(57)【要約】【課題】基板の厚さによらず、容易にインダクタンス容量を確保できるパターンインダクタおよびアンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】積層基板６と、積層基板６に形成されたパターンと、積層基板６を貫通するスルーホール２〜５とを備え、第１層に形成されたパターンは、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール５に接続され、第２層に形成されたパターンは、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール５からスルーホール４に接続され、第３層に形成されたパターンは、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール４からスルーホール３に接続され、第４層に形成されたパターンは、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール３からスルーホール２に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
2011238637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１層、第２層、第３層の基板により形成された積層基板と、
前記積層基板の層ごとに形成された金属パターンと、
前記積層基板を貫通する少なくとも第１、第２、第３のスルーホールとを備え、
前記第１層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、第１のスルーホールに接続され、
前記第２層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、前記第１のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールに接続され、
前記第３層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、前記第２層で接続した前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールに接続されていることを特徴とするパターンインダクタ。
【請求項２】
積層基板と、
前記積層基板の複数の層に形成されたパターンと、
前記積層基板を貫通する複数のスルーホールとを備え、
前記パターンは、隣接する前記スルーホールを結ぶ辺の内周に沿って形成し、前記パターンの長さが長くなるようにスルーホールに接続し、
前記スルーホールの数をｎ、前記積層基板の層のうち前記パターンが形成された層の数をｍとし、ｎが３以上の整数のとき、ｍ＝ｎまたはｍ＝ｎ＋１であることを特徴とするパターンインダクタ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のパターンインダクタを送受信を行うアンテナパターンと同一基板上に形成したことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層基板に形成するパターンインダクタおよびアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パターンインダクタとして、絶縁基板の両面にパターンを形成し、スルーホールを設けて、巻き軸を絶縁基板と平行にしたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０９３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のパターンインダクタでは、巻き軸が絶縁基板と平行になっているため、コイルの開口部の大きさは絶縁基板の厚さによって決まり、一般的に絶縁基板は薄いため、所望のインダクタンスを得るためには、多くのスルーホールを設け、巻き数の多いコイルを作らなければならなかった。
【０００５】
そこで、本発明は上記従来の課題に鑑みて、基板の厚さによらず、容易にインダクタンス容量を確保できるパターンインダクタおよびアンテナ装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、少なくとも第１層、第２層、第３層の基板により形成された積層基板と、前記積層基板の層ごとに形成された金属パターンと、前記積層基板を貫通する少なくとも第１、第２、第３のスルーホールとを備え、前記第１層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、第１のスルーホールに接続され、前記第２層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、前記第１のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールに接続され、前記第３層に形成された前記金属パターンは、前記第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、前記第２層で接続した前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように前記第２のスルーホールまたは前記第３のスルーホールに接続されていることを特徴とするパターンインダクタ。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板の厚さによらず、容易にインダクタンス容量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例におけるパターンインダクタの概念図
【図２】本発明の実施例におけるパターンインダクタの１層目の概念図
【図３】本発明の実施例におけるパターンインダクタの２層目の概念図
【図４】本発明の実施例におけるパターンインダクタの３層目の概念図
【図５】本発明の実施例におけるパターンインダクタの４層目の概念図
【図６】本発明の実施例における非接触ＩＣカードシステム構成図
【図７】本発明の実施例におけるリーダライタ装置のブロック図
【図８】本発明の実施例におけるＥＭＣフィルタ部の回路図
【図９】本発明の実施例におけるリーダライタ装置の基板構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のパターンインダクタは、少なくとも第１層、第２層、第３層の基板により形成された積層基板と、積層基板の層ごとに形成された金属パターンと、積層基板を貫通する少なくとも第１、第２、第３のスルーホールとを備え、第１層に形成された金属パターンは、第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、第１のスルーホールに接続され、第２層に形成された金属パターンは、第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、第１のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように第２のスルーホールまたは第３のスルーホールに接続され、第３層に形成された金属パターンは、第１、第２、第３のスルーホールに囲まれた辺の内周に沿って形成されて、第２層で接続した第２のスルーホールまたは第３のスルーホールから最もパターンの長さが長くなるように第２のスルーホールまたは第３のスルーホールに接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、積層基板と、積層基板の複数の層に形成されたパターンと、積層基板を貫通する複数のスルーホールとを備え、パターンは、隣接するスルーホールを結ぶ辺の内周に沿って形成し、パターンの長さが長くなるようにスルーホールに接続し、スルーホールの数をｎ、積層基板の層のうちパターンが形成された層の数をｍとし、ｎが３以上の整数のとき、ｍ＝ｎまたはｍ＝ｎ＋１であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、基板の厚さによらず、容易にインダクタンス容量を確保できる。
【００１２】
また、本発明のパターンインダクタを送受信を行うアンテナパターンと同一基板上に形成したことにより、基板のスペースを利用して、必要なインダクタンスを確保することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例におけるパターンインダクタの概念図で、パターンインダクタ単体を基板に配置したもので、基板は透過色としている。
【００１５】
パターンインダクタ１は、複数の基板を積層している積層基板６表面から裏面まで貫通しているスルーホール２〜５、銅等の金属からなる導電性の各層のパターン、および積層基板６から構成されており、スルーホール２〜５の数は使用する層数、つまり、各層に形成するパターンの数によって変動する。ここでは積層基板６を４層基板とし、すべての層を使用し、パターンインダクタの端子を同一面に設けるものとして、以下説明する。
【００１６】
次に、図２〜図５を用いてパターンインダクタの構成について詳細に説明する。図２は本発明の実施例におけるパターンインダクタの１層目の概念図、図３は本発明の実施例におけるパターンインダクタの２層目の概念図、図４は本発明の実施例におけるパターンインダクタの３層目の概念図、図５は本発明の実施例におけるパターンインダクタの４層目の概念図である。
【００１７】
まず、図２〜図５に示すように４つの貫通スルーホール２〜５はすべての層を貫通するように四角に配置している。
【００１８】
パターンインダクタ１の表層となる１層目は、図２に示すように、スルーホール２に出力端子７を接続する。
【００１９】
また、入力端子８は出力端子７が接続されているスルーホール２と隣り合う別のスルーホール（ここではスルーホール５）の近くに設定する。
【００２０】
そして、１層目のパターン９は、入力端子８から出力端子７方向（ここでは時計回り）に回し、最も遠いスルーホール５以外のスルーホールを内側に避け、かつ最大径がとれるように配線し、スルーホール５に接続し、２層目以下に落とす。
【００２１】
つまり、１層目のパターン９は、入力端子８の位置から、スルーホール５の近傍まで設け、その後、時計回り（スルーホール２、スルーホール３、スルーホール４の順）にスルーホールの内側を通るように設けて、スルーホール５に接続する。
【００２２】
また、１層目のパターン９は、スルーホール２〜５で囲まれた四角形の内側において最大の径となるように配置することで、１層目のパターン９の線路長を長く確保することができる。
【００２３】
なお、１層目のパターン９をスルーホール２〜５の内側に配置したのは、パターンインダクタ１の内側にスルーホール２〜５を配置すると、パターンインダクタ１のインダクタンス成分に悪影響を与えるためである。
【００２４】
次に、２層目のパターン１０は、図３に示すように、始点となるスルーホール５からスルーホール２、スルーホール３を介して、時計回りに最も遠いスルーホール４に向けて、スルーホールを内側に避け、かつ最大径がとれるように配線する。
【００２５】
同様に、３層目のパターン１１は、図４に示すように、始点となるスルーホール４からスルーホール５、スルーホール２を介して、時計回りに最も遠いスルーホール３に向けて、その他のスルーホールを内側に避け、かつ最大径がとれるように配線する。
【００２６】
さらに、４層目のパターン１２は、図５に示すように、始点となるスルーホール３からスルーホール４、スルーホール５を介して、時計回りに最も遠いスルーホール２に向けて、その他のスルーホールを内側に避け、かつ最大径がとれるように配線する。そして、スルーホール２を介して、１層目の出力端子７と接続される。
【００２７】
そして、上記の層ごとの基板を積層したものが、本実施例の積層基板６となる。
【００２８】
このように設計することで、基板の厚さによらず、貫通基板でインダクタ値の大きいパターンインダクタを効率よく設計できる。
【００２９】
また、スルーホールを貫通孔とし、貫通基板で設計可能な構造であることから、従来のように層間接続を行うために１層ごとに設け、スルーホールを形成するために複数の工程を必要としないので、基板作成の際の効率化を図ることが可能となる。
【００３０】
また本案は、３層以上の多層構造の貫通基板を対象としており、スルーホールの数は使用する層数で変動する。入力端子と出力端子を同一平面上に配置する場合は、スルーホールの数は使用する層数と同じ数だけ必要であり、また入力端子と出力端子を表裏別面上に配置する場合は、スルーホールの数は、「使用する層数−１」だけ必要となる。ループ形状はスルーホールの数に応じた多角形構造か、円構造をとり、例えばスルーホールが３つの場合はループ形状は三角形、スルーホールが４つの場合はループ形状は上述したように四角形、スルーホールが５つの場合はループ形状は五角形となる。
【００３１】
また、基板層数とパターンインダクタで使用する層数とは必ずしも一致せず、要求されるインダクタの値に応じて、使用する層数およびパターンインダクタ径を調整する。使用する層数を増やすほど線路長が長くなるためインダクタ値は大きくなり、またループ径を大きくするほどインダクタ値は大きくなる。
【００３２】
なお、本実施例では、時計回りを想定しているが反時計回りであってもよい。本実施例においては、時計回りにパターンを形成するようにしているため、パターンの両端は上の層から接続されるスルーホールとそのスルーホールから反時計回りの位置に隣接し下の層と接続されるスルーホールに接続され、パターンはその両端から隣接するスルーホールを結ぶ線（辺）の内周に沿って、時計回りに形成される。
【００３３】
つまり、本実施例においては、４層の基板により形成された積層基板６と、積層基板６の層ごとに形成されたパターンと、積層基板６を貫通するスルーホール２〜５とを備え、１層目のパターン９は、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール５に接続され、２層目のパターン１０は、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール５から最もパターンの長さが長くなるようにスルーホール５に接続され、３層目のパターン１１は、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール４から最もパターンの長さが長くなるようにスルーホール３に接続され、４層目のパターン１２は、スルーホール２〜５に囲まれた辺の内周に沿って形成されて、スルーホール３から最もパターンの長さが長くなるようにスルーホール２に接続されていることを特徴とする。
【００３４】
また、スルーホールの数と、積層基板６におけるパターンを形成した層の数に着目し、スルーホールの数をｎ（ｎは３以上の整数）、パターンを形成した層の数をｍとすると、入力端子８、出力端子７を同一平面上に設ける場合、積層基板６の積層数ｍはｍ＝ｎとなり、入力端子８、出力端子７を同一平面上に設けない場合、積層基板６の積層数ｍはｍ＝ｎ＋１となる。
【００３５】
なお、上記のパターンを形成した層とは、積層基板６のそれぞれの層のうち、インダクタのパターンを形成した層のことであり、積層基板６でパターンを形成していない層はｍにはカウントせず、積層基板６の積層数はｍと同じかｍより大きい数となり、例えばｍ＝４のとき、積層基板の積層数は４層以上となる。
【００３６】
次に、上記パターンインダクタを使用したアプリケーションの例を説明する。
【００３７】
図６は本発明の実施例における非接触ＩＣカードシステム構成図で、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用し、物流システム、交通システム、商品管理システム、書籍管理システム、個人認証システム等に活用されるものである。
【００３８】
具体的には、商品や書籍に貼付されたＩＣタグや、個人認証などに用いられる非接触ＩＣカード等の無線通信媒体１３に、送受信装置１４の送受信アンテナ１５から、電力と送信データを供給する。
【００３９】
無線通信媒体１３は周知のものであるので、その説明は簡単に行うが、送受信用のループアンテナ１６と、それに接続された制御ＩＣ（図示せず）により構成されている。
【００４０】
送受信装置は、ネットワーク回線１７に接続された制御装置１８と、この制御装置１８のリーダライタ装置１４とにより構成されている。
【００４１】
次に、図７は本発明の実施例におけるリーダライタ装置のブロック図で、リーダライタ装置１４は制御装置１８に接続されたリーダライタ制御部１９と、ＥＭＣフィルタ部２０、整合・マッチング回路部２１、受信回路部２２、アンテナパターン部２３により構成されている。
【００４２】
無線通信媒体１３ではその発振信号をループアンテナ１６で受信し、これにより受信と電力受給が行われる。
【００４３】
次に無線通信媒体１３からの送信信号は、リーダライタ装置１４の送受信用ループアンテナ１５で受信され、次にこの受信信号は受信回路２２を介してリーダライタ制御部１９内の受信処理部に伝達され、制御回路を介して制御装置１８に伝達されるようになっている。
【００４４】
リーダライタ装置１４の制御部１９から出力される送信搬送波信号は、正弦波ではない信号が出力されているため、制御部１９の出力段には、高調波除去用のＥＭＣフィルタ部２０が必要になる。図８は本発明の実施例におけるＥＭＣフィルタ部の回路図で、ＥＭＣフィルタ部２０は、チップコンデンサと、本発明のパターンインダクタ２４を使用したローパスフィルタ構成となっている。
【００４５】
図９は本発明の実施例におけるリーダライタ装置の基板構成図である。図９のようにリーダライタ制御部１９とＥＭＣフィルタ部２０、整合・マッチング部２１、受信回路部２２、およびアンテナパターン部２３は同一基板に配置されることが多い。ここで小型機器に組み込むことを考慮すれば、できるだけ薄型化されていることが望ましい。また送信性能を考慮すると、リーダライタ制御部１９からアンテナパターン部２３までの伝送損失はできるだけ少なく抑える必要がある。さらに、基板作成の際の作業効率の観点からは、貫通基板を使用したほうが効率はよい。
【００４６】
本発明のパターンインダクタは、通常のチップインダクタに比べ抵抗成分が小さいため伝送損失も小さくなる。また、パターンで形成するため厚みは基板と同一となり、薄型化にも適しており、かつ貫通基板での作成が可能であるため、基板作成の際の作業効率もよくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のパターンインダクタおよびアンテナ装置は、基板の厚さによらず、貫通基板でインダクタ値の大きいパターンインダクタを効率よく設計できるので、積層基板を用いたアンテナ装置等の電子機器に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１    パターンインダクタ
２、３、４、５    スルーホール
６    積層基板
７    出力端子
８    入力端子
９    １層目のパターン
１０    ２層目のパターン
１１    ３層目のパターン
１２    ４層目のパターン
【図１】
2011238637.tif 000003
【図２】
2011238637.tif 000004
【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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