JP6602324B2

JP6602324B2 - 無線装置

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Publication number: JP6602324B2
Application number: JP2017005986A
Authority: JP
Inventors: 紘橋本; 誠佐野; 啓壽山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2037-01-17
Also published as: US20180205133A1; US10439264B2; EP3349248A1; JP2018117215A

Description

本発明の実施形態は、無線装置に関する。

従来、インターポーザ基板上に半導体チップを搭載した半導体パッケージにスロットアンテナを内蔵する方法が知られている。また、半導体パッケージにシールド機能を付加するために、半導体チップを封止する封止樹脂の表面を導電性膜により被覆し、シールド用の導電性膜からインターポーザ基板の導体層に延伸する開口部を設け、この開口部をスロットアンテナとして機能させてアンテナ内蔵モジュールを実現する技術が提案されている。

インターポーザ基板のスロットアンテナは、導体層の導体パターン内に開口部として形成される。このとき、導体パターンは開口部を内包する形状となるため、比較的大きな面積が必要となる。複数の導体層を有する多層インターポーザ基板にスロットアンテナを形成する場合、スロットアンテナを配置する領域において、各導体層の金属被覆率に差が生じてしまい、基板に反りが発生しやすいという問題がある。特に、インターポーザ基板は一枚の大きな基板に多数配列され製造されるため、個々のインターポーザ基板で生じる反りが積算され、基板全体の反りが大きくなる傾向にある。このため、インターポーザ基板に部品を実装する際のリフロー工程、半導体パッケージ製造の樹脂封止工程やダイシング工程、半導体パッケージを実装基板に実装する際のリフロー工程などにおいて不具合が発生する場合があり、基板の反りを有効に低減できるようにすることが求められている。

特許第５７１０５５８号公報

本発明が解決しようとする課題は、インターポーザ基板の反りを有効に抑制できる新規な構造の無線装置を提供することである。

実施形態の無線装置は、複数の導体層を含むインターポーザ基板と、前記インターポーザ基板に搭載された、送受信回路を内蔵する半導体チップと、前記インターポーザ基板上に配置され、前記半導体チップを封止する非導電体と、を備える。前記インターポーザ基板の複数の導体層のうち、前記インターポーザ基板の厚み方向の中心に対して対称な位置に存在する第１導体層と第２導体層とに、スロットアンテナとして機能する開口部を有し、導体部の面積が略等しいアンテナ用導体パターンがそれぞれ設けられている。前記第１導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンの開口部を第１開口部、前記第２導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンの開口部を第２開口部としたときに、前記第１開口部の前記第２導体層における正射影が前記第２開口部と重なり、前記第１導体層と前記第２導体層に亘って導電体ビアが設けられ、前記第１導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンと前記第２導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンとが、前記導電体ビアを介して電気的に接続されている。

第１実施形態に係る無線装置の斜視図。第１実施形態に係る無線装置の断面図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の平面図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の平面図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の平面図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の平面図。第２実施形態に係る無線装置の斜視図。第２実施形態に係る無線装置の断面図。インターポーザ基板の構成を説明する分解斜視図。インターポーザ基板の平面図。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係る無線装置について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同様の機能を持つ構成要素については同一の符号を付して、重複した説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
まず、図１乃至図４を参照して、第１実施形態に係る無線装置１００Ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る無線装置１００Ａの外観を示す斜視図、図２は、第１実施形態に係る無線装置１００Ａの断面図、図３は、第１実施形態に係る無線装置１００Ａのインターポーザ基板１１０Ａの構成を説明する分解斜視図、図４は、インターポーザ基板１１０Ａを図中のＺ軸方向から見た平面図である。

本実施形態の無線装置１００Ａは、図１および図２に示すように、インターポーザ基板１１０Ａに半導体チップ１０１を搭載し、封止樹脂１０２で封止した構成である。このような構成の無線装置１００Ａは、半導体パッケージもしくはモジュールと呼ばれる。

インターポーザ基板１１０Ａは、図３に示すように、絶縁基材１１１と複数の導体層（本実施形態では２つの導体層１１２ａ，１１２ｂ）とを含む多層基板である。インターポーザ基板１１０Ａの導体層１１２ａ，１１２ｂは、少なくとも、半導体チップ１０１などの部品が搭載される部品搭載面側と、この部品搭載面とは逆側の裏面側とに設けられる。これらの導体層１１２ａ，１１２ｂには、銅などの金属材料を用いて、インターポーザ基板１１０Ａの配線パターンやグランドなどが設けられる。インターポーザ基板１１０Ａは、当該インターポーザ基板１１０Ａに搭載された半導体チップ１０１などの部品を、無線装置１００Ａが実装されるより大きな回路基板に接続するための中継部材としての機能を持つ。

図３は、絶縁基材１１１の表裏の主面部にそれぞれ導体層１１２ａ，１１２ｂが設けられたインターポーザ基板１１０Ａの例を示しており、構造を分かりやすく示すため、仮想的に、絶縁基材１１１と２つの導体層１１２ａ，１１２ｂとを分離した状態を示している。これら２つの導体層１１２ａ，１１２ｂは、インターポーザ基板１１０Ａの厚み方向の中心に対して対称な位置に存在する。以下、このような関係にある２つの導体層１１２ａ，１１２ｂの一方を第１導体層１１２ａと呼び、他方を第２導体層１１２ｂと呼ぶ。

本実施形態の無線装置１００Ａでは、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂに、それぞれ、スロットアンテナとして機能する開口部（スリット）１２１ａ，１２１ｂを有するアンテナ用導体パターン１２０ａ，１２０ｂが設けられている。以下では、第１導体層１１２ａに設けられたアンテナ用導体パターン１２０ａを第１アンテナ用導体パターン１２０ａと呼び、第２導体層１１２ｂに設けられたアンテナ用導体パターン１２０ｂを第２アンテナ用導体パターン１２０ｂと呼ぶ。また、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの開口部１２１ａを第１開口部１２１ａと呼び、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの開口部１２１ｂを第２開口部１２１ｂと呼ぶ。なお、これらの詳細については後述する。

半導体チップ１０１は、例えばシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウム砒素などの材料による半導体基板の内部または表層に、銅、アルミニウム、金などの金属パターンが形成されたものであり、信号を送受信するための送受信回路を内蔵する。半導体チップ１０１は、インターポーザ基板１１０Ａの部品搭載面に搭載され、インターポーザ基板１１０Ａの配線パターンやグランドとボンディングワイヤやバンプなどを通じて電気的に接続される。

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構成されていてもよい。また、半導体チップ１０１は、ＣＳＰ（Chip Size Package）として構成されていてもよい。また、図１および図２では、インターポーザ基板１１０Ａに１つの半導体チップ１０１を搭載した例を示しているが、複数の半導体チップ１０１をインターポーザ基板１１０Ａに搭載した構成であってもよい。この場合、複数の半導体チップ１０１は、スタックされた状態で搭載されてもよいし、横に並べて搭載されてもよい。さらに、図１および図２では、インターポーザ基板１１０Ａに半導体チップ１０１のみを搭載した例を示しているが、半導体チップ１０１のほかに、チップコンデンサ、抵抗、インダクタおよびＩＣなどの部品がインターポーザ基板１１０Ａに搭載されていてもよい。

封止樹脂１０２は、例えば、エポキシ樹脂を主成分としてシリカ充填材などを加えた熱硬化性成形材料よりなり、半導体チップ１０１を保護するために、インターポーザ基板１１０Ａの部品搭載面上に配置され、半導体チップ１０１を封止する。なお、封止樹脂１０２は、半導体チップ１０１を封止する非導電体の一例である。非導電体は樹脂に限らず、他の非導電材料または絶縁材料を用いた構成であってもよい。

第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは、図３に示すように、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａおよび第２導体層１１２ｂにおいてスロットアンテナを配置する領域として予め定められた領域（以下、アンテナ領域と呼ぶ）に、略同じ形状の導体パターンとして設けられている。図３に示す例では、第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは矩形となっているが、多角形や一部に曲線を含む複雑な形状であってもよい。

本実施形態の無線装置１００Ａでは、これら第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂにそれぞれ第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂを設けることで、スロットアンテナが構成されている。第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂの長手方向の長さは、無線装置１００Ａの通信に用いる所望周波数の略半波長とされている。そして、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの少なくとも一方（図３の例では第１開口部１２１ａ）がアンテナ給電線１３０により共平面給電されることで、これら第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂはスロットアンテナとして機能し、所望周波数の電磁波を効率よく放射または受信することができる。図３に示す例では、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂは矩形となっているが、使用周波数、所望の放射方向、アンテナ領域の形状などに応じて、Ｌ字状、Ｕ字状、メアンダ状、その他複雑な形状であってもよい。

アンテナ給電線１３０、第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは、第１アンテナ用導体パターン１２０ａをサイドグランド、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂを裏面グランドとするグランド付コプレーナ線路を構成する。アンテナ給電線１３０は第１開口部１２１ａを給電するため、図４に示すように、第１開口部１２１ａと交差するように延伸してその先端が第１アンテナ用導体パターン１２０ａに接続されている。また、アンテナ給電線１３０の先端以外の部分では、アンテナ給電線１３０と第１アンテナ用導体パターン１２０ａとを絶縁するためのギャップＧが設けられている。なお、図３および図４では、アンテナ給電線１３０の基端側の図示を省略しているが、アンテナ給電線１３０の基端側は、バンプやボンディングワイヤなどを介して、半導体チップ１０１のＲＦ入出力に接続される。

インターポーザ基板１１０Ａの反りを低減するためには、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂの金属被覆率を同程度とする必要があるが、信号配線やグランドパターンの配置の都合上、異なる導体層間で金属被覆率に差が生じてしまうことがある。このような場合、電気的な機能を持たない導体のダミーパターンをメッシュ状やランド配列状に配置することで異なる導体層の金属被覆率を同程度とする対策が広く用いられている。

しかし、インターポーザ基板１１０Ａのアンテナ領域にダミーパターンを配置する場合、ダミーパターンはアンテナ特性に悪影響を与えるため、配置が制限される。すなわち、一般的にスロットアンテナはアンテナ領域における導体パターン内の開口部として形成されるため、導体パターンに比較的大きな面積が必要となり、異なる導体層間で金属被覆率に差が生じやすい。そして、アンテナ領域にダミーパターンを配置することで異なる導体層間での金属被覆率の差を抑制しようとした場合、スロットアンテナとして機能する開口部から他の導体層に下ろした正射影の領域内にダミーパターンなどの導体が配置されていると、スロットアンテナのアンテナ特性が著しく劣化する。スロットアンテナのアンテナ特性が劣化しないよう、スロットアンテナとして機能する開口部から他の導体層に下ろした正射影の領域内にはダミーパターンを配置しない制約をかけた場合、ダミーパターンを配置して金属被覆率を調整してもアンテナ領域における異なる導体層間に金属被覆率の差が残ってしまう。

これに対し、本実施形態の無線装置１００Ａにおいては、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａに設けられた第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２導体層１１２ｂに設けられた第２アンテナ用導体パターン１２０ｂが略同形状となっており、また、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂも略同形状となっている。したがって、第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは、導体部の面積が略等しくなっている。

また、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂは、アンテナ領域において略同じ位置に形成されている。すなわち、第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影が第２開口部１２１ｂと重なるようになっている。換言すると、インターポーザ基板１１０Ａを主面に垂直な方向（図中のＺ軸方向）に平面視したときに、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂとが重なったように見える。

本実施形態の無線装置１００Ａでは、以上のような構成の第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとを、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂのアンテナ領域にそれぞれ配置することで、インターポーザ基板１１０Ａのアンテナ領域における金属被覆率を、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂとで同程度にすることが可能となる。その結果、絶縁基材１１１と第１導体層１１２ａの界面に生じる応力と絶縁基材１１１と第２導体層１１２ｂの界面に生じる応力とが相殺されるため、インターポーザ基板１１０Ａの反りを低減できる。また、第１開口部１２１ａや第２開口部１２１ｂの他の導体層における正射影内にダミーパターンなどの導体が配置されないため、こうした導体の影響でスロットアンテナのアンテナ特性が劣化することを有効に抑制できる。このように、本実施形態の無線装置１００Ａは、スロットアンテナのアンテナ特性を良好に保ちつつ、インターポーザ基板１１０Ａの反りを有効に低減できる。

なお、インターポーザ基板１１０Ａの反りを低減するためには、インターポーザ基板１１０Ａのアンテナ領域以外の部分についても、異なる導体層の金属被覆率を同程度にすることが好ましい。インターポーザ基板１１０Ａのアンテナ領域以外の部分においては、ダミーパターンなどの導体を設けた場合でもアンテナ特性への影響が小さいため、従来どおりダミーパターンを配置することで、異なる導体層の金属被覆率を同程度にすることができる。

以上説明した本実施形態の無線装置１００Ａは、例えば、インターポーザ基板１１０Ａの裏面側に半田ボールで形成される端子を設けたＢＧＡ（Ball Grid Array）構造のパッケージもしくはモジュールとして構成される。また、半田ボールの端子を設けずに、インターポーザ基板１１０Ａの裏面側のランドを端子とするＬＧＡ（Land Grid Array）構造のパッケージもしくはモジュールとして構成されてもよい。なお、図１乃至図４に例示した無線装置１００Ａは平面形状が四角形であるが、無線装置１００Ａの外形はこの例に限らず様々な形状とすることができる。

以上のように、本実施形態の無線装置１００Ａでは、インターポーザ基板１１０Ａのアンテナ領域において、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂに導体部の面積が略等しい第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとがそれぞれ設けられている。そして、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影が、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂと重なるようになっている。したがって、本実施形態によれば、スロットアンテナのアンテナ特性を著しく劣化させることなく、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂとで金属被覆率を同程度にできるため、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ａの反り低減を同時に実現できる。

また、本実施形態においては、スロットアンテナへの給電線路として、外部環境からの影響を受けにくいグランド付コプレーナ線路を用いているため、無線装置１００Ａを実装した際の環境によるアンテナ特性への影響を有効に低減できる。また、グランド付コプレーナ線路はマイクロストリップ線路に比べて特性インピーダンスを広範囲に調整できるため、スロットアンテナに給電する際に、インピーダンス整合が取りやすいという利点もある。なお、第１導体層１１２ａにはアンテナ給電線１３０とギャップＧが設けられているため、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂのアンテナ領域における金属被覆率は、厳密には同じではないがその差は無視できるレベルである。そのため、グランド付コプレーナ線路を設けてスロットアンテナに給電する構成であっても、インターポーザ基板１１０Ａの反りを有効に低減できる。

（変形例１）
図３および図４に示したインターポーザ基板１１０Ａは、２つの導体層を持つ構成であったが、３層以上の導体層と各導体層の間に配置される２以上の絶縁基材とを含む構成のインターポーザ基板１１０Ａを用いてもよい。一般的に３層以上の導体層を持つ多層基板は、予め絶縁体の表裏に導体層が設けられた複数のコアを、絶縁体からなるプリグレルを用いて接着した構成である。また、プリグレルの代わりに絶縁体からなるボンディングフィルムを用いることもある。この場合、コアの絶縁体やプリグレルあるいはボンディングフィルムが、インターポーザ基板１１０Ａの絶縁基材１１１に相当する。

図５および図６は、３つの導体層を持つインターポーザ基板１１０Ａの一例を示す図であり、図５は、このインターポーザ基板１１０Ａの構成を説明する分解斜視図、図６は、このインターポーザ基板１１０Ａを図中のＺ軸方向から見た平面図である。

本変形例のインターポーザ基板１１０Ａは、図５に示すように、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂとの間に２つの絶縁基材１１１ａ，１１１ｂが存在し、これら２つの絶縁基材１１１ａ，１１１ｂの間（インターポーザ基板１１０Ａの厚み方向の中心）に、第３導体層１１２ｃが配置されている。そして、第３導体層１１２ｃのアンテナ領域には、第１アンテナ用導体パターン１２０ａや第２アンテナ用導体パターン１２０ｂと同様の第３アンテナ用導体パターン１２０ｃが設けられている。第３アンテナ用導体パターン１２０ｃは、第１開口部１２１ａや第２開口部１２１ｂと同様の第３開口部１２１ｃを有する。

また、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａでは、第３導体層１１２ｃにアンテナ給電線１３０が設けられている。そして、第３アンテナ用導体パターン１２０ｃの第３開口部１２１ｃが、このアンテナ給電線１３０により共平面給電されることで、第１開口部１２１ａ、第２開口部１２１ｂおよび第３開口部１２１ｃがスロットアンテナとして機能し、所望周波数の電磁波を効率よく放射または受信することができる。

第３導体層１１２ｃのアンテナ給電線１３０と、第１導体層１１２ａの第１アンテナ用導体パターン１２０ａと、第２導体層１１２ｂの第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは、第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂを裏面グランドとするストリップ線路を構成する。ストリップ線路は、上述のグランド付コプレーナ線路と同様、外部環境からの影響を受けにくいため、スロットアンテナへの給電線路としてストリップ線路を用いることで、無線装置１００Ａを実装した際の環境によるアンテナ特性への影響を有効に低減できる。

本変形例のインターポーザ基板１１０Ａでは、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａと、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂと、第３アンテナ用導体パターン１２０ｃの第３開口部１２１ｃとが、アンテナ領域においてほぼ同じ位置に形成されている。すなわち、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを主面に垂直な方向（図中のＺ軸方向）に平面視したときに、第１開口部１２１ａと第３開口部１２１ｃと第２開口部１２１ｂとが重なったように見える。

したがって、上述のインターポーザ基板１１０Ａに代えて本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを用いた場合でも、スロットアンテナのアンテナ特性を著しく劣化させることなく、インターポーザ基板１１０Ａの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂとで金属被覆率を同程度にできる。したがって、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ａの反り低減を同時に実現できる。

なお、以上は第３導体層１１２ｃに第３アンテナ用導体パターン１２０ｃを設けた例であるが、図７に示すように、第３導体層１１２ｃにはアンテナ用導体パターンを設けない構成であってもよい。図７に示すインターポーザ基板１１０Ａは、アンテナ用導体パターンを設けない第３導体層１１２ｃにアンテナ給電線１３０を設け、電磁界結合給電により、スロットアンテナとして機能する第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂに対する給電を行っている。第３導体層１１２ｃではなく、第１導体層１１２ａまたは第２導体層１１２ｂにアンテナ給電線１３０を設け、上述したグランド付コプレーナ線路を構成して共平面給電を行う構成であってもよい。

また、以上は３つの導体層を持つインターポーザ基板１１０Ａを例示したが、４つ以上の導体層を持つ構成であってもよい。この場合も、インターポーザ基板１１０Ａの厚み方向の中心に対して対称な位置に存在する２つの導体層の一方を第１導体層１１２ａ、他方を第２導体層１１２ｂとして、上述した構成の第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとをそれぞれ第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂに設けることで、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ａの反り低減を同時に実現できる。

（変形例２）
図３および図４に示したインターポーザ基板１１０Ａは、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂが略同形状で、かつ、アンテナ領域において略同じ位置に形成された構成であったが、インターポーザ基板１１０Ａは、第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影が第２開口部１２１ｂと重なるようになっていればよく、第１開口部１２１ａの大きさが第２開口部１２１ｂよりも若干小さい構成であってもよい。

図８および図９は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを示す図であり、図８は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａの構成を説明する分解斜視図、図９は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを図中のＺ軸方向から見た平面図である。

本変形例のインターポーザ基板１１０Ａでは、図８および図９に示すように、アンテナ給電線１３０により共平面給電される第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａの大きさが、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂよりも若干小さくなっている。すなわち、第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影Ｐ（図８参照）が、第２開口部１２１ｂに内包される構成となっている。

インターポーザ基板１１０Ａは、複数の導体層を含む多層基板であるため、製造時に層間の位置ずれが生じることがある。このときの位置ずれ量は僅かではあるが、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの大きさが同じ場合、層間の位置ずれによってスロットアンテナの特性が変化してしまう。すなわち、インターポーザ基板１１０Ａを主面に垂直な方向に平面視したときに、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂとが重なる領域がスロットアンテナの実効的な寸法となるが、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの大きさが同じ場合、この重なる領域の大きさが層間の位置ずれによって変化し、アンテナ特性が変化してしまう。

これに対し、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａのように、第１開口部１２１ａの大きさを第２開口部１２１ｂよりも若干小さくし、第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影Ｐが第２開口部１２１ｂに内包される構成とした場合は、基板製造時に層間の位置ずれが生じたとしても、スロットアンテナの実効的な寸法は第１開口部１２１ａの寸法に保たれる。したがって、基板製造時に層間の位置ずれによってアンテナ特性が変化する不都合を有効に抑制することができる。なお、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの大きさの違いは、基板製造時の層間の位置ずれの公差を考慮して決めればよい。第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの大きさの違いは僅かであるため、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂの金属被覆率は同程度に保たれる。

以上のように、本変形例においても、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂの金属被覆率は同程度に保たれるので、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ａの反り低減を同時に実現できる。また、本変形例では、アンテナ特性の層間位置ずれに対するロバスト性が向上するため、基板製造工程における歩留まりを向上させることができる。

（変形例３）
インターポーザ基板１１０Ａは、複数の導体パターンが形成された平行平板構造となっているため、スロットアンテナが電波を放射または受信する際に、電波の一部が平行平板構造内に漏洩する可能性がある。本変形例のインターポーザ基板１１０Ａは、第１導体層１１２ａに設けた第１アンテナ用導体パターン１２０ａと、第２アンテナ用導体層１１２ｂに設けた第２導体パターン１２０ｂとを導電体ビアを介して電気的に接続することで、このような電波の漏洩を抑制する。

図１０および図１１は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを示す図であり、図１０は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａの構成を説明する分解斜視図、図１１は、本変形例のインターポーザ基板１１０Ａを図中のＺ軸方向から見た平面図である。

本変形例のインターポーザ基板１１０Ａでは、図１０および図１１に示すように、第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとを電気的に接続する導電体ビア１５０が、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂに亘って、絶縁基材１１１を貫通して設けられている。導電体ビア１５０は、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂを取り囲むように、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの周囲に設けられている。このような構成とすることで、平行平板構造内への電波の漏洩を有効に抑制できるため、スロットアンテナのアンテナ特性がさらに向上する。また、本変形例においても、第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂの金属被覆率は同程度となるため、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ａの反り低減を同時に実現できる。

＜第２実施形態＞
次に、図１２乃至図１５を参照して、第２実施形態に係る無線装置１００Ｂについて説明する。図１２は、第２実施形態に係る無線装置１００Ｂの外観を示す斜視図、図１３は、第２実施形態に係る無線装置１００Ｂの断面図、図１４は、第２実施形態に係る無線装置１００Ｂのインターポーザ基板１１０Ｂの構成を説明する分解斜視図、図１５は、インターポーザ基板１１０Ｂを図中のＺ軸方向から見た平面図である。

本実施形態の無線装置１００Ｂは、図１２および図１３に示すように、インターポーザ基板１１０Ｂに搭載された半導体チップ１０１を封止樹脂１０２で封止し、封止樹脂１０２の表面およびインターポーザ基板１１０Ｂの側面を導電性膜１０３で被覆した構成である。このような構成の無線装置１００Ｂは、シールド機能付きの半導体パッケージもしくはモジュールと呼ばれる。

導電性膜１０３は、例えば、銅、銀などの導電率が高い金属材料、あるいは銀などの金属材料とエポキシ樹脂などの絶縁材料との混合物である導電性ペーストよりなり、封止樹脂１０２の表面（外側の面）およびインターポーザ基板１１０Ｂの側面を被覆する膜として形成される。つまり、本実施形態の無線装置１００Ｂは、インターポーザ基板１１０Ｂの裏面を除く全周が導電性膜１０３で覆われた構成である。以下では、インターポーザ基板１１０Ｂの部品搭載面と対向する導電性膜１０３の面を、導電性膜１０３の主面部と呼ぶ。また、インターポーザ基板１１０Ｂの側面と対向する導電性膜１０３の面を、導電性膜１０３の側面部と呼ぶ。

導電性膜１０３は、主に半導体チップ１０１から発生する高周波（数十ＭＨｚから数ＧＨｚ）の電磁波が放射ノイズとして無線装置１００Ｂの外部に漏洩することを抑制するシールド機能を持つ。導電性膜１０３によるシールド効果は、導電性膜１０３の抵抗率を導電性膜１０３の厚さで割ったシート抵抗値に依存する。導電性膜１０３は、放射ノイズの漏洩を再現性よく抑制できるようにするために、シート抵抗値が０．５Ω以下となる構成とすることが望ましい。

また、導電性膜１０３は、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａに設けられた第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２導体層１１２ｂに設けられた第２アンテナ用導体パターン１２０ｂと電気的に接続されている。つまり、導電性膜１０３は封止樹脂１０２の表面だけでなくインターポーザ基板１１０Ｂの側面も被覆するため、インターポーザ基板１１０Ｂの側面にてグランド電位となる第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂと接触し、これら第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂと電気的に接続される。導電性膜１０３をインターポーザ基板１１０Ｂのグランド電位となる導体パターンに低抵抗に接続することで、高いシールド効果を得ることができる。

導電性膜１０３には、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂと連続する開口部（以下、シールド開口部と呼ぶ）１４０が設けられている。そして、このシールド開口部１４０と第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂとが、一体のスロットアンテナとして機能する構成となっている。具体的には、例えば図１２に示すように、導電性膜１０３の主面部から側面部に亘って、シールド開口部１４０が設けられている。また、図１４に示すように、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａは、その一端部１２２ａがインターポーザ基板１１０Ｂの側面に到達するように設けられ、この一端部１２２ａにて導電性膜１０３の側面部のシールド開口部１４０と連続している。同様に、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂは、その一端部１２２ｂがインターポーザ基板１１０Ｂの側面に到達するように設けられ、この一端部１２２ｂにて導電性膜１０３の側面部のシールド開口部１４０と連続している。

第１開口部１２１ａは、例えば、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａに配線パターンやグランドなどをパターン形成する際に、インターポーザ基板１１０Ｂの側面に隣接して配置された第１アンテナ用導体パターン１２０ａに対して、インターポーザ基板１１０Ｂの側面から切り込まれた形状の切れ目（スリット）として形成される。第２開口部１２１ｂは、インターポーザ基板１１０Ｂの第２導体層１１２ｂに配線パターンやグランドなどをパターン形成する際に、インターポーザ基板１１０Ｂの側面に隣接して配置された第２アンテナ用導体パターン１２０ｂに対して、インターポーザ基板１１０Ｂの側面から切り込まれた形状の切れ目（スリット）として形成される。

本実施形態の無線装置１００Ｂにおいても、第１実施形態の無線装置１００Ａと同様に、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａに設けられた第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２導体層１１２ｂに設けられた第２アンテナ用導体パターン１２０ｂが略同形状となっており、また、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂも略同形状となっている。したがって、第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂは、導体部の面積が略等しくなっている。

シールド開口部１４０は、インターポーザ基板１１０Ｂの部品搭載面上に半導体チップ１０１を搭載し、封止樹脂１０２で封止して導電性膜１０３を成膜した後、例えばレーザ加工機やエンドミル加工機を用いて導電性膜１０３の主面部および側面部に対して切削加工を施すことにより形成される。このとき、シールド開口部１４０は、インターポーザ基板１１０Ｂの第１アンテナ用導体パターン１２０ａに形成されている第１開口部１２１ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂに形成されている第２開口部１２１ｂと繋がるように、第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂに対して位置合わせして導電性膜１０３に形成される。

インターポーザ基板１１０Ｂの第１アンテナ用導体パターン１２０ａに設けられた第１開口部１２１ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂに設けられた第２開口部１２１ｂと、導電性膜１０３に設けられたシールド開口部１４０とが繋がることで、第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂとシールド開口部１４０とが、連続した一体の開口部を構成する。

ここで、第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂとシールド開口部１４０とからなる一体の開口部の長さは、無線装置１００Ｂの通信に用いる所望周波数の略半波長とされている。そして、第１開口部１２１ａと第２開口部１２１ｂの少なくとも一方（図１４の例では第１開口部１２１ａ）がアンテナ給電線１３０により共平面給電されることで、第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂとシールド開口部１４０とからなる一体の開口部はスロットアンテナとして機能し、所望周波数の電磁波を効率よく放射または受信することができる。

本実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、アンテナ給電線１３０、第１アンテナ用導体パターン１２０ａおよび第２アンテナ用導体パターン１２０ｂが、第１アンテナ用導体パターン１２０ａをサイドグランド、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂを裏面グランドとするグランド付コプレーナ線路を構成する。アンテナ給電線１３０は第１開口部１２１ａを給電するため、図１５に示すように、第１開口部１２１ａと交差するように延伸してその先端が第１アンテナ用導体パターン１２０ａに接続されている。また、アンテナ給電線１３０の先端以外の部分では、アンテナ給電線１３０と第１アンテナ用導体パターン１２０ａとを絶縁するためのギャップＧが設けられている。なお、図１４および図１５では、アンテナ給電線１３０の基端側の図示を省略しているが、アンテナ給電線１３０の基端側は、バンプやボンディングワイヤなどを介して、半導体チップ１０１のＲＦ入出力に接続される。

本実施形態の無線装置１００Ｂでは、インターポーザ基板１１０Ｂに設けた第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂと導電性膜１０３に設けたシールド開口部１４０とが連続して一体のスロットアンテナを構成するため、スロットアンテナの長さを確保しやすい。したがって、例えば通信に用いる所望周波数に対して無線装置１００Ｂのサイズが小さい場合であっても、所望周波数の略半波長の長さを有するスロットアンテナを適切に形成することが可能となる。また、放射素子としてスロットアンテナを用いるため、導体を用いて放射素子を構成した場合と比較して、導電性膜１０３の開口面積を最小限にしながら良好なアンテナ特性を実現でき、シールドの役割を果たす導電性膜１０３に開口を設けることによるシールド性能の劣化を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂに導体部の面積が略等しい第１アンテナ用導体パターン１２０ａと第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとがそれぞれ設けられている。そして、第１アンテナ用導体パターン１２０ａの第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影が、第２アンテナ用導体パターン１２０ｂの第２開口部１２１ｂと重なるようになっている。したがって、本実施形態によれば、スロットアンテナのアンテナ特性を著しく劣化させることなく、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａと第２導体層１１２ｂとで金属被覆率を同程度にできるため、良好なアンテナ特性とインターポーザ基板１１０Ｂの反り低減を同時に実現できる。

インターポーザ基板１１０Ｂに反りが発生すると、インターポーザ基板１１０Ｂの個片化（ダイシング）が難しくなることに加え、導電性膜１０３にシールド開口部１４０を形成する加工も難しくなり、シールド開口部１４０の位置ずれが生じやすくなる。その結果、インターポーザ基板１１０Ｂに設けた第１開口部１２１ａおよび第２開口部１２１ｂとシールド開口部１４０とが不連続となり、シールドアンテナとして機能しなくなる虞がある。これに対し、本実施形態の無線装置１００Ｂでは、インターポーザ基板１１０Ｂの反りが低減されるため、上記の不都合を有効に抑制して、高性能な無線装置１００Ｂを実現することができる。

なお、本実施形態においても、上述の第１実施形態の変形例１のように、３層以上の導体層を有するインターポーザ基板１１０Ｂを用いてもよい。また、本実施形態においても、上述の第１実施形態の変形例２のように、インターポーザ基板１１０Ｂに設けた第１開口部１２１ａの第２導体層１１２ｂにおける正射影Ｐ（図８参照）が、第２開口部１２１ｂに内包される構成であってもよい。また、本実施形態においても、上述の第１実施形態の変形例３のように、インターポーザ基板１１０Ｂの第１導体層１１２ａに設けた第１アンテナ用導体パターン１２０ａと、第２導体層１１２ｂに設けた第２アンテナ用導体パターン１２０ｂとを、導電体ビア１５０で電気的に接続する構成であってもよい。

以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、インターポーザ基板の反りを有効に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、ここで説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。ここで説明した新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。ここで説明した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００Ａ，１００Ｂ無線装置
１０１半導体チップ
１０２封止樹脂
１０３導電性膜
１１０Ａ，１１０Ｂインターポーザ基板
１１２ａ第１導体層
１１２ｂ第２導体層
１２０ａ第１アンテナ用導体パターン
１２０ｃ第２アンテナ用導体パターン
１２１ａ第１開口部
１２１ｂ第２開口部
１３０アンテナ給電線
１４０シールド開口部
１５０導電体ビア

Claims

複数の導体層を含むインターポーザ基板と、
前記インターポーザ基板に搭載された、送受信回路を内蔵する半導体チップと、
前記インターポーザ基板上に配置され、前記半導体チップを封止する非導電体と、を備える無線装置であって、
前記インターポーザ基板の複数の導体層のうち、前記インターポーザ基板の厚み方向の中心に対して対称な位置に存在する第１導体層と第２導体層とに、スロットアンテナとして機能する開口部を有し、導体部の面積が略等しいアンテナ用導体パターンがそれぞれ設けられ、
前記第１導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンの開口部を第１開口部、前記第２導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンの開口部を第２開口部としたときに、前記第１開口部の前記第２導体層における正射影が前記第２開口部と重なり、
前記第１導体層と前記第２導体層に亘って導電体ビアが設けられ、前記第１導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンと前記第２導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンとが、前記導電体ビアを介して電気的に接続されている、
無線装置。
前記第１開口部の前記第２導体層における正射影が前記第２開口部に内包される、
請求項１に記載の無線装置。
前記非導電体の表面および前記インターポーザ基板の側面を被覆し、前記第１導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンと前記第２導体層に設けられた前記アンテナ用導体パターンとに電気的に接続された導電性膜をさらに備え、
前記導電性膜は、前記第１開口部および前記第２開口部と連続する開口部を有し、前記導電性膜の開口部と前記第１開口部および前記第２開口部とが一体のスロットアンテナとして機能する、
請求項１または２に記載の無線装置。
前記第１開口部と前記第２開口部の少なくとも一方が、前記第１導体層または前記第２導体層に配置された給電線により共平面給電される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線装置。
前記第１開口部と前記第２開口部の少なくとも一方が、前記第１導体層と前記第２導体層とは異なる他の導体層に配置された給電線により電磁結合給電される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線装置。
前記導電体ビアは、前記第１開口部と前記第２開口部との周囲に設けられている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線装置。