JP2004274267A

JP2004274267A - マルチアンテナ装置

Info

Publication number: JP2004274267A
Application number: JP2003060385A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirabayashi; 崇之平林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】異なる周波数帯域の電波に対して、小型化を図り、高精度かつ高自由度に最適化されて送受信を可能とする。
【解決手段】第１の周波数帯域の電波に対して共振動作する全長Ｌを有するとともに第２の周波数帯域の電波に対して共振動作する長さ位置Ｍで切断部１５によって第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂとに分離されたアンテナパターン１１がプリント配線技術により製作したベース基板部２に形成され、切断部１５を挟んで対向する第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂとを接続する第２の周波数帯域の電波に対して共振動作する薄膜受動素子２５，２６によって構成した共振器１６が薄膜技術によって製作した薄膜回路部３に形成される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性を有する小型のマルチアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信機能は、近年、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器或いは携帯電話機やＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の通信端末機器ばかりでなく、各種の民生用電子機器、例えばオーディオ製品、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタ或いはエンタテイメントロボット等にも搭載されている。無線通信機能は、電子機器ばかりでなく、例えば無線ＬＡＮ用のアクセスポイント、ＰＣＭＣＩＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅｍｏｒｙＣａｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｓｉａｔｉｏｎ）仕様カード、コンパクトフラッシュカード（登録商標）、ミニＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）カード等のいわゆる小型のアクセサリー機能カードにも搭載されることによってストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールを構成している。
【０００３】
無線通信方式としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａで提案されている５．２ＧＨｚ帯域の電波を用いる狭域無線通信システムやＩＥＥＥ８０２．１１ｂで提案されている２．４ＧＨｚ帯域の電波を用いる無線ＬＡＮシステム或いはＢｌｕｅｔｏｏｈと称される近距離無線通信システム等の種々の無線通信方式が提案されている。各種電子機器や無線カードモジュール等においては、かかる周波数帯域を異にする複数の無線通信方式に対して接続を可能とするインターフェース仕様を有し、各周波数帯域の電波を送受信することが可能であることが必要となっている。無線カードモジュール等においては、複数の無線通信方式に対応するためにそれぞれの周波数帯域の電波を送受信可能とするアンテナが必要となるとともに、さらに異なる方向からの電波の送受信を可能とするダイバーシチ構成とするために各周波数帯域毎に配置を異にした２本のアンテナが必要となる。
【０００４】
従来の無線カードモジュール１００は、図１３に示すようにカードサイズのモジュール基板１０１上に詳細を省略する通信制御部１０２や信号処理部１０３或いはメモリ部１０４等を有する回路部１０５が搭載されるとともに、モジュール基板１０１の長手方向の相対する両側領域にアンテナ部１０６とコネクタ部１０７とが設けられ、図示しないケースの内部に収納される。無線カードモジュール１００は、コネクタ部１０７を本体機器に設けたスロットに装填することによって、コネクタ部１０７が本体機器側のコネクタ部と接続されて無線通信機能を含む所定の機能を付加する。
【０００５】
無線カードモジュール１００は、本体機器に装填された状態においてアンテナ部１０６が本体機器から露出されて、このアンテナ部１０６により電波を送受信する。無線カードモジュール１００は、例えば上述した５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の異なる周波数帯域の電波に対して送受信特性を有するとともに電波の方向特性すなわちダイバーシチ特性とを有する。したがって、無線カードモジュール１００には、図１３に示すようにアンテナ部１０６に、一対のアンテナ素子１０８，１０９とからなる５．２ＧＨｚ帯域用の第１のアンテナ１１０と、一対のアンテナ素子１１１，１１２とからなる２．４ＧＨｚ帯域用の第２のアンテナ１１３とが設けられている。
【０００６】
無線カードモジュール１００には、モジュール基板１０１のアンテナ部１０６において、幅方向に離間した一方領域に第１のアンテナ１１０が形成されるとともに他方領域に第２のアンテナ１１３が形成される。第１のアンテナ１１０は、モジュール基板１０１上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子１０８と、このアンテナ素子１０８と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子１０９とからなる。第２のアンテナ１１３も、モジュール基板１０１上に側縁に沿って長手方向にパターン形成されたアンテナ素子１１１と、このアンテナ素子１１１と直交して側端に沿ってパターン形成されたアンテナ素子１１２とからなる。
【０００７】
また、図１４に示した従来の無線カードモジュール１２０は、アンテナ部１０６に一対のチップアンテナ１２１，１２２が搭載されてなる。チップアンテナ１２１，１２２は、例えば体積が４０ｍｍ^３程度の超小型セラミック誘電体アンテナからなり、それぞれ５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の電波に対する送受信特性を有している。チップアンテナ１２１，１２２は、ダイバーシチ特性が付与されるように、モジュール基板１０１のアンテナ部１０６にそれぞれ配列されて実装される。
【０００８】
図１５に示した従来の無線カードモジュール１３０も、モジュール基板１０１のアンテナ部１０６に、幅方向に離間した一方領域に５．２ＧＨｚ帯域用のダイバシチを構成する一対の第１のアンテナ１３１，１３２が形成されるとともに、他方領域に２．４ＧＨｚ帯域用のダイバシチを構成する一対の第２のアンテナ１３３，１３４が形成されてなる。無線カードモジュール１３０は、これら第１のアンテナ１３１，１３２と第２のアンテナ１３３，１３４とが、それぞれいわゆる逆Ｆ形アンテナ（ＩＦＡ：ｉｎｖｅｒｔｅｄＦａｎｔｅｎａ）或いは基板にＦ形パターンを直接形成したり金属薄板の板金加工によって形成したＦ型アンテナ素子を基板上に接合してなるいわゆる平面逆Ｆ型アンテナ（ＰＩＦＡ：ｐｌａｉｎｅｒｉｎｖｅｒｔｅｄＦａｎｔｅｎａ）によって構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した無線カードモジュール１００においては、５．２ＧＨｚ帯域と２．４ＧＨｚ帯域の電波に対する送受信特性とダイバーシチ特性とを備えるようにすると、それぞれ一対のアンテナ素子（１０８，１０９），（１１１，１１２）を互いに直交して配列してなる二組のアンテナ１１０，１１３をモジュール基板１０１上に形成しなければならない。かかる無線カードモジュール１００は、アンテナ部１０６に大きな面積が必要となることから、カードサイズの基板に形成することが困難であった。
【００１０】
また、上述した無線カードモジュール１２０においては、超小型のチップアンテナ１２１，１２２を備えることで、本体機器からのアンテナ部１０６の突出量を低減するとともに小型軽量化が図られるようになる。しかしながら、かかる無線カードモジュール１２０においては、チップアンテナ１２１，１２２が比較的高価であるためにコストが高くなるといった問題があった。また、無線カードモジュール１２０は、チップアンテナ１２１，１２２がモジュール基板１０１の基板サイズや本体機器の筐体の材質や比誘電率或いは間隔等の変化により生じる電磁界変化の影響を受けて特性が著しく変化するといった特性があり、この特性変化によってインピーダンスマッチングにズレが生じたり、利得が低下してしまうといったように実用特性に問題があった。
【００１１】
さらに、上述した無線カードモジュール１３０においては、各逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４が、上述したチップアンテナ１２１，１２２と比較して、適用帯域が広く、本体機器の筐体金属部分等の影響による特性変化も少ないことから安定した性能を有する。また、無線カードモジュール１３０は、各逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４が、チップアンテナ１２１，１２２と比較して廉価に形成されることから、コストの低減が図られる。
【００１２】
しかしながら、無線カードモジュール１３０においては、５．２ＧＨｚ帯域に特性を有する第１のアンテナ１３１，１３２がそれぞれモジュール基板１０１上において１個当たり約１５０ｍｍ^２程度の容積を必要とするとともに、２．４ＧＨｚ帯域に特性を有する第２のアンテナ１３３，１３４が配線基板上において１個当たり約３００ｍｍ^２程度の容積を必要とする。したがって、無線カードモジュール１３０においては、かかる逆Ｆ形アンテナ１３１〜１３４をカードサイズの基板に形成することが困難であり、モジュール基板１０１に形成することによって大型化するといった問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は、配線基板にプリント形成したアンテナパターンの途中部位に薄膜技術によって製作した共振器を付加することによって、異なる周波数帯域の電波に対する送受信特性を高精度かつ高自由度に最適化することを可能とした小型のマルチアンテナ装置を提供することを目的に提案されたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるマルチアンテナ装置は、プリント配線技術によって製作されるベース基板部と、このベース基板部の表面層上に形成されたアンテナパターンと、ベース基板部の平坦化された表面層上に薄膜技術によって形成された薄膜回路部とから構成される。マルチアンテナ装置は、アンテナパターンが、線路長の全長を第１の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さに形成されるとともに、途中部位の第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さ位置において切断部によって分離されてなる。マルチアンテナ装置は、薄膜回路部が、誘電絶縁層と微細配線層とからなり、微細配線層内に第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する共振器を構成する薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる共振回路が形成されてなる。マルチアンテナ装置は、切断部によって分離されたアンテナパターンが、切断部を挟んで対向するパターン端部間を薄膜共振器によって接続されてなる。
【００１５】
以上のように構成された本発明にかかるマルチアンテナ装置によれば、アンテナパターンの全長で設定されて共振する第１の周波数帯域の電波と、アンテナパターンの切断部までの長さで設定されて共振器で共振する第２の周波数帯域の電波に対する送受信特性を有する。マルチアンテナ装置によれば、配線基板に形成した１個のアンテナパターンの面積容量であっても異なる周波数帯域の電波の送受信が可能とされることから、小型化が図られるようになる。マルチアンテナ装置によれば、薄膜技術によって高精度に成膜形成された薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とにより構成された共振器とアンテナパターンとを一体化することから、高精度かつ高自由度に最適化を図ることが可能とされるようになる。マルチアンテナ装置によれば、精度や容積を大きく異にするアンテナパターンと薄膜受動素子とをそれぞれに適応した技術によって形成して一体化することから高精度に形成することが可能である。
【００１６】
また、上述した目的を達成する本発明にかかるマルチアンテナ装置は、プリント配線技術によって製作されるベース基板と、このベース基板の表面層上に形成されたアンテナパターンと、薄膜技術によって製作されてベース基板の表面層上に接合される薄膜回路体とから構成される。マルチアンテナ装置は、アンテナパターンが、線路長の全長を第１の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さに形成されるとともに、途中部位の第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さ位置において切断部によって分離されてなる。マルチアンテナ装置は、薄膜回路体が、誘電絶縁層と微細配線層とからなり、微細配線層内に第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する共振器を構成する薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる共振回路が形成されてなる。マルチアンテナ装置は、ベース基板に対して薄膜回路片が、切断部を挟んで対向するアンテナパターンのパターン端部間を薄膜共振器によって接続するようにして接合されてなる。
【００１７】
以上のように構成された本発明にかかるマルチアンテナ装置によれば、アンテナパターンの全長で設定されて共振する第１の周波数帯域の電波と、アンテナパターンの切断部までの長さで設定されて共振器で共振する第２の周波数帯域の電波に対する送受信特性を有する。マルチアンテナ装置によれば、ベース基板に形成した１個のアンテナパターンの面積容量であっても、異なる周波数帯域の電波の送受信が可能とされることから、小型化が図られるようになる。マルチアンテナ装置によれば、ベース基板に薄膜回路体を接合することによって、薄膜技術により高精度に成膜形成した薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる薄膜共振器とアンテナパターンとを全体として同一基板上に一体化して製作されることから、高精度かつ高自由度にアンテナ特性の最適化を図ることが可能とされるようになる。マルチアンテナ装置によれば、精度や面積或いはコントロール精度を大きく異にするアンテナパターンと薄膜受動素子とをそれぞれに適応した技術によって形成することから、高精度に形成することが可能である。マルチアンテナ装置によれば、必要な機能を有する薄膜回路体をベース基板と別工程の薄膜技術によって製作することから、配線基板に一般的な基板材を用いるとともに表面の平坦化処理等を施すことが不要となりコストの低減が図られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として図１に示したアンテナモジュール装置１は、プリント基板技術により形成されたベース基板部２と、このベース基板部２上に薄膜技術により積層形成された高周波回路部３とから構成される。アンテナモジュール装置１は、ベース基板部２が、カードサイズに形成された図示しないマザー基板に実装されるとともに、筐体に収納されてカード型無線モジユールを構成する。カード型無線モジユールには、詳細を省略するがマザー基板に、アンテナモジュール装置１とともに例えばストレージ機能用メモリ素子、ベースバンド信号処理用ＬＳＩ或いは高周波信号処理用ＲＦモジュール等が搭載されている。
【００１９】
なお、アンテナモジュール装置１は、ベース基板部２をカードサイズに形成するとともに、このベース基板部２上の一部領域に高周波回路部３を積層形成しかつ上述した各素子等を搭載するようにしてもよい。また、アンテナモジュール装置１は、高周波回路部３上に、例えば送受信回路部を構成するＩＣ素子やフィルタ素子等を適宜実装するようにしてもよい。
【００２０】
カード型無線モジユールには、マザー基板の一端側に位置してＰＣＭＣＩＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｐｕｔｅｒＭｅｍｏｒｙＣａｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｓｉａｔｉｏｎ）規格準拠のコネクタ部が設けられる。カード型無線モジユールは、マザー基板のコネクタ部と対向する他端側に位置してアンテナモジュール装置１が搭載される。カード型無線モジユールは、ＰＣＭＣＩＡ規格準拠のコネクタ部が内蔵されたパーソナルコンピュータやモバイル機器或いは各種の電子機器等の本体機器に設けられたスロットに装填される。カード型無線モジユールは、この場合にアンテナモジュール装置１に形成された詳細を後述するマルチアンテナ部４がスロットの開口部から突出される。カード型無線モジユールは、本体機器に対して所定の拡張機能や無線通信機能を付加し、また本体機器との間でデータ等の授受を行う。なお、カード型無線モジユールは、アンテナモジュール装置１がマザー基板を兼用する場合には、このアンテナモジュール装置１にコネクタ部が形成される。
【００２１】
カード型無線モジユールは、アンテナモジュール装置１のマルチアンテナ部４が、詳細を後述するように２種類の周波数帯域の電波、すなわち２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２の送受信特性を有し、本体機器にかかる無線通信機能を付加する。アンテナモジュール装置１は、向きを異にした詳細を後述する一対のアンテナパターン１１を備えることによって、マルチアンテナ部４が異なる方向の電波に対する送受信特性を有するダイバーシチ構成とするようにしてもよい。アンテナモジュール装置１は、詳細を後述するように小型であることから、ダイバーシチ構成としてもカード型無線モジユールに搭載することが可能である。
【００２２】
アンテナモジュール装置１は、ベース基板部２が、有機基板の表裏主面に多層の配線層を形成する従来の一般的な多層プリント基板の製造方法によって形成される。ベース基板部２には、例えば一対の銅貼り有機基板からなるコア基板５，６が用いられ、それぞれ銅箔に対してフォトリソグラフ処理やエッチング処理等を施すことによって表裏主面に適宜の配線パターンを有する配線層８ａ〜８ｄが形成される。ベース基板部２は、コア基板５、６が相対する主面をプリプレグ７によって一体に接合してなる。なお、ベース基板部２は、例えば両面基板の主面上に、それぞれ誘電絶縁層を介して配線層を多層に形成するようにしてもよい。
【００２３】
コア基板５，６には、低誘電率で低いＴａｎδ特性、すなわち高周波特性に優れるとともに機械的剛性と耐熱性及び耐薬品性を有する基板が用いられる。コア基板５，６には、具体的には比較的廉価なＦＲ４グレード（耐熱グレード４：ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＧｒａｄｅ）の耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂銅張積層基板が用いられる。また、コア基板５，６には、例えばポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ），ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−ｒｅｓｉｎ），テフロン（登録商標），ポリイミド，液晶ポリマ（ＬＣＰ），ポリノルボルネン（ＰＮＢ），セラミック或いはセラミックと有機基材の混合体等が基材として用いられる。
【００２４】
アンテナモジュール装置１は、上述したようにベース基板部２に廉価な基材のコア基板５，６を用いることにより、比較的高価なＳｉ基板やガラス基板と比較して材料コストの低減が図られる。なお、アンテナモジュール装置１は、ベース基板部２に高比誘電率基材を用いることによって、共振周波数を下げて小型化が図られるようになる。また、プリプレグ７には、低誘電率特性を有する例えばエポキシ系接着剤樹脂やアクリル系接着剤樹脂或いは適宜の接着剤が用いられる。
【００２５】
ベース基板部２は、図１に示すように、各配線層８ａ〜８ｄがスルーホールによって層間接続される。なお、スルーホールビアは、周知のようにプリプレグを介して一体化されたコア基板５、６に対して、レーザやドリル等によって穿孔加工を施す工程と、各穿孔内にメッキ等による内壁の導通処理を施す工程と、穿孔内に導電ペーストを埋め込んで導通化する工程と、メッキ等による導電蓋の形成工程等を経て形成される。ベース基板部２は、コア基板５の第１配線層８ａに適宜の端子パターン９が形成され、これら端子パターン９に無電解ニッケル／銅めっき等の端子化処理を施することによって端子部を形成する。ベース基板部２には、各端子部を露出させるようにして第１配線層８ａの全体を被覆して絶縁層１０が形成される。
【００２６】
ベース基板部２は、詳細を省略するが各配線層８ａ〜８ｄが高周波回路部３に対する電源回路やグランドを構成する。ベース基板部２は、プリント基板技術により形成されることによって、配線層内に充分な面積を有する電源回路やグランドを構成することが可能となり、高周波回路部３に対してレギュレーションの高い給電が行われるようになる。
【００２７】
ベース基板部２には、図２に示すように、一端側に位置して第４配線層８ｄの一部にアンテナパターン１１を形成してマルチアンテナ部４が構成される。アンテナパターン１１は、いわゆる逆Ｆ型パターンからなり、ベース基板部２の側縁に沿って所定の線路長を有して形成されたアンテナ素子部１２と、このアンテナ素子部１２の一端から直角に折曲されて連設されたグランド接続パターン部１３と、このグランド接続パターン部１３と所定の間隔を以って平行に対峙してアンテナ素子部１２から折曲形成された給電パターン部１４とからなる。
【００２８】
アンテナ素子部１２は、詳細を省略するが、グランド接続パターン部１３がスルーホールを介して内層のグランド部と接続されるとともに、給電パターン部１４もスルーホールを介して内層の給電部と接続されている。また、アンテナ素子部１２は、給電パターン部１４がビア１７を介して後述する高周波回路部３と接続されている。
【００２９】
アンテナ素子部１２は、その全長Ｌが２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１で共振動作が生じるように、電波ｆ１の波長λ１の１／２λ１或いは１／４λ１に設定されている。アンテナ素子部１２には、グランド接続パターン部１３から長さＭの位置でにおいて、先端側が開放されるようにして切断部１５が形成されている。アンテナ素子部１２は、この線路長Ｍが５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２で共振動作が生じるように電波ｆ２の波長λ２の１／２λ２或いは１／４λ２に設定されている。アンテナ素子部１２は、切断部１５によって開放された給電パターン部１４側の線路長Ｍの第１アンテナ素子部１２ａと、先端側の線路長Ｎ（Ｌ−Ｍ）の第２アンテナ素子部１２ｂとからなる。なお、アンテナ素子部１２は、第１アンテナ素子部１２ａや第２アンテナ素子部１２ｂが、コア基板５，６の材質等によって上述した長さに限定されずそれぞれ適宜の長さに設定される。
【００３０】
アンテナ素子部１２は、切断部１５によって開放された第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂとが、高周波回路部３内に成膜形成した詳細を後述する共振器１６を介して接続される。アンテナパターン１１は、上述したアンテナ素子部１２と後述する特性を有する共振器１６とによって、２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２とに対する送受信特性を有する。なお、共振器１６は、詳細を後述するように高周波回路部３に形成したビア１７を介してアンテナ素子部１２と接続されている。
【００３１】
ベース基板部２は、上述した第４配線層８ｄを被覆するようにして絶縁層１８を成膜形成し、この絶縁層１８に対して例えばアルミナとシリカの混合液からなる研磨剤を用いて配線パターンやアンテナパターン１１を露出させる研磨処理が施される。ベース基板部２は、この研磨処理を施すことによって、高周波回路部３を積層形成する最上層が平坦化される。なお、ベース基板部２は、上述した研磨処理ばかりでなく、例えば方向性化学エッチング法（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）やプラズマエッチング法（ＰＥ：ＰｌａｓｍａＥｔｃｈｉｎｇ）等によって最上層の平坦化を行うようにしてもよい。
【００３２】
ベース基板部２は、平坦化された最上層上に薄膜技術によって高周波回路部３が積層形成されることにより、この高周波回路部３によってアンテナパターン１１が被覆される。ベース基板部２は、高周波回路部３による誘電効果によって、マルチアンテナ部４の小型化が図られるようになる。
【００３３】
高周波回路部３は、ベース基板部２の平坦化された最上層上に順次積層形成された第１誘電絶縁層１９と、微細配線層２０と、第２誘電絶縁層２１と、配線層２２と、保護層２３等からなる。第１誘電絶縁層１９は、ベース基板部２上に、塗布均一性、厚み制御性を保持することが可能な塗布方法、例えばスピンコート法、カーテンコート法、ロールコート法或いはディップコート法等によって誘電絶縁材が所定の厚みを以って塗布されて形成される。誘電絶縁材には、低誘電率で耐熱性や耐薬品性に優れた特性を有する誘電絶縁材、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、ポリノルボルネン（ＰＮＢ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ビスマレイドトリアジン（ＢＴ−レジン）、ポリフェニールエチレン（ＰＰＥ）或いはエポキシ樹脂やアクリル系樹脂が用いられる。
【００３４】
第１誘電絶縁層１９には、ベース基板部２側の第４配線層８ｄと層間接続を行うために適宜のビアホール２４が形成される。ビアホール２４は、感光性の誘電絶縁材を用いた場合には、例えば所定のパターンを設けたマスクを用いてフォトリソグラフ処理やエッチング処理等を施して形成される。ビアホール２４は、非感光性の誘電絶縁材を用いた場合には、例えばフォトレジストや金等の金属薄膜をマスクとしてＲＩＥ等のドライエッチングを施して形成される。ビアホール２４は、少なくとも第４配線層８ｄに形成されたアンテナパターン１１の切断部１５によって切り分けられた第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂの相対する端部に臨んで形成される。
【００３５】
高周波回路部３は、第１誘電絶縁層１９上に、薄膜キャパシタ素子２５と薄膜インダクタ素子２６とを有する微細配線層２０が積層形成される。微細配線層２０は、高周波帯域において損失の小さいＣｕ配線によって形成され、例えばめっき法やスパッタ法により銅薄膜層を形成するとともに、この銅薄膜層に対してフォトリソグラフ処理やエッチング処理等を施して所定のパターニング処理を施して形成される。なお、高周波回路部３は、上述した銅薄膜層を形成する際に各ビアホール２４の内壁にも銅薄膜層を形成することによってビア１７を形成し、これらビア１７を介してアンテナパターン１１の各部と導通されるようにする。
【００３６】
薄膜キャパシタ素子２５は、微細配線層２０の一部に形成され、図４に示すように下電極２７と、この下電極２７上に誘電体膜２９を介して積層形成された上電極２８とからなる。なお、微細配線層２０は、第１誘電絶縁層１９との密着性を向上させるために下地層として形成されたＣｒ，Ｎｉ，Ｔｉ等からなるバリア層上に形成するようにしてもよい。
【００３７】
薄膜キャパシタ素子２５の形成工程は、下電極２７を含む微細配線層２０を被覆する窒化タンタル（ＴａＮ）層を形成する工程と、ＴａＮ層を被覆する陽極酸化マスク層を形成する工程と、陽極酸化処理を行う工程と、不要な陽極酸化マスク層を除去する工程及び上電極２８を形成する工程等を有する。ＴａＮ層は、抵抗体として作用するとともに陽極酸化処理により形成される酸化タンタル（ＴａＯ）誘電体膜のベースとして作用し、スパッタ法等によって形成される。
【００３８】
陽極酸化マスク層は、例えばフォトレジストや酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が用いられて、薄膜キャパシタ素子２５の下電極２７を外方に臨ませて形成される。陽極酸化マスク層は、陽極酸化処理を施すことによって、外方に臨まされた薄膜キャパシタ素子２５の下電極２７に対応するＴａＮ層を選択的に陽極酸化させる。陽極酸化処理は、例えば電解液としてホウ酸アンモニウムを用いて５０ｖ乃至２００ｖの電圧印加を行うことで、ＴａＮ層を薄膜キャパシタ素子２５の誘電体膜２９となるＴａＯ層とする。全体に形成されたＴａＮ層は、フォトリソグラフ処理やエッチング処理が施されて不要箇所が除去される。
【００３９】
以上の工程を経て形成された薄膜キャパシタ素子２５は、図３に示すように微細配線層２０の配線パターン２０ａを介して下電極２７が薄膜インダクタ素子２６の外周端２６ａと接続される。薄膜インダクタ素子２６は、図５に示すように微細配線層２０の一部に形成されたスパイラル型インダクタ素子からなる。薄膜キャパシタ素子２５と薄膜インダクタ素子２６は、上電極２８と内周端２６ｂとが、配線層２２の配線パターン２２ａを介して接続されることにより、図３に示すように並列共振型の共振器１６を構成する。
【００４０】
高周波回路部３は、微細配線層２０上に上述した第１誘電絶縁層１９と同様の工程を経て誘電絶縁材を所定の厚みに塗布して第２誘電絶縁層２１を形成する。第２誘電絶縁層２１には、少なくとも薄膜キャパシタ素子２５の上電極２８と薄膜インダクタ素子２６の内周端２６ｂとを外方に臨ませるビアホール３０が形成される。
【００４１】
高周波回路部３は、第２誘電絶縁層２１上にめっき法やスパッタ法によって銅膜層を成膜形成し、この銅膜層に対してフォトリソグラフ処理やエッチング処理等を施して所定のパターン形成処理を施して配線層２２を形成する。なお、配線層２２は、銅膜層を形成する際に各ビアホール３０の内壁にも銅膜層を形成することによってビア３１を形成し、これらビア３１が微細配線層２０の適宜の配線パターンやアンテナパターン１１の所定箇所と導通されるようにする。配線層２２には、詳細を省略するが適宜のランドパターン３２も形成され、これらランドパターン３２に端子処理が施される。配線層２２には、ランドパターン３２を外方に臨ませてレジスト材をコーティングして保護層２３が成膜形成される。高周波回路部３は、ランドパターン３２を利用して、図示しないＩＣ素子やフィルタ素子或いは各種の電子部品がフリップチップ実装される。
【００４２】
高周波回路部３は、上述したように平坦化されたベース基板部２の主面上に形成されることから、微細配線層２０や薄膜受動素子２５，２６を形成する際のフォトリソグラフ処理時の焦点深度の保持或いはマスキング時のコンタクトアライメント特性が良好となる。したがって、高周波回路部３は、微細配線層２０や薄膜受動素子２５，２６が高精度に形成される。
【００４３】
以上のように構成されたアンテナモジュール装置１は、アンテナ素子部１２が切断部１５を介して第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂとに分割されるとともに、これら第１アンテナ素子部１２ａと第２アンテナ素子部１２ｂとが共振器１６を介して接続されてマルチアンテナ部４が構成されている。アンテナモジュール装置１は、上述したようにアンテナ素子部１２が電波ｆ１の波長λ１の１／２λ１或いは１／４λ１と等しい全長Ｌを有することによって、２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１で共振動作が生じる。
【００４４】
アンテナモジュール装置１は、切断部１５によって分離された第１アンテナ素子部１２ａが給電点から線路長Ｍを上述したように電波ｆ２の波長λ２の１／２λ２或いは１／４λ２に規定される。アンテナモジュール装置１は、切断部１５から先端側の第２アンテナ素子部１２ｂが、電波ｆ２について共振器１６のインピーダンスが無限大に近くいわゆる寄与しない線路となる。したがって、アンテナモジュール装置１は、第１アンテナ素子部１２ａの線路長による５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２で共振動作が生じる。
【００４５】
一方、アンテナモジュール装置１は、電波ｆ２と周波数帯域を異にする電波に対して、この電波が共振器１６を通過して第２アンテナ素子部１２ｂにまで達することによって、アンテナ素子部１２の全長Ｌで共振動作が生じるようになる。すなわち、アンテナモジュール装置１は、上述したようにアンテナ素子部１２の全長Ｌによる電波ｆ１で共振動作が生じる。
【００４６】
共振器１６は、薄膜キャパシタ素子２５の容量を０．５ｐＦとするとともに、薄膜インダクタ素子２６の特性を１．９ｎＨとした場合に、図６に示した透過特性のシュミレーション結果を得る。この透過特性図において、縦軸が透過特性（ｄＢ）、横軸が周波数帯域（ＧＨｚ）である。共振器１６は、同図から明らかなように２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１について殆ど損失を生じることなく透過させるようにするとともに、５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２についてはいわゆるトラップとなって信号伝達が行われないようにする。したがって、アンテナモジュール装置１は、アンテナパターン１１の一部にかかる特性を有する共振器１６を設けたことによって、アンテナ素子部１２が２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２とについて送受信特性を有してマルチアンテナ部４を構成する。
【００４７】
また、アンテナモジュール装置１においては、比誘電率４．２のコア基板５，６上に第１アンテナ素子部１２ａの線路長Ｍが７．５ｍｍのアンテナパターン１１を形成した場合に、アンテナ素子部１２が図７に示した周波数リターンロス特性のシュミレーション結果を得る。同リターンロス特性図において、縦軸がリターンロス（ｄＢ）、横軸が入出力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナモジュール装置１は、アンテナパターン１１に、上述したように共振器１６を設けたことによって５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２に対して第２アンテナ素子部１２ｂが寄与しない線路となることから、共振周波数が実質的に第１アンテナ素子部１２ａの線路長Ｍによって等価的に決定される。
【００４８】
一方、アンテナモジュール装置１においては、線路長Ｍが７．５ｍｍの第１アンテナ素子部１２ａと、共振器１６を介して接続された線路長Ｎが１４．５ｍｍの第２アンテナ素子部１２ｂとからなる全長Ｌが２２ｍｍのアンテナパターン１１を比誘電率４．２のコア基板５，６に形成した場合に、アンテナ素子部１２が図８に示した周波数リターンロス特性のシュミレーション結果を得る。同リターンロス特性図において、縦軸がリターンロス（ｄＢ）、横軸が入出力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナモジュール装置１は、アンテナ素子部１２が、上述したように共振器１６に対して２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１をほぼ通過させることから、共振周波数が実質的にアンテナパターン１１の全長Ｌによって等価的に決定される。
【００４９】
なお、アンテナモジュール装置１は、線路長Ｍが７．５ｍｍの第１アンテナ素子部１２ａと線路長Ｎが１４．５ｍｍの第２アンテナ素子部１２ｂとからなるアンテナパターン１１及び共振器１６とを備えることにより、２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１と５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２とに対する送受信特性を有するように構成してなる。アンテナモジュール装置１は、かかる構成に限定されず、コア基板５，６を適宜選択するとともに各アンテナ素子部１２ａ，１２ｂの線路長或いは共振器１６の共振特性を適宜設定することによって、所定の周波数帯域の電波に対する送受信特性を有するマルチバンドアンテナを構成することが可能となる。
【００５０】
また、アンテナモジュール装置１においては、アンテナ素子部１２を逆Ｆ型のアンテナパターン１１によって構成したが、かかる逆Ｆ型アンテナに限定されるものではない。アンテナ素子部１２は、例えばモノポール型アンテナ、パッチ型アンテナ或いはダイポール型アンテナ等の各種のアンテナによって構成するようにしてもよい。さらに、アンテナモジュール装置１は、共振器１６を薄膜キャパシタ素子２５と薄膜インダクタ素子２６との並列共振回路によって構成したが、これら薄膜キャパシタ素子２５と薄膜インダクタ素子２６との直列共振回路によって構成するようにしてもよい。アンテナ素子部１２は、共振器１６が電波ｆ２についてインピーダンスが「無限大」となることで電波ｆ２で共振動作が行われるようになる。
【００５１】
アンテナモジュール装置１においては、高周波回路部３内に上述した共振器１６ばかりでなく、高精度かつ微細配線の送受信回路部やベースバンド信号処理回路部等を形成することによって高機能モジュールを構成することも可能である。また、アンテナモジュール装置１においては、上述したアンテナパターン１１と共振器１６に加えて、所定の線路長を有するアンテナパターンと共振特性を適宜設定した共振器とを設けることによって、大型化を抑制してさらに多数の周波数帯域の電波に対する送受信特性を有することが可能となる。
【００５２】
第２の実施の形態として図９に示したアンテナモジュール装置４０は、アンテナパターン４１の構成について特徴を有している。アンテナモジュール装置４０は、基本的な構成を上述したアンテナモジュール装置１と同様とすることから、それぞれ対応する部位に同一符号を示すことにより詳細な説明を省略する。アンテナパターン４１も、逆Ｆ型アンテナから構成されるとともに、アンテナ素子部４２が一部に切断部４３を形成して分断された第１アンテナ素子部４２ａと第２アンテナ素子部４２ｂとからなり、これら第１アンテナ素子部４２ａと第２アンテナ素子部４２ｂとを共振器１６を介して接続してなる。
【００５３】
アンテナパターン４１も、アンテナ素子部４２の全長が、電波ｆ１の波長λ１の１／２λ１或いは１／４λ１と等しい全長Ｌを有することによって２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１で共振動作が生じるようにする。また、アンテナパターン４１は、第１アンテナ素子部４２ａの線路長が電波ｆ２の波長λ２の１／２λ２或いは１／４λ２と等しい長さを有することによって５．２ＧＨｚ帯域の電波ｆ２で共振動作が生じるようにする。
【００５４】
アンテナパターン４１は、切断部４３から先端側の第２アンテナ素子部４２ｂが、図９に示すようにベース基板部２の側端部の近傍において折り返された構造となっている。アンテナモジュール装置４０は、アンテナパターン４１をかかるパターン形状とすることにより、小型化が図られる。アンテナモジュール装置４０は、かかる構造のアンテナ素子部４２が、図１０に示した周波数リターンロス特性のシュミレーション結果を得る。同リターンロス特性図において、縦軸がリターンロス（ｄＢ）、横軸が入出力周波数（ＧＨｚ）である。アンテナモジュール装置４０は、アンテナ素子部４２が、共振器１６に対して２．４ＧＨｚ帯域の電波ｆ１をほぼ通過させることから、上述したアンテナ素子部１２と同様に共振周波数が実質的にアンテナパターン４１の全長によって等価的に決定される。アンテナモジュール装置４０は、アンテナ素子部４２が、アンテナパターン４１を折返しパターンに形成したことによって小型化が図られる。
【００５５】
第１の実施の形態として示したアンテナモジュール装置１は、上述したようにプリント基板技術により形成されたベース基板部２と、このベース基板部２上に薄膜技術によって積層形成された高周波回路部３とから構成される。第３の実施の形態として図１１及び図１２に示したアンテナモジュール装置５０は、プリント基板工程により製作したベース基板５１に対して、別工程の薄膜工程により製作した微細配線回路片からなる薄膜回路体５２を貼り付けて構成してなる。アンテナモジュール装置５０は、比較的簡易な工程を経て廉価に製作することが可能なベース基板５１に対して、必要な部位に対応して高精度に製作される薄膜回路体５２を接合することによってコスト低減が図られるとともに、適宜に構成された薄膜回路体５２を製作することにより機能展開が容易に図られるようになる。
【００５６】
薄膜回路体５２は、図１２に示すようにダミー基板５３上で製作された後に、このダミー基板５３から剥離されてベース基板５１に接合される。ダミー基板５３には、高精度の平坦面を形成することが可能なシリコン基板やガラス基板が用いられ、その主面上に剥離層５４が形成される。剥離層５４は、例えば銅やアルミニウム等の金属薄膜層５５をスパッタ法等によってダミー基板５３の主面上に形成するとともに、この金属薄膜層５５上に例えばポリイミド樹脂等の樹脂層５６を形成して薄膜回路体５２を製作する。剥離層５４は、平坦なダミー基板５３の主面上に形成されることによって、樹脂層５６が平坦な主面を有して形成される。
【００５７】
剥離層５４には、樹脂層５６上に、上述した高周波回路部３の第１誘電絶縁層１９と同様の誘電絶縁材によって第１誘電絶縁層５７が形成される。薄膜回路体５２は、この第１誘電絶縁層５７上に、ビアホール５８の形成工程、微細配線層５９の形成工程、薄膜キャパシタ素子２５及び薄膜インダクタ素子２６の形成工程、第２誘電絶縁層６０の形成工程、ビアホール６１の形成工程或いは保護層６２の形成工程等を施して製作される。なお、これら各工程については、上述した高周波回路部３の各工程と同様であることから、詳細な説明を省略する。
【００５８】
薄膜回路体５２は、高精度の平坦面と耐熱特性とを有するダミー基板５３上に形成されることによって、微細配線層５９や薄膜受動素子２５，２６が高精度に形成される。薄膜回路体５２は、絶縁性や耐薬品性を有するダミー基板５３を用いることによって、スパッタリング時の熱影響或いはエッチング時のエッチング液の影響が低減される。
【００５９】
上述した工程を経て製作された薄膜回路体５２は、ダミー基板５３を酸或いはアルカリ溶液に浸漬する剥離工程を施すことによって、剥離層５４を介してダミー基板５３から剥離される。剥離層５４は、例えば金属薄膜層５５が銅薄膜層また樹脂層５６がポリイミド樹脂層によって形成される場合に、ダミー基板５３が硝酸溶液に浸漬されるとこれら銅薄膜層５５と樹脂層５６とを界面として薄膜回路体５２をダミー基板５３から簡単にかつ精度よく剥離させる。
【００６０】
薄膜回路体５２は、剥離面を構成する第１誘電絶縁層５７の底面に図１１に示すようにビアホール５８が露呈されている。薄膜回路体５２は、これらビアホール５８を切断部６４によって分断されたアンテナパターン６３の両端６３ａ，６３ｂと接続するようにして、同図矢印で示すようにベース基板５１の主面上に接合される。なお、アンテナパターン６３は、上述したアンテナパターン１１と同様に形成されることから、詳細な説明を省略する。
【００６１】
以上のように構成されたアンテナモジュール装置５０によれば、比較的大きなパターンが形成されるベース基板５１と、微細なパターンと高精度の薄膜受動素子２５，２６とが形成される薄膜回路体５２とをそれぞれの精度に応じた別工程によって製作する。したがって、アンテナモジュール装置５０によれば、薄膜受動素子２５，２６や微細配線層５９を形成するエッチング処理やアンテナパターン６３を形成するエッチング処理等を最適にコントロールすることが可能とされ全体として高精度でかつコストの低減を図って製作される。
【００６２】
なお、アンテナモジュール装置５０においても、ベース基板５１上に各種のパターンが形成される。また、アンテナモジュール装置５０においても、薄膜回路体５２に上述した共振器ばかりでなく、送受信回路部やベースバンド信号処理回路部等を形成して高機能モジュールを構成することも可能である。さらに、アンテナモジュール装置５０においても、上述したアンテナパターン６３と共振器とともに、所定の線路長と共振特性を適宜設定した共振器とを設けることによって、大型化を抑制してさらに多数の周波数帯域の電波に対する送受信特性を有することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明にかかるマルチアンテナ装置によれば、第１の周波数帯域の電波に対して共振動作する全長を有するとともに第２の周波数帯域の電波に対して共振動作する長さ位置で切断部によって分離されたアンテナパターンがプリント配線技術によって製作したベース基板に形成され、切断部を挟んで対向するアンテナパターンのパターン端部間を接続する第２の周波数帯域の電波に対して共振動作する薄膜受動素子によって構成した共振器が薄膜技術によって製作した薄膜回路部に形成してなる。マルチアンテナ装置によれば、ベース基板に形成した１個のアンテナパターンの面積容量であっても異なる周波数帯域の電波の送受信が可能とされることから、小型化が図られるとともに高精度でかつ高自由度に最適化を図ることが可能とされるようになる。マルチアンテナ装置によれば、精度や容積を大きく異にするアンテナパターンと薄膜受動素子とをそれぞれに適応した技術によって形成することから、高精度に形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるアンテナモジュール装置の要部縦断面図である。
【図２】アンテナモジュール装置の要部平面図である。
【図３】薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる並列共振回路とアンテナパターンとの接続状態の説明図である。
【図４】薄膜キャパシタ素子の平面図である。
【図５】薄膜インダクタ素子の平面図である。
【図６】アンテナモジュール装置の透過特性をシミュレーション結果の特性図である。
【図７】アンテナモジュール装置の第１アンテナ素子部の周波数特性のシミュレーション結果の特性図である。
【図８】アンテナモジュール装置のアンテナ素子部の周波数特性のシミュレーション結果の特性図である。
【図９】第２の実施の形態として示すアンテナモジュール装置の要部平面図である。
【図１０】同アンテナモジュール装置のアンテナ素子部の周波数特性のシミュレーション結果の特性図である。
【図１１】第３の実施の形態として示すアンテナモジュール装置の製作工程の説明図である。
【図１２】同アンテナモジュール装置に備えられる薄膜回路体の製作工程を説明する図である。
【図１３】アンテナパターンが形成された従来の無線カードモジュールの要部平面図である。
【図１４】チップアンテナを用いた従来の無線カードモジュールの要部平面図である。
【図１５】ダイバシチを構成する逆Ｆ型アンテナパターンが形成された従来の無線カードモジュールの要部平面図である。
【符号の説明】
１アンテナモジュール基板、２ベース基板部、３高周波回路部、４マルチアンテナ部、５コア基板、６コア基板、１１アンテナパターン、１２アンテナ素子部、１２ａ第１アンテナ素子部、１２ｂ第２アンテナ素子部、１３グランド接続パターン部、１４給電パターン部、１５切断部、１６共振器、１９第１誘電絶縁層、２０微細配線層、２５薄膜キャパシタ素子、２６薄膜インダクタ素子、４０アンテナモジュール基板、４１アンテナパターン、４２アンテナ素子部、４２ａ第１アンテナ素子部、４２ｂ第２アンテナ素子部、４３切断部、５０アンテナモジュール基板、５１ベース基板、５２薄膜回路体、５３ダミー基板、５４剥離層、５７第１誘電絶縁層、５９微細配線層、６３アンテナパターン

Claims

プリント配線技術によって製作されるベース基板部と、
上記ベース基板部の表面層上に形成され、線路長の全長が第１の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さに形成されるとともに、途中部位の第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さ位置において切断部によって分離されてなるアンテナパターンと、
上記ベース基板部の平坦化された上記表面層上に薄膜技術によって形成された誘電絶縁層と微細配線層とからなり、上記微細配線層内に上記第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する共振器を構成する薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる共振回路が形成された薄膜回路部とを備え、
上記薄膜共振器が、上記アンテナパターンに対して、上記切断部を挟んで対向するパターン端部間を接続するようにして設けられることを特徴とするマルチアンテナ装置。
プリント配線技術によって製作されるベース基板と、
上記ベース基板部の表面層上に形成され、線路長の全長が第１の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さに形成されるとともに、途中部位の第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する長さ位置において切断部によって分離されてなるアンテナパターンと、
平坦な主面を有するダミー基板上に剥離層を介して薄膜技術によって誘電絶縁層と微細配線層とを形成するとともに、上記剥離層を介して上記ダミー基板から剥離されて製作され、上記微細配線層内に上記第２の周波数帯域の電波に対する共振特性を有する共振器を構成する薄膜キャパシタ素子と薄膜インダクタ素子とからなる共振回路が形成された薄膜回路体とを備え、
上記薄膜回路体が、上記配線基板に対して、上記薄膜共振器を上記アンテナパターンの上記切断部を挟んで対向するパターン端部間を接続するようにして接合されることを特徴とするマルチアンテナ装置。