JP2015043426A - チップ間の無線電力伝送のためのアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】チップ間の無線電力伝送のためのアンテナを提供する。
【解決手段】本発明は、３次元無線チップパッケージでチップ間の無線電力伝送のためのアンテナにおいて、３次元無線チップパッケージは、送信アンテナを通じて交流電力を伝送する第１チップと、第１チップの上面または下面に順に積層されて、それぞれの受信アンテナを通じて第１チップから交流電力を受信する複数の第２チップと、を含み、それぞれの受信アンテナは、複数の第２チップに個別形成されるが、送信アンテナの上部または下部で互いに上下方向に重畳されない位置に区画されて形成されているチップ間の無線電力伝送のためのアンテナを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、チップ間の無線電力伝送のためのアンテナに係り、より詳細には、３次元無線チップパッケージでチップ間の無線電力伝送のためのアンテナに関する。

最近、集積回路設計時に設計面積を減らすために、複数のチップを積層する技術が研究されている。そのうち、最近代表的に使われているＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）技術の場合、半導体基板材料であるシリコンに垂直に貫通する電極を形成し、これを通じて積層されたチップ間の信号伝達経路を提供する。

ＴＳＶ積層技術は、積層されるチップで電気接続のためのパッドが外部に露出されず、チップ間のパッドがビア（ｖｉａ）及びバンプ（ｂｕｍｐ）を通じて互いに連結されるので、ボンディングワイヤが除去され、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）のパターニングされた金属線が除去されうる。結果的に、ＴＳＶ積層技術は、ボンディングワイヤ及びＰＣＢ金属線による寄生成分を除去し、チップ間の高速通信を行う長所がある。

しかし、このようなＴＳＶ積層技術は、チップに物理的な穴を形成し、これを金属性物質で充填してビアを形成することによって、追加的な半導体工程による研究開発コストと、商用化コストとが増加する問題点がある。また、このように形成されたビアは、クラック（Ｃｒａｃｋ）のような問題点によって収率を高めるための多くの努力が要求される短所がある。結局、ＴＳＶ積層技術は、生産コストの上昇をもたらす。

このような問題点を改善するために、最近、チップ間の無線通信技術が研究されている。チップ間の無線通信技術は、チップ間の通信を無線で行うので、ＴＳＶ技術のように、チップを貫通するビアを形成する必要がないという長所がある。

図１は、従来のチップ間の無線通信技術の概念図である。図１を参照すれば、積層構造で形成されたチップ間の無線電力伝送のために、それぞれのチップは、アンテナを備えている。図１の場合、各チップのアンテナを磁気的結合（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を誘導するインダクタで構成した例である。

ここで、最上層または最下層チップに含まれたアンテナは、残りの層のチップに含まれたアンテナ側に電力を無線伝送しうる。ところが、チップ間の上下積層構造によれば、送信側アンテナから受信側アンテナまでの距離がいずれも異なる。それによれば、各層別に送信側アンテナとの距離による伝送効率の偏差が発生する問題点がある。

本発明の背景となる技術は、特許文献１に開示されている。

韓国公開特許第１０−２０１２−００４０７７９号公報

本発明は、３次元無線チップパッケージでアンテナの構造を改善して、チップ間の無線電力伝送の効率を高めうるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナを提供するところにその目的がある。

本発明は、３次元無線チップパッケージでチップ間の無線電力伝送のためのアンテナにおいて、前記３次元無線チップパッケージは、送信アンテナを通じて交流電力を伝送する第１チップと、前記第１チップの上面または下面に順に積層されて、それぞれの受信アンテナを通じて前記第１チップから前記交流電力を受信する複数の第２チップと、を含み、前記それぞれの受信アンテナは、前記複数の第２チップに個別形成されるが、前記送信アンテナの上部または下部で互いに上下方向に重畳されない位置に区画されて形成されているチップ間の無線電力伝送のためのアンテナを提供する。

ここで、前記それぞれの受信アンテナは、前記送信アンテナとの離隔距離によって異なるサイズに形成されうる。

また、前記それぞれの受信アンテナは、前記送信アンテナとの離隔距離が大きいほど大きなサイズに形成されうる。

ここで、前記それぞれの受信アンテナは、前記送信アンテナとの離隔距離の二乗に比例するサイズに形成されうる。

また、前記それぞれの受信アンテナのサイズの和は、前記送信アンテナのサイズと同一であり得る。

本発明によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナによれば、無線電力を受信するチップ上に形成されるアンテナを上下方向に互いに重畳されない位置に形成することによって、チップ間の無線電力伝送の効率を高めうる利点がある。また、それぞれの受信チップ上のアンテナを、送信チップ上のアンテナとの離隔距離によって異なるサイズに形成することによって、チップ間の距離による受信電力の不均衡問題を解決することができる。

従来のチップ間の無線通信技術の概念図である。 本発明の第１実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの構成図である。 図２に示された電気的結合によるアンテナを磁気的結合によるアンテナに代替した場合の実施形態である。 本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの構成図である。 本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの他の例を示す図面である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。

本発明は、３次元無線チップパッケージでチップ間の無線電力伝送のためのアンテナに関するものである。３次元無線チップパッケージは、送信アンテナを通じて交流電力を伝送する第１チップと、その第１チップの上面または下面に順に積層されて、それぞれの受信アンテナを通じて第１チップから交流電力を受信する複数の第２チップと、を含む。

本発明の実施形態は、前記第１チップのアンテナから電力を無線受信する前記複数の第２チップ上のアンテナの構造を改善することによって、無線電力伝送の効率を高める。

以下、説明の便宜上、第１チップの下部に複数の第２チップが積層された形態の３次元無線チップパッケージを例示とする。また、それぞれのチップに含まれた送信アンテナ及び受信アンテナの形状を図示して、本発明の実施形態を説明する。もちろん、本発明の実施形態は、第１チップの上部に複数の第２チップが積層された構造の場合にも適用が可能である。

図２は、本発明の第１実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの構成図である。図２には、第１チップに形成されるアンテナＡ１である送信アンテナ１００と、第１チップ下部の３個の第２チップにそれぞれ形成されるアンテナＢ１〜Ｂ３である受信アンテナ２１０、２２０、２３０と、を図示している。ここで、もちろん、アンテナ間の間隔は、チップ間の間隔に対応する。

図２は、送信アンテナ１００と受信アンテナ２１０、２２０、２３０とが互いに電気的結合によって電力を無線送受信する例であって、それぞれのアンテナは、キャパシタの形態に形成されている。これは、互いに離隔したそれぞれのアンテナを金属板で構成したものに従う。

ここで、電力を無線受信するそれぞれの第２チップは、第１チップとの距離によって電気的結合力に相対的な差が発生する。このような問題点を補完するために、図２は、送信アンテナ１００との距離によって受信アンテナ２１０、２２０、２３０のサイズを異ならせている。すなわち、送信アンテナ１００と遠くある受信アンテナであるほど大きなサイズに形成されている。その原理をより詳しく説明すれば、次の通りである。

まず、送信アンテナ１００と第１受信アンテナ２１０は、平行な金属板が互いに対向している形態であって、送信アンテナ１００による金属板及び第１受信アンテナ２１０による金属板の間には、キャパシタンス成分が存在する。

また、送信アンテナ１００による金属板と第２受信アンテナ２２０による金属板との間にも、寄生キャパシタンス成分が存在する。しかし、この場合、第２受信アンテナ２２０は、第１受信アンテナ２１０に比べて、相対的に送信アンテナ１００と遠い距離に位置していて、電気的結合が弱くなる恐れがある。それを補完するために、第２受信アンテナ２２０による金属板サイズを第１受信アンテナ２１０による金属板サイズよりも大きく形成する。このような原理で、送信アンテナ１００と最も遠い距離に位置している第３受信アンテナ２３０とによる金属板は、第２受信アンテナ２２０による金属板よりも大きく形成する。このような構成によれば、送信アンテナとの距離による各受信チップでの電力受信率を比較的均一に調節することができる。

以上のように、送信アンテナとの距離によって受信アンテナのサイズに変更を加える構成は、前記第１実施形態のような電気的結合によるアンテナ構成以外にも、磁気的結合によるアンテナの構成でも、同じ原理で適用が可能である。

図３は、図２の電気的結合によるアンテナを磁気的結合によるアンテナに代替した場合の実施形態である。磁気的結合を利用する場合には、図２の送受信アンテナをいずれも螺旋状のインダクタ形態で具現すれば良い。

図３には、第１チップに形成されるアンテナａ１である送信アンテナ１０と、第１チップ下部の３個の第２チップにそれぞれ形成されるアンテナｂ１〜ｂ３である受信アンテナ２０、３０、４０と、を図示している。この際、送信アンテナと遠い距離に位置した受信アンテナであるほどインダクタのサイズを増加させる。インダクタのサイズは、インダクタの巻回数、金属線の厚さ、線間間隔などを調節することによって可能である。

図４は、本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの構成図である。図４には、第１チップに形成されるアンテナＣ１である送信アンテナ１０１と、第１チップ下部の４個の第２チップにそれぞれ形成されるアンテナＤ１〜Ｄ４である受信アンテナ２１１、２２１、２３１、２４１と、を図示している。このような図４も、アンテナがキャパシタ形態に形成されて、互いに電気的結合によって無線電力を送受信する例である。

ここで、前記それぞれの受信アンテナ２１１、２２１、２３１、２４１は、前記４個の第２チップに個別形成されるが、送信アンテナ１０１の下部で互いに上下方向に重畳されない位置に区画されて形成されている。それによれば、受信アンテナによる送信アンテナの遮蔽現象が発生しなくて、あらゆる受信アンテナ２１１、２２１、２３１、２４１が送信アンテナ１０１と直接対向するように配され、結果的に、無線電力伝送の効率を高めうる。

ここで、無線電力を受信するそれぞれの第２チップは、第１チップとの距離によって電気的結合に相対的な差が発生する恐れがある。それを補完するために、本実施形態では、送信アンテナとの距離によって受信アンテナのサイズを異なるサイズに形成する。

図５は、本発明の第２実施形態によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナの他の例を示す。図５の場合、第１チップに形成されるアンテナＣ１´である送信アンテナ１０２と、第１チップ下部の３個の第２チップにそれぞれ形成されるアンテナＤ１´〜Ｄ３´である受信アンテナ２１２、２２２、２３２と、を図示している。

このような図５の場合は、図４のような原理で受信アンテナ２１２、２２２、２３２が送信アンテナ１０２の下部で互いに重畳されない位置に形成されているが、送信アンテナ１０２との距離によって受信アンテナ２１２、２２２、２３２のサイズを異なるように適用したものである。

すなわち、それぞれの受信アンテナ２１２、２２２、２３２は、送信アンテナ１０２との離隔距離が大きいほど大きなサイズに形成されている。この際、それぞれの受信アンテナ２１２、２２２、２３２は、送信アンテナ１０２との離隔距離の二乗に比例するサイズに形成されうる。これは、一般的に無線信号の到達強度が距離の二乗に反比例するものを利用したものである。

このような構成によれば、前記第１実施形態のように、各チップでの送信アンテナと受信アンテナとの間の電気的結合力が送受信アンテナ間の距離によって変わる問題を解決し、各チップに対する電力受信効率を均一に調節することができる。

そして、図４及び図５の実施形態において、各受信アンテナのサイズの和は、前記送信アンテナのサイズと同一であることが分かる。それによれば、あらゆる受信アンテナは、相互干渉されずに送信アンテナと対向するように構成することができる。また、送信アンテナサイズの限度内で送信アンテナとの距離による個別受信アンテナサイズを調節することができて、結果的に、無線電力送受信の効率を高めうる。

以上のような本発明によるチップ間の無線電力伝送のためのアンテナによれば、無線電力を受信するチップ上に形成されるアンテナを上下方向に互いに重畳されない位置に形成して、チップ間の無線電力伝送の効率を高めうる利点がある。また、付加的に送信チップ上のアンテナとの距離に対応して、受信チップ上のアンテナのサイズを異ならせて、チップ間の距離による受信電力の不均衡問題を解決することができる。

本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。

本発明は、チップ間の無線電力伝送のためのアンテナに利用されうる。

Claims (5)

1. ３次元無線チップパッケージでチップ間の無線電力伝送のためのアンテナにおいて、
   前記３次元無線チップパッケージは、
   送信アンテナを通じて交流電力を伝送する第１チップと、前記第１チップの上面または下面に順に積層されて、それぞれの受信アンテナを通じて前記第１チップから前記交流電力を受信する複数の第２チップと、を含み、
   前記それぞれの受信アンテナは、
   前記複数の第２チップに個別形成されるが、前記送信アンテナの上部または下部で互いに上下方向に重畳されない位置に区画されて形成されているチップ間の無線電力伝送のためのアンテナ。
2. 前記それぞれの受信アンテナは、
   前記送信アンテナとの離隔距離によって異なるサイズに形成された請求項１に記載のチップ間の無線電力伝送のためのアンテナ。
3. 前記それぞれの受信アンテナは、
   前記送信アンテナとの離隔距離が大きいほど大きなサイズに形成された請求項２に記載のチップ間の無線電力伝送のためのアンテナ。
4. 前記それぞれの受信アンテナは、
   前記送信アンテナとの離隔距離の二乗に比例するサイズに形成された請求項３に記載のチップ間の無線電力伝送のためのアンテナ。
5. 前記それぞれの受信アンテナのサイズの和は、
   前記送信アンテナのサイズと同一である請求項３に記載のチップ間の無線電力伝送のためのアンテナ。