专利名称：天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于例如微波或毫米波等高频信号较为适宜的天线装置。
背景技术：
作为现有技术的天线装置，例如公知有如下微带(マイクロストリップ)天线(贴片天线)，即，设置有隔着比波长薄的电介体而相互相面对的发射导体元件和接地导体板，并且在发射导体元件的发射面侧设置有非供电导体元件(例如，參照专利文献I)。先行技术文献专利文献
专利文献I日本特开昭55-93305号公报另外，在专利文献I的天线装置中，利用发射导体元件与非供电导体元件的电磁场耦合(結合)而实现宽频带(帯域)化。然而，由于发射导体元件与非供电导体元件之间的厚度方向的间隔尺寸对电磁场耦合的大小发挥很大作用，因此扩宽频带方面存在极限。另外，在专利文献I的天线装置中，采用使用由连接器等构成的输入端子来进行供电的结构。然而，在将这样的天线用于毫米波带的情况下，由于天线的外形小至数mm左 右，因此无法进行使用连接器的供电，而与供电线路直接连接。此时，在天线与供电线路的接合部容易发生匹配(整合)失调，存在反射特性和天线增益等天线特性易降低的问题。另外，也考虑到通过例如在多层基板上将天线和供电线路一体化形成而提高天线和供电线路的匹配性。但是，为了减小电磁波的损失，要求使用介电损耗正切(tan δ)低的材料作为在天线中使用的绝缘材料，相对于此，具有这样特性的材料(例如陶瓷材料)比通常的绝缘材料(例如树脂材料)高价。因此，在将天线与供电线路一体化的情况下存在制造成本上升的倾向。
发明内容
本发明是鉴于上述的现有技术的问题而作出的，本发明的目的在于提供一种宽频带且能够得到期望的天线特性的天线装置。为了解决上述问题，发明的第一方案为ー种天线装置，通过在具备供电线路的母基板上安装芯片天线而成，其中，所述芯片天线具备层叠体，其层叠有多个绝缘层；发射导体元件，其位于该层叠体的内部而夹在两个绝缘层之间，且与所述母基板的供电线路连接；非供电导体元件，其位于比该发射导体元件靠所述层叠体的表面侧的位置且与该发射导体元件绝缘；耦合量调整导体板，其配置在该非供电导体元件与所述发射导体元件之间并调整非供电导体元件与所述发射导体元件的耦合量；栅格阵列，其由设置在所述层叠体的背面上的多个平面电极焊盘构成，所述耦合量调整导体板构成为局部覆盖所述非供电导体元件与所述发射导体元件相互重合的部位，并沿相对于在所述发射导体元件中流通的电流的方向正交的方向跨越所述发射导体元件，所述发射导体元件经由所述栅格阵列的第一平面电极焊盘与所述母基板的供电线路连接，所述耦合量调整导体板的两端侧经由所述栅格阵列的第二、第三平面电极焊盘与所述母基板的地线连接。在本发明的第二方案中，在所述耦合量调整导体板的两端侧与所述栅格阵列的第ニ、第三平面电极焊盘之间使用沿所述层叠体的厚度方向延伸的柱状的导体连接。在本发明的第三方案中，所述供电线路由帯状线路构成，所述带状线路由如下构件构成设置在所述母基板的表面上的表面侧接地导体板、设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、设置在所述表面侧接地导体板与背面侧接地导体板之间的带状导体，所述带状导体通过设置在所述表面侧接地导体板上的连接用开ロ与所述第一平面电极焊盘连接，所述表面侧接地导体板与所述第二、第三平面电极焊盘连接。在本发明的第四方案中，所述供电线路由带地线的共面线路构成，所述带地线的共面线路由如下构件构成设置在所述母基板的表面上的表面侧接地导体板、设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、形成在所述表面侧接地导体板上的线状的空隙部、设置于该空隙部且沿着该空隙部的长度方向延伸的带状导体，所述带状导体与所述第一平 面电极焊盘连接，所述表面侧接地导体板与所述第二、第三平面电极焊盘连接。在本发明的第五方案中，所述供电线路由微带线路构成，所述微带线路由如下构件构成设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、设置在所述母基板的表面上的带状导体，所述带状导体与所述第一平面电极焊盘连接，所述背面侧接地导体板经由设置在所述母基板的表面上的两个接地电极焊盘与所述第二、第三平面电极焊盘连接。在本发明的第六方案中，所述发射导体元件、非供电导体元件及耦合量调整导体板配置在相对于所述层叠体的厚度方向而言互不相同的位置上。在本发明的第七方案中，天线装置通过在具备供电线路的母基板上安装芯片天线而成，其中，所述芯片天线具备层叠体，其层叠有多个绝缘层；发射导体元件，其位于该层叠体的内部而夹在两个绝缘层之间，且与所述母基板的供电线路连接；非供电导体元件，其位于比该发射导体元件靠所述层叠体的表面侧的位置且与该发射导体元件绝缘；栅格阵列，其由设置在所述层叠体的背面上的多个平面电极焊盘构成，所述发射导体元件经由所述栅格阵列的第一平面电极焊盘与所述母基板的供电线路连接，所述栅格阵列的其他平面电极焊盘与所述母基板的电极接合。发明效果根据本发明的第一方案，耦合量调整导体板局部覆盖非供电导体元件与发射导体元件相互重合的部位，沿相对于在发射导体元件中流通的电流的流向正交的方向跨越发射导体元件。因此，在发射导体元件与非供电导体元件电场耦合时，能够使用耦合量调整导体板调整该电场耦合的強度，能够扩宽供电线路与发射导体元件匹配的频带。具体而言，在耦合量调整导体板的宽度方向为与在发射导体元件中流通的电流方向平行的方向时，通过改变耦合量调整导体板的宽度尺寸，能够调整发射导体元件与非供电导体元件的电场耦合的強度。另外，在使耦合量调整导体板的长度方向为与在发射导体元件中流通的电流的方向正交的方向时，通过改变耦合量调整导体板的长度尺寸，能够调整电流的共振频率。另外，由于在层叠体的背面设置有由多个平面电极焊盘构成的栅格阵列，因此通过将例如栅格阵列钎焊在母基板侧上，能够在母基板上接合固定芯片天线。除此以外，发射导体元件经由栅格阵列的第一平面电极焊盘与母基板的供电线路连接，因此能够经由第一平面电极焊盘进行供电。另外，通过适当调整第一 第三平面电极焊盘的配置和形状，能够获取母基板与芯片天线之间的匹配。通过这些调整无法获取的匹配可以通过调整层叠体内的贯通件的直径及配置、发射导体元件、耦合量调整导体板、非供电导体元件的形状、大小及配置、层叠体的绝缘层的厚度及层结构等而适当调整。进而，由于在层叠体上设置有例如覆盖背面整体的接地导体板，因此使发射导体元件等与接地导体板之间不产生不必要的杂散电容。因此，能够抑制因杂散电容导致的匹配性的下降。根据本发明的第二方案，耦合量调整导体板的两端侧与栅格阵列的第二、第三平面电极焊盘之间通过柱状的导体连接。因此，能够使用成为设置在层叠体上的柱状的导体的贯通件而容易地将耦合量调整导体板与第二、第三平面电极焊盘连接。根据本发明的第三方案，供电线路通过由设置在母基板上的表面侧接地导体板、背面侧接地导体板及帯状导体构成的帯状线路构成。因此，通过将带状导体与第一平面电极焊盘连接，从而能够从带状线路对发射导体元件进行供电。另外，通过将表面侧接地导体 板与第二、第三平面电极焊盘连接，能够将耦合量调整导体板的两端侧与地线连接。根据本发明的第四方案，供电线路由带地线的共面线路(ュプレーナ線路)构成，该带地线的共面线路由如下构件构成设置在母基板上的表面侧接地导体板、背面侧接地导体板、设置在表面侧接地导体板的空隙部的带状导体。因此，通过将带状导体与第一平面电极焊盘连接，从而能够从带状线路对发射导体元件进行供电。另外，通过将表面侧接地导体板与第二、第三平面电极焊盘连接，从而能够将耦合量调整导体板的两端侧与地线连接。根据本发明的第五方案，供电线路由微带线路构成，该微带线路由如下构件构成设置在母基板上的背面侧接地导体板及带状导体。因此，通过将带状导体与第一平面电极焊盘连接，从而能够从带状线路对发射导体元件进行供电。另外，由于背面侧接地导体板经由设置在母基板的表面上的两个接地电极焊盘与第二、第三平面电极焊盘连接，可以经由两个接地电极焊盘将耦合量调整导体板的两端侧与地线连接。根据本发明的第六方案，发射导体元件、非供电导体元件及耦合量调整导体板设置在层叠有多个绝缘层的层叠体上。因此，通过在例如互不相同的绝缘层的表面上设置发射导体元件、非供电导体元件及耦合量调整导体板，从而能够将它们容易地配置在层叠体的厚度方向上互不相同的位置上。其结果是，能够提高芯片天线的生产性，并能够降低每个天线各自的特性不均。根据本发明的第七方案，由于非供电导体元件与发射导体元件相互重合，因此与省略了非供电导体元件的情况相比，能够扩宽供电线路与发射导体元件匹配的频带。另外，由于在层叠体的背面设置有由多个平面电极焊盘构成的栅格阵列，因此通过将例如栅格阵列钎焊在母基板侧上，从而能够在母基板上接合固定芯片天线。另外，发射导体元件经由栅格阵列的第一平面电极焊盘与母基板的供电线路连接，因此能够经由第一平面电极焊盘进行供电。另外，通过适当调整多个平面电极焊盘的配置和形状，从而能够获取母基板与芯片天线之间的匹配。通过这些调整无法获取的匹配可以通过调整层叠体内的贯通件的直径及配置、发射导体元件等的形状、大小及配置、层叠体的绝缘层的厚度及层结构等而进行调整。进而，在层叠体上未设置有例如覆盖背面整体上的接地导体板，因此不会使发射导体元件等与接地导体板之间产生不必要的杂散电容。因此，能够抑制因杂散电容导致的匹配性的降低。
图I是表示本发明的第一实施方式的天线装置的立体图。图2是以图I中的母基板和芯片天线分离的状态表示的立体图。图3是表示天线装置的主要部分的俯视图。图4是从图3中的向视(矢視)IV-IV方向观察天线装置得到的剖视图。图5是从图3中的向视V-V方向观察天线装置得到的剖视图。
图6是单体表示图I中的芯片天线的立体图。图7是表示图I中的芯片天线的俯视图。图8是从图5中的向视VIII-VIII方向观察芯片天线得到的剖视图。图9是表示第一实施方式及第一比较例中的反射特性的频率特性的特性线图。图10是表示第一实施方式及第一比较例中的天线增益(利得)的频率特性的特性线图。图11是以母基板和芯片天线分离的状态表示第二实施方式的天线装置的立体图。图12是表示第二实施方式的天线装置的主要部分的俯视图。图13是从图12中的向视XIII-XIII方向观察天线装置得到的剖视图。图14以母基板和芯片天线分离的状态表示第三实施方式的天线装置的立体图。图15是表示第三实施方式的天线装置的主要部分的俯视图。图16是从图15中的向视XVI-XVI方向观察天线装置得到的剖视图。图17是表示第四实施方式的天线装置的立体图。图18是表示第四实施方式的天线装置的主要部分的俯视图。图19是从图18中的向视XIX-XIX方向观察天线装置得到的剖视图。图20是从图18中的向视XX-XX方向观察天线装置得到的剖视图。图21是单体表示图17中的芯片天线的立体图。图22是表示第四实施方式及第ニ比较例中的反射特性的频率特性的特性线图。图23是表示第四实施方式及第ニ比较例中的天线增益的频率特性的特性线图。符号说明1、31、41、51 天线装置2、32、42 母基板5 带状线路6、34表面侧接地导体板6A、34A 连接用开ロ7、35、44背面侧接地导体板8、37、45带状导体(ストリツプ導体)12,52芯片天线13,53 层叠体
14、15、16、54、55 绝缘层17、56发射导体兀件19、58非供电导体元件20耦合量调整导体板21贯通件(ビア)(柱状的导体)22、59栅格阵列23,60第一平面电极焊盘
24,61第二平面电极焊盘25,62第三平面电极焊盘33带地线的共面线路(グランド付きユプレーナ線路)36空隙部43微带线路(マイクロス卜リツプ線路)46、47接地电极焊盘
具体实施例方式以下，举出作为本发明的实施方式的天线装置例如适用于60GHz带用的贴片天线的情况为例，參照附图对其进行详细说明。图I至图5表示第一实施方式的天线装置I。该天线装置I通过在后述的母基板2上安装芯片天线12构成。母基板2形成为相对于相互正交的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向中的例如X轴方向及Y轴方向平行地扩展的平板状。该母基板2相对于成为宽度方向的Y轴方向具有例如数mm左右的宽度尺寸，相对于成为长度方向的X轴方向具有例如数mm左右的长度尺寸，且相对于成为厚度方向的Z轴方向具有例如数百μ m左右的厚度尺寸。另外，母基板2使用例如绝缘性的树脂材料形成，且具有从表面2A侧朝向背面2B侧沿Z轴方向层叠的双层的绝缘层3、4。此外，在母基板2上设置有帯状线路5。如图I至图5所示，帯状线路5构成进行对芯片天线12的发射导体元件17的供电的供电线路。该带状线路5由如下构件构成设置在母基板2的表面2A上的表面侧接地导体板6、设置在母基板2的背面2B上的背面侧接地导体板7、位于表面侧接地导体板6与背面侧接地导体板7之间而被夹在绝缘层3、4间设置的带状导体8。在此，表面侧接地导体板6由使用了例如铜、银等导电性金属材料的薄膜形成，并与地线连接。该表面侧接地导体板6覆盖母基板2的表面2A的大致整个面。另外，在表面侧接地导体板6的中央部分设置有例如大致四边形的连接用开ロ6A，从而连接发射导体元件17与带状导体8。该连接用开ロ 6A在X轴方向上具有长度尺寸LI，且在Y轴方向上具有宽度尺寸L2，形成为大致长方形的开ロ。此时，连接用开ロ 6A具有比发射导体元件17面积大的面积。因此，连接用开ロ 6A的长度尺寸LI及宽度尺寸L2设定为比发射导体元件17的长度尺寸L3及宽度尺寸L4大的值。另外，在连接用开ロ 6A的中央部分设置有大致四边形的供电用电极焊盘9。该供电用电极焊盘9形成为与例如后述的芯片天线12的第一平面电极焊盘23大致相同的大小及形状。另外，供电用电极焊盘9形成为比例如发射导体元件17的面积小的面积。另外，为了减小因接合母基板2与芯片天线12时的位置偏移等引起的天线特性的不均，优选将连接用开ロ 6A的面积形成得尽可能大。背面(裏面)侧接地导体板7与表面侧接地导体板6同样使用导电性金属材料形成，并与地线连接。该背面侧接地导体板7覆盖母基板2的背面2B的大致整个面。另外，背面侧接地导体板7通过多个贯通件(ビア)10与表面侧接地导体板6电连接。该贯通件10通过在贯通绝缘层3、4且内径为数十 数百μ m左右的贯通孔中设置例如铜、银等导电性金属材料而形成为圆柱状的导体。另外，贯通件10沿Z轴方向延伸，且其两端分别与接地导体板6、7连接。此外，多个贯通件10以包围带状导体8的方式配置在带状导体8的宽度方向两侧，且以包围连接用开ロ 6A的方式沿着连接用开ロ 6A的外周缘配置。由此，贯通件10使接地导体板6、7的电位稳定并抑制在带状导体8中输送的高频信号泄漏。 另ー方面，带状导体8由例如与表面侧接地导体板6同样的导电性金属材料构成，形成为沿X轴方向延伸的细长的帯状，且配置在绝缘层3与绝缘层4之间。该带状导体8的端部配置在连接用开ロ 6A的中心部分，并且经由作为连接线路的贯通件11及供电用电极焊盘9与发射导体元件17连接。贯通件11与贯通件10大致同样地形成为圆柱状的导体。该贯通件11贯通绝缘层3形成，通过连接用开ロ 6A的中心部分而沿Z轴方向，其两端分别与带状导体8和供电用电极焊盘9连接。此外，帯状线路5相对于通过宽度方向的中心位置且与X轴平行的线形成为线对称。如图I至图8所示，芯片天线12包括层叠体13、发射导体元件17、非供电导体元件19、耦合量调整导体板20及栅格阵列(ランドグリッドアレイ)22 (以下，称为LGA22)。层叠体13使用例如低温同时烧成陶瓷(LTCC)作为比母基板2介电正切(誘電正接)低的材料而形成，具有从表面13A侧朝向背面13B侧沿Z轴方向积层的三层的绝缘层14 16。各绝缘层14 16由能够以1000°C以下的低温烧成的绝缘性的陶瓷材料构成，具有例如6 10左右的介电常数且形成为薄层状。在此，各绝缘层14 16例如在X轴方向上具有数百Pm 数mm左右的长度尺寸，在Y轴方向上具有数百μπι 数mm左右的宽度尺寸，且形成为X轴方向为短边而Y轴方向为长边的大致长方形。由此，层叠体13形成为大致长方体形状。发射导体元件17使用例如铜、银等导电性金属材料形成为大致四边形状，与表面侧接地导体板6的连接用开ロ 6A隔开间隔地相面对。该发射导体元件17配置在绝缘层15与绝缘层16之间。因此，在发射导体元件17与表面侧接地导体板6之间配置有绝缘层16。另外，发射导体元件17形成为具有比连接用开ロ 6A的面积小的面积。因此，在与母基板2接合的状态下俯视观察芯片天线12吋，发射导体元件17配置在连接用开ロ 6A的内部。另外，如图3所示，发射导体元件17在X轴方向上具有例如数百μ m左右的长度尺寸L3，并且在Y轴方向上具有例如数百ym左右的宽度尺寸L4。该发射导体元件17的X轴方向的长度尺寸L3按照电气长度(電気長)设定为例如成为所使用的高频信号的半波长的值。进而，在发射导体元件17的X轴方向的中途位置连接有贯通件18，并且经由贯通件18连接有后述的第一平面电极焊盘23。此时，贯通件18相对于例如X轴方向从发射导体元件17的中央位置进行了位置偏移而配置，且与贯通件10大致同样地形成为圆柱状的导体。并且，贯通件18贯通绝缘层16，且经由第一平面电极焊盘23等与带状导体8电连接。由此，成为在发射导体元件17中因来自带状线路5的供电而有朝向X轴方向的电流I流通的结构。非供电导体元件19例如使用与发射导体元件17同样的导电性金属材料形成为大致四边形状，位于层叠体13中的、从发射导体元件17观察时的与母基板2的接合面(背面13B)相反ー侧，配置在层叠体13的表面13A(绝缘层14的表面)上。在该非供电导体元件19与发射导体元件17之间配置有绝缘层14、15。因此，非供电导体元件19在与发射导体元件17及表面侧接地导体板6绝缘的状态下隔着间隔而面向发射导体元件17。另外，如图7所示，非供电导体元件19在X轴方向上具有例如数百μ m左右的长度尺寸L5，并且在Y轴方向上具有例如数百ym左右的宽度尺寸L6。该非供电导体元件19的宽度尺寸L6例如比发射导体元件17的宽度尺寸L4大。另ー方面，非供电导体元件19的长度尺寸L5例如比发射导体元件17的长度尺寸L3小。另外，非供电导体元件19及发射导体元件17的大小关系及它们的具体形状不局限于上述说明，是考虑芯片天线12的发射模式等而适当设定的。此外，非供电导体元件19与发射导体元件17产生电磁场交联(係止)。耦合量调整导体板20例如使用与发射导体元件17同样的导电性金属材料形成为大致四边形状，其配置在发射导体元件17与非供电导体元件19之间。具体而言，耦合量调整导体板20配置在绝缘层14与绝缘层15之间，相对于发射导体元件17及非供电导体元件19绝缘。另外，如图8所示，耦合量调整导体板20在X轴方向上具有例如数百μπι左右的长度尺寸L7，且在Y轴方向上具有例如数百ym左右的宽度尺寸L8。该耦合量调整导体板20的宽度尺寸L8比例如发射导体元件17的宽度尺寸L4大，设定为与非供电导体元件19的宽度尺寸L6同等程度的值。另ー方面，耦合量调整导体板20的长度尺寸L7比例如发射导体元件17的长度尺寸L3及非供电导体元件19的长度尺寸L5小。由此，耦合量调整导体板20沿Y轴方向横切并覆盖发射导体元件17与非供电导体元件19相互重合的部位中的成为其一部分的中心部分(例如X轴方向的中心部分)。因此，耦合量调整导体板20沿相对于在发射导体元件17中流通的电流I的朝向正交的方向，跨越发射导体元件17。另外，在耦合量调整导体板20的两端侧设置有一对贯通件21。所述贯通件21与贯通件10大致同样地形成为圆柱状的导体，其贯通绝缘层15、16形成，将耦合量调整导体板20与第二、第三平面电极焊盘24、25电连接。此外，发射导体元件17、非供电导体元件19及耦合量调整导体板20例如彼此的中心位置配置在XY平面上的相同位置。另外，发射导体元件17、非供电导体元件19及耦合量 调整导体板20相对于通过它们中心位置且与X轴平行的线形成为线对称，并且相对于通过它们中心位置且与Y轴平行的线形成为线对称。此外，耦合量调整导体板20调整发射导体元件17与非供电导体元件19之间的耦合量。如图I及图6所示，LGA22由第一至第三平面电极焊盘23 25构成，其设置在层叠体13的背面13B。第一平面电极焊盘23配置在背面13B的中央部分，以与供电用电极焊盘9大致相同的大小形成为大致相同的四边形状。因此，第一平面电极焊盘23形成为比发射导体元件17的面积小的面积。另ー方面，第二、第三平面电极焊盘24、25夹着第一平面电极焊盘23而分别配置在Y轴方向的两侧。第二、第三平面电极焊盘24、25形成为例如X轴方向为长边而Y轴方向为短边的长方形状，且在Y轴方向上与连接用开ロ 6A的宽度尺寸L2以大致相等的间隔尺寸彼此分离。因此，第二、第三平面电极焊盘24、25的长边中的接近第一平面电极焊盘23的长边沿着连接用开ロ 6A的外周缘在X轴方向上延伸。
由此，例如在通过回流方式(リフロー)的钎焊(半田付け)等将芯片天线12接合到母基板2上时，在第一至第三平面电极焊盘23 25与供电用电极焊盘9、表面侧接地导体板6之间产生自定位作用。其结果是，对位成下述状态，即，第一平面电极焊盘23的中心与供电用电极焊盘9的中心大致一致，且第二、第三平面电极焊盘24、25的长边相对于连接用开ロ 6A中的沿X轴方向延伸的部分位置对准于大致平行的状态。另外，第二、第三平面电极焊盘24、25的长边的长度尺寸例如设定成与发射导体元件17的长度尺寸L3同等程度的值，且设定为比连接用开ロ 6A的长度尺寸LI小的值。进而，第一至第三平面电极焊盘23 25相对于通过第一平面电极焊盘23的中心位置且与X轴平行的线形成为线对称，并相对于通过第一平面电极焊盘23的中心位置且与Y轴平行的线形成为线对称。此外，第一至第三平面电极焊盘23 25配置成与供电用电极焊盘9及表面侧接地导体板6中的连接用开ロ 6A的周缘部分相面对的状态，并通过例如钎焊等接合手段与供电用电极焊盘9及表面侧接地导体板6接合。由此，芯片天线12与母基板2接合固定，且第一平面电极焊盘23与供电用电极焊盘9电连接，第二、第三平面电极焊盘24、25与表面侧接地导体板6电连接。本实施方式的天线装置I具有如上所述的结构，接下来对其动作进行说明。首先，在从带状线路5向发射导体元件17进行供电时，在发射导体元件17中有朝向X轴方向的电流I流通。由此，芯片天线12发送或接收与发射导体元件17的长度尺寸L3对应的高频信号。此时，发射导体元件17与非供电导体元件19彼此电磁场耦合，且具有彼此共振频率不同的两个共振模式。不仅在所述两个共振频率下高频信号的回波损耗(リターン口ス)降低，而且在所述两个共振频率之间的频段(周波数帯域)中高频信号的回波损耗也降低。因此，与省略了非供电导体元件19的情况相比，能够使用的高频信号的频带变宽。另外，存在下述倾向，S卩，随着非供电导体元件19与发射导体元件17的间隔尺寸变大，帯状线路5与发射导体元件17匹配的频带变宽。但是，若非供电导体元件19与发射导体元件17的间隔尺寸变大，则芯片天线12大型化，存在难以适用于小型的电子设备等中的间题。相对于此，在本实施方式中，在发射导体元件17与非供电导体元件19之间设置有耦合量调整导体板20，因此能够使用耦合量调整导体板20调整发射导体元件17与非供电导体元件19之间的耦合量。在此，为了使芯片天线12作为贴片天线发挥功能，需要在从发射导体元件17观察时的非供电导体元件19的相反侧设置接地导体板。在芯片天线12上设置有该接地导体板的情况下，存在下述倾向，即，在发射导体元件17、耦合量调整导体板20、贯通件18、21等之间产生不需要的杂散电容(浮遊容量)，且在与成为供电线路的帯状线路5之间匹配失调。因此，在本实施方式中，采用在芯片天线12上不设置接地导体板而在母基板2上设置接地导体板6、7的结构。为了确认如此从芯片天线12中省略了接地导体板的结构的效果，对省略了接地导体板的情况(第一实施方式)和设置有接地导体板的情况(第一比较例)測定了反射特性(回波损耗)及天线增益的频率特性。其结果在图9及图10中示出。另外,使母基板2的厚度尺寸为O. 2_，使芯片天线12的厚度尺寸为O. 4_。使发射导体元件17的长度尺寸L3为O. 775mm,使宽度尺寸L4为O. 5_。使非供电导体元件19的长度尺寸L5为O. 725mm,使宽度尺寸L6为I. 55mm。使耦合量调整导体板20的长度尺寸L7为O. 35mm，使宽度尺寸L8为I. 55mm。使贯通件18、21的直径为O. 15mm。另外，在第一比较例中，在芯片天线12的比背面13B向表面13A靠近50 μπι的位置配置与XY面平行的接地导体板，并且接地导体板设置在除了贯通件18的周围以外的大致整个面上。
由图9的结果可知，在芯片天线12上未设置接地导体板的本实施方式中，反射特性成为-IOdB以下的频段宽度为13. 2GHz左右。相对于此，在芯片天线12上设有接地导体板的第一比较例中，反射特性成为-IOdB以下的频段宽度为6. 2GHz左右，与本实施方式相比降低大约53%。另外，由图10的结果可知，在芯片天线12上未设置接地导体板的本实施方式中，最大天线增益为6dBi，且天线増益的IdB宽度、即从最大天线增益降低IdB后的频段的宽度为10. 6GHz左右。相对于此，在芯片天线12上设有接地导体板的第一比较例中，最大天线増益虽然比本实施方式上升了 O. ldB，但天线増益的IdB宽度为6. 8GHz，与本实施方式相比降低大约36%。如上所述，在本实施方式中，通过在芯片天线12上不设置接地导体板，从而能够提高与帯状线路5的匹配性，并且能够使反射特性及天线增益宽频带化。如此，在本实施方式中，耦合量调整导体板20局部覆盖发射导体元件17与非供电导体元件19相互重合的部位，且沿相对于在发射导体元件17中流通的电流I的方向正交的方向跨越发射导体元件17。因此，在发射导体元件17与非供电导体元件19电场耦合吋，能够利用耦合量调整导体板20调整该电场耦合的強度，且能够扩宽带状线路5与发射导体元件17匹配的频带。另外，由于在层叠体13的背面13B上设置有由多个平面电极焊盘23 25构成的LGA22，因此能够例如通过将LGA22钎焊在母基板2侧而将芯片天线12接合固定到母基板2上。除此以外，发射导体元件17经由LGA22的第一平面电极焊盘23与母基板2的带状线路5连接，因此能够经由第一平面电极焊盘23进行供电。另外，通过适当调整第一 第三平面电极焊盘23 25的配置和形状，能够获取母基板2与芯片天线12之间的匹配。通过这些调整无法获取的匹配可以通过调整层叠体13内的贯通件18、21的直径及配置、发射导体元件17、非供电导体元件19、耦合量调整导体板20的形状、大小及配置、层叠体13的绝缘层14 16的厚度及层结构等来适当调整。进而，由于在层叠体13上未设置接地导体板，因此不会在发射导体元件17等与接地导体板之间产生不必要的杂散电容。因此，能够抑制因杂散电容导致的匹配性的下降,与在层叠体13上设置有接地导体板的情况相比能够使反射特性及天线增益宽频带化。
另外，由于将耦合量调整导体板20及第ニ、第三平面电极焊盘24、25设置在层叠体13上，因此能够使用贯通层叠体13的绝缘层15、16的贯通件21将耦合量调整导体板20的两端侧经由第二、第三平面电极焊盘24、25容易地与表面侧接地导体板6连接。因此，能够使耦合量调整导体板20的电位稳定，并且能够使耦合量调整导体板20的电特性相对于Y轴方向対称，与仅将耦合量调整导体板20的一端侧与表面侧接地导体板6连接的情况相比能够抑制杂散电容的产生和不需要的共振现象等。另外，发射导体元件17、非供电导体元件19及耦合量调整导体板20设置在层叠有多个绝缘层14 16的层叠体13上。因此，通过在互不相同的绝缘层14 16的表面上依次设置非供电导体元件19、耦合量调整导体板20及发射导体元件17，从而能够容易地将它们配置在层叠体13的相对于厚度方向互不相同的位置上。其结果是，能够容易地适用于批量生产エ序，能够提高芯片天线12的生产性，并且能够降低每个天线各自的特性不均。进而，在母基板2上设置有由表面侧接地导体板6、背面侧接地导体板7及带状导 体8构成的帯状线路5。因此，通过利用连接用开ロ 6A使带状导体8与第一平面电极焊盘23连接，从而能够从带状线路对发射导体元件17进行供电。另外，通过将表面侧接地导体板6与第二、第三平面电极焊盘24、25接合，从而能够使耦合量调整导体板20的两端侧与地线连接。接下来，图11至图13表示本发明的第二实施方式。并且，本实施方式的特征在于，在母基板上设置带地线的共面线路，并将该带地线的共面线路与芯片天线的发射导体元件连接。另外，在本实施方式中，对与所述第一实施方式相同的构成要件标注同一符号，并省略其说明。第二实施方式的天线装置31通过在母基板32上安装芯片天线12构成。母基板32与第一实施方式的母基板2大致同样地使用例如绝缘性的树脂材料形成，且与XY面平行地扩展。另外，在母基板32的表面32A上安装有芯片天线12。带地线的共面线路33构成对芯片天线12的发射导体元件17进行供电的供电线路。该带地线的共面线路33包括设置在母基板32的表面32A上的表面侧接地导体板34、设置在母基板32的背面32B上的背面侧接地导体板35、形成在表面侧接地导体板34上且沿X轴方向延伸的线状的空隙部36、设置在该空隙部36上且沿着该空隙部36的长度方向延伸的带状导体37。在此，表面侧接地导体板34与第一实施方式的表面侧接地导体板6同样地由使用了导电性金属材料的薄膜形成，并与地线连接。该表面侧接地导体板34覆盖母基板32的表面32A的大致整个面。背面侧接地导体板35也与表面侧接地导体板34同样地由金属薄膜形成且与地线连接，并且覆盖母基板32的背面32B的大致整个面。另外，在表面侧接地导体板34的中央部分设置有例如大致四边形的连接用开ロ34A。该连接用开ロ 34A以与第一实施方式的连接用开ロ 6A大致同样的大小及形状形成，形成为大致长方形的开ロ，且具有比发射导体元件17的面积大的面积。因此，连接用开ロ34A的四边的外周缘中的沿X轴方向延伸的两边沿着第二、第三平面电极焊盘24、25的长边中的接近第一平面电极焊盘23的长边延伸。并且，在连接用开ロ 34A上连续连接有沿X轴方向呈直线状延伸的空隙部36。另外，背面侧接地导体板35通过多个贯通件38与表面侧接地导体板34电连接。该贯通件38贯通母基板32且形成为沿Z轴方向延伸的圆柱状的导体。并且，多个贯通件38以包围空隙部36的方式配置在空隙部36的宽度方向两侧，且以包围连接用开ロ 34A的方式沿着连接用开ロ 34A的外周缘配置。带状导体37由与表面侧接地导体板34同样的导电性金属材料构成，其形成在母基板32的表面32A。该带状导体37位于空隙部36中的宽度方向的中心且形成为沿X轴方向延伸的细长的帯状。此时，带状导体37成为利用空隙部36而与表面侧接地导体板34非接触的状态。并且，帯地线的共面线路33相对于通过宽度方向的中心位置且与X轴平行的线形成为线对称。另外，带状导体37的端部位于 连接用开ロ 34A的中央部分而成为形成为与芯片天线12的第一平面电极焊盘23大致相同形状的接合部37A。该接合部37A配置在与芯片天线12的第一平面电极焊盘23相面对的位置，且通过钎焊等接合手段与第一平面电极焊盘23接合。由此，带状导体37与芯片天线12的发射导体元件17电连接。另ー方面，表面侧接地导体板34中的夹着连接用开ロ 34A而位于宽度方向两侧的部位与第二、第三平面电极焊盘24、25接合。由此，芯片天线12的耦合量调整导体板20的两端侧经由第二、第三平面电极焊盘24、25与地线连接。并且，在通过例如回流方式的钎焊等将芯片天线12与母基板32接合时，第一至第三平面电极焊盘23 25与带状导体37的接合部37A、表面侧接地导体板34之间产生自定位作用。如此，在本实施方式中也能够获得与第一实施方式同样的作用效果。尤其是，在本实施方式中，由于在发射导体元件17上连接有带地线的共面线路33，因此能够使用由单层构成的母基板32。因此，与第一实施方式的帯状线路5相比能够简化带地线的共面线路33的结构，且能够降低制造成本。另外，由于使用在高频电路通常使用的带地线的共面线路33,因此与其他闻频电路的连接性得以提尚。接下来，图14至图16表示本发明的第三实施方式。并且，本实施方式的特征在于，在母基板上设置有微带线路，且该微带线路与芯片天线的发射导体元件连接。另外，在本实施方式中，对与所述第一实施方式相同的构成要件标注同一符号，并省略其说明。第三实施方式的天线装置41通过在母基板42上安装芯片天线12构成。母基板42与第一实施方式的母基板2大致同样地使用例如绝缘性的树脂材料形成，且与XY面平行扩展。另外，在母基板42的表面42A上安装有芯片天线12。微带线路43构成对芯片天线12的发射导体元件17进行供电的供电线路。该微带线路43包括设置在母基板42的背面42B的背面侧接地导体板44、设置在母基板42的表面42A的带状导体45。在此，背面侧接地导体板44与第一实施方式的表面侧接地导体板6同样地由使用了导电性金属材料的薄膜形成，且覆盖母基板42的背面42B的大致整个面。另外，带状导体45由与背面侧接地导体板44同样的导电性金属材料构成，且形成为沿X轴方向延伸的细长的帯状。并且，微带线路43相对于通过宽度方向的中心位置且与X轴平行的线形成为线对称。另外，带状导体45的端部成为形成为与芯片天线12的第一平面电极焊盘23大致相同形状的接合部45A。该接合部45A配置在芯片天线12的与第一平面电极焊盘23相面对的位置，且通过钎焊等接合手段与第一平面电极焊盘23接合。由此，带状导体45与芯片天线12的发射导体元件17电连接。进而，在母基板42的表面42A上设置有两个接地电极焊盘46、47。所述的接地电极焊盘46、47夹着带状导体45的接合部45A配置在宽度方向(Y轴方向)的两侧，且配置在与芯片天线12的第二、第三平面电极焊盘24、25相面对的位置。另外，接地电极焊盘46、47形成为与第二、第三平面电极焊盘24、25大致相同的大小及形状，且利用贯通母基板42的贯通件48与背面侧接地导体板44电连接。并且，接地电极焊盘46、47通过钎焊等接合手段分别与芯片天线12的第二、第三平面电极焊盘24、25接合。由此，芯片天线12的耦合量调整导体板20的两端侧经由接地电极焊盘46、47等与地线连接。另外，带状导体45的接合部45A形成为与第一平面电极焊盘23大致相同的大小及形状，且接地电极焊盘46、47形成为与第二、第三平面电极焊盘24、25大致相同的大小及形状。因此，在通过例如回流方式的钎焊等将芯片天线12与母基板42接合时，在第一至第 三平面电极焊盘23 25与带状导体45的接合部45A、接地电极焊盘46、47之间产生自定位作用。如此，在本实施方式中也能够得到与第一实施方式同样的作用效果。尤其是，在本实施方式中，在发射导体元件17上连接有微带线路43，因此与第一实施方式的帯状线路5相比能够简化微带线路43的结构，并且能够降低制造成本。另外，由于使用在高频电路中通常使用的微带线路43，因此与其他高频电路的连接性得以提高。接下来，图17至图21表示本发明的第四实施方式。并且，本实施方式的在于省略了芯片天线的耦合用调整导体板。另外，在本实施方式中，对与所述第一实施方式相同的构成要件标注同一符号，并省略其说明。第四实施方式的天线装置51通过在母基板2上安装芯片天线52构成。芯片天线52包括层叠体53、发射导体兀件56、非供电导体兀件58及栅格阵列59 (以下，称为LGA59)。与第一实施方式的层叠体13同样，层叠体53使用例如低温同时烧成陶瓷(LTCC)而形成。该层叠体53具有从表面53A侧朝向背面53B侧沿Z轴方向层叠的2层的绝缘层54、55，且形成为大致长方体形状。发射导体兀件56与第一实施方式的发射导体兀件17大致同样形成，与表面侧接地导体板6的连接用开ロ 6A隔着间隔相面对。该发射导体元件56配置在绝缘层54与绝缘层55之间。另外，发射导体元件56以比连接用开ロ 6A的面积小的面积形成，且发射导体元件56的X轴方向的长度尺寸按照电气长度来计量设定为例如成为使用的高频信号的半波长的值。进而，在发射导体元件56的X轴方向的中途位置连接有由圆柱状的导体构成的贯通件57，并且经由该贯通件57连接有后述的第一平面电极焊盘60。此时，贯通件57例如相对于X轴方向配置成从发射导体元件56的中央位置进行了位置偏移。并且，发射导体元件56经由贯通件57、第一平面电极焊盘23等与带状导体8电连接。非供电导体元件58与第一实施方式的非供电导体元件19大致同样地形成，位于层叠体53中的、从发射导体元件56观察时的与母基板2的接合面(背面53B)的相反侧，并且配置在层叠体53的表面53A(绝缘层54的表面)。该非供电导体元件58在与发射导体元件56及表面侧接地导体板6绝缘的状态下隔着间隔地面向发射导体元件56。并且，非供电导体兀件58与发射导体兀件56产生电磁场交联。LGA59具备与第一实施方式的平面电极焊盘23 25大致同样的第一至第三平面电极焊盘60 62，并且设置在层叠体53的背面53B。第一平面电极焊盘60配置在背面53B的中央部分，并且以与供电用电极焊盘9大致相同的大小形成为大致相同的四边形状。另ー方面，第二、第三平面电极焊盘61、62夹着第一平面电极焊盘60分别配置在Y轴方向的两侧。第二、第三平面电极焊盘61、62形成为X轴方向为长边而Y轴方向为短边的长方形状，且在Y轴方向上以与连接用开ロ 6A的宽度尺寸大致相同的间隔尺寸彼此分离。另外，第一至第三平面电极焊盘60 62相对于通过第一平面电极焊盘60的中心位置且与X轴平行的线形成为线对称，并且相对于通过第一平面电极焊盘60的中心位置且与Y轴平行的线形成为线对称。 此外，第一至第三平面电极焊盘60 62配置成与供电用电极焊盘9及表面侧接地导体板6中的连接用开ロ 6A的周缘部分相面对的状态，并通过例如钎焊等接合手段与供电用电极焊盘9及作为电极的表面侧接地导体板6接合。由此，芯片天线12接合固定在母基板2上，且第一平面电极焊盘23与供电用电极焊盘9电连接。另外，在通过例如回流方式的钎焊等将芯片天线52与母基板2接合时，在第一至第三平面电极焊盘60 62与供电用电极焊盘9、表面侧接地导体板6之间产生自定位作用。如此，在本实施方式中也能够得到与第一实施方式同样的作用效果。另外，本实施方式的芯片天线52省略了耦合量调整导体板，因此不能得到基于耦合量调整导体板的宽频带化的效果。但是，由于具备与发射导体元件56相面对的非供电导体元件58，因此能够实现基于非供电导体元件58的宽频带化。除此以外，由于芯片天线52可以通过由比第一实施方式的芯片天线12少ー层的2层的绝缘层54、55构成的层叠体53形成，因此能够降低制造成本。另外，由于芯片天线52利用LGA59与母基板2接合，因此可以与第一实施方式同样地通过适当调整第一 第三平面电极焊盘60 62等的配置和形状来获取母基板2与芯片天线52之间的匹配。在此,LGA59的第二、第三平面电极焊盘61、62未与发射导体兀件56及非供电导体元件58电连接，因此也可以将它们省略。在此，针对设置有第二、第三平面电极焊盘61、62的情况(第四实施方式)和省略了第二、第三平面电极焊盘61、62的情况(第二比较例)測定了反射特性(回波损耗)及天线增益的频率特性。其结果在图22及图23中示出。另外，使母基板2的厚度尺寸为O. 2mm,使芯片天线12的厚度尺寸为O. 4mm。使发射导体元件56的长度尺寸为O. 775mm,宽度尺寸为O. 5mm。使非供电导体元件58的长度尺寸为O. 725mm,宽度尺寸为I. 55mm。使贯通件57的直径为O. 15mm。由图22的结果可知，在芯片天线52上设置有第二、第三平面电极焊盘61、62 (LGA59)的本实施方式中，反射特性成为-IOdB以下的频段宽度为11. 5GHz左右。相对于此，在从芯片天线52中省略了第二、第三平面电极焊盘61、62(LGA59)的第二比较例中，反射特性成为-IOdB以下的频段宽度为10. 4GHz左右，与本实施方式相比降低了大约10%。另外，由图23的结果可知，在芯片天线52上设置有第二、第三平面电极焊盘61、62的本实施方式中，最大天线增益为6dBi，且天线増益的IdB宽度、即从最大天线增益降低IdB后的频段的宽度为10. 9GHz左右。相对于此，在从芯片天线52中省略了第二、第三平面电极焊盘61、62的第二比较例中，天线增益的IdB宽度为10. IGHz左右，与本实施方式相比降低了大约7%。如由图22及图23的结果可知的那样，为了使反射特性及天线增益宽频带化，优选如本实施方式这样在芯片天线52上设置第二、第三平面电极焊盘61、62。另外，在第四实施方式中，举出使用与第一实施方式同样的母基板2的情况为例进行了说明，但也可以使用第二、第三实施方式的母基板32、42。 另外，在所述各实施方式中，LGA22、59具备三个平面电极焊盘23 25、60 62，但也可以具备四个以上的平面电极焊盘。进而，在所述各实施方式中，举出用于60GHz带的毫米波的天线装置1、31、41、51为例进行了说明，但也可以适用在用于其他频率带的毫米波或微波等的天线装置中。
权利要求
1.一种天线装置，通过在具备供电线路的母基板上安装芯片天线而成，其特征在干， 所述芯片天线具备 层叠体，其层叠有多个绝缘层； 发射导体元件，其位于该层叠体的内部而夹在两个绝缘层之间，且与所述母基板的供电线路连接； 非供电导体元件，其位于比该发射导体元件更靠所述层叠体的表面侧的位置且与该发射导体元件绝缘； 耦合量调整导体板，其配置在该非供电导体元件与所述发射导体元件之间并调整所述非供电导体元件与所述发射导体元件的耦合量；以及 栅格阵列，其由设置在所述层叠体的背面上的多个平面电极焊盘构成， 所述耦合量调整导体板构成为局部覆盖所述非供电导体元件与所述发射导体元件相互重合的部位，并沿相对于在所述发射导体元件中流通的电流的方向正交的方向跨越所述发射导体元件， 所述发射导体元件经由所述栅格阵列的第一平面电极焊盘与所述母基板的供电线路连接， 所述耦合量调整导体板的两端侧经由所述栅格阵列的第二、第三平面电极焊盘与所述母基板的地线连接。
2.根据权利要求I所述的天线装置，其特征在干， 在所述耦合量调整导体板的两端侧与所述栅格阵列的第二、第三平面电极焊盘之间，使用沿所述层叠体的厚度方向延伸的柱状的导体而连接。
3.根据权利要求I或2所述的天线装置，其特征在干， 所述供电线路由帯状线路构成，所述带状线路包括设置在所述母基板的表面上的表面侧接地导体板、设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、和设置在所述表面侧接地导体板与背面侧接地导体板之间的带状导体， 所述带状导体通过设置在所述表面侧接地导体板上的连接用开ロ与所述第一平面电极焊盘连接， 所述表面侧接地导体板与所述第二、第三平面电极焊盘连接。
4.根据权利要求I或2所述的天线装置，其特征在干， 所述供电线路由带地线的共面线路构成，所述带地线的共面线路包括设置在所述母基板的表面上的表面侧接地导体板、设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、形成在所述表面侧接地导体板上的线状的空隙部、和设置于该空隙部且沿着该空隙部的长度方向延伸的带状导体， 所述带状导体与所述第一平面电极焊盘连接， 所述表面侧接地导体板与所述第二、第三平面电极焊盘连接。
5.根据权利要求I或2所述的天线装置，其特征在干， 所述供电线路由微带线路构成，所述微带线路包括设置在所述母基板的背面上的背面侧接地导体板、和设置在所述母基板的表面上的带状导体， 所述带状导体与所述第一平面电极焊盘连接， 所述背面侧接地导体板经由设置在所述母基板的表面上的两个接地电极焊盘与所述第二、第三平面电极焊盘连接。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的天线装置，其特征在干， 所述发射导体元件、非供电导体元件及耦合量调整导体板配置在相对于所述层叠体的厚度方向而言互不相同的位置上。
7.一种天线装置，通过在具备供电线路的母基板上安装芯片天线而成，其特征在干， 所述芯片天线具备 层叠体，其层叠有多个绝缘层； 发射导体元件，其位于该层叠体的内部而夹在两个绝缘层之间，且与所述母基板的供电线路连接； 非供电导体元件，其位于比该发射导体元件更靠所述层叠体的表面侧的位置且与该发射导体元件绝缘；以及 栅格阵列，其由设置在所述层叠体的背面上的多个平面电极焊盘构成， 所述发射导体元件经由所述栅格阵列的第一平面电极焊盘与所述母基板的供电线路连接， 所述栅格阵列的其他平面电极焊盘与所述母基板的电极接合。
全文摘要
本发明提供一种宽频带且能够获得期望的天线特性的天线装置。芯片天线安装在母基板上。在母基板上设置有由表面侧接地导体板、背面侧接地导体板、带状导体构成的带状线路。另外，芯片天线由层叠体、发射导体元件、非供电导体元件、耦合量调整导体板及LGA构成。发射导体元件通过贯通件与LGA的第一平面电极焊盘连接。另一方面，耦合量调整导体板配置在发射导体元件与非供电导体元件之间，且其两端侧通过贯通件与LGA的第二、第三平面电极焊盘连接。此外，LGA与母基板的供电用电极焊盘及表面侧接地导体板接合。
文档编号H01Q1/48GK102694245SQ20121007444
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月20日 优先权日2011年3月23日
发明者小林英一, 平塚敏朗, 藤井洋隆, 须藤薰 申请人:株式会社村田制作所