WO2015129460A1

WO2015129460A1 - 無線通信端末の製造方法

Info

Publication number: WO2015129460A1
Application number: PCT/JP2015/053746
Authority: WO
Inventors: 邦宏駒木
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-09-03

Abstract

　製造工程における履歴管理と無線通信端末（完成品）における近距離通信とを一つのシステムで行う。　プリント配線板１０に、固有ＩＤを持つ近距離無線ＩＣチップ２０と該近距離無線ＩＣチップ２０に接続されたチップ型アンテナ３０とを実装する工程と、チップ型アンテナ３０とリーダライタのアンテナとを無線通信させ、近距離無線ＩＣチップ２０が持つ固有ＩＤを利用して、プリント配線板１０の少なくとも製造履歴又は検査履歴を管理する工程と、近距離無線ＩＣチップ２０及びチップ型アンテナ３０を備えたプリント配線板１０を、アンテナ共振回路５０を有する端末筺体に実装するとともに、チップ型アンテナ３０とアンテナ共振回路５０とを電磁界を介して結合させて、アンテナ共振回路５０をブースタアンテナとする近距離無線アンテナを構成する工程と、を備えた無線通信端末の製造方法。　

Description

無線通信端末の製造方法

　本発明は、無線通信端末、例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）やＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）などの近距離無線通信システムで用いられるアンテナ素子を備えた無線通信端末の製造方法に関する。

　近年、プリント配線板の管理システムとして、特許文献１，２，３などに記載のものが知られている。これらはＲＦＩＤタグを用いた工程管理システムであり、プリント配線板の製造履歴や検査履歴を効率よく管理することができる。

　一方、スマートフォンなどの携帯型の無線通信端末においては、セルラー通信用アンテナ、無線ＬＡＮ用アンテナ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナなど、多数のアンテナが搭載されており、ＲＦＩＤタグを配置するための十分なスペースは見当たらない。このような小型の無線通信端末のプリント配線板にＲＦＩＤタグを搭載すると、ＲＦＩＤタグと他の通信システムとの間で干渉が生じてしまいやすい。

特開２００４－８７５８２号公報特開２００６－１４７８４４号公報特開２０１１－４９４７８号公報

　本発明の目的は、製造工程における履歴管理と無線通信端末（完成品）における近距離無線通信とを一のシステムで行うことのできる、無線通信端末の製造方法を提供することにある。

　本発明の一形態である無線通信端末の製造方法は、
　プリント配線板に、固有ＩＤを持つ近距離無線ＩＣチップと該近距離無線ＩＣチップに接続されたチップ型アンテナとを実装する工程と、
　前記チップ型アンテナとリーダライタのアンテナとを無線通信させ、前記近距離無線ＩＣチップが持つ前記固有ＩＤを利用して、前記プリント配線板の少なくとも製造履歴又は検査履歴を管理する工程と、
　前記近距離無線ＩＣチップ及び前記チップ型アンテナを備えた前記プリント配線板を、アンテナ共振回路を有する端末筺体に実装するとともに、前記チップ型アンテナと前記アンテナ共振回路とを電磁界を介して結合させて、前記アンテナ共振回路をブースタアンテナとする近距離無線アンテナを構成する工程と、
　を備えたことを特徴とする。

　製造時においては、プリント配線板に実装されているチップ型アンテナをアンテナ素子として利用したＲＦＩＤシステムを構成し、これによりプリント配線板の製造履歴や検査履歴が管理される。そして、製造後の完成品にあっては、チップ型アンテナを給電コイル、アンテナ共振回路をブースタアンテナとして利用した近距離無線通信システム（たとえばＮＦＣのような近距離無線通信システム）を構成し、これにより課金や決済を行ったり、各種情報の取得を行うためのリーダライタとして利用したり、ペアリング認証を行ったりすることができる。

　本発明によれば、固有ＩＤを持つ近距離無線ＩＣチップと一のアンテナ素子を用いて、製造工程における履歴管理と無線通信端末（完成品）における近距離無線通信とを一のシステムで行うことができる。

本発明の基本形態を示す説明図である。一実施例における製造工程時のプリント配線板とその通信状態を示す断面図である。図２に示した通信状態での等価回路図である。チップ型アンテナを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は底面図である。前記チップ型アンテナの積層構造を示す分解斜視図である。製造工程時における工程管理の説明図である無線通信端末の完成品とその通信状態を示す断面図である。前記完成品におけるチップ型アンテナとアンテナ共振回路給との結合状態を示す斜視図である。図７に示した通信状態での等価回路図である。

　以下、本発明に係る無線通信端末の製造方法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。

　（基本形態、図１参照）
　スマートフォンなどの携帯型の無線通信端末の製造時にあっては、図１（Ａ）に示すように、プリント配線板１０に、固有ＩＤを持つ近距離無線ＩＣチップ２０と該近距離無線ＩＣチップ２０に接続されたチップ型アンテナ３０とを実装しておく。本形態では、近距離無線ＩＣチップ２０は、ＮＦＣシステムで使用されるＮＦＣ用ＲＦＩＣチップであり、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を処理する機能、必要な情報の書換え機能やメモリ機能などを備えている。

　無線通信端末の製造工程時にあっては、チップ型アンテナ３０とリーダライタのアンテナとを、１３．５６ＭＨｚ帯の高周波信号を利用して無線通信させ、近距離無線ＩＣチップ２０が持つ固有ＩＤを利用して、プリント配線板１０の製造履歴や検査履歴を管理する。即ち、リーダライタは、製造履歴や検査履歴を管理するためのホストコンピュータに接続されており、ホストコンピュータにて製造履歴や検査履歴の記録やチェックが行われる。製造履歴や検査履歴はＲＦＩＣチップに保存しておいてもよい。なお、近距離無線ＩＣチップ２０が持つ固有ＩＤは、近距離無線ＩＣチップ２０が本来備えるＩＤ（即ちＲＦＩＣチップ製造者が入力したＩＤ）であってもよいし、後から入力されたＩＤ（即ち無線通信端末やプリント配線板の製造者が入力したＩＤ）であってもよい。

　その後、図１（Ｂ）に示すように、近距離無線ＩＣチップ２０及びチップ型アンテナ３０を備えたプリント配線板１０を、アンテナ共振回路５０を有する無線通信端末の筺体（ケース）に実装するとともに、チップ型アンテナ３０とアンテナ共振回路５０とを主に磁界を介して結合させて、アンテナ共振回路５０をブースタアンテナとする近距離無線アンテナを構成する。この状態で携帯型の無線通信端末４０として完成される。アンテナ共振回路５０は、チップ型アンテナ３０よりもコイル内外径の大きなコイルを備え、所定の共振周波数、つまり通信周波数に相当する共振周波数を持つ。ＮＦＣシステムにて近距離無線通信が可能であり、これによって、無線通信端末４０にて課金や決済を行ったり、無線通信端末４０を各種情報の取得を行うためのリーダライタとして利用したり、無線通信端末４０でヘッドフォン等の他の電子機器に無線接続する際のペアリング認証を行ったりすることができる。

　つまり、チップ型アンテナ３０を製造工程時においてプリント配線板１０に実装しておくことで、チップ型アンテナ３０を工程管理用のアンテナ素子として利用する。その一方で、完成品にあっては、チップ型アンテナ３０を第１次アンテナ（Primary Antenna）、アンテナ共振回路５０を第２次アンテナ（Secondary Antenna）とするブースター方式のＮＦＣアンテナを構成する。なお、アンテナ共振回路５０は、通信周波数（ここでは１３．５６ＭＨｚ）に相当する共振周波数を持っており、チップ型アンテナ３０よりも内径、外径ともに大きなコイル状の導体パターンを備えている。よって、このアンテナ共振回路５０は、通信距離を大きくするためのブースタアンテナとして機能し、アンテナ共振回路５０を端末筐体に装着させることで、チップ型アンテナ３０単体での通信距離よりも通信可能距離や通信可能範囲を大きくすることができる。

　このように、単一のチップ型アンテナ３０を工程管理や物品管理で利用するとともに、完成後の端末４０におけるＮＦＣ通信にも用いることができるので、用途ごとに専用のアンテナを設けることなく、小型の無線通信端末４０を構成することが可能となる。

　なお、工程管理や物品管理をＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の規格に準じて行い、完成後の端末のＮＦＣ通信をＪＩＳＸ６３１９－４の規格に準じて行うなど、製造時と完成時とで異なる規格を利用することもできる。この場合、各規格に対応した一のＲＦＩＣチップを利用することもできるし、各々の規格に対応した複数のＲＦＩＣチップを利用することもできる。

　（製造工程、図２～図６参照））
　以下に、無線通信端末４０の製造工程時におけるプリント配線板１０について説明する。図２に示すように、プリント配線板１０は、複数の樹脂層を積層してなる多層基板として構成され、その表面には前記近距離無線ＩＣチップ２０や前記チップ型アンテナ３０が表面実装されており、さらに、表示素子用の駆動回路、セルラー通信用のＢＢ回路やＲＦ回路、電源制御用の電源回路等を構成する各種の表面実装部品１５が、能動素子や受動素子として表面実装されている。なお、プリント配線板１０は、複数の樹脂層やセラミック層を積層してなる多層基板であってもよく、樹脂又はセラミックを主とする単層基板であってもよい。

　チップ型アンテナ３０は、図４（Ａ），（Ｂ）及び図５に示すように、積層された複数の磁性層３１からなる磁性体コアと、この磁性体コアの周囲にコイル状に巻回された導体パターン３２とからなる。この磁性体コア及び導体パターンは、非磁性層３３にて上下から挟み込まれている。下面に位置する非磁性層３３の表面には一対の入出力端子３４が形成されており、これらの入出力端子３４は導体パターン３２のそれぞれの端部に接続されている。この入出力端子３４は近距離無線ＩＣチップ２０と配線導体１４（図２参照）を介して電気的に接続される。

　例えば、磁性層３１は磁性フェライトの焼結体、非磁性層３３は非磁性フェライトの焼結体である。また、導体パターン３２は面内導体３２ａと側面層間導体３２ｂとで構成されている。面内導体３２ａや入出力端子３４はＡｇなどによる印刷パターンとして形成されている。側面層間導体３２ｂはＡｇなどによるビア導体として広い面積のフェライトシートに形成され、該フェライトシートを１単位のアンテナ３０に切り分けた状態で側面に露出したものである。チップ型アンテナ３０の素体は直方体であり、コイル状導体パターン３２は該素体の長辺方向にそのコイル軸を有している。なお、コイル状の導体パターンは、直方体の素体の短辺方向にそのコイル軸を有していてもよく、あるいは、磁性層の積層方向にそのコイル軸を有していてもよい。

　以上の構成からなるプリント配線板１０にあっては、図２に示すように、チップ型アンテナ３０とリーダライタのアンテナ６０とをＲＦＩＤシステムにて磁界Ｍ１を介して無線通信させる。図３はこのような通信状態を等価回路として示している。

　このような無線通信によって、例えば、近距離無線ＩＣチップの固有ＩＤが「ａａａ」の場合、図６に示すように、製造工程Ａ（例えばプリント配線板１０に保護層用樹脂をコーティングする工程）においては、加工条件Ｘ（例えばコーティング用設備名、保護用樹脂名、その温度条件等）が、近距離無線ＩＣチップ２０が持つ固有ＩＤ「ａａａ」に関連付けられて加工日時とともにリーダライタのコンピュータ６１に格納される。また、次の製造工程Ｂ（例えば洗浄工程）においては、加工条件Ｙ（例えば洗浄用設備名、洗浄材名、温度条件など）が、固有ＩＤ「ａａａ」に関連付けられて加工日時とともにコンピュータ６１に格納される。さらに、検査工程（例えば高周波特性の良否判断検査）においては検査結果Ｚ（測定値や良否）が固有ＩＤ「ａａａ」と関連付けられて検査日時とともにコンピュータ６１に格納される。

　つまり、プリント配線板に関連する製造プロセスにおいては、近距離無線ＩＣチップに格納された固有ＩＤを利用して、近距離無線ＩＣチップ及びチップ型アンテナをＲＦＩＤタグとして利用し、履歴管理・物品管理を行うことができる。

　（完成品、図７～図９参照）
　次に、無線通信端末４０の完成品とその物品管理について説明する。図７に示すように、近距離無線ＩＣチップ２０及びチップ型アンテナ３０などを備えたプリント配線板１０は、アンテナ共振回路５０を有する端末筺体４１に実装される。チップ型アンテナ３０とアンテナ共振回路５０とは主に磁界Ｍ２を介して結合し、アンテナ共振回路５０をブースタアンテナとする近距離無線アンテナ（ここではＮＦＣアンテナ）を構成する。

　図８に示すように、アンテナ共振回路５０はフィルム５１上に形成された平面視でコイル状に巻回された導体パターン５２を含む。導体パターン５２は、例えば、アルミ箔などをエッチング処理によりコイル状にパターニングして形成される。導体パターン５２の両端部は、コンデンサＣ（図９参照、図８では図示していない）によって容量結合されており、これによってアンテナ共振回路５０が所定の共振周波数を有するＬＣ並列共振回路として構成されている。このアンテナ共振回路５０はプリント配線板１０に対向する面にフェライトなどの磁性体シート５３（図７参照）が貼着されており、無線通信端末４０の筺体４１（樹脂製）の内側面に絶縁性接着剤５４を介して貼着されている。

　ところで、チップ型アンテナ３０はプリント配線板１０の端縁近傍に配置されることが好ましい。プリント配線板１０にはグランドなどの各種導体パターンが形成されており、チップ型アンテナ３０の設置位置によってはこれらの導体パターンによってチップ型アンテナ３０による磁界の形成が妨げられるおそれがある。つまり、プリント配線板１０の主面方向から平面視したとき、チップ型アンテナ３０はプリント配線板１０のグランドの端縁近傍に配置されていることが好ましい。チップ型アンテナ３０をプリント配線板１０の端縁近傍、つまりグランドの端縁近傍に配置することにより、グランド等の各種導体パターンによって磁界の形成が妨げられることを極力防止することができる。

　なお、アンテナ共振回路５０を構成する導体パターン５２は、ＬＤＳ（Laser Direct Structuring）技術を用い、筺体４１の内側面に直接的に描画されたパターンであってもよい。また、チップ型アンテナ３０はプリント配線板１０に埋め込まれていてもよい。

　図７に示すように、完成品としての無線通信端末４０において、アンテナ共振回路５０は所定の共振周波数（ここでは１３．５６ＭＨｚ）を持ち、通信相手側のアンテナ７０との無線通信が可能であり、無線通信端末４０に対する各種通信が行われる。詳しくは、チップ型アンテナ３０とアンテナ共振回路５０とが主に磁界Ｍ２を介して結合され、アンテナ共振回路５０がＮＦＣ通信用のアンテナ７０と磁界Ｍ３を介して通信を行う。より具体的には、無線通信端末４０を用いて課金や決済を行ったり、無線通信端末４０を各種情報の取得を行うためのリーダライタとして利用したり、無線通信端末４０をヘッドフォンなどの他の電子機器に無線接続する際のペアリング認証を行ったりすることができる。

　図９はこのような通信状態を等価回路として示している。即ち、無線通信端末４０から高周波信号を送信するときは、ＩＣチップ２０から供給された高周波信号は、まず、チップ型アンテナ３０に供給され、チップ型アンテナ３０から、磁界（Ｍ２）を介して、高周波信号をコイル状導体パターン５０（インダクタ）及びコンデンサＣからなるアンテナ共振回路５０（ブースタアンテナ）に供給されて、このアンテナ共振回路５０から、磁界（Ｍ３）を介して、通信相手のアンテナ７０に送信される。

　以上のごとく、固有ＩＤを有する近距離無線ＩＣチップ２０とチップ型アンテナ３０とを製造工程時においてプリント配線板１０に実装しておくことで、チップ型アンテナ３０を工程管理用のアンテナ素子として利用する。その一方で、完成品である無線通信端末４０にあっては、チップ型アンテナ３０を第１次アンテナ、アンテナ共振回路５０を第２次アンテナとするＮＦＣアンテナを構成する。即ち、単一のチップ型アンテナ３０を工程管理用のアンテナとＮＦＣシステムにおける１次アンテナとして利用することで、工程管理用、ＮＦＣ通信用に専用のアンテナを用意する必要がなく、無線通信端末４０の小型化を図ることができる。また、ＮＦＣ通信に利用する際、チップ型アンテナ３０とアンテナ共振回路５０とは磁界Ｍ２を介して結合されているため、両者を接続するための端子などは不要であり、ＮＦＣ通信用のアンテナを構成するための大幅な回路変更も不要となる。つまり、簡易な構成で、ＮＦＣ通信端末としての利用が可能となる。

　（他の実施例）
　なお、本発明に係る無線通信端末の製造方法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。

　特に、チップ型アンテナやアンテナ共振回路の細部の構成、形状などは任意である。また、本発明は、必ずしもＨＦ帯のＮＦＣ用の無線通信に限定されるものではなく、トランスファージェット（登録商標）などの無線通信システムでも使用することができる。

　また、チップ型アンテナとブースタアンテナとの結合は、ＮＦＣ通信であれば、主に磁界を介しての結合であるが、例えば、トランスファージェットであれば電磁界を介しての結合になる。つまり、本発明における「電磁界による結合」は、主に磁界を介しての結合、主に電界を介しての結合、電界及び磁界を介しての結合を含む。

　また、無線通信端末はスマートフォンに限定されるものではなく、例えばタブレット端末やノート型ＰＣなど、近距離無線通信システムを搭載した端末であればよい。

　以上のように、本発明によれば、プリント配線板や無線通信端末の製造工程においては、つまりこれらの製造者においては、工程管理用のタグとして利用することができ、完成後の無線通信端末においては、つまり無線通信端末のユーザーにおいては、これをブースタアンテナ付きの近距離無線通信機能付き通信端末として利用することができる。

　１０…プリント配線板
　２０…近距離無線ＩＣチップ
　３０…チップ型アンテナ
　３２…コイル状導体パターン
　４０…無線通信端末
　４１…筺体
　５０…アンテナ共振回路
　５２…コイル状導体パターン
　６０…リーダライタ用アンテナ

Claims

　プリント配線板に、固有ＩＤを持つ近距離無線ＩＣチップと該近距離無線ＩＣチップに接続されたチップ型アンテナとを実装する工程と、
　前記チップ型アンテナとリーダライタのアンテナとを無線通信させ、前記近距離無線ＩＣチップが持つ前記固有ＩＤを利用して、前記プリント配線板の少なくとも製造履歴又は検査履歴を管理する工程と、
　前記近距離無線ＩＣチップ及び前記チップ型アンテナを備えた前記プリント配線板を、アンテナ共振回路を有する端末筺体に実装するとともに、前記チップ型アンテナと前記アンテナ共振回路とを電磁界を介して結合させて、前記アンテナ共振回路をブースタアンテナとする近距離無線アンテナを構成する工程と、
　を備えたことを特徴とする無線通信端末の製造方法。
　前記近距離無線ＩＣチップはＨＦ帯を通信周波数とすること、を特徴とする請求項１に記載の無線通信端末の製造方法。
　前記チップ型アンテナは、磁性体コアと前記磁性体コアの周囲にコイル状に巻回された導体パターンとからなること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信端末の製造方法。
　前記チップ型アンテナは前記プリント配線板の端縁近傍に配置されること、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無線通信端末の製造方法。
　前記アンテナ共振回路は、平面視でコイル状に巻回された導体パターンを含むこと、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無線通信端末の製造方法。