JP2014535176A - 高インピーダンス表面 - Google Patents

Abstract

放射を発するための装置が、基板（１０４）上に形成されるアンテナと高インピーダンス表面（ＨＩＳ）とを有する。ＨＩＳは、アンテナの少なくとも一部を実質的に囲むアレイを形成するように配される複数の多層の垂直にスタックされたセル（３０４）を有する。各セル（３０４）は、基板（１０４）上に形成される接地面（１０６）と、接地平面の上に形成され、且つ、接地平面に結合される第１のプレート（３０６）と、相互接続（３０８）の上に形成され、且つ、相互接続（３０８）を介して第１のプレートに結合される第２のプレート（３１０）とを含む。例示の第１及び第２の基板は、平行であり、実質的に矩形であり、複数のセルの第１及び第２のプレートが、アレイに対しそれぞれの第１及び第２のチェッカードパターンを形成するように配される。

Description

本願は、概して無線周波数（ＲＦ）アンテナ構造に関し、更に特定して言えば、高インピーダンス表面（ＨＩＳ）に関連する。

高ミリ波周波数（即ち、テラヘルツ放射）では、適切な放射構造を構築することは難しい。典型的に、放射は、アンテナを支えるパッケージ又は基板内で反射され、表面波を生成する。パッケージ又は基板の端部において、表面波は、波パターンを歪ませる寄生電流を生成し得る。この問題に取り組むため、表面波を抑制し、波パターン歪みを起こす寄生電流を概して防ぐためにＨＩＳが用いられてきている。

図１及び図２に移ると、従来のＨＩＳ１００の一例を見ることができる。このＨＩＳ１００は概して、セル１０２のアレイで構成される。各セル１０２は概して、接地面１０６（これは典型的にアレイ全体の下にある）、ビア１０８、及びプレート３１０で構成される。プレート３１０は、アレイを形成するようにパターニングされるメタライゼーション層（これはアルミニウム又は銅で形成され得る）の一部である。このようなアレイを用いることにより、電界の反射係数はゼロ位相を有し、これは、ＨＩＳに高インピーダンスを有するようにする。

図３及び図４において、従来のＨＩＳ２００別の例を見ることができる。ＨＩＳ１００及びＨＩＳ２００を対比すると、ＨＩＳ１００は、プレートが概して六角形であるノンオーバーラップセルを有するのに対し、ＨＩＳ２００は、セル２０２及び２０４のラインを用いる。図示するように、プレート２１２の端部がプレート２０８の端部に重なり得るように、ビア２１０がビア２０６よりわずかに大きい。この構成を用いることにより、プレート２０８及び２１２は、容量的に結合されるか又はキャパシタを形成し、これによりＨＩＳ２００がＨＩＳ１００より低い周波数に調整され得る。

しかし、ＨＩＳ１００及び２００では、高ミリ波周波数（即ち、テラヘルツ放射）に用いることができるＨＩＳを製造することが非常に難しい。（多くのケースにおいて）製造プロセスは、この所望の周波数範囲で機能的となり得るＨＩＳ１００のために近接して配されたセルを生成するために充分に細かいピッチ解像度を有さない可能性があり、ＨＩＳ２００のための容量性結合は、それが共振周波数を下げがちであるため更なる複雑さを生む。従って、高ミリ波周波数（即ち、テラヘルツ放射）に対して用いることができるＨＩＳが求められている。

幾つかの他の従来の構造は下記文献に記載されている。
米国特許番号第６，６２８，２４２号 米国特許番号第６，６７０，９３２号 米国特許番号第７，１３６，０２８号 米国特許番号第７，１３６，０２９号 米国特許番号第７，１９７，８００号 米国特許番号第７，４２３，６０８号 米国特許番号第７，５１８，４６５号 米国特許公開番号２００５／０１３４５２１ 米国特許公開番号２００９／０２０１２２０ 欧州特許番号ＥＰ１１９５８４７号

一実施例は或る装置を提供する。この装置は、基板上に形成されるアンテナ、及び基板上に形成される複数のセルを有する高インピーダンス表面を含む。複数のセルは、アンテナの少なくとも一部分を実質的に囲むアレイを形成するように配される。各セルは、基板上に形成される接地平面と、接地平面の上に形成され、且つ、接地平面に結合される第１のプレートと、第１のプレートの上に形成される第２のプレートと、第１及び第２のプレートの間に形成され、第１及び第２のプレートに結合される相互接続とを含む。第１のプレートは、実質的に矩形であり、各セルに対する第１のプレートが、他のセルの第１のプレートとアレイに対して第１のチェッカードパターンを形成するように配される。第２のプレートは実質的に矩形であり、第１のプレートが第２のプレートに実質に平行であり、第１及び第２のプレートが、第１及び第２のプレートに概して垂直に延びる中心軸と実質的に整合され、各セルに対する第２のプレートが、他のセルの第２のプレートとアレイに対して第２のチェッカードパターンを形成するように配される。

一実施例に従って、相互接続がビアを更に含む。

一実施例に従って、ビアが第１のビアを更に含み、各セルが、接地面と第１のプレートとの間に形成される第２のビアを更に含む。

一実施例に従って、アンテナが複数のアンテナを更に含む。

一実施例に従って、第１及び第２のチェッカードパターンが概して同一の広がりを有する（coextensive）ように配される。

一実施例に従って、各セルが約４２０μｍ×４２０μｍであり、第１のビアが約６０μｍの直径を有し、第２のビアが約８０μｍの直径を有し、第１及び第２のプレートを分離する距離が約１５μｍである。

一実施例に従って、第１及び第２のプレートが互いに或る角度で向けられる。

一実施例に従って或る装置が提供される。この装置は、基板上に形成されるアンテナ、及びアンテナの周囲に沿って形成されるＨＩＳを含む。ＨＩＳは、基板上に形成される接地平面と、接地平面の上に形成される第１の誘電体層と、第１の誘電体層の上に形成され、且つ、複数の第１のプレートを形成するようにパターニングされる第１のメタライゼーション層と、第１のメタライゼーション層の上に形成され、且つ、複数の開口を含むようにパターニングされる第２の誘電体層と、各ビアが複数の開口の少なくとも１つの中に形成される複数のビアと、第２の誘電体層の上に形成され、且つ、複数の第２のプレートを形成するようにパターニングされる第２のメタライゼーション層とを含む。各第１のプレートは、アンテナの少なくとも一部分を実質的に囲むアレイを形成するように配される複数のセルの少なくとも１つに関連付けられ、各第１のプレートが、概して垂直に向けられる中心軸を有し、複数の第１のプレートがアレイに対し第１のチェッカードパターンを形成するように配される。各開口は第２の誘電体層を介して複数の第１のプレートの少なくとも１つまで延びる。各第２のプレートは複数のセルの少なくとも１つに関連付けられ、各第２のプレートが、そのセルに関連付けられる第１のプレートの中心軸と実質的に整合され、複数の第２のプレートがアレイに対し第２のチェッカードパターンを形成するように配される。

一実施例に従って、複数の開口は複数の第１の開口を更に含み、複数のビアは複数の第１のビアを更に含む。ＨＩＳは、複数の第２の開口と、複数の第２のビアとを更に含む。各第２の開口は、第１のプレートの少なくとも１つと接地平面との間の第１の誘電体層を介して延びる。各第２のビアは第２の開口の少なくとも１つの中に形成される。

一実施例に従って、第１及び第２の誘電体層がそれぞれガラスエポキシ及びポリマーフィルムで形成され、第１及び第２のメタライゼーション層が銅又はアルミニウムで形成される。

例示の実施例を添付の図面を参照して説明する。

図１は従来のＨＩＳの一例の図である。

図２は、線Ｉ−Ｉに沿った図１のＨＩＳのセルの断面図である。

図３は別の従来のＨＩＳの別の例の図である。

図４は、線ＩＩ−ＩＩに沿った図３のＨＩＳのセルの断面図である。

図５は一実施例に従った放射構造の一例の図である。

図６は、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図５のＨＩＳのセルの例の断面図である。 図７は、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図５のＨＩＳのセルの例の断面図である。

図８は図５のＨＩＳのセルの平面図の一例の図である。

図９は、図８のセルを用いる図５のＨＩＳの図である。

図１０は、図５のＨＩＳのセルの平面図の一例である。

図１１は、図１０のセルを用いる図５のＨＩＳの図である。

図１２は、図５の放射構造のオペレーションを示す図である。

図５は、一実施例に従った放射構造の一例を図示する。図示するように、この放射構造は概して、アンテナ３０２（これは、１つ又は複数のアンテナ又はアンテナ要素を含み得る）及び高インピーダンス表面（ＨＩＳ）３０３で構成される。このＨＩＳ３０３は概して、表面波を妨げるようにアンテナ３０２の周囲を実質的に囲むようにアレイを形成するセル３０４で構成される。特に、ＨＩＳ３０３は概してアンテナ３０２と同じ共振周波数（これは例えば約１６０ＧＨｚであり得る）を有するように調整される。

図６及び図７に示すように、セル３０４は多層の垂直にスタックされたセルである。セル３０４は概して、接地面１０６と、第１及び第２のプレート３０６及び３１０と、プレート間に形成されてプレートを結合する相互接続とで構成される。セル１０２と同様に、接地面１０６は概して基板１０４上に形成され、接地面１０６上に形成される誘電体層（これは例えばガラスエポキシであり得る）内の開口にビア１０８が形成される。プレート３０６及び３１０（これらは、例えば、アルミニウム又は銅で形成され得る）は、互いに概して平行であり、Ｄ１の厚み（又はプレート３０６及び３１０間の距離）を有する誘電体層（即ち、ポリマーフィルム）により分離される。また、プレート３０６及び３１０間の誘電体層における開口に形成されるビア３０８の形式の相互接続が、ビア３０８（これはビア２１０と整合され得る）である。プレート３０６及び３１０間の間隔又は厚みＤ１は、ＨＩＳ３０３の共振周波数に影響を与える可能性があり、アンテナ３０２の共振周波数に従って変わり得る。プレート３０６及び３１０の各々は、プレート３０６及び３１０の各々に概して垂直である中心軸３１２とも整合される。

厚みＤ１とは別に、プレート３０６及び３１０の配置は、ＨＩＳ３０３の共振周波数に影響を与え得る。図８及び図９において、どちらも個別に、及びＨＩＳ３０３内で、セル３０４（これはこの例では３０４−Ａと称す）の平面図を見ることができる。図示するように、プレート３０６及び３１０（これらはこの例では概して互いに整合される）はセル３０４−Ａ全体は占めず、代わりに、セル３０４−Ａの端部から距離Ｄ２離間される。また、プレート３１０及び３０６は概して矩形（即ち、この例では正方形）である。距離Ｄ２だけでなく、プレート３０６及び３１０の寸法（即ち、距離Ｄ３及びＤ４）は、ＨＩＳ３０３の共振周波数に影響を与え得る。それにもかかわらず、プレート３１０及び３０６は概して、チェッカードパターン（これらは、この例では概して同一の広がりを有する）を形成するように配される。これらのチェッカードパターンは、ＨＩＳ３０３が一層高い周波数（即ち、高ミリ波周波数）に調整され得るように維持されるべき表面上の金属と誘電体との概して一定の比を提供する。プレート３１０及び３０６は整合されていなくてもよい。図１０及び図１１に示すように、プレート３０６及び３１０は、図示するようにセル３０４−Ｂに対して互いに或る角度であるように配され得る。通常、プレート３０６は見えないが、例示の目的のため及びこの例では、プレート３０６及び３１０は４５度ずれるように配されて示されている。

図１２は、図５の放射構造のオペレーション（具体的にはＳ１１の角度）を示す。図示するように、アンテナ３０２は約１６０ＧＨｚ共振を有し、ＨＩＳ３０３は約１６０ＧＨｚまで調整される。この例では、セル３０４−Ａ（これは約４２０μｍ×約４２０μｍである）が用いられる。ビア１０８及び３０８は、この例でもそれぞれ直径が約８０μｍ及び約６０μｍである。プレート３０６及び３１０はこの例でも約１５μｍ厚みであり、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、及びＤ４はこの例では、それぞれ、約２０μｍ、約２０μｍ、約２７０μｍ、及び約３８１．１μｍである。

当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。

Claims (14)

1. 装置であって、
   基板上に形成されるアンテナ、及び
   前記基板上に形成される複数のセルを有する高インピーダンス表面、
   を含み、
   前記セルが、前記アンテナの少なくとも一部分を実質的に囲むアレイを形成するように配され、
   各セルが、
   前記基板上に形成される接地平面と、
   前記接地平面の上に形成され、且つ、前記接地平面に結合される第１のプレートであって、前記第１のプレートが実質的に矩形であり、各セルに対する前記第１のプレートが、他のセルの第１のプレートと前記アレイに対して第１のチェッカードパターンを形成するように配される、前記第１のプレートと、
   前記第１のプレートの上に形成される第２のプレートであって、前記第２のプレートが実質的に矩形であり、前記第２のプレートが前記第１のプレートに実質に平行であり、前記第１及び第２のプレートが、前記第１及び第２のプレートに概して垂直に延びる中心軸と実質的に整合され、各セルに対する前記第２のプレートが、他のセルの第２のプレートと前記アレイに対して第２のチェッカードパターンを形成するように配される、前記第２のプレートと、
   前記第１及び第２のプレートの間に形成され、前記第１及び第２のプレートに結合される相互接続と、
   を含む、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記相互接続がビアを更に含む、装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記ビアが第１のビアを更に含み、各セルが、前記接地面と前記第１のプレートとの間に形成される第２のビアを更に含む、装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記アンテナが複数のアンテナを更に含む、装置。
5. 請求項３に記載の装置であって、前記第１及び第２のプレートが、前記第１及び第２のチェッカードパターンが概して同一の広がりを有するように配される、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、各セルが約４２０μｍ×４２０μｍであり、前記第１のビアが約６０μｍの直径を有し、前記第２のビアが約８０μｍの直径を有し、前記第１及び第２のプレートを分離する距離が約１５μｍである、装置。
7. 請求項３に記載の装置であって、前記第１及び第２のプレートが互いに或る角度で向けられる、装置。
8. 装置であって、
   基板上に形成されるアンテナ、及び
   前記アンテナの周囲に沿って形成される高インピーダンス表面、
   を含み、
   前記高インピーダンス表面が、
   前記基板上に形成される接地平面と、
   前記接地平面の上に形成される第１の誘電体層と、
   前記第１の誘電体層の上に形成され、且つ、複数の第１のプレートを形成するようにパターニングされる第１のメタライゼーション層であって、各第１のプレートが、前記アンテナの少なくとも一部分を実質的に囲むアレイを形成するように配される複数のセルの少なくとも１つに関連付けられ、各第１のプレートが、概して垂直に向けられる中心軸を有し、前記複数の第１のプレートが前記アレイに対し第１のチェッカードパターンを形成するように配される、前記第１のメタライゼーション層と、
   前記第１のメタライゼーション層の上に形成され、且つ、複数の開口を含むようにパターニングされる第２の誘電体層であって、各開口が前記第２の誘電体層を介して前記複数の第１のプレートの少なくとも１つまで延びる、前記第２の誘電体層と、
   複数のビアであって、各ビアが前記複数の開口の少なくとも１つの中に形成される、前記複数のビアと、
   前記第２の誘電体層の上に形成され、且つ、複数の第２のプレートを形成するようにパターニングされる第２のメタライゼーション層であって、各第２のプレートが前記複数のセルの少なくとも１つに関連付けられ、各第２のプレートが、そのセルに関連付けられる第１のプレートの中心軸と実質的に整合され、前記複数の第２のプレートが前記アレイに対し第２のチェッカードパターンを形成するように配される、前記第２のメタライゼーション層と、
   を含む、装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、
   前記複数の開口が複数の第１の開口を更に含み、前記複数のビアが複数の第１のビアを更に含み、
   前記高インピーダンス表面が、
   複数の第２の開口であって、各第２の開口が、前記第１のプレートの少なくとも１つと前記接地平面との間の前記第１の誘電体層を介して延びる、前記複数の第２の開口と、
   複数の第２のビアであって、各第２のビアが前記第２の開口の少なくとも１つの中に形成される、前記複数の第２のビアと、
   を更に含む、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記アンテナが複数のアンテナを更に含む、装置。
11. 請求項９に記載の装置であって、前記第１及び第２のプレートが、前記第１及び第２のチェッカードパターンが概して同一の広がりを有するように配される、装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、各セルが約４２０μｍ×４２０μｍであり、各第１のビアが約６０μｍの直径を有し、各第２のビアが約８０μｍの直径を有し、前記第１及び第２のプレートを分離する距離が約１５μｍである、装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、前記関連付けられた第１及び第２のプレートが互いに対して或る角度に向けられる、装置。
14. 請求項１２に記載の装置であって、前記第１及び第２の誘電体層がそれぞれガラスエポキシ及びポリマーフィルムで形成され、前記第１及び第２のメタライゼーション層が銅又はアルミニウムで形成される、装置。

Images