ホーム > 特許ランキング > ＶｉａＳａｔ，Ｉｎｃ．
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-09
(54)【発明の名称】低プロファイルアンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/06 20060101AFI20220902BHJP
H01Q 13/08 20060101ALI20220902BHJP
H01Q 23/00 20060101ALI20220902BHJP
H01P 11/00 20060101ALI20220902BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/06
H01Q13/08
H01Q23/00
H01P11/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2021578188
(86)(22)【出願日】2020-06-29
(85)【翻訳文提出日】2021-12-29
(86)【国際出願番号】 US2020040197
(87)【国際公開番号】W WO2021061251
(87)【国際公開日】2021-04-01
(31)【優先権主張番号】16/460,641
(32)【優先日】2019-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100196449
【弁理士】
【氏名又は名称】湯澤 亮
(72)【発明者】
【氏名】フランスン、スティーブン ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】マシューズ、ダグラス、ジェイ．
【テーマコード（参考）】
5J021
5J045
【Ｆターム（参考）】
5J021AA09
5J021AB06
5J021CA03
5J021FA05
5J021FA17
5J021FA23
5J021FA26
5J021FA31
5J021FA32
5J021JA07
5J021JA08
5J045AA05
5J045AB05
5J045DA10
5J045EA08
5J045HA03
5J045HA05
5J045JA17
5J045JA19
5J045MA07
(57)【要約】
【解決手段】 複数のアンテナ要素を有する第１のサブアセンブリと、第１のサブアセンブリに接着された第２のサブアセンブリとを含むアンテナ装置が開示される。第２のサブアセンブリは、成形材料内に封入されたビーム形成ネットワークの複数の構成要素を含み得る。ビーム形成ネットワークの複数の構成要素を複数のアンテナ要素に電気接続するために、１つ以上の相互接続層を成形材料上に配置してもよい。アンテナ装置の製造方法もまた開示される。
【選択図】図２Ｂ
【選択図】図２Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナ装置であって、複数のアンテナ要素を備える第１のサブアセンブリと、
前記第１のサブアセンブリに接着された第２のサブアセンブリであって、成形材料内に封入されたビーム形成ネットワークの複数の構成要素を備え、前記ビーム形成ネットワークの前記複数の構成要素を前記複数のアンテナ要素に電気接続するために、前記成形材料上に１つ以上の相互接続層を更に備える、第２のサブアセンブリと
を備えるアンテナ装置。
【請求項2】
前記ビーム形成ネットワークの前記複数の構成要素の表面は、前記成形材料の表面と同一平面上にある、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記複数のアンテナ要素は前記第１のサブアセンブリの第１の表面上にあり、前記第１のサブアセンブリは、前記複数のアンテナ要素に直接接続されており、かつ前記第１のサブアセンブリの第２の表面に延在するビアのアレイを更に備え、前記第２のサブアセンブリは、前記第１のサブアセンブリの前記第２の表面に接着されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記複数の構成要素は、前記１つ以上の相互接続層内の複数のビアを介して前記複数のアンテナ要素に接続された複数の増幅器を含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記複数の増幅器の増幅器は、前記複数のアンテナ要素の対応するアンテナ要素に接続されており、当該アンテナ要素の下にある、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記第２のサブアセンブリは、前記１つ以上の相互接続層に接続されており、かつ前記成形材料を通って前記第２のサブアセンブリの表面まで延在する１つ以上のビアを更に備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記構成要素のうちの少なくとも１つは、前記１つ以上の相互接続層に接続されており、かつ前記成形材料を通って前記第２のサブアセンブリの表面まで延在する伝送線路である、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記第１のサブアセンブリは上面及び底面を有し、前記複数のアンテナ要素は前記上面に配置されており、前記第１のサブアセンブリは、前記底面に配置された接地プレートを更に備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記アンテナ要素の各々は、本体を有するパッチアンテナ要素であり、前記本体の主表面に直交するプローブフィードによって前記本体の直接下の点からフィードされる、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項10】
前記第１のサブアセンブリ及び第２のサブアセンブリは、少なくとも複数の接地－信号－接地（ＧＳＧ）はんだ接続によって互いに接着されており、各々が前記アンテナ要素の１つを前記１つ以上の相互接続層上の信号及び接地接点に電気接続する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項11】
前記複数の構成要素は、入出力ポート、結合器／分割器ネットワーク、及び前記アンテナ要素のうちの少なくとも１つに各々電気接続された複数の集積回路（ＩＣ）チップを含み、前記入出力ポートは、送信無線周波数（ＲＦ）信号を送信方向に前記結合器／分割器ネットワークにルーティングし、及び／又は前記結合器／分割器ネットワークからの結合された受信ＲＦ信号を受信方向にルーティングし、
前記結合器／分割器ネットワークは、前記ＲＦ伝送信号を複数の分割された伝送ＲＦ信号に分割し、及び／又は各々が前記ＩＣチップの１つから受信された複数の修正されたＲＦ受信信号を、前記結合されたＲＦ受信信号に結合するように構成されており、
前記ＩＣチップの各々は、前記分割されたＲＦ伝送信号のうちのそれぞれ１つを修正して、修正されたＲＦ伝送信号を提供し、前記ＩＣチップに接続された前記少なくとも１つのアンテナ要素に前記修正されたＲＦ伝送信号を出力し、及び／又は前記ＩＣチップに接続された前記少なくとも１つのアンテナ要素から提供されたＲＦ受信信号を修正して、前記修正されたＲＦ受信信号のうちの１つを前記結合器／分割器ネットワークに提供するように構成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項12】
前記ＩＣチップの各々は、前記分割されたＲＦ伝送信号及び／又は前記ＩＣチップに提供された前記ＲＦ受信信号を修正するために、（ｉ）送信増幅器及び／又は送信位相シフタ、又は（ｉｉ）受信増幅器及び／又は受信位相シフタ、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項13】
前記入出力ポートは、前記第２のサブアセンブリの第１の主表面から、前記第２のサブアセンブリの対向する第２の主表面まで延在する同軸伝送線路であり、前記結合器／分割器ネットワークは、前記入出力ポートと前記複数のＩＣチップとの間に配置された誘電体によって支持されるコプレーナ導波管から構成されている、請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項14】
前記誘電体は、前記成形材料の損失係数よりも低い損失係数を有する、請求項１３に記載のアンテナ装置。
【請求項15】
前記誘電体は石英であり、前記成形材料は液晶ポリマーであり、第１のサブアセンブリは、前記複数のアンテナ要素を支持する石英基板を備える、請求項１３に記載のアンテナ装置。
【請求項16】
前記構成要素は、２次元アレイの行及び列に配置された複数の集積回路（ＩＣ）チップを備え、各ＩＣチップは、行方向及び列方向に互いに離間しており、各々は、少なくとも２つのプローブフィードの直接下にあり、かつ当該プローブフィードに電気接続されており、前記プローブフィードは、少なくとも２つの対応するアンテナ要素を前記それぞれのＩＣチップに接続する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項17】
前記構成要素は複数の集積回路（ＩＣ）チップを含み、前記第２のサブアセンブリは複数のヒートスプレッダタブを含み、各々は前記ＩＣチップのうちの１つの主表面に取り付けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項18】
前記ヒートスプレッダタブの各々の第１の主表面は前記ＩＣチップのうちのそれぞれ１つに取り付けられており、前記ヒートスプレッダタブの対向する第２の主表面は、前記成形材料の外側に露出されている、請求項１７に記載のアンテナ装置。
【請求項19】
前記ビーム形成ネットワーク及び前記アンテナ要素は、ミリ波周波数の信号を送受信するように構成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項20】
前記複数のアンテナ要素は、少なくとも１６個のアンテナ要素を含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項21】
アンテナ装置を形成する方法であって、複数のアンテナ要素を含む第１のサブアセンブリを形成することと、
成形材料内にビーム形成ネットワークの複数のビーム形成構成要素を封入して、埋め込み構成要素構造を形成することと、
前記埋め込み構成要素構造上に１つ以上の相互接続層を形成することにより、第２のサブアセンブリを形成することと、
前記複数のビーム形成構成要素が前記複数のアンテナ要素に電気接続されるように、前記第１のサブアセンブリを前記第２のサブアセンブリに接着及び電気接続することと
を含む方法。
【請求項22】
前記第１のサブアセンブリの前記第２のサブアセンブリへの接着及び電気接続は、前記第１のサブアセンブリ及び前記第２のサブアセンブリの各々の上のそれぞれの信号パッドと接地パッドとの間で複数の接地－信号－接地（ＧＳＧ）はんだ接続を加熱及び冷却することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
１つ以上の相互接続層の形成は、前記第１のサブアセンブリ及び前記第２のサブアセンブリが互いに接着及び電気接続されるときに、前記ビーム形成構成要素のうちの少なくともいくつかを前記アンテナ要素のそれぞれ１つに直接的に電気接続するために、前記１つ以上の相互接続層を完全に貫通して複数のビアを形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
前記複数のビーム形成構成要素の封入は、接着箔が接着された支持体を提供することと、
前記複数のビーム形成構成要素を前記接着箔の表面上に配置することと、
前記接着箔表面上に配置されている間に、未硬化状態の前記成形材料を前記ビーム形成構成要素の周りに適用することと、
前記成形材料を硬化させて、中間構造を形成することと、
前記支持体及び前記接着箔を前記中間構造から除去して、前記埋め込み構成要素構造を形成することと
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項25】
前記複数のビーム形成構成要素は、複数の集積回路（ＩＣ）チップと、少なくとも１つの伝送線路部分内に形成された結合器／分割器ネットワークと、前記成形材料の適用前に前記接着箔の前記表面上に各々配置される同軸フィードスルー伝送線路とを備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記成形材料の硬化後に前記成形材料を通して複数のビアを形成し、引き続き、前記１つ以上の相互接続層を通して前記ＩＣチップの少なくとも１つに接続することを更に含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記ビーム形成構成要素を封入する前に、ヒートスプレッダタブを、前記ビーム形成構成要素のうちの少なくともいくつかのそれぞれの主表面に取り付けることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項28】
アンテナ装置であって、複数のアンテナ要素を含む第１のサブアセンブリを形成することと、
成形材料内にビーム形成ネットワークの複数のビーム形成構成要素を封入して、埋め込み構成要素構造を形成することと、
前記埋め込み構成要素構造上に１つ以上の相互接続層を形成することにより、第２のサブアセンブリを形成することと、
前記複数のビーム形成構成要素が前記複数のアンテナ要素に電気接続されるように、前記第１のサブアセンブリを前記第２のサブアセンブリに接着及び電気接続することと
によって形成された、アンテナ装置。
【請求項29】
前記複数のビーム形成構成要素は、入出力ポート、結合器／分割器ネットワーク、及び前記アンテナ要素のうちの少なくとも１つに各々電気接続された複数の集積回路（ＩＣ）チップを含み、前記入出力ポートは、送信無線周波数（ＲＦ）信号を送信方向に前記結合器／分割器ネットワークにルーティングし、及び／又は前記結合器／分割器ネットワークからの結合された受信ＲＦ信号を受信方向にルーティングし、
前記結合器／分割器ネットワークは、前記ＲＦ伝送信号を複数の分割された伝送ＲＦ信号に分割し、及び／又は各々が前記ＩＣチップの１つから受信された複数の修正されたＲＦ受信信号を、前記結合されたＲＦ受信信号に結合するように構成されており、
前記ＩＣチップの各々は、前記分割されたＲＦ伝送信号のうちのそれぞれ１つを修正して、修正されたＲＦ伝送信号を提供し、前記ＩＣチップに結合された前記少なくとも１つのアンテナ要素にそれを出力し、及び／又は前記ＩＣチップに結合された前記少なくとも１つのアンテナ要素から提供されたＲＦ受信信号を修正して、前記修正されたＲＦ受信信号のうちの１つを前記結合器／分割器ネットワークに提供するように構成されており、
前記ＩＣチップの各々は、前記分割されたＲＦ伝送信号及び／又は前記ＩＣチップに提供された前記ＲＦ受信信号を修正するたに、（ｉ）送信増幅器及び／又は送信位相シフタ、又は（ｉｉ）受信増幅器及び／又は受信位相シフタ、のうちの少なくとも１つを備える、請求項２８に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概してアンテナアレイに関する。
（関連技術の考察）
（関連技術の考察）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
アンテナアレイは現在、航空機、衛星、車両、一般的な陸上通信用の基地局などで、マイクロ波及びミリ波周波数の様々な用途に使用されている。このようなアンテナアレイは、典型的には、ビームを方向付けするためのフェーズドアレイを形成するために、位相シフトビーム形成回路を用いて駆動されるマイクロストリップ放射素子を含む。多くの場合、アンテナアレイ及びビーム形成回路を含むアンテナシステム全体が、必要な性能メトリックを満たす一方で、低プロファイルの最小空間しか占有しないことが望ましい。
【0003】
本開示の技術の一態様では、アンテナ装置は、複数のアンテナ要素を有する第１のサブアセンブリと、第１のサブアセンブリに接着された第２のサブアセンブリとを含む。第２のサブアセンブリは、成形材料内に封入されたビーム形成ネットワークの複数の構成要素と、成形材料上の１つ以上の相互接続層とを含む。１つ以上の相互接続層は、ビーム形成ネットワークの複数の構成要素を複数のアンテナ要素に電気接続する。
【0004】
構成要素は、アンテナ装置がフェーズドアレイとして動作可能であるように、位相シフタを動的に制御する集積回路（ＩＣ）チップを含んでもよい。
【0005】
別の態様では、アンテナ装置を形成する方法は、複数のアンテナ要素を含む第１のサブアセンブリを形成することと、成形材料内にビーム形成ネットワークの複数のビーム形成構成要素を封入して、埋め込み構成要素構造を形成することと、を含む。次いで、１つ以上の相互接続層を、埋め込み構成要素構造上に形成し、それによって第２のサブアセンブリを成してもよい。次いで、第１のサブアセンブリは、複数のビーム形成構成要素が複数のアンテナ要素に電気接続されるように、第２のサブアセンブリに接着及び電気接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0006】
開示された技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照番号が同様の素子又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。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下の説明は、添付の図面を参照して、例示目的のために本明細書に開示される技術の特定の例示的実施形態の包括的な理解を支援するために提供される。本明細書は、技術を理解する当業者を支援す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であると見なされるべきである。簡潔さ及び明瞭さのために、周知の機能及び構造の説明は、当業者が技術を理解することを不明瞭にし得る場合には、周知の機能及び構造の説明を省略することができる。
【0021】
図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置１００の斜視図である。アンテナ装置１００は、低プロファイルの積層構造を形成するアンテナサブアセンブリ１１０を含んでもよく、これは、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に接着されている。アンテナサブアセンブリ１１０は、アンテナアレイ１２２を形成するために、基板１１７の上部主表面にわたって空間的に配置された複数のアンテナ要素１２０を含む。アンテナ要素１２０の数、それらの種類、サイズ、形状、要素間間隔、及びそれらが駆動される方法は、目標とする性能メトリックを達成するために設計によって変更してもよい。このような性能メトリックの例としては、必要な周波数帯域にわたるビーム幅、指向方向、偏波、サイドローブ、電力損失、ビーム形状などが挙げられる。典型的な事例では、アンテナアレイ１２２は、少なくとも１６個のアンテナ要素１２０を含む。アンテナ要素１２０は、図１に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ要素であってもよいが、プリントダイポール又はスロット付き要素などの他のラジエータ形式を代用してもよい。接地プレート１１９は、基板１１７の底部主表面上に形成してもよい。用途に応じて、アンテナ要素１２０は、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するためのビーム形成構成要素に接続してもよい。以降の説明は、アンテナ装置１００が同時に送信及び受信能力を有すると仮定するが、他の実施形態は、単に受信又は送信するように構成してもよい。一実施例では、アンテナ要素１２０は、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ範囲の帯域として一般に定義される、ミリ（ｍｍ）波周波数帯域にわたって動作するように設計されている。他の実施例では、アンテナ要素１２０は、３０ＧＨｚ未満で動作するように設計される。
【0022】
図２Ａを一時的に参照すると、アンテナ装置１００のアンテナ要素１２０の一例が斜視図で例示されている。（後述する図２Ｂは、アンテナ要素１２０を断面図で示す。）アンテナ要素１２０は、基板１１７の上面に印刷してもよく、又は上面の下で基板１１７に配置してもよい。基板１１７の底面上に金属被覆してもよい接地プレート１１９は、アンテナ要素１２０への／アンテナ要素１２０からの信号エネルギーを反射する。基板１１７は、石英又は溶融シリカなどの低損失正接材料であってもよい。これは、損失を最小限に抑えるために、高周波動作において特に有益であり得る。各アンテナ要素１２０は、基板１１７を通って垂直に延在し、点ｐでアンテナ要素の下面に直接接続されたそれぞれのマイクロストリッププローブフィード１１４によって駆動することができる。マイクロストリッププローブフィード１１４は、基板１１７を通る基板貫通ビア（ＴＳＶ）（以下、「ビア」）として形成してもよい。したがって、それぞれの複数のアンテナ要素１２０にフィードする複数のプローブフィード１１４は、誘電体１１７を通って延在するビアのアレイと見なしてもよい。点ｐは、所望の偏波を達成するためにアンテナ要素１２０の本体内の位置で選択され、所望の偏波を達成することができる（例えば、中心から特定の距離だけずれたときに円形偏波）。インピーダンス整合のために、パッチ要素にスリット１２１を形成してもよい。代替的な設計では、プローブフィードは、アンテナ要素１２０へのインセットフィード及び／又は非接触の結合接続により置換してもよいことに留意されたい。
【0023】
更に図１を参照すると、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、成形材料１５２内に封入されたビーム形成ネットワーク構成要素を含み、これは、再構成ウェハと呼ばれることもある埋め込み構造１５４を共に形成する。サブアセンブリ１５０は、成形材料１５２の上に形成された（例えば、誘電体及び導電性材料の多工程堆積プロセスを使用して）１つ以上の相互接続層１５５（本明細書では、「再分配層（ＲＤＬ）」と互換的に呼ばれる）を更に含み、これは、ビーム形成ネットワーク構成要素をアンテナ要素１２０に電気接続することができる。そのようなビーム形成ネットワーク構成要素の例には、集積回路（ＩＣ）チップ１６０、結合器／分割器ネットワークを形成し得る伝送線路部分１８０、及び少なくとも１つのＲＦフィードスルー伝送線路１７０が含まれる。ＩＣチップ１６０は、モノリシックマイクロ波ＩＣ（ＭＭＩＣ）チップであってもよい。一実施例では、ＩＣチップ１６０は、各々リン化インジウム（ＩｎＰ）である。別の例では、ＩＣチップは、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの別の半導体材料であってもよい。任意のＩＣチップ１６０は、いくつかのアンテナ要素１２０にフィードすることができる。（本明細書で、アンテナ要素に「フィードする」とは、アンテナ要素に信号を送信すること、及び／又はアンテナ要素から信号を受信することを指す。）
【0024】
以下、伝送線路部分１８０は、互換的に結合器／分割器ネットワーク１８０と呼ばれてもよい。送信方向では、結合器／分割器ネットワーク１８０は、伝送線路１７０を介して印加されるＲＦ伝送信号を、各々がＩＣチップ１６０の１つに印加される複数の分割された伝送信号に分割する分割器として機能する。受信方向において、結合器／分割器ネットワーク１８０は、アンテナ要素１２０の１つ又は群によって各々受信され、ＩＣチップ１６０を介してルーティングされる（及び典型的にはそれによって修正される）複数の受信信号を結合する結合器として機能する。したがって、ＩＣチップ１６０は、アンテナアレイ１２２に電気接続された「ＲＦフロントエンド」を集合的に含んでもよい。信号を送信するために、ＲＦフロントエンドは、伝送線路１７０を介して印加されるＲＦ信号を増幅するための電力増幅器を分散的に含み得る。受信方向において、ＲＦフロントエンドは、低ノイズ増幅器、ミキサ、フィルタ、スイッチなどを含んでもよい。アンテナアレイ１２２がフェーズドアレイとして提供される場合、ＩＣチップ１６０は、アンテナ要素１２０を互いに対して位相調整するための送信経路及び／又は受信経路内でアクティブな位相シフタを含み、それによってアンテナビームを動的に方向付けすることができる。一例では、単一の同軸フィードスルー伝送線路（「同軸フィードスルー」）１７０は、送信側の入力ＲＦ信号をルーティングし、及び／又は受信側の全てのアンテナ要素１２０からの結合された受信信号をルーティングしてもよい。他の場合には、２つ以上の同軸フィードスルー１７０が提供され、送信／受信信号の追加の分割／結合は、アンテナ装置１００の別の層で、例えば、複数の同軸フィードスルー１７０への／複数の同軸フィードスルー１７０からの信号の分割／結合によって行われる。同軸フィードスルー１７０は、アンテナ装置１００の入出力ポートの一例である。ＣＰＷフィードスルーなどの他の種類のフィードスルーにより置換してもよい。
【0025】
図３Ａは、送信及び受信動作のためのフェーズドアレイアンテナとして構成されたアンテナ装置１００の例を概略的に示す。本実施例のアンテナ装置１００は、Ｎ個のＩＣチップ１６０１～１６０Ｎ及び（Ｎ×ｋ）個のアンテナ要素（１２０１－１～１２０１－ｋ），．．．，（１２０Ｎ－１～１２０Ｎ－ｋ）を含み、各チップ１６０はｋ個のアンテナ要素１２０に接続されており、変数Ｎ及びｋは各々２以上である。（ただし、特定の他の実施形態では、各ＩＣチップ１６０に接続されたアンテナ要素１２０は１つのみであり得ることに留意されたい。）図１の例では、１つのＩＣチップ１６０が４つのアンテナ要素１２０の下にあり（かつ接続され）、したがってｋ＝４であることが分かる。各ＩＣチップ１６０ｉ（ｉは１～Ｎの任意の数）は、ｋ個の送受信回路（Ｔ／Ｒ）回路１６５ｉ－１～１６５ｉ－ｋを含む。任意のＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの一端（ｊは１～ｋの任意の数）は、対応するアンテナ要素１２０ｉ－ｊに接続され、Ｔ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの他端は、結合器／分割器ネットワーク１８０のそれぞれのフィードポイントに接続される。送信方向では、フィードスルー１７０からの伝送ＲＦ信号（例えば、モデムから提供される）は、結合器／分割器１８０によって（Ｎ×ｋ）個の信号に分割され、各分割された信号は、Ｔ／Ｒ回路１６５に供給され、Ｔ／Ｒ回路１６５によって修正（例えば、増幅、位相シフト及び／又はフィルタリング）される。各Ｔ／Ｒ回路１６５の修正された信号は、放射されるそれぞれのアンテナ要素１２０に出力される。受信方向において、各アンテナ要素１２０によって受信された受信信号は、対応する各Ｔ／Ｒ回路１６５を通って供給され、修正される（例えば、増幅、フィルタリング、及び／又は位相シフトされる）。各々の修正された受信信号は、結合器／分割器１８０の入力ポイントに出力される。この結合器／分割器は、修正された全ての受信信号を結合し、フィードスルー１７０に結合された受信信号を提供する。
【0026】
図３Ｂは、図１２Ａのアンテナ装置１００のＴ／Ｒ回路１６５のいずれかに使用することができるＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの一例を示す。Ｔ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊは、一対のＴ／Ｒスイッチ７０、７２と、送信経路位相シフタ８２と、送信増幅器８０と受信増幅器６０と、受信経路位相シフタ６２とを含んでもよい。制御信号ＣＮＴＲＬは、Ｔ／Ｒスイッチ７０、７２のスイッチ状態を制御するためにＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊに印加することができ、また、位相シフタ６２、８２の位相シフトを動的に制御することができる。送信期間中、Ｔ／Ｒスイッチ７０及び７２は、第１のスイッチ位置に切り替えられ、結合器／分割器ネットワーク１８０から入力される伝送信号を位相シフタ８２及び増幅器８０を介してアンテナ１２０ｉ－ｊにルーティングする。受信期間中、Ｔ／Ｒスイッチ７０及び７２は、第２のスイッチ位置に切り替えられ、ＲＦ受信信号をアンテナ１２０ｉ－ｊから増幅器６０及び位相シフタ６２を介して結合器／分割器ネットワーク１８０にルーティングする。同じ周波数帯域又は異なる周波数帯域を送信及び受信動作に使用してもよい。
【0027】
図３ＢのＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊは、共有アンテナ要素１２０（伝送信号及び受信信号の両方を処理するために共有される）と共有結合器／分割器ネットワーク１８０との間で送受信信号をルーティングするＴ／Ｒ回路の一例である。当業者に知られている他の構成を代用してもよい。例えば、代替のＴ／Ｒ回路は、Ｔ／Ｒスイッチ７０、７２を省略し、伝送信号電力が受信増幅器６０を損傷するのを防ぐための適切な隔離機構を用いて、送信及び受信動作にそれぞれ異なる周波数帯域を利用してもよい。また、偏波ダイバーシティ方式（例えば、送信の左円偏波、受信の右円偏波、又はその逆）を実装することによってＴ／Ｒスイッチ７０、７２を省略することも可能であり得る。
【0028】
図２Ｂを参照すると、アンテナ装置１００の任意のアンテナ要素１２０とＩＣチップ１６０との間の例示的な配置及び接続技術を示す断面図が示されている。ＩＣチップ１６０は、埋め込み構造１５４内に埋め込まれ、ＲＦ信号をルーティングするために、埋め込み構造１５４の上面Ｓ１又はその付近に信号線接点１６２ｓ及び一対の接地接点１６２ｇを有してもよい。相互接続層１５５内に形成された導電性ビアＶｓ、Ｖｇは各々、接点１６２ｓ、１６２ｇに接続されたそれぞれの端部と、それぞれのコンタクトパッドＰｓ、Ｐｇを有する対向端部とを有する。組み立て段階では、接地プレート１１９の下面を相互接続層１５５の上面Ｓ２に接着することによって、アンテナサブアセンブリ１１０をサブアセンブリ１５０に取り付けてもよい。このような取り付けは、サブアセンブリ１１０、１５０上の対応するパッド間の電気接続材料（例えば、はんだ）により実現してもよく、任意選択で、サブアセンブリ１１０、１５０の他の表面領域上で接着剤を使用して補充してもよい。この組み立て段階の間に、パッドＰｓは、接着プロセス中に溶融され、次いで冷却されるはんだボール（又はバンプ／ピラー）１４７ｓを介してマイクロストリッププローブフィード１１４にはんだ付けすることができる。同様に、一対のパッドＶｇは、それぞれの一対のはんだボール１４７ｇを介して接地プレート１１９にはんだ付けされ、それによって、フィード１１４／接地プレート１１９とＩＣチップ１６０の信号／接地ポイントとの間に接地－信号－接地（ＧＳＧ）接続を形成することができる。はんだボール１４７ｓ、１４７ｇは最初から、図２Ｂに示すように、アンテナフィード／接地プレート１１４／１１９に、又は代替的にパッドＰｓ、Ｐｇに接着していてもよい。
【0029】
示される実施形態では、アンテナ要素１２０の直接下にあるＩＣチップ１６０を用いて、ビアＶｓ、Ｖｇは、ＩＣチップ１６０とアンテナ要素１２０の接触ポイントとの間に望ましい短い接続を形成する。ＩＣチップ１６０がアンテナ要素１２０の直接下にない他の実施形態では、ＧＳＧ接続は、相互接続層１５５内のコプレーナ導波管（ＣＰＷ）伝送線路のポイントで行うことができる。このようなＣＰＷ伝送線路は、パッドＰまで延在する内側トレースと、一対のパッドＰｇまでそれぞれ延在する一対の接地トレース（内側トレースの各側面上の１つ）とを有し得る。
【0030】
図４は、図１の経路ＩＶ－ＩＶに沿って切り取られたアンテナ装置１００の一部分の断面図である。この例示的な断面図では、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０、同軸線（「同軸」）フィードスルー１７０、及びＤＣビア１９０を含む。ＩＣチップ１６０は、図２Ｂに関して上述したやり方で、サブアセンブリ１１０の１つ以上のアンテナ要素１２０に接続してもよい。絶縁性接着層１３０を、上述の接着段階に続いてサブアセンブリ１１０、１５０の間に形成してもよい。接着層１３０は、ＧＳＧはんだ接続を使用するサブアセンブリ１１０、１５０の電気機械的取り付けを補充するために接着剤が塗布される場合に存在する。そうでない場合には、接着層１３０は省略することができる。示される例では、１つ以上のＲＤＬ層１５５は、下部ＲＤＬ層１５５ａ及び上部ＲＤＬ層１５５ｂを含み、上部ＲＤＬ層１５５ｂは、１９８、１６８、及び１８８などの導電性トレースと接着層１３０／接地プレート１１９とを分離する。代替的な設計では、上部ＲＤＬ層１５５ｂは省略され、接着層１３０のみがＲＤＬ層１５５ａの上の接地プレート１１９と導電性トレースを分離する。
【0031】
ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０、及び同軸フィードスルー１７０は各々、成形材料（「封止材」）１５２内に埋め込まれたビーム形成ネットワーク構成要素の例であり、各々は、封止材１５２の上面ｓ１と実質的に同一平面上にある上面を有してもよい。これらの要素間のＲＤＬ層接続は、ＲＤＬ層１５５ａの表面ｓ１から上面ｓ４まで延在するそれぞれのビアＶ１を介して行ってもよい。Ｖ１、Ｖｇ又は１９０などの任意のビアは、周囲の誘電体材料を通って延在するバレル（例えば、ビア１９０のバレル１９１）及び両端上の一対のパッド、例えば、Ｐ１、Ｐ３、Ｐｇ、Ｐｓを有してもよい。例えば、ＩＣチップ１６０は、ビアＶ１に接続された接点１６２ｆを有してもよく、これは次に、導電性トレース１９８、ビアＶ１及びＤＣビア１９０に接続する。ＤＣビア１９０は、その対向端が下部パッドＰ３を有する封止材１５２の下面ｓ３まで延在してもよい。表面ｓ４に沿ってパターン化された導電性トレース１９８、１６８、１８８は、ビアパッドへの接続を通じてビーム形成構成要素を相互接続してもよい。封止材１５２の上面ｓ１上に形成された任意のビアパッドは、誘電体層を適用してＲＤＬ層１５５ａを形成する前に形成してもよい。ＲＤＬ層１５５ａの誘電体が適用された後、ビアの対向パッドを形成してもよく、その後、ビアホールが上部パッドを通して穿孔され、下部パッドまで延在してもよい。次に、ビアホールは、ビア形成を完了するために、例えば電気めっきされた導体により充填することができる。
【0032】
コプレーナ導波管（ＣＰＷ）接続はまた、ＲＤＬ層１５５を通して様々な構成要素間で行うことができ、ＲＦ信号をルーティングするための相互接続を形成する。例えば、伝送線路部分１８０は、石英又は溶融シリカなどの低損失誘電体材料１８５の上面に沿って延在する内側ＣＰＷトレース１８２などの導電性トレースを含んでもよい。誘電体材料１８５は、望ましくは、封止材１５２の損失係数よりも低い損失係数を有する材料である。図５のトレース１８４ａ、１８４ｂとして後述される、図４には示されていない外側ＣＰＷトレースは、その反対側の内側トレース１８２に平行に延在してもよい。（図４の断面図では、１つのＣＰＷ外側トレースは、内側トレース１８２の前方にあってもよく、他方の外側トレースは内側トレース１８２の後ろにある。）内側トレース１８２の一端は、一対のビアＶ１間のＲＤＬトレース１６８によって形成された相互接続を介してＩＣチップ１６０の信号接点１６２ｔに接続してもよい。同様に、一対の外側ＲＤＬトレース（図示せず）は、信号接点１６２ｔの反対側のＩＣチップ１６０（図４には示されてはいないが、図５の接点１６２ｇとして例示されている）の一対の接地接点に、伝送線路部分１８０の外側ＣＰＷトレースを接続してもよい。
【0033】
同軸線１７０は、内側導体１７２と外側円筒形導体１７４とを分離するガラスなどの誘電体１７６から構成される。同軸線１７０は、表面ｓ１から封止材１５２の下面ｓ３まで垂直に延在してもよい。内側導体１７２は、一対のビアＶ１間にＲＤＬトレース１８８を含む相互接続を介して、内側ＣＰＷトレース１８２の他端に接続してもよい。外側導体１７４は、内側トレース１８２の両側の外側トレースに２点で接続してもよい。例えば、ビアＶ２は、図４の断面図において、内側ＣＰＷ ＲＤＬトレース１８８の後方に形成してもよい。このビアＶ２は、外側導体１７４の点を、内側ＣＰＷ ＲＤＬトレース１８８の後方に位置するＲＤＬ外側ＣＰＷトレースのうちの１つに電気接続してもよい。同軸フィードスルー１７０及びＤＣビア１９０は各々、表面ｓ３において表面実装コネクタ（図示せず）に接続してもよい。１つ以上の追加のＩＣチップは、表面ｓ３に取り付けられ、所望に応じて追加のビアを介してＩＣチップ１６０に接続することができる。このような追加ＩＣチップの一例は、ＩＣチップ１６０に電圧を提供する電圧調整チップである。別の例は、ＩＣチップ１６０内の位相シフタ及び／又はＴ／Ｒスイッチなどのビーム形成回路に制御信号を提供するマイクロプロセッサチップである。
【0034】
図５は、アンテナ装置１００の例示的な埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０の平面図である。サブアセンブリ１５０は、平面グリッド配置でレイアウトされたＩＣチップ１６０を含んでもよい。いくつかのＩＣチップ１６０間の空間（「ストリート」）には、伝送線路部分１８０が配置されている。伝送線路部分１８０は単一の部分として示されているが、ＲＤＬ層１５５内の相互接続を介して互いに相互接続された複数の部分から構成してもよい。間隙「ｇ」は、ＩＣチップ１６０の隣接する側面から伝送線路部分１８０の端部を分離することができる。場合によっては、熱膨張を考慮して最小間隙ｇサイズが割り当てられる。小さい間隙ｇが一般的に望ましいが、間隙サイズは、主に製造上の制限によって決められてもよい。複数のビア１９０は、各ＩＣチップ１６０の１つ以上の端部に隣接して配置してもよい。各ビア１９０は、ＩＣチップ１６０に／からＤＣバイアス信号又は制御信号をルーティングするために、隣接するＩＣチップ１６０のそれぞれの接点１６２ｆにＲＤＬ相互接続１９８を介して接続され得る。例えば、ＤＣバイアス信号は、ＩＣチップ１６０の送信方向電力増幅器及び／又は受信方向低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）をバイアスしてもよい。制御信号は、ＩＣチップ１６０内の位相シフタの位相を動的に制御することができる。
【0035】
ＩＣチップ１６０は、矩形プロファイルを有してもよい。ＩＣチップ１６０の少なくともいくつかは、いくつかのアンテナ要素１２０の部分の直接下にあってもよく、ビアを介して行われるプローブフィード１１４への短い接続を可能にする。例えば、ＩＣチップ１６０の信号接点１６２ｆは、相互接続層１５５内のそれぞれのビアの直接下にあってもよく、このビアは更にプローブフィード１１４の直接下にある。各アンテナ要素１２０の大部分（例えば、プローブフィードポイントを含む部分）は、ＩＣチップ１６０のそれぞれの部分を覆ってもよい。アンテナ要素１２０のいくつかは、ＩＣチップ１６０の角部を覆う大部分を有してもよく、少部分を、ＩＣチップ１６０の周囲の外側に配置してもよい。
【0036】
内側導体１７２及び外側導体１７４を有する同軸フィードスルー１７０は、入力ＲＦ信号を、伝送線路部分１８０を介してＩＣチップ１６０の一部又は全部にルーティングしてもよい。図４に記載されるように、内側導体１７２は、ＲＤＬ相互接続１８８を介して内側ＣＰＷトレース１８２の近位端に接続してもよい。更に、第１及び第２のＣＰＷ外側トレース１８４ａ、１８４ｂは、ＲＤＬ層１５５内のそれぞれのパッドＰ１及びＲＤＬ相互接続１８９ａ、１８９ｂを介して別々のポイントで外側導体１７４に接続してもよい。分割器ネットワーク（送信側）は、図５に示すように、内側ＣＰＷトレース１８２を複数の経路に分けＲＦ伝送信号の信号エネルギーを分割することによって、及びトレース１８４ｃ、１８４ｄ及び１８４ｅなどの追加のＣＰＷ外側トレースを提供することによって形成することができる。各ＩＣチップ１６０内の電力増幅器は、アンテナ要素１２０へのルーティング前に分割されたＲＦ信号の部分を増幅することができる。適切な送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチングにより、同じＣＰＷ導電性トレースを受信経路の結合器ネットワークとして使用して、アンテナ要素１２０によって受信され、ＩＣチップ１６０内の低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）によって増幅されたＲＦ受信信号を結合することができる。ＣＰＷ外側トレースは各々、ＲＤＬ相互接続によって、隣接するＩＣチップ１６０内の接地接点１６２ｇに接続してもよい。同様に、内側ＣＰＷトレース１８２の遠位端を、各々、ＲＤＬ相互接続１６８を介してＩＣチップ１６０のそれぞれにおける信号接点１６２ｔに接続してもよい（図４参照）。
【0037】
図６は、アンテナ装置１００を製造するための例示的な方法６００を示す流れ図である。最初に、アンテナ要素サブアセンブリ１１０と埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、別個に形成することができる（ブロックＳ６１０）。例えば、アンテナ要素サブアセンブリ１１０は、まず、低損失誘電体１１７、例えば石英又は溶融シリカのスラブをアンテナ装置１００の所望のプロファイルに予め切断することによって形成してもよい。その後、誘電体１１７の下部主表面は、各プローブフィード１１４の位置を取り囲む円形領域を除いて、接地プレート１１９と共にパターン化してもよい。次いで、プローブフィード１１４のためのパッドが、円形領域内の下面上に形成され、パッドを通して穿孔されたビアホールを形成することができる。ビアホールをその後、電気めっきして、ビアとして具現化されたプローブフィード１１４を形成してもよい。なお、接地プレート１１９は、プローブフィード１１４の形成前に形成していても又は形成後に形成してもよいことに留意されたい。次いで、プローブフィード１１４の位置と一致する領域でパターン金属化することによって誘電体１１７の上部主表面上にアンテナ要素１２０を形成することができ、これにより、アンテナ要素サブアセンブリ１１０を完成することができる。代替的なシーケンスでは、アンテナ要素１２０は、プローブフィード１１４及び／又は接地プレート１１９を形成するためのプロセスの前に形成される。埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、図７に関連して以下に記載される方法で形成してもよい。ＧＳＧはんだボールは、サブアセンブリ１１０又は１５０のいずれかのＧＳＧ接点に取り付けてもよい。
【0038】
次に、アンテナ構成要素サブアセンブリ１１０は、図２Ｂに記載されるように、ＧＳＧはんだボールが同時に溶融及び冷却されて、２つのサブアセンブリ間のＧＳＧ相互接続を形成する間に、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に直接接着することができる（Ｓ６２０）。（上述のように、ＧＳＧはんだ接続は、一部の実施形態では、補足的な接着剤なしで、全体的な機械的接続として機能してもよい。）次いで、残りの構成要素が、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に取り付けられ得る（Ｓ６３０）。これらは、上記の表面実装同軸コネクタ及びＤＣコネクタ、並びに封止材１５２の下面ｓ３に取り付けられたＩＣを含み得る。
【0039】
図７は、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０を形成する例示的な方法７００の流れ図であり、図８Ａ～図８Ｇは、方法７００のそれぞれの工程に対応する構造を示す断面図である。初期工程Ｓ７１０では、接着箔８１０（図８Ａを参照）が支持体プレート８２０上に積層され、支持体アセンブリ８３０を形成する。次いで、ビーム形成構成要素を、ピックアンドプレースツールを使用して箔上に配置することができる（Ｓ７２０）（図８Ｂ参照）。ビーム形成構成要素は、例えば、ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０（例えば、既に形成されたＣＰＷ導電性トレース１８２、１８４を有するか又は有さない石英部分）、１つ以上のＲＦフィードスルー、例えば、同軸フィードスルー１７０、及びＩＣチップ１６０とは異なる機能／材料／サイズの他のＩＣチップ（図示せず）を含み得る。ビーム形成構成要素のうちのいくつか、例えば、ＩＣチップ１６０のうちのいずれかは、接着箔８１０上に配置される前に取り付けられたヒートスプレッダタブ（例えば、後述する図１１Ｂのヒートスプレッダタブ１１０２）を有してもよい。
【0040】
次いで、成形材料１５２を、成形プレスを使用して、ビーム形成構成要素の周りの接着箔の表面上、及びビーム形成構成要素の少なくともいくつかの表面上に、（液体又は柔軟な）非硬化状態で適用することができる（Ｓ７３０）。成形材料１５２の例としては、エポキシ成形コンパウンド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及びポリイミドなどの他のプラスチックが挙げられる。ここで、成形材料１５２は、箔表面に対して少なくとも最も高い構成要素の高さ、例えば、同軸フィードスルー１７０の厚さで適用され得る。次に、成形材料１５２は、硬化され、任意選択でトリミング／平坦化されて、図８Ｃに示されるように、埋め込み構成要素構造１５４を備えた中間構造を形成することができる。このようにして、埋め込み構成要素構造１５４は、実質的に平面の対向する主表面ｓ１、ｓ３を有するウェハ様構造として形成することができ、ウェハのように更に加工してもよい。
【0041】
以下の工程（Ｓ７４０）において、支持体８２０及び箔８１０は、接着解除ツールを使用して、埋め込み構造１５４から剥離することによって中間構造から除去されてもよく、埋め込み構造１５４は、図８Ｄに見られるように裏返されてもよい。（図８Ｄにおいて、ヒートスプレッダタブがＩＣチップ１６０に取り付けられている場合、タブの厚さは、タブの下面が成形材料１５２の表面ｓ３と同一平面上にあるように、事前設定してもよく、又は後でトリミングしてもよいことに留意されたい。）その後、パッドを、ビアが形成される場所、又は他の構成要素への電気的接触が行われる場所で、構造１５４の対向する表面ｓ１及びｓ３上に形成することができる（Ｓ７５０）。図８Ｅに見られるように、相互接続層１５５を介して後続のビアの一部を形成するためのパッドＰ１、Ｐｓ及びＰｇは、パターン金属化によって上面ｓ１上に形成される。この処理段階の間に、ＣＰＷ導電性トレース１８２、１８４なしに伝送線路部分１８０が埋め込まれている場合、パッドＰ１、Ｐｓ、Ｐｇが形成されるとき、これらパッドをパターン金属化によって同時に形成してもよい。成形材料１５２を介してビア（例えば、１９０）の一部を形成するための、及び／又は他の構成要素に接続するためのパッドＰ３もまた、下面ｓ３上に形成してもよい。ビアホールは、パッド及び成形材料１５２を通して穿孔され、例えば電気めっきを用いて導電性材料（Ｓ７６０）により充填され、完成したビア（例えば１９０）を形成することができる。埋め込みプロセスの前に１つの構成要素として同軸フィードスルー１７０を提供する代替として、同軸フィードスルーをこの処理段階で、複数の別個の埋め込み構成要素を使用して形成してもよいことに留意されたい。
【0042】
次いで、埋め込み構成要素構造１５４の上に、ビア及び相互接続を有する１つ以上のＲＤＬ層１５５を形成することができる（Ｓ７７０）。例えば、第１及び第２のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂを有する構成では、第１のＲＤＬ層１５５ａは、図８Ｆに示されるように、埋め込み構造１５４の上面ｓ３の上に最初に形成してもよい。後続の工程では、ビアＶ１から層ＲＤＬ層１５５ａを形成し、ＲＤＬ層１５５ａの表面ｓ４に１９８、１６８、１８８などの導電性トレースを形成して、ビーム形成構成要素間の相互接続を完了することができる。その後、第１のＲＤＬ層１５５ｂの上面ｓ４上に第２のＲＤＬ層１５５ｂを形成してもよい。次に、第１及び第２のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂの両方を通って延在するビアＶｇ及びＶｓを形成することができる。代替的なシーケンスでは、ビアＶ１が形成されるときに、各ビアＶ及びＶｇの下部を最初に、すなわち、第２のＲＤＬ層１５５ｂの形成前に形成してもよい。ビアＶ及びＶｇの上部は、その後、第２のＲＤＬ層１５５ｂが適用された後に形成することができる。
【0043】
図９は、別の実施形態による、別の例示的なアンテナ装置１００’の部分的なレイアウトを示す。アンテナ装置１００’は、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’に接着されたアンテナサブアセンブリ１１０’を含んでもよい。アンテナサブアセンブリ１１０’は、アンテナサブアセンブリ１１０と実質的に同じ構造であってもよいが、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０が取り付けられた又は埋め込まれた拡張誘電体部分１１７を有する。あるいは、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０は、サブアセンブリ１５０’の拡張部分に取り付けられるか、又はその内部に埋め込まれ、誘電体部分１１７を拡張しなくてもよい。サブアセンブリ１５０’は、上述のものと同様又は同一の構成の少なくとも１つの相互接続層１５５を介して相互接続された埋め込みＩＣチップ１６０’及び埋め込みＩＣチップ９６０を含んでもよい。ＩＣチップ９６０は、ＩＣチップ１６０’とは異なる機能性を有してもよく、及び／又は異なる半導体材料から構成してもよい。一実施例では、ＩＣチップ１６０’は、ＩｎＰトランジスタ（例えば、電力増幅器、低ノイズ増幅器など）を含み、一方、ＩＣチップ９６０は、シリコン又はＳｉＧｅベースのトランジスタ（例えば、位相シフタなどのビーム形成要素）を含む。ＩＣチップ１６０’は、ＲＦ電力増幅器を含んでもよく、ＩＣチップ１６０について先に説明したやり方で、少なくとも１つの相互接続層１５５内のビアを介してアンテナサブアセンブリ１１０’のアンテナ要素１２０に直接接続してもよい。ＩＣチップ９６０は、拡張信号経路を介してアンテナ要素１２０に接続してもよい。
【0044】
一例では、ＩＣチップ９６０は、受信機フロントエンド回路、例えば、ＩＣチップ１６０’内及び／又は１つ以上の相互接続層１５５内の導電性トレースを介してアンテナ要素１２０に接続する低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、バンドパスフィルタ位相シフタなどを含む。この場合、所与のＩＣチップ９６０内の受信回路は、１つ以上のアンテナ要素１２０からルーティングされた１つ以上の受信信号を修正（例えば、増幅、位相シフト及び／又はフィルタリング）し、ＩＣチップ１６０’とＩＣチップ９６０との間に配置された結合器／分割器ネットワーク１８０’に修正された受信信号を出力することができる。ＩＣチップ９６０は同様に又は代替的に、ベクトル発生器を含んでもよい。ＩＣチップ９７０、例えば、モデムを、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’内に埋め込んでもよく、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０とＩＣチップ９６０及び１６０’との間に接続してもよい。
【0045】
図１０は、埋め込まれたビーム形成構成要素の少なくとも一部と一体化されたヒートスプレッダタブを有する埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０又は１５０’を製造する方法１０００の流れ図である。図１１Ａ～図１１Ｅは、方法１０００における各工程に対応する構造を示す断面図である。方法１０００では、支持体アセンブリ８３０を形成するために、接着箔８１０が支持体８２０上に積層され得る（Ｓ１０１０、図１１Ａ）。ヒートスプレッダタブは、選択されたビーム形成構成要素の表面、例えば、図１１ＢのＩＣチップ１６０’に取り付けられたヒートスプレッダタブ１１０２に取り付けることができる（Ｓ１０２０）。ヒートスプレッダタブの厚さ及びプロファイルは、取り付けられたビーム形成構成要素、その所望の動作温度範囲、及びヒートスプレッダタブの放熱特性の推定に基づいて選択することができる。
【0046】
次いで、ビーム形成構成要素（ヒートスプレッダタブ１１０２が取り付けられたものを含む）を箔８１０表面上に配置することができる（Ｓ１０３０、図１１Ｂ）。次いで、成形材料１５２をビーム形成構成要素（Ｓ１０４０、図１１Ｃ）の周りに適用し、硬化させることができる。成形材料１５２は、例えば、ヒートスプレッダタブ１１０２の表面を露出するように必要に応じてトリミングしてもよく、したがって、露出したタブ１１０２の表面は、成形材料１５２の主表面ｓ３と同一平面上にあってもよい。同軸フィードスルー１７０などの他のビーム形成構成要素が、ヒートスプレッダタブが取り付けられたビーム形成構成要素よりも高い場合（高さは箔表面８１０から測定される）、ヒートスプレッダタブは、図１１Ｃに見られるように、表面ｓ３がヒートスプレッダタブの露出面及び最も高いビーム形成構成要素（例えば、１７０）の露出面の両方と同一平面上にあるように予め設計することができる。あるいは、ヒートスプレッダタブ及び／又は同軸フィードスルー１７０は、後の表面ｓ３の平坦化プロセスでトリミングされる。このようにして、結果として得られる埋め込み構成要素構造１５４は、両方とも実質的に平坦である対向する主表面を備えたウェハ様のものにすることができる。
【0047】
続いて、支持体及び箔は、埋め込み構成要素及び成形材料（Ｓ１０５０）から剥離され、対向する表面ｓ１及びｓ３を有するウェハ様の埋め込み構成要素構造１５４（図１１Ｄ）を得ることができる。各ビーム形成構成要素の１つの主表面は、表面ｓ１と同一平面上にあってもよい。次に、ビア用のパッドを表面ｓ１上に形成することができ（Ｓ１０６０）、ビアが成形材料１５２を通して形成される場合は、表面ｓ３上にも形成することができる。ビアホールはパッド（Ｓ１０７０）に穿孔され、導電性材料により充填され、ＤＣバイアス及び低周波制御信号用のビアを成形材料に形成することができる。次に、図１１Ｅに示すように、埋め込み構成要素構造１５４の上に、ビア及び相互接続を有する１つ以上の相互接続層１５５を形成することができる（Ｓ１０８０）。ビア１９０は、図１１Ａ～図１１Ｅには示されないが、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’内に形成され、サブアセンブリ１５０について上で説明したのと同じやり方で、ＩＣチップ１６０’、９６０及び／又は９７０に接続してもよい。図１１Ｅの実施例では、ＩＣチップ１６０’は、一対のビアＶ１間の信号トレース９９８を含む相互接続を介してＩＣチップ９６０に電気接続される。図８Ａ～図８Ｇの前の例と同様に、単一の相互接続層、又は３つ以上の相互接続層は、代替的な設計例において、一対のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂを代替することができる。
【0048】
上述のアンテナ装置の実施形態は、低プロファイルで形成することができ、したがって、制約された空間用途において特に有利であり得る。更に、この構造は、低損失要素、例えば、低損失伝送線路及びアンテナ基板を含むのに適しており、ミリ波周波数において特に有益である可能性がある。
【0049】
本明細書に記載の技術は、その例示的な実施形態を参照して特に示され説明されているが、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される特許請求の範囲に記載の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更を行うことができることが当業者には理解されよう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【手続補正書】
【提出日】2022-02-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概してアンテナアレイに関する。
（関連技術の考察）
（関連技術の考察）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
アンテナアレイは現在、航空機、衛星、車両、一般的な陸上通信用の基地局などで、マイクロ波及びミリ波周波数の様々な用途に使用されている。このようなアンテナアレイは、典型的には、ビームを方向付けするためのフェーズドアレイを形成するために、位相シフトビーム形成回路を用いて駆動されるマイクロストリップ放射素子を含む。多くの場合、アンテナアレイ及びビーム形成回路を含むアンテナシステム全体が、必要な性能メトリックを満たす一方で、低プロファイルの最小空間しか占有しないことが望ましい。
【0003】
本開示の技術の一態様では、アンテナ装置は、複数のアンテナ要素を有する第１のサブアセンブリと、第１のサブアセンブリに接着された第２のサブアセンブリとを含む。第２のサブアセンブリは、成形材料内に封入されたビーム形成ネットワークの複数の構成要素と、成形材料上の１つ以上の相互接続層とを含む。１つ以上の相互接続層は、ビーム形成ネットワークの複数の構成要素を複数のアンテナ要素に電気接続する。
【0004】
構成要素は、アンテナ装置がフェーズドアレイとして動作可能であるように、位相シフタを動的に制御する集積回路（ＩＣ）チップを含んでもよい。
【0005】
別の態様では、アンテナ装置を形成する方法は、複数のアンテナ要素を含む第１のサブアセンブリを形成することと、成形材料内にビーム形成ネットワークの複数のビーム形成構成要素を封入して、埋め込み構成要素構造を形成することと、を含む。次いで、１つ以上の相互接続層を、埋め込み構成要素構造上に形成し、それによって第２のサブアセンブリを成してもよい。次いで、第１のサブアセンブリは、複数のビーム形成構成要素が複数のアンテナ要素に電気接続されるように、第２のサブアセンブリに接着及び電気接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0006】
開示された技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照番号が同様の素子又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。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下の説明は、添付の図面を参照して、例示目的のために本明細書に開示される技術の特定の例示的実施形態の包括的な理解を支援するために提供される。本明細書は、技術を理解する当業者を支援す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であると見なされるべきである。簡潔さ及び明瞭さのために、周知の機能及び構造の説明は、当業者が技術を理解することを不明瞭にし得る場合には、周知の機能及び構造の説明を省略することができる。
【0021】
図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置１００の斜視図である。アンテナ装置１００は、低プロファイルの積層構造を形成するアンテナサブアセンブリ１１０を含んでもよく、これは、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に接着されている。アンテナサブアセンブリ１１０は、アンテナアレイ１２２を形成するために、基板１１７の上部主表面にわたって空間的に配置された複数のアンテナ要素１２０を含む。アンテナ要素１２０の数、それらの種類、サイズ、形状、要素間間隔、及びそれらが駆動される方法は、目標とする性能メトリックを達成するために設計によって変更してもよい。このような性能メトリックの例としては、必要な周波数帯域にわたるビーム幅、指向方向、偏波、サイドローブ、電力損失、ビーム形状などが挙げられる。典型的な事例では、アンテナアレイ１２２は、少なくとも１６個のアンテナ要素１２０を含む。アンテナ要素１２０は、図１に示すようなマイクロストリップパッチアンテナ要素であってもよいが、プリントダイポール又はスロット付き要素などの他のラジエータ形式を代用してもよい。接地プレート１１９は、基板１１７の底部主表面上に形成してもよい。用途に応じて、アンテナ要素１２０は、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するためのビーム形成構成要素に接続してもよい。以降の説明は、アンテナ装置１００が同時に送信及び受信能力を有すると仮定するが、他の実施形態は、単に受信又は送信するように構成してもよい。一実施例では、アンテナ要素１２０は、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ範囲の帯域として一般に定義される、ミリ（ｍｍ）波周波数帯域にわたって動作するように設計されている。他の実施例では、アンテナ要素１２０は、３０ＧＨｚ未満で動作するように設計される。
【0022】
図２Ａを一時的に参照すると、アンテナ装置１００のアンテナ要素１２０の一例が斜視図で例示されている。（後述する図２Ｂは、アンテナ要素１２０を断面図で示す。）アンテナ要素１２０は、基板１１７の上面に印刷してもよく、又は上面の下で基板１１７に配置してもよい。基板１１７の底面上に金属被覆してもよい接地プレート１１９は、アンテナ要素１２０への／アンテナ要素１２０からの信号エネルギーを反射する。基板１１７は、石英又は溶融シリカなどの低損失正接材料であってもよい。これは、損失を最小限に抑えるために、高周波動作において特に有益であり得る。各アンテナ要素１２０は、基板１１７を通って垂直に延在し、点ｐでアンテナ要素の下面に直接接続されたそれぞれのマイクロストリッププローブフィード１１４によって駆動することができる。マイクロストリッププローブフィード１１４は、基板１１７を通る基板貫通ビア（ＴＳＶ）（以下、「ビア」）として形成してもよい。したがって、それぞれの複数のアンテナ要素１２０にフィードする複数のプローブフィード１１４は、誘電体１１７を通って延在するビアのアレイと見なしてもよい。点ｐは、所望の偏波を達成するためにアンテナ要素１２０の本体内の位置で選択され、所望の偏波を達成することができる（例えば、中心から特定の距離だけずれたときに円形偏波）。インピーダンス整合のために、パッチ要素にスリット１２１を形成してもよい。代替的な設計では、プローブフィードは、アンテナ要素１２０へのインセットフィード及び／又は非接触の結合接続により置換してもよいことに留意されたい。
【0023】
更に図１を参照すると、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、成形材料１５２内に封入されたビーム形成ネットワーク構成要素を含み、これは、再構成ウェハと呼ばれることもある埋め込み構造１５４を共に形成する。サブアセンブリ１５０は、成形材料１５２の上に形成された（例えば、誘電体及び導電性材料の多工程堆積プロセスを使用して）１つ以上の相互接続層１５５（本明細書では、「再分配層（ＲＤＬ）」と互換的に呼ばれる）を更に含み、これは、ビーム形成ネットワーク構成要素をアンテナ要素１２０に電気接続することができる。そのようなビーム形成ネットワーク構成要素の例には、集積回路（ＩＣ）チップ１６０、結合器／分割器ネットワークを形成し得る伝送線路部分１８０、及び少なくとも１つのＲＦフィードスルー伝送線路１７０が含まれる。ＩＣチップ１６０は、モノリシックマイクロ波ＩＣ（ＭＭＩＣ）チップであってもよい。一実施例では、ＩＣチップ１６０は、各々リン化インジウム（ＩｎＰ）である。別の例では、ＩＣチップは、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの別の半導体材料であってもよい。任意のＩＣチップ１６０は、いくつかのアンテナ要素１２０にフィードすることができる。（本明細書で、アンテナ要素に「フィードする」とは、アンテナ要素に信号を送信すること、及び／又はアンテナ要素から信号を受信することを指す。）
【0024】
以下、伝送線路部分１８０は、互換的に結合器／分割器ネットワーク１８０と呼ばれてもよい。送信方向では、結合器／分割器ネットワーク１８０は、伝送線路１７０を介して印加されるＲＦ伝送信号を、各々がＩＣチップ１６０の１つに印加される複数の分割された伝送信号に分割する分割器として機能する。受信方向において、結合器／分割器ネットワーク１８０は、アンテナ要素１２０の１つ又は群によって各々受信され、ＩＣチップ１６０を介してルーティングされる（及び典型的にはそれによって修正される）複数の受信信号を結合する結合器として機能する。したがって、ＩＣチップ１６０は、アンテナアレイ１２２に電気接続された「ＲＦフロントエンド」を集合的に含んでもよい。信号を送信するために、ＲＦフロントエンドは、伝送線路１７０を介して印加されるＲＦ信号を増幅するための電力増幅器を分散的に含み得る。受信方向において、ＲＦフロントエンドは、低ノイズ増幅器、ミキサ、フィルタ、スイッチなどを含んでもよい。アンテナアレイ１２２がフェーズドアレイとして提供される場合、ＩＣチップ１６０は、アンテナ要素１２０を互いに対して位相調整するための送信経路及び／又は受信経路内でアクティブな位相シフタを含み、それによってアンテナビームを動的に方向付けすることができる。一例では、単一の同軸フィードスルー伝送線路（「同軸フィードスルー」）１７０は、送信側の入力ＲＦ信号をルーティングし、及び／又は受信側の全てのアンテナ要素１２０からの結合された受信信号をルーティングしてもよい。他の場合には、２つ以上の同軸フィードスルー１７０が提供され、送信／受信信号の追加の分割／結合は、アンテナ装置１００の別の層で、例えば、複数の同軸フィードスルー１７０への／複数の同軸フィードスルー１７０からの信号の分割／結合によって行われる。同軸フィードスルー１７０は、アンテナ装置１００の入出力ポートの一例である。ＣＰＷフィードスルーなどの他の種類のフィードスルーにより置換してもよい。
【0025】
図３Ａは、送信及び受信動作のためのフェーズドアレイアンテナとして構成されたアンテナ装置１００の例を概略的に示す。本実施例のアンテナ装置１００は、Ｎ個のＩＣチップ１６０１～１６０Ｎ及び（Ｎ×ｋ）個のアンテナ要素（１２０１－１～１２０１－ｋ），．．．，（１２０Ｎ－１～１２０Ｎ－ｋ）を含み、各チップ１６０はｋ個のアンテナ要素１２０に接続されており、変数Ｎ及びｋは各々２以上である。（ただし、特定の他の実施形態では、各ＩＣチップ１６０に接続されたアンテナ要素１２０は１つのみであり得ることに留意されたい。）図１の例では、１つのＩＣチップ１６０が４つのアンテナ要素１２０の下にあり（かつ接続され）、したがってｋ＝４であることが分かる。各ＩＣチップ１６０ｉ（ｉは１～Ｎの任意の数）は、ｋ個の送受信回路（Ｔ／Ｒ）回路１６５ｉ－１～１６５ｉ－ｋを含む。任意のＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの一端（ｊは１～ｋの任意の数）は、対応するアンテナ要素１２０ｉ－ｊに接続され、Ｔ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの他端は、結合器／分割器ネットワーク１８０のそれぞれのフィードポイントに接続される。送信方向では、フィードスルー１７０からの伝送ＲＦ信号（例えば、モデムから提供される）は、結合器／分割器１８０によって（Ｎ×ｋ）個の信号に分割され、各分割された信号は、Ｔ／Ｒ回路１６５に供給され、Ｔ／Ｒ回路１６５によって修正（例えば、増幅、位相シフト及び／又はフィルタリング）される。各Ｔ／Ｒ回路１６５の修正された信号は、放射されるそれぞれのアンテナ要素１２０に出力される。受信方向において、各アンテナ要素１２０によって受信された受信信号は、対応する各Ｔ／Ｒ回路１６５を通って供給され、修正される（例えば、増幅、フィルタリング、及び／又は位相シフトされる）。各々の修正された受信信号は、結合器／分割器１８０の入力ポイントに出力される。この結合器／分割器は、修正された全ての受信信号を結合し、フィードスルー１７０に結合された受信信号を提供する。
【0026】
図３Ｂは、図１２Ａのアンテナ装置１００のＴ／Ｒ回路１６５のいずれかに使用することができるＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊの一例を示す。Ｔ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊは、一対のＴ／Ｒスイッチ７０、７２と、送信経路位相シフタ８２と、送信増幅器８０と受信増幅器６０と、受信経路位相シフタ６２とを含んでもよい。制御信号ＣＮＴＲＬは、Ｔ／Ｒスイッチ７０、７２のスイッチ状態を制御するためにＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊに印加することができ、また、位相シフタ６２、８２の位相シフトを動的に制御することができる。送信期間中、Ｔ／Ｒスイッチ７０及び７２は、第１のスイッチ位置に切り替えられ、結合器／分割器ネットワーク１８０から入力される伝送信号を位相シフタ８２及び増幅器８０を介してアンテナ１２０ｉ－ｊにルーティングする。受信期間中、Ｔ／Ｒスイッチ７０及び７２は、第２のスイッチ位置に切り替えられ、ＲＦ受信信号をアンテナ１２０ｉ－ｊから増幅器６０及び位相シフタ６２を介して結合器／分割器ネットワーク１８０にルーティングする。同じ周波数帯域又は異なる周波数帯域を送信及び受信動作に使用してもよい。
【0027】
図３ＢのＴ／Ｒ回路１６５ｉ－ｊは、共有アンテナ要素１２０（伝送信号及び受信信号の両方を処理するために共有される）と共有結合器／分割器ネットワーク１８０との間で送受信信号をルーティングするＴ／Ｒ回路の一例である。当業者に知られている他の構成を代用してもよい。例えば、代替のＴ／Ｒ回路は、Ｔ／Ｒスイッチ７０、７２を省略し、伝送信号電力が受信増幅器６０を損傷するのを防ぐための適切な隔離機構を用いて、送信及び受信動作にそれぞれ異なる周波数帯域を利用してもよい。また、偏波ダイバーシティ方式（例えば、送信の左円偏波、受信の右円偏波、又はその逆）を実装することによってＴ／Ｒスイッチ７０、７２を省略することも可能であり得る。
【0028】
図２Ｂを参照すると、アンテナ装置１００の任意のアンテナ要素１２０とＩＣチップ１６０との間の例示的な配置及び接続技術を示す断面図が示されている。ＩＣチップ１６０は、埋め込み構造１５４内に埋め込まれ、ＲＦ信号をルーティングするために、埋め込み構造１５４の上面Ｓ１又はその付近に信号線接点１６２ｓ及び一対の接地接点１６２ｇを有してもよい。相互接続層１５５内に形成された導電性ビアＶｓ、Ｖｇは各々、接点１６２ｓ、１６２ｇに接続されたそれぞれの端部と、それぞれのコンタクトパッドＰｓ、Ｐｇを有する対向端部とを有する。組み立て段階では、接地プレート１１９の下面を相互接続層１５５の上面Ｓ２に接着することによって、アンテナサブアセンブリ１１０をサブアセンブリ１５０に取り付けてもよい。このような取り付けは、サブアセンブリ１１０、１５０上の対応するパッド間の電気接続材料（例えば、はんだ）により実現してもよく、任意選択で、サブアセンブリ１１０、１５０の他の表面領域上で接着剤を使用して補充してもよい。この組み立て段階の間に、パッドＰｓは、接着プロセス中に溶融され、次いで冷却されるはんだボール（又はバンプ／ピラー）１４７ｓを介してマイクロストリッププローブフィード１１４にはんだ付けすることができる。同様に、一対のパッドＰｇは、それぞれの一対のはんだボール１４７ｇを介して接地プレート１１９にはんだ付けされ、それによって、フィード１１４／接地プレート１１９とＩＣチップ１６０の信号／接地ポイントとの間に接地－信号－接地（ＧＳＧ）接続を形成することができる。はんだボール１４７ｓ、１４７ｇは最初から、図２Ｂに示すように、アンテナフィード／接地プレート１１４／１１９に、又は代替的にパッドＰｓ、Ｐｇに接着していてもよい。
【0029】
示される実施形態では、アンテナ要素１２０の直接下にあるＩＣチップ１６０を用いて、ビアＶｓ、Ｖｇは、ＩＣチップ１６０とアンテナ要素１２０の接触ポイントとの間に望ましい短い接続を形成する。ＩＣチップ１６０がアンテナ要素１２０の直接下にない他の実施形態では、ＧＳＧ接続は、相互接続層１５５内のコプレーナ導波管（ＣＰＷ）伝送線路のポイントで行うことができる。このようなＣＰＷ伝送線路は、パッドＰまで延在する内側トレースと、一対のパッドＰｇまでそれぞれ延在する一対の接地トレース（内側トレースの各側面上の１つ）とを有し得る。
【0030】
図４は、図１の経路ＩＶ－ＩＶに沿って切り取られたアンテナ装置１００の一部分の断面図である。この例示的な断面図では、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０、同軸線（「同軸」）フィードスルー１７０、及びＤＣビア１９０を含む。ＩＣチップ１６０は、図２Ｂに関して上述したやり方で、サブアセンブリ１１０の１つ以上のアンテナ要素１２０に接続してもよい。絶縁性接着層１３０を、上述の接着段階に続いてサブアセンブリ１１０、１５０の間に形成してもよい。接着層１３０は、ＧＳＧはんだ接続を使用するサブアセンブリ１１０、１５０の電気機械的取り付けを補充するために接着剤が塗布される場合に存在する。そうでない場合には、接着層１３０は省略することができる。示される例では、１つ以上のＲＤＬ層１５５は、下部ＲＤＬ層１５５ａ及び上部ＲＤＬ層１５５ｂを含み、上部ＲＤＬ層１５５ｂは、１９８、１６８、及び１８８などの導電性トレースと接着層１３０／接地プレート１１９とを分離する。代替的な設計では、上部ＲＤＬ層１５５ｂは省略され、接着層１３０のみがＲＤＬ層１５５ａの上の接地プレート１１９と導電性トレースを分離する。
【0031】
ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０、及び同軸フィードスルー１７０は各々、成形材料（「封止材」）１５２内に埋め込まれたビーム形成ネットワーク構成要素の例であり、各々は、封止材１５２の上面ｓ１と実質的に同一平面上にある上面を有してもよい。これらの要素間のＲＤＬ層接続は、ＲＤＬ層１５５ａの表面ｓ１から上面ｓ４まで延在するそれぞれのビアＶ１を介して行ってもよい。Ｖ１、Ｖｇ又は１９０などの任意のビアは、周囲の誘電体材料を通って延在するバレル（例えば、ビア１９０のバレル１９１）及び両端上の一対のパッド、例えば、Ｐ１、Ｐ３、Ｐｇ、Ｐｓを有してもよい。例えば、ＩＣチップ１６０は、ビアＶ１に接続された接点１６２ｆを有してもよく、これは次に、導電性トレース１９８、ビアＶ１及びＤＣビア１９０に接続する。ＤＣビア１９０は、その対向端が下部パッドＰ３を有する封止材１５２の下面ｓ３まで延在してもよい。表面ｓ４に沿ってパターン化された導電性トレース１９８、１６８、１８８は、ビアパッドへの接続を通じてビーム形成構成要素を相互接続してもよい。封止材１５２の上面ｓ１上に形成された任意のビアパッドは、誘電体層を適用してＲＤＬ層１５５ａを形成する前に形成してもよい。ＲＤＬ層１５５ａの誘電体が適用された後、ビアの対向パッドを形成してもよく、その後、ビアホールが上部パッドを通して穿孔され、下部パッドまで延在してもよい。次に、ビアホールは、ビア形成を完了するために、例えば電気めっきされた導体により充填することができる。
【0032】
コプレーナ導波管（ＣＰＷ）接続はまた、ＲＤＬ層１５５を通して様々な構成要素間で行うことができ、ＲＦ信号をルーティングするための相互接続を形成する。例えば、伝送線路部分１８０は、石英又は溶融シリカなどの低損失誘電体材料１８５の上面に沿って延在する内側ＣＰＷトレース１８２などの導電性トレースを含んでもよい。誘電体材料１８５は、望ましくは、封止材１５２の損失係数よりも低い損失係数を有する材料である。図５のトレース１８４ａ、１８４ｂとして後述される、図４には示されていない外側ＣＰＷトレースは、その反対側の内側トレース１８２に平行に延在してもよい。（図４の断面図では、１つのＣＰＷ外側トレースは、内側トレース１８２の前方にあってもよく、他方の外側トレースは内側トレース１８２の後ろにある。）内側トレース１８２の一端は、一対のビアＶ１間のＲＤＬトレース１６８によって形成された相互接続を介してＩＣチップ１６０の信号接点１６２ｔに接続してもよい。同様に、一対の外側ＲＤＬトレース（図示せず）は、信号接点１６２ｔの反対側のＩＣチップ１６０（図４には示されてはいないが、図５の接点１６２ｇとして例示されている）の一対の接地接点に、伝送線路部分１８０の外側ＣＰＷトレースを接続してもよい。
【0033】
同軸線１７０は、内側導体１７２と外側円筒形導体１７４とを分離するガラスなどの誘電体１７６から構成される。同軸線１７０は、表面ｓ１から封止材１５２の下面ｓ３まで垂直に延在してもよい。内側導体１７２は、一対のビアＶ１間にＲＤＬトレース１８８を含む相互接続を介して、内側ＣＰＷトレース１８２の他端に接続してもよい。外側導体１７４は、内側トレース１８２の両側の外側トレースに２点で接続してもよい。例えば、ビアＶ２は、図４の断面図において、内側ＣＰＷ ＲＤＬトレース１８８の後方に形成してもよい。このビアＶ２は、外側導体１７４の点を、内側ＣＰＷ ＲＤＬトレース１８８の後方に位置するＲＤＬ外側ＣＰＷトレースのうちの１つに電気接続してもよい。同軸フィードスルー１７０及びＤＣビア１９０は各々、表面ｓ３において表面実装コネクタ（図示せず）に接続してもよい。１つ以上の追加のＩＣチップは、表面ｓ３に取り付けられ、所望に応じて追加のビアを介してＩＣチップ１６０に接続することができる。このような追加ＩＣチップの一例は、ＩＣチップ１６０に電圧を提供する電圧調整チップである。別の例は、ＩＣチップ１６０内の位相シフタ及び／又はＴ／Ｒスイッチなどのビーム形成回路に制御信号を提供するマイクロプロセッサチップである。
【0034】
図５は、アンテナ装置１００の例示的な埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０の平面図である。サブアセンブリ１５０は、平面グリッド配置でレイアウトされたＩＣチップ１６０を含んでもよい。いくつかのＩＣチップ１６０間の空間（「ストリート」）には、伝送線路部分１８０が配置されている。伝送線路部分１８０は単一の部分として示されているが、ＲＤＬ層１５５内の相互接続を介して互いに相互接続された複数の部分から構成してもよい。間隙「ｇ」は、ＩＣチップ１６０の隣接する側面から伝送線路部分１８０の端部を分離することができる。場合によっては、熱膨張を考慮して最小間隙ｇサイズが割り当てられる。小さい間隙ｇが一般的に望ましいが、間隙サイズは、主に製造上の制限によって決められてもよい。複数のビア１９０は、各ＩＣチップ１６０の１つ以上の端部に隣接して配置してもよい。各ビア１９０は、ＩＣチップ１６０に／からＤＣバイアス信号又は制御信号をルーティングするために、隣接するＩＣチップ１６０のそれぞれの接点１６２ｆにＲＤＬ相互接続１９８を介して接続され得る。例えば、ＤＣバイアス信号は、ＩＣチップ１６０の送信方向電力増幅器及び／又は受信方向低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）をバイアスしてもよい。制御信号は、ＩＣチップ１６０内の位相シフタの位相を動的に制御することができる。
【0035】
ＩＣチップ１６０は、矩形プロファイルを有してもよい。ＩＣチップ１６０の少なくともいくつかは、いくつかのアンテナ要素１２０の部分の直接下にあってもよく、ビアを介して行われるプローブフィード１１４への短い接続を可能にする。例えば、ＩＣチップ１６０の信号接点１６２ｆは、相互接続層１５５内のそれぞれのビアの直接下にあってもよく、このビアは更にプローブフィード１１４の直接下にある。各アンテナ要素１２０の大部分（例えば、プローブフィードポイントを含む部分）は、ＩＣチップ１６０のそれぞれの部分を覆ってもよい。アンテナ要素１２０のいくつかは、ＩＣチップ１６０の角部を覆う大部分を有してもよく、少部分を、ＩＣチップ１６０の周囲の外側に配置してもよい。
【0036】
内側導体１７２及び外側導体１７４を有する同軸フィードスルー１７０は、入力ＲＦ信号を、伝送線路部分１８０を介してＩＣチップ１６０の一部又は全部にルーティングしてもよい。図４に記載されるように、内側導体１７２は、ＲＤＬ相互接続１８８を介して内側ＣＰＷトレース１８２の近位端に接続してもよい。更に、第１及び第２のＣＰＷ外側トレース１８４ａ、１８４ｂは、ＲＤＬ層１５５内のそれぞれのパッドＰ１及びＲＤＬ相互接続１８９ａ、１８９ｂを介して別々のポイントで外側導体１７４に接続してもよい。分割器ネットワーク（送信側）は、図５に示すように、内側ＣＰＷトレース１８２を複数の経路に分けＲＦ伝送信号の信号エネルギーを分割することによって、及びトレース１８４ｃ、１８４ｄ及び１８４ｅなどの追加のＣＰＷ外側トレースを提供することによって形成することができる。各ＩＣチップ１６０内の電力増幅器は、アンテナ要素１２０へのルーティング前に分割されたＲＦ信号の部分を増幅することができる。適切な送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチングにより、同じＣＰＷ導電性トレースを受信経路の結合器ネットワークとして使用して、アンテナ要素１２０によって受信され、ＩＣチップ１６０内の低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）によって増幅されたＲＦ受信信号を結合することができる。ＣＰＷ外側トレースは各々、ＲＤＬ相互接続によって、隣接するＩＣチップ１６０内の接地接点１６２ｇに接続してもよい。同様に、内側ＣＰＷトレース１８２の遠位端を、各々、ＲＤＬ相互接続１６８を介してＩＣチップ１６０のそれぞれにおける信号接点１６２ｔに接続してもよい（図４参照）。
【0037】
図６は、アンテナ装置１００を製造するための例示的な方法６００を示す流れ図である。最初に、アンテナ要素サブアセンブリ１１０と埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、別個に形成することができる（ブロックＳ６１０）。例えば、アンテナ要素サブアセンブリ１１０は、まず、低損失誘電体１１７、例えば石英又は溶融シリカのスラブをアンテナ装置１００の所望のプロファイルに予め切断することによって形成してもよい。その後、誘電体１１７の下部主表面は、各プローブフィード１１４の位置を取り囲む円形領域を除いて、接地プレート１１９と共にパターン化してもよい。次いで、プローブフィード１１４のためのパッドが、円形領域内の下面上に形成され、パッドを通して穿孔されたビアホールを形成することができる。ビアホールをその後、電気めっきして、ビアとして具現化されたプローブフィード１１４を形成してもよい。なお、接地プレート１１９は、プローブフィード１１４の形成前に形成していても又は形成後に形成してもよいことに留意されたい。次いで、プローブフィード１１４の位置と一致する領域でパターン金属化することによって誘電体１１７の上部主表面上にアンテナ要素１２０を形成することができ、これにより、アンテナ要素サブアセンブリ１１０を完成することができる。代替的なシーケンスでは、アンテナ要素１２０は、プローブフィード１１４及び／又は接地プレート１１９を形成するためのプロセスの前に形成される。埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０は、図７に関連して以下に記載される方法で形成してもよい。ＧＳＧはんだボールは、サブアセンブリ１１０又は１５０のいずれかのＧＳＧ接点に取り付けてもよい。
【0038】
次に、アンテナ構成要素サブアセンブリ１１０は、図２Ｂに記載されるように、ＧＳＧはんだボールが同時に溶融及び冷却されて、２つのサブアセンブリ間のＧＳＧ相互接続を形成する間に、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に直接接着することができる（Ｓ６２０）。（上述のように、ＧＳＧはんだ接続は、一部の実施形態では、補足的な接着剤なしで、全体的な機械的接続として機能してもよい。）次いで、残りの構成要素が、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０に取り付けられ得る（Ｓ６３０）。これらは、上記の表面実装同軸コネクタ及びＤＣコネクタ、並びに封止材１５２の下面ｓ３に取り付けられたＩＣを含み得る。
【0039】
図７は、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０を形成する例示的な方法７００の流れ図であり、図８Ａ～図８Ｇは、方法７００のそれぞれの工程に対応する構造を示す断面図である。初期工程Ｓ７１０では、接着箔８１０（図８Ａを参照）が支持体プレート８２０上に積層され、支持体アセンブリ８３０を形成する。次いで、ビーム形成構成要素を、ピックアンドプレースツールを使用して箔上に配置することができる（Ｓ７２０）（図８Ｂ参照）。ビーム形成構成要素は、例えば、ＩＣチップ１６０、伝送線路部分１８０（例えば、既に形成されたＣＰＷ導電性トレース１８２、１８４を有するか又は有さない石英部分）、１つ以上のＲＦフィードスルー、例えば、同軸フィードスルー１７０、及びＩＣチップ１６０とは異なる機能／材料／サイズの他のＩＣチップ（図示せず）を含み得る。ビーム形成構成要素のうちのいくつか、例えば、ＩＣチップ１６０のうちのいずれかは、接着箔８１０上に配置される前に取り付けられたヒートスプレッダタブ（例えば、後述する図１１Ｂのヒートスプレッダタブ１１０２）を有してもよい。
【0040】
次いで、成形材料１５２を、成形プレスを使用して、ビーム形成構成要素の周りの接着箔の表面上、及びビーム形成構成要素の少なくともいくつかの表面上に、（液体又は柔軟な）非硬化状態で適用することができる（Ｓ７３０）。成形材料１５２の例としては、エポキシ成形コンパウンド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及びポリイミドなどの他のプラスチックが挙げられる。ここで、成形材料１５２は、箔表面に対して少なくとも最も高い構成要素の高さ、例えば、同軸フィードスルー１７０の厚さで適用され得る。次に、成形材料１５２は、硬化され、任意選択でトリミング／平坦化されて、図８Ｃに示されるように、埋め込み構成要素構造１５４を備えた中間構造を形成することができる。このようにして、埋め込み構成要素構造１５４は、実質的に平面の対向する主表面ｓ１、ｓ３を有するウェハ様構造として形成することができ、ウェハのように更に加工してもよい。
【0041】
以下の工程（Ｓ７４０）において、支持体８２０及び箔８１０は、接着解除ツールを使用して、埋め込み構造１５４から剥離することによって中間構造から除去されてもよく、埋め込み構造１５４は、図８Ｄに見られるように裏返されてもよい。（図８Ｄにおいて、ヒートスプレッダタブがＩＣチップ１６０に取り付けられている場合、タブの厚さは、タブの下面が成形材料１５２の表面ｓ３と同一平面上にあるように、事前設定してもよく、又は後でトリミングしてもよいことに留意されたい。）その後、パッドを、ビアが形成される場所、又は他の構成要素への電気的接触が行われる場所で、構造１５４の対向する表面ｓ１及びｓ３上に形成することができる（Ｓ７５０）。図８Ｅに見られるように、相互接続層１５５を介して後続のビアの一部を形成するためのパッドＰ１、Ｐｓ及びＰｇは、パターン金属化によって上面ｓ１上に形成される。この処理段階の間に、ＣＰＷ導電性トレース１８２、１８４なしに伝送線路部分１８０が埋め込まれている場合、パッドＰ１、Ｐｓ、Ｐｇが形成されるとき、これらパッドをパターン金属化によって同時に形成してもよい。成形材料１５２を介してビア（例えば、１９０）の一部を形成するための、及び／又は他の構成要素に接続するためのパッドＰ３もまた、下面ｓ３上に形成してもよい。ビアホールは、パッド及び成形材料１５２を通して穿孔され、例えば電気めっきを用いて導電性材料（Ｓ７６０）により充填され、完成したビア（例えば１９０）を形成することができる。埋め込みプロセスの前に１つの構成要素として同軸フィードスルー１７０を提供する代替として、同軸フィードスルーをこの処理段階で、複数の別個の埋め込み構成要素を使用して形成してもよいことに留意されたい。
【0042】
次いで、埋め込み構成要素構造１５４の上に、ビア及び相互接続を有する１つ以上のＲＤＬ層１５５を形成することができる（Ｓ７７０）。例えば、第１及び第２のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂを有する構成では、第１のＲＤＬ層１５５ａは、図８Ｆに示されるように、埋め込み構造１５４の上面ｓ３の上に最初に形成してもよい。後続の工程では、ビアＶ１から層ＲＤＬ層１５５ａを形成し、ＲＤＬ層１５５ａの表面ｓ４に１９８、１６８、１８８などの導電性トレースを形成して、ビーム形成構成要素間の相互接続を完了することができる。その後、第１のＲＤＬ層１５５ｂの上面ｓ４上に第２のＲＤＬ層１５５ｂを形成してもよい。次に、第１及び第２のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂの両方を通って延在するビアＶｇ及びＶｓを形成することができる。代替的なシーケンスでは、ビアＶ１が形成されるときに、各ビアＶ及びＶｇの下部を最初に、すなわち、第２のＲＤＬ層１５５ｂの形成前に形成してもよい。ビアＶ及びＶｇの上部は、その後、第２のＲＤＬ層１５５ｂが適用された後に形成することができる。
【0043】
図９は、別の実施形態による、別の例示的なアンテナ装置１００’の部分的なレイアウトを示す。アンテナ装置１００’は、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’に接着されたアンテナサブアセンブリ１１０’を含んでもよい。アンテナサブアセンブリ１１０’は、アンテナサブアセンブリ１１０と実質的に同じ構造であってもよいが、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０が取り付けられた又は埋め込まれた拡張誘電体部分１１７を有する。あるいは、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０は、サブアセンブリ１５０’の拡張部分に取り付けられるか、又はその内部に埋め込まれ、誘電体部分１１７を拡張しなくてもよい。サブアセンブリ１５０’は、上述のものと同様又は同一の構成の少なくとも１つの相互接続層１５５を介して相互接続された埋め込みＩＣチップ１６０’及び埋め込みＩＣチップ９６０を含んでもよい。ＩＣチップ９６０は、ＩＣチップ１６０’とは異なる機能性を有してもよく、及び／又は異なる半導体材料から構成してもよい。一実施例では、ＩＣチップ１６０’は、ＩｎＰトランジスタ（例えば、電力増幅器、低ノイズ増幅器など）を含み、一方、ＩＣチップ９６０は、シリコン又はＳｉＧｅベースのトランジスタ（例えば、位相シフタなどのビーム形成要素）を含む。ＩＣチップ１６０’は、ＲＦ電力増幅器を含んでもよく、ＩＣチップ１６０について先に説明したやり方で、少なくとも１つの相互接続層１５５内のビアを介してアンテナサブアセンブリ１１０’のアンテナ要素１２０に直接接続してもよい。ＩＣチップ９６０は、拡張信号経路を介してアンテナ要素１２０に接続してもよい。
【0044】
一例では、ＩＣチップ９６０は、受信機フロントエンド回路、例えば、ＩＣチップ１６０’内及び／又は１つ以上の相互接続層１５５内の導電性トレースを介してアンテナ要素１２０に接続する低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、バンドパスフィルタ位相シフタなどを含む。この場合、所与のＩＣチップ９６０内の受信回路は、１つ以上のアンテナ要素１２０からルーティングされた１つ以上の受信信号を修正（例えば、増幅、位相シフト及び／又はフィルタリング）し、ＩＣチップ１６０’とＩＣチップ９６０との間に配置された結合器／分割器ネットワーク１８０’に修正された受信信号を出力することができる。ＩＣチップ９６０は同様に又は代替的に、ベクトル発生器を含んでもよい。ＩＣチップ９７０、例えば、モデムを、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’内に埋め込んでもよく、ＡＤＣ／ＤＡＣ／プロセッサ９１０とＩＣチップ９６０及び１６０’との間に接続してもよい。
【0045】
図１０は、埋め込まれたビーム形成構成要素の少なくとも一部と一体化されたヒートスプレッダタブを有する埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０又は１５０’を製造する方法１０００の流れ図である。図１１Ａ～図１１Ｅは、方法１０００における各工程に対応する構造を示す断面図である。方法１０００では、支持体アセンブリ８３０を形成するために、接着箔８１０が支持体８２０上に積層され得る（Ｓ１０１０、図１１Ａ）。ヒートスプレッダタブは、選択されたビーム形成構成要素の表面、例えば、図１１ＢのＩＣチップ１６０’に取り付けられたヒートスプレッダタブ１１０２に取り付けることができる（Ｓ１０２０）。ヒートスプレッダタブの厚さ及びプロファイルは、取り付けられたビーム形成構成要素、その所望の動作温度範囲、及びヒートスプレッダタブの放熱特性の推定に基づいて選択することができる。
【0046】
次いで、ビーム形成構成要素（ヒートスプレッダタブ１１０２が取り付けられたものを含む）を箔８１０表面上に配置することができる（Ｓ１０３０、図１１Ｂ）。次いで、成形材料１５２をビーム形成構成要素（Ｓ１０４０、図１１Ｃ）の周りに適用し、硬化させることができる。成形材料１５２は、例えば、ヒートスプレッダタブ１１０２の表面を露出するように必要に応じてトリミングしてもよく、したがって、露出したタブ１１０２の表面は、成形材料１５２の主表面ｓ３と同一平面上にあってもよい。同軸フィードスルー１７０などの他のビーム形成構成要素が、ヒートスプレッダタブが取り付けられたビーム形成構成要素よりも高い場合（高さは箔表面８１０から測定される）、ヒートスプレッダタブは、図１１Ｃに見られるように、表面ｓ３がヒートスプレッダタブの露出面及び最も高いビーム形成構成要素（例えば、１７０）の露出面の両方と同一平面上にあるように予め設計することができる。あるいは、ヒートスプレッダタブ及び／又は同軸フィードスルー１７０は、後の表面ｓ３の平坦化プロセスでトリミングされる。このようにして、結果として得られる埋め込み構成要素構造１５４は、両方とも実質的に平坦である対向する主表面を備えたウェハ様のものにすることができる。
【0047】
続いて、支持体及び箔は、埋め込み構成要素及び成形材料（Ｓ１０５０）から剥離され、対向する表面ｓ１及びｓ３を有するウェハ様の埋め込み構成要素構造１５４（図１１Ｄ）を得ることができる。各ビーム形成構成要素の１つの主表面は、表面ｓ１と同一平面上にあってもよい。次に、ビア用のパッドを表面ｓ１上に形成することができ（Ｓ１０６０）、ビアが成形材料１５２を通して形成される場合は、表面ｓ３上にも形成することができる。ビアホールはパッド（Ｓ１０７０）に穿孔され、導電性材料により充填され、ＤＣバイアス及び低周波制御信号用のビアを成形材料に形成することができる。次に、図１１Ｅに示すように、埋め込み構成要素構造１５４の上に、ビア及び相互接続を有する１つ以上の相互接続層１５５を形成することができる（Ｓ１０８０）。ビア１９０は、図１１Ａ～図１１Ｅには示されないが、埋め込み構成要素サブアセンブリ１５０’内に形成され、サブアセンブリ１５０について上で説明したのと同じやり方で、ＩＣチップ１６０’、９６０及び／又は９７０に接続してもよい。図１１Ｅの実施例では、ＩＣチップ１６０’は、一対のビアＶ１間の信号トレース９９８を含む相互接続を介してＩＣチップ９６０に電気接続される。図８Ａ～図８Ｇの前の例と同様に、単一の相互接続層、又は３つ以上の相互接続層は、代替的な設計例において、一対のＲＤＬ層１５５ａ、１５５ｂを代替することができる。
【0048】
上述のアンテナ装置の実施形態は、低プロファイルで形成することができ、したがって、制約された空間用途において特に有利であり得る。更に、この構造は、低損失要素、例えば、低損失伝送線路及びアンテナ基板を含むのに適しており、ミリ波周波数において特に有益である可能性がある。
【0049】
本明細書に記載の技術は、その例示的な実施形態を参照して特に示され説明されているが、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される特許請求の範囲に記載の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更を行うことができることが当業者には理解されよう。
【国際調査報告】