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Hintergrund
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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft elektronische Vorrichtungen und betrifft genauer eine elektronische Vorrichtung mit einem Antennenmodul.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Elektronische Bordvorrichtungen wie eine Fahrzeugnavigationsvorrichtung kommunizieren zunehmend drahtlos mit Mobilgeräten eines Insassen wie einem Mobiltelefon, Smartphone oder Tablet. In einem solchen Fall muss die Kommunikationsempfindlichkeit zwischen einer elektronischen Vorrichtung und einer mobilen Vorrichtung verbessert werden. Zu diesem Zweck ist eine Antenne auf einer Rückseite eines Bildschirms der elektronischen Vorrichtung angeordnet, und die Antenne ist so ausgerichtet, dass sie relativ zu der zum Bildschirm normalen Richtung in einer Richtung von oben nach unten geneigt ist (siehe z. B. Patentschrift 1).
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[Patentschrift 1]
JP2015-8375 -
In einigen Fällen muss eine Antenne auf einer anderen Oberfläche als derjenigen angeordnet werden, auf der der Bildschirm angeordnet ist. Wenn eine elektronische Vorrichtung in diesem Fall ein Metallgehäuse enthält, wird die Antenne durch das Metallgehäuse beeinflusst. Es ist wünschenswert, dass der Einfluss des Metallgehäuses auf die Antenne reduziert wird.
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Zusammenfassung
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In Anbetracht dieser Situation hat die vorliegende Offenbarung das Ziel, eine Technik zur Reduzierung des Einflusses eines Metallgehäuses zu schaffen.
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, enthält eine elektronische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Metallgehäuse, das eine Oberfläche mit einer darin vorgesehenen Öffnung enthält; ein Substrat, das innerhalb des Metallgehäuses angeordnet ist, wobei das Substrat eine Kommunikationsschaltung und eine Masseeinheit aufweist, die darauf vorgesehen sind; und ein Antennenmodul, das eine Basis mit einer oberen Stufenfläche und einer unteren Stufenfläche, die in einer nicht überlappenden Weise angeordnet sind, ein Antennenmuster, das auf der oberen Stufenfläche vorgesehen ist, und ein Massemuster, das auf der unteren Stufenfläche vorgesehen ist, enthält. In dem Antennenmodul liegt das Antennenmuster auf der oberen Stufenfläche über die Öffnung in der einen Oberfläche des Metallgehäuses frei, und das Massemuster auf der unteren Stufenfläche liegt einer Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses gegenüber. Das Massemuster auf der unteren Stufenfläche ist mit der Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses elektrisch verbunden und über ein Kabel mit der Masseeinheit auf dem Substrat elektrisch verbunden. Die Masseeinheit auf dem Substrat ist mit dem Metallgehäuse elektrisch verbunden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine Struktur der in 1 dargestellten elektronischen Vorrichtung darstellt;
- 3A und 3B stellen eine Struktur eines in 1 dargestellten Antennenmoduls dar; und
- 4 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine Struktur der in 1 dargestellten elektronischen Vorrichtung darstellt.
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Genaue Beschreibung
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Damit soll der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht eingeschränkt werden, sondern die Erfindung veranschaulicht werden.
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Vor der konkreten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist ein Überblick gegeben. Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine elektronische Vorrichtung, die in einem Fahrzeug oder dergleichen montiert sein kann. Die elektronische Vorrichtung ist von einem Metallgehäuse abgedeckt und enthält eine Antenne für die drahtlose Kommunikation. Ein drahtloses Local Area Network (LAN) oder Bluetooth (eingetragene Marke) wird beispielsweise für die drahtlose Kommunikation verwendet. Um den Einfluss des Metallgehäuses auf eine solche Antenne zu reduzieren, ist die Antenne z. B. am Metallgehäuse befestigt. Einschränkungen bei der Montage der elektronischen Vorrichtung in einem Fahrzeug erlegen jedoch der Größe des Metallgehäuses Grenzen auf. Soll die Antenne an dem Metallgehäuse befestigt werden, muss die Größe des Metallgehäuses reduziert werden. Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Leistungsfähigkeit der elektronischen Vorrichtung ist eine Größenreduzierung des Metallgehäuses jedoch nicht wünschenswert. Wenn die Antenne an dem Metallgehäuse befestigt ist, kann es aufgrund des Einflusses des die Antenne umgebenden Metalls darüber hinaus schwierig sein, die gewünschten Antenneneigenschaften zu gewährleisten.
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Um den Einfluss eines Metallgehäuses auf eine Antenne zu reduzieren, ist die Antenne an einer separaten Anzeigevorrichtung mit weniger Metallkomponenten montiert. Wenn ein 5-GHz-Wireless-LAN unterstützt werden soll, ist eine Funkwellen-Authentifizierungsvorschrift definiert, die besagt, dass das Wireless-LAN bei der Erkennung eines Wetterradars im Außeneinsatz auf einen anderen Kanal wechseln muss. Wenn eine Antenne an einer Anzeigevorrichtung montiert ist, die von der elektronischen Vorrichtung entfernt angeordnet ist, kann die Funkwellen-Authentifizierungsvorschrift aufgrund einer Einfügedämpfung in einem Kabel, das die elektronische Vorrichtung und die Anzeigevorrichtung miteinander verbindet, möglicherweise nicht erfüllt werden.
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Eine elektronische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet ein Antennenmodul mit einem Antennenmuster, das auf einer oberen Stufenfläche einer Stufenform vorgesehen ist, und einem Massemuster, das auf einer unteren Stufenfläche vorgesehen ist. In einem Abschnitt einer Oberfläche oder einer Oberseite eines Metallgehäuses ist eine Öffnung vorgesehen, und das Antennenmodul ist so an dem Metallgehäuse befestigt, dass das Antennenmuster über die Öffnung freiliegt. Eine Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses liegt dem Massemuster gegenüber. Ein Substrat ist innerhalb des Metallgehäuses angeordnet, und eine Kommunikationsschaltung und eine Masseeinheit sind auf dem Substrat vorgesehen. In dieser Struktur sind die Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses und das Massemuster elektrisch miteinander verbunden, und das Massemuster und die Masseeinheit sind über ein Koaxialkabel elektrisch miteinander verbunden, und die Masseeinheit und das Metallgehäuse sind elektrisch miteinander verbunden. Auf diese Weise liegt das Antennenmuster frei, und ein Massepegel wird vom Antennenmodul, dem Metallgehäuse und dem Substrat gemeinsam genutzt. Somit wird der Einfluss des Metallgehäuses reduziert.
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In der folgenden Beschreibung schließt der Ausdruck „parallel“ oder „orthogonal“ nicht nur einen Fall vollständiger Parallelität oder Orthogonalität ein, sondern auch einen Fall der annähernden Parallelität oder Orthogonalität innerhalb einer Fehlergrenze. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet Gleichheit innerhalb eines ungefähren Bereichs.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer elektronischen Vorrichtung 100 darstellt. 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine Struktur der elektronischen Vorrichtung 100 darstellt. 2 ist außerdem eine teilweise perspektivische Ansicht eines Schnitts entlang der in 1 dargestellten Linie A-A'. 3A und 3B und stellen eine Struktur eines Antennenmoduls 20 dar. 3A ist eine Ansicht von oben des Antennenmoduls 20, und 3B ist eine Ansicht von unten des Antennenmoduls 20. Wie in 1 dargestellt, ist ein orthogonales Koordinatensystem mit einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse definiert. Die X-Achse und die Y-Achse sind orthogonal zueinander. Die Z-Achse steht senkrecht zur X-Achse und zur Y-Achse und erstreckt sich in einer Höhenrichtung der elektronischen Vorrichtung 100. Die positiven Richtungen entlang der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse sind definiert als die Richtungen der in 1 dargestellten Pfeilspitzen und die negativen Richtungen entsprechend als die den Pfeilspitzen entgegengesetzten Richtungen. In einigen Fällen ist die positive Richtung entlang der X-Achse mit den Ausdrücken „nach vorne“ und „Vorderseite“, die negative Richtung entlang der X-Achse mit den Ausdrücken „nach hinten“ oder „Rückseite“, die positive Richtung entlang der Y-Achse mit den Ausdrücken „nach rechts“ oder „rechte Seite“, die negative Richtung entlang der Y-Achse mit den Ausdrücken „nach links“ oder „linke Seite“, die positive Richtung entlang der Z-Achse mit den Ausdrücken „aufwärts“ oder „Oberseite“ und die negative Richtung entlang der Z-Achse mit den Ausdrücken „abwärts“ und „Unterseite“ bezeichnet. Mit anderen Worten erstreckt sich die X-Achse in der Richtung von vorne nach hinten, die Y-Achse in der Richtung von rechts nach links und die Z-Achse in der Richtung von oben nach unten.
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Ein Metallgehäuse 10 hat eine hohle Kastenform. Das Metallgehäuse 10 ist ein Hexaeder und ist definiert durch eine erste Oberfläche 12a, eine zweite Oberfläche 12b, eine dritte Oberfläche 12c und so weiter, die jeweils rechteckig sind. Obwohl in 1 nicht dargestellt, enthält das Metallgehäuse 10 eine vierte Oberfläche 12d bis sechste Oberfläche 12f, und die erste Oberfläche 12a bis sechste Oberfläche 12f sind zusammen als eine Oberfläche 12 bezeichnet. Die erste Oberfläche 12a entspricht einer oberen Oberfläche und befindet sich an der Oberseite des Metallgehäuses 10. Eine Öffnung 14 durchdringt die erste Oberfläche 12a in der Richtung von oben nach unten. Die Größe der Öffnung 14 ist weiter unten beschrieben.
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Eine Basis 22 in dem Antennenmodul 20 weist eine Stufenform auf, und eine obere Stufenfläche 30 und eine untere Stufenfläche 32 sind in der Richtung von rechts nach links in einer nicht überlappenden Weise angeordnet. Insbesondere ist die obere Stufenfläche 30 auf der linken Seite und die untere Stufenfläche 32 auf der rechten Seite angeordnet. Eine nach rechts abfallende Stufenfläche 34 ist zwischen der oberen Stufenfläche 30 und der unteren Stufenfläche 32 so angeordnet, dass sie die beiden verbindet. Die obere Stufenfläche 30, die untere Stufenfläche 32 und die Stufenfläche 34 sind mit Harz oder dergleichen als ein Stück ausgebildet. In einem linken Seitenabschnitt der oberen Stufenfläche 30 ist ein Antennenmuster 40 vorgesehen. Das Antennenmuster 40 ist durch eines der folgenden Verfahren hergestellt: Dampfabscheidung, Plattierung und Blechbearbeitung. Ein Massemuster 42 ist durchgehend von der unteren Stufenfläche 32 über die Stufenfläche 34 bis zu einem rechten Seitenabschnitt der oberen Stufenfläche 30 ausgebildet. Das Massemuster 42 ist auch durch Dampfabscheidung, Plattierung oder Blechbearbeitung hergestellt. Ein leitfähiges Kissen 44 ist an dem Massemuster 42 auf der unteren Stufenfläche 32 befestigt.
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Die obere Stufenfläche 30 und die Stufenfläche 34 des Antennenmoduls 20 durchdringen die Öffnung 14 von der Unterseite der ersten Oberfläche 12a und liegen an der Oberseite der Öffnung 14 frei. Die untere Stufenfläche 32 des Antennenmoduls 20 liegt der Rückseite der ersten Oberfläche 12a gegenüber, ohne die Öffnung 14 zu durchdringen. Somit ist die Öffnung 14 so bemessen, dass die obere Stufenfläche 30 und die Stufenfläche 34 durch sie hindurchdringen können und die untere Stufenfläche 32 nicht durch sie hindurchdringen kann. Durch die Befestigung eines solchen Antennenmoduls 20 an dem Metallgehäuse 10 können das Antennenmuster 40 auf der oberen Stufenfläche 30 und das Massemuster 42 auf der oberen Stufenfläche 30 und auf der Stufenfläche 34 über die Öffnung 14 freiliegen. Die Vorderseite der ersten Oberfläche 12a und das freiliegende Antennenmuster 40 und Massemuster 42 befinden sich im Wesentlichen auf der gleichen Höhe, wodurch sich eine Struktur ergibt, in der die erste Oberfläche 12a, das Antennenmuster 40 und das Massemuster 42 im Wesentlichen bündig miteinander sind. Das Massemuster 42 auf der unteren Stufenfläche 32 liegt der Rückseite der ersten Oberfläche 12a gegenüber. Ein Schutzabschnitt 24 weist eine Kastenform mit offener Oberseite auf. Der Schutzabschnitt 24 ist unter der Basis 22 angebracht und befestigt. Der Schutzabschnitt 24 schützt die Unterseite der Basis 22. Die Struktur der Unterseite der Basis 22 ist weiter unten beschrieben.
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4 ist eine teilweise Schnittansicht, die eine Struktur der elektronischen Vorrichtung 100 darstellt. 4 entspricht einer teilweisen Schnittansicht entlang der in 1 dargestellten Linie A-A'. In der elektronischen Vorrichtung 100 haben die erste Oberfläche 12a, die zweite Oberfläche 12b und die Öffnung 14 des Metallgehäuses 10; das Antennenmodul 20; und der Schutzabschnitt 24 die oben beschriebene Struktur und sind in einer oben beschriebenen Weise angeordnet. Die vierte Oberfläche 12d dient als eine Bodenplatte. Wie oben beschrieben, weist das Innere des Metallgehäuses 10 eine hohle Struktur auf. Ein erstes Substrat 60a, ein zweites Substrat 60b, ein drittes Substrat 60c und ein viertes Substrat 60d, die sich jeweils in der X-Y-Ebene erstrecken, sind von oben in dieser Reihenfolge innerhalb des Metallgehäuses 10 angeordnet. Das erste Substrat 60a bis vierte Substrat 60d sind zusammen als ein Substrat 60 bezeichnet, und eine Vielzahl von Substraten 60 sind in der Richtung von oben nach unten angeordnet. Die Anzahl der im Metallgehäuse 10 untergebrachten Substrate 60 ist nicht auf vier beschränkt. Unter der Vielzahl der Substrate 60 ist das zweite Substrat 60b genauer beschrieben. Eine Kommunikationsschaltung 62 ist auf einer Oberseitenfläche des zweiten Substrats 60b vorgesehen, und eine Masseeinheit 64 ist so auf einer Unterseitenfläche des zweiten Substrats 60b vorgesehen, dass sie sich über die Unterseitenfläche erstreckt. Bekannte Techniken können in der Kommunikationsschaltung 62 und der Masseeinheit 64 verwendet werden, sodass Beschreibungen davon hierin ausgelassen sind.
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Im Folgenden ist die Masseverbindung in der elektronischen Vorrichtung 100 beschrieben. Wie oben beschrieben, liegt das Massemuster 42 auf der unteren Stufenfläche 32 des Antennenmoduls 20 der Rückseite der ersten Oberfläche 12a gegenüber. Das leitfähige Kissen 44 ist an dem Massemuster 42 befestigt. Somit kontaktieren das Massemuster 42 und die Rückseite der ersten Oberfläche 12a einander mit dem dazwischen angeordneten leitfähigen Kissen 44. Durch diesen Aufbau wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Massemuster 42 und dem Metallgehäuse 10 an einem ersten GND-Kontakt G1 hergestellt. Das Massemuster 42 und die Rückseite der ersten Oberfläche 12a können mit einer Schraube oder dergleichen miteinander verbunden sein.
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Wie in 3B dargestellt, ist auf der Unterseite der Basis 22 ein Rückseitenmuster 46 vorgesehen. Das Rückseitenmuster 46 ist ähnlich dem Massemuster 42 ausgebildet. In der unteren Stufenfläche 32 der Basis 22 ist ein Durchgangsloch (nicht dargestellt) so vorgesehen, dass es durch die Oberseitenfläche und die Unterseitenfläche der unteren Stufenfläche 32 läuft. Das Massemuster 42 und das Rückseitenmuster 46 sind über das Durchgangsloch miteinander verbunden. Somit entspricht das Rückseitenmuster 46 auch der Masse. Das Rückseitenmuster 46 ist an einem zweiten GND-Kontakt G2 mit einem Ende eines Koaxialkabels 50 verbunden. Als ein Beispiel sind zwei Koaxialkabel 50 dargestellt.
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Wie in 4 dargestellt, ist ein anderes Ende des Koaxialkabels 50 mit einer Kontakteinheit 66 verbunden, die auf der Unterseitenfläche des zweiten Substrats 60b vorgesehen ist. Insbesondere ist die Kontakteinheit 66 auf der Masseeinheit 64 vorgesehen, sodass das andere Ende des Koaxialkabels 50 an einem dritten GND-Kontakt G3 mit der Masseeinheit 64 verbunden ist. Somit ist das Massemuster 42 über das Koaxialkabel 50 mit der Masseeinheit 64 elektrisch verbunden. Das zweite Substrat 60b ist mit einer Schraube (nicht dargestellt) oder dergleichen am Metallgehäuse 10 befestigt. Somit ist die Masseeinheit 64 auf dem zweiten Substrat 60b an einem vierten GND-Kontakt G4 mit dem Metallgehäuse 10 elektrisch verbunden.
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Auf diese Weise liegt in der elektronischen Vorrichtung 100 das Antennenmuster 40 an der Außenseite des Metallgehäuses 10 frei. Das Massemuster 42 und das Metallgehäuse 10 sind am ersten GND-Kontakt G1 elektrisch miteinander verbunden. Das Massemuster 42 und die Masseeinheit 64 sind über den zweiten GND-Kontakt G2 und den dritten GND-Kontakt G3 elektrisch miteinander verbunden. Die Masseeinheit 64 und das Metallgehäuse 10 sind am vierten GND-Kontakt G4 elektrisch miteinander verbunden. Somit bilden die Masse des Metallgehäuses 10, die Masse des Antennenmoduls 20 und die Masse des zweiten Substrats 60b ein gemeinsames Potential.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liegt das Antennenmuster am Metallgehäuse frei, sodass der Einfluss des Metallgehäuses reduziert werden kann. Das Massemuster und die Rückseite der ersten Oberfläche sind miteinander verbunden, was eine elektrische Verbindung zwischen dem Antennenmodul und dem Metallgehäuse ermöglicht. Das Massemuster und die Masseeinheit sind über das Koaxialkabel miteinander verbunden, was eine elektrische Verbindung zwischen dem Antennenmodul und dem zweiten Substrat ermöglicht. Die Masseeinheit und das Metallgehäuse sind miteinander verbunden, was eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Substrat und dem Metallgehäuse ermöglicht. Das Antennenmodul, das Metallgehäuse und das Substrat sind elektrisch miteinander verbunden, sodass der Einfluss des Metallgehäuses reduziert werden kann. Da das Antennenmodul, das Metallgehäuse und das Substrat elektrisch miteinander verbunden sind, kann der Antennengewinn verbessert werden. Da sich der Antennengewinn verbessert, kann die Übertragungsreichweite vergrößert werden. Darüber hinaus erhöht sich die Flexibilität der Einbaupostion innerhalb eines Fahrzeugs, da sich der Antennengewinn verbessert. Das Massemuster ist auch auf einem Abschnitt der oberen Stufenfläche vorgesehen, sodass der Einfluss des Metallgehäuses weiter reduziert werden kann.
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Ein Überblick über einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist nachfolgend gegeben. Eine elektronische Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Metallgehäuse, das eine Oberfläche mit einer darin vorgesehenen Öffnung enthält; ein Substrat, das innerhalb des Metallgehäuses angeordnet ist, wobei das Substrat eine Kommunikationsschaltung und eine Masseeinheit aufweist, die darauf vorgesehen sind; und ein Antennenmodul, das eine Basis mit einer oberen Stufenfläche und einer unteren Stufenfläche, die in einer nicht überlappenden Weise angeordnet sind, ein Antennenmuster, das auf der oberen Stufenfläche vorgesehen ist, und ein Massemuster, das auf der unteren Stufenfläche vorgesehen ist, enthält. In dem Antennenmodul liegt das Antennenmuster auf der oberen Stufenfläche über die Öffnung in der einen Oberfläche des Metallgehäuses frei, und das Massemuster auf der unteren Stufenfläche liegt einer Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses gegenüber. Das Massemuster auf der unteren Stufenfläche ist mit der Rückseite der einen Oberfläche des Metallgehäuses elektrisch verbunden und über ein Kabel mit der Masseeinheit auf dem Substrat elektrisch verbunden. Die Masseeinheit auf dem Substrat ist mit dem Metallgehäuse elektrisch verbunden.
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Gemäß diesem Aspekt liegt das Antennenmuster frei, und das Antennenmodul, das Metallgehäuse und das Substrat sind elektrisch miteinander verbunden. Somit kann der Einfluss des Metallgehäuses reduziert werden.
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Das Massemuster kann durchgehend von der unteren Stufenfläche bis zu einem Abschnitt der oberen Stufenfläche vorgesehen sein. Da das Massemuster in diesem Fall auch an einem Abschnitt der oberen Stufenfläche vorgesehen ist, kann der Einfluss des Metallgehäuses weiter reduziert werden.
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Vorstehend ist die vorliegende Offenbarung anhand einer Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform dient der Veranschaulichung, und es versteht sich für einen Fachmann, dass verschiedene Modifikationen an den Kombinationen der Komponenten und Verarbeitungsprozesse vorgenommen werden können und dass solche Modifikationen ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Massemuster 42 so geformt, dass es sich zu einem Abschnitt der oberen Stufenfläche 30 erstreckt. Dies ist jedoch kein einschränkendes Beispiel, und das Massemuster 42 kann beispielsweise so geformt sein, dass es nur auf der unteren Stufenfläche 32 angeordnet ist, oder kann so geformt sein, dass es sich von der unteren Stufenfläche 32 zu der Stufenfläche 34 erstreckt. Gemäß der vorliegenden Modifikation kann die strukturelle Flexibilität verbessert werden.
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Während vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgeist und Umfang der hier oder später beanspruchten Erfindung(en) abzuweichen.
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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018 -
051363 , eingereicht am 19. März 2018, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 20158375 [0003]
- JP 2018 [0028]
- JP 051363 [0028]
