特開 2018-93491 集積アンテナ・アレーを有するワイヤレス通信パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-93491(P2018-93491A)

(43)【公開日】2018年6月14日

(54)【発明の名称】集積アンテナ・アレーを有するワイヤレス通信パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 23/00 20060101AFI20180518BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20180518BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20180518BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20180518BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20180518BHJP

   H05K 1/16 20060101ALI20180518BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20180518BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20180518BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20180518BHJP

【ＦＩ】

   H01Q23/00

   H01Q13/08

   H01Q21/24

   H01Q1/50

   H01Q21/08

   H05K1/16 E

   H05K3/46 Q

   H05K1/02 J

   H01L23/12 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-230728(P2017-230728)

(22)【出願日】2017年11月30日

(31)【優先権主張番号】15/368600

(32)【優先日】2016年12月3日

(33)【優先権主張国】US

(71)【出願人】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(71)【出願人】

【識別番号】506355419

【氏名又は名称】エリクソン アーベー

【氏名又は名称原語表記】Ｅｒｉｃｓｓｏｎ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100108501

【弁理士】

【氏名又は名称】上野 剛史

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】ドゥイシエン、リウ

(72)【発明者】

【氏名】シャオシン、グ

(72)【発明者】

【氏名】クリスチャン、ウィルヘルムス、バクス

(72)【発明者】

【氏名】アルベルト、ヴァルデス ガルシア

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル、ジョゼフ、フリードマン

(72)【発明者】

【氏名】ヨアキム、ハリーン

(72)【発明者】

【氏名】オーラ、ランナル、ターゲマン

【テーマコード（参考）】

4E351

5E316

5E338

5J021

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

4E351BB01

4E351BB18

4E351BB19

4E351BB20

4E351BB50

4E351DD04

4E351GG07

5E316AA43

5E316BB01

5E316BB04

5E316CC32

5E316HH06

5E316JJ02

5E316JJ03

5E316JJ04

5E338AA03

5E338CC01

5E338CD12

5E338EE11

5J021AA05

5J021AA09

5J021AB06

5J021CA03

5J021FA26

5J021HA10

5J021JA05

5J045AB05

5J045DA09

5J045HA05

5J045MA07

5J045NA04

5J046AA07

5J046AB13

5J046TA04

(57)【要約】

【課題】ワイヤレス通信パッケージを実現するためのアンテナ・パッケージ構造を提供する。
【解決手段】たとえば、アンテナ・パッケージは、多層パッケージ基板、平面アンテナ・アレー、アンテナ給電線、および抵抗のある伝送線を含む。平面アンテナ・アレーは、アクティブ・アンテナ要素のアレー、およびアクティブ・アンテナ要素のアレーを囲むダミー・アンテナ要素を含む。各アクティブ・アンテナ要素は、アンテナ給電線のうちの対応する１つに結合され、各ダミー・アンテナ要素は、抵抗のある伝送線のうちの対応する１つに結合されている。それぞれの抵抗のある伝送線は、多層パッケージ基板を貫通して延び、多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内で終端されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナ接地平面、複数のアンテナ給電線、および複数の抵抗のある伝送線を含む多層パッケージ基板と、
平らな蓋を含むパッケージ・カバーであって、前記平らな蓋が、前記平らな蓋の第１の表面上にパターン形成された平面アンテナ・アレーを含み、前記平面アンテナ・アレーが、アクティブ・アンテナ要素のアレー、およびアクティブ・アンテナ要素の前記アレーを囲む複数のダミー・アンテナ要素を含む、前記パッケージ・カバーとを含み、
前記パッケージ・カバーは、前記平らな蓋の前記第１の表面が前記多層パッケージ基板の第１の表面に向き合うようにして前記多層パッケージ基板の前記第１の表面にボンディングされており、前記平らな蓋の前記第１の表面上の各アクティブ・アンテナ要素は、前記アンテナ接地平面のうちの対応する１つおよび前記アンテナ給電線のうちの対応する１つに位置合わせされており、前記平らな蓋の前記第１の表面上の各ダミー・アンテナ要素は、前記アンテナ接地平面のうちの対応する１つおよび前記抵抗のある伝送線のうちの対応する１つに位置合わせされており、
抵抗のある伝送線のそれぞれが、前記多層パッケージ基板を貫通して延び、前記多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内で終端されており、
前記パッケージ・カバーが、前記平面アンテナ・アレーと前記多層パッケージ基板の前記第１の表面との間に空間を設けるために前記平らな蓋の前記第１の表面が前記多層パッケージ基板の前記第１の表面から距離をあけて固定して配置されるようにして前記多層パッケージ基板にボンディングされている、アンテナ・パッケージ。

【請求項2】

各アンテナ給電線が、第１のアンテナ給電線および第２のアンテナ給電線を含み、前記第１のアンテナ給電線および前記第２のアンテナ給電線が、前記アクティブ・アンテナ要素の動作の２偏波モードを可能にする請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項3】

抵抗のある伝送線のそれぞれが、第１の抵抗のある伝送線および第２の抵抗のある伝送線を含み、前記第１の抵抗のある伝送線および前記第２の抵抗のある伝送線が、前記ダミー・アンテナ要素に入射する２偏波放射の終端を可能にする請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項4】

前記アクティブ・アンテナ要素および前記ダミー・アンテナ要素が、パッチ・アンテナ要素を含む請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項5】

前記アンテナ給電線が、均等化された長さを有する請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項6】

前記多層パッケージ基板内の前記アンテナ給電線の横方向の引き回しが、前記多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内に形成された伝送線によって実施されている請求項５に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項7】

前記アンテナ給電線の前記横方向の引き回しのための前記伝送線が、コプレーナ導波路伝送線を含む請求項６に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項8】

前記多層パッケージ基板が複数の隔離構造を含み、各隔離構造が、前記多層パッケージ基板の複数の層内に形成された一連のメタライゼーション・トレースおよび導電ビアを含み、各隔離構造がさらに、平面アンテナ要素のうちの１つに関連付けられている前記アンテナ接地平面のうちの１つと前記アンテナ給電線のうちの１つの末端部分とを囲むように構成されている請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項9】

前記多層パッケージ基板の第２の表面上に形成され、前記多層パッケージ基板と前記多層パッケージ基板の前記第２の表面にフリップ・チップ・ボンディングされるＲＦＩＣ（無線周波数集積回路）チップとの間の電磁遮蔽を行うように構成されている接地平面をさらに含む、請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項10】

前記多層パッケージ基板の前記第２の表面にフリップ・チップ・ボンディングされた複数のＲＦＩＣチップをさらに含み、前記多層パッケージ基板の前記第２の表面上に形成された前記接地平面が、前記ＲＦＩＣチップと、前記多層パッケージ基板内に形成されたパッケージ給電線、信号線、および電力線との間の接続のための接触ポートを提供するための複数のビア開口を含む請求項９に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項11】

前記多層パッケージ基板が、
コア基板ならびに前記コア基板の第１の表面および第２の表面上に形成された第１の接地平面および第２の接地平面を含む平らなコア層と、
前記コア基板の前記第１の接地平面にボンディングされたアンテナ層であって、複数の積層された層を含み、それぞれの積層された層が、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含み、前記アンテナ層が、前記アンテナ接地平面、前記アクティブ・アンテナ要素に位置合わせされ、前記アクティブ・アンテナ要素に電磁的に結合されている前記アンテナ給電線の末端部分、および前記ダミー・アンテナ要素に位置合わせされ、前記ダミー・アンテナ要素に電磁的に結合されている前記抵抗のある伝送線の末端部分を含む、前記アンテナ層と、
前記コア基板の前記第２の接地平面にボンディングされたインターフェース層であって、複数の積層された層を含み、それぞれの積層された層が、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含み、前記インターフェース層が、前記インターフェース層の１つまたは複数のパターン形成されたメタライゼーション層上に形成された電力平面、接地平面、および信号線を含む、前記インターフェース層と
を含む請求項１に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項12】

複数の積層された層を含む多層パッケージ基板であって、積層された層のそれぞれが、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含む、前記多層パッケージ基板を含み、
前記多層パッケージ基板が、
アクティブ・アンテナ要素のアレー、およびアクティブ・アンテナ要素の前記アレーを囲む複数のダミー・アンテナ要素を含む平面アンテナ・アレーと、
複数のアンテナ給電線であって、各アクティブ・アンテナ要素が、前記アンテナ給電線のうちの対応する１つに結合されている、前記複数のアンテナ給電線と、
複数の抵抗のある伝送線であって、各ダミー・アンテナ要素が、前記抵抗のある伝送線のうちの対応する１つに結合されている、前記複数の抵抗のある伝送線とをさらに含み、
抵抗のある伝送線のそれぞれが、前記多層パッケージ基板を貫通して延び、前記多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内で終端されている、アンテナ・パッケージ。

【請求項13】

各アンテナ給電線が、第１のアンテナ給電線および第２のアンテナ給電線を含み、前記第１のアンテナ給電線および前記第２のアンテナ給電線が、前記アクティブ・アンテナ要素の動作の２偏波モードを可能にし、抵抗のある伝送線のそれぞれが、第１の抵抗のある伝送線および第２の抵抗のある伝送線を含み、前記第１の抵抗のある伝送線および前記第２の抵抗のある伝送線が、前記ダミー・アンテナ要素に入射する２偏波放射の終端を可能にする請求項１２に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項14】

前記アクティブ・アンテナ要素および前記ダミー・アンテナ要素のそれぞれが、給電パッチ要素および前記給電パッチ要素に電磁的に結合されるパッチ・アンテナを含む積層されたパッチ構造を含み、前記アンテナ給電線が、前記アクティブ・アンテナ要素の前記給電パッチ要素のうちの対応する給電パッチ要素に接続され、前記抵抗のある伝送線が、前記ダミー・アンテナ要素の前記給電パッチ要素のうちの対応する給電パッチ要素に接続されている請求項１２に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項15】

前記多層パッケージ基板が、複数の隔離構造を含み、各隔離構造が、前記多層パッケージ基板の複数の積層された層内に形成された一連のメタライゼーション・トレースおよび導電ビアを含み、各隔離構造が、前記アクティブ・アンテナ要素および前記ダミー・アンテナ要素の前記給電パッチ要素のうちの対応する１つを囲むように構成されている請求項１４に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項16】

前記アンテナ給電線が、均等化された長さを有する請求項１２に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項17】

前記多層パッケージ基板内の前記アンテナ給電線の横方向の引き回しが、前記多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内に形成された伝送線によって実施されている請求項１６に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項18】

前記多層パッケージ基板の第２の表面上に形成され、前記多層パッケージ基板と前記多層パッケージ基板の前記第２の表面にフリップ・チップ・ボンディングされるＲＦＩＣ（無線周波数集積回路）チップとの間の電磁遮蔽を行うように構成されている接地平面をさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項19】

前記多層パッケージ基板の前記第２の表面にフリップ・チップ・ボンディングされた複数のＲＦＩＣチップをさらに含み、前記多層パッケージ基板の前記第２の表面上に形成された前記接地平面が、前記ＲＦＩＣチップと、前記多層パッケージ基板内に形成されたパッケージ給電線、信号線、および電力線との間の接続のための接触ポートを提供するための複数のビア開口を含む請求項１８に記載のアンテナ・パッケージ。

【請求項20】

パッケージ構造であって、
モジュール式パッケージと、
前記モジュール式パッケージに結合されたコネクタ・パッケージとを含み、
前記モジュール式パッケージが、
多層パッケージ基板であって、
コア基板ならびに前記コア基板の第１の表面および第２の表面上に形成された第１の接地平面および第２の接地平面を含む平らなコア層、
前記コア基板の前記第１の接地平面にボンディングされた第１のインターフェース層であって、複数の積層された層を含み、積層された層のそれぞれが、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含む、前記第１のインターフェース層、ならびに
前記コア基板の前記第２の接地平面にボンディングされた第２のインターフェース層であって、複数の積層された層を含み、積層された層のそれぞれが、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含み、前記第２のインターフェース層が、前記第２のインターフェース層の１つまたは複数のパターン形成されたメタライゼーション層上に形成された電力平面、接地平面、および信号線を含む、前記第２のインターフェース層を含む、前記多層パッケージ基板と、
前記第１のインターフェース層、前記平らなコア層、および前記第２のインターフェース層を貫通して引き回されている複数のアンテナ給電線と、
前記第２のインターフェース層にフリップ・チップ取り付けされたＲＦＩＣ（無線周波数集積回路）チップであって、各アンテナ給電線が、前記ＲＦＩＣチップの対応するアンテナ給電ポートに接続されている、前記ＲＦＩＣチップとを含み、
前記コネクタ・パッケージが、前記コネクタ・パッケージの第１の表面上に配置された複数のコネクタ、および前記コネクタ・パッケージを貫通して引き回されている複数の給電線を含み、各給電線が、前記コネクタ・パッケージの第２の表面から前記コネクタ・パッケージの前記第１の表面上に配置された前記コネクタのうちの対応する１つまで引き回されており、
前記モジュール式パッケージの各アンテナ給電線が前記コネクタ・パッケージの前記給電線のうちの対応する１つに結合されることによって前記ＲＦＩＣチップの前記アンテナ給電ポートと前記コネクタ・パッケージの前記コネクタとの間の接続を提供するように、前記コネクタ・パッケージの前記第２の表面が前記モジュール式パッケージの前記第１のインターフェース層に結合されており、
前記コネクタ・パッケージの前記コネクタが、前記パッケージ構造を、（ｉ）前記ＲＦＩＣチップおよび前記アンテナ給電線の特性を試験するための外部試験機器、ならびに（ｉｉ）前記ＲＦＩＣチップによって制御される外部アンテナ・アレー・システムのうちの少なくとも１つに結合するように構成されている、パッケージ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、ワイヤレス通信パッケージ構造に関し、特に、ミリ波（ｍｍ波）の用途のためのコンパクトな集積化された無線／ワイヤレス通信システムを形成するために半導体ＲＦＩＣ（無線周波数集積回路）チップを有するアンテナ構造をパッケージングするための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

集積アンテナを有するワイヤレス通信パッケージ構造を構築するとき、低コストで信頼性の高いパッケージ・ソリューションを提供しながら適切なアンテナ特性（たとえば、高効率、広帯域幅、良好な放射特性など）を提供するパッケージ設計を実現することが重要である。集積プロセスは、微細な特徴がパッケージ構造に実装され得るような高精度な製造テクノロジーの使用を必要とする。従来のソリューションは、概して、損失が多いまたは高誘電率材料を利用するあるいはその両方である複雑でコストのかかるパッケージング・テクノロジーを使用して実施される。民生用の用途に関しては、集積アンテナによる高性能なパッケージ設計は、通常必要とされない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、産業用の用途（たとえば、５Ｇセル・タワー（cell tower）の用途）に関しては、高性能なアンテナ・パッケージが必要とされ、概して、大きなフェーズド・アレー・アンテナ・システムを必要とする。フェーズド・アレー・アンテナを用いて高性能なパッケージを設計する能力は、ミリ波動作周波数以上にとっては些細なことではない。たとえば、アンテナの設計における通常の表面波（surface-wave）抑制方法は、表面波を抑制するために使用される追加構造が占める空間が大きすぎ、それがコンパクトな設計に望ましくないのでフェーズド・アレー・アンテナ・パッケージにおいては使用され得ない。さらに、その他の要因が、パッケージ環境内にフェーズド・アレー・アンテナ・システムを実装することを難しく、重大にする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の実施形態は、概して、集積アンテナ・アレーを有するアンテナ・パッケージ構造を含む。たとえば、本発明の一実施形態においては、アンテナ・パッケージが、多層パッケージ基板およびパッケージ・カバーを含む。多層パッケージ基板は、複数のアンテナ接地平面、複数のアンテナ給電線、および複数の抵抗のある伝送線を含む。パッケージ・カバーは、平らな蓋を含む。平らな蓋は、平らな蓋の第１の表面上にパターン形成された平面アンテナ・アレーを含み、平面アンテナ・アレーは、アクティブ・アンテナ要素のアレー、およびアクティブ・アンテナ要素のアレーを囲む複数のダミー・アンテナ要素を含む。パッケージ・カバーは、平らな蓋の第１の表面が多層パッケージ基板の第１の表面に向き合うようにして多層パッケージ基板の第１の表面にボンディングされており、平らな蓋の第１の表面上の各アクティブ・アンテナ要素は、アンテナ接地平面のうちの対応する１つおよびアンテナ給電線のうちの対応する１つに位置合わせされており、平らな蓋の第１の表面上の各ダミー・アンテナ要素は、アンテナ接地平面のうちの対応する１つおよび抵抗のある伝送線のうちの対応する１つに位置合わせされている。抵抗のある伝送線のそれぞれは、多層パッケージ基板を貫通して延び、多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内で終端されている。パッケージ・カバーは、平面アンテナ・アレーと多層パッケージ基板の第１の表面との間に空間を設けるために平らな蓋の第１の表面が多層パッケージ基板の第１の表面から距離をあけて固定して配置されるようにして多層パッケージ基板にボンディングされている。

【0005】

本発明の別の実施形態においては、アンテナ・パッケージが、複数の積層された層を含む多層パッケージ基板であって、積層された層のそれぞれが、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含む、多層パッケージ基板を含む。多層パッケージは、平面アンテナ・アレー、複数のアンテナ給電線、および複数の抵抗のある伝送線をさらに含む。平面アンテナ・アレーは、アクティブ・アンテナ要素のアレー、およびアクティブ・アンテナ要素のアレーを囲む複数のダミー・アンテナ要素を含む。各アクティブ・アンテナ要素は、アンテナ給電線のうちの対応する１つに結合され、各ダミー・アンテナ要素は、抵抗のある伝送線のうちの対応する１つに結合されている。抵抗のある伝送線のそれぞれは、多層パッケージ基板を貫通して延び、多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内で終端されている。

【0006】

本発明の別の実施形態は、モジュール式パッケージと、モジュール式パッケージに結合されたコネクタ・パッケージとを含むパッケージ構造を含む。モジュール式パッケージは、多層パッケージ基板を含む。多層パッケージ基板は、（ｉ）コア基板ならびにコア基板の第１の表面および第２の表面上に形成された第１の接地平面および第２の接地平面を含む平らなコア層と、（ｉｉ）コア基板の第１の接地平面にボンディングされた第１のインターフェース層であって、第１のインターフェース層が、複数の積層された層を含み、積層された層のそれぞれが、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含む、第１のインターフェース層と、（ｉｉｉ）コア基板の第２の接地平面にボンディングされた第２のインターフェース層とを含む。第２のインターフェース層は、複数の積層された層を含み、積層された層のそれぞれは、絶縁層上に形成されたパターン形成されたメタライゼーション層を含み、第２のインターフェース層は、第２のインターフェース層の１つまたは複数のパターン形成されたメタライゼーション層上に形成された電力平面（power plane）、接地平面、および信号線を含む。多層パッケージ基板は、第１のインターフェース層、平らなコア層、および第２のインターフェース層を貫通して引き回されている複数のアンテナ給電線をさらに含む。ＲＦＩＣチップは、第２のインターフェース層にフリップ・チップ取り付けされ、各アンテナ給電線は、ＲＦＩＣチップの対応するアンテナ給電ポートに接続されている。コネクタ・パッケージは、コネクタ・パッケージの第１の表面上に配置された複数のコネクタ、およびコネクタ・パッケージを貫通して引き回されている複数の給電線を含み、各給電線は、コネクタ・パッケージの第２の表面からコネクタ・パッケージの第１の表面上に配置されたコネクタのうちの対応する１つまで引き回されている。モジュール式パッケージの各アンテナ給電線がコネクタ・パッケージの給電線のうちの対応する１つに結合されることによってＲＦＩＣチップのアンテナ給電ポートとコネクタ・パッケージのコネクタとの間の接続を提供するように、コネクタ・パッケージの第２の表面はモジュール式パッケージの第１のインターフェース層に結合されている。コネクタ・パッケージのコネクタは、パッケージ構造を、（ｉ）ＲＦＩＣチップおよびアンテナ給電線の特性を試験するための外部試験機器、ならびに（ｉｉ）ＲＦＩＣチップによって制御される外部アンテナ・アレー・システムのうちの少なくとも１つに結合するように構成されている。

【0007】

本発明のこれらのおよびその他の実施形態が、添付の図面に関連して読まれるべき実施形態の以下の詳細な説明において説明される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態による、均等化された長さのアンテナ給電線を提供するための、パッケージ構造内のアンテナ給電線の長さを調整するための方法を概略的に示す図である。

【図3】本発明の実施形態による、均等化された長さのアンテナ給電線を提供するための、パッケージ構造内のアンテナ給電線の長さを調整するための方法を概略的に示す図である。

【図4】本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージに実装され得るフェーズド・アレー・アンテナ構成を概略的に示す図である。

【図5】本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージに実装され得るフェーズド・アレー・アンテナ構成を概略的に示す図である。

【図6】本発明の別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す図である。

【図7】本発明の別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す図である。

【図8】本発明の実施形態による、コネクタ・パッケージおよびモジュール式パッケージのインターフェースを取ることによってコネクタ化された（connectorized）ワイヤレス通信パッケージ構造を構築するためのプロセスを概略的に示す図である。

【図9】本発明のさらに別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す図である。

【図10】本発明のさらに別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態が、ワイヤレス通信パッケージ構造と、特に、高性能な集積アンテナ・システム（たとえば、フェーズド・アレー・アンテナ・システム）を有するコンパクトな集積化された無線／ワイヤレス通信システムを形成するために半導体ＲＦＩＣチップを有するアンテナ構造をパッケージングするための技術とに関連して以降でさらに詳細に検討される。添付の図面に示されるさまざまな層または構成要素あるいはその両方は正確な縮尺で描かれていないこと、集積アンテナおよびＲＦＩＣチップを有するワイヤレス通信パッケージを構築する際によく使用される種類の１つまたは複数の層または構成要素あるいはその両方は所与の図面において明示されない可能性があることを理解されたい。これは、明示されない層または構成要素あるいはその両方が実際のパッケージ構造から省略されることを示唆しない。さらに、図面全体を通じて使用される同じまたは同様の参照番号は、同じまたは同様の特徴、要素、または構造を表すために使用され、したがって、同じまたは同様の特徴、要素、または構造の詳細な説明は、図面の各々に関して繰り返されない。

【0010】

図１は、本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージ１００の概略側面断面図である。ワイヤレス通信パッケージ１００は、ＲＦＩＣチップ１０２と、ＲＦＩＣチップ１０２に結合されたアンテナ・パッケージ１０５（または「アンテナ・イン・パッケージ（antenna-in-package）」）とを含む。アンテナ・パッケージ１０５は、中心コア層１２０と、インターフェース層１３０と、アンテナ層１４０を含む多層パッケージ基板１１０を含む。アンテナ・パッケージ１０５は、片側に少なくとも１つのパッチ・アンテナ要素１５２（たとえば、パッチ・アンテナ要素）がパターン形成された平らな蓋１５１を含むパッケージ・カバー１５０をさらに含む。パッケージ・カバー１５０は、平らな蓋１５１上のパッチ・アンテナ要素１５２がパッケージ基板１１０の上側に向き合うようにしてパッケージ基板１１０の第１の側（たとえば、上側）に取り付けられる。平らな蓋１５１は、埋め込まれた空隙（air cavity）１６０を形成するためにパッケージ基板１１０の上側から距離Ｈに配置され、埋め込まれた空隙１６０は、下でさらに詳細に説明されるように、ミリ波動作周波数以上のための最適なアンテナ放射特性を有する高性能な集積アンテナ・システムの実現を可能にする。

【0011】

ＲＦＩＣチップ１０２は、ＲＦＩＣチップ１０２のアクティブな表面（表側）上に形成されたメタライゼーション・パターン（明示せず）を含み、そのメタライゼーション・パターンは、たとえば、ＲＦＩＣチップ１０２のＢＥＯＬ（バック・エンド・オブ・ライン（back end of line））配線構造の一部として形成される接触パッド、ＤＣ電源パッド、入力／出力パッド、制御信号パッド、関連する配線などの複数のボンディング／コンタクト・パッドを含む。ＲＦＩＣチップ１０２は、たとえば、はんだボール崩壊制御チップ接続（controlled collapse chip connection）（Ｃ４）１７０のアレーまたはその他の知られている技術を使用してパッケージ基板１１０の第２の側（たとえば、下側）にＲＦＩＣチップ１０２のアクティブな（表側の）表面をフリップ・チップ取り付けすることによってアンテナ・パッケージ１０５に電気的および機械的に接続されている。用途に応じて、ＲＦＩＣチップ１０２は、たとえば、受信機、送信機、またはトランシーバ回路、およびワイヤレスＲＦＩＣチップを実現するためによく使用されるその他の能動または受動回路要素を含むアクティブな側に形成されたＲＦＩＣ回路および電子構成要素を含む。

【0012】

図１に示されるように、本発明の一実施形態において、パッケージ基板１１０は、ＳＬＣ（表面積層回路（surface laminar circuit））、ＨＤＩ（高密度相互接続（highdensity interconnect））、または高集積密度の有機ベースの多層回路基板の形成を可能にするその他の製造技術などの知られている製造テクノロジーを使用して構築され得る多層構造を含む。これらの回路基板製造技術を使用して、パッケージ基板１１０は、メタライゼーションおよび誘電体／絶縁体材料の交互の層を含む積層された層のスタックから形成される可能性があり、メタライゼーション層は、誘電／絶縁材料のそれぞれの層によって上にあるまたは下にあるあるいはその両方のメタライゼーション層と分離されている。メタライゼーション層は銅で形成することができ、誘電／絶縁層はガラス繊維エポキシ材料からなる業界標準のＦＲ４絶縁層で形成することができる。その他の種類の金属をメタライゼーションおよび絶縁層のために使用することもできる。さらに、これらのテクノロジーによって、パッケージ基板１１０内に高密度配線および相互接続構造を形成をするために、たとえば、レーザー・アブレーション、フォト・イメージング、またはエッチングを使用して小さな導電ビア（たとえば、隣接するメタライゼーション層の間の部分的または埋め込み（buried）ビア）を形成することができる。

【0013】

図１の実施形態において、中心コア層１２０は、コア層１２０の両側にインターフェース層１３０およびアンテナ層１４０を構築すべき構造的に丈夫な層を提供する。一実施形態において、コア層１２０は、第１の側に第１の接地平面１２４を形成し、第２の側に第２の接地平面１２６を形成した基板層１２２を含む。基板層１２２は、標準のＦＲ４材料、または標準的なプリント回路基板を構築するために通常使用されるその他の標準的な材料で形成することができる基板層１２２は、ＦＲ４と同様の機械的および電気的特性を有するその他の材料によって形成することによって、パッケージ基板１１０を構造的に支持する比較的硬い基板構造を提供することができる。

【0014】

インターフェース層１３０は、複数の積層された層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を含み、それぞれの積層された層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、それぞれの誘電／絶縁層Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の上に形成されたそれぞれのパターン形成されたメタライゼーション層Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を含む。同様に、アンテナ層１４０は、複数の積層された層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を含み、それぞれの積層された層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、それぞれの誘電／絶縁層Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の上に形成されたそれぞれのパターン形成されたメタライゼーション層Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を含み、これらの層が、アンテナ層１４０内のさまざまな構成要素を形成する。

【0015】

上述のように、一実施形態において、インターフェース層１３０およびアンテナ層１４０の積層された層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、ミリ波用途などの高周波数用途のために必要とされる必須の許容誤差および設計規則を満たすことができるＳＬＣまたは同様のテクノロジーなどの最新の製造技術を使用して形成することができる。ＳＬＣプロセスによって、積層された層の各々は、パターン形成されたメタライゼーション層によって別々に形成され、インターフェース層１３０およびアンテナ層１４０の第１の層Ｌ１は、コア層１２０にボンディングされ、（それぞれのインターフェース層１３０およびアンテナ層１４０の）残りの積層された層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、およびＬ６は、任意の好適なボンディング技術、たとえば、接着剤またはエポキシ材料を使用して順番に１つにボンディングされている。図１にさらに示されるように、導電ビアが、コア層１２０を貫通し、インターフェース層１３０およびアンテナ層１４０の誘電／絶縁層Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６を貫通して形成されている。所与の誘電／絶縁層を貫通して形成される導電ビアは、所与の誘電／絶縁層のそれぞれの側に配置されたメタライゼーション層からパターン形成されるビア・パッドに接続されている。

【0016】

さまざまなメタライゼーション層Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、第１の接地平面１２４、および第２の接地平面１２６、ならびに垂直な導電ビアは、目標のワイヤレス通信の用途のために必要とされるさまざまな特徴を実装するために、パッケージ基板１１０のさまざまな層（コア層１２０、インターフェース層１３０、およびアンテナ層１４０）内におよびさまざまな層（コア層１２０、インターフェース層１３０、およびアンテナ層１４０）を通してパターン形成され、相互接続されている。そのような特徴は、たとえば、アンテナ給電線、接地平面、ＲＦ遮蔽および隔離構造、ＲＦＩＣチップ１０２（およびワイヤレス通信パッケージ１００に含まれる可能性があるその他のＲＦＩＣまたはチップ）への供給電力を引き回す電力平面、ＩＦ（中間周波数）信号、ＬＯ（局部発振器）信号、その他の低周波数Ｉ／Ｏ（入力／出力）ベースバンド信号を引き回すための信号線などを含む。

【0017】

特に、図１の例示的な実施形態に示されるように、パッケージ基板１１０は、インターフェース層１３０、コア層１２０、およびアンテナ層１４０を通して引き回されている（破線によって表される）第１のアンテナ給電線１１２および（破線によって表される）第２のアンテナ給電線１１４を含む。第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４は、パッケージ基板１１０のインターフェース層１３０、コア層１２０、およびアンテナ層１４０のメタライゼーション層および誘電層の一部である一連の相互接続された金属トレースおよび導電ビアを含む。

【0018】

図１にさらに示されるように、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ５は、アンテナ接地平面１４２と、平らな蓋１５１上に形成されたパッチ・アンテナ要素１５２に位置合わせされる結合開口１４２Ａ（たとえば、結合スロット）とを形成するようにパターン形成される。第１のアンテナ給電線１１２は、メタライゼーション層Ｍ４上にパターン形成され、アンテナ接地平面１４２の結合開口１４２Ａに位置合わせされる水平ストリップ線路構造１１２−１を含む。この実施形態において、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ２およびＭ５は、たとえば、水平ストリップ線路構造１１２−１のための接地平面として働く。水平ストリップ線路構造１１２−１は、結合開口１４２Ａを通じてパッチ・アンテナ要素１５２におよびパッチ・アンテナ要素１５２から電磁エネルギーを結合するように構成され、それによって、開口によって結合されたアンテナ構成を提供する。

【0019】

同様に、第２のアンテナ給電線１１４は、メタライゼーション層Ｍ６からパターン形成され、パッチ・アンテナ要素１５２に位置合わせされる水平マイクロストリップ構造１１４−１を含む。この実施形態において、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ５は、たとえば、水平マイクロストリップ構造１１４−１のための接地平面として働く。水平マイクロストリップ構造１１４−１は、パッチ・アンテナ要素１５２におよびパッチ・アンテナ要素１５２から電磁エネルギーを結合するように構成され、それによって、電磁的に結合されたパッチ・アンテナ構成を提供する。

【0020】

図１の例示的な実施形態において、第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４は、当業者によって理解されるであろうように、電磁信号を送信するかまたは受信するかあるいはその両方を行うとき、偏波ダイバーシティ（たとえば、水平および垂直偏波）を可能にするように構成される。特に、第１のアンテナ給電線１１２は、パッチ・アンテナ要素１５２の動作の水平偏波モードを可能にし、第２のアンテナ給電線１１４は、パッチ・アンテナ要素１５２の動作の垂直偏波モードを可能にする。さらに、図示をし易くするために１つのパッチ・アンテナ要素１５２ならびに関連するアンテナ給電線１１２および１１４のみが図１に示されているが、フェーズド・アレー・アンテナの用途に関しては、平らな蓋１５１は、パッチ・アンテナ要素のアレーを有し、パッケージ基板１１０は、アレーの各パッチ・アンテナ要素に関して、図１に示されたのと同様の給電線構成（水平および垂直偏波のための給電線１１２および１１４の対、ならびに結合開口１４２Ａを伴う接地平面１４２）を有する。

【0021】

本発明の一実施形態において、第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４（ならびにパッケージ基板１１０内に形成されたすべてのその他のアンテナ給電線）は、アンテナの動作を最適化するために均等化された長さを有するように設計される。たとえば、フェーズド・アレーの実装に関して、同じまたは実質的に同じ長さを有するようにパッケージ基板１１０内のすべてのアンテナ給電線を形成することは、アンテナ・アレーのパッチ・アンテナ要素に供給されるＲＦ信号の位相の調整を容易にし、フェーズド・アレーのビーム・スクイント（beam squint）を防止し、角度走査誤差（angle scan error）を減らし、アンテナ要素の動作の帯域幅を効果的に増やす。

【0022】

図１の例示的な実施形態において、インターフェース層１３０、コア層１２０、およびアンテナ層１４０を貫通して垂直に延びるアンテナ給電線１１２および１１４の垂直な部分の長さは、パッケージ基板１１０のさまざまな層の厚さに基づいて長さが決められている。しかし、ＲＦＩＣチップ１０２の対応するアンテナ給電線ポートに対するアンテナ・アレーのパッチ・アンテナ要素の水平方向／横方向の位置に依存して、パッチ・アンテナ要素とＲＦＩＣチップ１０２との間の横方向の距離が変わる。これに関連して、各アンテナ給電線が全体に同じ長さ（または実質的に同じ長さ）を有することを保証するために、本発明の一実施形態において、多層パッケージ基板１１０内のアンテナ給電線の横方向の引き回しは、多層パッケージ基板の同じメタライゼーション層内に形成された伝送線によって実施されている。たとえば、図１に示される実施形態において、アンテナ給電線１１２および１１４の長さは、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ１からパターン形成されるアンテナ給電線１１２および１１４の横方向の部分の引き回しを延ばすかまたは短くすることによってインターフェース層１３０の第１の層Ｌ１内で調節されている。

【0023】

より詳細には、図１の実施形態において、第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４の水平給電線部分１１２−２および１１４−２は、第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４がＲＦＩＣチップ１０２の給電ポートからアンテナ層１４０内の水平ストリップ線路構造１１２−１および水平マイクロストリップ構造１１４−１まで等しい長さを有することを保証するために、インターフェース層１３０の第１のメタライゼーション層Ｍ１からパターン形成される。第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４の水平給電線部分１１２−２および１１４−２の長さは、インターフェース層１３０、コア層１２０、およびアンテナ層１４０を貫通して引き回されるアンテナ給電線１１２および１１４のその他の部分の横方向または垂直方向あるいはその両方の位置の差を補償するために延ばされるかまたは短くされるかのどちらかである。そのような引き回しを示す例示的な実施形態が、図２および図３を参照して下でさらに詳細に説明される。

【0024】

インターフェース層１３０は、ＲＦＩＣチップ１０２に電力を分配し、パッケージ基板１１０にフリップ・チップ取り付けされる２つ以上のＲＦＩＣチップの間で信号を経路に沿って送るための配線を含む。たとえば、本発明の一実施形態において、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ３およびＭ４は、メタライゼーション層Ｍ３およびＭ４上にパターン形成される水平なトレースと、電力平面のメタライゼーションをＲＦＩＣチップ１０２上の接触パッドに接続するために層Ｌ４、Ｌ５、およびＬ６を貫通して形成される垂直なビア構造とを使用してアプリケーション・ボード（application board）（たとえば図４参照）からＲＦＩＣチップ１０２に電源電圧を分配するための電力平面として働く。別の実施形態においては、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ１を、パッケージ基板１１０に取り付けられた構成要素の間に電源電圧を分配するための電力平面として利用することもできる。さらに、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ５は、アプリケーション・ボードとＲＦＩＣチップ１０２との間で（またはパッケージ基板１１０に取り付けられた複数のＲＦＩＣチップの間で）制御信号、ベースバンド信号、およびその他の低周波数信号を送信するための信号線（たとえば、マイクロストリップ伝送線）を形成するためにパターン形成される。この実施形態において、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ６は、メタライゼーション層Ｍ５のマイクロストリップ伝送線のための接地平面として働くことができる。

【0025】

図１の例示的な実施形態において、層１２０、１３０、および１４０の各々は、遮蔽を行う目的で、および、たとえば、水平なトレースによって形成されるマイクロストリップまたはストリップ線路伝送線のための接地要素を提供するために使用される接地平面を含むことにさらに留意されたい。たとえば、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ２ならびにコア層１２０の接地平面１２４および１２６は、パッチ・アンテナによって捕捉される入射電磁放射（ＥＭ）への暴露からＲＦＩＣチップ１０２を遮蔽するためのＲＦ遮蔽物として働く接地平面を含む。

【0026】

さらに、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ２およびＭ３、コア層１２０の接地平面１２４および１２６、ならびにインターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ２およびＭ６は、たとえば、（ｉ）隣接するメタライゼーション層内に形成された水平な信号線トレースの間の遮蔽を行い、（ｉｉ）たとえば、水平な信号線トレースによって形成されるマイクロストリップまたはストリップ線路伝送線のための接地平面として働き、（ｉｉｉ）メタライゼーション層Ｍ２とメタライゼーション層Ｍ６との間で層Ｌ３からＬ６を貫通して形成され、たとえば、インターフェース層１３０を貫通して延びるアンテナ給電線の一部分（たとえば、垂直な部分１１２−３および１１４−３）を囲む、一連の垂直に接続された接地されたビアによって形成される垂直な遮蔽構造１３２の接地を行うように構成されている。超短波の用途に関して、ストリップ線路伝送線および接地遮蔽（ground shielding）の実施は、（１つまたは複数の）電力平面、低周波数制御信号線、およびその他の伝送線などのその他のパッケージ構成要素の干渉の影響を削減するのに役立つ。

【0027】

図１の例示的な実施形態において、アンテナ給電線１１２および１１４の垂直な部分１１２−３および１１４−３ならびに垂直な部分１１２−３および１１４−３を囲む垂直な遮蔽構造１３２は、本質的に、同軸伝送線と同様である伝送線構造を形成し、取り囲む垂直な遮蔽構造１３２は、外側の（遮蔽）導体として働き、垂直な部分１１２−３および１１４−３は、中心の（信号）導体として働く。同軸伝送線構成は、図１に概略的に示されるように、コア層１２０およびアンテナ層１４０を貫通して延びるアンテナ給電線１１２および１１４のその他の垂直な部分について実施することができる。

【0028】

さらに、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ６は、強化されたＥＭ遮蔽のためにパッケージ基板１１０をＲＦＩＣチップ１０２から隔離するための接地平面として働く。インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ６は、ＲＦＩＣチップ１０２と、パッケージ基板１１０のパッケージ給電線、信号線、および電力線との間の接続のための接触ポートを提供するためのビア開口を含む。

【0029】

加えて、アンテナ層１４０は、（第１のおよび第２のアンテナ給電線１１２および１１４の水平ストリップ線路構造１１２−１および水平マイクロストリップ構造１１４−１を囲む）接地された垂直な空洞壁（cavity wall）１４６と、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ２上に形成された下接地平面とによって形成される隔離領域１４４を含む。一実施形態においては、図１に示されるように、接地された垂直な空洞壁１４６が、アンテナ層１４０のメタライゼーション層Ｍ２からＭ６上にパターン形成され、アンテナ層１４０の層Ｌ３からＬ６内に形成される導電ビアによって相互に接続される一連の長方形の金属環（およびその他のメタライゼーションの特徴）を含む。隔離領域１４４は、パッチ・アンテナ要素１５２の放射効率を高めるように働き、アンテナ・アレーを実現するために平らな蓋１５１の底に形成され得る隣接するパッチ・アンテナ構造の間のＥＭ結合を少なくする。

【0030】

図２および図３は、本発明の実施形態による、均等化された長さのアンテナ給電線を提供するための、パッケージ構造内のアンテナ給電線の長さを調整するための方法を概略的に示す図である。特に、図２は、パッチ・アンテナ要素１５２におよびパッチ・アンテナ要素１５２からＲＦエネルギーを電磁的に結合するアンテナ給電線１１２および１１４の水平ストリップ線路構造１１２−１および水平マイクロストリップ構造１１４−１と、アンテナ給電線１１２および１１４の長さを調整するためにインターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ１上に形成される水平給電線部分１１２−２および１１４−２との重ね合わされたレイアウト・パターン２００の例示的な実施形態を示す。

【0031】

図２に示されるように、水平ストリップ線路構造１１２−１および水平マイクロストリップ構造１１４−１は、平面パッチ・アンテナ要素におよび平面パッチ・アンテナ要素からＲＦエネルギーを電磁的に結合するための知られている技術を使用して構成されるＵ字形（またはフォーク型）構造を含む。図２にさらに示されるように、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ１上に形成される水平給電線部分１１２−２および１１４−２は、アンテナ給電線１１２および１１４の全長を均等化することを可能にするために異なる長さの曲がりくねったレイアウト・パターンを含む。本発明の一実施形態において、水平給電線部分１１２−２および１１４−２は、水平給電線部分１１２−２および１１４−２とメタライゼーション層Ｍ１上に形成されるその他のアンテナ給電線構造の一部分との間の結合を最小化するかまたは防止するために、図３に示される接地されたコプレーナ導波路（ＣＰＷ：coplanar waveguide）構造を使用して形成される。

【0032】

特に、図３は、接地平面２１４と接地平面２１６との間に配置された信号線２１２を含む接地されたＣＰＷ構造２１０を示す。図１および図２の例示的な実施形態において、水平給電線部分１１２−２および１１４−２を形成する信号線２１２ならびに接地平面２１４および２１６は、インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ１からパターン形成される。図３にさらに示されるように、一連の接地ビア２１８が、接地平面２１４および２１６を下にある接地層に接続する。たとえば、図１の実施形態において、接地ビア２１８は、（メタライゼーション層Ｍ１内の）接地平面２１４および２１６をインターフェース層１３０の第２の層Ｌ２のメタライゼーション層Ｍ２の基礎をなす接地平面に接続するためにインターフェース層１３０の層Ｌ２の誘電／絶縁層Ｄ２内に形成される導電ビアを含む。

【0033】

図２にさらに示されるように、水平給電線部分１１２−２は、引き回し点（routingpoint）２０１と引き回し点２０２との間で引き回され、水平給電線部分１１４−２は、引き回し点２０３と引き回し点２０４との間で引き回されている。引き回し点２０１は、アンテナ層１４０の層Ｌ４からインターフェース層１３０の層Ｌ１まで延びるアンテナ給電線１１２の垂直な部分を表す。引き回し点２０２は、インターフェース層１３０の層Ｌ１からインターフェース層１３０の層Ｌ６まで延びるアンテナ給電線１１２の垂直な部分（たとえば、部分１１２−３、図１）を表す。引き回し点２０３は、アンテナ層１４０の層Ｌ６からインターフェース層１３０の層Ｌ１まで延びるアンテナ給電線１１４の垂直な部分を表す。引き回し点２０４は、インターフェース層１３０の層Ｌ１からインターフェース層１３０の層Ｌ６まで延びるアンテナ給電線１１４の垂直な部分（たとえば、部分１１４−３、図１）を表す。この構成では、アンテナ給電線１１２および１１４の水平なおよび垂直な給電部分のアンテナ・インピーダンスは、引き回し点２０１、２０２、２０３、および２０４の前で目標特性インピーダンスＺ_Ｏ（たとえば、５０オーム）にチューニングされている。したがって、インターフェース層１３０の第１の層Ｌ１のメタライゼーション層Ｍ１からパターン形成される水平給電線部分１１２−２および１１４−２の長さを延ばすかまたは短くすることは、パッチ・アンテナ１５２のインピーダンス整合に影響を与えない。

【0034】

図示を容易にするために、図１の例示的なワイヤレス通信パッケージ１００は、パッチ・アンテナ要素１５２の動作の２偏波（dual polarization）モードを可能にする１つのパッチ・アンテナ要素１５２ならびに対応するアンテナ給電線１１２および１１４を示す。しかし、上述のように、本発明のその他の実施形態においては、フェーズド・アレー・アンテナ・システムを実現するために、パッチ・アンテナ要素のアレーおよび関連するアンテナ給電線を有するワイヤレス通信パッケージが、製造される。たとえば、図４および図５は、本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージに実装され得るフェーズド・アレー・アンテナ構成を概略的に示す図である。特に、図４は、アクティブ・パッチ・アンテナ要素の４つのサブ・アレー（または四半分）３１０、３２０、３３０、および３４０に分けられるアクティブ・パッチ・アンテナ要素のアレーを含むフェーズド・アレー・アンテナ構成３００の平面図を概略的に示し、各サブ・アレーは、アクティブ・パッチ・アンテナ要素の４×４アレーを含む。

【0035】

フェーズド・アレー・アンテナ構成３００は、アクティブ・パッチ・アンテナ要素のアレーの外周の周りに配置された複数のダミー・パッチ要素３５０をさらに含む。ダミー・パッチ要素３５０は、当業者によって理解されるように、フェーズド・アレー・アンテナ構成３００のアクティブ・パッチ要素の放射特性を高めるように働く。たとえば、アレーの周囲の周りにダミー・パッチ要素３５０を置くことは、パッケージの端および適用環境がアンテナ・アレーの放射特性に対して有するすべての悪影響を減らす。結果として、ダミー・パッチ要素３５０は、アクティブ・パッチ要素が同様の放射パターンを有することを可能にする。

【0036】

図４にさらに示されるように、本発明の一実施形態においては、（破線の想像線で示される）複数のＲＦＩＣチップ１０２−１、１０２−２、１０２−３、および１０２−４をワイヤレス通信パッケージに実装することができ、各ＲＦＩＣチップ１０２−１、１０２−２、１０２−３、および１０２−４は、パッチ・アンテナ要素のサブ・アレー３１０、３２０、３３０、および３４０のそれぞれのサブ・アレーの動作を制御する。この実施形態において、ＲＦＩＣチップ１０２−１、１０２−２、１０２−３、および１０２−４は、パッケージ基板（たとえば、パッケージ基板１１０、図１）にフリップ・チップ・ボンディングされ、フェーズド・アレー・アンテナ構成３００の動作を協調させるためにインターフェース層（たとえば、インターフェース層１３０、図１）内に形成された制御線を介して互いに通信する。

【0037】

特に、図１の例示的な実施形態において、図４に示されたアクティブ・パッチ・アンテナ要素のアレー３１０、３２０、３３０、３４０は、平らな蓋１５１の下側に形成されている。各アクティブ・パッチ・アンテナ要素は、水平偏波モードおよび垂直偏波モードをサポートするために、図１に示されたように結合構造および方法（たとえば、接地平面１４２および結合開口１４２Ａ）を使用して、（図１に示されたアンテナ給電線１１２および１１４と同様の）アンテナ給電線の関連する対によって給電される。これに関連して、アンテナ給電線の１６個の対が、ＲＦＩＣチップ１０２−１からサブ・アレー３１０の対応するパッチ・アンテナ要素までパッケージ基板１１０を貫通して引き回され、アンテナ給電線の１６個の対が、ＲＦＩＣチップ１０２−２からサブ・アレー３２０の対応するパッチ・アンテナ要素までパッケージ基板１１０を貫通して引き回され、アンテナ給電線の１６個の対が、ＲＦＩＣチップ１０２−３からサブ・アレー３３０の対応するパッチ・アンテナ要素までパッケージ基板１１０を貫通して引き回され、アンテナ給電線の１６個の対が、ＲＦＩＣチップ１０２−４からサブ・アレー３４０の対応するパッチ・アンテナ要素までパッケージ基板１１０を貫通して引き回されている。加えて、各ＲＦＩＣチップ１０２−１、１０２−２、１０２−３、および１０２−４は、パッチ・アンテナ要素のそれぞれのサブ・アレー３１０、３２０、３３０、および３４０の動作を制御するための１６要素２偏波フェーズド・アレー送信／受信（Ｔｘ／Ｒｘ）システムを含む。

【0038】

図４は、本発明の実施形態によるワイヤレス通信パッケージ構造を使用して実現され得るフェーズド・アレー・アンテナ構成の例示的な実施形態であるに過ぎない。当業者は、本明細書において検討されるように、パッケージング構造および方法を使用して実現され得るさまざまなその他の種類のフェーズド・アレー・アンテナ構成に容易に想到し得る。

【0039】

フェーズド・アレー・アンテナ・システムの放射特性をさらに最適化するために、ダミー・パッチ要素３５０は、図５に概略的に示されるように、抵抗のある伝送線を用いて終端させることができる。特に、図５は、図４のフェーズド・アレー・アンテナ構成３００の一部分（たとえば、サブ・アレー３１０のアクティブ・パッチ・アンテナ要素３１０−１、３１０−２、３１０−３、３１０−４および隣接するダミー・パッチ要素３５０）を示し、各ダミー・パッチ要素３５０は、水平偏波モードのための第１の抵抗のある伝送線３５２および垂直偏波モードのための第２の抵抗のある伝送線３５４によって終端されるものとして概略的に示される。第１のおよび第２の抵抗のある伝送線３５２および３５４は、ダミー・アンテナ要素３５０に入射する２偏波放射の終端を可能にする。

【0040】

一実施形態において、抵抗のある伝送線３５２および３５４は、水平偏波モードおよび垂直偏波モードのための図１に示されたアンテナ給電線１１２および１１４と同様のアンテナ給電線構造と、抵抗のある伝送線３５２および３５４の末端部分を平らな蓋１５１上に形成された関連するダミー・パッチ要素３５０に結合するための結合方法（たとえば、接地平面１４２および結合開口１４２Ａ）とを用いて実現されている。しかし、抵抗のある伝送線３５２および３５４の末端をＲＦＩＣチップの水平および垂直偏波アンテナ給電ポートに接続する代わりに、抵抗のある伝送線３５２および３５４の末端部分は、たとえば、インターフェース層１３０の層Ｌ５のメタライゼーション層Ｍ５内で横方向に引き回され、終端されている（接地されている）。これに関連して、抵抗のある伝送線３５２および３５４の末端部分は、メタライゼーション層Ｍ５内でパターン形成され、インターフェース層１３０内の接地平面に接続される（終端される）長く折り返されたマイクロストリップ伝送線として製造することができる。

【0041】

抵抗のある伝送線３５２および３５４は、所与の用途のためにダミー・パッチ要素を終端するのに十分な目標特性インピーダンス（たとえば、Ｚ_Ｏ＝５０オーム）を有するように製造することができる。抵抗のある伝送線３５２および３５４の特性インピーダンスＺ_Ｏは、アンテナ・アレーの放射パターンに対する特定の影響を実現すること、または特定の周波数応答を取得することなどのために上手く設計され得る。インターフェース層１３０のメタライゼーション層Ｍ５内にパターン形成される抵抗のある伝送線３５２および３５４の横方向の部分は、Ｚ_Ｏオームの抵抗器をダミー・パッチ要素の給電ポートに接続するのと電気的に等価である伝送線の損失をもたらすのに十分である長さで形成されている。

【0042】

図６および図７は、本発明の別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す。より詳細には、図６は、アンテナ・パッケージ４０５と、たとえば、ＢＧＡ接続４０４のアレーまたはその他の同様の技術を使用してアプリケーション・ボード４０２に電気的および機械的に接続されるＲＦＩＣチップ１０２とを含むワイヤレス通信パッケージ４００の概略側面断面図である。ＢＧＡ接続４０４は、アンテナ・パッケージ４０５の下側４１０−２上のメタライゼーション層（たとえば、インターフェース層１３０の層Ｌ６のメタライゼーション層Ｍ６、図１）のボンディング／接触パッドおよび配線パターンと、アプリケーション・ボード４０２の第１の（上）側４０２−１のメタライゼーション層の対応するボンディング／接触パッドおよび配線パターンとの間に形成される。

【0043】

加えて、熱伝導材料（thermal interface material）の層４０６が、ＲＦＩＣチップ１０２の非アクティブな（裏側の）表面を、アプリケーション・ボード４０２の第１の側４０２−１から第２の（下）側４０２−２までアプリケーション・ボード４０２を貫通して延びる複数の金属熱伝導ビア（metallic thermal via）４０８に位置合わせされるアプリケーション・ボード４０２の領域に熱的に結合するために利用される。熱伝導材料の層４０６は、ＲＦＩＣチップ１０２から熱伝導ビア４０８まで熱を伝えるように働き、熱伝導ビア４０８は、ＲＦＩＣチップ１０２によって生成される熱を放散する、アプリケーション・ボード４０２の下側４０２−２に取り付けられたヒート・シンク４０９に熱を伝える。その他の放熱技術が、実施される可能性がある。図１に示されたパッケージ構造１００が、図６に示される技術を使用してアプリケーション・ボードに取り付けられ得ることを理解されたい。

【0044】

アンテナ・パッケージ４０５は、パッケージ基板４１０およびパッケージ・カバー４５０を含む。パッケージ基板４１０は、複数のアンテナ給電線４１４−１、４１４−２、４１４−３、および４１４−４を含み、各アンテナ給電線は、パッケージ基板４１０のさまざまな交互のメタライゼーション層および絶縁／誘電層の一部として形成される一連の相互に接続された金属トレースおよび導電ビアを含む。パッケージ基板４１０が図６に包括的に示されているが、本発明の一実施形態において、パッケージ基板４１０は、図１の実施形態に示されたパッケージ基板１１０と同様のインターフェース層、コア層、およびアンテナ層を含む多層積層構造を含む。たとえば、図６の例示的な実施形態においては、パッケージ・カバー４５０上に形成されたパッチ・アンテナ要素の動作の垂直偏波モードを可能にするために、（図１に示された）アンテナ給電線１１４と同様の複数のアンテナ給電線４１４−１、４１４−２、４１４−３、および４１４−４を実装することができる。

【0045】

特に、図６に示されるパッケージ・カバー４５０は、平面パッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４のアレーが平らな蓋４５１の第１の（下）側４５１−１上に形成されるようにして平らな蓋１５１を含む。パッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４は、パッケージ基板４１０の上側４１０−１上にパターン形成されるアンテナ給電線４１４−１、４１４−２、４１４−３、および４１４−４の末端部分にそれぞれ位置が合うようにして平らな蓋４５１の下側４５１−１上に配置されている。図６に示される実施形態においては、図示を容易にするために４つのパッチ・アンテナ要素だけが示されるが、平面アンテナ要素のアレーは、任意の数のパッチ・アンテナ要素、たとえば、ダミー・パッチ要素を伴う１６個のアクティブ・パッチ・アンテナ要素の４×４アレーまたは６４個のアクティブ・パッチ・アンテナ要素の８×８アレー（たとえば、図４）を含むすることができる。さらに、１つのＲＦＩＣチップ１０２のみが図６に示されるが、図４の例示的な実施形態を参照して上で検討されたように、平らな蓋４５１上に形成されたアンテナ・アレーのパッチ・アンテナ要素の異なるサブ・アレーを制御するために、パッケージ基板４１０の下側４１０−２に複数のＲＦＩＣチップをフリップ・チップ取り付けすることができる。

【0046】

図６にさらに示されるように、平らな蓋４５１は、平らな蓋４５１の下側４５１−１の周辺領域の周りに形成された一連のボンディング・パッド４５３を含む。加えて、パッケージ・カバー４５０は、両側に一連のボンディング・パッド４５５が形成された別の長方形フレーム構造４５４を含む。さらに、一連のボンディング・パッド４５６が、パッケージ基板４１０の上側４１０−１の周辺領域の周りに形成されている。複数のマイクロはんだボール４５７（たとえば、５０μｍのはんだボール）が、はんだリフロー・プロセス中に平らな蓋４５１およびパッケージ基板４１０にフレーム構造４５４をボンディングするために使用され、それによって、平らな蓋４５１とパッケージ基板４１０との間に高さＨの埋め込まれた空隙４６０を提供する固定されたパッケージ・カバー４５０を形成している。

【0047】

本発明の一実施形態において、平らな蓋４５１は、平らな基板、たとえば、有機積層基板、プリント回路基板積層体、セラミック基板、または所与の用途に適した何らかのその他の種類の基板から形成される。平らな蓋は、アンテナ要素（たとえば、４５２−１、４５２−２、４５２−３、４５２−４）のアレーおよびボンディング・パッド４５３を形成するようにパターン形成されるメタライゼーション層を片側（たとえば、下側４５１−１）に含む。一実施形態において、平らな蓋４５１は、約０．４ｍｍから約２．０ｍｍまでの範囲の厚さで形成される。

【0048】

フレーム構造４５４は、両側に銅のメタライゼーションを有する別の基板から製造される可能性がある。１つの例示的な実施形態において、（フレーム構造４５４を形成する）基板は、たとえば、約２４０ミクロンの厚さを有する可能性があるが、基板の厚さは、所与の用途に望ましい埋め込まれた空隙４６０の目標の高さＨに依存して変わり得る。基板の両側の銅のメタライゼーションは、ボンディング・パッド４５５を形成するようにパターン形成され得る。そして、基板の中央の領域が、平らな蓋４５１の周囲の面のフットプリント（footprint）に対応するフットプリントを有する長方形フレーム構造４５４を形成するために取り去られる（milled away）。

【0049】

本発明の一実施形態において、図６に示されるパッケージ・カバー４５０は、はんだリフロー・プロセスを使用してパッケージ基板４１０にボンディングすることができる。このプロセスによって、はんだボール４５７を、ボンディング・プロセスの前に平らな蓋４５１のボンディング・パッド４５３およびパッケージ基板４１０のボンディング・パッド４５６上に形成することができる。フレーム構造４５４は、平らな蓋４５１およびパッケージ基板４１０のはんだボール４５７がフレーム構造４５４の上側および下側のボンディング・パッド４５５のうちの対応するボンディング・パッド４５５に位置合わせされ、接触するようにして平らな蓋４５１とパッケージ基板４１０との間に置かれる。それから、はんだリフロー・プロセスが、はんだボール４５７を溶かし、したがって、パッケージ・カバー４５０をパッケージ基板４１０にボンディングするために実行される。このボンディング・プロセスにおいて、はんだリフロー・プロセスは、パッケージ基板４１０の上側４１０−１のアンテナ給電線４１４−１、４１４−２、４１４−３、および４１４−４のそれぞれの末端部分とのパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４のセルフ・アライメントを保証する。

【0050】

埋め込まれた空隙４６０は、パッチ・アンテナ要素とパッケージ基板４１０のアンテナ接地平面（たとえば、接地平面１４２、図１）との間に低誘電率の媒体、すなわち、誘電率≒１である空気を提供する。本発明の一実施形態において、空隙４６０（および図１の１６０）の高さＨは、約４００ミクロンであり、より広く言えば、動作周波数およびその他の要因に依存して約５０ミクロンから約２０００ミクロンまでの範囲内である。埋め込まれた空隙４６０は、主要な表面波を抑制するかまたは消し去るように働く低誘電率の媒体を提供し、それらの主要な表面波は、そうではなくパッチ・アンテナ要素および接地平面が誘電または絶縁材料で作られた物理的な基板の両側に形成される従来のパッチ・アンテナ・アレーの設計を用いたならば存在することになる。

【0051】

さらに言えば、従来のパッチ・アンテナ・アレーの設計においては、基板は、３を超える誘電率を有する誘電／絶縁材料によって形成され得るものであり、それは、アンテナ・アレーの隣接したパッチ要素の間を基板の表面に沿って流れる主要な表面波を生じさせ得る。これらの表面波は、端で電流を生じる可能性があり、ひいては、それらの電流が、パッチ要素の所望の放射パターンに悪影響を与え、乱す可能性がある望ましくない放射をもたらす。さらに、表面波は、アンテナ・アレーのパッチ・アンテナ要素の間の強い相互の結合を引き起こす可能性があり、不都合なことに、その強い相互の結合は、入力インピーダンスおよび放射パターンの著しいシフトにつながる。

【0052】

図６（および図１）の実施形態において、アンテナ接地平面とパッチ・アンテナ・アレーとの間の埋め込まれた空隙４６０は、主要な表面波を消し去り、それによって、パッチ・アンテナ・アレーの放射効率および放射ビーム形状を改善するように働く効果的な波の抑制技術である。平面アンテナ要素が形成される平らな蓋４５１は、平らな蓋４５１の下側４５１−１を流れる表面波が原因でアンテナ要素の間の何らかの相互の結合をもたらす可能性があるが、そのような表面波は、微弱であり、フェーズド・アレー・アンテナ・システムの放射効率および所望の放射パターンに対しての悪影響があったとしても最小限である。

【0053】

したがって、埋め込まれた空隙４６０は、追加的な表面波抑制構造を実装する必要をなくし、そうでなければ、それらの追加的な表面波抑制構造が、余りにも大きな面積を占め、パッチ・アンテナ・アレーのフットプリントを増やすことになる。平らな蓋４５１がフェーズド・アレー・アンテナ・システムの放射効率および放射パターンに与える可能性があるすべての悪影響を最小化するために、平らな蓋４５１は、低い誘電率を有する材料でできるだけ薄く形成される。さらに、フォーム（foam）およびテフロン（Ｒ）などの低誘電率材料が（埋め込まれた空隙４６０の代替として）考慮される可能性があるが、これらの材料は、パッケージ製造プロセスのさまざまな段階（たとえば、ＢＧＡボンディングなど）の間に晒される高温および高圧に耐えることができない。

【0054】

集積フェーズド・アレー・アンテナ・システムのサイズによっては、パッケージ・カバー４５０の面積が、比較的大きい可能性があり、それは、平面アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４が形成される平らな蓋４５１のたるみまたはたわみをもたらす可能性がある。本発明の１つの実施形態においては、図６および図７に示されるように、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４が、平らな蓋４５１の反りまたはたるみを防止するために平らな蓋４５１の第２の側（上側）４５１−２に形成される。本発明の一実施形態において、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４は、平面パッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４のアレーと同様のフットプリントおよびレイアウトを有する。たとえば、図６に示されるように、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４は、平らな蓋４５１の下側４５１−１および上側４５１−２でそれぞれのパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４に位置合わせされている。

【0055】

平らな蓋４５１の上側４５１−２および下側４５１−１の金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４ならびにそれぞれのパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４の形成は、製造をしやすくし、パッケージ・カバーの製造中の反りを防止または最小化し、平らな蓋４５１に構造的な完全性を加えてワイヤレス通信パッケージの構築中および構築後のたるみを防止するように働く。特に、平らな蓋４５１の製造中、平らな蓋４５１の両側の銅負荷は、銅の熱膨張および収縮が原因である反りを防止するように働く。

【0056】

特に、銅のメタライゼーションが比較的大きく薄い平らな蓋４５１の片側に形成される場合、銅のメタライゼーションの熱膨張および収縮が原因で平らな蓋４５１の片側にかけられる力が、平らな蓋４５１の反りをもたらす可能性がある。一方、平らな蓋４５１の両側に同様のメタライゼーション・パターンを有することにより、平らな蓋４５１の両側の銅のメタライゼーションの熱膨張および収縮によって同様の力が及ぼされ、それが、平らな蓋４５１が平らなままであることを保証する。平らな蓋４５１の両側の銅負荷の割合は、平らな蓋４５１の平坦さを保証するのに十分であるべきである。

【0057】

平らな蓋４５１の上側４５１−２の金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４は反りおよびたるみを防止するのに役立つが、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４は、パッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４の放射特性に対するすべての悪影響を最小化するかまたは別の方法で与えないようにして設計されるべきである。図７は、本発明の実施形態による、アンテナ・アレーの放射特性に対するすべての悪影響を最小化しながらアンテナ・パッケージ・カバーの反りまたはたるみを防止するための金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４に関して実施され得る例示的なパターンを示す平らな蓋４５１の上側４５１−２の一部分の概略的な平面図である。

【0058】

図７に示されるように、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４の各々は、見た目が正方形の「四つ葉のクローバー」に似ている「葉っぱ形」パターンを有する。より詳細には、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４は、本質的に、複数のエッチングされたすき間４５９がある、（図７においては破線の輪郭線によって示される）下にあるパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４と同じであり、それらのパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４に位置合わせされる外周のフットプリントを有する長方形パッチである。エッチングされたすき間４５９は、平らな蓋４５１の反りおよびたるみを防止するための必要な構造的支持を与えながら、下にあるパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４の放射特性に対して金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４が及ぼす可能性があるすべての影響を最小化するために設けられる。すき間４５９のサイズおよび間隔はパッチ・アンテナ要素４５２−１、４５２−２、４５２−３、および４５２−４のチューニング特性に対して何らかの影響を確かに与えるが、アンテナ構造のその他の構造パラメータは、金属支持構造（たとえば、金属支持構造４５８−１、４５８−２、４５８−３、および４５８−４）が実装されるときに、所望の放射特性を得るように調整され得る。

【0059】

（たとえば、別々のインターフェース層、コア層、およびアンテナ層を有する）アンテナ・パッケージ構造を製造するための本明細書において検討される多層積層構造および方法は、（標準的な構造的枠組みを有する）モジュール式パッケージ構造が、たとえば、コネクタ層または異なる種類のアンテナ層などと容易にインターフェースを取られることを可能にするモジュール式設計を支援する。モジュール方式のこの概念が、図８に概略的に示される。

【0060】

特に、図８は、本発明の実施形態による、コネクタ・パッケージ５４２およびモジュール式パッケージ構造５０５のインターフェースを取ることによってコネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００を構築するためのプロセスを概略的に示す。図８に示されるように、モジュール式パッケージ構造５０５は、基礎（標準化された）パッケージ基板５１０と、基礎パッケージ基板５１０にフリップ・チップ取り付けされたＲＦＩＣチップ１０２とを含む。図８の例示的な実施形態において、基礎パッケージ基板５１０は、図１に示されたインターフェース層およびコア層と構造的に同じであるインターフェース層１３０およびコア層１２０を含む。加えて、インターフェース層５４０（または多層構造５４０）が、コア層１２０上に形成される。インターフェース層５４０は、図１に示されたアンテナ層１４０の層Ｌ１およびＬ２と構造的に同様である第１の層Ｌ１および第２の層Ｌ２を含む。

【0061】

コネクタ・パッケージ５４２は、それぞれのメタライゼーション層Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６ならびに誘電層Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、およびＤ６を含む複数の積層された層Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、およびＬ６を含む。コネクタ・パッケージ５４２は、コネクタ・パッケージ５４２の第１の表面５４２−１上に形成された第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２を含む。第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２は、たとえば、同軸コネクタまたは導波路インターフェースを使用して実現され得る。加えて、コネクタ・パッケージ５４２は、コネクタ・パッケージ５４２の第２の表面５４２−２からコネクタ・パッケージ５４２の第１の表面５４２−１上のそれぞれの第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２までコネクタ・パッケージ５４２を貫通して引き回される第１の給電線５４６−１および第２の給電線５４６−２を含む。

【0062】

第１の給電線５４６−１および第２の給電線５４６−２は、コネクタ・パッケージ５４２の第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２を、インターフェース層５４０のメタライゼーション層Ｍ２上に露出される第１のアンテナ給電線１１２および第２のアンテナ給電線１１４の末端部分にそれぞれ接続するように構成されている。第１の給電線５４６−１および第２の給電線５４６−２の横方向の部分を形成するメタライゼーション（たとえば、コネクタ・パッケージ５４２の層Ｌ４のメタライゼーション層Ｍ４）は、第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２のための適切な横方向の引き回しおよびインピーダンス整合を提供するようにパターン形成されている。

【0063】

コネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００は、図８に示される両方向矢印によって示されるように、コネクタ・パッケージ５４２を基礎パッケージ基板５１０に適切に位置合わせしてボンディングすることによって形成されている。コネクタ・パッケージ５４２およびインターフェース層５４０は、一緒にボンディングされるときに完全なパッケージの特徴を有するインターフェース層を集合的に形成する。たとえば、コネクタ・パッケージ５４２およびインターフェース層５４０は、コネクタ・パッケージ５４２およびインターフェース層５４０が一緒にボンディングされるときに（図１に示されるように接地された垂直な空洞壁１４６によって形成される隔離領域１４４と同様の）隔離領域を形成する金属の特徴を含む。

【0064】

コネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００は、たとえば、ＲＦＩＣチップ１０２の性能、または基礎パッケージ基板５１０内のアンテナ給電線およびインターフェース構造の性能を評価するために使用され得る。これに関連して、外部試験機器、パッケージ構造、または外部アンテナ・システムなどが、第１のコネクタ５４４−１および第２のコネクタ５４４−２を使用してコネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００に結合され得る。特に、外部のアンテナ・アレー・システムが、コネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００に接続され、ＲＦＩＣチップ１０２上のトランシーバ回路によって制御される可能性がある。

【0065】

図示を容易にするために、図８の例示的なコネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造５００は、コネクタ５４４−１／５４４−２と対応する給電線５４６−１／５４６−２の１つの対を示す。しかし、本発明のその他の実施形態においては、本明細書において検討されるアンテナ・アレー・システムに関して、アンテナ給電線の多数の対および複数のＲＦＩＣチップを有するモジュール式パッケージ構造とインターフェースを取るように構成されるコネクタおよび関連する給電線の多数の対を有するコネクタ・パッケージ５４２を製造することができる。これに関連して、複数のＲＦＩＣチップを有するコネクタ化されたパッケージ構造を、たとえば、ＲＦＩＣチップによって制御される外部フェーズド・アレー・アンテナ・システムとインターフェースを取るために製造することができる。

【0066】

図９および図１０は、本発明のさらに別の実施形態によるワイヤレス通信パッケージを概略的に示す。特に、図９は、ＲＦＩＣチップ１０２に結合されたアンテナ・パッケージ６１０を含むワイヤレス通信パッケージ６００の概略側面断面図である。アンテナ・パッケージ６１０は、中心コア層６２０と、インターフェース層６３０と、アンテナ層６４０を含む多層基板構造を含む。中心コア層６２０、インターフェース層６３０、およびアンテナ層６４０は、図１の例示的な実施形態を参照して上で検討された中心コア層１２０、インターフェース層１３０、およびアンテナ層１４０と同様のさまざまな特徴を実装する。しかし、図９の実施形態は、図１のワイヤレス通信パッケージ１００のようにパッケージ・カバーおよび埋め込まれた空隙を利用しない。その代わりに、アンテナ要素が、アンテナ層６４０のメタライゼーション層の一部として製造される。

【0067】

特に、図９に示されるように、アンテナ・パッケージ６１０は、アンテナの動作の水平偏波モードを実施するための（破線によって表される）第１のアンテナ給電線６１２と、アンテナの動作の垂直偏波モードを実施するための（破線によって表される）第２のアンテナ給電線６１４とを含む。第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４は、インターフェース層６３０、コア層６２０、およびアンテナ層６４０を貫通して引き回され、第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４は、それぞれの垂直な部分６１２−１および６１４−１、水平な部分６１２−２および６１４−２、ならびに垂直な部分６１２−３および６１４−３を含む。

【0068】

特に、図９に示されるように、第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４の垂直な部分６１２−３および６１４−３は、インターフェース層６３０を貫通して延び、垂直な遮蔽構造６３２によって遮蔽され、図１を参照して上で検討されたように同軸伝送線を効果的に形成している。加えて、図９の例示的な実施形態において、第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４の水平な部分６１２−２および６１４−２は、インターフェース層６３０の第１の層Ｌ１のメタライゼーション層Ｍ１内にパターン形成されている。水平な部分６１２−２および６１４−２は、たとえば、図２および図３を参照して上で検討された方法を使用して、アンテナ給電線６１２および６１４の長さを調整し、それによって、均等化された給電線の長さを提供するように設計されている。

【0069】

さらに、第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４の垂直な部分６１２−１および６１４−１は、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２に給電するために、インターフェース層６３０からコア層６２０を貫通してアンテナ層６４０内に延びる。積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２は、アンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ４上にパターン形成された給電パッチ要素６４２と、アンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ６上にパターン形成されたパッチ・アンテナ放射器要素（patch antenna radiator element）６４１とを含む。第１のおよび第２の給電線６１２および６１４の垂直な部分６１２−１および６１４−１は、２偏波動作を可能にするために給電パッチ要素６４２上の異なる点に接続されている。給電パッチ要素６４２は、知られているアンテナ設計技術を使用してパッチ・アンテナ放射器要素６４１におよびパッチ・アンテナ放射器要素６４１からＲＦエネルギーを結合するように構成されている。

【0070】

図９にさらに示されるように、隔離領域６４４が、（積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２を囲む）垂直な空洞壁６４６およびメタライゼーション層Ｍ２上に形成された下接地平面によって形成されている。隔離領域６４４は、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２の放射効率を高めるように働き、アンテナ層６４０の上面上に形成された積層されたパッチ・アンテナ構造のアレーの隣接する積層されたパッチ・アンテナ構造の間のＥＭ結合を少なくする。

【0071】

図１０は、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２および取り囲む垂直な空洞壁６４６の上平面図を概略的に示す。図１０に示されるように、アンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ４上にパターン形成される給電パッチ要素６４２は、十字形のパターン（たとえば、角を切り落とされた長方形）を含む。アンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ６上に形成されるパッチ・アンテナ放射器要素６４１は、下にある給電パッチ要素６４２に位置合わせされるフットプリント面積を含む。図１０にさらに示されるように、第１のおよび第２のアンテナ給電線６１２および６１４の垂直な部分６１２−１および６１４−１は、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２の動作の２偏波モードを可能にするために給電パッチ要素６４２の異なる側に接続されている。

【0072】

図１０にさらに示されるように、垂直な空洞壁６４６は、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２を囲む。垂直な空洞壁６４６は、長方形金属環６４７のスタックおよび垂直なビア６４８を含む。長方形金属環６４７のスタックは、たとえば、アンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ３、Ｍ４、およびＭ５（図９）からパターン形成される金属の特徴を含む。垂直なビア６４８は、垂直な空洞壁６４６をアンテナ層６４０のメタライゼーション層Ｍ２上の基礎をなす接地平面に接地するために、アンテナ層６４０の層Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５にまたがって長方形金属環６４７のスタックを一緒に接続するためにアンテナ層６４０の誘電層Ｄ３、Ｄ４、およびＤ５（図９）内に形成される一連の金属ビアを含む。

【0073】

図示を容易にするために、図９および図１０の例示的なワイヤレス通信パッケージ６００は、１つの積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２と、積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２の動作の２偏波モードを可能にする対応するアンテナ給電線６１２および６１４とを用いて示されている。しかし、ワイヤレス通信パッケージ６００は、（ｉ）積層されたパッチ・アンテナ構造６４１／６４２のアレー、および１つまたは複数のＲＦＩＣチップに接続された関連する給電線の対、ならびに（ｉｉ）たとえば、図４および図５を参照して上で検討されたのと同じまたは同様の技術を使用する、インターフェース層６３０のメタライゼーション層Ｍ５内で終端される関連する抵抗のある伝送線を有するダミーの積層されたパッチ構造を持つように製造することができる。

【0074】

当業者は、本発明の実施形態による集積化されたチップ／アンテナ・パッケージ構造に関連するさまざまな利点を容易に理解するであろう。たとえば、パッケージ構造は、半導体ＲＦＩＣチップを有するアンテナ構造を製造し、パッケージングするための知られている製造およびパッケージング技術を使用して、ミリ波周波数以上で動作するように構成されるコンパクトな集積化された無線／ワイヤレス通信システムを形成することで容易に製造され得る。さらに、本発明の実施形態による集積化されたチップ・パッケージは、アンテナがトランシーバ・チップなどのＩＣチップと一体的にパッケージングされることを可能にし、それが、トランシーバとアンテナとの間の損失が極めて少ないコンパクトな設計をもたらす。たとえば、パッチ・アンテナ、スロット・アンテナ、スロット・リング・アンテナ（slot ring antenna）、ダイポール・アンテナ、およびキャビティ・アンテナ（cavityantenna）を含むさまざまな種類のアンテナの設計が、実現され得る。さらに、本明細書において検討された本発明の実施形態による集積アンテナ／ＩＣチップ・パッケージの使用は、空間、サイズ、コスト、および重さを著しく節約し、それは、実質的にすべての民生用または軍事用の用途にとって非常に価値あることである。

【0075】

実施形態が例示を目的として添付の図面を参照して本明細書において説明されたが、本発明の実施形態はそれらの厳密な実施形態に限定されず、さまざまなその他の変更および修正が本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって本明細書になされ得ることを理解されたい。

【符号の説明】

【0076】

１００ ワイヤレス通信パッケージ
１０２ ＲＦＩＣチップ
１０２−１ ＲＦＩＣチップ
１０２−２ ＲＦＩＣチップ
１０２−３ ＲＦＩＣチップ
１０２−４ ＲＦＩＣチップ
１０５ アンテナ・パッケージ
１１０ 多層パッケージ基板
１１２ 第１のアンテナ給電線
１１２−１ 水平ストリップ線路構造
１１２−２ 水平給電線部分
１１２−３ 垂直な部分
１１４ 第２のアンテナ給電線
１１４−１ 水平マイクロストリップ構造
１１４−２ 水平給電線部分
１１４−３ 垂直な部分
１２０ 中心コア層
１２２ 基板層
１２４ 第１の接地平面
１２６ 第２の接地平面
１３０ インターフェース層
１３２ 垂直な遮蔽構造
１４０ アンテナ層
１４２ アンテナ接地平面
１４２Ａ 結合開口
１４４ 隔離領域
１４６ 垂直な空洞壁
１５０ パッケージ・カバー
１５１ 平らな蓋
１５２ パッチ・アンテナ要素
１６０ 埋め込まれた空隙
１７０ はんだボール崩壊制御チップ接続
２００ レイアウト・パターン
２０１ 引き回し点
２０２ 引き回し点
２０３ 引き回し点
２０４ 引き回し点
２１０ ＣＰＷ構造
２１２ 信号線
２１４ 接地平面
２１６ 接地平面
２１８ 接地ビア
３００ フェーズド・アレー・アンテナ構成
３１０ サブ・アレー
３２０ サブ・アレー
３３０ サブ・アレー
３４０ サブ・アレー
３５０ ダミー・パッチ要素
３５２ 第１の抵抗のある伝送線
３５４ 第２の抵抗のある伝送線
４００ ワイヤレス通信パッケージ
４０２ アプリケーション・ボード
４０２−１ 第１の（上）側
４０２−２ 第２の（下）側
４０４ ＢＧＡ接続
４０５ アンテナ・パッケージ
４０６ 熱伝導材料の層
４０８ 熱伝導ビア
４０９ ヒート・シンク
４１０ パッケージ基板
４１０−１ 上側
４１０−２ 下側
４１４−１ アンテナ給電線
４１４−２ アンテナ給電線
４１４−３ アンテナ給電線
４１４−４ アンテナ給電線
４５０ パッケージ・カバー
４５１ 平らな蓋
４５１−１ 第１の（下）側
４５１−２ 第２の側（上側）
４５２−１ 平面パッチ・アンテナ要素
４５２−２ 平面パッチ・アンテナ要素
４５２−３ 平面パッチ・アンテナ要素
４５２−４ 平面パッチ・アンテナ要素
４５３ ボンディング・パッド
４５４ 長方形フレーム構造
４５５ ボンディング・パッド
４５６ ボンディング・パッド
４５７ マイクロはんだボール
４６０ 埋め込まれた空隙
４５８−１ 金属支持構造
４５８−２ 金属支持構造
４５８−３ 金属支持構造
４５８−４ 金属支持構造
４５９ エッチングされたすき間
５００ コネクタ化されたワイヤレス通信パッケージ構造
５０５ モジュール式パッケージ構造
５１０ 基礎パッケージ基板
５４０ インターフェース層
５４２ コネクタ・パッケージ
５４２−１ 第１の表面
５４２−２ 第２の表面
５４４−１ 第１のコネクタ
５４４−２ 第２のコネクタ
５４６−１ 第１の給電線
５４６−２ 第２の給電線
６００ ワイヤレス通信パッケージ
６１０ アンテナ・パッケージ
６１２ 第１のアンテナ給電線
６１２−１ 垂直な部分
６１２−２ 水平な部分
６１２−３ 垂直な部分
６１４ 第２のアンテナ給電線
６１４−１ 垂直な部分
６１４−２ 水平な部分
６１４−３ 垂直な部分
６２０ 中心コア層
６３０ インターフェース層
６３２ 垂直な遮蔽構造
６４０ アンテナ層
６４１ パッチ・アンテナ放射器要素
６４２ 給電パッチ要素
６４４ 隔離領域
６４６ 垂直な空洞壁
６４７ 長方形金属環
６４８ 垂直なビア
Ｄ１ 誘電／絶縁層
Ｄ２ 誘電／絶縁層
Ｄ３ 誘電／絶縁層
Ｄ４ 誘電／絶縁層
Ｄ５ 誘電／絶縁層
Ｄ６ 誘電／絶縁層
Ｌ１ 積層された層
Ｌ２ 積層された層
Ｌ３ 積層された層
Ｌ４ 積層された層
Ｌ５ 積層された層
Ｌ６ 積層された層
Ｍ１ メタライゼーション層
Ｍ２ メタライゼーション層
Ｍ３ メタライゼーション層
Ｍ４ メタライゼーション層
Ｍ５ メタライゼーション層
Ｍ６ メタライゼーション層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】