JP6168394B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄い基板に設けられた実装部品を保護して高い信頼性が得られるアンテナ装置に関する。

近年、通信機器において、誘電体に導体が形成されたアンテナ素子やインダクタ等の受動素子が基板に実装されたアンテナ装置が採用されている。例えば、特許文献１には、回路基板を有した筐体にアンテナ素子が実装されたアンテナ装置が記載されている。また、特許文献２には、フレキシブル基板と、該フレキシブル基板の表面上に設けられたアンテナ素子及びインピーダンス整合用のインダクタとを備えたアンテナが記載されている。

特開２００５−８６４１８号公報 特開２００２−１５１９２８号公報

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献２に記載のアンテナのように、アンテナ素子や受動素子（インダクタやコンデンサ等）の実装部品をフレキシブル基板等の薄い基板に設置したアンテナの場合、基板が薄いために基板自体を支持又は補強する必要が生じることがある。例えば、図１１に示すように、薄い基板本体２に台座となる樹脂等の補強板１０５を貼り付ける方法が用いられているが、アンテナ素子や受動素子の実装部品４Ａ，４Ｂを基板本体２に実装すると、全体がさらに厚くなってしまい、薄型化が困難になってしまう不都合があった。
また、実装部品４Ａ，４Ｂが露出しており、落下衝撃等によって脱落するおそれがあるなど信頼性の問題が生じていた。このため、図１２の（ａ）（ｂ）に示すように、露出している実装部品４Ａ，４Ｂを保護用のテープ１０２や樹脂１０３で覆ってケース１０１に直接接触しないようにする方法も考えられるが、さらに厚みが増大してしまう。また、保護用の部材や材料の追加が必要になると共に、アンテナ性能への影響が大きくなってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、厚みの増大を抑制すると共に実装部品を保護して高い信頼性を有するアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続された実装部品と、前記基板本体を支持する絶縁性の補強板とを備え、前記基板本体の表面に前記補強板が貼り付けられていると共に、前記基板本体が貼り付けられた前記補強板の面に前記実装部品を収納する凹部が形成されていることを特徴とする。

このアンテナ装置では、基板本体が貼り付けられた補強板の面に実装部品を収納する凹部が形成されているので、実装部品が凹部内に収納されて表面に露出しないことで、落下による直接的な衝撃等を実装部品が受け難く、高い信頼性を確保することができる。また、実装部品による厚みの増大がなく、薄型化を図ることができると共に、余分な保護材が不要になり、アンテナ性能の劣化を最小限に抑えることができる。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記凹部の底面に、前記実装部品に接触する凸部が形成されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、凹部の底面に、実装部品に接触する凸部が形成されているので、凸部で実装部品を下方から押さえて安定して支持することができ、信頼性を向上させることができる。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記凹部の底面に、前記実装部品に接触する部品保護シートが設置されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、凹部の底面に、実装部品に接触する部品保護シートが設置されているので、部品保護シートで実装部品を下方から押さえて安定して支持することができ、信頼性を向上させることができる。なお、部品保護シートを設けても、凹部内だけであるため、全体の厚さが増えず、アンテナ性能への影響も最低限に抑えられる。

第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記基板本体の裏面に、裏面保護シートが貼り付けられていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、基板本体の裏面に、裏面保護シートが貼り付けられているので、ケース等に基板本体が直接接触せずに信頼性を向上させることができる。なお、基板本体の裏面には実装部品が無いため、裏面保護シートを薄くすることができると共に、アンテナ性能への影響も最小限に抑えられる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記実装部品が、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成され前記アンテナエレメントに接触した状態で前記凹部内に設けられていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、実装部品が、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成されアンテナエレメントに接触した状態で凹部内に設けられているので、アンテナエレメントが凹部内の誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料に接触していることで、波長短縮効果が得られ、小型化や高性能化を図ることが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、補強板が、基板本体の表面に貼り付けられると共に表面に実装部品を収納する凹部が形成されているので、落下による直接的な衝撃等を受け難く、高い信頼性を確保することができると共に、アンテナ性能の劣化を最小限に抑えつつ薄型化を図ることができる。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態において、補強板の貼り付け前（ａ）と貼り付け後（ｂ）の状態を示す斜視図である。 第１実施形態において、実装部品が設置された基板本体を示す平面図（ａ）と、補強板を示す平面図（ｂ）である。 第１実施形態において、アンテナ装置を示す平面図である。 第１実施形態において、補強板の貼り付け前（ａ）と貼り付け後（ｂ）の状態を断面で示す説明図である。 第１実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）、底面図（ｄ）及び背面図（ｅ）である。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す斜視図（ａ）及び概念的な断面図（ｂ）である。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態を示す概念的な断面図である。 本発明に係るアンテナ装置の第４実施形態を示す概念的な断面図である。 本発明に係るアンテナ装置の第５実施形態において、補強板の貼り付けを示す説明図である。 第５実施形態において、補強板の貼り付け前（ａ）と貼り付け後（ｂ）の状態を断面で示す説明図である。 本発明に係るアンテナ装置の従来例を示す斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置の従来例において、保護用のシートを貼り付けた状態（ａ）と保護用の樹脂で覆った状態（ｂ）とを示す概念的な断面図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１から図３に示すように、絶縁性の基板本体２と、基板本体２の表面に銅箔等の金属箔でパターン形成されたアンテナエレメント３と、アンテナエレメント３に接続された実装部品４Ａ，４Ｂと、基板本体２を支持する絶縁性の補強板５とを備えている。
また、このアンテナ装置１は、基板本体２の表面に補強板５が貼り付けられていると共に、基板本体２が貼り付けられた補強板５の面に実装部品４Ａ，４Ｂを収納する凹部５ａ，５ｂが形成されている。

上記基板本体２は、薄い基板であって、本実施形態ではフレキシブル基板を採用している。なお、他の基板として、ガラスエポキシ樹脂等からなる薄いプリント基板を採用しても構わない。
上記アンテナエレメント３は、図２の（ａ）に示すように、例えば逆Ｌ字状にパターン形成されており、途中に誘電体アンテナのアンテナ素子である実装部品４Ａと、インダクタ等の受動素子である実装部品４Ｂとが半田材等で実装されて接続されている。すなわち、実装部品４Ａ，４Ｂをエレメントの一部として接続している。なお、アンテナエレメント３の形状は、上記パターン形状の他に種々の形状が採用可能であると共に、実装部品４Ａ，４Ｂの接続位置や実装数も種々のものが採用可能である。

なお、実装部品４Ａとして実装するアンテナ素子としては、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図５に示すように、セラミックス等の誘電体１２１の表面にＡｇ等の導体パターン１２２が形成されたチップアンテナが採用可能である。このアンテナ素子は、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン等が異なる素子を選択しても構わない。また、所望の周波数によっては、アンテナ素子に使用している誘電体１２１を、磁性体、若しくは誘電体と磁性体とを混合した複合材料としても構わない。

また、実装部品４Ｂとして実装する受動素子としては、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線が採用される。
なお、アンテナエレメント３への給電方法としては、アンテナエレメント３の一部（給電点）に給電用のパッド部を設け、板状金属等によるバネ接点を介してパッド部と回路基板（図示略）とを電気的に接続して給電したり、ピンプローブによって給電点に接続して給電したり、同軸ケーブルによって給電点に接続して給電したりする方法が採用可能である。

上記補強板５は、例えば樹脂材で形成されており、凹部５ａ，５ｂは収納する実装部品４Ａ，４Ｂの形状に対応して形成されている。すなわち、本実施形態では、チップ状の実装部品４Ａ，４Ｂに対応した断面矩形状の凹部５ａ，５ｂが形成されている。
なお、補強板５を構成する材料として、樹脂材の他に、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料などの絶縁材料を用いても構わない。この場合、アンテナエレメント３が、補強板５の誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料に接触していることで、波長短縮効果などが得られ、小型化や薄型化を図ることが可能になる。

本実施形態のアンテナ装置１を作製するには、図４の（ａ）に示すように、実装部品４Ａ，４Ｂがアンテナエレメント３に実装された基板本体２をひっくり返して表面側を下側にし、図４の（ｂ）に示すように、補強板５の表面に貼り付ける。なお、図４を含む以下の断面図では、アンテナエレメント３が薄膜であるため、図示を省略している。
上記貼り付けの際、基板本体２の表面（下面）と補強板５の表面（上面）とは、両面テープ又は接着材を用いて接着、固定する。なお、この際の両面テープとしては、弾力性のあるポリウレタン系、ポリエチレン系の基材にアクリル系の粘着剤を塗布したもの等が採用可能である。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、基板本体２が貼り付けられた補強板５の面に実装部品４Ａ，４Ｂを収納する凹部５ａ，５ｂが形成されているので、実装部品４Ａ，４Ｂが凹部５ａ，５ｂ内に収納されて表面に露出しないことで、落下による直接的な衝撃等を実装部品４Ａ，４Ｂが受け難く、高い信頼性を確保することができる。また、実装部品４Ａ，４Ｂによる厚みの増大がなく、薄型化を図ることができると共に、余分な保護材が不要になり、アンテナ性能の劣化を最小限に抑えることができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２から第５実施形態について、図６から図１０を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、基板本体２の裏面には特に何も設けていないのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１は、図６に示すように、基板本体２の裏面に、裏面保護シート２２が貼り付けられている点である。
この裏面保護シート２２は、絶縁性の柔軟な保護テープであって、例えばテフロン（登録商標）、フッ素樹脂等の粘着テープや、ポリエステルの基材にアクリル系の粘着剤を塗布したテープ等が採用可能である。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１では、基板本体２の裏面に、裏面保護シート２２が貼り付けられているので、ケース１０１に基板本体２が直接接触せずに信頼性を向上させることができる。なお、基板本体２の裏面には実装部品４Ａ，４Ｂが無いため、裏面保護シート２２を薄くすることができると共に、アンテナ性能への影響も最小限に抑えられる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、凹部５ａ，５ｂの底面が平坦面であるのに対し、第３実施形態のアンテナ装置３１は、図７に示すように、補強板３５に形成された凹部５ａ，５ｂの底面に、実装部品４Ａ，４Ｂに接触する凸部３５ａが形成されている点である。
この第３実施形態では、実装部品４Ａ，４Ｂの高さよりも凸部３５ａの分だけ深く凹部５ａ，５ｂを形成し、実装部品４Ａ，４Ｂが凹部５ａ，５ｂ内に収納された状態で、凸部３５ａの上部が実装部品４Ａ，４Ｂに当接するように設定されている。

上記凸部３５ａは、凹部５ａ，５ｂと共に樹脂の一体成形で形成される。なお、凸部３５ａは各凹部５ａ，５ｂに１つだけに限らず、複数形成しても構わない。
このように第３実施形態のアンテナ装置３１では、凹部５ａ，５ｂの底面に、実装部品４Ａ，４Ｂに接触する凸部３５ａが形成されているので、凸部３５ａで実装部品４Ａ，４Ｂを下方から押さえて安定して支持することができ、信頼性を向上させることができる。

次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、凹部５ａ，５ｂ内には実装部品４Ａ，４Ｂだけが収納されているのに対し、第４実施形態のアンテナ装置４１は、図８に示すように、凹部５ａ，５ｂの底面に、実装部品４Ａ，４Ｂに接触する部品保護シート４２が設置されている点である。すなわち、第３実施形態では、凹部５ａ，５ｂの底面と実装部品４Ａ，４Ｂとの間に部品保護シート４２が介在している。

また、実装部品４Ａ，４Ｂの高さよりも部品保護シート４２の厚み分だけ深く凹部５ａ，５ｂを形成し、実装部品４Ａ，４Ｂが凹部５ａ，５ｂ内に収納された状態で、部品保護シート４２の上部が実装部品４Ａ，４Ｂに当接するように設定されている。
この部品保護シート４２は、絶縁性の柔軟な保護テープであって、例えばテフロン（登録商標）、フッ素樹脂等の粘着テープや、ポリエステルの基材にアクリル系の粘着剤を塗布したテープ等が採用可能である。

このように、第４実施形態のアンテナ装置４１では、凹部５ａ，５ｂの底面に、実装部品４Ａ，４Ｂに接触する部品保護シート４２が設置されているので、部品保護シート４２で実装部品４Ａ，４Ｂを下方から押さえて安定して支持することができ、信頼性を向上させることができる。なお、部品保護シート４２を設けても、凹部５ａ，５ｂ内だけであるため、全体の厚さが増えず、アンテナ性能への影響も最低限に抑えられる。

次に、第５実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、アンテナエレメント３に固定されたアンテナ素子や受動素子が実装部品４Ａ，４Ｂとして用いられているのに対し、第５実施形態のアンテナ装置５１は、図９及び図１０に示すように、実装部品５２が、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成され、アンテナエレメント５３に接触した状態で凹部５ａ，５ｂ内に設けられている点である。
すなわち、第５実施形態では、凹部５ａ，５ｂ内に誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成されたチップ状の実装部品５２が埋め込まれており、その上面がアンテナエレメント５３の所定箇所に面接触している。

また、第１実施形態のアンテナエレメント３は、途中に実装部品４Ａ，４Ｂを実装するために、分断されているのに対し、第５実施形態のアンテナエレメント５３では、連続した逆Ｌ字状に延在している。
上記実装部品５２とされる誘電体としては、セラミックス、ガラス等による一般的な誘電体材料が採用可能である。なお、用途に応じて小型化と低コスト化とを両立させるために、比誘電率として４以上の誘電体材料であることが望ましい。
また、実装部品５２とされる磁性体材料としては、フェライト等の一般的な磁性体材料が採用可能である。

このように第５実施形態のアンテナ装置５１では、実装部品５２が、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成されアンテナエレメント５３に接触した状態で凹部５ａ，５ｂ内に設けられているので、アンテナエレメント５３が凹部５ａ，５ｂ内の誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料（実装部品５２）に接触していることで、波長短縮効果が得られ、小型化や高性能化を図ることが可能になる。

１，２１，３１，４１，５１…アンテナ装置、２…基板本体、３，５３…アンテナエレメント、４Ａ，４Ｂ，５２…実装部品、５，３５，１０５…補強板、５ａ，５ｂ…凹部、２２…裏面保護シート、３５ａ…凸部、４２…部品保護シート

Claims (5)

1. 絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントに接続された実装部品と、前記基板本体を支持する絶縁性の補強板とを備え、
   前記基板本体の表面に前記補強板が貼り付けられていると共に、前記基板本体が貼り付けられた前記補強板の面に前記実装部品を収納する凹部が形成され、
   前記基板本体が、フレキシブル基板又はプリント基板であり、
   前記補強板が、波長短縮効果を有する誘電体、磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成され、
   前記アンテナエレメントが、前記補強板に接触していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記凹部の底面に、前記実装部品に接触する凸部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記凹部の底面に、前記実装部品に接触する部品保護シートが設置されていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記基板本体の裏面に、裏面保護シートが貼り付けられていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記実装部品が、誘電体，磁性体材料又はこれらを混合した複合材料で形成され前記アンテナエレメントに接触した状態で前記凹部内に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。

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