JP7433555B2

JP7433555B2 - アンテナ装置及びアンテナ装置の製造方法

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Publication number: JP7433555B2
Application number: JP2023561266A
Authority: JP
Inventors: 拓真西村; 徹高橋; 秀則石橋; 徹深沢; 真也横溝; 秀憲湯川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2024-02-19
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: WO2023157156A1; JPWO2023157156A1

Description

本開示は、アンテナ装置及びアンテナ装置の製造方法に関する。

アンテナ装置には、一方の基板の表面にアンテナ励振素子を設け、他方の基板の表面に無給電素子を設けた積層構造を採用したものがある。このアンテナ装置においては、アンテナの利得向上等を図る目的として、アンテナ励振素子と無給電素子との間に、隙間を設けている。このような、従来のアンテナ装置は、例えば、非特許文献１に開示されている。

ＳｈｕｎｉｃｈｉＩｋｅｄａ， "ＡＣｉｒｃｕｌａｒｌｙＰｏｌａｒｉｚｅｄＣａｖｉｔｙ－ＢａｃｋｅｄＳｔａｃｋｅｄＰａｔｃｈＡｎｔｅｎｎａｆｏｒＷｉｄｅ－ＡｎｇｌｅＢｅａｍＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ＷａｖｅＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ，" ２０２０ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ（ＩＳＡＰ）, ２５－２８Ｊａｎ. ２０２１

非特許文献１に開示されたアンテナ装置は、アンテナ励振素子が設けられる基板と、無給電素子が設けられる基板とを、別々に製造している。そして、非特許文献１に開示されたアンテナ装置は、２つの基板間にスペーサを挟み込んだ状態で、当該２つの基板を電気的に接続することで、アンテナ励振素子と無給電素子との間に隙間を有している。このため、アンテナ励振素子と無給電素子との間が空気となり、誘電体損が０となる。この結果、非特許文献１に開示されたアンテナ装置は、アンテナの高利得化及び高効率化を実現している。

非特許文献１に開示されたアンテナ装置は、アンテナ励振素子と無給電素子との間に隙間を形成するために、スペーサを必要とするものである。例えば、そのような積層構造を、ミリ波以上の周波数帯で動作するアンテナ装置に適用しようとする場合、その隙間は、数１０μｍ程度の高さとなる。このとき、製造公差によるアンテナ特性の低下を抑制するためには、その隙間を数μｍ単位で調整する必要がある。

スペーサとして基板を用いた場合、一般的に、基板自体の厚みは５０μｍ以上あり、基板の厚さを細かく管理することは困難である。また、スペーサとして金属板を用いた場合、金属板の厚さを１０μｍで管理することは非常に困難である。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子と無給電素子との間に、所定長さの隙間を形成することができるアンテナ装置を提供することを目的する。

本開示に係るアンテナ装置は、第１基板の表面に設けられるアンテナ励振素子と、第１基板の表面に設けられ、アンテナ励振素子の周囲において、当該アンテナ励振素子と接触することなく配置される第１導体パターンと、第１基板の表面と対向する第２基板の表面に設けられる無給電素子と、第２基板の表面に設けられ、無給電素子の周囲において、当該無給電素子と接触することなく配置される第２導体パターンとを備え、第１導体パターンと第２導体パターンとは、電気的に接続し、第１導体パターンの厚さは、アンテナ励振素子の厚さ以上に形成され、第２導体パターンの厚さは、無給電素子の厚さ以上に形成されるものである。

本開示によれば、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子と無給電素子との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図１Ａは、実施の形態１に係るアンテナ装置の縦断面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩ－Ｉ矢視断面図である。図１Ｃは、図１ＡのII－II矢視断面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の１つ目の変形例を示す図である。図２Ａは、アンテナ励振素子の変形例を示す図である。図２Ｂは、無給電素子の変形例を示す図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の２つ目の変形例を示す図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の３つ目の変形例を示す図である。図５Ａから図５Ｃは、実施の形態１に係るアンテナ装置の４つ目の変形例をそれぞれ示す図である。図６Ａから図６Ｃは、実施の形態１に係るアンテナ装置の５つ目の変形例をそれぞれ示す図である。実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。図８Ａは、実施の形態１に係るアンテナ装置の縦断面図である。図８Ｂは、図８ＡのIII－III矢視断面図である。図８Ｃは、図８ＡのIV－IV矢視断面図である。実施の形態４に係るアンテナ装置の変形例を示す図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３について、図１から図６を用いて説明する。

図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａの構成を示す図である。この図１に示すように、アンテナ装置１０１Ａは、基板１１，２１を備えている。基板１１，２１は、互いの表面（実装面）同士を向き合わせるように配置されている。なお、基板１１は、第１基板を構成し、基板２１は、第２基板を構成するものである。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、基板１１は、１つのアンテナ励振素子１２及び導体パターン１３を有している。アンテナ励振素子１２及び導体パターン１３は、基板１１の表面に設けられている。導体パターン１３は、第１導体パターンを構成するものであって、地導体に相当するものである。この導体パターン１３は、例えば、銅箔である。

アンテナ励振素子１２は、円形に形成されている。導体パターン１３は、そのアンテナ励振素子１２の周囲を囲むように設けられている。この導体パターン１３は、アンテナ励振素子１２とは接触していない。即ち、アンテナ励振素子１２と導体パターン１３との間には、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間とは、基板１１の表面が露出した部分である。また、アンテナ励振素子１２の厚さと、導体パターン１３の厚さとは、同じ厚さとなっている。

図１Ａ及び図１Ｃに示すように、基板２１は、１つの無給電素子２２及び導体パターン２３を有している。無給電素子２２及び導体パターン２３は、基板２１の表面に設けられている。導体パターン２３は、第２導体パターンを構成するものであって、地導体に相当するものである。この導体パターン２３は、例えば、銅箔である。

無給電素子２２は、円形に形成されている。導体パターン２３は、その無給電素子２２の周囲を囲むように設けられている。この導体パターン２３は、無給電素子２２とは接触していない。即ち、無給電素子２２と導体パターン２３との間には、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間とは、基板２１の表面が露出した部分である。また、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。

図１Ａに示すように、基板１１に設けられたアンテナ励振素子１２と、基板２１に設けられた無給電素子２２とは、互いに対向している。また、基板１１に設けられた導体パターン１３と、基板２１に設けられた導体パターン２３とは、導電性を有する接着部材３１を介して電気的に接続されている。

このように、アンテナ装置１０１Ａは、表面同士が向き合う基板１１，２１間において、互いに対向するアンテナ励振素子１２と無給電素子２２との周囲を、導体パターン１３，２３で囲むことで、中空構造を形成している。このため、アンテナ装置１０１Ａは、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２とを、間隔を空けて配置することができる。即ち、アンテナ装置１０１Ａは、互いに対向するアンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を設けることができる。なお、その隙間は、例えば、１００μｍ以下の高さで形成される。

従来のアンテナ装置において、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を設ける場合、例えば、基板１１，２１間に、スペーサを介在させる必要があった。これに対して、アンテナ装置１０１Ａの製造方法は、厚銅基板の製造プロセスのみを使用するものである。また、アンテナ装置１０１Ａは、上記スペーサを必要としないため、部品点数を削減することができる。このため、アンテナ装置１０１Ａは、部品点数を削減した分、当該アンテナ装置１０１Ａを製造する際の実装公差を小さくすることができる。この結果、アンテナ装置１０１Ａは、実装公差によるアンテナ特性の低下を抑制することができる。

更に、アンテナ装置１０１Ａにおいては、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に形成される隙間は、導体パターン１３，２３の厚さのみを管理すれば設けることができる。詳細には、アンテナ装置１０１Ａは、別部品となるスペーサを使用する場合と比べて、数μｍ単位で、導体パターン１３，２３の厚さを管理することができるため、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を、高精度で設けることができる。このため、アンテナ装置１０１Ａは、製造公差によるアンテナ特性の低下を抑制しつつ、特に、ミリ波以上の周波数帯において要求され得る、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に形成する隙間長さの設計自由度を、向上させることができる。

なお、上述したアンテナ装置１０１Ａにおいては、アンテナ励振素子１２及び無給電素子２２が円形をなしているが、多角形をなしても良い。そこで、図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａの他の構成を示す図である。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、アンテナ励振素子１２及び無給電素子２２は、矩形をなしても良い。

また、上述したアンテナ装置１０１Ａにおいては、アンテナ励振素子１２の厚さと導体パターン１３の厚さとが同じ厚さで、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっているが、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、隙間が形成されていれば、導体パターン１３，２３の厚さを変えても良い。そこで、図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ｂの構成を示す図である。また、図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ｃの構成を示す図である。

図３に示すように、アンテナ装置１０１Ｂにおいては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、無給電素子２２の厚さと導体パターン２３の厚さとが同じ厚さになっている。このような構成を採用した場合でも、アンテナ装置１０１Ｂは、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。

図４に示すように、アンテナ装置１０１Ｃにおいては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このような構成を採用した場合でも、アンテナ装置１０１Ｃは、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃにおいては、導体パターン１３，２３の厚さに対する微細な管理を可能とするため、基板１１，２１のうちの少なくとも一方の基板が、厚銅基板の製造プロセスを用いて製造される。このとき、実装性の向上及び高精度な隙間管理等を図る場合、導体パターン１３，２３間における電気的な接続には、熱拡散接合が適用されても良い。また、基板１１，２１への負荷を軽減し、且つ、製造コストの低コスト化を図る場合、導体パターン１３，２３間における電気的な接続には、はんだが採用されても良い。

ここで、導体パターン１３，２３間における電気的な接続に、接着部材３１としてはんだを用いた場合、当該はんだに含まれる液体成分であるフラックスが、当該はんだから漏れ出し、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に浸入するおそれがある。このため、隙間における本来の比誘電率は、「１」であるが、その隙間に、比誘電率が異なるフラックスが浸入することで、変化してしまう。この結果、共振周波数が変化し、アンテナ特性が低下する。

このような問題を解決するため、例えば、図５及び図６に示す構成を採用することが考えられる。

図５は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ｄ１，１０１Ｄ２，１０１Ｄ３の構成を示す図である。

図５Ａに示すアンテナ装置１０１Ｄ１においては、アンテナ励振素子１２の厚さと導体パターン１３の厚さとが同じ厚さで、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このアンテナ装置１０１Ｄ１は、レジスト４１を備えている。レジスト４１は、基板１１の表面において、アンテナ励振素子１２の外周部全域に接触して設けられている。具体的には、レジスト４１は、アンテナ励振素子１２の表面外周部全域及び外周端面全域を覆うように、環状に形成されている。このため、アンテナ装置１０１Ｄ１は、アンテナ励振素子１２に環状のレジスト４１を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、アンテナ励振素子１２側からのフラックスの浸入を防止することができる。

図５Ｂに示すアンテナ装置１０１Ｄ２においては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、無給電素子２２の厚さと導体パターン２３の厚さとが同じ厚さになっている。このアンテナ装置１０１Ｄ２は、レジスト４２を備えている。レジスト４２は、基板２１の表面において、無給電素子２２の外周部全域に接触して設けられている。具体的には、レジスト４２は、無給電素子２２の表面外周部全域及び外周端面全域を覆うように、環状に形成されている。このため、アンテナ装置１０１Ｄ２は、無給電素子２２に環状のレジスト４２を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、無給電素子２２側からのフラックスの浸入を防止することができる。

図５Ｃに示すアンテナ装置１０１Ｄ３においては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このアンテナ装置１０１Ｄ３は、レジスト４１，４２を備えている。このため、アンテナ装置１０１Ｄ３は、レジスト４１，４２を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、フラックスの浸入を防止することができる。

また、図６は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ｅ１，１０１Ｅ２，１０１Ｅ３の構成を示す図である。

図６Ａに示すアンテナ装置１０１Ｅ１においては、アンテナ励振素子１２の厚さと導体パターン１３の厚さとが同じ厚さで、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このアンテナ装置１０１Ｅ１は、レジスト４３を備えている。レジスト４３は、基板１１の表面において、アンテナ励振素子１２の全周を囲むように、環状に形成されている。また、レジスト４３の厚さ（高さ）は、アンテナ励振素子１２の厚さよりも厚くなっている。このため、アンテナ装置１０１Ｅ１は、アンテナ励振素子１２の周囲に環状のレジスト４３を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、アンテナ励振素子１２側からのフラックスの浸入を防止することができる。

図６Ｂに示すアンテナ装置１０１Ｅ２においては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、無給電素子２２の厚さと導体パターン２３の厚さとが同じ厚さになっている。このアンテナ装置１０１Ｅ２は、レジスト４４を備えている。レジスト４４は、基板２１の表面において、無給電素子２２の全周を囲むように、環状に形成されている。また、レジスト４４の厚さ（高さ）は、無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このため、アンテナ装置１０１Ｅ２は、無給電素子２２の周囲に環状のレジスト４４を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、無給電素子２２側からのフラックスの浸入を防止することができる。

図６Ｃに示すアンテナ装置１０１Ｅ３においては、導体パターン１３の厚さがアンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。このアンテナ装置１０１Ｅ３は、レジスト４３，４４を備えている。このため、アンテナ装置１０１Ｅ３は、レジスト４３，４４を設けることにより、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、フラックスの浸入を防止することができる。

但し、基板１１，２１の基材は、誘電体であれば良く、例えば、樹脂材料又はガラス等である。基板１１，２１の基材に樹脂材料を採用した場合、アンテナ装置１０１Ａは、製造コストを抑えることができる。また、基板１１，２１の基材にガラスを採用した場合、アンテナ装置１０１Ａは、アンテナの低損失化及び高利得化を図ることができる。

なお、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さ以上に形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さ以上に形成されていれば良い。

以上、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、基板１１の表面に設けられるアンテナ励振素子１２と、基板１１の表面に設けられ、アンテナ励振素子１２の周囲において、当該アンテナ励振素子１２と接触することなく配置される導体パターン１３と、基板１１の表面と対向する基板２１の表面に設けられる無給電素子２２と、基板２１の表面に設けられ、無給電素子２２の周囲において、当該無給電素子２２と接触することなく配置される導体パターン２３とを備え、導体パターン１３と導体パターン２３とは、電気的に接続し、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さ以上に形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さ以上に形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｄ１，１０１Ｅ１においては、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さと同じ厚さに形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さよりも厚く形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

アンテナ装置１０１Ｂ，１０１Ｄ２，１０１Ｅ２においては、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さと同じ厚さに形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

アンテナ装置１０１Ｃ，１０１Ｄ３，１０１Ｅ３においては、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さよりも厚く形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さよりも厚く形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３においては、基板１１及び基板２１のうち少なくとも一方は、厚銅基板の製造プロセスを用いて形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３においては、基板１１及び基板２１のうち少なくとも一方を、高精度に製造することができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３においては、導体パターン１３と導体パターン２３とは、導電性を有する接着部材３１を用いて接続される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、導体パターン１３，２３間を、容易に電気的に接続することができる。

アンテナ装置１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、アンテナ励振素子１２の周囲及び無給電素子２２の周囲のうち少なくとも一方に設けられるレジスト４１～４４を備える。このため、接着部材３１がはんだの場合、アンテナ装置１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間の隙間に対して、フラックスの浸入を防止することができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３においては、導体パターン１３と導体パターン２３とは、熱拡散接合を用いて接続される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、導体パターン１３，２３間を、容易に電気的に接続することができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、基板１１及び基板２１を、樹脂材料又はガラスからなる誘電体で形成している。このため、基板１１，２１の基材に樹脂材料を採用した場合、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、製造コストを抑えることができる。また、基板１１，２１の基材にガラスを採用した場合、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、アンテナの低損失化及び高利得化を図ることができる。

アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３においては、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に形成される隙間は、１００μｍ以下の長さで形成される。このため、アンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３は、ミリ波以上の周波数帯で動作するアンテナ装置として適用することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るアンテナ装置について説明する。なお、上述した実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２に係るアンテナ装置は、ミリ波以上の周波数、特に、サブテラヘルツ帯及びテラヘルツ帯で特に動作するものである。この実施の形態２に係るアンテナ装置の基本構成は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａの基本構成と同じものである。

実施の形態２に係るアンテナ装置においては、基板１１は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）のような、半導体基板で構成され、基板２１は、例えば、樹脂基板等の誘電体基板で構成されている。

実施の形態２に係るアンテナ装置は、所謂、オンチップアンテナである。そのアンテナ装置の製造方法には、基板１１が半導体基板となっているため、ＩＣ等に適用される半導体の製造プロセスが適用されている。半導体の製造プロセスは、高精度な製造プロセスとして知られている。実施の形態１で述べた厚銅基板の製造プロセスにおいて、導体パターン１３，２３の最小線路幅及び製造公差が、数１０μｍであるのに対して、半導体の製造プロセスにおいては、それらが数ｕｍ程度である。半導体の製造プロセスは、高価な製造プロセスである一方で、アンテナ装置をより高精度に製造することができる。このため、半導体の製造プロセスを用いて製造されたアンテナ装置は、基板１１，２１における製造公差の低減が可能となるため、アンテナ特性の低下を抑えることができる。

実施の形態２に係るアンテナ装置は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃとは異なり、ＩＣ上にアンテナ励振素子１２を設けることができる。このため、実施の形態２に係るアンテナ装置は、例えば、増幅器及びミキサのような能動回路を構成したＩＣと、アンテナ素子、アンテナ給電線路及びフィルタ等の受動回路を形成した基板１１，２１とを、ワイヤボンディング及びフリップチップ実装等を用いて接続する接続構成を必要としない。この結果、実施の形態２に係るアンテナ装置は、ＩＣと基板１１，２１とを接続する際に発生する損失及び寄生成分の影響を抑えることができ、アンテナの効率及び利得を向上させることができる。

また、実施の形態２に係るアンテナ装置は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１Ａと同様に、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。このとき、実施の形態２に係るアンテナ装置は、別部材となるスペーサを使用しないため、実装性、製造性、物性の観点から、アンテナ特性の低下を抑えることができる。

従って、実施の形態２に係るアンテナ装置は、別部材のスペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。このため、実施の形態２に係るアンテナ装置は、部品点数の削減による実装性の向上を図ることができる。また、実施の形態２に係るアンテナ装置は、半導体の製造プロセスを適用しているため、製造精度及び実装精度を更に向上させることができる。このため、実施の形態２に係るアンテナ装置は、ミリ波以上の周波数帯において要求され得るアンテナ特性を、容易に備えることができる。

以上、実施の形態２に係るアンテナ装置は、基板１１及び基板２１を、半導体基板で形成している。このため、実施の形態２に係るアンテナ装置は、基板１１，２１における製造公差の低減が可能となるため、アンテナ特性の低下を抑えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るアンテナ装置１０３について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態３に係るアンテナ装置１０３の構成を示す図である。なお、上述した実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態３に係るアンテナ装置１０３は、実施の形態２に係るアンテナ装置に対して、ＩＣの後工程プロセスである再配線プロセスを用いて、複数の絶縁層５１，５２及び複数の導体層６１，６２を設けるようにした構成となっている。図７は、アンテナ装置１０３が２つの絶縁層５１，５２及び２つの導体層６１，６２を備える例を示している。

なお、絶縁層５１，５２は、例えば、ポリイミド等の樹脂材料で形成されており、誘電体を構成するものである。また、導体層６１，６２は、高い導電性を有る銅等の金属材料で形成されている。

基板１１の表面には、絶縁層５２、導体層６２、絶縁層５１、及び、導体層６１が、順に積層されている。具体的には、基板１１の表面には、絶縁層５２が設けられている。絶縁層５２の表面には、導体層６２が設けられている。導体層６２の表面には、絶縁層５１が設けられている。絶縁層５１の表面には、導体層６１が設けられている。そして、導体層６１は、接着部材３１を介して、導体パターン２３と電気的に接続されている。

即ち、アンテナ装置１０３においては、基板１１の表面に、複数の絶縁層５１，５２と複数の導体層６１，６２とが交互に重ね合わせられており、第１導体パターンとなる最上層の導体層６１が、第２導体パターンとなる導体パターン２３と電気的に接続している。このとき、アンテナ装置１０３においては、アンテナ励振素子１２の厚さと導体層６１の厚さとが同じ厚さで、且つ、導体パターン２３の厚さが無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。

アンテナ装置１０３は、ＩＣ等に適用される半導体の製造プロセスであって、その後工程となる再配線プロセスによって、絶縁層５１，５２を２層以上形成し、それらの各上層に、導体層６１，６２を２層以上形成した構成となっている。このように、アンテナ装置１０３は、絶縁層５１，５２及び導体層６１，６２を備えることにより、高精度な半導体の製造プロセスを適用することができるため、当該アンテナ装置１０３の製造精度を向上させることができる。

また、実施の形態２に係るアンテナ装置は、アンテナ励振素子１２を、半導体で構成される基板１１の表面に設けるようにしている。これに対して、アンテナ装置１０３は、アンテナ励振素子１２を、誘電体で構成される絶縁層５１の表面に設けるようにしている。一般的に、Ｓｉ等から形成される半導体基板は、損失が大きくなるため、アンテナ特性が低下し易い傾向にある。一方、ポリイミド等の樹脂材料は、半導体と比べて低損失となっている。このため、アンテナ装置１０３は、再配線プロセスを適用したことにより、アンテナ特性の低下を抑えることができる。

更に、アンテナ装置１０３は、アンテナ励振素子１２の地板を、再配線層の導体層６２としているため、基板１１に設けられる、増幅器及びミキサ等の受動回路、フィルタ等の受動回路、及び、アンテナへの給電線路等と、アンテナ励振素子１２とを切り離すことができる。このため、アンテナ装置１０３は、双方の電気的干渉を抑えることができる。また、アンテナ装置１０３は、アンテナ励振素子１２を基板１１から切り離すことができるので、基板１１における高密度化の低減及び小型化を図ることができる。

従って、アンテナ装置１０３は、別部材のスペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。このため、アンテナ装置１０３は、部品点数の削減による実装性の向上を図ることができる。また、アンテナ装置１０３は、半導体の製造プロセスを適用しているため、製造精度及び実装精度を更に向上させることができる。このため、アンテナ装置１０３は、ミリ波以上の周波数帯において要求され得るアンテナ特性を、容易に備えることができる。更に、アンテナ装置１０３は、複数の絶縁層５１，５２及び複数の導体層６１，６２を備えることにより、アンテナ励振素子１２を基板１１から切り離すことができる。このため、アンテナ装置１０３は、基板１１における高密度化の低減及び小型化を図ることができる。

以上、実施の形態３に係るアンテナ装置１０３は、基板１１の表面に、複数の絶縁層５１，５２と複数の導体層６１，６２とを交互に重ね合わせ、最上層の導体層６１を導体パターン２３と電気的に接続している。このため、アンテナ装置１０３は、アンテナ励振素子１２を基板１１から切り離すことができる。この結果、アンテナ装置１０３は、基板１１における高密度化の低減及び小型化を図ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係るアンテナ装置１０４Ａ，１０４Ｂについて、図８及び図９を用いて説明する。なお、上述した実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８は、実施の形態４に係るアンテナ装置１０４Ａの構成を示す図である。この図８は、アンテナ装置１０４Ａが複数のアンテナ励振素子１２及び複数の無給電素子２２を備える例を示している。アンテナ装置１０４Ａは、例えば、４つのアンテナ励振素子１２及び４つの無給電素子２２を有している。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、アンテナ励振素子１２は、円形に形成されている。導体パターン１３は、そのアンテナ励振素子１２の周囲を囲むように設けられている。この導体パターン１３は、アンテナ励振素子１２とは接触していない。即ち、アンテナ励振素子１２と導体パターン１３との間には、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間とは、基板１１の表面が露出した部分である。また、アンテナ励振素子１２の厚さと、導体パターン１３の厚さとは、同じ厚さとなっている。

図８Ａ及び図８Ｃに示すように、無給電素子２２は、円形に形成されている。導体パターン２３は、その無給電素子２２の周囲を囲むように設けられている。この導体パターン２３は、無給電素子２２とは接触していない。即ち、無給電素子２２と導体パターン２３との間には、環状の隙間が形成されている。この環状の隙間とは、基板２１の表面が露出した部分である。また、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さよりも厚くなっている。

図８Ａに示すように、基板１１に設けられた各アンテナ励振素子１２と、基板２１に設けられた各無給電素子２２とは、互いにそれぞれ対向している。また、基板１１に設けられた導体パターン１３と、基板２１に設けられた導体パターン２３とは、導電性を有する接着部材３１を介して電気的に接続されている。

このように、アンテナ装置１０４Ａは、表面同士が向き合う基板１１，２１間において、互いに対向する４つのアンテナ励振素子１２と４つの無給電素子２２との各周囲を、導体パターン１３，２３で囲むことで、４つの中空構造を形成している。このため、アンテナ装置１０１Ａは、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２とを、間隔を空けて配置することができる。即ち、アンテナ装置１０１Ａは、互いに対向するアンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を設けることができる。

アンテナ装置１０４Ａは、所謂、アレーアンテナ装置である。このアンテナ装置１０４Ａは、複数のアンテナ励振素子１２及び複数の無給電素子２２を備えることで、高利得化、及び、指向性の向上等のアンテナ装置の高機能化を図ることができる。このため、アンテナ装置１０４Ａは、所望の方向に向けて、所望の電力を送信することができる。また、アンテナ装置１０４Ａは、所望の方向から、所望の電力を受信することができる。

従って、アンテナ装置１０４Ａは、別部材のスペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に隙間を設けることができる。このため、アンテナ装置１０４Ａは、部品点数の削減による実装性の向上を図ることができる。また、アンテナ装置１０３は、半導体の製造プロセスを適用しているため、製造精度及び実装精度を更に向上させることができる。このため、アンテナ装置１０４Ａは、ミリ波以上の周波数帯において要求され得るアンテナ特性を、容易に備えることができる。更に、アンテナ装置１０４Ａは、複数のアンテナ励振素子１２及び複数の無給電素子２２を備えることにより、アレーアンテナ装置としての利得を向上させることができる。

なお、アンテナ励振素子１２間の距離、及び、無給電素子２２間の距離は、２分の１波長以上で、且つ、１波長以下であれば良い。また、互いに対向するアンテナ励振素子１２と無給電素子２２との配列は、四角配列としているが、個数に応じて、適宜調整しても良い。

更に、アンテナ装置１０４Ａは、１つの基板１１の表面に複数のアンテナ励振素子１２を設け、１つの基板２１の表面に複数の無給電素子２２を設けているが、複数のアンテナ励振素子１２及び複数の無給電素子２２を備える場合、その構成に限定されることはない。例えば、アレーアンテナ装置として、アンテナ励振素子１２及び無給電素子２２の歩留まりを向上させるために、図９に示す構成を採用しても良い。

図９は、実施の形態４に係るアンテナ装置１０４Ｂの構成を示す図である。図９に示すように、アンテナ装置１０４Ｂは、１つのアンテナ励振素子１２を有する基板１１を複数備え、複数の無給電素子２２を有する基板２１を１つ備えるものである。なお、アンテナ装置１０４Ｂは、複数のアンテナ励振素子１２を有する基板１１を１つ備え、１つの無給電素子２２を有する基板２１を複数備えても良い。

以上、実施の形態４に係るアンテナ装置１０４Ａは、基板１１の表面に設けられる複数のアンテナ励振素子１２と、基板１１の表面に設けられ、各アンテナ励振素子１２の周囲において、当該各アンテナ励振素子１２と接触することなく配置される導体パターン１３と、基板１１の表面と対向する基板２１の表面に設けられる複数の無給電素子２２と、基板２１の表面に設けられ、各無給電素子２２の周囲において、当該各無給電素子２２と接触することなく配置される導体パターン２３とを備え、導体パターン１３と導体パターン２３とは、電気的に接続し、導体パターン１３の厚さは、アンテナ励振素子１２の厚さ以上に形成され、導体パターン２３の厚さは、無給電素子２２の厚さ以上に形成される。このため、アンテナ装置１０４Ａは、スペーサを用いることなく、アンテナ励振素子１２と無給電素子２２との間に、所定長さの隙間を形成することができる。

アンテナ装置１０４Ｂは、１つのアンテナ励振素子１２を有する基板１１を複数備え、複数の無給電素子２２を有する基板２１を１つ備える。このため、アンテナ装置１０４Ｂは、アレーアンテナ装置として、アンテナ励振素子１２及び無給電素子２２の歩留まりを向上させることができる。

また、アンテナ装置１０４Ｂは、複数のアンテナ励振素子１２を有する基板１１を１つ備え、１つの無給電素子２２を有する基板２１を複数備える。このため、アンテナ装置１０４Ｂは、アレーアンテナ装置として、アンテナ励振素子１２及び無給電素子２２の歩留まりを向上させることができる。

なお、本開示はその開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係るアンテナ装置は、第１導体パターンの厚さを、アンテナ励振素子の厚さ以上に形成し、第２導体パターンの厚さを、無給電素子の厚さ以上に形成することで、アンテナ励振素子と無給電素子との間に所定長さの隙間を形成することができ、アンテナ装置等に用いるのに適している。

１１，２１基板、１２アンテナ励振素子、１３，２３導体パターン、２２無給電素子、３１接着部材、４１～４４レジスト、５１，５２絶縁層、６１，６２導体層、１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ１～１０１Ｄ３，１０１Ｅ１～１０１Ｅ３，１０３，１０４Ａ，１０４Ｂアンテナ装置。

Claims

第１基板の表面に設けられるアンテナ励振素子と、
前記第１基板の表面に設けられ、前記アンテナ励振素子の周囲において、当該アンテナ励振素子と接触することなく配置される第１導体パターンと、
前記第１基板の表面と対向する第２基板の表面に設けられる無給電素子と、
前記第２基板の表面に設けられ、前記無給電素子の周囲において、当該無給電素子と接触することなく配置される第２導体パターンとを備え、
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、電気的に接続し、
前記第１導体パターンの厚さは、前記アンテナ励振素子の厚さ以上に形成され、
前記第２導体パターンの厚さは、前記無給電素子の厚さ以上に形成される
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記第１導体パターンの厚さは、前記アンテナ励振素子の厚さと同じ厚さに形成され、
前記第２導体パターンの厚さは、前記無給電素子の厚さよりも厚く形成される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１導体パターンの厚さは、前記アンテナ励振素子の厚さよりも厚く形成され、
前記第２導体パターンの厚さは、前記無給電素子の厚さと同じ厚さに形成される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１導体パターンの厚さは、前記アンテナ励振素子の厚さよりも厚く形成され、
前記第２導体パターンの厚さは、前記無給電素子の厚さよりも厚く形成される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１基板及び前記第２基板のうち少なくとも一方は、厚銅基板の製造プロセスを用いて形成される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、導電性を有する接着部材を用いて接続される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナ励振素子の周囲及び前記無給電素子の周囲のうち少なくとも一方に設けられるレジストを備える
ことを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、熱拡散接合を用いて接続される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１基板及び前記第２基板を、樹脂材料又はガラスからなる誘電体で形成した
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１基板及び前記第２基板を、半導体基板で形成した
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１基板の表面に、複数の絶縁層と複数の導体層とを交互に重ね合わせ、
最上層の導体層を前記第１導体パターンとして、前記第２導体パターンと電気的に接続した
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
１つの前記アンテナ励振素子を有する前記第１基板を複数備え、複数の前記無給電素子を有する前記第２基板を１つ備える
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
複数の前記アンテナ励振素子を有する前記第１基板を１つ備え、１つの前記無給電素子を有する前記第２基板を複数備える
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
前記アンテナ励振素子と前記無給電素子との間に形成される隙間は、１００μｍ以下の長さで形成される
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
第１基板の表面に設けられるアンテナ励振素子と、
前記第１基板の表面に設けられ、前記アンテナ励振素子の周囲において、当該アンテナ励振素子と接触することなく配置される第１導体パターンと、
前記第１基板の表面と対向する第２基板の表面に設けられる無給電素子と、
前記第２基板の表面に設けられ、前記無給電素子の周囲において、当該無給電素子と接触することなく配置される第２導体パターンとを備え、
前記第１導体パターンの厚さを、前記アンテナ励振素子の厚さ以上に形成するステップと、
前記第２導体パターンの厚さを、前記無給電素子の厚さ以上に形成するステップと、
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとを、電気的に接続するステップとを有する
ことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。