JP7063418B2 - アンテナ設置構造、および、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、平面状のアンテナを他の部材に設置するアンテナ設置構造、および、この構造を備える電子機器に関する。

特許文献１には、アンテナ基板を備える通信機器が開示されている。特許文献１に記載の通信機器では、アンテナ基板は、筐体の一主面に設置されている。アンテナ基板は、誘電体基板と、この誘電体基板の一面に形成されたアンテナ導体とを備える。

アンテナ基板におけるアンテナ導体が形成された面は、前記筐体の一主面に対して平行に配置される。そして、アンテナ基板は、アンテナ導体が形成された面を筐体側に向けて、筐体に設置されている。

特開２０１２－２３１３８６号公報

特許文献１に記載のように、アンテナ基板を筐体に設置する場合、仮固定が容易であり、設置作業が容易である等の理由から、両面テープを用いることが、容易である。

しかしながら、両面テープは、ハンドリングし易い反面、樹脂の流動が乏しく、アンテナ基板との接着面に空隙を含み易い。このように、空隙を有する場合、その空隙量によって、アンテナ導体の電界の状態が変化し、アンテナの特性が変化してしまうことがある。

特に、アンテナ基板に両面テープが接着する面に、アンテナ導体とグランド導体が配置される場合、アンテナ導体とグランド導体との間の空隙量によって、アンテナの特性が変化してしまう。

したがって、本発明の目的は、アンテナ特性の変化を抑制した、アンテナ設置構造を提供することにある。

この発明のアンテナ設置構造は、アンテナ基板、絶縁体層、および、接合材を備える。

アンテナ基板は、第１主面と第２主面とを有する誘電体基材と、第１主面に形成され、互いに離間するアンテナ導体およびグランド導体と、を備える。絶縁体層は、アンテナ基板の第１主面に当接する。接合材は、絶縁体層と他の部品との間に配置され、絶縁体層と他の部品とに当接する。絶縁体層の空隙率は、接合材の空隙率よりも低い。

この構成では、空隙率が低い絶縁体層がアンテナ基板に当接することによって、アンテナ導体とグランド導体との間の結合の変化が抑制される。これにより、アンテナ特性は、変化し難い。

この発明によれば、アンテナ特性の変化を抑制しながら、アンテナを筐体等に設置できる。

図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図であり、図１（Ｂ）は、アンテナ基板、絶縁体層、接合材の当接部の拡大側面図である。 図２（Ａ）は、アンテナ基板の第１主面図であり、図２（Ｂ）は、アンテナ基板の側面断面図であり、図２（Ｃ）は、アンテナ基板の第２主面図である。 図３は、第２の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。 図４は、第２の実施形態に係るアンテナ基板の構成を示す側面断面図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るアンテナ設置構造および電子機器について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図であり、図１（Ｂ）は、アンテナ基板、絶縁体層、接合材の当接部の拡大側面図である。図２（Ａ）は、アンテナ基板の第１主面図であり、図２（Ｂ）は、アンテナ基板の側面断面図であり、図２（Ｃ）は、アンテナ基板の第２主面図である。なお、他の実施形態も含め、各図における、各構成要素の寸法等は、説明を分かり易くするために適宜強調している。

図１（Ａ）に示すように、電子機器１０は、アンテナ基板２０、絶縁体層３０、接合材４０、回路基板５０、および、筐体１００を備える。

筐体１００は、箱状であり、内部空間を有する。筐体１００は、所定面積の放射側壁１０１を有する。筐体１００の放射側壁１０１におけるアンテナ基板２０に重なる部分は、非導体からなる。例えば、この部分は、誘電体、絶縁体等からなる。

アンテナ基板２０、絶縁体層３０、接合材４０、および、回路基板５０は、筐体１００の内部空間に配置されている。アンテナ基板２０の具体的な構成は、後述する。絶縁体層３０は、平膜状であり、例えば、エポキシ樹脂によって形成されている。接合材４０は、平膜状であり、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を含んで形成されている。

アンテナ基板２０は、筐体１００の放射側壁１０１の内壁面に、接合材４０、絶縁体層３０を介して、接合されている。より具体的には、放射側壁１０１の内壁面には、平膜状の接合材４０が当接する。接合材４０における放射側壁１０１への当接面と反対側の面には、絶縁体層３０が当接する。絶縁体層３０における接合材４０への当接面と反対側の面には、アンテナ基板２０が当接する。言い換えれば、絶縁体層３０は、アンテナ基板２０の第１主面側の全面を覆い、接合材４０は、絶縁体層３０におけるアンテナ基板２０への当接面と反対側の面の全面を、放射側壁１０１に接合する。これらアンテナ基板２０、絶縁体層３０、および、接合材４０によって、アンテナ設置構造１１が構成される。

回路基板５０は、例えば、筐体１００における放射側壁１０１と反対側の壁に設置されている。回路基板５０は、主基板５１、電子部品５２、および、ピンコネクタ５３を備える。電子部品５２およびピンコネクタ５３は、回路基板５０に実装されている。回路基板５０は、ピンコネクタ５３を介して、アンテナ基板２０に接続する。

アンテナ基板２０は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、誘電体基材２１、アンテナ導体２２、グランド導体２３、離間部２４、接続用導体２５、グランド導体２６、および、離間部２７を備える。誘電体基材２１は、例えば、フッ素樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を主成分とする材料からなる。アンテナ導体２２、グランド導体２３、接続用導体２５、および、グランド導体２６は、例えば、金属からなり、銅（Ｃｕ）等の導電性が高く、加工性に優れる材料であることが好ましい。

誘電体基材２１は、平膜状の誘電体層２１１と誘電体層２１２とを積層してなり、平板状である。誘電体層２１１における誘電体層２１２との当接面と反対側の面が、誘電体基材２１の第１主面（アンテナ基板２０の第１主面）であり、誘電体層２１２における誘電体層２１１との当接面と反対側の面が、誘電体基材２１の第２主面（アンテナ基板２０の第２主面）である。

アンテナ導体２２およびグランド導体２３は、誘電体基材２１の第１主面に配置されている。アンテナ導体２２は、平面視して矩形である。グランド導体２３は、平面視して環状であり、アンテナ導体２２の外周端よりも外側に配置されている。グランド導体２３は、誘電体基材２１の第１主面の外周に沿って配置されている。グランド導体２３は、アンテナ導体２２を全周に亘って囲んでいる。すなわち、グランド導体２３は、アンテナ導体２２の外周の全周に亘って、導体が形成されていない離間部２４を挟んで配置されている。グランド導体２３を備えることによって、アンテナ導体２２の側方の不要な電磁界結合を抑制できる。

接続用導体２５およびグランド導体２６は、誘電体基材２１の第２主面に配置されている。接続用導体２５は、平面視して矩形である。接続用導体２５は、アンテナ導体２２よりも小面積であり、アンテナ導体２２に重なっている。接続用導体２５は、誘電体層２１２に形成された層間接続導体ＶＨ２１、および、誘電体層２１１に形成された層間接続導体ＶＨ１１を介して、アンテナ導体２２に接続している。上述のピンコネクタ５３は、この接続用導体２５に接続する。

グランド導体２６は、平面視して環状であり、接続用導体２５の外周端よりも外側に配置されている。グランド導体２６は、接続用導体２５を全周に亘って囲んでいる。すなわち、グランド導体２６は、接続用導体２５の外周の全周に亘って、導体が形成されていない離間部２７を挟んで配置されている。グランド導体２６は、誘電体層２１２に形成された層間接続導体ＶＨ２２、および、誘電体層２１１に形成された層間接続導体ＶＨ１２を介して、グランド導体２３に接続している。

このような構成では、アンテナ導体２２およびグランド導体２３の厚みによって、離間部２４は、凹部となる。この場合、従来の構成、すなわち、接合材をアンテナ基板２０に直接接合する構成では、離間部に空隙が生じ易く、接合状態に応じて空隙率も変化する。このため、従来の構成では、アンテナ特性の変化を抑制し難いという問題が生じる。

しかしながら、本実施形態の構成を用いることによって、この問題を解決できる。

具体的には、図１（Ｂ）に示すように、絶縁体層３０の空隙率を、接合材４０の空隙率よりも低くする。すなわち、絶縁体層３０は、接合材４０のように空隙４００を多く含む材料と異なる材料からなる。例えば、接合材４０がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）からなる場合、絶縁体層３０を、エポキシ樹脂、特に、液状のエポキシ樹脂を硬化させたものとする。

これにより、絶縁体層３０の空隙率は、接合材４０の空隙率よりも低くなる。特に液状のエポキシ樹脂を用いて、アンテナ基板２０の第１主面に、エポキシ樹脂を塗布して、硬化することで絶縁体層３０を形成する場合、図１（Ｂ）に示すように、絶縁体層３０は、離間部２４の隅々にまで充填される。言い換えれば、絶縁体層３０は、アンテナ導体２２の側面２２２、すなわち、アンテナ導体２２におけるグランド導体２３に対向する側面に密着する。同様に、絶縁体層３０は、グランド導体２３の側面２３２、すなわち、グランド導体２３におけるアンテナ導体２２に対向する側面に密着する。さらに、絶縁体層３０は、離間部２４によって露出するアンテナ基板２０の第１主面２０１に密着する。

したがって、アンテナ導体２２とグランド導体２３との間の比誘電率は、略、絶縁体層の比誘電率によって一意的に決まる。これにより、アンテナ導体２２とグランド導体２３との間の電磁界結合は安定し、アンテナ特性の変化を抑制できる。

以上のように、本実施形態の構成を備えることによって、アンテナ設置構造１１は、アンテナ特性の変化を抑制しながら、アンテナ基板２０を筐体１００に設置できる。

また、アンテナ設置構造１１は、絶縁体層３０の比誘電率を、接合材４０の比誘電率よりも低くすることが好ましい。これにより、さらにアンテナ特性の変化は、抑制される。更に好ましくは、アンテナ基板２０（導体パターンは除く）の比誘電率は絶縁体層３０の比誘電率よりも低く、絶縁体層３０の比誘電率は、接合材４０の比誘電率よりも低い。これによって、さらにアンテナ特性の変化は、抑制される。

また、この構成では、アンテナ基板２０は、グランド導体２３とグランド導体２６とを接続し、アンテナ基板２０の厚み方向に延びる層間接続導体を備える。これにより、アンテナ基板２０の強度を高めることができる。特に、グランド導体２３とグランド導体２６とを接続する層間接続導体は、アンテナ基板２０の外周に沿って、この外周の近傍に配置されている。これにより、破損の生じ易い外周部の強度を高めることができる。したがって、アンテナ基板２０の強度を、さらに高めることができる。

同様に、アンテナ基板２０は、アンテナ導体２２と接続用導体２５とを接続し、アンテナ基板２０の厚み方向に延びる層間接続導体を備える。これにより、アンテナ基板２０におけるアンテナ導体２２の剥離が生じ難く、アンテナ設置構造１１の信頼性は、さらに向上する。

なお、この構成の電子機器１０は、次に示す製造方法によって製造される。

まず、アンテナ導体２２およびグランド導体２３が形成された誘電体層２１１と、接続用導体２５およびグランド導体２６が形成された誘電体層２１２とを積層する。この際、誘電体層２１１においては、層間接続導体ＶＨ１１の元となる導電ペーストおよび層間接続導体ＶＨ１２の元となる導電ペーストが形成されている。また、誘電体層２１２においては、層間接続導体ＶＨ２１の元となる導電ペーストおよび層間接続導体ＶＨ２２の元となる導電ペーストが形成されている。そして、層間接続導体ＶＨ１１の箇所と層間接続導体ＶＨ２１の箇所とを重ね、層間接続導体ＶＨ１２の箇所と層間接続導体ＶＨ２２の箇所とを重ねて、誘電体層２１１と誘電体層２１２とを積層する。さらに、この積層体を加熱圧着することで、誘電体層同士の接合と層間接続導体の固化を行って、誘電体基材２１が形成され、アンテナ基板２０が形成される。

次に、アンテナ基板２０の第１主面に、液状の樹脂材料を、塗布、加熱、硬化することで、絶縁体層３０を形成する。

次に、絶縁体層３０におけるアンテナ基板２０への当接面と反対側の面に、両面テープ等の接合材４０を仮固定する。その後、接合材４０が仮固定されたアンテナ基板２０を、筐体１００の放射側壁１０１の内壁面に設置する。そして、接合材４０を加熱することで、接合材４０を硬化させる。なお、接合材４０の仮固定は、筐体１００の放射側壁１０１の内壁面に、先に行ってもよい。これにより、アンテナ基板２０を筐体１００に容易な作業で設置できる。

その後、ピンコネクタ５３が接続用導体２５に当接するように、回路基板５０が設置された筐体１００の一部を、筐体１００における放射側壁１０１を備える他の一部に重ね合わせる。これにより、電子機器１０は形成される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るアンテナ設置構造および電子機器について、図を参照して説明する。図３は、第２の実施形態に係る電子機器の構成を示す側面断面図である。図４は、第２の実施形態に係るアンテナ基板の構成を示す側面断面図である。

図３、図４に示すように、第２の実施形態に係る電子機器１０Ａは、第１の実施形態に係る電子機器１０に対して、アンテナ基板２０Ａの構成において異なる。電子機器１０Ａの他の構成は、電子機器１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

アンテナ基板２０Ａは、配線導体２８を備える。配線導体２８は、誘電体基材２１Ａにおける第１主面と第２主面との間の所定層に配置されている。

配線導体２８は、帯状（所定の幅を有する線状）の導体である。配線導体２８の延びる方向の一方端は、平面視して（第１主面に直交する方向に視て）、アンテナ導体２２に重なっている。配線導体２８の延びる方向の一方端は、層間接続導体ＶＨ１Ａを介して、アンテナ導体２２に接続している。配線導体２８の延びる方向の他方端は、平面視して、接続用導体２５に重なっている。配線導体２８の延びる方向の他方端は、層間接続導体ＶＨ３Ａを介して、接続用導体２５に接続している。

グランド導体２３Ａ、および、グランド導体２６Ａは、配線導体２８を間に挟むように、配置されている。グランド導体２３Ａとグランド導体２６Ａとは、層間接続導体ＶＨ２Ａによって接続されている。これにより、アンテナ基板２０Ａは、アンテナ導体２２と異なる部分においてストリップ線路を備える。

そして、このストリップ線路が形成される領域において、アンテナ基板２０Ａは、曲げ部Ｒｃを有する。曲げ部Ｒｃは、図３、図４に示すように、アンテナ基板２０Ａの第１主面および第２主面を湾曲させる構造である。曲げ部Ｒｃは、絶縁体層３０が接合材４０により放射側壁１０１に接合されている部分とコネクタ６０に接続される部分との間に位置している。この曲げ部Ｒｃは、誘電体基材２１Ａに、上述の誘電体基材２１と同様の材料を用いること、すなわち、可撓性を有する材料を用いることによって、容易に実現できる。

このような構成であっても、電子機器１０Ａおよびアンテナ設置構造１１Ａは、上述のアンテナ設置構造を採用することによって、アンテナ特性の変化を抑制できる。また、この構成によって、回路基板５０Ａに対するアンテナ基板２０Ａの設置の自由度は、向上する。

また、層間接続導体ＶＨ２Ａが、グランド導体２３Ａにおけるアンテナ導体２２を囲む部分であって、曲げ部Ｒｃに近接する箇所に配置されている。これにより、曲げ部Ｒｃに生じる残留応力によって生じる、アンテナ導体２２の部分（アンテナ機能部）における各構成要素の剥離等（例えば、グランド導体２３Ａの剥離、層間剥離等）を抑制できる。そして、この破損によるアンテナ特性の変化や、断線等を抑制できる。

なお、第２の実施形態では、アンテナ基板２０Ａに実装されたコネクタ６０と、回路基板５０Ａに実装されたコネクタ５３Ａとを用いて、アンテナ基板２０Ａと回路基板５０Ａとを接続する態様を示した。しかしながら、接続用導体２５およびグランド導体２６Ａを、回路基板５０Ａのランド導体（図示を省略する）に、はんだ等によって直接接合してもよい。

また、アンテナ基板２０Ａは、絶縁性のカバーレイ２９１とカバーレイ２９２とを備える。カバーレイ２９１は、アンテナ基板２０Ａの第１主面側を覆う。カバーレイ２９１は、アンテナ基板２０Ａにおけるアンテナ導体２２に重ならない領域に配置されている。カバーレイ２９２は、アンテナ基板２０Ａの第２主面側を覆う。カバーレイ２９２は、アンテナ基板２０Ａの略全面に配置されている。この構成によって、アンテナ基板２０Ａは、曲げ部Ｒｃにおいて、カバーレイ２９１とカバーレイ２９２とを備える。したがって、アンテナ基板２０Ａは、曲げ部Ｒｃにおいて、グランド導体２３Ａおよびグランド導体２６Ａを保護できる。

さらに、図３に示すように、アンテナ基板２０Ａは、曲げ部Ｒｃのアンテナ導体２２側の端部において、カバーレイ２９１と絶縁体層３０とが重なっている。これにより、アンテナ基板２０Ａは、上述の残留応力による剥離を、さらに抑制できる。

１０、１０Ａ：電子機器
１１、１１Ａ：アンテナ設置構造
２０、２０Ａ：アンテナ基板
２１、２１Ａ：誘電体基材
２２：アンテナ導体
２３、２３Ａ、２６、２６Ａ：グランド導体
２４、２７：離間部
２５：接続用導体
２８：配線導体
３０：絶縁体層
４０：接合材
５０、５０Ａ：回路基板
５１：主基板
５２：電子部品
５３：ピンコネクタ
５３Ａ：コネクタ
６０：コネクタ
１００：筐体
１０１：放射側壁
２０１：第１主面
２１１、２１２：誘電体層
２２２：側面
２３２：側面
２９１、２９２：カバーレイ
４００：空隙
ＶＨ１１、ＶＨ１２、ＶＨ１Ａ、ＶＨ２１、ＶＨ２２、ＶＨ２Ａ、ＶＨ３Ａ：層間接続導体

Claims (8)

1. 第１主面と第２主面とを有する誘電体基材と、前記第１主面に形成され、互いに離間するアンテナ導体およびグランド導体と、を備えるアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板の前記第１主面に当接する絶縁体層と、
   前記絶縁体層と他の部品との間に配置され、前記絶縁体層と前記他の部品とに当接する接合材と、を備え、
   前記絶縁体層の空隙率は、前記接合材の空隙率よりも低い、
   アンテナ設置構造。
2. 前記絶縁体層の比誘電率は、前記接合材の比誘電率よりも低い、
   請求項１に記載のアンテナ設置構造。
3. 前記アンテナ導体の前記グランド導体に対向する面、前記グランド導体の前記アンテナ導体に対向する面、および、前記第１主面に囲まれる領域は、前記絶縁体層を充填している、
   請求項１または請求項２に記載のアンテナ設置構造。
4. 前記アンテナ基板は、
   前記グランド導体に接続するグランド用層間接続導体を、前記誘電体基材に備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
5. 前記アンテナ基板は、
   前記アンテナ導体に接続するアンテナ用層間接続導体を、前記誘電体基材に備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
6. 前記アンテナ基板は、前記絶縁体層を介して前記接合材に接合する部分と他の部分に、曲げ部を有する、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
7. 前記アンテナ基板の比誘電率は、前記絶縁体層の比誘電率よりも低く、
   前記絶縁体層の比誘電率は、前記接合材の比誘電率よりも低い、
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のアンテナ設置構造を備え、
   前記アンテナ基板に接続する回路基板を備え、
   前記他の部品は、前記アンテナ基板および前記回路基板を収容する筐体である、電子機器。

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