(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、前記装置は、
インタポーザに連結された集積回路ダイであって、前記集積回路ダイは、ミリ波信号を受信する集積回路ダイと；
前記ミリ波信号を受信するために前記集積回路ダイに連結されたマイクロストリップ給電線路を備える前記インタポーザと；
前記集積回路ダイおよび前記マイクロストリップ給電線路を覆うキャップと
を備え、
空気を満たした空隙が、前記キャップと前記ダイとの間に存在し、
前記キャップは、前記集積回路ダイの直上に位置する損失性の電磁バンドギャップ構造体と、前記マイクロストリップ給電線路の直上に位置する非損失性の電磁バンドギャップ構造体とを備える、装置。
【請求項２】
前記損失性の電磁バンドギャップ構造体の第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間の第１の実効抵抗は、前記非損失性の電磁バンドギャップ構造体の第３の導電性パッチと第４の導電性パッチとの間の第２の実効抵抗よりも小さく、
前記第１の導電性パッチと前記第２の導電性パッチは、互いに隣接し、
前記第３の導電性パッチと前記第４の導電性パッチは、互いに隣接する、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第２の実効抵抗は、前記第１の実効抵抗の少なくとも１０倍超である、
請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の実効抵抗は、前記第１の導電性パッチを前記第２の導電性パッチに連結する第１層の第１の部分に基づき、
前記第２の導電性パッチは、第１のシート抵抗を有し、
前記第１のシート抵抗は、前記第３の導電性パッチを前記第４の導電性パッチに連結する第２層の第２の部分の第２のシート抵抗よりも小さい、
請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記第２のシート抵抗は、前記第１のシート抵抗の少なくとも１０倍超である、
請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記第１の導電性パッチと前記第２の導電性パッチとを有する、複数の互いに隣接する導電性パッチどうしの間の平均周期は、２５０マイクロメートルである、
請求項２記載の装置。
【請求項７】
前記導電性パッチはそれぞれ、１辺が２３０マイクロメートルの長さを有する正方形である、
請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記非損失性の電磁バンドギャップ構造体は、複数のレベルの導電性パッチを有する、
請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記損失性の電磁バンドギャップ構造体は、第１の損失性の電磁バンドギャップ構造体であり、
前記装置はさらに、前記集積回路ダイの直下に位置する第２の損失性の電磁バンドギャップ構造体を備え、
前記集積回路ダイは、前記第１の損失性の電磁バンドギャップ構造体と前記第２の損失性の電磁バンドギャップ構造体との間にある、
請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記非損失性の電磁バンドギャップ構造体は、第１の非損失性の電磁バンドギャップ構造体であり、
前記装置はさらに、前記インタポーザに連結されるパッチアンテナを有するアンテナ構造体を備え、
前記アンテナ構造体は、周辺位置に非損失性の電磁バンドギャップ構造体を有する、
請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記インタポーザはさらに、スロット共振器を備える、
請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記マイクロストリップ給電線路は、１６０マイクロメートルの幅寸法を有する、
請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
空気を満たした第２の空隙が、前記集積回路ダイと前記インタポーザとの間に存在する、
請求項１記載の装置。
【請求項１４】
インタポーザに連結された、ミリ波信号を提供する集積回路ダイと；
前記ミリ波信号を受信するために集積回路ダイに連結されたマイクロストリップ給電線路を有する前記インタポーザと；
前記集積回路ダイと前記マイクロストリップ給電線路を覆うキャップと
を備える装置であって、
前記キャップと前記ダイとの間に空気を満たした空隙が存在し、
前記キャップは、前記集積回路ダイの直上に位置する損失性の電磁バンドギャップ構造体と、前記マイクロストリップ給電線路の直上に位置する非損失性の電磁バンドギャップ構造体とを備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、パッケージング、さらに詳しくは集積アンテナパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリメートル単位で測定される無線周波数で動作する集積回路ダイのパッケージングは、信号挿入損失および電磁干渉をもたらす可能性がある。さらに電子回路システムのサイズを減少することは、電気機器メーカーの中では、共通の目標であるが、そうすると減少したサイズの結果として、特定の性能に関するシステムの複雑さが増大する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００５１４６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって信号挿入損失を低減し、パッケージ絶縁性を改善するレーダー用途の安価な高周波パッケージングソリューションは、有用であると思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、良く理解することができ、添付の図面を参照することによって、当業者に対して、多くの機能および利点が明確となりうる。
集積アンテナパッケージは、レーダーモジュールなどの安価な商用用途に使用するために開示される。レーダーモジュールは、本開示の特定の実施形態による衝突防止レーダーへの利用を目標とする。集積アンテナパッケージアーキテクチャは、フリップチップのスタッドバンプの接合法を用いて、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）にダイを連結するインタポーザを含む。共平面導波路（ＣＰＷ）などの高周波（ＲＦ）信号伝送構造体は、インタポーザに集積され、ダイとインタポーザ上にも集積されるマイクロストリップ給電線路との間でＲＦ信号を通信する。キャップは、ダイ、送信構造体および空洞部のマイクロストリップ給電線路をカプセル化するために、インタポーザに装着され、それによって、中心周波数などの動作特性の望ましくない変化を引き起こす可能性があるダイの直接カプセル化を回避する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の特定の実施形態による集積アンテナパッケージの側面図である。
【図２】本開示の特定の実施形態による図１の集積パッケージの一部の側面図である。
【図３】本開示の特定の実施形態による図２の集積パッケージの一部の側面図である。
【図４】本開示の特定の実施形態による図２のアンテナ構造体の外側部分の平面図である。
【図５】本開示の特定の実施形態による図４のアンテナ構造体の外側部分の平面図である。
【図６】本開示の特定の実施形態による図３のアンテナ構造体の内側部分の平面図である。
【図７】本開示の特定の実施形態による図２の集積パッケージの一部の外側部分の平面図である。
【図８】本開示の特定の実施形態によるインタポーザの外側部分の平面図である。
【図９】本開示の特定の実施形態によるインタポーザ１１０の内側部分の平面図である。
【図１０】本開示の特定の実施形態による基板貫通ビアの位置を示す図９の平面図である。
【図１１】本開示の特定の実施形態によるインタポーザの一部をさらに詳細に示す図９の平面図の一部の図である。
【図１２】本開示の特定の実施形態によるインタポーザの一部をさらに詳細に示す図９の平面図の一部の図である。
【図１３】本開示の特定の実施形態による図９の平面図に示すパッチの一部の図である。
【図１４】本開示の特定の実施形態による図１３に示すパッチを含む電磁バンドギャップユニットセルの断面図である。
【図１５】本開示の特定の実施形態によるインタポーザにマウントされたダイをさらに含む図２の集積パッケージの一部の側面図である。
【図１６】本開示の特定の実施形態による図２のダイおよびインタポーザの一部の側面図である。
【図１７】図９の平面図であり、本開示の特定の実施形態によるダイおよびダイの相互接続部の相対的位置の図である。
【図１８】本開示の特定の実施形態による図１７の平面図の一部をさらに詳細に示す平面図である。
【図１９】本開示の特定の実施形態による環状構造体を含む図１５の集積パッケージの一部の側面図である。
【図２０】本開示の特定の実施形態による図１５のダイと図１９の環状構造体とを含む図９の平面図である。
【図２１】本開示の特定の実施形態による集積アンテナ装置の側面図である。
【図２２】本開示の特定の実施形態による図２１の集積アンテナ装置の一部の側面図である。
【図２３】本開示の特定の実施形態によるキャップの外側部分を示す図２１の集積アンテナ装置の平面図である。
【図２４】本開示の特定の実施形態による集積アンテナ装置のキャップの内側部分の第１の導電層の平面図である。
【図２５】本開示の特定の実施形態による下層のダイ１２０および基板貫通ビアの位置をさらに示す図２４の平面図である。
【図２６】本開示の特定の実施形態による図２５の集積アンテナパッケージの一部のさらに詳細な平面図である。
【図２７】本開示の特定の実施形態によるキャップの第２の導電層での導電性パッチの位置をさらに示す図２５の集積パッケージアンテナの平面図である。
【図２８】本開示の特定の実施形態による図２７の集積アンテナパッケージの一部のさらに詳細な平面図である。
【図２９】本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートである。
【図３０】本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートである。
【図３１】本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートである。
【図３２】本開示の特定の実施形態によるアンテナ構造体の代替の実施形態の平面図である。
【図３３】本開示の特定の実施形態によるレーダーモジュールの上面図である。
【図３４】本開示の特定の実施形態によるレーダーモジュールの正面図である。
【図３５】本開示の特定の実施形態による図１のレーダーモジュールのさまざまな部分の等角図である。
【図３６】本開示の特定の実施形態による図３５の電子アセンブリの背面側のさらに詳細な等角図である。
【図３７】本開示の特定の実施形態による図３６の電子アセンブリの前面側の一部の等角図である。
【図３８】本開示の特定の実施形態による電子アセンブリの一部のさらに詳細な断面図である。
【図３９】本開示の特定の実施形態による図１のレーダーモジュールの断面等角図である。
【図４０】本開示の特定の実施形態による図３９のレーダーモジュールの断面図である。
【図４１】本開示の特定の実施形態による図４０のレーダーモジュールの断面図において反射されているレーダー信号の図である。
【図４２】本開示の特定の実施形態による自動車両に組み込まれるレーダーモジュールの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
インタポーザと共にダイをカプセル化するキャップは、７７ＧＨｚなどの所望のミリ波周波数で集積アンテナパッケージの効率的運用を容易にするために、さまざまな種類のメタマテリアルを含む。特定の実施形態では、さまざまな種類のメタマテリアルは、損失性および非損失性の電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）表面などの損失性メタマテリアルおよび非損失性メタマテリアルを含み、動作時に集積アンテナパッケージの空洞部に発生する可能性がある高周波モードを減衰させる。スロット共振器は、マイクロストリップ給電線路からインタポーザの対向する共表面に形成される。パッチアンテナなどの外側表面の印刷アンテナを含むアンテナ構造体が、スロット共振器の上に空洞部を形成するように、インタポーザの外側表面に装着される。高周波送信時に、スロット共振器はパッチアンテナを励起する。
【０００８】
そのような集積パッケージの特定の実施形態は、別個の送信セクションおよび受信セクションを提供することによって、同時送受信動作を得るレーダーモジュールを示す図１〜図３２を参照することにより、さらに良く理解されよう。別個の送信セクションおよび受信セクションは、各アンテナにそれぞれ関連し、互いのセクションとは独立して動作する。送信システムは、モジュール一次給電として作用する送信アンテナ素子に電力を供給することにより実現され、一次給電素子は、パッチアンテナなどの印刷アンテナでありうる。給電アンテナ素子の実装は、本願明細書に集積回路アンテナに関して記載するパッチアンテナなどの電磁（ＥＭ）エネルギーを伝播できる任意のアンテナ素子でありうる。送信アンテナ素子は、反射表面、レンズまたはその両方の組み合せなどの二次アンテナまたは複合アンテナを照射し、回避すべき潜在的オブジェクトの所望の方向に電磁エネルギーを再輻射する。送信部分は、他の受信反射表面とは独立している別個の反射器表面を含む。受信システムは、受信部分の集まりによって実施され、各受信部分は、所望の振動数に近い周波数範囲の対応するアンテナ素子に向かって、電磁エネルギーのほぼすべてを反射する対応するパラボラ反射鏡を有する。本願明細書に記載するように、アンテナ素子はパッチアンテナであるが、受信アンテナ素子の実装は、電磁エネルギーを受信できるあらゆるアンテナ素子でありうる。これらの受信アンテナは、パラボラ反射鏡の表面、レンズまたはその両方の組み合せなどの二次アンテナまたは複合アンテナによって照射される。受信システムセクションは、送信反射器表面とは独立している別個の反射器表面を含む。受信反射器表面の目的は、潜在的な対象物体から戻ってくる送信レーダーパルスなどのレーダー信号から反射された電磁エネルギーを再輻射することである。さらに、偏光フィルターの使用は、環境からのレーダークラッターへのシステム全体の妨害感受性を最小にする。
【０００９】
送信部、受信部、二次アンテナ素子およびシステム電子装置の組み合わせは、レーダーシステムの機械的パッケージ、環境パッケージおよびマウント構造体を含む１または複数のハウジングにパッケージ化される。そのようなレーダーモジュールの特定の実施形態は、図３３〜図４２を参照することによって、さらに良く理解されよう。
【００１０】
本願明細書に示す特定の実施形態は、７７ＧＨｚ用途に関して記載する。以下にさらに詳細に記載するように、その特定の目的が特定の周波数範囲に維持される限り、説明するさまざまな形状、寸法および材料が変化しうることが認識されよう。
【００１１】
図１は、さまざまな特徴の相対的位置を示すために、原寸に比例して描画されていない集積パッケージ１００の断面図を示す。集積パッケージ１００は、インタポーザ１１０、ダイ１２０、キャップ１３０、アンテナ構造体１４０およびスペーサ１５０を含む。ダイ１２０は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素、窒化シリコンなどを使用して実装される回路を含むことができる半導体ダイである。ダイ１２０は、トランジスタ、抵抗器、コンデンサなどの能動部品および受動部品を含み、ダイ１２０とインタポーザ１１０との間で情報を通信するために相互接続部１２１でインタポーザ１１０に取り付けられる。一実施形態では、送信機ダイまたは送信機ダイの送信機部分は、集積ＰＬＬ、電力増幅器、局部発振器（ＬＯ）出力およびオンチップのランプ波発生器を含む。
【００１２】
一実施形態ではインタポーザ１１０は、少なくとも１００Ωｃｍの範囲、約１〜３ＫΩｃｍなどの抵抗率を有し、低損失正接を有する高抵抗シリコン基板であり、内側導電層１１７、外側導電層１１６および基板貫通ビア（ＴＳＶ）１１５を含む。インタポーザの内側導電層１１７は、送信構造体１１３を含み、外側導電層１１６は、スロット共振器１１４を含む。空洞部は、ダイ１２０とインタポーザ１１０との間で形成される。インタポーザ１１０の領域１１１は、ダイ１２０の下層にあり、チップの下のモード抑制をもたらすために、ほぼ周期的な損失性の電磁バンドギャップ構造体などのメタマテリアルを含む。キャップ１３０は、少なくとも１００Ωｃｍ、約１〜３ＫΩｃｍなどの抵抗率を有し、低損失正接を有する高抵抗シリコン基板を含み、空洞部１５２を形成するようにスペーサ１５０を通してインタポーザ１１０に装着される。キャップ１３０は、外側導電層１３６、内側導電層１３７およびＴＳＶ１３５を含む。キャップ１３０の領域１３１は、ダイ１２０を覆い、ほぼ周期的な損失性の電磁バンドギャップ構造体を含む。キャップの領域１３２は、送信構造体１１３のマイクロストリップの一部を覆い、多重積層で周期的な非損失性の電磁バンドギャップ構造体を含むように形成される。
【００１３】
アンテナ構造体１４０は、インタポーザ１１０に接続され、周辺部分１４１によって囲まれる中心部１４２を有する。アンテナ構造体１４０は、インタポーザ１１０から最も離れた主要表面に外側導電層１４６と、インタポーザ１１０に最も近い主要表面に内側導電層１４７と、外側導電層１４６の一部を内側導電層１４７に接続するＴＳＶ１４５とを含む。外側導電層１４６は、パッチアンテナ１４３と、非損失性の電磁バンドギャップ構造体などのメタマテリアルに関連する周辺部分１４１に周期構造体とを含む。空洞部１４４は、アンテナ構造体１４０とインタポーザ１１０との間にある。図１の集積アンテナに関し、図２〜図２８を参照してさらに詳細に記載する。
【００１４】
図２は、インタポーザ１１０に装着されたアンテナ構造体１４０の特定の実施形態の側面図を示す。図１に示す素子に加えて、図２は、はんだボール相互接続などのパッケージ相互接続部１６０の相対位置を示す。アンテナ構造体１４０は、少なくとも１００Ωｃｍ、たとえば１〜３ＫΩｃｍなどの抵抗率を有し、低損失正接でインタポーザ１１０に装着される高抵抗率のシリコン基板４４５と、インタポーザ１１０に最も近い内側主要表面と、内側主要表面と向かい合う外側主要表面とを含む。アンテナ構造体１４０の内側主要表面および外側主要表面は、中心位置１４２に上側平面部と周辺位置１４１に下側平面部とを含む複数の隆起部をそれぞれ含む。
【００１５】
図３は、アンテナ構造体１４０およびインタポーザ１１０のさまざまな特徴を含む図２の一部をさらに詳細に示す。アンテナ構造体１４０の説明する特徴は、外側導電層１４６、内側導電層１４７、空洞部１４４およびＴＳＶ１４５（図３に示す）を含む。外側導電層１４６および内側導電層１４７は、シリコン基板４４５の対向する主要表面に存在する。インタポーザ１１０の説明する特徴は、基板１１８、外側導電層１１６、内側導電層およびＴＳＶ１１５（図３に示される）を含む。導電層１１６および１１７は、シリコン基板１１８の対向する主要表面に存在する。
【００１６】
導電層１１６、１１７、１４６および１４７のそれぞれは、パターン層であり、寸法１１の厚さを有する金を含むことができる。すべての寸法は、表１の符号によって示していることに留意されたい。
【００１７】
アンテナ１４０のシリコン基板４４５は、周辺位置１４１で厚さ寸法４４１と、周辺位置１４１での外側の下側平面から中心位置１４２での外側の上側平面部までの厚さ寸法を有する。アンテナ１４０のシリコン基板の総厚は、したがって、寸法４４３である。空洞部１４４は、インタポーザ１１０およびアンテナ構造体１４０によって形成され、高さ寸法４６０を有する。インタポーザ１１０の最も近くにある空洞部１４２の長さは寸法４４７であり、インタポーザ１１０から最も遠い空洞部１４２の長さは寸法４４６である。
【００１８】
アンテナ構造体１４０の内側導電層１４７は、寸法１２（図示せず）の厚みを有する導電性エポキシなどの導電層４４９によって、インタポーザ１１０の外側導電層１１６に機械的かつ電気的に接続される。
【００１９】
図４は、内側の空洞部の位置と、ＴＳＶ１４５が外側の導電性表面１４６に接する位置とを含むアンテナ構造体１４０の外部の平面図を示す。外側の導電性表面１４６は、パッチアンテナ１４３および複数の周期パッチ４１０を含む。複数のパッチ４１０の各パッチは、導電層をエッチングすることによって形成される。周期パッチ４１０は、アンテナ構造体１４０の周辺位置１４１（図３）で、個々のパッチ間に一定の空隙を有する格子構造体を形成するように、行４１１〜行４１８および列４２１〜列４２８に配置される。複数のＴＳＶ１４５が複数のパッチ４１０に接し、これにより、各パッチ４１０が異なるＴＳＶ１４５に接する。アンテナ構造体１４０によって形成された空洞部１４４は、最も広い部分でｘ寸法４４７、ｙ寸法４５７、最も狭い部分でｘ寸法４４６、ｙ寸法４５６を有する。アンテナ構造体１４０の（中心位置１４２での）外側の平面部分は、ｘ寸法４４８およびｙ寸法４５８を有する。シリコン基板の異方性エッチングは、選択的湿式エッチングの結果およびシリコン基板の格子構造に基づき５４．７度の角度で、内側表面および外側表面のそれぞれ上側平面部分および下側平面部分との間でそれぞれ遷移する表面をもたらす。５４．７角度を定義する表面の外側周縁部は、アンテナ構造体１４０の下側平面部と接し、ｘ寸法４４９およびｙ寸法４５９を有する。ｘ寸法４３１およびｙ寸法４３２を有するパッチアンテナ１４３は、上平面部分に存在し、空洞部１４４の上で中心に置かれる。
【００２０】
図５は、さまざまな寸法を明らかにするために、図４のアンテナ構造体１４０の一部をさらに詳細に示す。特に、各パッチ４１０は、ｘ寸法４６１と、ｙ寸法４６２と、同じ行または同じ列の隣接するパッチ間の周期寸法４６３と、同じ行または同じ列の隣接するパッチ間の空隙寸法４６４とを有し、最外側パッチは、アンテナ構造体１４０の端部から寸法４６６分オフセットされる。ＴＳＶ１４５は、パッチ４１０内の中心に配置され、これにより、パッチ４１０と同じ周期寸法４６３を有する。ＴＳＶ１４５は、直径寸法４６７を有し、パッチ１４５に接続する。
【００２１】
図６は、内側導電層１４７と、空洞構造体１４４と、導電層１４７に接するＴＳＶ１４５の相対的位置とを含むアンテナ構造体１４０の内側部分の平面図を示す。ＴＳＶ１４５は、導電層１４７に接続する直径４７７を有する。
【００２２】
図７は、インタポーザ１１０の外側導電層１１６およびアンテナ構造体１４０の相対的位置の平面図を示す。外側導電層１１６は、グラウンド層１６６と、グラウンド層１６６によって囲まれ、グラウンド層１６６から電気的に絶縁されている複数のはんだボールパッド１６１とを含む。はんだボールパッド１６１は、内側導電層１１７にも接続される下層のＴＳＶ（図示せず）に接続され、はんだボールパッドは、ボール型パッケージ相互接続部１６０（図２）が装着される構造体である。はんだボールパッド１６１の直径は寸法１６３である。グラウンド層１６６の開口部は、本願明細書にさらに詳細に記載されるように、スロット共振器１１４を形成する。
【００２３】
図８は、図７の外側導電層１１６の平面図を示し、インタポーザ１１０のシリコン基板４４５内に存在する複数のＴＳＶ１１５が導電層１１６に接する位置を含む。ＴＳＶ１１５の４つのコンセントリックリングは、導電層１１６の周辺部の近くのシリコン基板４４５内に位置している。ＴＳＶ１１５の各コンセントリックリングは、端部から４５度回転して正方格子を形成するように、隣接する同心円状のＴＳＶリングからオフセットされ、さまざまな領域間に改善した絶縁性をもたらすために、電磁波侵入を実質的に減衰させるビアの最密充填性を付与する。各列内のＴＳＶの周期は寸法１８１である。ＴＳＶの列間の周期は寸法１８４である。ＴＳＶ１１５の５列目および６列目は、部分的なコンセントリックリングを形成するように、インタポーザ１１０の周辺部の右側部分の近くに位置している。
【００２４】
図９は、インタポーザ１１０の内側導電層１１７の平面図を示す。導電層１１７は、接地リング、複数のダイパッド１３４、複数の絶縁されたＴＳＶランディング１３３、導電構造体１２７〜１２９、送信構造体１１３およびパッチ１３９を形成する導電性環状構造体１２４を含む。ダイパッド１３４は、ダイ１２０のバンプ構造体相互接続部１２１に装着される導電構造体であり、これにより、インタポーザ１１０へのダイ１２０のフリップチップ装着を容易にする。導電環状構造体１２４、絶縁されたＴＳＶランディング１３３、導電構造体１２７〜１２９およびパッチ１３９のそれぞれは、図１０に示すように、対応するＴＳＶ１１５と接する。ＴＳＶ１１５は、インタポーザ１１０の対向する面で外側導電層１１６のグラウンド層１６６（図８）にも接続されることに留意されたい。
【００２５】
図１１は、図１０の一部を詳細に示す。各パッチ１３９は、ｘ寸法１７６およびｙ寸法１７７を有する。隣接するパッチの空隙は、図に示すように、寸法１７１と寸法１７２との間で交互に反復するパターンで変化し、これにより、パッチ配列は、パッチ間の平均周期が１つおきのパッチの周期の半分に等しく、ほぼ周期的であると見なすことができる。寸法１７８は、導電層１１７に接するＴＳＶ１１５の直径である。導電構造体１２７は、ｙ寸法１７９を有する。導電構造体１２８（図９）および１２７は、同じ寸法であることに留意されたい。
【００２６】
図１２は、インタポーザ１１０の内部層１１７のさまざまな導電性部分と、ＴＳＶ１１５とに対するスロット共振器１１４の相対的位置を含む図１０の別の部分をさらに詳細に示す。
【００２７】
スロット共振器１１４の特定の実施形態は、インタポーザ１１０の外側導電層１１６内のＩ形状の開口部であり、空隙寸法１９３、ｘ寸法１９１およびｙ寸法１９２を有する。内側導電層１１７の共平面導波路（ＣＰＷ）は、送信構造体１１３の一部と、グラウンド層である導電構造体１２９の一部とを含み、それらは寸法１５３分だけｙ方向に隔てられている。特に、送信構造体１１３の薄型の導電部分１６７は、マイクロストリップ給電線路１６５と呼ばれる送信構造体１１３の厚い部分に接続する共平面導波路の導体部分である。マイクロストリップ給電線路１６５は、ｘ寸法１９４およびｙ寸法１９５を有する。遷移部１９６は、マイクロストリップ給電線路１６５と導電部分１６７との間に存在する。
【００２８】
スロット共振器１１４を囲む導電構造体１２９の環状部分は幅寸法１８０を有する。送信構造体１１４の薄型部分の両側における導電構造体１２９の厚型部分は、共平面導波路の一部であり、ｙ寸法１８２を有し、マイクロストリップ給電線路１６５の向きにグラウンド層１３９の環状部分を越えて寸法１８３だけ延伸する。導電構造体１２９の環状部分内でのインタポーザ１１０の露出している基板は、ｘ寸法１９７およびｙ寸法１９８を有する開口部を形成する。ＴＳＶ１１５は、共平面導波路および開口の導電部分１６７を囲むように導電構造体１２９に接し、隣接するＴＳＶ１１５間の周期寸法１８９を有する。マイクロストリップ給電線路１６５および共平面導波路導体１７５を含む送信構造体１１３の全長は、ｘ寸法１８５（図示せず）である。
【００２９】
図１０に戻って、パッチ１３９の各１つは、対応するＴＳＶ１１５によってインタポーザ１１０の対向するグラウンド層１６６に接続されることが認識されよう。パッチ１３９、ＴＳＶ１１５およびグラウンド層１６６のこの組み合せは、ＥＢＧユニットセルを形成し、複数のＥＢＧユニットセルは、電磁バンドギャップ構造体と呼ばれるメタマテリアルを形成する。同様に、図４のアンテナ構造体に戻り、パッチ４１０、ＴＳＶ１４５および導電層１４７の各組み合せがＥＢＧユニットセルを形成し、複数のＥＢＧユニットセルは、アンテナ構造体１４０と一体化される電磁バンドギャップ構造体でもあるメタマテリアルを形成することが認識されよう。本願明細書に記載する電磁バンドギャップ構造体は、７７ＧＨｚレーダー用途を支援するために選択されている。
【００３０】
２つのタイプのＥＢＧユニットセルを、本願明細書で言及する。第１のタイプのＥＢＧユニットセルは、非損失性の電磁バンドギャップ構造体を形成するように他の非損失性のＥＢＧユニットセルが併用される非損失性のＥＢＧユニットセルと本願明細書では呼ばれ、所望の周波数範囲にわたって横電場モード（ＴＥモード）における電力を有意に吸収しないため、非損失性の電磁バンドギャップ構造体はこのように名付けられる。したがって、ＴＥモードは、反動減衰を受ける可能性はあるが、吸収減衰を受けない。一実施形態では、隣接するＥＢＧユニットセルのパッチが、互いに電気的に絶縁されることを確実にすることによって非損失性のＥＢＧユニットセルが実装され、隣接するパッチは、それらの間の実効抵抗が１０ＭΩ超などのように大きい場合、互いに電気的に絶縁されていると考えられる。ＥＢＧユニットセルパッチ間の実効抵抗に関して、本願明細書で使用される用語「実効抵抗」は、それぞれのＴＳＶおよび下層のグラウンド層を介して電気的に接続していない隣接する電磁バンドギャップパッチを想定して測定されうる直接（ＤＣ）抵抗を指す。アンテナ構造体１４０の電磁バンドギャップ構造体は、非損失性の電磁バンドギャップ構造体である。
【００３１】
第２のタイプのＥＢＧユニットセルは、損失性の電磁バンドギャップ構造体と呼ばれるメタマテリアルを形成するように、他の損失性のＥＢＧユニットセルと併用される損失性のＥＢＧユニットセルと本願明細書では呼ばれ、損失性の電磁バンドギャップ構造体は、ＴＥモードで所望の周波数範囲にわたって電力を有意に吸収する。たとえば、本願明細書に記載する損失性の電磁バンドギャップ構造体は、ダイ１２０の上および下を伝播する７７ＧＨｚ信号に関して、本願明細書に開示する集積アンテナパッケージのＴＥモードで、１つのＥＧＢユニットセル当り少なくとも３ｄＢ分、１つのＥＧＢユニットセル当り５ｄＢ分などの電力を吸収できるが、本願明細書に記載する非損失性の電磁バンドギャップ構造体は、スロット共振器の上の集積アンテナパッケージのＴＥモードで電力を吸収しない。その代わりに、スロット共振器によって励起されたＴＥモードは、非損失性の電磁バンドギャップ構造体による吸収とは対照的に、反動的に減衰し、これにより、９０度位相が異なるため、所定の位置で反動性のＥ場およびＨ場に伝播しない。図１３は、配置図の形式で、特定の実施形態による損失性の電磁バンドギャップ構造体の一例を示し、損失性のＥＢＧユニットセルのパッチ１３９は、非損失性の電磁バンドギャップ構造体の隣接パッチ間の実効抵抗未満である実効抵抗１９０（図示される）によって、隣接するＥＢＧユニットセルのパッチ１３９に電気的に接続される。たとえば、実効抵抗１９０は、非損失性の電磁バンドギャップパッチの隣接するパッチ間の実効抵抗より少なくとも１桁少ない、２桁少ない、あるいは、３桁少ないことがある。一実施形態では、実効抵抗１９０は１７５Ωである。図１４に示す特定の実施形態では、パッチ間の有効抵抗１８０は、隣接するＥＢＧユニットセル間でグリッドを形成する空隙に、１ＫΩ／ｓｑ．のシート抵抗を有するドープポリシリコンなどの抵抗物質で満たすことによって規定され、非損失性のＥＢＧユニットセルのパッチ間の材料のシート抵抗は、少なくとも１０倍、１００倍または１０００倍などかなり大きい。そのような抵抗層の一部１６８は、図１４の断面図でのパッチ１３９間に示される。損失性の電磁バンドギャップ構造体のパッチ間に形成される意図的な抵抗器に関連する物理構造は、非損失性の電磁バンドギャップ構造体には存在しない。
【００３２】
図１５は、インタポーザ１１０に装着されたダイ１２０を追加した図２の断面図を示す。ダイ１２０は、ベースバンド情報などの情報を他の制御装置に供給するため、動作時にマイクロストリップ給電線路１６５で受信したＲＦ信号を復調する能動電気部品および受動電気部品を含むＲＦ受信機チップでありうる。ダイ１２０は、動作時にマイクロストリップ給電線路１６５に提供されるＲＦ信号にベースバンド情報などの情報を調節するＲＦ送信機チップでありうる。あるいは、ダイ１２０は、上に示すように、ＲＦ信号を送受信するＲＦトランシーバチップでありうる。動作では、ダイ１２０のアクティブ構造体は、受信または送信される７７ＧＨｚ信号などのミリ波信号を増幅するために使用されるＲＦ増幅器（図示せず）を含む。ダイ１２０は、インタポーザに最も近いダイの側面であるアクティブ側（図示せず）の外側周辺部に沿って、１または複数の接地リングを含む端部シールを有することができ、接地リングは、所望の周波数の波長以下の周期寸法を有するＴＳＶによって接地した背面側に接続される。
【００３３】
図１６は、図１５のダイ１２０およびインタポーザ１１０の一部を詳細に示す。図１６では、ダイ１２０は、ダイ基板の背面側にわたる導電層１２３と、ダイボンドパッド１３４と、スタッドバンプ相互接続部１２１とを含むことを示している。導電層１２３は、寸法２２０の厚みを有する金を含むことができる。スタッドバンプ１２１は、ダイボンドパッド１３４およびインタポーザボンドパッド１３４（図９）に接続される。寸法２２３の空間は、ダイパッド１３４を含むダイの金属層と、インタポーザの導電層１１７との間で形成される。スタッドバンプ相互接続部１２１は、銅を含むことができる。データ情報とグラウンドなどの基準電圧とを含む信号は、ダイ１２０とインタポーザ１１０との間でスタッドバンプ相互接続部１２１を介して通信される。
【００３４】
動作では、ダイ１２０の回路部および相互接続部は、望ましくない電波信号を放射する可能性があり、たとえば、それらを介して流れる高周波電流に応じて信号を送信する高周波雑音源として動作しうる。記載するタイプの遮蔽されたパッケージ内に封入される場合、これは、インタポーザ１１０で共平面導波路に連結できる広範囲の周波数にわたって望ましくないＴＥモードをもたらす可能性がある。ダイ１２０によって生成される望ましくないＴＥモードの影響を減少させるために、ダイ１２０の下のＥＢＧユニットセルと、ダイ１２０に隣接する第１の完全なＥＢＧユニットセルは、損失性のＥＢＧユニットセルであるように形成される。図１７を参照すると、表示線１３の左側のパッチ１３９は、図１４に示すタイプのものでありうる損失性のＥＢＧ電磁バンドギャップｒに関連する。残りのＥＢＧユニットセル（図１７の表示線１３の右側）は、非損失性のＥＢＧユニットセルに関連する。本願明細書に記載する７７ＧＨｚ装置に関して、たとえば、６０〜１３０ＧＨｚまたは６５〜１２０ＧＨｚなどの広範囲の周波数を用いるＴＥモードの電力を吸収することができる。
【００３５】
図１７は、図１５のアセンブリの上面図を示し、インタポーザ１１０に対して、ダイ１２０と、そのスタッドバンプ相互接続部２１９との相対位置を示す。図１８は、導電層１１７の共平面導波路部分に近い図１７の一部をさらに詳細に示す。特に、導電層１２９の左端部から、共平面導波路の導電部分１６７を囲む空隙の左端部までの距離は寸法１５８である。導電部分１６７と導電層１２９との間のｘ軸方向の距離は寸法１５２である。導電部分１６７と導電層１２９との間のｙ軸方向の距離は寸法１５３である。導電構造体１６７の共平面導波路部分の最左端部とダイ１２０の最右端部との間の距離は寸法１５１である。
【００３６】
図１９は、導電性スペーサ１５０をインタポーザ１１０に追加した図１７の断面図を示す。スペーサ１５０は、寸法５１１の高さを有し、導電性接着材層５２１によってインタポーザ１１０に接続される（図２２）。スペーサ１５０は、基板インタポーザ１１０の導電リング１２４に電気的に接続する導電体を含む。一実施形態では、スペーサ１５０は、低導電性の中心部を囲む金属層などの導電性の外層を含む。図２０は、図１９のアセンブリの平面図を示し、スペーサ１５０、ダイ１２０、インタポーザ１１０およびスロット共振器１１４の相対的位置を示す。スペーサ１５０は、内側縁部から外側縁部の寸法５１２と、全体のｘ寸法５１３と、全体のｙ寸法５１４とを有する環状形を有する。
【００３７】
図２１は、キャップ１３０を追加した図１９と同じ断面図を示す。キャップ１３０は、ｘ寸法３０１、厚さ寸法３０２を有し、導電性接着材層５２２（図２２）によってスペーサ１５０に接続される。図２２は、ボール型相互接続部１６０、インタポーザ１１０、スペーサ１５０、キャップ１３０ならびに導電性接着材層５２１および５２２を含む図２１の一部を示し、導電性接着材層は、０．０２Ωｃｍの抵抗率と、厚さ寸法５２３とを有するエポキシ層でありうる。
【００３８】
図２３は、キャップ１３０のシリコン基板の端部から寸法３３１オフセットされた強固なグラウンド層として、外側導電層１３６を含むキャップ１３０を示す。キャップ１３０は、全体のｘ寸法３３３および全体のｙ寸法３３２を有する。外側導電層１３６は、ｘ寸法３３５およびｙ寸法３３４を有する。
【００３９】
図２４は、内側導電層１３７を形成する誘電部によって分離された２つの共平面導電層の１つである導電層３４２を示す。２つの導電層３４２および３４３（図２７）のそれぞれは、厚さ寸法１１を有する金であってよく、寸法１３を有する誘電体層の厚みによって分離されうる。導電層３４２は、パッチ３４６を含むキャップ１３０のシリコン基板に最も近い層であり、第２の導電層は、図２７に示しており、導電層３４２を覆うパッチ３５６を含む。
【００４０】
図２４に示すものは、導電リング３４１、パッチ３４５、パッチ３４６および導電構造体３４９を含む導電層３４２のさまざまな部分である。導電リング３４１は、内側縁部から外側縁部の寸法３１２と、全体のｘ寸法３１３と、全体のｙ寸法３１４とを有する環状形を有する。パッチ３４５は、上に記載したように、パッチ１３９と同じ寸法および間隔の正方形のパッチである。導電構造体３４９の左側部分は、ｙ寸法３１６およびｘ寸法３１５を有する。導電構造体３４９の環状部分は、ｙ寸法３１７の厚みとｘ寸法３１７の厚みとを有する。図２５に関してさらに詳細に記載するように、導電リング３４１、導電構造体３４９、パッチ３４５およびパッチ３４６は、それぞれ対応するＴＳＶ１３５に接続される。
【００４１】
図２５は、ＴＳＶ１３５が層１３７の導電層３４２に接する位置およびダイ１２０の相対的位置を示す図２４の平面図である。図に示すように、ＴＳＶ１３５の６つのコンセントリックリングが層３４２の周辺部の近くで形成される。ＴＳＶの各コンセントリックリングは、隣接する同心のＴＳＶリングからオフセットされ、三角格子構造を形成する。各列内のＴＳＶの周期は寸法３８１である。導電層１３７に接続するＴＳＶ１３５の直径は寸法３８２（図示せず）である。パッチ３４５および３４６の各１つは、対応するＴＳＶ１３５によってキャップ１３０の反対側でグラウンド層１３６に接続されることが認識されよう。パッチ３４５、ＴＳＶ１３５およびグラウンド層１３６の各組み合せは、上に記載するＥＢＧユニットセルを形成する。特定の実装では、ＥＢＧユニットセルは、ダイ１２０の周辺位置の内部または部分的に内部にあると示され、ダイ１２０の位置に隣接するユニットセルは、上に記載する損失性のＥＢＧユニットセルであり、このため、ダイ１２０の上でＴＥモードを大幅に抑制する。パッチ３４６に関連する他のＥＢＧユニットセルのそれぞれは、非損失性のＥＢＧユニットセルであり、このため、ＴＥモードを有意に吸収しない。同様に、パッチ３４６、ＴＳＶ１３５およびグラウンド層３１６の各組み合せは、図２７に示すように、上を覆う導電層３４３で、複数のパッチにも関連する非損失性のＥＢＧユニットセルの一部を形成する。
【００４２】
図２６に示すように、パッチ３４６は、オフセットされた列および行に配置され、共通列におけるパッチと周期寸法３５１を有し、パッチ３４６の列と行との間の距離は周期寸法３５２となる。パッチ３４６のそれぞれは、ｘ寸法３５３およびｙ寸法３５３を有する。パッチ３４６の最左端および最右端の行は、導電構造体３４９の環状部分から寸法３５４分オフセットされる。パッチ３４６の最上端および最下端の列は、導電構造体３４９の環状部分から寸法３５５分オフセットされる。
【００４３】
図２７は、図２４のような第１の導電層３４２と、第１の導電層を覆う第２の導電層３４３とを示し、このため、第１の導電層３４２は、第２の導電層３４３とキャップ構造体１３０の基板との間にある。一実施形態では、第２の導電層は、グリッドパターンを形成する行および列の方向に配置された複数のパッチ３５６を含み、これらのパッチは、誘電体層によってパッチ３４６から分離され、図示するようにパッチ３４６に重なる。特に、第２の導電層３４３の４つのパッチ３５６は、対応する第１の導電層３４２の各パッチ３４６の隅部に重なる。第２の導電層３４３のパッチ３５６は、互いに電気的に絶縁され、これにより、ビア１３５には接続されない。図２８に示すように、各パッチ３５６は、側面寸法３５７を有する正方形であり、共通パッチ３４６を覆う隣接パッチ３５６の中心間距離は、ｘ寸法３６２およびｙ寸法３６３である。パッチ３４６と、その上を覆う４つのパッチ３５６（他のパッチ３４６と共有される）と、ＴＳＶ１３５と、グラウンド層１３６の各組み合せは、複数のパッチ層を有する非損失性のＥＢＧユニットセルを形成する。
【００４４】
図２９は、本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートを示す。処理６０１では、集積回路ダイから輻射したＲＦ信号の第１の周波数範囲にわたるＴＥモードの電力は、集積回路ダイ上のメタマテリアルで吸収される。一実施形態では、メタマテリアルは、図１に示すようにキャップ１３０の位置１３１における開示する損失性の電磁バンドギャップ構造体などの損失性の周波数選択面（ＦＳＳ）であり、吸収される信号は、ダイ１２０の上と、ダイ１２０の主要表面とに対して平行方向に伝播される。一実施形態では、所望の中心周波数の両側で最小上下幅の所望のバンド幅に等しい周波数範囲でＴＥモードが１つのＥＧＢユニットセル当り少なくとも３ｄＢ、１つのＥＧＢユニットセル当り５ｄＢなどだけ吸収される。たとえば、７７ＧＨｚの中心周波数の所望の信号を有する集積アンテナパッケージに関しては、６０〜１３０ＧＨｚまたは７４〜８３ＧＨｚの周波数範囲にわたるＴＥモードにおける電力は、集積回路ダイを覆う損失性の電磁バンドギャップ構造体によって１単位セル当り少なくとも３ｄＢ分減衰する。
【００４５】
処理６０２では、スロット共振器から放射されたＲＦ信号の周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、マイクロストリップ給電線路の上方のメタマテリアルによって反動的に減衰するが、吸収はされず、反動的に減衰する電磁場は、全半径方向にスロット共振器から外側に伝播されている。一実施形態では、メタマテリアルは、図１に示すように、キャップ１３０の位置１３２における開示する非損失性の電磁バンドギャップ構造体などの非損失性の周波数選択面（ＦＳＳ）である。一実施形態では、マイクロストリップ給電線路の上方のメタマテリアルは、ＴＥモードを反動的に減衰させるが、所望の中心周波数の両側で最小上下幅の所望のバンド幅に等しい周波数範囲においてＴＥモードを吸収しない。たとえば、７７ＧＨｚの中心周波数の所望の信号を有する集積アンテナパッケージに関しては、７４〜８０ＧＨｚの周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、実質的に吸収されないが、反動的に減衰している。したがって、ＴＥモードにおける磁界は、スロットからの半径方向距離に従って減少するが、電力は、非損失性の電磁バンドギャップ構造体によってマイクロストリップ上の位置１３２において実質的に伝達もされず、吸収もされない。非損失性の電磁バンドギャップ構造体による反動性減衰によるＴＥモードの減衰は、損失性の電磁バンドギャップ構造体による吸収のため、ＴＥモードの減衰より狭い帯域幅にわたって発生することに留意されたい。
【００４６】
図３０は、本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートを示す。処理６１１では、集積回路ダイから輻射したＲＦ信号の第１の周波数範囲にわたるＴＥモードにおける電力が、集積回路ダイの下方のメタマテリアルによって吸収される。一実施形態では、メタマテリアルは、図１に示すように、インタポーザ１１０の位置１１１の損失性の電磁バンドギャップ構造体であり、吸収される信号は、ダイ１２０の下と、ダイ１２０の主要表面と平行な方向に伝播される。一実施形態では、所望の中心周波数の両側で最小上下幅の所望のバンド幅に等しい周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、１つのＥＧＢユニットセル当り少なくとも３ｄＢ、１つのＥＧＢユニットセル当り５ｄＢなどが吸収される。たとえば、７７ＧＨｚの中心周波数の所望の信号を有する集積アンテナパッケージに関して、６０〜１３０ＧＨｚまたは７４〜８０ＧＨｚの周波数範囲にわたるＴＥモードにおける電力は、集積回路ダイを覆う損失性の電磁バンドギャップ構造体によって１単位セル当り少なくとも３ｄＢ分減衰する。
【００４７】
処理６１２では、スロット共振器から放射されたＲＦ信号の周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、マイクロストリップ給電線路の上方のメタマテリアルによって反動的に減衰するが、吸収されない。反動的に減衰する信号は、全半径方向でスロット共振器から外側に伝播される。一実施形態では、メタマテリアルは、図１に示すように、キャップ１３０の位置１３２における非損失性の電磁バンドギャップ構造体である。一実施形態では、マイクロストリップ給電線路の上方のメタマテリアルは、ＴＥモードを反動的に減衰させるが、所望の中心周波数の両側で最小上下幅の所望のバンド幅に等しい周波数範囲でＴＥモードを吸収しない。たとえば、７７ＧＨｚの中心周波数の所望の信号を有する集積アンテナパッケージにおいては、７４〜８０ＧＨｚの周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、実質的に吸収されないが、ＴＥモード場は反動的に減衰している。非損失性の電磁バンドギャップ構造体による反動性減衰によるＴＥモードの電力の減衰は、損失性の電磁バンドギャップ構造体による吸収のため、ＴＥモードの電力の減衰より狭い帯域幅にわたって発生することに留意されたい。
【００４８】
図３１は、ダイの上および下の周波数選択面を含む本開示の特定の実施形態による方法のフローチャートを示す。処理６２１では、集積回路から放射された第１の周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、図２９の処理６０１に示すように減衰する。処理６２２では、集積回路ダイから放射された第１の周波数範囲のＴＥモードにおける電力は、図３０の処理６１１に示すように減衰する。処理６２３では、スロット共振器から放射された第１の周波数範囲のＴＥモードは、図２９の処理６０２に示すように減衰する。
【００４９】
図３２は、代替のアンテナ構造体の平面図を示す。図３２のアンテナ構造体は、寸法６５４の長さ、寸法６５５の幅、寸法６５２の空洞長、寸法６５３の空洞幅を有し、パッチ６２５および６２６を含む２つのパッチアンテナを含む。パッチ６２５および６２６のそれぞれは、下層のインタポーザの外側の導電性表面に、対応するスロット共振器６１４および６１５を有する。スロット共振器６１４および６１５のそれぞれは、インタポーザの内側の導電性表面における対応するマイクロストリップ給電線路（図示せず）に関連し、ダイ接触を分離するために接続される。パッチ６２５および６２６の寸法は、パッチ１４３と同じでありうる。振動子スロット６１４および６１５の寸法は、スロット共振器１１４と同じでありうる。以下に記載するレーダーシステムなどの信号処理時には、単一パルスレーダーシステムでより正確な角度測定を実施するために、２つのパッチアンテナ受信機から受信された情報を使用することによって、合計および差分パターンを作製することができる。代替の実施形態では、集積アンテナパッケージに実装される２つのパッチアンテナの１つは送信機に関連させることができ、２つのパッチアンテナのもう１つを受信機側に関連させることができる。
【００５０】
【表１】
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図３３は、レーダーモジュール１１００の機械的パッケージの上面図を示す。明確には示さないが、機械的パッケージは環境パッケージ内に入れることができる。一実施形態では、反射信号は、レーダーモジュール１１００の１または複数の受信モジュールで受信され、障害の位置を求めるために制御／処理回路によって処理される。レーダーモジュール１１００は、位相アレイレーダー方式とは対照的に、混信の可能性を減少させ、簡易型キャリブレーションを容易にするために、単一パルスレーダー方式を実装することができる。一実施形態では、反射信号は、レーダーモジュール１１００の１または複数の受信モジュールで受信され、障害の位置を求めるために制御／処理回路によって処理される。レーダーモジュール１１００を実装する乗用車は、障害の検出された位置に基づき、衝突防止警告または衝突防止動作を実施することができる。
【００５１】
レーダーモジュール１１００は、外部の電気的インタフェース１１２０を有し、多重のコネクタと、別個の送信部分および受信部分に関連する複数の位置とを含むことを示す。別個の送信部分および受信部分のそれぞれは、図３３に示す放物線状構造体１１１１〜１１１５の１つに関連しており、互いに対して異なる方向に面するように配置される。特定の実施形態によれば、放物線状構造体１１１１〜１１１４は対応するＲＦ受信機に関連し、放物線状構造体１１１５はＲＦ送信機に関連する。特定の実施形態では、ＲＦ受信機１１１１〜１１１４は、反射したレーダー信号を受信し、送信能力を有しない。ＲＦ送信機１１１５は、反射するＲＦ信号を送信し、受信能力を有しない。
【００５２】
放物線状構造体１１１１は、中心線１７１０で示す方向に面して配列する。放物線状構造体１１１２は、中心線１７２０で示す方向に面して配列する。放物線状構造体１１１５は、中心線１７５０で示す方向に面して配列する。放物線状構造体１１１３は、中心線１７３０で示す方向に面して配列する。放射状構造体１１１４は、中心線１７４０で示す方向に面して配列する。レーダーモジュール１１０の中心線は、放物線状構造体１１１５への中心線と同じである。放物線状構造体１１１１は、中心線１７５０から２０〜３５度の角度分、２８度分などオフセットされた中心線１７１０によって規定された方向に面する。放物線状構造体１１１１は、２０〜３５度の角度分、２８度分など、線分１７１１と線分１７１２との間の角度分によって規定された総方位角ビーム幅を有する。放物線状構造体１１１２は，中心線１７５０から１５度の角度分オフセットされた中心線１７２０によって規定された方向に面する。放物線状構造体１１１３は、中心線１７５０から１５度の角度分オフセットされた中心線１７３０によって定義された方向に面する。放物線状構造体１１１４は、中心線１７５０から３０度分オフセットされた中心線１７４０によって定義された方向に面する。受信構造１１１１〜１１１４のそれぞれは、隣接する放物線状構造体の輻射パターンに重なるそれぞれの中心線に対して、同じ方位角ビーム幅を有する。線分１７１１と線分１７４２との間のレーダーモジュール１１００の受信機の有効な総方位角ビーム幅は、４５〜９０度、６０度などである。受信構造体である放物線状構造体１１１１〜１１１４間の方位角ビーム幅の重なる広がりと、送信構造体である放物線状構造体１１１５の方位角ビーム幅は、レーダーモジュールで利用可能な角カバレッジを提供する。中心線１７５０、放物線状構造体１１１５および放物線状構造体１１１〜１１１４は、線分１７５１と線分１７５２との間の角度、４５〜９０度などによって規定される方位角ビーム幅を有する。たとえば、６０度などである。
【００５３】
動作では、放物線状の送信構造体１１１５を含むレーダーモジュール１１００の送信機部分は、７７ＧＨｚなどの所望の周波数で高周波レーダー信号を送信する。送信機部分は、集積アンテナパッケージ（図１）内の単一パッチアンテナまたはデュアルパッチアンテナなどのアンテナ構造体を含むことができ、これは反射表面、レンズなどまたは、それらの組み合せなどの二次アンテナまたは複合アンテナを照射し、回避すべき潜在的障害物の所望の方向に電磁エネルギーを再輻射する。放物線状構造体１１１５は、受信後に受信したレーダー信号を向ける受信機部分１１１１〜１１１４の反射器表面から独立している送信レーダー信号を向けるために別個の反射器表面を有する。
【００５４】
図３４は、図３３のレーダーモジュール１１００の正面図を示す。特に、図３４は各放物線状構造体１１１１〜１１１５のそれぞれに対する偏光表面を有する各フロントカバーレイドームを示す。
【００５５】
図３５は、ハウジングベース１２１０およびハウジングカバー１２２０を含むレーダーモジュール１１００のさまざまな構成要素の等角図を示し、これらの構成要素は電子アセンブリ１３００を受けて、収納する。ハウジングカバー１２２０を覆うのは、電磁（ＥＭ）吸収材１４１０と、レンズ１５００と、放物線状構造体１１１１〜１１１５に対応するパラボラ反射鏡１４２０と、偏光部分１４３０とを含むフロントカバーである。
【００５６】
一実施形態によると、動作では、電子アセンブリ１３００の背面側にマウントされる集積アンテナパッケージは、プリント回路基板、電磁波吸収体１４１０およびケーシングカバー１２２０に存在する配列した開口部を通して、レーダー信号を送信または受信する。レンズ１５００は、受信信号および送信信号に焦点を合わせる。たとえば、送信信号は、吸収材１４１０の開口部と連携するレンズを通過後、パラボラ反射鏡１４２０の内側反射面から反射される。モジュールの送信部分では、レンズは、下層のアンテナからエネルギーを形成して、さらに効率的に反射器表面を照射し、吸収材１４１０は、モジュールによって内部的に生成される望ましくない信号であり所望の信号の高調波分を含む、スプリアス信号を吸収する。モジュールの受信部分では、受信信号は、下層のアンテナに信号エネルギーを形成して、焦点を合わせるレンズを通過する前に、パラボラ反射鏡構造体１４２０の内側の反射面から反射され、吸収材１４１０は、特定の望ましくない方向から受信した信号などの望ましくない外部信号を吸収する。
【００５７】
図３６は、電子アセンブリ１３００の一部をさらに詳細に示す。特に、図３６は、外部インタフェース１１２０（コネクタ）、受信装置１３１１〜１３１４、送信装置１３１５および処理／制御装置１３２０を含む電子アセンブリの背面側部分を示す。送信装置１３１１〜１３１４および受信装置１３１５は、上に記載するような集積アンテナパッケージ（図１）または他の集積化されていない装置であってもよい。処理／制御装置は、さまざまな信号処理または制御用電子機器を含むことができ、パッケージ化された、または、フリップマウントされた半導体ダイを含むことができる。上に記載するタイプの集積アンテナ装置が使用される場合、各アンテナ部分は、図３７にさらに詳細に示すように、プリント回路基板の対応する開口部の上に位置決めされる。
【００５８】
図３７を参照すると、装置１３１３および１３１４のアンテナ部分は、集積アンテナパッケージであり、電子アセンブリ１３００のプリント回路基板の開口部に示す。特に、集積アンテナ１３１３および１３１４の一部１３０３および１３０４は、それぞれ、プリント回路基板の開口部によって示し、反射したレーダー信号を受信するためのパッチアンテナ（図示せず）を含む。電磁バンドギャップ構造体１３２４および１３２３などの周期構造体は、対応する開口部でプリント回路基板に集積される。たとえば、電磁バンドギャップ構造体１３２３および１３２４は、開口部１３２３および１３２４をそれぞれ囲む非損失性のＥＢＧユニットセルを含むことができ、開口部を通ってレーダー信号が送受信される。電磁バンドギャップ構造体は、図３８に、さらに詳細に示す。
【００５９】
図３８は、開口部１３２４と、受信装置１３１４と、対応するＥＢＧユニットセルに関連する複数の電磁バンドギャップパッチのうち６つの電磁バンドギャップパッチとを示し、６つのパッチのうち３つが開口部１３２４のいずれか一方の側に電磁バンドギャップ構造体を形成する。受信機１３１４は、電子アセンブリの印刷されたＰＣＢ基板に装着されたはんだボールと、開口部１３２４でマウントされるパッチアンテナ１３３４を含むアンテナ部分１３０４とを含む集積アンテナパッケージである。上に記載するように、電磁バンドギャップ構造体は、複数のＥＢＧユニットセルを含み、各ＥＢＧユニットセルは、導電性のパッチ１３９１と、基板貫通ビア１３９２と、背面金属１３９３によって実装されたグラウンド層との組み合せによって形成される。ＥＢＧユニットセルの周期は、本実施例の７７ＧＨｚ設計周波数では１５０μｍである。プリント回路基板の各開口部は、対応する電磁バンドギャップ構造体によって囲まれることが認識されよう。
【００６０】
図３９は、レーダーモジュール１１００の放物線状構造体１１１２における部分の断面等角図を示す。放物線状構造体１１１２は、フェンス吸収材１６４２、反射鏡部分１６２２、前方部分および下層の電子アセンブリ１３００の一部を含む。表面部分は、反射部分１６２２によって形成される放物線状構造体１１１２の開口部１６７３を含む偏光表面１６３２を含む。各放物線状構造体１１１１〜１１１５のそれぞれは、独立した放射開口部およびエッジ処理部１６６２を含むことが認識されよう。
【００６１】
偏光表面１６３２は、開口部１６７３で受信された反射信号を偏光し、反射器部分１６２２の放物線形によって形成される。一実施形態では、開口部１６７３の高さは６０ｍｍ超、６７ｍｍなどであり、最終的なアンテナビームの所望のパターン特性に依存する。放物線状構造体１１１２の内側でのエッジ処理部１６６２は、エッジで望ましくない表面電流を減少させ、望ましくない方向からの信号を抑圧する吸収材である。したがってエッジ処理部１６６２は、動作時に送信信号に対して望ましくない影響を引き起こすエッジ電流を減少させる。エッジ処理部１６６２は、吸収特性のために選択されるさまざまな市販材料のいずれのものであってよく、磁性があり、炭素を含むなど、および、それらの組み合せである吸収剤を含む。
【００６２】
フェンス吸収材１６４２は、レンズ１６５３と連携する開口部および電子アセンブリ１３００のアンテナ構造体を含むグレーデッド構造体（ｇｒａｄｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。レンズ１６５３の上側部分は、フェンス吸収材１６４２の開口部を通して露出している。
【００６３】
図４０は、放物線状構造体１１１２をさらに詳細に断面図に示す。反射鏡部分１６２２の内側表面は、７７ＧＨｚ信号などの受信信号を反射する高品質な反射表面である。高品質な表面は、選択的に配置することができる。たとえば、反射鏡部分１６２２の構造部分は、射出成形構造などのプラスチック材であってもよく、高反射性の表面を備えるために内側表面に沿って金属化されている。放物線状構造体１１１２の形状は、放物線状構造体１６２２の開口部１６７４（図４０）を形成し、図４１に示すように、レンズ１６５３への受信信号の焦点を合わせる。
【００６４】
また、図４０に示すものは、フェンス吸収材１６４２である。フェンス吸収材１６４２は、望ましくない周波数範囲を吸収するために、１または複数の個々のレベル中で連続的に変化し、１または複数の個々のレベルで離散的に変化するなど、および、それらを組み合せたグレーデッド吸収材でありうる。たとえば、フェンス吸収材を形成する材料は、１または複数のレベルを通して連続的または離散的に変化する特性を有することができる。「連続的に」という用語は、グレーデッド吸収材に関して使用され、特定のレベル通じて比較的一定である特性変化を示す。「離散的に」という用語は、グレーデッド吸収材に関して使用され、レベルの離散層間で比較的突然発生する特性変化を示す。たとえば、グレーデッド吸収材は、特定のレベルを形成する材料にわたって徐々に変化する特性を有することができる。そのような特性の例は、特定の材料の存在、材料割合、レベルの電導性など、および、それらの組み合せなどの物理学的特性を含みうる。その代わりに、グレーデッド吸収材の特徴は、連続的とは対照的に、上部から下部まで同量ずつ離散的に変化することができ、離散的な層は、「階段ステップ」勾配になるなど、特性は複数の位置でさらに突然に変化し、たとえば、離散層はさまざまな特性を有する。グレーデッド吸収材の例は、導電体および非導電体、多層状に装填した発泡材、多層状に磁気的に装填したセラミックス、および、それらの組み合せなど材料の相対量を変化させることによって、広帯域吸収材になるように調整された成形シンタクチックフォームを含む。
【００６５】
説明する実施形態では、フェンス吸収材１６４２は、望ましくない方向からの反射および信号を抑制する多層を有するグレーデッド吸収材を含む。たとえば、吸収材１６４２は、表面電流を抑制でき、プリント回路カードおよびパラボラ反射鏡によって定義される量の範囲内で信号を吸収する。説明する実施形態では、フェンス吸収材１６４２は、電導性のグレーデッド構造体であり、交通騒音または他の平滑表面に起因する反射などの高角度入射高周波反射を吸収するために配置される。フェンス構造体１６４２は、下側レベル、すなわち、電子アセンブリ１３００にさらに近くでは、１／４波長厚さである部分１６７４と、中間レベルでは、３／４波長厚さである吸収材部分１６７３と、上側レベルでは、２波長厚さである吸収材部分１６７２とを含む。さまざまな層の厚さは、特定のレベルで吸収材帯域幅を改善するように変化する。フェンス吸収材１６４２の吸収剤部分１６７２〜１６７４を覆う層１６７１は、表面端部で電流を減少させる磁気的に装填した材料である。各フェンス吸収材部分１６７２〜１６７４は、上側部分より高い導電性である下位部を含む。たとえば、１／４波長であるフェンス吸収材部分１６７４は、１／４の波長信号を吸収し、存在するレベル範囲内の下側部分を有し、対応するレベルの上側部分よりも高い導電性である。たとえば、レベルの下側部分は銀を含むことができるが、上側部分は、銀の少ない、あるいは、銀が存在しない導電性炭素材を含むことができ、レベルの下側部分ほど導電性を有しない。反射器１６２２の内側表面は、１／４、３／４および２波長信号をほぼすべて吸収するフェンス吸収材と対照的に、１／４、３／４および２波長信号を含む所望の周波数付近の周波数範囲を実質的に同量分ほぼすべて反射することに留意されたい。
【００６６】
フェンス構造体１６４２は、受信信号によって生成される表面エッジ電流を減少させるために傾斜し、角度があり、前方に面する部分を有する。
動作では、図４１にさらに示すように、反射したレーダー信号は、放物線状構造体１１１１の内側の反射面からレンズ１６５３に反射し、下層のパッチアンテナに信号の焦点を合わせるか、あるいは反射器の反射面を照射するために選択されたビームを形成するように選択される。たとえば、広い円錐ビームは、下層のアンテナ素子上に投射でき、このアンテナは、特定の実装においてパッチアンテナである。
【００６７】
図４２は、１または複数のレーダーモジュールを配置できる自動車９９０、乗用車などの前部を示す。各レーダーモジュールは、自動車の対応するコンセント（図示せず）にコネクタ１１２０を差し込むことによって、自動車両と物理的かつ電気的に連動する。特に、レーダーモジュール１１０１および１１０３は、車両の隅部の近くに搭載されることを示し、レーダーモジュール１１００の曲面形状が、乗用車の前面から側面に移行する乗用車の隅部の移行部分と一致している。特に、モジュール１１０１および１１０３の中心線１７５０は、乗用車の前方に面する中心線である前向き方向９９９からオフセットされる。レーダーモジュール１１０２が、図４２の乗用車９９０の前部に実装されている。特に、モジュール１１０２の中心線は、図３３に示す中心線１７５０であり、前向き方向９９９と一致する。多かれ少なかれレーダーモジュールは、使用できることが認識されよう。たとえば、モジュール１１０２のみを使用してもよく、モジュール１１０１および１１０３のみを使用してもよく、あるいは、モジュールをすべて使用してもよい。さらに、乗用車後部などの車両の他の位置にレーダーモジュールを実装することができる。角カバレッジを単一面に提供し、その面から外れたオブジェクトを拒絶するように、モジュールを搭載することができる。
【００６８】
本願明細書で使用するように、用語メタマテリアルは、有効媒質モデルによって示されうる複合材を示すのに使用されることが認識されよう。一般に、メタマテリアルは、性質が周囲の母材と異なる１または複数の材料のサブ波長含有物から成る。そのようなメタマテリアルは、幅広い範囲の物理的尺度にわたってさまざまな電磁特性を有するように形成してもよく、設計尺度は波長で測定される。メタマテリアルは、あらゆる単一材料中には一般に見られない電磁特性を示す。
【００６９】
空洞部を有する特定の集積アンテナパッケージは、本願明細書に記載する位置で、損失性の電磁バンドギャップ構造体などの損失性メタマテリアルを組み込むことによって、かつ、本願明細書に記載する位置で、非損失性の電磁バンドギャップ構造体などの非損失性メタマテリアルを組み込むことによって、７７ＧＨｚで使用される場合に、空洞部の内側金属表面によって引き起こされる共振を緩和することが特定されている。空洞パッケージの使用は、所望の信号の中心周波数を移行させる可能性があり、あるいは、ポリマーモールド合成物の経時変化により、伝送損失性能が経時劣化する可能性があるオーバーモールディグ法を回避する。しかし、上の記載は、集積アンテナパッケージの実装およびレーダーモジュールの実装の具体例の説明に有用である実施形態を示すことが認識されよう。本開示の他の実施形態、用途および利点は、本願明細書に開示する仕様および実施を考慮すれば、当業者には明らかになることがさらに認識されよう。明細書および図面は、例示的なものであり、開示の範囲は、これに応じて、本願特許請求の範囲およびその同等物によってのみ限定されることを意図している。
【００７０】
たとえば、開示するレーダーモジュールは、たとえば、個人用、家族用または家庭用の製品、自動車以外の他の道路走行が合法な車両（二輪車両、バスなど）、監視用途（ホームセキュリティ、交通量計測装置など）などの消費者製品で使用することができる。
【００７１】
特定の材料や物質の特徴を本願明細書に示す場合には、同じ機能を実装するのに適した他の材料を使用してもよいことが認識されよう。たとえば、それらの動作機能性が維持される限り、導電構造体および導電表面は、さまざまな導体材料と、さまざまな寸法を使用して実装することができる。たとえば、０．０２Ωｃｍ未満の導電性を有する導電性エポキシを使用してもよい。または、動作が維持される限り０．０２Ωｃｍ超の伝導率を有する導電性エポキシを使用してもよい。さらに、十分な電導性が維持される限りは、金以外の他の導電体を使用できることが認識されよう。
【００７２】
特定の寸法が７７ＧＨｚ集積アンテナパッケージの特定の実施形態のために提供されるが、これらの寸法は、７７ＧＨｚでの動作機能性に比例した許容誤差によって変化し、適切に調整された動作を維持するために他の周波数の動作に基づく量によって増減できることが認識されよう。たとえば、７７ＧＨｚでは、ＲＦ信号の送信に影響するさまざまな特性、たとえば共平面導波路、マイクロストリップ給電線路、スロット共振器、パッケージサイズ、空洞部サイズ、ＴＳＶ周期、パッチなどは、公称量によって変化しうる寸法を有することができる。しかし、他のミリ波長周波数においては、これらの同じ特徴は、動作を維持するために、実装される周波数によって測定することができることが認識されよう。たとえば、さまざまな電磁バンドギャップパッチの平均周期およびサイズならびに指示されるＴＳＶの周期は、高周波数信号に対して小さい寸法に通常縮小され、スロット共振器は、標的の７７ＧＨｚ動作または他の標的の動作周波数の付近で、広帯域性能を有する電磁結合を供給するように、単純なＩ−スロット以外の多くの形状の１つを有することができる。本願明細書に記載するさまざまな空洞部の寸法は、設計周波数によって変化し、さまざまな基板の周辺部のＴＳＶの周期は、基板端部を通して送信されるＲＦ雑音を減少させるように、所望の信号の波長よりかなり短くなるように選択され、電磁バンドギャップパッチのサイズおよび間隔は、周波数によって決められ得る。たとえば、７７ＧＨｚ設計のＴＳＶ間の周期は、７７ＧＨｚ信号の自由空間波長の約１／２０である。本願明細書に示すさまざまなＴＳＶは、端部から４５度回転した正方格子に配列されるが、他の実施形態は、三角格子で配置されたＴＳＶなどを実装することができる。
【００７３】
特定の特徴のさまざまな実装は、他の実装に置き換えることができることもまた認識されよう。たとえば、本願明細書に開示する周期的な電磁バンドギャップ構造体は、ほぼ周期的な電磁バンドギャップ構造体または非周期的な表面として実装することができることが認識されよう。本願明細書に開示するほぼ周期的な表面は、周期的または非周期的として実装してもよい。さらに、説明するようにＴＥ信号を減衰させる他の損失性メタマテリアルおよび非損失性メタマテリアルを含む他のメタマテリアルは、所望の成果を得るように示される位置で使用できることが認識されよう。さらに、図１７の線１３の右側の非損失性のＥＢＧユニットセルは、損失性のＥＢＧユニットセルであってもよく、電磁バンドギャップパッチ間の抵抗層は、導電構造体１２９のリング部分内に延伸しない。米国特許出願第１２／７１１，９２３号明細書に開示されているような他のさまざまな電磁バンドギャップ構造体を使用することができ、その明細書は、全体を参照することにより本願明細書に引用したものとする。
【００７４】
開示するレーダーモジュールに関して、大規模な準光学アンテナシステムへの給電時における開示する集積アンテナパッケージの使用によって、自動車衝突警告および自動車レーダー衝突回避システムなどの低コストかつ信頼性のある目標検出器を提供することが認識されよう。しかし、説明したもの以外の別種のアンテナ構造体を使用することができる。たとえば、パッチアンテナは、プリント回路基板自体に形成でき、他のさまざまなタイプのカプラーのいずれかによって給電することができる。さらに、それぞれの構成要素の方位角ビーム幅およびモジュール自体は変化しうる。たとえば、モジュールは、６５度などの大きい方位角ビーム幅、または、小さい方位角ビーム幅を有する放物線状構造体からの送信を容易にすることが可能であり、モジュールの大きいあるいは１２０度などの小さい総受信方位角ビーム幅をさらに容易にすることが可能である。さまざまな数の送信部分および受信部分を実装することができる。たとえば、多数の送信部分を使用することができる。
【００７５】
上に記載する機能または素子のすべてが必要ではなく、特定の機能または装置の一部は必要でなくてもよく、記載するもの加えて、１または複数の機能をさらに実行してもよく、あるいは、素子を含んでもよいことに留意されたい。さらに、機能が記載される順番は、必ずしも実行される順番を示さない。
【００７６】
また、特定の実施形態に関して概念を記載している。しかし、当業者は、本願の特許請求の範囲に記載するように、本開示の範囲から逸脱することなくさまざまな変更および改変を行うことができることを認識する。
【００７７】
便益、他の利点および問題の解決法は、特定の実施形態を参照して上に記載している。しかし、便益、利点、問題の解決法および便益、利点または解決法をもたらしうる、もしくは、さらに顕著となりうるあらゆる特徴が、本願特許請求の範囲のいずれか、あるいは、すべての重要な、必要な、または、不可欠な特徴であると解釈すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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