(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体を備え、
複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルが前記第１非磁性体層に設けられ、
前記アンテナコイルは、前記第２非磁性体層に第２コイルパターンを含んでいる、ことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項２】
第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体を備え、
複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルが前記第１非磁性体層に設けられ、
前記磁性体層、前記第１非磁性体層および前記第２非磁性体層は、それぞれ低温焼結セラミック材料からなり、同時焼成によって積層・一体化されている、ことを特徴とするアンテナ素子。
【請求項３】
前記第１コイルパターンと前記第２コイルパターンとは、前記磁性体層に対して非対称である、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項４】
前記アンテナコイルに接続され、前記第２非磁性体層の表層または内層に設けられたコンデンサを備えた、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ素子。
【請求項５】
第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体と、
前記第１非磁性体層に設けられ、複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルと、
前記アンテナコイルに接続され、前記第２非磁性体層側に搭載されたＲＦＩＣチップとを有し、
前記アンテナコイルは、前記第２非磁性体層に第２コイルパターンを含んでいる、アンテナモジュール。
【請求項６】
第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体と、
前記第１非磁性体層に設けられ、複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルと、
前記アンテナコイルに接続され、前記第２非磁性体層側に搭載されたＲＦＩＣチップとを有し、
前記磁性体層、前記第１非磁性体層および前記第２非磁性体層は、それぞれ低温焼結セラミック材料からなり、同時焼成によって積層・一体化されている、アンテナモジュール。
【請求項７】
前記第１コイルパターンと前記ＲＦＩＣチップとは、前記磁性体層に設けられたビアホール導体を介して接続されている、請求項５または６に記載のアンテナモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体層と非磁性体層とを積層・一体化してなる積層体を素体としたアンテナ素子、および、このアンテナ素子を基板とし、ＲＦＩＣチップを一体化してなるアンテナモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の識別・管理システムとして、リーダライタとＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグとを非接触方式で通信し、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間で情報を伝達するＲＦＩＤシステムが知られている。このＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤタグとリーダライタとの間で所定の情報が送受信される。【０００３】
１３．５６ＭＨｚ帯に代表されるＨＦ帯のＲＦＩＤシステムでは、コイルパターンを放射素子として利用したアンテナ素子（アンテナコイル）が一般的である。このアンテナコイルは、たとえば特許文献１に開示されているように、フレキシブル基材の表面に形成された平面コイルと、フレキシブル基材の裏面に貼り付けられた磁性体シートとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６３４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されているアンテナコイルの場合、通信距離を大きくしようとしてコイル径を大きくすると、アンテナサイズも大きくなってしまうし、場合によっては、コイルパターンの中心軸に沿ってヌル点が生じてしまうことがある。また、このアンテナコイルは、フレキシブル基材に磁性体シートを貼り付ける必要があるため、その貼り付け時に、フレキシブル基材と磁性体シートとの間にわずかな隙間ができることがある。すると、アンテナコイルのアンテナ特性が変わってしまう。さらに、このアンテナコイルの構造は、別部材であったフレキシブル基材と磁性体シートとが貼り合わされているにすぎず、基材やシートの材料によっては、アンテナコイルが反ったり、曲がったりすることがある。【０００６】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であるにもかかわらず、通信距離が大きく、優れたアンテナ特性を有しており、かつ、形状の安定性にも優れたアンテナ素子およびアンテナモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアンテナ素子は、第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体を備え、複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルが前記第１非磁性体層に設けられたことを特徴とする。【０００８】
また、本発明のアンテナモジュールは、第１主面および第２主面を有する磁性体層、前記磁性体層の第１主面に設けられた第１非磁性体層、ならびに、前記磁性体層の第２主面に設けられた第２非磁性体層を積層・一体化してなる積層体と、前記第１非磁性体層に設けられ、複数のコイルパターンが前記積層体の積層方向に積層されてなる第１コイルパターンを含むアンテナコイルと、前記アンテナコイルに接続され、前記第２非磁性体層側に搭載されたＲＦＩＣチップとを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型であるにもかかわらず、通信可能最長距離が大きく、優れたアンテナ特性を有しており、かつ、形状の安定性にも優れたアンテナ素子およびアンテナモジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は第１実施形態のアンテナモジュール２０１の概略断面図、図１（Ｂ）はその概略平面図である。
【図２】第１実施形態のアンテナモジュール２０１における磁界分布を説明するための図である。
【図３】第１実施形態のアンテナモジュール２０１の等価回路図である。
【図４】第２実施形態のアンテナモジュール２０２の概略断面図である。
【図５】第２実施形態のアンテナモジュール２０２における磁界分布を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）は第３実施形態のアンテナモジュール２０３の概略断面図、図６（Ｂ）はその概略下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のアンテナ素子およびアンテナモジュールを、各実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
第１実施形態のアンテナ素子は、１３．５６ＭＨｚ帯を利用したＨＦ帯ＲＦＩＤシステムにおけるＲＦＩＤタグ側のアンテナ素子であり、本実施形態のアンテナモジュールは、このＲＦＩＤシステムに用いられるＲＦＩＤタグである。
【００１３】
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るアンテナモジュール２０１構成を示す概略断面図、図１（Ｂ）はその概略平面図である。
【００１４】
図１に示すように、アンテナ素子１０１は、第１主面（図における上面）および第２主面（図における下面）を有する磁性体層１１、この磁性体層１１の第１主面に設けられた第１非磁性体層２１、ならびに、この磁性体層１１の第２主面に設けられた第２非磁性体層２２を積層・一体化してなる積層体を素体とする。すなわち、アンテナ素子１０１の素体は、磁性体層１１をコア層として、その第１主面、第２主面に同じ厚みの第１非磁性体層２１、第２非磁性体層２２をそれぞれ積層してなる積層構造を有する。
【００１５】
なお、「積層・一体化」とは、たとえば各層がセラミック層であれば、これらのセラミック層を同時焼成（Co-Fire）したものであり、各層が樹脂層であれば、これらの樹脂層を一括積層・圧着したものである。特に、これらの層が接着剤を介さずに一体化され、磁性体層と非磁性体層との間に明確な境界を有していないもの（磁性体層と非磁性体層との境界面では、各層の構成材料の一部が相互に拡散した状態であるもの）が好ましい。このように、磁性体層１１と非磁性体層２１，２２とが積層・一体化されており、かつ、磁性体層１１の両主面に非磁性体層２１，２２が設けられているため、磁性体層１１と非磁性体層２１，２２の材料（特に熱膨張係数）が異なっていても、各層の界面に隙間ができ難く、また、反りやうねりが生じにくい。ゆえに、特性が変動しにくく、形状安定性に優れたアンテナ素子１０１を得ることができる。
【００１６】
磁性体層１１、第１非磁性体層２１および第２非磁性体層２２は、それぞれ低温焼結セラミック材料からなり、同時焼成によって積層・一体化されていることが好ましい。特に、磁性体層１１を低温焼結型の磁性フェライトセラミック材料で構成し、非磁性体層２１，２２を低温焼結型の非磁性フェライトセラミック材料で構成することが好ましい。このように、磁性体層１１と非磁性体層２１，２２とを、実質的に同一の結晶構造（スピネル構造）を持ったセラミック材料にて構成すれば、各層の界面におけるクラックやデラミネーションの発生を抑制することができる。なお、非磁性体層２１，２２は、磁性体層１１よりも透磁率が十分に小さい材料であればよく、必ずしも、比透磁率が１である必要はない。磁性体層１１の比透磁率は１００以上であることが好ましく、非磁性体層２１，２２の比透磁率は１〜１０の範囲にあることが好ましい。
【００１７】
また、上記積層体のうち、第１非磁性体層２１には、複数のコイルパターンを積層してなる第１コイルパターン３１が設けられている。すなわち、第１非磁性体層２１は、コイルパターンが設けられた非磁性層を複数層、積層・一体化したものである。第１コイルパターン３１は、コイルパターンを複数層、積層してなる積層型のコイルパターンであるため、その軸方向に磁界が大きく分布し、この方向への通信可能な距離を大きくすることができる。
【００１８】
また、上記積層体のうち、第２非磁性体層２２にも、複数のコイルパターンを積層してなる第２コイルパターン３２が設けられており、第２非磁性体層２２も、コイルパターンが設けられた非磁性層を複数層、積層・一体化したものである。第１コイルパターン３１と第２コイルパターン３２とは直列接続されており、したがって、アンテナコイルは第１コイルパターン３１と第２コイルパターン３２を含んで構成されている。これらのコイルパターンは、磁性体層１１と非磁性体層２１，２２の積層方向に沿うコイル軸をそれぞれ有しているため、つまり、アンテナコイルは磁性体層１１の主面とほぼ平行なコイル開口を有しているため、各コイルパターンの軸方向への通信距離をより大きくすることができる。
【００１９】
これらのコイルパターンは、高周波数帯における導体損が小さいことから、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料で構成されていることが好ましい。また、各層を低温焼結セラミック材料で構成し、コイルパターンを銀や銅を主成分とする導電性ペーストを、低温焼結セラミックグリーンシートに印刷することによって構成すれば、導体抵抗の低いコイルパターンにより、Ｑ値の高いアンテナコイルを構成できる。
【００２０】
第１コイルパターン３１と第２コイルパターン３２とは、磁性体層１１中に設けられたビアホール導体を介して接続されている。第１コイルパターン３１、第２コイルパターン３２およびビアホール導体３３によってアンテナコイル３０が構成されている。このように、コイルパターン３１，３２を接続するビアホール導体３３が磁性体層中に設けられているため、このビアホール導体自身がインダクタ素子として機能し、アンテナコイル３０のインダクタンス値を大きくするのに寄与している。したがって、小型であるにもかかわらず、Ｑ値の高いアンテナコイルを構成することができる。
【００２１】
また、第１コイルパターン３１を構成する複数のコイルパターンのうち１つのコイルパターンは磁性体層１１と第１非磁性体層２１との界面に設けられている。同様に、第２コイルパターン３２を構成する複数のコイルパターンのうち１つのコイルパターンも、磁性体層１１と第２非磁性体層２２との界面に設けられている。そのため、各コイルパターンによる磁界は、図２において破線で示すように、磁性体層を厚み方向に通過するように形成される磁界と、磁性体層と非磁性体層との界面に沿って形成される磁界とが生じる。このように磁界が分布すると、コイルパターンの巻回軸に沿ったヌルは生じにくくなる。また、第１コイルパターン３１および第２コイルパターン３２は、磁性体層１１に対して対称に配置されているため、図２に示したように、第１主面方向（上側方向）の磁界分布と第２主面方向（下側方向）の磁界分布もほぼ対称になる。
【００２２】
また、上記積層体のうち、第２非磁性体層２２の表面（図中下側）には、コンデンサチップ４１およびＲＦＩＣチップ４２搭載されている。すなわち、第２非磁性体層２２の表面には、各チップ部品を搭載するための表面電極が設けられており、各チップ部品は、この表面電極にはんだ等の導電性接合材５１を介して搭載されている。これらのチップ部品はエポキシ樹脂等の封止樹脂層６０にて覆われている。このように、アンテナコイル３０に接続されたＲＦＩＣチップ４２を備えることで、ＲＦＩＤタグとして機能するアンテナモジュール２０１が構成されている。
【００２３】
図３に示すように、アンテナモジュール２０１のＲＦＩＣチップ４２は２つの入出力端子Ｐ１およびＰ２を有する。これらの入出力端子は平衡端子を構成している。端子Ｐ１，Ｐ２とアンテナ素子１０１との間には、インダクタ素子Ｌ１，Ｌ２およびコンデンサ素子Ｃ１によるフィルタ回路４３が挿入されている。このフィルタ回路４３は、ＲＦＩＣチップ４２で発生される高調波成分を抑制するため設けられている。
【００２４】
なお、本実施形態では、フィルタ回路４３を構成するインダクタ素子Ｌ１，Ｌ２やコンデンサ素子Ｃ１は、ＲＦＩＣチップ４２やコンデンサチップ４１と同様、チップ部品として構成されていて、第２非磁性体層２２の表面に実装されている。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、小型であるにもかかわらず、特に積層方向の通信可能最長距離が大きく、かつ、ヌル点が生じにくく、安定した高周波特性を有するアンテナ素子を得ることができる。また、特に、ベースとなる素体は、磁性体層が非磁性体層間に挟み込まれた積層構造を有しているため、形状の安定性にも優れる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
図４は第２の実施形態に係るアンテナモジュール２０２の構成を示す概略断面図である。
【００２７】
第２実施形態のアンテナ素子１０２およびアンテナモジュール２０２は、基本的には、第１実施形態のアンテナ素子１０１およびアンテナモジュール２０１と同じであるが、図４に示すように、第１非磁性体層２１の厚みは第２非磁性体層２２の厚みよりも大きく、第１非磁性体層２１に設けた第１コイルパターン３１を構成するコイルパターンの積層数は、第２非磁性体層２２に設けた第２コイルパターン３２を構成するコイルパターンの積層数よりも大きい。すなわち、第１コイルパターン３１および第２コイルパターン３２は、磁性体層に対して非対称である。また、第１コイルパターン３１、第２コイルパターン３２ともに、磁性体層と非磁性体層との界面に設けられたコイルパターンを含んでいない。
【００２８】
よって、図５に示すように、このアンテナモジュール２０２によって形成される磁界の方向は磁性体層と非磁性体層との界面で変化し、磁力線は磁性体層と非磁性体層との界面に沿って通る。また、その上側方向の磁界分布は下側方向の磁界分布に比べて大きくなる。すなわち、下側方向の通信可能最長距離よりも上側方向の通信可能最長距離を大きくすることができ、アンテナ素子に指向性を付与することができる。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図６は第３の実施形態に係るアンテナモジュール２０３の構成を示す概略断面図である。
【００３０】
第３実施形態のアンテナ素子１０３およびアンテナモジュール２０３は、基本的には、第１実施形態のアンテナ素子１０１およびアンテナモジュール２０１と同じであるが、図６に示すように、第２非磁性体層２２には第２コイルパターンが設けられていない。その代わりに、第２非磁性体層２２の表面に、第１コイルパターン３１をＲＦＩＣチップ４２およびコンデンサチップ４１に接続するための表層パターン３４が設けられている。この表層パターン３４の第１端は第１コイルパターン３１の第１端に接続されており、第２端はコンデンサチップ４１の第１端に接続されている。コンデンサチップ４１の第２端は第１コイルパターン３１の第２端に接続されている。表層パターン３４は、積層方向から視たとき（平面視したとき）、第１コイルパターン３１と重なるようにパターニングされている。そのため、表層パターン３４を第２コイルパターンと見なすこともできる。なお、フィルタ回路を構成するインダクタチップとコンデンサチップについては図示を省略している。
【００３１】
第３実施形態において、第１コイルパターン３１とＲＦＩＣチップ４２とは、磁性体層１１に設けられたビアホール導体３３を介して接続されている。すなわち、このビアホール導体３３は、このビアホール導体３３自身がインダクタ素子として機能し、アンテナコイルのインダクタンス値を大きくするのに寄与するのに加え、フィルタ回路のインダクタ素子の一部を構成する。
【００３２】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明を具体的な幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
たとえば、本発明のアンテナ素子は、ＲＦＩＤタグのアンテナ素子に限定されるものではなく、たとえばリーダライタのアンテナ素子に適用することもできるし、ＲＦＩＤシステム用のアンテナ素子に限定されるものではなく、ＮＦＣ（Near Field Communication）システムをはじめ、ＬＦ帯やＨＦ帯、ＵＨＦ帯等の他の通信システム用のアンテナ素子に適用することもできる。
【００３４】
第１コイルパターンと第２コイルパターンとは直列接続されていてもよいが、並列接続されていてもよい。並列接続にすれば、直流抵抗（ＤＣＲ）が下がって、アンテナコイルのＱ値が向上する。また、これらのコイルパターンの一部は磁性体層に設けられていてもよい。また、これらのコイルパターンの他、さらに他のコイルパターンを含んでいてもよい。
【００３５】
また、アンテナ素子を構成するためのコンデンサチップやフィルタ回路を構成するためのコンデンサチップは、第２非磁性体層側の表面に実装されていることが好ましいが、第２非磁性体層の内層にコンデンサパターンとして組み込まれていてもよい。また、フィルタ回路を構成するための各インダクタ素子は、インダクタチップとして第２非磁性体層側の表面にそれぞれ実装されていてもよいが、コイルパターンとして磁性体層に内蔵されていてもよい。特に、磁性体層に内蔵する場合、磁性体を介してのコイルパターンの磁界結合が強くなって、コイルの自己インダクタンスが大きくなり、そのサイズを小型化することができる。
【００３６】
また、ビアホール導体は層間接続導体として機能するものであって、ビアホール導体用孔に導電性材料が充填されたタイプのビアホール導体の他、貫通穴の内周囲にめっき膜を形成したタイプ（スルーホール導体）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のアンテナ素子およびアンテナモジュールは、ＲＦＩＤシステム用のアンテナ素子およびアンテナモジュール、特に、ＨＦ帯ＲＦＩＤシステム用のアンテナ素子およびアンテナモジュールに有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１１…磁性体層
２１…第１非磁性体層
２２…第２非磁性体層
３０…アンテナコイル
３１…第１コイルパターン
３２…第２コイルパターン
３３…ビアホール導体
３４…表層パターン
４１…コンデンサチップ
４２…ＲＦＩＣチップ
４３…フィルタ回路
５１…導電性接合材
６０…封止樹脂層
１０１〜１０３…アンテナ素子
２０１〜２０３…アンテナモジュール
【図１】
0005464306.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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