JP2001308725A - 電子積層アセンブリ - Google Patents
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Abstract
が少なく、プロセス工程がさらに少なく、組み立てがよ
り簡単であり、層間の別個のコネクタおよびケーブル接
続が除去されている電子デバイスを提供する。 【解決手段】 電子デバイス(100)の新しい物理的
設計は、アセンブリの層を形成する複数の平たい容器形
状の導電性ユニットの多層積層アセンブリ(104から
110)を有する。各ユニットは、単一の金属シートか
ら形成され、電子構成要素が打ち抜かれ、その周囲に沿
って曲げられ、平たい容器形状に形成される。平たい容
器は、同じ方向に面するように配向され、互いに積層さ
れ、固定される。異なるユニットによって規定される電
気構成要素は、ユニット間を延在するフランジによっ
て、コネクタを用いずに電気的に相互接続される。積層
体の隣接したユニットは、電磁的に絶縁されたチャンバ
を規定する。いくつかの層は、二重の役割を果たす。
Description
および製造に関する。
機技術は、電線、電子機械構成要素および機械加工され
た導波路構造の使用から、同軸および厚膜/薄膜マイク
ロストリップ/ストリップラインをベースとした回路の
使用に至るまで数十年にわたって発展していきた。この
ような発展にもかかわらず、無線通信製品における近年
の普及およびそれに伴う激しい競争により、従来の技術
では対処するのが困難である価格/性能が送受信機に対
して要求されるようになった。送受信機は、従来、保護
エンクロージャ、アンテナ、「フロントエンド」フィル
タ(例えば、送受切換自動スイッチ)、増幅器および他
の送受信器回路、ならびにコネクタおよびケーブル接続
を有する。最も高価な構成要素は、通常、アンテナ、フ
ィルタ、および増幅器である。
は、手動または自動で組み立てられ、位置合わせされ、
次にプリント回路基板に組み立てられる、様々な精密機
械加工された構成要素を用いる。従来のいくつかのアン
テナおよびフィルタのコストを低減させるために、大容
量製造技術が用いられてきた。しかし、これらの技術で
は、これらの構成要素の性能は向上せず、小および中容
量の構成要素のコストも改善されない。さらに、これら
の技術では、アンテナとフィルタとの間のケーブル接続
およびコネクタの量およびコストは低減されない。これ
らの構成要素は、送受信機のコストを増加させるだけで
なく、その全体的な性能を低下させる。他の技術では、
送受信機の他の部分を犠牲にして、特に、コストをこれ
らの他の部分にシフトさせることによって、アンテナお
よびフィルタのコストを減少させることが求められてき
た。1例としては、安価なアンテナおよびフィルタの良
好でない性能を補うために、標準的なフロントエンド構
成要素をさらに良好な性能を有するものに置き換えるこ
と、例えば、低ノイズ前置増幅器(LNA)をさらに低
いノイズ指数およびさらに高いダイナミックレンジ(即
ち、より高い1−dB圧縮またはより高い3次インター
セプト(TOI))を有するものに置き換えること、ま
たは出力パワー増幅器(PA)をさらに高い出力パワー
を有するものに置き換えることが挙げられる。これらの
アプローチは、送受信機全体のコストを実質的に低下さ
せずに、単にコストが送受信機の他のエリアに移される
だけであるという問題点を有する。事実、これらのアプ
ローチでは、一般に、送受信機の複雑さおよびコストは
増加する。
対する期待が高まると共に、電子デバイスの価格および
コストを低下させることに対する圧力があるなど、電子
産業全体が直面する問題点を示している。当該技術分野
が全体として求めているのは、デバイスの性能を向上さ
せるか、または少なくとも低下させない電子デバイスに
対するより簡単かつ安価な製造技術である。
遂げられ、その目的は、従来の設計で得られるよりも低
コストおよび高性能で、従来の設計で得られるよりも製
造に伴われるパーツが少なく、プロセス工程がさらに少
なく、組み立てがより簡単であり、層間の別個のコネク
タおよびケーブル接続が除去されている電子デバイスを
提供することである。
の問題、欠点、および従来技術に対する要求を克服する
ことである。一般に、本発明によると、新しい物理的設
計は、電子デバイスに対して与えられる。この設計は、
特に、電磁シールディングを必要とし得る回路構成要素
を含む無線機などの無線周波数(RF)デバイスに対し
て特に有利である。一般に、この設計は、複数の導電性
部分で形成される積層アセンブリである。それぞれが面
を規定する平面のものもあり、それぞれが面内に閉塞壁
を規定する壁部分もある。平面部分および壁部分は、軸
に沿って互いに横並びに配置され、それらの面は、軸に
対して実質的に垂直である。平面部分および壁部分は、
互いに交互に配置され、互いに取り付けられている。各
部分は、別個のユニットであるか、または平面部分およ
び壁部分は、単一ユニット(例えば、導電性材料の単一
シートから形成されるもの)を形成し得る。これらの部
分の少なくともいくつかは、電気構成要素を有し、それ
らはすべて互いに相互接続されている。これらの部分の
少なくともいくつかは、電気構成要素の少なくともいく
つかを封入する電磁的に絶縁された少なくとも1つのチ
ャンバを形成する。例示的には、設計は、少なくともい
くつかが電気構成要素を有する、複数の平たい容器形状
の導電性ユニットまたは層の多層積層アセンブリであ
る。ユニットはすべて同じ方向に配向され(向けら
れ)、互いに積層され、例えば、溶接、半田付け、接着
剤、またはリベット、スクリュー、湾曲タブ、もしくは
ねじれタブなどの機械的取り付けによって互いに固定さ
れている。隣接したユニットは、有利なことに、電磁的
に絶縁されたチャンバを規定する。異なるユニットに設
けられた電気構成要素は、互いに電気的に接続される。
る。複数の導電性平面部分および複数の導電性壁部分の
少なくともいくつかは、電気構成要素を有し、これらの
部分は、互いに交互に配置され、それらの面が軸に対し
て実質的に垂直になるように軸に沿って互いに横並びに
配置され、電気構成要素のすべてが互いに相互接続さ
れ、これらの部分の少なくともいくつかが、電気構成要
素の少なくともいくつかを封入する電磁的に絶縁された
少なくとも1つのチャンバを形成するように互いに取り
付けられている。例示的な実施形態では、電気構成要素
は、ユニットの少なくともいくつかによって規定され
(例えば、ユニットの少なくともいくつかに設けられま
たは形成され)、ユニットは、すべてが同じ方向に面
し、互いに取り付けられるように互いに積層され、異な
るユニットに設けられた電気構成要素は、互いに電気的
に接続される。好ましくは、各ユニットは、平たい容器
形状を形成するような形状を有する(例えば、曲げられ
または折り曲げられた)単一部材(例えば、金属シー
ト)で形成される。あるいは、各ユニットは、平たい容
器形状の底を形成する平面部材(例えば、平坦なシー
ト)および平たい容器形状の側部を形成する閉塞された
壁部材の2つの部分で形成され、これらの2つの部分
は、互いに融合される。好ましくは、ユニット内の電気
構成要素(例えば、アンテナ、フィルタ)を形成するた
めに、金属打ち抜き加工、切断、および/またはエッチ
ングなどの低コスト製造技術が用いられる。好ましく
は、積層ユニットは、半田付け、溶接、または接着剤に
よる接着などの低コスト融合技術によって互いに取り付
けられる。重要なことに、迅速かつ安価な非導電性(構
造的)エポキシ樹脂を用いることによって、十分な性能
およびシールディングが成し遂げられ得る。さらに好ま
しくは、異なるユニットによって規定される電気構成要
素間の相互接続は、ユニットによって規定され、ユニッ
ト間を延在するフランジ、またはリップがない場合には
壁部材の縁部によっても形成される。
層アセンブリは、送受信機を実現するために用いられ
る。送受信機は、その構成部分の積層アセンブリとして
構築され、いくつかの部分は、アセンブリ内の「二重の
役割」を果たし、それによって送受信機の複雑さおよび
コストは低下する。例えば、送受信機のアンテナおよび
「フロントエンド」フィルタは、フィルタのシールディ
ングを形成するユニットがまたアンテナの接地面を形成
するようにアセンブリに一体化され、それによって送受
信機の複雑さおよびコストは低下する。送受信機回路を
有する回路基板はまた、フィルタのシールディングを形
成するユニットがまた回路基板のためのマウントおよび
回路のためのシールドを共に形成するように構造体に一
体化される。
の設計で得られるよりも低コストおよび高性能のデバイ
スが得られること、従来の設計で得られるよりも製造に
伴われるパーツが少なく、プロセス工程がさらに少ない
こと、デバイスの組み立てがより簡単であること、層間
の別個のコネクタおよびケーブル接続が除去されている
ことが挙げられる。
らびに利点は、図面と共に考慮した本発明の例示的な実
施形態の以下の説明からさらに明白になる。
104から112の分解正面図を示す。送受信機100
は、所望の任意デバイス(例えば、無線通信システムの
基地局またはユーザ端子)であり得る。ここでは、送受
信機100を例として用いるが、本発明は任意の電子積
層アセンブリにおいて用いられ得る。積層アセンブリ1
04から112は、電磁的透過性保護エンクロージャ1
02(例えば、従来のようなプラスチックケース)内に
設けられ、すべてが同じ方向に面して配向される複数の
ユニットまたは層104から112を有し、軸140に
沿って互いに積層され、例えば、半田付け、溶接、また
はリベット締めもしくは接着剤による接着(例えば、導
電性または非導電性エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂
接着)などの機械的接着によって互いに取り付けられ
る。これらの層は、アンテナ分散ネットワーク120を
含むアンテナ層104、層104のアンテナ用の接地面
として作用する上部反射層106、「フロントエンド」
フィルタ(送受切換自動スイッチ)を含むフィルタ層1
08、上部反射層106と共に、フィルタ層108用の
電磁的シールディングハウジングとして作用する下部反
射層110、下部反射層110上に設けられ、下部反射
層110によってシールドされる送受信機100(無線
層とも呼ばれる)の電子部品を含む電子部品層112で
ある。あるいは、電子部品層112は、フィルタ/アン
テナ積層アセンブリ104から110とは離れて設けら
れ、層110は、単に、導電性材料の平坦なシートであ
り得る。多数の目的のために素子を再利用(例えば、ア
ンテナ反射およびフィルタシールディング用に層106
を用いるなど)することによって、設計は簡略化され、
実現コストが低くなる。フィルタ層108は、フランジ
(または湾曲タブ)122を有し、それによって、フィ
ルタ層108は上部反射層106内のオリフィス126
を通ってアンテナ層104の分散ネットワークおよび結
合器120に接続する。フィルタ層108はさらにフラ
ンジ124を有し、それによって、下部反射層110内
のオリフィス128を通って電子部品層112に接続さ
れる。フランジ122および124は、送受切換層10
8に放射(コネクタを用いない)相互接続を提供し得る
か、または半田によって層106および110に直接取
り付けられることによって導電性相互接続を提供し得
る。フィルタ層108の2つの半体の間に必要とされ得
る中央絶縁壁は図示されていない。各層104から11
0は、好ましくは、導電性材料の単一シート(例えば、
金属板)から打ち抜かれるか切断されて折り曲げられ、
平たい容器形状のユニットを形成する。あるいは、各層
104から110の側壁130は、例えば、打ち抜き、
成形、または押し出しによって、各層の平坦なシート部
分132から別個に形成され得る。部分132は面を形
成し、側壁130は、部分132の面に平行な面内に閉
塞された壁を形成する。部分132および側壁130
は、それらの面に垂直な軸140に沿って積層され、半
田付け、溶接、または接着によって互いに取り付けら
れ、平たい容器形状のユニットを形成する。このように
形成される層106を図6に示す。側壁130の高さ
は、電子構成要素、最適性能、またはシールディングの
ための間隙を提供するために必要とされるように層によ
って異なる。選択的に、各層104から110の側壁1
30は、図1に示すリップ134を有し得る。リップ1
34は、層104から110の互いの取り付けを容易に
する。さらに、金属打ち抜きプロセスの特性のために、
二重(「Z」形状の)曲げによって、単一の曲げよりも
隣接層の間隔の精度がより高くなる。上述のように、層
110は、単に、導電性材料の平坦なシートであり得
る。層112は、例えば、電子構成要素が設けられた従
来のプリント回路基板である。積層アセンブリ104か
ら112およびその構成層は、自動(ロボット型)製造
および組み立て技術と共に用いるのに適している。
112(フランジ134を有さない)の斜視図であり、
アンテナ層104の詳細を示す。アンテナ層104は、
フレーム204およびフレーム204内のパッチアレイ
を有する。パッチアレイは、それぞれが支持部212に
よってフレーム204に接続され、フィードネットワー
ク120によって平行に相互接続された複数の放射素子
208を有する。支持部212の長さは、好ましくは、
放射素子208の電気的性能をかき乱さないように、送
受信機100の主な動作周波数の4分の1波長である。
有利なことに、フィードネットワーク120は、「T」
形状の結合器121を有し、結合器121は、従来の構
造では、送受切換自動スイッチ(層108)の一部を形
成する。アンテナおよび送受切換自動スイッチはここで
は、単一の構造に一体化されるため、そのための結合器
121または他の任意の素子は、結合器121が最良に
はめ込まれる(即ち、その場所がある)任意の層に配置
され得る。フレーム204および放射素子208のアレ
イは、好ましくは、単一の金属シートから切断、打ち抜
き、エッチング、または他の方法で製造される単一の構
造である。アンテナ層104は、例えば、本願と同じ日
に提出され、同じ譲受人に譲渡された、“Sheet−
Metal Antenna”という名称のR.Bar
nettらによる出願第09/521、727号に開示
されているアンテナである。
ッチアレイのフィードネットワーク120の結合器12
1に結合される。結合は、導電性(例えば、半田接合)
または容量性であり得る。フレーム204は、パッチア
レイを、上部反射層106によって形成されるアンテナ
接地面から間隔を置いて配置する。接地面とパッチアレ
イとの間の空気は、アンテナの誘電体層を形成する。フ
ィードネットワーク120および結合器121は、好ま
しくは、放射素子208よりもアンテナ接地面に近接し
て配置される。これによって、放射素子208とネット
ワーク120との間に垂直方向の間隔を形成し、それら
の間に正味の間隔を維持しながら、水平方向の間隔をあ
まり必要としない。フレーム204は、溶接、エポキシ
樹脂接着、半田付け、または他の方法で、上部反射層1
06に取り付けられる。上部反射層106は、同様にフ
ィルタ層108に取り付けられる。上部反射層106
は、好ましくは、単にフィルタ層108のフランジ12
2に対するオリフィス126を有する金属の「平たい容
器」である。
フィルタ層108は、フレーム310およびフレーム3
10内の一対の共振器アレイを有する。各共振器アレイ
は、フィルタを形成し、それぞれが一対の支持部316
によってフレーム310に接続される複数の共振器31
4を有する。フィルタ層108の一端にある各アレイの
最も外側の共振器314は、フランジ122を規定す
る。フィルタ層108の他端にある各アレイの最も外側
の共振器314はフランジ124を規定する。フレーム
310およびフランジ122および124を有する共振
アレイは、好ましくは、単一構造であり、単一の金属シ
ートから打ち抜かれるかまたは他の方法で製造される。
フィルタへの相互接続(フランジ122および124)
は、このようにして、さらなるコストなしにフィルタの
通常の製造中に成し遂げられる。フィルタ層108は、
例えば、本願と同じ日に提出され、同じ譲受人に譲渡さ
れた、“Sheet−Metal Filter”とい
う名称のR.Barnettらによる出願第09/52
1、556号に開示されているフィルタ素子である。
射層110から間隔を置いて配置する。フレーム310
は、下部反射層110に溶接、エポキシ樹脂接着、半田
付け、またはその他の方法で取り付けられる。層106
および110、ならびにフレーム310は共に層108
の共振器アレイによって形成されるフィルタ用の電磁的
絶縁エンクロージャを形成する。このエンクロージャは
また、層112の送受信機回路のためのヒートシンクと
しても作用し得る。エンクロージャ内の空気は、フィル
タの誘電体層を形成する。
示す。層110は、好ましくは、単にフィルタ層108
のフランジ124のためのオリフィス128を有する金
属の「平たい容器」である。層110の下側は、電子部
品層112を層110に設けるために搭載されたスタン
ドオフ(スペーサ)400を有する。オリフィス128
を通って突出するフィルタ層108のフランジ124
は、電子部品層112のパッド138(図1を参照)と
物理的または容量性接触をなす。層110はまた、電磁
シールドとして、および選択的に電子部品層112のヒ
ートシンクとして作用する。
られる層104および108の相互結合をさらに詳細に
示す積層アセンブリ104から110の切り欠き側部斜
視図を示す。結合構造は、導電的または放射的にかなり
広いギャップをつなぎ得る。放射結合では、結合コンデ
ンサ(例えば、近接しているが、互いに接触しないよう
に配置されるフランジ122および結合器121の先端
によって形成される)は、相互接続フランジ122(湾
曲した上部/下部ストリップ)と共に、直列の誘導−容
量共振器回路(または、さらに複雑であるが直列の共振
器タイプの回路)を形成し、共振器周波数付近で非常に
低い損失の接続を提供する。このことは、本願と同じ日
に提出され、同じ譲受人に譲渡された、“Resona
nt Capacitive Coupler”という
名称のR.Barnettらによる出願第09/52
1、724号に詳細に記載されている。従って、コンデ
ンサは、結合を提供するだけでなく、事実、相互接続フ
ランジ122のインダクタンスを補償する。この設計に
おけるコンデンサは、2つの50Ωのセクションを接続
するために従来から用いられていた結合コンデンサより
もはるかに(場合によっては1桁)小さくなり、実現す
るのがさらに簡単になる。このタイプの接続は、同軸、
2電線、かつ同一平面の導波路タイプの相互接続構造に
適用され得る。コンデンサ自体は誘電体をもっていても
いなくてもよく、即ち、誘電体は空気であり得る。誘電
体は、機械的強固さを提供するセラミックから両面接着
テープに至るまで何でもよい。
れ、層間の適切な間隔を確保し得る選択的なスペーサ5
00をさらに示す。一般に、1つのスペーサ500は、
図4において層110上にスタンドオフ400が配置さ
れているのと同様に、層104から108の4つの角の
それぞれ1つに用いられる。スペーサ500は、打ち抜
かれるかまたは成形されたプラスチックスタンドオフ、
またはスペーサとして用いられるボールベアリングもし
くは電子構成要素などの他の低コスト精密部であり得
る。
に対する様々な変更および改変は、当業者に明白であ
る。例えば、層は、隣接した層とかみ合う、突出したピ
ンまたはタブを用いることによって位置合わせされ得
る。層間の適切な間隔は、組み立て中に精密ジグを用い
て、半田付けまたは溶接中の距離を正しく保持すること
によって成し遂げられ得る。積層アセンブリの原理は、
アンテナのみもしくはフィルタのみ、または他の任意の
電子アセンブリの構築に適用される。下部反射層110
はまた、電子部品層の回路基板にさらなる機械的剛性を
提供するためにも用いられ得る。または、すべての層を
平たい容器状に形成し、すべてを同じ方向に向けさせる
代わりに、いくつかの層は、間に間隔を置く平坦な層を
横断して互いに面する隣接した平たい容器形状の層間に
挿入された導電性材料の平坦なシートで合ってもよい。
この場合、アセンブリはまた、互いに面せず、背面と背
面(平たい容器の底部と底部)とが互いに取り付けられ
た、隣接した平たい容器形状の層を含み得る。このよう
な変更および改変は、本発明の範囲内で、かつそれに伴
う利点を損なわずに行われ得る。従って、このような変
更および改変は、従来技術によって限定される以外は、
以下の請求の範囲によって網羅されているものとする。
設計で得られるよりも低コストおよび高性能で、従来の
設計で得られるよりも製造に伴われるパーツが少なく、
プロセス工程がさらに少なく、組み立てがより簡単であ
り、層間の別個のコネクタおよびケーブル接続が除去さ
れている電子デバイスが提供される。
センブリの分解側面図である。
テナ層の斜視図である。
斜視図である。
ある。
斜視図である。
形態の分解斜視図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくともいくつかが電気構成要素を有
し、すべてが同じ方向に面し、互いに積層され、少なく
とも1つの電気的に絶縁されたチャンバを規定するよう
に互いに固定された複数の平たい容器形状の導電性ユニ
ットを有し、異なる前記ユニットに設けられた前記構成
要素は互いに電気的に接続されている積層アセンブリ。 - 【請求項2】 前記複数のユニットは、 それぞれが面を規定する複数の導電性平面部分と、 それぞれが面内に閉塞された壁を規定する複数の導電性
壁部分とを有し、 前記平面部分および前記壁部分は、軸に沿って互いに横
並びに配置され、前記面は前記軸に実質的に垂直であ
り、前記平面部分および前記壁部分は、互いに交互に配
置され、互いに固定されている請求項1に記載の積層ア
センブリ。 - 【請求項3】 少なくとも1つの前記ユニットは、
(a) 前記平たい容器形状の底を形成する平坦面を実質的に規
定する平面部材、および縁部を規定し、前記縁部に沿っ
て前記平坦面に取り付けられ、前記平たい容器形状の側
部を形成する閉塞壁部材、または(b) 導電性材料の単一シートから前記平たい容器形状の底お
よび側部に形成される単一の部材のいずれかを有する請
求項1に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項4】 前記平たい容器形状の底を形成する前記
単一の部材の一部は、電気構成要素を規定し、前記電気
構成要素は、打ち抜き、切断、およびエッチングのいず
れか1つによって前記単一の部材において規定される請
求項3に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項5】 前記ユニットは、溶接、半田付け、機械
的締付け、および非導電性接着剤のいずれか1つによっ
て互いに融合される請求項1に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項6】 少なくとも1つの前記ユニットは、その
周囲に沿ってリップを規定し、該リップによって前記ユ
ニットは隣接した前記ユニットに取り付けられる請求項
1に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項7】 一対の隣接した前記ユニットの間を延在
し、前記一対の隣接したユニットの前記平たい容器形状
の底の間に所定の分離距離を維持する複数のスペーサを
さらに含む請求項1に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項8】 少なくとも第1の前記ユニットは、前記
第1のユニットから、前記第1のユニットと前記第2の
ユニットとの間に配置された前記第3のユニットによっ
て規定される開口部を通って前記第2のユニットまで延
在し、前記第2のユニットとの回路接続を行うフランジ
をさらに規定する請求項1に記載の積層アセンブリ。 - 【請求項9】 複数の平たい容器形状の導電性ユニット
の少なくともいくつかに電気構成要素を設ける工程と、 前記ユニットがすべて同じ方向に面するように前記ユニ
ットを互いに積層する工程と、 前記ユニットが少なくとも1つの電磁的に絶縁されたチ
ャンバを規定し、異なる前記ユニットに設けられた前記
電気構成要素が互いに電気的に接続されるように、前記
ユニットを互いに取り付ける工程とを含む積層アセンブ
リを形成する方法。 - 【請求項10】 初期に形成する工程は、単一の部材を
形成し、1つの前記ユニットの前記平たい容器形状の底
および側部を共に規定する工程を含む請求項9に記載の
方法。
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