(57)【要約】【課題】簡素な構成でアンテナの設計自由度を向上させ、回路特性の劣化を防ぐアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージを提供する。【解決手段】表面に平面接地導体１０２が設けられると共に高周波ＩＣチップ１０４が実装された誘電体基板１０１の前記表面上に、前記高周波ＩＣチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部１１２を有する誘電体カバー１０７を固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターン１０９を形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ＩＣチップを高周波伝送経路(１０５，１０６，１０３，１１０，１０８)で接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に平面接地導体が設けられると共に高周波ＩＣチップが実装された誘電体基板の前記表面上に、前記高周波ＩＣチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部を有する誘電体カバーを固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターンを形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ＩＣチップを高周波伝送経路で接続することを特徴とするアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項２】
前記アンテナ用導体パターンが前記誘電体カバーの外部側面に形成され、
前記高周波伝送経路が、
前記誘電体基板上に設けられた第１の高周波伝送線路と、
前記高周波ＩＣチップ上に設けられた高周波端子と、
前記高周波端子と前記第１の高周波伝送線路とを接続する第１の接続用導体と、
前記アンテナ用導体パターンに接続され前記誘電体カバーの外部側面から底面まで延びる第２の高周波伝送線路と、
前記第２の高周波伝送線路と前記第１の高周波伝送線路とを電気的に接続する第２の接続用導体と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項３】
前記アンテナ用導体パターンが前記誘電体カバーの凹部底面に形成されると共に凹部底面から凹部内に突起する突起部が設けられ、
前記高周波伝送経路が、
前記誘電体基板上に設けられた第１の高周波伝送線路と、
前記高周波ＩＣチップ上に設けられた高周波端子と、
前記高周波端子と前記第１の高周波伝送線路とを接続する第１の接続用導体と
前記アンテナ用導体パターンに接続され前記誘電体カバーの前記突起部の側面から端面まで延びる第２の高周波伝送線路と、
前記第２の高周波伝送線路と前記第１の高周波伝送線路とを電気的に接続する第２の接続用導体と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項４】
前記アンテナ用導体パターンが前記誘電体カバーの凹部底面に形成されると共に凹部底面から凹部内に突起する突起部が設けられ、
前記高周波伝送経路が、
前記高周波ＩＣチップ上に設けられた高周波端子と、
前記アンテナ用導体パターンに接続され前記誘電体カバーの前記突起部の側面から端面まで延びる高周波伝送線路と、
前記高周波伝送線路と前記高周波端子とを電気的に接続する接続用導体と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項５】
前記アンテナ用導体パターンで構成されるアンテナが平衡アンテナであり、
前記高周波伝送経路が差動線路であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項６】
前記アンテナ用導体パターンで構成されるアンテナがほぼ対称構造であるダイポールアンテナであり、
前記高周波ＩＣチップを前記ダイポールアンテナの対称面内に配置しないことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【請求項７】
前記アンテナ用導体パターンで構成されるアンテナがダイポールアンテナであり、
前記アンテナ用導体パターンと前記高周波伝送経路との接続部から前記平面接地導体が配置される平面へ下ろした垂線の距離を、使用周波数における波長をλとすると約λ／４の奇数倍としたことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高周波ＩＣパッケージ、特にアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ構造は、送信回路、受信回路、あるいは送受信回路を内蔵した高周波ＩＣチップ上にアンテナを構成する基板を実装し、上記ＩＣチップとアンテナ基板上に樹脂モールド材と呼ばれる誘電体材料を覆い被せることにより回路を保護する封止方式を採用している(例えば、特許文献１)。
【０００３】
一方、送信回路、受信回路、あるいは送受信回路を内蔵した高周波ＩＣチップ上にオンチップアンテナを集積したアンテナ一体型の高周波ＩＣチップ構成のものもある(例えば、非特許文献１)。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００６３０５６号明細書(Ｆｉｇ．１)
【非特許文献１】T. Mitomo, et al, “A 60-GHz CMOS Receiver with Frequency Synthesizer,” 2007 Symposium on VLSI Circuits, pp. 172-173, June 2007. Fig.1, Fig.5
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ構造は、特許文献１に開示されているように、樹脂モールド材をＩＣチップ上に被せる封止方式であり、ＩＣチップ上に形成した回路の実効誘電率が変動するため回路特性の劣化が生じるという問題点があった。
【０００６】
また、非特許文献１に開示されているオンチップアンテナを集積したアンテナ一体型の高周波ＩＣチップにおいては、アンテナ部分の設計自由度が低く、アンテナ性能の高性能化に不利であるという問題点があった。さらに、アンテナ一体型の高周波ＩＣチップにおいても、実運用上においては、ＩＣチップ保護のための封止構造が必要であり、上記と同様に樹脂モールド材を被せる構成を用いると、ＩＣチップ上に形成した回路およびアンテナの特性の劣化が生じるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡素な構成でアンテナの設計自由度を向上させ、回路特性の劣化を防ぐアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ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】
この発明は、表面に平面接地導体が設けられると共に高周波ＩＣチップが実装された誘電体基板の前記表面上に、前記高周波ＩＣチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部を有する誘電体カバーを固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターンを形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ＩＣチップを高周波伝送経路で接続することを特徴とするアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージにある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、簡素な構成でアンテナの設計自由度を向上させ、回路特性の劣化を防ぐアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図であり、図１の(ａ)は図１の(ｃ)におけるＣ１−Ｃ１’線に沿った断面図を、図１の(ｂ)は図１の(ａ)におけるＡ１−Ａ１’線に沿った断面図を、図１の(ｃ)は図１の(ａ)におけるＢ１−Ｂ１’線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００１１】
図１において、誘電体基板１０１上には切り欠き部１１４を有する平面接地導体１０２および信号線導体１０３が設けられている。誘電体基板１０１上に高周波ＩＣチップ１０４が実装され、高周波ＩＣチップ上に設けられた高周波端子１０５と信号線導体１０３が金属ワイヤ１０６によって接続されている。平面接地導体１０２の切り欠き部１１４とは、電気的接続の絶縁を目的として平面接地導体１０２を一部除去した誘電体基板１０１が露出している部分である。
【００１２】
高周波ＩＣチップ１０４の側面周囲と上部を取り囲むように誘電体カバー１０７が設けられ、誘電体カバー１０７の底面および側面には信号線導体１０８が、誘電体カバー１０７の外部側面にはアンテナ用導体パターン１０９がそれぞれ設けられている。また、信号線導体１０８と信号線導体１０３は接続用導体１１０により導通され、誘電体カバー１０７と誘電体基板１０１は接着剤１１１により接着固定されている。誘電体カバー１０７は底面側の中央部に、誘電体基板１０１上に実装された高周波ＩＣチップ１０４の周囲側面及び上面側を間に空間を設けて覆う凹部１１２を有する。
【００１３】
ここで、高周波ＩＣチップ１０４には増幅器、発振器、ミキサ、移相器、分配合成器、フィルタ等の高周波送受信回路が組み込まれている。また、この例では、アンテナ用導体パターン１０９としてダイポールアンテナを例に挙げ説明するが、折り返しダイポールアンテナ等、別のアンテナ形式を用いても良い。さらに、高周波ＩＣチップ１０４上の高周波端子１０５とアンテナ用導体パターン１０９の接続には平衡線路である差動線路を用いているが、他のマイクロストリップ線路、コプレーナ線路等の不平衡線路を用いても良く、不平衡線路とアンテナとの中継部に平衡−不平衡変換回路(バラン)を用いても良い。
【００１４】
図１に示すように、アンテナ用導体パターン１０９は誘電体カバー１０７の側面に配置されるため、平面接地導体１０２とアンテナ用導体パターン１０９の距離ｈ１を適切に選ぶことにより、平面接地導体１０２を反射板として利用する反射板付きダイポールアンテナとして用いることができ、図１の(ａ)あるいは図１の(ｂ)の上方への放射エネルギーを強くさせ、アンテナ性能を向上させることができる。ここで、使用周波数の波長をλとした時、平面接地導体１０２とアンテナ用導体パターン１０９の距離ｈ１(すなわちアンテナ用導体パターン１０９と誘電体カバー１０７に形成した信号線導体１０８との接続部から平面接地導体１０２が配置される平面へ下ろした垂線の距離)が約(λ／４)の奇数倍又は(λ／４)の奇数倍に設定することが望ましい。
【００１５】
高周波ＩＣチップ１０４上にオンチップアンテナを設ける従来のアンテナ一体型の高周波ＩＣチップにおいては、上記のｈ１に相当する距離は高周波ＩＣチップ１０４の厚みの制約を受けるため、適切なｈ１を選ぶためには、誘電体基板１０１に高さ調整のための掘り込みを設ける等特殊な加工が必要であった。また、高周波ＩＣチップ１０４上にアンテナ基板を実装する従来のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージ構造においても、上記のｈ１に相当する距離は高周波ＩＣチップ１０４の厚みおよびアンテナ基板の厚みの制約を受けるため、適切なｈ１を選ぶためには、誘電体基板１０１に高さ調整のための掘り込みを設ける等特殊な加工が必要であった。
【００１６】
図１に示す構成では、上記ｈ１は高周波ＩＣチップ１０４の厚みに依存せず、アンテナ用導体パターン１０９を誘電体カバー１０７の側面において適切な位置に配置することにより得られるため、従来構造のような特殊な加工が不要であり、簡易な構成によりアンテナ性能の向上を図ることができる。
【００１７】
加えて、図１の構成によれば、誘電体カバー１０７により高周波ＩＣチップ１０４の封止を容易に実現でき、樹脂モールド材による封止が不要となるため、高周波ＩＣチップの回路特性劣化を回避することができる。また、誘電体カバー１０７を封止材料として使用するのに加え、アンテナ基材を兼用する構成とすることができるため、部品点数を削減することができる。
【００１８】
図１に示した構成のように、アンテナ用導体パターン１０９をダイポールアンテナのような平衡アンテナで実現した場合、マイクロストリップアンテナ等の不平衡アンテナで必要な平面接地導体を誘電体カバー１０７に設ける必要が無いため、誘電体カバー１０７の製造を簡素化することができる。また、アンテナ用導体パターン１０９をダイポールアンテナのような平衡アンテナで実現した場合、高周波ＩＣチップ１０４上に設けた高周波端子１０５からアンテナ用導体パターン１０９までの伝送線路を差動線路とすることにより、バランが不要となるため、高周波ＩＣチップ１０４とアンテナ用導体パターン１０９との高周波伝送線路を簡素化でき、伝送損失が小さいアンテナ給電線路を実現できる。
【００１９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図であり、図２の(ａ)は図２の(ｃ)におけるＣ２−Ｃ２’線に沿った断面図を、図２の(ｂ)は図２の(ａ)におけるＡ２−Ａ２’線に沿った断面図を、図２の(ｃ)は図２の(ａ)におけるＢ２−Ｂ２’線に沿った断面図をそれぞれ示す。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する(以下同様)。
【００２０】
図２において、誘電体カバー１０７の凹部１１２には凹部１１２底面からこれとは反対側の誘電体カバー１０７の底面に向かって延びた突起部１１３が設けられ、突起部１１３の端面および側面には信号線導体１０８が、誘電体カバー１０７の凹部１１２の底面にはアンテナ用導体パターン１０９がそれぞれ設けられている。その他の構成については、基本的に前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２１】
図２に示す構成によると、アンテナ用導体パターン１０９および信号線導体１０８は封止領域内部に構成されるため、アンテナ用導体パターン１０９および信号線導体１０８を誘電体カバー１０７外部から保護することができる。封止領域とは、誘電体カバー１０７の底面が誘電体基板１０１側に接着剤１１１で固定されて誘電体基板１０１と凹部１１２で形成された空間領域のことである。
【００２２】
また、実施の形態１では誘電体カバー１０７側の信号線導体１０８と誘電体基板１０１側の信号線導体１０３を接続する接続用導体１１０配置部に接着剤１１１を用いる必要があり、高周波伝送特性を良好にさせるためには、接着剤１１１に損失の小さい接着材料を選ぶ必要がある。このため、接着材料として特殊な材料を選ぶ必要性があり、高コスト化につながる恐れがある。
【００２３】
図２の構成では誘電体カバー１０７外周部には接着剤１１１を、封止領域の突起部１１３には信号線導体１０８と信号線導体１０３を接続する部分には接続用導体１１０を、それぞれ配置し、両者を分離することができる。これにより、信号線導体１０８と信号線導体１０３の接続部周囲を空気とすることができ、高周波伝送特性を良好に保つことができる。加えて、接着剤１１１が高周波伝送特性に及ぼす影響を排除できるため、よりコストの低い接着材料を使用することができ、高周波ＩＣパッケージの低コスト化に貢献できる。
【００２４】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図であり、図３の(ａ)は図３の(ｃ)におけるＣ３−Ｃ３’線に沿った断面図を、図３の(ｂ)は図３の(ａ)におけるＡ３−Ａ３’線に沿った断面図を、図３の(ｃ)は図３の(ａ)におけるＢ３−Ｂ３’線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００２５】
図３において、突起部１１３の端面および側面に形成された信号線導体１０８と高周波ＩＣチップ１０４上に設けられた高周波端子１０５が接続用導体１１０を介して接続されている。その他の構成については、前述の実施の形態２と同様であり、その説明を省略する。
【００２６】
前述の実施の形態１又は実施の形態２においては、高周波ＩＣチップ１０４上に設けられた高周波端子１０５は、金属ワイヤ１０６により誘電体基板１０１上に形成された信号線導体１０３と接続された後、誘電体カバー１０７に形成された信号線導体１０８とアンテナ用導体パターン１０９に接続されていたが、図３に示す構成によると、上記の金属ワイヤ１０６、信号線導体１０３を省略することができ、高周波伝送損失を低減することができる。
【００２７】
また、図３の構成は、誘電体基板１０１の誘電体損失の影響を受けないことから、誘電体基板１０１の基材として、損失は比較的大きいが安価であるガラスエポキシ基板等を使用しても高周波特性への影響が小さく、高周波ＩＣパッケージの高性能化、低コスト化に貢献できる。
【００２８】
前述の実施の形態１又は実施の形態２では、アンテナ(アンテナ用導体パターン１０９)の反射板として平面接地導体１０２を使用していたが、誘電体基板１０１上に信号線導体１０３を形成していたため、平面接地導体に切り欠き部１１４が生じていた。図３の構成によれば、上記切り欠き部１１４を設ける必要が無く、より理想状態に近い反射板を実現できるため、アンテナ性能のさらなる向上に貢献することができる。
【００２９】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図であり、図４の(ａ)は図４の(ｃ)におけるＣ４−Ｃ４’線に沿った断面図を、図４の(ｂ)は図４の(ａ)におけるＡ４−Ａ４’線に沿った断面図を、図４の(ｃ)は図４の(ａ)におけるＢ４−Ｂ４’線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００３０】
図４において、突起部１１３の底面および側面には信号線導体１０８が、誘電体カバー１０７の凹部１１２の底面にはアンテナ用導体パターン１０９がそれぞれ設けられている。ここで、図４に示すＳ１はほぼ対称構造又は対称構造としたダイポールアンテナの対称面であり、高周波ＩＣチップ１０４は対称面Ｓ１と接触しない位置に配置されている(すなわち対称面内に配置しない)。
【００３１】
図４に示すようなダイポールアンテナでは、対称面Ｓ１内において放射電磁界が強く、対称面Ｓ１と直交する面内において放射電磁界が弱い。そのため、図４に示すような構成により、アンテナで放射された電磁界がチップ１０４上に設けた回路に干渉する量を低減することができ、性能が安定した送受信機を構成することが可能となる。
【００３２】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの各実施の形態の特徴の可能な組み合わせ等を全て含むことは云うまでもない。
【００３３】
また特許請求の範囲との関係において、高周波端子１０５，第１の接続用導体を構成する金属ワイヤ１０６，第１の高周波伝送線路を構成する信号線導体１０３，第２の接続用導体を構成する接続用導体１１０，第２の高周波伝送線路又は高周波伝送線路を構成する信号線導体１０８からなる経路が高周波伝送経路を構成する。また、高周波端子１０５，接続用導体を構成する接続用導体１１０，高周波伝送線路を構成する信号線導体１０８からなる経路が高周波伝送経路を構成する。また、接着剤１１１は固定材料を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係わるアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０１  誘電体基板、１０２  平面接地導体、１０３  信号線導体、１０４  高周波ＩＣチップ、１０５  高周波端子、１０６  金属ワイヤ、１０７  誘電体カバー、１０８  信号線導体、１０９  アンテナ用導体パターン、１１０  接続用導体、１１１  接着剤、１１２  凹部、１１３  突起部、１１４  切り欠き部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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