JP2005236586A - アンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 落下衝撃や外力に対する耐久性を向上させて信頼性の向上を図ったアンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末を提供する。
【解決手段】 ループ状のアンテナコイル２１と、アンテナコイル２１と電気的に接続された信号処理回路部４１と、アンテナコイル２１及び信号処理回路部４１を支持する基板４２と、基板４２に積層される磁芯部材４３及び金属板４４とを備え、磁芯部材４３の開口部４３ａと基板４２及び金属板４４とで区画される信号処理回路部４１の収容部に、信号処理回路部４１の少なくとも一部と金属板４４とを一体化させる接着層６９，７０を設ける。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別；Radio Frequency Identification）システム等の非接触通信システムの信号処理回路部を内蔵したアンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末に関する。

例えば、非接触ＩＣカードで電車運賃の精算を行う利用形態において、利用状況を確認するためには駅構内にある券売機や、非接触ＩＣカードの情報を読み込むことができる特別なビューアが必要になる。非接触ＩＣカードに課金するためにも、駅構内にある券売機か、リーダーライタを備えたパーソナルコンピュータにより、ネット上から非接触ＩＣカードに課金する必要がある。

ところで、近年広く普及しているＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や携帯型電話機等の携帯情報端末は、外出時等にも持ち歩かれ常にユーザーによって携帯されるものである。従って、非接触ＩＣカードの機能を携帯情報端末に設けることで、ユーザーは、常に携帯している携帯情報端末の他に非接触ＩＣカードを持つ必要がなくなり、非常に便利である。このように非接触ＩＣカード機能を携帯情報端末に組み込んだ技術が例えば下記特許文献１に開示されている。また、上記携帯情報端末にリーダーライタを配設し、携帯情報端末で非接触ＩＣカードの内容を読み出したり更新したりすることができるものが下記特許文献２に開示されている。

携帯情報端末は、小型である一方、多機能を有する機器であるため、小型の筐体内に高密度に金属部品が実装されている。例えば、使用するプリント配線基板は、導電層が多層のものもあり、更に多層プリント配線基板には、電子部品が高密度に実装されている。また、携帯情報端末には、電源となるバッテリパックが収納され、このバッテリパックには、フレーム等に金属部品が用いられている。

したがって、携帯情報端末の筐体内に非接触ＩＣカード等のタグ用アンテナモジュールを配設する場合には、筐体内に実装されている金属部品の影響でアンテナコイルの共振周波数が大きく変化してしまい、アンテナコイルの共振周波数の調整が非常に難しくなると共に、アンテナコイルに接続された信号処理回路部を駆動するためのカード電圧を確保することができなくなってしまう。なお、アンテナコイルの通信面とは反対側の面に金属製のシールド板を貼り付けて、金属物による通信特性の変動を抑えるようにしたものがある（特許文献３参照）。

また、ＲＦＩＤシステムの信号処理回路部を、アンテナコイルを設けた基板に実装するのではなく携帯情報端末のメイン基板に実装すると、アンテナコイルと信号処理回路部との距離が長くなってしまう。アンテナコイルと信号処理回路部との距離が長くなると、アンテナコイルと信号処理回路部との間の抵抗が高くなり損失となる。また、耐外来ノイズ特性が悪くなってしまう。

特開２００３−３７８６１号公報 特開２００１−３０７０３２号公報 特開２００２−３２５０１３号公報

近年、１３．５６ＭＨｚの周波数により動作するＲＦＩＤを用いた非接触ＩＣカード等のＩＣタグ（電子タグ）においては、確実な動作環境が求められており、例えば通信特性においても、できるだけ長い通信距離や、リーダーライタとタグとが相対する場合の平面状の広い通信エリアが求められている。ＲＦＩＤシステムを構築するためのアンテナモジュールを携帯情報端末に内蔵させる利用形態においては、上述したようなＲＦＩＤ回路と携帯情報端末内の回路との干渉防止、即ち不要輻射対策や、アンテナモジュールの小型化あるいは省スペース化等のほか、信号処理回路部を含むアンテナモジュールの機械的強度、耐久性等がＲＦＩＤシステムの信頼性という観点から大きな課題となっている。

例えば、携帯情報端末の機器本体にアンテナモジュールを組み込んで非接触ＩＣカード機能を持たせるようにした場合、アンテナモジュールにも機器本体側に要求される機械的仕様が適用されることになり、曲げ荷重や落下衝撃等にも十分に耐えられる機械的強度を備える必要がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、落下衝撃や外力に対する耐久性を向上させて信頼性の向上を図ることができるアンテナモジュール及びこれを備えた携帯情報端末を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明のアンテナモジュールは、ループ状のアンテナコイルと、アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部と、アンテナコイル及び信号処理回路部を支持する支持体と、支持体の信号処理回路部の実装面に積層された磁性板と、磁性板に積層された金属板とを備え、磁性板には、信号処理回路部を収容するための開口部が形成されており、開口部の内部には、信号処理回路部の少なくとも一部を金属板と一体化させる接着層が設けられている。

本発明は、信号処理回路部の少なくとも一部を金属板と一体的に接合する構成とすることにより、アンテナモジュールの機械的特性を高め、落下衝撃や外力等から信号処理回路部を保護し、ＲＦＩＤシステムの信頼性の向上を図るようにしている。また、信号処理回路部を安定に保持することにより、通信性能の安定化を図るようにしている。

信号処理回路部の全てを金属板と一体化させる構成に限らず、例えば、ＩＣチップ等の比較的実装面積の広い半導体集積回路素子（電子部品）だけを金属板に一体化させるようにしても、外的ストレスに対する当該電子部品の接合信頼性を確保することができる。

以上述べたように、本発明によれば、信号処理回路部の少なくとも一部を金属板と一体的に接合する構成としたので、アンテナモジュールの機械的特性を高め、落下衝撃や外力等から信号処理回路部を保護し、ＲＦＩＤシステムの信頼性の向上を図ることができる。また、信号処理回路部を安定に保持することにより、通信性能の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態として、ＲＦＩＤ機能を備えた携帯型電話機１を示している。携帯型電話機１は、例えば合成樹脂材料でなる上本体部２Ａ及び下本体部２Ｂ（図５）とを互いに結合してなる機器本体２と、この機器本体２に対して回動可能に取り付けられるパネル部３とを備えている。

機器本体２は、略矩形状をなし、一方の主面（操作面）に、テンキー、通話ボタン、電源ボタン等の各種の押しボタンからなる入力部２ａと、音声が入力され、入力された音声を電気信号に変換するマイクロフォン２ｂと、ＲＦＩＤシステムに基づいた送受信部等を構成するアンテナモジュール（ＲＦＩＤ部）２ｃとが設けられている。マイクロフォン２ｂは、ユーザーの口の近傍に位置するように、一方の主面の後端部に設けられ、更に、アンテナモジュール２ｃも一方の主面の後端側に設けられている。なお、アンテナモジュール２ｃの設置位置はこれに限らず、例えば機器本体２の背面（他方の主面）側に設置されてもよい。

また、機器本体２には、その後端部に、携帯型電話機１の電源となるバッテリパック４が挿入されるバッテリ挿入口２ｄが設けられると共に、このバッテリ挿入口２ｄに連続してバッテリパック４が装着されるバッテリ装着部２ｅが設けられている。ここで、バッテリパック４は、例えばリチウムイオン二次電池である。バッテリパック４は、例えば全体が略矩形状をなし、外筐がアルミニウム等の金属材料で形成されている。バッテリ装着部２ｅとアンテナモジュール２ｃとの位置関係を説明すると、操作面となる機器本体２の一方の主面側にアンテナモジュール２ｃが形成され、他方の主面側に、バッテリ装着部２ｅが形成され、バッテリパック４が装着される。

この機器本体２に対して、図１中矢印Ｒ方向に回動可能に取り付けられるパネル部３は、機器本体２に対向する一方の主面のほぼ全体に亘ってＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成された表示部３ａと、電気信号を再生音に変換するスピーカ３ｂとが設けられている。なお、図示しないが、このパネル部３の前端側には、基地局と通信を行うための通信アンテナが設けられている。

次に、以上のような携帯型電話機１の回路構成について図２を参照して説明すると、図２に示すように、この携帯型電話機１は、基地局と通信を行う通信アンテナ１１に接続された送受信部１２と、この送受信部１２に接続され通話やデータ通信時の変復調処理等を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３と、通話時等において受信した音声データをディジタル信号からアナログ信号に変換後スピーカ３ｂに出力し、又はマイクロフォン２ｂから入力された音声データをアナログ信号からディジタル信号に変換する音声処理部１４と、制御プログラム等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１５と、ＲＯＭ１５に格納された制御プログラム等がロードされるＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、全体の動作を制御するシステムコントローラ１７とを備える。

送受信部１２は、送信時、ＤＳＰ１３から入力された音声データに対して周波数変換処理等を施し、その結果得られた音声データを、通信アンテナ１１を介して基地局に送信する。送受信部１２は、受信時、通信アンテナ１１で受信されたＲＦ信号を増幅して周波数変換等の処理を施して得られたデータをＤＳＰ１３に出力する。送受信部１２は、例えばＰＤＣ（Personal Digital Cellular）方式、ＩＭＴ（International Mobile Telecommunication）−２０００、ＤＳ−ＣＤＭＡ（Direct Spread Code Division Multiple Access）システム等に準拠した通信を行う。

ＤＳＰ１３は、送受信部１２より入力された例えばスペクトラム拡散されている音声データをデコードし、デコードした音声データをスピーカ３ｂに出力する。また、ＤＳＰ１３は、送信時、ＤＳＰ１３より入力された音声データをスペクトラム拡散して送受信部１２に出力する。また、ＤＳＰ１３は、データ通信時、デコードしたデータをシステムコントローラ１７に出力し、また、システムコントローラ１７から入力されたデータをエンコードする。

音声処理部１４は、マイクロフォン２ｂにより集音されたユーザーの音声に対応した電気信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ＤＳＰ１３に出力する。また、音声処理部１４は、ＤＳＰ１３から入力された音声データをディジタル信号からアナログ信号に変換してスピーカ３ｂに出力する。

システムコントローラ１７は、入力部２ａから入力された操作信号に基づいてＲＯＭ１５から読み出したプログラムをＲＡＭ１６にロードし演算を行い、動作状況等を表示部３ａに出力すると共に、ＤＳＰ１３に制御データ等を出力する。

このシステムコントローラ１７には、更に、ＲＦＩＤ回路を構成するアンテナモジュール２ｃが接続されている。このアンテナモジュール２ｃは、具体的に、外部のリーダーライタによってデータの書き込み又は読み出しが行われる非接触ＩＣカード回路１８を有する。

アンテナモジュール２ｃは、図３に示すように、外部のリーダーライタと通信を行うための平面状に導線が巻線されたアンテナコイル２１と、このアンテナコイル２１と並列に接続されたコンデンサ２２とを有し、アンテナコイル２１とコンデンサ２２とは並列共振回路を構成している。そして、リーダーライタのアンテナコイル３２と、アンテナモジュール２ｃのアンテナコイル２１とが誘導結合することによって、リーダーライタとアンテナモジュール２ｃとの間でデータの送受信が行われる。

非接触ＩＣカード回路１８には、アンテナコイル２１から供給された電気信号を整流平滑する整流回路２３と、整流回路２３から出力された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ２４と、整流回路２３から出力された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ（High Pass Filter）２５と、ＨＰＦ２５から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路２６と、この復調回路２６から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ２７と、復調回路２６から供給されるデータを記憶するメモリ２８と、送信するデータを変調する変調回路２９とを有している。

整流回路２３は、ダイオード２３ａ、抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃを有している。ダイオード２３ａは、アノード端子がアンテナコイル２１及びコンデンサ２２の一端に接続され、カソード端子が抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃの一端に接続されている。また、抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃの他端は、アンテナコイル２１及びコンデンサ２２の他端に接続されている。この整流回路２３は、アンテナコイル２１から供給された電気信号を整流平滑化しレギュレータ２４及びＨＰＦ２５に出力する。

ＨＰＦ２５は、コンデンサ２５ａ及び抵抗２５ｂを有しており、上述した整流回路２３から供給された電気信号の高域成分を抽出、すなわち検波し、復調回路２６に出力する。復調回路２６は、ＨＰＦ２５のコンデンサ２５ａの他端及び抵抗２５ｂの一端と接続されており、このＨＰＦ２５から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ２６に出力する。具体的に、復調回路２６は、マンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ（Non Return to Zero）等で変調されているデータを復調する。

シーケンサ２７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を内部に有しており、復調回路２６と接続されている。シーケンサ２７は、復調回路２６から入力されたコマンドに基づいてＲＯＭに格納されているプログラムを実行し、実行されたプログラムに基づいて、メモリ２８に格納されているデータを読み出し、又は、メモリ２８に復調回路２６から供給されるデータを書き込む。例えば、シーケンサ２７は、メモリ２８から読み出した送信データを、マンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ等で変調し、変調回路２９に送信する。

メモリ２８は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性メモリからなり、シーケンサ２７と接続されている。メモリ２８は、シーケンサ２７からのコマンドに基づいて、復調回路２６から供給されたデータを記憶する。

変調回路２９は、インピーダンス２９ａとＦＥＴ（Field Effect Transistor）２９ｂとの直列回路であり、インピーダンス２９ａの一端は、整流回路２３のダイオード２３ａのカソード端子に接続され、インピーダンス２９ａの他端は、ＦＥＴ２９ｂのドレイン端子と接続されている。ＦＥＴ２９ｂのソース端子は接地され、ＦＥＴ２９ｂのゲート端子は、シーケンサ２７と接続されている。また、この変調回路２９は、共振回路を構成するアンテナコイル２１と並列接続されており、シーケンサ２７からのマンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ等で変調された送信データに応じてＦＥＴ２９ｂをスイッチング動作させることによって、アンテナコイル２１の負荷を変動させる。

なお、以上のようなＲＦＩＤ回路を構成するアンテナモジュール２ｃと通信を行う外部のリーダーライタは、図４に示すように、リーダーライタ回路３１を有している。このリーダーライタ回路３１は、アンテナモジュール２ｃと通信を行うための平面状に導線が巻線されたアンテナコイル３２を有する。このアンテナコイル３２は、アンテナモジュール２ｃと通信を行うとき、アンテナコイル２１と対をなすループアンテナであり、アンテナコイル２１とが誘導結合することによってデータの送受信を行う。

具体的に、アンテナコイル３２には、閉ループを流れる電流が変化することで電磁波を外部に放射し、また、外部から入射される電磁波や磁界によって閉ループ内を通過する磁束密度が変化することで、その閉ループに電磁波や磁界の強さに応じた電流が流れる。

更に、リーダーライタ回路３１は、データの変調を行う変調回路３３と、データの復調を行う復調回路３４と、送受信の制御を行う制御回路３５とを有する。変調回路３３は、制御回路３５から入力された送信データを変調し出力する。復調回路３４は、アンテナコイル３２からの変調波を復調し、この復調した受信データを制御回路３５に出力する。復調回路３４とＲＦＩＤ部２ｃからの送信データを検波するフィルタ回路３６との間には、大信号が入力された場合にこれを低減するための保護回路３７が設けられている。制御回路３５は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、各種制御用コマンドを発生し、変調回路３３及び復調回路３４を制御すると共に、コマンドに対応した送信データを生成し、変調回路３３に供給する。

次に、本発明に係るアンテナモジュール２１の構成について説明する。

携帯型電話機１に組み込まれるアンテナモジュール２ｃは、図５に示すように、機器本体２のバッテリ装着部２ｅに装着されたバッテリパック４上に設けられている。アンテナモジュール２ｃは、アンテナコイル２１と、信号処理回路部４１と、これらアンテナコイル２１及び信号処理回路部４１を支持する基板４２と、この基板４２のバッテリパック４側の面に積層される磁芯部材（磁性板）４３と、この磁芯部材４３のバッテリパック４側の面に積層される金属板４４とを備えている。

図６はアンテナモジュール２ｃの基板４２の構成の概略を示しており、Ａは平面図、Ｂは要部側断面図である。基板４２は、本発明に係る「支持体」に対応し、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁性基板で形成されている。勿論、基板４２はリジッド性のあるものでも形成でき、更に、例えば機器本体２を構成する筐体の一部を当該支持体として形成することも可能である。アンテナコイル２１は、基板４２の一方側の面４２ａ又は他方側の面４２ｄに貼着された銅、アルミニウム等の導体箔を例えばループ状にパターンエッチングして形成されている。

なお、基板４２には図示せずとも、他方側の面４２ｄに、信号処理回路部４１を実装するためのランドが形成されている。アンテナコイル２１やランドは、導体箔のパターンエッチングにより形成する方法のほか、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて導体パターンを印刷形成する方法や、金属ターゲットを基板４２上にスパッタして導電パターンを形成する方法等を用いてもよい。

基板４２に実装される信号処理回路部４１は、ＲＦＩＤ回路を構成するアンテナコイル２１以外の電気回路、すなわち、図３に示したコンデンサ２２、整流回路２３、レギュレータ２４、ＨＰＦ２５、復調回路２６、シーケンサ２７、メモリ２８、変調回路２９等で構成されている。この信号処理回路部４１の電気回路は、アンテナコイル２１に連続した導電パターンによってアンテナコイル２１と電気的に接続されている。

なお、信号処理回路部４１を構成する上述の電気回路のうち、何れか複数の電気回路は集積化されて半導体集積回路素子（ＩＣチップ）４１ａとされているが、信号処理回路部４１を構成する全ての電気回路を単一の半導体集積回路素子で構成することも勿論可能である。

また、基板４２には、携帯型電話機１の電気回路と接続するための可撓性を有する接続片４２ｃが設けられ、その先端に端子部４２ｂが形成されている。端子部４２ｂは、携帯型電話機１の電気回路、例えばシステムコントローラ１７に電気的に接続される。

以上のように、基板４２には、略外周に沿って形成されたアンテナコイル２１の内側にランドを設け、このランドに信号処理回路部４１を実装するようにしたことで、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との距離を短くすることができ、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との間の損失抵抗を低くすることができ、耐外来ノイズ特性を向上させることができる。

ここで、図９は耐外来ノイズの周波数とそのレベルの関係を示す図であり、実線１０１は、耐外来ノイズの許容レベルを示し、破線１０２は、信号処理回路部４１を携帯型電話機１のメイン基板に実装したとき、すなわちアンテナコイル２１と信号処理回路部４１とが離れているときの特性を示し、一点鎖線１０３は、基板４２のアンテナコイル２１の内側領域に信号処理回路部４１を実装し、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との距離を短くしたときの特性を示す。

図９に示すように、信号処理回路部４１を携帯電話機１のメイン基板に実装したときの特性を表す線１０２は、信号処理回路部４１をアンテナコイル２１を支持する基板４２に実装したときの特性を表す線１０３に比べて、全体的にノイズレベルが高い。また、前者（線１０２）は３００ＭＨｚ以降において、許容レベルとなる線１０１を越えているのに対し、後者（線１０３）では、全体が許容レベルを示す線１０１より下側にある。このように、アンテナコイル２１の内側に信号処理回路部４１を設け、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との距離を短くしたことにより、アンテナモジュール２ｃの耐外来ノイズ特性を良くすることができ、通信距離を長くすることができる。

また、信号処理回路部４１を基板４２上に設けることで、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との間の損失抵抗が低くなるようにしている。したがって、アンテナコイル２１のＱ値は、大きくなる。図１０は、アンテナコイル２１のＱ値と信号処理回路部４１への供給電圧及び通信距離の関係を示しており、線１０４は供給電圧を示し、線１０５は通信距離を示している。図１０より明らかなように、アンテナコイル２１のＱ値が高くなると、供給電圧は高くなり、これに伴い、通信距離も延ばすことができる。

さて、アンテナモジュール２ｃは、基板４２の下側（他方の面４２ｄ側）に、図５及び図６に示すように、周辺金属の影響を少なくするための磁芯部材４３が配設されている。すなわち、携帯型電話機１の筐体内には、金属部品として、一又は複数のプリント配線基板や電子部品が多数配設されており、基板４２もこれら金属部品が配設された携帯型電話機１の筐体内に配設される。アンテナコイル２１の周辺金属は、リーダーライタのアンテナコイルからの磁界が入り込み、金属内部で渦電流が発生し、リーダーライタのアンテナコイルからの磁界が弱められてしまう。このため、アンテナモジュール２ｃは、通信に必要なカード電圧を確保することができなくなる。また、アンテナコイル２１が発生する磁界が携帯型電話機１の回路に影響を与えることになる。磁芯部材４３は、アンテナコイル２１が設けられた基板４２の下側に積層するように配設することで、磁界の向きを制御し、また、磁気シールドとなることで、周辺金属の影響を少なくするようにしている。

具体的に、この磁芯部材４３は、少なくとも基板４２のアンテナコイル２１の設けられた領域上に設ける必要があり、また、基板４２の他方の面４２ｄに実装された信号処理回路部４１を逃げる必要がある。そこで、この磁芯部材４３は、環状に形成され、中央に、信号処理回路部４１を収容する開口４３ａを設けるようにしている。また、環状の磁芯部材４３の幅は、周辺金属の影響を少なくするため、できるだけ広い方がよい。

なお、この磁芯部材４３は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、フェライト系の磁性粉末等の磁性材を樹脂で固着したもので、共振周波数が１３．５６ＭＨｚのとき、μ’＞３０以上、μ”＜２０以下のものが用いられる。

この磁芯部材４３の下側には、図５及び図６に示すように、アンテナコイルの共振周波数の粗調整をする金属板４４が配設されている。上述のように、アンテナコイル２１は、周辺金属が存在する状態で交流磁界を受けると、金属に流れる渦電流の影響で、アンテナコイル２１と周辺金属内の仮想コイルとの全体の系においてインダクタンスが見かけ上小さくなり、共振周波数が高くなってしまう。金属板４４は、アンテナコイル２１の共振周波数の粗調整のため、磁芯部材４３に積層するようにして配設される。また、金属板４４は、磁芯部材４３に積層されることで強度補強板としても機能する。なお、アンテナコイル２１の共振周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。

なお、正確なアンテナコイル２１の共振周波数の調整は、信号処理回路部４１に調整用のＬＣ共振回路を設け共振周波数を下げる、また、周辺金属の設置位置を変更する等して行うことができるが、本実施の形態では後述するように、基板４２の一方側の面４２ａに、アンテナコイル２１を含む共振回路の共振周波数を調整するための周波数調整手段を設け、この周波数調整手段により当該共振回路の共振周波数を調整するようにしている。

金属板４４は、ステンレス等の非磁性金属材料が用いられるが、その他、パーマロイ、アモルファス等の磁性板を用いてもよい。磁性板を用いたときには、共振周波数の粗調整のほか、磁芯部材４３と同様な効果を得ることができ、また、静電シールド効果を得ることができる。

以上のような金属板４４は、信号処理回路部４１の逃げとなる開口４３ａが形成された磁芯部材４３に積層されるものであり、基板４２に実装され更に磁芯部材４３の開口４３ａから露出した信号処理回路部４１を覆っている。なお、この金属板４４の中央部には、必要に応じて、磁芯部材４３の開口４３ａから露出した信号処理回路部の逃げとなる凹部を形成してもよい。

図１１は、金属のインダクタンスへの影響を説明する図である。図１１中（ａ）は、アンテナコイル２１のみのインダクタンスを示し、（ｂ）は、アンテナコイル２１に金属板４４を直接積層したときのインダクタンスを示し、（ｃ）は、アンテナコイル２１に磁芯部材（磁性板）４３と金属板４４とを積層したときのインダクタンスを示す。なお、（ｂ）において、アンテナコイル２１に積層される金属板４４は、その下側に配設されたバッテリパック４とみなしてもよい。

アンテナコイル２１に金属板４４を積層した又はアンテナコイル２１の下側にバッテリパック４が配置された（ｂ）の例では、金属板４４やバッテリパック４の金属フレームにリーダーライタからの磁界が入り込み、金属に流れる渦電流の影響で、アンテナコイル２１と周辺金属内の仮想コイルとの全体の系において、インダクタンスが見かけ上小さくなる。これに対して、アンテナコイル２１に磁芯部材４３と金属板４４を積層した（ｃ）の例では、透磁率の高い磁芯部材４３を用いることで、インダクタンスを高くすることができる。したがって、（ｃ）の例では、電磁誘導起電力が下がることを防止することができ、通信距離を延ばすことができる。

さて、本実施の形態のアンテナモジュール２ｃは、図５及び図６に示すように、基板４２に実装された信号処理回路部４１を被覆するシールド構体６０を備えている。このシールド構体６０は、基板４２の一方の面４２ａ側に形成された金属箔６１と、基板４２の他方の面４２ｄに磁芯部材４３を挟んで対向配置される金属板４４とで構成されている。

シールド構体６０は、信号処理回路部４１からアンテナコイル２１や携帯型電話機１のメイン基板側への不要輻射を阻止し、この不要輻射に起因するアンテナモジュール２ｃの通信性能の悪化や、携帯型電話機１の誤作動あるいは動作不良を回避する機能を有している。シールド構体６０は、信号処理回路部４１の一方の面側を遮蔽する金属箔６１と、他方の面側を遮蔽する金属板４４とで構成することにより、信号処理回路部４１から放射される駆動ノイズを効率よく遮蔽できる。

特に本実施の形態では、金属箔６１と金属板４４との間を電気的に接続することによって、信号処理回路部４１の電磁的遮蔽機能の向上を図っている。すなわち、金属箔６１と金属板４４との間は、基板４２を貫通する導電性の層間接続部６２と、基板４２の他方の面４２ｄ側に取り付けられた金属製の板バネ６３を介して相互に接続されている。層間接続部６２は、図５に示すように、略矩形状でなる金属箔６１の四隅位置にそれぞれ設けられ、板バネ６３はこれら層間接続部６２の形成箇所に対応して取り付けられている。なお、信号処理回路部４１の四側辺を完全に遮蔽するようなシールド構成も勿論適用可能である。

金属箔６１は、銅やアルミニウム等の導体箔で構成されているが、シート状あるいは板状のものでもよく、また、電波吸収体のような複合磁性材であってもよい。また、金属箔６１は、信号処理回路部４１の配置領域の全てを遮蔽する場合に限らず、図７Ａ，Ｂに示すように、信号処理回路部４１の少なくとも一部、例えばＩＣチップ４１ａ等、駆動ノイズの最も発生しやすい素子のみを遮蔽するように金属箔６１を構成するようにしてもよい。

また、金属箔６１はアンテナコイル２１から見ればインダクタンスの変動要因となり得るため、金属箔６１はアンテナコイル２１から物理的に離れた位置に形成されるのが好ましい。図１２は、アンテナコイル２１と金属箔６１との間の相対位置の相違による外部のリーダーライタ３０に対する通信性能を比較するための説明図であり、Ａは金属箔６１がアンテナコイル２１の内側の略中央部に形成されている場合を示し、Ｂは金属箔６１がアンテナコイル２１の一方側（図において上方側）に偏倚して形成されている場合を示している。

図１２において、金属箔６１がアンテナコイル２１の内側略中央部に配置形成されている場合（Ａの例）では、アンテナコイル２１はその全周領域においてほぼ均等な通信性能が得られる。しかし、金属箔６１がアンテナコイル２１の一方側に偏倚して配置されている場合（Ｂの例）では、金属箔６１と近接するアンテナコイル２１の領域が、金属箔６１との電磁的な相互干渉により、他の領域に比べて通信距離が低下し、アンテナモジュール２ｃとしては、通信面の面内において通信特性にバラツキが生じることになる。

従って、信号処理回路部４１の不要輻射を抑えるための金属箔６１は、アンテナコイル２１の内側略中央部に配置形成するのが好ましく、この金属箔６１の形成領域に対応させて信号処理回路部４１を設けるようにする。また、金属箔６１の形成面積を小さくすればアンテナコイル２１に及ぼす影響をより低減できるので、このような観点からも、図７及び図１２に示したように、信号処理回路部４１の中でもより駆動ノイズが発生し易い、例えばＩＣチップ４１ａ等を少なくとも遮蔽できる大きさに金属箔６１を形成するだけでも十分な効果を得ることができる。

更に、本実施の形態のアンテナモジュール２ｃには、図６及び図７に示すように、アンテナコイル２１やコンデンサ２２を含む共振回路の共振周波数を調整するための周波数調整部６６が設けられている。周波数調整部６６は、コンデンサ２２の静電容量を調整することによりアンテナコイル２１の共振周波数を調整するためのもので、基板４２の一方側の面４２ａに形成されている。

具体的に、基板４２の他方側の面４２ｄには、共振周波数調整用の複数のコンデンサ２２に各々接続される複数の電極パターン４７が形成されており、アンテナコイル２１の巻き数や面積に応じてインダクタンスが決定されるのと同様に、コンデンサ２２の接続個数に応じて全体の静電容量が決定されるので、所望とする静電容量が得られる位置で電極パターン４７を切断し、目的とする共振周波数に調整する。電極パターン４７の切断方法としては、レーザー等の熱溶断やルーター等を用いた機械的切断などが適用可能である。

特に本実施の形態では、周波数調整部６６が、アンテナモジュール２ｃの外装面を形成する基板４２の一方側の面４２ａ側に形成されているので、基板４２、磁芯部材４３及び金属板４４がそれぞれ一体化された後の状態においても容易に周波数調整作業を行うことが可能である。これにより、アンテナモジュール２ｃの薄型化及び生産性を確保することができる。

周波数調整部６６の形成方法としては、基板４２の他方側の面に実装されたチップコンデンサ２２の電極部に対し、電極パターン４７を、層間接続部４８を介して接続されるように基板４２の一方側の面に形成する。これら層間接続部４８及び電極パターン４７は、上述したシールド構体６０の層間接続部６２及び金属箔６１の形成工程で同時に形成することができる。

なお、周波数調整部６６を構成するコンデンサ２２はチップコンデンサに限らず、基板４２を誘電体として基板４２の一方側及び他方側の各面４２ａ，４２ｄに互いに対向配置された複数の電極パターンでなるフィルムコンデンサで構成してもよい。

一方、信号処理回路部４１を構成するＩＣチップ４１ａは、基板４２の他方の面４２ｄ側にフリップチップ実装されている。そして、本実施の形態のアンテナモジュール２ｃの構成のように、基板４２の広い面積にわたって実装されている信号処理回路部４１は、モジュール厚さ方向における機械的特性が不足し、容易に曲げ変形等のストレスを受けやすく、ＩＣチップ４１ａ等においては接合信頼性が損なわれるおそれがあるので、図８Ａ〜Ｃに示すように、少なくともＩＣチップ４１ａを金属板４４に一体的に接合して、これを防止するようにしている。

例えば図８Ａに示す構成例では、基板４２の他方の面４２ｄに実装されているＩＣチップ４１ａの能動面はアンダーフィル樹脂６８で封止すると共に、磁芯部材の開口部４３ａの内部における基板４２と金属板４４との間の空間部（信号処理回路部４１の収納部）の全域に封止樹脂６９を充填した例を示している。アンダーフィル樹脂６８と封止樹脂６９とは同一の接着性材料、例えばエポキシ系接着性樹脂で構成することができる。

また、図８Ｂに示す構成例では、ＩＣチップ４１ａの非能動面と金属板４４との間に接着材料層７０を介在させて両者の一体化を図った例を示している。接着材料層７０は、エポキシ系接着性樹脂等の接着剤のほか、接着性シートや接着テープ（粘着テープ）等も適用することができる。更に、図８Ｃに示すように、ＩＣチップ４１ａ及びその周辺の一部の電子部品を被覆する封止樹脂６９を介して金属板４４に一体化させる構成例も適用可能である。これらの構成例によれば、封止樹脂６９の使用量を最小限に抑えられるので、アンテナモジュール２ｃの重量増を回避でき、封止樹脂６９の硬化収縮による反り等を低減できる。また、例えば図８Ｃに示したように、信号処理回路部４１と共に収容されるシールド用の板バネ６３と金属板４４との間に封止用樹脂が介在するおそれがなくなるので、金属箔６１と金属板４４との間の電気的導通を確保することができると共に、両者間における所期の接触抵抗を得ることができる。

これら封止樹脂６９あるいは接着材料層７０でなる接着層により、信号処理回路部４１の少なくとも一部を金属板４４と一体的に接合する構成によれば、ＩＣチップ４１ａと金属板４４との一体化を図り、アンテナモジュール２ｃの機械的特性を高め、セット（携帯型電話機１）側から要求される強度を満足でき、落下衝撃や外力等からＩＣチップ４１ａを保護することができる。また、信号処理回路部４１を安定に保持でき、これにより通信性能の安定化に貢献することができる。更に、封止樹脂６９あるいは接着材料層７０に伝熱性のものを採用すれば、金属板４４を放熱板としても活用することができ、これによりＩＣチップ４１ａの放熱効果を高めることができる。

なお、このアンテナモジュール２ｃは、携帯型電話機１の機器本体２の内部において、図５に示したようにバッテリ装着部２ｅに装着されたバッテリパック４の上に配置されている。アンテナモジュール２ｃとバッテリパック４の間には、金属板材をプレス加工してなる押圧プレート５が介装されており、この押圧プレート５に複数形成したバネ部５ａを介してアンテナモジュール２ｃが機器本体２の上本体部２Ａ内面に押し付けられている。これにより、機器本体２の内部におけるアンテナモジュール２ｃのガタツキを防止すると共に、アンテナモジュール２ｃのアンテナコイル２１を機器本体２の外面側に近接させて通信距離の向上を図るようにしている。また、押圧プレート５のバネ部５ａ及び機器本体２の上本体部２Ａ内面側は、それぞれアンテナモジュール２ｃにおける板バネ６３の形成位置を押圧しないように構成されており、板バネ６３と金属板４４との間の接触抵抗に変動を来さないようにして、通信性能の安定化を図るようにしている。

以上のように構成されるアンテナモジュール２ｃは、アンテナコイル２１を携帯型電話機１の一方の主面側にし、基板４２の他方側の面４２ｄ側に、磁芯部材４３、金属板４４の順で接着剤等によって一体化して、携帯型電話機１の筐体内の所定位置、すなわちバッテリ装着部２ｅの上側に取り付けられる。

以上のようなアンテナモジュール２ｃは、外部のリーダーライタと通信を行うとき、携帯型電話機１の機器本体２の一方の主面の後端側をリーダーライタの送受信部に近接させる。すなわち、携帯型電話機１に内蔵されたアンテナモジュール２ｃをリーダーライタの送受信部に近接させる。アンテナモジュール２ｃとリーダーライタの送受信部とが近接することによって、アンテナモジュール２ｃのアンテナコイル２１は、リーダーライタの送受信部のアンテナコイルと誘導結合し、磁気的に結合する（図１２Ａ）。

アンテナコイル２１は、外部のリーダーライタの送受信部から発信された磁界や電磁波を検出すると、図３に示したように、電磁波や磁界の強さに応じた電流、すなわち電気信号が、整流回路２３に供給される。整流回路２３は、アンテナコイル２１からの電気信号を整流し、正のレベルの電圧をレギュレータ２４及びＨＰＦ２５に供給する。レギュレータ２４に供給された整流回路２３からの正のレベルの電圧は、そこで安定化されて、所定のレベルの直流電圧に変換された後、内部回路を駆動する電力として各部に供給される。ＨＰＦ２５は、高域成分を抽出し、復調回路２６は、ＨＰＦ２５から供給された信号を復調し、その結果得られた信号をシーケンサ２７に供給する。シーケンサ２７は、復調回路２６から入力された信号を解析し、書き込みコマンドであるとき、復調したデータをメモリ２８に書き込む。

また、読み出しコマンドであるとき、シーケンサ２７は、コマンドに対応する読み出しデータをメモリ２８から読み出す。そして、変調回路２９は、ＦＥＴ２９ｂをスイッチングすることによって送信データを変調し、アンテナコイル２１の負荷を変動させる。これにより、リーダーライタの送受信部は、電磁波や磁界の強さに応じてアンテナコイル３２に流れる電流を検出し、アンテナモジュール２ｃから送信されたデータの読み出しを行う。

更に、携帯型電話機１では、アンテナモジュール２ｃのシーケンサ２７は、システムコントローラ１７とも接続されている。したがって、アンテナモジュール２ｃのメモリ２８は、システムコントローラ１７からのコマンドに基づいて記憶しているデータの読み出しやデータの書き込みが可能である。例えば、メモリ２８にチャージされている金額データが記憶されているとき、システムコントローラ１７は、メモリ２８に記憶されている残高データを読み出すことができ、また、チャージされている金額を補充するように金額データを書き換えることができる。

以上のような携帯型電話機１では、基板４２のアンテナコイル２１の内側に信号処理回路部４１を設けるようにしたことで、アンテナモジュール２ｃの小型化を図ることができると共に、この基板４２に、磁芯部材４３と金属板４４を積層し一体化することで、アンテナモジュール２ｃの薄型化を図ることができ、機器本体２等の小型化や薄型化を図ることができる。また、基板４２、磁芯部材４３、金属板４４を一体化することで、機械的強度を高めることができる。また、基板４２のアンテナコイル２１の内側に信号処理回路部４１を実装することで、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との距離を短くすることができ、アンテナコイル２１と信号処理回路部４１との間の損失抵抗を低くすることができ、耐外来ノイズ特性を向上させることができる。

また、本実施の形態のアンテナモジュール２ｃによれば、アンテナコイル２１の内側に搭載した信号処理回路部４１からの不要輻射を遮るシールド構体６０を備えているので、信号処理回路部４１からの不要輻射に起因するアンテナコイル２１の通信特性の悪化を防止して通信性能の向上を図ることができると共に、携帯型電話機１のメイン基板に対する不要輻射を防止して、携帯型電話機１の動作不良を回避すると同時に通話時のノイズ低減効果をも図ることができる。

なお、アンテナモジュール２ｃは、アンテナコイル２１及び信号処理回路部４１を支持する基板４２と、磁芯部材４３と、金属板４４とが、常に一体化された一つのモジュールとして携帯型電話機１に組み込まれる場合に限られない。すなわち、例えば携帯型電話機１のバッテリ装着部４４に金属板４４、あるいは金属板４４と磁芯部材４３にそれぞれ相当する部材を予め装着しておき、アンテナ組込み時は、基板４２及び磁芯部材４３の一体化モジュール、あるいは基板４２のみを機器本体２に組み込むようにしてもよい。

同様に、本発明のシールド構体６０を構成する第１の導体層（金属箔６１）も基板４２の一方側の面４２ａに一体化形成にする場合に限らず、機器本体２に組み込んだ際に、同時に信号処理回路部４１を覆う導体層が別途、機器本体２側に取り付けられている等の実施形態も、本発明は適用可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、アンテナモジュール２ｃ、５０をバッテリパック４上に設けた場合を説明したが、アンテナモジュールを設ける位置は、特に限定されるものではない。上述のように、バッテリパック４上でなくとも携帯型電話機１の筐体には多くの金属部品が実装されていることから、例えばプリント配線基板上にアンテナモジュールを設けた場合にも同様な効果を得ることができる。

また、以上の例では、本発明を携帯型電話機１に適用した例を説明したが、本発明は携帯情報端末であれば特に限定されるものではなく、上述のＰＤＡやディスクカートリッジやＩＣカードを記録媒体に用いる携帯型の記録及び／又は再生装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態による携帯型電話機１の構成を示す斜視図である。 形態型電話機１の構成のブロック図である。 アンテナモジュール２ｃの信号処理回路図の一例である。 リーダーライタの一例を示すブロック図である。 携帯型電話機１に内蔵されたアンテナモジュール２ｃの構成を示す概略側断面図である。 アンテナモジュール２ｃの構成を説明する図で、Ａは平面図、Ｂは要部側断面図である。 アンテナモジュール２ｃの構成の変形例を説明する図で、Ａは平面図、Ｂは要部側断面図である。 Ａ〜Ｃ共に信号処理回路部４１の接着層の構成を示す要部側断面図である。 耐外来ノイズの周波数とそのレベルとの関係を示す図である。 アンテナコイルのＱ値と信号処理回路部への供給電圧及び通信距離の関係を示す図である。 金属のインダクタンスへの影響を説明する図である。 アンテナモジュール２ｃと外部リーダーライタとの通信状態を説明する図であり、Ａは金属箔６１をアンテナコイル２１の内側略中央部に配置した例を示し、Ｂは金属箔６１をアンテナコイル２１の一方側に偏倚して配置した例を示している。変形例を示す側断面図である。

符号の説明

１…携帯型電話機、２…機器本体、２ｃ…アンテナモジュール、４…バッテリパック、２１…アンテナコイル、２２…コンデンサ、４１…信号処理回路部、４１ａ…ＩＣチップ、４２…基板（支持体）、４３…磁芯部材、４３ａ…開口、４４…金属板、６０…シールド構体、６１…金属箔、６２…層間接続部、６３…板バネ、６６…周波数調整部、６９，７０…接着層。

Claims (14)

1. ループ状のアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部と、
   前記アンテナコイル及び前記信号処理回路部を支持する支持体と、
   前記支持体の前記信号処理回路部の実装面に積層された磁性板と、
   前記磁性板に積層された金属板とを備え、
   前記磁性板には、前記信号処理回路部を収容するための開口部が形成されており、
   前記開口部の内部には、前記信号処理回路部の少なくとも一部を前記金属板と一体化させる接着層が設けられている
   ことを特徴とするアンテナモジュール。
2. 前記接着層は、前記開口部の内部に充填された封止樹脂層である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記信号処理回路部は、単一の半導体集積回路素子又は半導体集積回路素子を含む複数の電子部品の実装体でなり、
   前記接着層は、前記半導体集積回路素子の非能動面と前記金属板との間に貼着された接着性シート又は接着性テープである
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
4. 前記信号処理回路部は、単一の半導体集積回路素子又は半導体集積回路素子を含む複数の電子部品の実装体でなり、
   前記接着層は、前記半導体集積回路素子及びその周辺の一部の電子回路を被覆する封止樹脂層である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
5. 前記信号処理回路部は、前記アンテナコイルの内側略中央部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
6. 前記支持体には、前記信号処理回路部の少なくとも一部を遮蔽するシールド構体が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
7. 前記支持体の前記磁性板の積層面とは反対側の面には、前記アンテナコイルを含む共振回路の共振周波数を調整するための周波数調整手段が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナモジュール。
8. ループ状のアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部と、
   前記アンテナコイル及び前記信号処理回路部を支持する支持体と、
   前記支持体の前記信号処理回路部の実装面に積層された磁性板と、
   前記磁性板に積層された金属板とが、それぞれ機器本体の内部に組み込まれている携帯情報端末であって、
   前記磁性板には、前記信号処理回路部を収容するための開口部が形成されており、
   前記開口部の内部には、前記信号処理回路部の少なくとも一部を前記金属板と一体化させる接着層が設けられている
   ことを特徴とする携帯情報端末。
9. 前記接着層は、前記開口部の内部に充填された封止樹脂層である
   ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
10. 前記信号処理回路部は、単一の半導体集積回路素子又は半導体集積回路素子を含む複数の電子部品の実装体でなり、
    前記接着層は、前記半導体集積回路素子の非能動面と前記金属板との間に貼着された接着性シート又は接着性テープである
    ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
11. 前記信号処理回路部は、単一の半導体集積回路素子又は半導体集積回路素子を含む複数の電子部品の実装体でなり、
    前記接着層は、前記半導体集積回路素子及びその周辺の一部の電子回路を被覆する封止樹脂層である
    ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
12. 前記信号処理回路部は、前記アンテナコイルの内側略中央部に配置されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
13. 前記支持体には、前記信号処理回路部の少なくとも一部を遮蔽するシールド構体が設けられている
    ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
14. 前記支持体の前記磁性板の積層面とは反対側の面には、前記アンテナコイルを含む共振回路の共振周波数を調整するための周波数調整手段が設けられている
    ことを特徴とする請求項８に記載の携帯情報端末。
    

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