WO2019116718A1 - アンテナ付き基板、及び、アンテナモジュール - Google Patents

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WO2019116718A1
WO2019116718A1 PCT/JP2018/038509 JP2018038509W WO2019116718A1 WO 2019116718 A1 WO2019116718 A1 WO 2019116718A1 JP 2018038509 W JP2018038509 W JP 2018038509W WO 2019116718 A1 WO2019116718 A1 WO 2019116718A1
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substrate
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antenna element
layer
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裕太 森本
一生 山元
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株式会社村田製作所
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
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    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • the present invention relates to a substrate with an antenna and an antenna module.
  • a feed excitation element (lower antenna element) provided on the surface of a first dielectric plate
  • An antenna device includes a parasitic excitation element (upper antenna element) provided on the surface of a two-dielectric plate.
  • the leg portion is disposed between the first dielectric plate and the second dielectric plate, and a space is formed between the feed excitation element and the non-feed excitation element. It is characterized by
  • Patent Document 1 discloses, as a conventional antenna device, a structure in which a feed excitation element and a non-feed excitation element are arranged via a second dielectric plate and a dielectric spacer.
  • the distance between the parasitic excitation element which is the upper antenna element and the feeding excitation element which is the lower antenna element is difficult to keep the distance between the parasitic excitation element which is the upper antenna element and the feeding excitation element which is the lower antenna element constant.
  • the amount of dielectric material that wraps around the side surface of the upper antenna element varies depending on the embedding amount, and as a result, antenna characteristics may not be stable.
  • the position of the upper antenna element may be shifted in the planar direction, and the antenna characteristics may not be stabilized.
  • a substrate with an antenna according to the present invention includes a substrate layer, a lower antenna element disposed on the substrate layer, an antenna holding layer stacked on the upper surface of the substrate layer, and the antenna holding layer disposed on the antenna layer.
  • the upper antenna element preferably has a surface roughness of the upper surface that is larger than that of the lower surface.
  • the upper antenna element may have a reverse tapered shape in which the area of the upper surface is smaller than the area of the lower surface.
  • the antenna holding layer includes a first antenna holding layer covering the upper surface of the upper antenna element and a second antenna holding layer covering the lower surface of the upper antenna element. preferable.
  • a part of the upper antenna element may be embedded in the second antenna holding layer.
  • the first antenna holding layer may be made of the same material as the second antenna holding layer.
  • the first antenna holding layer may be made of a material different from that of the second antenna holding layer.
  • the relative dielectric constant of the first antenna holding layer may be higher than the relative dielectric constant of the second antenna holding layer.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element may be larger than the area of the upper surface of the lower antenna element facing each other.
  • the upper surface of the lower antenna element may be covered by the substrate layer.
  • the antenna module of the present invention comprises the antenna-mounted substrate of the present invention, and an electronic component mounted on the antenna-mounted substrate.
  • the electronic component is preferably mounted on the main surface on the lower surface side of the substrate layer among the main surfaces of the antenna-attached substrate.
  • the present invention it is possible to provide a substrate with an antenna in which the relative dielectric constant between the antenna elements is low and the antenna characteristics are stable.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the antenna module of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 the upper side of FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
  • the terms “upper” and “lower” mean the relative orientation of the substrate with an antenna, and do not mean “vertically upward” and “vertically downward”.
  • the antenna-equipped substrate 1 shown in FIG. 1 is disposed in the substrate layer 10, the lower antenna element 20 disposed in the substrate layer 10, the antenna holding layer 30 stacked on the upper surface of the substrate layer 10, and the antenna holding layer 30. And an upper antenna element 40.
  • the upper antenna element 40 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • the lower antenna element 20 and the upper antenna element 40 are each formed of a plurality of patterns, but may be formed of a single pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element 20 and the upper antenna element 40 be disposed so as to overlap with each other as viewed in the thickness direction.
  • the wiring 25 is formed in the substrate layer 10 as needed.
  • the substrate layer 10 may have a multilayer structure.
  • the lower antenna element 20 be provided inside the substrate layer 10.
  • the lower surface and the side surface of the lower antenna element 20 are covered with the substrate layer 10, and the upper surface of the lower antenna element 20 is covered with the antenna holding layer 30.
  • the antenna holding layer 30 is a layer made of a material having a relative dielectric constant lower than that of the substrate layer 10.
  • the lower surface, the side surface, and the upper surface of the upper antenna element 40 are covered with the antenna holding layer 30. That is, the upper antenna element 40 is not exposed on the surface of the antenna holding layer 30.
  • the upper antenna element 40 is not exposed on the surface of the antenna holding layer 30.
  • the amount of dielectric material that wraps around the side of the upper antenna element varies, and the antenna characteristics are unstable. There is a fear.
  • the covering the entire surface of the upper antenna element with the antenna holding layer the variation of the antenna characteristic due to the difference of the relative permittivity is eliminated, and the antenna characteristic is stabilized.
  • the degree of adhesion between the antenna holding layer and the upper antenna element is improved, and thus the reliability is improved.
  • the antenna holding layer 30 includes a first antenna holding layer 31 covering the upper surface of the upper antenna element 40 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 40. Is preferred.
  • the first antenna holding layer 31 is made of the same material as the second antenna holding layer 32.
  • the upper antenna element 40 is provided on the upper surface of the second antenna holding layer 32, and the lower surface of the upper antenna element 40 is the first antenna holding layer 31 and the second antenna. It is at the same position as the interface with the holding layer 32.
  • the upper antenna element preferably has a surface roughness of the upper surface larger than that of the lower surface. If the surface roughness of the upper surface of the upper antenna element is large, positional deviation between the antenna elements is less likely to occur, and the antenna characteristics are stabilized. In addition, when the surface roughness of the upper surface of the upper antenna element is large, the adhesion with the antenna holding layer is improved by the anchor effect, and thus the reliability is improved. On the other hand, when the surface roughness of the lower surface of the upper antenna element is small, the propagation loss of radio waves is reduced, so that the antenna characteristics are improved.
  • surface roughness means maximum height (Rz). The maximum height (Rz) can be obtained by performing cross-sectional polishing and measuring the difference between the maximum value and the minimum value of the asperities.
  • the upper antenna element is formed, for example, by patterning a copper foil by photolithography.
  • the copper foil usually has a difference in surface roughness between the front and back, one being a glossy surface and the other being a roughened surface. Therefore, the surface roughness of the upper surface of the upper antenna element can be made larger than the surface roughness of the lower surface by laminating so that the shiny side of the copper foil is on the lower side and the roughened side is on the upper side.
  • ceramic materials such as a low-temperature-sintered ceramic (LTCC) material
  • LTCC low-temperature-sintered ceramic
  • the low-temperature sintered ceramic material means, among ceramic materials, a material which can be sintered at a firing temperature of 1000 ° C. or less and can be co-fired with copper, silver or the like.
  • substrate layer may be resin materials, such as glass epoxy resin.
  • a low temperature sintered ceramic material for example, a glass composite low temperature sintered ceramic material formed by mixing a borosilicate glass with a ceramic material such as quartz, alumina, forsterite, etc., ZnO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system Glass-based low-temperature sintered ceramic material, BaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -based ceramic material, Al 2 O 3 -CaO-SiO 2 -MgO-B 2 O 3 -based ceramic material, etc.
  • the relative permittivity of the substrate layer is not particularly limited as long as it is higher than the relative permittivity of the antenna holding layer, but is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and preferably 20 or less.
  • the dielectric material constituting the antenna holding layer is preferably a resin material.
  • resin materials include fluorine-based resins, silicone rubbers, hydrocarbon-based resins with few polar groups (eg, polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc.), and the like. More preferred specific examples include, ⁇ r ⁇ 2.6 of fluororesin, ⁇ r ⁇ 3.0 silicone rubber, ⁇ r ⁇ 2.25 polyethylene, ⁇ r ⁇ 2.2 polypropylene, ⁇ r ⁇ 2 And .45 polystyrene and the like.
  • ⁇ r represents a relative dielectric constant.
  • the relative dielectric constant of the antenna holding layer is not particularly limited as long as it is lower than the relative dielectric constant of the substrate layer, but is preferably 3 or less, and more preferably 1.5 or more.
  • the thickness of the antenna holding layer is not particularly limited as long as the upper surface of the upper antenna element is covered, but from the viewpoint of improving the antenna characteristics, the thickness is preferably equal to or greater than the thickness of the substrate layer.
  • the distance between the upper surface of the lower antenna element and the lower surface of the upper antenna element is preferably 200 ⁇ m or more and 400 ⁇ m or less.
  • a reduction in height of the product is required, by using a material having a lower relative dielectric constant, necessary characteristics can be obtained even if the antenna holding layer is thinned.
  • the relative dielectric constant of the antenna holding layer is higher than the relative dielectric constant of air ( ⁇ r ⁇ ⁇ 1). Therefore, if the antenna holding layer in the portion covering the upper surface of the upper antenna element is too thick, the antenna characteristics may be degraded. Therefore, it is preferable that the thickness of the antenna holding layer of the part which covers the upper surface of an upper antenna element is 50 micrometers or less, for example.
  • a circuit board having a lower antenna element formed on the surface is manufactured.
  • a low temperature sintered ceramic material is used to make an LTCC substrate with a lower antenna element.
  • the lower antenna element can be formed according to the electrode formation process in producing a general LTCC substrate.
  • a material having a relative dielectric constant higher than the material constituting the antenna holding layer is selected.
  • Copper or silver can be used as the material of the lower antenna element.
  • the material of the lower antenna element may be the same as or different from the material of the upper antenna element.
  • the antenna holding layer is stacked on the main surface of the circuit substrate on which the lower antenna element is formed.
  • a dielectric film containing a dielectric material such as the above-described resin material as a main component is laminated by thermocompression bonding.
  • the lamination method may be a general roll method, a diaphragm method, a flat press method or the like.
  • Copper foil is laminated on the dielectric film (antenna holding layer) by thermocompression bonding.
  • copper foils differ in surface roughness between the front and back surfaces, so the layers are laminated so that the glossy surface is on the lower side and the roughened surface is on the upper side.
  • the upper antenna element is formed by photolithography so as to be paired with the lower antenna element. Specifically, after printing a resist on a copper foil, the copper foil is etched to remove the copper foil in a portion not covered by the resist, and then the resist is removed. At this time, since the positional relationship between the upper antenna element and the lower antenna element in the planar direction affects the characteristics, the upper portion is set such that the amount of positional deviation in the planar direction is less than half the distance in the height direction between the antenna elements.
  • An antenna element may be formed.
  • the thickness of the copper foil is preferably about 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less from the viewpoint of achieving both the ease of handling at the time of lamination and the etching time. As described above, by forming the glossy surface on the lower side, the propagation loss of radio waves is reduced, and the antenna characteristics are improved.
  • a dielectric film (antenna holding layer) with a thickness equal to or greater than that of the upper antenna element is applied with pressure in the height direction using a high-temperature press machine or the like so that the thickness difference of the upper antenna element can be sufficiently absorbed. While laminating. Thereby, the upper antenna element is buried in the antenna holding layer. At this time, by making the upper side of the upper antenna element a roughened surface, the adhesion with the antenna holding layer is improved by the anchor effect. Therefore, the deterioration of the antenna characteristics caused by the positional deviation between the antenna elements is suppressed, and the reliability is improved.
  • the antenna-equipped substrate according to the first embodiment of the present invention is obtained.
  • the upper antenna element has a reverse taper shape.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a second embodiment of the present invention.
  • the antenna-mounted substrate 2 is a substrate layer 10, a lower antenna element 20 disposed on the substrate layer 10, and an antenna holder stacked on the upper surface of the substrate layer 10.
  • a layer 30 and an upper antenna element 41 disposed on the antenna holding layer 30 are provided.
  • the upper antenna element 41 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • the antenna holding layer 30 includes a first antenna holding layer 31 covering the upper surface of the upper antenna element 41 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 41. Is preferred.
  • the first antenna holding layer 31 is made of the same material as the second antenna holding layer 32.
  • the upper antenna element 41 has a reverse tapered shape in which the area of the upper surface is smaller than the area of the lower surface.
  • the upward effect of the upper antenna element can be suppressed by the wedge effect. Therefore, antenna characteristics and reliability are further improved.
  • the antenna attached substrate 2 shown in FIG. 2 has the same configuration as the antenna attached substrate 1 shown in FIG. 1 except that the upper antenna element 41 has a reverse tapered shape.
  • the upper antenna element is formed, for example, by photolithography. In this case, when etching the copper foil, the upper antenna element having the reverse tapered shape can be easily formed.
  • the upper antenna element has a reverse tapered shape
  • the dielectric film (antenna holding layer) is laminated after the upper antenna element is formed, it is difficult to cause air entrapment. Therefore, even cheap equipment can be stacked and manufacturing costs can be reduced.
  • the shape of the upper antenna element is not particularly limited as long as the area of the upper surface of the upper antenna element is smaller than the area of the lower surface.
  • the area of the upper surface of the upper antenna element is preferably 70% or more and 90% or less of the area of the lower surface.
  • the lower antenna element and the upper antenna element may each be composed of a plurality of patterns, or may be composed of one pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element and the upper antenna element be disposed so as to overlap when viewed from the thickness direction.
  • the lower antenna element and the upper antenna element are each formed of a plurality of patterns, it is preferable that all the upper antenna elements have a reverse taper shape.
  • the shapes of the upper antenna elements may be the same or different.
  • the surface roughness of the upper surface is preferably larger than the surface roughness of the lower surface.
  • the antenna holding layer includes the first antenna holding layer and the second antenna holding layer, and a part of the upper antenna element is embedded in the second antenna holding layer. There is.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a third embodiment of the present invention.
  • the antenna-mounted substrate 3 is a substrate layer 10, a lower antenna element 20 disposed on the substrate layer 10, and an antenna holder stacked on the upper surface of the substrate layer 10.
  • a layer 30 and an upper antenna element 41 disposed on the antenna holding layer 30 are provided.
  • the upper antenna element 41 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • the antenna holding layer 30 includes a first antenna holding layer 31 covering the upper surface of the upper antenna element 41 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 41.
  • the first antenna holding layer 31 is made of the same material as the second antenna holding layer 32.
  • a part of the upper antenna element 41 is embedded in the second antenna holding layer 32.
  • the upper antenna element is firmly held. Therefore, antenna characteristics and reliability are further improved.
  • the antenna attached substrate 3 shown in FIG. 3 has the same configuration as the antenna attached substrate 2 shown in FIG. 2 except that a part of the upper antenna element 41 is embedded in the second antenna holding layer 32. Have.
  • the antenna-mounted substrate 3 shown in FIG. 3 may include the upper antenna element 40 shown in FIG. 1 instead of the upper antenna element 41.
  • the shape and the amount of embedding of the upper antenna element are not particularly limited as long as a part of the upper antenna element is embedded in the second antenna holding layer.
  • the lower antenna element and the upper antenna element may each be formed of a plurality of patterns, or may be formed of a single pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element and the upper antenna element be disposed so as to overlap when viewed from the thickness direction.
  • each of the lower antenna element and the upper antenna element is formed of a plurality of patterns, it is preferable that in all the upper antenna elements, a part of the upper antenna element is embedded in the second antenna holding layer.
  • the shape and the amount of embedding of the upper antenna element may be the same or different.
  • the surface roughness of the upper surface is preferably larger than the surface roughness of the lower surface.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element is larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the antenna-attached substrate 4 shown in FIG. 4 is disposed in the substrate layer 10, the lower antenna element 20 disposed in the substrate layer 10, the antenna holding layer 30 stacked on the upper surface of the substrate layer 10, and the antenna holding layer 30.
  • an upper antenna element 42 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • Wirings 25 are formed in the substrate layer 10 as necessary.
  • the antenna holding layer 30 includes a first antenna holding layer 31 covering the upper surface of the upper antenna element 42 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 42. Is preferred.
  • the first antenna holding layer 31 is made of the same material as the second antenna holding layer 32.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element 42 is larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element 20. If the area of the upper antenna element is larger than the area of the lower antenna element, the radio wave emitted from the lower antenna element can be sufficiently received even if there is a slight positional deviation between the antenna elements, so the antenna characteristic is Stabilize.
  • the antenna-equipped substrate 4 shown in FIG. 4 has the same configuration as the antenna-equipped substrate 1 shown in FIG. 1 except that the area of the lower surface of the upper antenna element 42 is larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element 20. have.
  • the shapes of the upper antenna element and the lower antenna element are not particularly limited as long as the area of the lower surface of the upper antenna element is larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element is preferably 110% or more, and preferably 250% or less of the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • the lower antenna element and the upper antenna element may each be formed of a plurality of patterns, or may be formed of a single pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element and the upper antenna element be disposed so as to overlap when viewed from the thickness direction.
  • the area of the lower surface of all the upper antenna elements is preferably larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • the shapes of the upper and lower antenna elements may be the same or different.
  • the upper antenna element preferably has a surface roughness of the upper surface larger than that of the lower surface.
  • the upper antenna element may have a reverse tapered shape in which the area of the upper surface is smaller than the area of the lower surface.
  • the antenna holding layer includes a first antenna holding layer and a second antenna holding layer
  • a part of the upper antenna element is a second antenna holding layer It may be buried in the inside of.
  • the upper surface of the lower antenna element is covered by the substrate layer.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the antenna-mounted substrate 5 is a substrate layer 10, a lower antenna element 20 disposed on the substrate layer 10, and an antenna holding layer stacked on the upper surface of the substrate layer 10.
  • a layer 30 and an upper antenna element 40 disposed on the antenna holding layer 30 are provided.
  • the upper antenna element 40 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • the antenna holding layer 30 includes a first antenna holding layer 31 covering the upper surface of the upper antenna element 40 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 40. Is preferred.
  • the first antenna holding layer 31 is made of the same material as the second antenna holding layer 32.
  • the upper surface of the lower antenna element 20 is covered with the substrate layer 10.
  • the corrosion resistance of the antenna element before laminating the dielectric film (antenna holding layer) can be improved, and scratches due to handling or the like can be prevented. .
  • the antenna-attached substrate 5 shown in FIG. 5 has the same configuration as the antenna-attached substrate 1 shown in FIG. 1 except that the upper surface of the lower antenna element 20 is covered by the substrate layer 10.
  • the thickness of the substrate layer in the portion covering the upper surface of the lower antenna element is not particularly limited as long as the upper surface of the lower antenna element is covered. From the viewpoint of lowering, the thickness of the substrate layer in the portion covering the upper surface of the lower antenna element is preferably 20% or less of the distance between the lower surface of the upper antenna element and the upper surface of the lower antenna element. Specifically, it is preferably 60 ⁇ m or less.
  • the lower antenna element and the upper antenna element may each be formed of a plurality of patterns, or may be formed of a single pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element and the upper antenna element be disposed so as to overlap when viewed from the thickness direction. When the lower antenna element and the upper antenna element are each formed of a plurality of patterns, it is preferable that the upper surface of all the lower antenna elements be covered by the substrate layer.
  • the surface roughness of the upper surface is preferably larger than the surface roughness of the lower surface.
  • the upper antenna element may have a reverse tapered shape in which the area of the upper surface is smaller than the area of the lower surface.
  • the antenna holding layer includes a first antenna holding layer and a second antenna holding layer
  • a part of the upper antenna element is a second antenna holding layer It may be buried in the inside of.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element may be larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • the antenna holding layer includes a first antenna holding layer and a second antenna holding layer, and the first antenna holding layer is made of a material different from that of the second antenna holding layer. Ru.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate with an antenna according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the antenna-attached substrate 6 shown in FIG. 6 is disposed in the substrate layer 10, the lower antenna element 20 disposed in the substrate layer 10, the antenna holding layer 30a stacked on the upper surface of the substrate layer 10, and the antenna holding layer 30a.
  • an upper antenna element 40 is provided to face the upper surface of the lower antenna element 20.
  • Wirings 25 are formed in the substrate layer 10 as necessary.
  • the antenna holding layer 30 a includes a first antenna holding layer 31 a covering the upper surface of the upper antenna element 40 and a second antenna holding layer 32 covering the lower surface of the upper antenna element 40.
  • the first antenna holding layer 31 a is made of a material different from that of the second antenna holding layer 32.
  • the antenna attached substrate 6 shown in FIG. 6 has the same configuration as the antenna attached substrate 1 shown in FIG. 1 except that the first antenna holding layer is made of a material different from that of the second antenna holding layer. ing.
  • an inexpensive film such as a common dry film resist, which is easy to handle, can be used as the material of the first antenna holding layer.
  • the relative dielectric constant of the first antenna holding layer may be higher than the relative dielectric constant of the second antenna holding layer.
  • the relative dielectric constant of the first antenna holding layer is preferably lower than the relative dielectric constant of the substrate layer.
  • the relative dielectric constant of the first antenna holding layer is preferably 200% or less of the relative dielectric constant of the second antenna holding layer.
  • the thickness of the first antenna holding layer may be thicker than the upper antenna element as described in the first embodiment. It is preferable that the thickness of the antenna holding layer of the part which covers the upper surface of an upper antenna element is 30 micrometers or less, for example.
  • the lower antenna element and the upper antenna element may each be composed of a plurality of patterns, or may be composed of one pattern. In any case, it is preferable that the lower antenna element and the upper antenna element be disposed so as to overlap when viewed from the thickness direction.
  • the surface roughness of the upper surface is preferably larger than the surface roughness of the lower surface.
  • the upper antenna element may have a reverse tapered shape in which the area of the upper surface is smaller than the area of the lower surface.
  • the antenna holding layer includes a first antenna holding layer and a second antenna holding layer
  • a part of the upper antenna element is a second antenna holding layer It may be buried in the inside of.
  • the area of the lower surface of the upper antenna element may be larger than the area of the upper surface of the opposing lower antenna element.
  • the upper surface of the lower antenna element may be covered by the substrate layer.
  • the antenna module of the present invention comprises the antenna-mounted substrate of the present invention, and an electronic component mounted on the antenna-mounted substrate.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the antenna module of the present invention.
  • FIG. 7 shows an antenna module using a substrate with an antenna according to the first embodiment of the present invention as the antenna module of the present invention.
  • the antenna module 100 shown in FIG. 7 includes an antenna-equipped substrate 1 and electronic components 51 and 52 mounted on the antenna-equipped substrate 1.
  • the substrate with antenna 1 includes the substrate layer 10, the lower antenna element 20 disposed on the substrate layer 10, the antenna holding layer 30 stacked on the upper surface of the substrate layer 10, and the upper portion disposed on the antenna holding layer 30. And an antenna element 40.
  • the antenna holding layer 30 preferably includes a first antenna holding layer 31 and a second antenna holding layer 32.
  • the electronic components 51 and 52 are mounted on the main surface on the lower surface side of the substrate layer 10 (hereinafter also referred to as the back surface of the antenna attached substrate 1) of the main surfaces of the antenna attached substrate 1. ing.
  • the electronic component 51 is mounted on the circuit board via a bonding material 55 such as solder.
  • an external terminal 53 is further provided on the back surface of the antenna-mounted substrate 1.
  • the electronic components 51 and 52 are sealed by a sealing material 54.
  • the electronic components include surface mount components (SMC) such as integrated circuits (ICs) and various passive components (capacitors, inductors, resistors). From the viewpoint of increasing the effective area of the antenna, the electronic component is preferably mounted on the back of the antenna-attached substrate.
  • SMC surface mount components
  • ICs integrated circuits
  • passive components capacitor, inductors, resistors
  • the external terminal is preferably mounted on the back of the antenna-attached substrate.
  • Such an antenna module can be used, for example, in high-speed communication applications of mobile devices.
  • the antenna module of the present invention can be produced, for example, by mounting an electronic component such as an IC on the back surface of the antenna-attached substrate of the present invention, and resin-molding the mounting surface using a sealing material.
  • an external terminal may be provided by arranging a copper post on the mounting surface before resin molding and exposing the copper post by polishing or the like after resin molding.
  • Electronic components can be mounted using a general mounting process.
  • processes such as a transfer mold, a compression mold, the dipping of liquid resin, can be used for a resin mold.
  • the substrate with antenna of the present invention and the antenna module are not limited to the above embodiments, and various applications can be made within the scope of the present invention, for example, with regard to the configuration and manufacturing conditions of the substrate with antenna and antenna module. It is possible to apply a deformation.
  • the first antenna holding layer and the second antenna holding layer may be separated from each other.
  • One or more antenna holding layers of 3 may be included.
  • the third antenna holding layer may be made of the same material as the first antenna holding layer and the second antenna holding layer, or may be made of different materials.
  • the antenna holding layer may be composed of only one layer.
  • Substrate with Antenna 10 Substrate Layer 20 Lower Antenna Element 25 Wiring 30, 30a Antenna Holding Layer 31, 31a First Antenna Holding Layer 32 Second Antenna Holding Layer 40, 41, 42 Upper antenna element 51, 52 Electronic component 53 External terminal 54 Sealing material 55 Bonding material 100 Antenna module

Abstract

本発明のアンテナ付き基板は、基板層と、上記基板層に配置された下部アンテナ素子と、上記基板層の上面に積層されたアンテナ保持層と、上記アンテナ保持層に配置され、上記下部アンテナ素子の上面に対向する上部アンテナ素子と、を備えるアンテナ付き基板であって、上記アンテナ保持層は、上記基板層よりも比誘電率の低い誘電材料からなり、上記上部アンテナ素子の下面、側面及び上面が上記アンテナ保持層に覆われている。

Description

アンテナ付き基板、及び、アンテナモジュール
本発明は、アンテナ付き基板、及び、アンテナモジュールに関する。
一方のアンテナ素子が他方のアンテナ素子の上方に配置されたアンテナ付き基板として、例えば、特許文献１には、第１誘電体板の表面に設けられた給電励振素子（下部アンテナ素子）と、第２誘電体板の表面に設けられた無給電励振素子（上部アンテナ素子）とを備えるアンテナ装置が開示されている。特許文献１に記載のアンテナ装置においては、第１誘電体板と第２誘電体板との間に脚部が配置され、給電励振素子と無給電励振素子との間に空間が形成されていることを特徴としている。
また、特許文献１には、従来のアンテナ装置として、給電励振素子及び無給電励振素子が、第２誘電体板及び誘電体スペーサを介して配列された構造が開示されている。
特開２００３－２８３２３９号公報
特許文献１に記載のアンテナ装置においては、給電励振素子と無給電励振素子との間に従来の誘電体スペーサよりも比誘電率が極めて小さい空間が形成されるため、給電励振素子と無給電励振素子との間の比誘電率が小さくなり、電磁波の損失を少なくすることができるとされている。また、第１誘電体板と第２誘電体板との間に配置される脚部は、従来の誘電体スペーサに比べて変形しにくいため、給電励振素子と無給電励振素子との間の距離が一定に保たれ、アンテナ特性を維持することができるとされている。
しかしながら、無給電励振素子を配置する場所によっては、上部アンテナ素子である無給電励振素子と下部アンテナ素子である給電励振素子との距離を一定に保つことが困難になる。例えば、上部アンテナ素子を第２誘電体板内に埋め込む構造の場合、埋め込み量によって上部アンテナ素子の側面に回り込む誘電材料の量がばらつき、その結果、アンテナ特性が安定しないおそれがある。また、上部アンテナ素子が第２誘電体板の表面に設けられていると、上部アンテナ素子の位置が平面方向にずれることにより、アンテナ特性が安定しないおそれがある。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、アンテナ素子間の比誘電率が低く、かつ、アンテナ特性が安定したアンテナ付き基板を提供することを目的とする。本発明はまた、上記アンテナ付き基板に電子部品が搭載されたアンテナモジュールを提供することを目的とする。
本発明のアンテナ付き基板は、基板層と、上記基板層に配置された下部アンテナ素子と、上記基板層の上面に積層されたアンテナ保持層と、上記アンテナ保持層に配置され、上記下部アンテナ素子の上面に対向する上部アンテナ素子と、を備えるアンテナ付き基板であって、上記アンテナ保持層は、上記基板層よりも比誘電率の低い誘電材料からなり、上記上部アンテナ素子の下面、側面及び上面が上記アンテナ保持層に覆われている。
本発明のアンテナ付き基板において、上記上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
本発明のアンテナ付き基板において、上記上部アンテナ素子は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有してもよい。
本発明のアンテナ付き基板において、上記アンテナ保持層は、上記上部アンテナ素子の上面を覆う第１のアンテナ保持層と、上記上部アンテナ素子の下面を覆う第２のアンテナ保持層と、を含むことが好ましい。
本発明のアンテナ付き基板において、上記上部アンテナ素子の一部は、上記第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていてもよい。
本発明のアンテナ付き基板において、上記第１のアンテナ保持層は、上記第２のアンテナ保持層と同じ材料から構成されてもよい。
本発明のアンテナ付き基板において、上記第１のアンテナ保持層は、上記第２のアンテナ保持層と異なる材料から構成されてもよい。この場合、上記第１のアンテナ保持層の比誘電率が上記第２のアンテナ保持層の比誘電率よりも高くてもよい。
本発明のアンテナ付き基板においては、上記上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する上記下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きくてもよい。
本発明のアンテナ付き基板においては、上記下部アンテナ素子の上面が上記基板層に覆われていてもよい。
本発明のアンテナモジュールは、本発明のアンテナ付き基板と、上記アンテナ付き基板に搭載された電子部品と、を備える。
本発明のアンテナモジュールにおいて、上記電子部品は、上記アンテナ付き基板の主面のうち、基板層の下面側の主面に搭載されていることが好ましい。
本発明によれば、アンテナ素子間の比誘電率が低く、かつ、アンテナ特性が安定したアンテナ付き基板を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明のアンテナモジュールの一例を模式的に示す断面図である。
以下、本発明のアンテナ付き基板、及び、アンテナモジュールについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
［アンテナ付き基板］
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
本明細書では、説明の便宜上、図１の上方を「上」といい、下方を「下」という。図２以降においても同様である。本発明のアンテナ付き基板において、「上」及び「下」とは、アンテナ付き基板における相対的な向きを意味するものであり、「鉛直上方」及び「鉛直下方」を意味するものではない。
図１に示すアンテナ付き基板１は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４０と、を備える。上部アンテナ素子４０は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。
図１に示すアンテナ付き基板１では、下部アンテナ素子２０及び上部アンテナ素子４０がそれぞれ複数のパターンから構成されているが、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子２０と上部アンテナ素子４０とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。
図１に示すアンテナ付き基板１において、基板層１０には、必要に応じて配線２５が形成されている。基板層１０は多層構造を有していてもよい。
下部アンテナ素子２０は、一部が基板層１０の内部に設けられていることが好ましい。図１では、下部アンテナ素子２０の下面及び側面は基板層１０に覆われており、下部アンテナ素子２０の上面はアンテナ保持層３０に覆われている。
アンテナ保持層３０は、基板層１０よりも比誘電率の低い材料からなる層である。
下部アンテナ素子と上部アンテナ素子との間にアンテナ保持層を介在させることにより、基板層を介在させる場合に比べて、アンテナ素子間の比誘電率を低くすることができるため、アンテナ特性を向上させることができる。
図１に示すアンテナ付き基板１においては、上部アンテナ素子４０の下面、側面及び上面がアンテナ保持層３０に覆われている。すなわち、上部アンテナ素子４０は、アンテナ保持層３０の表面に露出していない。
アンテナ保持層の表面に上部アンテナ素子が露出する構造の場合、上部アンテナ素子の一部がアンテナ保持層に埋め込まれると、上部アンテナ素子の側面に回り込む誘電材料の量がばらつき、アンテナ特性が安定しないおそれがある。これに対し、上部アンテナ素子の全面をアンテナ保持層で覆うことにより、比誘電率の差によるアンテナ特性のばらつきがなくなるため、アンテナ特性が安定する。
また、上部アンテナ素子の全面をアンテナ保持層で覆うことにより、平面方向における下部アンテナ素子との位置ずれを抑制することができるため、アンテナ特性が安定する。
さらに、上部アンテナ素子の全面をアンテナ保持層で覆うことにより、アンテナ保持層と上部アンテナ素子との密着度が向上するため、信頼性が向上する。
図１に示すように、アンテナ保持層３０は、上部アンテナ素子４０の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１と、上部アンテナ素子４０の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含むことが好ましい。第１のアンテナ保持層３１は、第２のアンテナ保持層３２と同じ材料から構成される。
図１に示すアンテナ付き基板１では、上部アンテナ素子４０は第２のアンテナ保持層３２の上面に設けられており、上部アンテナ素子４０の下面は、第１のアンテナ保持層３１と第２のアンテナ保持層３２との境界面と同じ位置にある。
本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
上部アンテナ素子の上面の表面粗さが大きいと、アンテナ素子間の位置ずれが起こりにくくなるため、アンテナ特性が安定する。また、上部アンテナ素子の上面の表面粗さが大きいと、アンカー効果によりアンテナ保持層との密着力が向上するため、信頼性が向上する。一方、上部アンテナ素子の下面の表面粗さが小さいと、電波の伝播ロスが少なくなるため、アンテナ特性が向上する。
なお、表面粗さは、最大高さ（Ｒｚ）を意味する。最大高さ（Ｒｚ）は、断面研磨を行い、凹凸の最大値から最小値の差を測定することにより求めることができる。
上部アンテナ素子は、例えば、フォトリソグラフィによって銅箔をパターニングすることにより形成される。銅箔は、通常、表裏面で表面粗さに違いがあり、一方が光沢面、他方が粗化面となっている。そのため、銅箔の光沢面が下側、粗化面が上側になるように積層することにより、上部アンテナ素子の上面の表面粗さを下面の表面粗さよりも大きくすることができる。
基板層を構成する材料としては、例えば、低温焼結セラミック（ＬＴＣＣ）材料等のセラミック材料が挙げられる。低温焼結セラミック材料とは、セラミック材料のうち、１０００℃以下の焼成温度で焼結可能であり、銅や銀等との同時焼成が可能である材料を意味する。また、基板層を構成する材料は、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料であってもよい。
低温焼結セラミック材料としては、例えば、クオーツやアルミナ、フォルステライト等のセラミック材料にホウ珪酸ガラスを混合してなるガラス複合系低温焼結セラミック材料、ＺｎＯ－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系低温焼結セラミック材料、ＢａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系セラミック材料やＡｌ２Ｏ３－ＣａＯ－ＳｉＯ２－ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系セラミック材料等を用いた非ガラス系低温焼結セラミック材料等が挙げられる。
基板層の比誘電率は、アンテナ保持層の比誘電率よりも高い限り特に限定されないが、５以上であることが好ましく、１０を超えることがより好ましく、また、２０以下であることが好ましい。
アンテナ保持層を構成する誘電材料は、樹脂材料であることが好ましい。このような樹脂材料としては、例えば、フッ素系樹脂、シリコーンゴム、極性基の少ない炭化水素系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等）等が挙げられる。より好ましい具体例としては、εｒ≒２．６のフッ素系樹脂、εｒ≒３．０のシリコーンゴム、εｒ≒２．２５のポリエチレン、εｒ≒２．２のポリプロピレン、εｒ≒２．４５のポリスチレン等が挙げられる。なお、εｒは比誘電率を表している。
アンテナ保持層の比誘電率は、基板層の比誘電率よりも低い限り特に限定されないが、３以下であることが好ましく、また、１．５以上であることが好ましい。
上部アンテナ素子の上面が覆われる限り、アンテナ保持層の厚みは特に限定されないが、アンテナ特性を向上させる観点からは、基板層の厚みと同等以上であることが好ましい。例えば、下部アンテナ素子の上面と上部アンテナ素子の下面との間の距離は、２００μｍ以上、４００μｍ以下であることが好ましい。ただし、製品の低背化が求められた際には、比誘電率がより低い材料を用いることで、アンテナ保持層を薄くしても必要な特性を得ることができる。
なお、アンテナ保持層の比誘電率は空気の比誘電率（εｒ≒１）より高い。そのため、上部アンテナ素子の上面を覆う部分のアンテナ保持層が厚くなりすぎると、アンテナ特性が低下するおそれがある。そのため、上部アンテナ素子の上面を覆う部分のアンテナ保持層の厚みは、例えば、５０μｍ以下であることが好ましい。
以下、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板の製造方法の一例について説明する。
まず、表層に下部アンテナ素子が形成された回路基板を作製する。
例えば、低温焼結セラミック材料を用いて、下部アンテナ素子を有するＬＴＣＣ基板を作製する。下部アンテナ素子は、一般的なＬＴＣＣ基板を作製する際の電極形成プロセスに準じて形成することができる。
基板層を構成する低温焼結セラミック材料として、アンテナ保持層を構成する材料よりも比誘電率の高い材料を選択する。
下部アンテナ素子の材料としては、銅や銀を用いることができる。下部アンテナ素子の材料は、上部アンテナ素子の材料と同一でもよいし、異なっていてもよい。
回路基板の主面のうち、下部アンテナ素子が形成されている側の主面上に、アンテナ保持層を積層する。
例えば、アンテナ保持層として、上述した樹脂材料等の誘電材料を主成分とする誘電フィルムを熱圧着にて積層する。積層方法は、一般的なロール方式、ダイヤフラム方式、平面プレス方式などでよい。
誘電フィルム（アンテナ保持層）上に、銅箔を熱圧着にて積層する。
通常、銅箔には表裏面で表面粗さに違いがあるため、光沢面が下側、粗化面が上側になるように積層する。
その後、下部アンテナ素子と対になるように、フォトリソグラフィによって上部アンテナ素子を形成する。具体的には、銅箔上にレジストを印刷した後、銅箔をエッチングすることにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去し、その後、レジストを除去する。
この際、上部アンテナ素子と下部アンテナ素子との平面方向の位置関係が特性に影響を及ぼすため、平面方向における位置ずれの量がアンテナ素子間の高さ方向における距離の半分以下になるように上部アンテナ素子を形成すればよい。
銅箔の厚みは、積層時の取り扱いやすさとエッチング時間とを両立させる観点から、５μｍ以上、２０μｍ以下程度がよい。上述したように、光沢面を下側に形成することにより、電波の伝播ロスが少なくなり、アンテナ特性が向上する。
最後に、上部アンテナ素子の厚み分の段差を充分に吸収できるよう、上部アンテナ素子と同等以上の厚みの誘電フィルム（アンテナ保持層）を、高温プレス機などを用いて高さ方向に圧力を加えながら積層する。これにより、上部アンテナ素子をアンテナ保持層内に埋没させる。この際、上部アンテナ素子の上側を粗化面とすることにより、アンカー効果によりアンテナ保持層との密着力が向上する。そのため、アンテナ素子間の位置ずれに起因するアンテナ特性の劣化が抑制されるとともに、信頼性が向上する。
以上により、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板が得られる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態においては、上部アンテナ素子が逆テーパー形状を有する。
図２は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
図２には全体的な構成が示されていないが、アンテナ付き基板２は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４１と、を備える。上部アンテナ素子４１は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。
図２に示すように、アンテナ保持層３０は、上部アンテナ素子４１の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１と、上部アンテナ素子４１の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含むことが好ましい。第１のアンテナ保持層３１は、第２のアンテナ保持層３２と同じ材料から構成される。
図２に示すアンテナ付き基板２では、上部アンテナ素子４１は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有している。
上部アンテナ素子が逆テーパー形状を有していると、楔効果によって、上部アンテナ素子の上方への抜けを抑制することができる。そのため、アンテナ特性及び信頼性がさらに向上する。
図２に示すアンテナ付き基板２は、上部アンテナ素子４１が逆テーパー形状を有することを除いて、図１に示すアンテナ付き基板１と共通の構成を有している。
本発明の第１実施形態で説明したように、上部アンテナ素子は、例えば、フォトリソグラフィによって形成される。この場合、銅箔をエッチングする際に、逆テーパー形状を有する上部アンテナ素子を容易に形成することができる。
また、上部アンテナ素子が逆テーパー形状を有していると、上部アンテナ素子を形成した後に誘電フィルム（アンテナ保持層）を積層する際、エア噛みが生じにくくなる。そのため、安価な設備であっても積層可能となり、製造コストを削減することができる。
本発明の第２実施形態に係るアンテナ付き基板では、上部アンテナ素子の上面の面積が下面の面積よりも小さい限り、上部アンテナ素子の形状は特に限定されない。例えば、上部アンテナ素子の上面の面積は、下面の面積の７０％以上、９０％以下であることが好ましい。
本発明の第２実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されていてもよいし、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子と上部アンテナ素子とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されている場合、全ての上部アンテナ素子が逆テーパー形状を有することが好ましい。上部アンテナ素子の形状は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本発明の第２実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態においては、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含み、上部アンテナ素子の一部が第２のアンテナ保持層の内部に埋設されている。
図３は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
図３には全体的な構成が示されていないが、アンテナ付き基板３は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４１と、を備える。上部アンテナ素子４１は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。
図３に示すように、アンテナ保持層３０は、上部アンテナ素子４１の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１と、上部アンテナ素子４１の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含む。第１のアンテナ保持層３１は、第２のアンテナ保持層３２と同じ材料から構成される。
図３に示すアンテナ付き基板３では、上部アンテナ素子４１の一部は、第２のアンテナ保持層３２の内部に埋設されている。
上部アンテナ素子の一部が第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていると、上部アンテナ素子がしっかりと保持される。そのため、アンテナ特性及び信頼性がさらに向上する。
図３に示すアンテナ付き基板３は、上部アンテナ素子４１の一部が第２のアンテナ保持層３２の内部に埋設されていることを除いて、図２に示すアンテナ付き基板２と共通の構成を有している。なお、図３に示すアンテナ付き基板３は、上部アンテナ素子４１に代えて、図１に示す上部アンテナ素子４０を備えてもよい。
本発明の第３実施形態に係るアンテナ付き基板では、上部アンテナ素子の一部が第２のアンテナ保持層の内部に埋設されている限り、上部アンテナ素子の形状及び埋没量は特に限定されない。例えば、上部アンテナ素子の高さの５０％以上が第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていることが好ましい。
本発明の第３実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されていてもよいし、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子と上部アンテナ素子とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されている場合、全ての上部アンテナ素子において、上部アンテナ素子の一部が第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていることが好ましい。上部アンテナ素子の形状及び埋没量は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本発明の第３実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態においては、上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きい。
図４は、本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すアンテナ付き基板４は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４２と、を備える。上部アンテナ素子４２は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。基板層１０には、必要に応じて配線２５が形成されている。
図４に示すように、アンテナ保持層３０は、上部アンテナ素子４２の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１と、上部アンテナ素子４２の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含むことが好ましい。第１のアンテナ保持層３１は、第２のアンテナ保持層３２と同じ材料から構成される。
図４に示すアンテナ付き基板４では、上部アンテナ素子４２の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子２０の上面の面積よりも大きい。
上部アンテナ素子の面積が下部アンテナ素子の面積よりも大きいと、アンテナ素子間に多少の位置ずれがあっても、下部アンテナ素子から放射された電波を充分に受信することができるため、アンテナ特性が安定する。
図４に示すアンテナ付き基板４は、上部アンテナ素子４２の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子２０の上面の面積よりも大きいことを除いて、図１に示すアンテナ付き基板１と共通の構成を有している。
本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板では、上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きい限り、上部アンテナ素子及び下部アンテナ素子の形状は特に限定されない。例えば、上部アンテナ素子の下面の面積は、対向する下部アンテナ素子の上面の面積の１１０％以上であることが好ましく、また、２５０％以下であることが好ましい。
本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されていてもよいし、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子と上部アンテナ素子とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されている場合、全ての上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きいことが好ましい。上部アンテナ素子及び下部アンテナ素子の形状は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有してもよい。
本発明の第４実施形態に係るアンテナ付き基板において、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含む場合、上部アンテナ素子の一部は、第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていてもよい。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態においては、下部アンテナ素子の上面が基板層に覆われている。
図５は、本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
図５には全体的な構成が示されていないが、アンテナ付き基板５は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４０と、を備える。上部アンテナ素子４０は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。
図５に示すように、アンテナ保持層３０は、上部アンテナ素子４０の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１と、上部アンテナ素子４０の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含むことが好ましい。第１のアンテナ保持層３１は、第２のアンテナ保持層３２と同じ材料から構成される。
図５に示すアンテナ付き基板５では、下部アンテナ素子２０の上面が基板層１０に覆われている。
下部アンテナ素子の上面が基板層に覆われていると、誘電フィルム（アンテナ保持層）を積層する前のアンテナ素子の耐食性を向上させることができ、また、ハンドリング等による傷を防止することができる。
図５に示すアンテナ付き基板５は、下部アンテナ素子２０の上面が基板層１０に覆われていることを除いて、図１に示すアンテナ付き基板１と共通の構成を有している。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子の上面が覆われる限り、下部アンテナ素子の上面を覆う部分の基板層の厚みは特に限定されないが、アンテナ素子間の比誘電率を低くする観点からは、できるだけ薄い方が好ましい。例えば、下部アンテナ素子の上面を覆う部分の基板層の厚みは、上部アンテナ素子の下面と下部アンテナ素子の上面との間の距離の２０％以下であることが好ましい。具体的には、６０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されていてもよいし、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子と上部アンテナ素子とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されている場合、全ての下部アンテナ素子の上面が基板層に覆われていることが好ましい。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有してもよい。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板において、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含む場合、上部アンテナ素子の一部は、第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていてもよい。
本発明の第５実施形態に係るアンテナ付き基板においては、上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きくてもよい。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態においては、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含み、第１のアンテナ保持層が第２のアンテナ保持層と異なる材料から構成される。
図６は、本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示すアンテナ付き基板６は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０ａと、アンテナ保持層３０ａに配置された上部アンテナ素子４０と、を備える。上部アンテナ素子４０は、下部アンテナ素子２０の上面に対向して設けられている。基板層１０には、必要に応じて配線２５が形成されている。
図６に示すように、アンテナ保持層３０ａは、上部アンテナ素子４０の上面を覆う第１のアンテナ保持層３１ａと、上部アンテナ素子４０の下面を覆う第２のアンテナ保持層３２と、を含む。
図６に示すアンテナ付き基板６では、第１のアンテナ保持層３１ａは、第２のアンテナ保持層３２と異なる材料から構成される。
図６に示すアンテナ付き基板６は、第１のアンテナ保持層が第２のアンテナ保持層と異なる材料から構成されることを除いて、図１に示すアンテナ付き基板１と共通の構成を有している。
本発明の第６実施形態においても、上部アンテナ素子の全面をアンテナ保持層で覆うことができるため、本発明の第１実施形態と同様の効果が発揮される。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板では、第１のアンテナ保持層の材料として、例えば、一般的なドライフィルムレジスト等、扱いが容易で安価なフィルムを用いることができる。
上記フィルムを用いることで、材料コストの削減、及び、安価な設備での加工が可能となるため、製造コストを削減することができる。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板では、第１のアンテナ保持層の比誘電率が第２のアンテナ保持層の比誘電率よりも高くてもよい。この場合、第１のアンテナ保持層の比誘電率は、基板層の比誘電率よりも低いことが好ましい。
アンテナ特性を安定させる観点からは、第１のアンテナ保持層の比誘電率は、第２のアンテナ保持層の比誘電率の２００％以下であることが好ましい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板において、第１のアンテナ保持層の厚みは、第１実施形態で説明したように、上部アンテナ素子よりも厚ければよい。
上部アンテナ素子の上面を覆う部分のアンテナ保持層の厚みは、例えば、３０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板では、下部アンテナ素子及び上部アンテナ素子がそれぞれ複数のパターンから構成されていてもよいし、１つのパターンから構成されていてもよい。いずれの場合においても、下部アンテナ素子と上部アンテナ素子とは、厚み方向から見て重なるように配置されることが好ましい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きいことが好ましい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板において、上部アンテナ素子は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有してもよい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板において、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含む場合、上部アンテナ素子の一部は、第２のアンテナ保持層の内部に埋設されていてもよい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板においては、上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きくてもよい。
本発明の第６実施形態に係るアンテナ付き基板においては、下部アンテナ素子の上面が基板層に覆われていてもよい。
［アンテナモジュール］
本発明のアンテナモジュールは、本発明のアンテナ付き基板と、上記アンテナ付き基板に搭載された電子部品と、を備える。
図７は、本発明のアンテナモジュールの一例を模式的に示す断面図である。図７では、本発明のアンテナモジュールとして、本発明の第１実施形態に係るアンテナ付き基板を用いたアンテナモジュールが示されている。
図７に示すアンテナモジュール１００は、アンテナ付き基板１と、アンテナ付き基板１に搭載された電子部品５１及び５２と、を備える。
アンテナ付き基板１の構成は、図１で説明したとおりである。すなわち、アンテナ付き基板１は、基板層１０と、基板層１０に配置された下部アンテナ素子２０と、基板層１０の上面に積層されたアンテナ保持層３０と、アンテナ保持層３０に配置された上部アンテナ素子４０と、を備える。アンテナ保持層３０は、第１のアンテナ保持層３１と、第２のアンテナ保持層３２と、を含むことが好ましい。
図７に示すアンテナモジュール１００では、電子部品５１及び５２は、アンテナ付き基板１の主面のうち、基板層１０の下面側の主面（以下、アンテナ付き基板１の裏面ともいう）に搭載されている。図７では、電子部品５１は、はんだ等の接合材料５５を介して回路基板に搭載されている。
図７に示すアンテナモジュール１００では、さらに、アンテナ付き基板１の裏面に外部端子５３が設けられている。また、電子部品５１及び５２は、封止材５４によって封止されている。
電子部品としては、例えば、集積回路（ＩＣ）や各種受動部品（コンデンサ、インダクタ、抵抗）等の表面実装部品（ＳＭＣ）が挙げられる。アンテナの有効面積を大きくする観点から、電子部品は、アンテナ付き基板の裏面に搭載されることが好ましい。
電子部品と同様、外部端子は、アンテナ付き基板の裏面に搭載されることが好ましい。
このようなアンテナモジュールは、例えば、モバイル機器の高速通信用途に使用することができる。
本発明のアンテナモジュールは、例えば、本発明のアンテナ付き基板の裏面に、ＩＣ等の電子部品を実装した後、封止材を用いて実装面を樹脂モールドすることにより作製することができる。また、樹脂モールド前に銅ポストを実装面に配置し、樹脂モールド後に銅ポストを研磨などで露出させることで、外部端子を設けてもよい。
電子部品は、一般的な実装プロセスを用いて実装することができる。また、樹脂モールドには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、液状樹脂のディッピング等のプロセスを使用することができる。
本発明のアンテナ付き基板、及び、アンテナモジュールは、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、アンテナ付き基板及びアンテナモジュールの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
例えば、本発明のアンテナ付き基板において、アンテナ保持層が第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層とを含む場合、第１のアンテナ保持層と第２のアンテナ保持層との間に第３のアンテナ保持層を１層以上含んでもよい。この場合、第３のアンテナ保持層は、第１のアンテナ保持層及び第２のアンテナ保持層と同じ材料から構成されてもよいし、異なる材料から構成されてもよい。また、アンテナ保持層は、１層のみから構成されてもよい。
１，２，３，４，５，６　アンテナ付き基板
１０　基板層
２０　下部アンテナ素子
２５　配線
３０，３０ａ　アンテナ保持層
３１，３１ａ　第１のアンテナ保持層
３２　第２のアンテナ保持層
４０，４１，４２　上部アンテナ素子
５１，５２　電子部品
５３　外部端子
５４　封止材
５５　接合材料
１００　アンテナモジュール

Claims (12)

  1. 基板層と、
    前記基板層に配置された下部アンテナ素子と、
    前記基板層の上面に積層されたアンテナ保持層と、
    前記アンテナ保持層に配置され、前記下部アンテナ素子の上面に対向する上部アンテナ素子と、を備えるアンテナ付き基板であって、
    前記アンテナ保持層は、前記基板層よりも比誘電率の低い誘電材料からなり、
    前記上部アンテナ素子の下面、側面及び上面が前記アンテナ保持層に覆われている、アンテナ付き基板。
  2. 前記上部アンテナ素子は、上面の表面粗さが下面の表面粗さよりも大きい、請求項１に記載のアンテナ付き基板。
  3. 前記上部アンテナ素子は、上面の面積が下面の面積よりも小さい逆テーパー形状を有する、請求項１又は２に記載のアンテナ付き基板。
  4. 前記アンテナ保持層は、前記上部アンテナ素子の上面を覆う第１のアンテナ保持層と、前記上部アンテナ素子の下面を覆う第２のアンテナ保持層と、を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のアンテナ付き基板。
  5. 前記上部アンテナ素子の一部は、前記第２のアンテナ保持層の内部に埋設されている、請求項４に記載のアンテナ付き基板。
  6. 前記第１のアンテナ保持層は、前記第２のアンテナ保持層と同じ材料から構成される、請求項４又は５に記載のアンテナ付き基板。
  7. 前記第１のアンテナ保持層は、前記第２のアンテナ保持層と異なる材料から構成される、請求項４又は５に記載のアンテナ付き基板。
  8. 前記第１のアンテナ保持層の比誘電率が前記第２のアンテナ保持層の比誘電率よりも高い、請求項７に記載のアンテナ付き基板。
  9. 前記上部アンテナ素子の下面の面積が、対向する前記下部アンテナ素子の上面の面積よりも大きい、請求項１～８のいずれか１項に記載のアンテナ付き基板。
  10. 前記下部アンテナ素子の上面が前記基板層に覆われている、請求項１～９のいずれか１項に記載のアンテナ付き基板。
  11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のアンテナ付き基板と、
    前記アンテナ付き基板に搭載された電子部品と、を備える、アンテナモジュール。
  12. 前記電子部品は、前記アンテナ付き基板の主面のうち、基板層の下面側の主面に搭載されている、請求項１１に記載のアンテナモジュール。
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