(57)【要約】【課題】従来１００ＧＨｚ帯以上の周波数帯域の電波受信器としては、ショットキダイオードを導波管に実装したもの、半導体素子を用いた平面回路によるもの等があるが、いずれも高価であったり、広帯域・高速データの受信を考慮されたものでなかった。このため、安価で、かつ広帯域・高感度の電波受信器の開発が課題とされていた。【解決手段】ショットキダイオード部分をＩｎＰあるいはＧａＡｓ等超高周波用材料を用い、その他、平面回路部分はＳｉ等一般的材料を用いて構成し、これら両部品上に形成された伝送線が互いに接続されるようにフリップチップボンディングでこれらを固着し、さらに対向する伝送線部分に間隙を設け、誘電体レンズを平面回路部分に接着し、このレンズ材料の誘電率、形状を最適化することで、安価かつ広帯域、高感度の電波受信器を得ている。【選択図】　図１
2004140661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットキダイオード及び第１の伝送線が形成されたショットキダイオードチップと、
長さがＲＦ信号の波長の１／４程度であり特性インピーダンスの比が１．５以上であるコプレーナ伝送線路を２種類交互に接続されたフィルタと、平面アンテナおよび前記平面アンテナで受信したＲＦ信号を前記ショットキダイオードに伝送する第２の伝送線と、ベースバンド信号を外部に出力するために前記フィルタと前記第２の伝送線との途中に接続されている第３の伝送線が形成された平面受動素子回路チップとを具備し、
前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線と前記平面受動素子回路チップ上の前記第２の伝送線とを向い合せて導電的に接続するように前記ショットキダイオードチップを前記平面受動素子回路チップに設置したことを特徴とする電波受信器。
【請求項２】
請求項１において、前記平面受動素子回路チップの裏面と誘電体レンズとを接着したことを特徴とする電波受信器。
【請求項３】
請求項２において、前記誘電体レンズが前記平面受動素子回路チップの基板と同一材料もしくは同程度の誘電率を有する材料の何れかで形成されていることを特徴とする電波受信器。
【請求項４】
請求項２において、前記誘電体レンズが超半球状であることを特徴とする電波受信器。
【請求項５】
請求項２において、前記平面受動素子回路チップの基板および前記誘電体レンズの誘電率が１０から１５であることを特徴とした電波受信器。
【請求項６】
請求項１において、前記平面受動素子回路チップ内で前記ショットキダイオードおよび前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線の表面と対向する箇所に前記ショットキダイオードの浮遊容量の低減と前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線の特性インピーダンスが変化するのを防ぐ間隙を確保する構造体を備えたことを特徴とする電波受信器。
【請求項７】
請求項６において、前記間隙が１０μｍ以上であることを特徴とした電波受信器。
【請求項８】
請求項６において、前記間隙を確保する構造体として、前記平面受動素子回路チップのうち前記ショットキダイオードチップとフリップチップボンディングにより接続される領域に、前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線に接続される電極部分を除いて深さ１０μｍ以上の窪地パタンを形成したことを特徴とする電波受信器。
【請求項９】
請求項６において、前記間隙を確保する構造体として、前記平面受動素子回路チップ上の前記第２および第３の伝送線を厚さ１０μｍ以上の金属膜により形成したことを特徴とする電波受信器。
【請求項１０】
請求項６において、前記間隙を確保する構造体として、前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線と前記平面受動素子回路チップ上の前記第２および第３の伝送線との間に高さ１０μｍ以上の導電性部材を設置したことを特徴とする電波受信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安価かつ高感度、広帯域な電波受信器を形成するための半導体平面回路の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】Ａ．　Ｈｉｒａｔａ，　Ｍ．　Ｈａｒａｄａ　ａｎｄ　Ｔ．　Ｎａｇａｔｓｕｍａ　”Ｍｕｌｔｉ−Ｇｉｇａｂｉｔ／ｓ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｌｉｎｋｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ｔｅｃｈ．　Ｄｉｇｅｓｔｇ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　２００１，　ｐｐ．７７−７８，　２００２．
【非特許文献２】Ｃ．　Ｃ．　Ｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｇ．　Ｍ．　Ｒｅｂｅｉｚ，　”Ａ　９４　ＧＨｚ　ＰｌａｎａｒＭｏｎｏｐｕｌｓｅ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ”，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，　Ｖｏｌ．４２，　Ｎｏ．１０，　ｐｐ．１８６３−１８７０，　１９９４
近年、１００ＧＨｚを超えるミリ波をＲＦ信号とした広帯域無線通信システムとして例えば上記非特許文献１に記載されているシステムが提案されており、そこでは高感度・広帯域な電波受信器が必要とされている。従来、１００ＧＨｚを超えるミリ波を検出する電波受信器は、この領域で動作するトランジスタが開発されていないことからショットキダイオードを使用し、これを導波管内に実装したものであった。この電波受信器は電力測定用に開発されたものであり、電力測定においては電力振幅の変化は緩やかであるため、電波受信器の出力回路は高速信号を出力できるような設計がなされておらず、広帯域無線通信応用には不向きであった。
【０００３】
また、導波管よりも量産に適した平面回路を使用した方が安価な電波受信器を形成できる。この回路としては、例えば上記非特許文献２に記載の動作周波数が１００ＧＨｚを超える平面回路とショットキダイオードを使用した電波受信器は報告されているが、これはレーダー用に開発されたものであり、広帯域無線通信に応用するには帯域が不足している。
【０００４】
また、ショットキダイオードは高価なＧａＡｓやＩｎＰのエピタキシャル基板上に製作される。電波受信器をモノリシック集積で形成した場合では、電波受信器のアンテナのサイズが１００ＧＨｚで約１ｍｍと大きいために、高価なエピタキシャル基板１枚からとれる電波受信器の個数が少なく、電波受信器の価格が高くなる問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、動作周波数が１００ＧＨｚ程度以上で、かつ現在要求が強まりつつある広帯域無線通信応用に適用可能な電波受信器は実現されていなかった。本発明においてはこのような情況に鑑み、高感度・広帯域かつ安価な電波受信器を形成する技術を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１においては、ショットキダイオード及び第１の伝送線が形成されたショットキダイオードチップと、長さがＲＦ信号の波長の１／４程度であり特性インピーダンスの比が１．５以上であるコプレーナ伝送線路を２種類交互に接続されたフィルタと、平面アンテナおよび前記平面アンテナで受信したＲＦ信号を前記ショットキダイオードに伝送する第２の伝送線と、ベースバンド信号を外部に出力するために前記フィルタと前記第２の伝送線との途中に接続されている第３の伝送線が形成された平面受動素子回路チップとを具備し、前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線と前記平面受動素子回路チップ上の前記第２の伝送線とを向い合せて導電的に接続するように前記ショットキダイオードチップを前記平面受動素子回路チップに設置した構成について規定している。
【０００７】
請求項２においては、請求項１で述べた、前記平面受動素子回路チップの裏面と誘電体レンズとを接着した構成について規定している。
請求項３においては、請求項２で述べた、前記誘電体レンズが前記平面受動素子回路チップの基板と同一材料もしくは同程度の誘電率を有する材料の何れかで形成されている構成について規定している。
請求項４においては、請求項２で述べた、前記誘電体レンズの形状が超半球状である構成について規定している。
請求項５においては、請求項２で述べた、前記平面受動素子回路チップの基板および前記誘電体レンズの誘電率が１０から１５である材料の使用を規定している。
請求項６においては、請求項１で述べた、前記平面受動素子回路チップ内で前記ショットキダイオードおよび前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線の表面と対向する箇所に前記ショットキダイオードの浮遊容量の低減と前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線の特性インピーダンスが変化するのを防ぐ間隙を確保する構造体について規定している。
【０００８】
請求項７においては、請求項６で述べた、前記間隙が１０μｍ以上であることについて規定している。
請求項８においては、請求項６で述べた、前記間隙を確保する構造体として、前記平面受動素子回路チップのうち前記ショットキダイオードチップとフリップチップボンディングにより接続される領域に、前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線に接続される電極部分を除いて深さ１０μｍ以上の窪地パタンを形成した構造について規定している。
請求項９においては、請求項６で述べた、前記間隙を確保する構造体として、前記平面受動素子回路チップ上の前記第２および第３の伝送線を厚さ１０μｍ以上の金属膜により形成する構成について規定している。
請求項１０においては、請求項６で述べた、前記間隙を確保する構造体として、前記ショットキダイオードチップ上の前記第１の伝送線と前記平面受動素子回路チップ上の前記第２および第３の伝送線との間に高さ１０μｍ以上の導電性部材を設置した構成について規定している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明による実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１に本発明による第１の実施の形態に係る電波受信器を示す。図１において電波受信器は平面受動素子回路チップ１とショットキダイオードチップ２から構成される。ショットキダイオードチップ２と平面受動素子回路チップ１とは、ショットキダイオードチップ２上の図示していないが第１の伝送線（図２における９）が平面受動素子回路チップ１上の第２の伝送線である伝送線４と向き合って接続されている。ショットキダイオードチップ２は平面受動素子回路チップ１に比べ面積が大幅に小さい。本第１の実施の形態ではアンテナにスロットリングアンテナ３を用いておりスロットリングアンテナ３とショットキダイオードとを接続している第２の伝送線４に、フィルタ５が接続されている。本第１の実施の形態においてショットキダイオードはしきい値電圧近傍にバイアスして使用する。このときフィルタ５は陽極側の電極としての役割を担っている。スロットリングアンテナ３に限らず直流で開放となるアンテナを用いる場合には同様の構成をとる。
【００１０】
ショットキダイオードチップ２は図２に示すようにＩｎＰ基板７上に形成されたｎ型ＩｎＰと金属界面とで形成されるショットキ接合を用いたショットキダイオード８と、ショットキダイオードチップ２上に金属膜で形成された第１の伝送線９で構成されている。本第１の実施の形態では金属膜として膜厚１μｍの金薄膜を用い高耐食性と低抵抗化を図っている。ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板上に形成されたショットキダイオードは１００ＧＨｚ以上のＲＦ信号を検出するために必要な帯域を有している。しかし、ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板はＳｉ基板に比べ高価であるためにＩｎＰ基板上に面積の大きな平面アンテナやフィルタを集積することは電波受信器を高価なものとしてしまう。そこで占有面積の大きい平面アンテナやフィルタをＳｉ基板等の安価な基板上に製作して平面受動素子回路チップ１を形成し、占有面積の小さいショットキダイオードをＩｎＰ基板上に製作してショットキダイオードチップ２を形成した後に、両者をフリップチップボンディングで接続することにより安価な電波受信器を実現できる。更にショットキダイオードチップ２を平面受動素子回路チップ１にフリップチップボンディングにより接続したことから、従来のワイヤボンディング接続に比べチップ接続部による伝送損失が大幅に低減し、モノリシックにショットキダイオードと平面受動素子回路とを製作した電波受信器と同等の低伝送損失が可能となる。
［フィルタについて］
図１においてスロットリングアンテナ３と接続されている第２の伝送線４の端子を▲１▼、ショットキダイオードと接続されている第２の伝送線４の端子を▲２▼、第３の伝送線６と接続されているフィルタ５の端子を▲３▼、フィルタ５の他端を▲４▼とおく。
【００１１】
スロットリングアンテナ３で受信したＲＦ信号をショットキダイオードで効率よくべースバンド信号に復調し、べースバンド信号をチップ外部に出力するためには、ＲＦ信号とベースバンド信号をフィルタで分離すること、ＲＦ信号を効率よくアンテナからショットキダイオードに伝送することが必要である。ＲＦ信号とベースバンド信号を分離するためにフィルタの透過｜Ｓ４３｜がＲＦ信号の周波数帯で最小となり、べースバンド信号の周波数帯で透過｜Ｓ４３｜がほぼ０ｄＢとなるように設計する。これを実現するために、１個の伝送線の長さをＲＦ信号の波長の１／４とした２種類の特性インピーダンスＺｌ、Ｚ２の伝送線を交互に接続してフィルタを構成した。伝送線の個数を増やすほど、また特性インピーダンスＺ１とＺ２の比Ｚ１／Ｚ２を大きくするほどＲＦ信号の周波数帯での透過｜Ｓ４３｜は小さくなる。例えば特性インピーダンスＺ１＝６４ΩとＺ２＝２４Ωの伝送線を交互に７段接続した場合、中心周波数がＲＦ信号の周波数でありその周波数の約２０％と広い帯域幅で透過｜Ｓ４３｜が−２０ｄＢ以下となり、広い帯域幅を持つＲＦ信号を高い効率で遮断できる。このとき反射｜Ｓ３３｜は中心周波数がＲＦ信号の周波数でありその周波数の約２０％と広い帯域幅で０ｄＢとなる。また特性インピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２を大きくすれば、より小さな透過｜Ｓ４３｜が得られ、さらに高い効率で遮断できる。
【００１２】
べースバンド信号が歪みなくこのフィルタを通過するためには、フィルタの遮断周波数（透過｜Ｓ４３｜の大きさが−３ｄＢになる周波数）がべースバンド信号の帯域幅よりも高いことだけではなく、べースバンド信号の波長よりもフィルタの長さを十分短くする必要がある。例えばべースバンド信号の帯域がＲＦ信号の２０分の１である場合、フィルタの長さをべースバンド信号の波長の１０分の１以下、ＲＦ信号の波長と比べて２倍以下とすればべースバンド信号に歪みは発生しない。７段接続したフィルタの長さはＲＦ信号の波長の７／４倍であり、上記の条件を満たす。
【００１３】
また、スロットリングアンテナ３からショットキダイオードへＲＦ信号を効率よく伝送するためには、ＲＦ信号の周波数帯において第２の伝送線４と第３の伝送線６との接続部の反射を小さくする必要がある。第３の伝送線６はＲＦ信号の周波数帯で反射｜Ｓ３３｜がほぼ０ｄＢのフィルタに接続されていることを利用し、ＲＦ信号の周波数帯でオープンとなるスタブ共振器として第３の伝送線６の長さを設計すれば第２の伝送線路▲４▼のスロットリングアンテナ３側の端子▲１▼からショットキダイオードチップ２側の端子▲２▼への透過を０ｄＢにできる。ＲＦ信号の周波数帯におけるスタブのインピーダンスＺＢは端子▲３▼における入射波と反射波の位相差ａｒｇ（Ｓ３３）を考慮して近似的に以下の式で表される。
【００１４】
ＺＢ＝ｊＺ０ｔａｎ［βＬ−ａｒｇ（Ｓ３３）／２］
上式においてＺ０とβはそれぞれショットキダイオードとフィルタ間の第３の伝送線６の特性インピーダンスと位相定数である。また、ｊ＝（−１）１／２を表している。この式から分かるようにβＬ−ａｒｇ（Ｓ３３）／２＝（ｎ＋１／２）π（ｎは整数）となるように第３のコプレーナ伝送線６の長さＬを選べばＺＢはオープンとなる。この条件はスロットリングアンテナ３に限らず直流でオープンとなるアンテナを用いる場合に適用できる。
【００１５】
次に、フィルタの段数と特性インピーダンスの比がビデオ感度と帯域幅に与える影響について調べた結果を図３と図４に示す。図３の縦軸はビデオ感度の最大値で規格化した値を表し、横軸は特性インピーダンスの比を表している。図４の縦軸はＲＦ信号の周波数で規格化したビデオ感度の帯域幅を表している。図３のビデオ感度においては特性インピーダンスの比が大きいほど感度は高く、またフィルタの段数が多いほど特性インピーダンスの比が低くても感度低下が少ないことを示している。３段の場合では特性インピーダンスの比が１．８で３０％感度が低下するのに対し、７段の場合では３０％感度の低下する特性インピーダンスの比が１．４となっている。図４に示すビデオ感度の帯域幅では、特性インピーダンスの比を大きくするほど帯域幅が広くなる。例えば１００ＧＨｚ帯をＲＦ信号として用い１０Ｇｂｐｓを達成するためには、ＲＦ信号の１０％の帯域幅が必要であり、これは特性インピーダンスの比を１．５以上にすれば達成できる。
［構成について］
ＤＣで短絡となっているアンテナ、例えばスロットアンテナを用いた場合、ショットキダイオードをバイアスして使用するために、図５に示すようにフィルタ５、ショットキダイオード８、アンテナ１４を直列に接続する。この場合、スタブ共振器はショットキダイオードチップ２上の伝送線９と平面受動素子回路チップ１上の伝送線１５および両伝送線の接続部で構成されるが、接続部での反射のため設計どおりにスタブ共振器の共振周波数を設定するのが困難である。共振周波数がＲＦ信号の周波数と異なるとショットキダイオード８が受けるＲＦ信号の大きさが低下するだけでなく、周波数により大きさも異なるため復調信号が歪む。これに対し、図１の構成ではスタブ共振器に接続部が含まれないため、共振周波数の設定が容易であり、設計が容易である点で有利である。
［間隙確保について］
ショットキダイオードチップ２上の第１の伝送線９の表面とこれに対向する平面受動素子回路チップ１の基板表面との間隔が狭いと、第１の伝送線９の伝送特性が平面受動素子回路チップ１の基板の影響で劣化し、アンテナで受信した高周波信号がショットキダイオードまで伝送する際に減衰することが考えられる。この対策として第１の伝送線９の表面と、これと対向する平面受動素子回路チップ１の基板表面の間隔を１０μｍ以上等、適宜な間隙を確保する構造を備えて、平面受動素子回路チップ１の基板が第１の伝送線９の伝送特性に与える影響を小さくすることが望ましい。半導体基板として広く使用されているＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の誘電率は１０〜１５であり、これら１０〜１５の範囲の誘電率を有する任意の物質を平面受動素子回路チップ１の基板として使用する場合は、これと対向する第１の伝送線９の表面との間隙は１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であれば良い。また、誘電率が大幅に違う物質を用いる場合には誘電率に応じて下限値が異なるが、その値は実験や計算により求めることができる。いずれの場合にも上限値はない。
【００１６】
［第２の実施の形態］
以下、図６〜図７を参照し、本発明の第２の実施の形態として図２に示した第１の伝送線９の表面とこれに対向する平面受動素子回路チップ１の基板表面との間に約２０μｍの間隙を確保する構造を備えた電波受信器を示す。図６には第２の実施の形態に係る電波受信器の平面受動素子回路チップ１の構成を示す。図１においてショットキーダイオードチップ２の陰になるため図示していないが、ショットキダイオードに対向する平面受動素子回路チップ１の部分に図７に示すような窪地パタン１０を設けたのが図６に示す平面受動素子回路チップである。図７には第２の実施の形態の断面構造を示す。図７は図６におけるＡ−Ａ’断面を示すもので、平面受動素子回路チップ１上に窪地パタン１０を設け、この窪地１０に対向する位置にショットキーダイオードチップ２上に設けられた第１の伝送線９が来るようにショットキーダイオードチップ２を設置した状況を示したものである。
【００１７】
本第２の実施の形態の電波受信器では平面受動素子回路チップ１に深さ２０μｍの窪地パタン１０を形成することにより、平面受動素子回路チップ１の基板が図２に示したショットキダイオードチップ２上の伝送線９の伝送特性に与える影響を小さくしている。この結果、アンテナで受信した高周波信号を効率よくショットキダイオードに伝送することができ、大きなべースバンド信号を得ることができる。
【００１８】
本第２の実施の形態では窪地パタン１０の深さを２０μｍとしたが平面受動素子回路チップ１の基板が第１の伝送線９の伝送特性に影響を与えない間隔を形成する深さであれば良い。一般には、窪地パタンを深くすることは簡単でないことから、下限値に近い値、例えば１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であればよい。
［第３の実施の形態］
図８を参照し、本発明の第３の実施の形態としてショットキダイオードチップ２上の第１の伝送線９の表面とこれに対向する平面受動素子回路チップ１の表面との間に約２０μｍの間隙を確保する構造を備えた他の電波受信器を説明する。図８は本第３の実施の形態に係る電波受信器の図７相当の断面構造を示し、図１に示した第１の実施の形態とは平面受動素子回路チップ１にパターニングした金属膜１１が厚い点が異なり、他は同じである。
本第３の実施の形態の電波受信器では、平面受動素子回路チップ１に厚さ２０μｍの金薄膜１１をパターニングすることにより、平面受動素子回路チップ１上の伝送線を厚さ２０μｍに厚膜化し、平面受動素子回路チップ１の基板が第１の伝送線９の伝送特性に与える影響を小さくしている。この結果、アンテナで受信したＲＦ信号を効率よくショットキダイオードに伝送することができる。
また、平面受動素子回路チップ上伝送線を１μｍから２０μｍに厚膜化したことは、フリップチップボンディング用電極パッドとアンテナを結ぶ平面受動素子回路チップ１上の伝送線自体の伝送特性の向上にも寄与する。
【００１９】
本第３の実施の形態では平面受動素子回路チップ１上の伝送線の厚さを２０μｍとしたが、平面受動素子回路チップ１の基板がショットキダイオードチップ２上の伝送線９の伝送特性に影響を与えない間隔を形成する厚さであれば良い。一般には、金薄膜の厚膜化は容易ではないことから、下限値に近い値、例えば１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であればよい。
また、本第３の実施の形態では平面受動素子回路チップ１上の伝送線を厚膜化したが、第１の伝送線９を形成する金属膜、例えば金薄膜１１を１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上と同様に厚膜化することにより、第１の伝送線９自体の伝送特性を向上させることができる。
更には平面受動素子回路チップ１上の伝送線および第１の伝送線９の金属膜の両方を同様に厚膜化して、平面受動素子回路チップ１上の伝送線自体および第１の伝送線９自体の伝送特性を向上させ、同時に、平面受動素子回路チップ１の基板が第１の伝送線９の伝送特性に与える影響を小さくするようにしても良い。
［第４の実施の形態］
図９を参照し、本発明による第４の実施の形態として、ショットキダイオード２上の第１の伝送線９の表面とこれに対向する平面受動素子回路チップ１の表面との間に約３０μｍの間隙を確保する構造を備えた他の電波受信器を説明する。図９は本第４の実施の形態に係る電波受信器の図７相当の断面構造を示し、図１に示した第１の実施の形態とは平面受動素子回路チップ１上に図７で説明した窪地パタン１０を設けた点と、平面受動素子回路チップ１にパターニングした金属膜が厚い点が異なり、他は同じである。
本第４の実施の形態の電波受信器では平面受動素子回路チップ１のうちショットキダイオードチップ２とのフリップチップボンディング領域に、フリップチップボンディング用パッド等の電極部分を除いて、平面受動素子回路チップ基板を削り込んで深さ１０μｍの窪地パタン１０を形成している。また、平面受動素子回路チップ上伝送線を厚さ１０μｍの金薄膜１１で形成している。
深さ１０μｍの窪地パタン１０の形成と平面受動素子回路チップ上伝送線の１０μｍの厚膜化により、平面受動素子回路チップ１の基板の表面と第１の伝送線９の表面との間は１０μｍ離れることになり、第１の伝送線９の伝送特性が劣化しない。また、平面受動素子回路チップ上伝送線の厚膜化により、平面受動素子回路チップ１上の伝送線自体の伝送特性が向上する。
この結果、スロットリングアンテナ３で受信したＲＦ信号は平面受動素子回路チップ１上の伝送線および第１の伝送線９を通り効率よくショットキダイオードまで伝送することが可能となる。
［第５の実施の形態］
図１０を参照し、本発明による第５の実施の形態として、第１の伝送線９の表面とこれに対向する平面受動素子回路チップ１の基板表面との間に２０μｍの間隙を確保する構造を備えた他の電波受信器を説明する。図１０は本第５の実施の形態に係る電波受信器の図７に相当する断面構造を示している。
本第５の実施の形態の電波受信器では、平面受動素子回路チップ１上の伝送線と第１の伝送線９を形成する金属膜の厚さは１μｍであるが、これらの間に導電性部材として厚さ２０μｍの金製バンプ１２を配置し、平面受動素子回路チップ１の基板が第１の伝送線９のインピーダンスに与える影響を少なくしている。　金製バンプ１２の使用により、平面受動素子回路チップ１の基板表面と第１の伝送線９の表面との間が約２０μｍはなれて接続され、第１の伝送線９のインピーダンスに平面受動素子回路チップ１の基板が与える影響が少なくなり、第１の伝送線９の伝送特性は劣化しない。この結果、スロットリングアンテナ３で受信したＲＦ信号は平面受動素子回路チップ１上の伝送線および第１の伝送線９を通り効率よくショットキダイオードまで伝送することが可能となる。
［第６の実施の形態］
図１１を参照し、本発明による第６の実施の形態に係る電波受信器の例を説明する。図１１は本実施の形態の電波受信器の構造を示すものであり、図１および図６〜図１０に示した第１〜第５の実施の形態に係る電波受信器とは、平面受動素子回路チップ１の裏面に誘電体レンズ１３を固着した点が異なり、他は同じである。
本第６の実施の形態による電波受信器では、平面受動素子回路チップ１の基板材料をＳｉとしたので、これと同じＳｉを加工して誘電体レンズ１３を形成し、この誘電体レンズ１３を平面受動素子回路チップ１の裏面に固着している。
更に本第６の実施の形態では、誘電体レンズとしてＳｉを超半球レンズ形状に加工したものを用いている。超半球レンズ形状とは、球を半分に切断した断面に、その円の直径と等しい直径を有する円柱を継ぎ足した形状である。
平面受動素子回路チップ１の裏面に誘電体レンズ１３の平面側を固着することにより、平面受動素子回路チップ１の基板における表面波の発生を抑制でき、さらに電磁波の放射パタンの指向性を高めることができアンテナ利得が向上する。
【００２０】
ここで、表面波の発生に関し、平面受動素子回路チップ１の基板厚さが同一基板内での電磁波の波長と同程度あるいはそれ以下であると、平面受動素子回路チップ１の基板−空気界面で反射された電磁波によりこの基板内に定在波が生じる。これが表面波となり、損失の一因になる。しかし、誘電体レンズ１３を固着することにより、等価的に平面受動素子回路チップ１の基板厚さが厚くなり定在波がたたなくなるため、表面波が抑制される。
特に誘電体レンズ１３が超半球レンズ形状である場合には、電磁波の放射パタンの指向性が高まる。また、等価的な平面受動素子回路チップ１の基板厚さが十分厚くなるので、表面波の抑制効果も大きい。本第６の実施の形態では誘電体レンズ１３の材料にＳｉを使用しているが、平面受動素子回路チップ１の基板と同一材料あるいは同程度の誘電率を有する材料であれば良い。ここで誘電率について述べると、電磁波が誘電率の異なる物質の境界を通過する際に電磁波の屈折や反射が生じるが、その度合いは２つの物質の誘電率の比が大きくなるほど大きくなる。このため平面受動素子回路チップ１の基板と誘電体レンズ１３の材料は、それぞれ電磁波の屈折や反射を許容できる範囲で、誘電率が同程度であることが望ましい。
また、誘電体レンズ１３の直径が誘電体レンズ内での電磁波の波長の１０倍程度であれば、表面波抑制の効果が大きい。また、電磁波の放射パタンの指向性も高まる。例えば、誘電体レンズ１３の材料にＳｉを使用した場合では、１００ＧＨｚの電磁波では誘電体レンズ１３の直径は１２ｍｍ以上であればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により以下の効果が得られた。
請求項１に係る発明では、ショットキダイオード及びショットキダイオードチップ上の伝送線が形成されているショットキダイオードチップと平面アンテナ、フィルタ及び平面受動素子回路チップ上の伝送線が形成された平面受動素子回路チップとを具備しており、このフィルタは長さがＲＦ信号の波長の１／４で、特性インピーダンスの違うコプレーナ伝送線路を２種類交互に接続した構造となっており、その特性インピーダンスの比が１．５以上である構成で、これらが形成されている平面受動素子回路チップ上の伝送線とショットキダイオードチップ上の伝送線とを向い合せてショットキダイオードチップをフリップチップボンディングにより平面受動素子回路チップに導電的に固着した構造とすることにより安価で広帯域、高感度な電波受信器の形成を可能とした。
【００２２】
請求項２に係る発明では、請求項１における平面受動素子回路チップの裏面に電磁波用誘電体レンズを接続することによりアンテナの指向性が向上し、高感度な電波受信器を形成できるようになった。
請求項３に係る発明では、請求項２において前記誘電体レンズが平面受動素子回路チップの基板と同一材料もしくは同程度の誘電率を有する材料で形成することにより、平面受動素子回路チップの基板と誘電体レンズの固着界面での電磁界の反射が低減でき、高感度な電波受信器の形成が可能となった。
請求項４に係る発明では、前記誘電体レンズが超半球状であることにより、アンテナの指向性が向上し、高感度な電波受信器を形成できるようになった。
請求項５に係る発明では、前記平面受動素子回路チップの基板および前記誘電体レンズの誘電率が１０から１５であることにより、Ｓｉ等の半導体を基板とした平面受動素子回路チップと誘電体レンズの固着界面での電磁界の反射が低減でき、高感度な電波受信器の形成が可能となった。
請求項６に係る発明では、請求項１において前記平面受動素子回路チップ内で前記ショットキダイオードおよびショットキダイオードチップ上伝送線の表面と対向する箇所に間隙を確保する構造を備えたことにより、ショットキダイオードの浮遊容量の低減とショットキダイオードチップ上伝送線の特性インピーダンスが変化するのを防ぐことができ、高感度な電波受信器の形成が可能となった。
【００２３】
請求項７に係る発明では請求項６おいて前記間隙が１０μｍ以上とし、請求項８に係る発明では、前記平面受動素子回路チップのうち前記ショットキダイオードチップとフリップチップボンディングにより設置される領域に前記ショットキダイオードチップ上伝送線に接続される電極部分を除いて深さ１０μｍ以上の窪地パタンを形成し、請求項９に係る発明では前記平面受動素子回路チップ上伝送線を厚さ１０μｍ以上の金属膜により形成し、請求項１０に係る発明では、前記ショットキダイオードチップ上の伝送線と前記平面受動素子回路チップ上の伝送線との間に高さ１０μｍ以上の導電性部材を設置することにより、ショットキダイオードチップ上伝送線の特性インピーダンスが変化するのを防ぐことができるようになり、これにより高感度な電波受信器を形成できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電波受信器の第１の構成を示す斜視図。
【図２】ショットキダイオードチップの構成を示す斜視図。
【図３】コプレーナ伝送線路の特性インピーダンスの比を変化させた場合のビデオ感度のシミュレーション結果を示す特性図。
【図４】コプレーナ伝送線路の特性インピーダンスの比を変化させた場合のビデオ帯域幅のシミュレーション結果を示す特性図。
【図５】第１の実施の形態に係る電波受信器の第２の構成を示す斜視図。
【図６】第２の実施の形態に係る電波受信器の構成を示す斜視図。
【図７】第２の実施の形態に係る電波受信器の断面図。
【図８】第３の実施の形態に係る電波受信器の断面図。
【図９】第４の実施の形態に係る電波受信器の断面図。
【図１０】第５の実施の形態に係る電波受信器の断面図。
【図１１】第６の実施の形態に係るレンズ付き電波受信器の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１…平面受動素子回路チップ、　　２…ショットキダイオードチップ、
３…スロットリングアンテナ、　　４…平面受信回路チップ上の第２の伝送線、
５…フィルタ、　　　　　　　　　６…平面受信回路チップ上の第３の伝送線路、７…ＩｎＰ基板、　　　　　　　　８…ショットキダイオード、
９…ショットキダイオードチップ上の第１の伝送線、
１０…窪地パタン、　　　　　　１１…金薄膜、
１２…バンプ、　　　　　　　　１３…誘電体レンズ、
１４…スロットアンテナ、　　　１５…平面受動素子回路チップ上の伝送線
【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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