JP5414749B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
また、アンテナ内蔵半導体パッケージを実装する実装基板の厚さは、機器等によって様々であり、実装基板が十分に厚く、アンテナ周辺における実装基板の金属パターンを除去すれば、アンテナへの影響を小さくすることができる。一方、実装基板が薄く実装基板下に金属パターンがある場合や、アンテナ周辺に半導体パッケージの端子、グラウンド、配線等の金属パターンを配置しなければならない場合は、これらの影響を受けるためアンテナ特性が変化してしまう。
また、従来の半導体パッケージ内蔵アンテナは、反射器付きダイポールであり、アンテナ周辺に存在する金属パターンの影響を受けるが、実装基板の金属パターンの影響を考慮していないため実装の際に問題となる。
本発明の一観点は、アンテナの特性を改善することができる無線装置を提供することを目的とする。
第1の実施形態に係る無線装置について図1A及び図1Bを参照して説明する。図1Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図1Bは、図1A中のA−A’間をy軸方向から見た無線装置の断面図である。
第1の実施形態に係る無線装置100は、半導体パッケージ101と実装基板102とを含む。半導体パッケージ101は、半導体チップ103、アンテナ104、基板105パッケージ端子106及び封止剤107を含む。実装基板102は、金属パターン108を含む。
このようにすることで、パッケージ端子106と実装基板102の金属パターン108とを接続する際に、配線を引き回さずビア(図示せず)により最短経路で接続できるので、接続による寄生成分を低く抑えられ、電源やグランドを強化することができる。
なお、金属パターン108は、第2領域S2を含むため、比較的広い領域を占める接地パターンや電源パターンとして形成することが望ましい。また、フローティングのパターンとして形成してもよい。
一般的な段差を設けない従来装置を図2A及び図2Bに示す。図2Aは、Z軸方向から従来装置を見た図であり、図2Bは、図2A中のA−A’間をy軸方向から見た従来装置の断面図である。
図2に示すように、従来装置200は金属パターン108に段差がなく、アンテナ104に近い金属パターン108の最外辺が直線となっている。
グラフ301が第1の実施形態に係る無線装置100のシミュレーション結果であり、グラフ302が従来装置200のシミュレーション結果である。図3に示すように、段差より辺の端部側の位置における電流値に関して、グラフ301の電流値の方がグラフ302の電流値よりも電流値が小さく、電流が抑制されることがわかる。
図4Aのグラフ401に示すように、従来装置200は、波線の円内にある領域に余計なリップルが生じる一方、図4Bに示す無線装置100の放射パターンのグラフ402は、従来装置200の放射パターンと比較してリップルが減少し、特性が向上している。また、角度φが60度から120度までの範囲におけるアンテナ利得が、従来装置200では−3.2dBi以上なのに対し、無線装置100では−1.3dBi以上と、広角で高い利得が得られている。
そこで、本実施形態に係る無線装置100のように、アンテナ104が、半導体パッケージ101の中心よりも実装基板102の最外辺側、すなわち金属パターン108の中心よりも金属パターン108の最外辺(第1辺)側に寄って配置される場合に、金属パターン108の最外辺に段差を設ける。これにより、アンテナ104から見て金属パターン108の段差より外側の部分に流れる電流を抑制できる。さらに、段差の位置を調整することでアンテナ104の放射パターンを変化させ、所望のアンテナ特性へと改善することができる。また、段差の位置は、金属パターン108において第2領域S2ではない部分に設けられればよいが、アンテナに近い位置に設けられるほど電流を抑制することができるので、第2領域S2に近い位置に段差を設けることが望ましい。
図5は、距離D2に対して、段差の深さを変化させた場合の、金属パターン108の最外辺に誘起される電流値の電磁界シミュレーション結果を示す。また比較のため、従来装置200のように金属パターンに段差を設けない場合の電流値のシミュレーション結果も共に示す。
第1の実施形態の第1の変形例に係る無線装置について図6A及び図6Bを参照して説明する。
図6Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図6Bは、図6A中のA−A’間をy軸方向から見た無線装置の断面図である。
第1の変形例に係る無線装置600は、第1の実施形態とほぼ同様であるが、アンテナ104が逆Fアンテナであり、金属パターン108の段差が1カ所に設けられる点が異なる。このように、段差を1カ所とすることで、不要な電流を抑制しつつ金属パターン108の形状の自由度を上げることができる。
第1の実施形態の第2の変形例に係る無線装置について図7を参照して説明する。図7は、Z軸方向から無線装置を見た透視図である。
第2の変形例に係る無線装置700は、第1の実施形態とほぼ同様の構成であるが、半導体パッケージ101が実装基板102の角に配置される点が異なる。このように、半導体パッケージ101が実装基板102の角に配置されることで、半導体パッケージ101が実装基板102の中心に配置される場合よりも、角の方向へのアンテナからの放射が効率よく行うことができる。また、図7に示す例では、アンテナ104が近接する金属パターン108の辺は2辺となるので、それぞれの辺に段差109を設けてもよいし、一方の辺に段差109を設けてもよい。
第1の実施形態の第3の変形例に係る無線装置について図8を参照して説明する。図8は、Z軸方向から無線装置を見た透視図である。
第3の変形例に係る無線装置800は、第1の実施形態とほぼ同様の構成であるが、段差の形状が直角ではなく丸みを帯びて形成される点が異なる。このように、段差の形状が丸みを帯びて形成されても、第1の実施形態に係る無線装置100と同様に、段差の外側の電流を抑制でき、アンテナ特性を改善することができる。
第2の実施形態に係る無線装置について図9A及び図9Bを参照して説明する。
図9Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図9Bは、図9A中のA−A’間をy軸方向から見た無線装置の断面図である。
第2の実施形態に係る無線装置900は、第1の実施形態に係る無線装置100とほぼ同様の構成であるが、金属パターン108において、段差が所定の幅(第3辺ともいい、図9中ではD3で示される距離)を有して辺の途中まで形成される点が異なる。このようにすることで、段差より外側の金属パターン108の領域が広くなり、金属パターン形成の自由度が上がる。例えば、金属パターンをグランドとして用いる場合は、グランドの面積を広くでき、グランドを強化することができる。
第3の実施形態に係る無線装置について図11を参照して説明する。図11は、Z軸方向から無線装置を見た透視図である。
第3の実施形態に係る無線装置1100は、第1の実施形態に係る無線装置100とほぼ同様の構成であるが、第1領域が、パッケージ端子106が占める最小領域で形成され、金属パターン108の第2辺が、Z軸方向からみた際に第2領域に接する点が異なる。また、第1領域よりも実装基板102の最外辺に近い部分が、Z軸方向から見た際に金属パターン108の第2辺よりも実装基板の最外辺に近接して配置される点が異なる。
最小領域は、Z軸からみて、パッケージ端子106のうち、最も外側にあるパッケージ端子106および最も外側にあるパッケージ端子106よりも内部にあるパッケージ端子を含む最小の領域である。なお、パッケージ端子106は、実装基板102の最外辺に最も近い複数のパッケージ端子106のそれぞれで、実装基板102の最外辺に最も近い位置がある。最小領域のうち、複数のパッケージ端子106での前記位置を結んだ線と第2辺とがZ軸方向からみた際に接すればよい。
第4の実施形態に係る無線装置について図12A及び図12Bを参照して説明する。
図12Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図12Bは、図12A中のA−A’間をy軸方向から見た無線装置の断面図である。
第4の実施形態に係る無線装置1200は、半導体チップ103、実装基板102、アンテナ104及び金属パターン108を含む。第1の実施形態に係る無線装置100との違いは、半導体パッケージ101を用いずに、半導体チップ103と実装基板とを直接接続する(いわゆるベアチップ実装を行う)点である。
上述した無線装置を無線機器に用いることも可能である。第1の実施形態から第4の実施形態までに係る無線装置を搭載した無線機器の一例について図13を参照して説明する。
無線機器は、データまたは画像や動画をやりとりする機器に上述した無線装置を搭載した機器である。
図13に示す無線機器1300は、無線装置1301、プロセッサ1302及びメモリ1303を含む。
無線装置1301は、外部とデータの送受信を行う。なお、第1の実施形態から第4の実施形態のいずれの無線装置(無線装置100,600,700,800,900,1100,1200)を用いてもよい。
プロセッサ1302、無線装置1301から受け取ったデータ、もしくは無線装置1301へ送信するデータを処理する。
メモリ1303は、プロセッサ1302からデータを受け取って保存する。
無線機器は、ここでは例えばノートPC1401及び携帯端末1402である。ノートPC1401及び携帯端末1402はそれぞれ、内部または外部に無線装置を搭載し、例えばミリ波帯の周波数を用いて無線装置を介したデータ通信を行う。ここでは、ノートPC1401及び携帯端末1402に無線装置100を搭載する例を示すが、上述したどの無線装置を搭載してもよい。
また、ノートPC1401に搭載された無線装置と携帯端末1402に搭載された無線装置とは、アンテナ104の指向性が強い方向が対向するように配置することで、データのやりとりを効率よく行うことができる。
図14の例では、ノートPC1401及び携帯端末1402を示すが、これに限らず、TV、デジタルカメラ、メモリーカードなどの機器に無線装置を搭載してもよい。
図15に示すように、メモリーカード1501は無線装置1401を含み、ノートPCや携帯端末、デジタルカメラなどと無線装置1401を介して無線通信を行うことができる。なお、メモリーカード1501に含まれる無線装置は、回路規模の観点から図12に示すようなベアチップ実装による無線装置1200が望ましいが、上述したどのような無線装置を用いてもよい。
Claims (10)
- 1以上のアンテナを含む半導体パッケージと、
前記半導体パッケージを積載する実装基板と、
前記実装基板の面のうちの前記半導体パッケージが接続される第1面と対向する第2面に導体で形成されるか、または前記第1面と前記第2面との間に導体で形成される第1層とを具備し、
前記第1層は、前記実装基板の厚み方向から見て、前記アンテナが前記第1層の中心よりも前記第1層の縁側に寄って配置される場合、前記第1層の前記縁の少なくとも1部分が凹状になっていることを特徴とする無線装置。 - 前記半導体パッケージは、端子と、前記端子が占める第1領域を含み、
前記第1層は、前記端子が占める前記第1領域を前記実装基板の厚み方向に射影した場合に、射影された前記第1領域が前記第1層で占める領域である第2領域以外の前記縁の部分が凹状になっていることを特徴とする請求項1に記載の無線装置。 - 前記実装基板及び前記第1層は略多角形であり、前記実装基板の厚み方向から見て、前記アンテナが前記第1層の中心よりも前記第1層の第1辺に寄って配置される場合、前記第1辺は、前記第1層の面内において、前記第1辺に最も近い前記実装基板の最外辺と平行な第2辺と、前記第2辺と前記最外辺との距離より前記最外辺までの距離が長くかつ前記最外辺と平行な第3辺とを有し、前記第1層の凹状は、前記第2辺と前記第3辺とによる段差であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無線装置。
- 前記第2辺と前記第3辺との距離が使用波長の12分の1以上であることを特徴とする請求項3に記載の無線装置。
- 前記第1層は、前記第3辺の長さが使用波長の12分の1以上であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の無線装置。
- 前記半導体パッケージは、前記半導体パッケージの前記実装基板上の積載されている領域のうちの、前記第1領域より前記実装基板の最外辺側の部分が、前記第2辺の位置よりも、前記実装基板の厚み方向から見て前記実装基板の最外辺に近接して配置されることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の無線装置。
- 前記端子のうちの前記実装基板の最外辺に最も近い複数の端子のそれぞれで、前記実装基板の最外辺に最も近い位置があり、複数の端子での前記位置を結んだ線と前記第2辺とが前記実装基板の厚み方向から見て接することを特徴とする請求項6に記載の無線装置。
- 前記実装基板の最外辺と前記半導体パッケージとの間に、部品及び導体が配置されないことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の無線装置。
- 前記第1層の前記凹状の部分は、前記第1層において、前記実装基板の厚み方向から見て前記アンテナの両側に存在することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の無線装置。
- 1以上の半導体チップと、
前記半導体チップと接続される1以上のアンテナと、
前記半導体チップを積載する実装基板と、
前記実装基板の面のうちの前記半導体チップが接続される第1面と対向する第2面に導体で形成されるか、または前記第1面と前記第2面との間に導体で形成される第1層とを具備し、
前記第1層は、前記実装基板の厚み方向から見て、前記アンテナが前記第1層の中心よりも前記第1層の縁側に寄って配置される場合、前記第1層の前記縁の少なくとも1部分が凹状になっていることを特徴とする無線装置。
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