(57)【要約】 【課題】  温度変化の激しい環境下でも、回路基板への実装状態を高い信頼性で維持することができ、熱膨張率に起因するはんだ等の基板接合部分の損傷を低減させることができる。【解決手段】  チップアンテナ１は、チップ状の基板１１と、この基板１１の上下面に形成された導電パターン１２とを備えたチップアンテナ１であって、基板１１が、搭載する基板とほぼ等しい熱膨張率の基材でできている構成とする。また、チップアンテナ１の製造方法は、上下面に銅箔が形成された樹脂製の基板１１にスルーホール１５を穿設する工程と、このスルーホール１５に導電体をメッキ形成する工程と、所定の導電パターンとなるように銅箔をパターンエッチングする工程と、このパターンエッチングする工程後に前記基板１１をスクライブ加工してチップ状とする工程とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ状の基板と、該基板の上下面に形成された導電パターンとを備えたチップアンテナであって、
前記基板が、搭載する基板とほぼ等しい熱膨張率の基材でできていることを特徴とするチップアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のチップアンテナにおいて、
前記導電パターンが、前記基板の上面に形成されている上面導電パターンと前記基板の下面に形成されている下面導電パターンとを備え、
前記上面導電パターンと前記下面導電パターンとが、前記基板の上下面を貫通するスルーホール内の導体を介して交互に接続され、基板の長手方向に沿って螺旋状の導電パターンが形成されていることを特徴とするチップアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のチップアンテナにおいて、
前記基板が、セラミックス粉末が混合されたエポキシ樹脂で形成されていることを特徴とするチップアンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のチップアンテナの製造方法であって、
上下面に銅箔が形成された樹脂製の基板にスルーホールを穿設する工程と、該スルーホールに導電体をメッキ形成する工程と、所定の導電パターンとなるように銅箔をパターンエッチングする工程と、該パターンエッチングする工程後に前記基板をスクライブ加工してチップ状とする工程とを有することを特徴とするチップアンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップアンテナ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用無線通信端末や車載機器等は、小型化，薄型化が要求されており、これらに搭載される電子部品も小型化が要求されている。搭載される部品の中でもアンテナは構成部品の中で比較的大きな部品となる。この問題を解決するために、回路基板上に表面実装されるチップアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、導体を巻回させたヘリカルアンテナを携帯電話機等に用いる場合、螺旋状の導体を保持する必要があるため、部品数の増加によるコストの増加等が生じる。このため、部品実装基板の両面に直接設けられた導体パターンとスルーホールとを接続することにより螺旋形状を構成し、ヘリカルアンテナを形成する構造が提案されている（例えば、特許文献２，３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１２４７２５号公報  （第８頁、第２図）
【特許文献２】特開平１０−８４２１６号公報  （第４頁、第１図）
【特許文献３】特開２００２−１１８４１１号公報  （第９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術には以下のような課題が残されている。特許文献１に記載のチップアンテナでは、積層された誘電体または磁性体がセラミックスで形成され、樹脂材料からなる回路基板にはんだ付けにより接続される。このため、このチップアンテナを車載用に使用し、大きな温度変化が生じた場合、回路基板とチップアンテナとの熱膨張率の相違によって、回路基板とチップアンテナとの接続部に強いストレスが加わり、この部分に亀裂等が発生するおそれがある。
【０００５】
一方、アンテナ部品を実装する際には、実装状態で最終的に使用される条件によって、アンテナの入力インピーダンス及びアンテナ動作周波数の調整を行う必要がある。特許文献１のチップアンテナの場合は、回路基板に実装する際、特性の異なるチップアンテナに取り換えれば良いが、特許文献２，３に記載の通信機器に用いられるアンテナは、このような使用用途ごとあるいは使用条件ごとの調整を行う場合、回路基板に直接アンテナパターンが形成されているため、設計変更して新規に回路基板ごと作り直す必要があり、コストが増加するという問題があった。
【０００６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、温度変化の激しい環境下でも、回路基板への実装状態を高い信頼性で維持することができ、熱膨張率に起因するはんだ等の基板接合部分の損傷を低減させることができるチップアンテナ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
本発明に係るチップアンテナは、チップ状の基板と、該基板の上下面に形成された導電パターンとを備えたチップアンテナであって、前記基板が、搭載する基板とほぼ等しい熱膨張率の基材でできていることを特徴としている。
この発明によれば、基板が樹脂で形成されているため、樹脂材料で形成された表面実装用基板に搭載した際に、基板と表面実装用基板との熱膨張率がほぼ同一である。これにより、激しい温度変化にある環境下においても、熱膨張率差に起因して生じる基板の膨張または収縮によるはんだ等の基板接合部分のひび割れを防ぐことが可能となり、また、基板に加わる応力も低減することができる。
【０００８】
また、本発明に係るチップアンテナは、前記導電パターンが、前記基板の上面に形成されている上面導電パターンと前記基板の下面に形成されている下面導電パターンとを備え、前記上面導電パターンと前記下面導電パターンとが、前記基板の上下面を貫通するスルーホール内の導体を介して交互に接続され、基板の長手方向に沿って螺旋状の導電パターンが形成されていることを特徴としている。
この発明によれば、スルーホールを介して導電パターンを螺旋形状とすることにより、基板外周を巻回するように形成した従来の螺旋パターンのチップアンテナに比べて電気長を高精度に得ることができる。すなわち、スルーホールの位置によって導体パターン長を決定しているため、基板寸法の製造ばらつきに起因して生じる導電パターン長のばらつきが抑制される。特に、基板が樹脂材料であるため、従来のセラミックスに比べて容易かつ高精度にスルーホールの穿設が可能である。
【０００９】
また、本発明に係るチップアンテナは、前記基板が、セラミックス粉末が混合されたエポキシ樹脂で形成されていることを特徴としている。
この発明によれば、エポキシ樹脂に混合させるセラミックス粉末の混合割合を変えることにより、基板の誘電率を変えることができる。これにより、導電パターンの電気長を変えることができるため、チップアンテナを用途に応じた特性に調整することが可能となる。
【００１０】
本発明に係るチップアンテナの製造方法は、上記本発明のチップアンテナを製造する方法であって、上下面に銅箔が形成された樹脂製の基板にスルーホールを穿設する工程と、該スルーホールに導電体をメッキ形成する工程と、所定の導電パターンとなるように銅箔をパターンエッチングする工程と、該パターンエッチングする工程後に前記基板をスクライブ加工してチップ状とする工程とを有することを特徴としている。
この発明によれば、先にスルーホールを穿設しておくので、スクライブ加工でチップ幅に多少のずれが生じても螺旋パターンの電気長を高精度に得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、この発明に係るチップアンテナ及びその製造方法によれば、基板が樹脂によって形成されているため、温度変化によって生じる基板と表面実装用基板との接合面に加わる応力が低減される。したがって、実装強度の信頼性が保たれた高品質なチップアンテナを実現することが可能となり、温度変化の差が厳しい車載用等にも用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るチップアンテナ及びその製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係るチップアンテナ１は表面実装用基板２に表面実装され、携帯電話，携帯情報端末及び無線ＬＡＮの端末機器や自動車に搭載される情報機器等に用いられるアンテナ装置３として用いられる。
【００１３】
チップアンテナ１は、図１に示されるように、チップ状の樹脂製の基板１１と、この上下面に形成されている銅箔等の導電パターン１２とを有している。この導電パターン１２は、基板１１の上面に形成されている上面導電パターン１３と、基板１１の下面に形成されている下面導電パターン１４とを有している。上面導電パターン１３は基板１１の幅方向に対して斜めに配されており、下面導電パターン１４は、基板１１の幅方向に向かって形成されている。また、基板１１には、上下面を貫通するスルーホール１５が複数形成され、その内壁にはＣｕあるいはＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ等の導体がメッキ形成されている。そして、この上面導電パターン１３と下面導電パターン１４とはスルーホール１５内の導体を介して相互に接続され、基板１１の長手方向に沿って螺旋状の導電パターン１２が形成されている。
【００１４】
また、基板１１は、高周波帯域において比誘電率（εｒ）、比透磁率（μｒ）が安定している材料で形成されているのが好ましい。本実施形態では、ガラス布基材エポキシ樹脂（以下エポキシ樹脂と略す）からなる基板１１を用いている。また、基板１１の大きさは、長さＬ＝１３．５ｍｍ、幅Ｗ＝３．０ｍｍ、厚みt＝０．８ｍｍである。
【００１５】
このチップアンテナ１はλ／４接地アンテナとされており、上面導電パターン１３の一端には給電パッド１６と給電端子１７とが設けられている。なお、供給端子１７は基板１１の側面に形成された凹部に形成されている。このチップアンテナ１を表面実装用基板２に実装する場合、給電端子１７と表面実装用基板２上の実装用導電パターン２１とをはんだ付けすることにより、チップアンテナ１が表面実装用基板２に電気的及び機械的に接続される。一方、上面導電パターン１３の他端は放射端１８（開放端）となっている。
さらに、基板１１には、側面の凹部に接地端子１９及び３つの固定用端子２０が設けられている。
【００１６】
表面実装用基板２は、上述した基板１１と同様のガラス布基材エポキシ樹脂からなり、表面に設けられた実装用導電パターン２１を介して図示しない無線通信装置本体に対して電気的に接続されている。
【００１７】
また、表面実装用基板２は、表面にはんだ付け用のランドである金属パッド２２が複数箇所設けられている。この金属パッド２２は、チップアンテナ１の給電端子１７と電気的、機械的に接続される給電用金属パッド２２ａと、チップアンテナ１の接地端子１９に電気的、機械的に接続される接地用金属パッド２２ｂと、チップアンテナ１の固定用端子２０と機械的に接続される固定用金属パッド２２ｃとを有している。すなわち、接地用金属パッド２２ｂ及び固定用金属パッド２２ｃは、チップアンテナ１が実装される領域で、上記４つの端子に対応する位置にそれぞれ設けられている。また、これらの接地用金属パッド２２ｂ及び固定用金属パッド２２ｃは、その一部をチップアンテナ１が実装される領域外まで延在させて設けられている。
接地用金属パッド２２ｂは、グランドに電気的に接続されており、これによってチップアンテナ１の導電パターン１２がグランドに接地されている。
【００１８】
このようにしてチップアンテナ１は、給電端子１７を給電用金属パッド２２ａに、接地端子１９を接地用金属パッド２２ｂに、固定用端子２０を固定用金属パッド２２ｃにそれぞれはんだ付けされることによって表面実装用基板２に表面実装される。
また、接地用金属パッド２２ｂ及び固定用金属パッド２２ｃは、その一部を、チップアンテナ１が実装される領域外まで延在させて設けられているので、この部分とチップアンテナ１の側面との間には、はんだフィレットが形成されている。
【００１９】
なお、上面導電パターン１３の線間距離ｈが
【００２０】
【数１】
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となる様にした。
【００２１】
これは、この数１により求められる値より小さくｈを設けるとすると、共振周波数の帯域幅が狭くなってしまうからである。２．４５ＧＨｚ（使用バンドの中心周波数）における真空中波長は１２２．４５ｍｍ、基板の誘電率が４とすれば、ｈの下限値０．１ｍｍが求まる。
つまり、使用バンドの中心周波数と基板１１を形成する材料の比誘電率とにより、線間距離の下限値ｈを求めることができる。
【００２２】
以下、このように構成されるチップアンテナの製造方法について、図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、多数個取りが可能な面積の基板コア（ガラス布基材エポキシ樹脂）１１ａの上下面全面に銅からなる圧延銅箔あるいは電解銅箔を熱圧着することにより、導体膜３０を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、導体膜３０が形成された樹脂製原板１１ａの所定位置にスルーホール１５を穿設する。そして、このスルーホール１５内壁に銅メッキ膜を形成する（図３（ｃ）参照）。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、導体膜３０上に、紫外線反応型レジスト等のフォトレジスト（ネガ型、ポジ型のいずれでも良い）を塗布してレジスト層３１を形成する。そして、このレジスト層３１上に、非遮光部３２ａと遮光部３２ｂとを有するフォトマスク３２を設置した状態で、紫外光等の光源を用いてフォトレジスト層３１を露光する。なお、本実施形態ではネガ型フォトレジストを用いている。
そして、露光工程が終了した後、現像処理を行う。ここで、ネガ型のフォトレジストは溶剤に溶ける性質を持っているため、図３の（ｅ）に示すように、光化学反応によって光が照射されたレジスト層３１は、溶剤に不溶となり、残ることになる。そして、導体膜３０上に、形成したい導体パターンと同形状のマスクパターン３３を形成する。
【００２４】
さらに、マスクパターン３３が形成された導体膜３０に、エッチングを施して、導体膜３０においてマスクパターン３３から露出されている領域を除去し、さらにマスクパターン３３も除去することで、図３（ｆ）に示すように、基板１１上に所望の形状の導体パターン３４を形成する。そして、スクライブ加工を行って、チップ状とすることによりチップアンテナ１を得る。
また、スクライブ加工の際、スクライブ加工機器の誤差により、図４（ａ）に示す本来のスクライブライン（実線Ａ）ではなく、破線Ｂに示すような位置で切断してしまうおそれがある。このように切断された場合、図５に示すように、給電パッド１６と供給端子１７及び接地端子１９とがショートしてしまう。これを回避するために、図４（ｂ）に示すように、供給パッド１６には隣接するチップアンテナ１の給電パッド１６，供給端子１７及び接地端子１９と繋がらないように切り欠け部３５が形成されている。
【００２５】
このように、本実施形態に係るチップアンテナの製造方法は、スルーホール１５を介して導電パターン１２を螺旋形状とすることにより、電気長を高精度に得ることができる。すなわち、スルーホール１５の位置によって導体パターン長を決定しているため、基板１１の寸法の製造ばらつきに起因して生じる導電パターン長のばらつきが抑制される。すなわち、従来のセラミックスは孔加工した後に焼成するため、収縮が生じることになり、また、焼成した後硬く・脆性な性質を有することになる。したがって、本実施形態のように樹脂材料の基板を用いることにより、セラミックスのブロックに穿設しようとする場合に比べて容易かつ高精度にスルーホール１５の穿設が可能である。また、セラミックス基板の場合、パターンを形成する際、スクリーン印刷・焼成をする必要が生じるため、複数個並べられるような冶具を用いても、並べられる個数は制限されることになる。しかしながら、樹脂基板の場合、パターン形成は光加工によるレジスト形成及びエッチングを用いているため、パターン形成を一括処理することが可能となり、量産性にも優れている。
また、先にスルーホール１５を穿設しておくので、スクライブ加工機器の誤差等により、所定の位置より基板１１の内側をスクライブ加工した場合においても、導電パターンの電気長が変化することはない。したがって、個々のチップアンテナ１の特性のばらつきを低減することができる。
【実施例】
【００２６】
本実施形態のチップアンテナ１を表面用実装基板２に実装したアンテナ装置に繰り返しの温度変化が加わった際の信頼性を評価するために、以下に示す温度サイクル試験を行った。
この温度サイクル試験は、上記アンテナ装置を、所定の温度まで冷却して所定の時間保持した後に続けて所定の温度まで加熱して所定の時間保持し、これを１サイクルとして複数サイクル繰り返すことで、アンテナ装置に繰り返しの温度変化を生じさせるものである。
【００２７】
この試験では、上記の一実施形態で示したアンテナ装置３を用意した。ここで、チップアンテナ１及び表面実装用基板２は、熱膨張率が１３〜１６ｐｐｍ／℃のエポキシ樹脂を用いたものであって、表面実装用基板２の金属パッド２２に対して、上記実施形態で示したように、はんだ付けによって表面実装をおこなった。
【００２８】
この温度サイクル試験では、５基の試料を用意し、これらのアンテナ装置３を−５５℃に冷却して３０分保持し、続いて１２５℃に加熱して３０分保持することで前記１サイクルを構成している。これら試料に対して上記サイクルを繰り返して、２０００サイクルを経た時点で、各試料について、試験前及び試験後のそれぞれにおけるＶ.Ｓ.Ｗ.Ｒが３のときの共振周波数の上限周波数（ｆＨ）と下限周波数（ｆＬ）とを測定した。この結果を次の表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
通信に使用される帯域は、２４００ＭＨｚ〜２４８４ＭＨｚであるため、帯域幅は８４ＭＨｚとなる。ここで、表１に示すように、上限周波数（ｆＨ）から下限周波数（ｆＬ）を差し引いた帯域幅は約２５０ＭＨｚであるため、十分に広い帯域幅となっている。また、試験前（ａ）及び試験後（ｂ）のそれぞれにおける上限周波数（ｆＨ）及び下限周波数（ｆＬ）の変化は２０ＭＨｚ以下である。これらのことにより、携帯用無線端末や車載機器等に用いられるアンテナ装置として十分な性能を有しているといえる。さらに、外観検査の結果、はんだ付け部にクラックが認められた試料は一つもなく高い信頼性を有していることが分かる。
【００３１】
この試験結果から分かるように、本実施形態のように、エポキシ樹脂で形成されている基板１１を用いることにより、温度変化による歪みが発生することはないため、金属パッド２２に加わる応力が低減されて、金属パッド２２及びはんだ付け部の損傷が防止される。したがって、チップアンテナ１の電気的接続の信頼性及び表面実装用基板２への強度の信頼性が保たれた高品質なアンテナ装置３を実現することが可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態において、チップアンテナ１の材料としてエポキシ樹脂を用いたが、これに代えて、セラミックス粉末とエポキシ樹脂とを混合させた材料であっても良い。この場合、エポキシ樹脂に混合させるセラミックス粉末の混合割合を変えることにより、基板１１の誘電率を変えることができる。これにより、エポキシ樹脂の熱膨張率を維持しながら、基板１１の比誘電率を大きくすることが可能となる。したがって、チップアンテナ１の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るチップアンテナを示す両側面図（ａ，ｃ），平面図（ｂ）及び底面図（ｄ）である。
【図２】本発明の一実施形態に係る表面実装用基板の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るチップアンテナの製造方法を工程順に示す要部断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るチップアンテナの製造方法のスクライブ加工前の状態でスクライブラインのずれを示す平面図及び切り欠け部を示す要部拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るチップアンテナの製造方法のスクライブ加工前の状態でスクライブラインのずれを示す平面図及び切り欠け部がない場合を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  チップアンテナ
１１  基板
１２  導電パターン
１３  上面導電パターン
１４  下面導電パターン
１５  スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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