JPH1079623A - アンテナ素子を内蔵する半導体モジュール - Google Patents
アンテナ素子を内蔵する半導体モジュールInfo
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- JPH1079623A JPH1079623A JP8231685A JP23168596A JPH1079623A JP H1079623 A JPH1079623 A JP H1079623A JP 8231685 A JP8231685 A JP 8231685A JP 23168596 A JP23168596 A JP 23168596A JP H1079623 A JPH1079623 A JP H1079623A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ミリ波、準ミリ波に適したアンテナ素子を内蔵
する半導体モジュールを提供する。 【解決手段】アンテナ素子と、該アンテナ素子に接続さ
れ、ミリ波または準ミリ波の信号を増幅する増幅回路
と、該増幅回路に接続される周波数変換回路と、該アン
テナ素子、該増幅回路及び該周波数変換回路を同一面側
に形成した基板と、該基板上に形成された該アンテナ素
子、該増幅回路及び該周波数変換回路を共通の空間内に
気密封止する手段を有して構成される。
する半導体モジュールを提供する。 【解決手段】アンテナ素子と、該アンテナ素子に接続さ
れ、ミリ波または準ミリ波の信号を増幅する増幅回路
と、該増幅回路に接続される周波数変換回路と、該アン
テナ素子、該増幅回路及び該周波数変換回路を同一面側
に形成した基板と、該基板上に形成された該アンテナ素
子、該増幅回路及び該周波数変換回路を共通の空間内に
気密封止する手段を有して構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールに関し、特に３０ＧＨｚから３
００ＧＨｚのミリ波周波数領域、及びそれよりやや低い
準ミリ波周波数領域に適するアンテナ素子を内蔵する半
導体モジュールに関する。
蔵する半導体モジュールに関し、特に３０ＧＨｚから３
００ＧＨｚのミリ波周波数領域、及びそれよりやや低い
準ミリ波周波数領域に適するアンテナ素子を内蔵する半
導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】無線通信には、ミキサー回路及び局部発
信回路を有する周波数変換回路、増幅回路更に、アンテ
ナ素子等の構成要素が必要である。従来からの準ミリ波
より低い周波数を用いた無線通信においては、一般にア
ンテナ素子を除く構成要素を個別にパッケージあるいは
筐体に封止して構成される複数のデバイスを用い、これ
ら個別のデバイスの筐体に設けられる外部端子間を接続
することにより、無線通信システムのサブシステムが形
成されていた。
信回路を有する周波数変換回路、増幅回路更に、アンテ
ナ素子等の構成要素が必要である。従来からの準ミリ波
より低い周波数を用いた無線通信においては、一般にア
ンテナ素子を除く構成要素を個別にパッケージあるいは
筐体に封止して構成される複数のデバイスを用い、これ
ら個別のデバイスの筐体に設けられる外部端子間を接続
することにより、無線通信システムのサブシステムが形
成されていた。
【０００３】更に、上記周波数変換回路及び増幅回路を
マイクロ波集積回路装置として構成し、これを立体回路
である導波管内にアンテナ素子とともに設置し、導波管
を通してマイクロ波を伝播させる技術が知られている
（例えば、特公昭５６ー１７８４２号公報、特公昭５７
ー４４２４１号公報参照）。
マイクロ波集積回路装置として構成し、これを立体回路
である導波管内にアンテナ素子とともに設置し、導波管
を通してマイクロ波を伝播させる技術が知られている
（例えば、特公昭５６ー１７８４２号公報、特公昭５７
ー４４２４１号公報参照）。
【０００４】また、それぞれ位相の異なる複数の送受信
アンテナを２次元に配置し、位相合成するフェーズドア
レーアンテナが知られている。
アンテナを２次元に配置し、位相合成するフェーズドア
レーアンテナが知られている。
【０００５】かかるフェーズドアレーアンテナにおいて
は、信号処理回路を行うマイクロ波集積回路からアンテ
ナ素子への給電経路としてそれまでの従来例は、ケーブ
ル、コネクタを有し、従って保守の際の取り扱いとケー
ブル及びコネクタにより特性劣化となる問題があった。
更に、アンテナとマイクロ波回路の干渉及びアンテナ素
子を２次元に並べた時のアンテナ素子の配置間隔が大き
くなるという問題があった。
は、信号処理回路を行うマイクロ波集積回路からアンテ
ナ素子への給電経路としてそれまでの従来例は、ケーブ
ル、コネクタを有し、従って保守の際の取り扱いとケー
ブル及びコネクタにより特性劣化となる問題があった。
更に、アンテナとマイクロ波回路の干渉及びアンテナ素
子を２次元に並べた時のアンテナ素子の配置間隔が大き
くなるという問題があった。
【０００６】そして前者のマイクロ波集積回路からアン
テナ素子への給電経路における問題に対しては、特開昭
６３ー３１６９０５号に開示され、図９（１）、図９
（２）に示すような構成により解決を図ることが提案さ
れている。
テナ素子への給電経路における問題に対しては、特開昭
６３ー３１６９０５号に開示され、図９（１）、図９
（２）に示すような構成により解決を図ることが提案さ
れている。
【０００７】即ち、図９（１）、図９（２）は、特開昭
６３ー３１６９０５号公報の図１、図２に対応する図で
あり、フェーズドアレイアンテナを構成する複数のアン
テナのうちの１のアンテナと、これに接続されるマイク
ロ波回路を構成する図を示している。
６３ー３１６９０５号公報の図１、図２に対応する図で
あり、フェーズドアレイアンテナを構成する複数のアン
テナのうちの１のアンテナと、これに接続されるマイク
ロ波回路を構成する図を示している。
【０００８】図９（１）において、２１はアンテナ、２
２はパッケージである。マイクロ波集積回路２３がパッ
ケージ２２に取り付けられている。図９（２）に拡大し
て示すように、マイクロ波集積回路チップ２３ａを搭載
するマイクロ波集積回路２３は接着ハンダ２２ｂでパッ
ケージ２２に溶着されている。
２はパッケージである。マイクロ波集積回路２３がパッ
ケージ２２に取り付けられている。図９（２）に拡大し
て示すように、マイクロ波集積回路チップ２３ａを搭載
するマイクロ波集積回路２３は接着ハンダ２２ｂでパッ
ケージ２２に溶着されている。
【０００９】更にマイクロ波集積回路２３には主線路と
してのバイアホール２３ｃが設けられ、また裏面電極２
３ｅと最短接続して接地を行うバイアホール２３ｄが形
成されている。マイクロ波集積回路２３の主線路として
のバイアホール２３ｃを通してマイクロ波集積回路２３
の表面の送受信用端子２３ｆをアンテナ２１に接続して
いる。
してのバイアホール２３ｃが設けられ、また裏面電極２
３ｅと最短接続して接地を行うバイアホール２３ｄが形
成されている。マイクロ波集積回路２３の主線路として
のバイアホール２３ｃを通してマイクロ波集積回路２３
の表面の送受信用端子２３ｆをアンテナ２１に接続して
いる。
【００１０】このような構成により、当該技術以前に問
題であったアンテナと送受信用のモジュールを接続する
ケーブル、コネクタの存在による問題を解決している。
題であったアンテナと送受信用のモジュールを接続する
ケーブル、コネクタの存在による問題を解決している。
【００１１】更に、上記アンテナとマイクロ波回路の干
渉及びアンテナ素子を２次元に並べた時のアンテナ素子
の配置間隔が大きくなるという問題に対する解決技術と
して特開平６ー７７７２９号公報に記載される技術があ
る。
渉及びアンテナ素子を２次元に並べた時のアンテナ素子
の配置間隔が大きくなるという問題に対する解決技術と
して特開平６ー７７７２９号公報に記載される技術があ
る。
【００１２】図１０（１）、図１０（２）は、特開平６
ー７７７２９号公報の図１（ａ）、図１（ｂ）に対応す
る図であり、図９の例と同様にフェーズドアレイアンテ
ナを構成する複数のアンテナの内の１のアンテナと一体
化されるマイクロ波回路を示している。
ー７７７２９号公報の図１（ａ）、図１（ｂ）に対応す
る図であり、図９の例と同様にフェーズドアレイアンテ
ナを構成する複数のアンテナの内の１のアンテナと一体
化されるマイクロ波回路を示している。
【００１３】図１０（１）は、斜視図であり、図１０
（２）は、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。図において、
裏面に地導体３２を備えた誘電体基板３１上に構成され
たアンテナ素子３３と、誘電体基板３１と地導体３２の
一部を共用し、マイクロ波回路が構成された半導体基板
３４を備える。更に、アンテナ素子３３とマイクロ波回
路を地導体３２に設けた結合孔３５を通して結合させて
いる。
（２）は、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。図において、
裏面に地導体３２を備えた誘電体基板３１上に構成され
たアンテナ素子３３と、誘電体基板３１と地導体３２の
一部を共用し、マイクロ波回路が構成された半導体基板
３４を備える。更に、アンテナ素子３３とマイクロ波回
路を地導体３２に設けた結合孔３５を通して結合させて
いる。
【００１４】かかる構成では、図９の例と同様にマイク
ロ波回路とアンテナ素子が誘電体基板の表裏面に対向す
るように配置されている。したがって、フェーズドアレ
イアンテナを構成する際に、マイクロ波回路とアンテナ
素子は、誘電体基板の表裏面の同じ位置に配置されるの
で、アンテナ素子を２次元に並べた時のアンテナ素子の
配置間隔が大きくなるという問題を解決している。
ロ波回路とアンテナ素子が誘電体基板の表裏面に対向す
るように配置されている。したがって、フェーズドアレ
イアンテナを構成する際に、マイクロ波回路とアンテナ
素子は、誘電体基板の表裏面の同じ位置に配置されるの
で、アンテナ素子を２次元に並べた時のアンテナ素子の
配置間隔が大きくなるという問題を解決している。
【００１５】同時に、アンテナ素子の地導体を介して裏
面にマイクロ波回路が構成されるのでアンテナ素子とマ
イクロ波回路を分離でき、従ってそれらの干渉を防止す
ることが可能である。
面にマイクロ波回路が構成されるのでアンテナ素子とマ
イクロ波回路を分離でき、従ってそれらの干渉を防止す
ることが可能である。
【００１６】一方近年、一般民需用無線機器の普及に伴
い、未開発の周波数領域における無線通信は、今後大容
量通信における中心的役割を担うものとして期待され、
その研究開発が活発化しつつある。
い、未開発の周波数領域における無線通信は、今後大容
量通信における中心的役割を担うものとして期待され、
その研究開発が活発化しつつある。
【００１７】中でもデスクトップパソコンを初めとする
パーソナル機器の普及に伴い、ネットワークを構成して
データの相互使用を図ろうとするＬＡＮの構築も盛んで
ある。かかる場合、機器の設置場所、移動の可能性の観
点から無線により相互間を接続することが望ましい。
パーソナル機器の普及に伴い、ネットワークを構成して
データの相互使用を図ろうとするＬＡＮの構築も盛んで
ある。かかる場合、機器の設置場所、移動の可能性の観
点から無線により相互間を接続することが望ましい。
【００１８】このための無線通信機器は、取り扱いが容
易であり、設置場所、設置方法を問われることがないも
のであることが要件となる。
易であり、設置場所、設置方法を問われることがないも
のであることが要件となる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】かかる観点から上記し
た従来技術を検討すると、第一にアンテナ素子を除く構
成要素を個別の筐体に封止して構成される複数のデバイ
スを用いる場合は、ミリ波、準ミリ波による無線通信に
は、適用が困難である。
た従来技術を検討すると、第一にアンテナ素子を除く構
成要素を個別の筐体に封止して構成される複数のデバイ
スを用いる場合は、ミリ波、準ミリ波による無線通信に
は、適用が困難である。
【００２０】なぜなら、個別の封止筐体に存在する寄生
成分が高周波化により顕在化し、制御不能パラメータと
なるからである。これにより通信サブシステム、通信シ
ステムは、この寄生成分により所望の特性を発揮できな
い。
成分が高周波化により顕在化し、制御不能パラメータと
なるからである。これにより通信サブシステム、通信シ
ステムは、この寄生成分により所望の特性を発揮できな
い。
【００２１】また、特公昭５６ー１７８４２号公報及
び、特公昭５７ー４４２４１号公報に記載される技術で
は、導波管等の立体回路を要件とするので、無線通信装
置の取り付け、可般性において制約がある。
び、特公昭５７ー４４２４１号公報に記載される技術で
は、導波管等の立体回路を要件とするので、無線通信装
置の取り付け、可般性において制約がある。
【００２２】ここで、上記のように取り扱い容易且つ、
設置場所、設置方法を問われることがない装置として耐
久性、信頼性を維持するには、アンテナ素子を含む全体
を封止することが、望ましい。しかし、アンテナ素子か
らの電波の放射を考慮すると、アンテナの大きさに対
し、少なくとも３倍程度の電波放射窓が必要である。
設置場所、設置方法を問われることがない装置として耐
久性、信頼性を維持するには、アンテナ素子を含む全体
を封止することが、望ましい。しかし、アンテナ素子か
らの電波の放射を考慮すると、アンテナの大きさに対
し、少なくとも３倍程度の電波放射窓が必要である。
【００２３】上記公知例はマイクロ波帯での送受信を対
象としているので、アンテナ素子自体の寸法は、使用周
波数が１０ＧＨｚであると３ｃｍの大きさであり、従っ
て電波放射窓の大きさは、９ｃｍとなり、マイクロ波回
路とアンテナ素子を一体化して封止する場合は、装置の
大型化につながる。
象としているので、アンテナ素子自体の寸法は、使用周
波数が１０ＧＨｚであると３ｃｍの大きさであり、従っ
て電波放射窓の大きさは、９ｃｍとなり、マイクロ波回
路とアンテナ素子を一体化して封止する場合は、装置の
大型化につながる。
【００２４】かかる点から従来例の構成において、アン
テナ素子を含む全体を封止する場合は取り扱い容易且
つ、設置場所、設置方法を問われることがないという要
件を満たすことは困難である。
テナ素子を含む全体を封止する場合は取り扱い容易且
つ、設置場所、設置方法を問われることがないという要
件を満たすことは困難である。
【００２５】更に、特開昭６３ー３１６９０５号及び、
特開平６ー７７７２９号公報に記載される技術では、マ
イクロ波回路とアンテナ素子が基板の表裏面に対向する
ように配置されている。マイクロ波回路は、一般的にＧ
ａＡｓ半導体基板に形成され、アンテナ素子はセラミッ
ク等の誘電体基板に形成される。そして、これらの基板
を張り合わされてマイクロ波回路とアンテナ素子が対向
するように配置させている。
特開平６ー７７７２９号公報に記載される技術では、マ
イクロ波回路とアンテナ素子が基板の表裏面に対向する
ように配置されている。マイクロ波回路は、一般的にＧ
ａＡｓ半導体基板に形成され、アンテナ素子はセラミッ
ク等の誘電体基板に形成される。そして、これらの基板
を張り合わされてマイクロ波回路とアンテナ素子が対向
するように配置させている。
【００２６】かかる場合は、熱伝導の点において問題が
ある。即ち、アンテナ素子の形成されるセラミック基板
の熱伝導率は、銅、タングステンのそれと比較すると１
桁以上悪く、従って、マイクロ波回路の形成される半導
体素子の放熱において不利である。
ある。即ち、アンテナ素子の形成されるセラミック基板
の熱伝導率は、銅、タングステンのそれと比較すると１
桁以上悪く、従って、マイクロ波回路の形成される半導
体素子の放熱において不利である。
【００２７】従って、本発明の目的は、上記従来例の問
題点に鑑み、ミリ波、準ミリ波に適したアンテナ素子を
内蔵する半導体モジュールを提供することにある。
題点に鑑み、ミリ波、準ミリ波に適したアンテナ素子を
内蔵する半導体モジュールを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を実現
するアンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの請求項
１の構成は、アンテナ素子と、該アンテナ素子に接続さ
れ、ミリ波または準ミリ波の信号を増幅する増幅回路
と、該増幅回路に接続される周波数変換回路と、該アン
テナ素子、該増幅回路及び該周波数変換回路を同一面側
に形成した基板と、該基板上に形成された該アンテナ素
子、該増幅回路及び該周波数変換回路を共通の空間内に
気密封止する手段を有して構成されたことを特徴とす
る。
するアンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの請求項
１の構成は、アンテナ素子と、該アンテナ素子に接続さ
れ、ミリ波または準ミリ波の信号を増幅する増幅回路
と、該増幅回路に接続される周波数変換回路と、該アン
テナ素子、該増幅回路及び該周波数変換回路を同一面側
に形成した基板と、該基板上に形成された該アンテナ素
子、該増幅回路及び該周波数変換回路を共通の空間内に
気密封止する手段を有して構成されたことを特徴とす
る。
【００２９】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項２の構成は、請求項１
において、前記気密封止する手段は、前記アンテナ素子
に対向する一部領域が非導電性であり、他の領域が導電
性を有するカバー部材であり、該カバー部材が前記基板
の一面に接着されて気密封止が行われることを特徴とす
る。
蔵する半導体モジュールの請求項２の構成は、請求項１
において、前記気密封止する手段は、前記アンテナ素子
に対向する一部領域が非導電性であり、他の領域が導電
性を有するカバー部材であり、該カバー部材が前記基板
の一面に接着されて気密封止が行われることを特徴とす
る。
【００３０】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項３の構成は、請求項１
または２において、前記気密封止する手段により形成さ
れる空間内が不活性ガスにより充填されていることを特
徴とする。
蔵する半導体モジュールの請求項３の構成は、請求項１
または２において、前記気密封止する手段により形成さ
れる空間内が不活性ガスにより充填されていることを特
徴とする。
【００３１】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項４の構成は、請求項１
または２において、前記基板を導電性基板とし、該基板
の同一面側に形成される前記アンテナ素子、増幅回路及
び周波数変換回路は半導体基板に形成され、該半導体基
板を該導電性基板に搭載して構成されることを特徴とす
る。
蔵する半導体モジュールの請求項４の構成は、請求項１
または２において、前記基板を導電性基板とし、該基板
の同一面側に形成される前記アンテナ素子、増幅回路及
び周波数変換回路は半導体基板に形成され、該半導体基
板を該導電性基板に搭載して構成されることを特徴とす
る。
【００３２】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項５の構成は、請求項１
または２において、前記基板を導電性基板とし、該基板
の同一面側に形成される前記アンテナ素子、増幅回路及
び周波数変換回路の内、少なくとも該アンテナ素子が形
成される領域を他の回路が形成される領域と分離された
非導電性基板に形成し、該非導電性基板を該導電性基板
に搭載して構成されることを特徴とする。
蔵する半導体モジュールの請求項５の構成は、請求項１
または２において、前記基板を導電性基板とし、該基板
の同一面側に形成される前記アンテナ素子、増幅回路及
び周波数変換回路の内、少なくとも該アンテナ素子が形
成される領域を他の回路が形成される領域と分離された
非導電性基板に形成し、該非導電性基板を該導電性基板
に搭載して構成されることを特徴とする。
【００３３】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項６の構成は、請求項１
または２において、前記気密封止する手段により形成さ
れる空間内であって、前記周波数変換回路及び増幅回路
と、前記アンテナ素子との間に、それらの電磁的相互干
渉を阻止する導電性遮蔽板を備えて構成されたことを特
徴とする。
蔵する半導体モジュールの請求項６の構成は、請求項１
または２において、前記気密封止する手段により形成さ
れる空間内であって、前記周波数変換回路及び増幅回路
と、前記アンテナ素子との間に、それらの電磁的相互干
渉を阻止する導電性遮蔽板を備えて構成されたことを特
徴とする。
【００３４】本発明の目的を実現するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの請求項７の構成は、請求項１
乃至６の何れかにおいて、前記アンテナ素子が平面アン
テナとして形成されたことを特徴とする。
蔵する半導体モジュールの請求項７の構成は、請求項１
乃至６の何れかにおいて、前記アンテナ素子が平面アン
テナとして形成されたことを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。尚、図において同一または類似の
ものには、同一の参照数字または参照記号を付して説明
する。
施の形態を説明する。尚、図において同一または類似の
ものには、同一の参照数字または参照記号を付して説明
する。
【００３６】図１は、本発明に従うアンテナ素子を内蔵
する半導体モジュールの一実施の形態を、筐体即ちパッ
ケージの一部を開口して内部を透視して示す概略図であ
る。図１において、１は、銅板等の良導電体材料の基板
である。モジュールの大きさとして、例えば基板１の寸
法で示すと、２５ｍｍｘ５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度の大
きさである。
する半導体モジュールの一実施の形態を、筐体即ちパッ
ケージの一部を開口して内部を透視して示す概略図であ
る。図１において、１は、銅板等の良導電体材料の基板
である。モジュールの大きさとして、例えば基板１の寸
法で示すと、２５ｍｍｘ５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度の大
きさである。
【００３７】３は、その周辺部の気密封止部１２におい
て、基板１と蝋付け、レーザ溶接、電気溶接、あるいは
パッキング付きでネジ止めされることにより基板１と接
着して気密封止を行う導電体材料の封止カバーである。
この封止カバー３は、基板１と同様に良導電体材料が使
用される。
て、基板１と蝋付け、レーザ溶接、電気溶接、あるいは
パッキング付きでネジ止めされることにより基板１と接
着して気密封止を行う導電体材料の封止カバーである。
この封止カバー３は、基板１と同様に良導電体材料が使
用される。
【００３８】封止カバー３には、電磁波透過窓２が形成
されている。電磁波透過窓２の部分には、電磁波が透過
可能である誘電体材料を用いた覆い板がはめ込み一体化
されている。
されている。電磁波透過窓２の部分には、電磁波が透過
可能である誘電体材料を用いた覆い板がはめ込み一体化
されている。
【００３９】更に、上記気密封止は、窒素等の不活性ガ
ス雰囲気中で行われ、従って内部に不活性ガスが封入さ
れる。これによりモジュール内部の環境が安定し、無線
装置としての特性が安定する。
ス雰囲気中で行われ、従って内部に不活性ガスが封入さ
れる。これによりモジュール内部の環境が安定し、無線
装置としての特性が安定する。
【００４０】また、図１において、８1 、８2 は、モジ
ュールを他の機器にとり付けるためのネジ貫通穴であ
る。５は、アンテナ素子であり、セラミック等の誘電体
基板４上に形成されている。６、７は、それぞれマイク
ロ波回路、ミリ波又は準ミリ波回路が集積化された半導
体集積回路であり、ＧａＡｓ半導体基板に形成される。
ュールを他の機器にとり付けるためのネジ貫通穴であ
る。５は、アンテナ素子であり、セラミック等の誘電体
基板４上に形成されている。６、７は、それぞれマイク
ロ波回路、ミリ波又は準ミリ波回路が集積化された半導
体集積回路であり、ＧａＡｓ半導体基板に形成される。
【００４１】図より明らかなように本発明においては、
アンテナ素子５及び半導体集積回路６、７は基板１に対
し同一面側に設けられている。
アンテナ素子５及び半導体集積回路６、７は基板１に対
し同一面側に設けられている。
【００４２】これらの詳細を図２により更に説明する。
図２は、図１の実施の形態に対応するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの上面図（１）と、断面図
（２）である。
図２は、図１の実施の形態に対応するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの上面図（１）と、断面図
（２）である。
【００４３】上面図（１）から理解できるように、電磁
波透過窓２に対向して誘電体基板４上にアンテナ素子５
が形成されている。アンテナ素子５は、パッチアンテ
ナ、スロットアンテナ等の平面アンテナが用いられる。
このように平面アンテナを用いるよりことにより、アン
テナ素子が小型化する。したがって、半導体集積回路
６、７との一体封止が容易である。
波透過窓２に対向して誘電体基板４上にアンテナ素子５
が形成されている。アンテナ素子５は、パッチアンテ
ナ、スロットアンテナ等の平面アンテナが用いられる。
このように平面アンテナを用いるよりことにより、アン
テナ素子が小型化する。したがって、半導体集積回路
６、７との一体封止が容易である。
【００４４】ここでアンテナ素子５をパッチアンテナと
して構成する場合の実施例を図３に示す。図３におい
て、誘電体基板４として、厚さ２００〜５００μｍの厚
みを有する石英基板を用いる。
して構成する場合の実施例を図３に示す。図３におい
て、誘電体基板４として、厚さ２００〜５００μｍの厚
みを有する石英基板を用いる。
【００４５】４１は地導体であり、数μｍの厚みの金薄
膜を誘電体基板４の裏面全面に形成する。５は、アンテ
ナパターンであり、数μｍの厚みの金薄膜で形成され
る。このアンテナパターン５のパッチサイズは、利用す
る電波の波長サイズ相当の寸法である。
膜を誘電体基板４の裏面全面に形成する。５は、アンテ
ナパターンであり、数μｍの厚みの金薄膜で形成され
る。このアンテナパターン５のパッチサイズは、利用す
る電波の波長サイズ相当の寸法である。
【００４６】従って、誘電体基板４の大きさは、アンテ
ナパターン５のパッチサイズの数倍の大きさ以上である
が、アンテナ素子を内蔵する半導体モジュール自身の大
きさから当然にその大きさは制限される。
ナパターン５のパッチサイズの数倍の大きさ以上である
が、アンテナ素子を内蔵する半導体モジュール自身の大
きさから当然にその大きさは制限される。
【００４７】図３において、４２は給電点であり、スト
リップ線路４３を通してアンテナパターン５に給電す
る。ここで、図示のアンテナパターン５単体による電波
の放射角は約６０度である。更に、複数のアンテナパタ
ーンを用いることにより、より狭い放射角を得ることも
可能である。
リップ線路４３を通してアンテナパターン５に給電す
る。ここで、図示のアンテナパターン５単体による電波
の放射角は約６０度である。更に、複数のアンテナパタ
ーンを用いることにより、より狭い放射角を得ることも
可能である。
【００４８】図２に戻り更に説明すると、半導体集積回
路６、７は、アンテナ素子５を形成している誘電体基板
４とは、別個の半導体基板に形成されている。半導体集
積回路６、７を形成する半導体基板とアンテナ素子５を
形成している誘電体基板４とは、基板１に対し、共通の
一面側に設けられている。
路６、７は、アンテナ素子５を形成している誘電体基板
４とは、別個の半導体基板に形成されている。半導体集
積回路６、７を形成する半導体基板とアンテナ素子５を
形成している誘電体基板４とは、基板１に対し、共通の
一面側に設けられている。
【００４９】更に、リード９1 、９2 により半導体集積
回路６、７及びアンテナ素子５が電気的に接続されてい
る。
回路６、７及びアンテナ素子５が電気的に接続されてい
る。
【００５０】図２において、更にＩＦ信号導入端子１０
と、電源導入端子１１が備えられ、ＩＦ信号導入端子１
０に入力されるＩＦ信号は、半導体集積回路７に入力さ
れる。
と、電源導入端子１１が備えられ、ＩＦ信号導入端子１
０に入力されるＩＦ信号は、半導体集積回路７に入力さ
れる。
【００５１】また、電源導入端子１１を通して、半導体
集積回路６、７にそれぞれバイアス電源が供給される。
集積回路６、７にそれぞれバイアス電源が供給される。
【００５２】図４は、上記図２の実施の形態に対応する
等価回路である。入力端子１０に中間周波（ＩＦ）信号
が入力される。ＩＦ信号は、ＩＦ増幅器６1 で増幅され
る。周波数混合回路７2 と局部発振回路７3 により周波
数変換回路を構成する。
等価回路である。入力端子１０に中間周波（ＩＦ）信号
が入力される。ＩＦ信号は、ＩＦ増幅器６1 で増幅され
る。周波数混合回路７2 と局部発振回路７3 により周波
数変換回路を構成する。
【００５３】ＩＦ増幅器６1 により増幅されたＩＦ信号
は、周波数変換回路の周波数混合回路７2 に入力し、局
部発振回路７3 からの搬送波周波数信号を変調し、その
出力が電力増幅器７1 に導かれる。
は、周波数変換回路の周波数混合回路７2 に入力し、局
部発振回路７3 からの搬送波周波数信号を変調し、その
出力が電力増幅器７1 に導かれる。
【００５４】電力増幅器７1 からの高周波信号は、アン
テナ素子５を通して放射される。また、電源１１からＩ
Ｆ増幅器６1 、電力増幅器７1 にバイアス電圧が供給さ
れ、同時に周波数混合回路７2 、局部発振回路７3 にも
駆動電圧が供給される。
テナ素子５を通して放射される。また、電源１１からＩ
Ｆ増幅器６1 、電力増幅器７1 にバイアス電圧が供給さ
れ、同時に周波数混合回路７2 、局部発振回路７3 にも
駆動電圧が供給される。
【００５５】ここで、ＩＦ増幅器６1 は、実施例として
半導体集積回路６として形成され、電力増幅器７1 、周
波数混合回路７2 及び局部発振回路７3 は半導体集積回
路７として形成される。必要によりそれらの一部を個別
半導体素子で構成することも可能である。
半導体集積回路６として形成され、電力増幅器７1 、周
波数混合回路７2 及び局部発振回路７3 は半導体集積回
路７として形成される。必要によりそれらの一部を個別
半導体素子で構成することも可能である。
【００５６】尚、図４の等価回路は、図１、図２の半導
体モジュールを無線送信機として構成する場合である
が、当然に図１、図２の半導体モジュールを無線受信機
として構成できることは言うまでもない。
体モジュールを無線送信機として構成する場合である
が、当然に図１、図２の半導体モジュールを無線受信機
として構成できることは言うまでもない。
【００５７】更に、一個のアンテナ素子５により、周波
数帯域が確保できる場合は、図４において、電力増幅器
６1 とアンテナ素子５との間に分波器を配置し、更に図
４の送信側回路に対応する受信信号処理回路を同時に内
蔵することにより無線送受信機とすることも可能であ
る。
数帯域が確保できる場合は、図４において、電力増幅器
６1 とアンテナ素子５との間に分波器を配置し、更に図
４の送信側回路に対応する受信信号処理回路を同時に内
蔵することにより無線送受信機とすることも可能であ
る。
【００５８】更にまた、複数の電波帯領域を利用する場
合は、それぞれの帯域に対応するアンテナを複数個モジ
ュール化することも、本発明の原理にしたがって可能で
ある。
合は、それぞれの帯域に対応するアンテナを複数個モジ
ュール化することも、本発明の原理にしたがって可能で
ある。
【００５９】上記のとおり図１、図２の本発明に従う実
施例構成は、半導体集積回路６、７等の信号処理回路と
アンテナ素子５との間には、導波管が存在しないために
安価且つ小型化を実現することが可能である。更に、ア
ンテナ５も一体に気密封止されているために装置の安定
化、耐久性が期待できる。
施例構成は、半導体集積回路６、７等の信号処理回路と
アンテナ素子５との間には、導波管が存在しないために
安価且つ小型化を実現することが可能である。更に、ア
ンテナ５も一体に気密封止されているために装置の安定
化、耐久性が期待できる。
【００６０】図５は、また別の実施の形態である、図２
（２）と比較すると、図２（２）では、半導体集積回路
６、７及びアンテナ素子５を独立の基板上に形成してい
るのに対し、図５の例では、ＧａＡｓ等の同一の半導体
基板４０上に形成されている。
（２）と比較すると、図２（２）では、半導体集積回路
６、７及びアンテナ素子５を独立の基板上に形成してい
るのに対し、図５の例では、ＧａＡｓ等の同一の半導体
基板４０上に形成されている。
【００６１】無線通信において、アンテナに要求される
放射パターンは、用途に応じて多様である。従って、図
２の実施の形態ではアンテナと集積回路を別基板にする
ことにより集積回路の量産が可能であるという利点を有
する。
放射パターンは、用途に応じて多様である。従って、図
２の実施の形態ではアンテナと集積回路を別基板にする
ことにより集積回路の量産が可能であるという利点を有
する。
【００６２】一方、後者の図５の実施の形態の場合は、
アンテナと半導体集積回路６、７を同一基板上に配置し
ているので、チップ間接続が不要である。
アンテナと半導体集積回路６、７を同一基板上に配置し
ているので、チップ間接続が不要である。
【００６３】これにより構成要素の全てを一貫して製造
することが可能であり、製造コストの低減が図れる。同
時に回路の電力損失の低減、信頼性の向上が期待でき
る。
することが可能であり、製造コストの低減が図れる。同
時に回路の電力損失の低減、信頼性の向上が期待でき
る。
【００６４】図６は、図１において説明した封止カバー
３の別の実施例である。図５と同様の関係の断面図であ
るが、封止カバー３の内部に収容されるアンテナ素子及
び半導体集積回路は図示省略している。
３の別の実施例である。図５と同様の関係の断面図であ
るが、封止カバー３の内部に収容されるアンテナ素子及
び半導体集積回路は図示省略している。
【００６５】図６に示す封止カバー３の本体は、非導電
体であり、電波放射窓３0を除き全体に導電体メッキ３1
が施されている。更に基板１とは導電性接着剤３2 によ
り接着され気密封止している。導電性接着剤が使用され
るので、基板１と同電位になり、封止カバー３の電磁遮
蔽効果は、図１において説明した封止カバー３自体を導
電体とする場合と同様である。
体であり、電波放射窓３0を除き全体に導電体メッキ３1
が施されている。更に基板１とは導電性接着剤３2 によ
り接着され気密封止している。導電性接着剤が使用され
るので、基板１と同電位になり、封止カバー３の電磁遮
蔽効果は、図１において説明した封止カバー３自体を導
電体とする場合と同様である。
【００６６】ここで、アンテナ素子の近傍には、電波の
存在が当然であり、従ってアンテナ素子から放出される
電波が、共通の空間内に封止された回路に対し電磁干渉
を引き起こす可能性がある。反対に、半導体集積回路か
らの不要な電磁波放射がアンテナの放射パターンを乱す
恐れがある。
存在が当然であり、従ってアンテナ素子から放出される
電波が、共通の空間内に封止された回路に対し電磁干渉
を引き起こす可能性がある。反対に、半導体集積回路か
らの不要な電磁波放射がアンテナの放射パターンを乱す
恐れがある。
【００６７】したがって、図７は、かかる電磁干渉を防
止する機能をも備える更に別の実施例である。図７
（１）は、図２（２）の断面図に対応し、図７（２）
は、図７（１）の矢印Ａの方向から観察した時の断面図
である。先の実施例と異なる点は、電磁遮蔽板１３をア
ンテナ素子５と半導体集積回路７部分との間に設けてい
る点である。
止する機能をも備える更に別の実施例である。図７
（１）は、図２（２）の断面図に対応し、図７（２）
は、図７（１）の矢印Ａの方向から観察した時の断面図
である。先の実施例と異なる点は、電磁遮蔽板１３をア
ンテナ素子５と半導体集積回路７部分との間に設けてい
る点である。
【００６８】電磁遮蔽板１３は、封止カバー３を電波透
過窓２を除き導電体とする時は、この封止カバー３と同
一材料で作成され、その上部が封止カバー３と一体に取
り付けられる。その下部は、半導体集積回路７の部分の
配線及び、チップ間配線９1、９2 を避けるだけの空隙
を設けるように取り付ける。これにより電磁的相互干渉
を避けることが可能である。
過窓２を除き導電体とする時は、この封止カバー３と同
一材料で作成され、その上部が封止カバー３と一体に取
り付けられる。その下部は、半導体集積回路７の部分の
配線及び、チップ間配線９1、９2 を避けるだけの空隙
を設けるように取り付ける。これにより電磁的相互干渉
を避けることが可能である。
【００６９】図８は、上記した本発明のアンテナ素子を
内蔵する半導体モジュールの適用例である。図におい
て、１００は、天井１０１に取り付けられた本発明のア
ンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの一つである。
内蔵する半導体モジュールの適用例である。図におい
て、１００は、天井１０１に取り付けられた本発明のア
ンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの一つである。
【００７０】２００〜２０３は、コンピュータであり、
それぞれのコンピュータにも本発明のアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュール１１０〜１１３が取り付けられ
ている。従って、コンピュータ２００〜２０３同士ある
いは、天井１０１に取り付けられたアンテナ素子を内蔵
する半導体モジュール１００を通して図示しないホスト
コンピュータとデータの送受をワイヤレスで行うことが
できる。
それぞれのコンピュータにも本発明のアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュール１１０〜１１３が取り付けられ
ている。従って、コンピュータ２００〜２０３同士ある
いは、天井１０１に取り付けられたアンテナ素子を内蔵
する半導体モジュール１００を通して図示しないホスト
コンピュータとデータの送受をワイヤレスで行うことが
できる。
【００７１】
【発明の効果】以上本発明の実施の形態を図面に従い説
明したように、一般的効果として、本発明によりミリ
波、準ミリ波領域に使用可能のアンテナ素子を内蔵する
半導体モジュールが提供される。
明したように、一般的効果として、本発明によりミリ
波、準ミリ波領域に使用可能のアンテナ素子を内蔵する
半導体モジュールが提供される。
【００７２】従って、小型化機器に対応した、本発明の
アンテナ素子を内蔵する半導体モジュールを大容量通信
を必要とするマルチメディア用無線通信システムのサブ
システムとして使用することにより、種々の環境におけ
るマルチメディア通信が可能となる。
アンテナ素子を内蔵する半導体モジュールを大容量通信
を必要とするマルチメディア用無線通信システムのサブ
システムとして使用することにより、種々の環境におけ
るマルチメディア通信が可能となる。
【００７３】更に請求項に記載された発明毎の個別的効
果を示すと次の通りである。
果を示すと次の通りである。
【００７４】請求項１に記載の発明では、ミリ波または
順ミリ波に使用されるアンテナ素子と、周波数変換回路
及び増幅回路を基板の同一面側に形成し、これらを気密
封止して構成している。
順ミリ波に使用されるアンテナ素子と、周波数変換回路
及び増幅回路を基板の同一面側に形成し、これらを気密
封止して構成している。
【００７５】これにより、アンテナ素子は数ミリの大き
さであり、アンテナ素子を回路とともに共通に封止され
るので、装置のとり扱い、耐久性の向上が期待できる。
また、基板の同一面側にアンテナ素子と、周波数変換回
路及び増幅回路が形成されるので、単一のカバーを用い
て気密封止することが可能である。
さであり、アンテナ素子を回路とともに共通に封止され
るので、装置のとり扱い、耐久性の向上が期待できる。
また、基板の同一面側にアンテナ素子と、周波数変換回
路及び増幅回路が形成されるので、単一のカバーを用い
て気密封止することが可能である。
【００７６】請求項２に記載の発明では、前記気密封止
を、前記アンテナ素子に対向する一部領域が非導電性で
あり、他の領域が導電性で形成されるカバー部材を前記
基板に接着して形成している。したがって、周波数変換
回路及び増幅回路に対する電磁シールドと同時にアンテ
ナ素子から電波を装置外部に確実に放射することが可能
である。
を、前記アンテナ素子に対向する一部領域が非導電性で
あり、他の領域が導電性で形成されるカバー部材を前記
基板に接着して形成している。したがって、周波数変換
回路及び増幅回路に対する電磁シールドと同時にアンテ
ナ素子から電波を装置外部に確実に放射することが可能
である。
【００７７】請求項３に記載の発明では、前記気密封止
の内部が不活性ガスにより充填されている。これにより
装置内環境が安定し長寿命化が期待できるとともに、無
線送受信装置としての動作特性の安定が図れる。
の内部が不活性ガスにより充填されている。これにより
装置内環境が安定し長寿命化が期待できるとともに、無
線送受信装置としての動作特性の安定が図れる。
【００７８】請求項４に記載の発明では、前記基板を導
電性基板とし、前記アンテナ素子と、周波数変換回路及
び増幅回路を共通に一の半導体基板に形成し、この半導
体基板を前記導電性基板に搭載している。これにより、
製造に際し、周波数変換回路と増幅回路及びアンテナ素
子を同一の半導体基板に同時に形成することができる。
したがって、製造時間が短縮されるとともに、製造コス
トの低減が図れる。
電性基板とし、前記アンテナ素子と、周波数変換回路及
び増幅回路を共通に一の半導体基板に形成し、この半導
体基板を前記導電性基板に搭載している。これにより、
製造に際し、周波数変換回路と増幅回路及びアンテナ素
子を同一の半導体基板に同時に形成することができる。
したがって、製造時間が短縮されるとともに、製造コス
トの低減が図れる。
【００７９】請求項５に記載の発明は、前記基板を導電
性基板とし、少なくとも前記アンテナ素子を他の回路と
別個の誘電体基板上に形成し、この誘電体基板を前記導
電性基板に搭載している。これにより、アンテナ素子を
周波数変換回路及び増幅回路と別個に製造することがで
きるので、周波数変換回路と増幅回路及び、アンテナ素
子の設計に融通性が得られる。したがって、装置の適用
される仕様に対応させることが容易である。
性基板とし、少なくとも前記アンテナ素子を他の回路と
別個の誘電体基板上に形成し、この誘電体基板を前記導
電性基板に搭載している。これにより、アンテナ素子を
周波数変換回路及び増幅回路と別個に製造することがで
きるので、周波数変換回路と増幅回路及び、アンテナ素
子の設計に融通性が得られる。したがって、装置の適用
される仕様に対応させることが容易である。
【００８０】請求項６に記載の発明は、前記周波数変換
回路及び増幅回路と、前記アンテナ素子との間に、それ
らの電磁的相互干渉を阻止する導電性遮蔽板を備えてい
る。これにより、周波数変換回路と増幅回路及び、アン
テナ素子との相互間の電磁的干渉を回避してを同一空間
内に収容することが可能である。
回路及び増幅回路と、前記アンテナ素子との間に、それ
らの電磁的相互干渉を阻止する導電性遮蔽板を備えてい
る。これにより、周波数変換回路と増幅回路及び、アン
テナ素子との相互間の電磁的干渉を回避してを同一空間
内に収容することが可能である。
【００８１】請求項７に記載の発明は、前記アンテナ素
子が平面アンテナとして形成されている。平面アンテナ
を用いることにより、アンテナ素子が小型化する。した
がって、周波数変換回路及び増幅回路との一体封止が容
易である。
子が平面アンテナとして形成されている。平面アンテナ
を用いることにより、アンテナ素子が小型化する。した
がって、周波数変換回路及び増幅回路との一体封止が容
易である。
【図１】本発明に従うアンテナ素子を内蔵する半導体モ
ジュールの一実施の形態を、筐体の一部を開口して内部
を透視して示す概略図である。
ジュールの一実施の形態を、筐体の一部を開口して内部
を透視して示す概略図である。
【図２】図１の実施の形態に対応するアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュールの上面図と、断面図である。
蔵する半導体モジュールの上面図と、断面図である。
【図３】アンテナ素子５をパッチアンテナとして構成す
る場合の実施例を示す図である。
る場合の実施例を示す図である。
【図４】図２の実施の形態に対応する等価回路である。
【図５】本発明に従うアンテナ素子を内蔵する半導体モ
ジュールの別の実施の形態を示す図である。
ジュールの別の実施の形態を示す図である。
【図６】図１の実施の形態における封止カバーの別の実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図７】電磁干渉を防止する機能をも備える、本発明に
従うアンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの更に別
の実施の形態である。
従うアンテナ素子を内蔵する半導体モジュールの更に別
の実施の形態である。
【図８】本発明のアンテナ素子を内蔵する半導体モジュ
ールの適用例である。
ールの適用例である。
【図９】フェーズドアレイアンテナを構成する複数のア
ンテナのうちの１のアンテナと、これに接続されるマイ
クロ波回路の従来例を示す図である。
ンテナのうちの１のアンテナと、これに接続されるマイ
クロ波回路の従来例を示す図である。
【図１０】図９の例と同様にフェーズドアレイアンテナ
を構成する複数のアンテナの内の１のアンテナと一体化
されるマイクロ波回路を示す他の従来例である。
を構成する複数のアンテナの内の１のアンテナと一体化
されるマイクロ波回路を示す他の従来例である。
１ 銅板等の良導電体材料の基板 ２ 電磁波透過窓 ３ 封止カバー ４ 誘電体基板 ５ アンテナ素子 ６、７ 半導体集積回路 ８1 、８2 モジュール取り付け穴 ９1 、９2 接続リード １０ ＩＦ信号導入端子 １１ 電源導入端子 １２ 気密封止部 １３ 電磁遮蔽板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 9/02 Ｈ０３Ｈ 9/02 Ｊ 9/10 9/10 Ｈ０４Ｂ 1/18 Ｈ０４Ｂ 1/18 Ａ 1/26 1/26 Ｂ 1/38 1/38 // Ｈ０１Ｌ 27/01 ３０１ Ｈ０１Ｌ 27/01 ３０１
Claims (7)
- 【請求項１】アンテナ素子と、 該アンテナ素子に接続され、ミリ波または準ミリ波の信
号を増幅する増幅回路と、 該増幅回路に接続される周波数変換回路と、 該アンテナ素子、該増幅回路及び該周波数変換回路を同
一面側に形成した基板と、 該基板上に形成された該アンテナ素子、該増幅回路及び
該周波数変換回路を共通の空間内に気密封止する手段を
有して構成されたことを特徴とするアンテナ素子を内蔵
する半導体モジュール。 - 【請求項２】請求項１において、 前記気密封止する手段は、前記アンテナ素子に対向する
一部領域が非導電性であり、他の領域が導電性を有する
カバー部材であり、該カバー部材が前記基板の一面に接
着されて気密封止が行われることを特徴とするアンテナ
素子を内蔵する半導体モジュール。 - 【請求項３】請求項１または２において、 前記気密封止する手段により形成される空間内が不活性
ガスにより充填されていることを特徴とするアンテナ素
子を内蔵する半導体モジュール。 - 【請求項４】請求項１または２において、 前記基板を導電性基板とし、該基板の同一面側に形成さ
れる前記アンテナ素子、増幅回路及び周波数変換回路は
半導体基板に形成され、該半導体基板を該導電性基板に
搭載して構成されることを特徴とするアンテナ素子を内
蔵する半導体モジュール。 - 【請求項５】請求項１または２において、 前記基板を導電性基板とし、該基板の同一面側に形成さ
れる前記アンテナ素子、増幅回路及び周波数変換回路の
内、少なくとも該アンテナ素子が形成される領域を他の
回路が形成される領域と分離された非導電性基板に形成
し、該非導電性基板を該導電性基板に搭載して構成され
ることを特徴とするアンテナ素子を内蔵する半導体モジ
ュール。 - 【請求項６】請求項１または２において、 前記気密封止する手段により形成される空間内であっ
て、前記周波数変換回路及び増幅回路と、前記アンテナ
素子との間に、それらの電磁的相互干渉を阻止する導電
性遮蔽板を備えて構成されたことを特徴とするアンテナ
素子を内蔵する半導体モジュール。 - 【請求項７】請求項１乃至６の何れかにおいて、 前記アンテナ素子が平面アンテナとして形成されたこと
を特徴とするアンテナ素子を内蔵する半導体モジュー
ル。
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| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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