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18. April 2000, Japan, 2000-116010(P)
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Die
Erfindung betrifft die Struktur eines Mikrowellen-Millimeterwellen-Moduls
mit integrierter Antenne, insbesondere ein derartiges Modul, das
eine integrierte Schlitzantenne mit verbessertem Wirkungsgrad und verbesserter
Richtwirkung der Antenne aufweist.
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Einhergehend
mit der Zunahme der Informationsmenge zog Funkkommunikation mit
hohen Frequenzen, wie Mikrowellen und Millimeterwellen, Aufmerksamkeit
als Datenübertragungsmaßnahme hoher
Geschwindigkeit und hoher Kapazität auf sich. Diese Art von Kommunikation
benötigt
eine Antenne und eine Mikrowellen-Millimeterwellen-Schaltung, die
integriert sind, d. h. eine derartige Schaltung mit integrierter
Antenne mit kleiner Größe, geringem
Gewicht und hohem Funktionsvermögen, um
als Sender und Empfänger
zu dienen.
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Herkömmliche
Schlitzantennen werden dadurch aufgebaut, dass ein Schlitz, der
einem offenen Ende eines Streifenleiters einer Mikrostreifenleitung
gegenüberstehend
positioniert ist, mit einem Dielektrikum versehen wird und die Mikrostreifenleitung
und der Schlitz elektromagnetisch gekoppelt werden.
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Die 6 und 7 zeigen
einen Querschnitt eines Mehrschichtsubstrats mit einer herkömmlichen Schlitzantenne.
Gemäß 6 verfügt das Mehrschichtsubstrat über ein
Durchgangsloch 101, einen Verbindungsleiter 102 in
Form eines Streifenleiters, eine Streifenleitung 103 vom
Triplettyp, ein Schlitzloch 104 sowie dielektrische Schichten 105a-105d.
Eine als Abstrahlungselement verwendete Schlitzantenne und die Tripletstreifenleitung 103 mit
HF-Signalschaltungen sind so aufgebaut, dass das Mehrschichtsubstrat
gebildet ist. Gemäß 7 werden
elektromagnetische Wellen vom Schlitzloch 104 über die
HF-Signalschaltungen abgestrahlt, wie es durch den Pfeil 106 dargestellt
ist. Die dielektrischen Schichten 105a-105d sind über eine große Anzahl
von Durchgangslöchern 101 verbunden.
Eine große
Anzahl von Durchgangslöchern 101 ist
auch um die Schlitzantenne herum vorhanden (siehe z. B. IECE (Institute
of Electronics and Communication Engineers) Japan National Conference
Record, Vol. 3 (1982), S. 109).
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Eine
herkömmliche
Schlitzantenne dieses Typs zeigt die folgenden Nachteile. Wenn eine
Antennenspeiseleitung mit den HF-Signalschaltungen integriert wird,
um die Struktur des Mehrschichtsubstrats aufzubauen, sind zwischen
den Substraten viele Leiterverbindungen erforderlich. Ferner sind
um das Schlitzloch herum auch viele Durchgangslöcher für Anschluss von Masseleiterplatten
erforderlich, um einen Parallelplattenmode einzuschränken. Demgemäß weist
eine Speise schaltung eine komplizierte Struktur auf, was ihre Herstellung
extrem erschwert.
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Zwar
besteht der Vorteil, dass die Größe des Systems
gesenkt werden kann, jedoch beeinträchtigt eine Impedanz-Fehlanpassung
zwischen dem Schlitzloch und dem Raum allgemein den Antennenwirkungsgrad.
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Ferner
ist aus der Druckschrift
DE
198 13 767 A1 ein Mikrowellen-Sender/Empfänger-Modul
bekannt, mit einer Baugruppe, die eine Hochfrequenz-Leiterplatte
aufweist. Ein Halbleiterchip ist auf der Leiterplatte angebracht.
Eine Empfangsantennenstruktur ist auf der Oberseite der Baugruppe
ausgebildet und durch einen ersten Schlitz elektromagnetisch mit
dem Halbleiterchip verbunden. Eine Sendeantennenstruktur ist auf
der Oberseite der Baugruppe an einer anderen Position als die Empfangsantennenstruktur
ausgebildet und durch einen zweiten Schlitz elektromagnetisch mit
dem Halbleiterchip verbunden. Das Modul besteht im wesentlichen
aus zwei abwechselnd gestapelten Leiter- und Isolationsschichten,
wobei die Leiterschichten jeweils Löcher aufweisen und die Isolationsschichten
eine Dicke von 10 μm
bzw. 500 μm
und eine Dielektrizitätskonstante
kleiner als 10 haben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul,
welches mit integrierter Antenne ausgebildet ist, zu schaffen, das
verbesserte Impedanzanpassung und Wirkungsgrad, kleine Größe und Gewicht
und für
eine einfachere Herstellbarkeit unkamplizierte Struktur aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
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Das
Modul gemäß dem beigefügten Anspruch
1 verfügt über eine
Struktur mit einer ersten, zweiten und dritten dielektrischen Schicht
mit jeweils einer Dicke von λ/4
oder weniger und einer relativen Dielektrizitätskonstante von 10 oder weniger,
und demgemäß sind die
Leitung des Hochfrequenzkreises und der Antennenspeiseleitung elektromagnetisch über das
zweite Loch gekoppelt. Hochfrequente Signale, die sich über die Hochfre quenzkreis-Leitung
ausbreiten, werden ohne das Durchgangsloch zur Antennenspeiseleitung
transportiert, was die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen über die
ersten Löcher
nach außen
erleichtert. Die Dicke der ersten dielektrischen Schicht und die
relative Dielektrizitätskonstante
derselben erleichtern die Abstrahlung des sich auf der Antennenspeiseleitung
ausbreitenden hochfrequenten Signals nach außen über die ersten Löcher. Ferner
erlaubt es die auf dem dielektrischen Substrat ausgebildete erste
Leiterschicht, dass von den ersten Löchern abgestrahlte elektromagnetische
Wellen über
das dielektrische Substrat nach außen ausgegeben werden. So kann
der Antennenwirkungsgrad durch die Impedanzanpassung zwischen der
ersten dielektrischen Schicht und dem dielektrischen Substrat verbessert
werden. Ferner werden elektromagnetische Wellen, die in das Substrat
(die dielektrischen Schichten) abgestrahlt werden, durch die zweite
Leiterschicht teilweise reflektiert. Die reflektierten elektromagnetischen
Wellen weisen invertierte Phase auf. Der Abstand d zwischen dem
Speiseschlitzloch und dem (nicht gespeisten) Nichtspeise-Schlitzloch
beträgt
etwa (0,5 + n)λ. Daher
weisen vom Nichtspeise-Schlitzloch abgestrahlte elektromagnetische
Wellen dieselbe Phase wie diejenigen elektromagnetischen Wellen
auf, die vom Speiseschlitzloch abgestrahlt werden.
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Die
vorstehende Aufgabe und andere Ziele, Merkmale, Erscheinungsformen
und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher erkennbar.
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1 und 2 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Millimeterwellen-Moduls
mit integrierter Antenne.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils des Moduls des Ausführungsbeispiels
mit hergestelltem Laminat.
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4 zeigt
das Modul gemäß 1,
gesehen in der Richtung eines Pfeils IV in 1 zum Veranschaulichen
der Anordnung von Schlitzlöchern,
einer Antennenspeiseleitung und dergleichen, wie in 1 dargestellt.
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5 veranschaulicht
die Beziehung zwischen der Dicke eines organischen Substrats und
dem Antennengewinn zum Veranschaulichen eines Simulationsergebnisses
betreffend Eigenschaften einer Schlitzantenne im 60-GHz-Band.
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6 und 7 zeigen
einen Querschnitt eines Mehrschichtsubstrats zum Veranschaulichen
einer herkömmlichen
Schlitzantenne.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es
wird darauf hingewiesen, dass Komponenten mit derselben Funktion
in allen Zeichnungen mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet
sind und die zugehörige
Beschreibung nicht wiederholt wird.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die Erfindung bei einem Millimeterwellenmodul für das 60-GHz-Band
angewandt.
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Gemäß den 1 bis 3 bilden
eine erste dielektrische Schicht 1c, eine zweite dielektrische Schicht 1b und
eine dritte dielektrische Schicht 1a ein Mehrschichtsubstrat 1.
Auf diesem sind eine Hochfrequenzkreis-Leitung (Mikrostreifenleitung) 2,
eine erste und eine zweite Leiterschicht 6 bzw. 3,
erste Löcher 10 und
ein zweites Loch 4 in Schlitzform, eine Antennenspeiseleitung 5,
ein als dielektrisches Substrat dienendes organisches Substrat 7,
ein Halbleiterchip 8, eine Metallabdeckung 9 und
eine als Laminier(Verbindungs)harz dienende Kleberschicht (Harzschicht) 11 vorhanden.
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Die
Hochfrequenzkreis-Leitung 2 wird durch Goldplattieren auf
einer Oberfläche
der dritten dielektrischen Schicht 1a (erste Oberfläche des
Mehrschichtsubstrats 1) hergestellt. Die Leiterschicht 6 mit
einer Anzahl von als Antennenelementen entsprechenden ersten Löchern 10 (z.
B. Schlitzlöchern
entsprechen 16 Elementen, 36 Elementen und dergleichen) wird auf
einer Oberfläche
der ersten dielektrischen Schicht 1c (zweite Oberfläche des
Mehrschichtsubstrats 1) hergestellt, und auf der anderen
Fläche
(zweite innere Schicht des Mehrschichtsubstrats 1) wird
eine Antennenspeiseleitung 5 zum Versorgen der ersten Löcher 10 hergestellt. Auf
einer Fläche
der zweiten dielektrischen Schicht 1b (erste innere Schicht
des Mehrschichtsubstrats 1) wird eine Leiterschicht 3 mit
dem zweiten Loch auf beinahe der gesamten Fläche hergestellt. Um das Mehrschichtsubstrat 1 herum
werden Durchgangslöcher
(nicht dargestellt) angeordnet, um Gleichspannungssignale und Zwischenfrequenzsignale
von innen nach außen
zu liefern.
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Das
Mehrschichtsubstrat 1 ist ein Keramiksubstrat mit einem
linearen Expansionskoeffizienten von 4-10 ppm/°C. Dieses Substrat 1 besteht
aus drei Schichten mit jeweils einer Dicke von 150 μm, so dass
es eine Gesamtdicke von 450 μm
aufweist. Der Halbleiterchip 8 ist auf der Hochfrequenzkreis-Leitung 2 auf
der Oberflächenschicht
des Mehrschichtsubstrats 1 mittels Au-Kontakthöckern montiert,
die durch Kugelbonden, das eine herkömmliche Technik ist, hergestellt
wurden. Der Halbleiterchip 8 wird durch ein Flip-Chip-Verfahren unter
Verwendung von Thermokompressionsbonden über die Au-Kontakthöcker mit
dem Mehrschichtsubstrat 1 verbunden. Als derartiges Keramiksubstrat
können
z. B. ein Dickschicht-Schaltkreissubstrat, ein Dünnschicht-Schaltkreissubstrat,
ein Spezialfunktions-Schaltkreissubstrat und dergleichen aus z.
B. Aluminiumoxid- oder Glaskeramik verwendet werden. Die erste bis
dritte dielektrische Schicht 1c-1a verfügen über eine jeweilige
Dicke von a3, a2 bzw.
a1, die alle einem Viertel der Wellenlänge λ oder weniger
der sich durch die dielektrischen Schichten ausbreitenden elektromagnetischen
Wellen entsprechen. Die erste bis dritte dielektrische Schicht 1c-1a verfügen über eine
relative Dielektrizitätskonstante
von 10 oder weniger.
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Die
Metallabdeckung 9 besteht aus Kovar oder dergleichen, wobei
eine Seite mit einem Lötmaterial beschichtet
und so mit dem Mehrschichtsubstrat 1 verlötet ist.
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Das
organische Substrat 7 besteht aus einem organischen Harz,
einem Verbundmaterial aus einem organischen Harz, oder dergleichen
(speziell einem Fluorglassubstrat oder einem Substrat aus Polytetrafluorethylen),
mit einer Dicke, die in Kombination mit der der Kleberschicht 11 im
Bereich von 350 bis 800 μm
liegt. Das organische Substrat 7 verfügt über eine relative Dielektrizitätskonstante
vorzugsweise von 2 bis 4. Es kann aus einem organischen Material
bestehen, das zu einer Folie ausgebildet ist und eine Kleberschicht
trägt.
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Die
Antennenspeiseleitung 5, die Hochfrequenzkreis-Leitung 2 und
die ersten Löcher 10 und
das zweite Loch 4 bilden ein Mehrschichtsubstrat 1 mit
der unten angegebenen Positionsbeziehung.
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Gemäß 4 sind
die auf der dritten dielektrischen Schicht 1 hergestellte
Hochfrequenzkreis-Leitung 2 und die auf der ersten dielektrischen
Schicht 1c hergestellte Antennenspeiseleitung 5 so
ausgebildet, dass sie in der Dickenrichtung der Schichten das in
der zweiten dielektrischen Schicht 1b ausgebildete zweite
Loch 4 überlappen.
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Das
in der ersten dielektrischen Schicht 1c ausgebildete erste
Loch 10 besteht aus einem Speiseschlitzloch 10a und
einem Nichtspeise-Schlitzloch 10b, wobei nur das Speise schlitzloch 10a so
angeordnet ist, dass es in der Richtung der Schichtdicke mit der
Antennenspeiseleitung 5 überlappt. D. h., dass nur das
Speiseschlitzloch 10a durch die Antennenspeiseleitung 5 gespeist
wird.
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Speiseschlitzlöcher 10a und
Nichtspeise-Schlitzlöcher 10b sind
abwechselnd in der Richtung rechtwinklig zur Richtung angeordnet,
in der sich die Schlitzlöcher
erstrecken (die Richtung, in der sich Funkwellen ausbreiten (Richtung
X in 4)). Der zwischen den Schlitzlöchern eingestellte Abstand
beträgt
ungefähr
das 1,5-fache der Wellenlänge λ der sich
durch die dielektrischen Schichten im Mehrschichtsubstrat 1 ausbreitenden
elektromagnetischen Wellen (nachfolgend als effektive Wellenlänge bezeichnet).
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Beim
Modul mit integrierter Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel
mit der oben erörterten Struktur
werden HF-Signale,
die durch die mit dem Halbleiterchip 8 verbundene Hochfrequenzkreis-Leitung 2 übertragen
werden, durch elektromagnetische Kopplung mittels der Überlappungsstruktur
mit dem zweiten Loch 4 über
die Antennenspeiseleitung 5 den Speiseschlitzlöchern 10a zugeführt und
demgemäß von diesen abgestrahlt.
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Elektromagnetische
Wellen, die von den Schlitzlöchern 10a in
das Substrat (dielektrische Schichten) abgestrahlt werden, streuen
teilweise in das Mehrschichtsubstrat 1, um an der Leiterschicht 3 reflektiert
zu werden. Die Streuung elektromagnetischer Wellen ist in der Richtung
rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Speiseschlitzlöcher 10a auffällig. Die
Phase der elektromagnetischen Wellen wird bei Reflexion an der Leiterschicht 3 invertiert.
Nichtspeise-Schlitzlöcher 10b befinden
sich in einer Entfernung, die einer Wellenlänge entspricht, die ungefähr das 1,5-fache
der effektiven Wellenlänge
innerhalb des Mehrschichtsubstrats ist, von den durch die Antennenspeiseleitung 5 gespeisten
Schlitzlöchern 10a,
wobei der Abstand zwischen den Speiseschlitzlöchern 10a und der
Leiterschicht 3 relativ zur effektiven Wellenlänge vernachlässigbar
ist. Daher werden die streuenden elektromagnetischen Wellen von
den Nichtspeise-Schlitzlöchern 10b mit
derselben Phase wie die von den Speiseschlitzlöchern 10a abgestrahlten
Wellen abgestrahlt. Obwohl keine Einspeisung in die Nichtspeise-Schlitzlöcher 10b erfolgt,
wirken sie wie die gespeisten Schlitzlöcher 10a.
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Tatsächlich wird
davon ausgegangen, dass die streuenden elektromagnetischen Wellen
an einem Ende des Substrats als nicht wirksame Wellen abstrahlen.
Jedoch können
derartige elektromagnetische Streuwellen gemäß diesem Ausführungsbeispiel
als gewünschte
elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden.
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Die
in 4 dargestellte Anordnung des Ausführungsbeispiels
erlaubt eine Gesamtanzahl von Schlitzen von z. B. 36 Elementen,
wobei die Anzahl der dargestellten Speiseschlitzlöcher 10a 16
Elementen entspricht, so dass die Gesamtanzahl der Schlitzlöcher mindestens
das Doppelte der Anzahl der Speiseschlitzlöcher 10a sein kann.
Die Länge
der Antennenspeiseleitung 5 kann kürzer als diejenige gemacht
werden, wie sie erforderlich wäre,
wenn alle Schlitzlöcher
versorgt werden sollten, und demgemäß können Abstrahlungsverluste der
Antennenspeiseleitung 5 gesenkt werden, wodurch der Antennenwirkungsgrad
gesteigert werden kann.
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Obwohl
der Abstand zwischen den Speiseschlitzlöchern 10a und den
Nichtspeise-Schlitzlöchern 10b hier
als diejenige Länge
definiert ist, die ungefähr
1,5 Mal größer als
die effektive Wellenlänge λ ist, besteht keine
Beschränkung
des Abstands auf diese Definition. Der Abstand kann als solcher
definiert werden, der ungefähr
das (0,5+n)-fache (n ist eine ganze Zahl mindestens vom Wert 0)
der effektiven Wellenlänge
innerhalb des Mehrschichtsubstrats 1 entspricht, um es
zu ermöglichen,
dass jeweilige Phasen elektromagnetischer Wellen, die von jeweiligen
Schlitzlöchern
abgestrahlt werden, gleich sind. Wenn jedoch der Abstand ungefähr das 0,5-fache
der effektiven Wellenlänge
ist, entspricht der Abstand zwischen Speiseschlitzlöchern 10a beinahe
der effektiven Wellenlänge.
Dann weisen elektromagnetische Streuwellen von einem bestimmten
Speiseschlitzloch 10a eine Phase entgegengesetzt zu derjenigen
von elektromagnetischen Wellen auf, die von einem diesem bestimmten
Schlitzloch 10a benachbarten Speiseschlitzloch 10a abgestrahlt
werden, was zu geschwächten
elektromagnetischen Wellen führt.
Der Abstand zwischen einem Speiseschlitzloch 10a und einem Nichtspeise-Schlitzloch 10b beträgt so wünschenswerterweise
ungefähr
das (0,5+n)-fache (n ist eine ganze Zahl mindestens vom Wert 1)
der effektiven Wellenlänge.
Ein größerer Wert
von n senkt die Strahlungsmenge von Nichtspeise-Schlitzlöchern 10b.
Daher kann die größte Wirkung
dann erzielt werden, wenn n den Wert 1 hat. Wenn der Abstand zwischen
einem Speiseschlitzloch 10a und einem Nichtspeise-Schlitzloch 10b das (0,5+n)-fache
(n ist eine ganze Zahl mindestens vom Wert 1) der effektiven Wellenlänge beträgt, beträgt der Abstand
zwischen Speiseschlitzlöchern 10a ungefähr das (1+2n)-fache
der effektiven Wellenlänge
(z. B. das 3-fache der Wellenlänge).
Dann werden elektromagnetische Streuwellen von einem bestimmten
Speiseschlitzloch 10a mit einer Phase entgegengesetzt zu
derjenigen elektromagnetischer Wellen von einem diesem bestimmten
Speiseschlitzloch 10a benachbarten Speiseschlitzloch 10a abgestrahlt,
wie oben erläutert.
Jedoch beträgt
der Abstand zwischen Speiseschlitzlöchern 10a das 3-fache
oder mehr der effektiven Wellenlänge,
so dass die Phasenumkehr zu beinahe keinem Problem führt.
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Nun
wird das organische Substrat 7 beschrieben.
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Das
organische Substrat 7 wird mit der Abstrahlungsseite (betreffend
die elektromagnetischen Wellen) des Mehrschichtsubstrats 1,
wie es oben erörtert
ist, beispielsweise durch die unten erläuterte Prozedur verbunden (auf
diese Seite auf laminiert). Als Erstes wird ein Kleber oder Harz
mittels eines Spenders oder dergleichen auf die andere Seite des
Mehrschichtsubstrats 1 als derjenigen, auf der der Halbleiterchip 8 montiert ist,
aufgetragen. Dann wird auf Ecken der anderen Seite des Mehrschichtsubstrats,
wo die Verbindung erfolgen soll, ein UV-Harz für zeitweilige Befestigung,
um eine Positionsverschiebung zu verhindern, als oben beschriebener
Kleber oder als Harz aufgetragen. Das Mehrschichtsubstrat 1 mit
der darauf vorhandenen Metallabdeckung 9 wird in einem
vertieften Teil eines Tischs positioniert und an diesem befestigt.
Das organische Substrat 7 wird an einem Druckausübungswerkzeug
befestigt, es erfolgt eine Ausrichtung des Mehrschichtsubstrats 1 und
des organischen Substrats 7 in Bezug aufeinander, und dann
werden die Substrate 1 und 7 mittels des Klebers
oder des Harzes miteinander verbunden (aufeinanderlaminiert).
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Das
Modul mit integrierter Antenne gemäß dem Ausführungsbeispiel verfügt über die
zweite und dritte dielektrische Schicht 1b und 1a mit
jeweils einer Dicke von λ/4
oder weniger, und demgemäß sind die
Hochfrequenzkreis-Leitung 2 und die Antennenspeiseleitung 5 elektromagnetisch
gekoppelt. Über
die Hochfrequenzkreis-Leitung 2 auf dem Mehrschichtsubstrat 1 übertragene
HF-Signale werden wegen der elektromagnetischen Kopplung mittels
der Überlappungsstruktur
in Bezug auf die Schlitzlöcher 4 über die
Antennenspeiseleitung 5 an eine Anzahl von Schlitzlöchern 10 übertragen.
Wenn kein organisches Substrat 7 vorhanden wäre, würde die
von der Raumimpedanz verschiedene Impedanz der Schlitzlöcher 10,
d. h. die Impedanz-Fehlanpassung, zu einer Reflexion elektromagne tischer
Wellen führen,
die direkt von den Schlitzlöchern 10 in
den Raum abgestrahlt werden sollten, wodurch die Antennencharakteristik
beeinträchtigt
wäre. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist jedoch das organische Substrat 7 so aufgebracht, dass
es alle Schlitzlöcher 10 bedeckt,
um Oberflächenwellen
innerhalb des organischen Substrats zu löschen, die von jeweiligen Schlitzlöchern 10 abgestrahlt
werden, um es dadurch zu ermöglichen,
elektromagnetische Wellen wirkungsvoll in den Raum abzustrahlen.
Auf diese Weise werden elektromagnetische Wellen in der durch den
Pfeil 10 in 2 dargestellten Richtung abgestrahlt.
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5 zeigt
ein Simulationsergebnis für
die Charakteristik einer Schlitzantenne abhängig von der Dicke des organischen
Substrats 7 für
das 60-GHz-Band. Aus diesem Ergebnis ist erkennbar, dass der Antennengewinn
insbesondere dann seinen Maximalwert erreicht, wenn die Dicke des
organischen Substrats 7 600 μm beträgt, wobei die Dicke vorzugsweise
im Bereich von ungefähr
350 bis ungefähr
800 μm liegt.
Tatsächlich beeinflusst
die Dicke der für
die Verbindung verwendeten Kleberschicht (Harzschicht) 11 die
Antennencharakteristik. Daher beträgt die Gesamtdicke des organischen
Substrats 7 und der Kleberschicht 11, die das
Modul aufbauen, wünschenswerterweise
von 350 bis 800 μm
(0,1 bis 0,3 Mal so groß wie
die effektive Wellenlänge innerhalb
des organischen Substrats 7). Die Kleberschicht 11 ist
beträchtlich
dünner
als das organische Substrat 7. Daher ist hier angenommen,
dass die Kleberschicht 11 Eigenschaften hinsichtlich des
Brechungsindex und dergleichen aufweist, die denen des organischen
Substrats 7 entsprechen.
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Wenn
das organische Substrat 7 und das Mehrschichtsubstrat 1 jeweilige
lineare Expansionskoeffizienten aufweisen, die um eine Größenordnung
verschieden sind, und wenn sie integriert werden, tritt im Allgemeinen
eine Verwindung auf, die auf 25 mm 10 μm oder mehr beträgt. Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
zum Verhindern des Auftretens einer Verwindung ein Harz auf Siliconbasis
als Kleberschicht 11 zum Befestigen des organischen Substrats 7 am
Mehrschichtsubstrat 1 verwendet, wobei diese Kleberschicht 11 eine Dicke
von 25 bis 100 μm
aufweist. Dann wirkt keine übermäßige Belastung
auf den montierten Halbleiterchip, und demgemäß kann ein Modul hoher Zuverlässigkeit
erhalten werden. Außerdem
können
die Substrate mit geringem Druck aneinander befestigt werden.
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Weitere
Verbesserungen der Antennencharakteristik sind dadurch möglich, dass
ein Kleber oder ein Harz mit kleiner Dielektrizitätskonstante,
wie z. B. ein Harz auf Fluorbasis, verwendet wird, wobei der Kleber oder
das Harz eine Dielektrizitätskonstante
von 3,5 oder kleiner aufweist.
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Gemäß 1 verfügt das Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul
mit integrierter Antenne gemäß dem Ausführungsbeispiel über das
organische Substrat 7, die auf diesem vorhandene Leiterschicht 6,
in der eine Anzahl erster Löcher 10 zum
Abstrahlen erster magnetischer Wellen ausgebildet ist, die auf der
ersten Leiterschicht G vorhandene erste dielektrische Schicht 1c,
die auf dieser vorhandene Antennenspeiseleitung 5, die auf
der Antennenspeiseleitung 5 vorhandene zweite dielektrische
Schicht 1b, die auf dieser vorhandene zweite Leiterschicht 3 mit
dem in ihr ausgebildeten zweiten Loch 4, die auf der zweiten
Leiterschicht 3 vorhandene dritte dielektrische Schicht 1a,
die auf dieser vorhandene Hochfrequenzkreis-Leitung 2 und
den mit dieser verbundenen Halbleiterchip 8, in dem eine
Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Schaltung ausgebildet ist. Die erste,
zweite und dritte dielektrische Schicht 1c, 1b und 1a weisen
jeweils eine Dicke von höchstens λ/4 auf, wobei λ die Wellenlänge elektromagnetischer
Wellen repräsentiert,
die sich durch die dielektri schen Schichten ausbreiten. Die erste,
zweite und dritte dielektrische Schicht 1b, 1c und 1a weisen
eine relative Dielektrizitätskonstante
von höchstens
10 auf.
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Vorzugsweise
sind das organische Substrat 7 und die erste Leiterschicht 6 durch
eine Harzschicht 11 aufeinanderlaminiert, wobei die Gesamtdicke
des organischen Substrats 7 und der Harzschicht 11 0,1
bis 0,3 Mal so groß wie λ ist.
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Vorzugsweise
enthält
die Harzschicht 11 Silicon oder Fluor.
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Gemäß den 1 und 4 verfügt das Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul
mit integrierter Antenne gemäß dem Ausführungsbeispiel über die
erste Leiterschicht 6 mit einer Anzahl von in ihr ausgebildeten
ersten Löchern 10 zum
Abstrahlen elektromagnetischer Wellen, die auf dieser ersten Leiterschicht 6 vorhandene
erste dielektrische Schicht 1c, die auf dieser vorhandene
Antennenspeiseleitung 5, die auf dieser Antennenspeiseleitung 5 vorhandene
zweite dielektrische Schicht 1b, die auf dieser vorhandene
zweite Leiterschicht 3, in der das zweite Loch 4 ausgebildet
ist, die auf der zweiten Leiterschicht 3 vorhandene dritte
dielektrische Schicht 1a, die auf dieser vorhandene Hochfrequenzkreis-Leitung 2,
die über
das zweite Loch 4 elektromagnetisch mit der Antennenspeiseleitung 5 gekoppelt
ist, und einen mit der Hochfrequenzkreis-Leitung 2 verbundenen
Halbleiterschicht 8, in dem eine Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Schaltung
ausgebildet ist. Zu den ersten Löchern 10 gehören ein
durch die Antennenspeiseleitung 5 gespeistes Speiseschlitzloch 10a und
ein von ihr nicht gespeistes Nichtspeise-Schlitzloch 10b,
wobei der Abstand d zwischen einem Speiseschlitzloch 10a und
einem Nichtspeise-Schlitzloch 10b ungefähr (0,5+n)λ beträgt, wobei λ die Wellenlänge von sich durch die dielektrischen
Schichten ausbreitenden elektromagnetischen Wellen repräsentiert
und n eine ganze Zahl mindestens vom Wert 1 ist.
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Vorzugsweise
hat n den Wert 1.
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Vorzugsweise
verfügt
das Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul mit integrierter Antenne
ferner über
ein organisches Substrat 7, das abgewandt von der ersten
Leiterschicht 6 platziert ist.
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Vorzugsweise
verfügen
die erste, zweite und dritte dielektrische Schicht 1c, 1b und 1a jeweils über eine
Dicke von λ/4,
wobei λ die
Wellenlänge
von sich durch die dielektrischen Schichten ausbreitenden elektromagnetischen
Wellen repräsentiert,
und sie verfügen über eine
relative Dielektrizitätskonstante
von höchstens
10.
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Vorzugsweise
sind das organische Substrat 7 und die erste Leiterschicht
G durch eine Harzschicht aufeinanderlaminiert, und die Gesamtdicke
des organischen Substrats 7 und der Harzschicht 11 ist
0,1 bis 0,3 Mal so groß wie λ.
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Vorzugsweise
enthält
die Harzschicht 11 Silicon oder Fluor.
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Beispiel 1
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Als
Mehrschichtsubstrat 1 aus Keramik mit einer Dielektrizitätskonstante
von 4-10 wurde eine Aluminiumoxidkeramik mit einer relativen Dielektrizitätskonstante
von 8,9 verwendet. Die Hochfrequenzkreis-Leitung 2, die
Leiterschicht 3 mit dem zweiten Loch 4 und die
Antennenspeiseleitung 5 wurden dadurch gleichzeitig hergestellt,
dass eine Wolframmetallisierung gebrannt wurde, woraufhin die Oberflächen der
Hochfrequenzkreis-Leitung 2 und der Leiterschicht 6 mit
Gold plattiert wurden. Als auf die Oberfläche einer Anzahl von Schlitzlöchern 10 aufzutragender
Kleber (Harz) wurde ein Siliconharz (Dielektrizitätskonstante
von 3,1) verwendet. So wurden Proben mit variierter Kleber(Harz)dicke
und Proben mit variierter Dicke des organischen Substrats hergestellt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Dicke des Klebers (des Harzes)
dadurch kontrolliert werden kann, dass Druckausübungsbedingungen beim Aufeinanderlaminieren
des Mehrschichtsubstrats und des organischen Substrats oder beim
Aushärten
des Harzes eingestellt werden. Gemäß diesem Beispiel wurden Proben
mit einer Kleberschicht (Harzschicht) 11 mit einer Dicke
von 25 μm
und 100 μm
hergestellt.
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Proben
wurden dadurch hergestellt, dass ein Mehrschichtsubstrat 1 und
ein organisches Substrat 7 aufeinanderlaminiert wurden.
Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
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Wie
es aus der Tabelle 1 erkennbar ist, kann eine Antenne mit hohem
Wirkungsgrad dadurch hergestellt werden, dass ein organisches Substrat 7 auf
eine Anzahl von Schlitzlöchern 10 aufgebracht
wird. Insbesondere wurde der maximale Gewinn dann erzielt, wenn
die Gesamtdicke (Dicke des organischen Substrats + Dicke der Kleberschicht)
625 μm betrug.
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Beispiel 2
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Proben
wurden wie beim Beispiel 1 unter Verwendung eines Harzes auf Fluorbasis
als Kleber (Harz), der auf die Oberfläche einer Anzahl von Schlitzlöchern 10 aufzutragen
ist, mit kleinerer Dielektrizitätskonstante (2,9)
als der von Siliconharz und durch Aufeinanderlaminieren eines Mehrschichtsubstrats 1 und
eines organischen Substrats 7 hergestellt. Messergebnisse
sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
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Aus
einem Vergleich zwischen der Tabelle 1 und der Tabelle 2 ist es
erkennbar, dass ein höherer
Wirkungsgrad dann erzielt werden kann, wenn das Harz auf Fluorbasis
(ein Fluor enthaltendes Harz) mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante
verwendet wird, wofür
die Werte in Tabelle 2 angegeben sind, wenn jeweils dieselbe Dicke
für das
organische Substrat (450 μm,
600 μm)
und dieselbe Dicke für
die Kleberschicht (100 μm) verwendet
werden.
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Die
vorstehende Erörterung
zu diesem Ausführungsbeispiel
begrenzt die Erfindung nicht auf die hier beschriebene spezielle
Form. Z. B. ist die Erfindung auch in anderen Frequenzbändern als
dem 60-GHz-Band anwendbar. Insbesondere kann die hier beschriebene
Struktur im Frequenzband von 50 bis 70 GHz verwendet werden, wobei
dieselbe Wirkung wie beim oben erörterten Ausführungsbeispiel
erzielt wird. Ferner kann alternativ jede beliebige Modulstruktur
verwendet werden, die von der in 1 dargestellten
verschieden ist. Obwohl die in 4 dargestellten
Schlitzlöcher 10 dazu
dienen, 16 Elemente zu speisen, kann mit einer anderen Anzahl von
Elementen derselbe Effekt erzielt werden. Außerdem kann die abwechselnde
Anordnung von Speiseschlitzlöchern 10a und
Nichtspeise-Schlitzlöchern 10b durch
eine andere Anordnung ersetzt werden, bei der zwei Nichtspeise-Schlitzlöcher 10b zwischen
einander benachbarten Speiseschlitzlöchern 10a in der Richtung rechtwinklig
zur Richtung vorhanden sind, in der sich die Schlitzlöcher 10 erstrecken.
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Gemäß der Erfindung
kann der Wirkungsgrad einer Schlitzantenne durch Auflaminieren eines
organischen Substrats und durch Festlegen der Gesamtdicke einschließlich der
Dicke einer Kleberschicht verbessert werden. So kann eine Schlitzantenne
mit hohem Wirkungsgrad erzeugt werden. Demgemäß kann ein Mikrowellen-Millimeterwellen-Modul
mit integrierter Antenne mit hervorragenden Eigenschaften erhalten
werden.
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Ferner
können
durch die Struktur von Schlitzlöchern
mit Speiseschlitzlöchern
und Nichtspeise-Schlitzlöchern
die Übertragungsverluste
einer Antennenspeiseleitung gesenkt werden, wodurch der Antennenwirkungsgrad
gesteigert werden kann.