JP2012160949A - 無線装置及び無線機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線装置は、集積回路パッケージ、第1層を含む実装基板を備える。集積回路パッケージは、集積回路と1以上のアンテナとを含む。実装基板は、前記集積回路パッケージが電気的に接続される。第1層は、前記集積回路パッケージが積載される前記実装基板の第1面と対向する前記実装基板の第2面に形成される第1層であって、前記アンテナを前記実装基板の厚み方向に射影した該第1層に属する第1領域は少なくとも導体で形成される。無線装置は、前記第1領域内の第1層と、前記実装基板に含まれる第2領域と前記第1面とからなる第3領域のうちの特定領域と、を電気的に接続する。
【選択図】図1B
Description
また、アンテナ内蔵ICパッケージを実装する基板の厚さは、機器等によって様々であり、基板が十分に厚く、アンテナ周辺における基板の金属パターンを除去すれば、アンテナへの影響を小さくすることができる。一方、基板が薄く基板下に金属パターンがある場合や、アンテナ周辺にICパッケージの端子、グラウンド、配線等の金属パターンを配置しなければならない場合は、これらの影響を受けるためアンテナ特性が変化してしまう。
また、従来のICパッケージ内蔵アンテナは、反射器付きダイポールであり、アンテナ周辺に存在する金属パターンの影響を受けるが、金属パターンの影響を考慮していないため実装の際に問題となる。
本発明の一観点は、アンテナの特性を改善することができる無線装置及び無線機器を提供することを目的とする。
第1の実施形態に係る無線装置について図1A及び図1Bを参照して説明する。図1Aは、Z軸方向から無線装置を見た図であり、図1Bは、図1A中のA−A’間をy軸方向から見た断面図である。
第1の実施形態に係る無線装置100は、集積回路(以下、IC(Integrated Circuit)という)パッケージ101と実装基板102とを含む。ICパッケージ101は、ICチップ103、アンテナ104、パッケージ基板105、ボンディングワイヤ107、及び封止樹脂108を含む。実装基板102は、金属パターン110、第1層111を含む。また、ICパッケージ101と実装基板102とは、外部端子106により電気的に接続される。
ボンディングワイヤ107により、ICチップ103上の金属パターン(図示せず)とパッケージ基板105上の金属パターン(図示せず)が接続される。なお、ICチップ103上の金属パターン(図示せず)がパッケージ基板105の金属パターン(図示せず)形成面と合わせるように形成され、ICチップ103上の金属パターン(図示せず)とパッケージ基板105の金属パターン(図示せず)が、ボンディングワイヤ107を使用せず、フリップチップ接続されてもよい。
金属パターン110は、実装基板102上にICパッケージ101及び他の部品の実装または配線のために形成される。
第1層111は、例えば金属であり、ICパッケージ101が積載される実装基板102の第1面と対向する第2面に層状に形成される。なお、第1層111は、全体を導体で形成することが望ましいが、第1層111において、アンテナ104を実装基板102の厚み方向に射影したときの第1層111に属する領域(第1領域ともいう)を少なくとも導体で形成すればよい。具体的には、図1A及び図1Bの例では、第1層111のうち、アンテナ104を実装基板102に向かってZ軸方向に射影した第1層111に属する領域113を少なくとも導体で形成すればよい。
アンテナ104を図1とは別の形状で形成した一例を図2に示す。
図2に示す構成では、ボンディングワイヤ107を介さずにICチップ103と直接接続することにより、アンテナ201としてダイポールアンテナを形成する。
図3(A)は、ビア112を形成していない場合の電界及び電流を示し、図3(B)は、ビア112を形成した場合の電界及び電流を示す。
図3(A)に示すように、実装基板102の内部には、アンテナ104または金属パターン110と、第1層111とで挟まれる領域が存在し、この領域内で第1層111に略垂直な方向に電界が生じる。また、アンテナ104に流れる電流により、第1層111と平行な方向に電流が生じる。これらの電界及び電流の影響により、アンテナ104の放射パターンが劣化してしまう。
第2の実施形態では、実装基板内に、アンテナを実装基板の厚み方向に射影した領域には導体を含まない第2層を有する点が第1の実施形態と異なる。
第2の実施形態に係る無線装置を図4A及び図4Bに示す。図4Aは、Z軸方向から無線装置を見た図であり、図4Bは、図4A中のA−A’間をy軸方向から見た断面図である。
第2の実施形態に係る無線装置400は、ICパッケージ101と実装基板102とを含む。ICパッケージ101については、第1の実施形態と同様であるためここでの説明を省略する。ここで、実装基板102は、ICパッケージ101が積載される実装基板102の第1面と第1層111との間に積層される第2層402を含む。第2層402は、アンテナ104を実装基板の厚み方向に射影した部分を含む領域(第4領域ともいう)にはビア112およびビア112の形成に必要な導体を除いて、他の導体を含まない。また、第2層402は、グラウンド又は配線層にも用いることができる。
第1の実施形態に係る無線装置では、ビアを設ける位置を特に指定していないが、第3の実施形態では、ビアを切り欠きの端部から使用周波数の4分の1波長の奇数倍の位置に設けることが異なる。こうすることで、さらにアンテナの特性を改善することができる。
第3の実施形態に係る無線装置500は、ビア112の位置が指定される他は第2の実施形態と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。
無線装置500に設けられるビア112は、切り欠き401の端部(外縁ともいう)から切り欠き401内に向けて(1)式の距離間隔ごとに設けられる。
ここで、(1)式で表される距離は電気長であり、本実施形態における「周波数」は、アンテナが使用する信号を含む周波数のいずれかであって、設計誤差を含んでもよい。
図6(A)は、ビア112を形成していない場合の電界及び電流を示し、図6(B)は、ビア112を形成した場合の電界及び電流を示す。
切り欠き401の端部は、金属壁のような振る舞いをする。したがって、図6(A)に示すように、実装基板102の層に垂直な方向に生じる電界は、切り欠き401の端部で最小となり、端部から電気長として(1)式で表される距離、すなわち4分の1波長の奇数倍の距離で最大となる。
従って、図6(B)に示すように、電界が最大となる位置にビア112を設けることで、実装基板102内部に生じる電界及びそれに伴う電流を抑制することができ、アンテナの放射パターンが劣化するのを防ぐことができる。
第4の実施形態では、第3の実施形態に係る無線装置500に形成されるビアが、外部端子106に接続される点が他の実施形態と異なる。
第4の実施形態に係る無線装置を図7A及び図7Bに示す。図7Aは、Z軸方向から無線装置を見た図であり、図7Bは、図7A中のA−A’間をy軸方向から見た断面図である。
第4の実施形態に係る無線装置700は、第3の実施形態とほぼ同様の構成であるため詳細な説明を省略する。
図8(A)は、ビア112を形成していない場合の電界及び電流を示し、図8(B)は、ビア112を形成した場合の電界及び電流を示す。
図8(B)に示すように、ビア112が外部端子106及び第1層111に接続されることで、接続された外部端子106と第1層111とが同電位となり、電界の発生を大幅に低減することができる。これに応じて、電流の発生も低減されるので、効果的に実装基板102内部に生じる電界及び電流が抑制される。結果として、アンテナの放射パターンが劣化するのを防ぐことができる。
図9Aは、図7に示す無線装置700の第1層111に垂直な方向(図9におけるz方向)の電界成分の電磁界シミュレーション結果を示す。図9Bは、比較対象として図7に示す無線装置700のビア112がない場合における第1層111に垂直な方向の電界成分の電磁界シミュレーション結果を示す。
図9Bの実装基板102に生じる第1層111に垂直な方向の電界は、切り欠き401の端部で最小となり、切り欠き401の端部から4分の1波長の奇数倍の距離で最大となっている。一方、図9Aに示す無線装置700では、端部から4分の1波長の奇数倍の位置にビア112が設けられ、さらにビア112が外部端子106と第1層111とに接続されることにより、図9Bと比較して実装基板102の切り欠き401部分における電界が抑制されることがわかる。
図9A及び図9Bの電界の場合と同様に、図10Aに示す無線装置700では、図10Bのビア112が無い場合と比較すると、切り欠き401部分における電流が抑制されていることがわかる。
図11Bの放射パターンは、図11Cの放射パターンと比較すると、±y方向や±x方向への指向性が強くなり、図11Cの放射パターンと大きく異なる。一方、図11Aの放射パターンは、図11Cの放射パターンと比較すると、多少ビーム幅は狭くなっているものの、同様の放射パターンを示しており、実装基板の影響が抑制されていることがわかる。
以上に示した第4の実施形態によれば、ビアを、切り欠きの端部から4分の1波長の奇数倍の位置に外部端子と第1層とを接続するように設けることで、効果的に実装基板内部に生じる電界及び電流を抑制し、アンテナの特性を改善することができる。
上述の実施形態では、アンテナが1つである場合を想定したが、これに限らずアンテナを複数設けてもよい。
アンテナを複数設けた場合の無線装置について図12A及び図12Bを参照して説明する。図12Aは、Z軸方向から無線装置を見た図であり、図12Bは、図12A中の線分A−A’又はB−B’における断面図である。
上述した無線装置を無線機器に用いることも可能である。無線機器は、データ又は画像や動画をやりとりする機器に上述した無線装置を搭載した機器である。
図13に示す無線機器1300は、無線装置100、プロセッサ1301、メモリ1302を含む。
無線装置100は、外部とデータの送受信を行う。なお、第1の実施形態から第4の実施形態のいずれの無線装置(無線装置100,400,500,700)を用いてもよい。
プロセッサ1301は、無線装置100から受け取ったデータ、もしくは無線装置100へ送信するデータを処理する。
図14の例では、ノートPC1401、携帯端末1402を示すが、これに限らず、TV、デジタルカメラ、メモリカードなどの機器に無線装置を搭載してもよい。
図14に示すノートPC1401及び携帯端末1402は、内部又は外部に図7Aに示す無線装置700を含み、例えばミリ波帯の周波数を用いてデータ通信を行う。これによって、ノートPC1401は、携帯端末1402に含まれる無線装置700を介してデータ通信を行うことができる。
上述した無線機器の内部には、金属、誘電体又は様々な部品等が配置される。アンテナ104を実装基板102の厚み方向に射影したときの領域を、少なくとも導体で形成することにより、第1層111がシールドの役目をし、アンテナ104に対して第1層111より外側にある金属、誘電体又は様々な部品等の影響を抑制することができる。
Claims (5)
- 集積回路と1以上のアンテナとを含む集積回路パッケージと、
前記集積回路パッケージが電気的に接続される実装基板と、
前記集積回路パッケージが積載される前記実装基板の第1面と対向する前記実装基板の第2面に形成される第1層であって、前記アンテナを前記実装基板の厚み方向に射影した該第1層に属する第1領域は少なくとも導体で形成される第1層と、を具備し、
前記第1領域内の第1層と、前記実装基板に含まれる第2領域と前記第1面とからなる第3領域のうちの特定領域と、を電気的に接続することを特徴とする無線装置。 - 前記実装基板の前記第1面と前記第2面との間に形成される第2層であって、前記アンテナを前記実装基板の厚み方向に射影した部分を含む第4領域は、前記第1領域内の第1層と前記特定領域とを電気的に接続するビアおよびビア形成に必要な導体を除いて少なくとも導体を含まない第2層をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の無線装置。
- 前記ビアが、前記第4領域の外縁から該第4領域内に向けて4分の1波長の奇数倍の距離に位置する請求項2に記載の無線装置。
- 前記集積回路パッケージと前記第1層とを電気的に接続することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線装置。
- 集積回路と1以上のアンテナとを含む集積回路パッケージと、前記集積回路パッケージが電気的に接続される実装基板と、前記集積回路パッケージが積載される前記実装基板の第1面と対向する前記実装基板の第2面に形成される第1層であって、前記アンテナを前記実装基板の厚み方向に射影した該第1層に属する第1領域は少なくとも導体で形成される第1層とを含む無線装置と、
前記無線装置により送受信されたデータを処理するプロセッサと、
前記データを保存するメモリと、を具備し、
前記第1領域内の第1層と、前記実装基板に含まれる第2領域と前記第1面とからなる第3領域のうちの特定領域と、を電気的に接続することを特徴とする無線機器。
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