JPWO2014196143A1 - 無線モジュール - Google Patents

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亮佑 塩崎
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Abstract

アンテナ特性の劣化を抑制できる無線モジュールを提供する。無線モジュールは、第１基板を含む基板と、前記基板における一端側に配置されたアンテナ部と、前記第１基板の一面側における他端側に配置された導電部材と、前記第１基板の前記一面側を覆うモールド部と、を備える。

Description

本開示は、無線モジュールに関する。
従来、アンテナ一体型の無線モジュールとして、モジュール基板にアンテナが形成され、モジュール基板のキャビティ（窪み部）にＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が実装された電子部品モジュールが知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−３４２９４８号公報
特許文献１の電子部品モジュールでは、アンテナ特性が劣化することがあった。
本開示は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、アンテナ特性の劣化を抑制できる無線モジュールを提供する。
本開示の一態様に係る無線モジュールは、第１基板を含む基板と、前記基板における一端側に配置されたアンテナ部と、前記第１基板の一面側における他端側に配置された導電部材と、前記第１基板の前記一面側を覆うモールド部と、を備える。なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、または、コンピュータプログラムで実現されてもよく、システム、装置、方法および集積回路記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。
本開示によれば、アンテナ特性の劣化を抑制できる。
（Ａ）第１の実施形態における無線モジュールの構造例を示す平面図、（Ｂ）図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図 第１の実施形態における無線モジュールの変形構造例を示す断面図 （Ａ）第２の実施形態における無線モジュールの構造例を示す平面図、（Ｂ）図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図
以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。
（本開示に係る一形態を得るに至った経緯）
特許文献１の電子部品モジュールでは、モジュール内の応力バランスを保つために、モジュール基板の外周を均一に枠により囲む必要があった。このため、アンテナの放射パターンのうち、基板面に沿う方向の放射パターンが、枠の加工精度でばらつくことがある。そのため、アンテナの特性が劣化することがあった。
以下、アンテナ特性の劣化を抑制できる無線モジュールについて説明する。
以下の実施形態の無線モジュールは、例えば、ミリ波を含むマイクロ波の電波を放射するアンテナ一体型の無線モジュールに適用される。
（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、第１の実施形態における無線モジュール１の構造例を示す平面図である。図１（Ａ）は、無線モジュール１のモジュール基板２を上方（Ｚ軸正側）から見た図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の無線モジュール１のＡ−Ａ断面図を示す。
ここで、モジュール基板２の面に平行な面をＸ−Ｙ面とし、図１（Ａ）では、横方向をＸ方向とし、縦方向をＹ方向とする。また、モジュール基板２の面に対して垂直な方向、つまり、Ｘ−Ｙ面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
無線モジュール１は、モジュール基板２（第１基板の一例）を備える。モジュール基板２は、例えば多層基板である。モジュール基板２の一方の面（ＬＳＩ実装面）には、アンテナ部１１と、例えばフリップフロップ実装されたＬＳＩ１３と、が配置される。ＬＳＩ１３は、マイクロ波の信号を処理する信号処理回路を含む。
また、ＬＳＩ１３とモジュール基板２のＬＳＩ実装面（ＬＳＩ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）との間には、アンダーフィル（ＵＦ：ＵｎｄｅｒＦｉｌｌ）１５が注入される。また、モジュール基板２のＬＳＩ実装面には、ＬＳＩ１３及びアンテナ部１１を含むモジュール基板２の一面側を覆うように、例えば樹脂が充填されたモールド部２１が形成される。
モールド部２１には、モールド部２１をＺ方向に貫通する複数のビア２３Ａ〜２３Ｃが形成される。ビア２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、導電性を有する貫通孔である。ビア２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、モジュール基板２のＬＳＩ実装面と、モールド部２１におけるＬＳＩ実装面と反対側の面に形成された電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと、を接続する。
複数のビア２３Ａ〜２３Ｃ（導電部材の一例）は、モジュール基板２のＬＳＩ実装面側における他端側（図１（Ａ），（Ｂ）では左側（Ｘ軸負側））に配置され、例えばモジュール基板２の少なくとも１辺に沿って配置される。図１（Ａ），（Ｂ）では、モジュール基板２の左端辺において、Ｙ方向に沿って３つのビア２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが配置される。図１（Ａ）における中央のビア２３Ａは、例えば信号用ビアであり、その両側のビア２３Ｂ，２３Ｃは、グランド用ビアである。
アンテナ部１１は、例えば、放射器８、導波器９，１０及びグランド（ＧＮＤ）２７，２８を含む八木アンテナ（Ｙａｇｉ Ａｎｎｔｅｎａ）である。アンテナ部１１は、放射方向がＸ軸正方向となるように、モジュール基板２の一端側（図１（Ａ），（Ｂ）では右側（Ｘ軸正側））に配置される。グランド２７，２８は反射器として動作する。八木アンテナの指向性は、例えば、放射方向に存在する誘電体の形状又はビアの位置により、大きく変化する。
例えば、図１（Ａ），（Ｂ）では、モジュール基板２の一端側に導波器９，１０が配置され、また、複数のビア２３Ａ〜２３Ｃ、及び電極２５Ａ〜２５Ｃはモジュール基板２の他端側に配置される。また、モジュール基板２のＬＳＩ実装面全体は、モールド部２１により一様に覆われる。従って、電界が集中する導波器９，１０の近傍に、誘電率が変化させる部品が存在せず、誘電率の変化による放射パターンの乱れを抑制できる。
次に、無線モジュール１の組み立てについて説明する。
まず、ＬＳＩ１３及びアンテナ部１１に必要な配線が形成されたモジュール基板２に、ＬＳＩ１３を例えばフリップチップ実装する。この場合、ＬＳＩ１３の接続強度を改善し、ＬＳＩ１３の回路面１３ａへの異物混入を防ぐために、前述したアンダーフィル１５と称される樹脂材料を注入する。
続いて、モジュール基板２のＬＳＩ実装面の少なくとも一部を、例えば樹脂により覆い、モールド部２１を形成する。そして、モジュール基板２上の電極を無線モジュール１の外部に取り出すために、モールド部２１に、ビア２３Ａ〜２３Ｃを形成する。また、モールド部２１の面に、ビア２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれに対応する電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを形成する。電極２５Ａ〜２５Ｃは、無線モジュール１を、例えばセット基板（図示せず）に実装するための電極となる。
なお、図１（Ａ），（Ｂ）では、ＬＳＩ１３とアンテナ部１１だけが実装されているが、その他の電子部品が実装されてもよい。例えば、チップ部品（例えば、ＬＣＲの素子）、又はＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：表面実装）部品（例えば水晶振動子）が実装されてもよい。また、モールド部２１の一部がＬＳＩ１３とモジュール基板２との間に入り込むようにすることで、アンダーフィル１５を用いることなく、ＬＳＩ１３をモジュール基板２に実装してもよい。
無線モジュール１によれば、モジュール基板２のＬＳＩ実装面全体がモールド部２１により一様に覆われるので、アンテナ部１１の導波器９，１０の部分に誘電率の変化による放射パターンの乱れは発生しない。これにより、アンテナ特性の劣化を抑制できる。
また、モジュール基板２の他端側（図１（Ａ）では左側（Ｘ軸負側））に電子部品（例えばビア２３Ａ〜２３Ｃ）が配置され、モールド部２１により強度が保たれる。よって、モジュール基板２の一端側（図１（Ａ）では右側（Ｘ軸正側））にダミーボールを置かなくても、強度を維持できる。つまり、モジュール基板２の一端側及び他端側において、応力バランスを考える必要がない。これにより、アンテナ部１１の放射方向（図１（Ａ）では右側（Ｘ軸正側））においてスペースを確保でき、電子部品の影響を受けずにアンテナ特性が向上する。
また、無線モジュール１では、従来のモジュールと比較すると、セット基板に接続される接続端子（例えば電極２５Ａ〜２５Ｃ）がＬＳＩ実装面に無いので、その分スペースが確保でき、無理なくアンテナ部１１を配置できる。また、モールド部２１によりＬＳＩ実装面に配置されたＬＳＩ１３を覆うので、応力バランスを保ち、モジュール基板２に枠が無くても無線モジュール１の強度を確保できる。
また、無線モジュール１はキャビティ又は枠を有しないので、枠（例えば金属枠）による誘電率の変化、枠の加工又は取り付け位置のずれ、又は枠の形状の変化がない。従って、例えば、加工によって無線モジュール１の厚さが均一でなくなることによるアンテナ部１１の指向性の変化を抑制し、アンテナ特性の劣化を抑制できる。
（変形例）
無線モジュール１では、モジュール基板２のＬＳＩ実装面と同一面にアンテナ部１１が実装されたが、モジュール基板２におけるＬＳＩ実装面とは反対側の面にアンテナ部が実装されてもよい。
図２は第１の実施形態における無線モジュール１Ａの変形構造例を示す断面図である。この断面図は、図１（Ｂ）に対応する。無線モジュール１Ａにおいて、図１（Ａ），（Ｂ）に示した無線モジュール１と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより、説明を省略又は簡略化する。
無線モジュール１Ａでは、モジュール基板２ＡにおけるＬＳＩ実装面とは反対側の面、つまり、モジュール基板２Ａの他面において、一端側（図２では右側（Ｘ軸正側））にアンテナ部１１Ａが実装される。また、モジュール基板２Ａには、ＬＳＩ１３の電極パッド３３とアンテナ部１１Ａとを接続するビア３２が形成される。
変形例の無線モジュール１Ａによっても、無線モジュール１と同様、モールド部２１により応力バランスは保たれ、枠等が不要となるので、アンテナ特性の劣化を抑制できる。また、モジュール基板２Ａの外側の面（モールド部２１と向き合わない方の面）に、アンテナ部１１Ａを実装できる。さらに、アンテナ部１１がモールド部２１で覆われていないので、アンテナ特性を一層向上できる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、モジュール基板上にアンテナ部を配置した場合を示した。第２の実施形態では、モジュール基板上のモールド部に対向して、アンテナ部が配置されるアンテナ基板を設ける場合を示す。
図３（Ａ）は、第２の実施形態における無線モジュール１Ｂの構造例を示す平面図である。図３（Ａ）は、無線モジュール１Ｂのアンテナ基板４３を上方（Ｚ軸正側）から見た図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の無線モジュール１ＢのＢ−Ｂ断面図である。第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を用いることで、説明を省略又は簡略化する。
無線モジュール１Ｂでは、無線モジュール１Ａと同様、モジュール基板３ＢのＬＳＩ実装面にＬＳＩ１３が実装され、ＬＳＩ１３の回路面１３ａにアンダーフィル１５が注入され、ＬＳＩ実装面がモールド部２１により覆われる。
また、無線モジュール１Ｂでは、モールド部２１の上部（Ｙ軸正側）には、モジュール基板２Ｂと対向するように、アンテナ部１１Ｂが実装されたアンテナ基板４３（第２基板の一例）が配置される。アンテナ部１１Ｂは、放射器８Ａ、導波器９，１０、及びグランド２７Ａ，２８Ａを含む八木アンテナである。アンテナ部１１Ｂは、アンテナ基板４３におけるモールド部２１と向き合う一面（モールド部対向面（ａ ｓｕｒｆａｃｅ ｆａｃｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ））側の一端側（図３（Ａ），（Ｂ）では右側（Ｘ軸正側））に配置される。
モールド部２１には、放射器８Ａと、モジュール基板２ＢのＬＳＩ実装面に実装されたで電子部品（例えばＬＳＩ１３）と、を接続する信号用のビア４５Ａが形成される。また、図３（Ｂ）では図示されていないが、モールド部２１には、放射器８ＡのＹ方向両側に配置されるグランド２７Ａ、２８Ａと、モジュール基板２ＢのＬＳＩ実装面と、を接続するＧＮＤ用のビア４５Ｂ，４５Ｃが形成される。
無線モジュール１Ｂによれば、第１の実施形態と同様、アンテナ特性の劣化を抑制できる。また、アンテナ基板４３にアンテナ部１１Ｂを実装することにより、アンテナ部１１Ｂの組み付け精度を向上できる。
また、アンテナ基板４３のモールド部対向面にアンテナ部１１Ｂを形成することにより、アンテナ基板４３においてアンテナ基板４３を貫通するビアを省略できる。
なお、アンテナ基板４３のモールド部２１上への搭載は、アンテナ基板４３上の電極とモールド部２１上の電極との間におけるはんだでの共晶接合、導電性材料での接合、又は樹脂シートの熱圧着により行われる。
（変形例）
無線モジュール１Ｂでは、アンテナ基板４３のモールド部対向面にアンテナ部１１Ｂが実装されていたが、モールド部対向面と対向する（反対側の）面にアンテナ部が実装されてもよい。この場合、図示はしないが、アンテナ基板４３には、モールド部対向面と反対側に設けられたアンテナ部の放射器と、モールド部対向面側に設けられた例えば信号用のビア４５Ａと、を接続するビアが形成される。また、この場合、無線モジュール１，１Ａ，１Ｂと同様に、アンテナ部は一端側に配置され、他の電子部品（例えばビア又は電極）は他端側に配置される。
この変形例によれば、無線モジュール１Ｂと同様、モールド部２１により応力バランスは保たれ、枠等が不要となるので、アンテナ特性の劣化を抑制できる。また、モジュール基板２Ａの外側の面（モールド部対向面と反対側の面）に、アンテナ部１１Ａを実装するので、アンテナ部１１がモールド部２１で覆われず、一層アンテナ特性を向上できる。また、無線モジュール１Ｂと同様に、モールド部２１ではなくアンテナ基板４３にアンテナ部を実装することにより、アンテナ部の組み付け精度を向上できる。
なお、本開示は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。
例えば、上記実施形態では、モジュール基板として、多層基板が用いられたが、単層基板を用いてもよい。また、上記実施形態では、アンテナ部として八木アンテナを用いることを例示したが、これ以外のアンテナを用いてもよい。
なお、以上の説明では、アンテナの上方及び下方の誘電体には配線を設けない構成で説明を行ったが、誘電体の内層または表層の少なくとも一部に配線を設け、アンテナを覆うように実装してもよい。この配線はアンテナの上方及び下方の両方にあってもよく、上方のみあるいは下方のみにあってもよい。また、この配線をＧＮＤと接続してもよい。これによって、無線モジュールをセット用の基板に実装する際にその配線や誘電体による特性変化を抑えることが可能となる。
（本開示の一形態の概要）
本開示の第１の無線モジュールは、第１基板を含む基板と、前記基板における一端側に配置されたアンテナ部と、前記第１基板の一面側における他端側に配置された導電部材と、前記第１基板の前記一面側を覆うモールド部と、を備える。
本開示の第２の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、前記アンテナ部は、前記第１基板の前記一面側における前記一端側に配置されている。
本開示の第３の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、前記アンテナ部は、前記第１基板の他面側における前記一端側に配置されている。
本開示の第４の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、前記基板は、前記第１基板に対向して前記モールド部を挟むように配置された第２基板を含み、前記アンテナ部は、前記第２基板における前記モールド部と対向する一面側における前記一端側に配置されている。
本開示の第５の無線モジュールは、第１の無線モジュールであって、前記基板は、前記第１基板に対向して前記モールド部を挟むように配置された第２基板を含み、前記アンテナ部は、前記第２基板における前記モールド部と対向する一面側と対向する他面側における前記一端側に配置されている。
本開示は、アンテナ特性の劣化を抑制できる無線モジュール等に有用である。
１，１Ａ，１Ｂ 無線モジュール
２，２Ａ，２Ｂ モジュール基板
８，８Ａ 放射器
９，１０ 導波器
１１，１１Ａ，１１Ｂ アンテナ部
１３ ＬＳＩ
１５ アンダーフィル
２１ モールド部
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，３２，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ ビア
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 電極
２７，２７Ａ，２８，２８Ａ グランド（ＧＮＤ）
３３ 電極パッド
４３ アンテナ基板

Claims (5)

  1. 第１基板を含む基板と、
    前記基板における一端側に配置されたアンテナ部と、
    前記第１基板の一面側における他端側に配置された導電部材と、
    前記第１基板の前記一面側を覆うモールド部と、
    を備える無線モジュール。
  2. 請求項１に記載の無線モジュールであって、
    前記アンテナ部は、前記第１基板の前記一面側における前記一端側に配置された無線モジュール。
  3. 請求項１に記載の無線モジュールであって、
    前記アンテナ部は、前記第１基板の他面側における前記一端側に配置された無線モジュール。
  4. 請求項１に記載の無線モジュールであって、
    前記基板は、前記第１基板に対向して前記モールド部を挟むように配置された第２基板を含み、
    前記アンテナ部は、前記第２基板における前記モールド部と対向する一面側における前記一端側に配置された無線モジュール。
  5. 請求項１に記載の無線モジュールであって、
    前記基板は、前記第１基板に対向して前記モールド部を挟むように配置された第２基板を含み、
    前記アンテナ部は、前記第２基板における前記モールド部と対向する一面側と対向する他面側における前記一端側に配置された無線モジュール。
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