(57)【要約】【課題】従来のブースターアンテナのように、チップコンデンサ等のチップ部品を必要とせず、それゆえ、薄型化が可能であり、しかも、チップコンデンサ等のチップ部品に起因する接続不良等の不具合が生じる虞のないブースターアンテナ及び非接触情報媒体を提供する。【解決手段】本発明のブースターアンテナは、両面プリント基板１の上面１ａにアンテナコイル２を、下面１ｂにアンテナコイル３を、それぞれ形成し、これらアンテナコイル２、３の両端部同士をスルーホールビア４、５により電気的に接続した。このように、配線幅や配線長等を調整する構造とすることで、チップコンデンサ等の実装部品を不要とすることができる。【選択図】図３
2010028351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を用いてリーダライタ装置と無線通信を行うためのブースターアンテナであって、
基板の両面各々に形成された導体からなる一対のアンテナコイルの両端部を前記基板を貫通するスルーホールビアにより接続してなることを特徴とするブースターアンテナ。
【請求項２】
前記基板は、両面プリント基板であることを特徴とする請求項１記載のブースターアンテナ。
【請求項３】
前記一対のアンテナコイルは、所望の共振周波数に合わせるように、各々のパターン幅、パターン間隔及び巻き数のうち１つまたは２つ以上が調整されていることを特徴とする請求項１または２記載のブースターアンテナ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のブースターアンテナと、
前記ブースターアンテナに非接触かつ近接して設けられ、電磁波を用いてリーダライタ装置と無線通信を行うオンチップ型アンテナとを備え、
前記ブースターアンテナは、前記オンチップ型アンテナと電磁誘導結合することにより、該オンチップ型アンテナの通信距離を拡大したことを特徴とする非接触情報媒体。
【請求項５】
前記ブースターアンテナの共振周波数は前記オンチップ型アンテナの共振周波数と一致していることを特徴とする請求項４記載の非接触情報媒体。
【請求項６】
前記ブースターアンテナのパターン幅、パターン間隔及び巻き数のうち１つまたは２つ以上を調整することにより、前記ブースターアンテナの共振周波数と前記オンチップ型アンテナの共振周波数とを一致させたことを特徴とする請求項４または５記載の非接触情報媒体。
【請求項７】
前記オンチップ型アンテナは、ＩＣチップと一体化されていることを特徴とする請求項４、５または６記載の非接触情報媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースターアンテナ及び非接触情報媒体に関し、更に詳しくは、電磁波を用いてリーダライタ装置とオンチップ型アンテナとが無線通信を行う際に、その通信距離を拡大することが可能なブースターアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップと無線通信用のアンテナコイルを有し、このアンテナコイルにより信号の送受信を行う半導体モジュール（ＩＣモジュール）が提案されている。
この半導体モジュールは、ＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency IDentification systems）と称される無線認証システムで、ＩＣチップによる高い情報処理能力を有し、また、非接触で信号の読み取りや書き込みを行うことができる。このため、近年では、アクセスコントロール、電子マネー、各種偽造防止システム、物流システム等の分野で普及が進んでいる。
このような半導体モジュールは、一般にＩＣチップが実装された絶縁基板上の同一面内に、リーダライタ装置から発信される電波を受信し、この電波から電磁誘導により動作電力を得るための外付けタイプの渦巻状アンテナコイルが形成されたもので、形状により、カード型、タグ型、コイン型等に分類される。カード型としては、非接触ＩＣカードがよく知られている。
【０００３】
このように、従来の半導体モジュールでは、アンテナコイルとＩＣチップが別体であったために、例えば、非接触ＩＣカードを実装するときには、アンテナコイルとＩＣチップを電気的に接続する必要があった。しかし、微小なＩＣチップの端子とアンテナコイルとの接続が技術的困難性を伴う上に、特に、可撓性のあるカードを用いた場合には、接続点に応力が集中し、断線の原因になっていた。
そこで、上記の問題点を解決するために、また、さらなる半導体モジュールの小型化、低価格化を図るために、電極が設けられたＩＣチップ上の同一面内かつ直上に、半導体プロセスを用いてアンテナコイルを形成したオンチップ型アンテナが提案されている（特許文献１）。
このオンチップ型アンテナは、リーダライタ装置との間の電磁誘導結合により動作するタイプのアンテナである。
【０００４】
ところで、このオンチップ型アンテナでは、アンテナの開口面積に対応してアンテナの通信距離が決定されるために、ＩＣチップ上のような微小面積に形成した場合、その通信距離が非常に短く、したがって、接触するような極めて近接した距離、あるいは高々１〜２ｍｍの極めて短い距離でなければ、データの送受信や読み取りができないという問題点があり、その結果、用途が通信距離が短い場合に限定されてしまい、普及も停滞していた。
そこで、オンチップ型アンテナの通信距離を向上させたブースターアンテナが提案されている（特許文献２）。
このブースターアンテナは、基板上にアンテナコイルが形成されたもので、ＩＣモジュールが外部装置と非接触で通信を行う際に用いられるものである。このブースターアンテナは、アンテナコイル上にオンチップ型アンテナを載せることで、電磁誘導を利用して外部のリーダライタ装置と非接触で通信することができ、しかも、電気接点が不要、オンチップ型アンテナの通信距離が長いという特徴を有する。
【特許文献１】特許第３３４７１３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３７７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２のブースターアンテナでは、その共振周波数をＩＣモジュールの使用周波数に合わせる必要があるためにチップコンデンサを搭載しているが、チップコンデンサを搭載するとブースターアンテナ全体の厚みが厚くなってしまい、さらには、チップコンデンサを搭載することにより製造コストが増大し、またさらに、チップコンデンサの接続不良等の不具合が生じる虞がある等の問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、従来のブースターアンテナのように、チップコンデンサ等のチップ部品を必要とせず、それゆえ、薄型化が可能であり、しかも、チップコンデンサ等のチップ部品に起因する接続不良等の不具合が生じる虞のないブースターアンテナ、及び、このブースターアンテナを用いた非接触情報媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係るブースターアンテナは、電磁波を用いてリーダライタ装置と無線通信を行うためのブースターアンテナであって、基板の両面各々に形成された導体からなる一対のアンテナコイルの両端部を前記基板を貫通するスルーホールビアにより接続してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係るブースターアンテナは、請求項１記載のブースターアンテナにおいて、前記基板は、両面プリント基板であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係るブースターアンテナは、請求項１または２記載のブースターアンテナにおいて、前記一対のアンテナコイルは、所望の共振周波数に合わせるように、各々のパターン幅、パターン間隔及び巻き数のうち１つまたは２つ以上が調整されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る非接触情報媒体は、請求項１、２または３記載のブースターアンテナと、前記ブースターアンテナに非接触かつ近接して設けられ、電磁波を用いてリーダライタ装置と無線通信を行うオンチップ型アンテナとを備え、前記ブースターアンテナは、前記オンチップ型アンテナと電磁誘導結合することにより、該オンチップ型アンテナの通信距離を拡大したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る非接触情報媒体は、請求項４記載の非接触情報媒体において、前記ブースターアンテナの共振周波数は前記オンチップ型アンテナの共振周波数と一致していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る非接触情報媒体は、請求項４または５記載の非接触情報媒体において、前記ブースターアンテナのパターン幅、パターン間隔及び巻き数のうち１つまたは２つ以上を調整することにより、前記ブースターアンテナの共振周波数と前記オンチップ型アンテナの共振周波数とを一致させたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に係る非接触情報媒体は、請求項４、５または６記載の非接触情報媒体において、前記オンチップ型アンテナは、ＩＣチップと一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のブースターアンテナによれば、基板の両面各々に形成された導体からなる一対のアンテナコイルの両端部を前記基板を貫通するスルーホールビアにより接続したので、従来のブースターアンテナでは必要とされたチップコンデンサ等のチップ部品も不要である。
したがって、ブースターアンテナ自体の厚みを薄くすることができ、薄型化を図ることができる。
また、チップコンデンサ等のチップ部品が不要であるから、これらのチップ部品に起因する接続不良等の不具合が生じる虞もない。
【００１５】
本発明の非接触情報媒体によれば、本発明のブースターアンテナと、前記ブースターアンテナに非接触かつ近接して設けられ、リーダライタ装置と電磁誘導を用いて無線通信を行うオンチップ型アンテナとを備え、前記ブースターアンテナを前記オンチップ型アンテナと電磁誘導結合したので、従来のオンチップ型アンテナの特徴を生かしつつ、このオンチップ型アンテナの通信距離を拡大することができる。
したがって、比較的長い距離であってもデータの送受信や読み取りを行うことができ、非接触情報媒体自体の用途を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のブースターアンテナ及び非接触情報媒体を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態のブースターアンテナを示す上面図、図２は同下面図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、電磁波を用いてリーダライタ（Ｒ／Ｗ）装置と無線通信を行うためのアンテナである。なお、これらの図においては、発明の特徴を分かりやすくするために、各要素の大きさを実際のものとは異なったものとしている。
【００１８】
図において、１はガラスエポキシ基板（ＦＲ４）等の両面プリント基板、２は両面プリント基板１の上面１ａの銅箔等からなる導体を所望のパターンにエッチング加工してなるアンテナコイル、３は両面プリント基板１の下面１ｂの銅箔等からなる導体を所望のパターンにエッチング加工してなるアンテナコイル、４、５は両面プリント基板１を厚み方向に貫通する円柱状の導電体からなるスルーホールビアである。
【００１９】
両面プリント基板１は、ガラスエポキシ基板（ＦＲ４）等の絶縁基板の両面に、電解めっき、スパッタリング、蒸着等により銅、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属薄膜が形成された、あるいは上記の絶縁基板の両面に金属箔が形成された矩形状のもので、この絶縁基板としては、上記のガラスエポキシ基板（ＦＲ４）の他、アルミナ基板やガラス基板等のセラミックス基板、硬質プラスチックの両面に金属箔が貼着されたプラスチック配線基板等が好適に用いられる。
この両面プリント基板１の形状の一例を挙げると、縦の長さが３ｍｍ〜３０ｍｍ、横の長さが３ｍｍ〜３０ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ〜３ｍｍである。
【００２０】
アンテナコイル２、３は、両面プリント基板１に形成された銅、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属薄膜あるいは金属箔を所望のパターン、例えば渦巻き状にエッチング加工したもので、その周縁部に位置する端部同士はスルーホールビア４により電気的に接続され、また、これらアンテナコイル２、３の中心部に位置する端部同士はスルーホールビア５により電気的に接続されている。
【００２１】
これらアンテナコイル２、３は、例えば、ＵＨＦ帯（９５２〜９５６ＭＨｚ）等に共振周波数を合わせるように、パターン幅同士を、あるいは、パターン幅とパターン間隔同士を、さらにはパターン幅、パターン間隔及び巻き数同士を、というように、これらアンテナコイル２、３各々のパターン幅、パターン間隔及び巻き数のうち１つまたは２つ以上が調整されている。一例を挙げると、このブースターアンテナに非接触かつ近接して別途設けられるＵＨＦ帯（９５２〜９５６ＭＨｚ）に共振周波数を有するオンチップ型アンテナの共振周波数に一致するように調整される。
【００２２】
これらアンテナコイル２、３の厚み、すなわち導体の厚みは、１０μｍ〜５０μｍである。
また、例えば、アンテナコイル２のパターン幅は、３００μｍ、パターン間隔は１００μｍ、巻き数は３．５巻、外径は３．３ｍｍ等である。
また、例えば、アンテナコイル３のパターン幅は、３００μｍ、パターン間隔は１００μｍ、巻き数は４．５巻、外径は４．１ｍｍ等である。
なお、両面プリント基板１の両面におけるアンテナコイル２、３のパターン形状は、互いに異なっていてもよく、また、同一であってもよい。
また、これらアンテナコイル２、３の巻き方向は、これらアンテナコイル２、３全体を一方向から見た場合に、同一方向であってもよく、互いに逆方向であってもよい。
【００２３】
スルーホールビア４、５は、アンテナコイル２、３と同一の導電性材料であることが好ましく、例えば、銅、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属が好ましい。スルーホールビア４、５は、両面プリント基板１にＮＣドリル等を用いて所定形状のスルーホールを形成した後、このスルーホール内に無電解めっきにより導電性材料を充填することで形成することができる。
【００２４】
次に、このブースターアンテナの製造方法について説明する。
まず、ガラスエポキシ基板（ＦＲ４）等の両面プリント基板１を用意し、この両面プリント基板１のスルーホールビア４、５を形成すべき位置に、ＮＣドリル等を用いて所定形状のスルーホールを形成し、次いで、無電解めっきにより、これらスルーホール内に銅、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル等の金属を充填し、スルーホールビア４、５を形成する。
【００２５】
次いで、この両面プリント基板１の上面１ａにスピンコート法等によりフォトレジストを均一に塗布し、このフォトレジスト層上に、形成すべきアンテナコイル２のパターンが形成されたマスクを載置し、このマスクの上方から所定の波長の光、例えば紫外線を照射してフォトレジスト層を露光し、アンテナコイル２のパターンに対応する部分を硬化させる。
次いで、露光されたフォトレジスト層を現像して、このフォトレジスト層の露光部分以外の部分を除去する。これにより、このフォトレジスト層のうちアンテナコイル２のパターンに対応する部分のみが残ることとなる。
【００２６】
次いで、この両面プリント基板１の下面１ｂにスピンコート法等によりフォトレジストを均一に塗布し、このフォトレジスト層上に、形成すべきアンテナコイル３のパターンが形成されたマスクを載置し、このマスクの上方から所定の波長の光、例えば紫外線を照射してフォトレジスト層を露光し、アンテナコイル３のパターンに対応する部分を硬化させる。
次いで、露光されたフォトレジスト層を現像して、このフォトレジスト層の露光部分以外の部分を除去する。これにより、このフォトレジスト層のうちアンテナコイル３のパターンに対応する部分のみが残ることとなる。
【００２７】
次いで、このフォトレジスト層がパターニングされた両面プリント基板１をエッチング液に浸漬させ、このパターニングされたフォトレジスト層をマスクとして、両面プリント基板１の上面１ａ及び下面１ｂの金属薄膜あるいは金属箔をエッチングし、これらの金属薄膜あるいは金属箔のうちアンテナコイル２、３のパターンに対応する部分を除いて除去する。
これにより、両面プリント基板１の上面１ａにアンテナコイル２が、下面１ｂにアンテナコイル３が、それぞれ形成される。また、これらアンテナコイル２、３は、その両端部同士がスルーホールビア４、５により電気的に接続した構造となっている。
このようにして、ブースターアンテナを製造することができる。
【００２８】
このブースターアンテナでは、アンテナコイル２、３の中央部に磁束が集中することにより、この中央部が磁界の強さが最も強い位置となる。したがって、この中央部が最も通信距離が向上することとなる。
【００２９】
図４は、本実施形態のブースターアンテナに、電磁波を用いてリーダライタ（Ｒ／Ｗ）装置と無線通信を行うオンチップ型アンテナを搭載した非接触ＩＣモジュール（非接触情報媒体）を示す斜視図であり、図において、１１は本実施形態のブースターアンテナ、１２はブースターアンテナ１１のアンテナコイル２の中央部の空間部に設けられＩＣチップと一体化されたオンチップ型アンテナである。
【００３０】
この非接触ＩＣモジュールは、外部装置であるリーダライタ（Ｒ／Ｗ）装置（図示略）と、電磁波を用いて情報交換を行うとともに、このリーダライタ（Ｒ／Ｗ）装置から発信された電磁波から電磁誘導により動作電力を得るもので、非接触ＩＣカード、非接触ＩＣタグ等が挙げられる。
【００３１】
この非接触ＩＣモジュールでは、ブースターアンテナ１１のアンテナコイル２、３のパターン幅、パターン間隔、巻き数及び外径を調整し、しかも、磁束が集中するアンテナコイル２の中央部の空間部にオンチップ型アンテナ１２を搭載し、さらに、ブースターアンテナ１１のアンテナコイル２、３の共振周波数と、オンチップ型アンテナ１２の共振周波数とを一致させたので、ブースターアンテナ１１がオンチップ型アンテナ１２と電磁誘導結合することにより、オンチップ型アンテナ１２の通信距離が拡大したものとなる。
これにより、比較的長い距離であってもデータの送受信や読み取りを行うことが可能になり、非接触ＩＣモジュール自体の用途の拡大を図ることが可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態のブースターアンテナによれば、両面プリント基板１にアンテナコイル２、３を形成し、これらアンテナコイル２、３の両端部同士をスルーホールビア４、５により接続したので、チップコンデンサ等のチップ部品を必要とせず、アンテナコイル２、３間の容量にて使用周波数での共振を行うことができる。したがって、ブースターアンテナ自体の厚みを薄くすることができ、薄型化を図ることができる。
また、チップコンデンサ等のチップ部品が不要であるから、これらのチップ部品に起因する接続不良等の不具合が生じる虞もない。
【００３３】
また、非接触ＩＣモジュールによれば、ブースターアンテナ１１に、ＩＣチップと一体化されたオンチップ型アンテナ１２を搭載したので、ブースターアンテナ１１をオンチップ型アンテナ１２と電磁誘導結合させることで、オンチップ型アンテナ１２の通信距離を拡大することができる。
したがって、比較的長い距離であってもデータの送受信や読み取りを行うことができ、非接触ＩＣモジュール自体の用途を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態のブースターアンテナを示す上面図である。
【図２】本発明の一実施形態のブースターアンテナを示す下面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の非接触ＩＣモジュールを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…両面プリント基板、１ａ…上面、１ｂ…下面、２、３…アンテナコイル、４、５…スルーホールビア、１１…ブースターアンテナ、１２…オンチップ型アンテナ。
【図１】
2010028351.tif 000003
【図２】
2010028351.tif 000004
【図３】
2010028351.tif 000005
【図４】
2010028351.tif 000006