(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体パターンを有する実装基板と、
導体パターンを有する基板と、前記基板の第１面に搭載された半導体チップと、前記基板に形成された導体素子を有し前記半導体チップと接続されたアンテナと、前記基板の第２面に形成された第１のパッドと、前記第１のパッドに接続される外部端子とを有し、前記実装基板に実装される半導体パッケージと、
前記第１のパッドと前記外部端子と前記実装基板に形成される第２のパッドとが接続されて構成される複数の接続部とを備え、
前記複数の接続部のうち前記導体素子に最も近い第１接続部の第１電気長が、前記アンテナの使用周波数の２分の１波長未満であり、
少なくとも１つの前記第１接続部が、前記第１および第２のパッド以外の導体パターンを含まないことを特徴とする無線装置。
【請求項２】
導体パターンを有する実装基板と、
導体パターンを有する基板と、前記基板の第１面に搭載された半導体チップと、前記基板に形成された導体素子を有し前記半導体チップと接続されたアンテナと、前記基板の第２面に形成された第１のパッドと、前記第１のパッドに接続される外部端子とを有し、前記実装基板に実装される半導体パッケージと、
前記第１のパッドと前記外部端子と前記実装基板に形成される第２のパッドとが接続されて構成される複数の接続部とを備え、
前記複数の接続部のうち、前記導体素子を射影した領域と重複する領域内の前記接続部を第１接続部とし、この第１接続部の第１電気長が、前記アンテナの使用周波数の２分の１波長未満であり、
少なくとも１つの前記第１接続部が、前記第１および第２のパッド以外の導体パターンを含まないことを特徴とする無線装置。
【請求項３】
前記第１接続部が複数あって、少なくとも１つの前記第１接続部に前記第１および第２のパッド以外の導体パターンが接続されており、前記導体パターンを含む第２電気長が前記アンテナの使用周波数の２分の１波長未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線装置。
【請求項４】
前記複数の接続部のうち前記第１接続部に最も近い第２接続部の第３電気長、または該第２接続部及び該第２接続部に接続される前記実装基板又は前記基板の前記導体パターンを含む第４電気長が、前記使用周波数の２分の１波長未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線装置。
【請求項５】
前記第１〜第４電気長が、前記使用周波数の８分の３波長未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線装置。
【請求項６】
前記第１接続部は、前記導体パターンを介して別の前記接続部と接続していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線装置。
【請求項７】
前記実装基板は、積層構造であり、前記導体素子と対向する領域に、前記第１接続部に接続される前記導体パターン以外の導体パターンを有しない層を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線装置。
【請求項８】
前記導体素子は、対称軸に対して対称であり、前記領域は、前記対称軸に対して対称であることを特徴とする請求項７記載の無線装置。
【請求項９】
前記領域の前記対称軸に垂直な方向の電気長が、前記使用周波数の２分の１波長の奇数倍であることを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
【請求項１０】
前記領域の前記対称軸に垂直な方向の電気長が、前記使用周波数の２分の１波長の偶数倍であることを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線装置を小形化するため、無線回路を搭載した半導体パッケージにアンテナを内蔵する技術が知られている。特許文献１は、パッケージ基板にアンテナを設けることで、アンテナを内蔵した半導体パッケージが開示されている。特許文献１では、パッケージ基板のアンテナを設けたエリアのうち少なくとも５０％には導体材料がない構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５９２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体パッケージのようにアンテナの近くに導体材料がない構成とすることで、アンテナ特性の劣化を抑制することができる。
【０００５】
半導体パッケージを無線装置に搭載する場合、集積回路パッケージは、実装基板上に実装される。実装基板には、パッケージ基板と同様に配線やグランドといった導体材料が含まれている。また、実装基板と半導体パッケージとの接続する方法として、例えば半田ボールを用いて接続するＢＧＡ（Ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）方式が知られている。
【０００６】
従って、特許文献１のように、パッケージ基板の一部のみ導体材料がない構成としたとしても、無線装置に半導体パッケージを搭載すると、アンテナの近くに実装基板の配線や半田ボールといった導体材料が配置されることになり、アンテナ特性が劣化するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決することを目的としてなされたものであり、パッケージ内にアンテナを内蔵しても、アンテナ特性の劣化を抑制できる無線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の無線装置は、導体パターンを有する実装基板と、導体パターンを有する基板と、前記基板の第１面に搭載された半導体チップと、前記基板に形成された導体素子を有し前記半導体チップと接続されたアンテナと、前記基板の第２面に形成された第１のパッドと、前記第１のパッドに接続される外部端子とを有し、前記実装基板に実装される半導体パッケージと、前記第１のパッドと前記外部端子と前記実装基板に形成される第２のパッドとが接続されて構成される複数の接続部とを備え、前記複数の接続部のうち前記導体素子に最も近い第１接続部の第１電気長が、前記アンテナの使用周波数の２分の１波長未満であり、少なくとも１つの前記第１接続部が、前記第１および第２のパッド以外の導体パターンを含まないことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの一部を拡大した図である。
【図１Ｄ】第１の実施形態におけるアンテナの変形例を示す図である。
【図２】長さＬのダイポールに平行に平面波を入射した際に、線状導体に誘起される電流の強度を表わすグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの導体素子の直下に位置する接続部の拡大図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図６Ａ】本発明の第４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図７Ａ】本発明の第５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図８】図７Ａにおいて実装基板導体パターンの矩形領域の辺から放射される電磁波の概略図である。
【図９】電磁界シミュレーションによる図７Ａの簡易モデルの放射パターン特性を示す図である。
【図１０】電磁界シミュレーションによる比較例の無線装置の放射パターン特性を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の第６の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【図１２】電磁界シミュレーションによる図１１Ａの簡易モデルの放射パターン特性を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る無線装置を搭載した無線通信機器の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。図１Ｂは、図１Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。また、図１Ｃは、図１Ｂの一部を拡大した図である。  
図１Ａに示すように、無線装置１００は、半導体パッケージ１と、半導体パッケージ１に接続された実装基板２を有している。
【００１２】
半導体パッケージ１は、基板６と、基板６の一面に搭載された半導体チップ３と、該一面に形成された導体素子５を有し半導体チップ３と接続されたアンテナ４とを有している。半導体パッケージ１は、さらに基板６、半導体チップ３、アンテナ４を封止する封止材７、外部端子９を有している。
【００１３】
半導体パッケージ１の各構成について詳細に説明する。  
基板６は、誘電体層又は導体パターンが形成されるメタル層を少なくとも１層は有する積層構造をしている。誘電体層は、例えばエポキシ、ガラス、またはセラミック等で構成される。メタル層には、導体パターンである例えば銅、金、アルミ等のような導体材料で構成された配線やグランド等が形成される。基板６は、半導体基板や磁性体基板、もしくはそれらの組み合わせで構成してもよい。
【００１４】
半導体チップ３は、例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素等で構成されるチップ基板上に絶縁層が形成され、さらにその上に銅やアルミ、金等で回路パターンが形成されたものである。図１Ａに示す半導体チップ３は、矩形状のものであるが、これに限定されるものではない。半導体チップ３は、誘電体基板や磁性体基板や金属、もしくはそれらの組み合わせで構成してもよい。
【００１５】
半導体チップ３は、アンテナ４と接続されており、送信データに対して信号処理を施し送信信号を生成し、該送信信号をアンテナ４を介して送信したり、アンテナ４を介して受信する受信信号に信号処理を施し受信データを生成したりする。図１Ａに示すように、半導体チップ３は、基板６の一面に搭載され、ボンディングワイヤ８で基板６と接続される。
【００１６】
なお、半導体チップ３は、ボンディングワイヤ８以外にもバンプや半田ボール等で接続されていてもよい。また、図１Ａでは半導体パッケージ１が有する半導体チップ３の個数を１つとしているが、複数としてもよい。半導体パッケージ１が複数の半導体チップ３を有する場合、半導体チップ３は横に並べて配置してもよく、上下に重ねて配置してもよい。
【００１７】
アンテナ４は、導体素子５、及び半導体チップ３と導体素子５とを接続するボンディングワイヤ８Ａ及び８Ｂを有している。
【００１８】
導体素子５は、基板６の半導体チップ３が搭載された一面に形成される。導体素子５は例えば銅やアルミ、金等の金属で構成される板状の素子である。導体素子５は両端部で、それぞれボンディングワイヤ８Ａ及び８Ｂを介して半導体チップ３と接続されている。
【００１９】
アンテナ４は、ボンディングワイヤ８Ａ、導体素子５、及びボンディングワイヤ８Ｂで構成されるループアンテナである。なお無線装置１００の動作周波数とは、半導体チップ３が信号を送受信する場合に利用する搬送波の周波数であり、以下、アンテナ４の使用周波数とも称する。
【００２０】
次に、実装基板２について説明する。  
実装基板２は、誘電体層又は導体パターンが形成されるメタル層を少なくとも１層は有する積層構造をしている。誘電体層は、例えばエポキシ、ガラス、またはセラミック等で構成される。メタル層には、導体パターンである例えば銅、金、アルミ等のような導体材料で構成された配線やグランド等が形成される。図１Ａの例では、実装基板２は、メタル層と誘電体層が交互に形成された７層の積層構造をしている。
【００２１】
図１Ｂ、図１Ｃを用いて接続部１１の詳細について説明する。  
接続部１１は、基板６の半導体チップ３が搭載された一面と対向する面（以下、接続面と称する）に形成されたパッド１０Ｂを有している。また、接続部１１は、実装基板２の一面に形成されたパッド１０Ａと、パッド１０Ａ及びパッド１０Ｂを接続する外部端子９を有している。ここで、外部端子９は、例えば半田ボールなどで構成される。
【００２２】
図１Ａ，図１Ｂに示すように、半導体パッケージ１は、複数の接続部１１によって実装基板２に接続されている。複数の接続部１１は、図１Ａに示すように例えば等間隔にマトリクス状に配置される。図１Ａに示す接続部１１のうち、一部の接続部１１を省略したり、接続部１１の配置を不規則にしたりすると、半導体パッケージ１や実装基板２に外力が加わった場合に、接続部１１にひびや歪みが生じる可能性があるためである。
【００２３】
パッド１０Ａは、実装基板２のメタル層と接続している。パッド１０Ｂは、基板６のメタル層と接続している。このように、パッド１０Ａ，１０Ｂが実装基板２又は基板６のメタル層と接続されることで、実装基板２及び基板６とが電気的に接続される。
【００２４】
なお、パッド１０Ａ，１０Ｂは、実装基板２や基板６の導体パターン構成等によって、基板６のメタル層に形成された導体パターン１３や実装基板２のメタル層に形成された導体パターン１２に接続しているものもあれば、接続していないものもある。
【００２５】
本実施形態に係る無線装置１００は、複数の接続部１１のうち、導体素子５に最も近い第１接続部１１Ａの第１電気長、または該第１接続部１１Ａ及び第１接続部１１Ａに接続される実装基板２または基板６の導体パターンを含む第２電気長が、アンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満であるとしている。
【００２６】
図１Ｂに示すように、外部端子９が存在する層には、アンダーフィル材１５が充填されている。アンダーフィル材１５は、半導体パッケージ１と実装基板２との接続を強化するために充填される。尚、アンダーフィル材１５は、必要に応じて使用されるものである。
【００２７】
ここで、図１Ａ及び図１Ｃを用いて第１接続部１１Ａについて詳細を説明する。  
第１接続部１１Ａは、複数の接続部１１のうち導体素子５にもっとも近い接続部である。図１Ａのように、第１接続部１１Ａは、無線装置１００を半導体パッケージ１側から見た際に、導体素子５と少なくとも一部分において重なる位置に存在する接続部１１となる。図１Ａでは、第１接続部１１Ａを二重点線で示している。図１Ａの例では、第１接続部１１Ａは３つである。このように第１接続部１１Ａが複数であってもよい。
【００２８】
図１Ａに示すように、アンテナ４の放射源（導体素子５）の近くに金属が配置されると、該金属の影響でアンテナ４の放射効率が劣化してしまう。  
そこで、本実施形態にかかる無線装置１００では、第１接続部１１Ａの第１電気長を、アンテナ４の放射に影響を与えにくい長さとする。
【００２９】
次に、図１Ｃを用いて第１接続部の第１電気長について具体的に説明する。第１電気長は、第１接続部１１Ａに流れる電流の経路のうち、最も長い経路の長さとなる。第１接続部１１Ａは、パッド１０Ａ、１０Ｂ及び外部端子９を有している。パッド１０Ａ，１０Ｂの電気長は、パッド１０Ａ，１０Ｂが楕円形の場合は長径、長方形の場合は長辺の長さになる。外部端子９が半田ボールの場合は直径が、ピンの場合はその長さが外部端子９の電気長となる。第１接続部１１Ａの第１電気長は、パッド１０Ａ，１０Ｂの電気長又は外部端子９の電気長のうち長い方の電気長となる。本実施形態では、第１接続部１１Ａの第１電気長を、アンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする。これにより、第１接続部１１Ａが使用周波数で共振しにくくなり、アンテナ４の放射効率の劣化を抑制する。
【００３０】
続いて、図１Ｃを用いて第１接続部１１Ａ及び該第１接続部１１Ａに接続される実装基板２または基板６の導体パターンを含む第２電気長について説明する。図１に示すように、第１接続部１１Ａの一部は、実装基板２の導体パターン１２又は基板６の導体パターン１３と接続されている。この場合、第１接続部１１Ａだけでなく、第１接続部１１Ａと接続されている導体パターン１２、１３もアンテナ４の放射特性に影響を与える。そこで、本実施形態では、該導体パターン１２、１３も含む第１接続部１１Ａの電気長（第２電気長）をアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする。第２電気長は、第１接続部１１Ａ及び該第１接続部１１Ａに接続される実装基板２または基板６の導体パターン１２、１３に流れる電流の経路のうち、最も長い経路の長さとなる。
【００３１】
第２電気長は、第１接続部１１Ａに接続される実装基板２の導体パターン１２の長さ、第１接続部１１Ａに接続される基板６の導体パターン１３の長さ、もしくは第１接続部１１Ａと各導体パターン１２、１３とが接続されている経路のうち、最も長い経路の長さとなる。例えば、図１Ｃのように、実装基板２または基板６の導体パターン１２、１３が分岐している場合、第１接続部１１Ａに接続されている導体パターンの端部から導体パターンの開放端までの距離のうち最も長い距離となる。
【００３２】
つまり、第１接続部の第１〜第２電気長は、第１接続部に接続される導体パターンも含めて第１接続部に流れる電流の経路のうち最も長い経路の長さとなる。
【００３３】
図１Ｃに示す例では、第１電気長はＬ１となり、第２電気長は、Ｌ２又はＬ３となる。本実施形態の場合、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうち最も長い電気長がアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満となればよい。
【００３４】
次に、図２を用いて、第１電気長及び第２電気長をアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とすることの効果について説明する。
【００３５】
アンテナ４に電流が流れると、アンテナ４に近接している導体にも電流が誘起される。この誘起電流がアンテナ４の電流と干渉すると、アンテナ４のインピーダンス特性、放射特性が劣化する。
【００３６】
アンテナ４に近接する導体が使用周波数２分の１波長の長さの整数倍である場合、アンテナ４に近接する導体が共振し、大きな電流が誘起される。一方、導体の長さが使用周波数の２分の１波長未満の場合は、共振する長さに満たないため、誘起される電流は小さい。また、導体の長さが使用周波数の波長の２分の１より長い場合、導体の長さが２分の１波長でありアンテナ４と共振する場合よりは小さいものの、導体の長さが２分の１波長より小さい場合に比べて大きい電流が誘起される。
【００３７】
図２に、長さＬの線状導体に平行に平面波を入射した際、線状導体に誘起される電流の強度をグラフで示す。図２において、横軸は線状導体の長さＬを使用周波数の波長の倍数で表し、縦軸は最大値で規格化した電流強度を表している。図２によれば、ダイポールの長さＬが使用周波数２分の１波長の奇数倍の長さ（例えば、１／２倍、３／２倍，・・・）のとき、線状導体が共振するので、線状導体に誘起される電流の強度が増大している。一方、線状導体の長さＬが使用周波数の波長の２分の１未満となると、電流強度が減少している。特に、線状の長さＬが使用周波数の波長の８分の３未満となると、顕著に電流が減少していることが確認できる。
【００３８】
したがって、アンテナ４に近接している導体の長さを少なくとも使用周波数の波長の略２分の１未満とすることで、アンテナ４に近接している導体への電流の誘起を抑制し、アンテナ４との干渉を削減することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、第１接続部１１Ａの第１電気長、又は第１接続部１１Ａ及び該第１接続部１１Ａに接続される実装基板２または基板６の導体パターン１２、１３を含む第２電気長をアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とすることで、第１接続部１１Ａに誘起される電流を抑制できる。これにより、無線装置にアンテナ４を組み込んでもアンテナ４への干渉が削減され、アンテナ４のインピーダンス特性及び放射特性の劣化を抑制できる。
【００４０】
アンテナ４に近接する導体に電流を流さないためには、単純にアンテナ４に近接する第１接続部１１Ａを排除する方法も考えられるが、第１接続部１１Ａを排除すると、接続部１１の配置が不規則になるので、半導体パッケージ１内の基板６や実装基板２の反りが発生し、接合不良の原因となる。アンテナ特性劣化抑制を理由として、アンテナ４に近接する接続部１１をアンテナ形状に合わせて取り除くと、アンテナ形状に合わせた接続部１１の構成が必要となり、製造コストの増大をまねく。本実施形態では、アンテナ形状毎に外部端子の配置パターンを変更する必要がなく、製造コストが増大するという問題を防ぐことができる。
【００４１】
本実施形態では、アンテナ４の一例としてボンディングワイヤを使用したループアンテナを説明したが、アンテナの形状はこれに限定されるものではない。例えば、アンテナ４を、ボンディングワイヤを使用しないダイポールアンテナ、逆Ｆアンテナ、パッチアンテナ、又はその他のアンテナとしてもよい。
【００４２】
図１Ｄに、アンテナ４をダイポールアンテナとした場合の例を示す。図１Ｄに示す構成では、アンテナ４は、２つの左右対称なＬ字型の線状導体素子５Ａ、５Ｂを有する構成である。２つのＬ字型の線状導体素子５Ａ，５Ｂは、半導体チップ３にボンディングワイヤを介さず直接接続されている。このように、アンテナ４の全ての構成要素を実装基板２上に形成してもよい。この場合、太い点線で示す４つの接続部が、２つのＬ字型の線状導体素子に最も近い第１接続部となる。
【００４３】
＜第１の実施形態の変形例＞
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る無線装置の概略構成を示す上面図である。図３に示す無線装置は、複数のアンテナを有している点で図１に示す無線装置と異なる。図３では、半導体パッケージ１にアンテナが２つ内蔵されているが、３つでもそれ以上でもよい。
【００４４】
図３の無線装置は、図１の無線装置の構成に加え、さらにアンテナ１７を有している。アンテナ１７の構成は、図１のアンテナ４と同じである。図３の無線装置では、アンテナ４の最も近くに配置される接続部１１だけでなく、アンテナ１７の最も近くに配置される接続部１１も第１接続部となる。ここでは、導体素子５及び１６の直下に位置している全ての接続部１１が第１接続部となる。つまり、半導体パッケージ１側から実装基板２を見た際に、導体素子５及び１６の面積と少なくとも一部分において重なる位置に存在する接続部１１を指す。図３では、第１接続部を二重線で示している。
【００４５】
本変形例によれば、アンテナ４及び１７に最も近い第１接続部の第１電気長及び第２電気長の長さを使用周波数の波長の略２分の１未満とする。なお、アンテナ４及びアンテナ１７の使用周波数が異なる場合は、第１接続部の第１及び第２電気長を最も近いアンテナの使用周波数の略２分の１波長未満とすればよい。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図であり、図４Ｂは、図４Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。また、図４Ｃは、図４Ｂの一部を拡大した図である。
【００４７】
図４Ａに示す無線装置は、第１接続部の一部が別の接続部１１と接続されている点を除き、図１の無線装置と同じである。
【００４８】
図４Ｂに示す通り、第１接続部１１Ａには、導体パターン１２が接続されている。前述したように、アンテナ４の放射効率に影響を与えにくくするために、アンテナ４の最も近くに配置される導体は、長さをアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする。従って、第１接続部１１Ａ、第１接続部１１Ａに接続される接続部１１（以下第２接続部１１Ｂと称する）及びこれらに接続される導体パターンを含む第１接続部１１Ａの電気長（第３電気長）をアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする。
【００４９】
図４Ｃを用いて、第３電気長の詳細について説明する。  
図４Ｃの例では、第３電気長は、一端が第１接続部１１Ａに、他端が第２接続部１１Ｂに接続される実装基板２の導体パターン１２の長さ、一端が第１接続部１１Ａに接続され、他端が開放されている基板６の導体パターン１３Ａの長さ、一端が第２接続部１１Ｂに接続され、他端が開放されている基板６の導体パターン１３Ｂの長さ、及び第１，２接続部１１Ａ、１１Ｂの各導体パターンとが接続されている箇所を結ぶ経路のうち最も長い経路の長さを合わせた長さとなる。即ち、第３電気長は、第１接続部１１Ａに接続された導体パターンの開放端から、第１接続部１１Ａに接続された他の導体パターンの開放端までの長さのうち最も長い長さとなる。このとき導体パターン又は他の導体パターンは、第１接続部１１Ａに直接接続されていなくてもよく、図４Ｃの導体パターン１３Ｂのように、第２接続部１１Ｂに接続されている導体パターンであってもよく、例えば導体パターン１２及び第２接続部１１Ｂを介して第１接続部１１Ａに接続されていればよい。
【００５０】
つまり、第１接続部１１Ａの第１〜第３電気長は、第１接続部１１Ａに接続される導体パターンも含めて第１接続部１１Ａに流れる電流の経路のうち最も長い経路の長さとなる。
【００５１】
図４Ｃに示す例では、第１電気長はＬ１、第２電気長はＬ２、第３電気長はＬ３となる。本実施形態の場合、Ｌ１〜Ｌ３のうち最も長い電気長がアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満となればよい。その他の構成及び動作原理は図１の無線装置と同じである。
【００５２】
尚、図４Ａに示す例では、第１接続部１１Ａに接続される第２接続部１１Ｂは１つであるが、２つ以上であってもよい。
【００５３】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、第１接続部１１Ａと別の接続部１１とを導体パターンで接続することができるため、導体パターンの自由度が増す。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
図５Ａは、本発明の第３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図であり、図５Ｂは、図５Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【００５５】
第３の実施形態に係る無線装置は、第１接続部１１Ａだけでなく、第１接続部１１Ａに隣接する第３接続部１１Ｃの第１〜第３電気長も使用周波数の２分の１波長未満とする点で、図４の無線装置と異なる。
【００５６】
第３接続部１１Ｃの第１電気長は、第３接続部１１Ｃに流れる電流の経路のうち最も長い経路の長さとなる。第３接続部１１Ｃの第２、第３電気長は、第３接続部１１Ｃに接続される導体パターンの開放端から他の導体パターンの開放端までの長さのうち最も長い経路の長さとなる。つまり、第３接続部１１Ｃの第２〜第３電気長は、第３接続部１１Ｃに接続される導体パターンも含めて第３接続部１１Ｃに流れる電流の経路のうち最も長い経路の長さとなる。図５Ｂに示す例では、第１、第３接続部１１Ａ、１１Ｃの第１〜第３電気長のうち最も長い電気長がアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満となればよい。その他の構成は図１の無線装置と同じである。
【００５７】
次に、第１接続部１１Ａだけでなく第３接続部１１Ｃの第１〜第３電気長をアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする理由について説明する。
【００５８】
前述したように、アンテナ４に流れる電流に誘起されて、アンテナ４に最も近い導体には強い電流が流れる。アンテナ４に最も近い導体だけでなく、該導体に隣接する導体（本実施形態では第３接続部１１Ｃ）にも電流が誘起される。この誘起電流がアンテナ４の電流と干渉して、アンテナ４のインピーダンス特性、放射特性が劣化する。
【００５９】
本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、第１接続部１１Ａだけではなく第３接続部１１Ｃの第１〜第３電気長もアンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とすることで、第３接続部１１Ｃに誘起される電流がアンテナ４に与える影響も削減することができる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
図６Ａは、本発明の第４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図であり、図６Ｂは、図６Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【００６１】
本実施形態に係る無線装置は、実装基板２のメタル層の一部領域（以下、矩形領域とも称する）に、接続部１１と接続される導体パターン１２や１３を除く導体パターンを有しない点を除き、図１に示す無線装置と同じである。
【００６２】
図６Ａの実装基板２は、実装基板２の表面と裏面を含む７層のメタル層を有している。図６の例では、半導体パッケージに近いメタル層から順番に偶数番目のメタル層には、板状のメタルが形成されており、奇数番目のメタル層には配線が形成されている。各メタル層の導体パターンは、ビアで接続されていてもよい。板状のメタルは、電源又はグランド等に用いられる。
【００６３】
本実施形態に係る実装基板２は、メタル層の一部に、接続部１１と接続される導体パターン１２や１３を除く導体パターンを有しない領域を備える。該領域は、図６Ａに示すように、実装基板２を半導体パッケージ１側から見た場合に、第１接続部１１Ａ及びアンテナを含む長方形の領域１８Ａである。該領域１８Ａ以外の図６Ａに斜線で示している部分１８に、導体パターンを設ける。つまり、実装基板２は、積層構造であり、導体素子及び第１接続部１１Ａと対向する一部領域１８Ａに、接続部１１と接続される導体パターン１２や１３を除く導体パターンを有しないメタル層を備える。
【００６４】
図６Ｂは、本実施形態に係る無線装置のＡ−Ａ’における断面を示す図である。図６Ｂに示す通り、アンテナ４及び第１接続部１１Ａ、及び第１接続部１１Ａに接続される導体パターン１２や１３を除き、領域には導体パターンが形成されていないことがわかる。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る無線装置では、実装基板２に設けられるメタル層のアンテナ４に近い一部の領域に導体パターンを有しないため、実装基板２のメタル層に形成される導体パターンがアンテナ４に与える干渉を抑制でき、アンテナ４のインピーダンス特性、放射特性の劣化を抑制することができる。
【００６６】
例えば、本実施形態に係る無線装置のように、アンテナが線対称形状を有する場合、矩形領域１８Ａをアンテナ４と同じ対称軸Ｓに対して線対称形状としてもよい。これにより、アンテナ４だけでなく、実装基板２に誘起される電流も対称軸Ｓに対して略対称となり、アンテナの放射パターンを略左右対称とすることができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、図１に示す無線装置の実装基板２の一部領域に導体パターンを実装しない例について示したが、図１以外にも例えば、図３乃至図５に示す無線装置の実装基板２の一部領域に導体パターンを実装しないようにしてもよい。図３に示す無線装置の場合、アンテナ４だけでなく、アンテナ１７の近くにも一部領域と同様の領域を設けてもよい。また、図５に示す無線装置の場合、第１接続部１１Ａだけでなく第３接続部１１Ｃも含む領域にも導体パターンを形成しないようにしてもよい。
【００６８】
＜第５の実施形態＞
図７Ａは、本発明の第５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【００６９】
第５の実施形態に係る無線装置では、実装基板２のメタル層の一部領域１８Ａに導体パターンを有していない点で、図６Ａに示す無線装置と同じであるが、一部領域１８Ａの大きさが異なる。
【００７０】
図７に示す通り、アンテナは対称軸Ｓに対して対称な形状をしている。
【００７１】
また、実装基板２のメタル層の一部領域１８Ａは、対称軸Ｓと平行な第１辺と、対称軸Ｓと垂直な第２辺とを有する矩形形状をしている。対称軸Ｓと平行な第１辺の長さをＬ、対称軸Ｓと垂直な第２辺の長さをＤとする。このとき、一部領域１８Ａの第２辺の長さＤは、アンテナの使用周波数の２分のｋ波長（ｋは奇数）とする。
【００７２】
ここで、実装基板２に流れる電流について考える。アンテナ４に電流が流れると、アンテナ４に近接する実装基板２にも電流が誘起される。実装基板２に流れる電流は、実装基板２の辺に沿って流れるが、一部領域では、該一部領域１８Ａの辺に沿って流れる。これは、実装基板２に含まれる金属の辺に沿って大きな電流が流れるためである。
【００７３】
アンテナ４が対称軸Ｓに対して対称形状をしており、かつ実装基板のメタル層の一部領域１８Ａが対称軸Ｓに対して対称形状をしているため、一部領域１８Ａの対称軸Ｓに平行な第１辺に流れる電流は、強度が同じで位相が逆相となる。
【００７４】
図８に、実装基板２の一部領域１８Ａの第１辺から放射される電磁波の概略を示す。図８に示すように、対称軸Ｓに平行な（Ｙ方向の）一部領域１８Ａの第１辺から放射される電磁波の位相は、一方の辺がαの場合、他方の辺は一方の辺の逆相でα＋１８０°となる。図８において、対称軸Ｓに垂直な方向すなわち±Ｘ方向に、対称軸Sに略平行な一部領域１８Ａの２つの第１辺それぞれから放射される電磁波は、−Ｘ方向では、位相差δ−１８０°をもち、＋Ｘ方向では位相差δ＋１８０°をもつ。δは、一部領域１８Ａの第２辺の長さＤでずれる位相の大きさを表した値である。
【００７５】
本実施形態に係る無線装置では、第２辺の長さＤが、使用周波数の２分のｋ波長（ｋは奇数）となっているため、δは１８０°の奇数倍となる。このため、各第１辺から放射される電磁波の位相差は−Ｘ方向ではδ−１８０°すなわち、１８０°の偶数倍となり、＋Ｘ方向ではδ＋１８０°すなわち、１８０°の偶数倍となり、各第１辺から放射される電磁波は同相となるために足し合わされる。つまり、本実施形態に係る無線装置では、図８の±Ｘ軸方向には電波が放射されやすくなる。
【００７６】
図９（ａ）は、第２辺の長さＤを使用周波数の２分の１波長としたときの、図７Ａに示す無線装置のＸＹ面における放射パターンをシミュレーションした結果である。図９（ｂ）は、図７Ａに示す無線装置の、アンテナ４及び実装基板２のメタル層１８の一部領域１８Ａを示す簡略図である。図１０（ａ）は、比較例の無線装置のＸＹ面における放射パターンをシミュレーションした結果である。比較例では、図１０（ｂ）に示すように、メタル層１８の一部領域１８Ａを設けない例を示している。すなわち、図１０（ａ）は、図７Ａの無線装置のような一部領域１８Ａの第１辺に流れる電流の影響を受けない場合の、無線装置のＸＹ面における放射パターンをシミュレーションした結果である。図１０に示すように、図９と図１０に示す放射パターンを比較すると、図９の方が、±Ｘ方向の放射が強いことが確認わかる。
【００７７】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、実装基板２のメタル層の一部領域１８Ａの第２辺の長さＤを使用周波数の２分のｋ波長（ｋは奇数）とすることで、アンテナの放射パターンを対称軸Ｓに対して垂直な方向に強めることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、図１に示す無線装置の実装基板２の一部領域に導体パターンを実装しない例について示したが、図１以外にも例えば、図３乃至図５に示す無線装置の実装基板２の一部領域に導体パターンを実装しないようにしてもよい。図３に示す無線装置の場合、アンテナ４だけでなく、アンテナ１７の近くにも一部領域と同様の領域を設けてもよい。また、図５に示す無線装置の場合、第１接続部１１Ａだけでなく第３接続部１１Ｃも含む領域にも導体パターンを実装しないようにしてもよい。
【００７９】
＜第６の実施形態＞
図１１Ａは、本発明の第６の実施形態に係る無線装置の概略構成を示す上面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの線分Ａ−Ａ’における断面図である。
【００８０】
第６の実施形態に係る無線装置では、実装基板２のメタル層の一部領域１８Ａに導体パターンを有していない点で、図６に示す無線装置と同じであるが、一部領域１８Ａの大きさが異なる。また、第６の実施形態に係る無線装置では、実装基板２を半導体パッケージ側から見た場合に、一部領域１８Ａに対向する接続部１１全ての第１〜第３電気長が、アンテナ４の使用周波数の２分の１波長未満とする。一部領域１８Ａに対向する接続部１１を太い点線で示す。一部領域１８Ａに対向する接続部１１は、第１接続部１１Ａと、第１接続部１１Ａに隣接する第３接続部１１Ｂに加えて、第１接続部１１Ａに隣接しない接続部１１も含む。
【００８１】
以下では、一部領域１８Ａの大きさを説明する。
【００８２】
図１１Ａに示す通り、アンテナは対称軸Ｓに対して対称な形状をしている。また、実装基板２のメタル層の一部領域１８Ａは、対称軸Ｓと平行な第１辺と、対称軸Ｓと垂直な第２辺とを有する矩形形状をしている。対称軸Ｓと平行な第１辺の長さをＬ、対称軸Ｓと垂直な第２辺の長さをＤとする。このとき、一部領域１８Ａの第２辺の長さＤは、アンテナの使用周波数の２分のｎ波長（ｎは偶数）とする。
【００８３】
以下、図８を用いて、対称軸Ｓに平行な（Ｙ方向の）一部領域１８Ａの第１辺から放射される電磁波の位相を説明する。第５の実施形態で説明したように、第１辺から放射される電磁波の位相は、一方の辺がαの場合、他方の辺は一方の辺の逆相でα＋１８０°となる。本実施形態に係る無線装置では、第２辺の長さＤが、使用周波数の２分のｎ波長（ｎは偶数）となっているため、δは１８０°の偶数倍となる。このため、各第１辺から放射される電磁波の位相差は−Ｘ方向ではδ−１８０°すなわち、１８０°の奇数倍となり、＋Ｘ方向ではδ＋１８０°すなわち、１８０°の奇数倍となり、各第１辺から放射される電磁波は逆相となるために打ち消し合う。つまり、本実施形態に係る無線装置では、図８の±Ｘ軸方向には、電磁波が放射されにくくなる。その結果、指向性パターンを、対称軸Ｓに略並行な方向に絞ることができる。
【００８４】
図１２（ａ）は、第２辺の長さＤを使用周波数の略波長の長さとしたときの、図１１Ａに示す無線装置のＸＹ面における放射パターンをシミュレーションした結果である。図１２（ｂ）は、図１１Ａに示す無線装置の、アンテナ４及び実装基板２のメタル層１８の一部領域１８Ａを示す簡略図である。図１２と図１０に示す放射パターンを比較すると、図１２の方が、±Ｘ方向の放射が極小となっていることがわかる。
【００８５】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、実装基板２のメタル層の一部領域の第２辺の長さＤを使用周波数の２分のｎ波長（ｎは偶数）とすることで、アンテナの放射パターンを対称軸Ｓに対して平行な方向に強めることができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、一部領域１８Ａに対向する接続部１１は、第１接続部１１Ａと、第１接続部１１Ａに隣接する第３接続部１１Ｃに加えて、第１接続部１１Ａに隣接しない接続部１１も含む構成としたが、一部領域１８Ａに対抗する接続部１１は、第３接続部１１Ｃを含む構成としなくてもよい。
【００８７】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態にかかる無線通信機器について説明する。図１３は、本発明の第７の実施形態に係る無線装置を搭載した無線通信機器の概略構成を示す図である。
【００８８】
第７の実施形態に係る無線通信機器は、第１の実施形態に係る無線装置を搭載した機器である。無線通信機器は、データまたは画像や動画をやりとりする機器で、例えばノートＰＣ１９や携帯端末２０である。
【００８９】
ノートＰＣ１９や携帯端末２０は、その内部または外部に無線装置を備え、例えばミリ波帯の周波数を用いて通信を行う。ノートＰＣ１９は、例えば携帯端末２０と図１１に示した無線装置を介してデータ通信を行う。さらに、図１１の無線装置を搭載した別の機器（図示せず）と、図１１に示した無線装置を介してデータ通信を行ってもよい。
【００９０】
ノートＰＣ１９に搭載された無線装置と、携帯端末２０に搭載された無線装置は、アンテナ４の指向性が強い方向が対向するように配置するので、データのやりとりを効率よく、しかも高品質で行うことができる。
【００９１】
また、以上示した実施形態によれば、実施形態１と同様に、パッケージ内にアンテナを内蔵させた無線装置においてアンテナ特性を改善することができる。
【００９２】
尚、本実施形態では、第６の実施形態に係る無線装置を搭載した例を示したが、第１から第５の実施形態に係る無線装置を搭載してもよい。
【００９３】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１・・・半導体パッケージ
２・・・実装基板
３・・・半導体チップ
４、１６・・・アンテナ
５、１７・・・導体素子
５Ａ、５Ｂ・・・線上導体素子
６・・・基板
７・・・封止材
８、８Ａ、８Ｂ・・・ボンディングワイヤ
９・・・外部端子
１０Ａ、１０Ｂ・・・パッド
１１・・・接続部
１１Ａ・・・第１接続部
１１Ｂ・・・第２接続部
１１Ｃ・・・第３接続部
１２、１３Ａ、１３Ｂ・・・導体パターン
１５・・・アンダーフィル材
１８・・・実装基板導体パターン
１８Ａ・・・矩形領域
１９・・・ノートＰＣ
２０・・・携帯端末
【図１Ａ】
0005172925.tif 000002
【図１Ｂ】
0005172925.tif 000003
【図１Ｃ】
0005172925.tif 000004
【図１Ｄ】
0005172925.tif 000005
【図２】
0005172925.tif 000006
【図３】
0005172925.tif 000007
【図４Ａ】
0005172925.tif 000008
【図４Ｂ】
0005172925.tif 000009
【図４Ｃ】
0005172925.tif 000010
【図５Ａ】
0005172925.tif 000011
【図５Ｂ】
0005172925.tif 000012
【図６Ａ】
0005172925.tif 000013
【図６Ｂ】
0005172925.tif 000014
【図７Ａ】
0005172925.tif 000015
【図７Ｂ】
0005172925.tif 000016
【図８】
0005172925.tif 000017
【図９】
0005172925.tif 000018
【図１０】
0005172925.tif 000019
【図１１Ａ】
0005172925.tif 000020
【図１１Ｂ】
0005172925.tif 000021
【図１２】
0005172925.tif 000022
【図１３】
0005172925.tif 000023