JP6749061B2 - アンテナ基板 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ基板に関する。

近時、信号用の電磁波を送受信するためのアンテナ基板の開発が行われている。アンテナ基板は、電子機器同士の間の無線通信、あるいは車載用の障害物検知装置等に用いられている。特許文献１には、アンテナ基板は、スペーサと２つの実装基板とを備えており、スペーサの上方と下方とにそれぞれ実装基板が一つずつ配置されて構成されていることが記載されている。

特開２００４−３２７６４１号公報

本開示のアンテナ基板は、キャップ基板と、フレーム基板と、ベース基板と、を備えている。キャップ基板は、第１の絶縁層、第１の絶縁層の上下両面に第１の絶縁層を介して互いに対向する状態で縦横の並びに位置する複数の第１のアンテナ用導体、および第１の絶縁層の下面の外周縁に位置する第１の接続パッドを含んでいる。フレーム基板は、第２の絶縁層、第２の絶縁層の上面の外周縁に位置する第２の接続パッド、および第２の絶縁層の下面の外周縁に位置する第３の接続パッドを含んでいる。ベース基板は、第３の絶縁層、第３の絶縁層の上面に位置する複数の第２のアンテナ用導体、および第３の絶縁層の上面の外周縁に位置する第４の接続パッドを含んでいる。第１の接続パッドと第２の接続パッドとが互いに接続され、第３の接続パッドと第４の接続パッドとが互いに接続されて、ベース基板とフレーム基板とキャップ基板とが順次積層されている。第２の絶縁層は、上面視において第１のアンテナ用導体の外周よりも外側に位置する外周を有する第１の開口部を有している。第１の開口部は、第１のアンテナ用導体の外周を囲む状態に位置している。

図１Ａは、本開示のアンテナ基板の第１の実施形態例を示す概略上面図である。 図１Ｂは、図１Ａに示すＸ−Ｘ間を通る概略断面図である。 図２は、本開示のアンテナ基板の第２の実施形態例を示す概略上面図である。 図３は、本開示のアンテナ基板の第３の実施形態例を示す概略上面図である。

図１Ａおよび図１Ｂを基にして本開示のアンテナ基板Ａの実施形態の一例を説明する。図１Ａは、本開示のアンテナ基板Ａの実施形態例を示す上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＸ−Ｘ間を通る断面図である。

アンテナ基板Ａは、キャップ基板１０と、フレーム基板２０と、ベース基板３０とを備えている。アンテナ基板Ａは、キャップ基板１０、フレーム基板２０およびベース基板３０の順に、上から順次積層された積層体（符号なし）を含んでいる。積層体は、アンテナ基板Ａの機械的な強度を確保している。

キャップ基板１０は、第１の絶縁層１１、第１のアンテナ用導体１２、第１の接続パッド１３、およびソルダーレジスト層１４を有している。

複数の第１のアンテナ用導体１２が、第１の絶縁層１１の上下面の中央部に形成されている。第１のアンテナ用導体１２は、第１の絶縁層１１を介して互いに対向する状態で縦横の並びに配置されている。つまり、上面視において第１のアンテナ用導体１２が、第１の絶縁層１１の上下面に複数重なった状態で形成されている。この例において、第１の絶縁層１１の上面の複数の第１のアンテナ用導体１２と、第１の絶縁層１１の下面の複数の第１のアンテナ用導体１２と、のうち第１の絶縁層１１を介して互いに対向し合うものは、互いに同じ形状および寸法で形成されている。

複数の第１の接続パッド１３が、第１の絶縁層１１の下面の外周縁に形成されている。さらに、ソルダーレジスト層１４が、第１の絶縁層１１の上下面の外周縁に形成されている。第１の接続パッド１３は、ソルダーレジスト層１４に設けられた開口部１４ａ内に露出している。

フレーム基板２０は、第２の絶縁層２１、第２の接続パッド２２、第３の接続パッド２３、およびソルダーレジスト層２４を有している。

第２の絶縁層２１は、上面視において第１のアンテナ用導体１２の外周よりも外側に位置する外周を有する第１の開口部２６を含む。言い換えれば、複数の第１の開口部２６が、第２の絶縁層２１に設けられている。複数の第１の開口部２６のそれぞれは、上から見たときに（上面透視において）第１のアンテナ用導体１２をそれぞれの内側に収まるように配置されている。第１の開口部２６は、キャップ基板１０とベース基板３０とに挟まれてキャビティ１６となる。キャビティ１６は、第１のアンテナ用導体１２と第２のアンテナ用導体３２との間における信号用の電磁波を送受信するための経路として機能する。第１のアンテナ用導体１２と第２のアンテナ用導体３２との間隔は、第２の絶縁層２１の厚みを調整することによって、信号用の電磁波を送受信するために最適な間隔に調整することができる。

複数の第２の接続パッド２２が、第２の絶縁層２１の上面の外周縁に形成されている。複数の第３の接続パッド２３が、第２の絶縁層２１の下面の外周縁に形成されている。さらに、ソルダーレジスト層２４が、第２の絶縁層２１の上下面の外周縁に形成されている。第２の接続パッド２２は、ソルダーレジスト層２４に設けた開口部２４ａ内に露出している。第３の接続パッド２３は、ソルダーレジスト層２４に設けた開口部２４ｂ内に露出している。第２の接続パッド２２と第１の接続パッド１３とは、半田１５を介して接続されている。第１の接続パッド１３および第２の接続パッド２２は、キャップ基板１０とフレーム基板２０とを物理的に接続するのみならず、電気的に接続することも可能である。これにより、キャップ基板１０が、フレーム基板２０の上に積層されている。

ベース基板３０は、第３の絶縁層３１、第２のアンテナ用導体３２、導体層３３、第４の接続パッド３４、電極３５、およびソルダーレジスト層３６を有している。

複数の第２のアンテナ用導体３２が、第３の絶縁層３１の上面に配置されている。第２のアンテナ用導体３２は、第１のアンテナ用導体１２に対向する位置に配置されている。上記のように、第１の開口部２６は、第１のアンテナ用導体１２に対応して設けられている。このため、キャビティ１６内において、各々の第２のアンテナ用導体３２が、第１のアンテナ用導体１２と空間（キャビティ１６内の空気等）を挟んで直接に対向し合っている。第３の絶縁層３１は、上下に貫通する複数のスルーホール３７を有している。

導体層３３が、第３の絶縁層３１の表面、およびスルーホール３７の内側に形成されている。導体層３３の一部は、第２のアンテナ用導体３２と接続されている。

複数の第４の接続パッド３４が、第３の絶縁層３１の上面の外周縁に形成されている。第４の接続パッド３４は、第３の接続パッド２３と半田１５を介して接続されている。これにより、フレーム基板２０が、ベース基板３０の上に積層されている。第３の接続パッド２３および第４の接続パッド３４は、フレーム基板２０とベース基板３０とを物理的に接続するのみならず電気的に接続することも可能である。

複数の電極３５が、第３の絶縁層３１の下面に形成されている。電極３５は、外部電気基板の電極と半田とを介して接続される。これにより、アンテナ基板Ａが、外部電気基板と電気的に接続される。

ソルダーレジスト層３６が、第３の絶縁層３１の上下面の一部に形成されている。ソルダーレジスト層３６は、第４の接続パッド３４を露出する開口部３６ａを有している。ソルダーレジスト層３６は、電極３５を露出する開口部３６ｂを有している。

このように、アンテナ基板Ａは、ベース基板３０の上方にフレーム基板２０とキャップ基板１０とを順次積層する態様で構成されている。

アンテナ基板Ａは、例えば次のような機能を有している。

まず、外部電気基板から送信された信号が、電極３５および導体層３３を介して第２のアンテナ用導体３２に伝送される。

次に、信号の供給を受けた第２のアンテナ用導体３２が、電磁波を放射する。

次に、放射された電磁波がキャビティ１６内を伝播して、第１の絶縁層１１の下面側の第１のアンテナ用導体１２および上面側の第１のアンテナ用導体１２に順次伝播する。

そして、上面側の第１のアンテナ用導体１２が、外部に向けて電磁波を放射する。あるいは、第１のアンテナ用導体１２が、外部から受信した電磁波を上記とは逆の順路をたどって外部電気基板に信号として送信する機能を有している。

このため、アンテナ基板Ａにおいては、キャビティ１６を形成する第１の開口部２６の外周は、第１のアンテナ用導体１２の外周よりも外側に位置するように配置して電磁波の送受信のための経路を確保することが必要である。アンテナ基板Ａにおいては、第１のアンテナ用導体１２と第２のアンテナ用導体３２との間隔が、一定に保持されることによって両者の間で安定した電磁波の送受信を行うことが可能になる。

キャップ基板１０とフレーム基板２０との接続部の隙間、およびフレーム基板２０とベース基板３０との接続部の隙間は、封止樹脂３８が充填されている。封止樹脂３８は、キャップ基板１０とフレーム基板２０とベース基板３０とを強固に接合する。さらに、封止樹脂３８は、隙間からキャビティ１６内に水分、あるいは異物等が浸入することを低減する。これにより、キャビティ１６内の第２のアンテナ用導体３２が、外部環境から保護される。

第１〜第３の絶縁層１１、２１、３１は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂、あるいはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものを加熱加圧下において平坦に熱硬化した電気絶縁材料から成る。

第１の開口部２６は、例えばドリル加工で形成されている。ドリル加工によって、第１の開口部２６を円形状に加工することによって、位置精度の向上、あるいは加工速度の向上を図ることが可能になる。

スルーホール３７は、例えばドリル加工、レーザー加工、あるいはブラスト加工により形成されている。

第１および第２のアンテナ用導体１２、３２、第１〜第４の接続パッド１３、２２、２３、３４、および導体層３３は、例えば周知のめっき技術により銅めっき等の良導電性金属により形成されている。

ソルダーレジスト層１４、２４、３６は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂を絶縁層表面に被着させて、露光および現像により所定のパターンに形成された電気絶縁材料から成る。

キャップ基板１０とフレーム基板２０とベース基板３０との接続は、例えば次のようにして行なわれる。

まず、第１の接続パッド１３および第２の接続パッド２２の少なくともいずれか、および第３の接続パッド２３および第４の接続パッド３４の少なくともいずれかに半田１５を溶着させる。

次に、第１の接続パッド１３と第２の接続パッド２２、および第３の接続パッド２３と第４の接続パッド３４とが対向する状態で、ベース基板３０の上にフレーム基板２０を載置するとともにフレーム基板２０の上にキャップ基板１０を載置する。

次に、リフロー処理により半田１５を溶融させた後、冷却して固着させる。これにより、キャップ基板１０とフレーム基板２０とベース基板３０とが半田１５により接続される。

最後に、キャップ基板１０とフレーム基板２０との接続部の隙間、およびフレーム基板２０とベース基板３０との接続部の隙間に、例えば熱硬化性の封止樹脂３８を充填して熱硬化させる。これにより、キャップ基板１０とフレーム基板２０とベース基板３０とが強固に接合される。

上述のように、本例のアンテナ基板Ａにおいては、第２の絶縁層２１が、上面視において第１のアンテナ用導体１２の外周よりも外側に位置する外周を有する、例えば円形状の第１の開口部２６を有している。このため、第１の開口部２６等の開口部を高密度に配置する必要があるアンテナ基板（例えばこの実施形態のアンテナ基板Ａ）においても、隣接する第１の開口部２６同士の間隔が細くなる部分が、従来のアンテナ基板よりも少なくなる。この場合、第１の絶縁層１１のうち、個々の第１のアンテナ用導体１２を囲む第１の開口部２６の周囲の部分が、アンテナ基板Ａの機械的な強度を向上させる機能を有している。このため、キャビティ１６が高密度に配置される場合であっても、アンテナ基板Ａの変形が低減される。その結果、第１のアンテナ用導体１２と第２のアンテナ用導体３２との間隔が一定に保たれる。これにより、高機能かつ小型のアンテナ基板Ａを提供することができる。本開示は、互いに隣接する第１のアンテナ用導体１２同士が、図１Ａに示すように各々の角部を対向させる状態に配置されているような場合に特に有効である。

つまり、本開示のアンテナ基板Ａによれば、第２の絶縁層２１は、上面視において第１のアンテナ用導体１２の外周よりも外側に位置する外周を有する第１の開口部２６を有している。そして、第１の開口部２６は、第１のアンテナ用導体１２の外周を個々に囲む状態に配置されている。このため、隣接する第１の開口部２６同士の間隔が細くなる部分が、従来の配線基板よりも少なくなる。これにより、フレーム基板２０の剛性を保持してアンテナ基板Ａの変形を低減し、且つキャビティ１６を高密度に配置することが可能になる。その結果、キャビティ１６の変形を防ぐことができ、第１のアンテナ用導体１２と第２のアンテナ用導体３２との間隔を一定に保ち、良好な信号用電波の送受信が可能な高機能かつ小型のアンテナ基板Ａを提供することができる。

本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変更、あるいは改良が可能である。例えば、図２に示すように第２の絶縁層２１が、第１の開口部２６同士をつなぐ連結部２７を備えていても構わない。連結部２７は、第２の絶縁層２１を厚み方向に貫通している。連結部２７は、第１の開口部２６の加工性向上等に資することがある。連結部２７の外径（連結部２７が延びる方向に対して直交する方向における連結部２７の幅）は、この方向における第１の開口部２６の外径もしくは直径よりも小さい。

上述の実施形態の一例では、第２の絶縁層２１に第１の開口部２６のみが形成されている場合を示したが、図３に示すように第２の絶縁層２１において、第１の開口部２６同士の間、および第１の開口部２６と第２の絶縁層２１の外周との間に、第２の開口部２８を形成しても構わない。さらに、第２の開口部２８は、第１の開口部２６同士の間だけに形成してもよく、第１の開口部２６と第２の絶縁層２１の外周との間だけに形成しても構わない。第２の開口部２８は、連結部２７にはつながらない状態で配置される。第２の開口部２８の大きさは、第１の開口部の大きさ以上でも構わない。さらに、第２の開口部２８の形状は、円形状のみならず多角形状、長円形状、あるいは楕円形状であっても構わない。第２の開口部２８の形状は、円形状、多角形状、長円形状、および楕円形状の開口部に、切欠き等を設けた形状としても構わない。第２の開口部２８は、第２の絶縁層２１の剛性のバランスをとることで、アンテナ基板Ａの変形を更に低減する機能を有している。

例えば、上述の実施形態の一例では、第１の開口部２６の形状が、上記のドリル加工等の孔あけ加工が容易な円形状である例を示したが、第１の開口部２６の形状が、第１のアンテナ用導体１２の形状と相似形状であっても構わない。このようにすることで、隣接する第１の開口部２６同士の間隔が細くなる部分が、さらに少なくなる。このため、第２の絶縁層２１の剛性が向上することでアンテナ基板Ａの変形が、更に低減されることになる。

１０ キャップ基板
１１ 第１の絶縁層
１２ 第１のアンテナ用導体
１３ 第１の接続パッド
２０ フレーム基板
２１ 第２の絶縁層
２２ 第２の接続パッド
２３ 第３の接続パッド
２６ 第１の開口部
３０ ベース基板
３１ 第３の絶縁層
３２ 第２のアンテナ用導体
３４ 第４の接続パッド
Ａ アンテナ基板

Claims (8)

1. 第１の絶縁層、該第１の絶縁層の上下両面に該第１の絶縁層を介して互いに対向する状態で縦横の並びに位置する複数の第１のアンテナ用導体、および前記第１の絶縁層の下面の外周縁に位置する第１の接続パッドを有するキャップ基板と、
   第２の絶縁層、該第２の絶縁層の上面の外周縁に位置する第２の接続パッド、および前記第２の絶縁層の下面の外周縁に位置する第３の接続パッドを有するフレーム基板と、
   第３の絶縁層、該第３の絶縁層の上面に配設された複数の第２のアンテナ用導体、および前記第３の絶縁層の上面の外周縁に位置する第４の接続パッドを有するベース基板と、を備えているとともに、
   前記第１の接続パッドと前記第２の接続パッドとが互いに接続され、
   前記第３の接続パッドと前記第４の接続パッドとが互いに接続されて、前記ベース基板と前記フレーム基板と前記キャップ基板とが順次積層されており、
   前記第２の絶縁層は、上面視において前記第１のアンテナ用導体の外周よりも外側に位置する外周を有する複数の第１の開口部を有し、該第１の開口部は、前記第１のアンテナ用導体の外周を囲む状態に位置していることを特徴とするアンテナ基板。
2. 前記第１の開口部同士の間に、該第１の開口部同士をつなぐ連結部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
3. 前記第１の開口部が、円形状であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のアンテナ基板。
4. 前記第２の絶縁層は、前記第１の開口部同士の間、および前記第１の開口部と前記第２の絶縁層の外周との間の少なくともいずれかに、第２の開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
5. 前記第２の開口部が、円形状であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ基板。
6. 前記第１の絶縁層の上面の複数の前記第１のアンテナ用導体と、前記第１の絶縁層の下面の複数の前記第１のアンテナ用導体と、のうち第１の絶縁層を介して互いに対向し合うものは、互いに同じ形状および寸法であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
7. 前記第１の開口部は、前記キャップ基板と前記ベース基板とに挟まれてキャビティとなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
8. 前記第１の開口部は、前記第１のアンテナ用導体の外周を個々に囲む状態に位置していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。