特許 7524478 複数の表面境界を有するビームフォーマＩＣチップ付き集積アンテナアレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】複数の表面境界を有するビームフォーマＩＣチップ付き集積アンテナアレイ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 23/00 20060101AFI20240722BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240722BHJP

   H01P 5/08 20060101ALI20240722BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H01Q23/00

H01L23/12 301Z

H01P5/08 L

H01Q3/36

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023528047

(86)(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-02

(86)【国際出願番号】 US2020060599

(87)【国際公開番号】W WO2022103402

(87)【国際公開日】2022-05-19

【審査請求日】2023-08-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513180451

【氏名又は名称】ヴィアサット，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＶｉａＳａｔ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】フランソン，スティーヴン ジェイ．

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０１４５２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１１０４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２０７２７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２３／００

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｐ ５／０８

Ｈ０１Ｑ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ装置（１００、１００’）であって：
対向する第１（１１３）および第２（１１１）の面を有するアンテナ基板（１１０）と；
前記アンテナ基板の前記第１の面（１１３）に配設されている少なくとも１つのアンテナ素子（１２５）と；
前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられた下面を有する少なくとも１つの無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（１５０＿ｊ）であって、前記下面は、前記アンテナ基板を通して前記少なくとも１つのアンテナ素子に結合されたＲＦコンタクト（１５７）を有し、前記ＲＦＩＣチップは、その上面（３４１）にＲＦ信号導体（１５１＿ｓ、５５１＿ｓ）を有し、前記ＲＦコンタクトと前記ＲＦ信号導体との間に結合されたビーム形成回路（１３０＿ｉ、１５３）を有する、少なくとも１つの無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（１５０＿ｊ）と；
前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられた下面を有し、上面配線（１４１）を通して、伝送線路導体（１８１＿ｓ）が前記ＲＦＩＣチップの前記ＲＦ信号導体に配設および電気的に接続される上面を有する、伝送線路部（１８０）と；を備えるアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項2】

前記アンテナ基板は、前記第２の面に近接または少なくとも一部を形成するアンテナ接地面（２１０）を含み、前記アンテナ接地面は前記ＲＦＩＣチップの接地接点（３４７）に電気的に接続されており、
前記ＲＦＩＣチップの前記ＲＦコンタクトは前記アンテナ接地面の開口部（３７１）を通して前記少なくとも１つのアンテナ素子に結合されている、請求項１に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項3】

前記アンテナ基板は、前記ＲＦＩＣチップにＤＣ電圧および／または制御信号を提供するために、前記アンテナ接地面と前記第２の面との間に再分配層（２２０）をさらに備える、請求項２に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項4】

前記ＲＦＩＣチップの前記上面は前記ＲＦＩＣチップのアクティブダイ側（３４０）である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項5】

前記ＲＦＩＣチップは、前記ＲＦコンタクトを前記アクティブダイ側に接続するビア（３５５）を備える、請求項４に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項6】

前記アンテナ基板は、前記アンテナ基板内に形成されたビア（１５５）を含み、前記ビアは前記ＲＦコンタクト（１５７）を前記少なくとも１つのアンテナ素子（１２５_ｉ）に電気的または電磁気的に結合する、請求項１～５のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項7】

前記ＲＦＩＣチップの前記下面は、複数の電気接続ジョイント（３６３）を通して前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられ、前記電気接続ジョイントの１つは前記ＲＦコンタクトを前記ビアに結合する、請求項６に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項8】

前記複数の電気接続ジョイント（３６３）は、はんだバンプ、銅ピラー、金バンプ、導電性エポキシジョイント、または熱圧着ジョイントを含む、請求項７に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項9】

前記アンテナ基板の前記第２の面と前記ＲＦＩＣチップの前記下面との間の前記電気接続ジョイントを囲む空間にアンダーフィル材料（３６４）をさらに含む、請求項７または８のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項10】

前記上面配線（１４１）は、ワイヤボンド、リボンボンド、またはエッジ端子対である、請求項１～９のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項11】

前記ビーム形成回路（１３０＿ｉ、１５３）は、前記ＲＦＩＣチップと前記少なくとも１つのアンテナ素子との間で通信される信号を調整するために、送信アンプ（５１２）、受信アンプ（５０２）、位相シフト器（５０４、５１４）のうち少なくとも１つを備える、請求項１～１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項12】

前記伝送線路部（１８０）は、入力送信信号を、前記アンテナ基板に取り付けられた複数のＲＦＩＣチップ（１５０＿１、１５０＿Ｋ）の１つにそれぞれ提供される複数の分割送信信号に分割し、かつ／または複数の受信信号をそれぞれ前記複数のＲＦＩＣチップから受信し、前記受信信号を結合して出力信号を形成する、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）（７００）の少なくとも一部を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項13】

前記伝送線路部（１８０）は前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられたアルミナ基板を含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項14】

前記伝送線路部の前記伝送線路導体は、コプレーナ伝送線路の信号導体（１８１＿ｓ）であり、前記コプレーナ伝送線路は前記信号導体の反対側に第１および第２の接地導体（１８１＿ｇ１、１８１＿ｇ２）を有し、
前記ＲＦＩＣチップの前記上面にある前記ＲＦＩＣチップの第３（１５１＿ｇ１、５５１＿ｇ１）および第４（１５１＿ｇ２、５５１＿ｇ２）の接地導体は、それぞれ各上面配線（１４１）を通して前記コプレーナ伝送線路の前記第１および第２の接地導体と相互接続している、請求項１～１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項15】

前記ＲＦＩＣチップの前記ビーム形成回路は、前記ＲＦＩＣチップの前記下面にマイクロストリップ接地面（４３８）を含むマイクロストリップ媒体に構成され、
前記ＲＦＩＣチップは、それぞれ前記第３および第４の接地導体を前記マイクロストリップ接地面に接続する第１（６５５＿ｇ１）および第２（６５５＿ｇ２）の接地ビアをさらに備える、請求項１～１４のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００’）。

【請求項16】

前記伝送線路部は、誘電体基板（１８５）と；前記誘電体基板の上面にある前記伝送線路導体と；前記誘電体基板の下面にあるマイクロストリップ接地面（４３３）と；を含むマイクロストリップ伝送線路である、請求項１～１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００）。

【請求項17】

前記少なくとも１つのアンテナ素子はマイクロストリップパッチ素子である、請求項１～１６のいずれか１項に記載のアンテナ装置（１００、１００’）。

【請求項18】

前記少なくとも１つのアンテナ素子は、複数のＮ個のアンテナ素子（１２５＿１～１２５＿Ｎ）を含み、
前記ＲＦＩＣチップは、それぞれアンプおよび位相シフト器のうち少なくとも１つを含むＮ個のビーム形成回路（１３０＿１～１３０＿Ｍ）を含み、前記Ｎ個のビーム形成回路はそれぞれ、前記アンテナ基板内に形成されたＮ個のビア（１５５）を通して前記Ｎ個のアンテナ素子に結合される、請求項１～１７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項19】

フェーズドアレイアンテナ（１００、１００’）であって、
対向する第１（１１３）および第２（１１１）の面を有するアンテナ基板（１１０）と；
前記アンテナ基板の前記第１の面に配設された複数のアンテナ素子（１２５＿１～１２５＿Ｎ）と；
それぞれ前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられた下面を有する複数の無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（１５０）であって、前記下面はそれぞれ、前記アンテナ基板を通して前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも１つのアンテナ素子に結合されたＲＦコンタクト（１５７）を有し、前記ＲＦＩＣチップは、それぞれその上面（３４１）にＲＦ信号導体（１５１＿ｓ、５５１＿ｓ）を有し、前記各ＲＦコンタクトと前記ＲＦ信号導体との間に結合されたビーム操作用ビーム形成回路（１３０＿ｉ、１５３）を有する、複数の無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（１５０）と；
前記ＲＦＩＣチップの間に配設され、前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられた下面と、複数の分岐アーム導体（１８１＿ｓ）を含むビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）（７００）の一部が配設される上面とを含む、少なくとも１つの伝送線路部（１８０）であって、各分岐アーム導体は上面配線（１４１）を通して前記ＲＦＩＣチップの１つのそれぞれのＲＦ信号導体に相互接続している、少なくとも１つの伝送線路部（１８０）と；を備える、フェーズドアレイアンテナ（１００、１００’）。

【請求項20】

前記ＢＦＮはさらに、複数のアンプ（５０２、５１２）および複数の位相シフト器（５０４、５１４）を備え、それぞれの前記ＲＦＩＣチップの前記ビーム形成回路は少なくとも１つの前記アンプと少なくとも１つの前記位相シフト器を備え、
前記アンテナ基板はさらに、アンテナ接地面（２１０）と前記第２の面との間に、各位相を制御してビーム操作を実施するためにＤＣ電圧を前記アンプに送り、制御信号を前記位相シフト器に送る複数の導電線路（３０４、３０６）を含む前記アンテナ接地面および層領域（２２０）を備え、
前記フェーズドアレイアンテナはさらに、少なくとも１つの前記制御信号を提供するために、前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられ、かつ前記層領域に結合された複数の集積回路（ＩＣ）チップ（１６０）を備える、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナ（１００、１００’）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般に、分散型ビームフォーマ集積回路（ＩＣ）チップ一体型アンテナアレイに関する。

【背景技術】

【0002】

今日アンテナアレイは、航空機、衛星、車両、船舶、および汎用地上ベース通信用基地局などにおいて、マイクロ波およびミリ波周波数における様々な用途に広く使用されている。このようなアンテナアレイは、典型的には、位相シフトビーム形成回路によって駆動されるマイクロストリップ放射素子を備え、ビーム操作用フェーズドアレイを生成する。典型的には、アンテナアレイおよびビーム形成回路を備えたアンテナシステム全体は、薄型で最小限のスペースを占めることが望ましい。

【0003】

集積アンテナアレイはコンパクトな構造において無線周波数（ＲＦ）集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（「ビームフォーマＩＣ」（ＢＦＩＣ）とも呼ばれる）と一体化されたアンテナ素子で構成されたアンテナアレイと定義してよい。集積アンテナアレイは、アンテナ素子が外装部品層に配設され、ＲＦＩＣがアンテナ素子層の後ろの近接平行部品層内の有効アンテナ開口全体に分散されているサンドイッチ型構成を有してもよい。ＲＦＩＣは、送信用ＲＦパワーアンプ（ＰＡ）、受信用低雑音アンプ（ＬＮＡ）、および／またはビーム操作用位相シフト器を含んでもよい。このようにＰＡ／ＬＮＡを分散することにより、送信においてより高効率、および／または受信において改善されたノイズ性能、加えて非分散型ＩＣ設計に比べて高い信頼性を達成することができる。

【発明の概要】

【0004】

本開示の一態様では、アンテナ装置は、対向する第１および第２の面を有するアンテナ基板を備える。少なくとも１つのアンテナ素子は、アンテナ基板の第１の面に配設されている。少なくとも１つの無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップは、アンテナ基板の第２の面に取り付けられた下面を有し、アンテナ基板を通して少なくとも１つのアンテナ素子に結合されたＲＦコンタクトを有する。少なくとも１つのＲＦＩＣチップは、上面にＲＦ信号導体を有し、ＲＦコンタクトとＲＦ信号導体との間に結合されたビーム形成回路を有する。伝送線路部はアンテナ基板の第２の面に取り付けられた下面を有し、ワイヤボンド、リボンボンド、またはエッジ接触子対などの上面配線を通して、伝送線路導体がＲＦＩＣチップのＲＦ信号導体に配設および接続される上面を有する。

【0005】

これにより、集積アンテナ構造内の少なくとも１つのＲＦＩＣチップは複数の表面境界を有し、アンテナ装置にとって性能および製造上の利点をもたらし得る。

【0006】

フェーズドアレイアンテナの実施形態はアンテナ基板の第１の面に配設された複数のアンテナ素子と、アンテナ基板の第２の面に取り付けられた下面およびそれぞれがアンテナ素子の少なくとも１つに結合されたＲＦコンタクトとを有する複数のＲＦＩＣチップと、を備える。各ＲＦＩＣチップはその上面にＲＦ信号導体を有し、各ＲＦコンタクトとＲＦ信号導体との間に結合されたビーム操作用ビーム形成回路を有する。少なくとも１つの伝送線路部はＲＦＩＣチップの間に配設され、その上面にビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）の複数の分岐アーム導体を有し、各分岐アーム導体は上面配線を通して各ＲＦＩＣチップのＲＦ信号導体に接続されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

開示される技術の上記および他の態様および特徴は、同様の参照文字が同様の要素または特徴を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。同一のまたは類似の種類の様々な要素は、同一／類似の要素（例えば、＿１、＿２）の中で区別する下線／ダッシュおよび第２のラベルで参照ラベルを付加することによって、または第２のラベルで参照ラベルを直接付加することによって区別され得る。しかしながら、所与の説明が第１の参照ラベルのみを使用する場合、このラベルは、第２のラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同一／類似の要素のうちのいずれか１つに適用可能である。要素および特徴は、図面で縮尺どおりに描画されていない場合がある。

【0008】

【図1】図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置の平面図である。

【図2】図２は、図１のアンテナ装置の前側面図である。

【図3】図３Ａは、図１の３Ａ－３Ａ線に沿ってとったアンテナ装置の部分断面図であり、ＣＰＷ ＲＦＩＣチップとＣＰＷ伝送線路部との間に適している例示的な配線構造を示している。図３Ｂは、アンテナ装置内の例示的な配線構造の、図３Ａに示した平面に直交する平面に沿ってとった断面図である。

【図4】図４Ａは、マイクロストリップチップおよびマイクロストリップ伝送線路部を用いた一実施形態において、図１の３Ａ－３Ａ線に沿ってとったアンテナ装置の部分断面図である。図４Ｂは、図４Ａのアンテナ装置内の例示的な配線構造の、図４Ａに示した平面に直交する平面に沿ってとった断面図である。

【図5】図５Ａは、マイクロストリップＲＦＩＣチップおよびＣＰＷ伝送線路部を用いたアンテナ装置の他の実施形態の平面図である。図５Ｂは、図５Ａのアンテナ装置のＲＦＩＣチップの一部を示した平面図である。図５Ｃは、図５Ａの５Ｃ－５Ｃ線に沿ってとった例示的な配線構造の断面図である。

【図6】図６Ａは、アンテナ装置の他の実施形態のマイクロストリップＲＦＩＣチップの一部を示した平面図で、ＲＦＩＣチップのアクティブダイ側がアンテナ基板に面している。図６Ｂは、アンテナ装置の他の実施形態のＣＰＷチップの一部を示した平面図で、ＲＦＩＣチップのアクティブダイ側がアンテナ基板に面している。

【図7】図７Ａ～Ｃは例示的なアンテナ装置内の各能動回路ユニット（ＡＣＵ）の概略図である。

【図8】図８は、ＲＦＩＣチップ内に複数のＡＣＵを備える例示的なビーム形成回路を示した模式図である。

【図9】図９は、アンテナ装置内のビーム形成ネットワークを示した模式図である。

【図10】図１０は、アンテナ装置を製造する例示的な方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

説明の目的で本明細書に開示される技術の特定の例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために、添付の図面を参照しながら以下の説明が提供される。説明は、当業者が技術を理解するのを助けるための様々な具体的な詳細を含むが、これらの詳細は、単なる例示とみなされるべきである。単純化および明確化の目的で、周知の機能および構造の説明は、それらの包含が、当業者による技術の理解を曖昧にする可能性がある場合には、省略される場合がある。

【0010】

図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置１００の平面図であり、図２はアンテナ装置１００の前側面図である。図１および図２を合わせて参照すると、アンテナ装置１００（以下、「アンテナ１００」）は、複数の無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ１５０＿１～１５０＿Ｋが取り付けられた上面１１１を有するアンテナ基板１１０を含む。（なお、ＲＦＩＣチップ１５０はビームフォーマＩＣ（ＢＦＩＣ）チップとも呼ばれる。）平面アレイ１２２を形成するＮ個のアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎは、アンテナ基板１１０の下面１１３に配設され得る。各アンテナ素子１２５＿ｉは、ビア１５５（プローブ給電を形成）およびＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの下面にあるＲＦコンタクト１５７を通してＲＦＩＣチップ１５０＿ｊ（ｉ，ｊ＝任意の整数）に結合されている。次に、各ＲＦコンタクト１５７は、１３０＿１、１３０＿２などの１つまたは複数の能動回路ユニット（ＡＣＵ）を含むビーム形成回路を通して、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面おいてＲＦ信号導体１５１＿ｓに結合されている。整数ＫおよびＮの値は用途によって実施形態ごとに異なり得る。以下の議論において（また、図１～図２に示すように）、理解を容易にするために、Ｋ＝４およびＮ＝８である「小型アレイ」の例について論じる。

【0011】

アンテナ基板１１０は誘電体層１９０と、アンテナ素子１２５からの信号エネルギーを反射させるための接地面２１０と、ＲＦＩＣチップ１５０に供給されるＤＣおよび／または制御信号用の導電線路を含む層領域２２０（「再分配層（ＲＤＬ）」）とを含み得る。少なくとも１つの伝送線路（「ＴＬ」）部１８０は、アンテナ基板１１０の上面１１１に取り付けられた下面を有する。ＴＬ部１８０は、伝送線路の信号導体１８１＿ｓが配設され、各上面配線（ＵＳＩＮ）１４１を通してＫ位置においてＲＦ信号導体１５１＿ｓに結合される、上面を有する。（信号導体１８１＿ｓの各Ｋ位置は、コンバイナ／ディバイダの分岐アームと呼ばれ得る。）ＵＳＩＮ１４１は、ＲＦＩＣチップ１５０の上面にある導体とＴＬ部１８０との間に直接作成された配線である。したがって、ＵＳＩＮ１４１は、上面においてアンテナ基板１１０内の導電素子を通して導体１５１、１８１を相互接続するためのビアをＲＦＩＣチップ１５０およびＴＬ部１８０のどちらにも含まない。ＵＳＩＮ１４１のいくつかの例は、ワイヤボンド、リボンボンド、およびエッジ接触子対（ＴＬ部１８０上のエッジ接触子と溶着されたＲＦＩＣチップ１５０上のエッジ接触子）を含む。

【0012】

ＴＬ部１８０は、全体Ｋ：１コンバイナ／ディバイダを形成するウィルキンソンまたはハイブリッドカプラなどの、２：１ＲＦカプラ１１８＿１、１１８＿２、および１１８＿３を含み得る。例示された実施形態において、ＴＬ部１８０およびＲＦＩＣチップ１５０の伝送線路媒体はともにコプレーナ導波路（ＣＰＷ）である。ＣＰＷ媒体において、一対の接地導体１８１＿ｇ１および１８１＿ｇ２は信号導体１８１＿ｓの反対側に配置され、一対の接地導体１５１＿ｇ１および１５１＿ｇ２は信号導体１５１＿ｓの反対側に配置されている。各接地導体１５１＿ｇ１および１５１＿ｇ２は、ＵＳＩＮ１４１を通して接地導体１８１＿ｇ１および１８１＿ｇ２の隣接部分とそれぞれ相互接続されている。また、ＲＦＩＣチップ１５０およびＴＬ部１８０における伝送線路媒体はマイクロストリップであり、この場合は接地導体１５１および１８１は省略される。ここで、ＣＰＷビーム形成回路を有するＲＦＩＣチップ１５０はＣＰＷチップと呼び、マイクロストリップビーム形成回路を有するＲＦＩＣチップ１５０はマイクロストリップチップ１５０と呼ぶ。似たような用語をＴＬ部１８０についても用い得る。図１で例示された他の実施形態において、マイクロストリップチップ１５０はマイクロストリップチップ１５０内のハイブリッド遷移を通してＣＰＷ ＴＬ部１８０と相互接続され得る。本実施形態は図５Ａ～図６と関連して後ほど説明する。いずれの場合も、ＴＬ部１８０の誘電体基板１８５の材料の一例はアルミナである。中型または大型素子アレイにおいて、アンテナ１００は、製造、特にもろいアルミナ基板の取り扱いを容易にするための複数のＴＬ部１８０を含み得る。複数のＴＬ部１８０は、必要であればワイヤボンドなどで相互接続されてよい。

【0013】

配線構造およびアンテナ１００のレイアウトとともに、ＲＦＩＣチップ１５０の上部はチップのアクティブダイ側（活性領域）にあり、ここにアンプおよび／または位相シフト器を備えるビーム形成回路がある。例えば、ドーピング領域およびビーム形成回路トランジスタの金属配線、ならびにコンバイナ／ディバイダ１５３導体は活性領域に配置されている。ＲＦＩＣ１５０と伝送線路部１８０との間の上面配線１４１を使用して上面の導体を相互接続することにより、ＲＦＩＣ１５０とＴＬ部１８０との間のＲＦ接続を形成するためのアンテナ基板１１０内の余分な伝送線路層を回避することができる。したがって、別の伝送線路層を形成する工程を省略することでアンテナ基板１１０の製造は容易になり得る。それゆえアンテナ基板１１０は誘電体１９０の単層が形成されてよく、ここでは「単一ＲＦ層」基板と呼ぶ。一方、層領域２２０のポリマー層はアンテナ基板１１０の最表面１１１を形成してよい。図２で例示された他の実施形態において、ＲＦＩＣ１５０は、アクティブダイ側がアンテナ基板に面するように裏返してもよい。これによりポリマー層が近接することで損失の大きい界面となり、接続ジョイントを囲むアンダーフィルを塗布する場合がある。図２に示すようにアクティブダイ側が上を向いている場合は、アンテナ接地面２１０から比較的遠く離れている。これにより接地面２１０とアクティブダイ側との間の反射による振動を起こしにくくなる。

【0014】

各ＡＣＵ１３０は、アンプおよび／または位相シフト器を含み、アンテナ素子１２５への／からの送信信号および／または受信信号を調整する。ＲＦＩＣチップ１５０はアンテナ１００の有効開口に分散され、それぞれ１つまたは複数のアンテナ素子１２５に結合されおり、アンテナ１００はアクティブアンテナアレイとみなしてよい。ＡＣＵ１３０が信号の動的位相シフトのための位相シフト器を含む実施形態において、アンテナ１００はフェーズドアレイとして機能する。そのようなフェーズドアレイの実施形態では、アンテナ１０によって形成されたビームは、主に位相シフト器の位相シフトに従って設定された所望のビーム指向角に操作される。アンテナパターンを調整するために、ＲＦＩＣ１５０内の追加の振幅調整性能がさらに含まれる場合もある。いずれの場合も、アンテナ１００は送信アンテナシステム、受信アンテナシステム、または送受信両方のアンテナシステムとして構成されてよい。

【0015】

コネクタ１７０は側面実装または表面実装され、信号導体１８１＿ｓに接続してよい。送信方向において、入力ＲＦ送信信号がコネクタ１７０に適用され、カプラ１１８によりＫ個の分割送信信号に分けられ、Ｋ個の分割送信信号はそれぞれＲＦＩＣチップ１５０＿１～１５０＿Ｋに適用される。（信号の流れの模式図は図９に示しており、後述する。）ＲＦＩＣ１５０＿ｊが複数Ｍ個のＡＣＵ１３０を含む場合、ＲＦＩＣ１５０＿ｊは、分割送信信号をＭ個のさらなる分割信号に分けるＭ：１コンバイナ／ディバイダ１５３をさらに含み、さらなる分割信号はそれぞれＡＣＵ１３０の１つに適用される。一度ＡＣＵ１３０により調整されると、調整された信号は「素子信号」となり、それぞれアンテナ素子１２５の１つに適用される。

【0016】

受信方向においては逆の信号流が発生し、素子信号はアンテナ素子１２５からＡＣＵ１３０により受信され、受信アンプおよび／または位相シフト器により調整される（そして典型的にはフィルタリングされる）。調整された受信信号はコンバイナ／ディバイダ１５３および１１８を通して送られ、コネクタ１７０において複合受信信号が生成される。ここで、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）は信号コネクタ１７０とアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎとの間のすべての信号経路を含むとみなしてよい。ＢＦＮにおいて、単一の入力送信信号はＮ個の素子信号に分割され、かつ／またはアンテナ素子１２５から受信されたＮ個の素子信号は単一の複合受信信号にまとめられる。

【0017】

図２はまた、アンテナ１００が少なくとも上側を外部要素から保護するカバー１０７（図１では図示せず）を含んでよいことを例示する。ＵＳＩＮ１４１は壊れやすい場合があるので、埃や水分などから保護すべきであり、カバー１０７はそのような保護を提供するため残りのアセンブリに適切に取り付けられる。他の例では、カバー１０７の代わりにプリント配線アセンブリ（ＰＷＡ）がアンテナ１００の上側に取り付けられ、外部要素からの所望の保護を提供する。レドームもアンテナ素子１２５を保護するために下面に提供されてよい。

【0018】

図１および図２において、２つのアンテナ素子１２５がそれぞれＲＦＩＣ１５０に結合されているのが例として示されている。他の例では、各ＲＦＩＣチップ１５０は単一のアンテナ素子１２５または３つ以上のアンテナ素子１２５に結合されている。アンテナ１００は、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）チップなどの追加のチップ１６０＿１および１６０＿２も含むことが示されている。チップ１６０はアンテナ基板１１０の層領域２２０内に形成された、３０４＿１、３０８＿１などの信号線路を通してＤＣ信号および／または制御信号をＲＦＩＣ１５０に提供するように機能し得る。ＤＣ信号はアンプにバイアスをかけ、かつ／またはＡＣＵ１３０内のスイッチの切り替え状態を制御してよい。制御信号はＡＣＵ１３０内の位相シフト器の位相シフトを制御し得る。

【0019】

アンテナ素子１２５はそれぞれ、アンテナ基板１９０上にプリントされたマイクロストリップパッチアンテナ素子であってよい。双極子またはモノポールなどの他の種類のアンテナ素子に置き換えられてもよい。アンテナ素子１２５は、マイクロストリップパッチとして具体化される場合、円形（図１に例示）、正方形、長方形または楕円形などの任意の好適な形状を有してもよく、所望の分極、例えば、円形、線形、または楕円形、を達成するのに十分な方法で給電され、構成されてもよい。アンテナ素子１２５の数、種類、大きさ、形状、素子間間隔、および給電メカニズムは、用途の性能目標に応じて実施形態ごとに変わり得る。８個のアンテナ素子１２５とともにアンテナ１００の例が示されているが、狭アンテナビームを達成するための典型的な実施形態は、数百または数千のアンテナ素子１２５を含み得る。以下に記載される実施形態では、各アンテナ素子１２５は、単一プローブ給電で給電されるマイクロストリップパッチである。プローブ給電は、入出力（Ｉ／Ｏ）パッドとも呼ばれる、ＲＦＩＣ１５０のＲＦコンタクト１５７に電気的に接続するビア１５５として実装され得る。Ｉ／Ｏパッドは、信号がＲＦＩＣ１５０に入るまたはそこから出ることを可能にするインターフェースである。別の例では、各アンテナ素子１２５は、異なる円偏波給電方法を用いた２つのオフセットビア１５５により給電される。他の例では、ビア１５５の代わりに電磁給電メカニズムが使用され、各アンテナ素子１２５は、近接電界エネルギーでそれぞれの給電点から励起される。

【0020】

ある例では、アンテナ１００は、一般に、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲内の帯域として定義される、ミリメートル（ｍｍ）の波動周波数帯域にわたって動作するように構成される。他の例では、アンテナ１００は、約１ＧＨｚ～３０ＧＨｚのマイクロ波範囲、または１ＧＨｚ未満のサブマイクロ波範囲で動作する。ここで、高周波（ＲＦ）信号は、１ＧＨｚ未満～３００ＧＨｚまであたりの周波数の信号を示す。なお、マイクロ波またはミリメートル波周波数で動作するよう構成されたＲＦＩＣは、しばしばモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）と呼ばれ、典型的にはリン酸インジウム（ＩｎＰ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などのＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料、あるいはシリコン‐ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などの他の材料によって構成されている。

【0021】

図３Ａは、図１の３Ａ－３Ａ線に沿ってとったアンテナ装置の部分断面図であり、ＣＰＷチップ１５０およびＣＰＷ伝送線路部１８０を有する一実施形態に適している例示的な配線構造を示している。アンテナ素子１２５＿ｉは、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊ（ｉ，ｊ＝任意の整数）のアクティブダイ側３４０内に形成されたＡＣＵ１３０＿ｉのビーム形成回路に結合されている。そのような結合は第１のビア１５５、キャッチパッド３６９、導電性ジョイント３６３、ＲＦコンタクト１５７、第２のビア３５５、および導体３４２を通して作成されてもよい。（図３Ｂに表示および下記で議論するように、ノイズ軽減のため、第２のビア３５５とともにＧＳまたはＧＳＧ接続セットを形成する１つまたは複数の接地ビアも含まれてよい。）第１のビア１５５はアンテナ素子１２５＿ｉ用のプローブ給電の少なくとも一部を形成し得る。第１のビア１５５は誘電体１９０内に形成され、アンテナ素子１２５＿ｉをアンテナ基板１１０の上面１１１上に形成されたキャッチパッド３６９に電気的に接続する。第１のビア１５５は、接地面２１０に形成された開口部３７１を通過して接地面へのショートを防止する。開口部３７１は、接地面２１０の深さレベルにおいてポリマーなどの絶縁材料３７３によって環状に囲まれ得る。絶縁材料３７３は、層領域２２０の絶縁層内の材料と同じ材料で構成されてよい。

【0022】

層領域２２０は、上面１１１から接地面２１０、第１の絶縁層３０２、第１の導電層３０４、第２の絶縁層３０６、第２の導電層３０８、第３の絶縁層３１０の順に含み得る。第１および第２の導電層３０４、３０８は、例えばＳＰＩチップ１６０＿１、１６０＿２からＤＣおよび／または制御信号をＲＦＩＣチップ１５０に送るために使用される３０４＿１および３０８＿１などの信号線路を形成するようにパターン化されてよい。導電層３０４および３０８は、金属または他の導電性材料で構成される。開口部は、例えば各層の形成中に開口部の領域に導電性材料を堆積させないことにより、導電層３０４、３０８内に形成されていてよい。開口部は、第１のビア１５５が開口部を横切り、導電層３０４、３０８にショートしないように絶縁材料により環状に囲まれてよい。なお、層領域２２０内の各層３０２、３０４などは、誘電体１９０より少なくとも１桁薄くてよい。例えば、これらの層のそれぞれは、２～１０μｍオーダの厚さ（ｚ方向）を有してもよく、一方、誘電体１９０は、２５０μｍオーダの厚さであってもよい。第１および第２の導電層３０４および３０８は、それぞれ、１２μｍオーダの幅を有し、１２μｍオーダの間隔で互いに離間している、ｘ‐ｙ平面内の信号／接地線路を形成し得る。層３０４および３０８のそれぞれは、アンテナ１００の典型的な実施形態において、数十、数百または数千個の信号線路および接地線路を形成するようにエッチング、あるいはパターン化されておいてもよい。しかし、他の実施形態において、層領域２２０は省略されてもよく、そのような場合においてはバイアス電圧および信号は他の手段を通してＲＦＩＣ１５０に送られる。

【0023】

コンタクトパッド３６９は、はんだキャップ、熱圧着剤、または導電性エポキシとともに、はんだボール、金バンプ、銅ピラーなどの導電性ジョイント３６３を通してＲＦコンタクト１５７に電気的に接続されている。次に、ＲＦコンタクト１５７は、例えばＩｎＰまたはＧａＡｓなどのチップ材料３４５通してＲＦＩＣチップ１５０＿ｊ内に形成されている第２ビア３５５を通して導体３４２に接続されている。導体３４２は、ビーム形成回路のトランジスタ端子または他の回路素子の金属配線に直接接続またはその一部を形成し得る。導体３４２は、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面３４１にプリントされた金属配線であってよく、その場合、第２のビア３５５はチップ材料３４５を完全に貫通して延在する貫通基板ビア（ＴＳＶ）として形成されてよい。また、導体３４２は最表面３４１の下に配置され、第２のビア３５５はその上端においてチップ材料３４５内の導体３４２に接続するブラインドビアとして形成される。導体３４２はビーム形成回路の回路点ｐに一致し、回路点ｐはＡＣＵ１３０の入力ノードであってよい。ＡＣＵ１３０の出力は回路点ｗに一致するが、コンバイナ／ディバイダ１５３の分岐アームポート（出力ポート）（もしあれば）に接続してよい。

【0024】

コンバイナ／ディバイダ１５３の入力ポートは回路点「ｑ」において導体１５１＿ｓに電気的に接続する。ＵＳＩＮ１４１は導体１５１＿ｓをＴＬ部１８０の導体１８１＿ｓに接続する。ＵＳＩＮ１４１がワイヤボンドの場合、断面は円筒形または円形であってよい。ＵＳＩＮ１４１がリボンボンドの場合、断面は楕円形または長方形であってよい。導体１８１＿ｓはＴＬ部１８０の誘電体１８５の上面にプリントされた金属配線であってよい。ＴＬ部１８０がコプレーナ導波路の場合、誘電体１８５の下面は、非導電性または導電性のエポキシ３３３を用いてアンテナ基板１１０の最表面１１１（ポリマー層３０２の上面）に接着されてよい。

【0025】

典型的な実施形態において、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊは、その下面において３５７、３６７などの電気接点を数十または１００超有してよい。これらの接点は第１および第２の導電層３０４および３０８に形成された信号線路から導電性ジョイント３６３を有する配線を通してバイアス電圧および／または制御信号を受信してよい。例えば、第１の導電層３０４に形成された信号線路をＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの電気接点３５７に接続するため、第１の絶縁層３０２に開口部を作成して第１の導電層３０４の信号線路を露出していてよく、導電性ウェル３８７を開口部に形成していてよい。第１の絶縁層３０２内の開口部は、次の開口部の位置において層３０４上にレジスト材料を配置し、その後レジスト材料を含まない領域に絶縁層３０２の絶縁材料を堆積させることで作成していてよい。コンタクトパッド３７９はウェル３８７上に形成されていてよく、加熱／冷却工程により形成された導電性ジョイント３６３はコンタクトパッド３７９と接点３５７を接続してよい。また、コンタクトパッド３７９は省略され、導電性ジョイント３６３はウェル３８７に導電的に接着されている。

【0026】

同様に、第２の導電層３０８に形成された信号線路をＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの電気接点３６７に接続するため、第１の絶縁層３０２、第１の導電層３０４、および第２の絶縁層３０６のそれぞれにおいて開口部が形成されていてよい。開口部を形成する工程は、同様に、対応する層材料が堆積されている間、次の開口部の位置において一度に一層レジスト材料を配置することを含んでいてよい。追加の絶縁材料３９１（例えば絶縁層３０２、３０６と同じ材料）が第１の導電層３０４の開口部の周りの環状領域に堆積されていてもよい。この材料は一連の開口部により作成されたキャビティ内で、堆積等により形成された次の導電性ウェル３７７へのショートを防止する。コンタクトパッド３７９は導電性ウェル３７７上に形成されていてよい。導電性ジョイント３６３は電気接点３６７をコンタクトパッド３５９に、またはコンタクトパッド３５９が省略されている場合は電気接点３６７を直接導電性ウェル３７７に接続する。

【0027】

ＲＦＩＣ１５０の電気接点とアンテナ接地面２１０との間の直接電気接続を形成することが望ましい場合がある。例えば、電気接点３４７は接続ジョイント３６３、コンタクトパッド３９９、および導電性ウェル３７２を通して接地面２１０に電気的に接続される（コンタクトパッド３９９が省略されている場合は、接続ジョイント３６３は導電性ウェル３７２と直接接続してよい）。接地面３３８がＲＦＩＣチップ１５０の下面に存在してよく、接点３４７に導電的に接着してよい。接地面３３８は直流接地および／または伝送線路接地であってよい（例えば、マイクロストリップ、ＣＰＷまたはストリップライン接地導体）。なお、異なる種類の伝送線路媒体が単一のＲＦＩＣチップ１５０に存在する場合がある。導電性ウェル３７２は、第２の導電層３０８および第３の絶縁層３１０を通り、接地面２１０の表面を露出する追加の開口部を形成する工程を有する導電性ウェル３７７と同様の方法で形成されていてよい。追加の絶縁材料３９２は、次に形成される導電性ウェル３７２へのショートを防止するために第２の導電層３０８の開口部を囲む環状領域に堆積されていてよい。

【0028】

アンダーフィル材料３６４は少なくともいくつかの接続ジョイント３６３を囲み、接続ジョイントを機械的に支持することでその信頼性を向上し得る。典型的には、アンダーフィル材料３６４は主に非晶質溶融シリカで構成される混合材料であってよい。

【0029】

図３Ｂは、アンテナ１００内の例示的な配線構造の、図３Ａに示した平面に直交する平面に沿ってとった断面図である。図３Ｂ（ｙ－ｚ平面図）は、第１のビア１５５および第２のビア３５５を横切り（両者は図３Ａのｘ－ｚ平面に示されている）、接地面２１０からＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面のコプレーナ導波路への接地－信号－接地（ＧＳＧ）遷移を示している。ＧＳＧ遷移は第２のビア３５５からの放射線がビーム形成回路の性能に影響を与えるのを防止し得る。

【0030】

ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面のコプレーナ導波路は信号導体３４２と、その反対側に第１および第２の接地導体３４４＿１、３４４＿２とを含む。第１の接地ビア３５６＿１は第１の接地導体３４４＿１に接続された上端を有し、第１の接地点ｇ１（下記で図式で議論する）を定義する。第１の接地ビア３５６＿１は、その下端において、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの下面にあるキャッチパッド３２７＿１に接続してよい。キャッチパッド３２７＿１と第１のビア１５５の片側における接地面２１０の接続点との間の配線は、導電性ジョイント３６３、キャッチパッド３６９＿１、および導電性ウェル３７４＿１を含んでよい。同様に、第２の接地ビア３５６＿２は第２の接地導体３４４＿２に接続された上端を有し、第２の接地点ｇ２を定義する。第２の接地ビア３５６＿２は、その下端において、キャッチパッド３２７＿２に接続してよい。キャッチパッド３２７＿２と第１のビア１５５の反対側における接地面２１０の接続点との間の配線は、導電性ジョイント３６３、キャッチパッド３６９＿２、および導電性ウェル３７４＿２を含んでよい。

【0031】

絶縁材料３７３は、第１のビア１５５と、第１および第２の導電性ウェル３７４＿１、３７４＿２との間の領域を環状に囲み、第１のビア１５５が接地にショートするのを防止する。この構成により、プローブ給電は接地面２１０の（ｚ方向における）高さから始められ、接地面２１０とＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面との間の不要な放射線を最小限に抑えることができると理解され得る。なお、ここで、他の構成では接地－信号（ＧＳ）遷移を形成する１つの接地ビア３５６のみ、または第２のビア３５５を囲む３つ以上の接地ビア３５６を用いてよい（これもＧＳＧ遷移であると考えられる）。さらに別の構成では、第２のビア３５５および第１と第２の接地ビア３５６＿１、３５６＿２の代わりにスロットライン遷移を用いる。

【0032】

図４Ａは、マイクロストリップチップおよびマイクロストリップ伝送線路部を用いた一実施形態において、図１の３Ａ－３Ａ線に沿ってとったアンテナ１００の部分断面図である。本例では、接地導体１５１＿ｇ１、１５１＿ｇ２、１８１＿ｇ１、および１８１＿２は省略され、信号導体１５１＿ｓおよび１８１＿ｓはマイクロストリップ信号導体であるとする。マイクロストリップ接地面４３８はＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの下面に存在してよい。マイクロストリップ接地面４３８は、１５１＿ｓなどの信号導体とＡＣＵ１３０のビーム形成回路の他の信号導体とを有するマイクロストリップ媒体、および活性領域３４０内のコンバイナ／ディバイダ１５３のための接地面であってよい。マイクロストリップ接地面４３８は、上述のコンタクトパッド３４７、導電性ジョイント３６３、コンタクトパッド３９９、および導電性ウェル３７３を通してアンテナ接地面２１０に電気的に接続してよい。図４Ａの伝送線路部１８０は上面にマイクロストリップ内部導体１８１＿ｓ、下面に接地面４３３を含む。接地面４３３は同様に、導電性ジョイント３６３、コンタクトパッド３９７、および導電性ウェル３７３と類似の導電性ウェル４７３を通してアンテナ接地面２１０に接続してよい。

【0033】

図４Ｂは、図４Ａに示した平面に直交する平面に沿ってとった、図４Ａのマイクロストリップとともに構成されたアンテナ１００内の例示的な配線構造の断面図である。図４Ｂは、第１のビア１５５および第２のビア３５５を横切り、接地面２１０から、マイクロストリップ接地面４３８と、アクティブダイ側３４０内のビーム形成回路の３４２などの信号導体と、信号導体とマイクロストリップ接地面４３８とを分離するチップ材料３４５と、で形成されるマイクロストリップ媒体へのＧＳＧ遷移を示している。マイクロストリップ接地面４３８と第１のビア１５５の片側における接地面２１０の接続点との間の配線は、キャッチパッド３２７＿１、導電性ジョイント３６３、キャッチパッド３６９＿１、および導電性ウェル３７４＿１を含んでよい。２つの接地面４３８、２１０を接続する同じ構成の配線は、キャッチパッド３２７＿２、他の接続ジョイント３６３、キャッチパッド３６９＿２、および導電性ウェル３７４＿２を有する第１のビア１５５の反対側に作成されてよい。図３ＢのＣＰＷの場合と同様に、図４ＢのＧＳＧ遷移は第２のビア３５５からの放射線がビーム形成回路の性能に影響を与えるのを防止し得る。図４Ａおよび図４Ｂのアンテナ構造の他の態様および作用は 図１～図３Ｂで上述したものと同じであってよい。

【0034】

図５Ａは、他の実施形態によるアンテナ装置１００’の平面図である。図５Ｂは、アンテナ装置１００’のＲＦＩＣチップの一部を示した平面図であり、図６は、図５Ａの６－６線に沿ってとった例示的な配線構造の断面図である。図５Ａ、図５Ｂおよび図６を合わせて参照すると、アンテナ１００’は、ＲＦＩＣチップ１５０＿１から１５０＿ＫをＣＰＷチップではなくマイクロストリップチップとして構成することで上記図１に示したアンテナ１００とは異なる。マイクロストリップＲＦＩＣチップ１５０は、マイクロストリップコンバイナ／ディバイダ５５３、マイクロストリップＡＣＵ１３０、およびマイクロストリップからＣＰＷへの遷移（以下「ハイブリッド遷移」と呼ぶ）を含んでよい。コンバイナ／ディバイダ５３３は、入力ポートにマイクロストリップ信号導体５５１＿ｓ、および各ＡＣＵ１３０に接続された出力分岐を含んでよい。ハイブリッド遷移は、ＲＦＩＣチップ１５０の端部にある信号導体５５１＿ｓの入力部と、信号導体５５１＿ｓの反対側にある第１および第２の接地パッド５５１＿ｇ１および５５１＿ｇ２と、第１および第２の接地ビア６５５＿１および６５５＿２と、により形成されてよい。

【0035】

第１および第２のビア６５５＿１および６５５＿２はそれぞれ接地パッド５５１＿ｇ１および５５１＿ｇ２をマイクロストリップ接地面４３８に接続する。図６は、ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの第１の接地パッド５５１＿ｇ１を一部通る断面図であり（明確化のため先端構造は省略）、第１の接地パッド５５１＿ｇ１をマイクロストリップ接地面４３８に電気的に接続する接地ビア６５５＿１を示している。第２の接地ビア６５５＿２は同じまたは類似の構造を有していてよい。また、上述の接地面４３８とアンテナ接地面２１０との間の同じまたは類似の配線が形成されてよい。この配線はコンタクト／キャッチパッド３４７および３９９、その間の導電性ジョイント３６３、および導電性ウェル３７３を含んでよい。上面配線１４１はそれぞれ、信号導体５５１＿ｓを信号導体１８１＿ｓに、第１の接地パッド５５１＿ｇ１を接地導体１８１＿ｇ１に、第２の接地パッド５５１＿ｇ２を第２の接地導体１８１＿ｇ２に、接続するように提供されてよい。アンテナ１００’の他の態様はアンテナ１００で上述したものと同じであってよい。

【0036】

図６Ａはアンテナ１００の他の実施形態のマイクロストリップＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの一部を示した平面図で、ＲＦＩＣチップ１５０のアクティブダイ側がアンテナ基板１１０に面している。つまり、ＲＦＩＣ１５０は上述の実施形態と比較して、アクティブダイ側３４０の外面がＲＦＩＣ１５０の下面であるとみなされるように裏返してよい。この場合、上面配線（ＵＳＩＮ）１４１はさらにアクティブダイ側内のビーム形成回路を（ＲＦＩＣ１５０内のビアを通るが）、ＴＬ部１８０の上面導体に接続するために利用される。マイクロストリップ接地面４３８はＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面に存在してよく、信号導体６５１＿ｓは、チップ材料３４５を露出する接地面４３８の環状の開口部内の接地面４３８から孤立した「島」の形状であってよい。ビア６５５は下面の活性領域３４０および上面の信号導体６５１＿ｓの間に形成されてよい。ＵＳＩＮ１４１はワイヤボンドまたはリボンボンドであってよく、ＴＬ部１８０がＣＰＷの場合、第１のＵＳＩＮ１４１は導体６５１＿ｓを導体１８１＿ｓに接続し、第２および第３のＵＳＩＮ１４１は導体６５１＿ｓの反対側の接地面４３８の点をそれぞれの接地導体１８１＿ｇ１および１８１＿ｇ２に接続する。ＴＬ部１８０がマイクロストリップの場合、接地面４３８に接続された第２および第３のＵＳＩＮ１４１は省略されてよい。

【0037】

図６Ｂはアンテナ１００の他の実施形態のＣＰＷ ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの一部を示した平面図で、ＲＦＩＣチップ１５０のアクティブダイ側がアンテナ基板１１０に面している。図６Ａの実施形態にあるように、ＲＦＩＣ１５０は前述の実施形態と比較して、アクティブダイ側３４０の外面がＲＦＩＣ１５０の下面であるとみなされるように裏返してよい。ＲＦＩＣチップ１５０＿ｊの上面は、図５Ｂに示したものと類似して、接地パッド５５１＿ｇ１および５５１＿ｇ２を有するが、パッド形状の信号導体６５１＿ｓを有してよい。この場合、第１のビア６５５＿ｓは活性領域３４０内のＣＰＷ信号導体を信号導体６５１＿ｓに接続するように提供されてよく、第２および第３のビア６５５＿ｇ１および６５５＿ｇ２は活性領域３４０内の第１および第２の接地導体をそれぞれ接地パッド５５１＿ｇ１および５５１＿ｇ２に接続するよう提供される。はじめに、第２および第３のＵＳＩＮ１４１は、ＴＬ部１８０がＣＰＷの場合、図５Ｂで議論したのと同じ方法でＴＬ部１８０に接続するように提供されてよい。ＴＬ部１８０がマイクロストリップの場合、接地パッド５５１＿ｇ１、５５１＿ｇ２、およびビア６５５＿ｇ１、６５５＿ｇ２は省略されてよい。

【0038】

図７Ａは、ＲＦＩＣチップ１５０の受信経路（アンテナ受信方向）のために構成された能動回路ユニット（ＡＣＵ）１３０＿ｉの例示的なビーム形成回路を示している。ＡＣＵ １３０＿ｉは入力点ｐ（図３Ａ～図６に表示）と出力点ｗとの間にフロントエンド受信回路を含んでよく、このフロントエンド受信回路は、直列に接続された低ノイズアンプ（ＬＮＡ）５０２、受信経路位相シフト器５０４、およびバンドパスフィルタ５０６を含んでよい。図３Ａ～図３ＢのＣＰＷチップの場合、第１および第２の接地点ｇ１およびｇ２はＬＮＡ５０２のコプレーナ導波路接地点であってよく、回路点ｐはＬＮＡ５０２の信号導体の入力点であってよい。位相シフト器５０４およびフィルタ５０６もまたＣＰＷの構成要素として設計されてよい。マイクロストリップチップを有する実施形態において、マイクロストリップ接地面４３８（図４Ａおよび図６参照）は、ＡＣＵ１３０＿ｉのすべての構成要素のための接地面であってよい。ＬＮＡＬＮＡ５０２および位相シフト器５０４は３５７、３６７などの電気接点から延在するＲＦＩＣチップ１５０内のビア／信号線路（図示せず）からバイアス／制御電圧を受信してよい（図３Ａ、図４Ａおよび図６参照）。

【0039】

図７Ｂは、ＲＦＩＣチップ１５０の送信経路（アンテナ送信方向）のために構成された能動回路ユニット（ＡＣＵ）１３０＿ｉの例示的なビーム形成回路を示している。ここで、ＡＣＵ１３０＿ｉ内のフロントエンド回路は、直列に接続されたパワーアンプ（ＰＡ）５１２、送信経路位相シフト器５１４、およびバンドパスフィルタ５１６を含んでよい。図３Ａ～図３ＢのＣＰＷチップの場合、第１および第２の接地点ｇ１およびｇ２はＰＡ５１２のコプレーナ接地点であってよく、回路点ｐはＰＡ５１２の信号導体の出力点であってよい。位相シフト器５１４およびフィルタ５１６もまたＣＰＷの構成要素として設計されてよい。マイクロストリップチップの実施形態において、マイクロストリップ接地面４３８は、ＡＣＵ１３０＿ｉのすべての構成要素のための接地面であってよい。ＰＡ５１２および位相シフト器５１４は３５７、３６７などの電気接点から延在するＲＦＩＣチップ１５０内のビア／信号線路（図示せず）からバイアス／制御電圧を受信してよい。

【0040】

図７Ｃは、ＲＦＩＣチップ１５０の受信経路および送信経路の両方のために構成された能動回路ユニット（ＡＣＵ）１３０＿ｉの例示的なビーム形成回路を示している。この場合、（ＡＣＵ）１３０＿ｉは、入力点ｐに接続された入力ポートを有する第１の送信／受信（Ｔ／Ｒ）回路５３２と、出力点ｗに接続された入力ポートを有する第２のＴ／Ｒ回路５３４を含む。ＬＮＡ５０２および位相シフト器５０４を含む受信経路はＴ／Ｒ回路５３２、５３４の第１の出力ポートの間に接続されてよい。位相シフト器５１４およびＰＡ５１２を含む送信経路はＴ／Ｒ回路５３２、５３４の第２の出力ポートの間に接続されてよい。Ｔ／Ｒ回路５３２、５３４はそれぞれバンドパスフィルタおよび／またはスイッチを含んで、入力ポートから各出力ポートを通過する経路信号の送信および受信の両方を可能にしてよい。いくつかの例においては、信号の送信と受信に対して異なる周波数帯域が使用され、バンドパスフィルタリングにより十分に経路間の絶縁を提供できる。時分割多重方式スイッチングは経路間にさらなるまたは別の絶縁を提供し得る。ＣＰＷの実施形態において、第１および第２の接地点ｇ１およびｇ２はＴ／Ｒ回路５３２の接地点であってよい。

【0041】

図８は、ＲＦＩＣチップ内に複数のＡＣＵを備える例示的なビーム形成回路を示した模式図である。ＲＦＩＣ１５０＿ｊは、回路点ｐ＿１～＿Ｍにおいてそれぞれ各入力ポートを、回路点ｗ＿１～ｗ＿Ｍにおいてそれぞれ出力ポートを有する複数のＡＣＵ１３０＿１～１３０＿Ｍを含んでよい。整数Ｍは、最低２（図１に示した例を参照）から単一のＲＦＩＣチップ１５０＿ｊ内に実装され得るＡＣＵ１３０の任意の適した数字まで、実施形態ごとに変化し得る。回路点ｐ＿１～Ｐ＿Ｍは、フィード６０１＿１～６０１＿Ｍを通してアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｍに結合されてよく、各フィード６０１は回路点ｐに関連して図３Ａ～図６について上述したように、第２のビア３５５、第１のビア１５５、およびその間に配線構造を含む。例えば、ＣＰＷチップの実施形態において、各ＡＣＵ１３０＿ｉは、第１および第２の接地点ｇ１＿ｉおよびｇ２＿ｉに固定された第１および第２の接地導体を含んでよい。Ｍ：１コンバイナ５４０は、点ｗ＿１～ｗ＿ＭにおいてＡＤＣ１３０からの受信信号出力を、受信経路動作中に点ｑにおいて結合受信信号へと結合し、かつ／または点ｑにおいて適用された送信信号を点ｗ＿１～ｗ＿ＭにおいてＡＣＵ１３０＿１～１３０＿Ｍに適用されるＭ個の分割送信信号へと分割する。

【0042】

図９は、アンテナ１００内の例示的なビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）７００を示した模式図である。ＢＦＮ７００は伝送線路部１８０内に形成されたＫ：１コンバイナ／ディバイダ７８０と、それぞれ図８のＲＦＩＣ１５０＿ｊの構成を有するＫ ＲＦＩＣチップ１５０＿１～１５０＿Ｋとを含んでよい。Ｋ：１コンバイナ／ディバイダ７８０は、回路点ｔにおいてコネクタ１７０に接続された入力ポート、および回路点ｑ＿１～ｑ＿ＫにおいてＲＦＩＣチップ１５０＿１～１５０＿Ｋに接続されたＫ個の出力ポートを有する。各ＲＦＩＣチップ１５０は、１２５＿１～１２５＿ＭなどのＭ個のアンテナ素子に、それぞれＭ個のＲＦコンタクト１５７を通して結合されてよい。したがって、Ｎ＝Ｍ×Ｋとして、Ｎ個のアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎがある。前述のように、狭アンテナビームを形成する典型的なアンテナ１００の場合、数字Ｎは数百または数千になる。図１に示した例においては、Ｋ＝４、Ｍ＝２、Ｎ＝８である。

【0043】

図１０は、アンテナ１００を製造する例示的な方法、８００の流れ図である。示した動作の順序は必要に応じて変更してよい。方法８００において、アンテナ基板１１０はウエハから形成してよく、その中に穴を開けて電気メッキまたは類似の工程により導電性材料を穴に充填することで第１のビア１５５を形成してよい（Ｓ８０２）。アンテナ素子１２５および接地面２１０はその後それぞれアンテナ基板の下面および上面にプリントされてよい（Ｓ８０４）。その後ＲＤＬ領域２２０がアンテナ基板１１０上で接地面より上に形成されてよい（Ｓ８０６）。

【0044】

ＲＦＩＣチップ１５０にはビーム形成回路１３０、１５３、第２のビア３５５、接地ビア３５６（ＣＰＷの実施形態の場合）、ＲＦコンタクト１５７、および３５７、３６７などの他の電気接点が別に作製される（Ｓ８０８）。伝送線路（ＴＬ）部１８０にはＢＦＮコンバイナ／ディバイダ７８０が別に形成されてよい（Ｓ８１０）。導電性ジョイント３６３は最初に、ＲＦコンタクト１５７およびＲＦＩＣチップ１５０の他の電気接点、および／またはキャッチパッド３６９／アンテナ基板１１０の上面の他の接点に接着されてよい（Ｓ８１２）。ＲＦＩＣチップ１５０、その他のＩＣチップ１６０、およびＴＬ部１８０はアンテナ基板１１０上に配置されてよい（Ｓ８１４）。はんだまたは導電性ジョイント３６３の他の導電性材料を溶融および冷却し、ＲＦＩＣチップ、その他のＩＣチップ、およびＴＬ部をアンテナ基板に導電的に接着するように、加熱／冷却サイクルを実施してよい（Ｓ８１６）。ワイヤボンドまたはリボンボンドなどの上面配線１４１はその後、反対側端部上でＲＦＩＣチップ導体１５１または５５１およびＴＬ部１８０導体（分岐アーム）に取り付けられてこれらを相互接続してよい（Ｓ８１８）。コネクタ１７０はＴＬ部１８０に取り付けられ、カバー１０７またはＰＷＡは得られたアセンブリに取り付けられてよい（Ｓ８２０）。

【0045】

上記実施形態が、アンテナ装置１００の文脈において説明されてきた。本明細書において開示される技術の他の実装は、非アンテナ用途またはアンテナシステムの他の部分の配線構造に適用されてもよい。例えば、他の例示的な構成において、アンテナ素子１２５は、モデムのような第２のＩＣチップなどの少なくとも１つの他の種類の回路部品で置き換えられる。ＲＦＩＣチップ１５０は上述したものと同じまたは類似の配線構造を使用して第２のＩＣチップに結合されてよい（例えば第１のビア１５５、第２のビア３５５などを使用）。そのような実施形態において、伝送線路部１８０はビーム形成ネットワークのコンバイナ／ディバイダ以外の回路をサポートし得るが、ＲＦＩＣチップ１５０は本明細書に開示の方法と同じ方法でアクティブダイ側から伝送線路部１８０へを相互接続されてよい。他の例においては、伝送線路部は、ＲＦＩＣチップ１５０の機能と異なる機能を実施するよう構成された別のＲＦＩＣチップなどの、別のＲＦ回路部品で置き換えられてよい。得られる構成／電子デバイスは、アンテナ１００について説明したものと類似する利点、例えば損失減少、振動の減少／削減、および／または製造し易さなどを有するコンパクト三次元積層構造で形成される。

【0046】

本明細書に記載される技術は、その例示的な実施形態を参照しながら特に示され、説明されているが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって定義される特許請求の範囲の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がその中で行われ得ることを理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】

【図4-1】

【図4-2】

【図5-1】

【図5-2】

【図5-3】

【図6-1】

【図6-2】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】