天線模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種天線模塊。該天線模塊具備電介質(zhì)膜。電介質(zhì)膜具有主面和背面，由樹(shù)脂形成。在電介質(zhì)膜的主面上形成有能夠接收或者能夠發(fā)送具有0.05THz以上且10THz以下太赫茲頻帶內(nèi)的頻率的電磁波的電極。電極構(gòu)成漸變縫隙天線。電介質(zhì)膜和電極由柔性布線電路基板形成。以與電極進(jìn)行電連接的方式在電介質(zhì)膜的主面上安裝有能夠以太赫茲頻帶內(nèi)的頻率進(jìn)行動(dòng)作的半導(dǎo)體元件。
【專利說(shuō)明】天線模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)送或者接收太赫茲頻帶、例如0.05THz以上且IOTHz以下頻率的電磁波的天線模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]使用了太赫茲頻帶的電磁波的太赫茲通信期望應(yīng)用于短距離超高速通信以及非壓縮、無(wú)延遲的超高清晰度影像傳送等各種用途。
[0003]在日本特開(kāi)2010-57161號(hào)公報(bào)中記載了使用了半導(dǎo)體基板的太赫茲振蕩元件。在日本特開(kāi)2010-57161號(hào)公報(bào)的太赫茲振蕩兀件中，在半導(dǎo)體基板上形成有第一電極和第二電極、MIM(Metal Insulator Metal:金屬絕緣體金屬結(jié)構(gòu))反射器、共振器和有源元件。在第一電極與第二電極之間配置有喇叭式開(kāi)口部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在日本特開(kāi)2010-57161號(hào)公報(bào)中記載了以下技術(shù):根據(jù)上述太赫茲振蕩元件，能夠相對(duì)于基板在水平方向上高效率地取出具有比較寬的帶寬的頻帶的電磁波。
[0005]然而，在日本特開(kāi)2010-57161號(hào)公報(bào)的太赫茲振蕩元件中，電磁波被吸引到半導(dǎo)體基板。由此，與半導(dǎo)體基板的有效相對(duì)介電常數(shù)相應(yīng)地電磁波的發(fā)射方向彎曲。另外，在半導(dǎo)體基板上形成有天線電極，因此電磁波的發(fā)射方向由半導(dǎo)體基板的影響來(lái)決定。因此，無(wú)法向期望的方向高效率地發(fā)射電磁波。另外，電磁波的發(fā)射效率低且電磁波的傳送損失大。因而，傳送距離和傳送速度難以提高。
[0006]在日本特開(kāi)2010-57161號(hào)公報(bào)中提出了以下情況:為了提高太赫茲振蕩元件的發(fā)射效率而減小半導(dǎo)體基板的厚度。然而，太赫茲振蕩元件變得容易破損。
[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種不容易產(chǎn)生破損、能夠指向性具有大的自由度并且能夠提高傳送速度和提高傳送距離的天線模塊。
[0008](I)本發(fā)明的一個(gè)方式的天線模塊具備:電介質(zhì)膜，其具有第一面和第二面，由樹(shù)脂形成；電極，其形成于電介質(zhì)膜的第一面和第二面中的至少一個(gè)面上，使得能夠接收或者能夠發(fā)送太赫茲頻帶內(nèi)的電磁波；以及半導(dǎo)體元件，其以與電極進(jìn)行電連接的方式安裝在電介質(zhì)膜的第一面和第二面中的至少一個(gè)面上，能夠在太赫茲頻帶下進(jìn)行動(dòng)作。
[0009]太赫茲頻帶例如表示0.05THz以上且IOTHz以下的頻率范圍，優(yōu)選表示0.1THz以上且ITHz以下的頻率范圍。
[0010]在該天線模塊中，通過(guò)形成于電介質(zhì)膜的第一面和第二面中的至少一個(gè)面上的電極來(lái)發(fā)送或者接收太赫茲頻帶內(nèi)的電磁波。另外，安裝于電介質(zhì)膜的第一面和第二面中的至少一個(gè)面上的半導(dǎo)體元件進(jìn)行檢波及整流動(dòng)作或者振蕩動(dòng)作。
[0011]在此，電介質(zhì)膜由樹(shù)脂形成，因此電極周圍的有效相對(duì)介電常數(shù)變低。由此，從電極發(fā)射的電磁波或者由電極接收到的電磁波較少被電介質(zhì)膜吸引。因而，天線模塊能夠高效率地發(fā)射電磁波，具有大致固定方向的指向性。在該情況下，電介質(zhì)膜具有柔軟性，因此能夠通過(guò)使電介質(zhì)膜彎曲來(lái)得到期望方向的指向性。由此，天線模塊能夠指向性具有大的
自由度。
[0012]在此，由導(dǎo)體損失a I和電介質(zhì)損失a 2用下式表示電磁波的傳送損失a [dB/m]。
[0013]a = a 1+ a 2 [dB/m]
[0014]當(dāng)將有效相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為e 、將f設(shè)為頻率、將導(dǎo)體表皮電阻設(shè)為R(f)、將介質(zhì)損耗角正切設(shè)為tan 8時(shí)，導(dǎo)體損失a I和電介質(zhì)損失a 2如下那樣表示。
[0015]a I ?R If) ? / * r?[d B/in]
[0016]a fZtx t: f t , ? t a n fi * I — d 1.K m]
[0017]根據(jù)上式可知，當(dāng)有效相對(duì)介電常數(shù)e %低時(shí)，電磁波的傳送損失a減少。
[0018]在本發(fā)明所涉及的天線模塊中，電極周圍的有效相對(duì)介電常數(shù)低，因此電磁波的傳送損失降低。由此，能夠提高傳送速度和提高傳送距離。
[0019]并且，電介質(zhì)膜具有柔軟性，因此即使在電介質(zhì)膜的厚度小的情況下，天線模塊也不容易產(chǎn)生破損。
[0020]樹(shù)脂也可以包含從由聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚烯烴、環(huán)烯烴聚合物、聚芳酯、聚甲基丙烯酸 甲酯聚合物、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚乙縮醛、氟樹(shù)脂、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂以及聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂構(gòu)成的群中選擇的一個(gè)或者多個(gè)樹(shù)脂。
[0021]在該情況下，電介質(zhì)膜具有充分高的柔軟性并且具有充分低的相對(duì)介電常數(shù)。因而，天線模塊不容易產(chǎn)生破損，能夠容易地得到期望方向的指向性，并且能夠充分提高傳送速度和充分提高傳送距離。
[0022](2)樹(shù)脂也可以包含多孔性樹(shù)脂。在該情況下，電介質(zhì)膜的相對(duì)介電常數(shù)更低。由此，能夠進(jìn)一步提高傳送速度和傳送距離。
[0023](3)電介質(zhì)膜的厚度也可以是I U m以上且1000 U m以下。在該情況下，能夠容易地制作電介質(zhì)膜并且能夠容易地確保電介質(zhì)膜的柔軟性。
[0024](4)電介質(zhì)膜也可以在太赫茲頻帶中具有7.0以下的相對(duì)介電常數(shù)。在該情況下，能夠充分提高太赫茲頻帶的電磁波的傳送速度和傳送距離。
[0025]半導(dǎo)體元件也可以通過(guò)倒裝法安裝于電極。在該情況下，半導(dǎo)體元件與電極的接合距離變短，半導(dǎo)體元件在太赫茲頻帶下能夠以低損失方式進(jìn)行動(dòng)作。
[0026]半導(dǎo)體元件也可以通過(guò)引線接合安裝于電極。另外，在太赫茲頻帶內(nèi)的使用頻率下半導(dǎo)體元件保持充分低的損失范圍以進(jìn)行動(dòng)作的情況下，半導(dǎo)體元件的安裝方法并不限定于上述安裝方法。
[0027]半導(dǎo)體元件也可以包含從由共振隧穿二極管、肖特基勢(shì)壘二極管、TUNNETT (隧道注入渡越時(shí)間)二極管、頂PATT (碰撞雪崩渡越時(shí)間)二極管、高電子遷移率晶體管、GaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管、GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管構(gòu)成的群中選擇的一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體元件。
[0028]在該情況下,半導(dǎo)體元件在太赫茲頻帶中能夠進(jìn)行振蕩動(dòng)作或者檢波及整流動(dòng)作。
[0029](5)也可以電極包括構(gòu)成具有漸變縫隙的漸變縫隙天線的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，漸變縫隙具有從第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的一端向另一端連續(xù)地或者階梯狀地減少的覽度。
[0030]在該情況下，天線模塊能夠發(fā)送或者接收太赫茲頻帶內(nèi)的各種頻率的電磁波。由此，能夠傳送更寬頻帶。另外，漸變縫隙天線具有特定方向的指向性，因此能夠通過(guò)使天線模塊彎折來(lái)得到任意方向的指向性。
[0031](6)也可以以漸變縫隙的一部分具有能夠發(fā)送或者接收太赫茲頻帶內(nèi)的電磁波的寬度的方式，設(shè)定第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的一端處的開(kāi)口的寬度。
[0032]在該情況下，能夠發(fā)送或者接收具有太赫茲頻帶內(nèi)的特定頻率的電磁波和具有其它頻率的電磁波。
[0033](7)也可以電極包括形成于電介質(zhì)膜的第一面上的導(dǎo)電層以及形成于電介質(zhì)膜的第二面上的接地導(dǎo)體層，導(dǎo)電層和接地導(dǎo)體層構(gòu)成貼片天線。
[0034]在該情況下，貼片天線的指向性依賴于太赫茲頻帶內(nèi)的頻率而不同。另外，太赫茲頻帶內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)特定頻率下的反射損失變低。因而，能夠以太赫茲頻帶內(nèi)的期望頻率得到期望方向的指向性。
[0035](8)也可以電極形成于電介質(zhì)膜的第一面上，天線模塊還具備形成于電介質(zhì)膜的第二面上的支承體。
[0036]在該情況下，即使在電介質(zhì)膜的厚度小的情況下，也能確保天線模塊的形狀保持性。由此，能夠固定電磁波的發(fā)送方向或者接收方向。另外，天線模塊的處理性提高。
[0037](9)支承體也可以形成于第二面上的不與電極重疊的區(qū)域。在該情況下，能夠抑制由支承體導(dǎo)致的指向性的變化和電磁波的傳送損失。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。
[0039]圖2是圖1的天線模塊的A-A線示意性截面圖。
[0040]圖3是表示基于倒裝安裝法的半導(dǎo)體元件的安裝的示意圖。
[0041]圖4是表示基于引線接合安裝法的半導(dǎo)體元件的安裝的示意圖。
[0042]圖5是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的接收動(dòng)作的示意性俯視圖。
[0043]圖6是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的發(fā)送動(dòng)作的示意性俯視圖。
[0044]圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的指向性的示意性側(cè)視圖。
[0045]圖8是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的指向性的變更的示意性側(cè)視圖。
[0046]圖9是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的第一變形例的示意性俯視圖。
[0047]圖10是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的第二變形例的示意性立體圖。
[0048]圖11是用于說(shuō)明使用于仿真和實(shí)驗(yàn)的天線模塊的尺寸的示意性俯視圖。
[0049]圖12是表示電介質(zhì)膜的厚度與發(fā)射效率的關(guān)系的仿真結(jié)果的圖。
[0050]圖13是表示電介質(zhì)膜的相對(duì)介電常數(shù)與發(fā)射效率的關(guān)系的仿真結(jié)果的圖。
[0051]圖14是表示天線模塊的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0052]圖15是表示傳送0.12THz和0.3THz的太赫茲波時(shí)的BER的測(cè)量結(jié)果的圖。
[0053]圖16是表示在傳送0.12THz的太赫茲波時(shí)通過(guò)示波器觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。[0054]圖17是表示在傳送0.3THz的太赫茲波時(shí)通過(guò)示波器觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。
[0055]圖18是表示數(shù)據(jù)傳送速度為8.5Gbps的情況下的BER的測(cè)量結(jié)果的圖。
[0056]圖19是表示在數(shù)據(jù)傳送速度為8.5Gbps的情況下通過(guò)示波器觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。
[0057]圖20是用于說(shuō)明實(shí)驗(yàn)和仿真中的天線模塊的接收角度的定義的示意圖。
[0058]圖21是表示天線模塊的指向性的水平距離依賴性的測(cè)量結(jié)果的圖。
[0059]圖22是表示接收0.12THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果的圖。
[0060]圖23是表示接收0.3THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果的圖。
[0061]圖24是表示接收0.3THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果的圖。
[0062]圖25的(a)和(b)是表示不使天線模塊彎折的情況下的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。
[0063]圖26的(a)和(b)是表示使天線模塊彎折的情況下的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。
[0064]圖27是表示不使天線模塊彎折的情況下和使天線模塊彎折的情況下的天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0065]圖28是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。
[0066]圖29是圖28的天線模塊的B-B線示意性截面圖。
[0067]圖30是用于說(shuō)明天線模塊的方向的定義的圖。
[0068]圖31的(a)?(d)是表示圖28的天線模塊的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。
[0069]圖32是表示圖28的天線模塊的反射損失的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0070]圖33是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的變形例的示意性俯視圖。
[0071]圖34是用于說(shuō)明天線模塊的方向的定義的圖。
[0072]圖35的(a)?(C)是表示圖33的天線模塊的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。
[0073]圖36是表示圖33的天線模塊的反射損失的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0074]圖37是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。
[0075]圖38是圖37的天線模塊的B-B線示意性截面圖。
[0076]圖39是圖37的天線模塊的示意性立體圖。
[0077]圖40的(a)?(e)是表示圖37的天線模塊的制造方法的示意性工序截面圖。
[0078]圖41的(a)和(b)是表示使支承體-電極間距離變化的情況下的天線增益的變化的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0079]圖42的(a)和(b)是表示使支承體_電極間距離變化的情況下的天線增益的變化的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0080]圖43是表示使電磁波的頻率從0.15THz至0.30THz為止變化的情況下的最大天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0081]圖44的(a)和(b)是表示天線模塊具有支承體的情況和不具有支承體的情況的天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】[0082]以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的天線模塊。在以下說(shuō)明中，將0.05THZ?IOTHz的頻帶稱為太赫茲頻帶。實(shí)施方式所涉及的天線模塊能夠發(fā)送或者接收具有太赫茲頻帶內(nèi)的至少特定頻率的電磁波。
[0083](I)第一實(shí)施方式
[0084](1-1)天線模塊的結(jié)構(gòu)
[0085]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。圖2是圖1的天線模塊的A-A線示意性截面圖。
[0086]在圖1中，天線模塊I由電介質(zhì)膜10、一對(duì)電極20a、20b和半導(dǎo)體元件30構(gòu)成。電介質(zhì)膜10由包含聚合物的樹(shù)脂形成。將電介質(zhì)膜10的相互對(duì)置的兩個(gè)面中的一個(gè)面稱為主面，將另一個(gè)面稱為背面。在本實(shí)施方式中，主面為第一面的例子，背面為第二面的例子。
[0087]在電介質(zhì)膜10的主面上形成一對(duì)電極20a、20b。在電極20a、20b之間設(shè)置有從電極20a、20b的一端向另一端延伸的間隙。電極20a、20b的相對(duì)置的端面2la、2Ib以間隙的寬度從電極20a、20b的一端向另一端連續(xù)地或者階梯地逐漸減小的方式形成為錐形狀。將電極20a、20b之間的間隙稱為漸變縫隙S。電極20a、20b構(gòu)成漸變縫隙天線。電介質(zhì)膜10和電極20a、20b由柔性布線電路基板形成。在該情況下，電極20a、20b通過(guò)減去法、添加法或者半添加法形成于電介質(zhì)膜10上。在適當(dāng)?shù)匕惭b有后述的半導(dǎo)體元件30的情況下，電極20a、20b也可以通過(guò)其它方法形成于電介質(zhì)膜10上。例如，也可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷或者噴墨法等在電介質(zhì)膜10上圖案形成導(dǎo)電材料，由此形成電極20a、20b。
[0088]在此，將漸變縫隙S的中心線的方向上的尺寸稱為長(zhǎng)度，將與電介質(zhì)膜10的主面平行且與漸變縫隙S的中心線正交的方向上的尺寸稱為寬度。將具有最大寬度的漸變縫隙S的端部稱為開(kāi)口端E1，將具有最小寬度的漸變縫隙S的端部稱為安裝端E2。并且，將從天線模塊I的安裝端E2朝向開(kāi)口端El且沿漸變縫隙S的中心線的方向稱為中心線方向。
[0089]半導(dǎo)體元件30通過(guò)倒裝安裝法或者引線接合安裝法安裝于安裝端E2處的電極20a、20b的端部上。半導(dǎo)體元件30的一個(gè)端子與電極20a進(jìn)行電連接，半導(dǎo)體元件30的另一端子與電極20b進(jìn)行電連接。在后文中說(shuō)明半導(dǎo)體元件30的安裝方法。電極20b接地。
[0090]作為電介質(zhì)膜10的材料，能夠使用聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚烯烴、環(huán)烯烴聚合物、聚芳酯、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚乙縮醛、氟樹(shù)脂、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂以及聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂中的一種或者兩種以上的多孔樹(shù)脂或者非多孔樹(shù)脂。
[0091]作為氟樹(shù)脂，可舉出聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟烷氧基氟樹(shù)脂、或者四氟乙烯六氟丙烯共聚物等。作為聚酯，可舉出聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或者聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等。
[0092]在本實(shí)施方式中，電介質(zhì)膜10由聚酰亞胺形成。
[0093]電介質(zhì)膜10的厚度優(yōu)選為I U m以上且1000 y m以下。在該情況下，能夠容易地制作電介質(zhì)膜10并且能夠容易確保電介質(zhì)膜10的柔軟性。電介質(zhì)膜10的厚度優(yōu)選為5 u m以上且IOOym以下。在該情況下，能夠更容易地制作電介質(zhì)膜10并且能夠容易確保電介質(zhì)膜10的更高的柔軟性。在本實(shí)施方式中，電介質(zhì)膜10的厚度例如為25 u m。
[0094]電介質(zhì)膜10在太赫茲頻帶內(nèi)的使用頻率中優(yōu)選具有7.0以下的相對(duì)介電常數(shù)，更優(yōu)選具有4.0以下的相對(duì)介電常數(shù)。在該情況下，具有使用頻率的電磁波的發(fā)射效率變得充分高并且電磁波的傳送損失變得充分低。由此，能夠充分提高具有使用頻率的電磁波的傳送速度和傳送距離。在本實(shí)施方式中，電介質(zhì)膜10由在太赫茲頻帶中具有1.2以上且
7.0以下的相對(duì)介電常數(shù)的樹(shù)脂形成。例如，聚酰亞胺的相對(duì)介電常數(shù)在太赫茲頻帶中大約為3.2，多孔聚四氟乙烯(PTFE)的相對(duì)介電常數(shù)在太赫茲頻帶中大約為1.2。
[0095]電極20a、20b由金屬或者合金等導(dǎo)電性材料形成，可以具有單一層結(jié)構(gòu)或者也可以具有多個(gè)層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0096]如圖2所示，在本實(shí)施方式中，電極20a、20b分別具有銅層201、鎳層202以及金層203的層疊結(jié)構(gòu)。銅層201的厚度例如為15 μ m，鎳層202的厚度例如為3 μ m，金層203的厚度例如為0.2 μ m。電極20a、20b的材料和厚度并不限定于本實(shí)施方式的例子。
[0097]在本實(shí)施方式中，由于進(jìn)行基于后述的柱形金凸塊的倒裝安裝和基于鍵合金絲的引線接合安裝，因此采用圖2的層疊結(jié)構(gòu)。鎳層202和金層203的形成是使用上述安裝方法的情況下的銅層201的表面處理。在使用利用焊錫球、ACF(各向異性導(dǎo)電膜)或者ACP (各向異性導(dǎo)電糊劑)等的其它安裝方法的情況下，選擇適合于各個(gè)安裝方法的處理。
[0098]作為半導(dǎo)體元件30，使用從由共振隧穿二極管(RTD)、肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)、隧道注入渡越時(shí)間(TUNNETT =Tunnel Transit Time) 二極管、碰撞雪崩渡越時(shí)間(MPATT:Impact 1nization Avalanche Transit Time) 二極管、高電子遷移率晶體管(HEMT)、GaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)以及異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)構(gòu)成的群中選擇的一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體元件。這些半導(dǎo)體元件是有源元件。例如能夠使用量子元件作為半導(dǎo)體元件30。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件30為肖特基勢(shì)壘二極管。
[0099]圖3是表示基于倒裝安裝法的半導(dǎo)體元件30的安裝的示意圖。如圖3所示，半導(dǎo)體元件30具有端子31a、31b。端子31a、31b例如是二極管的陽(yáng)極和陰極。半導(dǎo)體元件30以端子31a、31b朝向下方的方式定位在電極20a、20b的上方,端子31a、31b分別使用柱形金凸塊32與電極20a、20b進(jìn)行接合。
[0100]圖4是表示基于引線接合安裝法的半導(dǎo)體元件30的安裝的示意圖。如圖4所示，半導(dǎo)體元件30以端子3la、3Ib朝向上方的方式定位在電極20a、20b上，端子3la、3Ib分別使用鍵合金絲33與電極20a、20b相連接。
[0101]在圖1的天線模塊I中，從漸變縫隙S的開(kāi)口端El至半導(dǎo)體元件30的安裝部分為止的范圍作為發(fā)送或者接收電磁波的發(fā)送接收部而發(fā)揮功能。由天線模塊I發(fā)送或者接收的電磁波的頻率是由漸變縫隙S的寬度和漸變縫隙S的有效介電常數(shù)而定的。根據(jù)電極20a、20b之間的空氣的相對(duì)介電常數(shù)以及電介質(zhì)膜10的相對(duì)介電常數(shù)和厚度來(lái)算出漸變縫隙S的有效介電常數(shù)。
[0102]通常，用下式表示介質(zhì)中的電磁波的波長(zhǎng)入。
[0103]X=X0Z^Eief
[0104]λ ^是真空中的電磁波的波長(zhǎng)，ε 是介質(zhì)的有效相對(duì)介電常數(shù)。因而，當(dāng)漸變縫隙S的有效相對(duì)介電常數(shù)變高時(shí)，漸變縫隙S中的電磁波的波長(zhǎng)變短。相反，當(dāng)漸變縫隙S的有效相對(duì)介電常數(shù)變低時(shí)，漸變縫隙S中的電磁波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)。在將漸變縫隙S的有效相對(duì)介電常數(shù)假設(shè)為最小的I的情況下，在漸變縫隙S的寬度成為1.5mm的部分發(fā)送或者接收0.1THz的電磁波。考慮有富余而期望漸變縫隙S包含具有2_寬度的部分。[0105]漸變縫隙S的長(zhǎng)度優(yōu)選為0.5mm以上且30mm以下。由于漸變縫隙S的長(zhǎng)度為
0.5mm以上，由此能夠確保半導(dǎo)體元件30的安裝面積。另外，漸變縫隙S的長(zhǎng)度優(yōu)選以10個(gè)波長(zhǎng)為基準(zhǔn)而設(shè)為30mm以下。
[0106](1-2)天線模塊的動(dòng)作
[0107]圖5是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的接收動(dòng)作的示意性俯視圖。在圖5中，電磁波RW包括具有太赫茲頻帶的頻率(例如0.3THz)的數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)波和具有吉赫頻帶的頻率(例如IGHz)的信號(hào)波。在天線模塊I的漸變縫隙S處接收電磁波RW。由此，在電極20a、20b中流動(dòng)具有太赫茲頻帶的頻率成分的電流。半導(dǎo)體元件30進(jìn)行檢波動(dòng)作和整流動(dòng)作。由此，從半導(dǎo)體元件30輸出具有吉赫頻帶的頻率(例如IGHz)的信號(hào)SG。
[0108]圖6是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的發(fā)送動(dòng)作的示意性俯視圖。在圖6中，具有吉赫頻帶的頻率(例如IGHz)的信號(hào)SG被輸入到半導(dǎo)體元件30。半導(dǎo)體元件30進(jìn)行振蕩動(dòng)作。由此，從天線模塊I的漸變縫隙S發(fā)送電磁波RW。電磁波RW包含具有太赫茲頻帶的頻率(例如0.3THz)的數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)波和具有吉赫頻帶的頻率(例如IGHz)的信號(hào)波。
[0109](1-3)天線模塊的指向性
[0110]圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的指向性的示意性側(cè)視圖。
[0111]在圖7中，天線模塊I將通過(guò)信號(hào)波調(diào)制得到的載波作為電磁波RW進(jìn)行發(fā)射。在該情況下，電介質(zhì)膜10的相對(duì)介電常數(shù)低，因此電磁波RW不被電介質(zhì)膜10吸引。因此，電磁波RW向天線模塊I的中心線方向前進(jìn)。
[0112]圖8是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的指向性的變更的示意性側(cè)視圖。
[0113]天線模塊I的電介質(zhì)膜10具有柔軟性。因此，能夠使天線模塊I沿與中心線方向交叉的線彎折。由此，如圖8所示，能夠?qū)㈦姶挪≧W的發(fā)射方向變更為任意的方向。
[0114](1-4)天線模塊的第一變形例
[0115]圖9是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的第一變形例的示意性俯視圖。
[0116]圖9示出的天線模塊I在電介質(zhì)膜10上還具備信號(hào)布線51、52、53以及低通濾波器40。信號(hào)布線51與電極20a進(jìn)行連接，信號(hào)布線52與電極20b進(jìn)行連接。低通濾波器40連接于信號(hào)布線51與信號(hào)布線53之間。該低通濾波器40例如通過(guò)彎曲布線(蛇行布線)或者金線等形成。低通濾波器40僅使作為信號(hào)成分的吉赫頻帶的特定頻率(例如20GHz)以下的低頻成分通過(guò)。
[0117]通過(guò)減去法、添加法或者半添加法、或者導(dǎo)電材料的圖案形成在電介質(zhì)膜10上以共用的工序來(lái)形成電極20a、20b、低通濾波器40以及信號(hào)布線51、52、53。
[0118]電磁波RW包含具有太赫茲頻帶的頻率的載波以及具有吉赫頻帶的頻率的信號(hào)波。在天線模塊I的漸變縫隙S處接收該電磁波RW。從半導(dǎo)體元件30對(duì)信號(hào)布線51、52輸出具有吉赫頻帶的頻率的信號(hào)。此時(shí)，有時(shí)從電極20a、20b對(duì)信號(hào)布線51、52傳送太赫茲頻帶的頻率成分的一部分。在該情況下，由低通濾波器40阻止太赫茲頻帶的頻率成分通過(guò)。由此，對(duì)信號(hào)布線51、53僅輸出具有吉赫頻帶的頻率(例如大約20GHz)的信號(hào)SG。
[0119](1-5)天線模塊的第二變形例
[0120]圖10是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊的第二變形例的示意性立體圖。[0121]在圖10的例子中，使用共用的電介質(zhì)膜10來(lái)制作兩組漸變縫隙天線模塊1A、1B。電介質(zhì)膜10具有彼此鄰接的矩形的第一區(qū)域REl和第二區(qū)域RE2。
[0122]在第一區(qū)域REl形成一對(duì)電極20a、20b，在電極20a、20b上安裝有半導(dǎo)體元件30。電介質(zhì)膜10的第一區(qū)域RE1、第一區(qū)域REl上的電極20a、20b以及半導(dǎo)體元件30構(gòu)成天線模塊IA。
[0123]同樣地，在第二區(qū)域RE2形成一對(duì)電極20a、20b，在電極20a、20b上安裝有半導(dǎo)體元件30。電介質(zhì)膜10的第二區(qū)域RE2、第二區(qū)域RE2上的電極20a、20b以及半導(dǎo)體元件30構(gòu)成天線模塊IB。
[0124]電介質(zhì)膜10沿著第一區(qū)域REl與第二區(qū)域RE2之間的邊界線BL彎折成直角。
[0125]從天線模塊IA發(fā)射的電磁波的偏振面與從天線模塊IB發(fā)射的電磁波的偏振面相互正交。在此，電磁波的偏振面是指包含電磁波的電場(chǎng)的振動(dòng)方向和傳播方向的面。
[0126]由天線模塊IA發(fā)射的電磁波的振動(dòng)方向與由天線模塊IB發(fā)射的電磁波的振動(dòng)方向相差90°。因而，由天線模塊1A、1B發(fā)射的電磁波不會(huì)相互干擾。由此，不使天線模塊1A、1B的指向性變化就能夠發(fā)送或者接收不同的偏振波。
[0127](1-6)天線模塊的特性評(píng)價(jià)
[0128]以下，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I的特性。
[0129](a)天線模塊I的尺寸
[0130]圖11是用于說(shuō)明使用于仿真和實(shí)驗(yàn)的天線模塊I的尺寸的示意性俯視圖。
[0131]寬度方向上的電極20a、20b的外側(cè)的端緣之間的距離WO為2.83mm。開(kāi)口端El處的漸變縫隙S的寬度Wl為1.11mm。開(kāi)口端El與安裝端E2之間的位置P1、P2處的漸變縫隙S的寬度W2、W3分別為0.88mm和0.36mm。開(kāi)口端El與位置Pl之間的長(zhǎng)度LI為
1.49mm，位置Pl與位置P2之間的長(zhǎng)度L2為1.49mm。位置P2與安裝端E2之間的長(zhǎng)度L3為3.73mm。安裝端E2處的漸變縫隙S的寬度為50 μ m。
[0132](b)發(fā)射效率的仿真
[0133]使用作為聚酰亞胺、多孔PTFE以及半導(dǎo)體材料的InP來(lái)作為電介質(zhì)膜10的材料，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真求得電介質(zhì)膜10的厚度為25 μ m、100 μ m、250 μ m、500 μ m以及1000 μ m的情況下的300GHz下的發(fā)射效率。將聚酰亞胺的相對(duì)介電常數(shù)的值設(shè)為3.2，將多孔PTFE的相對(duì)介電常數(shù)的值設(shè)為1.6，將InP的相對(duì)介電常數(shù)的值設(shè)為12.4。
[0134]用下式表示發(fā)射效率。
[0135]發(fā)射效率=發(fā)射功率/供給功率
[0136]供給功率是指提供給天線模塊I的功率。發(fā)射功率是指從天線模塊I發(fā)射的功率。在本仿真中，供給功率為lmW。
[0137]圖12是表示電介質(zhì)膜10的厚度與300GHz下的發(fā)射效率的關(guān)系的仿真結(jié)果的圖。圖12的縱軸表示發(fā)射效率，橫軸表示電介質(zhì)膜10的厚度。
[0138]如圖12所示，在使用多孔PTFE作為電介質(zhì)膜10的材料的情況下，在電介質(zhì)膜10的厚度為25 μ m?1000 μ m的范圍大致得到100%的發(fā)射效率。在使用聚酰亞胺作為電介質(zhì)膜10的材料的情況下，在電介質(zhì)膜10的厚度為25 μ m?1000 μ m的范圍大致得到75%以上的發(fā)射效率。在使用InP作為電介質(zhì)膜10的材料的情況下，隨著電介質(zhì)膜10的厚度從25 μ m增加到250 μ m,發(fā)射效率急劇下降，當(dāng)電介質(zhì)膜10的厚度超過(guò)500 μ m時(shí)，發(fā)射效率下降至20%左右。
[0139]因而，可知在使用樹(shù)脂作為電介質(zhì)膜10的材料的情況下，與使用半導(dǎo)體材料作為電介質(zhì)膜10的材料的情況相比，在電介質(zhì)膜10的厚度的寬范圍內(nèi)發(fā)射效率高。特別是，可知通過(guò)使用多孔樹(shù)脂，發(fā)射效率與電介質(zhì)膜10的厚度無(wú)關(guān)地提高。
[0140]另一方面，在將半導(dǎo)體元件30安裝于InP等半導(dǎo)體基板時(shí)，期望半導(dǎo)體基板的厚度至少為200 ii m。當(dāng)半導(dǎo)體基板的厚度小于200 u m時(shí)，難以處理半導(dǎo)體元件30，從而半導(dǎo)體基板容易產(chǎn)生破損。根據(jù)上述結(jié)果，當(dāng)半導(dǎo)體基板的厚度在200 u m以上時(shí)，發(fā)射效率下降至大約30%以下。
[0141]接著，通過(guò)電介質(zhì)膜10的相對(duì)介電常數(shù)為1.8,2.0,2.2,2.4,2.6,2.8以及3.0的情況下的電磁場(chǎng)仿真來(lái)求得300GHz下的發(fā)射效率。
[0142]圖13是表示電介質(zhì)膜10的相對(duì)介電常數(shù)與300GHz下的發(fā)射效率的關(guān)系的仿真結(jié)果的圖。
[0143]如圖13所示，電介質(zhì)膜10的相對(duì)介電常數(shù)越低則發(fā)射效率越高。另外，電介質(zhì)膜10的厚度越小則發(fā)射效率越高。
[0144](c)天線模塊I的評(píng)價(jià)系統(tǒng)
[0145]圖14是表示天線模塊I的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0146]在圖14的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，差頻激光光源101通過(guò)使具有不同頻率f\、f2的兩個(gè)激光進(jìn)行混合來(lái)產(chǎn)生具有作為這些頻率f\、f2的差的頻率fb(=f\-f2)的光拍頻信號(hào)。在本實(shí)驗(yàn)中，差頻激光光源101產(chǎn)生0.12THZ和0.3THZ的光拍頻信號(hào)。
[0147]脈沖波形產(chǎn)生器102產(chǎn)生具有脈沖波形的電信號(hào)作為基帶信號(hào)。光調(diào)制器103通過(guò)由脈沖波形產(chǎn)生器102產(chǎn)生的基帶信號(hào)對(duì)由差頻激光光源101產(chǎn)生的光拍頻信號(hào)進(jìn)行AM(振幅)調(diào)制。調(diào)制過(guò)的光拍頻信號(hào)作為太赫茲光信號(hào)通過(guò)光放大器104提供給太赫茲波產(chǎn)生器105。
[0148]太赫茲波產(chǎn)生器105包含準(zhǔn)直透鏡、高頻光電二極管、石英耦合器以及波導(dǎo)管。
[0149]太赫茲光信號(hào)通過(guò)準(zhǔn)直透鏡被提供給太赫茲波產(chǎn)生器105的高頻光電二極管。由此，從高頻光電二極管輸出超高頻電流。超高頻電流通過(guò)石英耦合器和波導(dǎo)管作為太赫茲波而發(fā)射。在此，太赫茲波是指具有太赫茲頻帶內(nèi)的頻率的電磁波。
[0150]由太赫茲波產(chǎn)生器105發(fā)射的太赫茲波通過(guò)以相互分隔固定距離的方式配置的電介質(zhì)透鏡106、107被圖11的天線模塊I接收。天線模塊I的電介質(zhì)膜10由聚酰亞胺形成，通過(guò)倒裝安裝法安裝肖特基勢(shì)壘二極管作為半導(dǎo)體元件30。
[0151 ] 天線模塊I通過(guò)對(duì)太赫茲波進(jìn)行檢波和整流來(lái)解調(diào)基帶信號(hào)。基帶放大器108對(duì)從天線模塊I輸出的基帶信號(hào)進(jìn)行放大。限幅放大器109對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大使得基帶信號(hào)的電壓振幅成為預(yù)定的值(例如0.5V)。
[0152]示波器110顯示從限幅放大器109輸出的基帶信號(hào)的波形。錯(cuò)誤檢測(cè)器111對(duì)從限幅放大器109輸出的基帶信號(hào)中的誤碼率(BER:Bit Error Rate)進(jìn)行檢測(cè)。
[0153](d)傳送實(shí)驗(yàn)
[0154]在圖14的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，進(jìn)行了 0.12THz和0.3THz的太赫茲波的傳送實(shí)驗(yàn)。該傳送實(shí)驗(yàn)中的太赫茲波的傳送距離大約為lm。
[0155]圖15是表示傳送0.12THz和0.3THz的太赫茲波時(shí)的BER的測(cè)量結(jié)果的圖。圖15的縱軸表示由錯(cuò)誤檢測(cè)器111檢測(cè)出的BER，橫軸表示提供給太赫茲波產(chǎn)生器105的高頻光電二極管的太赫茲光信號(hào)的光電流。
[0156]在本實(shí)驗(yàn)中，將數(shù)據(jù)的傳送速度設(shè)為1.5Gbps。在BER為1.00 ΧΙΟ—12以下的情況下，可視為實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳送。
[0157]如圖15所示，在傳送0.12ΤΗζ的太赫茲波時(shí)，能夠通過(guò)將光電流調(diào)整為1.2mA使BER下降至1.00X10_12。另外，在傳送0.3THz的太赫茲波時(shí)，能夠通過(guò)將光電流調(diào)整為
4.8mA 使 BER 下降至 1.0OX 10-12。
[0158]圖16是表示在傳送0.12ΤΗζ的太赫茲波時(shí)通過(guò)示波器110觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。圖17是表示在傳送0.3ΤΗζ的太赫茲波時(shí)通過(guò)示波器110觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。0.12ΤΗζ的太赫茲波的發(fā)送功率為20μ W，0.3THz的太赫茲波的發(fā)送功率為80 μ W。
[0159]如圖16和圖17所示，在傳送0.12ΤΗζ和0.3ΤΗζ的太赫茲波時(shí)，對(duì)失真小的基帶
信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0160]根據(jù)上述結(jié)果，可知在傳送0.12ΤΗζ和0.3ΤΗζ這兩個(gè)太赫茲波時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳送。因而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的天線模塊1，能夠傳送寬頻帶的太赫茲波。
[0161]接著，在圖14的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中評(píng)價(jià)了最大傳送速度。圖18是表示數(shù)據(jù)傳送速度為
8.5Gbps的情況下的BER的測(cè)量 結(jié)果的圖。太赫茲波的頻率為0.12THz。圖18的縱軸表示由錯(cuò)誤檢測(cè)器111檢測(cè)出的BER，橫軸表示提供給太赫茲波產(chǎn)生器105的高頻光電二極管的太赫茲光信號(hào)的光電流。
[0162]如圖18所示，即使在數(shù)據(jù)傳送速度為8.5Gbps的情況下，也能夠通過(guò)將光電流調(diào)整為3.1mA來(lái)使BER下降至1.0OX 10-12。
[0163]圖19是表示在數(shù)據(jù)傳送速度為8.5Gbps的情況下通過(guò)示波器110觀測(cè)到的基帶信號(hào)的眼圖的圖。如圖19所示，即使在傳送8.5Gbps的數(shù)據(jù)時(shí)，也能對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0164]根據(jù)上述結(jié)果，可知即使在8.5Gbps的數(shù)據(jù)傳送速度中，也能夠?qū)崿F(xiàn)沒(méi)有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳送。因而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的天線模塊1，能夠以8.5Gbps這種高數(shù)據(jù)傳送速度來(lái)進(jìn)行太赫茲波的傳送。
[0165](e)天線模塊的指向性的測(cè)量和計(jì)算
[0166]接著，對(duì)圖11的天線模塊I的指向性進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，使用300GHz發(fā)送機(jī)來(lái)發(fā)送0.3THz的太赫茲波,通過(guò)天線模塊I接收了太赫茲波。使天線模塊I的接收角度以5°步長(zhǎng)來(lái)變化180°，通過(guò)頻譜分析儀對(duì)天線模塊I的接收功率進(jìn)行了測(cè)量。另外，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真計(jì)算了圖11的天線模塊I的指向性。
[0167]圖20是用于說(shuō)明實(shí)驗(yàn)和仿真中的天線模塊I的接收角度的定義的示意圖。
[0168]在圖20中，將天線模塊I的中心線方向設(shè)為0°。另外，將與電介質(zhì)膜10的主面平行的面稱為平行面，將與電介質(zhì)膜10的主面垂直的面稱為垂直面。
[0169]將在平行面內(nèi)相對(duì)于中心線方向形成的角度稱為方位角φ，將在垂直面內(nèi)相對(duì)于中心線方向形成的角度稱為仰角Θ。
[0170]將發(fā)送機(jī)與天線模塊I的水平距離設(shè)定為4.5cm和9cm，對(duì)天線模塊I的指向性的水平距離依賴性進(jìn)行了測(cè)量。在此，水平距離是指發(fā)送機(jī)與天線模塊I之間在天線模塊I的中心線方向上的距離。在該情況下，使方位角φ以5°步長(zhǎng)變化180°作為天線模塊I的接收角度，對(duì)天線模塊I的接收功率進(jìn)行了測(cè)量。
[0171]圖21是表示天線模塊I的指向性的水平距離依賴性的測(cè)量結(jié)果的圖。圖21的縱軸表示接收功率[dBm]，橫軸表示方位角(p。
[0172]如圖21所示，在水平距離為4.5cm的情況和9cm的情況這兩種情況下，在方位角0°時(shí)出現(xiàn)接收功率的峰值。根據(jù)圖21的結(jié)果，確認(rèn)了天線模塊I的指向性幾乎不存在水平距離依賴性這一情況。
[0173]接著，對(duì)接收0.12THz的太赫茲波時(shí)和接收0.3THz的太赫茲波時(shí)的指向性進(jìn)行了測(cè)量。發(fā)送機(jī)與天線模塊I的水平距離為9cm。在該情況下，使仰角0和方位角9以5°步長(zhǎng)變化180°作為天線模塊I的接收角度，對(duì)天線模塊I的接收功率進(jìn)行了測(cè)量。
[0174]圖22是表示接收0.12THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果的圖。圖23是表示接收0.3THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果的圖。圖22和圖23的縱軸表示接收功率[dBm]，橫軸表示方位角CR?！八健笔侵甘狗轿唤?p變化的情況。
[0175]如圖22所示，在接收0.12THz的太赫茲波時(shí)，在方位角0°時(shí)出現(xiàn)接收功率的峰值。另外，如圖23所示，在接收0.3THz的太赫茲波時(shí)，也在方位角0°時(shí)出現(xiàn)接收功率的峰值。
[0176]根據(jù)圖22和圖23的結(jié)果，可知天線模塊I具有與電介質(zhì)膜10的主面平行的中心線方向上的指向性。
[0177]并且，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真求得圖11的天線模塊I的指向性。在仿真中，計(jì)算出了基于仰角e的變化的天線增益[dBi]的變化以及基于方位角cp的變化的天線增益[dBi]的變化。在該情況下，使仰角e和方位角9以1°步長(zhǎng)變化180°作為天線模塊I的接收角度，計(jì)算出了天線增益。
[0178]圖24是表示接收0.3THz的太赫茲波時(shí)的指向性的測(cè)量結(jié)果(參照?qǐng)D23)和計(jì)算結(jié)果的圖。圖24的縱軸表示接收靈敏度[dB]，橫軸表示方位角(p或者仰角9。
[0179]在圖24中，對(duì)天線增益[dBi]的計(jì)算值和上述圖23的接收功率[dBm]的測(cè)量值進(jìn)行校正使得峰值成為接收靈敏度o[dB]。用粗實(shí)線表示基于仰角e的變化的接收靈敏度的測(cè)量值的變化，用粗虛線表示基于方位角9的變化的接收靈敏度的測(cè)量值的變化。另夕卜，用細(xì)實(shí)線表示基于仰角e的變化的接收靈敏度的計(jì)算值的變化，用細(xì)虛線表示基于方位角(P的變化的接收靈敏度的計(jì)算值的變化。
[0180]根據(jù)圖24可知，關(guān)于天線模塊I的指向性，實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果與仿真的計(jì)算結(jié)果表示出大致相同的趨勢(shì)。由此，確認(rèn)了天線模塊I的設(shè)計(jì)有效性。
[0181](f)由天線模塊的彎折引起的指向性的變化
[0182]接著，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真求得不使天線模塊I彎折的情況下和使天線模塊I彎折的情況下的指向性的變化。
[0183]圖25是表示不使天線模塊I彎折的情況下的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。圖26是表示使天線模塊I彎折的情況下的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。圖25的(a)和圖26(a)是用于說(shuō)明天線模塊I的方向的定義的圖，圖25的(b)和圖26的(b)是表示天線模塊I的發(fā)射特性(指向性)的圖。
[0184]將天線模塊I的中心線方向稱為Y方向，將與電介質(zhì)膜10的主面平行且與Y方向正交的方向稱為X方向，將與電介質(zhì)膜10的主面垂直的方向稱為Z方向。
[0185]在如圖25的(a)所示那樣不使天線模塊I彎折的情況下，如圖25的(b)所示那樣電磁波向Y方向發(fā)射。
[0186]在如圖26的(a)所示那樣使天線模塊I沿著與X方向平行的線向斜上方彎折45°的情況下，如圖26的(b)所不那樣電磁波在YZ面內(nèi)相對(duì)于Y方向朝45°的斜上方發(fā)射。
[0187]圖27是表示在不使天線模塊I彎折的情況下和彎折的情況下的天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。圖27的縱軸表示天線增益[dBi]，橫軸表示仰角Θ。用虛線表示沒(méi)有彎折的天線模塊1(非彎折模型)的天線增益的計(jì)算結(jié)果，用實(shí)線表示彎折45°的天線模塊1(45°彎折模型)的天線增益的計(jì)算結(jié)果。
[0188]如圖27所示，在不使天線模塊I彎折的情況下，天線增益的峰值的位置為0°，在使天線模塊I彎折的情況下，天線增益的峰值的位置大約偏移45°。
[0189]根據(jù)這些結(jié)果可知，能夠通過(guò)使天線模塊I彎折來(lái)任意地設(shè)定天線模塊I的指向性的方向。
[0190](1-7)第一實(shí)施方式的效果
[0191]在本實(shí)施方式所涉及的天線模塊I中，電介質(zhì)膜10由樹(shù)脂形成，因此漸變縫隙S的有效介電常數(shù)變低。由此，從電極20a、20b發(fā)射的電磁波或者由電極20a、20b接收的電磁波不被電介質(zhì)膜10吸引。因而，天線模塊I具有特定方向的指向性。在該情況下，電介質(zhì)膜10具有柔軟性，因此能夠通過(guò)使電介質(zhì)膜10彎折來(lái)得到期望方向的指向性。
[0192]另外，漸變縫隙S的有效介電常數(shù)低，因此電磁波的傳送損失降低。由此，能夠提聞傳送速度和提聞傳送距尚。
[0193]并且，電介質(zhì)膜10具有柔軟性，因此即使在電介質(zhì)膜10的厚度小的情況下，天線模塊I也不容易產(chǎn)生破損。
[0194](2)第二實(shí)施方式
[0195](2-1)天線模塊的結(jié)構(gòu)
[0196]圖28是本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。圖29是圖28的天線模塊的B-B線示意性截面圖。
[0197]在圖28和圖29中，天線模塊2由電介質(zhì)膜10、矩形狀的電極20、布線部22、一對(duì)矩形狀的焊盤23、24、接地導(dǎo)體層26以及半導(dǎo)體元件30構(gòu)成。
[0198]在電介質(zhì)膜10的主面上形成有電極20、布線部22以及焊盤23、24。電極20通過(guò)布線部22與焊盤23相連接。焊盤23、24被配置成相互分離。
[0199]在焊盤24下面的電介質(zhì)膜10的部分形成貫通孔，在貫通孔內(nèi)填充導(dǎo)電性的連接導(dǎo)體25。在電介質(zhì)膜10的背面上形成有接地導(dǎo)體層26。焊盤24與接地導(dǎo)體層26通過(guò)貫通孔內(nèi)的連接導(dǎo)體進(jìn)行電連接。電極20和接地導(dǎo)體層26構(gòu)成貼片天線。
[0200]電介質(zhì)膜10、電極20、布線部22、焊盤23、24以及接地導(dǎo)體層26由柔性布線電路基板形成。在該情況下，電極20、布線部22以及焊盤23、24通過(guò)減去法、添加法或者半添加法、或者導(dǎo)電材料的圖案形成等形成于電介質(zhì)膜10上。
[0201]如圖29所示，半導(dǎo)體元件30通過(guò)倒裝安裝法安裝于焊盤23、24上。半導(dǎo)體元件30的端子31a、31b分別使用柱形金凸塊32與焊盤23、24接合。半導(dǎo)體元件30也可以通過(guò)引線接合安裝法安裝于電介質(zhì)膜10上。[0202]本實(shí)施方式中的電介質(zhì)膜10的材料、厚度以及相對(duì)介電常數(shù)與第一實(shí)施方式中的電介質(zhì)膜10的材料、厚度和相對(duì)介電常數(shù)相同。另外，本實(shí)施方式中的電極20、布線部22和焊盤23、24的材料與第一實(shí)施方式中的電極20a、20b的材料相同。接地導(dǎo)體層26由金屬或者合金等導(dǎo)電性材料形成，可以具有單一層結(jié)構(gòu)或者也可以具有多個(gè)層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0203]能夠使用與第一實(shí)施方式相同的一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體元件作為半導(dǎo)體元件30。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件30為肖特基勢(shì)壘二極管。
[0204](2-2)天線模塊的仿真
[0205]通過(guò)電磁場(chǎng)仿真求得來(lái)自圖28和圖29的天線模塊2的電磁波的發(fā)射方向和天線模塊2的反射損失S11。
[0206]在本仿真中使用的天線模塊2中，電介質(zhì)膜10由聚酰亞胺形成，電極20、布線部22、焊盤23、24以及接地導(dǎo)體層26由銅形成。電介質(zhì)膜10的厚度為25 u m,電極20、布線部22、焊盤23、24以及接地導(dǎo)體層26的厚度為16 u m。
[0207]在電極20的寬度W與電極20的長(zhǎng)度L相等的情況下，使用由天線模塊2發(fā)送或者接收的電磁波的波長(zhǎng)、和電極20周圍的有效介電常數(shù)￡%用下式表示電極20的寬度W和長(zhǎng)度L。
[0208]W=L=入/(2 eref)
[0209]將電極20周圍的有效介電常數(shù)e 假設(shè)為2.6。在發(fā)送或者接收0.3THz的電磁波的情況下，計(jì)算電極20的 寬度W和長(zhǎng)度L為310 y m。
[0210]圖30是用于說(shuō)明天線模塊2的方向的定義的圖。將沿著天線模塊2的布線部22的方向稱為Y方向，將與電介質(zhì)膜10的主面平行且與Y方向正交的方向稱為X方向，將與電介質(zhì)膜10的主面垂直的方向稱為Z方向。
[0211]圖31是表示圖28的天線模塊I的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。圖31的(a)、(b)、(c)、(d)分別表示 0.250THz、0.300THz、0.334THz 和 0.382THz 時(shí)的發(fā)射特性(指向性)。如圖31所示，發(fā)射特性依賴于頻率而不同。
[0212]圖32是表示圖28的天線模塊2的反射損失Sll的計(jì)算結(jié)果的圖。圖32的縱軸表示反射損失Sll [dB]，橫軸表示頻率[THz]。
[0213]如圖32所示，在太赫茲頻帶內(nèi)的特定的多個(gè)頻率下反射損失變低。
[0214]從這些結(jié)果可知，根據(jù)圖28和圖29的天線模塊2，能夠?qū)⒕哂刑掌濐l帶內(nèi)的特定頻率的電磁波向特定方向發(fā)射。
[0215](2-3)天線模塊的變形例
[0216]圖33是表示本實(shí)施方式所涉及的天線模塊2的變形例的示意性俯視圖。
[0217]在圖33的例子中，在電介質(zhì)膜10的主面上形成有四個(gè)矩形狀的電極20A、20B、20C、20D。電極20A、20B通過(guò)布線部22A與焊盤23相連接。電極20C、20D通過(guò)布線部22B與焊盤23相連接。半導(dǎo)體元件30被安裝于焊盤23、24上。
[0218](2-4)變形例的仿真
[0219]通過(guò)電磁場(chǎng)仿真求得來(lái)自圖33的天線模塊2的電磁波的發(fā)射方向和反射損失Sn。
[0220]圖34是用于說(shuō)明天線模塊2的方向的定義的圖。將天線模塊2的焊盤24和焊盤23的排列方向稱為Y方向，將與電介質(zhì)膜10的主面平行且與Y方向正交的方向稱為X方向，將與電介質(zhì)膜10的主面垂直的方向稱為Z方向。
[0221]本仿真的條件除了天線模塊2具有四個(gè)電極20A、20B、20C、20D這一點(diǎn)以外與圖31和圖32的仿真的條件相同。
[0222]圖35是表示圖33的天線模塊2的三維電磁場(chǎng)仿真的結(jié)果的圖。圖35的(a)、(b)、(c)分別示出0.222THz、0.300THz以及0.326THz時(shí)的發(fā)射特性(指向性)。如圖35所示，發(fā)射特性依賴于頻率而不同。
[0223]圖36是表示圖33的天線模塊2的反射損失Sll的計(jì)算結(jié)果的圖。圖36的縱軸表示反射損失Sll [dB],橫軸表示頻率[THz]。如圖36所示,在太赫茲頻帶內(nèi)的特定的多個(gè)頻率下反射損失變低。
[0224]根據(jù)這些結(jié)果，根據(jù)圖33的天線模塊2，能夠?qū)⒕哂刑掌濐l帶內(nèi)的特定頻率的電磁波向特定方向發(fā)射。
[0225]另外，根據(jù)圖31、圖32、圖35以及圖36的仿真結(jié)果，通過(guò)對(duì)構(gòu)成貼片天線的電極的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)具有太赫茲頻帶內(nèi)的期望頻率的電磁波能夠得到期望方向的指向性。
[0226](3)第三實(shí)施方式
[0227](3-1)天線模塊的結(jié)構(gòu)
[0228]圖37是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的天線模塊的示意性俯視圖。圖38是圖37的天線模塊的B-B線示意性截面圖。圖39是圖37的天線模塊的示意性立體圖。
[0229]圖37?圖39的天線模塊Ia的結(jié)構(gòu)與圖1和圖2的天線模塊I的結(jié)構(gòu)在以下點(diǎn)上不同。
[0230]在圖37?圖39的天線模塊Ia中，還具備形成于電介質(zhì)膜10的背面的支承體60。支承體60由具有形狀保持性的材料形成。在本實(shí)施方式中，支承體60是由不銹鋼構(gòu)成的金屬層。支承體60也可以由鐵、鋁或者銅等其它金屬層形成。
[0231]支承體60形成于除了電極20a、20b正下方的區(qū)域以外的區(qū)域。在該情況下，支承體60被配置在不與電極20a、20b重疊的區(qū)域。由此，電極20a、20b正下方的電介質(zhì)膜10的下方的相對(duì)介電常數(shù)成為空氣的相對(duì)介電常數(shù)(大約為I)。
[0232]在本實(shí)施方式中，支承體60由與電極20a、20b的外側(cè)的側(cè)邊平行地延伸的一對(duì)第一支承部61和與電極20a、20b的安裝端E2平行地延伸的第二支承部62構(gòu)成。第一支承部61被配置成與電極20a、20b的外側(cè)的側(cè)邊相隔距離D1，第二支承部62被配置成與電極20a、20b的安裝端E2相隔距離D2。
[0233]根據(jù)后述的仿真結(jié)果，電極20a、20b與第一支承部61之間的距離Dl優(yōu)選在0.1mm以上。在該情況下，如在后文中所述，天線增益不受支承體60的影響。
[0234]支承體60的厚度并不限定于特定的范圍，但是考慮天線模塊Ia的面積、電極20a、20b的形狀、支承體60的形狀以及支承體60的材料等，將支承體60的厚度優(yōu)選設(shè)定為能夠確保天線模塊Ia的足夠的形狀保持性。在本實(shí)施方式中，例如使用SUS306作為支承體60的材料，支承體60的厚度例如被設(shè)定為30 μ m以上且50 μ m以下。
[0235](3-2)天線模塊Ia的制造方法
[0236]圖40是表示圖37的天線模塊Ia的制造方法的示意性工序截面圖。
[0237]如圖40的(a)所示，例如準(zhǔn)備由SUS306構(gòu)成的厚度為50 μ m的金屬基材6。接著，如圖40的(b)所示，在金屬基材6的上面涂敷聚酰亞胺前體，進(jìn)行加熱處理，由此在金屬基材6上形成由聚酰亞胺構(gòu)成的電介質(zhì)膜10。
[0238]接著，如圖40的(C)所示，通過(guò)半添加法或者添加法在電介質(zhì)膜10上形成一對(duì)銅層201。之后，在金屬基材6的下面形成光致抗蝕劑，例如使用氯化鐵溶液對(duì)一對(duì)銅層201下方處的金屬基材6的部分進(jìn)行濕蝕刻，由此如圖40的(d)所示，形成支承體60。
[0239]并且，對(duì)銅層201進(jìn)行適合于半導(dǎo)體元件(參照?qǐng)D37?圖39)的安裝方法的表面處理。例如圖40的(e)所示，在一對(duì)銅層201的表面依次形成鎳層202和金層203。由此，形成一對(duì)電極20a、20b。
[0240](3-3)支承體對(duì)指向性和天線增益的影響
[0241]通過(guò)電磁場(chǎng)仿真研究了支承體60對(duì)圖37的天線模塊Ia的指向性和天線增益是否存在影響。在以下的電磁場(chǎng)仿真中，將支承體60的材料設(shè)為不銹鋼。
[0242]首先，對(duì)于圖37的天線模塊Ia計(jì)算出使支承體60與電極20a、20b之間的距離Dl (以下稱為支承體-電極間距離Dl)從0變化至3.0mm的情況下的天線增益的變化。
[0243]圖41和圖42是表示使支承體-電極間距離Dl變化的情況下的天線增益的變化的計(jì)算結(jié)果的圖。圖41的縱軸表示天線增益[dBi]，橫軸表示方位角(P。圖42的縱軸表示天線增益[dBi]，橫軸表示仰角0。方位角Cp和仰角0的定義按照?qǐng)D20所示。電磁波的波長(zhǎng)為 0.3THz。
[0244]圖41的(a)和圖42的(a)示出支承體-電極間距離Dl為0、0.1mm、0.3mm、0.5mm以及0.7mm的情況下的天線增益，圖41的(b)和圖42的(b)示出支承體-電極間距離Dl為1_、1.5mm、2.0mm以及3.0mm的情況下的天線增益。
[0245]圖43是表示使電磁波的頻率從0.15THz變化至0.30THz的情況下的最大天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。圖43的縱軸表示最大天線增益[dBi]，橫軸表示支承體-電極間距離Dl0
[0246]如圖41和圖42所示，在支承體-電極間距離Dl為0.1mm以上的情況下，天線增益的峰值位于方位角q>和仰角Q成為0°的位置。另外,支承體-電極間距離Dl為0.1mm
以上的情況下的最大天線增益大于支承體-電極間距離Dl為0的情況下的最大天線增益。
[0247]如圖43 所示，關(guān)于頻率 0.15THz、0.18THz、0.21THz、0.24THz 以及 0.30THz 的電磁波，支承體-電極間距離Dl為0.1mm以上的情況下的最大天線增益大于支承體-電極間距離Dl為0的情況下的最大天線增益。
[0248]根據(jù)這些結(jié)果可知，在支承體-電極間距離Dl為0.1mm以上的情況下，天線增益的指向性大致相等并且傳送損失小。因而，支承體-電極間距離Dl優(yōu)選在0.1mm以上。
[0249]接著，計(jì)算出由圖37的天線模塊Ia中是否存在支承體60引起的天線增益的差異。圖44是表示天線模塊Ia具有支承體60的情況和不具有支承體60的情況下的天線增益的計(jì)算結(jié)果的圖。圖44的(a)的縱軸表示天線增益[dBi]，橫軸表示方位角(P。圖44的(b)的縱軸表示天線增益[dBi]，橫軸表示仰角0。天線模塊Ia具有支承體60的情況下的支承體-電極間距離Dl為1.0mm。
[0250]如圖44的(a)、(b)所示，在天線模塊Ia具有支承體60的情況下和天線模塊Ia不具有支承體60的情況下，天線增益沒(méi)有顯著性差異。[0251]根據(jù)這些結(jié)果可知，在支承體-電極間距離Dl為0.1mm以上的情況下，支承體60幾乎不對(duì)天線增益造成影響。
[0252](3-4)天線模塊的支承體的效果
[0253]在本實(shí)施方式所涉及的天線模塊Ia中，即使在電介質(zhì)膜10的厚度小的情況下，也能通過(guò)支承體60來(lái)確保天線模塊Ia的形狀保持性。由此，能夠固定電磁波的發(fā)送方向和接收方向。另外，天線模塊Ia的處理性提高。
[0254]在該情況下，能夠通過(guò)在除了電極20a、20b下方的區(qū)域以外的區(qū)域設(shè)置支承體60，抑制由支承體60引起的指向性的變化和電磁波的傳送損失。特別是，能夠通過(guò)將支承體-電極間距離Dl設(shè)定為0.1mm以上，防止產(chǎn)生指向性的變化和電磁波的傳送損失。
[0255](4)其它實(shí)施方式
[0256]在上述實(shí)施方式中，電極20a、20b、20、20A、20B、20C、20D被設(shè)置于電介質(zhì)膜10的
主面，但是本發(fā)明并不限定于此。電極可以設(shè)置于電介質(zhì)膜10的背面，或者多個(gè)電極也可以設(shè)置于電介質(zhì)膜10的主面和背面。
[0257]在上述實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件30安裝于電介質(zhì)膜10的主面，但是本發(fā)明并不限定于此。半導(dǎo)體元件30也可以安裝于電介質(zhì)膜10的背面，或者多個(gè)半導(dǎo)體元件30也可以安裝于電介質(zhì)膜10的主面和背面。
[0258]例如，也可以電極形成于電介質(zhì)膜10的主面上，半導(dǎo)體元件30安裝于電介質(zhì)膜10的背面上。
[0259]在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了包含漸變縫隙天線的天線模塊I和包含貼片天線的天線模塊2，但是本發(fā)明并不限定于此。本發(fā)明還能夠應(yīng)用于平行縫隙天線、凹槽天線或者微帶天線等其它平面天線。
[0260]在第三實(shí)施方式中，在包含漸變縫隙天線的圖1的天線模塊中設(shè)置支承體60，但是本發(fā)明并不限定于此。也可以在包含貼片天線或者其它平面天線的天線模塊的下面設(shè)置支承體60。
[0261]第三實(shí)施方式中的支承體60由金屬形成，但是本發(fā)明并不限定于此。例如，支承體60也可以由具有比電介質(zhì)膜10高的形狀保持性的樹(shù)脂形成。
[0262]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0263]本發(fā)明能夠利用于具有太赫茲頻帶的頻率的電磁波的傳送。
【權(quán)利要求】
1.一種天線模塊，具備: 電介質(zhì)膜，其具有第一面和第二面，由樹(shù)脂形成； 電極，其形成于上述電介質(zhì)膜的上述第一面和上述第二面中的至少一個(gè)面上，使得能夠接收或者能夠發(fā)送太赫茲頻帶內(nèi)的電磁波；以及 半導(dǎo)體元件，其以與上述電極進(jìn)行電連接的方式安裝在上述電介質(zhì)膜的上述第一面和上述第二面中的至少一個(gè)面上，能夠在太赫茲頻帶下進(jìn)行動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線模塊，其特征在于， 上述樹(shù)脂包含多孔性樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線模塊，其特征在于， 上述電介質(zhì)膜的厚度為Ium以上且1000 V- m以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的天線模塊，其特征在于， 上述電介質(zhì)膜在太赫茲頻帶中具有7.0以下的相對(duì)介電常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項(xiàng)所述的天線模塊，其特征在于， 上述電極包括具有漸變縫隙的構(gòu)成漸變縫隙天線的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層， 上述漸變縫隙具有從上述第一導(dǎo)電層和上述第二導(dǎo)電層的一端向另一端連續(xù)地或者階梯地減少的寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線模塊，其特征在于， 以上述漸變縫隙的一部分具有能夠發(fā)送或者接收太赫茲頻帶內(nèi)的電磁波的寬度的方式，設(shè)定上述第一導(dǎo)電層和上述第二導(dǎo)電層的上述一端處的開(kāi)口的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項(xiàng)所述的天線模塊，其特征在于， 上述電極包括形成于上述電介質(zhì)膜的上述第一面上的導(dǎo)電層以及形成于上述電介質(zhì)膜的上述第二面上的接地導(dǎo)體層，上述導(dǎo)電層和上述接地導(dǎo)體層構(gòu)成貼片天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中的任一項(xiàng)所述的天線模塊，其特征在于， 上述電極形成于上述電介質(zhì)膜的上述第一面上， 上述天線模塊還具備形成于上述電介質(zhì)膜的上述第二面上的支承體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線模塊，其特征在于， 上述支承體形成于上述第二面上的不與上述電極重疊的區(qū)域。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK103811860SQ201310560308
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】井上真彌, 程野將行, 本上滿, 永妻忠夫, 富士田誠(chéng)之 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人大阪大學(xué)