WO2022185900A1 - アンテナモジュール - Google Patents

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WO2022185900A1
WO2022185900A1 PCT/JP2022/005881 JP2022005881W WO2022185900A1 WO 2022185900 A1 WO2022185900 A1 WO 2022185900A1 JP 2022005881 W JP2022005881 W JP 2022005881W WO 2022185900 A1 WO2022185900 A1 WO 2022185900A1
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radiation electrode
lens
module according
mounting substrate
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薫 須藤
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株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
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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

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna module having a lens, and to technology for improving antenna characteristics.
  • Patent Document 1 discloses a configuration of a wireless unit equipped with a convex lens.
  • a wireless unit board having an antenna element is housed in a housing.
  • An opening is provided in the housing in a direction in which the antenna element radiates radio waves, and a lens is arranged in the opening.
  • arbitrary directivity can be obtained by using a lens to change the path of radio waves radiated from the antenna element.
  • an air layer is formed between the antenna element and the lens.
  • an impedance mismatch occurs due to the difference in dielectric constant, and radio waves may be reflected. This can reduce the gain of the antenna.
  • the present disclosure has been made to solve such problems, and the object thereof is to suppress the impedance mismatch caused by the lens in an antenna module having a lens, thereby improving the characteristics of the antenna. be.
  • An antenna module includes a flat mounting substrate, a feeding circuit mounted on the mounting substrate for supplying a high frequency signal, a radiation electrode arranged on the feeding circuit, the feeding circuit and the radiation electrode. and a dielectric filled around the.
  • the dielectric has a lens portion formed at a position overlapping the radiation electrode when the mounting substrate is viewed from above.
  • a dielectric body integrated with a lens portion is arranged on the radiation electrode.
  • a dielectric is filled between the feeding circuit and the radiation electrode.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of a communication device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2(A) is a cross-sectional view of the antenna module according to Embodiment 1, and a plan view (FIG. 2(B)) of the RFIC and the radiation electrode in FIG. 2(A).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an antenna module according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an antenna module in Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an antenna module in Embodiment 4;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an antenna module in Embodiment 5;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an antenna module in Embodiment 6;
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of an antenna module in Embodiment 7;
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of antenna module 100 in Embodiment 8, and a plan view of RFIC and radiation electrodes in FIG. 9A is shown in FIG. 9B.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram of a communication device 10 according to Embodiment 1.
  • the communication device 10 is, for example, a mobile terminal such as a mobile phone, a smart phone or a tablet, a personal computer having a communication function, a base station, smart glasses, or the like.
  • An example of the frequency band of the radio waves used in the antenna module 100 in Embodiment 1 is, for example, millimeter-wave radio waves with center frequencies of 28 GHz, 39 GHz, and 60 GHz. It is possible.
  • communication device 10 includes antenna module 100 and BBIC 200 that configures a baseband signal processing circuit.
  • the antenna module 100 comprises an RFIC 110 for supplying radio frequency signals.
  • the communication device 10 up-converts the signal transmitted from the BBIC 200 to the antenna module 100 into a high-frequency signal in the RFIC 110 and radiates it from the radiation electrode 121 . Further, the communication device 10 transmits the high-frequency signal received by the radiation electrode 121 to the RFIC 110 , down-converts the signal, and then processes the signal in the BBIC 200 .
  • FIG. 1 shows an example in which a plurality of radiation electrodes 121 are arranged in a two-dimensional array, the number of radiation electrodes 121 is not necessarily plural, and the antenna module 100 has one radiation electrode 121. It may be a case of having A one-dimensional array in which a plurality of radiation electrodes 121 are arranged in a line may also be used.
  • radiation electrode 121 is described as an example of a patch antenna having a substantially square flat plate shape. may be
  • RFIC 110 includes switches 111A to 111D, 113A to 113D, 117, power amplifiers 112AT to 112DT, low noise amplifiers 112AR to 112DR, attenuators 114A to 114D, phase shifters 115A to 115D, and signal combiner/demultiplexer. 116 , a mixer 118 and an amplifier circuit 119 .
  • switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to the power amplifiers 112AT to 112DT, and the switch 117 is connected to the amplifier circuit 119 on the transmission side.
  • switches 111A to 111D and 113A to 113D are switched to low noise amplifiers 112AR to 112DR, and switch 117 is connected to the receiving amplifier of amplifier circuit 119.
  • a signal transmitted from the BBIC 200 is amplified by the amplifier circuit 119 and up-converted by the mixer 118 .
  • a transmission signal which is an up-converted high-frequency signal, is divided into four waves by the signal combiner/demultiplexer 116, passes through four signal paths, and is fed to different radiation electrodes 121, respectively.
  • the directivity of the radiation electrode 121 can be adjusted by individually adjusting the degree of phase shift of the phase shifters 115A to 115D arranged in each signal path. Attenuators 114A-114D also adjust the strength of the transmitted signal.
  • the received signals which are high-frequency signals received by each radiation electrode 121 , pass through four different signal paths and are multiplexed by the signal combiner/demultiplexer 116 .
  • the multiplexed received signal is down-converted by mixer 118 , amplified by amplifier circuit 119 , and transmitted to BBIC 200 .
  • the RFIC 110 is formed, for example, as a one-chip integrated circuit component including the circuit configuration described above.
  • devices switching, power amplifiers, low-noise amplifiers, attenuators, phase shifters
  • corresponding to each radiation electrode 121 in the RFIC 110 may be formed as one-chip integrated circuit components for each corresponding radiation electrode 121. .
  • FIG. 2A and 2B Details of the antenna module 100 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2A and 2B are a cross-sectional view (FIG. 2A) of the antenna module 100 and a plan view (FIG. 2B) of the RFIC 110 and the radiation electrode 121 in FIG. 2A.
  • the antenna module 100 is a lens antenna having a lens Ln.
  • the antenna module 100 includes a flat mounting board 120 , an RFIC 110 and a mold resin 130 .
  • a convex lens Ln is formed on the mold resin 130 .
  • Lens Ln has a hemispherical shape arranged to protrude from mold resin 130 . Note that the shape of the lens Ln may be concave rather than convex.
  • the thickness direction of the mounting board 120 is defined as the Z-axis direction, and the planes perpendicular to the Z-axis direction are defined as the X-axis and the Y-axis.
  • the positive direction of the Z-axis in each drawing may be referred to as the upper surface side, and the negative direction thereof as the lower surface side.
  • the mold resin 130 corresponds to the "dielectric” in this disclosure
  • the RFIC 110 corresponds to the "feeder circuit" in this disclosure.
  • the RFIC 110, the electronic component 150A, and the electronic component 150B are mounted on the surface of the mounting substrate 120 on the positive direction side of the Z axis.
  • the RFIC 110 includes a semiconductor substrate such as silicon, conductor layers, dielectric layers, protective films, and the like.
  • a radiation electrode 121 is arranged on the surface Sf1 of the RFIC 110 on the positive direction side of the Z axis. In antenna module 100 of Embodiment 1, radiation electrode 121 is formed from a single radiation element.
  • the mounting board 120 is electrically connected to the RFIC 110 via bonding wires 160A and 160B. As shown in FIG.
  • the bonding wires 160A and 160B are connected to the surface of the mounting substrate 120 on the positive side of the Z axis and the surface Sf1 of the RFIC 110. As shown in FIG. That is, the mounting board 120 is electrically connected to the RFIC 110 .
  • Such a configuration in which the radiation electrode 121 is arranged on the same surface as the surface Sf1 connected to the bonding wires 160A and 160B is sometimes called a face-up configuration. Note that the surface Sf1 corresponds to the "first surface" in the present disclosure.
  • the wiring C1 that connects the radiation electrode 121 and the bonding wire 160A is arranged on the surface Sf1 of the RFIC 110.
  • the wiring C1 may be arranged in a layer on the negative direction side of the Z-axis with respect to the surface Sf1 of the RFIC 110 .
  • the wiring C1 may transmit the high-frequency signal to the radiation electrode 121 by capacitively coupling with the bonding wire 160A.
  • the wiring C1 may transmit a high-frequency signal to the radiation electrode 121 by capacitively coupling with the radiation electrode 121 .
  • the method of supplying power to the radiation electrode 121 is not limited to the bonding wire, and the radiation electrode 121 may be supplied with power using a through-silicon via (TSV). That is, the radiation electrode 121 may be connected to the mounting substrate 120 by a through electrode that penetrates the RFIC 110 .
  • TSV through-silicon via
  • a plurality of connection terminals 170 are formed on the surface of the mounting substrate 120 on the negative direction side of the Z axis.
  • the plurality of connection terminals 170 are composed of six terminals.
  • the positive direction side of the Z-axis of the mounting board 120 is filled with the molding resin 130 . That is, the mold resin 130 covers the radiation electrode 121 . As a result, the electronic components and the like mounted on the mounting board 120 are fixed, and the mechanical strength is improved.
  • the base material forming mold resin 130 is, for example, thermosetting resin such as epoxy resin. Note that the base material forming the mold resin 130 may be made of other materials.
  • a convex lens Ln is formed in the mold resin 130 at a position overlapping the radiation electrode 121 when the mounting substrate 120 is viewed from above.
  • the peripheral edge of the lens Ln when the mounting substrate 120 is viewed in plan has a circular shape. Also, the peripheral edge of the lens Ln when the mounting substrate 120 is viewed from above may have a shape other than a circular shape.
  • a mold resin 130 having lenses Ln is formed using a mold.
  • the shape of the lens Ln is formed in the mold, and by pouring resin into the mold and solidifying the resin, the mold resin 130 having the lens Ln is formed.
  • the lens Ln improves the convergence of the high-frequency signal emitted by the radiation electrode 121 .
  • the lens Ln changes the beam shape of the high-frequency signal emitted by the radiation electrode 121 to improve the gain. That is, when the mold resin 130 has the lens Ln, the gain of the antenna module 100 is improved compared to when the mold resin 130 does not have the lens Ln. In addition, when the lens Ln has a concave shape, the width of the beam is widened.
  • the mold resin 130 is formed so that the space between the lens Ln and the radiation electrode 121 is solid. Further, in the example of FIG. 2, the mold resin 130 is formed of a single-layer resin having a uniform dielectric constant. As a result, the dielectric constant between the lens Ln and the radiation electrode 121 does not change significantly. Emitted radio waves are generally reflected as they pass through regions with large variations in dielectric constant. The greater the change in dielectric constant, the easier it is for radiated radio waves to be reflected. That is, the gain of the antenna is reduced. In the example of FIG.
  • the mold resin 130 between the lens Ln and the radiation electrode 121 is formed of a single-layer resin with a uniform dielectric constant, radio waves emitted by the radiation electrode 121 are less likely to be reflected. .
  • the interface is, for example, a boundary between the mold resin 130 with a high dielectric constant and an air layer with a low dielectric constant, and is a surface that causes impedance mismatch.
  • the antenna module 100 since there is no interface where the permittivity changes significantly, it is possible to suppress the impedance mismatch and the reflection of radio waves.
  • the mold resin 130 is solid between the radiation electrode 121 and the lens Ln, and there is no interface between objects having greatly different dielectric constants. Compared to the case where an air layer is formed between the electrode 121 and the lens Ln, radio waves emitted from the radiation electrode 121 are less likely to be reflected. That is, in the antenna module 100, a decrease in antenna gain is suppressed. Therefore, in the antenna module 100, the antenna characteristics are improved.
  • the radiation electrode 121 and the lens Ln are arranged with a distance D1 in the Z-axis direction.
  • the distance D1 is 1 ⁇ or more.
  • the distance over which radio waves are radiated from the lens Ln becomes longer. That is, in the antenna module 100, the function of the lens Ln is improved.
  • the distance D1 between the lens Ln and the radiation electrode 121 is preferably 1 ⁇ or more and 10 ⁇ or less. Thereby, in the antenna module 100, generation of unnecessary resonance can be suppressed.
  • the mold resin 130 is covered with a sputter shield 140 .
  • the sputter shield 140 is formed by depositing a metal material containing Cu on the surface of the mold resin by sputtering.
  • the metal material forming the sputter shield may be a metal material containing Au or Ag.
  • Sputter shield 140 is formed in mold resin 130 so as to cover region R2 where lens Ln is not formed.
  • region R2 where lens Ln is not formed.
  • FIG. 2 only the XY plane and the YZ plane of the mold resin 130 are shown as the region R2 for convenience of explanation, but the XZ plane and the corners and ridges formed by the plane of the mold resin 130 are shown. include.
  • the sputter shield 140 is formed on the region R2. Also, the sputter shield 140 does not cover the region R1 in the mold resin 130 where the lens Ln is formed. In other words, lens Ln is not covered by sputter shield 140 .
  • a bonding wire 160A shown in FIG. 2 is a wire that connects the RFIC 110 and the BBIC 200, and transmits intermediate frequency band signals.
  • the sputter shield 140 is arranged at a position overlapping the bonding wire 160A when the mounting substrate 120 is viewed from above. In other words, the bonding wires 160A are covered by the sputter shield 140.
  • FIG. Thereby, in the antenna module 100, it is possible to suppress the radio wave emitted from the bonding wire 160A from being emitted to the outside of the antenna module 100.
  • FIG. Since the bonding wire 160B is a wiring for connecting to the ground potential, it is less necessary to be covered with the sputter shield 140.
  • the lens Ln has a circular shape when the mounting board 120 is viewed from above.
  • end P1 and end P2 are illustrated at the edge of the lens Ln, which is the peripheral end of the lens Ln where the convex lens Ln and the sputter shield 140 are in contact. Since the lens Ln has a circular shape when the mounting substrate 120 is viewed from above, the end P2 is the end located farthest from the end P1.
  • the angle Ag1 is an angle between the direction from the radiation electrode 121 to the end P1 and the direction from the radiation electrode 121 to the end P2.
  • the radiation angle of the radiation electrode 121 which is a patch antenna, is generally 120 degrees or less. Therefore, when the lens Ln is arranged so that the angle Ag1 exceeds 120 degrees, the lens Ln has a region through which radio waves do not pass. Therefore, in the antenna module 100, the angle Ag1 between the direction from the radiation electrode 121 to the end P1 and the direction from the radiation electrode 121 to the end P2 is 120 degrees or less. to place As a result, it is possible to prevent the dimension of the lens Ln not covered by the sputter shield 140 from becoming unnecessarily large. That is, it is possible to prevent radio waves radiated from bonding wire 160A and electronic components 150A and 150B from being radiated to the outside of antenna module 100 through lens Ln.
  • FIG. 2(B) shows the radiation electrode 121 and the RFIC 110 viewed from the positive side of the Z-axis.
  • Radiation electrode 121 forms a patch antenna.
  • the bonding wire 160 ⁇ /b>A and the radiation electrode 121 are connected by wiring in the rewiring layer of the RFIC 110 .
  • the radiation electrode 121 may be formed in the rewiring layer of the RFIC 110 instead of being arranged on the surface Sf1 of the RFIC 110 on the positive direction side of the Z axis.
  • the mold resin 130 in FIG. 2 does not necessarily have to be formed from a uniform base material.
  • the mold resin 130 may be formed of a plurality of base materials in stepwise layers.
  • the base material of each layer forming the mold resin 130 is selected so that the dielectric constant difference between adjacent base materials is within a predetermined range between the base materials formed in layers. Thereby, the reflection of radio waves between the base materials can be suppressed.
  • the layer on the most negative side of the Z-axis and in contact with the radiation electrode 121 is formed of a first base material with a relatively high dielectric constant.
  • a layer of a second base material having a lower dielectric constant than that of the first base material is arranged on the positive direction side of the Z-axis of the layer of the first base material.
  • the difference between the dielectric constant of the first base material and the dielectric constant of the second base material is such that the interface does not reflect radio waves.
  • a layer of a third base material having a lower dielectric constant than that of the second base material is arranged on the positive direction side of the Z-axis of the layer of the second base material. The difference between the dielectric constant of the second base material and the dielectric constant of the third base material is such that the interface does not reflect radio waves.
  • the mold resin 130 has a stepwise layer in which the dielectric constant gradually decreases, thereby preventing the occurrence of an interface between the radiation electrode 121 and the lens Ln where the amount of reflected radio waves increases. can be suppressed.
  • the mold resin 130 includes a plurality of base materials, and is formed such that the dielectric constants of the plurality of base materials gradually change as gradation.
  • antenna module 100 of Embodiment 1 the configuration in which only mold resin 130 is filled between RFIC 110 and electronic component 150A or electronic component 150B has been described.
  • the configuration of antenna module 100A in which conductive shield 180A is arranged between electronic component 150A and RFIC 110 and conductive shield 180B is arranged between electronic component 150B and RFIC 110 will be described.
  • antenna module 100A of the second embodiment the description of the configuration overlapping with that of antenna module 100 of the first embodiment will not be repeated.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the antenna module 100A according to the second embodiment.
  • a conductive shield 180A is arranged between the electronic component 150A and the RFIC 110.
  • a conductive shield 180B is arranged between the electronic component 150B and the RFIC 110 .
  • Conductive shields 180A and 180B are formed from a member having conductivity. Conductive shields 180A and 180B are connected to ground potential.
  • the conductive shields 180A and 180B have wall shapes. That is, the conductive shields 180A and 180B have lengths in the Y-axis direction, and divide the region filled with the mold resin 130 into three. Thereby, RFIC 110 and electronic components 150A and 150B are arranged in independent spaces separated by conductive shields 180A and 180B. As shown in FIG. 3, the conductive shields 180A, 180B are preferably positioned between the sputter shield 140 and the mounting substrate 120 to form an isolated and independent space, although only one of the conductive shields 180A, 180B is disposed. An opening may be formed in the portion.
  • the conductive shields 180A and 180B may have a shape other than the wall shape.
  • the conductive shields 180A, 180B may have a post shape, wire shape, or mesh shape.
  • a columnar shape means at least one rod-like shape arranged between the mounting substrate 120 and the sputter shield 140 .
  • the conductive shields 180A and 180B have a pillar shape or a wall shape, the regions where the RFIC 110 and the electronic components 150A and 150B are arranged are not completely isolated, but noise generation is suppressed and Manufacturing costs can be reduced. If the conductive shields 180A, 180B are post-shaped, multiple posts may be positioned between the RFIC 110 and the electronic components 150A, 150B.
  • a wire shape is a shape consisting of at least one conductive wire that is thinner than a column shape.
  • the conductive shields 180A, 180B correspond to "conductive members" in the present disclosure.
  • By arranging the conductive shields 180A and 180B it is possible to resonate with radio waves radiated from the radiation electrode 121, and it is possible to suppress the occurrence of unnecessary resonance.
  • the conductive shields 180A and 180B are arranged, the heat generated by the electronic components 150A and 150B can be transmitted to the outside of the antenna module 100A through the conductive shields 180A and 180B. , can improve the heat dissipation efficiency.
  • the conductive shield 180A is arranged in the vicinity of the RFIC 110. That is, distance D3 between conductive shield 180A and RFIC 110 is shorter than distance D2 between conductive shield 180A and electronic component 150A. In other words, distance D2 is longer than distance D3.
  • the distance D2 is longer than the distance D3, so that the antenna module 100A can suppress the occurrence of unnecessary resonance.
  • the conductive shield 180B is arranged in the vicinity of the electronic component 150B. That is, distance D5 between conductive shield 180B and electronic component 150B is shorter than distance D4 between conductive shield 180B and RFIC 110. FIG. In other words, distance D4 is longer than distance D5.
  • the distance D4 is longer than the distance D5, so that the antenna module 100A can improve the heat radiation efficiency of the heat generated by the electronic component 150A.
  • the conductive shields 180A and 180B are not limited to having a shape having a length in the Y-axis direction, and may have a shape having a length in the X-axis direction. That is, the conductive shield may be arranged on the positive X-axis side, the negative X-axis side, the positive Y-axis side, and the negative Y-axis side of the RFIC 110 so as to surround the RFIC 110 . This makes it possible to suppress the occurrence of unnecessary resonance more reliably.
  • Embodiment 3 In the antenna module 100 of Embodiment 1, the configuration in which the radiation electrode 121 is a single patch antenna has been described. Embodiment 3 describes the configuration of an antenna module 100B having a plurality of radiation elements. In addition, in the antenna module 100B of Embodiment 3, description of the configuration overlapping with that of the antenna module 100 of Embodiment 1 will not be repeated.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the antenna module 100B according to the third embodiment.
  • the antenna module 100B has a radiation electrode 121B arranged on a surface Sf1 of the RFIC 110 on the positive direction side of the Z axis.
  • Radiation electrode 121B includes a plurality of radiation elements 122A-122D. That is, the radiation electrodes 121B form a one-dimensional array antenna.
  • the radiation electrode 121B may have a two-dimensional arrangement in which radiation elements are arranged not only in the X-axis direction as shown in FIG. 4 but also in the Y-axis direction.
  • the angle Ag2 is the angle between the direction from the radiation element 122A toward the end P1 and the positive direction of the Z-axis.
  • Angle Ag3 is the angle between the direction from radiation element 122D toward end P2 and the positive direction of the Z-axis.
  • patch antennas typically radiate at angles less than or equal to 120 degrees. Therefore, in the antenna module 100B, the radiation electrode 121B and the lens Ln are arranged so that the angle obtained by adding the angle Ag3 to the angle Ag2 is 120 degrees or less. As a result, it is possible to prevent the dimension of the lens Ln not covered by the sputter shield 140 from becoming unnecessarily large. That is, it is possible to prevent radio waves radiated from bonding wire 160A and electronic components 150A and 150B from being radiated to the outside of antenna module 100 through lens Ln.
  • the permittivity between the lens Ln and the radiation electrode 121B does not change greatly due to the configuration shown in FIG. Therefore, since there is no region where the degree of change in dielectric constant is large, it is possible to suppress the reflection of radio waves and improve the characteristics of the antenna while performing beam forming using a plurality of radiating elements.
  • Embodiment 4 In the antenna module 100 of Embodiment 1, the configuration in which the convex lenses Ln are formed in the mold resin 130 has been described. In Embodiment 4, a configuration in which a lens LnC, which is a plane lens, is formed on mold resin 130 will be described. In addition, in the antenna module 100C of Embodiment 4, description of the configuration overlapping with that of the antenna module 100 of Embodiment 1 will not be repeated.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the antenna module 100C according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, in antenna module 100C, lens LnC formed in mold resin 130 is a planar lens.
  • a planar lens is a lens that has a planar lens effect and is formed by a metamaterial or the like.
  • a metamaterial is an artificial substance that has electromagnetic or optical properties that are not possessed by substances existing in the natural world. Metamaterials have the property of negative permeability ( ⁇ 0), negative permittivity ( ⁇ 0), or negative refractive index (when both the permeability and the permittivity are negative). This makes it possible to change the path of radio waves emitted from the radiation electrode 121 even in a planar shape.
  • the lens LnC in the example of the antenna module 100C is formed by FSS (Frequency-Selective Surface), but it may be a planar lens formed by other manufacturing methods and materials.
  • the permittivity between the lens Ln and the radiation electrode 121B does not greatly change due to the configuration shown in FIG. Since there is no , it is possible to reduce the height by using a planar lens while suppressing the reflection of radio waves and improving the characteristics of the antenna.
  • Embodiment 5 In the antenna module 100 of Embodiment 1, the configuration (face up) in which the bonding wires 160A and 160B for connecting to the mounting board 120 are connected to the surface Sf1 on which the radiation electrode 121 is arranged has been described. In Embodiment 5, a configuration will be described in which a connecting member for connecting to mounting board 120 is connected to surface Sf2, and radiation electrode 121 is arranged on surface Sf1 different from surface Sf2. Below, the configuration shown in Embodiment 5 may be referred to as facedown. In addition, in antenna module 100D of the fifth embodiment, the description of the configuration overlapping with that of antenna module 100 of the first embodiment will not be repeated.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the antenna module 100D according to the fifth embodiment.
  • RFIC 110 is electrically connected to mounting board 120 via connection member 160D.
  • the RFIC 110 has a surface Sf1 on the positive side of the Z-axis and a surface Sf2 on the negative side of the Z-axis that face each other.
  • Connection member 160D is connected to surface Sf2 of RFIC 110 .
  • Radiation electrode 121 is arranged on surface Sf ⁇ b>1 of RFIC 110 . That is, in the antenna module 100D, the radiation electrode 121 is arranged on the surface Sf1 different from the surface Sf2 connected to the mounting board 120 .
  • connection member 160D includes five solder bumps.
  • the number of solder bumps included in connection member 160D is not limited to five, and may include at least two solder bumps.
  • the connection member 160D may be a connection member other than a solder bump.
  • the RFIC 110 can be mounted on the mounting board 120 in a face-down configuration while suppressing reflection of radio waves and improving antenna characteristics.
  • antenna module 100D of Embodiment 5 the configuration in which the connection member 160D that connects the RFIC 110 and the mounting substrate 120 is arranged between the mounting substrate 120 and the RFIC 110 has been described.
  • an antenna module 100E having a configuration in which an intermediate member 190 is added to the configuration of antenna module 100D will be described.
  • antenna module 100E of the sixth embodiment the description of the configuration overlapping with that of antenna module 100D of the fifth embodiment will not be repeated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the antenna module 100E according to the sixth embodiment.
  • RFIC 110 is electrically connected to intermediate member 190 via connecting member 160Ea.
  • the intermediate member 190 is, for example, a printed board, a ceramic board, an interposer board made of silicon or glass, or a flexible board.
  • the connection member 160Ea is arranged between the surface Sf2 of the RFIC 110 and the surface Sf3 of the intermediate member 190 on the positive direction side of the Z axis.
  • the intermediate member 190 is electrically connected to the mounting board 120 via the connection member 160Eb.
  • connection member 160Eb is arranged between the surface Sf4 of the intermediate member 190 on the negative Z-axis side and the surface of the mounting board 120 on the positive Z-axis side.
  • Each of connection members 160Ea and 160Eb includes five solder bumps.
  • Connection members 160Ea and 160Eb may be connection members other than solder bumps.
  • the mold resin 130 is filled between the lens Ln and the radiation electrode 121 as well.
  • the dielectric constant between the lens Ln and the radiation electrode 121 does not change significantly. Therefore, there is no region where the degree of change in dielectric constant is large, and in the antenna module 100E, the intermediate member 190 can be mounted while suppressing the reflection of radio waves and improving the characteristics of the antenna.
  • Embodiment 7 In the antenna module 100 of Embodiment 1, the configuration in which the lens Ln is formed so as to protrude from the mold resin 130 has been described. In Embodiment 7, by adjusting the position where the lens LnF is formed, the lens LnF is prevented from physically interfering with an object such as an external device, and the overall height of the antenna module 100F is reduced. A configuration for realizing the above will be described. In addition, in the antenna module 100F of the seventh embodiment, the description of the configuration overlapping with that of the antenna module 100 of the first embodiment will not be repeated.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the antenna module 100F according to the seventh embodiment.
  • lens LnF of antenna module 100F is formed inside mold resin 130, unlike lens Ln of the first embodiment. That is, the hemispherical vertex T1 of the lens LnF is arranged on the negative side of the Z-axis with respect to the surface of the sputter shield 140 on the positive side of the Z-axis. In other words, in the Z-axis direction, the vertex T1 and the surface of the sputter shield 140 on the positive side of the Z-axis are separated by a distance D6. As a result, it is possible to prevent the lens LnF from physically interfering with an object such as an external device, and further reduce the height of the antenna module 100F as a whole.
  • the antenna module 100F in which such a lens LnF is arranged on the negative direction side of the Z-axis with respect to the spatter shield 140 since the mold resin 130 is filled between the lens LnF and the radiation electrode 121, the lens LnF and the radiation electrode 121, and there is no region where the degree of change in the dielectric constant is large. Therefore, in the antenna module 100E, the reflection of radio waves is suppressed, the characteristics of the antenna are improved, the lens LnF is prevented from physically interfering with an object such as an external device, and the antenna module 100F as a whole has a low profile. can be realized.
  • Embodiment 8 In the antenna module 100 of Embodiment 1, the configuration in which the radiation electrode 121 forms a patch antenna has been described. In Embodiment 8, a configuration in which radiation electrode 121G forms a dipole antenna will be described. In addition, in the antenna module 100G of the eighth embodiment, the description of the configuration overlapping with that of the antenna module 100 of the first embodiment will not be repeated.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view (FIG. 9(A)) of the antenna module 100G in Embodiment 8, and a plan view (FIG. 9(B)) of the RFIC 110 and the radiation electrode 121G in FIG. 9(A).
  • the radiation electrode 121G forms a dipole antenna.
  • the radiation electrode 121G may be formed as an antenna other than the patch antenna and the dipole antenna.
  • the radiation electrode 121G can be formed as a slot antenna.
  • the antenna module 100G having an antenna other than such a patch antenna since there is no region where the degree of change in dielectric constant is large between the lens Ln and the radiation electrode 121G, the reflection of radio waves is suppressed, and the antenna is improved.
  • Various antennas can be implemented while improving the characteristics.

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Abstract

高周波信号を供給するためのＲＦＩＣ（１１０）と、ＲＦＩＣ（１１０）を実装する平板形状の実装基板（１２０）と、ＲＦＩＣ（１１０）上に配置される放射電極（１２１）と、ＲＦＩＣ（１１０）および放射電極（１２１）の周囲に充填されるモールド樹脂（１３０）とを備える。モールド樹脂（１３０）は、実装基板（１２０）を平面視した場合に、放射電極（１２１）と重なる位置にレンズ（Ｌｎ）が形成される。

Description

アンテナモジュール
　本開示は、レンズを有するアンテナモジュールに関し、アンテナの特性を向上させるための技術に関する。
　特開２０１５－２１３２８５号公報（特許文献１）には、凸状のレンズが装着された無線ユニットの構成が開示されている。
　特許文献１に開示されている無線ユニットでは、アンテナ素子を有する無線ユニット基板が、筐体に収容されている。筐体にはアンテナ素子が電波を放射する方向に開口が設けられており、当該開口にはレンズが配置されている。
　特許文献１に開示された構成のように、レンズを用いてアンテナ素子から放射された電波の経路を変更することにより任意の指向性を得ることができる。
特開２０１５－２１３２８５号公報
　特許文献１の無線ユニットでは、アンテナ素子とレンズとの間には空気層が形成されている。この場合、空気層とレンズとの界面において、誘電率の違いに起因してインピーダンスの不整合が発生し、電波の反射が生じ得る。これにより、アンテナの利得が低下し得る。
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的はレンズを有するアンテナモジュールにおいて、レンズに起因したインピーダンスの不整合を抑制して、アンテナの特性を向上させることである。
　本開示のある局面に従うアンテナモジュールは、平板形状の実装基板と、実装基板上に実装され高周波信号を供給するための給電回路と、給電回路上に配置される放射電極と、給電回路および放射電極の周囲に充填される誘電体とを備える。誘電体は、実装基板を平面視した場合に、放射電極と重なる位置にレンズ部が形成される。
　本開示によるレンズを有するアンテナモジュールにおいて、放射電極上に、レンズ部が一体となった誘電体が配置されている。誘電体は給電回路と放射電極との間に充填されている。このような構成とすることによって、アンテナ素子が放射する電波がレンズに到達するまでの間において、誘電率が大きく変化することがないため、インピーダンスの不整合が発生させず、アンテナの特性を向上させることが可能となる。
実施の形態１における通信装置のブロック図の一例である。 実施の形態１におけるアンテナモジュールの断面図（図２（Ａ））、および図２（Ａ）におけるＲＦＩＣおよび放射電極の平面図（図２（Ｂ））である。 実施の形態２におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態３におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態４におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態５におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態６におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態７におけるアンテナモジュールの断面図である。 実施の形態８におけるアンテナモジュール１００の断面図（図９（Ａ））、および図９（Ａ）におけるＲＦＩＣおよび放射電極の平面図（図９（Ｂ））である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　［実施の形態１］
　（通信装置の基本構成）
　図１は、実施の形態１における通信装置１０のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末、通信機能を備えたパーソナルコンピュータ、基地局、またはスマートグラスなどである。実施の形態１におけるアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。
　図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、高周波信号を供給するためのＲＦＩＣ１１０を備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号をＲＦＩＣ１１０において高周波信号にアップコンバートし、放射電極１２１から放射する。また、通信装置１０は放射電極１２１で受信した高周波信号をＲＦＩＣ１１０に伝達し、ダウンコンバートを行なった後にＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。
　図１では、説明を容易にするために、アンテナモジュール１００が有する複数の放射電極１２１のうち、４つの放射電極１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の放射電極１２１に対応する構成については省略されている。なお、図１においては複数の放射電極１２１が二次元のアレイ状に配置される例を示しているが、放射電極１２１は必ずしも複数である必要はなく、アンテナモジュール１００が１つの放射電極１２１を有する場合であってもよい。また、複数の放射電極１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。実施の形態１においては、放射電極１２１は、略正方形の平板状を有するパッチアンテナを例として説明するが、放射電極１２１の形状は円形、楕円形、あるいは、六角形のような他の多角形であってもよい。
　ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７と、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄと、移相器１１５Ａ～１１５Ｄと、信号合成／分波器１１６と、ミキサ１１８と、増幅回路１１９とを備える。
　高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の受信側アンプに接続される。
　ＢＢＩＣ２００から伝達された信号は、増幅回路１１９で増幅され、ミキサ１１８でアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成／分波器１１６で４分波され、４つの信号経路を通過して、それぞれ異なる放射電極１２１に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～１１５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、放射電極１２１の指向性を調整することができる。また、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄは送信信号の強度を調整する。
　各放射電極１２１で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる４つの信号経路を経由し、信号合成／分波器１１６で合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８でダウンコンバートされ、増幅回路１１９で増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。
　ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各放射電極１２１に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する放射電極１２１毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。
（アンテナモジュールの構造）
　次に、図２を用いて、図１におけるアンテナモジュール１００の詳細について説明する。図２は、実施の形態１におけるアンテナモジュール１００の断面図（図２（Ａ））、および図２（Ａ）におけるＲＦＩＣ１１０および放射電極１２１の平面図（図２（Ｂ））である。
　図２（Ａ）に示されるように、アンテナモジュール１００は、レンズＬｎを備えるレンズアンテナである。アンテナモジュール１００は、平板形状の実装基板１２０と、ＲＦＩＣ１１０と、モールド樹脂１３０とを備える。モールド樹脂１３０には、凸状のレンズＬｎが形成されている。レンズＬｎは、モールド樹脂１３０から突き出るように配置された半球形状を有する。なお、レンズＬｎが有する形状は、凸状ではなく凹状であってもよい。
　なお、以降の説明においては、実装基板１２０の厚さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面をＸ軸およびＹ軸と規定する。また、各図におけるＺ軸の正方向を上面側、負方向を下面側と称する場合がある。モールド樹脂１３０は本開示における「誘電体」に対応し、ＲＦＩＣ１１０は本開示における「給電回路」に対応する。
　実装基板１２０におけるＺ軸の正方向側に面には、ＲＦＩＣ１１０、電子部品１５０Ａ、および電子部品１５０Ｂが実装される。ＲＦＩＣ１１０は、シリコンなどの半導体基板、導体層、誘電体層、保護膜などを含む。また、ＲＦＩＣ１１０のＺ軸の正方向側の面Ｓｆ１には、放射電極１２１が配置される。実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、放射電極１２１は、単一の放射素子から形成される。実装基板１２０は、ボンディングワイヤ（Bonding　Wire）１６０Ａ，１６０Ｂを介して、ＲＦＩＣ１１０と電気的に接続される。図２に示されるように、ボンディングワイヤ１６０Ａ，１６０Ｂは、実装基板１２０のＺ軸の正方向側の面とＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ１に接続される。すなわち、実装基板１２０は、ＲＦＩＣ１１０と電気的に接続される。このように、ボンディングワイヤ１６０Ａ，１６０Ｂと接続する面Ｓｆ１と同一の面に放射電極１２１が配置されている構成をフェイスアップの構成と呼称する場合がある。なお、面Ｓｆ１は本開示における「第１面」に対応する。
　図２（Ｂ）に示されるように、ＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ１上において、放射電極１２１とボンディングワイヤ１６０Ａとを接続する配線Ｃ１が配置されている。なお、配線Ｃ１は、ＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ１よりもＺ軸の負方向側の層に配置されていてもよい。この場合、配線Ｃ１は、ボンディングワイヤ１６０Ａと容量結合することにより、高周波信号を放射電極１２１へ伝達してもよい。さらに、配線Ｃ１は、放射電極１２１と容量結合することにより、高周波信号を放射電極１２１へ伝達してもよい。なお、放射電極１２１への給電手法はボンディングワイヤに限られず、放射電極１２１は、Ｓｉ貫通電極(ＴＳＶ:Through-Silicon Via)を用いて給電されてもよい。すなわち、放射電極１２１は、ＲＦＩＣ１１０を貫通する貫通電極によって実装基板１２０と接続されてもよい。
　実装基板１２０のＺ軸の負方向側の面には、複数の接続端子１７０が形成される。図２の例においては、複数の接続端子１７０は、６つの端子から構成される。
　実装基板１２０のＺ軸の正方向側にはモールド樹脂１３０が充填される。すなわち、モールド樹脂１３０は、放射電極１２１を覆う。これにより、実装基板１２０上に実装された電子部品等は固定され、機械的強度が向上する。モールド樹脂１３０を形成する基材は、たとえばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂である。なお、モールド樹脂１３０を形成する基材は、その他の材質であってもよい。
　モールド樹脂１３０には、実装基板１２０を平面視した場合に、放射電極１２１と重なる位置に凸状のレンズＬｎが形成される。実装基板１２０を平面視した場合におけるレンズＬｎの周端は、円形状を有している。また、実装基板１２０を平面視した場合におけるレンズＬｎの周端は、円形状以外の形状であってもよい。
　レンズＬｎを有するモールド樹脂１３０は、金型を用いて形成される。たとえば、当該金型には、レンズＬｎの形状が形成されており、金型に樹脂を流し込み、当該樹脂を固化することにより、レンズＬｎを有するモールド樹脂１３０が形成される。
　レンズＬｎは、放射電極１２１が放射された高周波信号の収束性を向上させる。換言すれば、レンズＬｎは、放射電極１２１が放射する高周波信号のビーム形状を変えて、利得を向上させるものである。すなわち、モールド樹脂１３０がレンズＬｎを有する場合では、モールド樹脂１３０がレンズＬｎを有さない場合と比較して、アンテナモジュール１００の利得は向上する。なお、レンズＬｎが有する形状が凹状である場合、ビームの幅が広くなる。
　アンテナモジュール１００では、モールド樹脂１３０は、レンズＬｎと放射電極１２１との間が中実であるように形成される。また、図２の例では、モールド樹脂１３０は、誘電率が一様な単層の樹脂から形成される。これにより、レンズＬｎと放射電極１２１との間において、誘電率が大きく変化することはない。放射される電波は、一般的に、誘電率の変化が大きい領域を通るときに反射する。誘電率の変化が大きい程、放射される電波が反射しやすくなる。すなわち、アンテナの利得が低下する。図２の例においては、レンズＬｎと放射電極１２１との間のモールド樹脂１３０が誘電率の一様な単層の樹脂から形成されているため、放射電極１２１が放射した電波が反射しにくくなる。すなわち、誘電率が大きく異なる物体との間における界面が、レンズＬｎと放射電極１２１との間に存在しない。界面とは、たとえば、誘電率の高いモールド樹脂１３０と誘電率の低い空気層との間の境界であり、インピーダンスの不整合を生じる面である。アンテナモジュール１００では、誘電率が大きく変化する界面が存在しないため、インピーダンスの不整合を抑制し、電波の反射を抑制することができる。
　このように、実施の形態１におけるアンテナモジュール１００では、モールド樹脂１３０は放射電極１２１とレンズＬｎとの間が中実であり、誘電率が大きく異なる物体との間における界面が存在しないため、放射電極１２１とレンズＬｎとの間に空気層が形成される場合と比較して、放射電極１２１から放射される電波の反射しにくくなる。すなわち、アンテナモジュール１００では、アンテナの利得が低下することが抑制される。したがって、アンテナモジュール１００では、アンテナの特性が向上する。
　Ｚ軸方向において、放射電極１２１とレンズＬｎとは、距離Ｄ１だけ離して配置される。ＲＦＩＣ１１０が供給する高周波信号の波長をλとするとき、距離Ｄ１は、１λ以上の長さである。これにより、放射電極１２１とレンズＬｎとの間の距離が１λ未満である場合と比較して、電波がレンズＬｎから放射される距離は、長くなる。すなわち、アンテナモジュール１００において、レンズＬｎの機能が向上する。
　一方で、放射電極１２１とレンズＬｎとの間の距離が長くなると、シールド内で共振し得る波長の電波が増加する。そうすると、放射電極１２１から放射される電波と干渉する不要共振が発生しやすくなる。したがって、アンテナモジュール１００では、レンズＬｎと放射電極１２１との間の距離Ｄ１は、１λ以上であって、かつ、１０λ以下とすることが望ましい。これにより、アンテナモジュール１００では、不要共振の発生を抑制することができる。
　モールド樹脂１３０は、スパッタシールド１４０によって覆われる。スパッタシールド１４０は、Ｃｕを含む金属材料をスパッタリングによってモールド樹脂の表面に堆積させて形成される。スパッタシールドを形成する金属材料は、ＡｕまたはＡｇを含む金属材料であってもよい。スパッタシールド１４０は、モールド樹脂１３０において、レンズＬｎが形成されない領域Ｒ２を覆うように形成される。図２では、領域Ｒ２は、説明の都合上、モールド樹脂１３０が有するＸＹ平面およびＹＺ平面のみを図示しているが、ＸＺ平面および、モールド樹脂１３０が有する平面から形成される角部および稜線を含む。
　すなわち、スパッタシールド１４０は、領域Ｒ２上に形成される。また、スパッタシールド１４０は、モールド樹脂１３０においてレンズＬｎが形成される領域Ｒ１を覆わない。換言すれば、レンズＬｎは、スパッタシールド１４０によって覆われない。
　図２に示されるボンディングワイヤ１６０Ａは、ＲＦＩＣ１１０とＢＢＩＣ２００とを接続するワイヤーであり、中間周波数帯の信号を伝達する。ボンディングワイヤ１６０Ａに中間周波数帯の信号が伝達されるとき、ボンディングワイヤ１６０Ａから不要な電波が放射される場合がある。アンテナモジュール１００において、スパッタシールド１４０は、実装基板１２０を平面視した場合に、ボンディングワイヤ１６０Ａと重なる位置に配置されている。換言すれば、ボンディングワイヤ１６０Ａは、スパッタシールド１４０に覆われている。これにより、アンテナモジュール１００では、ボンディングワイヤ１６０Ａから放射される電波がアンテナモジュール１００の外部に放射されることを抑制することができる。ボンディングワイヤ１６０Ｂは、接地電位と接続するための配線であるため、スパッタシールド１４０に覆われる必要性が低い。なお、スパッタシールド１４０は本開示における「導電層」に対応する。
　上述の通り、レンズＬｎは、実装基板１２０を平面視したときに、円形を有する。レンズＬｎの縁であって、凸状のレンズＬｎとスパッタシールド１４０が接するレンズＬｎの周端において、図２（Ａ）の例では、端部Ｐ１と端部Ｐ２が図示される。実装基板１２０を平面視した場合におけるレンズＬｎは、円形を有するため、端部Ｐ２は、端部Ｐ１から最も離れた位置にある端部である。
　角度Ａｇ１は、放射電極１２１から端部Ｐ１に向かう方向と、放射電極１２１から端部Ｐ２に向かう方向とが成す角度である。パッチアンテナである放射電極１２１が放射する角度は、一般的に１２０度以下である。そのため、角度Ａｇ１が１２０度を超えるようにレンズＬｎを配置した場合、レンズＬｎは、電波が通過しない領域を有することとなる。したがって、アンテナモジュール１００では、放射電極１２１から端部Ｐ１に向かう方向と、放射電極１２１から端部Ｐ２に向かう方向とが成す角度Ａｇ１が、１２０度以下になるように放射電極１２１とレンズＬｎとを配置する。これにより、スパッタシールド１４０によって覆われないレンズＬｎの寸法が無用に大きくなることを防ぐことができる。すなわち、ボンディングワイヤ１６０Ａ、電子部品１５０Ａ，１５０Ｂから放射される電波が、レンズＬｎを通ってアンテナモジュール１００の外部に放射されることを防ぐことができる。
　図２（Ｂ）には、Ｚ軸の正方向側から見た放射電極１２１とＲＦＩＣ１１０とが示されている。放射電極１２１は、パッチアンテナを形成する。ボンディングワイヤ１６０Ａと放射電極１２１とは、ＲＦＩＣ１１０の再配線層の配線によって接続される。放射電極１２１は、ＲＦＩＣ１１０のＺ軸の正方向側の面Ｓｆ１上に配置されずに、ＲＦＩＣ１１０の再配線層内に形成されてもよい。
　なお、図２におけるモールド樹脂１３０は、必ずしも均一の基材から形成されなくてもよい。たとえば、モールド樹脂１３０は、複数の基材が段階的な層状に形成されていてもよい。このとき、層状に形成される基材間において、隣り合う基材間の誘電率差が所定の範囲となるようにモールド樹脂１３０を形成する各層の基材が選定される。これにより、基材間における電波の反射を抑制することができる。
　モールド樹脂１３０を形成する各層のうち、Ｚ軸の最も負方向側の層であって、放射電極１２１と接する層は、誘電率の比較的高い第１基材によって形成される。第１基材の層のＺ軸の正方向側には、第１基材よりも誘電率の低い第２基材の層が配置される。第１基材の誘電率と第２基材の誘電率差は、電波を反射させる界面とならない程度の差である。さらに、第２基材の層のＺ軸の正方向側には、第２基材よりも誘電率の低い第３基材の層が配置される。第２基材の誘電率と第３基材の誘電率差は、電波を反射させる界面とならない程度の差である。
　このように、モールド樹脂１３０は誘電率が徐々に低下していく段階的な層を有することにより、放射電極１２１からレンズＬｎまでの間において、電波の反射量が大きくなる界面が発生することを抑制することができる。換言すれば、モールド樹脂１３０は、複数の基材を含み、複数の基材の誘電率がグラデーションとして、徐々に変化していくように形成されている。
　［実施の形態２］
　上記の実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、ＲＦＩＣ１１０と電子部品１５０Ａまたは電子部品１５０Ｂとの間には、モールド樹脂１３０のみが充填される構成について説明した。実施の形態２においては、電子部品１５０ＡとＲＦＩＣ１１０との間に導電シールド１８０Ａが配置され、電子部品１５０ＢとＲＦＩＣ１１０との間に導電シールド１８０Ｂが配置されるアンテナモジュール１００Ａの構成について説明する。なお、実施の形態２のアンテナモジュール１００Ａにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図３は、実施の形態２におけるアンテナモジュール１００Ａの断面図である。図３に示されるように、電子部品１５０ＡとＲＦＩＣ１１０との間には、導電シールド１８０Ａが配置されている。また、電子部品１５０ＢとＲＦＩＣ１１０との間には、導電シールド１８０Ｂが配置されている。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、導電性を有する部材から形成される。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、接地電位に接続されている。
　図３に示すアンテナモジュール１００Ａにおいて、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、壁形状を有する。すなわち、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、Ｙ軸方向に長さを有し、モールド樹脂１３０が充填される領域を３つに分割する。これにより、ＲＦＩＣ１１０、電子部品１５０Ａ，１５０Ｂの各々は、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂによって隔離された独立した空間に配置される。図３に示されるように、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、スパッタシールド１４０と実装基板１２０との間に配置されて隔離された独立した空間を形成することが望ましいが、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂの一部に開口が形成されていてもよい。
　なお、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、壁形状以外の形状であってもよい。たとえば、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、柱形状、ワイヤー形状、あるいはメッシュ形状を有していてもよい。柱形状とは、実装基板１２０とスパッタシールド１４０との間を配置される少なくとも１つの棒状の形状を意味する。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂが柱形状である場合、壁形状である場合と比較すれば、ＲＦＩＣ１１０、電子部品１５０Ａ，１５０Ｂが配置される領域は、完全に隔離されないが、ノイズの発生を抑制しつつ、製造コストを削減することができる。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂが柱形状である場合、複数の柱がＲＦＩＣ１１０と電子部品１５０Ａ，１５０Ｂとの間に配置されてもよい。
　ワイヤー形状とは、柱形状よりもさらに細い少なくとも１つの導電性ワイヤーからなる形状である。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂが柱形状を有する場合、Ｚ軸方向に長さを有することに対して、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂがワイヤー形状の場合、Ｙ軸方向に複数のワイヤーを配置することが好ましい。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、本開示における「導電部材」に対応する。導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂが配置されることにより、放射電極１２１が放射する電波と共振することができ、不要共振が発生することを抑制することができる。また、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂが配置されることにより、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂを介して、電子部品１５０Ａ，１５０Ｂにて発生した熱をアンテナモジュール１００Ａの外部に伝達することができ、アンテナモジュール１００Ａでは、放熱効率を向上させることができる。
　導電シールド１８０Ａに着目したとき、導電シールド１８０Ａは、ＲＦＩＣ１１０の近傍に配置されている。すなわち、導電シールド１８０ＡとＲＦＩＣ１１０との間の距離Ｄ３は、導電シールド１８０Ａと電子部品１５０Ａとの間の距離Ｄ２よりも短い。換言すれば、距離Ｄ２は、距離Ｄ３よりも長い。
　このように、距離Ｄ２が距離Ｄ３よりも長いことにより、アンテナモジュール１００Ａでは、不要共振の発生を抑制することができる。
　導電シールド１８０Ｂに着目したとき、導電シールド１８０Ｂは、電子部品１５０Ｂの近傍に配置されている。すなわち、導電シールド１８０Ｂと電子部品１５０Ｂとの間の距離Ｄ５は、導電シールド１８０ＢとＲＦＩＣ１１０との間の距離Ｄ４よりも短い。換言すれば、距離Ｄ４は、距離Ｄ５よりも長い。
　このように、距離Ｄ４が距離Ｄ５よりも長いことにより、アンテナモジュール１００Ａでは、電子部品１５０Ａが発生させる熱量の放熱効率を向上させることができる。
　なお、導電シールド１８０Ａ，１８０Ｂは、Ｙ軸方向に長さを有する形状に限られず、Ｘ軸方向に長さを有する形状であってもよい。すなわち、導電シールドは、ＲＦＩＣ１１０のＸ軸の正方向側、Ｘ軸の負方向側、Ｙ軸の正方向側、Ｙ軸の負方向側に配置され、ＲＦＩＣ１１０を囲むように配置されてもよい。これにより、より確実に不要共振の発生を抑制することができる。
　［実施の形態３］
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、放射電極１２１が単一のパッチアンテナである構成を説明した。実施の形態３においては、複数の放射素子を有するアンテナモジュール１００Ｂの構成について説明する。なお、実施の形態３のアンテナモジュール１００Ｂにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図４は、実施の形態３におけるアンテナモジュール１００Ｂの断面図である。図４に示されるように、アンテナモジュール１００Ｂは、ＲＦＩＣ１１０のＺ軸の正方向側の面Ｓｆ１に、放射電極１２１Ｂが配置されている。放射電極１２１Ｂは、複数の放射素子１２２Ａ～１２２Ｄを含む。すなわち、放射電極１２１Ｂは、一次元配列されたアレイアンテナを形成する。放射電極１２１Ｂは、図４に示すようなＸ軸方向のみならず、Ｙ軸方向に放射素子が並べられる二次元配列された構成であってもよい。
　角度Ａｇ２は、放射素子１２２Ａから端部Ｐ１に向かう方向とＺ軸の正方向とが成す角度である。角度Ａｇ３は、放射素子１２２Ｄから端部Ｐ２に向かう方向とＺ軸の正方向とが成す角度である。上述の通り、パッチアンテナが放射する角度は、一般的に１２０度以下である。そのため、アンテナモジュール１００Ｂでは、角度Ａｇ２に角度Ａｇ３を加算した角度が、１２０度以下になるように放射電極１２１ＢとレンズＬｎとを配置する。これにより、スパッタシールド１４０によって覆われないレンズＬｎの寸法が無用に大きくなることを防ぐことができる。すなわち、ボンディングワイヤ１６０Ａ、電子部品１５０Ａ，１５０Ｂから放射される電波が、レンズＬｎを通ってアンテナモジュール１００の外部に放射されることを防ぐことができる。
　このようなアレイ型のアンテナを有するアンテナモジュール１００Ｂにおいても、図４に示す構成により、レンズＬｎと放射電極１２１Ｂとの間の誘電率が大きく変化しない。このことから、誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在しないため、電波の反射を抑制して、アンテナの特性を向上させつつ、複数の放射素子を用いてビームフォーミングをすることができる。
　［実施の形態４］
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、モールド樹脂１３０に凸状のレンズＬｎが形成される構成を説明した。実施の形態４においては、モールド樹脂１３０に平面レンズであるレンズＬｎＣが形成される構成について説明する。なお、実施の形態４のアンテナモジュール１００Ｃにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図５は、実施の形態４におけるアンテナモジュール１００Ｃの断面図である。図５に示されるように、アンテナモジュール１００Ｃでは、モールド樹脂１３０に形成されるレンズＬｎＣは、平面レンズである。
　平面レンズとは、メタマテリアル（metamaterial）等によって形成される平面形状のレンズ効果を有するレンズである。メタマテリアルとは、自然界に存在する物質が有さないような電磁気的あるいは光学的な特性をもつ人工物質を示す。メタマテリアルは、負の透磁率（μ＜０）、負の誘電率（ε＜０）、あるいは負の屈折率（透磁率および誘電率がいずれも負の場合）となる特性を有する。これにより、平面形状であっても放射電極１２１から放射される電波の経路を変更することができる。アンテナモジュール１００Ｃの例におけるレンズＬｎＣは、ＦＳＳ（Frequency-Selective　Surface）によって形成されるが、その他の製法、素材によって形成される平面レンズであってもよい。
　このような平面レンズが形成されるアンテナモジュール１００Ｃにおいても、図５に示す構成により、レンズＬｎと放射電極１２１Ｂとの間の誘電率が大きく変化しないことから、誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在しないため、電波の反射を抑制し、アンテナの特性を向上させつつ、平面レンズを用いることで低背化を実現することができる。
　［実施の形態５］
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、実装基板１２０と接続するためのボンディングワイヤ１６０Ａ，１６０Ｂが、放射電極１２１が配置されている面Ｓｆ１に接続されている構成（フェイスアップ）を説明した。実施の形態５においては、実装基板１２０と接続するための接続部材が面Ｓｆ２と接続し、面Ｓｆ２と異なる面Ｓｆ１に放射電極１２１が配置されている構成について説明する。以下では、実施の形態５に示す構成をフェイスダウンと称する場合がある。なお、実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｄにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図６は、実施の形態５におけるアンテナモジュール１００Ｄの断面図である。図６に示されるように、アンテナモジュール１００Ｄでは、ＲＦＩＣ１１０は、接続部材１６０Ｄを介して、実装基板１２０と電気的に接続される。ＲＦＩＣ１１０は、互いに背向するＺ軸の正方向側の面Ｓｆ１とＺ軸の負方向側の面Ｓｆ２とを有する。接続部材１６０Ｄは、ＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ２に接続される。放射電極１２１は、ＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ１に配置される。すなわち、アンテナモジュール１００Ｄでは、実装基板１２０と接続する面Ｓｆ２と異なる面Ｓｆ１に放射電極１２１が配置される構成である。
　図６の例では、接続部材１６０Ｄは、５つのはんだバンプを含む。なお、接続部材１６０Ｄが含むはんだバンプの個数は、５つに限られず、少なくとも２つのはんだバンプを含めばよい。また、接続部材１６０Ｄは、はんだバンプ以外の接続部材であってもよい。
　このようなＲＦＩＣ１１０が実装基板１２０にフェイスダウンで実装されるアンテナモジュール１００Ｄにおいても、図６に示す構成により、レンズＬｎと放射電極１２１Ｂとの間の誘電率が大きく変化しないことから、誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在しないため、電波の反射を抑制し、アンテナの特性を向上させつつ、フェイスダウンの構成でＲＦＩＣ１１０を実装基板１２０に実装させることができる。
　［実施の形態６］
　実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｄにおいて、ＲＦＩＣ１１０と実装基板１２０とを接続する接続部材１６０Ｄが、実装基板１２０とＲＦＩＣ１１０との間に配置されている構成を説明した。実施の形態６においては、アンテナモジュール１００Ｄの構成に、中間部材１９０を加えた構成を有するアンテナモジュール１００Ｅについて説明する。なお、実施の形態６のアンテナモジュール１００Ｅにおいて、実施の形態５のアンテナモジュール１００Ｄと重複する構成の説明については繰り返さない。
　図７は、実施の形態６におけるアンテナモジュール１００Ｅの断面図である。図７に示されるように、アンテナモジュール１００Ｅでは、ＲＦＩＣ１１０は、接続部材１６０Ｅａを介して、中間部材１９０と電気的に接続される。中間部材１９０は、たとえば、プリント基板やセラミック基板、シリコンやガラスからなるインターポーザ基板、またはフレキシブル基板などが用いられる。接続部材１６０Ｅａは、ＲＦＩＣ１１０の面Ｓｆ２と中間部材１９０のＺ軸の正方向側の面Ｓｆ３との間に配置される。中間部材１９０は、接続部材１６０Ｅｂを介して実装基板１２０と電気的に接続される。接続部材１６０Ｅｂは、中間部材１９０のＺ軸の負方向側の面Ｓｆ４と実装基板１２０のＺ軸の正方向側の面との間に配置される。接続部材１６０Ｅａ，１６０Ｅｂの各々は、５つのはんだバンプを含む。接続部材１６０Ｅａ，１６０Ｅｂは、はんだバンプ以外の接続部材であってもよい。
　このようなＲＦＩＣ１１０と実装基板１２０との間に中間部材１９０が配置されるアンテナモジュール１００Ｅにおいても、レンズＬｎと放射電極１２１との間に、モールド樹脂１３０が充填されている。これにより、レンズＬｎと放射電極１２１との間の誘電率は、大きく変化しない。そのため、誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在せず、アンテナモジュール１００Ｅでは、電波の反射を抑制し、アンテナの特性を向上させつつ、中間部材１９０を実装することができる。
　［実施の形態７］
　実施の形態１のアンテナモジュール１００では、レンズＬｎがモールド樹脂１３０から突出するようにして形成される構成について説明した。実施の形態７においては、レンズＬｎＦが形成される位置を調整することにより、レンズＬｎＦが外部の機器等の物体と物理的に干渉することを防ぎつつ、さらにアンテナモジュール１００Ｆ全体としての低背化を実現する構成について説明する。なお、実施の形態７のアンテナモジュール１００Ｆにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図８は、実施の形態７におけるアンテナモジュール１００Ｆの断面図である。図８に示されるように、実施の形態１のレンズＬｎと比較して、アンテナモジュール１００ＦのレンズＬｎＦは、モールド樹脂１３０の内部に形成される。すなわち、レンズＬｎＦが有する半球形状の頂点Ｔ１は、スパッタシールド１４０のＺ軸の正方向側の面よりも、Ｚ軸の負方向側に配置されている。換言すれば、Ｚ軸方向において、頂点Ｔ１とスパッタシールド１４０のＺ軸の正方向側の面とは、距離Ｄ６だけ離れて配置される。これにより、レンズＬｎＦが外部の機器等の物体と物理的に干渉することを防ぎつつ、さらにアンテナモジュール１００Ｆ全体として、低背化を実現することができる。
　このようなレンズＬｎＦがスパッタシールド１４０よりもＺ軸の負方向側に配置されるアンテナモジュール１００Ｆにおいても、レンズＬｎＦと放射電極１２１との間に、モールド樹脂１３０が充填されているため、レンズＬｎと放射電極１２１との間の誘電率が大きく変化せず、誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在しない。したがって、アンテナモジュール１００Ｅでは、電波の反射を抑制し、アンテナの特性を向上させつつ、レンズＬｎＦが外部の機器等の物体と物理的に干渉することを防ぎ、さらにアンテナモジュール１００Ｆ全体として、低背化を実現することができる。
　［実施の形態８］
　実施の形態１のアンテナモジュール１００においては、放射電極１２１がパッチアンテナを形成する構成を説明した。実施の形態８においては、放射電極１２１Ｇがダイポールアンテナを形成する構成について説明する。なお、実施の形態８のアンテナモジュール１００Ｇにおいて、実施の形態１のアンテナモジュール１００と重複する構成の説明については繰り返さない。
　図９は、実施の形態８におけるアンテナモジュール１００Ｇの断面図（図９（Ａ））、および図９（Ａ）におけるＲＦＩＣ１１０および放射電極１２１Ｇの平面図（図９（Ｂ））である。図９に示されるように、放射電極１２１Ｇは、ダイポールアンテナを形成する。なお、放射電極１２１Ｇは、パッチアンテナおよびダイポールアンテナ以外のアンテナとして形成されてもよい。たとえば、放射電極１２１Ｇは、スロットアンテナとして形成され得る。
　このようなパッチアンテナ以外のアンテナを有するアンテナモジュール１００Ｇにおいても、レンズＬｎと放射電極１２１Ｇとの間において誘電率の変化の度合いが大きい領域が存在しないことから、電波の反射を抑制し、アンテナの特性を向上させつつ、様々なアンテナを実装することができる。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　通信装置、１００，１００Ａ～１００Ｇ　アンテナモジュール、１１０　ＲＦＩＣ、１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７　スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＤＲ　ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＤＴ　パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｄ　減衰器、１１５Ａ～１１５Ｄ　移相器、１１６　信号合成／分波器、１１８　ミキサ、１１９　増幅回路、１２０　実装基板、１２１，１２１Ｂ，１２１Ｇ　放射電極、１２２Ａ～１２２Ｄ　放射素子、１３０　モールド樹脂、１４０　スパッタシールド、１５０Ａ，１５０Ｂ　電子部品、１６０Ａ，１６０Ｂ　ボンディングワイヤ、１６０Ｄ，１６０Ｅａ，１６０Ｅｂ　接続部材、１７０　接続端子、１８０Ａ，１８０Ｂ　導電シールド、１９０　中間部材、２００　ＢＢＩＣ、Ａｇ１～Ａｇ３　角度、Ｃ１　配線、Ｄ１～Ｄ６　距離、Ｌｎ，ＬｎＣ，ＬｎＦ　レンズ、Ｐ１，Ｐ２　端部、Ｒ１，Ｒ２　領域、Ｓｆ１～Ｓｆ４　面、Ｔ１　頂点。

Claims (15)

  1. 　平板形状の実装基板と、
    　前記実装基板上に実装され、高周波信号を供給するための給電回路と、
    　前記給電回路上に配置される放射電極と、
    　前記給電回路および前記放射電極の周囲に充填される誘電体とを備え、
    　前記誘電体は、
    　　前記実装基板を平面視した場合に、前記放射電極と重なる位置にレンズ部が形成される、アンテナモジュール。
  2. 　前記誘電体の少なくとも一部を覆う導電層をさらに備え、
    　前記誘電体は、前記レンズ部を形成する第１領域と前記第１領域以外の第２領域とを含み、
    　前記導電層は、前記第２領域に形成される、請求項１に記載のアンテナモジュール。
  3. 　前記実装基板が有する平面と垂直な方向における前記レンズ部と前記放射電極との間の距離は、前記給電回路から供給される前記高周波信号の波長をλとしたとき、１λ以上の長さである、請求項２に記載のアンテナモジュール。
  4. 　信号が伝達され、前記実装基板と前記給電回路とを接続する接続部材をさらに備え、
    　前記導電層は、前記実装基板を平面視した場合に前記接続部材と重なる位置に配置される、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  5. 　前記給電回路は、前記実装基板が有する平面と平行である第１面を有し、
    　前記放射電極は、前記第１面上に配置され、
    　前記接続部材は、前記第１面に接続される、請求項４に記載のアンテナモジュール。
  6. 　前記給電回路は、前記実装基板が有する平面と平行である第１面と前記第１面と背向する第２面とを有し、
    　前記放射電極は、前記第１面上に配置され、
    　前記接続部材は、前記第２面に接続される、請求項４に記載のアンテナモジュール。
  7. 　前記実装基板に実装される電子部品と、
    　前記電子部品と前記給電回路との間に配置される導電部材をさらに備える、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  8. 　前記導電部材は、壁形状、柱形状、またはワイヤー形状のいずれかの形状を有する、請求項７に記載のアンテナモジュール。
  9. 　前記導電部材と前記電子部品との間の距離は、前記導電部材と前記給電回路との間の距離よりも長い、請求項７または請求項８に記載のアンテナモジュール。
  10. 　前記導電部材と前記給電回路との間の距離は、前記導電部材と前記電子部品との間の距離よりも長い、請求項７または請求項８に記載のアンテナモジュール。
  11. 　前記レンズ部は、前記実装基板を平面視した場合における前記レンズ部の周端において、第１端部と、前記第１端部から最も離れた端部である第２端部とを含み、
    　前記放射電極から前記第１端部に向かう第１方向と、前記放射電極から前記第２端部に向かう第２方向とが成す角度は、１２０度以下である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  12. 　前記放射電極は、第１放射素子と第２放射素子とを含む、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  13. 　前記レンズ部は、平面レンズである、請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  14. 　前記放射電極は、パッチアンテナを形成する、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
  15. 　前記放射電極は、ダイポールアンテナを形成する、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載のアンテナモジュール。
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