JP4316607B2 - アンテナ装置及び無線通信装置 - Google Patents

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    • H01L2224/48717—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Aluminium (Al) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
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    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
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Description

この発明は、アンテナ装置及び無線通信装置に関する。
アンテナのサイズは、動作周波数に依存する。例えば、ミリ波帯のように高い周波数帯域では、動作周波数の波長が短いため、アンテナを小さくし、半導体パッケージに入れ込むことが可能となる。アンテナを半導体パッケージ内に実装するためには、アンテナを半導体基板に近接して実装する必要がある。アンテナを基板に実装する一例として、半導体チップにアンテナとして動作するワイヤをボンディングした無線周波数タグ装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。
この無線周波数タグ装置は、基板上に取付けられた半導体チップとアンテナとして動作する１本以上ワイヤを備え、有機性のカバーで覆われている。ワイヤは、両端部が半導体チップ上にワイヤボンドで結合されており、アンテナとして動作する。ワイヤの長さは無線周波数信号の周波数により決定される。
特開平８−８８５８１号公報（第４図）
上記した従来の無線周波数タグ装置においては、アンテナとして動作するワイヤが半導体チップに直結されているため、アンテナと回路素子との間の給電線が短くてすみ、給電損失を削減できるという利点はある。しかしながら、従来の無線周波数タグ装置は、電流強度が大きく主放射源である給電点付近が半導体基板に近接しているため、半導体基板に電磁波が吸収され、効率および利得が著しく劣化するという問題があった。
また、かかる無線周波数タグ装置においては、周波数がマイクロ波帯までを想定している。従来のマイクロ波帯を用いた無線通信のように波長がある程度大きい場合は、ワイヤのボンディング位置が多少ずれるなどの製作誤差が無視できるが、高周波(ミリ波帯以上)で波長が小さい場合は、ボンディング位置がずれるなどの製作誤差が波長に対して無視できない大きさとなり、アンテナ特性に影響を与えるという問題があった。
この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、高周波においても製作誤差による影響が小さく、かつ高効率及び高利得なアンテナ装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によるアンテナ装置は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された半導体チップと、
前記半導体チップの少なくとも１辺と略平行となるよう前記誘電体基板上に形成された金属部と、
前記半導体チップ上に形成された第１及び第２の給電線と、
前記金属部と前記第１の給電線とを接続する第１のワイヤ、及び前記金属部と前記第２の給電線とを接続する第２のワイヤとを備え、
前記第１及び第２のワイヤと前記第１及び第２の給電線との接続部の間の距離Ｌ１と、前記第１及び第２のワイヤと前記金属部との接続部の間の距離Ｌ２が、Ｌ１＜Ｌ２であり、
前記金属部は、
前記第１及び第２のワイヤの直径よりも広い一定の幅を有する帯状の形状である
ことを特徴とする。
また本発明の一態様によるアンテナ装置は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板上に配置された半導体チップと、
前記誘電体基板上に形成された第１及び第２の金属部と、
前記半導体チップ上に形成された第１及び第２の給電線と、
前記金属部と前記第１の給電線とを接続する第１のワイヤ、及び前記金属部と前記第２の給電線とを接続する第２のワイヤとを備え、
前記第１及び第２のワイヤと前記第１及び第２の給電線との接続部の間の距離Ｌ１と、前記第１及び第２のワイヤと前記金属部との接続部の間の距離Ｌ２が、Ｌ１＜Ｌ２であり、
前記金属部は、
前記第１及び第２のワイヤとの各接続部を含むようにそれぞれ形成され、かつ前記第１及び第２のワイヤの断面積よりも面積が大きくなるようにそれぞれ形成された第１及び第２の金属部分と、
前記第１及び第２の金属部分より狭い幅を有し、前記第１及び第２の金属部分から前記半導体チップに対して略垂直方向に伸びるように形成された上で、前記第１及び第２の金属部分を電気的に接続するように形成された第３の金属部分と
を備える。
本発明の一態様による無線通信装置は、上述したアンテナを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、高周波においても製作誤差による影響が小さく、かつ高効率及び高利得なアンテナ装置及び無線通信装置を実現することができる。
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１の概略構成を示す図である。図１のアンテナ装置１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０上に配置された半導体チップ２０と、誘電体基板１０上に設けた金属部３０と、半導体チップ２０上の差動給電線４０（第１の給電線４０−１及び第２の給電線４０−２）と、金属部３０上の２箇所と差動給電線４０のそれぞれとを接続したワイヤ８０（第１のワイヤ８０−１及び第２のワイヤ８０−２）とで構成さる。
誘電体基板１０は、例えば矩形のエポキシ基板、ガラス基板、セラミック基板等である。半導体チップ２０は、例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素等による基板上に絶縁層が形成され、さらにその上に銅やアルミ、金等で回路パターンが形成された矩形状のものである。
誘電体基板１０上の金属部３０は、例えば銅、アルミ、金等で構成されており、半導体チップ２０の一辺と略平行に配置される。金属部３０は、ワイヤ８０の直径よりも十分に広い一定の幅をもつ帯状の形状となっている。
差動給電線４０は、第１の給電線４０−１及び第２の給電線４０−２を備えている。差動給電線４０は、半導体チップ２０の金属部３０と略平行である一辺近傍配置され、第１の給電線４０−１と第２の給電線４０−２とでそれぞれ逆位相の信号を伝送する。
ワイヤ８０は、銅やアルミ、金等で構成された第１のワイヤ８０−１と第２のワイヤ６０−２を備えている。第１のワイヤ８０−１は、一端が第１の給電線４０−１に接続され、他端が金属部３０の一端付近に接続されている。第２のワイヤ８０−２も同様に、一端が第２の給電線４０−２に接続され、他端が金属部３０の他端付近に接続されている。金属部３０およびワイヤ８０からなるループが三角形状で、一周が使用無線周波数における略一波長となるように設定されている。すなわち、ワイヤ８０と差動給電線４０との各接続部の間の距離をＬ１とし、ワイヤ８０と金属部３０との各接続部の間の距離をＬ２とした場合に、距離Ｌ１は、距離Ｌ２より短くなる（Ｌ１＜Ｌ２）。
これを、図２を用いて説明する。図２は、図１に示すアンテナ装置の一部を拡大した図である。図２に示すように、第１のワイヤ８０−１は、一端が第１の給電線４０−１に接続され、他端が金属部３０の一端付近に接続されている。第２のワイヤ８０−２も同様に、一端が第２の給電線４０−２に接続され、他端が金属部３０の他端付近に接続されている。また、ワイヤ８０−１と差動給電線４０−１との接続部７０と、ワイヤ８０−２と差動給電線４０−２との接続部７０との間の距離をＬ１とする。ワイヤ８０−１と金属部３０との接続部と、ワイヤ８０−２と金属部３０との接続部の間の距離をＬ２とする。この場合、距離Ｌ１は、距離Ｌ２より短くなる（Ｌ１＜Ｌ２）。
電流が流れる金属部３０およびワイヤ８０からなる閉ループにおいて、電流強度が大きいのは差動給電線４０付近と金属部３０の中心付近の２箇所である。この２箇所は略半波長距離が離れているため、電流の向きは同じ方向となる。したがって、図１のアンテナ装置１は、同方向に流れる強度の大きな２箇所の電流が主となって放射する。
図１０は図１を横からみた場合の放射の方向を示した図である。図１において最も電流の大きい部位である差動給電線４０付近と金属部３０の中心付近の２箇所を結ぶ直線が、半導体チップ２０に対して斜めになっているため、２箇所の電流の合成電流が主となって放射し、図１のアンテナ装置１は、図１０のような傾斜した放射パターンを持つ。
一般的に、半導体チップ２０は、誘電体基板１０等の絶縁物に比して抵抗率が小さく、いわば吸収体のような働きをする。したがって、電流が多く流れる部位はできるだけ半導体チップ２０から遠ざかっている方がよく、例えば放射素子（本実施の形態ではワイヤ８０と金属部３０に相当）を半導体チップ２０から遠ざけて配置すればよい。しかしながら、放射素子を半導体チップ２０から遠ざけて配置すると、半導体チップ２０と放射素子を結ぶ差動給電線４０が長くなってしまう。差動給電線４０は、逆位相の信号を伝送する二本の給電線路の対であるため、電流が互いに打ち消しあい、ほとんど電磁波を放射しない。電磁波をほとんど放射しない差動給電線４０を、半導体チップ２０から放射素子を遠ざけるために長くすると、その分伝送損失が生じてしまう。
本実施の形態に係るアンテナ装置１は、半導体チップ２０上の差動給電線４０とワイヤ８０の２つの接続部７０から、２本のワイヤ８０−１，８０−２が半導体チップ２０から遠ざかるように、また、２本のワイヤ８０がそれぞれに対して広がるように伸ばされている。ワイヤ８０−１，８０−２に流れる電流は、互いに逆位相となるため、近接して平行に配置すると互いの電流を打ち消しあってしまう。電流の打ち消しを抑制するためには、接続部７０から互いに離れる方向にワイヤ８０−１，８０−２を伸ばす方法が考えられるが、これでは放射に寄与する金属部３０が半導体チップ２０に近接してしまい、吸収損失が大きくなってしまう。一方、本実施の形態に係るアンテナ装置１のように２本のワイヤ８０−１，８０−２がそれぞれに対して広がるように伸ばして金属部３０と接続することで、２本のワイヤ８０−１，８０−２を互いに遠ざけることができ、かつ電流強度が大きい部位が半導体チップ２０から離すことができるため、上記に挙げた半導体チップ２０に近接することによる吸収損失、またワイヤ８０を平行に伸ばすことによる伝送損失をどちらとも抑制し、高効率・高利得化させることができる。
さらに、金属部３０が幅の広い帯状となっていることにより、半導体チップ２０のマウントずれが生じても接続する範囲が広いために確実に接続することができる。
また、図４（ａ）に示すように、金属部３０（９０）における電流の経路、例えば２箇所の接続部６０を電気的につなぐ中央部分が、両端部分の幅より細い直線状の形状によって形成された比較例の金属部９０の場合（図４（ａ））には、電流が分散する部分（図４（ａ）に斜線部）が、ワイヤ８０と接続部６０のずれによって左右非対称となり、電流のバランスがくずれてアンテナ特性にばらつきが生じてしまう。
これに対して、本実施の形態のように、金属部３０全体がワイヤ８０の直径よりも十分に広い一定の幅をもつ帯状の形状となっていると（図４（ｂ））、ワイヤ８０と金属部３０との接続部６０がずれても電流のバランスが常に左右対称で、電流の流れの変化が小さくアンテナ特性のばらつきを小さくすることができる。
（２）第２の実施の形態
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す図である。本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、金属部１１０の形状をのぞき、図１に示すアンテナ装置１と同様の構成及び動作であるため、同一符号を付し説明を省略する。
金属部１１０は、例えば銅、アルミ、金等で構成されており、半導体チップ２０の一辺と略平行となるよう誘電体基板１０上に配置される。金属部１１０は、ワイヤ８０との接続部６０の周辺で面積が大きく、２箇所の接続部６０を電気的につなぐ線路が半導体チップ２０に対して垂直方向に伸びてから接続されているものである。
２箇所の接続部６０の周辺における金属部１１０の面積が大きくなっていることにより、マウントずれが生じても、接続する範囲が広いために確実に接続することができる。
また、図４（ｃ）の金属部９０に示すように、例えば２箇所の接続部６０を電気的につなぐ部分を、一直線の最短経路を通るようにして形成した場合には（図４（ｃ））、ワイヤ８０と接続部６０のずれにより、電流の経路が変化して電流の強い部位がずれてしまう。
これに対して、本実施の形態のように、一旦半導体チップ２０に対して垂直方向に伸びてから接続されていることにより（図４（ｄ））、ワイヤ８０との接続部６０がずれても電流の強い部位の変化がなく、アンテナ特性のばらつきを減らすことができる。
（変形例１）
図５に本実施の形態の変形例１に係るアンテナ装置１２０を示す。図５に示すアンテナ装置１２０は、２つのワイヤ１４０を非対称すなわち左右のワイヤ１４０の長さを異なる長さにしたものである。
２つのワイヤ１４０を異なる長さにして非対称としたことで、半導体チップ２０上において差動給電線１３０の位置や金属部１１０の位置が様々に変化しても、金属部１１０およびワイヤ１４０からなるループの一周が使用無線周波数における略一波長となるように設定でき、設計の自由度が増して省スペース化させることができる。
なお、図１の２つのワイヤ８０を非対称にしたものでも同様の効果が得られる。
（変形例２）
図６は、本実施の形態の変形例２に係るアンテナ装置１５０を示す図である。図６に示すアンテナ装置は、図３に示すアンテナ装置のワイヤ８０の本数、接続部６０の数を２倍にしたものである。１対の給電線である差動給電線４０それぞれに２本ずつワイヤ８０の端が接続され、金属部１１０の両端に近く、金属部１１０中心よりも面積が広くなっている部分それぞれに２本ずつワイヤ８０の他端が接続されている。
ワイヤ８０の本数を複数にしたことで、差動給電線４０とワイヤ８０の接続部７０やワイヤ８０に流れる電流の量が増加する。これにより、差動給電線４０とワイヤ８０の接続部７０付近からみたアンテナ装置１５０の入力インピーダンスが低下し、インピーダンス整合を調整することができる。
なお、図１のワイヤ８０の本数、接続部６０の数を２倍にしても同様の効果が得られる。
（変形例３）
図７は、本実施の形態の変形例３に係るアンテナ装置１６０を示す図である。図７に示すアンテナ装置１６０は、金属部１７０が矩形の半導体チップ２０の３つの辺に沿って配置されたものである。
金属部１７０が半導体チップ２０の複数の辺に沿って配置されたことで、半導体チップ２０が小さい場合でもアンテナ長を長くすることができ、金属部１７０よびワイヤ１９０からなるループの一周が使用無線周波数における略一波長となるようにすることができる。
図１の金属部３０が半導体チップ２０の複数の辺に沿って配置されたものでも同様の効果が得られる。
（３）第３の実施の形態
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置２００の概略構成を示す図である。図８に示すアンテナ装置２００は、誘電体基板１０上に配置された無給電金属素子２１０を備える点をのぞき、図３に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同一符号を付し説明を省略する。
無給電金属素子２１０は、例えば銅、アルミ、金等で構成されており、使用無線周波数の略一波長の長さとする。無給電金属素子２１０は、金属部１１０をはさんで半導体チップ２０と反対側に、金属部１１０と略平行となるよう配置される。
このように、金属部１１０をはさんで半導体チップ２０と反対側で、金属部１１０に隣接する位置に無給電金属素子２１０を配置すると、無給電金属素子２１０には、金属部１１０との結合により電流が流れる。電流が流れると、この無給電金属素子２１０からも電磁波が放射され、無給電金属素子２１０側への放射が強められて利得が高くなる。したがって、抵抗率が小さく、損失の大きな半導体基板に利得が向くことによって電磁波が吸収されるロスを削減し、図３のアンテナ装置１００よりもさらに放射効率および利得の劣化を防ぐことができる。
ここでは、図３に示すアンテナ装置１００に無給電金属素子２１０を配置した場合について説明したが、同様に図１に示すアンテナ装置１に給電金属素子２１０を配置しても同様の効果が得られる。
（４）第４の実施の形態
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ装置２２０の概略構成を示す図である。図９に示すアンテナ装置２２０は、誘電体基板１０上に配置された無給電金属素子２３０を備える点をのぞき、図３に示すアンテナ装置１００と同じ構成であるため、同一符号を付し説明を省略する。
無給電金属素子２３０は、例えば銅、アルミ、金等で構成されており、使用無線周波数の略一波長の長さとする。無給電金属素子２３０は、金属部１１０と半導体チップ２０の間に、金属部１１０と略平行になるよう配置されている。
図１１を用いて、本実施の形態に係るアンテナ装置２２０の動作について説明する。
図１１は、図９に示すアンテナ装置２３０を横からみた場合の放射の方向を示した図である。上述したように、図１０は、図３に示すアンテナ装置１００を横からみた場合の放射の方向を示した図である。図３に示すアンテナ装置２００において、最も電流の大きい部位は差動給電線４０付近と金属部１１０の中心付近の２箇所である。この２箇所を結ぶ直線が、半導体チップ２０に対して斜めになっているため、２箇所の電流の合成電流が主となって放射し、図３のアンテナ装置１００は図１０のような傾斜した放射パターンを持つ。
図１０における方向ＤＲ１は放射を遮るものがないが、方向ＤＲ２は半導体基板、回路の接地導体等が存在しているために放射が吸収、反射されて損失となり、放射効率および利得が劣化する。
一方、図９のように無給電金属素子２３０を金属部１１０と半導体チップ２０の間に配置すると、無給電金属素子２３０に金属部１１０との結合により電流が流れる。差動給電線４０付近と金属部１１０の中心付近の２箇所の合成電流と、無給電金属素子２３０の電流との位相差により、図１０に示す方向ＤＲ２では、差動給電線４０付近と金属部１１０の中心付近の２箇所の合成電流により放射する電磁波と、無給電金属素子２３０により放射する電磁波との位相差が１８０度すなわち逆相に近くなり、図１１に示すように放射が完全に打ち消されるが、方向ＤＲ１では逆相にならず放射される。したがって、損失となる方向の放射が抑制され、図１１に示すように方向ＤＲ１に電磁波が放射される。
このように本実施の形態によれば、半導体チップ２０の間に無給電金属素子２３０を配置することで、電磁波の放射方向を半導体チップ２０が存在しない方向ＤＲ１に傾けることができ、放射するのが望ましくない方向ＤＲ２への放射を大きく抑制、放射するのが望ましい方向ＤＲ１の利得を高くして半導体基板や接地導体によるロスを削減することができる。
なお、図１に示すアンテナ装置１の誘電体基板１０上で金属部３０と半導体チップ２０の間に無給電金属素子２３０を配置しても同様の効果が得られる。
（５）第５の実施の形態
図１２は、第５の実施の形態に係るアンテナ装置２４０の概略構成を示す図である。第５の実施の形態に係るアンテナ装置２４０は、無給電金属素子２５０の開放端が金属部１１０の方向へ折り曲げられている点をのぞき、図９のアンテナ装置２２０の構成および動作と同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。
無給電金属素子２５０の開放端が金属部１１０の方向へ折り曲げられたことにより、給電されている金属部１１０と無給電金属素子２５０の結合が強まる。これにより、無給電金属素子２５０の電流が増加して、半導体チップ２０方向と接地導体（実装する際は誘電体基板裏面に接地導体や半田ボールが配置される）等が存在する誘電体基板１０の裏面方向との合成された方向（図１０方向ＤＲ２）への放射を効果的に抑制する。
図１３は、図１２において誘電体基板１０および半導体チップ２０をのぞいた部分（以下、アンテナ装置２４０の放射素子と称する）を拡大した図である。無給電金属素子２５０の中点をＡ点、金属部１１０の中点をＢ点、差動給電線４０とワイヤ８０の２つの接続部７０の中点をＣ点としている。この３点は他の部分と比較して電流値が大きい部分である。
金属部１１０とワイヤ８０を合わせた全長を略一波長、無給電金属素子２５０の長さを略半波長、Ａ点とＢ点との距離を略８分の１波長としたときのＡ点、Ｂ点、Ｃ点の電流値のシミュレーション結果は、Ａ点で振幅２．６［Ａ］、位相１０９［ｄｅｇｒｅｅ］、Ｂ点で振幅１．３［Ａ］、位相−４３［ｄｅｇｒｅｅ］、Ｃ点で振幅１．６［Ａ］、位相−５１［ｄｅｇｒｅｅ］となった。Ａ点の電流の振幅はＢ点とＣ点をあわせた振幅値に近く、Ｂ点、Ｃ点の位相は近い値をとなっている。また、Ａ点は、Ｂ点、Ｃ点よりも１５０°程度位相が進んでいる。
図１４は、図１３に示すアンテナ装置２４０の放射素子を模式的に示した図である。図１４では、電流値の比較的大きい差動給電線４０付近と金属部１１０とを合成したものを合成部分２６０として示し、無給電金属素子２５０の折り曲がった部分を省略して示した図である。上述したＡ点、Ｃ点は、合成部分２６０上にあり、Ｂ点は、無給電金属素子２５０上の点である。
Ａ点は、Ｂ点、Ｃ点よりも１５０°程度位相が進んでいるので、ある時刻に金属部１１０と差動給電線４０付近との合成部分２６０から放射される電磁波の位相が０°であるとすると、無給電金属素子２５０から放射される電磁波の位相は、１５０°である。無給電金属素子２５０の位置を基準として合成部分２６０から無給電金属素子２５０側をみると、Ａ点とＢ点との距離である略８分の１波長に相応する位相が３６０°／８＝４５°なので、金属部１１０と差動給電線４０付近との合成部分２６０から放射されて無給電金属素子２５０にたどり着いた電磁波の位相は、０°−４５°＝−４５°となる。したがって合成部分２６０から無給電金属素子２５０側をみた方向では、合成部２６０から放射される電磁波の位相（−４５°）と無給金属素子２５０から放射される電磁波の位相（１５０°）との位相差が１５０°−（−４５°）＝１９５°となり、ほぼ逆相となる。そのため、合成部分２６０から無給電金属素子２５０側をみた方向には電磁波が打ち消されてほとんど放射しない。
逆に無給電金属素子２５０から金属部１１０と差動給電線４０付近との合成部分２６０側をみた場合には、無給電金属素子２５０から放射されて合成部分２６０にたどり着いた電磁波の位相（１５０°＋（−４５°）＝１０５°）と合成部分２６０から放射される電磁波の位相（０°）の位相差は、同様に考えると１０５°−０°＝１０５°となり、無給電金属素子２５０から合成部分２６０側をみた方向の放射は抑制されない。
図１５に、図１３に示すアンテナ装置２４０の放射素子のｙｚ平面における水平偏波の放射パターンを示す。ここでは垂直偏波は図示しないが、ほとんど放射されていない。金属部１１０と差動給電線４０付近との合成部分２６０から無給電金属素子２５０側をみた方向、すなわち図１０における方向ＤＲ２の利得は、−３０ｄＢｉと殆ど放射しておらず、図１０における方向ＤＲ１の利得は６．１ｄＢｉと放射が強くなり、３５ｄＢ以上のＦＢ（Ｆｒｏｎｔ ｔｏ Ｂａｃｋ）比を実現している。このように、半導体基板、接地導体等が存在している方向ＤＲ２の放射を大きく抑制し、損失性の半導体基板の近くにアンテナが設置されていても効率および利得の劣化を防ぐことができる。
このように本実施の形態によれば、無給電金属素子２５０の開放端を立体ループの方向へ折り曲げることにより、給電されたループと無給電金属素子２５０の結合が強くなり、無給電金属素子２５０の電流が増加して半導体基板、接地導体等が存在する方向の放射を効果的に抑制、それと逆方向の放射を促進することができる。
（６）第６の実施の形態
図１６は、第６の実施の形態に係るアンテナ装置２７０の概略構成を示す図である。第６の実施の形態に係るアンテナ装置２７０は、図１２のアンテナ装置２４０の差動給電線４０の先に差動回路２８０を配置、接続し、モールド材２９０で封止して誘電体基板１０の下に半田ボール３００を設けることで、モジュール化されている。それ以外の構成および動作は、図１２のアンテナ装置２４０と同じであるため、同一符号を付し説明を省略する。
本実施の形態に係るアンテナ装置２７０に示すように、半導体チップ２０、ワイヤ８０や金属部６０などをモールド材２９０で封止することにより、電気長が短くなるためアンテナ素子（ここでは、ワイヤ８０および金属部６０に相当する。）全体を小形化でき、モジュールがそのままアンテナ装置２７０となるため、他の場所にアンテナを配置する必要がなくなり、省スペースを実現することができる。
（７）第７の実施の形態
次に、図１７及び図１８を用いて、本発明の第７の実施の形態に係るアンテナ装置の応用例を説明する。
図１７は、本実施の形態に係るアンテナ装置２７０をデータ処理装置４００に搭載した図である。本実施の形態に係るデータ処理装置４００は、データの処理等を行う本体部４１０、本体部４１０の処理結果等を表示するディスプレイ部４２０、ユーザーが情報を入力する入力部４３０を備えている。
本体部４１０及びディスプレイ部４２０にはそれぞれ、図１６に示すアンテナ装置２７０が内部または外部に備えられており、ミリ波帯域の周波数を用いて互いに通信を行う。例えば、本体部４１０は、処理されたデータをアンテナ装置２７０を介してディスプレイ部４２０に送信し、ディスプレイ部４２０は、本体部４１０が送信したデータをアンテナ装置２７０を介して受信し、ユーザーにデータを表示する。
なお、ここでは、本体部４１０とディスプレイ部４２０とにアンテナ装置２７０を搭載した例について説明したが、入力部４３０にアンテナ装置２７０を搭載し、入力部４３０と本体部４１０とがアンテナ装置２７０を介して通信を行っても良い。
続いて、図１８を用いて本実施の形態に係るアンテナ装置２７０を携帯端末４４０に搭載した例を説明する。
図１８に示す携帯端末４４０は、例えば音楽再生などのデータ処理を行うものであり、その内部または外部に、図１６に示すアンテナ装置２７０を備えており、例えばミリ波帯の周波数を用いて通信を行う。
図１８に示す携帯端末４４０は、例えば図１７に示すデータ処理装置４００の本体部４１０とアンテナ装置２７０を介してデータ通信（音楽のダウンロードなど）を行う。また、データ処理装置４００のディスプレイ部４２０と直接データ通信を行い、携帯端末４４０に保存してある画像をディスプレイ部４２０に表示してもよい。さらに、図１６に示すアンテナ装置２７０を搭載した別の携帯端末（図示せず）と、アンテナ装置２７０を介してデータ通信を行い、互いに音楽や画像の交換を行ってもよい。
以上のように第７の実施の形態によると、モジュール化されたアンテナ装置２７０をデータ処理装置４００や携帯端末４４０などの無線通信装置に搭載することで、データや画像などの送受信を良好に行うことができる。また、アンテナ装置２７０は、モジュール化されているため、これらの機器に容易に搭載が可能である。さらに、アンテナ装置２７０は、半導体チップと同程度の大きさしかなく非常に小形であるため、例えばディスプレイ４２０の側面や携帯端末４４０の側面など狭い空間にも配置でき、設計の自由度が増す。
また、本実施の形態では、図１２に示すアンテナ装置の応用例について説明したが、図１や図３に示すアンテナ装置についても同様である。
なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 アンテナ装置の一部を拡大した図。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 金属部における電流の経路を示す図。 図２の変形例であり、２つのワイヤを非対称にした図。 図２の変形例であり、ワイヤ、接続部の数を２倍にした図。 図２の変形例であり、金属部を半導体チップの複数の辺に沿うように配置した図。 本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 図２を横からみた場合の放射の方向を示した図。 図８を横からみた場合の放射の方向を示した図。 本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 図１１において誘電体基板および半導体チップがないとした場合の図。 図１２における放射の様子を示した図。 図１２におけるｙｚ平面の水平偏波放射パターン。 本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。 本発明の第７の実施の形態に係るデータ処理装置の概略構成を示す図。 本発明の第７の実施の形態に係る携帯端末の概略構成を示す図。
符号の説明
１、１００、２００、２２０、２４０、２７０ アンテナ装置
１０ 誘電体基板
２０ 半導体チップ
３０、１１０ 金属部
４０ 差動給電線
８０ ワイヤ
２１０、２３０、２５０ 無給電金属素子

Claims (8)

  1. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板上に配置された半導体チップと、
    前記半導体チップの少なくとも１辺と略平行となるよう前記誘電体基板上に形成された金属部と、
    前記半導体チップ上に形成された第１及び第２の給電線と、
    前記金属部と前記第１の給電線とを接続する第１のワイヤ、及び前記金属部と前記第２の給電線とを接続する第２のワイヤとを備え、
    前記第１及び第２のワイヤと前記第１及び第２の給電線との接続部の間の距離Ｌ１と、前記第１及び第２のワイヤと前記金属部との接続部の間の距離Ｌ２が、Ｌ１＜Ｌ２であり、
    前記金属部は、
    前記第１及び第２のワイヤの直径よりも広い一定の幅を有する帯状の形状である
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板上に配置された半導体チップと、
    前記誘電体基板上に形成された第１及び第２の金属部と、
    前記半導体チップ上に形成された第１及び第２の給電線と、
    前記金属部と前記第１の給電線とを接続する第１のワイヤ、及び前記金属部と前記第２の給電線とを接続する第２のワイヤとを備え、
    前記第１及び第２のワイヤと前記第１及び第２の給電線との接続部の間の距離Ｌ１と、前記第１及び第２のワイヤと前記金属部との接続部の間の距離Ｌ２が、Ｌ１＜Ｌ２であり、
    前記金属部は、
    前記第１及び第２のワイヤとの各接続部を含むようにそれぞれ形成され、かつ前記第１及び第２のワイヤの断面積よりも面積が大きくなるようにそれぞれ形成された第１及び第２の金属部分と、
    前記第１及び第２の金属部分より狭い幅を有し、前記第１及び第２の金属部分から前記半導体チップに対して略垂直方向に伸びるように形成された上で、前記第１及び第２の金属部分を電気的に接続するように形成された第３の金属部分と
    を備えることを特徴とするアンテナ装置。
  3. 前記誘電体基板上であって、前記金属部を基準として、前記半導体チップが形成された側とは反対側に配置された無給電金属素子
    をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
  4. 前記誘電体基板上であって、前記金属部と前記半導体チップの間に配置された無給電金属素子
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３に記載のアンテナ装置。
  5. 前記無給電金属素子の開放端は、前記金属部が配置されている方向へ折り曲げられた
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ装置。
  6. 前記第１のワイヤと第１の給電線との接続部から前記第２のワイヤと前記第２の給電線との接続部までの前記第１及び第２のワイヤと前記金属部を含む経路長が、動作周波数の略一波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のアンテナ装置。
  7. 前記半導体チップ上に形成され、かつ前記差動給電線に接続された差動回路と、
    前記誘電体基板及び前記半導体チップ上に形成されたモールド材と、
    前記誘電体基板の下方に形成された半田ボールと
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６に記載のアンテナ装置。
  8. 請求項１乃至７に記載のアンテナ装置を介してデータ通信を行うことを特徴とする無線通信装置。
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