JP2003179425A

JP2003179425A - パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2003179425A
Application number: JP2001375258A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Furuno; 剛古野; Shigeaki Kozato; 重亮木里; Kenji Kanegae; 研司鐘ヶ江
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】焼成後無機粉末がセラミック基板の接触面に残
留するためバレル研磨等の無機粉末を除去する工程が必
要であるため、処理時間や処理位置によりセラミック基
板の表面粗さにばらつきが発生し、セラミック基板と放
射電極や接地導体の密着強度にばらつきが大きくなると
いう課題があった。【解決手段】セラミック基板の放射電極面側に、端部か
ら２ｍｍ以下の位置に高さ０．０３〜０．３ｍｍの凸部
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信分野におい
て、特に衛星を利用した移動体通信に用いられるパッチ
アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信の発達に伴い、グロー
バルポジショニングシステム（GlobalPositioning Syst
em）を利用した様々なシステムが提唱されている。中で
も位置情報機能を搭載した通信情報端末が広く使われる
ようになり、その受信用パッチアンテナの需要数量も莫
大な増加が見込まれている。

【０００３】以下に受信用パッチアンテナについて説明
する。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、パッチアンテ
ナ１７は誘電体セラミック材料で形成されたセラミック
基板４の片面に放射電極１２を形成し、また他面に接地
導体１３を形成して構成されている。１４は給電ピン、
１５は半田である。給電ピン１４は貫通孔１６に挿入さ
れ、一端が半田１５で放射電極１２と電気的に接続さ
れ、他端が接地導体１３側に導出されている。

【０００４】セラミック基板４は粉末原料を粉末プレス
成形して生成形体とし、その後所定の温度で焼成するこ
とにより得られる。ここで、セラミック基板４の放射電
極１２または接地導体１３を形成する面を焼成用セッタ
ー３に接触して焼成すると、焼成用セッター３表面に凹
凸があった場合その凹凸が接触しているセラミック基板
４の表面に転写し、放射電極１２または接地導体１３が
形成できない場合が発生する。このため、図６（ａ）に
示すように放射電極１２または接地導体１３を形成する
面が焼成用セッター３と接触しないように生成形体１０
を立てて焼成する。一般に、セラミックは生成形体を焼
成すると体積が小さくなり、外辺寸法も小さくなるため
図６（ａ）に示すように生成形体１０どうしを接触させ
て焼成しても、焼成後には図６（ｂ）に示すようにセラ
ミック基板４間には隙間が発生する。しかしながら、セ
ラミック基板４の材料はパッチアンテナの特性を満足す
るために誘電率のなどの電気特性を重視した材料である
場合が多く、反応性が強い材料や、低融点のガラス成分
が多く含まれている材料が多いため焼成時に生成形体１
０の接触面８で反応してしまい、焼成後セラミック基板
４どうしが固着し分離できない場合がある。

【０００５】そこで、焼成後のセラミック基板４どうし
の固着を防止する方法として、図７に示すように生成形
体１０の接触面８に無機粉末７を介在させる方法（特開
平５−３０１７７７号公報参照）があった。

【０００６】また、放射電極１２、接地導体１３は銀ペ
ースト等の導電性ペーストを用いてスクリーン印刷によ
り形成したあと所定の温度で焼き付けて得るが、接地導
体１３は表面にキズや汚れが発生しても共振周波数等の
電気特性には影響しないが、放射電極１３は表面にキズ
や汚れが発生すると共振周波数のばらつきが大きくなっ
てしまう。このため、パッチアンテナの製造工程中で放
射電極１３にキズや汚れが発生しないような取り扱いを
行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
方法でセラミック基板４を作成すると、焼成後無機粉末
７がセラミック基板４の接触面８に残留するためバレル
研磨等の無機粉末７を除去する工程が必要となる。その
ため、処理時間や処理位置によりセラミック基板４の表
面粗さにばらつきが発生し、セラミック基板４と放射電
極１２や設置導体１３の密着強度にばらつきが大きくな
るという第１の課題があった。

【０００８】また、パッチアンテナの製造工程において
取り扱いを注意しても工程ばらつきにより放射電極１２
が治工具等と接触することによりキズ不良や汚れ不良が
発生し共振周波数のばらつきが大きくなるという第２の
課題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記の課
題を解決するため、貫通孔を有する誘電体セラミック基
板の片面に放射電極を、他面には接地導体をそれぞれ形
成し、上記貫通孔に挿入された給電ピンの一端が放射電
極に接合されたパッチアンテナであって、上記セラミッ
ク基板の放射電極を形成した面の端部に高さ０．０３ｍ
ｍ〜０．３ｍｍの複数の凸部を設けたことを特徴とす
る。また、上記凸部はセラミック基板の端部から２ｍｍ
以下の位置に形成されていることを特徴とする即ち、セ
ラミック基板の放射電極を形成した表面に凸部を設ける
ことにより、焼成時に複数のセラミック基板同士の接触
面積が小さくなり無機粉末を使用しなくてもセラミック
基板どうしが固着してしまう不良発生を防止することが
できる。そのため、無機粉末を除去するバレル工程等を
おこなう必要がなく密着強度のばらつきを小さくするこ
とができ、第１の課題を解決することができる。

【００１０】また、上記凸部を設けることにより、パッ
チアンテナの製造工程にて放射電極が直接治工具等と接
触しなくなりキズ不良や汚れ不良を防止することがで
き、共振周波数のばらつきを小さくすることができ、第
２の課題を解決することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図によ
って説明する。

【００１２】図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本
発明のパッチアンテナ１１は誘電体セラミック材料で形
成されたセラミック基板１の片面に放射電極１２を形成
し、また他面に接地導体１３を形成して構成されてい
る。１４は給電ピン、１５は半田である。給電ピン１４
は貫通孔１６に挿入され、一端が半田１５で放射電極１
２と電気的に接続され、他端が接地導体１３側に導出さ
れている。また、セラミック基板１は放射電極１２を形
成した表面の端部に複数の凸部２を形成してある。

【００１３】ここで、セラミック基板２の焼成方法を図
２に示すように、生成形体９は原料粉末を粉末プレス成
形により形成してある。また、凸部２は金型に凸部２と
対応した凹部を形成しておけば生成形体９形成時に同時
に形成することができる。焼成時は焼成用セッター３上
に生成形体９を立てて、凸部２が接触面８となるように
整列する。

【００１４】このように凸部２を設けることにより面積
の小さい凸部２の凸部接触部６でしか接触しなくなり、
焼成時の固着不良を少なくすることができる。

【００１５】放射電極１２はセラミック基板１の凸部２
が形成された面にスクリーン印刷により銀ペースト等の
導電性ペーストを印刷した後、所定の温度で焼き付けを
行って得る。このとき、放射電極１２面側に凸部２を設
けることにより、凸部２が放射電極１２より高く突出す
ることになるため、放射電極１２が直接治工具等と接触
することがなくなり、キズ不良や汚れ不良を防止するこ
とができる。

【００１６】なお、凸部２はセラミック基板１の端部か
らの距離ｄが２ｍｍ以下の位置に高さｈを０．０３〜
０．３ｍｍとして形成する。距離ｄを２ｍｍ以下とする
ことにより放射電極１２をスクリーン印刷して形成する
際に印刷不良を発生させることなく放射電極１２のキズ
不良、汚れ不良の発生を防止することができ、共振周波
数のばらつきを小さくすることができる。また、高さｈ
を０．０３〜０．３ｍｍとすれば放射電極１２をスクリ
ーン印刷して形成する際に印刷不良を発生させることな
く密着強度のばらつきを小さくすることができる。

【００１７】また、凸部２の接触部６の面積は２５ｍｍ
²以下としておけばよい。接触部６の面積を２５ｍｍ²以
下とすることにより固着不良を防止することができる。

【００１８】凸部２の位置は図１（ａ）に示すようにセ
ラミック基板１の４コーナー部に４カ所設ければ良い
が、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように３カ所やセラミッ
ク基板１のコーナー部以外に設けても良い。ここで、凸
部２が２カ所以下の場合、凸部２以外の部分でも接触す
る可能性があるため、凸部２は３カ所以上とすればよ
い。

【００１９】また、凸部２の形状は図１（ａ）に示すよ
うな円錐台形状とすれば良いが、図４（ａ）〜（ｅ）に
示すように円錐形状、直方体形状、４角錐形状、半球体
形状、３角錐形状としても良い。

【００２０】セラミック基板１の材料としては、Ｂａ−
Ｎｄ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率８０〜
１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック
（比誘電率４３〜４６）、Ｌａ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ系誘
電体セラミック（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系
誘電体セラミック（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ
−Ｗ系誘電体セラミック（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ
−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミック（比誘電率１９〜２
１）、アルミナセラミック（比誘電率９〜１０）、コー
ジライトセラミック（比誘電率４〜６）などを使用す
る。

【００２１】また、焼成用セッター３の材料としては生
成形体９の材料と反応しない材料（例えば、アルミナセ
ラミックやジルコニアセラミック）を選定すれば良い。
また、放射電極１２、接地導体１３の材料としてはＡ
ｇ、Ａｇ−Ｐｔなどの導電性材料を使用する。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例として、図１（ａ）、
（ｂ）、図２に示すセラミック基板１を作成した。

【００２３】セラミック基板１はＭｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材
料（比誘電率約２０）で形成された２５ｍｍ×２５ｍｍ
×厚み４ｍｍとし、凸部２は金型寸法を変更し接触部６
の面積一定で高さｈを変更したものと、高さｈ一定で接
触部６の面積を変化させたものをセラミック基板１の端
部からの距離ｄを変化させたものを作成した。尚、生成
形体９の寸法は焼成後に８３％収縮することを考慮して
金型寸法を決定した。

【００２４】生成形体９は図２に示すように凸部２で接
触するようにジルコニアセラミックスで作成した焼成用
セッター３の上に並べた後大気中約１３００℃で焼成し
た。なお、焼成後のセラミック基板１はバレル研磨等の
加工は行っていない。

【００２５】次に接地導体１３と放射電極１２を形成し
た。接地導体１３は凸部２の形成してある面と反対面の
ほぼ中央に２４ｍｍ×２４ｍｍ×厚み１５μｍとし、放
射電極１２は凸部２の形成してある面のほぼ中央に２０
ｍｍ×２０ｍｍ×厚み１５μｍとした。接地導体１３、
放射電極１２はいずれも銀ペーストを用いてスクリーン
印刷を行った後、大気中にて所定の温度で乾燥、焼き付
けを行った。

【００２６】次に、放射電極１２及び接地導体１３を形
成したセラミック基板１の貫通孔１６に給電ピン１４を
貫通させ、接地導体１３からは絶縁し、放射電極１２に
半田７で接合し、パッチアンテナ１１を完成させた。給
電ピン１４は材料に銅を使用し、表面には半田メッキ処
理をした。

【００２７】なお、従来例として図５（ａ）、（ｂ）に
示すように凸部２を備えないものも作成した。従来例は
無機粉末７を用いて焼成した後、バレル研磨を行い無機
粉末７を除去した。

【００２８】このようにして得られた各々５０個のサン
プルを用いて、固着不良率、密着強度ばらつき、キズ汚
れ発生率、共振周波数ばらつきを測定した。尚、固着不
良率はセラミック基板１どうしが固着しているものを不
良とし、不良数をカウントした。また、密着強度ばらつ
きは直径１．８ｍｍの金属棒を放射電極１２表面に半田
付けし、金属棒を引き剥がす時の最大応力を密着強度と
し、（密着強度）÷（金属棒の密着面積）で単位面積当
たりの密着強度を算出し、最大値と最小値の差をばらつ
きとした。また、キズ、汚れ発生率は放射電極１２表面
にキズ、汚れが発生しているものを不良とし、不良数を
カウントした。また、共振周波数ばらつきはネットワー
クアナライザーで共振周波数を測定し、最大値と最小値
の差をばらつきとした。

【００２９】結果は表１、表２、表３に示す通りであ
る。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】表１より明らかなように、凸部２の高さｈ
は０．０３ｍｍ以上とすれば固着不良の発生を０％とす
ることができ、密着強度のばらつきを従来例に比べ約４
０％小さくすることができる。また、凸部２の高さｈを
０．３ｍｍより大きくすると放射電極１２をスクリーン
印刷する時に凸部２が障害になり印刷不良が発生するこ
とから、凸部高さ５ａは０．０３〜０．３ｍｍとすれば
印刷不良を発生させることなく密着強度のばらつきを小
さくすることができる。

【００３４】また、表２より明らかなように、凸部２の
セラミック基板１の端部からの距離ｄを２ｍｍより大き
くすると放射電極１２をスクリーン印刷する時に凸部２
が障害になり印刷不良が発生することから、凸部２のセ
ラミック基板１の端部からの距離ｄは２ｍｍ以下とすれ
ばキズ不良、汚れ不良の発生を０％とすることができ共
振周波数のばらつきを従来例に比べ約３０％小さくする
ことができる。

【００３５】また、表３より明らかなように、凸部２の
接触部６の面積を２５ｍｍ²以下とすれば固着不良の発
生を０％とすることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、貫通孔を
有する誘電体セラミック基板の片面に放射電極を、他面
には接地導体をそれぞれ形成し、上記貫通孔に挿入され
た給電ピンの一端が放射電極に接合されたパッチアンテ
ナであって、放射電極面側にセラミック基板端部から２
ｍｍ以下の位置に高さ０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍとなる
凸部を設けることにより、セラミック基板どうしが固着
してしまう不良発生を防止することができる。また、無
機粉末を使用しないため無機粉末を除去するためのバレ
ル研磨等の工程をなくすことができ、表面粗さのばらつ
きによる密着強度のばらつきを小さくすることができ
る。また、放射電極面が直接治工具に接触しなくなるた
めキズや汚れが付着しにくくなり、キズや汚れによる共
振周波数のばらつきを小さくすることができる。その結
果、歩留まりが向上し安価なパッチアンテナを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のパッチアンテナを示す斜視
図、（ｂ）は側面図である。

【図２】本発明のセラミック基板の生成形体の焼成形態
を示す斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の凸部の設置位置のさ
まざまな実施形態を示す斜視図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の凸部のさまざまな実
施形態を示す斜視図である。

【図５】（ａ）は従来のパッチアンテナを示す斜視図、
（ｂ）は側面図である。

【図６】（ａ）は従来のセラミック基板の生成形体の焼
成形態を示す斜視図、（ｂ）は焼成後の形態を示す斜視
図である。

【図７】従来のセラミック基板の生成形体間に無機粉末
を介在させた場合の焼成形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１：セラミック基板２：凸部３：焼成用セッター４：セラミック基板ｈ：高さｄ：端部からの距離６：接触部７：無機粉末８：接触面９：生成形体１０：生成形体１１：パッチアンテナ１２：放射電極１３：接地導体１４：給電ピン１５：半田１６：貫通孔１７：パッチアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J045 AB06 DA10 EA07 LA07 MA01 NA02 5J046 AA19 AB13 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貫通孔を有する誘電体セラミック基板の片
面に放射電極を、他面には接地導体をそれぞれ形成し、
上記貫通孔に挿入された給電ピンの一端が放射電極に接
合されたパッチアンテナであって、上記セラミック基板
の放射電極を形成した面の端部に高さ０．０３ｍｍ〜
０．３ｍｍの複数の凸部を設けたことを特徴とするパッ
チアンテナ。
【請求項２】上記凸部はセラミック基板の端部から２ｍ
ｍ以下の位置に形成されていることを特徴とする請求項
１記載のパッチアンテナ。