(57)【要約】  非接触通信システムは、第１チップを含む装置と、第２チップを含む装置との間で非接触通信を実現する。第１チップは送信回路と送信アンテナとを備えている。送信回路はパラレルデータを差動信号へ変換する。送信アンテナはその差動信号を第２チップへ送る。第２チップは受信アンテナと受信回路とを備えている。受信アンテナは送信アンテナから差動信号を受ける。受信回路はその差動信号をパラレルデータへ変換する。送信アンテナと受信アンテナとのそれぞれは、少なくとも２本のアンテナ素子、第１接続端、第２接続端、第１分岐部、及び第２分岐部を含む。各アンテナ素子はチップ上の配線によって形成されている。第１接続端と第２接続端とはチップ上の回路に接続されている。第１分岐部はアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端へ接続している。第２分岐部はアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して第２接続端へ接続している。
2014045518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記チップ上の回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を備えたアンテナ。
【請求項２】
前記少なくとも２本のアンテナ素子は同心のループ形状であり、互いに並行している、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記ループ形状は実質的に方形であり、前記方形の角では配線が９０度よりも大きい角度で少なくとも２回折れ曲がっている、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記ループ形状は等間隔の螺旋である、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記少なくとも２本のアンテナ素子は等間隔に配置されている、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１分岐部と前記第２分岐部とのそれぞれにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子は９０度よりも小さい角度で交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１分岐部と前記第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が真っ直ぐに延びており、別の１本が前記１本に対して斜めに交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１分岐部と前記第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、前記チップ上の１本の配線に対して同じ角度で交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記チップが第１配線層と第２配線層とを含み、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、
前記第１配線層に属する第１部分、
前記第２配線層に属する第２部分、及び、
前記第１部分と前記第２部分との間を接続する少なくとも２本のビア、
を含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記チップが第１配線層と第２配線層とを含み、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が前記第１配線層に属し、別の１本が前記第２配線層に属し、
前記第１分岐部と前記第２分岐部とのそれぞれが、前記第１配線層と前記第２配線層との間を接続するビアを含む、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、及び、
チップ上に形成され、前記差動信号を別のチップへ送る送信アンテナ、
を備えた送信装置であり、
前記送信アンテナは、
前記チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有する送信装置。
【請求項１２】
チップ上に形成され、別のチップから差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記差動信号をパラレルデータへ変換する受信回路、
を備えた受信装置であり、
前記受信アンテナは、
前記チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記受信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有する受信装置。
【請求項１３】
第１チップと第２チップとが積層された三次元集積回路であり、
前記第１チップ上に形成され、パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、
前記第１チップ上に形成され、前記差動信号を前記第２チップへ送る送信アンテナ、
前記第２チップ上に形成され、前記送信アンテナから前記差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記第２チップ上に形成され、前記差動信号を前記パラレルデータへ変換する受信回路、
を備え、
前記送信アンテナは、
前記第１チップ上の配線によって形成された第１アンテナ素子と第２アンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有し、
前記受信アンテナは、
前記第２チップ上の配線によって形成された第３アンテナ素子と第４アンテナ素子、
前記受信回路に接続された第３接続端と第４接続端、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第３接続端へ接続する第３分岐部、及び、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第４接続端へ接続する第４分岐部、
を有する三次元集積回路。
【請求項１４】
第１チップを含む装置と、第２チップを含む装置との間で非接触通信を実現するシステムであり、
前記第１チップは、
パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、及び、
前記差動信号を前記第２チップへ送る送信アンテナ、
を備え、
前記第２チップは、
前記送信アンテナから前記差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記差動信号を前記パラレルデータへ変換する受信回路、
を備え、
前記送信アンテナは、
前記第１チップ上の配線によって形成された第１アンテナ素子と第２アンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有し、
前記受信アンテナは、
前記第２チップ上の配線によって形成された第３アンテナ素子と第４アンテナ素子、
前記受信回路に接続された第３接続端と第４接続端、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第３接続端へ接続する第３分岐部、及び、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第４接続端へ接続する第４分岐部、
を有する非接触通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触通信技術に関し、特に、三次元集積回路におけるチップ間通信への応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触通信とは、１０センチメートル以下の極短距離を無線で通信する技術をいう。非接触通信は、例えば、ＩＣカードと自動改札機との間の通信、ＩＣカード又は携帯電話と自動販売機又はレジスターとの間の通信、ＩＣカードとセキュリティシステムとの間の通信、及び携帯電話等のモバイル機器への送電に利用されている。更に近年では、自動車のキーレスエントリー、及びモバイル機器とパーソナルコンピュータとの間のデータ交換等に加え、三次元集積回路におけるチップ間通信に対し、非接触通信を応用する技術の開発が進められている。【０００３】
三次元集積回路とは、複数のチップが積層されて１つのパッケージに収められた半導体集積回路をいう。半導体集積回路に対しては、更なる小型化、多機能化、高速化、及び省電力化を目的として、集積度の更なる向上が求められている。しかし、設計ルールの微細化は限界に近いので、集積度を二次元的に更に高めることは難しい。そこで、集積度を三次元的に高めることを目的として開発されたのが三次元集積回路である。【０００４】
三次元集積回路におけるチップ間通信方式としては、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）を利用するものの開発が先行している。ＴＳＶは、エッチングによってシリコン製の基板に貫通穴を開けて、その中に銅等の導電材料を充填したものである。ＴＳＶは同じチップ内の配線層と電気的に接続されており、そのチップが別のチップの上に積層された際に、その別のチップ内の配線層と電気的に接続される。従って、各チップに実装された回路はＴＳＶを通して、別のチップに実装された回路と信号を交換することができる。ＴＳＶは１枚のチップに多数設けることができるので、チップ間通信のバンド幅を十分に大きくすることができる。しかし、その反面、ＴＳＶは構造が微細であるので、形成工程の更なる簡単化、及び信頼性の更なる向上が難しい。【０００５】
三次元集積回路におけるチップ間通信に対して非接触通信技術を応用することは、ＴＳＶよりも簡単な構成で信頼性を向上させることができるものとして期待されている。チップ間の非接触通信にはコイルアンテナが利用される（例えば特許文献１参照）。コイルアンテナは、基板上の配線で形成されたループ形状のアンテナ素子を含むアンテナである。コイルアンテナは、上下に積層される２枚のチップのそれぞれに形成される。それらのチップが積層された状態では、上下のチップのコイルアンテナ間でアンテナ素子の中心軸が一致する。従って、一方のコイルアンテナを流れる電流量が変化するとき、誘導結合により、他方のコイルアンテナに起電力が生じる。その現象を利用して、各チップに実装された回路は、別のチップに実装された回路と信号を交換することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１３１５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
チップ間の非接触通信の信頼性を向上させるには、コイルアンテナ間で伝送される信号の強度を高くすればよい。それには、アンテナ素子のループ形状の面積、アンテナ素子を成す配線の幅、及びアンテナ素子の巻数の少なくともいずれかを増加させればよいように思われる。しかし、実際には、以下の理由により、それらのいずれも難しい。まず、アンテナ素子のループ形状の面積を増加させることは、チップの更なる小型化を阻む。次に、配線の幅を増加させることは、設計ルールを少なくとも部分的に緩和しなければならず、配線の更なる高密度化又はプロセスの更なる簡単化を阻む。更に、アンテナ素子の巻数を増加させることは、アンテナ素子を成す配線の長さの増加に伴ってアンテナ素子の抵抗を増加させる。この抵抗の増加は、プロセスが微細であるほど、コイルアンテナ間で伝送される信号の強度に大きく影響し、特に高周波帯域では信号強度の上昇を阻む。【０００８】
本発明の目的は、非接触通信における信号強度を高周波帯域においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる非接触通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの観点によるアンテナは、少なくとも２本のアンテナ素子、第１接続端、第２接続端、第１分岐部、及び第２分岐部を備えている。アンテナ素子はチップ上の配線によって形成されている。第１接続端と第２接続端とはチップ上の回路に接続されている。第１分岐部は、アンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端へ接続している。第２分岐部は、アンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して第２接続端へ接続している。【００１０】
本発明の１つの観点による非接触通信システムは、第１チップを含む装置と、第２チップを含む装置との間で非接触通信を実現するシステムである。第１チップは送信回路と送信アンテナとを備えている。送信回路はパラレルデータを差動信号へ変換する。送信アンテナはその差動信号を第２チップへ送る。第２チップは受信アンテナと受信回路とを備えている。受信アンテナは送信アンテナから差動信号を受ける。受信回路はその差動信号をパラレルデータへ変換する。送信アンテナと受信アンテナとはそれぞれ、本発明の上記の観点によるアンテナで構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記の観点によるアンテナでは、少なくとも２本のアンテナ素子が第１分岐部と第２分岐部との間を接続している。従って、各アンテナ素子を成す配線の幅が小さく制限されていても、２つの分岐部の間の抵抗を十分に低くすることができる。また、その抵抗を低く維持したまま、各アンテナ素子を十分に長くすることができる。その結果、本発明の上記の観点による非接触通信システムは、信号強度を高周波帯域においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１による三次元集積回路の構造を示す分解組立図である。
【図２】図１に示されている直線II−IIに沿った断面を示す模式図である。
【図３】図１に示されているアンテナ領域の１つに含まれるコイルアンテナの平面図である。
【図４】図３に示されているコイルアンテナの真上又は真下に位置するコイルアンテナの平面図である。
【図５】図１に示されているチップにおいて通信に利用される要素を示すブロック図である。
【図６】アンテナ素子を１本だけ含むコイルアンテナと、図３に示されているコイルアンテナとのそれぞれの平面図、及び、それぞれの利得の周波数特性を示すグラフである。
【図７】コイルアンテナの変形例１の平面図である。
【図８】コイルアンテナの変形例２の平面図である。
【図９】コイルアンテナの変形例３の平面図である。
【図１０】コイルアンテナの変形例４の平面図である。
【図１１】コイルアンテナの変形例５の平面図である。
【図１２】（ａ）はコイルアンテナの変形例６の平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示されているコイルアンテナが分岐部として採用可能な配線の構造の別例を示す拡大平面図である。
【図１３】コイルアンテナの変形例７の斜視図である。
【図１４】コイルアンテナの変形例８の斜視図である。
【図１５】コイルアンテナの変形例９の斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態２による非接触通信システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
《実施形態１》
【００１５】
図１は、本発明の実施形態１による三次元集積回路の構造を示す分解組立図である。図１を参照するに、この集積回路100は複数のチップ110、120、130、140、150と１枚のインタポーザ160とを含む。それらのチップ110−150はそのインタポーザ160の上に、交互に積層されている。各チップ110、…、150は、複数のコア回路111、複数のアンテナ領域112、及び通信回路113を含む。それらの要素111、112、113は、図１には示されていない配線層で覆われ、その配線層を通して互いに接続されている。各コア回路111は、ＣＰＵ、メモリアレイ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ランダム論理回路等の各機能を実現する。アンテナ領域112は各チップ110、…、150の上に格子状に配置され、それぞれが１つのコイルアンテナを含む。各コイルアンテナは通信回路113に接続されている。チップ110−150が互いに積層されたとき、各アンテナ領域112は他のチップのアンテナ領域の真上又は真下に配置される。それにより、各コイルアンテナは他のチップのコイルアンテナと同心に配置される。通信回路113は同じチップ上のコア回路111に電気的に接続されている。通信回路113はコア回路111からパラレルデータを受信し、そのデータを差動信号へ変換していずれかのアンテナ領域112へ送る。逆に、通信回路113はいずれかのアンテナ領域112から、コイルアンテナで捕らえられた差動信号を受信し、その差動信号をパラレルデータへ変換していずれかのコア回路111へ送る。
【００１６】
図２は、図１に示されている直線II−IIに沿った断面を示す模式図である。図２を参照するに、チップ110、120、…、150の間には接着層210、220、230、240が充填され、チップを互いに接合している。各チップ110、…、150のアンテナ領域112は他のチップのアンテナ領域の真上又は真下に配置されている。いずれかのアンテナ領域112内でコイルアンテナに電流が流れるとき、それによって生じた磁束MGFは、そのアンテナ領域112の真上及び真下に位置するアンテナ領域内のコイルアンテナを貫く。それにより、それらのコイルアンテナ間に誘導結合が生じる。すなわち、いずれかのコイルアンテナで電流が変化すれば、それに伴って磁束が変化するので、他のコイルアンテナに起電力が生じる。こうして、それらのコイルアンテナを利用してチップ間通信を行うことができる。最下層のチップ150とインタポーザ160との間はマイクロバンプ250で接続され、インタポーザ160と外部端子（図２には示されていない）との間はバンプ260で接続されている。
【００１７】
一般に、アンテナの典型的なサイズは、そのアンテナによる通信距離と凡そ等しい。チップ間通信における通信距離は、チップ110、…、150の各厚さとチップ間隔、すなわち各接着層210、…、240の厚さとで決まるので、コイルアンテナのサイズはチップの製造プロセスと積層方法とによって異なる。例えば、チップの厚さが百数十μｍであり、チップ間隔が数十μｍである場合、各アンテナ領域112においてコイルアンテナが占める面積は数μｍ2〜数ｍｍ2に設定される。
【００１８】
図３は、図１に示されているアンテナ領域の１つに含まれるコイルアンテナの平面図である。このコイルアンテナ300は、同じチップ上の通信回路113から他のチップへの送信に利用される。図３を参照するに、このコイルアンテナ300は、第１接続端301、第２接続端302、第１アンテナ素子311、第２アンテナ素子312、第１分岐部321、及び第２分岐部322を含む。第１接続端301と第２接続端302とは同じチップ上の通信回路113に接続され、その通信回路113から差動信号を受ける。すなわち、第１接続端301の受ける信号電圧は、第２接続端302の受ける信号電圧とは逆位相である。第１アンテナ素子311、第２アンテナ素子312、第１分岐部321、及び第２分岐部322はいずれも、チップ上の配線によって形成されている。ここで、配線の幅は設計ルールによって一定である。第１アンテナ素子311と第２アンテナ素子312とは同心のループ形状であり、第２アンテナ素子312は第１アンテナ素子311の内側で第１アンテナ素子311に並行している。そのループ形状は実質的に方形の螺旋であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。各アンテナ素子311、312の描く螺旋の各角CRNでは配線が２回ずつ、９０度より大きい角度θで折れ曲がっている。第１アンテナ素子311が描く螺旋の間隔は、各角CRNで一定値GSCに維持され、各辺SIDで一定値GSSに維持されている。角CRNでの螺旋の間隔GSCは辺での間隔GSSよりも大きい。更に、その螺旋の間隔GSC、GSSは第１アンテナ素子311と第２アンテナ素子312との間隔GTC、GTSの２倍である。従って、第１アンテナ素子311が描く螺旋の中間に、第２アンテナ素子312が描く螺旋が位置する。第１分岐部321は、第１アンテナ素子311と第２アンテナ素子312とのそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端301へ接続している。第２分岐部322は、第１アンテナ素子311と第２アンテナ素子312とのそれぞれの他端を１つに結合して第２接続端302へ接続している。それ故、第１接続端301と第２接続端302との間では、差動信号に伴う電流が２本のアンテナ素子311、312に分かれて流れる。
【００１９】
螺旋の角CRNにおける配線の折れ曲がりの角度θは９０度よりも大きく、例えば１３５度である。更に、各分岐部321、322では、第２アンテナ素子312の端部が第１アンテナ素子311の端部に対して斜めに、例えば４５度の角度で交わっている。従って、各アンテナ素子311、312を流れる電流は、螺旋の４つの角CRNと２つの分岐部321、322とのいずれにおいても、反射に起因する乱れが小さい。その結果、ギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上において信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ300の利得が高周波帯域においても十分に高い。また、各分岐部321、322において、第１アンテナ素子311の端部に対する第２アンテナ素子312の端部の角度を調節することにより、２本のアンテナ素子311、312の全長をほぼ等しく揃えることができる。それにより、各アンテナ素子311、312の巻数（図３では「３」）が増加するに従って、コイルアンテナ300のインダクタンスは増加する。一方、コイルアンテナ300の抵抗は各アンテナ素子311、312の抵抗のほぼ半分に等しい。
【００２０】
図４は、図３に示されているコイルアンテナの真上又は真下に位置するコイルアンテナの平面図である。このコイルアンテナ400は、図３に示されているコイルアンテナ300からの受信に利用される。図３、４を比較すれば明らかなとおり、このコイルアンテナ400は、図３に示されているコイルアンテナ300とは鏡像の関係にある。具体的には、このコイルアンテナ400は、図３に示されているコイルアンテナ300と同様に、第１接続端401、第２接続端402、第１アンテナ素子411、第２アンテナ素子412、第１分岐部421、及び第２分岐部422を含む。第１アンテナ素子411、第２アンテナ素子412、第１分岐部421、及び第２分岐部422はいずれもチップ上の配線によって形成されている。第１アンテナ素子411と第２アンテナ素子412とは、図３に示されている２本のアンテナ素子311、312と同様、実質的に方形の螺旋を描いている。但し、その螺旋は、図３に示されている螺旋とは逆に、外側から内側に向かって時計回りに巻いている。第１分岐部421は、第１アンテナ素子411と第２アンテナ素子412とのそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端401へ接続している。第２分岐部422は、第１アンテナ素子411と第２アンテナ素子412とのそれぞれの他端を１つに結合して第２接続端402へ接続している。第１接続端401と第２接続端402とは同じチップ上の通信回路113に接続されている。その通信回路113はそれらの接続端401、402を通して、２本のアンテナ素子411、412によって捕らえられた、図３に示されているコイルアンテナ300からの差動信号を検出する。
【００２１】
図５は、図１に示されているチップにおいて通信に利用される要素を示すブロック図である。図５を参照するに、第１チップ510と第２チップ520とは、図１に示されているチップ110−150のうちの２枚である。第１チップ510は、送信回路511と送信アンテナ512とを含む。送信回路511は第１チップ510上の通信回路113に含まれる。送信アンテナ512は、第１チップ510上のアンテナ領域112のいずれかが含むコイルアンテナ300である。第２チップ520は、受信回路521と受信アンテナ522とを含む。受信回路521は第２チップ520上の通信回路113に含まれる。受信アンテナ522は、第２チップ520上のアンテナ領域112のうち、第１チップ510上のアンテナ領域112の真上又は真下に位置するものが含むコイルアンテナ400である。
【００２２】
図５を更に参照するに、送信回路511は、８ｂ／１０ｂ符号化部501、パラレル／シリアル変換部502、及び送信バッファ503を含み、受信回路521は、受信バッファ504、クロック復元部505、シリアル／パラレル変換部506、及び８ｂ／１０ｂ復号部507を含む。８ｂ／１０ｂ符号化部501は、送信元のコア回路111から８ビットのパラレルデータDATを受信し、そのデータDATを１０ビットのパラレルデータに変換する。パラレル／シリアル変換部502はその１０ビットのパラレルデータをシリアルデータに変換する。ここで、そのシリアルデータの各ビットは所定のクロック信号CLKに従って送出される。送信バッファ503はそのシリアルデータに従って差動信号の電圧を変化させる。その差動信号は送信アンテナ512へ送出される。それにより、送信アンテナ512を流れる電流が変化し、その変化に応じて、送信アンテナ512と受信アンテナ522とを貫く磁束MGFが変化するので、受信アンテナ522には起電力が生じる。受信バッファ504はその起電力の変化を差動信号の電圧変化として増幅して、クロック復元部505へ伝達する。クロック復元部505はその電圧変化をシリアルデータとして整形すると共に、その電圧変化からクロック信号CLKを復元する。シリアル／パラレル変換部506はそのシリアルデータを１０ビットのパラレルデータに変換する。８ｂ／１０ｂ復号部507はその１０ビットのパラレルデータから８ビットのパラレルデータDATを復号して、宛先のコア回路111へ送出する。こうして、第１チップ510のコア回路から第２チップ520のコア回路へ８ビットのパラレルデータDATが伝達される。
【００２３】
［実施形態１の利点］
【００２４】
図６は、アンテナ素子を１本だけ含むコイルアンテナ（以下、第１コイルアンテナという。）と、図３に示されているコイルアンテナ（以下、第２コイルアンテナという。）とのそれぞれの平面図、及び、それぞれの利得の周波数特性を示すグラフである。図６を参照するに、第１コイルアンテナ600は、第１接続端601、第２接続端602、及び１本のアンテナ素子611を含む。第１接続端601と第２接続端602とは同じチップ上の通信回路113から差動信号を受ける。アンテナ素子611は、図３に示されている２本のアンテナ素子311、312と同様にチップ上の配線によって形成され、実質的に方形の螺旋を描いている。配線の幅と間隔、及び螺旋のサイズは両コイルアンテナ600、300で共通である。一方、第１コイルアンテナ600のアンテナ素子611の巻数は第２コイルアンテナ300の各アンテナ素子311、312の巻数の２倍＝６である。その結果、第１コイルアンテナ600は第２コイルアンテナ300と比べると、面積と巻数とが等しい一方、第１接続端から第２接続端までの配線の長さがほぼ２倍である。従って、第１コイルアンテナ600は第２コイルアンテナ300と、インダクタンスが同等である一方、抵抗値がほぼ４倍である。それにより、両コイルアンテナ600、300では利得の周波数特性に差が生じる。図６に示されている破線のグラフは第１コイルアンテナ600の利得の周波数特性を示し、実線のグラフは第２コイルアンテナ300の利得の周波数特性を示す。それらのグラフから明らかなとおり、第２コイルアンテナ300は第１コイルアンテナ600とは異なり、ギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上において利得が十分に高い（図６において一点鎖線で囲まれた領域RGN参照）。
【００２５】
このように、本発明の実施形態１による三次元集積回路では、チップ間での非接触通信に利用されるコイルアンテナ300が２本のアンテナ素子311、312を含む。それらのアンテナ素子311、312が第１分岐部321と第２分岐部322との間を接続し、互いに並行して同心の螺旋を描いている。従って、配線の幅が設計ルールによって一定値に制限されていても、コイルアンテナ300のインダクタンスを高く維持したまま、コイルアンテナ300の抵抗を十分に低くすることができる。その結果、本発明の実施形態１による三次元集積回路は、チップ間の非接触通信における信号強度を、ギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【００２６】
《変形例》
【００２７】
（A）図３に示されているコイルアンテナ300は送信用であり、図４に示されているコイルアンテナ400は受信用である。逆に、前者300が受信用であり、後者400が送信用であってもよい。その他に、それらのコイルアンテナ300、400が送受信に兼用されてもよい。また、コイルアンテナの巻数は、図３、４に示されている値“３”に限らず、１以上であればよく、半整数であってもよい。更に、図３、４に示されているものとは異なり、送信アンテナと受信アンテナとの両方で螺旋の方向が同じであってもよい。送信アンテナと受信アンテナとは、図３、４に示されているものとは異なり、鏡像の関係になくてもよく、一方のサイズが他方のサイズよりも大きくてもよい。
【００２８】
（B）図５では、送信側のチップと受信側のチップとが１：１である。その他に、送信側のチップと受信側のチップとのいずれか又は両方が複数であってもよい。いずれの場合でも、図１、２に示されているように、送信側と受信側との各チップでは、同心に配置されたコイルアンテナが通信に利用される。
【００２９】
（C）図７は、コイルアンテナの変形例１の平面図である。図７を参照するに、このコイルアンテナ700は、図３に示されているコイルアンテナ300とは、第１アンテナ素子711と第２アンテナ素子712とのループ形状が異なる。その他の特徴は、図３に示されているコイルアンテナ300のものと同様である。第１アンテナ素子711と第２アンテナ素子712とは同心のループ形状であり、第２アンテナ素子712は第１アンテナ素子711の内側で第１アンテナ素子711に並行している。そのループ形状は実質的に方形の螺旋であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。第１アンテナ素子711が描く螺旋は、図３に示されている螺旋とは異なり、等間隔である。すなわち、角CRNでの螺旋の間隔GSCは辺での間隔GSSと等しい。更に、第１アンテナ素子711と第２アンテナ素子712とは等間隔に配置され、その間隔GTC＝GTSは、第１アンテナ素子711が描く螺旋の間隔GSC＝GSSの１／２である。従って、アンテナ素子711、712の全体で配線が等間隔であるので、それらの配線を流れる電流によって生じる磁界は、螺旋の４つの角CRNのいずれにおいても小さな乱れしか生じない。その結果、信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ700の利得が十分に高い。
【００３０】
（D）図８は、コイルアンテナの変形例２の平面図である。図８を参照するに、このコイルアンテナ800は、図７に示されているコイルアンテナ700とは、第１分岐部821と第２分岐部822との形状が異なる。その他の特徴は、図７に示されているコイルアンテナ700のものと同様である。図８を参照するに、各分岐部821、822では、図３に示されているもの321、322とは異なり、第１アンテナ素子711の端部と第２アンテナ素子712の端部との両方が共通配線831、832の一端に、その共通配線831、832に対して斜めに、例えば４５度の角度で交わっている。各共通配線831、832の他端は各接続端301、302に接続されている。それらの分岐部821、822においても、図７に示されている分岐部321、322と同様、各アンテナ素子711、712を流れる電流は、反射に起因する乱れが小さい。その結果、信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ800の利得が十分に高い。
【００３１】
（E）図９は、コイルアンテナの変形例３の平面図である。図９を参照するに、このコイルアンテナ900は、図３に示されているコイルアンテナ300とは、第１アンテナ素子911と第２アンテナ素子912とのループ形状が異なる。その他の特徴は、図３に示されているコイルアンテナ300のものと同様である。第１アンテナ素子911と第２アンテナ素子912とは同心のループ形状であり、第２アンテナ素子912は第１アンテナ素子911の内側で第１アンテナ素子911に並行している。そのループ形状は実質的に方形の螺旋であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。図７に示されているアンテナ素子711、712と同様、第１アンテナ素子911が描く螺旋は等間隔であり、第１アンテナ素子911と第２アンテナ素子912とは等間隔に配置されている。一方、図７に示されているアンテナ素子711、712とは異なり、第１アンテナ素子911と第２アンテナ素子912との間隔GTSは、第１アンテナ素子711が描く螺旋の間隔GSSの１／２よりも小さい。従って、第１アンテナ素子911の各部を流れる電流は、その内側に隣接する第２アンテナ素子912の部分を流れる電流とは強く影響し合う一方で、各アンテナ素子911、912の他の部分を流れる電流からは影響を受けにくい。その結果、信号の歪みが抑えられるので、コイルアンテナ900の性能が十分に高い。
【００３２】
（F）図１０は、コイルアンテナの変形例４の平面図である。図１０を参照するに、このコイルアンテナ1000では、図９に示されているコイルアンテナ900よりも、第２接続端1002の位置がコイルアンテナの中心に近い。その他の特徴は、図９に示されているコイルアンテナ900のものと同様である。特に第１アンテナ素子1011と第２アンテナ素子1012とは、図９に示されているもの911、912と同様、実質的に方形の螺旋を描き、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。更に、第１アンテナ素子1011が描く螺旋は等間隔であり、第１アンテナ素子1011と第２アンテナ素子1012とは等間隔に配置されている。一方、図９に示されているアンテナ素子911、912と比べ、第１アンテナ素子1011が描く螺旋の間隔GSSは第１アンテナ素子1011と第２アンテナ素子1012との間隔GTSよりも極端に大きい。従って、第１アンテナ素子1011の各部を流れる電流は、その内側に隣接する第２アンテナ素子1012の部分を流れる電流とは強く影響し合う一方、各アンテナ素子1011、1012の他の部分を流れる電流からはほとんど影響を受けない。その結果、信号の歪みが抑えられるので、コイルアンテナ1000の性能が十分に高い。また、コイルアンテナ1000の生成する磁界は、図９に示されているコイルアンテナ900の生成する磁界よりも広い範囲で均一である。その場合、その磁界が別のチップ上のコイルアンテナを貫くように、そのチップの位置を調節することが容易である。その意味で、図１０に示されているコイルアンテナ1000は別のコイルアンテナと誘導結合を確立しやすい。
【００３３】
（G）図１１は、コイルアンテナの変形例５の平面図である。図１１を参照するに、このコイルアンテナ1100では、図７に示されているコイルアンテナ700よりも、第２接続端1102の位置がコイルアンテナの中心に近い。その他の特徴は、図７に示されているコイルアンテナ700のものと同様である。特に第１アンテナ素子1111と第２アンテナ素子1112とは、図７に示されているもの711、712と同様、実質的に方形の螺旋を描き、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。第１アンテナ素子1111が描く螺旋は等間隔である。第１アンテナ素子1111と第２アンテナ素子1112とは等間隔に配置され、その間隔GTSは、第１アンテナ素子1111が描く螺旋の間隔GSSの１／２である。従って、アンテナ素子1111、1112の全体で配線が等間隔であるので、それらの配線を流れる電流によって生じる磁界は、螺旋の４つの角CRNのいずれにおいても小さな乱れしか生じない。その結果、信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ1100の利得が十分に高い。また、配線の間隔は、図７に示されているものよりもかなり大きいので、アンテナ素子1111、1112の各部を流れる電流は、その他の部分を流れる電流からはほとんど影響を受けない。その結果、信号の歪みが抑えられるので、コイルアンテナ1100の性能が十分に高い。その上、コイルアンテナ1100の生成する磁界は、図７に示されているコイルアンテナ700の生成する磁界よりも広い範囲で均一である。その場合、その磁界が別のチップ上のコイルアンテナを貫くように、そのチップの位置を調節することが容易である。その意味で、図１１に示されているコイルアンテナ1100は別のコイルアンテナと誘導結合を確立しやすい。
【００３４】
（H）図１２の（ａ）は、コイルアンテナの変形例６の平面図である。図１２の（ａ）を参照するに、このコイルアンテナ1200では、図８に示されているコイルアンテナ800とは異なり、第１分岐部1221と第２分岐部1222との間を３本のアンテナ素子1211、1212、1213が並行している。その他の特徴は、図８に示されているコイルアンテナ800のものと同様である。特に、各アンテナ素子1211、…、1213は同心のループ形状であり、第２アンテナ素子1212は第１アンテナ素子1211の内側で第１アンテナ素子1211に並行し、第３アンテナ素子1213は第２アンテナ素子1212の内側で第２アンテナ素子1212に並行している。そのループ形状は実質的に方形の螺旋であり、外側から内側に向かって反時計回りに２回巻いている。各アンテナ素子1211、…、1213の巻数が「２」であるので、コイルアンテナ1200の配線全体での巻数は「６」である。従って、コイルアンテナ1200のインダクタンスは、図８に示されているコイルアンテナ800のインダクタンスとほぼ等しい。一方、コイルアンテナ1200の抵抗は各アンテナ素子1211、…、1213の抵抗のほぼ１／３に等しい。各アンテナ素子1211、…、1213は、図８に示されている各アンテナ素子711、712よりも短いので、コイルアンテナ1200の抵抗は、図８に示されているコイルアンテナ800の抵抗の２／３倍よりも低い。従って、コイルアンテナ1200の利得はギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上で更に高い。
【００３５】
図１２の（ａ）を更に参照するに、第１アンテナ素子1211が描く螺旋は等間隔である。また、３本のアンテナ素子1211、1212、1213は互いに等間隔に配置され、その間隔GT1、GT2は、第１アンテナ素子1211が描く螺旋の間隔GSSの１／３である。従って、アンテナ素子1211−1213の全体で配線が等間隔であるので、それらの配線を流れる電流によって生じる磁界は、螺旋の４つの角CRNのいずれにおいても小さな乱れしか生じない。その上、各分岐部1221、1222では、第１アンテナ素子1211の端部と第３アンテナ素子1213の端部との両方が第２アンテナ素子1212上の同じ位置に、第２アンテナ素子1212の端部に対して斜めに、例えば４５度の角度で交わっている。その場合、各アンテナ素子1211、…、1213を流れる電流は、２つの分岐部1221、1222とのいずれにおいても、反射に起因する乱れが小さい。以上の結果、螺旋の角CRNと分岐部1221、1222とにおける信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ1200の利得が十分に高い。
【００３６】
図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）に示されているコイルアンテナが分岐部として採用可能な配線の構造の別例を示す拡大平面図である。図１２の（ｂ）に示されている分岐部では、図１２の（ａ）に示されているもの1221、1222とは異なり、第２アンテナ素子1212が第１アンテナ素子1211に対して斜めに、例えば４５度で交わり、その交点とは別の位置で、第３アンテナ素子1213が第２アンテナ素子1212に対して斜めに、例えば４５度で交わっている。この分岐部においても、図１２の（ａ）に示されている分岐部1221、1222と同様に、各アンテナ素子1211、…、1213を流れる電流は、反射に起因する乱れが小さい。その結果、信号の損失が抑えられるので、コイルアンテナ1200の利得が十分に高い。また、その分岐部において、第１アンテナ素子1211の端部に対する第２アンテナ素子1212の端部の角度と、第２アンテナ素子1212の端部に対する第３アンテナ素子1213の端部の角度とを個別に調節することにより、３本のアンテナ素子1211、…、1213の全長をほぼ等しく揃えることができる。それにより、いずれのアンテナ素子1211、…、1213もほぼ同じ抵抗を示すので、コイルアンテナ1200の性能が更に高い。
【００３７】
（I）図１３は、コイルアンテナの変形例７の斜視図である。図１３を参照するに、チップは、第１配線層TR1、第２配線層TR2、及び層間絶縁膜INSを含む。２枚の配線層TR1、TR2は層間絶縁膜INSによって隔てられており、コイルアンテナ1300はそれら２枚の配線層TR1、TR2に跨って形成されている。具体的には、このコイルアンテナ1300は、第１配線層TR1に、第１接続端1301、第１アンテナ素子の半分1311、第２アンテナ素子の半分1312、及び第１分岐部1351を含み、第２配線層TR2に、第２接続端1302、第１アンテナ素子の残り半分1331、第２アンテナ素子の残り半分1332、及び第２分岐部1352を含み、層間絶縁膜INSに４種類のビア1321、1322、1341、1342を含む。第１接続端1301と第２接続端1302とは同じチップ上の通信回路113に接続され、その通信回路113から差動信号を受ける。第１配線層TR1上の第１アンテナ素子の部分1311は、第１ビア1321と第３ビア1341とによって、第２配線層TR2上の第１アンテナ素子の部分1331に接続されている。第１配線層TR1上の第２アンテナ素子の部分1312は、第２ビア1322と第４ビア1342とによって、第２配線層TR2上の第２アンテナ素子の部分1332に接続されている。こうして、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とは同心の螺旋を描く。チップの表面に垂直な方向から見たとき、各アンテナ素子の描く螺旋の形状は実質的に方形であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。第１配線層TR1では第２アンテナ素子1312が第１アンテナ素子1311の内側で第１アンテナ素子1311に並行し、第２配線層TR2では逆に、第１アンテナ素子1331が第２アンテナ素子1332の内側で第２アンテナ素子1332に並行している。それにより、２本のアンテナ素子の全長を更に高精度に一致させることができる。第１分岐部1351は、第１アンテナ素子1311と第２アンテナ素子1312とのそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端1301へ接続している。第２分岐部1352は、第１アンテナ素子1331と第２アンテナ素子1332とのそれぞれの一端を１つに結合して第２接続端1302へ接続している。
【００３８】
図１３では、コイルアンテナ1300の構造を見やすくする目的で、チップの表面に平行な方向の縮尺に対して垂直な方向の縮尺が誇張されている。すなわち、各ビア1321、1322、1341、1342の長さは実際には、チップの表面に平行な方向におけるコイルアンテナ1300の広がりに比べて十分に小さい。従って、ビア1321、…、1342の近傍における電流の乱れ、及び、ビア1321、…、1342を流れる電流によって生じる磁界はいずれも十分に小さい。その結果、コイルアンテナ1300によって生じる磁界はチップの法線方向で最も強いので、コイルアンテナ1300は、その真上及び真下に配置された別のコイルアンテナと、十分に強い誘導結合を確立することができる。
【００３９】
（J）図１４は、コイルアンテナの変形例８の斜視図である。図１４を参照するに、図１３と同様に、チップは、第１配線層TR1、第２配線層TR2、及び層間絶縁膜INSを含み、コイルアンテナ1400はそれら２枚の配線層TR1、TR2に跨って形成されている。具体的には、このコイルアンテナ1400は、第１配線層TR1に、第１接続端1401、第１アンテナ素子の第１部分1411と第３部分1451、第２アンテナ素子の第１部分1412と第３部分1452、及び第１分岐部1491を含み、第２配線層TR2に、第２接続端1402、第１アンテナ素子の第２部分1431と第４部分1471、第２アンテナ素子の第２部分1432と第４部分1472、及び第２分岐部1492を含み、層間絶縁膜INSに８種類のビア1421、1422、1441、1442、1461、1462、1481、1482を含む。第１接続端1401と第２接続端1402とは同じチップ上の通信回路113に接続され、その通信回路113から差動信号を受ける。第１アンテナ素子の第１部分1411は第１ビア1421によって第１アンテナ素子の第２部分1431に接続され、その第２部分1431は第３ビア1441によって第１アンテナ素子の第３部分1451に接続され、その第３部分1451は第５ビア1461によって第１アンテナ素子の第４部分1471に接続され、その第４部分1471は第７ビア1481によって第１アンテナ素子の第１部分1411に接続されている。第２アンテナ素子の第１部分1412は第２ビア1422によって第２アンテナ素子の第２部分1432に接続され、その第２部分1432は第４ビア1442によって第２アンテナ素子の第３部分1452に接続され、その第３部分1452は第６ビア1462によって第２アンテナ素子の第４部分1472に接続され、その第４部分1472は第８ビア1482によって第２アンテナ素子の第１部分1412に接続されている。こうして、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とは同心の螺旋を描く。チップの表面に垂直な方向から見たとき、各アンテナ素子の描く螺旋の形状は実質的に方形であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。第１配線層TR1では、第２アンテナ素子の第１部分1412が第１アンテナ素子の第１部分1411の内側でその第１部分1411に並行し、第２アンテナ素子の第３部分1452が第１アンテナ素子の第３部分1451の内側でその第３部分1451に並行している。第２配線層TR2では、第１アンテナ素子の第２部分1431が第２アンテナ素子の第２部分1432の内側でその第２部分1432に並行し、第１アンテナ素子の第４部分1471が第２アンテナ素子の第４部分1472の内側でその第４部分1472に並行している。それにより、２本のアンテナ素子の全長を更に高精度に一致させることができる。第１分岐部1491は、第１アンテナ素子の第１部分1411と第２アンテナ素子の第１部分1412とのそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端1401へ接続している。第２分岐部1492は、第１アンテナ素子の第４部分1471と第２アンテナ素子の第４部分1472とのそれぞれの一端を１つに結合して第２接続端1402へ接続している。
【００４０】
図１４では、図１３と同様、チップの表面に平行な方向の縮尺に対して垂直な方向の縮尺が誇張されている。すなわち、各ビア1421、…、1482の長さは実際には、チップの表面に平行な方向におけるコイルアンテナ1400の広がりに比べて十分に小さい。従って、図１３に示されているコイルアンテナ1300と同様、コイルアンテナ1400は、その真上及び真下に配置された別のコイルアンテナと、十分に強い誘導結合を確立することができる。
【００４１】
（K）図１５は、コイルアンテナの変形例９の斜視図である。図１５を参照するに、図１３と同様に、チップは、第１配線層TR1、第２配線層TR2、及び層間絶縁膜INSを含み、コイルアンテナ1500はそれら２枚の配線層TR1、TR2に跨って形成されている。具体的には、このコイルアンテナ1500は、第１配線層TR1に第１接続端1501と第１アンテナ素子1511とを含み、第２配線層TR2に第２接続端1502と第２アンテナ素子1512とを含み、層間絶縁膜INSに２本のビア1521、1522を含む。第１接続端1501と第２接続端1502とは同じチップ上の通信回路113に接続され、その通信回路113から差動信号を受ける。第１アンテナ素子1511と第２アンテナ素子1512とは、配線の成形誤差の範囲で全く同じサイズ及びループ形状であり、好ましくは、チップの表面に垂直な方向から見て全体が重なるように配置されている。そのループ形状は実質的に方形の螺旋であり、外側から内側に向かって反時計回りに３回巻いている。特に２本のアンテナ素子1511、1512の全長は実質的に等しい。第１ビア1521は第２アンテナ素子1512の一端を第１アンテナ素子1511の一端に接続して、第１分岐部1531を構成している。第１分岐部1531は第１接続端1501へ接続されている。第２ビア1522は第１アンテナ素子1511の他端を第２アンテナ素子1512の他端に接続して、第２分岐部1532を構成している。第２分岐部1532は第２接続端1502へ接続されている。
【００４２】
図１５では、図１３と同様、チップの表面に平行な方向の縮尺に対して垂直な方向の縮尺が誇張されている。すなわち、各ビア1521、1522の長さは実際には、各アンテナ素子1511、1512のサイズに比べて十分に小さい。従って、図１３に示されているコイルアンテナ1300と同様、コイルアンテナ1500は、その真上及び真下に配置された別のコイルアンテナと、十分に強い誘導結合を確立することができる。
【００４３】
《実施形態２》
【００４４】
図１６は、本発明の実施形態２による非接触通信システムの模式図である。図１６を参照するに、このシステムは、携帯電話CPHに内蔵された第１チップ1610と、クレードルCRDに内蔵された第２チップ1620とを含み、携帯電話CPHとクレードルCRDとの間でのデータ交換に利用される。
【００４５】
第１チップ1610は携帯電話CPHの筐体の表面近くに実装され、第１コイルアンテナ1611と第１送受信回路1612とを含む。第１コイルアンテナ1611は第１チップ1610上の配線で形成され、第１チップ1610の配線層（図１６には示されていない）を通して第１送受信回路1612に接続されている。第１コイルアンテナ1611は、図３に示されているコイルアンテナ300と同様な形状であり、特に第１コイルアンテナ1611の両端間を２本のアンテナ素子が並行して、同心の螺旋を描いている。第１送受信回路1612は、図５に示されている送信回路511及び受信回路521と同様な要素を含む。第１送受信回路1612はそれらの要素を利用して、ＣＰＵ等からのパラレルデータを差動信号に変換して第１コイルアンテナ1611へ送出し、逆に、第１コイルアンテナ1611によって検出された差動信号をパラレルデータに変換してＣＰＵ等へ送出する。
【００４６】
クレードルCRDはパーソナルコンピュータ等の情報機器に外付けされ、又は内蔵されており、その筐体の上面に、携帯電話CPHを載置可能な部分を含む。第２チップ1620はその部分の表面近くに実装され、第２コイルアンテナ1621と第２送受信回路1622とを含む。第２コイルアンテナ1621は第２チップ1620上の配線で形成され、第２チップ1620の配線層（図１６には示されていない）を通して第２送受信回路1622に接続されている。第２コイルアンテナ1621は、図４に示されているコイルアンテナ400と同様な形状であり、特に第２コイルアンテナ1621の両端間を２本のアンテナ素子が並行して、同心の螺旋を描いている。携帯電話CPHがクレードルCRDの上面に正しく載置されたとき、第１コイルアンテナ1611は第２コイルアンテナ1621の真上で同心に配置される。それにより、両コイルアンテナ1611、1621の間に誘導結合が確立され、差動信号を伝送可能になる。第２送受信回路1622は、図５に示されている送信回路511及び受信回路521と同様な要素を含む。第２送受信回路1622はそれらの要素を利用して、情報機器からのパラレルデータを差動信号に変換して第２コイルアンテナ1620へ送出し、逆に、第２コイルアンテナ1620によって検出された差動信号をパラレルデータに変換してＣＰＵ等へ送出する。その結果、情報機器はクレードルCRDを通して、携帯電話CPHとデータを交換することができる。
【００４７】
図１６に示されているように、本発明の実施形態２による非接触通信システムでは、２枚のチップ1610、1620のそれぞれに形成されたコイルアンテナ1611、1621が、図３、４に示されているもの300、400と同様に、２本のアンテナ素子を含む。それらのアンテナ素子はコイルアンテナ1611、1621の両端間で並行して、同心の螺旋を描いている。従って、配線の幅が設計ルールによって一定値に制限されていても、コイルアンテナ1611、1621のインダクタンスを高く維持したまま、コイルアンテナ1611、1621の抵抗を十分に低くすることができる。その結果、本発明の実施形態２による非接触通信システムは、チップ1610、1620間の非接触通信における信号強度をギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【００４８】
本発明の実施形態２による非接触通信システムは、携帯電話CPHの他に、携帯用ゲーム機、テレビゲーム機のコントローラ、携帯情報端末、又はデジタルカメラ等のモバイル機器とクレードルCRDとの間でのデータ交換に利用されてもよい。その他に、そのシステムが、異なるモバイル機器の間、またはＩＣカードとカードリーダとの間のデータ交換に利用されてもよい。
【００４９】
《付記》
【００５０】
本発明の上記の実施形態に基づいて、本発明は以下の観点から特徴づけられてもよい。
【００５１】
本発明の１つの観点によるアンテナでは、少なくとも２本のアンテナ素子が同心のループ形状であり、互いに並行していてもよい。それにより、アンテナのインダクタンスを高く維持したまま、その抵抗を十分に低くすることができる。
【００５２】
各アンテナ素子のループ形状が実質的に方形であり、その方形の角では配線が９０度よりも大きい角度で少なくとも２回折れ曲がっていてもよい。その場合、各アンテナ素子を流れる電流は、いずれの角においても、反射に起因する乱れが小さい。その結果、特に高周波帯域において信号の損失が抑えられる。
【００５３】
各アンテナ素子のループ形状が等間隔の螺旋であってもよい。また、少なくとも２本のアンテナ素子が等間隔に配置されていてもよい。その場合、それらのアンテナ素子を流れる電流によって生じる磁界は小さな乱れしか生じない。その結果、信号の損失が抑えられる。
【００５４】
第１分岐部と第２分岐部とのそれぞれにおいて、少なくとも２本のアンテナ素子が９０度よりも小さい角度で交わっていてもよい。第１分岐部と第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が真っ直ぐに延びており、その１本に対して別の１本が斜めに交わっていてもよい。その他に、第１分岐部と第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、チップ上の１本の配線に対して同じ角度で交わっていてもよい。いずれの場合でも、各アンテナ素子を流れる電流は、いずれの分岐部においても、反射に起因する乱れが小さい。その結果、特に高周波帯域において信号の損失が抑えられる。また、各分岐部において、アンテナ素子の間の角度を調節することにより、各アンテナ素子の全長をほぼ等しく揃えることができる。それにより、アンテナのインダクタンスと抵抗とを同時に、適切な値に調節することができる。
【００５５】
本発明の別の観点によるアンテナでは、チップが第１配線層と第２配線層とを含み、少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、第１配線層に属する第１部分、第２配線層に属する第２部分、及び、第１部分と第２部分との間を接続する少なくとも２本のビアを含んでもよい。また、少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が第１配線層に属し、別の１本が第２配線層に属し、第１分岐部と第２分岐部とのそれぞれが、第１配線層と第２配線層との間を接続するビアを含んでもよい。いずれの場合でも、各アンテナ素子の全長を更に高精度に一致させることができるので、アンテナのインダクタンスと抵抗とを同時に、適切な値に調節することが更に容易である。
【００５６】
本発明の１つの観点による送信装置は送信回路と送信アンテナとを備えている。送信回路はパラレルデータを差動信号へ変換する。送信アンテナはチップ上に形成され、差動信号を送信回路から別のチップへ送る。送信アンテナは、少なくとも２本のアンテナ素子、第１接続端、第２接続端、第１分岐部、及び第２分岐部を含む。各アンテナ素子はチップ上の配線によって形成されている。第１接続端と第２接続端とは送信回路に接続されている。第１分岐部は、各アンテナ素子の一端を１つに結合して第１接続端へ接続する。第２分岐部は、各アンテナ素子の他端を１つに結合して第２接続端へ接続する。
【００５７】
この送信装置では、少なくとも２本のアンテナ素子が第１分岐部と第２分岐部との間を接続している。従って、各アンテナ素子を成す配線の幅が小さく制限されていても、２つの分岐部の間の抵抗を十分に低くすることができる。また、その抵抗を低く維持したまま、各アンテナ素子を十分に長くすることができる。その結果、上記の送信回路は、信号強度を高周波帯域においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【００５８】
本発明の１つの観点による受信装置は受信アンテナと受信回路とを備えている。受信アンテナはチップ上に形成され、別のチップから差動信号を受ける。受信回路はその差動信号をパラレルデータへ変換する。受信アンテナは、少なくとも２本のアンテナ素子、第１接続端、第２接続端、第１分岐部、及び第２分岐部を含む。各アンテナ素子はチップ上の配線によって形成されている。第１接続端と第２接続端とは受信回路に接続されている。第１分岐部は、各アンテナ素子の一端を１つに結合して第１接続端へ接続する。第２分岐部は、各アンテナ素子の他端を１つに結合して第２接続端へ接続する。
【００５９】
この受信装置では、少なくとも２本のアンテナ素子が第１分岐部と第２分岐部との間を接続している。従って、各アンテナ素子を成す配線の幅が小さく制限されていても、２つの分岐部の間の抵抗を十分に低くすることができる。また、その抵抗を低く維持したまま、各アンテナ素子を十分に長くすることができる。その結果、上記の受信回路は、受信感度を高周波帯域においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【００６０】
本発明の１つの観点による三次元集積回路は、第１チップと第２チップとが積層されたものであり、送信回路、送信アンテナ、受信アンテナ、及び受信回路を備えている。送信回路は第１チップ上に形成され、パラレルデータを差動信号へ変換する。送信アンテナは第１チップ上に形成され、その差動信号を第２チップへ送る。受信アンテナは第２チップ上に形成され、送信アンテナから差動信号を受ける。受信回路は第２チップ上に形成され、その差動信号をパラレルデータへ変換する。送信アンテナは、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第１接続端、第２接続端、第１分岐部、及び第２分岐部を含む。第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とは第１チップ上の配線によって形成されている。第１接続端と第２接続端とは送信回路に接続されている。第１分岐部は、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して第１接続端へ接続する。第２分岐部は、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して第２接続端へ接続する。受信アンテナは、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子、第３接続端、第４接続端、第３分岐部、及び第４分岐部を含む。第３アンテナ素子と第４アンテナ素子とは第２チップ上の配線によって形成されている。第３接続端と第４接続端とは受信回路に接続されている。第３分岐部は、第３アンテナ素子と第４アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して第３接続端へ接続する。第４分岐部は、第３アンテナ素子と第４アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して第４接続端へ接続する。
【００６１】
この三次元集積回路は送信アンテナと受信アンテナとを第１チップと第２チップとの間での非接触通信に利用する。各アンテナでは、２本のアンテナ素子が２つの分岐部の間を接続している。従って、配線の幅が設計ルールによって一定値に制限されていても、各アンテナのインダクタンスを高く維持したまま、その抵抗を十分に低くすることができる。その結果、この三次元集積回路は、チップ間の非接触通信における信号強度をギガヘルツ・レベルの高周波帯域、特に１０ＧＨｚ以上においても高く維持して、信頼性を更に向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は非接触通信システムに関し、上記のとおり、アンテナの両端間に２本以上のアンテナ素子を並行させる。このように、本発明は明らかに産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
300    コイルアンテナ
301    第１接続端
302    第２接続端
311    第１アンテナ素子
312    第２アンテナ素子
321    第１分岐部
322    第２分岐部
CRN    アンテナ素子の描く螺旋の角
GSC    第１アンテナ素子の描く螺旋の角におけるその螺旋の間隔
GSS    第１アンテナ素子の描く螺旋の辺におけるその螺旋の間隔
GTC    ２本のアンテナ素子の描く螺旋の角におけるそれらのアンテナ素子の間隔
GTS    ２本のアンテナ素子の描く螺旋の辺におけるそれらのアンテナ素子の間隔
【図１】
2014045518.tif 000003
【図２】
2014045518.tif 000004
【図３】
2014045518.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月18日(2013.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記チップ上の回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を備えたアンテナ。
【請求項２】
前記少なくとも２本のアンテナ素子は全長がほぼ等しい、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記少なくとも２本のアンテナ素子は同心のループ形状であり、互いに並行している、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記ループ形状は実質的に方形であり、前記方形の角では配線が９０度よりも大きい角度で少なくとも２回折れ曲がっている、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記ループ形状は等間隔の螺旋である、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記少なくとも２本のアンテナ素子は等間隔に配置されている、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１分岐部と前記第２分岐部とのそれぞれにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子は９０度よりも小さい角度で交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１分岐部と前記第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が真っ直ぐに延びており、別の１本が前記１本に対して斜めに交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第１分岐部と前記第２分岐部との少なくともいずれかにおいて、前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、前記チップ上の１本の配線に対して同じ角度で交わる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記チップが第１配線層と第２配線層とを含み、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれが、
前記第１配線層に属する第１部分、
前記第２配線層に属する第２部分、及び、
前記第１部分と前記第２部分との間を接続する少なくとも２本のビア、
を含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記チップが第１配線層と第２配線層とを含み、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のうち、１本が前記第１配線層に属し、別の１本が前記第２配線層に属し、
前記第１分岐部と前記第２分岐部とのそれぞれが、前記第１配線層と前記第２配線層との間を接続するビアを含む、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、及び、
チップ上に形成され、前記差動信号を別のチップへ送る送信アンテナ、
を備えた送信装置であり、
前記送信アンテナは、
前記チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有する送信装置。
【請求項１３】
チップ上に形成され、別のチップから差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記差動信号をパラレルデータへ変換する受信回路、
を備えた受信装置であり、
前記受信アンテナは、
前記チップ上の配線によって形成された少なくとも２本のアンテナ素子、
前記受信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記少なくとも２本のアンテナ素子のそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有する受信装置。
【請求項１４】
第１チップと第２チップとが積層された三次元集積回路であり、
前記第１チップ上に形成され、パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、
前記第１チップ上に形成され、前記差動信号を前記第２チップへ送る送信アンテナ、
前記第２チップ上に形成され、前記送信アンテナから前記差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記第２チップ上に形成され、前記差動信号を前記パラレルデータへ変換する受信回路、
を備え、
前記送信アンテナは、
前記第１チップ上の配線によって形成された第１アンテナ素子と第２アンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有し、
前記受信アンテナは、
前記第２チップ上の配線によって形成された第３アンテナ素子と第４アンテナ素子、
前記受信回路に接続された第３接続端と第４接続端、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第３接続端へ接続する第３分岐部、及び、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第４接続端へ接続する第４分岐部、
を有する三次元集積回路。
【請求項１５】
第１チップを含む装置と、第２チップを含む装置との間で非接触通信を実現するシステムであり、
前記第１チップは、
パラレルデータを差動信号へ変換する送信回路、及び、
前記差動信号を前記第２チップへ送る送信アンテナ、
を備え、
前記第２チップは、
前記送信アンテナから前記差動信号を受ける受信アンテナ、及び、
前記差動信号を前記パラレルデータへ変換する受信回路、
を備え、
前記送信アンテナは、
前記第１チップ上の配線によって形成された第１アンテナ素子と第２アンテナ素子、
前記送信回路に接続された第１接続端と第２接続端、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第１接続端へ接続する第１分岐部、及び、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第２接続端へ接続する第２分岐部、
を有し、
前記受信アンテナは、
前記第２チップ上の配線によって形成された第３アンテナ素子と第４アンテナ素子、
前記受信回路に接続された第３接続端と第４接続端、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの一端を１つに結合して前記第３接続端へ接続する第３分岐部、及び、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子とのそれぞれの他端を１つに結合して前記第４接続端へ接続する第４分岐部、
を有する非接触通信システム。
【国際調査報告】
2014045518.tif 000019
2014045518.tif 000020
2014045518.tif 000021