説明

半導体装置、通信モジュールおよび電子機器

【課題】安定した利得が得られるアンテナ素子を備えた半導体装置、通信モジュールおよび電子機器を提供すること。
【解決手段】半導体装置10は、能動素子が形成された能動面1aを有する半導体基板1と、能動面1a上に少なくとも1層以上の絶縁性樹脂層を介して設けられた第1の配線層8と、第1の配線層8に形成されたスロットアンテナ11と、スロットアンテナ11に接続された共振用キャパシタ13とを備え、スロットアンテナ11は、矩形状の開口部11bを有する平面型のアンテナ素子である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置、半導体装置を備えた通信モジュールおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置としては、基体の能動面側または能動面の裏側に、複数のインダクタ素子が形成された電子基板と、該電子基板が積層配置され、該インダクタ素子をアンテナとして電磁波を送受信することにより、該電子基板間における信号授受を可能とした半導体装置とが知られている(特許文献1)。
【0003】
上記複数のインダクタ素子の全部または一部と基体とには、基体より誘電正接が小さい材料層(誘電体層)が設けられている。すなわち、インダクタ素子は誘電体層上に形成され、その形状として捲き線(スパイラル)型、ミアンダ型、トロイダル型、パッチ型が紹介されている。
【0004】
上記半導体装置によれば、インダクタ素子と基体との間に、例えば20μm以上の厚みを有する誘電体層を設けることにより、インダクタ素子から出力された電磁波が、基体によって吸収されることにより生ずる渦電流を減少させることができるとしている。該渦電流は、インダクタ素子をアンテナとして利用する場合、アンテナの利得を阻害する要因となることが一般的に知られている。
【0005】
【特許文献1】特開2007−235034号公報 頁2、頁6
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
電子部品は、搭載(実装)される電子機器の要求に伴って、さらに小型化、薄型化されることが期待されている。しかしながら、従来の上記半導体装置においは、渦電流対策が必ずしも十分とは言えず、例えば、誘電体層の厚みを薄くすると、渦電流の影響を受け易くなるという課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【0008】
[適用例1]本適用例の半導体装置は、能動素子が形成された能動面を有する半導体基板と、前記能動面上に少なくとも1層以上の絶縁性樹脂層を介して設けられた第1の配線層と、前記第1の配線層に形成された受動素子と、前記受動素子に接続された共振用キャパシタとを備え、前記受動素子は、矩形状の開口部を有する平面型のスロットアンテナであることを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、受動素子としての平面型のスロットアンテナは、絶縁性樹脂層を介して第1の配線層に設けられている。したがって、能動面と対向する状態となり、スロットアンテナにより生成される磁界方向は、能動面に対してほぼ平行な方向となる。よって、磁界が半導体基板を貫かないので、半導体基板において磁界誘導に起因する渦電流が生じ難い。ゆえに、渦電流による利得の損失を低減することができる。また、スロットアンテナは、絶縁性樹脂層上に設けられているため、耐熱衝撃などの応力が絶縁性樹脂層で緩和され、機能的に優れた安定性を有する。すなわち、高い信頼性を有し、所望の利得が得られるスロットアンテナを備えた半導体装置を提供することができる。
【0010】
[適用例2]上記適用例の半導体装置において、前記半導体基板の前記能動面は、平面視で四角形であり、前記矩形状の開口部は、前記開口部の長辺方向が前記能動面の対角方向にほぼ合致するように前記第1の配線層に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、スロットアンテナにおける共振周波数は、矩形状の開口部における長辺方向の長さによって決まる。したがって、当該長辺方向を能動面の対角方向と一致させることにより、能動面の一辺に平行な状態とする場合に比べて、共振可能な周波数帯域の幅を広くすることができる。
【0011】
[適用例3]上記適用例の半導体装置において、前記共振用キャパシタは、少なくとも一対の電極が対向する平行平板型であって、前記一対の電極のうち一方の電極が前記スロットアンテナの一部として前記矩形状の開口部の長辺から開口側に突出して形成され、前記一対の電極のうち他方の電極が前記絶縁性樹脂層を介して前記能動面側に設けられた第2の配線層に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、平行平板型の共振用キャパシタの一対の電極を絶縁性樹脂層を介して第1の配線層と第2の配線層とに分けて対向配置することができる。また、一方の電極はスロットアンテナの一部を利用して開口側に突出して形成される。したがって、第1の配線層におけるスペースを有効活用して共振用キャパシタを設けることができる。
【0012】
[適用例4]上記適用例の半導体装置において、前記共振用キャパシタは、少なくとも一対の電極が対向する平行平板型であって、前記少なくとも一対の電極が前記スロットアンテナの一部として前記矩形状の開口部の長辺から開口側に交互に突出して形成されているとしてもよい。
この構成によれば、共振用キャパシタをスロットアンテナの一部として第1の配線層の開口部に設けることになるので、複数層の配線層に跨って一対の電極を構成する場合に比べて、配線層の数を少なくすることができる。
【0013】
[適用例5]上記適用例の半導体装置において、前記少なくとも一対の電極は、前記矩形状の開口部を斜めに横断する方向に交互に突出して形成されていることが好ましい。
この構成によれば、一対の電極が矩形状の開口部の長辺方向に対して直交するように突出する場合に比べて、一対の電極が対向する部分の長さによって決まる電気容量の調整範囲を広くとることができる。
【0014】
[適用例6]上記適用例の半導体装置において、前記スロットアンテナは、前記開口部を挟んで前記長辺に沿った位置に少なくとも一対の給電点を有し、前記給電点は、前記絶縁性樹脂層を介して前記能動素子を含む回路部に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、少なくとも一対の給電点を有することにより、スロットアンテナと能動素子を含む回路部との間で、給電点を介して信号の授受を効率よく行うことができる。
【0015】
[適用例7]上記適用例の半導体装置において、前記開口部の前記長辺に沿った位置に複数の前記給電点を有し、前記回路部は、前記複数の前記給電点のうちから少なくとも一対を選択可能なスイッチング素子を有することを特徴とする。
この構成によれば、スイッチング素子により複数の給電点のうちから少なくとも一対を選択可能とすることにより、スロットアンテナと回路部との好適なインピーダンスマッチングを可能とすることができる。
【0016】
[適用例8]上記適用例の半導体装置において、前記第1の配線層は、少なくとも1つのランドを有し、前記ランドと実装基板とを接続させるための接続部が前記ランド上に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、接続部を介して実装基板に平面実装可能な半導体装置を提供することができる。接続部として、例えば、半田バンプを用いれば、半導体装置を実装基板に半田付けすることができる。
【0017】
[適用例9]上記適用例の半導体装置において、少なくとも前記接続部を囲むと共に、前記スロットアンテナを覆う絶縁性保護膜が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、実装基板に平面実装する際に、接続部やスロットアンテナが損傷することを防止して、高い実装品質を確保することができる。
【0018】
[適用例10]本適用例の通信モジュールは、上記適用例の半導体装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高い信頼性を有し、所望の利得が得られるスロットアンテナを有する半導体装置を備えているので、小型、薄型で高性能な通信モジュールを提供することができる。
【0019】
[適用例11]本適用例の電子機器は、上記適用例の通信モジュールを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高性能な通信機能を有しているにも関わらず、コンパクトな電子機器を提供することができる。電子機器の適用例としては、例えば、キーレスエントリーシステム、携帯型電話機などが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
【0021】
(実施形態1)
図1は、実施形態1の半導体装置を示す概略図であって、同図(a)は概略平面図。同図(b)は、同図(a)のA−A線で切った概略断面図である。
【0022】
図1(a)に示すように、本実施形態の半導体装置10は、矩形状の開口部11bを有する受動素子としての平面型のスロットアンテナ11を備え、スロットアンテナ11を介して磁界結合により他の外部電子回路との間で電力あるいは電気信号の授受を可能とするものである。また、このような半導体装置10を実装基板に平面実装するための接続部16,17を備えている。
【0023】
半導体装置10は、平面視でおよそ2mm角であり、スロットアンテナ11は、矩形状の外形を有すると共に、半導体装置10の対角方向(Y方向)に対して開口部11bの長手方向が合致するように設けられている。開口部11bを挟んで開口部11bの長手方向に沿った位置に2対の給電点14,15が設けられている。
【0024】
スロットアンテナ11は、開口部11bの長手方向のほぼ中央付近において、一方の辺部から開口側に突出して設けられた突出部11aを有している。この突出部11aは、後述する共振用キャパシタ13の一方の電極を構成しており、電極11aと呼ぶこともある。
【0025】
図1(b)に示すように、半導体装置10は、例えば、シリコン基板などの半導体基板1を有するものであって、能動面1aには、トランジスタやダイオードなどの能動素子(図示省略)が形成され、回路部を構成すると共に、該回路部に繋がる複数の電極2,3が設けられている。電極2,3は、例えば、アルミなどの導電性パッドからなる。回路部は、電極2,3の接続部位を除いて絶縁膜4により覆われている。絶縁膜4は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機絶縁膜である。
【0026】
能動面1a上には、第2絶縁性樹脂層5、第2の配線層6、第1絶縁性樹脂層7、第1の配線層8が順に積層形成されている。
【0027】
第2絶縁性樹脂層5および第1絶縁性樹脂層7の形成材料としては、ポリイミド樹脂、シリコン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB;BenzoCycloButene)、ポリベンゾオキサゾール(PBO;PolyBenzOxazole)等を用いることができる。これらの絶縁性樹脂材料のうちのいずれか、あるいは混合物を有機溶媒等に溶解させ、能動面1aに塗布することにより、第2絶縁性樹脂層5、第1絶縁性樹脂層7を形成することができる。塗布方法としては、スピンナー、スリットコートなどの方法が挙げられ、厚みはおよそ数μm〜20μm程度の範囲で設定することができる。
【0028】
第2絶縁性樹脂層5上に積層される第2の配線層6および第1絶縁性樹脂層7上に積層される第1の配線層8の形成材料としては、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、タングステン(W)、チタンタングステン(TiW)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)、ニッケルバナジウム(NiV)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)等の導電性材料の単体または複合材料を用いることができる。また、第1の配線層8および第2の配線層6は、これらの導電性材料からなる単層もしくは複層構造としてもよい。
【0029】
本実施形態では、第1の配線層8および第2の配線層6は、スパッタ法で形成されたCuの薄膜上にメッキレジストをスピンコーター等を用いて塗布し、フォトリソグラフィ法により所望のパターン形状にパターニングした後に、さらに電解メッキ法によって厚膜化した配線部分を形成し、次にメッキレジストを剥離した後、さらにエッチングにより不要部分の金属膜を除去して配線を形成したものである。厚みはおよそ6μmである。このような配線パターンの形成方法は、セミアディティブ法の1種として知られている。
電解メッキ法を用いることにより、配線層を厚膜化できるだけでなく、例えば、第2絶縁性樹脂層5に設けられたビア6c,6dを埋めて電極2,3と第2の配線層6とを電気的に繋ぐ導通部とすることができる。以降、ビア6c,6dは導通部として説明する。
【0030】
第2絶縁性樹脂層5上に設けられた第2の配線層6には、ビア6cを介して電極2に接続する配線部6aと、ビア6dを介して電極3に接続する配線部6bと、電極12aとが設けられている。
【0031】
第1絶縁性樹脂層7上に設けられた第1の配線層8には、前述したスロットアンテナ11と、接続部16,17が設けられるランド8a,8bが形成されている。
【0032】
スロットアンテナ11に設けられた一対の給電点14(15)の一方は、ビア14aを介して配線部6aに接続している。同様に、一対の給電点14(15)の他方は、ビア14bを介して配線部6bに接続している。
【0033】
第2の配線層6に設けられた電極12aは、ビア12bを介してスロットアンテナ11の他方の長辺部に接続している。スロットアンテナ11の一方の長辺部から開口側に突出した電極11aと電極12aとが第1絶縁性樹脂層7を介して対向配置されることにより、共振用キャパシタ13を構成している。
【0034】
図示省略したが、ランド8a,8bは、第1絶縁性樹脂層7に設けられたビアを介して第2の配線層6に設けられた配線部に接続し、さらに第2絶縁性樹脂層5に設けられたビアを介して能動面1aに設けられた他の電極に接続している。
【0035】
また、ランド8a,8bを囲むと共に、スロットアンテナ11を覆うように絶縁性保護膜18が設けられている。絶縁性保護膜18は、例えばレジストをスピンコート法や印刷法により形成する。
【0036】
接続部16,17は、第1の配線層8に設けられたランド8a,8b上に、鉛フリー半田からなる半田ボールを転写することにより形成される。なお、同じく鉛フリー半田からなるペーストの印刷、半田めっき等を施すことにより形成してもよい。
【0037】
このような半導体装置10において、スロットアンテナ11の共振周波数は、開口部11bのY方向における長さ、すなわちスリット長11by(図1(a)参照)と、共振用キャパシタ13の電気容量Cpとによって決まる。開口部11bは、半導体基板1の対角方向に沿って開口しているため、2mm角の半導体基板1の辺部に沿って開口させた場合に比べて、共振周波数帯域をより広くすることができる。
【0038】
また、共振用キャパシタ13の電気容量Cpは、開口部11bのスリット幅11bxの方向に突出した電極11aと電極12aとが対向する部分の面積と、電極間の距離すなわち第1絶縁性樹脂層7の厚みと、第1絶縁性樹脂層7の誘電率とによって決まる。
【0039】
言い換えれば、これらの要素を適宜設定することにより、所望の共振周波数を得ることができる。この場合、半導体基板1が2mm角であるため、スリット長11byの設定範囲を考慮すると、共振周波数帯域は、ミリ波であるギガ帯となる。
【0040】
実際の半導体装置10の製造方法は、半導体ウェハを用いて行われる。半導体ウェハに集積された状態で能動素子が形成され、能動面1aに絶縁膜4、第2絶縁性樹脂層5、第2の配線層6、第1絶縁性樹脂層7、第1の配線層8が順次積層され、それぞれにパターニングされる。そして絶縁性保護膜18で覆われ、接続部16,17を形成した後に、ダイシングやレーザカットなどの方法により、個々の半導体装置10が半導体ウェハから取り出される。
【0041】
図2は、実施形態1の半導体装置における磁界方向を示す概略図である。
図2に示すように、半導体装置10において、平面型のスロットアンテナ11が生成する磁界方向は、能動面1aにほぼ平行な方向となる。したがって、磁界が半導体基板1を貫かないので、磁界誘導による渦電流が半導体基板1において発生し難い。言い換えれば、渦電流による反磁界が発生し難いので、反磁界によりスロットアンテナ11が生成する磁界が減衰して、スロットアンテナ11の利得が低下することを抑制することができる。すなわち、所望の利得を安定して確保することができる。
また、スロットアンテナ11は、第1絶縁性樹脂層7上に形成されている。したがって、能動面1aの絶縁膜4上にスロットアンテナ11が直接形成される場合に比べて、スロットアンテナ11と半導体基板1との容量結合を緩和できる。ゆえに、損失が少なく高いQ値を持ったスロットアンテナ11を備える半導体装置10を提供することができる。
【0042】
図3は、実施形態1の半導体装置の実装状態を示す概略断面図である。図3に示すように、実装構造体20は、実装基板21に半導体装置10を平面実装したものである。実装基板21のランド22,23に対して接続部16,17が位置するように半導体装置10をマウントし、リフローなどによりの加熱処理を施して半田からなる接続部16,17を溶融させ、半田付けする。
【0043】
このような加熱処理により平面実装を行っても、半導体装置10は、第1絶縁性樹脂層7および第2絶縁性樹脂層5が応力緩和層として機能するため、第1の配線層8および第2の配線層6への熱衝撃を緩和することができる。
【0044】
実装基板21は、スロットアンテナ11の開口部11bに対応した開口部21aを有している。開口部21aは、スリット幅11bx、スリット長11by以上の大きさでスロットアンテナ11の開口部11bの長手方向に沿って開口している。
これにより、開口部21aにおいて外部電子回路とスロットアンテナ11とを近接させることができ、外部電子回路との磁界結合を比較的容易に成し得る実装構造体20を実現している。
【0045】
なお、実装基板21に平面実装された半導体装置10の外周部を覆うように樹脂モールドを施してもよい。これにより、平面実装における接合の信頼性をさらに向上させることができる。
【0046】
本実施形態の半導体装置10は、上述したように、外部電子回路との間で信号の授受が可能なスロットアンテナ11を備え、チップサイズのままで実装基板21に平面実装可能な構造を有している。すなわち、W−CSP(Wafer level Chip Scale Package)技術が活用されている。
【0047】
(実施形態2)
次に、他の実施形態の半導体装置について、図4を参照して説明する。図4(a)は実施形態2の半導体装置を示す概略平面図、同図(b)は同図(a)のB−B線で切った概略断面図である。なお、主に実施形態1に対して異なる構成について説明する。
【0048】
図4(a)に示すように、本実施形態の半導体装置30は、平面型のスロットアンテナ41と、実装基板に平面実装するための接続部42,43とを備えている。
【0049】
半導体装置30は、上記実施形態1の半導体装置10と同様に平面視およそ2mm角であって、スロットアンテナ41は、対角方向(図面上ではY方向)に矩形状の開口部41b(スリット幅41bx,スリット長41by)を有する。また、スロットアンテナ41は、開口部41bの長手方向の両辺部から開口側に向かって交互に突出する複数の突出部41aを有する。このように串歯状に設けられた突出部41aが所定の間隔を置いて開口部41bの幅方向(X方向)に相互に幅CLだけ重なり合うことにより、電極41aとして機能し共振用キャパシタ45を構成するものである。
【0050】
スロットアンテナ41の開口部41bに沿った長辺部には、一対の給電点37と、もう一対の給電点38とが、開口部41bを挟んで対向する位置に設けられている。
【0051】
図4(b)に示すように、半導体装置30は、能動素子が形成された能動面31aを有する半導体基板31と、能動素子を含む回路部に形成された電極32a,32b,33a,33bと、各電極32a,32b,33a,33bの接続部位を除いて回路部を覆う絶縁膜34と、絶縁膜34上に順に積層形成された第1絶縁性樹脂層35、第1の配線層39とを備えている。
【0052】
第1の配線層39には、スロットアンテナ41と、ランド39a,39bとが設けられている。
ランド39aは、ビア36aを介して電極32aに接続している。他方のランド39bは、ビア36bを介して電極33aに接続している。
スロットアンテナ41の一対の給電点37のうちの一方は、ビア37aを介して電極32bに接続している。他方の給電点37は、ビア37bを介して電極33bに接続している。
ランド39a,39bを囲むと共に、スロットアンテナ41を覆うように絶縁性保護膜44が設けられている。
ランド39a,39b上に接続部42,43が設けられている。
このような半導体装置30の製造方法は、実施形態1の半導体装置10の場合と同様である。絶縁膜34は、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機絶縁膜であり、各電極32a,32b,33a,33bの接続部位を除いて回路部を覆うように形成する。第1絶縁性樹脂層35は、ポリイミド系などの絶縁性樹脂を塗布して形成する。その後ビアを形成してから、第1の配線層39を前述したセミアディティブ法を用いて形成する。絶縁性保護膜44や、接続部42,43の形成方法も同様であるため、詳細の説明は省略する。
【0053】
半導体装置30によれば、第1の配線層39に、スロットアンテナ41と共振用キャパシタ45とを設けているので、上記実施形態1の半導体装置10に比べて絶縁性樹脂層の数を少なくすることができる。すなわち、より簡略化されたW−CSP構造とすることができる。
【0054】
(実施形態3)
次に、本実施形態の電子機器について、図5を参照して説明する。図5は電子機器の構成を示すブロック図である。
【0055】
電子機器E1は、例えば、キーレスエントリーシステムや携帯型電話機であり、図5に示すように、通信モジュールMD1を有し、当該通信モジュールMD1に加えて、操作部OPと、表示部DPと、制御部CTと、処理部PRと、記憶部STと、電源部PSとを有する。
【0056】
操作部OPは、入力を行うための、例えば、キー及びボタンであり、表示部DPは、例えば、文字及び画像を表示するための、液晶パネルや有機ELパネルである。
制御部CTは、電子機器E1の全体動作の制御及び監視を行うべく、例えば、CPUからなり、処理部PRは、例えば、特化された演算処理を行うべく、DSP(Digital Signal Processor)からなる。
記憶部STは、前記した操作部OP〜処理部PRの動作に必要なデータ(例えば、入力された命令、表示すべき画像、制御・監視のためのデータ、及び、処理により得られた情報)を記憶するために用いられる。電源部PSは、例えば、リチウム電池からなる。
【0057】
通信モジュールMD1は、半導体装置10を備え、スロットアンテナ11と、当該スロットアンテナ11の後段に設けられ、スロットアンテナ11から電力Pの供給を受ける「不平衡型」の整流回路RCTと、スロットアンテナ11から信号Sの出力を受ける「不平衡型」の復調回路DEMと、を有する。整流回路RCTは、上記電力Pについて、例えば、全波整流又は半波整流を行い、また、復調回路DEMは、上記信号Sについて、例えば、直接検波又は同期検波を行う。
【0058】
通信モジュールMD1内では、スロットアンテナ11は、図1を用いて説明したように、開口部11bは、矩形状に形成されている。当該開口部11bは、一方の長辺の中点Cpaと、他方の長辺の中点Cpbとを接続する共振用キャパシタ13が設けられている。スロットアンテナ11は、開口部11b(インダクタ)及び共振用キャパシタ13により、上記電力Pまたは上記信号Sを搬送する電波の周波数と共振するLC共振回路を構成しており、これにより、電波を受信する。
【0059】
さらに、開口部11bに沿った長辺部には、一対の給電点14、及び、他の一対の給電点15が設けられている。
【0060】
一対の給電点14のうちの一方は、整流回路RCTの入力端(例えば、当該整流回路RCTを構成するオペアンプの一方の入力端)に接続されており、他方の給電点14は、接地電位に接続されている(前記オペアンプの他方の入力端も接地電位に接続されている)。
【0061】
他の一対の給電点15のうちの一方は、復調回路DEMの入力端(例えば、当該復調回路DEMを構成するオペアンプの一方の入力端)に接続されており、他方の給電点15は、接地電位に接続されている(前記オペアンプの他方の入力端も接地電位に接続されている)。
【0062】
一対の給電点14のうちの一方は、中点Cpaとの間の距離LG1の大きさにより規定されるインピーダンスZ(LG1)が、整流回路RCTの入力インピーダンスと実質的に等しくなる位置に設けられている。ここで、距離LG1が大きいほど、インピーダンスZ(LG1)は小さくなる関係にある。
【0063】
また、他方の給電点14は、開口部11bの長辺上において、一方の給電点14に対向する位置に設けられている。
【0064】
一対の給電点15のうちの一方は、中点Cpaと給電点15との間の距離LG2の大きさにより規定されるインピーダンスZ(LG2)が、復調回路DEMの入力インピーダンスと実質的に等しくなる位置に設けられている。距離LG1とインピーダンスZ(LG1)との関係と同様に、距離LG2が大きいほど、インピーダンスZ(LG2)は小さくなる関係にある。
【0065】
また、他方の給電点15は、開口部11bの長辺上において、一方の給電点15に対向する位置に設けられている。
【0066】
このように、不平衡型の整流回路RCTに電力Pを供給するための一対の給電点14は、上記インピーダンスZ(LG1)が整流回路RCTの入力インピーダンスと実質的に等しくなる位置に設けられており、かつ、不平衡型の復調回路DEMに信号Sを出力するための一対の給電点15は、上記インピーダンスZ(LG2)が復調回路DEMの入力インピーダンスと実質的に等しくなる位置に設けられている。これにより、スロットアンテナ11から整流回路RCTへの電力Pの供給、及び、スロットアンテナ11から復調回路DEMへの信号Sの出力を、渦電流による利得の損失を抑制しつつ、従来必要であった分配回路及び整合回路を用いることなく行える。この結果、回路規模が小型化され、安定した信号授受が可能な通信モジュールMD1を実現することができる。
電子機器E1は、このような通信モジュールMD1を備えているので、電力Pと信号Sとを安定して授受可能な通信機能を備える一方で、コンパクトな電子機器E1を実現している。
【0067】
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【0068】
(変形例1)上記実施形態1の半導体装置10において、スロットアンテナ11の平面形状は、これに限定されない。図6(a)および(b)は変形例のスロットアンテナを示す概略平面図である。例えば、同図(a)に示すように、スロットアンテナANT1は、矩形状の開口部としてのスロットSLと、スロットSLの長辺上の中点Cpa,Cpbに接続した共振用キャパシタCpとを有している。また、上記中点Cpa,Cpbから長辺方向に遠ざかるにつれて、長辺方向に直交する幅方向の寸法がd1<d2<d3の順に大きくなるスロープ状の外形を備えている。また、例えば、同図(b)に示すように、スロットアンテナANT2は、長辺方向に直交する幅方向の寸法がd4<d5の関係にある凹状の外形を備えている。このようにすれば、中点Cpa,Cpb付近におけるスロットアンテナANT1,ANT2と他の配線層との間の寄生容量を小さくすることができる。すなわち、より安定した共振状態が得られる。
【0069】
(変形例2)上記実施形態2の半導体装置30において、共振用キャパシタ45を構成する串歯状の突出部(電極)41aの配置は、これに限定されない。図7は変形例の半導体装置を示す概略平面図である。例えば、図7に示すように、半導体装置40は、半導体装置30と同様なスロットアンテナ41を備え、矩形状の開口部41bを斜めに横断する方向に長辺部から交互に突出した串歯状の突出部41cを有する。交互に対向する突出部41c間において共振用キャパシタCpが構成されている。したがって、半導体装置30に比べて、突出部41cの長さの調整範囲が広くなる。すなわち、共振用キャパシタCpの電気容量の調整範囲を広く取れる。
【0070】
(変形例3)上記実施形態1の半導体装置10およびこれを備えた上記実施形態3の通信モジュールMD1において、給電点14,15の数は、これに限定されない。図8は変形例の通信モジュールを示すブロック図である。例えば、図8に示すように、変形例の半導体装置50は、スロットアンテナ11と、矩形状の開口部11bを挟んで互いに対向する複数(6個ずつ)の給電点14,15と、半導体基板1の回路部に形成され、複数(3個)の給電点を1組としてこの中から1つを選択可能なスイッチング素子SW1,SW2,SW3,SW4とを備える。スイッチング素子SW1を制御することにより、中点Cpaからの給電点14までの距離LG1を可変することが可能となる。同様に、スイッチング素子SW2を制御することにより、中点Cpaからの給電点15までの距離LG2を可変することが可能となる。すなわち、インピーダンスZ(LG1)、インピーダンスZ(LG2)をそれぞれ個体間の製造ばらつきに応じて調整が可能となる。
【0071】
(変形例4)上記実施形態1の半導体装置10および上記実施形態2の半導体装置30において、能動面1aに積層される絶縁性樹脂層の数は、2つあるいは1つに限定されない。半導体装置10,30に集積される回路部は、配線ルールの微細化の進行に伴って大規模化する。言い換えれば、同一回路構成ならば、チップサイズがより小型化する。したがって、例えば、半導体装置10において、能動面1aの回路部における電極2,3の配置や数によって、スロットアンテナ11や接続部16,17への接続を複数の絶縁性樹脂層を介した複数の配線層を経由して行う構成としてもよい。
【0072】
(変形例5)上記実施形態3の電子機器E1において、通信モジュールMD1の構成は、これに限定されない。図9は変形例の他の通信モジュールを示すブロック図である。例えば、図9に示すように、変形例の通信モジュールMD2は、一対の給電点15のみを有する半導体装置10と、不平衡型の復調回路DEMとを備えるとしてもよい。すなわち、スロットアンテナ11を介して磁界結合により電気的な信号Sを授受可能な通信モジュールMD2を提供することができる。もちろん、半導体装置10の一対の給電点14に接続する不平衡型の整流回路RCTのみを備えるとしてもよい。
【0073】
(変形例6)上記実施形態1の半導体装置10およびこれを備えた上記実施形態3の通信モジュールMD1において、各部の構成は、これに限定されない。例えば、通信モジュールとして電力や信号の送信回路を備える構成としてもよい。すなわち、半導体装置10の回路部は、送信回路の一部または全部を備える構成としてもよい。このような構成にすれば、電力や信号を送信可能な小型な通信モジュールを提供することができる。
また、通信モジュールは、受信回路と送信回路の双方を備える構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】(a)は実施形態1の半導体装置を示す概略平面図、(b)は(a)のA−A線で切った概略断面図。
【図2】実施形態1の半導体装置における磁界方向を示す概略図。
【図3】実施形態1の半導体装置の実装状態を示す概略断面図。
【図4】(a)は実施形態2の半導体装置を示す概略平面図、(b)は(a)のB−B線で切った概略断面図。
【図5】電子機器の構成を示すブロック図。
【図6】(a)および(b)は変形例のスロットアンテナを示す概略平面図。
【図7】変形例の半導体装置を示す概略平面図。
【図8】変形例の通信モジュールを示すブロック図。
【図9】変形例の他の通信モジュールを示すブロック図。
【符号の説明】
【0075】
1…半導体基板、1a…能動面、5…絶縁性樹脂層としての第2絶縁性樹脂層、6…第2の配線層、7…絶縁性樹脂層としての第1絶縁性樹脂層、8…第1の配線層、8a,8b…ランド、10,30,40,50…半導体装置、11,41…スロットアンテナ、11a…一対の電極のうちの一方の電極、11b,41b…開口部、12a…一対の電極のうちの他方の電極、13,45…共振用キャパシタ、14,15,37,38…給電点、16,17,42,43…接続部、18,44…絶縁性保護膜、ANT1,ANT2…スロットアンテナ、E1…電子機器、SL…開口部としてのスロット、SW1,SW2,SW3,SW4…スイッチング素子。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
能動素子が形成された能動面を有する半導体基板と、
前記能動面上に少なくとも1層以上の絶縁性樹脂層を介して設けられた第1の配線層と、
前記第1の配線層に形成された受動素子と、
前記受動素子に接続された共振用キャパシタとを備え、
前記受動素子は、矩形状の開口部を有する平面型のスロットアンテナであることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記半導体基板の前記能動面は、平面視で四角形であり、
前記矩形状の開口部は、前記開口部の長辺方向が前記能動面の対角方向にほぼ合致するように前記第1の配線層に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記共振用キャパシタは、少なくとも一対の電極が対向する平行平板型であって、
前記一対の電極のうち一方の電極が前記スロットアンテナの一部として前記矩形状の開口部の長辺から開口側に突出して形成され、
前記一対の電極のうち他方の電極が前記絶縁性樹脂層を介して前記能動面側に設けられた第2の配線層に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記共振用キャパシタは、少なくとも一対の電極が対向する平行平板型であって、
前記少なくとも一対の電極が前記スロットアンテナの一部として前記矩形状の開口部の長辺から開口側に交互に突出して形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記少なくとも一対の電極は、前記矩形状の開口部を斜めに横断する方向に交互に突出して形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記スロットアンテナは、前記開口部を挟んで前記長辺に沿った位置に少なくとも一対の給電点を有し、
前記給電点は、前記絶縁性樹脂層を介して前記能動素子を含む回路部に接続されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記開口部の前記長辺に沿った位置に複数の前記給電点を有し、
前記回路部は、前記複数の前記給電点のうちから少なくとも一対を選択可能なスイッチング素子を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1の配線層は、少なくとも1つのランドを有し、
前記ランドと実装基板とを接続させるための接続部が前記ランド上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項9】
少なくとも前記接続部を囲むと共に、前記スロットアンテナを覆う絶縁性保護膜が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置を備えたことを特徴とする通信モジュール。
【請求項11】
請求項10に記載の通信モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2009−273090(P2009−273090A)
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−124374(P2008−124374)
【出願日】平成20年5月12日(2008.5.12)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】