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公開番号2025160181
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2025107667,2023516512
出願日2025-06-25,2020-09-14
発明の名称基板間の導電性支柱を備えたアンテナアレイアーキテクチャ
出願人ヴィアサット,インコーポレイテッド,ViaSat,Inc.
代理人弁理士法人北青山インターナショナル
主分類H01Q 23/00 20060101AFI20251015BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】異なる熱膨張係数を有する基板同士の電気的相互接続を提供する。
【解決手段】アンテナ装置100は、対向する第1の面131及び第2の面139を有するアンテナ基板120と、対向する上面149及び下面141を有するPCB140と、を備える。アンテナ素子125は、アンテナ基板120の第1の面に配設される。PCB140の下面に取り付けられた第1の端部及びアンテナ基板の第2の面に取り付けられた第2の端部を有する複数の導電性支柱122は、PCBをアンテナ基板に固定し、PCBとアンテナ基板との間に電気的相互接続を提供する。複数のRFICチップ126はそれぞれ、アンテナ基板の第2の面に取り付けられ、アンテナ素子に結合されている。少なくとも1つのFPGA142は、PCBの上面に取り付けられ、導電性支柱122のうちの少なくとも1つを介してRFICチップのうちの少なくとも1つに電気的に結合されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
アンテナ装置であって、
対向する第１及び第２の面を有するアンテナ基板と、
前記アンテナ基板の前記第１の面に配設された複数のアンテナ素子と、
対向する第１及び第２の面を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢの前記第２の面に取り付けられた第１の端部及び前記アンテナ基板の前記第２の面に取り付けられた第２の端部をそれぞれが有し、前記ＰＣＢを前記アンテナ基板に固定し、前記ＰＣＢと前記アンテナ基板との間に電気的相互接続を提供する複数の導電性支柱と、
前記アンテナ基板の前記第２の面にそれぞれ取り付けられ、前記複数のアンテナ素子に結合された複数の高周波集積回路（ＲＦＩＣ）チップと、
前記ＰＣＢの前記第１の面に取り付けられ、前記導電性支柱のうちの少なくとも１つを介して前記ＲＦＩＣチップのうちの少なくとも１つに電気的に結合された少なくとも１つの回路素子と、を備える、アンテナ装置。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
前記電気的相互接続は、高周波（ＲＦ）信号を通信するＲＦ相互接続である、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記電気的相互接続は、直流（ＤＣ）信号を通信するＤＣ相互接続である、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記電気的相互接続は、データ制御信号を通信するデータ制御信号相互接続である、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記データ制御信号は、前記ＲＦＩＣチップのうちの複数のものに提供されて、その中の位相シフト器を調整し、フェーズドアレイを作製する、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記ＰＣＢ及び前記アンテナ基板は、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、前記支柱が、屈曲、圧縮、又は延伸することによって変形して、前記異なるＣＴＥに起因する応力緩和を提供する、請求項１～５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの回路素子は、前記支柱のうちの少なくとも１つと、前記アンテナ基板の前記第２の面の導電性トレース層とを介して、前記ＲＦＩＣチップに制御信号及び／又はバイアス電圧を提供するＩＣチップである、請求項１～６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記ＩＣチップは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である、請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの回路素子は、前記支柱のうちの前記少なくとも１つと、前記アンテナ基板の前記第２の面の導電性トレース層とを介して前記ＲＦＩＣチップにＤＣ電圧を提供するＤＣコネクタである、請求項１～８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの回路素子は、前記支柱のうちの少なくとも１つを介して、前記ＲＦＩＣチップとの間でＲＦ信号をルーティングするＲＦコネクタである、請求項１～９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、高周波集積回路チップ（ＲＦＩＣ）一体型アンテナアレイ用コンパクトアーキテクチャに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
アンテナアレイは、例えば、航空機、衛星、車両、及び汎用地上ベース通信用基地局において、マイクロ波及びミリ波の周波数における様々な用途に配備されている。このようなアンテナアレイは、典型的には、位相シフトビーム形成回路によって駆動されるマイクロストリップ放射素子を備え、ビーム操縦可能フェーズドアレイを生成する。典型的には、アンテナアレイ及びビーム形成回路を備えたアンテナシステム全体は、環境条件の範囲にわたって必要な性能メトリックを満たしながら、薄型で最小限のスペースを占めることが望ましい。
【０００３】
薄型アンテナアレイ装置は、コンパクトな構造のＲＦＩＣ（例えば、ＭＭＩＣ）と一体化したアンテナ素子で構成され得る。アンテナアレイ装置は、アンテナ素子が外装部品層に配設され、ＲＦＩＣがアンテナ素子層の後ろの近接平行部品層内の有効アンテナ開口全体に分散されている、サンドイッチ型構成を有してもよい。ＲＦＩＣは、送信動作用ＲＦパワーアンプ（ＰＡ）、受信動作用低雑音アンプ（ＬＮＡ）、及び／又はビーム操作用位相シフト器／振幅調整器を含んでもよい。このようにＰＡ／ＬＮＡを分散することにより、送信時の高効率性及び／又は受信時の低ノイズ性能を実現することができる。複雑な接続レイアウトは、アンプにＤＣバイアス電圧を至らせ、位相シフト器にビーム操作用制御信号を至らせることができる。わずか数度の狭いビーム幅を生成する典型的なアンテナアレイ装置は、それぞれ数百又は数千個のＲＦＩＣチップ、アンテナ素子、及び制御ラインを備える場合もある。このような複雑な配置は、広範囲の環境で好適に動作する薄型設計を製造するための設計上の課題を提示する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様では、アンテナ装置は、対向する第１及び第２の面を有するアンテナ基板と、対向する第１及び第２の面を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）とを備える。アンテナ基板の第１の面には、複数のアンテナ素子が配設されている。それぞれが、ＰＣＢの第２の面に取り付けられた第１の端部及びアンテナ基板の第２の面に取り付けられた第２の端部を有する複数の導電性支柱は、ＰＣＢをアンテナ基板に固定し、ＰＣＢとアンテナ基板との間に電気的相互接続を提供する。複数の高周波集積回路（ＲＦＩＣ）チップは、それぞれ、アンテナ基板の第２の面に取り付けられ、複数のアンテナ素子に結合されている。少なくとも１つの回路素子は、ＰＣＢの第１の面に取り付けられ、導電性支柱のうちの少なくとも１つを介してＲＦＩＣチップのうちの少なくとも１つに電気的に結合されている。
【０００５】
様々な例では、電気的相互接続は、ＲＦ信号を通信するＲＦ相互接続、ＤＣ信号を通信するＤＣ相互接続、又はデータ制御信号を通信するデータ制御信号相互接続とすることができる。ＰＣＢ及びアンテナ基板は、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する可能性があり、支柱が、偏向されるか、屈曲するか、又は圧縮されて、異なるＣＴＥによる応力の緩和を提供する。
【０００６】
別の態様では、電子デバイスの相互接続構造は、上面を有する基板と、上面及び下面を有するＰＣＢと、ＰＣＢの下面と基板の上面との間に取り付けられた複数の導電性支柱と、を備える。支柱は、ＰＣＢを基板に固定し、ＰＣＢと基板との間に電気的相互接続を提供する。基板の上面には複数のＩＣチップが取り付けられている。少なくとも１つの回路素子は、ＰＣＢの上面及び下面のうちの少なくとも１つに取り付けられ、導電性支柱のうちの少なくとも１つを介してＩＣチップのうちの少なくとも１つに電気的に結合されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
開示される技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照文字が同様の要素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。同一の又は類似の種類の様々な要素は、同一／類似の要素（例えば、＿１、＿２）の中で区別する下線／ダッシュ及び第２のラベルで参照ラベルを付加することによって、又は第２のラベルで参照ラベルを直接付加することによって区別され得る。しかしながら、所与の説明が第１の参照ラベルのみを使用する場合、このラベルは、第２のラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同一／類似の要素のうちのいずれか１つに適用可能である。要素及び特徴は、図面で縮尺どおりに描画されていない場合がある。
【０００８】
図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置の分解斜視図である。
図２は、一実施形態による図１のアンテナ装置の一部の例示的な断面図である。
図３Ａは、導電性支柱がアンテナ基板の第１の金属層に導電付着されている、図２の領域「Ａ」の例示的な相互接続構造を示す。
図３Ｂは、導電性支柱がアンテナ基板の第２の金属層に導電付着されている、図２Ａの領域「Ａ」の別の例示的な相互接続構造を示す。
図４は、導電性支柱がアンテナ基板の伝送ライン層に導電付着されている、図２の領域「Ｂ」の例示的な相互接続構造を示す。
図５Ａは、別の実施形態による図１のアンテナ装置の一部の例示的な断面図である。
図５Ｂは、図５Ａの領域「Ｃ」の例示的な構造の断面図である。
図６は、図５Ａの線６－６に沿った例示的な図であり、アンテナ基板の表面に取り付けられたＩＣチップ及びＰＣＢ部のレイアウトを示す。
図７は、更なる実施形態による図１のアンテナ装置の一部の例示的な断面図である。
図８は、一実施形態によるアンテナ装置を製造する例示的な方法を示す流れ図である。
図９Ａは、アンテナ装置のアンテナ基板組立体あって、その上に導電性支柱が部分的に形成されたアンテナ基板組立体を示す。
図９Ｂは、アンテナ基板組立体であって、その上に支柱が完全に形成されたアンテナ基板組立体を示す。
図９Ｃは、アンテナ基板組立体であって、それに予備形成された支柱が取り付けられたアンテナ基板組立体を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
説明の目的で本明細書に開示される技術の特定の例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために、添付の図面を参照しながら以下の説明が提供される。説明は、当業者が技術を理解するのを助けるための様々な具体的な詳細を含むが、これらの詳細は、単なる例示と見なされるべきである。単純化及び明確化の目的で、周知の機能及び構造の説明は、それらの包含が、当業者による技術の理解を曖昧にする可能性がある場合には、省略される場合がある。
【００１０】
図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置１００の分解斜視図である。アンテナ装置１００は、複数の導電性支柱１２２によってプリント回路基板（ＰＣＢ）１４０に固定された板状アンテナ基板１２０を含むコンパクト配置を有する。複数のアンテナ素子１２５は、アンテナ基板１２０の第１の主面１３１（ｘ－ｙ平面内）に配設されている。複数の高周波集積回路（ＲＦＩＣ）チップ１２６は、それぞれ、アンテナ基板１２０の第２の反対側の主面１３９に取り付けられ、アンテナ素子１２５に結合されている。フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１４２、ＤＣコネクタ１４６、及び／又はＲＦコネクタ１４４などの少なくとも１つの回路素子は、ＰＣＢ１４０の第１の主面１４９に取り付けられている。支柱１２２のそれぞれは、アンテナ基板１２０内の導電層を介して、ＰＣＢ１４０に固定された回路素子とＲＦＩＣチップ１２６との間に電気的相互接続を提供し得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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