(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線回路の実装部品を搭載する第１基板と、
前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記実装部品を搭載可能な間隔を形成し、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続し、信号経路を形成する導体を含む接続部材と、
前記接続部材の導体に対して所定距離を離れた位置に配置され、前記第１基板または前記第２基板のグランドと接続する導電部材と、
を備え、
前記接続部材は、所定幅の信号線を用いて、前記実装部品と接続され、
前記接続部材の直径は、前記信号線の所定幅より幅広く、
前記所定距離は、前記接続部材の直径と略等しい、
無線モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の無線モジュールであって、
前記接続部材は、導体の部材であり、
前記導電部材は、前記接続部材と別部材である、無線モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の無線モジュールであって、
前記接続部材は、信号線導体と、前記信号線導体に対して所定距離を離れた位置に配置され前記導電部材として機能するグランド導体とを含むものである、無線モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の無線モジュールであって、
前記グランド導体の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された配線パッドと、前記配線パッドと前記第１基板または前記第２基板のグランドとを接続するヴィアとを備える、無線モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の無線モジュールであって、
前記接続部材の信号経路が所定のインピーダンスとなるように配置されている、無線モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板に半導体素子等を実装した無線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を用いて回路を形成した回路モジュールとして、能動素子及び受動素子を搭載した複数の基板を対向させて電気的に接続し、基板間を樹脂封止した構成のものが知られている。例えば、特許文献１には、アンテナ及び回路を搭載した半導体装置による無線モジュールが開示されている。【０００３】
特許文献１の半導体装置は、シリコン基板の一面側にアンテナが形成され、その他面側に能動素子である半導体素子が搭載されて、アンテナと半導体素子とがシリコン基板を貫通する貫通ヴィアを介して電気的に接続されている。また、シリコン基板と別体に形成された配線基板には、一面側に受動素子が搭載され、配線基板とシリコン基板とが、配線基板の一面側とシリコン基板の他面側との間に配設された接続部材を介して電気的に接続された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００９−２６６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の構成によって、高周波の無線モジュール、特にミリ波帯の無線モジュールを実現しようとすると、インピーダンス不整合による課題が生じる。【０００６】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波帯にて使用する無線モジュールを構成する場合に、インピーダンス不連続と放射による損失を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の無線モジュールは、無線回路の実装部品を搭載する第１基板と、前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に前記実装部品を搭載可能な間隔を形成し、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する接続部材と、前記接続部材の信号経路が所定のインピーダンスとなるように配置した導電部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、高周波帯にて使用する無線モジュールを構成する場合に、インピーダンス不連続と放射による損失を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）本開示の第１の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板の上から見た平面図、（Ｃ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図
【図２】（Ａ）、（Ｂ）第１の実施形態の変形例１に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は第２基板の上から見た平面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図
【図３】（Ａ）、（Ｂ）第１の実施形態の変形例２に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図
【図４】第１の実施形態の変形例３に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板を除いた状態で上から見た平面図
【図５】第１の実施形態の変形例４に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板の上から見た平面図
【図６】第１の実施形態の変形例５に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板の上から見た平面図
【図７】（Ａ）、（Ｂ）本開示の第２の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は第１基板を上から見た平面図、（Ｂ）は断面図
【図８】第２の実施形態の変形例に係る無線モジュールの構成を示す平面図
【図９】本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例１を示す斜視図
【図１０】本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例２を示す斜視図
【図１１】本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例３を示す斜視図
【図１２】本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例４を示す斜視図
【図１３】本開示の第４の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図
【図１４】本開示の第５の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図
【図１５】本開示の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第１例を示す上面図
【図１６】本開示の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第２例を示す上面図
【図１７】本開示の第５の実施形態における無線モジュールのアンテナ部と導波部との位置関係の第３例を示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の一形態を得るに至った経緯）
無線モジュールの構成の一例として、第１基板に能動素子及び受動素子を搭載し、アンテナ等を形成した第２基板を対向配置させて２つの基板間を接続部材によって電気的に接続した構成のものがある。この構成の場合、第１基板に半導体素子（ＩＣ等）及びチップコンデンサ、チップ抵抗等の受動素子を実装し、第２基板に半田メッキされたＣｕ（銅）コアボール等による接続部材を実装する。そして、第１基板と第２基板の実装面同士を対向させ、接続部材の半田を溶融させて第１基板に対して電気的に接続した後、モールドレジンを基板間の部品が存在する埋め込み層に充填して樹脂封止する。これにより、複数の基板を積層した構造の無線モジュールが実現される。
【００１１】
上記のような構成によって、高周波の無線モジュール、特にミリ波帯の無線モジュールを実現しようとすると、インピーダンス不整合による課題が生じる。ミリ波帯等の高周波帯では、Ｃｕコアボール等の接続部材、及びこれを実装する第１基板と第２基板の配線パッドが波長に対して大きいため、インピーダンス不連続及び放射による損失が大きくなる。
【００１２】
例えば、基板における信号線の層とグランド（ＧＮＤ）層の間の誘電体厚さ（基板の絶縁部材の厚さ）を５０μｍ、誘電率を３〜４程度とすると、高周波ＩＣの入出力インピーダンスとして一般的に用いられる５０Ωインピーダンスの配線幅は、概ね５０μｍまたはこれより狭くなる。これに対し、接続部材としてＣｕコアボールを用いる場合、基板間の埋め込み層に実装される部品高さを例えば２００μｍとすると、Ｃｕコアボールの径は概ね２５０μｍ、これを実装する基板上の配線パッドは２５０μｍ以上の大きさが必要となる。これは、配線幅５０μｍの５倍以上であり、インピーダンスの実成分は小さくなり、虚成分は大きな容量性となるため、配線との間にインピーダンス不連続と放射による損失が生じることになる。
【００１３】
上記事情を鑑み、本開示では、高周波帯にて使用する無線モジュールを構成する場合に、インピーダンス不連続と放射による損失を抑制することが可能な無線モジュールを例示する。
【００１４】
（本開示の実施形態）
以下の実施形態では、本開示に係る無線モジュールの例として、６０ＧＨｚのミリ波帯等の高周波帯において用いられ、アンテナ及び半導体素子を搭載した無線モジュールの構成例をいくつか示す。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、基板間を電気的に接続する接続部材として、Ｃｕコアボールを用いた場合の構成例を示す。
【００１６】
ミリ波帯等の高周波帯では、複数の基板を積層した構造の無線モジュールにおいて、接続部材にＣｕコアボールを用いる場合、Ｃｕコアボール及びこれを実装する基板の配線パッドが波長に対して大きくなる。すなわち、Ｃｕコアボール及び基板の配線パッドが基板上の５０Ωインピーダンスの配線幅に対して大きくなるため、インピーダンス不連続及び放射による損失が大きくなる。
【００１７】
例えば、基板間の埋め込み層に実装される部品高さを例えば２００μｍとすると、Ｃｕコアボールの径は概ね２５０μｍ、これを実装する基板上の配線パッドは２５０μｍ以上の大きさが必要となる。ここで、基板における信号線の層とグランド（ＧＮＤ）層の間の誘電体厚さ（基板の絶縁部材の厚さ）を５０μｍ、誘電率を３〜４程度とすると、高周波ＩＣの入出力インピーダンスとして一般的に用いられる５０Ωインピーダンスの配線幅は、概ね５０μｍまたはこれより狭くなる。したがって、Ｃｕコアボール及び基板の配線パッドの大きさ（約２５０μｍ）が基板の配線幅（約５０μｍ）に対して大きくなり、インピーダンスの不整合が生じる。
【００１８】
そこで、本実施形態では、例えば２５０μｍのＣｕコアボールの導体が５０Ωインピーダンスの導体として動作するように、無線モジュールを構成し、インピーダンス不連続及び放射による損失を抑制する。
【００１９】
導体のインピーダンスは、グランドとの距離とその間に存在する誘電体の誘電率によって決まる。よって、接続部材となる２５０μｍの導体を５０Ωとするには、グランドとなる導電部材を例えば接続部材から２５０μｍ離れた場所に設ければよい。接続部材と導電部材との適切な距離は、接続部材の大きさと部材間の誘電率によって変化する。
【００２０】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本開示の第１の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板の上から見た平面図、（Ｃ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図である。
【００２１】
本実施形態の無線モジュールは、メイン基板となる第１基板１１と、サブ基板となる第２基板１２とを有する。これらの第１基板１１、第２基板１２は、例えば誘電率が３〜４程度の誘電体の絶縁材料により形成される。第１基板１１は、一面側に銅箔等による配線パターン１５が設けられ、無線回路の実装部品として、能動素子としての半導体素子（ＩＣ等）１３と、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動素子１４とが実装され、無線回路が形成されている。また、第１基板１１には、接続部材１８を電気接続するための配線パッド１９が設けられる。
【００２２】
第２基板１２は、一面側に銅箔等による面状のグランドパターン１６と、円形状の配線パッド１７とが形成され、配線パッド１７に半田メッキされたＣｕコアボールによる接続部材１８が実装されている。また、第２基板１２は、他面側に例えば銅箔によるパッド状のアンテナ２０が形成され、貫通ヴィア２１により一面側の配線パッド１７と電気的に接続されている。
【００２３】
第１基板１１の一面側と第２基板１２の一面側とは対向配置され、接続部材１８の半田を溶融させて第１基板１１の配線パッド１９に接続することで、接続部材１８により第２基板１２が第１基板に対して電気的に接続される。この際、接続部材１８は、第１基板１１の無線回路と第２基板１２とのアンテナ２０との間の信号の伝送経路（信号線路）となる。また、接続部材１８は、第１基板１１と記第２基板１２との間に半導体素子１３等の実装部品を搭載可能な間隔を形成するために設けられる。そして、第１基板１１と第２基板１２との間の半導体素子１３、受動素子１４等が存在する埋め込み層には、例えばモールドレジンの封止樹脂２２が充填されて封止される。
【００２４】
接続部材１８の側方には、接続部材１８に対して所定距離となる位置に、端面電極となるインピーダンス調整用の導電部材２３が設けられる。導電部材２３は、無線モジュールの側部端面に例えば導電メッキを施すことにより形成される。なお、導電部材２３は、導電性のものであれば、薄膜、平板部材など、種々のものを用いることができる。導電部材２３は、第１基板１１に形成されたグランドパターン２４と電気的に接続され、グランド電極として機能する。無線モジュールの側部端面に例えば導電メッキを設けて配線を行う場合、ＥＭＣ対策として行われているシールド技術を適用すればよい。
【００２５】
例えば、Ｃｕコアボールによる接続部材１８の径が２５０μｍの場合、導電部材２３を設けたモジュール端面側に、導電部材２３との距離が約２５０μｍとなる位置に接続部材１８を配置する。これによって、基板間の信号線路となる接続部材１８において、モジュール端面に形成した導電部材２３によるグランド電極との間に、基板厚さ方向の縦構造の伝送線路を構成することができる。この縦構造の伝送線路により、接続部材１８と基板の配線との間における寄生容量成分を小さくできる。
【００２６】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、接続部材１８の直径ａと、接続部材１８と導電部材２３との距離ｂとが、略等しくなるように接続部材１８及び導電部材２３を配置する。この際、導電部材２３は、接続部材１８の信号経路が所定のインピーダンス（本例では５０Ω）となるように配置する。ここで、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、接続部材１８の直径ａは、第１基板１１及び第２基板１２の配線幅ｄに対して大きいものの、適切な距離ｂの位置に導電部材２３を設けることで、接続部材１８を５０Ωインピーダンスの導体として見えるようにできる。
【００２７】
このように、本実施形態の構成によれば、基板間を電気接続する接続部材１８のインピーダンスを基板側配線と同様とし、接続部材１８と第１基板１１及び第２基板１２の配線との間のインピーダンス整合をとることができ、インピーダンス不連続及び放射による損失を抑制できる。
【００２８】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、第１の実施形態の変形例１に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は第２基板の上から見た平面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図である。
【００２９】
第１の実施形態の変形例１は、接続部材１８として設けられる信号用のＣｕコアボールの両側に、グランド用のＣｕコアボールを導電部材２５として配置したものである。なお、グランド用のＣｕコアボールによる導電部材２５は、接続部材１８の片側のみに設けてもよい。その他の構成は図１（Ａ）に示した第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００３０】
導電部材２５は、第１基板１１に設けた配線パッド２６と接続され、グランドパターン２７を介してグランド電極としての導電部材２３と電気的に接続されている。なお、導電部材２５は導電部材２３と接続しなくてもよい。導電部材２５は導電部材２３と接続した方がより効果的である。
【００３１】
このように、変形例１では、Ｃｕコアボールの周辺にグランド用のＣｕコアボールを設け、基板間の信号経路となる接続部材１８を、グランドとなる導電部材２３、２５によって凹状に覆う構成としている。これによって、接続部材１８からの放射が軽減され、信号伝送時の損失をさらに抑制できる。
【００３２】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、第１の実施形態の変形例２に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は第２基板を除いた状態で上から見た平面図である。
【００３３】
第１の実施形態の変形例２は、上述した変形例１に対して、グランド用のＣｕコアボールによる導電部材２５を接続する配線パッド２６とグランドパターン２４との接続構成を変更したものである。
【００３４】
図１（Ａ）に示した第１の実施形態では、第１基板１１のグランドパターン２４と、グランド電極としての導電部材２３とが、第１基板１１の端面において接続されている。図２（Ｂ）に示した第１の実施形態の変形例１では、第１基板１１上のグランド用の配線パッド２６が、グランドパターン２７を介して導電部材２３に接続されている。
【００３５】
一方、変形例２では、第１基板１１において、配線パッド２６とグランドパターン２４とを接続するヴィア１０１が設けられている。ヴィア１０１は、配線パッド２６に対して複数設けられ、複数のヴィア１０１によってグランドパターン２４と電気的に接続される。
【００３６】
このように、変形例２では、グランド用の配線パッド２６をグランドパターン２７及び導電部材２３を介してグランドパターン２４と接続するだけでなく、ヴィア１０１によって短い経路で配線パッド２６とグランドパターン２４とを接続している。これにより、グランドにおける抵抗成分及び寄生成分による電位差が小さくなり、安定したグランド電位を得られる。
【００３７】
図４は、第１の実施形態の変形例３に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板を除いた状態で上から見た平面図である。
【００３８】
第１の実施形態の変形例３は、上述した変形例２に対して、配線パッド２６の構成を変更したものである。図３（Ｂ）に示した第１の実施形態の変形例２では、配線パッド２６と導電部材２３とがグランドパターン２７の線路によって接続されている。
【００３９】
一方、変形例３では、第１基板１１において、広い平面状のパターン（ベタパターン）によるグランドパターン１０２が設けられ、配線パッド２６とグランドパターン２７の機能を含む構成となっている。グランドパターン１０２には、グランド用のＣｕコアボールによる導電部材２５が接続されるとともに、グランド電極である導電部材２３が接続される。そして、グランドパターン１０２は、信号用のＣｕコアボールによる接続部材１８を接続する配線パッド１９の周りを取り囲む形状となっている。
【００４０】
このように、変形例３では、グランド用の配線パッド２６の代わりに平面状のパターンによるグランドパターン１０２を設けることで、グランド電位を安定化させ、信号ラインのシールド効果を高められる。
【００４１】
図５は、第１の実施形態の変形例４に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板の上から見た平面図である。
【００４２】
第１の実施形態の変形例４は、上述した第１の実施形態及びその変形例１に対して、アンテナ２０を接続する貫通ヴィア２１の配置構成を変更したものである。図１（Ａ）に示した第１の実施形態では、接続部材１８が配線パッド１７及び貫通ヴィア２１を介してアンテナ２０と接続され、接続部材１８からアンテナ２０に信号が伝送される構成となっている。
【００４３】
一方、変形例４では、第２基板１２において、貫通ヴィア２１が配線パッド１７から外れた位置にずらして（オフセットして）設けられ、配線パッド１７より接続部材側配線１１１が延出され、接続部材側配線１１１が貫通ヴィア２１と接続されている。第２基板１２の他面側は、パッド状のアンテナ２０が貫通ヴィア２１と接続されている。
【００４４】
このように、変形例４では、例えば６０ＧＨｚのミリ波帯等の高周波信号が伝送される信号用の接続部材１８が、貫通ヴィア２１上に位置しないように構成することで、貫通ヴィア２１の穴埋めを、接続部材１８を直接搭載するよりも簡易な材料、例えば、ソルダレジストにて行うことが出来る。
【００４５】
図６は、第１の実施形態の変形例５に係る無線モジュールの構成を示す図であり、第２基板の上から見た平面図である。
【００４６】
第１の実施形態の変形例５は、上述した変形例４に対して、貫通ヴィア２１の周辺の構成を変更したものである。変形例５では、第２基板１２において、信号用の接続部材１８及び配線パッド１７の反対面側の周囲を取り囲むように、円弧状のグランドパターン１１２が設けられる。グランドパターン１１２は、さらに貫通ヴィア２１の周りを囲むように、略Ｃ字状に形成されている。さらに、グランドパターン１１２においてヴィア１１３が複数設けられ、ヴィア１１３によって第２基板１２のグランドパターンと電気的に接続される。
【００４７】
このように、変形例５では、グランドパターン１１２を設け、信号が伝送される配線パッド１７と貫通ヴィア２１とを取り囲む構成とすることにより、電磁界の漏れを小さくできる。なお、グランドのパターンと信号ラインとを特定の間隔、例えば１００μｍ〜２００μｍとしておくことで、高周波プローブにて信号の測定をすることが可能となる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、信号用のＣｕコアボールによる接続部材の周辺に、端面電極のグランド電極及び／またはグランド用のＣｕコアボールを設け、接続部材のインピーダンスを調整する構造を示した。第２の実施形態は、接続部材の周辺に専用部品の導電部材を配置した構成例を示す。
【００４９】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本開示の第２の実施形態に係る無線モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は第１基板を上から見た平面図、（Ｂ）は断面図である。
【００５０】
接続部材１８として設けられる信号用のＣｕコアボールの周囲を囲むように、四角の枠状の金属材料からなる導電部材３１が配置される。導電部材３１は、第１基板１１または第２基板１２に実装される。図示例では、導電部材３１は第２基板１２に実装され、第２基板１２のグランドパターン１６に電気的に接続されている。なお、導電部材３１は、全体を金属材料で形成したものに限らず、樹脂等の部材の外表面を金属メッキ等の導電体で被覆したものでもよい。その他の構成は図１（Ａ）に示した第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００５１】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、接続部材１８の直径ａと、接続部材１８と導電部材３１との距離ｂとが、略等しくなるように接続部材１８に対して導電部材３１を配置する。例えば、Ｃｕコアボールによる接続部材１８の径が２５０μｍの場合、導電部材３１の内壁と接続部材１８との距離が約２５０μｍとなるように、導電部材３１を形成して配置する。これにより、接続部材１８のインピーダンスを基板側配線と同様の、例えば５０Ωとすることができる。
【００５２】
枠状の導電部材３１を部品として実装することで、信号線路となる中心の接続部材１８に対するグランドとして導電部材３１が機能し、基板間の信号線路が同軸構造に近い伝送路構成となる。なお、図７（Ｂ）に示すように、導電部材３１は、接続部材１８が実装された配線パッド１９からの配線パターン１５が通る部分に切り欠き３２を設けて配線と干渉しないようにすることで、信号線路との結合を軽減できるように構成してもよい。
【００５３】
このように、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態と同様に、接続部材１８と第１基板１１及び第２基板１２の配線との間のインピーダンス整合をとることができ、インピーダンス不連続及び放射による損失を抑制できる。
【００５４】
図８は、第２の実施形態の変形例に係る無線モジュールの構成を示す平面図である。
【００５５】
第２の実施形態の変形例は、無線モジュールの基板上の広い部分を囲む枠状の導電部材３５を設けたものである。変形例の導電部材３５は、接続部材１８の周囲を囲むとともに、基板に実装された半導体素子１３、受動素子１４等の部品を囲むように構成される。この導電部材３５は、第１基板１１または第２基板１２に実装され、グランドパターンに電気的に接続される。
【００５６】
この変形例では、接続部材１８とともに基板上の部品を囲む導電部材３５によって、放熱効果、ＥＭＣ効果を高めることができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、接続部材自体の構成を変更し異なる構造の部品とした構成例を示す。
【００５８】
接続部材としてＣｕコアボールを用いた場合、Ｃｕコアボールの径は、基板間の埋め込み層に配置された部品の高さによって決まる。この場合、Ｃｕコアボール全体が一様な導体であり、この導体の全てを信号が通るため、基板上の配線との寸法差によりインピーダンス不連続が生じる。
【００５９】
複数基板を積層した回路モジュールの構造において、第１基板と第２基板を張り合わせたモジュールとしての強度は、埋め込み層に充填された封止樹脂によって保たれるため、Ｃｕコアボールの役目は第１基板と第２基板の間の導通である。Ｃｕコアボールが球形であるのは接続部材を所定位置への配置時に接続部材の向きを気にせずに行えるためであるが、縦横比が異なった部品を所望の方向で基板に実装することは一般的に行われており、複数基板の積層構造を実現するための必須の条件ではない。
【００６０】
そこで、本実施形態では、接続部材に必要とされる、埋め込み層に配置された「部品に接触しない間隔を作り出す」という役割を果たしつつ、インピーダンス不連続を生じさせない構成例をいくつか示す。
【００６１】
図９は、本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例１を示す斜視図である。構成例１は、Ｃｕコアボールの代わりに、円柱形状の接続部材４１を設けた例である。
【００６２】
接続部材４１は、円柱形状に形成され、中心部に信号線路となる円柱状の信号線導体４２を有し、円管状の絶縁部材４３を介して円柱の外周部に周回状にグランド導体４４が設けられる。すなわち、接続部材４１は、信号伝送用の同軸部品となっている。グランド導体４４は信号線導体４２のインピーダンスを調整する導電部材として機能する。この同軸構造により、接続部材４１と基板の配線との間における寄生容量成分を小さくできる。
【００６３】
ここで、信号線導体４２の直径ａ１と、信号線導体４２とグランド導体４４との距離ｂ１とが、略等しくなるように構成されている。また、接続部材４１は、第１基板と第２基板との間に例えば半導体素子の実装部品を搭載可能な間隔を形成するために設けられる。接続部材４１は、図示しないが、基板に実装された状態では、信号線導体４２が基板の配線パターンに接続され、グランド導体４４が基板のグランドパターンに接続される。その他の構成は図１（Ａ）に示した第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００６４】
例えば、第１基板側に半導体素子が搭載されているとすると、この半導体素子からの引き出し線に同軸部品の接続部材４１が接続されるように、第１基板に配線パターン及びグランドパターンを形成する。すなわち、第１基板には、接続部材４１の中心部の信号線導体４２に対応して信号線の配線パターン、その周辺にグランド導体４４に対応してグランドパターンをそれぞれ形成する。
【００６５】
これにより、同軸の信号線とグランドが接続され、基板上の平面構造の伝送線路から接続部材４１の同軸伝送路に信号が伝わり、インピーダンス不連続を小さくできる。なお、基板の信号線路と同軸部品の接続部材４１のグランド導体４４とが接触しないように、接続部材４１の外周部に形成するグランド導体４４に切り欠き４５を設けてもよい。
【００６６】
図１０は、本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例２を示す斜視図である。構成例２は、Ｃｕコアボールの代わりに、角柱形状の接続部材５１を設けた例である。
【００６７】
接続部材５１は、角柱形状に形成され、絶縁部材５３の対向する端面（図中上下の面）を貫通するように、複数（図示例では９個）の導電体によるヴィアが設けられる。中心部には、信号が通過する信号用ヴィア５２が形成され、信号用ヴィア５２の周辺を囲むように、８個のグランド用ヴィア５４がそれぞれ形成されている。ここで、信号用ヴィア５２の直径ａ２と、信号用ヴィア５２とグランド用ヴィア５４との距離ｂ２とが、略等しくなるように構成される。接続部材５１の構成により、擬似的な同軸伝送路が形成される。グランド用ヴィア５４は信号用ヴィア５２のインピーダンスを調整する導電部材として機能する。
【００６８】
構成例２では、接続部材を直方体とすることができるため、実装時の部品ピックアップが容易になる。また、接続部材５１の直方体側面に位置調整用の電極５５を設けることで、半田実装時に側方からのオートアライメント効果によって位置ずれを少なくすることができる。
【００６９】
図１１は、本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例３を示す斜視図である。構成例３は、Ｃｕコアボールの代わりに、角柱形状で信号線部分が露呈した構造の接続部材６１を設けた例である。
【００７０】
接続部材６１は、構成例１の接続部材４１を角柱形状として略半分に切断した形状となっている。すなわち、一側面の中央部に、対向する端面（図中上下の面）を貫通する角柱状の信号線導体６２を有し、絶縁部材６３を介して角柱の外周部における信号線導体６２が存在する面を除く３面にグランド導体６４が設けられる。信号線導体６２は、一側面が外側に露呈している。ここで、信号線導体６２の幅ａ３と、信号線導体６２とグランド導体６４との距離ｂ３とが、略等しくなるように構成されている。グランド導体６４は信号線導体６２のインピーダンスを調整する導電部材として機能する。
【００７１】
接続部材６１は、第２基板１２に実装された状態では、信号線導体６２が基板の配線パターン２８に接続され、グランド導体６４が基板のグランドパターン２９に接続される。信号線導体６２がむき出しの構成によって、第２基板１２側の配線パターン２８は、接続部材６１の底面部分の信号線導体６２ではなく、接続部材６１の側面の信号線導体６２と半田接続することになり、接続不良の確認が容易になる。また、グランド導体６４の接続によって、接続部材６１の位置合わせが容易にできる。なお、側面に位置調整用の電極６５を設けることで、半田実装時に側方からのオートアライメント効果によって位置ずれを少なくすることができる。
【００７２】
図１２は、本開示の第３の実施形態に係る無線モジュールの構成例４を示す斜視図である。構成例４は、Ｃｕコアボールの代わりに、半円柱形状で信号線部分が露呈した構造の接続部材７１を設けた例である。
【００７３】
接続部材７１は、構成例１の円柱状の接続部材４１を略半分に切断した形状となっている。すなわち、平面の側面の中央部に、対向する端面（図中上下の面）を貫通する半円柱状の信号線導体７２を有し、絶縁部材７３を介して外周部における半円柱の円弧の側面にグランド導体７４が設けられる。信号線導体７２は、一側面が外側に露呈している。ここで、信号線導体７２の幅ａ４と、信号線導体７２とグランド導体７４との距離ｂ４とが、略等しくなるように構成されている。グランド導体７４は信号線導体７２のインピーダンスを調整する導電部材として機能する。
【００７４】
接続部材７１は、第２基板１２に実装された状態では、信号線導体７２が基板の配線パターン２８に接続され、グランド導体７４が基板のグランドパターン２９に接続される。構成例３と同様、信号線導体７２がむき出しの構成によって、第２基板１２側の配線パターン２８は、接続部材７１の底面部分の信号線導体７２ではなく、接続部材７１の平面の側面の信号線導体７２と半田接続することになり、接続不良の確認が容易になる。また、グランド導体７４の接続によって、接続部材６１の位置合わせが容易にできる。なお、側面に位置調整用の電極７５を設けることで、半田実装時に側方からのオートアライメント効果によって位置ずれを少なくすることができる。
【００７５】
上述したように、第３の実施形態では、Ｃｕコアボールの代わりに、グランド導体を有し同軸伝送路を形成する接続部材を設けることで、基板間に実装部品を配置する間隔を形成しつつ、接続部材と基板の配線との間のインピーダンス整合をとることができる。これにより、インピーダンス不連続及び放射による損失を抑制できる。
【００７６】
（本開示の他の実施形態に至る経緯）
従来、半導体基板上に、高周波信号を発生させる発信器を持つ高周波回路とパッチアンテナとが一方の面に形成された半導体チップが、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）基板に実装された撮像装置が知られている（例えば、参考特許文献１参照）。
［参考特許文献１］日本国特開２００４−２０５４０２号公報
【００７７】
しかしながら、パッチアンテナと高周波回路とは基板厚み方向における長さ（高さ）が異なることが多い。この場合、モジュール基板を他の基板に実装する際、パッチアンテナの実装面側からモジュール基板をピックアップすると、ピックアップする工具（吸引器）の先が電子部品（例えば発信器を含む高周波回路）と干渉してしまうことがある。
【００７８】
上記事情を鑑み、本開示では、無線モジュールのアンテナ実装面に電子部品が実装されている場合であっても、無線モジュールをアンテナ実装面側から容易にピックアップすることができる無線モジュールを例示する。
【００７９】
（第４の実施形態）
図１３は本開示の第４の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図である。
図１３に示す無線モジュール３００において、モジュール基板３１０は、多層基板であり、ＩＣの配線等を行う。モジュール基板３１０の第１の面２１１（図１３では上面）には、アンテナ部３２０やＴｃｘｏ３３０（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償水晶発振器）等の電子部品が実装されている。したがって、第１の面２１１は、アンテナ部３２０が設けられるアンテナ実装面である。
【００８０】
アンテナ部３２０は、例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。モジュール基板３１０の第２の面２１２（図１３では下面）には、ＲＬＣ等のチップ部品３４０やＩＣ部品３５０などの電子部品が実装される。
【００８１】
無線モジュール３００は、セット基板４００に実装される。この場合、モジュール基板３１０の第２の面２１２側がセット基板４００の実装面に接触する。第２の面２１２に実装される電子部品に対して、セット基板４００が直接接触しないように、モジュール基板３１０の第２の面２１２には、枠基板３６０が配置される。枠基板３６０は、例えば方形形状となっており、モジュール基板３１０の第２の面２１２の周端部に配置される。この場合、無線モジュール３００は、モジュール基板３１０と枠基板３６０とにより、キャビティ型の構造となる。なお、モジュール基板３１０は、多層基板によって構成されてもよい。
【００８２】
枠基板３６０の電極３６１は、セット基板４００に半田付けされ、物理的および電気的に接続される。これにより、モジュール基板３１０および枠基板３６０と、セット基板４００と、が導通されて信号伝送が可能となる。
【００８３】
モジュール基板３１０および枠基板３６０の基板厚さ方向（図１３におけるｚ方向）の長さｄ１は、例えば１ｍｍ程度である。チップ部品３４０やＩＣ部品３５０の部品厚さ方向（図１３におけるｚ方向）の長さｄ２は、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度である。枠基板３６０を含む無線モジュール３００がセット基板４００に実装されても、モジュール基板３１０に実装された電子部品がセット基板４００に接触することはない。
【００８４】
モジュール基板３１０の第１の面２１１側では、アンテナ部３２０とＴｃｘｏ３３０等の電子部品とが、モールド部材（例えばモールド樹脂）によって一体でモールドされ、モールド部２７０が形成される。モールド部３７０は、アンテナ部３２０および周辺の電子部品を包囲している。モールド部材としては特に制約は無いが，誘電正接（ｔａｎδ）が小さい方が、モールド部３７０における電気損失が小さいことは言うまでもない。
【００８５】
本実施形態では、無線モジュール３００がセット基板４００に実装されるときには、モジュール基板３１０の第１の面２１１側からピックアップ装置によりピックアップされ、セット基板４００に実装される。したがって、モールド部３７０がピックアップされることになり、第１の面２１１に設けられるアンテナ部３２０と電子部品との段差によるピックアップ時の干渉を防止でき、無線モジュール３００のピックアップが容易になる。
【００８６】
また、モールド部３７０の周端面２１３（天井面）は、モジュール基板３１０と平行かつ平坦となることが好ましい。これにより、無線モジュール３００を一層容易に吸着によりピックアップすることができる。
【００８７】
このように、本実施形態の無線モジュール３００は、アンテナ部３２０が設けられるアンテナ実装面としての第１の面２１１側からピックアップされる無線モジュールであって、アンテナ部３２０が実装されるモジュール基板３１０と、モジュール基板３１０の第１の面２１１において、アンテナ部３２０を含む電子部品がモールドされたモールド部３７０を備える。これにより、ピックアップする工具による吸引の確実性が向上する。つまり、無線モジュールのアンテナ実装面に電子部品が実装されている場合であっても、容易に無線モジュールをアンテナ実装面側からピックアップすることができる。
【００８８】
（第５の実施形態）
図１４は本開示の第５の実施形態における無線モジュールの構成例を示す側断面図である。
図１４に示す無線モジュール３００Ｂと図１３に示した無線モジュール３００との相違点は、無線モジュール３００Ｂが導波部３８０を備える点である。
【００８９】
図１４に示すように、導波部３８０は、モールド部３７０の周端面２１３（モールド面）に設けられ、アンテナ部３２０による電波の送受を補助する。導波部３８０は、例えば導波器として機能する導体パターンにより形成される。
【００９０】
通常、モールド部３７０を形成するモールド樹脂はアンテナ特性は考慮していないため、アンテナ部３２０から見ると好ましくない誘電体である。アンテナ部３２０は空気（誘電率ε＝１）を想定して形成されているが、誘電率ε＝３〜４の樹脂がアンテナを包囲することで、アンテナの特性が変わることがある。無線モジュール３００Ｂは、導波部３８０を備えることで、アンテナ特性を再調整して良好な状態に保つことができる。
【００９１】
導波部３８０がモールド部３７０上に設けられる位置として、以下の３パターンが考えられる。
【００９２】
図１５は無線モジュール３００Ｂのアンテナ部３２０と導波部３８０との位置関係の第１例を示す上面図である。
【００９３】
第１例では、導波部３８０は、モールド部３７０の周端面２１３におけるアンテナ部３２０と対向する位置に設けられる。これにより、アンテナ部３２０により送電または受電される電力の損失が最も小さくなり、良好に電波の送受を行うことができる。つまり、ピックアップする工具による吸引の確実性が向上するとともに、アンテナ特性を良好な状態に保つことができる。なお、モールド部３７０の周端面２１３において、モールド部３７０の外側に向かって導波部３８０が設けられる。
【００９４】
図１５に示す例では、アンテナ部３２０がモジュール基板３１０の第１の面２１１において２×２のアレー構成となっている。同様に、導波部３８０がモールド部３７０の周端面２１３において２×２のアレー構成となっている。アンテナ部３２０および導波部３８０を２×２のアレー構成とすることで、位相合成や振幅合成を行うことが容易になる。なお、アンテナ部３２０および導波部３８０の２×２のアレー構成は一例であり、１つのパターンで構成されても、より多数のパターンが格子状に配列されてもよい。多数のパターンが配列された方が、アンテナ特性は良好になる。
【００９５】
図１５のような導波部３８０を備えることで、モジュール基板３１０を再設計することなく、モールド部３７０上の導波部３８０として機能するパターンを適宜変更することで、アンテナ利得やアンテナ利得の周波数特性を変更することができる．また，モールド後では製造時ばらつきを調整するためのアンテナ部３２０のパターンカットは困難であるが，モールド部３７０上のパターンをカットすることで、これが可能となる。
【００９６】
さらに、モールド部３７０が存在することで、空気よりも高い誘電率の誘電体層の厚み（図１４におけるｚ方向の長さ）が増すため、導波部３８０はアンテナ部３２０よりも大きいことが望ましい。つまり、導波部３８０がモールド部３７０のモールド面上に設けられた領域が、アンテナ部３２０がアンテナ実装面上に設けられた領域よりも大きいことが望ましい。これにより、一層アンテナ特性を良好に調整することができる。
【００９７】
図１６は無線モジュール３００Ｂのアンテナ部３２０と導波部３８０との位置関係の第２例を示す上面図である。
【００９８】
第２例では、導波部３８０は、モールド部３７０の周端面２１３におけるアンテナ部３２０と対向する位置から所定距離ｄ３だけ離れた位置に設けられる。つまり、導波部３８０のモールド面における位置とアンテナ部３２０のアンテナ実装面における位置とがずらして（オフセットして）配置される。
【００９９】
例えば、図１６に示すように、導波部３８０がアンテナ部３２０よりも左側の場合には、左方向に電波が放射される。一方、導波部３８０がアンテナ部３２０よりも右側の場合には、右方向に電波が放射される。このように、電波を放射したい方向に導波部３８０がずれるように配置する。
【０１００】
このような導波部３８０を設けることで、モジュール基板３１０を再設計することなく、モールド部３７０の周端面２１３上のパターンを変更することで、アンテナ指向性を変更する（ビームチルトする）ことができる。また、モジュール基板３１０にアンテナ部３２０が実装された後であっても、柔軟にアンテナ指向性を変更することができる。
【０１０１】
図１７は無線モジュール３００Ｂのアンテナ部３２０と導波部３８０との位置関係の第３例を示す上面図である。
【０１０２】
第３例では、図１７に示すように、導波部３８０は、モールド部３７０の周端面２１３において、アンテナ部３２０がアンテナ実装面において設けられた領域から所定の回転角度θだけ回転された領域に設けられている。つまり、図１７において、導波部３８０の領域を示す矩形の向きと、アンテナ部３２０の領域を示す矩形の向きと、が回転した関係となるような位置関係で、導波部３８０が周端面２１３上に実装される。これにより、アンテナ部３２０から放射される電波の偏波面（アンテナ偏波面）を変更することができる。
【０１０３】
モールド面における導波部３８０の位置とアンテナ実装面におけるアンテナ部３２０の位置（ｘｙ平面上の位置）とは、ほぼ同位置となる。回転角度θは、９０度に満たない角度である。回転角度θを調整することで、回転角度θの大きさに応じて、アンテナ偏波面を所望の偏波面にすることができる。例えば、アンテナ偏波面を垂直偏波面から水平偏波面にしたり、水平偏波面から垂直偏波面にしたり、直線偏波を円偏波にしたりすることができる。なお、このようなアンテナ偏波面の変更は、モジュール基板３１０を再設計することなく、モールド部３７０の周端面２１３上の導波部３８０としてのパターンを変更することで実現することができる。
【０１０４】
さらに、導波部３８０とアンテナ部３２０との位置関係を回転位置関係とする代わりに、導波部３８０の共振周波数とアンテナ部３２０の共振周波数とが異なるように設計してもよい。これによっても、アンテナ偏波面を変更することができる。
【０１０５】
例えば、アンテナ部３２０の共振周波数を６０ＧＨｚ、導波部３８０の共振周波数を５９．５ＧＨｚとなるように、両者の共振周波数を微妙にずらすことによって、励振タイミングが若干異なるようになる。これにより、アンテナ偏波面を変更することができる。
【０１０６】
（開示の一態様の概要）
本開示の第１の無線モジュールは、無線回路の実装部品を搭載する第１基板と、前記第１基板に対して積層して配置する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に前記実装部品を搭載可能な間隔を形成し、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続する接続部材と、前記接続部材の信号経路が所定のインピーダンスとなるように配置した導電部材と、を備える。
この構成により、例えばミリ波帯等の高周波帯にて使用する無線モジュールを構成する場合に、接続部材の信号経路のインピーダンス整合をとることができ、インピーダンス不連続と放射による損失を抑制できる。
【０１０７】
本開示の第２の無線モジュールは、上記第１の無線モジュールであって、
前記接続部材は、信号経路を形成する導体を含むものであり、前記導電部材は、前記接続部材の導体に対して所定距離を離れた位置に配置され、前記第１基板または前記第２基板のグランドと接続される。
【０１０８】
本開示の第３の無線モジュールは、上記第２の無線モジュールであって、
前記接続部材は、導体の部材であり、前記導電部材は、前記接続部材と別部材である。
【０１０９】
本開示の第４の無線モジュールは、上記第２の無線モジュールであって、
前記接続部材は、信号線導体と、前記信号線導体に対して所定距離を離れた位置に配置され前記導電部材として機能するグランド導体とを含むものである。
【０１１０】
本開示の第５の無線モジュールは、上記第４の無線モジュールであって、
前記グランド導体の接続部材と接続される前記第１基板または前記第２基板に形成された配線パッドと、前記配線パッドと前記第１基板または前記第２基板のグランドとを接続するヴィアとを備える。
【０１１１】
本開示の第６の無線モジュールは、アンテナ部が設けられるアンテナ実装面側からピックアップされる無線モジュールであって、前記アンテナ部が実装されるモジュール基板と、前記モジュール基板の前記アンテナ実装面において、前記アンテナ部を含む電子部品がモールドされたモールド部と、を備える。
この構成により、無線モジュールのアンテナ実装面に電子部品が実装されている場合であっても、モールド部によってアンテナ部と電子部品との段差によるピックアップ時の干渉を防止でき、無線モジュールをアンテナ実装面側から容易にピックアップすることができる。
【０１１２】
本開示の第７の無線モジュールは、上記第６の無線モジュールであって、更に、
前記モールド部の周端面における前記アンテナ部と対向する位置に、前記アンテナ部による電波の送受を補助する導波部を備える。
【０１１３】
本開示の第８の無線モジュールは、上記第７の無線モジュールであって、
前記導波部がモールド部上に設けられた領域は、前記アンテナ部が前記モジュール基板上に設けられた領域よりも大きい。
【０１１４】
本開示の第９の無線モジュールは、上記第６の無線モジュールであって、
前記モールド部の周端面における前記アンテナ部と対向する位置から所定距離離れた位置に、前記アンテナ部による電波の送受を補助する導波部を備える。
【０１１５】
本開示の第１０の無線モジュールは、上記第６から第９のいずれかの無線モジュールであって、
前記導波部は、前記モールド部の周端面において、前記アンテナ部が前記アンテナ実装面において設けられた領域から所定角度回転された領域に設けられる。
【０１１６】
本開示の第１１の無線モジュールは、上記第６から第９のいずれかの無線モジュールであって、
前記導波部の共振周波数と前記アンテナ部の共振周波数とが異なる。
【０１１７】
なお、本開示は、本開示の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本開示の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【０１１８】
本出願は、２０１１年１２月２日出願の日本特許出願（特願2011-265019）、及び２０１１年１２月７日出願の日本特許出願（特願2011-268042）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本開示は、高周波帯にて使用する無線モジュールを構成する場合に、インピーダンス不連続と放射による損失を抑制できる効果を有し、例えば、ミリ波帯等の無線通信に用いる半導体素子等を実装した無線モジュール等として有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１１  第１基板
１２  第２基板
１３  半導体素子
１４  受動素子
１５、２８  配線パターン
１６、２４、２７、２９、１０２、１１２  グランドパターン
１７、１９、２６  配線パッド
１８、４１、５１、６１、７１  接続部材
２０  アンテナ
２１  貫通ヴィア
２２  封止樹脂
２３、２５、３１、３５  導電部材
４２、６２、７２  信号線導体
４３、５３、６３、７３  絶縁部材
４４、６４、７４  グランド導体
５２  信号用ヴィア
５４  グランド用ヴィア
１０１、１１３  ヴィア
１１１  接続部材側配線
２１１  モジュール基板の第１の面（アンテナ実装面）
２１２  モジュール基板の第２の面
２１３  モールド部の周端面（モールド面）
３００、３００Ｂ  無線モジュール
３１０  モジュール基板
３２０  アンテナ部
３３０  Ｔｃｘｏ
３４０  チップ部品
３５０  ＩＣ部品
３６０  枠基板
３６１  電極
３７０  モールド部
３８０  導波部
４００  セット基板
【図１】
0005909707.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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