JP2008072321A - 電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線基板との線膨張係数の違いによる誘電体ブロックのクラックの発生を防止する。
【解決手段】電子部品であるパッチアンテナ１０は、誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の上面に形成された放射電極１２と、誘電体ブロック１１の底面に設けられた給電電極１３と、給電電極１３及びその周囲の一定範囲を除いた誘電体ブロック１１の底面の全面に形成された接地電極１４と、放射電極１２、誘電体ブロック１１及び給電電極１３を貫通し、放射電極１２と給電電極１３とを電気的に接続するスルーホール電極１５と、接地電極１４の表面を部分的に覆うガラスコート部１６とを備えている。接地電極１４は、給電電極１３及びその周囲の一定範囲を除いた誘電体ブロック１１の底面の全面に形成されている。ガラスコート部１６が接地電極１４の表面を覆うことにより、接地電極１４の島状の露出領域が形成され、接地電極１４は複数に分割される。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品に関し、特に、パッチアンテナ等の電子部品の接地電極の構造に関するものである。

近年、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した携帯無線端末が広く利用されるようになり、また人工衛星からのラジオ放送を受信するデジタルサテライトラジオシステムが注目されていることから、その受信用パッチアンテナの需要の増加が見込まれている。

図５（ａ）及び（ｂ）は、従来のパッチアンテナの構造の一例を示す外観斜視図であって、（ａ）は略上面斜視図、（ｂ）は略底面斜視図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、このパッチアンテナ５０は、貫通孔１１ａを有する誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の上面に形成された放射電極１２と、誘電体ブロック１１の底面に設けられた給電電極１３と、給電電極１３及びその周囲の一定範囲を除いた誘電体ブロック１１の底面の略全面に形成された接地電極１４と、放射電極１２、誘電体ブロック１１及び給電電極１３を貫通する貫通孔１１ａの内壁面に形成され、放射電極１２と給電電極１３とを電気的に接続するスルーホール電極１５とを備えている。プリント配線基板上にパッチアンテナ５０を実装する場合には、給電電極１３及び接地電極１４がプリント配線基板上の回路導体にはんだ付けされる。

パッチアンテナの他の構造として、スルーホール電極１５ではなく、給電ピンを用いたものもよく知られている。例えば、特許文献１に示されたパッチアンテナは、給電ピンを備えているが、特に、給電ピンと誘電体基板の熱膨張収縮の差を弾性薄板の弾性変形により吸収する構造を特徴としている。これによれば、両面接着テープを使用することなく、給電ピンとプリント配線基板上の回路導体とのはんだ付け部の破損を防止することができる。
特開２００３−２６４４２４号公報

従来のパッチアンテナにおいては、接地電極が誘電体ブロックの底面の略全面に形成されており、その全面がはんだ付けによって固定されていた。そのため、誘電体ブロックとプリント配線基板との線膨張係数の違いにより、誘電体ブロックにクラックが発生するという問題があった。特に、アンテナ特性の向上を図るため、放射電極面積の拡大、誘電体ブロックが大型化するほどクラックが発生しやすくなる。

上記問題を解決するため、プリント配線基板上のランドパターンを網目状に形成し、パッチアンテナのはんだ付け面積を減らすことにより、誘電体ブロックとプリント配線基板との線膨張係数の違いによる熱応力を分散させることも考えられるが、この応力は誘電体ブロックの端部（周縁部）において最も強いことから、クラックが発生しやすいことに変わりはない。また、パッチアンテナのはんだ付け面積を減らすために、プリント配線基板上のランドパターンの面積をパッチアンテナの接地電極よりも小さくし、誘電体ブロックの端部（周縁部）がはんだ付けされないようにした場合には、実装時にパッチアンテナの位置がずれてしまい、正しい位置に実装することができないという問題がある。また、パッチアンテナのはんだ付け部分をメッシュ状にすることも考えられるが、特性が変化してしまうため現実的ではない。このような問題は、パッチアンテナに限定されず、比較的大きな誘電体ブロックを用いる種々の表面実装型電子部品に起こりうる問題である。

したがって、本発明の目的は、プリント配線基板との線膨張係数の違いによる誘電体ブロックのクラックの発生を防止することが可能な電子部品を提供することになる。

本発明の上記目的は、誘電体ブロックと、誘電体ブロックの上面に形成された上面電極と、誘電体ブロックの底面に形成された接地電極と、接地電極の一部を覆うガラスコート部とを備えることを特徴とする電子部品によって達成される。

本発明において、ガラスコート部は、誘電体ブロックの底面の端部を覆っていることが好ましい。これによれば、線膨張係数が最も強い誘電体ブロックの底面の端部をガラスコート部で覆っていることから、誘電体ブロックとプリント配線基板の線膨張係数の違いによる熱応力の影響を抑えることができ、誘電体ブロックのクラックを防止することができる。

本発明において、ガラスコート部は、接地電極を複数個に分割するように覆っていることが好ましい。これによれば、プリント配線基板上のはんだ付け位置を分散させることができ、熱応力を分散することができるので、誘電体ブロックのクラックの発生を防止することができる。

本発明において、ガラスコート部の総面積は、誘電体ブロックの底面全体に形成した電極の総面積の２０〜７０％の範囲であることが好ましく、４０〜６０％の範囲であることが特に好ましい。ガラスコート部の総面積が７０％を超えると、電子部品の基板への接着強度が実用に耐えられなくなり、落下試験等で不具合を生じてしまうからである。また２０％未満であると、ガラスコートによる効果がなくなり、誘電体ブロックにクラックが生じてしまうからである。

このように、本発明によれば、プリント配線基板との線膨張係数の違いによって生じる誘電体ブロックのクラックの発生を防止することが可能な電子部品を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態に係るパッチアンテナの構成を示す外観斜視図であって、（ａ）は略上面斜視図、（ｂ）は略底面斜視図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、このパッチアンテナ１０は、誘電体ブロック１１と、誘電体ブロック１１の上面に形成された放射電極（上面電極）１２と、誘電体ブロック１１の底面に設けられた給電電極１３と、給電電極１３及びその周囲の一定範囲を除いた誘電体ブロック１１の底面の全面に形成された後述する接地電極１４の表面を部分的に覆うガラスコート部１６と、そのガラスコート部１６により分割された接地電極１４ａと、放射電極１２、誘電体ブロック１１及び給電電極１３を貫通し、放射電極１２と給電電極１３とを電気的に接続するスルーホール電極１５とを備えている。

誘電体ブロック１１は、セラミックス等によって形成された略ブロック状の基材である。誘電体ブロック１１の材料としては、特に限定されるものではないが、Ｂａ−Ｎｄ−Ｔｉ系材料（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率４３〜４６）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系材料（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系材料（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系材料（比誘電率１９〜２１）、サファイヤ（比誘電率９〜１０）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）などを用いることができる。誘電体ブロック１１は、型枠を用いてこれらの材料を焼成することによって作製される。

誘電体ブロック１１の寸法は、目的とする周波数に応じて適宜設定されるが、近年は、利得の向上のため、放射電極１２と共に誘電体ブロック１１の平面寸法が大きくなる傾向にある。寸法の一例としては、１８×１８×５ｍｍを挙げることができる。誘電体ブロック１１の角部の一つには、直角に面取りされた方位マークとしての切り欠き部１１ｘが形成されている。また、残りの３つの角部が４５度に面取りされるにより、誘電体ブロック１１の角部のクラックが防止されている。

放射電極１２、給電電極１３及び接地電極１４は、誘電体ブロック１１の表面に電極用ペースト材をスクリーン印刷や転写などの方法によって塗布した後、所定の温度条件で焼付けを行うことで形成される。特に限定されるものではないが、電極用ペースト材としては、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銅などを用いることができる。

スルーホール電極１５は、誘電体ブロック１１の主面の略中央（インピーダンス調整のため完全な中央ではない）において誘電体ブロック１１の上面から底面までを貫通する貫通孔１１ａの内壁面に電極用ペースト材を塗布することによって形成されている。放射電極１２は、スルーホール電極１５及び給電電極１３を介してプリント配線基板上の回路導体に接続される。

図２は、パッチアンテナ１０の構成を示す略底面斜視図であって、ガラスコート部１６が形成されていない状態を示すものである。

図２に示すように、接地電極１４は、給電電極１３及びその周囲の一定範囲を除いた誘電体ブロック１１の底面の全面に形成されている。こうして接地電極１４を全面に形成することにより、アンテナ特性の安定化が図られている。なお、接地電極１４は誘電体ブロック１１の底面の全面を完全に覆っていなくてもよく、例えば、エッジ部分に一定幅のマージンが設けられていてもよい。そして、このような接地電極１４の表面にガラスペーストを略格子状に塗布し、焼付けすることにより、図１（ｂ）に示すようなガラスコート部１６が形成されるとともに、ガラスコート部１６が接地電極１４の表面を覆うことにより、図２の破線で示す島状の領域が接地電極１４の露出領域となり、接地電極１４は複数に分割され、図１（ｂ）に示されるように、分割された接地電極１４ａを形成する。なお、ガラスコート部１６に用いるガラス材料は、接地電極等で用いる電極材料の焼付け温度より低い温度で焼付けできるものが好ましい。

図３は、パッチアンテナ１０の側面断面図であって、プリント配線基板１００上に実装された状態を示している。

図３に示すように、パッチアンテナ１０は、プリント配線基板１００上の回路導体１０１上に表面実装され、はんだ付けにより固定される。はんだ１０２は、図示のように、ガラスコート部１６には付着せず、分割された接地電極１４ａにのみ付着するので、プリント配線基板１００上のはんだ付け位置を分散させることができ、よって熱応力を分散することができる。特に、線膨張係数が最も強い誘電体ブロック１１の端部（周縁部）をガラスコート部１６で覆っていることから、誘電体ブロック１１とプリント配線基板１００の線膨張係数の違いによる熱応力の影響を抑えることができ、クラックを防止することができる。さらにまた、また、プリント配線基板上の回路導体の面積、つまりパッチアンテナの実装面は十分広く確保されていることから、パッチアンテナの実装位置がずれることもない。

以上説明したように、本実施形態のパッチアンテナ１０によれば、誘電体ブロック１１の底面の略全面に接地電極１４を形成し、さらに接地電極１４の表面をガラスコート部１６で部分的に覆うことにより、接地電極１４を複数の分割された接地電極１４ａとして形成したので、パッチアンテナ１０をプリント配線基板１００上にはんだ付けにより接続したとしても、誘電体ブロック１１とプリント配線基板１００の線膨張係数の違いによるクラックの発生を防止することができる。また、接地電極１４自体を最初から分割して形成するのではなく、接地電極１４を全面に形成し、その上にガラスコート部１６を形成して複数の分割された接地電極１４ａを形成していることから、アンテナ特性の安定化を図ることができる。

図４（ａ）乃至（ｆ）は、分割された接地電極１４ａの電極パターンの他の例を示す略平面図である。

図４（ａ）に示す電極パターンは、ガラスコート部１６による格子の目をさらに細かくし、接地電極１４をより細かく分割したものであり、６×６＝３６個に分割された電極１４ａで構成されている。このように、接地電極１４をさらに細かく分割しても、図１（ｂ）に示した電極パターンと同様の効果を得ることができ、誘電体ブロック１１のクラックの発生を防止することができる。

図４（ｂ）に示す電極パターンは、給電電極１３の周囲の一定範囲を囲う矩形パターンであり、図４（ｃ）に示すパターンは、給電電極の周囲を囲う円形パターンであり、図４（ｄ）に示すパターンは、図４（ｃ）の円形パターンの上下左右の一部を除去して形成された４つの円弧パターンである。このように、図４（ｂ）乃至（ｄ）のパターンによれば、図１（ｂ）の電極パターンと同様、ガラスコート部１６が誘電体ブロック１１の底面の端部をすべて覆っていることから、線膨張係数の違いによる応力が最も強くなる誘電体ブロックの端部においてはんだ付けがなされることはなく、よって誘電体ブロック１１のクラックの発生を防止することができる。

また、図４（ｅ）に示す電極パターンは、給電電極１３を中心として、多数の小さな円形の電極パターンが給電電極の周りに円周上に形成されたものである。また、図４（ｆ）に示す電極パターンは、給電電極１３を中心として、小さな円形の電極パターンが放射状に形成されたものである。このように、複数の小さな電極を所定のパターンで分散配置した場合も、図１（ｂ）や図４（ａ）乃至（ｄ）に示した電極パターンと同様の効果を得ることができ、誘電体ブロック１１のクラックの発生を防止することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においてはパッチアンテナを例に挙げたが、上述の通り、本発明はパッチアンテナに限定されるものではなく、誘電体ブロックの底面に広く電極が形成された種々の表面実装型電子部品に適用することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態に係るパッチアンテナの構成を示す外観斜視図であって、（ａ）は略上面斜視図、（ｂ）は略底面斜視図である。 図２は、パッチアンテナ１０の構成を示す略底面斜視図であって、ガラスコート部１６が形成されていない状態を示すものである。 図３は、パッチアンテナ１０の側面断面図であって、プリント配線基板１００上に実装された状態を示している。 図４（ａ）乃至（ｆ）は、分割された接地電極１４ａの電極パターンの他の例を示す略平面図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、従来のパッチアンテナの構造の一例を示す外観斜視図であって、（ａ）は略上面斜視図、（ｂ）は略底面斜視図である。

符号の説明

１０ パッチアンテナ
１１ 誘電体ブロック
１１ａ 貫通孔
１１ｘ 切り欠き部（方位マーク）
１２ 放射電極（上面電極）
１３ 給電電極
１４ 接地電極
１４ａ 分割された接地電極
１５ スルーホール電極
１６ ガラスコート部
５０ パッチアンテナ
１００ プリント配線基板
１０１ 回路導体
１０２ はんだ
１０３ 貫通孔
１０４ 回路導体

Claims (4)

1. 誘電体ブロックと、
   前記誘電体ブロックの上面に形成された上面電極と、
   前記誘電体ブロックの底面に形成された接地電極と、
   前記接地電極の一部を覆うガラスコート部とを備えることを特徴とする電子部品。
2. 前記ガラスコート部は、前記誘電体ブロックの底面の端部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記ガラスコート部は、前記接地電極を複数個に分割するように覆っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
4. 前記電子部品はチップアンテナであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品。
   

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