(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合されたアンテナ／ヒートスプレッダ装置であって、
熱的および電気的伝導性材料を含み、第１の部分および第２の部分を有するヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの第１の部分から形成されたアンテナと、
前記ヒートスプレッダの第２の部分上に搭載された構成要素であって、前記ヒートスプレッダの第２の部分は、前記アンテナから、間隙によって離間されている、構成要素と、
前記間隙を横断して配置され、前記構成要素を前記アンテナに接続する１つ以上の伝導性接続部と、
前記アンテナを覆って配置された導波路であって、前記１つ以上の伝導性接続部、前記間隙、および前記アンテナは、エネルギーを前記導波路の開放端中に放射するように構成されている、導波路と
を備える、装置。
【請求項２】
前記導波路の開放端は、前記ヒートスプレッダ、前記アンテナ、および前記間隙を含む平面に垂直に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アンテナは、ハーフノッチアンテナである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アンテナは、水平および垂直の両方において、実質的に、前記導波路の中心に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記アンテナと前記導波路との間の間隙は、約０．００１〜０．００３インチ（０．００２５４〜０．００７６２センチメートル）である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
マイクロ波集積回路アセンブリであって、
１つ以上の熱発生構成要素を支持するように適合された第１の表面を有し、かつアンテナ要素のアレイを形成する形状を有する側面を有する、熱的および電気的伝導性基板と、
前記熱的および電気的伝導性基板の第１の表面上に配置された複数の熱発生構成要素と、
前記アンテナ要素のアレイのうちの個別の１つと前記複数の熱発生構成要素との間の１つ以上の電気伝導性接続部であって、前記アンテナ要素のアレイは、間隙によって前記熱的および電気的伝導性基板の主部から少なくとも部分的に離間されている少なくとも１つの要素を含み、前記１つ以上の電気伝導性接続部は、前記間隙にまたがる少なくとも１つの伝送線路区分を含む、１つ以上の電気伝導性接続部と
を備える、アセンブリ。
【請求項７】
前記複数の熱発生構成要素は、電気回路構成要素に対応する、請求項６に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
【請求項８】
複数の導波路伝送線路であって、前記複数の導波路伝送線路のそれぞれは、前記アンテナ要素のアレイを構成する前記アンテナ要素の個別の１つが、前記複数の導波路伝送線路の個別の１つの内側に配置されるように配置されている、複数の導波路伝送線路をさらに備える、請求項６に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
【請求項９】
前記複数の導波路伝送線路および前記複数の熱発生構成要素は、同じ数である、請求項８に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
【請求項１０】
前記１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれは、１つ以上の接合ワイヤを備え、前記１つ以上の接合ワイヤのそれぞれは、前記アンテナ要素のアレイを構成する少なくとも１つのアンテナ要素に結合された第１の端部と、前記複数の熱発生構成要素のうちの少なくとも１つに結合された第２の端部とを有する、請求項６に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
【請求項１１】
前記１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれはさらに、前記接合ワイヤの前記第２の端部と前記熱発生構成要素との間に結合された平面伝送線路を備える、請求項１０に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
【請求項１２】
マイクロ波集積回路アセンブリであって、
１つ以上の熱発生構成要素を支持するように適合された第１の表面を有し、かつアンテナ要素のアレイを形成する形状を有する側面を有する、熱伝導性基板と、
前記熱伝導性基板の第１の表面上に配置された複数の熱発生構成要素と、
前記アンテナ要素のアレイのうちの個別の１つと前記複数の熱発生構成要素との間の１つ以上の電気伝導性接続部であって、前記アンテナ要素のアレイは、間隙によって前記熱伝導性基板の主部から少なくとも部分的に離間されている少なくとも１つの要素を含み、前記１つ以上の電気伝導性接続部は、前記間隙にまたがる少なくとも１つの伝送線路区分を含む、１つ以上の電気伝導性接続部と
を備え、
前記アンテナ要素のアレイ内の前記アンテナ要素のそれぞれの形状は、略フィン形状であり、前記フィン形状は、前記フィン形状のアンテナ要素が突出する前記熱伝導性基板の側面に結合された第１の部分と、前記アンテナ要素の側面と前記フィン形状のアンテナ要素が突出する前記熱伝導性基板の側面との間に間隙を有する第２の部分とを有する、第１の側面を有する、マイクロ波集積回路アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ波およびミリ波回路に関し、特に、マイクロストリップと導波路伝送線路との間の信号を結合するための遷移部に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波およびミリ波回路は、ストリップ線路、マイクロストリップ、およびコプレーナ導波路等、長方形および／または円形導波路と平面伝送線路との組み合わせを使用し得る。導波路は、一般に、例えば、アンテナ給電ネットワークで使用される。マイクロ波回路モジュールは、典型的には、マイクロストリップ伝送線路を使用して、マイクロ波集積回路と平面基板上に搭載された半導体デバイスとを相互接続する。遷移デバイスは、マイクロストリップ伝送線路と導波路との間の信号を結合するために使用される。
【０００３】
小型の高度に統合された無線周波数（ＲＦ）アセンブリは、とりわけ、電力増幅器、回路基板マイクロストリップ導体へのワイヤ接合遷移部、放射要素（プローブまたは印刷アンテナ等）への第２の遷移部、および熱制御基板（ヒートスプレッダ等）を含む。構成要素は、ＲＦエネルギーを電力増幅器（ＰＡ）から放射要素に伝達する。次に、放射要素は、ＲＦエネルギーを出力導波路に結合し得る。構成要素（特に、ＰＡ）からの廃熱は、電子機器の劣化および／または早期故障を防止するために、ヒートスプレッダによって制御かつ再指向される。
【０００４】
ヒートスプレッダをそのようなアセンブリ内で採用する従来の方法は、多くの場合、アセンブリ内の各マイクロ波集積回路、チップ、または他の電子機器、マイクロストリップへのワイヤ接合遷移部、次いで、放射要素への別の遷移部の下において、個々のヒートスプレッダを使用する。これらの遷移部は、幾分、脆弱であって、機械的衝撃から離調を受けやすい。また、正確に加工するためには、労働集約的であって、したがって、コストがかかる。さらに、そのような遷移は、非常に周波数に敏感であって、したがって、特定の遷移設計の実用性を狭い範囲の中心周波数または帯域幅のいずれかに限定し得る。特に、低周波数で使用される標準的遷移技法は、遷移部が、回路基板内のマイクロストリップ遷移部の同調長により、より多くの損失およびより低い帯域幅を有するため、高周波数用途では、良好に機能しない。
【０００５】
関連技術において公知の他の遷移方法は、回路Ｅ−プローブ、支柱Ｅ−プローブ、およびパッチアンテナ遷移部を含む。いくつかの先行技術のパッチアンテナ遷移部は、図１および２を参照して以下に説明される。
【０００６】
先行技術の回路Ｅ−プローブ遷移部は、完全に微細機械加工された有限接地コプレーナ線路−導波路遷移部である。Ｅ−プローブは、伝送信号を微細機械加工されたスロット中に注入し、Ｅ場をもたらす。Ｅ場は、次いで、導波路中に伝搬する。そのような回路Ｅ−プローブ遷移部は、例えば、非特許文献１に説明されている。
【０００７】
長方形導波路への先行技術の支柱Ｅ−プローブ遷移部では、コプレーナ導波路（ＣＰＷ）ポートが、石英基板上に形成された空洞内に位置する支柱に結合される。空洞は、典型的には、複数の積層のシリコンから形成される。ＣＰＷポートに注入される電磁エネルギーは、空洞内にＥ場の形成を生じさせ、Ｅ場は、次いで、導波路ポートを通して、そこから、導波路（図示せず）の下に結合する。そのような支柱Ｅ−プローブ遷移部は、例えば、非特許文献２に説明されている。支柱Ｅ−プローブ遷移部の別の実装は、被特許文献３に説明されている。
【０００８】
図１は、９１〜１１３ＧＨｚ用途のための先行技術の完全に微細機械加工されたＷ帯導波路−接地コプレーナ導波路遷移部３００を描写する。本遷移部は、ビアホール３１０を利用して、エネルギーをポート３２０から導波路３３０に結合する。そのような遷移部は、典型的には、パッチアンテナと併用される。本設計はさらに、非特許文献４に説明されている。
【０００９】
図２は、パッチアンテナにおいて使用される別の先行技術遷移部を描写する。本先行技術遷移部４００は、ビアホールを使用せず、代わりに、マイクロストリップ４０５、プローブ４１０、およびパッチ要素４２０（周囲接地平面４２５を伴う）を採用し、エネルギーを導波路４３０中に結合する。パッチ要素４２０は、基板４４０上に形成される。本設計はさらに、非特許文献５に説明されている。
【００１０】
Ｒａｙｔｈｅｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙは、以前に、図３に図示されるような、同一の問題のいくつかを解決する類似した印刷アンテナ遷移部を設計している。印刷回路アンテナ５１０は、基板５２０上に提供され、印刷回路トレース５４０によって、パッド５３０上に位置する送信機（電力増幅器等（図示せず））に接続される。エネルギーは、基板５２０内のビアホール５５０を用いて、導波路（図示せず）に結合される。アンテナ５１０は、それ自体が当技術分野において公知の四分円またはハーフビバルディアンテナである。本設計はさらに、特許文献１および特許文献２に説明され、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【００１１】
したがって、損失を低減させるために、エネルギーをＰＡから導波路に結合する際、遷移部の使用を最小限にすると同時に、広範囲の動作中心周波数および帯域幅にわたって、動作可能かつ拡張可能な結合方式を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１０２２８４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２１０２２５号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｙｏｎｇｓｈｉｋ  Ｌｅｅら，Ｆｕｌｌｙ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｆｉｎｉｔｅ−Ｇｒｏｕｎｄ  Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｌｉｎｅ−ｔｏ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｗ−Ｂａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ  ２００４，ｐ．１００１−１００７
【非特許文献２】Ｙｕａｎ  Ｌｉら，Ａ  Ｆｕｌｌｙ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｗ−Ｂａｎｄ  Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＩＥＥＥ／ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，３−８  Ｊｕｎｅ  ２００７，ｐ．１０３１−１０３４
【非特許文献３】Ｎａｈｉｄ  Ｖａｈａｂｉｓａｎｉら，Ａ  Ｎｅｗ  Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ  ＣＰＷ  ｔｏ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ｗａｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１１  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ（ＡＰＳＵＲＳＩ），３−８  Ｊｕｌｙ  ２０１１，ｐ．８６９−８７２
【非特許文献４】Ｓｏｈｅｉｌ  Ｒａｄｉｏｍら，Ａ  Ｆｕｌｌｙ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｗ−ｂａｎｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−ｔｏ−Ｇｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ９１−１１３  ＧＨｚ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ４０ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２８−３０  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０１０，ｐ．６６８−６７０
【非特許文献５】Ｋａｚｕｙｕｋｉ  Ｓｅｏら，Ｖｉａ−Ｈｏｌｅ−Ｌｅｓｓ  Ｐｌａｎａｒ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ−ｔｏ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ＷａｖｅＢａｎｄ，２０１１  Ｃｈｉｎａ−Ｊａｐａｎ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ（ＣＪＭＷ），２０−２２  Ａｐｒｉｌ  ２０１１，ｐｐ．１−４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の従来のアプローチとは対照的に、本発明の実施形態は、導波路中への冗長なマイクロストリップ伝送線路遷移部により生じ得る、高損失の問題を解決する、統合されたアンテナ／ヒートスプレッダを対象とする。
【００１５】
本明細書に説明される概念、システム、および技法によると、アンテナは、マイクロ波集積回路アセンブリ内でヒートスプレッダと統合されてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナと集積回路アセンブリの出力デバイス（例えば、電力増幅器、すなわち、ＰＡ）との間の相互接続部は、単純かつ短いワイヤ接合であってもよい。本遷移部は、短いだけではなく、マイクロストリップ伝送線路におけるような誘電体を通してＲＦエネルギーを通過させないため、低損失である。
【００１６】
以前（すなわち、従来）の設計は、ＰＡから、回路基板マイクロストリップ、次いで、放射要素に遷移した。そのような遷移は、回路基板内のマイクロストリップ遷移部の同調長およびマイクロストリップ伝送線路の誘電体内のＲＦエネルギーの損失のため、より多くの損失およびより狭い帯域幅を有する。また、従来の方法は、個々のヒートスプレッダを各チップ下に定置することを伴い、複数チャネルアセンブリの組立を複雑にする。
【００１７】
本明細書に説明される概念を利用する、本装置および方法の例示的実施形態は、これらのワイヤ接合遷移部のうちの１つと関連付けられた損失およびマイクロストリップ遷移印刷回路内の損失を排除する。また、本明細書に説明される遷移部および技法は、より高いおよびより低い周波数の両方に容易に拡張されることができる。デバイスは、種々の材料および広範囲の厚さ上に加工されることができる。
【００１８】
本明細書に説明される概念、回路、および技法による、アンテナとヒートスプレッダとの統合は、ＰＡの出力から導波路への距離を劇的に短縮する。これは、ＰＡと導波路との間の長距離が、遷移部内の有意なインピーダンス不整合を生じさせるため、高周波数において、非常に重要である。アンテナとヒートスプレッダとの統合は、距離を短縮し、したがって、損失を低減させ、帯域幅を増加させる。
【００１９】
さらに、本装置の実施形態はまた、先行技術のマイクロストリップ伝送線路、回路基板、およびプローブ遷移部の複雑性を排除し、より広い範囲の基板選択肢の使用を可能にする。また、より重要なこととして、本装置および方法は、モノリシックマイクロ波集積回路の、導波路構造への組立を大幅に簡略化する。
【００２０】
本明細書に説明される概念のさらなる側面によると、統合されたアンテナ／ヒートスプレッダ装置は、第１の部分および第２の部分を有するヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダの第１の部分から形成されたアンテナと、該ヒートスプレッダの第２の部分上に搭載された構成要素であって、該ヒートスプレッダの第２の部分が該アンテナから間隙によって離間されている、構成要素と、間隙を横断して配置され、該構成要素を該アンテナに接続する１つ以上の伝導性接続部と、該アンテナを覆って配置された導波路とを含み、該１つ以上の伝導性接続部、該間隙、および該アンテナは、エネルギーを該導波路の開放端中へ放射するように構成されている。
【００２１】
本特定の配列によって、回路構成要素の出力から導波路までの距離を劇的に短縮する装置が、提供される。これは、回路構成要素（例えば、ＲＦ電力増幅器）と導波路との間の長距離が、遷移部において、有意なインピーダンス不整合を生じさせるため、高周波数において、非常に重要である。アンテナとヒートスプレッダとの統合は、距離を短縮し、したがって、損失を低減させ、帯域幅を増加させる。一実施形態では、アンテナは、ハーフノッチアンテナとして提供される。
【００２２】
本明細書に説明される概念のなおもさらなる側面によると、マイクロ波集積回路アセンブリは、１つ以上の熱発生デバイスを支持するように適合された第１の表面を有し、アンテナ要素のアレイを形成する形状を有する側面を有する、熱伝導性基板と、該熱伝導性基板の第１の表面上に配置された複数の熱発生構成要素と、アンテナ要素の該アレイの個別の１つと該複数の熱発生構成要素との間の１つ以上の電気伝導性接続部とを含む。
【００２３】
本特定の配列によって、熱性能を増加させたマイクロ波集積回路アセンブリが、提供される。熱発生デバイスが、ＲＦ回路に対応する実施形態では、アセンブリはまた、より低い損失のＲＦで動作する。
【００２４】
一実施形態では、マイクロ波集積回路アセンブリはさらに、複数の導波路伝送線路を含み、複数の導波路伝送線路のそれぞれは、アンテナ要素の該アレイを構成するアンテナ要素の個別の１つが、複数の導波路伝送線路の個別の１つの内側に位置付けられるように配置されている。
【００２５】
一実施形態では、該１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれは、１つ以上の接合ワイヤを備える。１つ以上の接合ワイヤのそれぞれは、アンテナ要素のアレイを構成する、少なくとも１つのアンテナ要素と、複数の熱発生デバイスのうちの少なくとも１つとに結合された第１の端部を有する。一実施形態では、接合ワイヤに加え、１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれはさらに、接合ワイヤの一端と熱発生デバイスとの間に結合された平面伝送線路を含む。
【００２６】
一実施形態では、アンテナ要素のアレイ内のアンテナ要素のそれぞれの形状は、略フィン形状であり、フィン形状のアンテナ要素が突出する熱伝導性基板の側面に結合された第１の部分と、アンテナ要素の側面とフィン形状のアンテナ要素が突出する熱伝導性基板の側面との間に間隙を有する第２の部分とを有する、第１の側面を有する。
【００２７】
本明細書に説明される概念のなおもさらなる側面によると、無線周波数（ＲＦ）エネルギーを誘導する方法は、ヒートスプレッダの第１の表面上に配置されたＲＦデバイスの入力にＲＦエネルギーを結合することと、ヒートスプレッダの一部から形成されたアンテナ要素にＲＦデバイスの入力からのＲＦエネルギーを結合することと、ヒートスプレッダの一部から形成されたアンテナ要素からＲＦエネルギーを放出することとを含む。
【００２８】
一実施形態では、ヒートスプレッダの一部から形成されるアンテナ要素からＲＦエネルギーを放出することは、ヒートスプレッダの一部から形成されたアンテナ要素から導波路の第１の端部中にＲＦエネルギーを放出することを含み、本方法はさらに、ＲＦエネルギーを導波路から放出することを含む。
【００２９】
本明細書に説明される概念のなおもさらなる側面によると、ＲＦシステムを製造する方法は、第１の部分および第２の部分を有するヒートスプレッダを提供することと、アンテナを該ヒートスプレッダの該第１の部分から形成することであって、該ヒートスプレッダの該第２の部分は、該アンテナ要素を形成する該ヒートスプレッダの第１の部分の一部から、間隙によって離間されている、ことと、構成要素を該ヒートスプレッダの該第２の部分上に搭載することと、該構成要素を間隙を横断して配置された１つ以上の伝導性接続部と接続することと、導波路を該アンテナを覆って固定して位置付けることであって、該１つ以上の伝導性接続部、該間隙、および該アンテナが、エネルギーを該導波路の開放端中に放射するように構成されている、こととを含む。
【００３０】
一実施形態では、該導波路の開放端は、該ヒートスプレッダ、該アンテナ、および該間隙を含む平面に垂直に固定して位置付けられる。一実施形態では、アンテナは、ハーフノッチアンテナである。一実施形態では、アンテナは、水平および垂直にの両方において、実質的に、該導波路の中心に固定して位置付けられる。一実施形態では、ヒートスプレッダは、熱的および電気的伝導性材料を含む。
【００３１】
本発明の前述および他の目的、特徴、ならびに利点は、同様の参照文字が、異なる図面全体を通して、同一の部品を指す、付随の図面に図示されるように、本発明の特定の実施形態の以下の説明から明白となる。図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、本発明の原理を例証する際、強調される。
本発明はさらに、たとえば、以下を提供する。
（項目１）
統合されたアンテナ／ヒートスプレッダ装置であって、
第１の部分および第２の部分を有するヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの第１の部分から形成されたアンテナと、
前記ヒートスプレッダの第２の部分上に搭載された構成要素であって、前記ヒートスプレッダの第２の部分は、前記アンテナから、間隙によって離間されている、構成要素と、
前記間隙を横断して配置され、前記構成要素を前記アンテナに接続する１つ以上の伝導性接続部と、
前記アンテナを覆って配置された導波路であって、前記１つ以上の伝導性接続部、前記間隙、および前記アンテナは、エネルギーを前記導波路の開放端中に放射するように構成されている、導波路と
を備える、装置。
（項目２）
前記導波路の開放端は、前記ヒートスプレッダ、前記アンテナ、および前記間隙を含む平面に垂直に配置されている、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記アンテナは、ハーフノッチアンテナである、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記アンテナは、水平および垂直の両方において、実質的に、前記導波路の中心に配置されている、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記アンテナと前記導波路との間の間隙は、約０．００１〜０．００３（０．００２５４〜０．００７６２センチメートル）インチである、項目１に記載の装置。
（項目６）
前記ヒートスプレッダは、熱的および電気的伝導性材料を含む、項目１に記載の装置。（項目７）
前記ヒートスプレッダの材料はさらに、合金を備える、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記ヒートスプレッダの材料はさらに、複合材材料を備える、項目６に記載の装置。
（項目９）
前記ヒートスプレッダの材料はさらに、少なくとも１つの合金を備える複合材材料を備える、項目６に記載の装置。
（項目１０）
前記ヒートスプレッダの材料はさらに、本質的に銀、アルミニウム、および銅から成る群から選択される材料を備える、項目６に記載の装置。
（項目１１）
前記ヒートスプレッダは、実質的に、平面状である、項目１に記載の装置。
（項目１２）
前記１つ以上の伝導性接続部は、接合ワイヤを備える、項目１に記載の装置。
（項目１３）
マイクロ波集積回路アセンブリであって、
１つ以上の熱発生デバイスを支持するように適合された第１の表面を有し、かつアンテナ要素のアレイを形成する形状を有する側面を有する、熱伝導性基板と、
前記熱伝導性基板の第１の表面上に配置された複数の熱発生構成要素と、
前記アンテナ要素のアレイのうちの個別の１つと前記複数の熱発生構成要素との間の１つ以上の電気伝導性接続部と
を備える、アセンブリ。
（項目１４）
前記複数の熱発生構成要素は、電気回路構成要素に対応する、項目１３に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目１５）
複数の導波路伝送線路であって、前記複数の導波路伝送線路のそれぞれは、前記アンテナ要素のアレイを構成する前記アンテナ要素の個別の１つが、前記複数の導波路伝送線路の個別の１つの内側に配置されるように配置されている、複数の導波路伝送線路をさらに備える、項目１３に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目１６）
前記複数の導波路伝送線路および前記複数の熱発生構成要素は、同じ数である、項目１５に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目１７）
前記１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれは、１つ以上の接合ワイヤを備え、前記１つ以上の接合ワイヤのそれぞれは、前記アンテナ要素のアレイを構成する少なくとも１つのアンテナ要素と、前記複数の熱発生デバイスのうちの少なくとも１つとに結合された第１の端部を有する、項目１３に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目１８）
前記１つ以上の電気伝導性接続部のそれぞれはさらに、前記接合ワイヤの一端と前記熱発生デバイスとの間に結合された平面伝送線路を備える、項目１６に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目１９）
前記アンテナ要素のアレイ内の前記アンテナ要素のそれぞれの形状は、略フィン形状であり、前記フィン形状は、前記フィン形状のアンテナ要素が突出する前記熱伝導性基板の側面に結合された第１の部分と、前記アンテナ要素の側面と前記フィン形状のアンテナ要素が突出する前記熱伝導性基板の側面との間に間隙を有する第２の部分とを有する、第１の側面を有する、項目１３に記載のマイクロ波集積回路アセンブリ。
（項目２０）
無線周波数（ＲＦ）エネルギーを誘導する方法であって、
ヒートスプレッダの第１の表面上に配置されたＲＦデバイスの入力にＲＦエネルギーを結合することと、
前記ヒートスプレッダの一部から形成されたアンテナ要素に前記ＲＦデバイスの入力からのＲＦエネルギーを結合することと、
前記ヒートスプレッダの一部から形成された前記アンテナ要素からＲＦエネルギーを放出することと
を含む、方法。
（項目２１）
前記ヒートスプレッダの一部から形成された前記アンテナ要素からＲＦエネルギーを放出することは、前記ヒートスプレッダの一部から形成された前記アンテナ要素から導波路の第１の端部中にＲＦエネルギーを放出することを含み、前記方法はさらに、ＲＦエネルギーを前記導波路から放出することを含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
ＲＦシステムを製造する方法であって、
第１の部分および第２の部分を有するヒートスプレッダを提供することと、
アンテナを前記ヒートスプレッダの第１の部分から形成することであって、前記ヒートスプレッダの第２の部分は、前記アンテナ要素を形成する前記ヒートスプレッダの第１の部分の一部から、間隙によって離間されている、ことと、
構成要素を前記ヒートスプレッダの第２の部分上に搭載することと、
前記構成要素を前記間隙を横断して配置された１つ以上の伝導性接続部と接続することと、
導波路を前記アンテナを覆って固定して位置付けることであって、前記１つ以上の伝導性接続部、前記間隙、および前記アンテナは、エネルギーを前記導波路の開放端中に放射するように構成されている、ことと
を含む、方法。
（項目２３）
前記導波路の開放端は、前記ヒートスプレッダ、前記アンテナ、および前記間隙を含む平面に垂直に、固定して位置付けられている、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記アンテナは、ハーフノッチアンテナである、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
前記アンテナは、水平および垂直の両方において、実質的に、前記導波路の中心に固定して位置付けられている、項目２２に記載の方法。
（項目２６）
前記ヒートスプレッダは、熱的および電気的伝導性材料を含む、項目２２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、先行技術において公知の１つのタイプのパッチアンテナ遷移部の等角図である。
【図２】図２は、先行技術において公知の別のタイプのパッチアンテナ遷移部の等角図である。
【図３】図３は、先行技術において公知の印刷アンテナ遷移部の平面図である。
【図４】図４は、ヒートスプレッダ統合アンテナを含む、マイクロ波集積回路アセンブリの一部の平面図である。
【図５】図５は、ヒートスプレッダ統合アンテナを含む、マイクロ波集積回路アセンブリの一部の等角図である。
【図６】図６は、図４のマイクロ波集積回路アセンブリの側面図であって、導波路内のアンテナの位置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本特許では、用語「導波路」は、電磁波を誘導するために、全体的または部分的に、誘電体で充填された、あるいは好ましくは、中空内部通路を有する、電気的伝導性パイプとして定義される。内部通路の伝搬方向に垂直な断面形状は、一般に、長方形または円形であってもよいが、また、正方形、卵形、または電磁波を誘導するために適合された任意の形状であってもよい。用語「平面伝送線路」は、平面基板上に形成された任意の伝送線路構造を意味する。平面伝送線路は、（限定ではないが）ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、スロット線路、および電磁波を誘導可能な他の構造を含んでもよい。
【００３４】
図面に示されるように、導波路遷移に対する平面伝送線路の種々の要素の相対的位置は、上部、底部、上方、下方、左、および右等、幾何学的用語を使用して説明され得る。これらの用語は、議論下の図面に相対的なものであって、導波路遷移に対する平面伝送線路のいかなる絶対的配向を含意するものではない。同様に、垂直または水平電場あるいは磁場の配向への言及もまた、相対的なものである。
【００３５】
本開示は、図４、５、および６に関して図示および後述されるような新規の統合されたアンテナ／ヒートスプレッダ装置の実施形態である。
【００３６】
図４は、本明細書に説明される概念、回路および技法に従って構築された導波路遷移部を含む、マイクロ波集積回路アセンブリの一例示的実施形態の平面図を図示する。本図は、熱拡散基板６１０の平面を見下ろしている（すなわち、熱拡散基板６１０の上部表面を見下ろしている）ものである。典型的には、そのようなヒートスプレッダ６１０は、実質的に、平面状であって、（限定ではないが）銀、アルミニウム、銅、ならびにその合金および／または複合材を含む、剛な伝導性材料から構成される。当業者は、銅、アルミニウム、または銀に加え、（限定ではないが）ダイヤモンドまたは他の形態の炭素を含む複合材材料を含む、多くの材料またはその複合材が、ヒートスプレッダとして使用されてもよいことを容易に理解する。そのような複合材は、熱伝導性を向上させるため、またはそれに接合される他の材料の熱膨張と調和するように熱膨張を制約するために設計されてもよい。故に、本装置および技法は、任意の特定の熱拡散材料の使用に限定されない。
【００３７】
さらに、本装置の本技法および実装の用途は、平面ヒートスプレッダ、あるいは金属製または剛であるヒートスプレッダ／基板材料に限定されない。当業者は、任意の熱的および電気的伝導性材料が、ヒートスプレッダのために採用されてもよく、そのような材料が、任意の形状をとってもよいことを容易に理解する。
【００３８】
ヒートスプレッダ６１０の一部に搭載されるのは、例えば、電力増幅器または他の構成要素６２０（限定ではないが）であってもよく、複数の構成要素６２０を含む。基板６１０の部品（または、一部）として形成されるのは、アンテナ６３０である。基板６１０は、構成要素６２０のためのヒートスプレッダとして作用するため、アンテナ６３０もまた、ヒートスプレッダとして作用する。実際、基板６１０／アンテナ６３０の組み合わせが、ヒートスプレッダを画定する。換言すると、アンテナ６３０は、ヒートスプレッダ６１０の一部を形成する。
【００３９】
いくつかの例示的実施形態では、アンテナ６３０は、ハーフノッチアンテナであるが、任意のタイプの印刷回路アンテナが、当然ながら、使用されてもよい。アンテナ６３０は、導波路６４０の端部内に突出する。導波路６４０の一部は、図４におけるアンテナ６３０を露出するように除去されていることが理解されるはずである。本配向では、導波路６４０の長さに沿ったＲＦ信号の伝搬方向は、ヒートスプレッダ６１０／アンテナ６３０によって画定された平面に平行な矢印６５０によって示される。したがって、導波路６４０の開放端（または、従来は、断面）は、ヒートスプレッダ６１０を含む平面に垂直である。
【００４０】
一例示的実施形態では、構成要素６２０は、従来の手段によって、デバイスの出力端子（例えば、限定ではないが、電力増幅器集積回路）に動作可能に結合されたマイクロストリップ伝送線路要素６２２を備える。好ましくは、マイクロストリップ伝送線路要素６２２は、単純導体と置換され、さらに損失を排除してもよい。マイクロストリップ（または、導体）６２２の反対（遠位）端は、１つ以上の従来の伝導性接続部６２４によって、間隙領域６５０を横断して、アンテナ６３０に接続される。構成要素６２０、伝導性接続部６２４、ならびにそれらを相互におよびアンテナ６３０に接続する方法は、当技術分野において公知の従来のデバイスおよび／または技法であってもよい。例えば、限定ではないが、伝導性接続部６２４は、当技術分野において公知の手段である任意の金属相互接続部（例えば、限定ではないが、ワイヤ接合（接合ワイヤとしても知られる）、印刷回路または類似した直接書込回路、ストラップ等）によって達成されてもよい。
【００４１】
アンテナ６３０および間隙領域６５０のサイズおよび形状は、いくつかの方法によって決定されてもよいが、その目標は、ＲＦエネルギーが導波路６４０中へ伝搬する場合に、ＲＦエネルギーのための（構成要素６２０からのマイクロストリップ伝送線路／導体６２２を介した）「平滑」遷移を提供（すなわち、減少した数および／またはサイズの任意の不連続部を有する遷移を提供）することである。間隙６５０を覆う１つ以上の伝導性接続部６２４は、間隙領域内の場を励起させる。本エネルギーは、次いで、いずれかの方向（すなわち、図４に示される伝導性接続部に対して左または右）に進行することができる。間隙６５０の長さおよびその端部における円形切り欠き６５５のサイズは、本方向に進行するエネルギーが、反対方向に進行するエネルギーにと同位相で反射されることを確実にするように最適化される。これは、アンテナのコーナー６３２において、電力の再結合を生じさせる。本エネルギーは、次いで、コーナー６３２の周囲、およびアンテナと導波路の縁との間を進行する。アンテナ６３０の縁と導波路６４０の内側壁との間の本間隙が拡大するにつれて、適切なＥ場が、導波路内に引き起こされ、したがって、導波路６４０の開放端中へのＲＦエネルギーの伝送を可能にする。導波路に対するアンテナフィンの成形された輪郭は、最大伝送のために、従来のモデル化およびシミュレーションツール（後述）によって最適化される。
【００４２】
そのようなアンテナの１つの目的は、Ｅ場配向をマイクロストリップ配向から導波路配向に変換すること（例えば、Ｅ場をマイクロストリップ「垂直」配向から導波路「水平」配向に「捻転」すること）である。前述のアンテナは、例えば、２０００年３月２８日出願のＲｏｎａｌｄ  Ａ．  Ｍａｒｉｎｏに対して発行された米国特許第６，０４３，７８５号「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｆｉｘｅｄ−Ｒａｄｉｕｓ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ」に説明された従来のビバルディアンテナといくつかの類似点を持つが、現在説明されているアンテナ構成は、ヒートスプレッダから形成され、かつ遷移部の後半として、導波路の縁を使用するため、独特である。
【００４３】
従来のビバルディアンテナは、対照的に、典型的には、平面伝送線路から導波路伝送線路への遷移を達成するために、フィンの使用を要求する。さらに、それぞれが、当技術分野において公知である、あらゆる種々の形態におけるビバルディ設計は、概して、マイクロストリップ遷移部のために支持された誘電体を要求する。
【００４４】
好ましい実施形態では、本明細書に説明された構造および技法は、マイクロストリップ伝送線路／導体６２２の誘電体材料を完全に排除し、それを空気と置換する。伝送線路およびその関連付けられた損失の排除はまた、帯域幅を増加させる。
【００４５】
アンテナ６３０は、３次元電磁場問題を解決するために適合された従来のソフトウェアツールを使用して、設計およびシミュレートされてもよい。ソフトウェアツールは、ＣＳＴ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ＳｔｕｄｉｏＴＭ、Ａｇｉｌｅｎｔ製ＭｏｍｅｎｔｕｍＴＭツール、またはＡｎｓｏｆｔ製ＨＦＳＳＴＭツール（全商標は、そのそれぞれの所有者の財産である）等の市販の電磁場分析ツールであってもよい。電磁場分析ツールは、有限差分時間領域分析、有限要素法、境界要素法、モーメント法、または電磁場問題を解決するための他の方法等、任意の公知の数学的方法を使用する専用ツールであってもよい。ソフトウェアツールは、設計を反復的に最適化し、所定の性能目標を満たす能力を含んでもよい。図４〜６の実施例は、他の波長および／または他の導波路形状のための導波路遷移部への平面伝送線路（または、マイクロストリップ）の設計の開始点を提供し得る。
【００４６】
統合されたアンテナ／ヒートスプレッダを特徴とする特定の平面導波路遷移部のための設計が、説明されるが、当業者は、描写されたもの以外のアンテナサイズ、形状、および間隙構成を含むがそれらに限定されない、設計構成が使用されることができることを認識する。故に、本明細書に説明される概念、システム、および技法は、任意の特定のアンテナおよび／または間隙構成、周波数帯域、動作周波数、または帯域幅に限定されない。異なる中心周波数および帯域幅要件を決定付ける性能に対する本発明のパラメータの最適化は、十分に当業者の技術の範囲内である。
【００４７】
図５は、例示的マイクロ波集積回路アセンブリ７００の代替実施形態を描写する。本例示的実施形態では、統合されたヒートスプレッダアンテナ要素７３０のアレイは、熱伝導性基板７１０の側面から形成される。統合されたヒートスプレッダアンテナ要素７３０のそれぞれは、熱発生デバイス６２０の個別の１つ（ここでは、電力増幅器回路等のＲＦ回路として示される）から導波路（図５には図示せず）への遷移部を提供する。したがって、マイクロ波集積回路アセンブリ７００は、共通の熱伝導性基板７１０上に（例えば、複数の通信チャネル内における）複数の遷移部を含む。
【００４８】
ここでは、アンテナ要素７３０の全ては、同一の共通ヒートスプレッダ（または、基板）７１０の一部として形成される。導波路６４０（図４）、導体６２２（図４）、および伝導性接続部６２４（図４）は、例証を明確にするために、図５から省略されるが、各アンテナ７３０は、導波路内に配置されることが理解されるはずである。
【００４９】
また、マイクロ波集積回路アセンブリ７００はまた、ＲＦエネルギーをＲＦデバイス６２０のＲＦ入力に結合する、電力分割器を含むことが理解されるはずである。１つ以上の接合ワイヤが、電力分割器出力をＲＦデバイス６２０のＲＦ入力の個別の１つに結合するために使用されてもよい。当然ながら、他の技法もまた、使用されてもよい。ＲＦデバイス６２０のＲＦ出力はそれぞれ、図４に関連して前述のように、（例えば、１つ以上の接合ワイヤを介して）統合されたヒートスプレッダアンテナ要素７３０の個別の１つに結合される。
【００５０】
図６は、側面図における、遷移装置６００の例示的実施形態を示す。基板６１０は、ここでは、導波路６４０内のその相対的位置を示すために、断面として描写される。アンテナ６３０は、完全に導波路６４０内にあって、理想的には、垂直および水平の両方において、導波路６４０の中心に定置される。アンテナ配置は、性能最適化に影響を及ぼす。例えば、中心に置かれるように設計されたアンテナは、導波路内のＥ場のテーパのため、１０〜２０ミル（１ミル＝０．００１インチ（０．００２５４センチメートル）＝１インチ（２．５４センチメートル）の１０００分の１）上方へ移動される場合、良好に機能しない（Ｅ場は、中心において最強であって、縁では、ゼロまで先細りする）。これは、設計段階において最適化された導波路内の位置に対してアンテナの配置を重要なものにする。
【００５１】
アンテナに対する左右の導波路の配置もまた、異なる理由から、重要である。アンテナの厚さは、感度にある役割を果たす。アンテナが厚いほど、アンテナと導波路の縁との間の静電容量が高くなる。本静電容量は、アンテナの同調の一部であって、間隙が変化する（横に移動される）場合、アンテナの中心周波数は、シフトする。導波路縁までの公称間隙が大きいほど、（ある程度）良い。アンテナが薄いほど、左右の位置付けに対して感度が低くなる。
【００５２】
アンテナと導波路の内部表面との間の１から３ミル（０．００１〜０．００３インチ（０．００２５４〜０．００７６２センチメートル））の左右の間隙が、好ましい。設計にはいくつかの要因が存在するため（前述）、正確な寸法は、アンテナの性能要件および厚さに依存する。アンテナが薄いほど、アンテナと壁との間の静電容量は小さくなり、したがって、左右の配置に対して感度が低くなる。アンテナの厚さは、導波路内の垂直位置に影響を及ぼさない。これらの設計のいずれも、より高いおよびより低い周波数において実装され得る。
【００５３】
実験試作において、前述の装置のＷ帯実施形態が、発明者らが文献において見出すことができたいずれのマイクロストリップから導波路への遷移部よりも優れていることが示された。これは、非常に低い損失および優れた帯域幅性能を有する。試作および試験されたある特定の例示的実施形態では、図３の先行技術の印刷アンテナ設計は、０．５ｄＢの平均損失を有し、その測定された帯域幅は、〜５％であった。対照的に、本明細書に説明された新しい装置の試作品は、０．２５ｄＢの平均損失を有し、〜１０％またはそれより大きな測定された帯域幅を呈した。図３の先行技術設計の損失およびＢＷは、マイクロストリップ伝送線路５４０がアンテナ５１０の同調特徴であることから、アンテナ５１０に給電するマイクロストリップ伝送線路５４０によって大部分が妨害された。
【００５４】
本発明の特定の実施形態が、図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更ならびに修正が、以下の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の特定の実施形態において行われ得ることは、当業者に明白である。故に、添付の請求項は、その範囲内に、全てのそのような変更および修正を包含する。
【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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