JP7134385B2 - アクティブフェーズドアレーアンテナ - Google Patents

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Description

本開示は、アクティブフェーズドアレーアンテナに関する。
特許文献１の図２１及びこれに関係する明細書の記載には、基板（１５０）と、高密度低速シリコンＩＣデバイス（１５１）と、絶縁基板（１５２）と、低密度高速デバイス（１５３）と、パッチアンテナ（１５９）を有する基板（１５４）とが、この順に積層された３次元構造のアンテナが開示されている。高密度低速シリコンＩＣデバイスは素子（１５５）と配線（１５６）を有する。低密度高速デバイスにはヘテロ接合バイポーラトランジスタが形成されている。
特開２０１５－８４４２１号公報
この特許文献１に開示されたアンテナによれば、低密度で配置されている化合物半導体ＩＣチップ（１５７）の面積は、高密度で配置されているシリコンＩＣチップ（１５５）の面積よりも大きい。そのため、アンテナを有する基板から電源をシリコンウエハ（Ｓｉウエハ）に供給しようとする際、アンテナを有する基板とシリコンウエハとを直接接続する給電線を設けることが困難であった。そのため、化合物半導体ＩＣチップを搭載したデバイス上に給電用のエリアを設けて化合物半導体ＩＣチップの電源とＳｉウエハの電源を共通化せざるを得なかった。そのため、化合物半導体ＩＣチップの動作時に発せられる熱によりＳｉウエハへの電源供給が不安定になる可能性があるという問題点があった。
本開示は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、実施形態による一側面は、３次元構造のアクティブフェーズドアレーアンテナにおいて、Ｓｉウエハへの電源と化合物半導体チップへの電源が分離されたアクティブフェーズドアレーアンテナを提供することを目的とする。
実施形態によるアクティブフェーズドアレーアンテナの一側面は、複数のアンテナ素子を有する基板と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた一群の半導体チップを内蔵する疑似ウエハと、シリコンからなるシリコンウエハと、がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記疑似ウエハは、前記基板から前記一群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記疑似ウエハを前記疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、を有する。
実施形態によるアクティブフェーズドアレーアンテナの他の側面は、複数のアンテナ素子が形成された基板と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた第１群の半導体チップを内蔵する第１の疑似ウエハと、シリコンで形成された１枚以上のシリコンウエハを内蔵する第２の疑似ウエハと、化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた第２群の半導体チップを内蔵する第３の疑似ウエハと、がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記第１の疑似ウエハは、前記基板から前記第１群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、前記基板から前記第２群の半導体チップへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第３の給電線と、を有する。
上記のアクティブフェーズドアレーアンテナの前記一側面によれば、前記疑似ウエハは、前記基板から前記一群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記疑似ウエハを前記疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、を有する。したがって、Ｓｉウエハへの電源と化合物半導体チップへの電源が分離されている。
上記のアクティブフェーズドアレーアンテナの前記他の一側面によれば、前記第１の疑似ウエハは、前記基板から前記第１群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、前記基板から前記第２群の半導体チップへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第３の給電線と、を有する。したがって、化合物半導体チップへの電源と、Ｓｉウエハへの電源とが分離されている。
実施の形態１による３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ）の一例に係る一部切り欠き斜視断面図である。但し、疑似ウエハに内蔵された化合物半導体チップに形成された回路素子ついては、回路記号により示している。 図１の第１の化合物半導体チップ及び第２の化合物半導体チップの内部のブロック図である。 図１の３次元構造ＡＰＡＡの変形例に係る一部切り欠き斜視断面図である。疑似ウエハに内蔵された化合物半導体チップが備える回路素子については、容易な理解のために図示を省略している。 図１の３次元構造ＡＰＡＡの放熱経路を示す図である。 シリコンウエハ、化合物半導体チップ、及びアンテナ素子の面積の関係を表した図である。 図１の３次元構造ＡＰＡＡの変形例に係る概念的構成図である。 図１の３次元構造ＡＰＡＡの変形例に係る概念的構成図である。 実施の形態２による３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ）の一例に係る一部切り欠き斜視断面図である。 図５の３次元構造ＡＰＡＡの放熱経路を示す図である。
以下、本開示の実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１．
１．構成
図１から図６Ｂを参照して、実施の形態１による３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ）について説明する。先ずは、３次元構造ＡＰＡＡの構成について説明する。
＜３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ＞
図１は、実施の形態１による３次元構造ＡＰＡＡ１の一例に係る一部切り欠き斜視断面図である。図１に示されているように、３次元構造ＡＰＡＡ１は、アレー状に配置された複数のアンテナ素子９－１、９－２を有する基板８と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップ４－１、４－２を備えた一群の半導体チップを内蔵する疑似ウエハ３と、シリコンからなるシリコン（Ｓｉ）ウエハ２と、がこの順に積層された構成を有する。Ｓｉウエハ２と疑似ウエハ３は第１の接続構造群６を介して接続されている。第１の接続構造群６は、例えばＳｉウエハ２の表面の金属配線同士の配線間接合、はんだボール、金バンプを含む。疑似ウエハ３と基板８は第２の接続構造群７を介して接続されている。第２の接続構造群７は、例えばはんだボールや金バンプを含む。はんだボールや金バンプの形状は球状である必要はなく、他の形状であってもよい。例えば、銅ポスト（銅ピラー）のような円柱であってもよい。基板８の下側には、アレーアンテナ９が形成される。アレーアンテナ９の例には、例えば、基板８にパターンニングされたパッチアレーアンテナや３次元構造の導波管スロットアレーアンテナが含まれる。１つのアンテナ素子に対応して、Ｓｉウエハ２には１つの移相器が、疑似ウエハ３には高出力増幅器１２及び低雑音増幅器１３が含まれている。このように、３次元構造ＡＰＡＡ１は、３次元構造をしたアクティブフェーズドアレーアンテナとしての構成を備える。以下、各要素又は構成部について説明する。
＜Ｓｉウエハ＞
Ｓｉウエハ２はシリコンで形成されたウエハである。Ｓｉウエハ２は、３次元構造ＡＰＡＡ１の信号を制御する不図示の移相器、可変利得増幅器（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＶＧＡ）、及びデジタル制御回路を含む。このように移相器等のデバイスが、疑似ウエハ３を介して基板８と反対側に位置するＳｉウエハ２内に設けられていることにより、基板８のアンテナ面を広くとることができる。
＜疑似ウエハ＞
疑似ウエハ３は、第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２を絶縁体材料で覆った疑似ウエハである。疑似ウエハ３は、ファンアウトウエハレベルパッケージ（Ｆａｎ Ｏｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ：ＦＯＷＬＰ）や部品内蔵基板のような技術を用いて形成できる。図１では、化合物半導体チップは２つしか示されていないが、アレー上に配置されるアンテナ素子の数に応じて、疑似ウエハ３は不図示の化合物半導体チップを有する。
第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２の基板８側を向く各面にはトランジスタなどの回路素子が形成されている。
疑似ウエハ３は、疑似ウエハ３を厚さ方向に貫通する配線として、第１の疑似ウエハ貫通配線５－１、第２の疑似ウエハ貫通配線５－２、第３の疑似ウエハ貫通配線５－３を有する。また、疑似ウエハ３は、疑似ウエハ３内の化合物半導体チップ４と、疑似ウエハ３の表面に設けられた端子を接続するビアとして、第１のビア１０－１、第２のビア１０－２、第３のビア１０－３、及び第４のビア１０－４を有する。また、疑似ウエハ３は、疑似ウエハ３内の化合物半導体チップ４と、疑似ウエハ３の裏面に設けられた端子を接続するビアとして、第５のビア１１－５、第６のビア１１－６、第７のビア１１－７、及び第８のビア１１－８を有する。
＜化合物半導体チップ＞
第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などの化合物半導体からなるチップである。第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２はチップの表面（図１において基板８側の面）と裏面（図１においてＳｉウエハ２側の面）両方に信号の入出力端子を有する構造を有する。すべての化合物半導体チップの表面と裏面に入出力端子がある必要はない。疑似ウエハ３の裏面の入出力端子の一部は第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２の表面の入出力端子に接続され、疑似ウエハ３の基板８側の入出力端子の一部は第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２の基板８側の入出力端子に接続される。
第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２は同一構造の化合物半導体チップ４であり、例えば図２に示されているような回路ブロックを有する。図２に示されているように、化合物半導体チップ４は、高出力増幅器１２と低雑音増幅器１３、ＳＰＤＴスイッチ１４、送信信号入力端子１５、送受信信号入出力端子１６、受信信号出力端子１７を含む。高出力増幅器１２の入力端子は送信信号入力端子１５に接続され、高出力増幅器１２の出力端子はＳＰＤＴスイッチ１４の第１の端子に接続される。ＳＰＤＴスイッチの第２の端子は送受信信号入出力端子１６に接続され、ＳＰＤＴスイッチの第３の端子は低雑音増幅器１３の入力端子に接続される。低雑音増幅器の出力端子は化合物半導体チップ４の受信信号出力端子１７に接続される。
＜ビア、疑似ウエハ貫通配線＞
Ｓｉウエハ２と第１の化合物半導体チップ４－１、第２の化合物半導体チップ４－２への配線の接続について説明する。Ｓｉウエハ２の電源と制御信号は基板８から供給されて、第１の疑似ウエハ貫通配線５－１、第２の疑似ウエハ貫通配線５－２、第３の疑似ウエハ貫通配線５－３によって供給される。疑似ウエハ貫通配線５－１～５－３は、図１に示されているように、疑似ウエハ３を厚さ方向に貫通する。どの疑似ウエハ貫通配線が電源又は信号を供給するかは適宜定められる。例えば、第１の疑似ウエハ貫通配線５－１が電源を供給し、第２の疑似ウエハ貫通配線５－２と第３の疑似ウエハ貫通配線５－３が信号を供給する。第１の化合物半導体チップ４－１の電源は基板８から供給されて、第１のビア１０－１によって供給される。同様に、第２の化合物半導体チップ４－２の電源は基板８から供給されて、第３のビア１０－３によって供給される。このように、Ｓｉウエハ２の電源と、化合物半導体チップ４の電源は異なるラインを通じて供給される。すなわち、電源分離がなされている。
第１の化合物半導体チップ４－１、第２の化合物半導体チップ４－２への配線は、図３のように変形してもよい。図３は、３次元構造ＡＰＡＡ１の変形例である３次元構造ＡＰＡＡ１Ｍの構成を示す斜視図である。図１の３次元構造ＡＰＡＡ１では、疑似ウエハ３に内蔵された第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２の入出力端子は第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２の表裏両面に設けられているが、図３の３次元構造ＡＰＡＡ１Ｍのように、化合物半導体チップ４の入出力端子は化合物半導体チップ４（４－１Ｍ、４－２Ｍ）の表面（図３の基板８側）のみに設けられていてもよい。この場合、ＦＯＷＬＰ技術による再配線と、ビア構造（ビア１１－５Ｍ～１１－８Ｍ）とによる多層再配線を用いて、化合物半導体チップ４（４－１Ｍ、４－２Ｍ）の表面に設けられた入出力端子は疑似ウエハ３の裏面（図３においてＳｉウエハ２側の面）に設けられた端子に接続される。
また、疑似ウエハ３には、疑似ウエハ３の基板８に対向する面と化合物半導体チップ４（４－１、４－２）とを熱的に接続するサーマルビア１０－５、１０－６が設けられていてもよい。サーマルビア１０－５、１０－６は、疑似ウエハ３の基板８に対向する面と化合物半導体チップ４（４－１、４－２）とを電気的には接続しない。サーマルビア１０－５、１０－６は放熱のためのビアであり、銅などの熱伝導性の良い材料によって形成される。サーマルビア１０－５、１０－６は、ＦＯＷＬＰ技術により形成可能である。第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２が有する高出力増幅器１２の消費電力は大きい。サーマルビア１０－５、１０－６を設けることにより、第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２で発生する熱を、放熱体となる基板８へ放熱することが可能となる。
＜アレーアンテナ＞
アレーアンテナ９は、アレー状に又は規則的にアンテナ素子が配置されたアレーアンテナである。アレーアンテナ９の例には、基板８にパターンニングされたパッチアレーアンテナや３次元構造の導波管スロットアレーアンテナが含まれる。ここで、図５を参照して、Ｓｉウエハ２、化合物半導体チップ４－１、４－２、及びアンテナ素子の面積の関係について説明する。図５は、アレーアンテナ９が複数のパッチアンテナによって形成されている場合の例であり、アレーアンテナ９の前方（放射方向）から見たＳｉウエハ２、化合物半導体チップ４－１、４－２、及びアンテナ素子の面積の関係を表す図である。
図５に示されているように、Ｓｉウエハ２の面積は、複数のアンテナ素子の隣接する２素子（９－１、９－２）のアンテナ面の面積の和以上であり、化合物半導体チップ４－１、４－２の各面積は、複数のアンテナ素子の１つのアンテナ素子９－１又は９－２のアンテナ面の面積よりも小さい。このような関係を有することにより、基板８からＳｉウエハ２へ電源を供給する給電線を、基板８から化合物半導体チップ４－１、４－２へ電源を供給する給電線とは別に提供することが容易となる。
２．動作
次に、３次元構造ＡＰＡＡ１の送受信動作について説明する。送信時において、Ｓｉウエハ２で生成されたＡＰＡＡ１の送信信号は、第５のビア１１－５と第７のビア１１－７を経由して第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２に入力される。第１の化合物半導体チップ４－１に入力された送信信号は、化合物半導体チップ４－１に内蔵された高出力増幅器１２とＳＰＤＴスイッチ１４、第２のビア１０－２を介して基板８に形成されたアレーアンテナ９に入力される。他方、第２の化合物半導体チップ４－２に入力された送信信号は、第２の化合物半導体チップ４－２に内蔵された高出力増幅器１２とＳＰＤＴスイッチ１４、第４のビア１０－４を介して基板８に形成されたアレーアンテナ９に入力される。
受信時において、アレーアンテナ９で受信した受信信号は第２のビア１０－２と第４のビア１０－４を介してそれぞれ、第１の化合物半導体チップ４－１と第２の化合物半導体チップ４－２に入力される。第１の化合物半導体チップ４－１に入力された受信信号は第１の化合物半導体チップ４－１に内蔵された低雑音増幅器１３により増幅され、第６のビア１１－６を介してＳｉウエハ２に入力される。他方、第２の化合物半導体チップ４－２に入力された受信信号は第２の化合物半導体チップ４－２に内蔵された低雑音増幅器１３により増幅され、第８のビア１１－８を介してＳｉウエハ２に入力される。Ｓｉウエハ２では受信された信号の位相差や振幅などが、Ｓｉウエハ２に内蔵された受信回路により処理される。
第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２の高出力増幅器１２で発生した熱は、図４の矢印１００で示されているように、サーマルビア１０－５、１０－６を介して基板８に放熱される。また、ビア１０－１Ｍ～１０－４Ｍも第１の化合物半導体チップ４－１又は第２の化合物半導体チップ４－２と基板８に接しているので、高出力増幅器１２で発生した熱は、矢印１００で示されているようにビア１０－１Ｍ～１０－４Ｍからも基板８に放熱される。
３．作用効果
以上のように、３次元構造ＡＰＡＡ１は、基板８から、第１の化合物半導体チップ４－１及び第２の化合物半導体チップ４－２へ電源を供給するためのビア１０－１、１０－３と、基板８からＳｉウエハ２へ電源を供給するための疑似ウエハ貫通配線５－１～５－３と、を備える。すなわち、化合物半導体チップ４－１、４－２への電源とＳｉウエハ２への電源とが分離されている。そのため、化合物半導体チップ４－１、４－２で発生する熱がＳｉウエハ２への電源に与える影響を抑えることができるので、３次元構造ＡＰＡＡ１の動作をより安定にすることができる。
また、Ｓｉウエハ２の面積は、複数のアンテナ素子の隣接する２素子のアンテナ面の面積の和以上であり、複数の半導体チップの１つの半導体チップの面積は、１つのアンテナ素子のアンテナ面の面積よりも小さいので、基板８からＳｉウエハ２へ電源を供給する給電線を、基板８から化合物半導体チップ４－１、４－２へ電源を供給する給電線とは別に提供することが容易となる。
実施の形態１及びその変形例では疑似ウエハ及びシリコンウエハが１層の場合を示したが、これらのウエハのいずれか一方が複数の層から構成されてもよい。例えば、図６Ａのように複数の疑似ウエハ３－１、３－２が積層された構造であってもよい。図６Ａの３次元構造ＡＰＡＡ１ＭＭは、Ｓｉウエハ２とアンテナ素子を有する基板８との間に配置された複数の疑似ウエハ３－１、３－２を備える。疑似ウエハ３－１は、例えば、ＧａＮなどからなる送信用の化合物半導体チップ４－３、４－４を備え、疑似ウエハ３－２は、例えば、ＧａＡｓなどからなる受信用の化合物半導体チップ４－５、４－６を備える。Ｓｉウエハ２は、実施の形態１と同様に、高周波信号制御用のＶＧＡ、移相器などを備えたアナログ回路を含む。
あるいは、図６Ｂのように、複数のシリコンウエハ２－１、２－２が積層された構造であってもよい。図６Ｂの３次元構造ＡＰＡＡ１ＭＭＭは、実施の形態１と同様に、疑似ウエハ３は、化合物半導体４－１、４－２を含む疑似ウエハである。シリコンウエハ２－１は、例えば、高周波信号制御用のＶＧＡ、移相器などを備えたアナログ回路を含む。シリコンウエハ２－２は、例えば、シリコンウエハ２－１を制御するためのデジタル回路を含む。
更に別の変形例として、図６Ａの構成及び図６Ｂの構成を組み合わせて、疑似ウエハ及びシリコンウエハの両方とも複数の層から構成されてもよい。なお、容易な理解のため、図６Ａ及び図６Ｂでは配線やバンプの図示は省略している。
実施の形態２．
次に、図２、図３、図５～図８を参照して、実施の形態２による３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナについて説明する。実施の形態１の３次元構造ＡＰＡＡ１が備える要素又は構成部と同様の要素又は構成部については同様の番号を付し、重複する説明については省略する。
１．構成
＜３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ＞
図７は、実施の形態２に係る３次元構造ＡＰＡＡ１－１１を示す図である。図７に示す３次元構造ＡＰＡＡ１－１１は、第１の疑似ウエハ３－１１、第２の疑似ウエハ３－１２、第３の疑似ウエハ３－１３、接続構造群７－１１、基板８、アレーアンテナ９により構成される。
＜疑似ウエハ＞
第１の疑似ウエハ３－１１には第１のＧａＡｓチップ４－１１、第２のＧａＡｓチップ４－１２、第３のＧａＡｓチップ４－１３、第４のＧａＡｓチップ４－１４が含まれる。第１のＧａＡｓチップ４－１１、第２のＧａＡｓチップ４－１２、第３のＧａＡｓチップ４－１３、及び第４のＧａＡｓチップ４－１４には、図２で示したような高出力増幅器１２や低雑音増幅器１３が含まれる。なお、ＧａＡｓチップに代えて、ＧａＮチップ、ＩｎＰチップなどの化合物半導体チップでも構わない。
第２の疑似ウエハ３－１２には第１のＳｉウエハ２－１１と第２のＳｉウエハ２－１２が含まれる。実施の形態２では、Ｓｉウエハも疑似ウエハ化され、第２の疑似ウエハ３－１２の樹脂層に第３の疑似ウエハへの電源給電線が設けられる。実施の形態１と同様に、第２の疑似ウエハ３－１２に内蔵されたＳｉウエハ２－１１、２－１２の各面積は、第１の疑似ウエハ３－１１に内蔵された隣接する２つのＧａＡｓチップの面積の和よりも大きい（図５を参照）。第１のＳｉウエハ２－１１と第２のＳｉウエハ２－１２の各々には、移相器、可変利得増幅器、ＰＬＬのＶＣＯ以外の制御回路が含まれる。
第３の疑似ウエハ３－１３には第１の信号源ＧａＡｓチップ４－２１と第２の信号源ＧａＡｓチップ４－２２が含まれる。第１の信号源ＧａＡｓチップ４－２１と第２の信号源ＧａＡｓチップ４－２２の各々には、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）などのデバイスが含まれる。なお、ＧａＡｓチップに代えて、Ｓｉチップ、ＧａＮチップ、ＩｎＰチップなどが用いられてもよい。
また、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明したように、疑似ウエハ３－１１～３－１３又は疑似ウエハ３－１２に含まれるシリコンウエハ２－１１、２－１２についても適宜複数の層から構成されるように変形してもよい。例えば、疑似ウエハ３－１１を複数層化して、図６Ａのように、送信用の化合物半導体を有する疑似ウエハと受信用の化合物半導体を有する疑似ウエハを備えるように変形してもよい。
＜電源配線、信号配線＞
基板８、第１の疑似ウエハ３－１１、第２の疑似ウエハ３－１２、及び第３の疑似ウエハ３－１３の間の配線について説明する。
第１の疑似ウエハ３－１１に含まれる第１のＧａＡｓチップ４－１１、第２のＧａＡｓチップ４－１２、第３のＧａＡｓチップ４－１３及び第４のＧａＡｓチップ４－１４への電源は、それぞれ、電源配線１８－１、１８－２、１８－３及び１８－４を介して供給される。電源配線１８－１、１８－２、１８－３及び１８－４は、基板８とＧａＡｓチップ４－１１～４－１４との間を電気的に接続する。
第２の疑似ウエハ３－１２に含まれる第１のＳｉウエハ２－１１及び第２のＳｉウエハ２－１２への電源は、基板８から、第１の疑似ウエハ３－１１を貫通する電源配線１９を介して供給される。
第３の疑似ウエハ３－１３に含まれる第１の信号源ＧａＡｓチップ４－２１及び第２の信号源ＧａＡｓチップ４－２２への電源は、基板８から、第１の疑似ウエハ３－１１及び第２の疑似ウエハ３－１２を貫通する電源配線２０－１、及び第３の疑似ウエハ３－１３内の電源配線２０－２を介して供給される。
第１の信号源ＧａＡｓチップ４－２１と第１のＳｉウエハ２－１１との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２１－１を介して、第２の信号源ＧａＡｓチップ４－２２と第２のＳｉウエハ２－１２との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２１－２を介して供給される。
第１のＳｉウエハ２－１１と第１のＧａＡｓチップ４－１１との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２２－１を介して、第１のＳｉウエハ２－１１と第２のＧａＡｓチップ４－１２との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２２－２を介して供給される。また、第２のＳｉウエハ２－１２と第３のＧａＡｓチップ４－１３との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２２－３を介して、第２のＳｉウエハ２－１２と第４のＧａＡｓチップ４－１４との間の高周波信号はこれらの素子を接続する高周波配線２２－４を介して供給される。
図７では、ＧａＡｓチップ４－１１～４－１４の入出力端子は各チップの表裏両面に設けられているが、実施の形態１の変形例（図３）で示したように、入出力端子を各チップの一方の面（表面）にのみ配置して、ＦＯＷＬＰ技術を用いて多層再配線を設けてもよい。この場合、高周波配線２２－１～２２－４が、ＧａＡｓチップ４－１１～４－１４の表面（ＧａＡｓチップのアンテナ素子を望む面）に引き回される。
＜サーマルビア＞
また、実施の形態１の場合と同様に、第１の疑似ウエハ３－１１には、第１の疑似ウエハ３－１１の基板８に対向する面とＧａＡｓチップ４－１１～４－１４とを熱的に接続するサーマルビア２３－１～２３－４が設けられていてもよい。
図８は図７に示した３次元構造ＡＰＡＡ１－１１の放熱経路を示す。高出力増幅器１２を含む第１のＧａＡｓチップ４－１１、第２のＧａＡｓチップ４－１２、第３のＧａＡｓチップ４－１３、第４のＧａＡｓチップ４－１４の消費電力が大きくなる。実施の形態１と同様に、３次元構造ＡＰＡＡ１－１１内で発生した熱は、矢印１００で示されているように、サーマルビア２３－１～２３－４を介して基板８に放熱される。また、そのような熱は、実施の形態１と同様に、矢印１００で示されているように、ＧａＡｓチップ４－１１～４－１４と、第１の疑似ウエハ３－１１の基板８と対向する面との間の配線（例えば、電源配線１８－１や、ＧａＡｓチップ４とアンテナ素子の間の配線）からも基板８に放熱される。
以上のように構成された３次元構造ＡＰＡＡ１－１１は、実施の形態１に係る３次元構造ＡＰＡＡ１と同様に動作する。
２．作用効果
以上のように、３次元構造ＡＰＡＡ１－１１は、基板８からＧａＡｓチップ４－１１～４－１４へ電源を供給するための電源配線１８－１～１８－４と、基板８からＳｉウエハ２－１１、２－１２へ電源を供給するための、第１の疑似ウエハ３－１１を厚さ方向に貫通する電源配線１９と、基板８から信号源ＧａＡｓチップ４－２１、４－２２へ電源を供給するための、第２の疑似ウエハ３－１２を厚さ方向に貫通する電源配線２０－１と、を備える。すなわち、ＧａＡｓチップ４－１１～４－１４への電源と、Ｓｉウエハ２－１１、２－１２への電源と、信号源ＧａＡｓチップ４－２１、４－２２への電源とが分離されている。
そのため、第２の疑似ウエハ３－１２に内蔵された第１のＳｉウエハ２－１１と第２のＳｉウエハ２－１２への電源は、第１の疑似ウエハ３－１１に内蔵されたＧａＡｓチップ４－１１～４－１４を介することなく給電される。同様に、第３の疑似ウエハ３－１３に内蔵された第１の信号源ＧａＡｓチップ４－２１、第２の信号源ＧａＡｓチップ４－２２への電源は、第１の疑似ウエハ３－１１に内蔵された第１のＧａＡｓチップ４－１１～４－１４、又は第２の疑似ウエハ３－１２に内蔵された第１のＳｉウエハ２－１１若しくは第２のＳｉウエハ２－１２を介することなく給電される。これによって信号源ＧａＡｓチップで使用される電源がＳｉウエハ２－１１、２－１２を介することがない。したがって、ＧａＡｓチップ４－１１～４－１４で発生する熱がＳｉウエハ２－１１、２－１２への電源、信号源ＧａＡｓチップ４－２１、４－２２への電源に与える影響を抑えることができるので、３次元構造ＡＰＡＡ１－１１の動作をより安定にすることができる。
付記．
以下、本開示の実施形態の一部の側面について整理する。
＜付記１＞
アクティブフェーズドアレーアンテナ（１；１Ｍ）は、複数のアンテナ素子（９－１、９－２）を有する基板（８）と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップ（４－１、４－２；４－１Ｍ、４－２Ｍ）を備えた一群の半導体チップを内蔵する疑似ウエハ（３；３Ｍ）と、シリコンからなるシリコンウエハ（２；２－１１、２－１２）と、がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナ（１；１Ｍ）であって、前記疑似ウエハは、前記基板から前記一群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線（１０－１、１０－３；１０－１Ｍ、１０－３Ｍ）と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記疑似ウエハを前記疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線（５－１～５－３；５－１Ｍ～５－３Ｍ）と、を有する。
＜付記２＞
付記２のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記１に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記シリコンウエハの面積は、前記複数のアンテナ素子の隣接する２素子のアンテナ面の面積の和以上であり、前記複数の半導体チップの１つの半導体チップの面積は、前記複数のアンテナ素子の１つのアンテナ素子のアンテナ面の面積よりも小さい。
＜付記３＞
付記３のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記１又は２に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記一群の半導体チップは入出力端子（１５～１７）が半導体チップの表裏両面に形成された半導体チップを備える。
＜付記４＞
付記４のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記１又は２に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記一群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの一方の面にのみ形成された半導体チップを備え、前記疑似ウエハは、前記入出力端子と前記シリコンウエハの入出力端子とを接続する多層再配線（１１－５Ｍ～１１－８Ｍ）を有する。
＜付記５＞
付記５のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記１から４の何れか１つに記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記疑似ウエハは、前記疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記一群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビア（１０－５、１０－６）を有する。
＜付記６＞
アクティブフェーズドアレーアンテナ（１－１１）は、複数のアンテナ素子（９－１、９－２）が形成された基板（８）と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップ（４－１１～４－１４）を備えた第１群の半導体チップを内蔵する第１の疑似ウエハ（３－１１）と、シリコンで形成された１枚以上のシリコンウエハ（２－１１、２－１２）を内蔵する第２の疑似ウエハ（３－１２）と、化合物半導体で形成された複数の半導体チップ（４－２１、４－２２）を備えた第２群の半導体チップを内蔵する第３の疑似ウエハ（３－１３）と、がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナ（１－１１）であって、前記第１の疑似ウエハは、前記基板から前記第１群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線（１８－１～１８－４）と、前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線（１９）と、前記基板から前記第２群の半導体チップへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第３の給電線（２０－１）と、を有する。
＜付記７＞
付記７のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記６に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記第１群の半導体チップは入出力端子（１５～１７）が半導体チップの表裏両面に形成された半導体チップを備える。
＜付記８＞
付記８のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記６に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記第１群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの一方の面にのみ形成された半導体チップを備え、前記第１の疑似ウエハは、前記入出力端子と前記シリコンウエハの入出力端子とを接続する多層再配線（１１－５Ｍ～１１－８Ｍ）を有する。
＜付記９＞
付記９のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記６から８の何れか１つに記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記第１の疑似ウエハは、前記第１の疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記第１群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビア（２３－１～２３－４）を有する。
＜付記１０＞
付記１０のアクティブフェーズドアレーアンテナは、付記６から９の何れか１つに記載のアクティブフェーズドアレーアンテナであって、前記第３の給電線は、前記第２の疑似ウエハを前記第２の疑似ウエハの厚さ方向に貫通している。
なお、実施形態の組合せや変形を行ってもよく、任意の構成部を省略してもよい。
本開示のアクティブフェーズドアレーアンテナでは、アクティブフェーズドアレーアンテナを動作させるためのデバイスへの電源が分離されている。したがって、本開示のアクティブフェーズドアレーアンテナは、動作がより安定化されたアクティブフェーズドアレーアンテナとして利用できる。
１（１；１Ｍ；１－１１） ３次元構造アクティブフェーズドアレーアンテナ、２（２；２－１１；２－１２） シリコンウエハ、３（３；３－１１；３－１２；３－１３）疑似ウエハ、４（４－１；４－２） 化合物半導体チップ、４－１１～４－１４ ＧａＡｓチップ（化合物半導体チップ）、４－２１；４－２２ 信号源ＧａＡｓチップ、５（５－１～５－３） 疑似ウエハ貫通配線、８ 基板、９ アレーアンテナ、９－１；９－２ アンテナ素子、１０－５；１０－６ サーマルビア、１１－５Ｍ～１１－８Ｍ ビア（多層再配線）、１５ 送信信号入力端子（入出力端子）、１６ 送受信信号入出力端子（入出力端子）、１７ 受信信号出力端子（入出力端子）、１８－１～１８－４ 電源配線（第１の給電線）、１９ 電源配線（第２の給電線）、２０－１ 電源配線（第３の給電線）、２３－１～２３－４ サーマルビア

Claims (14)

  1. 複数のアンテナ素子を有する基板と、
    化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた一群の半導体チップを内蔵する疑似ウエハと、
    シリコンからなるシリコンウエハと、
    がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナであって、
    前記疑似ウエハは、
    前記基板から前記一群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、
    前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記疑似ウエハを前記疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、
    を有するアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  2. 前記シリコンウエハの面積は、前記複数のアンテナ素子の隣接する２素子のアンテナ面の面積の和以上であり、
    前記複数の半導体チップの１つの半導体チップの面積は、前記複数のアンテナ素子の１つのアンテナ素子のアンテナ面の面積よりも小さい、請求項１に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  3. 前記一群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの表裏両面に形成された半導体チップを備える、請求項１に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  4. 前記一群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの表裏両面に形成された半導体チップを備える、請求項２に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  5. 前記一群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの一方の面にのみ形成された半導体チップを備え、
    前記疑似ウエハは、前記入出力端子と前記シリコンウエハの入出力端子とを接続する多層再配線を有する、
    請求項１に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  6. 前記一群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの一方の面にのみ形成された半導体チップを備え、
    前記疑似ウエハは、前記入出力端子と前記シリコンウエハの入出力端子とを接続する多層再配線を有する、
    請求項２に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  7. 前記疑似ウエハは、前記疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記一群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビアを有する、請求項１から６の何れか１項に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  8. 複数のアンテナ素子が形成された基板と、
    化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた第１群の半導体チップを内蔵する第１の疑似ウエハと、
    シリコンで形成された１枚以上のシリコンウエハを内蔵する第２の疑似ウエハと、
    化合物半導体で形成された複数の半導体チップを備えた第２群の半導体チップを内蔵する第３の疑似ウエハと、
    がこの順に積層されたアクティブフェーズドアレーアンテナであって、
    前記第１の疑似ウエハは、
    前記基板から前記第１群の半導体チップへ電源を供給するための第１の給電線と、
    前記基板から前記シリコンウエハへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第２の給電線と、
    前記基板から前記第２群の半導体チップへ電源を供給するための、前記第１の疑似ウエハを前記第１の疑似ウエハの厚さ方向に貫通する第３の給電線と、
    を有するアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  9. 前記第１群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの表裏両面に形成された半導体チップを備える、請求項８に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  10. 前記第１群の半導体チップは入出力端子が半導体チップの一方の面にのみ形成された半導体チップを備え、
    前記第１の疑似ウエハは、前記入出力端子と前記シリコンウエハの入出力端子とを接続する多層再配線を有する、
    請求項８に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  11. 前記第１の疑似ウエハは、前記第１の疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記第１群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビアを有する、請求項８に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  12. 前記第１の疑似ウエハは、前記第１の疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記第１群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビアを有する、請求項９に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  13. 前記第１の疑似ウエハは、前記第１の疑似ウエハの前記基板に対向する面と前記第１群の半導体チップの何れかの半導体チップとを電気的に接続せずに熱的に接続するサーマルビアを有する、請求項１０に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
  14. 前記第３の給電線は、前記第２の疑似ウエハを前記第２の疑似ウエハの厚さ方向に貫通している、請求項８から１３の何れか１項に記載のアクティブフェーズドアレーアンテナ。
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