天線一體型模塊及雷達(dá)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種不增大半導(dǎo)體芯片的尺寸，配置多個(gè)天線元件的天線一體型模塊及具有天線一體型模塊的雷達(dá)裝置。天線一體型模塊(1)具有：至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片(2)，其在硅基板23的第一面上層積配線層(22)，包含至少一個(gè)頻率變換部；絕緣層(3)，其包圍半導(dǎo)體芯片(2)而配置；再配線層(4)，其在絕緣層(3)的第一面上及配線層(22)的第一面上層積；至少一個(gè)第一天線元件(21)，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在配線層(22)的第一面上形成，與頻率變換部連接；至少一個(gè)第二天線元件(31)，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在層積于絕緣層(3)的第一面上的再配線層(4)的第一面上形成，與頻率變換部連接。
【專利說(shuō)明】
天線一體型模塊及雷達(dá)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及信息終端等無(wú)線通信裝置及雷達(dá)裝置中的模塊構(gòu)造，例如涉及在毫米波段等超高頻波段，將高頻電路和天線一體化的小型模塊及具有該模塊的雷達(dá)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用了毫米波段的無(wú)線通信裝置及雷達(dá)裝置中，謀求用于將包含天線和高頻電路在內(nèi)的模塊小型化的集成化。
[0003]例如，在非專利文獻(xiàn)I中公開有如下的天線一體型模塊的構(gòu)成，由絕緣材料層將半導(dǎo)體芯片的周圍擴(kuò)展，在擴(kuò)展的區(qū)域配置由多個(gè)天線元件構(gòu)成的陣列天線。
[0004]專利文獻(xiàn)I:(日本)特開2013 — 247493號(hào)公報(bào)
[0005]非專利文獻(xiàn)1:M.Wo jnowski，“A 77-GHz SiGe Single-Chip Four-ChannelTransceiver Module with Integrated Antennas in Embedded Wafer-Level BGAPackage/’Electronic Components and Technology Conference，May.2012，pp.1027-1032
[0006]但是，在上述的非專利文獻(xiàn)I的現(xiàn)有技術(shù)中，為了與在擴(kuò)展的區(qū)域配置的各天線元件連接，需要將與天線元件數(shù)相同數(shù)量的外部端子設(shè)置在半導(dǎo)體芯片上，有可能增大半導(dǎo)體芯片的尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠不增大半導(dǎo)體芯片的尺寸而配置多個(gè)天線元件的天線一體型模塊及具有天線一體型模塊的雷達(dá)裝置。
[0008]本發(fā)明的天線一體型模塊具有:至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，其在硅基板的第一面上層積配線層，包含至少一個(gè)頻率變換部;絕緣層，其包圍所述半導(dǎo)體芯片而配置;再配線層，其在所述絕緣層的第一面上及所述配線層的第一面上層積;至少一個(gè)第一天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在所述配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接;至少一個(gè)第二天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在層積于所述絕緣層的第一面上的所述再配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接。
[0009]本發(fā)明的雷達(dá)裝置具有天線一體型模塊和安裝所述天線一體型模塊的第二基板，所述天線一體型模塊具有:至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，其在硅基板的第一面上層積配線層，包含至少一個(gè)頻率變換部;絕緣層，其包圍所述半導(dǎo)體芯片而配置;再配線層，其在所述絕緣層的第一面上及所述配線層的第一面上層積;至少一個(gè)第一天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在所述配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接;至少一個(gè)第二天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在層積于所述絕緣層的第一面上的所述再配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，能夠不增大半導(dǎo)體芯片的尺寸而配置多個(gè)天線元件。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是表示具有專利文獻(xiàn)I記載的集成化插補(bǔ)天線的半導(dǎo)體芯片的構(gòu)成的剖面圖；
[0012]圖2是表示非專利文獻(xiàn)I記載的天線一體型模塊的概略構(gòu)造的剖面圖；
[0013]圖3是表示非專利文獻(xiàn)I記載的天線一體型模塊的概略構(gòu)造的平面圖；
[0014]圖4A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊的概略構(gòu)成的俯視圖；
[0015]圖4B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊的概略構(gòu)成的剖面圖；
[0016]圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊的功能塊的圖；
[0017]圖6A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊的安裝方式的剖面圖；
[0018]圖6B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊的安裝方式的平面圖；
[0019]圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的天線一體型模塊的功能塊的圖；
[0020]圖8A是表示天線一體型模塊的天線系統(tǒng)間的相位差之一例的圖；
[0021]圖SB是表示天線一體型模塊的天線系統(tǒng)間的相位差之一例的圖；
[0022]圖SC是表示天線一體型模塊的天線系統(tǒng)間的相位差之一例的圖；
[0023]圖9A是本發(fā)明實(shí)施方式3的天線一體型模塊的概略構(gòu)造的俯視圖；
[0024]圖9B是本發(fā)明實(shí)施方式3的天線一體型模塊的概略構(gòu)造的剖面圖；
[0025]圖1OA是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的天線一體型模塊的安裝狀態(tài)的剖面圖；
[0026]圖1OB是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的天線一體型模塊的安裝狀態(tài)的平面圖。
[0027]標(biāo)記說(shuō)明
[0028]1:天線一體型模塊
[0029]2:半導(dǎo)體芯片
[0030]3:絕緣層
[0031]4:再配線層
[0032]5:導(dǎo)體板
[0033]6:高頻電路
[0034]7: PCB 基板
[0035]8:焊錫球
[0036]9:導(dǎo)體圖案
[0037]10 — 1:相位調(diào)整電路
[0038]10 — 2:振幅調(diào)整電路
[0039]11A:天線部
[0040]IIB:高頻電路部[0041 ]21:第一天線元件
[0042]22:配線層
[0043]23:硅基板
[0044]24:外部端子
[0045]31:第二天線元件
[0046]32:配線
[0047]81、82、83:天線元件
[0048]101:半導(dǎo)體芯片
[0049]102:層積配線部
[0050]103:半導(dǎo)體基板[0051 ]111:供電線路
[0052]112:槽
[0053]113、125:接地導(dǎo)體
[0054]114:輻射器
[0055]115:TSV
[0056]121:絕緣層
[0057]122:金屬配線層
[0058]123:金屬孔
[0059]124:晶體管
[0060]201:天線一體型模塊[0061 ]202:MMIC 芯片
[0062]203:絕緣材料層
[0063]204:再配線層
[0064]205:天線
[0065]206:焊錫球
[0066]207: PCB 基板
[0067]208:反射板
[0068]209:配線
[0069]210:外部端子
[0070]Mback、M1、Mj:金屬層
【具體實(shí)施方式】
[0071](實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的經(jīng)過(guò))
[0072]首先，對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的經(jīng)過(guò)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明涉及在毫米波段等超高頻波段，將高頻電路和天線一體化的小型模塊。
[0073]在將高頻電路和天線一體化的模塊的小型化上，高頻電路例如通過(guò)使用了CMOS工藝的集成化低成本地形成在半導(dǎo)體芯片上，另一方面，天線在PCB(Printed CircuitBoard)基板上形成。將高頻電路和天線一體化的模塊通常將集成化的半導(dǎo)體芯片安裝在形成有天線的PCB基板上而進(jìn)行模塊化。
[0074]但是，在將集成化的半導(dǎo)體芯片和天線分別制造并安裝的方法中，制造成本增大、安裝的可靠性降低，另外，安裝偏差導(dǎo)致的半導(dǎo)體芯片和天線的連接損耗會(huì)增大。
[0075]在專利文獻(xiàn)I中公開有在同一半導(dǎo)體基板上形成有高頻電路和插補(bǔ)天線的構(gòu)成。
[0076]圖1是表示具有專利文獻(xiàn)I所述的集成化插補(bǔ)天線的半導(dǎo)體芯片101的構(gòu)成的剖面圖。在圖1中，具有集成化插補(bǔ)天線的半導(dǎo)體芯片101由在同一半導(dǎo)體基板103上形成的天線部IIA和高頻電路部IIB構(gòu)成。
[0077]半導(dǎo)體芯片101具有半導(dǎo)體基板103、將多個(gè)絕緣層121及多個(gè)金屬配線層122層積在半導(dǎo)體基板103上的層積配線部102、接地導(dǎo)體125。
[0078]在天線部IlA中，在金屬層M1、Mj配置供電線路111和接地導(dǎo)體113而形成微波傳輸帶線路，與供電線路111重合且在接地導(dǎo)體113的特定區(qū)域設(shè)置槽112而形成為I次輻射源。
[0079]另外，在半導(dǎo)體基板103的與層積配線部102相反側(cè)的面上，在金屬層Mback形成福射器114。通過(guò)使該輻射器114與所希望的共振頻率匹配而能夠作為所希望的波段的插補(bǔ)天線而動(dòng)作。
[0080]另外，在半導(dǎo)體基板103較厚的情況下，由于電磁波在半導(dǎo)體基板103的面內(nèi)方向上也擴(kuò)散而成為損失，故而在輻射器114的周圍，以半導(dǎo)體基板103內(nèi)的電磁波的波長(zhǎng)的1/4以下的間隔設(shè)置金屬的TSV(Through-Silicon ￥1&)115。通過(guò)設(shè)置了3￥115來(lái)抑制電磁波的不需要的擴(kuò)散。
[0081]在高頻電路部IlB中，在半導(dǎo)體基板103上形成晶體管124，使用將金屬層的配線和金屬層間及晶體管124連接的金屬孔123而構(gòu)成高頻電路。
[0082]通過(guò)這樣的構(gòu)成，在與高頻電路部IlB同一的半導(dǎo)體基板103上，使用與高頻電路部IlB共通的金屬配線層122構(gòu)成由供電線路111和接地導(dǎo)體113構(gòu)成的微波傳輸帶線路。另夕卜，在與供電線路111相對(duì)的接地導(dǎo)體113的特定位置設(shè)置槽112而形成為I次輻射源，另外，通過(guò)在半導(dǎo)體基板103的背面設(shè)有形成有輻射器114的天線部11A，能夠與插補(bǔ)天線一并制造。
[0083]但是，在上述專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成中，半導(dǎo)體基板103通常在高頻波段的損失較大，在集成化插補(bǔ)天線那樣的單片天線上難以高增益化。
[0084]另外，在將多個(gè)天線配置在半導(dǎo)體基板103上而構(gòu)成陣列天線的情況下，需要根據(jù)天線的尺寸及數(shù)量來(lái)增大半導(dǎo)體芯片101的尺寸，導(dǎo)致成本的增加。
[0085]通常，構(gòu)成陣列天線的各天線以自由空間波長(zhǎng)的1/2波長(zhǎng)的間隔配置。例如，在80GHz將4元件的天線一列配置而構(gòu)成陣列天線的情況下，配置天線元件的間隔約為1.9_，故而若也考慮天線元件的尺寸，則需要將半導(dǎo)體芯片101的一邊長(zhǎng)度設(shè)為6mm以上。
[0086]另外，作為其他方法，在非專利文獻(xiàn)I中公開有如下的構(gòu)成，由絕緣材料層將半導(dǎo)體芯片的周圍擴(kuò)張，在擴(kuò)張的區(qū)域配置陣列天線。
[0087]圖2是表示非專利文獻(xiàn)I記載的天線一體型模塊201的概略構(gòu)造的剖面圖。在圖2中，天線一體型模塊201 具有MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)芯片202、以將MMIC芯片202的周圍擴(kuò)張的方式設(shè)置的絕緣材料層203、再配線層204、天線205。
[0088]天線一體型模塊201在由絕緣材料層203將MMIC芯片202的周圍擴(kuò)展的模塊上設(shè)置再配線層204。在再配線層204上形成天線205、一端與天線205連接的配線209。配線209的另一端與設(shè)于MMIC芯片202的外部端子210連接。
[0089]天線一體型模塊201經(jīng)由焊錫球206安裝在PCB基板207上。在PCB基板207上的與天線205相對(duì)的面上設(shè)有由銅箔等圖案形成的反射板208，將天線205單指向性化。
[0090]圖3是表示非專利文獻(xiàn)I記載的天線一體型模塊201的概略構(gòu)造的平面圖。具體地，圖3是從設(shè)有再配線層204的一側(cè)觀察圖2的構(gòu)造所看到的圖。使用再配線層204形成的天線205不僅設(shè)置在MMIC芯片202上，而且也設(shè)置在擴(kuò)展后的絕緣材料層203上。
[0091]根據(jù)圖2及圖3所示的構(gòu)成，能夠不增大MMIC芯片202的尺寸，形成為與天線205—體化的模塊。另外，天線205通過(guò)設(shè)于絕緣材料層203上的構(gòu)成，與設(shè)于MMIC芯片202上的構(gòu)成相比，增益高。
[0092]但是，在上述非專利文獻(xiàn)I的天線一體型模塊201的構(gòu)成中，將天線205和MMIC芯片202連接的配線209變長(zhǎng)，損失增大。
[0093]另外，在將天線一體型模塊201安裝在PCB基板207上的構(gòu)成中，難以在形成天線205及配線209的區(qū)域配置焊錫球206，故而限定了配置焊錫球206的區(qū)域。即，難以得到安裝天線一體型模塊201時(shí)的可靠性。
[0094]另外，在配置多個(gè)天線而構(gòu)成陣列天線的情況下，根據(jù)天線的數(shù)量，外部端子210的數(shù)量增多，結(jié)果，MMIC芯片202的尺寸變大。
[0095]鑒于這樣的情況，在配置半導(dǎo)體芯片、和由絕緣材料層將半導(dǎo)體芯片的周圍擴(kuò)展而配置多個(gè)天線元件的天線一體型模塊中，著眼于配置各天線元件的位置，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
[0096]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。另外，以下說(shuō)明的各實(shí)施方式為一例，本發(fā)明不被這些實(shí)施方式限定。
[0097](實(shí)施方式I)
[0098]圖4A是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊I的概略構(gòu)成的俯視圖。圖4B是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊I的概略構(gòu)成的剖面圖。
[0099]如圖4A、圖4B所示，天線一體型模塊I具有半導(dǎo)體芯片2、絕緣層3、再配線層4及導(dǎo)體板5。
[0100]半導(dǎo)體芯片2具有兩個(gè)第一天線元件21、配線層22、硅基板23及外部端子24，安裝作為頻率變換部的高頻電路6(參照?qǐng)D5)。
[0101]第一天線元件21是通過(guò)導(dǎo)體圖案在配線層22上形成的單片天線，分開規(guī)定的間隔而設(shè)置。配線層22設(shè)置:在硅基板23的一面上層積且與硅基板23中包含的晶體管等連接的內(nèi)部配線、和外部端子24。硅基板23是具有晶體管等的半導(dǎo)體基板。外部端子24是與在后述的再配線層4形成的第二天線元件31連接的端子。
[0102]絕緣層3將除了層積有配線層22的一側(cè)之外的半導(dǎo)體芯片2的周圍包圍，以將配線層22的面擴(kuò)展的方式設(shè)置。再配線層4層積在配線層22的面、以及以將配線層22的面擴(kuò)展的方式設(shè)置的絕緣層3的面上。
[0103]S卩，在天線一體型模塊I中，半導(dǎo)體芯片2是埋入絕緣層3及再配線層4的構(gòu)成。
[0104]在再配線層4上，通過(guò)導(dǎo)體圖案形成兩個(gè)第二天線元件31、配線32。第二天線元件31在圖4A所示的俯視圖觀察的情況下，在層積于絕緣層3的區(qū)域上的再配線層4形成。另外，兩個(gè)第二天線元件31在與兩個(gè)第一天線元件21大致同一直線上且夾著第一天線元件21而形成。另外，兩個(gè)第二天線元件31和兩個(gè)第一天線元件21分別隔開規(guī)定的間隔而配置。
[0105]配線32是與第二天線元件31—體形成的金屬圖案。不與第二天線元件31相接的一側(cè)的端部與在配線層22設(shè)置的外部端子24電連接。
[0106]導(dǎo)體板5設(shè)置在絕緣層3的面中、與設(shè)置再配線層4的面相反側(cè)的面上。
[0107]接著，對(duì)天線一體型模塊I的功能塊進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的天線一體型模塊I的功能塊的圖。
[0108]天線一體型模塊I在半導(dǎo)體芯片2的內(nèi)部具有四個(gè)高頻電路6。高頻電路6通過(guò)未圖示的增幅器及混頻器等構(gòu)成。
[0109]四個(gè)高頻電路6中的兩個(gè)分別與在配線層22形成的兩個(gè)第一天線元件21連接。第一天線元件21形成在半導(dǎo)體芯片2的配線層22上，故而不存在將高頻電路6和第一天線元件21連接的端子。根據(jù)該構(gòu)成，能夠抑制高頻電路6和第一天線元件21的連接損失。
[0110]四個(gè)高頻電路6中的不與第一天線元件21連接的剩余的兩個(gè)分別與在再配線層4形成的兩個(gè)第二天線元件31連接。第二天線元件31形成在半導(dǎo)體芯片2的外部即再配線層4上，故而存在將半導(dǎo)體芯片2中包含的高頻電路6和第二天線元件31連接的外部端子24。
[0111]若將圖5作為送信裝置使用的送信模塊進(jìn)行說(shuō)明，則向半導(dǎo)體芯片2輸入的信號(hào)分別經(jīng)由四系統(tǒng)的高頻電路6從第一天線元件21及第二天線元件31輻射。另外，若將圖5作為受信裝置使用的受信模塊進(jìn)行說(shuō)明，則信號(hào)的流動(dòng)與送信模塊的情況相反。
[0112]在四系統(tǒng)的高頻電路6分別連接天線元件而構(gòu)成陣列天線的情況下，使各天線元件的間隔為送信信號(hào)的波長(zhǎng)的大致波長(zhǎng)，成為抑制不需要輻射成分的高增益天線構(gòu)造。
[0113]例如，80GHz帶那樣的超高頻波段的自由空間中的半波長(zhǎng)大致為1.9mm。在構(gòu)成將四系統(tǒng)、即4元件的天線元件配置成I列的陣列天線的情況下，也考慮各自的天線尺寸的話，則在配置天線元件的方向上需要6mm以上的長(zhǎng)度。若將四個(gè)天線元件全部形成在半導(dǎo)體芯片2上，則芯片尺寸增大，制造成本提尚。
[0114]另一方面，在為了抑制制造成本而將四系統(tǒng)的天線元件不形成在半導(dǎo)體芯片2上，而形成在再配線層4的情況下，從半導(dǎo)體芯片2到各天線元件的配線變長(zhǎng)，直到天線元件的連接損失增大。另外，在將四系統(tǒng)的天線元件形成在再配線層4的情況下，需要在半導(dǎo)體芯片2上設(shè)置四個(gè)用于與天線元件連接的外部端子。
[0115]在本實(shí)施方式中，通過(guò)將雙系統(tǒng)的天線元件形成在半導(dǎo)體芯片2上，將剩余的雙系統(tǒng)的天線元件形成在半導(dǎo)體芯片2的外側(cè)，能夠?qū)雽?dǎo)體芯片2的尺寸的一邊抑制在3mm左右。通過(guò)該構(gòu)成，不增大半導(dǎo)體芯片2的尺寸，抑制制造成本。另外，由于能夠縮短從半導(dǎo)體芯片2到各天線元件的配線長(zhǎng)度，也能夠抑制直至天線元件的連接損失。另外，能夠?qū)⑦B接半導(dǎo)體芯片2和天線元件的外部端子的數(shù)量抑制在兩個(gè)。
[0116]另外，通過(guò)上述構(gòu)成，在再配線層4，能夠抑制設(shè)置第二天線元件31及配線32的面積。
[0117]接著，對(duì)上述說(shuō)明的天線一體型模塊I的安裝方式進(jìn)行說(shuō)明。在此，對(duì)在PCB基板上使用焊錫球?qū)⑻炀€一體型模塊I作為BGA封裝安裝的方式進(jìn)行說(shuō)明。圖6A是表示實(shí)施方式I的天線一體型模塊的安裝方式的剖面圖，圖6B是表示實(shí)施方式I的天線一體型模塊的安裝方式的平面圖。圖6B是從設(shè)有再配線層4的一側(cè)觀察圖6A的構(gòu)造所看到的平面圖。
[0118]如圖6A及圖6B所示，天線一體型模塊I使用焊錫球8及導(dǎo)體圖案9安裝在PCB基板7上。
[0119]在將天線一體型模塊I作為BGA封裝安裝的情況下，為了提高可靠性，需要增加焊錫球8的數(shù)量。在本實(shí)施方式中，如圖6B所示，由于抑制了設(shè)置第二天線元件31及配線32的面積，故而能夠增多焊錫球8的數(shù)量，能夠提高安裝的可靠性。
[0120]另外，在圖6A及圖6B所示的安裝方式中，導(dǎo)體圖案9設(shè)置在PCB基板7的各面中的除了與第一天線元件21及第二天線元件31相對(duì)的部位X之外的部位。通過(guò)該構(gòu)成，導(dǎo)體板5作為相對(duì)于從第一天線元件21及第二天線元件31輻射的電波的反射板而起作用，能夠在通過(guò)PCB基板7的方向上輻射電波。
[0121]另外，在毫米波段那樣的超高頻波段，為了抑制元件間的連接損失，在將信號(hào)向半導(dǎo)體芯片外部的元件輸出時(shí)，需要由接地端子包圍輸出信號(hào)的端子的兩端。因此，為了將超高頻波段的信號(hào)向一個(gè)外部元件輸出，需要兩個(gè)接地端子。即，外部端子24的數(shù)量越多，在半導(dǎo)體芯片2上設(shè)置的接地端子的數(shù)量也增多，半導(dǎo)體芯片2的尺寸也變大。
[0122]在本實(shí)施方式中，通過(guò)將多個(gè)天線元件中的一部分天線元件形成在半導(dǎo)體芯片2上，能夠抑制從半導(dǎo)體芯片2向再配線層4等的外部輸出的外部端子的數(shù)量。
[0123]如以上說(shuō)明地，根據(jù)本實(shí)施方式，不增大半導(dǎo)體芯片2的尺寸，能夠?qū)㈥嚵刑炀€的各天線元件以規(guī)定的間隔(例如半波長(zhǎng)的間隔)配置。另外，能夠縮短用于與天線元件連接的配線并抑制連接損失，可將陣列天線高增益化。
[0124]另外，能夠縮小再配線層4中的設(shè)置直至第二天線元件31及第二天線元件31的配線32的面積，故而在使用焊錫球8將天線一體型模塊I安裝在PCB基板7上時(shí)，能夠提高安裝的可靠性。
[0125]另外，本實(shí)施方式中說(shuō)明的第一天線元件21及第二天線元件31優(yōu)選為差動(dòng)構(gòu)造。在毫米波段使用的微波傳輸帶天線那樣的單相(單端)的輸入的情況下，需要接地，但在CMOS工藝那樣的半導(dǎo)體芯片中，能夠形成網(wǎng)狀的導(dǎo)體，但難以設(shè)置將導(dǎo)體面狀地配置的理想的接地。在如第二天線元件31那樣地使用再配線層4形成天線元件的情況下，能夠在再配線層4內(nèi)形成理想的接地，但再配線層4通常薄至數(shù)十μπι，故而天線元件與接地的距離接近，難以得到作為天線的寬帶域的特性。
[0126]在本實(shí)施方式中，通過(guò)作為天線元件形成為差動(dòng)構(gòu)成，無(wú)需理想的接地，故而能夠抑制天線的接地的影響，成為對(duì)周圍環(huán)境變動(dòng)的耐受力強(qiáng)的構(gòu)成。作為差動(dòng)構(gòu)成的天線元件，例如列舉偶極天線、環(huán)形天線等。
[0127]另外，在本實(shí)施方式中，通過(guò)將導(dǎo)體板5用作反射板，能夠形成利用了反射板的單指向性的天線，能夠提高天線一體型模塊的天線增益。
[0128](實(shí)施方式2)
[0129]接著，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的天線一體型模塊I的構(gòu)造與圖4Α、圖4Β中說(shuō)明的構(gòu)造同樣，故而省略其說(shuō)明。
[0130]圖7是表示包含實(shí)施方式2的天線一體型模塊I的通信裝置的功能塊的圖。另外，在圖7的功能塊的構(gòu)成中，對(duì)與圖5的功能塊的構(gòu)成共通的部分標(biāo)注同一標(biāo)記，省略其說(shuō)明。圖7的功能塊的構(gòu)成相對(duì)于圖5的功能塊的構(gòu)成追加了相位調(diào)整電路10 — 1、振幅調(diào)整電路10 — 2。包含天線一體型模塊I的通信裝置的功能塊具有與半導(dǎo)體芯片2中包含的高頻電路6連接的相位調(diào)整電路10 — 1、振幅調(diào)整電路10 — 2。
[0131]相位調(diào)整電路10— I是對(duì)輸入信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整的電路，振幅調(diào)整電路10 — 2是對(duì)輸入信號(hào)的振幅進(jìn)行調(diào)整的電路。
[0132]本實(shí)施方式的通信裝置例如是圖6Α及圖6Β所示那樣的、可通過(guò)使用焊錫球8在PCB基板7上安裝天線一體型模塊I的方式而構(gòu)成。該情況下，相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2包含在PCB基板7上。另外，相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2也可以包含在天線一體型模塊I的半導(dǎo)體芯片2上。
[0133]在實(shí)施方式I所示的天線一體型模塊I中，第一天線元件21和第二天線元件31相對(duì)于天線一體型模塊I的縱向(厚度方向)，配置在不同的平面上。因此，第一天線元件21與第二天線元件31的相位差基于電波的輻射方向和配置各個(gè)天線元件的平面間的縱向的差而決定。
[0134]另外，在實(shí)施方式I所示的天線一體型模塊I中，第一天線元件21和第二天線元件31的構(gòu)成不同，故而各自的輸出信號(hào)或輸入信號(hào)的振幅互不相同。
[0135]在本實(shí)施方式中，通過(guò)相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2與高頻電路6連接的構(gòu)成，對(duì)向四系統(tǒng)的高頻電路6輸入或輸出的信號(hào)的振幅和相位進(jìn)行調(diào)整。
[0136]在此，對(duì)本實(shí)施方式的通信裝置的相位調(diào)整進(jìn)行說(shuō)明。圖8A?圖SC是表示天線一體型模塊I的天線系統(tǒng)間的相位差之一例的圖。圖8A是表示相對(duì)于設(shè)置天線的面垂直的方向(天線的正面方向)上的天線系統(tǒng)間的相位差的圖。圖SB是表示相對(duì)于天線元件設(shè)置在同一平面時(shí)的天線的正面方向傾斜的方向上的天線系統(tǒng)間的相位差的圖。圖SC是表示天線元件設(shè)置在不同的平面上的情況下的傾斜方向上的天線系統(tǒng)間的相位差的圖。
[0137]在圖8A?SC中，間隔d表示天線元件間的間隔，距離t表示配置天線元件的平面間的縱向的差。另外，天線元件81和天線元件82的組合表示將天線元件設(shè)置在同一平面的情況。另外，天線元件83和天線元件82分別相當(dāng)于第一天線元件21和第二天線元件31，表示天線元件設(shè)置在不同的平面上的情況。
[0138]另外，以下，本實(shí)施方式的通信裝置為從各天線元件輻射電波的送信裝置進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中的通信裝置為從各天線元件接受電波的受信裝置的情況下，以下的說(shuō)明中的天線的輻射方向可換言之天線的受信方向。
[0139]如圖8A的天線元件81和天線元件82所示，天線的輻射方向?yàn)檎娣较?，在將天線元件配置在同一面內(nèi)的情況下，天線元件間的相位差為零。另一方面，如圖8A的天線元件83和天線元件82所示，在將天線元件配置在不同的平面的情況下，天線元件83與天線元件82之間的相位相對(duì)于正面方向偏離距離t。即，在將天線元件配置在不同的平面的情況下，相位調(diào)整電路10 — I考慮距離t而進(jìn)行相位調(diào)整。
[0140]另外，如圖SB的天線元件81和天線元件82所示，天線的輻射方向相對(duì)于正面方向成角度Θ，在天線元件配置在同一面內(nèi)的情況下，天線元件間的相位差為dXsin0。
[0141]另一方面，如圖SC的天線元件83和天線元件82所示，天線的輻射方向相對(duì)于正面方向成角度Θ，在天線元件配置在不同的平面的情況下，天線元件間的相位差為dXsin0+tX COS0。即，相位調(diào)整電路10 — I在將天線元件配置在不同平面的情況下，進(jìn)而考慮t X cos0的相位而進(jìn)行相位調(diào)整。
[0142]接著，對(duì)本實(shí)施方式的通信裝置的振幅調(diào)整進(jìn)行說(shuō)明。如前所述，第一天線元件21設(shè)置在半導(dǎo)體芯片2上，第二天線元件31設(shè)置在再配線層4上。因此，形成各天線元件的材質(zhì)不同，天線元件的增益相互不同。
[0143 ]振幅調(diào)整電路1 — 2考慮各天線元件的增益的不同而對(duì)振幅進(jìn)行調(diào)整。例如，在第一天線元件21的增益比第二天線元件31的增益小的情況下，與第一天線元件21連接的振幅調(diào)整電路10 — 2以從第一天線元件21輻射的電波的振幅與從第二天線元件31輻射的電波的振幅一致的方式增大向第一天線元件21輸出的信號(hào)的振幅?；蛘撸c第二天線元件31連接的振幅調(diào)整電路10 — 2也可以減小向第二天線元件31輸出的信號(hào)的振幅。
[0144]例如，在具有陣列天線的受信裝置由受信電波進(jìn)行到來(lái)方向推定的情況下，受信裝置一邊使各天線元件接受的信號(hào)的相位偏移一邊進(jìn)行到來(lái)方向推定。此時(shí)，從送信裝置具有的陣列天線的各天線元件輻射的電波的振幅及相位一致為好。本實(shí)施方式的通信裝置具有相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2，從而能夠使從各天線元件輻射的電波的振幅及相位一致。
[0145]另外，在上述說(shuō)明的本實(shí)施方式中，對(duì)在各天線元件的系統(tǒng)設(shè)置相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以形成為在第一天線元件21和第二天線元件31的任一方設(shè)置相位調(diào)整電路10 — I及振幅調(diào)整電路10 — 2的構(gòu)成。通過(guò)該構(gòu)成能夠減少相位調(diào)整電路1 — I及振幅調(diào)整電路1 — 2的數(shù)量，能夠減小電路規(guī)模。
[0146]另外，在上述說(shuō)明的本實(shí)施方式中，對(duì)設(shè)置相位調(diào)整電路10— I及振幅調(diào)整電路1 — 2二者的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以省略振幅調(diào)整電路1 — 2。通過(guò)該構(gòu)成，能夠減小振幅調(diào)整電路1 — 2的數(shù)量，減小電路規(guī)模。
[0147](實(shí)施方式3)
[0148]通常，作為半導(dǎo)體芯片2，在CMOS上形成的第一天線元件21與在再配線層4及絕緣材料3上形成的第二天線元件31相比，天線增益降低。這是CMOS中的硅基板的導(dǎo)電率的影響等導(dǎo)致的。
[0149]例如，在將第一天線元件21及第二天線元件31組合的陣列天線中，在抑制相對(duì)于主瓣的不需要輻射成分(側(cè)瓣)的情況下，通常希望如泰勒分布那樣地使從陣列天線的中心附近輻射的電波的振幅增大，隨著接近兩端而減小振幅的分布。
[0150]在本實(shí)施方式中，對(duì)將從陣列天線的中心附近輻射的電波的振幅增大，具有隨著接近兩端而減小振幅那樣的分布的天線一體型模塊I的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0151]圖9A是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的天線一體型模塊I的概略構(gòu)造的俯視圖。圖9B是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的天線一體型模塊I的概略構(gòu)成的剖面圖。對(duì)與實(shí)施方式I同樣的構(gòu)成，標(biāo)注同一標(biāo)記并省略其說(shuō)明。以下，對(duì)與實(shí)施方式I的構(gòu)成的差異進(jìn)行說(shuō)明。
[0152]如圖9A、圖9B所示，天線一體型模塊I具有兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2，在各半導(dǎo)體芯片2上各設(shè)置一個(gè)第一天線元件21。另外，在各半導(dǎo)體芯片2(7)配線層22上形成一個(gè)外部端子24。
[0153]在再配線層4上，在兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2之間形成兩個(gè)第二天線元件31。兩個(gè)第二天線元件31經(jīng)由配線32與分別形成在兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2的配線層22的外部端子24連接。
[0154]如圖9A所示，在從上面觀察的情況下，兩個(gè)第二天線元件31在與分別設(shè)于兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2的兩個(gè)第一天線元件21大致同一直線上，且以被第一天線元件21夾著的方式形成。另外，兩個(gè)第二天線元件31和兩個(gè)第一天線元件21分別隔開規(guī)定的間隔而配置。
[0155]圖9A、圖9B所示的天線一體型模塊I上設(shè)置的陣列天線以天線增益較高的第二天線元件31為中心而配置，將天線增益較低的第一天線元件21配置在兩端。通過(guò)該構(gòu)成，以泰勒分布的方式增大從陣列天線的中心附近輻射的電波的振幅，隨著接近兩端，振幅減小。因此，本實(shí)施方式的天線一體型模塊I能夠得到抑制了側(cè)瓣的指向性。
[0156]另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)具有兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以為具有三個(gè)以上的半導(dǎo)體芯片的構(gòu)成。
[0157]另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)在兩個(gè)半導(dǎo)體芯片2分別設(shè)置一個(gè)第一天線元件21，將兩個(gè)第二天線元件31設(shè)置在被第一天線21夾持的位置的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但第一天線元件21和第一天線元件31的數(shù)量不限于此。
[0158]在由五個(gè)以上的天線元件構(gòu)成I列的陣列天線的情況下，優(yōu)選在兩端配置第一天線元件的構(gòu)成。在構(gòu)成兩列以上的陣列天線的情況下，也優(yōu)選在各列的兩端配置第一天線元件的構(gòu)成。
[0159](實(shí)施方式4)
[0160]在實(shí)施方式I中，對(duì)在絕緣層3的面中、與設(shè)置再配線層4的面相反側(cè)的面設(shè)置的導(dǎo)體板5作為反射板而起作用，向通過(guò)PCB基板7的方向輻射電波的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，對(duì)代替導(dǎo)體板5而在PCB基板7上設(shè)置反射板，從而將第一天線元件21和第二天線元件31單指向化的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0161]圖1OA是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的天線一體型模塊的安裝狀態(tài)的剖面圖。圖1OB是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的天線一體型模塊的安裝狀態(tài)的平面圖。對(duì)與實(shí)施方式I同樣的構(gòu)成標(biāo)注同一標(biāo)記并省略其說(shuō)明。以下，對(duì)與實(shí)施方式I的構(gòu)成的差異進(jìn)行說(shuō)明。
[0162]圖1OA所示的天線一體型模塊I從圖6A所示的構(gòu)成中刪除了導(dǎo)體板5，取代之，在PCB基板7中的與第一天線元件21及第二天線元件31相對(duì)的部位具有反射板11。另外，圖1OB是從設(shè)有再配線層4的一側(cè)觀察圖1OA的構(gòu)造所看到的平面圖，與圖6B所示的平面圖同樣。
[0163]在該構(gòu)成中，天線的輻射方向通過(guò)反射板11的作用，與通過(guò)PCB基板7的方向相反。
[0164]根據(jù)以上說(shuō)明的本實(shí)施方式，通過(guò)使天線的輻射方向?yàn)榕c通過(guò)PCB基板7的方向相反的方向，不產(chǎn)生構(gòu)成PCB基板7的電介質(zhì)導(dǎo)致的損失，能夠提供高增益的天線一體型模塊。
[0165]另外，由于為將反射板11設(shè)于PCB基板7的構(gòu)成，故而根據(jù)焊錫球8的高度，以使各天線元件與反射板11的間隔為最佳的間隔的方式調(diào)整反射板11的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)天線的高增益化。
[0166]另外，在本實(shí)施方式中，作為將反射板設(shè)于PCB基板7的上面的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于此。例如，將PCB基板形成為具有包含表層和內(nèi)層的多個(gè)導(dǎo)體層的構(gòu)成，關(guān)于第一天線元件21、第二天線元件31各自，以為最佳的位置的方式將反射板11配置在PCB基板7的內(nèi)層。
[0167]在上述說(shuō)明的各實(shí)施方式中，對(duì)天線元件為4元件的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于此。在設(shè)置多個(gè)天線元件的天線一體型模塊中，只要為將天線元件的一部分形成在半導(dǎo)體芯片的配線層，將剩余部分形成在再配線層的構(gòu)成即可。
[0168]另外，在上述說(shuō)明的各實(shí)施方式中，對(duì)天線元件I列地配置的構(gòu)成進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以為將天線元件配置成2列以上的構(gòu)成。
[0169]另外，在上述說(shuō)明的各實(shí)施方式中，對(duì)天線一體型模塊使用焊錫球安裝在PCB基板上的方式進(jìn)行了說(shuō)明，但安裝天線一體型模塊的方式不限于此。
[0170]以上，參照附圖對(duì)各種實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但顯然本發(fā)明不限于上述例。只要是本領(lǐng)域技術(shù)人員可明了，在權(quán)利要求要求保護(hù)的范圍內(nèi)，可想到各種變更例或修正例，可理解為其顯然也包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。另外，在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，也可以將上述實(shí)施方式中的各構(gòu)成元素任意地組合。
[0171]【產(chǎn)業(yè)上的可利用性】
[0172]本發(fā)明適合用于毫米波段的無(wú)線通信裝置及雷達(dá)裝置等使用的小型模塊。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天線一體型模塊，其具有: 至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，其在硅基板的第一面上層積配線層，包含至少一個(gè)頻率變換部； 絕緣層，其包圍所述半導(dǎo)體芯片而配置； 再配線層，其在所述絕緣層的第一面上及所述配線層的第一面上層積； 至少一個(gè)第一天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在所述配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接； 至少一個(gè)第二天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在層積于所述絕緣層的第一面上的所述再配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接。2.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述第一天線元件及所述第二天線元件的至少一方為差動(dòng)構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述絕緣層在導(dǎo)體板的第一面上層積。4.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述第一天線元件及所述第二天線元件的輻射方向?yàn)樗鲈倥渚€層的第二面的方向。5.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述半導(dǎo)體芯片具有與所述頻率變換部連接的至少一個(gè)相位調(diào)整電路。6.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述半導(dǎo)體芯片具有與所述頻率變換部連接的至少一個(gè)振幅調(diào)整電路。7.如權(quán)利要求1所述的天線一體型模塊，其中， 所述各半導(dǎo)體芯片分開配置， 所述第二天線元件配置在所述各半導(dǎo)體芯片之間。8.—種雷達(dá)裝置，其中， 具有天線一體型模塊和安裝所述天線一體型模塊的第二基板， 所述天線一體型模塊具有: 至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片，其在硅基板的第一面上層積配線層，包含至少一個(gè)頻率變換部； 絕緣層，其包圍所述半導(dǎo)體芯片而配置； 再配線層，其在所述絕緣層的第一面上及所述配線層的第一面上層積； 至少一個(gè)第一天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在所述配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接； 至少一個(gè)第二天線元件，其通過(guò)導(dǎo)體圖案在層積于所述絕緣層的第一面上的所述再配線層的第一面上形成，與所述頻率變換部連接。9.如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)，其中， 所述絕緣層層積在導(dǎo)體板的第一面上， 所述第二基板在所述天線一體型模塊的與所述第一天線元件及所述第二天線元件相對(duì)的部位之外具有導(dǎo)體圖案。10.如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)裝置，其中， 所述第二基板在所述天線一體型模塊的與所述第一天線元件及所述第二天線元件相對(duì)的部位具有導(dǎo)體圖案。11.如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)裝置，其中，所述第二基板具有與所述頻率變換部連接的至少一個(gè)相位調(diào)整電路。12.如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)裝置，其中，所述第二基板具有與所述頻率變換部連接的至少一個(gè)振幅調(diào)整電路。
【文檔編號(hào)】G01S7/03GK105938934SQ201610118157
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月2日
【發(fā)明人】佐藤潤(rùn)二, 塩崎亮佑
【申請(qǐng)人】松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社