(57)【要約】  簡易な構成からなり、放射利得の向上を図ることができ、ＲＦＩＤシステムに好適な複合プリント配線基板及び無線通信システムを得る。  親基板（１０）と該親基板（１０）に搭載された子基板（２０）とを備えた複合プリント配線基板。子基板（２０）には、高周波信号を処理する無線ＩＣ素子（５０）と、無線ＩＣ素子（５０）に結合されたループ状電極（２７）と、ループ状電極（２７）に結合された第１放射体（２５）と、が設けられている。親基板（１０）には、ループ状電極（２７）と電磁界を介して結合された第２放射体（１５）が設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親基板と該親基板に搭載された子基板とを備え、
前記子基板には、高周波信号を処理する無線ＩＣ素子と、該無線ＩＣ素子に結合されたループ状電極と、該ループ状電極に結合された第１放射体と、が設けられており、
前記親基板には、前記ループ状電極と電磁界を介して結合された第２放射体が設けられていること、
を特徴とする複合プリント配線基板。
【請求項２】
前記第１放射体はグランド導体であること、を特徴とする請求項１に記載の複合プリント配線基板。
【請求項３】
前記第２放射体はグランド導体であること、を特徴とする請求項１に記載の複合プリント配線基板。
【請求項４】
前記ループ状電極は前記第１放射体と電気的に接続されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項５】
前記第１放射体と前記第２放射体とは電気的に接続されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項６】
前記ループ状電極は前記第２放射体の端部又はその近傍に位置するように配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項７】
前記子基板は多層基板からなり、前記無線ＩＣ素子と前記第１放射体はそれぞれ該多層基板の異なる層に設けられており、
前記ループ状電極は、
前記無線ＩＣ素子と同一層に設けられかつ該無線ＩＣ素子の第１端子に電気的に接続された第１平面導体と、
前記第１平面導体と前記第１放射体とを電気的に接続する第１層間導体と、
前記無線ＩＣ素子と同一層に設けられかつ該無線ＩＣ素子の第２端子に電気的に接続された第２平面導体と、
前記第２平面導体と前記第１放射体とを電気的に接続する第２層間導体と、
前記第１放射体のうち、前記第１層間導体との接続点と前記第２層間導体との接続点を結ぶ導体部分と、で構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項８】
前記子基板は多層基板からなり、前記無線ＩＣ素子と前記第１放射体はそれぞれ該多層基板の異なる層に設けられており、
前記ループ状電極は、
前記無線ＩＣ素子と異なる層に設けられかつ該無線ＩＣ素子の第１端子に第３層間導体を介して電気的に接続された第３平面導体と、
前記第３平面導体と前記第１放射体とを電気的に接続する第４層間導体と、
前記無線ＩＣ素子と異なる層に設けられかつ該無線ＩＣ素子の第２端子に第５層間導体を介して電気的に接続された第４平面導体と、
前記第４平面導体と前記第１放射体とを電気的に接続する第６層間導体と、
前記第１放射体のうち、前記第４層間導体との接続点と前記第６層間導体との接続点を結ぶ導体部分と、で構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項９】
前記無線ＩＣ素子は、高周波信号を処理する無線ＩＣチップであること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項１０】
前記無線ＩＣ素子は、高周波信号を処理する無線ＩＣチップと、所定の共振周波数を有する給電回路を含んだ給電回路基板とで構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の複合プリント配線基板。
【請求項１１】
親基板と該親基板に搭載された子基板とからなる複合プリント配線基板を備え、
前記子基板には、高周波信号を処理する無線ＩＣ素子と、該無線ＩＣ素子に結合されたループ状電極と、該ループ状電極に結合された第１放射体と、が設けられており、
前記親基板には、前記ループ状電極と電磁界を介して結合された第２放射体が設けられていること、
を特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合プリント配線基板及び無線通信システム、特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる複合プリント配線基板及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物品の情報管理システムとして、誘導磁界を発生するリーダライタと、物品に付されたＲＦＩＤタグとを電磁界を利用した非接触方式で通信し、所定の情報を伝達するＲＦＩＤシステムが実用化されている。このＲＦＩＤタグは、所定の情報を記憶し、所定の無線信号を処理する無線ＩＣチップと、高周波信号の送受信を行うアンテナ（放射体）とを備えている。【０００３】
ＲＦＩＤシステムは各種電子機器に内蔵されるプリント配線基板の情報管理に用いられることがある。例えば、特許文献１には、プリント配線基板のグランド電極をアンテナとして利用したＲＦＩＤタグが記載されている。このＲＦＩＤタグには無線ＩＣチップとグランド電極との間にインピーダンスを整合させるためのループ状電極が設けられている。それゆえ、簡易な構成で信号ロスの小さなＲＦＩＤタグを実現できる。【０００４】
ところで、近年では、電子機器の高機能化や多機能化に伴い、プリント配線基板として複合プリント配線基板が用いられることがある。複合プリント配線基板は、大型の親基板（メインボード）と、特定の機能ブロックとして構成された子基板（サブボード）とで構成され、子基板は親基板上に搭載される。複合プリント配線基板にあっては、親基板及び子基板にそれぞれＲＦＩＤタグを付けておけば、基板ごとの情報管理が可能である。しかし、基板の数だけＲＦＩＤタグが必要となり、整合回路の複雑化や各基板の大型化を招く。また、ＲＦＩＤタグの数が多くなると、その信号処理などＲＦＩＤシステムにかかる負荷が大きくなり、システムの複雑化や高コスト化を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００９／０１１１４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、簡易な構成からなり、放射利得の向上を図ることができ、ＲＦＩＤシステムに好適な複合プリント配線基板及び無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態である複合プリント配線基板は、
親基板と該親基板に搭載された子基板とを備え、
前記子基板には、高周波信号を処理する無線ＩＣ素子と、該無線ＩＣ素子に結合されたループ状電極と、該ループ状電極に結合された第１放射体と、が設けられており、
前記親基板には、前記ループ状電極と電磁界を介して結合された第２放射体が設けられていること、
を特徴とする。【０００８】
本発明の第２の形態である無線通信システムは、
親基板と該親基板に搭載された子基板とからなる複合プリント配線基板を備え、
前記子基板には、高周波信号を処理する無線ＩＣ素子と、該無線ＩＣ素子に結合されたループ状電極と、該ループ状電極に結合された第１放射体と、が設けられており、
前記親基板には、前記ループ状電極と電磁界を介して結合された第２放射体が設けられていること、
を特徴とする。【０００９】
前記複合プリント配線基板において、無線ＩＣ素子は第１放射体とループ状電極を介して結合し、第１放射体がアンテナとして機能する。さらに、無線ＩＣ素子は第２放射体ともループ状電極を介して結合し、第２放射体もアンテナとして機能する。この場合、ループ状電極は第１及び第２放射体に対するインピーダンスの整合回路として機能する。即ち、第１放射体に加えて第２放射体で受信された高周波信号によってループ状電極を介して無線ＩＣ素子が動作され、該無線ＩＣ素子からの応答信号がループ状電極を介して第１及び第２放射体から外部に放射される。従って、子基板に設けた無線ＩＣ素子にて子基板及び親基板の情報を管理することができ、複数の無線ＩＣ素子を配置する必要がなくなる。また、親基板の第２放射体も送受信に用いられるために放射利得が向上する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複合プリント配線基板を簡単な構成で、かつ、放射利得の向上を図ってＲＦＩＤシステムに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例である複合プリント配線基板を示す斜視図である。
【図２】前記複合プリント配線基板を示す分解斜視図である。
【図３】前記複合プリント配線基板を構成する子基板を示し、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は裏面図、（Ｃ）はＸ−Ｘ拡大断面図、（Ｄ）はＹ−Ｙ拡大断面図である。
【図４】前記複合プリント配線基板を示す断面図である。
【図５】親基板と子基板にそれぞれ設けた放射体の結合関係を示す説明図である。
【図６】前記複合プリント配線基板に種々の電子部品を搭載した状態を示す斜視図である。
【図７】子基板の変形例を示す断面図である。
【図８】無線ＩＣ素子としての無線ＩＣチップを示す斜視図である。
【図９】無線ＩＣ素子として給電回路基板上に前記無線ＩＣチップを搭載した状態を示す斜視図である。
【図１０】給電回路の一例を示す等価回路図である。
【図１１】前記給電回路基板の積層構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る複合プリント配線基板及び無線通信システムの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部品、部分は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
（第１実施例、図１〜図６参照）
第１実施例である複合プリント配線基板１は、図１及び図２に示すように、面積が比較的大きい親基板１０と、該親基板１０上に搭載された面積が比較的小さい子基板２０とから構成されている。親基板１０は、表面に第２放射体１５を形成した基材層１１と、複数の端子電極１６を形成した基材層１２を含む多層基板である。子基板２０は、表面に第１放射体２５を形成した基材層２１と、表面に平面導体２６ａ，２６ｂを形成した基材層２２を含む多層基板であり、表面（基材層２２上）には無線ＩＣ素子５０が搭載されている。親基板１０及び子基板２０の各基材層はともに周知のガラスエポキシ材料から形成されている。また、第１及び第２放射体２５，１５は、以下に説明するようにアンテナとして機能するものであるが、親基板１０や子基板２０に搭載される電子部品（図６参照）のグランド導体として機能してもよい。
【００１４】
無線ＩＣ素子５０は、高周波信号を処理するもので、その詳細は図８〜図１１を参照して以下に詳述する。
【００１５】
図３に示すように、子基板２０において、平面導体２６ａ，２６ｂはその一端が無線ＩＣ素子５０の図示しない第１端子電極及び第２端子電極に電気的に接続され、かつ、内蔵されている第１放射体２５とは層間導体２３（ビアホール導体）を介して電気的に接続されている。図３（Ｄ）のＹ−Ｙ拡大断面図に最もよく示されているように、平面導体２６ａ，２６ｂと層間導体２３と第１放射体２５の一部とでループ状電極２７が構成されている。ここで、第１放射体２５の一部とは、層間導体２３との接続点を結ぶ導体部分をいう。また、子基板２０の裏面には複数の端子電極２８が形成されており、該端子電極２８は層間導体２９（ビアホール導体）を介して第１放射体２５に電気的に接続されている。
【００１６】
親基板１０は、図４に示すように、その表面に前記端子電極２８と対向する複数の端子電極１６が形成され、該端子電極１６は層間導体１７（ビアホール導体）を介して第２放射体１５と電気的に接続されている。そして、子基板２０は親基板１０上に、端子電極２８を端子電極１６にはんだや導電ピンなどの接合材３１によって電気的に接続・固定される。
【００１７】
図５に示すように、前記ループ状電極２７は、第１放射体２５とは電気的に接続（ＤＣ接続）されており、かつ、第２放射体１５とは電気的に接続（ＤＣ接続）されるとともに電磁界Ｍを介して結合されている。ループ状電極２７と第１放射体２５とを電気的に接続することで、高周波信号の伝達効率を向上させることができる。なお、ループ状電極２７と第１放射体２５を離間させて、ループ状電極２７と第１放射体２５とを電磁界を介して結合していてもよい。また、同様に、第１放射体２５と第２放射体１５とを離間させて、ループ状電極２７と第２放射体１５とを電磁界Ｍを介してのみ結合させてもよい。すなわち、ループ状電極２７と第２放射体の主たる結合は、電磁界Ｍ（電界、磁界又はその両方を意味する）を介しての結合である。
【００１８】
また、第１及び第２放射体２５，１５は層間導体１７，２９や接合材３１を介して、電気的に接続（ＤＣ接続）されているが、電気的に接続されていなくてもよい。この場合は、第１及び第２放射体２５，１５は主に容量Ｃを介して電磁界結合されることになる。このように、第１及び第２放射体２５，１５を電気的に接続させたり、電磁界結合させたりすることで、ループ状電極２７と第２放射体１５との高周波信号の伝達効率を高くすることができる。
【００１９】
以上の構成からなる複合プリント配線基板１においては、ループ状電極２７が第１及び第２放射体２５，１５と結合していることにより、ＲＦＩＤシステムのリーダライタから放射されて第１及び第２放射体２５，１５で受信された高周波信号がループ状電極２７を介して無線ＩＣ素子５０に供給され、無線ＩＣ素子５０が動作する。一方、無線ＩＣ素子５０からの応答信号がループ状電極２７を介して第１及び第２放射体２５，１５に伝達されてリーダライタに放射される。
【００２０】
前記ループ状電極２７は、無線ＩＣ素子５０と第１放射体２５とを結合させてインピーダンスの整合回路として機能し、かつ、無線ＩＣ素子５０と第２放射体１５とを結合させてインピーダンスの整合回路として機能する。ループ状電極２７はその電気長や電極幅などを調整することで、インピーダンスの整合をとることができる。このループ状電極２７はループ面（図３（Ｄ）に示されている）が第１及び第２放射体２５，１５に対して垂直方向に形成されている。それ以外にループ面は第１及び第２放射体２５，１５に対して水平に位置するように形成されていてもよい。即ち、基材層の表面にループ状電極が形成されていてもよい。
【００２１】
前記複合プリント配線基板１においては、無線ＩＣ素子５０及びループ状電極２７を設けた子基板２０を親基板１０上に搭載することで、１個の無線ＩＣ素子５０にて子基板２０及び親基板１０の情報を管理することができ、複数の無線ＩＣ素子５０を配置する必要がなくなる。さらに、子基板２０の第１放射体２５だけでなく親基板１０の第２放射体１５も送受信に用いられるために、放射体の面積が増え、放射利得が向上する。
【００２２】
また、ループ状電極２７が第２放射体１５の端部（又はその近傍であってもよい）に位置するように配置されているため、ループ状電極２７と第２放射体１５との高周波信号の伝達効率が高くなる。さらに、第１放射体２５と第２放射体１５とが層間導体１７，２９や接合材３１を介して電気的に接続され、熱的にも接続されているため、面積の小さな子基板２０の熱を面積の大きな親基板１０によって効率よく放熱することができる。
【００２３】
前記複合プリント配線基板上には種々の電子部品が搭載され、コンピュータなどの電子機器に内蔵される。そのような例を図６に示す。親基板１０上にはＩＣ回路部品３５やチップタイプの電子部品３６が多数搭載されている。また、子基板２０上にもＩＣ回路部品３７が搭載されている。
【００２４】
（子基板の変形例、図７参照）
図７に子基板２０の変形例を示し、ループ状電極２７を構成する平面導体２６ａ，２６ｂを子基板２０の裏面に形成したものである。即ち、裏面に形成された平面導体２６ａ，２６ｂは、層間導体３２（ビアホール導体）を介して無線ＩＣ素子５０の第１及び第２端子電極にそれぞれ電気的に接続され、かつ、層間導体３３（ビアホール導体）を介して第１放射体２５に電気的に接続されている。なお、図７では図示していないが、第１放射体２５は図４に示したのと同様の構成で第２放射体１５と結合されている。
【００２５】
図７に示した子基板２０において、平面導体２６ａ，２６ｂは無線ＩＣ素子５０の搭載層とは異なる層に形成されているため、子基板２０の表面を他の素子の搭載面として有効に活用できる。
【００２６】
（無線ＩＣ素子、図８〜図１１参照）
無線ＩＣ素子５０は、図８に示すように、高周波信号を処理する無線ＩＣチップ５１であってもよく、あるいは、図９に示すように、無線ＩＣチップ５１と所定の共振周波数を有する共振回路を含んだ給電回路基板６５とで構成されていてもよい。
【００２７】
図８に示す無線ＩＣチップ５１は、クロック回路、ロジック回路、メモリ回路などを含み、必要な情報がメモリされている。無線ＩＣチップ５１は、その裏面に入出力用端子電極５２、５２及び実装用端子電極５３，５３が設けられている。入出力用端子電極５２、５２は前記第１実施例で示した第１及び第２端子電極であって、前記平面導体２６ａ，２６ｂと金属バンプなどを介して電気的に接続される。なお、金属バンプの材料としては、Ａｕ、はんだなどを用いることができる。
【００２８】
図９に示すように、無線ＩＣチップ５１と給電回路基板６５とで無線ＩＣ素子５０を構成する場合、給電回路基板６５には種々の給電回路（共振回路／整合回路を含む）を設けることができる。例えば、図１０に等価回路として示すように、互いに異なるインダクタンス値を有し、かつ、互いに逆相で磁気結合（相互インダクタンスＭで示す）されているインダクタンス素子Ｌ１、Ｌ２を含む給電回路６６であってもよい。給電回路６６は、所定の共振周波数を有するとともに、無線ＩＣチップ５１のインピーダンスと第１及び第２放射体２５，１５とのインピーダンスマッチングを図っている。なお、無線ＩＣチップ５１と給電回路６６とは、電気的に接続（ＤＣ接続）されていてもよいし、電磁界を介して結合されていてもよい。
【００２９】
給電回路６６は、無線ＩＣチップ５１から発信された所定の周波数を有する高周波信号を前記ループ状電極２７を介して第１及び第２放射体２５，１５に伝達し、かつ、第１及び第２放射体２５，１５で受信した高周波信号をループ状電極２７を介して無線ＩＣチップ５１に供給する。給電回路６６が所定の共振周波数を有するので、第１及び第２放射体２５，１５とのインピーダンスマッチングが図りやすくなり、ループ状電極２７の電気長を短くすることができる。
【００３０】
次に、給電回路基板６５の構成について説明する。図８及び図９に示すように、無線ＩＣチップ５１の入出力用端子電極５２は、給電回路基板６５上に形成した給電端子電極１４２ａ、１４２ｂに、実装用端子電極５３は、実装端子電極１４３ａ、１４３ｂに金属バンプなどを介して接続される。
【００３１】
給電回路基板６５は、図１１に示すように、誘電体あるいは磁性体からなるセラミックシート１４１ａ〜１４１ｈを積層、圧着、焼成したものである。但し、給電回路基板６５を構成する絶縁層はセラミックシートに限定されるものではなく、例えば、液晶ポリマなどのような熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のような樹脂シートであってもよい。最上層のシート１４１ａには、給電端子電極１４２ａ，１４２ｂ、実装端子電極１４３ａ，１４３ｂ、ビアホール導体１４４ａ，１４４ｂ，１４５ａ，１４５ｂが形成されている。２層目〜８層目のシート１４１ｂ〜１４１ｈには、それぞれ、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２を構成する配線電極１４６ａ，１４６ｂが形成され、必要に応じてビアホール導体１４７ａ，１４７ｂ，１４８ａ，１４８ｂが形成されている。
【００３２】
以上のシート１４１ａ〜１４１ｈを積層することにより、配線電極１４６ａがビアホール導体１４７ａにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ１が形成され、配線電極１４６ｂがビアホール導体１４７ｂにて螺旋状に接続されたインダクタンス素子Ｌ２が形成される。また、配線電極１４６ａ，１４６ｂの線間にキャパシタンスが形成される。
【００３３】
シート１４１ｂ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−１はビアホール導体１４５ａを介して給電端子電極１４２ａに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ａの端部１４６ａ−２はビアホール導体１４８ａ，１４５ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続される。シート１４１ｂ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−１はビアホール導体１４４ｂを介して給電端子電極１４２ｂに接続され、シート１４１ｈ上の配線電極１４６ｂの端部１４６ｂ−２はビアホール導体１４８ｂ，１４４ａを介して給電端子電極１４２ａに接続される。
【００３４】
以上の給電回路６６において、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ逆方向に巻かれているため、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界が相殺される。磁界が相殺されるため、所望のインダクタンス値を得るためには配線電極１４６ａ，１４６ｂをある程度長くする必要がある。これにてＱ値が低くなるので共振特性の急峻性がなくなり、共振周波数付近で広帯域化することになる。
【００３５】
インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２は、給電回路基板６５を平面透視したときに、左右の異なる位置に形成されている。また、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２で発生する磁界はそれぞれ逆向きになる。これにて、給電回路６６をループ状電極２７に結合させたとき、ループ状電極２７には逆向きの電流が励起され、第１及び第２放射体２５，１５に電流を発生させることができ、その電流による電位差で第１及び第２放射体２５，１５をアンテナとして動作させることができる。
【００３６】
給電回路基板６５に共振／整合回路を内蔵することにより、外部の物品の影響による特性変動を抑えることができ、通信品質の劣化を防ぐことができる。また、無線ＩＣ素子５０を構成する無線ＩＣチップ５１を給電回路基板６５の厚み方向の中央側に向けて配置すれば、無線ＩＣチップ５１の破壊を防ぐことができ、無線ＩＣ素子５０としての機械的強度を向上させることができる。
【００３７】
（他の実施例）
なお、本発明に係る複合プリント配線基板及び無線通信システムは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３８】
例えば、第１及び／又は第２放射体は、子基板や親基板に２層にわたって内蔵されていてもよく、あるいは、子基板や親基板の表面に設けられていてもよく、その形状は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明は、複合プリント配線基板及び無線通信システムに有用であり、特に、簡易な構成からなり、放射利得が向上する点で優れている。
【符号の説明】
【００４０】
１…複合プリント配線基板
１０…親基板
１５…第２放射体
２０…子基板
２３…層間導体
２５…第１放射体
２６ａ，２６ｂ…平面導体
２７…ループ状電極
３２，３３…層間導体
５０…無線ＩＣ素子
５１…無線ＩＣチップ
６５…給電回路基板
６６…給電回路
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2011102194.tif 000015
2011102194.tif 000016
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