JP2007259412A - アンテナ一体型モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が容易であると共に回路の不法改造が防止しやすく、かつリフロー工程を効率的に行えて安価に製造できるアンテナ一体型モジュールを提供すること。
【解決手段】配線パターンおよび接地導体層２が設けられた回路基板１には回路部品３群が実装されており、回路基板１上に搭載された板金製のカバー兼用アンテナ素子４が回路部品３群を覆っている。このアンテナ素子４には、開口部５ａを有する矩形状の天板５と、配線パターンの給電ラインに接続された給電脚片６と、接地導体層２に接続された短絡脚片７，８と、電気的にオープンな保持脚片９〜１１と、開口部１２ａ〜１５ａを有する側板１２〜１５とが設けられており、各脚片６〜１１が回路基板１に半田接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信や放送に用いられる小型の送受信ユニット等として好適なアンテナ一体型モジュールに関する。

近年、無線通信技術の発達に伴って小型の送受信ユニットを組み込んだ電子機器や無線カードが種々提案されている。この種の送受信ユニットは、高周波回路が設けられた回路基板上にアンテナ素子が具備されているアンテナ一体型の高周波モジュールであって、従来の一般的なアンテナ一体型モジュールでは、高周波回路の主要部分が配設されている回路基板上の所定領域を板金製のシールドケースで覆い、回路基板上の別の領域にチップアンテナやパターンアンテナ等のアンテナ素子を設けるという構成になっている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このように回路基板上の異なる領域にアンテナ素子とシールドケースとが並設されている構成では、モジュール全体が平面的に大きなサイズになってしまうため、小型化が促進しにくいという問題があった。また、アンテナ素子としてチップアンテナを用い、これを同軸ケーブルを介して高周波回路と接続するという構成を採用した場合、部品コストが大幅に上昇してしまうという問題もあった。

そこで近年、高周波回路の回路部品群を覆って電磁的にシールドするシールドケースを、逆Ｆアンテナのアンテナ素子として兼用できるように構成したアンテナ一体型モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。かかる従来提案では、矩形状の天板（金属平板）の周縁から複数本の折り曲げ脚片を垂下させてなる板金製のカバー兼用アンテナ素子が用いられている。このカバー兼用アンテナ素子は、高周波回路が設けられた回路基板上に搭載されており、所定の折り曲げ脚片を給電ピンやショートピンとして動作するように高周波回路の配線パターンや接地導体層に接続すると共に、残余の折り曲げ脚片を電気的に孤立した半田ランドに接続している。また、これら各折り曲げ脚片によって安定的に支持される天板は、高周波回路の回路部品群を覆う位置で回路基板と所定の間隔を存して対向するように配置されている。そのため、ショートピンに相当する折り曲げ脚片と接続されているこの天板によって、高周波回路の回路部品群を電磁的にシールドすることができる。また、この天板は給電ピンに相当する折り曲げ脚片と接続されているため、逆Ｆアンテナの放射導体として動作させることができる。このように板金製のカバー兼用アンテナ素子を採用すると、別部品のアンテナ素子とシールドケースを平面的に並べて配設するという前記従来技術と比べて、小型化や低コスト化が容易なアンテナ一体型モジュールが得られる。
特開２００２−２３２２２１号公報（第４−６頁、図１） 特開２００５−５８６６号公報（第４−５頁、図１）

前述したように、特許文献２に開示された従来提案のアンテナ一体型モジュールでは、カバー兼用アンテナ素子を用いることによって小型化や低コスト化を図っているが、このカバー兼用アンテナ素子は金属平板からなる天板が回路部品群を覆う位置に配置されるため、回路基板上に搭載した回路部品群のリフロー半田とカバー兼用アンテナ素子のリフロー半田を一括して行おうとすると、天板で覆われた領域にリフロー炉からの熱が十分に伝わらず、回路部品群の半田接合の信頼性が著しく低下することになる。それゆえ、このアンテナ一体型モジュールでは、回路基板上に回路部品群を搭載して１回目のリフロー半田を行った後、カバー兼用アンテナ素子を回路基板上に搭載して１回目のリフロー半田よりも低い溶融温度で再度リフロー半田を行わねばならず、リフロー工程を効率的に行えないという問題があった。

また、かかる従来提案のアンテナ一体型モジュールで用いられているカバー兼用アンテナ素子は、天板の周縁から複数本の折り曲げ脚片を垂下させているだけなので、この天板に覆われた空間（回路部品群が実装されている領域）は側方から見ると大きく露出した状態になっており、よって該空間内へ側方から半田ごて等が差し込まれて高周波回路の主要部分が不法改造される虞があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が容易であると共に回路の不法改造が防止しやすく、かつリフロー工程を効率的に行えて安価に製造できるアンテナ一体型モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のアンテナ一体型モジュールでは、高周波回路の配線パターンおよび接地導体層が設けられた回路基板と、この回路基板の片面に実装された回路部品群と、前記回路基板上に搭載されて前記回路部品群を覆う板金製のカバー兼用アンテナ素子とを備え、前記カバー兼用アンテナ素子が、前記回路基板と所定の間隔を存して対向し放射導体として動作する天板と、この天板の給電点から前記回路基板側へ垂下して前記配線パターンに接続された給電脚片と、前記天板の一端側の周縁から前記回路基板側へ垂下して前記接地導体層に接続された短絡脚片と、前記天板の他端側の周縁から前記回路基板側へ垂下して該回路基板に固定された電気的にオープンな保持脚片と、これら給電脚片と短絡脚片および保持脚片を除く位置で前記天板の周縁から前記回路基板側へ垂下して先端が該回路基板と隙間を存して対向する側板とを有すると共に、前記天板内でその周縁から離隔した複数箇所にスリット状または小孔状の開口部が穿設されている構成とした。

このように構成されたアンテナ一体型モジュールのカバー兼用アンテナ素子は、高周波回路の回路部品群を電磁的にシールドするシールドケースとして動作させることができると共に、天板を放射導体となした逆Ｆ板金アンテナのアンテナ素子として動作させることができるため、別部品のアンテナ素子とシールドケースを平面的に並べて配設する構成に比べてモジュール全体の小型化や低コスト化が図りやすい。また、天板には複数箇所に開口部が穿設されており、これらの開口部を介して空気を円滑に流通させることができるため、リフロー工程でカバー兼用アンテナ素子に覆われた回路基板上の領域に熱が伝わりやすくなって、回路基板上に搭載した回路部品群のリフロー半田とカバー兼用アンテナ素子のリフロー半田とを一括して行えるようになる。また、これらの開口部はスリット状または小孔状に形成されているので半田ごて等を差し込むことは困難であり、かつ、天板の周縁から回路基板側へ側板が垂下しているため、カバー兼用アンテナ素子に覆われた空間内へ側方から半田ごて等を差し込むことも困難である。したがって、このアンテナ一体型モジュールは高周波回路の主要部分が不法改造される危険性が少ない。

上記の構成において、カバー兼用アンテナ素子の側板内でその周縁から離隔した複数箇所にもスリット状または小孔状の開口部が穿設されていると、リフロー工程でカバー兼用アンテナ素子に覆われた回路基板上の領域により一層熱が伝わりやすくなるため、好ましい。

また、上記の構成において、カバー兼用アンテナ素子の天板が矩形状であって、その長手方向一端側の２箇所からそれぞれ短絡脚片を垂下させ、かつ長手方向他端側の２箇所からそれぞれ保持脚片を垂下させてあると、カバー兼用アンテナ素子の形状を単純化できて製造が容易になるため好ましい。この場合において、給電脚片と点対象な位置に該給電脚片と同形状な第３の保持脚片を付設することにより、カバー兼用アンテナ素子が長手方向両端の向きを逆転させても外観が相違しない対称形状となるようにしておけば、回路基板上にカバー兼用アンテナ素子を搭載する組立工程で該アンテナ素子の向きを確認する必要がなくなるため、作業性を向上させることができる。

また、上記の構成において、回路基板がコネクタに対して挿脱されるようになっていると共に、このコネクタが回路基板の両側部を板厚方向に挟持するガイド片を有しており、回路基板をコネクタに挿入して両者を接続状態にしたとき、その挿入方向に沿って延びるカバー兼用アンテナ素子の側板と回路基板との間の隙間内にコネクタのガイド片を位置させるように構成すると、カバー兼用アンテナ素子の側板とコネクタのガイド片との当接が隙間によって回避されるため、カバー兼用アンテナ素子の天板を回路基板の幅寸法と同程度まで広げることができ、回路基板上の限られた空間を部品実装領域として有効利用することができる。この場合において、カバー兼用アンテナ素子の天板が矩形状であって、その短手方向一端側の２箇所からそれぞれ短絡脚片を垂下させると共に、短手方向他端側の２箇所からそれぞれ保持脚片を垂下させ、かつ長手方向両端側から垂下させた側板の全長に亘って回路基板との間に隙間が形成されていると、カバー兼用アンテナ素子の形状を単純化できて製造が容易になると共に、回路基板をコネクタに対して簡単に挿入することができる。

また、上記の構成において、天板や側板に穿設した開口部の幅寸法、ならびに保持脚片の先端と回路基板との対向間隔（隙間の寸法）を、いずれも１ミリメートル以下に設定しておけば、高周波回路の主要部分の不法改造を一層確実に防止することができるため好ましい。

本発明のアンテナ一体型モジュールは、板金製のカバー兼用アンテナ素子を高周波回路の回路部品群を電磁的にシールドするシールドケースとして動作させることができると共に、天板を放射導体となした逆Ｆアンテナのアンテナ素子として動作させることができるため、別部品のアンテナ素子とシールドケースを平面的に並べて配設する構成に比べてモジュール全体の小型化や低コスト化が図りやすい。また、天板には複数箇所に開口部が穿設されており、これらの開口部を介して空気を円滑に流通させることができるため、リフロー工程でカバー兼用アンテナ素子に覆われた回路基板上の領域に熱が伝わりやすくなって、回路基板上に搭載した回路部品群のリフロー半田とカバー兼用アンテナ素子のリフロー半田とを一括して行えるようになり、よって製造コストを一層低減できる。また、これらの開口部はスリット状または小孔状に形成されているので半田ごて等を差し込むことは困難であり、かつ、天板の周縁から回路基板側へ側板が垂下しているため、カバー兼用アンテナ素子に覆われた空間内へ側方から半田ごて等を差し込むことも困難である。したがって、このアンテナ一体型モジュールは高周波回路の主要部分が不法改造される危険性が少ない。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図、図２は図１に示すモジュールおよびコネクタの分解斜視図である。

これらの図に示すアンテナ一体型モジュールは、上面に高周波回路の配線パターン（図示せず）が設けられて底面のほぼ全面に接地導体層２が設けられた矩形状の回路基板１と、回路基板１の上面に実装されて前記配線パターンに接続されたチップ部品やＩＣ等の回路部品３群と、回路基板１上に搭載されて回路部品３群を覆っている板金製のカバー兼用アンテナ素子４とによって主に構成されており、回路基板１がコネクタ２０を介してマザーボード３０上に電気的かつ機械的に接続されるようになっている。このコネクタ２０は、平板部に配設された複数の接続端子２０ａと、平板部の両端から起立する側壁に設けられた一対のガイド片２０ｂとを有しており、回路基板１はコネクタ２０の両側壁によって幅方向に規制されると共に、ガイド片２０ｂによって板厚方向に挟持されるようになっている。

カバー兼用アンテナ素子４は、回路部品３群を覆う矩形状の金属平板で放射導体として動作する天板５と、この天板５の周縁から回路基板１側へ垂下する給電脚片６と短絡脚片７，８および保持脚片９〜１１と、これら各脚片６〜１１を除く位置で天板５の周縁（四辺）から回路基板１側へ垂下する側板１２〜１５とによって構成されている。そして、給電脚片６は前記配線パターンに接続され、短絡脚片７，８は接地導体層２に接続されるが、保持脚片９〜１１は電気的にオープンな状態で回路基板１に固定されるようになっている。また、天板５内には周縁から離隔した６箇所にスリット状の開口部５ａが穿設されており、各側板１２〜１５内にはそれぞれ周縁から離隔した２箇所にスリット状の開口部１２ａ〜１５ａが穿設されている。

すなわち、天板５の一方の長辺に沿う側板１２は、長手方向一端側が給電脚片６と連続し他端側が保持脚片１１と連続している折り曲げ片であって、この側板１２内には天板５の長辺に沿って延びる開口部１２ａが一直線状に２箇所穿設されており、給電脚片６と切欠き部１６を介して隣接する位置に短絡脚片７が設けられている。同様に、天板５の他方の長辺に沿う側板１３は、長手方向一端側が短絡脚片８と連続し他端側が保持脚片９と連続している折り曲げ片であって、この側板１３内には天板５の長辺に沿って延びる開口部１３ａが一直線状に２箇所穿設されており、保持脚片９と切欠き部１７を介して隣接する位置に保持脚片１０が設けられている。また、天板５の一方の短辺の全長に亘って延在している側板１４内には、該短辺に沿って延びる開口部１４ａが一直線状に２箇所穿設されている。同様に、天板５の他方の短辺の全長に亘って延在している側板１５内には、該短辺に沿って延びる開口部１５ａが一直線状に２箇所穿設されている。なお、各側板１２〜１５に穿設されているスリット状の開口部１２ａ〜１５ａの幅寸法（スリット幅）は、いずれも１ミリメートル以下に設定されている。また、各側板１２〜１５の先端（下端）はいずれも隙間Ｓを介して回路基板１と対向しており、その対向間隔も１ミリメートル以下に設定されている。

カバー兼用アンテナ素子４の各脚片６〜１１について詳しく説明すると、給電脚片６の下端部は前記配線パターンの給電ラインに接続されており、所定の高周波信号が給電脚片６を介して天板５の給電点（給電脚片６の上端折曲部）へ供給されるようになっている。短絡脚片７，８は回路基板１のスルーホールを介して接地導体層２に接続されている。保持脚片９〜１１はいずれも回路基板１上の電気的に孤立した半田ランドに接続されており、これらの半田ランドと接地導体層２との間に静電容量が装荷されるようになっている。つまり、このカバー兼用アンテナ素子４は、各脚片６〜１１を対応する半田ランドに半田接合することによって回路基板１上に安定した姿勢で取り付けられており、天板５が回路基板１と所定の間隔を存して対向している。そして、このカバー兼用アンテナ素子４は図示の如く、四隅に短絡脚片７，８および保持脚片１０，１１を配設し、かつ給電脚片６と点対象な位置に該給電脚片６と同形状な保持脚片９を設けることによって、長手方向両端の向きを逆転させても外観が相違しない対称形状となるように設計されている。

このように構成されたアンテナ一体型モジュールは、回路部品３群を覆う板金製のカバー兼用アンテナ素子４が接地導体層２に接続されているため、このカバー兼用アンテナ素子４をシールドケースとして動作させることができる。また、カバー兼用アンテナ素子４の矩形状の天板５は、その長手方向一端側に短絡脚片７，８が配設されて他端側が電気的にオープンな状態に保たれており、給電脚片６からの給電によってこの天板５を励振させることが可能なため、この天板５は逆Ｆ板金アンテナの放射導体として動作させることができる。

すなわち、本実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールは、高周波回路の主要部分を覆うカバー兼用アンテナ素子４がシールドケースとして動作するだけでなく、逆Ｆアンテナのアンテナ素子としても動作するように設計されているため、別部品のアンテナ素子とシールドケースを平面的に並べて配設する構成に比べて小型化や低コスト化が図りやすい。しかも、カバー兼用アンテナ素子４は保持脚片９〜１１が集中している電気的にオープンな側、つまり給電時に電界領域となる側に静電容量が装荷されるように設計されているため、モジュール全体の小型化が一層促進しやすくなっている。

また、このアンテナ一体型モジュールは、カバー兼用アンテナ素子４の天板５と各側板１２〜１５にそれぞれ複数の開口部５ａ，１２ａ〜１５ａが穿設されており、これらの開口部５ａ，１２ａ〜１５ａを介して空気を円滑に流通させることができるため、リフロー工程でカバー兼用アンテナ素子４に覆われた回路基板１上の領域に熱が伝わりやすくなって、回路基板１上に搭載した回路部品３群のリフロー半田とカバー兼用アンテナ素子４のリフロー半田とを一括して行えるようになっている。つまり、リフロー工程を繰り返す必要がないため、より安価に製造することができる。

しかも、このアンテナ一体型モジュールでは、天板５の周縁から回路基板１側へ側板１２〜１５が垂下しており、各側板１２〜１５の先端と回路基板１との対向間隔（隙間Ｓ）が１ミリメートル以下に設定されていることから、カバー兼用アンテナ素子４に覆われた空間内へ側方から半田ごて等を差し込むことず困難となっている。また、開口部５ａ，１２ａ〜１５ａが全て幅１ミリメートル以下のスリット状に形成されているので、これらの開口部５ａ，１２ａ〜１５ａに半田ごて等を差し込むことも困難である。したがって、このアンテナ一体型モジュールは高周波回路の主要部分が不法改造される危険性が少ない。

また、本実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールは、板金製のカバー兼用アンテナ素子４の形状が単純で製造が容易である。また、このカバー兼用アンテナ素子４が長手方向両端の向きを逆転させても外観が相違しない対称形状となるように設計されているため、回路基板１上にカバー兼用アンテナ素子４を搭載する組立工程で、該アンテナ素子４の向きをいちいち確認する必要がなくなって作業性が向上するという利点がある。

図３は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図、図４は図３のIV−IV線に沿う断面図であり、図１と図２に対応する部分には同一符号を付すことで重複説明を省略する。

本実施形態例が前述した第１実施形態例と相違する点は、天板５が回路基板１とほぼ同一幅の矩形状に形成されていることと、この天板５の周縁から垂下する給電脚片６と短絡脚片７，８および保持脚片９〜１１の形成位置にあり、それ以外の構成や作用効果は基本的に同様である。すなわち、天板５の一方の短辺に沿う側板１４は、短手方向一端側が給電脚片６と連続し中央部および他端側が短絡脚片７，８と連続している折り曲げ片であって、同様に、天板５の他方の短辺に沿う側板１５は、短手方向両端側と中央部が保持脚片９，１０，１１と連続している折り曲げ片である。また、天板５の一方の長辺の全長に亘って延在している側板１２内には、該長辺に沿って延びる開口部１２ａが一直線状に２箇所穿設されており、同様に、天板５の他方の長辺の全長に亘って延在している側板１３内には、該長辺に沿って延びる開口部１３ａが一直線状に２箇所穿設されている。さらに、各側板１２〜１５の先端はいずれも隙間Ｓを介して回路基板１と対向しており、天板５の長辺に沿う両側板１２，１３については、長手方向の端から端までの全長に亘って隙間Ｓが形成されている。

このように構成されたアンテナ一体型モジュールにおいても、回路基板１をコネクタ２０の両ガイド片２０ｂの下側に挿入することにより、回路基板１がコネクタ２０を介してマザーボード３０上に電気的かつ機械的に接続されるようになっている。かかるコネクタ接続状態において、回路基板１は両ガイド片２０ｂによってコネクタ２０から脱落しないように抜け止めされるが、図４に示すように、これらガイド片２０ｂは両側板１２，１３と回路基板１との間に形成された隙間Ｓ内に位置している。すなわち、回路基板１の両側部を両ガイド片２０ｂの下側に挿入してコネクタ２０と接続する際に、両ガイド片２０ｂは回路基板１の挿入方向に沿って延びる両側板１２，１３の下方の隙間Ｓ内を通過するため、これらガイド片２０ｂと側板１２，１３との当接は隙間Ｓによって回避される。したがって、カバー兼用アンテナ素子４の天板５を回路基板１の幅寸法と同程度まで広げることができ、それに伴って回路基板１上の限られた空間を部品実装領域として有効利用することができ、また、天板５の広い面積を図示せぬラベルの貼着面として利用することもできる。

なお、上述した各実施形態例では、天板５の各開口部５ａが長手方向に沿って延びている場合について説明したが、各開口部５ａが短手方向に沿って延びていても良い。また、開口部５ａや開口部１２ａ〜１５ａがスリット状の代わりに小孔であっても良く、その場合は多数の小孔を穿設しておくことによってリフロー工程の重複を避けることができる。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図である。 図１に示すモジュールおよびコネクタの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態例に係るアンテナ一体型モジュールの斜視図である。 図３のIV−IV線に沿う断面図である。

符号の説明

１ 回路基板
２ 接地導体層
３ 回路部品
４ カバー兼用アンテナ素子
５ 天板
５ａ 開口部
６ 給電脚片
７，８ 短絡脚片
９〜１１ 保持脚片
１２〜１５ 側板
１２ａ〜１５ａ 開口部
２０ コネクタ
２０ａ 接続端子
２０ｂ ガイド片
Ｓ 隙間

Claims (7)

1. 高周波回路の配線パターンおよび接地導体層が設けられた回路基板と、この回路基板の片面に実装された回路部品群と、前記回路基板上に搭載されて前記回路部品群を覆う板金製のカバー兼用アンテナ素子とを備え、
   前記カバー兼用アンテナ素子が、前記回路基板と所定の間隔を存して対向し放射導体として動作する天板と、この天板の給電点から前記回路基板側へ垂下して前記配線パターンに接続された給電脚片と、前記天板の一端側の周縁から前記回路基板側へ垂下して前記接地導体層に接続された短絡脚片と、前記天板の他端側の周縁から前記回路基板側へ垂下して該回路基板に固定された電気的にオープンな保持脚片と、これら給電脚片と短絡脚片および保持脚片を除く位置で前記天板の周縁から前記回路基板側へ垂下して先端が該回路基板と隙間を存して対向する側板とを有すると共に、前記天板内でその周縁から離隔した複数箇所にスリット状または小孔状の開口部が穿設されていることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
2. 請求項１の記載において、前記側板内でその周縁から離隔した複数箇所にもスリット状または小孔状の開口部が穿設されていることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
3. 請求項１または２の記載において、前記天板が矩形状であって、その長手方向一端側の２箇所からそれぞれ前記短絡脚片を垂下させ、かつ長手方向他端側の２箇所からそれぞれ前記保持脚片を垂下させたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
4. 請求項３の記載において、前記給電脚片と点対象な位置に該給電脚片と同形状な第３の前記保持脚片を付設することにより、前記カバー兼用アンテナ素子が長手方向両端の向きを逆転させても外観が相違しない対称形状となるようにしたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
5. 請求項１または２の記載において、前記回路基板がコネクタに対して挿脱されるようになっていると共に、このコネクタが前記回路基板の両側部を板厚方向に挟持するガイド片を有しており、前記回路基板を前記コネクタに挿入して両者を接続状態にしたとき、その挿入方向に沿って延びる前記側板と前記回路基板との間の前記隙間内に前記ガイド片を位置させるようにしたことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
6. 請求項５の記載において、前記天板が矩形状であって、その短手方向一端側の２箇所からそれぞれ前記短絡脚片を垂下させると共に、短手方向他端側の２箇所からそれぞれ前記保持脚片を垂下させ、かつ長手方向両端側から垂下させた前記側板の全長に亘って前記隙間が形成されていることを特徴とするアンテナ一体型モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の記載において、前記開口部の幅寸法、ならびに前記保持脚片の先端と前記回路基板との対向間隔を、いずれも１ミリメートル以下に設定したことを特徴とするアンテナ一体型モジュール。

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