特許 7124986 無線通信モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-16

(45)【発行日】2022-08-24

(54)【発明の名称】無線通信モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 23/00 20060101AFI20220817BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20220817BHJP

   H01Q 1/40 20060101ALI20220817BHJP

【ＦＩ】

H01Q23/00

H01Q13/08

H01Q1/40

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022501693

(86)(22)【出願日】2021-01-12

(86)【国際出願番号】 JP2021000677

(87)【国際公開番号】W WO2021166490

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-03-28

(31)【優先権主張番号】P 2020023924

(32)【優先日】2020-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 理

(72)【発明者】

【氏名】植木 紀行

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２４５９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０８６７２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０８５６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／１４５７４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１７１１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７９００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２２５４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２３／００

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と第２主面とを有する絶縁性の主体を有し、前記第２主面側に導体パターンが形成された回路基板と、
前記第１主面側に、前記第１主面から離れて設けられた平板状の第１放射導体と、
前記第１放射導体の前記回路基板側の面を少なくとも覆う高さで、前記第１主面側に形成された絶縁性樹脂と、
前記第１放射導体の前記回路基板側の面から前記回路基板側に延びる柱状であり、前記第１放射導体を前記回路基板に実装する複数の接続導体と、
を備え、
前記第１放射導体の厚みは、前記回路基板の前記導体パターンの厚みよりも大きく、
前記複数の接続導体は、前記第１放射導体の対角に形成されている、
無線通信モジュール。

【請求項2】

前記第２主面に形成されている前記導体パターンは、第２放射導体である、
請求項１に記載の無線通信モジュール。

【請求項3】

前記第１放射導体の全面は、前記絶縁性樹脂に埋まっている、
請求項１または請求項２に記載の無線通信モジュール。

【請求項4】

前記第１放射導体の前記回路基板側と反対側の面は、前記絶縁性樹脂から露出している、
請求項１または請求項２に記載の無線通信モジュール。

【請求項5】

前記第１放射導体の厚みは、前記導体パターンの２倍以上である、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信モジュール。

【請求項6】

前記接続導体と前記第１放射導体とは、板状部材によって一体化されている、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無線通信モジュール。

【請求項7】

前記接続導体は、前記板状部材を湾曲されることによって実現される、
請求項６に記載の無線通信モジュール。

【請求項8】

前記第１放射導体と前記接続導体との繋がる部分に隣接して、前記板状部材の側面から凹む凹部を備える、
請求項６または請求項７に記載の無線通信モジュール。

【請求項9】

前記第１主面に実装されたインダクタ部品を備え、
前記第１主面に直交する方向に視て、前記第１放射導体は、前記インダクタ部品に重なる位置に開口を有する、
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の無線通信モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＲＦ無線通信用のアンテナを備える無線通信モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＲＦ信号（高周波信号）の無線通信を行う無線ＩＣデバイスが記載されている。このような無線ＩＣデバイスでは、無線通信用のアンテナを備える。特許文献１では、アンテナは、モノポールまたはダイポールであり、回路基板に貼り付けられている。

【0003】

無線ＩＣデバイスのような無線通信モジュールは、特許文献１に示すような形状のアンテナを備えるものだけでない。例えば、ある種の無線通信モジュールは、平板状の導体からなる放射板を用いている。

【0004】

このような平板状の放射板は、無線通信モジュールの他の回路素子が実装された回路基板の主面に平行に配置され、当該主面から離間して配置されていることがある。この場合、放射板および回路基板の主面に略直交する方向に延びる接続導体によって、放射板と回路基板とは、接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００７／０８３５７４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述のように、放射板と回路基板とが離間して配置される態様では、この放射板が配置される側の面を絶縁性樹脂で封止する場合に、放射板の形状が変形する等の不具合を生じることがある。

【0007】

したがって、本発明の目的は、放射板と回路基板とを離間して配置し、絶縁性樹脂で封止する構造において、放射板に関連する不具合を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の無線通信モジュールは、回路基板、第１放射導体、および、絶縁性樹脂を備える。回路基板は、第１主面と第２主面とを有する絶縁性の主体を有し、第２主面側に導体パターンが形成されている。第１放射導体は、平板状であり、第１主面側に、第１主面から離れて設けられている。絶縁性樹脂は、第１放射導体の回路基板側の面を少なくとも覆う高さで、第１主面側に形成されている。第１放射導体の厚みは、回路基板の導体パターンの厚みよりも大きい。

【0009】

この構成では、第１放射導体の厚みが大きいことによって、絶縁性樹脂で封止されるときに応力が加わっても、変形し難い。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、放射板と回路基板とを離間して配置し、絶縁性樹脂で封止する構造において、放射板に関連する不具合を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の外観斜視図であり、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の構成を示す模式的な側面断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の分解斜視図である。図２では、絶縁性樹脂５０（封止樹脂）の図示は省略している。

【図3】図３（Ａ）は、回路基板２０の第１主面２０１側の平面図であり、図３（Ｂ）は、回路基板２０の第２主面２０２側の平面図である。

【図4】図４（Ａ）は、第１放射導体３１の平面図であり、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、および、図４（Ｅ）は、それぞれ第１放射導体３１の側面図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の等価回路図である。

【図6】図６（Ａ）は、第２の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ａの構成を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、第２の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ａの平面図である。

【図7】図７は、第３の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ｂの構成を示す模式的な側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る無線通信モジュールについて、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の外観斜視図であり、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の構成を示す模式的な側面断面図である。なお、図１（Ａ）では、絶縁性樹脂（封止樹脂）の外形を２点鎖線で記載している。図２は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の分解斜視図である。図２では、絶縁性樹脂（封止樹脂）の図示は省略している。図３（Ａ）は、回路基板２０の第１主面２０１側の平面図であり、図３（Ｂ）は、回路基板２０の第２主面２０２側の平面図である。図３（Ａ）は、第１放射導体３１を除く部品が実装された状態を示す。図４（Ａ）は、第１放射導体３１の平面図であり、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、および、図４（Ｅ）は、それぞれ第１放射導体３１の側面図である。図５は、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０の等価回路図である。

【0013】

図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２に示すように、無線通信モジュール１０は、回路基板２０、第１放射導体３１、第２放射導体３２、インダクタ部品４１、ＩＣ４２、コンデンサ部品４３、および、絶縁性樹脂５０を備える。

【0014】

（回路基板２０および第１放射導体３１を除く部品の実装構造）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、回路基板２０は、第１主面２０１と第２主面２０２とを有する平板である。回路基板２０は、絶縁性材料（ガラスエポキシ樹脂、ＢＴレジン、低温焼成セラミック等）を主体として形成されている。

【0015】

回路基板２０の第１主面２０１には、ランド導体２１１、ランド導体２１２、ランド導体２２１、ランド導体２２２、ランド導体２３１、ランド導体２３２、および、ランド導体２３３が形成されている。回路基板２０の第２主面２０２には、第２放射導体３２が形成されている。第２放射導体３２は、第２主面２０２の略全面に広がる矩形である。第１主面２０１の複数のランド導体および第２主面２０２の第２放射導体３２は、例えば、数十μｍ程度の厚みである。

【0016】

インダクタ部品４１は、内部に螺旋形の導体パターンが形成された部品である。例えば、インダクタ部品４１は、筐体の両端に外部接続端子を有する。そして、螺旋形の導体パターンの軸方向は、これら外部接続端子を結ぶ方向に略平行である。なお、インダクタ部品４１は、この構造に限るものではない。しかしながら、インダクタ部品４１がこの構成を備えることによって、螺旋形の軸方向（インダクタ部品４１が発生する磁界の軸方向）と、第１放射導体３１の平板面とが直交しない。したがって、第１放射導体３１がインダクタ部品４１の磁界を阻害しにくく、インダクタ部品４１の特性の低下は抑制される。インダクタ部品４１は、ランド導体２２１とランド導体２２２とに実装されている。

【0017】

ＩＣ４２は、無線通信モジュール１０が実行する送信処理または受信処理等を実現する回路を備える。ＩＣ４２は、ランド導体２３１とランド導体２３２とに実装されている。

【0018】

コンデンサ部品４３は、ランド導体２３２とランド導体２３３とに実装されている。

【0019】

この構成によって、インダクタ部品４１、ＩＣ４２、および、コンデンサ部品４３は、回路基板２０の第１主面２０１側に実装されている。そして、この回路基板２０を用いることによって、無線通信モジュール１０は、図５に示すような回路を実現する。

【0020】

無線通信モジュール１０は、ＩＣ４２からみて、コンデンサ部品４３（キャパシタ）、第２放射導体３２、インダクタ部品４１（インダクタ）、および、第１放射導体３１と繋がる電流経路を形成している。インダクタ部品４１（インダクタ）およびコンデンサ部品４３（キャパシタ）は、ＩＣ４２を介して閉ループ内に接続されているので、インダクタ部品４１（インダクタ）およびコンデンサ部品４３（キャパシタ）によって、ＬＣ直列共振回路が構成される。

【0021】

この共振回路の共振周波数は、通信周波数帯の周波数に一致するか、通信周波数帯近傍の周波数である。言い換えれば、インダクタ部品４１のインダクタンスおよびコンデンサ部品４３のキャパシタンスは、無線通信モジュール１０が無線通信する高周波信号の周波数と、第１放射導体３１および第２放射導体３２とともに構成する共振回路の共振周波数とが一致するまたは近接するように設定されている。なお、第１放射導体３１と第２放射導体３２との間に浮遊容量が形成されるが、この浮遊容量は上記共振周波数においては殆ど影響がない。

【0022】

なお、インダクタ部品４１が実装されたランド導体２２２は、回路基板２０を厚み方向に貫通するビア導体２４１によって、第２放射導体３２に接続されている。コンデンサ部品４３が実装されたランド導体２３３は、回路基板２０を厚み方向に貫通するビア導体２４２によって、第２放射導体３２に接続されている。ビア導体２４１が第２放射導体３２に接続する位置と、ビア導体２４２が第２放射導体３２に接続する位置は、第２主面２０２の第２放射導体３２における対角の位置にあたる。

【0023】

ランド導体２１１とランド導体２１２とは、第１主面２０１における対角の位置にそれぞれ配置されている。これらは、ビア導体２４１が第２放射導体３２に接続する位置と、ビア導体２４２が第２放射導体３２に接続する位置からなる対角と異なる対角である。

【0024】

ランド導体２１１は、ランド導体２３１に接続されている。ランド導体２１２は、ランド導体２２１に接続されている。

【0025】

（第１放射導体３１の構造および第１放射導体３１の回路基板２０への実装態様）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２、図４（Ａ）に示すように、第１放射導体３１は、平面視して略矩形の平板である。第１放射導体３１の厚みは、例えば、数百μｍである。なお、第１放射導体３１の厚みは、第２放射導体３２の厚みよりも大きければよく、２倍以上であることが好ましい。絶縁性樹脂５０の誘電体損失が回路基板２０よりも大きい場合が大半であるため、この場合、第１放射導体３１上の電流密度を下げる効果が得られ、高周波損失が抑制される。

【0026】

第１放射導体３１には、接続導体３１１および接続導体３１２が接続されている。より具体的には、接続導体３１１および接続導体３１２は、第１放射導体３１における対角の位置にそれぞれ接続されている。

【0027】

接続導体３１１および接続導体３１２は、柱状である。接続導体３１１および接続導体３１２は、第１放射導体３１の主面（平板面）に対して、直交する方向に延びる形状である。

【0028】

なお、本実施形態では、接続導体３１１および接続導体３１２は、第１放射導体３１と一体化して形成されている。より具体的には、接続導体３１１および接続導体３１２は、第１放射導体３１の対角から突出する柱状部を略直角に湾曲させることによって形成される。

【0029】

第１放射導体３１は、回路基板２０の第１主面２０１側に配置されている。第１放射導体３１は、主面である平板面が、第１主面２０１に平行になるように配置されている。さらに、第１放射導体３１は、平面視において、インダクタ部品４１、ＩＣ４２、および、コンデンサ部品４３に重なるように配置されている。なお、第１放射導体３１は、平面視において、インダクタ部品４１、ＩＣ４２、および、コンデンサ部品４３の全体に完全に重なることが好ましいが、部分的に重なっていてもよい。全体に完全に重なる構成を用いることによって、無線通信モジュール１０の平面形状を小さくできるとともに、第１放射導体３１から空間へ放射される電磁波の影響をインダクタ部品４１、ＩＣ４２、および、コンデンサ部品４３が受けなくすることができ、放射特性の劣化を抑制できる。

【0030】

接続導体３１１の先端部（第１放射導体３１に接続する端部と反対側の端部）は、ランド導体２１１に実装されている。接続導体３１２の先端部（第１放射導体３１に接続する端部と反対側の端部）は、ランド導体２１２に実装されている。これにより、第１放射導体３１は、接続導体３１１および接続導体３１２を介して、物理的に固定され、電気的に接続される。すなわち、第１放射導体３１は、回路基板２０の第１主面２０１から離れて設けられている。

【0031】

接続導体３１１および接続導体３１２に長さを適宜設定することによって、図１（Ｂ）に示すように、第１放射導体３１における回路基板２０の第１主面２０１に対向する面は、インダクタ部品４１に接触しない。

【0032】

（絶縁性樹脂５０の構成）
図１（Ａ）、および、図１（Ｂ）に示すように、絶縁性樹脂５０は、回路基板２０の第１主面２０１側を覆っている。絶縁性樹脂５０は、インダクタ部品４１、ＩＣ４２、コンデンサ部品４３、および、第１放射導体３１の全体を覆っている。さらに、絶縁性樹脂５０は、第１放射導体３１における第１主面２０１側の空間にも充填されている。

【0033】

このような構成によって、回路基板２０の第１主面２０１側は、外部環境から保護される。したがって、例えば、無線通信モジュール１０の信頼性は、向上する。

【0034】

絶縁性樹脂５０は、例えば、エポキシ樹脂を材料としている。絶縁性樹脂５０は、例えば、次に示すように形成される。各部品が実装された回路基板２０の第１主面２０１側を枠で囲った状態（なお、複数の回路基板２０を一体化したマルチ基板状態であってもよい）で、流動性の高いエポキシ樹脂を枠内に流し込む。この状態では、エポキシ樹脂に圧力等を加えることで、エポキシ樹脂を固化させる。これにより、絶縁性樹脂５０は、内部のの空隙等が抑制され、密な状態の構造となる。

【0035】

この際、圧力は、第１放射導体３１における回路基板２０の側と反対側から加わる。このため、第１放射導体３１には、圧力に起因する応力が加わる。しかしながら、第１放射導体３１は、厚みが厚いため、この応力による変形を抑制できる。したがって、第１放射導体３１は、無線通信モジュール１０としての所望の形状を維持でき、無線通信モジュール１０は、所望の通信特性を実現できる。すなわち、無線通信モジュール１０は、絶縁性樹脂５０を用いることによる第１放射導体３１への不具合の発生を抑制し、所望の通信特性を実現できる。

【0036】

また、上述の構成では、接続導体３１１および接続導体３１２も太くできる。これにより、上述の圧力および応力がかかっても、第１放射導体３１を堅固に支持でき、第１放射導体３１と回路基板２０との位置関係を維持できる。また、接続導体３１１および接続導体３１２と回路基板２０との接続状態、言い換えれば、第１放射導体３１と回路基板２０との接続状態を維持できる。これにより、無線通信モジュール１０は、絶縁性樹脂５０を用いることによる第１放射導体３１への不具合の発生をさらに確実に抑制し、所望の通信特性を実現できる。

【0037】

また、上述の構成では、接続導体３１１および接続導体３１２と第１放射導体３１とが一体形成されている。これにより、上述の圧力および応力がかかっても、接続導体３１１および接続導体３１２と第１放射導体３１との接続状態を、より確実に維持できる。これにより、無線通信モジュール１０は、絶縁性樹脂５０を用いることによる第１放射導体３１への不具合の発生をさらに確実に抑制し、所望の通信特性を実現できる。

【0038】

なお、図１（Ａ）、図２、図４（Ａ）に示すように、無線通信モジュール１０は、第１放射導体３１と接続導体３１１との接続部に凹部３２１を備える。凹部３２１は、第１放射導体３１が接続導体３１１に接続する側面から凹む形状である。また、無線通信モジュール１０は、第１放射導体３１と接続導体３１２との接続部に凹部３２２を備える。凹部３２２は、第１放射導体３１が接続導体３１２に接続する側面から凹む形状である。このような凹部３２１および凹部３２２を備えることによって、絶縁性樹脂５０は、第１放射導体３１の回路基板２０側に流れ込み易くなる。したがって、絶縁性樹脂５０が第１放射導体３１と回路基板２０との間に充填される構造を、より確実に実現できる。また、凹部３２１を備えることによって、接続導体３１１の曲げ加工を容易にできる。同様に、凹部３２２を備えることによって、接続導体３１２の曲げ加工を容易にできる。

【0039】

また、第１放射導体３１の厚みは、できる限り大きいことが好ましい。これにより、第１放射導体３１の放射特性は向上する。しかしながら、第１放射導体３１の厚みは、無線通信モジュール１０の高さ等に基づいて適宜決定することで、放射特性と形状の小型化（薄型化）を適宜両立することができる。

【0040】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る無線通信モジュールについて、図を参照して説明する。図６（Ａ）は、第２の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ａの構成を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、第２の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ａの平面図である。なお、図６（Ｂ）では、絶縁性樹脂５０の図示を省略している。

【0041】

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ａは、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０に対して、第１放射導体３１に、開口３３を有する点で異なる。無線通信モジュール１０Ａの他の構成は、無線通信モジュール１０と同様であり、同様の個所の説明は省略する。

【0042】

第１放射導体３１は、開口３３を備える。開口３３は、第１放射導体３１を厚み方向に貫通する形状である。開口３３は、無線通信モジュール１０Ａの平面視において、インダクタ部品４１に重なっている。

【0043】

このような開口３３を有することによって、インダクタ部品４１の発生する磁界が第１放射導体３１によって阻害されることは、さらに抑制される。これにより、インダクタ部品４１の特性は向上し、無線通信モジュール１０Ａの特性は向上する。さらに、この構成では、インダクタ部品４１と第１放射導体３１との距離をさらに短くできる。これにより、無線通信モジュール１０Ａは、さらに小型化（薄型化）できる。

【0044】

また、インダクタ部品４１への影響抑制以外にも開口３３があることで、第１放射導体３１と第２放射導体３２間に発生する電界が減少する。このことによって、絶縁性樹脂５０、回路基板２０による誘電体損失が抑制され、電界が絶縁性樹脂５０、回路基板２０に閉じ込められることが抑制される。したがって、電磁界放射能力が向上する。

【0045】

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る無線通信モジュールについて、図を参照して説明する。図７は、第３の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ｂの構成を示す模式的な側面断面図である。

【0046】

図７に示すように、第３の実施形態に係る無線通信モジュール１０Ｂは、第１の実施形態に係る無線通信モジュール１０に対して、絶縁性樹脂５０の形状において異なる。無線通信モジュール１０Ｂの他の構成は、無線通信モジュール１０と同様であり、同様の個所の説明は省略する。

【0047】

図７に示すように、無線通信モジュール１０Ｂの絶縁性樹脂５０は、第１放射導体３１の表面（回路基板２０に対向する面と反対側の面）を外部に露出するように配置されている。このような構成であっても、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0048】

なお、上述の各実施形態では、第１放射導体３１の対角位置に接続導体３１１および接続導体３１２が接続する構成を示した。しかしながら、接続導体３１１および接続導体３１２が第１放射導体３１に接続する位置は、これに限るものではなく、第１放射導体３１が放射する電磁界の指向性等に応じて、適宜設定できる。

【0049】

また、上述の各実施形態の構成は、適宜組み合わせることができ、組み合わせに応じた作用効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0050】

１０、１０Ａ、１０Ｂ：無線通信モジュール
２０：回路基板
３１：第１放射導体
３２：第２放射導体
３３：開口
４１：インダクタ部品
４２：ＩＣ
４３：コンデンサ部品
５０：絶縁性樹脂
２０１：第１主面
２０２：第２主面
２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２、２３３：ランド導体
２４１、２４２：ビア導体
３１１、３１２：接続導体
３２１、３２２：凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】