JP2750268B2 - マイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波帯、準ミリ
波帯、及びミリ波帯で用いられるアンテナ装置であっ
て、マイクロ波モノリシック集積回路（以下、ＭＭＩＣ
という。）などのマイクロ波集積回路を備えたマイクロ
波集積回路付きアンテナ装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６の（ａ）は、ディ・エム・ポザー
（D.M.Pozer），“マイクロストリップ線路に開口で結
合されたマイクロストリップアンテナ（MICROSTRIP ANT
ENNA APERTURE-COUPLED TO A MICROSTRIPLINE）”，Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８５年１
月１７日，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２，（以下、第１の参
考文献という。）の第１図において提案された第１の従
来例のスロット結合型マイクロストリップアンテナの図
であって（ｂ）のＩ−Ｉ’線についての縦断面図であ
り、図６の（ｂ）は（ａ）のマイクロストリップアンテ
ナの平面図である。

【０００３】図６において、放射導体５４が形成された
第１の誘電体基板（第１の参考文献では、アンテナ基板
という。）５３の裏面に接地導体板５２を介して第２の
誘電体基板（第１の参考文献では、給電基板という。）
５０が載置される。当該スロット結合型マイクロストリ
ップアンテナの送信時においては、送信機から給電用マ
イクロストリップ線路５１に出力された送信マイクロ波
信号の電磁波は、接地導体板５２に設けられたスロット
５２ｓを介して放射導体５４を励振し、当該電磁波は放
射導体５４から図６の（ａ）の左手方向に向けて空間に
向けて放射される。受信時の動作はその逆である。

【０００４】上記第１の従来例における給電用マイクロ
ストリップ線路５１に代えて、ストリップ線路、スロッ
ト線路、コプレーナ線路のどれを用いても性能に大きな
差は生じないことは、アール・エヌ・サイモンズ（R.N.
SIMONS）ほか，“有限長の接地板／基板を備えパッチア
ンテナに結合されたコプレーナ線路（COPLANER WAVEGUI
DE APERTURE COUPLED PATCH ANTENNAS WITH GROUND PLA
NE/SUBSTRATE OF FINITE EXTENT）”，ＥＬＥＣＴＲＯ
ＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９９２年１月，Ｖｏｌ．
２８，Ｎｏ．１において開示されている。

【０００５】図７は、ディ・エム・ポザー（D.M.Poze
r）ほか，“モノリシックフェーズドアレイアンテナの
ための構造の比較（Comparison of Architectures for
Monolithic Phased Array Antennas）”，Ｍｉｃｒｏｗ
ａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９８６年５月号の第１０図
において開示された、第２の従来例のアクティブ化スロ
ット結合マイクロストリップアンテナの縦断面図であ
る。

【０００６】図７に示すように、低誘電率材料を用いた
アンテナ用誘電体基板６２と給電用ＧａＡｓ半導体基板
６０とを接地導体板６４を介して貼り合わせ、誘電体基
板６２上に形成された各放射導体６３の直下のＧａＡｓ
半導体基板６０の反対側表面に半導体プロセスでＭＭＩ
Ｃ６１が形成される。これによって、放射素子６３であ
る各アンテナ素子の背面にＭＭＩＣ６１なる能動素子を
配してアクティブ化されたスロット結合マイクロストリ
ップアンテナが形成されている。当該マイクロストリッ
プアンテナにおいては、ＭＭＩＣ６１内の給電用マイク
ロストリップライン（図示せず。）が接地導体板６４に
形成されたスロット６４ｓを介して、高い放射効率を得
るため低誘電率の誘電体基板６２上に設けられた放射導
体６３と電磁結合されており、これによって、送信電磁
波はＭＭＩＣ６１内の給電用マイクロストリップライン
からスロット６４ｓを介して放射導体６３を励振し、当
該送信電磁波は放射導体６３から図７の上方向に放射さ
れる。

【０００７】さらに、飯田明夫ほか，“４０ＧＨｚ帯ア
ンテナ一体化ＭＭＩＣ受信コンバータ”，１９９２年電
子情報通信学会秋季大会，Ｃ−５０，２−３８８におい
て、周波数変換回路を含むＭＭＩＣが形成されたＧａＡ
ｓ半導体基板と、背面にマイクロストリップアンテナが
形成された石英基板とを、結合スロットが形成された接
地導体を介して貼り付ける構造のスロット結合マイクロ
ストリップアンテナ（以下、第３の従来例という。）を
作成したことが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記第２の従来例のス
ロット結合マイクロストリップアンテナにおいて、ＭＭ
ＩＣ６１を給電用誘電体基板６０に形成することによ
り、給電損失のごく少ないインテグレーテッド（統合
型）アンテナを実現することができる。しかしながら、
その製造プロセスにおいては、ＭＭＩＣ６１の給電用半
導体基板６０と、アンテナ用誘電体基板６２とを貼り合
わせるという工程が必要である。すなわち、一般には、
マイクロストリップアンテナのアンテナ用誘電体基板６
２に用いられているＰＴＦＥ樹脂（エポキシ樹脂）等の
誘電体材料ではＭＭＩＣの形成と同一のプロセスでは加
工処理できないため、一旦作成の終了したＭＭＩＣ６１
の給電用半導体基板６０を製作ラインから外した後、Ｐ
ＴＦＥ樹脂にてなるアンテナ用誘電体基板６２との貼付
けを行なわなくてはならなかった。また、ＰＴＦＥ樹脂
にてなる誘電体基板６２と、ＭＭＩＣ６１の給電用半導
体基板６０との貼り付けは容易でなくかつ温度に対して
の応力が異なるため温度変化によりＭＭＩＣ６１の給電
用半導体基板６０を破損する可能性が高く、実現したと
しても実用化することは極めて乏しい。

【０００９】さらに、上記第３の従来例のマイクロスト
リップアンテナにおいては、ＭＭＩＣを形成するＧａＡ
ｓ半導体基板のプロセスと、背面にマイクロストリップ
アンテナを形成する石英基板のプロセスとは、同一プロ
セスでは作成できない。さらに、この構成では、当該ア
ンテナ装置の両面がマイクロストリップアンテナとＭＭ
ＩＣで占有されるために、ＭＭＩＣを通常の手法である
ダイボンディングなどで筐体等に固定することが難しい
という問題点があった。

【００１０】さらに、上記第３の従来例において、広帯
域で優れた偏波特性を得られる２点又は４点給電円偏波
励振を行なおうとする場合、アンテナと最終段の増幅器
の間に必要な電力分配及び位相調整回路をＭＭＩＣの回
路パターンが形成されている面に置くことになるが、こ
れはＭＭＩＣ上の回路パターンの面積を消費することに
なりＭＭＩＣの機能を低下させることにつながる。

【００１１】本発明の目的は以上の問題点を解決し、マ
イクロ波集積回路とアンテナとを同一のプレーナプロセ
スで容易に製造することができるマイクロ波集積回路付
きアンテナ装置の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載のマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法
は、半導体基板上に所定のプレーナプロセスで形成され
たマイクロ波集積回路と、上記マイクロ波集積回路上に
形成され放射導体と誘電体層とを有するマイクロストリ
ップアンテナとを備えたマイクロ波集積回路付きアンテ
ナ装置の製造方法であって、１．５×１０⁸ｄｙｎ／ｃ
ｍ²から７．５×１０⁷ｄｙｎ／ｃｍ²までのうちの１つ
の膜応力を有するポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を
用いてかつ上記マイクロ波集積回路と同一のプレーナプ
ロセスで、上記誘電体層を、所定の厚さとなるまで形成
するステップを含むことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載のマイクロ波集積回路
付きアンテナ装置の製造方法は、請求項１記載のマイク
ロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法において、上
記誘電体層に給電用スルーホールを形成するステップを
さらに含むことを特徴とする。

【００１４】さらに、請求項３記載のマイクロ波集積回
路付きアンテナ装置の製造方法は、請求項１又は２記載
のマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法にお
いて、上記誘電体層は複数の誘電体層にてなり、上記複
数の誘電体層の少なくとも隣接する２つの誘電体層間
に、接地導体を形成するステップをさらに含むことを特
徴とする。

【００１５】また、請求項４記載のマイクロ波集積回路
付きアンテナ装置の製造方法は、請求項３記載のマイク
ロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法において、上
記接地導体に、給電用スロットを形成するステップをさ
らに含むことを特徴とする。

【００１６】さらに、請求項５記載のマイクロ波集積回
路付きアンテナ装置の製造方法は、請求項１又は２記載
のマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法にお
いて、上記誘電体層は複数の誘電体層にてなり、上記複
数の誘電体層の少なくとも隣接する２つの誘電体層間
に、上記マイクロストリップアンテナに給電するための
給電線路を形成するステップをさらに含むことを特徴と
する。

【００１７】またさらに、請求項６記載のマイクロ波集
積回路付きアンテナ装置の製造方法は、請求項５記載の
マイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法におい
て、上記給電線路を形成するステップは、２つの出力端
子を有する分配器と、上記分配器の２つの出力端子に接
続され互いに９０度の位相差を有するマイクロ波信号を
発生するように遅延する２つの遅延線路とを上記給電線
路に形成するステップを含み、上記マイクロ波集積回路
付きアンテナ装置は、送信すべきマイクロ波信号を上記
２つの遅延線路からそれぞれ上記マイクロストリップア
ンテナを互いに９０度の角度の２つの給電点に給電して
円偏波を発生させることを特徴とする。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。 ＜第１の実施例＞図１は本発明に係る第１の実施例であ
るＭＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であり、当該アン
テナ装置は、ＧａＡｓ半導体基板２０上にＭＭＩＣのマ
イクロ波回路を備えるとともに、マイクロ波回路層２３
上に、誘電体層２３と円形パッチ放射導体３０とを有す
るプローブ給電型マイクロストリップアンテナを備え、
誘電体層２３をＭＭＩＣと同一のプレーナプロセスでか
つポリイミド樹脂で形成したことを特徴としている。

【００１９】図１において、ＧａＡｓ半導体基板又は半
導体層２０を形成した後、当該半導体基板２０上及び当
該基板２０内にＭＭＩＣのためのマイクロ波回路パター
ン４０が形成されるとともに、半導体基板２０上に、当
該マイクロ波回路パターン４０内に含まれる送信機及び
受信機に接続される送受信分離用アイソレータ（図示せ
ず。）に接続される給電用マイクロストリップ導体４２
とそれに接続された給電用パッド４１とが形成される。
これらマイクロ波回路パターン４０と給電用パッド４１
と給電用マイクロストリップ導体４２とによりＭＭＩＣ
のためのマイクロ波回路層２２を構成する。

【００２０】次いで、当該マイクロ波回路層２２上に、
低誘電率と低欠陥密度と低応力とを有し低温形成が可能
であるという特徴を有するポリイミド樹脂にてなる厚さ
１００μｍの誘電体層２３が積層形成される。ここで
は、ポリイミド樹脂のプレポリマー溶液を用いて、上記
マイクロ波回路層２２上にスピナーを用いた回転塗布法
により塗布する。その後、熱処理を実行する。すなわ
ち、例えば、プリベークとして温度１５０°Ｃで１５分
間実行し、さらに、ポストベークとして温度１８５°Ｃ
で１０乃至３０分間実行し、塗布膜を硬化させてイミド
化させる。次いで、所定のエッチング法により、給電用
パッド４１上の誘電体層２３に当該層２３を厚さ方向に
貫通する給電用スルーホール２３ｈが形成された後、当
該給電用スルーホール２３ｈの内周に、給電用パッド４
１に電気的に接続されるスルーホール導体２３ｈｃが形
成される。さらに、当該誘電体層２３上に、上記給電用
スルーホール２３ｈが円形パッチ放射導体３０内であっ
てその中心より少し径方向にずれた給電点の位置に位置
するように円形パッチ放射導体３０が形成され、ここ
で、上記スルーホール導体２３ｈｃは円形パッチ放射導
体３０に電気的に接続され、従って、給電用パッド４１
はスルーホール導体２３ｈｃを介して円形パッチ放射導
体３０の給電点に電気的に接続される。すなわち、スル
ーホール２３ｈは円形パッチ放射導体３０の給電点の直
下に位置する。最後に、半導体基板２０の裏面に厚さ約
１８μｍの接地導体２１がメッキ法により形成された
後、アンテナ装置全体は、上記接地導体２１が基板２０
の上面に接触するように誘電体又は金属にてなる基板２
０上に載置される。これによって、第１の実施例のＭＭ
ＩＣ付きアンテナ装置を形成することができる。

【００２１】以上のように構成されたアンテナ装置にお
いて、マイクロ波回路パターン４０内に含まれる送信機
及び受信機に接続される送受信分離用アイソレータか
ら、例えば送信マイクロ波信号が、給電用マイクロスト
リップ導体４２を介して給電用パッド４１に給電され、
このとき、当該給電用パッド４１から当該送信マイクロ
波信号の電磁波が給電用スルーホール２３ｈを介して円
形パッチ放射導体３０を励振し、当該電磁波が放射導体
３０から空間に向かって図１の上方向に放射される。一
方、受信の場合の動作はその逆である。

【００２２】上記誘電体層２３の厚膜化において、剥離
やクラック等の発生、特に半導体基板２０の反りを抑制
するには、温度変化に対してより低い応力を有すること
が望ましい。ポリイミド樹脂やポリアミド樹脂の膜応力
はその種類によって異なるが、１．５×１０⁸乃至７．
５×１０⁷ｄｙｎ／ｃｍ²程度と比較的膜応力が低い。従
来の半導体基板においては、絶縁膜としてＳｉＯ₂膜，
Ｓｉ₃Ｎ₄膜が用いられているが、これらの膜応力は２．
０×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²程度であって０．３μｍの膜
形成が容易に形成することができることが公知である。
従って、ポリイミド樹脂やポリアミド樹脂にてなる誘電
体層の場合、従来の半導体装置のプレーナプロセスで
は、４０μｍ程度までの厚さで積層化することができ
る。また、ポリイミド樹脂やポリアミド樹脂にてなる誘
電体層の場合に、当該誘電体層はプロセスの種類により
大きく特性が変化するので、形成プロセスの条件を最適
化することにより、当該誘電体層を１００μｍ程度まで
の厚さで積層化することができる。

【００２３】さらに、誘電体層２３の形成時の膜厚の均
一性について説明する。上述の製造方法において、プレ
ーナプロセスを用いるので、膜厚の均一化は重要であ
る。本発明者は、実験により、ポリイミド樹脂の誘電体
層２３を厚さ１０μｍまでで０．１μｍ（１％）以下の
バラツキしか生じないことを確認している。これを、例
えば１０回繰り返して、１００μｍの厚さの誘電体層を
形成してもバラツキは１μｍ程度であり、上部層形成を
考慮しても問題が生じることは無いと考えられる。

【００２４】次いで、第１の実施例で用いた円形パッチ
マイクロストリップアンテナに必要な誘電体基板２３の
厚さと使用帯域幅の関係について説明する。以下、ポリ
イミド樹脂を誘電体材料として用いる場合に、厚さ１０
０μｍの誘電体層２３が周波数３０ＧＨｚでどれだけの
帯域幅を得られるかについて計算を行い、計算式ととも
に示す。基本モードで励振する円形パッチの半径ｒを決
定する式として、誘電体層の比誘電率εｒが与えられた
場合に粗い近似として次の数１を用いることができる。

【数１】ｒ＝λ／（４√（εｒ）） ここで、λは波長を表わす。この数１の誘電体層の比誘
電率をポリイミド樹脂のそれであるεｒ＝３．７を用い
て、放射導体３０の面積ｓを計算すると、次式のように
なる。

【数２】ｓ＝πｒ^２＝π｛１０／（４√（３．７）｝^２
＝５．３０［ｍｍ^２］ ここで、誘電体層２３の厚さｔは０．１００ｍｍである
と仮定しているので、パラメータ√（ｓ）／ｔの値は次
式のようになる。

【数３】 √（ｓ）／ｔ＝√（５．３０）／（０．１００）＝２３

【００２５】図５に示した設計チャートを用いるとアン
テナの無負荷Ｑ（Ｑ_０）は誘電体層の比誘電率εｒ＝
３．７であるので高々６８となる。ここで、「比帯域」
を一般に、電子情報通信学会でよく用いられる入力定在
波比２以下の周波数帯域幅とアンテナ共振周波数との比
として定義する。パッチアンテナの無負荷Ｑ（Ｑ_０）と
比帯域Ｂｒとの間の関係式は以下のようになる。

【数４】Ｑ_０Ｂｒ＝√｛（βρ−１）（１−β／ρ）｝ ここで、βはパッチ励振の基本モードの等価回路におけ
る結合係数であり、ρは入力電圧定在波比である。この
結合係数βはρの関数で次の数５のように表わすことが
できる。

【数５】β＝β_０＝（ρ^２＋１）／（２ρ）

【００２６】ここで、数５を数４に代入することによ
り、数４は次の数６のように入力電圧定在波比のみの関
数で表される。

【数６】Ｑ_０Ｂｒ＝（ρ^２−１）／（２ρ） ここで、入力電圧定在波比を２とし、アンテナの無負荷
Ｑ（Ｑ_０）を６８と設定することにより、アンテナ比帯
域Ｂｒは次の数７のように得られる。

【数７】Ｂｒ＝０．７５／６８＝０．０１１

【００２７】従って、例えば中心周波数３０ＧＨｚのと
きの帯域幅は約３３０ＭＨｚとなる。この帯域幅は音声
伝送のみならず、データ通信にも十分な帯域幅と考えら
れる。すなわち、本実施例における誘電体層の製造方法
を用いることによって、従来に比較して極めて厚い例え
ば１００μｍの厚さの誘電体層２３を形成することがで
き、これによって、上述のように十分な帯域幅を有する
アンテナ装置を形成することができる。

【００２８】以上説明したように第１の実施例のアンテ
ナ装置によれば、ＭＭＩＣとの応力の問題が無く、また
同一のプレーナプロセスでＭＭＩＣ上に形成できる誘電
体層材料としてポリイミド樹脂を選定することにより、
安価で安定した性能を有するインテグレーテッドアンテ
ナであるＭＭＩＣ付きアンテナ装置が得られる。ＭＭＩ
Ｃの回路面を被うようにポリイミド樹脂の誘電体層２３
を積層させ、これをアンテナ基板とすることにより比誘
電率が３．７と良好な比帯域とを得ることができるパッ
チアンテナを作成できる。また、ＭＭＩＣを作製した面
と同一面にアンテナを設けるのでＭＭＩＣの背面は完全
に金属等で遮蔽されても問題がなく、筐体に固定するた
めのダイボンディングに使用できる。プロセス工程上で
ポリイミド樹脂の誘電体層２３にスルーホール加工を施
すことができるので、プローブ給電が可能である。

【００２９】本実施例において、ＭＭＩＣのプレーナプ
ロセスと、誘電体層２３と放射導体３０とを含むアンテ
ナ部のプレーナプロセスとは同一のプレーナプロセスで
実行される。すなわち、半導体製造装置内の１つの室内
で、ＭＭＩＣの製造とアンテナ部の製造とを行うことが
できる。すなわち、当該アンテナ装置のすべてを同一の
プレーナプロセスで実行することができる。これによっ
て、製造方法が従来例に比較して極めて簡単になるとと
もに、製造コストを大幅に軽減することができる。

【００３０】従来は、上述のように、このような誘電体
層をマイクロ波通信用パッチアンテナのアンテナ基板に
有効なほど厚く積層させることが不可能であった。発明
者は通信に用いるのに十分な帯域幅を実現できる厚さで
ある約１００ミクロン以上誘電体層を積層形成できるこ
とを示し、実現可能であることを明らかにした。

【００３１】さらに、例えば、ポリイミド樹脂にてなる
誘電体層２３と給電回路用金属パターン層は複数層にわ
たって積み重ねられるので、スルーホールと組み合わせ
て、アンテナの周波数共用や分離給電を行なうようにし
てもよい。また、例えば、本実施例の製造方法を用いて
アンテナとマイクロ波回路パターンとの間にさらにマイ
クロ波回路を積層して挿入できるので、円偏波に必要な
電力分配器や位相調整器をＭＭＩＣのパターン面に置く
必要が無くなる。このためＭＭＩＣの機能を削ることな
く円偏波を発生できる（一例として、後述の第４の実施
例参照）。

【００３２】以上の第１の実施例において、アンテナ部
とＭＭＩＣとを電磁的に遮蔽するために、マイクロ波回
路層２２と誘電体層２３との間に、スルーホール２３ｈ
の部分を除いて接地導体を形成してもよい。これによっ
て、両者の相互結合から発生する混変調等の好ましくな
い現象を抑えることができる。

【００３３】＜第２の実施例＞図２は本発明に係る第２
の実施例であるＭＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であ
り、第１の実施例と比較して、円形パッチマイクロスト
リップアンテナへの給電方法として、給電用マイクロス
トリップ導体４３の先端が誘電体層２３を介して放射導
体３０に電磁的に結合された電磁結合型を用いたことを
特徴としている。第２の実施例が、第１の実施例と比較
して異なるのは以下の点である。

【００３４】（１）誘電体層２３にスルーホール２３ｈ
が形成されない。 （２）半導体基板２０上に、マイクロ波回路パターン４
０内に含まれる送信機及び受信機に接続される送受信分
離用アイソレータ（図示せず。）に接続される給電用マ
イクロストリップ導体４３が形成される。これらマイク
ロ波回路パターン４０と給電用マイクロストリップ導体
４２とによりマイクロ波回路層２４を構成する。

【００３５】以上のように構成されたアンテナ装置にお
いては、給電用マイクロストリップ導体４３の先端が誘
電体層２３を介して放射導体３０に電磁的に結合され
る。従って、マイクロ波回路パターン４０内に含まれる
送信機及び受信機に接続される送受信分離用アイソレー
タ（図示せず。）から、例えば送信マイクロ波信号が、
給電用マイクロストリップ導体４３を介してその導体４
３の先端に給電され、このとき、当該先端から当該送信
マイクロ波信号の電磁波が誘電体層２３を介して円形パ
ッチ放射導体３０を励振し、当該電磁波が放射導体３０
から空間に向かって図２の上方向に放射される。一方、
受信の場合の動作はその逆である。

【００３６】第２の実施例のアンテナ装置は、スルーホ
ール２３ｈを形成しないことを除いて、第１の実施例の
効果を有する。

【００３７】＜第３の実施例＞図３は本発明に係る第３
の実施例であるＭＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であ
り、第１の実施例と比較して、円形パッチマイクロスト
リップアンテナへの給電方法として、給電用マイクロス
トリップ導体４３の先端が接地導体２６に形成された矩
形スロット２６ｓを介して放射導体３０に電磁的に結合
されたスロット結合型を用いたことを特徴としている。
第３の実施例が、第１の実施例と比較して異なるのは以
下の点である。

【００３８】（１）誘電体層２３にスルーホール２３ｈ
が形成されない。 （２）誘電体層２３が２つの誘電体層２３ａ，２３ｂに
分離して積層され、その間に矩形スロット２６ｓが形成
された接地導体２６が形成される。ここで、矩形スロッ
ト２６ｓはその長手方向が後述の給電用マイクロストリ
ップ導体４４の長手方向と直交するように形成される。 （３）半導体基板２０上に、マイクロ波回路パターン４
０内に含まれる送信機及び受信機に接続される送受信分
離用アイソレータ（図示せず。）に接続される給電用マ
イクロストリップ導体４４が形成される。これらマイク
ロ波回路パターン４０と給電用マイクロストリップ導体
４４とによりマイクロ波回路層２５を構成する。

【００３９】誘電体基板２０上のマイクロ波回路層２５
の形成後の製造方法について以下に説明する。マイクロ
波回路層２５上に、ポリイミド樹脂にてなる厚さ５０μ
ｍの誘電体層２３ａが積層形成される。ここでは、ポリ
イミド樹脂のプレポリマー溶液を用いて、上記マイクロ
波回路層２５上にスピナーを用いた回転塗布法により塗
布する。その後、熱処理を実行する。すなわち、例え
ば、プリベークとして温度１５０°Ｃで１５分間実行
し、さらに、ポストベークとして温度１８５°Ｃで１０
乃至３０分間実行し、塗布膜を硬化させてイミド化させ
る。次いで、誘電体層２３ａ上に接地導体２６が形成さ
れた後、所定のエッチング法により接地導体２６に、給
電用マイクロストリップ導体４４の長手方向に対して直
交する長手方向を有する矩形スロット２６ｓが形成され
る。さらに、接地導体２６上に、誘電体層２３ａの製造
方法と同様に、ポリイミド樹脂にてなる厚さ５０μｍの
誘電体層２３ｂが形成される。次いで、当該誘電体層２
３ｂ上に、上記矩形スロット２６ｓの長手方向の中心が
円形パッチ放射導体３０の中心に位置するように円形パ
ッチ放射導体３０が形成される。これによって、第３の
実施例のＭＭＩＣ付きアンテナ装置を形成することがで
きる。

【００４０】以上のように構成されたアンテナ装置にお
いては、給電用マイクロストリップ導体４４の先端が矩
形スロット２６ｓを介して放射導体３０に電磁的に結合
される。従って、マイクロ波回路パターン４０内に含ま
れる送信機及び受信機に接続される送受信分離用アイソ
レータ（図示せず。）から、例えば送信マイクロ波信号
が、給電用マイクロストリップ導体４４を介してその導
体４４の先端に給電され、このとき、当該先端から当該
送信マイクロ波信号の電磁波が矩形スロット２６ｓを介
して円形パッチ放射導体３０を励振し、当該電磁波が放
射導体３０から空間に向かって図３の上方向に放射され
る。一方、受信の場合の動作はその逆である。

【００４１】第３の実施例のアンテナ装置は、スルーホ
ール２３ｈを形成しないことを除いて、第１の実施例の
効果を有する。また、第３の実施例のアンテナ装置にお
いては、接地導体２６を形成しているので、アンテナ部
とＭＭＩＣとを電磁的に遮蔽することができる。

【００４２】＜第４の実施例＞図４は本発明に係る第３
の実施例であるＭＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であ
り、第１の実施例と比較して、円偏波アンテナ装置とし
たことである。第４の実施例が、第１の実施例と比較し
て異なるのは以下の点である。

【００４３】（１）誘電体層２３が３つの誘電体層２３
ａａ，２３ａｂ，２３ｂに分離積層される。ここで、誘
電体層２３ａａと誘電体層２３ａｂとの間に接地導体２
８が形成され、誘電体層２３ａｂと誘電体層２３ｂとの
間に給電線路層２７が形成される。給電線路層２７は、
給電用マイクロストリップ導体４６，４７と給電用パッ
ド４６ｅ，４７ｅとから構成される。 （２）円偏波アンテナ装置を構成するために円形パッチ
放射導体３０の中心を中心として互いに９０度の角度の
位置にありかつ当該中心から径方向にずれた２つの給電
点の位置の直下の誘電体層２３ｂにスルーホール２３ｈ
ａ，２３ｈｂが形成される。 （３）半導体基板２０上に、マイクロ波回路パターン４
０内に含まれる送信機及び受信機に接続される送受信分
離用アイソレータ（図示せず。）に接続される給電用マ
イクロストリップ導体４５が形成される。これらマイク
ロ波回路パターン４０と給電用マイクロストリップ導体
４５とによりマイクロ波回路層２９を構成する。

【００４４】誘電体基板２０上のマイクロ波回路層２６
の形成後の製造方法について以下に説明する。マイクロ
波回路層２９上に、第１の実施例の誘電体層２３の製造
方法と同様に、ポリイミド樹脂にてなる厚さ２０μｍの
誘電体層２３ａａが積層形成される。次いで、誘電体層
２３ａａ上に接地導体２８が形成された後、スルーホー
ル２３ａｈとその近傍付近についてスルーホール２３ａ
ｈを厚さ方向に貫通するホール２８ｈが形成される。さ
らに、接地導体２８上に、上記製造方法と同様に、ポリ
イミド樹脂にてなる厚さ２０μｍの誘電体層２３ａｂが
積層形成される。次いで、給電用マイクロストリップ導
体４５の先端の直上部に、誘電体層２３ａａ，２３ａｂ
の厚さ方向に貫通するスルーホール２３ａｈが形成され
た後、スルーホール２３ａｈ内の内周に、給電用マイク
ロストリップ導体４５の先端と、給電用マイクロストリ
ップ導体４６，４７の各一端とを電気的に接続するスル
ーホール導体４８が形成される。

【００４５】さらに、誘電体層２３ａｂ上に、給電線路
層２７が形成される。当該給電線路層２７においては、
スルーホール導体４８は、給電用マイクロストリップ導
体４６を介して給電用パッド４６ｅに接続されるととも
に、給電用マイクロストリップ導体４７を介して給電用
パッド４７ｅに接続される。ここで、マイクロストリッ
プ導体４６と接地導体２８とによって第１のマイクロス
トリップ線路を構成する一方、マイクロストリップ導体
４７と接地導体２８とによって第２のマイクロストリッ
プ線路を構成する。ここで、２つのマイクロストリップ
線路の線路長差は、２つの線路を伝送する各信号の位相
差が９０度となるような遅延線路が構成される。

【００４６】次いで、給電回路層２７上に、上記製造方
法と同様に、ポリイミド樹脂にてなる厚さ１００μｍの
誘電体層２３ｂが積層形成された後、円形パッチ放射導
体３０内の上記２つの給電点の直下の誘電体層２３ｂに
それぞれ、スルーホール２３ｈａ，２３ｈｂが形成さ
れ、それらの内周にそれぞれ、上記給電用パッド４６
ｅ，４７ｅに接続されたスルーホール導体２３ｈａｃ，
２３ｈｂｃが形成される。さらに、当該誘電体層２３ｂ
上に円形パッチ放射導体３０が形成される。これによっ
て、第４の実施例のＭＭＩＣ付きアンテナ装置を形成す
ることができる。

【００４７】以上のように構成されたアンテナ装置にお
いては、給電用マイクロストリップ導体４５の先端はス
ルーホール導体４８を介して給電用マイクロストリップ
導体４６，４７に接続される。ここで、スルーホール導
体４８から各マイクロストリップ導体４６，４７への分
岐接続は、同相分配器を構成している。マイクロストリ
ップ導体４６の先端の給電用パッド４６ｅはスルーホー
ル２３ｈａ内のスルーホール導体２３ｈａｃを介して放
射導体３０の第１の給電点に電気的に接続される一方、
マイクロストリップ導体４７の先端の給電用パッド４７
ｅはスルーホール２３ｈｂ内のスルーホール導体２３ｈ
ｂｃを介して放射導体３０の第２の給電点に電気的に接
続される。従って、マイクロ波回路パターン４０内に含
まれる送信機及び受信機に接続される送受信分離用アイ
ソレータ（図示せず。）から、例えば送信マイクロ波信
号が、給電用マイクロストリップ導体４５を介して、さ
らには給電用マイクロストリップ導体４６を介して給電
用パッド４６ｅに給電される一方、給電用マイクロスト
リップ導体４７を介して給電用パッド４７ｅに給電され
る。このとき、給電用パッド４６ｅから当該送信マイク
ロ波信号の電磁波がスルーホール導体２３ｈａｃを介し
て円形パッチ放射導体３０を第１の給電点で励振する一
方、給電用パッド４７ｅから当該送信マイクロ波信号の
電磁波がスルーホール導体２３ｈｂｃを介して円形パッ
チ放射導体３０を第２の給電点で励振する。ここで、２
つの給電点で励振される２つの電磁波の位相差は９０度
であり、かつ２つの給電点が上述のように互いに９０度
の角度の位置に位置しているので、上記送信マイクロ波
の電磁波は、円偏波で、放射導体３０から空間に向かっ
て図４の上方向に放射される。一方、受信の場合の動作
はその逆である。

【００４８】第４の実施例のアンテナ装置は、第１の実
施例の効果を有する。また、第４の実施例のアンテナ装
置においては、接地導体２８を形成しているので、アン
テナ部とＭＭＩＣとを電磁的に遮蔽することができる。
さらに、給電線路層２７において分配器と遅延線とを形
成しているので、マイクロ波回路パターン４０内にそれ
らを形成する必要は無い。すなわち、第４の実施例によ
れば、従来、ＭＭＩＣ上に設けられたパッチアンテナ
や、スロット結合型パッチアンテナでは、この分配器と
遅延線路がＭＭＩＣ内に設けられていなければならなか
ったが、本発明に係る実施例ではポリイミド樹脂の誘電
体層を多層で積層化することができ、かつスルーホール
を形成可能という利点を生かし、上記分配器と遅延線路
がＭＭＩＣの回路パターンの面積を消費することなく円
偏波発生が可能であるという特有の効果を有する。

【００４９】＜他の実施例＞以上の実施例においては、
半導体基板２０としてＧａＡｓ半導体基板を用いている
が、本発明はこれに限らず、Ｓｉ、ＩｎＰ系材料にてな
る半導体基板を用いてもよい。以上の実施例において
は、誘電体層２３，２３ａ，２３ｂの材料として、ポリ
イミド樹脂を用いているが、本発明はこれに限らず、ス
ルーホールを形成しない誘電体層についてはポリアミド
樹脂を用いてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板上に所定のプレーナプロセスで形成されたマイ
クロ波集積回路と、上記マイクロ波集積回路上に形成さ
れ放射導体と誘電体層とを有するマイクロストリップア
ンテナとを備えたマイクロ波集積回路付きアンテナ装置
の製造方法であって、１．５×１０⁸ｄｙｎ／ｃｍ²から
７．５×１０⁷ｄｙｎ／ｃｍ²までのうちの１つの膜応力
を有するポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を用いてか
つ上記マイクロ波集積回路と同一のプレーナプロセス
で、上記誘電体層を、所定の厚さとなるまで形成するス
テップを含む。従って、半導体製造装置内の１つの室内
で、マイクロ波集積回路の製造とアンテナ部の製造とを
行うことができるとともに、例えば１００ミクロン以上
の、従来技術に比較してより厚い厚さを有する誘電体層
を形成することができ、十分なアンテナの帯域を有する
アンテナ装置を製造することができる。すなわち、当該
アンテナ装置のすべてを同一のプレーナプロセスで実行
することができ、これによって、製造方法が従来例に比
較して極めて簡単になるとともに、製造コストを大幅に
軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明に係る第１の実施例であるＭ
ＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であって（ｂ）のＡ−
Ａ’面についての縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ
１−Ｂ１’面についての平面図であり、（ｃ）は（ａ）
のＢ２−Ｂ２’面についての平面図であり、（ｄ）は
（ａ）のＢ３−Ｂ３’面についての平面図である。

【図２】 （ａ）は本発明に係る第２の実施例であるＭ
ＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であって（ｂ）のＣ−
Ｃ’面についての縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ
１−Ｄ１’面についての平面図であり、（ｃ）は（ａ）
のＤ２−Ｄ２’面についての平面図であり、（ｄ）は
（ａ）のＤ３−Ｄ３’面についての平面図である。

【図３】 （ａ）は本発明に係る第３の実施例であるＭ
ＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であって（ｂ）のＥ−
Ｅ’面についての縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ
１−Ｆ１’面についての平面図であり、（ｃ）は（ａ）
のＦ２−Ｆ２’面についての平面図であり、（ｄ）は
（ａ）のＦ３−Ｆ３’面についての平面図である。

【図４】 （ａ）は本発明に係る第３の実施例であるＭ
ＭＩＣ付きアンテナ装置を示す図であって（ｂ）のＧ−
Ｇ’面についての縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ
１−Ｈ１’面についての平面図であり、（ｃ）は（ａ）
のＨ２−Ｈ２’面についての平面図であり、（ｄ）は
（ａ）のＨ３−Ｈ３’面についての平面図である。

【図５】 実施例における円形パッチアンテナの設計に
用いるパラメータ√（ｓ）／ｔに対するアンテナの無負
荷Ｑの特性を示すグラフである。

【図６】 （ａ）は第１の従来例のスロット結合型マイ
クロストリップアンテナの図であって（ｂ）のＩ−Ｉ’
線についての縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のマイク
ロストリップアンテナの平面図である。

【図７】 第２の従来例のアクティブ化スロット結合マ
イクロストリップアンテナの縦断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、 ２０…半導体基板、 ２１，２６，２８…接地導体、 ２２，２４，２５，２９…マイクロ波回路層、 ２３，２３ａ，２３ｂ，２３ａａ，２３ａｂ…誘電体
層、 ２３ａｈ…スルーホール、 ２３ｈ，２３ｈａ，２３ｈｂ…給電用スルーホール、 ２３ｈｃ，２３ｈａｃ，２３ｈｂｃ…スルーホール導
体、 ２６ｓ…給電用矩形スロット、 ２７…給電線路層、 ３０…パッチ放射導体、 ４０…マイクロ波回路パターン、 ４１，４６ｅ，４７ｅ…給電用パッド、 ４２，４３，４４，４５，４６，４７…給電線路用マイ
クロストリップ導体、 ４８…スルーホール導体。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−21203（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29826（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−269829（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−122107（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154506（ＪＰ，Ａ) 馬場、等、「多層化ＭＭＩＣ伝送線 路」（1991年電子情報通信学会春季全国 大会講演論文集 ＳＣ−２−９)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に所定のプレーナプロセス
   で形成されたマイクロ波集積回路と、上記マイクロ波集
   積回路上に形成され放射導体と誘電体層とを有するマイ
   クロストリップアンテナとを備えたマイクロ波集積回路
   付きアンテナ装置の製造方法であって、 １．５×１０⁸ｄｙｎ／ｃｍ²から７．５×１０⁷ｄｙｎ
   ／ｃｍ²までのうちの１つの膜応力を有するポリイミド
   樹脂又はポリアミド樹脂を用いてかつ上記マイクロ波集
   積回路と同一のプレーナプロセスで、上記誘電体層を、
   所定の厚さとなるまで形成するステップを含むことを特
   徴とするマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 上記誘電体層に給電用スルーホールを形
   成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１
   記載のマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 上記誘電体層は複数の誘電体層にてな
   り、上記複数の誘電体層の少なくとも隣接する２つの誘
   電体層間に、接地導体を形成するステップをさらに含む
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波集積
   回路付きアンテナ装置の製造方法。
4. 【請求項４】 上記接地導体に、給電用スロットを形成
   するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３記
   載のマイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法。
5. 【請求項５】 上記誘電体層は複数の誘電体層にてな
   り、上記複数の誘電体層の少なくとも隣接する２つの誘
   電体層間に、上記マイクロストリップアンテナに給電す
   るための給電線路を形成するステップをさらに含むこと
   を特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波集積回路
   付きアンテナ装置の製造方法。
6. 【請求項６】 上記給電線路を形成するステップは、２
   つの出力端子を有する分配器と、上記分配器の２つの出
   力端子に接続され互いに９０度の位相差を有するマイク
   ロ波信号を発生するように遅延する２つの遅延線路とを
   上記給電線路に形成するステップを含み、 上記マイクロ波集積回路付きアンテナ装置は、送信すべ
   きマイクロ波信号を上記２つの遅延線路からそれぞれ上
   記マイクロストリップアンテナを互いに９０度の角度の
   ２つの給電点に給電して円偏波を発生させることを特徴
   とする請求項５記載のマイクロ波集積回路付きアンテナ
   装置の製造方法。