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JP2004153607A - Chip-shaped antenna element and antenna-mounted printed wiring board - Google Patents

Chip-shaped antenna element and antenna-mounted printed wiring board Download PDF

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JP2004153607A
JP2004153607A JP2002317223A JP2002317223A JP2004153607A JP 2004153607 A JP2004153607 A JP 2004153607A JP 2002317223 A JP2002317223 A JP 2002317223A JP 2002317223 A JP2002317223 A JP 2002317223A JP 2004153607 A JP2004153607 A JP 2004153607A
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high dielectric
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秀信 村中
Shuichiro Yasuda
周一郎 安田
Kenji Asakura
健二 朝倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a printed antenna which secures a sufficient gain, is miniaturized and eliminates the need for mounting an antenna element on a printed wiring board. <P>SOLUTION: A via hole is formed in a resin substrate on which an antenna conductor is formed, and a high dielectric resin is embedded in the via hole for formation. Otherwise, a high dielectric resin layer is formed covering at least a portion of the antenna conductor. Furthermore, a partial area of the printed circuit board may be made to be at a high dielectric constant by these methods to form an antenna element integrally with the partial area. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂基板上にアンテナ導体を形成したチップ状アンテナ素子に関するものであり、さらには、プリント配線基板の一部に直接アンテナ導体を形成したアンテナ実装プリント配線基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、例えば携帯電話等の移動体通信機や、いわゆるIEEE(Institute ofElectronic and Electronics Engineers)802.11規格の無線LAN(Local Area Network)等、各種無線技術の開発が進められている。そして、これに伴い、無線通信を行うためのアンテナ素子に関する技術も開発されている。
【0003】
アンテナ素子は、無線通信を行うために必然的に設けられる部材であり、例えば円柱状の誘電体に放射電極や表面電極等を形成したものが知られている。この種のアンテナ素子は、通信機本体の外部に設置されて用いられるのが一般的である。ただし、外部に配設して用いるタイプのアンテナ素子では、小型化の妨げとなること、高い機械的強度が要求されること、部品点数の増加を招くこと等が問題になる。
【0004】
そこで、これに替わるアンテナ素子として、機器本体内に設けられたプリント配線基板に表面実装し得るチップ状アンテナ素子が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−221537号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平3−192804号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チップ状アンテナ素子には種々のタイプのものがあるが、基材にセラミック等の高誘電率材料を用いたものが代表的である。例えば、前述の特許文献1には、誘電体基板の表面と平行して貫通孔を設け、この貫通孔内に放射電極を形成するとともに、誘電体基板の側面に給電電極を形成した表面実装型アンテナが開示されている。
【0008】
しかしながら、セラミック等の高誘電体材料を用いたチップアンテナでは、高誘電体材料自体が高価であることに加えて、その加工が煩雑であるという欠点があり、生産性の低下や製造コストの増大を招く。
【0009】
このような不都合を解消することを目的として、両面に銅箔を有するプリント配線基板を基材として用い、これにフォトエッチング技術を利用してアンテナ導体を形成したプリントアンテナも提案されている。このプリントアンテナでは、基材に安価なプリント配線基板を用いており、加工も容易であることから、製造コストを大幅に削減することが可能である。
【0010】
ただし、プリントアンテナにおいては、プリント配線基板の基材、例えばガラスエポキシ樹脂基材の誘電率が小さいことから、利得を確保するためにアンテナ導体の長さを長くせざるを得ず、小型化の妨げになっている。したがって、その改良が望まれている。
【0011】
基材の誘電率を高くするための技術としては、例えば特許文献2記載の技術がある。特許文献2記載の技術では、誘電率の異なる2種類の誘電体を用い、高誘電率を有する誘電体をアンテナ導体の下部に配している。
【0012】
しかしながら、特許文献2に記載される複合化技術をそのままプリント配線基板に応用することは難しく、特許文献2の各図面に記載されるような形状で高誘電体材料を挿入することはプリントアンテナにおいては現実的ではない。
【0013】
本発明は、このような従来技術の有する欠点を解消するために提案されたものであり、いわゆるプリントアンテナにおいて、十分な利得を確保しながら小型化することが可能なチップ状アンテナ素子を提供することを目的とする。さらに本発明は、一歩進めて、アンテナ素子をプリント配線基板に実装する必要のない全く新規なアンテナ実装プリント配線基板を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明のチップ状アンテナ素子は、樹脂基板にアンテナ導体が形成されてなり、前記樹脂基板にベアホールが形成されるとともに、このベアホールに高誘電樹脂が埋め込まれていることを特徴とするものである。あるいは、樹脂基板にアンテナ導体が形成されてなり、前記アンテナ導体の少なくとも一部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とするものである。
【0015】
上記各構成を有するチップ状アンテナ素子においては、高誘電樹脂により高誘電率が確保されているので、アンテナ導体の長さを短くしても十分な利得が得られる。高誘電樹脂は、プリント配線基板に設けられたベアホールを埋める形、あるいはプリント配線基板の表面に塗布する形で形成されているため、簡単にプリント配線基板に複合化され、また、高誘電樹脂がプリント配線基板周辺の空間を占有することもないので、小型化の妨げになることもない。
【0016】
一方、本発明のアンテナ実装プリント配線基板は、配線パターンが形成されたプリント配線基板の一部領域にベアホールが形成されるとともに、このベアホールに高誘電樹脂が埋め込まれてなり、前記高誘電樹脂が埋め込まれた領域にアンテナ導体が形成されていることを特徴とするものである。あるいは、配線パターンが形成されたプリント配線基板の一部領域にアンテナ導体が形成されてなり、前記アンテナ導体の少なくとも一部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とするものである。
【0017】
上記各構成を有するアンテナ実装プリント配線基板においては、先のチップ状アンテナ素子と同様、高誘電樹脂が容易に複合化され、アンテナ導体の長さを短くしても十分な利得が得られる。また、本発明のアンテナ実装プリント配線基板では、プリント配線基板上にアンテナ導体が作り込まれており、プリント配線基板へのアンテナ素子の実装が不要である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したチップ状アンテナ素子及びアンテナ実装プリント配線基板について、図面を参照して説明する。
【0019】
(第1の実施形態)
本実施形態は、樹脂基板を基材として、その表面にアンテナ導体を形成したプリントアンテナの一例であり、樹脂基板に形成したベアホールに高誘電樹脂を埋め込んだ例である。
【0020】
図1は、本実施形態のチップ状アンテナ素子を示すものである。このチップ状アンテナ素子1は、ベース基材となる樹脂基板2上にアンテナ導体3をパターニング形成してなるものであり、いわゆるプリントアンテナと称されるチップ状アンテナ素子である。
【0021】
上記樹脂基板2には、プリント配線基板の基材として一般に用いられるものであれば、いずれも使用可能である。具体的には、紙フェノール基板(XXP、XPC等)、紙ポリエステル基板(FR−2)、紙エポキシ基板(FR−3)、ガラス紙コンポジットエポキシ基板(CEM−1)、ガラス不織紙コンポジットエポキシ基板(CHE−3)、ガラス布エポキシ基板(G−10)、ガラス布エポキシ基板(FR−4)等を挙げることができる。なお、括弧内の記号は、米国電気製造業者協会(NEMA)記号である。これらの中で、吸湿性や寸法変化が少なく、自己消炎性を持つガラス布エポキシ基板(FR−4)が最も好適である。
【0022】
上記アンテナ導体3は、上記樹脂基板2上に積層された銅箔をフォトリソ技術によってパターニング(エッチング)することにより形成することができ、他の電極パターン等と同時に形成することができる。アンテナ導体3の種類としては、任意の形状のものを採用することができ、例えば導体を逆F字状に形成したいわゆる逆F型アンテナや、導体をコイル状に形成したいわゆるヘリカルアンテナ、ミアンダ状アンテナ等を挙げることができる。ここでは、蛇行状ラインとした蛇行状(櫛歯状)のアンテナパターンとしている。
【0023】
上述のように、両面に銅箔を有するプリント配線基板を用いてチップ状アンテナ素子1を形成することによって、チップ状アンテナ素子の小型化、薄型化が容易になり、また製造コストの削減にも繋がる。ただし、基材である樹脂基板2の誘電率が低いことから、そのままではアンテナ導体3の長さを長くせざるを得ず、小型化の妨げになる。例えば、上記紙フェノール基板(XXP)の誘電率(1MHz)は4.3、紙エポキシ基板(FR−3)の誘電率(1MHz)は4.1、ガラス布エポキシ基板(G−10)の誘電率(1MHz)は4.8,ガラス布エポキシ基板(FR−4)の誘電率(1MHz)は4.5〜4.8程度であり、チップ状アンテナ素子の誘電率としては不十分である。
【0024】
そこで、本実施形態では、樹脂基板2にベアホール4を形成し、これを高誘電樹脂5で埋め込むことにより、上記誘電率の不足を補っている。ここで、ベアホール4は、通常のプリント配線基板において層間接続等のために形成されるものと同程度の寸法で形成すればよく、したがって、他のベアホールやスルーホールを形成する工程において、これらベアホールやスルーホールと同時に形成することができる。ただし、このベアホール4に対しては、いわゆるスルーホールメッキは行わない。また、ベアホール4はここでは貫通孔としたが、必ずしもこれに限らず、樹脂基板2を貫通していなくてもよい。
【0025】
上記ベアホール4は、上記アンテナ導体3を避ける形で、アンテナ導体3が形成されていない部分にのみ形成されている。これは製造上の都合等によるものであり、場合によってはアンテナ導体3の下にもベアホール4を形成し、ここに高誘電樹脂5を埋め込んでもよい。
【0026】
上記ベアホール4に埋め込まれる高誘電樹脂5は、少なくとも樹脂基板2の誘電率よりも高い誘電率を有することが好ましく、誘電率20〜40程度の高誘電樹脂材料を使用することが好ましい。かかる高誘電樹脂材料としては、イミド系樹脂等を挙げることができ、さらには、セラミック等の高誘電率材料の微粒子を分散した樹脂材料等も高誘電樹脂材料として使用可能である。
【0027】
上記ベアホール4の形成密度は任意であり、十分な誘電率が確保できる程度に設定すればよいが、あまり多数のベアホール4を形成すると、チップ状アンテナ素子全体の強度が低下することから、自ずと限度がある。最適範囲は、埋め込む高誘電樹脂5の誘電率にもよるが、例えば30〜100個/cm程度に設定することが好ましい。なお、樹脂基板2自体を高誘電樹脂材料で形成することも考えられるが、この場合には反り強度や硬度が低下する虞れがある。
【0028】
以上が本実施形態のチップ状アンテナ素子1の構成であるが、本実施形態のチップ状アンテナ素子1では、アンテナ導体3近傍に高誘電樹脂5を埋め込んでいるので、波長短縮効果を得ることができ、それによりアンテナ素子を小型化することができる。また、高誘電樹脂5は、樹脂基板2に埋め込まれており、樹脂基板2表面周辺の空間を占有することがないので、この点からもアンテナ素子の小型化に有利である。
【0029】
次に、上記チップ状アンテナ素子1の作製方法について説明する。上記チップ状アンテナ素子1を作製するには、先ず、図2(a)に示すように樹脂基板11の両面に銅箔12を貼った両面銅張り基板を用意し、図2(b)に示すように銅箔12をパターニングして櫛歯状のアンテナ導体13を形成する。銅箔12のパターニングは、他の電極パターン等とともに、通常のフォトリソ技術によって行えばよい。すなわち、銅箔12上にフォトレジスト層を形成し、これを露光、現像してパターニングすることによりレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして銅箔12をエッチングする。エッチングは、例えばウエットエッチングにより行う。
【0030】
上記のようにアンテナ導体13をパターニング形成した後、図2(c)に示すように、ベアホール14を孔空け形成する。ベアホール14は、例えば孔空けドリルを用いた機械加工等により容易に形成することができる。
【0031】
次いで、図2(d)に示すように、上記ベアホール14を高誘電樹脂15で埋め込み、さらに樹脂基板11をチップサイズに切断してチップ状アンテナ素子を完成する。前記高誘電樹脂15の埋め込みは、塗布や印刷等によって行えばよい。
【0032】
なお、上記のプロセスでは、予めアンテナ導体13を形成した後、ベアホール14の形成や高誘電樹脂15の埋め込みを行うようにしているが、逆に、樹脂基板11に予めベアホール14を形成し、高誘電樹脂15で埋め込んだ後、銅箔12を貼り付け、アンテナ導体13等のパターニングを行うようにしてもよい。この場合には、アンテナ導体13の下にも高誘電樹脂15が埋め込まれたベアホール14が存在する。
【0033】
本発明者らは、樹脂埋め込みの効果を確認するために、高誘電樹脂を孔埋めしたチップ状アンテナ素子の周波数特性を評価した。評価は、電磁界解析ソフトにて高誘電樹脂の影響について行った。
【0034】
実験では、図1に示すようなミアンダラインを有するチップ状アンテナ素子の樹脂基板(比誘電率4.49)に孔を空け、その孔に比誘電率60の高誘電樹脂を満たして解析を行った。高誘電樹脂の量は、下記式に基づきチップ状アンテナ素子本体に対する体積比で表す。
高誘電樹脂の割合=(高誘電樹脂の体積)÷(チップ状アンテナ素子の体積)
【0035】
計算モデルとして、高誘電樹脂が満たされた孔を1列有するもの(1ライン)、2列有するもの(2ライン)、3列有するもの(3ライン)と、孔を持たないもの(0ライン)とを設計し、計算結果を比較した。計算モデルは、裏面GNDの評価基板(サイズ:50×17×0.8mm)上にチップ状アンテナ素子(サイズ:8×3×0.65mm)を実装したものである。表1に、各サンプルの帯域幅BW、帯域中心周波数fcenter、共振周波数f、電圧定在波比VSWR、及び高誘電樹脂の割合(%)を示す。
【0036】
【表1】

Figure 2004153607
図3は、高誘電樹脂の割合別に定在波比SWRを周波数に対してプロットしたものである。高誘電樹脂の割合が高くなるにつれピークが全体的に低周波側へとシフトしていることがわかる。図4は、共振周波数f及び帯域中心周波数fcenterを高誘電樹脂の割合に対してプロットしたものであり、図5は、帯域幅BWと高誘電樹脂の割合の関係を示すものである。
【0037】
本計算モデルにおいて、比誘電率60の高誘電樹脂を孔埋めした場合、高誘電樹脂による共振周波数シフトの効果を線形近似すると、アンテナの共振周波数は高誘電樹脂量1%増加につき約10MHzの低周波シフトとなる。
【0038】
(第2の実施形態)
本実施形態は、高誘電樹脂を樹脂基板に埋め込む代わりに、アンテナ導体の表面を覆うように高誘電樹脂層を形成したものである。
【0039】
図6に本実施形態のチップ状アンテナ素子21を示す。樹脂基板22上に蛇行状のアンテナ導体23が形成されていることは、先の第1の実施形態のものと同様であり、それぞれの構成も先の第1の実施形態のものと同様である。
【0040】
本実施形態のチップ状アンテナ素子21では、樹脂基板22にはベアホールは形成されておらず、高誘電樹脂も埋め込まれていない。その代わりに、アンテナ導体23を覆って高誘電樹脂層24が形成されている。
【0041】
上記高誘電樹脂層24は、先の第1の実施形態においてベアホールに埋め込まれる高誘電樹脂と同様のものを用いて形成することができ、これを塗布、あるいは印刷することにより簡単に形成することができる。
【0042】
上記高誘電樹脂層24は、アンテナ導体23の全てを覆って形成することが好ましいが、必ずしもこれに限らず、アンテナ導体23の一部を覆うように形成することも可能である。ただし、アンテナ導体23を覆う面積が多いほど効果が高く、実効的な効果を実現するためには、アンテナ導体23の50%以上を覆うように形成することが好ましい。高誘電樹脂層24の厚さは、任意に設定することができるが、10〜1000μm程度とすることが好ましい。下限である10μmを下回ると、十分な効果が得られない虞れがある。逆に上限である1000μmを越えて厚くなると、高誘電樹脂層24が樹脂基板22表面周辺の空間を占有することになり、小型化の妨げになる。
【0043】
実際、本発明者らは、次のような実験を行って高誘電樹脂層24の厚さに関する検討を行った。実験に用いたサンプルを図7(a)に示す。樹脂基板22としては厚さ0.6mmのFR−4(MCL−BE−67G(H))基板を用いた。高誘電樹脂層24の形成に用いたポッティング材は、イミド系樹脂(誘電率ε=約90)である。アンテナ導体23のパターンの各寸法は図7(b)に示す通りである。ここで、表2に示す通り、パターン幅Wの異なる複数のサンプルを作製した。
【0044】
【表2】
Figure 2004153607
各サンプルについて、高誘電樹脂層24の厚さdを0mm、0.2mm、0.6mm、1.0mmと変え、それぞれについてピーク周波数(MHz)及びセンター周波数(MHz)を測定した。結果を表3及び図8(a),(b)に示す。また、高誘電樹脂層24の厚さdがゼロ(d=0)における測定値を基準とした時の、高誘電樹脂層24の厚さdによる周波数変化を表4及び図9に示す。
【0045】
【表3】
Figure 2004153607
【表4】
Figure 2004153607
これらの結果より、高誘電樹脂層24が無い場合のサンプルA1−1(パターンサイズ8×1.925mm)と同等の周波数特性をサンプルA1−5(パターンサイズ8×1.125mm)のサイズで実現しようとする場合、誘電率ε=約90の高誘電樹脂層24の厚さは1.0mm以上が必要であることがわかる。また、高誘電樹脂層24の厚さによる周波数シフト量は、下記近似式で表され、各厚さでの周波数シフト量は表5に示す通りとなる。
【0046】
Y=a1×X+a2×X
a1=−367.852
a2=80.62343
|r|=0.9590687
【0047】
【表5】
Figure 2004153607
以上の構成を有するチップ状アンテナ素子21は、先の図2(b)に示す工程までは第1の実施形態と同様に行い、形成されたアンテナ導体を覆って高誘電樹脂層24を塗布、あるいは印刷形成することにより作製することができる。あるいは、樹脂基板上に予め高誘電樹脂層を形成した後、この上に銅箔を貼り合わせ、これをパターニングしてアンテナ導体を形成するようにしてもよい。この場合には、アンテナ導体23は高誘電樹脂層24の表面に形成されることになるが、同様の効果を得ることができる。
【0048】
本実施形態のチップ状アンテナ素子21は、アンテナ導体23を覆って高誘電樹脂層24を形成しているので、波長短縮効果を得ることができ、それによりアンテナ素子を小型化することができる。また、高誘電樹脂層24は、樹脂基板22の表面に薄い層として形成されているので、樹脂基板22表面周辺の空間をほとんど占有することがなく、この点からもアンテナ素子の小型化に有利である。
【0049】
(第3の実施形態)
本実施形態は、プリント配線基板の一部領域を高誘電率化し、ここにアンテナ素子を一体的に形成したものである。
【0050】
図10に示すように、本実施形態のアンテナ実装プリント配線基板31は、通常のプリント配線基板32の一部領域にアンテナ導体33を形成し、アンテナ素子を一体化したものである。アンテナ導体33が形成される領域には、図10(b)に拡大して示すように、先の第1の実施形態と同様、アンテナ導体33の周囲にベアホール34が形成されている。そして、これらベアホール34には高誘電樹脂35が埋め込まれている。プリント配線基板32の他の領域には、所定の配線パターン36が形成されており、各種部品が実装される。
【0051】
通常のプリント配線基板では、回路設計上の都合等により、あまり高誘電率を有する基板を用いることはできない。本実施形態では、ベアホール34に高誘電樹脂35を埋め込むことによりプリント配線基板32を部分的に高誘電率化して、他の回路設計に影響を与えることなくアンテナ素子の一体形成を実現している。
【0052】
以上の構成を有するアンテナ実装プリント配線基板では、他の回路と同じ基板上に小型アンテナを作り込むことができ、チップアンテナとして別途形成し、これを実装するといった作業が不要である。また、チップアンテナを実装するための専用のランドも不要である。
【0053】
なお、プリント配線基板を部分的に高誘電率化する手法としては、前述のようにベアホールに高誘電樹脂を埋め込み形成する方法の他、図11に示すように、先の第2の実施形態と同様、アンテナ導体33を覆って高誘電樹脂層37を形成する方法により行うようにしてもよい。
【0054】
(第4の実施形態)
【0055】
本実施形態は、プリントアンテナの他の例を示すものである。本実施形態のプリントアンテナは、先の第1の実施形態〜第3の実施形態のアンテナ導体として適用可能である。
【0056】
プリントアンテナ40は、図12に示すように、断面の大きさが例えば3mm×8.8mmの矩形状を呈する薄板状の基板をエッチングすることにより、放射電極としての複数の導体41,42,43,44,45が基板の表面に露出形成されて構成される。具体的には、プリントアンテナ40においては、基板上に、略コ字状の導体41と矩形状の導体42,43,44,45とが形成される。また、プリントアンテナ40は、放射電極としての複数の矩形状の導体46,47,48,49,50,51,52が基板の下面に露出形成されて構成される。このうち、導体51は、給電用の導体であり、導体52は、接地用の導体として用いられる。
【0057】
さらに、プリントアンテナ40においては、内部に銅箔が施されて底面まで貫通した複数のスルーホール41,41,42,42,43,43,44,44,45,45が穿設される。具体的には、スルーホール41,42,42,44,44が、互いに略等間隔に一列に穿設されるとともに、スルーホール41,43,43,45,45が互いに略等間隔に一列に穿設され、スルーホール41,42,42,44,44からなるスルーホール群と、スルーホール41,43,43,45,45からなるスルーホール群とが、互いに平行に配列される。
【0058】
そして、スルーホール41は、基板の上面側に設けられた導体41における一の端部を始点とするとともに、下面側に設けられた導体47における一の端部を終点として穿設され、スルーホール41は、導体11における他の端部を始点とするとともに、下面側に設けられた導体48における一の端部を終点として穿設される。また、スルーホール42は、基板の上面側に設けられた導体42における一の端部を始点とするとともに、導体47における他の端部を終点として穿設され、スルーホール42は、導体42における他の端部を始点とするとともに、下面側に設けられた導体49における一の端部を終点として穿設される。さらに、スルーホール43は、基板の上面側に設けられた導体43における一の端部を始点とするとともに、導体48における他の端部を終点として穿設され、スルーホール43は、導体43における他の端部から下面側に設けられた導体50における一の端部を終点として穿設される。さらにまた、スルーホール44は、基板の上面側に設けられた導体44における一の端部を始点とするとともに、導体49における他の端部を終点として穿設され、スルーホール44は、導体44における他の端部から下面側に設けられた導体51における一の端部を終点として穿設される。また、スルーホール45は、基板の上面側に設けられた導体45における一の端部を始点とするとともに、導体50における他の端部を終点として穿設され、スルーホール45は、導体45における他の端部から下面側に設けられた導体52における一の端部を終点として穿設される。
【0059】
換言すれば、導体41,47がスルーホール41を介して電気的に導通可能に接続され、導体41,48がスルーホール41を介して電気的に導通可能に接続される。同様に、導体42,47がスルーホール42を介して電気的に導通可能に接続され、導体42,49がスルーホール42を介して電気的に導通可能に接続される。さらには、導体43,48がスルーホール43を介して電気的に導通可能に接続され、導体43,50がスルーホール43を介して電気的に導通可能に接続される。さらにまた、導体44,49がスルーホール44を介して電気的に導通可能に接続され、導体44,51がスルーホール44を介して電気的に導通可能に接続される。また、導体45,50がスルーホール45を介して電気的に導通可能に接続され、導体45,52がスルーホール45を介して電気的に導通可能に接続される。したがって、プリントアンテナ40においては、導体41,42,43,44,45,47,48,49,50,51,52が互いに電気的に導通可能に接続され、一連の導体として構成される。
【0060】
より具体的には、プリントアンテナ40は、複数のスルーホール41,41,42,42,43,43,44,44,45,45を介してミアンダ状に接続した複数の導体41,42,43,44,45,47,48,49,50,51,52を、導体11を中心にして略コ字状に屈曲させたような一連の導体パターンを形成して構成される。
【0061】
このように、プリントアンテナ40は、誘電率が低い基板を用いた場合には、通常であれば、周辺に存在するグラウンドの影響を考慮して長い導体パターンを形成し、これにともない大型化してしまうところ、3次元的な構造を呈する導体パターンを形成することにより、周辺に存在するグラウンドの影響に耐え得る値までインピーダンスを大きくすることができることから大幅な小型化を図ることができ、帯域幅も広帯域化することができる。
【0062】
このようなプリントアンテナ40は、導体41,46が基板の厚さ分だけ空間的に離隔されて配置されることにより、開放端を形成する。具体的には、プリントアンテナ40は、導体46がプリント基板にはんだ等を介して直接的に溶着される一方で、この導体46と高さ方向に離隔されて導体41が設けられる。これにより、プリントアンテナ40においては、導体41,46の間に比較的大きなキャパシタンスが生じる。
【0063】
ここで、プリントアンテナ40においては、導体41,46によって形成される開放端に最大電圧を生じ、この開放端が、例えば接地用の電極といったように、各種モジュールの一部としてプリント基板上に実装される他の金属体の近傍に設けられた場合には浮遊容量が発生する。
【0064】
しかしながら、プリントアンテナ40は、導体41,46を空間的に離隔して積極的に大きなキャパシタンスを形成することにより、たとえ導体46と金属体との間の距離にバラツキが生じた場合であっても、共振周波数の変動を無視できる程度に抑制することができる。したがって、プリントアンテナ40は、周辺に存在するグラウンドの影響に対する耐性を非常に強くすることができ、むしろ近傍にグラウンドを配置し、このグラウンドを利用してマッチングをとることができる。
【0065】
なお、プリントアンテナ40は、導体41,46の間にキャパシタンスが生じることにより、これに起因してインピーダンスが低下するが、上述したように、3次元的な構造を呈する導体パターンを形成することにより、この問題を解消することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のチップ状アンテナ素子によれば、いわゆるプリントアンテナにおいて、十分な利得を確保しながら小型化することが可能である。また、本発明のアンテナ実装プリント配線基板によれば、他の回路と同じ基板上にアンテナ素子を作り込むことができ、チップアンテナを実装する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したチップ状アンテナ素子の一例を示すものであり、(a)は概略斜視図、(b)は断面図である。
【図2】図1に示すチップ状アンテナ素子の製造プロセスを示す概略斜視図であり、(a)は両面銅貼り基板を示し、(b)はアンテナ導体パターニング工程、(c)はベアホール形成工程、(d)は高誘電樹脂埋め込み工程を示す。
【図3】高誘電樹脂の割合別に定在波比SWRを周波数に対してプロットした特性図である。
【図4】共振周波数f及び帯域中心周波数fcenterを高誘電樹脂の割合に対してプロットした特性図である。
【図5】帯域幅BWと高誘電樹脂の割合の関係を示す特性図である。
【図6】本発明を適用したチップ状アンテナ素子の他の例を示すものであり、(a)は概略斜視図、(b)は断面図である。
【図7】実験に使用したサンプルの構成を示すものであり、(a)は斜視図、(b)はアンテナ導体パターンの平面図である。
【図8】高誘電樹脂層の厚さによる特性の相違を示すものであり、(a)は各厚さにおけるパターン幅とピーク周波数の関係を示す特性図、(b)は各厚さにおけるパターン幅とセンター周波数の関係を示す特性図である。
【図9】高誘電樹脂層の厚さによる周波数変化を示す特性図である。
【図10】本発明を適用したアンテナ実装プリント配線基板の一例を示す概略斜視図である。
【図11】本発明を適用したアンテナ実装プリント配線基板の他の例を示す概略斜視図である。
【図12】プリントアンテナの一例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
1,21 チップ状アンテナ素子
2,22 樹脂基板
3,23,33 アンテナ導体
4,34 ベアホール
5,35 高誘電樹脂
24,37 高誘電樹脂層
32 プリント配線基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip-shaped antenna element in which an antenna conductor is formed on a resin substrate, and further relates to an antenna-mounted printed wiring board in which an antenna conductor is formed directly on a part of a printed wiring board.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, various wireless technologies such as a mobile communication device such as a mobile phone and a wireless LAN (Local Area Network) based on the IEEE (Institute of Electronics and Electronics Engineers) 802.11 standard have been developed. Along with this, a technology relating to an antenna element for performing wireless communication has been developed.
[0003]
The antenna element is a member inevitably provided for performing wireless communication, and for example, an antenna element in which a radiation electrode, a surface electrode, and the like are formed on a columnar dielectric is known. This type of antenna element is generally used by being installed outside the communication device body. However, in the case of an antenna element that is used by being disposed outside, problems such as hindering miniaturization, requiring high mechanical strength, increasing the number of parts, and the like arise.
[0004]
Therefore, as an alternative antenna element, a chip-shaped antenna element that can be surface-mounted on a printed wiring board provided in a device main body has been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-221537
[0006]
[Patent Document 2]
JP-A-3-192804
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there are various types of chip-shaped antenna elements, and a typical one uses a high dielectric material such as ceramic for a base material. For example, Patent Document 1 mentioned above discloses a surface mount type in which a through hole is provided in parallel with the surface of a dielectric substrate, a radiation electrode is formed in the through hole, and a feed electrode is formed on a side surface of the dielectric substrate. An antenna is disclosed.
[0008]
However, chip antennas using high-dielectric materials such as ceramics have the disadvantage that the high-dielectric materials themselves are expensive and the processing is complicated, which leads to a reduction in productivity and an increase in manufacturing costs. Invite.
[0009]
For the purpose of solving such inconveniences, there has been proposed a printed antenna in which a printed wiring board having a copper foil on both sides is used as a base material and an antenna conductor is formed on the printed wiring board by using a photoetching technique. In this printed antenna, an inexpensive printed wiring board is used as a base material, and processing is easy, so that the manufacturing cost can be significantly reduced.
[0010]
However, in the printed antenna, since the dielectric constant of the base material of the printed wiring board, for example, the glass epoxy resin base material, is small, it is necessary to increase the length of the antenna conductor in order to secure the gain. Hindered. Therefore, improvement is desired.
[0011]
As a technique for increasing the dielectric constant of the base material, for example, there is a technique described in Patent Document 2. In the technique described in Patent Document 2, two types of dielectrics having different dielectric constants are used, and a dielectric having a high dielectric constant is disposed below the antenna conductor.
[0012]
However, it is difficult to apply the composite technology described in Patent Document 2 to a printed wiring board as it is, and it is difficult to insert a high dielectric material in a shape as described in each drawing of Patent Document 2 in a printed antenna. Is not realistic.
[0013]
The present invention has been proposed in order to solve such disadvantages of the prior art, and provides a chip-shaped antenna element which can be miniaturized while securing a sufficient gain in a so-called printed antenna. The purpose is to: Still another object of the present invention is to provide a completely novel antenna-mounted printed wiring board which does not require an antenna element to be mounted on a printed wiring board.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the chip-shaped antenna element of the present invention has an antenna conductor formed on a resin substrate, a bare hole is formed on the resin substrate, and a high dielectric resin is embedded in the bare hole. It is characterized by having. Alternatively, an antenna conductor is formed on a resin substrate, and at least a part of the antenna conductor is covered with a high dielectric resin.
[0015]
In the chip-shaped antenna element having each of the above configurations, since a high dielectric constant is ensured by the high dielectric resin, a sufficient gain can be obtained even if the length of the antenna conductor is shortened. Since the high dielectric resin is formed by filling the bare holes provided on the printed wiring board or by being applied to the surface of the printed wiring board, the high dielectric resin is easily compounded into the printed wiring board. Since it does not occupy the space around the printed wiring board, it does not hinder miniaturization.
[0016]
On the other hand, in the antenna-mounted printed wiring board of the present invention, a bare hole is formed in a partial region of the printed wiring board on which a wiring pattern is formed, and a high-dielectric resin is embedded in the bare hole. An antenna conductor is formed in an embedded region. Alternatively, an antenna conductor is formed in a partial area of a printed wiring board on which a wiring pattern is formed, and at least a part of the antenna conductor is covered with a high dielectric resin.
[0017]
In the antenna-mounted printed wiring board having each of the above configurations, similarly to the above-described chip-shaped antenna element, a high dielectric resin is easily compounded, and a sufficient gain can be obtained even if the length of the antenna conductor is shortened. Further, in the antenna-mounted printed wiring board of the present invention, the antenna conductor is formed on the printed wiring board, and it is not necessary to mount the antenna element on the printed wiring board.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a chip-shaped antenna element and an antenna-mounted printed wiring board to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0019]
(1st Embodiment)
The present embodiment is an example of a printed antenna in which a resin substrate is used as a base material and an antenna conductor is formed on the surface thereof, in which a high dielectric resin is embedded in a bare hole formed in the resin substrate.
[0020]
FIG. 1 shows a chip antenna element of the present embodiment. This chip-shaped antenna element 1 is formed by patterning an antenna conductor 3 on a resin substrate 2 serving as a base material, and is a so-called printed antenna.
[0021]
As the resin substrate 2, any one can be used as long as it is generally used as a base material of a printed wiring board. Specifically, a paper phenol substrate (XXP, XPC, etc.), a paper polyester substrate (FR-2), a paper epoxy substrate (FR-3), a glass paper composite epoxy substrate (CEM-1), a glass nonwoven paper composite epoxy Substrate (CHE-3), glass cloth epoxy substrate (G-10), glass cloth epoxy substrate (FR-4), and the like can be given. The symbols in parentheses are the American Electrical Manufacturers Association (NEMA) symbols. Among these, a glass cloth epoxy substrate (FR-4) having little hygroscopicity and dimensional change and having self-extinguishing properties is most preferable.
[0022]
The antenna conductor 3 can be formed by patterning (etching) a copper foil laminated on the resin substrate 2 by a photolithography technique, and can be formed simultaneously with another electrode pattern or the like. As the type of the antenna conductor 3, any shape can be adopted. For example, a so-called inverted-F antenna in which the conductor is formed in an inverted F shape, a so-called helical antenna in which the conductor is formed in a coil shape, a meander-shaped antenna An antenna and the like can be given. Here, a meandering (comb-shaped) antenna pattern is formed as a meandering line.
[0023]
As described above, by forming the chip-shaped antenna element 1 using a printed wiring board having copper foils on both sides, the chip-shaped antenna element can be easily reduced in size and thickness, and the manufacturing cost can be reduced. Connect. However, since the dielectric constant of the resin substrate 2 as the base material is low, the length of the antenna conductor 3 has to be increased as it is, which hinders miniaturization. For example, the permittivity (1 MHz) of the paper phenol board (XXP) is 4.3, the permittivity (1 MHz) of the paper epoxy board (FR-3) is 4.1, and the permittivity of the glass cloth epoxy board (G-10). The ratio (1 MHz) is 4.8, and the dielectric constant (1 MHz) of the glass cloth epoxy substrate (FR-4) is about 4.5 to 4.8, which is insufficient as the dielectric constant of the chip-shaped antenna element.
[0024]
Thus, in the present embodiment, the shortage of the dielectric constant is compensated for by forming the bare hole 4 in the resin substrate 2 and filling the bare hole 4 with the high dielectric resin 5. Here, the bare hole 4 may be formed with the same size as that formed for interlayer connection or the like in a normal printed wiring board. Therefore, in the process of forming other bare holes and through holes, the bare holes 4 are formed. And through holes can be formed simultaneously. However, so-called through-hole plating is not performed on the bare hole 4. Although the bare hole 4 is a through hole here, the present invention is not limited to this, and the bare hole 4 does not have to penetrate the resin substrate 2.
[0025]
The bare hole 4 is formed only in a portion where the antenna conductor 3 is not formed so as to avoid the antenna conductor 3. This is due to manufacturing reasons or the like. In some cases, a bare hole 4 may be formed below the antenna conductor 3 and a high dielectric resin 5 may be embedded therein.
[0026]
The high dielectric resin 5 embedded in the bare hole 4 preferably has a dielectric constant higher than at least the dielectric constant of the resin substrate 2, and preferably uses a high dielectric resin material having a dielectric constant of about 20 to 40. Examples of such a high dielectric resin material include an imide resin and the like, and a resin material in which fine particles of a high dielectric constant material such as ceramics are dispersed can also be used as the high dielectric resin material.
[0027]
The formation density of the above-mentioned bare holes 4 is arbitrary and may be set to an extent that a sufficient dielectric constant can be ensured. However, if too many bare holes 4 are formed, the strength of the entire chip antenna element is reduced. There is. The optimum range depends on the dielectric constant of the high dielectric resin 5 to be embedded, but is, for example, 30 to 100 / cm.2It is preferable to set to about. It is conceivable that the resin substrate 2 itself is formed of a high dielectric resin material.
[0028]
The above is the configuration of the chip-shaped antenna element 1 of the present embodiment. In the chip-shaped antenna element 1 of the present embodiment, the high dielectric resin 5 is embedded near the antenna conductor 3, so that the wavelength shortening effect can be obtained. It is possible to reduce the size of the antenna element. Further, since the high dielectric resin 5 is embedded in the resin substrate 2 and does not occupy the space around the surface of the resin substrate 2, this is also advantageous in reducing the size of the antenna element.
[0029]
Next, a method for manufacturing the chip-shaped antenna element 1 will be described. In order to manufacture the chip-shaped antenna element 1, first, as shown in FIG. 2A, a double-sided copper-clad substrate having a copper foil 12 adhered to both sides of a resin substrate 11 is prepared, and as shown in FIG. The copper foil 12 is patterned as described above to form the comb-shaped antenna conductor 13. The patterning of the copper foil 12 may be performed by a normal photolithography technique together with other electrode patterns and the like. That is, a photoresist layer is formed on the copper foil 12, and the photoresist layer is exposed, developed and patterned to form a resist pattern. Then, the copper foil 12 is etched using the resist pattern as a mask. The etching is performed by, for example, wet etching.
[0030]
After patterning and forming the antenna conductor 13 as described above, a bare hole 14 is formed as shown in FIG. The bare hole 14 can be easily formed by, for example, machining using a drill.
[0031]
Next, as shown in FIG. 2D, the bare hole 14 is filled with a high dielectric resin 15 and the resin substrate 11 is cut into a chip size to complete a chip-shaped antenna element. The embedding of the high dielectric resin 15 may be performed by coating or printing.
[0032]
In the above process, after the antenna conductor 13 is formed in advance, the formation of the bare hole 14 and the embedding of the high dielectric resin 15 are performed. After embedding with the dielectric resin 15, the copper foil 12 may be adhered and the antenna conductor 13 and the like may be patterned. In this case, a bare hole 14 in which a high dielectric resin 15 is embedded also exists below the antenna conductor 13.
[0033]
The present inventors evaluated the frequency characteristics of a chip-shaped antenna element in which a hole was filled with a high dielectric resin in order to confirm the effect of resin embedding. The evaluation was performed on the influence of the high dielectric resin using electromagnetic field analysis software.
[0034]
In the experiment, a hole was made in the resin substrate (relative dielectric constant 4.49) of the chip-shaped antenna element having a meander line as shown in FIG. 1, and the hole was filled with a high dielectric resin having a relative dielectric constant of 60 for analysis. Was. The amount of the high dielectric resin is represented by the volume ratio to the chip-shaped antenna element body based on the following equation.
Ratio of high dielectric resin = (volume of high dielectric resin) / (volume of chip antenna element)
[0035]
As a calculation model, one having one row of holes filled with a high dielectric resin (1 line), two rows (2 lines), three rows (3 lines), and one having no holes (0 line) Were designed and the calculation results were compared. The calculation model is obtained by mounting a chip-shaped antenna element (size: 8 × 3 × 0.65 mm) on an evaluation substrate (size: 50 × 17 × 0.8 mm) of the back surface GND. Table 1 shows the bandwidth BW, band center frequency fcenter, and resonance frequency f of each sample.0, The voltage standing wave ratio VSWR, and the ratio (%) of the high dielectric resin.
[0036]
[Table 1]
Figure 2004153607
FIG. 3 is a graph in which the standing wave ratio SWR is plotted with respect to the frequency according to the ratio of the high dielectric resin. It can be seen that as the ratio of the high dielectric resin increases, the peak shifts to the lower frequency side as a whole. FIG. 4 shows the resonance frequency f0And the center frequency fcenter of the band is plotted with respect to the ratio of the high dielectric resin, and FIG. 5 shows the relationship between the bandwidth BW and the ratio of the high dielectric resin.
[0037]
In this calculation model, when a hole is filled with a high dielectric resin having a relative dielectric constant of 60, the resonance frequency shift effect of the high dielectric resin is linearly approximated. It becomes a frequency shift.
[0038]
(Second embodiment)
In this embodiment, instead of embedding a high dielectric resin in a resin substrate, a high dielectric resin layer is formed so as to cover the surface of the antenna conductor.
[0039]
FIG. 6 shows a chip antenna element 21 of the present embodiment. The formation of the meandering antenna conductor 23 on the resin substrate 22 is the same as that of the first embodiment, and the configuration of each is also the same as that of the first embodiment. .
[0040]
In the chip-shaped antenna element 21 of the present embodiment, no bare hole is formed in the resin substrate 22 and no high dielectric resin is embedded. Instead, a high dielectric resin layer 24 is formed to cover the antenna conductor 23.
[0041]
The high-dielectric resin layer 24 can be formed using the same high-dielectric resin embedded in the bare hole in the first embodiment, and can be easily formed by coating or printing. Can be.
[0042]
The high dielectric resin layer 24 is preferably formed so as to cover the entire antenna conductor 23, but is not limited to this, and may be formed so as to cover a part of the antenna conductor 23. However, the effect is higher as the area covering the antenna conductor 23 is larger, and in order to realize an effective effect, the antenna conductor 23 is preferably formed so as to cover 50% or more of the antenna conductor 23. The thickness of the high dielectric resin layer 24 can be arbitrarily set, but is preferably about 10 to 1000 μm. If the thickness is below the lower limit of 10 μm, a sufficient effect may not be obtained. Conversely, if the thickness exceeds the upper limit of 1000 μm, the high dielectric resin layer 24 occupies the space around the surface of the resin substrate 22 and hinders miniaturization.
[0043]
In fact, the present inventors have conducted the following experiment to study the thickness of the high dielectric resin layer 24. The sample used in the experiment is shown in FIG. As the resin substrate 22, an FR-4 (MCL-BE-67G (H)) substrate having a thickness of 0.6 mm was used. The potting material used for forming the high dielectric resin layer 24 is an imide resin (dielectric constant ε = about 90). Each dimension of the pattern of the antenna conductor 23 is as shown in FIG. Here, as shown in Table 2, a plurality of samples having different pattern widths W were produced.
[0044]
[Table 2]
Figure 2004153607
For each sample, the thickness d of the high dielectric resin layer 24 was changed to 0 mm, 0.2 mm, 0.6 mm, and 1.0 mm, and the peak frequency (MHz) and the center frequency (MHz) were measured for each. The results are shown in Table 3 and FIGS. 8 (a) and 8 (b). In addition, Table 4 and FIG. 9 show frequency changes depending on the thickness d of the high dielectric resin layer 24 when the thickness d of the high dielectric resin layer 24 is zero (d = 0) as a reference.
[0045]
[Table 3]
Figure 2004153607
[Table 4]
Figure 2004153607
From these results, the frequency characteristics equivalent to that of sample A1-1 (pattern size 8 × 1.925 mm) without the high dielectric resin layer 24 were realized with the size of sample A1-5 (pattern size 8 × 1.125 mm). In this case, it is understood that the thickness of the high dielectric resin layer 24 having the dielectric constant ε = about 90 needs to be 1.0 mm or more. The amount of frequency shift depending on the thickness of the high dielectric resin layer 24 is represented by the following approximate expression, and the amount of frequency shift at each thickness is as shown in Table 5.
[0046]
Y = a1 × X + a2 × X2
a1 = −367.8852
a2 = 80.24343
| R | = 0.9590687
[0047]
[Table 5]
Figure 2004153607
The chip-shaped antenna element 21 having the above configuration is performed in the same manner as in the first embodiment up to the step shown in FIG. 2B, and a high dielectric resin layer 24 is applied so as to cover the formed antenna conductor. Alternatively, it can be produced by printing. Alternatively, an antenna conductor may be formed by forming a high dielectric resin layer on a resin substrate in advance and then bonding a copper foil thereon and patterning the copper foil. In this case, the antenna conductor 23 is formed on the surface of the high dielectric resin layer 24, but the same effect can be obtained.
[0048]
In the chip-shaped antenna element 21 of the present embodiment, since the high dielectric resin layer 24 is formed so as to cover the antenna conductor 23, an effect of shortening the wavelength can be obtained, and the antenna element can be downsized. Further, since the high dielectric resin layer 24 is formed as a thin layer on the surface of the resin substrate 22, it hardly occupies the space around the surface of the resin substrate 22, which is advantageous for miniaturization of the antenna element. It is.
[0049]
(Third embodiment)
In this embodiment, a part of the printed wiring board has a high dielectric constant, and an antenna element is formed integrally therewith.
[0050]
As shown in FIG. 10, an antenna-mounted printed wiring board 31 of the present embodiment has an antenna conductor 33 formed in a partial area of a normal printed wiring board 32 and integrated with an antenna element. In a region where the antenna conductor 33 is formed, a bare hole 34 is formed around the antenna conductor 33 as shown in FIG. In these bare holes 34, a high dielectric resin 35 is embedded. In another area of the printed wiring board 32, a predetermined wiring pattern 36 is formed, and various components are mounted.
[0051]
In a general printed wiring board, a board having a very high dielectric constant cannot be used due to circuit design convenience and the like. In the present embodiment, the printed wiring board 32 is partially made to have a high dielectric constant by embedding the high dielectric resin 35 in the bare hole 34, thereby realizing the integral formation of the antenna element without affecting other circuit designs. .
[0052]
In the antenna-mounted printed wiring board having the above configuration, a small antenna can be formed on the same substrate as other circuits, and there is no need to separately form a chip antenna and mount it. Also, a dedicated land for mounting the chip antenna is not required.
[0053]
As a technique for partially increasing the dielectric constant of the printed wiring board, in addition to the method of embedding a high dielectric resin in the bare hole as described above, as shown in FIG. Similarly, it may be performed by a method of forming the high dielectric resin layer 37 covering the antenna conductor 33.
[0054]
(Fourth embodiment)
[0055]
This embodiment shows another example of the printed antenna. The printed antenna of this embodiment is applicable as the antenna conductor of the first to third embodiments.
[0056]
As shown in FIG. 12, a plurality of conductors 41, 42, and 43 as radiating electrodes are formed by etching a thin plate-shaped substrate having a rectangular cross section of, for example, 3 mm × 8.8 mm. , 44, 45 are formed by being exposed on the surface of the substrate. Specifically, in the printed antenna 40, a substantially U-shaped conductor 41 and rectangular conductors 42, 43, 44, and 45 are formed on a substrate. In addition, the printed antenna 40 is configured such that a plurality of rectangular conductors 46, 47, 48, 49, 50, 51, and 52 as radiation electrodes are formed on the lower surface of the substrate so as to be exposed. Among them, the conductor 51 is a power supply conductor, and the conductor 52 is used as a grounding conductor.
[0057]
Further, in the printed antenna 40, a plurality of through holes 41 which are provided with copper foil inside and penetrate to the bottom surface are provided.1, 412, 421, 422, 431, 432, 441, 442, 451, 452Is drilled. Specifically, the through hole 411, 421, 422, 441, 442Are formed in a line at substantially equal intervals from each other, and2, 431, 432, 451, 452Are formed in a line at substantially equal intervals from each other, and through holes 41 are formed.1, 421, 422, 441, 442Through-hole group consisting of2, 431, 432, 451, 452Are arranged in parallel with each other.
[0058]
And the through hole 411Are formed with one end of the conductor 41 provided on the upper surface side of the substrate as a starting point and one end of the conductor 47 provided on the lower surface side as an end point.2Is formed with the other end of the conductor 11 as a starting point and one end of the conductor 48 provided on the lower surface side as an end point. Also, the through hole 421Are formed with one end of the conductor 42 provided on the upper surface side of the substrate as a starting point and the other end of the conductor 47 as an end point.2Is formed with the other end of the conductor 42 as a starting point and the one end of the conductor 49 provided on the lower surface side as an end point. Furthermore, through holes 431Is formed with one end of the conductor 43 provided on the upper surface side of the substrate as a start point and the other end of the conductor 48 as an end point,2Is drilled with one end of the conductor 50 provided on the lower surface side from the other end of the conductor 43 as an end point. Furthermore, the through hole 441Are formed with one end of the conductor 44 provided on the upper surface side of the substrate as a start point and the other end of the conductor 49 as an end point,2Is drilled with one end of the conductor 51 provided on the lower surface side from the other end of the conductor 44 as an end point. Also, through-hole 451Are formed with one end of the conductor 45 provided on the upper surface side of the substrate as a starting point and the other end of the conductor 50 as an end point.2Is drilled with one end of the conductor 52 provided on the lower surface side from the other end of the conductor 45 as an end point.
[0059]
In other words, the conductors 41 and 47 are formed in the through holes 41.1And the conductors 41 and 48 are connected through the through hole 412Are electrically connected to each other. Similarly, the conductors 42 and 47 are1And the conductors 42 and 49 are connected through the through holes 422Are electrically connected to each other. Further, the conductors 43 and 48 are1The conductors 43 and 50 are electrically connected to each other through the2Are electrically connected to each other. Furthermore, the conductors 44 and 49 are formed through the through holes 44.1And the conductors 44 and 51 are electrically connected to each other through the through hole 44.2Are electrically connected to each other. Also, the conductors 45 and 50 are1Are electrically connected to each other through the conductors 45 and 52, and the conductors 45 and 52 are2Are electrically connected to each other. Therefore, in the printed antenna 40, the conductors 41, 42, 43, 44, 45, 47, 48, 49, 50, 51, and 52 are electrically connected to each other and configured as a series of conductors.
[0060]
More specifically, the printed antenna 40 has a plurality of through holes 41.1, 412, 421, 422, 431, 432, 441, 442, 451, 452A plurality of conductors 41, 42, 43, 44, 45, 47, 48, 49, 50, 51, 52, which are connected in a meandering manner via the conductor 11, are bent in a substantially U-shape around the conductor 11. It is formed by forming a series of conductor patterns.
[0061]
As described above, when a substrate having a low dielectric constant is used, the printed antenna 40 normally forms a long conductor pattern in consideration of the influence of the ground present in the vicinity, and is enlarged accordingly. However, by forming a conductor pattern having a three-dimensional structure, the impedance can be increased to a value that can withstand the influence of the ground present in the periphery, so that the size can be significantly reduced, and the bandwidth can be reduced. Can also be widened.
[0062]
Such a printed antenna 40 forms an open end when the conductors 41 and 46 are spatially separated by the thickness of the substrate. Specifically, in the printed antenna 40, the conductor 46 is directly welded to the printed circuit board via solder or the like, and the conductor 41 is provided apart from the conductor 46 in the height direction. As a result, in the printed antenna 40, a relatively large capacitance is generated between the conductors 41 and 46.
[0063]
Here, in the printed antenna 40, a maximum voltage is generated at an open end formed by the conductors 41 and 46, and the open end is mounted on a printed circuit board as a part of various modules, such as an electrode for grounding. If it is provided in the vicinity of another metal body to be formed, a stray capacitance is generated.
[0064]
However, the printed antenna 40 positively forms a large capacitance by spatially separating the conductors 41 and 46, so that even if the distance between the conductor 46 and the metal body varies, the printed antenna 40 may vary. In addition, the variation of the resonance frequency can be suppressed to a negligible level. Therefore, the printed antenna 40 can make the resistance to the influence of the ground present in the periphery very strong. Rather, it is possible to arrange the ground nearby and use this ground to perform matching.
[0065]
In the printed antenna 40, the impedance is reduced due to the capacitance generated between the conductors 41 and 46. However, as described above, the printed antenna 40 is formed by forming the conductor pattern having a three-dimensional structure. This problem can be solved.
[0066]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the chip antenna element of the present invention, it is possible to reduce the size of a so-called printed antenna while securing a sufficient gain. Moreover, according to the antenna-mounted printed wiring board of the present invention, the antenna element can be built on the same substrate as other circuits, and it is not necessary to mount a chip antenna.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a chip antenna element to which the present invention is applied, wherein (a) is a schematic perspective view and (b) is a cross-sectional view.
2A and 2B are schematic perspective views showing a manufacturing process of the chip-shaped antenna element shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A shows a double-sided copper-clad substrate, FIG. 2B shows an antenna conductor patterning step, and FIG. , (D) show a high dielectric resin embedding step.
FIG. 3 is a characteristic diagram in which a standing wave ratio SWR is plotted with respect to frequency according to a ratio of a high dielectric resin.
FIG. 4 shows a resonance frequency f0FIG. 4 is a characteristic diagram in which a band center frequency fcenter and a ratio of a high dielectric resin are plotted.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a bandwidth BW and a ratio of a high dielectric resin.
6A and 6B show another example of a chip antenna element to which the present invention is applied, wherein FIG. 6A is a schematic perspective view, and FIG. 6B is a cross-sectional view.
FIGS. 7A and 7B show a configuration of a sample used in an experiment, wherein FIG. 7A is a perspective view and FIG. 7B is a plan view of an antenna conductor pattern.
FIGS. 8A and 8B show differences in characteristics depending on the thickness of a high dielectric resin layer, wherein FIG. 8A is a characteristic diagram showing a relationship between a pattern width and a peak frequency at each thickness, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a width and a center frequency.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a frequency change according to a thickness of a high dielectric resin layer.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing an example of an antenna-mounted printed wiring board to which the present invention has been applied.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing another example of an antenna-mounted printed wiring board to which the present invention is applied.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing an example of a printed antenna.
[Explanation of symbols]
1,21 chip antenna element
2,22 resin substrate
3,23,33 Antenna conductor
4,34 Bear hole
5,35 High dielectric resin
24,37 High dielectric resin layer
32 Printed wiring board

Claims (12)

樹脂基板にアンテナ導体が形成されてなり、
前記樹脂基板にベアホールが形成されるとともに、このベアホールに高誘電樹脂が埋め込まれていることを特徴とするチップ状アンテナ素子。
An antenna conductor is formed on a resin substrate,
A chip antenna element, wherein a bare hole is formed in the resin substrate, and a high dielectric resin is embedded in the bare hole.
前記ベアホールは、前記アンテナ導体を避けるように形成されていることを特徴とする請求項1記載のチップ状アンテナ素子。The chip-shaped antenna element according to claim 1, wherein the bare hole is formed so as to avoid the antenna conductor. 前記樹脂基板は、ガラス布エポキシ基板からなることを特徴とする請求項1記載のチップ状アンテナ素子。The chip-shaped antenna element according to claim 1, wherein the resin substrate is made of a glass cloth epoxy substrate. 樹脂基板にアンテナ導体が形成されてなり、前記アンテナ導体の少なくとも一部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とするチップ状アンテナ素子。An antenna conductor is formed on a resin substrate, and at least a part of the antenna conductor is covered with a high dielectric resin. 前記アンテナ導体の全部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項4記載のチップ状アンテナ素子。The chip-shaped antenna element according to claim 4, wherein the whole of the antenna conductor is covered with a high dielectric resin. 前記樹脂基板は、ガラス布エポキシ基板からなることを特徴とする請求項4記載のチップ状アンテナ素子。The chip-shaped antenna element according to claim 4, wherein the resin substrate is made of a glass cloth epoxy substrate. 配線パターンが形成されたプリント配線基板の一部領域にベアホールが形成されるとともに、このベアホールに高誘電樹脂が埋め込まれてなり、
前記高誘電樹脂が埋め込まれた領域にアンテナ導体が形成されていることを特徴とするアンテナ実装プリント配線基板。
A bare hole is formed in a part of the printed wiring board on which the wiring pattern is formed, and a high dielectric resin is embedded in the bare hole,
An antenna-mounted printed wiring board, wherein an antenna conductor is formed in a region where the high dielectric resin is embedded.
前記ベアホールは、前記アンテナ導体を避けるように形成されていることを特徴とする請求項7記載のアンテナ実装プリント配線基板。The antenna printed circuit board according to claim 7, wherein the bare hole is formed so as to avoid the antenna conductor. 前記プリント配線基板は、ガラス布エポキシ基板を基材とすることを特徴とする請求項7記載のアンテナ実装プリント配線基板。The printed circuit board according to claim 7, wherein the printed circuit board is made of a glass cloth epoxy substrate. 配線パターンが形成されたプリント配線基板の一部領域にアンテナ導体が形成されてなり、前記アンテナ導体の少なくとも一部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とするアンテナ実装プリント配線基板。An antenna-mounted printed wiring board, wherein an antenna conductor is formed in a partial area of the printed wiring board on which a wiring pattern is formed, and at least a part of the antenna conductor is covered with a high dielectric resin. 前記アンテナ導体の全部が高誘電樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項10記載のアンテナ実装プリント配線基板。11. The printed circuit board according to claim 10, wherein the entire antenna conductor is covered with a high dielectric resin. 前記プリント配線基板は、ガラス布エポキシ基板を基材とすることを特徴とする請求項10記載のアンテナ実装プリント配線基板。11. The printed circuit board according to claim 10, wherein the printed circuit board is a glass cloth epoxy board as a base material.
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