JP2024016307A - アンテナ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性および強度を両立可能なアンテナ基板を提供する。【解決手段】アンテナ基板は、アンテナと、前記アンテナに電気的に接続された給電パターンと、第１強化材および第１基材を含み、第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有するコア層と、第２強化材および第２基材を含み、前記第１面側に配置された補強層と、前記コア層と前記補強層との間に配置され、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する上側ビルドアップ部と、前記第２面側に配置された、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する下側ビルドアップ部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ基板に関する。

特許文献１には、コア層と、コア層に積層されたビルドアップ層と、を備えたアンテナ基板が開示されている。このようなアンテナ基板においては、補強のために、一部の層にガラスクロスを含ませる場合がある。

特開２０２０－１３６４８５号公報

ミリ波帯などの高周波信号を扱うアンテナ基板では、ビルドアップ層にガラスクロスが含まれると、ガラスクロスの粗密が伝送特性のバラつきを引き起こす。このため、ビルドアップ層にはガラスクロスが含まれない方が伝送特性の観点からは有利である。しかしながら、ビルドアップ層にガラスクロスが含まれない場合、アンテナ基板の強度が低下するという課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、伝送特性および強度を両立可能なアンテナ基板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、本発明の一態様に係るアンテナ基板は、アンテナと、前記アンテナに電気的に接続された給電パターンと、第１強化材および第１基材を含み、第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有するコア層と、第２強化材および第２基材を含み、前記第１面側に配置された補強層と、前記コア層と前記補強層との間に配置され、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する上側ビルドアップ部と、前記第２面側に配置された、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する下側ビルドアップ部と、を備える。

上記態様によれば、上側ビルドアップ部に非強化層が含まれている。この非強化層の表面にアンテナを配置することで、ガラスクロスなどの強化材を含む層の表面にアンテナを配置する場合と比較して、良好な伝送特性が得られる。また、第１強化材を含むコア層に加えて、第２強化材を含む補強層を備えていることで、アンテナ基板の強度を確保することができる。以上より、伝送特性および強度を両立したアンテナ基板を提供できる。

ここで、前記上側ビルドアップ部と前記補強層とが接着層によって接着固定されていてもよい。

また、前記補強層は前記コア層よりも厚くてもよい。

また、前記第１強化材と前記第２強化材とが同一の材質であり、前記第１基材と前記第２基材とが同一の材質であってもよい。

また、前記上側ビルドアップ部または前記下側ビルドアップ部の一部の層に強化材が含まれていてもよい。

また、前記上側ビルドアップ部の前記非強化層または前記下側ビルドアップ部の前記非強化層には、めっきによって内部が充填されたフィルドビアが形成されていてもよい。

また、前記上側ビルドアップ部または前記下側ビルドアップ部には、強化材を含まない２つの非強化層が隣接して設けられ、前記給電パターンの少なくとも一部が、前記２つの非強化層の間に位置するとともに前記２つの非強化層に接していてもよい。

また、前記補強層は前記アンテナよりも前記コア層から離れた位置に配置されていてもよい。

本発明の上記態様によれば、伝送特性および強度を両立可能なアンテナ基板を提供することができる。

本実施形態に係るアンテナ基板の断面図である。

以下、本実施形態のアンテナ基板について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、アンテナ基板１は、コア層１０と、上側ビルドアップ部２０と、下側ビルドアップ部３０と、接着層４０と、補強層５０と、を備えている。コア層１０は、第１面１１と、第１面１１とは反対側の第２面１２と、を有する。

（方向定義）
本明細書では、各層が積層された方向を「積層方向」という。積層方向において、コア層１０から見た補強層５０側を上側といい、その反対側を下側という。コア層１０の第１面１１側が上側であり、第２面１２側が下側である。図１は、積層方向に沿ったアンテナ基板１の断面図である。積層方向から見ることを「平面視」という。
下側ビルドアップ部３０、コア層１０、上側ビルドアップ部２０、接着層４０、および補強層５０は、下側から上側に向けて、この順に積層されている。

（アンテナ）
アンテナ基板１は、アンテナＡと、給電経路６０と、パッドＰと、を備えている。アンテナＡは、導体によって形成されたパターン（例えばパッチアンテナ）であり、高周波の無線信号（例えば６０ＧＨｚ帯）を送受信するように構成されている。アンテナＡは、コア層１０よりも上側（補強層５０側）に配置されている。アンテナＡの位置は適宜変更可能であるが、例えば図１のように、上側ビルドアップ部２０と接着層４０との間に形成されてもよい。パッドＰは、アンテナ基板１の表面に形成される。図１の例では、下側ビルドアップ部３０の下面（第３下側ビルドアップ層３３の下面）にパッドＰが形成されている。パッドＰには、電子部品の端子等がはんだ付けされる。パッドＰの周囲に、不図示のソルダーレジストが設けられてもよい。給電経路６０は、アンテナＡとパッドＰとを電気的に接続している。

図１に示す給電経路６０は、給電ビア６１、６２、６４、６５、６６、６８、６９と、給電パターン６３、６７と、を含んでいる。給電ビア６１はアンテナＡから下側に延びており、給電ビア６２に接続されている。給電パターン６３は第１上側ビルドアップ層２１の上面に形成されており、給電ビア６２と給電ビア６４とを接続している。給電ビア６５はコア層１０に形成されており、給電ビア６４と給電ビア６６とを接続している。給電パターン６７は第１下側ビルドアップ層３１の下面に形成されており、給電ビア６６と給電ビア６８とを接続している。給電ビア６９は給電ビア６８とパッドＰとを接続している。ただし、給電経路６０の構成は適宜変更可能であり、アンテナＡとパッドＰとを電気的に接続できればよい。

給電パターン６３，６７の特性インピーダンスは、例えば５０Ωに整合されている。給電パターン６３、６７は、伝送特性向上の観点から、ガラスクロスが含まれていない層の表面に配置されることが望ましい。また、インピーダンス整合の観点から、給電パターン６３、６７の厚みは１００μｍ程度であることが望ましい。図１に示すように、アンテナ基板１の一部の層間には接地パターンＧが配置されている。積層方向において給電パターン６３，６７を間に挟むように、複数の接地パターンＧを配置してもよい。また、給電ビア６１等を取り囲むように、接地パターンＧに電気的に接続された複数の接地ビア（不図示）を配置してもよい。同様に、平面視において給電パターン６３，６７を取り囲むように、複数の接地ビア（不図示）を配置してもよい。

（基材および強化材）
コア層１０および補強層５０には、基材および強化材が含まれている。本明細書では、コア層１０に含まれる基材を特に「第１基材」といい、補強層５０に含まれる基材を特に「第２基材」という場合がある。また、コア層１０に含まれる強化材を特に「第１強化材」といい、補強層５０に含まれる強化材を特に「第２強化材」という場合がある。以下では、強化材としてガラスクロスを用いる場合について説明するが、ガラスクロス以外の強化材を採用してもよい。また、第１強化材および第２強化材が互いに同一の材質でなくてもよい。

コア層１０の第１基材および補強層５０の第２基材としては、エポキシあるいはＰＰＥを採用できる。すなわち、コア層１０、補強層５０は、強化材（ガラスクロス等）に基材（エポキシやＰＰＥ等）を含浸させることで形成された層である。コア層１０、補強層５０はいわゆるプリプレグ材（Pre-Impregnated Material）であってもよい。コア層１０、補強層５０の厚さは、強度を考慮すると１００μｍ以上であることが望ましい。高周波設計（特性インピーダンスの整合、アンテナの広帯域化）の面でも、コア層１０および補強層５０がある程度厚いほうが望ましい。ただし、コア層１０が厚すぎると不具合が生じる場合があるため、適切な値を選択する。

（コア層）
コア層１０は、第１基材および第１強化材を含んでいる。コア層１０には、給電ビア６５が設けられている。給電ビア６５は、例えばコア層１０をドリルなどで加工して貫通孔を形成し、貫通孔の内側に金属を充填して形成される。給電ビア６５の直径（貫通孔の内径）は、０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、アンテナ基板１の強度に大きく寄与するコア層１０の強度低下を抑制できる。

積層方向に直交する方向（コア層１０が延在する方向）におけるコア層１０の線膨張係数は、配線の材質である銅（Ｃｕ）に合わせて、１０～２０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。これにより、温度変化に伴う膨張量または収縮量が配線とコア層１０との間で同等になり、熱的信頼性を向上させることができる。

（上側ビルドアップ部および下側ビルドアップ部）
上側ビルドアップ部２０はコア層１０の上面に積層され、下側ビルドアップ部３０はコア層１０の下面に積層されている。各ビルドアップ部２０、３０に含まれる層の数は、適宜変更可能であるが、２つ以上であることが好ましい。また、上側ビルドアップ部２０および下側ビルドアップ部３０に含まれる層の数は同じであることが好ましい。例えば図１では、上側ビルドアップ部２０および下側ビルドアップ部３０にはそれぞれ３つの層が含まれている。これにより、製造途中におけるアンテナ基板１の構造が、コア層１０を中心として上下に対称となり、アンテナ基板１に反りが生じることを抑制できる。

図１において上側ビルドアップ部２０に含まれる３つの層を、コア層１０に近い側から順に、第１上側ビルドアップ層２１、第２上側ビルドアップ層２２、および第３上側ビルドアップ層２３という。同様に、下側ビルドアップ部３０に含まれる３つの層を、コア層１０に近い側から順に、第１下側ビルドアップ層３１、第２下側ビルドアップ層３２、および第３下側ビルドアップ層３３という。上側ビルドアップ部２０および下側ビルドアップ部３０をビルドアップ工法で形成する場合、第１上側ビルドアップ層２１と第１下側ビルドアップ層３１が同時に形成され、第２上側ビルドアップ層２２と第２下側ビルドアップ層３２が同時に形成され、第３上側ビルドアップ層２３と第３下側ビルドアップ層３３が同時に形成される。

上側ビルドアップ層２１～２３および下側ビルドアップ層３１～３３は、いずれも、強化材（ガラスクロス等）を含まない非強化層である。非強化層については、線膨張係数の制御が容易ではない。このため、線膨張係数が小さい材質（例えば５０ｐｐｍ／℃以下）を、特に非強化層の材質として選択することが好ましい。
上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３には、無機フィラーなどを含ませることで線膨張係数を調整し、線膨張係数を他の層と整合させてもよい。この場合、温度変化が生じたときの膨張量あるいは収縮量の層間の差が小さくなり、信頼性向上が期待できる。

上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３を形成する材質としては、６０ＧＨｚにおける特性が、例えば比誘電率：２～４程度、誘電正接：０．０１以下である材質が好適である。上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３を形成する材質としては、６０ＧＨｚにおける特性が、比誘電率：３程度、誘電正接：０．００５以下である材質が、さらに好適である。
上側ビルドアップ層２１～２３および下側ビルドアップ層３１～３３を形成する材質の具体例としては、エポキシやＰＰＥなどの樹脂が挙げられる。

上側ビルドアップ部２０に含まれる上側ビルドアップ層２１～２３、および下側ビルドアップ部３０に含まれる下側ビルドアップ層３１～３３の厚みは、強度を考慮して、１００μｍ以上であることが好ましい。高周波設計（特性インピーダンスの整合、アンテナの広帯域化）の面でも、上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３がある程度厚いほうが望ましい。ただし、これらの層が厚すぎると不具合が生じる場合があるため、適切な値を選択する。

上側ビルドアップ層２１～２３にはそれぞれ給電ビア６４、６２、６１が形成されている。下側ビルドアップ層３１～３３にはそれぞれ給電ビア６６、６８、６９が形成されている。これらの給電ビアは、ＬＶＨ（Laser Via Hole）であることが好ましい。より詳しくは、レーザ加工によって、直径が０．１５ｍｍ以下となるように各層に貫通孔を形成し、貫通孔の内側をめっきによって充填した構造であることが好ましい。言い換えると、ビルドアップ部２０、３０に形成されるビアは、めっきによって内部が充填されたフィルドビアであることが好ましい。貫通孔の直径が０．１５ｍｍ以下であることで、上側ビルドアップ層２１～２３または下側ビルドアップ層３１～３３に大きな給電ビアを形成することによるアンテナ基板１の強度低下を抑制できる。

また、上側ビルドアップ層２１～２３および下側ビルドアップ層３１～３３は、ガラスクロス等の強化材を含まない非強化層である。したがって、レーザ加工の際にガラスクロス等が削れ残ることによる貫通孔のくびれ発生が抑制され、微細径でも良好な給電ビアの形状が得られる。さらに、貫通孔の内側をめっきによって充填することで、強度をより高めることができる。貫通孔の内側をめっきで充填する際に、気泡などが生じないように、上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３の厚みは１５０μｍ以下とすることが好ましい。なお、上記の給電ビアの構造や形成方法は一例であり、例えば貫通孔の内周面をコンフォーマルめっきした後で貫通孔を樹脂で埋め、めっきで蓋を形成してもよい。

（補強層）
補強層５０は、上側ビルドアップ部２０よりも上側に位置している。図１では、接着層４０によって補強層５０が上側ビルドアップ部２０に接着固定されている。接着層４０としては、例えばガラスクロス等の強化材を含まない樹脂（エポキシやＰＰＥ等）を採用できる。あるいは、接着層４０は、コア層１０と同様のプリプレグ材であってもよいし、その他の接着剤であってもよい。

なお、例えば第３上側ビルドアップ層２３が熱可塑性樹脂により形成されており、補強層５０を第３上側ビルドアップ層２３の表面に積層した状態で補強層５０および第３上側ビルドアップ層２３を熱圧着できる場合は、接着層４０が無くても補強層５０を上側ビルドアップ部２０に接着固定できる。したがって、接着層４０は必須ではない。

補強層５０はコア層１０よりも厚いことが好ましい。コア層１０の厚みは、高周波基板としての特性を確保する観点から一定以下とされる。一方、補強層５０の厚みはコア層１０のような制限が少ないため、コア層１０よりも容易に大きくできる。膨張係数差を考慮すると、補強層５０はコア層１０と同一材質であることが望ましい。すなわち、補強層５０に含まれる第２強化材および第２基材は、コア層１０に含まれる第１強化材および第１基材と、それぞれ同じ材質であるとよい。

（製造方法）
次に、以上のように構成されたアンテナ基板１の製造方法の一例を説明する。ただし、他の製造方法によってアンテナ基板１を製造してもよい。
まず、コア層１０となるプリプレグ材を用意する。次いで、給電ビア６５を形成する。具体的には、例えば直径０．１ｍｍ等の微細なドリルを用いて、コア層１０に貫通孔を形成し、貫通孔の内側を金属で充填する。また、コア層１０の上面および下面に接地パターンＧを形成する。

次に、コア層１０の積層方向における両側（上側および下側）に、ビルドアップ材を順次貼り付け、上下対象な構造とする。反りを防止する観点から、各ビルドアップ材の厚みは、互いに同じであることが、より好ましい。必要に応じて、ビルドアップ材の表面に配線パターンを形成したり、ビルドアップ材にビアを形成したりする。
図１の例では、第１上側ビルドアップ層２１および第１下側ビルドアップ層３１をコア層１０の両側に同時に貼り付ける。また、レーザ加工およびめっきフィルによって、給電ビア６４、６６を形成する。また、第１上側ビルドアップ層２１の上面および第１下側ビルドアップ層３１の下面に、給電パターン６３、６７をそれぞれ形成する。

次に、第２上側ビルドアップ層２２および第２下側ビルドアップ層３２を、第１上側ビルドアップ層２１の上面および第１下側ビルドアップ層３１の下面に、それぞれ同時に貼り付ける。以下同様に、ビルドアップ層２２、２３へのビア加工、接地パターンＧの形成、ビルドアップ層２３、３３の貼り付け、等を順次行う。

次に、接着層４０によって補強層５０を上側ビルドアップ部２０に貼り付ける。最後にルータ加工等によって、アンテナ基板１を所定の大きさに切断する。この際、強化材を含む補強層５０が設けられていることで、クラックの発生が抑制される。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ基板１は、アンテナＡと、アンテナＡに電気的に接続された給電パターン６３、６７と、第１強化材および第１基材を含み、第１面１１および第１面１１とは反対側の第２面１２を有するコア層１０と、第２強化材および第２基材を含み、第１面１１側に配置された補強層５０と、コア層１０と補強層５０との間に配置され、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する上側ビルドアップ部２０と、第２面１２側に配置された、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する下側ビルドアップ部３０と、を備える。この構成によれば、上側ビルドアップ部２０に非強化層が含まれているため、この非強化層の表面にアンテナを配置することで、ガラスクロスなどの強化材を含む層の表面にアンテナを配置する場合と比較して、良好な伝送特性が得られる。また、第１強化材を含むコア層１０に加えて、第２強化材を含む補強層５０を備えていることで、アンテナ基板１の強度を確保することができる。以上より、伝送特性および強度を両立したアンテナ基板１を提供できる。

また、上側ビルドアップ部２０と補強層５０とが接着層４０によって接着固定されている。この構成によれば、上側ビルドアップ部２０のうち最も外側の層（図１では第３上側ビルドアップ層２３）が熱圧着された後に補強層５０を接着固定することができる。

また、補強層５０がコア層１０よりも厚いことで、アンテナ基板１の強度をより確実に高めることができる。補強層５０はコア層１０よりも伝送特性上の制限が少ないため、補強層５０の厚みを大きくすることは容易である。

また、コア層１０に含まれる第１強化材と補強層５０に含まれる第２強化材とが同一の材質であり、コア層１０に含まれる第１基材と補強層５０に含まれる第２基材とが同一の材質であってもよい。この場合、コア層１０と補強層５０との線膨張係数が実質的に同じになり、温度変化に伴ってアンテナ基板１に反りが生じることを抑制できる。

また、上側ビルドアップ部２０の非強化層（上側ビルドアップ層２１～２３）または下側ビルドアップ部３０の非強化層（下側ビルドアップ層３１～３３）には、めっきによって内部が充填されたフィルドビア（給電ビア６１等）が形成されていてもよい。この構成によれば、アンテナ基板１の強度をより高めることができる。

また、上側ビルドアップ部２０または下側ビルドアップ部３０には、強化材を含まない２つの非強化層（例えば上側ビルドアップ層２１、２２。あるいは、下側ビルドアップ層３１、３２。）が隣接して設けられていてもよい。さらに、給電パターン６３、６７の少なくとも一部が、前記２つの非強化層の間に位置するとともに前記２つの非強化層に接していてもよい。この構成によれば、給電パターン６３、６７がガラスクロスの粗密によって影響を受け、高周波信号の伝送特性が低下することを抑制できる。

また、本実施形態のアンテナ基板１は、補強層５０はアンテナＡよりもコア層１０から離れた位置に配置されている。この構成によれば、強化材を含む２つの層（コア層１０および補強層５０）の間にアンテナＡが位置することとなる。強化材を含む２つの層の間の部分は、曲げ変形などが影響しにくい。したがって、アンテナＡに曲げ変形等が作用することが抑制され、送受信特性を安定させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、上側ビルドアップ層２１～２３、下側ビルドアップ層３１～３３が、強化材を含まない非強化層であると説明した。しかしながら、上側ビルドアップ部２０の一部の層または下側ビルドアップ部３０の一部の層が、強化材（ガラスクロス等）を含んでもよい。この場合も、上側ビルドアップ部２０に含まれる少なくとも１つの層、および下側ビルドアップ部３０に含まれる少なくとも１つの層は非強化層とする。

上側ビルドアップ部２０および下側ビルドアップ部３０における強化層および非強化層の位置は、コア層１０を中心として上下対称であることが好ましい。例えば、上側ビルドアップ層２３が強化層で上側ビルドアップ層２１、２２が非強化層である場合、下側ビルドアップ層３３が強化層であり下側ビルドアップ層３１、３２が非強化層であることが好ましい。これにより、製造途中におけるアンテナ基板１の構造を、コア層１０を中心として上下対称にすることができ、反り等の発生を抑制できる。

このように、上側ビルドアップ部２０または下側ビルドアップ部３０の一部の層に強化材が含まれている場合、アンテナ基板１の更なる強度向上を図ることができる。また、上側ビルドアップ部２０および下側ビルドアップ部３０のうち非強化層の表面にアンテナＡを配置すれば、伝送特性および強度を両立可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…アンテナ基板 １０…コア層 １１…第１面 １２…第２面 ２０…上側ビルドアップ部 ３０…下側ビルドアップ部 ４０…接着層 ５０…補強層 ６３、６７…給電パターン Ａ…アンテナ

Claims (8)

1. アンテナと、
   前記アンテナに電気的に接続された給電パターンと、
   第１強化材および第１基材を含み、第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有するコア層と、
   第２強化材および第２基材を含み、前記第１面側に配置された補強層と、
   前記コア層と前記補強層との間に配置され、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する上側ビルドアップ部と、
   前記第２面側に配置された、強化材を含まない少なくとも１つの非強化層を有する下側ビルドアップ部と、を備える、アンテナ基板。
2. 前記上側ビルドアップ部と前記補強層とが接着層によって接着固定されている、請求項１に記載のアンテナ基板。
3. 前記補強層は前記コア層よりも厚い、請求項１または２に記載のアンテナ基板。
4. 前記第１強化材と前記第２強化材とが同一の材質であり、
   前記第１基材と前記第２基材とが同一の材質である、請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ基板。
5. 前記上側ビルドアップ部または前記下側ビルドアップ部の一部の層に強化材が含まれている、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンテナ基板。
6. 前記上側ビルドアップ部の前記非強化層または前記下側ビルドアップ部の前記非強化層には、めっきによって内部が充填されたフィルドビアが形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のアンテナ基板。
7. 前記上側ビルドアップ部または前記下側ビルドアップ部には、強化材を含まない２つの非強化層が隣接して設けられ、
   前記給電パターンの少なくとも一部が、前記２つの非強化層の間に位置するとともに前記２つの非強化層に接している、請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ基板。
8. 前記補強層は前記アンテナよりも前記コア層から離れた位置に配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のアンテナ基板。

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