JP7231047B2 - 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、固定することが容易な反面、両面テープの材質によっては、アンテナ基板、特に、アンテナ基板のアンテナ導体との間で、線膨張係数の差が大きい。このため、両面テープを硬化する際に、アンテナ導体に応力が係り、アンテナ導体が誘電体基板から剥離することある。

したがって、本発明の目的は、アンテナ導体の剥離を抑制した、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主面に形成されたアンテナ導体と、を備える。絶縁体層は、アンテナ基板の第１主面に配置される。接合材は、絶縁体層と他の部品との間に配置され、硬化によって形成され、絶縁体層と他の部品を接合する。絶縁体層の線膨張係数は、接合材の線膨張係数よりも低く、アンテナ基板の線膨張係数よりも高い。

この構成では、接合材よりもアンテナ基板に線膨張係数が近い絶縁体層が、アンテナ基板と接合材との間に配置される。これにより、アンテナ導体の配置部における界面の線膨張係数差が小さくなり、アンテナ導体は剥がれ難くなる。

この発明によれば、アンテナ導体の剥離を抑制した、アンテナ設置構造を提供することにある。

図１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。 図５は、第３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。

（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（他の部品）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、主基板５１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に接続される。

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、または、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に接続されている。上述のピンコネクタ５３は、この接続用導体２５に接続される。

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に接続されている。

ここで、アンテナ基板２０、絶縁体層３０、および、接合材４０は、次に示すような線膨張係数の関係を有する。絶縁体層３０の線膨張係数は、アンテナ基板２０の線膨張係数、特に、アンテナ導体２２の線膨張係数よりも大きい。さらに、絶縁体層３０の線膨張係数は、接合材４０の線膨張係数よりも小さい。なお、ここでいう、接合材４０の線膨張係数は、硬化前の線膨張係数および硬化後の線膨張係数のいずれも含んでいる。なお、線膨張係数は、面内方向の線膨張係数である。

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とが好ましい。これによりアンテナ特性の変化を抑制することができる。更に好ましくは、アンテナ基板２０（導体を除く）の比誘電率が絶縁体層３０の比誘電率よりも低く、かつ、絶縁体層３０の比誘電率が接合材４０の比誘電率よりも低い。これにより、アンテナ特性の変化を更に抑制することができる。

このような構成によって、アンテナ基板２０に接合材４０を直接当接させる構成よりも、アンテナ導体２２と誘電体基材２１との界面に加わる線膨張係数差による応力は、抑制される。これにより、アンテナ設置構造１１は、アンテナ導体２２の剥離を抑制できる。

また、アンテナ設置構造１１は、絶縁体層３０の厚みＤ３０を、接合材４０の厚みＤ４０よりも小さくすることが好ましい。これにより、アンテナ導体２２と誘電体基材２１との界面に掛かる応力は、さらに抑制され、アンテナ導体２２の剥離は、さらに抑制される。すなわち、アンテナ設置構造１１の信頼性は、向上する。

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の強度は、高くなり、アンテナ設置構造１１の信頼性は、さらに向上する。

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に接続されている。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に接続されている。

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に接続されてい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、アンテナ導体の剥離を抑制できる。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、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。この結果、電子機器１０Ａの信頼性は、向上する。

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。

また、曲げ部Ｒｃは、第１主面を平面視したときに、絶縁体層３０及び接合材４０と重ならない。これにより、曲げ部Ｒｃに発生する応力が接合材４０に伝達されることが抑制される。その結果、アンテナの特性が所望の特性から変動することが抑制される。

（第３の実施形態）
第３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５は、第３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５に示すように、第３の実施形態に係るアンテナ設置構造１１Ｂおよび電子機器１０Ｂは、第１の実施形態に係るアンテナ設置構造１１および電子機器１０に対して、グランド導体２３を備えない点で異なる。アンテナ設置構造１１Ｂおよび電子機器１０Ｂの他の構成は、第１の実施形態に係るアンテナ設置構造１１および電子機器１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

アンテナ設置構造１１Ｂは、アンテナ基板２０Ｂを備える。アンテナ基板２０Ｂは、第１主面に、アンテナ導体２２Ｂのみを備え、グランド導体を備えていない。絶縁体層３０は、第１主面を平面視したときに、第１主面の全体と重なるように、アンテナ導体２２Ｂ及び第１主面を覆っている。

このように、アンテナ導体を囲むグランド導体が無い構成であっても、アンテナ設置構造１１Ｂは、アンテナ設置構造１１と同様に、アンテナ導体２２Ｂの剥離を抑制できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ：電子機器
１１、１１Ａ、１１Ｂ：アンテナ設置構造
２０、２０Ａ、２０Ｂ：アンテナ基板
２１、２１Ａ：誘電体基材
２２、２２Ｂ：アンテナ導体
２３、２３Ａ：グランド導体
２４：離間部
２５：接続用導体
２６、２６Ａ：グランド導体
２７：離間部
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、６０：コネクタ
１００：筐体
１０１：放射側壁
２１１、２１２：誘電体層
２９１、２９２：カバーレイ
ＶＨ１１、ＶＨ１２、ＶＨ１Ａ、ＶＨ２１、ＶＨ２２、ＶＨ２Ａ、ＶＨ３Ａ：層間接続導体

Claims (12)

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主面に形成されたアンテナ導体と、を備えるアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板の前記第１主面に配置された絶縁体層と、
   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を接合する接合材と、を備え、
   前記絶縁体層の線膨張係数は、前記接合材の線膨張係数よりも低く、前記アンテナ基板の線膨張係数よりも高い、
   アンテナ設置構造。
2. 前記絶縁体層の厚みは、前記接合材の厚みよりも小さい、
   請求項１に記載のアンテナ設置構造。
3. 前記接合材は、熱硬化性を有する、
   請求項１又は請求項２に記載のアンテナ設置構造。
4. 前記接合材は、アクリル樹脂を含む、
   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. 前記絶縁体層は、前記第１主面を平面視したときに、前記第１主面の全体と重なるように、前記アンテナ導体及び前記第１主面を覆っている
   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、
   前記アンテナ導体に接続され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. 前記アンテナ基板は、前記アンテナ導体の外周端よりも外側にあり、前記アンテナ導体を囲むグランド導体を備える、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
8. 前記アンテナ基板は、
   前記グランド導体に接続され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７に記載のアンテナ設置構造。
9. 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を除く部分に、曲げ部を有する、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
10. 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９のいずれかに記載のアンテナ設置構造。
11. 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い、
    請求項１０に記載のアンテナ設置構造。
12. 請求項１乃至請求項１１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される回路基板を備え、
    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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