JP2014011769A - 無線周波数モジュール用基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナ基板部100は、誘電体層10および第1の絶縁層20を含む。誘電体層10は多孔質材料からなる。誘電体層10の上面上の所定領域に、正方形状を有するアンテナパターン11が形成されている。誘電体層10の下面上には、グランドパターン21を挟んで第1の絶縁層20が設けられている。グランドパターン21は、開口部としてのスロット21sを有する。スロット21sは、誘電体層10を挟んでアンテナパターン11の中心部分に対向するように配置されている。第1の絶縁層20の下面上には、高周波電力を供給可能なマイクロストリップ線路22aが形成されている。1GHzの周波数における誘電体層10の比誘電率が2.00以下に設定される。
【選択図】図1
Description
図1(a)は本発明の一実施の形態に係るRFモジュールの平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線における縦断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係るRFモジュール1は、RFモジュール用基板1AおよびRFIC(無線周波数集積回路)1Bを含み、例えばミリ波(30GHz以上300GHz以下の周波数帯域の電波)を放射または受信する。
図2は、図1(b)のアンテナ基板部100の製造方法を示す模式図である。図2(a)〜(e)においては、図1(a)のA−A線断面図に相当する断面図が示される。
多孔質化されていない樹脂の比重および多孔質性の樹脂の比重を測定するために、例えば比重計(アルファーミラージュ社製;MD−300S)を用いることができる。
(3−a)誘電体層10の形成方法
図2(c)に示される誘電体層10の形成方法の一例を説明する。誘電体層10に用いられる多孔質性の樹脂は、耐熱性を有する熱硬化性樹脂、エンジニアリングプラスチックまたはスーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。また、誘電体層10を形成するための樹脂は、5%重量減少温度が250℃以上の樹脂であることが好ましく、5%重量減少温度が280℃以上の樹脂であることがより好ましい。誘電体層10を形成するための樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、ガラス転移温度が150℃以上である熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
上記の誘電体層10の形成方法の具体例について説明する。まず、1000mlの4つロフラスコに、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)785.3g、p−フェニレンジアミン44.1gおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテル20.4gを入れ、これらの混合物を常温で攪拌する。それにより、p−フェニレンジアミンおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルをN−メチル−2−ピロリドンに溶解させる。
図2の例では、グランドパターン21上にポリイミド前駆体を塗布し、多孔質性のポリイミドを生成することによりアンテナ基板部100が作製される。
図2(a)の三層基材20xの第1の絶縁層20が誘電体層10と同じ材料により構成される場合には、三層基材20xを以下のようにして作製してもよい。
上記のRFモジュール用基板1Aにおいては、多孔質性の樹脂からなる誘電体層10が用いられることにより、1GHzの周波数における誘電体層10の比誘電率が2.00以下に設定される。それにより、RFモジュール1における電波の放射効率および受信効率が向上する。また、RFモジュール1において放射可能および受信可能な電波の周波数帯域が拡大される。
(7−a)上記の実施の形態では、アンテナパターン11がサブトラクティブ法により形成される例を説明したが、アンテナパターン11はセミアディティブ法により形成されてもよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
シミュレーションにより、実施例1および比較例1〜6のサンプルについて、アンテナ特性についての評価を行った。まず、実施例1および比較例1〜6のサンプルの構成を説明する。
実施例1のサンプルは、図1および図2(e)のアンテナ基板部100と同じ構成を有する。実施例1のサンプルにおいては、誘電体層10が多孔質性の樹脂により構成されるものとする。誘電体層10の厚みは100μmに設定される。1GHzの周波数における誘電体層10の比誘電率は1.50に設定され、誘電正接は0.003に設定される。
比較例1のサンプルは、以下の点を除いて実施例1のサンプルと同じ構成を有する。比較例1のサンプルにおいては、1GHzの周波数における誘電体層10の比誘電率は3.50に設定され、誘電正接は0.002に設定される。また、アンテナパターン11の一辺の長さAL(図1(a))は1.15mmに設定される。グランドパターン21におけるスロット21sの長さSL(図1(a))は0.5mmに設定される。
比較例2のサンプルは、以下の点を除いて実施例1のサンプルと同じ構成を有する。比較例2のサンプルにおいては、1GHzの周波数における誘電体層10の比誘電率は9.50に設定され、誘電正接は0.0005に設定される。また、アンテナパターン11の一辺の長さAL(図1(a))は0.707mmに設定される。グランドパターン21におけるスロット21sの長さSL(図1(a))は0.3mmに設定される。
比較例3のサンプルは、以下の点を除いて実施例1のサンプルと同じ構成を有する。図6は、比較例3のサンプルの構成を説明するための模式図である。
比較例4のサンプルは、以下の点を除いて比較例3のサンプルと同じ構成を有する。比較例4のサンプルにおいては、誘電体層10の厚みt1は70μmに設定される。一方、接着剤層71の厚みt2は30μmに設定される。また、アンテナパターン11の一辺の長さAL(図1(a))は1.64mmに設定される。グランドパターン21におけるスロット21sの長さSL(図1(a))は0.6mmに設定される。
比較例5のサンプルは、以下の点を除いて実施例1のサンプルと同じ構成を有する。図7は、比較例5のサンプルの構成を説明するための模式図である。
比較例6のサンプルは、以下の点を除いて比較例5のサンプルと同じ構成を有する。比較例6のサンプルにおいては、誘電体層10の厚みt1は40μmに設定される。一方、接着剤層71,72の厚みt2,t3は、それぞれ30μmに設定される。また、アンテナパターン11の一辺の長さAL(図1(a))は1.42mmに設定される。グランドパターン21におけるスロット21sの長さSL(図1(a))は0.55mmに設定される。
実施例1および比較例1〜6のサンプルについて、マイクロストリップ線路22aへ60GHzの周波数の高周波電力を供給した場合に、アンテナパターン11から電波が放射される場合のH面(本例では、マイクロストリップ線路22aの軸心に直交しかつアンテナパターン11の中心部を含む面)における放射パターンをシミュレーションにより求めた。シミュレーションには、Computer Simulation Technology 社製のMicrowave Studioというソフトウェアを用いた。
1B RFIC
1BA 実装領域
10 誘電体層
11 アンテナパターン
20 第1の絶縁層
21,22b グランドパターン
21s スロット
22a マイクロストリップ線路
20h,30h スルーホール
211 導体パターン
30 第2の絶縁層
31a,31b,31c 電極パターン
31d 配線パターン
40a,40b,40c 電極端子
41 封止樹脂
42 カバー絶縁層
43 はんだボール
50a 電力端子
50b 接地端子
50c 外部端子
90 接合部材
100 アンテナ基板部
VC 銅
Claims (12)
- 互いに対向する第1および第2の面を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の前記第1の面上に形成され、開口部を有する接地導体層と、
前記接地導体層上に多孔質材料により形成される誘電体層と、
前記接地導体層の前記開口部に重なるように前記誘電体層上に形成されるアンテナ素子と、
前記接地導体層の前記開口部に重なるように前記第1の絶縁層の前記第2の面上に形成される導体パターンとを備え、
前記アンテナ素子、前記接地導体層の前記開口部および前記導体パターンは、前記導体パターンへの高周波電力の供給時または前記アンテナ素子による電波の受信時に前記アンテナ素子が前記開口部を通して前記導体パターンと電磁的に結合されるように配置され、
1GHzの周波数における前記誘電体層の比誘電率は、2.00以下である、無線周波数モジュール用基板。 - 前記誘電体層に含まれる複数の空孔の平均孔径は、5μm以下であり、
前記誘電体層の単位体積当りにおける複数の空孔の体積の割合は、40%以上である、請求項1記載の配線回路基板。 - 前記多孔質材料は、多孔質性の樹脂からなる、請求項1または2記載の配線回路基板。
- 前記樹脂は、ポリイミドまたはポリエーテルイミドである、請求項3記載の配線回路基板。
- 1GHzの周波数における前記誘電体層の誘電正接は、0.005以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の無線周波数モジュール用基板。
- 前記導体パターンを覆うように前記第1の絶縁層の前記第2の面上に形成される第2の絶縁層をさらに備え、
前記第2の絶縁層は、高周波電力が出力または入力される電力端子と接地端子とを有する電子部品が実装可能な実装領域を有し、
前記第2の絶縁層の前記実装領域には、前記導体パターンに電気的に接続されかつ前記電子部品の電力端子に接続可能な第1の端子と、前記接地導体層に電気的に接続されかつ前記電子部品の接地端子に接続可能な第2の端子とが形成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の無線周波数モジュール用基板。 - 前記電子部品は、外部信号の入力もしくは出力または電源電圧の供給のための外部端子をさらに有し、
前記第2の絶縁層の前記実装領域には、前記電子部品の前記外部端子に接続可能な第3の端子がさらに形成され、
前記第2の絶縁層上に、前記第3の端子から前記実装領域外に延びる配線パターンが形成される、請求項6記載の無線周波数モジュール用基板。 - 導体パターン、絶縁層、開口部を有する接地導体層、多孔質材料からなる誘電体層およびアンテナ素子をこの順に含む積層構造を形成する工程を備え、
前記アンテナ素子、前記接地導体層の前記開口部および前記導体パターンは、前記導体パターンへの高周波電力の供給時または前記アンテナ素子による電波の受信時に前記アンテナ素子が前記開口部を通して前記導体パターンと電磁的に結合されるように配置され、
1GHzの周波数における前記誘電体層の比誘電率は、2.00以下である、無線周波数モジュール用基板の製造方法。 - 前記積層構造を形成する工程は、
互いに対向する第1および第2の面を有する前記絶縁層を用意する工程と、
前記絶縁層の前記第1の面上に前記接地導体層を形成する工程と、
前記絶縁層の前記第2の面上に前記導体パターンを形成する工程と、
前記接地導体層上に前記誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に前記アンテナ素子を形成する工程とを含み、
前記誘電体層を形成する工程は、
流動性の樹脂および硬化した前記樹脂に対して相分離する相分離化剤を含む組成物を前記接地導体層上に塗布する工程と、
前記樹脂を硬化させることにより前記接地導体層上でミクロ相分離構造を有する樹脂膜を形成する工程と、
前記樹脂膜から前記相分離化剤を除去する工程とを含む、請求項8記載の無線周波数モジュール用基板の製造方法。 - 前記樹脂膜から前記相分離化剤を除去する工程は、
前記樹脂膜に溶剤を含浸させることにより前記樹脂膜から前記相分離化剤を抽出する工程を含む、請求項9記載の無線周波数モジュール用基板の製造方法。 - 前記樹脂は、ポリアミド酸であり、
前記誘電体層を形成する工程は、
前記樹脂膜から前記相分離化剤を除去する工程の後、ポリアミド酸をポリイミドへ変換する工程をさらに含む、請求項9または10記載の無線周波数モジュール用基板の製造方法。 - 前記積層構造を形成する工程は、
互いに対向する第1および第2の面を有する前記絶縁層を用意する工程と、
開口部を有する第1の導体層を前記絶縁層の前記第1の面上に形成する工程と、
前記絶縁層の前記第2の面上に前記導体パターンを形成する工程と、
互いに対向する第3および第4の面を有する前記誘電体層を用意する工程と、
開口部を有する第2の導体層を前記誘電体層の前記第3の面上に形成する工程と、
前記誘電体層の前記第4の面上に前記アンテナ素子を形成する工程と、
前記第1の導体層と前記第2の導体層とを接合することにより前記接地導体層を形成する工程とを含む、請求項8記載の無線周波数モジュール用基板の製造方法。
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