(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層に形成された通信機能を持つ電気回路と、
前記半導体層上に形成された誘電体層と、
前記半導体層を封止するように前記誘電体層上に形成された封止部材と、
前記誘電体層の内部または前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成された、前記電気回路との間で高周波信号が伝送される伝送線路と、
前記伝送線路とは別の層に導体層が形成され、当該導体層における前記伝送線路の先端部の近傍と対向する位置に形成された開口部により構成されるスロット構造と、
を備え、
高周波信号が伝送される前記伝送線路は、前記誘電体層の内部に形成され、
前記スロット構造の前記導体層は、前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成されており、
前記開口部の領域内に、前記導体層の一部が残留されることで互いに電気的に非接続の複数の導体パターンが形成され、その内の１つは前記伝送線路と電気的に接続されており、当該導体パターンは前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で伝送される電磁波の強度を強める機能を持ち、
前記伝送線路と前記スロット構造とが電磁的に結合することで、前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で電磁波が伝送されるように構成されている
半導体装置。
【請求項２】
半導体層に形成された通信機能を持つ電気回路および前記半導体層上に形成された誘電体層を具備する半導体チップと、
前記半導体チップを封止するように前記誘電体層上に形成された封止部材と、
前記半導体チップの配線と同一の工程で形成された、前記電気回路との間で高周波信号が伝送される伝送線路と、
前記半導体チップの配線とは別の工程で導体層が形成され、当該導体層における前記伝送線路の先端部の近傍と対向する位置に形成された開口部により構成されるスロット構造と、
を備え、
高周波信号が伝送される前記伝送線路は、前記誘電体層の内部に形成され、
前記スロット構造の前記導体層は、前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成されており、
前記開口部の領域内に、前記導体層の一部が残留されることで互いに電気的に非接続の複数の導体パターンが形成され、その内の１つは前記伝送線路と電気的に接続されており、当該導体パターンは前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で伝送される電磁波の強度を強める機能を持ち、
前記伝送線路と前記スロット構造とが電磁的に結合することで、前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で電磁波が伝送されるように構成されている
半導体装置。
【請求項３】
半導体層に形成された通信機能を持つ電気回路および前記半導体層上に形成された誘電体層を具備する半導体チップと、
前記半導体チップを封止するように前記誘電体層上に形成された封止部材と、
前記半導体チップと一体的に形成された、前記電気回路との間で高周波信号が伝送される伝送線路と、
前記伝送線路とは別の層に導体層が形成され、当該導体層における前記伝送線路の先端部の近傍と対向する位置に形成された開口部により構成されるスロット構造と、
を備え、
高周波信号が伝送される前記伝送線路は、前記誘電体層の内部に形成され、
前記スロット構造の前記導体層は、前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成されており、
前記開口部の領域内に、前記導体層の一部が残留されることで互いに電気的に非接続の複数の導体パターンが形成され、その内の１つは前記伝送線路と電気的に接続されており、当該導体パターンは前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で伝送される電磁波の強度を強める機能を持ち、
前記伝送線路と前記スロット構造とが電磁的に結合することで、前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で電磁波が伝送されるように構成されている
半導体装置。
【請求項４】
前記封止部材の表面において、前記スロット構造と対向する位置に第２の伝送線路が形成されているとともに、前記該第２の伝送線路と電気的に接続された導体のアンテナパターンが形成されている
請求項１〜３の内の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体層に通信機能を持つ電気回路を形成するとともに前記半導体層上に誘電体層を形成することで半導体チップを形成する工程と、
前記誘電体層の内部に、前記電気回路との間で高周波信号が伝送される伝送線路を形成する工程と、
前記伝送線路が形成される層とは別に導体層を形成する工程と、
前記導体層における前記伝送線路の先端部の近傍と対向する位置に開口部を形成し、前記開口部の領域内に、前記導体層の一部が残留されることで互いに電気的に非接続の複数の導体パターンであって、その内の１つは前記伝送線路と電気的に接続された前記導体パターンを形成することでスロット構造を形成する工程と、
前記半導体層を封止するように前記導体層上に封止部材を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップを形成する工程では、前記半導体層上に第１の誘電体層を形成し、この第１の誘電体層上に高周波信号が伝送される前記伝送線路を形成し、さらに、前記第１の誘電体層と前記伝送線路を覆うように第２の誘電体層を形成し、当該第２の誘電体層を覆うように、前記導体層を形成し、
前記スロット構造を形成する工程では、前記第２の誘電体層上に形成された前記導体層に開口部を形成する、
ことにより、前記半導体チップと前記スロット構造とを一体的に形成する
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体チップを形成する工程では、前記半導体層上に第１の誘電体層を形成し、この第１の誘電体層上に高周波信号が伝送される前記伝送線路を形成し、
前記スロット構造を形成する工程では、前記半導体チップとは別体で、第２の誘電体層上に前記導体層を形成し、当該導体層に開口部を形成し、
前記半導体チップを前記封止部材で封止する工程では、前記半導体チップと前記スロット構造とを一体にしてから、前記半導体チップと前記スロット構造を覆うように前記封止部材で封止する
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体層に形成された、通信機能を持つ電気回路と、前記半導体層上に形成された誘電体層と、前記半導体層を封止するように前記誘電体層上に形成された封止部材と、前記誘電体層の内部または前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成された、前記電気回路との間で高周波信号が伝送される伝送線路と、前記伝送線路とは別の層に導体層が形成され、当該導体層における前記伝送線路の先端部の近傍と対向する位置に形成された開口部により構成されるスロット構造と、を備え、高周波信号が伝送される前記伝送線路は、前記誘電体層の内部に形成され、前記スロット構造の前記導体層は、前記誘電体層と前記封止部材との境界に形成されており、前記開口部の領域内に、前記導体層の一部が残留されることで互いに電気的に非接続の複数の導体パターンが形成され、その内の１つは前記伝送線路と電気的に接続されており、当該導体パターンは前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で伝送される電磁波の強度を強める機能を持ち、前記伝送線路と前記スロット構造とが電磁的に結合することで、前記伝送線路と前記封止部材の表面との間で電磁波が伝送されるように構成されている半導体装置を複数備えるともに、
複数の前記半導体装置の間で電磁波が伝送される無線信号伝送路を備えた
無線伝送システム。
【請求項９】
前記複数の半導体装置に橋架された金属体を備え、
前記無線信号伝送路は、前記金属体の内部に形成されている
請求項８に記載の無線伝送システム。
【請求項１０】
前記金属体は、電子機器の筐体または前記半導体装置の放熱体である
請求項９に記載の無線伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法と、この半導体装置を利用した無線伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用の半導体チップを搭載した半導体装置やこのような半導体装置を利用した無線伝送システムが知られている（特許文献１，２を参照）。このような通信用の半導体チップは通常、パッケージに収容されて提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１００６９８号公報
【特許文献２】特開２００９−０３８６９６号公報
【０００４】
特許文献１，２に記載の仕組みは何れも、無線伝送機能を有する半導体チップをパッケージ内部に具備するとともに、パッケージにアンテナ構造を設け、アンテナを介してデータ伝送を行なうようにしている。
【０００５】
たとえば、特許文献１では、回路基板に半導体チップと外部接続端子を設け、その回路基板の内層に半導体チップとの間で電気的に接続されることで所要周波数帯の高周波電気信号を取り出すフィルター回路層を設け、回路基板の表層にはフィルター回路層と電気的に接続されたアンテナ回路層を設けるようにしている。フィルター回路層、アンテナ回路層が、半導体チップが搭載される回路基板に一体的に組み込まれているので小型化が図れ、また部品点数も減じるためコストダウンも図れると言っている。
【０００６】
特許文献２では、筐体部の厚さ方向に導波管を設け、マイクロストリップ／導波管変換を行なうアンテナ付き集積回路パッケージを提案している。具体的には、実装基板に、筐体部の集積回路チップを搭載した側をフリップチップのように実装し、筐体部の反対側に平面アンテナを設けている。実装基板の表面側へ全てを実装した構成で、筐体部にアンテナを設けているので小型のアンテナ付き集積回路パッケージとなると言っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の仕組みでは、各種の構造要素が半導体チップの外側にあるので、それら全てを封止しようとすると、パッケージサイズが大きくなる。また、特許文献１の仕組みでは、フィルター回路層とアンテナ回路層を必要としており、層構造が複雑であり、コストダウンを図れるとは言えないし、ワイヤやビアを介した多層構造により伝送特性が劣化することも考えられるなど、解決しなければならない難点がある。
【０００８】
特許文献２の仕組みでは、基体は金属であり、構造がチップの外側にあるのでパッケージサイズが大きくなるし、如何様にして製造するかも問題となる、換言すると特別な製造方法を必要とする難点がある。
【０００９】
本発明は、通信用の半導体チップを搭載した半導体装置や当該半導体装置を使用した無線伝送システムを実現するに当たり、製造が容易で、また、パッケージサイズがさほど大きくなることのない仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、半導体層に通信機能を持つ電気回路が形成されるとともに半導体層上に誘電体層が形成された半導体チップを設け、半導体チップの電気回路の信号配線と電気的に接続して高周波信号の伝送線路を設ける。半導体チップは半導体層を封止するように誘電体層上に封止部材で封止する。この封止部材の半導体チップ側（半導体チップの誘電体層との境界）または半導体チップとは反対側の表面に導体層を形成する。そして、導体層の高周波信号の伝送線路の先端部近傍と対応する位置に形成された開口部により構成されるスロット構造を設ける。
【００１１】
要するに、半導体チップに電気回路と電気的に接続された高周波信号の伝送線路を設けておき、半導体チップを封止する封止部材を利用して、高周波信号の伝送線路と対応する位置にスロット構造を基本とする高周波信号結合構造を形成するというものである。スロット構造を基本とする高周波信号結合構造において高周波信号が電磁結合することにより半導体チップの伝送線路と封止部材との間で高周波信号に基づく電磁波を伝送する仕組みが実現される。
【００１２】
スロット構造は、封止部材の半導体チップ側の誘電体層との境界の表面に形成された導体層の高周波信号の伝送線路と対応する位置に開口部を形成することで実現される。スロット構造を基本とする高周波信号結合構造を半導体チップの製造と一体的（同時）に形成する製法と、半導体チップとスロット構造を基本とする高周波信号結合構造とを別体で形成しておき、その後に両者を一体化してから封止部材で封止する製法の何れかを採り得る。
【００１４】
本発明に係る半導体装置を複数利用して無線伝送システムを構築することができる。その場合、半導体装置のスロット構造を基本とする高周波信号結合構造間で電磁波（無線信号）を伝送する無線信号伝送路を設けることになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、半導体チップを封止する封止部材を利用してスロット構造を基本とする高周波信号結合構造を形成するので、製造が容易で、また、パッケージサイズがさほど大きくなることのない仕組みを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】無線伝送システムの基本構成を説明する図である。
【図２】本実施形態の半導体パッケージ（半導体装置の一例）の基本構成を説明する図である。
【図３】第１実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造）の構造図である。
【図３Ａ】第１実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造）の製法例を説明する図である。
【図３Ｂ】ミリ波結合構造の寸法例を説明する図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの寸法例の場合のシミュレーション特性を説明する図である。
【図３Ｄ】第１実施形態のミリ波結合構造に使用されるアンテナ構造（アンテナパターン）の構成例を説明する図である。
【図４】第２実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造）を説明する図である。
【図５】第３実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造）の構造図である。
【図５Ａ】第３実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造）の製法例を説明する図である。
【図６】無線伝送システムの第１実施形態を説明する図である。
【図７】無線伝送システムの第２実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、Ａ，Ｂ，Ｃ，…などのように大文字の英語の参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
【００１８】
なお、説明は以下の順序で行なう。
１．通信処理系統：基本
２．半導体装置：基本構成
３．ミリ波結合構造：第１実施形態（半導体チップと一体で形成＆アンテナパターン）
４．ミリ波結合構造：第２実施形態（半導体チップと別体で形成＆アンテナパターン）
５．ミリ波結合構造：第３実施形態（半導体チップと一体で形成＆直接放射）
６．無線伝送システム：第１実施形態（パッケージ間のミリ波伝送）
７．無線伝送システム：第２実施形態（パッケージ間の金属体内でのミリ波伝送）
【００１９】
＜通信処理系統：基本＞
図１は、無線伝送システムの基本構成を説明する図である。ここで、図１は、基本構成の無線伝送システム１Ｘの信号インタフェースを機能構成面から説明する図である。
【００２０】
本実施形態の無線伝送システムで使用する搬送周波数としてはミリ波帯で説明するが、本実施形態の仕組みは、ミリ波帯に限らず、より波長の短い、たとえばマイクロ波帯の搬送周波数を使用する場合にも適用可能である。本実施形態の無線伝送システムは、たとえば、デジタル記録再生装置、地上波テレビ受像装置、携帯電話装置、ゲーム装置、コンピュータなどにおいて使用される無線通信に適用される。
【００２１】
［機能構成］
図１に示すように、無線伝送システム１Ｘは、第１の無線機器の一例である第１通信装置１００Ｘと第２の無線機器の一例である第２通信装置２００Ｘが無線信号伝送路の一例であるミリ波信号伝送路９を介して結合されミリ波帯で信号伝送を行なうように構成されている。ミリ波信号伝送路９は、無線信号伝送路の一例である。伝送対象の信号を広帯域伝送に適したミリ波帯域に周波数変換して伝送するようにする。
【００２２】
第１の通信部（第１のミリ波伝送装置）と第２の通信部（第２のミリ波伝送装置）で、無線伝送装置（システム）を構成する。そして、比較的近距離に配置された第１の通信部と第２の通信部の間では、伝送対象の信号をミリ波信号に変換してから、このミリ波信号をミリ波信号伝送路を介して伝送するようにする。本実施形態の「無線伝送」とは、伝送対象の信号を電気配線ではなく無線（この例ではミリ波）で伝送することを意味する。
【００２３】
「比較的近距離」とは、放送や一般的な無線通信で使用される野外（屋外）での通信装置間の距離に比べて距離が短いことを意味し、伝送範囲が閉じられた空間として実質的に特定できる程度のものであればよい。「閉じられた空間」とは、その空間内部から外部への電波の漏れが少なく、逆に、外部から空間内部への電波の到来（侵入）が少ない状態の空間を意味し、典型的にはその空間全体が電波に対して遮蔽効果を持つ筐体（ケース）で囲まれた状態である。
【００２４】
たとえば、１つの電子機器の筐体内での基板間通信や同一基板上でのチップ間通信や、一方の電子機器に他方の電子機器が装着された状態のように複数の電子機器が一体となった状態での機器間の通信が該当する。
【００２５】
なお、「一体」は、装着によって両電子機器が完全に接触した状態が典型例であるが、前述のように、両電子機器間の伝送範囲が閉じられた空間として実質的に特定できる程度のものであればよい。両電子機器が多少（比較的近距離：たとえば数センチ〜１０数センチ以内）離れた状態で定められた位置に配置されていて「実質的に」一体と見なせる場合も含む。要は、両電子機器で構成される電波が伝搬し得る空間内部から外部への電波の漏れが少なく、逆に、外部からその空間内部への電波の到来（侵入）が少ない状態であればよい。
【００２６】
以下では、１つの電子機器の筐体内での信号伝送を筐体内信号伝送と称し、複数の電子機器が一体（以下、「実質的に一体」も含む）となった状態での信号伝送を機器間信号伝送と称する。筐体内信号伝送の場合は、送信側の通信装置（通信部：送信部）と受信側の通信装置（通信部：受信部）が同一筐体内に収容され、通信部（送信部と受信部）間に無線信号伝送路が形成された本実施形態の無線伝送システムが電子機器そのものとなる。これに対して、機器間信号伝送の場合、送信側の通信装置（通信部：送信部）と受信側の通信装置（通信部：受信部）がそれぞれ異なる電子機器の筐体内に収容され、両電子機器が定められた位置に配置され一体となったときに両電子機器内の通信部（送信部と受信部）間に無線信号伝送路が形成されて本実施形態の無線伝送システムが構築される。
【００２７】
ミリ波信号伝送路を挟んで設けられる各通信装置においては、送信部と受信部が対となって組み合わされて配置される。一方の通信装置と他方の通信装置との間の信号伝送は片方向（一方向）のものでもよいし双方向のものでもよい。たとえば、第１の通信部が送信側となり第２の通信部が受信側となる場合には、第１の通信部に送信部が配置され第２の通信部に受信部が配置される。第２の通信部が送信側となり第１の通信部が受信側となる場合には、第２の通信部に送信部が配置され第１の通信部に受信部が配置される。
【００２８】
送信部は、たとえば、伝送対象の信号を信号処理してミリ波の信号を生成する送信側の信号生成部（伝送対象の電気信号をミリ波の信号に変換する信号変換部）と、ミリ波の信号を伝送する伝送路（ミリ波信号伝送路）に送信側の信号生成部で生成されたミリ波の信号を結合させる送信側の信号結合部を備えるものとする。好ましくは、送信側の信号生成部は、伝送対象の信号を生成する機能部と一体であるのがよい。
【００２９】
たとえば、送信側の信号生成部は変調回路を有し、変調回路が伝送対象の信号を変調する。送信側の信号生成部は変調回路によって変調された後の信号を周波数変換してミリ波の信号を生成する。原理的には、伝送対象の信号をダイレクトにミリ波の信号に変換することも考えられる。送信側の信号結合部は、送信側の信号生成部によって生成されたミリ波の信号をミリ波信号伝送路に供給する。
【００３０】
一方、受信部は、たとえば、ミリ波信号伝送路を介して伝送されてきたミリ波の信号を受信する受信側の信号結合部と、受信側の信号結合部により受信されたミリ波の信号（入力信号）を信号処理して通常の電気信号（伝送対象の信号）を生成する受信側の信号生成部（ミリ波の信号を伝送対象の電気信号に変換する信号変換部）を備えるものとする。好ましくは、受信側の信号生成部は、伝送対象の信号を受け取る機能部と一体であるのがよい。たとえば、受信側の信号生成部は復調回路を有し、ミリ波の信号を周波数変換して出力信号を生成し、その後、復調回路が出力信号を復調することで伝送対象の信号を生成する。原理的には、ミリ波の信号からダイレクトに伝送対象の信号に変換することも考えられる。
【００３１】
つまり、信号インタフェースをとるに当たり、伝送対象の信号に関して、ミリ波信号により接点レスやケーブルレスで伝送する（電気配線での伝送でない）ようにする。好ましくは、少なくとも信号伝送（特に高速伝送や大容量伝送が要求される映像信号や高速のクロック信号など）に関しては、ミリ波信号により伝送するようにする。要するに、従前は電気配線によって行なわれていた信号伝送を本実施形態ではミリ波信号により行なうものである。ミリ波帯で信号伝送を行なうことで、Ｇｂｐｓオーダーの高速信号伝送を実現することができるようになるし、ミリ波信号の及ぶ範囲を容易に制限でき、この性質に起因する効果も得られる。
【００３２】
ここで、各信号結合部は、第１の通信部と第２の通信部がミリ波信号伝送路を介してミリ波の信号が伝送可能となるようにするものであればよい。たとえばアンテナ構造（アンテナ結合部）を備えるものとしてもよいし、アンテナ構造を具備せずに結合をとるものであってもよい。
【００３３】
「ミリ波の信号を伝送するミリ波信号伝送路」は、空気（いわゆる自由空間）であってもよいが、好ましくは、ミリ波信号を伝送路中に閉じ込めつつミリ波信号を伝送させる構造を持つものがよい。その性質を積極的に利用することで、たとえば電気配線のようにミリ波信号伝送路の引回しを任意に確定することができる。
【００３４】
このようなミリ波閉込め構造（無線信号閉込め構造）のものとしては、たとえば、典型的にはいわゆる導波管が考えられるが、これに限らない。たとえば、ミリ波信号伝送可能な誘電体素材で構成されたもの（誘電体伝送路やミリ波誘電体内伝送路と称する）や、伝送路を構成し、かつ、ミリ波信号の外部放射を抑える遮蔽材が伝送路を囲むように設けられその遮蔽材の内部が中空の中空導波路がよい。誘電体素材や遮蔽材に柔軟性を持たせることでミリ波信号伝送路の引回しが可能となる。
【００３５】
因みに、空気（いわゆる自由空間）の場合、各信号結合部はアンテナ構造をとることになり、そのアンテナ構造によって近距離の空間中を信号伝送することになる。一方、誘電体素材で構成されたものとする場合は、アンテナ構造をとることもできるが、そのことは必須でない。
【００３６】
以下、本実施形態の無線伝送システム１Ｘの仕組みについて具体的に説明する。なお、最も好適な例として、各機能部が半導体集積回路（チップ）に形成されている例で説明するが、このことは必須でない。
【００３７】
第１通信装置１００Ｘにはミリ波帯通信可能な半導体チップ１０３が基板１０２上に設けられ、第２通信装置２００Ｘにもミリ波帯通信可能な半導体チップ２０３が基板２０２上に設けられている。なお、ここでは、機器間の無線伝送の場合も考慮して、便宜的に、第１通信装置１００Ｘの半導体チップ１０３と第２通信装置２００Ｘの半導体チップ２０３が各別の基板１０２，２０２に設けられる形態で示しているが、このことは必須でない。機器内（筐体内）での無線伝送の場合は、たとえば、第１通信装置１００Ｘと第２通信装置２００Ｘが同一の筐体内に収容され、また、同一の基板に半導体チップ１０３，２０３が搭載される形態としてもよい。
【００３８】
本実施形態では、ミリ波帯での通信の対象となる信号を、高速性や大容量性が求められる信号のみとし、その他の低速・小容量で十分なものや電源など直流と見なせる信号に関してはミリ波信号への変換対象としない。これらミリ波信号への変換対象としない信号（電源を含む）については、従前と同様の仕組みで基板間の信号の接続をとるようにする。ミリ波に変換する前の元の伝送対象の電気信号を纏めてベースバンド信号と称する。
【００３９】
［第１通信装置］
第１通信装置１００Ｘは、基板１０２上に、ミリ波帯通信可能な半導体チップ１０３と伝送路結合部１０８が搭載されている。半導体チップ１０３は、ＬＳＩ機能部１０４と信号生成部１０７（ミリ波信号生成部）を一体化したシステムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）である。図示しないが、ＬＳＩ機能部１０４と信号生成部１０７を一体化しない構成にしてもよい。別体にした場合には、その間の信号伝送に関しては、電気配線により信号を伝送することに起因する問題が懸念されるので、一体的に作り込んだ方が好ましい。別体にする場合には、２つのチップ（ＬＳＩ機能部１０４と信号生成部１０７との間）を近距離に配置して、ワイヤーボンディング長を極力短く配線することで悪影響を低減するようにすることが好ましい。
【００４０】
信号生成部１０７と伝送路結合部１０８はデータの双方向性を持つ構成にする。このため、信号生成部１０７には送信側の信号生成部と受信側の信号生成部を設ける。伝送路結合部１０８は、送信側と受信側に各別に設けてもよいが、ここでは送受信に兼用されるものとする。
【００４１】
なお、ここで示す「双方向通信」は、ミリ波の伝送チャネルであるミリ波信号伝送路９が１系統（一芯）の一芯双方向伝送となる。この実現には、時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）を適用する半二重方式と、周波数分割多重（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex ）などが適用される。
【００４２】
時分割多重の場合、送信と受信の分離を時分割で行なうので、第１通信装置１００Ｘから第２通信装置２００Ｘへの信号伝送と第２通信装置２００Ｘから第１通信装置１００Ｘへの信号伝送を同時に行なう「双方向通信の同時性（一芯同時双方向伝送）」は実現されず、一芯同時双方向伝送は、周波数分割多重で実現される。しかし、周波数分割多重は、送信と受信に異なった周波数を用いるので、ミリ波信号伝送路９の伝送帯域幅を広くする必要がある。
【００４３】
半導体チップ１０３は伝送路結合部１０８と接続される。伝送路結合部１０８は、たとえば、アンテナ結合部やアンテナ端子やマイクロストリップ線路やアンテナなどを具備するアンテナ構造が適用される。なお、アンテナをチップに直接に形成する技術を適用することで、伝送路結合部１０８も半導体チップ１０３に組み込むようにすることもできる。
【００４４】
ＬＳＩ機能部１０４は、第１通信装置１００Ｘの主要なアプリケーション制御を司るもので、たとえば、相手方に送信したい各種の信号を処理する回路や相手方から受信した種々の信号を処理する回路が含まれる。
【００４５】
信号生成部１０７（電気信号変換部）は、ＬＳＩ機能部１０４からの信号をミリ波信号に変換し、ミリ波信号伝送路９を介した信号伝送制御を行なう。
【００４６】
具体的には、信号生成部１０７は、送信側信号生成部１１０および受信側信号生成部１２０を有する。送信側信号生成部１１０と伝送路結合部１０８で送信部（送信側の通信部）が構成され、受信側信号生成部１２０と伝送路結合部１０８で受信部（受信側の通信部）が構成される。
【００４７】
送信側信号生成部１１０は、入力信号を信号処理してミリ波の信号を生成するために、多重化処理部１１３、パラレルシリアル変換部１１４、変調部１１５、周波数変換部１１６、増幅部１１７を有する。なお、変調部１１５と周波数変換部１１６は纏めていわゆるダイレクトコンバーション方式のものにしてもよい。
【００４８】
受信側信号生成部１２０は、伝送路結合部１０８によって受信したミリ波の電気信号を信号処理して出力信号を生成するために、増幅部１２４、周波数変換部１２５、復調部１２６、シリアルパラレル変換部１２７、単一化処理部１２８を有する。周波数変換部１２５と復調部１２６は纏めていわゆるダイレクトコンバーション方式のものにしてもよい。
【００４９】
パラレルシリアル変換部１１４とシリアルパラレル変換部１２７は、パラレル伝送用の複数の信号を使用するパラレルインタフェース仕様のものである場合に備えられ、シリアルインタフェース仕様のものである場合は不要である。
【００５０】
多重化処理部１１３は、ＬＳＩ機能部１０４からの信号の内で、ミリ波帯での通信の対象となる信号が複数種（Ｎ１とする）ある場合に、時分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などの多重化処理を行なうことで、複数種の信号を１系統の信号に纏める。たとえば、高速性や大容量性が求められる複数種の信号をミリ波での伝送の対象として、１系統の信号に纏める。
【００５１】
時分割多重や符号分割多重の場合には、多重化処理部１１３はパラレルシリアル変換部１１４の前段に設けられ、１系統の信号に纏めてパラレルシリアル変換部１１４に供給すればよい。時分割多重の場合、複数種の信号_@（＠は１〜Ｎ１）について時間を細かく区切ってパラレルシリアル変換部１１４に供給する切替スイッチを設ければよい。この多重化処理部１１３に対応して、第２通信装置２００Ｘ側には、１系統に纏められている信号をＮ１系統の信号に戻す単一化処理部２２８が設けられる。
【００５２】
一方、周波数分割多重の場合には、各別の搬送周波数で変調してそれぞれ異なる周波数帯域Ｆ_@の範囲の周波数に変換してミリ波の信号を生成し、それら各別の搬送周波数を用いたミリ波信号を同一方向または逆方向に伝送する必要がある。このため、たとえば、同一方向に伝送する場合は、パラレルシリアル変換部１１４、変調部１１５、周波数変換部１１６、増幅部１１７を複数種の信号_@の別に設け、各増幅部１１７の後段に多重化処理部１１３として加算処理部（信号混合部）を設けるとよい。そして、周波数多重処理後の周波数帯域Ｆ_1＋…＋Ｆ_N1 のミリ波の電気信号を伝送路結合部１０８に供給するようにすればよい。加算処理部としては、各別の搬送周波数を用いたミリ波信号を同一方向に伝送する場合はいわゆる結合器を使用すればよい。増幅部１１７を多重化処理部１１３の後段（伝送路結合部１０８側）に配置して１つに纏める構成にしてもよい。
【００５３】
複数系統の信号を周波数分割多重で１系統に纏める周波数分割多重では伝送帯域幅を広くする必要がある。複数系統の信号を周波数分割多重で１系統に纏めることと、送信（図の例では送信側信号生成部１１０側から受信側信号生成部２２０への系統）と受信（図の例では送信側信号生成部２１０側から受信側信号生成部１２０への系統）に異なった周波数を用いる全２重方式と併用する場合は伝送帯域幅を一層広くする必要がある。
【００５４】
パラレルシリアル変換部１１４は、パラレルの信号をシリアルのデータ信号に変換して変調部１１５に供給する。変調部１１５は、伝送対象信号を変調して周波数変換部１１６に供給する。変調部１１５としては、振幅・周波数・位相の少なくとも１つを伝送対象信号で変調するものであればよく、これらの任意の組合せの方式も採用し得る。
【００５５】
たとえば、アナログ変調方式であれば、たとえば、振幅変調（ＡＭ：Amplitude  Modulation ）とベクトル変調がある。ベクトル変調として、周波数変調（ＦＭ：Frequency Modulation）と位相変調（ＰＭ：Phase Modulation）がある。デジタル変調方式であれば、たとえば、振幅遷移変調（ＡＳＫ：Amplitude shift keying）、周波数遷移変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）、位相遷移変調（ＰＳＫ：Phase Shift Keying）、振幅と位相を変調する振幅位相変調（ＡＰＳＫ：Amplitude Phase Shift Keying）がある。振幅位相変調としては直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation ）が代表的である。
【００５６】
周波数変換部１１６は、変調部１１５によって変調された後の伝送対象信号を周波数変換してミリ波の電気信号を生成して増幅部１１７に供給する。ミリ波の電気信号とは、概ね３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲のある周波数の電気信号をいう。「概ね」と称したのはミリ波通信による効果が得られる程度の周波数であればよく、下限は３０ＧＨｚに限定されず、上限は３００ＧＨｚに限定されないことに基づく。
【００５７】
周波数変換部１１６としては様々な回路構成を採り得るが、たとえば、周波数混合回路（ミキサー回路）と局部発振回路とを備えた構成を採用すればよい。局部発振回路は、変調に用いる搬送波（キャリア信号、基準搬送波）を生成する。周波数混合回路は、パラレルシリアル変換部１１４からの信号で局部発振回路が発生するミリ波帯の搬送波と乗算（変調）してミリ波帯の変調信号を生成して増幅部１１７に供給する。
【００５８】
増幅部１１７は、周波数変換後のミリ波の電気信号を増幅して伝送路結合部１０８に供給する。増幅部１１７には図示しないアンテナ端子を介して双方向の伝送路結合部１０８に接続される。
【００５９】
伝送路結合部１０８は、送信側信号生成部１１０によって生成されたミリ波の信号をミリ波信号伝送路９に送信するとともに、ミリ波信号伝送路９からミリ波の信号を受信して受信側信号生成部１２０に出力する。
【００６０】
伝送路結合部１０８は、アンテナ結合部で構成される。アンテナ結合部は伝送路結合部１０８（信号結合部）の一例またはその一部を構成する。アンテナ結合部とは、狭義的には半導体チップ内の電子回路と、チップ内またはチップ外に配置されるアンテナを結合する部分をいい、広義的には、半導体チップとミリ波信号伝送路９を信号結合する部分をいう。たとえば、アンテナ結合部は、少なくともアンテナ構造を備える。また、時分割多重で送受信を行なう場合には、伝送路結合部１０８にアンテナ切替部（アンテナ共用器）を設ける。
【００６１】
アンテナ構造は、ミリ波信号伝送路９との結合部における構造をいい、ミリ波帯の電気信号をミリ波信号伝送路９に結合させるものであればよく、アンテナそのもののみを意味するものではない。たとえば、アンテナ構造には、アンテナ端子、マイクロストリップ線路、アンテナを含み構成される。アンテナ切替部を同一のチップ内に形成する場合は、アンテナ切替部を除いたアンテナ端子とマイクロストリップ線路が伝送路結合部１０８を構成するようになる。
【００６２】
送信側のアンテナはミリ波の信号に基づく電磁波をミリ波信号伝送路９に輻射する。また、受信側のアンテナはミリ波の信号に基づく電磁波をミリ波信号伝送路９から受信する。マイクロストリップ線路は、アンテナ端子とアンテナとの間を接続し、送信側のミリ波の信号をアンテナ端子からアンテナへ伝送し、また、受信側のミリ波の信号をアンテナからアンテナ端子へ伝送する。
【００６３】
アンテナ切替部はアンテナを送受信で共用する場合に用いられる。たとえば、ミリ波の信号を相手方である第２通信装置２００Ｘ側に送信するときは、アンテナ切替部がアンテナを送信側信号生成部１１０に接続する。また、相手方である第２通信装置２００Ｘ側からのミリ波の信号を受信するときは、アンテナ切替部がアンテナを受信側信号生成部１２０に接続する。アンテナ切替部は半導体チップ１０３と別にして基板１０２上に設けているが、これに限られることはなく、半導体チップ１０３内に設けてもよい。送信用と受信用のアンテナを別々に設ける場合はアンテナ切替部を省略できる。
【００６４】
ミリ波の伝搬路であるミリ波信号伝送路９は、たとえば、自由空間伝送路として、たとえば筐体内の空間を伝搬する構成にすることが考えられる。また、好ましくは、導波管、伝送線路、誘電体線路、誘電体内などの導波構造で構成し、ミリ波帯域の電磁波を効率よく伝送させる特性を有するものとするのが望ましい。たとえば、一定範囲の比誘電率と一定範囲の誘電正接を持つ誘電体素材を含んで構成された誘電体伝送路９Ａにするとよい。たとえば、筐体内の全体に誘電体素材を充填することで、伝送路結合部１０８と伝送路結合部２０８の間には、自由空間伝送路ではなく誘電体伝送路９Ａが配されるようになるし、また、伝送路結合部１０８のアンテナと伝送路結合部２０８のアンテナの間を誘電体素材で構成されたある線径を持つ線状部材である誘電体線路で接続することで誘電体伝送路９Ａを構成することも考えられる。
【００６５】
「一定範囲」は、誘電体素材の比誘電率や誘電正接が、本実施形態の効果を得られる程度の範囲であればよく、その限りにおいて予め決められた値のものとすればよい。つまり、誘電体素材は、本実施形態の効果が得られる程度の特性を持つミリ波を伝送可能なものであればよい。誘電体素材そのものだけで決められず伝送路長やミリ波の周波数とも関係するので必ずしも明確に定められるものではないが、一例としては、次のようにする。
【００６６】
誘電体伝送路９Ａ内にミリ波の信号を高速に伝送させるためには、誘電体素材の比誘電率は２〜１０（好ましくは３〜６）程度とし、その誘電正接は０．００００１〜０．０１（好ましくは０．００００１〜０．００１）程度とすることが望ましい。このような条件を満たす誘電体素材としては、たとえば、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、シリコーン系、ポリイミド系、シアノアクリレート樹脂系からなるものが使用できる。誘電体素材の比誘電率とその誘電正接のこのような範囲は、特段の断りのない限り、本実施形態で同様である。なお、ミリ波信号を伝送路に閉じ込める構成のミリ波信号伝送路９としては、誘電体伝送路９Ａの他に、伝送路の周囲が遮蔽材で囲まれその内部が中空の中空導波路としてもよい。
【００６７】
伝送路結合部１０８には受信側信号生成部１２０が接続される。受信側の増幅部１２４は、伝送路結合部１０８に接続され、アンテナによって受信された後のミリ波の電気信号を増幅して周波数変換部１２５に供給する。周波数変換部１２５は、増幅後のミリ波の電気信号を周波数変換して周波数変換後の信号を復調部１２６に供給する。復調部１２６は、周波数変換後の信号を復調してベースバンドの信号を取得しシリアルパラレル変換部１２７に供給する。
【００６８】
シリアルパラレル変換部１２７は、シリアルの受信データをパラレルの出力データに変換して単一化処理部１２８に供給する。
【００６９】
単一化処理部１２８は、送信側信号生成部２１０の多重化処理部２１３と対応するものである。たとえば、多重化処理部２１３は、多重化処理部１１３と同様に、ＬＳＩ機能部２０４からの信号の内で、ミリ波帯での通信の対象となる信号が複数種（Ｎ２とする、Ｎ１との異同は不問）ある場合に、時分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などの多重化処理を行なうことで、複数種の信号を１系統の信号に纏める。このような信号を第２通信装置２００Ｘから受信したとき、単一化処理部１２８は、多重化処理部１１３に対応する単一化処理部２２８と同様に、１系統に纏められている信号を複数種の信号_@（＠は１〜Ｎ２）に分離する。たとえば、１系統の信号に纏められているＮ２本のデータ信号を各別に分離してＬＳＩ機能部１０４に供給する。
【００７０】
なお、第２通信装置２００Ｘにおいて、ＬＳＩ機能部２０４からの信号の内で、ミリ波帯での通信の対象となる信号が複数種（Ｎ２）ある場合、送信側信号生成部２１０において、周波数分割多重により１系統に纏められている場合がある。この場合には、周波数多重処理後の周波数帯域Ｆ_1＋…＋Ｆ_N2 のミリ波の電気信号を受信して周波数帯域Ｆ_@別に処理する必要がある。このため、増幅部１２４、周波数変換部１２５、復調部１２６、シリアルパラレル変換部１２７を複数種の信号_@の別に設け、各増幅部１２４の前段に単一化処理部１２８として周波数分離部を設けるとよい。そして、分離後の各周波数帯域Ｆ_@のミリ波の電気信号を対応する周波数帯域Ｆ_@の系統に供給するようにすればよい。周波数分離部としては、各別の搬送周波数のミリ波信号が多重化されたものを各別に分離する場合はいわゆる分配器を使用すればよい。増幅部１２４を単一化処理部１２８の前段（伝送路結合部２０８側）に配置して１つに纏める構成にしてもよい。
【００７１】
なお、ここで説明した周波数分割多重方式の使用形態は、送信部と受信部の組を複数用いて、かつ、それぞれの組で各別の搬送周波数を用いて同一方向（第１通信装置１００Ｘから第２通信装置２００Ｘへ）に伝送する方式であるが、周波数分割多重方式の使用形態はこれに限らない。たとえば、図１において、第１通信装置１００Ｘの送信側信号生成部１１０と第２通信装置２００Ｘの受信側信号生成部２２０の組で第１の搬送周波数を使用し、第１通信装置１００Ｘの受信側信号生成部１２０と第２通信装置２００Ｘの送信側信号生成部２１０の組で第２の搬送周波数を使用し、それぞれの組が互いに逆方向に信号伝送を同時に行なう全二重の双方向通信にすることもできる。この場合、図１における伝送路結合部１０８，２０８のアンテナ切替部としては、双方への同時の信号伝送が可能ないわゆるサーキュレータを使用すればよい。
【００７２】
また、送信部と受信部の組をさらに多く用いて、各組ではそれぞれ異なる搬送周波数を用いて、同一方向と逆方向を組み合せる態様にしてもよい。この場合、伝送路結合部１０８，２０８にはサーキュレータを使用しつつ、多重化処理部１１３，２１３と単一化処理部１２８，２２８を使用する構成にすればよい。
【００７３】
また、一部の系統は時分割多重にし、他の一部の系統は周波数分割多重にするなど、各種の多重化方式を組み合わせたシステム構成にすることも考えられる。
【００７４】
このように半導体チップ１０３を構成すると、入力信号をパラレルシリアル変換して半導体チップ２０３側へ伝送し、また半導体チップ２０３側からの受信信号をシリアルパラレル変換することにより、ミリ波変換対象の信号数が削減される。
【００７５】
［第２通信装置］
第２通信装置２００Ｘは、たとえば多重化処理部１１３との関係で単一化処理部２２８について既に説明し、また、単一化処理部１２８との関係で多重化処理部２１３について既に説明したように、その他についても、概ね第１通信装置１００Ｘと同様の機能構成を備える。各機能部には２００番台の参照子を付し、第１通信装置１００Ｘと同様・類似の機能部には第１通信装置１００Ｘと同一の１０番台および１番台の参照子を付す。送信側信号生成部２１０と伝送路結合部２０８で送信部が構成され、受信側信号生成部２２０と伝送路結合部２０８で受信部が構成される。
【００７６】
ＬＳＩ機能部２０４は、第２通信装置２００Ｘの主要なアプリケーション制御を司るもので、たとえば、相手方に送信したい各種の信号を処理する回路や相手方から受信した種々の信号を処理する回路が含まれる。
【００７７】
［接続と動作］
入力信号を周波数変換して信号伝送するという手法は、放送や無線通信で一般的に用いられている。これらの用途では、α）どこまで通信できるか（熱雑音に対してのＳ／Ｎの問題）、β）反射やマルチパスにどう対応するか、γ）妨害や他チャネルとの干渉をどう抑えるかなどの問題に対応できるような比較的複雑な送信器や受信器などが用いられている。これに対して、本実施形態で使用する信号生成部１０７，２０７は、放送や無線通信で一般的に用いられる複雑な送信器や受信器などの使用周波数に比べて、より高い周波数帯のミリ波帯で使用され、波長λが短いため、周波数の再利用がし易く、近傍で多くのデバイス間での通信をするのに適したものが使用される。
【００７８】
本実施形態では、従来の電気配線を利用した信号インタフェースとは異なり、前述のようにミリ波帯で信号伝送を行なうことで高速性と大容量に柔軟に対応できるようにしている。たとえば、高速性や大容量性が求められる信号のみをミリ波帯での通信の対象としており、システム構成によっては、通信装置１００Ｘ，２００Ｘは、低速・小容量の信号用や電源供給用に、従前の電気配線によるインタフェース（端子・コネクタによる接続）を一部に備えることになる。
【００７９】
信号生成部１０７は、ＬＳＩ機能部１０４から入力された入力信号を信号処理してミリ波の信号を生成する。信号生成部１０７は、たとえば、マイクロストリップライン、ストリップライン、コプレーナライン、スロットラインなどの伝送線路で伝送路結合部１０８に接続され、生成されたミリ波の信号が伝送路結合部１０８を介してミリ波信号伝送路９に供給される。
【００８０】
伝送路結合部１０８は、アンテナ構造を有し、伝送されたミリ波の信号を電磁波に変換し、電磁波を送出する機能を有する。伝送路結合部１０８はミリ波信号伝送路９と結合されており、ミリ波信号伝送路９の一方の端部に伝送路結合部１０８で変換された電磁波が供給される。ミリ波信号伝送路９の他端には第２通信装置２００Ｘ側の伝送路結合部２０８が結合されている。ミリ波信号伝送路９を第１通信装置１００Ｘ側の伝送路結合部１０８と第２通信装置２００Ｘ側の伝送路結合部２０８の間に設けることにより、ミリ波信号伝送路９にはミリ波帯の電磁波が伝搬するようになる。
【００８１】
ミリ波信号伝送路９には第２通信装置２００Ｘ側の伝送路結合部２０８が結合されている。伝送路結合部２０８は、ミリ波信号伝送路９の他端に伝送された電磁波を受信し、ミリ波の信号に変換して信号生成部２０７（ベースバンド信号生成部）に供給する。信号生成部２０７は、変換されたミリ波の信号を信号処理して出力信号（ベースバンド信号）を生成しＬＳＩ機能部２０４へ供給する。
【００８２】
ここでは第１通信装置１００Ｘから第２通信装置２００Ｘへの信号伝送の場合で説明したが、第２通信装置２００ＸのＬＳＩ機能部２０４からの信号を第１通信装置１００Ｘへ伝送する場合も同様に考えればよく双方向にミリ波の信号を伝送できる。
【００８３】
ここで、通常の電気配線を介して信号伝送を行なう信号伝送システムでは、次のような問題がある。
【００８４】
i）伝送データの大容量・高速化が求められるが、電気配線の伝送速度・伝送容量には限界がある。
【００８５】
ii）伝送データの高速化の問題に対応するため、配線数を増やして、信号の並列化により一信号線当たりの伝送速度を落とすことが考えられる。しかしながら、この対処では、入出力端子の増大に繋がってしまう。その結果、プリント基板やケーブル配線の複雑化、コネクタ部や電気的インタフェースの物理サイズの増大などが求められ、それらの形状が複雑化し、これらの信頼性が低下し、コストが増大するなどの問題が起こる。
iii）映画映像やコンピュータ画像等の情報量の膨大化に伴い、ベースバンド信号の帯域が広くなるに従って、ＥＭＣ（電磁環境適合性）の問題がより顕在化してくる。たとえば、電気配線を用いた場合は、配線がアンテナとなって、アンテナの同調周波数に対応した信号が干渉される。また、配線のインピーダンスの不整合などによる反射や共振によるものも不要輻射の原因となる。このような問題を対策するために、電子機器の構成が複雑化する。
【００８６】
iv）ＥＭＣの他に、反射があると受信側でシンボル間での干渉による伝送エラーや妨害の飛び込みによる伝送エラーも問題となってくる。
【００８７】
これに対して、本実施形態の無線伝送システム１Ｘは、電気配線ではなくミリ波で信号伝送を行なうようにしている。ＬＳＩ機能部１０４からＬＳＩ機能部２０４に対する信号は、ミリ波信号に変換され、ミリ波信号は伝送路結合部１０８，２０８間をミリ波信号伝送路９を介して伝送する。
【００８８】
無線伝送のため、配線形状やコネクタの位置を気にする必要がないため、レイアウトに対する制限があまり発生しない。ミリ波による信号伝送に置き換えた信号については配線や端子を割愛できるので、ＥＭＣの問題から解消される。一般に、通信装置１００Ｘ，２００Ｘ内部で他にミリ波帯の周波数を使用している機能部は存在しないため、ＥＭＣの対策が容易に実現できる。
【００８９】
第１通信装置１００Ｘと第２通信装置２００Ｘを近接した状態での無線伝送であり、固定位置間や既知の位置関係の信号伝送であるため、次のような利点が得られる。
【００９０】
１）送信側と受信側の間の伝搬チャネル（導波構造）を適正に設計することが容易である。
【００９１】
２）送信側と受信側を封止する伝送路結合部の誘電体構造と伝搬チャネル（ミリ波信号伝送路９の導波構造）を併せて設計することで、自由空間伝送より、信頼性の高い良好な伝送が可能になる。
【００９２】
３）無線伝送を管理するコントローラ（本例ではＬＳＩ機能部１０４）の制御も一般の無線通信のように動的にアダプティブに頻繁に行なう必要はないため、制御によるオーバーヘッドを一般の無線通信に比べて小さくすることができる。その結果、小型、低消費電力、高速化が可能になる。
【００９３】
４）製造時や設計時に無線伝送環境を校正し、個体のばらつきなどを把握すれば、そのデータを参照して伝送することでより高品位の通信が可能になる。
【００９４】
５）反射が存在していても、固定の反射であるので、小さい等化器で容易にその影響を受信側で除去できる。等化器の設定も、プリセットや静的な制御で可能であり、実現が容易である。
【００９５】
また、波長の短いミリ波帯での無線通信であることで、次のような利点が得られる。
【００９６】
ａ）ミリ波通信は通信帯域を広く取れるため、データレートを大きくとることが簡単にできる。
【００９７】
ｂ）伝送に使う周波数が他のベースバンド信号処理の周波数から離すことができ、ミリ波とベースバンド信号の周波数の干渉が起こり難い。
【００９８】
ｃ）ミリ波帯は波長が短いため、波長に応じてきまるアンテナや導波構造を小さくできる。加えて、距離減衰が大きく回折も少ないため電磁シールドが行ない易い。
【００９９】
ｄ）通常の野外での無線通信では、搬送波の安定度については、干渉などを防ぐため、厳しい規制がある。そのような安定度の高い搬送波を実現するためには、高い安定度の外部周波数基準部品と逓倍回路やＰＬＬ（位相同期ループ回路）などが用いられ、回路規模が大きくなる。しかしながら、ミリ波では（特に固定位置間や既知の位置関係の信号伝送との併用時は）、ミリ波は容易に遮蔽でき、外部に漏れないようにでき、安定度の低い搬送波を伝送に使用することができ、回路規模の増大を抑えることができる。安定度を緩めた搬送波で伝送された信号を受信側で小さい回路で復調するのには、注入同期方式（詳細説明は割愛する）を採用するのが好適である。
【０１００】
なお、本実施形態では、無線伝送システムの一例として、ミリ波帯で通信を行なうシステムを例示したが、その適用範囲はミリ波帯で通信を行なうものに限定されない。ミリ波帯を下回る周波数帯や、逆にミリ波帯を超える周波数帯での通信を適用してもよい。たとえばマイクロ波帯を適用してもよい。
【０１０１】
＜半導体装置：基本構成＞
図２は、本実施形態の半導体パッケージ６０１（半導体装置の一例）の基本構成を説明する図である。図２（１）は、半導体パッケージ６０１の全体概要を示した斜視図であり、図２（２）は平面透視図であり、図２（３）はＸ３−Ｘ３矢視断面図である。
【０１０２】
本実施形態の半導体パッケージ６０１は、前述の半導体チップ１０３や半導体チップ２０３（纏めて半導体チップ６０３と記す）を樹脂モールド内に収容して構成されている。この例では、半導体チップ６０３を直接に回路基板（前述の基板１０２，２０２）上に搭載するのではなく、インターポーザ基板上に半導体チップ６０３を搭載し、半導体チップ６０３を樹脂（たとえばエポキシ樹脂など）でモールドした半導体パッケージ６０１を回路基板上に搭載する構成例である。
【０１０３】
半導体チップ６０３は、ミリ波帯で通信処理するものである。半導体チップ６０３は、図１にて説明したように、ＬＳＩ機能部１０４と信号生成部１０７あるいはＬＳＩ機能部２０４と信号生成部２０７を一体化したシステムＬＳＩとして使用される。半導体パッケージ６０１は、通常、プリント基板などの実装用の基板の表面に実装されて使用される。
【０１０４】
具体的には、半導体パッケージ６０１は、インターポーザ基板６０２、ミリ波帯での通信処理を適用可能な半導体チップ６０３、封止樹脂６０４、ミリ波結合構造６０８（高周波信号結合構造：伝送路結合部１０８，２０８と対応）を有して構成される。ミリ波結合構造６０８としては、シングルエンド出力および差動出力の何れにも対応できるが、以下では、説明を簡単にするため、特段の断りのない限り、シングルエンド出力対応のものであるとして説明する。
【０１０５】
インターポーザ基板６０２はチップ実装用の基板をなし、インターポーザ基板６０２上に半導体チップ６０３が搭載される。インターポーザ基板６０２には、一定範囲（２〜１０程度）の比誘電率を有したたとえば熱強化樹脂と銅箔を組み合わせたシート部材を使用すればよい。
【０１０６】
半導体チップ６０３の表面には、従来構成と同様に複数のパッド電極６１３が形成されている部分があるとともに、本実施形態の構成に特有のミリ波無線伝送用のミリ波結合構造６０８（ミリ波結合構造）の部分が存在している。つまり、ミリ波信号での伝送対象でない電源部などの端子は、従来構成と同様にして接続される。
【０１０７】
たとえば、インターポーザ基板６０２の半導体チップ６０３が搭載される側の面（表面）には、半導体チップ６０３のパッド電極６１３と対応するリード電極６１６が設けられている。パッド電極６１３とリード電極６１６はボンディングワイヤ６１７により接続される。インターポーザ基板６０２の背面側には、複数の端子電極６１８が設けられている。端子電極６１８は、半導体パッケージ６０１を適用する実装用の回路基板（基板１０２，２０２）と電気的な接続をするための端子であり、たとえば半田ボールが使用される。この端子電極６１８は、たとえば、電源、グランド（接地）、ミリ波無線伝送の対象とならない電気信号（たとえば半導体チップ６０３の制御信号）の入出力などの用途に使用される。
【０１０８】
インターポーザ基板６０２は、リード電極６１６およびボンディングワイヤ６１７を介して、半導体チップ６０３のパッド電極６１３と端子電極６１８を接続する。たとえば、リード電極６１６は、インターポーザ基板６０２内の配線パターンを介して端子電極６１８に接続される。
【０１０９】
なお、半導体チップ６０３とインターポーザ基板６０２を接続する方法は、ここで示したボンディングワイヤ６１７を用いて接続する方法に限らない。たとえば、その他には、リードフレームやフリップチップ接合による方法がある。フリップチップ接合による方法では、半導体チップ６０３の背面とインターポーザ基板６０２の表面に突起電極（バンプ：半田ボール）を設け、半導体チップ６０３をインターポーザ基板６０２に半田ボールを介して接合する方法である。
【０１１０】
半導体チップ６０３のミリ波無線伝送の対象となる信号線に関しては、ミリ波結合構造６０８と結合される。たとえば、半導体チップ６０３の電気回路の信号配線から延在させて高周波信号用の伝送線路７０６を設ける。伝送線路７０６は、半導体チップ６０３の回路配線と同一の工程で形成する。換言すると、伝送線路７０６は半導体チップ６０３と一体的に形成する。半導体チップ６０３は封止樹脂６０４（封止部材）で封止する。この封止樹脂６０４の半導体チップ６０３側（半導体チップ６０３との境界）または半導体チップ６０３とは反対側の表面には図示しない導体層を形成する。そして、封止樹脂６０４の伝送線路７０６と対応する位置にスロット構造を基本とするミリ波結合構造６０８を形成する。
【０１１１】
つまり、本構成は、半導体チップ６０３を封止する封止樹脂６０４を利用して伝送線路７０６と対応する位置にスロット構造を基本とするミリ波結合構造６０８を形成するというものである。ミリ波結合構造６０８において高周波信号が電磁結合することによりミリ波結合構造６０８の伝送線路７０６とミリ波結合構造６０８との間で高周波信号（に基づく電磁波）を伝送する仕組みが実現される。ミリ波結合構造６０８の詳細については後述する。
【０１１２】
インターポーザ基板６０２上の半導体チップ６０３およびミリ波結合構造６０８の部分を含むパッケージ構成要素は、絶縁部材の一例となる封止樹脂６０４で覆われて絶縁（封止）される。
【０１１３】
封止樹脂６０４のミリ波結合構造６０８と対応する部分の表面には伝送線路６３２が形成されており、さらに、伝送線路６３２と接続されたアンテナ構造６３６も形成されている。伝送線路６３２はミリ波信号をアンテナ構造６３６側に伝送する機能を持ち、アンテナ構造６３６はミリ波を電磁信号（無線）で放射する機能を持つ。
【０１１４】
アンテナ構造６３６は、典型例としては、封止樹脂６０４の表面に、予め決められた形状で導体（金属）のパターンを形成することでアンテナを構成することが考えられる。たとえば、パッチアンテナや逆Ｆアンテナなどが代表例である。たとえば、封止樹脂６０４の表面にメッキする、導体板を張り付けてエッチングする、金属パターンが形成されたシールを貼るなどが、封止樹脂６０４の表面へのアンテナパターンの形成方法として考えられる。また、これに限らず、たとえば、スロット結合を利用するなど導波構造にすることもできる。つまり、小型アパーチャ結合素子（スロットアンテナなど）の適用によるアンテナ構造６３６を導波路の結合部位として機能させると言うことである。これらアンテナ構造６３６の詳細については後述する。
【０１１５】
封止樹脂６０４には、たとえば、エポキシ樹脂が使用される。たとえば、インターポーザ基板６０２上に実装された半導体チップ６０３やボンディングワイヤ６１７は、封止樹脂６０４で封止される。封止樹脂６０４は誘電体素材であり、その本来の封止目的は、主に、パッケージ内部の半導体チップ６０３とボンディングワイヤ６１７による配線を保護するためである。
【０１１６】
本実施形態では、封止樹脂６０４は、この本来の目的の他、ミリ波結合構造６０８における電磁結合によるミリ波伝送媒体としても機能する。たとえば、本例のミリ波結合構造６０８は、半導体チップ６０３と、封止樹脂６０４上に設けられた伝送線路６３２と、半導体チップ６０３と伝送線路６３２との間に形成される封止樹脂６０４がなすミリ波伝送媒体６３４で構成される。半導体チップ６０３と封止樹脂６０４の表面の伝送線路６３２でミリ波結合構造６０８を構成し、封止樹脂６０４で形成されるミリ波結合構造６０８の一部をなすミリ波伝送媒体６３４を介して封止樹脂６０４間をミリ波伝送する構成になっている。
【０１１７】
ミリ波信号により無線伝送を行なう半導体チップ６０３を封止樹脂６０４で封止した半導体パッケージ６０１は、半導体チップ６０３上と封止樹脂６０４の表面とにミリ波信号を電磁結合するミリ波結合構造６０８を具備するものとなっている。そして、この半導体パッケージ６０１は、封止樹脂６０４の表面において、予め決められた形状のパターンを有するアンテナ構造６３６が形成されたものとなっている。
【０１１８】
このように、本実施形態の半導体パッケージ６０１は、半導体チップ６０３のミリ波信号伝送対象の端子上と封止樹脂６０４の表面との間にミリ波結合構造６０８（高周波結合構造）を具備するとともに、封止樹脂６０４の表面に導体のアンテナ構造６３６を備えている。ミリ波結合構造６０８の半導体チップ６０３と伝送線路６３２との間におけるミリ波伝送媒体６３４の部分に形成される電磁結合により、半導体チップ６０３と伝送線路６３２との間でミリ波を伝送し、アンテナ構造６３６においてミリ波を放射する。
【０１１９】
本実施形態の半導体パッケージ６０１によれば、半導体パッケージ６０１の端子電極６１８の一部が、ミリ波結合構造６０８に置き換えられることになる。その結果、端子電極６１８を削減できるようになる。
【０１２０】
加えて、半導体パッケージ６０１は、前述のようなミリ波結合構造６０８を採ることで、半導体チップ６０３の周辺に特別な構造を持つことなく、パッケージ（封止樹脂６０４）の表面にアンテナ構造６３６を形成することができ、パッケージの小型化を実現することができる。また、汎用工程を適用できるし、封止樹脂６０４による信頼性の向上を実現することもできる。
【０１２１】
すなわち、本実施形態のミリ波結合構造６０８は封止樹脂６０４と一体的であり、各種の構造要素がチップの外側にある特許文献１，２とは異なり、パッケージサイズが大きくなると言うことはない。また、半導体チップ６０３のミリ波信号伝送対象の端子上と封止樹脂６０４の表面との間に封止樹脂６０４を利用したミリ波伝送媒体６３４を介在させてミリ波結合構造６０８を構成するものであり、特許文献１の仕組み比べると構造が簡易であり、低コストで実現できる利点がある。ワイヤやビアを介した多層構造によりミリ波信号を伝送するというものでもないので、特許文献１の仕組みと比べると伝送特性が劣化する虞れもないと言える。
【０１２２】
本実施形態の半導体パッケージ６０１のアンテナ構造６３６は、基板上に形成されるものではなく封止樹脂６０４の表面に形成されるものであるから、パッケージ製造後にアンテナパターンを変更することができる。たとえば、封止樹脂６０４の表面にメッキする場合や導体板を張り付けてエッチングする場合は特許文献１と同様の問題があり得るが、金属パターンが形成されたシールを貼る場合は、そのシールの貼替えでアンテナパターンを変更できる。
【０１２３】
＜ミリ波結合構造：第１実施形態＞
図３〜図３Ｄは、半導体パッケージ６０１（特にミリ波結合構造６０８）の第１実施形態を説明する図である。図３は、第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａの構造図であり、図３（１）は平面透視図であり、図３（２）はＸ３−Ｘ３矢視断面図である。図３Ａは、第１実施形態の半導体パッケージ６０１（ミリ波結合構造６０８Ａ）の製法例を説明する図である。図３Ｂは、ミリ波結合構造６０８Ａの寸法例を説明する図である。図３Ｃは、図３Ｂの寸法例の場合のシミュレーション特性を説明する図である。図３Ｄは、第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａに使用されるアンテナ構造６３６（アンテナパターン６４６）の構成例を説明する図である。
【０１２４】
伝送路結合部１０８，２０８として機能する第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａは、封止樹脂６０４と半導体チップ６０３Ａとの間に形成したスロット構造の導体パターンと半導体チップ６０３Ａの表面に形成したマイクロストリップラインとを主要部として構成されている。半導体チップ６０３Ａの上層側に設けられている誘電体層の内部に形成された伝送線路６３２がスロット構造のミリ波伝送媒体６３４を介して封止樹脂６０４の表面に形成されたアンテナ構造６３６をなすアンテナパターンと結合されるようになっている。
【０１２５】
［構造］
具体的には、シリコン層７００（半導体層）上に厚さｄの誘電体層７０２が形成されている。誘電体層７０２は、たとえば、酸化膜により形成される。誘電体層７０２の表面には導体層７０４が形成されており、導体層７０４を覆うように封止樹脂６０４が形成されている。
【０１２６】
導体層７０４の一部にはスロットパターン構造７１０Ａが形成されている。図３（２）中のシリコン層７００から導体層７０４までが半導体チップ６０３Ａである。誘電体層７０２内のシリコン層７００側から厚さｄ１の部分に図示しない信号配線から延在した伝送線路７０６（高周波信号の伝送線路）が内挿されている。つまり、半導体チップ６０３Ａの表面側に設けられた誘電体層７０２の内部に伝送線路６３２が形成されている。
【０１２７】
スロットパターン構造７１０Ａは、導体層７０４に形成された開口部７１２とその開口部７１２で囲まれ並列に配置された長尺状の導体パターン７１４，７１６で構成されている。誘電体層７０２には、伝送線路７０６の端部と電気的に接続されるバイアホール７０８が形成され、誘電体層７０２の表面に形成されたスロットパターン構造７１０Ａの導体パターン７１４がこのバイアホール７０８と電気的に接続されている。これらの誘電体層７０２やスロットパターン構造７１０Ａの各導体パターン７１４．７１６の形成手法は、ＣＭＯＳ構成の半導体チップ６０３Ａをなすシリコン層７００上に回路配線用の導体パターンを形成するプロセス（メタル配線工程）と同様でよく、回路配線用の導体パターンと同時に形成される。
【０１２８】
半導体チップ６０３Ａ（導体層７０４）の上層には封止樹脂６０４が形成され、封止樹脂６０４の表面には伝送線路６３２が形成され、この伝送線路６３２は図示しないアンテナ構造６３６と接続される。
【０１２９】
封止樹脂６０４は、先にも説明したが、一般的には、ボンディングワイヤ６１７の固定やチップ信頼性の向上目的に適用されるが、本構成では、さらに、ミリ波結合構造６０８Ａの部分では、電磁波を伝送する機能も持つ。
【０１３０】
たとえば、封止樹脂６０４には、エポキシ樹脂が使用される。たとえば、インターポーザ基板６０２上に実装された半導体チップ６０３Ａやボンディングワイヤ６１７は、封止樹脂６０４で封止される。封止樹脂６０４は誘電体素材であり、その本来の封止目的は、主に、パッケージ内部の半導体チップ６０３Ａとボンディングワイヤ６１７による配線を保護するためである。
【０１３１】
本実施形態では、封止樹脂６０４は、この本来の目的の他、ミリ波結合構造６０８Ａにおける電磁結合によるミリ波伝送媒体としても機能する。たとえば、本例のミリ波結合構造６０８Ａは、半導体チップ６０３Ａと、封止樹脂６０４上に設けられた伝送線路６３２と、半導体チップ６０３Ａと伝送線路６３２との間に形成される封止樹脂６０４がなすミリ波伝送媒体６３４で構成される。半導体チップ６０３Ａと封止樹脂６０４の表面の伝送線路６３２でミリ波結合構造６０８Ａを構成し、封止樹脂６０４で形成されるミリ波結合構造６０８Ａの一部をなすミリ波伝送媒体６３４を介して封止樹脂６０４間をミリ波伝送する構成になっている。
【０１３２】
このようなミリ波結合構造６０８Ａでは、先ず、誘電体層７０２、導体層７０４、伝送線路７０６は、ＣＭＯＳプロセスによるストリップライン伝送路を形成するようになる。バイアホール７０８、導体パターン７１４，７１６は、ＣＭＯＳプロセスにより形成され、導体パターン７１４はバイアホール７０８によって伝送線路７０６と接続される。
【０１３３】
導体層７０４、封止樹脂６０４、伝送線路６３２は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）を構成する。前述のように、伝送線路６３２は、図示しないアンテナ構造６３６（この例では後述するアンテナパターン６４６）と接続される。
【０１３４】
本構成の最大の特徴部分であるスロットパターン構造７１０Ａは、電磁波を放射する。すなわち、このような構造のミリ波結合構造６０８Ａでは、ミリ波信号は、半導体チップ１０３の信号配線と電気的に接続された伝送線路７０６と、封止樹脂６０４の表面に形成された伝送線路６３２が、両者の間の封止樹脂６０４に形成されるミリ波伝送媒体６３４により、スロットパターン構造７１０Ａを介して電磁結合するようになる。スロットパターン構造７１０Ａを構成する導体パターン７１４と導体パターン７１６によりスロットパターン構造７１０Ａの電磁波は強められるとともに広帯域を実現する。
【０１３５】
なお、スロットパターン構造７１０Ａのメカニズムについての詳細は説明を割愛するが、たとえば、下記の参考文献Ａを参照するとよい。
【０１３６】
参考文献Ａ：Deal, W.R.; Radisic, V.; Yongxi Qian; Itoh, T.、“A broadband microstrip-fed slot antenna”、Technologies for Wireless Applications、 1999. Digest. 1999 IEEE MTT-S Symposium on Date: 21-24 Feb 1999、p.209-212
【０１３７】
［製法］
第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａを製造するに当たっては、たとえば、図３Ａに示す例をとることができる。
【０１３８】
具体的には、シリコン層７００上に誘電体層７０２ａを厚さｄ１の部分まで形成し、その上層に伝送線路７０６を形成してから（図３Ａ（１））、誘電体層７０２ａと同じ材質の誘電体層７０２ｂを形成する。
【０１３９】
この後、誘電体層７０２の伝送線路７０６の端部と対応する部分にバイアホール７０８を形成し、その後、誘電体層７０２（７０２ｂ）の全面に導体層７０４をなす導体パターンを形成してからスロットパターン構造７１０Ａをなす開口部７１２をエッチングで取り除くことで導体パターン７１４，７１６を形成する（図３Ａ（２））。
【０１４０】
この導体層７０４やスロットパターン構造７１０Ａの各導体パターン７１４．７１６の形成手法は、ＣＭＯＳ構成の半導体チップ６０３Ａをなすシリコン層７００上に回路配線用の導体パターンを形成するプロセス（メタル配線工程）と同時でよく、回路配線用の導体パターンと一体的に形成できる利点がある。
【０１４１】
ただし、後述する寸法例を参照すると分かるように、ＣＭＯＳプロセスの配線ルール（たとえば数１０μｍ）と比べるとスロットパターン構造７１０Ａの導体パターン７１４，７１６の幅が広く（寸法差が大きく）、このことに起因する製法上の難点が出てくることが懸念される。
【０１４２】
この後、導体層７０４（スロットパターン構造７１０Ａ）の全面を覆うように封止樹脂６０４で封止し、その後、封止樹脂６０４の表面に、伝送線路６３２や図示しないアンテナ構造６３６を形成する（図３Ａ（３））。伝送線路６３２は、たとえば、アンテナ構造６３６（アンテナパターン６４６）と一体的に、メッキ（蒸着）、導体板貼付けの後のエッチング、パターン形成されたシールを貼る、などの方法により形成する。前述のように、金属パターンが形成されたシールを貼る場合は、そのシールの貼替えでアンテナパターンを変更できる利点がある。
【０１４３】
［寸法例］
図３Ｂには、図３に示したミリ波結合構造６０８Ａの寸法例が示されている。シリコン層７００は、厚さが１００μｍ、誘電率は１１．７である。誘電体層７０２は、厚さｄが９μｍ、誘電率は３．５である。伝送線路７０６は、その線路厚が１μｍであり線路幅は７．５μｍである。導体層７０４は厚さが１μｍである。誘電体層７０２、導体層７０４、伝送線路７０６で構成されるストリップライン伝送路の特性インピーダンスが５０Ωとなるようにする。
【０１４４】
スロットパターン構造７１０Ａの導体パターン７１４，７１６は、その導体厚が１μｍであり、横幅は８０μｍであり縦幅（長さ）は３８０μｍであり、長尺状の導体パターンとなっている。スロットパターン構造７１０Ａの開口部７１２は、全幅が４３０μｍであり、縦幅（長さ）が６１０μｍであり隙間幅（導体パターン７１４，７１６の間隔など）が９０μｍである。
【０１４５】
伝送線路７０６と導体パターン７１４を電気的に接続するバイアホール７０８は、ビア径が７．５μｍである。
【０１４６】
封止樹脂６０４は、その誘電体厚が１００μｍであり、誘電率は４である。この封止樹脂６０４の表面に形成される伝送線路６３２は、線路厚が２０μｍであり、線路幅は１８５μｍである。導体層７０４、封止樹脂６０４、伝送線路６３２で構成されるマイクロストリップライン（ＭＳＬ）の特性インピーダンスは５０Ωとなるようにする。
【０１４７】
［シミュレーション特性例］
図３Ｃを参照して、図３Ｂに示した寸法例におけるミリ波結合構造６０８Ａのシミュレーション特性例について説明する。ここでは、図３Ｂに示したミリ波結合構造６０８Ａのシミュレーションモデルに与えられるポート１，２間の通過特性例および反射特性例を示している。
【０１４８】
反射特性Ｓ１１＜−１０ｄＢ，反射特性Ｓ２２＜−１０ｄＢを満たす帯域幅は２８．１ＧＨｚ（５４．６ＧＨｚ〜８２．７ＧＨｚ）が得られている。通過特性Ｓ２１，Ｓ１２の結合ロスは１．６ｄＢ〜４．０ｄＢ（３ｄＢ以内に収まる）である。
【０１４９】
因みに、通過特性Ｓ１１，Ｓ２２に着目すると、双方のピーク位置にズレがある。このことが帯域幅を広くしている要因とも考えられるが、一般的にはピーク位置にズレがない方が好ましい。このズレは、シリコン層７００の誘電率が１１．７で封止樹脂６０４の誘電率が４であり両者の誘電率の差が大きく、スロットパターン構造７１０Ａから伝送線路６３２側へ放射される電磁波の一部がシリコン層７００側へ向かう性質を持つことに起因すると考えられる。
【０１５０】
このピーク位置のズレを避けるには、たとえば封止樹脂６０４をなす誘電体素材にシリコンフィラーを含有させるなど、より誘電率の大きなものにすることが考えられる。ただし、その場合、ピーク位置のズレは避けられるが、逆に帯域幅が狭くなってしまうことが懸念される。したがって、ピーク位置のズレと帯域幅の両者のバランスを考慮して、封止樹脂６０４の部材（誘電率）を設定するのがよい。
【０１５１】
なお、封止樹脂６０４の材質（誘電率）は、導体層７０４、封止樹脂６０４とともに構成されるマイクロストリップライン（ＭＳＬ）の特性インピーダンスにも影響を与えるので、この点も考慮することが肝要となる。
【０１５２】
［アンテナ構造］
図３Ｄには、ミリ波結合構造６０８Ａに使用されるアンテナ構造６３６（アンテナパターン６４６）の構成例が示されている。何れも、封止樹脂６０４の表面に形成されている５０Ωの伝送線路６３２に対して、予め決められた形状の導体パターンを持つアンテナパターン６４６を封止樹脂６０４の表面に形成することでアンテナ構造６３６が構成されている。
【０１５３】
図３Ｄ（１）に示す第１例は、伝送線路６３２の端部をそのまま使用するマイクロストリップアンテナ６４７Ａである。この場合、共振構造を使用してアンテナとして機能させる。換言すると、マイクロストリップ線路をアンテナとしたものと言える。
【０１５４】
図３Ｄ（２）に示す第２例は、マイクロストリップアンテナ６４７Ａよりも電波の放射効率を向上させるべく、マイクロストリップアンテナ６４７Ａの線路部分（ストリップ部分）の横幅を広げた構造のパッチアンテナ６４７Ｂである。なお、ここで示している例は、パッチの形状が四角形（方形）であるが、これに限らず、円形やその他の形状にしてもよい。
【０１５５】
図３Ｄ（３）に示す第３例は、平面型の逆Ｆアンテナ６４７Ｃである。給電線路６４７Ｃａが伝送線路６３２と接続され、短絡線路６４７Ｃｂは封止樹脂６０４の下部（半導体チップ６０３Ａの表面に形成される導体層７０４でなるグランドプレーンと接続される。
【０１５６】
図３Ｄ（４）に示す第４例は、差動アンテナ６４７Ｄであり、位相器６４７Ｄａとダイポールアンテナ６４７Ｄｂの組合せで構成されている。位相器６４７Ｄａは、線路長の異なる位相器６４７Ｄａ_1，６４７Ｄａ_2を具備する。位相器６４７Ｄａ_1，６４７Ｄａ_2の接続点が伝送線路６３２と接続される。位相器６４７Ｄａ_1の他端がダイポールアンテナ６４７Ｄｂの一方のエレメント６４７Ｄｂ_1と接続され、位相器６４７Ｄａ_2の他端がダイポールアンテナ６４７Ｄｂの他方のエレメント６４７Ｄｂ_2と接続される。差動アンテナ６４７Ｄは、位相器６４７Ｄａ_1，６４７Ｄａ_2の線路長の相違により各他端での位相差が１８０度となるようにされている。
【０１５７】
＜ミリ波結合構造：第２実施形態＞
図４は、半導体パッケージ６０１（特にミリ波結合構造６０８）の第２実施形態を説明する図である。図４は、第２実施形態のミリ波結合構造６０８Ｂの構造図と製法を説明する図となっている。図４（１）はスロットパターン構造７１０Ａの部分に着目した平面図であり、図４（２）は、スロットパターン構造７１０ＡのＸ３−Ｘ３矢視断面図である。図４（３）は、半導体チップ６０３Ｂの図４（１）に示すＸ３−Ｘ３矢視と対応する位置の断面図である。
【０１５８】
［構造＆製法］
第２実施形態のミリ波結合構造６０８Ｂは、第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａに対する変形例であり、スロットパターン構造７１０Ｂの部分を半導体チップ６０３Ｂと別体して形成し、その後に、両者を一体化してから封止樹脂６０４や伝送線路６３２、アンテナ構造６３６の形成を行なう形態のものである。
【０１５９】
第２実施形態のミリ波結合構造６０８Ｂは、第１実施形態のミリ波結合構造６０８を半導体チップ６０３Ｂと分離した構造であり、完成品の状態では、第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａと殆ど相違ないが、途中の段階では、図４（１）〜図４（３）に示すように、半導体チップ６０３Ｂとスロットパターン構造７１０Ｂを主要部とするミリ波結合構造６０８Ｂの部分が別体であると言う点に特徴がある。半導体チップ６０３Ｂとミリ波結合構造６０８Ｂ（スロットパターン構造７１０Ｂ）の各部分を別体で用意しておき、半導体上の端子と接合して積載構成にすると言うことである。こうすることで、第１実施形態のミリ波結合構造６０８Ａの製法で説明したようなＣＭＯＳプロセスの配線ルール（たとえば数１０μｍ）とスロットパターン構造７１０Ａの導体パターン７１４，７１６の寸法差に起因する製法上の難点から解放される利点が得られる。
【０１６０】
スロットパターン構造７１０Ｂを主要部とするミリ波結合構造６０８Ｂは、図４（１）、図４（２）に示すように、概ね第１実施形態のスロットパターン構造７１０Ａと同様の構造をなしている。相違点は、別体で形成した後で半導体チップ６０３Ｂとの電気的な接続をとるための対処構造が設けられていることにある。
【０１６１】
具体的には、第１実施形態の誘電体層７０２ｂと対応する厚さｄ２の誘電体層７０３がスロットパターン構造７１０Ｂのベース材として設けられ、誘電体層７０３上に導体層７０４が形成され、その一部にスロットパターン構造７１０Ａをなす開口部７１２、導体パターン７１４，７１６が形成されている。導体パターン７１４にはバイアホール７０８が形成されている。導体パターン７１４と接続されたバイアホール７０８の半導体チップ６０３Ａ側には、ミリ波伝送端子７０９が形成されている。スロットパターン構造７１０Ａ（ミリ波伝送端子７０９を含む）は、ＣＭＯＳプロセスにより形成してもよいし、誘電体層７０３をなす誘電体素材で構成された基板に構成してもよい。
【０１６２】
図４（３）に示すように、半導体チップ６０３Ｂは、シリコン層７００上に厚さｄ１の誘電体層７０２が形成されている。誘電体層７０２は、たとえば、酸化膜により形成される。誘電体層７０２の表面には伝送線路７０６が形成されている。図４（３）中のシリコン層７００から伝送線路７０６までが半導体チップ６０３Ｂである。
【０１６３】
伝送線路７０６の端部に、ミリ波伝送端子７０９と対応するミリ波伝送端子７０７が形成されている。ミリ波伝送端子７０７は、半導体チップ６０３Ｂに形成される他の配線パターンの形成と同時にＣＭＯＳプロセスにより形成する。
【０１６４】
半導体チップ６０３Ｂ上のミリ波伝送端子７０７と、ミリ波結合構造６０８Ｂの底面に設けたミリ波伝送端子７０９とを接合することで伝送線路７０６とバイアホール７０８および導体パターン７１４を電気的に接続する。ミリ波伝送端子７０７とミリ波伝送端子７０９の接合は、たとえば、半田ボール方式や金接合方式を採用するとよい。半導体チップ６０３Ｂとミリ波結合構造６０８Ｂを一体化した状態では、第１実施形態の製法における図３Ａ（２）の状態と同じである。
【０１６５】
図示しないが、半導体チップ６０３Ｂとミリ波結合構造６０８Ｂを一体化した後には、第１実施形態の製法（図３Ａ（３））と同様に、導体層７０４（スロットパターン構造７１０Ｂ）の全面を覆うように封止樹脂６０４で封止し、その後、封止樹脂６０４の表面に、伝送線路６３２やアンテナ構造６３６を形成する。
【０１６６】
このように、ミリ波結合構造６０８Ｂと半導体チップ６０３Ｂを別体構成にした第２実施形態の仕組みによれば、ミリ波結合構造６０８Ｂのサイズや形成プロセスが半導体チップ６０３Ｂに依存しないという利点が得られる。
【０１６７】
＜ミリ波結合構造：第３実施形態＞
図５〜図５Ａは、半導体パッケージ６０１（特にミリ波結合構造６０８）の第３実施形態を説明する図である。図５は、第３実施形態のミリ波結合構造６０８Ｃの構造図であり、図５（１）は平面透視図であり、図５（２）はＸ３−Ｘ３矢視断面図である。図５Ａは、第３実施形態の半導体パッケージ（ミリ波結合構造６０８Ｃ）の製法例を説明する図である。
【０１６８】
第３実施形態のミリ波結合構造６０８Ｃは、封止樹脂６０４の表面には伝送線路６３２やアンテナパターン６４６を備えず、封止樹脂６０４の表面に形成されたスロットパターン構造７１０Ｃそのものがアンテナとして機能して電磁波を直接に放射する点に特徴がある。構造としては、半導体チップ６０３Ｃの表面部分にストリップライン伝送路が形成され、封止樹脂６０４の表面に導体層７０４を形成して、その一部に開口部７１２を形成してスロットパターン構造７１０Ｃを構成しているものである。
【０１６９】
［構造］
具体的には、シリコン層７００上に薄い（第１実施形態の導体層７０４と同程度の厚さの）導体層７０１が形成され、その上層に厚さｄ３の誘電体層７０２が形成されている。誘電体層７０２は、たとえば、酸化膜により形成される。誘電体層７０２の表面には図示しない信号配線から延在した伝送線路７０６が形成されている。図５（２）中のシリコン層７００から伝送線路７０６までが半導体チップ６０３Ｃである。
【０１７０】
誘電体層７０２および伝送線路７０６を覆うように封止樹脂６０４が形成されている。そして、封止樹脂６０４の表面のスロットパターン構造７１０Ｃをなす領域部分には導体層７０４が形成されている。導体層７０４の一部にはスロットパターン構造７１０Ｃが形成されている。
【０１７１】
スロットパターン構造７１０Ｃは、導体層７０４に形成された開口部７１２で構成されている。これらの導体層７０１や誘電体層７０２やスロットパターン構造７１０Ｃをなす導体層７０４の形成手法は、ＣＭＯＳ構成の半導体チップ６０３Ｃをなすシリコン層７００上に回路配線用の導体パターンを形成するプロセス（メタル配線工程）と同様でよく、回路配線用の導体パターンと同時に形成される。
【０１７２】
封止樹脂６０４は、先にも説明したが、一般的には、ボンディングワイヤ６１７の固定やチップ信頼性の向上目的に適用されるが、本構成では、さらに、ミリ波結合構造６０８Ｃ（スロットパターン構造７１０Ｃ）の部分では、電磁波を伝送し放射する機能も持つ。
【０１７３】
このようなミリ波結合構造６０８Ｃでは、先ず、導体層７０１、誘電体層７０２、伝送線路７０６は、ＣＭＯＳプロセスによるストリップライン伝送路を形成するようになる。
【０１７４】
本構成の最大の特徴部分であるスロットパターン構造７１０Ｃは、電磁波を放射する。すなわち、このような構造のミリ波結合構造６０８Ｃでは、ミリ波信号は、半導体チップ１０３の信号配線と電気的に接続された伝送線路７０６と、スロットパターン構造７１０Ｃの開口部７１２が、両者の間の封止樹脂６０４に形成されるミリ波伝送媒体６３４により電磁結合するようになる。これによって、ミリ波伝送媒体６３４を伝送したミリ波が開口部７１２から電磁波となって放射される。つまり、スロットパターン構造７１０Ｃ（開口部７１２）はアンテナとして電磁波を放射するようになる。
【０１７５】
［製法］
第２実施形態のミリ波結合構造６０８Ｃを製造するに当たっては、たとえば、図５Ａに示す例をとることができる。
【０１７６】
具体的には、シリコン層７００上に導体層７０１を形成し（図５Ａ（１））、その上層に厚さｄの誘電体層７０２を形成し、その上層に伝送線路７０６を形成する（図５Ａ（２））。
【０１７７】
この導体層７０１や伝送線路７０６の形成手法は、ＣＭＯＳ構成の半導体チップ６０３Ａをなすシリコン層７００上に回路配線用の導体パターンを形成するプロセス（メタル配線工程）と同時でよく、回路配線用の導体パターンと一体的に形成できる利点がある。
【０１７８】
この後、誘電体層７０２と伝送線路７０６の全面を覆うように封止樹脂６０４で封止し、その後、封止樹脂６０４の表面に導体層７０４を形成してからスロットパターン構造７１０Ｃをなす開口部７１２をエッチングで取り除く（図５Ａ（３））。
【０１７９】
スロットパターン構造７１０Ｃをなす開口部７１２が形成された導体層７０４は、たとえば、メッキ（蒸着）、導体板貼付けの後のエッチング、パターン形成されたシールを貼る、などの方法により形成する。前述のように、金属パターンが形成されたシールを貼る場合は、そのシールの貼替えでアンテナパターン（本例の場合は開口部７１２のパターン）を変更できる利点がある。
【０１８０】
＜無線伝送システム：第１実施形態＞
図６は、無線伝送システム１の第１実施形態を説明する図である。図６（１）は、平面透視図であり、図６（２）は、Ｘ３−Ｘ３矢視断面図である。
【０１８１】
第１実施形態の無線伝送システム１Ａは、前述のミリ波結合構造６０８を持つ半導体パッケージ６０１を利用して無線伝送システム１を構成する第１例であり、複数の半導体パッケージ６０１間でのミリ波無線伝送への適用例である。半導体パッケージ６０１間のミリ波信号伝送路９は一例として、空洞または誘電体伝送路などの導波構造（ミリ波閉込め構造）のものとする。スロットパターン構造７１０を介して空洞または誘電体伝送路（誘電体のミリ波伝送路）に対してミリ波を結合し、半導体パッケージ６０１間でデータ伝送を行なうシステム構成である。
【０１８２】
２つの半導体パッケージ６０１_1，６０１_2が図示しない回路基板上に水平方向にズレて搭載される。半導体パッケージ６０１_1，６０１_2としては、ここでは第３実施形態のミリ波結合構造６０８Ｃが適用されているものを使用する。
【０１８３】
半導体パッケージ６０１_1，６０１_2に橋を架けるようにミリ波信号伝送路９が取り付けられている。ミリ波信号伝送路９は、外周が遮蔽材で構成され内部が空洞のものでもよいし、誘電体素材で構成された誘電体伝送路９Ａでもよい。
【０１８４】
ミリ波信号伝送路９の両端は、電磁気学的にオープンまたはショートとなるように、伝送路の構造を作ることが好ましい。たとえば、ミリ波結合構造６０８Ｃの端面に導体を形成し、ミリ波結合構造６０８Ｃ（の中心）からのミリ波信号伝送路９の端面までの位置をオープンまたはショートとなるような位置に設定することが、その一例である。
【０１８５】
オープンとすれば、端部から漏れ出るミリ波が問題となり得るが、ミリ波信号伝送路９内での定在波の形成を防止できる効果が得られる、一方、ショートとすれば、定在波の形成が懸念されるが、反射効果により感度を向上できる利点が得られる。
【０１８６】
このような構成の無線伝送システム１Ａでは、半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の各ミリ波結合構造６０８Ｃ（スロットパターン構造７１０Ｃ）を介してミリ波信号がミリ波信号伝送路９に結合される。これによって、各々のミリ波結合構造６０８Ｃが並設された半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の間で、ミリ波信号伝送路９を介して、相互にデータ伝送するようになる。
【０１８７】
なお、ミリ波信号伝送路９の送信側と受信側に反射器を各々実装することで、ミリ波結合構造６０８Ｃによりミリ波信号伝送路９側へ放射されたミリ波の進行方向がミリ波信号伝送路９の延在方向に変換されるようにするとよい。この場合、一方の半導体パッケージ６０１_1のミリ波結合構造６０８Ｃにより放射されたミリ波（電磁波）がミリ波信号伝送路９の厚み方向に進行する。その後、送信側の反射器で反射して、電磁波がミリ波信号伝送路９の延在方向に進行し、さらに、受信側の反射器で反射して、他方の半導体パッケージ６０１_2のミリ波結合構造６０８Ｃに至るようになる。
【０１８８】
＜無線伝送システム：第２実施形態＞
図７は、無線伝送システム１の第２実施形態を説明する図である。図７（１）は、平面透視図であり、図７（２）は、Ｘ３−Ｘ３矢視断面図である。
【０１８９】
第２実施形態の無線伝送システム１Ｂは、前述のミリ波結合構造６０８を持つ半導体パッケージ６０１を利用して無線伝送システム１を構成する第２例であり、第１実施形態と同様に、複数の半導体パッケージ６０１間でのミリ波無線伝送への適用例である。金属体８００の内部に半導体パッケージ６０１間のミリ波信号伝送路９を構成する点が第１実施形態の無線伝送システム１Ａと異なる。
【０１９０】
２つの半導体パッケージ６０１_1，６０１_2が図示しない回路基板上に水平方向にズレて搭載される。半導体パッケージ６０１_1，６０１_2としては、ここでは第３実施形態のミリ波結合構造６０８Ｃが適用されているものを使用する。
【０１９１】
半導体パッケージ６０１_1，６０１_2に橋を架けるように金属体８００が取り付けられている。金属体８００としては、たとえばシャーシ（筐体の金属材）や放熱板を使用することができる。たとえば、回路基板上の２つの半導体パッケージ６０１_1，６０１_2を互いに表面がシャーシに接するように配置する。金属材で構成された筐体は、たとえば、デジタル記録再生装置や、地上波テレビ受像機、携帯電話機、ゲーム機、コンピュータ、通信装置などのセットボックス（ケース）である。放熱板は、半導体パッケージ６０１_1，６０１_2そのものを放熱することが本来の目的のものである。何れの場合も、金属体８００は、半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の放熱を行なう機能を持つが、第２実施形態では、さらに、ミリ波信号伝送路９をその内部に備えるようにする。
【０１９２】
具体的には、図示のように、金属体８００の内部に、導波管構造のミリ波信号伝送路９を構成するように空洞が形成されている。ミリ波信号伝送路９の両端は、第１実施形態と同様に、電磁気学的にオープンまたはショートとなるように、伝送路の構造を作ることが好ましい。また、第１実施形態と同様に、ミリ波信号伝送路９の送信側と受信側に反射器を各々実装することで、ミリ波結合構造６０８Ｃによりミリ波信号伝送路９側へ放射されたミリ波の進行方向がミリ波信号伝送路９の延在方向に変換されるようにするとよい。
【０１９３】
半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の封止樹脂６０４の表面に形成された導体層７０４と金属体８００が、双方の平面を介して配置（密着）される。これによって、ミリ波の漏洩を防ぐことができるとともに、放熱性を高くする効果が得られる。
【０１９４】
このような構成の無線伝送システム１Ｂでも、第１実施形態と同様に、半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の各ミリ波結合構造６０８Ｃ（スロットパターン構造７１０Ｃ）を介してミリ波信号がミリ波信号伝送路９に結合される。これによって、各々のミリ波結合構造６０８Ｃが並設された半導体パッケージ６０１_1，６０１_2の間で、ミリ波信号伝送路９を介して、相互にデータ伝送するようになる。
【０１９５】
［変形例］
第１および第２実施形態で説明した無線伝送システム１Ａ，１Ｂは、複数の半導体パッケージ６０１を同一の回路基板上に並設した場合での適用例であるが、並設の形態での適用に限定されるものではない。図示しないが、複数の半導体パッケージ６０１を概ね同一軸上に積層配置した状態や複数の半導体パッケージ６０１が搭載されている回路基板を半導体チップ６０３同士が対向するように配置した状態でミリ波伝送を行なうような形態でもよい。本出願人は、半導体パッケージ間のミリ波無線伝送に係る出願（特願２００９−１６４５０６号）をしており、当該出願における半導体パッケージを本実施形態の半導体パッケージに置き換えたシステム構成にすることができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１…無線伝送システム、９…ミリ波信号伝送路、１００…第１通信装置、１０３，２０３…半導体チップ、１０４，２０４…ＬＳＩ機能部、１０７，２０７…信号生成部、１０８，２０８…伝送路結合部、１２０，２２０…受信側信号生成部、２００…第２通信装置、６０１…半導体パッケージ、６０２…インターポーザ基板、６０３…半導体チップ、６０４…封止樹脂、６０８…ミリ波結合構造、６３２…伝送線路、６３４…ミリ波伝送媒体、６３６…アンテナ構造、７００…シリコン層、７０１，７０４…導体層、７０２，７０３…誘電体層、７０６…伝送線路、７１０…スロットパターン構造、７１２…開口部、７１４，７１６…導体パターン、８００…金属体
【図１】
0005446718.tif 000002
【図２】
0005446718.tif 000003
【図３】
0005446718.tif 000004
【図３Ａ】
0005446718.tif 000005
【図３Ｂ】
0005446718.tif 000006
【図３Ｃ】
0005446718.tif 000007
【図３Ｄ】
0005446718.tif 000008
【図４】
0005446718.tif 000009
【図５】
0005446718.tif 000010
【図５Ａ】
0005446718.tif 000011
【図６】
0005446718.tif 000012
【図７】
0005446718.tif 000013