JP2018088629A - 高周波モジュール、および通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無指向性のアンテナを備え、かつ高周波帯域の電波の送受信に適した高周波モジュール、および通信装置を提供する。
【解決手段】基板から突出して設けられたアンテナ部と、少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、
を備える、高周波モジュール。
【選択図】図４

Description

本開示は、高周波モジュール、および通信装置に関する。
近年、より高周波帯域の電波を送受信する次世代の移動体通信用のアンテナモジュールとして、ミリ波を送受信することが可能なアンテナ一体型の高周波モジュールが開発されている。
例えば、下記の特許文献１には、絶縁層の一方の面上に形成され、開口部を有する接地導体層と、接地導体層の開口部に重なるように絶縁層の他方の面上に形成された導体パターンと、接地導体層上に多孔質材料で形成された誘電体層と、接地導体層の開口部に重なるように誘電体層上に形成されたアンテナ素子とを備える無線周波数モジュール用基板が開示されている。
特許文献１に開示された無線周波数モジュール用基板では、接地導体層の開口部を通じて、導体パターンと、アンテナ素子とを電磁的に結合させることで、アンテナ素子から電波を送受信している。特許文献１には、接地導体層の開口部に重なるように導体パターン、接地導体層、およびアンテナ素子が積層されているため、アンテナ素子の指向性が高くなることが開示されている。
特開２０１４−１１７６９号公報
しかし、移動体通信の端末側のアンテナには、様々な方向の基地局から電波が到達する。したがって、このような端末側のアンテナは、無指向性であることが望ましい。そのため、特許文献１に開示された無線周波数モジュール用基板は、移動体通信の端末側のアンテナなどの無指向性が求められる用途には適していなかった。
そこで、高周波帯域の電波の送受信に適しており、かつ無指向性のアンテナを備える高周波モジュール、および通信装置が求められていた。
本開示によれば、基板から突出して設けられたアンテナ部と、少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、を備える、高周波モジュールが提供される。
また、本開示によれば、基板から突出して設けられたアンテナ部と、少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、前記基板の前記高周波素子が形成された面と対向する面に設けられた装置基板と、を備える、通信装置が提供される。
本開示によれば、アンテナ素子を含むアンテナ部が基板から突出して設けられるため、アンテナ素子の周囲の空間の誘電体損失を等方的に低減することができる。また、アンテナ部のアンテナ素子と、高周波素子とをインピーダンス不整合が生じにくい、短い伝送線路で電気的に接続することができる。
以上説明したように本開示によれば、無指向性のアンテナを備え、かつ高周波帯域の電波の送受信に適した高周波モジュール、および通信装置を提供することができる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の第１の実施形態に係る高周波モジュールの構成を模式的に示した断面図である。 図１で示した高周波モジュールを高周波素子側から平面視した平面図である。 同実施形態に係る高周波モジュールの用途を説明する説明図である。 本開示の第２の実施形態に係る通信装置の構成を模式的に示す断面図である。 図４で示した通信装置を高周波素子側から平面視した平面図である。 同実施形態の変形例に係る通信装置の構成を模式的に示す断面図である。 本開示の第３の実施形態に係る通信装置の構成を模式的に示す断面図である。 図７で示した通信装置を装置基板の実装面と対向する面側から平面視した平面図である。 図８のアンテナ部の拡大図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１．１．高周波モジュールの構成
１．２．高周波モジュールの用途
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．まとめ
＜１．第１の実施形態＞
［１．１．高周波モジュールの構成］
まず、図１および図２を参照して、本開示の第１の実施形態に係る高周波モジュールの構成について説明する。図１は、本開示の第１の実施形態に係る高周波モジュール１０の構成を模式的に示した断面図である。また、図２は、図１で示した高周波モジュール１０を高周波素子１４０側から平面視した平面図である。
なお、本明細書において、「高周波」とは、３Ｇまたは４Ｇなどの移動体通信で用いられる周波数以上の周波数を表し、例えば、２０ＧＨｚ以上１００ＧＨｚ以下の周波数を表してもよい。
図１および図２に示すように、高周波モジュール１０は、基板１１０と、アンテナ部１１２と、アンテナ素子１２２と、伝送線路１２４と、接続配線１３２、１３４と、高周波素子１４０と、一般配線１２６と、グランド配線１５０とを備える。
基板１１０は、高周波モジュール１０の各構成が設けられる支持体である。基板１１０は、高周波特性に優れた材料で構成されてもよく、例えば、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）もしくはＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などのセラミック、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ビスマレイドトリアジン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリマ、ポリノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、またはセラミックと有機樹脂との混合体にて構成されてもよい。
アンテナ部１１２は、基板１１０から突出して設けられ、高周波帯域の電波を送受信可能なアンテナとして構成される。すなわち、高周波モジュール１０は、基板１１０と、アンテナ部１１２とが一体化したアンテナ一体型モジュールである。高周波モジュール１０は、基板１１０の一部をアンテナ部１１２とすることによって、構造および製造工程を簡略化することができる。
ここで、図１および図２では、アンテナ部１１２が逆Ｆ型アンテナとして構成される例を示す。
図１および図２に示すように、アンテナ部１１２は、具体的には、アンテナ素子１２２、およびアンテナ素子１２２に電気的に接続する短絡線１５２から構成される。
アンテナ素子１２２は、基板１１０に対するアンテナ部１１２の突出方向と垂直な方向に延伸する本体部１２２Ａと、本体部１２２Ａの略中心と伝送線路１２４とを電気的に接続する給電線１２２Ｂとからなる。本体部１２２Ａは、電波の放射等を行う。また、給電線１２２Ｂは、伝送線路１２４を介して、本体部１２２Ａへ電力を給電する。
短絡線１５２は、アンテナ素子１２２が設けられた面と対向する面に設けられ、基板１１０を貫通して本体部１２２Ａの一端と電気的に接続する。短絡線１５２は、グランド配線１５０と、本体部１２２Ａとを電気的に接続することで、本体部１２２Ａの一端を接地（アースともいう）する。
アンテナ素子１２２は、本体部１２２Ａの短絡線１５２が設けられていない側の端部から給電線１２２Ｂとの交点までの長さをＡとし、給電線１２２Ｂのうちグランド配線１５０から突出している部分の長さをＢとした場合、Ａ＋Ｂの長さが送受信される電波の基板１１０上における実効的な波長（以下、実効波長λｅともいう）の１／４となるように構成される。このようなアンテナ部１１２は、逆Ｆ型アンテナとして機能することができる。
ただし、アンテナ部１１２は、どのような形状のアンテナで構成されてもよく、例えば、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、逆Ｌ型アンテナ、または誘電体アンテナで構成されてもよい。
アンテナ素子１２２、および短絡線１５２は、金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。なお、後述するが、アンテナ素子１２２は、伝送線路１２４、および一般配線１２６と同一面に同一材料で構成され、短絡線１５２は、グランド配線１５０と同一面に同一材料で構成される。
ここで、アンテナ部１１２は、基板１１０から突出して設けられているため、アンテナ部１１２の上下には、部材等が設けられない空気領域２０が形成される。これにより、アンテナ部１１２は、アンテナ部１１２の周囲の等価的な比誘電率が低下するため、送受信する電波の誘電体損失を減少させることができる。したがって、アンテナ部１１２では、電波の放射効率が向上し、かつ送受信可能な電波の周波数帯域が拡張する。また、アンテナ部１１２の周囲の空間が等方的になるため、アンテナ部１１２は、指向性が低い無指向性アンテナとして構成されることになる。
伝送線路１２４は、接続配線１３２を介して、アンテナ素子１２２と高周波素子１４０とを電気的に接続し、アンテナ素子１２２に電力を供給する。具体的には、伝送線路１２４は、アンテナ素子１２２の給電線１２２Ｂが高周波素子１４０の下方まで延伸された形状で構成される。
したがって、伝送線路１２４は、アンテナ素子１２２と同一面に同一材料で、アンテナ素子１２２と一体化されて基板１１０上に形成されることになる。高周波モジュール１０では、高周波素子１４０と接続する接続配線１３２からアンテナ素子１２２までを、アンテナ素子１２２と同一材料で同一面に形成された伝送線路１２４にて電気的に接続することができるため、伝送による電力損失を低減することができる。
伝送線路１２４は、例えば、スパッタ法、電解もしくは無電解めっき法、または各種印刷法などを用いて、アンテナ素子１２２および一般配線１２６と同時に形成されてもよい。伝送線路１２４は、一般的な配線に用いられる金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。アンテナ素子１２２、伝送線路１２４、および一般配線１２６は、同一面に形成されるため、これらの構成を同一のプロセスで同時に形成することで、高周波モジュール１０の製造工程を簡略化することができる。
接続配線１３２、１３４は、基板１１０上に実装された高周波素子１４０と、基板１１０の面内に設けられた伝送線路１２４または一般配線１２６とを電気的に接続する。具体的には、接続配線１３２、１３４は、バンプ、はんだ、またはビアなどであり、高周波素子１４０の端子と、伝送線路１２４または一般配線１２６とを電気的に接続する。なお、接続配線１３２、１３４は、バンプ、はんだ、またはビアとして一般的な導電性材料で構成されてもよい。
また、接続配線１３２、１３４の高さは、アンテナ部１１２にて送受信される電波の基板１１０内における実効的な波長（実効波長λｅともいう）の１／４以下であってもよい。これによれば、接続配線１３２、１３４は、インピーダンス不整合が生じやすい長距離の配線、ワイヤ、またはビア等を介さずに、高周波素子１４０と、伝送線路１２４または一般配線１２６とを電気的に接続することができる。したがって、接続配線１３２、１３４は、高さを実効波長λｅの１／４以下とすることにより、伝送による電力損失を低減することができる。
高周波素子１４０は、アンテナ素子１２２の前段に設けられる電子部品である。例えば、高周波素子１４０は、高周波フィルタ、スイッチ、パワーアンプ、または低ノイズアンプ等の少なくともいずれかの機能を含む回路を備えた電子部品であってもよい。また、高周波素子１４０は、基板１１０上へのフリップチップ接合が可能なように設けられていてもよい。これによれば、高周波素子１４０は、バンプまたははんだなどのより短い接続配線１３２にて、伝送線路１２４と、高周波素子１４０とを電気的に接続することが可能である。
一般配線１２６は、基板１１０上に設けられた各種配線である。具体的には、一般配線１２６は、高周波素子１４０の下方まで延伸されて、接続配線１３４にて高周波素子１４０と電気的に接続される。例えば、一般配線１２６は、高周波素子１４０と電源とを電気的に接続する配線、または高周波素子１４０と他の電子部品とを電気的に接続する配線等であってもよい。
一般配線１２６は、伝送線路１２４と同様に、アンテナ素子１２２と同一面に同一材料で構成される。一般配線１２６は、一般的な配線に用いられる金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。また、一般配線１２６は、伝送線路１２４と同様に、例えば、スパッタ法、電解もしくは無電解めっき法、または各種印刷法などを用いて、アンテナ素子１２２および伝送線路１２４と同時に形成されてもよい。したがって、アンテナ素子１２２、伝送線路１２４、および一般配線１２６は、同一のプロセスで同時に形成されることで、高周波モジュール１０の製造工程を簡略化することができる。
グランド配線１５０は、基準電位（図示せず）に接続された（すなわち、接地された）配線である。グランド配線１５０と電気的に接続されることで、例えば、短絡線１５２は、接地される（すなわち、アースされる）ことになる。
グランド配線１５０は、例えば、高周波モジュール１０を含む電子機器の筐体の金属部（図示せず）などと電気的に接続されることで接地されてもよい。また、グランド配線１５０は、等電位面を形成する程度に大きな導体板で構成されることで、接地として機能してもよい。グランド配線１５０は、一般的な配線に用いられる金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。
以上で説明した構成を備える高周波モジュール１０は、無指向性のアンテナ部１１２を備え、高周波帯域の電波を送受信することができる。
また、送受信する電波の周波数が高くなるほど、伝送路による損失がより大きくなりやすいが、高周波モジュール１０では、アンテナ素子１２２から高周波素子１４０までの伝送路をより短く、インピーダンス不整合が生じないように形成することができる。しがたって、高周波モジュール１０では、伝送路における電力損失を低減することができるため、高周波帯域の電波をより効率的に送受信することができる。
なお、上述した高周波モジュール１０は、一般的な電子部品の製造技術を用いることで製造することが可能である。このような一般的な電子部品の製造技術は、いわゆる当業者にとっては自明であるため、ここでの説明は省略する。
［１．２．高周波モジュールの用途］
次に、図３を参照して、本実施形態に係る高周波モジュール１０の用途について説明する。図３は、本実施形態に係る高周波モジュール１０の用途を説明する説明図である。
図３に示すように、本実施形態に係る高周波モジュール１０は、例えば、基地局３との間で移動体通信を行う端末１に備えられ、高周波帯域の電波を送受信する。基地局３と、端末１との間で送受信される電波の周波数帯域は、例えば、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの高周波帯域である。
基地局３は、所定の距離ごとに各地に設けられ、該基地局３の担当範囲内の端末１との間で電波の送受信を行う。基地局３が備えるアンテナは、無指向性であってもよく、高指向性であってもよい。また、基地局３が備えるアンテナは、複数のアンテナ素子が平面上に規則的に配列されたアンテナアレイであってもよい。
端末１は、例えば、携帯電話、タブレット端末、またはスマートフォンなどであり、最も近い基地局３との間で電波の送受信を行う。ここで、端末１は、種々の方向に存在する基地局３からの電波を受信するため、無指向性のアンテナを備えることが望まれる。本実施形態に係る高周波モジュール１０は、高周波帯域の電波を送受信可能な無指向性アンテナを備えるため、移動体通信を行う端末１に好適に用いることができる。
＜２．第２の実施形態＞
続いて、図４および図５を参照して、本開示の第２の実施形態に係る通信装置１００の構成について説明する。図４は、本開示の第２の実施形態に係る通信装置１００の構成を模式的に示す断面図である。また、図５は、図４で示した通信装置１００を高周波素子１４０側から平面視した平面図である。
図４および図５に示すように、通信装置１００は、高周波モジュール１１と、高周波モジュール１１が実装された装置基板２００とを備える。また、通信装置１００は、例えば、移動体通信を行う端末１の筐体３０の内部に収容される。
高周波モジュール１１は、基板１１０と、アンテナ部１１２と、アンテナ素子１２２と、伝送線路１２４と、接続配線１３２、１３４と、高周波素子１４０と、一般配線１２６と、グランド配線１５４と、グランドビア１６２、１６４と、上部シールド１７２とを備える。また、装置基板２００は、基板グランド２１０を備え、はんだ２２０にて高周波モジュール１１と接続される。
本実施形態に係る通信装置１００では、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および基板グランド２１０は、高周波素子１４０を全方位に亘って囲むことで、高周波素子１４０に侵入する電波を遮蔽するシールド部１７０として機能する。これにより、通信装置１００では、高周波素子１４０におけるノイズ発生を抑制することができる。
基板１１０、アンテナ部１１２、アンテナ素子１２２、伝送線路１２４、接続配線１３２、１３４、高周波素子１４０、および一般配線１２６については、第１の実施形態と実質的に同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。以下では、第２の実施形態に特徴的な構成を中心に説明を行う。
基板１１０は、高周波モジュール１１の各構成が設けられる支持体である。基板１１０は、第１の実施形態と同様の材料で構成されてもよい。
アンテナ部１１２は、基板１１０から突出して設けられ、高周波帯域の電波を送受信可能なアンテナとして構成される。アンテナ部１１２は、基板１１０から突出して設けられることで、アンテナ部１１２の上下に比誘電率が低い空気領域２０を形成することができる。これにより、アンテナ部１１２は、電波の放射効率を向上させ、かつ送受信可能な周波数帯域を拡張することができる。また、このような構成により、アンテナ部１１２は、指向性が低い無指向性アンテナとして構成される。
アンテナ部１１２は、どのようなアンテナで構成されてもよいが、第１の実施形態と同様に逆Ｆ型アンテナで構成されてもよい。また、アンテナ素子１２２も第１の実施形態と同様の平面形状で構成されてもよい。
伝送線路１２４は、第１の実施形態と同様に、高周波素子１４０と、アンテナ素子１２２とを電気的に接続し、アンテナ素子１２２に電力を供給する。伝送線路１２４は、第１の実施形態と同様に、アンテナ素子１２２と同一面に、同一材料で形成されることため、伝送距離を短縮することで、伝送による電力損失を低減することができる。
また、伝送線路１２４は、同一面に形成されるアンテナ素子１２２および一般配線１２６と同時に、同一のプロセスで形成されてもよい。これによれば、伝送線路１２４は、高周波モジュール１１の製造工程を簡略化することができる。
接続配線１３２、１３４は、第１の実施形態と同様に、基板１１０上に実装された高周波素子１４０と、基板１１０の面内に設けられた伝送線路１２４または一般配線１２６とを電気的に接続する。例えば、接続配線１３２、１３４は、バンプ、はんだ、またはビア等であってもよい。また、接続配線１３２、１３４の高さは、アンテナ部１１２にて送受信される電波の実効波長λｅの１／４以下であってもよい。これによれば、接続配線１３２、１３４は、伝送による電力損失を低減することができる。
高周波素子１４０は、第１の実施形態と同様に、例えば、高周波フィルタ、スイッチ、パワーアンプ、または低ノイズアンプ等の少なくともいずれかの機能を含む回路を備えた電子部品であってもよい。
また、本実施形態に係る通信装置１００では、高周波素子１４０は、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および基板グランド２１０からなるシールド部１７０によって囲まれる。これにより、高周波素子１４０は、シールド部１７０によって外部の電波から遮蔽されるため、回路内でのノイズ発生を抑制することができる。なお、シールド部１７０によって遮蔽される電波は、例えば、アンテナ部１１２によって送受信される電波、および該電波の高調波等であってもよい。具体的には、シールド部１７０は、２０ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数帯域の電波を遮蔽してもよい。
このようなシールド部１７０は、例えば、開口の大きさが遮蔽電波の基板１１０内における実効的な波長（実効波長λｅともいう）の１／４以下である導体で、遮蔽対象の周囲を全方位に亘って囲むことで構成することができる。
一般配線１２６は、第１の実施形態と同様に、基板１１０上に設けられた各種配線である。また、一般配線１２６は、接続配線１３４によって高周波素子１４０と電気的に接続される。例えば、一般配線１２６は、アンテナ素子１２２および伝送線路１２４と同一面に同一材料で構成されてもよい。また、一般配線１２６は、アンテナ素子１２２および伝送線路１２４と同時に、同一プロセスで形成されてもよい。これによれば、通信装置１００の構成および製造工程をより簡略化することができる。
グランド配線１５４は、基準電位に接続された（すなわち、接地された）配線である。具体的には、グランド配線１５４は、基板１１０を貫通して設けられたグランドビア１６４、およびはんだ２２０によって、基板グランド２１０と電気的に接続されることで接地される。なお、グランド配線１５４は、第１の実施形態と同様の材料で構成されてもよい。
グランドビア１６２は、高周波素子１４０および基板１１０を貫通して設けられ、上部シールド１７２、および基板グランド２１０とシールド部１７０を構成することで、高周波素子１４０に侵入する電波を遮蔽する。具体的には、グランドビア１６２は、高周波素子１４０の外周に沿って、互いに所定の幅ｇａｐ以下の間隔を空けて設けられる。
所定の幅ｇａｐの大きさは、例えば、シールド部１７０によって遮蔽される電波の実効波長λｅ（すなわち、基板１１０内における実効的な波長）の１／４としてもよい。なお、グランドビア１６２による電波の遮蔽能をより高くするためには、所定の幅ｇａｐの大きさは、シールド部１７０によって遮蔽される電波の実効波長λｅの１／１０としてもよい。例えば、シールド部１７０によって遮蔽される電波が、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域の電波である場合、所定の幅ｇａｐの大きさは、０．７５ｍｍとしてもよく、望ましくは０．３ｍｍとしてもよい。
このような所定の幅ｇａｐは、遮蔽対象の電波の実効波長に対して十分に小さい。したがって、遮蔽対象の電波は、所定の幅ｇａｐ以下の間隔で設けられたグランドビア１６２の間を通り抜けることができず、グランドビア１６２は、側面から高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。
グランドビア１６２は、一般的な配線または電極に用いられる導体で構成されてもよく、例えば、銅、アルミニウム、チタン、もしくはタングステンなどの金属またはこれらの金属の合金で構成されてもよい。
グランドビア１６４は、基板１１０を貫通して設けられ、はんだ２２０を介して、グランド配線１５４と、基板グランド２１０とを電気的に接続する。これにより、グランドビア１６４は、グランド配線１５４を接地させることができる。グランドビア１６４は、少なくとも１つ設けられていればよいが、複数設けられていてもよい。グランドビア１６４が複数設けられる場合、グランド配線１５４と、基板グランド２１０との電気的な接続を強化することができるため、グランド配線１５４の接地の安定性等を向上させることができる。グランドビア１６４は、一般的なビアまたは電極に用いられる導体で構成されてもよく、例えば、銅、アルミニウム、チタン、もしくはタングステンなどの金属またはこれらの金属の合金で構成されてもよい。
上部シールド１７２は、高周波素子１４０の基板１１０への実装面と対向する面（すなわち、高周波素子１４０の上面）に設けられる導体層である。上部シールド１７２は、高周波素子１４０の上面の全体に亘って設けられることで、上面側から高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。また、上部シールド１７２は、高周波素子１４０が備えるトランジスタのソースインダクタンスを低減することも可能である。上部シールド１７２は、金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。
装置基板２００は、高周波モジュール１１を含む通信装置１００の各構成が実装される支持体である。例えば、装置基板２００は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ケイ素樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、またはポリフェニレンオキシド樹脂などの有機樹脂で構成されてもよい。また、装置基板２００を構成する有機樹脂には、機械的剛性を向上させるために、ガラス繊維等が混合されていてもよい。さらに、装置基板２００は、複数層にて多層配線基板として構成されてもよい。
はんだ２２０は、高周波モジュール１１に形成された配線と、装置基板２００に形成された配線とを電気的に接続する。具体的には、はんだ２２０は、グランドビア１６２および１６４と、基板グランド２１０とを電気的に接続する。これにより、グランドビア１６２および１６４、上部シールド１７２、ならびにグランド配線１５４は、基板グランド２１０によって接地される。また、はんだ２２０は、高周波モジュール１１に形成された一般配線１２６と、装置基板２００に形成された配線（図示せず）とを電気的に接続してもよい。
例えば、はんだ２２０は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）を構成するはんだボール、ＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ Ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）などの三次元実装用のＣｕコアはんだボール、または柱状の銅の上にはんだをキャップしたＣｕピラーバンプなどであってもよい。
基板グランド２１０は、装置基板２００に設けられ、基準電位（図示せず）に接続された（すなわち、接地された）配線である。基板グランド２１０と電気的に接続されることで、グランドビア１６２および１６４、上部シールド１７２、ならびにグランド配線１５４は、接地される。基板グランド２１０は、例えば、通信装置１００を含む電子機器の筐体３０の金属部（図示せず）などと電気的に接続されることで接地されてもよい。また、基板グランド２１０は、等電位面を形成する程度に大きな導体板で構成されることで、接地として機能してもよい。
また、基板グランド２１０は、少なくとも上部シールド１７２を平面視した射影領域に設けられてもよい。基板グランド２１０は、高周波素子１４０の平面領域の全体に亘って設けられることで、装置基板２００側から高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。すなわち、基板グランド２１０は、グランドビア１６２、および上部シールド１７２と共に高周波素子１４０をかご状に囲むことで、高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽するシールド部１７０として機能することができる。
また、基板グランド２１０は、アンテナ部１１２の下方に設けられなくともよい。このような場合、アンテナ部１１２の基板１１０の上下の空間がより等方性になるため、アンテナ部１１２の無指向性をより向上させることができる。
基板グランド２１０は、一般的な配線に用いられる金属等の導体であれば、どのようなもので構成されてもよく、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀、金、白金、またはこれら金属を含む合金で構成されてもよい。
図４および図５では、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および基板グランド２１０からシールド部１７０が構成される例を示したが、本実施形態は、かかる例示に限定されない。シールド部１７０は、基板グランド２１０に替えて、基板１１０または装置基板２００のいずれかに設けられた導体層（例えば、グランド配線１５４等）にて構成されていてもよい。
例えば、シールド部１７０は、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および上部シールド１７２を平面視した射影領域の基板１１０に設けられた導体層（例えば、グランド配線１５４）にて構成されていてもよい。また、シールド部１７０は、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および上部シールド１７２を平面視した射影領域の装置基板２００に設けられた導体層にて構成されていてもよい。
このような場合でも、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および導体層は、高周波素子１４０をかご状に囲むことができるため、高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽するシールド部１７０として機能することができる。なお、このような場合、シールド部１７０は、接地されないが、特に問題はない。
一方、シールド部１７０が上部シールド１７２、グランドビア１６２、および基板グランド２１０で構成される場合、別途の導体層を設けることなく、基板グランド２１０を装置基板２００側からの電波の遮蔽体として用いることができるため、通信装置１００の構成および製造工程を簡略化することができる。
以上で説明した構成を備える通信装置１００は、無指向性のアンテナ部１１２を備え、伝送路による損失が少なく、より効率的に高周波帯域の電波を送受信することができる。
なお、上述した通信装置１００は、一般的な電子部品の製造技術を用いることで製造することが可能である。このような一般的な電子部品の製造技術は、いわゆる当業者にとっては自明であるため、ここでの説明は省略する。
（変形例）
ここで、図６を参照して、本実施形態に係る通信装置の変形例について説明する。図６は、本実施形態の変形例に係る通信装置１００Ａの構成を模式的に示す断面図である。
図６に示すように、本変形例に係る通信装置１００Ａは、装置基板２００がアンテナ部１１２の下方に設けられない点が図４で示した通信装置１００と異なる。
通信装置１００Ａでは、図４で示した通信装置１００に対して、アンテナ部１１２の下方の空間に存在する装置基板２００が無くなるため、誘電体損失をより低減することができる。したがって、通信装置１００Ａでは、アンテナ部１１２からの電波の放射効率をより向上させることができる。
＜３．第３の実施形態＞
次に、図７および図８を参照して、本開示の第３の実施形態に係る通信装置１０１の構成について説明する。図７は、本開示の第３の実施形態に係る通信装置１０１の構成を模式的に示す断面図である。また、図８は、図７で示した通信装置１０１を装置基板２００の実装面と対向する面側から平面視した平面図である。
図７および図８に示すように、通信装置１０１は、高周波モジュール１２と、高周波モジュール１２が実装された装置基板２００とを備える。また、通信装置１０１は、例えば、移動体通信を行う端末１の筐体３０の内部に収容される。
高周波モジュール１２は、基板１１１と、アンテナ部１１２と、アンテナ素子１２２と、伝送線路１２４と、接続配線１３２、１３４と、高周波素子１４０と、一般配線１２６と、グランド配線１５４と、グランドビア１６２と、上部シールド１７２とを備える。また、装置基板２００は、基板グランド２１０を備え、はんだ２２０にて高周波モジュール１２と接続される。
本実施形態に係る通信装置１０１では、高周波素子１４０が基板１１１の内部に設けられる。このため、上部シールド１７２は、基板１１１の装置基板２００の実装面と対向する面に設けられ、グランドビア１６２は、高周波素子１４０を囲むように、基板１１１を貫通して設けられる。このような場合、グランドビア１６２の配置をより柔軟に制御することができる。これにより、グランドビア１６２は、伝送線路１２４に侵入する電波も遮蔽することが可能である。
第３の実施形態の各構成の材質等については、第２の実施形態と実質的に同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。以下では、第３の実施形態に特徴的な構成を中心に説明を行う。
基板１１１は、高周波モジュール１２の各構成が設けられる支持体である。また、基板１１１は、内部に高周波素子１４０を備える。このような基板１１１は、例えば、多層配線基板として形成されてもよい。なお、基板１１１は、第１の実施形態と同様の材料で構成されてもよい。
アンテナ部１１２は、基板１１１から突出して設けられ、高周波帯域の電波を送受信可能なアンテナとして構成される。本実施形態では、装置基板２００側の面にアンテナ素子１２２（すなわち、本体部１２２Ａおよび給電線１２２Ｂ）が設けられ、装置基板２００側の面と対向する面に短絡線１５２が設けられる。
これにより、通信装置１０１では、アンテナ部１１２のインピーダンス調整をより容易に行うことが可能である。かかる点について、図９を参照して説明する。図９は、図８のアンテナ部１１２の拡大図である。
図９に示すように、アンテナ部１１２は、例えば、本体部１２２Ａ、本体部１２２Ａの略中心と垂直に接続する給電線１２２Ｂ、および基板１１１を貫通して本体部１２２Ａの一端と電気的に接続する短絡線１５２からなる逆Ｆ型アンテナとして構成される。
逆Ｆ型アンテナでは、給電線１２２Ｂおよび短絡線１５２の太さ、ならびに給電線１２２Ｂと短絡線１５２との距離Ｌ等によって、インピーダンス等の特性が変化する。したがって、アンテナ部１１２は、給電線１２２Ｂまたは短絡線１５２を装置基板２００の実装面と対向する面に設けることで、給電線１２２Ｂまたは短絡線１５２を形成した後で、これらをさらに加工し、インピーダンス調整等を行うことができる。
例えば、給電線１２２Ｂまたは短絡線１５２は、基板１１１に形成された後に、レーザ加工法または印刷法などによって、さらに形状を加工されてもよい。また、給電線１２２Ｂまたは短絡線１５２は、後段での形状の加工に備えて、インピーダンス調整部として、比較的太い幅で形成されてもよい。
これによれば、加工誤差等によってアンテナ部１１２の特性が所望の特性から変動してしまった場合でも、給電線１２２Ｂまたは短絡線１５２を追加工することで、アンテナ部１１２の特性を所望の特性に修正することができる。したがって、このような構成によれば、通信装置１０１の製造工程における歩留まりを向上させることができる。
なお、アンテナ部１１２が逆Ｆ型アンテナ以外の構造のアンテナとして構成される場合、インピーダンス調整部の構成は、上記とは異なる。しかしながら、アンテナ部１１２がいずれの構造のアンテナとして構成される場合でも、アンテナ部１１２は、装置基板２００の実装面と対向する面側からインピーダンスが調整可能であるように構成されてもよい。
伝送線路１２４は、高周波素子１４０と、アンテナ素子１２２とを電気的に接続し、アンテナ素子１２２に電力を供給する。伝送線路１２４は、第２の実施形態と同様に、アンテナ素子１２２と同一面に、同一材料で形成されてもよく、同一面に形成されるアンテナ素子１２２および一般配線１２６と同時に、同一のプロセスで形成されてもよい。
接続配線１３２、１３４は、基板１１１の内部に実装された高周波素子１４０と、基板１１１の内部に設けられた伝送線路１２４または一般配線１２６とを電気的に接続する。例えば、接続配線１３２、１３４は、バンプ、はんだ、またはビア等であってもよく、接続配線１３２、１３４の高さは、アンテナ部１１２にて送受信される電波の実効波長λｅの１／４以下であってもよい。
高周波素子１４０は、第２の実施形態と同様に、例えば、高周波フィルタ、スイッチ、パワーアンプ、または低ノイズアンプ等の少なくともいずれかの機能を含む回路を備えた電子部品であってもよい。
また、高周波素子１４０は、上部シールド１７２、グランドビア１６２、および基板グランド２１０からなるシールド部１７０によってかご状に囲まれる。これにより、高周波素子１４０は、シールド部１７０によって外部の電波から遮蔽されるため、回路内でのノイズ発生を抑制することができる。なお、シールド部１７０によって遮蔽される電波は、例えば、アンテナ部１１２によって送受信される電波、および該電波の高調波等であってもよい。具体的には、シールド部１７０は、２０ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数帯域の電波を遮蔽してもよい。
一般配線１２６は、第２の実施形態と同様に、接続配線１３４によって高周波素子１４０と電気的に接続される各種配線である。例えば、一般配線１２６は、アンテナ素子１２２および伝送線路１２４と同一面に、同一材料で構成されてもよく、同一面に形成されるアンテナ素子１２２および伝送線路１２４と同時に、同一プロセスで形成されてもよい。
グランド配線１５４は、基準電位に接続された（すなわち、接地された）配線である。具体的には、グランド配線１５４は、基板１１１を貫通して設けられたグランドビア１６２、およびはんだ２２０によって、基板グランド２１０と電気的に接続されることで接地される。
グランドビア１６２は、基板１１１を貫通して設けられ、上部シールド１７２および基板グランド２１０とシールド部１７０を構成することで、高周波素子１４０に侵入する電波を遮蔽する。具体的には、グランドビア１６２は、高周波素子１４０の周囲を囲むように、互いに所定の幅ｇａｐ以下の間隔を空けて設けられる。また、グランドビア１６２は、伝送線路１２４の周囲を囲むように、互いに所定の幅ｇａｐ以下の間隔を空けて設けられてもよい。
所定の幅ｇａｐの大きさは、第２の実施形態で説明したように、例えば、シールド部１７０によって遮蔽される電波の実効波長λｅの１／４である。また、グランドビア１６２による電波の遮蔽能をより高くするためには、所定の幅ｇａｐの大きさは、遮蔽される電波の実効波長λｅの１／１０としてもよい。例えば、シールド部１７０によって遮蔽される電波が、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域の電波である場合、所定の幅ｇａｐの大きさは、０．７５ｍｍとしてもよく、望ましくは０．３ｍｍとしてもよい。
このような所定の幅ｇａｐ以下の間隔で設けられることにより、グランドビア１６２は、側面から高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。また、グランドビア１６２は、側面から伝送線路１２４に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。
上部シールド１７２は、基板１１１の装置基板２００が実装された面と対向する面（すなわち、基板１１１の上面）に設けられる導体層である。上部シールド１７２は、基板１１１の上面の全体に亘って設けられることで、上面側から高周波素子１４０、および伝送線路１２４に侵入しようとする電波を遮蔽することができる。
装置基板２００は、高周波モジュール１２を含む通信装置１０１の各構成が実装される支持体である。なお、装置基板２００は、アンテナ部１１２の下方に設けられなくともよい。このような場合、通信装置１０１は、アンテナ部１１２の上下の空間の誘電体損失を低減することができるため、アンテナ部１１２からの電波の放射効率をより向上させることができる。
はんだ２２０は、高周波モジュール１２に形成された配線と、装置基板２００に形成された配線とを電気的に接続する。具体的には、はんだ２２０は、グランドビア１６２と、基板グランド２１０とを電気的に接続する。
基板グランド２１０は、装置基板２００に設けられ、基準電位に接続された（すなわち、接地された）配線である。基板グランド２１０と電気的に接続されることで、グランドビア１６２、上部シールド１７２、およびグランド配線１５４は、接地される。また、基板グランド２１０は、グランドビア１６２、および上部シールド１７２と共に高周波素子１４０等をかご状に囲むことで、高周波素子１４０に侵入しようとする電波を遮蔽するシールド部１７０として機能する。
以上で説明した構成を備える通信装置１０１は、第２の実施形態に係る通信装置１００と同様に、無指向性のアンテナ部１１２を備える。また、通信装置１０１は、伝送路による損失が少なく、より効率的に高周波帯域の電波を送受信することができる。
なお、上述した通信装置１０１は、一般的な電子部品の製造技術を用いることで製造することが可能である。このような一般的な電子部品の製造技術は、いわゆる当業者にとっては自明であるため、ここでの説明は省略する。
＜４．まとめ＞
以上にて説明したように、本開示の一実施形態に係る高周波モジュール、および通信装置は、無指向性のアンテナを備え、高周波帯域の電波を送受信することができる。また、本開示の一実施形態に係る高周波モジュール、および通信装置は、アンテナ素子から高周波素子までの伝送路をより短く、インピーダンス不整合が生じないように形成することができる。したがって、本開示の一実施形態に係る高周波モジュール、および通信装置は、伝送路における電力損失を低減することができるため、高周波帯域の電波をより効率的に送受信することができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
基板から突出して設けられたアンテナ部と、
少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、
前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、
を備える、高周波モジュール。
（２）
前記高周波素子は、電波を遮蔽するシールド部で囲まれている、前記（１）に記載の高周波モジュール。
（３）
前記シールド部は、前記高周波素子の前記基板との実装面と対向する面に設けられた上部シールドと、前記高周波素子および前記基板を貫通する複数のグランドビアと、前記グランドビアと接続するグランド配線とを含む、前記（２）に記載の高周波モジュール。
（４）
前記複数のグランドビアの各々の間隔は、前記シールド部が遮蔽する電波の実効波長の１／４以下である、前記（３）に記載の高周波モジュール。
（５）
前記高周波素子と、前記伝送線路とは、接続配線で電気的に接続されており、
前記接続配線の長さは、前記シールド部が遮蔽する電波の実効波長の１／４以下である、前記（２）〜（４）のいずれか一項に記載の高周波モジュール。
（６）
前記シールド部が遮蔽する電波は、前記アンテナ素子から送受信される電波、および前記電波の高調波である、前記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の高周波モジュール。
（７）
前記シールド部は、さらに前記伝送線路を囲んでいる、前記（２）〜（６）のいずれか（８）
前記アンテナ素子から送受信される電波は、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの高周波電波である、前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の高周波モジュール。
一項に記載の高周波モジュール。
（９）
前記アンテナ部の上下には、空気領域が設けられる、前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の高周波モジュール。
（１０）
前記アンテナ部は、逆Ｆ型アンテナとして構成される、前記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の高周波モジュール。
（１１）
基板から突出して設けられたアンテナ部と、
少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、
前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、
前記基板の前記高周波素子が形成された面と対向する面に設けられた装置基板と、
を備える、通信装置。
（１２）
前記高周波素子は、電波を遮蔽するシールド部で囲まれており、
前記シールド部は、前記高周波素子の前記基板との実装面と対向する面に設けられた上部シールドと、前記高周波素子および前記基板を貫通する複数のグランドビアと、前記グランドビアと接続し、前記装置基板に設けられた基板グランドとを含む、前記（１１）に記載の通信装置。
（１３）
前記基板グランドは、前記アンテナ部の下方の領域には設けられない、前記（１２）に記載の通信装置。
（１４）
前記装置基板は、前記アンテナ部の下方の領域には設けられない、前記（１１）〜（１３）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１５）
前記装置基板が設けられた側と対向する側の前記アンテナ部の面には、インピーダンス調整部がさらに設けられる、前記（１１）〜（１４）のいずれか一項に記載の通信装置。
１０、１１、１２ 高周波モジュール
２０ 空気領域
３０ 筐体
１００、１０１ 通信装置
１１０、１１１ 基板
１１２ アンテナ部
１２２ アンテナ素子
１２４ 伝送線路
１２６ 一般配線
１３２、１３４ 接続配線
１４０ 高周波素子
１５０、１５４ グランド配線
１６２、１６４ グランドビア
１７０ シールド部
１７２ 上部シールド
２００ 装置基板
２１０ 基板グランド
２２０ はんだ

Claims (15)

  1. 基板から突出して設けられたアンテナ部と、
    少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、
    前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、
    前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、
    を備える、高周波モジュール。
  2. 前記高周波素子は、電波を遮蔽するシールド部で囲まれている、請求項１に記載の高周波モジュール。
  3. 前記シールド部は、前記高周波素子の前記基板との実装面と対向する面に設けられた上部シールドと、前記高周波素子および前記基板を貫通する複数のグランドビアと、前記グランドビアと接続するグランド配線とを含む、請求項２に記載の高周波モジュール。
  4. 前記複数のグランドビアの各々の間隔は、前記シールド部が遮蔽する電波の実効波長の１／４以下である、請求項３に記載の高周波モジュール。
  5. 前記高周波素子と、前記伝送線路とは、接続配線で電気的に接続されており、
    前記接続配線の長さは、前記シールド部が遮蔽する電波の実効波長の１／４以下である、請求項２に記載の高周波モジュール。
  6. 前記シールド部が遮蔽する電波は、前記アンテナ素子から送受信される電波、および前記電波の高調波である、請求項２に記載の高周波モジュール。
  7. 前記シールド部は、さらに前記伝送線路を囲んでいる、請求項２に記載の高周波モジュール。
  8. 前記アンテナ素子から送受信される電波は、２０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの高周波電波である、請求項１に記載の高周波モジュール。
  9. 前記アンテナ部の上下には、空気領域が設けられる、請求項１に記載の高周波モジュール。
  10. 前記アンテナ部は、逆Ｆ型アンテナとして構成される、請求項１に記載の高周波モジュール。
  11. 基板から突出して設けられたアンテナ部と、
    少なくとも一部が前記アンテナ部の上に設けられたアンテナ素子と、
    前記アンテナ素子と同一面に、同一材料で設けられた伝送線路と、
    前記基板の前記伝送線路が形成された面に実装された高周波素子と、
    前記基板の前記高周波素子が形成された面と対向する面に設けられた装置基板と、
    を備える、通信装置。
  12. 前記高周波素子は、電波を遮蔽するシールド部で囲まれており、
    前記シールド部は、前記高周波素子の前記基板との実装面と対向する面に設けられた上部シールドと、前記高周波素子および前記基板を貫通する複数のグランドビアと、前記グランドビアと接続し、前記装置基板に設けられた基板グランドとを含む、請求項１１に記載の通信装置。
  13. 前記基板グランドは、前記アンテナ部の下方の領域には設けられない、請求項１２に記載の通信装置。
  14. 前記装置基板は、前記アンテナ部の下方の領域には設けられない、請求項１１に記載の通信装置。
  15. 前記装置基板が設けられた側と対向する側の前記アンテナ部の面には、インピーダンス調整部がさらに設けられる、請求項１１に記載の通信装置。

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