JP4732128B2 - 高周波無線モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話やＰＤＡ(Personal Digital Assistance)等の主に高周波移動通信機器に用いられる高周波無線モジュールに関し、特にその小型化に有効な技術に関するものである。
従来、一般的に使用されている高周波無線モジュールのアンテナは、無線機能を構成する半導体や受動部品等と回路基板上の同一実装面に形成される場合が多く、例えば図１７に示すようにチップアンテナのような個別部品を実装して形成する方法や、図１８に示すように回路基板上にパターン形成する方法が一般的であった。図１７に示す高周波無線モジュール１０は、回路基板１１の表面に無線送受信機能部（無線機能部）を構成する複数のＩＣ１２と受動電子部品１３が実装されていると共にこれらの隣にはチップアンテナ素子１４が実装され、チップアンテナ素子１４と無線送受信機能部の回路とはストリップライン１５によって接続されている。さらに、回路基板１１には通信機器本体（図示せず）との接続用インタフェース１６が実装されている。また、図１８に示す高周波無線モジュール２０は、回路基板２１の表面に無線送受信機能部を構成する複数のＩＣ２２と受動電子部品２３が実装されていると共にこれらの隣には回路基板２１の表面にパターン形成されたミアンダ形状の平面アンテナ２４が設けられ、この平面アンテナ２４は無線送受信機能部の回路に接続されている。さらに、回路基板２１には通信機器本体（図示せず）との接続用インタフェース２６が実装されている。
また、通信機器の無線機能として上記の高周波無線モジュールを使用した場合にも、通信機器の筐体金属との位置関係や指向性等の諸条件により、高周波無線モジュールとは別にチップアンテナを設置する方法が主流であった。
この種の高周波無線モジュールとしては、例えば、特開２００１−２９２０２５号公報（特許文献１）や、特開２００４−２３５８７７号公報（特許文献２）、特開２００５−１３６８８７号公報（特許文献３）に開示されたものが知られている。
特開２００１−２９２０２５号公報 特開２００４−２３５８７７号公報 特開２００５−１３６８８７号公報
しかしながら、近年の通信機器普及及びその小型化に伴い、高周波無線モジュールに対しては、モジュールの小型化及び低価格化への市場要求が強く、従来例の高周波無線モジュールでは、アンテナをチップ部品の実装により形成したり或いは回路基板上にパターン形成しているため、その他の実装部品と同一面にアンテナを形成することとなり、モジュールの形状が大きくなる要因となっていた。
さらに、モジュール形状の大型化は、モジュール基板を集合基板状態で作成する際の取り個数を減少させることとなるため、基板価格が上昇して低価格化を阻害する要因となると共に、小型化という市場要求にも相反する要因となっていた。
すなわち、従来は、無線モジュールを通信機器に搭載する際に、通信機器の筐体のシールド状態や指向性に対して柔軟な対応を可能にする設計自由度の高さという観点からも、アンテナと無線機能部を個別で形成している背景があった。
しかし、携帯電話等では、更なる多機能の複合が要求されており、通信機器を構成するデバイス全てに対して小型化及び低コスト化が要求されてきている。また、Bluetooth等の認知度が高まるにつれて、従来は無線モジュールの搭載スペースを設けた完成筐体に合わせる必要のあった無線モジュールの搭載条件が、前記理由により予め無線モジュールの搭載を意識した筐体設計へと通信機器の設計が変化してきている。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モジュール形状を小型化すると共にモジュール基板を集合基板状態で作成する際の取り個数を増大させて低価格化を図れる高周波無線モジュールを提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、無線機能部を構成する電子部品と、前記無線機能部に接続されたアンテナ導体とを有し、前記無線機能部と前記アンテナ導体とが同一の配線回路基板に搭載されてなる高周波無線モジュールにおいて、前記無線機能部を構成する１つ以上の電子部品が、前記配線回路基板上の配線に接続されて配線回路基板の表面に搭載されると共に、前記配線回路基板上に前記電子部品を覆うように設けられた電気的な絶縁性を有する封止部材と、前記封止部材の表面に対して裏面が当接するように設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられた前記アンテナ導体とからなるアンテナ部と、前記封止部材と前記誘電体基板との間に配置されるように設けられたシールド電極と、
前記アンテナ導体と前記無線機能部を導電接続する接続導体とを有する高周波無線モジュールを提案する。
本発明の高周波無線モジュールは、アンテナ導体が他の実装部品の高さ方向に封止部材を介して積層形成されるため、モジュールの面積を低減、小型化することができる。さらに、モジュールの面積低減により、基板作成時の集合基板における取り個数の増大を図ることができ、基板コストの低減を図ることができる。また、封止部材内のシールド電極により、モジュール側からの不要電磁波輻射のアンテナへの影響、またはアンテナから送信された電磁波のモジュール電子部品への干渉を抑制することができる。
また、本発明は前記目的を達成するために、無線機能部を構成する複数の電子部品と、前記無線機能部に接続されたアンテナ導体とを有し、前記無線機能部と前記アンテナ導体とが同一の配線回路基板に搭載されてなる高周波無線モジュールにおいて、前記無線機能部を構成する１つ以上の電子部品が、前記配線回路基板の配線に接続されて配線回路基板の表面と配線回路基板裏面に形成されたキャビティ内に搭載されると共に、前記配線回路基板表面上に搭載されている電子部品を覆うように設けられた電気的な絶縁性を有する封止部材と、前記封止部材の表面に対して裏面が当接するように設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられた前記アンテナ導体とからなるアンテナ部と、前記封止部材と前記誘電体基板との間に配置されるように設けられたシールド電極と、前記アンテナ導体と前記無線機能部を導電接続する接続導体とを有する高周波無線モジュールを提案する。
本発明の高周波無線モジュールは、アンテナ導体が他の実装部品の高さ方向に封止部材を介して積層形成されると共に、無線機能部を構成する電子部品が配線回路基板の表面と配線回路基板の裏面に形成されたキャビティ内に搭載されるため、モジュールの面積を低減、小型化することができる。さらに、モジュールの面積低減により、基板作成時の集合基板における取り個数の増大を図ることができ、基板コストの低減を図ることができる。また、配線回路基板と絶縁基板との間に設けられたシールド電極により、モジュール側からの不要電磁波輻射のアンテナへの影響、またはアンテナから送信された電磁波のモジュール電子部品への干渉を抑制することができる。
本発明の高周波無線モジュールによれば、他の実装部品と同一実装面に配置していたアンテナをモジュールの上面に形成できるため、モジュールの面積を低減し、モジュールを小型化することができる。さらに、モジュールの面積低減により、基板作成時の集合基板における取り個数を増やすことができ、したがって、基板コストの低減を期待することができる。また、封止部材内のシールド電極により、モジュール側からの不要輻射のアンテナへの影響、またはアンテナ送信波のモジュールへの干渉を抑制することができるという非常に優れた効果を奏するものである。
図１乃至図３は本発明の第１参考例を示すもので、図１は本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す外観斜視図、図２は本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す上面図、図３は本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す側面透視図である。
図において、100は高周波無線モジュールで、低温同時焼成セラミックス（LTCC: low temperature co-fired ceramics）等のセラミック基板や樹脂基板等の配線回路基板からなるモジュール基板101上に、無線送受信機能部（無線機能部）を構成するＩＣ121や受動素子122等の電子部品が実装され、これらが電気的な絶縁性を有する樹脂などからなる封止部材102によって封止されている。さらに、封止部材102の内部にはモジュール内部の配線や電子部品からの電磁波漏洩や外部からの妨害電波を抑制するためのシールド電極131が形成されている。このシールド電極131は同時にアンテナ導体103と無線送受信機能部を構成する電子回路の相互干渉を防止する効果も担っている。
また、封止部材102の上面には逆Ｆ型アンテナやパッチアンテナ等の平面パターンで形成可能なアンテナ導体103が形成され、このアンテナ導体103は接続導体132によってモジュール基板101内部の配線112または封止部材102に埋設されている電子部品121,122と電気的に接続されている。さらに、モジュール基板101の底面には無線送受信機能部の回路と外部回路とを接続するための複数の外部端子電極111が設けられている。
次に、上記構成よりなる高周波無線モジュール100の電気的効果について説明する。高周波無線モジュール100の動作に伴い、モジュール基板101の表面や封止部材102内部に埋設されている電子部品121,122から電磁波の漏洩が生じる。この電磁波のモジュール外部への漏洩は他の無線機器に影響を与える不要妨害電波となる可能性があるため、漏洩電磁波レベルは無線機規格で規定されており、規格されたレベル以下に抑圧する必要がある。図３で示した封止部材102内部のシールド電極131は、図４に示すようにモジュール基板101の表面や電子部品121,122から輻射される電磁波Ｐ３を反射または吸収してこの電磁波Ｐ３の漏洩を防止する働きがある。この電磁波漏洩の防止は、封止部材102の上面に形成したアンテナ導体103への不要妨害電波も抑制し、送受信波への悪影響を抑制する働きも兼ねている。
また、他の無線システムなどから到来する外部不要波Ｐ１に対しても抑止効果があるため、帯域外妨害波に対する耐性を向上させると共に、アンテナ導体103からの送信波Ｐ２がモジュール内部に形成されている無線送受信機能部の回路自体に影響を与えて生じる干渉を抑制する効果がある。
さらに、図１７や図１８に示した従来例の高周波無線モジュールのように他の実装部品と同一実装面に配置していたアンテナを、本参考例では縦方向（高さ方向）に積層して実装しているので、アンテナ搭載エリアとアンテナ特性を確保し、相互干渉防止のためのクリアランス部分のモジュール面積を低減することができる。すなわち、本参考例の高周波無線モジュール100は、アンテナ導体103が他の電子部品121,122の高さ方向に封止部材102を介して積層形成されるため、モジュール100の面積を低減して小型化することができる。さらに、モジュール100の面積低減により、基板作成時の集合基板における取り個数の増大を図ることができ、基板コストの低減を図ることができる。また、封止部材102内のシールド電極131により、モジュール側から外部への不要電磁波輻射によるアンテナ導体103への影響、またはアンテナ導体103から送信された電磁波のモジュール電子部品121,122への干渉を抑制することができる。
次に、図５乃至図１０を参照して本参考例における高周波無線モジュール100の製造工程について説明する。
本参考例における高周波無線モジュール100を製造する際には、先ず、セラミック基板やＰＣＢ(Printed Circuit Board)或いはＰＷＢ(Printed Wiring Board)等の配線回路基板からなるモジュール基板101上に電子部品121,122を実装し、封止部材102によって電子部品121,122をモールド形成すると共に、モジュールのシールド機能及びアンテナとの遮蔽を機能とするシールド電極131を形成する。このシールド電極131は厚膜印刷などにより形成するものである。
次に、シールド電極131上に再び封止部材102を積層して、封止部材102の上面にアンテナ導体103をパターン形成することにより、本構造の高周波無線モジュール100を形成することができる。
尚、アンテナ導体103と他の無線送受信機能回路を構成する電子部品との接続は、印刷による導電体の充填や、ポストリード、側面電極による接続等、多様な手法の何れかを用いればよい。
図１１に本参考例における高周波無線モジュール100の実使用例を示す。モジュール底部の外部端子電極111により、携帯電話等の通信機器の回路基板200に接続し、上部のアンテナ導体103により、無線波の送受信を行なう。通信機器の回路基板200上の配置はアンテナ導体103の指向性や通信機器の筐体の状況等を考慮して、必要な送受信特性を確保できるよう、最適な配置場所に設置することが好ましい。
次に、本発明に係る第２参考例を図１２を参照して説明する。図１２は第２参考例における高周波無線モジュール300を示す側面透視図である。図において、前述した第１参考例と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２参考例と第１参考例との相違点は、第２参考例の高周波無線モジュール300では、封止部材102内部のシールド電極131に部品実装用のパターン電極301を形成し、アンテナインピーダンス整合用の整合素子302を搭載し、封止部材102を形成することで、封止部材102の内部に整合素子302をスタック形成する構造としたことである。このように整合素子302を設けることによって、アンテナインピーダンスを良好な値に整合させることができ、良好な周波数特性を持たせることができる。
次に、本発明の第１実施形態を図１３を参照して説明する。図１３は第１実施形態における高周波無線モジュール400を示す側面透視図である。
図において、前述した第１参考例と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、本実施形態と第１参考例との相違点は、本実施形態の高周波無線モジュール400では、封止部材102の上面にシールド電極131及びアンテナ実装用の端子401を作成し、ＰＣＢ或いはＰＷＢ等の誘電体基板402の上面にアンテナ導体103を作成したアンテナ基板410を搭載するものである。上記構成よりなる本実施形態の高周波無線モジュール400においても前述した第１参考例と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明に係る第３参考例を図１４を参照して説明する。図１４は第３参考例における高周波無線モジュール500を示す側面透視図である。
図において、前述した第１参考例と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第３参考例と第１参考例との相違点は、第３参考例の高周波無線モジュール500では、キャビティ構造のセラミックやＰＣＢ或いはＰＷＢ等の配線回路基板から成るモジュール基板101を用い、キャビティ部501にＩＣ121やその他受動部品122などの電子部品を実装し、基板101の上部には電子部品を実装せずにシールド電極131のみを形成してその上に封止部材102の層を形成し、封止部材102の表面にアンテナパターン103を形成するものである。上記構成よりなる本参考例の高周波無線モジュール500においても前述した第１参考例と同様の効果を得ることができる。
図１５に第３参考例における高周波無線モジュール500の実使用例を示す。図１５に示すように、携帯電話等の通信機器の回路基板200との接続はモジュール底部の外部端子電極111により接続する。上部のアンテナ導体103により、無線波の送受信を行なう。ＩＣ121や受動部品122等の実装部品はモジュール基板101に設けたキャビティ部501に実装されており、アンテナ導体103からの送信波や外部からの不要電波に対して遮蔽される。第１参考例と同様に通信機器の回路基板200上の配置はアンテナの指向性や、通信機器の筐体の状況等を考慮して、必要な送受信特性を確保できるよう、最適な配置場所に設置することが好ましい。
次に、本発明の第２実施形態を図１６を参照して説明する。
図において、前述した第１参考例及び第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２実施形態と第１参考例及び第１実施形態との相違点は、第２実施形態の高周波無線モジュール600では、キャビティ構造のセラミックやＰＣＢ或いはＰＷＢ等の配線回路基板から成るモジュール基板101を用い、キャビティ部501にＩＣ121やその他受動部品122などの電子部品を実装できるようにしたものである。モジュール基板101の上面側にも第１参考例及び第１実施形態と同様にＩＣ121やその他受動部品122などの電子部品が実装され、これらが電気的な絶縁性を有する樹脂などからなる封止部材102によって封止されている。さらに、封止部材102の内部にはモジュール内部の配線や電子部品からの電磁波漏洩や外部からの妨害電波を抑制するためのシールド電極131が形成されている。このシールド電極131は同時にアンテナ導体103と無線送受信機能部を構成する電子回路の相互干渉を防止する効果も担っている。
また、封止部材102の上面には逆Ｆ型アンテナやパッチアンテナ等の平面パターンで形成可能なアンテナ導体103が形成され、このアンテナ導体103は接続導体132によってモジュール基板101内部の配線112または封止部材102に埋設されている電子部品121,122と電気的に接続されている。さらに、モジュール基板101の底面には無線送受信機能部の回路と外部回路とを接続するための複数の外部端子電極111が設けられている。
上記構成よりなる本実施形態の高周波無線モジュール600においても前述した第１参考例及び第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
尚、上記参考例及び実施形態において、無線送受信機能部に代えて無線送信機能のみを有する無線機能部或いは無線受信機能のみを有する無線機能部を設けても良いことは言うまでもないことである。また、モジュール基板100の内部に電子部品を埋設しても良い。
本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す外観斜視図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す上面図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールを示す側面透視図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの電気的効果を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの製造工程を説明する図 本発明に係る第１参考例における高周波無線モジュールの実使用例を説明する図 本発明に係る第２参考例における高周波無線モジュールを示す側面透視図 本発明の第１実施形態における高周波無線モジュールを示す側面透視図 本発明に係る第３参考例における高周波無線モジュールを示す側面透視図 本発明に係る第３参考例における高周波無線モジュールの実使用例を説明する図 本発明の第２実施形態における高周波無線モジュールを示す側面透視図 従来例の高周波無線モジュールを示す平面図 従来例の高周波無線モジュールを示す平面図
符号の説明
100…高周波無線モジュール、101…モジュール基板、102…封止部材、103…アンテナ導体、111…外部端子電極、112…配線、121…ＩＣ、122…受動素子、131…シールド電極、200…回路基板、300…高周波無線モジュール、301…部品実装用パターン電極、302…整合素子、400…高周波無線モジュール、401…アンテナ実装用端子、402…誘電体基板、410…アンテナ基板、500…高周波無線モジュール、501…キャビティ部、600…高周波無線モジュール。

Claims (3)

  1. 無線機能部を構成する電子部品と、前記無線機能部に接続されたアンテナ導体とを有し、前記無線機能部と前記アンテナ導体とが同一の配線回路基板に搭載されてなる高周波無線モジュールにおいて、
    前記無線機能部を構成する１つ以上の電子部品が、前記配線回路基板上の配線に接続されて配線回路基板の表面に搭載されると共に、
    前記配線回路基板上に前記電子部品を覆うように設けられた電気的な絶縁性を有する封止部材と、
    前記封止部材の表面に対して裏面が当接するように設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられた前記アンテナ導体とからなるアンテナ部と、
    前記封止部材と前記誘電体基板との間に配置されるように設けられたシールド電極と、
    前記アンテナ導体と前記無線機能部を導電接続する接続導体とを有する
    ことを特徴とする高周波無線モジュール。
  2. 前記接続導体と前記シールド電極との間に導電接続されたインピーダンス整合素子を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の高周波無線モジュール。
  3. 無線機能部を構成する複数の電子部品と、前記無線機能部に接続されたアンテナ導体とを有し、前記無線機能部と前記アンテナ導体とが同一の配線回路基板に搭載されてなる高周波無線モジュールにおいて、
    前記無線機能部を構成する１つ以上の電子部品が、前記配線回路基板の配線に接続されて配線回路基板の表面と配線回路基板裏面に形成されたキャビティ内に搭載されると共に、
    前記配線回路基板表面上に搭載されている電子部品を覆うように設けられた電気的な絶縁性を有する封止部材と、
    前記封止部材の表面に対して裏面が当接するように設けられた誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられた前記アンテナ導体とからなるアンテナ部と、
    前記封止部材と前記誘電体基板との間に配置されるように設けられたシールド電極と、
    前記アンテナ導体と前記無線機能部を導電接続する接続導体とを有する
    ことを特徴とする高周波無線モジュール。
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