(57)【要約】【課題】基板に実装された状態で基板全体の低背化が可能で、コストダウンも期待できるアンテナモジュールを提供する。【解決手段】モジュール用基板１０の上面１１に実装されたアンテナ素子２０と、モジュール基板の下面１２に実装されて、アンテナ素子からの信号を処理する電子回路がシールドケース内に納められた受信回路ユニット３０とを備えたアンテナモジュール１であって、前記モジュール基板は、下面における前記受信回路ユニットの実装領域の周囲の余白１４に、当該受信回路ユニットと信号の入出力を行うための表面実装用の複数のモジュール側パッド１３が形成されている。【選択図】図１
2012028930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール用基板の一方の面を上面として、当該上面に実装されたアンテナ素子と、前記モジュール基板の下面に実装されて、アンテナ素子からの信号を処理する電子回路がシールドケース内に納められた受信回路ユニットとを備えたアンテナモジュールであって、前記モジュール基板は、下面における前記受信回路ユニットの実装領域の周囲の余白に、当該受信回路ユニットと信号の入出力を行うための表面実装用の複数のモジュール側パッドが形成されていることを特徴とするアンテナモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の前記受信回路ユニットからの信号を処理する電子回路が印刷配線基板上に形成されてなるマザーボードに、前記アンテナモジュールが実装されてなるアンテナモジュール実装基板であって、
前記マザーボードは、一方の面をおもて面として、表裏を貫通して前記受信回路ユニットの外形に沿う形状に開口するモジュール実装口と、前記複数のモジュール側パッドのそれぞれに対応して前記おもて面における前記モジュール実装口の周囲に配設された基板側パッドとを備え、
前記モジュール用基板の下面と前記マザーボードのおもて面とが対面した状態で、前記受信回路ユニットが前記モジュール実装口に挿入されているとともに、前記複数のモジュール側パッドと前記基板側パッドとが表面実装技術により半田付けされて、前記アンテナモジュールが前記印刷配線基板に実装されている
ことを特徴とするアンテナモジュール実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ信号受信用アンテナなどのアンテナ素子とその周辺回路を一つの電子部品として一体にしたアンテナモジュール、およびそのアンテナモジュールを実装した基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やデジタルカメラなどの電子機器は、多機能化の一途を辿る一方で、さらなる小型化も進んでいる。例えば、携帯電話機やデジタルカメラにはＧＰＳ機能が搭載され、携帯電話機をナビゲーション装置として使用したり、撮影場所の位置情報を記録したりすることができるようになっている。
【０００３】
ところで、ＧＰＳ機能など、電波により受信した無線信号を用いて高度な演算処理を行わせる機能を電子機器に搭載する場合、その機器内に、アンテナ素子と、そのアンテナ素子が受信した信号を処理する電子回路とを内蔵させることになる。従来は、アンテナ素子を機器内の適宜な場所に配置するとともに、当該アンテナ素子からの信号を処理する受信回路や電子機器本体の制御を行ったりするための実質的なコンピューターに相当する回路などを実装した基板（マザーボード）を機器内に内蔵させていた。そして、アンテナ素子とマザーボード上の受信回路とは、同軸ケーブルなどを用いて接続していた。
【０００４】
また、最近では、アンテナ素子からの同軸ケーブルの引き回しを不要としつつ、マザーボード上の受信回路の実装スペースを節約することができるアンテナモジュールと呼ばれる電子部品がある。アンテナモジュールは、受信回路とアンテナ素子とを一体化したものであり、マザーボード上の受信回路と同様の機能を集積したＩＣなどを高密度実装した基板をシールドケース内に納めた電子部品（以下、受信回路ユニット）と、アンテナ素子とを上下に積層した構造である。そして、アンテナモジュールは、受信回路ユニット内部の端子からユニット外に導出されたリードピンをマザーボード上に半田付けしたり、受信回路ユニット内部の端子に接続されたコネクタを用いたりすることで、マザーボード上に実装される。なお、以下の非特許文献１には、受信回路ユニットやアンテナモジュールに相当する各種電子部品が具体的に記載されている。また、以下の非特許文献２には、ＧＰＳ信号受信用の受信回路ユニット（ＧＰＳモジュール）の回路構成などが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ポジション株式会社、”製品情報一覧”、[online]、[平成２２年７月１２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.posit.co.jp/seihin/index.html＞
【非特許文献２】ソニー株式会社、”ＣＸ−ＰＡＬ５７号「世界初。ソニー独自のRF内蔵CMOS I chip GPS」”、[online]、[平成２２年７月１２日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.sony.co.jp/Products/SC-HP/cx_pal/vol57/pdf/cxd2951.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電波により受信した無線信号を用いて高度な演算処理を行わせる機能を電子機器に搭載する際、アンテナ素子と受信回路を同軸ケーブルなどを用いて接続する方式を採用すると、電子機器の内部には、そのケーブルを取り回すための大きなスペースが必要となり、電子機器の小型化が難しい。また、従来のアンテナモジュールを用いる方式では、アンテナ素子と受信回路ユニットとを積層しているため、アンテナモジュールをマザーボード上に実装すると、そのアンテナモジュールが実装された状態のマザーボード（以下、アンテナモジュール実装基板）全体の厚さが嵩み、低背化が困難となる。したがって、この場合では、電子機器に対するさらなる小型化への要求に応えることができない。
【０００７】
また、従来のアンテナモジュールは、アンテナ素子と受信回路ユニットとが一体不可分となっているため、部品の調達コストの削減や、電子機器のさらなる小型化を目的として、単体のアンテナ素子と受信回路ユニットとを組み合わせて用いたい、という要求に応えることができない。すなわち汎用性や設計変更の容易性に欠けている。
【０００８】
そこで、単体のアンテナ素子と受信回路ユニットを小さな基板（モジュール基板）の表裏に実装したアンテナモジュールを用いる方式が考えられる。そして、このようなアンテナモジュールでは、普通、モジュール基板における受信回路ユニットの実装面側にコネクタを備えさせ、そのコネクタをマザーボード側のコネクタに装着することでマザーボード上に実装する。このようなモジュール基板を用いたアンテナモジュールでは、確かに、単体部品の低背化によって、アンテナモジュール全体の厚さが薄くなり、最終的にアンテナモジュール実装基板の低背化もある程度期待できる。しかし、アンテナ素子と受信回路ユニットとを積層した構造である以上、アンテナモジュールの低背化には限界がある。
【０００９】
また、受信回路ユニットは、ＩＣを内蔵して多くの端子を備えていることから、アンテナモジュールは、多ピンのコネクタを用いてマザーボード上に実装されることになる。そのため、モジュール基板には、コネクタを実装するための面積が必要となり、マザーボード上におけるアンテナモジュールの実装面積が大きくなる。したがって、マザーボードの実装密度が低下し、アンテナモジュールとともに機器に内蔵されるマザーボード自体の小型化が困難となる。結果的に、機器のさらなる小型化が困難となる。さらに、電子機器をより多機能、より高性能なものにするために、受信回路ユニットの機能や性能が増強されれば、受信回路ユニットの端子数がさらに多くなることが予想され、電子機器の高性能化と小型化との両立が、今後、さらに難くなる。
【００１０】
もちろん、モジュール基板を用いた従来のアンテナモジュールでは、コネクタが必要であることから、部品点数が増加し、コストアップの要因となる。さらに、コネクタのみによる実装では強度不足が懸念されることから、場合によっては、受信回路ユニットのシールドケースをマザーボードに接着することもある。この接着工程の追加もコストアップの要因となる。したがって、安価なアンテナ素子や受信回路ユニットを使用することよるコストダウン効果を製造コストの増加によって相殺してしまう可能性がある。
【００１１】
そこで本発明は、マザーボードに実装された際に、その実装高を低背化することが可能で、コストダウンも期待できるアンテナモジュールを提供することを目的としている。また、当該アンテナモジュールの実装方法を工夫することで、実装高を可能な限り低くしたアンテナモジュール実装基板を提供することも目的としている。なお、その他の目的は以下の記載で明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、モジュール用基板の一方の面を上面として、当該上面に実装されたアンテナ素子と、前記モジュール基板の下面に実装されて、アンテナ素子からの信号を処理する電子回路がシールドケース内に納められた受信回路ユニットとを備えたアンテナモジュールであって、前記モジュール基板は、下面における前記受信回路ユニットの実装領域の周囲の余白に、当該受信回路ユニットと信号の入出力を行うための表面実装用の複数のモジュール側パッドが形成されていることを特徴とするアンテナモジュールとしている。
【００１３】
また、前記アンテナモジュールにおける前記受信回路ユニットからの信号を処理する電子回路が印刷配線基板上に形成されてなるマザーボードに、前記アンテナモジュールが実装されてなるアンテナモジュール実装基板も本発明の範囲である。そして、当該アンテナモジュール実装基板は、前記受信回路ユニットからの信号を処理する電子回路が印刷配線基板上に形成されてなるマザーボードに、前記アンテナモジュールが実装されてなるアンテナモジュール実装基板であって、前記マザーボードは、一方の面をおもて面として、表裏を貫通して前記受信回路ユニットの外形に沿う形状に開口するモジュール実装口と、前記複数のモジュール側パッドのそれぞれに対応して前記おもて面における前記モジュール実装口の周囲に配設された基板側パッドとを備え、前記モジュール用基板の下面と前記マザーボードのおもて面とが対面した状態で、前記受信回路ユニットが前記モジュール実装口に挿入されているとともに、前記複数のモジュール側パッドと前記基板側パッドとが表面実装技術により半田付けされて、前記アンテナモジュールが前記印刷配線基板に実装されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアンテナモジュールによれば、マザーボードに実装された際に、マザーボードにおける実装高を低くしたり、実装面積を小さくしたりすることができ、コストダウンも期待できる。また、電子機器の高性能化にも柔軟に対応することができる。
【００１５】
そして、本発明のアンテナモジュールを実装したアンテナモジュール実装基板に係る発明によれば、アンテナモジュールの実装高を含めた基板全体の厚さを薄くすることができ、当該実装基板を内蔵させる機器の小型化に寄与する。結果として、本発明によれば、電子機器のさらなる高性能化とさらなる小型化とを両立させるとともに、電子機器をより安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例におけるアンテナモジュールの斜視図である。
【図２】上記アンテナモジュールの三面図である。
【図３】その他の実施例に係るアンテナモジュールの概略図である。
【図４】上記アンテナモジュールが実装されるマザーボードの概略図である。
【図５】本発明の実施例におけるアンテナモジュール実装基板の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＝＝＝アンテナモジュール＝＝＝
本発明のアンテナモジュールの実施例として、ＧＰＳ用のアンテナモジュールを挙げる。図１、２に本実施例におけるアンテナモジュール１の外観図を示した。ここで、図１に示したように上下関係を便宜的に規定する。図１（Ａ）に、アンテナモジュール１の上面１１側からの斜視図を示し、（Ｂ）に、下面１２側からの斜視図を示した。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に、それぞれ、図１に示したアンテナモジュール１の側面図、上面１１側の平面図、下面１２側の平面図を示した。これらの図に示したように、本実施例のアンテナモジュール１は、上述したモジュール基板１０を用いたものであり、矩形の小さなモジュール基板１０の上面１１に、箱状のアンテナ素子２０が実装されているともに、下面１２に受信回路ユニット３０が実装された構造となっている。
【００１８】
アンテナ素子２０は、誘電体セラミックス製で、その上面にはアンテナ電極２１が形成されている。受信回路ユニット３０は、アンテナ素子２０からの微弱信号を増幅するとともに、その増幅信号を処理して位置情報を計算して出力したり記憶したりする動作を行う受信回路をシールドケース内に収納したものである。概略的には、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）やＳＡＷフィルタなどの電子部品をはじめ、高周波信号をベースバンド信号に変換したり、ベースバンド信号を処理して位置情報を計算して出力したりするための専用のＩＣ、および位置情報などを記憶するメモリーなどが高密度実装された回路基板をシールドケース内に納めたものである。そして、アンテナ素子２０のアンテナ電極２１と受信回路ユニット３０のＬＮＡが、モジュール基板１０の上下面（１１，１２）を貫通する給電電極２２を介して電気的に接続されている。そして、このアンテナモジュール１が、受信回路ユニット３０が出力する位置情報を処理したり、自身が組み込まれる電子機器自体を制御したりするための電子回路が形成されたマザーボードに実装される。
【００１９】
アンテナ素子２０の形状は、モジュール基板１０の平面形状にほぼ一致する略矩形平面を有する箱状である。受信回路ユニット３０の外形もアンテナ素子２０と同様に箱状であるが、アンテナ素子２０より扁平で、平面サイズもアンテナ素子２０より小さい。ここに例示したアンテナモジュール１では、モジュール基板１０の平面形状は、長辺と短辺の差が小さな正方形に近い長方形で、受信回路ユニット３０は、その長方形の中央に実装されている。したがって、モジュール基板１０の下面１２には、短辺側の縁部に余白１４が生じることになる。そして、この余白１４部分に、受信回路ユニット３０とマザーボード上の電子回路とを接続するための表面実装用のパッド（モジュール側パッド）１３が複数形成されている。
【００２０】
このように、本発明の実施例におけるアンテナモジュール１では、モジュール基板１０の表裏にアンテナ素子２０と受信回路ユニット３０を個別に実装しているため、個別のアンテナ素子２０と受信回路ユニット３０とを自由に組み合わせることができ、汎用性や設計変更の容易性が向上する。また、より安価なアンテナ素子２０や受信回路ユニット３０を使用することもできる。さらに、コネクタが不要であるため、アンテナモジュール１をより安価に提供することができるともに、モジュール基板１０の面積を小さくすることができる。受信回路ユニット３０の多機能化に伴い、受信回路ユニット３０とマザーボードとの信号入出力経路が多くなっても、モジュール基板１０の下面１２にその経路の数に応じたモジュール側パッド１３を形成し、そのパッド１３と受信回路ユニット３０内の端子とを印刷配線などを介して接続すればよく、電子機器の小型化を阻害することなく電子機器の高性能化に容易に対応することができる。また、モジュール側パッド１３は、図１、２に示した例に限らず、図３に示したアンテナモジュール１ｂのように、受信回路ユニット３０の実装領域の全周囲に設けた余白１４に形成してもよく、モジュール側パッド１３の面積をさらに狭小にすれば、極めて多数のモジュール側パッド１３を形成することが可能となる。
【００２１】
＝＝＝マザーボード＝＝＝
図４は、本実施例のアンテナモジュール１が実装されるマザーボード４０の概略図であり、当該マザーボード４０の一方の面４７で、アンテナモジュール１が実装される側の平面図を示している。ここで、マザーボード４０における一方の面４７および他方の面と、アンテナモジュール１におけるモジュール基板１０の上面１１および下面１２との相対位置関係を把握しやすくするために、マザーボード４０における一方の面を、便宜上「おもて面」４７とし、他方の面を「裏面」とする。そして、マザーボード４０は、そのおもて面４７、あるいは裏面、あるいはその両面には印刷配線４４が形成された印刷配線基板４１と、その印刷配線基板４１上に実装された電子部品４５とから構成されている。さらに、印刷配線基板４１の表裏を貫通する略矩形の穴（モジュール実装口）４２が形成されている。
【００２２】
モジュール実装口４２の開口形状は、受信回路ユニット３０の平面形状に沿った形状となっている。また、マザーボード４０のおもて面４７において、モジュール実装口４２の周囲で、かつ矩形の対向する２辺４６の縁には、アンテナモジュール１の下面１２に形成されているモジュール側パッド１３に対応するパッド（基板側パッド）４３が形成されている。なお、図３に示したアンテナモジュール１ｂを用いる場合では、モジュール実装口４２の全周の縁に基板側パッド４３が形成されることになる。
【００２３】
＝＝＝アンテナモジュール実装基板＝＝＝
図５は、本発明の実施例におけるアンテナモジュール実装基板（以下、実装基板）５０の構造図である。図５（Ａ）は、実装基板５０をマザーボード４０のおもて面４７側から見たときの平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面図である。また、（Ｃ）は、（Ｂ）における円１００内の拡大図である。そして、当該実装基板５０は、図１、２に示したアンテナモジュールを、図４に示したマザーボード４０に実装したものである。
【００２４】
実装基板５０において、アンテナモジュール１は、受信回路ユニット３０を下方にして、すなわち、モジュール基板１０の下面１２とマザーボード４０のおもて面４７とが対面した状態でマザーボード４０に実装されている。アンテナモジュール１は、マザーボード４０に実装されている状態では、受信回路ユニット３０が、マザーボード４０に形成されているモジュール実装口４２に挿入されて、受信回路ユニット３０の下面３１が、マザーボードの裏面４８に露出している。また、モジュール基板１０の下面１２に形成されている複数のモジュール側パッド１３のそれぞれが、マザーボード４０のおもて面４７における対応の基板側パッド４３に半田付けされている。
【００２５】
なお、実装基板４０において、アンテナモジュール１は、周知の表面実装技術によりマザーボード４０上に実装されている。ここで、アンテナモジュール１の実装方法の一例として、アンテナモジュール１以外の電子部品４５が印刷配線基板４１にすでに実装されているマザーボード４０にアンテナモジュール１を追加実装する手順を示す。この手順では、まず、フロー半田付けなどによって、基板側パッド４３や電子部品４５が実装されるパッドの上に半田が塗布された状態の印刷配線基板４１を用意し、その印刷配線基板４１上に電子部品４５をリフロー半田付けなどによって実装することでマザーボード４０を完成させる。
【００２６】
次に、アンテナモジュール１を実装位置に配置する。すなわち、受信回路ユニット３０の下面３１をマザーボード４０のおもて面４７に対面させつつ、当該受信回路ユニット３０をモジュール実装口４２に挿入する。このとき、モジュール側パッド１３が形成されている余白１４と、基板側パッド４３が形成されているモジュール実装口４２の縁とを対面させる。
【００２７】
受信回路ユニット３０をモジュール実装口４２に挿入すると、モジュール実装口４２が受信回路ユニット３０の平面形状に沿う開口形状であるため、モジュール実装口４２と受信回路ユニット３０とが嵌め合うため、精密な位置合わせを行うことなく、上記余白１４部分に形成されているモジュール側パッド１３とマザーボード４０に形成されている基板側パット４３とが正しい対応関係で接触する。この状態でリフロー半田付けを行えば、基板側パット４３の半田が対面するモジュール側パット１３に固着し、アンテナモジュール１がマザーボード４０に実装される。なお、アンテナモジュール１の実装手順は、上記手順に限らず、アンテナモジュール１を他の電子部品４５と共に一括して実装し、マザーボード４０と実装基板５０を同時に形成するようにしてもよい。もちろん、アンテナモジュール１の実装後に、他の電子部品４５の一部、あるいは全部を印刷配線基板４１上に実装する、という手順もあり得る。
【００２８】
いずれにしても、本発明の実施例における実装基板５０では、アンテナモジュール１がアンテナ素子２０と受信回路ユニット３０とを積層した構造であっても、受信回路ユニット３０がマザーボード４０に形成されたモジュール実装口４２に挿入された状態でアンテナモジュール１が実装されるので、実装基板５０上のアンテナモジュール１の実装高を低くすることができ、実装基板５０全体の厚さを薄くすることができる。そのため、実装基板５０が組み込まれる電子機器のさらなる小型化が期待できる。
【００２９】
また、モジュール実装口４２がアンテナモジュール１の平面形状に沿う形状で開口しているため、セルフアライメントにより、モジュール側パッド１３と基板側パッド４３との位置合わせがほとんど不要となる。そして、周知のごとく、表面実装技術は自動化が可能で生産性が高く、その表面実装技術を用いてアンテナモジュール１をマザーボード４０に実装しているため、実装に要するコストも削減でき、アンテナモジュール１自体のコストダウンと合わせて、実装基板５０をより安価に提供することができる。
【００３０】
なお、本発明は、ＧＰＳ用のアンテナモジュールやアンテナモジュール実装基板に限らず、電波の受信機能と受信信号を処理する機能とを一体化したアンテナモジュール全般と、それらのアンテナモジュールが実装されて各種電子機器に組み込まれるアンテナモジュール実装基板に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、電波の受信機能と受信信号を処理する機能を搭載した各種電子機器に適用可能である。例えば、ＧＰＳ機能を搭載した携帯電話機やデジタルカメラに利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１，１ｂ  アンテナモジュール、１０  モジュール基板、
１１  モジュール基板の上面、１２  モジュール基板の下面、
１３  モジュール側パッド、１４  モジュール基板下面の余白、
２０  アンテナ素子、２１  アンテナ電極、
３０  受信回路ユニット、４０  マザーボード、４１  印刷配線基板、
４２  モジュール実装口、４３  基板側パッド  ４４  印刷配線、４５  実装部品、
４７  マザーボードのおもて面、４８  マザーボードの裏面、
５０  アンテナモジュール実装基板
【図１】
2012028930.tif 000003
【図２】
2012028930.tif 000004
【図３】
2012028930.tif 000005
【図４】
2012028930.tif 000006
【図５】
2012028930.tif 000007