JP2019186824A - アンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡素化し、サイズを小型化することができ、十分な強度を維持し、所望のアンテナ性能を発揮することができ、信頼性が高くなるようにする。【解決手段】無線信号の処理を行う通信回路と、該通信回路に覆設されたシールド部材と、前記通信回路に電気的に接続された導電片７５と、前記シールド部材及び導電片７５と一体化された誘電体１２と、該誘電体１２の外表面に形成され、前記導電片７５に電気的に接続されたアンテナとを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナモジュールに関するものである。

従来、無線通信による送受信を行うためのアンテナを含むアンテナモジュールとして、通信回路用素子が実装された回路基板上に、前記通信回路用素子を覆うような箱状のカバーであって、上面にアンテナが形成されたカバーを載置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、実装スペースが小さく、小型のアンテナモジュールを各種の電気機器、電子機器等に提供することができる。

図７は従来のアンテナモジュールの分解図である。

図において、８９３は、単数又は複数の通信回路素子であり、回路基板８９１の表面に実装されている。また、８９５は、回路基板８９１の表面に形成された信号用導体パターンであり、前記通信回路素子８９３が接続されている。さらに、８９６は、回路基板８９１の表面に形成されたグランド用導体パターンである。

また、８１１は、回路基板８９１の表面に実装された通信回路素子８９３及びその周囲の回路基板８９１の表面を覆う箱状のカバーである。該カバー８１１は、セラミックス、樹脂等によって一体的に形成された部材であるが、その内側の面全体は、金属メッキ膜、金属蒸着膜等から成る図示されないシールド用導電膜によって被覆されている。また、前記カバー８１１の外側の面には、導体パターン８５１が選択的に形成されている。さらに、前記カバー８１１の外側の面には、前記導体パターン８５１に接続されたアンテナ素子８２１が実装されている。

そして、前記カバー８１１は、図において矢印で示されるように、回路基板８９１に対して相対的に移動させられ、通信回路素子８９３とその周囲を覆うように、回路基板８９１の表面に取付けられる。すると、前記導体パターン８５１は、回路基板８９１の表面の信号用導体パターン８９５に接触して導通し、カバー８１１の内側の面全体に形成されたシールド用導電膜は、回路基板８９１の表面のグランド用導体パターン８９６に接触して導通する。これにより、通信回路素子８９３と電気的に接続された導体パターン８５１及びアンテナ素子８２１がアンテナとして機能する。

特開２００８−１３１４８９号公報

しかしながら、前記従来のアンテナモジュールにおいては、カバー８１１の外側の面に形成された導体パターン８５１及びアンテナ素子８２１とカバー８１１の内側の面に形成されたシールド用導電膜との間隔を所定の値に設定することが困難であり、所望の性能を発揮するアンテナを得ることができない。一般に、前記導体パターン８５１及びアンテナ素子８２１とその背面においてグランド面として機能するシールド用導電膜との間隔は、微小（例えば、１〔ｍｍ〕以下）であることが要求されるが、セラミックス、樹脂等から成るカバー８１１の肉厚を薄くすると、十分な強度を得ることができない。また、その肉厚を１〔ｍｍ〕以下の範囲で正確に制御することは、困難である。

ここでは、前記従来のアンテナモジュールの問題点を解決して、構成を簡素化し、サイズを小型化することができ、十分な強度を維持し、所望のアンテナ性能を発揮することができ、信頼性の高いアンテナモジュールを提供することを目的とする。

そのために、アンテナモジュールにおいては、無線信号の処理を行う通信回路と、該通信回路に覆設されたシールド部材と、前記通信回路に電気的に接続された導電片と、前記シールド部材及び導電片と一体化された誘電体と、該誘電体の外表面に形成され、前記導電片に電気的に接続されたアンテナとを備える。

他のアンテナモジュールにおいては、さらに、前記導電片は、前記シールド部材に形成された切欠き内に、前記シールド部材と非接触状態で、前記シールド部材とほぼ同一面上に位置するように配設される。

更に他のアンテナモジュールにおいては、さらに、前記導電片は、少なくとも一部が前記誘電体内に埋設される接続部であって前記アンテナに電気的に接続される接続部を含んでいる。

更に他のアンテナモジュールにおいては、さらに、前記誘電体は前記接続部に対応する位置に形成された連絡開口を含み、前記アンテナの接続端は前記連絡開口の縁に接し、前記接続部と前記接続端とは、前記連絡開口の側面上に配設された連絡パターンを介して電気的に接続される。

更に他のアンテナモジュールにおいては、さらに、前記誘電体は、前記シールド部材の外側に存在する外側部と、前記シールド部材の内側に存在する内側部と、前記外側部と内側部とを連結する連結部とを含んでいる。

本開示によれば、アンテナモジュールは、構成を簡素化し、サイズを小型化することができ、かつ、十分な強度を維持し、所望のアンテナ性能を発揮することができ、信頼性が向上する。

第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの斜視図である。 第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの分解図である。 第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの四面図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は後面図、（ｃ）は前面図、（ｄ）は側面図である。 第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの断面図であって、（ａ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 第２の実施の形態におけるカバー部材の第１の例の斜視図である。 第２の実施の形態におけるカバー部材の第２の例の斜視図である。 従来のアンテナモジュールの分解図である。

以下、本実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの斜視図、図２は第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの分解図、図３は第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの四面図、図４は第１の実施の形態におけるアンテナモジュールの断面図である。なお、図３において、（ａ）は上面図、（ｂ）は後面図、（ｃ）は前面図、（ｄ）は側面図であり、図４において、（ａ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

図において、１は本実施の形態におけるアンテナモジュールであって、基板９１上に配設された回路素子９３を含み、無線信号の処理を行う通信回路９４を備えるとともに、無線信号の送受信を行うアンテナとして機能する導電パターン５１が配設されたカバー部材１１が前記通信回路９４に覆設された、すなわち、該通信回路９４の外側を覆うように設けられたアンテナ付の無線通信用のモジュールである。前記アンテナモジュール１は、産業用又は家庭用の各種の電気機器、電子機器等に搭載され、例えば、ブルートゥース（Ｒ）（Bluetooth ）等の近距離無線通信に使用されるものであるが、いかなる種類の機器に搭載されるものであってもよく、いかなる種類の無線通信に使用されるものであってもよい。また、前記基板９１は、例えば、電子機器等に使用されるプリント回路基板であるが、セラミック基板、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）等であってもよく、いかなる種類のものであってもよい。さらに、前記回路素子９３は、例えば、ＩＣチップ等の能動素子であるが、抵抗等の受動素子であってもよく、いかなる種類のものであってもよい。

なお、本実施の形態において、アンテナモジュール１に含まれる各部の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、アンテナモジュール１に含まれる各部が図に示される姿勢である場合に適切であるが、アンテナモジュール１に含まれる各部の姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図に示される例において、基板９１は略長方形の平板状部材であり、カバー部材１１は下面が開放された略直方体の箱又は容器状の部材であり、前記カバー部材１１は、基板９１の表面（Ｚ軸正方向側の面）のほぼ全体を覆うようにして前記基板９１に取付けられている。該基板９１の表面には、単数又は複数の回路素子９３が実装されるとともに、該回路素子９３に電気的に接続された図示されない導電線が形成され、通信回路９４が構成されている。また、前記基板９１の裏面（Ｚ軸負方向側の面）には、単数又は複数の接続部としての接続パッド９５が形成されている。該接続パッド９５は、アンテナモジュール１が搭載される機器の各部と電気的に接続されるために使用される。

前記カバー部材１１は、アルミニウム合金、銅合金等の導電性の金属から成るシールド部材としてのシェル７１と、該シェル７１の少なくとも一部を覆う樹脂等の誘電性の材料から成る誘電体１２と、該誘電体１２の表面に配設された導電性の金属から成る導体パターン５１とを有する。なお、図２には、便宜上、誘電体１２が独立して示されているが、該誘電体１２は、シェル７１をモールド用の金型内に載置した状態で該金型内に合成樹脂等の誘電性の材料を充填するインサート成形（オーバーモールド成形）を行うことによって、前記シェル７１と一体化されて成形される部材であるから、実際には、図２に示されるような形状の単体として存在することはない。また、誘電体１２は、インサート成形を行うことによってシェル７１と一体化されて成形される部材であるから、外力がかかっても、誘電体１２の構成部材がはく離することもなく、また、シェル７１や導電片７５が離脱してしまうこともない。

図に示される例において、前記シェル７１は、略長方形の平板状部材である天板７２と、該天板７２の４つの側辺の各々から下方（Ｚ軸負方向）に延出する略長方形の平板状部材である４つの側板７３とを有する下面（Ｚ軸負方向側の面）が開放された略直方体の箱又は容器状の部材であり、金属板に曲げ加工を施して形成された部材である。各側板７３は、その上端が天板７２の側辺と一体的に接続されている。図に示される例において、隣接する側板７３同士は離間しており、その結果として角部隙間７３ａが形成されているが、必要に応じて、隣接する側板７３同士を当接させたり、折曲げたりして角部隙間７３ａを消滅させることもできる。なお、前記天板７２には、単数又は複数の開口７２ａが形成されている。該開口７２ａは、天板７２を板厚方向に貫通する貫通孔であり、誘電体１２を成形する際に、その材料である樹脂が通過することによって、誘電体１２の上板部１２ａと下板部１２ｂとを連結する連結部１２ｅが形成される部分である。

また、前記シェル７１には切欠き７４が形成され、該切欠き７４内に導電片７５がシェル７１と非接触状態で配設されている。図に示される例において、前記切欠き７４及び導電片７５は、平面視において、天板７２の長方形における１つの長辺の一端（図３（ｂ）における左端）に近接した部位に配設されている。そして、前記切欠き７４は、天板７２の前記長辺に相当する側辺寄りの部位から該側辺に向って延在し、続いて、該側辺から側板７３の下端に向って延在し、該下端で開放するように形成されている。また、前記導電片７５は、略直角に折曲げされた細長い板状の導電性の金属から成る部材であり、その外形が切欠き７４の形状と相似であって、その外形寸法が切欠き７４よりも小さく形成された部材である。さらに、前記導電片７５は、天板７２とほぼ同一面上に位置する上部７５ａと側板７３とほぼ同一面上に位置する側部７５ｂとを有する。なお、前記誘電体１２の連結部１２ｅは、上部７５ａの周囲の切欠き７４内にも形成される。望ましくは、前記導電片７５は、打抜き等の加工をシェル７１に施すより、該シェル７１の一部を切取ることによって作製された部材であって、前記切欠き７４は導電片７５を切取った跡である。また、前記導電片７５は、インサート成形によって、シェル７１とともに、誘電体１２と一体化される。そして、前記上部７５ａは、少なくともその一部が誘電体１２内に埋設され、導電パターン５１と電気的に接続される接続部として機能する部分である。

さらに、前記誘電体１２は、シェル７１の外側に存在して前記天板７２の上面の大部分を覆う平板状の外側部としての上板部１２ａと、シェル７１の内側に存在して前記天板７２の下面の大部分を覆う平板状の内側部としての下板部１２ｂと、前記上板部１２ａと下板部１２ｂとを連結する連結部１２ｅと、前記上板部１２ａと下板部１２ｂとの間の空間であって天板７２が収容される収容凹部１２ｃとを含んでいる。また、前記上板部１２ａにおける導電片７５の上部７５ａに対応する部位には、上板部１２ａを板厚方向に貫通する連絡開口１２ｄが形成されている。該連絡開口１２ｄは、下方へ行くほど径が小さくなるテーパ状の開口であって、導電片７５の上部７５ａの上に位置し、前記上板部１２ａの上面１２ｆ及び下面に開口する。したがって、前記上部７５ａの上面は、カバー部材１１の外方に露出した状態になっている。なお、図に示される例においては、下板部１２ｂにも、連絡開口１２ｄと対応する部位に、貫通孔が形成されているが、該貫通孔は、適宜省略することができる。

そして、前記誘電体１２の外表面、すなわち、上板部１２ａの上面１２ｆには、導体パターン５１が配設されている。図に示される例において、前記導体パターン５１は、平面視において蛇行するように形成された細長い帯状の導電性薄板であり、その一端が接続端５２として連絡開口１２ｄの縁に接し、かつ、前記接続端５２は、連絡開口１２ｄの側面上に配設された連絡パターン５３を介して、導電片７５の上部７５ａの上面と電気的に接続されている。前記導体パターン５１は、例えば、銅合金等の導電性の金属から成る薄板又は薄膜であり、アンテナモジュール１におけるアンテナとして機能する。

前記導体パターン５１は、望ましくは、誘電性の材料から成る部材に回路を形成する技術によって、上板部１２ａの上面１２ｆに形成される。具体的には、シェル７１及び導電片７５と一体化されて成形された誘電体１２の上板部１２ａの上面１２ｆに、銀ペースト等の導電性材料を、インクジェット技術等を使用して、塗布した後に焼結することによって、導体パターン５１及び連絡パターン５３に相当する導電性模様を形成する。続いて、電解メッキ（電気めっき）によって、前記導電性模様の上に銅等の導電性の金属被膜を形成する。これにより、導体パターン５１及び連絡パターン５３を得ることができる。電解メッキを行う際には、導電片７５を介して前記導電性模様に通電することによって、該導電性模様をカソードとすることができる。

なお、前記導体パターン５１を形成する方法は、これに限定されるものでなく、いかなる方法であってもよい。例えば、ＦＰＣ等に形成された金属から成る所定パターンの薄板又は薄膜を上板部１２ａの上面１２ｆに貼付することによって、前記導体パターン５１を形成することもできる。

図に示される例において、前記導体パターン５１の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は約０．０３〔ｍｍ〕であり、上板部１２ａの厚さは約０．１〔ｍｍ〕であり、天板７２の厚さは約０．１５〔ｍｍ〕であり、下板部１２ｂの厚さは約０．１〔ｍｍ〕であるが、これらの数値は、例えば、アンテナ性能の調整等の必要に応じて、適宜変更することができる。

そして、前記カバー部材１１は、図に示されるように、基板９１の表面に載置され、例えば、シェル７１の側板７３の下端を基板９１の表面の図示されない接続パッドにはんだ付することによって、基板９１の表面に固定される。これにより、回路素子９３を含む通信回路９４は、図４に示されるように、箱又は容器状のシェル７１の内部に収容される。また、基板９１の表面のほぼ全体も、シェル７１によって覆設される。そして、シェル７１の側板７３における下端の少なくとも一部は、基板９１の表面に形成された図示されないグランド用の導電線に接続されて導通する。また、導電片７５の側部７５ｂの下端は、基板９１の表面に形成された図示されない信号用の導電線であって、通信回路９４に含まれる導電線に接続される。これにより、導体パターン５１は、連絡パターン５３及び導電片７５を介して通信回路９４に接続されるので、アンテナとして機能し、無線信号の送受信を行うことができる。なお、図４に示されるように、すべての回路素子９３とシェル７１又は誘電体１２との間には間隙が存在することが望ましい。

このように、本実施の形態において、アンテナモジュール１は、無線信号の処理を行う通信回路９４と、通信回路９４に覆設されたシェル７１と、通信回路９４に電気的に接続された導電片７５と、シェル７１及び導電片７５と一体化された誘電体１２と、誘電体１２の上面１２ｆに形成され、導電片７５に電気的に接続された導体パターン５１とを備える。

これにより、アンテナモジュール１は、構成を簡素化し、サイズを小型化することができ、かつ、十分強度を維持し、所望のアンテナ性能を発揮することができるとともに、信頼性が向上する。

また、導電片７５は、シェル７１に形成された切欠き７４内に、シェル７１と非接触状態で、シェル７１とほぼ同一面上に位置するように配設される。したがって、誘電体１２の厚さを厚くすることなく、誘電体１２をシェル７１及び導電片７５と一体化することができる。

さらに、導電片７５は、少なくとも一部が誘電体１２内に埋設される上部７５ａであって導体パターン５１に電気的に接続される上部７５ａを含んでいる。したがって、誘電体１２の上面１２ｆに形成された導体パターン５１と導電片７５とを確実に、かつ、容易に電気的に接続することができる。

さらに、誘電体１２は上部７５ａに対応する位置に形成された連絡開口１２ｄを含み、導体パターン５１の接続端５２は連絡開口１２ｄの縁に接し、上部７５ａと接続端５２とは、連絡開口１２ｄの側面上に配設された連絡パターン５３を介して電気的に接続される。したがって、誘電体１２の上面１２ｆに形成された導体パターン５１と、誘電体１２内に埋設される上部７５ａとを確実に、かつ、容易に電気的に接続することができる。

さらに、誘電体１２は、シェル７１の外側に存在する上板部１２ａと、シェル７１の内側に存在する下板部１２ｂと、上板部１２ａと下板部１２ｂとを連結する連結部１２ｅとを含んでいる。したがって、シェル７１及び該シェル７１と一体化された誘電体１２を薄肉化しても、十分な強度を維持することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図５は第２の実施の形態におけるカバー部材の第１の例の斜視図、図６は第２の実施の形態におけるカバー部材の第２の例の斜視図である。

前記第１の実施の形態において、カバー部材１１が有する導体パターン５１は、平面視において蛇行するように形成された細長い帯状の導電性薄板であるが、本実施の形態において、図５に第１の例として示されるカバー部材１１が有する導体パターン５１は、平面視において略長方形の形状を有する１枚の導電性薄板である。

また、前記第１の実施の形態において、切欠き７４及び導電片７５は、平面視において、天板７２の長方形における１つの長辺の一端に近接した部位に配設されているが、本実施の形態における切欠き７４及び導電片７５は、図５に第１の例として示されるように、平面視において、天板７２の長方形における１つの長辺の中心に近接した部位に配設されている。

そして、前記導電片７５の上部７５ａの上に位置する誘電体１２の上板部１２ａには、連絡開口１２ｄが形成され、前記導体パターン５１における前記連絡開口１２ｄに対応する位置には接続開口５４が形成されている。該接続開口５４は、導体パターン５１の長方形における１つの長辺の中心近傍であって、かつ、該長辺寄りの位置に形成された円形の貫通孔である。そして、前記接続開口５４の径は、テーパ状の連絡開口１２ｄの上端における径とほぼ同一であり、前記接続開口５４の円形の縁は導体パターン５１の接続端５２となっている。本実施の形態においては、接続端５２が接続開口５４の円形の縁なので、接続端５２と導電片７５の上部７５ａの上面と電気的に接続する連絡パターン５３は、連絡開口１２ｄの円錐面状の側面全体に亘って形成されている。

なお、前記第１の例におけるカバー部材１１のその他の点の構成は、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

次に、図６に第２の例として示されるカバー部材１１について説明する。

該カバー部材１１が有する導体パターン５１は、１枚の導電性薄板であるが、平面視において略長方形の形状を有する本体部５１ａと、該本体部５１ａに形成された切欠き５１ｃと、該切欠き５１ｃ内に配設された接続片５１ｂとを含んでいる。前記切欠き５１ｃは、平面視において、本体部５１ａの長方形における１つの長辺の中心近傍であって、かつ、該長辺寄りの位置に形成されている。そして、前記切欠き５１ｃは、本体部５１ａの前記長辺寄りの部位から該長辺に向って延在し、該長辺で開放するように形成されている。また、前記接続片５１ｂは、前記切欠き５１ｃと同方向に延在する細長い長方形の形状を有し、その基端（Ｙ軸正方向端）が前記切欠き５１ｃの奥端（Ｙ軸正方向端）において本体部５１ａに一体的に接続され、その先端（Ｙ軸負方向端）が前記切欠き５１ｃの外方にまで突出している。そして、前記接続片５１ｂの先端近傍には、円形の接続開口５４が形成されている。

なお、前記第２の例におけるカバー部材１１のその他の点の構成は、前記第１の例と同様であるので、その説明を省略する。

また、本実施の形態におけるアンテナモジュール１のその他の点の構成は、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本開示は一例にすぎず、本開示の趣旨を保った適宜変更であって当業者が容易に想到し得るものは本開示の範囲に含まれる。図面で示す各部の幅、厚さ及び形状等は模式的に表されており、本開示の解釈を限定するものではない。

また、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。

本開示は、アンテナモジュールに適用することができる。

１ アンテナモジュール
１１ カバー部材
１２ 誘電体
１２ａ 上板部
１２ｂ 下板部
１２ｃ 収容凹部
１２ｄ 連絡開口
１２ｅ 連結部
１２ｆ 上面
５１、８５１ 導電パターン
５１ａ 本体部
５１ｂ 接続片
５１ｃ、７４ 切欠き
５２ 接続端
５３ 連絡パターン
５４ 接続開口
７１ シェル
７２ 天板
７２ａ 開口
７３ 側板
７３ａ 角部隙間
７５ 導電片
７５ａ 上部
７５ｂ 側部
９１ 基板
９３ 回路素子
９４ 通信回路
９５ 接続パッド
８１１ カバー
８２１ アンテナ素子
８９１ 回路基板
８９３ 通信回路素子
８９５ 信号用導体パターン
８９６ グランド用導体パターン

Claims (5)

1. （ａ）無線信号の処理を行う通信回路と、
   （ｂ）該通信回路に覆設されたシールド部材と、
   （ｃ）前記通信回路に電気的に接続された導電片と、
   （ｄ）前記シールド部材及び導電片と一体化された誘電体と、
   （ｅ）該誘電体の外表面に形成され、前記導電片に電気的に接続されたアンテナとを備えることを特徴とするアンテナモジュール。
2. 前記導電片は、前記シールド部材に形成された切欠き内に、前記シールド部材と非接触状態で、該シールド部材とほぼ同一面上に位置するように配設される請求項１に記載のアンテナモジュール。
3. 前記導電片は、少なくとも一部が前記誘電体内に埋設される接続部であって前記アンテナに電気的に接続される接続部を含んでいる請求項１又は２に記載のアンテナモジュール。
4. 前記誘電体は前記接続部に対応する位置に形成された連絡開口を含み、前記アンテナの接続端は前記連絡開口の縁に接し、前記接続部と前記接続端とは、前記連絡開口の側面上に配設された連絡パターンを介して電気的に接続される請求項３に記載のアンテナモジュール。
5. 前記誘電体は、前記シールド部材の外側に存在する外側部と、前記シールド部材の内側に存在する内側部と、前記外側部と内側部とを連結する連結部とを含んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。

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