JP2004508750A - 電子モジュール、電子モジュールの製造方法、および電子モジュールの使用法 - Google Patents

Abstract

本発明はベースボディ（１）を備えた電子モジュールに関している。この電子モジュールは上表面と下表面とを有しており、少なくとも部分的に誘電体から成り、その上表面には隆起境界構造（２）または切欠境界構造（２）が設けられており、これにより上方のコンタクト層（４）によってカバーされている上方のコンタクト面（３）が区切られ、下表面には各下方のコンタクト層（７、８）によってカバーされた下方の２つのコンタクト面（５、６）が相互に分離されて設けられており、下方のコンタクト層（５、６）の一方はベースボディ内部（１）の内部に延在する接続部（９）を介してベースボディ上方のコンタクト層（４）へ導電接続されている。さらに本発明はこのモジュールの製造方法およびこのモジュールの使用法に関する。本発明のモジュールの利点は、上方のコンタクト面（３）を圧着または蒸着により定義された寸法で容易に被着することができることである。これにより周波数位置および入力インピーダンスなどの定義された特性を有するアンテナが容易に得られる。

Description

【０００１】
本発明は上表面および下表面を有し、少なくとも部分的に誘電体から成るベースボディを備えており、ベースボディの上表面では隆起境界構造または切欠境界構造により上方のコンタクト層によってカバーされている上方のコンタクト面が区切られている電子モジュールに関する。本発明はさらにこの電子モジュールの製造方法、および電子モジュールの使用法に関する。
【０００２】
冒頭に言及した形式の電子モジュールとして、ベースボディが部分的にチタン化バリウムから成り、無線信号用のパッチアンテナとして使用されるものが周知である。上方のコンタクト層は入力ポイントで接触接続されており、この個所で無線信号がベースボディへ入力結合される。アンテナの電気的特性、例えば周波数位置および入力インピーダンスや、放射特性にとっては上方のコンタクト層の寸法および入力ポイントに対する相対的な位置が重要な意味を持つ。
【０００３】
こうした周知のアンテナでは、上方のコンタクト面がベースボディの平坦な上表面上に堆積され、続くエッチングプロセスで上方のコンタクト層が所望の寸法を有するようにパターニングされる。同様にアース面として用いられる下方のコンタクト層はメタライゼーション層を堆積することによりベースボディの平坦な下方面上に形成される。モジュールは配線板の下方面に実装される。上方のコンタクト層のコンタクトと配線板との接続はベースボディの外側に延在するコンタクトピンを介して行われ、このピンのコンタクト点は上方のコンタクト層で入力ポイントと同時に定められる。
【０００４】
上方のコンタクト面を堆積するには銀メタライゼーションのスクリーンプリンティング層を被着してもよい。これにより付加的なパターニングプロセスを省略することができる。
【０００５】
周知のパッチアンテナは上方のコンタクト層の正確な寸法を調整するのに高いコストがかかるという欠点を有している。これは金属層を堆積した後、さらにパターニングプロセスを行わなければならないからである。パターニングプロセスは通常の場合フォトリソグラフィとその際に用いられるマスクとによって行われる。上方のコンタクト層の寸法のほか、このコンタクト層のベースボディまたは入力ポイントに対する相対的な位置も重要であるので、アンテナはきわめて精確にこの種のマスクに対して相対的に位置決めしなければならない。
【０００６】
周知のアンテナはさらに、上方のコンタクト面と配線板との接続の際に付加的なコンタクトピンが必要となり、これを別のプロセスで接続しなければならないという欠点も有している。コンタクトピンをはんだ付けすることになれば、さらに、入力ポイントと上方のコンタクト層との相対位置を精確に定めるのに細心の注意が要求されるという問題点が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、アンテナとして使用でき、上方のコンタクト層または入力ポイントを製造する際に正確に定義された寸法で大きなコストなしに調製することのできる電子モジュールを提供することである。
【０００８】
この課題は請求項１の特徴部分に記載の構成を有する電子モジュールにより解決される。本発明の別の実施形態、本発明の電子モジュールの製造方法、および電子モジュールの使用法は他の請求項に記載されている。
【０００９】
本発明の電子モジュールは、上表面および下表面を有し、少なくとも部分的に誘電体から成るベースボディを備えている。ベースボディの上表面には隆起境界構造または切欠境界構造が設けられており、これにより上方のコンタクト面が区切られている。上方のコンタクト面は上方のコンタクト層によってカバーされている。ベースボディの下表面にはそれぞれ下方のコンタクト層によってカバーされ相互に分離された２つの下方コンタクト層が設けられる。
【００１０】
本発明のモジュールは上方のコンタクト層の寸法をモジュールのベースボディ内で作用する境界構造により定めることができる利点を有する。これによりきわめて簡単な手段で上方のコンタクト層の製造を定義された寸法で行うことができる。
【００１１】
本発明の電子モジュールはさらにベースボディの内部に延在する接続部を有しており、この接続部により下方のコンタクト層と上方のコンタクト層とが導電接続される。
【００１２】
接続部は、有利には、ベースボディ内部の位置により信号の入力ポイントを上方のコンタクト層内へ精確に定めることができる利点を有する。これによりモジュールをコンタクトピンで配線板へソリッドはんだ付けする実装を待たなくともモジュールの電気的特性が求められる。
【００１３】
接続部の利点は、さらにモジュールを付加的なコンタクトピンなしにＳＭＤ実装技術によって特に簡単に配線板へ実装できるということである。このような実装は例えばリフローはんだにより行われる。
【００１４】
特に有利には誘電体として、マイクロ波共振器に適したセラミクスが選択される。この種のセラミクスは例えばＣａＴｉＯ_３−ＮｄＡｌＯ_３である。このセラミクスは１５７５．４ＭＨｚのマイクロ波共振器に適している。セラミクスを有するモジュールは無線信号用のアンテナとして用いられる。
【００１５】
ベースボディの内部に延在する接続部は、有利には、ホールにより形成されたベースボディの内面に被着される導電体層である。ホールは例えばベースボディ内に孔を開けることにより形成される。この孔の内面は金属の蒸着によりベースボディ内に導電体層を形成する。
【００１６】
接続部をこのように構成することの利点は、ベースボディを成形する際、コンタクト層の被着前またはモジュールを配線板へ実装する前に信号を上方のコンタクト層へ入力するポイントをホールの位置により予め定めることができる点である。これにより入力ポイントが定められ、モジュールを配線板へ実装する際に煩雑な手段を用いて位置決めを行わなくてよくなる。
【００１７】
さらに有利には、本発明のモジュールでは、ベースボディの下表面には隆起境界構造または切欠境界構造が設けられており、この境界構造により下方のコンタクト面が相互に分離される。このような分離構造を用いれば、ベースボディの上表面と同様にベースボディの下表面に被着されるコンタクト層も適切に寸法が決められ、相互に分離される。特にこれによりアース面の寸法がモジュールの第２の端子として実現される。下方のコンタクト層はこれによりさらなるパターニングプロセスなしに１つのステップでモジュールの下方面に被着される。
【００１８】
また本発明のモジュールでは特に有利に、上方のコンタクト面には表面積を広げるために１つまたは複数の別の隆起部としての構造または切欠状の構造が設けられている。上方のコンタクト面の表面積を増大することにより、同時に電気的な作用面の拡大も達成され、これにより電子モジュールのジオメトリ寸法を小さくすることができる。これはさらなる微細化の観点から、特に移動無線の分野で使用されるモジュールにとって有利である。
【００１９】
前述の構造は種々の形状を有することができる。これは例えば同心円に沿ってまたは内部でつながった長方形または正方形に沿って延在する。別の構造をホールに対称にベースボディ内に構成してもよい（必須ではない）。
【００２０】
ベースボディの上表面の境界構造は、特に有利には、切り欠かれた構造として設けられている。すなわち上方のコンタクト層は境界構造に比べて高くなっている。さらに上方のコンタクト層がスクリーンプリンティングにより被着された金属ペーストから形成されている場合には、別個のパターニングなしに当該のスクリーンプリンティングによって切欠境界構造で設定されるコンタクト層の形状が形成される。ここでは金属ペーストをスクリーンプリンティングする際に切欠境界構造のほうが定められるのではなく、境界構造に比べて高いコンタクト面のほうが形成される。したがって境界構造の形状はコンタクト層の形状に一致する。
【００２１】
別の有利な実施形態では、境界構造は隆起している。これはコンタクト面が境界構造に対して窪んでいることを意味する。さらに有利には、上方のコンタクト層は堆積プロセスによって被着された金属層である。この場合には金属層はベースボディの上表面全体にわたって堆積させることができ、そののち隆起境界構造から研削により容易に除去を行うことができる。この実施形態においても境界構造の形状は上方のコンタクト層の形状に一致する。
【００２２】
本発明はさらに電子モジュールの製造方法に関しており、これはａ）上表面に隆起境界構造を備えたベースボディを形成するステップと、ｂ）コンタクト層をベースボディの上表面に堆積するステップと、ｃ）コンタクト層を隆起境界構造から除去するステップとを有することを特徴とする。
【００２３】
コンタクト層の堆積は例えば蒸着法またはスパッタリング法により行われる。コンタクト層の除去は例えば研削により行われる。
【００２４】
本発明の電子モジュールの製造方法は特に簡単かつ安価に、上方のコンタクト層を定義された寸法でベースボディ上に製造できる手法が得られるという利点を有する。
【００２５】
また本発明の電子モジュールの別の製造方法はａ）上表面に切欠境界構造を備えたベースボディを形成するステップと、ｂ）コンタクト層をベースボディの上表面の境界構造よりも高い部分にスクリーンプリンティングにより被着するステップとを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の方法の利点として、コンタクト層を後からのパターニングなしに簡単な手段でベースボディの上表面の境界構造によって定められた個所に被着できるということが挙げられる。これはスクリーンプリンティングの際に使用されるスクリーンプリンティングペーストと切欠境界構造とが接触せず、このペーストがベースボディの上表面の高い部分のみに接着するからである。
【００２７】
前述の手法は特に有利には、境界構造をプレス嵌め（Ｅｉｎｐｒｅｓｓｅｎ）によりベースボディの製造中に形成して行われる。ベースボディの製造に有利に使用されるセラミクス材料は、ベースボディの製造中には変形可能な状態を取り、このとき切欠または隆起部をプレス嵌めによって形成するかまたはスクリーンプリンティングの相補的な結果として得ることができる。特にプレス嵌めによりラテラル方向で１０μｍの精度を有する境界構造が得られる。この値はコンタクト面に要求される精度としては充分である。
【００２８】
以下に本発明を実施例と関連の図に則して詳細に説明する。
【００２９】
図１には本発明の電子モジュールの第１の実施例が概略的な断面図で示されている。図２には本発明の電子モジュールの第２の実施例が概略的な断面図で示されている。図３には本発明の電子モジュールの第３の実施例が概略的な断面図で示されている。図４には図３の電子モジュールの平面図が示されている。
【００３０】
図１にはプレート状のベースボディ１を備えた電子モジュールが示されている。ベースボディ１はＣａＴｉＯ_３−ＮｄＡｌＯ_３から成る。この材料の誘電体定数εは４５である。共振周波数の温度係数は１Ｋ当たり０±１０ｐｐｍ、共振周波数そのものは１５７５ＭＨｚである。ベースボディは約１８ｍｍの長さおよび幅を有しており、高さは約４ｍｍである。図１に示されている電子モジュールはＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号を受信するパッチアンテナとして使用される。
【００３１】
ベースボディ１の上表面には切欠境界構造２が設けられている。この境界構造２は窪みとして構成されている。この窪みが境界構造２よりも高いコンタクト面３を区切っている。コンタクト面上にはスクリーンプリンティングにより銀の焼結ペーストが厚さ５μｍ以上で被着される。この焼結ペーストがコンタクト面３上で上方のコンタクト層４となる。上方のコンタクト層４を介して無線信号がアンテナへ入力される。
【００３２】
ベースボディ１の下表面には分離構造（絶縁構造）１１が設けられている。分離構造は切り欠きのパターンとしてリング形の溝のかたちで構成される。分離構造１１は外側領域の第１の下方コンタクト面５と内側領域の第２の下方コンタクト面６とを分離している。第１の下方コンタクト面５と第２の下方コンタクト面６とを分離構造１１によって分離したことにより、２つのコンタクト面５、６ではスクリーンプリンティングプロセスで第１の下方コンタクト層７または第２の下方コンタクト層８がコーティングされるという利点が得られる。付加的な手段を用いずに２つのコンタクト層７、８は電気的に相互に絶縁される。しかもベースボディ１の形状と分離構造１１の形状とによりこれらの層のジオメトリ形状が固定に設定される。
【００３３】
さらにベースボディ１にはホール１０が設けられ、このホールの内面はベースボディ１内でメタライゼーションによってコーティングされる。このメタライゼーション層は接続部９を形成し、これは第２の下方コンタクト層８と上方のコンタクト層４とを導電接続する。接続部９は例えばベースボディ１の内面でのスパッタリングまたは蒸着により被着される。
【００３４】
接続部９は図１に示されているモジュールがＳＭＤ実装技術で配線板上に実装可能となるという利点を有する。ここで第１の下方コンタクト層７（アースコンタクト）のほかに上方のコンタクト層４（コンタクトパッド）も接続部９および第２の下方コンタクト層８を介して電気的にコンタクト接続される。これにより上方のコンタクト層４と配線板とを後からピンなどによって接続する手間が省ける。
【００３５】
図２には図１に示されているモジュールに良く似たモジュールが示されている。図１の実施例との相違点は第２の境界構造２が隆起した構造体として構成されていることである。この境界構造２はカラーをなしており、ベースボディ１の上表面でその外側の縁に沿って延在している。同様にベースボディ１の下表面にも隆起した構造体としての分離構造１１が構成されている。上方のコンタクト層４も下方のコンタクト層７、８もそれぞれ金属層を例えばスパッタリングまたは蒸着で堆積することにより被着され、隆起境界構造２、１１から金属層を除去することにより所望の形状が得られて相互の分離が達成される。
【００３６】
図３には図２に示されているモジュールに類似した電子モジュールが示されている。図２に示されているモジュールとは異なり、図３のモジュールでは矩形の辺に沿って延在するトレンチの内部に設けられた第３の構造１２が見られる。この第３の構造１２により上方のコンタクト層４の表面、ひいては電気的なコンタクト面の作用が拡大される。注意すべきはこの第３の構造１２のパターン高さを境界構造２のパターン高さよりも小さくしなければならないということである。なぜなら、そのように構成しないと、境界構造２上に蒸着されるかまたはスパッタリングされる金属層を研削などによって選択的に除去することができなくなってしまうからである。
【００３７】
図４には図３のモジュールの平面図が示されている。ここから見て取れるように、第３の構造１２は矩形のトレンチの形状で、ベースボディ１の上表面で共心的に内部に配置されている。
【００３８】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、請求項１、請求項８、請求項９に示されている一般的な形態で定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の電子モジュールの第１の実施例の概略的な断面図である。
【図２】
本発明の電子モジュールの第２の実施例の概略的な断面図である。
【図３】
本発明の電子モジュールの第３の実施例の概略的な断面図である。
【図４】
図３の電子モジュールの平面図である。

Claims (11)

1. 上表面および下表面を有し、少なくとも部分的に誘電体から成るベースボディ（１）を備えており、
   ベースボディの上表面には隆起境界構造（２）または切欠境界構造（２）が設けられており、これにより上方のコンタクト層（４）によってカバーされている上方のコンタクト面（３）が区切られ、
   下表面には各下方のコンタクト層（７、８）によってカバーされた下方の２つのコンタクト面（５、６）が相互に分離されて設けられており、
   下方のコンタクト層（５、６）の一方はベースボディ（１）の内部に延在する接続部（９）を介して上方のコンタクト層（４）へ導電接続されている
   ことを特徴とする電子モジュール。
2. 誘電体はマイクロ波共振器に適したセラミクスである、請求項１記載のモジュール。
3. 接続部（９）はホール（１０）により形成されたベースボディ（１）の内面に被着される導電体層である、請求項１または２記載のモジュール。
4. ベースボディ（１）の下表面には隆起境界構造または切欠境界構造（１１）が設けられており、該境界構造により下方のコンタクト面（５、６）が相互に分離される、請求項１から３までのいずれか１項記載のモジュール。
5. 上方のコンタクト面（３）には表面積を広げるために１つまたは複数の別の隆起境界構造または切欠境界構造（１２）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモジュール。
6. 境界構造（２）は切り欠かれており、上方のコンタクト層（４）はスクリーンプリンティングにより被着された金属ペーストから形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のモジュール。
7. 境界構造（２）は隆起しており、上方のコンタクト層（４）は堆積プロセスによって被着された金属層である、請求項１から５までのいずれか１項記載のモジュール。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の電子モジュールの製造方法において、
   ａ）上表面に隆起境界構造（２）を備えたベースボディ（１）を形成するステップと、
   ｂ）コンタクト層（４）をベースボディ（１）の上表面に堆積するステップと、
   ｃ）コンタクト層（４）を隆起境界構造から除去するステップとを有する
   ことを特徴とする電子モジュールの製造方法。
9. 請求項１から７までのいずれか１項記載の電子モジュールの製造方法において、
   ａ）上表面に切欠境界構造（２）を備えたベースボディ（１）を形成するステップと、
   ｂ）コンタクト層（４）をベースボディ（１）の上表面の境界構造（２）よりも高い部分にスクリーンプリンティングにより被着するステップとを有する
   ことを特徴とする電子モジュールの製造方法。
10. ベースボディ（１）の形成中に境界構造（２）をプレスプロセスにより形成する、請求項８または９記載の方法。
11. 請求項１から７までのいずれか１項記載の電子モジュールを無線信号用のアンテナとして使用する
    ことを特徴とする電子モジュールの使用法。