JP4849415B2 - スパッタリング工程を利用するフィルム型アンテナの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム型アンテナに関し、より詳しくは移動通信端末機のケースと一体化されるフィルム型アンテナの製造方法に関するものである。

近年では、ＧＰＳ、ＰＤＡ、セルラーフォン、無線ノート型コンピュータのような移動通信端末機は広く普及されるにつれ、軽薄短小化の要求が益々高まっている。このような要求を満足させるべく、多様な機能を維持しながらも移動通信端末機の体積を減らすのに力点を置いている。特に、移動通信端末機の主要必須部品の一つであるアンテナも同様である。

一般的に、移動通信端末機のアンテナのうちロードアンテナとヘリカルアンテナのような外装型アンテナは、端末機の外部に一定の長さだけ突き出され小型化が難しいだけでなく、携帯性も低下される問題がある。また、移動通信端末機の落下時、破損される恐れがある短所がある。

これと異なって、表面実装型チップアンテナのように移動通信端末機の内部に実装される内蔵型アンテナは、外装型アンテナと異なって破損の危険が減少できるが、これもやはりその物理的大きさのために小型化が困難である問題がある。

近年に入ってから、アンテナの放射体を直接端末機ケースまたはアンテナベースに形成する方法を利用することで最大限の空間活用を図っている。

図１（ａ）は、従来の技術による移動通信端末機用内蔵型アンテナの斜視図であり、図１（ｂ）は上記内蔵型アンテナが移動通信端末機に実装される場合の概略的な断面図である。

図１（ａ）を参照すれば、内蔵型アンテナ用プラスチック材のベース１１とパターンが形成された金属板形態の放射体１３をそれぞれ射出及びプレス方式により製作した後、融着方法を利用して一つで一体化させた。

しかし、このような方法は端末機内に装着され基本的に要求される空間が必要であるため小型化に制約がある。

上記放射体１３をベース１１の上に形成する方法では導電性インクをプリンティングする方法を使用することができる。しかし、このような方法ではアンテナベースがプラスチック材であるため、プラスチックの変形が生じない温度以下で作業しなければならない。そのため、ベースに形成されるアンテナパターンは低温用ペーストを使用して印刷すべきであるが、印刷の度合い、接着性などを考慮してペーストを選定しなければならないので、材料の制約が多い。

また、導電性インクの印刷の度合い及び接着性のために、導電性インク内には導電物質のみならず有機物が添加されるが、導電性インクを高温処理する場合には有機物を除去することができるが低温処理する場合には有機物がそのまま残ってしまう。アンテナのベースとしてポリマー系が用いられるので高温処理ができず導電性インク内の有機物はアンテナ放射体が形成された後でもそのまま残ってしまう。これによりアンテナ放射体として最も重要な電気伝導度が低くなってしまいアンテナの放射特性劣化を引き起こす恐れがある問題点がある。

また、３次元形状のアンテナベースに導電性インクをプリンティングすることは工程上困難である。

本発明は、上記の技術的問題点を解決するためのものであって、その目的は電気伝導度の劣化を引き起こす有機物の添加を排除して、放射特性の良いアンテナ放射体を形成するためのアンテナの製造方法を提供することである。

本発明は、絶縁性ポリマー物質から成るキャリアフィルムを備える段階と、上記キャリアフィルムの少なくとも一面にスパッタリングまたは蒸着工程によりアンテナ放射体を形成する段階と、上記アンテナ放射体が形成されたキャリアフィルムを移動通信端末機のケース状のモールド内に挿入する段階と、モールディング物質を上記モールドに注入して上記アンテナ放射体が形成されたキャリアフィルムと一体で結合された移動通信端末機のケースを設ける段階とを含むフィルム型アンテナの製造方法を提供する。

上記アンテナ放射体を形成する段階は、望む放射体パターンが切り欠かれたマスキングテープを上記キャリアフィルムの少なくとも一面に貼り付ける段階と、上記キャリアフィルムの上記マスキングテープが貼り付けられた面に放射体を形成する金属でスパッタリングをする段階と、上記キャリアフィルムから上記マスキングテープを除去する段階とを含むことができる。

上記マスキングテープを貼り付ける段階は、上記キャリアフィルムの両面にそれぞれマスキングテープを貼り付けることができ、この場合上記スパッタリングをする段階は、上記キャリアフィルムの両面に同時にスパッタリングすることを特徴とすることができる。

上記マスキングテープを貼り付ける段階と上記スパッタリングする段階との間に、上記キャリアフィルムの露出部分を表面改質する段階をさらに含むことができる。

上記表面改質する段階は、真空槽内で上記キャリアフィルムの表面にイオンビームを照射すると同時に上記キャリアフィルムの周囲に反応性ガスを流し込むことで、上記キャリアフィルムの表面に親水性作用基を形成することを特徴とすることができる。

上記スパッタリングする段階は、純度が９９．９％以上の金属をスパッタターゲットとして用いることができ、好ましくは上記金属は銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）であることができる。

また、本発明は複数個のキャリアフィルムを備える段階と、上記複数個のキャリアフィルムそれぞれの一面にスパッタリング工程を利用してアンテナ放射体を形成する段階と、上記アンテナ放射体が形成された複数個のキャリアフィルムを積層する段階と、上記積層されたキャリアフィルムを移動通信端末機のケース状のモールド内に挿入する段階と、モールディング物質を上記モールドに注入して上記積層されたキャリアフィルムと一体で結合された移動通信端末機のケースを設ける段階とを含むフィルム型アンテナの製造方法を提供する。

上記複数個のキャリアフィルムはそれぞれ相違する材質を用いることができ、上記複数個のキャリアフィルム上に形成されるアンテナ放射体はそれぞれ異なる種類の電極材質を用いることができる。

上記複数個のキャリアフィルムを積層する段階は、上記積層されたキャリアフィルムの上部にセラミックコーティングする段階をさらに含むことができる。

本発明によるフィルム型アンテナの製造方法は、キャリアフィルムにアンテナパターンを形成する際スパッタリング工程を利用することにより、不純物が添加されないアンテナパターンを形成し、かつ電気伝導度に優れた放射特性の良いアンテナを提供することができる。

以下では図面を参照して、本発明を詳しく説明する。

図２（ａ）乃至図２（ｅ）は、本発明によるフィルム型アンテナの製造工程を示す。

図２（ａ）ではキャリアフィルムを備える段階を示す。上記キャリアフィルム２１は一面またはその両面にアンテナパターンが形成され、金型フレーム内に挿入されてインモールディング工程に使用されるため、モールディング工程時の圧力と温度によって大きい変形が生じないながら、移動通信端末機のケースに一体化できる物質を使用することが求められる。

好ましくは、上記キャリアフィルムは薄い絶縁性のポリマー物質から成ることができる。

図２（ｂ）はキャリアフィルム上にスパッタリング工程を利用してアンテナ放射体を形成する段階である。スパッタリング工程については図３で詳しく説明する。

図２（ｃ）はアンテナ放射体２３が形成されたキャリアフィルム２１がモールド２４の内でどこに位置するかを示す。モールド２４は上記キャリアフィルム２１と接し、上記モールドの下面を構成する第１部分２４ａ、モールディング物質が注射されモールドの上面を構成する第２部分２４ｂ、及びノズルを通してモールディング物質の保存所に繋がる第３部分２４ｃとで構成される。キャリアフィルム２１はモールドの第１部分２４ａ及び第２部分２４ｂとの間に挿入され、上記キャリアフィルム上に形成されたアンテナ放射体２３はモールディングの際モールディング物質と直接接触するように配置される。

図２（ｄ）は上記モールドの全部分が結合される段階を示す。この際ノズルを通してモールディング物質が一定の圧力で上記モールド２４の空間に注入される。上記圧力によって上記キャリアフィルム２１はその形態がモールド２４の第１部分２４ａの形態に変更され、上記モールド内に注入されたモールディング物質は上記モールドの第２部分２４ｂと第１部分２４ａの間の空間に満たされる。

図２（ｅ）は上記モールド２４の圧縮工程の以後に冷却、硬化してアンテナ放射体２３が形成されたキャリアフィルム２１と移動通信端末機のケース２９が一体化されたフィルム型アンテナを示す。

図３（ａ）乃至図３（ｄ）は本発明によるフィルム型アンテナの製造工程中のキャリアフィルム上にアンテナ放射体を形成する工程の流れ図である。

図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照すれば、図３（ａ）はキャリアフィルムを備える段階、図３（ｂ）はキャリアフィルム上にマスキングテープを貼り付ける段階、図３（ｃ）は上記キャリアフィルム上にスパッタリングする段階、図３（ｄ）は上記マスキングテープを除去する段階とを含むフィルム型アンテナの製造工程を示す。

図３（ａ）ではキャリアフィルムを備える段階を示す。

好ましくは、上記キャリアフィルムは薄い絶縁性のポリマー物質から成ることができる。

図３（ｂ）ではキャリアフィルム３１上にマスキングテープ３２を貼り付ける段階を示す。

上記マスキングテープにはアンテナの放射体形態でパターン３３ａが切り欠かれておりスパッタリング工程の際上記切り欠かれたパターンの形態３３ａでアンテナパターンが実現される。

図３（ｃ）ではキャリアフィルム上に放射体を構成する導電性物質でスパッタリングする段階を示す。

スパッタリング工程では、ターゲット物質に対しイオンビームを注射して上記ターゲット物質の原子がターゲット物質から放出され、キャリアフィルム３１の表面に蒸着することによりアンテナ放射体パターン３３を形成するようになる。

このようにスパッタリング工程による場合には、スパッタターゲット物質は純度９９．９％以上の純度の高い導電性物質から成っており、それによりスパッタリングによってキャリアフィルムに形成される放射体はスパッタターゲットと同じ純度を有するようになるので電気伝導度が非常に高くなる。

従って、銀ペースト（ｓｉｌｖｅｒ ｐａｓｔｅ）のような導電性インクを使用する場合に上記ペーストに含まれた有機物によって電気伝導度が減少される問題を解決することができる。

またスパッタリングした放射体材料に有機物がないので、化学的に非常に安定した耐化学的特性も現すことが可能である。特に既存のスクリーンプリンティング方法では人体に有害なソルベントなどを含んだペーストを必須的に使用しなければならなかったが、本方法を利用すればこのような人体に有害な影響も減らすことが可能となる。

図３（ｄ）は上記マスキングテープ３２を除去してキャリアフィルム上にアンテナ放射体３３が形成される段階を示す。

図４（ａ）及び図４（ｂ）はスパッタリング工程前にキャリアフィルム３１の表面改質工程を実施するためのイオンビーム表面処理装置の縦断面図及び表面改質された後の基板の断面図である。

図４（ａ）に示すように、真空ポンプ（図示せず）によって真空を維持する真空槽４５内にマスキングテープ４２が貼り付けられたキャリアフィルム４１をイオンガン４６の下部に位置させた後、イオンガン４６でイオンビームを生成しこれを上記キャリアフィルム４１に照射する。

ここで、上記真空槽内の真空度は１×１０−^１ｔｏｒｒ乃至１×１０−^６ｔｏｒｒであることが好ましく、上記イオンビームのイオン注入エネルギーは１０乃至１００００ｅＶの範囲内で照射されることが好ましい。また上記キャリアフィルム４１の表面に照射されるイオンビームのイオン注入量は１×１０^１２乃至１×１０^２０イオン／ｃｍ２であることが好ましい。

これと同時に、上記真空槽４５の外部のガス注入管（図示せず）を通して反応性ガスを流し込んでイオンを発生させるが、上記反応性ガスは酸素、空気、アンモニア、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、亜酸化窒素、炭化水素のいずれか一つを使用することができる。また上記反応性ガスの代りにヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、ゼノン、クリプトンなどの不活性ガスを注入することも可能である。ここで、上記反応性ガスの注入量は１乃至５００ｓｃｃｍであることが好ましい。

このようなイオン補助反応法は、０．１ｋｅＶから１０ｋｅＶまでの低エネルギーイオンビームをキャリアフィルム４１の表面に照射すると同時にキャリアフィルムの周囲に反応性ガスを吹き込むことで、キャリアフィルム４１の表面に新しい新水性作用基４１ａを生成させることである。このように生成された新水性作用基４１ａによってキャリアフィルム上に電極物質を蒸着させる場合、上記蒸着される電極材料と物理的、化学的結合を形成しＰｔやＡｕのような貴金属の場合までも優れた接着力を有するようになる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）はキャリアフィルム上にアンテナパターンを形成させるためのスパッタリング工程が進行される真空槽の断面図及びアンテナパターンが形成されたキャリアフィルムの断面図である。

図５（ａ）を参照すれば、スパッタリングが進行される真空管５５の内部は別途でイオン源に供給される不活性または反応性気体をイオン化させるイオン化部とイオン化された気体イオンを加速させイオンとして引き出す加速部とを含む蒸着用イオン源５７と、スパータリング物質とを提供するスパッタターゲット５８とを含んで成る。

上記イオン源５７は２．４５ＧＨｚの極超短波放出（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を利用したＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）形式であり、２００ｍｍのモジュールが３つ合わせられ総長さ６００ｍｍの光幅が処理できる。最大加速エネルギーは２ｋｅＶであり、２ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流密度を得ることができ、±５％以内の均一領域は４０ｍｍ以上である。

図に示すように、蒸着用イオン源５７でエネルギーを有するイオンビームはスパッタターゲット５８に照射され、入射イオンと衝突によってエネルギーを得たスパッタターゲット５８の原子はスパッタターゲット５８から放出されスパッタ粒子となる。

上記スパッタターゲット５８はアンテナの放射体を構成することができる導電性物質を使用しなければならないが、好ましくは銅を用いることができる。

このようにスパッタリング工程による場合にはスパッタターゲット５８は純度が高い導電性物質から成っており、そのためスパッタリングによってキャリアフィルムに形成される放射体はスパッタターゲットと同じ純度を有するようになるので、電気伝導度が非常に高くなる。

従って、銀ペーストのような導電性インクを使用する場合に生じる上記ペーストに含まれた有機物による電気伝導度が減少する問題を解決することができる。

上記放出されたスパッタ粒子はキャリアフィルムの表面に到逹し、約２０００Å程度の薄膜（シード層）５３を形成し、接着力の向上、薄膜の緻密性、均一性、結晶性などに役にたつ。このような方法をイオンビームスパッタ方式と言う。イオンビームスパッタ方式は常温で成膜が可能であり、低温工程に適した方式で熱的な損傷に大きく影響を受ける高分子物質の成膜形成に非常に効果的な方法と言える。

このような薄膜を形成する方法はイオンビームスパッタリングに限定されず、キャリアフィルムに熱的損傷を与えない温度で蒸着工程が可能な低電力または熱真空蒸着、電子ビーム真空蒸着、ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリングなども使用可能である。

上記のようにキャリアフィルム上に薄膜（シード層）だけでアンテナパターンの厚さが十分でない場合には上記シード層上に厚膜を形成する工程を追加することができる。

この場合、蒸着速度が早い伝導メッキ法、無電解メッキ法またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法のいずれか一つを選択して上記厚膜を形成することができる。

図６（ａ）乃至図６（ｃ）は複数個のキャリアフィルムと複数個のアンテナパターンが積層されて形成されたフィルム型アンテナの断面図である。このような積層構造のフィルム型アンテナは、上記に示すようにそれぞれのキャリアフィルムの一面にアンテナパターンが形成されるようにスパッタリング工程をした後に、上記アンテナパターンが形成された複数個のキャリアフィルムを積層、加圧して製造する。ここで示すものはＩＭＬ工程により移動通信端末機のケースと一体化させる前のフィルム型アンテナの断面図である。

図６（ａ）は同じキャリアフィルム６１と同じ放射体６２を複数枚設けて多層構造で製作したものである。

常温用ペーストを使用する場合にはペーストの内部に有機物及びソルベントなどが残存しているため、積層方法による複数層形成の際生成するガスなどによって不良が発生する可能性が高くなる。しかし、スパッタリングによって形成された場合には放射体が純粋金属粒子のみで構成されているので、このような問題が解決され複数層形態の放射体実現が容易となり、アンテナ性能向上に寄与することができる。

図６（ｂ）は同じキャリアフィルム６１の上に異なる種類の放射体材質６２，６２ａ，６２ｂを多層構造で製作したものであって、このような場合、放射体電極の伝導度が順次に変わるように実現できるようになりアンテナの多重帯域、あるいは広帯域特性を実現できるようになる。これはスパッタリング工程の際スパッタターゲットをそれぞれ異にして実現することが可能である。

図６（ｃ）はキャリアフィルム６１の上に放射体６２を形成し上部にセラミックコーティング６７して製作した実施例である。これはアンテナ放射体材料だけでなくセラミック誘電体材料を放射体材料上にスパッタリング方式でコーティングすることによりアンテナベース材料の誘電特性の調節も可能となり、アンテナの高効率化、小型化などを図ることができる。

本実施形態の製造方法は、下記の形態で提供されてもよい。アンテナの製造方法は、アンテナ放射体が形成されたキャリアフィルムをモールド型内に配置する段階と、モールド型内にモールディング材料を注入することによりモールド型の内壁に沿ってキャリアフィルムに折り曲げて、キャリアフィルムとケースとを一体成型する段階とを含む。

本発明は、上述した実施の形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求の範囲によって限定しようとする。従って、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で、当該技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもやはり本発明の範囲に属すると言える。

（ａ）は従来の技術による内蔵型アンテナの斜視図であり、（ｂ）は従来の技術による内蔵型アンテナが実装された端末機の概略断面図である。 （ａ）乃至（ｅ）は本発明の実施形態によるフィルム型アンテナの製造方法における工程流れ図である。 （ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施形態によるキャリアフィルムにアンテナ放射体を形成する工程流れ図である。 （ａ）は本発明の一実施形態による表面改質工程のためのイオンビームの表面処理装置の断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態による表面改質工程のための表面改質されたキャリアフィルムの断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態によるスパッタリング工程のための真空槽の断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態によるスパッタリング工程のためのアンテナパターンが形成されたキャリアフィルムの断面図である。 （ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施例によって生成された積層構造アンテナの断面図である。

符号の説明

２１ キャリアフィルム
２３ アンテナパターン
２４ モールド
２７ 移動通信端末機ケース
３２ マスキングテープ
４５ 真空槽
４６ イオンガン
５７ 蒸着用イオン源
５８ スパッタターゲット
６９ セラミックコーティング

Claims (4)

1. 絶縁性ポリマー物質からなる少なくとも一つのキャリアフィルムを備える段階と、
   望む放射体パターンが切り欠かれたマスキングテープを前記キャリアフィルムの少なくとも一面に貼り付ける段階と、
   真空槽内で前記キャリアフィルムのそれぞれの表面にイオンビームを照射すると同時に前記キャリアフィルムの周囲に反応性ガスを流し込むことで、前記キャリアフィルムの表面に親水性作用基を形成する段階と、
   前記キャリアフィルムの各々の前記マスキングテープが貼り付けられた面に放射体を形成する金属でスパッタリングをする段階と、
   前記キャリアフィルムのそれぞれから前記マスキングテープを除去して前記キャリアフィルムのそれぞれの少なくとも一面にアンテナ放射体を形成する段階と、
   前記アンテナ放射体が形成されたキャリアフィルムを移動通信端末機のケース状のモールド内に挿入する段階と、
   モールディング物質を前記モールドに注入して前記アンテナ放射体が形成されたキャリアフィルムと一体で結合された移動通信端末機のケースを設ける段階と、
   前記アンテナ放射体が形成された複数個のキャリアフィルムを積層する段階とを含み、
   前記複数個のキャリアフィルム上に形成されるアンテナ放射体は、それぞれ異なる種類の電極材質を用いることを特徴とするフィルム型アンテナの製造方法。
2. 前記複数個のキャリアフィルムはそれぞれ相違する材質を用いることを特徴とする、請求項１に記載のフィルム型アンテナの製造方法。
3. 前記複数個のキャリアフィルムを積層する段階は、前記積層されたキャリアフィルムの上部にセラミックコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のフィルム型アンテナの製造方法。
4. 前記金属は、純度が９９．９％以上のものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルム型アンテナの製造方法。

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