JP2005184698A - 積層アンテナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体基板の各層間の配線の接続性に優れ、側面塗布の必要がない積層アンテナ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本積層アンテナは誘電体基板２と、該誘電体基板２に設けられたアンテナエレメント３と、該誘電体基板２の側面に設けられている切欠状端子４と、を備え、該切欠状端子４は、その表層が導通層であり、該アンテナエレメント３は、該切欠状端子４の導通層と導通していることを特徴とする。このような積層アンテナはキャスタレーション構造の切欠状端子の表層の導通層によって誘電体基板に配設された配線パターンの接続を行うため、スルーホールによる接続方法と比べて必要となる面積が少なく、積層アンテナの素子の大きさをより小さくすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、積層アンテナ及びその製造方法に関する。更に詳しくは、層間の配線の接続性に優れ、設置面積を小さくすることができる積層アンテナ及びその製造方法に関する。
本積層アンテナ及びその製造方法は、小型の内蔵アンテナを必要とする携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器等の用途に利用される。

積層アンテナは、誘電体基板の表面や内部に形成されたアンテナエレメントを接続し、一つのアンテナパターンにする必要がある。（例えば、特許文献１及び２を参照。）この方法として、従来は、スルーホールで接続する方法（特開平９−５１２２１）や、誘電体基板を積層した後に積層アンテナの側面をメタライズする方法が用いられていた。

特開平９−５１２２１号公報（第５頁、第４図） 特開２０００−１３１２６号公報（第２頁、第４図）

しかし、スルーホールでアンテナエレメントを接続する方法は、スルーホールを設けるための場所を確保する必要があるため、その分基板面積が余分に必要になり、小型化に適さなかった。
また、誘電体基板を積層した後に積層アンテナの側面をメタライズする方法は、側面に塗布をするための位置あわせ等があり煩雑であった。

本発明は、上記問題点を解決するものであり、誘電体基板の各層間の配線の接続性に優れ、側面塗布の必要がない積層アンテナ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の通りである。
１．誘電体基板２と、該誘電体基板２に設けられたアンテナエレメント３と、該誘電体基板２の側面に設けられている切欠状端子４と、を備え、該切欠状端子４は、その表層が導通層であり、該アンテナエレメント３は、該切欠状端子４の導通層と導通していることを特徴とする積層アンテナ。
２．上記切欠状端子４はコの字形状である上記１．記載の積層アンテナ。
３．上記切欠状端子４は２以上具備し、上記アンテナエレメント３は、該各切欠状端子４の導通層の少なくとも１つが給電端子として導通している上記１．又は上記２．記載の積層アンテナ。
４．上記切欠状端子４は、該切欠状端子４にはんだ付けされたはんだのはんだフィレットが、上記切欠状端子４の切り欠き部分に収まり該誘電体基板の側面からはみ出ない上記１．、上記２．又は上記３．のいずれか一項に記載の積層アンテナ。
５．誘電体基板用グリーンシートを積層する積層工程と、溝部形成位置に貫通孔を形成し、その後、該貫通孔にメタライズ用ペーストを印刷充填するメタライズ層形成工程と、積層アンテナの形状に切断する切断工程と、を順次備えることを特徴とする積層アンテナの製造方法。
６．上記貫通孔は、長方形状又は六角形状である上記５．記載の積層アンテナの製造方法。

本発明の積層アンテナによれば、キャスタレーション構造の切欠状端子の表層の導通層によって誘電体基板に配設されたアンテナエレメントの接続を行うため、スルーホールによる接続方法と比べて必要となる面積が少なく、積層アンテナの素子の大きさをより小さくすることができる。また、はんだフィレットが切欠状端子の切り欠き部分に収まり、積層アンテナの外形線の外側からはみ出ることを抑えるため、実装するプリント配線基板のパターンの自由度を高めることができる。
また、コの字形状の切欠状端子とする場合は、切り欠きによる誘電体の実質面積減少を最小限に抑え、アンテナエレメントの自由度を高めることができる。
更に、切欠状端子を複数とする場合は、積層アンテナを実装しやすくすることができる。
更に、はんだフィレットが積層アンテナの側面からはみ出ないように、切欠状端子の切り欠き部分を設定する場合は、積層アンテナの実装時にはんだフィレットの大きさを考慮する必要がなくなり、実装の自由度を高めることができる。

本発明の積層アンテナの製造方法によれば、スルーホールの形成後、スルーホールを分割することでキャスタレーション構造の切欠状端子を形成するため、端子の側面塗布の工程が不要であり、塗布時の位置合わせが容易である。

以下、本発明の積層アンテナ及びその製造方法を図１〜８を用いて説明する。
上記「誘電体基板」の大きさは特に限定されず、要求される積層アンテナの特性に合わせて適宜選択することができる。また、形状も図１に示すような略直方体形状（平板状及び立方体状も含む）の他、任意の形状にすることができる。
更に、誘電体基板の材質は、特に限定されないが、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、アルミナ等が挙げられる。
このような誘電体基板は通常焼成して製造するが、この焼成条件は任意に選択することができる。焼成温度はアンテナエレメントを形成することができれば特に限定されず、使用する導電性ペーストの種類により適宜調整される。

上記「切欠状端子」は、図１に示すように、誘電体基板に所定形状の切り欠きを設けたキャスタレーション構造の端子である。この切り欠きの形状は任意に選択することができ、例えば、コの字形状（図１参照）、開口部に向けて幅広の開口となるテーパー形状（図９参照）、半円形状（半楕円形状も含む、図１０参照）及びＶ字形状等を挙げることができる。このうち、コの字形状が特に好ましい。
また、切欠状端子は図５及び図６に示すように、その表層にはんだ付けが可能である金属等によって形成された導通層４２を設けることができる。この導通層は、切欠状端子の表層全面に設けてよいし、一部分でもよい。積層アンテナをプリント配線板にはんだ付けするために必要な面積を確保することができ、アンテナエレメントと導通すればかまわないからである。
また、導通層に用いる金属等は、はんだ付け可能な金属であれば任意に選択することができ、銀、白金、パラジウム及びタングステン等を例示することができる。

この切欠状端子は、任意の方法で形成することができる。例えば、スルーホールを形成後、分割する方法、切り欠き状に形成後表面に、導通層用材料を塗布して導通層を形成する方法等を挙げることができる。このうち、スルーホールを形成後、分割する方法が好ましい。スルーホールによる方法は、貫通孔に印刷充填することによってスルーホールを形成することができ、誘電体基板の印刷と同時に行うことができるからである。また、側面塗布より容易に作成することができるからである。
更に、切欠状端子は、任意の数だけ設けることができる。例えば、誘電体基板の一端面に切欠状端子を具備した積層アンテナとすることができる。また、２以上の切り欠き状端子を具備するときは、任意の位置に各切欠状端子を具備することができる。この例として、誘電体基板の一側面に全ての切欠状端子を設けてもよいし、任意の側面にそれぞれ切欠状端子を設けてもよい。
切欠状端子は、アンテナエレメントと導通して給電端子として用いられる。更に、複数の切欠状端子を設けた場合は、少なくともそのうちの一つが給電端子としてアンテナエレメントに導通していればよい。アンテナエレメントに電力を供給する給電端子は、少なくとも１つあれば積層アンテナの機能を満たすことができるからである。また、給電端子として用いられない切欠状端子は、プリント配線板等に積層アンテナをはんだ付けして固定するために用いる等、任意の用途に用いることができる。

上記「アンテナエレメント」は、アンテナ素子を構成するために必要な所定形状の配線である。このパターン形状は、アンテナの機能を果たす形状であればよく、任意の形状にすることができる。この例として、ミアンダ状、スパイラル状等が挙げられる。また、アンテナエレメントの材質は切欠状端子の導通層を同じ材質のものを使用することができる。
このアンテナエレメントの形成方法は任意に選択することができ、例えば導電性ペーストを、誘電体基板となるグリーンシートに印刷後、焼結することによって形成する方法を挙げることができる。
アンテナエレメントは、積層アンテナを構成する誘電体基板の任意の層に設けることができる。例えば、表面の層に設けて露出した状態であってもよいし、任意の中間層に設けて誘電体基板の内部に位置するように設けることができる。
また、アンテナエレメントは、１つのパターンのみであってもよいし、複数のパターンから構成することもできる。複数パターンを備える場合、例えば、同一平面上に複数パターンを設けることができる。また、複数層に分けて設けることができる。更に、各パターンは、それぞれ切欠状端子に導通させることができるし、他のパターンに導通させることもできる。

上記「はみ出ない」とするのは、図５及び図６に示すように、誘電体基板２の切り欠き部分４１内にはんだフィレット６が設けられ、このはんだフィレット６が誘電体基板２の外形線２１より外に位置しないことをいう。
上記「貫通孔」は、図４に示すようにグリーンシートを積層したシート積層体２９に形成され、この貫通孔４９を分割することによって図１に示すような切欠状端子４となる孔である。この貫通孔４９の形状は分割して得られる切欠状端子にあわせて決定され、例えば、四角形状、六角形形状、真円形状、及び楕円形状等を例示することができる。また、分割数は、誘電体基板の側面に切欠状端子を設ける場合は２分割等、誘電体基板の側面の隅に設ける場合は４分割等とすることを挙げることができる。

以下、本実施例１の積層アンテナ及びその製造方法を説明する。
１．積層アンテナの構成
本実施例１の積層アンテナ１は、図１〜図３に示すように、誘電体基板２、アンテナエレメント３、切欠状端子４及びパッド５を備える。また、積層アンテナ１の大きさは、幅：８．０ｍｍ、高さ：２．５ｍｍ、厚さ：１．０ｍｍである。

誘電体基板２は、２０枚のグリーンシートを積層及び圧着した後、焼成して得られる直方体状のものである。
アンテナエレメント３は、本積層アンテナ１がアンテナとして機能するための配線部分である。また、アンテナエレメント３は、誘電体基板２の実装面側から９層目及び１９層目のグリーンシート上に未焼成のアンテナエレメントが形成された後、誘電体基板２と同時に焼成されて得られる。更に、アンテナエレメントは６ターンのミアンダ形状である。また、各層のアンテナエレメント３は、後述する切欠状端子を介して導通し、全体として１つのアンテナ素子として機能する。

切欠状端子４は、誘電体基板２の両端側の側面にそれぞれ形成された、コの字形の切り欠き状となった端子である。この切り欠きは、いずれも開口部の幅及び底部の幅が１．８ｍｍであり、深さが０．２５ｍｍであるキャスタレーション構造である。更に、この切り欠きの大きさは、本積層アンテナの切欠状端子にはんだをつけたとき、はんだフィレットの底部が０．２５ｍｍ未満であるため、図５及び図６に示すように、積層アンテナの側面からはみ出すことがない。
更に、切欠状端子４の表層は導通層４２になっており、図５及び図６に示すようにこの表層にはんだ付けすることによって、本積層アンテナ１をプリント配線板７等に実装することができる。
また、切欠状端子４の一方は、その導通層４２がアンテナエレメント３及び底面に設けられたパッド５と接続されており、アンテナ素子となるアンテナエレメントへの給電端子として機能する。更に、切欠状端子４の他方は、底面に設けられたパッド５と接続されており積層アンテナをプリント配線板７等に実装するときの固定用端子として機能する。
尚、上記切欠状端子４及びパッド５は、積層アンテナ１をプリント配線板７等に実装する際に利用される部位であり、給電端子部３側でプリント配線板７等にアンテナを確実に実装することができる限り、形成されていなくてもよい。

パッド５は、誘電体基板の底面側であって、切欠状端子４が設けられている側面に沿って帯状に設けられている。また、パッド５の表層は切欠状端子４と同じ材質の導通層４２になっており切欠状端子と導通接続されている。
アンテナエレメント３、切欠状端子４の導通層４２及びパッド５の材質は、通常用いられる物を任意に選択して用いることができ、例えば、銀、白金、パラジウム及びタングステンを挙げることができる。

２．積層アンテナの製造方法
本積層アンテナ１は次のようにして作製される。
（１）グリーンシートの作製
〔１〕配線用パターン無し基板用グリーンシート
アルミナ粉末に、有機バインダ及び溶剤を加えてボールミルで混合し流動性のあるスラリーとする。このアルミナスラリーを減圧脱泡後、平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて厚さ０．５ｍｍの配線用パターン無し基板用グリーンシートを形成した。
〔２〕配線用パターン付き基板用グリーンシート
配線用パターン付き基板用グリーンシートは、配線用パターン無し基板用グリーンシートに更にペーストを印刷してアンテナエレメントとなるパターンを形成し、熱処理して得た。

（２）グリーンシートの積層
配線用パターン付き基板用グリーンシート及び配線用パターン無し基板用グリーンシートを図４に示すように、所定の枚数だけ順次積層し、焼結することによってシート積層体２９を作成した。
このシート積層体２９は、図４に示すように積層アンテナを１６個分切り出すことができる。また、切欠状端子４を形成する位置が隣接し、貫通孔４９が形成できるように配列している。
尚、グリーンシートを１枚積層する毎に圧着処理を行った。

（３）貫通孔形成、パッド形成、切断及び焼成
グリーンシートの積層後、シート積層体の切欠状端子を形成する位置に貫通孔４９を形成した。次いでこの貫通孔４９に金属ペーストを印刷によって充填し、その後乾燥させ、貫通孔の内面に導電層を形成した。
次いで、シート積層体２９の表面にパッド用のパターンを印刷形成した。
その後、積層アンテナ１の形状になるようにシート積層体２９の切断を行った。この切断によって、貫通孔４９は２分割され、それぞれが異なる積層アンテナの切欠状端子に相当することになる。
更に、シート積層体の切断物の焼成を行い、積層アンテナ１を得た。

３．積層アンテナ及びその製造方法の評価
上記製造方法で作製した積層アンテナの電気特性を調べた。
(1)反射損失特性
本籍層アンテナの反射損失特性を調べ、その結果を図７に示す。尚、Ｆ_０は２５００ＭＨｚ、ＢＷ_２は１２５ＭＨｚであった。
(2)放射指向特性
アンテナ間距離：２．２９ｍ、測定周波数：２５２０ＭＨｚ、角度ステップ：１０度の条件で放射指向特性を測定し、その結果を図８に示す。
図７及び図８に示すように、本積層アンテナは、２５００ＭＨｚ帯の利得及び指向性について十分な性能を備えていることがわかった。

尚、本発明においては、前記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。例えば、切欠状端子４の形状は任意に選択することができ、平面から見た形状が実施例に示したコの字型形状の他、テーパー派形状の切欠状端子４０１（図９を参照。）、半円形状の切欠状端子４０２（図１０を参照。）、Ｖ字形状などを選択することができる。

本積層アンテナの外観を説明するための平面側の斜視図である。 本積層アンテナの外観を説明するための底面側の斜視図である。 本積層アンテナのアンテナ部分のアンテナエレメントを説明するための部分断面図である。 本積層アンテナを製造するために作成するシート積層体を説明するための模式平面図である。 本積層アンテナをプリント配線板に実装したときのはんだフィレットの大きさを説明するための模式側面図である。 本積層アンテナをプリント配線板に実装したときのはんだフィレットの大きさを説明するための模式平面図である。 本実施例の積層アンテナの反射損失特性を表すグラフである。 本実施例の積層アンテナの放射指向特性を表すグラフである。また、(a)はＸＹ軸、(b)はＹＺ軸、(c)はＺＸ軸である。 異なる形状の切欠状端子を説明するための平面図である。 異なる形状の切欠状端子を説明するための平面図である。

符号の説明

１；積層アンテナ、２；誘電体基板、３；アンテナエレメント、４；切欠状端子、５；パッド。

Claims (6)

1. 誘電体基板２と、該誘電体基板２に設けられたアンテナエレメント３と、該誘電体基板２の側面に設けられている切欠状端子４と、を備え、
   該切欠状端子４は、その表層が導通層であり、
   該アンテナエレメント３は、該切欠状端子４の導通層と導通していることを特徴とする積層アンテナ。
2. 上記切欠状端子４はコの字形状である請求項１記載の積層アンテナ。
3. 上記切欠状端子４は２以上具備し、上記アンテナエレメント３は、該各切欠状端子４の導通層の少なくとも１つが給電端子として導通している請求項１又は２記載の積層アンテナ。
4. 上記切欠状端子４は、該切欠状端子４にはんだ付けされたはんだのはんだフィレットが、上記切欠状端子４の切り欠き部分に収まり該誘電体基板の側面からはみ出ない請求項１、２又は３のいずれか一項に記載の積層アンテナ。
5. 誘電体基板用グリーンシートを積層する積層工程と、溝部形成位置に貫通孔を形成し、その後、該貫通孔にメタライズ用ペーストを印刷充填するメタライズ層形成工程と、積層アンテナの形状に切断する切断工程と、を順次備えることを特徴とする積層アンテナの製造方法。
6. 上記貫通孔は、長方形状又は六角形状である請求項５記載の積層アンテナの製造方法。

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