JP2003008343A - 電力増幅装置 - Google Patents

電力増幅装置

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JP2003008343A
JP2003008343A JP2001194111A JP2001194111A JP2003008343A JP 2003008343 A JP2003008343 A JP 2003008343A JP 2001194111 A JP2001194111 A JP 2001194111A JP 2001194111 A JP2001194111 A JP 2001194111A JP 2003008343 A JP2003008343 A JP 2003008343A
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Japan
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patch antenna
package
semiconductor chip
high frequency
main surface
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JP2001194111A
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English (en)
Inventor
Motonori Ishii
基範 石井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの占める面積は半導体チップの面
積と同等程度にまで小型化することができる高周波増幅
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板の第一主面側に、増幅素子を含む電
子回路を形成し、第2主面側にパッチアンテナ2を形成
し、前記電子回路と前記パッチアンテナとを電気的に接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路、特にマ
イクロ波、ミリ波信号を増幅し、送信する装置に関する
ものである。本発明は、無線LAN、車載レーダや、そ
の他マイクロ波、ミリ波を用いた通信用増幅装置に応用
される。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロ波からミリ波帯、すなわ
ち20GHz〜60GHzの周波数を用いた通信システ
ムや、レーダシステムが一般的になりつつある。通信シ
ステムには、無線LANや、米国の通信方式であるLM
DSなどがある。また、レーダシステムには、車載レー
ダがあり、これは自動車に搭載して、自動車前方にある
物体を検知して、衝突防止を支援するシステムである。
【0003】このようなマイクロ波、ミリ波を用いたシ
ステムは現在まだまだ高価であり、製造コストを下げ安
価に消費者に提供することが普及を促すために重要であ
る。製造コストを安価にするためには、システムに用い
る半導体チップ上に増幅素子、ミリ波伝送線路、キャパ
シタ、インダクタなどを形成して高周波回路を構成して
いるMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circu
it)を用い、外付けの回路を減少させることが必須とな
る。
【0004】マイクロ波、ミリ波を用いたシステムは安
価であるとともに、小型であることも求められ、そのた
めにシステム内の電子部品を小型化することが必須とな
る。上に述べた半導体チップは通常、システム組立の際
取り扱いを容易にするため、および外気中の特に水分に
よる半導体チップの劣化を防止するため、パッケージに
入れられる。従って、このパッケージを小型化すること
が重要である。
【0005】マイクロ波、ミリ波システムには、信号を
増幅し、アンテナから信号を出力する部品が必要であ
る。この働きをする部品は1つのパッケージ内に構成
し、モジュール化することができる。以下、このモジュ
ールを高周波増幅装置と呼ぶ。
【0006】以下、従来の高周波増幅装置を図面を参照
しながら説明する。
【0007】図3は、2000年 Microwave Workshops
and ExhibitionのMicrowave Workshop Digest の12
8頁に記載されている高周波増幅装置の従来例である。
図3の構成及び、動作を説明する。
【0008】図3において、高周波増幅装置全体はパッ
ケージ6によって気密封止されている。パッケージ6の
内部には、ミリ波信号を増幅する素子である半導体チッ
プ1が実装されている。半導体チップ1からは、第1の
ワイヤ12によってパッケージ6に接続されており、ミ
リ波信号を第1のワイヤ12を介してパッケージ6の外
面のいずれかに取り付けられている端子より外部に取り
出す(この端子は図3には記載していない)。また、誘
電体基板9が半導体チップ1と同様にパッケージ6に実
装されており、誘電体基板9の表面には、パッチアンテ
ナ2が形成されている。誘電体基板9上のパッチアンテ
ナ2は、第2のワイヤ13によって半導体チップ1と接
続されており、半導体チップ1によって生成、増幅され
たミリ波信号が第2のワイヤ13を介してパッチアンテ
ナ2に供給される。供給されたミリ波信号は、パッチア
ンテナ2から出射され、高周波透過窓7を通過してパッ
ケージ6の外部に取り出される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図3において、パッケ
ージ6内には、ミリ波信号を処理、増幅する半導体チッ
プ1、および誘電体基板9を実装する必要がある。半導
体チップ1上には増幅素子および、高周波回路を構成し
ているインダクタ、キャパシタなどの素子が搭載されて
いる。これらの素子の面積は半導体チップ1に要求され
る性能によりほぼ決定されてしまうため、小型化は容易
ではない。また、誘電体基板9上に形成されるパッチア
ンテナ2の形状は使用するミリ波信号の周波数によって
決定されてしまうため、小型化は不可能である。すなわ
ち、半導体チップ1と誘電体基板9の小型化は困難ある
いは不可能であり、パッケージ6の面積は、半導体チッ
プ1と誘電体基板9の面積の合計は最低でも必要であ
り、これ以上のパッケージ6の小型化は不可能という課
題を有する。
【0010】本発明は、パッケージの占める面積は半導
体チップの面積と同等程度にまで小型化することができ
る高周波増幅装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波増幅装置
は、第一主面側に、増幅素子を含む電子回路が形成さ
れ、前記第一主面の裏側の第2主面側にパッチアンテナ
が形成された基板を有し、前記電子回路と前記パッチア
ンテナとが電気的に接続されているものである。
【0012】このことにより、前記パッケージの面積は
前記半導体チップの面積程度にまで小型化することが出
来、前記課題が解決される。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態におけ
る高周波増幅装置について図面を参照しながら説明す
る。
【0014】(実施の形態1)まず、本発明の実施の形
態1における高周波増幅装置について図面を参照しなが
ら説明する。
【0015】図1は、本発明の実施の形態1における高
周波増幅装置の断面を示す図である。図1において、半
導体基板を基体とする半導体チップ1の第1主面上に
は、増幅素子、高周波伝送線路、インダクタ、キャパシ
タ、抵抗などが形成されており、これらの素子によって
高周波電子回路が構成されている。例えば、増幅素子と
してHEMT、高周波伝送線路としてマイクロストリッ
プ線路、インダクタとしてスパイラルインダクタ、キャ
パシタとして金属電極間にSiNなどの誘電体膜を挟ん
だ構造であるMINキャパシタが用いられる。半導体チ
ップ1の第2主面全面には、絶縁膜8が形成されてい
る。半導体チップ1は、貫通したビアホール4を少なく
とも1つ備えている。このビアホール4の内側面は、金
属メッキされている。絶縁膜8上には、パッチアンテナ
2が形成されている。パッチアンテナ2は、絶縁膜8に
より、半導体チップ1の基板とは電気的に絶縁されてい
る。半導体チップ1は、バンプ5により、パッケージ6
の底面にフリップチップ実装されている。パッケージ6
は、半導体チップ1を内部に収めている。また、パッケ
ージ6のパッチアンテナ2の真上に当たる部分には、高
周波透過窓7が形成されている。
【0016】次に図1の高周波増幅装置の動作を説明す
る。
【0017】パッケージ6のいずれかの部分に備えられ
ている端子(図1には記載されていない)から高周波信
号が入力され、および、電源から動作のための電力が供
給される。入力された高周波信号は、バンプ5を介して
半導体チップ1に入力され、半導体チップ1の主面に形
成された高周波回路3により、高周波信号は、変形、増
幅される。半導体チップ1の主面に形成された高周波回
路3と第2主面の絶縁膜8上に形成されたパッチアンテ
ナ2はビアホール4内の導電物であるメッキされた金属
により、電気的に接続されており、増幅された高周波信
号はパッチアンテナ2に入力され、高周波信号が電磁波
として出射される。パッチアンテナ2から出射された電
磁波は高周波透過窓7を通過してパッケージ6外に取り
出される。
【0018】以上、本発明の実施の形態1の高周波電力
増幅装置では、従来例と同様の機能を保ちつつも、パッ
ケージ6が占める面積は、半導体チップ1の主面の面積
程度まで小型化することができる。
【0019】(実施の形態2)図2は、本発明の実施の
形態2における高周波増幅装置の断面を示す図である。
図2において、半導体チップ1の第1主面には実施の形
態1と同様に高周波回路が形成されている。半導体チッ
プ1の第2主面は全面金属メッキされており、半導体チ
ップ1を貫通し、内側面が金属メッキされているビアホ
ール4を少なくとも1つ備えている。半導体チップ1の
第2主面には、導電性ペースト11によって接着された
誘電体層である誘電体基板9を備えている。誘電体基板
9の導電性ペースト11によって接着されている面は、
全面金属メッキされており、この面と誘電体基板9の他
面を貫通し、内側面が金属メッキされているスルーホー
ル10を少なくとも1つ備えている。誘電体基板9の前
記他面上には、パッチアンテナ2が形成されている。半
導体チップ1の第1主面は、バンプ5によってパッケー
ジ6に接続される。パッケージ6は半導体チップ1およ
び誘電体基板9を内部に収めている。パッケージ6のパ
ッチアンテナ2の真上にあたる部分には、高周波透過窓
7を備えている。
【0020】以下、図2の本発明の実施の形態2の動作
を説明する。
【0021】パッケージ6のいずれかの部分に備えられ
ている端子(図2には記載されていない)から高周波信
号が入力され、および、電源から動作のための電力が供
給される。入力された高周波信号は、バンプ5を介して
半導体チップ1に入力され、半導体チップ1の主面に形
成された高周波回路3により、高周波信号は、変形、増
幅される。半導体チップ1の第1主面に形成された高周
波回路3と、誘電体基板9の前記他面上に形成されたパ
ッチアンテナ2は、半導体チップ1に形成されたビアホ
ール4、半導体チップ1の第2主面全面に形成された金
属メッキ、導電性ペースト11、誘電体基板9の接着面
全面に形成された金属メッキ、誘電体基板9に形成され
他面まで貫通しているスルーホール10、を介して電気
的に接続されており、前記の増幅された高周波信号はパ
ッチアンテナ2に入力され、高周波信号が電磁波として
出射される。パッチアンテナ2から出射された電磁波は
高周波透過窓7を通過してパッケージ6外に取り出され
る。
【0022】以上、本発明の実施の形態2の高周波増幅
装置では、従来例と同様の機能を有するにもかかわら
ず、パッケージ6の面積は、半導体チップ1または誘電
体基板9の面積程度まで小型化することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、第一主面側に、増幅素子
を含む電子回路が形成され、第2主面側にパッチアンテ
ナが形成された基板を有し、前記電子回路と前記パッチ
アンテナとが電気的に接続された高周波増幅装置を製造
することにより、パッケージの占める面積は半導体チッ
プの面積と同等程度にまで小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における高周波増幅装置
の断面図
【図2】本発明の実施の形態2における高周波増幅装置
の断面図
【図3】従来の高周波増幅装置の断面図
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 パッチアンテナ 3 高周波回路 4 ビアホール 5 バンプ 6 パッケージ 7 高周波透過窓 8 絶縁膜 9 誘電体基板 10 スルーホール 11 導電性ペースト 12 第1のワイヤ 13 第2のワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J021 AA01 CA06 FA17 FA26 HA05 HA07 HA10 JA07 JA08 5J045 AA01 AB05 AB07 DA10 EA07 HA03 KA01 NA01 5J091 AA01 AA41 CA92 FA16 KA00 KA66 QA04

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一主面側に、増幅素子を含む電子回路
    が形成され、前記第一主面の裏側の第2主面側にパッチ
    アンテナが形成された基板を有し、前記電子回路と前記
    パッチアンテナとが電気的に接続されていることを特徴
    とする電力増幅装置。
  2. 【請求項2】 前記基板にビアホールが形成されてお
    り、前記ビアホール内に導電物が形成されており、前記
    電子回路と前記パッチアンテナとが、前記導電物を介し
    て電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記
    載の電力増幅装置。
  3. 【請求項3】 パッケージの内部に格納された請求項1
    または請求項2に記載の電力増幅装置。
  4. 【請求項4】 前記パッケージの底面と前記基板の第1
    主面とが向かい合うようにフリップチップ実装したこと
    を特徴とする請求項3記載の電力増幅装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体チップの裏面に絶縁膜が形成
    され、前記絶縁膜上に形成された高周波回路はマイクロ
    ストリップアンテナを含み、前記基板と前記半導体チッ
    プとを囲むパッケージを備え、前記パッケージの前記パ
    ッチアンテナの真上の部分は電磁波を通過させる窓を備
    えていることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅装
    置。
  6. 【請求項6】 前記パッチアンテナと前記基板との間に
    誘電体層が形成され、前記誘電体層にはスルーホールが
    形成され、前記スルーホール内に導電物が形成されてお
    り、前記電子回路と前記パッチアンテナとが、前記スル
    ーホール内に形成された導電物を介して電気的に接続さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の電力増幅装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007036571A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2009267572A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Kyocera Corp 構造体、及びそれを用いた電池、並びに電子装置
CN105826663A (zh) * 2015-01-04 2016-08-03 莱尔德无线技术(上海)有限公司 车辆用天线及天线***

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