JPH0983241A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0983241A JPH0983241A JP23535495A JP23535495A JPH0983241A JP H0983241 A JPH0983241 A JP H0983241A JP 23535495 A JP23535495 A JP 23535495A JP 23535495 A JP23535495 A JP 23535495A JP H0983241 A JPH0983241 A JP H0983241A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アンテナ鏡像利用により利得及び指向性を増
すことができ、かつこれに伴う素子間距離の増大を招く
ことなく回路機能相互間を十分に分離することができ、
利得及び指向性の向上とチップ面積縮小の双方を達成し
得る。 【解決手段】 アンテナを集積化したＭＭＩＣにおい
て、ＧａＡｓ基板１０の主面に形成されたＨＢＴと抵
抗，容量素子からなる６０ＧＨｚの処理回路１１と、基
板１０の主面に形成され処理回路１１に接続された線路
１４と、基板１０の主面上にポリイミド膜１２を介して
形成され、線路１４と共に逆マイクロストリップ線路を
構成し、かつスロットアンテナを構成する第２の接地導
体層１３と、基板１０の裏面に形成され第１の接地導体
層１８とを具備し、基板１０の厚さを電磁波の波長の１
／４である３３０μｍに設定した。
すことができ、かつこれに伴う素子間距離の増大を招く
ことなく回路機能相互間を十分に分離することができ、
利得及び指向性の向上とチップ面積縮小の双方を達成し
得る。 【解決手段】 アンテナを集積化したＭＭＩＣにおい
て、ＧａＡｓ基板１０の主面に形成されたＨＢＴと抵
抗，容量素子からなる６０ＧＨｚの処理回路１１と、基
板１０の主面に形成され処理回路１１に接続された線路
１４と、基板１０の主面上にポリイミド膜１２を介して
形成され、線路１４と共に逆マイクロストリップ線路を
構成し、かつスロットアンテナを構成する第２の接地導
体層１３と、基板１０の裏面に形成され第１の接地導体
層１８とを具備し、基板１０の厚さを電磁波の波長の１
／４である３３０μｍに設定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ素子を内
蔵した半導体装置に係わり、特にマイクロ波・ミリ波の
処理機能を有する半導体装置に関する。
蔵した半導体装置に係わり、特にマイクロ波・ミリ波の
処理機能を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＡｓやＩｎＰ等のIII-Ｖ族化
合物半導体を用いた超高速素子の開発が進み、マイクロ
波帯の処理機能を半導体基板上に集積化したいわゆるＭ
ＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit ）
技術の研究開発も活発に行われている。特に３０ＧＨｚ
以上のミリ波領域では、マイクロストリップ線路等の放
射損失が大きくなるので、回路素子間の相互の結線をで
きる限り短縮することが必要とされる。従って、ミリ波
の無線機器等においては、アンテナも半導体素子上に一
体に集積化したＭＭＩＣが必要とされている。
合物半導体を用いた超高速素子の開発が進み、マイクロ
波帯の処理機能を半導体基板上に集積化したいわゆるＭ
ＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit ）
技術の研究開発も活発に行われている。特に３０ＧＨｚ
以上のミリ波領域では、マイクロストリップ線路等の放
射損失が大きくなるので、回路素子間の相互の結線をで
きる限り短縮することが必要とされる。従って、ミリ波
の無線機器等においては、アンテナも半導体素子上に一
体に集積化したＭＭＩＣが必要とされている。
【０００３】図６に、従来のアンテナ一体型のＭＭＩＣ
を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＨＢＴ（Hetero
Bipolar Transistor ）素子２と抵抗，容量，インダク
タンス素子よりなる増幅器等の各機能回路３が集積化さ
れ、各機能回路３がマイクロストリップ線路４で結線さ
れている。増幅器の出力は、整合回路５を経由してマイ
クロストリップパッチアンテナ６に供給されている。ま
た、ＧａＡｓ基板１の裏面には、接地導体７が設置され
ている。
を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＨＢＴ（Hetero
Bipolar Transistor ）素子２と抵抗，容量，インダク
タンス素子よりなる増幅器等の各機能回路３が集積化さ
れ、各機能回路３がマイクロストリップ線路４で結線さ
れている。増幅器の出力は、整合回路５を経由してマイ
クロストリップパッチアンテナ６に供給されている。ま
た、ＧａＡｓ基板１の裏面には、接地導体７が設置され
ている。
【０００４】上記の構成において、増幅器より供給され
た高周波電力は、マイクロストリップパッチアンテナ６
に蓄積され、自由空間へと放射される。通常、マイクロ
ストリップ線路を構成する誘電体基板の厚みは、所望の
波長よりも十分低く設定される。例えば、６０ＧＨｚの
周波数を伝送する線路では、ＧａＡｓ基板１の厚みは５
０μｍ程度に設定される。これは、ＧａＡｓ中での電磁
波の波長のおよそ１／２８である。
た高周波電力は、マイクロストリップパッチアンテナ６
に蓄積され、自由空間へと放射される。通常、マイクロ
ストリップ線路を構成する誘電体基板の厚みは、所望の
波長よりも十分低く設定される。例えば、６０ＧＨｚの
周波数を伝送する線路では、ＧａＡｓ基板１の厚みは５
０μｍ程度に設定される。これは、ＧａＡｓ中での電磁
波の波長のおよそ１／２８である。
【０００５】図６の従来例において、アンテナ素子と回
路機能のモノシリック一体形成は可能になったが、まだ
未解決の問題が残されている。例えば図６の例では、一
つのパッチのみがある場合を図示したが、このような場
合、アンテナの放射パターンは接地面より上の半空間に
対してほぼ無指向性であるので、利得が小さい。指向性
をある程度持たせて、利得を上げることは多くの用途で
有効であるが、このためには複数のアンテナ素子を設け
る必要がある。
路機能のモノシリック一体形成は可能になったが、まだ
未解決の問題が残されている。例えば図６の例では、一
つのパッチのみがある場合を図示したが、このような場
合、アンテナの放射パターンは接地面より上の半空間に
対してほぼ無指向性であるので、利得が小さい。指向性
をある程度持たせて、利得を上げることは多くの用途で
有効であるが、このためには複数のアンテナ素子を設け
る必要がある。
【０００６】図７に、複数個のアンテナ素子８，９を設
けて３ｄＢ程度の利得改善を行った例を示す。しかし、
ＧａＡｓ基板は高価であるのでチップ面積はできるだけ
小さくする必要がある。６０ＧＨｚの周波数を取り扱う
ことを考えると、マイクロストリップパッチの大きさは
およそ半波長程度にする必要があるので、ＧａＡｓ基板
上の波長短縮率として０．３とすれば一辺が０．７５ｍ
ｍの大きさが必要である。さらに、複数個のアンテナ素
子を形成するには、その整数倍の面積が必要である。こ
れは、多くの用途において半導体基板の面積の大部分を
占める要素であり、従ってアンテナ利得と低価格化は両
立できないという問題を抱えていた。
けて３ｄＢ程度の利得改善を行った例を示す。しかし、
ＧａＡｓ基板は高価であるのでチップ面積はできるだけ
小さくする必要がある。６０ＧＨｚの周波数を取り扱う
ことを考えると、マイクロストリップパッチの大きさは
およそ半波長程度にする必要があるので、ＧａＡｓ基板
上の波長短縮率として０．３とすれば一辺が０．７５ｍ
ｍの大きさが必要である。さらに、複数個のアンテナ素
子を形成するには、その整数倍の面積が必要である。こ
れは、多くの用途において半導体基板の面積の大部分を
占める要素であり、従ってアンテナ利得と低価格化は両
立できないという問題を抱えていた。
【０００７】アンテナの利得を改善する別の手段とし
て、アンテナの鏡像を用いることが考えられる。アンテ
ナより１／４波長離れた位置に導体層を設ければ、鏡像
電荷が半波長離れた位置に形成されるので、アンテナ利
得をおよそ３ｄＢ増し指向性も改善することができる。
６０ＧＨｚの周波数を取り扱うことを考えると、ＧａＡ
ｓ基板の厚みを１／４波長に相当する３５０μｍとし、
基板表面に接地導体層を設ければ、アンテナの面積を増
やさずに指向性が増す。
て、アンテナの鏡像を用いることが考えられる。アンテ
ナより１／４波長離れた位置に導体層を設ければ、鏡像
電荷が半波長離れた位置に形成されるので、アンテナ利
得をおよそ３ｄＢ増し指向性も改善することができる。
６０ＧＨｚの周波数を取り扱うことを考えると、ＧａＡ
ｓ基板の厚みを１／４波長に相当する３５０μｍとし、
基板表面に接地導体層を設ければ、アンテナの面積を増
やさずに指向性が増す。
【０００８】一方、回路機能相互の結線において、電気
的な相互干渉を避けようとすると、例えばマイクロスト
リップ線路基板の５倍程度素子間隔や線路間隔をあける
必要があり、厚さ３５０μｍの基板を用いた場合、６０
ＧＨｚでは１．７ｍｍにもなり、かえってチップ面積が
増加してしまう。
的な相互干渉を避けようとすると、例えばマイクロスト
リップ線路基板の５倍程度素子間隔や線路間隔をあける
必要があり、厚さ３５０μｍの基板を用いた場合、６０
ＧＨｚでは１．７ｍｍにもなり、かえってチップ面積が
増加してしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、アン
テナ素子を内蔵したマイクロ波・ミリ波の処理機能を有
する半導体装置においては、アンテナの鏡像を利用して
利得及び指向性を改善することができるが、鏡像を利用
するために基板の厚みを厚くすると、回路機能相互の干
渉を避けるために素子間隔や線路間隔を大きく広げる必
要が生じ、チップ面積が増加してしまうという問題があ
った。
テナ素子を内蔵したマイクロ波・ミリ波の処理機能を有
する半導体装置においては、アンテナの鏡像を利用して
利得及び指向性を改善することができるが、鏡像を利用
するために基板の厚みを厚くすると、回路機能相互の干
渉を避けるために素子間隔や線路間隔を大きく広げる必
要が生じ、チップ面積が増加してしまうという問題があ
った。
【００１０】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、アンテナ鏡像利用によ
り利得及び指向性を増すことができ、かつこれに伴う素
子間距離の増大を招くことなく回路機能相互間を十分に
分離することができ、利得及び指向性の向上とチップ面
積縮小の双方を達成し得るアンテナ素子内蔵型の半導体
装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、アンテナ鏡像利用によ
り利得及び指向性を増すことができ、かつこれに伴う素
子間距離の増大を招くことなく回路機能相互間を十分に
分離することができ、利得及び指向性の向上とチップ面
積縮小の双方を達成し得るアンテナ素子内蔵型の半導体
装置を提供することにある。
【００１１】
（概要）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、アンテナ素子を
内蔵した半導体装置において、半絶縁性化合物半導体基
板の主面に形成された少なくとも一つの半導体素子を含
む回路素子と、前記基板の主面上に形成され電磁波を入
力又は出力するアンテナ素子と、前記基板の裏面に形成
された第１の接地導体層と、前記基板の主面に形成され
前記回路素子に接続された線路と、前記線路と共に伝送
路を構成する第２の接地導体層とを具備してなることを
特徴とする。
な構成を採用している。即ち本発明は、アンテナ素子を
内蔵した半導体装置において、半絶縁性化合物半導体基
板の主面に形成された少なくとも一つの半導体素子を含
む回路素子と、前記基板の主面上に形成され電磁波を入
力又は出力するアンテナ素子と、前記基板の裏面に形成
された第１の接地導体層と、前記基板の主面に形成され
前記回路素子に接続された線路と、前記線路と共に伝送
路を構成する第２の接地導体層とを具備してなることを
特徴とする。
【００１２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 線路と第２の接地導体層との離間距離は、アンテナ
素子より入力又は出力する電磁波の波長λに対し（１／
８）λ以下であって、アンテナ素子と第１の接地導体層
との離間距離は（１／８）λ〜（３／８）λであるこ
と。 (2) 第２の接地導体層は基板の主面上に線路とは絶縁層
を挟んで形成され、アンテナ素子は第２の接地導体層の
開口部からなるスロットアンテナであること。 (3) 第２の接地導体層は基板の主面に前記線路と同一面
上に形成され、アンテナ素子は線路及び第２の接地導体
層が形成された面とは絶縁層を挟んで形成されたパッチ
アンテナであること。 (4) 半絶縁性化合物半導体基板として、ＧａＡｓ基板を
用いたこと。 (5) 基板の主面に形成する半導体素子として、ＨＢＴや
ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor ）を用
いたこと。 (6) 絶縁層として、ポリイミドを用いたこと。 （作用）本発明では、基板上に集積化したマイクロスト
リップアンテナの利得を改善するために、アンテナの鏡
像がアンテナより実効波長で半波長程度離れた位置に形
成されるように第１の接地導体層を設け、回路機能相互
の結線に用いる伝送線路の接地導体として第２の接地導
体層を設けている。第１の接地導体層は、アンテナ素子
が形成された半導体基板主面の裏面に形成されている。
は次のものがあげられる。 (1) 線路と第２の接地導体層との離間距離は、アンテナ
素子より入力又は出力する電磁波の波長λに対し（１／
８）λ以下であって、アンテナ素子と第１の接地導体層
との離間距離は（１／８）λ〜（３／８）λであるこ
と。 (2) 第２の接地導体層は基板の主面上に線路とは絶縁層
を挟んで形成され、アンテナ素子は第２の接地導体層の
開口部からなるスロットアンテナであること。 (3) 第２の接地導体層は基板の主面に前記線路と同一面
上に形成され、アンテナ素子は線路及び第２の接地導体
層が形成された面とは絶縁層を挟んで形成されたパッチ
アンテナであること。 (4) 半絶縁性化合物半導体基板として、ＧａＡｓ基板を
用いたこと。 (5) 基板の主面に形成する半導体素子として、ＨＢＴや
ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor ）を用
いたこと。 (6) 絶縁層として、ポリイミドを用いたこと。 （作用）本発明では、基板上に集積化したマイクロスト
リップアンテナの利得を改善するために、アンテナの鏡
像がアンテナより実効波長で半波長程度離れた位置に形
成されるように第１の接地導体層を設け、回路機能相互
の結線に用いる伝送線路の接地導体として第２の接地導
体層を設けている。第１の接地導体層は、アンテナ素子
が形成された半導体基板主面の裏面に形成されている。
【００１３】このような構成において、基板内における
電磁波の波長λに対し、第１の接地導体層とアンテナ素
子との実効的な距離を（１／８）λ〜（３／８）λ、よ
り望ましくは（１／４）λに選択することにより、アン
テナの鏡像が半波長離れた位置に生じるので、アンテナ
の指向性が増し利得が改善される。第１の接地導体層を
半導体基板の裏面に形成するように基板の厚みを選べ
ば、工程数とチップ面積を増やすことなく利得が改善さ
れるので、コスト低減が可能である。
電磁波の波長λに対し、第１の接地導体層とアンテナ素
子との実効的な距離を（１／８）λ〜（３／８）λ、よ
り望ましくは（１／４）λに選択することにより、アン
テナの鏡像が半波長離れた位置に生じるので、アンテナ
の指向性が増し利得が改善される。第１の接地導体層を
半導体基板の裏面に形成するように基板の厚みを選べ
ば、工程数とチップ面積を増やすことなく利得が改善さ
れるので、コスト低減が可能である。
【００１４】また、第２の接地導体層を、回路機能を相
互結線する伝送路の接地層として設けることで、回路機
能相互の電気的な分離を短距離で行え、チップ面積の縮
小が可能になり、コスト低減が行える。
互結線する伝送路の接地層として設けることで、回路機
能相互の電気的な分離を短距離で行え、チップ面積の縮
小が可能になり、コスト低減が行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。 （第１実施形態）図１及び図２は本発明の第１実施形態
に係わるアンテナ素子内蔵型半導体装置の概略構成を説
明するためのもので、図１は断面図、図２は斜視図であ
る。
参照して説明する。 （第１実施形態）図１及び図２は本発明の第１実施形態
に係わるアンテナ素子内蔵型半導体装置の概略構成を説
明するためのもので、図１は断面図、図２は斜視図であ
る。
【００１６】この実施形態では、厚さ３３０μｍのＧａ
Ａｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）１０上にＨＢＴ
と抵抗，容量素子よりなる６０ＧＨｚの処理回路（回路
素子）１１が集積化され、その基板表面に厚さ５μｍの
ポリイミド膜１２が積層され、その上に第２の接地導体
層１３が積層されている。回路素子相互の結線は、Ｇａ
Ａｓ基板１０上に形成された線路１４と第２の接地導体
層１３とで構成される、いわゆる逆マイクロストリップ
線路（伝送路）によって行われている。
Ａｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）１０上にＨＢＴ
と抵抗，容量素子よりなる６０ＧＨｚの処理回路（回路
素子）１１が集積化され、その基板表面に厚さ５μｍの
ポリイミド膜１２が積層され、その上に第２の接地導体
層１３が積層されている。回路素子相互の結線は、Ｇａ
Ａｓ基板１０上に形成された線路１４と第２の接地導体
層１３とで構成される、いわゆる逆マイクロストリップ
線路（伝送路）によって行われている。
【００１７】第２の接地導体層１３の所望の位置にはス
ロット１５が開口され、処理回路１１から延伸した逆マ
イクロストリップ線路がスロット下部１６で第２の接地
導体層１３に接続され、これによりスロット１５から基
板上面方向に電磁波１７を放射する構造となっている。
スロット１５の形状は、所望の帯域が得られるように設
定するが、例えば６０ＧＨｚを放射する場合、長辺２ｍ
ｍ程度の長方形等が用いられる。
ロット１５が開口され、処理回路１１から延伸した逆マ
イクロストリップ線路がスロット下部１６で第２の接地
導体層１３に接続され、これによりスロット１５から基
板上面方向に電磁波１７を放射する構造となっている。
スロット１５の形状は、所望の帯域が得られるように設
定するが、例えば６０ＧＨｚを放射する場合、長辺２ｍ
ｍ程度の長方形等が用いられる。
【００１８】ＧａＡｓ基板２０の下面には、第１の接地
導体層１８が設けられている。第１の接地導体層１８と
第２の接地導体層１３は、ＧａＡｓ基板１０を貫通する
導電体１９で接続されている。
導体層１８が設けられている。第１の接地導体層１８と
第２の接地導体層１３は、ＧａＡｓ基板１０を貫通する
導電体１９で接続されている。
【００１９】このような構成であれば、スロットアンテ
ナを構成する第２の接地導体層１３と基板裏面側の第１
の接地導体層１８との距離が、６０ＧＨｚにおけるＧａ
Ａｓ中での電磁波の波長λの１／４となるので、アンテ
ナ鏡像のために利得及び指向性を増すことができる。さ
らに、第２の接地導体層１３は厚さ５μｍのポリイミド
膜１２を介して基板主面の線路１４とマイクロストリッ
プ線路を形成しているので、回路素子相互の分離はその
５倍程度でよく、回路素子相互の干渉防止のために間隔
を大きく開ける必要は無い。
ナを構成する第２の接地導体層１３と基板裏面側の第１
の接地導体層１８との距離が、６０ＧＨｚにおけるＧａ
Ａｓ中での電磁波の波長λの１／４となるので、アンテ
ナ鏡像のために利得及び指向性を増すことができる。さ
らに、第２の接地導体層１３は厚さ５μｍのポリイミド
膜１２を介して基板主面の線路１４とマイクロストリッ
プ線路を形成しているので、回路素子相互の分離はその
５倍程度でよく、回路素子相互の干渉防止のために間隔
を大きく開ける必要は無い。
【００２０】ここで、第１及び第２の接地導体層の間隔
を変えるとアンテナ鏡像効果も変化するが、これらの間
隔、即ちＧａＡｓ基板の厚さは次の範囲が望ましい。ア
ンテナ主面に垂直な方向の放射電界強度を、ＧａＡｓ基
板１０の厚さの関数として図３に示した。なお、比較の
ために第１の接地導体層が無い場合の電界強度を図中に
破線で示す。
を変えるとアンテナ鏡像効果も変化するが、これらの間
隔、即ちＧａＡｓ基板の厚さは次の範囲が望ましい。ア
ンテナ主面に垂直な方向の放射電界強度を、ＧａＡｓ基
板１０の厚さの関数として図３に示した。なお、比較の
ために第１の接地導体層が無い場合の電界強度を図中に
破線で示す。
【００２１】主面に垂直な方向では、アンテナ位置にあ
るダイポールと鏡像位置にある逆位相のダイポールから
の放射電界が足し合わされ、基板厚みが半波長変わる毎
に周期的に強度が変化する。図３より、ＧａＡｓ基板の
厚みを１／８波長より大きく３／８より小さくとれば、
主面に垂直な方向の電界強度を第１の接地導体層が無い
場合に比べて増加させることができる。
るダイポールと鏡像位置にある逆位相のダイポールから
の放射電界が足し合わされ、基板厚みが半波長変わる毎
に周期的に強度が変化する。図３より、ＧａＡｓ基板の
厚みを１／８波長より大きく３／８より小さくとれば、
主面に垂直な方向の電界強度を第１の接地導体層が無い
場合に比べて増加させることができる。
【００２２】このように本実施形態によれば、ＧａＡｓ
基板１０の厚さをＧａＡｓ中における電磁波の波長λの
１／４程度に設定し、ＧａＡｓ基板１０の裏面に第１の
接地導体層１８を形成しているので、アンテナの鏡像が
半波長離れた位置に生じることになり、これによりアン
テナの指向性を増して利得を改善することができる。そ
して、このための工程はＧａＡｓ基板１０の厚みを所望
の厚さに設定するだけなので、工程数とチップ面積を増
やすことなく指向性の制御と利得の改善が行え、コスト
低減が可能である。
基板１０の厚さをＧａＡｓ中における電磁波の波長λの
１／４程度に設定し、ＧａＡｓ基板１０の裏面に第１の
接地導体層１８を形成しているので、アンテナの鏡像が
半波長離れた位置に生じることになり、これによりアン
テナの指向性を増して利得を改善することができる。そ
して、このための工程はＧａＡｓ基板１０の厚みを所望
の厚さに設定するだけなので、工程数とチップ面積を増
やすことなく指向性の制御と利得の改善が行え、コスト
低減が可能である。
【００２３】また、第２の接地導体層１３を、回路機能
を相互接続する伝送路の接地層として設けることで、回
路機能相互の電気的な分離を短距離で行え、チップ面積
の縮小が可能になり、コスト低減が行える。本実施形態
では、伝送路を構成する絶縁層として厚み５μｍのポリ
イミド膜１２を用いており、素子間隔は電磁気的な相互
干渉なしにおよそ２５μｍ程度まで縮小可能で、チップ
面積の縮小とコスト削減に有効である。また、アンテナ
を構成するスロットラインはＧａＡｓ（比誘電率＝１
３）に比べ低誘電率のポリイミド（比誘電率＝３）上に
構成されるので、ＧａＡｓ上に直接アンテナを設けた場
合に比べアンテナ面積を大きくとれ空中の放射効率が増
す。 （第２実施形態）図４及び図５は本発明の第２実施形態
に係わるアンテナ素子内蔵型半導体装置概略構成を説明
するためのもので、図４は断面図、図５は斜視図であ
る。
を相互接続する伝送路の接地層として設けることで、回
路機能相互の電気的な分離を短距離で行え、チップ面積
の縮小が可能になり、コスト低減が行える。本実施形態
では、伝送路を構成する絶縁層として厚み５μｍのポリ
イミド膜１２を用いており、素子間隔は電磁気的な相互
干渉なしにおよそ２５μｍ程度まで縮小可能で、チップ
面積の縮小とコスト削減に有効である。また、アンテナ
を構成するスロットラインはＧａＡｓ（比誘電率＝１
３）に比べ低誘電率のポリイミド（比誘電率＝３）上に
構成されるので、ＧａＡｓ上に直接アンテナを設けた場
合に比べアンテナ面積を大きくとれ空中の放射効率が増
す。 （第２実施形態）図４及び図５は本発明の第２実施形態
に係わるアンテナ素子内蔵型半導体装置概略構成を説明
するためのもので、図４は断面図、図５は斜視図であ
る。
【００２４】この実施形態では、厚さ３３０μｍのＧａ
Ａｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）２０上にＨＢＴ
と抵抗、容量素子よりなる６０ＧＨｚの処理回路（回路
素子）２１が集積化され、その基板表面に第２の接地導
体層２３が積層され、その上に厚さ５μｍのポリイミド
膜２２が積層されている。回路素子相互の結線は、Ｇａ
Ａｓ基板表面に形成された線路２４と第２の接地導体層
２３とで構成されるコプレーナー線路（伝送路）によっ
て行われている。
Ａｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）２０上にＨＢＴ
と抵抗、容量素子よりなる６０ＧＨｚの処理回路（回路
素子）２１が集積化され、その基板表面に第２の接地導
体層２３が積層され、その上に厚さ５μｍのポリイミド
膜２２が積層されている。回路素子相互の結線は、Ｇａ
Ａｓ基板表面に形成された線路２４と第２の接地導体層
２３とで構成されるコプレーナー線路（伝送路）によっ
て行われている。
【００２５】ポリイミド膜２２上にはパッチアンテナ２
５が形成され、このパッチアンテナ２５はコプレーナー
線路の中心導体（線路２４）と接続されている。そし
て、パッチアンテナ２５の表面から基板上面方向に電磁
波２７を放射する構造となっている。パッチの形状は、
所望の帯域が得られるように設定するが、特に接地導体
層の位置が第２の接地導体層２３から後述する第１の接
地導体層へ不連続的に変換する部位での反射が抑えられ
るように設計する。
５が形成され、このパッチアンテナ２５はコプレーナー
線路の中心導体（線路２４）と接続されている。そし
て、パッチアンテナ２５の表面から基板上面方向に電磁
波２７を放射する構造となっている。パッチの形状は、
所望の帯域が得られるように設定するが、特に接地導体
層の位置が第２の接地導体層２３から後述する第１の接
地導体層へ不連続的に変換する部位での反射が抑えられ
るように設計する。
【００２６】また本実施形態では、パッチアンテナ２５
をポリイミド膜２２の上に構成したが、パッチアンテナ
２５をＧａＡｓ基板２０上に直接形成してポリイミド膜
２２を省くことも可能である。
をポリイミド膜２２の上に構成したが、パッチアンテナ
２５をＧａＡｓ基板２０上に直接形成してポリイミド膜
２２を省くことも可能である。
【００２７】ＧａＡｓ基板２０の下面には、第１の接地
導体層２８が設けられている。第１の接地導体層２８と
第２の接地導体層２３は、ＧａＡｓ基板２０を貫通する
導電体２９で接続されている。図５においては、アンテ
ナに電力を供給するＧａＡｓ基板上の回路構成を明示す
るために、回路部分の最上層のポリイミド膜を省いて図
示した。
導体層２８が設けられている。第１の接地導体層２８と
第２の接地導体層２３は、ＧａＡｓ基板２０を貫通する
導電体２９で接続されている。図５においては、アンテ
ナに電力を供給するＧａＡｓ基板上の回路構成を明示す
るために、回路部分の最上層のポリイミド膜を省いて図
示した。
【００２８】このような構成であっても、パッチアンテ
ナ２５と第１の接地導体層２８との間隔を６０ＧＨｚに
おけるＧａＡｓ中での電磁波の１／４波長程度とするこ
とができ、しかも線路２４と第２の接地導体層２３とで
極めて短い間隔でコプレーナー線路を形成しているの
で、回路素子間を大きく離す必要無しに回路素子相互の
干渉防止をはかることができる。従って、第１の実施形
態と同様の効果が得られる。
ナ２５と第１の接地導体層２８との間隔を６０ＧＨｚに
おけるＧａＡｓ中での電磁波の１／４波長程度とするこ
とができ、しかも線路２４と第２の接地導体層２３とで
極めて短い間隔でコプレーナー線路を形成しているの
で、回路素子間を大きく離す必要無しに回路素子相互の
干渉防止をはかることができる。従って、第１の実施形
態と同様の効果が得られる。
【００２９】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では空中へ電磁波を放射
する場合を例にとったが、本発明は電波を受信・増幅す
る機能を有する半導体装置の構成にも適用できる。ま
た、実施形態では第１の接地導体層をアンテナ主面より
実効波長にて１／４波長程度離す位置に置いたが、所望
の放射パターンやアンテナ利得を得る範囲にてこの距離
は適宜変更可能である。
されるものではない。実施形態では空中へ電磁波を放射
する場合を例にとったが、本発明は電波を受信・増幅す
る機能を有する半導体装置の構成にも適用できる。ま
た、実施形態では第１の接地導体層をアンテナ主面より
実効波長にて１／４波長程度離す位置に置いたが、所望
の放射パターンやアンテナ利得を得る範囲にてこの距離
は適宜変更可能である。
【００３０】また、基板はＧａＡｓに限るものではな
く、ＨＢＴやＨＥＭＴを形成するのに適した半絶縁性化
合物半導体基板を用いることができる。さらに、絶縁層
は必ずしもポリイミドに限るものではなく、各種の絶縁
体を用いることができる。但し、半導体基板上に直接ア
ンテナを設けた場合よりも空中の放射効率を増すために
は、基板よりも誘電率の低いものが望ましい。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。
く、ＨＢＴやＨＥＭＴを形成するのに適した半絶縁性化
合物半導体基板を用いることができる。さらに、絶縁層
は必ずしもポリイミドに限るものではなく、各種の絶縁
体を用いることができる。但し、半導体基板上に直接ア
ンテナを設けた場合よりも空中の放射効率を増すために
は、基板よりも誘電率の低いものが望ましい。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
絶縁性化合物半導体基板の裏面にアンテナ鏡像形成のた
めの第１の接地導体層を設けると共に、基板の主面側に
伝送路形成のための第２の接地導体層を設けることによ
り、アンテナ鏡像利用により利得及び指向性を増すこと
ができ、かつこれに伴う素子間距離の増大を招くことな
く回路機能相互間を十分に分離することができる。従っ
て、利得及び指向性の向上とチップ面積縮小の双方を達
成し得るアンテナ素子内蔵型の半導体装置を実現するこ
とが可能となる。
絶縁性化合物半導体基板の裏面にアンテナ鏡像形成のた
めの第１の接地導体層を設けると共に、基板の主面側に
伝送路形成のための第２の接地導体層を設けることによ
り、アンテナ鏡像利用により利得及び指向性を増すこと
ができ、かつこれに伴う素子間距離の増大を招くことな
く回路機能相互間を十分に分離することができる。従っ
て、利得及び指向性の向上とチップ面積縮小の双方を達
成し得るアンテナ素子内蔵型の半導体装置を実現するこ
とが可能となる。
【図１】第１実施形態に係わるアンテナ内蔵型半導体装
置の概略構成を示す断面図。
置の概略構成を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係わるアンテナ内蔵型半導体装
置の概略構成を示す斜視図。
置の概略構成を示す斜視図。
【図３】ＧａＡｓ基板厚さ／ＧａＡｓ内波長と電界強度
との関係を示す特性図。
との関係を示す特性図。
【図４】第２実施形態に係わるアンテナ内蔵型半導体装
置の概略構成を示す断面図。
置の概略構成を示す断面図。
【図５】第２実施形態に係わるアンテナ内蔵型半導体装
置の概略構成を示す斜視図。
置の概略構成を示す斜視図。
【図６】第１の従来例に係わるアンテナ一体型のＭＭＩ
Ｃを示す図。
Ｃを示す図。
【図７】第２の従来例に係わるアンテナ一体型のＭＭＩ
Ｃを示す図。
Ｃを示す図。
１０，２０…ＧａＡｓ基板 １１，２１…処理回路 １２，２２…ポリイミド膜 １３，２３…第２の接地導体層 １４，２４…線路 １５…スロット １６…スロット下部 １７，２７…電磁波 １８，２８…第１の接地導体層 １９，２９…導電体 ２５…パッチアンテナ
Claims (4)
- 【請求項１】半絶縁性化合物半導体基板の主面に形成さ
れた少なくとも一つの半導体素子を含む回路素子と、前
記基板の主面上に形成され電磁波を入力又は出力するア
ンテナ素子と、前記基板の裏面に形成された第１の接地
導体層と、前記基板の主面に形成され前記回路素子に接
続された線路と、前記線路と共に伝送路を構成する第２
の接地導体層とを具備してなることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】半絶縁性化合物半導体基板の主面に形成さ
れた少なくとも一つの半導体素子を含む回路素子と、前
記基板の主面上に形成され電磁波を入力又は出力するア
ンテナ素子と、前記基板の裏面に形成された第１の接地
導体層と、前記基板の主面に形成され前記回路素子に接
続された線路と、前記線路と共に伝送路を構成する第２
の接地導体層とを具備してなり、 前記線路と第２の接地導体層との離間距離は、前記アン
テナ素子より入力又は出力する電磁波の波長λの１／８
以下であって、前記アンテナ素子と第１の接地導体層と
の離間距離は、前記波長λの１／８以上３／８以下であ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】第２の接地導体層は、前記基板の主面上に
前記線路とは絶縁層を挟んで形成され、前記アンテナ素
子は、第２の接地導体層の開口部からなるスロットアン
テナであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導
体装置。 - 【請求項４】第２の接地導体層は、前記基板の主面に前
記線路と同一面上に形成され、前記アンテナ素子は、前
記線路及び第２の接地導体層が形成された面とは絶縁層
を挟んで形成されたパッチアンテナであることを特徴と
する請求項１又は２記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23535495A JPH0983241A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23535495A JPH0983241A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983241A true JPH0983241A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16984854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23535495A Pending JPH0983241A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0983241A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002271133A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-09-20 | Sharp Corp | 高周波アンテナおよび高周波通信装置 |
| WO2004042947A1 (ja) * | 2002-11-07 | 2004-05-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 通信端末 |
| JP2006345042A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Hitachi Ltd | アンテナ、アンテナを具備した無線モジュール、無線ユニットおよび無線装置 |
| US7298029B2 (en) | 1998-12-17 | 2007-11-20 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor devices and manufacturing method therefor |
| JP2008510425A (ja) * | 2004-08-18 | 2008-04-03 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 導波管ノッチアンテナ |
| JP2011086284A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-04-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US8624373B2 (en) * | 2004-12-20 | 2014-01-07 | United Monolithic Semiconductor S.A. | Miniature electronic component for microwave applications |
-
1995
- 1995-09-13 JP JP23535495A patent/JPH0983241A/ja active Pending
Cited By (10)
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| US7519174B2 (en) | 2002-11-07 | 2009-04-14 | Panasonic Corporation | Communication terminal with casing conductors for reducing antenna gain degradation |
| CN1708915B (zh) | 2002-11-07 | 2010-05-12 | 松下电器产业株式会社 | 通信终端 |
| JP2008510425A (ja) * | 2004-08-18 | 2008-04-03 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 導波管ノッチアンテナ |
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| US7817094B2 (en) | 2005-06-07 | 2010-10-19 | Hitachi, Ltd. | Antenna, and wireless module, wireless unit and wireless apparatus having the antenna |
| JP2011086284A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-04-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040511 |