WO2015141492A1

WO2015141492A1 - チップアンテナ

Info

Publication number: WO2015141492A1
Application number: PCT/JP2015/056602
Authority: WO
Inventors: 智和園嵜; 浩行野田; 夏比古森
Original assignee: Ntn株式会社; 智和園嵜; 浩行野田; 夏比古森
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-09-24
Also published as: EP3121896A1; EP3121896A4; JP2015185881A; US20170110783A1; CN105993097A

Abstract

　導電板を立体形状に折り曲げてなり、アンテナ部３１、および回路基板１０と電気的に接続される端子部３２を有するアンテナパターン３と、アンテナパターン３をインサート部品として樹脂で射出成形された基体２とを備えるチップアンテナ１であって、基体２は、表面にアンテナ部３１を保持した長方形板状の頂壁２１と、頂壁２１の長辺方向に沿って立設され、短辺方向の一端（上端）が頂壁２１に繋がると共に、短辺方向の他端（下端）に端子部３２を保持した長方形板状の縦壁２２とを備える。

Description

チップアンテナ

　本発明は、例えば携帯電話（スマートフォンを含む）、タブレット型のＰＣ、スマートメータ（デジタル式の電力量計）等、無線通信機能を備えた無線通信機器に組み込まれるチップアンテナに関する。

　スマートフォンやタブレット型のＰＣ等、近年急速に普及している携帯型の無線通信機器は、一層の小型化や薄型化が進展している。そこで、この種の無線通信機器に組み込まれるアンテナとしては、回路基板の表面に実装可能なチップ状のアンテナ（チップアンテナ）が好適に使用される。

　チップアンテナの一例が下記の特許文献１に開示されている。このチップアンテナは、高誘電率の樹脂からなるチップ状の基体と、基体表面に形成された導電体からなるアンテナパターンとを備えており、例えば、樹脂製の基体表面に導体膜を形成する工程、導体膜上にアンテナパターン形状に対応したマスクパターンを形成する工程、および、マスクパターンから露出されている導体膜領域をエッチングにより除去した後、マスクパターンを除去することで基体上に所望のアンテナパターンを形成する工程などを経て製造することができる。

　近年、チップアンテナの一層の小型化を図るべく、アンテナパターンを基体の複数表面に沿って形成する（アンテナパターンを立体形状化する）ことが検討されている。しかし、特許文献１に開示された技術手段は、手間のかかる複数工程が必要である関係上、コスト的に難があるばかりでなく、立体形状のアンテナパターンを精度良く形成するのが難しいという問題がある。そこで、本出願人は、導電板を立体形状に折り曲げてなるアンテナパターンと、この立体形状のアンテナパターンをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とからなるチップアンテナを提案している（特許文献２参照）。

　ところで、立体形状のアンテナパターンを備えたチップアンテナのアンテナ特性を安定的に発揮させるには、アンテナパターンのうち、特に電波の送受信を行うアンテナ部として機能する部分を基体表面に保持する必要がある。しかし、導電板を立体形状に折り曲げてなるアンテナパターンでは、例えば折り曲げ部の角度が弾性力により広がり、その結果、アンテナパターンが部分的に基体から剥離する可能性がある。そこで、特許文献２のチップアンテナでは、アンテナパターンの縁部に基体内部に埋め込まれる突起部を設ける、アンテナパターンのうち、少なくとも基体との接合面の表面粗さを粗くする、などの対策を講じることでアンテナパターンを基体表面に保持するようにしている。

特開２００５－８０２２９号公報特開２０１２－７４８３５号公報

　しかしながら、特許文献２のチップアンテナのように、樹脂製の基体を厚肉の直方体状に形成すると、成形収縮に伴って基体に比較的大きな反りやヒケが生じる。特に、低周波数帯の電波を送受信する用途では、波長との関係でアンテナサイズを大きくする（チップアンテナを長寸化する）必要が生じるため、成形収縮に伴う基体の反り量（基体の長辺方向に沿う方向における反り量）が増大し易くなる。そのため、上述のような対策を講じたとしても、アンテナパターンの一部が基体表面から浮いた状態等になり易く、所望のアンテナ特性を発揮させるのが難しい。

　成形収縮に伴うヒケ量を抑える観点から言えば、直方体状の基体を薄板化すれば良いとも考えられる。しかしながら、基体を薄板化するだけでは、基体の剛性が大きく低下してしまうため、例えば温度変化等に伴って基体が大きく変形するおそれがある。この場合、アンテナパターンを表面に保持することが一層難しくなる。

　以上の実情に鑑み、本発明の目的は、成形収縮や温度変化に伴う基体の変形を可及的に防止し、これにより所望のアンテナ特性を安定的に発揮することのできるチップアンテナを低コストに提供することにある。

　上記の目的を達成するために創案された本発明は、導電板を立体形状に折り曲げてなり、アンテナ部、および回路基板と電気的に接続される端子部を有するアンテナパターンと、アンテナパターンをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とを備えるチップアンテナにおいて、基体は、上記アンテナ部を表面に保持した長方形板状の頂壁と、頂壁の長辺方向に沿って立設され、短辺方向の一端が頂壁に繋がると共に、短辺方向の他端に上記端子部を保持した長方形板状の縦壁とを備えることを特徴とする。なお、アンテナ部とは、電波の送信および受信の少なくとも一方を行う部位である。

　このように、基体が、長方形板状の頂壁と、頂壁の長辺方向に沿って立設され、短辺方向の一端が頂壁に繋がった長方形板状の縦壁とを備えていれば、基体の各部を薄肉化（薄板化）して、成形収縮に伴って生じるヒケの量を抑えることができることに加え、頂壁の剛性（曲げ剛性）を高めて、頂壁の長辺に沿う方向で基体に反り・曲り等が生じるのを可及的に防止することができる。そのため、アンテナパターンのアンテナ部を基体（頂壁）表面に安定的に保持することが可能となり、所望のアンテナ特性を発揮することができる。また、上記構成によれば、樹脂の使用量を抑えてコスト低減を図ることができる。

　基体は、立体形状のアンテナパターンをインサート部品として射出成形可能である限りにおいて任意形状をとることができ、例えば、頂壁の２つの長辺に沿って縦壁を設けることができる。この場合、基体（チップアンテナ）は、その長辺方向と直交する方向の任意断面において凹字状（逆凹字状）を呈するので、チップアンテナの剛性を効果的に高めることができる。

　アンテナパターンに基体の内部に埋め込まれる突起部を設けておけば、基体に対するアンテナパターンの保持力を高めることができる。特に、アンテナパターンのアンテナ部に上記突起部を設けておけば、基体からアンテナ部が剥離等するのを効果的に防止することができるので、所望のアンテナ特性を安定的に発揮可能とする上で好ましい。

　以上の構成を有するチップアンテナには、アンテナパターンのアンテナ部の直下位置で頂壁の表面および裏面に開口し、かつ内壁面が基体の成形金型で成形された貫通孔を設けることができる。これはすなわち、アンテナパターンのアンテナ部が、頂壁の表面側に適切に配置された状態で基体が射出成形されることを意味する。従って、頂壁（基体）の形状精度、さらには頂壁に対するアンテナ部の位置精度を高めることができるので、所望のアンテナ特性を発揮することができる。

　アンテナパターンと基体との密着力を一層高めるため、アンテナパターンを構成する導電板のうち、少なくとも基体との接合面の面粗度はＲａ１．６以上であることが好ましい。

　基体の成形用樹脂としては、所望のアンテナ特性を確保する観点から高い誘電率を具備するものが好ましく、具体的には、誘電率４以上の樹脂が好ましい。なお、誘電率４以上の樹脂とは、必ずしもベース樹脂の誘電率が４以上のものに限定されるわけではなく、充填材の配合により樹脂全体として誘電率が４以上になるものを含む。

　以上に示すように、本発明によれば、成形収縮や温度変化に伴う基体の変形を可及的に防止し、これにより所望のアンテナ特性を安定的に発揮することのできるチップアンテナを低コストに提供することができる。

本発明の実施形態に係るチップアンテナを表面に実装した回路基板の概略斜視図である。図１に示すチップアンテナをＡ方向から見た平面図（上面図）である。図１に示すチップアンテナをＢ方向から見た平面図（左側面図）である。図１に示すチップアンテナをＣ方向から見た平面図（右側面図）である。図１に示すチップアンテナをＤ方向から見た平面図（下面図）である。チップアンテナの断面図であって、図２中に示すＥ－Ｅ線における矢視断面図である。チップアンテナの断面図であって、図２中に示すＦ－Ｆ線における矢視断面図である。チップアンテナの断面図であって、図２中に示すＧ－Ｇ線における矢視断面図である。図１～６に示すチップアンテナを製造するための工程説明図である。チップアンテナの基体を射出成形するための成形金型の型締め状態を模式的に示す図である。チップアンテナの基体を射出成形するための成形金型に樹脂が射出された状態を模式的に示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

　図１に、本発明の実施形態に係るチップアンテナ１を表面に実装した回路基板１０の概略斜視図を示す。同図に示すチップアンテナ１は、導電板からなるアンテナパターン３と、アンテナパターン３をインサート部品として樹脂で射出成形された基体２とからなる。チップアンテナ１の全長寸法（図２の紙面左右方向における寸法）は、チップアンテナ１が送受信する電波の周波数（波長）によって変化するが、例えば１０～５０ｍｍ程度とされる。なお、以下の説明においては、方向性を示す上での便宜から、図１の紙面上方向、下方向、左方向および右方向を、それぞれ“上”、“下”、“左”、“右”とも言うが、チップアンテナ１の使用態様を限定するものではない。

　アンテナパターン３は、導電板を立体形状に折り曲げることで形成されたものであり、図２～図７にも示すように、電波を送受信するためのアンテナ部３１と、複数の端子部３２（本実施形態では７つ）と、アンテナ部３１と各端子部３２を接続するための複数の接続部３３とを一体に有する。なお、実際には、接続部３３でも電波が送受信されるが、接続部３３で送受信される電波の量はアンテナ部３１で送受信される電波の量に比べて無視できる程度に小さい。導電板としては、例えば、銅板、鋼板、ＳＵＳ板等の金属板、あるいはこれらの金属板にメッキ処理を施したものであって、かつその板厚が、所望の立体形状を維持できる範囲で極力薄く設定されたもの（例えば１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下）が使用される。アンテナパターン３と基体２との密着性を高めるため、アンテナパターン３（導電板）のうち、基体２との接合面の面粗度は、Ｒａ１．６以上、好ましくは３．２以上に設定される。

　アンテナパターン３が有する複数（７つ）の端子部３２のうち、少なくとも一つは回路基板１０の給電線と電気的に接続される給電端子として機能し、残りの端子部３２の中の少なくとも一つは、回路基板１０を介してアンテナパターン３をグランドに接地するための接地端子として機能する。また、給電端子や接地端子として機能する以外の端子部３２は、チップアンテナ１を回路基板１０に固定するための固定部として機能する。

　上述したように、基体２は、アンテナパターン３をインサート部品として樹脂で射出成形される。基体２の成形用樹脂としては、誘電率４以上のものが選択使用され、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアミド（ＰＡ）等の群から選択される一種又は二種以上の熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、これにセラミックス等の充填材を配合したものが使用できる。

　基体２は、表面（上面）にアンテナパターン３のアンテナ部３１を保持した長方形板状の頂壁２１と、頂壁２１の２つの長辺に沿って立設され、短辺方向の一端（上端）が頂壁２１に繋がると共に、短辺方向の他端（下端面）にアンテナパターン３の端子部３２を保持した長方形板状の縦壁２２，２２とを備え、本実施形態の基体２は、頂壁２１の長辺方向の両端部に立設された終端壁２３，２３をさらに備える。すなわち、本実施形態の基体２は、その長辺方向の両端部を除き、その長辺方向の各部における断面形状が凹字状（逆凹字状）をなしている。頂壁２１、一対の縦壁２２および一対の終端壁２３，２３の肉厚は、例えば０．５ｍｍ～２．０ｍｍの範囲内で概ね等しく設定されている。図３および図４に示すように、アンテナパターン３が有する７つの接続部３３のうち、３つの接続部３３は左側の縦壁２２の表面（左側面）に保持されており、４つの接続部３３は右側の縦壁２２の表面（右側面）に保持されている。従って、アンテナパターン３が有する７つの端子部３２のうち、３つの端子部３２は左側の縦壁２２の下端面に保持されており、４つの端子部３２は右側の縦壁２２の下端面に保持されている（図５参照）。

　アンテナパターン３は、基体２の内部に埋め込まれた突起部３４を有する。本実施形態では、図２～図４に示すように、アンテナ部３１に５つの突起部３４が設けられると共に、各接続部３３に一つずつ突起部３４が設けられている。このようにすれば、基体２に対するアンテナパターン３の保持力を高めることができる。特に、アンテナ部３１に突起部３４を設けておけば、アンテナ部３１が基体２（頂壁２１）から剥離する（浮き上がる）のを効果的に防止することができるので、所望のアンテナ特性を安定的に発揮可能とする上で有利となる。

　なお、アンテナ部３１に設けられた突起部３４は、アンテナ部３１（より詳しくは、導電板としてのフープ材４０に形成した展開パターン３’のうちアンテナ部３１となる部分。図９参照。）の表裏面に貫通したスリットを形成することにより形成した舌片状の部分を、その基端を支点にして裏面側に折り曲げることで形成されている（図８参照）。本実施形態では、上記のスリットをコの字に形成しているが、半円状等、その他の形状に形成することもできる。また、本実施形態では、図８に示すように、上記の舌片状部を裏面側に９０°折り曲げることで突起部３４を形成しているが、舌片状部の折り曲げ角は任意に設定可能である。一方、各接続部３３に一つずつ設けられた突起部３４は、打ち抜きプレス加工で導電板としてのフープ材４０（展開パターン３’）に形成した舌片状の部分を折り曲げることで形成される（図９参照）。

　基体２を構成する頂壁２１は、図５，６に示すように、その表裏両面に開口した複数の貫通孔２５を有する。各貫通孔２５は、アンテナ部３１の直下位置で頂壁２１の表裏両面に開口しており、かつその内壁面は、基体２の成形金型５０（図１０参照）により成形された成形面とされる。

　次に、以上で説明したような構成を有するチップアンテナ１の製造方法を図９および図１０に基づいて説明する。簡単に述べると、本実施形態のチップアンテナ１は、長尺の導電板（フープ材４０）を、展開パターン３’を形成する第１工程Ｓ１、アンテナパターン３を形成する第２工程Ｓ２、基体２を射出成形する第３工程Ｓ３、およびチップアンテナ１を取り出す第４工程Ｓ４に順に供給することで製造される。なお、本実施形態では、第２工程Ｓ２が複数回（４回）に分けて実行される。

　第１工程Ｓ１では、図示しないプレス金型でフープ材４０の一部を打ち抜くことにより、立体形状のアンテナパターン３を平面上に展開した展開パターン３’が形成される。展開パターン３’は、ブリッジ４２を介してフープ材４０の枠４１に連結されている。図９中に示す符号４３は、図示しない搬送装置に対するフープ材４０の位置決め孔である。

　展開パターン３’が形成されると、フープ材４０は図９中で下向きに搬送され、フープ材４０の展開パターン３’が形成された部位が第２工程Ｓ２の第１～第４段階に順次供給される。第２工程Ｓ２では、その第１段階において、展開パターン３’のうち、アンテナパターン３のアンテナ部３１となる部分にスリットが形成され、その後、第２～第４段階において展開パターン３’に順次折り曲げ加工が施される。これにより、フープ材４０に、アンテナ部３１、端子部３２、接続部３３を一体に有し、かつアンテナ部３１および接続部３３に突起部３４が形成された立体形状のアンテナパターン３が形成される。フープ材４０に形成されたアンテナパターン３は、ブリッジ４２を介して枠４１に連結されている。なお、第２工程Ｓ２の第１段階で実施されるスリットの形成加工は、例えば打ち抜きプレス金型を用いて実行され、第２～第４段階でそれぞれ実施される折り曲げ加工は、折り曲げプレス金型、あるいはエアシリンダや油圧シリンダ等のアクチュエータを用いて実行される。

　そして、フープ材４０がさらに下流側に搬送され、アンテナパターン３が形成された部位が第３工程Ｓ３に供給される。第３工程Ｓ３では、まず、図１０Ａに示すように、成形金型５０の上型５１および下型５２を相対的に接近移動させ（成形金型５０を型締めし）、上型５１および下型５２間に画成されるキャビティ５４内にアンテナパターン３をインサート部品として配置する。成形金型５０のうち、基体２の頂壁２１を成形する部分には下型５２に対して昇降移動可能な複数のピン５３が設けられており、アンテナパターン３がインサート部品としてキャビティ５４内に配置されると、ピン５３が上昇移動し、アンテナパターン３のアンテナ部３１の上面が上型５１の下面に押し付けられる（アンテナ部３１が上型５１とピン５３とで挟持固定される）ようになっている。この状態で、キャビティ５４内に溶融状態の樹脂Ｐ（ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＡ等をベース樹脂とし、これにセラミックス等の充填材を配合したもの）を射出・充填し、アンテナパターン３と一体に基体２を成形する（図１０Ｂ参照）。樹脂Ｐの固化後、成形金型５０を型開きすると、ブリッジ４２を介してフープ材４０の枠４１に連結されたチップアンテナ１が得られる。なお、ピン５３は、下型５２と一体に設けることもできる。この場合、成形金型５０の型締めに伴って、アンテナパターン３のアンテナ部３１が上型５１とピン５３とで挟持固定される。

　フープ材４０の枠４１に連結されたアンテナパターン３と一体に基体２が樹脂で射出成形され、基体２とアンテナパターン３とからなるチップアンテナ１が得られると、フープ材４０の枠４１に連結されたチップアンテナ１が第４工程Ｓ４に供給される。これにより、フープ材４０の枠４１から成形品（チップアンテナ１）が分離される。

　なお、フープ材４０からチップアンテナ１を分離するための第４工程Ｓ４は、必ずしも第３工程Ｓ３の下流側に連設する必要はない。すなわち、第３工程Ｓ３の下流側には、フープ材４０からチップアンテナ１を分離するための第４工程Ｓ４に替えて、チップアンテナ１（のアンテナパターン３）がブリッジ４２を介して枠４１に連結されたままのフープ材４０をロール状に巻き取る巻き取り工程を設けても良い。このように、チップアンテナ１を枠４１から分離することなくフープ材４０を巻き取っておけば、保管や運搬がし易く、また、チップアンテナ１の整列状態を維持することができるので、チップアンテナ１同士の接触（干渉）を防止することができる。

　以上で説明したように、本発明に係るチップアンテナ１は、基体２が、長方形板状の頂壁２１と、頂壁２１の長辺方向に沿って立設され、短辺方向の一端（上端）が頂壁２１に繋がった長方形板状の縦壁２２とを備えていれば、基体２の各部を薄肉化（薄板化）して、成形収縮に伴って生じるヒケの量を抑えることができることに加え、頂壁２１の剛性（曲げ剛性）を高めて、頂壁２１の長辺に沿う方向で基体２に反り・曲り等が生じるのを可及的に防止することができる。そのため、アンテナパターン１のアンテナ部３を基体２（頂壁２１）表面に安定的に保持することが可能となり、所望のアンテナ特性を発揮することができる。また、上記構成によれば、樹脂の使用量を抑えてコスト低減を図ることができる。特に本実施形態の基体２は、頂壁２１の２つの長辺に沿って縦壁２２が立設された断面凹字状（逆凹字状）を呈するので、チップアンテナ１の剛性を効果的に高めることができる。

　また、アンテナパターン３には、基体２の内部に埋め込まれる突起部３４が設けられているので、基体２に対するアンテナパターン３の保持力を高めることができる。特に、アンテナパターン３のアンテナ部３１に突起部３４が設けられているので、基体２からアンテナ部３１が剥離等するのを（アンテナ部３１の一部が基体２から浮き上がるのを）効果的に防止することができる。

　さらに、チップアンテナ１を構成する基体２は、アンテナパターン３のアンテナ部３１の直下位置で頂壁２１の表裏両面に開口し、かつ内壁面が基体２の成形金型５０で成形された貫通孔２５を有している。これはすなわち、アンテナパターン３のアンテナ部３１が、頂壁２１の表面側に適切に位置決め配置された状態で基体２が射出成形されることを意味する。従って、頂壁２１（基体２）の形状精度、さらには頂壁２１に対するアンテナ部３１の位置精度を高めることができるので、所望のアンテナ特性を発揮することができる。

　以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明は上記の実施形態に限定適用されるわけではない。すなわち、本発明に係るチップアンテナ１は、基体２が立体形状のアンテナパターン３をインサート部品として樹脂で射出成形可能である限りにおいて、任意形状を採ることができる。例えば、図示は省略するが、長辺方向と直交する断面がＬ字状（逆Ｌ字状）となるように、基体２を、アンテナ部３１を表面（上面）に保持した長方形板状の頂壁２１と、この頂壁２１の１つの長辺に沿って立設された長方形板状の縦壁２２とで構成することができる。この場合においても、頂壁２１の長辺方向両端部に終端壁２３を設けることができる。

　また、以上で説明したアンテナパターン３の形状はあくまでも一例であり、必要とされるアンテナ特性等に応じて適宜変更可能である。

１　　　チップアンテナ
２　　　基体
３　　　アンテナパターン
１０　　回路基板
２１　　頂壁
２２　　縦壁
２３　　終端壁
２５　　貫通孔
３１　　アンテナ部
３２　　端子部
３３　　接続部
３４　　突起部
４０　　フープ材（導電板）
５０　　成形金型
５４　　ピン
Ｓ１　　第１工程
Ｓ２　　第２工程
Ｓ３　　第３工程
Ｓ４　　第４工程

Claims

　導電板を立体形状に折り曲げてなり、アンテナ部、および回路基板と電気的に接続される端子部を有するアンテナパターンと、アンテナパターンをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とを備えるチップアンテナにおいて、
　基体は、表面に前記アンテナ部を保持した長方形板状の頂壁と、頂壁の長辺方向に沿って立設され、短辺方向の一端が頂壁に繋がると共に、短辺方向の他端に前記端子部を保持した長方形板状の縦壁とを備えることを特徴とするチップアンテナ。
　頂壁の２つの長辺に沿って縦壁が設けられた請求項１に記載のチップアンテナ。
　アンテナパターンが、基体の内部に埋め込まれた突起部を有する請求項１又は２に記載のチップアンテナ。
　前記突起部が前記アンテナ部に設けられた請求項３に記載のチップアンテナ。
　前記アンテナ部の直下位置で頂壁の表面および裏面に開口し、かつ内壁面が基体の成形金型で成形された貫通孔を有する請求項１～４の何れか一項に記載のチップアンテナ。
　アンテナパターンのうち、少なくとも基体との接合面における面粗度がＲａ１．６以上である請求項１～５の何れか一項に記載のチップアンテナ。
　基体が、誘電率４以上の樹脂で射出成形されている請求項１～６の何れか一項に記載のチップアンテナ。