JP2004032455A - 小型アンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナエレメントを含む導体パターン材を誘電体材料に射出成形により固定し、チップに成形してなる小型アンテナであって、前記導体パターン材の金属材料が、下記式で算出されるZ値
Z=(引張強さ(N/mm2))×(軟化温度(℃))/100
が2000(N/mm2・℃)以上であることを特徴とする小型アンテナ。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス粉末と合成樹脂とを混合してなる誘電体の内部にアンテナエレメントを含む導体パターン材を埋設してなる、チップよりなる小型アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
線状アンテナとして、アンテナエレメントをミアンダ状あるいはヘリカル状に折り曲げて小型化したものがある。従来、この種のアンテナは、アンテナエレメントを印刷したセラミックスを焼結して製造していた(例えば、特開平9−93021号公報)。
しかしこのような従来のアンテナは製造コストが高いという難点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、製造コスト低減を図るため、新しい、小型アンテナの製造方法の開発・実用化についてこれまで種々検討を重ねている。
すなわち、金属板をエッチングあるいはプレス成形によりパターニングしてアンテナエレメントを製造し、これを射出成形金型にインサートして合成樹脂を射出成形する。こうしてチップを成形して、合成樹脂基体とアンテナエレメントが一体化された小型アンテナを製造する方法である。
しかし、この射出成形により導体パターン材を合成樹脂中と一体化して得られた小型アンテナは、極めて高い精度が要求されるが、従来の小型アンテナの周波数特性のバラツキは3%を越え、この点で必ずしも満足できるものではなかった。すなわち、アンテナは、それ自身に製造上のバラツキがあり、その値を考慮しても実使用時に必要帯域を確保しうる精度が要求される。アンテナの共振周波数のバラツキの原因としてはアンテナ自体に基づくバラツキ以外に、基板に実装したときの位置ズレ、基板自体のインピーダンスバラツキ等の要因があり製品としてはこれらのバラツキを考慮した上でアンテナ自体のバラツキを抑えることを要求される。
したがって、まず、アンテナ自体の周波数特性のバラツキをより一層低減した小型アンテナの開発が要求されていた。
また、従来の射出成形で得られたアンテナは前記の基体とアンテナエレメントとの一体化が不十分なことがあり、そのため両者の剥離が生じるという問題が生じることがあった。したがってこのような剥離をより確実に防止することも併せて望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の射出成形による合成樹脂基体とアンテナエレメントとの一体化を利用した小型アンテナの問題点を解決するためさらに研究を重ねた結果、アンテナエレメントに用いる金属材料の引張強さと軟化温度に相関する値Zが、射出成形品のアンテナとして周波数特性の安定性に関与していることを見い出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
(1)アンテナエレメントを含む導体パターン材を誘電体材料に射出成形により固定し、チップに成形してなる小型アンテナであって、前記導体パターン材の金属材料が、下記式で算出されるZ値
Z=(引張強さ(N/mm2))×(軟化温度(℃))/100
が2000(N/mm2・℃)以上であることを特徴とする小型アンテナ、
(2)前記金属材料が析出硬化型の銅合金であることを特徴とする(1)項記載の小型アンテナ、
(3)析出硬化型の銅合金が、Cu−Cr系合金であることを特徴とする(2)項記載の小型アンテナ、
(4)析出硬化型の銅合金が、Cr 0.20〜0.35質量%(以下、単に%という)、Sn 0.20〜0.30%、Zn 0.15〜0.30%、Si 0〜0.05%及び不可避の不純物を含有し、残部がCuであることを特徴とする(3)項記載の小型アンテナ、
(5)析出硬化型の銅合金が、Cu−Ni−Si系合金であることを特徴とする(2)項記載の小型アンテナ、
(6)析出硬化型のCu−Ni−Si系合金が、Ni 2.2〜3.2%、Si0.5〜0.7%、Zn 0.45〜0.65%、Ag 0.02〜0.05%、Mn 0〜0.1%及び不可避的不純物を含有し、残部がCuであることを特徴とする(5)項記載の小型アンテナ、
(7)析出硬化型の銅合金が、Cu−Mg系合金であることを特徴とする(2)項記載の小型アンテナ、
(8)析出硬化型の銅合金が、Cu−Fe系合金であることを特徴とする(2)項記載小型アンテナ、及び
(9)アンテナエレメントが、ミアンダ状またはヘリカル状であることを特徴とする(1)〜(8)項記載の小型アンテナ
を提供するものである。
【0005】
本発明において、析出硬化とは、過飽和固溶体から溶質が析出して安定な平衡状態に移ろうとする中間過程でおこる硬化現象であり、銅合金などにあっては、過飽和に固溶された合金成分がその後の焼鈍などによって微粒子となって析出し、このために硬化することをいう。
本発明において軟化温度とは、金属材料の焼鈍温度−硬度曲線の変曲点の温度を意味する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の小型アンテナは、アンテナエレメントを含む導体パターン材を合成樹脂系の誘電体材料に固定し、チップに成形して製造する。なお、本発明でいう小型アンテナとは、携帯電話用アンテナ、無線LAN用アンテナ、PHS用アンテナ、携帯端末用GPSアンテナなどをいう。
【0007】
この製造工程の概要を図1に示す。
まず、斜視図で示す図1(a)の導電板としての金属板1をパターニングして、図1(b)の導体パターン2を製造する。導体パターン2は後述のように特定の金属材料により形成されており、放射部3と端子部4とからなるアンテナエレメント5を有する。このアンテナエレメント5は、支持部6を介してフレーム部7によって支持されている。
【0008】
次に、図1(b)のA−A線断面図である図1(c)に示すようにこの導体パターン2を、射出成形金型9の上型10、下型11の間に挟むようにセットする。すなわちインサートする。この状態で、射出成形金型9のキャビティー12内に、溶融した誘電体材料を注入孔(図示しない)を通して、誘電体材料を注入する。誘電体材料を注入後、誘電体が150℃以下になるまで金型を放冷する。
その後上型10、下型11を取り外すと、例えば、後述の図3に示すような導体パターン2のアンテナエレメント5の部分を誘電体13で覆った一次成形品14が製造される。
このあと、導体パターン2の支持部6、端子部4を適当な位置で切断すると、図1(d)に拡大斜視図として示す小型アンテナ15を製造できる。
なお、上述した好ましい実施の態様を示した図1では、放射部3をミアンダ状に形成したが、これに限らず、ヘリカル状などの任意の形状とすることができる。さらに、上述した実施の態様では、誘電体13の断面形状が矩形であったが、これに限らず、その断面形状を円や楕円などの任意の形状としてもよい。
【0009】
誘電体材料としては、合成樹脂、合成樹脂とセラミックス粉末を混合した複合材料など、射出成形可能なものを用いる。ここで使用しうる合成樹脂としてはPPS(ポリフェニレンスルフィド)、PEI(ポリエーテルイミド)、LCP(リキッド・クリスタル・ポリマー)等が好適である。セラミックス粉末としてはチタン酸バリウム(BaTi03)、酸化チタン(TiO2)、BaO−NdO2−TiO2−Bi2O2系誘電体セラミックスなどが好適である。本発明においては誘電体材料の合成樹脂にセラミックス粉末を混合する場合、その割合は誘電体材料の全量中、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。
【0010】
また本発明において、誘電体材料を用いる射出成形温度は、その合成樹脂成分の融点を越える温度であり、好ましくは290℃以上、より好ましくは290〜320℃である。
本発明においては、導体パターン材の金属材料として、前記のZ値が2000(N/mm2・℃)以上、好ましくは2400(N/mm2・℃)以上のものを用いる。このようにZ値が2000(N/mm2・℃)以上の金属材料を用いることにより周波数特性バラツキが著しく小さくできる。
このようなZ値(引張強さ)×(軟化温度)/100が2000(N/mm2・℃)以上の金属材料としては析出硬化型の銅合金が好ましく、Cu−Cr系合金が好ましい。
【0011】
析出硬化型の銅合金が、Z値2000(N/mm2・℃)以上において本発明の目的の効果を奏する理由としては次のことが考えられる。
▲1▼導電率と強度を両立できるので、このアンテナの放射効率を向上できることに加え、製造時のアンテナエレメントの変形を抑制できる。▲2▼合成樹脂との密着性が固溶型に比べて良く、チップを形成する材料として合成樹脂や合成樹脂とセラミックス粉末とを混合した複合材料を用いた場合には、チップとアンテナエレメントの密着性が高く、放射効率が安定化し、またチップの剥離を防止できることが期待できる。またこれにより、アンテナエレメントからチップ外縁までの距離を小さくして、アンテナをより一層小型化することも可能になる。▲3▼耐熱性が良好なので、射出成形時の熱による強度低下が少ない。
とりわけその中でもCu−Cr系合金は、導電率と強度を両立できる点で最も優れ、この小型アンテナに好適である。
【0012】
本発明に用いられる析出硬化型のCu−Cr系合金の中で特に好ましいのは組成はCr 0.3%、Sn 0.25%、Zn 0.2%、Si 0.03%、残部不可避の不純物とCuである。この組成は、Cu合金の中で、最も導電率と強度のバランスがよい。ハンダ付け性も良い。
【0013】
さらに、本発明に用いられる析出硬化型の銅合金として、Cu−Ni−Si系合金が好ましいが、このCu−Ni−Si系合金の特に好ましい組成はNi 2.5%、Si 0.6%、Zn 0.5%、Ag 0.03%、Mn 0.08%で残部不可避の不純物とCuである。
Cu−Ni−Si系の析出硬化型の銅合金はバネ性が高く、成形時の変形防止を抑制でき、これがアンテナの周波数特性のバラツキの抑制に寄与すると考えられる。特に、圧着接続型アンテナの場合に特に好適である。
【0014】
析出硬化型のCu−Mg系合金は析出硬化型Cu合金の中で、Cu−Cr系に次いで導電率と強度のバランスがよいので、この合金によっても小型アンテナの周波数特性のバラツキを抑制できる。また、析出硬化型のCu−Fe系合金の場合も同様である。
【0015】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
実施例1
図1の(a)〜(d)の工程に従って小型アンテナ15を作成した。
導体板としての金属板1として、▲1▼純銅からなるもの、▲2▼りん青銅からなるもの、▲3▼EFTEC−64T 1/2H(商品名、古河電気工業社製、組成;Cr0.3%、Sn 0.25%、Zn 0.2%、残部 Cu)からなるもの、▲4▼EFTEC−23Z 1/2H(商品名、古河電気工業社製、組成;Ni 2.5%、Si 0.6%、Zn 0.5%、Ag 0.03%、Mn 0.08%、残部 Cu)からなるものを準備した。(タイプ、組成、引張強さ、軟化温皮、値Zなどは下記表1に示す。)
【0016】
金属板1の厚さは100μmである。
これらをエッチングにより同じパターンにパターニングし(図1(b)のようにミアンダ状とした)導体パターンを製造した。この導体パターンを図1(c)に示すように金型にセットし、誘電体材料を射出成形して、図3に示す形状及び寸法の一次成形品14を作成した。図3において誘電体13の輪郭は内部のアンテナエレメントの放射部を示すため点線で示した。また、導体パターン2の外側フレームの部分を省略して図示した。次いでこの一次成形品を、前述のように支持体、端子部の適当な位置で切断して誘電体13を成形してアンテナした。金型により射出成形した誘電体13のサイズは、8mm×3mm×0.8mmとした。
誘電体材料としては、PPSにセラミックス粉末を質量比で100:400で混合したものを用いた。この混合物を290〜320℃で溶融して圧力 70〜90MPa射出成形を行った。
【0017】
このような条件で各金属板毎に6個の小型アンテナを試作した。
このように製造したアンテナの周波数特性を下記のように測定し、そのバラツキ度を調べた。ここでバラツキ度とは、[(F0max−f0min)/f0avg]×100で表わされる。
F0max:6個のサンプル中最大の共振周波数を示すサンプルの共振周波数
f0min:6個のサンプル中最小の共振周波数を示すサンプルの共振周波数
f0avg:6個のサンプルが示す共振周波数の平均値
【0018】
その結果を表1と図2に示す。
表1及び図2の結果より、係数Zが600(N/mm2・℃)である実験番号▲1▼の試料は周波数バラツキ度3.51と合格基準点3を大きく越えるのに対し、係数Zが2000(N/mm2・℃)を越える実験番号▲2▼〜▲4▼の試料は、周波数バラツキ度が2〜1台の値を示し、著しくアンテナ自体のバラツキ度を低減できた。特に実験番号▲2▼、▲3▼の試料は周波数バラツキ度は1台の値を示し、極めて優れる。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】
本発明の小型アンテナは目標とする周波数特性に対しバラツキを著しく抑制することができ、製品の歩止まりを向上することができるという特徴を有する。さらに本発明の小型アンテナは導電率と強度を両立して、アンテナの放射効率を向上できる。さらにアンテナエレメントと誘電体との密着性が優れるという利点を有し、放射効率が安定化し、もちろんチップの剥離を防止することができ、これによりアンテナの一層の小型化が可能となる。さらに本発明の小型アンテナは金属材料の耐熱性が良好であり、射出成形時の熱による強度低下が少ないという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の小型アンテナの製造工程を(a)〜(d)で示す説明図である。図1(a)、(d)は斜視図、図1(b)は平面図、図1(c)は断面図である。
【図2】実施例において試作したアンテナの周波数バラツキ度を示すグラフである。
【図3】本発明の一実施態様における導体パターンとアンテナエレメント及び誘電体の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1 金属板
2 導体パターン
3 放射部
4 端子部
5 アンテナエレメント
6 支持部
7 フレーム部
9 射出成形金型の
10 上型
11 下型
12 キャビティー
13 誘電体
14 一次成形品
15 小型アンテナ
Claims (9)
- アンテナエレメントを含む導体パターン材を誘電体材料に射出成形により固定し、チップに成形してなる小型アンテナであって、前記導体パターン材の金属材料が、下記式で算出されるZ値
Z=(引張強さ(N/mm2))×(軟化温度(℃))/100
が2000(N/mm2・℃)以上であることを特徴とする小型アンテナ。 - 前記金属材料が析出硬化型の銅合金であることを特徴とする請求項1記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型の銅合金が、Cu−Cr系合金であることを特徴とする請求項2記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型の銅合金が、Cr 0.20〜0.35質量%(以下、単に%という)、Sn 0.20〜0.30%、Zn 0.15〜0.30%、Si 0〜0.05%及び不可避の不純物を含有し、残部がCuであることを特徴とする請求項3記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型の銅合金が、Cu−Ni−Si系合金であることを特徴とする請求項2記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型のCu−Ni−Si系合金が、Ni 2.2〜3.2%、Si 0.5〜0.7%、Zn 0.45〜0.65%、Ag 0.02〜0.05%、Mn 0〜0.1%及び不可避的不純物を含有し、残部がCuであることを特徴とする請求項5記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型の銅合金が、Cu−Mg系合金であることを特徴とする請求項2記載の小型アンテナ。
- 析出硬化型の銅合金が、Cu−Fe系合金であることを特徴とする請求項2記載小型アンテナ。
- アンテナエレメントが、ミアンダ状またはヘリカル状であることを特徴とする請求項1〜8記載の小型アンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002186978A JP2004032455A (ja) | 2002-06-26 | 2002-06-26 | 小型アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2002186978A JP2004032455A (ja) | 2002-06-26 | 2002-06-26 | 小型アンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004032455A true JP2004032455A (ja) | 2004-01-29 |
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ID=31182146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002186978A Pending JP2004032455A (ja) | 2002-06-26 | 2002-06-26 | 小型アンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004032455A (ja) |
-
2002
- 2002-06-26 JP JP2002186978A patent/JP2004032455A/ja active Pending
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