JP7304166B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

アンテナ装置の実装方法の一例として、半導体チップとアンテナ素子とを別々に製造し、フリップチップおよび／またはワイヤボンディングにより接続して実装する方法が知られている。この実装方法を用いてミリ波帯等の超高周波帯におけるアンテナ装置を実装した場合、例えば、半導体チップの接合部での損失および／または線路損失が大きくなる。

そこで、ファンアウト型ウェハレベルパッケージ（Fan-Out Wafer Level Packaging：ＦＯＷＬＰ）技術と称されるパッケージ技術が検討されている（例えば、非特許文献１）。

ＦＯＷＬＰ技術では、樹脂により封止した半導体チップに再配線技術によって配線層（再配線層）を積層し、配線層にアンテナ素子を形成する。ＦＯＷＬＰ技術では、半導体チップとアンテナとを短距離で低損失に接続できる。

特許第４３３７８７６号公報

M. Wojnowski,"A 77-GHz SiGe Single-Chip Four-Channel Transceiver Module with Integrated Antennas in Embedded Wafer-Level BGA Package," Electronic Components and Technology Conference, May. 2012, pp.1027-1032

アンテナ素子を内蔵した基板では、アンテナ素子の送信、または、受信における指向性が、基板の面に沿った方向に向けられる場合に、その方向（例えば、角度）を調整することについての検討が不十分であった。

本開示の非限定的な実施例は、アンテナ素子の送信、または、受信における指向性の方向（例えば、角度）を調整できるアンテナ装置の提供に資する。

本開示の一実施例に係るアンテナ装置は、半導体チップと前記半導体チップを封止する樹脂とを有する基板の第１の面に設けられたアンテナ素子と、前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に設けられ、前記基板の側面を開放した金属体と、を備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一実施例によれば、アンテナ素子の送信、または、受信における指向性の方向（例えば、角度）を調整できるアンテナ装置を提供できる。

本開示の一実施例における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置を含む反射鏡アンテナの構成を示す斜視図 反射鏡アンテナのＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図 パッケージ基板の一例を示すＸ－Ｚ平面の断面図 Ｚ軸の正の方向から見たパッケージ基板のＸ－Ｙ平面図 Ｚ軸の正の方向から見た第１層再配線のパターンの一例を示す図 Ｚ軸の正の方向から見た第２層再配線のパターンの一例を示す図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナエレメントの周辺を示す図 図８における間隔Ｄｘと主放射角度θとの関係を示す図 比較例に係るアンテナ装置を含む反射鏡アンテナのＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図 本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図 本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置を含む反射鏡アンテナの構成を示す斜視図 反射鏡アンテナのＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図 パッケージ基板の一例を示すＸ－Ｚ平面の断面図 Ｚ軸の正の方向から見たパッケージ基板のＸ－Ｙ平面図 Ｚ軸の正の方向から見た第１層再配線のパターンの一例を示す図 Ｚ軸の正の方向から見た第２層再配線のパターンの一例を示す図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。

ミリ波帯またはテラヘルツ帯といった超高周波数帯では、信号の高い送信出力を実現することが困難であり、また、伝搬損失が大きくなるため、高利得のアンテナが望まれる。

高利得のアンテナの一例には、１次放射器から放射した放射波を反射鏡で反射させて、ビームを形成することによって、利得を向上させる反射鏡アンテナ（例えば、パラボラアンテナ等）が知られている。

反射鏡アンテナでは、反射鏡と１次放射器との配置によって、１次放射器からの放射波の放射方向を所定の方向（ビーム送信方向）へ変えることができる。例えば、特許文献１には、ビーム送信方向に対して、１次放射器の放射方向が垂直または垂直に近い角度で配置されたアンテナ装置が記載されている。

特許文献１に記載のアンテナ装置は、１次放射器と、ビーム送信方向が互いに異なる第１反射鏡および第２反射鏡と、１次放射器を機械的に回転させるモータとを有する。モータが１次放射器を回転させることによって、１次放射器は、第１反射鏡の方向または第２反射鏡の方向に移動する。１次放射器が第１反射鏡の方向に配置された場合には、１次放射器からの放射波は、第１反射鏡で反射され、アンテナ装置の正面方向に指向性を有するビームを形成して放射される。１次放射器が第２反射鏡の方向に配置された場合には、１次放射器からの放射波は、第２反射鏡で反射され、正面方向と異なる方向にビームを形成して放射される。

反射鏡と１次放射器とを有する反射鏡アンテナの１次放射器に、上述したパッケージ技術を用いて、半導体チップとアンテナ素子とを内蔵したパッケージ基板を用いることが検討される。この構成では、半導体チップからアンテナ素子までの損失を小さくできるため、反射鏡アンテナの性能の向上を図ることができる。しかしながら、アンテナ素子を内蔵したパッケージ基板を１次放射器に用いた場合、反射鏡は、パッケージ基板に対して水平方向に１次放射器から放射された放射波を反射させるために、面積の拡大が求められる可能性がある。そのため、反射鏡が大きくなる可能性がある。

本開示の非限定的な実施例は、アンテナ素子の送信、または、受信における指向性が、基板の面に沿った方向（水平方向）に向けられる場合に、その方向（例えば、角度）を調整できるアンテナ装置の提供に資する。そして、角度を調整できることによって、反射鏡アンテナの反射鏡の大型化を抑制して、アンテナ利得を向上できるアンテナ装置の提供に資する。

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成を示す斜視図である。アンテナ装置１００は、パッケージ基板２と、金属体３とを有する。

なお、図１には、３次元空間の直交座標系を示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示される。図１では、Ｘ軸およびＹ軸は、パッケージ基板２の基板の面がＸ－Ｙ平面に沿うように定められる。また、Ｘ軸の正の方向は、パッケージ基板２においてアンテナエレメント８（例えば、図３参照）が設けられる側に向けられる。以下に示す図においても、適宜、図１と同様に、３次元空間の直交座標系を示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示される。

パッケージ基板２は、アンテナエレメント８（例えば、図３参照）を含む。金属体３は、パッケージ基板２のアンテナエレメント８の位置に応じて、パッケージ基板２の一方の面に設けられる。パッケージ基板２の構成例、および、パッケージ基板２に対する金属体３の位置については後述する。

本実施の形態１では、一例として、アンテナ装置１００を反射鏡アンテナの１次放射器に用いる構成を説明する。

図２は、本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置１００を含む反射鏡アンテナ６００の構成を示す斜視図である。図３は、反射鏡アンテナ６００のＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図である。

図２、図３に示すように、反射鏡アンテナ６００は、アンテナ装置１００に反射鏡１が追加されたアンテナ装置の一例である。

後述するように、パッケージ基板２の再配線層には、アンテナエレメント８が形成されている。例えば、金属体３は、パッケージ基板２の上部の面（Ｚ軸の正方向の面）に設けられる。金属体３が設けられる位置において、パッケージ基板２の側面（Ｘ軸の正方向の側面）は、開放されている。金属体３は、図３に示すように、パッケージ基板２の上部の面（Ｚ軸の正方向の面）において、Ｚ軸の正方向から見て、パッケージ基板２の全体を覆う範囲に設けられる。なお、金属体３は、パッケージ基板２の全体を覆う範囲に設けられなくてもよい。例えば、金属体３は、少なくとも、パッケージ基板２の側面の開放端において、アンテナエレメント８と重なる範囲に設けられてもよい。なお、金属体３の厚みは、特に限定されない。

パッケージ基板２に金属体３を設ける方法については限定されない。例えば、金属体３は、パッケージ基板２の再配線層と反対側の面に金属パターンを蒸着することによって形成されてよい。あるいは、金属体３は、金属からなる板状の部材がパッケージ基板２の再配線層と反対側の面に貼付けられることによって、設けられてもよい。あるいは、金属体３は、誘電体基板の表面に金属パターンを蒸着することによって形成された部材が、パッケージ基板２の再配線層と反対側の面に貼付けられることによって、設けられてもよい。

基板４は、例えば、電源部（図示せず）を有する。パッケージ基板２は、半田ボール５により基板４に実装される。

基板４および反射鏡１は、例えば、固定部材１４に固定されることによって、所定の位置に固定される。

反射鏡１は金属で構成され、Ｚ軸の正方向の表面が鏡面形状となっている。反射鏡１の表面は、例えば、放物曲面である。

アンテナエレメント８は、例えば、反射鏡１の焦点位置に配置される。反射鏡１の焦点位置は、放物曲面の形状によって定められてよい。なお、アンテナエレメント８の配置において、反射鏡１の焦点位置からのズレが許容されてもよい。

アンテナエレメント８からの放射波は、反射鏡１において反射されて、Ｚ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成して放射される。

なお、図３の点線矢印は、アンテナエレメント８からの放射波、および、反射鏡１においてＺ軸の正の方向へ反射される送信波を示している。

なお、反射鏡１は、全体が金属で構成されていなくてもよい。例えば、反射鏡１は、表面が金属で構成されていてよい。例えば、反射鏡１は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネートなどの樹脂を成型し、成型した樹脂の表面に金属メッキを施した構成としてもよい。

また、固定部材１４は、樹脂または金属で構成されていてよい。アンテナエレメント８と反射鏡１とが所定の位置関係となるように、反射鏡１とアンテナ装置１００とを固定できれば、固定部材１４は、設けられなくてもよい。例えば、固定部材１４を用いた固定方法と異なる固定方法であってもよい。固定部材１４は、反射鏡１と一体で構成されていてもよい。

次に、パッケージ基板２の構成例について説明する。

図４は、パッケージ基板２の一例を示すＸ－Ｚ平面の断面図である。図５は、Ｚ軸の正の方向から見たパッケージ基板２のＸ－Ｙ平面図である。

パッケージ基板２は、例えば、ＦＯＷＬＰ技術を用いてパッケージ化される。パッケージ基板２は、半導体チップ７と、モールド樹脂６と、再配線層９とを含む。

半導体チップ７は、信号の送信処理および／または受信処理を行う送受信回路を含む。半導体チップ７は、モールド樹脂６によって封止される。半導体チップ７よりも外側のモールド樹脂６で拡張（封止）された領域は、ファンアウトエリアと称されることがある。

なお、アンテナエレメント８が信号の送信を行う場合、半導体チップ７には、少なくとも、信号の送信処理を行う送信回路が含まれていればよい。また、アンテナエレメント８が信号の受信を行う場合、半導体チップ７には、少なくとも、信号の受信処理を行う受信回路が含まれていればよい。また、アンテナエレメント８が信号の送信と受信とを行う場合、半導体チップ７には、信号の送信処理および／または受信処理を行う送受信回路が含まれていればよい。

再配線層９は、半導体チップ７およびファンアウトエリアを含む領域の面（Ｚ軸の負の方向の面）に、再配線技術により形成される。

再配線層９は、第１層再配線１０ａと、第２層再配線１０ｂと、接続ビア１２と、半田ボール５と、絶縁材料１１とを有する。

なお、図４に示す再配線層９は２層を有する例を示すが、本開示はこれに限定されない。半導体チップ７およびファンアウトエリアを含む領域の面には、３層以上の再配線層が積層されてもよいし、１層の再配線層が積層されてもよい。

第１層再配線１０ａは、半導体チップ７に近い層（Ｚ軸の正の方向の層）に形成される。第２層再配線１０ｂは、半導体チップ７から遠い層（Ｚ軸の負の方向の層）に形成される。なお、第１層再配線１０ａと第２層再配線１０ｂとを併せて、再配線１０と記載することがある。

接続ビア１２は、第１層再配線１０ａと第２層再配線１０ｂとを電気的に接続する。また、接続ビア１２は、半導体チップ７と第１層再配線１０ａとを電気的に接続する。

第１層再配線１０ａと、第２層再配線１０ｂとは、絶縁材料１１によって絶縁される。

第１層再配線１０ａと、第２層再配線１０ｂとには、アンテナエレメント８が設けられる。

アンテナエレメント８は、パッケージ基板２の一方の面（Ｚ軸の負の方向の面）に形成される再配線層９に設けられる。アンテナエレメント８は、図５のＺ軸の正方向から見た上面視において、例えば、半導体チップ７の外側のファンアウトエリアに設けられる。

アンテナエレメント８の構成の一例について説明する。なお、本実施の形態１では、アンテナエレメント８が再配線層９に設けられる例を説明するが、本開示はこれに限定されない。パッケージ基板２の一方の面（Ｚ軸の負の方向の面）に設けられる構成であれば、アンテナエレメント８は、再配線層９に設けられなくてもよい。

図６は、Ｚ軸の正の方向から見た第１層再配線１０ａのパターンの一例を示す図である。図７は、Ｚ軸の正の方向から見た第２層再配線１０ｂのパターンの一例を示す図である。なお、図６および図７には、半導体チップ７が破線によって示される。

図６に示す第１層再配線１０ａは、グランドパターン１３と、放射素子８ａと、反射器８ｃとを含む。

図７に示す第２層再配線１０ｂは、グランドパターン１３と、グランド素子８ｂと、反射器８ｃとを含む。

アンテナエレメント８は、第１層再配線１０ａの放射素子８ａと反射器８ｃ、および、第２層再配線１０ｂのグランド素子８ｂと反射器８ｃを含む。

放射素子８ａは、一端が接続ビア１２を介して半導体チップ７に接続する。放射素子８ａは、Ｌ字の形状を有する。例えば、放射素子８ａは、半導体チップ７に接続する一端からＸ軸の正の方向に伸びる第１の配線パターンと、第１の配線パターンの他端からＹ軸の正の方向に伸びる第２の配線パターンとを有する。

グランド素子８ｂは、放射素子８ａと同様に、Ｌ字の形状を有する。ただし、グランド素子８ｂは、Ｙ軸方向において放射素子８ａと対称な構造を有する。

例えば、グランド素子８ｂは、Ｚ軸の正の方向から見た上面視において放射素子８ａの第１の配線パターンと重なる第３の配線パターンを含む。第３の配線パターンの一端は、第２層配線１０ｂの反射器８ｃに接する。また、グランド素子８ｂは、Ｚ軸の正の方向から見た上面視において、放射素子８ａの第２の配線パターンとＸ軸対称に形成される第４の配線パターンを含む（図５参照）。別言すれば、第４の配線パターンは、Ｙ軸の負の方向に伸びる。

Ｚ軸の正の方向から見た上面視（図５参照）において、放射素子８ａの開放端（接続ビア１２と接続していない端）から、グランド素子８ｂの開放端（反射器８ｃに接していない端）までの長さは、例えば、０．５λｅに設定される。ここで、λｅは、絶縁材料１１の誘電率による波長短縮効果に応じた、アンテナエレメント８からの放射波（または受信波）の実効波長である。

反射器８ｃは、例えば、グランドパターン１３の一部のパターンを凸形状にすることによって設けられる。反射器８ｃは、放射素子８ａとグランド素子８ｂに対して、Ｘ軸の負の方向に０．２５λｅの間隔を隔てて設けられる。

反射器８ｃを配置することによって、アンテナエレメント８は、Ｘ軸の正の方向の利得が向上する。このような、反射器８ｃを設けるアンテナは、指向性アンテナ、または、八木アンテナと称されることがある。

なお、上述したアンテナエレメント８の構成は、一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、アンテナエレメントは、上述した構成に導波器を付加した八木アレーアンテナとしてもよい。

上述したように、本実施の形態１に係るアンテナ装置１００は、半導体チップ７と半導体チップ７を封止するモールド樹脂６とを有するパッケージ基板２の一方の面に設けられたアンテナエレメント８と、パッケージ基板２の一方の面と反対の面に設けられた金属体３とを備える。この構成によって、アンテナエレメント８の指向性（放射角）が、パッケージ基板２に沿った方向（水平方向）に向けられる場合の、放射角を調整できる。以下では、放射角の調整について説明する。

図８は、本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置１００のアンテナエレメント８の周辺を示す図である。図８には、パッケージ基板２と金属体３との位置関係の例が示される。

パッケージ基板２の端部であって、アンテナエレメント８が設けられた側面と、金属体３の端部との間隔は、Ｄｘと定義する。間隔Ｄｘは、例えば、パッケージ基板２の端部から突出している長さ（とび出し量と称されることがある）を示す。間隔Ｄｘは、Ｘ軸の正の方向を正の値とする。また、図８において、Ｙ軸の負の方向から見たＸ－Ｚ面の指向性の主放射角度は、Ｚ軸の正の方向を０度とし、時計回りの方向を正の角度と定義する。

図９は、図８における間隔Ｄｘと主放射角度θとの関係を示す図である。図９は、図８の間隔Ｄｘを変化させた場合の主放射角度θの値を電磁界シミュレーションにより解析した結果を示している。解析したパッケージ基板２のモデルでは、再配線層９のＺ軸方向の厚さを５０μｍ、モールド樹脂６のＺ軸方向の厚さを２００μｍに設定される。また、解析に用いた周波数は、３００ＧＨｚである。なお、図９には、比較例として、金属体３がない構成の主放射角度が示されている。

パッケージ基板２において、再配線層９のアンテナエレメント８に対してＺ軸の正の方向にはモールド樹脂６、Ｚ軸の負の方向には空気が存在する。別言すれば、アンテナエレメント８に対してＺ軸の正の方向とＺ軸の負の方向とに互いに異なる構成（異なる媒質）が存在しているため、アンテナエレメント８に対して非対称な構造となっている。

電磁界は、比誘電率の高い方へ引き寄せられる特性があるため、金属体３なしのパッケージ基板２の構成においては比誘電率の高いモールド樹脂６の方へ引き寄せられる。そのため、Ｘ－Ｚ面の指向性は、モールド樹脂６の側（Ｚ軸の正の方向）へ傾いた指向性となる。例えば、図９では、金属体３無しの構成において、主放射角度θは約６０度であるため、金属体３無しのパッケージ基板のアンテナエレメント８からの放射波は、水平方向（Ｘ軸方向）から約３０度上方に傾いて放射される。

一方で、金属体３を設けたパッケージ基板２の構成においては、金属体３の位置により、主放射角度θを水平方向に対して適切な角度に調整される。

例えば、間隔Ｄｘ＝０ｍｍの場合、主放射角度θは１０８度を示す。別言すれば、パッケージ基板２の端と金属体３の端とが揃っている場合、主放射角度θを水平方向より下方に傾けることができる。間隔Ｄｘを大きくするほど、主放射角度θは、水平方向よりもより下方に傾けることができる。間隔Ｄｘ＝０．５ｍｍの場合、主放射角度θは１３６度を示す。図９では、間隔Ｄｘが０．５ｍｍよりも大きくなっても、主放射角度θの変化は少ない。

このように、パッケージ基板２に対する金属体３の位置を調整することによって、アンテナエレメント８の放射波の指向性（主放射角度）が調整される。例えば、図８に示した間隔Ｄｘは、０ｍｍからパッケージ基板２の厚みの２倍程度までの範囲で調整されてよい。これにより、アンテナ装置１００からの放射方向を水平方向よりも下方（Ｚ軸の負の方向）へ傾けることができる。

例えば、アンテナ装置１００のアンテナエレメント８からの放射波の放射方向を水平方向よりも下方に傾けることによって、アンテナ装置１００を含む反射鏡アンテナの反射鏡１のサイズの増加を抑えることができる。また、アンテナエレメント８からの放射波を反射鏡１で反射してＺ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成して放射し、アンテナ利得を向上できる。また、金属体３の間隔Ｄｘを調整することにより、アンテナエレメント８からのＺＸ面主放射角度を変えることができるので、反射鏡１の焦点距離、直径の設計自由度が増すという利点も得られる。

ここで、アンテナ装置１００のアンテナエレメント８からの放射波の放射方向を水平方向よりも下方に傾けることによって、アンテナ装置１００を含む反射鏡アンテナの反射鏡１のサイズの増加を抑えることができるという点について比較例を挙げる。

図１０は、比較例に係るアンテナ装置を含む反射鏡アンテナ７００のＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図である。なお、図１０において、図２、図３と同様の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。

図１０は、パッケージ基板２に金属体３を配置しない点、および、反射鏡１が反射鏡４１に置き換わっている点を除いて、図２および図３と同様である。なお、反射鏡４１の高さ（Ｚ軸方向の長さ）は、反射鏡１よりも高い。また、図８の点線矢印は、アンテナエレメント８からの放射波および反射鏡でＺ軸の正の方向へ反射される送信波を示している。

図９に示したように、金属体３が存在しない場合、アンテナエレメント８からの放射波の放射方向は、水平方向よりも上方（Ｚ軸の正の方向）に傾いた方向を示す。

そのため、図１０の構成例では、パッケージ基板２のモールド樹脂６（図３参照）の影響によって、アンテナエレメント８からの放射波が、水平方向より上方（Ｚ軸の正の方向）へ傾いて放射されるため、反射鏡４１は、放射波を反射するために、Ｚ軸の正の方向へ高くすることが望まれる。そのため、反射鏡４１は、図２、図３に示した反射鏡１よりも面積を広げる結果となる。

また、アンテナエレメント８からの放射波のうち、反射鏡４１よりもＺ軸の正の方向に放射されて送信ビーム方向に反射されない割合が増えるため、反射鏡４１が有効に機能せず、アンテナ利得が減少する可能性がある。

本実施の形態に係るアンテナ装置１００は、パッケージ基板２に金属体３を配置することによって、Ｘ－Ｚ面の主放射角度を、パッケージ基板２の面に沿った方向（水平方向）、または、パッケージ基板２の面に沿った方向から下方（Ｚ軸の負の方向）へ傾けることができる。そのため、アンテナエレメント８からの放射波を反射させるための反射鏡１の面積を縮小することができ、反射鏡１の高さを低くして小型化することが可能となる。

なお、本実施の形態に係るアンテナ装置１００では、アンテナエレメント８が信号を送信する例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、アンテナ装置１００において、アンテナエレメント８が信号を受信してもよい。この場合であっても、アンテナ装置１００は、パッケージ基板２に金属体３を配置することによって、主な受信角度を、パッケージ基板２に対して水平方向、または、水平方向から下方（Ｚ軸の負の方向）へ傾けることができる。そのため、反射鏡１の高さを低くして小型化することが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係るアンテナ装置は、複数のアンテナエレメントを備える点が実施の形態１に係るアンテナ装置１００とは異なる。

図１１は、本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置２００の構成を示す斜視図である。アンテナ装置２００は、パッケージ基板２２と、金属体３とを有する。

パッケージ基板２２は、少なくとも、２つのアンテナエレメント（アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４（図１３等参照））を含む。金属体３は、パッケージ基板２２の２つのアンテナエレメントの位置に基づいて、パッケージ基板２２の一方の面に設けられる。パッケージ基板２２の構成例、および、パッケージ基板２２に対する金属体３の位置については後述する。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様、アンテナ装置２００を反射鏡アンテナの１次放射器に用いる構成を説明する。

図１２は、本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置２００を含む反射鏡アンテナ８００の構成を示す斜視図である。図１３は、反射鏡アンテナ８００のＸ－Ｚ平面の断面を示す断面図である。なお、図１２および図１３において、図２および図３と同様の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。

図１２および図１３に示すように、反射鏡アンテナ８００は、アンテナ装置２００と第１反射鏡２１ａと第２反射鏡２１ｂとを具備する。

後述するように、パッケージ基板２２の再配線層には、アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４が形成されている。金属体３は、図１３に示すように、パッケージ基板２２の上部の面（Ｚ軸の正方向の面）において、Ｚ軸の正方向から見て、アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４と重なる範囲に配置される。

第１反射鏡２１ａ、第２反射鏡２１ｂおよび基板４は、例えば、固定部材１４に固定される。

第１反射鏡２１ａおよび第２反射鏡２１ｂは金属で構成され、Ｚ軸の正方向の表面が鏡面形状となっている。第１反射鏡２１ａおよび第２反射鏡２１ｂの表面は、それぞれ、例えば、放物曲面である。なお、第１反射鏡２１ａと第２反射鏡２１ｂは、同一の形状でなくてもよい。

アンテナエレメント２３は、例えば、第１反射鏡２１ａの焦点位置に配置される。第１反射鏡２１ａの焦点位置は、第１反射鏡２１ａの放物曲面の形状によって定められてよい。なお、アンテナエレメント２３の配置において、第１反射鏡２１ａの焦点位置からのズレが許容されてもよい。アンテナエレメント２４は、例えば、第２反射鏡２１ｂの焦点位置に配置される。第２反射鏡２１ｂの焦点位置は、第１反射鏡２１ｂの放物曲面の形状によって定められてよい。なお、アンテナエレメント２４の配置において、第２反射鏡２１ｂの焦点位置からのズレが許容されてもよい。

アンテナエレメント２３は、例えば、信号を送信する送信アンテナエレメントである。アンテナエレメント２３からの放射波は、第１反射鏡２１ａにおいて反射されて、Ｚ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成して放射される。

アンテナエレメント２４は、例えば、信号を受信する受信アンテナエレメントである。反射鏡アンテナ８００では、Ｚ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成することによって、Ｚ軸の正の方向から到来する受信波が第２反射鏡２１ｂにおいて反射されて、アンテナエレメント２４によって受信される。

なお、図１３において、アンテナエレメント２３に始点を有する点線矢印は、図３においてアンテナエレメント８に始点を有する点線矢印と同様である。また、図１３において、アンテナエレメント２４に終点を有する点線矢印は、Ｚ軸の正の方向より到来する受信波および第２反射鏡２１ｂでアンテナエレメント２４の方向へ反射される反射波を示している。

なお、上述の例では、アンテナエレメント２３が信号の送信に用いられ、アンテナエレメント２４が信号の受信に用いられる例を示したが、アンテナエレメント２３が信号の受信に用いられ、アンテナエレメント２４が信号の送信に用いられてもよい。あるいは、アンテナエレメント２３とアンテナエレメント２４の両方が、信号の送信に用いられてもよいし、両方が、信号の受信に用いられてもよい。

また、第１反射鏡２１ａおよび第２反射鏡２１ｂは、全体が金属で構成されていなくてもよい。例えば、第１反射鏡２１ａおよび第２反射鏡２１ｂは、表面が金属で構成されていてよい。例えば、第１反射鏡２１ａおよび第２反射鏡２１ｂは、は、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネートなどの樹脂を成型し、成型した樹脂の表面に金属メッキを施した構成としてもよい。また、第１反射鏡２１ａの構成と第２反射鏡２１ｂの構成とは、互いに異なっていてもよい。

次に、パッケージ基板２２の構成例について説明する。

図１４は、パッケージ基板２２の一例を示すＸ－Ｚ平面の断面図である。図１５は、Ｚ軸の正の方向から見たパッケージ基板２２のＸ－Ｙ平面図である。なお、図１４、図１５において、図４および図５と同様の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。

パッケージ基板２２は、例えば、ＦＯＷＬＰ技術を用いてパッケージ化される。パッケージ基板２２は、半導体チップ７と、モールド樹脂６と、再配線層９とを含む。

実施の形態１において示したパッケージ基板２の再配線層９には、アンテナエレメント８が設けられるのに対し、パッケージ基板２２の再配線層９には、アンテナエレメント２３とアンテナエレメント２４とが設けられる。

アンテナエレメント２３は、図１５のＺ軸の正方向から見た上面視において、例えば、半導体チップ７の外側のファンアウトエリアのＸ軸の正の方向に設けられる。アンテナエレメント２４は、図１５のＺ軸の正方向から見た上面視において、例えば、半導体チップ７の外側のファンアウトエリアのＸ軸の負の方向に設けられる。

アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４の構成の一例について説明する。

図１６は、Ｚ軸の正の方向から見た第１層再配線１０ａのパターンの一例を示す図である。図１７は、Ｚ軸の正の方向から見た第２層再配線１０ｂのパターンの一例を示す図である。なお、図１６および図１７には、半導体チップ７が破線によって示される。

アンテナエレメント２３は、第１層再配線１０ａに設けられる放射素子２３ａと、第２層再配線１０ｂに設けられるグランド素子２３ｂと、第１層再配線１０ａおよび第２層再配線１０ｂに設けられる反射器２３ｃとを有する。放射素子２３ａ、グランド素子２３ｂ、および、反射器２３ｃは、それぞれ、実施の形態１において示した放射素子８ａ、グランド素子８ｂ、および、反射器８ｃと同様であるので、説明は省略する。

アンテナエレメント２４は、第１層再配線１０ａに設けられる放射素子２４ａと、第２層再配線１０ｂに設けられるグランド素子２４ｂと、第１層再配線１０ａおよび第２層再配線１０ｂに設けられる反射器２４ｃとを有する。放射素子２４ａ、グランド素子２４ｂ、および、反射器２４ｃは、それぞれ、実施の形態１において示した放射素子８ａ、グランド素子８ｂ、および、反射器８ｃと同様であるので、説明は省略する。ただし、放射素子２４ａとグランド素子２４ｂは、それぞれ、放射素子８ａとグランド素子８ｂの形状を、Ｙ軸に沿って線対称とした形状を有する。

別言すれば、パッケージ基板２２の再配線層９に含まれるアンテナエレメント２３とアンテナエレメント２４とは、実施の形態１に示したアンテナエレメント８と同様の構成を有する。そして、アンテナエレメント２３は、Ｘ軸の正の方向に設けられ、アンテナエレメント２４は、Ｘ軸の負の方向に設けられる。

アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４は、アンテナエレメント８と同様に、例えば、八木アンテナと称されることがある。

なお、本実施の形態２では、アンテナエレメント２３とアンテナエレメント２４とが、同様の構成を有する例を示したが、本開示はこれに限定されない。アンテナエレメント２３とアンテナエレメント２４とが、互いに異なる構成を有してもよい。

また、本実施の形態２では、一例として、２つのアンテナエレメントを有する構成を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、アンテナ装置が、３つ以上のアンテナエレメントを有してもよい。例えば、図１５～図１７において、Ｙ軸の正の方向の範囲および／またはＹ軸の負の方向の範囲に更にアンテナエレメントが追加されてもよい。その場合、反射鏡の焦点位置が、追加されたアンテナエレメントの位置に対応するように、反射鏡の構成が変更されてよい。

実施の形態１と同様に、本実施の形態２においても、パッケージ基板２２に設けられた金属体３の位置により、アンテナエレメント２３およびアンテナエレメント２４それぞれの主放射角度を適切な角度に調整される。

例えば、パッケージ基板２２におけるアンテナエレメント２３が設けられた側（Ｘ軸の正の方向）の端部と、金属体３の端部との間隔（図１３の間隔Ｄｘ１）を調整することによって、アンテナエレメント２３からの放射波の主放射角度を調整できる。また、パッケージ基板２２におけるアンテナエレメント２４が設けられた側（Ｘ軸の負の方向）の端部と、金属体３の端部との間隔（図１３の間隔Ｄｘ２）を調整することによって、アンテナエレメント２４における受信の指向性の主角度を調整できる。

なお、間隔Ｄｘ１は、実施の形態１における間隔Ｄｘと同様に、Ｘ軸の正の方向を正の値とする。間隔Ｄｘ２は、Ｘ軸の負の方向を正の値とする。また、間隔Ｄｘ１とアンテナエレメント２３側からの主放射角度との関係および間隔Ｄｘ２とアンテナエレメント２４側からの主放射角度との関係は、図９と同様である。ただし、アンテナエレメント２４側からの主放射角度では、Ｚ軸の正の方向を０度とし、反時計回りの方向を正の角度と定義されてよい。

このように、パッケージ基板２２に対する金属体３の位置を調整することによって、アンテナエレメント２３および／またはアンテナエレメント２４の放射波の指向性（主放射角度）が調整される。例えば、間隔Ｄｘ１は、ゼロからパッケージ基板２２の厚みの２倍程度までの範囲で調整されてよい。これにより、アンテナ装置２００からの放射方向を水平方向よりも下方（Ｚ軸の負の方向）へ傾けることができる。

例えば、アンテナ装置２００のアンテナエレメント２３からの放射波の放射方向を水平方向よりも下方に傾けることによって、アンテナ装置２００を含む反射鏡アンテナの第１反射鏡２１ａのサイズの増大を抑え、アンテナエレメント２３からの放射波を第１反射鏡２１ａで反射してＺ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成して放射し、アンテナ利得を向上できる。

また、信号を受信するアンテナエレメント２４の場合も同様に、主に信号を受信する方向を、水平方向よりも下方に傾けることによって、アンテナ装置２００を含む反射鏡アンテナの第２反射鏡２１ｂのサイズの増大を抑え、第２反射鏡２１ｂによって、Ｚ軸の正の方向に指向性を有するビームを形成して、Ｚ軸の正の方向から到来する受信波の受信においてアンテナ利得を向上できる。

また、アンテナ装置２００の構成によれば、パッケージ基板２２の同一平面に構成された送信アンテナエレメント（例えば、アンテナエレメント２３）および受信アンテナエレメント（例えば、アンテナエレメント２４）、および、それぞれに対応する反射鏡を用いて、例えば、同一のＺ軸の正の方向に指向性を有する高利得な送信アンテナおよび受信アンテナを得ることができる。

なお、送信アンテナエレメント（例えば、アンテナエレメント２３）と受信アンテナエレメント（例えば、アンテナエレメント２４）とは、同一の形状を有していなくてもよい。また、第１反射鏡２１ａと第２反射鏡２１ｂとは、異なる形状であってもよい。また、金属体３の送信アンテナエレメント側のパッケージ基板２２と金属体３との端部の間隔（例えば、図１３の間隔Ｄｘ１）と、受信アンテナエレメント側のパッケージ基板２２と金属体３との端部の間隔（例えば、図１３の間隔Ｄｘ２）とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

本開示によるアンテナ装置は、通信機能を持つあらゆる種類の装置、デバイス、システム（通信装置と総称）において実施可能である。通信装置の、非限定的な例としては、電話機（携帯電話、スマートフォン等）、タブレット、パーソナル・コンピューター（ＰＣ）（ラップトップ、デスクトップ、ノートブック等）、カメラ（デジタル・スチル／ビデオ・カメラ等）、デジタル・プレーヤー（デジタル・オーディオ／ビデオ・プレーヤー等）、着用可能なデバイス（ウェアラブル・カメラ、スマートウオッチ、トラッキングデバイス等）、ゲーム・コンソール、デジタル・ブック・リーダー、テレヘルス・テレメディシン（遠隔ヘルスケア・メディシン処方）デバイス、通信機能付きの乗り物又は移動輸送機関（自動車、飛行機、船等）、及び上述の各種装置の組み合わせがあげられる。

通信装置は、持ち運び可能又は移動可能なものに限定されず、持ち運びできない又は固定されている、あらゆる種類の装置、デバイス、システム、例えば、スマート・ホーム・デバイス（家電機器、照明機器、スマートメーター又は計測機器、コントロール・パネル等）、自動販売機、その他ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）ネットワーク上に存在し得るあらゆる「モノ（Things）」をも含む。

通信には、セルラーシステム、無線ＬＡＮシステム、通信衛星システム等によるデータ通信に加え、これらの組み合わせによるデータ通信も含まれる。

また、通信装置には、本開示に記載される通信機能を実行する通信デバイスに接続又は連結される、コントローラやセンサー等のデバイスも含まれる。例えば、通信装置の通信機能を実行する通信デバイスが使用する制御信号やデータ信号を生成するような、コントローラやセンサーが含まれる。

また、通信装置には、上記の非限定的な各種装置と通信を行う、あるいはこれら各種装置を制御する、インフラストラクチャ設備、例えば、基地局、アクセスポイント、その他あらゆる装置、デバイス、システムが含まれる。

本開示のアンテナ装置は、半導体チップと前記半導体チップを封止する樹脂とを有する基板の第１の面に設けられたアンテナ素子と、前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に設けられ、前記基板の側面を開放した金属体と、を備える。

本開示のアンテナ装置において、前記アンテナ素子は、前記第１の面に沿った方向に指向性を有する。

本開示のアンテナ装置において、放物曲面の表面を有する反射鏡を備え、前記アンテナ素子は、前記放物曲面の焦点に設けられる。

本開示のアンテナ装置において、前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、少なくとも、前記アンテナ素子に重なる位置に設けられる。

本開示のアンテナ装置において、前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、前記基板の前記アンテナ素子に近い端まで延在する。

本開示のアンテナ装置において、前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、前記基板の前記アンテナ素子に近い端よりも外側に所定距離離れた位置まで延在する。

本開示のアンテナ装置において、前記所定距離は、前記基板の厚みの２倍以下である。

本開示のアンテナ装置において、前記第１の面に、複数の前記アンテナ素子が設けられた。

本開示のアンテナ装置において、放物曲面の表面を有する複数の反射鏡を備え、前記複数の反射鏡は、前記複数のアンテナ素子それぞれに対応し、前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、対応する前記反射鏡の焦点に設けられる。

本開示は、ミリ波帯やテラヘルツ帯でのアンテナ装置に有用である。

１、４１ 反射鏡
２、２２ パッケージ基板
３ 金属体
４ 基板
５ 半田ボール
６ モールド樹脂
７ 半導体チップ
８、２３、２４ アンテナエレメント
８ａ、２３ａ、２４ａ 放射素子
８ｂ、２３ｂ、２４ｂ グランド素子
８ｃ、２３ｃ、２４ｃ 反射器
９ 再配線層
１０ 再配線
１０ａ 第１層再配線
１０ｂ 第２層再配線
１１ 絶縁材料
１２ 接続ビア
１３ グランドパターン
１４ 固定部材
２１ａ 第１反射鏡
２１ｂ 第２反射鏡
１００、２００ アンテナ装置
６００、７００、８００ 反射鏡アンテナ

Claims (7)

1. 半導体チップと前記半導体チップを封止する樹脂とを有する基板の第１の面に設けられたアンテナ素子と、
   前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に設けられ、前記基板の側面を開放した金属体と、
   放物曲面の表面を有する反射鏡と、
   を備え、
   前記アンテナ素子は、前記放物曲面の焦点に設けられる、
   アンテナ装置。
2. 半導体チップと前記半導体チップを封止する樹脂とを有する基板の第１の面に設けられたアンテナ素子と、
   前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に設けられ、前記基板の側面を開放した金属体と、
   を備え、
   前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、前記基板の前記アンテナ素子に近い端よりも外側に所定距離離れた位置まで延在する、
   アンテナ装置。
3. 半導体チップと前記半導体チップを封止する樹脂とを有する基板の第１の面に設けられた複数のアンテナ素子と、
   前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に設けられ、前記基板の側面を開放した金属体と、
   放物曲面の表面を有する複数の反射鏡と、
   を備え、
   前記複数の反射鏡は、前記複数のアンテナ素子それぞれに対応し、
   前記複数のアンテナ素子は、それぞれ、対応する前記反射鏡の焦点に設けられる、
   アンテナ装置。
4. 前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、少なくとも、前記アンテナ素子に重なる位置に設けられる、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
5. 前記金属体は、前記第１の面と垂直な方向からの平面視において、前記基板の前記アンテナ素子に近い端まで延在する、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
6. 前記所定距離は、前記基板の厚みの２倍以下である、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１の面に、複数の前記アンテナ素子が設けられた、
   請求項１または２に記載のアンテナ装置。

Images