特開 2024-143875 フェーズドアレイアンテナ

(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】P2024143875

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】フェーズドアレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/26 20060101AFI20241003BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20241003BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20241003BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/26 Z

H01Q21/06

H01L29/78 617N

H01L27/04 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056793

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】520487808

【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003926

【氏名又は名称】弁理士法人イノベンティア

(72)【発明者】

【氏名】原 猛

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕平

(72)【発明者】

【氏名】中冨 隼也

(72)【発明者】

【氏名】大東 徹

【テーマコード（参考）】

5F038

5F110

5J021

【Ｆターム（参考）】

5F038AR07

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5J021GA02

5J021HA01

5J021HA05

5J021JA08

(57)【要約】

【課題】送受信性能に優れたフェーズドアレイアンテナを提供する。
【解決手段】フェーズドアレイアンテナは、複数の第１端子を有するプリント配線基板１０と、複数の第２端子を有し、プリント配線基板１０に対向して配置されたＴＦＴ基板５０と、第１端子と第２端子とをそれぞれ接続する複数の導電体３０とを備える。プリント配線基板は、複数の送受信用電極１２と、第１端子を介してＴＦＴ基板から制御信号を受け取り、制御信号に基づき、送受信用電極で送受信する信号の位相を制御する複数のビームフォーミングＩＣ２０とを備える。ＴＦＴ基板は、ＴＦＴを含み、ビームフォーミングＩＣを制御する制御信号を生成する複数の制御回路を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の第１端子を有するプリント配線基板と、
複数の第２端子を有し、前記複数の第１端子と前記複数の第２端子とが対向するように前記プリント配線基板に対して配置されたＴＦＴ基板と、
前記複数の第１端子と、前記複数の第２端子とをそれぞれ接続する複数の導電体と、
を備えたフェーズドアレイアンテナであって、
前記プリント配線基板は、
第１基板と、
前記第１基板に１次元または２次元に配列された複数の送受信用電極と、
前記第１基板に配置され、それぞれが前記複数の送受信用電極の少なくとも１つとの間で給電を行う複数のビームフォーミングＩＣであって、前記複数の第１端子の少なくとも１つを介して前記ＴＦＴ基板から制御信号を受け取り、前記制御信号に基づき、前記少なくとも１つの送受信用電極で送受信する信号の位相を制御する複数のビームフォーミングＩＣと、
を備え、
前記ＴＦＴ基板は、
第２基板と、
前記第２基板に形成され、複数の第２端子に接続された複数の制御回路であって、各制御回路は少なくとも１つのＴＦＴを含み、前記複数のビームフォーミングＩＣの１つを制御する制御信号を生成する、複数の制御回路と、
を備えた、フェーズドアレイアンテナ。

【請求項2】

前記プリント配線基板は、前記複数の第２端子と対向する第１主面と前記第１主面と反対側に位置する第２主面とを有し、前記複数の送受信用電極は前記第１主面に位置しており、前記複数のビームフォーミングＩＣは、前記第２主面に位置している、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項3】

前記第２基板はガラス基板、または、ポリイミド樹脂を含むフレキシブル基板である、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項4】

前記ＴＦＴは、半導体層を含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項5】

前記ＴＦＴは、前記第２基板と前記半導体層との間に位置する第１ゲート電極と、前記半導体層と前記第１基板との間に位置する第２ゲート電極とをさらに含む、請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項6】

前記複数の制御回路は少なくとも１つの配線層をさらに含み、
前記ＴＦＴ基板は、前記少なくとも１つの配線層を覆って前記第２基板に配置された平坦化層をさらに含み、前記平坦化層は有機材料によって構成されている、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項7】

前記少なくとも１つの配線層は銅を含む、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項8】

前記有機材料は、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂を主成分として含む、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項9】

前記複数の制御回路は抵抗層を含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項10】

前記抵抗層は、酸化物導電体によって構成されている、請求項９に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【請求項11】

前記ＴＦＴ基板は、前記第２基板と前記半導体層の間に位置し、平面視において、少なくとも前記半導体層と重なる紫外線吸収層をさらに備える、請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フェーズドアレイアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

無線ＬＡＮ、携帯電話通信網、衛星通信などの無線通信では、多くの情報を伝搬できることから、１ＧＨｚ程度から３０ＧＨ程度の範囲のマイクロ波が用いられる。このような高周波の電波は高い指向性で伝搬するため、ビームフォーミング技術を利用して電波の送受信が行われる場合がある。例えば特許文献１は、液晶層を位相制御に利用したフェーズドアレイアンテナを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－２５９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、より送受信性能に優れたフェーズドアレイアンテナを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の実施形態に係るフェーズドアレイアンテナは、複数の第１端子を有するプリント配線基板と、複数の第２端子を有し、前記複数の第１端子と前記複数の第２端子とが対向するように前記プリント配線基板に対して配置されたＴＦＴ基板と、前記複数の第１端子と、前記複数の第２端子とをそれぞれ接続する複数の導電体とを備え、前記プリント配線基板は、第１基板と、前記第１基板に１次元または２次元に配列された複数の送受信用電極と、前記第１基板に配置され、それぞれが前記複数の送受信用電極の少なくとも１つとの間で給電を行う複数のビームフォーミングＩＣであって、前記複数の第１端子の少なくとも１つを介して前記ＴＦＴ基板から制御信号を受け取り、前記制御信号に基づき、前記少なくとも１つの送受信用電極で送受信する信号の位相を制御する複数のビームフォーミングＩＣと、を備え、前記ＴＦＴ基板は、第２基板と、前記第２基板に形成され、複数の第２端子に接続された複数の制御回路であって、各制御回路は少なくとも１つのＴＦＴを含み、前記複数のビームフォーミングＩＣの１つを制御する制御信号を生成する、複数の制御回路とを備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一実施形態によれば、より送受信性能に優れたフェーズドアレイアンテナが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、フェーズドアレイアンテナの一実施形態を示す平面図である。

【図2】図２は、フェーズドアレイアンテナの一実施形態を示す断面図である。

【図3】図３は、ビームフォーミングＩＣの概略的な構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、フェーズドアレイアンテナのＴＦＴ基板の断面構造の一例を示す。

【図5】図５は、制御回路の構成例を示す回路図である。

【図6】図６は、図５に示す制御回路のレイアウトの一例を示す。

【図7】図７は、ＴＦＴ基板の製造方法を示す工程断面図である。

【図8】図８は、ＴＦＴ基板の製造方法を示す工程断面図である。

【図9】図９は、ＴＦＴ基板の製造方法を示す工程断面図である。

【図10】図１０は、ＴＦＴ基板の製造方法を示す工程断面図である。

【図11】図１１は、ＴＦＴ基板の製造方法を示す工程断面図である。

【図12】図１２は、フェーズドアレイアンテナのＴＦＴ基板の断面構造の他の例を示す。

【図13】図１３は、制御回路の構成例を示す回路図である。

【図14】図１４は、図１３に示す制御回路のレイアウトの一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。また、以下の説明において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、実施形態および変形例に記載された各構成は、本開示の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されていたり、一部の構成部材が省略されていたりする場合がある。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

【0009】

図１および図２は、それぞれ本実施形態のフェーズドアレイアンテナ１０１の模式的平面図および断面図である。フェーズドアレイアンテナ１０１は、プリント配線基板１０と、ＴＦＴ基板５０と、複数の導電体３０とを備える。

【0010】

プリント配線基板１０とＴＦＴ基板５０とは、互いに対向するように配置されている。具体的には、プリント配線基板１０およびＴＦＴ基板５０の互いに対向する面に、複数の第１端子１３および複数の第２端子７３が設けられている。複数の第１端子１３および複数の第２端子７３は互いに対向しており、複数の導電体３０によって互いに接続されている。

【0011】

プリント配線基板１０は、電磁波の送受信を行う複数の送受信用電極を備え、後述するように各送受信用電極で送受信する電磁波の位相を調節することによってビームフォーミングを行う。ＴＦＴ基板５０は、ビームフォーミングを行うための各種制御信号を、導電体３０を介してプリント配線基板１０へ送信する。また、ＴＦＴ基板５０は、送信波を、導電体３０を介してプリント配線基板１０へ送信し、プリント配線基板１０で受信した受信波を、導電体３０を介してプリント配線基板１０から受け取る。ＴＦＴ基板５０には、外部回路との信号の送受を行うためにフレキシブル基板４０が接続されている。フレキシブル基板４０には、制御ＩＣ４１などのＩＣが実装されていてもよい。以下、プリント配線基板１０およびＴＦＴ基板５０の構造を詳述する。

【0012】

プリント配線基板１０は、第１基板１１と、複数の送受信用電極１２と、複数のビームフォーミングＩＣ２０とを含む。第１基板１１は、第１主面１１ａおよび第１主面１１ａと反対側に位置する第２主面１１ｂを有する。第１主面１１ａはＴＦＴ基板５０と対向している。プリント配線基板１０は、例えば、複数の配線層と基材層とが積層された多層基板である。基材層は、例えば、樹脂単独、あるいは、樹脂が含浸したガラス繊維などによって構成され、配線層は、銅箔などの金属層をパターニングすることによって構成されている。プリント配線基板１０は可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。

【0013】

複数の送受信用電極１２は、第１主面１１ａに１次元または２次元に配列されている。本実施形態では、複数の送受信用電極１２は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に沿って、かつ千鳥状に配置されている。図１に示すように、各送受信用電極１２は、本実施形態では、円形の放射導体である。しかし、送受信用電極１２は、円形状以外の矩形形状など、他の形状を有していてもよい。放射導体のサイズは、フェーズドアレイアンテナ１０１が１ＧＨｚ程度から３０ＧＨ程度の範囲帯域の通信に用いられる場合、送受信用電極１２のサイズは、例えば、直径または矩形の１辺の長さで、サブミリメートルから数ミリメートル程度である。

【0014】

プリント配線基板１０は、後述するビームフォーミングＩＣ２０に電気的に接続され、各との間で送受信信号の給電を行う複数の給電素子をさらに備えている。
各給電素子は、例えば、ビア導体や配線パターンであって、送受信用電極１２に直接接続されていてもよいし、送受信用電極１２と電磁結合し得る位置に配置された、ストリップ導体であってもよい。給電素子は、第１基板１１の内部または第１主面１１ａに形成されている。各送受信用電極１２と、対応する給電素子とによって、１つの平面アンテナを構成する。複数の平面アンテナが１次元または２次元に配列されることによってアレイアンテナを構成している。

【0015】

複数のビームフォーミングＩＣ２０は、第２主面１１ｂに配置され、第１基板１１に実装されている。図１および図２に示す例では、平面視において、送受信用電極１２とビームフォーミングＩＣ２０とが重ならないように、ビームフォーミングＩＣ２０が配置されている。しかし、ビームフォーミングＩＣ２０は、平面視において、送受信用電極１２と重なるように配置されていてもよい。ビームフォーミングＩＣ２０と送受信用電極１２とが、第１基板１１の異なる主面にそれぞれ配置されていることによって、ビームフォーミングＩＣ２０の配置による制約を受けずに、送受信用電極１２を第１主面１１ａ配置できる。よって、第１主面１１ａに配置する送受信用電極１２の面積を大きくしたり、送受信用電極１２の数を多くしたりすることが可能となる。

【0016】

本実施形態では、１つのビームフォーミングＩＣ２０は、１つの送受信用電極１２の位相を制御する。しかし、１つのビームフォーミングＩＣ２０は、２以上の送受信用電極１２の位相を制御してもよい。

【0017】

図３は、ビームフォーミングＩＣ２０の概略的な構成を示すブロック図である。ビームフォーミングＩＣ２０は、例えば、アンテナスイッチ２１と、位相シフタ２２と、可変ゲインアンプ２３と、パワーアンプ２４と、アンテナスイッチ２１と、位相シフタ２２と、可変ゲインアンプ２３と、パワーアンプ２４と、アンテナスイッチ２５と、ローノイズアンプ２６と、可変ゲインアンプ２７と、位相シフタ２８と、コントローラ２９とを含む。また、ビームフォーミングＩＣ２０は、送受信端子ＴＲＸと、ＲＦ信号端子ＲＦＣと、制御端子ＣＴＬとを含む。

【0018】

ビームフォーミングＩＣ２０は、導電体３０、第１端子１３およびＲＦ信号端子ＲＦＣを介して、ＴＦＴ基板５０から送信信号を受け取る。ＲＦ信号端子ＲＦＣから入力された送信信号は、アンテナスイッチ２１および２５が送信回路２０ＴＸを選択することによって、位相シフタ２２で位相が調整され、可変ゲインアンプ２３でゲインが調整される。位相およびゲインが調整された送信信号は、パワーアンプ２４で増幅され、送受信用電極１２から外部へ放射される。

【0019】

送受信用電極１２が受信した電波による受信信号は、アンテナスイッチ２１および２５が受信回路２０ＲＸを選択することによって、ＴＦＴ基板５０へ出力される。具体的には、受信信号は、ローノイズアンプ２６によって増幅され、可変ゲインアンプ２７で利得が調整された後、位相シフタ２８で位相が調整される。位相および利得が調整された受信信号は、ＲＦ信号端子ＲＦＣ、第１端子１３および導電体３０を介してＴＦＴ基板５０へ出力される。

【0020】

ビームフォーミングＩＣ２０は、上述した動作を行うため、導電体３０、第１端子１３および制御端子ＣＴＬを介して、制御信号を受け取る。制御信号には、クロック信号、バイアス電圧信号、アドレス信号、位相情報を含む信号などが含まれる。図３では制御端子ＣＴＬを１つで示しているが、異なる種類の信号を受けるため、制御端子ＣＴＬは複数の端子で構成される。コントローラ２９は、例えば、メモリ、温度センサ、インターフェース、プロセッサなどを含み、制御信号に基づき、アンテナスイッチ２１、位相シフタ２２など、ビームフォーミングＩＣ２０の他のブロック回路を制御する。

【0021】

図４は、ＴＦＴ基板５０の構成例の一部を示す模式的断面図である。ＴＦＴ基板５０は、上述したビームフォーミングＩＣ２０を制御するための制御信号の少なくとも１つを生成する制御回路を含んでいる。この制御回路は、ＴＦＴを含む。本実施形態では、ＴＦＴ基板５０は、例えば、各ビームフォーミングＩＣ２０にバイアス電圧信号を生成するための複数の制御回路８０を含んでいる。図５は、制御回路８０の構成例を示す回路図である。また、図６は、図５に示す回路のレイアウトの一例を示す。

【0022】

制御回路８０はバイアス電圧生成回路を含んでいる。バイアス電圧生成回路は、トランジスタＴ１からＴ４を含む。以下において詳述するように、トランジスタＴ１からＴ４はＴＦＴであり、信頼性を高めるため、ダブルゲート構造を備えていることが好ましい。

【0023】

Ｖｇに電圧が印加され、トランジスタＴ１およびＴ３がオンの状態では、Ｖｉｎに応じた大きさのバイアス電圧信号がＶｏｕｔから出力される。また、Ｖｇがゼロボルトであり、トランジスタＴ１およびＴ３がオフの状態では、Ｃ１に蓄積された容量で定まる一定の電圧がＶｏｕｔから出力される。

【0024】

図４は、制御回路８０のトランジスタＴ１を含む断面におけるＴＦＴ基板５０の構造を示す。ＴＦＴ基板５０は第２基板５１を含む。第２基板５１は、ＴＦＴ基板５０の製造時に曝される熱によって実施的に変形しない絶縁材料によって構成されていることが好ましい。第２基板５１は、例えば、ガラス基板である。第２基板５１は、第１基板１１の熱膨張係数と同程度の熱膨張係数を有する材料によって構成されていてもよい。例えば、第２基板５１は、第１基板１１の基材層と、同じ材料によって構成されていてもよい。

【0025】

フェーズドアレイアンテナ１０１の製造工程において、プリント配線基板１０およびＴＦＴ基板５０を加熱して接合する場合、プリント配線基板１０の第１基板１１とＴＦＴ基板５０の第２基板５１との熱膨張係数とに大きな差があると、接合後にフェーズドアレイアンテナ１０１が室温に戻ることによって、第１基板１１と第２基板５１の収縮量に差が生じる。これによって、第１基板１１の第１端子１３および第２基板５１の第２端子７３近傍に大きな応力が生じたり、プリント配線基板１０およびＴＦＴ基板５０の一方に反りが生じ、フェーズドアレイアンテナ１０１が応力や反りによって所望の性能を十分に示すことができなかったり、信頼性が低下することが考えられる。第１基板１１と第２基板５１との熱膨張係数の差が小さくなるように、第１基板１１および第２基板の材料を選択することによって、このような課題の発生を抑制し得る。

【0026】

あるいは、第２基板５１は、ポリイミド樹脂などからなるフレキシブル基板によって構成されていてもよい。第２基板５１がガラスで構成され、第１基板１１がフレキシブル基板によって構成されていてもよい。第１基板１１および第２基板５１のいずれか一方が、フレキシブル基板で構成されていれば、熱膨張係数の差による膨張量や収縮量に差異が生じても、フレキシブル基板が曲がることによって、接合部分や基板にかかる応力を抑制することができる。この場合、フェーズドアレイアンテナ１０１全体の剛性を確保するという観点では、第１基板１１および第２基板５１のうち他方は、フレキシブル基板ではなく、剛性を有する基板で構成されていることが好ましい。

【0027】

ＴＦＴ基板５０は、ベースコート層５２、抵抗層５３、層間絶縁層５４、第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ、ボトムゲート絶縁層５６、半導体層５７、トップゲート絶縁層５８、第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃ、層間絶縁層６０、配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄ、平坦化層６２、６３、配線層６４、平坦化層６５、保護層６６、電極層６７Ａ、６７Ｂおよびパッド６８を備える。

【0028】

ベースコート層５２は、第２基板５１の主面５１ａ上に配置されている。ベースコート層５２は、第２基板５１とベースコート層５２より上の積層構造体との間の応力差を調整する。ベースコート層５２は、例えば酸化ケイ素によって構成され、１００ｎｍの厚さを有する。ベースコート層５２は窒化ケイ素によって構成されていてもよい。

【0029】

抵抗層５３は、ベースコート層５２上に位置している。抵抗層５３は、ＴＦＴ基板５０に形成されている分圧回路の一部であり分圧回路は制御回路に含まれる。抵抗層５３は、銅、アルミニウムなどの良導体よりも高い抵抗率を有する。例えば、抵抗層５３は、数百μΩ・ｃｍから数ｍΩ・ｃｍ程度の抵抗率を有する、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化スズなどの透明電極材料によって構成されている。

【0030】

層間絶縁層５４は、抵抗層５３を覆ってベースコート層５２上に位置している。層間絶縁層５４は、例えば酸化ケイ素によって構成され、３００ｎｍの厚さを有する。

【0031】

第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄは、層間絶縁層５４上に配置されている。このうち、配線層５５Ｃ、５５Ｄは、層間絶縁層５４に設けられたコンタクトホールを介して、抵抗層５３に接続されている。第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄは、例えば、モリブデンで構成され、２６０ｎｍの厚さを有する。第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄは、図６においてＭ１で示される。

【0032】

ボトムゲート絶縁層５６は、第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄは、を覆って層間絶縁層５４上に位置している。ボトムゲート絶縁層５６は、例えば、厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素の層および厚さ３２５ｎｍの窒化ケイ素の層を含む積層構造を有している。

【0033】

半導体層５７は、平面視において、第１ゲート電極５５Ａと重なるように位置している。半導体層５７は、アモルファスシリコン、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）または酸化物半導体によって構成されていることが好ましい。酸化物半導体としては、酸化銅、酸化銀、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムガリウム亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化チタン、酸化インジウムチタン、酸化インジウムチタン亜鉛などを用いることができる。例えば、半導体層５７は、例えば酸化インジウムガリウム亜鉛によって構成され、３０ｎｍの厚さを有している。

【0034】

低温多結晶シリコンおよび酸化物半導体は、高電子移動度かつ高駆動能力であるという特徴を備え、高周波数での応答性に優れる。また、酸化物半導体を備えるトランジスタは、オフ時のリーク電流が少ないという特徴を備える。

【0035】

トップゲート絶縁層５８は、少なくとも第１ゲート電極５５Ａの上方を覆って半導体層５７上に位置している。トップゲート絶縁層５８は、例えば、酸化ケイ素によって構成され、１５０ｎｍの厚さを有している。

【0036】

第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃは、トップゲート絶縁層５８上に位置している。このうち、第２ゲート電極５９Ａは、半導体層５７を挟んで第１ゲート電極５５Ａと重なるように位置している。第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃは、例えば、チタン／アルミニウム／チタンの３層構造によって構成されており、チタンの厚さはそれぞれ３０ｎｍであり、アルミニウムの厚さは３００ｎｍである。第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃは、図６においてＭ２で示される。

【0037】

層間絶縁層６０は、第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃを覆ってトップゲート絶縁層５８上に位置している。層間絶縁層６０は、例えば、厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素の層および厚さ３８０ｎｍの酸化ケイ素の層を含む積層構造を有している。

【0038】

配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄは、層間絶縁層６０上に位置している。配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄは、例えば、厚さ６３０ｎｍの銅の層および厚さ３０ｎｍのチタンの層を含む積層構造を有している。配線層６１Ａ、６１Ｂは、層間絶縁層６０に設けられたコンタクトホールを介して、半導体層５７にそれぞれ接続されている。また、配線層６１Ｃは、層間絶縁層６０に設けられたコンタクトホールを介して配線層５９Ｂと接続され、層間絶縁層６０、トップゲート絶縁層５８およびボトムゲート絶縁層５６に設けられたコンタクトホールを介して、配線層５５Ｂおよび配線層５５Ｃと接続されている。配線層６１Ｄは、層間絶縁層６０、トップゲート絶縁層５８およびボトムゲート絶縁層５６に設けられたコンタクトホールを介して、配線層５５Ｄと接続され、層間絶縁層６０に設けられたコンタクトホールを介して配線層５９Ｃと接続されている。配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄは、図６においてＭ３で示される。

【0039】

平坦化層６２は、配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄを覆って層間絶縁層６０上に位置している。さらに、平坦化層６３は、平坦化層６２上に位置している。平坦化層６２は、配線層５９Ｃの上方に位置する層間絶縁層６０の一部を覆っていない。つまり、層間絶縁層６０の一部は、配線層５９Ｃの上方において平坦化層６２から露出している。
平坦化層６２、６３は、例えば、それぞれ、１μｍ以上４μｍ以下程度の厚さを有している。平坦化層６２、６３は、有機材料、つまり、合成樹脂によって構成されていることが好ましい。有機材料は、無機材料よりも小さい比誘電率を備えているため、配線層間の容量が小さくなり、寄生容量を抑制することができる。具体的には、平坦化層６２、６３は、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂を主成分として含むことが好ましい。平坦化層６２、６３は、ポリイミド樹脂で構成されていることがより好ましい。ポリイミド樹脂は、アクリル樹脂等の他の樹脂よりも小さい誘電正接を備えている。このため、平坦化層６２、６３をポリイミド樹脂で構成することによって、配線層が送信信号や受信信号を伝送する場合に誘電損失を低減することができる。

【0040】

配線層６４は、平坦化層６３上に位置している。配線層６４は、例えば、６３０ｎｍの銅の層および厚さ３０ｎｍのチタンの層を含む積層構造を有している。配線層６４は、平坦化層６２、６３に設けられたコンタクトホールを介して、配線層６１Ｃに接続されている。

【0041】

平坦化層６５は、配線層６４を覆って平坦化層６３上に位置している。平坦化層６５は、例えば、１μｍ以上４μｍ以下程度の厚さを有している。平坦化層６５も、平坦化層６２、６３と同様、有機材料によって構成されていることが好ましく、ポリイミド樹脂で構成されていることがより好ましい。

【0042】

保護層６６は、平坦化層６５を含む第２基板５１の主面５１ａ上の構造全体を覆うように位置している。保護層６６は、例えば窒化ケイ素によって構成されており、２００ｎｍの厚さを有している。

【0043】

電極層６７Ａ、６７Ｂは、保護層６６上に位置している。電極層６７Ａ、６７Ｂは、例えば、酸化インジウム亜鉛によって構成され、１２５ｎｍの厚さを有している。電極層６７Ａは、保護層６６に設けられたコンタクトホールを介して、配線層６４に接続され、電極層６７Ｂは、保護層６６に設けられたコンタクトホールを介して、５９Ｃに接続されている。

【0044】

パッド６８は、電極層６７Ｂ上に位置している。パッド６８は、例えば、厚さ３００ｎｍの銅の層および厚さ３０ｎｍのチタンの層を含む積層構造を有している。パッド６８および電極層６７Ａは、第２端子７３を構成している。第２端子７３には導電体３０が接続されることによって、プリント配線基板１０とＴＦＴ基板５０とが電気的に接続され、送信信号および受信信号がプリント配線基板１０とＴＦＴ基板５０との間で伝送される。また、ＴＦＴ基板５０からプリント配線基板１０へビームフォーミングＩＣ２０を制御するための制御信号が伝送される。

【0045】

電極層６７Ｂは、フレキシブル基板４０に接続され、フェーズドアレイアンテナ１０１の外部の通信ユニットと、送信信号、受信信号および制御信号を伝送する。

【0046】

本実施形態ではＴＦＴ基板５０は、平坦化層６２、６３を備えているが平坦化層６２、６３は一体的に形成されていてもよい。また、各配線層、第１ゲート電極および第２ゲート電極、電極層は、モリブデン、アルミニウム、チタンおよび銅のいずれか１つまたは複数の層によって構成されていてもよいし、これらの合金層によって構成されていてもよい。

【0047】

図４を参照して説明したように、トランジスタＴ１は第１ゲート電極５５Ａおよび第２ゲート電極５９Ａを有するダブルゲート構造を備えている。図６に示すように、トランジスタＴ２、Ｔ３、Ｔ４も同様にダブルゲート構造を備えていることが好ましい。トランジスタＴ２、Ｔ３、Ｔ４もトランジスタＴ１と同様、第１ゲート電極５５Ａおよび第２ゲート電極５９Ａと同時に形成されるＭ１およびＭ２で示される配線層によって構成することができる。また、容量Ｃ１は、例えば、Ｍ２で示される、第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃと同時に形成される配線層と、Ｍ３で示される、配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄと同時に形成される配線層と、これらの間に位置する層間絶縁層６０とによって構成することができる。

【0048】

次にＴＦＴ基板５０の製造方法を説明する。ＴＦＴ基板５０は一般的な半導体装置製造技術を利用して作製することができる。図７から図１２を参照しながら、ＴＦＴ基板５０の製造方法の一例を説明する。

【0049】

まず、図７に示すように、ガラスからなる第２基板５１上にＣＶＤ装置を用いて、厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素からなるベースコート層５２を形成する。続いて、スパッタ装置を用いて、厚さ８０ｎｍの酸化インジウム亜鉛膜を形成する。酸化インジウム亜鉛膜をパターニングすることによって抵抗層５３が得られる。

【0050】

図８に示すように、ＣＶＤ装置を用い、抵抗層５３およびベースコート層５２上に、厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素からなる層間絶縁層５４を形成する。

【0051】

層間絶縁層５４に抵抗層５３の一部を露出するコンタクトホールを形成した後、スパッタ装置を用いて、コンタクトホール内および層間絶縁層５４上に、厚さ２６０ｎｍのモリブデン膜を形成する。モリブデン膜をパターニングすることによって、第１ゲート電極５５Ａ、配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄが形成される。

【0052】

次に、ＣＶＤ装置を用い、層間絶縁層５４、第１ゲート電極５５Ａおよび配線層５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ上に、厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素膜および厚さ３２５ｎｍの窒化ケイ素膜を含むボトムゲート絶縁層５６を形成する。その後、スパッタ装置を用いて、厚さ３０ｎｍの酸化インジウムガリウム亜鉛膜をボトムゲート絶縁層５６上に形成し、アニール処理を施した後、パターニングすることによって、半導体層５７を形成する。

【0053】

ＣＶＤ装置を用いて、半導体層５７およびボトムゲート絶縁層５６上に厚さ１５０ｎｍの酸化ケイ素膜形成し、アニール処理を施すことによってトップゲート絶縁層５８を形成する。スパッタ装置を用いて、トップゲート絶縁層５８上に、厚さ３０ｎｍのチタン膜、厚さ３００ｎｍのアルミニウム膜、厚さ３０ｎｍのチタン膜を順に形成し、パターニングを行うことによって、第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃを形成する。

【0054】

図９に示すように、ＣＶＤ装置を用い、第２ゲート電極５９Ａ、配線層５９Ｂ、５９Ｃおよびトップゲート絶縁層５８上に、厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜および厚さ３８０ｎｍの酸化ケイ素膜を含む層間絶縁層６０を形成する。

【0055】

層間絶縁層６０、トップゲート絶縁層５８およびボトムゲート絶縁層５６に、配線層５９Ｂ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ、５９Ｃの一部を露出するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内および層間絶縁層６９上に、厚さ６３０ｎｍの銅膜および厚さ３０ｎｍのチタン膜を形成し、パターニングすることによって、配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄを形成する。

【0056】

図１０に示すように、フォトリソグラフ技術を用いて、配線層６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、６１Ｄおよび層間絶縁層６０上に、厚さ１μｍ～４μｍのアクリル系もしくはポイリミド系の樹脂を２回塗布しパターニングを行うことによって、平坦化層６２、６３を形成する。

【0057】

平坦化層６２、６３に配線層６１Ｃの一部を露出させるコンタクトホールを形成した後、２３スパッタ装置を用いて、コンタクトホール内および平坦化層６３上に厚さ６３０ｎｍの銅膜および厚さ３０ｎｍのチタン膜を形成し、パターニングを行うことによって、配線層６４を形成する。

【0058】

図１１に示すように、フォトリソグラフ技術を用いて、配線層６４および平坦化層６３上に、厚さ１μｍ～４μｍのアクリル系もしくはポリイミド系の樹脂を塗布しパターニングを行うことによって、平坦化層６５を形成する。

【0059】

平坦化層６５に、配線層６４の一部を露出させるコンタクトホールを形成した後、ＣＶＤ装置を用いて、第２基板５１の主面５１ａ全体の構造を覆うように、厚さ２００ｎｍの窒化ケイ素膜を形成し、配線層６４、５９Ｃの一部を露出させるコンタクトホールを形成することにより、保護層６６を形成する。

【0060】

スパッタ装置を用いて、コンタクトホール内および保護層６６上に厚さ１２５ｎｍの酸化インジウム亜鉛膜を形成し、パターニングすることによって電極層６７Ａ、６７Ｂを形成する。さらに、スパッタ装置を用いて電極層６７Ａおよび保護層６６上に厚さ３００ｎｍの銅膜および厚さ３０ｎのチタン膜を形成し、パターニングすることによってパッド６８を形成する。これによりＴＦＴ基板５０が完成する。

【0061】

本実施形態のフェーズドアレイアンテナ１０１によれば、ビームフォーミングＩＣ２０によって送受信信号の位相を制御するため、誘電体による位相制御を用いる場合に比べ、温度安定性に優れる。また、ビームフォーミングＩＣ２０を制御する回路の少なくとも一部を、プリント配線基板１０とは別のＴＦＴ基板５０に形成することによって、プリント配線基板１０に配置する回路の規模を小さくし、送受信用電極１２の面積を大きくすること、および／または、送受信用電極の数を多くすることが可能となる。よって、送受信感度の向上やビーム制御の向上を図ることが可能となる。

【0062】

また、プリント配線基板１０において、送受信用電極１２とビームフォーミングＩＣ２０とは異なる主面にそれぞれ実装されている。このため、送受信用電極１２の配置の自由度を高めたり、送受信用電極１２を配置する面積を十分に確保できる。また、ＴＦＴ基板５０と対向する第１主面１１ａに送受信用電極を実装することによって、送受信用電極１２が外側に露出することが避けられ、送受信用電極１２の放射導体を保護することできる。ビームフォーミングＩＣ２０は第２主面１１ｂに実装されているため、プリント配線基板１０とＴＦＴ基板５０とを接合する際に、ビームフォーミングＩＣ２０が干渉することが避けられる。

【0063】

また、ＴＦＴ基板５０に形成される制御回路が酸化物半導体層を有するＴＦＴを含む場合、ＴＦＴのオフ時のリーク電流を低減することができる。ＴＦＴのチャネルが高電子移動度を有するので、高周波での応答性に優れる。さらにＴＦＴがダブルゲート構造を備えることによって、リーク電流を低減し、かつ、信頼性を高めることができる。

【0064】

また、ＴＦＴ基板５０の配線層に銅を用いる場合には、高周波制御時の損失を低減させることができる。平坦化層が有機材料によって構成されていることによって、比誘電率を小さくすることができ、配線層間の損失を低減することができる。さらに有機材料がポリイミドである場合には、誘電正接が小さいため、高周波信号を伝送させる際に誘電損失を小さくすることができる。

【0065】

また、ＴＦＴ基板５０には、例えば、ビームフォーミングＩＣ２０にバイアス電圧を供給するための分圧回路を含めることができる。これによって、プリント配線基板に形成すべき回路を少なくでき、アンテナの面積を増やすことができる。このような分圧回路は、酸化物導電体によって形成することができる。

【0066】

本開示のフェーズドアレイアンテナには種々の改変が可能である。上記実施形態で示したプリント配線基板１０における送受信用電極１２およびビームフォーミングＩＣ２０の配置は一例であって、他の配列で配置されていてもよい。また、送受信用電極１２の放射導体は円以外の形状を備えていてもよい。また、ＴＦＴ基板５０は図５に示す回路以外の制御回路を含んでいてもよい。

【0067】

また、抵抗層５３に用いられる酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化スズなどの酸化物半導体は、紫外線を高効率吸収する。このため、例えば、図１２に示すように、酸化物半導体層を用いてＴＦＴの半導体層の紫外線による劣化を抑制してもよい。図１２に示すようにＴＦＴ基板５０’は、第２基板５１と半導体層５７の間に位置し、平面視において、少なくとも半導体層５７と重なる位置に、紫外線吸収層７５を更に備えている。紫外線吸収層７５は、例えば、抵抗層５３として用いることのできる材料によって構成されている。紫外線吸収層７５は、抵抗層５３と同じ材料を用い、同じ工程によって形成してもよい。紫外線吸収層７５を上述した位置に設けることによって、第２基板５１側から入射する紫外線によってＴＦＴの半導体層５７が劣化するのを抑制できる。

【0068】

また、ＴＦＴ基板５０の製造工程中、ＴＦＴは比較的初期の段階で形成されるため、ＴＦＴに、容量の大きな周辺信号線、電源配線、キャパシタなどが接続されていることによって、その後の製造工程中に生じ得る静電気による電荷が、周辺信号線などで集められ、接続されているＴＦＴに静電破壊が生じたり、ＴＦＴの特性が劣化したりする可能性が考えられる。このような場合には、図１３および図１４に示すように、Ｖｄｄ、Ｖｓｓ、Ｖｉｎなどの配線およびキャパシタＣ１と接続されていない状態で、トランジスタＴ１～Ｔ４を、容量の大きな周辺信号線、電源配線、キャパシタから分離して形成し、ＴＦＴ基板５０の製造工程中のできるだけ後の段階で、図１３において破線で示されるＭ４の配線によって、トランジスタＴ１～Ｔ４と、Ｖｄｄ、Ｖｓｓ、Ｖｉｎなどの配線とを接続してもよい。このようにすることによって、ＴＦＴ基板５０の製造工程中におけるＴＦＴの静電破壊を抑制でき、製造歩留まりを高めることができるともに、ＴＦＴの信頼性を高めることができる。

【0069】

本開示のフェーズドアレイアンテナは、以下のようにも説明することができる。

【0070】

第１の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、
複数の第１端子を有するプリント配線基板と、
複数の第２端子を有し、複数の第１端子と複数の第２端子とが対向するようにプリント配線基板に対して配置されたＴＦＴ基板と、
複数の第１端子と、複数の第２端子とをそれぞれ接続する複数の導電体と、
を備えたフェーズドアレイアンテナであって、
プリント配線基板は、
第１基板と、
第１基板に１次元または２次元に配列された複数の送受信用電極と、
第１基板に配置され、それぞれが複数の送受信用電極の少なくとも１つとの間で給電を行う複数のビームフォーミングＩＣであって、複数の第１端子の少なくとも１つを介してＴＦＴ基板から制御信号を受け取り、制御信号に基づき、少なくとも１つの送受信用電極で送受信する信号の位相を制御する複数のビームフォーミングＩＣと、
を備え、
ＴＦＴ基板は、
第２基板と、
第２基板に形成され、複数の第２端子に接続された複数の制御回路であって、各制御回路は少なくとも１つのＴＦＴを含み、複数のビームフォーミングＩＣの１つを制御する制御信号を生成する、複数の制御回路と、
を備える。

【0071】

第１の構成によれば、ビームフォーミングＩＣによって送受信信号の位相を制御するため、誘電体による位相制御を用いる場合に比べ、温度安定性に優れる。また、ビームフォーミングＩＣを制御する回路の少なくとも一部をプリント配線基板とは別のＴＦＴ基板に形成することによって、プリント配線基板に配置する回路の規模を小さくし、送受信用電極の面積を大きくすること、および／または、送受信用電極の数を多くすることが可能となる。よって、送受信感度の向上やビーム制御の向上を図ることが可能となる。したがって、送受信性能に優れたフェーズドアレイアンテナが得られる。

【0072】

第２の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第１の構成において、プリント配線基板は、複数の第２端子と対向する第１主面と第１主面と反対側に位置する第２主面とを有し、複数の送受信用電極は第１主面に位置しており、複数のビームフォーミングＩＣは、第２主面に位置していてもよい。

【0073】

第３の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第１または第２の構成において、第２基板はガラス基板、または、ポリイミド樹脂を含むフレキシブル基板であってもよい。

【0074】

第４の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第１から第３の構成のいずれか１つにおいて、ＴＦＴは、半導体層を含んでいてもよい。

【0075】

第５の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第４の構成において、ＴＦＴは、第２基板と酸化物半導体層との間に位置する第１ゲート電極と、半導体層と第１基板との間に位置する第２ゲート電極とをさらに含んでいてもよい。

【0076】

第６の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第１から第５の構成のいずれか１つにおいて、複数の制御回路は少なくとも１つの配線層をさらに含み、ＴＦＴ基板は、少なくとも１つの配線層を覆って第２基板に配置された平坦化層をさらに含み、平坦化層は有機材料によって構成されていてもよい。

【0077】

第７の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第６の構成において、少なくとも１つの配線層は銅を含んでいてもよい。

【0078】

第８の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第６または第７の構成において、有機材料は、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂を主成分として含んでいてもよい。

【0079】

第９の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第１から第９の構成のいずれか１つにおいて、複数の制御回路は抵抗層を含んでいてもよい。

【0080】

第１０の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第９の構成において、抵抗層は、酸化物導電体によって構成されていてもよい。

【0081】

第１１の構成に係るフェーズドアレイアンテナは、第４の構成において、ＴＦＴ基板は、第２基板と半導体層の間に位置し、平面視において、少なくとも半導体層と重なる紫外線吸収層をさらに備えていてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１０…プリント配線基板、１１…第１基板、１１ａ…第１主面、１１ｂ…第２主面、１２…送受信用電極、１３…第１端子、２０…ビームフォーミングＩＣ、２０ＲＸ…受信回路
２０ＴＸ…送信回路、２１…アンテナスイッチ、２２…位相シフタ、２３…可変ゲインアンプ、２４…パワーアンプ、２５…アンテナスイッチ、２６…ローノイズアンプ、２７…可変ゲインアンプ、２８…位相シフタ、２９…コントローラ、３０…導電体、４０…フレキシブル基板、５０，５０'…ＴＦＴ基板、５１…第２基板、５１ａ…主面、５２…ベースコート層、５３…抵抗層、５４…層間絶縁層、５５Ａ…第１ゲート電極、５５Ａ…第１ゲート電極、５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ，５９Ｂ，５９Ｃ，６１Ａ～６１Ｄ、６４…配線層，６１Ａ～６１Ｄ、５６…ボトムゲート絶縁層、５７…半導体層、５８…トップゲート絶縁層、５９Ａ…第２ゲート電極、６０…層間絶縁層、６２，６５…平坦化層、
６６…保護層、６７Ａ，６７Ｂ…電極層、６８…パッド、６９…層間絶縁層、７３…第２端子、７５…紫外線吸収層、８０…制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】