JP5417389B2 - 無線装置 - Google Patents
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Description
本発明の一観点は、アンテナ特性を劣化させずに配線の自由度を高め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’間の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、半導体チップ101、アンテナ端子102、給電線103、アンテナ106、基板104、パッケージ端子105及び封止剤107を含む。また、これらを総称して半導体パッケージ108とよぶ。
なお、半導体チップ101は、誘電体基板や磁性体基板、金属、もしくはそれらの組み合わせでもよい。また、半導体チップ101と半導体チップ101を含む半導体パッケージ108とは、図1A及び図1Bでは正方形の形状であるが、正方形に限らず、四角形、四角形以外の多角形、円形または他の複雑な形状でもよい。さらに、図1A及び図1Bの例では、半導体チップ101は1つであるが、複数あってもよく、スタックされたり横に並べられていてもよい。
給電線103は、例えばボンディングワイヤといった導体であり、半導体チップ101のアンテナ端子102とアンテナ106の給電部とを接続する。図1Aでは、給電線103が平行二線であり、平行二線によってアンテナ106に給電を行う。
基板104は、半導体チップ101を搭載するインターポーザ基板であり、基板104に形成されるパッケージ端子105を介して、半導体チップ101と半導体パッケージ108を搭載する実装基板(図示せず)とを接続する。図1Aの例では、基板104の下面(第1面ともいう)にパッケージ端子105が形成され、基板104の下面に対向する上面(第2面ともいう)に半導体チップ101、給電線103およびアンテナ106が搭載される。
パッケージ端子105は、例えば、はんだボールであり、基板104の面上に複数配列される。半導体パッケージ108と実装基板とを電気的に接続する。
また、アンテナ106の中で主放射部が、第1面に形成されるパッケージ端子105のうちの最も外周にある複数の端子の中心をそれぞれ結ぶことにより囲まれた領域S1(第1領域ともいう)と、領域S1を第2面に正射影した領域S2(第2領域ともいう)とよりも外側に配置される。主放射部とは、装置の動作周波数においてアンテナ106の放射素子中の最も放射強度が強い導体の部分である。言い換えると、主放射部は、放射素子に流れる電流が最も強く、かつ打ち消されていない部分である。
よって、半導体チップ101と半導体パッケージ108が実装される実装基板(図示せず)との接続に全てのパッケージ端子105を利用してもアンテナ特性が劣化せず、配線の自由度を高めることができる。
なお、アンテナ106の主放射部109と領域S1の外周にあるパッケージ端子105との距離は、4分の1波長、2分の1波長、4分の3波長、1波長と、距離が離れるほどアンテナ特性に与える影響が小さく、アンテナ106の主放射部109とパッケージ端子105との距離を1波長以上離すとよい。
また、領域S1及び領域S2よりも基板104の外側にアンテナ106の主放射部109が設けられているので、アンテナ106の主放射部109から基板104の外側への放射が容易になる。
図2Aに示す無線装置200のアンテナは、基板104上の金属パターンでループが形成されたループアンテナ201である。
図3に示す無線装置300のアンテナは、基板104上の金属パターンと給電線103(ボンディングワイヤ)とで形成されたループアンテナ301である。
図2A及び図3Aに示すそれぞれのループアンテナ201及び301は、周囲長が動作周波数において略1波長の長さもしくは略2分の3波長の長さとなっているので、アンテナ106の主放射部は、周囲長が動作周波数において略1波長の長さの場合、ループに沿って給電部から略半波長離れた部分となる。周囲長が動作周波数において2分の3波長の長さの場合、アンテナ106の主放射部は、ループに沿って給電部から略4分の3波長離れた部分となる。このように、アンテナ106の主放射部109が領域S1および領域S2より外側に配置されていれば、アンテナの一部が領域S2に含まれてもよい。
図4に示す無線装置400のアンテナは、基板104上の金属パターンで形成された逆Fアンテナ401である。逆Fアンテナ401の主放射部109は、給電線103に接続される給電部と並行している素子となる。
図5に示す無線装置500のアンテナは、基板104上の金属パターンで形成された八木アンテナ501である。八木アンテナ501は、給電素子502、反射器503及び導波器504を有している。八木アンテナ501の主放射部109は、給電素子502となる。
図6に示す無線装置600のアンテナは、基板104上の金属パターンでパッチ素子が形成されたパッチアンテナ601である。パッチアンテナ601のパッチ素子が主放射部109となる。
第1の実施形態の第5の変形例に係る無線装置の一例について図7A及び図7Bに示す。第5の変形例に係る無線装置700は、パッケージ端子の配列が第1の実施形態に係る無線装置100と異なっており、図7Aに示すように、最も外周にある複数のパッケージ端子105のそれぞれの中心を結んだ領域S1’(図中、1点鎖線で囲まれた領域)が、凹の字形状となっている。このような形状でも、アンテナ106の主放射部が、領域S1’及び領域S1’を第2面に正射影した領域S2’の外側に配置されていればよい。
第2の実施形態に係る無線装置について図8A及び図8Bを参照して説明する。
図8Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図8Bは、図8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800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、半導体チップ101が中心からずれた位置に配置される点が異なる。図8Aの例では、半導体チップ101が基板104の中心から見て右下に配置される。すなわち、半導体チップ101はアンテナ106から遠ざかる位置に配置される。このようにすることで、アンテナ106に近くかつ半導体チップ101と重ならない、半導体チップ101の影響が小さい領域(図8A中網掛けの部分)を拡げることができる。そのため、アンテナ106の近くに配置すべき部品、例えば単相と差動とを変換するバランをアンテナ106の近くでかつ広い領域に形成することができる。
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9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の実施形態の変形例に係る無線装置900は、図9Aに示すように、半導体チップ101が基板104の中心から下方向に配置されているので、基板104の第2面において上側の領域を拡げることができる。この上側の領域に新たな半導体チップ901が配置される。なお、ここでは半導体チップ101を2つ配置する例を示したが、2つに限らず、基板104の領域内に半導体チップを複数個配置してもよい。
第3の実施形態に係る無線通信装置について図10を参照して説明する。
図10Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図10Bは、図10A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3の実施形態に係る無線装置1000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、基板104の中心よりアンテナ106側に近づく方向にずれた位置に、半導体チップ101が配置される点が異なる。アンテナ端子102とアンテナ106の給電部との距離が近くなるので、給電線103の長さを短くすることができ、接続の損失を低減することができる。また、領域S1及び領域S2において半導体チップ101とアンテナ106とが占める領域以外のアンテナ106から遠い領域を拡げることができるので、アンテナ106の特性への影響を小さくしつつ自由度の高い配線を行うことができる。
第4の実施形態に係る無線装置について図11A及び図11Bを参照して説明する。
図11Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図11Bは、図11A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、アンテナ106の主放射部109が、半導体チップ101が搭載される第2面ではなく、パッケージ端子105が配置される第1面と同一の面に形成される点が異なる。本実施形態では、第2面にある給電線103からビア1101を介して、第1面に形成されたアンテナ106に給電する。ビア1101は、給電線103とアンテナ106とを電気的に接続する。
なお、図11A及び図11Bの例ではアンテナ106が第1面に形成されるが、これに限らず、基板104の内部に配置されてもよい。すなわち、第1面と第2面との間の層にアンテナ106が形成されてもよい。
第5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。
第5の実施形態に係る無線装置1200は、第1の実施形態に係る無線装置100と比較して、パッケージ端子105が等間隔に配置されておらず、一部パッケージ端子105の配列の間隔が広くなっている部分を有する点が異なる。また、アンテナ106の主放射部109が、パッケージ端子105が占める領域を第2面に正射影した領域ではない位置に配置される。図12Bの例では、主放射部109が第2面上の破線で囲まれた領域以外の位置(第3領域ともいう)に配置される。このようにすることで、パッケージ端子105とアンテナ106の主放射部109とが重ならずに互いの距離が離れるので、アンテナ106の電流によりパッケージ端子105及びパッケージ端子105に接続される配線(図示せず)に誘起される電流が減少するため、アンテナ特性が劣化しない。すなわち、半導体チップ101と半導体パッケージ108が実装される実装基板との接続に、全てのパッケージ端子105を使用してもアンテナ特性は劣化しないため、配線の自由度を高めることができる。また、パッケージ端子105を第2面に正射影した領域ではない位置に効率的にアンテナ106を配置できるので省面積化できる。
図13Aは、Z軸方向から無線装置を見た透視図であり、図13Bは、図13A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。
パッケージ端子105が基板104の中心に配置されておらず、アンテナ106がパッチアンテナの場合である。またアンテナ106は、第1面に配置されており、アンテナ端子102とアンテナ106の給電部とは、ワイヤボンディング、バンプ、金属パターン及びビアなどによって接続される。アンテナ106が第1面側に配置されているので、半導体パッケージ108の下面方向へ第1面から容易に放射できる。
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5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14及び図15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14に示す無線機器1400は、無線装置1401、プロセッサ1402及びメモリ1403を含む。
無線装置1401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5の実施形態のいずれの無線装置を用いてもよい。
プロセッサ1402、無線装置1401から受け取ったデータ、もしくは無線装置1401へ送信するデータを処理する。
メモリ1403は、プロセッサ1402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PC1501及び携帯端末1502である。ノートPC1501及び携帯端末1502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PC1501及び携帯端末1502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PC1501に搭載された無線装置と携帯端末1502に搭載された無線装置とは、アンテナ106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15の例では、ノートPC1501及び携帯端末1502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16に示すように、メモリーカード1600は無線装置1601とメモリーカード本体1602とを含み、ノートPCや携帯端末、デジタルカメラなどと無線装置1601を介して無線通信を行うことができる。
Claims (5)
- 動作周波数において最も放射強度が強い部分である主放射部を含む放射素子を備える1以上のアンテナと、
該アンテナのうちの少なくとも1つのアンテナが接続された1以上の半導体チップと、
複数の端子が第1面に配置され、該第1面とは異なる第2面に前記半導体チップが配置される基板と、を具備し、
前記主放射部が、前記基板の一辺に寄って配置され、かつ、前記端子のうちの最も外周にある複数の端子の中心をそれぞれ結ぶことにより囲まれた第1領域と、該第1領域を前記第2面に正射影した第2領域とよりも外側に配置されることを特徴とする無線装置。 - 前記半導体チップは、前記基板の中心からずれた位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の無線装置。
- 前記半導体チップは、前記基板の中心よりも前記アンテナに近接して配置されることを特徴とする請求項1に記載の無線装置。
- 前記主放射部は、前記基板の前記第2面に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線装置。
- 前記主放射部は、前記基板の前記第1面に配置されるか、または該第1面と前記第2面との間に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線装置。
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