无线模块、RFID系统以及无线供电装置的制作方法
本发明涉及用于无线通信、无线供电等的无线模块、具备该无线模块的rfid系统以及无线供电装置。
背景技术
以往，在rfid系统中，使用了将天线线圈、构成通信电路的印刷布线板以及电源用电池内置于壳体内的rfid标签。特别是，在专利文献1中，专利文献1示出了如下的构造，即，为了使天线线圈不易受到靠近的金属物体的影响，将装配有电池的印刷布线板并列设置在天线线圈的背后。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-83173号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
在专利文献1所示的rfid标签中，隔着印刷布线板，在与天线线圈的位置相反侧配置有电池，因此，构成在印刷布线板的电路有可能与rfid标签内的天线线圈或通信对方的天线线圈进行相互干扰。此外，若为了抑制该问题而增大天线线圈与印刷布线板的间隔，则装置会变厚。
本发明的目的在于，提供一种抑制了厚度尺寸并且抑制了构成在基板的电路与线圈的干扰的无线模块以及具备该无线模块的rfid系统以及无线供电装置。
用于解决课题的技术方案
(1)本发明的无线模块的特征在于，具备：
基板，包含第一部分、第二部分、以及将所述第一部分和所述第二部分相连的第一可挠性部分，并具有第一主面以及第二主面；
电路元件，安装在所述第一部分的所述第一主面或所述第二主面；以及
线圈，与至少包含所述电路元件而构成的电路连接，
所述基板在所述第一可挠性部分被折弯，使得所述第一主面成为外侧且所述第二主面成为内侧，所述第一部分与所述第二部分对置，
所述无线模块具备：
磁性体层，配置在所述第二部分的所述第二主面；以及
电池，配置在所述第一部分的所述第二主面与所述磁性体层之间。
通过上述结构，包含电路元件而构成的电路被电池所屏蔽，此外，相对于电池的、与线圈交链的磁通量被磁性体片屏蔽。
(2)本发明的无线模块的特征在于，具备：
基板，包含第一部分、第二部分、以及将所述第一部分和所述第二部分相连的第一可挠性部分，并具有第一主面以及第二主面；
电路元件，安装在所述第一部分的所述第一主面或所述第二主面；以及
线圈，与至少包含所述电路元件而构成的电路连接，
所述基板在所述第一可挠性部分被折弯，使得所述第一主面成为外侧且所述第二主面成为内侧，所述第一部分与所述第二部分对置，
所述无线模块具备：
电介质层，配置在所述第二部分的所述第二主面；以及
电池，配置在所述第一部分的所述第二主面与所述电介质层之间。
通过上述结构，由流过线圈的电流形成的磁场产生的电场的分布被电介质层均匀化，可抑制电场、磁场的无用的辐射。
(3)优选地，构成所述线圈的图案中的位于最靠第二主面侧的图案形成在所述第二部分的所述第二主面或靠所述第二主面的层。由此，线圈与磁性体片靠近，线圈的有助于通信的电感增大，与通信对方的线圈的耦合系数变大。
(4)优选地，所述基板为绝缘体层的层叠体，所述第一部分以及所述第二部分的所述绝缘体层的层叠数比所述第一可挠性部分多。由此，能够容易地构成将刚性的第一部分、第二部分和柔性的第一可挠性部分一体化的基板。
(5)优选地，所述基板为如下构造，即，还具有第三部分和将该第三部分与所述第一部分或所述第二部分相连的第二可挠性部分，在所述第三部分设置有保持所述电池的电池保持部，所述基板在所述第二可挠性部分被折弯，所述第三部分被夹在所述第一部分与所述第二部分之间。由此，可削减部件件数，组装变得容易。
(6)优选地，所述基板为绝缘体层的层叠体，所述第三部分的所述绝缘体层的层叠数比所述第一可挠性部分以及所述第二可挠性部分多。由此，可抑制第三部分的电池安装部的变形，能够使电池不易脱离。
(7)所述电池保持部例如设置在所述第三部分的第一主面和第二主面中的每一者。由此，能够将两个电池层叠配置而构成具备所需的电力源的无线模块。
(8)优选地，所述基板还具有第四部分和将该第四部分与所述第一部分、所述第二部分或所述第三部分相连的第三可挠性部分，所述基板在所述第三可挠性部分被折弯，所述第四部分相对于所述第一部分配置在与所述第二部分相反侧，所述线圈还设置在所述第四部分。由此，能够将第一部分和第四部分的双方利用于使用了线圈的通信或无线供电，便利性提高。
(9)优选地，所述基板还具有第四部分和将该第四部分与所述第一部分或所述第二部分相连的第三可挠性部分，所述基板在所述第三可挠性部分被折弯，所述第四部分相对于所述第一部分配置在与所述第二部分相反侧，所述线圈还设置在所述第四部分。由此，能够将第一部分和第四部分的双方利用于使用了线圈的通信或无线供电，便利性提高。
(10)所述电路元件例如包含具有通信天线的通信模块或通信天线，在所述第一部分构成使用所述通信模块或所述通信天线的通信电路。由此，可进行使用线圈的通信或无线供电以外的通信。
(11)优选地，在所述第一部分、所述第二部分的层叠方向上观察，所述通信天线配置在与所述电池不重叠的位置。由此，通信天线不被电池遮挡，变得能够进行通信。
(12)优选地，包含所述第一部分、所述第二部分、以及所述电池而构成层叠构造体，所述无线模块具备：壳体，主要部分由绝缘体构成，容纳所述层叠构造体。由此，层叠体向壳体内的容纳构造变得简单，可得到小型且耐环境性高的无线模块。
(13)本发明的rfid系统的特征在于，
具备：上述(1)至(12)中的任一项所述的无线模块；以及无线标签，具有与所述无线模块具备的所述线圈进行耦合的线圈，并与所述无线模块进行无线通信，包含所述电路元件而构成的电路具有标签读取电路。
通过上述结构，可得到用小型的无线模块对无线标签进行读取的系统。
(14)本发明的无线供电装置的特征在于，
具备：上述(1)至(12)中的任一项所述的无线模块；以及输电装置，具有与所述无线模块具备的所述线圈进行耦合的线圈，以无线方式将电力供电给所述无线模块，包含所述电路元件而构成的电路具有电力受电电路。
通过上述结构，可得到无线模块以无线方式从输电装置对电力进行受电的系统。
(15)所述电力受电电路例如具备：整流平滑电路，包含整流元件以及电容器而构成，对所述线圈的感应电压进行整流平滑。
(16)所述电池例如是通过所述整流平滑电路的输出进行充电的二次电池。
(17)所述电池例如是通过所述整流平滑电路的输出进行充电的双电层电容器。
(18)所述电池例如是通过所述整流平滑电路的输出进行充电的高分子电解电容器。
发明效果
根据本发明，可得到抑制了厚度尺寸并且抑制了构成在基板的电路与线圈的干扰的无线模块以及具备该无线模块的rfid系统以及无线供电装置。
附图说明
图1是将第一实施方式涉及的无线模块201具备的基板展开的状态下的立体图。
图2是无线模块201的主视图。
图3的(a)是图1的y-y部分的剖视图，图3的(b)是该部分的基板的剖视图，图3的(c)是该基板100的分解剖视图。
图4是示出第一线圈形成部分的结构的分解立体图。
图5是基板100的第一部分10的俯视图。
图6是示出本实施方式的无线模块201与作为通信对方的rf标签301的耦合的情况的图。
图7的(a)、图7的(b)是示出具备壳体的无线模块的例子的图。
图8是将第二实施方式涉及的无线模块202具备的基板展开的状态下的立体图。
图9是无线模块202的主视图。
图10是将第三实施方式涉及的无线模块203具备的基板展开的状态下的俯视图。
图11是无线模块203的主视图。
图12是由无线模块201、rf标签301以及主机装置401构成的rfid系统的框图。
图13是以无线方式对电力进行供电的无线供电装置的框图。
具体实施方式
以下，参照图并举出几个具体的例子示出用于实施本发明的多个方式。在各图中，对同一部位标注同一附图标记。考虑到要点的说明或理解的容易性，方便起见，将实施方式分开示出，但是能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合。在第二实施方式以后，省略对与第一实施方式共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，对于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式逐次提及。
各实施方式所示的“线圈”能够应用于信号(或电力)的发送(输电)侧、接收(受电)侧中的任一者。即使在将该“线圈”作为辐射磁通量的天线进行说明的情况下，也不限于该线圈为磁通量的产生源的情况。即使在对对方侧线圈产生的磁通量进行接受(交链)的情况下，即，即使收发的关系相反，也能够适应。
以后的各实施方式所示的“线圈”是为了与通信对方侧线圈进行使用了磁场耦合的近场通信而使用的线圈，或者是为了与无线供电的对方侧线圈进行使用了磁场耦合的近场下的无线供电而使用的线圈。在通信的情况下，例如应用于nfc(nearfieldcommunication：近场通信)等的通信系统。在无线供电的情况下，例如应用于电磁感应方式、磁场共振方式等的无线供电装置。也就是说，各实施方式所示的“线圈”至少在利用了磁场耦合的通信、无线供电等的无线传输系统中使用。
各实施方式所示的“线圈”例如利用hf频段，特别是13.56mhz、6.78mhz或它们的附近的频带。
线圈的大小(典型地，从线圈具有的线圈导体的一端到另一端的沿着线圈导体的长度)与使用的频率处的波长λ相比足够小，在使用频带中电磁波的辐射效率低。更具体地，线圈的电流路径的长度为λ/10以下。像这样，若与使用频带中的波长相比足够短，则几乎不产生在线圈导体产生的电流的沿着线圈导体的坐标轴中的分布，流过大致恒定的大小的电流。另外，这里所说的波长，是考虑了由形成线圈导体的基材的介电性、导磁性造成的波长缩短效应的有效的波长。
在上述“线圈”为用于近场通信的线圈的情况下，在线圈具有的线圈导体的两端连接对上述使用频带的信号(电力)进行操作的供电电路。另外，线圈具有的线圈导体和供电电路也可以经由供电线圈、变压器(包括平衡-不平衡变压器(balun))而通过磁场耦合进行连接。在该情况下，供电线圈、变压器具有的线圈导体的两端与供电电路连接，线圈具有的线圈导体的两端相互直接连接或经由电容器连接。在上述“线圈”为用于无线供电的线圈的情况下，在线圈具有的线圈导体的两端连接受电电路。
《第一实施方式》
图1是将第一实施方式涉及的无线模块201具备的基板展开的状态下的立体图。图2是无线模块201的主视图。
无线模块201具备基板100。基板100具有第一主面s1以及第二主面s2。基板100包含第一部分10、第二部分20、第三部分30、将第一部分10和第二部分20相连的第一可挠性部分1、将第一部分10和第三部分30相连的第二可挠性部分2。
在第一部分10的第一主面s1安装有电路元件11a、11b、11c、11d、11e等。在第二部分20的第二主面s2以及靠第二主面s2的层形成有第一线圈。该第一线圈的结构在后面示出，其与包含上述电路元件11a、11b、11c、11d、11e等而构成的电路连接。在第二部分20的第二主面s2经由粘合层23粘贴有磁性体铁氧体等的磁性体片22。
在第三部分30，在其第一主面s1以及第二主面s2分别设置有保持电池的电池保持部31，在电池保持部31保持有电池32。该电池32例如是cr2032等硬币形锂电池，通过将两个电池32串联连接，从而能够用作电源电压为大约3v的电路的电源。通过像这样设置第三部分30，从而能够将第三部分30的两面用作安装面，因此，变得容易搭载多个电池。
像在图2表示的那样，基板100在第一可挠性部分1被折弯，使得第一主面s1成为外侧且第二主面s2成为内侧，第一部分10与第二部分20对置。此外，基板100在第二可挠性部分2被折弯，使得第一主面s1成为外侧且第二主面s2成为内侧，第三部分30被夹在第一部分10与第二部分20之间。因此，电池32被配置在第一部分10的第二主面s2与磁性体片22之间。
图3的(a)是图1的y-y部分的剖视图，图3的(b)是该部分的基板的剖视图，图3的(c)是该基板100的分解剖视图。基板100具备例如由液晶聚合物(lcp)等热塑性树脂构成的绝缘体层101、102、103。第一部分10、第二部分20以及第三部分30是绝缘体层101、102、103的层叠体。此外，第一可挠性部分1以及第二可挠性部分2是绝缘体层101、102的层叠体。即，第一部分10、第二部分20以及第三部分30的绝缘体层的层叠数比第一可挠性部分1以及第二可挠性部分2多。由此，构成将刚性的第一部分10、第二部分20、第三部分30和柔性的第一可挠性部分、第二可挠性部分一体化的单个基板。
在本实施方式中，在基板100的刚性部与柔性部的连接部产生台阶，使该台阶成为基板100的弯曲的内侧。例如，像在图2表示的那样，在基板的第一部分10与第二可挠性部分2的连接部产生的台阶、在第三部分30与第二可挠性部分2的连接部产生的台阶均作为第二可挠性部分2的弯曲的内侧。通过该构造，不会对上述台阶部施加拉伸应力，不易产生绝缘体层的剥离。
图4是示出第一线圈形成部分的结构的分解立体图。横跨绝缘体层101的上表面(基板100的第一主面s1)、绝缘体层102的上表面、绝缘体层103的下表面这三层，形成有多匝的第一线圈21。该第一线圈的两端经由第一可挠性部分1与形成在第一部分10的电路连接。构成上述第一线圈21的导体图案例如通过cu箔的图案化而形成。另外，也可以用抗蚀剂膜覆盖构成第一线圈21的导体图案中的露出在外部的面。
图5是基板100的第一部分10的俯视图。电路元件11a例如是利用2.4ghz频段(ism频段)的电波的蓝牙(bluetooth，注册商标)的、特别是进行ble(bluetooth(注册商标)lowenergy，低功耗蓝牙)通信的通信控制ic。电路元件11b是nfc控制ic，电路元件11c是eeprom等存储器，电路元件11e是led，电路元件11d是电源开关。
在作为通信控制ic的电路元件11a内，内置有2.4ghz频段的ble通信天线11aa。该通信天线11aa的多半(在图5所示的例子中为全部)位于俯视下与电池32不重叠的位置。通过该构造，通信天线11aa不被电池32遮挡，能够进行通信。
图6是示出本实施方式的无线模块201与作为通信对方的rf标签301的耦合的情况的图。rf标签301表示为剖视图。无线模块201中的基板的第二部分20也表示为剖视图。rf标签301配置在无线模块201的第二部分20的与第一部分10相反侧。该rf标签301是本发明涉及的“无线标签”的一个例子。
电池32具备金属的外装体，因此，电池32作为屏蔽板而发挥作用。无线模块201是如下构造，即，在包含电路元件11a、11d等而构成的电路与第一线圈21之间插入有电池32。因此，上述电路被电池32从第一线圈21等屏蔽，可抑制上述电路与第一线圈的相互干扰。
由于电路元件11a、11d等配置在第一部分10的第一主面侧，所以容易确保电池32的配置空间，进而能够增大电路元件11a、11d等与第一线圈21的间隔，因此，可有效地抑制上述相互干扰。
此外，磁通量
另外，虽然在图6所示的例子中，示出了无线模块201与rf标签301进行通信的例子，但是在无线模块201为以无线方式对电力进行受电的装置的情况下，输电装置的线圈靠近第一线圈21。在该情况下，上述电路也被电池32所屏蔽，可抑制与输电装置的线圈的干扰。此外，磁性体片22作为磁路而发挥作用。而且，来自输电装置的线圈的磁场被磁性体片22磁场屏蔽，因此，在电池32不易流过涡电流，可抑制由此造成的电池的发热。此外，对第一线圈21进行交链的磁通量几乎不会被电池32所阻碍。
虽然在以上所示的例子中，设置了磁性体片22，但是也可以在该部分设置电介质片等电介质层。由此，由流过第一线圈21的电流形成的磁场产生的电场的分布被电介质层均匀化，可抑制电场、磁场的无用的辐射。关于上述电介质片，可以使用铝板、铝片。
在无线模块201为通过无线供电对电力进行受电的装置的情况下，电池32例如可以是通过整流平滑电路的输出进行充电的二次电池。此外，也可以是双电层电容器、高分子电解电容器。第一线圈21的感应电压通过包含整流元件以及电容器而构成的整流平滑电路进行整流平滑。第一线圈21和整流平滑电路构成电力受电电路。电力受电电路对电池32供给受电电力。
图7的(a)、图7的(b)是示出具备壳体的无线模块的例子的图。在图7的(a)、图7的(b)中，关于壳体50以及盖体51部分，示出剖面。在该例子中，图2所示的无线模块201被容纳在壳体50内。壳体50、盖体51是绝缘性、非磁性的树脂成型体。如图7的(b)所示，如果通过在壳体50覆盖盖体51并进行例如螺钉固定而构成无线模块211，则能够使其具有气密性、防水性。
另外，也可以是如下的构造，即，使用构成壳体的多个面中的大面积部开口的壳体，并在该壳体内载置并容纳无线模块。
《第二实施方式》
在第二实施方式中，对第一部分10、第二部分20、第三部分30的经由可挠性部分的连接关系与第一实施方式不同的例子进行示出。
图8是将第二实施方式涉及的无线模块202具备的基板展开的状态下的立体图。图9是无线模块202的主视图。
无线模块202具备基板100。基板100具有第一主面s1以及第二主面s2。基板100包含第一部分10、第二部分20、第三部分30、将第一部分10和第二部分20相连的第一可挠性部分1、将第二部分20和第三部分30相连的第二可挠性部分2。
在第一部分10的第一主面s1安装有电路元件。在第二部分20形成有第一线圈。在第二部分20的第二主面s2经由粘合层23粘贴有磁性体片22。
在第三部分30，在其第一主面s1以及第二主面s2分别设置有保持电池的电池保持部31，在电池保持部31保持有电池32。
像在图9表示的那样，基板100在第一可挠性部分1以及第二可挠性部分2被折弯，使得第一主面s1成为外侧且第二主面s2成为内侧，第三部分30被夹在第一部分10与第二部分20之间。因此，电池32被配置在第一部分10的第二主面s2与磁性体片22之间。
上述第一部分10、第二部分20、第三部分30各自的结构如第一实施方式中所示。第一部分10、第二部分20、第三部分30的经由可挠性部分的连接关系除了第一实施方式、第二实施方式以外，还有几种。只要考虑形成在第一部分10的电路与第一线圈的连接位置关系等并且考虑向壳体的插入容易性等而确定上述连接关系即可。
《第三实施方式》
在第三实施方式中，示出还具备第二线圈的无线模块的例子。
图10是将第三实施方式涉及的无线模块203具备的基板展开的状态下的俯视图。图11是无线模块203的主视图。
无线模块203具备基板100。基板100具有第一主面s1以及第二主面s2。基板100包含第一部分10、第二部分20、第三部分30、第四部分40、将第一部分10和第二部分20相连的第一可挠性部分1、将第一部分10和第三部分30相连的第二可挠性部分2、将第一部分10和第四部分40相连的第三可挠性部分3。
在第一部分10的第一主面s1安装有电路元件。在第二部分20形成有第一线圈21，在第四部分40形成有第二线圈41。第一线圈21和第二线圈41与上述电路连接。在第二部分20的第二主面s2经由粘合层23粘贴有磁性体片22，在第四部分40的第一主面经由粘合层43粘贴有磁性体片42。
在第三部分30，在其第一主面s1以及第二主面s2分别设置有保持电池的电池保持部31，在电池保持部31保持有电池32。
上述第一线圈21与第二线圈41串联连接或并联连接，均作为线圈而发挥作用。因此，无论将图11所示的第二部分20的第一主面s1、第四部分40的第二主面s2中的哪一面朝向通信对方，都能够以同等的灵敏度进行通信。
《第四实施方式》
在第四实施方式中，示出rfid系统的例子。
图12是由无线模块201、rf标签301以及主机装置401构成的rfid系统的框图。无线模块201是在以上的各实施方式中示出的无线模块。在此，表示为电路图。在第一线圈21经由由电容器c5、c6、c7、c8、c9、c10、电感器l2、l3构成的匹配电路以及滤波器连接有nfc通信用ic。nfc通信用ic与rf标签301进行通信，并读取标签信息。ble通信用ic从nfc通信用ic输入标签信息，并进行ble通信。主机装置401具备ble通信用ic、微处理器mpu、i/o端口。主机装置401的ble通信用ic与无线模块201的ble通信用ic进行通信，并获取上述标签信息。电池32被用作nfc通信用ic和ble通信用ic的电源电压。
根据该rfid系统，仅通过使小型的无线模块201靠近rf标签301，主机装置401就能够容易地获取该rf标签301的标签信息。
《第五实施方式》
在第五实施方式中，示出无线供电装置的例子。
图13是以无线方式对电力进行供电的无线供电装置的框图。该无线供电装置由输电装置302和无线模块202构成。无线模块202是在以上的各实施方式中示出的无线模块。输电装置302的输电电路对线圈62施加例如6.78mhz的交流电压。在无线模块202的第一线圈21感应的电压例如经由匹配电路、emi滤波器、整流电路而作为直流电力被导出，负载电路将该电力作为电力源而进行动作。在负载电路包含二次电池(在以上的各实施方式中示出的电池32)，该二次电池被充电。另外，也可以在整流电路的后级进一步包含平滑电路、dc-dc转换器电路等。
另外，作为无线电力供电方式，除了电磁感应方式以外，磁场共振方式等也能够同样地使用。
《其它实施方式》
虽然在以上所示的各实施方式中，示出了将磁性体片22粘贴在基板的第二部分20的第二主面的例子，但是磁性体片22也可以粘贴在面向第二部分20的电池32。此外，也可以仅是夹在面向第二部分20的电池32与第二部分20之间。进而，还可以代替磁性体片22，通过涂敷磁性体而形成磁性体层。例如，可以在基板的第二部分20的第二主面涂敷液态磁性体，然后使其固化。
虽然在以上所示的各实施方式中，示出了在基板的第一部分10的第一主面s1安装有电路元件的例子，但是电路元件也可以形成在第一部分10的第二主面s2。此外，还可以安装在第一主面s1、第二主面s2的双方。
虽然在以上所示的各实施方式中，关于无线模块的线圈，示出了用于通信用或电力受电用中的任一者的例子，但是也可以将一个线圈兼用作通信用和电力受电用。例如，也可以是如下结构，即，通过将图7的(b)所示的无线模块211载置在图13所示的输电装置302的充电台，从而对电池进行充电，通过如图6所示地使其靠近rf标签301，从而将该标签信息发送到主机装置。
此外，虽然在图12所示的例子中，无线模块201读取rf标签的标签信息，但是在如下情况下也能够同样地构成，该情况是，在无线模块具备例如加速度传感器、照度传感器等各种传感器，并将其检测值、检测量通过ble通信等向外部进行无线发送。
此外，虽然在以上所示的各实施方式中，在基板的第三部分的第一主面s1和第二主面s2这两个面配置了电池，但是也可以仅配置在一个面。
此外，虽然在以上所示的各实施方式中，为了装配电池而在基板形成了第三部分，但是也可以构成为，使电池夹持在基板的第一部分10与第二部分20之间。
此外，虽然在以上所示的各实施方式中，在基板的第三部分设置了电池保持部，但是也可以构成为，在第三部分直接连接电池。
此外，虽然在以上所示的实施方式中，示出了将无线模块以其单体进行使用的例子，但是无线模块也可以以组装到某些电子设备的状态进行使用。
最后，上述的实施方式的说明在所有的方面均为例示，而不是限制性的。对本领域技术人员而言，能够适当地进行变形以及变更。本发明的范围不是由上述实施方式示出，而是由权利要求书示出。进而，本发明的范围包含从与权利要求书等同的范围内的实施方式的变更。
附图标记说明
s1：第一主面；
s2：第二主面；
1：第一可挠性部分；
2：第二可挠性部分；
3：第三可挠性部分；
10：第一部分；
11a、11b、11c、11d、11e：电路元件；
11aa：通信天线；
20：第二部分；
21：第一线圈；
22：磁性体片；
23：粘合层；
30：第三部分；
31：电池保持部；
32：电池；
40：第四部分；
41：第二线圈；
42：磁性体片；
43：粘合层；
50：壳体；
51：盖体；
61：rf标签的线圈；
62：输电装置的线圈；
100：基板；
101、102、103：绝缘体层；
201、202、203、211：无线模块；
301：rf标签；
302：输电装置；
401：主机装置。
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