JP2017034293A - 無線モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく通信感度を向上させ、製品の特性に合わせてアンテナの指向性を広い範囲で調整することを可能にする無線モジュールを提供する。
【解決手段】他の製品の基板１０上に実装される無線モジュール１であって、アンテナ素子３と、電子部品４と、アンテナ素子３および電子部品４を搭載するモジュール基板２とを備え、アンテナ素子３の上面が、他の製品の基板１０への無線モジュール１の実装面に対して傾斜角度を持っている。
【選択図】図１

Description

本開示は、アンテナ素子が実装された無線モジュールに関する。

近年、携帯電話やコンピューターなどの情報処理機器等の普及にともなって、機器の小型化・高性能化への要望が高くなっている。これらの機器には無線モジュールが実装されており、要望を実現するために無線モジュールも小型化・高密度化・高速化が求められ、加えて、半導体チップに形成される集積回路の高集積化や処理速度の高速化にともなって、データ通信の高速化が求められている。特に、携帯端末においては、機器間通信の無線化が進み、動画などの大容量データの送受信の無線化要望が高まっている。この高速無線通信では、ミリ波やマイクロ波といった高周波信号を用いるため、他の電子機器への影響を考慮する必要性があり、データの送受信を行うアンテナの通信感度と指向性が重要となる。特に、信号の放射範囲を限定するアンテナの指向性は重要で、所望する向きへ調整できることは、モジュール設計の最も重要なポイントである。

なお、通信感度とは、アンテナによる信号の送信の良好性を表す送信感度と、同じく受信の良好性を表す受信感度を総称している。

図１２は、特許文献１の従来技術における無線モジュール１００と、それが実装された製品の基板２００とを示す断面図である。図１２の無線モジュール１００は、モジュール基板１１０と、枠基板１２０とを備える。またモジュール基板１１０の上面には、パターン型のアンテナ素子１３０が実装されており、モジュール基板１１０の下面には、アンテナ素子１３０のアンテナ性能を調整する調整部品１４０が設置される。調整部品１４０は、アンテナ素子１３０に対して対になるＧＮＤ電極である。調整部品１４０は、例えば、半田の実装用ランド１５０によりモジュール基板１１０の下面に固定される。アンテナ素子１３０と調整部品１４０は、全体としてアンテナを構成する。

これまではアンテナ素子１３０の調整をするためには無線モジュール１００を再設計する必要があったが、この構成によりアンテナ素子１３０のＧＮＤ電極である調整部品１４０を調整することにより、無線モジュール１００の全体の構成を変更することなく、アンテナ素子１３０の特性を調整することが可能になる。

特開２０１３−１３８３７９号公報

図１３は、従来技術における無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。同図において電波の放射強度（または受信感度）が最大の方向と製品の基板２００とのなす角を角度αとする。特許文献１の従来技術においては、角度αが、０°（水平）に近づくと、通信感度が劣化することから、角度αには限界がある。例えば、角度αを０°付近にすることができない。

また、従来技術である、アンテナ素子のパターン変更や、基板の誘電率の変更による角度αの調整にも限界があり、調整可能な範囲が狭い。

また、アンテナ素子が信号を送受信する場合、対象物の方向から見たアンテナ素子の投影面積を広くすることにより、通信感度を改善することが出来るため、アンテナ素子を大型化することで通信感度を高めることが可能である。しかし、アンテナ素子の大型化は実装面積の増大や無線モジュールの大型化を招き、製品の小型化や低背化の弊害になってしまう。また、消費エネルギーも大きく、製品の消費電力の増大や、電流の増加による温度の上昇など、使用上・信頼性上の課題が発生する可能性がある。

製品の小型化・低消費電力化・高速化の実現に向けて通信感度を改善するためには、アンテナ素子から放射される信号を所望する方向へ調整できることが重要であり、従来技術では、製品の仕様・目的に合わせた通信感度を十分に得ることが出来ない。

本開示は、上記従来の問題点を解決するもので、無線モジュールを大型化することなく通信感度を向上させるため、製品の特性に合わせて角度αの調整可能な範囲を広げる無線モジュールを提供することを目的とする。

本開示における無線モジュールは、回路基板上に実装される無線モジュールであって、アンテナ素子と、電子部品と、前記アンテナ素子および前記電子部品を搭載するモジュール基板とを備え、前記アンテナ素子の上面が、前記回路基板への前記無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている。

本開示における無線モジュールは、無線モジュールの製品基板への実装面とアンテナ素子の上面が、傾斜角を持って配置されているため、電波の放射強度（または受信感度）が強い方向を広い範囲で調整することができ、つまり、調整可能な範囲を広げることができ、従来実現不可能であった方向、角度に対してもアンテナ素子からの信号の放射が可能になる。

実施の形態１に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態１に係る無線モジュールの構成例示す立体斜視図である。 実施の形態１に係る無線モジュールのアンテナ素子の配置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。 実施の形態２に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態３に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態４に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態５に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態６に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態７に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 実施の形態８に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。 従来技術における無線モジュールと、それが実装された製品の基板とを示す断面図である。 従来技術における無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図４を用いて、実施の形態１を説明する。

図１は、実施の形態１に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板１０の構成例を模式的に示す断面図である。図２は、実施の形態１に係る無線モジュールの構成例を示す立体斜視図である。この無線モジュール１は、第一基板２ａと第二基板２ｂとを含むモジュール基板２、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６、封止部８、で構成され、製品の基板１０（回路基板）に実装されている。

第一基板２ａは、たとえばアンテナ素子への配線がなされた多層基板であり、第一基板２ａの上面（図１における上面）には、アンテナ素子３が実装されている。第一基板２ａの内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。

また第一基板２ａの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。バンプ６は導電体であり、例えばはんだボールであってもよい。

アンテナ素子３は、たと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。

第二基板２ｂは、電子部品４への配線がなされた多層基板であり、第二基板２ｂの下面（図１における下面）には、電子部品４が実装されている。

電子部品４は、たとえば半導体チップであり、バンプ６を介して第二基板２ｂにフリップチップ実装されている。電子部品４は、表面を第二基板２ｂ側に向けて実装されており、電子部品４と第二基板２ｂとはバンプ６により電気的に接続されている。また第二基板２ｂの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。

バンプ６はボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。

枠基板５は、第二基板２ｂの外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板２ｂと同種の材料により構成される。枠基板５の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。枠基板５は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工されたものであってもよい。

また枠基板５は、第二基板２ｂと製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。ビア７は、たとえば、枠基板５を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア７は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板５を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる中実の電極としてもよい。

第二基板２ｂと枠基板５を電気的に接続した後、封止部８を実装する。

封止部８は、第一基板２ａと第二基板２ｂとを電気的に接合するためにビア７ａが形成されている樹脂基材であり、封止部８の上面（図１における上面）には、封止部８の下面（図１における下面）に対して傾斜角βを有した形状になっている。封止部８は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。ビア７ａは、たとえば、封止部８をアンテナ素子３の搭載面から反対側の面まで貫通するスルーホールであり、内部には導電性物質が埋め込まれて形成されている。また、ビア７ａは貫通孔表面に金属薄膜を形成した構造でも良い。ビア７ａは主軸を有する柱形状であってもよい。

封止部８を第二基板２ｂ上に成型した後、第二基板２ｂの上面に配置されたバンプ６と接続するようにビア７ａを形成することにより、第二基板２ｂの配線、および実装された電子部品４と封止部８に形成されたビア７ａが電気的に接続される。

第一基板２ａを封止部８の上面に実装し、第一基板２ａの下面に配置されたバンプ６と封止部８に形成されたビア７ａを接続することにより、第一基板２ａと第二基板２ｂは封止部８のビア７ａによる電気的に接続される。また、アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続される。

封止部８の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、第一基板２ａは第二基板２ｂに対して、傾斜角を持った状態で実装される。

第一基板２ａ、封止部８、第二基板２ｂによりモジュール基板２が構成され、モジュール基板２の第二基板２ｂと枠基板５は接合されており、キャビティ構造になっている。

無線モジュール１は、バンプ６により製品の基板１０にはんだ付けされる。

無線モジュール１は、本構成をもちいることにより、製品の基板１０と物理的、電気的に接続される。また、第一基板２ａは製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板２ａに実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、第一基板２ａと第二基板２ｂの間に封止部８が構成される構造となることより、アンテナ素子３と電子部品４の間隔を離すことが可能となる。この構成により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

図３は、無線モジュールのアンテナ素子の配置を示す斜視図である。

図３では、アンテナ素子３は、第一基板２ａの上面において、２×２のアレー構成となっている。なお、２×２のアレー構成は一例であり、１つのパターンを用いて構成されていても、より多数のパターンが配列されていてもよい。なお、多数のパターンが配列された方が、アンテナの通信感度は良好になる。

また、アンテナ素子３の形状、配置位置の変更や、第一基板２ａの誘電率を変更することにより、アンテナ素子３から放射信号の方向、角度を変化させることが出来る。

図１３に示したように、従来技術においては、アンテナと基板、および無線モジュールの実装面は実質的に平行であり、傾斜角を有していないため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが０°（水平）に近づくと、通信感度が劣化することから、角度αには限界がある。

図４は、実施の形態１に係る無線モジュールのアンテナ指向性を示す説明図である。同図において電波の放射強度（または受信感度）が最大の方向と製品の基板１０とのなす角を角度αとする。言い換えれば、角度αは、強い指向性をもつ方向と製品の基板１０とのなす角である。また、アンテナ素子３の上面と製品の基板１０とのなす角を角度βとする。

本実施の形態では、第一基板２ａが製品の基板１０と傾斜角βを有して配置されているため、製品の特性に合わせて角度αを広い範囲で調整することが可能であり、通信感度を改善することが可能になる。また、角度αを０°付近に調整することも可能になる。

以上のように、本実施の形態において、無線モジュール１は、アンテナ素子３の上面（機能面）と無線モジュールの製品基板への実装面とで傾斜角を有する。

これにより、電波の放射強度（または受信感度）が最大の方向と製品基板との角度αを０°（水平）にしても通信感度が劣化することがない。すなわち、アンテナ素子のパターン変更や調整部品で調整してもなお通信感度が劣化する領域が発生していた従来技術の課題を解消し、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にするので、製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子を大型化する必要がなくなるため、無線モジュールの小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

（実施の形態２）
以下、図５を用いて実施の形態２を説明する。

図５は、実施の形態２に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。

この無線モジュール１は、第一基板２０ａと第二基板２ｂとを含むモジュール基板２０、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６で構成され、製品の基板１０に実装されている。図５の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、モジュール基板２および封止部８の代わりにモジュール基板２０を備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。

第一基板２０ａは、たとえばアンテナ素子３への配線がなされた多層基板であり、第一基板２０ａの上面には、第一基板２０ａの下面に対して傾斜角βを有した形状になっている。第一基板２０ａは、たとえば、研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて上面に角度βを有した形状に加工されたものであってもよい。

第一基板２０ａの上面（図５における上面）には、アンテナ素子３が実装されている。第一基板２０ａの内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。また第一基板２０ａの上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。

第二基板２ｂと枠基板５を実装した後、第一基板２０ａを第二基板２ｂの上面に実装することにより、第一基板２０ａ、第二基板２ｂ、枠基板５は、それぞれの表面に配置されたバンプ６とビア７により電気的に接続される。また、アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続される。

第一基板２０ａ、第二基板２ｂによりモジュール基板２０が構成され、モジュール基板２０の第二基板２ｂと枠基板５は接合されており、キャビティ構造になっている。

また、第一基板２０ａは、上面は下面に対して傾斜角を有しているため、アンテナ素子３は、傾斜角を持った状態で実装される。

また、第一基板２０ａは製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板２０ａに実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、第一基板２０ａの上面に実装されたアンテナ素子３と、第二基板２ｂの下面に実装された電子部品４との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

また、実施の形態１と比べると、封止部の工程が無いため、製造を簡易化することが可能となる。

（実施の形態３）
以下、図６を用いて実施の形態３を説明する。

図６は、実施の形態３に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。

この無線モジュール１は、第一基板２ａと第二基板２ｂとを含むモジュール基板２、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６、６ａ、６ｂ、で構成され、製品の基板１０に実装されている。図６の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、封止部８の代わりにバンプ６ａ、６ｂを備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。

第一基板２ａと第二基板２ｂはバンプ６ａ、６ｂで接続される。バンプ６ａ、６ｂはボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。また、第二基板２ｂの１辺（図６では右側）に配置されるバンプ６ｂは、対面する１辺（図６では左側）に配置されるバンプ６ａよりも大きい。この形状の差によって、第一基板２ａは第二基板２ｂに対して、傾斜角を持った状態で実装される。また第一基板２ａと第二基板２ｂはバンプ６ａにより電気的に接続される。また、アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続される。

無線モジュール１は、本構成をもちいることにより、製品の基板１０と物理的、電気的に接続される。また、第一基板２ａは製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板２ａに実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、第一基板２ａの上面に実装されたアンテナ素子３と、第二基板２ｂの下面に実装された電子部品４との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

また、実施の形態１と比べると、封止部８の工程が無いため、封止金型の製造費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。

（実施の形態４）
以下、図７を用いて実施の形態４を説明する。

図７は、実施の形態４に係る無線モジュールの構成、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。

この無線モジュール１は、第一基板２ａと第二基板２ｂとを含むモジュール基板２、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５０、バンプ６、で構成され、製品の基板１０に実装されている。図７の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、封止部８が削除されている点、枠基板５の代わりに枠基板５０を備える点が主に異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。

第一基板２ａは、封止部８を介することなく、第二基板２ｂの上面に直接実装されている。第一基板２ａを第二基板２ｂの上面に実装することで、第一基板２ａと第二基板２ｂの対向領域において積層方向の導通経路が確保されるとともに、モジュール基板２が構成される。また、アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続される。

枠基板５０は、第二基板２ｂの外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板２ｂと同種の材料により構成される。枠基板５０の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。また、枠基板５０の上面には、枠基板５０の下面に対して傾斜角βを有した形状になっている。枠基板５０は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工し、上面に角度βを有した形状に加工されたものであってもよい。

また枠基板５０は、第二基板２ｂと製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。ビア７は、たとえば、枠基板５０を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア７は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板５０を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる中実の電極としてもよい。

モジュール基板２の第二基板２ｂと枠基板５０は、第二基板２ｂの下面に配置されたバンプ６と枠基板５０に形成されたビア７を接続することにより、電気的に接続される。またモジュール基板２と枠基板５０はキャビティ構造になっている。

枠基板５０の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、モジュール基板２の第一基板２ａは枠基板５０の下面に対して、傾斜角を持った状態で実装される。

無線モジュール１を組み立てた後、無線モジュール１は、バンプ６により製品の基板１０にはんだ付けされ実装される。

無線モジュール１は、本構成をもちいることにより、製品の基板１０と物理的、電気的に接続される。また、第一基板２ａおよび第二基板２ｂは製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、第一基板２ａに実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、モジュール基板２が第一基板２ａと第二基板２ｂの２枚の基板で構成されることにより、アンテナ素子３と電子部品４の間隔を離すことが可能となる。この構成により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

また、実施の形態１と比べると、封止部の工程が無いため、封止金型の製造費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、実施の形態３と比べると、実施の形態３のように大きさの違うはんだボールを準備・管理する必要が無く、製造が簡易化できる。

（実施の形態５）
以下、図８を用いて実施の形態５を説明する。

図８は、本発明の実施の形態５に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール１は、モジュール基板２１、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５０、バンプ６、で構成され、製品の基板１０に実装されている。

図８の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、モジュール基板２および封止部８の代わりにモジュール基板２１を備える点と、枠基板５の代わりに枠基板５０を備える点とが主に異なっている。また、図８の無線モジュールは、図７の無線モジュールと比べて、モジュール基板２の代わりにモジュール基板２１を備える点が主に異なっている。

以下、異なる点を中心に説明する。 モジュール基板２１は、たとえばアンテナ素子３や電子部品４への配線がなされた多層基板であり、モジュール基板２１の上面（図８における上面）には、アンテナ素子３が実装されている。モジュール基板２１の内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板２１の下面（図８における下面）には電子部品４が実装されている。電子部品４は、たとえば半導体チップであり、バンプ６を介してモジュール基板２１にフリップチップ実装されている。

電子部品４は、表面をモジュール基板２１側に向けて実装されており、電子部品４とモジュール基板２１とはバンプ６により電気的に接続されている。またモジュール基板２１の上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。

バンプ６はボール状の導電体であり、たとえば半田ボールを用いることが出来る。

アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続されている。

枠基板５０は、モジュール基板２１の外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、第二基板２ｂと同種の材料により構成される。枠基板５０の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。また、枠基板５０の上面には、枠基板５０の下面に対して傾斜角βを有した形状になっている。枠基板５０は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工し、上面に角度βを有した形状に加工されたものであってもよい。

また枠基板５０は、モジュール基板２１と製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。ビア７は、たとえば、枠基板５０を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア７は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板５０を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる中実の電極としてもよい。

モジュール基板２１と枠基板５０は、モジュール基板２１の下面に配置されたバンプ６と枠基板５０に形成されたビア７を接続することにより、電気的に接続される。またモジュール基板２１と枠基板５０はキャビティ構造になっている。

枠基板５０の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、モジュール基板２１は枠基板５０の下面に対して、傾斜角を持った状態で実装される。

無線モジュール１を組み立てた後、無線モジュール１は、バンプ６により製品の基板１０にはんだ付けされ実装される。

モジュール基板２１は製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、モジュール基板２１に実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、これまでの実施の形態と比べると、モジュール基板が１枚で済むため、部材の費用を低減し、安価に製造することが可能となる。

（実施の形態６）
以下、図９を用いて実施の形態６を説明する。

図９は、本発明の実施の形態６に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール１は、モジュール基板２１、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６、封止部８、で構成され、製品の基板１０に実装されている。

図９の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、モジュール基板２の代わりにモジュール基板２１を備える点と、アンテナ素子３が第一基板２ａではなく封止部８の上面に実装されている点とが主に異なっている。また、図９の無線モジュールは、図８の無線モジュールと比べて、アンテナ素子３とモジュール基板２１の間に封止部８が追加されている点と、枠基板５０の代わりに枠基板５を備える点とが主に異なっている。

以下、異なる点を中心に説明する。

モジュール基板２１は、たとえばアンテナ素子３や電子部品４への配線がなされた多層基板であり、モジュール基板２１の内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板２１の下面（図９における下面）には電子部品４が実装されている。電子部品４は、たとえば半導体チップであり、バンプ６を介してモジュール基板２１にフリップチップ実装されている。

枠基板５は、モジュール基板２１の外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板２１と同種の材料により構成される。枠基板５の断面形状は、中央部がくり抜かれた矩形形状である。枠基板５は、たとえば、打ち抜き加工やくり抜き加工等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて中央部に穴の開いた形状に加工されたものであってもよい。

また枠基板５は、モジュール基板２１と製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。ビア７は、たとえば、枠基板５を貫通するスルーホールの内壁を被覆する導電膜である。導電膜は、たとえばスルーホールめっき金属膜とする。なお、ビア７は、スルーホールめっき金属膜のような中空な構造のものには限られず、たとえば、枠基板５を貫通するスルーホールの内部全体に埋め込まれた導電材料からなる中実の電極としてもよい。

モジュール基板２１と枠基板５を電気的に接続した後、封止部８を実装する。

封止部８は、ビア７ａが形成されている樹脂基材であり、封止部８の上面（図９における上面）には、封止部８の下面（図９における下面）に対して傾斜角βを有した形状になっている。封止部８は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。ビア７ａは、たとえば、封止部８をアンテナ素子３の搭載面から反対側の面まで貫通するスルーホールであり、内部には導電性物質が埋め込まれて形成されている。また、ビア７ａは貫通孔表面に金属薄膜を形成した構造でも良い。ビア７ａは主軸を有する柱形状であってもよい。

封止部８をモジュール基板２１上に成型した後、モジュール基板２１の上面に配置されたバンプ６と接続するようにビア７ａを形成することにより、モジュール基板２１の配線、および実装された電子部品４と封止部８に形成されたビア７ａが電気的に接続される。

封止部８をモジュール基板２１上に成型した後、アンテナ素子３を封止部８の上面に実装し、ビア７ａを接続することにより、アンテナ素子３は電子部品４と電気的に接続される。

封止部８の上面は下面に対して傾斜角を有しているため、アンテナ素子３もモジュール基板２１に対して、傾斜角を持った状態で実装され、無線モジュール１となる。

無線モジュール１は、本構成をもちいることにより、製品の基板１０と物理的、電気的に接続される。また、封止部８の上面は製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、封止部８に実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、セットの小型化や低背化が可能になる。

また、封止部８の上面に実装されたアンテナ素子３と、モジュール基板２１の下面に実装された電子部品４との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

また、実施の形態１と比べると、モジュール基板が１枚で済むため、部材の費用を低減し、安価に製造することが可能となる。

（実施の形態７）
以下、図１０を用いて実施の形態７を説明する。

図１０は、本発明の実施の形態７に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール１は、モジュール基板２２、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６で構成され、製品の基板１０に実装されている。

図１０の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、モジュール基板２および封止部８の代わりにモジュール基板２２を備える点が主に異なっている。また、図１０の無線モジュールは、図５の無線モジュールと比べて、モジュール基板２０の代わりにモジュール基板２２を備える点が主に異なっている。

以下、異なる点を中心に説明する。

モジュール基板２２は、たとえばアンテナ素子や電子部品への配線がなされた多層基板であり、モジュール基板２２の上面（図１０における上面）には、モジュール基板２２の下面（図１０における下面）に対して傾斜角βを有した形状になっている。モジュール基板２２は、たとえば、研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。また複数の樹脂基材を組み合わせて上面に角度βを有した形状に加工されたものであってもよい。

モジュール基板２２の上面には、アンテナ素子３が実装されており、モジュール基板２２の下面には、電子部品４が実装されている。モジュール基板２２の内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板２２の上面および下面には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。

アンテナ素子３は、たと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。

電子部品４は、たとえば半導体チップであり、バンプ６を介してモジュール基板２２にフリップチップ実装され、電気的に接続されている。

枠基板５は、モジュール基板２２の外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板２２と同種の材料により構成される。

また枠基板５は、モジュール基板２２と製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。モジュール基板２２と枠基板５は、それぞれの表面に配置されたバンプ６とビア７により電気的に接続される。モジュール基板２２と枠基板５は接合されキャビティ構造になる。

モジュール基板２２の上面は製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、モジュール基板２２の上面に実装されたアンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、モジュール基板２２の上面に実装されたアンテナ素子３と、下面に実装された電子部品４との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、実施の形態１と比べると、モジュール基板が１枚で済むため、部材の費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、実施の形態５と比べると、枠基板に角度をつけるよりも、モジュール基板に角度をつけるほうが容易であるため、歩留りが向上する。

（実施の形態８）
以下、図１１を用いて実施の形態８を説明する。

図１１は、本発明の実施の形態８に係る無線モジュール、および、それを実装する製品の基板の構成例を模式的に示す断面図である。この無線モジュール１は、モジュール基板２３（図１１ではフレキシブル基板として記載）、アンテナ素子３、電子部品４、枠基板５、バンプ６、封止部８で構成され、製品の基板１０に実装されている。

図１１の無線モジュールは、図１の無線モジュールと比べて、モジュール基板２の代わりにモジュール基板２３を備える点が主に異なっている。

以下、異なる点を中心に説明する。

モジュール基板２３は、たとえばフレキシブル基板であり、アンテナ素子や電子部品への配線がなされた多層基板であり、アンテナ素子３、電子部品４が実装されている。モジュール基板２３の内部には、アンテナ素子３のＧＮＤになるＧＮＤプレーン（図示略）が内蔵されている。アンテナ素子３とＧＮＤプレーンは全体としてアンテナを構成する。またモジュール基板２３には、接続端子として機能する複数のバンプ６が接合されている。

枠基板５は、モジュール基板２３の外周を口形状に取り囲む枠基板であり、たとえば、モジュール基板２３と同種の材料により構成される。

また枠基板５は、モジュール基板２３と製品の基板１０とを電気的に接合するためにビア７が形成されている。 モジュール基板２３と枠基板５は、それぞれの表面に配置されたバンプ６とビア７により電気的に接続される。モジュール基板２３と枠基板５は接合されキャビティ構造になる。

封止部８は、樹脂基材であり、封止部８の上面（図１１における上面）には、封止部８の下面（図１１における下面）に対して傾斜角βを有した形状になっている。封止部８は、たとえば、封止金型の内部形状に傾斜角βをつけることにより成型されたものであってもよい。また研磨等の加工方法を用いて樹脂基材を所定の形状に加工されたものであってもよい。

モジュール基板２３は、封止部８をモジュール基板２３上に成型した後、途中部分で折り曲げられ、電子部品４が実装され枠基板５との接合面に対して水平な部分と、アンテナ素子３が実装され封止部８の上面にそって傾斜角βを有する部分と、に加工、形成される。

また、モジュール基板２３のアンテナ素子３が実装され封止部８の上面にそって傾斜角βを有する部分は、製品の基板１０の実装面に対して傾斜角βをもっているため、アンテナ素子３も傾斜角βを持って配置される。

無線モジュール１を搭載する製品の基板１０の実装面とアンテナ素子３が、傾斜角βを持って配置されているため、アンテナの指向性と製品の基板との角度αが、従来の技術では通信感度が劣化してしまう角度であっても製品の目的に応じた通信感度を得ることが可能になる。つまり、強い指向性をもつ方向を広い範囲で調整することを可能にし、例えば、角度αを０°付近にすることもできる。

また、通信感度の向上に伴い、アンテナ素子３を大型化する必要がなくなるため、無線モジュール１の小型化が可能になり、製品の小型化や低背化が可能になる。

また、モジュール基板２３に実装されたアンテナ素子３と、電子部品４との距離を離すことが可能となる。この構造により、電子部品４から発生した電気的ノイズがアンテナ素子３へ与える影響を抑制するとともに、アンテナ素子３からの電子部品４へのノイズを抑制し、アンテナ素子３と電子部品４の安定動作を実現することが可能になる。

また、実施の形態１と比べると、モジュール基板が１枚で済むため、部材の費用が不要となり、安価に製造することが可能となる。さらに、複数の基板を用意した時に必要となる導通をとる工程が不要となり、封止樹脂を貫通して電極を形成する工程が不要となるため、歩留りが向上し製造コストが削減できる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜８を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。

例えば、実施の形態１〜８において、モジュール基板、第一基板、第二基板は多層基板としたが、これは一例であって、両面基板であってもよい。また、それぞれ樹脂基板、セラミック基板またはフレキシブル基板のいずれであってもよく、抵抗や容量などの素子が実装されていてもよい。

また、実施の形態１〜８において、電子部品はバンプを介してモジュール基板にフリップチップ実装されているが、これは一例であって、ワイヤーボンドを介して接続されていてもよい。

また、実施の形態１〜８において、アンテナ素子は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が、これは一例であって、金属板に細長い切り抜きを設けたスロットアンテナであってもよい。また、スロットアンテナは電子部品と電気的に接続されていても、されていなくてもよい。

以上説明してきたように本開示における無線モジュールの一態様は、回路基板上に実装される無線モジュールであって、アンテナ素子と、電子部品と、前記アンテナ素子および前記電子部品を搭載するモジュール基板とを備え、前記アンテナ素子の上面が、前記回路基板への前記無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている。

この構成によれば、電波の放射強度（または受信感度）が強い方向を広い範囲で調整することができ、従来実現不可能であった方向、角度に対してもアンテナ素子からの信号の放射が可能になる。

また、前記モジュール基板は、第一の面と前記第一の面と反対側の第二の面とを有し、前記第一の面に前記アンテナ素子が搭載され、前記第二の面に前記電子部品が搭載されてもよい。

また、前記無線モジュールは、前記モジュール基板の一部もしくは全体に樹脂で形成された封止部を有しており、前記封止部の一面は前記封止部の他の面に対して前記傾斜角度を有しており、前記アンテナ素子は、前記封止部を介して前記モジュール基板に実装されてもよい。

また、前記モジュール基板は、一面側に傾斜角度を有しており、前記アンテナ素子が実装されてもよい。

また、前記モジュール基板は、途中部分で折り曲げられて形成され、折り曲げ箇所を境界とする第１の基板部分と第２の基板部分とを有し、前記第１の基板部分は、第２の基板部分に対して前記傾斜角度を有してもよい。

また、前記モジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、前記枠基板は前記モジュール基板との接続面に任意の傾斜角度を有してもよい。

また、本開示における無線モジュール基板の別の態様は、アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、電子部品を搭載する第二のモジュール基板とを備え、前記第一のモジュール基板の主面の１つと、前記第二のモジュール基板の主面とが傾斜角度を持っている。

また、前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが、上面と下面に前記傾斜角度を持って形成される樹脂を介して固定されてもよい。

また、前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが大きさの異なるバンプにより前記傾斜角度を持って固定されてもよい。

また、前記第一のモジュール基板の前記主面の１つには、前記アンテナ素子が実装され、前記第一のモジュール基板の前記主面の１つは主面の他の１つに対して前記傾斜角度を有してもよい。

また、本開示における無線モジュール基板のさらに別の態様は、アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、電子部品を搭載する第二のモジュール基板とを備え、前記第二のモジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、前記枠基板は前記第二のモジュール基板との接続面に傾斜角度を有している。

また、前記アンテナ素子が配線パターンにより構成されてもよい。

また、前記アンテナ素子が金属板の加工により形成されてもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、アンテナ素子を実装した無線通信モジュールに適用可能である。具体的には、携帯電話などに搭載される通信機器のＲＦモジュールなどに有用である。

１ 無線モジュール
２、２０、２１、２２、２３ モジュール基板
２ａ、２０ａ 第一基板
２ｂ 第二基板
３ アンテナ素子
４ 電子部品
５、５０ 枠基板
６、６ａ、６ｂ バンプ
７、７ａ ビア
８ 封止部
１０ 製品の基板

Claims (13)

1. 回路基板上に実装される無線モジュールであって、
   アンテナ素子と、
   電子部品と、
   前記アンテナ素子および前記電子部品を搭載するモジュール基板と
   を備え、
   前記アンテナ素子の上面が、前記回路基板への前記無線モジュールの実装面に対して傾斜角度を持っている
   無線モジュール。
2. 前記モジュール基板は、第一の面と前記第一の面と反対側の第二の面とを有し、
   前記第一の面に前記アンテナ素子が搭載され、
   前記第二の面に前記電子部品が搭載されている
   請求項１記載の無線モジュール。
3. 前記無線モジュールは、
   前記モジュール基板の一部もしくは全体に樹脂で形成された封止部を有しており、
   前記封止部の一面は前記封止部の他の面に対して前記傾斜角度を有しており、
   前記アンテナ素子は、前記封止部を介して前記モジュール基板に実装されている、
   請求項１記載の無線モジュール。
4. 前記モジュール基板は、
   一面側に傾斜角度を有しており、前記アンテナ素子が実装されている
   請求項１記載の無線モジュール。
5. 前記モジュール基板は、
   途中部分で折り曲げられて形成され、折り曲げ箇所を境界とする第１の基板部分と第２の基板部分とを有し、
   前記第１の基板部分は、第２の基板部分に対して前記傾斜角度を有する
   請求項１記載の無線モジュール。
6. 前記モジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、
   前記枠基板は前記モジュール基板との接続面に任意の傾斜角度を有している
   請求項１記載の無線モジュール。
7. アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、
   電子部品を搭載する第二のモジュール基板と
   を備え、
   前記第一のモジュール基板の主面の１つと、前記第二のモジュール基板の主面とが傾斜角度を持っている
   無線モジュール。
8. 前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが、上面と下面に前記傾斜角度を持って形成される樹脂を介して固定されている
   請求項７記載の無線モジュール。
9. 前記第一のモジュール基板と、前記第二のモジュール基板とが大きさの異なるバンプにより前記傾斜角度を持って固定されている
   請求項７記載の無線モジュール。
10. 前記第一のモジュール基板の前記主面の１つには、前記アンテナ素子が実装され、
    前記第一のモジュール基板の前記主面の１つは主面の他の１つに対して前記傾斜角度を有する、
    請求項７記載の無線モジュール。
11. アンテナ素子を搭載する第一のモジュール基板と、
    電子部品を搭載する第二のモジュール基板と
    を備え、
    前記第二のモジュール基板の底面に接続される枠基板を有しており、
    前記枠基板は前記第二のモジュール基板との接続面に傾斜角度を有している
    無線モジュール。
12. 前記アンテナ素子が配線パターンにより構成されている
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無線モジュール。
13. 前記アンテナ素子が金属板の加工により形成されている
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無線モジュール。

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