(57)【要約】【課題】基板内に放射素子として形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブを使用して構成されるアンテナを提供すること。【解決手段】このアンテナと、ＩＣチップ（例えば、ＩＣ型の送受信機、受信機、送信機など）とを一体的に実装して、一体型の無線またはＲＦ（高周波）用の通信システムを形成することができる。【選択図】図１
2005176366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板内に形成された導電ビア・スタブを有する少なくとも１つの放射素子とを備えるアンテナ。
【請求項２】
前記基板の表面上に形成された接地面をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナは無指向性アンテナまたは指向性アンテナである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記接地面上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された導電層とを備えるインピーダンス整合ネットワークをさらに備え、
前記導電層がパターン形成されて前記インピーダンス整合ネットワークが形成される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記インピーダンス整合ネットワークが送信ラインを含む、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナは約２０ＧＨｚ以上の共振周波数を有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの放射素子が、前記導電ビア・スタブの一方の端部上に形成されたハット素子をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記基板がプリント回路ボードを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記基板が、誘電体材料または半導体材料からなる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
請求項１に記載のアンテナを有する無線デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のアンテナを備える集積回路パッケージ。
【請求項１２】
ＩＣ（集積回路）チップと、
前記ＩＣチップに結合されたアンテナとを備える一体型通信デバイスであって、前記アンテナが、
基板と、
前記基板内に形成された導電ビア・スタブを有する少なくとも１つの放射素子とを備える、一体型通信デバイス。
【請求項１３】
前記ＩＣチップが、送受信機、受信機、または送信機を含む、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
電気的な相互接続部を設けるために、前記アンテナと前記ＩＣチップの間に複数のパターン形成された層をさらに備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記複数のパターン形成された層が、
前記アンテナの前記基板の表面上に形成された接地面上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された導電層とを備え、
前記導電層がパターン形成されて複数のコンタクト・パッドまたは送信ラインが形成される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記絶縁層が、前記絶縁層内に形成された複数の接地ビアを備え、前記接地ビアにより、前記ＩＣチップと前記アンテナの前記接地面との間に接地接続部が設けられる、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記絶縁層が、前記絶縁層内に形成された給電ビアを備え、前記給電ビアにより、前記アンテナの前記放射素子への接続部が設けられる、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記複数のパターン形成された層から形成されたインピーダンス整合ネットワークをさらに備える、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記インピーダンス整合ネットワークが、前記導電層上にパターン形成されたマイクロ・ストリップ送信ラインを含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記アンテナが、無指向性アンテナまたは指向性アンテナである、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記アンテナが、約２０ＧＨｚ以上の共振周波数を有する、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記アンテナの前記少なくとも１つの放射素子が、前記接地面の反対側で前記導電ビア・スタブ上に形成されたハット素子をさらに備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２３】
請求項１２に記載の一体型デバイスを有する無線デバイス。
【請求項２４】
前記アンテナの誘電体層が、前記一体型デバイス用のカバーとして働く、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記アンテナが、前記基板の表面上に形成された接地面をさらに備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項２６】
互いにほぼ平行な面を画定する第１表面および第２表面を有する基板を準備するステップと、
放射素子を形成するステップとを含むアンテナを構成する方法であって、
前記放射素子を形成するステップが、前記基板を貫通して前記第１表面と前記第２表面の間にビア・ホールを形成し、前記ビア・ホールに導電材料を充填して導電ビア・スタブを形成するステップとを含む、方法。
【請求項２７】
前記基板の前記第１表面上に第１導電層を堆積するステップと、
前記第１導電層をパターン形成して、前記導電ビア・スタブから電気的に分離した接地面を形成するステップとをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１導電層をパターン形成して、前記導電ビア・スタブの端部上に、前記接地面から電気的に分離されたコンタクト・パッドを形成するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記放射素子を形成するステップが、
前記基板の前記第２表面上に第２導電層を堆積するステップと、
前記第２導電層をパターン形成して、前記導電ビア・スタブの端部に電気的に接続されたハット素子を形成するステップとをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記パターン形成された第１導電層の上に絶縁層を堆積するステップと、
前記絶縁層の上に第３導電層を堆積するステップと、
前記第３導電層をパターン形成して、１つまたは複数のコンタクト・パッド、送信ライン、またはその両方を形成するステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記絶縁層内に、前記接地面に電気的に接続される複数の接地ビアを形成するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
各接地ビアおよび前記パターン形成した第３導電層の１つまたは複数のコンタクト・パッドまたは送信ライン上にハンダ・ボールを形成するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ハンダ・ボールの１個または複数個を使用して、前記アンテナをＩＣチップに結合するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
基板と、前記基板内に形成された導電ビア・スタブを有する少なくとも１つの放射素子とを備えるアンテナを設けるステップと、
介在物デバイスを形成するステップと、
前記介在物デバイスを使用して、前記アンテナにＩＣ（集積回路）チップを接続するステップとを含む、一体型通信装置を構成する方法。
【請求項３５】
前記アンテナが、前記基板の表面上に形成された接地面をさらに備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記介在物デバイスを形成するステップが、
前記接地面を有する前記アンテナの前記基板の上に絶縁層を堆積するステップと、
前記絶縁層の上に導電層を堆積するステップと、
前記導電層をパターン形成して、１つまたは複数のコンタクト・パッド、送信ライン、またはその両方を形成するステップと、
前記絶縁層内に、前記接地面に電気的に接続される複数の接地ビアを形成するステップと、
前記絶縁層内に、前記導電ビア・スタブに電気的に接続される給電ビアを形成するステップとをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
各接地ビアおよび前記パターン形成された導電層の１つまたは複数のコンタクト・パッドまたは送信ライン上にハンダ・ボールを形成するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記介在物デバイスを使用してＩＣチップを前記アンテナに接続する前記ステップが、前記ハンダ・ボールの１個または複数個を使用して、前記アンテナを前記ＩＣチップに結合するステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線（wireless）またはＲＦ（高周波）通信システム用のアンテナに関し、より詳細には、基板内に放射素子として形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブ（stub）を使用して構成（construct）されるアンテナ、ならびにこのようなアンテナをＩＣ（集積回路）チップとともに実装する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＰＡＮ（パーソナル・エリア・ネットワーク）、無線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）、無線ＷＡＮ（ワイド・エリア・ネットワーク）、セルラ（cellular）・ネットワーク、または事実上任意の高周波ネットワークまたはシステムなど、無線ネットワーク内のデバイス間で無線による接続および通信を実現するには、所望の信号をネットワークの他の要素に効率的に放射（送信）し、また他の要素から受信するためのアンテナを備えた受信機（receiver）および送信機（transmitter）（または送受信機（transceiver））を装備することが必要である。
【０００３】
このような通信ネットワークおよびシステムで使用するアンテナには多くのタイプのものがある。例えば、無線またはＲＦ用の通信システムでは一般に、モノポール（monopole）アンテナが使用される。一般に、モノポール・アンテナは、接地面の上に単一の導線（wire）またはアンテナ素子を備える。この単一の導線またはアンテナ素子は、長さが意図する動作周波数に反比例し、無線デバイス内の送信機、受信機、または送受信機に結合される。モノポール・アンテナから送信される信号は、本質的に無指向性（omnidirectional）である（すなわち、一般的に水平面内のあらゆる方向にほぼ同じ信号強度で信号が送出される）。さらに、モノポール・アンテナ素子による信号の受信も無指向性である。一般に、高周波通信システムでは、モノポール・アンテナは、例えばサイズの制限または使用法の状況によって、送信機、受信機、または送受信機内の集積回路とは別個に離れて配設される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板内に放射素子として形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブを使用して構成されるアンテナを提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態の一例では、アンテナを構成する方法は、互いにほぼ平行な第１および第２の表面を有する基板を準備するステップと、この基板を貫通して第１表面と第２表面の間にビア・ホールを形成し、このビア・ホールに導電材料を充填して導電ビア・スタブを形成することによってこの基板内に放射素子を形成するステップとを含む。
【０００６】
本発明によるアンテナ構造（framework）の一例では、基板（例えば、誘電体基板または半導体基板）内に形成された単一の導電ビア・スタブと、この基板の表面上に形成された導電層（接地面）とを備えるモノポール・アンテナを構成することができる。実施形態の一例では、この接地面（または他の任意の導電接地要素）は、基板表面上に導電層を堆積し、この導電層をパターン形成して、導電ビア・スタブから電気的に分離した接地面を形成し、さらに、この接地面から電気的に分離したコンタクト・パッドを導電ビア・スタブの端部上に形成することによってこの基板の表面上に形成し得る。
【０００７】
本発明の実施形態の別の例では、基板内に放射素子として複数の導電ビア・スタブを形成することによって、指向性アンテナ（directional antenna）（例えば、位相アレイ・アンテナ）などの、複数の放射素子を有するアンテナを構成し得る。
【０００８】
本発明によるアンテナ構造の他の例では、アンテナ放射素子は、基板内に形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブ素子と、この基板の表面上に形成され、基板表面上に露出した導電ビア・スタブの端部に接続された１つまたは複数の導電素子とを備えるように形成し得る。例えば、実施形態の一例では、トップ・ローディングの（top-loaded）モノポール・アンテナは、単一の導電ビア・スタブと、アンテナ基板表面上に形成され、このビア・スタブに接続されるパターン形成された導電素子を含む放射素子を備える。このパターン形成された導電素子は、導電パッド素子または導電ストリップ（strip）素子を含み得る。本発明の他の実施形態の例では、逆Ｆ型（inverted-F）アンテナおよびマルチバンド・アンテナなどのアンテナは、導電ビア・スタブと、基板表面上に形成され、ビア・スタブの露出端部に接続された導電素子とから形成された放射素子を使用して構成し得る。
【０００９】
本発明の実施形態の例は、（基板内に形成された１つまたは複数のビアを使用して構成された）アンテナを、ＩＣチップ（例えば、ＩＣ型の送受信機、受信機、送信機など）と合わせて一体的に実装することによって、無線またはＲＦ（高周波）用の通信システムを構成するデバイスおよび方法をさらに含む。
【００１０】
次に、本発明の上記その他の実施形態の例、態様、目的、特徴、および利点を説明する。これらは、実施形態の例の以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態の例は、基板内に放射素子として形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブを使用して構成されるアンテナと、このようなアンテナを形成する方法とを含む。例えば、本発明の実施形態の例は、例えばＲＦおよびマイクロ波周波数で効率的に動作し得るモノポール・アンテナを含む。このようなモノポール・アンテナの電気的な特性（例えば、利得（gain）または放射効率、無指向性放射パターン、アンテナ・インピーダンスなど）により、このモノポール・アンテナが、例えば音声通信、データ通信、またはレーダー（RADAR）用途に適したものになる。
【００１２】
本発明の実施形態の例は、ＩＣ（集積回路）チップ（例えば、送受信機）とともにアンテナを実装して、例えば無線通信用途のＩＣパッケージを構成する装置および方法をさらに含む。具体的には、本発明の実施形態による、基板内に放射素子として形成された１つまたは複数の導電ビア・スタブを使用して構成されるアンテナを、ＩＣチップ（例えば、送受信機ＩＣチップ）とともに、例えば送受信機ＩＣ用の既存のリード線付きキャリアまたはリード線なしチップ・キャリアのパッケージと同様のサイズの比較的小型のパッケージ内で一体パッケージにすることができる。実際、例を挙げると、約２０ＧＨｚ以上の共振周波数で動作するように設計された本発明によるアンテナは、このような既存のＩＣチップとともに実装するには十分に小さい。
【００１３】
図１および図２は、本発明の実施形態の例によるアンテナを示す概略図である。具体的には、図１は、厚さ（ｔ１）を有する平面基板（１２）内に放射素子として形成された導電ビア・スタブ（１１）を備えるアンテナ（１０）の概略断面図である。基板（１２）は、アンテナの実装に応じて、例えば、溶融石英（ＳｉＯ２）、アルミナ、ポリスチレン、セラミック、テフロン（Ｒ）系基板、ＦＲ４などの誘電体／絶縁材料、あるいは、高抵抗シリコンまたはＧａＡｓなどの半導体材料を含めて、任意の適切な材料を含み得る。
【００１４】
図１では、ビア・スタブ（１１）は、第１直径（ｄ１）および（それよりも小さい）第２直径（ｄ２）を有するわずかに円錐の断面形状を有するように示す。この形状は、例えばレーザ穿孔工程を利用して誘電体基板を貫通してビア・ホールを形成するときに一般に生じるものである。一般に、ビア・スタブ（１１）は、基板内にビア・ホールをエッチング／穿孔（drilling）し、次いで、このビア・ホールに、当業者には周知の方法を用いて、例えば銅または金などの導電材料を充填することによって形成し得る。
【００１５】
アンテナ（１０）は、基板（１２）の表面上に堆積し（例えば、図１に示す下部表面）、パターン形成して、接地面（１３ａ）および（接地面（１３ａ）から電気的に分離した）コンタクト・パッド（１３ｂ）を形成した導電層（１３）（例えば、薄い金属膜）をさらに備える。コンタクト・パッド（１３ｂ）は、ビア・スタブ（１１）（放射素子）に電気的な接触を行う手段を設けるために、ビア・スタブ（１１）の露出端部上に形成する。本発明の実施形態の一例では、導電層（１３）は、ビア・スタブ（１１）を形成するのに用いるのと同じ金属（例えば、金）の薄い層を堆積することによって形成するが、用途に応じて任意の適切な導電材料を使用することができる。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態の一例による、図１のアンテナ（１０）の底面を示す概略図である。図２には、基板（１２）の表面全体に形成される導電層（１３）を概略的に示す。基板（１２）は正方形状であり、導電ビア・スタブ（１１）は、基板（１２）のほぼ中心領域に形成される。図２にはさらに、導電層（１３）のパターンの例を概略的に示す。このパターンは、接地面（１３ａ）と、導電層（１３）の中心環状領域を除去してビア・スタブ（１１）および基板（１２）の一部を露出させることによって形成されるコンタクト・パッド（１３ｂ）とを備える。図２の実施形態の例には、直径（ｄ２）の円形形状を有するビア・スタブ（１１）の端部上に形成され、直径（ｄ３）の円形形状を有するコンタクト・パッド（１３ｂ）を示す。円形のコンタクト・パッド（１３ｂ）とビア・スタブ（１１）の円形端部は、実質的に同じ半径中心原点（radius center origin）を有する。さらに、接地面（１３ａ）のパターンの例は、ある直径（ｄ４）を有し、コンタクト・パッド（１３ｂ）およびビア・スタブ（１１）と実質的に同じ半径中心原点を有する円形形状の内縁（inner-edge）部分（１４）を含む。図１および図２は単なる例であり、例えば、正方形状のコンタクト・パッド（１３ｂ）および正方形状の内縁部分（１４）が形成されるように導電層（１３）をパターン形成し得ることを理解されたい。さらに、基板（１２）は、図２に示す正方形状ではなく、例えば円形または長方形とすることができる。
【００１７】
図１および図２に示すアンテナ構造の例は、（図に示すように、接地面の上に単一の放射用ビア・スタブ素子を有する）モノポール・アンテナまたは（基板内に形成された放射用ビア・スタブ素子アレイ（array）を有する）指向性アンテナなど、様々なタイプのアンテナを構成するのに用いることができることを理解されたい。例えば、図１および図２に示す構造を利用して、ＲＦ周波数またはマイクロ波周波数あるいはその両方の周波数で動作するモノポール・アンテナを、例えば、図に示すように、接地面（１３ａ）およびコンタクト・パッド（１３ｂ）を有する実質的に正方形状（または他の形状）の基板（１２）の中心領域に形成された単一のビア・スタブ（１１）（放射素子）を使用して構成し得る。
【００１８】
例えば図１および図２に示すものと類似の構造を有するモノポール・アンテナの電気的な特性（例えば、アンテナのインピーダンス、共振周波数、帯域幅、放射パターンなど）は、様々な要因（factor）に応じて変化することが当業者には容易に理解されよう。例えば、以下で詳細に説明するように、意図するアンテナの実施形態に応じて、基板（１２）を形成するのに用いる材料の様々な寸法（例えば、ｄ１〜ｄ４）、または誘電率、または厚さ（ｔ１）、あるいはそれらの組合せを選択して、所望のまたは最適なアンテナ特性を実現することができる。
【００１９】
より具体的に例を挙げると、例示的なモノポール・アンテナ（１０）の共振周波数は主に、放射用ビア・スタブ素子（１１）の長さおよび基板（１２）の材料の誘電率に基づく。図１の実施形態の例では、ビア・スタブ（１１）の長さは、基板（１２）の厚さ（ｔ１）に実質的に等しい。そのため、ある特定の誘電率εｒを有する所与の材料では、基板（１２）の厚さ（ｔ１）（すなわち、ビア・スタブ（１１）の長さ）は、モノポール・アンテナの所望の共振周波数に基づいて選択することになる。例えば、１／４波長モノポール（第１共振）では、基板（１２）の厚さ（ｔ１）は、
【００２０】
【数１】
2005176366.tif 000003
にほぼ等しい。ただし、λ０は（選択した共振周波数についての）自由空間波長（free space wavelength）であり、εｒは基板（１２）の誘電率である。さらに、１／２波長モノポール（第２共振）では、基板（１２）の厚さ（ｔ１）は、
【００２１】
【数２】
2005176366.tif 000004
にほぼ等しい。以下同様である。
【００２２】
さらに、図１および図２に示すような構造を有するモノポール・アンテナのアンテナ・インピーダンスは、例えば、基板（１２）の誘電率を含めて、様々な要因に依存することになる。具体的には、比較的大型の接地面を備えた、空気（真空）中の極めて薄い１／４波長モノポール・アンテナのインピーダンスは、このアンテナの中心（共振）周波数で比較的低いインピーダンス（約３６オーム）になる（理論的には、無限大の接地面を備えた、空気中の無限に薄い１／４波長モノポール・アンテナのインピーダンスが、中心周波数で３６オームである）。ただし、誘電体負荷（dielectric loading）により、同じ共振周波数では、この薄いモノポール・アンテナのインピーダンスはこの共振周波数で減少する。より具体的には、所与の共振周波数で、基板（１２）の材料の誘電率が大きくなると、この共振周波数におけるアンテナ（１０）のインピーダンスは減少する。
【００２３】
さらに、所与の共振周波数および基板の誘電率で、１／２波長モノポールのインピーダンスは、その共振周波数での１／４波長モノポールのインピーダンスよりも高くなることが当業者には十分に理解されよう。実際、実用レベルでは、比較的大型の接地面を備えた、空気（真空）中の極めて薄い１／２波長モノポール・アンテナのインピーダンスは、このアンテナの中心周波数で約数百オームになる（理論的には、無限大の接地面を備えた、空気中の無限に薄い１／２波長モノポール・アンテナのインピーダンスは、中心周波数で無限大になる）。この場合も、誘電体を負荷するとともに厚さを有限にすることを用いて、この共振周波数における薄い１／２波長モノポール・アンテナのインピーダンスを低くし得る。
【００２４】
さらに、所与の共振周波数で、アンテナ（１０）がより高い共振で動作するように構成される（例えば、ビア・スタブ（１１）の長さを長くする）と、アンテナの帯域幅は一般に狭くなる。モノポール・アンテナのインピーダンスが、１０〜２０オーム以下の範囲などの極めて低い値になると（誘電率がより高くなるために）、あるいは、誘電損失が大きくなる（例えば、損失正接（loss tangent）がより大きくなる）と、このアンテナの効率は低くなり始める。
【００２５】
（アンソフト（Ansoft）社製のＨＦＳＳ（商標）アプリケーションを含めて、様々な市販の電磁シミュレーション用アプリケーションを使用して）様々なコンピュータ・シミュレーションを、図１および図２に示す実施形態の例に類似の構造を有する６０ＧＨｚのモノポール・アンテナについて実施した。当技術分野では周知のように、ＨＦＳＳ（商標）は、ＲＦ、無線、パッケージング、および光電（optoelectronic）設計用の３Ｄ  ＥＭシミュレーション・ソフトウエア・ツールである。具体的には、以下のパラメータでシミュレーションを実施した。モデル・アンテナは、基板の一表面上に形成した接地面を備えた厚さ６２５μｍ（２５ミル（ｍｉｌ））の溶融石英（ＳｉＯ２）製４ｍｍ×４ｍｍ基板の中央に形成した放射用ビア・スタブ素子を備える６０ＧＨｚの１／４波長モノポール・アンテナと定義した。誘電率は、溶融石英の誘電率である３．８に設定し、誘電損失（すなわち、損失正接）は、（溶融石英の損失正接が極めて小さいので）ゼロと仮定した。ビア・スタブの直径ｄ１およびｄ２はそれぞれ、３００μｍおよび１５０μｍに設定した。
【００２６】
上記パラメータに基づくコンピュータ・シミュレーションの結果、約６０ＧＨｚで平均して約１０〜約１５オームの範囲の比較的低いインピーダンスが得られた。これは、（空気／真空ではなく）このモノポールに溶融石英などの誘電体を負荷したことから予想される値である。
【００２７】
実際には、アンテナのインピーダンスは、例えば、アンテナの実装方法、あるいはその他の方法でアンテナが他のコンポーネントに接続される方式に依存して変化し得ることを理解されたい。本発明によるアンテナとＩＣチップの実装に関する様々な実施形態を、例えば、相互接続損失が高周波動作で十分に小さい図４の実施形態の例を参照して説明する。
【００２８】
さらに、これらのシミュレーションから、実質的に無指向性の放射パターンが得られた。例えば、図５は、上記で定義したアンテナ・モデルである、基板の一表面上に形成した接地面を備えた厚さ６２５μｍ（２５ミル（ｍｉｌ））の溶融石英（ＳｉＯ２）製４ｍｍ×４ｍｍ基板の中央に形成した放射用ビア・スタブ素子を備える６０ＧＨｚの１／４波長モノポール・アンテナについて、アンソフト（ＡＮＳＯＦＴ）社製のＨＦＳＳ（商標）シミュレーション・ツールを使用して得られた放射パターンの例を示す図である。図５に示すシミュレーション結果では、ビア・スタブ（１１）の長手方向中心軸に沿って延びる（すなわち、基板（１２）の上面および底面に直交する）Ｚ軸を有する直交座標系（Cartesian coordinate system）を定義した。この座標系の原点は、ビア・スタブ（１１）の長手方向中心軸（Ｚ軸）上で、基板（１２）の上面および底面から等距離のところにあり、Ｘ軸およびＹ軸は、正方形状の基板（１２）の側面に平行に延びる。
【００２９】
図５に、Ｚ軸の周りを回転させた様々な垂直面内で測定した垂直放射パターンを示す。例えば、図５の破線は、ＺＸ面で定義される垂直面（φ＝０°）（例えば、図１に示す断面切片）についての垂直放射パターンを示し、実線は、φ＝４５°における垂直面（切片）、すなわち、Ｚ軸と交わるが、Ｚ軸の周りでＺＸ面およびＺＹ面から４５°回転した垂直面についての放射パターンを示す。図５に示す垂直放射パターンは、有限な接地面から得られるほぼ無指向性のパターンを示しており、このような放射パターンは、許容可能な無指向性放射パターンを表している。
【００３０】
上記で論じた、図１および図２に示すものに類似の構造を有する６０ＧＨｚモノポール・アンテナなどの本発明の実施形態の例によるモノポール・アンテナは、低インピーダンス・アンテナが望ましい特定の応用例で使用するのにアンテナ・インピーダンスが比較的低くなるように設計し得る。実際、例を挙げると、（上記で説明したように）溶融石英（誘電率３．８）中の６０ＧＨｚの１／４波長ビア・スタブ・モノポールについてのシミュレーション結果から、（約１０オームという）比較的低いアンテナ・インピーダンスが得られた。本発明による低インピーダンス・モノポール・アンテナは、例えば、ＭＭＷ（ミリ波）電力増幅器の出力にモノポール・アンテナを接続する応用例で使用し得る。というのは、一般に、ＭＭＷ電力増幅器の出力インピーダンスが低いからである。ただし、インピーダンスが比較的低いアンテナは、ある種の応用例には適さないことがある。例えば、アンテナのインピーダンスが低くなると、帯域幅などのアンテナの特性に悪影響を及ぼし得る。さらに、インピーダンスが低くなると、全体的な抵抗性損失が大きくなる。したがって、アンテナのインピーダンスが低くなると、モノポール・アンテナの効率が悪くなることがあり、このことから、このようなアンテナがある種の応用例に適さなくなる。
【００３１】
一方、アンテナのインピーダンスが比較的高い（例えば、５０オーム、７５オームの）モノポール・アンテナを使用することが望ましい様々な応用例がある。本発明の実施形態の例による様々な方法を用いて、意図する用途に最適なインピーダンスを有するモノポール・アンテナを構成し得る。例えば、図１に示すものに類似の構造を有するモノポール・アンテナの本発明の実施形態の一例では、基板（１２）の厚さ（ｔ１）を厚くして、所与の共振周波数でこのモノポール・アンテナを比較的高い（１／２波長以上の）共振で動作させることができ、その結果、アンテナのインピーダンスが実質的に高くなる。例えば、図１に示す構造を有する６０ＧＨｚの１／２波長モノポール・アンテナを仮定し、それらの誘電体材料を同じとすると、基板（１２）の厚さ（ｔ１）は、図１に示す構造を有する６０ＧＨｚの１／４波長モノポール・アンテナ用の基板（１２）の厚さ（ｔ１）に比べて約２倍に増加することになる（すなわち、放射用ビア・スタブ素子（１１）の長さがほぼ２倍に増加することになる）。そのため、本発明の実施形態によるモノポール・アンテナのインピーダンスは、所望の共振周波数についての比較的高い共振モードで動作するようにこのアンテナを設計することによって調整することができる。
【００３２】
基板（１２）の厚さ（ｔ１）を厚くして所望のアンテナ・インピーダンスを得ることができるが、応用例によっては、基板（１２）が比較的厚いと、アンテナの特性に悪影響（例えば、インピーダンスまたは抵抗性損失あるいはその両方の増大、帯域幅の減少など）を及ぼし得る。さらに、現況の半導体製造技術の制限のために、基板内のビア・ホールの形成に関して実現可能な「アスペクト比」の最大値には制限がある。したがって、基板（１２）が厚すぎる場合、直径（例えば、ｄ１、ｄ２）が過大なビア・スタブ（１１）が形成されることがあり、その結果、アンテナの給電ポイントのところで容量（capacitance）がより大きくなり、かつ高次モードが存在することとなる。さらに、複数の共振が生じることがある。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。図３に示すアンテナ（２０）は、アンテナ（２０）の放射素子が、ビア・スタブ（１１）と、ビア・スタブ（１１）の端部上に形成されたパッドまたはハット素子（２１）とを備える点を除き、図１および図２に示すアンテナ（１０）と同様である。ハット素子（２１）は、例えば、ビア・スタブ（１１）を形成するのに使用するのと同じ導電材料（例えば、金）の層を堆積し、次いで、ハット素子（２１）を形成するために当業者には周知の方法を用いてこの導電層をパターン形成することによって形成し得る。実施形態の一例では、ハット素子（２１）は、ビア・スタブ（１１）の直径（ｄ１）よりも大きい直径（ｄ５）の丸いパッドを備える。さらに、実施形態の一例では、ハット素子（２１）は、ビア・スタブ（１１）と同じ半径中心原点を有する。実施形態の別の例では、ハット素子（２１）は、例えば正方形状とし得る。
【００３４】
ハット素子（２１）は様々な目的に役立つ。例えば、ハット素子（２１）を使用して放射素子の長さを実質的に長くし（すなわち、ビア・スタブ（１１）の長さを長くし）、それによって、基板（１２）の厚さを厚くする必要なく、所与の共振周波数で、例えば１／２波長モノポール（第２共振）を形成することができる。
【００３５】
具体的に例を挙げると、（上記で説明したように）溶融石英（誘電率３．８）中の６０ＧＨｚの１／４波長ビア・モノポールについてのシミュレーション結果から、（約１０オームという）比較的低いアンテナ・インピーダンスが得られた。上記シミュレーションの場合と同じパラメータを用いて、ただし、直径（ｄ５）３５０μｍのハット素子をさらに含めて、（図３に示す構造を有する）６０ＧＨｚの１／２波長モノポール・アンテナについてコンピュータ・シミュレーションを実施した。このシミュレーション結果から、６０ＧＨｚで約７５オームのインピーダンスおよび６０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚの「帯域幅」が得られた（「帯域幅」は、反射損失（return loss）が１０ｄＢ未満の周波数範囲と定義する）。
【００３６】
したがって、基板（１２）のサイズを同じにし（例えば、ｔ１＝ｔ２＝６２５μｍ）、かつ材料（溶融石英）を同じにした図１、図２、および図３の構造の例を用いて形成した６０ＧＨｚのモノポール・アンテナについての上記のシミュレーション結果から、基板の厚さを同じ（ｔ１＝ｔ２）に維持しながら、ハット素子（２１）（図３）を使用して放射素子の長さを実質的に長くし、それによって、このアンテナを第２共振（所望の共振周波数）で動作させて、アンテナのインピーダンスを高くし得ることが示される。これは、上記で述べたように、比較的薄い基板では比較的小径のビア・スタブを形成し得るので有利である。
【００３７】
さらに、ハット素子（２１）を使用して放射素子の長さを長くし、１／２（以上の）波長のモノポール・アンテナを生成すると、誘電率が比較的大きい材料を効果的に使用することができ、それによって、アンテナのインピーダンスをさらに最適化し得る。例えば、溶融石英基板を使用した（第１共振で動作する）６０ＧＨｚの１／４波長モノポール・アンテナの例について、図１を参照して上記で説明したように、誘電率が約４〜５よりも大きい誘電体材料を使用すると望ましくないことがある。というのは、誘電率がより大きくなるために、このアンテナのインピーダンスがさらに低く（約１０オーム未満に）なるからである。しかし、ハット素子（２１）を使用して高インピーダンスが得られるので、図３のアンテナ構造の例では溶融石英よりも誘電率が大きい材料を使用し得る。
【００３８】
例えば、本発明の実施形態の別の例では、直径（ｄ５）約３５０μｍの丸いハット素子（２１）および厚さｔ２＝３７５μｍのアルミナ製（誘電率９．７）の基板（１２）を備えるアンテナ（２０）の図３の構造を使用して、６０ＧＨｚモノポール・アンテナを構成し得る。この実施形態の例では、アルミナの誘電率が比較的大きい（溶融石英の３．８に比べて９．７）ことを補償するために、アルミナ基板の厚さ（ｔ２＝３７５μｍ）は、溶融石英基板の厚さ（ｔ２＝６７５μｍ）よりもかなり薄い。この実施形態の例のコンピュータ・シミュレーションでは、５５ＧＨｚ〜６５ＧＨｚの「帯域幅」（「帯域幅」は、反射損失が１０ｄＢ未満の周波数範囲と定義する）および約４０オームのアンテナ・インピーダンスが得られた。放射パターンは、図５に示すものと同様であった。このように、上記のシミュレーション結果から、実施形態によっては、例えば、放射素子の長さを（例えば、ハット素子を使用して）変更するか、または所望の誘電率の材料を選択することによって、あるいはその両方によって、モノポール・アンテナのアンテナ・インピーダンスを調整し得ることが示される。
【００３９】
ハット（２１）を使用することの別の利点は、ビア・スタブの長さ（または基板の厚さ）にわずかな調整を加えるのではなく、ハット（２１）のサイズ（ｄ５）を微調整することによって、モノポール・アンテナの中心周波数を微調整し得ることである。具体的に例を挙げると、図３の構造を利用する所与のアンテナ設計で、所与の共振周波数に対して基板の材料および厚さが選択されれば、ハット素子の直径（ｄ５）のみがわずかに異なる様々なアンテナのプロトタイプを作製することができる。このようにして、アンテナのプロトタイプの電気的な特性（例えば、帯域幅、中心周波数、インピーダンスなど）を試験することができ、大量生産用に最適な特性を有するプロトタイプを選択し得る。
【００４０】
図３のモノポール・アンテナは、アンテナの放射素子が丸いハット素子および導電ビア素子を備えるトップ・ローディングの（top-loaded）モノポール・アンテナ構造の実施形態の一例であり、本明細書の教示に従って他のアンテナ構造を構成し得ることを理解されたい。例えば、図８〜図１１に、導電ビア素子および金属接地面の上に放射素子としての金属ストリップを備えるハット素子を使用して様々なアンテナ設計を構成し得ることを示す。より具体的に例を挙げると、図８に、アンテナの放射素子を形成する、導電ビア・スタブ（７０）および金属ストリップ・ハット素子（７１）を備えるトップ・ローディングのモノポールの例を示す。さらに、図９に、アンテナの放射素子を形成する、導電ビア・スタブ（７０）および２つの同じ長さの金属ストリップ・ハット素子（７２）と（７３）を備えるトップ・ローディングのモノポールの例を示す。ハット素子として金属ストリップを使用すると、金属ストリップの端部をトリミングしてモノポールの長さを調整することによって、周波数を容易に調整することができる。
【００４１】
さらに、金属ストリップ・ハット素子を使用すると、異なる長さのハット素子を使用してマルチバンド（multiband）・アンテナを形成することができる。例えば、図１０に示すように、導電ビア・スタブ（７０）および異なる長さの金属ストリップ・ハット素子（７４）と（７５）を備えるアンテナ放射素子を有するデュアルバンド・アンテナを設計することができる。導電ビア・スタブ（７０）およびハット素子（７４）は、このアンテナを第１共振周波数で動作させることができる第１の長さを有し、導電ビア素子（７０）およびハット素子（７５）は、このアンテナを第２共振周波数で動作させることができる第２の長さを有する。
【００４２】
さらに、図１１に、導電ビア・スタブ（７０）および３つの異なる長さの金属ストリップ・ハット素子（７６）、（７７）、（７８）を備えるアンテナ放射素子を有する３バンド（tri-band）アンテナの設計の例を示す。この実施形態の例では、導電ビア・スタブ（７０）およびハット素子（７６）は、このアンテナを第１共振周波数で動作させることができる第１の長さを有し、導電ビア素子（７０）およびハット素子（７７）は、このアンテナを第２共振周波数で動作させることができる第２の長さを有し、導電ビア・スタブ（７０）およびハット素子（７８）は、このアンテナを第３共振周波数で動作させることができる第３の長さを有する。
【００４３】
図１、図２、および図３に示すような本発明の実施形態の例によるアンテナは、比較的小型のパッケージにＩＣチップと一体的に実装して、ＲＦまたは無線用の通信チップを構成し得ることをさらに理解されたい。例えば、図４は、本発明の実施形態の例による、アンテナとＩＣチップを一体的に実装する装置の断面を示す概略図である。一般に、装置（３０）は、図３に示す構造を有するアンテナ（２０）を備える。アンテナ（２０）は、複数のハンダ・ボール（３５、３６、３７）を使用して、ＩＣチップ（３３）（例えば、ＩＣ型送受信機）にフリップ・チップ結合（flip-chip bonded）される。ＩＣチップ（３３）は、封入層（３４）で封入（encapsulated）される。アンテナ（２０）とＩＣチップ（３３）の間ならびに装置（３０）と装置（３０）が実装されるキャリア基板（例えば、ＰＣボード）の送信ライン（配線）の間に電気的な接続部を形成することができるように、装置（３０）は、アンテナ（２０）とＩＣチップ（３３）の間に介在する複数のパターン形成された絶縁層および金属層をさらに備える。
【００４４】
より具体的には、図４の実施形態の例では、アンテナ基板の底面の上に（すなわち、パターン形成された導電層（１３）の上に）、厚さ（ｔ３）を有する絶縁層（３１）を形成する。本発明の実施形態の例では、絶縁層（３１）は、厚さｔ３が約４〜８μｍのポリイミド、窒化シリコンその他の適切な材料から形成し得る。絶縁層（３１）は、その中に形成された複数の導電ビア（３９）、（４０）を備える。導電ビア（３９）（すなわち、接地ビア）は、ビア・スタブ（１１）に隣接してアンテナ（２０）の接地面（１３ａ）に接続される。ハンダ・ボール（３６）を接地ビア（３９）上に形成して、ＩＣチップ（３３）の表面上の接地パッドに結合する。図４には、導電接地ビア（３９）を２つしか示さないが、ビア・スタブ（１１）に隣接して接地面（１３ａ）の周辺縁部の周りに３つ以上の接地ビア（３９）を形成し得ることを理解されたい。さらに、絶縁層（３１）中に導電ビア（４０）を形成して、ビア・スタブ（１１）の底部上に形成されたコンタクト・パッド（１３ｂ）に接続する。ハンダ・ボール（３７）を導電ビア（４０）上に形成して、ＩＣチップ（３３）の表面上のアンテナ給電パッド（feed pad）または送信ライン（transmission line）に結合する。
【００４５】
さらに、絶縁層（３１）の上に導電層（３２）（例えば、金）を堆積させ、パターン形成して様々なコンタクト・パッド／送信ライン（例えば、３２ａ、３２ｂ）を形成し、それによって、ＩＣチップ（３３）と、例えばＰＣボード上の他のコンポーネント、パッド、送信ラインなどの間で電気的な接触を行う。より具体的に例を挙げると、送信ライン（３２ａ）および（３２ｂ）はそれぞれ、その端部領域上に形成されたハンダ・ボール（３５）および（３８）を有し、これらの送信ラインを使用して、例えば接地、電力、またはＩ／Ｏ用の接続を行うことができる。ハンダ・ボール（３５）は、送信ライン（３２ａ、３２ｂ）をＩＣチップ（３３）の表面上の所望の接続部に結合するのに使用し、ハンダ・ボール（３８）は、送信ライン（３２ａ、３２ｂ）をＰＣボード上の所望の接続部に結合するのに使用する。このような実施形態の例では、ＰＣボードは切欠き（cutout）を有するように形成し得る。この切欠きには、装置（３０）がＰＣボードに挿入され、ＰＣボード内に固定して実装されるときに、封入されたＩＣチップ（３３）と、ハンダ・ボール（３８）に接触する複数のパターン形成されたコンタクト・パッド／送信ラインとが挿入される。
【００４６】
図３のアンテナ構造に基づく本発明の実施形態の他の例では、アンテナ素子の寸法は以下のとおりである。ｄ１は約３００μｍであり、ｄ２は約１５０μｍ、ｄ３は約１００μｍ、ｄ４は約２００μｍ、ｄ５は約２５０μｍ〜４５０μｍ、ハンダ・ボール（３５、３６、３７、３８）の直径（ｔ４）は約１００μｍである。
【００４７】
本発明の実施形態の他の例では、装置（３０）は、アンテナ（２０）とＩＣチップ（３３）上のデバイス／回路（例えば、電力増幅器）のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合ネットワークを含み得る。例えば、実施形態の一例では、インピーダンス整合ネットワーク（例えば、送信ライン）は、ＩＣチップ（３３）上に一体形成し得る。例えば、図４の実施形態の例では、ＩＣチップ（３３）上に形成された送信ラインの一方の端部にハンダ・ボール（３７）を結合することができる。この送信ラインは、アンテナと、この送信ラインの他方の端部に接続されたデバイス／コンポーネントの間で誘導性／容量性インピーダンス整合が得られるように設計される。
【００４８】
本発明の実施形態の別の例では、介在層（３１、３２）を利用してインピーダンス整合ネットワークを形成し得る。例えば、金属層（３２）上でインピーダンス整合送信ライン（マイクロ・ストリップ）をパターン形成することができる。図４には具体的に示していないが、このような実施形態では、導電ビア（４０）は、（図に示すようにハンダ・ボール（３７）を介してＩＣチップ（３３）に直接結合するのではなく）導電層（３２）からパターン形成されたマイクロ・ストリップ・ラインの一方の端部に接続することになり、マイクロ・ストリップ・ラインの他方の端部は、ＩＣチップ（３３）の別の領域のところに（ハンダ・ボールを介して）結合することになる。
【００４９】
さらに、本発明の実施形態の他の例では、例えば介在層（３１、３２）を利用してフィルタなどの他の支援（周辺）回路（support circuitry）を形成し得る。実際、本明細書の教示に基づいて、当業者なら容易に、インピーダンス整合、フィルタリングその他の機能を提供するために、本明細書で実施し得る他の方法、デバイス、または回路を想起し得る。本発明の教示に従って構成される任意の高周波（例えば、約２０ＧＨｚ以上の）アンテナを使用して、一体型通信チップを構成することができるが、図４のアンテナ（２０）を利用することは、本発明の実施形態の単なる一例であることを理解されたい。さらに、図４に示すＩＣチップ（３３）は、一体型送受信機チップ、一体型受信機チップ、一体型送信機チップなど、または通信チップ・パッケージを実施するのに必要な支援回路を備える他のＩＣチップ、あるいはその両方を含み得る。
【００５０】
さらに、図４の一体型デバイスの例では、基板（１２）は、パッケージ（３０）のカバーとして機能し得るので、アンテナ（２０）の上部には、効率を低くする他の損失の大きい材料はない。さらに、アンテナの基板（１２）の誘電率は空気／真空の誘電率よりも大きいので、ＥＭ（電磁）場は基板（１２）の内部に留まる傾向があり、そのため、放射されるエネルギーのかなりの部分がアンテナ（２０）の両側から放射され、アンテナの両側を覆うべきではない。
【００５１】
当業者なら、本発明の実施形態によるアンテナおよび一体型アンテナ・パッケージに関連する様々な利点を容易に理解するであろう。例えば、基板内に導電ビアを形成する正確で効率的な技術を実施するアンテナ構成方法の例により、アンテナを大量に製造することができる。さらに、基板（１２）内にモノポール素子（ビア・スタブ１１）を埋め込んで損傷から保護することによって、本発明によるアンテナ設計が堅固になり、容易に無線デバイス（例えば、ＷＰＡＮデバイス）とともに使用することができる。
【００５２】
さらに、本発明の実施形態の例による一体型ＩＣパッケージにより、アンテナを、送受信機チップなどのＩＣチップと一体的に実装することができ、それによって、送受信機とアンテナの間で極めて損失が少ないコンパクトな設計が得られる。さらに、このような設計により、高周波入出力信号を送受信機チップの外に出す必要がない。さらに、本発明によるアンテナおよび一体型アンテナ・パッケージにより、一体型位相アレイ・アンテナ・システム、パーソナル・エリア・ネットワーク、レーダー（RADAR）給電、冗長性による高信頼性、ポイント・ツー・ポイント（point to point）システムなど、多数の応用例が可能になる。さらに、本発明による一体型アンテナ／ＩＣチップ・パッケージを使用すると、ほぼすべての商用または軍事用途にとって貴重なスペース、サイズ、コスト、および重量がかなり節減される。
【００５３】
図１、図２、図３、および図４の実施形態の例は、本発明によるアンテナおよびＩＣパッケージの単なる実施形態の例であり、当業者なら、本発明のデバイスおよび方法を利用して構成され、ＩＣチップとともにパッケージし得る他のアンテナのタイプを容易に想起し得ることを理解されたい。
【００５４】
例えば、図６に、本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す。より具体的には、図６には、接地面（５２ａ）およびコンタクト・パッド（５２ｂ）を形成するようにパターン形成される導電層（５２）を有する基板（５１）を備えた逆Ｆ型アンテナ（５０）を示す。アンテナ（５０）の放射素子は、基板（５１）内に形成された第１導電ビア（５４）および第２導電ビア（５５）、ならびに第１導電ビア（５４）および第２導電ビア（５５）に接続される上部素子（５６）（金属ストリップ）を備える。一実施形態では、上部素子（５６）は、基板（５１）の上部に導電層を堆積し、パターン形成することによって形成される金属ストリップである。第１ビア（５４）は、接地面（５２ａ）に接続され、このアンテナを接地するのに使用され、第２導電ビア（５５）は、コンタクト・パッド（５２ｂ）に接続され、このアンテナに給電するのに使用される。逆Ｆ型アンテナの動作は当技術分野では周知のものである。
【００５５】
さらに、本発明の実施形態の他の例では、必ずしもアンテナ基板の一表面全体を覆う導電接地面を含まないようにアンテナを設計し得る。例えば、図７は、導電ビア素子（６０）の底部と、放射状（radial）素子（６１）および環状（annular）素子（６３）を備え、平面基板の底面上に形成される接地素子との例を示す概略図である。
【００５６】
さらに、図１２および図１３に、接地面をアンテナ基板の表面上に形成する必要がない本発明の実施形態の別の例によるアンテナ設計を示す。具体的には、図１２および図１３に、ダイポール・アンテナ（８０）の例を示す。ダイポール・アンテナ（８０）は、それぞれ内部に形成された導電ビアを有する２枚の基板を積層し、これら２枚の基板間からこのアンテナに給電することによって構成される。より具体的には、図１２に示すように、アンテナ（８０）は第１基板（８１）を備える。第１基板（８１）は、基板（８１）内に形成された導電ビア・スタブ（８２）と、基板（８１）の表面上に形成されたハット素子（８３）とを含む放射素子を備える。さらに、第２基板（８４）は、基板（８４）内に形成された導電ビア・スタブ（８５）と、基板（８４）の表面上に形成されたハット素子（８６）とを含む放射素子を備える。基板（８１）と基板（８４）は、アンテナ（８０）に給電するためにこれらの基板間に形成される差動（differential）給電（８７）とともに互いに積層される。
【００５７】
図１３に、図１２のアンテナ（８０）の線８Ｂ−８Ｂに沿った断面図を示す。図に示すように、差動給電（８７）の第１給電素子（８７ａ）が導電ビア・スタブ（８５）の底部に接触し、第２給電素子（８７ｂ）が導電ビア・スタブ（８２）の底部に接触し得るように、導電ビア・スタブ（８２）と（８５）は互いにオフセットされる。
【００５８】
さらに、図１４および図１５に、接地面をアンテナ基板の表面上に形成する必要がない本発明の実施形態の別の例によるアンテナ設計を示す。具体的には、図１４および図１５に、１つの基板および差動給電を使用して構成される９０°のダイポール・アンテナ（９０）の例を示す。より具体的には、図１４に示すように、アンテナ（９０）は基板（９３）を備える。基板（９３）は、導電ビア・スタブ（９１）と、基板（９３）の底面上に形成された差動給電（９２）とを有する。図１５は、差動給電（９２）の第１給電素子（９２ｂ）に接続された導電ビア素子（９１）の底部と、第１素子（９２ｂ）に平行に延びるが、ビア・スタブ（９１）には直接接続されないように形成される第２給電素子（９２ａ）を示すアンテナ（９０）の底面図である。
【００５９】
図１６は、本発明の実施形態の例による、図１４および図１５のアンテナ（９０）の例とＩＣチップ（１０１）を一体パッケージにするための装置（１００）の断面を示す概略図である。一般に、装置（１００）は、ＩＣチップ（１０１）上のライン（line）、コンタクト（contact）などに差動給電（９２）の給電要素を接続する複数のハンダ・ボール（１０３）を使用してＩＣチップ（１０１）（例えば、ＩＣ型送受信機）に結合させたアンテナ（９０）を備える。ＩＣチップ（１０１）は、パッケージ基部（１０２）に結合する。１つまたは複数のボンド・ワイヤ（１０５）を使用して、ＩＣチップ（１０１）とパッケージ基部（１０２）の間でＩ／Ｏ接続を行う。ＩＣチップ（１０１）およびアンテナ（９０）は、封入層（１０４）に封入する。放射素子（９１）を含むアンテナ（９０）の一部は、この封入パッケージの側壁から突き出る。
【００６０】
さらに、本発明の実施形態の他の例では、基板内に形成された２つ以上のビアからなるアレイ（array）を有するアンテナを構成して、ビーム形成アンテナまたはビーム・ステアリング（beam steering）・アンテナ用途に用いる所望の指向性を有するアンテナを提供し得る。一般に、指向性アンテナのビーム・パターンは、各ビア・スタブ素子への入力信号の位相を制御して所望の方向に指向性アンテナ・パターンが電子的に走査またはステアリング（操縦）される位相アレイ・アンテナを使用して得ることができる。このアレイは、ポイント・ツー・ポイント・システムまたはレーダー（RADAR）システムなどの指向性アンテナ用途の収束アンテナ（focusingantenna）の中央に配置することもできるはずである。さらに、本発明の実施形態の例によるアンテナ設計は、ＭＭＷ用途に実施し得るだけでなく、比較的低い周波数でも使用し得ることを理解されたい。例えば、比較的厚いＰＣボード（例えば、ＦＲ４）内にビアを形成することによって、低周波モノポール・アンテナを構成することができる。
【００６１】
本明細書では、例として添付の図面を参照して実施形態の例を説明してきたが、本発明は、これらの厳密な実施形態に限定されるものではなく、当業者なら、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で他の様々な変更および改変を実施することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態の例によるアンテナを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態の例によるアンテナを示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態の例による、アンテナとＩＣ（集積回路）チップを一体的に実装する装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態の例によるアンテナ構造のコンピュータ・シミュレーションから得られた垂直放射パターンの例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図７】本発明の実施形態の例によるアンテナ用の接地素子の例を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態の例によるアンテナ用の放射素子の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の例によるアンテナ用の放射素子の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の例によるアンテナ用の放射素子の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の例によるアンテナ用の放射素子の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図１３】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図１４】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図１５】本発明の実施形態の別の例によるアンテナを示す概略図である。
【図１６】本発明の実施形態の別の例による、アンテナとＩＣチップを実装する装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  アンテナ
１１  導電ビア・スタブ
１２  平面基板
１３  導電層
１３ａ  接地面
１３ｂ  コンタクト・パッド
１４  内縁部分
２０  アンテナ
２１  ハット素子
３０  装置、パッケージ
３１  介在層、絶縁層
３２  介在層、導電層
３２ａ  コンタクト・パッド／送信ライン
３２ｂ  コンタクト・パッド／送信ライン
３３  ＩＣチップ
３４  封入層
３５、３６、３７、３８  ハンダ・ボール
３９、４０  導電ビア
５０  逆Ｆ型アンテナ
５１  基板
５２  導電層
５２ａ  接地面
５２ｂ  コンタクト・パッド
５４  第１導電ビア
５５  第２導電ビア
５６  上部素子
６０  導電ビア素子
６１  放射状素子
６３  環状素子
７０  導電ビア・スタブ
７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８  金属ストリップ・ハット素子
８０  ダイポール・アンテナ
８１  第１基板
８２  導電ビア・スタブ
８３  ハット素子
８４  第２基板
８５  導電ビア・スタブ
８６  ハット素子
８７  差動給電
８７ａ  第１給電素子
８７ｂ  第２給電素子
９０  ダイポール・アンテナ
９１  導電ビア・スタブ
９２  差動給電
９２ａ  第２給電素子
９２ｂ  第１給電素子
９３  基板
１００  装置
１０１  ＩＣチップ
１０２  パッケージ基部
１０３  ハンダ・ボール
１０４  封入層
１０５  ボンド・ワイヤ
ｄ１  導電ビア・スタブの第１直径
ｄ２  導電ビア・スタブの第２直径
ｄ３  コンタクト・パッドの直径
ｄ４  内縁部分の直径
ｄ５  ハット素子の直径
ｔ１  基板の厚さ
ｔ２  基板の厚さ
ｔ３  絶縁層の厚さ
ｔ４  ハンダ・ボールの直径
【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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