CN107078406A - 天线模块以及电路模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线模块以及电路模块。在电介质基板上配置有由导体图案构成的天线。在电介质基板的底面上安装有向天线供给高频信号的高频半导体元件。多个导体柱从底面突出。配置在底面的电介质部件埋入有导体柱。导体柱的前端从电介质部件露出。电介质部件划定与安装基板对置的安装面。在由电介质基板以及电介质部件构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差，从安装面到阶梯差为止的侧面与比阶梯差靠上的侧面相比后退。提供即使在利用固定树脂固定的状态下也不易产生天线的放射特性的偏差的天线模块。

Description

天线模块以及电路模块
技术领域
本发明涉及被安装在安装基板上的天线模块以及电路模块。
背景技术
在下述的专利文献1中公开了使用陶瓷多层基板的多层模块。陶瓷多层基板的制成例如使用被裁切成纵100mm、横100mm的方形形状的陶瓷生片。在陶瓷多层基板上安装芯片电容器、芯片电阻等电路部件。在陶瓷多层基板的一个面上形成表面导体。多层模块以使形成有表面导体的面与安装基板对置的姿势被安装在安装基板上。
虽然在专利文献1中未进行说明，但通过切割搭载有芯片电容器等的陶瓷多层基板而切割为多个多层模块。
专利文献1:日本特开2003－188538号公报
多层模块通过焊接等被安装在安装基板上后，利用底填料等固定树脂稳固地被固定在安装基板上。固定树脂被填充到多层模块与安装基板的缝隙，并且也附着在多层模块的侧面上。
有在多层模块上安装在与基板面平行的方向上具有指向性的端射天线的情况。根据本申请的发明人的研究、实验，模拟的积累，发现了附着在多层模块的侧面的固定树脂给端射天线的放射特性带来影响。对覆盖多层模块的侧面的固定树脂的厚度、被固定树脂覆盖的区域的形状以及大小进行控制较困难。因此，端射天线的放射特性产生偏差。
可以考虑固定树脂附着到多层模块的顶面的一部分的区域为止。若固定树脂附着在多层模块的顶面，则有从安装基板的被安装面到安装部件的顶部的高度超过允许范围的情况。另外，若多层模块变薄，则固定树脂附着的侧面的面积变小。因此，多层模块的固定力变弱。
发明内容
本发明的目的在于提供即使在利用固定树脂固定的状态下也不易产生天线的放射特性的偏差的天线模块。本发明的另一目的在于提供固定树脂不易附着于顶面的天线模块以及电路模块。本发明的再一目的在于提供即使变薄但固定树脂的固定力不易降低的天线模块以及电路模块。
根据本发明的第一观点的天线模块具有：
电介质基板，在其配置有由导体图案构成的天线；
高频半导体元件，其被安装在上述电介质基板的底面，并向上述天线供给高频信号；
多个导体柱，它们从上述底面突出；以及
电介质部件，其被配置在上述底面，并以上述导体柱的前端露出的方式将上述导体柱埋入，
上述电介质部件划定与安装基板对置的安装面，
在由上述电介质基板以及上述电介质部件构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差，从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面与比上述阶梯差靠上的侧面相比后退。
将天线模块安装于安装基板，并利用固定树脂进行固定的情况下，固定树脂的浸润上升因阶梯差而停止。因此，能够抑制固定树脂的浸润上升的高度。由此，能够抑制天线的放射特性的偏差。并且，固定树脂不易到达天线模块的顶面。由于固定树脂也与阶梯差紧贴，所以能够抑制天线模块相对于安装基板的紧贴强度的降低。
在根据本发明的第二观点的天线模块中，除了根据第一观点的天线模块的结构之外，
上述天线在与上述电介质基板的基板面平行的方向上具有指向性，上述阶梯差被配置在比上述天线靠上述安装面侧。
固定树脂的浸润上升没有到达到天线的高度。因此，能够减少固定树脂给天线的放射特性带来的影响。
在根据本发明的第三观点的天线模块中，除了根据第一～第二观点的天线模块的结构之外，
从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面的表面粗度大于比上述阶梯差靠上的侧面的表面粗度。
由于比阶梯差靠上的侧面的表面粗度较小，所以不易产生固定树脂向比阶梯差靠上的侧面的浸润上升。因此，即使固定树脂变成超过阶梯差的程度的厚度，也能够抑制浸润上升产生到比阶梯差靠上的侧面。
在根据本发明的第四观点的天线模块中，除了根据第一～第三观点的天线模块的结构之外，
上述高频半导体元件被埋入到上述电介质部件中。
能够将高频半导体元件稳固地固定于电介质基板。并且，能够提高高频半导体元件的散热特性。
根据本发明的第五观点的电路模块具有：
电介质基板，在其设置有导体图案；
第一半导体元件，其被安装在上述电介质基板的底面，并与上述导体图案连接；
多个导体柱，它们从上述底面突出；以及
电介质部件，其被配置在上述底面，并以上述导体柱的前端露出的方式将上述导体柱埋入，
上述电介质部件划定与安装基板对置的安装面，
在由上述电介质基板以及上述电介质部件构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差，从上述安装面到上述阶梯差为止的部分与比上述阶梯差靠上的部分相比后退。
将电路模块安装于安装基板，并利用固定树脂进行固定的情况下，固定树脂的浸润上升因阶梯差而停止。因此，能够抑制固定树脂的浸润上升的高度。固定树脂不易到达电路模块的顶面。由于固定树脂也与阶梯差紧贴，所以能够抑制天线模块相对于安装基板的紧贴强度的降低。
在根据本发明的第六的观点的电路模块中，除了第五电路模块的结构加，
从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面与比上述阶梯差靠上的侧面相比粗糙。
由于比阶梯差靠上的侧面的表面粗度较小，所以不易产生固定树脂向比阶梯差靠上的侧面的浸润上升。因此，即使固定树脂变成超过阶梯差的程度的厚度，也能够抑制浸润上升产生到比阶梯差靠上的侧面。
根据本发明的第七的观点的电路模块除了第五或者第六电路模块的结构之外，还具有：
第二半导体元件，其被安装在上述电介质基板的上表面；
密封树脂层，其覆盖上述上表面，并将上述第二半导体元件埋入，且具有与上述电介质基板的侧面相比后退的侧面；以及
屏蔽层，其覆盖上述密封树脂层，并在比上述密封树脂层的侧面靠外侧与设置在上述电介质基板的接地层连接。
能够利用屏蔽层屏蔽第二半导体元件。
将天线模块安装于安装基板，并利用固定树脂固定的情况下，固定树脂的浸润上升因阶梯差而停止。因此，能够控制固定树脂的浸润上升的高度。由此，能够抑制天线的放射特性的偏差。并且，固定树脂不易到达到天线模块的顶面。由于固定树脂也与阶梯差紧贴，所以能够抑制天线模块相对于安装基板的紧贴强度的降低。
附图说明
图1A是根据实施例1的使用于天线模块的电介质基板内的最上面的导体层的水平剖视图，图1B是天线模块的底面图。
图2A是根据实施例1的天线模块的侧视图，图2B是图1A的点划线2B－2B处的剖视图。
图3A～图3C分别是切割工序前、切割工序的中途、切割工序后的电介质基板以及密封树脂层的剖视图。
图4是根据实施例1的天线模块以及安装基板的剖视图。
图5A以及图5B是根据比较例的天线模块以及安装基板的剖视图。
图6A是安装前的根据实施例2的天线模块以及安装基板的剖视图，图6B是安装后的天线模块以及安装基板的剖视图。
图7A是根据实施例3的天线模块的底面图，图7B是图7A的点划线7B－7B处的剖视图。
图8A是根据实施例4的电路模块的剖视图，图8B是根据实施例4的变形例的电路模块的剖视图。
具体实施方式
[实施例1]
参照图1A～图4，对根据实施例1的天线模块进行说明。
图1A表示使用于天线模块10的电介质基板12内的最上面的导体层的水平剖视图。电介质基板12具有长方形或者正方形的平面形状。最上面的导体层包括多个印刷偶极天线14、供电线15，巴伦(平衡不平衡变换器)16、以及多个贴片天线18。电介质基板12例如使用陶瓷、环氧树脂等。偶极天线14、供电线15、巴伦16、以及贴片天线18例如使用铜等导电材料。同样地，下层的导体层也使用铜等导电材料。
多个偶极天线14沿着电介质基板12的外周线被配置在比外周线稍微靠内侧。偶极天线14的各个与电介质基板12的外周线平行地配置。作为一个例子，在电介质基板12的一个边配置三个偶极天线14。
平衡型的供电线15从偶极天线14的各个朝向电介质基板12的内侧延伸。在供电线15的内侧的端部设置有巴伦(平衡不平衡变换器)16。巴伦16使平衡型的供电线15的一方的相位相对于另一方的相位错开180度。巴伦16在连接点17处与电介质基板12的内层的传输线路连接。
在比偶极天线14稍微靠内侧、且比巴伦16靠外侧配置有反射器图案20。反射器图案20由沿着比电介质基板12稍微小的长方形的外周线而配置的线状的导体图案构成。反射器图案20在与供电线15交叉的位置上被切断，与供电线15绝缘。偶极天线14与反射器图案20的间隔和偶极天线14的动作频率的电波的有效波长的1/4相等。在沿着反射器图案20排列的多个连接点22中，反射器图案20与内层的接地层连接。
多个贴片天线18在比偶极天线14靠内侧被配置成矩阵状。在图1A所示的例子上，贴片天线18被配置成2行3列的矩阵状。行方向以及列方向与电介质基板12的外周线平行。
偶极天线14作为在与电介质基板12的表面平行的方向上具有指向性的端射天线进行动作。贴片天线18在电介质基板12的表面的法线方向(视轴方向)上具有指向性。多个偶极天线14以及多个贴片天线18作为二维相控阵列天线进行动作，从而能够使放射图案的主瓣的方向变化为方位角方向以及仰角方向。
图1B表示天线模块10的底面图。密封树脂层25与电介质基板12(图1A)的底面紧贴。密封树脂层25的外周位于比电介质基板12的外周稍微靠内侧。在电介质基板12的外周与密封树脂层25的外周之间出现阶梯差40。在密封树脂层25内埋入高频半导体元件(高频集成电路元件)27、高频电路部件28、以及导体柱30。高频半导体元件27向偶极天线14以及贴片天线18(图1A)供给高频信号。高频电路部件28包括电感器、电容器等。高频半导体元件27以及高频电路部件28被安装在电介质基板12(图1A)的底面上。
导体柱30从电介质基板12的里面突出，其前端露出在密封树脂层25的表面。导体柱30例如使用铜等导电材料。密封树脂层25例如使用环氧树脂、氰酸酯树脂等热固化性树脂。密封树脂层25在将天线模块10安装于安装基板上时划定与安装基板对置的安装面。
多个导体柱30在俯视时沿着反射器图案20(图1A)等间隔地排列。即，导体柱30被配置在比偶极天线14靠内侧。导体柱30包括多个信号用导体柱和多个接地导体柱。信号用导体柱通过形成在电介质基板12(图1A)的配线图案而与高频半导体元件27连接。接地导体柱与电介质基板12(图1A)内的接地层以及反射器图案20连接。接地导体柱与反射器图案20一起作为偶极天线14的反射器进行动作。
图2A表示天线模块10的侧视图。天线模块10包括电介质基板12以及密封树脂层25。电介质基板12的底面被密封树脂层25覆盖。密封树脂层25划定与安装基板对置的安装面250。
在由电介质基板12以及密封树脂层25构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差40。从安装面250到阶梯差40为止的侧面42与比阶梯差40靠上的侧面44相比后退。作为一个例子，阶梯差40位于电介质基板12与密封树脂层25的界面。从安装面250到阶梯差40为止的侧面42的表面粗度大于比阶梯差40靠上的侧面44的表面粗度。此外，阶梯差40未必配置在电介质基板12与密封树脂层25的界面。可以将阶梯差40配置在电介质基板12内，也可以配置在密封树脂层25内。
图2B表示图1A的点划线2B－2B处的剖视图。在电介质基板12的最上面的导体层配置有偶极天线14。在内层配置有接地层32以及传输线路34。传输线路34将偶极天线14和高频半导体元件27连接起来。接地层32与一部分的导体柱30(接地导体柱)连接。阶梯差40被配置在比偶极天线14靠安装面250侧。
导体柱30从电介质基板12的底面突出。高频半导体元件27、高频电路部件28、以及导体柱30被埋入到密封树脂层25。导体柱30的前端露出在安装面250。由于高频半导体元件27以及高频电路部件28被埋入到密封树脂层25，所以能够提高高频半导体元件27以及高频电路部件28相对于电介质基板12的固定强度。并且，能够提高高频半导体元件27的散热特性。并且，能够提高导体柱30的机械强度。
参照图3A～图3C，对切割切割前的基板而分割为各个天线模块10的方法进行说明。
图3A表示切割工序前的电介质基板12以及密封树脂层25的剖视图。在电介质基板12以及密封树脂层25形成有多个天线模块10。
如图3B所示，使用第一切割刀片50，沿着天线模块10的分界线切割密封树脂层25。通过切割，形成切割槽51。
如图3C所示，使用第二切割刀片52，沿着切割槽51切割电介质基板12。通过该切割，形成有天线模块10的电介质基板12以及密封树脂层25被分割为各个天线模块10。
第二切割刀片52比第一切割刀片50薄。因此，在天线模块10的侧面形成阶梯差40。并且，第一切割刀片50的粒径大于第二切割刀片52的粒径。因此，从安装面250到阶梯差40为止的侧面42的表面粗度大于比阶梯差40靠上的侧面44的表面粗度。
参照图4，对将天线模块10安装于安装基板60的方法进行说明。
图4表示天线模块10以及安装基板60的剖视图。通过焊锡36将天线模块10表面安装于安装基板60。天线模块10的导体柱30经由焊锡36与安装基板60的焊盘62连接。使用喷嘴66向天线模块10的周围涂覆热固化型的固定树脂68。固定树脂68因毛细现象而渗透到天线模块10与安装基板60的缝隙。
因沿着天线模块10的侧面产生浸润上升，所以在侧面也附着固定树脂68。由于在天线模块10的侧面形成有阶梯差40，所以浸润上升停止在阶梯差40。因此，在比阶梯差40靠上的侧面44不易附着固定树脂68。涂覆液状的固定树脂68后，通过加热来使固定树脂68固化。
图5A以及图5B表示根据比较例的天线模块100以及安装基板60的剖视图。在根据比较例的天线模块100的侧面未形成有阶梯差。由于未形成有阶梯差，所以固定树脂68的浸润上升没有在侧面的中途停止。在图5A所示的例子中，固定树脂68到达到天线模块100的侧面的上端。在图5B所示的例子中，固定树脂68到达到侧面的上端后，在横方向上浸润扩散。由此，在天线模块100的顶面的一部分附着固定树脂68。
在图5A以及图5B所示的比较例中，固定树脂68与从偶极天线14放射的电波交叉。因此，固定树脂68给偶极天线14的放射特性带来影响。较难将向天线模块100的侧面的浸润上升的高度、覆盖侧面的固定树脂68的厚度保持为恒定。因此，天线模块100的天线特性产生偏差。
在图4所示的实施例1中，由于因阶梯差40而浸润上升停止，所以能够将固定树脂68的浸润上升的高度控制为恒定。因此，能够减少偶极天线14的放射特性的偏差。并且，配置有偶极天线14的高度的侧面未被固定树脂68覆盖。因此，减少固定树脂68对偶极天线14的放射特性的影响。由此，能够实现作为目标的天线特性。
并且，在实施例1中，从天线模块10的安装面250到阶梯差40为止的侧面42的表面粗度大于比阶梯差40靠上的侧面44的表面粗度。因此，在比阶梯差40靠下的侧面42容易产生固定树脂68的浸润上升，而在上方的侧面44不易产生固定树脂68的浸润上升。即使覆盖阶梯差40的下方的侧面42的固定树脂68的厚度超过阶梯差40的高度(横方向的高度)，也能够抑制固定树脂68向阶梯差40的上方的侧面44的浸润上升。
若阶梯差40的高度(横方向的高度)过低，则不能够使固定树脂68的浸润上升在阶梯差40再现性良好地停止。并且，若阶梯差40过低，则在图3C所示的第二次切割时，需要第二切割刀片52和切割槽51的高精度的对位。考虑到这些点，优选将阶梯差40的高度设为50μm以上。
若使阶梯差40过高，则电介质基板12的机械强度降低。为了维持足够的强度，优选阶梯差40的高度为电介质基板12的厚度以下。
在图5B所示的比较例中，从安装基板60的被安装面到固定树脂68的顶部为止的高度超过到天线模块100的顶面为止的高度。存在附着在天线模块100的顶面的固定树脂68成为设备组装时的妨碍的情况。在实施例1中，由于在天线模块10的顶面不易涂覆固定树脂68，所以固定树脂68不会妨碍组装。
并且，在实施例1中，固定树脂68不仅与比阶梯差40靠下的侧面42紧贴，也与朝向安装基板60的阶梯差40紧贴。因此，抑制由于使固定树脂68的浸润上升在侧面的中途停止所引起的固定强度的降低。
[实施例2]
参照图6A以及图6B，对根据实施例2的天线模块10进行说明。以下，对与图1至图4所示的根据实施例1的天线模块10的不同点进行说明，对于共同的结构，省略说明。在实施例1中，使用焊锡36(图4)将天线模块10安装在安装基板60上。在实施例2中，采用NCP(非导电膏)工法。
图6A表示安装前的天线模块10以及安装基板60的剖视图。在导体柱30的前端例如形成有金凸块37。在安装基板60的被安装面中的天线模块10的安装区域涂覆有绝缘性膏70。绝缘性膏70覆盖形成在安装基板60上的焊盘62。
如图6B所示，将天线模块10配置在安装基板60的上面，并进行加压。金凸块37被按压到焊盘62，得到电连接。同时，绝缘性膏70从天线模块10与安装基板60的缝隙挤出到外侧。被挤出的绝缘性膏70因浸润上升而覆盖天线模块10的侧面。在对天线模块10进行加压后，进行加热，从而使绝缘性膏70固化。在实施例2中，也与实施例1的情况同样地，浸润上升因阶梯差40而停止。因此，获得与实施例1同样的效果。
也可以使用各向异性导电膏(ACP)来代替绝缘性膏70。在使用各向异性导电膏的情况下，天线模块10的导体柱30、和安装基板60的焊盘62经由各向异性导电膏而导通。因此，不需要金凸块37。
[实施例3]
参照图7A以及图7B，对根据实施例3的天线模块进行说明。以下，对与图1至图4所示的根据实施例1的天线模块10的不同点进行说明，对于共同的结构，省略说明。在实施例3中，使用框状基板26来代替实施例1的密封树脂层25(图2A、图2B)。
图7A表示根据实施例3的天线模块10的底面图。图7B表示图7A的点划线7B－7B处的剖视图。在电介质基板12的底面粘合框状基板26。在被框状基板26围起的区域中安装有高频半导体元件27以及高频电路部件28。框状基板26的外周位于比电介质基板12的外周稍微靠内侧。因此，与实施例1的情况同样地出现阶梯差40。在形成于框状基板26的贯通孔埋入导体柱30。框状基板26划定安装面260。
如实施例1以及实施例那样，通过在密封树脂层25(图2A、图2B)、框状基板26等电介质部件埋入导体柱30，能够提高导体柱30的机械强度。在实施例3中，也在天线模块10的侧面设置有阶梯差40。因此，获得与实施例1同样的效果。
[实施例4]
参照图8A，对根据实施例4的电路模块80进行说明。以下，对与图1至图4所示的根据实施例1的天线模块10的不同点进行说明，对于共同的结构，省略说明。在实施例4中，在电路模块80未安装天线。
图8A表示根据实施例4的电路模块80的剖视图。在电介质基板12的上表面安装有半导体元件82，在底面安装有半导体元件84。与实施例1的情况同样地密封树脂层25覆盖电介质基板12的底面。半导体元件84被埋入到密封树脂层25。其它的密封树脂层29覆盖电介质基板12的上表面。半导体元件82被埋入到密封树脂层29。
在由电介质基板12、下侧的密封树脂层25、以及上侧的密封树脂层29构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差40。在图8A所示的例子中，在电介质基板12与下侧的密封树脂层25的界面设置有阶梯差40。
在实施例4中，阶梯差40也使固定树脂68(图4)的浸润上升停止。因此，能够避免固定树脂68向电路模块80的顶面的附着。并且，通过在朝向阶梯差40的下方的面附着固定树脂68，能够确保电路模块80与安装基板60的足够的接触强度。
图8B表示根据实施例4的变形例的电路模块80的剖视图。在该变形例中，上侧的密封树脂层29的侧面与电介质基板12的侧面相比后退。因此，在电介质基板12与密封树脂层29的界面出现朝向上方的阶梯差41。密封树脂层29的上表面以及侧面被由导电材料构成的屏蔽层86覆盖。
在电介质基板12的上表面中的出现阶梯差41的区域形成有槽87。在槽87的底面出现接地层32。屏蔽层86通过槽87与接地层32连接。在该变形例中，除了图8A所示的实施例4的效果之外，还能够电磁屏蔽半导体元件82。
上述的各实施例是例示的，当然可进行不同的实施例所示的结构的局部置换或组合。对于多个实施例的同样的结构所带来的同样的作用效果，并不按照每个实施例逐个提及。并且，本发明并不限于上述的实施例。本领域技术人员清楚例如能够进行各种变更、改进、组合等。
符号说明
10…天线模块；12…电介质基板；14…偶极天线；15…供电线；16…巴伦(平衡不平衡变换器)；17…连接点；18…贴片天线；20…反射器图案；22…连接点；25…密封树脂层；26…框状基板；27…高频半导体元件；28…高频电路部件；29…密封树脂层；30…导体柱；32…接地层；34…传输线路；36…焊锡；37…金凸块；40、41…阶梯差；42…从安装面到阶梯差为止的侧面；44…比阶梯差靠上的侧面；50…第一切割刀片；51…切割槽；52…第二切割刀片；60…安装基板；62…焊盘；66…喷嘴；68…固定树脂；70…绝缘性膏；80…电路模块；82、84…半导体元件；86…屏蔽层；87…槽；100…天线模块；250、260…安装面。

Claims (7)

1.一种天线模块，具有：
电介质基板，在其配置有由导体图案构成的天线；
高频半导体元件，其被安装在上述电介质基板的底面，并向上述天线供给高频信号；
多个导体柱，它们从上述底面突出；以及
电介质部件，其被配置在上述底面，并以上述导体柱的前端露出的方式将上述导体柱埋入，
上述电介质部件划定与安装基板对置的安装面，
在由上述电介质基板以及上述电介质部件构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差，从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面与比上述阶梯差靠上的侧面相比后退。
2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，
上述天线在与上述电介质基板的基板面平行的方向上具有指向性，上述阶梯差被配置在比上述天线靠上述安装面侧。
3.根据权利要求1或者2所述的天线模块，其中，
从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面的表面粗度大于比上述阶梯差靠上的侧面的表面粗度。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的天线模块，其中，
上述高频半导体元件被埋入到上述电介质部件中。
5.一种电路模块，具有：
电介质基板，在其设置有导体图案；
第一半导体元件，其被安装在上述电介质基板的底面，并与上述导体图案连接；
多个导体柱，它们从上述底面突出；以及
电介质部件，其被配置在上述底面，并以上述导体柱的前端露出的方式将上述导体柱埋入，
上述电介质部件划定与安装基板对置的安装面，
在由上述电介质基板以及上述电介质部件构成的复合结构物的侧面设置有阶梯差，从上述安装面到上述阶梯差为止的部分与比上述阶梯差靠上的部分相比后退。
6.根据权利要求5所述的电路模块，其中，
从上述安装面到上述阶梯差为止的侧面与比上述阶梯差靠上的侧面相比粗糙。
7.根据权利要求5或者6所述的电路模块，还具有：
第二半导体元件，其被安装在上述电介质基板的上表面；
密封树脂层，其覆盖上述上表面，并将上述第二半导体元件埋入，且具有与上述电介质基板的侧面相比后退的侧面；以及
屏蔽层，其覆盖上述密封树脂层，并在比上述密封树脂层的侧面靠外侧与设置在上述电介质基板的接地层连接。
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