JP3744914B2

JP3744914B2 - 小型アンテナ

Info

Publication number: JP3744914B2
Application number: JP2003085948A
Authority: JP
Inventors: 剛古野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004297374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信分野、特に携帯電話機などの移動体通信機器などに内蔵して用いられる表面実装型の小形アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機などの移動体通信機器は、小型化が飛躍的に進んでいる。このような通信機器の小形化に伴って、通信機器に内蔵されるアンテナにも小型化が要求されており、直方体状の基体の表面に導体を形成し、通信機器の内部ボードに表面実装される小型アンテナが実用化されている。
【０００３】
図４は、従来の小型アンテナの概略を示す斜視図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ’線における断面図である。図４に示すように、従来の小型アンテナ１５は、直方体状の基体１３の表面に導体２が形成され、通信機器内のボード４に半田３により表面実装され、図示していないがボード４の配線と電気的に接続されている。一般に導体２は基体１３の２面以上にわたり形成され、例えば、図５に示すように導体２は平面８〜１１の４面にわたり形成され、それぞれ電気的に接続している。導体２は平面８に導体ペーストを用いてスクリーン印刷した後、平面９に同様に導体ペーストを用いてスクリーン印刷し、順に各面をスクリーン印刷することで得ることができる。
【０００４】
隣り合う２つの平面に導体２を電気的に接続させる方法として、一般に導体２のパターンより大きいパターンのスクリーンを使用することにより次の平面にたれが発生し電気的に接続することができる。図６は平面８に導体２のパターンより大きいパターンのスクリーンを用いてスクリーン印刷したときの従来の小型アンテナの拡大断面図である。図６に示すように平面８に印刷した導体２は平面９にたれ１８が発生する。このたれ１８により平面９にスクリーン印刷した時に平面９の導体２と接触し電気的に接続することになる。
【０００５】
また、一般にアンテナとして正常に機能しているかを検査するためネットワークアナライザーを使用し周波数測定を行が、携帯電話等に実装される時は図４に示すようにボード４に半田３にて固着して表面実装されるが、実装する前に小型アンテナ１５の周波数測定を行う場合は、ボード４に半田３にて固着してしまうと破壊検査となり、周波数不良が発生した場合ボード４も廃棄する必要があり経済的に不利となってしまう。そのため、半田３で固着せずボード４上に小型アンテナ１５を設置しそのままの状態で周波数測定を行うか、または、小型アンテナ１５の上部からの加圧や下部からの吸引により小型アンテナ１５をボード４上に固定して周波数測定を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、段部を設けていない直方体状の基体１３を使用した場合、図６に示すように導体２のパターンより大きいパターンのスクリーンを用いて印刷するためたれ１８の形成と同時に突起２３も形成してしまう。これは導体２のパターンより大きいパターンのスクリーンを使用するため導体２のパターンより大きくしたスクリーンの部分に導体ペーストが溜まるために発生すると考えられる。
【０００７】
ここで、突起２３が形成された小型アンテナ１５の周波数を測定する場合、半田３を用いてボード４上に固着して行う場合は図８（ａ）に示すように、突起２３が存在しても半田３が導体２とボード４の間を埋めるため問題は発生しないが、半田３を使用せずに測定する場合は図８（ｂ）に示すように、突起２３によりボード４と導体２の間に空間が存在し、半田３を用いて固着して測定した場合と周波数のずれが発生してしまうという第１の課題があった。周波数のずれが発生すると、半田３を使用せずに周波数測定が出来なくなり、周波数検査が破壊検査となってしまう。
【０００８】
これは、突起２３により発生するボード４と導体２の間の空間に導体２である半田の代わりに、誘電体である空気が存在するために電気的ずれが発生し周波数がずれると考えられる。
【０００９】
また、直方体状の基体１３を使用した場合、直方体状の基体１３の製造工程中や導体２を形成する工程中において、基体１３同士が衝突したり製造工程で使用されるジグ等に衝突することでカケが発生するという問題があった。カケが発生した場合、外観上不良となると同時に、導体２部にカケが発生した場合、断線不良となりアンテナとして機能しなくなってしまう。
【００１０】
この問題を回避するために、セラミックのカケ防止方法として、一般に外周部にＣ面や段部を設ける方法がある。図７は粉末プレス成形により金型を用いて成形する場合に、基体１３の角部に段部２１を形成した場合の従来の小型アンテナの概略を示す拡大断面図である。
【００１１】
図７に示すように、基体３の角部に傾斜部１９及び平坦部２０とからなる段部２１を設けることで基体１３のカケの発生を防止することが用いられている。しかし、小型アンテナの場合、平面８と平面９の導体２を電気的に接続する必要があるが、金型によって基体１３の角部に段部２１を形成する場合には平坦部２０の長さｇは金型強度の問題により０．０８ｍｍ以上必要であり、導体２のたれ２２以上の寸法となるため電気的に接続できないものが発生し、断線不良となりアンテナとして機能しなくなるという第２の課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型アンテナは、誘電体セラミックスからなり、直方体状の基体の少なくとも２つの隣り合う平面にわたって導体を形成してなり、上記導体を形成した２つの平面の角部に傾斜部および長さ０．０８ｍｍ以下の平坦部からなる段部を形成するとともに、少なくとも上記平坦部とこれに連続する平面との境界部が曲率半径Ｒ０．０３〜０．２ｍｍの曲面状としたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記段部の深さが０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記傾斜部の角度が１００〜１６０°であることを特徴とする。
【００１５】
またさらに、上記段部に形成された導体の厚みと平面に形成された導体の厚みの差が０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、上記段部に形成された導体の欠損部が導体の幅に対して５０％以下であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の小型アンテナの一実施形態を示す斜視図、図２（ａ）はそのＡ−Ａ’線における断面図、図２（ｂ）は同図（ａ）の主要部を示す部分拡大断面図である。
【００１９】
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の小型アンテナ１４は、誘電体セラミックスからなり、直方体状の基体１の少なくとも２つの隣り合う平面にわたって導体２を形成してなり、その一端に電圧を印加するための給電端子を半田３によって接続する。
【００２０】
上記基体１は、Ｂａ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｔｉ系の誘電体セラミックス（比誘電率８０〜１２０）、Ｎｄ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックス（比誘電率４３〜４６）、Ｌａ−Ａｌ−Ｓｒ−Ｔｉ系誘電体セラミックス（比誘電率３８〜４１）、Ｂａ−Ｔｉ系誘電体セラミックス（比誘電率３４〜３６）、Ｂａ−Ｍｇ−Ｗ系誘電体セラミックス（比誘電率２０〜２２）、Ｍｇ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックス（比誘電率１９〜２１）、アルミナセラミックス（比誘電率９〜１０）、コージライトセラミックス（比誘電率４〜６）等からなり、金型を用いて粉末プレス成形等によって成形し、これを焼成することにより得られるものである。
【００２１】
また、基体１の表面に形成された導体２は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等の導電性材料から成り、ペースト状の上記導電性材料を基体１の表面に形成される導体２の寸法より大きい寸法としたスクリーンを用いてスクリーン印刷によって所定の温度で焼き付けることにより種々のパターンに形成される。スクリーン印刷は、順に各平面に行われ、隣り合う平面に印刷された導体２を電気的に接続させる方法として、導体２のパターンより大きいパターンのスクリーンを使用することにより次の面にたれが発生し電気的に接続することができる。
【００２２】
ここで、本発明では図２に示すように、上記導体２を形成した２つの平面８、９の角部に傾斜部６および長さａが０．０８ｍｍ以下の平坦部５とからなる段部１２を形成するとともに、少なくとも平坦部５と該平坦部５と連続する平面９との境界部７が曲率半径Ｒ０．０３〜０．２ｍｍの曲面状とすることが重要である。
【００２３】
２つの平面の角部に傾斜部６と平坦部５とからなる段部１２を形成することにより、基体１の製造工程中や導体２を形成する工程中において、基体１同士が衝突したり製造工程で使用されるジグ等に衝突してもカケが発生するのを防止し、導体２が断線することを防止することができる。また、平坦部５の長さａを０．０８ｍｍ以下とすることで、平坦部５と連続する平面９に印刷した導体２のたれ１７と、傾斜部６に連続する平面８に印刷した導体２のたれ１６とが十分に接続して電気的な断線を防止することができる。
【００２４】
また、上記境界部７が曲率半径Ｒ０．０３〜０．２ｍｍの曲面状とすることによって、平坦部５と連続する平面９に導体２の印刷を行った際、スクリーンが境界部７の曲面形状に沿って密着して一定の厚みで形成することができるとともに、たれ１７の寸法も大きくなり断線不良が発生しない。
【００２５】
なお、上記曲率半径Ｒが０．０３ｍｍ未満となると、図６に示すような突起２３が大きくなり、小型アンテナ１４を半田３を使用してボード４に固着して周波数測定を行った場合と半田３を使用せずにボード４に固着した場合の周波数ずれが大きくなり周波数測定が困難となってしまう。また、０．２ｍｍを越えると詳細を後述するように境界部７を曲面状に形成する際に施すバレル研磨の時間が長くなり経済的に不利になる。
【００２６】
また上記曲率半径Ｒは、より好ましくは０．０３〜０．０５ｍｍとしておけば断線不良や周波数ずれの発生率が小さくなるとともに、バレル研磨の時間も５時間程度となり経済的にも有利となる。
【００２７】
また、上記平坦部５から傾斜部６と連続する平面８までの距離である段部１２の深さｂが０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、図３（ａ）に示すように、傾斜部６と連続する平面８に導体２を印刷した際、スクリーンが傾斜部６に沿って密着することにより、たれ１６は平坦部５まで達し平坦部５に形成された導体２と十分に接続して電気的な断線を防止することができる。
【００２８】
さらに、上記傾斜部６の角度ｈが１００〜１６０°であることが好ましく、上記同様に平面８に導体２を印刷した際、傾斜部６に沿って密着することにより、たれ１６は平坦部５まで達し平坦部５に形成された導体２と十分に接続して電気的な断線を防止することができる。なお、上記角度ｈが１６０°を越えると傾斜部６が水平に近くなり段部１２によるカケ防止効果が小さくなりカケ不良が増加し、断線不良の増加につながってしまう。また、上記傾斜部６の角度ｈは、１２０〜１４０°することがより好ましく、導体により確実にたれ１６を発生させることができる。
【００２９】
このように基体１に曲面状の境界部７を有する段部１２を形成した小型アンテナは、図３（ｂ）に示すように上記段部１２に形成された導体２の最大の厚みｔ１と平面に形成された導体２の最大の厚みｔ２との差が０．０２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
この厚みの差が０．０２ｍｍ以下であれば、段部１２の導体２に部分的に厚みの大きな箇所が生じても、周波数を測定する際にボード４と導体２の間に発生する空間が小さくなるため半田３により導体２を形成した基体１をボード４に固着して測定した周波数と、半田３を使用せずに導体２を形成した基体１をボードに周波数を測定した時の周波数のずれが発生することはなく高精度な周波数測定を行うことができる。
【００３１】
また、図３（ｃ）に示すように上記段部１２に形成された導体２の欠損部２ａが導体２の幅ｃに対して５０％以下とすることができ、周波数のばらつきが小さくなり歩留まり低下が発生しない。これは、導体２の欠損部２ａが発生し、導体２の幅が小さくなると電気抵抗が変化し周波数が変化するためである。
【００３２】
なお、上記導体２の厚みは表面粗さ計を用いて測定でき、基体１と導体２の断面形状を測定した後、基体１の段部１２に形成された導体２のうち最大の厚みをｔ１、平面を基準とし導体２のうち最大の厚みをｔ２とした。
【００３３】
また、導体２の幅ｃと欠損部２ａの寸法は投影機により測定し、導体２の幅ｃを１００％としたときの欠損部２ａの割合を算出したものである。
【００３４】
このように平坦部５、傾斜部６および曲面状の境界部７を有する基体１を得るには、先ず誘電体セラミックスを金型を用いて粉末プレス成形により成形し、これを焼成することにより得られるが、上記金型の上パンチと下パンチを段部１２の形状としておくことによって、プレス成形時に成形体の角部に段部１２を形成することができる。但し、上記金型では金型強度の問題により境界部７の形状をＲ形状とすることができないため、焼成した基体１にバレル研磨を施すことによって平坦部５と平面との境界部７を曲面形状とする。このバレル研磨は基体１の寸法や材質により異なるが、バレル機の３０容量％程度の数の基体１と５０〜７０容量％の水を入れ６時間程度回転させることで境界部７を形成するとともに、平坦部５の長さａを０．０８ｍｍ以下とすることができる。
【００３５】
ここで、本発明の小型アンテナとは、基体１の体積が約５００ｍｍ^３以下のものであり、ボード４上に半田３により表面実装され、携帯電話等の小型通信機器に内蔵されて使用されるものである。
【００３６】
なお、上述の実施形態では平面８、９の角部に形成した段部１２について説明したが、この段部１２は導体２が形成される全ての角部に形成されるものである。
【００３７】
また、上述の実施形態ではバレル研磨によって境界部７のみを曲面状としたが、平坦部５と傾斜部６の境界、傾斜部６と平面８との境界が曲面形状を成していてもよい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３９】
図１に示すような小型アンテナ１４を作製した。
【００４０】
先ず、アルミナセラミックス（比誘電率：９〜１０）を使用して外辺寸法ｘ１０ｍｍ、外辺寸法ｙ４ｍｍ、厚みｚ４ｍｍの直方体状の基体１を作成した。なお、段部１２の平坦部５の長さａ、段部の深さｂ、境界部７の曲率半径Ｒ、傾斜部６の角度ｈは金型寸法及びバレル研磨時間を変更して各寸法を表１に示す如く変化させたものを作製した。
【００４１】
そして、これらの基体１の４つの平面にそれぞれＡｇを厚膜印刷した後、所定の温度にて大気中で乾燥させ、焼成を行って、厚さ０．０２ｍｍの導体２を形成した。ここで、導体２の寸法は周波数が１．５７５ＧＨｚになるように寸法を決定した。
【００４２】
得られた各１０００個の小型アンテナ１４を用いてボード４に設置する導体２の平面１０と境界部７の各厚みと共振周波数、および境界部７の導体２の幅と欠損部の寸法を測定した。
【００４３】
導体２の厚みは表面粗さ計を使用して基体１と導体２の断面形状を測定した後、基体１の段部１２に形成された導体２の厚みの最大値を厚みｔ１、基体１の平面に形成された導体２の厚みの最大値を厚みｔ２としてその差を求めた。
【００４４】
また、導体２の幅ｃと欠損部２ａの寸法は、投影機により測定し、導体２の幅ｃを１００％としたときの欠損部２ａの割合を算出した。
【００４５】
さらに、周波数は測定用の電極を設けたボード４上に小型アンテナ１４を半田３を使用せずに設置し、同軸ケーブルを通じてネットワークアナライザーに接続して測定し、共振周波数が測定できなかったものを顕微鏡にて確認し断線の有無を確認した。その後半田３を使用してボード４に固着して同様に周波数を測定し、半田３を使用したときと使用していないときの周波数の差の最大値を周波数ずれ量とした。また、半田３を使用しないで測定した周波数の最大値と最小値の差を周波数ばらつきとした。
【００４６】
カケについても顕微鏡で確認し０．５ｍｍ以上をカケ不良とした。
【００４７】
なお、導体２の厚み測定、導体２の欠損部２ａの割合、および半田３を使用した周波数の測定は各２０個とした。
【００４８】
その結果を表１に示す。
【００４９】
なお、表１中の＊印は本発明範囲外である。
【００５０】
【表１】

【００５１】
表１から、基体１の段部１２において、平坦部５の長さａが０．０８ｍｍ以下、境界部７の曲率半径Ｒが０．０３ｍｍ以上の試料（Ｎｏ．５〜１０、１３〜１６）は、導体の厚みの差が０．０１３ｍｍ以下、導体の欠損部の比率は６８％以下、周波数のバラツキは１６ＭＨｚ以下、周波数の測定値のずれ量は０．７ＭＨｚ以下、カケ不良率は３．２％以下、断線不良率は４．７％以下であった。
【００５２】
特に、段部１２の深さａが０．１５ｍｍ以下、傾斜部６の角度ｈが１００〜１６０°の試料（Ｎｏ．６〜１０、１３〜１５）は、導体の厚みの差が０．０１３ｍｍ以下、導体の欠損部の比率は２３％以下、周波数のバラツキは７ＭＨｚ以下、周波数の測定値のずれ量は０．７ＭＨｚ以下、カケ不良率は０．２％以下、断線不良率は３．３％以下と非常に優れた値であった。
【００５３】
但し、境界部７の曲率半径Ｒが０．２ｍｍより大きくするとバレル時間が１６時間以上必要であり経済的に不利となるため、寸法ｃはＲ０．０３〜０．２ｍｍが望ましい。
【００５４】
これに対し、段部を有しない試料（Ｎｏ．１）、段部を有するものの境界部が曲面状になっていない試料（Ｎｏ．２〜４）及び段部の境界部の曲率半径が０．０３未満、０．２ｍｍを越える試料（Ｎｏ．１１、１２）は、導体の厚みの差が０．０２６ｍｍ、導体の欠損部の比率は７３％、周波数のバラツキは１８ＭＨｚ以下、周波数の測定値のずれ量は５．１ＭＨｚ以下、カケ不良率は１８％以下、断線不良率は３５．２％以下と非常に大きな値となり、段部において導体が断線し、正確な周波数を測定できないことが判る。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の小型アンテナによれば、基体の導体を形成した２つの平面の角部に傾斜部および長さ０．０８ｍｍ以下の平坦部からなる段部を形成するとともに、少なくとも平坦部とこれに連続する平面との境界部が曲率半径Ｒ０．０３〜０．２ｍｍの曲面状としたことから、角部において導体を確実に接続でき、カケ不良率、断線不良率、周波数ばらつきともに削減することができる。
【００５６】
また、上記段部の深さが０．１５ｍｍ以下であることから、角部において導体をより確実に接続でき、カケ不良率、断線不良率、周波数ばらつきともに削減することができる。
【００５７】
さらに、上記傾斜部の角度が１００〜１６０°であることから、傾斜部と連続する平面に形成された導体が傾斜部の端部まで密着性高く形成され、カケ不良率、断線不良率、周波数ばらつきともに削減することができる。
【００５８】
またさらに、上記段部に形成された導体の厚みと平面に形成された導体の厚みの差が０．０２ｍｍ以下、導体の欠損部が導体の幅に対して５０％以下であることから、小型アンテナをボードに固着して測定した周波数と、半田を使用せずにボードに配置して周波数を測定した時の周波数のずれが発生することはなく高精度な周波数測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の小型アンテナの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は同図（ａ）の主要部を示す部分拡大断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の小型アンテナを示す拡大断面図、（ｂ）は主要部を示す部分拡大断面図、（ｃ）は同図（ｂ）の上面図。
【図４】従来の小型アンテナを示す斜視図である。
【図５】従来の小型アンテナを示す断面図である。
【図６】従来の小型アンテナを示す拡大断面図である。
【図７】従来の小型アンテナを示す拡大断面図である。
【図８】（ａ）は従来の小型アンテナの半田を使用した場合のボードへの接続状態を示した拡大断面図であり、（ｂ）は同じく半田を使用しない場合のボードへの接続状態を示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：導体
２ａ：欠損部
３：半田
４：ボード
５：平坦部
６：傾斜部
７：境界部
８：平面
９：平面
１０：平面
１１：平面
１２：段部
１３：基体
１４：小型アンテナ
１５：小型アンテナ
１６：たれ
１７：たれ
１８：たれ
１９：斜面
２０：平坦部
２１：段部
２２：たれ
２３：突起
２４：最大厚み位置
ａ：平坦部の長さ
ｂ：段部の深さ
ｃ：導体の幅
ｔ１：段部の導体厚み
ｔ２：平面の導体厚み

Claims

誘電体セラミックスからなり、直方体状の基体の少なくとも２つの隣り合う平面にわたって導体を形成してなる小型アンテナであって、上記導体を形成した２つの平面の角部に傾斜部および長さ０．０８ｍｍ以下の平坦部からなる段部を形成するとともに、少なくとも上記平坦部とこれに連続する平面との境界部が曲率半径Ｒ０．０３〜０．２ｍｍの曲面状としたことを特徴とする小型アンテナ。
上記段部の深さが０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
上記傾斜部の角度が１００〜１６０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の小型アンテナ。
上記段部に形成された導体の厚みと平面に形成された導体の厚みの差が０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の小型アンテナ。
上記段部に形成された導体の欠損部が導体の幅に対して５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の小型アンテナ。