(57)【要約】【課題】給電ピンの損傷が極力防止でき、且つ、信頼性の高い表面実装が可能なパッチアンテナ及びその実装方法を提供すること。【解決手段】貫通孔２０に挿入された給電ピン１３の下端部を誘電体１１の下面に開口する凹部２１内に臨ませ、その部分には半田４０を添設し、給電ピン１３及び半田４０の下端を接地電極１２の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置させる構成とし、周囲の壁によって給電ピン１３を保護してその損傷を防止するとともに、半田４０の溶融の際、溶融した半田を給電ピン１３に付着したまま垂れ下がらせ、給電ピン１３の下端部と給電パッド６１との電気的接続を確実に行えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に貫く貫通孔と下面に開口し前記貫通孔の直径よりも大きい内周を有し当該貫通孔と連通された凹部とを有する誘電体と、前記誘電体の上面に形成された放射電極と、前記誘電体の下面に形成された接地電極とを備え、前記貫通孔には給電ピンが挿入され、前記給電ピンの上端部で前記放射電極と電気的に接続されたパッチアンテナにおいて、
前記給電ピンの下端部は前記凹部内に臨み、前記給電ピンの下端部には半田が添設され、前記給電ピン及び半田の下端は、前記接地電極の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置していることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記給電ピンの下端部は棒状に形成され、当該給電ピンの下端部には前記半田として環状の固形半田が外嵌されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２のパッチアンテナを、上面に給電パッドが形成された実装基板の上に載置し、前記半田を加熱によって溶融させることによって、前記給電ピンの下端部と前記給電パッドとを電気的に接続することを特徴とするパッチアンテナの実装方法。
【請求項４】
リフロー炉内において、前記半田の溶融を、他の電気部品の実装に使用される半田の溶融と同時に行って、前記パッチアンテナ及び他の電気部品の実装を同時に行うことを特徴とする請求項３に記載のパッチアンテナの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッチアンテナ及びその実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッチアンテナとして、上下方向に貫通する貫通孔を有する誘電体の上面に放射電極が形成される一方、誘電体の下面に接地電極が形成され、前記貫通孔に挿入された給電ピンの上端部が半田を介して放射電極に電気的に接続され、給電ピンの下端部が、誘電体の下面に形成され貫通孔の直径よりも大きい内周を有する凹部内に臨み、給電ピンの下端が接地電極の下面とほぼ面一に形成された表面実装可能なパッチアンテナが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６０８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のパッチアンテナでは、当該パッチアンテナを実装基板に表面実装する場合、パッチアンテナの給電ピンの下端を実装基板の給電パッドに当接させるか、実装基板の給電パッドにクリーム半田を予め塗布しておき、このクリーム半田を加熱によって溶融させ、この溶融した半田を給電ピンに沿って上らせることで、パッチアンテナの給電ピンの下端部と実装基板の給電パッドを電気的に接続させている。後者のクリーム半田を使用する実装方法の場合、誘電体の下面に形成した凹部は、半田などの導電性部材が給電ピンにしっかりと固着するスペースを確保するとともに、半田が接地電極に接触するのを防止する働きをしている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のパッチアンテナでは、給電ピンの下端が接地電極の下面とほぼ面一となっているので、前者の実装方法の場合、実装基板にパッチアンテナを載置した際の給電ピンと給電パッドとの接触が不完全になる虞がある。すなわち、パッチアンテナの誘電体及び接地電極の平坦性や、実装基板の上面の給電パッドの平坦性が悪かったりすると、給電ピンの下端と給電パッドとが当接不良となる虞がある。
また、後者の実装方法の場合も、同様の理由によって、給電ピンの下端とクリーム半田とが適切に当接せず、溶融した半田が給電ピンに沿ってうまく上らず、好適な半田フィレットが形成されない虞がある。
一方、このような問題を避けるため、給電ピンの下端を接地電極の下面から少し突出させるとパッチアンテナの搬送の際などに、給電ピンの突出部分が外部物体に衝突したりして、給電ピンが損傷する虞がある。さらには、給電ピンの下端を接地電極の下面から突出させると、パッチアンテナを実装基板に載置したとき、給電ピンの下端がパッチアンテナの他の部分よりも先に給電パッドに強く当接し、給電パッドが損傷したり、或いは、給電ピンと給電パッドとの当接点を支点としてパッチアンテナが傾き、傾いたままでパッチアンテナが実装されてしまう虞もある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、給電ピンの損傷が極力防止でき、且つ、信頼性の高い表面実装が可能なパッチアンテナ及びその実装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】
請求項１の発明は、
上下方向に貫く貫通孔と下面に開口し前記貫通孔の直径よりも大きい内周を有し当該貫通孔と連通された凹部とを有する誘電体と、前記誘電体の上面に形成された放射電極と、前記誘電体の下面に形成された接地電極とを備え、前記貫通孔には給電ピンが挿入され、前記給電ピンの上端部で前記放射電極と電気的に接続されたパッチアンテナにおいて、
前記給電ピンの下端部は前記凹部内に臨み、前記給電ピンの下端部には半田が添設され、前記給電ピン及び半田の下端は、前記接地電極の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置していることを特徴とするパッチアンテナである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のパッチアンテナにおいて、前記給電ピンの下端部は棒状に形成され、当該給電ピンの下端部には前記半田として環状の固形半田が外嵌されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２のパッチアンテナを、上面に給電パッドが形成された実装基板の上に載置し、前記半田を加熱によって溶融させることによって、前記給電ピンの下端部と前記給電パッドとを電気的に接続することを特徴とするパッチアンテナの実装方法である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載のパッチアンテナの実装方法において、リフロー炉内において、前記半田の溶融を、他の電気部品の実装に使用される半田の溶融と同時に行って、前記パッチアンテナ及び他の電気部品の実装を同時に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、給電ピン及び半田の下端は、接地電極の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置しているので、給電ピンの下端部がそれを取り囲む周壁によって保護され、パッチアンテナの搬送の際などに、給電ピンの下端部が外部の物体と衝突したりすることがなくなる。その結果、給電ピンの下端部が損傷する虞がなくなる。
また、同様の理由により、パッチアンテナを実装基板の上に載置する場合でも、給電ピンの下端がパッチアンテナの他の部分よりも先に給電パッドに当接することがないので、給電パッドの損傷が防止できるとともに、パッチアンテナが傾くことも防止される。
一方、給電ピンの下端部に添接されている半田の溶融の際、半田に作用する重力や半田の表面張力によって、溶融した半田が給電ピンに付着したまま垂れ下がるので、好適な半田フィレットが形成されて、給電ピンの下端部と給電パッドとの電気的接続が確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るパッチアンテナを示した断面図である。
【図２】図１のパッチアンテナにおける半田の添設の仕方を説明するための給電ピン及び半田の斜視図である。
【図３】図１のパッチアンテナの製造方法の工程図であり、（Ａ）は基台の上にアンテナ本体を載置するときの様子を示す図、（Ｂ）は基台の上にアンテナ本体を載置した状態を示す図、（Ｃ）はアンテナ本体の貫通孔に給電ピンを挿入する様子を示す図、（Ｄ）は給電ピンと給電パッドとを電気的に接続した状態を示す図、（Ｅ）は給電ピンに半田を添設する様子を示す図である。
【図４】図１のパッチアンテナの実装方法の工程図であり、（Ａ）は実装に使用される実装基板の正面図、（Ｂ）は実装基板の上にアンテナ本体を載置するときの様子を示す図、（Ｃ）は給電ピンと給電パッドとを電気的に接続した状態を示す図である。
【図５】図１のパッチアンテナの給電ピンに添設された半田の溶融の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１はパッチアンテナ１の断面図である。
このパッチアンテナ１は、放射電極１０、誘電体１１及び接地電極１２を備えている。  このうち誘電体１１は例えばセラミックスによって形成されている。この誘電体１１には、上下方向に貫通する貫通孔２０と、下面に開口し貫通孔２０の直径よりも大きい内周を有し貫通孔２０に連通された凹部２１とが形成されている。
【００１５】
放射電極１０は誘電体１１の上面に形成されている。この放射電極１０の形成は、例えば、スクリーン印刷や転写などの方法によって電極用ペースト材を誘電体１１に付着した後に焼き付けを行うことによってなされている。なお、この放射電極１０の形状及び面積は所望の使用周波数やアンテナ特性との関係を考慮して決定されている。例えば、円偏波特性を有するアンテナの場合には、放射電極１０の外周に切り欠き部が形成される。
【００１６】
接地電極１２は誘電体１１の下面に形成されている。この接地電極１２の形成も、例えば、スクリーン印刷や転写などの方法によって電極用ペースト材を誘電体１１に付着した後に焼き付けを行うことによってなされている。
【００１７】
また、給電ピン１３は例えば真鍮製で全体が棒状に形成されている。この給電ピン１３は貫通孔２０に挿入されている。この給電ピン１３の上端は、放射電極１１の上面から突出している。そして、放射電極１１の上端部は第１の半田３０を介して放射電極１０と電気的に接続されている。この場合の第１の半田３０としては、例えば、高融点半田が使用されている。
一方、給電ピン１３の下端部は凹部２１内に臨んでいる。この給電ピン１３の下端部には第２の半田４０が添設されている。この第２の半田４０の添設は、例えば、図２に示すように、第２の半田４０として環状の固形半田を給電ピン１３の下端部に外嵌することによってなされている。この第２の半田４０としては、上記第１の半田３０よりも融点が低い低融点半田が使用されている。この場合の第２の半田４０の量は、溶融した際に、給電ピン１３の下端部から垂れ下がり、接地電極１２の下面から突出することが可能となる量に設定されている。
この給電ピン１３及び第２の半田４０の下端は、接地電極１２の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置している。そのため、給電ピン１３及び第２の半田４０は、それを取り囲む壁によって保護され、パッチアンテナ１の搬送の際などに外部の物体との衝突が防止される。
【００１８】
次に、パッチアンテナ１の製造方法について図３を用いて説明する。
この製造方法では、図３（Ａ）に示すように、始発材料としてアンテナ本体１Ａが使用される。ここで、アンテナ本体１Ａとは、放射電極１０、誘電体１１及び接地電極１２を備え、誘電体１１に貫通孔２０及び凹部２１が形成されたものを言う。
また、この製造方法では、図３（Ａ）に示すように、アンテナ本体１Ａを載置するための基台５０が使用される。基台５０の上面には突起５１が形成されている。この突起５１は、アンテナ本体１Ａの凹部２１に対向する部分に形成されており、基台５０の上面から僅かに突出している。基台５０の上面のその他の部分は平面となっている。また、突起５１の上面も平面となっている。この突起５１は、給電ピン１３の下端を接地電極１２の下面よりも上方に位置させるためのものである。
パッチアンテナ１を製造するにあたっては、まず、図３（Ａ）に示すように接地電極１２を下方に向けた状態で、アンテナ本体１Ａを基台５０の上に載置する。載置した状態では、図３（Ｂ）に示すように、基台５０の突起５１と凹部２１との平面的な位置を合致させるようにする。
次に、図３（Ｃ）に示すように、アンテナ本体１Ａの貫通孔２０に上方から給電ピン１３を挿入する。そして、給電ピン１３の下端を突起５１の上面に当接させる。給電ピン１３の下端を突起５１の上面に当接させた状態では、給電ピン１３の上端は、放射電極１０の上面から突出している。一方、給電ピン１３の下端は、接地電極１２の下面よりも上方に位置している。
この状態で、アンテナ本体１Ａの上面に第１の半田３０を付着させ、第１の半田３０を加熱によって溶融させ、図３（Ｄ）に示すように、給電ピン１３の上端部と放射電極１０とを電気的に接続する。
その後、第１の半田３０が固まったならば、基台５０の上からアンテナ本体１Ａを取り外し、凹部２１内に位置する給電ピン１３の下端部に、図２及び図３（Ｅ）に示すように、予め用意しておいた環状の固形半田である第２の半田４０を外嵌させる。外嵌させた状態では、第２の半田４０の下端を接地電極１２の下面と面一、或いは当該下面よりも上方に位置させるようにする。
これによって、図１に示すパッチアンテナ１が得られる。
【００１９】
なお、上記製造方法によれば、上面に突起５１を形成した基台５０を使用しているが、上面に突起５１を設けずに、基台５０の上面を平面としてもよい。この場合には、誘電体１１の貫通孔２０に挿入した給電ピン１３の下端を基台５０の上面に当接させれば、給電ピン１３の下端は接地電極１２の下面と面一となる。
また、上記製造方法によれば、アンテナ本体１Ａを基台５０に載置した後に給電ピン１３を貫通孔２０に挿入したが、基台５０に載置する前に、給電ピン１３を上又は下からアンテナ本体１Ａの貫通孔２０に挿入しておき、その後にアンテナ本体１Ａを基台５０に載置し、給電ピン１３の下端を突起５１に当接させてもよい。
さらには、アンテナ本体Ａを基台５０の上に載置する前に、給電ピン１３に第２の半田４０を添接しておくとともに、給電ピン１３をアンテナ本体１Ａの貫通孔２０に下から挿入しておき、その後にアンテナ本体１Ａを基台５０に載置してもよい。
【００２０】
続いて、パッチアンテナ１の実装方法を説明する。
この実装では、図４（Ａ）に示すような実装基板６０が使用される。この実装基板６０は、給電ピン１３に電気的に接続すべき給電パッド６１と、接地電極１１に電気的に接続すべき接地電極６２とを上面に備えている。
パッチアンテナ１を実装するにあたっては、まず、図４（Ｂ）に示すように、この実装基板６０の給電パッド６１及び接地電極６２の上にクリーム半田７０を塗布する。
次に、給電ピン１３の下端及び第２の半田４０と実装基板６０の給電パッド６１とが対向するように位置決めして、図４（Ｃ）に示すように、実装基板６０の上にパッチアンテナ１を載置する。この時点では、給電ピン１３及び第２の半田４０の下端はクリーム半田７０に当接されていなくてもよい。
【００２１】
次に、図４（Ｃ）の状態を保ったまま、実装基板５０及びパッチアンテナ１０をリフロー炉に挿入し、第２の半田４０及びクリーム半田７０を溶融させる。
【００２２】
このとき給電ピン１３に添設されている第２の半田４０は次のように作用する。
図５は、下方に実装基板６０が無いとした場合の第２の半田４０の溶融状態を示している。
第２の半田４０は、融点以上に加熱されると溶融し、第２の半田４０に作用する重力及び第２の半田４０の表面張力により、給電ピン１３の下端部に球状となって垂れ下がる。そして、第２の半田４０の下端は、溶融状態では、給電ピン１３の下端よりも下方に位置することになる。
【００２３】
このように第２の半田４０の下端は、溶融されると給電ピン１３の下端よりも下方に位置するため、第２の半田４０は、図４（Ｄ）に示すように、クリーム半田７０と確実に結び付き、好適な半田フィレットが形成されることになる。
これによって、パッチアンテナ１の給電ピン１３の下端部が給電パッド６１に電気的に接続される。
また、パッチアンテナ１の接地電極１２もクリーム半田７０を介して実装基板６０の接地電極６２に電気的に接続される。
【００２４】
なお、ここでは実装基板６０にパッチアンテナ１だけを実装する場合について説明したが、パッチアンテナ１が実装される実装基板６０の上面には抵抗やＩＣ等の電気部品が半田によって実装されるときがあり、このときには、その電気部品の実装のための半田もリフロー炉で同時に溶融し、パッチアンテナ１の実装と他の電気部品の実装とを同時に行うことができる。このようにすれば、全体として、実装の作業性が向上することになる。
【００２５】
以上説明した、上記パッチアンテナ１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、本実施形態によれば、給電ピン１３及び第２の半田４０の下端は、接地電極１２の下面と面一、又は当該下面よりも上方に位置しているので、給電ピン１３の下端部がそれを取り囲む周壁によって保護され、パッチアンテナ１の搬送の際などに、給電ピン１３の下端部が外部の物体と衝突したりすることがなくなる。その結果、給電ピン１３の下端部が損傷する虞がなくなる。
また、同様の理由により、パッチアンテナ１を実装基板６０の上に載置する場合でも、給電ピン１３の下端がパッチアンテナ１の他の部分よりも先に給電パッド６１に当接することがないので、給電パッド６１の損傷が防止されるとともに、パッチアンテナ１が傾くことが防止される。
一方、第２の半田４０の溶融の際には、第２の半田４０は、第２の半田４０に作用する重力や第２の半田４０の表面張力によって、給電ピン１３に付着したまま垂れ下がり、その下端が給電ピン１３の下端よりも下方に突出するので、給電ピン１３の下端部と給電パッド６１との間に好適な半田フィレットが形成されて、給電ピン１３と給電パッド６１との電気的接続が確実に行えることになる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。
【００２７】
例えば、上記実施形態では、第１の半田３０として高融点半田を、第２の半田４０として低融点半田を使用したが、融点が異なり第２の半田４０の溶融の際に第１の半田３０が溶融しないものであれば、第１の半田３０として高融点半田を、第２の半田４０として低融点半田を使用しなくてもよい。
【００２８】
逆に、第１の半田３０として第２の半田の融点４０と同程度の融点の半田を使用し、第２の半田４０の溶融時に、第１の半田３０も同時に溶融させることもできる。この場合、第１の半田３０の溶融によって、給電ピン１３が自重によって下方に落ちることが予想されるが、半田の溶融時に給電ピン１３が落ちるだけなので、実装基板６０に対してパッチアンテナ１が傾くこともない。
【００２９】
また、上記実施形態では、給電ピン１３を給電パッド６１と電気的に接続するために、給電パッド６１側にクリーム半田７０を塗布したが、給電パッド６１自体の濡れ性が良好な場合には、クリーム半田７０を塗布しなくてもよい。また、給電パッド６１の濡れ性が悪い場合には、フラックスによって表面を清浄化させておくだけでもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、パッチアンテナ１の接地電極１２と実装基板６０の接地電極６２とをクリーム半田７０によって電気的に接続したが、電気的に接続しなくてもよく、また、パッチアンテナ１の接地電極１２と実装基板６０の接地電極６２とを、クリーム半田７０に代えて、熱硬化型接着剤で接着してもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、給電ピン１３に添設する第２の半田４０として比較的取扱いが容易な常温で固形の半田を使用したが、常温である程度の粘性を有し、常温で給電ピン１３の下端部から垂れない半田であれば、その種類を問わず、給電ピン１３に添設させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  パッチアンテナ
１Ａ  アンテナ本体
１０  放射電極
１１  誘電体
１２  接地電極
１３  給電ピン
２０  貫通孔
２１  凹部
３０  第１の半田
４０  第２の半田
５０  基台
６０  実装基板
６１  給電パッド
【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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