JP2003168920A - 位置合わせされたレンズを有するミリメートル波ワイヤレス通信システム・パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナと外部環境の間におけるエネルギ伝達
効率が高く、小型化され、大量製造に適したミリメート
ル波ワイヤレス通信システム・パッケージを提供するこ
と。 【解決手段】基板１１、パッケージ底板９、およびパッ
ケージ側壁７で構成されたパッケージ・コアに、１つの
平面集積アンテナを有するミリメートル波ワイヤレス通
信システム８が載置され、パッケージ側壁７にパッケー
ジ・リッド５がセメント６で固着され、パッケージ・リ
ッド５にレンズ・ホルダ３がセメント４で固着され、レ
ンズ・ホルダ３に誘電体レンズ１が、前記平面集積アン
テナに対向するように位置合わせされて、物理的に取り
付けられていることを特徴とするミリメートル波ワイヤ
レス通信システム・パッケージを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージ構成に
関し、より詳細には、位置合わせされたレンズを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム・パッケージに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ミリメートル波ワイヤレス通信システム
は、急速に伸びており、高度に集積化されたコスト効果
の高いパッケージング技術を必要とする。単数ないしは
複数のモノリシック・ミリメートル波集積回路、およ
び、単数ないしは複数の平面集積アンテナを有する集積
化されたシステムに関するパッケージング技術の抱える
大きな問題の１つは、単数ないしは複数のアンテナと外
部環境の間におけるエネルギ伝達の最適化である。

【０００３】そのため、従来より平面集積アンテナの利
得ならびにその指向性の改善に多くの努力が向けられて
いる。Ｆ．フィリポビック（Ｆ．Ｆｉｌｉｐｏｖｉｃ）
ほか、Ｓ．ラマン（Ｓ．Ｒａｍａｎ）およびＧ．Ｍ．ラ
パイツ（Ｇ．Ｍ．Ｒｅｂｅｉｚ）、あるいはＦ．コロン
（Ｆ．Ｃｏｌｏｍｂ）ほか、といった複数の提唱者によ
って開発された１つのオリジナルの方法は、放射アンテ
ナを覆って配置された誘電体レンズを備え、当該誘電体
アンテナは、平面アンテナのウェーハと同じ誘電率を有
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法には、平面
集積アンテナの高い損失の主因である基板モードを除去
するという利点がある。しかしながら、Ａ．ネトー
（Ａ．Ｎｅｔｏ）によって明らかにされているように、
それによってアンテナのフィード源（feeding source）
にかなりの影響がもたらされることから、この方法は制
限を受ける。さらに、進歩した特定のシミュレーション
手段を必要とする。結局、この種の方法は、パッケージ
ングに不都合な大きな誘電体レンズの使用を必要とし、
それがモノリシック・ミリメートル波集積回路とともに
集積化される平面集積アンテナの高い集積レベルの達成
を拒む。

【０００５】本発明は、上記の従来技術における問題を
克服し、アンテナと外部環境の間におけるエネルギ伝達
効率が高く、小型化され、大量製造に適したミリメート
ル波ワイヤレス通信システム・パッケージを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、請求項１に記載のように、パッケージ・
コアとパッケージ・リッドとを備えたミリメートル波ワ
イヤレス通信システム・パッケージであって、前記パッ
ケージ・コアには、１つの平面集積アンテナを有するミ
リメートル波ワイヤレス通信システムが載置され、前記
パッケージ・リッドにはレンズ・ホルダが固着され、前
記レンズ・ホルダには誘電体レンズが取り付けられ、前
記誘電体レンズが前記平面集積アンテナに対向するよう
に位置合わせされていることを特徴とする位置合わせさ
れたレンズを有するミリメートル波ワイヤレス通信シス
テム・パッケージを構成する。

【０００７】また、本発明は、請求項２に記載のよう
に、パッケージ・コアとパッケージ・リッドとを備えた
ミリメートル波ワイヤレス通信システム・パッケージで
あって、前記パッケージ・コアには、複数の平面集積ア
ンテナを有するミリメートル波ワイヤレス通信システム
が載置され、前記パッケージ・リッドには、前記平面集
積アンテナの個数に等しい個数のレンズ・ホルダが固着
され、各前記レンズ・ホルダには、それぞれ１個ずつの
誘電体レンズが取り付けられ、各前記誘電体レンズが、
それぞれ別個の前記平面集積アンテナに対向するように
位置合わせされていることを特徴とする位置合わせされ
たレンズを有するミリメートル波ワイヤレス通信システ
ム・パッケージを構成する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の目的は、アンテナと外部
環境の間におけるエネルギ伝達効率が高く、小型化さ
れ、大量製造に適したミリメートル波ワイヤレス通信シ
ステム・パッケージを提供することである。

【０００９】上記目的を達成するため、単数ないしは複
数の誘電体レンズを物理的に単数ないしは複数のアンテ
ナから分離し、パッケージ・リッドすなわちパッケージ
の蓋部分に集積する。すなわち、平面集積アンテナベー
ス（antenna-based）のシステムのための精密位置合わ
せされた単数ないしは複数のレンズを有するパッケージ
を構成することにより、アンテナと外部環境の間におけ
るエネルギ伝達効率を高めること、システムの小型化を
達成すること、および大量製造に適したパッケージ構成
を提供することが可能となる。

【００１０】単数ないしは複数のレンズからアンテナ面
までの距離、単数ないしは複数のレンズの大きさ、およ
び焦点距離は、フィード源に大きな影響を与えることな
く、しかも単数ないしは複数のアンテナの利得ならびに
その指向性をさらに改善するべく選択される。つまり、
システム内において、単数ないしは複数の平面集積アン
テナの位置が固定であるとすれば、ここで提案するパッ
ケージ構成は、任意の平面集積アンテナベースのミリメ
ートル波ワイヤレス集積化通信システムに適用すること
ができる。さらに、ここで提案する精密位置合わせシス
テムの構成ならびにその実装は簡単である。これら２つ
の理由から、本発明が提供するパッケージは大量製造に
適していると考えられる。

【００１１】本発明におけるパッケージの小型化は、平
面集積アンテナに対向するように位置合わせされた単数
ないしは複数の小型の誘電体レンズ、言い換えれば直径
がアンテナの動作周波数と同じオーダもしくはその数倍
の、精密位置合わせされた単数ないしは複数の誘電体レ
ンズを用いることによって達成される。この種の単数な
いしは複数の誘電体レンズは、幾何光学の条件を満たさ
ないにもかかわらず、効果的にアンテナの利得ならびに
指向性を改善する。したがって、ここで考えている単数
ないしは複数の誘電体レンズは、単数ないしは複数のア
ンテナと周囲環境の間のエネルギ伝達の改善に効果的で
あり、しかもパッケージの集積化と両立し得る。

【００１２】

【実施例】本発明においては、ミリメートル波ワイヤレ
ス通信システムに特化され、精密位置合わせされたレン
ズを有する以下の３つの新しいパッケージ構成例を提案
する。 ［実施例１］単一アンテナベースのミリメートル波ワイ
ヤレス通信システムのための誘電体レンズを有するパッ
ケージの一例として、１つの集積化された平面アンテナ
を有するミリメートル波ワイヤレスシステムのためのパ
ッケージを図１の（ａ）および（ｂ）に示す。図１の
（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された垂直
面Ａ−Ａ’における断面図である。

【００１３】このパッケージにおいて、基板１１、パッ
ケージ底板９、およびパッケージ側壁７で構成されたパ
ッケージ・コアに、１つの平面集積アンテナを有するミ
リメートル波ワイヤレス通信システム８が載置され、パ
ッケージ側壁７に、パッケージの蓋部分に相当する、パ
ッケージ・リッド５がセメント６で固着され、パッケー
ジ・リッド５にレンズ・ホルダ３がセメント４で固着さ
れ、レンズ・ホルダ３に誘電体レンズ１が物理的に取り
付けられている。さらに、誘電体レンズ１は凸レンズで
あり、上記平面集積アンテナに対向するように位置合わ
せされている。

【００１４】上記の、１つの平面集積アンテナを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム８は、本発明に
おいては、単数ないしは複数のモノリシック・ミリメー
トル波（および／またはマイクロ波）集積回路から形成
されている。

【００１５】上記のミリメートル波ワイヤレス通信シス
テム８用に考えられるミリメートル波平面集積アンテナ
は、個別の集積回路とすることも可能であり、また多機
能集積回路の一部とすることも可能である。

【００１６】誘電体レンズ１の精密位置合わせを補助す
るために、ミリメートル波ワイヤレス通信システム８の
平面集積アンテナに関連付けされたマーク３−１、３−
２、３−３、および３−４が備わっている。

【００１７】図１の（ａ）および（ｂ）に示した実施例
においては、パッケージ・コアが、パッケージ側壁７、
基板１１、およびパッケージ底板９によって構成されて
いる。基板１１は、導電体ワイヤ１１−１を含んでお
り、それによってミリメートル波ワイヤレス通信システ
ム８に対する充分な接続が実現する。基板１１およびそ
の導電体ワイヤ１１−１の製造に使用されている材料な
らびに技術は、必要とされる動作性能を実現させること
ができる。導電体ワイヤ１１−１は、パッケージ底板９
の底面に形成されたビアホールを介して連絡されている
ことから、これによってパッケージの表面実装を行うこ
とができる。

【００１８】ミリメートル波ワイヤレス通信システム８
の載置にワイヤ・ボンディング技術が使用されるパッケ
ージ・コアの構成においては、部分的にセメント１０−
１が充填される穴１０がパッケージ底板９に形成され
る。この穴１０は、平面集積アンテナ・チップ、すなわ
ち前述の平面集積アンテナを有するチップの面積より小
さく、平面集積アンテナを水平に維持しつつ、それを固
着することができる。この特徴は、平面集積アンテナの
上方における誘電体レンズ１の精密位置合わせに役立
つ。

【００１９】本発明によれば、パッケージ側壁７、パッ
ケージ底板９、および基板１１の製造に用いられる材料
を、コストおよび動作性能に応じて選択することができ
る。

【００２０】図１の（ａ）および（ｂ）に示した実施例
においては、パッケージ・コアが、ワイヤ・ボンディン
グ技術を使用したミリメートル波ワイヤレス通信システ
ム８の載置を可能にする構成における一例として示され
ている。しかしながら、本発明の真意から逸脱すること
なく、別の技術、たとえばフリップ・チップ・ボンディ
ング等の使用が考えられることは明らかである。したが
って、パッケージ底板９および基板１１に対する仕様の
変更は、本発明の範囲内に含まれることになる。

【００２１】図１の（ａ）および（ｂ）に示した実施例
においては、パッケージ・コアが、一例としてパッケー
ジの表面実装を可能にする構成における態様により示さ
れている。しかしながら、本発明の真意から逸脱するこ
となく、別の構成、たとえばリードを用いた構成が考え
られることは明らかである。したがって、パッケージ側
壁７、パッケージ底板９、および基板１１に対する仕様
の変更は、本発明の範囲内に含まれることになる。

【００２２】誘電体レンズ１は、前述の平面集積アンテ
ナの上方に、その焦点面が平面集積アンテナの面に対応
するように配置される。これによって、アンテナの利得
が向上し、アンテナと外部環境の間におけるエネルギ伝
達効率が高くなる。

【００２３】パッケージを構成する各構成要素の厚さな
らびに平面集積アンテナ・チップの厚さに関する正確な
知識が得られることから、このような構成とすることが
可能になる。

【００２４】凸レンズである誘電体レンズ１の焦点距離
は、前述の平面集積アンテナのフィード源に大きな影響
を与えないように、充分に大いものが選択される。図３
は、リング・スロット・アンテナの上方に置かれた厚さ
１４００μｍの溶融石英層の、フィード源に対する影響
のシミュレーションを行った結果を示している。このシ
ミュレーションは、図２に示したアンテナ・モデルに従
って、ヒューレット・パッカードモーメンタム（Ｈｅｗ
ｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）電磁気
シミュレーション・ソフトウエアを使用して行なわれ
た。図２に示したデータは、最先端のミリメートル波集
積回路材料を用いた場合に適合している。ここで、一例
として選択した溶融石英は、誘電体レンズ製造用に可能
性のある材料の１つに対応する。この例に示した溶融石
英層の厚さは、本発明に適用可能な溶融石英レンズの厚
さの１つに対応する。

【００２５】図３に示した結果は、誘電体材料とフィー
ド線の間に距離があり、その距離が誘電体層からフィー
ド線ヘの影響がほとんどないことを立証している。つま
り、平面集積アンテナの面からの距離を充分に大きく選
択した誘電体レンズ１が、アンテナフィード源に大きな
影響を与えることはない。したがって、パッケージ内に
おいて平面集積アンテナの位置が固定されているとすれ
ば、本発明は、１つの平面集積アンテナを有する任意の
ミリメートル波ワイヤレス通信システムに適用すること
ができる。この結果は、本発明が大量製造に適している
ことを示す。

【００２６】誘電体レンズ１を、その直径が平面集積ア
ンテナの動作波長と同じオーダあるいはその数倍になる
ように選択できるとすることは、本発明のこの実施例の
一部として含まれる。この結果は、Ｄ．キシリンガム
（Ｄ．Ｋａｓｉ１ｉｎｇａｍ）ほかによって、誘電体ボ
ール・レンズに関して理論的に研究されており、また、
Ａ．ヤマダ（Ａ．Ｙａｍａｄａ）ほかによって、平凸石
英レンズを用いて実験的に立証されている。

【００２７】図６は、表面半径１５００μｍ、厚さ２６
００μｍ、焦点距離１３６７μｍの溶融石英凸レンズを
組み合わせた図４のリング・スロット・アンテナの電界
放射パターンを示している。誘電体レンズから平面集積
アンテナの面までの距離は、２１３μｍである。図５に
示した平面集積アンテナのみによる放射パターンと比較
すると、利得において約８ｄＢの改善が、半値角におい
て約４２°の改善が得られている。この例においては、
考察している平面集積アンテナの波長と同オーダの直径
を有する誘電体レンズを考えた。本発明によれば、これ
によって、誘電体レンズ１が大きさにおいて小型化され
たパッケージにおける集積化と両立可能であり、同時
に、平面集積アンテナと周囲環境のエネルギ伝達が改善
されることが立証された。

【００２８】図１の（ａ）および（ｂ）に示したよう
に、誘電体レンズ１は、レンズ・ホルダ３上にセメント
２によって物理的に取り付けられている。図１の（ａ）
および（ｂ）の例においては、誘電体レンズ１の近傍に
おいてレンズ・ホルダ３の厚みが薄くなっており、レン
ズの性能に対するその影響が抑えられている。しかしな
がら、レンズ・ホルダ３の形状ならびに大きさが、図１
の（ａ）および（ｂ）の例によって限定されることはな
い。本発明の真意から逸脱することなく、これ以外の形
状ないしは大きさを考慮し得ることは明らかである。し
たがって、レンズ・ホルダ３に対して行うことが可能な
仕様の変更は、本発明の範囲に含まれることになる。

【００２９】レンズ・ホルダ３には、図１の（ａ）に示
したように、マーク３−１、３−２、３−３、および３
−４が備わり、それが平面集積アンテナに関連付けされ
たマークとの精密位置合わせに使用される。この精密位
置合わせは、パッケージ・リッド５がセメント６によっ
てパッケージ側壁７に固着された後に行なわれる。ただ
し、これらのマーク３−１、３−２、３−３、および３
−４の形状、大きさならびに位置は、図１の例に限定さ
れない。本発明の真意から逸脱することなく、このほか
の形状、大きさないしは位置を考え得ることは明らかで
ある。したがって、マーク３−１、３−２、３−３、お
よび３−４に対して行うことが可能な仕様の変更は、本
発明の範囲内に含まれる。マーク３−１、３−２、３−
３、および３−４と、平面集積アンテナに関連付けされ
たマークとの精密位置合わせの後、セメント４を用いて
レンズ・ホルダ３をパッケージ・リッド５に固着する。

【００３０】このレンズ・ホルダ３が非金属の透明材料
から製造されることは、本発明のこの実施態様の一部に
含まれる。非金属の材料は、平面集積アンテナならびに
その周辺回路に対するレンズ・ホルダ３の影響を最小化
するために選択された。透明の材料は、レンズ・ホルダ
３のマーク３−１、３−２、３−３、および３−４と、
平面集積アンテナに関連付けされたマークとの精密位置
合わせを可能とするために選択された。 ［実施例２］単一アンテナベースのミリメートル波ワイ
ヤレス通信システムのための誘電体レンズならびに精密
位置合わせシステムを有するパッケージの一例を図７、
図８の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）に示す。これは、
実施例１の拡張を表している。図７はシステムの上面図
であり、図８の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それ
ぞれ、システムの、図７における垂直面Ａ−Ａ’、Ｂ−
Ｂ’およびＣ−Ｃ’における断面図を示している。

【００３１】このパッケージにおいて、基板１１、パッ
ケージ底板９、およびパッケージ側壁１６で構成された
パッケージ・コアに、１つの平面集積アンテナを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム８が載置され、
パッケージ側壁１６にパッケージ・リッド１２が、４本
の精密ネジ１３−１、１３−２、１３−３、および１３
−４によって固定され、パッケージ・リッド１２にレン
ズ・ホルダ３がセメント４で固着され、レンズ・ホルダ
３に誘電体レンズ１が物理的に取り付けられている。さ
らに、誘電体レンズ１は凸レンズであり、上記平面集積
アンテナに対向するように位置合わせされている。

【００３２】上記の、１つの平面集積アンテナを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム８は、本発明に
おいては、単数ないしは複数のモノリシック・ミリメー
トル波（および／またはマイクロ波）集積回路から形成
されている。

【００３３】また、このパッケージは、上記のパッケー
ジ・コアとパッケージ・リッド１２に振り分けられた精
密位置合わせシステムを具備する。

【００３４】上記の、１つの平面集積アンテナを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム８は、本発明に
従って、単数ないしは複数のモノリシック・ミリメート
ル波（および／またはマイクロ波）集積回路から形成さ
れている。上記のミリメートル波ワイヤレス通信システ
ム８用に考えられるミリメートル波平面集積アンテナ
は、個別の集積回路とすることも可能であり、また多機
能集積回路の一部とすることも可能である。誘電体レン
ズ１の精密位置合わせを補助するために、ミリメートル
波ワイヤレス通信システム８の平面集積アンテナに関連
付けされたマークが備わっている。

【００３５】実施例１の場合と同様に、このパッケージ
・コアにも、パッケージ側壁１６、基板１１、およびパ
ッケージ底板９が含まれている。パッケージ底板９およ
び基板１１の構成は、実施例１において説明したものと
同一である。これにおいても導電体ワイヤ１１−１が、
パッケージ底板９の底面に形成されたビアホールを介し
て連絡されていることから、これによってパッケージの
表面実装を行うことができる。

【００３６】ミリメートル波ワイヤレス通信システム８
の載置にワイヤ・ボンディング技術が使用されるパッケ
ージ・コアの構成においては、部分的にセメント１０−
１が充填される穴１０がパッケージ底板９に形成され
る。この穴１０は、平面集積アンテナ・チップ、すなわ
ち前述の平面集積アンテナを有するチップの面積より小
さく、平面集積アンテナを水平に維持しつつ、それを固
着することができる。この特徴は、平面集積アンテナの
上方における誘電体レンズ１の精密位置合わせに役立
つ。

【００３７】本発明によれば、パッケージ底板９、基板
１１、およびパッケージ側壁１６の製造に用いられる材
料を、コストおよび動作性能に応じて選択することがで
きる。

【００３８】図７、図８の（ａ）、（ｂ）、および
（ｃ）に示した実施例においては、パッケージ・コア
が、ワイヤ・ボンディング技術を使用したミリメートル
波ワイヤレス通信システムの載置を可能にする構成にお
ける一例として示されている。しかしながら、本発明の
真意から逸脱することなく、別の技術、たとえばフリッ
プ・チップ・ボンディング等の使用が考えられることは
明らかである。したがって、パッケージ底板９および基
板１１に対して行なわれる仕様の変更は、本発明の範囲
内に含まれることになる。

【００３９】図７、図８の（ａ）、（ｂ）、および
（ｃ）に示した実施例においては、パッケージ・コア
が、一例としてパッケージの表面実装を可能にする構成
における態様により示されている。しかしながら、本発
明の真意から逸脱することなく、別の構成、たとえばリ
ードを用いた構成が考えられることは明らかである。し
たがって、パッケージ底板９、基板１１、およびパッケ
ージ側壁１６に対して行なわれる仕様の変更は、本発明
の範囲内に含まれることになる。

【００４０】実施例１に示したパッケージの場合と同様
に、誘電体レンズ１が、前述の平面集積アンテナの上方
に、その焦点面が平面集積アンテナの面に対応するよう
に配置される。これによって、アンテナの利得が向上
し、アンテナと外部環境の間におけるエネルギ伝達効率
が高くなる。これにおいても、集束誘電体レンズ１の焦
点距離は、前述の平面集積アンテナのフィード源に大き
な影響を与えないように、充分に大いものが選択され
る。したがって、パッケージ内において平面集積アンテ
ナの位置が固定されているとすれば、提案の発明は、１
つの平面集積アンテナを有する任意のミリメートル波ワ
イヤレス通信システムに適用することができる。この結
果は、本発明が大量製造に適していることを示す。

【００４１】実施例１に示したパッケージの場合と同様
に、誘電体レンズを、その直径が平面集積アンテナの動
作波長と同じオーダあるいはその数倍になるように選択
できるとすることは、本実施例の一部として含まれる。

【００４２】図６に示した結果は、本実施例にも適用可
能である。この場合においては、考察している平面集積
アンテナの波長と同位の直径を有する誘電体レンズを考
えた。本発明によれば、これによって、誘電体レンズ１
が大きさにおいて小型化されたパッケージにおける集積
化と両立可能であり、その一方、平面集積アンテナと周
囲環境のエネルギ伝達が改善されることが立証された。

【００４３】誘電体レンズ１は、実施例１とまったく同
じ方法に従って、セメント２によってレンズ・ホルダ３
上に物理的に取り付けられている。図７、図８の（ａ）
および（ｂ）の例においては、誘電体レンズ１の近傍に
おいてレンズ・ホルダ３の厚みが薄くなっており、レン
ズのパフォーマンスに対するその影響が抑えられてい
る。しかしながら、レンズ・ホルダ３の形状ならびに大
きさが、図７、図８の（ａ）および（ｂ）の例によって
限定されることはない。本発明の真意から逸脱すること
なく、これ以外の形状ないしは大きさを考慮し得ること
は明らかである。したがって、レンズ・ホルダ３に対し
て行うことが可能な仕様の変更は、本発明の範囲に含ま
れることになる。

【００４４】レンズ・ホルダ３には、マーク３−１、３
−２、３−３、および３−４が備わり、それが平面集積
アンテナに関連付けされたマークとの精密位置合わせに
使用される。ただし、これらのマーク３−１、３−２、
３−３、および３−４の形状、大きさならびに位置は、
図８の例に限定されない。本発明の真意から逸脱するこ
となく、このほかの形状、大きさないしは位置を考え得
ることは明らかである。したがって、マーク３−１、３
−２、３−３、および３−４に対して行うことが可能な
仕様の変更は、本発明の範囲内に含まれる。マーク３−
１、３−２、３−３、および３−４と、平面集積アンテ
ナに関連付けされたマークとの精密位置合わせの後、セ
メント４を用いてレンズ・ホルダ３をパッケージ・リッ
ド１２に固着させる。

【００４５】最初の実施態様に示したパッケージの場合
と同様に、このレンズ・ホルダ３が非金属の透明材料か
ら製造されることは、本実施例の一部に含まれる。

【００４６】垂直精密位置合わせシステムは、パッケー
ジ・リッド１２を貫通し、パッケージ側壁１６にねじ込
まれる４本の精密ネジ１３−１、１３−２、１３−３、
および１３−４からなる。これらの４本のネジ１３−
１、１３−２、１３−３、および１３−４は、パッケー
ジ側壁１６に埋め込まれた４つの螺旋バネ１５−１、１
５−２、１５−３、および１５−４のそれぞれと組み合
わされ、平面集積アンテナとの関係から誘電体レンズ１
の垂直位置を設定することを可能にする。垂直精密位置
合わせは、アンテナレンズ・アッセンブリから最大ピー
ク電力が放射されたときに達成される。この精密位置合
わせは、レンズ・ホルダ３をパッケージ・リッド１２に
固着した後に行なわれる。パッケージ・リッド１２は、
誘電体レンズ１の水平方向の変位が生じないように、パ
ッケージ側壁１６上において調整される必要がある。パ
ッケージ・コアに対するパッケージ・リッド１２の固定
は、小さい４本の精密ネジ１４−１、１４−２、１４−
３、および１４−４によって実行される。 ［実施例３］マルチアンテナべースのミリメートル波ワ
イヤレス通信システムのための複数の誘電体レンズおよ
び精密位置合わせシステムを有するパッケージの一例を
図９、図１０の（ａ）および（ｂ）に示す。これは、パ
ッケージが複数の精密位置合わせされたレンズを含み、
実施例２においてミリメートル波ワイヤレス通信システ
ムに複数の平面集積アンテナを持たせたその拡張であ
る。

【００４７】このパッケージにおいて、基板１１、パッ
ケージ底板２３、およびパッケージ側壁１６で構成され
たパッケージ・コアに、複数の平面集積アンテナを有す
るミリメートル波ワイヤレス通信システム２２が載置さ
れ、パッケージ側壁１６にパッケージ・リッド２１が、
４本の精密ネジ１３−１、１３−２、１３−３、および
１３−４によって固定され、パッケージ・リッド２１に
レンズ・ホルダ１９−１および１９−２が、それぞれ、
セメント２１−１および２１−２で固着され、レンズ・
ホルダ１９−１および１９−２に、それぞれ、誘電体レ
ンズ１７−１および１７−２が物理的に取り付けられて
いる。さらに、誘電体レンズ１７−１および１７−２は
凸レンズであり、それぞれ、別個の上記平面集積アンテ
ナに対向するように位置合わせされている。

【００４８】また、このパッケージは、上記のパッケー
ジ・コアとパッケージ・リッド２１に振り分けられた精
密位置合わせシステムを具備する。

【００４９】上記の、２つの平面集積アンテナを有する
ミリメートル波ワイヤレス通信システム２２は、本発明
に従って、単数ないしは複数のモノリシック・ミリメー
トル波（および／またはマイクロ波）集積回路から形成
されている。上記のミリメートル波ワイヤレス通信シス
テム２２用に考えられるミリメートル波平面集積アンテ
ナは、個別の集積回路とすることも可能であり、また多
機能集積回路の一部とすることも可能である。誘電体レ
ンズ１７−１および１７−２の精密位置合わせを補助す
るために、ミリメートル波ワイヤレス通信システム２２
の平面集積アンテナに関連付けされたマークが備わって
いる。

【００５０】なお、本実施例において、平面集積アンテ
ナの数ならびにそれに対応する誘電体レンズおよびレン
ズ・ホルダの数は、図９、図１０の（ａ）および（ｂ）
に示した２つに限定されず、任意の複数であってよいこ
とはいうまでもない。また、本実施例において使用され
るネジの個数も任意の複数であってよいことはいうまで
もない。

【００５１】実施例１および２の場合と同様に、このパ
ッケージ・コアにも、パッケージ側壁１６、基板１１、
およびパッケージ底板２３が含まれている。パッケージ
側壁１６および基板１１の構成は、実施例２において説
明したものと同一である。また、これにおいても導電体
ワイヤ１１−１が、パッケージ底板２３の底面に形成さ
れたスルーホールを介して連絡されていることから、こ
れによってパッケージの表面実装を行うことができる。

【００５２】ミリメートル波ワイヤレス通信システム２
２の載置にワイヤ・ボンディンク技術が使用されるパッ
ケージ・コアの構成においては、部分的にセメント２４
−１が充填される複数個の穴２４がパッケージ底板２３
に形成される。これらの穴２４は、平面集積アンテナ・
チップ、すなわち前述の平面集積アンテナを有するチッ
プの下側に、平面集積アンテナを水平に維持しつつ、そ
れを固着することができるように分布されている。この
特徴は、平面集積アンテナの上方における誘電体レンズ
１７−１および１７−２の精密位置合わせに役立つ。

【００５３】本発明によれば、基板１１、パッケージ側
壁１６、およびパッケージ底板２３の製造に用いられる
材料を、コストおよび動作性能に応じて選択することが
できる。

【００５４】図９、図１０の（ａ）および（ｂ）に示し
た実施例においては、パッケージ・コアが、ワイヤ・ボ
ンディング技術を使用したミリメートル波ワイヤレス通
信システムの載置を可能にする構成における一例として
示されている。しかしながら、本発明の真意から逸脱す
ることなく、別の技術、たとえばフリップ・チップ・ボ
ンディング等の使用が考えられることは明らかである。
したがって、部品１１および２３に対して行なわれる仕
様の変更は、本発明の範囲内に含まれることになる。

【００５５】図９、図１０の（ａ）および（ｂ）に示し
た実施例においては、パッケージ・コアが、一例として
パッケージの表面実装を可能にする構成における態様に
より示されている。しかしながら、本発明の真意から逸
脱することなく、別の構成、たとえばリードを用いた構
成が考えられることは明らかである。したがって、基板
１１、パッケージ側壁１６、およびパッケージ底板２３
に対して行なわれる仕様の変更は、本発明の範囲内に含
まれることになる。

【００５６】実施例１に示したパッケージの場合と同様
に、誘電体レンズ１７−１および１７−２が、対応する
平面集積アンテナの上方に、それぞれの焦平面が平面集
積アンテナの面に対応するように配置される。これによ
って、アンテナの利得が向上し、アンテナと外部環境の
間におけるエネルギ伝達効率が高くなる。集束誘電体レ
ンズ１７−１および１７−２の焦点距離は互いに等し
く、これにおいても、前述の平面集積アンテナのフィー
ド源に大きな影響を与えないように、充分に大きいもの
が選択される。パッケージ内において平面集積アンテナ
の位置が固定されているとすれば、提案の発明は、複数
の平面集積アンテナを有する任意のミリメートル波ワイ
ヤレス通信システムに適用することができる。この結果
は、提案の発明が大量製造に適していることを示す。

【００５７】実施例１に示したパッケージの場合と同様
に、誘電体レンズを、その直径が平面集積アンテナの動
作波長と同じオーダあるいはその数倍になるように選択
できるとすることは、それは本実施例の一部として含ま
れる。

【００５８】図６に示した結果は、本実施例にも適用可
能である。この例においては、考察している平面集積ア
ンテナの波長と同位の直径を有する誘電体レンズを考え
た。提案の発明によれば、これによって、誘電体レンズ
１７−１および１７−２が大きさにおいて小型化された
パッケージにおける集積化と両立可能であり、その一
方、平面集積アンテナと周囲環境のエネルギ伝達が改善
されることが立証された。

【００５９】図９、図１０の（ａ）および（ｂ）に示し
たように、誘電体レンズ１７−１および１７−２は、セ
メント１８−１および１８−２によってレンズ・ホルダ
１９−１および１９−２上に物理的に取り付けられてい
る。この場合に、誘電体レンズ１７−１および１７−２
の近傍においてレンズ・ホルダ１９−１および１９−２
の厚みが薄くなっており、レンズの動作特性に対するそ
の影響が抑えられている。しかしながら、レンズ・ホル
ダ１９−１および１９−２の形状ならびに大きさが、図
９、図１０の（ａ）および（ｂ）に示した例によって限
定されることはない。本発明の真意から逸脱することな
く、これ以外の形状ないしは大きさを考慮し得ることは
明らかである。したがって、レンズ・ホルダ１９−１お
よび１９−２に対して行うことが可能な仕様の変更は、
本発明の範囲に含まれることになる。

【００６０】レンズ・ホルダ１９−１および１９−２に
は、マーク１９−１−１、１９−１−２、１９−１−
３、ならびに１９−１−４、および１９−２−１、１９
−２−２、１９−２−３、ならびに１９−２−４が備わ
り、それが平面集積アンテナに関連付けされたマークと
の精密位置合わせに使用される。ただし、これらのマー
ク１９−１−１、１９−１−２、１９−１−３、ならび
に１９−１−４、および１９−２−１、１９−２−２、
１９−２−３、ならびに１９−２−４の形状、大きさな
らびに位置は、図９の例に限定されない。本発明の真意
から逸脱することなく、このほかの形状、大きさないし
は位置を考え得ることは明らかである。したがって、マ
ーク１９−１−１、１９−１−２、１９−１−３、なら
びに１９−１−４、および１９−２−１、１９−２−
２、１９−２−３、ならびに１９−２−４に対して行う
ことが可能な仕様の変更は、本発明の範囲内に含まれ
る。マーク１９−１−１、１９−１−２、１９−１−
３、ならびに１９−１−４、および１９−２−１、１９
−２−２、１９−２−３、ならびに１９−２−４と、平
面集積アンテナに関連付けされたマークとの精密位置合
わせの後、セメント２０−１および２０−２を用いてレ
ンズ・ホルダ１９−１および１９−２をパッケージ・リ
ッド２１に固着させる。

【００６１】実施例１および２に示したパッケージの場
合と同様に、このレンズ・ホルダ１９−１および１９−
２が非金属の透明材料から製造されることは、本実施例
の一部に含まれる。

【００６２】本実施例における垂直精密位置合わせシス
テムは、実施例２における垂直精密位置合わせシステム
とまったく同じである。この精密位置合わせは、レンズ
・ホルダ１９−１および１９−２をパッケージ・リッド
２１に固着した後に行なわれる。パッケージ・コアに対
するパッケージ・リッド２１の固定は、大きさの小さい
４本の精密ネジ１４−１、１４−２、１４−３、および
１４−４によって提供される。

【００６３】

【発明の効果】本発明の実施により、アンテナと外部環
境の間におけるエネルギ伝達効率が高く、小型化され、
大量製造に適したミリメートル波ワイヤレス通信システ
ム・パッケージを提供することができる。

【００６４】すなわち、誘電体レンズをパッケージに組
み込むことにより、アンテナと外部環境の間におけるエ
ネルギ伝達効率が高く、大量製造に適したミリメートル
波の通信機をコンパクトで簡単な構成によって実現させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、誘電体レンズを含み、シングル
・アンテナベースのミリメートル波ワイヤレス通信シス
テムに特化されたパッケージを示した図であり、（ａ）
は平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の垂直面Ａ−Ａ’に
おける断面図である。

【図２】リング・スロット・アンテナの上方に置かれた
厚さ１４００μｍの溶融石英層の、フィード源に対する
影響を調べるために使用したモデルを示す概要図であ
る。リング・スロット・アンテナは、溶融石英層のない
場合に中心周波数Ｆｃ＝５９．２ＧＨｚにおける反射減
衰量が最小となるように前もって設計されたものであ
る。

【図３】図２に示したモデルに従って、リング・スロッ
ト・アンテナの上方に置かれた厚さ１４００μｍの溶融
石英層の、フィード源に対する影響を調べたグラフであ
る。このグラフは、溶融石英層とフィード源を分離する
エア・層の厚さｔに対する、リング・スロット・アンテ
ナの中心周波数Ｆｃの変化を示している。

【図４】中心周波数Ｆｃ＝５９．２ＧＨｚにおける反射
減衰量が最小となるように設計された平面集積リング・
スロット・アンテナのモデルを示す概要図である。

【図５】図５にモデルを示したリング・スロット・アン
テナの電界放射パターンを示したチャートである。

【図６】表面半径１５００μｍ、厚さ２６００μｍ、焦
点距離１３６７μｍの溶融石英等凸レンズを組み合わせ
た図５のリング・スロット・アンテナの電界放射パター
ンを示したチャートである。誘電体レンズから平面集積
アンテナの面までの距離は２１３μｍである。

【図７】本発明に係る、誘電体レンズおよび精密位置合
わせシステムを有する単一アンテナベースのミリメート
ル波ワイヤレス通信システム用のパッケージを示した上
面図である。

【図８】図７に示したミリメートル波ワイヤレス通信シ
ステム用のパッケージの断面を示した図であり、
（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、図７の垂
直面Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、およびＣ−Ｃ’における断面
図である。

【図９】本発明に係る、精密位置合わせシステムを有す
る複数アンテナべースのミリメートル波ワイヤレス通信
システムに特化されたパッケージを示した上面図であ
る。このパッケージは、平面集積アンテナと同数の精密
位置合わせされた誘電体レンズを有する。

【図１０】図９に示したミリメートル波ワイヤレス通信
システム用のパッケージの断面を示した図であり、
（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図９の垂直面Ｄ−
Ｄ’およびＥ−Ｅ’における断面図である。このパッケ
ージは、平面集積アンテナと同数の精密位置合わせされ
た誘電体レンズを有する。

【符号の説明】

１…誘電体レンズ、２…セメント、３…レンズ・ホル
ダ、３−１〜３−４…マーク、４…セメント、５…パッ
ケージ・リッド、６…セメント、７…パッケージ側壁、
８…ミリメートル波ワイヤレス通信システム、９…パッ
ケージ底板、１０…穴、１０−１…セメント、１１…基
板、１１−１…導電体ワイヤ、１２…パッケージ・リッ
ド、１３−１〜１３−４…精密ネジ、１４−１〜１４−
４…精密ネジ、１５−１〜１５−４…螺旋バネ、１６…
パッケージ側壁、１７−１、１７−２…誘電体レンズ、
１８−１、１８−２…セメント、１９−１、１９−２…
レンズ・ホルダ、１９−１−１〜１９−１−４、１９−
２−１〜１９−２−４…マーク、２０−１、２０−２…
セメント、２１…パッケージ・リッド、２２…ミリメー
トル波ワイヤレス通信システム、２３…パッケージ底
板、２４…穴、２４−１…セメント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 匡夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5J020 AA02 BB01 BC02 BC12 5J070 AB24 BC00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッケージ・コアとパッケージ・リッドと
   を備えたミリメートル波ワイヤレス通信システム・パッ
   ケージであって、 前記パッケージ・コアには、１つの平面集積アンテナを
   有するミリメートル波ワイヤレス通信システムが載置さ
   れ、 前記パッケージ・リッドにはレンズ・ホルダが固着さ
   れ、 前記レンズ・ホルダには誘電体レンズが取り付けられ、 前記誘電体レンズが前記平面集積アンテナに対向するよ
   うに位置合わせされていることを特徴とする位置合わせ
   されたレンズを有するミリメートル波ワイヤレス通信シ
   ステム・パッケージ。
2. 【請求項２】パッケージ・コアとパッケージ・リッドと
   を備えたミリメートル波ワイヤレス通信システム・パッ
   ケージであって、 前記パッケージ・コアには、複数の平面集積アンテナを
   有するミリメートル波ワイヤレス通信システムが載置さ
   れ、 前記パッケージ・リッドには、前記平面集積アンテナの
   個数に等しい個数のレンズ・ホルダが固着され、 各前記レンズ・ホルダには、それぞれ１個ずつの誘電体
   レンズが取り付けられ、 各前記誘電体レンズが、それぞれ別個の前記平面集積ア
   ンテナに対向するように位置合わせされていることを特
   徴とする位置合わせされたレンズを有するミリメートル
   波ワイヤレス通信システム・パッケージ。