JP2006148744A - アンテナおよび半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、従来の電子機器において機器内の各回路ブロック間の高速で大量のデータ転送を無線化する際に課題となる種々の問題点、特にアンテナの実装の課題を解決し、従来のデータ伝送方式の欠点や制約を除去し低コストで信頼性の高い電子装置および無線通信端末を実現することを目的とする。
【解決手段】
集積回路基板２上に絶縁層５を介して形成された導体素子１と、前記導体素子１に信号を伝えまたは受ける受給電回路と、前記導体素子１と電磁的に結合する無給電素子３からアンテナを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は携帯電話など表示素子や撮像素子などの高速なデータ転送を必要とする素子を内蔵しかつ通信機能を持つ電子装置および無線通信端末に関する。

近年、携帯電話やノートブックコンピュータ、デジタルカメラなどの機能向上は目覚しく、これらの機器に内蔵される表示素子や撮像素子の高分解能化および高精細化が求められ、ますます複雑化してきている。特に携帯電話においては、カメラ機能の内蔵化や表示部の大型化などの高機能化とともに小型軽量化および低消費電力化が求められ、その筐体構造も、クラムシェル型またはフリップ型と呼ばれる折り畳み型が主流になってきている。

これらの表示体素子や撮像素子を内蔵する電子装置において、最近はますます表示部の大型化および高分解能化、さらに機器の小型軽量化が求められてきている。このような要請から、回路部品を実装する実装基板は複数に分割実装されることが多く、その場合に回路は表示体側とコントロール側で分けられることが多い。必然的にＣＰＵと表示素子または撮像素子との間の結線が長くなる。また、素子の高分解能化に伴い、それらの線路の信号周波数が高くなり、接続が困難になってきている。特に、クラムシェル型構造では、細いヒンジ部分を介して両者が接続される構造となるため、これらの問題は一層深刻になっている。

また、表示素子や撮像素子の高分解能化に伴い、両基板間でやり取りされるデータ量も多くなり、高速転送技術が必要となってきている。この問題を解決するために高速データ伝送の方式として、例えば、（ＬＶＤＳ：Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を表示体や撮像素子の接続に使う（特許文献１および特許文献２）ことが提案されている。特許文献３および特許文献４等では、この方式でも十分な解決が得られないとして新たな方法が提案されている。

また、半導体製造技術の進歩は目覚しく、システムオンチップとして集積度はますます上り、１チップ内に入る半導体回路は全て搭載しようとする傾向がある。そのために半導体チップと外部回路との接続のピン数が膨大となり、数百本を超えることも珍しくない。また、半導体回路の動作周波数も高くなり、従来のワイヤボンディングを介して外部と接続する方法では、高周波特性が問題となり、正しく外部との信号やり取りが困難となってきている。このような問題に対し、非特許文献１や特許文献５乃至８では、半導体チップ間の接続あるいは回路ブロック間の接続を無線化する研究が報告されている。
特許第３０８６４５６号公報（欄４４） 特許第３３３０３５９号公報（欄４６） 特許第３３４９４２６号公報 特許第３３４９４９０号公報 特開平１０−２５６４７８号公報 特開２０００-１２４４０６号公報 特開２０００-６８９０４号公報 特開２００３-１０１３２０号公報 「日経マイクロデバイス」２００３年１２月号１６１ページ

しかしながら、最近の表示体の大型化は目覚しく、これらの技術でも十分な性能を得られない。すなわち、ＬＶＤＳのような小信号シリアル転送では、十分な対ノイズ特性（耐干渉性、与干渉性）を得るには細心の設計と調整が要求される。また、ＬＶＤＳでは信号振幅が小さいため、必然的にデジタルＩＣでアナログ信号を扱うことになり、消費電力が大きくなるという問題があった。

また、信号を精度よく伝送するためには、整合の取れたインピーダンス終端が必要であるが、インピーダンス終端が必要な線の数が多い上に伝送インピーダンスはせいぜい１００オームくらいなので、それらの終端抵抗に消費される電力が容認できないほどに大きくなってしまうという問題もあった。
さらに、配線がヒンジ部などの可動部を通る場合は、可動部の折れ曲がり具合により特性インピーダンスが変化するため、状況によってはインピーダンス不整合が生じ、折れ曲がり部での反射等により信号劣化を引き起こす。このために、伝送されるデータの速度が制限されたり、実装方法や部品の配置が制約を受けるという問題点があった。

また、さらに当然のことながら、配線をヒンジ部に通す場合には、ヒンジ部を介してやり取りされる信号数は数十本となる上に基板上の配線を使用できないので、コネクタを介してフレキシブル基板を接続することになる。フレキシブル基板やコネクタによる接続はコストが高い上に、接続信頼性も低いという欠点を有していた。さらに、転送データの高速化に伴う配線数の増大は、配線のための物理的スペースを要し、当然の事ながら機器のデザインに対し大きな制約を課すことになる。

さらに、このような高速で大量のデータを長い配線によって引き回しながら伝送することで、線路からの放射電磁界が増え、他の電子機器あるいは自分自身への電磁波妨害の要因となる。従来の信号線による信号伝送では、受電端での振幅レベルが規定されており、受電端で十分な品質を確保しても信号の振幅レベルを下げることができない。すなわち、ＥＭＩ対策が困難になり、結果として機器のデザインへの制約やコストアップを引き起こしている。また、送信側では、受電端の負荷に加え線路の浮遊容量も同時に駆動することになるため、信号伝達に余分なエネルギーを必要としている。すなわち、消費電力を増大させる結果となっている。

これらの問題は電子回路や集積回路の各ブロック間の通信に従来の無線通信技術を導入し、配線が困難な部分のデータ転送を電磁波（電波）信号により無線転送すれば一気に解決できるとして、非特許文献１や特許文献５乃至８に開示されている技術が注目される。
しかしながら、従来の無線通信技術を電子機器内のデータ転送に導入するには、電波を扱うための変調処理や復調処理などを電子機器内で行わせる必要があり、その仕組みが、導線により伝送していた場合に比較し、非常に複雑であり実装には困難が伴う。

特に、機器内接続のためのアンテナの配置が、実装時において非常に困難な課題となる。特許文献５乃至８には、どれも有効な解決策が示されていない。例えば、特許文献６では、１．５ＧＨｚの電波を使用する四分の一波長のアンテナを集積回路上に集積するとあるが、１．５ＧＨｚの電波の波長は２０ｃｍであるのに対して、半導体チップのサイズは精々２ｃｍ程度であるため、四分の一波長すなわち５ｃｍのアンテナを集積回路上に集積するのは明らかに不可能である。

また、特許文献７、８では、半導体チップ上に絶縁膜を形成し、その上に平面状のアンテナ放射器を置く構造が示されている。しかしながら、半導体チップ上における絶縁膜程度の厚さでは、膜厚が薄すぎるため、近傍に配置された導電体との間で結合損失が発生し、該絶縁膜上に置かれた放射器からは効率よく電磁波を放射させることができないことは当該技術者であれば容易に分かることである。

本発明は、従来の電子機器において機器内の各回路ブロック間の高速で大量のデータ転送を無線化する際に課題となる上記のような種々の問題点、特にアンテナの実装の課題を解決し、従来のデータ伝送方式の欠点や制約を除去し、低コストで信頼性の高い電子装置および無線通信端末を実現することを目的とする。

本発明のアンテナは、集積回路基板上に絶縁層を介して形成された導体素子と、前記導体素子に信号を伝え、または前記導体素子から信号を受ける受給電回路と、前記導体層と電磁的に結合する無給電素子とを備えることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、集積回路基板上に形成した導体素子と前記導体素子と電磁的に結合する無給電素子によってアンテナを形成するため、半導体チップのサイズに比較して大きなサイズを要するアンテナの構成が可能となる。すなわち、アンテナのサイズはそのアンテナに受給電する電磁波の波長と密接な関係があり、集積回路基板程度のサイズのアンテナでは駆動できる周波数が極端に高くなってしまうが、本発明のこの構成によれば、集積回路基板外部の給電素子もアンテナの一部として作用させることができる。このため、半導体チップのサイズの制約を伴うことなく、大きなサイズのアンテナを構成できるので、より低い周波数で動作するアンテナを構成でき、消費電力を低減することが可能となる。しかも、無給電素子は給電が不要なので実装を容易化することができ、コストアップを抑制することが可能となるとともに、機器デザインの自由度を確保することが可能となる。

本発明のアンテナの前記受給電回路は前記導体素子の形成される集積回路基板と同一の基板上に形成されることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、アンテナを駆動する回路は導体素子と同一の基板上に形成するので、アンテナに接続される回路とアンテナは一体化して集積回路基板上に作り込むことができ、機器の小型、軽量化や部品点数の削減に大きく寄与し、コストダウンや信頼性の向上が可能となる。また、これによってアンテナを駆動する回路とアンテナの放射器は直結され、駆動回路とアンテナ間の伝送路を省くことができ、伝送路とのマッチングなどの設計が不要または非常に簡単になる。

本発明のアンテナの前記導体素子は前記集積回路基板上に配線された線状の素子であり、前記導体素子のどちらか一方の端に前記受給電回路が接続されていることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、集積回路基板上に構成される導体素子は線状であるため、集積回路基板上に大きな占有面積を確保する必要がなくなるとともに、集積回路基板上に形成された集積回路のレイアウト設計に支障がでないようにすることができる。これによって半導体集積回路基板のコストを大幅に上げることなく、他の回路も同時に組み込むことが可能となる。

本発明のアンテナの前記導体素子は集積回路基板上に配線された線状の素子であり、前記線状素子上の一点に前記受給電回路が接続されていることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、前記導体素子上で給電点の位置を任意に選択することが可能であり、これによってアンテナの放射インピーダンスを調整することができ、受給電回路からアンテナへ能率よく電波エネルギーを伝送しまたはアンテナから受給電回路へ受信電波エネルギーを取り込むことが可能となる。

本発明のアンテナの前記導体素子は集積回路基板上に配線され一直線上に並ぶ２本の線状の素子であり、前記おのおのの線状素子の内側の端に互いに異なる位相で受給電する前記受給電回路が接続されていることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、集積回路基板上の２本の線状導体素子によってダイポール形のアンテナを形成することが可能となり、平衡型の受給電が可能となる。特に、最近の半導体素子の動作電圧の低電圧化に伴い、回路が平衡型で動作できることは、扱うことのできる信号レベルが大きくとれることを意味し、アンテナを集積回路基板に組み込む上で重要である。本発明の上記構成のようにアンテナが平衡型であれば、そのためのバランスをとる必要がなくなり、効果が大きい。

本発明のアンテナの前記無給電素子は、前記集積回路基板の裏面側に配置されていることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、導体素子と無給電素子とを対向配置させることが可能となり、導体素子を介して無給電素子を効率よく駆動することが可能となるとともに、導体素子と無給電素子とを重ねて配置することができ、実装面積の増大を抑制することができる。また、集積回路基板として高抵抗基板を用いることで、無給電素子が配置される絶縁体の膜厚を大きくすることができ、無給電素子から効率よく電磁波を放射させることができる。

本発明のアンテナは、前記集積回路基板を実装する実装基板をさらに備え、前記無給電素子は前記実装基板上または前記実装基板内に形成されていることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、集積回路基板のサイズに制約されることなく、無給電素子のサイズを拡大することが可能となる。このため、半導体チップのサイズに比較して大きなサイズを要するアンテナを構成することが可能となり、アンテナの駆動周波数を低下させることが可能となるとともに、無給電素子への給電を不要として実装を容易に行うことができる。

本発明のアンテナは、前記実装基板の裏面側に形成されグランド電位が与えられる導体層をさらに備えることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、導体素子へ給電を行うことで無給電素子を効率よく駆動することが可能となり、集積回路基板外部の給電素子もアンテナの一部として大きなサイズのアンテナを構成することができる。

本発明のアンテナは、前記集積回路基板に形成された前記導体素子を駆動するＣＭＯＳ回路と、前記集積回路基板上に形成された前記ＣＭＯＳ回路と前記導体素子とを接続する配線層とをさらに備えることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、ボンディングパッドやボンディングワイヤを介在させることなく、ＣＭＯＳ回路と導体素子とを接続することが可能となり、寄生インダクタンスの影響を低減させることができる。

本発明の半導体集積回路は、液晶表示体を駆動する駆動回路と、アンテナ素子と、前記アンテナ素子から信号を受信し前記駆動回路を駆動する信号を復調する復調回路が同一の集積回路基板上に形成され、前記駆動回路は前記復調回路の復調したデータに基づき前記液晶表示体を駆動することを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、液晶表示体を駆動する駆動回路が形成された同一の集積回路基板上にアンテナと前記アンテナにより受信した信号を復調する復調回路を含むので、液晶表示体に表示させる表示データを電磁波により無線で伝送することができる。これによって、液晶表示体の周りに配置される駆動回路への信号線の数を減らすことができ、実装上の自由度を向上させたり、配線スペースやコストを節約したりすることが可能となる。特に、表示体に表示するための表示データはデータ量が多く高速伝送が必要であり、部品の実装は困難を極めた。本発明の上記構成によれば、液晶表示体と駆動回路との接続は無線で行うことが可能となり、従来の技術的な課題は一気に解決が可能となる。

本発明の半導体集積回路は、前記アンテナ素子は集積回路基板の長手方向と平行に置かれた線状素子であることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、液晶表示体を駆動する半導体集積回路は一般に細長い形状をしており、アンテナの導体素子の長手方向と集積回路基板の方向を一致させることにより、導体素子から集積回路基板の縁までの距離を導体素子に沿って一定に保つことができ、放射特性および受信特性の良いアンテナを形成することが可能となる。また、駆動回路とアンテナ素子を能率よく集積回路基板上に組み込むことが可能となり、集積回路基板のスペースを節約できる効果もある。

本発明の半導体集積回路の前記アンテナは集積回路基板の長手方向と平行に置かれた線状素子と、前記集積回路基板上を避けるように配置された無給電素子から形成されることを特徴とする。
本発明の上記構成によれば、集積回路基板上に組み込まれる導体素子と前記集積回路基板上にない無給電素子によりアンテナを形成するので、半導体基板のサイズに比較して大きなアンテナも形成でき、しかも無給電素子は給電が不要なので実装が容易である。また、集積回路基板上を避けるように無給電素子を配置することにより、実装基板上に無給電素子を並べて配置することができ、実装上の困難性を回避しつつ、放射の指向性をより強めたり、より低い周波数で駆動したりすることができる。

以上述べたように、本発明の上記構成によれば、半導体集積回路基板上にアンテナとともに、前記アンテナに受給電する受給電回路やアンテナを通して送受される信号を利用する送受信回路を組み込むことができるので、半導体集積回路間の配線が容易となる。また半導体集積回路基板上のアンテナ素子は外部の無給電素子と協働させることで、半導体集積回路基板よりも大きなサイズのアンテナを形成できるので、利用できる周波数の範囲を広げることが可能となる。また、これによって半導体集積回路へのデータ伝送として無線データ伝送を使うことが可能となり、従来の高速データ伝送に伴う種々の問題や実装上の問題を除去することができ、低コストで高信頼性かつ低消費電力の電子装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を使って説明する。

図１は本発明による実施例を示す斜視図、図２は本発明による実施例を示す断面図、図３は図１の給電点部分を拡大した図である。
図１〜３において、アンテナには、半導体集積回路が形成された集積回路基板２上に線状の導体素子１が置かれるとともに、無給電素子として集積回路基板２の下に置かれた導体層３が設けられている。そして、これらの導体層３や集積回路基板２は実装基板４上に実装され保持されている。また、実装基板４の裏側にはグランド電位を与える導体層６が配置される。ここで、導体素子１は、導体層３と電磁的に結合可能なように配置することができる。また、導体層３のサイズは、集積回路基板２のサイズに制約されることなく、導体層３が集積回路基板２からはみ出すように配置するようにしてもよい。

なお、実装基板４は誘電体でできており、実装基板４としては、例えば、両面基板、多層配線基板、ビルドアップ基板、テープ基板またはフィルム基板などを用いることができる。また、実装基板４の材質としては、例えば、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ＢＴレジン、アラミドとエポキシのコンポジットまたはセラミックなどを用いることができる。

また、集積回路基板２を実装基板４上に実装する方法としては、例えば、集積回路基板２を実装基板４上にフェースアップ実装する方法の他、集積回路基板２を実装基板４上にフリップチップ実装するようにしてもよい。例えば、集積回路基板２を実装基板４上にフリップチップ実装する場合、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、ＮＣＦ（Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）接合、ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）接合、ＮＣＰ（Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）接合などを用いることができる。

集積回路基板２としては、その材料としてシリコン（Ｓｉ）が良く使用される。また、Ｓｉ以外にも、例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮまたはＺｎＳｅなどなどの材料であってもよい。また、導体素子１は半導体集積回路を製造する際に他の回路素子を接続する金属配線層を利用して形成できる。材料としては、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）が良く利用される。また、導体素子１と集積回路基板２の間には絶縁膜５が介在する。絶縁膜５の材料は二酸化シリコンが多用される。通常集積回路基板２は低濃度の不純物を含む低導電率の半導体であるが、アンテナの特性をよくするためには高抵抗率の純度の高い絶縁体であることが望ましい。半導体素子を形成する場所には、集積回路基板２に適宜ウェルを作り、その場所に局所的に不純物を打ち込むダブルウェル、あるいはトリプルウェル構造をとることにより、基板全体が半導体でなくても、集積回路素子は形成が可能である。また、図示はしていないが、集積回路基板２に形成された集積回路を保護するために、集積回路基板は適当にパッケージングやモールドが施される。これらの材料は、エポキシ樹脂などの誘電体であり、アンテナ素子のサイズを小さくする効果がある。

そして、無給電素子を介して電磁波を放射させる場合、集積回路基板２に形成された半導体集積回路を介して導体素子１に給電し、導体素子１を駆動する。そして、導体素子１が駆動されると、導体層３が導体素子１と電磁的に結合することにより、導体層３に電界分布が誘起され、導体層３を介して電磁波が放射される。
これにより、集積回路基板２外部の導体層３もアンテナの一部として作用させることができ、集積回路基板２のサイズの制約を伴うことなく、大きなサイズのアンテナを構成できる。このため、より低い周波数で動作するアンテナを構成でき、消費電力を低減することが可能となるとともに、アンテナの実装時の困難性を回避しつつ、信号のやり取りを無線で行うことが可能となり、コストアップを抑制しつつ、機器のデザインの自由度を確保することが可能となる。

図４は集積回路基板２上の導体素子４０１を駆動する回路例を示しており、集積回路基板２に送信アンテナを構成する方法を示す。
図４において、集積回路基板２には相補型のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２が形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＭ１において、集積回路基板２上に形成されたゲート４１０が設けられるとともに、ゲート４１０を挟み込むようにして配置されたドレイン４０２およびソース４０４が集積回路基板２に形成されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ２において、集積回路基板２上に形成されたゲート４０９が設けられるとともに、ゲート４０９を挟み込むようにして配置されたドレイン４０３およびソース４０５が集積回路基板２に形成されている。なお、一転鎖線４０７はＰ型またはＮ型のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２を形成するためのウェル境界を表し、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の一方にＰチャンネルＭＯＳトランジスタ、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２の他方にＮチャンネルＭＯＳトランジスタを割り当てることができる。

ここで、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン４０２、４０３は、ドレインコンタクトＣ１、Ｃ２をそれぞれ介して導体層４０８に接続されている。そして、ドレイン４０２、４０３に接続された導体層４０８と同一の導体層によってアンテナの導体素子４０１が形成され、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン４０２、４０３が、アンテナの導体素子４０１を形成する導体層と同一の導体層４０８によってアンテナの導体素子４０１に接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のゲート４０９、４１０は、ゲートコンタクトＣ５、Ｃ６をそれぞれ介して導体層４０６に接続されている。なお、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のゲート４０９、４１０は通常ポリシリコンにより作られ、導体層４０６はＡｌなどによって作られる。そして、この２つのゲート４０９、４１０は導体層４０６により接続され送信信号の入力となる。

また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のソース４０４、４０５は、ソースコンタクトＣ３、Ｃ４をそれぞれ介して導体層４１１、４１２にそれぞれ接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のソース４０４、４０５は、導体層４１１、４１２をそれぞれ介して電源に接続される。
これにより、アンテナの導体素子４０１を駆動するＣＭＯＳ回路を導体素子４０１と同一の集積回路基板２上に形成することができる。このため、アンテナに接続されるＣＭＯＳ回路とアンテナは一体化して集積回路基板２上に作り込むことができ、機器の小型、軽量化や部品点数の削減に大きく寄与し、コストダウンや信頼性の向上が可能となる。また、これによってアンテナを駆動するＣＭＯＳ回路とアンテナの放射器は直結され、アンテナを駆動する駆動回路とアンテナ間の伝送路を省くことができ、伝送路とのマッチングなどの設計が不要または非常に簡単になる。また、導体層４０８を介して導体素子４０１をＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２に直結することにより、ボンディングパッドやボンディングワイヤを介在させることなく、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン４０２、４０３とアンテナの導体素子４０１とを接続することが可能となり、寄生インダクタンスの影響を低減させることができる。

なお、図中の点４１３は後述のシミュレーションを行う際の給電点を示す。導体素子４０１の長さはＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２に比較し十分に長いので、給電点の位置はトランジスタのドレイン４０２、４０３の上のどの位置にあってもほとんど変わらない。
なお、送信アンテナの場合には導体素子４０１はドレイン４０２、４０３に接続するが、受信アンテナの場合には導体素子４０１は信号の受け口すなわちゲートが接続された導体層４０６（ソース接地増幅回路を用いる場合）またはソース４０４、４０５（ゲート接地増幅回路を用いる場合）に接続されることになる。

図５は上記構成のアンテナを有限積分法によりシミュレーションした結果であり、給電点４１３から見たＳ₁₁特性である。なお、同図では、円錐Ｅの向きと大きさにより電界の向きと強度を表している。図５から分かるように、Ｓ₁₁には、３つの共振点５０１、５０２、５０３が観測される。共振点５０１は、図６に示すように、１／２波長の定在波が無給電素子３に乗る場合であり、最も低い共振特性を示す。このため、１／２波長の定在波が無給電素子３に乗るように導体素子１に給電を行うことにより、無給電素子３に給電を行うことなく、良好な放射特性を得ることができる。

図７は共振点５０１における放射遠方界特性を示す。この図では、色の濃いほど強い電磁波が放射されていることを示す。共振点５０１では、無給電素子３に注入されたエネルギーが反射されて戻ってくる割合が最も少なく、電磁波が空間に効率よく放射されるため、無給電素子３と反対側に強い放射特性を示すことがわかる。なお、本願でのシミュレーションは、境界条件としてすべて実装基板４の裏面は大きな完全導体としている。従って、本発明のアンテナは実質的にパッチアンテナに近い構造をとる。

図８は、図５の共振点５０２のときの電界分布を示し、図９はそのときの放射遠方界特性を示す。共振点５０２の定在波は、集積回路基板２上の導体素子１の上に載っており、共振点５０１の定在波より高い周波数である。Ｓ₁₁で見る反射率も大きく、無給電素子３に注入されたエネルギーが電磁波として空間に放射され難いため、放射特性としてはよくない。また、図７と図９を比較すると、後者のほうがビームの幅が広くなっている。

図５の共振点５０３は１波長の定在波が無給電素子３に乗る場合であり、双ビーム特性を示す。共振点５０３では周波数が高すぎるため、この周波数での利用価値は少ないかもしれない。
なお、本実施例の集積回路基板２上に形成した導体素子１の幅は２０乃至１００ミクロン程度であり、２０ミクロン以下とすることも可能である。これは信号の無線化により廃止できるボンディングパッドの数およびパッドの占有面積に比較して同程度以下の面積で構成することが可能であり、このような導体素子１を集積回路基板２上に搭載しても、従来に比較しコストの増大にはならない。

また、導体素子１にて電磁的に結合可能な導体層３を集積回路基板２の外に設けることで、集積回路基板２上に他の回路とともにアンテナを形成できる。しかも、集積回路基板２上にない外部の無給電素子３に共振させることによって、小さな集積回路基板２でも低い周波数を利用できるアンテナを形成することが可能である。これによって、従来のようなアンテナまでの給電線路が不要となり、能率の良いエネルギー伝送が可能となる。また、集積回路基板２に形成された集積回路へのデータ伝送の無線化が実現でき、データ伝送の大量化、高速化に伴いより顕在化してきた、消費電力、配線位置の制約、ＥＭＩ対策、半導体チップへのピン数の増大、信頼性確保など有線伝送によって生じる種々の問題を除去することができる。

図１０（ａ）は本発明によるアンテナの他の実施例の概念を示す図であり、図１０（ｂ）は受給電回路を含む受給電点付近をより詳細に示す図である。図１乃至４と同じ番号の付されている部分は実施例１の説明と同じなので省略する。
実施例１の受給電点は線状の導体素子の端部であったが、本実施例の受給電点の位置は、図１０（ａ）に示すように、端部の点１０１から移動させて１０２とした。同図（ｂ）は送信アンテナの場合であるため、アンテナの導体素子４０１は、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレイン４０２、４０３と接続されているが、受信アンテナの場合は実施例１と同様に、給電点は信号の受け口すなわちゲートが接続された導体層４０６（ソース接地増幅回路を用いる場合）またはソース４０４、４０５（ゲート接地増幅回路を用いる場合）に接続されることになる。

図６、図８から分かるように、導体素子１（または４０１）近傍の電界強度は導体素子１の端に行くほど強くなっている。従って、電圧／電流、あるいは電界／磁界で表されるインピーダンスは、導体素子１の中央で最も低く、端にいくほど高くなる。この原理によって、導体素子４０１の受給電の位置を変更することにより、最適なインピーダンスでアンテナの導体素子４０１を駆動／受電が可能となる。

図１１は有限積分法によるシミュレーション結果で、受給電点位置による放射インピーダンスの変化を示す。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは導体素子１の受給電点の位置を示す。すなわち、導体素子１の端から中央までを３等分して、各位置に内側から外にＡからＤまで符号を付けた。同図に示す２本のグラフは、図５の２つの共振点５０１、５０２における周波数で駆動した場合のそれぞれの放射インピーダンスを示す。

図１２に給電点を導体素子１の端から内側に導体素子１の長さの１／６の位置にずらした場合の電界分布と放射特性を示す。なお、図１２の給電点の位置は図１１のＣの位置に対応する。ここで、同図（ａ）は無給電素子３まで共振した場合（共振点５０１）の電界分布で、同図（ｂ）はその放射特性、同図（ｃ）は集積回路基板２上の導体素子１にのみ定在波が乗る共振点５０２での電界分布で、同図（ｄ）はその放射特性である。給電点の移動により若干の放射方向の変化が見られるが、受給電点位置を移動させることにより、放射インピーダンスが最適な点を選ぶことができ、整合の良いアンテナ回路を実現できる。

図１３は本発明にかかるさらに他の実施例である。
図１３において、集積回路基板２には、図４の導体素子４０１とＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２が鏡像反転して配置され、導体素子４０１´と相補型のＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４が追加されている。
ここで、ＭＯＳトランジスタＭ３において、集積回路基板２上に形成されたゲート４１０´が設けられるとともに、ゲート４１０´を挟み込むようにして配置されたドレイン４０２´およびソース４０４´が集積回路基板２に形成されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ４において、集積回路基板２上に形成されたゲート４０９´が設けられるとともに、ゲート４０９´を挟み込むようにして配置されたドレイン４０３´およびソース４０５´が集積回路基板２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のドレイン４０２´、４０３´は、ドレインコンタクトＣ１´、Ｃ２´をそれぞれ介して導体層４０８´に接続されている。そして、ドレイン４０２´、４０３´に接続された導体層４０８´と同一の導体層によってアンテナの導体素子４０１´が形成され、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のドレイン４０２´、４０３´が、アンテナの導体素子４０１´を形成する導体層と同一の導体層４０８´によってアンテナの導体素子４０１´に接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のゲート４０９´、４１０´は、ゲートコンタクトＣ５´、Ｃ６´をそれぞれ介して導体層４０６´に接続されている。
また、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のソース４０４´、４０５´は、ソースコンタクトＣ３´、Ｃ４´をそれぞれ介して導体層４１１´、４１２´にそれぞれ接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のソース４０４´、４０５´は、導体層４１１´、４１２´をそれぞれ介して電源に接続される。

ここで、集積回路基板２に新たに追加された導体素子４０１´はゲート４０９´、４１０´に印加される信号で駆動され、導体素子４０１を駆動する信号とは逆の位相で駆動される。
本実施例のこの構成により、集積回路基板２上の２本の線状導体素子４０１、４０１´によってダイポール形のアンテナを形成することが可能となり、アンテナを平衡回路で駆動または受電できる。近年の半導体集積回路の低電圧化に伴い、回路が平衡型で動作できることは、扱うことのできる信号レベルが大きくとれることを意味し、アンテナを集積回路基板２に組み込む上で重要である。また、アンテナを平衡型とすることで、平衡−不平衡変換のための素子を不要とすることができ、回路構成を簡略化することができる。

また、受信アンテナとして使用するときは、実施例１、２と同様に導体素子４０１、４０１´はそれぞれトランジスタのゲートまたはソースに接続される。

図１４は本発明にかかるさらに他の実施例である。
図１４（ａ）において、半導体集積回路が形成された集積回路基板１４２上には、線状の導体素子１４１が形成され、集積回路基板１４２は実装基板１４４上に実装されている。また、実装基板１４４上には、集積回路基板１４２下に配置されるようにして導体層１４３が無給電素子として形成されている。さらに、２つの無給電素子１４７、１４８が集積回路基板１４２面の垂直方向Ｈに配置されている。

図１４（ｂ）において、半導体集積回路が形成された集積回路基板１４２上には、線状の導体素子１４１が形成され、集積回路基板１４２は実装基板１４４上に実装されている。また、実装基板１４４上には、集積回路基板１４２下に配置されるようにして導体層１４３が無給電素子として形成されている。さらに、実装基板１４４上には、集積回路基板１４２面と平行方向Ｖに配置されるように無給電素子１４５、１４６が形成されている。

本実施例のこのような構成をとることにより、複数の無給電素子を協働させながら電磁波を放射させることができ、アンテナの実装の容易化を図りつつ、放射の指向性をより強めたり、より低い周波数での駆動を可能にする効果がある。

図１５は本発明にかかる半導体集積回路の実施例を示す図である。
図１５において、集積回路基板１５７の周囲には、液晶表示体の電極ピッチに対応した出力パッド１５１が配置されるとともに、集積回路に供給する電源や制御信号を入出力するためのパッド１５２、１５３が配置されている。また、集積回路基板１５７上には、アンテナの放射器を構成する線状導体１５４が置かれるとともに、液晶表示体を駆動する液晶駆動回路１５５およびアンテナで受信した信号を復調する受信回路１５６が形成されている。ここで、液晶駆動回路１５５は、主としてシフトレジスタやラッチ回路およびドライバ回路により構成することができる。なお、一般に液晶駆動用の集積回路は、液晶表示体の電極ピッチに合わせ出力パッド１５１が配置されるため、図１５のように細長い形をしている。

そして、線状導体１５４にて受信した信号を受信回路１５６によって復調し、液晶表示体を駆動する信号を取り出す。そして、受信回路１５６で取り出された信号は液晶駆動回路１５５に伝えられ、パッド１５１を通じて液晶表示体の電極に伝送される。
なお、図１５（ａ）の構成は線状導体１５４の端で受電する場合である。また、実施例２または３のように受給電点が線状導体１５４の端にないときは、図１５（ｂ）に示すように、液晶駆動回路１５５を１５５ａ、１５５ｂの２つに分割し、液晶駆動回路１５５ａ、１５５ｂの間に受信回路１５６を置くことができる。

上記のような構成により、信号伝送を無線化することが可能となり、表示体の高解像度化に対応した高い伝送レートを実現する場合においても、何本もの信号線を必要とすることないので、集積回路基板１５７上にいくつも必要であった信号線のパッド１５１を減らすことができ、集積回路基板１５７の面積を小さくしコストダウンが可能である。また、信号線のコネクタなどの実装部品を省略できるので、実装上の効果とコスト的な効果が大きい上に、ＥＭＩ等の従来の諸々の課題も一気に解決できる。

本発明は液晶表示体の駆動用の半導体集積回路への応用に限定されるものでなく、半導体チップ間の通信や、携帯電話内の本体部と表示部の信号接続、ノートブックコンピュータや種々の電子機器内における要素間の通信にも利用可能である。

本発明の実施例の構造を説明する図。 本発明の実施例の構造を説明する断面図。 本発明の実施例の構造をより詳細に説明する図。 本発明の実施例の構造をより詳細に説明する図。 本発明の実施例の効果を示すためにＳ₁₁特性を示す図。 本発明の実施例の電界強度分布を示す図。 本発明の実施例の放射特性を示す図。 本発明の実施例の電界強度分布を示す図。 本発明の実施例の放射特性を示す図。 本発明の他の実施例の構造を説明する図。 本発明の実施例のインピーダンス特性を説明する図。 本発明の実施例の電界強度分布および放射特性を説明する図。 本発明のさらに他の実施例の構造を説明する図。 本発明のさらに他の実施例の構造を説明する図。 本発明にかかる半導体集積回路の実施例の構造を説明する図。

符号の説明

１、４０１、１５４ 導体素子、２ 集積回路基板、３、１４２、１４３、１４５、１４６、１４７、１４８ 無給電素子、４、１４４ 実装基板、５ 絶縁層

Claims (12)

1. 集積回路基板上に絶縁層を介して形成された導体素子と、
   前記導体素子に信号を伝え、または前記導体素子から信号を受ける受給電回路と、
   前記導体層と電磁的に結合する無給電素子とを備えることを特徴とするアンテナ。
2. 前記受給電回路は前記導体素子の形成される集積回路基板と同一の基板上に形成されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 前記導体素子は前記集積回路基板上に配線された線状の素子であり、前記導体素子のどちらか一方の端に前記受給電回路が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
4. 前記導体素子は集積回路基板上に配線された線状の素子であり、前記線状素子上の一点に前記受給電回路が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
5. 前記導体素子は集積回路基板上に配線され一直線上に並ぶ２本の線状の素子であり、前記おのおのの線状素子の内側の端に互いに逆の位相で受給電する前記受給電回路が接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
6. 前記無給電素子は、前記集積回路基板の裏面側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のアンテナ。
7. 前記集積回路基板を実装する実装基板をさらに備え、前記無給電素子は前記実装基板上または前記実装基板内に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のアンテナ。
8. 前記実装基板の裏面側に形成されグランド電位が与えられる導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のアンテナ。
9. 前記集積回路基板に形成された前記導体素子を駆動するＣＭＯＳ回路と、
   前記集積回路基板上に形成された前記ＣＭＯＳ回路と前記導体素子とを接続する配線層とをさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のアンテナ。
10. 液晶表示体を駆動する駆動回路と、アンテナ素子と、前記アンテナ素子から信号を受信し前記駆動回路を駆動する信号を復調する復調回路が同一の集積回路基板上に形成され、前記駆動回路は前記復調回路の復調したデータに基づき前記液晶表示体を駆動することを特徴とする半導体集積回路。
11. 前記アンテナ素子は前記集積回路基板の長手方向と平行に置かれた線状素子であることを特徴とする請求項１０記載の半導体集積回路。
12. 前記アンテナ素子は、前記集積回路基板の長手方向と平行に置かれた線状素子と、前記集積回路基板上を避けるように配置された無給線素子から形成されることを特徴とする請求項１０記載の半導体集積回路。