调整电容器30与电容器12相比是小电容的电容器。提供调整电容器30以在非接触IC卡的制造工艺期间调整谐振频率时，将梳齿导电图案中途切断，从而减小电容器的电容，由此升高谐振频率。
图8B示出了图8A所示非接触IC卡的构造的等效电路。如图8B所示，IC芯片11、电容器12和调整电容器30并联地连接到天线线圈部分 20。用调整电容器30升高谐振频率的调整工艺通过中途切断第一导体图案31和第二导体图案32而实现。该工艺例如通过在第一导体图案31的切断位置处贯穿基底10钻孔并且拔出第一导体图案31或第二导体图案32来进行。制造工艺期间的谐振频率调整工艺采用调整设备(未示出)自动进行。调整设备构造为事先持有用于纠正通讯介质的谐振频率的切断位置的数据，根据实际测量的谐振频率而决定切断位置，并且通过在预定的位置处在基底中钻孔而调整谐振频率。通过这样的调整，可以提供具有适当谐振频率的非接触IC卡。图9A和9B示出了具有中间分接头(tap)构造的示例，其与图8A和8B所示的示例不同。将描述图9A所示的构造。在基底10的前表面上，通过多次卷绕导体图案形成的天线线圈部分20设置在靠近基底10的外周界的位置。天线线圈部分20的一端21和另一端22连接到执行通讯处理的集成电路部件的IC芯片11。天线线圈部分20的一端21通过背侧的导体图案14连接到执行通讯处理的IC芯片11。在背侧，电容器12连接到天线线圈部分20的一端21。在前侧，电容器12连接到天线延伸23的端部对，天线延伸23从天线线圈部分20的另一端22延伸出来。同样对于调整电容器30，背侧的导电图案14连接到第二导体图案32，并且前侧的端部M连接到第一导体图案31。图9B示出了图9A所示的非接触IC卡的构造的等效电路。如图9B所示，IC芯片11连接到该天线线圈部分20，并且电容器12和调整电容器 30通过天线线圈部分20和天线延伸23连接。作为天线线圈部分20和天线延伸23的连接点的另一端22用作中间分接头。用调整电容器30的调整工艺与图8A和8B所示示例的相同。在图9A和9B所示构造的情况下，通过采用调整电容器30进行调整，能够改变总的电感值，而不改变连接到IC芯片11的电感值。在图9A和9B所示示例的情况下，也可以进行升高谐振频率的调整。日本特开2003-67693号公报描述了关于采用非接触IC卡执行通讯的构造。

发明内容
这种非接触IC卡的问题是，在制造期间产生非常微小的错误，例如在形成天线图案时线间隔或线宽度等的微小变化，或者基底厚度的变化，也使天线的谐振频率不一致。因此，制造工艺期间的调整是重要的。作为根据现有技术的非接触IC卡所进行的谐振频率调整，在图8A和8B以及图9A 和9B所示构造二者中，调整电容器30的不必要部分与电路分开以减小电容器的电容，由此提高谐振频率。电容器电容的降低可以通过在设置调整电容器30的位置于基底10中钻孔来进行，因此可以相对容易地通过自动调整工艺进行。相反，实际上不能调整到较低的谐振频率。在必须降低谐振频率时，必须给电路增加电容器，例如，必须通过焊接等安装电容器，这是极麻烦的。在根据现有技术的非接触IC 卡的制造期间，生产必须降低谐振频率的非接触IC卡时，这样的非接触IC卡被看作不一致的产品。另外，非接触IC卡有时用在这样的情形中，使由磁性材料制造的磁性片靠近非接触IC卡，以便改善天线特性。尽管以这样的方式设置诸如磁性片的部件可以改善无线电通讯特性，但是存在这样的可能性，非接触IC卡的谐振频率总体上可能因为已设置的部件的影响而改变。当非接触IC卡的谐振频率总体上因这样的另外部件的安装而改变时，必须再一次调整谐振频率。即使此时降低谐振频率的调整变为必要时，如上所述，这样的降低谐振频率的调整实际上也是不可能的。所希望的是提高改变非接触IC卡中谐振频率调整的自由度。根据本发明的实施例，所提供的非接触通讯介质包括基底，由绝缘材料制成 ’天线线圈部分，包括该基底上以平面形状卷绕的导体；电容器，连接到该天线线圈部分；通讯处理部分，连接到该天线线圈部分和该电容器以执行非接触通讯处理；以及电感调整导体图案(inductance adjusting conductor pattern)，并联地连接到该天线线圈部分中该导体的一部分并且设置在该基底上。关于提供电感调整导体图案，通过进行中途切断该电感调整导体图案的调整操作，改变了天线开口(antenna opening)的面积，由此能够调整以增加电感值。在进行增加电感值的调整时，天线的降低谐振频率的调整变为可能。


图IA和IB分别是示出根据本发明实施例的构造示例的平面图和等效电路图；图2是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质的前表面和背表面的透视图；图3是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质的总体构造的分解透视图；图4是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质与终端设备结合的状态的分解侧视图；图5A至5C每一个都是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质的切断位置示例的示意图；图6是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质的另一个示例(调整电路图案的不同示例)的平面图；图7是示出根据本发明实施例的非接触通讯介质的再一个示例(具有多个调整电容器的示例)的平面图；图8A和8B分别是示出根据现有技术的非接触IC卡的示例的平面图和等效电路图；以及图9A和9B分别是示出根据现有技术的非接触IC卡的另一个示例(具有中间分接头的示例)的平面图和等效电路图。
具体实施例方式本发明的实施例将以下面的顺序进行描述。
1.根据实施例的介质的构造示例(图IA和IB以及图2)2.总体构造的示例(图3和图4)3.调整的微调示例(图5A至5C)4.电感调整电路的另一个示例(图6)5.提供多个调整电容器的示例(图7)6.其他修改[1.根据实施例的介质的构造示例]在下文，将参考图IA和IB以及图2描述根据该实施例的非接触IC卡的构造。在该实施例中，导体图案设置在由树脂片制造的基底上以形成设有天线图案的介质，然后，进一步安装诸如IC芯片的部件，由此形成非接触通讯介质110。如稍后所描述，另一个片等设置在非接触通讯介质110的基底的前侧和背侧，由此完成非接触IC卡。图IA是非接触通讯介质110的前侧的平面图。图2示出了非接触通讯介质110 的前表面IlOa和背表面110b。然而，应当注意的是，为了便于理解其与前表面的对应关系， 图2所示的背表面IlOb是从前侧看的背表面。在实际看背表面时，该背表面与图2所示的相颠倒。如图IA和IB以及图2所示，非接触通讯介质110由类似于各种卡等的矩形基底形成。在非接触通讯介质Iio的前表面上，天线线圈部分120设置在靠近非接触通讯介质 110的外周界的位置。天线线圈部分120这样形成，在非接触通讯介质110的靠近外周界的前表面上，将由诸如铜或铝的导体制成的具有预定宽度的导体图案多次(该示例中约为四次)卷绕设置。天线线圈部分120的一端121和另一端122连接到IC芯片111，IC芯片111是执行通讯处理的集成电路部件。在此情况下，天线线圈部分120的一端121与基底的背侧电导通，并且通过背侧的导电图案113连接到执行通讯处理的IC芯片111。如图2所示，背侧的导体图案113通过在IC芯片连接件114处使基底的前侧与后侧电导通而连接到IC芯片 111。天线线圈部分120的另一端122直接连接到IC芯片111。天线线圈部分120的一端121和另一端122连接到电容器112和调整电容器130。 在基底的背侧，电容器112通过导体图案113连接到天线线圈部分120的一端121。在前侧，电容器112连接到天线延伸123的端部124，天线延伸123从天线线圈部分120的另一端122延伸出来。电容器112用于存储由天线线圈部分120接收的载波产生的电荷，并且获得驱动 IC芯片111的电力。如图2所示，电容器112包括由前侧的导电图案形成的第一电极部分 11 和由背侧的导电图案形成的第二电极部分112b。电容器112将电荷存储在通过基底彼此相对的第一电极部分11 和第二电极部分112b上。形成电容器112的电极部分11 和112b的每一个都具有相对大的面积，以能够存储相对多的电荷。调整电容器130用于改变谐振频率的目的。如图2所示，调整电容器130包括前侧的连接到天线线圈部分120的另一端122的第一导体图案131和背侧的连接到第二电极部分112b的第二导体图案132。前侧的第一导体图案131由设置成梳齿布置的多个导体图案制成，并且背侧的第二导体图案132设置为与该梳齿部分垂直相交。电荷存储在它们的垂直相交点处。调整电容器130与电容器112相比是小电容的电容器。提供调整电容器30的目的在于，在非接触IC卡的制造工艺期间，中途切断梳齿导体图案以减少电容器的电
容，由此提高谐振频率。至此的构造与图9A和9B所示的根据现有技术的非接触IC卡的相同。在该实施例中，在天线线圈部分120的天线延伸123的中途连接电感调整电路 140。天线线圈部分120的延伸123是位于天线线圈部分120的最内周的天线图案。形成电感调整电路140的导体图案并联地连接到位于最内周的天线延伸123的中途部分。如图IA和图2所示，在电感调整电路140中，三个导体图案141、142和143并联地连接。如图2所示，第一导体图案141和第三导体图案143每一个的一端在公共连接点 147连接到形成天线线圈部分120的天线延伸123的导体图案。第二导体图案142的一端连接到位于第一导体图案141的该一端附近的连接点148。第一导体图案141和第二导体图案142每一个的另一端在公共连接点149连接到形成天线线圈部分120的天线延伸123的导体图案。第三导体图案143的另一端直接连接到形成天线线圈部分120的天线延伸123的导体图案。应当注意的是，如图IA所示，第一导体图案141的基本上中间的位置用作微调位置144，连接点149的附近用作微调位置145，并且连接点147的附近用作微调位置146。微调位置144、145和146的每一个都是调整电感时微调导体图案的位置，且稍后详细描述。图IB示出了图IA和图2所示的非接触通讯介质110的电路的等效电路。如图IB所示，IC芯片111连接到该天线线圈部分120，并且电容器112和调整电容器130通过天线线圈部分120和天线延伸123连接。作为天线线圈部分120和天线延伸 123的连接点的另一端122用作中间分接头。电感调整电路140选择性地并联地连接到天线线圈部分的天线延伸123。根据该实施例，电容器的电容值可以采用调整电容器130调整，并且天线线圈部分120的电感值也可以采用电感调整电路140调整。稍后将描述这些调整工艺的细节。[2.总体构造的示例]接下来，将描述前述的包括非接触通讯介质110的非接触IC卡的总体构造示例。图3是整个非接触IC卡的分解图。非接触IC卡具有外覆材料160，设置在非接触通讯介质Iio的前表面上。尽管外覆材料160由相对厚的树脂材料制成，但是外覆材料 160可以由薄树脂片制成。磁性片180和粘合剂片170依次设置在非接触通讯介质110的背表面上。这些部件集成在一起，并且组装成非接触IC卡。磁性片180具有这样的尺寸，其至少与形成非接触通讯介质110的基底相同，并且允许磁性片180覆盖整个天线线圈部分120。磁性片180在对应于非接触通讯介质110的各微调位置144、145和146的位置提供有通孔181、182和183。通过以这样的方式在背侧提供粘合剂片170，非接触IC卡可以易于安装到另一个电子装置以装配成通讯设备。就是说，如图4所示，例如，根据该实施例的非接触IC卡可以贴附到终端设备200的背面，该终端设备200例如为移动电话终端、智能电话、信息终端或者AV游戏机，由此可以组装具有非接触通讯能力的通讯设备。在此情况下，在通过使非接触IC卡与读者/作者(未示出)接近而执行非接触通讯时，磁性片180的提供允许这样的非接触通讯以合适的方式执行，而不受终端设备200内的电路的妨碍。[3.调整的微调示例]接下来，将描述在根据该实施例的非接触IC卡中调整谐振频率。如上参考图IA和IB以及图2所述，非接触通讯介质110包括调整电容器130和电感调整电路140作为调整谐振频率的部件。如上面现有技术的描述中所述，提供调整电容器130的目的在于，断开调整电容器130的电容器部分的一部分或者整个以减小电容值，由此提高谐振频率而实现指定的谐振频率。在制造根据该实施例的非接触通讯介质110时，首先，天线的谐振频率通过采用调整电容器130来调整。该调整在仅存在非接触通讯介质110而没有连接的图3所示的磁性片180等的状态下中进行。采用调整电容器130的调整是提高谐振频率的过程。其后，磁性片180贴附到非接触通讯介质110的背表面，并且再一次测量非接触通讯介质110的天线的谐振频率。此时，根据情况，谐振频率可以由于磁性片180的影响相对于指定的谐振频率更高或更低。当谐振频率低于指定的频率时，通过利用调整电容器130的其余部分(仍然连接的部分)再一次进行调整。当谐振频率高于指定的频率时，纠正较高的频率。该工艺通过在电感调整电路140 内的三个微调位置144、145和146的任何一个钻通孔而执行，以改变导体图案141、142和 143的连接状态。图5A至5C示出了导体图案141、142和143的连接状态通过在三个微调位置144、 145和146的每一个钻通孔而改变的示例。图5A示出了第一导体图案141通过在第一导体图案141的中途位置的微调位置 144形成通孔而断开的示例。在该状态下，第二导体图案142和第三导体图案143并联地连接到天线线圈部分120的天线延伸123，并且因为第一导体图案141断开，所以谐振频率变低。图5B示出了第一导体图案141和第二导体图案142通过在微调位置145形成通孔而断开的示例，微调位置145设置在第一导体图案141和第二导体图案142的连接点149。 在此状态下，只有第三导体图案143并联地连接到天线线圈部分120的天线延伸123，并且因为第一导体图案141和第二导体图案142断开，所以谐振频率变低。图5C示出了所有的导体图案141、142和143通过在位于导体图案141、142和143 的连接点147的微调位置146形成通孔而断开的示例。在此情况下，因为所有的导体图案 141、142和143都断开，所以谐振频率变低。这样，可以以这样的方式进行调整，谐振频率降低的程度可以在图5A、图5B和图 5C的状态之间变化。因此，降低谐振频率的调整可以以多个阶段进行。因此，根据该实施例，不仅调整升高谐振频率的调整是可能的，而且降低谐振频率的调整也是可能的。因此，产品因各部件的变化引起的特性差别可以精确地调整。特别是， 因为甚至在连接了磁性片180后调整也是可能的，所以能够获得带磁性片的且具有良好特性的非接触IC卡。应当注意的是，采用电容器的谐振频率调整的缺点在于，因为电容器的电容(板面积)因天线图案的线间隔变化的影响而变化，所以也倾向于谐振频率的调整量(△ ))发生变化。对此，采用根据该实施例的电感调整电路140的电感调整的优点在于，即使图案线间隔发生变化，天线线圈部分的卷绕线圈数没有改变，从而在谐振频率调整量(△ ))的变化相对较小。对于最终产品测量和比较了在采用电容器和基于天线线圈的微调的谐振频率调整的谐振频率调整的变化，结果发现，基于天线线圈的微调的谐振频率调整减小约35% 的变化。应当注意的是，因为导体图案141、142和143在该实施例中以图2所示的方式连接，所以在进行三个阶段调整的情况下，该调整可以仅通过在对应位置之一钻孔而进行任何阶段的调整，由此允许调整以很少操作的合适方式进行。当在微调位置144、145和146每一个钻通孔时，因为通孔181、182和183事先提供在对应于图3所示各微调位置的磁性片180的位置，所以不必在磁性片180的对应部分钻孔。因此，仅需在形成非接触通讯介质110的基底的对应部分钻孔。因此，可以相对容易地钻孔，允许良好的可加工性。[4.电感调整电路的另一个示例]图6示出了与图IA和IB以及图2所示电感调整电路140不同的电路构造示例。 在根据该示例的非接触通讯介质110'中包括的电感调整电路150中，第一导体图案151、 第二导体图案152和第三导体图案153分别连接到天线线圈部分120的天线延伸123。微调位置巧4、155和156分别提供在导体图案151、152和153的中途。其他方面，图6所示的非接触通讯介质110'以与图IA和IB以及图2所示的非接触通讯介质110相同的方式构造。图6所示的该示例中的电感调整电路150也构造为包括三个导体图案的电感调整电路，因此能够使电感以与图IA和IB所示的示例相同的方式在至少三个阶段上调整。然而，应当注意的是，在此情况下，微调位置154、155和156分别为各导体图案提供。因此，例如，为了断开所有的三个导体图案151、152和153，需要在所有的微调位置154、 155和156钻孔。[5.提供多个调整电容器的示例]在图7的示例中，提供多个调整电容器。就是说，在非接触通讯介质110"中，除了调整电容器130外，还提供第二调整电容器190，由此用调整电容器130和190的每一个允许电容值独立变化。其他方面，非接触通讯介质110"以与图IA和IB以及图2所示的非接触通讯介质110相同的方式构造。以这样的方式提供多个调整电容器还可以增加调整的自由程度。例如，采用调整电容器130的调整可以在贴附磁性片前进行，并且在贴附磁性片后，可以通过利用第二调整电容器190和电感调整电路140进行调整。[6.其他修改]在图IA和IB等所示的实施例中，电感调整电路140等在具有所谓的中间分接头的构造(图9A和9B所示的构造)的情况下提供。在调整天线线圈时，采用该中间分接头方案使其能够仅调整连接到IC的线圈外侧的线圈(电感值)，由此减小了通讯距离等对通讯特性的影响。相反，同样在图8A和8B所示的没有中间分接头构造的情况下，电感调整电路140可以提供在天线线圈部分的中途以能够调整谐振频率。
尽管在上面的示例中电感调整电路提供有三个导体图案，但是可以设置一个或两个或三个或更多的导体图案。此外，尽管图IA等所示的电感调整电路140的导体图案141、142和143设置在靠近天线线圈部分120的右端，如图IA可见，但是，例如，天线线圈部分120的基本上中间的部分可以由导体图案141、142和143连接。尽管，在上述的实施例中，提供了采用电容器的调整机构和天线线圈图案侧的调整机构二者，但是，调整可以仅采用电感调整电路140进行，而可以省略调整电容器130。根据本发明的实施例，通过执行中途切断电感调整导体图案的调整操作，进行了增加电感值的调整，由此能够实现降低天线的谐振频率的调整。因此，当对于非接触通讯介质降低天线的谐振频率的调整变为必要时，这可以易于通过切断调整导体图案等来处理。本申请包含2010年5月10日提交日本专利局的日本优先权专利申请 JP2010-108804中公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
权利要求
1.一种非接触通讯介质，包括 基底，由绝缘材料制成；天线线圈部分，包括该基底上以平面形状卷绕的导体；电感调整导体图案，并联地连接到该天线线圈部分中的该导体的一部分，并且设置在该基底上；电容器，连接到该天线线圈部分；以及通讯处理部分，连接到该天线线圈部分和该电容器，以执行非接触通讯处理。
2.根据权利要求1所述的非接触通讯介质，其中该调整导体图案并联地连接到该天线线圈部分的最内周的该导体的预定位置。
3.根据权利要求2所述的非接触通讯介质， 其中该电容器包括调整电感的调整电容器。
4.根据权利要求3所述的非接触通讯介质，其中该电感调整导体图案包括并联地连接到该天线线圈部分的一部分的多个导体，并且增加电感值的调整通过中途切断该多个导体的一部分或者全部来进行。
5.根据权利要求4所述的非接触通讯介质，其中该通讯处理部分由该天线线圈部分接收且存储在该电容器中的电力驱动。
6.根据权利要求5所述的非接触通讯介质，还包括磁性片，设置为与该基底重叠，并且具有提供在进行该切断的位置的通孔。
7.一种设有天线图案的介质，包括 基底，由绝缘材料制成；天线线圈部分，包括该基底上以平面形状卷绕的导体；以及电感调整导体图案，并联地连接到该天线线圈部分中的该导体的一部分。
8.一种通讯设备，包括 基底，由绝缘材料制成；天线线圈部分，包括该基底上以平面形状卷绕的导体；电感调整导体图案，并联地连接到该天线线圈部分中的该导体的一部分，并且设置在该基底上；电容器，连接到该天线线圈部分；以及通讯处理部分，连接到该天线线圈部分和该电容器，以执行非接触通讯处理。
9.一种天线调整方法，包括通过在由绝缘材料制成的基底上以平面形状卷绕导体而设置天线线圈部分； 将电感调整导体图案并联地连接到该天线线圈部分中的该导体的一部分；以及通过中途切断该电感调整导体图案而进行增加电感值的调整。
全文摘要
本发明的实施例提供了通讯介质、通讯设备及天线调整方法。根据本发明的一个实施例的非接触通讯介质包括基底，由绝缘材料制成；天线线圈部分，包括在基底上以平面形状卷绕的导体；电感调整导体图案，并联地连接到天线线圈部分中的一部分导体，并且设置在基底上；电容，连接到天线线圈部分；以及通讯处理部分，连接到天线线圈部分和电容，以执行非接触通讯处理。
文档编号H01Q1/22GK102254212SQ201110112728
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月3日 优先权日2010年5月10日
发明者佐藤圭介, 斋藤幸夫 申请人:索尼公司