特開 2022-21619 アンテナモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022021619

(43)【公開日】2022-02-03

(54)【発明の名称】アンテナモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 23/00 20060101AFI20220127BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20220127BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20220127BHJP

   H05K 1/14 20060101ALI20220127BHJP

【ＦＩ】

H01Q23/00

H01Q21/06

H01Q13/08

H05K1/14 G

H05K1/14 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020125294

(22)【出願日】2020-07-22

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】淡路 大輔

【テーマコード（参考）】

5E344

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5E344AA01

5E344AA21

5E344AA22

5E344BB02

5E344BB06

5E344BB13

5E344BB20

5E344CC23

5E344CC24

5E344CD02

5E344DD02

5E344DD06

5E344EE06

5J021AA09

5J021AB06

5J021JA08

5J045DA10

5J045EA07

5J045LA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】通信性能の低下を抑制したアンテナモジュールを提供する。
【解決手段】アンテナモジュールは、複数のアンテナ素子１４ａにより構成されたアンテナパターン１４および絶縁層を有するアンテナ基板１０と、回路基板２０と、アンテナ基板１０と回路基板２０とを接続する接続部３０と、アンテナ基板１０または回路基板２０に実装されたＲＦＩＣ４０と、を備える。絶縁層の厚さ方向から見た平面視において、アンテナ素子１４ａは、接続部３０によって挟まれていない。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナ素子により構成されたアンテナパターンおよび絶縁層を有するアンテナ基板と、
回路基板と、
前記アンテナ基板と前記回路基板とを接続する接続部と、
前記アンテナ基板または前記回路基板に実装されたＲＦＩＣと、を備え、
前記絶縁層の厚さ方向から見た平面視において、前記アンテナ素子は前記接続部によって挟まれていない、アンテナモジュール。

【請求項2】

前記平面視において、前記接続部は前記アンテナ基板の中央部にのみ位置している、請求項１に記載のアンテナモジュール。

【請求項3】

前記接続部は、はんだ、導電性微粒子を含むペースト、または導電性微粒子を含むシートである、請求項１または２に記載のアンテナモジュール。

【請求項4】

前記アンテナ基板は、前記絶縁層の厚さ方向において離れて配置された少なくとも２つのメタル層を有し、
前記２つのメタル層は前記平面視における面積が互いに異なっている、請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

【請求項5】

前記絶縁層の材質には、熱可塑性の液晶ポリマーまたはフッ素系樹脂が含まれている、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、アンテナ基板と、モジュール基板（回路基板）と、これらを接続するはんだ（接続部）と、を備えたアンテナモジュールが開示されている。アンテナ基板にはアンテナパターンが形成されており、無線通信を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１２４２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のアンテナモジュールでは、アンテナ基板と回路基板とを接続する接続部が、アンテナ基板の外周部に沿って、アンテナパターンを囲うように配置されている。本願発明者らが鋭意検討したところ、このような構成ではアンテナ基板に生じる歪が通信性能を低下させる可能性があることが判った。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされ、通信性能の低下を抑制したアンテナモジュール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、本発明の一態様に係るアンテナモジュールは、複数のアンテナ素子により構成されたアンテナパターンおよび絶縁層を有するアンテナ基板と、回路基板と、前記アンテナ基板と前記回路基板とを接続する接続部と、前記アンテナ基板または前記回路基板に実装されたＲＦＩＣと、を備え、前記絶縁層の厚さ方向から見た平面視において、前記アンテナ素子は前記接続部によって挟まれていない。

【0007】

上記態様によれば、使用環境下の温湿度の影響でアンテナ基板が伸縮する場合に、接続部同士の間で大きな歪が生じて当該歪の影響をアンテナ素子が受けることを抑制できる。したがって、通信性能が低下することを抑制できる。

【0008】

ここで、前記平面視において、前記接続部は前記アンテナ基板の中央部にのみ位置していてもよい。

【0009】

また、前記接続部は、はんだ、導電性微粒子を含むペースト、または導電性微粒子を含むシートであってもよい。

【0010】

また、前記アンテナ基板は、前記絶縁層の厚さ方向において離れて配置された少なくとも２つのメタル層を有し、前記２つのメタル層は前記平面視における面積が互いに異なっていてもよい。

【0011】

また、前記絶縁層の材質には、熱可塑性の液晶ポリマーまたはフッ素系樹脂が含まれていてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明の上記態様によれば、通信性能の低下を抑制したアンテナモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係るアンテナモジュールの平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ断面矢視図である。

【図3】第２実施形態に係るアンテナモジュールの平面図である。

【図4】第３実施形態に係るアンテナモジュールの断面図である。

【図5】第４実施形態に係るアンテナモジュールの平面図である。

【図6】図５のＶＩ－ＶＩ断面矢視図である。

【図7】接続部によりアンテナ素子が挟まれた構成のアンテナモジュールの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態のアンテナモジュールについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、アンテナモジュール１Ａは、アンテナ基板１０と、回路基板２０と、接続部３０と、ＲＦＩＣ４０と、を備えている。ＲＦＩＣ４０は、高周波集積回路（ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuit）であり、ミリ波帯などの高周波信号を処理する。アンテナ基板１０は接続部３０に含まれるはんだ３１により、回路基板２０に実装されている。言い換えると、アンテナ基板１０と回路基板２０とは、接続部３０により接続されている。

【0015】

（方向定義）
本明細書では、アンテナ基板１０の絶縁層１１（図２参照）の厚さ方向を上下方向Ｚという。上下方向Ｚは、アンテナ基板１０および回路基板２０が並べられた方向でもある。上下方向Ｚにおいて、アンテナ基板１０側（＋Ｚ側）を上方といい、回路基板２０側（－Ｚ側）を下方という。上下方向Ｚに直交する一方向を左右方向Ｘという。上下方向Ｚおよび左右方向Ｘの双方に直交する方向を前後方向Ｙという。上下方向Ｚから見ることを平面視という。図１はアンテナモジュール１Ａの平面図であり、図２は上下方向に沿ったアンテナモジュール１Ａの断面図である。

【0016】

図２に示すように、アンテナ基板１０は、絶縁層１１と、アンテナパターン１４と、配線部１５と、を有している。アンテナパターン１４は絶縁層１１の第１面１２上に形成され、配線部１５は絶縁層１１の第２面１３上に形成されている。第１面１２は上方を向き、第２面１３は下方を向いている。すなわち、第２面１３は回路基板２０と上下方向Ｚにおいて対向している。アンテナパターン１４は、複数のアンテナ素子１４ａにより構成されている。図１に示すように、平面視において複数のアンテナ素子１４ａは矩形状に形成され、左右方向Ｘおよび前後方向Ｙに並べて配置されている。ただし、アンテナ基板１０の左右方向Ｘおよび前後方向Ｙにおける中央部にはアンテナ素子１４ａが配置されていない。

【0017】

配線部１５は、例えば、ＲＦＩＣ４０と各アンテナ素子１４ａとを電気的に接続する役割を有する。絶縁層１１としては、高周波信号の処理に適した、誘電特性のよい材質を用いることが好ましい。具体的には、絶縁層１１には熱可塑性の液晶ポリマーまたはフッ素系樹脂が含まれているとよい。アンテナパターン１４および配線部１５は、絶縁層１１の表面に設けられたメタル層である。このようなメタル層は、絶縁層１１の表面に金属の薄膜を形成し、当該薄膜をエッチングすることなどで形成できる。

【0018】

２つのメタル層（アンテナパターン１４および配線部１５）は、上下方向Ｚにおいて離れて配置されている。アンテナパターン１４および配線部１５の材質としては、銅などの金属が用いられる。アンテナパターン１４および配線部１５は、平面視における面積が互いに異なっている。アンテナパターン１４および配線部１５が銅である場合、残銅率が互いに異なっているとも言える。

【0019】

回路基板２０は、絶縁体および回路パターンを含む本体部２１を有している。本体部２１は、１層の絶縁体および当該絶縁体の表面に設けられた回路パターンにより構成されてもよい。あるいは、本体部２１は、複数層の絶縁体と、絶縁体の表面および絶縁体同士の間に設けられた回路パターンにより構成されてもよい。本体部２１に含まれる絶縁体としては、例えばＦＲ４等の基板用の一般的な材質を利用できる。本体部２１は、上方を向く上面２２と、下方を向く下面２３と、を有している。上面２２はアンテナ基板１０と上下方向において対向している。

【0020】

アンテナ基板１０と回路基板２０との間には、上下方向Ｚにおける隙間が設けられており、この隙間に、ＲＦＩＣ４０および接続部３０が配置されている。接続部３０およびＲＦＩＣ４０は、アンテナ基板１０の配線部１５に電気的に接続されている。
図１に示すように、平面視において、接続部３０に含まれる複数のはんだ３１は、ＲＦＩＣ４０を囲うように配置されている。平面視において、接続部３０およびＲＦＩＣ４０は、アンテナ基板１０の中央部に配置されている。なお、「アンテナ基板１０の中央部」とは、アンテナ基板１０の前後方向Ｙおよび左右方向Ｘの双方における中央部である。

【0021】

平面視において、接続部３０およびＲＦＩＣ４０はアンテナ素子１４ａが配置されていない部位に配置され、複数のアンテナ素子１４ａが接続部３０およびＲＦＩＣ４０を囲うように配置されている。なお、ＲＦＩＣ４０は回路基板２０の下面２３に実装されていてもよい。あるいは、ＲＦＩＣ４０は回路基板２０の上面２２であってアンテナ基板１０と上下方向Ｚにおいて対向する位置に実装されていてもよい。

【0022】

ここで、アンテナ基板１０と回路基板２０とを接続する際には、はんだ３１となるペースト（はんだペースト）をアンテナ基板１０と回路基板２０の間に配置し、はんだペーストを加熱して溶融させ（加熱工程）、はんだペーストを冷却して凝固させる。すなわち、リフローが行われる。加熱工程の際には、はんだ３１だけでなく、アンテナ基板１０にも熱が加えられる。アンテナ基板１０は、平面視における面積が異なる２つのメタル層を含んでおり、これらのメタル層では加熱による膨張量が異なる。この膨張量の違いにより、アンテナ基板１０に反りが生じる。本願発明者らが鋭意検討したところ、平面視において接続部３０がアンテナ素子１４ａを挟まないように（図１では中央部）、接続部３０およびアンテナ素子１４ａを配置することで、アンテナ基板１０の反りが通信性能に与える影響を低減できることが判った。以下、より詳しく説明する。

【0023】

図７に、「平面視において接続部３０がアンテナ素子１４ａを間に挟む」状態のアンテナモジュール１００を示す。図７において、２つの接続部３０はアンテナ基板１０の外周部に位置しており、２つの接続部３０を結ぶ直線上に、１つのアンテナ素子１４ａが位置している。このアンテナモジュール１００では、アンテナ基板１０は２つの接続部３０で回路基板２０に固定される。このアンテナモジュール１００を製造する際に、加熱工程を行うと、アンテナ基板１０に含まれる２つのメタル層の膨張量の違いからアンテナ基板１０に反りが生じる。そして、その後の冷却時には、２つの接続部３０で固定された状態でアンテナ基板１０が収縮しようとする。その結果、アンテナ基板１０のうち、平面視において２つの接続部３０同士の間に位置する部位に、特に大きな歪が生じることとなる。

【0024】

そして、アンテナモジュール１００では、平面視において接続部３０がアンテナ素子１４ａを間に挟むように配置されており、当該挟まれたアンテナ素子１４ａが、アンテナ基板１０の歪の影響を大きく受ける。その結果、通信性能の低下が生じ得る。このような通信性能の低下は、特に、アンテナ基板１０の絶縁層１１に熱可塑性の液晶ポリマーまたはフッ素系樹脂が含まれ、アンテナ基板１０が高周波信号の送受信を行う場合に生じやすい。

【0025】

これに対して、図１に示す本実施形態のアンテナモジュール１Ａでは、接続部３０が平面視においてアンテナ基板１０の中央部にのみ位置している。アンテナモジュール１Ａを製造する際に、加熱工程を行うと、２つのメタル層の膨張量の違いからアンテナ基板１０
に反りが生じる。その後の冷却時には、中央部に配置された接続部３０を中心としてアンテナ基板１０の全体が収縮するが、アンテナ基板１０の外周部は固定されていないため、歪が残留しにくい。このような収縮のモードでは、アンテナ基板１０に生じる歪の量が、２つの接続部３０が固定された状態で収縮するモード（図７）よりも小さくなる。そして、アンテナ基板１０の歪が小さいため、アンテナ素子１４ａによる通信性能が低下することを抑制できる。

【0026】

以上の現象に基づけば、接続部３０およびアンテナ素子１４ａのレイアウトは図１の例に限られず、適宜変更できる。例えば図３～図６に示すレイアウトを採用してもよい。以下、より具体的に説明する。

【0027】

（第２実施形態）
図３に、第２実施形態に係るアンテナモジュール１Ｂを示す。なお、アンテナモジュール１Ｂの基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

【0028】

アンテナモジュール１Ｂでは、アンテナ基板１０の左右方向Ｘにおける中央部にはアンテナ素子１４ａが配置されていない。そして、複数の接続部３０が、アンテナ基板１０の左右方向Ｘにおける中央部に、前後方向Ｙに並べて配置されている。各接続部３０は、左右方向Ｘにおいて並べられた複数のはんだ３１により構成されている。図３において、ＲＦＩＣ４０は、アンテナ基板１０に実装されてもよいし、回路基板２０に実装されてもよい。

【0029】

図３において、複数の接続部３０のうちの一部は、平面視においてアンテナ基板１０の外周部に配置されている。しかしながら、平面視において、アンテナ素子１４ａは接続部３０によって挟まれていない。本実施形態のアンテナモジュール１Ｂを製造する際に、加熱工程およびその後の冷却を行うと、アンテナ基板１０は、左右方向Ｘにおける中央部で前後方向Ｙに延びる一帯が回路基板２０に固定された状態で収縮する。このとき、アンテナ基板１０の左右方向Ｘにおける両側の端部が固定されていないため、歪が生じにくい。したがって、歪がアンテナ素子１４ａに影響をおよぼして通信性能が低下することを抑制できる。

【0030】

（第３実施形態）
図４に、第３実施形態に係るアンテナモジュール１Ｃを示す。なお、アンテナモジュール１Ｃの基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

【0031】

アンテナモジュール１Ｃでは、アンテナ素子１４ａが、アンテナ基板１０の内部に配置されている。この場合も、アンテナ基板１０は、平面視における面積が異なる２つのメタル層（アンテナパターン１４および配線部１５）を含んでおり、これらのメタル層では加熱による膨張量が異なる。しかしながら、平面視において接続部３０がアンテナ基板１０の中央部にのみ位置し、アンテナ素子１４ａが接続部３０によって挟まれていないため、第１実施形態と同様に通信性能の低下を抑制することができる。

【0032】

（第４実施形態）
図５および図６に、第４実施形態に係るアンテナモジュール１Ｄを示す。なお、アンテナモジュール１Ｄの基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。

【0033】

アンテナモジュール１Ｄでは、平面視において、アンテナ基板１０の左右方向Ｘにおける一方側（－Ｘ側）の端部であって、前後方向Ｙにおける中央部に、接続部３０およびＲＦＩＣ４０が配置されている。接続部３０は、アンテナ基板１０の外周部に配置されているが、アンテナ素子１４ａは接続部３０によって挟まれていない。したがって、通信性能の低下を抑制することができる。

【0034】

以上説明したように、第１～第４実施形態のアンテナモジュール１Ａ～１Ｄは、複数のアンテナ素子１４ａにより構成されたアンテナパターン１４および絶縁層１１を有するアンテナ基板１０と、回路基板２０と、アンテナ基板１０と回路基板２０とを接続する接続部３０と、アンテナ基板１０または回路基板２０に実装されたＲＦＩＣ４０と、を備える。そして、絶縁層１１の厚さ方向（上下方向Ｚ）から見た平面視において、アンテナ素子１４ａは接続部３０によって挟まれていない。このようなレイアウトを採用することで、使用環境下の温湿度の影響でアンテナ基板が伸縮する場合に、接続部３０同士の間で歪が生じて当該歪の影響をアンテナ素子１４ａが受けることを抑制できる。したがって、通信性能が低下することを抑制できる。特に、接続部３０がはんだの場合、加熱工程およびその後の冷却時に、接続部３０同士の間で大きな歪が生じる。また、平面視における面積が互いに異なる２つのメタル層を有する場合、接続部３０同士の間でさらに大きな歪が生じるが、このようなレイアウトを採用することで、当該歪の影響をアンテナ素子１４ａが受けることをさらに効果的に抑制できる。したがって、通信性能が低下することをさらに効果的に抑制できる。

【0035】

また、第１、第３実施形態のアンテナモジュール１Ａ、１Ｃでは、平面視において、接続部３０がアンテナ基板１０の中央部にのみ位置している。このようなレイアウトを採用することで、使用環境下の温湿度の影響でアンテナ基板が伸縮する場合に、接続部３０を中心としてアンテナ基板１０が伸縮しても、アンテナ基板１０の外周部が固定されていないため、アンテナ基板１０に歪が残留することを抑制できる。したがって、アンテナ基板１０の歪により通信性能が低下することを抑制できる。特に、接続部３０がはんだの場合、加熱工程およびその後の冷却時に、接続部３０を中心としてアンテナ基板１０が大きく伸縮する。また、平面視における面積が互いに異なる２つのメタル層を有する場合、接続部３０を中心としてアンテナ基板１０がさらに大きく伸縮するが、アンテナ基板１０の外周部が固定されていないため、アンテナ基板１０に歪が残留することをさらに効果的に抑制できる。したがって、アンテナ基板１０の歪により通信性能が低下することをさらに効果的に抑制できる。

【0036】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0037】

例えば、前記実施形態では、接続部３０が複数のはんだ３１により構成されていた。しかしながら、接続部３０の材質ははんだでなくてもよい。アンテナ基板１０と回路基板２０とを接続する際に加熱を要する材質により接続部３０が構成されていれば、上述の課題が生じうる。具体的な例として、接続部３０は、導電性微粒子を含むペーストあるいはシートにより構成されていてもよい。この場合、図１～図６のはんだ３１に代えて、導電性微粒子を含むペーストあるいはシートが配置される。ペーストとして樹脂を用いてもよい。

【0038】

また、前記実施形態では、アンテナ基板１０の絶縁層１１の材質として熱可塑性の液晶ポリマーあるいはフッ素系樹脂を挙げたが、絶縁層１１として他の材質を採用してもよい。

【0039】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１０…アンテナ基板 １１…絶縁層 １４…アンテナパターン（メタル層） １５…配線部（メタル層） １４ａ…アンテナ素子 ２０…回路基板 ３０…接続部 ４０…ＲＦＩＣ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】