JP5971566B2 - 無線モジュール - Google Patents

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Description

本開示は、無線通信に用いられ、基板に電子部品を搭載した無線モジュールに関する。
基板に電子回路を搭載（実装）した無線通信用の回路モジュールとして、能動素子（例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）を搭載した基板と、受動素子（例えば、抵抗、インダクタ、コンデンサ）を搭載した基板とを対向させて電気的に接続し、各基板間を樹脂封止した構成が知られている。
例えば、特許文献１には、受動素子としてのアンテナが搭載された基板と、能動素子としての半導体素子とが搭載された基板を用いた無線モジュールとしての半導体装置が開示されている。
特許文献１の半導体装置は、シリコン基板の一面側にアンテナが搭載され、シリコン基板の他面側に能動素子としての半導体素子が搭載され、アンテナと半導体素子とがシリコン基板を貫通する貫通ビアを介して電気的に接続されている。シリコン基板と別体に形成された配線基板には、一面側に受動素子が搭載され、配線基板とシリコン基板とが、配線基板の一面側とシリコン基板の他面側との間に配設された接続部材を介して電気的に接続された構成となっている。
また、従来の無線モジュールとして、能動素子及び受動素子を搭載した第１基板と、アンテナを搭載した第２基板とを対向的に配置させて２つの基板間を接続部材によって電気的に接続した構成もある。従来構成の無線モジュールでは、第１基板に能動素子としての半導体素子（例えば、ＩＣ）、及び受動素子としてのチップコンデンサ、チップ抵抗が搭載され、第２基板に例えば半田メッキされたＣｕ（銅）コアボールによる接続部材を搭載する。第１基板と第２基板との搭載面（実装面）同士を対向させ、接続部材の半田を溶融させて第１基板に対して電気的に接続した後、封止材料としてのモールドレジンを基板間の部品が存在する埋め込み層に充填して樹脂封止する。これにより、複数の基板を積層した構造の無線モジュールが完成する。
日本国特開２００９−２６６９７９号公報
特許文献１の技術では、組み立て後の無線モジュールにおけるモジュールの厚さを均一に調整することが困難であった。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、組み立て後の無線モジュールにおけるモジュールの厚さを均一に調整することにある。
本開示は、無線モジュールであって、半導体素子を搭載する第１基板と、前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の少なくとも一方と接続され、前記第１基板と前記第２基板との間に前記半導体素子を搭載可能な間隔を形成する複数の接続部材と、を備え、前記第２基板には複数のアンテナ素子によるアンテナが配置され、前記複数の接続部材は、前記アンテナの平面方向の中心部に対して点対称の位置に配置される。
本開示によれば、組み立て後の無線モジュールにおけるモジュールの厚さを均一に調整できる。
従来の無線モジュールの構成の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態であって上から見た平面図、（Ｃ）は第２基板の上から見た平面図 本開示の第１の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す断面図 第１の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図 第１の実施形態の変形例に係る無線モジュールの構成を示す断面図であり、（Ａ）は第１変形例、（Ｂ）は第２変形例を示す図 第２の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図 第３の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図 図３に示した無線モジュールのＡ−Ａ断面図 第１〜第３の実施形態におけるグランドパターンに接続される貫通ビアの周辺の構成例を示す平面図 本発明の第４の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図 本発明の第５の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図 本発明の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第１例を示す上面図 本発明の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第２例を示す上面図 本発明の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第３例を示す上面図
（本開示の一形態を得るに至った経緯）
従来の無線モジュールにおいて、複数の基板間を接続する接続部材は、基板に設けられた配線パッドに電気的に接続される。接続部材及び配線パッドは、基板上に実装する素子及び基板の配線パターンのレイアウトに応じて配置される。接続部材の配置によっては、製造の際に、例えば、基板のたわみ、基板間の封止材料の充填量の偏りが発生し、モジュールの厚さが不均一になる可能性がある。モジュールの厚さが不均一であると、例えば、基板にねじれ応力がかかり、素子の接点の接続が不完全となる実装不良が生じる可能性がある。また、無線モジュールのアンテナ面の傾きによっては、アンテナの指向特性が変化する可能性がある。
この課題について詳述する。
図１は、従来の無線モジュールの構成の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態であって上から見た平面図、（Ｃ）は第２基板の上から見た平面図である。
無線モジュールは、メイン基板となる第１基板１０１と、サブ基板となる第２基板１０２とを有する。第１基板１０１は、一面側に配線パターン１０４が設けられ、無線回路の実装部品として、能動素子である半導体素子１０３が実装されている。
第２基板１０２は、一面側に配線パッド１０７が形成され、配線パッド１０７に接続部材１０６が実装されている。ここでは、接続部材１０６として、Ｃｕコアボールを用いる場合について説明する。また、第２基板１０２は、他面側にパッド状のアンテナ１０８が形成され、貫通ビア１０９により一面側の配線パッド１０７と電気的に接続されている。図示例では、Ｃｕコアボールの接続部材１０６が、第２基板１０２の一方の側辺の近傍に列状に配置されている。
第１基板１０１の一面側と第２基板１０２の一面側とは対向配置され、接続部材１０６を第１基板１０１の配線パッド１０５に接続することで、接続部材１０６により第２基板１０２が第１基板１０１に対して電気的に接続される。そして、第１基板１０１と第２基板１０２との間の半導体素子１０３が存在する埋め込み層には、封止樹脂１１０が充填されて封止される。
図１の構造では、接続部材１０６が偏って配置されているため、無線モジュールの製造において、例えば、第２基板１０２のたわみ、基板間の封止樹脂１１０の充填量の偏りが発生し、モジュールの厚さが不均一になる可能性がある。特に、高周波帯にて用いる小型の無線モジュールの製造では、複数のモジュールを大きな１枚の基板に並列に形成して分割する工程が採られるため、モジュール内の接続部材の配置に偏りがあると、分割後の各モジュールの厚さに偏りが生じる可能性が高くなる。
モジュールの厚さが不均一であると、例えば、第１基板１０１及び第２基板１０２にねじれ応力がかかり、半導体素子１０３の実装不良が生じる可能性がある。また、第２基板１０２の外面（他面側）に傾きが生じて無線モジュールのアンテナ１０８の指向特性が変化する可能性がある。
以下の実施形態では、上記課題に対し、組み立て後のモジュールの厚さを均一に調整できる無線モジュールの構成例を示す。
また、以下の実施形態では、本開示に係る無線モジュールの例として、例えば６０ＧＨｚのミリ波帯の高周波帯において用いられ、アンテナ及び半導体素子を搭載した無線モジュールの構成例をいくつか示す。
（第１の実施形態）
図２は、本開示の第１の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す断面図である。
本実施形態の無線モジュールは、メイン基板となる第１基板１１と、サブ基板となる第２基板１２とを有する。これらの第１基板１１、第２基板１２は、例えば誘電率が３〜４程度の誘電体の絶縁材料を用いて形成される。第１基板１１は、一面側に例えば銅箔による配線パターン１３が設けられ、無線回路の実装部品として、能動素子である半導体素子（例えばＩＣ）１４が実装され、無線回路が形成される。また、第１基板１１には、接続部材１８を電気接続するための配線パッド１５が設けられる。
第２基板１２は、一面側に例えば銅箔による面状のグランドパターン１７と、円形状の配線パッド１６とが形成され、配線パッド１６に半田メッキされたＣｕコアボールによる接続部材１８が実装されている。また、第２基板１２は、他面側に例えば銅箔によるパッド状のアンテナ２０が形成され、貫通ビア２１により一面側の配線パッド１６と電気的に接続されている。アンテナ２０は、一つまたは複数のアンテナ素子により形成される。なお、配線パッド１６は、配線パターンを含んでもよい。
本実施形態では、接続部材１８が第１基板１１及び第２基板１２の基板平面方向（ＸＹ平面）において均等な位置に配置される。図２の例では、図中の左右方向（Ｘ方向）において、２つの接続部材１８Ａ、１８Ｂが基板の中心部（基板中心線Ｃ１）に対して対称に配置される。
第１基板１１の一面側と第２基板１２の一面側とは対向配置され、接続部材１８の半田を溶融させて第１基板１１の配線パッド１５に接続することで、接続部材１８により第２基板１２が第１基板１１に対して電気的に接続される。接続部材１８は、第１基板１１の無線回路と第２基板１２のアンテナ２０との間の信号の伝送経路（信号線路）となる。図示例では、両側の接続部材１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ第１基板１１と第２基板１２の両方に接続される。
また、接続部材１８は、第１基板１１と第２基板１２との間に半導体素子１４を含む実装部品を搭載可能な間隔を形成するために設けられる。そして、第１基板１１と第２基板１２との間の半導体素子１４が存在する埋め込み層には、例えばモールドレジンの封止樹脂２２が充填されて封止される。
図３は、第１の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図である。図３では、無線モジュールの第２基板を除いた状態であって上から見た平面図、すなわち無線モジュール内のＣｕコアボールによる接続部材１８の配置状態を説明するための図である。
第１の実施形態では、第１基板１１及び第２基板１２の基板上において、基板平面方向の中心部、すなわち図３の例では左右方向（Ｘ方向）の外形の基板中心線Ｃ１に対して、対称となる位置に、６個ずつ列状にＣｕコアボールによる接続部材１８（１８Ａ、１８Ｂ）を対向する２つの側辺に沿った近傍に配置している。すなわち、図中左側の接続部材１８Ａと図中右側の接続部材１８Ｂとが、基板上において、対称に位置している。これにより、接続部材１８の配置が、第１基板１１及び第２基板１２において均等にバランスがとれた状態となる。
上記のように、基板において接続部材１８を対称に配置することによって、基板にかかるねじれ応力を抑制でき、無線モジュールの基板のたわみ、及び基板間の封止樹脂２２の充填量の偏りを抑制できる。また、接続部材１８は、基板間の間隔を規制する部材として機能する。このため、モジュールの厚さを均一に調整でき、無線モジュールの反り、たわみ、凹凸による実装不良を低減できる。また、無線モジュールのアンテナ面の傾きを低減し、アンテナ特性を組み立て前後における変化を抑制できる。
（変形例）
第１の実施形態の変形例を示す。図４は、第１の実施形態の変形例に係る無線モジュールの構成を示す断面図であり、（Ａ）は第１変形例、（Ｂ）は第２変形例を示している。なお、図２に示した第１の実施形態では、図中左側の接続部材１８Ａと右側の接続部材１８Ｂの双方がそれぞれ第１基板１１と第２基板１２の両方に接続されている。
図４（Ａ）に示す第１変形例では、図中左側の第１の接続部材１８Ａは第１基板１１と第２基板１２の両方に接続され、他方の図中右側の第２の接続部材１８Ｂは図中上側の第２基板１２に接続され、図中下側の第１基板１１に対しては接続されていない。なお、接続部材１８Ｂは第１基板１１に接続されていてもよい。すなわち、第２の接続部材１８Ｂは、ダミーのＣｕコアボールとして、基板のたわみ防止用に基板間の距離を調整するために設けられる。
接続部材１８は、両方の基板に接続されていることが望ましいが、いずれか一方の基板に接続する構成としても、第１の実施形態と同様にモジュールの厚さを均一に調整できる効果が得られる。
図４（Ｂ）に示す第２変形例では、第１変形例と同様、図中右側の第３の接続部材１８Ｃは図中上側の第２基板１２に接続され、図中下側の第１基板１１に対しては接続されていない。第３の接続部材１８Ｃは、図中左側の第１の接続部材１８Ａとは外形寸法が異なり、接続部材１８Ａよりも小さい。なお、第３の接続部材１８Ｃは第１基板１１に接続されていてもよい。
ダミーのＣｕコアボールとして設ける接続部材は、外形寸法（モジュール厚さ方向（Ｚ方向）の寸法）が異なっても、基板上において均等となる位置に設けることによって、基板のたわみ防止用に基板間の距離を調整する機能を有する。このため、第１の実施形態と同様にモジュールの厚さを均一に調整できる効果が得られる。
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図である。図５では、無線モジュールの第２基板を除いた状態であって上から見た平面図、すなわち無線モジュール内のＣｕコアボールによる接続部材１８Ａ、１８Ｂの配置状態を説明するための図である。また、第２基板１２の他面側に設けられるアンテナ２０を破線によって示す。
第２の実施形態では、第２基板１２のアンテナ２０の平面方向（ＸＹ平面）に対して対称の位置に、２列にＣｕコアボールによる接続部材１８Ａ、１８Ｂを配置している。すなわち、図中左側の接続部材１８Ａと図中右側の接続部材１８Ｂとが、複数（図示例では２×２の４つ）のアンテナ素子によるアンテナ２０のアレイの中心部Ｃ２（４つのアンテナ２０の中心）に対して、３個ずつ２列に対称に位置している。図示例では、２×２のアンテナアレイが送信用と受信用に１つずつ合計２組配置されている。
これにより、接続部材１８Ａ、１８Ｂの配置が、無線モジュールの基板平面方向においてアンテナを中心として均等にバランスがとれた状態となる。なお、アンテナ２０は１つのアンテナ素子であってもよい。
上記のように、基板上のアンテナ２０に対して接続部材１８Ａ、１８Ｂを対称に配置することによって、第１の実施形態と同様、モジュールの厚さを均一に調整できる。特に、アンテナ部分を中心としてモジュールの厚さを均一に調整できるため、無線モジュールのアンテナ面の傾きを抑制し、意図しないアンテナ特性の変化を少なくできる。
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態の無線モジュールにおける接続部材の配置構成を示す平面図である。図６では、無線モジュールの第２基板を除いた状態であって上から見た平面図、すなわち無線モジュール内のＣｕコアボールによる接続部材１８Ａ、１８Ｂの配置状態を説明するための図である。
第３の実施形態では、第２基板１２に実装した実装部品としての半導体素子１４に対して対称の位置に、４つのＣｕコアボールによる接続部材１８Ｄ、１８Ｅを配置している。すなわち、図中左側の接続部材１８Ｄと図中右側の接続部材１８Ｅとが、半導体素子１４の４隅または対向する２辺に対応して、半導体素子１４の中心部（図中左右方向（Ｘ方向）の中心線Ｃ３）に対して対称に位置している。
これにより、接続部材１８Ｄ、１８Ｅの配置が、無線モジュール基板平面方向においてモジュール内の半導体素子を中心として均等にバランスがとれた状態となる。また、一方の２つの接続部材１８Ｄを結ぶ延長線上に列状に他の接続部材１８が配置されている（図６では縦方向（Ｙ方向））。
上記のように、基板上の半導体素子１４に対して接続部材１８Ｄ、１８Ｅを対称に配置することによって、第１の実施形態と同様、モジュールの厚さを均一に調整できる。特に、実装部品としての半導体素子の周辺を対称に接続部材により囲むことで、半導体素子を中心とした部分においてモジュールの厚さを均一に調整できる。このため、半導体素子を中心とした部分における反りを、より小さくできる。
以上より、無線モジュールにおいて実装部品近傍の反り、たわみ、凹凸を削減し、例えば実装部品の電極（ＩＣであれば半田バンプ部）に加わるねじれ応力を小さくでき、実装不良を低減できる。
なお、上記実施形態では、接続部材１８として、Ｃｕコアボールを用いて説明したが、これに限らず、柱状の形状であれば、円形でも多角形でもよい。
また、上記実施形態では、図３に示した第１基板１１のＸ方向一端側（左側）及びＸ方向他端側（右側）において、接続部材１８が各６個配置されている。これらの接続部材１８は、Ｙ方向において、グランド用、信号伝送用、グランド用、グランド用、信号伝送用、グランド用の順に並んで配置されている。
図７は、図３に示した無線モジュールのＡ−Ａ断面図である。図７では、第２基板１２も示しており、６個の接続部材１８のうち、Ｙ方向他端側の４個の接続部材の図示を省略している。
図７では、２個の接続部材１８のうち、接続部材１８Ｐは、グランド用の接続部材である。接続部材１８Ｐは、第１基板１１側では、配線パッド３１、貫通ビア３２を介してグランドパターン３３に接続される。また、接続部材１８Ｐは、第２基板１２側では、配線パッド３４、貫通ビア３５を介してグランドパターン３６に接続される。
また、接続部材１８Ｑは、信号伝送用の接続部材である。接続部材１８Ｑは、第１基板１１側では、配線パッド３７、貫通ビア３８を介して配線パターン３９に接続される。また、接続部材１８Ｑは、第２基板１２側では、配線パッド４０、貫通ビア４１を介して配線パターン４２に接続される。配線パターン４２は、アンテナ２０に接続される。なお、接続部材１８Ｐは、接続部材１８Ｑよりも、Ｙ方向一端側（左側）に配置される。
図８は、グランドパターン３３，３６に接続される貫通ビア３２，３５の周辺の他構成例を示す。この構成例では、第１基板１１において、信号伝送用の接続部材１８Ｑを取り囲むように、略円弧状のグランドパターン３３が設けられる。また、無線モジュールでは、第２基板１２において、信号伝送用の接続部材１８Ｑを取り囲むように、略円弧状のグランドパターン３６が設けられる。
つまり、信号伝送用の接続部材１８Ｑを取り囲むように、複数のグランド用の接続部材１８Ｐが配置される。また、図８では図示していないが、各グランド用の接続部材１８Ｐは、配線パッド３１，３４を介して、各貫通ビア３２，３５に接続される。
また、図８では、グランドパターン３３は、配線パターン３９を包囲するように、略Ｃ字状に形成される。グランドパターン３３において１つ以上の貫通ビア３２が設けられ、貫通ビア３２によって第１基板１１のグランドパターン３３と各グランド用の接続部材１８Ｐとが電気的に接続される。
同様に、図８では、グランドパターン３６は、配線パターン４２を包囲するように、略Ｃ字状に形成される。グランドパターン３６において１つ以上の貫通ビア３５が設けられ、貫通ビア３５によって第２基板１２のグランドパターン３６と各グランド用の接続部材１８Ｐとが電気的に接続される。
配線パッド３１，３４は、第１の配線パッドの一例である。貫通ビア３２，３５は、第１のビアの一例である。配線パッド３７，４０は、第２の配線パッドの一例である。貫通ビア３８，４１は、第２のビアの一例である。
このように、グランド用の配線パッド３１，３４、貫通ビア３２，３５、及びグランドパターン３３，３６により、信号伝送用の配線パッド３７，４０、貫通ビア３８，４１、及び貫通ビア３８，４１を取り囲むことにより、電磁界の漏れを小さくできる。なお、グランドのパターンと信号ラインとを特定の間隔、例えば１００μｍ〜２００μｍとしておくことで、高周波プローブにて信号を測定できる。
（本開示の他の一形態を得るに至った経緯）
従来、半導体基板上に、高周波信号を発生させる発信器を持つ高周波回路とパッチアンテナとが一方の面に形成された半導体チップが、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）基板に実装された撮像装置が知られている（参考特許文献：特開２００４−２０５４０２号公報参照）。
パッチアンテナと高周波回路とは基板厚み方向における長さ（高さ）が異なることが多い。この場合、モジュール基板を他の基板に実装する際、パッチアンテナの実装面側からモジュール基板をピックアップすると、ピックアップする工具（吸引器）の先が電子部品（例えば発信器を含む高周波回路）と干渉してしまうことがある。
以下の実施形態では、無線モジュールのアンテナ実装面に電子部品が実装されている場合であっても、無線モジュールをアンテナ実装面側から容易にピックアップできる無線モジュールについても説明する。
（第４の実施形態）
図９は本発明の第４の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図である。
図９に示す無線モジュール２００において、モジュール基板２１０は、多層基板であり、ＩＣの配線等を行う。モジュール基板２１０の第１の面２１１（図９では上面）には、アンテナ部２２０やＴｃｘｏ２３０（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償水晶発振器）等の電子部品が実装されている。したがって、第１の面２１１は、アンテナ部２２０が設けられるアンテナ実装面である。
アンテナ部２２０は、例えば配線によるアンテナパターンにより形成されるパッチアンテナである。モジュール基板２１０の第２の面２１２（図９では下面）には、ＲＬＣ等のチップ部品２４０やＩＣ部品２５０などの電子部品が実装される。
無線モジュール２００は、セット基板３００に実装される。この場合、モジュール基板２１０の第２の面２１２側がセット基板３００の実装面に接触する。第２の面２１２に実装される電子部品に対して、セット基板３００が直接接触しないように、モジュール基板２１０の第２の面２１２には、枠基板２６０が配置される。枠基板２６０は、例えば方形状となっており、モジュール基板２１０の第２の面２１２の周端部に配置される。この場合、無線モジュール２００は、モジュール基板２１０と枠基板２６０とにより、キャビティ型の構造となる。なお、モジュール基板２１０は、多層基板によって構成されてもよい。
枠基板２６０の電極２６１は、セット基板３００に半田付けされ、物理的および電気的に接続される。これにより、モジュール基板２１０および枠基板２６０と、セット基板３００と、が導通されて信号伝送が可能となる。
モジュール基板２１０および枠基板２６０の基板厚さ方向（図９におけるｚ方向）の長さｄ１は、例えば１ｍｍ程度である。チップ部品２４０やＩＣ部品２５０の部品厚さ方向（図９におけるｚ方向）の長さｄ２は、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度である。枠基板２６０を含む無線モジュール２００がセット基板３００に実装されても、モジュール基板２１０に実装された電子部品がセット基板３００に接触することはない。
モジュール基板２１０の第１の面２１１側では、アンテナ部２２０とＴｃｘｏ２３０等の電子部品とが、モールド部材（例えばモールド樹脂）によって一体でモールドされ、モールド部２７０が形成される。モールド部２７０は、アンテナ部２２０および周辺の電子部品を包囲している。モールド部材としては特に制約は無いが，誘電正接（ｔａｎδ）が小さい方が、モールド部２７０における電気損失が小さいことは言うまでもない。
本実施形態では、無線モジュール２００がセット基板３００に実装されるときには、モジュール基板２１０の第１の面２１１側からピックアップ装置によりピックアップされ、セット基板３００に実装される。したがって、モールド部２７０がピックアップされることになり、第１の面２１１に設けられるアンテナ部２２０と電子部品との段差によるピックアップ時の干渉を防止でき、無線モジュール２００のピックアップが容易になる。
また、モールド部２７０の周端面２１３（天井面）は、モジュール基板２１０と平行かつ平坦となることが好ましい。これにより、無線モジュール２００を一層容易に吸着によりピックアップすることができる。
このように、本実施形態の無線モジュール２００は、アンテナ部２２０が設けられるアンテナ実装面としての第１の面２１１側からピックアップされる無線モジュールであって、アンテナ部２２０が実装されるモジュール基板２１０と、モジュール基板２１０の第１の面２１１において、アンテナ部２２０を含む電子部品がモールドされたモールド部２７０を備える。これにより、ピックアップする工具による吸引の確実性が向上する。つまり、無線モジュールのアンテナ実装面に電子部品が実装されている場合であっても、容易に無線モジュールをアンテナ実装面側からピックアップすることができる。
（第５の実施形態）
図１０は本発明の第５の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図である。
図１０に示す無線モジュール２００Ｂと図９に示した無線モジュール２００との相違点は、無線モジュール２００Ｂが導波部２８０を備える点である。
図１０に示すように、導波部２８０は、モールド部２７０の周端面２１３（モールド面）に設けられ、アンテナ部２２０による電波の送受を補助する。導波部２８０は、例えば導波器として機能する導体パターンにより形成される。
通常、モールド部２７０を形成するモールド樹脂はアンテナ特性は考慮していないため、アンテナ部２２０から見ると好ましくない誘電体である。アンテナ部２２０は空気（誘電率ε＝１）を想定して形成されているが、誘電率ε＝３〜４の樹脂がアンテナを包囲することで、アンテナの特性が変わることがある。無線モジュール２００Ｂは、導波部２８０を備えることで、アンテナ特性を再調整して良好な状態に保つことができる。
導波部２８０がモールド部２７０上に設けられる位置として、以下の３パターンが考えられる。
図１１は無線モジュール２００Ｂのアンテナ部２２０と導波部２８０との位置関係の第１例を示す上面図である。
第１例では、導波部２８０は、モールド部２７０の周端面２１３におけるアンテナ部２２０と対向する位置に設けられる。これにより、アンテナ部２２０により送電または受電される電力の損失が最も小さくなり、良好に電波の送受を行うことができる。つまり、ピックアップする工具による吸引の確実性が向上するとともに、アンテナ特性を良好な状態に保つことができる。なお、モールド部２７０の周端面２１３において、モールド部２７０の外側に向かって導波部２８０が設けられる。
図１１に示す例では、アンテナ部２２０がモジュール基板２１０の第１の面２１１において２×２のアレー構成となっている。同様に、導波部２８０がモールド部２７０の周端面２１３において２×２のアレー構成となっている。アンテナ部２２０および導波部２８０を２×２のアレー構成とすることで、位相合成や振幅合成を行うことが容易になる。なお、アンテナ部および導波部２８０の２×２のアレー構成は一例であり、１つのパターンで構成されても、より多数のパターンが格子状に配列されてもよい。多数のパターンが配列された方が、アンテナ特性は良好になる。
図１１のような導波部２８０を備えることで、モジュール基板２１０を再設計することなく、モールド部２７０上の導波部２８０として機能するパターンを適宜変更することで、アンテナ利得やアンテナ利得の周波数特性を変更することができる。また、モールド後では製造時ばらつきを調整するためのアンテナ部２２０のパターンカットは困難であるが、モールド部２７０上のパターンをカットすることで、これが可能となる。
さらに、モールド部２７０が存在することで、空気よりも高い誘電率の誘電体層の厚み（図１０におけるｚ方向の長さ）が増すため、導波部２８０はアンテナ部２２０よりも大きいことが望ましい。つまり、導波部２８０がモールド部２７０のモールド面上に設けられた領域が、アンテナ部２２０がアンテナ実装面上に設けられた領域よりも大きいことが望ましい。これにより、一層アンテナ特性を良好に調整することができる。
図１２は無線モジュール２００Ｂのアンテナ部２２０と導波部２８０との位置関係の第２例を示す上面図である。
第２例では、導波部２８０は、モールド部２７０の周端面２１３におけるアンテナ部２２０と対向する位置から所定距離ｄ３だけ離れた位置に設けられる。つまり、導波部２８０のモールド面における位置とアンテナ部２２０のアンテナ実装面における位置とがずらして（オフセットして）配置される。
例えば、図１２に示すように、導波部２８０がアンテナ部２２０よりも左側の場合には、左方向に電波が放射される。一方、導波部２８０がアンテナ部２２０よりも右側の場合には、右方向に電波が放射される。このように、電波を放射したい方向に導波部２８０がずれるように配置する。
このような導波部２８０を設けることで、モジュール基板２１０を再設計することなく、モールド部２７０の周端面２１３上のパターンを変更することで、アンテナ指向性を変更する（ビームチルトする）ことができる。また、モジュール基板２１０にアンテナ部２２０が実装された後であっても、柔軟にアンテナ指向性を変更することができる。
図１３は無線モジュール２００Ｂのアンテナ部２２０と導波部２８０との位置関係の第３例を示す上面図である。
第３例では、図１３に示すように、導波部２８０は、モールド部２７０の周端面２１３において、アンテナ部２２０がアンテナ実装面において設けられた領域から所定の回転角度θだけ回転された領域に設けられている。つまり、図１３において、導波部２８０の領域を示す矩形の向きと、アンテナ部２２０の領域を示す矩形の向きと、が回転した関係となるような位置関係で、導波部２８０が周端面２１３上に実装される。これにより、アンテナ部２２０から放射される電波の偏波面（アンテナ偏波面）を変更することができる。
モールド面における導波部２８０の位置とアンテナ実装面におけるアンテナ部２２０の位置（ｘｙ平面上の位置）とは、ほぼ同位置となる。回転角度θは、９０度に満たない角度である。回転角度θを調整することで、回転角度θの大きさに応じて、アンテナ偏波面を所望の偏波面にすることができる。例えば、アンテナ偏波面を垂直偏波面から水平偏波面にしたり、水平偏波面から垂直偏波面にしたり、直線偏波を円偏波にしたりすることができる。なお、このようなアンテナ偏波面の変更は、モジュール基板２１０を再設計することなく、モールド部２７０の周端面２１３上の導波部２８０としてのパターンを変更することで実現することができる。
さらに、導波部２８０とアンテナ部２２０との位置関係を回転位置関係とする代わりに、導波部２８０の共振周波数とアンテナ部２２０の共振周波数とが異なるように設計してもよい。これによっても、アンテナ偏波面を変更することができる。
例えば、アンテナ部２２０の共振周波数を６０ＧＨｚ、導波部２８０の共振周波数を５９．５ＧＨｚとなるように、両者の共振周波数を微妙にずらすことによって、励振タイミングが若干異なるようになる。これにより、アンテナ偏波面を変更することができる。
（本開示の一態様の概要）
本開示の第１の無線モジュールは、
無線回路の実装部品を搭載する第１基板と、
前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の少なくとも一方と接続され、前記第１基板と前記第２基板との間に前記実装部品を搭載可能な間隔を形成する接続部材と、
を備え、
前記接続部材は、複数の接続部材が前記第１基板及び前記第２基板間において均等な位置に配置される。
本開示の第２の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、
前記複数の接続部材は、前記第１基板及び前記第２基板間において、基板平面方向の中心部に対して対称の位置に配置される。
本開示の第３の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、
前記第２基板には一つまたは複数のアンテナ素子によるアンテナが配置され、
前記複数の接続部材は、前記アンテナの平面方向の中心部に対して対称の位置に配置される。
本開示の第４の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、
前記複数の接続部材は、前記実装部品の中心部に対して対称の位置に配置される。
本開示の第５の無線モジュールは、第１〜第４のいずれか１つの無線モジュールであって、
前記複数の接続部材のうちの少なくとも一つは、前記第１基板と前記第２基板のいずれか一方に接続される。
本開示の第６の無線モジュールは、第１〜第４のいずれか１つの無線モジュールであって、
前記複数の接続部材のうちの少なくとも一つは、他の接続部材と外形寸法が異なる。
本開示の第７の無線モジュールは、第１〜第６のいずれか１つの無線モジュールであって、
前記接続部材は、グランド用の接続部材を含み、
前記グランド用の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された第１の配線パッドと、
前記第１の配線パッドと前記第１基板又は前記第２基板のグランドとを接続する第１のビアと、
を備える。
本開示の第８の無線モジュールは、第１〜第６のいずれか１つの無線モジュールであって、
前記接続部材は、信号伝送用の接続部材を含み、
前記信号伝送用の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された第２の配線パッドと、
前記第２の配線パッドと前記第１基板又は前記第２基板の配線部とを接続する第２のビアと、
を備え、
前記第２のビアの周囲の少なくとも一部は、複数の前記第１のビアにより包囲される。
なお、本開示は、本開示の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本開示の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
本出願は、2011年12月7日出願の日本特許出願No.2011-268042及び2012年2月15日出願の日本特許出願No.2012-030897に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本開示は、組み立て後の無線モジュールにおけるモジュールの厚さを均一に調整できる効果を有し、例えば、ミリ波帯の無線通信に用いる基板に電子部品として半導体素子を実装した無線モジュール等として有用である。
１１ 第１基板
１２ 第２基板
１３，３９，４２ 配線パターン
１４ 半導体素子
１５，１６，３１，３４，３７，４０ 配線パッド
１７，３３，３６ グランドパターン
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅ，１８Ｐ，１８Ｑ 接続部材
２０ アンテナ
２１，３２，３５，３８，４１ 貫通ビア
２２ 封止樹脂
２００、２００Ｂ 無線モジュール
２１０ モジュール基板
２２０ アンテナ部
２３０ Ｔｃｘｏ
２４０ チップ部品
２５０ ＩＣ部品
２６０ 枠基板
２６１ 電極
２７０ モールド部
２８０ 導波部
３００ セット基板
２１１ モジュール基板の第１の面（アンテナ実装面）
２１２ モジュール基板の第２の面
２１３ モールド部の周端面（モールド面）

Claims (4)

  1. 半導体素子を搭載する第１基板と、
    前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板の少なくとも一方と接続され、前記第１基板と前記第２基板との間に前記半導体素子を搭載可能な間隔を形成する複数の接続部材と、
    を備え、
    前記第２基板には複数のアンテナ素子によるアンテナが配置され、
    前記複数の接続部材は、前記アンテナの平面方向の中心部に対して点対称の位置に配置される、無線モジュール。
  2. 請求項１に記載の無線モジュールであって、
    前記複数の接続部材のうちの少なくとも一つは、他の接続部材と外形寸法が異なる、無線モジュール。
  3. 請求項１または２に記載の無線モジュールであって、
    前記接続部材は、グランド用の接続部材を含み、
    前記グランド用の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された第１の配線パッドと、
    前記第１の配線パッドと前記第１基板又は前記第２基板のグランドとを接続する第１のビアと、
    を備える、無線モジュール。
  4. 請求項３に記載の無線モジュールであって、
    前記接続部材は、信号伝送用の接続部材を含み、
    前記信号伝送用の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された第２の配線パッドと、
    前記第２の配線パッドと前記第１基板又は前記第２基板の配線部とを接続する第２のビアと、
    を備え、
    前記第２のビアの周囲の少なくとも一部は、複数の前記第１のビアにより包囲される、無線モジュール。
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