JP2017157961A - アンテナ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得を等しくすることができ、複数のアンテナ素子間のアンテナ利得の差をなくすことができるアンテナ基板を提供する。
【解決手段】アンテナ基板１０は、端子部を有する半導体チップ１２が実装される基板１１と、基板１１に配置され、受信アンテナ素子１４−４及び受信アンテナ素子１４−１を少なくとも含む複数のアンテナ素子と、端子部と受信アンテナ素子１４−４とを接続する伝送線路１６−４と、端子部と受信アンテナ素子１４−１とを接続する伝送線路１６−１と、基板１１上に形成され、受信アンテナ素子１４−４を囲む開口部と受信アンテナ素子１４−１を囲む開口部を有する接地電極１７と、を備え、受信アンテナ素子１４−４のＥ面に沿った方向の素子端と接地電極１７との距離と、受信アンテナ素子１４−１のＥ面に沿った方向の素子端と接地電極１７との距離と、は異なる。
【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、多入力多出力（Multiple-Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）送受信モジュールに用いられるアンテナ基板に関する。

無線通信分野において、通信速度や信頼性を向上させる方式として、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いて送受信を行う多入力多出力（Multiple-Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）方式が知られている。レーダーシステムにおいても、ＭＩＭＯ方式を適用することにより、レーダーの目標探知性能を飛躍的に向上させることができる。

ＭＩＭＯ方式では、Ｍ個の送信アンテナ素子とＮ個の受信アンテナ素子を有するアンテナは、Ｍ×Ｎ個のアンテナ素子を備える仮想的なアレーアンテナとみなせる。しかし、この場合、個々のアンテナ素子のアンテナ利得が等しいことが要求される。ＭＩＭＯ方式のレーダーシステムや通信システムでは、複数のアンテナ素子の間にアンテナ利得の差がある場合、受信信号においてサイドローブの信号レベルが増加し、搬送波対雑音比（ＣＮ比）が増加してしまうからである。

例えば、特許文献１は、ＭＩＭＯレーダーシステムにおいて、複数の送信アンテナ素子の配置間隔を全て異ならせることにより、受信信号のＣＮ比を改善する技術を開示する。

ところで、ミリ波帯域の電波を用いたＭＩＭＯ方式のレーダーシステムや通信システムは、アンテナ素子のサイズを波長オーダーまで小型化できる。そのため、ＭＩＭＯ方式に対応する複数のアンテナ素子が配置されるアンテナ基板に、信号制御用の半導体チップが実装される送受信モジュールの開発が進められている。このような送受信モジュールにおいても、個々のアンテナ素子のアンテナ利得が等しいことが求められる。

ＭＩＭＯ方式に対応する、複数のアンテナ素子が配置されるアンテナ基板は、アンテナ素子数および冗長性を考慮して設計される。複数のアンテナ素子の配置、および、各アンテナ素子と半導体チップの端子部とをそれぞれ接続する複数の伝送線路の配置に対する自由度は小さい。そのため、個々の伝送線路の長さは等しくない。その結果、半導体チップの端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得は等しくないため、複数のアンテナ素子の間でアンテナ利得の差が生じる。従来、アンテナ利得の差を解消するために、信号処理において送受信される信号に対するキャリブレーションが行なわれている。

特開２０１４−８５３１７号公報 特開２００８−２８３３８１号公報 特許第５３９３６７５号公報

しかしながら、アンテナ利得の差を解消するためには、信号処理において複雑なキャリブレーションが要求されるため、信号処理の負荷が増大する。

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、信号処理の負荷を増大させることなく、半導体チップの端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得を等しくすることができ、複数のアンテナ素子間のアンテナ利得の差をなくすことができるアンテナ基板を提供することを目的とする。

本開示のアンテナ基板は、端子部を有する半導体チップが実装される基板と、前記基板に配置され、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を少なくとも含む複数のアンテナ素子と、前記端子部と前記第１のアンテナ素子とを接続する第１の伝送線路と、前記端子部と前記第２のアンテナ素子とを接続する第２の伝送線路と、前記基板上に形成され、前記第１のアンテナ素子を囲む第１の開口部と前記第２のアンテナ素子を囲む第２の開口部を有する接地電極と、を備え、前記第１のアンテナ素子の電界が振動する面に沿った方向の第１の素子端と前記接地電極との距離である第１の距離と、前記第２のアンテナ素子の電界が振動する面に沿った方向の第３の素子端と前記接地電極との距離である第３の距離と、は異なる。

本開示のアンテナ基板は、端子部を有する半導体チップが実装される基板と、前記基板に配置され、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を少なくとも含む複数のアンテナ素子と、前記端子部と前記第１のアンテナ素子とを接続する第１の伝送線路と、前記端子部と前記第２のアンテナ素子とを接続する第２の伝送線路と、前記基板上に形成され、前記第１のアンテナ素子を囲む第１の開口部と前記第２のアンテナ素子を囲む第２の開口部を有する接地電極と、を備え、前記第１のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第２の素子端と前記接地電極との距離である第２の距離と、前記第２のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第４の素子端と前記接地電極との距離である第４の距離と、は異なる。

本開示によれば、信号処理の負荷を増大させることなく、チップ端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得を等しくすることができ、複数のアンテナ素子間のアンテナ利得の差をなくすことができる。

従来のアンテナ基板を示す図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ基板を示す図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ基板のアンテナ素子周辺の拡大図 アンテナ素子と接地電極との距離を示す図 アンテナ素子の電磁界シミュレーション結果を示す図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ基板の別の構成を示す図 本開示の実施の形態２に係るアンテナ基板を示す図 本開示の実施の形態３に係るアンテナ基板を示す図 本開示の実施の形態４に係るアンテナ基板を示す図 内層配線により形成されたアンテナ素子の断面模式図 表層配線により形成されたアンテナ素子の断面模式図

（本開示に至る経緯）
まず、本開示に至る経緯について説明する。本開示は、多入力多出力（Multiple-Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）送受信モジュールに用いられるアンテナ基板に関する。

前述のように、ミリ波帯域の電波を用いたＭＩＭＯ方式のレーダーシステムや通信システムでは、ＭＩＭＯ方式に対応した複数のアンテナ素子が配置されるアンテナ基板に信号制御用の半導体チップが実装された送受信モジュールの開発が進められている。

図１は、従来のアンテナ基板１を示す図である。アンテナ基板１は、送受信モジュールに用いられる。送受信モジュールは、アンテナ基板１と、アンテナ基板１に実装された半導体チップ２とを含む。アンテナ基板１は、複数の送信アンテナ素子３と複数の受信アンテナ素子４を含む複数のアンテナ素子、伝送線路５、接地電極６、基板７を有する。

複数の送信アンテナ素子３および複数の受信アンテナ素子４は、基板７上に配置され、複数の伝送線路５によって半導体チップ２の端子部と電気的に接続する。接地電極６は、基板７上に形成され、複数の送信アンテナ素子３および複数の受信アンテナ素子４のそれぞれを囲む複数の開口部を有する。

図１に示すようなアンテナ基板１では、アンテナ素子３、４における半導体チップ２の端子部を基準としたアンテナ利得を、複数の送信アンテナ素子３または複数の受信アンテナ素子４それぞれにおいて、等しくする必要がある。アンテナ素子３、４における半導体チップ２の端子部を基準としたアンテナ利得とは、アンテナ素子３、４自体のアンテナ利得からアンテナ素子３、４と半導体チップ２の端子部とを接続する伝送線路５に起因するアンテナ利得の損失を差し引いたものである。

しかしながら、アンテナ基板１は、アンテナ素子３、４の数および冗長性を考慮して設計されるため、複数のアンテナ素子３、４の配置、および、各アンテナ素子３、４と半導体チップ２の端子部とをそれぞれ接続する複数の伝送線路５の配置に対する自由度は小さい。そのため、各アンテナ素子３、４と半導体チップ２の端子部とをそれぞれ接続する複数の伝送線路５の長さを全て等しくすることは困難である。例えば、図１では、アンテナ素子３、４の配置位置が半導体チップ２から離れるほど、アンテナ素子３、４と半導体チップ２の端子部とを接続する伝送線路５が長い。

伝送線路５が長いほど、配線に起因するアンテナ利得の損失（配線ロス）が大きくなる。そのため、半導体チップ２から遠くに配置されるアンテナ素子３、４における半導体チップ２の端子部を基準としたアンテナ利得は、配線ロスの分だけ低くなってしまう。そのため、アンテナ素子３、４の形状を同一とし、アンテナ素子３、４自体のアンテナ利得を等しくしたとしても、伝送線路５の長さがアンテナ素子毎に異なる。そのため、複数のアンテナ素子の間でアンテナ利得の差が生じてしまう。

このような事情に鑑み、本開示は、各伝送線路の長さが互いに異なるとしても、半導体チップの端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得を等しくすることができ、複数のアンテナ素子間のアンテナ利得の差をなくすことができるアンテナ基板を提供することを目的とする。

次に、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。

（実施の形態１）
図２Ａは、本開示の実施の形態１に係るアンテナ基板１０を示す図である。図２Ｂは、本開示の実施の形態１に係るアンテナ基板１０のアンテナ素子周辺の拡大図である。なお、図２Ａには、アンテナ基板１０に実装される半導体チップ１２も示されている。また、図２Ａは、アンテナ基板１０の上面図である。

アンテナ基板１０は、基板１１、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４と受信アンテナ素子１４−１〜１４−４とを含む複数のアンテナ素子、伝送線路１５−１〜１５−４、伝送線路１６−１〜１６−４、接地電極１７を有する。

半導体チップ１２は、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の構造を有する。半導体チップ１２は、端子部１９−１、１９−２を備える。端子部１９−１、１９−２は、それぞれ、複数の端子を有する。

送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ１４−１〜１４−４は、基板１１上に配置される。送信アンテナ素子１３−１〜１３−４は、それぞれ、伝送線路１５−１〜１５−４によって端子部１９−１に電気的に接続する。受信アンテナ素子１４−１〜１４−４は、それぞれ、伝送線路１６−１〜１６−４によって端子部１９−２に電気的に接続する。

なお、受信アンテナ素子１４−４は、本開示における第１のアンテナ素子に相当する。受信アンテナ素子１４−１は、本開示における第２のアンテナ素子に相当する。端子部１９−２と受信アンテナ素子１４−４とを接続する伝送線路１６−４は、本開示における第１の伝送線路に相当する。端子部１９−２と受信アンテナ素子１４−１とを接続する伝送線路１６−１は、本開示における第２の伝送線路に相当する。

送信アンテナ素子１３−１〜１３−４は、ダイポールアンテナであり、送信を行う。受信アンテナ素子１４−１〜１４−４は、ダイポールアンテナであり、受信を行う。送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ素子１４−１〜１４−４の放射方向は、図２Ａの紙面に対して上方向である。

なお、実施の形態１では、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４、伝送線路１５−１〜１５−４、伝送線路１６−１〜１６−４は、パターンエッチング等を用いて、基板１１上に形成される。

接地電極１７は、基板１１上に形成される。接地電極１７は、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４のそれぞれを囲む複数の開口部１８を有する。開口部１８は、各アンテナ素子が放射する電波を妨げないように設けられる。

受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）を囲む開口部１８は、本開示における第１の開口部に相当する。受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）を囲む開口部１８は、本開示における第２の開口部に相当する。

詳細には、接地電極１７は、半導体チップ１２、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４、半導体チップ１２と伝送線路１５−１〜１５−４、１６−１〜１６−４との接合部、を除く領域を覆う。

実施の形態１に係るアンテナ基板１０は、ミリ波帯の周波数の信号を送受信する。ミリ波帯の周波数では、波長はミリメートルのオーダーであるため、アンテナ素子のサイズも、ミリメートルのオーダーで設計される。例えば、１４０ＧＨｚ帯の周波数を用いる場合、基板１１のサイズは一辺が約１０ｍｍ程度、アンテナ素子（送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ素子１４−１〜１４−４）のサイズは一辺が約１〜２ｍｍ程度である。

ＭＩＭＯ方式に対応する、複数のアンテナ素子が配置されるアンテナ基板は、アンテナ素子数および冗長性を考慮して設計される。送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ素子１４−１〜１４−４の配置、並びに、伝送線路１５−１〜１５−４および伝送線路１６−１〜１６−４の配置に対する自由度は小さい。そのため、図２Ａに示すように、伝送線路１５−１〜１５−４それぞれの長さは等しくない。同様に、伝送線路１６−１〜１６−４それぞれの長さは等しくない。

実施の形態１に係るアンテナ基板１０では、伝送線路１５−１〜１５−４の長さに応じて、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４それぞれが有する開口部１８のサイズが調整される。同様に、伝送線路１６−１〜１６−４の長さに応じて、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４それぞれが有する開口部１８のサイズが調整される。

開口部サイズの調整について、図２Ｂを参照して説明する。図２Ｂは、一例として、受信アンテナ素子１４−４と受信アンテナ素子１４−４の開口部１８を示す。また、図２Ｂは、受信アンテナ素子１４−４から放射される電磁波の電界が振動する面（Ｅ面）に沿った方向、および磁界が振動する面（Ｈ面）に沿った方向を示す。

受信アンテナ素子１４−４のＥ面に沿った方向の素子端Ｔ１は、接地電極１７から距離Ｌ１だけ離れている。また、受信アンテナ素子１４−４のＨ面に沿った方向の素子端Ｔ２は、接地電極１７から距離Ｌ２だけ離れている。詳細には、距離Ｌ１は、素子端Ｔ１と接地電極１７までの最短距離であり、距離Ｌ２は、素子端Ｔ２と、伝送線路１６−４と反対側（受信アンテナ素子１４−４が配置されていない側）の接地電極１７との最短距離である。

受信アンテナ素子１４−１〜１４−３、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４においても同様に、接地電極１７に対して距離Ｌ１、距離Ｌ２が設定される。

なお、受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）のＥ面に沿った方向の素子端Ｔ１は、本開示における第１の素子端に相当する。受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）のＨ面に沿った方向の素子端Ｔ２は、本開示における第２の素子端に相当する。同様に、受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）のＥ面に沿った方向の素子端は、第３の素子端に相当する。受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）のＨ面に沿った方向の素子端は、第４の素子端に相当する。

つまり、受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）の距離Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ、本開示における第１の距離、第２の距離に相当する。また、受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）の距離Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ、本開示における第３の距離、第４の距離に相当する。

アンテナ基板１０では、伝送線路の長さに応じて、アンテナ素子それぞれの距離Ｌ１と距離Ｌ２とを変更することにより、開口部１８のサイズを調整する。図２Ａに示すように、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４に接続する伝送線路は、伝送線路１５−２、１５−１、１５−４、１５−３の順に長くなる。そのため、送信アンテナ素子１３の開口部１８のサイズは、送信アンテナ素子１３−２、１３−１、１３−４、１３−３の順に大きくなるように調整される。同様に、受信アンテナ素子１４の開口部１８のサイズは、伝送線路の長さに応じて、受信アンテナ素子１４−２、１４−１、１４−３、１４−４の順に大きくなるように調整される。

このように、図２Ａでは，受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）を囲む開口部１８（第１の開口部）のサイズは、受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）を囲む開口部１８（第２の開口部）のサイズと異なる。

次に、開口部１８のサイズの調整（距離Ｌ１と距離Ｌ２の調整）と、アンテナ利得の変化について、受信アンテナ素子１４−４を例にとって説明する。

図３Ａは、受信アンテナ素子１４−４と接地電極１７との距離を示す図である。図３Ａに示すように、距離Ｌ１、距離Ｌ２をそれぞれ初期値から変化量δだけ変化させた場合の、受信アンテナ素子１４−４のアンテナ利得を電磁界シミュレーションにて導出する。

図３Ｂは、アンテナ素子の電磁界シミュレーション結果を示す図である。図３Ｂは、１４０ＧＨｚ帯の周波数を用いた場合における、開口部サイズ（距離Ｌ１、距離Ｌ２）の変化量δ(mm)に対する、天頂方向（図３Ａの紙面垂直上方向）のアンテナ利得の変化量を示している。図３Ｂにおいて、横軸は開口部サイズ（距離Ｌ１、距離Ｌ２）の初期値からの変化量δを示し、縦軸は変化量δ＝０を基準としたアンテナ利得の変化量を示す。

図３Ｂに示すように、変化量δを増加させた場合、アンテナ利得を２ｄＢ程度改善できる。なお、このとき、入力インピーダンスの整合状態はほとんど変化していない。

一辺が約１０ｍｍのアンテナ基板１０に一辺が約４ｍｍの半導体チップ１２を実装するモジュールの構成では、１４０ＧＨｚ帯の周波数を用いた場合における伝送線路に起因するアンテナ利得の損失量は、最大で約２ｄＢ程度である。図３Ｂに示すように、変化量δを増加させることにより、アンテナ利得を２ｄＢ程度改善できる。そのため、伝送線路に起因するアンテナ利得の損失量は、開口部サイズ（距離Ｌ１および／または距離Ｌ２）を調整することにより相殺できる。

図３Ａ、図３Ｂでは、受信アンテナ素子１４−４を一例にとって説明したが、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１〜１４−３においても同様に、伝送線路に起因するアンテナ利得の損失量は、開口部サイズ（距離Ｌ１および／または距離Ｌ２）を調整することにより相殺できる。

以上説明したように、実施の形態１では、複数のアンテナ素子が配置されるアンテナ基板１０において、各アンテナ素子に接続する各伝送線路の長さが互いに異なるとしても、アンテナ素子とアンテナ素子の周囲の接地電極との距離を調整することにより、半導体チップの端子部を基準とした個々のアンテナ素子のアンテナ利得を等しくし、アンテナ素子間のアンテナ利得の差をなくすことができる。

また、実施の形態１では、アンテナ利得を調整するために、アンテナ素子の配置を変更する必要が無いため、アンテナ素子の指向性制御に対する影響はない。また、実施の形態１では、開口部１８のサイズ、つまり、距離Ｌ１、距離Ｌ２の少なくとも一方を調整することにより、アンテナ利得を調整できるため、回路設計が容易であり、設計工数が新たに発生しない。

また、送信アンテナ素子１３−１〜１３−４において、アンテナ素子同士の間隔が最も狭い２つの送信アンテナ素子１３−１、１３−２のうち、少なくとも一方の送信アンテナ素子１３−２は、半導体チップ１２に近接して配置される。この構成により、送信アンテナ素子１３−２と半導体チップ１２の端子部１９−１とを接続する伝送線路１５−２は最も短い。なお、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４においても、同様に、アンテナ素子間隔が最も狭い受信アンテナ素子のうち、少なくとも一方の受信アンテナ素子は、半導体チップ１２に近接して配置される。

比較的短い伝送線路に接続するアンテナ素子は配線ロスが小さい。そのため、比較的短い伝送線路に接続するアンテナ素子のアンテナ利得と比較的長い伝送線路に接続するアンテナ素子とのアンテナ利得とを等しくするために、比較的短い伝送線路に接続するアンテナ素子の開口部のサイズ（距離Ｌ１および／または距離Ｌ２）を大きくする必要は無い。このため、容易にアンテナ素子同士を近接させることができる。

なお、実施の形態１では、伝送線路１５−１〜１５−４、１６−１〜１６−４の一部にスローウェーブ構成の伝送線路（以下、スローウェーブ伝送線路）を追加してもよい。図４は、実施の形態１に係るアンテナ基板１０の別の構成を示す図である。図４に示す構成は、図２Ａに示した構成における伝送線路１５−１、１５−３、１５−４、１６−１、１６−３、１６−４の一部にスローウェーブ伝送線路４１を追加した構成である。

スローウェーブ伝送線路４１は、通過する信号の位相を変化させることができる。スローウェーブ伝送線路４１の詳細については、特許文献２に記載されているので、ここでの説明は省略する。

図４に示す構成では、スローウェーブ伝送線路４１を設けることにより、アンテナ素子間の位相のずれを小さくすることができる。したがって、開口部１８のサイズを調整することによりアンテナ素子間の利得の差を調整し、スローウェーブ伝送線路４１を設けることによりアンテナ素子間の位相のズレを調整できる。そのため、信号処理において、送受信する信号へのキャリブレーション処理を省略、または、大幅に簡略化することができる。

なお、図４では、伝送線路１５−１、１５−３、１５−４、１６−１、１６−３、１６−４の一部にスローウェーブ伝送線路４１を追加したが、スローウェーブ伝送線路４１の設ける位置はこれに限定されない。

また、スローウェーブ伝送線路４１の代わりに、ミアンダ型の伝送線路を用いて信号の位相のずれを小さくしてもよい。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るアンテナ基板５０を示す図である。なお、図５において、図２Ａと同様の構成については同一の付番を付し、説明を省略する。

実施の形態２に係るアンテナ基板５０は、図２Ａに示したアンテナ基板１０に対して、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ：Electromagnetic Band Gap）５１を追加した構成である。

実施の形態１で説明したように、接続する伝送線路が長く、伝送線路に起因するアンテナ利得の損失が大きいアンテナ素子は、他のアンテナ素子との配置間隔が広くなる。そのため、接続する伝送線路が長いアンテナ素子の周囲には余剰スペースが生じる。実施の形態２では、接続する伝送線路が長いアンテナ素子（図５では、受信アンテナ素子１４−３、１４−４）の周囲に生じる余剰スペースにＥＢＧ５１を配置することにより、不要な輻射の抑制やアンテナ素子間のアイソレーションを向上させることができる。なお、ＥＢＧの詳細については、特許文献３に記載されているので、ここでの説明は省略する。

実施の形態２によれば、伝送線路に起因するアンテナ利得の損失が大きいアンテナ素子に対してＥＢＧを設けることにより、アンテナ特性が向上するため、当該アンテナ素子のアンテナ利得を改善できる。これにより、アンテナ素子の利得調整範囲（利得の調整が可能な範囲）が拡大されるため、アンテナ素子間のアンテナ利得の差をより詳細に調整できる。

なお、実施の形態２では、ＥＢＧ５１を受信アンテナ素子１４−３、１４−４の周囲に設ける構成について説明したが、ＥＢＧ５１を設ける位置はこれに限定されない。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係るアンテナ基板６０を示す図である。なお、図６において、図２Ａと同様の構成については同一の付番を付し、説明を省略する。

実施の形態３に係るアンテナ基板６０は、図２Ａに示したアンテナ基板１０の最表面にレジスト層６１を設け、レジスト層６１の一部にレジスト層開口部６２を設けた構成である。

レジスト層６１は、アンテナ素子を保護するためにアンテナ素子を覆うように設けられる。半導体チップ１２が実装される位置から遠くに配置される受信アンテナ素子１４−３、１４−４のそれぞれの開口部１８に対応する位置には、レジスト層６１が存在しない領域であるレジスト層開口部６２が設けられる。

図６に示す構成では、半導体チップ１２の近傍に配置され、接続する伝送線路が比較的短いアンテナ素子（図６では送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）、受信アンテナ素子１４−２）上にレジスト層６１が設けられる。接続する伝送線路が比較的短いアンテナ素子は、レジスト層６１が設けられることにより、アンテナ利得が低下する。一方で、接続する伝送線路が比較的長いアンテナ素子（図６では、受信アンテナ素子１４−３、１４−４）は、レジスト層開口部６２が設けられるため（レジスト層６１が設けられないため）、アンテナ利得が低下しない。

つまり、伝送線路が比較的短いアンテナ素子のアンテナ利得はレジスト層６１により低下するため、伝送線路が比較的短いアンテナ素子のアンテナ利得と伝送線路の比較的長いアンテナ素子のアンテナ利得との差が小さくできる。

実施の形態３によれば、実施の形態１で説明した開口部１８のサイズの調整に加えて、レジスト層６１を設けることにより、アンテナ素子の利得調整範囲（利得の調整が可能な範囲）が拡大されるため、アンテナ素子間のアンテナ利得の差をより詳細に調整できる。

なお、実施の形態３では、受信アンテナ素子１４−３、１４−４にレジスト層開口部６２が設けられる構成について説明したが、レジスト層開口部６２が設けられる位置についてはこれに限定されない。

（実施の形態４）
図７Ａは、実施の形態４に係るアンテナ基板７０を示す図である。なお、図７Ａにおいて、図２Ａと同様の構成については同一の付番を付し、説明を省略する。

実施の形態４に係るアンテナ基板７０は、図２Ａに示したアンテナ基板１０の送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ素子１４−１、１４−２が内層配線により形成された構成である。

以下、受信アンテナ素子１４−１（第２のアンテナ素子）、受信アンテナ素子１４−４（第１のアンテナ素子）を例にとって、内層配線と表層配線について説明する。図７Ｂは、内層配線により形成された受信アンテナ素子１４−１の断面模式図である。図７Ｃは、表層配線により形成された受信アンテナ素子１４−４の断面模式図である。

図７Ｂ、図７Ｃに示すように、基板１１は、第１層１１−１、第２層１１−２を含む。第１層１１−１、第２層１１−２は、それぞれ、誘電体の層である。第１層１１−１は、実装基板１１の表層に位置し、第２層１１−２は、第１層１１−１の内層側に位置する。

図７Ｂに示すように、受信アンテナ素子１４−１は、第１層１１−１と第２層１１−２との間に内層配線によって形成され、第２層１１−２上に配置される。一方、図７Ｃに示すように、受信アンテナ素子１４−４は、第１層１１−１の表面に表層配線によって形成され、第１層１１−１上に配置される。

内層配線により形成された受信アンテナ素子１４−１は第１層１１−１に覆われているため、表層配線により形成され受信アンテナ素子１４−４と比較してアンテナ利得が低下する。

つまり、アンテナ基板７０では、接続する伝送線路が比較的短いアンテナ素子（図７Ａでは送信アンテナ素子１３−１〜１３−４および受信アンテナ素子１４−１、１４−２）は、内層配線により、アンテナ利得が低下する。一方で、接続する伝送線路の比較的長いアンテナ素子（図７Ａでは受信アンテナ素子１４−３、１４−４）は表層配線によりアンテナ利得が低下しない。このように、伝送線路の長さに応じて、アンテナ素子を表層配線により形成するか内層配線により形成するかを選択することにより、アンテナ素子間のアンテナ利得の差が小さくなるように調整できる。

つまり、実施の形態４によれば、実施の形態１で説明した開口部１８のサイズの調整に加えて、アンテナ素子を表層配線により形成するか内層配線により形成するかを選択することにより、アンテナ素子の利得調整範囲（利得の調整が可能な範囲）が拡大されるため、アンテナ素子間のアンテナ利得の差をより詳細に調整できる。

なお、図７は、あくまで一例であり、本開示はこれに限定されない。好ましくは、半導体チップ１２の近傍に配置されるアンテナ素子は内層配線により形成され、半導体チップ１２から離れた位置に配置されるアンテナ素子は表層配線により形成される。

なお、上記各実施の形態では、半導体チップ１２が実装される面にアンテナ素子（送信アンテナ素子１３−１〜１３−４、受信アンテナ素子１４−１〜１４−４）が配置される例について説明したが、本開示はこれに限定されない。アンテナ素子は、半導体チップ１２が実装される面と反対側の面に配置されていてもよい。

また、上記各実施の形態は、適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１で説明したスローウェーブ伝送線路と実施の形態２で説明したＥＢＧとを組み合わせてアンテナ基板を構成してもよい。

なお、上記各実施の形態において、伝送線路５は、１本の線で示したが、例えば、２本１組の差動線路であってもよい。

また、上記各実施の形態において、アンテナ素子は、ダイポールアンテナを用いたが、本開示はこれに限定されない。本開示におけるアンテナ素子は、基板平面に設置することができるアンテナ素子であればよい。例えば、アンテナ素子は、パッチアンテナであってもよい。

また、上記各実施の形態で説明した周波数、基板サイズ、チップサイズ、アンテナ素子サイズは、一例であり、本開示はこれに限定されない。

また、上記各実施の形態では、送信アンテナ素子、受信アンテナ素子が基板に配置された構成について説明したが、本開示はこれに限定されない。送信アンテナ素子のみ、または、受信アンテナ素子のみが基板に配置されてもよい。

また、上記各実施の形態において、１つの開口部１８が１つのアンテナ素子を囲む構成について説明したが、本開示はこれに限定されない。１つの開口部が１つ以上のアンテナ素子を囲む構成であってもよい。この場合においても、開口部のサイズを調整、詳細には、距離Ｌ１、距離Ｌ２を調整することにより、アンテナ利得の差が調整できる。

本開示に係るアンテナ基板は、ＭＩＭＯ方式のレーダーシステムや通信システムにおいて無線通信を行う送受信モジュール用途として有用である。

１、１０、５０、６０、７０ アンテナ基板
２、１２ 半導体チップ
３、１３−１〜１３−４ 送信アンテナ素子
４、１４−１〜１４−４ 受信アンテナ素子
５、１５−１〜１５−４、１６−１〜１６−４ 伝送線路
６、１７ 接地電極
７、１１ 基板
１１−１ 第１層
１１−２ 第２層
１８ 開口部
４１ スローウェーブ伝送線路
５１ ＥＢＧ
６１ レジスト層
６２ レジスト層開口部

Claims (10)

1. 端子部を有する半導体チップが実装される基板と、
   前記基板に配置され、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を少なくとも含む複数のアンテナ素子と、
   前記端子部と前記第１のアンテナ素子とを接続する第１の伝送線路と、
   前記端子部と前記第２のアンテナ素子とを接続する第２の伝送線路と、
   前記基板上に形成され、前記第１のアンテナ素子を囲む第１の開口部と前記第２のアンテナ素子を囲む第２の開口部を有する接地電極と、
   を備え、
   前記第１のアンテナ素子の電界が振動する面に沿った方向の第１の素子端と前記接地電極との距離である第１の距離と、
   前記第２のアンテナ素子の電界が振動する面に沿った方向の第３の素子端と前記接地電極との距離である第３の距離と、は異なる、
   アンテナ基板。
2. 前記第１のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第２の素子端と前記接地電極との距離である第２の距離と、
   前記第２のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第４の素子端と前記接地電極との距離である第４の距離とは異なる、
   請求項１に記載のアンテナ基板。
3. 端子部を有する半導体チップが実装される基板と、
   前記基板に配置され、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子を少なくとも含む複数のアンテナ素子と、
   前記端子部と前記第１のアンテナ素子とを接続する第１の伝送線路と、
   前記端子部と前記第２のアンテナ素子とを接続する第２の伝送線路と、
   前記基板上に形成され、前記第１のアンテナ素子を囲む第１の開口部と前記第２のアンテナ素子を囲む第２の開口部を有する接地電極と、
   を備え、
   前記第１のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第２の素子端と前記接地電極との距離である第２の距離と、
   前記第２のアンテナ素子の磁界が振動する面に沿った方向の第４の素子端と前記接地電極との距離である第４の距離と、は異なる、
   アンテナ基板。
4. 前記第１の伝送線路が前記第２の伝送線路より長い場合、前記第１の距離は前記第３の距離より長い、
   請求項１又は２に記載のアンテナ基板。
5. 前記第１の伝送線路が前記第２の伝送線路より長い場合、前記第２の距離は前記第４の距離より長い、
   請求項２又は３に記載のアンテナ基板。
6. 前記第１のアンテナ素子の形状と前記第２のアンテナ素子の形状は同一であり、
   前記第１の開口部と前記第２の開口部のサイズは異なる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
7. 前記第１の伝送線路又は第２の伝送線路の少なくとも一部は、スローウェーブ伝送線路である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ基板。
8. 前記第２のアンテナ素子を覆うレジスト層を更に備える、
   請求項４又は５に記載のアンテナ基板。
9. 前記基板は、表層である第１層と、前記第１層の内層側に位置する第２層と、から構成され、
   前記第１のアンテナ素子は、前記第１層上に配置され、
   前記第２のアンテナ素子は、前記第２層上に配置される、
   請求項４又は５に記載のアンテナ基板。
10. 前記複数のアンテナ素子は、ダイポールアンテナ又はパッチアンテナである、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ基板。

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