WO2021145015A1 - 基板及びアンテナモジュール - Google Patents

Abstract

第１面から第１面とは反対の面である第２面に至るスルーホールが形成された基板は、所定の間隔を有するように並設された、高周波信号が伝送される２つの第１スルーホールと、２つの第１スルーホールに対し、所定の間隔よりも狭い間隔を有するように並設された、少なくとも３つの基準電位の第２スルーホールと、を備え、３つの第２スルーホールのうち、１つの第２スルーホールが２つの第１スルーホールの間の領域に配置され、他の２つの第２スルーホールが、第１スルーホールの間の領域以外の領域において、他の２つの第２スルーホールの一方が２つの第１スルーホールのうちの一方に対して並設し、他の２つの第２スルーホールの他方が２つの第１スルーホールのうちの他方に対して並設するように配置されている。

Description

基板及びアンテナモジュール

　本発明は、基板及びアンテナモジュールに関する。
　本願は、２０２０年１月１６日に日本に出願された特願２０２０－００５３４２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　ミリ波等の高周波信号が伝送される基板には、同軸構造のスルーホールが形成されることがある。これは、スルーホールのインピーダンス整合を行うことによって、スルーホールを介して伝送される高周波信号の伝送損失を極力低減するためである。以下の特許文献１には、高周波信号が伝送されるスルーホール（ビアホール導体）を、多数のグランド電位のスルーホール（ビアホール導体）で囲うことにより、疑似的な同軸構造として形成されたスルーホールが開示されている。

日本国特開２００３－１００９４１号公報

　近年、基板に実装される高周波集積回路（ＲＦＩＣ：Radio Frequency Integrated Circuits）は、ピッチが狭くなっており、今後益々狭くなると考えられる。これに伴って、基板に形成されるスルーホールのピッチも狭くなることが要求される。上述した特許文献１に開示されたスルーホールは、高周波信号が伝送されるスルーホールを、グランド電位のスルーホールがリング状に囲む構造であるため、ピッチを狭くするには適していない。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、インピーダンス整合されたスルーホールを従来よりも高密度に配置することができる基板、及び当該基板を備えるアンテナモジュールを提供する。

　本発明の第１態様は、第１面（３０ａ）から前記第１面とは反対の面である第２面（３０ｂ）に至るスルーホールが形成された基板（３０）において、所定の間隔を有するように並設された、高周波信号が伝送される２つの第１スルーホール（３１ａ）と、２つの前記第１スルーホールに対し、前記所定の間隔よりも狭い間隔を有するように並設された、少なくとも３つの基準電位の第２スルーホール（３１ｂ）と、を備え、３つの前記第２スルーホールのうち、１つの前記第２スルーホールが２つの前記第１スルーホールの間の領域（Ｒ１）に配置され、他の２つの前記第２スルーホールが前記第１スルーホールの間の領域以外の領域において、前記他の２つの第２スルーホールのうちの一方が２つの前記第１スルーホールのうちの一方に対して並設し、前記他の２つの第２スルーホールのうちの他方が２つの前記第１スルーホールのうちの他方に対して並設するように配置されている。

　上記本発明の第１態様による基板では、高周波信号が伝送される２つの第１スルーホールに対して並設された少なくとも３つの第２スルーホールの１つが、２つの第１スルーホールの間の領域に配置される。これにより、該１つの第２スルーホールを２つの第１スルーホールで共用することができ、２つの第１スルーホールの間隔を狭くすることができるため、インピーダンス整合されたスルーホールを従来よりも高密度に配置することができる。

　本発明の第２態様では、上記第１態様による基板において、２つの前記第１スルーホールの間の領域に配置される前記第２スルーホールが、前記第１スルーホールの各々に対して略等距離となる位置に配置されることが好ましい。

　本発明の第３態様では、上記第１または第２態様による基板において、２つの前記第１スルーホールの間の領域に配置される前記第２スルーホールが、前記第１スルーホールの中心同士を結んだ直線（Ｌ１）上に配置されることが好ましい。

　本発明の第４態様では、上記第１～第３態様の何れか一態様による基板において、前記第１スルーホール及び前記第２スルーホールが、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造を有するように配置されていることが好ましい。

　本発明の第５態様では、上記第１～第４態様の何れか一態様による基板において、前記第２スルーホールと電気的に接続された、インピーダンス整合用のグランドパターン（３３）を更に備えることが好ましい。

　本発明の第６態様では、上記第５態様による基板において、前記グランドパターンが、基板の内部に少なくとも一層設けられていることが好ましい。

　本発明の第７態様では、上記第１～第６態様による基板において、前記第１スルーホールの両端部には、電極パッド（ＬＣ１）が形成されていることが好ましい。

　本発明の第８態様では、上記第１～第７態様の何れか一態様による基板が、前記高周波信号とは異なる非高周波信号が伝送される複数の第３スルーホール（３２）を備え、前記第１スルーホール同士の間隔が、前記第３スルーホール同士の間隔とは異なることが好ましい。

　本発明の第９態様は、アンテナモジュール（１）であって、アンテナ（１１）が形成されたアンテナ基板（１０）と、高周波信号を処理する高周波集積回路（２０）と、上記第１～第８態様の何れか一態様に記載の基板（３０）と、を備え、前記アンテナ基板及び前記高周波集積回路が、平面視をした場合に、少なくとも一部が重なるように、前記基板の前記第１面及び前記第２面にそれぞれ搭載され、前記第１スルーホールを介して電気的に接続されている。

　本発明の第１０態様では、上記第９態様によるアンテナモジュールにおいて、前記基板が、前記アンテナ基板の材料よりも誘電正接が大きな材料によって形成されていることが好ましい。

　上記本発明の一態様によれば、インピーダンス整合されたスルーホールを従来よりも高密度に配置することができる。

本発明の一実施形態によるアンテナモジュールの要部構成を示す断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。 本発明の一実施形態における高周波信号スルーホールの間の領域を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態における部品実装基板の表面を示す図である。 第１変形例に係る部品実装基板を示す断面図である。 第２変形例に係る部品実装基板を示す断面図である。 第３変形例に係るアンテナモジュールを示す断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態による基板及びアンテナモジュールについて詳細に説明する。尚、以下の説明で用いる図面は、構成を分かりやすくするために、便宜上、各構成要素の部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。

　〈アンテナモジュールの要部構成〉
　図１は、本発明の一実施形態によるアンテナモジュールの要部構成を示す断面図である。図１に示す通り、アンテナモジュール１は、アンテナ基板１０（高周波基板）、ＲＦＩＣ２０（高周波集積回路）、及び部品実装基板３０を備えており、例えば、周波数が５０～７０［ＧＨｚ］程度のミリ波等の高周波信号の送受信を行う。尚、アンテナモジュール１は、高周波信号の送信のみを行うものであっても、受信のみを行うものであっても良い。

　〈アンテナ基板〉
　アンテナ基板１０は、表面（第１面１０ａ）又は内部にアンテナ１１が形成された基板であり、部品実装基板３０の第１面３０ａ側に搭載される。アンテナ基板１０は、誘電正接が小さく（高周波信号の損失が小さく）、高周波信号の伝送特性の良い材料を用いて形成される。このような材料としては、例えば、フッ素樹脂、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、低温焼成セラミックス等が挙げられる。アンテナ基板１０は、コストを低減するために必要最小限の面積（平面視での面積）を有する。

　アンテナ１１は、例えば、複数の放射素子（図示省略）がアンテナ基板１０の第１面１０ａに二次元状に配設されたアレーアンテナである。また、アンテナ１１としては、アレーアンテナ以外に、線状アンテナ、平面アンテナ、マイクロストリップアンテナ、パッチアンテナ、その他のアンテナを用いることができる。尚、アンテナ１１は、アンテナ基板１０の表面（第１面１０ａ）又は内部に形成することが可能な構造であれば特に限定されない。

　アンテナ基板１０の第２面１０ｂには、複数の金属端子１２が設けられている。金属端子１２の材料としては、例えば、ハンダ等の金属を用いることができる。この金属端子１２には、複数の接続用金属端子１２ａ、複数の接続用金属端子１２ｂ、及び複数の固定用金属端子１２ｃが含まれる。

　接続用金属端子１２ａは、アンテナ基板１０と部品実装基板３０に形成された疑似同軸構造スルーホール３１（詳細は後述する）とを電気的に接続する。接続用金属端子１２ｂは、アンテナ基板１０と部品実装基板３０に形成された非高周波信号スルーホール３２（詳細は後述する）とを電気的に接続する。固定用金属端子１２ｃは、部品実装基板３０に形成された回路とは電気的に接続されずに、アンテナ基板１０を部品実装基板３０に固定する。

　接続用金属端子１２ａは、平面視で見た場合に、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１と同様に配列されている。つまり、アンテナ基板１０と部品実装基板３０との位置合わせを行った場合に、アンテナ基板１０の接続用金属端子１２ａの各々が、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１の各々と一対一で重なるように配列されている。例えば、接続用金属端子１２ａは、０．１～０．５［ｍｍ］程度のピッチをもって配列されている。これにより、高周波信号の伝送距離を最短にして、高周波信号の伝送損失を最小にすることができる。接続用金属端子１２ｂも、平面視で見た場合に、部品実装基板３０の非高周波信号スルーホール３２と同様に配列されていても良い。

　アンテナ基板１０が部品実装基板３０上に実装されている状態において、接続用金属端子１２ａは、樹脂等によって覆われていない構成を有することが望ましく、接続用金属端子１２ｂ及び固定用金属端子１２ｃは、樹脂によって覆われている構成を有することが望ましい。接続用金属端子１２ａを樹脂等によって覆わないことにより、高周波信号の伝送損失を低減することができる。接続用金属端子１２ｂ及び固定用金属端子１２ｃを樹脂によって覆うことにより、アンテナ基板１０と部品実装基板３０との接続部を補強することができる。

　アンテナ基板１０には、他の部品が搭載（実装）されていないことが望ましい。これは、アンテナ基板１０の面積及び厚みを極力小さくするとともに、信頼性を確保するため等の理由による。但し、必要であれば、アンテナ基板１０に他の部品を搭載しても良い。

　〈ＲＦＩＣ〉
　ＲＦＩＣ２０は、高周波信号を処理する集積回路であり、部品実装基板３０の第２面３０ｂ側に搭載される。ＲＦＩＣ２０は、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１、非高周波信号スルーホール３２、及び金属端子１２（接続用金属端子１２ａ，１２ｂ）を介してアンテナ基板１０と電気的に接続されている。ＲＦＩＣ２０は、例えば、アンテナ基板１０から出力される高周波信号の受信処理を行って、高周波信号よりも周波数の低い受信信号を出力端子（図示省略）から出力する。ＲＦＩＣ２０は、例えば、入力端子（図示省略）から入力される送信信号の送信処理を行って、送信信号よりも周波数の高い高周波信号をアンテナ基板１０に出力する。

　ＲＦＩＣ２０の第１面２０ａには、複数の金属端子２１が設けられている。金属端子２１の材料としては、例えば、ハンダ（ＳｎＡｇＣｕハンダ等）、金、銀、銅等の金属を用いることができる。金属端子２１には、複数の金属端子２１ａと複数の金属端子２１ｂとが含まれる。

　金属端子２１ａは、ＲＦＩＣ２０と部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１とを電気的に接続する。金属端子２１ｂは、ＲＦＩＣ２０と部品実装基板３０の非高周波信号スルーホール３２とを電気的に接続する。金属端子２１ａと疑似同軸構造スルーホール３１との接合、及び、金属端子２１ｂと非高周波信号スルーホール３２との接合は、例えば、ハンダ接合によって行われるが、超音波接合、加圧による圧着、その他の接合方法を用いて行っても良い。

　金属端子２１ａは、平面視で見た場合に、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１と同様に配列されている。つまり、ＲＦＩＣ２０と部品実装基板３０との位置合わせを行った場合に、ＲＦＩＣ２０の金属端子２１ａの各々が、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１の各々と一対一で重なるように配列されている。例えば、金属端子２１ａは、アンテナ基板１０の接続用金属端子１２ａと同様に、０．１～０．５［ｍｍ］程度のピッチをもって配列されている。これにより、高周波信号の伝送距離を最短にして、高周波信号の伝送損失を最小にすることができる。金属端子２１ｂも、平面視で見た場合に、部品実装基板３０の非高周波信号スルーホール３２と同様に配列されていても良い。

　ＲＦＩＣ２０が部品実装基板３０上に実装されている状態において、金属端子２１ａは、樹脂等によって覆われていない構成を有することが望ましい。例えば、ＲＦＩＣ２０の第１面２０ａと部品実装基板３０の第２面３０ｂとの間が、アンダーフィルによって封止されていない構成であることが望ましい。金属端子２１ａを樹脂等によって覆わないことにより、高周波信号の伝送損失を低減することができる。

　〈部品実装基板〉
　部品実装基板３０は、アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０等の部品が搭載される基板である。部品実装基板３０は、アンテナ基板１０よりも誘電正接が大きな材料によって形成される。このような材料としては、例えば、リジット基板又はフレキシブル基板の材料として従来から一般的に用いられている安価な材料（例えば、エポキシやポリイミド等）が挙げられる。

　部品実装基板３０の厚みは、例えば、１．６［ｍｍ］程度以下であることが望ましい。微細なスルーホールを形成するためには、部品実装基板３０の厚みが小さい方が有利である。例えば、径が０．１［ｍｍ］程度の微細なスルーホールを形成する場合には、厚みが０．８［ｍｍ］程度以下の部品実装基板３０を用いるのが望ましい。

　部品実装基板３０には、部品実装基板３０の第１面３０ａから第２面３０ｂに至る疑似同軸構造スルーホール３１及び非高周波信号スルーホール３２（第３スルーホール）が形成されている。尚、図１では、図示を簡略化するため、疑似同軸構造スルーホール３１及び非高周波信号スルーホール３２を１つずつ図示しているが、これらは複数設けられていても良い。

　疑似同軸構造スルーホール３１は、高周波信号を伝送するために設けられるスルーホールである。疑似同軸構造スルーホール３１は、２つの高周波信号スルーホール３１ａ（第１スルーホール）と、２つの高周波信号スルーホール３１ａに対して並設された少なくとも３つのグランドスルーホール３１ｂ（第２スルーホール）とから構成される（図２参照）。３つのグランドスルーホール３１ｂのうち、１つのグランドスルーホール３１ｂが２つの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域（後述、図３参照）に配置される。他の２つのグランドスルーホール３１ｂについては、高周波信号スルーホール３１ａの間の領域以外の領域において、一方のグランドスルーホール３１ｂが一方の高周波信号スルーホール３１ａに対して並設し、他方のグランドスルーホール３１ｂが他方の高周波信号スルーホール３１ａに対して並設するように配置されている。

　高周波信号スルーホール３１ａは、高周波信号が伝送されるスルーホールである。グランドスルーホール３１ｂは、グランド電位（基準電位）のスルーホールである。高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂは、疑似同軸構造スルーホール３１がインピーダンス整合された疑似的な同軸構造を有するように配置されている。

　ここで、１つの高周波信号スルーホール３１ａに対して並設されるグランドスルーホール３１ｂが１つのみでは、高周波信号の電界を閉じ込める効果が不十分で良好な特性が得られない。このため、本実施形態では、１つの高周波信号スルーホール３１ａに対して２つのグランドスルーホール３１ｂ（１つは疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂで共用）を並設して、高周波信号の伝送損失を低減している。

　尚、高周波信号スルーホール３１ａに対して並設されるグランドスルーホール３１ｂは３つ以上であっても良い。但し、グランドスルーホール３１ｂの数が増えると、先行技術文献に記述された疑似同軸構造のスルーホールと同様になり、ピッチを狭くすることに適さない。また、コストが上昇するとともに、グランドスルーホール３１ｂ間の間隔が狭くなって破損が生ずる等の不具合が生じやすくなる。このため、グランドスルーホール３１ｂの数は、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造が得られる限りにおいて、極力少ない方（２つ以上）が望ましい。

　ここで、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造とは、高周波信号スルーホール３１ａを中心導体とした同軸構造を考えたとき、中心導体を取り囲むグランド導体が本来配置されるべき仮想円上又はその近傍にグランドスルーホール３１ｂが配置された構造をいう。グランドスルーホール３１ｂの上記の仮想円上からの位置ずれは、例えば、インピーダンスの誤差が±１０［Ω］程度の範囲であれば許容される。

　非高周波信号スルーホール３２は、高周波信号よりも周波数が低い低周波信号の伝送、電源供給、グランド接続等を行うために設けられるスルーホールである。インピーダンス不整合による低周波信号等の伝送損失は、高周波信号の伝送損失に比べて十分小さいため、非高周波信号スルーホール３２は、疑似同軸構造スルーホール３１のような疑似的な同軸構造とはされていない。

　ここで、非高周波信号スルーホール３２の径は、高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂの径と同じ（或いは、同程度）である。高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂ並びに非高周波信号スルーホール３２の径は、例えば、０．１５［ｍｍ］以下であることが好ましい。

　高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂ、並びに、非高周波信号スルーホール３２は、導体ピン、導体線、金属めっき、導電ペースト等の何れかによって形成されるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂ、並びに、非高周波信号スルーホール３２に用いられる導体は、銅、銀、金、合金等の金属、カーボン等が挙げられる。高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂ、並びに、非高周波信号スルーホール３２の形状は、特に限定されないが、ピン状、線状、層状、粒子状、鱗片状、繊維状、ナノチューブ等が挙げられる。

　また、部品実装基板３０には、グランドパターン３３が形成されている。グランドパターン３３は、部品実装基板３０の内層パターンであり、グランドスルーホール３１ｂと電気的に接続されている。グランドパターン３３を設けることにより、疑似同軸構造スルーホール３１のグランドスルーホール３１ｂを補強して、良好なインピーダンス整合を実現することができる。

　図２は、図１のＡ－Ａ線に沿う断面矢視図である。尚、図１は、例えば、図２中のＢ－Ｂ線に沿う断面矢視図である。図２に示す例では、部品実装基板３０に形成されたスルーホールのうち、３つの疑似同軸構造スルーホール３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）と、１つの非高周波信号スルーホール３２とを図示している。疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂは、ピッチを狭くするために近接配置されている。これに対し、疑似同軸構造スルーホール３１Ｃは、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂからある程度離間した位置に配置されている。

　図２に示す通り、グランドパターン３３には、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの各々に設けられた高周波信号スルーホール３１ａの周囲が、略円形状にくり抜かれた開口部ＡＰが形成されている。疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの各々に設けられたグランドスルーホール３１ｂは、グランドパターン３３と電気的に接続されている。また、非高周波信号スルーホール３２はグランドパターン３３とは絶縁されている。

　疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの各々に設けられた高周波信号スルーホール３１ａ及びグランドスルーホール３１ｂは、前述した通り、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの各々がインピーダンス整合するように適切な間隔を有するように配置される。例えば、部品実装基板３０の比誘電率が「４」程度であり、高周波信号スルーホール３１ａの径が０．１５［ｍｍ］であり、特性インピーダンスが５０［Ω］である場合には、高周波信号スルーホール３１ａとグランドスルーホール３１ｂとの間隔は、０．３７５［ｍｍ］程度に設定される。

　また、グランドパターン３３を設けることにより、前述した通り、グランドスルーホール３１ｂを補強して、良好なインピーダンス整合を実現することができる。このため、グランドパターン３３に形成される開口部ＡＰの大きさも、高周波信号スルーホール３１ａとグランドスルーホール３１ｂとの間隔と同様の手法で設計できる。例えば、高周波信号スルーホール３１ａと開口部ＡＰの内周縁との間隔が、０．３７５［ｍｍ］程度（開口部ＡＰの内径が、０．７５［ｍｍ］程度）に設定される。

　ここで、スルーホール（高周波信号スルーホール３１ａ、グランドスルーホール３１ｂ）を形成する際に、形成しようとしているスルーホールが他のスルーホールに近づきすぎると、基板割れ等の破損が生ずる場合がある。このため、スルーホールの間隔は、ある一定距離以上（例えば、０．２［ｍｍ］以上）にする必要がある。

　図２に示す通り、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂは、ピッチを狭くするために近接配置されており、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂのグランドスルーホール３１ｂ同士が近接（例えば、０．２［ｍｍ］未満）する場合がある。本実施形態では、２つの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域に配置されるグランドスルーホール３１ｂを、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂで共用することで、上記の近接が生じないようにしている。

　図２に示す例において、近接配置された疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂをまとめて見ると、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂは、２つの高周波信号スルーホール３１ａと、これら高周波信号スルーホール３１ａに並設された３つのグランドスルーホール３１ｂとを備える。３つのグランドスルーホール３１ｂは、隣接する２つが１つの高周波信号スルーホール３１ａを挟むように、直線Ｌ１上に配置されている。尚、直線Ｌ１は、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａの中心同士を結ぶ直線である。

　２つの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域に配置されるグランドスルーホール３１ｂは、高周波信号スルーホール３１ａの各々に対して略等距離となる位置に配置される。ここで、「略等距離」とは、部品実装基板３０の製造時の製造誤差を考慮した距離である。つまり、完全な等距離でなくとも、距離の差が製造誤差程度であれば、高周波信号スルーホール３１ａの間の領域に配置されるグランドスルーホール３１ｂは、高周波信号スルーホール３１ａの各々に対して等距離である位置に配置されているということができる。

　このように、高周波信号スルーホール３１ａの間の領域に配置されるグランドスルーホール３１ｂは、直線Ｌ１上であって高周波信号スルーホール３１ａの各々に対して略等距離となる位置に配置される。このような配置にすることにより、隣接する高周波信号スルーホール３１ａ間で及ぼし合う特性に対する影響を最小にすることができる。

　図３は、本発明の一実施形態における高周波信号スルーホールの間の領域を説明する平面図である。図３に示す通り、疑似同軸構造スルーホール３１Ａの高周波信号スルーホール３１ａと、疑似同軸構造スルーホール３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａとの間の領域Ｒ１は、図中の線分で示された領域である。領域Ｒ１は、直線Ｌ１に直交する直線が、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａを中心とし、各々の高周波信号スルーホール３１ａに並設されたグランドスルーホール３１ｂの中心を円周の一部とみなす２つの円ＣＲに外接する平行な直線Ｌ１１，Ｌ１２で仕切られる領域である。

　つまり、本実施形態において、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂは、以下の条件の下で設計される。疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの３つのグランドスルーホール３１ｂのうち、１つのグランドスルーホール３１ｂが高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１に配置される。他の２つのグランドスルーホール３１ｂについては、領域Ｒ１以外の領域において、一方のグランドスルーホール３１ｂが一方の高周波信号スルーホール３１ａに対して並設し、他方のグランドスルーホール３１ｂが他方の前記第１スルーホール３１ａに対して並設するように配置される。

　上記の条件が満たされ、且つインピーダンス整合される限りにおいて、グランドスルーホール３１ｂの配置は変更可能である。例えば、図２に示す例では、３つのグランドスルーホール３１ｂの全てが、直線Ｌ１上に配置されていた。しかしながら、例えば、２つの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１に配置されるグランドスルーホール３１ｂは、領域Ｒ１に配置されていれば、直線Ｌ１上に配置されていなくても良い。また、他のグランドスルーホール３１ｂも、直線Ｌ１上に配置されていなくても良い。

　図４は、本発明の一実施形態における部品実装基板の表面を示す図である。図４（ａ）は、部品実装基板３０の第２面３０ｂ側に形成されたパターンを示す平面図であり、図４（ｂ）は、そのパターン上にソルダーレジストが形成された状態を示す平面図である。尚、図４では、部品実装基板３０の第２面３０ｂ側の構成を図示しているが、部品実装基板３０の第１面３０ａ側も同様の構成である。

　また、図４においては、便宜上、図２に示す疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂと同じ符号が付された疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂを図示している。しかしながら、図４に示す疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂと、図２に示す疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂとは異なるもの（部品実装基板３０の異なる位置に形成されるもの）である点に注意されたい。

　図４（ａ）に示す例では、２つの疑似同軸構造スルーホール３１（３１Ａ，３１Ｂ）と、２つの非高周波信号スルーホール３２（３２Ａ，３２Ｂ）とを図示している。疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂのグランドスルーホール３１ｂは、部品実装基板３０の第２面３０ｂに形成されたグランドパターン３３に接続されている。これに対し、非高周波信号スルーホール３２Ａ，３２Ｂは、グランドパターン３３とは絶縁されている。

　疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａの周囲にはランド導体ＬＣ１（電極パッド）が形成されており、非高周波信号スルーホール３２Ａ，３２Ｂの周囲にはランド導体ＬＣ２が形成されている。つまり、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａ及び非高周波信号スルーホール３２Ａ，３２Ｂは、所謂パッドオンビア構造を有している。このようなパッドオンビア構造にすることにより、アンテナ基板１０とＲＦＩＣ２０との間における高周波信号の伝送距離を最短にして、高周波信号の伝送損失を最小することができる。

　また、図４（ａ）に示す通り、部品実装基板３０の第２面３０ｂには、円形形状の導体（以下、便宜的に、ランド導体ＬＣ３という）も形成されている。ランド導体ＬＣ３は、ランド導体ＬＣ１，ＬＣ２と同程度の大きさであり、グランドパターン３３とは絶縁されている。ランド導体ＬＣ３により、例えば、部品実装基板３０の第２面３０ｂに搭載されるＲＦＩＣ２０を固定することができる。

　図４（ｂ）に示す通り、部品実装基板３０の第２面３０ｂには、ソルダーレジスト３４が形成されている。ソルダーレジスト３４には、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａ（ランド導体ＬＣ１の一部を含む）を外部に露出させる孔Ｈ１が形成されている。尚、ランド導体ＬＣ１の径は、例えば、０．３［ｍｍ］程度であり、孔Ｈ１の径は、例えば、０．２［ｍｍ］程度である。

　また、ソルダーレジスト３４には、非高周波信号スルーホール３２Ａ，３２Ｂ（ランド導体ＬＣ２の一部を含む）を外部に露出させる孔Ｈ２が形成されている。また、ソルダーレジスト３４には、ランド導体ＬＣ３の一部、及びグランドパターン３３の一部を外部に露出させる孔Ｈ３が形成されている。尚、ランド導体ＬＣ２，ＬＣ３の径は、例えば、０．３［ｍｍ］程度であり、孔Ｈ２，Ｈ３の径は、例えば、０．２［ｍｍ］程度である。

　ここで、孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を介して外部に露出している部分は、部品実装基板３０の第２面３０ｂにＲＦＩＣ２０を搭載する実装用ランドとして用いられる。これら実装用ランドは、基本的には、部品実装基板３０の第２面３０ｂの面内において一定のピッチをもって配置される。但し、図４（ｂ）に示す通り、孔Ｈ１に係る実装用ランドのピッチを、孔Ｈ２，Ｈ３に係る実装用ランドのピッチとは異なるピッチにすることもできる。

　つまり、非高周波信号スルーホール３２Ａ，３２Ｂの間隔を、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａの間隔と異なる間隔にすることができる。これは、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂについて、インピーダンス整合させるために、高周波信号スルーホール３１ａとグランドスルーホール３１ｂとの距離の調整をすることが望ましい場合があるからである。

　アンテナ基板１０は、接続用金属端子１２ａの各々が平面視で部品実装基板３０の高周波信号スルーホール３１ａの各々と一対一で重なり、且つ、接続用金属端子１２ｂの各々が平面視で部品実装基板３０の非高周波信号スルーホール３２の各々と一対一で重なるように位置決めされて、部品実装基板３０の第１面３０ａに搭載される。ＲＦＩＣ２０は、金属端子２１ａの各々が平面視で部品実装基板３０の高周波信号スルーホール３１ａの各々と一対一で重なり、且つ、金属端子２１ｂの各々が平面視で部品実装基板３０の非高周波信号スルーホール３２の各々と一対一で重なるように位置決めされて、部品実装基板３０の第２面３０ｂに搭載される。

　アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０は、平面視をした場合に、ＲＦＩＣ２０の全体がアンテナ基板１０に重なるように、部品実装基板３０の第１面３０ａ及び第２面３０ｂにそれぞれ搭載され、高周波信号スルーホール３１ａ及び非高周波信号スルーホール３２を介して電気的に接続されている。尚、アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０は、平面視をした場合に、少なくとも一部が重なっており、その重なった部分に設けられた高周波信号スルーホール３１ａを介して電気的に接続されていれば良い。

　以上の通り、本実施形態のアンテナモジュール１は、近接配置された２つの疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂが設けられた部品実装基板３０を備える。部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂは、これらをまとめて見ると、２つの高周波信号スルーホール３１ａと、高周波信号スルーホール３１ａに対して並設された少なくとも３つのグランドスルーホール３１ｂとを備える。３つのグランドスルーホール３１ｂのうち、１つのグランドスルーホール３１ｂが２つの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１に配置される。他の２つのグランドスルーホール３１ｂについては、領域Ｒ１以外の領域において、一方のグランドスルーホール３１ｂが一方の高周波信号スルーホール３１ａに対して並設し、他方のグランドスルーホール３１ｂが他方の上記第１スルーホール３１ａに対して並設するように配置されている。

　このような構成により、疑似同軸構造スルーホール３１Ａの高周波信号スルーホール３１ａと、疑似同軸構造スルーホール３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａとの間の領域Ｒ１に配置されたグランドスルーホール３１ｂを、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂで共用している。これにより、インピーダンス整合された疑似同軸構造スルーホール３１を従来よりも高密度に配置することができる。また、領域Ｒ１に配置されたグランドスルーホール３１ｂを疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂで共用することで、グランドスルーホール３１ｂの数を１つ減らすことができるため、その分のコストを低減することができる。

　〈第１変形例〉
　図５は、第１変形例に係る部品実装基板を示す断面図である。尚、図５に示す断面図は、図１のＡ－Ａ線に沿う断面図に相当する。また、図５においては、図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図２に示す例では、説明を簡単にするために、２つの疑似同軸構造スルーホール３１（３１Ａ，３１Ｂ）が近接配置された例について説明した。しかしながら、近接配置される疑似同軸構造スルーホール３１は３つ以上であっても良い。

　図５に示す例では、１つの疑似同軸構造スルーホール３１（３１Ａ）に対し、４つの疑似同軸構造スルーホール３１（３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ）が近接配置されている。この例では、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１（不図示）に配置されたグランドスルーホール３１ｂが疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｂで共用される。また、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｃの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１（不図示）に配置されたグランドスルーホール３１ｂが疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｃで共用される。

　同様に、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｄの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１（不図示）に配置されたグランドスルーホール３１ｂが疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｄで共用される。また、疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｅの高周波信号スルーホール３１ａの間の領域Ｒ１（不図示）に配置されたグランドスルーホール３１ｂが疑似同軸構造スルーホール３１Ａ，３１Ｅで共用される。

　〈第２変形例〉
　図６は、第２変形例に係る部品実装基板を示す断面図である。尚、図６においては、アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０の図示を省略し、部品実装基板３０の疑似同軸構造スルーホール３１が形成された部分及びその周辺のみを図示している。また、図６においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。

　図６に示す通り、本変形例において、部品実装基板３０内には、複数層（図６に示す例では、３層）のグランドパターン３３が形成されている。各グランドパターン３３には、疑似同軸構造スルーホール３１の各々に設けられた高周波信号スルーホール３１ａの周囲が略円形状にくり抜かれた開口部ＡＰが形成されている。また、各グランドパターン３３は、疑似同軸構造スルーホール３１のグランドスルーホール３１ｂと電気的に接続されている。

　以上の通り、本変形例では、部品実装基板３０内に形成された複数層（３層）のグランドパターン３３によって、疑似同軸構造スルーホール３１のグランドスルーホール３１ｂが補強されている。これにより、上述した実施形態（部品実装基板３０内のグランドパターン３３が一層）よりも良好なインピーダンス整合を実現することが可能である。

　〈第３変形例〉
　図７は、第３変形例に係るアンテナモジュールを示す断面図である。尚、図７においては、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。本変形例に係るアンテナモジュール１が、図１に示すアンテナモジュール１と異なる点は、部品実装基板３０内のグランドパターン３３が省略されている点である。

　部品実装基板３０内のグランドパターン３３は、疑似同軸構造スルーホール３１のグランドスルーホール３１ｂを補強する上では設けられていることが望ましい。但し、疑似同軸構造スルーホール３１のグランドスルーホール３１ｂを補強する必要が無ければ、図７に示す通り、省略することも可能である。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
　例えば、上述した実施形態におけるアンテナモジュール１では、アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０のみが部品実装基板３０に搭載されている。しかしながら、部品実装基板３０には、アンテナ基板１０及びＲＦＩＣ２０以外の他の部品（図示省略）が搭載されていても良い。

　また、上述した実施形態では、アンテナ基板１０が部品実装基板３０の第１面３０ａに搭載され、ＲＦＩＣ２０が、部品実装基板３０の第２面３０ｂに搭載される例について説明した。
　しかしながら、これとは逆に、ＲＦＩＣ２０が部品実装基板３０の第１面３０ａに搭載され、アンテナ基板１０が、部品実装基板３０の第２面３０ｂに搭載されていても良い。

１…アンテナモジュール、１０…アンテナ基板、１１…アンテナ、２０…ＲＦＩＣ、３０…部品実装基板、３０ａ…第１面、３０ｂ…第２面、３１ａ…高周波信号スルーホール、３１ｂ…グランドスルーホール、３２…非高周波信号スルーホール、３３…グランドパターン、Ｌ１…直線、ＬＣ１…ランド導体、Ｒ１…領域

Claims (10)

1. 　第１面から前記第１面とは反対の面である第２面に至るスルーホールが形成された基板において、
   　所定の間隔を有するように並設された、高周波信号が伝送される２つの第１スルーホールと、
   　２つの前記第１スルーホールに対し、前記所定の間隔よりも狭い間隔を有するように並設された、少なくとも３つの基準電位の第２スルーホールと、
   　を備え、
   　３つの前記第２スルーホールのうち、１つの前記第２スルーホールが２つの前記第１スルーホールの間の領域に配置され、他の２つの前記第２スルーホールが前記第１スルーホールの間の領域以外の領域において、前記他の２つの第２スルーホールのうちの一方が２つの前記第１スルーホールのうちの一方に対して並設し、前記他の２つの第２スルーホールのうちの他方が２つの前記第１スルーホールのうちの他方に対して並設するように配置されている、
   　基板。
2. 　２つの前記第１スルーホールの間の領域に配置される前記第２スルーホールは、前記第１スルーホールの各々に対して略等距離となる位置に配置される、請求項１記載の基板。
3. 　２つの前記第１スルーホールの間の領域に配置される前記第２スルーホールは、前記第１スルーホールの中心同士を結んだ直線上に配置される、請求項１又は請求項２記載の基板。
4. 　前記第１スルーホール及び前記第２スルーホールは、インピーダンス整合された疑似的な同軸構造を有するように配置されている、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の基板。
5. 　前記第２スルーホールと電気的に接続された、インピーダンス整合用のグランドパターンを更に備える、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の基板。
6. 　前記グランドパターンは、基板の内部に少なくとも一層設けられている、請求項５記載の基板。
7. 　前記第１スルーホールの両端部には、電極パッドが形成されている、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の基板。
8. 　前記高周波信号とは異なる非高周波信号が伝送される複数の第３スルーホールを備え、
   　前記第１スルーホール同士の間隔は、前記第３スルーホール同士の間隔とは異なる、
   　請求項１から請求項７の何れか一項に記載の基板。
9. 　アンテナが形成されたアンテナ基板と、
   　高周波信号を処理する高周波集積回路と、
   　請求項１から請求項８の何れか一項に記載の基板と、
   　を備え、
   　前記アンテナ基板及び前記高周波集積回路は、平面視をした場合に、少なくとも一部が重なるように、前記基板の前記第１面及び前記第２面にそれぞれ搭載され、前記第１スルーホールを介して電気的に接続されている、
   　アンテナモジュール。
10. 　前記基板は、前記アンテナ基板の材料よりも誘電正接が大きな材料によって形成されている、請求項９記載のアンテナモジュール。

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