特開 2022-34605 複合基板

(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】P2022034605

(43)【公開日】2022-03-04

(54)【発明の名称】複合基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/00 20060101AFI20220225BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20220225BHJP

   H01L 25/065 20060101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

H01L25/00 B

H05K1/18 S

H01L25/08 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020138365

(22)【出願日】2020-08-19

(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】土谷 太一

【テーマコード（参考）】

5E336

【Ｆターム（参考）】

5E336AA04

5E336AA14

5E336AA16

5E336CC34

5E336CC58

5E336CC60

5E336EE03

5E336GG11

(57)【要約】

【課題】通信性能の低下を抑制した複合基板を提供する。
【解決手段】複合基板は、第１面および第２面を有し、前記第１面側にＲＦＩＣが実装された回路基板と、第１アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第１アンテナ基板と、第２アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第２アンテナ基板と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および第２面を有し、前記第１面側にＲＦＩＣが実装された回路基板と、
第１アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第１アンテナ基板と、
第２アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第２アンテナ基板と、を備える、複合基板。

【請求項2】

前記第１アンテナ基板は前記第２アンテナ基板とは異なる層構成を有する、請求項１に記載の複合基板。

【請求項3】

前記第１アンテナ素子は電磁波を受信するように構成され、
前記第２アンテナ素子は電磁波を送信するように構成され、
前記第１アンテナ基板に含まれる第１絶縁層の数は、前記第２アンテナ基板に含まれる第２絶縁層の数より少ない、請求項２に記載の複合基板。

【請求項4】

前記第１アンテナ素子は電磁波を受信するように構成され、
前記第２アンテナ素子は電磁波を送信するように構成され、
前記第１アンテナ基板に含まれる第１絶縁層は、前記第２アンテナ基板に含まれる第２絶縁層よりも誘電正接が小さい材質により形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の複合基板。

【請求項5】

前記回路基板の厚さ方向から見た平面視において、前記第１アンテナ基板の面積と前記第２アンテナ基板の面積とが異なる、請求項１から４のいずれか１項に記載の複合基板。

【請求項6】

前記回路基板の厚さ方向から見た平面視において、前記第１アンテナ基板および前記第２アンテナ基板が前記ＲＦＩＣと重なっている、請求項１から５のいずれか１項に記載の複合基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合基板に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、アンテナ素子を有する１つのアンテナ基板と、ＲＦＩＣ（高周波デバイス）が実装された回路基板と、を備えた複合基板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３２６６４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような複合基板では、アンテナ基板に生じる反りが、通信性能を低下させる要因となり得る。

【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複合基板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複合基板は、第１面および第２面を有し、前記第１面側にＲＦＩＣが実装された回路基板と、第１アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第１アンテナ基板と、第２アンテナ素子を有し、前記第２面側に実装された第２アンテナ基板と、を備える。

【0007】

上記態様によれば、複数のアンテナ基板を備えることで、複合基板が全体として備えるアンテナ素子の数や面積を大きくしつつ、アンテナ基板の個別の面積を小さくできる。アンテナ基板の個別の面積が小さいほど、これらのアンテナ基板に生じ得る反りも小さくなる。したがって、反りによって通信性能が低下することを抑制できる。

【0008】

ここで、前記第１アンテナ基板は前記第２アンテナ基板とは異なる層構成を有してもよい。

【0009】

また、前記第１アンテナ素子は電磁波を受信するように構成され、前記第２アンテナ素子は電磁波を送信するように構成され、前記第１アンテナ基板に含まれる第１絶縁層の数は、前記第２アンテナ基板に含まれる第２絶縁層の数より少なくてもよい。

【0010】

また、前記第１アンテナ素子は電磁波を受信するように構成され、前記第２アンテナ素子は電磁波を送信するように構成され、前記第１アンテナ基板に含まれる第１絶縁層は、前記第２アンテナ基板に含まれる第２絶縁層よりも誘電正接が小さい材質により形成されていてもよい。

【0011】

また、前記回路基板の厚さ方向から見た平面視において、前記第１アンテナ基板の面積と前記第２アンテナ基板の面積とが異なっていてもよい。

【0012】

また、前記回路基板の厚さ方向から見た平面視において、前記第１アンテナ基板および前記第２アンテナ基板が前記ＲＦＩＣと重なっていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明の上記態様によれば、通信性能の低下を抑制した複合基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る複合基板の断面図である。

【図2】図１の複合基板の平面図である。

【図3】第２実施形態に係る複合基板の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の複合基板について図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、複合基板１Ａは、回路基板１０と、複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと、ＲＦＩＣ３０と、を備えている。ＲＦＩＣ３０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。複合基板１Ａは、ＲＦＩＣ３０が出力した電気信号をアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄから放射させたり、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄで受信した高周波信号をＲＦＩＣ３０で処理したりすることが可能である。複合基板１Ａは、アンテナインパッケージ（ＡＩＰ：Antenna In Package）とも呼ばれる。

【0016】

本実施形態の複合基板１Ａは４つのアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを備える。ただし、複合基板１Ａが備えるアンテナ基板の数は、２以上であれば、適宜変更してもよい。本明細書では、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを、第１アンテナ基板２０Ａ、第２アンテナ基板２０Ｂ、第３アンテナ基板２０Ｃ、および第４アンテナ基板２０Ｄという場合がある。

【0017】

（方向定義）
本明細書では、回路基板１０の厚さ方向を上下方向という。上下方向は、回路基板１０とアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄとが対向する方向でもある。上下方向から見ることを平面視という。図１は上下方向に沿った複合基板１Ａの断面図（図２のＩ－Ｉ断面矢視図）であり、図２は複合基板１Ａを上方から見た平面図である。上下方向において、回路基板１０から見て複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄが位置する側を上方といい、反対側を下方という場合がある。

【0018】

図１に示すように、回路基板１０は第１面１１および第２面１２を有している。第１面１１は回路基板１０の下面であり、第２面１２は回路基板１０の上面である。第１面１１側に複数の接続部Ｓ１（ＲＦＩＣ側接続部）が配置され、第２面１２側に複数の接続部Ｓ２（アンテナ側接続部）が配置されている。接続部Ｓ１はＲＦＩＣ３０と回路基板１０とを電気的に接続するとともに、ＲＦＩＣ３０を回路基板１０に固定する。接続部Ｓ２はアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと回路基板１０とを電気的に接続するとともに、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを回路基板１０に固定する。接続部Ｓ１、Ｓ２としては、例えばはんだや導電性樹脂等を用いることができる。

【0019】

回路基板１０は、絶縁体および回路パターンを含んでいる。回路基板１０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、回路基板１０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。回路基板１０を構成する絶縁体としては、例えばＦＲ４等の基板用の一般的な材質を利用できる。

【0020】

ＲＦＩＣ３０と第１面１１とは、隙間を空けた状態で、上下方向において対向している。アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと第２面１２とは、隙間を空けた状態で、上下方向において対向している。ＲＦＩＣ３０は接続部Ｓ１により、第１面１１側に実装されている。アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは接続部Ｓ２により、第２面１２側に実装されている。言い換えると、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは、回路基板１０におけるＲＦＩＣ３０とは反対側に実装されている。図２に示すように、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは、平面視においてＲＦＩＣ３０と重なるように配置されている。

【0021】

複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは、機能が互いに異なっていてもよい。例えば、第１アンテナ基板２０Ａおよび第３アンテナ基板２０Ｃが受信用であり、第２アンテナ基板２０Ｂおよび第４アンテナ基板２０Ｄが送信用であってもよい。あるいは、第１アンテナ基板２０Ａおよび第２アンテナ基板２０Ｂが高い周波数帯の送信、受信用であり、第３アンテナ基板２０Ｃおよび第４アンテナ基板２０Ｄが低い周波数帯の送信、受信用であってもよい。受信用のアンテナ基板は所定の周波数の電磁波を受信するように構成され、送信用のアンテナ基板は所定の周波数の電磁波を送信するように構成される。
ただし、上記はあくまで例示であり、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの機能は適宜変更可能である。また、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの機能が互いに同じであってもよい。

【0022】

図１に示すように、第１アンテナ基板２０Ａは、１つの第１絶縁層２１ａと、第１アンテナ素子２２ａと、を有している。第１アンテナ基板２０Ａは２以上の第１絶縁層２１ａを有してもよい。第１アンテナ素子２２ａは、第１絶縁層２１ａの上面側に形成されている。第１アンテナ素子２２ａは、例えば第１絶縁層２１ａを上下方向に貫通するビアホール（不図示）および接続部Ｓ２を介して、回路基板１０に電気的に接続されている。第１アンテナ基板２０Ａは、複数の第１アンテナ素子２２ａを有してもよい。

【0023】

第２アンテナ基板２０Ｂは、２つの第２絶縁層２１ｂと、第２アンテナ素子２２ｂと、を有している。第２アンテナ基板２０Ｂは、１または３以上の第２絶縁層２１ｂを有してもよい。第２アンテナ素子２２ｂは、上方に位置する第２絶縁層２１ｂの上面側に形成されている。ただし、第２アンテナ素子２２ｂは、２つの第２絶縁層２１ｂ同士の間に形成されてもよい。第２アンテナ素子２２ｂは、例えば２つの第２絶縁層２１ｂを上下方向に貫通するビアホール（不図示）および接続部Ｓ２を介して、回路基板１０に電気的に接続されている。第２アンテナ基板２０Ｂは、複数の第２アンテナ素子２２ｂを有してもよい。

【0024】

第１アンテナ基板２０Ａと第２アンテナ基板２０Ｂとでは、層構成が異なっていてもよい。「層構成」とは、例えば絶縁層の数や、アンテナ素子と回路基板１０との導通構造である。導通構造とは、アンテナ素子と回路基板１０との間を電気的に接続するための構造である。導通構造としては、先述のビアホールおよび接続部Ｓ２、絶縁層の表面に部分的に金属メッキを設けた構造の他に、絶縁層に導電性樹脂を印刷した構造が挙げられる。接続部Ｓ２には、はんだの他に、銀や銅などの微粒子を含むペーストを用いることもできる。また、どちらかのアンテナ基板と回路基板１０の間にある接続部Ｓ２の周囲の空間には、樹脂などを埋めてもよい。第１アンテナ基板２０Ａと第２アンテナ基板２０Ｂとで、厚さが異なっていてもよい。

【0025】

絶縁層２１ａ、２１ｂ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（すなわち誘電正接が小さい材質）を用いることが好ましい。具体的には、絶縁層２１ａ、２１ｂの材質として熱可塑性の液晶ポリマー（ＬＣＰ：Liquid Crystal Polymer）、変性ポリフェニレンエーテル、セラミック、ガラス、フッ素系樹脂などを採用できる。

【0026】

アンテナ素子２２ａ、２２ｂは、絶縁層２１ａ、２１ｂの表面（または内部）に設けられたメタル層である。アンテナ素子２２ａ、２２ｂの具体的な材質としては、例えば銅、銀、アルミニウムなどを採用できる。このようなメタル層は、例えば絶縁層２１ａ、２１ｂ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。第２絶縁層２１ｂ同士の間に第２アンテナ素子２２ｂを形成する場合、例えば下方の第２絶縁層２１ｂの表面に第２アンテナ素子２２ｂを形成した後、その上に第２絶縁層２１ｂを積層すればよい。

【0027】

詳細な説明は省略するが、第３アンテナ基板２０Ｃおよび第４アンテナ基板２０Ｄも、それぞれ絶縁層２１ｃ、２１ｄおよびアンテナ素子２２ｃ、２２ｄを有する。第３アンテナ基板２０Ｃおよび第４アンテナ基板２０Ｄの構造は、第１アンテナ基板２０Ａおよび第２アンテナ基板２０Ｂと同様でもよいし、異なってもよい。

【0028】

ここで、複合基板１Ａを使用する際には、温湿度の影響でアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄが伸縮する場合がある。アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは接続部Ｓ２によって固定されているため、伸縮に伴って反りが生じ得る。また、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを回路基板１０に実装する際に、例えば接続部Ｓ２を溶融させるために加熱し、その後冷却する場合には、この加熱・冷却により反りが生じる場合もある。反りの大きさは、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの個別の面積に依存する。つまり、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの個別の面積が大きいほど、大きな反りが生じやすい。そして、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄに反りが生じると、複合基板１Ａの通信低能が低下する。

【0029】

その一方で、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの面積が小さいほど、配置できるアンテナ素子２２ａ～２２ｄの数や面積が小さくなり、通信性能が低下する。そこで本実施形態の複合基板１Ａは、１つの回路基板１０に複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを実装している。これにより、複合基板１Ａが備えるアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの全体の面積を確保しつつ、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの個別の面積を小さくできる。これにより、アンテナ素子２２ａ～２２ｄの数や面積を確保しながら、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄに生じる反りを低減することが可能となる。

【0030】

また、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの個別の面積が小さいことで、各アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと回路基板１０との間の隙間の大きさを、より均一にできる。前記隙間が過小であると、例えば接続部Ｓ２がアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと回路基板１０との間で押しつぶされ、許容量を超えて広がって短絡が生じる場合がある。前記隙間が過大であると、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄと回路基板１０との間の導通や、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの固定の強度が不安定となる場合がある。本実施形態によればこれらの現象を抑制することもできる。
なお、複合基板１Ａは、少なくとも２つのアンテナ基板（例えば第１アンテナ基板２０Ａおよび第２アンテナ基板２０Ｂ）を備えていれば、上記の効果を得ることができる。

【0031】

以上説明したように、本実施形態の複合基板１Ａは、第１面１１および第２面１２を有し、第１面１１側にＲＦＩＣ３０が実装された回路基板１０と、第１アンテナ素子２２ａを有し第２面１２側に実装された第１アンテナ基板２０Ａと、第２アンテナ素子２２ｂを有し第２面１２側に実装された第２アンテナ基板２０Ｂと、を備える。このように、複数のアンテナ基板２０Ａ、２０Ｂを備えることで、複合基板１Ａが全体として備えるアンテナ素子２２ａ、２２ｂの数や面積を大きくしつつ、アンテナ基板２０Ａ、２０Ｂの個別の面積を小さくできる。アンテナ基板２０Ａ、２０Ｂの個別の面積が小さいほど、これらのアンテナ基板２０Ａ、２０Ｂに生じ得る反りも小さくなる。したがって、反りによって通信性能が低下することを抑制できる。

【0032】

また、複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの一部に不良（配線の欠落など）が生じた場合、不良が生じたアンテナ基板のみ交換すれば足りる。さらに、面積の大きなアンテナ基板ほど、不良が生じやすくなる。したがって、１つの大きなアンテナ基板を用いる場合と比較して、複数の小さなアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄを用いることで、複合基板１Ａを製造する際の歩留まりを向上させることができる。
また、複数のアンテナ基板２０Ａ～２０Ｄ同士で、異なる材質や層構成を選択することが可能となる。

【0033】

例えば、第１アンテナ基板２０Ａは第２アンテナ基板２０Ｂとは異なる層構成を有してもよい。この場合、各アンテナ基板２０Ａ、２０Ｂに求められる性能（例えば、送信・受信感度、掃引角度、周波数帯など）に応じて、最適な層構成を選択することができる。
具体的な例として、第１アンテナ素子２２ａは電磁波を受信するように構成され、第２アンテナ素子２２ｂは電磁波を送信するように構成され、第１アンテナ基板２０Ａに含まれる第１絶縁層２１ａの数は、第２アンテナ基板２０Ｂに含まれる第２絶縁層２１ｂの数より少なくてもよい。一般的に、絶縁層の数（積層数）が少ないほど電気信号用の配線が短くなり、電気信号のロスも小さくなる。

【0034】

したがって、より微弱な電磁波を伝達する受信用の第１アンテナ基板２０Ａの第１絶縁層２１ａの数を少なくすることで、複合基板１Ａの受信性能を高めることができる。同様の理由から、第１アンテナ基板２０Ａが受信用で第２アンテナ基板２０Ｂが送信用である場合、第１アンテナ基板２０Ａに含まれる第１絶縁層２１ａは、第２アンテナ基板２０Ｂに含まれる第２絶縁層２１ｂよりも誘電正接が小さい材質により形成されていてもよい。誘電正接が小さい材質は高価な傾向があるため、要求される誘電特性の高い受信用の第１アンテナ基板２０Ａとして誘電正接が小さい材質を用い、送信用の第２アンテナ基板２０Ｂとして誘電正接が大きい材質を用いれば、製造コスト（材料費）と性能を両立させることができる。

【0035】

また、図２に示すように、回路基板１０の厚さ方向から見た平面視において、第１アンテナ基板２０Ａおよび第２アンテナ基板２０ＢがＲＦＩＣ３０と重なっていてもよい。この場合、各アンテナ基板２０Ａ、２０ＢからＲＦＩＣ３０までの配線経路を短くして、電気信号のロスを小さくすることができ、等長配線もしやすくなる。

【0036】

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、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。
図３に示すように、本実施形態では、第１アンテナ基板２０Ａおよび第２アンテナ基板２０Ｂの平面視における面積が互いに異なる。

【0037】

例えば第１アンテナ基板２０Ａが受信用である場合、先述の通り、第１アンテナ基板２０Ａの第１絶縁層２１ａは、第２アンテナ基板２０Ｂの第２絶縁層２１ｂよりも誘電正接が小さい材質で形成することが好ましい。一方、誘電正接が小さい材質は高価である。そこで図３のように、第１アンテナ基板２０Ａの面積を第２アンテナ基板２０Ｂよりも小さくすることで、第１アンテナ基板２０Ａの製造コストを抑えることができる。

【0038】

あるいは、第２アンテナ基板２０Ｂが受信用である場合に、図３のように第２アンテナ基板２０Ｂの面積を大きくしてもよい。これにより、第２アンテナ素子２２ｂの数や面積を大きくして、電磁波を受信した際の利得を大きくすることも可能である。
以上の通り、本実施形態の複合基板１Ｂによれば、平面視における第１アンテナ基板２０Ａの面積と第２アンテナ基板２０Ｂの面積とが異なっている。これにより、高価な材質を用いたアンテナ基板の面積を小さくして製造コストを抑えたり、受信用のアンテナ基板の面積を大きくして電磁波の利得を大きくしたりすることができる。

【0039】

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。

【0040】

例えば、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄは層構成や材質が互いに同じであってもよい。
また、アンテナ基板２０Ａ～２０Ｄの一部または全部が平面視においてＲＦＩＣ３０と重ならないように配置されてもよい。

【0041】

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。

【0042】

例えば前記第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、３つ以上のアンテナ基板を備える複合基板において、少なくとも２つのアンテナ基板の面積が互いに異なっていてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１Ａ、１Ｂ…複合基板 １０…回路基板 １１…第１面 １２…第２面 ２０Ａ…第１アンテナ基板 ２０Ｂ…第２アンテナ基板 ２１ａ…第１絶縁層 ２１ｂ…第２絶縁層 ２２ａ…第１アンテナ素子 ２２ｂ…第２アンテナ素子

【図1】

【図2】

【図3】