JPH09252217A - モノリシックアンテナ - Google Patents
モノリシックアンテナInfo
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- JPH09252217A JPH09252217A JP6061196A JP6061196A JPH09252217A JP H09252217 A JPH09252217 A JP H09252217A JP 6061196 A JP6061196 A JP 6061196A JP 6061196 A JP6061196 A JP 6061196A JP H09252217 A JPH09252217 A JP H09252217A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波帯やミリ波帯などに用いるモノリ
シックアンテナの放射特性の劣化を抑えること。 【解決手段】 半導体基板11と誘電体基板12とがバ
ンプ20によって所定の間隔を隔てて対向しており,半
導体基板11の誘電体基板12と対向する面にストリッ
プ導体16が,これと体向する誘電体基板12の面に地
導体13が形成されている。地導体13のストリップ導
体16と対応する位置には結合孔14が設けられてい
る。ストリップ導体16などから構成されるマイクロ波
回路と地導体13とはマイクロストリップ線路を形成し
ており,またストリップ導体16と結合孔14とがマイ
クロストリップアンテナを構成している。
シックアンテナの放射特性の劣化を抑えること。 【解決手段】 半導体基板11と誘電体基板12とがバ
ンプ20によって所定の間隔を隔てて対向しており,半
導体基板11の誘電体基板12と対向する面にストリッ
プ導体16が,これと体向する誘電体基板12の面に地
導体13が形成されている。地導体13のストリップ導
体16と対応する位置には結合孔14が設けられてい
る。ストリップ導体16などから構成されるマイクロ波
回路と地導体13とはマイクロストリップ線路を形成し
ており,またストリップ導体16と結合孔14とがマイ
クロストリップアンテナを構成している。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波帯やミリ
波帯などにおいて使用されるモノリシックアンテナに関
する。
波帯などにおいて使用されるモノリシックアンテナに関
する。
【0002】
【従来の技術】近年の情報化社会の進展に伴って,高速
無線LANやパーソナル無線通信などの無線回線の需要
が増加している。この要求に応えるために,例えば電子
情報通信学会マイクロ波研究会資料MW94−128
「ミリ波応用システムの開発・実用動向」に記載されて
いるように,通信帯域が広く,チャンネル数が多くとれ
るマイクロ波帯やミリ波帯の利用に向けた研究開発が盛
んに行われている。
無線LANやパーソナル無線通信などの無線回線の需要
が増加している。この要求に応えるために,例えば電子
情報通信学会マイクロ波研究会資料MW94−128
「ミリ波応用システムの開発・実用動向」に記載されて
いるように,通信帯域が広く,チャンネル数が多くとれ
るマイクロ波帯やミリ波帯の利用に向けた研究開発が盛
んに行われている。
【0003】このような研究開発の成果の1つとして,
アンテナとマイクロ波回路とを一体化したモノリシック
アンテナがある。これは例えば特開平4−160804
号公報や特開平6−77729号公報などに開示されて
いる。
アンテナとマイクロ波回路とを一体化したモノリシック
アンテナがある。これは例えば特開平4−160804
号公報や特開平6−77729号公報などに開示されて
いる。
【0004】これらのうち,特開平4−160804号
公報に開示されている構造を簡略化した構造を図14に
示す。これは特開平6−77729号公報の図9に開示
されているものである。また図14(a)は放射導体側
からみた図,図14(b)はその反対のマイクロ波回路
側からみた図である。
公報に開示されている構造を簡略化した構造を図14に
示す。これは特開平6−77729号公報の図9に開示
されているものである。また図14(a)は放射導体側
からみた図,図14(b)はその反対のマイクロ波回路
側からみた図である。
【0005】図において,1は半導体基板,2は誘電体
基板であり,半導体基板1と誘電体基板2との間には地
導体3が形成され,この地導体3には結合孔4が開いて
いる。また,誘電体基板2の地導体3側と反対側の面に
は放射導体5が形成され,半導体基板1の地導体3側と
反対側の面にはストリップ導体6が形成されている。そ
してストリップ導体6の入力端7と,ストリップ導体6
の結合孔4に対応する部分との間には,増幅器8と移相
器9とが形成されている。これらのストリップ導体6,
増幅器8,移相器9などによりマイクロ波回路が形成さ
れる。
基板であり,半導体基板1と誘電体基板2との間には地
導体3が形成され,この地導体3には結合孔4が開いて
いる。また,誘電体基板2の地導体3側と反対側の面に
は放射導体5が形成され,半導体基板1の地導体3側と
反対側の面にはストリップ導体6が形成されている。そ
してストリップ導体6の入力端7と,ストリップ導体6
の結合孔4に対応する部分との間には,増幅器8と移相
器9とが形成されている。これらのストリップ導体6,
増幅器8,移相器9などによりマイクロ波回路が形成さ
れる。
【0006】入力端7に入力した高周波信号は移相器9
で所定の位相に設定され,増幅器8に入力する。増幅器
8で増幅された高周波信号は,ストリップ導体6と地導
体3とのマイクロストリップ線路および結合孔4を通っ
て放射導体5に入力される。ここで放射導体5と地導体
3とはマイクロストリップアンテナを構成しており,高
周波信号は放射導体5から空間に放射される。
で所定の位相に設定され,増幅器8に入力する。増幅器
8で増幅された高周波信号は,ストリップ導体6と地導
体3とのマイクロストリップ線路および結合孔4を通っ
て放射導体5に入力される。ここで放射導体5と地導体
3とはマイクロストリップアンテナを構成しており,高
周波信号は放射導体5から空間に放射される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図14に示すような従
来のモノリシックアンテナは装置の小型化ができるとい
う利点を有するものの,まだ以下に述べるような問題点
があった。このようなモノリシックアンテナは半導体基
板1と誘電体基板2とを張り合わせることにより作製す
る。このとき,電子情報通信学会論文誌 C−I Vo
l.J77−C−I No.11の「MMIC一体化ミ
リ波帯マイクロストリップアンテナの設計と試作」(1
994年)に記載されているように,張り合わせに用い
る接着剤や粘着シートによりアンテナの放射特性が劣化
する。
来のモノリシックアンテナは装置の小型化ができるとい
う利点を有するものの,まだ以下に述べるような問題点
があった。このようなモノリシックアンテナは半導体基
板1と誘電体基板2とを張り合わせることにより作製す
る。このとき,電子情報通信学会論文誌 C−I Vo
l.J77−C−I No.11の「MMIC一体化ミ
リ波帯マイクロストリップアンテナの設計と試作」(1
994年)に記載されているように,張り合わせに用い
る接着剤や粘着シートによりアンテナの放射特性が劣化
する。
【0008】また2枚の基板を張り合わせるときに基板
の位置関係がずれると,ずれなかった場合と比較してマ
イクロストリップ線路における電磁結合の結合度が大幅
に低下し,この結果,アンテナの放射特性が劣化してし
まう。本発明は上記の問題点を解決するために,アンテ
ナの放射特性の劣化が少ないモノリシックアンテナを提
供することを目的とする。
の位置関係がずれると,ずれなかった場合と比較してマ
イクロストリップ線路における電磁結合の結合度が大幅
に低下し,この結果,アンテナの放射特性が劣化してし
まう。本発明は上記の問題点を解決するために,アンテ
ナの放射特性の劣化が少ないモノリシックアンテナを提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために本発明は請求項1の発明として,誘電体または半
導体を含む第1の基板と,前記第1の基板の一主面に形
成されたマイクロ波回路と,前記マイクロ波回路が形成
された主面と所定の間隔を隔てて対向して形成された地
導体と,この地導体に設けられ前記マイクロ波回路と電
磁的に結合する結合孔とを備えたモノリシックアンテナ
を提供する。
ために本発明は請求項1の発明として,誘電体または半
導体を含む第1の基板と,前記第1の基板の一主面に形
成されたマイクロ波回路と,前記マイクロ波回路が形成
された主面と所定の間隔を隔てて対向して形成された地
導体と,この地導体に設けられ前記マイクロ波回路と電
磁的に結合する結合孔とを備えたモノリシックアンテナ
を提供する。
【0010】また請求項2の発明として,前記地導体
が,前記第1の基板と所定の間隔を隔てて対向し誘電体
または半導体を含む第2の基板の,前記マイクロ波回路
が形成された主面に対向する主面に形成されているモノ
リシックアンテナを提供する。
が,前記第1の基板と所定の間隔を隔てて対向し誘電体
または半導体を含む第2の基板の,前記マイクロ波回路
が形成された主面に対向する主面に形成されているモノ
リシックアンテナを提供する。
【0011】また請求項3の発明として,誘電体または
半導体を含む第1の基板と,前記第1の基板の一主面に
形成されたマイクロ波回路と,前記第1の基板と所定の
間隔を隔てて対向し誘電体または半導体を含む第2の基
板と,前記マイクロ波回路が形成された主面に対向する
前記第2の基板の主面に形成された地導体と,この地導
体に設けられた結合孔と,前記第2の基板の前記地導体
を形成したのとは反対側の主面に形成され前記結合孔を
介して前記マイクロ波回路と電磁的に結合する放射導体
とを備えたモノリシックアンテナを提供する。
半導体を含む第1の基板と,前記第1の基板の一主面に
形成されたマイクロ波回路と,前記第1の基板と所定の
間隔を隔てて対向し誘電体または半導体を含む第2の基
板と,前記マイクロ波回路が形成された主面に対向する
前記第2の基板の主面に形成された地導体と,この地導
体に設けられた結合孔と,前記第2の基板の前記地導体
を形成したのとは反対側の主面に形成され前記結合孔を
介して前記マイクロ波回路と電磁的に結合する放射導体
とを備えたモノリシックアンテナを提供する。
【0012】さらに請求項4の発明として,前記第1の
基板と前記第2の基板とがバンプによって接続されてい
る請求項1〜3記載のモノリシックアンテナを提供す
る。請求項1,3の発明によれば,第1の基板と地導体
とが所定の間隔を隔てて対向するようモノリシックアン
テナを形成するため,いわゆる基板同士の張り合わせは
行われない。このため接着剤や粘着テープは不要とな
り,アンテナの放射特性が劣化しない。
基板と前記第2の基板とがバンプによって接続されてい
る請求項1〜3記載のモノリシックアンテナを提供す
る。請求項1,3の発明によれば,第1の基板と地導体
とが所定の間隔を隔てて対向するようモノリシックアン
テナを形成するため,いわゆる基板同士の張り合わせは
行われない。このため接着剤や粘着テープは不要とな
り,アンテナの放射特性が劣化しない。
【0013】また請求項1の発明の場合はマイクロ波回
路と結合孔とが電磁的に結合して,請求項3の発明の場
合にはマイクロ波回路と放射導体とが結合孔を介して電
磁的に結合してマイクロストリップアンテナを構成す
る。
路と結合孔とが電磁的に結合して,請求項3の発明の場
合にはマイクロ波回路と放射導体とが結合孔を介して電
磁的に結合してマイクロストリップアンテナを構成す
る。
【0014】図14のような従来のモノリシックアンテ
ナは,請求項3の発明と同様にマイクロ波回路と放射導
体とが結合孔を介して結合するが,この場合,マイクロ
波回路と結合孔との間に半導体材料が介在することとな
る。半導体材料の場合その比誘電率が,例えばGaAs
は13,Siは11.7と高くなっている。
ナは,請求項3の発明と同様にマイクロ波回路と放射導
体とが結合孔を介して結合するが,この場合,マイクロ
波回路と結合孔との間に半導体材料が介在することとな
る。半導体材料の場合その比誘電率が,例えばGaAs
は13,Siは11.7と高くなっている。
【0015】これに対して,請求項1,3の発明の場合
で,マイクロ波回路と結合孔との間の所定の間隔が何ら
かの物質によって埋められない場合には,この部分には
空気が存在することになる。空気の比誘電率は1であ
り,GaAsやSiなどの半導体材料と比較して低い。
で,マイクロ波回路と結合孔との間の所定の間隔が何ら
かの物質によって埋められない場合には,この部分には
空気が存在することになる。空気の比誘電率は1であ
り,GaAsやSiなどの半導体材料と比較して低い。
【0016】比誘電率が高いと,いわゆる基板同士の張
り合わせによって位置ずれが生じたときに,電磁結合の
結合度が低下する割合が大きくなってしまう。従って比
誘電率の低い空気の方が,結合度が低下する割合は小さ
くなる。結合度が余り低下しない結果,アンテナの放射
特性の劣化は少なくなる。
り合わせによって位置ずれが生じたときに,電磁結合の
結合度が低下する割合が大きくなってしまう。従って比
誘電率の低い空気の方が,結合度が低下する割合は小さ
くなる。結合度が余り低下しない結果,アンテナの放射
特性の劣化は少なくなる。
【0017】所定の間隔を樹脂で埋めた場合にも,一般
に樹脂の比誘電率は3〜4程度であるから,GaAsや
Siと比較すれば結合度が低下しないことになる。また
請求項1の発明においても,請求項3の発明と同様に第
2の基板を用いて,そのマイクロ波回路と体向する主面
に地導体を形成することが,製造の容易さを考えると最
も好ましい。これが本発明における請求項2の発明であ
る。
に樹脂の比誘電率は3〜4程度であるから,GaAsや
Siと比較すれば結合度が低下しないことになる。また
請求項1の発明においても,請求項3の発明と同様に第
2の基板を用いて,そのマイクロ波回路と体向する主面
に地導体を形成することが,製造の容易さを考えると最
も好ましい。これが本発明における請求項2の発明であ
る。
【0018】さらに所定の間隔を設ける方法としては,
請求項4の発明のように2枚の基板をバンプによって接
続することが好ましい。これは,バンプを用いてフリッ
プチップ方式で接続すると,半田リフロー時のセルフア
ライン効果によって位置ずれを抑えることができ,アン
テナの放射特性の劣化を少なくできるためである。
請求項4の発明のように2枚の基板をバンプによって接
続することが好ましい。これは,バンプを用いてフリッ
プチップ方式で接続すると,半田リフロー時のセルフア
ライン効果によって位置ずれを抑えることができ,アン
テナの放射特性の劣化を少なくできるためである。
【0019】
【発明の実施の形態】以下,本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。 (第1の実施形態)本発明の第1の実施形態に係るモノ
リシックアンテナの斜視図を図1,図1のA−B方向に
切った断面図を図2に示す。また図3は一部斜視図であ
る。このモノリシックアンテナは,周波数60GHz帯
のミリ波帯での使用を想定している。
を参照しつつ説明する。 (第1の実施形態)本発明の第1の実施形態に係るモノ
リシックアンテナの斜視図を図1,図1のA−B方向に
切った断面図を図2に示す。また図3は一部斜視図であ
る。このモノリシックアンテナは,周波数60GHz帯
のミリ波帯での使用を想定している。
【0020】図1〜3において,11は4mm角で厚さ
約250μmのGaAsを用いた半導体基板,12は比
誘電率2.5で厚さ約150μmのポリテトラフルオロ
エチレン(商品名:テフロン)を用いた誘電体基板であ
る。半導体基板11と誘電体基板12は,所定の間隔を
隔てて対向するよう形成されている。
約250μmのGaAsを用いた半導体基板,12は比
誘電率2.5で厚さ約150μmのポリテトラフルオロ
エチレン(商品名:テフロン)を用いた誘電体基板であ
る。半導体基板11と誘電体基板12は,所定の間隔を
隔てて対向するよう形成されている。
【0021】誘電体基板12の半導体基板11と対向す
る主面には厚さ約15μmのCuを用いた地導体13が
形成され,この地導体13には長方形状の結合孔4が開
いている。また,半導体基板11の誘電体基板12と対
向する主面には,地導体13と対向するように厚さ約1
μmで幅約100μm,特性インピーダンス50ΩのA
uを用いたストリップ導体16が形成されている。
る主面には厚さ約15μmのCuを用いた地導体13が
形成され,この地導体13には長方形状の結合孔4が開
いている。また,半導体基板11の誘電体基板12と対
向する主面には,地導体13と対向するように厚さ約1
μmで幅約100μm,特性インピーダンス50ΩのA
uを用いたストリップ導体16が形成されている。
【0022】そしてストリップ導体16の入力端17
と,ストリップ導体16の結合孔14に対向する部分1
6aとの間には,半導体素子を用いた増幅器18と,移
相器19とが形成されている。これらのストリップ導体
16,増幅器18,移相器19などによりマイクロ波回
路が形成される。
と,ストリップ導体16の結合孔14に対向する部分1
6aとの間には,半導体素子を用いた増幅器18と,移
相器19とが形成されている。これらのストリップ導体
16,増幅器18,移相器19などによりマイクロ波回
路が形成される。
【0023】なお増幅器18および移相器19は図2の
断面図においては省略してあり,以下の実施形態の断面
図においても同様とする。また半導体基板11と誘電体
基板12とは直径約200μm,高さ約50μmの半田
を用いたバンプ20によって機械的および電気的に接続
されている。このバンプの高さをdで表す。
断面図においては省略してあり,以下の実施形態の断面
図においても同様とする。また半導体基板11と誘電体
基板12とは直径約200μm,高さ約50μmの半田
を用いたバンプ20によって機械的および電気的に接続
されている。このバンプの高さをdで表す。
【0024】このような構成のモノリシックアンテナの
動作は以下のようになる。入力端17に入力した高周波
信号は移相器19において所定の位相に設定され,増幅
器18に入力する。この増幅器18によって高周波信号
は増幅され,増幅された高周波信号は,ストリップ導体
16と地導体13とのマイクロストリップ線路に入力さ
れる。そして本実施形態の場合,ストリップ導体16a
と結合孔14とが電磁的に結合してマイクロストリップ
アンテナを構成しており,高周波信号は結合孔14から
誘電体基板12を通って空間に放射される。
動作は以下のようになる。入力端17に入力した高周波
信号は移相器19において所定の位相に設定され,増幅
器18に入力する。この増幅器18によって高周波信号
は増幅され,増幅された高周波信号は,ストリップ導体
16と地導体13とのマイクロストリップ線路に入力さ
れる。そして本実施形態の場合,ストリップ導体16a
と結合孔14とが電磁的に結合してマイクロストリップ
アンテナを構成しており,高周波信号は結合孔14から
誘電体基板12を通って空間に放射される。
【0025】本実施形態の場合,ストリップ導体16a
と結合孔14との位置関係は図4に示すようになってい
る。すなわちストリップ導体16aの長手方向と結合孔
14の長手方向が直交するように,かつストリップ導体
16aが結合孔14のほぼ中心部に位置するように形成
されている。
と結合孔14との位置関係は図4に示すようになってい
る。すなわちストリップ導体16aの長手方向と結合孔
14の長手方向が直交するように,かつストリップ導体
16aが結合孔14のほぼ中心部に位置するように形成
されている。
【0026】そして,結合孔14の中心部からストリッ
プ導体16aの終端部までの距離Laが,高周波信号の
ストリップ導体16a上の波長をλaとしたとき,およ
そλa/4となるように設定されている。これは,この
長さのときにストリップ導体16aから結合孔14へ向
かう信号のエネルギーが最大となり,電磁的結合の結合
度が最大となるからである。
プ導体16aの終端部までの距離Laが,高周波信号の
ストリップ導体16a上の波長をλaとしたとき,およ
そλa/4となるように設定されている。これは,この
長さのときにストリップ導体16aから結合孔14へ向
かう信号のエネルギーが最大となり,電磁的結合の結合
度が最大となるからである。
【0027】また結合孔14の長手方向の長さLbは,
高周波信号の地導体13上の波長をλbとしたとき,お
よそλb/2となるように設定されている。これは,こ
の長さのときに放射導体を用いることなくマイクロスト
リップアンテナを構成することができるからである。
高周波信号の地導体13上の波長をλbとしたとき,お
よそλb/2となるように設定されている。これは,こ
の長さのときに放射導体を用いることなくマイクロスト
リップアンテナを構成することができるからである。
【0028】例えば周波数60GHzの場合には真空中
の波長λ0は5mmである。このときλaは2.85m
m程度,λbは3.8mm程度となる。これらによりL
a、Lbを算出すると,La=0.71mm程度,Lb
=1.9mm程度である。
の波長λ0は5mmである。このときλaは2.85m
m程度,λbは3.8mm程度となる。これらによりL
a、Lbを算出すると,La=0.71mm程度,Lb
=1.9mm程度である。
【0029】なお、λa、λbの波長の違いは,ストリ
ップ導体16aが形成されている比誘電率13のGaA
sを用いた半導体基板11と,地導体13が形成されて
いる比誘電率2.5のポリテトラフルオロエチレンを用
いた誘電体基板12との比誘電率の違いによるものであ
る。すなわち比誘電率が大きい基板上の導体の方が,波
長は低くなる。
ップ導体16aが形成されている比誘電率13のGaA
sを用いた半導体基板11と,地導体13が形成されて
いる比誘電率2.5のポリテトラフルオロエチレンを用
いた誘電体基板12との比誘電率の違いによるものであ
る。すなわち比誘電率が大きい基板上の導体の方が,波
長は低くなる。
【0030】La,Lbの位置関係のうちLa=λa/
4の関係がずれると,マイクロストリップアンテナにお
ける電磁結合の結合度が低下してしまい,アンテナの放
射特性が劣化する。しかしながら,本実施形態ではスト
リップ導体16aと結合孔14とが所定の間隔を隔てて
おり,この間に材料が介在していない,換言すれば空気
が介在しているため,結合度の低下を抑えることができ
る。
4の関係がずれると,マイクロストリップアンテナにお
ける電磁結合の結合度が低下してしまい,アンテナの放
射特性が劣化する。しかしながら,本実施形態ではスト
リップ導体16aと結合孔14とが所定の間隔を隔てて
おり,この間に材料が介在していない,換言すれば空気
が介在しているため,結合度の低下を抑えることができ
る。
【0031】仮に図4のような位置関係での結合度を1
とする。この位置関係がLa=λa/4から100μm
ずれた場合には,結合度の低下は約2.5%にとどま
る。これに対し、図14のような従来のモノリシックア
ンテナにおいて,放射導体を設けない本実施形態と同様
なマイクロストリップアンテナ構造を採用し,同様に1
00μmずれた場合には,この結合度の低下が約7%に
も達してしまい,アンテナの放射特性の劣化が本実施形
態と比較して大きくなる。
とする。この位置関係がLa=λa/4から100μm
ずれた場合には,結合度の低下は約2.5%にとどま
る。これに対し、図14のような従来のモノリシックア
ンテナにおいて,放射導体を設けない本実施形態と同様
なマイクロストリップアンテナ構造を採用し,同様に1
00μmずれた場合には,この結合度の低下が約7%に
も達してしまい,アンテナの放射特性の劣化が本実施形
態と比較して大きくなる。
【0032】結合度の低下が大きいのは,従来のモノリ
シックアンテナの場合,マイクロストリップアンテナ間
に用いられているのが,比誘電率13と高い比誘電率の
GaAs基板であるためである。これに対して本実施形
態の場合は,比誘電率1と低い比誘電率の空気であるた
め,結合度の低下が抑えられる。
シックアンテナの場合,マイクロストリップアンテナ間
に用いられているのが,比誘電率13と高い比誘電率の
GaAs基板であるためである。これに対して本実施形
態の場合は,比誘電率1と低い比誘電率の空気であるた
め,結合度の低下が抑えられる。
【0033】ここで結合度の低下を抑えることを考える
と,特に空気である必要はなく,比誘電率が4以下の材
料を用いてもよい。これは4以下であれば結合度の低下
は5%程度以下に抑えられ,アンテナの放射特性劣化に
ほとんど影響を及ぼさないからである。
と,特に空気である必要はなく,比誘電率が4以下の材
料を用いてもよい。これは4以下であれば結合度の低下
は5%程度以下に抑えられ,アンテナの放射特性劣化に
ほとんど影響を及ぼさないからである。
【0034】また本実施形態では半導体基板11と誘電
体基板12とを接続するのに,バンプ20を用いたフリ
ップチップ方式を用いており,具体的には次のように接
続した。まず半導体基板11の上面にメッキ法を用いて
錫鉛の共晶半田からなるバンプ20を形成する。次に半
導体基板11と誘電体基板12とを,フリップチップマ
ウンタを用いて仮止めする。これをリフロー炉に入れ
て,半田リフロー法によってバンプ20を溶かし接続を
行う。
体基板12とを接続するのに,バンプ20を用いたフリ
ップチップ方式を用いており,具体的には次のように接
続した。まず半導体基板11の上面にメッキ法を用いて
錫鉛の共晶半田からなるバンプ20を形成する。次に半
導体基板11と誘電体基板12とを,フリップチップマ
ウンタを用いて仮止めする。これをリフロー炉に入れ
て,半田リフロー法によってバンプ20を溶かし接続を
行う。
【0035】この際,半田リフロー前には最大50μm
程度あった半導体基板11と誘電体基板12とのずれ
が,半田リフロー時のセルフアライン効果により2〜3
μmにまで小さくなった。従って位置ずれが小さく,結
合度はほとんど低下しない。
程度あった半導体基板11と誘電体基板12とのずれ
が,半田リフロー時のセルフアライン効果により2〜3
μmにまで小さくなった。従って位置ずれが小さく,結
合度はほとんど低下しない。
【0036】これに対して従来のモノリシックアンテナ
の場合,基板同士を張り合わせるときに例えば100μ
mずれたとすると,そのずれがそのまま保存されてしま
い,結合度の低下が大きくなってしまう。このずれは用
いるマウンタの精度に依存するが,通常は100μm程
度である。
の場合,基板同士を張り合わせるときに例えば100μ
mずれたとすると,そのずれがそのまま保存されてしま
い,結合度の低下が大きくなってしまう。このずれは用
いるマウンタの精度に依存するが,通常は100μm程
度である。
【0037】さらに本実施形態の場合には,特性インピ
ーダンス50Ωで幅100μmのストリップ導体16に
おける,周波数60GHzでの信号の伝送損失が約0.
08dB/mmとなる。
ーダンス50Ωで幅100μmのストリップ導体16に
おける,周波数60GHzでの信号の伝送損失が約0.
08dB/mmとなる。
【0038】これに対して従来のモノリシックアンテナ
において,GaAs基板の厚さを100μmとしたとき
にストリップ導体の特性インピーダンスを本実施形態と
同様に50Ωにするためには,幅65μmにする必要が
あり,伝送損失が約0.1dB/mmと大きくなってし
まう。
において,GaAs基板の厚さを100μmとしたとき
にストリップ導体の特性インピーダンスを本実施形態と
同様に50Ωにするためには,幅65μmにする必要が
あり,伝送損失が約0.1dB/mmと大きくなってし
まう。
【0039】この原因は以下のように考えられる。伝送
損失を決める要因は大きく分けて2つあり,1つが導体
損,もう1つは誘電体損である。これら2つの損失は,
使用する誘電体材料,配線材料,層構成などによって異
なってくるが,一般的には導体損の方が誘電体損の5〜
20倍大きい。
損失を決める要因は大きく分けて2つあり,1つが導体
損,もう1つは誘電体損である。これら2つの損失は,
使用する誘電体材料,配線材料,層構成などによって異
なってくるが,一般的には導体損の方が誘電体損の5〜
20倍大きい。
【0040】これらのうちで寄与の大きい導体損はスト
リップ導体の表面積が大きい方が少なくなるので,幅1
00μmとなる本実施形態の方が導体損は少ないという
ことになる。
リップ導体の表面積が大きい方が少なくなるので,幅1
00μmとなる本実施形態の方が導体損は少ないという
ことになる。
【0041】この導体損の差のみでも伝送損失には差が
出てくるが,誘電体損も多少は関係してくる。誘電体損
は導体損とは逆に,ストリップ導体と誘電体の接する面
積が大きくなると増大する。しかし導体損が誘電体損の
5〜20倍大きいという条件を考えれば,ストリップ導
体層の面積は大きい方が好ましいことになる。
出てくるが,誘電体損も多少は関係してくる。誘電体損
は導体損とは逆に,ストリップ導体と誘電体の接する面
積が大きくなると増大する。しかし導体損が誘電体損の
5〜20倍大きいという条件を考えれば,ストリップ導
体層の面積は大きい方が好ましいことになる。
【0042】また誘電体損はマイクロストリップ線路間
の物質によっても左右される。具体的には,その物質に
おける誘電正接が小さい方が誘電体損は小さくなる。本
実施形態の場合には誘電正接0の空気であり,従来の場
合には誘電正接0.001のGaAsであるから,本実
施形態の方が誘電体損は小さいことになり,これによっ
ても本実施形態の方が伝送損失が少なくなる。
の物質によっても左右される。具体的には,その物質に
おける誘電正接が小さい方が誘電体損は小さくなる。本
実施形態の場合には誘電正接0の空気であり,従来の場
合には誘電正接0.001のGaAsであるから,本実
施形態の方が誘電体損は小さいことになり,これによっ
ても本実施形態の方が伝送損失が少なくなる。
【0043】またバンプの高さdは結合度および伝送損
失に影響を与えるため,好ましい範囲が存在する。具体
的には10〜100μm程度が好ましい。これは,10
μmより小さいと,マイクロストリップ線路の特性イン
ピーダンスを一定に保つためにストリップ導体16の幅
を狭くしなければならなくなり,伝送損失が大きくなる
ためであり,100μmより大きいと,半導体基板のパ
ターンの影響を受けやすくなるためである。
失に影響を与えるため,好ましい範囲が存在する。具体
的には10〜100μm程度が好ましい。これは,10
μmより小さいと,マイクロストリップ線路の特性イン
ピーダンスを一定に保つためにストリップ導体16の幅
を狭くしなければならなくなり,伝送損失が大きくなる
ためであり,100μmより大きいと,半導体基板のパ
ターンの影響を受けやすくなるためである。
【0044】さらに本実施形態においては,誘電体基板
12は電磁的結合には関与しないものの,その厚みや比
誘電率はアンテナの放射特性に影響を与える。厚みが厚
くなるほど誘電体損が大きくなるため,厚みは100μ
m程度以下が好ましい。またアンテナの帯域は比誘電率
に反比例するため,比誘電率は10以下が好ましい。
12は電磁的結合には関与しないものの,その厚みや比
誘電率はアンテナの放射特性に影響を与える。厚みが厚
くなるほど誘電体損が大きくなるため,厚みは100μ
m程度以下が好ましい。またアンテナの帯域は比誘電率
に反比例するため,比誘電率は10以下が好ましい。
【0045】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図5,図5の
A−B方向に切った断面図を図6に示す。図5および図
6では図1〜4と同一部分および相似する部分には同一
符号を付けてあり,その部分に関しての詳細な説明は省
略して,以下同様とする。
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図5,図5の
A−B方向に切った断面図を図6に示す。図5および図
6では図1〜4と同一部分および相似する部分には同一
符号を付けてあり,その部分に関しての詳細な説明は省
略して,以下同様とする。
【0046】図5および図6のモノリシックアンテナが
第1の実施形態のモノリシックアンテナと異なる点は,
誘電体基板12の地導体13を形成したのと反対側の主
面に,図14の従来のモノリシックアンテナと同様な放
射導体15を用いた点である。この放射導体15は直径
約1.8mmで厚さ約15μmのCuを用いている。
第1の実施形態のモノリシックアンテナと異なる点は,
誘電体基板12の地導体13を形成したのと反対側の主
面に,図14の従来のモノリシックアンテナと同様な放
射導体15を用いた点である。この放射導体15は直径
約1.8mmで厚さ約15μmのCuを用いている。
【0047】そして本実施形態の場合,ストリップ導体
16と放射導体15とが結合孔14を介して電磁的に結
合し,これがマイクロストリップアンテナを構成する。
従って結合孔14の長さLbは第1の実施形態とは異な
ってλb/2より小さくなり,300μm×100μm
の長方形となる。λb/2よりも小さくするのは結合孔
14自体の共振を抑えるためである。
16と放射導体15とが結合孔14を介して電磁的に結
合し,これがマイクロストリップアンテナを構成する。
従って結合孔14の長さLbは第1の実施形態とは異な
ってλb/2より小さくなり,300μm×100μm
の長方形となる。λb/2よりも小さくするのは結合孔
14自体の共振を抑えるためである。
【0048】このモノリシックアンテナでも第1の実施
形態のモノリシックアンテナと同様な効果が得られる
他,放射導体15を用いているので第1の実施形態のモ
ノリシックアンテナと比較して,所望の指向性が容易に
得られるという利点を有する。
形態のモノリシックアンテナと同様な効果が得られる
他,放射導体15を用いているので第1の実施形態のモ
ノリシックアンテナと比較して,所望の指向性が容易に
得られるという利点を有する。
【0049】また,このモノリシックアンテナでは誘電
体基板12もマイクロストリップアンテナの電磁的結合
に関与するので,その厚みの好ましい範囲は50〜20
0μm程度となる。これは、50μmより小さいと使用
帯域が狭くなってしまうためであり,また使用帯域は基
板厚200μm程度で飽和してしまうからである。
体基板12もマイクロストリップアンテナの電磁的結合
に関与するので,その厚みの好ましい範囲は50〜20
0μm程度となる。これは、50μmより小さいと使用
帯域が狭くなってしまうためであり,また使用帯域は基
板厚200μm程度で飽和してしまうからである。
【0050】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図7,図7の
A−B方向に切った断面図を図8に示す。
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図7,図7の
A−B方向に切った断面図を図8に示す。
【0051】このモノリシックアンテナが第1の実施形
態のモノリシックアンテナと異なる点は,半導体基板1
1と誘電体基板12との間に,封止樹脂21として比誘
電率2.7で誘電正接0.0008のベンゾシクロブテ
ン樹脂を封入している点である。
態のモノリシックアンテナと異なる点は,半導体基板1
1と誘電体基板12との間に,封止樹脂21として比誘
電率2.7で誘電正接0.0008のベンゾシクロブテ
ン樹脂を封入している点である。
【0052】このため,ストリップ導体16の特性イン
ピーダンスを50Ωとするための幅が60μmと小さく
なり,伝送損失に関しては約0.1dB/mmとなって
しまうものの,La=λa/4から100μmずれた場
合における結合度の低下に関しては、約4%と従来のモ
ノリシックアンテナと比較すると小さくなり,アンテナ
の放射特性の劣化は抑えられる。
ピーダンスを50Ωとするための幅が60μmと小さく
なり,伝送損失に関しては約0.1dB/mmとなって
しまうものの,La=λa/4から100μmずれた場
合における結合度の低下に関しては、約4%と従来のモ
ノリシックアンテナと比較すると小さくなり,アンテナ
の放射特性の劣化は抑えられる。
【0053】(第4の実施形態)本発明の第4の実施形
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図9,図9の
A−B方向に切った断面図を図10に示す。
態に係るモノリシックアンテナの斜視図を図9,図9の
A−B方向に切った断面図を図10に示す。
【0054】このモノリシックアンテナは第2の実施形
態と第3の実施形態のモノリシックアンテナを組み合わ
せたものである。すなわち,放射導体15が形成され,
封止樹脂21が半導体基板11と誘電体基板12との間
に封止されている。
態と第3の実施形態のモノリシックアンテナを組み合わ
せたものである。すなわち,放射導体15が形成され,
封止樹脂21が半導体基板11と誘電体基板12との間
に封止されている。
【0055】よって,このモノリシックアンテナでは第
2の実施形態および第3の実施形態を組み合わせた効果
が得られる。
2の実施形態および第3の実施形態を組み合わせた効果
が得られる。
【0056】(第5の実施形態)図11に本発明の第5
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。このモノリシックアンテナが第1の実施形態のモノ
リシックアンテナと異なる点は,地導体13がリードフ
レームを兼ねているため誘電体基板を用いていない点,
および半導体基板11とこれに対応する地導体13の部
分が封止樹脂21で覆われている,すなわちモールド封
止されている点である。
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。このモノリシックアンテナが第1の実施形態のモノ
リシックアンテナと異なる点は,地導体13がリードフ
レームを兼ねているため誘電体基板を用いていない点,
および半導体基板11とこれに対応する地導体13の部
分が封止樹脂21で覆われている,すなわちモールド封
止されている点である。
【0057】このモノリシックアンテナでは第3の実施
形態と同様な効果が得られる他,生産性が高いという効
果も有する。
形態と同様な効果が得られる他,生産性が高いという効
果も有する。
【0058】(第6の実施形態)図12に本発明の第6
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。このモノリシックアンテナが第1の実施形態のモノ
リシックアンテナと異なる点は,地導体13の上に層間
絶縁膜22および金属層23が積層され,これらによっ
て、周辺部に入出力用パッド24が設けられ,かつ半導
体基板11側に折り曲げられたメタルコア基板25が形
成されている点,折り曲げられたメタルコア基板25の
凹部に半導体基板11とは別のチップ部品26が形成さ
れている点である。
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。このモノリシックアンテナが第1の実施形態のモノ
リシックアンテナと異なる点は,地導体13の上に層間
絶縁膜22および金属層23が積層され,これらによっ
て、周辺部に入出力用パッド24が設けられ,かつ半導
体基板11側に折り曲げられたメタルコア基板25が形
成されている点,折り曲げられたメタルコア基板25の
凹部に半導体基板11とは別のチップ部品26が形成さ
れている点である。
【0059】このモノリシックアンテナでは,マイクロ
ストリップアンテナから放射される信号が第1の実施形
態のモノリシックアンテナとは異なって誘電体基板を通
らないため誘電体損が少なくなり,その結果アンテナの
放射特性がさらに向上する。また,入出力用パッド24
が形成されているため他の基板に実装することができ,
また金属層23の存在によりシールド性が高くなるとい
う効果も有する。
ストリップアンテナから放射される信号が第1の実施形
態のモノリシックアンテナとは異なって誘電体基板を通
らないため誘電体損が少なくなり,その結果アンテナの
放射特性がさらに向上する。また,入出力用パッド24
が形成されているため他の基板に実装することができ,
また金属層23の存在によりシールド性が高くなるとい
う効果も有する。
【0060】(第7の実施形態)図13に本発明の第7
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。
の実施形態に係るモノリシックアンテナの断面図を示
す。
【0061】このモノリシックアンテナは上述したよう
なモノリシックアンテナとは異なって,バンプによる接
続を行っていない点に特徴がある。すなわち半導体基板
11内に少なくとも一端が開口した空洞を設け,空洞内
の対向する面の片側に地導体13を,反対側の面にスト
リップ導体16を設けたものである。
なモノリシックアンテナとは異なって,バンプによる接
続を行っていない点に特徴がある。すなわち半導体基板
11内に少なくとも一端が開口した空洞を設け,空洞内
の対向する面の片側に地導体13を,反対側の面にスト
リップ導体16を設けたものである。
【0062】このような構成としても第1の実施形態と
同様な効果を得ることができる。以上,本発明の実施の
形態を説明したが,本発明は以上の実施形態に限定され
るものではない。
同様な効果を得ることができる。以上,本発明の実施の
形態を説明したが,本発明は以上の実施形態に限定され
るものではない。
【0063】例えば半導体基板11としてGaAsを用
いたが,Siを用いてもよい。また誘電体基板12とし
てポリテトラフルオロエチレンを用いたがポリクロロト
リフルオロエチレンなどの他のフッ素樹脂を用いても良
いし,ベンゾシクロブテン樹脂,エポキシ系樹脂,ポリ
イミド樹脂,アルミナ,石英などを用いてもよい。誘電
体基板の材料が選択できるため,アンテナの指向性,周
波数帯域の選択性は高くなる。
いたが,Siを用いてもよい。また誘電体基板12とし
てポリテトラフルオロエチレンを用いたがポリクロロト
リフルオロエチレンなどの他のフッ素樹脂を用いても良
いし,ベンゾシクロブテン樹脂,エポキシ系樹脂,ポリ
イミド樹脂,アルミナ,石英などを用いてもよい。誘電
体基板の材料が選択できるため,アンテナの指向性,周
波数帯域の選択性は高くなる。
【0064】さらに地導体13や放射導体15,ストリ
ップ導体16にCu,Auを用いたが,Al,Ti,N
iなどを用いてもよい。封止樹脂21にはベンゾシクロ
ブテン樹脂を用いたが,エポキシ系樹脂やビフィニル系
樹脂などを用いてもよい。
ップ導体16にCu,Auを用いたが,Al,Ti,N
iなどを用いてもよい。封止樹脂21にはベンゾシクロ
ブテン樹脂を用いたが,エポキシ系樹脂やビフィニル系
樹脂などを用いてもよい。
【0065】また半導体基板11の代わりに誘電体基板
を用い,その表面に半導体素子などを形成してもよい
し,その逆に誘電体基板12の代わりに半導体基板を用
いてもよい。
を用い,その表面に半導体素子などを形成してもよい
し,その逆に誘電体基板12の代わりに半導体基板を用
いてもよい。
【0066】さらに以上の実施形態では送信アンテナと
して用いた場合について説明したが,例えば図3におけ
る入力端7の代わりに出力端を設け,受信アンテナとし
て用いてもよいし,入力端および出力端共に設け送受信
アンテナとして用いてもよい。また以上の実施形態の組
み合わせも当然可能であり,その他,本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形ができる。
して用いた場合について説明したが,例えば図3におけ
る入力端7の代わりに出力端を設け,受信アンテナとし
て用いてもよいし,入力端および出力端共に設け送受信
アンテナとして用いてもよい。また以上の実施形態の組
み合わせも当然可能であり,その他,本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形ができる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば,ア
ンテナの放射特性の劣化が少ないモノリシックアンテナ
を提供することが可能となる。
ンテナの放射特性の劣化が少ないモノリシックアンテナ
を提供することが可能となる。
【図1】 本発明の第1の実施形態に係るモノリシック
アンテナの斜視図。
アンテナの斜視図。
【図2】 本発明の第1の実施形態に係るモノリシック
アンテナの断面図。
アンテナの断面図。
【図3】 本発明の第1の実施形態に係るモノリシック
アンテナの一部斜視図。
アンテナの一部斜視図。
【図4】 本発明の第1の実施形態に係るモノリシック
アンテナにおける結合孔とストリップ導体の位置関係を
表す図。
アンテナにおける結合孔とストリップ導体の位置関係を
表す図。
【図5】 本発明の第2の実施形態に係るモノリシック
アンテナの斜視図。
アンテナの斜視図。
【図6】 本発明の第2の実施形態に係るモノリシック
アンテナの断面図。
アンテナの断面図。
【図7】 本発明の第3の実施形態に係るモノリシック
アンテナの斜視図。
アンテナの斜視図。
【図8】 本発明の第3の実施形態に係るモノリシック
アンテナの断面図。
アンテナの断面図。
【図9】 本発明の第4の実施形態に係るモノリシック
アンテナの斜視図。
アンテナの斜視図。
【図10】 本発明の第4の実施形態に係るモノリシッ
クアンテナの断面図。
クアンテナの断面図。
【図11】 本発明の第5の実施形態に係るモノリシッ
クアンテナの断面図。
クアンテナの断面図。
【図12】 本発明の第6の実施形態に係るモノリシッ
クアンテナの断面図。
クアンテナの断面図。
【図13】 本発明の第7の実施形態に係るモノリシッ
クアンテナの断面図。
クアンテナの断面図。
【図14】 従来のモノリシックアンテナの斜視図。
11…半導体基板;12…誘電体基板;13…地導体;
14…結合孔;15…放射導体;16…ストリップ導
体;17…入力端;18…増幅器;19…位相器;20
…バンプ;21…封止樹脂
14…結合孔;15…放射導体;16…ストリップ導
体;17…入力端;18…増幅器;19…位相器;20
…バンプ;21…封止樹脂
フロントページの続き (72)発明者 本間 荘一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小野村 純子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高木 映児 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (4)
- 【請求項1】 誘電体または半導体を含む第1の基板
と,前記第1の基板の一主面に形成されたマイクロ波回
路と,前記マイクロ波回路が形成された主面と所定の間
隔を隔てて対向して形成された地導体と,この地導体に
設けられ前記マイクロ波回路と電磁的に結合する結合孔
とを備えたモノリシックアンテナ。 - 【請求項2】 前記地導体が,前記第1の基板と所定の
間隔を隔てて対向し誘電体または半導体を含む第2の基
板の,前記マイクロ波回路が形成された主面に対向する
主面に形成されているモノリシックアンテナ。 - 【請求項3】 誘電体または半導体を含む第1の基板
と,前記第1の基板の一主面に形成されたマイクロ波回
路と,前記第1の基板と所定の間隔を隔てて対向し誘電
体または半導体を含む第2の基板と,前記マイクロ波回
路が形成された主面に対向する前記第2の基板の主面に
形成された地導体と,この地導体に設けられた結合孔
と,前記第2の基板の前記地導体を形成したのとは反対
側の主面に形成され前記結合孔を介して前記マイクロ波
回路と電磁的に結合する放射導体とを備えたモノリシッ
クアンテナ。 - 【請求項4】 前記第1の基板と前記第2の基板とがバ
ンプによって接続されている請求項1〜3記載のモノリ
シックアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06061196A JP3471160B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | モノリシックアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06061196A JP3471160B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | モノリシックアンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09252217A true JPH09252217A (ja) | 1997-09-22 |
JP3471160B2 JP3471160B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=13147246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06061196A Expired - Fee Related JP3471160B2 (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | モノリシックアンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3471160B2 (ja) |
Cited By (62)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7519328B2 (en) | 2006-01-19 | 2009-04-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Wireless IC device and component for wireless IC device |
US7518558B2 (en) | 2006-04-14 | 2009-04-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Wireless IC device |
JP2009528713A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-08-06 | シュレイダー エレクトロニクス リミテッド | タイヤバルブアンテナを備えたタイヤモニタシステム |
US7612728B2 (en) * | 2004-03-19 | 2009-11-03 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Microwave antenna for flip-chip semiconductor modules |
US7762472B2 (en) | 2007-07-04 | 2010-07-27 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Wireless IC device |
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