JP2018160599A

JP2018160599A - 平面コイル素子

Info

Publication number: JP2018160599A
Application number: JP2017057801A
Authority: JP
Inventors: 正彦高地; Masahiko Kochi
Original assignee: Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Printed Circuits Inc
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11

Abstract

【課題】コイル素子の設置領域を効率よく活用した平面コイル素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る平面コイル素子は、絶縁層と、この絶縁層に配設される導電パターンとを備える平面コイル素子であって、上記導電パターンが、平面視で渦巻状に形成され、上記導電パターンの一端側に接続される第１端子、上記導電パターンの他端側に接続される第２端子、並びに上記第１端子及び上記第２端子間にある上記導電パターンの一部に接続される１又は複数の中間端子を有し、上記第１端子、上記第２端子及び上記１又は複数の中間端子から選択される２端子間の上記導電パターンがコイル素子を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面コイル素子に関する。

近距離無線通信（ＮＦＣ：ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）技術を利用したＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムや非接触ＩＣカードなどが普及している。また、電磁誘導現象を利用したワイヤレス（非接触式）給電装置が普及しつつある。これらの非接触式の通信及び給電では、近接する２つのコイルが電波又は電磁界を媒介して情報やエネルギーを送受信する。

ところでＲＦＩＤシステム、非接触ＩＣカード、及びワイヤレス給電装置は、採用される通信方式又は給電方式ごとに利用される電波又は電磁界の周波数帯域が異なる。このためこれら複数の通信方式又は給電方式に対応させる場合は、利用される複数の周波数帯域に対応したコイルを携帯機器やカードなどに備えることが要求される。例えば特許文献１（図１２等参照）には、対応する周波数帯域が異なる複数のコイルアンテナを絶縁性基板上に隣接して設けることにより、複数の通信規格に対応させた無線デバイスが開示されている。

特開２００６−２４０８７号公報

特許文献１に開示された無線デバイスのように複数のコイルを絶縁性基板上に隣接して設ける場合、コイル素子の設置領域に複数のコイルが互いに干渉しないように配置される必要があり、コイル素子の設置領域を効率よく活用することが十分でない。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、コイル素子の設置領域を効率よく活用した平面コイル素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る平面コイル素子は、絶縁層と、この絶縁層に配設される導電パターンとを備える平面コイル素子であって、上記導電パターンが、平面視で渦巻状に形成され、上記導電パターンの一端側に接続される第１端子、上記導電パターンの他端側に接続される第２端子、並びに上記第１端子及び上記第２端子間にある上記導電パターンの一部に接続される１又は複数の中間端子を有し、上記第１端子、上記第２端子及び上記１又は複数の中間端子から選択される２端子間の上記導電パターンがコイル素子を形成する。

本発明の一態様に係る平面コイル素子は、コイル素子の設置領域を効率よく活用することができる。

本発明の一実施形態に係る平面コイル素子を示す模式的平面図である。図１の平面コイル素子と異なる実施形態に係る平面コイル素子を示す模式的平面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一態様に係る平面コイル素子は、絶縁層と、この絶縁層に配設される導電パターンとを備える平面コイル素子であって、上記導電パターンが、平面視で渦巻状に形成され、上記導電パターンの一端側に接続される第１端子、上記導電パターンの他端側に接続される第２端子、並びに上記第１端子及び上記第２端子間にある上記導電パターンの一部に接続される１又は複数の中間端子を有し、上記第１端子、上記第２端子及び上記１又は複数の中間端子から選択される２端子間の上記導電パターンがコイル素子を形成する。

当該平面コイル素子は、渦巻状に形成された導電パターンに第１端子、第２端子及び中間端子が接続され、これらの端子から選択される２端子間の導電パターンがコイル素子を形成する。このため１つの導電パターンから複数のコイル素子を形成可能であり、所望のコイル素子を選択的に採用することができる。つまり、複数のコイル素子を形成するために複数の導電パターンを配設する必要がなく、コイル素子の設置領域を効率よく活用することができる。

上記第１端子及び上記第２端子間の上記導電パターンが第１コイル素子を形成し、上記第１端子及び上記１の中間端子間の上記導電パターンが第２コイル素子を形成し、上記第１コイル素子のインダクタンス値及び上記第２コイル素子のインダクタンス値が異なっているとよい。このように第１コイル素子のインダクタンス値及び上記第２コイル素子のインダクタンス値を異ならせることで、１つの導電パターンから複数の周波数帯域に対応したコイル素子を形成することができる。

なお、本発明において「渦巻状」とは、厳密な渦巻形状に限定されず、少なくとも１周巻回して中心側に近づく多列部分を有する形状を示し、例えば平面視で外形が多角形や角丸多角形の形状のものを含む。また、「インダクタンス値」とは、２端子間の導電パターンにより形成されたコイル素子の自己誘導におけるインダクタンスの値を示す。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る平面コイル素子を説明する。

［第一実施形態］
＜平面コイル素子＞
図１の平面コイル素子１は、絶縁層２と、この絶縁層２の表面側に積層されるように配設される導電パターン３とを備える。導電パターン３は、図１に示すように、平面視で渦巻状に形成されている。平面コイル素子１は、導電パターン３の一端側に接続される第１端子４と、導電パターン３の他端側に接続される第２端子５とを有している。さらに平面コイル素子１は、第１端子４及び第２端子５間にある導電パターン３の一部に接続される１の中間端子６を有している。

（絶縁層）
絶縁層２は、電気絶縁性を有する合成樹脂製の層である。また絶縁層２は、導電パターン３を形成するためのベースフィルムでもある。絶縁層２は、可撓性を有する構成であってもよいし、可撓性を有しない構成であってもよいが、可撓性を有する構成であると平面コイル素子１をフレキシブル平面コイル素子として構成できるので好ましい。絶縁層２が可撓性を有する構成とする場合、この絶縁層２の主成分として、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリマー、フッ素樹脂等の合成樹脂が選択される。また絶縁層２が可撓性を有しない構成とする場合、この絶縁層２の主成分として、例えばガラス等のリジッド材が選択される。なお、「主成分」とは、最も含有量が多い成分をいい、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。

絶縁層２の平均厚さの下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、絶縁層２の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましい。絶縁層２の平均厚さが上記下限に満たないと、絶縁層の強度や絶縁性が不十分となるおそれがある。逆に、絶縁層２の平均厚さが上記上限を超えると、平面コイル素子１を薄型化できないおそれがある。

（導電パターン）
絶縁層２の表面側には導電パターン３が配設されている。導電パターン３は、図１に示すように、略等幅で細長い帯状の形状に形成されており、平面視で外形が四角形の形状となるように渦巻状に巻回されている。導電パターン３は、金属箔、例えば銅箔によって形成されている。導電パターン３は、特に限定されないが、例えば絶縁層２の表面に積層された金属層をエッチングすることによって形成される。

導電パターン３は、略均一な厚さに形成されている。導電パターン３の平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。一方、導電パターン３の平均厚さの上限としては、２３０μｍが好ましく、２１０μｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限に満たないと、導体抵抗により導体損失が大きくなる、又は強度が不足するおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限を超えると、平面コイル素子１を薄型化できないおそれがある。

導電パターン３の内周側の一端には第１端子４が接続され、外周側の他端には第２端子５が接続されている。また、第１端子４及び第２端子５間の導電パターン３が、この一部において分枝するように形成されており、この分枝位置に中間端子６が１つ接続されている。第１端子４、第２端子５及び中間端子６は、電気的接続を行うための接続端子であり、特に限定されないが、例えば導電パターン３から連続した銅箔によって形成され、はんだ付けやコネクタを用いて他の配線と電気的に接続される。

第１端子４、第２端子５及び中間端子６にはそれぞれ図示しない配線が接続されており、第１端子４、第２端子５及び中間端子６から選択される２端子間の導電パターン３がコイル素子を形成する。図１の平面コイル素子１においては、第１端子４及び第２端子５間の導電パターン３が第１コイル素子８を形成し、第１端子４及び中間端子６間の導電パターン３が第２コイル素子９を形成している。

第１コイル素子８及び第２コイル素子９は、それぞれの導電パターン３の長さ及び巻き数が異なるように形成されており、第１コイル素子８のインダクタンス値及び第２コイル素子９のインダクタンス値が異なっている。そしてこれら２つのコイル素子のインダクタンス値が異なることを利用して、各コイル素子が所望の周波数帯域に適合するように調整されている。

［利点］
当該平面コイル素子１は、導電パターン３の両端に第１端子４及び第２端子５が接続され、第１端子４及び第２端子５間に中間端子６が接続される構成であるので、１つの導電パターン３から複数のコイル素子を形成することができる。例えば、第１端子４及び第２端子５間の導電パターン３で形成された第１コイル素子８が１００ｋＨｚから２００ｋＨｚを利用したワイヤレス給電コイルとして調整され、第１端子４及び中間端子６間の導電パターン３で形成された第２コイル素子９が１３．５６ＭＨｚを利用したアンテナコイルとして調整されることにより、複数の周波数帯域において利用可能な平面コイル素子を提供することができる。

［第二実施形態］
図２の平面コイル素子１１は、図１の平面コイル素子１と同様に、絶縁層２と、この絶縁層２に配設される導電パターン３とを備える。ただし、当該平面コイル素子１１は、中間端子を複数有する点で、図１の平面コイル素子１とは異なる。

平面コイル素子１１は、図２に示すように、平面視で渦巻状に形成された導電パターン３を有し、この導電パターン３の一端側に接続される第１端子４及び導電パターン３の他端側に接続される第２端子５を有している。第１端子４及び第２端子５間にある導電パターン３は、２か所で分枝するように形成されており、第１端子４側の分枝位置に中間端子６が接続され、第２端子５側の分枝位置に中間端子７が接続されている。つまり、平面コイル素子１１は、第１端子４及び第２端子５間にある導電パターン３の一部に接続される複数の中間端子６及び中間端子７を有している。そして平面コイル素子１１においては、第１端子４、第２端子５、中間端子６及び中間端子７から選択される２端子間の導電パターン３がコイル素子を形成する。

［利点］
当該平面コイル素子１１は、複数の中間端子を備えるので、１つの導電パターン３から多数のコイル素子を形成することができる。例えば第１端子４及び第２端子５間の導電パターン３で第１コイル素子を形成し、第１端子４及び中間端子６間の導電パターン３で第２コイル素子を形成し、第１端子４及び中間端子７間の導電パターン３で第３コイル素子を形成し、中間端子６及び中間端子７間の導電パターン３で第４コイル素子を形成するといったように、１つの導電パターン３から様々なコイル素子を形成することができる。

［他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上記各実施形態では、導電パターンの一端側に第１端子が接続され、導電パターンの他端側に第２端子が接続され、第１端子及び第２端子間の導電パターンの一部において中間端子が接続されるものについて説明したが、第１端子、第２端子及び中間端子間の距離は任意に設定することが可能である。

上記各実施形態では、第１端子、第２端子及び中間端子から選択される２端子間の導電パターンから形成されるコイル素子のインダクタンス値をコイル素子毎に異ならせるものについて説明したが、インダクタンス値が等しいコイル素子が存在してもよい。

上記第二実施形態では、導電パターン３に中間端子６及び中間端子７が接続されるものについて説明したが、導電パターンに接続される中間端子は２つに限定されず、３つ以上の中間端子が導電パターンに接続される構成としてもよい。また、第１端子、第２端子及び複数の中間端子から２端子を選択してコイル素子を形成する際に、選択されない中間端子が存在してもよい。

上記各実施形態では、導電パターン３の内周側の一端に第１端子４が接続され、外周側の他端に第２端子５が接続されるものについて説明したが、第１端子４及び第２端子５が導電パターン３の一端側及び他端側に接続される構成であれば、第１端子４及び第２端子５が導電パターン３の両端の位置に接続されるものに限定されない。例えば、導電パターン３の一端側又は他端側において分枝し、この分枝位置に第１端子４又は第２端子５が接続されてもよい。

また導電パターン３に対する端子の接続は、導電パターン３が配設された絶縁層２の面側での接続に限定されない。例えば、導電パターン３が配設される絶縁層２の配設位置にスルーホールを形成し、スルーホールめっきによりこのスルーホールに導体を形成することによって、導電パターン３が配設された絶縁層２の面とは反対側の面から導電パターン３に端子を接続する構成であってもよい。

上記各実施形態では、導電パターン３が絶縁層２の表面に配設されるものについて説明したが、導電パターン３が絶縁層２の一方の面のみに配設されるものに限定されない。例えば、絶縁層２に形成されたスルーホールを利用して、導電パターン３が絶縁層２の表面及び裏面に跨って配設されるものであってもよい。

平面コイル素子が、可撓性及び絶縁性を有するカバーレイを備え、このカバーレイが導電パターン３の外面側を被覆する構成としてもよい。このように構成すれば、導電パターン３を外部から保護することができる。

本発明の平面コイル素子は、コイル素子の設置領域を効率よく活用することができる。このため携帯機器やＩＣカードなどの小型電子物品が備えるコイル素子として好適に使用できる。

１，１１平面コイル素子
２絶縁層
３導電パターン
４第１端子
５第２端子
６，７中間端子
８第１コイル素子
９第２コイル素子

Claims

絶縁層と、この絶縁層に配設される導電パターンとを備える平面コイル素子であって、
上記導電パターンが、平面視で渦巻状に形成され、
上記導電パターンの一端側に接続される第１端子、上記導電パターンの他端側に接続される第２端子、並びに上記第１端子及び上記第２端子間にある上記導電パターンの一部に接続される１又は複数の中間端子を有し、
上記第１端子、上記第２端子及び上記１又は複数の中間端子から選択される２端子間の上記導電パターンがコイル素子を形成する平面コイル素子。
上記第１端子及び上記第２端子間の上記導電パターンが第１コイル素子を形成し、
上記第１端子及び上記１の中間端子間の上記導電パターンが第２コイル素子を形成し、
上記第１コイル素子のインダクタンス値及び上記第２コイル素子のインダクタンス値が異なっている請求項１に記載の平面コイル素子。