JP3472678B2 - アンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はアンテナ一体化マ
イクロ波・ミリ波回路に関する。より詳しくは、マイク
ロ波やミリ波を放射または受信することができるアンテ
ナと、マイクロ波やミリ波帯等の信号を増幅、変調また
は周波数変換等する半導体素子を含む回路（この明細書
を通して「マイクロ波・ミリ波回路」という。）とを一
体に組み合わせたアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報量の増大に伴い、マイクロ波
やミリ波のような高周波での高速・大容量のパーソナル
通信が注目されている。このように通信においては送受
信機として、アンテナとマイクロ波・ミリ波回路とを一
体化させた、小型・軽量で高性能のアンテナ一体化マイ
クロ波・ミリ波回路が必要となる。

【０００３】図６は、従来のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の一例を示している（特開平６−７７７２
９号公報）。このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路５９０は、一方の面５５４ａにストリップ導体を要素
とするマイクロ波回路５５６が形成されるとともに他方
の面５５４ｂに切り欠き（結合孔）５５５を有する接地
導体５５２が形成された半導体基板５５４と、一方の面
５５１ａに放射導体５５３が形成された誘電体基板５５
１とを、誘電体基板５５１の他方の面５５１ｂを接地導
体５５２に対向させて積層したものである。これによ
り、放射導体５５３と接地導体５５２とがマイクロスト
リップアンテナを構成する。誘電体基板５５１の周りに
は、補強および放熱のための金属台５６０が、接地導体
５５２と電気的に接続された状態で設けられている。上
記結合孔５５５を介してマイクロ波回路５５６と放射導
体５５３とが電磁的に結合して、マイクロ波を放射また
は受信することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路５９０は量産性に
欠けるという問題がある。すなわち、マイクロ波回路５
５６と放射導体５５３との位置合わせ精度が特性に大き
く影響し、半導体基板５５４と誘電体基板５５１とを特
性を損なわないように結合させることが難しい。また、
半導体基板５５４と誘電体基板５５１とを一体に結合す
るために両者の間に通常は接着物質（接着剤や粘着シー
ト）が介挿されるが、この接着物質の厚み、比誘電率に
よって共振周波数が変化し、かつ上記接着物質の誘電体
損によってマイクロ波回路５５６と放射導体５５３との
間の結合損失が増加する。このように、特性を維持する
ために組立精度が厳しく要求されるため、量産性に欠け
る。

【０００５】また、上記アンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路５９０は、半導体基板５５４上に形成されたマ
イクロ波回路５５６が、放射導体５５３との結合のため
にマイクロストリップ線路を伝送線路としているため、
回路構成が大きな制約を受けるという問題がある。

【０００６】さらに、金属台５６０を設けているため、
小型・軽量化が妨げられるという問題がある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、小型・軽量で
量産性に優れ、回路構成の自由度を高めることができる
アンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路
は、マイクロ波またはミリ波を放射または受信すること
ができるアンテナと、マイクロ波・ミリ波回路が形成さ
れた半導体チップとが一体に組合わされたアンテナ一体
化マイクロ波・ミリ波回路であって、誘電体または半導
体からなる基板の一方の面上に、パッチアンテナアレイ
と、このパッチアンテナアレイを離間して取り囲む第１
の接地導体とが形成され、前記基板の他方の面上に、ア
ンテナのための接地導体として働く第２の接地導体が形
成されるとともに、前記第２の接地導体と離間した位置
に前記半導体チップが取り付けられ、前記半導体チップ
から伝送線路が形成され、前記伝送線路が前記基板を貫
通するヴィアホールを埋めた導体によって、前記パッチ
アンテナアレイの導波路部と電気的に接続されているこ
とを特徴とする。

【０００９】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路では、基板の一方の面上のパッチアンテナアレイ、前
記基板の他方の面上の伝送線路、前記基板を貫通するヴ
ィアホールおよびこれを埋めた導体は、パターン加工や
プリント配線などの公知の技術によって形成される。そ
して、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体チッ
プは、例えばフェイスダウンボンディングなどの公知の
技術によって前記伝送線路上に取り付けられる。この結
果、前記半導体チップとパッチアンテナアレイとの間の
結合特性は、前記伝送線路、ヴィアホールおよびこれを
埋めた導体のパターン精度によって定まり、前記半導体
チップの取付精度に殆ど左右されることはない。したが
って、前記半導体チップとパッチアンテナアレイとの間
の結合特性が良好に維持される上、組立精度が緩和さ
れ、従来に比して量産性が高まる。また、前記伝送線路
の一部として前記コプレーナ線路の他にマイクロストリ
ップ線路などを採用することができ、回路構成上の制約
が比較的少なくなる。また、このアンテナ一体化マイク
ロ波・ミリ波回路によれば、第１の接地導体を前記伝送
線路のための接地導体として用いることができる。ま
た、第２の接地導体がアンテナのための接地導体として
働く。この結果、従来例のような金属台が不要となり、
小型・軽量となる。

【００１０】また、前記パッチアンテナアレイを離間し
て取り囲む導電膜からなる第１の接地導体とが形成さ
れ、前記基板の他方の面上に、前記パッチアンテナアレ
イおよび第１の接地導体と対応する領域を覆うように導
電膜からなる第２の接地導体が形成されるとともに、前
記第２の接地導体と離間した位置に前記半導体チップが
取り付けられ、この半導体チップから前記第２の接地導
体側へ延びる伝送線路が形成され、前記伝送線路のうち
少なくとも前記第２の接地導体側の一部をなすスロット
線路が、前記基板を挟んで、前記パッチアンテナアレイ
の導波路部と電磁界の作用で結合するようになっている
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路では、前記パッチアンテナアレイを離間し
て取り囲む導電膜からなる第１の接地導体とが形成さ
れ、 前記基板の他方の面上に、前記パッチアンテナアレ
イおよび第１の接地導体と対応する領域を覆うように導
電膜からなる第２の接地導体が形成されるとともに、前
記第２の接地導体と離間した位置に前記半導体チップが
取り付けられ、この半導体チップから前記第２の接地導
体側へ延びる伝送線路が形成され、 前記伝送線路のうち
少なくとも前記第２の接地導体側の一部をなすコプレー
ナ線路が、前記基板を挟んで、前記パッチアンテナアレ
イの導波路部と電磁界の作用で結合するようになってい
ることを特徴とする。

【００１２】また、本発明のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路において、前記第１の接地導体と第２の接
地導体とは、前記基板を貫通する複数のヴィアホール導
体によって、互いに電気的に接続されていることを特徴
とする。

【００１３】また、本発明のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路において、前記第２の接地導体は、前記基
板の他方の面上の、前記パッチアンテナアレイおよび第
１の接地導体と対応する領域を覆っていることを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明のアンテナ一体化
マイクロ波・ミリ波回路の実施の形態を図面を参照しな
がら詳細に説明する。

【００１５】（第１の実施形態）図１は、マイクロ波ま
たはミリ波を放射または受信することができるアンテナ
３と、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体チッ
プとしてのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集積回
路）８，９とが一体に組合わされたアンテナ一体化マイ
クロ波・ミリ波回路９０の概略構成を示している。同図
(a)は誘電体基板１の一方の面である裏面１ｂ側を示
し、同図(b)は基板１の他方の面である表面１ａ側を示
し、また、同図(c)は同図(a)，(b)におけるＡ−Ａ′線
断面を示している。

【００１６】図１(a)に示すように、基板裏面１ｂ上の
図において右側（Ａ′側）に相当するアンテナ領域２０
には、パッチアンテナアレイ３と、このパッチアンテナ
アレイ３につながる信号導波路４と、これらを離間して
取り囲む第１の接地導体２が形成されている。第１の接
地導体２は、このアンテナ領域２０と隣り合うマイクロ
波・ミリ波回路領域３０の全域に延在している。これら
のパッチアンテナアレイ３、信号導波路４、第１の接地
導体２は同一層の金属膜からなっている。

【００１７】図１(b)および(c)に示すように、基板表面
１ａ上の図において左側（Ａ側）に相当するマイクロ波
・ミリ波回路領域３０には、コプレーナ線路７ｃ，７
ｂ，７ａが形成されている。コプレーナ線路７ｃ，７ｂ
の端部が近接している箇所には、他のコプレーナ線路７
ｄの信号入出力端子と、バイアス回路３５ｃの端子とが
近接している。これらのコプレーナ線路７ｃ，７ｂ，７
ｄおよびバイアス回路３５ｃの互いに近接した端部上
に、バンプを有するＭＭＩＣ９がフェイスダウンボンデ
ィングにより取り付けられている。また、コプレーナ線
路７ｂ，７ａの端部が近接している箇所には、さらにバ
イアス回路３５ａ，３５ｂの各端子が近接している。こ
れらのコプレーナ線路７ｂ，７ａおよびバイアス回路３
５ａ，３５ｂの互いに近接した端部上に、バンプを有す
るＭＭＩＣ８がフェイスダウンボンディングにより取り
付けられている。

【００１８】基板表面１ａのアンテナ領域２０は、コプ
レーナ線路７ａの接地導体を構成するために、略全域が
第２の接地導体１０によって覆われている。この第２の
接地導体１０は、上記コプレーナ線路７ｃ，７ｂ，７ａ
および７ｄと同一層の金属膜からなっている。そして、
基板裏面１ｂの第１の接地導体２と、基板表面１ａの第
２の接地導体１０（コプレーナ線路７ｃ，７ｂ，７ａ，
７ｄの接地導体として働く部分を含む）とは、基板１を
貫通する多数のヴィアホール５の導体によって、互いに
電気的に接続されている。この結果、基板表面１ａの第
２の接地導体１０が、基板裏面１ｂのパッチアンテナア
レイ３および信号導波路（マイクロストリップ線路）４
のための接地導体として機能する。したがって、従来例
のような金属台を省略でき、小型・軽量に構成できる。

【００１９】コプレーナ線路７ａのストリップ導体の右
側端部Ｃは、アンテナ領域２０内の信号導波路４と対応
する箇所に達しており、基板１を貫通するヴィアホール
６の導体１９によって、信号導波路４のストリップ導体
と電気的に接続されている。

【００２０】次に、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路９０の動作を、送信機として動作する場合の例
で説明する。この場合、ＭＭＩＣ９はフィルタ機能を有
する周波数変換器又は変調器を構成し、ＭＭＩＣ８は高
出力増幅器を構成する。

【００２１】コプレーナ線路７ｃを通して入力される入
力信号Ｉ₁は、ＭＭＩＣ９が変調器の場合は変調信号で
あり、また、ＭＭＩＣ９が周波数変換器の場合はＩＦ
（中間数周波数）信号である。コプレーナ線路７ｄを通
して入力される入力信号Ｉ₂は、ＭＭＩＣ９が変調器の
場合は搬送波信号であり、また、ＭＭＩＣ９が周波数変
換器の場合はＬＯ（局部発振）信号である。ＭＭＩＣ９
の出力信号、すなわち入力信号Ｉ₁が入力信号Ｉ₂によっ
て変調又は周波数変換され（、かつ周波数制限され）た
結果として得られる信号は、コプレーナ線路７ｂを通し
て、高出力増幅器としてのＭＭＩＣ８に入力され、そこ
で増幅される。ＭＭＩＣ８の出力信号は、コプレーナ線
路７ａ、ヴィアホール６の導体１９を通して、基板裏面
１ｂの信号導波路４へ導かれて、コプレーナ線路の伝送
モードからマイクロストリップ線路の伝送モードに変換
される。そして、パッチアンテナアレイ３によって放射
される。

【００２２】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路９０では、基板裏面１ｂ上のパッチアンテナアレイ
３、信号導波路４および第１の接地導体２、基板表面１
ａ上のコプレーナ線路７ｃ，７ｂ，７ａ，７ｄ、バイア
ス回路３５ａ，３５ｂ，３５ｃおよび第２の接地導体１
０、並びに上記基板１を貫通するヴィアホール５，６の
導体１９は、パターン加工やプリント配線などの公知の
技術によって形成される。そして、ＭＭＩＣ８，９は、
例えばフェイスダウンボンディングなどの公知の技術に
よって上記コプレーナ線路７ｃ，７ｂ，７ａ，７ｄやバ
イアス回路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ上に取り付けられ
る。このとき、アンテナ側のＭＭＩＣ８とパッチアンテ
ナアレイ３との間の結合特性は、コプレーナ線路７ａ、
ヴィアホール６、導体１９および信号導波路４のパター
ン精度によって定まり、ＭＭＩＣ８の取付精度に殆ど左
右されることはない。したがって、アンテナ側のＭＭＩ
Ｃ８とパッチアンテナアレイ３との間の結合特性を良好
に維持できる上、組立精度を緩和でき、従来に比して量
産性を高めることができる。

【００２３】（第２の実施形態）図２は、マイクロ波ま
たはミリ波を放射または受信することができるアンテナ
１０３と、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体
チップとしてのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集
積回路）１０８，１０９とが一体に組合わされたアンテ
ナ一体化マイクロ波・ミリ波回路１９０の概略構成を示
している。同図(a)は誘電体基板１０１の一方の面であ
る裏面１０１ｂ側を示し、同図(b)は基板１０１の他方
の面である表面１０１ａ側を示し、また、同図(c)は同
図(a)，(b)におけるＡ−Ａ′線断面を示している。な
お、図１中の構成要素と対応する構成要素は、同じ参照
数字に１００を加えて表している。

【００２４】図２(a)に示すように、基板裏面１０１ｂ
上の図において右側（Ａ′側）に相当するアンテナ領域
１２０には、パッチアンテナアレイ１０３と、このパッ
チアンテナアレイ１０３につながる信号導波路１０４
と、これらを離間して取り囲む第１の接地導体１０２が
形成されている。第１の接地導体１０２は、このアンテ
ナ領域１２０と隣り合うマイクロ波・ミリ波回路領域１
３０の全域に延在している。これらのパッチアンテナア
レイ１０３、信号導波路１０４、第１の接地導体１０２
は同一層の金属膜からなっている。

【００２５】図２(b)および(c)に示すように、基板表面
１０１ａ上の図において左側（Ａ側）に相当するマイク
ロ波・ミリ波回路領域１３０には、Ａ−Ａ′線に沿って
延びるマイクロストリップ線路１１１ｃ，１１１ｂ，１
１１ａおよびコプレーナ線路１０７ａが形成されてい
る。マイクロストリップ線路１１１ｃ，１１１ｂの端部
が近接している箇所には、さらにマイクロストリップ線
路１１１ｄの端部と、バイアス回路１３５ｃの端部とが
近接している。これらのマイクロストリップ線路１１１
ｃ，１１１ｂ，１１１ｄおよびバイアス回路１３５ｃの
互いに近接した端部上に、バンプを有するＭＭＩＣ１０
９がフェイスダウンボンディングにより取り付けられて
いる。また、マイクロストリップ線路１１１ｂ，１１１
ａの端部が近接している箇所には、さらにバイアス回路
１３５ａ，１３５ｂの各端部が近接している。これらの
マイクロストリップ線路１１１ｂ，１１１ａおよびバイ
アス回路１３５ａ，１３５ｂの互いに近接した端部上
に、バンプを有するＭＭＩＣ１０８がフェイスダウンボ
ンディングにより取り付けられている。マイクロストリ
ップ線路１１１ａのストリップ導体はコプレーナ線路１
０７ａのストリップ導体と接続されている。

【００２６】基板表面１０１ａのアンテナ領域１２０
は、コプレーナ線路１０７ａの接地導体を構成するため
に、略全域が第２の接地導体１１０によって覆われてい
る。この第２の接地導体１１０は、上記マイクロストリ
ップ線路１１１ｃ，１１１ｂ，１１１ａ，１１１ｄおよ
びコプレーナ線路１０７ａと同一層の金属膜からなって
いる。そして、基板裏面１０１ｂの第１の接地導体１０
２と、基板表面１０１ａの第２の接地導体１１０（バイ
アス回路１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃおよびマイクロ
ストリップ線路１１１ｄの両側に配された部分を含む）
とは、基板１０１を貫通する多数のヴィアホール１０５
の導体によって、互いに電気的に接続されている。この
結果、基板表面１０１ａの第２の接地導体１１０が、基
板裏面１０１ｂのパッチアンテナアレイ１０３および信
号導波路（マイクロストリップ線路）１０４のための接
地導体として機能する。したがって、従来例のような金
属台を省略でき、小型・軽量に構成できる。

【００２７】コプレーナ線路１０７ａのストリップ導体
の右側端部Ｃは、アンテナ領域１２０内の信号導波路１
０４と対応する箇所に達しており、基板１０１を貫通す
るヴィアホール１０６の導体１１９によって、信号導波
路１０４のストリップ導体と電気的に接続されている。

【００２８】次に、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路１９０の動作を、送信機として動作する場合の
例で説明する。この場合、ＭＭＩＣ１０９はフィルタ機
能を有する周波数変換器又は変調器を構成し、ＭＭＩＣ
１０８は高出力増幅器を構成する。

【００２９】マイクロストリップ線路１１１ｃを通して
入力される入力信号Ｉ₁は、ＭＭＩＣ１０９が変調器の
場合は変調信号であり、また、ＭＭＩＣ１０９が周波数
変換器の場合はＩＦ（中間数周波数）信号である。マイ
クロストリップ線路１１１ｄを通して入力される入力信
号Ｉ₂は、ＭＭＩＣ１０９が変調器の場合は搬送波信号
であり、また、ＭＭＩＣ１０９が周波数変換器の場合は
ＬＯ（局部発振）信号である。ＭＭＩＣ１０９の出力信
号、すなわち入力信号Ｉ₁が入力信号Ｉ₂によって変調又
は周波数変換され（、かつ周波数制限され）た結果とし
て得られる信号は、マイクロストリップ線路１１１ｂを
通して、高出力増幅器としてのＭＭＩＣ１０８に入力さ
れ、そこで増幅される。ＭＭＩＣ１０８の出力信号は、
マイクロストリップ線路１１１ａからコプレーナ線路１
０７ａへ導かれて、マイクロストリップ線路の伝送モー
ドからコプレーナ線路の伝送モードに変換される。さら
に、この出力信号は、コプレーナ線路１０７ａからヴィ
アホール１０６の導体１１９を通して、基板裏面１０１
ｂの信号導波路１０４へ導かれて、コプレーナ線路の伝
送モードからマイクロストリップ線路の伝送モードに変
換される。そして、パッチアンテナアレイ１０３によっ
て放射される。

【００３０】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路１９０では、基板裏面１０１ｂ上のパッチアンテナア
レイ１０３、信号導波路１０４および第１の接地導体１
０２、基板表面１０１ａ上のマイクロストリップ線路１
１１ｃ，１１１ｂ，１１１ａ，１１１ｄ、コプレーナ線
路１０７ａ、バイアス回路１３５ａ，１３５ｂ，１３５
ｃおよび第２の接地導体１１０、並びに上記基板１０１
を貫通するヴィアホール１０５，１０６およびこれを埋
めた導体１１９は、パターン加工やプリント配線などの
公知の技術によって形成される。そして、ＭＭＩＣ１０
８，１０９は、例えばフェイスダウンボンディングなど
の公知の技術によって上記マイクロストリップ線路１１
１ｃ，１１１ｂ，１１１ａ，１１１ｄやバイアス回路１
３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ上に取り付けられる。この
とき、アンテナ側のＭＭＩＣ１０８とパッチアンテナア
レイ１０３との間の結合特性は、マイクロストリップ線
路１１１ａ、コプレーナ線路１０７ａ、ヴィアホール１
０６、導体１１９および信号導波路１０４のパターン精
度によって定まり、ＭＭＩＣ１０８の取付精度に殆ど左
右されることはない。したがって、アンテナ側のＭＭＩ
Ｃ１０８とパッチアンテナアレイ１０３との間の結合特
性を良好に維持できる上、組立精度を緩和でき、従来に
比して量産性を高めることができる。

【００３１】（第３の実施形態）図３は、マイクロ波ま
たはミリ波を放射または受信することができるアンテナ
２０３と、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体
チップとしてのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集
積回路）２０８，２０９とが一体に組合わされたアンテ
ナ一体化マイクロ波・ミリ波回路２９０の概略構成を示
している。同図(a)は誘電体基板２０１の一方の面であ
る裏面２０１ｂ側を示し、同図(b)は基板２０１の他方
の面である表面２０１ａ側を示し、また、同図(c)は同
図(a)，(b)におけるＡ−Ａ′線断面を示している。な
お、図１中の構成要素と対応する構成要素は、同じ参照
数字に２００を加えて表している。

【００３２】図３(a)に示すように、基板裏面２０１ｂ
上の図において右側（Ａ′側）に相当するアンテナ領域
２２０には、パッチアンテナアレイ２０３と、このパッ
チアンテナアレイ２０３につながる信号導波路２０４
と、これらを離間して取り囲む第１の接地導体２０２が
形成されている。第１の接地導体２０２は、このアンテ
ナ領域２２０と隣り合うマイクロ波・ミリ波回路領域２
３０の全域に延在している。これらのパッチアンテナア
レイ２０３、信号導波路２０４、第１の接地導体２０２
は同一層の金属膜からなっている。

【００３３】図３(b)および(c)に示すように、基板表面
２０１ａ上の図において左側（Ａ側）に相当するマイク
ロ波・ミリ波回路領域２３０には、マイクロストリップ
線路２１１ｃ，２１１ｂ，２１１ａおよびスロット線路
２１２が形成されている。マイクロストリップ線路２１
１ｃ，２１１ｂの端部が近接している箇所には、さらに
マイクロストリップ線路２１１ｄの端部と、バイアス回
路２３５ｃの端部とが近接している。これらのマイクロ
ストリップ線路２１１ｃ，２１１ｂ，２１１ｄおよびバ
イアス回路２３５ｃの互いに近接した端部上に、バンプ
を有するＭＭＩＣ２０９がフェイスダウンボンディング
により取り付けられている。また、マイクロストリップ
線路２１１ｂ，２１１ａの端部が近接している箇所に
は、バイアス回路２３５ａ，２３５ｂの各端部が近接し
ている。これらのマイクロストリップ線路２１１ｂ，２
１１ａおよびバイアス回路２３５ａ，２３５ｂの互いに
近接した端部上に、バンプを有するＭＭＩＣ２０８がフ
ェイスダウンボンディングにより取り付けられている。
マイクロストリップ線路２１１ａのストリップ導体はス
ロット線路２１２のスロット導体２１２ｂと接続されて
いる。

【００３４】基板表面２０１ａのアンテナ領域２２０
は、スロット線路２１２のスロット２１２ａを構成する
ために、略全域が第２の接地導体２１０によって覆われ
ている。この第２の接地導体２１０は、上記マイクロス
トリップ線路２１１ｃ，２１１ｂ，２１１ａ，２１１ｄ
およびスロット線路２１２と同一層の金属膜からなって
いる。そして、基板裏面２０１ｂの第１の接地導体２０
２と、基板表面２０１ａの第２の接地導体２１０（バイ
アス回路２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃおよびマイクロ
ストリップ線路２１１ｄの両側に配された部分を含む）
とは、基板２０１を貫通する多数のヴィアホール２０５
を埋めた導体によって、互いに電気的に接続されてい
る。この結果、基板表面２０１ａの第２の接地導体２１
０が、基板裏面２０１ｂのパッチアンテナアレイ２０３
および信号導波路（マイクロストリップ線路）２０４の
ための接地導体として機能する。したがって、従来例の
ような金属台を省略でき、小型・軽量に構成できる。

【００３５】スロット線路２１２のスロット２１２ａ
は、マイクロ波・ミリ波回路領域２３０側からアンテナ
領域２２０内の信号導波路２０４と対応する箇所に達し
ている。この結果、このスロット線路２１２は、基板２
０１を挟んで、信号導波路２０４のストリップ導体と電
磁界の作用で結合するようになっている。

【００３６】次に、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路２９０の動作を、送信機として動作する場合の
例で説明する。ただし、入力信号Ｉ₁，Ｉ₂に基づいてＭ
ＭＩＣ２０８の出力信号が得られるまでの動作は、第２
の実施形態と同様であるため説明を省略する。

【００３７】この場合、ＭＭＩＣ２０８の出力信号は、
マイクロストリップ線路２１１ａからスロット線路２１
２へ導かれて、マイクロストリップ線路の伝送モードか
らスロット線路の伝送モードに変換される。さらに、こ
の出力信号は、スロット線路２１２から、基板２０１を
挟んで電磁界の作用によって基板裏面２０１ｂの信号導
波路２０４へ導かれて、スロット線路の伝送モードから
マイクロストリップ線路の伝送モードに変換される。そ
して、パッチアンテナアレイ２０３によって放射され
る。

【００３８】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路２９０では、基板裏面２０１ｂ上のパッチアンテナア
レイ２０３、信号導波路２０４および第１の接地導体２
０２、基板表面２０１ａ上のマイクロストリップ線路２
１１ｃ，２１１ｂ，２１１ａ，２１１ｄ、スロット線路
２１２、バイアス回路２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃお
よび第２の接地導体２１０、並びに上記基板２０１を貫
通するヴィアホール２０５の導体は、パターン加工やプ
リント配線などの公知の技術によって形成される。そし
て、ＭＭＩＣ２０８，２０９は、例えばフェイスダウン
ボンディングなどの公知の技術によって上記マイクロス
トリップ線路２１１ｃ，２１１ｂ，２１１ａ，２１１ｄ
やバイアス回路２３５ａ，２３５ｂ，２３５ｃ上に取り
付けられる。このとき、アンテナ側のＭＭＩＣ２０８と
パッチアンテナアレイ２０３との間の結合特性は、基板
２０１の厚みの精度や、マイクロストリップ線路２１１
ａ、スロット線路２１２および信号導波路２０４のパタ
ーン精度によって定まり、ＭＭＩＣ２０８の取付精度に
殆ど左右されることはない。したがって、アンテナ側の
ＭＭＩＣ２０８とパッチアンテナアレイ２０３との間の
結合特性を良好に維持できる上、組立精度を緩和でき、
従来に比して量産性を高めることができる。

【００３９】（第４の実施形態）図４は、マイクロ波ま
たはミリ波を放射または受信することができるアンテナ
３０３と、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体
チップとしてのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集
積回路）３０８，３０９とが一体に組合わされたアンテ
ナ一体化マイクロ波・ミリ波回路３９０の概略構成を示
している。同図(a)は誘電体基板３０１の一方の面であ
る裏面３０１ｂ側を示し、同図(b)は基板３０１の他方
の面である表面３０１ａ側を示し、また、同図(c)は同
図(a)，(b)におけるＡ−Ａ′線断面を示している。な
お、図１中の構成要素と対応する構成要素は、同じ参照
数字に３００を加えて表している。

【００４０】図４(a)に示すように、基板裏面３０１ｂ
上の図において右側（Ａ′側）に相当するアンテナ領域
３２０には、パッチアンテナアレイ３０３と、このパッ
チアンテナアレイ３０３につながる信号導波路３０４
と、これらを離間して取り囲む第１の接地導体３０２が
形成されている。第１の接地導体３０２は、このアンテ
ナ領域３２０と隣り合うマイクロ波・ミリ波回路領域３
３０の全域に延在している。これらのパッチアンテナア
レイ３０３、信号導波路３０４、第１の接地導体３０２
は同一層の金属膜からなっている。

【００４１】図４(b)および(c)に示すように、基板表面
３０１ａ上の図において左側（Ａ側）に相当するマイク
ロ波・ミリ波回路領域３３０には、コプレーナ線路３０
７ｃ，３０７ｂおよびその方向からＡ−Ａ′線に対して
垂直な方向にＬ字状に屈曲したコプレーナ線路３０７ａ
が形成されている。コプレーナ線路３０７ｃ，３０７ｂ
の端部が近接している箇所には、コプレーナ線路３０７
ｄの端部と、バイアス回路３３５ｃの端部とが近接して
いる。これらのコプレーナ線路３０７ｃ，３０７ｂ，３
０７ｄおよびバイアス回路３３５ｃの互いに近接した端
部上に、バンプを有するＭＭＩＣ３０９がフェイスダウ
ンボンディングにより取り付けられている。また、コプ
レーナ線路３０７ｂ，３０７ａの端部が近接している箇
所には、さらにバイアス回路３３５ａ，３３５ｂの各端
部が近接している。これらのコプレーナ線路３０７ｂ，
３０７ａおよびバイアス回路３３５ａ，３３５ｂの互い
に近接した端部上に、バンプを有するＭＭＩＣ３０８が
フェイスダウンボンディングにより取り付けられてい
る。コプレーナ線路３０７ａのストリップ導体は後述す
るスロット線路３１２のスロット導体３１２ｂと接続さ
れている。

【００４２】基板表面３０１ａのアンテナ領域３２０
は、スロット線路３１２のスロット３１２ａを構成する
ために切り欠かれている箇所を除いて、略全域が第２の
接地導体１１０によって覆われている。この第２の接地
導体１１０は、上記コプレーナ線路３０７ｃ，３０７
ｂ，３０７ａおよび３０７ｄと同一層の金属膜からなっ
ている。そして、基板裏面３０１ｂの第１の接地導体３
０２と、基板表面３０１ａの第２の接地導体３１０（コ
プレーナ線路３０７ｃ，３０７ｂ，３０７ａ，３０７ｄ
の接地導体として働く部分を含む）とは、基板３０１を
貫通する多数のヴィアホール３０５の導体によって、互
いに電気的に接続されている。この結果、基板表面３０
１ａの第２の接地導体３１０が、基板裏面３０１ｂのパ
ッチアンテナアレイ３０３および信号導波路（マイクロ
ストリップ線路）３０４のための接地導体として機能す
る。したがって、従来例のような金属台を省略でき、小
型・軽量に構成できる。

【００４３】スロット線路３１２のスロット３１２ａ
は、マイクロ波・ミリ波回路領域３３０側からＡ−Ａ′
線に沿って延びてアンテナ領域３２０内の信号導波路３
０４と対応する箇所に達している。この結果、このスロ
ット線路３１２は、基板３０１を挟んで、信号導波路３
０４のストリップ導体と電磁界の作用で結合するように
なっている。

【００４４】次に、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路３９０の動作を、送信機として動作する場合の
例で説明する。ただし、入力信号Ｉ₁，Ｉ₂に基づいてＭ
ＭＩＣ３０８の出力信号が得られるまでの動作は、第１
の実施形態と同様であるため説明を省略する。

【００４５】この場合、ＭＭＩＣ３０８の出力信号は、
コプレーナ線路３０７ａからスロット線路３１２へ導か
れて、マイクロストリップ線路の伝送モードからスロッ
ト線路の伝送モードに変換される。さらに、この出力信
号は、スロット線路３１２から、基板３０１を挟んで電
磁界の作用によって基板裏面３０１ｂの信号導波路３０
４へ導かれて、スロット線路の伝送モードからマイクロ
ストリップ線路の伝送モードに変換される。そして、パ
ッチアンテナアレイ３０３によって放射される。

【００４６】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路３９０では、基板裏面３０１ｂ上のパッチアンテナア
レイ３０３、信号導波路３０４および第１の接地導体３
０２、基板表面３０１ａ上のコプレーナ線路３０７ｃ，
３０７ｂ，３０７ａ，３０７ｄ、バイアス回路３３５
ａ，３３５ｂ，３３５ｃおよび第２の接地導体１１０、
並びに上記基板３０１を貫通するヴィアホール３０５お
よびこれを埋めた導体は、パターン加工やプリント配線
などの公知の技術によって形成される。そして、ＭＭＩ
Ｃ３０８，３０９は、例えばフェイスダウンボンディン
グなどの公知の技術によって上記コプレーナ線路３０７
ｃ，３０７ｂ，３０７ａ，３０７ｄやバイアス回路３３
５ａ，３３５ｂ，３３５ｃ上に取り付けられる。このと
き、アンテナ側のＭＭＩＣ３０８とパッチアンテナアレ
イ３０３との間の結合特性は、基板３０１の厚みの精度
や、コプレーナ線路３０７ａおよび信号導波路３０４の
パターン精度によって定まり、ＭＭＩＣ３０８の取付精
度に殆ど左右されることはない。したがって、アンテナ
側のＭＭＩＣ３０８とパッチアンテナアレイ３０３との
間の結合特性を良好に維持できる上、組立精度を緩和で
き、従来に比して量産性を高めることができる。

【００４７】（第５の実施形態）図５は、マイクロ波ま
たはミリ波を放射または受信することができるアンテナ
４０３と、マイクロ波・ミリ波回路が形成された半導体
チップとしてのＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集
積回路）４０８，４０９とが一体に組合わされたアンテ
ナ一体化マイクロ波・ミリ波回路４９０の概略構成を示
している。同図(a)は誘電体基板４０１の一方の面であ
る裏面４０１ｂ側を示し、同図(b)は基板４０１の他方
の面である表面４０１ａ側を示し、また、同図(c)は同
図(a)，(b)におけるＡ−Ａ′線断面を示している。な
お、図１中の構成要素と対応する構成要素は、同じ参照
数字に４００を加えて表している。

【００４８】図５(a)に示すように、基板裏面４０１ｂ
上の図において右側（Ａ′側）に相当するアンテナ領域
４２０には、パッチアンテナアレイ４０３と、このパッ
チアンテナアレイ４０３につながる信号導波路４０４
と、これらを離間して取り囲む第１の接地導体４０２が
形成されている。第１の接地導体４０２は、このアンテ
ナ領域４２０と隣り合うマイクロ波・ミリ波回路領域４
３０の全域に延在している。これらのパッチアンテナア
レイ４０３、信号導波路４０４、第１の接地導体４０２
は同一層の金属膜からなっている。

【００４９】図５(b)および(c)に示すように、基板表面
４０１ａ上の図において左側（Ａ側）に相当するマイク
ロ波・ミリ波回路領域４３０には、マイクロストリップ
線路４１１ｃ，４１１ｂ，４１１ａおよびその方向から
Ｌ字状に屈曲したコプレーナ線路４０７ａが形成されて
いる。マイクロストリップ線路４１１ｃ，４１１ｂの端
部が近接している箇所には、マイクロストリップ線路４
１１ｄの端部と、バイアス回路４３５ｃの端部とが近接
している。これらのマイクロストリップ線路４１１ｃ，
４１１ｂ，４１１ｄおよびバイアス回路４３５ｃの互い
に近接した端部上に、バンプを有するＭＭＩＣ４０９が
フェイスダウンボンディングにより取り付けられてい
る。また、マイクロストリップ線路４１１ｂ，４１１ａ
の端部が近接している箇所には、バイアス回路４３５
ａ，４３５ｂの各端部が近接している。これらのマイク
ロストリップ線路４１１ｂ，４１１ａおよびバイアス回
路４３５ａ，４３５ｂの互いに近接した端部上に、バン
プを有するＭＭＩＣ４０８がフェイスダウンボンディン
グにより取り付けられている。マイクロストリップ線路
４１１ａのストリップ導体はコプレーナ線路４０７ａと
接続されている。さらに、このコプレーナ線路４０７ａ
の中心導体は次に述べるスロット線路４１２の片側のス
ロット導体４１２ｂと接続され、コプレーナ線路４０７
ａの接地導体はスロット線路４１２の他方のスロット導
体４１２ｃと接続されている。

【００５０】基板表面４０１ａのアンテナ領域４２０
は、スロット線路４１２のスロット４１２ａを構成する
ために切り欠かれている箇所を除いて、略全域が第２の
接地導体４１０によって覆われている。この第２の接地
導体４１０は、上記マイクロストリップ線路４１１ｃ，
４１１ｂ，４１１ａ，４１１ｄ、コプレーナ線路４０７
ａおよびスロット線路４１２と同一層の金属膜からなっ
ている。そして、基板裏面４０１ｂの第１の接地導体４
０２と、基板表面４０１ａの第２の接地導体４１０（バ
イアス回路４３５ａ，４３５ｂ，４３５ｃおよびマイク
ロストリップ線路４１１ｄの両側に配された部分や、コ
プレーナ線路３０７ａの接地導体として働く部分を含
む）とは、基板４０１を貫通する多数のヴィアホール４
０５の導体４１９によって、互いに電気的に接続されて
いる。この結果、基板表面４０１ａの第２の接地導体４
１０が、基板裏面４０１ｂのパッチアンテナアレイ４０
３および信号導波路（マイクロストリップ線路）４０４
のための接地導体として機能する。したがって、従来例
のような金属台を省略でき、小型・軽量に構成できる。

【００５１】スロット線路４１２のスロット４１２ａ
は、マイクロ波・ミリ波回路領域４３０側からＡ−Ａ′
線に沿って延びてアンテナ領域４２０内の信号導波路４
０４と対応する箇所に達している。この結果、このスロ
ット線路４１２は、基板４０１を挟んで、信号導波路４
０４のストリップ導体と電磁界の作用で結合するように
なっている。

【００５２】次に、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路４９０の動作を、送信機として動作する場合の
例で説明する。ただし、入力信号Ｉ₁，Ｉ₂に基づいてＭ
ＭＩＣ４０８の出力信号が得られるまでの動作は、第３
の実施形態と同様であるため説明を省略する。

【００５３】この場合、ＭＭＩＣ４０８の出力信号は、
マイクロストリップ線路４１１ａからコプレーナ線路４
０７ａに導かれて、マイクロストリップ線路の伝送モー
ドからコプレーナ線路の伝送モードに変換される。続い
て、この出力信号は、コプレーナ線路４０７ａからスロ
ット線路４１２へ導かれて、コプレーナ線路の伝送モー
ドからスロット線路の伝送モードに変換される。さら
に、この出力信号は、スロット線路４１２から、基板４
０１を挟んで電磁界の作用によって基板裏面４０１ｂの
信号導波路４０４へ導かれて、スロット線路の伝送モー
ドから再びマイクロストリップ線路の伝送モードに変換
される。そして、パッチアンテナアレイ４０３によって
放射される。

【００５４】このアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回
路４９０では、基板裏面４０１ｂ上のパッチアンテナア
レイ４０３、信号導波路４０４および第１の接地導体４
０２、基板表面４０１ａ上のマイクロストリップ線路４
１１ｃ，４１１ｂ，４１１ａ，４１１ｄ、コプレーナ線
路４０７ａ、スロット線路４１２、バイアス回路４３５
ａ，４３５ｂ，４３５ｃおよび第２の接地導体４１０、
並びに上記基板４０１を貫通するヴィアホール４０５お
よびこれを埋めた導体４１９は、パターン加工やプリン
ト配線などの公知の技術によって形成される。そして、
ＭＭＩＣ４０８，４０９は、例えばフェイスダウンボン
ディングなどの公知の技術によって上記マイクロストリ
ップ線路４１１ｃ，４１１ｂ，４１１ａ，４１１ｄやバ
イアス回路４３５ａ，４３５ｂ，４３５ｃ上に取り付け
られる。このとき、アンテナ側のＭＭＩＣ４０８とパッ
チアンテナアレイ４０３との間の結合特性は、基板４０
１の厚みの精度や、マイクロストリップ線路４１１ａ、
コプレーナ線路４０７ａ、スロット線路４１２および信
号導波路４０４のパターン精度によって定まり、ＭＭＩ
Ｃ４０８の取付精度に殆ど左右されることはない。した
がって、アンテナ側のＭＭＩＣ４０８とパッチアンテナ
アレイ４０３との間の結合特性を良好に維持できる上、
組立精度を緩和でき、従来に比して量産性を高めること
ができる。

【００５５】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明のアン
テナ一体化マイクロ波・ミリ波回路によれば、マイクロ
波・ミリ波回路が形成された半導体チップとパッチアン
テナアレイとの間の結合特性は、基板の他方の面に形成
された伝送線路、ヴィアホールおよびこれを埋めた導体
のパターン精度によって定まり、上記半導体チップの取
付精度に殆ど左右されることはない。したがって、上記
半導体チップとパッチアンテナアレイとの間の結合特性
を良好に維持できる上、組立精度を緩和でき、従来に比
して量産性を高めることができる。また、上記伝送線路
の一部としてコプレーナ線路の他にマイクロストリップ
線路などを採用することができ、回路構成上の制約が比
較的少なくなる。

【００５６】

【００５７】また、このアンテナ一体化マイクロ波・ミ
リ波回路によれば、第１の接地導体を上記伝送線路のた
めの接地導体として用いることができる。また、第２の
接地導体がアンテナのための接地導体として働く。この
結果、従来例のような金属台が不要となり、小型・軽量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の構成を示す図である。

【図２】 第２の実施形態のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の構成を示す図である。

【図３】 第３の実施形態のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の構成を示す図である。

【図４】 第４の実施形態のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の構成を示す図である。

【図５】 第５の実施形態のアンテナ一体化マイクロ波
・ミリ波回路の構成を示す図である。

【図６】 従来例のアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波
回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

１，１０１，２０１，３０１，４０１ 誘電体基板 ２，１０２，２０２，３０２，４０２ 第１の接地導体 ３，１０３，２０３，３０３，４０３ パッチアンテナ
アレイ ５，６，１０５，１０６，２０５，３０５，４０５ ヴ
ィアホール １０，１１０，２１０，３１０，４１０ 第２の接地導
体 ７ａ，…，７ｄ，３０７ａ，…３０７ｄ，４０７ａ コ
プレーナ線路 １１１ａ，…，１１１ｄ，２１１ａ，…，２１１ｄ， ４１１ａ，…，４１１ｄ マイクロストリップ線路 １９，１１９，４１９ 導体 ２１２，３１２，４１２ スロット線路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 23/00 H01Q 13/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波またはミリ波を放射または受
   信することができるアンテナと、マイクロ波・ミリ波回
   路が形成された半導体チップとが一体に組合わされたア
   ンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路であって、 誘電体または半導体からなる基板の一方の面上に、パッ
   チアンテナアレイと、このパッチアンテナアレイを離間
   して取り囲む第１の接地導体とが形成され、 前記基板の他方の面上に、アンテナのための接地導体と
   して働く第２の接地導体が形成されるとともに、前記第
   ２の接地導体と離間した位置に前記半導体チップが取り
   付けられ、前記半導体チップから伝送線路が形成され、 前記伝送線路が前記基板を貫通するヴィアホールを埋め
   た導体によって、前記パッチアンテナアレイの導波路部
   と電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ一
   体化マイクロ波・ミリ波回路。
2. 【請求項２】 前記パッチアンテナアレイを離間して取
   り囲む導電膜からなる第１の接地導体とが形成され、 前記基板の他方の面上に、前記パッチアンテナアレイお
   よび第１の接地導体と対応する領域を覆うように導電膜
   からなる第２の接地導体が形成されるとともに、前記第
   ２の接地導体と離間した位置に前記半導体チップが取り
   付けられ、この半導体チップから前記第２の接地導体側
   へ延びる伝送線路が形成され、 前記伝送線路のうち少なくとも前記第２の接地導体側の
   一部をなすスロット線路が、前記基板を挟んで、前記パ
   ッチアンテナアレイの導波路部と電磁界の作用で結合す
   るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の
   アンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路。
3. 【請求項３】 前記パッチアンテナアレイを離間して取
   り囲む導電膜からなる第１の接地導体とが形成され、 前記基板の他方の面上に、前記パッチアンテナアレイお
   よび第１の接地導体と対応する領域を覆うように導電膜
   からなる第２の接地導体が形成されるとともに、前記第
   ２の接地導体と離間した位置に前記半導体チップが取り
   付けられ、この半導体チップから前記第２の接地導体側
   へ延びる伝送線路が形成され、 前記伝送線路のうち少なくとも前記第２の接地導体側の
   一部をなすコプレーナ線路が、前記基板を挟んで、前記
   パッチアンテナアレイの導波路部と電磁界の作用で結合
   するようになっていることを特徴とする請求項１に記載
   のアンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
   アンテナ一体化マイクロ波・ミリ波回路において、 前記第１の接地導体と第２の接地導体とは、前記基板を
   貫通する複数のヴィアホール導体によって、互いに電気
   的に接続されていることを特徴とするアンテナ一体化マ
   イクロ波・ミリ波回路。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のアンテナ一体化マイク
   ロ波・ミリ波回路において、 前記第２の接地導体は、前記基板の他方の面上の、前記
   パッチアンテナアレイおよび第１の接地導体と対応する
   領域を覆っていることを特徴とするアンテナ一体化マイ
   クロ波・ミリ波回路。