JP4870509B2 - 電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置に関する。
例えば、能動素子や受動素子などの電子部品が実装されてなる電子装置には様々なタイプのものがあるが、近年、例えば、高周波（ＲＦ）通信部やＭＣＵ（マイコン）部、水晶振動子などを含む無線通信モジュールを有する電子装置が様々な場面で多用されるようになってきている。
図１は、無線通信モジュールを有する電子装置の概略を示した図である。図１を参照するに、本図に示す電子装置は、配線基板１に無線通信モジュールを構成する複数の電子部品２，３が実装されてなる構造を有している。
また、上記の電子装置は、アンテナを用いて無線通信を行うため、配線基板１上にパターニングされた導電層よりなるアンテナ４が形成されている。
また、図２に示す電子装置では、図１示したアンテナ４に換わって、チップアンテナ５が実装されている。また、配線基板１上には、チップアンテナ５ともに用いられるアンテナマッチング用部品６がチップアンテナ５の近傍に実装されている。
特開２００４−１５９２８７号公報 特開２００５−１９１８２７号公報 特開平１０−９３３３２号公報
しかし、上記の電子装置においては、アンテナのために占有される実装基板の面積が大きく、電子装置を小型化する上で問題になる場合があった。
例えば、図１に示した電子装置の場合、所定の性能を有するようにアンテナ４のパターニングを行うためには、配線基板１上で占める面積が大きくなってしまい、電子装置の小型化が困難になってしまう。
また、図２に示した電子装置の場合、チップアンテナ５は、アンテナ４（アンテナパターン）よりも小さいものの、アンテナマッチング用部品６とともに用いられる必要がある。このために、チップアンテナとアンテナマッチング用部品の双方で考えると、配線基板上で占める面積が大きくなってしまう問題がある。
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な電子装置を提供することを統括的課題としている。
本発明の具体的な課題は、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置を小型化することである。
本発明は、上記の課題を、基板と、前記基板に実装された電子部品と、前記基板に実装されたアンテナと、誘電率調整材料が添加された、前記電子部品および前記アンテナを封止する樹脂材料と、を有し、前記誘電率調整材料は、前記樹脂材料自体よりも誘電率が高いことを特徴とする電子装置により、解決する。
本発明によれば、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置を小型化することが可能となる。
また、前記誘電率調整材料は、ＳｉＣまたはＳｉＮよりなるように構成してもよい。
また、前記誘電率調整材料は、金属化合物よりなるように構成してもよい。
また、前記金属化合物を構成する金属は、Ａｌ，Ｔｉ，ＴａおよびＺｒのいずれかを含むようにしてもよい。
また、前記金属化合物は、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＮを含むようにしてもよい。
また、前記樹脂材料の、前記電子部品近傍よりも前記アンテナ近傍で誘電率が高くなるように前記誘電率調整材料が添加されるようにしてもよい。
本発明によれば、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置を小型化することが可能となる。
本発明による電子装置は、基板と、前記基板に実装された電子部品と、前記基板に実装されたアンテナと、誘電率調整材料が添加された、前記電子部品および前記アンテナを封止する樹脂材料と、を有することを特徴としている。
例えば、上記の樹脂材料に、誘電率調整材料として、誘電率の高い金属化合物（金属酸化物または金属窒化物）の粉末を添加することで、樹脂材料の誘電率を高くすることが可能になる。また、誘電率調整材料としてはＳｉＣまたはＳｉＮを用いてもよい。上記の構成としたことにより、誘電率が高い樹脂材料に囲まれた上記のアンテナを小型化することが可能とり、さらに、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置を小型化することが可能となる。
次に、上記の電子装置の構造の具体的な例について図面に基づき、説明する。
図３は、本発明の実施例１による電子装置１０を模式的に示した図である。図３を参照するに、本実施による電子装置１０の概略は、配線基板１１上に、電子部品１２乃至１５と、アンテナ１６とが実装され、さらに、電子部品１２乃至１５と、アンテナ１６とが樹脂材料１７で封止された構造を有している。
例えば、上記の電子部品１２は能動素子、電子部品１３乃至１５は受動素子よりなるが、電子部品の個数や能動素子と受動素子の割合はこれに限定されるものではなく、様々に変更（増減）して配置してもよい。
例えば、配線基板１１上の電子部品が無線通信モジュールを構成する場合、高周波（ＲＦ）通信素子やＭＣＵ（マイコン）に相当する電子部品１２、水晶振動子、キャパシタなどの電子部品１３乃至１５子が配線基板１１上に実装される。
本実施例による電子装置では、上記の樹脂材料１７に、樹脂材料１７の誘電率を調整する誘電率調整材料が添加されていることが特徴である。例えば、誘電率調整材料として、従来のエポキシ系の樹脂材料（誘電率４程度）よりも誘電率が高い材料を用いることで、上記の樹脂材料１７の誘電率を高くすることができる。
その結果、アンテナ１６は周囲を高誘電率材料（誘電率８〜２０程度）で囲まれるため、従来と同様の特性を得るためのアンテナ１６の大きさが小さくてすむことになる。この結果、電子装置１０を小型化することが可能となる。
また、上記の誘電率調整材料は、例えば、金属化合物を用いると容易に樹脂材料の誘電率を高くすることができる。上記の金属化合物を構成する金属としては、例えば、Ａｌ，Ｔｉ，ＴａおよびＺｒのいずれかを用いることが可能である。また、これらの金属もしくは金属化合物を混合して用いてもよい。
例えば、上記の金属化合物の具体的な例としては、金属酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、金属窒化物としてはＡｌＮが一般的であり、入手が容易で低コストで作製が可能であるため、好ましい。特に、Ａｌ２Ｏ３は、誘電率が高く、また、樹脂材料に添加するのに容易な粉末（粒子）状に形成することが容易であるため、誘電率調整材料として好適である。また、誘電率調整材料はこれらの材料に限定されず、例えば、ＴｉｘＯｙ、ＴａｍＯｎ、ＺｒｐＯｑ（ｘ，ｙ，ｍ，ｎ，ｐ，ｑは整数）で示される材料を用いてもよい。
また、誘電率調整材料としては、例えばＳｉＣまたはＳｉＮなどのシリコン化合物を用いてもよい。例えば、モールド樹脂（エポキシ系またはポリイミド系の樹脂）には、フィラーとしてシリカと呼ばれるＳｉＯ２を主成分とする材料が添加されている場合がある。しかし、ＳｉＯ２は誘電率が４程度であるため、シリカよりも誘電率の高いＳｉＣやＳｉＮなどのシリコン化合物を誘電率調整材料として用いることで、樹脂材料の誘電率を高くすることができる。
上記の誘電率調整材料を、例えば一般的なモールド樹脂に適量を添加することで、樹脂材料の誘電率を所望の値に調整する（高くする）ことが可能となる。
また、誘電率調整材料の添加量が少なすぎると十分な誘電率上昇の効果が得られず、一方で添加量が多すぎると樹脂としての物性が失われて樹脂の硬化が困難となるため、上記の誘電率調整材料は、樹脂材料中に、７０体積％乃至８０体積％程度添加されることが好ましい。また、樹脂材料の誘電率は、低すぎると効果が小さく、高すぎると電波の放射効率が悪くなるため、６乃至２０程度とされることが好ましい。
図４は、上記の電子装置１０に用いられるアンテナ１６を示す斜視図である。アンテナ１６は、例えばＣｕなどの板状の導電性材料を折り曲げて形成されており、いわゆる逆Ｆ型のアンテナの形状を有している。このような逆Ｆ型アンテナは、共振を用いたアンテナであるため、インピーダンスが所定の値となるような形状（大きさ）とされることが好ましく、従来は逆Ｆアンテナの設置スペースを確保することが困難であった。また、従来の通信装置では、アンテナと通信モジュールとは切り離されて別個に実装される方法がとられる場合もあった。
そこで、本実施例では、このような逆Ｆ型アンテナを、通信モジュールが実装された基板に実装するとともに、該通信モジュールを構成する電子部品とともに樹脂材料で封止している。このため、電子部品とアンテナを一体的に実装し、かつ小型化することが可能となっている。
また、上記のようにアンテナと素子を一体的に封止しているため、上記の電子装置１０では、平面視した場合に、アンテナ１６の一部と実装された電子部品が重なるように構成することも可能であり、電子装置を小型化する場合に有利である。
図５は、図３の電子装置１０のＸ−Ｘ'断面である。図５を参照するに、アンテナ１６の少なくとも一部は、配線基板１１上に実装された電子部品（例えば電子部品１２）上にかかるように実装されており、平面視した場合に電子部品とアンテナ１６の少なくとも一部が重なるように配置されている。
このため、例えば、配線基板上に、実質的に同一平面上に電子部品とアンテナを実装する必要がある図１や図２で先に説明した従来の電子装置と比べて、本実施例による電子装置では、アンテナと電子部品をより狭小な空間に配置することが可能となっている。したがって、本実施例によれば、電子部品とアンテナの双方が実装されてなる電子装置を小型化することが可能となっている。
また、本発明は上記の実施例に限定されず、実施例１を例えば以下の実施例２乃至４に示すように、様々に変形・変更してもよい。
図６は、本発明の実施例２による電子装置を示す図であり、実施例１の図５に相当する図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は実施例１の電子装置と同じ構造としている。
図６を参照するに、本発明による電子装置では、実施例１の樹脂材料１７に相当する樹脂材料１７Ａが、誘電率の異なる樹脂材料１７ａと樹脂材料１７ｂとより構成されていることが特徴である。
すなわち、本実施例の場合、電子部品１２乃至１５（図３に図示）とアンテナ１６を封止する樹脂材料１７Ａの、電子部品１２乃至１５近傍（樹脂材料１７ｂ）よりもアンテナ１６近傍（樹脂材料１７ａ）で誘電率が高くなるように誘電率調整材料が添加されている。
このため、電子部品近傍では誘電率を低く（例えば４程度）して、電子部品や配線にかかる寄生容量を小さくし、通信モジュールの動作速度を維持しながら、一方では、アンテナの小型化を実現することが可能となっている。
本実施例の場合、アンテナ１６の周囲を覆うように、誘電率調整材料が添加された誘電率の高い樹脂材料１７ａが形成され、樹脂材料１７ａで覆われたアンテナ１６が樹脂材料１７ｂでさらに封止された構造（２重モールド構造）となっている。
本実施例による電子装置を形成する場合には、まず、樹脂材料１７ａで覆われたアンテナ１６を配線基板１１に実装し、さらに誘電率の低い樹脂材料１７ｂを用いて、樹脂材料１７ａによって覆われたアンテナ１６を封止すればよい。また、樹脂材料１７ａで覆われたアンテナ１６を形成する場合には、例えば静電吸着により、アンテナ１６を樹脂材料１７ａで被覆すればよい。
また、図７は、本発明の実施例３による電子装置を示す図であり、実施例１の図５に相当する図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は実施例１の電子装置と同じ構造としている。
本図に示す場合、実施例２（図６）に示した場合と同様に、電子部品１２乃至１５（図３に図示）とアンテナ１６を封止する樹脂材料１７Ｂの、電子部品１２乃至１５近傍（樹脂材料１７ｂ）よりもアンテナ１６近傍（樹脂材料１７ａ）で誘電率が高くなるように誘電率調整材料が添加されている。このため、実施例２の場合と同様の効果を奏するが、本実施例の場合、樹脂材料１７Ｂが、誘電率の異なる樹脂材料が積層された２層構造となっていることが特徴である。
すなわち、下層（電子部品１２乃至１５および配線基板１１の近傍）に誘電率が低い樹脂材料１７ｂ、上層（アンテナ１６の周囲）に、誘電率調整材料が添加された誘電率の高い樹脂材料１７ａが形成されている。
このため、実施例２の場合に比べて、部分的に誘電率が異なる樹脂材料を構成することが容易となっている。なお、上記の構造を形成する場合には、例えば、樹脂材料１７ｂ、樹脂材料１７ａの順に封止を行うようにすればよい。
図８は、本発明の実施例４による電子装置を示す図であり、実施例１の図５に相当する図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は実施例１の電子装置と同じ構造としている。
本実施例の場合、樹脂材料１７Ｃが、樹脂材料１７Ｂの場合と同様に、誘電率が低い樹脂材料１７ｂと誘電率調整材料が添加された誘電率の高い樹脂材料１７ａの２層構造になっている。
本実施例の場合には、実施例１のアンテナ１６に相当するアンテナ１６Ａが、パターニングにより形成されていることが特徴である。例えば、本図に示す電子装置を製造する場合には、以下のようにすればよい。
まず、配線基板１１に電子部品１２乃至１５（図３に図示）を実装した後、誘電率が低い樹脂材料１７ｂによってこれらの電子部品を封止する。
次に、樹脂材料１７ｂ上に、誘電率調整材料が添加された誘電率の高い樹脂材料１７ａを積層する。ここで、樹脂材料１７ａ，１７ｂを貫通するビアホールを形成し、さらに当該ビアホールを例えばメッキ法などによって埋設し、ビアプラグ１６Ｂを形成する。
次に、樹脂材料１７ａ上に、ビアプラグ１６Ｂに接続されるアンテナ１６Ａをパターニングして形成する。アンテナ１６Ａは、例えば、マスクパターンを用いたスパッタリング、ＣＶＤ、蒸着などにより形成することができる。また、樹脂材料１７ａを覆う導電膜を形成した後、当該導電膜をパターンエッチングすることで形成してもよい。次に、形成されたアンテナ１６Ａを覆うように、再び樹脂材料１７ａを形成する。
このようにして、樹脂材料１７ａに覆われたアンテナ１６Ａを形成することができる。
本実施例によれば、アンテナのパターン形状を微細加工することが容易であり、電子装置をさらに微細化、小型化することが可能となる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、電子部品とアンテナが実装されてなる電子装置を小型化することが可能となる。
従来の電子装置を示す図（その１）である。 従来の電子装置を示す図（その２）である。 実施例１による電子装置を示す図である。 図３の電子装置に用いられるアンテナの斜視図である。 図３の電子装置の断面図である。 実施例２による電子装置の断面図である。 実施例３による電子装置の断面図である。 実施例４による電子装置の断面図である。
符号の説明
１０ 電子装置
１１ 配線基板
１２，１３，１４，１５ 電子部品
１６，１６Ａ アンテナ
１６Ｂ ビアプラグ
１７，１７Ａ，１７Ｂ 樹脂材料

Claims (6)

  1. 基板と、
    前記基板に実装された電子部品と、
    前記基板に実装されたアンテナと、
    誘電率調整材料が添加された、前記電子部品および前記アンテナを封止する樹脂材料と、を有し、
    前記誘電率調整材料は、前記樹脂材料自体よりも誘電率が高いことを特徴とする電子装置。
  2. 前記誘電率調整材料は、ＳｉＣまたはＳｉＮよりなることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
  3. 前記誘電率調整材料は、金属化合物よりなることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
  4. 前記金属化合物を構成する金属は、Ａｌ，Ｔｉ，ＴａおよびＺｒのいずれかを含むことを特徴とする請求項３記載の電子装置。
  5. 前記金属化合物は、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＮを含むことを特徴とする請求項４記載の電子装置。
  6. 前記樹脂材料の、前記電子部品近傍よりも前記アンテナ近傍で誘電率が高くなるように前記誘電率調整材料が添加されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子装置。
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