JPH0856113A - ミリ波用検波器 - Google Patents
ミリ波用検波器Info
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Abstract
用検波器の構造に関するもので、製作が容易で、安価か
つ量産性に優れたものを提供する。 【構成】シリコンによる第1の半導体基板1上に接地導
体膜2と誘電体膜3を積層し、平面アンテナ4と給電用
のマイクロストリップ線路7をその誘電体膜3上に形成
し、ガリウム砒素による検波回路を形成した第2の半導
体基板5をフィリップチップ実装により実装する構造と
することで、面積の大きな部分に安価なシリコンを用
い、ミリ波帯の能動素子だけに高価なガリウム砒素を用
いることにより、ミリ波帯で要求される高い製作精度を
保ちながら、安価に実現できる。
Description
帯における通信装置、計測機器に利用されるミリ波用検
波器に関するものである。
系における損失が大きいため、平面アンテナとダウンコ
ンバータなどの能動回路を一体化したモノリシックアン
テナが提案されている。平面アンテナをガリウム砒素な
どの半導体基板面上に、能動素子と合わせて、製作する
ものや、平面アンテナと能動回路を別々の基板で構成
し、両者を張り合わせたハイブリッドタイプのモノリシ
ックアンテナ構成も提案されている。一方能動回路は、
ガリウム砒素基板上にモノリシック化されつつあるが、
ミリ波帯では、ガリウム砒素より高速なデバイスが実現
できるインジウムリン系の基板も用いられている。
る。図10は、従来のミリ波用モノリシック平面アンテ
ナの断面図である。図10において、101は石英基
板、102は石英基板101上に作られたマイクロスト
リップアンテナ、103は接地導体、104は結合スロ
ットである。105はガリウム砒素基板によるMMIC
で、ダウンコンバータがMMIC化されている。
ックアンテナについて、以下その動作について説明す
る。石英基板101の上面にマイクロストリップアンテ
ナ102を構成し、裏面は接地面とし、結合用のスロッ
ト104がパターン形成されている。一方ガリウム砒素
基板105上には、増幅器、ミキサを内蔵したダウンコ
ンバータ106と給電のためのマイクロストリップ線路
107がMMIC化されている。スロット104とマイ
クロストリップ線路の位置を合わせるように石英基板1
01とガリウム砒素基板105を張り合わせることで、
マイクロストリップアンテナに生じた電界は、スロット
104を通じマイクロストリップ線路へ電磁界結合によ
り伝送される。このモノリシックアンテナの詳細は、1
992年電子情報通信学会秋季大会講演論文集第2分冊
C−50に述べられている。
な構成では、給電用のマイクロストリップ線路と能動回
路をすべてモノリシック化しているために、高い製作精
度が得られるものの、高価なガリウム砒素基板のチップ
面積が大きいため、能動回路の歩留まりも劣化し、低価
格化が困難である。また、ガリウム砒素基板上に給電用
のマイクロストリップ線路を設けているために、ガリウ
ム砒素基板の基板厚を精度よく研磨する必要がある。さ
らに、石英基板とガリウム砒素基板を張り合わせる際の
位置合わせに精度が要求されるという欠点も有してい
る。
で、ミリ波帯でのアンテナを含めた受動素子を比較的安
価な基板上に構成し、能動素子をフリップチップ実装に
より実装することにより、量産性に優れた、小形かつ高
精度なミリ波用検波器を低価格で提供することを目的と
する。
に本発明のミリ波用検波器は、シリコンまたはガリウム
砒素による第1の半導体基板上に接地導体膜を積層し、
前記接地導体膜上に誘電体膜を積層し、前記誘電体膜上
に第1の平面アンテナと、前記第1の平面アンテナに給
電を行うためのマイクロストリップ線路とを有し、信号
を検波する回路または信号を発生する回路を設けた第2
の半導体基板を前記マイクロストリップ線路上にフリッ
プチップ実装により実装する構造を有する。また、第1
の平面アンテナを前記誘電体膜上に設けず、第1の誘電
体基板上に第2の平面アンテナを設け、スルーホールで
給電端子と接続し、前記第1の誘電体基板をフリップチ
ップ実装により、給電端子と前記マイクロストリップ線
路とを接続した構造を有する。
面アンテナを設け、前記第2の誘電体基板の上面に接地
導体膜を積層し、前記接地導体膜の上面に誘電体膜を積
層し、前記誘電体膜の上面にマイクロストリップ線路を
設け、前記第2の半導体基板を前記マイクロストリップ
線路上にフリップチップ実装により実装し、前記第3の
平面アンテナと前記マイクロストリップ線路とをスルー
ホールで接続した構造を有する。また、前記第3の平面
アンテナへの給電方法として、前記第3の平面アンテナ
の給電点の上方部の接地導体膜にスロットを設け、マイ
クロストリップ線路と前記第3の平面アンテナとスロッ
ト結合により給電する構造を有する。また、第3の平面
アンテナへの給電方法として、前記第2の半導体基板か
ら直接スロットを通じ前記第3の平面アンテナに給電す
る構造を有する。
生する回路を設けた第2の半導体基板と、裏面を接地面
とした、第2の誘電体基板に第2の半導体基板より大き
な面積の凹部を設け、凹部に前記第2の半導体基板をフ
リップチップ実装し、第3の誘電体基板上に第4の平面
アンテナを設け、前記第4の平面アンテナへの給電を裏
面に第2の給電端子を設け、前記第2の給電端子と前記
第4の平面アンテナとをスルーホールで接続し、前記第
3の誘電体基板を前記第2の半導体基板の上方にフリッ
プチップ実装により、第2の給電端子と前記マイクロス
トリップ線路とを接続した第4の平面アンテナを設けた
第3の誘電体基板を前記第2の半導体基板の上方にフリ
ップチップ実装し、前記第2の半導体基板と給電端子と
をマイクロストリップ線路で接続した構造を有する。
O2)、窒化シリコン(SiN)またはポリミドを用い
る構造を有する。
を用い、半導体素子としてMESFET、HBT、HE
MTまたはダイオードを用いた検波回路を設けた構造を
有する。
しない、ミリ波帯の能動素子にだけ高価な基板を用いる
ため、安価となるとともに、チップ面積が小さいためミ
リ波帯デバイスとしての歩留まりも向上する。ミリ波帯
のダウンコンバータや検波回路などを安価に構成するこ
とができる。また、それぞれの基板は通常の半導体プロ
セスにより製作されるため、パターン精度が高く、フリ
ップチップ実装法も実装精度が高く、量産性に優れる。
面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施
例におけるミリ波用検波器の構造を示す断面図、図2は
同構造を示す立体図である。
第1の半導体基板、2は第1の半導体基板1上に設けら
れた接地導体膜である。3は誘電体膜で、具体的には二
酸化シリコン(SiO2)膜である。4は第1の平面ア
ンテナである。5は第2の半導体基板で、ショットキー
バリアダイオードによる検波回路を作成したガリウム砒
素基板である。6はフリップチップ実装の接続部となる
バンプ、7は第1の平面アンテナ4に給電するためのマ
イクロストリップ線路、8は検波された信号を取り出す
出力信号端子である。
による第2の半導体基板5をベアチップの状態で、第1
の平面アンテナ4の給電用マイクロストリップ線路7上
にフリップチップ実装を行っていることにより、平面ア
ンテナ4と検波回路を設けた第2の半導体基板5との間
にボンディングワイヤなどの寄生リアクタンス成分が少
ないため、損失を小さくでき、ミリ波帯において高感度
の検波器が実現できる。また、比較的安価なシリコンに
よる第1の半導体基板1上に大きな面積の平面アンテナ
4を構成し、高価なガリウム砒素による第2の半導体基
板5上に検波回路だけを設ける構成とすることにより、
ガリウム砒素ICのチップ面積を小さくすることがで
き、安価な構成が可能となる。
1の平面アンテナ4とマイクロストリップ線路7を構成
するために、1μm以下のパターン精度も容易に実現す
ることができ、ミリ波帯で課題となる高い製作精度を容
易に実現することができ、量産性にも優れた構成であ
り、ミリ波帯のモノリシックアンテナを容易に実現でき
る。
について、図面を参照しながら説明する。図3は本発明
の第2の実施例におけるミリ波用検波器の構造を示す断
面図である。
を参照しながら説明する。図3において、図1、図2に
おける第1の実施例と異なる点は、シリコン基板1上に
作成した第1の平面アンテナ4の代わりに、第1の誘電
体基板9上に第2の平面アンテナ10を設け、アンテナ
自身をフリップチップ実装により実装した点で、11は
スルーホール、12は給電端子である。
ンテナ10と接地面との間隔を広くとれるため、アンテ
ナ10の放射効率を高くすることができ、高感度のミリ
波用検波器が実現できる。
たアンテナ10をフリップチップ実装しているが、低損
失が要求される共振器やフィルタなどを別チップで構成
し、フリップチップ実装し、発振器や受信機などを構成
してもよい。
半導体基板としてシリコンを用いているが、セラミック
やガラスなどの誘電体基板を用いても同様の効果を得る
ことができる。
について、図面を参照しながら説明する。図4は本発明
の第3の実施例におけるミリ波用検波器の構造を示す断
面図、図5は同立体図である。
したガリウム砒素による第2の半導体基板である。7は
給電用のマイクロストリップ線路で、図1、図2、図3
の第1、第2の実施例と異なる点は、第1の半導体基板
1の代わりに第2の誘電体基板13を用い、第2の誘電
体基板13の裏面に第3の平面アンテナ14を設け、ス
ルーホール15により、マイクロストリップ線路7と第
3の平面アンテナ14を接続した点である。
面アンテナ14と、第2の半導体基板13上の検波回路
を異なる面上に構成できるため、ガリウム砒素による第
2の半導体基板5が第3の平面アンテナ14の放射パタ
ーンに与える影響を小さくすることができる。また、立
体的な構造のため、小形化が実現できる。
について、図面を参照しながら説明する。図6は本発明
の第4の実施例におけるミリ波用検波器の構造を示す断
面図である。
る点は、第3の平面アンテナ14と給電用のマイクロス
トリップ線路7との結合をスロット16による電磁界結
合を用いた点である。
誘電体基板13にスルーホールを設ける必要がなく、製
作が容易となる。
について、図面を参照しながら説明する。図7は本発明
の第5の実施例におけるミリ波用検波器の構造を示す断
面図である。
るのは、第3の平面アンテナ14と検波回路との結合を
給電用のマイクロストリップ線路を介さずに、検波回路
から直接スロット16を介して電磁界結合するように構
成した点である。
マイクロストリップ線路による損失分もなく、効率的な
給電が可能となり、高感度の検波回路が実現できる。
について、図面を参照しながら説明する。図8は本発明
の第6の実施例におけるミリ波用検波器の構造を示す断
面図である。図9は同立体図である。
板として検波回路を構成したガリウム砒素基板、7は給
電用のマイクロストリップ線路、17は第3の誘電体基
板、18は第4の誘電体基板、19は第4の平面アンテ
ナ、20はスルーホール、21は給電端子である。第3
の誘電体基板17の裏面を接地面としたマイクロストリ
ップ構造で、表面にガリウム砒素による第2の半導体基
板5が設けられるような凹部を設けている。凹部にガリ
ウム砒素による第2の半導体基板5をフリップチップ実
装し、給電用のマイクロストリップ線路7は、凹部の外
側まで配置し、凹部に蓋をするように第4の平面アンテ
ナ19を設けた第4の誘電体基板18をフリップチップ
実装により実装する。
な構造のため、小形化が実現できる。また、裏面が接地
面であるため、本実施例のモジュールをさらに、別の基
板に実装することが容易である。また、ガリウム砒素基
板5が第4の誘電体基板18により保護するパッケージ
の役割をすることができる。
体基板17、18の代わりに、シリコン基板やガラス基
板上に積層した誘電体膜を用い、積層を厚さを部分的に
変化させることによって実現してもよい。
体基板5としてガリウム砒素基板を用いているが、シリ
コン基板やインジウムリン基板などの上に構成した能動
回路でもよいことは言うまでもない。
信号を処理するデジタル信号処理回路を構成した第2の
半導体基板5をさらにフリップチップ実装したマルチチ
ップモジュールにしてもよい。
テナと能動回路との組み合わせを複数を設け、アンテナ
アレイを構成することにより効率が高まることは言うま
でもない。
素子と異なるプロセスで作成し、フリップチップ技術で
組み合わせる構成により、比較的チップ面積を必要とし
ない、ミリ波帯の能動素子にだけ高価な基板を用い、チ
ップ面積を必要とする平面アンテナや受動素子を安価な
基板に構成することが可能となり、量産性に優れた安価
なミリ波用検波器を提供するものである。
の断面図
の立体図
の断面図
の断面図
の立体図
の断面図
の断面図
の断面図
の立体図
Claims (10)
- 【請求項1】 接地導体膜を積層するとともに、前記接
地導体膜上に誘電体膜を積層した第1の半導体基板と、
前記誘電体膜上に設けられた第1の平面アンテナと、前
記誘電体膜上に設けられ、前記第1の平面アンテナに給
電を行うマイクロストリップ線路と、前記マイクロスト
リップ線路上にフリップチップ実装により実装された第
2の半導体基板と、前記第2の半導体基板に設けられた
信号を検波する信号検波回路または信号を発生する信号
発生回路とを具備するミリ波用検波器。 - 【請求項2】 請求項1記載の第1の平面アンテナの代
わりに、第1の誘電体基板上に設けられた第2の平面ア
ンテナと、前記第2の平面アンテナへの給電を裏面で行
なう給電端子と、前記給電端子と前記第2の平面アンテ
ナとを接続するスルーホールとを具備し、前記第1の誘
電体基板をフリップチップ実装により、給電端子と請求
項1記載のマイクロストリップ線路とを接続したことを
特徴とするミリ波用検波器。 - 【請求項3】 第1の半導体基板として、シリコン基板
またはガリウム砒素基板を用いたことを特徴とする請求
項1または請求項2記載のミリ波用検波器。 - 【請求項4】 第1の半導体基板の代わりに、誘電体基
板を用いたことを特徴とする請求項1または請求項2記
載のミリ波用検波器。 - 【請求項5】 前記第2の誘電体基板の上面に接地導体
膜を積層するとともに、前記接地導体膜の上面に誘電体
膜を積層した第2の誘電体基板と、前記誘電体膜の上面
に設けられたマイクロストリップ線路と、前記第2の誘
電体基板の下面に設けられた第3の平面アンテナと、前
記マイクロストリップ線路上にフリップチップ実装によ
り実装された第2の半導体基板と、前記第2の半導体基
板に設けられた信号を検波する信号検波回路または信号
を発生する信号発生回路と、前記第2の誘電体基板と前
記接地導体と前記誘電体膜とを貫き、前記第3の平面ア
ンテナと前記マイクロストリップ線路とを接続させるス
ルーホールとを具備するミリ波用検波器。 - 【請求項6】 請求項5記載のスルーホールの代わり
に、第3の平面アンテナの給電点の上方部の接地導体膜
に、スロット結合により給電を行う穴を設け、マイクロ
ストリップ線路と前記第3の平面アンテナとをスロット
結合により給電を行うことを特徴とする請求項5記載の
ミリ波用検波器。 - 【請求項7】 請求項5記載のスルーホールの代わり
に、第3の平面アンテナの給電点の上方部の接地導体膜
に穴を設け、前記穴の上方に第2の半導体基板をフリッ
プチップ実装し、前記第2の半導体基板上のストリップ
線路と前記第3の平面アンテナとを電磁界結合により給
電を行うことを特徴とする請求項5記載のミリ波用検波
器。 - 【請求項8】 信号を検波する回路または信号を発生す
る回路を設けた第2の半導体基板と、裏面を接地面と
し、前記第2の半導体基板より大きな面積の凹部を設
け、当該凹部に前記第2の半導体基板をフリップチップ
実装した第3の誘電体基板と、前記第3の誘電体基板の
凹部を塞ぐようにフリップチップ実装した第4の誘電体
基板と、前記第4の誘電体基板上に設けられた第4の平
面アンテナと、前記第4の平面アンテナへの給電を前記
第4の誘電体基板のスルーホールを介して裏面から行な
う給電端子と、前記給電端子と前記第2の半導体基板の
フリップチップ接続部を接続する給電用のマイクロスト
リップ線路とを具備したミリ波用検波器。 - 【請求項9】 誘電体膜として二酸化シリコン、窒化シ
リコンまたはポリミドを用いたことを特徴とする請求項
1〜7記載のミリ波用検波器。 - 【請求項10】 第2の半導体基板としてガリウム砒素
基板を用い、半導体素子としてMESFET、HBT、
HEMTまたはダイオードを用いた検波回路を設けたこ
とを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の
ミリ波用検波器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06189494A JP3141692B2 (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | ミリ波用検波器 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06189494A JP3141692B2 (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | ミリ波用検波器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0856113A true JPH0856113A (ja) | 1996-02-27 |
JP3141692B2 JP3141692B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=16242211
Family Applications (1)
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