JP2621576B2 - モノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジュール - Google Patents
モノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジュールInfo
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- JP2621576B2 JP2621576B2 JP2126159A JP12615990A JP2621576B2 JP 2621576 B2 JP2621576 B2 JP 2621576B2 JP 2126159 A JP2126159 A JP 2126159A JP 12615990 A JP12615990 A JP 12615990A JP 2621576 B2 JP2621576 B2 JP 2621576B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置に関し、特に化合物半導体を用
いたモノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジ
ュールに関する。
いたモノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジ
ュールに関する。
（従来の技術） 近年化合物半導体集積回路の発展は目覚ましくマイク
ロ波ミリ波レーダ装置等の送受信モジュールのみならず
アンテナ素子をも含めてモノリシック集積化するための
研究開発が活発に行われている。このようなモノリシッ
ク化を行うと、大口径GaAsウェハー上に数百程度の送受
信モジュール付きアンテナ素子をアレイ状の配置でき、
フェイズトアレイレーダ用のモノリシックマイクロ波ア
レイアンテナモジュールが実現される。従来技術はマイ
クロウェーブジャーナル誌1986年７月号p.119にまとめ
られている。
ロ波ミリ波レーダ装置等の送受信モジュールのみならず
アンテナ素子をも含めてモノリシック集積化するための
研究開発が活発に行われている。このようなモノリシッ
ク化を行うと、大口径GaAsウェハー上に数百程度の送受
信モジュール付きアンテナ素子をアレイ状の配置でき、
フェイズトアレイレーダ用のモノリシックマイクロ波ア
レイアンテナモジュールが実現される。従来技術はマイ
クロウェーブジャーナル誌1986年７月号p.119にまとめ
られている。
第５図は従来例のモノリシックマイクロ波アレイアン
テナモジュールを示す図である。同図において裏面に接
地金属２を備えた半絶縁性GaAs基板１の表面に低雑音増
幅器、ミキサ、スイッチ、送信増幅器、移相器、A/D変
換器等から構成される能動素子回路62およびマイクロス
トリップダイポールアンテナ22が設けられている。
テナモジュールを示す図である。同図において裏面に接
地金属２を備えた半絶縁性GaAs基板１の表面に低雑音増
幅器、ミキサ、スイッチ、送信増幅器、移相器、A/D変
換器等から構成される能動素子回路62およびマイクロス
トリップダイポールアンテナ22が設けられている。
（発明が解決しようとする課題） 第５図の従来例において解決しなければならない点は
２つある。まず第１にGaAsの比誘電率εｒは12.7であり
波長短縮率は0.33程度であるので半波長マイクロストリ
ップダイポールアンテナ22の幅は40GHzにおいて1.25mm
にしなければならない。ところが自由空間内での40GHz
の電磁波の半波長λg/2は3.75mmであり、前記1.25mmと
大きな開きがあるため、マイクロストリップダイポール
アンテナに入力されたエネルギーが効率良く空間に放射
できないという欠点がある。
２つある。まず第１にGaAsの比誘電率εｒは12.7であり
波長短縮率は0.33程度であるので半波長マイクロストリ
ップダイポールアンテナ22の幅は40GHzにおいて1.25mm
にしなければならない。ところが自由空間内での40GHz
の電磁波の半波長λg/2は3.75mmであり、前記1.25mmと
大きな開きがあるため、マイクロストリップダイポール
アンテナに入力されたエネルギーが効率良く空間に放射
できないという欠点がある。
第２は、能動素子回路62には送信増幅用高出力半導体
素子が含まれるが、半絶縁性GaAs基板１の熱抵抗のた
め、動作層の温度が上昇し信頼性が下がるという点であ
る。これは特に単位面積当たりの電力密度が大きいヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを高出力半導体素子とし
て用いた場合、顕著になる。
素子が含まれるが、半絶縁性GaAs基板１の熱抵抗のた
め、動作層の温度が上昇し信頼性が下がるという点であ
る。これは特に単位面積当たりの電力密度が大きいヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを高出力半導体素子とし
て用いた場合、顕著になる。
本発明の目的は前記第１、第２の欠点を除去し、アン
テナ効率が高く、高信頼度を有するモノリシックマイク
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを提供することに
ある。
テナ効率が高く、高信頼度を有するモノリシックマイク
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを提供することに
ある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明のモノリシックマイ
クロ波ミリ波アレイアンテナモジュールは、半絶縁性化
合物半導体基板の第１面に、第１の金属接地膜および少
なくとも１個の半導体素子が設けられ、前記半導体基板
の第２面の一部に該第２面に接して第２の金属接地膜が
設けられ、該接地金属膜上にポリイミド等の低誘電率誘
電体膜が設けられ、該誘電体膜上にマイクロストリップ
ダイポールアンテナ導体又はマイクロストリップパッチ
アンテナ導体が設けられ、前記第１の金属接地膜および
前記第２の金属接地膜が第１のバイアホール回路により
電気的に接続されるとともに、前記半導体素子の電極ま
たはこれにつながる回路と前記マイクロストリップダイ
ポールアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナ
との間をつなぐ第２のバイアホール回路が設けられてい
ることを特徴としている。さらに前記第１の金属接地膜
の１部が接地金属ブロックまたは熱伝導度の大きい絶縁
体上の電極パターンに接続固定されていることを特徴と
している。
クロ波ミリ波アレイアンテナモジュールは、半絶縁性化
合物半導体基板の第１面に、第１の金属接地膜および少
なくとも１個の半導体素子が設けられ、前記半導体基板
の第２面の一部に該第２面に接して第２の金属接地膜が
設けられ、該接地金属膜上にポリイミド等の低誘電率誘
電体膜が設けられ、該誘電体膜上にマイクロストリップ
ダイポールアンテナ導体又はマイクロストリップパッチ
アンテナ導体が設けられ、前記第１の金属接地膜および
前記第２の金属接地膜が第１のバイアホール回路により
電気的に接続されるとともに、前記半導体素子の電極ま
たはこれにつながる回路と前記マイクロストリップダイ
ポールアンテナ又はマイクロストリップパッチアンテナ
との間をつなぐ第２のバイアホール回路が設けられてい
ることを特徴としている。さらに前記第１の金属接地膜
の１部が接地金属ブロックまたは熱伝導度の大きい絶縁
体上の電極パターンに接続固定されていることを特徴と
している。
（作用） このような本発明においては、アンテナ素子がポリイ
ミド等の低誘電率誘電体膜を用いて構成されているた
め、自由空間波長とアンテナ素子中の波長が近づき、ア
ンテナ効率が大幅に上昇する一方で、発熱する半導体素
子は金属ブロック又はダイアモンドIIなどの熱伝導度の
大きい絶縁体上の電極パターンに直接接続固定されるた
め熱抵抗を大幅に下げ動作層温度を低く押さえることが
可能となる。
ミド等の低誘電率誘電体膜を用いて構成されているた
め、自由空間波長とアンテナ素子中の波長が近づき、ア
ンテナ効率が大幅に上昇する一方で、発熱する半導体素
子は金属ブロック又はダイアモンドIIなどの熱伝導度の
大きい絶縁体上の電極パターンに直接接続固定されるた
め熱抵抗を大幅に下げ動作層温度を低く押さえることが
可能となる。
（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例のモノリシックマイク
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを示す図である。
図において、半絶縁性GaAs基板１の裏面に、ｎ型GaAsか
らなるコレクタ層７、ｐ+GaAsからなるベース層９、ｎ
型AlGaAsからなるエミッタ層８から構成されるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（HBT）が設けられ、HBTのコ
レクタ電極６はコレクタ回路36、16に接続されている。
このコレクタ回路16はバイアホール回路10を介してマイ
クロストリップ整合回路15に接続され、さらに接地金属
12を備えたポリイミド上のパッチアンテナ14に接続され
ている。該接地金属12とチップ接地金属３とはバイアホ
ール回路11を介して接続されている。５はHBTのベース
電極であり、４はエミッタ電極である。第２のチップ接
地金属２と前記エミッタ電極４、前記チップ接地金属３
は厚みが同一であり同一平面上にある。整合回路15およ
びコレクタ回路36は各々GaAs基板厚ｔで反対側の面に接
地金属を有するマイクロストリップ回路を構成してい
る。実際にはこのようなモジュールが多数、同一ウェハ
ー内に形成され、１ウェハーでアクティブフェイズドア
レイレーダシステムあるいはレーダシステムの１部分を
構成する。
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを示す図である。
図において、半絶縁性GaAs基板１の裏面に、ｎ型GaAsか
らなるコレクタ層７、ｐ+GaAsからなるベース層９、ｎ
型AlGaAsからなるエミッタ層８から構成されるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（HBT）が設けられ、HBTのコ
レクタ電極６はコレクタ回路36、16に接続されている。
このコレクタ回路16はバイアホール回路10を介してマイ
クロストリップ整合回路15に接続され、さらに接地金属
12を備えたポリイミド上のパッチアンテナ14に接続され
ている。該接地金属12とチップ接地金属３とはバイアホ
ール回路11を介して接続されている。５はHBTのベース
電極であり、４はエミッタ電極である。第２のチップ接
地金属２と前記エミッタ電極４、前記チップ接地金属３
は厚みが同一であり同一平面上にある。整合回路15およ
びコレクタ回路36は各々GaAs基板厚ｔで反対側の面に接
地金属を有するマイクロストリップ回路を構成してい
る。実際にはこのようなモジュールが多数、同一ウェハ
ー内に形成され、１ウェハーでアクティブフェイズドア
レイレーダシステムあるいはレーダシステムの１部分を
構成する。
第２図は第１図実施例の素子を実装した場合の断面図
で、能動層に近いエミッタ電極４およびチップ接地金属
２および３は熱伝導度の良い絶縁体であるダイアモンド
II、17上に形成された接地金属72、71に熱圧着法等で接
触して構成されている。18は接地金属である。
で、能動層に近いエミッタ電極４およびチップ接地金属
２および３は熱伝導度の良い絶縁体であるダイアモンド
II、17上に形成された接地金属72、71に熱圧着法等で接
触して構成されている。18は接地金属である。
第３図はダイアモンドII17の代わりに金属ブロック19
を用いた別の実装例を示す図である。
を用いた別の実装例を示す図である。
第４図は本発明の第２の実装例のモノリシックマイク
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを示す図で、第１
図実施例との相違点はアンテナ素子がマイクロストリッ
プダイポールアンテナ22である点と、バイアホール回路
10および20がバランの出力端子76と81に接続されている
点である。
ロ波ミリ波アレイアンテナモジュールを示す図で、第１
図実施例との相違点はアンテナ素子がマイクロストリッ
プダイポールアンテナ22である点と、バイアホール回路
10および20がバランの出力端子76と81に接続されている
点である。
このような本発明の実施例においては発熱する能動素
子をチップ裏面に形成し熱伝導度の優れた接地体に直接
接続し熱抵抗を下げる一方で、アンテナ素子は比誘電率
εｒが３程度のポリイミド上に形成されるためアンテナ
効率が良くなるという作用を有する。さらに表面にある
整合回路15や、コレクタ回路36のように裏面にある回路
は波長短縮率の大きいGaAs（εｒ＝12.7）を基板にした
マイクロストリップ回路となるため、アンテナ以外の回
路は小型にできるという効果も併せもつ。
子をチップ裏面に形成し熱伝導度の優れた接地体に直接
接続し熱抵抗を下げる一方で、アンテナ素子は比誘電率
εｒが３程度のポリイミド上に形成されるためアンテナ
効率が良くなるという作用を有する。さらに表面にある
整合回路15や、コレクタ回路36のように裏面にある回路
は波長短縮率の大きいGaAs（εｒ＝12.7）を基板にした
マイクロストリップ回路となるため、アンテナ以外の回
路は小型にできるという効果も併せもつ。
本発明の実施例においては基板は半絶縁性GaAs基板を
用いたが基板はGaAsに限らずInP、GaP等他の化合物半導
体基板でも良いことはいうまでもない。また実施例にお
いて能動素子としてHBTを用いたが、HBTに限らずGaAsFE
T、HEMT、MISFETでも良い。またアンテナ素子を構成す
る低誘電率誘電体もポリイミドに限らない。
用いたが基板はGaAsに限らずInP、GaP等他の化合物半導
体基板でも良いことはいうまでもない。また実施例にお
いて能動素子としてHBTを用いたが、HBTに限らずGaAsFE
T、HEMT、MISFETでも良い。またアンテナ素子を構成す
る低誘電率誘電体もポリイミドに限らない。
（発明の効果） 本発明によればアンテナ効率が高くしかも熱抵抗の小
さい高信頼度のモノリシックマイクロ波ミリ波アレイア
ンテナモジュールが得られる。
さい高信頼度のモノリシックマイクロ波ミリ波アレイア
ンテナモジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のアレイアンテナモジュールの第１の実
施例を示す図、第２図と第３図はそれぞれ実装した場合
の断面図、第４図は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。第５図は従来例のアレイアンテナモジュールを示す
図である。これらの図において、 １……半絶縁性GaAs基板、２、３、12、18、71、72……
接地金属、４……エミッタ電極、５……ベース電極、６
……コレクタ電極、７……コレクタ層、８……エミッタ
層、９……ベース層、10、11、20……バイアホール回
路、13……ポリイミド、14……パッチアンテナ、15……
整合回路、16、36……コレクタ回路、17……ダイアモン
ドII、19……金属ブロック、22……マイクロストリップ
ダイポールアンテナ、76、81……出力端子、62……能動
素子回路
施例を示す図、第２図と第３図はそれぞれ実装した場合
の断面図、第４図は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。第５図は従来例のアレイアンテナモジュールを示す
図である。これらの図において、 １……半絶縁性GaAs基板、２、３、12、18、71、72……
接地金属、４……エミッタ電極、５……ベース電極、６
……コレクタ電極、７……コレクタ層、８……エミッタ
層、９……ベース層、10、11、20……バイアホール回
路、13……ポリイミド、14……パッチアンテナ、15……
整合回路、16、36……コレクタ回路、17……ダイアモン
ドII、19……金属ブロック、22……マイクロストリップ
ダイポールアンテナ、76、81……出力端子、62……能動
素子回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｐ 5/08 Ｈ０１Ｌ 29/205 Ｈ０１Ｑ 13/08 9447−4Ｍ 29/80 21/06
Claims (2)
- 【請求項１】半絶縁性化合物半導体基板の第１面に、第
１の金属接地膜および少なくとも１個の半導体素子が設
けられ、前記半導体基板の第２面の一部に該第２面に接
して第２の金属接地膜が設けられ、該接地金属膜上に低
誘電率誘電体膜が設けられ、該誘電体膜上にマイクロス
トリップダイポールアンテナ導体又はマイクロストリッ
プパッチアンテナ導体が設けられ、前記第１の金属接地
膜および前記第２の金属接地膜が第１のバイアホール回
路により電気的に接続されるとともに、前記半導体素子
の電極またはこれにつながる回路と前記マイクロストリ
ップダイポールアンテナ又はマイクロストリップパッチ
アンテナとの間をつなぐ第２のバイアホール回路が設け
られていることを特徴とするモノリシックマイクロ波ミ
リ波アレイアンテナモジュール。 - 【請求項２】前記第１の金属接地膜の一部が接地金属ブ
ロックまたは熱伝導度の大きい絶縁体上の電極パターン
に接続固定されていることを特徴とする特許請求の範囲
第一項記載のモノリシックマイクロ波ミリ波アレイアン
テナモジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2126159A JP2621576B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | モノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジュール |
| US07/699,279 US5202752A (en) | 1990-05-16 | 1991-05-13 | Monolithic integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2126159A JP2621576B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | モノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421203A JPH0421203A (ja) | 1992-01-24 |
| JP2621576B2 true JP2621576B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=14928139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2126159A Expired - Fee Related JP2621576B2 (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | モノリシックマイクロ波ミリ波アレイアンテナモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621576B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06125208A (ja) * | 1992-10-09 | 1994-05-06 | Mitsubishi Electric Corp | マイクロ波集積回路およびその製造方法 |
| JP2750268B2 (ja) * | 1993-12-21 | 1998-05-13 | 株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所 | マイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法 |
| US6384785B1 (en) | 1995-05-29 | 2002-05-07 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Heterogeneous multi-lamination microstrip antenna |
| JP3196752B2 (ja) * | 1999-01-28 | 2001-08-06 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路装置とその製造方法 |
| WO2002093685A1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-21 | Cypress Semiconductor Corp. | Ball grid array antenna |
| JP4337457B2 (ja) * | 2003-07-30 | 2009-09-30 | 日本電気株式会社 | アンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置 |
| JP2006114732A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Renesas Technology Corp | 半導体装置及びその製造方法、並びに半導体モジュール |
| JP2007235199A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リフレクタアンテナ |
| US8077095B2 (en) * | 2007-03-29 | 2011-12-13 | Intel Corporation | Multi-band highly isolated planar antennas integrated with front-end modules for mobile applications |
| KR20120040229A (ko) * | 2010-03-03 | 2012-04-26 | 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 | 무선 통신 모듈 및 ｇｓｍ 멀티밴드 무선 통신 모듈 |
| WO2015162815A1 (ja) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | 株式会社村田製作所 | 半導体素子及び高周波増幅器モジュール |
| JP6622649B2 (ja) * | 2015-12-21 | 2019-12-18 | ホシデン株式会社 | 非接触通信モジュール |
| WO2017110273A1 (ja) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | ホシデン株式会社 | 非接触通信モジュール |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0746762B2 (ja) * | 1986-01-30 | 1995-05-17 | 日本電気株式会社 | 円偏波マイクロストリツプアンテナ |
| JPH01154607A (ja) * | 1987-12-11 | 1989-06-16 | Fujitsu Ltd | 送受信装置 |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP2126159A patent/JP2621576B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421203A (ja) | 1992-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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