(57)【要約】  第１の主面と対向する第２の主面とを有する誘電性平板を含む装置である。平坦なアンテナ要素が、第１の主面の上に配置されている。誘電性平板を通過するように形成されたバイアが、アンテナ要素に導電的に接続されている。複数の半田バンプ・パッドが、第２の主面上に配置されており、誘電性平板を集積回路に取り付けるように構成されている。
2015530055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と対向する第２の主面とを有する誘電性平板と、
前記第１の主面上に配置されている平坦なアンテナ要素と、
前記誘電性平板を通過するように形成され、前記アンテナ要素に導電的に接続されているバイアと、
前記第２の主面上に配置されている複数の半田バンプ・パッドを経由して前記誘電性平板に結合されている集積回路と、
前記集積回路上に配置され、前記バイアによって前記アンテナ要素に接続されているアンテナ給電線と、
を備えている、装置。
【請求項２】
前記アンテナ給電線に隣接して配置されている複数の接地バンプを更に備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記誘電性平板は液晶ポリマを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２の主面上に配置されている連続的な接地平面を更に備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記誘電性平板を通過するように形成され前記アンテナ要素に導電的に接続されている第２のバイアを更に備えており、前記第１のバイアは前記アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼ前記アンテナ要素の第１の軸の上に配置され、前記第２のバイアは前記アンテナ要素の前記幾何学的中心から外れて、ほぼ前記アンテナ要素の第２の軸の上に配置され、前記第２の軸は前記第１の軸と直交している、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記アンテナ要素は、２つの直交する直線偏波モードの放射を生じるように構成されている、または、円偏波放射を生じるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
誘電性平板の第１の主面上に平坦なアンテナ要素を形成するステップと、
前記アンテナ要素に導電的に接続されているバイアを、前記誘電性平板の内部に配置するステップと、
対向する第２の主面上に、前記誘電性平板を集積回路に取り付けるように構成されている複数の半田バンプ・パッドを形成するステップと、を含んでおり、
前記集積回路は、その上に配置され前記バイアによって前記アンテナ要素に接続されているアンテナ給電線を含む、方法。
【請求項８】
前記アンテナ給電線は第１のアンテナ給電線であり、前記バイアは第１のバイアであって、前記アンテナ要素に導電的に接続されている第２のバイアを前記誘電性平板の内部に配置するステップを更に含んでおり、前記第１のバイアは前記アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼ前記アンテナ要素の第１の軸の上に配置され、前記第２のバイアは前記アンテナ要素の前記幾何学的中心から外れて、ほぼ前記アンテナ要素の第２の軸の上に配置され、前記第２の軸は前記第１の軸と直交している、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記集積回路は、最上位の金属層上に連続的な接地平面を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンテナ要素は、２つの直交する直線偏波モードの放射を生じるように構成されている、または、円偏波放射を生じるように構成されている、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、アンテナを含む装置と、アンテナを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
この項目は、本発明のよりよい理解を容易にするのに役立ち得る態様を紹介する。従って、この項目での言明は、その観点から読まれるべきであり、何が従来技術であり何が従来技術ではないかに関する認諾として理解されるべきではない。
【０００３】
アンテナをシリコン・ベースの電子デバイス（例えば、集積回路すなわちＩＣ）と一体化すると、アンテナ設計に対して著しい困難が生じる。シリコン基板の高い誘電率と高い損失とは、そのようなアンテナ要素からの効率的な高周波の送受信に対して、好ましくないのである。従って、アンテナ性能に対するシリコン基板の効果を減少させることが好ましい。
【発明の概要】
【０００４】
一態様は、例えばアンテナなどの装置を提供する。この装置は、第１の主面と対向する第２の主面とを有する誘電性平板（スラブ）を含む。平坦なアンテナ要素が、第１の主面の上に配置されている。誘電性平板を通過するように形成されたバイアが、アンテナ要素に導電的に接続されている。複数の半田バンプ・パッドが、第２の主面上に配置されており、誘電性平板を集積回路に取り付けるように構成されている。
【０００５】
別の態様は、例えばアンテナを形成するための方法を提供する。この方法は、導電性平板の第１の主面の上に平坦なアンテナ要素を形成するステップを含む。バイアが、誘電性平板の内部に配置され、アンテナ要素と導電的に接続される。複数の半田バンプ・パッドが、第２の主面の上に形成される。これらのバンプ・パッドは、誘電性平板を集積回路に取り付けるように構成されている。
【０００６】
上述した実施形態のいずれにおいても、集積回路は、半田バンプ・パッドを用いて誘電性平板に結合され得る。いずれの実施形態においても、装置は、集積回路上に配置されておりバイア経由でアンテナ要素に接続されているアンテナ給電線を含み得る。いずれの実施形態においても、複数の接地されたバンプが、アンテナ給電線に隣接して配置され得る。
【０００７】
上述した実施形態のいずれにおいても、装置は、ＩＣの最上位の金属上に配置されている実質的に連続的な接地平面を含み得る。いずれの実施形態でも、装置は、接着層経由で第１の主面に結合されたキャリア基板を更に含み得る。
【０００８】
いずれの実施形態においても、装置は、誘電性平板を通過して形成されアンテナ要素に導電的に接続されている第２のバイアを更に含み得る。第１のバイアは、アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼアンテナ要素の第１の軸上に配置され得る。第２のバイアは、アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼアンテナ要素の第２の直交する軸上に配置され得る。そのような実施形態のいずれにおいても、アンテナ要素は２つの直交する直線偏波モードを放射するように構成され得る。様々な実施形態において、アンテナ要素は、円偏波放射を生成するように構成される。
【０００９】
上述した実施形態のいずれにおいても、誘電平板は、液晶ポリマで構成され得る。いずれの実施形態においても、バイアは、少なくとも約２：１のアスペクト比を有し得る。いずれの実施形態においても、誘電平板は、約１００μｍの厚さを有し得る。上述した実施形態のいずれにおいても、バイアまたは複数のバイアは、誘電性平板のレーザ・アブレーションによって形成され得る。
【００１０】
ここで、次の添付図面と共に考察される以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】例えば、誘電性平板と、平面アンテナ要素と、平板の内部に配置されておりアンテナ要素と導電的に接続されている２つのバイアとを含むアンテナなどの装置の一例示的実施形態の平面図である。
【図１Ｂ】例えば、誘電性平板と、平面アンテナ要素と、平板の内部に配置されておりアンテナ要素と導電的に接続されている２つのバイアとを含むアンテナなどの装置の一例示的実施形態の断面図である。
【図２Ａ】アンテナ信号を図１のバイアのそれぞれに運ぶように構成されているアンテナ給電線を含む集積回路（ＩＣ）の例示的な実施形態の図解であり、接地平面を備えていないＩＣの平面図である。
【図２Ｂ】アンテナ信号を図１のバイアのそれぞれに運ぶように構成されているアンテナ給電線を含む集積回路（ＩＣ）の例示的な実施形態の図解であり、接地平面を備えていないＩＣの断面図である。
【図２Ｃ】アンテナ信号を図１のバイアのそれぞれに運ぶように構成されているアンテナ給電線を含む集積回路（ＩＣ）の例示的な実施形態の図解であり、接地平面を備えているＩＣの平面図である。
【図２Ｄ】アンテナ信号を図１のバイアのそれぞれに運ぶように構成されているアンテナ給電線を含む集積回路（ＩＣ）の例示的な実施形態の図解であり、接地平面を備えているＩＣの断面図である。
【図３Ａ】ＩＣの一例示的実施形態の平面図であり、アンテナをＩＣに取り付けるように配置されている半田バンプ・パッドと、ＩＣ上に配置されているオプションの接地平面とを示している。
【図３Ｂ】アンテナの一例示的実施形態の平面図であり、アンテナをＩＣに取り付けるように配置されている半田バンプ・パッドと、ＩＣ上に配置されているオプションの接地平面とを示している。
【図４】例えば図３ＡのＩＣなどのＩＣに接続されている例えば図３Ｂのアンテナなどのアンテナの例示的実施形態の図解である。
【図５】半田バンプ・パッドと半田バンプとそれらの間に配置されているアンダバンプ・メタライゼーション（ＵＢＭ）との一実施形態を示す、図１の一部分の詳細な断面図である。
【図６Ａ】例えば図２Ａに示されているようなアンテナ給電線と、アンテナとＩＣとの間の並列モード励起を抑制するように配置されている半田バンプとの断面図である。
【図６Ｂ】例えば図２Ａに示されているようなアンテナ給電線と、アンテナとＩＣとの間の並列モード励起を抑制するように配置されている半田バンプとの断面図である。
【図６Ｃ】例えば図２Ａに示されているようなアンテナ給電線と、アンテナとＩＣとの間の並列モード励起を抑制するように配置されている半田バンプとの平面図である。
【図７】例えば図３Ｂのアンテナなど本明細書で説明されている原理によるアンテナの実施形態のシミュレートされたパフォーマンスの態様を示しているｓ−パラメータ・プロットの図解である。
【図８Ａ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｂ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｃ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｄ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｅ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｆ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図８Ｇ】様々な実施形態に従って形成されるアンテナの製造の諸態様の図解である。
【図９】例えば図１、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、図５Ａ〜図５Ｃ、図６および図８Ａ〜図８Ｇによって説明されている様々な実施形態による装置を例えば製造するための方法を示す図である。
【図１０】一実施形態による、図１のアンテナにおけるバイアの配置に関する諸態様の図解である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
多くの集積回路（「ＩＣ」）は、メタライゼーション・スタックの最上部に比較的厚い金属層と誘電層とを含む。しかし、これらの層は、放射効率のよい高周波アンテナを形成するには、依然として薄すぎる（例えば、約１０μｍ）。この結果は、比較的薄い基板が高密度の電界をサポートする傾向に起因すると考えられる。低損失の基板上にアンテナを形成し、そのアンテナを電磁（ＥＭ）結合経由でＩＣに結合することが試みられてきた。しかし、そのような試みに関して報告されている効率は５０〜５７％に過ぎず、結果的に３ｄＢまで（〜３ｄＢ）の損失のアンテナ利得が生じるのが典型的である。
【００１３】
本発明者は、従来型の一体型ＩＣアンテナ・システムのいくつかの限度は、比較的厚く低損失の基板を用いる新規な一体型アンテナ構造を用いて、ＩＣとアンテナ要素との間に電流を結合することによって克服され得る、と判断するに至った。このアプローチは、結果的に、少なくとも約９０％のアンテナ効率を生じ得ると考えられる。いくつかの場合において、このようなアンテナ要素は、直交偏波モードもサポートし、２つの公称の直交チャネルを経由して、送信および受信を提供し得る。
【００１４】
図１Ａおよび図１Ｂは、限定することなく、本発明の原理に従ったアンテナ１００の第１の例示的な実施形態の態様を図解している。図１Ａは、アンテナ１００の平面図を提供しており、他方で、図１Ｂは、しるしを付けられている箇所でアンテナ１００の断面を通過する側面図を提供する。これらの図は、以下の議論において、同時に参照される。
【００１５】
アンテナ１００は、第１の主面１２０と第２の主面１３０とを有する例えば誘電性平板などの基板１１０を含む。マイクロストリップ・パッチ１４０が、第１の主面１２０上に配置されている。バイア１５０および１６０は、基板１１０の表面１３０側から基板１１０を通過してパッチ１４０に至る導電性カップリングを提供する。以下で更に説明されるように、バイア１５０および１６０は、パッチ１４０との関係で、それぞれが励起信号をパッチ１４０の異なる放射モードに結合し得るように、配置され得る。バンプ・パッド１７０は、バイア１５０および１６０への接続を提供する。本明細書で時には半田バンプ１８０と称されることもある半田接続１８０が、バンプ・パッド１７０への半田付け可能（ｓｏｌｄｅｒａｂｌｅ）な接続を提供する。図解されている実施形態における表面１３０は、バンプ・パッド１７０を除くと、金属製の特徴的外形（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を本質的に有していない。他の実施形態においては、図示されていないが、表面１３０は、信号バイアが通過するのを可能にするのに適した開口を含み得る部分的なまたは実質的に完全な接地平面１３５など金属製の特徴的外形を含み得る。図解されている接地平面１３５は、図解の目的で含まれているのであって、接地平面１３５をどのような特定の構成にも限定することはない。
【００１６】
基板１１０は、任意の適切な誘電性材料から形成され得る。基板１１０は例えば約４またはそれ未満の低い誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）と、例えば約０．０１またはそれ未満の低い損失係数（ｌｏｓｓ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）とを有するのが好ましいといえる。ある非限定的な例では、基板１１０は、石英（ｑｕａｒｔｚ）または有機物誘電体から形成されている。石英ガラス（ｆｕｓｅｄ  ｑｕａｒｔｚ）は、例えば、約３．７５の誘電定数と約０．０００４またはそれ未満の損失係数とを有し得る。更に、基板１１０は、製造プロセスの間の取り扱いに耐えるだけの力学的強度を有するほど厚いことが好ましいといえる。いくつかの実施形態では、例えば、基板１１０は、約１００μｍ〜約１５０μｍの範囲にある厚さを有し、時には約１２５μｍの厚さを有することが好ましい。
【００１７】
パッチ１４０とバンプ・パッド１７０とは、銅から形成され得るが、どの特定の金属にも限定されない。いくつかの実施形態では、後述されるように、基板１１０には、表面１２０および１３０に積層された金属層が供給されることがあり得る。積層された層は、次に、例えばパッチ１４０およびバンプ・パッド１７０などの所望の金属製の特徴的外形を形成するように、パターニングされ得る。いくつかの実施形態では、パッチ１４０とバンプ・パッド１７０とは同じ厚さを有するが、実施形態がそのような場合に限定されることはない。パッチ１４０とバンプ・パッド１７０との厚さは、いかなる特定の値にも限定されない。いくつかの実施形態では、その厚さは、例えば約２０μｍなど、数〜数十ミクロンとなり得る。
【００１８】
図２Ａ〜図２Ｄは、アンテナ１００と協調して動作するように構成されている集積回路（ＩＣ）２００の実施形態を図解している。ＩＣ２００は、１つまたは複数の励起信号を用いてパッチ１４０を駆動する機能を含み得る。アンテナ１００は、後述されるように、半田バンプ１８０とそれ以外の半田バンプとを用いて、ＩＣ２００に係合され得る。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂは、平面図（図２Ａ）および断面図（図２Ｂ）として、ＩＣ２００の一実施形態を図解している。ＩＣ２００は、半導体（例えば、シリコン）基板２５０と、機能層２６０（例えば、トランジスタおよび相互接続）と、機能層２６０を覆う誘電層２７０とを含む。第１および第２のアンテナ給電線２１０および２２０は、半田バンプ１８０に励起信号を提供し得る。例えば、アンテナ１００は、例えばいわゆる「フリップ・チップ」プロセスなどの半田リフロー・プロセスを用いて、ＩＣ２００に取り付けられ得る。このようなプロセスは、例えばＩＣデバイスのパッケージングなどの関連技術分野の当業者に広く知られている。励起信号は、例えば機能層２６０の内部からなど、ＩＣ２００のより下位の信号レベルによって、給電線２１０および２２０に提供され得る。給電線２１０、２２０のそれぞれは、バンプ・パッド１７０の中の対応する１つを用いて半田接続を形成するように構成されている半田パッド２３０を含み得る。パッド２３０は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなど、半田バンプ１８０への堅牢な接続を提供するのに適切なＵＢＭスタックを含み得る。
【００２０】
当業者に知られているように、ＩＣは、信号トレースおよび／または配電ネットが形成されている複数の金属レベルを含み得る。原理的には、これらの金属レベルのいずれもが励起信号をパッチ１４０に提供するのに用いられ得るのであるが、給電線２１０および２２０は、最上位レベルに配置するのが効果的であり得る。これは、部分的には、金属の厚さが、いくつかのより下位のレベルにおいてよりも、最上位レベルにおいてより大きいことがよくあるという理由に起因し、部分的には、より下位のレベルの信号線の間に埋め込まれている場合には、励起信号がＩＣ２００の動作のいくつかの態様との間に干渉を生じ得るという理由に起因する。このように、給電線２１０および２２０は、例えば誘電層２７０の上など、ＩＣ２００の最上位レベルの金属層に形成され得るが、実施形態がそれに限定されることはない。
【００２１】
図２Ｃおよび図２Ｄは、平面図（図２Ｃ）および断面図（図２Ｄ）として、ＩＣ２００の別の一実施形態を図解している。この実施形態では、ＩＣ２００は、接地平面（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅ）２４０を含む。接地平面２４０は、ＩＣ２００の最上位の金属レベルから形成され得る。いくつかの場合には、接地平面２４０は、より下位のレベル金属層から形成され得る。接地平面は、ＩＣ２００をパッチ１４０から電磁気的に絶縁するように、そして、アンテナ１００のための取り付け点を提供するように、動作し得る。例えば、接地平面２４０は、ＵＢＭスタックが形成される複数の位置を含み得る。これらの位置は、フリップ・チップ・プロセスにおいて、半田接続のためのボンディング点として機能し得る。この態様は、後で更に詳細に展開される。様々な実施形態において、接地平面は、例えば連続的であり破壊されないなど、実質的に分断されることがない。ただし、給電線２１０、２２０およびパッド２３０に対応するために取り除かれる部分は、その例外である。
【００２２】
図３Ａおよび図３Ｂは、ＩＣ２００とアンテナ１００との平面図をそれぞれ図解している。図３Ｂは、第２の主面１３０がこの図の平面図において上方を向いているように、アンテナ１００を図解している。ＩＣ２００とアンテナ１００とは、ＩＣ２００の上に配置されており例えばフリップ・チップ・プロセスによって結合されている回転軸３０５を中心としてアンテナ１００が回転され得るように、構成されている。図４は、ＩＣ２００とアンテナ１００とが組み合わされた状態を図解している。図３Ａ、図３Ｂおよび図４は、以下の議論において、同時に説明される。
【００２３】
ＩＣ２００は、半田バンプ・パッド３１０を含む。アンテナ１００は、バンプ・パッド３２０を含む。バンプ・パッド３１０および３２０の配列は、いかなる特定の配列にも限定されない。予測されるすべての動作環境においてアンテナ１００を力学的にサポートし、熱膨張係数の不一致によって生じるどのような熱応力にも対応するのに十分な個数のバンプ・パッド３１０を配置することが望ましいことがあり得る。整列されたパッド３１０とパッド３２０との間に配置される半田バンプ４１０（図４）は、リフローの後で、アンテナ１００とＩＣ２００との間の導電性の電気的および力学的接続を形成する。バンプ・パッド２５０もまた、バンプ・パッド１７０と整列される。このようにして、いくつかの半田バンプ４１０が、ＩＣ２００によって生成された励起信号をバイア１５０および１６０経由でパッチ１４０に結合させるために、バンプ・パッド１７０および２５０を導電的に接続し得る。
【００２４】
いくつかの実施形態は、ＩＣ２００に配置されたバンプ・パッド３３０と、アンテナ１００上に配置されたバンプ・パッド３４０とを含む。また、バンプ・パッド３３０とバンプ・パッド３４０とは、それらの間に半田バンプ４１０が形成され得るように、整列されることもあり得る。図５Ａ〜図５Ｃに関して後述されるように、これらの半田バンプは、ＩＣ２００とアンテナ１００との間での平行平板モード（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｄｅｓ）の励起を抑制し得る。
【００２５】
図５は、バンプ・パッド１７０と半田バンプ１８０との詳細を図解している。図解されている構成は、バンプ・パッド１７０、２５０、３１０、３２０、３３０または３４０のいずれかを記述し得る実施形態を表している。バンプ・パッド１７０は、銅製のコア５１０と、層５２０と５３０と５４０とを含むアンダ・バンプ・メタライゼーション（ＵＢＭ）５１５とを含み得る。層５２０は例えばＴｉまたはＣｒ層、層５３０は例えばＰｔ層、層５４０は例えばＡｕ層であり得る。いくつかの実施形態において、ＩＣ２００の最上位レベルの金属は、銅以外の金属であり得る。そのような場合、ＵＢＭ５１５は適切に変更され得る。更に、関連技術分野の当業者は、他のＵＢＭ方式が可能であり、説明されている実施形態とは異なる組成を有する層を含むことがある、または、有する層の個数が異なることがあり得る、ということを理解するであろう。
【００２６】
半田バンプ１８０は、例えば層５４０など、最も外側のＵＢＭ層の上に配置される。半田バンプは、どのような特定の組成にも限定されることはなく、任意の従来型のまたは将来において発見される半田の組成であり得る。いくつかの実施形態では、例えば、時にはＳＡＣ半田と称されることがあるスズ・銀・銅半田など、鉛を含まない組成物を用いることが望ましいことがあり得る。
【００２７】
図６は、例えばアンテナ給電線２１０などのアンテナ給電線と、例えばバンプ・パッド３３０および３４０などの半田バンプ・パッドと、例えば半田バンプ４１０などの半田バンプとの断面図（図６Ａおよび図６Ｂ）と、平面図（図６Ｃ）とを図解している。バンプ・パッド３３０および３４０と半田バンプ４１０とは、以下の議論では簡潔にするためにアセンブリ６１０と称されているものを形成する。アセンブリ６１０の複数の例は、アンテナ給電線２１０に隣接しておよびアンテナ給電線２１０の両側に配置され得る。オプションであるが、アセンブリ６１０は、接地平面２４０などの接地平面によって、接地される。本明細書における「接地されている（ｇｒｏｕｎｄｅｄ）」および類似の用語は、実際にはＩＣが接地基準に接続されていないことがあり得ても、ＩＣの動作の間はバンプが接地されるように構成されている実施形態を含む。アセンブリ６１０はパッチ１４０とＩＣ２００との間の並列モードの励起を抑制することができる、と考えられる。そのような励起は、基板１１０と接地平面２４０との間のエア・ギャップによって、生じ得る。直交アンテナ・モードの間の分離が縮小され得ること、および／または、並列モード励起にエネルギが結合されるとアンテナ電力が低下し得ることのために、これらの励起は望ましくないことがあり得る。
【００２８】
図１０は、本明細書で説明されている様々な実施形態による非限定的例示であるアンテナ１０００を図解している。ＸおよびＹの座標軸が、限定を意味することはないが、参照のために図解されている。放射要素１０１０は、パッチ１４０と類似して、Ｙ軸に平行な第１の軸１０２０とＸ軸に平行な第２の軸１０３０とを有する。要素１０１０は、高さＨと幅Ｗとを有する。ＨとＷとは、ほぼ等しいように図解されているが、実施形態がそれに限定されることはない。軸１０２０と軸１０３０とは、要素１０１０の幾何学的中心において交差する。バイア１５０は、その幾何学的中心から、正のｘ方向へオフセットＤ１だけ移動されており、バイア１６０は、その幾何学的中心から、負のｙ方向へオフセットＤ２だけ移動されている。図解されている実施形態では、Ｄ１はＤ２とほぼ等しいように示されているが、実施形態がそれに限定されることはない。
【００２９】
アンテナ１０００の性能（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）は、アンテナ１０００の様々な態様を記述するパラメータに従ってモデル化された。モデル・パラメータは、〜９４ＧＨｚの中心周波数を生じるためには、例えば、石英基板１１０と、Ｈ≒７４０μｍと、Ｗ≒７４０μｍと、Ｄ１≒１４５μｍと、Ｄ２≒１４５μｍとを含んでいた。これらの値は、単なる例として提供されているのであって、アンテナ１０００の幾何学的形状を、いかなる特定の態様においても限定しない。
【００３０】
バイア１５０に印加された励起信号は、図解されている座標軸を基準として、例えばｙ偏波である、Ｙ軸にほぼ並行に直線偏波されたＥＭ放射を励起する。バイア１６０に印加された励起信号は、例えばｘ偏波である、Ｘ軸にほぼ並行に直線偏波されたＥＭ放射を励起する。このように、アンテナ１０００は、２つの相互に直交する偏波モードで放射することが可能である。この直交性は、例えばアンテナ１００およびアンテナ２００など、本明細書で説明されている様々な実施形態を表している。このような実施形態では、アンテナは、２つの直交する直線偏波放射モードを同時に励起させることができる能力に起因して、円偏波放射を生じるように動作され得る。
【００３１】
図７は、ＩＣ２００などのＩＣに取り付けられたアンテナ１０００のシミュレートされた性能の諸態様を示すｓ−パラメータのプロットを図解している。いかなる特定の実施形態にも限定されないが、図７のシミュレートされた結果が基づいているアンテナ設計は、例えば接地平面２４０などのＩＣ上の最上位金属接地平面と、例えばバンプ・パッド３３０および３４０によって示されているように位置決めされたアセンブリ６１０などのアンテナ給電線に隣接する半田ボール・アセンブリとを含む。ポートＳ１は、例えばバイア１５０など、アンテナ１００への第１の入力を記述し得る。ポートＳ２は、例えばバイア１６０など、アンテナ１００への第２の入力を記述し得る。第１の特性Ｓ１１は、ポートＳ１への電力入力をポートＳ１に戻す結合を記述している。第２の特性Ｓ１２は、ポートＳ１への電力入力のポートＳ２への結合を記述している。従って、Ｓ１２の特性は、第１のアンテナ励起モードと第２の直交アンテナ励起モードとの間の分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を記述し得る。
【００３２】
Ｓ１１の特性は、例えばマイクロ波スペクトルのＷバンドにおける約９４ＧＨｚで最小を示す。約−２５ｄＢである最小値は、パッチ１４０への電力入力の、９４ＧＨｚにおいてアンテナ１００によって放出される放射への比較的効率的な結合を表している。Ｓ１２の特性は、より複雑な振る舞いを示しており、表示されている周波数範囲において２つの局所的な最小値（ｌｏｃａｌ  ｍｉｎｉｍａ）を有する。９４ＧＨｚでは、Ｓ１２の値は、約−２０ｄＢである。従って、この実施形態では、アンテナ１００の２つの放射モードの間の分離は、少なくとも約２０ｄＢであると予想され得る。この程度の分離は、２つの相互に直交する直線偏波信号のアンテナ１００経由での送信をサポートするのに十分であると考えられる。平行平板モード（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｌａｔｅ  ｍｏｄｅ）が、石英基板１１０の接地平面１３５と（例えば接地平面２４０などの）ＩＣ基板の金属層との間で、サポートされることが可能である。このモードは、第１のアンテナ給電線２１０に近接する接地平面と第２のアンテナ給電線２２０に近接する接地平面との間の導電性接続により、例えば短絡などのように、抑制され得る。この導電性接続については、更に後述される。
【００３３】
Ｘ偏波とＹ偏波との間の僅かなクロストークは、電磁気的結合によるよりも、むしろバイア１５０および１６０を用いてアンテナ１０００の直線偏波モードを導電的に励起させることに起因すると考えられる。この僅かなクロストークにより、２つの別個の直交するチャネルでの送信または受信が可能になると予想される。更に、Ｓ１１およびＳ１２の特性は、９４ＧＨｚの中心周波数の上下約５％の通過帯域において、効率が９０％を超えると予想され得ることを示している。
【００３４】
図８Ａ〜図８Ｆは、アンテナ１００などのアンテナの製造に用いられ得るステップの部分集合を図解している。関連技術分野の当業者であれば、説明されているステップの中の割愛されている態様は、半導体デバイス製造の様々な態様など、そのような当業者に広く知られているものであることを認識するであろう。
【００３５】
図８Ａは、製造の中間的な段階にあるアンテナ１００を図解している。基板８０５には、導電層８１０が接着されているが、この導電層８１０はパターニングがなされていないことがあり得る。導電層８１５は、例えばパッチ１４０など１つまたは複数の金属製の外形的特徴を形成するために、先行するステップにおいてパターニングがなされていることがあり得る。基板８０５は、アンテナ基板として作用するのに適した誘電性材料で構成されている。基板８０５は、約４を超えない誘電率と約０．０１を超えない損失係数とを有するのが望ましいことがあり得る。基板８０５は、いかなる特定の材料にも限定されることはなく、無機材料、有機材料またはその両者で構成され得る。非限定的例として、基板８０５は、ガラス、石英（ｑｕａｒｔｚ）（例えば、石英ガラス（ｆｕｓｅｄ  ｑｕａｒｔｚ））、ポリマ材料、液晶ポリマ材料または熱硬化樹脂（ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ  ｒｅｓｉｎ）で構成される。
【００３６】
層８１０および８１５は、どの特定の材料にも限定されることはないが、金属製であり得る。非限定的な例としては、層８１０および８１５は、銅で構成され、銅単体（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｃｏｐｐｅｒ）の実質的に純粋な層であり得る。非限定的な例としては、層８１０および８１５は、約１８μｍの厚さを有する銅単体の実質的に純粋な層であり得る。限定を意味しないが、基板８０５と層８１０および８１５とは、例えば、米国アリゾナ州チャンドラ（Ｃｈａｎｄｌｅｒ）所在のロジャーズ・コーポレーション、アドバンスト・サーケット・マテリアルズ部門から入手可能であるウルトララム（Ｕｌｔｒａｌａｍ）３９５０ラミネートなど、積層製品として手近に供給されている。このウルトララム３９５０という製品は、約１００μｍの厚さと、約２．９の誘電率と、約０．００２の損失係数とを有する液晶ポリマ材料と、約１ｍΩ／ｓｑのシート抵抗を有する１８μｍの積層された銅の層とを含み得る。他の材料で形成された並びに／または異なる厚さおよび／もしくはシート抵抗を有する導電層８１０および８１５を用いる実施形態は、本開示の範囲に属するものと明示的に認識される。
【００３７】
図解されている実施形態では、層８１０および８１５を含む基板８０５は、キャリア基板８２０に固定されている。キャリア基板８２０は、時にはキャリア８２０と称されることもあるが、任意の材料であり得るし、アンテナ１００の処理の間に基板８０５をサポートするのに適した任意の厚さを有し得る。非限定的実施形態では、キャリア８２０は、ＢＯＲＯＦＬＯＡＴ（登録商標）ガラス・ウエハである。関連技術分野の当業者には知られているように、半導体処理ツールは、例えば直径３００ｍｍの一様なサイズを有するウエハを受け入れるように、構成され得る。アンテナ１００のいくつかの処理は、そのようなウエハをキャリア８２０として用いる標準的な半導体処理ツールを用いて、実行され得る。適切なウエハは、例えば米国ケンタッキー州４０２２８ルイビル所在のショット・ノース・アメリカ（Ｓｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ）社から入手可能である。しかし、例えば石英、サファイア、シリコン、またはＧａＡｓのような他の半導体など、そのようなツールと互換性を有する任意の基板が、用いられ得る。
【００３８】
基板８０５は、接着層８２５経由でキャリア８２０に固定され得る。接着層８２５は、いかなる特定のタイプまたは材料にも限定されない。いくつかの実施形態では、接着層８２５は、層８１５とキャリア８２０との間に半永久的結合を形成する材料である。いくつかの実施形態では、接着層８２５は、低い誘電率および／または損失係数を有する材料から形成される。限定を意味しないが、一つの便利な材料として、前述のロジャーズ・コーポレーション（Ｒｏｇｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造される３００１結合フィルム（３００１  ｂｏｎｄｉｎｇ  ｆｉｌｍ）がある。この材料は、例えば誘電率が約２．３またはそれ未満であり、損失係数が約０．００３またはそれ未満であり得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、層８１５は、基板８０５をキャリア８２０に結合する前に、パッチ１４０を形成するために、従来型のプロセスによって処理されている。当業者であれば、そのような処理に精通しており、この処理は、フォトレジスト層の積層およびパターニングと、層８１５のウェットまたはドライ化学的エッチングとを含み得る。
【００４０】
図解されている実施形態では、フォトレジスト層８３０が、層８１０の上に形成され、パターニングされている。パターニングにより、以後の処理ステップにおいて層８１０に様々な外形的特徴を形成するために位置決めされる開口８３５が形成されている。これらの外形的特徴は、例えばバンプ・パッド１７０、３２０および３４０と、希望する場合には、表面１３０上に配置されている接地平面とを含み得る。
【００４１】
図８Ｂは、開口８３５によって露出された層８１０の部分がウェットまたはドライ化学的エッチングで取り除かれた後の、形成段階のより後半にあるアンテナ１００を示している。エッチング・プロセスは、いかなる特定のプロセスにも限定されないが、例えば、プラズマ・エッチング・プロセスであり得る。エッチング・プロセスの後では、フォトレジスト層８３０は、任意の従来型のプロセスによって、取り除かれ得る。
【００４２】
図８Ｃは、例えばフォトレジスト層８４０が形成されパターニングがなされ開口８４５が形成された後のような、形成段階のより後半におけるアンテナ１００を示している。開口８４５は、バイア１５０、１６０を形成するように配置され得る。この図では、基板８０５に開口８５５を形成するプロセス８５０が示されている。プロセス８５０は、例えば、プラズマ・エッチング・プロセスや、レーザのような光学的プロセスなど、任意の適切なプロセスであり得る。非限定的例として、プロセス８５０は、レーザ・アブレーション・プロセスであり得る。関連技術分野の当業者に知られているように、レーザ・アブレーション・プロセスは、層８０５によって少なくとも部分的に吸収される電磁気的波長を用いて、層８０５の露出部分の加熱および蒸発を生じさせ得る。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層８４０においてよりも基板８０５においてより大きな吸収を生じさせるように、波長が選択される。レーザ・アブレーション・プロセスは、少なくとも約２：１のアスペクト比を有する開口８５５を生じさせることが可能である。よって、例えば、基板８０５が約１００μｍの厚さを有するときには、開口８５５の直径は約５０μｍまたはそれ未満であり得る。
【００４３】
液晶ポリマ基板８０５を用いる実施形態では、開口８５５は、例えば、パンチング、ドリリング、Ｏ２プラズマ・エッチング（例えば、反応性イオン・エッチングすなわちＲＩＥ）、またはレーザ・アブレーションによって、形成可能である。１００μｍ未満の場合の開口８５５のパンチングおよびドリリングは、実用的でない又は現実的でない可能性があり得る。ＲＩＥとレーザ・アブレーションとの間では、費用効果のよいプロセスとして、レーザ・アブレーションの方が好ましいことがあり得る。開口８５５を切除するのには、ＫｒＦｌ２４８ｎｍエキシマ・レーザが用いられ得る。層８１５は、エキシマ・レーザ・アブレーション・プロセスの間、停止層として作用し得る。例えば、銅は、有効な停止層として作用し得る。
【００４４】
図８Ｄでは、フォトレジスト層８４０が取り除かれて、フォトレジスト層８６０が形成されている。開口８６５が、層８１０の複数の部分を露出させている。いくつかの実施形態では、フォトレジスト層８６０が、層８１０の複数の部分を露出させるようにフォトレジスト層８４０を処理することによって、形成され得る。例えば、等方性プラズマ・エッチング・プロセスによって、示されているように層８１０の複数の部分を露出させるように、フォトレジスト層８４０の複数の部分を取り除くことができる。
【００４５】
図８Ｅでは、導電層８７０が、フォトレジスト層８６０の上に形成されている。導電層８７０は、どの特定の材料にも限定されることはないが、例えば、スパッタリングされた金またはアルミニウムであり得る。導電層８７０は、層８１０の露出部分との導電性インターフェースを形成する。
【００４６】
図８Ｆでは、フォトレジスト層８６０と導電層８７０の複数の部分とが、除去されている。この除去は、例えば、化学的機械的研磨、または、フォトレジスト層８６０を溶解させ表面を覆っている導電層８７０の複数の部分から剥離させる溶融プロセス（ｓｏｌｖｅｎｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて、行われ得る。残存部分８７５は、層８１０と層８１５との複数の部分の間に導電性接続部を形成する。このようにして、残存部分８７５は、バイア１５０、１６０の機能を実行し、例えばパッチ１４０などの層８１５への導電性カップリングを提供する。
【００４７】
図８Ｇでは、ＵＢＭ８８０と半田バンプ８８５とが形成されている。これらの特徴的外形を形成するためのプロセスは、この技術分野で広く知られている。ＵＢＭ８８０は、ＵＢＭ５１５に関して既に説明されたものと同様であり得る。半田バンプ８８５は、半田バンプ１８０に関して既に説明されたように、ＳＡＣなどの鉛を含まない半田組成物から構成され得る。半田バンプ８８５は、例えば、半田バンプ４１０を表し得る。
【００４８】
キャリア８２０は、図８Ａ〜図８Ｇによって図解されている処理ステップが完了した後のアンテナ１００の複数の例を含み得る。キャリア８２０は、ＩＣ２００の対応する複数の例を含む基板と係合され得る。アンテナ１００の例のそれぞれは、例えば半田リフロー・プロセスを含むフリップ・チップ・プロセスを用いて、ＩＣ２００の対応する例と係合され得る。次に、アンテナ１００とＩＣ２００とが組み合わされたものの複数の例は、例えばウエハ切り出しプロセス（ｗａｆｅｒ  ｓａｗ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって分離されて、アンテナ１００とＩＣ２００とが組み合わされたものの複数の例が形成され得る。オプションであるが、キャリア８２０の分離された複数の部分が、アンテナ１００に付属したままの状態であることもあり得る。既に説明された実施形態では、例えば、キャリア８２０が石英またはＢＯＲＯＦＬＯＡＴ（登録商標）ガラスであるときには、キャリア８２０は、アンテナ１００経由での信号の送信または受信の著しい妨害となるとは考えられない。
【００４９】
次に図９を参照すると、例えばアンテナ１００などの装置を形成するための方法９００が示されている。方法９００のステップは、例えば図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５、図６Ａ〜図６Ｃ、および図８Ａ〜図８Ｇなどの本明細書で既に説明された要素を参照することによって限定されることなく、説明されている。方法９００のステップは、図解されている順序とは別の順序で実行される場合があり、いくつかの実施形態では、完全に削除されることがあり得る。
【００５０】
ステップ９１０では、例えばパッチ１４０などの平面アンテナ要素が、例えば基板１１０の表面１２０などの誘電性平板の第１の主面上に形成される。ステップ９２０では、例えばバイア１５０やバイア１６０などのバイアが、誘電性平板の内部に配置され、アンテナ要素に導電的に接続される。ステップ９３０では、例えばバンプ・パッド１７０、３２０または３４０などの複数の半田バンプ・パッドが、例えば表面１３０などの誘電性平板の第２の主面上に形成される。バンプ・パッドは、例えばＩＣ２００などの集積回路に誘電性平板を取り付けるように構成されている。
【００５１】
方法９００のどの実施形態も、集積回路が、例えば半田バンプ４１０などの複数の半田バンプを経由して誘電性平板に取り付けられるステップ９４０を含み得る。また、そのような実施形態はどれも、バイアが、例えば給電線２１０や２２０などの集積回路上に配置されているアンテナ給電線に導電的に結合されるステップ９５０を含み得る。更に、そのような実施形態はどれも、例えばアセンブリ６１０における半田バンプ４１０などの複数の接地バンプが、アンテナ給電線に隣接して配置されるように形成されるステップ９６０を含み得る。
【００５２】
方法９００の実施形態のいずれにおいても、アンテナ給電線は第１のアンテナ給電線であり得るし、バイアは第１のバイアであり得る。この方法は、更に、第２のバイアがアンテナ要素に導電的に接続され、誘電性平板の内部に配置されるステップ９７０を含み得る。第１のバイアは、アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼアンテナ要素の第１の軸上に配置され得る。第２のバイアは、アンテナ要素の幾何学的中心から外れて、ほぼアンテナ要素の第２の直交する軸上に配置され得る。
【００５３】
方法９００の上述した実施形態のいずれにおいても、ＩＣは、そのＩＣの最上位の金属層から形成されている実質的に連続な接地平面を含み得る。方法９００の実施形態のいずれにおいても、第１の主面は、接着層を経由してキャリア基板に結合され得る。
【００５４】
方法９００の上述した実施形態のいずれにおいても、バイアは、少なくとも約２：１のアスペクト比を有し得る。いずれの実施形態でも、誘電性平板は、液晶ポリマを含み得る。いずれの実施形態でも、誘電性平板は、約１００μｍの厚さを有し得る。いずれの実施形態でも、バイアの形成は、誘電性平板のレーザ・アブレーションを含み得る。
【００５５】
本出願が関連する技術分野の当業者であれば、説明されている実施形態に対し、他のおよび更なる追加、削除、置換および修正を行い得ることを認識するであろう。
【図１Ａ】
2015530055.tif 000003
【図１Ｂ】
2015530055.tif 000004
【図２Ａ】
2015530055.tif 000005
【図２Ｂ】
2015530055.tif 000006
【図２Ｃ】
2015530055.tif 000007
【図２Ｄ】
2015530055.tif 000008
【図３Ａ】
2015530055.tif 000009
【図３Ｂ】
2015530055.tif 000010
【図４】
2015530055.tif 000011
【図５】
2015530055.tif 000012
【図６Ａ】
2015530055.tif 000013
【図６Ｂ】
2015530055.tif 000014
【図６Ｃ】
2015530055.tif 000015
【図７】
2015530055.tif 000016
【図８Ａ】
2015530055.tif 000017
【図８Ｂ】
2015530055.tif 000018
【図８Ｃ】
2015530055.tif 000019
【図８Ｄ】
2015530055.tif 000020
【図８Ｅ】
2015530055.tif 000021
【図８Ｆ】
2015530055.tif 000022
【図８Ｇ】
2015530055.tif 000023
【図９】
2015530055.tif 000024
【図１０】
2015530055.tif 000025
【国際調査報告】
2015530055.tif 000026
2015530055.tif 000027
2015530055.tif 000028