WO2015087486A1 - 無線モジュール - Google Patents
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- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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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
- This disclosure relates to a wireless module in which an antenna element is mounted.
- the communication sensitivity and directivity of the antenna that transmits and receives data are important.
- the directivity of the antenna that limits the radiation range of the signal is important, and being able to be adjusted to a desired orientation is the most important point in the module design.
- the communication sensitivity is a generic term for transmission sensitivity that represents the goodness of signal transmission by an antenna and reception sensitivity that also represents goodness of reception.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing the wireless module 100 in the prior art of Patent Document 1 and a product substrate 200 on which the wireless module 100 is mounted.
- the wireless module 100 in FIG. 12 includes a module substrate 110 and a frame substrate 120.
- a pattern type antenna element 130 is mounted on the upper surface of the module substrate 110, and an adjustment component 140 for adjusting the antenna performance of the antenna element 130 is installed on the lower surface of the module substrate 110.
- the adjustment component 140 is a GND electrode that is paired with the antenna element 130.
- the adjustment component 140 is fixed to the lower surface of the module substrate 110 by a solder mounting land 150, for example.
- the antenna element 130 and the adjustment component 140 constitute an antenna as a whole.
- the characteristics of the antenna element 130 can be adjusted without changing the overall configuration of the wireless module 100 by adjusting the adjustment component 140 that is the GND electrode of the antenna element 130.
- FIG. 13 is an explanatory diagram showing the antenna directivity of the wireless module in the prior art.
- an angle formed between a direction in which the radio wave radiation intensity (or reception sensitivity) is maximum and the substrate 200 of the product is defined as an angle ⁇ .
- the angle ⁇ since the communication sensitivity deteriorates when the angle ⁇ approaches 0 ° (horizontal), the angle ⁇ has a limit. For example, the angle ⁇ cannot be around 0 °.
- the communication sensitivity can be improved by widening the projected area of the antenna element viewed from the direction of the object. Therefore, it is possible to increase communication sensitivity by increasing the size of the antenna element.
- an increase in the size of the antenna element leads to an increase in the mounting area and an increase in the size of the wireless module, which is an adverse effect of reducing the size and height of the product.
- energy consumption is large, which may cause problems in use and reliability, such as an increase in power consumption of the product and an increase in temperature due to an increase in current.
- the present disclosure solves the above-described conventional problems, and provides a wireless module that expands the adjustable range of the angle ⁇ according to the characteristics of the product in order to improve communication sensitivity without increasing the size of the wireless module. For the purpose.
- the wireless module according to the present disclosure is a wireless module mounted on a circuit board, and includes an antenna element, an electronic component, and a module substrate on which the antenna element and the electronic component are mounted.
- the upper surface of the antenna element has an inclination angle with respect to the mounting surface of the wireless module on the circuit board.
- the mounting surface of the wireless module on the product substrate and the upper surface of the antenna element are arranged with an inclination angle, the direction in which the radio wave radiation intensity (or reception sensitivity) is high is wide. Can be adjusted. That is, the adjustable range can be expanded, and the signal can be radiated from the antenna element even in the direction and angle that have not been realized in the past.
- FIG. 3 is a three-dimensional perspective view illustrating a configuration example of a wireless module according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a perspective view showing an arrangement of antenna elements of the wireless module according to Embodiment 1.
- FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating antenna directivity of the wireless module according to Embodiment 1.
- FIG. It is sectional drawing which shows typically the structural example of the radio
- FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a wireless module according to Embodiment 7 and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 8 and a substrate of a product on which the wireless module is mounted. It is sectional drawing which shows the radio
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 1 and a substrate 10 of a product on which the wireless module is mounted.
- FIG. 2 is a three-dimensional perspective view illustrating a configuration example of the wireless module according to the first embodiment.
- the wireless module 1 includes a module substrate 2 including a first substrate 2a and a second substrate 2b, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, a bump 6, and a sealing portion 8, and a product substrate 10 It is mounted on (circuit board).
- the first substrate 2a is, for example, a multilayer substrate on which wiring to the antenna element is made, and the antenna element 3 is mounted on the upper surface (the upper surface in FIG. 1) of the first substrate 2a.
- a GND plane (not shown) serving as the GND of the antenna element 3 is built in the first substrate 2a.
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- a plurality of bumps 6 functioning as connection terminals are joined to the upper surface and the lower surface of the first substrate 2a.
- the bump 6 is a conductor, and may be a solder ball, for example.
- the antenna element 3 is a patch antenna formed by an antenna pattern made of wiring, for example.
- the second substrate 2b is a multilayer substrate on which wiring to the electronic component 4 is made, and the electronic component 4 is mounted on the lower surface (the lower surface in FIG. 1) of the second substrate 2b.
- the electronic component 4 is, for example, a semiconductor chip, and is flip-chip mounted on the second substrate 2b via bumps 6.
- the electronic component 4 is mounted with the surface facing the second substrate 2 b, and the electronic component 4 and the second substrate 2 b are electrically connected by bumps 6.
- a plurality of bumps 6 functioning as connection terminals are joined to the upper and lower surfaces of the second substrate 2b.
- the bump 6 is a ball-shaped conductor, and for example, a solder ball can be used.
- the frame substrate 5 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the second substrate 2b in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as that of the second substrate 2b.
- the cross-sectional shape of the frame substrate 5 is a rectangular shape with a central portion cut out.
- the frame substrate 5 may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape by using a processing method such as punching or punching. Moreover, what processed into the shape which opened the hole in the center part combining several resin base materials may be used.
- the frame substrate 5 is formed with vias 7 for electrically joining the second substrate 2b and the product substrate 10 together.
- the via 7 is, for example, a conductive film that covers an inner wall of a through hole that penetrates the frame substrate 5.
- the conductive film is, for example, a through-hole plated metal film.
- the via 7 is not limited to a hollow structure such as a through-hole plated metal film, and may be, for example, an electrode made of a conductive material embedded in the entire interior of the through-hole penetrating the frame substrate 5.
- the sealing portion 8 is mounted.
- the sealing portion 8 is a resin base material in which a via 7a is formed to electrically join the first substrate 2a and the second substrate 2b, and is on the upper surface (the upper surface in FIG. 1) of the sealing portion 8. Is in a shape having an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface of the sealing portion 8 (the lower surface in FIG. 1).
- the sealing part 8 may be molded by, for example, adding an inclination angle ⁇ to the internal shape of the sealing mold.
- polishing, may be used.
- the via 7a is, for example, a through hole that penetrates the sealing portion 8 from the mounting surface of the antenna element 3 to the opposite surface, and is formed with a conductive material embedded therein.
- the via 7a may have a structure in which a metal thin film is formed on the surface of the through hole.
- the via 7a may have a column shape having a main axis.
- the vias 7a are formed so as to be connected to the bumps 6 arranged on the upper surface of the second substrate 2b.
- the electronic component 4 and the via 7a formed in the sealing portion 8 are electrically connected.
- the first substrate 2a is mounted on the upper surface of the sealing portion 8, and the bumps 6 disposed on the lower surface of the first substrate 2a and the vias 7a formed in the sealing portion 8 are connected. In this way, the first substrate 2a and the second substrate 2b are electrically connected via the via 7a of the sealing portion 8.
- the antenna element 3 is electrically connected to the electronic component 4.
- the first substrate 2a is mounted with an inclination angle ⁇ with respect to the second substrate 2b.
- the module substrate 2 is constituted by the first substrate 2a, the sealing portion 8 and the second substrate 2b, and the second substrate 2b and the frame substrate 5 of the module substrate 2 are joined to form a cavity structure.
- the wireless module 1 is soldered to the product substrate 10 with bumps 6.
- the wireless module 1 is physically and electrically connected to the product substrate 10 by using this configuration. Since the first substrate 2a is inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the product substrate 10, the antenna element 3 mounted on the first substrate 2a is also inclined with respect to the mounting surface of the product substrate 10. It is inclined at ⁇ .
- the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted and the antenna element 3 are arranged with an inclination angle ⁇ . For this reason, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- the sealing portion 8 is provided between the first substrate 2a and the second substrate 2b, the distance between the antenna element 3 and the electronic component 4 can be increased. With this configuration, the influence of electrical noise generated from the electronic component 4 on the antenna element 3 is suppressed, and noise from the antenna element 3 to the electronic component 4 is suppressed, so that stable operation of the antenna element 3 and the electronic component 4 is achieved. Can be realized.
- FIG. 3 is a perspective view showing the arrangement of the antenna elements of the wireless module.
- the antenna element 3 has a 2 ⁇ 2 array configuration on the upper surface of the first substrate 2a.
- the 2 ⁇ 2 array configuration is an example, and a single pattern may be used, or a larger number of patterns may be arranged.
- the communication sensitivity of the antenna is better when a large number of patterns are arranged.
- the direction and angle of the radiation signal from the antenna element 3 can be changed by changing the shape and arrangement position of the antenna element 3 and changing the dielectric constant of the first substrate 2a.
- the mounting surface of the antenna, the substrate, and the wireless module are substantially parallel. Therefore, when the angle ⁇ between the antenna directivity and the product substrate approaches 0 ° (horizontal), the communication sensitivity deteriorates, so the angle ⁇ has a limit.
- FIG. 4 is an explanatory diagram showing antenna directivity of the wireless module according to the first embodiment.
- an angle formed between the direction in which the radio wave radiation intensity (or reception sensitivity) is maximum and the substrate 10 of the product is defined as an angle ⁇ .
- the angle ⁇ is an angle formed by the directivity direction of the antenna element 3 and the product substrate 10.
- an angle formed between the upper surface of the antenna element 3 and the substrate 10 of the product is an angle ⁇ .
- the first substrate 2a is arranged with an inclination angle ⁇ with the substrate 10 of the product. Therefore, the angle ⁇ can be adjusted in a wide range according to the characteristics of the product, and the communication sensitivity can be improved. It is also possible to adjust the angle ⁇ to around 0 °.
- the wireless module 1 has an inclination angle between the upper surface (functional surface) of the antenna element 3 and the mounting surface of the wireless module on the product substrate.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 2 and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 20 including a first substrate 20a and a second substrate 2b, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, and bumps 6, and is mounted on a product substrate 10.
- the wireless module in FIG. 5 is mainly different from the wireless module in FIG. 1 in that a module substrate 20 is provided instead of the module substrate 2 and the sealing portion 8.
- a module substrate 20 is provided instead of the module substrate 2 and the sealing portion 8.
- the first substrate 20a is, for example, a multilayer substrate on which wiring to the antenna element 3 is made, and the upper surface of the first substrate 20a has an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface of the first substrate 20a.
- the first substrate 20a may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape using a processing method such as polishing. Further, a plurality of resin base materials may be combined and processed into a shape having an angle ⁇ on the upper surface.
- the antenna element 3 is mounted on the upper surface (the upper surface in FIG. 5) of the first substrate 20a.
- a GND plane (not shown) serving as the GND of the antenna element 3 is built in the first substrate 20a.
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- a plurality of bumps 6 functioning as connection terminals are bonded to the upper and lower surfaces of the first substrate 20a.
- the first substrate 20a is mounted on the upper surface of the second substrate 2b.
- the first substrate 20a, the second substrate 2b, and the frame substrate 5 are electrically connected by the bumps 6 and vias 7 arranged on the respective surfaces.
- the antenna element 3 is electrically connected to the electronic component 4.
- the module substrate 20 is constituted by the first substrate 20a and the second substrate 2b, and the second substrate 2b and the frame substrate 5 of the module substrate 20 are joined to form a cavity structure.
- the antenna element 3 is mounted with an inclination angle.
- the antenna element 3 mounted on the first substrate 20a is also arranged with the inclination angle ⁇ .
- the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted and the antenna element 3 are arranged with an inclination angle ⁇ . For this reason, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product. That is, the directivity direction of the antenna element 3 can be adjusted in a wide range, and for example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a wireless module according to Embodiment 3 and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 2 including a first substrate 2a and a second substrate 2b, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, and bumps 6, 6a, 6b. Has been implemented.
- the wireless module of FIG. 6 is mainly different from the wireless module of FIG. 1 in that bumps 6 a and 6 b are provided instead of the sealing portion 8.
- different points will be mainly described.
- the first substrate 2a and the second substrate 2b are connected by bumps 6a and 6b.
- the bumps 6a and 6b are ball-shaped conductors, and for example, solder balls can be used.
- the bump 6b disposed on one side (right side in FIG. 6) of the second substrate 2b is larger than the bump 6a disposed on one side facing (left side in FIG. 6). Due to the difference in shape, the first substrate 2a is mounted on the second substrate 2b with an inclination angle ⁇ .
- the first substrate 2a and the second substrate 2b are electrically connected by bumps 6a.
- the antenna element 3 is electrically connected to the electronic component 4.
- the wireless module 1 is physically and electrically connected to the product substrate 10 by using this configuration. Since the first substrate 2a has an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the product substrate 10, the antenna element 3 mounted on the first substrate 2a is also arranged with the inclination angle ⁇ .
- the antenna element 3 Since the antenna element 3 is arranged with an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted, the antenna directivity and the angle ⁇ between the product substrate and the conventional technology are communication. Even at an angle at which the sensitivity deteriorates, it is possible to obtain communication sensitivity according to the purpose of the product. That is, the directivity direction of the antenna element 3 can be adjusted in a wide range, and for example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- the distance between the antenna element 3 mounted on the upper surface of the first substrate 2a and the electronic component 4 mounted on the lower surface of the second substrate 2b can be increased.
- the influence of electrical noise generated from the electronic component 4 on the antenna element 3 can be suppressed.
- noise from the antenna element 3 to the electronic component 4 can be suppressed, and stable operation of the antenna element 3 and the electronic component 4 can be realized.
- the manufacturing cost of the sealing mold is not required, and the manufacturing cost can be reduced.
- FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to the fourth embodiment and a configuration example of a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 2 including a first substrate 2a and a second substrate 2b, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 50, and bumps 6, and is mounted on a product substrate 10. .
- the wireless module in FIG. 7 is mainly different from the wireless module in FIG. 1 in that the sealing portion 8 is omitted and that a frame substrate 50 is provided instead of the frame substrate 5.
- different points will be mainly described.
- the first substrate 2a is directly mounted on the upper surface of the second substrate 2b without the sealing portion 8 interposed therebetween.
- a conduction path in the stacking direction is secured in the facing region of the first substrate 2a and the second substrate 2b, and the module substrate 2 is configured.
- the antenna element 3 is electrically connected to the electronic component 4.
- the frame substrate 50 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the second substrate 2b in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as the second substrate 2b.
- the cross-sectional shape of the frame substrate 50 is a rectangular shape with a central portion cut out.
- the upper surface of the frame substrate 50 has a shape having an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface of the frame substrate 50.
- the frame substrate 50 may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape by using a processing method such as punching or punching. Alternatively, a plurality of resin base materials may be combined and processed into a shape with a hole in the center, and processed into a shape having an angle ⁇ on the upper surface.
- vias 7 are formed to electrically join the second substrate 2b and the product substrate 10 together.
- the via 7 is, for example, a conductive film that covers an inner wall of a through hole that penetrates the frame substrate 50.
- the conductive film is, for example, a through-hole plated metal film.
- the via 7 is not limited to a hollow structure such as a through-hole plated metal film, and may be, for example, an electrode made of a conductive material embedded in the entire interior of the through-hole penetrating the frame substrate 50.
- the second substrate 2b and the frame substrate 50 of the module substrate 2 are electrically connected by connecting the bumps 6 disposed on the lower surface of the second substrate 2b and the vias 7 formed in the frame substrate 50.
- the module substrate 2 and the frame substrate 50 have a cavity structure.
- the first substrate 2 a of the module substrate 2 is mounted with an inclination angle with respect to the lower surface of the frame substrate 50.
- the wireless module 1 After assembling the wireless module 1, the wireless module 1 is soldered and mounted on the product substrate 10 with bumps 6.
- the wireless module 1 is physically and electrically connected to the product substrate 10 by using this configuration. Since the first substrate 2a and the second substrate 2b have an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the product substrate 10, the antenna element 3 mounted on the first substrate 2a is also arranged with the inclination angle ⁇ . Is done.
- the antenna element 3 is arranged with an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted. Therefore, even when the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity is deteriorated in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity corresponding to the purpose of the product. . That is, it is possible to adjust the directivity direction of the antenna in a wide range. For example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- the module substrate 2 is composed of two substrates, the first substrate 2a and the second substrate 2b, the distance between the antenna element 3 and the electronic component 4 can be increased. With this configuration, it becomes possible to suppress the influence of the electrical noise generated from the electronic component 4 on the antenna element 3, and to suppress the noise from the antenna element 3 to the electronic component 4 so that the antenna element 3 and the electronic element 4 The stable operation of the component 4 can be realized.
- the manufacturing cost of the sealing mold is not required, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, compared with the third embodiment, there is no need to prepare and manage solder balls having different sizes as in the third embodiment, and the manufacturing can be simplified.
- FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 5 of the present invention and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 21, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 50, and bumps 6, and is mounted on a product substrate 10.
- the wireless module of FIG. 8 is mainly different from the wireless module of FIG. 1 in that a module substrate 21 is provided instead of the module substrate 2 and the sealing portion 8 and a frame substrate 50 is provided instead of the frame substrate 5. Is different. Further, the wireless module of FIG. 8 is mainly different from the wireless module of FIG. 7 in that a module substrate 21 is provided instead of the module substrate 2.
- the module substrate 21 is a multilayer substrate in which wiring to the antenna element 3 and the electronic component 4 is made, for example.
- the antenna element 3 is mounted on the upper surface of the module substrate 21 (the upper surface in FIG. 8).
- a GND plane (not shown) serving as the GND of the antenna element 3 is built in the module substrate 21.
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- the electronic component 4 is mounted on the lower surface of the module substrate 21 (the lower surface in FIG. 8).
- the electronic component 4 is, for example, a semiconductor chip, and is flip-chip mounted on the module substrate 21 via the bumps 6.
- the electronic component 4 is mounted with the surface facing the module substrate 21, and the electronic component 4 and the module substrate 21 are electrically connected by bumps 6.
- a plurality of bumps 6 functioning as connection terminals are bonded to the upper and lower surfaces of the module substrate 21.
- the bump 6 is a ball-shaped conductor, and for example, a solder ball can be used.
- the antenna element 3 is electrically connected to the electronic component 4.
- the frame substrate 50 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the module substrate 21 in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as the second substrate 2b.
- the cross-sectional shape of the frame substrate 50 is a rectangular shape with a central portion cut out.
- the upper surface of the frame substrate 50 has a shape having an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface of the frame substrate 50.
- the frame substrate 50 may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape by using a processing method such as punching or punching. Alternatively, a plurality of resin base materials may be combined and processed into a shape with a hole in the center, and processed into a shape having an angle ⁇ on the upper surface.
- vias 7 are formed to electrically connect the module substrate 21 and the product substrate 10 to each other.
- the via 7 is, for example, a conductive film that covers an inner wall of a through hole that penetrates the frame substrate 50.
- the conductive film is, for example, a through-hole plated metal film.
- the via 7 is not limited to a hollow structure such as a through-hole plated metal film, and may be, for example, an electrode made of a conductive material embedded in the entire interior of the through-hole penetrating the frame substrate 50.
- the module substrate 21 and the frame substrate 50 are electrically connected by connecting the bumps 6 disposed on the lower surface of the module substrate 21 and the vias 7 formed in the frame substrate 50.
- the module substrate 21 and the frame substrate 50 have a cavity structure.
- the module substrate 21 is mounted with an inclination angle with respect to the lower surface of the frame substrate 50.
- the wireless module 1 After assembling the wireless module 1, the wireless module 1 is soldered and mounted on the product substrate 10 with bumps 6.
- the antenna element 3 mounted on the module substrate 21 also has an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the product substrate 10. Inclined.
- the antenna element 3 is arranged with an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted. For this reason, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product. That is, it is possible to adjust the directivity direction of the antenna in a wide range. For example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 6 of the present invention and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 21, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, bumps 6, and a sealing portion 8, and is mounted on a product substrate 10.
- the wireless module of FIG. 9 includes a module substrate 21 instead of the module substrate 2, and the antenna element 3 is mounted on the upper surface of the sealing portion 8 instead of the first substrate 2a.
- the main difference is that 9 is different from the wireless module in FIG. 8 in that a sealing portion 8 is added between the antenna element 3 and the module substrate 21, and the frame substrate 5 is replaced with a frame substrate 50. It is mainly different from the point to be prepared.
- the module substrate 21 is a multilayer substrate in which wiring to the antenna element 3 and the electronic component 4 is made, for example, and a GND plane (not shown) that becomes the GND of the antenna element 3 is built in the module substrate 21. .
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- the electronic component 4 is mounted on the lower surface of the module substrate 21 (the lower surface in FIG. 9).
- the electronic component 4 is, for example, a semiconductor chip, and is flip-chip mounted on the module substrate 21 via the bumps 6.
- the frame substrate 5 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the module substrate 21 in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as the module substrate 21.
- the cross-sectional shape of the frame substrate 5 is a rectangular shape with a central portion cut out.
- the frame substrate 5 may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape by using a processing method such as punching or punching. Moreover, what processed into the shape which opened the hole in the center part combining several resin base materials may be used.
- the frame substrate 5 is formed with vias 7 for electrically joining the module substrate 21 and the product substrate 10.
- the via 7 is, for example, a conductive film that covers an inner wall of a through hole that penetrates the frame substrate 5.
- the conductive film is, for example, a through-hole plated metal film.
- the via 7 is not limited to a hollow structure such as a through-hole plated metal film, and may be, for example, an electrode made of a conductive material embedded in the entire interior of the through-hole penetrating the frame substrate 5.
- the sealing portion 8 is mounted.
- the sealing part 8 is a resin base material in which a via 7a is formed.
- the upper surface (upper surface in FIG. 9) of the sealing portion 8 has a shape having an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface (lower surface in FIG. 9) of the sealing portion 8.
- the sealing part 8 may be molded by, for example, adding an inclination angle ⁇ to the internal shape of the sealing mold. Moreover, what processed the resin base material into the defined shape using processing methods, such as grinding
- the via 7a is, for example, a through hole that penetrates the sealing portion 8 from the mounting surface of the antenna element 3 to the surface on the opposite side, and a conductive substance is embedded therein.
- the via 7a may have a structure in which a metal thin film is formed on the surface of the through hole.
- the via 7a may have a column shape having a main axis.
- vias 7a are formed so as to be connected to the bumps 6 arranged on the upper surface of the module substrate 21.
- the wiring of the module substrate 21 and the mounted electronic component 4 and the via 7a formed in the sealing portion 8 are electrically connected.
- the antenna element 3 is mounted on the upper surface of the sealing portion 8, and the via 7a is connected to electrically connect the antenna element 3 to the electronic component 4. .
- the antenna element 3 is also mounted with the inclination angle with respect to the module substrate 21, so that the wireless module 1 is obtained.
- the wireless module 1 is physically and electrically connected to the product substrate 10 by using this configuration. Further, since the upper surface of the sealing portion 8 has an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the product substrate 10, the antenna element 3 mounted on the sealing portion 8 is also arranged with the inclination angle ⁇ .
- the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted and the antenna element 3 are arranged with an inclination angle ⁇ . Therefore, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product. That is, it is possible to adjust the directivity direction of the antenna in a wide range. For example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the set can be reduced in size and height.
- FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 7 of the present invention and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 22, an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, and bumps 6, and is mounted on a product substrate 10.
- the wireless module of FIG. 10 differs from the wireless module in FIG. 1 mainly in that a module substrate 22 is provided instead of the module substrate 2 and the sealing unit 8. Also, the wireless module of FIG. 10 is mainly different from the wireless module of FIG. 5 in that a module substrate 22 is provided instead of the module substrate 20.
- the module substrate 22 is, for example, a multilayer substrate on which wiring to antenna elements and electronic components is made.
- the upper surface (the upper surface in FIG. 10) of the module substrate 22 has an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface (the lower surface in FIG. 10) of the module substrate 22.
- the module substrate 22 may be obtained by processing a resin base material into a predetermined shape using a processing method such as polishing. Further, a plurality of resin base materials may be combined and processed into a shape having an angle ⁇ on the upper surface.
- the antenna element 3 is mounted on the upper surface of the module substrate 22, and the electronic component 4 is mounted on the lower surface of the module substrate 22.
- a GND plane (not shown) serving as the GND of the antenna element 3 is built in the module substrate 22.
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- a plurality of bumps 6 that function as connection terminals are bonded to the upper and lower surfaces of the module substrate 22.
- the antenna element 3 is a patch antenna formed by an antenna pattern made of wiring, for example.
- the electronic component 4 is, for example, a semiconductor chip, and is flip-chip mounted on the module substrate 22 via the bumps 6 and electrically connected thereto.
- the frame substrate 5 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the module substrate 22 in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as the module substrate 22.
- the frame substrate 5 is formed with vias 7 for electrically connecting the module substrate 22 and the product substrate 10.
- the module substrate 22 and the frame substrate 5 are electrically connected by bumps 6 and vias 7 arranged on the respective surfaces.
- the module substrate 22 and the frame substrate 5 are joined to form a cavity structure.
- the antenna element 3 mounted on the upper surface of the module substrate 22 is also arranged with the inclination angle ⁇ .
- the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted and the antenna element 3 are arranged with an inclination angle ⁇ . Therefore, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- the distance between the antenna element 3 mounted on the upper surface of the module substrate 22 and the electronic component 4 mounted on the lower surface With this structure, the influence of electrical noise generated from the electronic component 4 on the antenna element 3 is suppressed, and the noise from the antenna element 3 to the electronic component 4 is suppressed, so that stable operation of the antenna element 3 and the electronic component 4 is achieved. Can be realized. That is, the directivity direction of the antenna element 3 can be adjusted in a wide range, and for example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the cost of the members becomes unnecessary, and it becomes possible to manufacture at a low cost. Furthermore, compared with Embodiment 5, since it is easier to angle the module substrate than to angle the frame substrate, the yield is improved.
- FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a wireless module according to Embodiment 8 of the present invention and a substrate of a product on which the wireless module is mounted.
- the wireless module 1 includes a module substrate 23 (described as a flexible substrate in FIG. 11), an antenna element 3, an electronic component 4, a frame substrate 5, bumps 6, and a sealing portion 8, and is mounted on a product substrate 10. Yes.
- the wireless module in FIG. 11 is mainly different from the wireless module in FIG. 1 in that a module substrate 23 is provided instead of the module substrate 2.
- the module substrate 23 is, for example, a flexible substrate, a multilayer substrate on which wiring to the antenna element and the electronic component is made, and the antenna element 3 and the electronic component 4 are mounted thereon.
- a GND plane (not shown) serving as the GND of the antenna element 3 is built in the module substrate 23.
- the antenna element 3 and the GND plane constitute an antenna as a whole.
- a plurality of bumps 6 that function as connection terminals are bonded to the module substrate 23.
- the frame substrate 5 is a frame substrate that surrounds the outer periphery of the module substrate 23 in a square shape, and is made of, for example, the same kind of material as the module substrate 23.
- the frame substrate 5 is formed with vias 7 for electrically joining the module substrate 23 and the product substrate 10.
- the module substrate 23 and the frame substrate 5 are electrically connected by bumps 6 and vias 7 arranged on the respective surfaces.
- the module substrate 23 and the frame substrate 5 are joined to form a cavity structure.
- the sealing part 8 is a resin base material, and the upper surface (upper surface in FIG. 11) of the sealing part 8 has an inclination angle ⁇ with respect to the lower surface of the sealing part 8 (lower surface in FIG. 11).
- the sealing part 8 may be molded by, for example, adding an inclination angle ⁇ to the internal shape of the sealing mold. Moreover, what processed the resin base material into the defined shape using processing methods, such as grinding
- the module substrate 23 is formed on the module substrate 23 after the sealing portion 8 is molded, and then bent at an intermediate portion to mount the electronic component 4 and a horizontal portion with respect to the joint surface with the frame substrate 5, and the antenna element 3. A portion that is mounted and has an inclination angle ⁇ along the upper surface of the sealing portion 8 is processed and formed.
- the portion of the module substrate 23 on which the antenna element 3 is mounted and has an inclination angle ⁇ along the upper surface of the sealing portion 8 has an inclination angle ⁇ with respect to the mounting surface of the substrate 10 of the product. Arranged with an inclination angle ⁇ .
- the mounting surface of the substrate 10 of the product on which the wireless module 1 is mounted and the antenna element 3 are arranged with an inclination angle ⁇ . Therefore, even if the angle ⁇ between the antenna directing direction and the product substrate is an angle at which the communication sensitivity deteriorates in the conventional technology, it is possible to obtain the communication sensitivity according to the purpose of the product. That is, it is possible to adjust the directivity direction of the antenna in a wide range. For example, the angle ⁇ can be set to around 0 °.
- the wireless module 1 can be reduced in size, and the product can be reduced in size and height.
- the distance between the antenna element 3 mounted on the module substrate 23 and the electronic component 4 can be increased.
- the influence of electrical noise generated from the electronic component 4 on the antenna element 3 is suppressed, and the noise from the antenna element 3 to the electronic component 4 is suppressed, so that stable operation of the antenna element 3 and the electronic component 4 is achieved. Can be realized.
- the cost of the members becomes unnecessary, and it becomes possible to manufacture at a low cost. Furthermore, the step of taking electrical conduction required when preparing a plurality of substrates is not required, and the step of forming electrodes through the sealing resin is not required. Therefore, the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
- Embodiments 1 to 8 have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed.
- the module substrate, the first substrate, and the second substrate are multilayer substrates, but this is an example, and a double-sided substrate may be used.
- a resin substrate, a ceramic substrate, and a flexible substrate may be sufficient, and elements, such as resistance and a capacity
- the electronic component is flip-chip mounted on the module substrate via the bump, but this is an example, and the electronic component may be connected via a wire bond.
- the antenna element is a patch antenna formed by an antenna pattern by wiring.
- this is an example, and a slot antenna in which a thin cutout is provided on a metal plate may be used. Further, the slot antenna may or may not be electrically connected to the electronic component.
- one aspect of the wireless module according to the present disclosure is a wireless module mounted on a circuit board, and includes an antenna element, an electronic component, and a module substrate on which the antenna element and the electronic component are mounted. ing.
- the upper surface of the antenna element is inclined with respect to the mounting surface of the wireless module on the circuit board.
- the direction in which the radio wave radiation intensity (or reception sensitivity) is strong can be adjusted over a wide range, and the signal from the antenna element can be radiated even in directions and angles that have not been possible in the past. It becomes possible.
- the module substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, the antenna element is mounted on the first surface, and the electronic component is mounted on the second surface. Also good.
- the wireless module has a sealing portion formed of resin on a part or the whole of the module substrate, and one surface of the sealing portion has an inclination angle with respect to the other surface of the sealing portion.
- the antenna element may be mounted on the module substrate via the sealing portion.
- the module substrate has an inclination angle on one side, and an antenna element may be mounted.
- the module substrate is formed by being bent at an intermediate portion, and has a first substrate portion and a second substrate portion with the bent portion as a boundary, and the first substrate portion is formed on the second substrate portion. It may have an inclination angle.
- the frame substrate may be connected to the bottom surface of the module substrate, and the frame substrate may have an arbitrary inclination angle on the connection surface with the module substrate.
- another aspect of the wireless module substrate in the present disclosure includes a first module substrate on which an antenna element is mounted and a second module substrate on which an electronic component is mounted. Then, one of the main surfaces of the first module substrate and the main surface of the second module substrate have an inclination angle.
- first module substrate and the second module substrate may be fixed via a resin formed with an inclination angle on the upper surface and the lower surface.
- first module substrate and the second module substrate may be fixed with an inclination angle by bumps having different sizes.
- an antenna element is mounted on one of the main surfaces of the first module substrate, and one of the main surfaces of the first module substrate has an inclination angle with respect to the other one of the main surfaces. Also good.
- another aspect of the wireless module substrate in the present disclosure includes a first module substrate on which an antenna element is mounted and a second module substrate on which an electronic component is mounted, and is connected to the bottom surface of the second module substrate.
- the frame substrate has an inclination angle on the connection surface with the second module substrate.
- the antenna element may be configured by a wiring pattern.
- the antenna element may be formed by processing a metal plate.
- This disclosure can be applied to a wireless communication module mounted with an antenna element. Specifically, it is useful for an RF module of a communication device mounted on a mobile phone or the like.
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Abstract
大型化することなく通信感度を向上させ、製品の特性に合わせてアンテナの指向方向を広い範囲で調整することを可能にする無線モジュールを提供する。他の製品の基板(10)上に実装される無線モジュール(1)であって、アンテナ素子(3)と、電子部品(4)と、アンテナ素子(3)および電子部品(4)を搭載するモジュール基板(2)とを備えている。そしてアンテナ素子(3)の上面が、他の製品の基板(10)への無線モジュール(1)の実装面に対して傾斜している。
Description
本開示は、アンテナ素子が実装された無線モジュールに関する。
近年、携帯電話やコンピューターなどの情報処理機器等の普及にともなって、機器の小型化・高性能化への要望が高くなっている。これらの機器には無線モジュールが実装されており、要望を実現するために無線モジュールも小型化・高密度化・高速化が求められている。加えて、半導体チップに形成される集積回路の高集積化や処理速度の高速化にともなって、データ通信の高速化が求められている。特に、携帯端末においては、機器間通信の無線化が進み、動画などの大容量データの送受信の無線化要望が高まっている。この高速無線通信では、ミリ波やマイクロ波といった高周波信号を用いる。そのため、他の電子機器への影響を考慮する必要性があり、データの送受信を行うアンテナの通信感度と指向性が重要となる。特に、信号の放射範囲を限定するアンテナの指向性は重要で、所望する向きへ調整できることは、モジュール設計の最も重要なポイントである。
なお、通信感度とは、アンテナによる信号の送信の良好性を表す送信感度と、同じく受信の良好性を表す受信感度を総称している。
図12は、特許文献1の従来技術における無線モジュール100と、それが実装された製品の基板200とを示す断面図である。図12の無線モジュール100は、モジュール基板110と、枠基板120とを備える。またモジュール基板110の上面には、パターン型のアンテナ素子130が実装されており、モジュール基板110の下面には、アンテナ素子130のアンテナ性能を調整する調整部品140が設置される。調整部品140は、アンテナ素子130に対して対になるGND電極である。調整部品140は、例えば、半田の実装用ランド150によりモジュール基板110の下面に固定される。アンテナ素子130と調整部品140は、全体としてアンテナを構成する。
これまではアンテナ素子130の調整をするためには無線モジュール100を再設計する必要があった。上記構成においてはアンテナ素子130のGND電極である調整部品140を調整することにより、無線モジュール100の全体の構成を変更することなく、アンテナ素子130の特性を調整することが可能になる。
図13は、従来技術における無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。同図において電波の放射強度(または受信感度)が最大の方向と製品の基板200とのなす角を角度αとする。特許文献1の従来技術においては、角度αが、0°(水平)に近づくと、通信感度が劣化することから、角度αには限界がある。例えば、角度αを0°付近にすることができない。
また、従来技術である、アンテナ素子のパターン変更や、基板の誘電率の変更による角度αの調整にも限界があり、調整可能な範囲が狭い。
また、アンテナ素子が信号を送受信する場合、対象物の方向から見たアンテナ素子の投影面積を広くすることにより、通信感度を改善することが出来る。そのため、アンテナ素子を大型化することで通信感度を高めることが可能である。しかし、アンテナ素子の大型化は実装面積の増大や無線モジュールの大型化を招き、製品の小型化や低背化の弊害になってしまう。また、消費エネルギーも大きく、製品の消費電力の増大や、電流の増加による温度の上昇など、使用上・信頼性上の課題が発生する可能性がある。
製品の小型化・低消費電力化・高速化の実現に向けて通信感度を改善するためには、アンテナ素子から放射される信号を所望する方向へ調整できることが重要である。しかしながら、従来技術では、製品の仕様・目的に合わせた通信感度を十分に得ることが出来ない。
本開示は、上記従来の問題点を解決するもので、無線モジュールを大型化することなく通信感度を向上させるため、製品の特性に合わせて角度αの調整可能な範囲を広げる無線モジュールを提供することを目的とする。
本開示における無線モジュールは、回路基板上に実装される無線モジュールであって、アンテナ素子と、電子部品と、アンテナ素子および電子部品を搭載するモジュール基板とを備えている。そして、アンテナ素子の上面が、回路基板への無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている。
本開示における無線モジュールは、無線モジュールの製品基板への実装面とアンテナ素子の上面が、傾斜角を持って配置されているため、電波の放射強度(または受信感度)が強い方向を広い範囲で調整することができる。つまり、調整可能な範囲を広げることができ、従来実現不可能であった方向、角度に対してもアンテナ素子からの信号の放射が可能になる。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施の形態1)
以下、図1~図4を用いて、実施の形態1を説明する。
以下、図1~図4を用いて、実施の形態1を説明する。
図1は、実施の形態1に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板10の構成例を模式的に示す断面図である。図2は、実施の形態1に係る無線モジュールの構成例を示す立体斜視図である。この無線モジュール1は、第一基板2aと第二基板2bとを含むモジュール基板2、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6、封止部8、で構成され、製品の基板10(回路基板)に実装されている。
第一基板2aは、たとえばアンテナ素子への配線がなされた多層基板であり、第一基板2aの上面(図1における上面)には、アンテナ素子3が実装されている。第一基板2aの内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。
また第一基板2aの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。バンプ6は導電体であり、例えば半田ボールであってもよい。
アンテナ素子3は、たとえば配線によるアンテナパターンにより形成されるパッチアンテナである。
第二基板2bは、電子部品4への配線がなされた多層基板であり、第二基板2bの下面(図1における下面)には、電子部品4が実装されている。
電子部品4は、たとえば半導体チップであり、バンプ6を介して第二基板2bにフリップチップ実装されている。電子部品4は、表面を第二基板2b側に向けて実装されており、電子部品4と第二基板2bとはバンプ6により電気的に接続されている。また第二基板2bの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。
バンプ6はボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。
枠基板5は、第二基板2bの外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板2bと同種の材料により構成される。枠基板5の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。枠基板5は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工したものであってもよい。
また枠基板5は、第二基板2bと製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。ビア7は、たとえば、枠基板5を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア7は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板5を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる電極としてもよい。
第二基板2bと枠基板5を電気的に接続した後、封止部8を実装する。
封止部8は、第一基板2aと第二基板2bとを電気的に接合するためにビア7aが形成されている樹脂基材であり、封止部8の上面(図1における上面)には、封止部8の下面(図1における下面)に対して傾斜角βを有した形状になっている。封止部8は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。ビア7aは、たとえば、封止部8をアンテナ素子3の搭載面から反対側の面まで貫通するスルーホールであり、内部には導電性物質が埋め込まれて形成されている。また、ビア7aは貫通孔表面に金属薄膜を形成した構造でも良い。ビア7aは主軸を有する柱形状であってもよい。
封止部8を第二基板2b上に成型した後、第二基板2bの上面に配置されたバンプ6と接続するようにビア7aを形成することにより、第二基板2bの配線、および実装された電子部品4と封止部8に形成されたビア7aが電気的に接続される。
第一基板2aを封止部8の上面に実装し、第一基板2aの下面に配置されたバンプ6と封止部8に形成されたビア7aを接続する。このようにして第一基板2aと第二基板2bとは、封止部8のビア7aを介して電気的に接続される。また、アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続される。
封止部8の上面は下面に対して傾斜角βを有しているため、第一基板2aは第二基板2bに対して、傾斜角βを持った状態で実装される。
第一基板2a、封止部8および第二基板2bによりモジュール基板2が構成され、モジュール基板2の第二基板2bと枠基板5は接合されており、キャビティ構造になっている。
無線モジュール1は、バンプ6により製品の基板10に半田付けされる。
無線モジュール1は、本構成を用いることにより、製品の基板10と物理的、電気的に接続される。また、第一基板2aは製品の基板10の実装面に対して傾斜角βで傾斜しているため、第一基板2aに実装されたアンテナ素子3も製品の基板10の実装面に対し傾斜角βで傾斜している。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面とアンテナ素子3が、傾斜角βをなして配置されている。このため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、第一基板2aと第二基板2bの間に封止部8を有する構造となることにより、アンテナ素子3と電子部品4の間隔を離すことが可能となる。この構成により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
図3は、無線モジュールのアンテナ素子の配置を示す斜視図である。
図3では、アンテナ素子3は、第一基板2aの上面において、2×2のアレー構成となっている。なお、2×2のアレー構成は一例であり、1つのパターンを用いて構成されていても、より多数のパターンが配列されていてもよい。なお、多数のパターンが配列された方が、アンテナの通信感度は良好になる。
また、アンテナ素子3の形状、配置位置の変更や、第一基板2aの誘電率を変更することにより、アンテナ素子3から放射信号の方向、角度を変化させることが出来る。
図13に示したように、従来技術においては、アンテナと基板、および無線モジュールの実装面は実質的に平行である。そのため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが0°(水平)に近づくと、通信感度が劣化することから、角度αには限界がある。
図4は、実施の形態1に係る無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。同図において電波の放射強度(または受信感度)が最大の方向と製品の基板10とのなす角を角度αとする。言い換えれば、角度αは、アンテナ素子3の指向方向と製品の基板10とのなす角である。また、アンテナ素子3の上面と製品の基板10とのなす角を角度βとする。
本実施の形態では、第一基板2aが製品の基板10と傾斜角βを有して配置されている。そのため、製品の特性に合わせて角度αを広い範囲で調整することが可能であり、通信感度を改善することが可能になる。また、角度αを0°付近に調整することも可能になる。
以上のように、本実施の形態において、無線モジュール1は、アンテナ素子3の上面(機能面)と無線モジュールの製品基板への実装面とで傾斜角を有する。
これにより、電波の放射強度(または受信感度)が最大の方向と製品基板との角度αを0°(水平)にしても通信感度が劣化することがない。すなわち、アンテナ素子のパターン変更や調整部品で調整してもなお通信感度が劣化する領域が発生していた従来技術の課題を解消し、アンテナ素子の指向方向を広い範囲で調整することを可能にするので、製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子を大型化する必要がなくなるため、無線モジュールの小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
(実施の形態2)
以下、図5を用いて実施の形態2を説明する。
以下、図5を用いて実施の形態2を説明する。
図5は、実施の形態2に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。
この無線モジュール1は、第一基板20aと第二基板2bとを含むモジュール基板20、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6で構成され、製品の基板10に実装されている。図5の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、モジュール基板2および封止部8の代わりにモジュール基板20を備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
第一基板20aは、たとえばアンテナ素子3への配線がなされた多層基板であり、第一基板20aの上面は、第一基板20aの下面に対して傾斜角βを有している。第一基板20aは、たとえば、研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて上面に角度βを有した形状に加工したものであってもよい。
第一基板20aの上面(図5における上面)には、アンテナ素子3が実装されている。第一基板20aの内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。また第一基板20aの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。
第二基板2bと枠基板5を実装した後、第一基板20aを第二基板2bの上面に実装する。このようにして第一基板20a、第二基板2b、枠基板5は、それぞれの表面に配置されたバンプ6とビア7により電気的に接続される。また、アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続される。
第一基板20a、第二基板2bによりモジュール基板20が構成され、モジュール基板20の第二基板2bと枠基板5は接合されており、キャビティ構造になっている。
また、第一基板20aは、上面は下面に対して傾斜角βを有しているため、アンテナ素子3は、傾斜角を持った状態で実装される。
また、第一基板20aは製品の基板10の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板20aに実装されたアンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面とアンテナ素子3が、傾斜角βを持って配置されている。このため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナ素子3の指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、第一基板20aの上面に実装されたアンテナ素子3と、第二基板2bの下面に実装された電子部品4との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制することが可能になる。そしてアンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
また、実施の形態1と比べると、封止部の工程が無いため、製造を簡易化することが可能となる。
(実施の形態3)
以下、図6を用いて実施の形態3を説明する。
以下、図6を用いて実施の形態3を説明する。
図6は、実施の形態3に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。
この無線モジュール1は、第一基板2aと第二基板2bとを含むモジュール基板2、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6、6a、6b、で構成され、製品の基板10に実装されている。図6の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、封止部8の代わりにバンプ6a、6bを備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
第一基板2aと第二基板2bはバンプ6a、6bで接続される。バンプ6a、6bはボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。また、第二基板2bの1辺(図6では右側)に配置されるバンプ6bは、対面する1辺(図6では左側)に配置されるバンプ6aよりも大きい。この形状の差によって、第一基板2aは第二基板2bに対して、傾斜角βを持った状態で実装される。また第一基板2aと第二基板2bはバンプ6aにより電気的に接続される。また、アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続される。
無線モジュール1は、本構成を用いることにより、製品の基板10と物理的、電気的に接続される。また、第一基板2aは製品の基板10の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板2aに実装されたアンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面に対しアンテナ素子3が傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナ素子3の指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、第一基板2aの上面に実装されたアンテナ素子3と、第二基板2bの下面に実装された電子部品4との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制することができる。さらにアンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
また、実施の形態1と比べると、封止部8の工程が無いため、封止金型の製造費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。
(実施の形態4)
以下、図7を用いて実施の形態4を説明する。
以下、図7を用いて実施の形態4を説明する。
図7は、実施の形態4に係る無線モジュールの構成、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。
この無線モジュール1は、第一基板2aと第二基板2bとを含むモジュール基板2、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板50、バンプ6、で構成され、製品の基板10に実装されている。図7の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、封止部8が削除されている点、枠基板5の代わりに枠基板50を備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。
第一基板2aは、封止部8を介することなく、第二基板2bの上面に直接実装されている。第一基板2aを第二基板2bの上面に実装することで、第一基板2aと第二基板2bの対向領域において積層方向の導通経路が確保されるとともに、モジュール基板2が構成される。また、アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続される。
枠基板50は、第二基板2bの外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板2bと同種の材料により構成される。枠基板50の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。また、枠基板50の上面は、枠基板50の下面に対して傾斜角βを有した形状になっている。枠基板50は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工し、上面に角度βを有した形状に加工したものであってもよい。
また枠基板50は、第二基板2bと製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。ビア7は、たとえば、枠基板50を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア7は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板50を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる電極としてもよい。
モジュール基板2の第二基板2bと枠基板50は、第二基板2bの下面に配置されたバンプ6と枠基板50に形成されたビア7を接続することにより、電気的に接続される。またモジュール基板2と枠基板50はキャビティ構造になっている。
枠基板50の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、モジュール基板2の第一基板2aは枠基板50の下面に対して、傾斜角を持った状態で実装される。
無線モジュール1を組み立てた後、無線モジュール1は、バンプ6により製品の基板10にはんだ付けされ実装される。
無線モジュール1は、本構成を用いることにより、製品の基板10と物理的、電気的に接続される。また、第一基板2aおよび第二基板2bは製品の基板10の実装面に対して傾斜角βを持っているため、第一基板2aに実装されたアンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面に対しアンテナ素子3が傾斜角βを持って配置されている。このため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度である場合においても、製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナの指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、モジュール基板2が第一基板2aと第二基板2bの2枚の基板で構成されることにより、アンテナ素子3と電子部品4の間隔を離すことが可能となる。この構成により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制することが可能になる、そしてアンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
また、実施の形態1と比べると、封止部の工程が無いため、封止金型の製造費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、実施の形態3と比べると、実施の形態3のように大きさの違うはんだボールを準備・管理する必要が無く、製造が簡易化できる。
(実施の形態5)
以下、図8を用いて実施の形態5を説明する。
以下、図8を用いて実施の形態5を説明する。
図8は、本発明の実施の形態5に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール1は、モジュール基板21、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板50、バンプ6、で構成され、製品の基板10に実装されている。
図8の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、モジュール基板2および封止部8の代わりにモジュール基板21を備える点と、枠基板5の代わりに枠基板50を備える点とが主に異なっている。また、図8の無線モジュールは、図7の無線モジュールと比べて、モジュール基板2の代わりにモジュール基板21を備える点が主に異なっている。
以下、異なる点を中心に説明する。モジュール基板21は、たとえばアンテナ素子3や電子部品4への配線がなされた多層基板である。モジュール基板21の上面(図8における上面)には、アンテナ素子3が実装されている。モジュール基板21の内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板21の下面(図8における下面)には電子部品4が実装されている。電子部品4は、たとえば半導体チップであり、バンプ6を介してモジュール基板21にフリップチップ実装されている。
電子部品4は、表面をモジュール基板21側に向けて実装されており、電子部品4とモジュール基板21とはバンプ6により電気的に接続されている。またモジュール基板21の上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。
バンプ6はボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。
アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続されている。
枠基板50は、モジュール基板21の外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板2bと同種の材料により構成される。枠基板50の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。また、枠基板50の上面は、枠基板50の下面に対して傾斜角βを有した形状になっている。枠基板50は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工し、上面に角度βを有した形状に加工したものであってもよい。
また枠基板50は、モジュール基板21と製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。ビア7は、たとえば、枠基板50を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア7は、スルーホールめっき金属膜のような中空の構造のものには限られず、たとえば、枠基板50を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる電極としてもよい。
モジュール基板21と枠基板50は、モジュール基板21の下面に配置されたバンプ6と枠基板50に形成されたビア7を接続することにより、電気的に接続される。またモジュール基板21と枠基板50はキャビティ構造になっている。
枠基板50の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、モジュール基板21は枠基板50の下面に対して、傾斜角を持った状態で実装される。
無線モジュール1を組み立てた後、無線モジュール1は、バンプ6により製品の基板10に半田付けされ実装される。
モジュール基板21は製品の基板10の実装面に対して傾斜角βでもって傾斜しているため、モジュール基板21に実装されたアンテナ素子3も製品の基板10の実装面に対し傾斜角βでもって傾斜している。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面に対しアンテナ素子3が傾斜角βを持って配置されている。このため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナの指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、これまでの実施の形態と比べると、モジュール基板が1枚で済むため、部材の費用を低減し、安価に製造することが可能となる。
(実施の形態6)
以下、図9を用いて実施の形態6を説明する。
以下、図9を用いて実施の形態6を説明する。
図9は、本発明の実施の形態6に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール1は、モジュール基板21、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6、封止部8、で構成され、製品の基板10に実装されている。
図9の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、モジュール基板2の代わりにモジュール基板21を備える点と、アンテナ素子3が第一基板2aではなく封止部8の上面に実装されている点とが主に異なっている。また、図9の無線モジュールは、図8の無線モジュールと比べて、アンテナ素子3とモジュール基板21の間に封止部8が追加されている点と、枠基板50の代わりに枠基板5を備える点とが主に異なっている。
以下、異なる点を中心に説明する。
モジュール基板21は、たとえばアンテナ素子3や電子部品4への配線がなされた多層基板であり、モジュール基板21の内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板21の下面(図9における下面)には電子部品4が実装されている。電子部品4は、たとえば半導体チップであり、バンプ6を介してモジュール基板21にフリップチップ実装されている。
枠基板5は、モジュール基板21の外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板21と同種の材料により構成される。枠基板5の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。枠基板5は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工したものであってもよい。
また枠基板5は、モジュール基板21と製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。ビア7は、たとえば、枠基板5を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア7は、スルーホールめっき金属膜のような中空の構造のものには限られず、たとえば、枠基板5を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる電極としてもよい。
モジュール基板21と枠基板5を電気的に接続した後、封止部8を実装する。
封止部8は、ビア7aが形成されている樹脂基材である。封止部8の上面(図9における上面)には、封止部8の下面(図9における下面)に対して傾斜角βを有した形状になっている。封止部8は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。ビア7aは、たとえば、封止部8をアンテナ素子3の搭載面から反対側の面まで貫通するスルーホールであり、内部には導電性物質が埋め込まれている。また、ビア7aは貫通孔表面に金属薄膜を形成した構造でも良い。ビア7aは主軸を有する柱形状であってもよい。
封止部8をモジュール基板21上に成型した後、モジュール基板21の上面に配置されたバンプ6と接続するようにビア7aを形成する。これにより、モジュール基板21の配線、および実装された電子部品4と封止部8に形成されたビア7aが電気的に接続される。
封止部8をモジュール基板21上に成型した後、アンテナ素子3を封止部8の上面に実装し、ビア7aを接続することにより、アンテナ素子3は電子部品4と電気的に接続される。
封止部8の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、アンテナ素子3もモジュール基板21に対して、傾斜角を持った状態で実装され、無線モジュール1となる。
無線モジュール1は、本構成を用いることにより、製品の基板10と物理的、電気的に接続される。また、封止部8の上面は製品の基板10の実装面に対して傾斜角βをもっているため、封止部8に実装されたアンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面とアンテナ素子3が、傾斜角βを持って配置されている。そのため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナの指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、セットの小型化や低背化が可能になる。
また、封止部8の上面に実装されたアンテナ素子3と、モジュール基板21の下面に実装された電子部品4との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
また、実施の形態1と比べると、モジュール基板が1枚で済むため、部材の費用を低減し、安価に製造することが可能となる。
(実施の形態7)
以下、図10を用いて実施の形態7を説明する。
以下、図10を用いて実施の形態7を説明する。
図10は、本発明の実施の形態7に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール1は、モジュール基板22、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6で構成され、製品の基板10に実装されている。
図10の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、モジュール基板2および封止部8の代わりにモジュール基板22を備える点が主に異なっている。また、図10の無線モジュールは、図5の無線モジュールと比べて、モジュール基板20の代わりにモジュール基板22を備える点が主に異なっている。
以下、異なる点を中心に説明する。
モジュール基板22は、たとえばアンテナ素子や電子部品への配線がなされた多層基板である。モジュール基板22の上面(図10における上面)は、モジュール基板22の下面(図10における下面)に対して傾斜角βを有している。モジュール基板22は、たとえば、研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて上面に角度βを有した形状に加工したものであってもよい。
モジュール基板22の上面には、アンテナ素子3が実装されており、モジュール基板22の下面には、電子部品4が実装されている。モジュール基板22の内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板22の上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。
アンテナ素子3は、たとえば配線によるアンテナパターンにより形成されるパッチアンテナである。
電子部品4は、たとえば半導体チップであり、バンプ6を介してモジュール基板22にフリップチップ実装され、電気的に接続されている。
枠基板5は、モジュール基板22の外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板22と同種の材料により構成される。
また枠基板5は、モジュール基板22と製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。モジュール基板22と枠基板5は、それぞれの表面に配置されたバンプ6とビア7により電気的に接続される。モジュール基板22と枠基板5は接合されキャビティ構造になる。
モジュール基板22の上面は製品の基板10の実装面に対して傾斜角βをもっているため、モジュール基板22の上面に実装されたアンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面とアンテナ素子3が、傾斜角βを持って配置されている。そのため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、モジュール基板22の上面に実装されたアンテナ素子3と、下面に実装された電子部品4との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。つまり、アンテナ素子3の指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、実施の形態1と比べると、モジュール基板が1枚で済むため、部材の費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、実施の形態5と比べると、枠基板に角度をつけるよりも、モジュール基板に角度をつけるほうが容易であるため、歩留りが向上する。
(実施の形態8)
以下、図11を用いて実施の形態8を説明する。
以下、図11を用いて実施の形態8を説明する。
図11は、本発明の実施の形態8に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール1は、モジュール基板23(図11ではフレキシブル基板として記載)、アンテナ素子3、電子部品4、枠基板5、バンプ6、封止部8で構成され、製品の基板10に実装されている。
図11の無線モジュールは、図1の無線モジュールと比べて、モジュール基板2の代わりにモジュール基板23を備える点が主に異なっている。
以下、異なる点を中心に説明する。
モジュール基板23は、たとえばフレキシブル基板であり、アンテナ素子や電子部品への配線がなされた多層基板であり、アンテナ素子3、電子部品4が実装されている。モジュール基板23の内部には、アンテナ素子3のGNDになるGNDプレーン(図示略)が内蔵されている。アンテナ素子3とGNDプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板23には、接続端子として機能する複数のバンプ6が接合されている。
枠基板5は、モジュール基板23の外周を方形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板23と同種の材料により構成される。
また枠基板5は、モジュール基板23と製品の基板10とを電気的に接合するためにビア7が形成されている。モジュール基板23と枠基板5は、それぞれの表面に配置されたバンプ6とビア7により電気的に接続される。モジュール基板23と枠基板5は接合されキャビティ構造になる。
封止部8は、樹脂基材であり、封止部8の上面(図11における上面)は、封止部8の下面(図11における下面)に対して傾斜角βを有している。封止部8は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工したものであってもよい。
モジュール基板23は、封止部8をモジュール基板23上に成型した後、途中部分で折り曲げられ、電子部品4が実装され枠基板5との接合面に対して水平な部分と、アンテナ素子3が実装され封止部8の上面にそって傾斜角βを有する部分と、に加工、形成される。
また、モジュール基板23のアンテナ素子3が実装され封止部8の上面にそって傾斜角βを有する部分は、製品の基板10の実装面に対して傾斜角βをもっているため、アンテナ素子3も傾斜角βを持って配置される。
無線モジュール1を搭載する製品の基板10の実装面とアンテナ素子3が、傾斜角βを持って配置されている。そのため、アンテナの指向方向と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、アンテナの指向方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを0°付近にすることもできる。
また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子3を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール1の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。
また、モジュール基板23に実装されたアンテナ素子3と、電子部品4との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品4から発生した電気的ノイズがアンテナ素子3へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子3からの電子部品4へのノイズを抑制し、アンテナ素子3と電子部品4の安定動作を実現することが可能になる。
また、実施の形態1と比べると、モジュール基板が1枚で済むため、部材の費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、複数の基板を用意した時に必要となる導通をとる工程が不要となり、封止樹脂を貫通して電極を形成する工程が不要となる。そのため、歩留りが向上し製造コストが削減できる。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1~8を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。
例えば、実施の形態1~8において、モジュール基板、第一基板、第二基板は多層基板としたが、これは一例であって、両面基板であってもよい。また、それぞれ樹脂基板、セラミック基板またはフレキシブル基板のいずれであってもよく、抵抗や容量などの素子が実装されていてもよい。
また、実施の形態1~8において、電子部品はバンプを介してモジュール基板にフリップチップ実装されているが、これは一例であって、ワイヤーボンドを介して接続されていてもよい。
また、実施の形態1~8において、アンテナ素子は配線によるアンテナパターンにより形成されるパッチアンテナであるが、これは一例であって、金属板に細長い切り抜きを設けたスロットアンテナであってもよい。また、スロットアンテナは電子部品と電気的に接続されていても、されていなくてもよい。
以上説明してきたように本開示における無線モジュールの一態様は、回路基板上に実装される無線モジュールであって、アンテナ素子と、電子部品と、アンテナ素子および電子部品を搭載するモジュール基板とを備えている。そしてアンテナ素子の上面が、回路基板への無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている。
この構成によれば、電波の放射強度(または受信感度)が強い方向を広い範囲で調整することができ、従来実現不可能であった方向、角度に対してもアンテナ素子からの信号の放射が可能になる。
また、モジュール基板は、第一の面と第一の面と反対側の第二の面とを有し、第一の面にアンテナ素子が搭載され、第二の面に電子部品が搭載されてもよい。
また、無線モジュールは、モジュール基板の一部もしくは全体に樹脂で形成された封止部を有しており、封止部の一面は封止部の他の面に対して傾斜角度を有しており、アンテナ素子は、封止部を介してモジュール基板に実装されてもよい。
また、モジュール基板は、一面側に傾斜角度を有しており、アンテナ素子が実装されてもよい。
また、モジュール基板は、途中部分で折り曲げられて形成され、折り曲げ箇所を境界とする第1の基板部分と第2の基板部分とを有し、第1の基板部分は、第2の基板部分に対して傾斜角度を有してもよい。
また、モジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、枠基板はモジュール基板との接続面に任意の傾斜角度を有してもよい。
また、本開示における無線モジュール基板の別の態様は、アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、電子部品を搭載する第二のモジュール基板とを備えている。そして第一のモジュール基板の主面の1つと、第二のモジュール基板の主面とが傾斜角度を持っている。
また、第一のモジュール基板と、第二のモジュール基板とが、上面と下面に傾斜角度を持って形成される樹脂を介して固定されてもよい。
また、第一のモジュール基板と、第二のモジュール基板とが大きさの異なるバンプにより傾斜角度を持って固定されてもよい。
また、第一のモジュール基板の主面の1つには、アンテナ素子が実装され、第一のモジュール基板の主面の1つは主面の他の1つに対して傾斜角度を有してもよい。
また、本開示における無線モジュール基板のさらに別の態様は、アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、電子部品を搭載する第二のモジュール基板とを備え、第二のモジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、そして枠基板は第二のモジュール基板との接続面に傾斜角度を有している。
また、アンテナ素子が配線パターンにより構成されてもよい。
また、アンテナ素子が金属板の加工により形成されてもよい。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、アンテナ素子を実装した無線通信モジュールに適用可能である。具体的には、携帯電話などに搭載される通信機器のRFモジュールなどに有用である。
1 無線モジュール
2,20,21,22,23 モジュール基板
2a,20a 第一基板
2b 第二基板
3 アンテナ素子
4 電子部品
5,50 枠基板
6,6a,6b バンプ
7,7a ビア
8 封止部
10 製品の基板
2,20,21,22,23 モジュール基板
2a,20a 第一基板
2b 第二基板
3 アンテナ素子
4 電子部品
5,50 枠基板
6,6a,6b バンプ
7,7a ビア
8 封止部
10 製品の基板
Claims (13)
- 回路基板上に実装される無線モジュールであって、
アンテナ素子と、
電子部品と、
前記アンテナ素子および前記電子部品を搭載するモジュール基板と
を備え、
前記アンテナ素子の上面が、前記回路基板への前記無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている
無線モジュール。 - 前記モジュール基板は、第一の面と前記第一の面と反対側の第二の面とを有し、
前記第一の面に前記アンテナ素子が搭載され、
前記第二の面に前記電子部品が搭載されている
請求項1記載の無線モジュール。 - 前記無線モジュールは、
前記モジュール基板の一部もしくは全体に樹脂で形成された封止部を有しており、
前記封止部の一面は前記封止部の他の面に対して前記傾斜角度を有しており、
前記アンテナ素子は、前記封止部を介して前記モジュール基板に実装されている、
請求項1記載の無線モジュール。 - 前記モジュール基板は、
一面側に傾斜角度を有しており、前記アンテナ素子が実装されている
請求項1記載の無線モジュール。 - 前記モジュール基板は、
途中部分で折り曲げられて形成され、折り曲げ箇所を境界とする第1の基板部分と第2の基板部分とを有し、
前記第1の基板部分は、第2の基板部分に対して前記傾斜角度を有する
請求項1記載の無線モジュール。 - 前記モジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、
前記枠基板は前記モジュール基板との接続面に任意の傾斜角度を有している
請求項1記載の無線モジュール。 - アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、
電子部品を搭載する第二のモジュール基板と
を備え、
前記第一のモジュール基板の主面の1つと、前記第二のモジュール基板の主面とが傾斜角度を持っている
無線モジュール。 - 前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが、上面と下面に前記傾斜角度を持って形成される樹脂を介して固定されている
請求項7記載の無線モジュール。 - 前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが大きさの異なるバンプにより前記傾斜角度を持って固定されている
請求項7記載の無線モジュール。 - 前記第一のモジュール基板の前記主面の1つには、前記アンテナ素子が実装され、
前記第一のモジュール基板の前記主面の1つは主面の他の1つに対して前記傾斜角度を有する、
請求項7記載の無線モジュール。 - アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、
電子部品を搭載する第二のモジュール基板と
を備え、
前記第二のモジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、
前記枠基板は前記第二のモジュール基板との接続面に傾斜角度を有している
無線モジュール。 - 前記アンテナ素子が配線パターンにより構成されている
請求項1~11のいずれか1項に記載の無線モジュール。 - 前記アンテナ素子が金属板の加工により形成されている
請求項1~11のいずれか1項に記載の無線モジュール。
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