JP2022083669A - 無線通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板のスルーホールとアンテナ基板や高周波集積回路との接続部における高周波信号の伝送損失を低減することができる無線通信モジュールを提供する。【解決手段】無線通信モジュール１は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向けて延びる高周波信号が伝送される信号スルーホール１１とグランド電位とされる複数のグランドスルーホール１２とが形成された実装基板１０と、第１面１０ａ側に実装されるＲＦＩＣ３０と、第１面１０ａ側に位置する信号スルーホール１１の一端とＲＦＩＣ３０接続する信号金属端子３１と、第１面１０ａとＲＦＩＣ３０との間において、信号スルーホール１１を中心としてグランドスルーホール１２の中心を通る仮想円の内側に、中心が位置するよう設けられている複数のグランド金属端子３２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信モジュールに関する。

近年、ミリ波等の高周波信号を用いて無線通信を行う無線通信モジュールの開発が盛んに行われている、このような無線通信モジュールの１つに、アンテナ基板と高周波集積回路（ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuits）とを実装基板の両面に搭載すると共に実装基板のスルーホールを介して相互に電気接続したものがある。尚、アンテナ素子が形成された実装基板の一面に高周波集積回路を搭載し、アンテナ素子と高周波集積回路とを実装基板のスルーホールを介して相互に電気接続した無線通信モジュールもある。

以下の特許文献１には、高周波信号が伝送されるスルーホール（信号スルーホール）を、多数のグランド電位のスルーホール（グランドスルーホール）で囲うことにより、伝送損失を低減したプリント配線基板が開示されている。また、以下の特許文献２には、プリント配線基板に形成されたスルーホールと、プリント配線基板に搭載されたＩＣとを、プリント配線基板の配線パターンを介して接続する技術が開示されている。

特開２０１０－７３８９１号公報 特開２０００－１１４７２９号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された技術を用いれば、プリント配線基板に形成された信号スルーホールによって伝送される高周波信号の伝送損失を低減することができる。しかしながら、上述した特許文献１，２に開示された技術は何れも、プリント配線基板とＩＣとの接続部において生ずる伝送損失が考慮されていない。このため、プリント配線基板とＩＣとの接続部におけるインピーダンス不整合に起因して高周波信号の反射が大きくなり、高周波信号の伝送損失が増大するという問題がある。尚、この問題は、ＩＣに接続されるスルーホール（ビア）がプリント配線基板を貫通しているもの（スルーホールビア）であっても、プリント配線基板を貫通しないもの（ブラインドビア）であっても生ずる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、実装基板のビアとアンテナ基板や高周波集積回路との接続部における高周波信号の伝送損失を低減することができる無線通信モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による無線通信モジュール（１～３）は、第１面（１０ａ）から前記第１面とは反対側の面である第２面（１０ｂ）に向けて延びる高周波信号が伝送される信号ビア（１１）と、前記第１面から前記第２面に向けて延び、前記信号ビアを中心として互いに周方向の異なる位置に設けられているグランド電位とされる複数のグランドビア（１２）とが形成された実装基板（１０）と、前記第１面側に実装される第１実装部品（３０又は２０）と、前記第１面側に位置する前記信号ビアの一端と前記第１実装部品とを接続する第１信号金属端子（３１）と、前記第１面と前記第１実装部品との間において、前記信号ビアを中心として前記グランドビアの中心を通る仮想円（ＶＣ）の内側に、中心が位置するよう設けられている複数の第１グランド金属端子（３２）と、を備える。

本発明の一態様による無線通信モジュールでは、実装基板と第１実装部品との間において、実装基板に形成された信号ビアの一端と第１実装部品とを接続する第１信号金属端子が複数のグランド金属端子によって囲まれている。これにより、実装基板と第１実装部品とが接続される接続部におけるインピーダンス整合が図られるため、接続部における高周波信号の反射を小さくすることができる。その結果、接続部における高周波信号の伝送損失を低減することができる。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記第１信号金属端子及び前記第１グランド金属端子が、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記第１信号金属端子及び前記第１グランド金属端子の周囲が、誘電率が前記実装基板の誘電率よりも低い物質で囲われている。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記第１グランド金属端子が、前記第１面と前記第１面に対向する前記第１実装部品との何れか一方に接続されている。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記信号ビア及び前記グランドビアが、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記信号ビア及び前記グランドビアが、前記第１面から前記第２面まで貫通しており、前記第２面側に実装される第２実装部品（２０又は３０）と、前記第２面側に位置する前記信号ビアの他端と前記第２実装部品とを接続する第２信号金属端子（２１）と、前記第２面と前記第２実装部品との間において、前記仮想円の内側に中心が位置するよう設けられている複数の第２グランド金属端子（２２）と、を備える。

また、本発明の一態様による無線通信モジュールは、前記第１実装部品が、アンテナ基板及び高周波集積回路の何れか一方であり、前記第２実装部品は、前記アンテナ基板及び前記高周波集積回路の何れか他方である。

本発明によれば、実装基板のビアとアンテナ基板や高周波集積回路との接続部における高周波信号の伝送損失を低減することができる、という効果がある。

本発明の一実施形態による無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。 図１中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。 本発明の一実施形態における実装基板に形成されるグランドパターンの一例を示す平面図である。 第１変形例に係る無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。 図４中のＢ－Ｂ線に沿う断面矢視図である。 第２変形例に係る無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による無線通信モジュールについて詳細に説明する。尚、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態による無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。また、図２は、図１中のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信モジュール１は、実装基板１０、アンテナ基板２０（第２実装部品又は第１実装部品）、及びＲＦＩＣ（高周波集積回路）３０（第１実装部品又は第２実装部品）を備えており、例えば、周波数が５０～７０［ＧＨｚ］程度のミリ波等の高周波信号の送受信を行う。尚、無線通信モジュール１は、高周波信号の送信のみを行うものであっても、受信のみを行うものであっても良い。

〈実装基板〉
実装基板１０は、アンテナ基板２０及びＲＦＩＣ３０等の部品が実装される基板である。実装基板１０は、アンテナ基板２０よりも誘電正接が大きな材料（高周波信号の損失が大きな材料）によって形成されて良い。実装基板１０の材料としては、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂等を用いることができる。尚、実装基板１０の材料としてガラスエポキシを用いることで、低コスト化が可能であり、ある程度の伝送特性も得られる。

実装基板１０の厚みは、できるだけ薄い方が望ましい。これは、高周波信号の伝送損失を低減するとともに、細径化したドリルによる微細なスルーホールの形成を可能とするためである。例えば、径が０．１［ｍｍ］程度の微細なスルーホールを形成する場合には、厚みが１．０［ｍｍ］程度の実装基板１０を用いるのが望ましい。

実装基板１０には、信号スルーホール１１（信号ビア）及びグランドスルーホール１２（グランドビア）が形成されている。信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２は、実装基板１０の第１面１０ａから第１面１０ａの反対側の面である第２面１０ｂまで貫通する。つまり、信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２は、スルーホールビアである。

信号スルーホール１１は、高周波信号を伝送するためのスルーホールである。尚、図１では、図示を簡略化するため、信号スルーホール１１を１つのみ図示しているが、実装基板１０には信号スルーホール１１が複数設けられて良い。

グランドスルーホール１２は、グランド電位のスルーホールであり、同一の信号スルーホール１１に対して複数設けられている（図２参照）。複数のグランドスルーホール１２は、図２に示す通り、実装基板１０の厚さ方向から見た平面視で、信号スルーホール１１を中心として互いに周方向の異なる位置に設けられている。複数のグランドスルーホール１２は、例えば、信号スルーホール１１を中心とする周方向において等間隔で並んでいると良い。本実施形態において、同一の信号スルーホール１１に対応するグランドスルーホール１２の数は４つである。これら４つのグランドスルーホール１２は、信号スルーホール１１を中心とする周方向において９０度ずつずらして位置している。尚、同一の信号スルーホール１１に対するグランドスルーホール１２の数は、４つ以上であることが望ましい。

信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２は、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている。ここで、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造とは、信号スルーホール１１を中心導体とした同軸構造を考えたとき、中心導体を取り囲むグランド導体が本来配置されるべき仮想円ＶＣ（図２参照）上又はその近傍にグランドスルーホール１２が配置された構造をいう。グランドスルーホール１２の上記の仮想円ＶＣ上からの位置ずれは、例えば、インピーダンスの誤差が±１０［Ω］程度の範囲であれば許容される。このような構造にすることで、信号スルーホール１１を伝送する高周波信号の伝送損失を低減することができる。

ここで、同軸構造の特性インピーダンスＺ₀は、以下の（１）式で表される。尚、以下の（１）式中のｄは内部導体の直径（外径）であり、Ｄは外部導体の直径（内径）であり、ε_rは内部導体と外部導体との間に設けられる物質の比誘電率である。以下の（１）式から比誘電率ε_rが小さい場合には、外部導体と内部導体との直径の比（Ｄ／ｄ）を大きくすることで特性インピーダンスを調整することが可能であることが分かる。

信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２による疑似的な同軸構造においても、近似的に上記（１）式を適用可能である。具体的には、信号スルーホール１１の直径を内部導体の直径ｄとし、図２に示す仮想円ＶＣの直径を外部導体の直径Ｄとすれば、上記（１）式から疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを求めることができる。例えば、実装基板１０の誘電率が４．５４である場合において、図１，図２に示す疑似的な同軸構造（グランドスルーホール１２の数が４）の特性インピーダンスを５０［Ω］にするためには、外部導体と内部導体との直径の比（Ｄ／ｄ）を５．６２５とすれば良い。尚、この値は、有限要素法による解析により算出されたものである。

信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２の径は、０．１［ｍｍ］程度以上が一般的であり、微細化を考慮すると０．２［ｍｍ］程度以下が望ましい。信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２は、導体ピン、導体線、金属めっき、導電ペースト等の何れかによって形成されるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２に用いられる導体は、銅、銀、金、合金等の金属、カーボン等が挙げられる。信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２の形状は、特に限定されないが、ピン状、線状、層状、粒子状、鱗片状、繊維状、ナノチューブ等が挙げられる。

ここで、図１，図２では図示を省略しているが、信号スルーホール１１の各両端には、電極パッドが形成されているのが望ましい。つまり、信号スルーホール１１は、所謂パッドオンビア構造とされているのが望ましい。尚、グランドスルーホール１２も、所謂パッドオンビア構造とされていても良い。このようなパッドオンビア構造とすることで、高周波信号の伝送距離を短縮することができるため、高周波信号の伝送損失を低減することができる。

図３は、本発明の一実施形態における実装基板に形成されるグランドパターンの一例を示す平面図である。図３に示す通り、グランドパターン１３は、実装基板１０の第１面１０ａや第２面１０ｂに沿う方向に広がる板状又は膜状に形成されている。グランドパターン１３は、グランドスルーホール１２に電気的に接続され、グランドスルーホール１２を補強している。グランドパターン１３には、その厚さ方向に貫通する開口部１３ａが形成されており、開口部１３ａの内側に信号スルーホール１１が位置している。これにより、グランドパターン１３と信号スルーホール１１とが電気的に絶縁されている。尚、開口部１３ａの直径は、図２に示す仮想円ＶＣの直径と同じ（或いは、ほぼ同じ）である。

このようなグランドパターン１３は、実装基板１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂの少なくとも一方に形成されている。或いは、グランドパターン１３は、実装基板１０の内層パターンとして形成されていても良い。尚、グランドパターン１３が実装基板１０の内層パターンとして形成される場合には、１層のみ形成されていても良く、複数層形成されていても良い。このようなグランドパターン１３を設けることで、伝送特性を向上させることができる。

〈アンテナ基板〉
アンテナ基板２０は、第１面２０ａ又は内部にアンテナ（図示省略）が形成された基板である。アンテナ基板２０に用いる材料は、任意であってよいが、誘電正接が小さく（高周波信号の損失が小さく）、高周波信号の伝送特性の良い材料であることがより好ましい。このような材料としては、例えば、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂等が挙げられる。

アンテナ基板２０のアンテナは、例えば、複数の放射素子（図示省略）がアンテナ基板２０の第１面２０ａに二次元状に配設されたアレーアンテナであってよい。また、アンテナは、例えば、線状アンテナ、平面アンテナ、マイクロストリップアンテナ、パッチアンテナ等の任意のアンテナであってもよい。尚、アンテナは、アンテナ基板２０の第１面２０ａ又は内部に形成することが可能な構造であれば特に限定されない。

アンテナ基板２０は、実装基板１０の第２面１０ｂ側に実装される。この状態では、アンテナ基板２０の第２面２０ｂが実装基板１０の第２面１０ｂに対向する。実装基板１０の第２面１０ｂとアンテナ基板２０との間には、信号金属端子２１（第２信号金属端子）及びグランド金属端子２２（第２グランド金属端子２２）が設けられている。信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の材料には、ハンダ（ＳｎＡｇＣｕハンダ等）、金、銀、銅等の金属を用いることができる。

信号金属端子２１は、実装基板１０の第２面１０ｂ側に位置する信号スルーホール１１の端部（他端）とアンテナ基板２０とを電気的に接続する。信号金属端子２１は、信号スルーホール１１の端部に接合され、実装基板１０の厚さ方向において信号スルーホール１１と重なる位置に配置されている。これにより、信号金属端子２１が信号スルーホール１１と重ならない位置に配置される場合と比較して、信号スルーホール１１からアンテナ基板２０に至る高周波信号の伝送距離を小さくして高周波信号の伝送損失を低減することができる。尚、図１では、図示を簡略化するため、信号金属端子２１が１つだけ図示されているが、実装基板１０の第２面１０ｂには、複数の信号金属端子２１が設けられて良い。

グランド金属端子２２は、グランド電位の金属端子であり、同一の信号金属端子２１に対して複数設けられている（図２参照）。複数のグランド金属端子２２は、図２に示す通り、実装基板１０の厚さ方向から見た平面視で、信号金属端子２１を中心として互いに周方向の異なる位置に設けられている。複数のグランド金属端子２２は、例えば、信号金属端子２１を中心とする周方向において等間隔で並んでいるとよい。本実施形態において、同一の信号金属端子２１に対応するグランド金属端子２２の数は４つである。これら４つのグランド金属端子２２は、信号金属端子２１を中心とする周方向において９０度ずつずらして位置している。尚、グランド金属端子２２の数は、例えば、グランドスルーホール１２の数と同様に、４つ以上であることが望ましい。

本実施形態において、各グランド金属端子２２は、実装基板１０及びアンテナ基板２０の両方に電気的に接続されている。つまり、グランド金属端子２２は、実装基板１０とアンテナ基板２０とを電気的に接続している。また、各グランド金属端子２２は、実装基板１０の第２面１０ｂ側に位置するグランドスルーホール１２の端部に電気的に接続されている。具体的に、グランド金属端子２２は、グランドスルーホール１２の端部に接合され、図２に示す仮想円ＶＣの内側に中心が位置し、且つ、実装基板１０の厚さ方向においてグランドスルーホール１２と少なくとも一部が重なるように配置されている。このような配置にするのは、実装基板１０の第２面１０ｂに搭載される部品（例えば、アンテナ基板２０等）の実装面積を小さくして、実装基板１０の面積を縮小するためである。

信号金属端子２１及びグランド金属端子２２は、前述した信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２と同様に、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている。このような配置にするのは、実装基板１０とアンテナ基板２０とが接続される接続部においても、伝送損失を低減するためである。

アンテナ基板２０が実装基板１０の第２面１０ｂ側に実装された状態（図１参照）において、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の周囲は、誘電率が実装基板１０の誘電率よりも低い物質で囲われていることが望ましい。例えば、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の周囲は、空気（誘電率が約１）で囲われていることが望ましい。

このようにすることで、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の径が、信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２の径よりそれぞれ大きい場合であっても、インピーダンス整合をとることが可能になる。また、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の径が大きくなることで、実装基板１０とアンテナ基板２０との接合強度を高めることができる。

信号金属端子２１及びグランド金属端子２２による疑似的な同軸構造においても、近似的に前述した（１）式を適用可能である。具体的には、信号金属端子２１の接続端子径（信号金属端子２１が実装基板１０とアンテナ基板２０とに接している面のうちの小さい方の面の直径）を内部導体の直径ｄとし、グランド金属端子２２の中心を通る仮想円の直径を外部導体の直径Ｄとすれば、上記（１）式から疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを求めることができる。例えば、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の周囲が空気（誘電率が約１）で囲われている場合、グランド金属端子２２の中心を通る仮想円の直径が０．９［ｍｍ］である場合には、信号金属端子２１の接続端子径を０．３０５［ｍｍ］とすれば、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２による疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを５０［Ω］にすることができる。

尚、アンテナ基板２０には、他の部品が搭載（実装）されていないことが望ましい。これにより、アンテナ基板２０の面積及び厚みを極力小さくすることができ、また、アンテナ基板２０の信頼性を確保することができる。但し、必要であれば、アンテナ基板２０には他の部品が搭載されてもよい。

〈ＲＦＩＣ〉
ＲＦＩＣ３０は、高周波信号を処理する集積回路であり、実装基板１０の第１面１０ａ側に実装される。ＲＦＩＣ３０に適用するＩＣパッケージは、例えばＢＧＡ（Ball GridAlley）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＦＯＷＬＰ（Fan Out Wafer Level Package）等であってよい。ＲＦＩＣ３０は、後述する信号金属端子３１、実装基板１０の信号スルーホール１１、及び信号金属端子２１を介してアンテナ基板２０と電気的に接続されている。ＲＦＩＣ３０は、例えば、アンテナ基板２０から出力される高周波信号の受信処理を行って、高周波信号よりも周波数の低い受信信号を出力端子（図示省略）から出力する。また、ＲＦＩＣ３０は、例えば、入力端子（図示省略）から入力される送信信号の送信処理を行って、送信信号よりも周波数の高い高周波信号をアンテナ基板２０に出力する。

実装基板１０とＲＦＩＣ３０との間には、信号金属端子３１（第１信号金属端子）及びグランド金属端子３２（第１グランド金属端子）が設けられている。信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の材料には、ハンダ（ＳｎＡｇＣｕハンダ等）、金、銀、銅等の金属を用いることができる。

信号金属端子３１は、実装基板１０の第１面１０ａ側に位置する信号スルーホール１１の端部（一端）とＲＦＩＣ３０とを電気的に接続する。信号金属端子３１は、信号スルーホール１１の端部に接合され、実装基板１０の厚さ方向において信号スルーホール１１と重なる位置に配置されている。これにより、信号金属端子３１が信号スルーホール１１と重ならない位置に配置される場合と比較して、信号スルーホール１１からＲＦＩＣ３０に至る高周波信号の伝送距離を小さくして高周波信号の伝送損失を低減することができる。尚、図１では、図示を簡略化するため、信号金属端子３１が１つだけ図示されているが、実装基板１０の第１面１０ａには、複数の信号金属端子３１が設けられてよい。

グランド金属端子３２は、グランド電位の金属端子であり、同一の信号金属端子３１に対して複数設けられている（図２参照）。複数のグランド金属端子３２は、複数のグランド金属端子２２と同様に、平面視で信号金属端子３１を中心として互いに周方向の異なる位置に設けられている。複数のグランド金属端子３２は、例えば信号金属端子３１を中心とする周方向において等間隔で並んでいるとよい。本実施形態において、同一の信号金属端子３１に対応するグランド金属端子３２の数は４つである。これら４つのグランド金属端子３２は、信号金属端子３１を中心とする周方向において９０度ずつずらして位置している。尚、グランド金属端子３２の数は、例えば、グランドスルーホール１２の数と同様に、４つ以上であることが望ましい。

本実施形態において、各グランド金属端子３２は、実装基板１０及びＲＦＩＣ３０の両方に電気的に接続されている。つまり、グランド金属端子３２は、実装基板１０とＲＦＩＣ３０とを電気的に接続している。また、各グランド金属端子３２は、実装基板１０の第１面１０ａ側に位置するグランドスルーホール１２の端部に電気的に接続されている。具体的に、グランド金属端子３２は、グランドスルーホール１２の端部（一端）に接合され、図２に示す仮想円ＶＣの内側に中心が位置し、且つ、実装基板１０の厚さ方向においてグランドスルーホール１２と少なくとも一部が重なるように配置されている。このような配置にするのは、実装基板１０の第１面１０ａに搭載される部品（例えば、ＲＦＩＣ３０等）の実装面積を小さくして、実装基板１０の面積を縮小するためである。

信号金属端子３１及びグランド金属端子３２は、前述した信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２と同様に、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている。このような配置にするのは、実装基板１０とＲＦＩＣ３０とが接続される接続部においても、伝送損失を低減するためである。

ＲＦＩＣ３０が実装基板１０の第１面１０ａ側に実装された状態（図１参照）において、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の周囲は、誘電率が実装基板１０の誘電率よりも低い物質で囲われていることが望ましい。例えば、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の周囲は、空気（誘電率が約１）で囲われていることが望ましい。

このようにすることで、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の径が、信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２の径よりそれぞれ大きい場合であっても、インピーダンス整合をとることが可能になる。また、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の径が大きくなることで、実装基板１０とＲＦＩＣ３０との接合強度を高めることができる。

信号金属端子３１及びグランド金属端子３２による疑似的な同軸構造においても、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２による疑似的な同軸構造と同様に、近似的に前述した（１）式を適用可能である。具体的には、信号金属端子３１の接続端子径（信号金属端子３１が実装基板１０とＲＦＩＣ３０とに接している面のうちの小さい方の面の直径）を内部導体の直径ｄとし、グランド金属端子３２の中心を通る仮想円の直径を外部導体の直径Ｄとすれば、上記（１）式から疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを求めることができる。例えば、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の周囲が空気（誘電率が約１）で囲われている場合、グランド金属端子３２の中心を通る仮想円の直径が０．９［ｍｍ］である場合には、信号金属端子３１の接続端子径を０．３０５［ｍｍ］とすれば、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２による疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを５０［Ω］にすることができる。

本実施形態の無線通信モジュール１では、図１，図２に示す通り、実装基板１０の厚さ方向において、信号金属端子２１と信号金属端子３１とが重なっている。また、実装基板１０の厚さ方向において４つのグランド金属端子２２と４つのグランド金属端子３２とがそれぞれ重なっている。信号金属端子２１と信号金属端子３１とは、完全に重なってもよいし、一部だけが重なってもよい。同様に、グランド金属端子２２とグランド金属端子３２とは、完全に重なってもよいし、一部だけが重なってもよい。

以上の通り、本実施形態の無線通信モジュール１では、実装基板１０とアンテナ基板２０との間において信号金属端子２１が複数のグランド金属端子２２によって囲まれている。また、実装基板１０とＲＦＩＣ３０との間において信号金属端子３１が複数のグランド金属端子３２によって囲まれている。これにより、実装基板１０とアンテナ基板２０とが接続される接続部、及び、実装基板１０とＲＦＩＣ３０とが接続される接続部におけるインピーダンス整合が図られるため、これら接続部における高周波信号の反射を小さくすることができる。その結果、これら接続部における高周波信号の伝送損失を低減することができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１では、信号金属端子２１及び信号金属端子３１が、実装基板１０の厚さ方向において信号スルーホール１１と重なる位置に配置されている。これにより、信号スルーホール１１からアンテナ基板２０に至る高周波信号の伝送距離、及び信号スルーホール１１からＲＦＩＣ３０に至る高周波信号の伝送距離を短くすることができるため、高周波信号の伝送損失を低減することができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１では、グランド金属端子２２及びグランド金属端子３２が、信号スルーホール１１を中心としてグランドスルーホール１２の中心を通る仮想円ＶＣの内側に中心が位置するよう設けられている。これにより、実装基板１０に搭載される部品（例えば、アンテナ基板２０、ＲＦＩＣ３０等）の実装面積を小さくすることができ、実装基板１０の面積を縮小することができる。

また、本実施形態の無線通信モジュール１では、実装基板１０の信号スルーホール１１が複数のグランドスルーホール１２によって囲まれている。これにより、実装基板１０には、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造が形成されるため、信号スルーホール１１を伝送される高周波信号の伝送損失を低減することができる。

〈第１変形例〉
図４は、第１変形例に係る無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。また、図５は、図４中のＢ－Ｂ線に沿う断面矢視図である。尚、図４，図５においては、図１，図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図４，図５に示す通り、本変形例に係る無線通信モジュール２は、図１，図２に示す無線通信モジュール１と同様に、実装基板１０、アンテナ基板２０、及びＲＦＩＣ３０を備える。但し、本変形例に係る無線通信モジュール２は、図１，図２に示す無線通信モジュール１とは、グランド金属端子２２，３２の配置及び接続方法が異なる。

図１，図２に示す無線通信モジュール１において、グランド金属端子２２，３２は、図２に示す仮想円ＶＣの内側に中心が位置し、且つ、実装基板１０の厚さ方向においてグランドスルーホール１２と少なくとも一部が重なるように配置されていた。これに対し、本変形例に係る無線通信モジュール２では、グランド金属端子２２，３２は、その全体が仮想円ＶＣの内側に位置し、且つ、実装基板１０の厚さ方向においてグランドスルーホール１２と重ならないように配置されている。

グランド金属端子２２，３２をこのように配置することで、グランド金属端子２２，３２の中心を通る仮想円の直径（前述した（１）式中の外部導体の直径Ｄ）が小さくなる。すると、外部導体と内部導体との直径の比（Ｄ／ｄ）を保つには、内部導体の直径ｄ（信号金属端子２１，３１の接続端子径）を小さくする必要がある。これは、図１に示す無線通信モジュール１よりも微細化が可能になることを意味する。また、信号金属端子２１，３１の接続端子径を小さくすると、信号金属端子２１，３１の外形形状が必然的に小さくなることから、実装基板１０の厚さ方向における高周波信号の伝送距離を短縮することができる。これにより、高周波信号の伝送損失を低減することができる。

尚、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２の周囲、及び、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２の周囲が空気（ε_r＝１）であるとする。このとき、信号金属端子２１及びグランド金属端子２２による疑似的な同軸構造、及び、信号金属端子３１及びグランド金属端子３２による疑似的な同軸構造の特性インピーダンスを５０［Ω］にするためには、前述した（１）式中の外部導体と内部導体との直径の比（Ｄ／ｄ）を約２．９５にすれば良い。

ここで、グランド金属端子２２，３２は、例えば、実装基板１０のみに接続され、アンテナ基板２０やＲＦＩＣ３０に接続されなくてもよい。或いは、グランド金属端子２２は、例えば、アンテナ基板２０のみに接続され、実装基板１０に接続されなくてもよい。同様に、グランド金属端子３２は、例えば、ＲＦＩＣ３０のみに接続され、実装基板１０に接続されなくてもよい。尚、グランド金属端子２２，３２は、これらの一部が実装基板１０とアンテナ基板２０やＲＦＩＣ３０とを接続し、これらの残部が実装基板１０とアンテナ基板２０やＲＦＩＣ３０とを接続しないように設けられてもよい。

尚、グランド金属端子２２，３２は、電界分布の連続性を考慮すると、信号スルーホール１１の中心とグランドスルーホール１２の中心とを結ぶ直線上に配置されているのが望ましい。このとき、グランド金属端子２２，３２は、その一部が、実装基板１０の厚さ方向においてグランドスルーホール１２と重なるように配置されていても良く、重ならないように配置されていても良い。

〈第２変形例〉
図６は、第２変形例に係る無線通信モジュールの要部構成を示す側断面図である。尚、図６においては、図１，図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図６に示す通り、本変形例に係る無線通信モジュール３は、図１，図２に示す無線通信モジュール１とは、アンテナ基板２０が省略されている点が異なる。また、実装基板１０の信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２が、第１面１０ａから第２面１０ｂに向けて延びるものの、第２面１０ｂまで貫通していない点が異なる。つまり、信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２は、ブラインドビアとされている点が異なる。

このような無線通信モジュール３は、例えば、実装基板１０の内部にアンテナ素子（図示省略）が形成されているため、アンテナ基板２０が省略されたものである。実装基板１０には、内層基板として信号パターン１４とグランドパターン１５とが形成されている。信号パターン１４は、例えば、実装基板１０の内部に形成されたアンテナ素子の信号端子に接続されており、グランドパターン１５は、例えば、実装基板１０の内部に形成されたアンテナ素子のグランド端子に接続されている。

図６に示す通り、信号スルーホール１１は、実装基板１０の内層として形成された信号パターン１４と電気的に接続されており、グランドスルーホール１２は、実装基板１０の内層として形成されたグランドパターン１５と電気的に接続されている。これにより、実装基板１０に形成されたアンテナ素子と、実装基板１０の第１面１０ａに搭載されたＲＦＩＣ３０とが、信号スルーホール１１及びグランドスルーホール１２を介して電気的に接続される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態における無線通信モジュール１，２は、アンテナ基板２０及びＲＦＩＣ３０が実装基板１０に実装されたものであった。しかしながら、実装基板１０には、アンテナ基板２０及びＲＦＩＣ３０以外の他の部品（図示省略）が実装されていても良い。

また、上述した実施形態では、アンテナ基板２０が実装基板１０の第２面１０ｂに実装され、ＲＦＩＣ３０が、実装基板１０の第１面１０ａに実装される例について説明した。しかしながら、これとは逆に、ＲＦＩＣ３０が実装基板１０の第２面１０ｂに実装され、アンテナ基板２０が、実装基板１０の第１面１０ａに実装されていても良い。

１～３…無線通信モジュール、１０…実装基板、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…信号スルーホール、１２…グランドスルーホール、２０…アンテナ基板、２１…信号金属端子、２２…グランド金属端子、３０…ＲＦＩＣ、３１…信号金属端子、３２…グランド金属端子

Claims (7)

1. 第１面から前記第１面とは反対側の面である第２面に向けて延びる高周波信号が伝送される信号ビアと、前記第１面から前記第２面に向けて延び、前記信号ビアを中心として互いに周方向の異なる位置に設けられているグランド電位とされる複数のグランドビアとが形成された実装基板と、
   前記第１面側に実装される第１実装部品と、
   前記第１面側に位置する前記信号ビアの一端と前記第１実装部品とを接続する第１信号金属端子と、
   前記第１面と前記第１実装部品との間において、前記信号ビアを中心として前記グランドビアの中心を通る仮想円の内側に、中心が位置するよう設けられている複数の第１グランド金属端子と、
   を備える無線通信モジュール。
2. 前記第１信号金属端子及び前記第１グランド金属端子は、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている請求項１記載の無線通信モジュール。
3. 前記第１信号金属端子及び前記第１グランド金属端子の周囲は、誘電率が前記実装基板の誘電率よりも低い物質で囲われている、請求項１又は請求項２記載の無線通信モジュール。
4. 前記第１グランド金属端子は、前記第１面と前記第１面に対向する前記第１実装部品との何れか一方に接続されている、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線通信モジュール。
5. 前記信号ビア及び前記グランドビアは、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造となるように配置されている請求項１から請求項４の何れか一項に記載の無線通信モジュール。
6. 前記信号ビア及び前記グランドビアは、前記第１面から前記第２面まで貫通しており、
   前記第２面側に実装される第２実装部品と、
   前記第２面側に位置する前記信号ビアの他端と前記第２実装部品とを接続する第２信号金属端子と、
   前記第２面と前記第２実装部品との間において、前記仮想円の内側に中心が位置するよう設けられている複数の第２グランド金属端子と、
   を備える請求項１から請求項５の何れか一項に記載の無線通信モジュール。
7. 前記第１実装部品は、アンテナ基板及び高周波集積回路の何れか一方であり、
   前記第２実装部品は、前記アンテナ基板及び前記高周波集積回路の何れか他方である、
   請求項６記載の無線通信モジュール。

Images