JP2012109821A - パッチアンテナの実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】給電パッド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の実装方法を提供すること。
【解決手段】給電ピン１３の長さを、下端が給電パッド６１に当接した際に上端が放射電極１０の上面から突出する程度の長さに設定し、当該給電ピン１３を誘電体１１の貫通孔２０に遊嵌させ、給電ピンの上端部から前記放射電極に亘って付着された第１の半田に３０によって当該給電ピン１３の下端が接地電極１２の下面と面一又は当該下面より上方に位置する状態で当該給電ピンの仮止めをしておき、第１の半田を加熱により溶融させることによって、給電ピン１３を貫通孔２０内で落下させ、当該給電ピン１３の下端を給電パッド６１に当接させるようにすることで、給電パッド６１の損傷の防止と、給電ピン１３と給電パッド６１との接続を確実に行えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッチアンテナの実装方法に関するものである。

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）。

特開２００５−２６０８７５号公報

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。

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。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、給電パッド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の実装方法を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、
上下方向に貫く貫通孔を有する誘電体、前記誘電体の上面に形成された放射電極、前記誘電体の下面に形成された接地電極、及び、前記貫通孔に挿入された給電ピンを備えるパッチアンテナを、前記誘電ピンの下端部を実装基板の上面に形成された給電パッドに電気的に接続させて、前記実装基板に実装するにあたり、
前記給電ピンの長さを、下端が前記給電パッドに当接した際に上端が前記放射電極の上面から突出する程度の長さに設定し、当該給電ピンを前記貫通孔に遊嵌させ、前記給電ピンの上端部から前記放射電極に亘って付着された第１の半田によって当該給電ピンの下端が前記接地電極の下面と面一又は当該下面より上方に位置する状態で当該給電ピンの仮止めをしておき、
前記パッチアンテナを前記実装基板の上に載置し、前記第１の半田を加熱により溶融させることによって、前記給電ピンを前記貫通孔内で落下させ、当該給電ピンの下端を前記給電パッドに当接させるようにしたことを特徴とするパッチアンテナの実装方法である。
ここで、「遊嵌」とは、給電ピンが貫通孔内を重力によって円滑に落下できる程度の間隙をもって、給電ピンが貫通孔に挿入された状態をいう。

請求項２の発明は、請求項１に記載のパッチアンテナの実装方法において、前記給電パッドの上に第２の半田を付着させておき、前記半田と前記第２の半田とを加熱により同時に溶融させ、前記第２の半田によって前記給電ピンの下端部を前記給電パッドに電気的に接続させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２のパッチアンテナの実装方法において、前記誘電体に、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を形成しておくとともに、前記給電ピンの下端に、当該給電ピンの全周囲に張り出した座部を形成しておき、前記仮止めの際に前記座部の下端を前記接地電極の下面と面一又は当該下面より上方に位置させておくことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は２のパッチアンテナの実装方法において、前記給電ピンの上端に全周囲に張り出した頭部を形成しておき、前記頭部の下面から前記放射電極に亘って付着させた前記第１の半田によって前記仮止めをしておくことを特徴とする。

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、実装の際の半田の溶融によって、給電ピンが落下するので、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ことになる。

本発明の第１の実施形態に係るパッチアンテナを示す断面図である。 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）はアンテナ本体の放射電極と給電ピンとを電気的に接続した状態を示す図である。 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、（Ｃ）は給電ピンの下端部と実装基板の給電パッドとを電気的に接続した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパッチアンテナを示す断面図である。 図４のパッチアンテナを実装基板に載置した状態を示す図である。 図４のパッチアンテナを実装基板に実装した状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るパッチアンテナを示す断面図である。 図７のパッチアンテナを実装基板に載置した状態を示す図である。 図７のパッチアンテナを実装基板に実装した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、第１の実施形態の実装方法に使用されるパッチアンテナ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が形成されている。

また、放射導体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とする場合には、放射電極１０の外周に切り欠き部が形成される。

また、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。

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、給電ピン１３は、その上端部が半田３０を介して放射電極１０と電気的に接続された状態で、仮止めされている。
この仮止め状態では、給電ピン１３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の下端部は、パッチアンテナ１の搬送の際などに、それを取り囲む壁によって保護され、外部の物体との衝突が防止される。

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２（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２（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の貫通孔２０近くの接地電極１２の欠損部分２１ａに対向して形成されており、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２（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２（Ｂ）に示すように、基台５０の突起５１と接地電極２１の欠損部分２１ａとの平面的な位置を合致させるようにする。
次に、図２（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の上面に半田３０を付着させ、半田３０を加熱によって溶融させ、第２（Ｄ）に示すように、給電ピン１３を、その上端部が半田３０を介して放射電極１０の上面と電気的に接続された状態で、仮止めする。
これによって、図１に示すパッチアンテナ１が得られる。

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。

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３（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３（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３（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の下端はクリーム半田７０に当接されていなくてもよい。

次に、図３（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、半田３０及びクリーム半田７０を溶融させる。

このとき半田３０は次のように作用する。
半田３０は溶融されると、給電ピン１３の保持力を失う。その結果、給電ピン１３は貫通孔２０内を自重によって落下し、接地電極１２の下面から突出する。

このように給電ピン１３は、接地電極１２の下面から突出し、確実に、給電パッド６１と当接するため、溶融した半田が給電ピン１３に沿って上り、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の下端部が第２の給電パッド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。

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。

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の下端は、接地電極１２の下面と面一か当該下面よりも上方に位置しているので、給電ピン１３の下端部はそれを取り囲む壁に保護され、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するのが防止される。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１３の損傷が防止できるとともに、パッチアンテナ１が傾くことも防止される。
一方、実装の際の半田３０の溶融によって、給電ピン１３が落下するので、給電ピン１３の下端部と給電パッド６１との電気的接続が確実に行えることになる。

図４は、第２の実施形態の実装方法に使用されるパッチアンテナ２の断面図である。
なお、このパッチアンテナ２において、上記パッチアンテナ１と同じ要素には、同じ符号を付している。
このパッチアンテナ２の誘電体１１には、下面に開口し貫通孔２０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２１が形成されている。
また、このパッチアンテナ２の給電ピン１３の下端には、全周囲に張り出す座部１３ａが形成されている。この給電ピン１３の座部１３ａの下端は、給電ピン１３の仮止め状態では、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。

このパッチアンテナ２の製造は、上記パッチアンテナ１の製造方法と同様な方法でなされる。ただし、給電ピン１３に座部１３ａが形成されているので、アンテナ本体１Ａを基台５０に載置する前に、給電ピン１３を貫通孔２０に下から挿入しておく必要がある。

また、このパッチアンテナ２の実装も、上記パッチアンテナ１の実装方法と同様な方法でなされる。図５にはパッチアンテナ２を実装基板６０に載置した状態が示され、図６にはパッチアンテナ２を実装基板６０に実装した状態が示されている。なお、図５及び図６では、上記実装基板６０と同じ要素には同じ符号を付している。

この実装方法によれば、上記パッチアンテナ１の実装方法と同様な効果が得られることは勿論のこと、給電ピン１３に座部１３ａが形成されているため、図６に示すように広い範囲で、給電ピン１３の下端部と給電パッド６１とが当接することになる。
また、座部１３ａは重りとしても機能し、給電ピン１３が落下し易くなる。

図７は、第３の実施形態の実装方法に使用されるパッチアンテナ３の断面図である。なお、このパッチアンテナ３において、上記パッチアンテナ１と同じ要素には、同じ符号を付している。
このパッチアンテナ３の給電ピン１３の上端には、全周囲に張り出す頭部１３ｂが形成されている。この頭部１３ｂの下面はテーパ面となっている。そして、この頭部１３ｂから放射電極１０の上面に亘って半田３０が付着され、誘電ピン１３が仮止めされている。この仮止め状態では、給電ピン１３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。

このパッチアンテナ３の製造は、上記パッチアンテナ１の製造方法と同様な方法でなされる。ただし、給電ピン１３に頭部１３ｂが形成されているので、給電ピン１３は貫通孔２０に上から挿入する必要がある。

また、このパッチアンテナ３の実装も、上記パッチアンテナ１の実装方法と同様な方法でなされる。図８にはパッチアンテナ３を実装基板６０に載置した状態が示され、図９にはパッチアンテナ３を実装基板６０に実装した状態が示されている。なお、図５及び図６では、上記実装基板６０と同じ要素には同じ符号を付している。

この実装方法によれば、上記パッチアンテナ１の実装方法と同様な効果が得られることは勿論のこと、給電ピン１３は重力に加え半田３０の表面張力によって貫通孔２０内に引き込まれるので、給電ピン１３が落下し易くなる。

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。

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、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。

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 半田
５０ 基台
６０ 実装基板
６１ 給電パッド

Claims (4)

1. 上下方向に貫く貫通孔を有する誘電体、前記誘電体の上面に形成された放射電極、前記誘電体の下面に形成された接地電極、及び、前記貫通孔に挿入された給電ピンを備えるパッチアンテナを、前記誘電ピンの下端部を実装基板の上面に形成された給電パッドに電気的に接続させて、前記実装基板に実装するにあたり、
   前記給電ピンの長さを、下端が前記給電パッドに当接した際に上端が前記放射電極の上面から突出する程度の長さに設定し、当該給電ピンを前記貫通孔に遊嵌させ、前記給電ピンの上端部から前記放射電極に亘って付着された第１の半田によって当該給電ピンの下端が前記接地電極の下面と面一又は当該下面より上方に位置する状態で当該給電ピンの仮止めをしておき、
   前記パッチアンテナを前記実装基板の上に載置し、前記第１の半田を加熱により溶融させることによって、前記給電ピンを前記貫通孔内で落下させ、当該給電ピンの下端を前記給電パッドに当接させるようにしたことを特徴とするパッチアンテナの実装方法。
2. 前記給電パッドの上に第２の半田を付着させておき、前記第１の半田と前記第２の半田とを加熱により同時に溶融させ、前記第２の半田によって前記給電ピンの下端部を前記給電パッドに電気的に接続させることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナの実装方法。
3. 前記誘電体に、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を形成しておくとともに、前記給電ピンの下端に、当該給電ピンの全周囲に張り出した座部を形成しておき、前記仮止めの際に前記座部の下端を前記接地電極の下面と面一又は当該下面より上方に位置させておくことを特徴とする請求項１又は２のパッチアンテナの実装方法。
4. 前記給電ピンの上端に全周囲に張り出した頭部を形成しておき、前記頭部の下面から前記放射電極に亘って付着させた前記第１の半田によって前記仮止めをしておくことを特徴とする請求項１又は２のパッチアンテナの実装方法。

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