DE69825199T2 - Integrierte Antenne mit Hochfrequenzschaltung mit via Schlitzkopplungsloch elektromagnetisch gekoppelter Speiseschaltung, die mit der Hochfrequenzschaltung verbunden ist - Google Patents

Integrierte Antenne mit Hochfrequenzschaltung mit via Schlitzkopplungsloch elektromagnetisch gekoppelter Speiseschaltung, die mit der Hochfrequenzschaltung verbunden ist Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung dieser Art ist aus Patent Abstracts of Japan, Volume 1996, No. 06, 28. Juni 1996 (1996-06-28) und JP08056113A , 27. Februar 1996, entsprechend US 5 903 239 A , 11. Mai 1999 (1999-05-11) bekannt.
  • Beschreibung der hintergrundbildenden Technik
  • In jüngerer Zeit hat schnelle persönliche Kommunikation großer Kapazität mit Hochfrequenzwellen, wie Mikrowellen und Millimeterwellen, einhergehend mit der jüngeren Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit von Informationsprozessoren und hinsichtlich der Auflösung von Bildverarbeitungsvorrichtungen Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bei derartiger Kommunikation können ein miniaturisierter, leichter Mikrowellen- und Millimeterwellen-Sender/Empfänger mit hohem Leistungsvermögen einfach dadurch realisiert werden, dass nicht nur einfach eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung mit einer Antenne integriert wird sondern auch die integrierte Struktur so konfiguriert wird, dass die Hochfrequenzeigenschaften von Mikrowellen und Millimeterwellen genutzt werden.
  • Die 1 zeigt die Struktur einer Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung, wie sie in den oben genannten Patent Abstracts of Japan und JP 08 056 113 A , entsprechend US 5 903 239 A , offenbart ist. Die Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung verfügt über einen Masseleiterfilm 102, einen als Siliciumdioxidfilm ausgebildeten dielektrischen Film 103, eine Planantenne 104, ein Halbleitersubstrat 105 mit Detektorschaltung, eine Mikrostreifenleitung 107 zum Zuführen von Spannung zur Planantenne 104, einen Ausgangssignalanschluss 108 zum Ausgeben erfasster Signale, ein dielektrisches Substrat 113 und einen Schlitz 116. Die Planantenne 104 ist auf einer Fläche des dielektrischen Substrats 113 ausgebildet. Der Masseleiterfilm 102 mit dem Schlitz 116 ist auf der anderen Fläche des dielektrischen Substrats 113 ausgebildet, und der dielektrische Film 103 ist darauf mit dem Masseleiterfilm 102 abgeschieden.
  • Die Mikrostreifenleitung 107 und die Planantenne 104 sind auf Grund des Effekts des elektromagnetischen Felds durch den Schlitz 116 gekoppelt und so ist eine Antennen-integrierte Mikrowellenschaltung gebildet.
  • Jedoch zeigt die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 8-56113 offenbarte Erfindung die folgenden Nachteile.
    • (1) Es ist kein Antennen-Masseleiter nahe der Antenne vorhanden. Demgemäß ist das Potenzial der Planantenne 104 instabil, was zu einer Störung des Strahlungsmusters hervorgerufen durch einen Leiter, wie Metall, der nahe der Planantenne positioniert ist, einer Beeinträchtigung der Strahlungseffizienz, einem Grund für Rauschsignalerzeugung und dergleichen führt.
    • (2) Selbst wenn der Masseleiterfilm 102 als die Planantenne 104 erdender Leiter dient, ist mit dem Antennen-Masseleiter in der Nähe der Mikrowellen- und der Millimeterwellen-Schaltung immer noch kein diese erdender Leiter vorhanden. Demgemäß kann der Antennen-Masseleiter keine wahre Masse hinsichtlich des Masseleiters der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 105 sein, wobei der Grund dazu später beschrieben wird. Demgemäß kann die auf dem Halbleitersubstrat 105 ausgebildete Detektorschaltung keinen weniger Störsignal behafteten, stabilen Betrieb erzielen, was zu instabilem Betrieb, wie parasitärer Schwingung, und einer Erhöhung der parasitären Kapazität führt. Seitens der Planantenne 104 wird im Leiter, der die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Detektorschaltung erdet, und im Masseleiter der Planantenne 104 eine elektromotorische Kraft erzeugt und so ist für ein überflüssiges Strahlungsmuster mit hoher Nebenkeule gesorgt. Ferner kommt es zu einer Variation der Eingangsimpedanz der Planantenne 104, was zu einem Grund für eine Beeinträchtigung der Strahlungseffizienz derselben und einem Grund für eine Änderung der Resonanzfrequenz derselben führt.
    • (3) Betreffend den dielektrischen Film 103 und das dielektrische Substrat 113 liegt der dielektrische Film 103, der mit dem Halbleitersubstrat 105 verbunden ist, in Form eines Films vor, so dass er dementsprechend dünn ist. Demgemäß muss der Leiter für die Mikrostreifenleitung 107 für die Frequenzbereiche der Mikrowellen und der Millimeterwellen über verringerte Breite verfügen, was wiederum große Übertragungsverluste verursacht. Die Stabilität der gesamten Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellenschaltung hängt beinahe ganz vom dielektrischen Substrat 113 ab. Für die Frequenzbereiche der Mikrowellen und der Millimeterwellen muss jedoch die Dicke des dielektrischen Substrats 113 verringert werden, um eine gewünschte charakteristische Impedanz (typischerweise 50 Ω) zu erzielen. Demgemäß ist seine Handhabung schwierig, und bei seiner Herstellung kann keine hohe Ausbeute erwartet werden. Insbesondere ist eine Flipchipverbindung des in der 1 dargestellten Halbleitersubstrats 105, wie sie typischerweise bei hoher Temperatur und unter hoher Belastung erfolgt, und eines dünnen dielektrischen Substrats 113 nicht praxisgerecht. Zu Beispielen des dielektrischen Films 103 gehören Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Polyimid. Jedoch zeigen Siliciumdioxid und Siliciumnitrid, die wärmebeständig sind, geringe Schlagfestigkeiten, und in ihnen werden durch Flipchipbonden leicht Risse hervorgerufen. Polyimid ist hinsichtlich der Wärmebeständigkeit schlecht, und daher ist es für eine Flipchipverbindung durch Thermokompressionsbonden schwierig zu verwenden, und es muss eine Technik wie das Platzieren von Harz zwischen dem Halbleitersubstrat 105 und dem dielektrischen Film 103, um sie durch dessen Haftung zu verbinden, verwendet werden. Demgemäß führt die unzureichende Verbindung in einem Leiter, der Signale zwischen dem Halbleitersubstrat 105 und dem Ausgangssignalanschluss 108 oder der Mikrostreifenleitung 107 überträgt, was für Gleichstrom oder niedrige Frequenzen nicht besonders nachteilig ist, leicht zu einer Reflexion bei hoher Frequenz. Die Verwendung von Harz erhöht auch die scheinbare Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Films 103 und führt so zu strengeren Einschränkungen beim Schaltungsdesign. Ferner kann Harz von Natur aus hinsichtlich der Zuverlässigkeit deutlich nachteilig sein. Polyimid ist relativ weich und plastisch verformbar, und so ist es schwierig zu reparieren.
    • (4) Die Abscheidung nur einer einzelnen Schicht (der Schicht der Planantenne 104) auf einer Fläche sowie dreier Schichten (die Schichten des Masseleiterfilms 102, des dielektrischen Film 103 und der Mikrostreifenleitung 107) auf der anderen Fläche des dielektrischen Substrats 113 erfordert eine erhöhte Anzahl von Herstellschritten. Nach jedem Schritt nimmt der Unterschied der internen Spannungen zwischen der Schicht auf einer Fläche und einer Schicht auf der anderen Fläche zu, es kommt in nachteiliger Weise zu einer Verbiegung und dergleichen, und so ist es schwierig, gute Hochfrequenzeigenschaften zu erzielen.
    • (5) Da nicht nur das Halbleitersubstrat 105 sondern auch das dielektrische Substrat 113 (mit dem Masseleiterfilm 102, dem dielektrischen Film 103, der Mikrostreifenleitung 107, dem Ausgangssignalanschluss 108, dem dielektrischen Substrat 113, der Planantenne 104 und dem Schlitz 116), das mit diesem zusammen montiert ist, durch einen Halbleiterprozess hergestellt wird, sind die Ausrüstungs-Investitionskosten und die Betriebskosten höher, und die Massenherstellbarkeit ist geringer als die bei z. B. einem Film-Druckprozess. Obwohl ein Halbleiterprozess hinsichtlich der Genauigkeit beim Strahlungsmuster ist, erzielt auch ein Dickfilm-Druckprozess einen für die Praxis ausreichenden Genauigkeitsgrad beim Strahlungsmuster. Während die Genauigkeit beim Flipchipmontage eher von der Genauigkeit der Flipchip-Bondeinrichtung abhängt, haben die jüngeren Bondeinrichtungen den erforderlichen Genauigkeitsgrad erreicht. US-A-5 510 758 und Patent Abstracts of Japan, Volume 017, No. 570, 15. Oktober 1993 und JP 05 167 332 A offenbaren Hochfrequenzschaltungen mit Durchführungen oder Verbindungsabschnitten, die vorhanden sind, um erste Masseleiter durch dielektrische Schichten hindurch zu verbinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung mit stabil arbeitender Hochfrequenzschaltung zu versehen. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch eine Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung mit Folgendem gelöst: einer ersten Leiterschicht mit einem ersten Erdungsleiter und einer Mikrostreifenantenne; einer zweiten Leiterschicht mit einem zweiten Erdungsleiter, der mit einem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch versehen ist; einer dritten Leiterschicht mit einer Speiseschaltung, die elektromagnetisch über das erste schlitzförmige Kopplungsloch mit der Mikrostreifenantenne gekoppelt ist; einem Halbleiterbauteil mit einer vierten Leiterschicht mit einem Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt, der mit der Speiseschaltung und einem vierten Erdungsleiter verbunden ist, und mit einer Hochfrequenzschaltung, auf einer derer Flächen die vierte Leiterschicht ausgebildet ist; einem ersten dielektrischen Substrat, das zwischen der ersten und der zweiten Leiterschicht angeordnet ist; und einem zweiten dielektrischen Substrat, das zwischen der zweiten und der dritten Leiterschicht angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Mikrostreifenantenne einen dritten Erdungsleiter aufweist; der vierte Erdungsleiter mit dem dritten Erdungsleiter verbunden ist; im ersten dielektrischen Substrat ein erstes Durchführungsloch als erster Verbindungsabschnitt vorhanden ist, um den ersten Erdungsleiter entweder direkt oder über eine fünfte Leiterschicht, die zwischen dem ersten dielektrischen Substrat und der zweiten Leiterschicht vorhanden ist, mit dem zweiten Erdungsleiter zu verbinden; und im zweiten dielektrischen Substrat ein zweites Durchführungsloch als zweiter Verbindungsabschnitt vorhanden ist, um den zweiten Erdungsleiter und den dritten Erdungsleiter so zu verbinden, dass der Abstand vom zweiten Erdungsleiter zum vierten Erdungsleiter kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, besser ersichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Struktur einer herkömmlichen Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung.
  • 2 ist eine Schnittansicht einer Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt ein Modell zum Berechnen der Impedanz einer Übertragungsleitung in Mikrowellen- und Millimeterwellen-Bändern.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 5 und 6 zeigen eine erste bzw. zweite Leiterschicht der Antennenintegrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 7 und 8 zeigen ein erstes bzw. zweites dielektrisches Substrat 7 und 8 der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 9 und 10 zeigen eine dritte bzw. vierte Leiterschicht der Antennenintegrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 11–19 sind Schnitte Antennen-integrierter Mikrowellen- und Millime terwellen-Schaltungen gemäß einer zweiten bis zehnten Ausführungsform der Erfindung.
  • 20A–20D veranschaulichen einen Prozess zum Herstellen einer vorstehenden Elektrode 37 der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der in der 19 dargestellten zehnten Ausführungsform.
  • 21 ist eine Draufsicht eines Halbleiterbauteils 20 der Antennenintegrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der zehnten Ausführungsform.
  • 22 und 23 sind Schnitte Antennen-integrierter Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltungen gemäß einer elften und einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste Ausführungsform
  • Gemäß der 2 verfügt eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung über eine erste Leiterschicht mit einem ersten Masseleiter 1 und einer Mikrostreifenantenne 2, eine zweite Kommunikation mit einem zweiten Masseleiter 4 mit einem in ihm ersten ausgebildeten schlitzförmigen Kopplungsloch 3, eine dritte Kommunikation mit einem dritten Masseleiter 5 und einer Speiseschaltung 6, ein erstes dielektrisches Substrat 7, das zwischen der ersten und der zweiten Kommunikation angeordnet ist, ein zweites dielektrisches Substrat 8, das zwischen der zweiten und der dritten Kommunikation angeordnet ist, ein erstes Durchführungsloch 9 (einen Verbindungsabschnitt) zum Verbinden des ersten und des zweiten Masseleiters 1 und 4, ein zweites Durchführungsloch 10 (einen Verbindungsabschnitt) zum Verbinden des zweiten und des dritten Masseleiters 4 und 5, ein Halbleiterbauteil 20 mit einem vierten Masseleiter 21, einen Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 22, ein Halbleitersubstrat 23 und eine Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 sowie ein Verbindungselement 11.
  • Die Speiseschaltung 6 und der vierte Masseleiter 5 sind auf einer Fläche des zweiten dielektrischen Substrats 8 vorhanden. Auf der entgegengesetzten Oberfläche des zweiten dielektrischen Substrats 8 befindet sich der zweite Masseleiter 4 mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3, das nähe rungsweise genau unter der Speiseschaltung 6 liegt. Der dritte Masseleiter 5 ist durch das zweite Durchführungsloch 10 mit dem zweiten Masseleiter 4 verbunden. Das zweite dielektrische Substrat 8 besteht aus Keramik mit einer Dielektrizitätskonstanten von ungefähr 10, und auf eine Fläche desselben werden die Speiseschaltung 6 und der dritte Masseleiter 5, die aus demselben Material bestehen, gleichzeitig in Form eines Dickfilms aufgedruckt. Auf die entgegengesetzte Fläche des zweiten dielektrischen Substrats 8 wird der zweite Masseleiter 4 in Form eines Dickfilms aufgedruckt, der mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3 versehen ist. Das zweite Durchführungsloch 10 wird durch Ausstanzen des zweiten dielektrischen Substrats 8 zum Herstellen eines Lochs und durch Auffüllen desselben mit einem Leiter hergestellt. Der Leiter kann durch Plattieren hergestellt werden. Da das zweite dielektrische Substrat 8 über eine relativ große Dielektrizitätskonstante verfügt, kann die Größe der Speiseschaltung 6 verkleinert werden, und der Designfreiheitsgrad kann deutlich erhöht werden. Die Speiseschaltung 6 liegt ungefähr direkt über dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3, und ein Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Signal kann durch den Effekt des elektromagnetischen Felds effizienter zwischen der Speiseschaltung 6 und dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3 gekoppelt werden. Die elektrische Verbindung des zweiten und des dritten Masseleiters 4 und 5 durch das zweite Durchführungsloch 10 über dem kürzesten Weg kann die Masse verbessern und stabilisieren.
  • Die Mikrostreifenantenne 2 und der erste Masseleiter 1 um sie herum sind auf einer Fläche des ersten dielektrischen Substrats 7 vorhanden. Auf der entgegengesetzten Fläche des ersten dielektrischen Substrats 7 befindet sich der oben genannte zweite Masseleiter 4. Der erste Masseleiter 1 ist durch das erste Durchführungsloch 9 mit dem zweiten Masseleiter 4 verbunden. Das erste dielektrische Substrat 7 besteht aus Keramik mit einer Dielektrizitätskonstanten von ungefähr fünf, und auf seine Unterseite werden die Mikrostreifenantenne 2 und der erste Masseleiter 1, die aus demselben Material bestehen, gleichzeitig in Form eines Dickfilms aufgedruckt. Das erste Durchführungsloch 9 wird dadurch hergestellt, dass das erste dielektrische Substrat 7 durchbohrt wird, um ein Loch auszubilden, und das Loch mit einem Leiter aufgefüllt wird. Der Leiter kann durch Plattieren hergestellt werden. Die Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Substrats 7 beträgt ungefähr fünf, und sie ist demgemäß relativ kleiner als diejenige des dielektrischen Substrats 8, und so kann für die Mikrostreifenantenne 2 eine effektiv, gute Strahlungscharakteristik erzielt werden. Da die Mikrostreifenantenne 2 vom ersten Masseleiter 1 umgegen ist, wird sie nicht durch einen benachbarten Leiter, wie eine Metallschraube und eine Andrückplattenfeder zum Befestigen der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung, beeinflusst und so kann sie ein gutes Strahlungsmuster mit verringerter Nebenkeule erzielen.
  • Das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 ist ungefähr genau über der Mikrostreifenantenne 2 platziert, und zwischen ihm und der Mikrostreifenantenne 2 kann durch den Effekt des elektromagnetischen Felds eine effektive Kopplung gebildet werden. Insbesondere für Millimeterwellen sorgt eine derartige Kopplung für kleinere Kopplungsverluste als bei einer Kopplung zur Mikrostreifenantenne mittels elektrischer Verbindung, wie mit einem Durchgangsloch, und es kann auch eine gute Charakteristik mit verringerter Interferenz erzielt werden. Da der erste und der zweite Masseleiter 1 und 4 durch das erste Durchführungsloch 9 über dem kürzesten Weg elektrisch verbunden sind, können sie dasselbe Potenzial wie Masse aufweisen und einen weniger Störsignal behafteten, stabilen Betrieb erzielen. Wünschenswerterweise beträgt der Abstand L zwischen der Mikrostreifenantenne 2 und dem ersten Masseleiter 1 ungefähr ein Zehntel der effektiven Wellenlänge der Mikrowelle oder der Millimeterwelle, bis ungefähr zehn mal größer als es der effektiven Wellenlänge der Mikrowelle oder der Millimeterwelle entspricht.
  • Das auf der dritten Kommunikation montierte Halbleiterbauteil 20 verfügt über eine auf dem Halbleitersubstrat 23 hergestellte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24, einen Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 22 der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24, der mit der Speiseschaltung 6 verbunden ist, sowie dem vierten Masseleiter 21 der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24, der mit dem dritten Masseleiter 5 verbunden ist. Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform als Halbleitersubstrat 24 ein für Hochfrequenzanwendung geeignetes GaAs-Substrat verwendet wird und das zum Herstellen der Mikrowellen-und Millimeterwellen-Schaltung 24 Fotolithografie verwendet wird. Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 wird aus Elementen wie einem Verstärker, einem Filter, einem Frequenzmischer (einem Aufwärtswandler, einem Abwärtswandler) und einem Oszillator hergestellt. Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung kann hauptsächlich aus einer koplanaren Leitung oder einer Mikrostreifenleitung hergestellt werden. Das Halbleiterbauteil 20 und die dritte Kommunikation sind über ein Verbindungselement 11 durch Flipchipbonden mit dem nach unten zeigenden Halbleiterbauteil 20 verbunden. Der Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 22 der Mikrowellen-und Millimeter wellen-Schaltung 24 und der vierte Masseleiter 21 sind über ein Verbindungselement 11 mit ausreichend verkürzter Länge mit der Speiseschaltung 6 bzw. dem dritten Masseleiter 5 verbunden. Demgemäß existiert beinahe keine Auswirkung der Hochfrequenzcharakteristik auf Grund der parasitären Induktivität oder parasitären Kapazität, wie durch das Verbindungselement 11 hervorgerufen, und der vierte und der dritte Masseleiter 21 und 5 erzielen dasselbe Massepotenzial, und so kann die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 stabil arbeiten. Insbesondere ermöglicht es die elektrische Verbindung der Masseleiter 1, 4, 5 und 21 mittels der Durchführungslöcher 9 und 10 sowie des Verbindungselements 11 mit ausreichend verkürztem Abstand, dass die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 eine weniger Störsignal behaftete, stabile Betriebscharakteristik erzielt.
  • Um einen stabilen der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung zu erzielen, muss das Massepotenzial derselben für alle Betriebsfrequenzen von Mikrowellen und Millimeterwellen 0 V betragen. Gemäß der 3 ist, wenn ein Ende einer Übertragungsleitung kurzgeschlossen wird, die Impedanz Zin am anderen Ende durch den folgenden Ausdruck repräsentiert: Zin = j·Z0·tanβL (β = 2π/λg) (1)wobei Z0 die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung repräsentiert, λg die effektive Wellenlänge der Mikrowelle oder der Millimeterwelle repräsentiert und L die Länge der Übertragungsleitung repräsentiert. Bei der in der 2 dargestellten Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung ist die Länge L der Übertragungsleitung der Abstand vom vierten Masseleiter 21 der Mikrowellen-und Millimeterwellen-Schaltung 24 über das Verbindungselement 11, den dritten Masseleiter 5 und das Durchführungsloch 10 zum zweiten Masseleiter 4. Wenn die charakteristische Impedanz Z0 als Konstante angesehen wird, ergibt, wenn L = λg/4 gilt, die Gleichung (1) den Wert ∞Ω, d.h., es wird derselbe Zustand wie dann repräsentiert, wenn die Mikrowellen-und Millimeterwellen-Schaltung 24 nicht geerdet ist, und sie funktioniert nicht. Demgemäß erfordert es stabiler Betrieb der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24, dass der Abstand L vom vierten Masseleiter 21 bis zum zweiten Masseleiter 4 ausreichend kleiner als λg/4 ist.
  • Das erste und das zweite dielektrische Substrat 7 und 8 der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verfügen über eine Dicke von 150 μm bzw. 250 μm. Ein Nähe rungsausdruck für die Betriebsgrenze fgs der idealen Betriebsfrequenz einer auf dem ersten dielektrischen Substrat 7 oder dem zweiten dielektrischen Substrat 8 ausgebildeten Mikrostreifenleitung ist wie folgt gegeben:
    Figure 00100001
    wobei W die Breite (mm) der Mikrostreifenleitung repräsentiert, h die Dicke (mm) des dielektrischen Substrats repräsentiert und εr die relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats repräsentiert.
  • Aus der Gleichung (2) ist es ersichtlich, dass der Wert der Betriebsgrenze fgs der idealen Betriebsfrequenz der Mikrostreifenleitung zunimmt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Substrats, die Breite W der Mikrostreifenleitung oder die Dicke des dielektrischen Substrats kleiner werden. Jedoch ist die Breite W der Mikrostreifenleitung typischerweise nicht kleiner als 50 μm, da es gemäß den Verbindungsregeln für dielektrische Substrate schwierig ist, für eine Breite W der Mikrostreifenleitung nicht über 50 μm zu sorgen. Ferner ist es häufig schwierig, ein dielektrisches Substrat in Form einer einzelnen Keramikschicht mit einer Dicke h gemäß der aktuellen Grenze der Herstelltechnik für dielektrische Substrate, d.h. ungefähr 50 μm, herzustellen, da eine einzelne Keramikschicht hinsichtlich der Querreißfestigkeit nachteilig ist und es sich in nachteiliger Weise verbiegt und wellt. Demgemäß ist eine Dicke h von mindestens 150 μm wünschenswert, wenn die Festigkeit des dielektrischen Substrats berücksichtigt wird, wie sie bei dessen Handhabung beim Herstellprozess erforderlich ist. Aus diesen Gründen wird die Dicke jedes dielektrischen Substrats auf die oben beschriebene Weise ausgewählt.
  • Gemäß der 4 zeigt das Halbleiterbauteil 20 nach unten, und es wird durch Flipchipbonden über das Verbindungselement 11 angeschlossen.
  • Gemäß der 5 wird das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 in der zweiten Kommunikation so hergestellt, dass es an einer Position 3' der Mikrostreifenantenne 2, von der ersten Kommunikation her gesehen, positioniert ist. Das zwischen dem ersten und dem zweiten Masseleiter 1 und 4 vorhandene erste Durchführungsloch 9 ist an einer Position 9' im ersten Masseleiter 1 ausgebildet. Die am Masseleiter 1 angegebenen Kreise repräsentieren die Positionen der ersten Durchführungslöcher 9.
  • Es wird auf die 6 Bezug genommen, in der die vier Kreise, die auf der linken Seite der Figur zentriert sind, das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 repräsentieren. Die restlichen Kreise repräsentieren alle die Positionen des ersten Durchführungslochs 9 oder des zweiten Durchführungslochs 10.
  • Gemäß der 7 befindet sich das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 in der zweiten Kommunikation an einer Position 3', vom ersten dielektrischen Substrat 7 her gesehen. Die restlichen Kreise repräsentieren alle die Positionen der ersten Durchführungslöcher 9.
  • Gemäß der 8 befindet sich das erste, in der zweiten Kommunikation vorhandene schlitzförmige Kopplungsloch 3 an einer Position 3', vom zweiten dielektrischen Substrat 8 her gesehen. Die restlichen Kreise repräsentieren alle die Positionen der zweiten Durchführungslöcher 10.
  • Gemäß der 9 befindet sich das erste, in der zweiten Kommunikation vorhandene schlitzförmige Kopplungsloch 3 an einer Position 3', von der Speiseschaltung 6 her gesehen. Das Verbindungselement 11 ist an einer Position 11' eines schraffierten Kreises angeschlossen. Die restlichen Kreise repräsentieren alle die Positionen der zweiten Durchführungslöcher 10.
  • Gemäß der 10 ist das Verbindungselement 11 an einer Position 11' eines schraffierten Kreises angeschlossen.
  • Es ist zu beachten, dass zwar ein Verbindungsabschnitt als Durchführungsloch beschrieben ist, dass er jedoch auch ein Durchgangsloch oder dergleichen sein kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine in der 11 dargestellte Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform nur dadurch, dass eine fünfte Kommunikation mit einem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 und einer fünften Masseleiterschicht 13 zwischen der zweiten Kommunikation mit dem zweiten Masseleiter 4 und dem ersten dielektrischen Substrat 7 ausgebildet ist und das erste Durchführungsloch 9 so ausgebildet ist, dass es den ersten und den fünften Masseleiter 1 und 13 verbindet. Identische Abschnitte in den beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Der fünfte und der sechste Masseleiter 13 und 4 sind für elektrische Verbindung und Integration so aufeinandergeschichtet, dass das zweite schlitzförmige Kopplungsloch 12 mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3 ausgerichtet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden das erste dielektrische Substrat 7 und das zweite dielektrische Substrat 8 vorab gesondert gebrannt. Die Mikrostreifenantenne 2 und der erste Masseleiter 1 werden in Form eines Dickfilms auf eine Fläche des ersten dielektrischen Substrats 7 aufgedruckt, und das zweite schlitzförmige Kopplungsloch 12 und der fünfte Masseleiter 13 werden in Form eines Dickfilms auf die andere Seite des ersten dielektrischen Substrats 7 aufgedruckt, um einen ersten Substratabschnitt 14 herzustellen. Ferner werden der dritte Masseleiter 5 und die Speiseschaltung 6 in Form eines Dickfilms auf eine Fläche des zweiten dielektrischen Substrats 8 aufgedruckt, und das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 und der zweite Masseleiter 4 werden in Form eines Dickfilms auf die andere Fläche des zweiten dielektrischen Substrats 8 aufgedruckt, um einen zweiten Substratabschnitt 15 herzustellen. Dann werden der erste und der zweite Substratabschnitt 14 und 15 aufeinandergepresst, um aufeinandergeschichtet zu werden, und sie werden zusätzlich gebrannt. Da auf beide Flächen jeder der zwei relativ stabilen Platten, die das erste und das zweite dielektrische Substrat 7 und 8 bilden, eine einzelne Kommunikation aufgedruckt wird, und da beide Substrate aufeinandergeschichtet und zusätzlich gebrannt werden, können interne Spannungen auf Grund der Schichtabscheidung ausgeglichen werden, und es kommt kaum zu einem nachteiligen Verbiegen und demgemäß einer Beeinträchtigung der Hochfrequenzcharakteristik. Ferner kann, da die Substrate so aufeinandergestapelt sind, dass das erste schlitzförmige Kopplungsloch 3 mit dem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 ausgerichtet ist, ein Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Signal durch den Effekt des elektromagnetischen Felds zwischen der Speiseschaltung 6 und der Mikrostreifenantenne 2 durch das erste und das zweite schlitzförmige Kopplungsloch 3 und 12 effizient eingekoppelt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer dritten Ausführungsform, wie sie in der 12 dargestellt ist, unterscheidet sich von der gemäß der in der 11 dargestellten zweiten Ausführungsform nur dadurch, dass das erste dielektrische Substrat 7 mit einem Durchgangsloch 16 versehen ist, um ein drittes dielektrisches Sub strat 17 zu bilden. Dieselben Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Die Mikrostreifenantenne 2 wird auf einer Fläche des dritten dielektrischen Substrats 17 näherungsweise direkt unter dem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 hergestellt. Die Dielektrizitätskonstante des dritten dielektrischen Substrats 13 ist extrem kleiner als diejenige des ersten und des zweiten dielektrischen Substrats 7 und 8, um die Strahlungscharakteristik, wie das Richtvermögen und die Effizienz, der Mikrostreifenantenne 2 weiter zu verbessern. Während das dritte dielektrische Substrat 17 durch Einbetten und zusätzliches Brennen desselben hergestellt werden kann, kann es durch Anpassen eines dritten dielektrischen Substrats 17 aus Teflon, Quarz oder dergleichen mit niedriger Dielektrizitätskonstante mit auf ihm hergestellter Mikrostreifenantenne 2 hergestellt werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 13 dargestellten vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 11 dargestellten zweiten Ausführungsform nur dadurch, dass das erste dielektrische Substrat 7 mit einem vertieften Abschnitt 18 versehen ist, um das dritte dielektrische Substrat 17 anzubringen. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben identische Funktionen, und so wird eine zugehörige detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Eine Seitenfläche des vertieften Abschnitts 18 ist abgeschrägt, und so kann das dritte dielektrische Substrat 17 leicht eingebettet oder eingepasst werden. Während das dritte dielektrische Substrat 17 auf einem Niveau mit einer Fläche des ersten dielektrischen Substrats 7 dargestellt ist, kann es in Bezug auf die Fläche des dielektrischen Substrats 7 vertieft liegen, um den Abstand zwischen dem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 und der Mikrostreifenantenne 2 einzustellen, um so die Frequenzbandbreite der Mikrostreifenantenne 2 zu kontrollieren.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung typischerweise eine Abdeckung, wie einer Antennenkuppel, zum Schutz des Antennenabschnitts benötigt, wie zum Verhindern einer Beeinträchtigung und einer Änderung der zugehörigen Eigenschaften auf Grund einer Verschmutzung, wenn die Schaltung als Kommunikationsvorrichtung gemeinsam mit einer Zwischenfrequenz(ZF)schaltung, einem Spannungsversorgungsabschnitt, einem Anzeigeabschnitt, einem Gehäusekörper und dergleichen hergestellt wird. Wenn die Abdeckung in direktem Kontakt mit einer Fläche der Mikrostreifenantenne 2 gelangt, ändert sich deren Strahlungscharakteristik, und so ist die Abdeckung so angebracht, dass sie nicht mit der Mikrostreifenantenne 2 in Kontakt gelangt. Wenn das dielektrische Substrat 12 bei der vorliegenden Ausführungsform vertieft liegt, liegt die Mikrostreifenantenne 2 relativ zum ersten Masseleiter 1 vertieft. Demgemäß kann, wenn eine Abdeckung in Kontakt mit dem ersten Masseleiter 1 angebracht wird, zwischen der Mikrostreifenantenne und der Abdeckung ein ausreichender Abstand aufrechterhalten werden. Infolge dessen ändert sich die Dicke der gesamten Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung nicht, während die Strahlungscharakteristik der Antenne erhalten bleibt. So kann die Stabilität der Schaltung gegen Spannungen aufrechterhalten werden, so dass eine dünne Schaltung in Betracht gezogen werden kann. Ferner kann eine dünne Schaltung zu einem erhöhten Q-Wert und einer eingeengten Bandbreite der Antenne führen, um die Abstrahlung überflüssiger Wellen zu verringern.
  • Fünfte Ausführungform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der in der 14 dargestellten fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 11 dargestellten zweiten Ausführungform nur dadurch, dass das erste dielektrische Substrat 7 mit einem ausgesparten Abschnitt 18 versehen ist und der erste Masseleiter 1' so ausgebildet ist, dass er eine Seitenfläche des vertieften Abschnitts 18 bedeckt, und dass die Mikrostreifenantenne 2 an der Unterseite des vertieften Abschnitts 18 vorhanden ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben identische Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Die Herstellung des ersten Masseleiters 1' in solcher Weise, dass er die Seitenfläche des vertieften Abschnitts 18 bedeckt, kann unnötige Strahlung (d.h. das Auslecken eines elektromagnetischen Felds) von einer Seitenfläche des ersten dielektrischen Substrats 7 verhindern. Während die ursprünglich verringerte Dicke des ersten dielektrischen Substrats 7 bei der vorliegenden Ausführungsform die Möglichkeit schafft, die Mikrostreifenantenne 2 an der Unterseite des vertieften Abschnitts 18 anzubringen und den auf der Seitenfläche des vertieften Abschnitts vorhandenen ersten Masseleiter in Form eines Dickfilms aufzudrucken, können sie in Form eines Dünnfilms hergestellt werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 15 dargestellten sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 11 dargestellten zweiten Ausführungsform nur dadurch, dass eine sechste Kommunikation mit einem dritten schlitzförmigen Kopplungsloch 19 und einem sechsten Masseleiter 30 zwischen der zweiten Kommunikation mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3 sowie dem zweiten Masseleiter 4 und der fünften Kommunikation mit dem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 sowie dem fünften Masseleiter 13 vorhanden ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben identische Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Der sechste Masseleiter 30 ist zwischen dem zweiten und dem fünften Masseleiter 4 und 13 so aufgeschichtet und so mit diesen elektrisch verbunden, dass das dritte schlitzförmige Kopplungsloch 19 mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch 3 und dem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch 12 ausgerichtet ist. Obwohl die sechste Kommunikation in Form eines Dickfilms auf den ersten Substratabschnitt 14 aufgedruckt und dann gleichzeitig mit diesem gebrannt werden kann, kann die mit dem dritten schlitzförmigen Kopplungsloch 13 versehene sechste Kommunikation durch z. B. Löten oder mittels eines leitenden Blechs oder eines dünnen Metallfilms zwischen den ersten und den zweiten Substratabschnitt 14 und 15 geschaltet werden, die gesondert gebrannt werden. Die Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung kann auch durch gleichzeitiges Brennen so strukturiert werden, dass zwischen die Substratabschnitte ein Basiselement mit einer großen Anzahl von Durchführungslöchern als sechste Kommunikation eingefügt wird, die mit dem dritten schlitzförmigen Kopplungsloch 19 versehen ist. Eine derartige Struktur kann die Stabilität der Schaltung verbessern, den Herstellprozess im Vergleich zur Verbindung mittels einer Kommunikation vereinfachen und eine zuverlässige, genaue und stabile Herstellung der Schaltung ermöglichen. Eine Schicht oder ein Basiselement zwischen dem zweiten und dem fünften Masseleiter 4 und 13 muss nicht vollständig aus einem Leiter bestehen, und eine große Anzahl von in der Schicht vorhandenen Leitern kann beide Seiten der Schicht oder des Basiselements auf demselben Potenzial halten. Es können dielektrische Verluste, eine Variation der Resonanzfrequenz und eine damit einhergehende Beeinträchtigung der Kopplungseffizienz im Vergleich zu denjenigen Fällen verhindert werden, bei denen ein nichtleitender Kleber oder eine druckempfindliche Klebefolie zum einfachen Aufkleben der Schicht verwendet wird.
  • Siebte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 16 dargestellten siebten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform nur dadurch, dass das Halbleiterbauteil 20 montiert wird, nachdem ein Plattierungsleiter 31 durch elektrolytisches Plattieren von Au auf die dritte Kommunikation mit dem dritten Masseleiter 5 und der Speiseschaltung 6 hergestellt wurde. Identische Abschnitte in beiden Ausführungsformen haben identische Funktionen, und so wird eine zugehörige detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Das Herstellen einer Kommunikation als Teil eines Sinterkörpers führt zu einer Einschränkung der für die Kommunikation verwendbaren Materialien, und manchmal kann die Verwendung eines Materials mit hohem Widerstand nicht vermieden werden. Insbesondere für Millimeterwellen ist die Tendenz des Skineffekts wesentlich, und demgemäß wird die dritte Kommunikation mittels eines Leiters mit niedrigem Widerstand plattiert, um einen ähnlichen Effekt wie den zu erzielen, der dadurch erzielt wird, dass ein Leiter mit niedrigem Widerstand als dritter Kommunikation angewandt wird.
  • Achte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 17 dargestellten achten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 11 dargestellten zweiten Ausführungsform nur dadurch, dass eine das Halbleiterbauteil 20 und die Speiseschaltung 6 umgebende Kappe 32 durch einen Kleber 33 mit dem dritten Masseleiter 5 verbunden ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Die Kappe 32 besteht aus Keramik mit einer leitenden Schicht, die auf der Innen- und der Außenseite derselben hergestellt ist, und sie ist durch ei nen Kleber 33, wie eine leitende Paste, auf den dritten Masseleiter 5 geklebt. Bei der vorliegenden Ausführungsform können unnötige Strahlung vom Halbleiterbauteil 20 und der Speiseschaltung 6 sowie unnötiger Einfall von außen verhindert werden.
  • Neunte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 18 dargestellten neunten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform nur dadurch, dass ein Rahmen 34 das Halbleiterbauteil 20 und die Speiseschaltung 6 umgibt und ein Deckel 35 durch ein Abdichtmaterial 36 mit der Oberseite des Rahmens 34 verbunden ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Der Rahmen 34 wird in Form eines Dickfilms auf den Umfang der dritten Kommunikation gedruckt, und er wird gleichzeitig mit dieser gebrannt. Der Deckel 35 besteht aus einem Legierungstahl mit Kobalt, Nickel und dergleichen, und er kann überflüssige Strahlung von der Speiseschaltung 6 und überflüssigen Einfall von außen vermeiden. Die Haftung zwischen dem Deckel 35 und dem Rahmen 34 wird durch ein Abdichtelement 36, wie AuSn, bewerkstelligt.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 19 dargestellten zehnten Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass als Verbindungselement 11 zum Verbinden des Halbleiterbauteils 20 und der dritten Kommunikation eine vorstehende Elektrode 37 vorhanden ist, deren Höhe größer als die Dicke ihres Querschnitts ist. Identische Abschnitte der beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Als vorstehende Elektrode 37 wird eine durch Beschichten einer Harzkugel mit einem leitenden Film erhaltene Perle, eine anisotrop leitende Folie oder dergleichen verwendet. Während bei der vorliegenden Ausführungsform Au als Material für die vorstehende Elektrode 37 verwendet ist, können auch SnPb-Lot, andere Metalle oder Legierungen verwendet werden. Die HÖhe der vorstehenden Elektrode 37 nach ihrem Anschließen, d.h. der Abstand zwischen der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 und der Speiseschaltung 6 oder dem dritten Masseleiter 5 wird unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften eines dazwischen eingefügten Substrats, der Frequenz der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung und dergleichen bestimmt. Genauer gesagt, ist es wünschenswert, dass der Abstand größer als 10 μm und kleiner ls 200 μm ist. Um die Höhe der vorstehenden Elektrode 37 deutlich zu verringern, muss die Dielektrizitätskonstante eines eingefügten Substrats wesentlich gesenkt werden. Eine Variation des Abstands auf Grund einer leichten Verbiegung eines Substrats und einer leichten Neigung des Halbleiterbauteils 20 in Bezug auf die dritte Kommunikation nimmt relativ zum Abstand zu, wenn der Abstand kleiner wird. Infolge dessen ist die Toleranz verringert, und eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung mit stabiler Hochfrequenzcharakteristik kann billig hergestellt werden. Ferner kommt zu einem additiven oder passiven Element, wie es in der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 ausgebildet ist, eine kapazitäre Kapazität hinzu. Wenn der Abstand 200 μm überschreitet, ist der Effekt einer Impedanzvariation auf Grund der Komponente der parasitären Induktivität der vorstehenden Elektrode 37 nicht vernachlässigbar, und so zeigen sich Einflüsse der Hochfrequenzeigenschaft dadurch, dass nicht für die gewünschte Frequenzbandbreite gesorgt werden kann. Während bei der vorliegenden Ausführungsform die eingefügte Substanz Luft ist, kann sie ein anderes Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein, was von den dielektrischen Eigenschaften abhängt. Die Verbindung der vorstehenden Elektrode 37 in beiden Verbindungsabschnitten zum Halbleiterbauteil 20 und zur dritten Kommunikation erfolgt durch Thermokompressionsbonden von Au und Au.
  • Die 20A–20D veranschaulichen einen Prozess zum Herstellen der vorstehenden Elektrode 37 der Antennen-integrierten Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß der in der 19 dargestellten zehnten Ausführungsform. Als Erstes wird eine dünne Kugel 40 durch z. B. einen Funken an der Spitze eines dünnen Drahts 38 aus Metall oder einer Legierung, der aus einer Kapillare 39 austritt, hergestellt, wie es in der 20A dargestellt ist. Als Draht 38 wird ein Au-Draht, dem ein Typ eines Elements zugesetzt ist und der über einen Drahtdurchmesser von 20 μm verfügt, verwendet, um eine feine Kugel mti einem Durchmesser von ungefähr 45 μm herzustellen.
  • Dann wird, wie es in der 20B dargestellt ist, eine feine Kugel 40 (durch Kugelbonden) durch Anwenden von Wärme, Druck und Ultraschallwellen mit einer Stelle verbunden, an der eine vorstehende Elektrode eines Halbleiterbauteils 20 herzustellen ist, wie in einem geeigneten Teil eines Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitts 22 der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24.
  • Dann wird, wie es in der 20C dargestellt ist, wenn die feine Kugel 40 des Drahts 38 vollständig angeschlossen ist, der dünne Draht 38 durch den Mechanismus der Bondeinrichtung abgeklemmt und so an der Grenze des kristallisierten Bereichs durchgetrennt, wenn die Kapillare 39 angehoben wird, so dass eine vorstehende Elektrode 37 mit relativ kurzem Schwanz 41 gebildet ist. So ist eine vorstehende Elektrode 37 mit einem Durchmesser von ungefähr 50 μm, einer Länge des Schwanzes 41 von ungefähr 60 μm und einer Gesamthöhe von ungefähr 100 μm gebildet.
  • Dann werden, wie es in der 20D dargestellt ist, das Halbleiterbauteil 20 und die dritte Kommunikation ausgerichtet, und die vorstehende Elektrode 37 wird (durch Flipchipbonden) mit derjenigen Stelle der dritten Kommunikation verbunden, mit der die vorstehende Elektrode 37 zu verbinden ist, z. B. der Speiseschaltung 6, während Wärme und Druck auf sie ausgeübt werden. Der Schwanz 31 wird hauptsächlich zusammengedrückt, und die Höhe der vorstehenden Elektrode 37 nach ihrem Anschluss beträgt ungefähr 70 μm.
  • Der Durchmesser und das Material des Drahts 38, die Form der Kapillare 39, die Funkenbedingungen, die Kugelbondbedingungen und die Bedingungen beim Flipchipbonden können verändert werden, um die gewünschte Höhe der vorstehenden Elektrode 37 abhängig von dielektrischen Eigenschaften und dergleichen zu erzielen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dann, wenn Kugelbonden so ausgeführt wird, dass ein relativ langer Schwanz 34 in Bezug auf den Durchmesser des dünnen Drahts 38 vorhanden ist, dieser Draht 41 beim Flipchipbonden aufgewölbt werden kann. Um eine vorstehende Elektrode 37 mit einer Höhe von gewissem Ausmaß relativ zum Durchmesser des Drahts 38 bei einem Kugelbondvorgang zu erzielen, ist es wünschenswert, dass die Funkenbedingungen und das Material für den Draht 38 so ausgewählt werden, dass der Durchmesser der feinen Kugel 40, wie er anfangs aus dem Draht 38 mit einer Dicke bestimmten Ausmaßes hergestellt wird, nicht so viel größer in Bezug auf den Durchmesser des Drahts 38 ist.
  • Es ist besonders geeignet, wenn Au als Material für die vorstehende Elektrode 37 verwendet wird und es durch Thermokompressionsbonden angeschlossen wird, und zwar auf Grund seiner Hochfrequenzeigenschaften und seiner Zuver lässigkeit. Ein Fotolithografieschritt bei einem Waferprozess ist gut als anderes Verfahren zum Herstellen einer vorstehenden Elektrode 37 aus Au bekannt. Dazu gehören die folgenden komplizierten Schritte: Herstellen eines Metalls zum Zuführen von Spannung; anschließendes Auftragen eines Resists höher als es der Höhe der vorstehenden Elektrode entspricht; Entfernen des Resists an einer Stelle zum Ausbilden der vorstehenden Elektrode durch Belichten und Entwickeln zum Freilegen des Metalls zum Zuführen von Spannung; Aufwachsen der vorstehenden Elektrode auf das Metall zum Zuführen von Spannung mittels elektrolytischen Plattierens; und anschließendes Entfernen des Resists und des Metalls zum Zuführen von Spannung. Jedoch existiert eine Grenze hinsichtlich der Fotoempfindlichkeit, der Resistebenheit, des Lesens einer Ausrichtungsmarkierung und dergleichen, und die Höhe erreicht vor dem Flipchipbonden ungefähr 20 μm, und sie beträgt nach diesem ungefähr 10 bis 15 μm. Insbesondere kann nach dem Flipchipbonden keine vorstehende Elektrode mit einer solchen Höhe erreicht werden, wie sie für Millimeterwellen erforderlich ist, d.h. mit mehr als 30 μm. Obwohl der Fotolithografieschritt erneut wiederholt werden kann, um die Höhe zu vergrößern, wird der Waferprozess noch komplizierter, was zu einer enormen Kostenerhöhung führt. Ferner unterliegt die Anordnung einer vorstehenden Elektrode einer Anzahl von Einschränkungen, die sich aus dem Prozess ergeben, und eine Änderung der Anordnung erfordert ein erneutes Entwerfen der Maske, was zu verlängerter Entwicklungszeit führt.
  • Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung auf einfache Weise, dass die vorstehende Elektrode 37 nach dem Flipchipbonden eine Höhe von ungefähr 200 μm aufweist, wie es oben beschrieben ist. Ferner kann an der durch Kugelbonden angebrachten vorstehenden Elektrode 37 ein zusätzliches Kugelbonden ausgeführt werden, wie es in der 20C dargestellt ist, oder eine vorstehende Elektrode 37 kann durch Kugelbonden sowohl auf dem Halbleiterbauteil 20 als auch der dritten Kommunikation angebracht werden, wobei die vorstehenden Elektroden 37 einander gegenüberstehen und sie durch Flipchipbonden verbunden werden. Obwohl die Anzahl der Kugelbondvorgänge erhöht ist, kann die Höhe der vorstehenden Elektroden 37 relativ zu ihrem Durchmesser extrem erhöht werden, um die Fläche zu ihrem Anbringen zu verkleinern und um so den Designfreiheitsgrad zu verbessern. Ferner erfolgt der Schritt des Herstellens der vorstehenden Elektrode 37 nach Fertigstellung eines Wafers oder dessen Unterteilung in Chips, und so kann die Anordnung leicht geändert werden.
  • Gemäß der 21 wird als Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 des Halbleiterbauteils 20 hauptsächlich eine koplanare Leitung verwendet. Ein vierter Masseleiter 21, der zu beiden Seiten eines zentralen Leiters der koplanaren Leitung liegt, ist unvermeidlicherweise entsprechend dem Schaltungsdesign in zwei Dimensionen unterteilt. Herkömmlicherweise wird eine Luftbrücke verwendet oder es werden ein Durchführungsloch und eine untere Verbindung im Halbleitersubstrat 23 ausgebildet, damit die unterteilten vierten Masseleiter 21 dasselbe Potenzial aufweisen. Wenn jedoch die Schaltung zunehmend komplizierter wird und ihr Umfang zunimmt, kann keine stabile Masse gewährleistet werden, und die parasitäre Kapazität nimmt zu oder es wird in ungünstiger Weise eine parasitäre Schwingung erzeugt. Demgegenüber sorgt die vorliegende Ausführungsform nicht nur für eine typische Luftbrückenverbindung (nicht dargestellt) zwischen den Verbindern, sondern es ist auch jeder der unterteilten vierten Masseleiter 21 mittels einer jeweiligen vorstehenden Elektrode mit dem dritten Masseleiter 5 verbunden. Demgemäß können die Massen dasselbe Potenzial einnehmen, die Schaltung kann stabil arbeiten, und die Erzeugung einer parasitären Kapazität kann eingeschränkt werden. Da auch die Anzahl der Luftbrücken zur Verbindung verringert werden kann, kann die parasitäre Kapazität in den Luftbrückenabschnitten gesenkt werden, und die Hochfrequenzeigenschaften und demgemäß die Herstellausbeute können verbessert werden. Während ein Halbleitersubstrat 23 als Substrat zum Herstellen der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 verwendet ist, kann es sich um ein dielektrisches Substrat aus Keramik oder dergleichen handeln.
  • Elfte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 22 dargestellten elften Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 2 dargestellten dadurch, dass das Halbleiterbauteil 20 nach oben zeigend montiert ist, dass ein siebter Masseleiter 42 auf der Rückseite des Halbleiterbauteils 20 ausgebildet ist und dem dritten Masseleiter 5 verbunden ist, und dass die Verbindung zwischen dem Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 22 des Halbleiterbauteils 20 des Halbleiterbauteils 20 und der Speiseschaltung 6 oder die Verbindung zwischen dem vierten Masseleiter 21 des Halbleiterbauteils 20 und dem dritten Masseleiter 5 durch ein dünnes Band 43 hergestellt ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 des Halbleiterbauteils 20 besteht aus einer Mikrostreifenleitung. Während das Band 43 ein Au-Band mit einer Breite von 80 μm und einer Dicke von 20 μm ist, kann es ein Band oder ein Draht sein, dessen Querschnitt abhängig von den Hochfrequenzeigenschaften differiert. Der siebte Masseleiter 42 auf der Rückseite des Halbleiterbauteils 23 sorgt für eine Masse in der aus einer Mikrostreifenleitung bestehenden Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24. Der siebte Masseleiter 42 kann direkt mit dem dritten Masseleiter 5 verbunden sein, und der erste, der zweite, der dritte und der siebte Masseleiter 1, 4, 5 und 42 sind elektrisch über den kürzesten Weg eingeschlossen. Demgemäß wird die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 nicht durch parasitäre Kapazitäten und dergleichen in ihr und in der Mikrostreifenantenne 2 beeinflusst. Ferner kann die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 stabilen Betrieb mit verringertem Rauschverhalten erzielen. Die Mikrostreifenantenne 2 kann auch eine gute Strahlungsmustercharakteristik mit verringerter Nebenkeule erzielen.
  • Zwölfte Ausführungsform
  • Eine Antennen-integrierte Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung gemäß einer in der 23 dargestellten zwölften Ausführungsform unterscheidet sich von der gemäß der in der 2 dargestellten ersten Ausführungform dadurch, dass die Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 des Halbleiterbauteils 20 die Funktion eines Frequenzwandlers hat und sie über einen Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 44 zum Empfangen eines Signals mit einer gewandelten Zwischenfrequenz verfügt, und dass die dritte Masseleiter mit einem Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 45 versehen ist, der mit dem Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 44 über eine vorstehende Elektrode 37 zum Übertragen eines Signals mit einer Zwischenfrequenz versehen ist. Identische Abschnitte bei beiden Ausführungsformen haben dieselben Funktionen, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Der Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 45 ist über einen Verbindungsabschnitt (nicht dargestellt), wie einen Verbinder, mit einem externen Schaltungssubstrat (nicht dargestellt) zum Verarbeiten von Zwischenfrequenzsignalen verbunden. Ein Verbindungsabschnitt, der ein Signal mit hoher Frequenz, wie eine Mikrowelle oder eine Millimeterwelle, überträgt, benötigt eine spezielle, für Hochfrequenz geeignete Technik, wie die Verwendung einer Koaxialleitung, um eine Streuung, Reflexion, Absorption und dergleichen von Signalen zu vermeiden.
  • Im Halbleiterbauteil 20 werden in der Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltung 24 und im Abschnitt mit Frequenzwandlerfunktion Signale hoher Frequenz, wie Mikrowellen und Millimeterwellen, verarbeitet, und so haben sie im Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt 44 keine hohe Frequenz mehr. Infolge dessen ist für den Verbindungsabschnitt zum Anschließen des Zwischenfrequenz-Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitts 45 und des externen Schaltungssubstrats (nicht dargestellt) zum Verarbeiten der Zwischenfrequenz keine spezielle Technik erforderlich. Der Frequenzwandlerabschnitt kann ein Aufwärtswandler oder ein Abwärtswandler sein, und er wird abhängig vom Zweck der Verarbeitung der ursprünglich eingegebenen Signale konfiguriert.

Claims (11)

  1. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung mit: – einer ersten Leiterschicht mit einem ersten Erdungsleiter (1) und einer Mikrostreifenantenne (2); – einer zweiten Leiterschicht mit einem zweiten Erdungsleiter (4), der mit einem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch (3) versehen ist; – einer dritten Leiterschicht mit einer Speiseschaltung (6), die elektromagnetisch über das erste schlitzförmige Kopplungsloch (3) mit der Mikrostreifenantenne (2) gekoppelt ist; – einem Halbleiterbauteil (20) mit einer vierten Leiterschicht mit einem Eingangs/Ausgangs-Anschlussabschnitt (22), der mit der Speiseschaltung (6) und einem vierten Erdungsleiter (21) verbunden ist, und mit einer Hochfrequenzschaltung (24), auf einer derer Flächen die vierte Leiterschicht ausgebildet ist; – einem ersten dielektrischen Substrat (7), das zwischen der ersten und der zweiten Leiterschicht angeordnet ist; und – einem zweiten dielektrischen Substrat (8), das zwischen der zweiten und der dritten Leiterschicht angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass – die dritte Mikrostreifenantenne (2) einen dritten Erdungsleiter (5) aufweist; – der vierte Erdungsleiter (21) mit dem dritten Erdungsleiter (5) verbunden ist; – im ersten dielektrischen Substrat (7) ein erstes Durchgangsloch (9) als erster Verbindungsabschnitt vorhanden ist, um den ersten Erdungsleiter (1) entweder direkt oder über eine fünfte Leiterschicht, die zwischen dem ersten dielektrischen Substrat (7) und der zweiten Leiterschicht 'vorhanden ist, mit dem zweiten Erdungsleiter (4) zu verbinden; und – im zweiten dielektrischen Substrat (8) ein zweites Durchgangsloch (10) als zweiter Verbindungsabschnitt vorhanden ist, um den zweiten Erdungsleiter (4) und den dritten Erdungsleiter (5) so zu verbinden, dass der Abstand vom zweiten Erdungsleiter (4) zum vierten Erdungsleiter (21) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  2. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der der Abstand vom zweiten Erdungsleiter (4) über den zweiten Verbindungsabschnitt (10) und den dritten Erdungsleiter (5) zum vierten Erdungsleiter (21) kleiner als ein Viertel der effektiven Wellenlänge der Hochfrequenzschaltung ist.
  3. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der der erste Erdungsleiter (1) so angeordnet ist, dass er die Mikrostreifenantenne (2) umgibt.
  4. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der der erste Erdungsleiter (1) so angeordnet ist, dass er die Mikrostreifenantenne (2) umgibt, die fünfte Leiterschicht, die über einen fünften Erdungsleiter (13) verfügt, elektrisch mit dem zweiten Erdungsleiter (4) verbunden ist und mit einem zweiten schlitzförmigen Kopplungsloch (12) versehen ist, das mit dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch (3) ausgerichtet ist.
  5. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der das erste dielektrische Substrat (7) zwischen der Mikrostreifenantenne (2) und dem ersten schlitzförmigen Kopplungsloch (3) ein Durchgangsloch (16) aufweist, und ferner mit einem dritten dielektrischen Substrat (17), das im genannten Durchgangsloch (16) vorhanden ist und über eine Dielektrizitätskonstante verfügt, die kleiner als diejenige des ersten dielektrischen Substrats (7) ist.
  6. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Substrats (7) kleiner als diejenige des zweiten dielektrischen Substrats (8) ist.
  7. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der als gesinterter, mehrschichtiger Körper mit mindestens dem ersten dielektrischen Substrat (7), dem zweiten dielektrischen Substrat (8) und dem ersten Erdungsleiter (4) gleichzeitig gebrannt wird.
  8. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, ferner mit einem Plattierungsleiter (31), der auf der dritten und/oder der vierten Leiterschicht ausgebildet ist, wobei diese dritte und vierte Leiterschicht über den Plattierungsleiter (31) miteinander verbunden sind.
  9. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, ferner mit einer Kappe (32), die zumindest das Halbleiterbauteil (20) abdeckt und mit dem dritten Erdungsleiter (5) verbunden ist.
  10. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der das erste und/oder das zweite dielektrische Substrat (7 und 8) gleichzeitig mit einer benachbarten Leiterschicht oder zusätzlich dazu gebrannt werden.
  11. Antennen-integrierte Hochfrequenzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Hochfrequenzschaltung (20) einen Frequenzwandlerabschnitt aufweist, der ein Hochfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal wandelt.
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