JP5730523B2 - チップアンテナ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、無線ＬＡＮ、あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信機器に組み込まれる基板実装型アンテナ（チップアンテナ）に関する。

チップアンテナは、樹脂やセラミック等の誘電体からなる基体に、導電体からなるアンテナパターンを形成してなる。基体表面にアンテナパターンを形成する方法としては、例えば印刷、蒸着、貼り合わせ、メッキ（特許文献１参照）、あるいはエッチング（特許文献２参照）等によるものがある。

特開平１０−２４２７３４号公報 特開２００５−８０２２９号公報

携帯電話等の小型化、薄型化に伴い、チップアンテナはより一層の小型化が求められている。例えば、基体の複数の面にアンテナパターンを立体形状に形成すれば、導電体の形成面積が大きくなるため、例えば同様のアンテナパターンを一平面上に形成する場合と比べてチップアンテナを小型化することができる。

しかし、基体の複数の面に印刷等の手段でアンテナパターンを形成する作業は容易ではない。特に、携帯電話等に組み込まれるチップアンテナは、長辺が１０ｍｍ以下、場合によっては５ｍｍ以下まで小型化が要求され、このようなサイズのチップアンテナの複数の面に印刷等でアンテナパターンを形成することは非常に困難であるため、製造コスト高及び生産性の低下を招く。

本発明の目的は、立体形状のアンテナパターンを有するチップアンテナを簡易且つ低コストに製造することにある。

上記目的を達成するために成された本発明は、樹脂からなる基体と、導電板からなるアンテナパターンとを備えたチップアンテナを製造するための方法であって、導電板を折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成する折り曲げプレス工程と、折り曲げたアンテナパターンをインサート部品として基体を樹脂で射出成形する射出成形工程とを有するものである。

このように、導電板をプレス加工で折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成してから、この折り曲げた立体形状のアンテナパターンをインサート部品として基体を樹脂で射出成形することで、複数の面に印刷等でアンテナパターンを形成する場合と比べて、立体形状のアンテナパターンを有するチップアンテナを容易に形成することができる。

導電板は、フープ材として折り曲げプレス工程及び射出成形工程に供給することができる。この場合、導電板がフープ材として連続的に折り曲げプレス金型及び射出成形金型に供給されるため、例えば射出成形１ショットごとに導電板を金型内に供給する場合と比べて、導電板の金型への供給が容易化される。

具体的には、例えば、長尺板状のフープ材を打ち抜いてアンテナパターンの平面展開形状を複数形成し、この平面展開形状を折り曲げプレス工程に供給し、フープ材の枠に取り付けたまま折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成することができる。さらに、この立体形状のアンテナパターンをフープ材に取り付けた状態のまま射出成形金型内に配置して基体の射出成形を行うことができる。尚、基体を成形した後、成形品をフープ材と共に巻き取っても良いし、成形品をフープ材から切り離してもよい。

アンテナパターンが基体の表面に設けられる場合、射出成形金型と、射出成形金型にインサート部品として供給されたアンテナパターンとの間に隙間があると、この隙間に樹脂が入り込む恐れがある。具体的には、例えば図９に示すように、アンテナパターン１０１の折り曲げ部の角度θ１が、射出成形金型１０２における当該折り曲げ部に相当する箇所の角度θ２よりも小さいと（θ１＜θ２）、アンテナパターン１０１と射出成形金型１０２との間に隙間Ｐが生じる恐れがある。そこで、図１０（ａ）に示すように、折り曲げプレス工程で折り曲げられるアンテナパターン１０１の折り曲げ部の角度θ１’を、射出成形金型１０２における当該折り曲げ部に相当する箇所の角度θ２よりも大きく設定すれば（θ１’＞θ２）、図１０（ｂ）に示すようにアンテナパターン１０１の折り曲げ部が金型１０２で押さえられて角度が矯正され、アンテナパターン１０１と金型１０２とが密着する。これにより、アンテナパターンと射出成形金型との間の隙間を無くすことができる（θ１＝θ２）。

基体の射出成形金型の型締め力で導電板を折り曲げれば、導電板を折り曲げるための別途の駆動装置が不要となるため、設備コストを低減できると共に、設備スペースを縮小できる。この場合、基体の射出成形金型の型締めと導電板の折り曲げとを同時に行うことができる。

例えば、導電板の折り曲げ動作が２段階になる場合や、射出成形金型の型締め力を利用して導電板を折り曲げた後に導電板をさらに折り曲げたい場合には、射出成形金型の型締め力とは別個に設けたアクチュエータで導電板を折り曲げることもできる。このアクチュエータは、折り曲げを行う金型の内部に設けることもできるし、外部に設けることもできる。

上記の製造方法によれば、導電板を立体形状に折り曲げられてなるアンテナパターンと、立体形状のアンテナパターンをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とを備えたチップアンテナを得ることができる。

この場合、アンテナパターンを基体で保持して立体形状を維持することにより、チップアンテナの特性を安定させることができる。例えば、アンテナパターンが基体の表面に設けられる場合、アンテナパターンの折り曲げ部の角度が弾性力により広がると、折り曲げ部の両側の平板部が基体から剥離する恐れがある。そこで、折り曲げ部の両側の２つの平板部を何れも基体に埋め込んで保持することで、折り曲げ部の角度が広がることを防止し、アンテナパターンの立体形状を維持することができる。さらに、アンテナパターンの縁部に、基体の内部に埋め込まれる突起部を設ければ、突起部がアンカー効果を発揮することでアンテナパターンと基体との結合力が高められ、アンテナパターンの立体形状がより確実に維持される。

あるいは、立体形状のアンテナパターンを基体の内部に埋め込むことで、アンテナパターンの形状を維持することができる。

基体の樹脂は、誘電率４以上の高誘電率材を用いることが好ましい。

また、導電板と基体との接合力を確保するため、導電板のうち、少なくとも基体との接合面における面粗度はＲａ１．６以上であることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、立体形状に折り曲げたアンテナパターンをインサート部品として基体を射出成形することにより、立体形状のアンテナパターンを有するチップアンテナを簡易且つ低コストに製造することができる。

本発明の一実施形態に係るチップアンテナの斜視図である。 図１のチップアンテナをＡ方向から見た平面図である。 図１のチップアンテナをＢ方向から見た側面図である。 図１のチップアンテナをＣ方向から見た平面図である。 図１のチップアンテナをＤ方向から見た側面図である。 図２のチップアンテナのＥ−Ｅ線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法で用いられるフープ材であり、（ａ）は打ち抜きプレス工程を施した状態、（ｂ）は折り曲げプレス工程を施した状態、（ｃ）は射出成形を施した状態、（ｄ）は分離工程を施した状態を示す。 （ａ）はフープ材に設けられたアンテナパターンの平面展開形状を図７（ａ）のＦ方向から見た正面図、（ｂ）は立体形状に折り曲げられたアンテナパターンを図７（ｂ）のＧ方向から見た正面図、（ｃ）はフープ材に取り付けられたチップアンテナを図７（ｃ）のＨ方向から見た正面図である。 アンテナパターンと射出成形金型との間に隙間ができる様子を示す断面図である。 （ａ）はアンテナパターンの折り曲げ部の断面図、（ｂ）は（ａ）図のアンテナパターンを射出成形金型内に配置した状態の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るチップアンテナ１は、図１に示すように、導電板からなるアンテナパターン１０と、樹脂からなる基体２０とを有し、全体として略直方体を成す。アンテナパターン１０をインサート部品として基体２０を樹脂で射出成形することで、アンテナパターン１０及び基体２０が一体に成形される。チップアンテナ１の長辺方向の長さは例えば３〜１０ｍｍ程度であり、図１の上面が基板に取り付けられる面となる。尚、図１〜図５では、樹脂からなる基体２０に散点を付して示している。

アンテナパターン１０は、導電板、例えば金属板、具体的には銅板や鋼板、ＳＵＳ板、真ちゅう等で形成される。尚、これらの金属板に、必要に応じてメッキ（例えば金メッキ）を施しても良い。導電板は、立体形状に折り曲げた状態で保持できる程度の厚さに設定され、例えば０．２〜０．８ｍｍ程度とされる。アンテナパターン１０は基体２０の表面に設けられ、図示例では基体２０の表面の複数箇所に分離して設けられた複数の導電板１１で構成される。基体２０との密着力を保持するために、アンテナパターン１０のうち、少なくとも基体２０との接合面はある程度粗い方が好ましく、例えば面粗度がＲａ１．６以上、好ましくは３．２以上に設定される。

アンテナパターン１０は、導電板１１を折り曲げて立体形状に形成され、基体２０の複数の側面に跨って設けられる（図１〜５参照）。アンテナパターン１０は基体２０に保持され、これによりアンテナパターン１０の立体形状が維持される。具体的には、図６に示すように、折り曲げ部１４の両側の平板部１２及び１３が、何れも基体２０の表面に埋め込まれている。図示例では、アンテナパターン１０全体が基体２０の表面に埋め込まれている。また、アンテナパターン１０の縁部には突起部１５が設けられ（図２及び図３参照）、この突起部１５が基体２０の内部に埋め込まれている（図６参照）。以上により、折り曲げた形状のアンテナパターン１０が基体２０に確実に保持されるため、平板部１２及び１３が基体２０から浮き上がることは無く、アンテナパターン１０の立体形状（折り曲げ部１４の角度）を確実に維持することができる。尚、突起部１５は必ずしも設ける必要はなく、アンテナパターン１０と基体２０との密着力が十分確保できる場合には突起部１５を省略することもできる。

アンテナパターン１０の一部は、給電端子部として機能する。給電端子部には図示しない給電線が接続され、アンテナパターン１０に給電するための端子となる。また、アンテナパターン１０の一部は固定部として機能し、固定部と基板（図示省略）とを例えば半田付けにより接合することにより、チップアンテナ１が基板上に固定される。

基体２０は、アンテナパターン１０をインサート部品とした樹脂の射出成形品である。図示例では、基体２０の表面とアンテナパターン１０の表面とが面一になっている。基体２０は、例えば誘電率４以上の樹脂で形成される。具体的には、ベース樹脂として例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を使用することができる。また、樹脂に配合する充填材は特に限定されず、例えばセラミック等を配合することができる。尚、誘電率４以上の樹脂とは、必ずしもベース樹脂の誘電率が４以上のものに限定するものではなく、充填材の配合により樹脂全体として誘電率が４以上となるものを含む。

次に、上記のチップアンテナ１の製造方法を説明する。チップアンテナ１は、（ａ）打ち抜きプレス工程、（ｂ）折り曲げプレス工程、（ｃ）射出成形工程、（ｄ）分離工程を順に経て製造される。

まず、打ち抜きプレス工程では、図示しない打ち抜きプレス金型で導電板を打ち抜いて所定形状に形成する。具体的には、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、立体形状のアンテナパターン１０を平面上に展開した平面展開形状１０’を形成する。本実施形態では、長尺板状の導電板（フープ材３０）に複数の平面展開形状１０’が並べて打ち抜かれる。また、図示例の平面展開形状１０’は、分離した複数の導電板で構成され、各導電板はブリッジ３２を介してフープ材３０の枠３１に連結されている。

次に、フープ材３０が図７の矢印で示す方向に送られ、平面展開形状１０’が折り曲げプレス工程に供給される。折り曲げプレス工程では、図示しない折り曲げプレス金型でフープ材３０の平面展開形状１０’を折り曲げて、所定の立体形状を成したアンテナパターン１０を形成する（図７（ｂ）及び図８（ｂ）参照）。この折り曲げプレス工程は、フープ材３０の枠３１にブリッジ３２を介して平面展開形状１０’を取り付けた状態のまま行われる。平面展開形状１０’を折り曲げる際、平面展開形状１０’とブリッジ３２との間が一部切断されるが、分離した各導電板は少なくとも１箇所のブリッジ３２を介して枠３１に連結される。これにより、アンテナパターン１０が分離した複数の導電板で構成される場合でも、これらを一体として立体的に折り曲げることができる。尚、折り曲げプレス工程は、一回のプレスで行っても良いし、複数回に分けて行っても良い。

そして、フープ材３０がさらに送られ、アンテナパターン１０が射出成形工程に供給される。射出成形工程では、まず、図示しない射出成形金型のキャビティ内にアンテナパターン１０がインサート部品として配置された状態で、射出成形金型が型締めされる。このとき、射出成形金型に供給されるアンテナパターン１０の折り曲げ部の角度は、射出成形金型における当該折り曲げ部に相当する部分の角度よりも若干大きく設定される。このアンテナパターン１０を射出成形金型に供給して型締めすることで、アンテナパターン１０の折り曲げ部が射出成形金型で押さえられ、折り曲げ部の角度が矯正されるため、アンテナパターン１０と金型とを密着させることができる（図１０（ｂ）参照）。

アンテナパターン１０が配置されたキャビティに樹脂を射出することで、基体２０が成形される（図７（ｃ）及び図８（ｃ）参照）。これにより、アンテナパターン１０及び基体２０（散点で示す）を一体に有するチップアンテナ１が成形される。樹脂の固化後、射出成形金型の型開きを行うと、アンテナパターン１０の折り曲げ部を押さえていた力が解放されるため、アンテナパターン１０は元の角度（図１０（ａ）参照）に広がろうとするが、本実施形態では、上記のようにアンテナパターン１０の折り曲げ部１４の両側の平板部１２，１３が基体２０に埋め込まれ、且つ、アンテナパターン１０の縁部に設けられた突起部１５が基体２０の内部に埋め込まれているため、アンテナパターン１０の折り曲げ部の角度が広がることを防止し、アンテナパターン１０の立体形状を維持できる。

最後に、フープ材３０の枠から成形品（チップアンテナ１）が分離される（図７（ｄ）参照）。チップアンテナ１は、射出成形工程の後、すぐにフープ材３０から分離しても良いし、一旦、フープ材３０と共に成形品を巻き取ってもよい。チップアンテナ１をフープ材３０と共に巻き取っておけば、保管や運搬がしやすいと共に、チップアンテナ１の整列状態を維持し、チップアンテナ１同士の干渉を防止できる。

上記の製造工程において、折り曲げプレス金型のプレスと射出成形金型の型締めとを共通の駆動部で行うと、各金型に別個の駆動部を設ける必要がなく、装置を簡略化できる。また、折り曲げプレス金型の折り曲げプレス加工と、射出成形金型の型締めとを同時に行うことで、サイクルタイムを短縮することができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の折り曲げプレス工程において、折り曲げ動作が２段階になる場合や、折り曲げプレス金型で導電板を折り曲げた後、導電板をさらに折り曲げたい場合には、射出成形金型の型締め力とは別個に設けたアクチュエータ（図示省略）で導電板を折り曲げることもできる。このアクチュエータは、折り曲げプレス金型の内部に設けることもできるし、外部に設けることもできる。アクチュエータとしては、例えば、エアシリンダや油圧シリンダ、あるいはモータ等を使用することができる。

また、上記の実施形態では、基体２０の表面にアンテナパターン１０が設けられているが、これに限らず、アンテナパターン１０の一部又は全部を基体２０の内部に埋め込んでも良い（図示省略）。

また、チップアンテナ１の構成は上記に限らず、立体形状のアンテナパターン１０を有する限り、任意の構成を採用することができる。例えば、アンテナパターン１０は上記に限らず、様々な構成を採用することができる。

１ チップアンテナ
１０ アンテナパターン
１０’ 平面展開形状
１１ 導電板
１２，１３ 平板部
１４ 折り曲げ部
１５ 突起部
２０ 基体
３０ フープ材
３１ 枠
３２ ブリッジ

Claims (19)

1. 樹脂からなる基体と、導電板からなるアンテナパターンとを備えたチップアンテナを製造するための方法であって、
   導電板を折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成する折り曲げプレス工程と、折り曲げたアンテナパターンをインサート部品として基体を樹脂で射出成形する射出成形工程とを有し、
   アンテナパターンが基体の表面に埋め込まれ、
   アンテナパターンのうち、縁部を除く全ての領域が基体の表面に露出したチップアンテナの製造方法。
2. 導電板をフープ材として折り曲げプレス工程及び射出成形工程に供給する請求項１のチップアンテナの製造方法。
3. フープ材を打ち抜いてアンテナパターンの平面展開形状を形成し、この平面展開形状をフープ材の枠に取り付けたまま折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成する請求項２のチップアンテナの製造方法。
4. 立体形状のアンテナパターンをフープ材の枠に取り付けた状態のまま射出成形工程を行う請求項２又は３のチップアンテナの製造方法。
5. 基体を成形した後、成形品をフープ材と共に巻き取る請求項２〜４何れかのチップアンテナの製造方法。
6. 基体を成形した後、成形品をフープ材の枠から切り離す請求項２〜４何れかのチップアンテナの製造方法。
7. アンテナパターンが基体の表面に設けられる場合において、折り曲げプレス工程により折り曲げられるアンテナパターンの折り曲げ部の角度を、基体の射出成形金型における当該折り曲げ部に相当する箇所の角度よりも大きく設定し、アンテナパターンの折り曲げ部の角度を金型で矯正することにより両者を密着させる請求項１〜６何れかのチップアンテナの製造方法。
8. 基体の射出成形金型の型締め力で、導電板を折り曲げる請求項１〜７何れかのチップアンテナの製造方法。
9. 基体の射出成形金型の型締めと、導電板の折り曲げとを同時に行う請求項８のチップアンテナの製造方法。
10. 射出成形金型の型締め力とは別個に設けたアクチュエータで、導電板を折り曲げる請求項１〜９何れかのチップアンテナの製造方法。
11. 前記アクチュエータが折り曲げプレス金型の内部に設けられた請求項１０のチップアンテナの製造方法。
12. 前記アクチュエータが折り曲げプレス金型の外部に設けられた請求項１１のチップアンテナの製造方法。
13. 導電板を複数回に分けて折り曲げて立体形状のアンテナパターンを形成する請求項１〜１２何れかのチップアンテナの製造方法。
14. 導電板を立体形状に折り曲げてなるアンテナパターンと、立体形状のアンテナパターンをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とを備え、
    アンテナパターンが基体の表面に埋め込まれ、
    アンテナパターンのうち、縁部を除く全ての領域が基体の表面に露出したチップアンテナ。
15. アンテナパターンを基体で保持して立体形状を維持するようにした請求項１４のチップアンテナ。
16. アンテナパターンが基体の表面に設けられ、折り曲げ部の両側の２つの平板部が、いずれも基体に埋め込まれた請求項１５のチップアンテナ。
17. アンテナパターンの縁部に、基体の内部に埋め込まれる突起部を設けた請求項１６のチップアンテナ。
18. 基体の樹脂が誘電率４以上の高誘電率材である請求項１４〜１７何れかのチップアンテナ。
19. アンテナパターンのうち、少なくとも基体との接合面における面粗度がＲａ１．６以上である請求項１４〜１８何れかのチップアンテナ。

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