KR100716017B1 - 모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지 - Google Patents

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Abstract

모바일 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지를 개시한다. 본 발명의 시스템 온 패키지는 제1면에는 외부 연결 단자 패턴이 형성되고 제2면에는 회로배선 패턴이 형성된 기판을 포함한다. 기판의 제2면 상에는 고주파 프론트 엔드부, 파워 증폭기 집적회로 칩, 아날로그 디지털 신호처리 칩 등이 실장된다. 고주파 프론트 엔드부는 UHF 대역 무선인식신호를 송수신하기 위하여 안테나, 밴드패스필터 등의 패시브 부품들을 포함한다. 파워 증폭기 집적회로 칩은 고주파 프론트 엔드부에 증폭된 고주파 송신신호를 제공하기 위한 것으로 상대적으로 송출 파워가 크므로 다른 파트들과 간섭을 최소화시키기 위하여 별도의 칩으로 구현되어 실장된다. 즉, UHF 무선인식 리더기에서는 송수신이 동시에 이루어지므로 송신신호에 비해 상대적으로 수신신호가 매우 작다. 그러므로, 수신신호는 송신신호와의 간섭을 최소화 시켜야 할 필요성이 있다. 아날로그 및 디지털 신호처리 칩은 RF 아날로그 파트부와 무선인식 데이터를 코딩하고 디코딩하는 디지털 파트부를 원칩 상에 구현한 것으로 아날로그 파트와 디지털 파트를 원칩화 시킴으로써 소형화가 가능하고 실장되는 부품수를 줄이고 기판의 배선 패턴의 라우팅을 용이하게 할 수 있다. 실장된 부품 및 칩들을 외부와 전기적으로 절연시키기고 물리적으로 보호하기 위하여 제2면을 몰드 수지로 도포하여 보호층을 형성한다.

Description

모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지{System In Package of UHF RFID Interrogator embedded Mobile Terminator}
도 1은 본 발명에 의한 모바일 무선인식 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 모바일 무성인식 리더기의 시스템 인 패키지의 사시도이다.
도 3은 도 2의 기판 제1면에 배치된 단자패턴의 바람직한 일 실시에를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 단자패턴 중 일부를 확대한 도면이다.
본 발명은 모바일 무선인식 리더기(RFID Interrogator)의 시스템 인 패키지(SIP : Sysem In Package)에 관한 것으로 특히 900MHz 대역의 모바일 단말기에 내장시키기 위한 무선인식(RFID: Radio Frequency IDentification)리더기에 관한 것이다.
일반적으로 무선인식 리더기는 전자태그에 전력을 공급하고 전자태그로부터 송신된 무선식별코드를 리드하기 위하여 고정형 또는 휴대형으로 제공되고 있다. 사용하는 주파수 대역에 따라 125㎑/134㎑ 대역, 13.56㎒대역, 433㎒ 대역, 900㎒ 대역, 2.45㎓ 대역 및 5.8㎓ 대역으로 구분된다.
최근에 휴대폰과 같은 모바일 제품과 사용 주파수 대역이 유사한 900MHz 대역의 RFID 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 900MHz 대역의 리더는 패치형 안테나 기반의 고정형 리더이며 ALIEN, AWID 회사의 제품은 안테나 내장형의 독립형 리더도 제조하고 있다. 월마트의 영향으로 주파수는 902~928㎒, FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)방식을 주로 이용한 FCC규격을 만족하는 북미형 리더들이 생산되고 있다.
현재 리더의 개발 추세는 월마트를 비롯한 물류/유통 분야의 요구사항을 만족시키는 방향으로 가고 있다. 대부분의 리더는 휴대형 리더 모듈을 탑재하고 있으며 리더의 형태에 따라 산업용 PDA에 적용한 제품, PCMCIA 타입, 모듈 형태가 있다. 전원의 형태에 따라 분류하면 배터리 내장형과 분리형으로 나눌 수 있고, 0.5W 모듈과 1W모듈의 사용에 따라 배터리 소모량이 차이를 보인다. 현재의 기술 수준에서는 1~2 시간 정도의 연속 동작 시간을 가지며, 아직까지는 사용자의 요구에 부응하는 사용시간 및 성능을 만족하는 제품은 없다.
모듈 타입은 휴대폰 단말기에 모듈 카드를 연결하여 사용하는 것으로 전체적으로 사이즈가 커서 휴대 및 사용하기 불편한 문제가 있었다.
최근의 휴대폰 단말기의 소형화, 경량화, 슬림화 추세에 맞추어 RFID 리더를 휴대폰 단말기에 내장시키기 위해서는 RFID 리더의 시스템 인 칩(SIP:System In Chip)화가 요구되고 있다. 휴대폰에 내장시키기 위하여 리더기를 소형의 SIP로 구 현하기 위해서는 상대적으로 사이즈가 큰 모듈방식에 비해 기술적으로 해결하여야 할 여러 가지 문제점들, 예컨대 아날로그 및 디지털 신호처리의 혼재, 저전력화, 소형화에 따른 방열설계, 신호 간섭에 따른 신호 무결성 향상 등이 존재하게 된다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 소형화가 가능한 모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 송수신간의 간섭을 최소화시킬 수 있는 모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형화에 따른 방열문제를 해결할 수 있는 모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단자 배치의 효율화로 신호 간섭을 최소화 시킬 수 있는 모바일 무선인식 리더기의 시스템 인 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템 온 패키지는 제1면에는 외부 연결 단자 패턴이 형성되고 제2면에는 회로배선 패턴이 형성된 기판을 포함한다. 기판의 제2면 상에는 고주파 프론트 엔드부, 파워 증폭기 집적회로 칩, 아날로그 디지털 신호처리 칩 등이 실장된다. 고주파 프론트 엔드부는 UHF 대역 무선인식신호를 송수신하기 위하여 안테나, 밴드패스필터 등의 패시브 부품들을 포함한다. 파워 증폭기 집적회로 칩은 고주파 프론트 엔드부에 증폭된 고주파 송신신호를 제공하기 위한 것으로 상대적으로 송출 파워가 크므로 다른 파트들과 간섭을 최소화시 키기 위하여 별도의 칩으로 구현되어 실장된다. 즉, UHF 무선인식 리더기에서는 송수신이 동시에 이루어지므로 송신신호에 비해 상대적으로 수신신호가 매우 작다. 그러므로, 수신신호는 송신신호와의 간섭을 최소화 시켜야 할 필요성이 있다. 아날로그 및 디지털 신호처리 칩은 RF 아날로그 파트부와 무선인식 데이터를 코딩하고 디코딩하는 디지털 파트부를 원칩상에 구현한 것으로 아날로그 파트와 디지털 파트를 원칩화 시킴으로써 소형화가 가능하고 실장되는 부품수를 줄이고 기판의 배선 패턴의 라우팅을 용이하게 할 수 있다. 실장된 부품 및 칩들을 외부와 전기적으로 절연시키기고 물리적으로 보호하기 위하여 제2면을 몰드 수지로 도포하여 보호층을 형성한다.
본 발명에서 기판의 제1면에 형성된 외부 연결 단자 패턴은 상기 제1면의 중앙부에 열방출을 위해 격자형 접지단자 패턴을 배치시키고, 주변부에 신호단자 및 전원단자 패턴을 배치시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 패키지 사이즈는 12mm ■12mm 정도로 소형화 됨에 따라 열방출을 보다 효과적으로 하기 위하여 중앙부에 접지단자들을 매트릭스 상으로 집중적으로 배치시켜서 배선패턴 중 가장 넓은 면적을 차지하는 접지패턴을 통해 패키지 내부의 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있다.
여기서, 주변부에 배치된 신호단자 패턴 중 고주파 입력신호 단자들 각각은 주변의 다른 신호선과 간섭을 차폐시키기 위하여 그 주변부에 접지단자패턴들로 둘러 쌓이도록 배치되는 것이 바람직하다. 고주파 입력신호 단자들은 고주파 차동신호 입력단자, 고주파 공통모드신호 입력단자를 포함한다.
고주파 차동신호 입력단자는 차동신호선들 사이에만 필드가 형성되어야 하지만 주변의 다른 신호선과 필드가 형성될 경우 간섭에 의한 신호 무결성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 차동신호선들 사이로 필드가 한정되도록 주변에 접지단자들을 배치하여 필드를 차폐시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편 공통모드신호 입력단자는 리턴 커런트 패스가 길 경우 패키지 및 보드 상의 기생성분에 의해 노이즈가 발생될 수 있다. 그러므로, 공통모드신호 입력단자 주변을 접지단자들로 둘러쌓게 되면 리턴 커런트 패스가 줄어들게 되므로 신호 무결성을 향상시킬 수 있다.
예컨대 고주파 신호 입력단자들로는 파워 증폭기 집적회로 칩의 고주파 수신신호 입력단자, 신호처리 칩의 위상고정루프 클록신호 입력단자 및 전압제어발진기 입력단자, 프론트 엔드부의 고주파 수신신호 입력단자 등이 포함될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하고자 한다. 이 실시예는 이 기술에 숙련된 자들이 본 발명을 실시할 수 있게 충분히 상세하게 기술한다.
도 1은 본 발명에 의한 모바일 무선인식 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 모바일 UHF 무선인식 리더기(20)는 SIP 타입으로 제작되어 휴대폰 본체(10) 내의 휴대폰 회로 기판 상에 실장된다. 무선인식 리더기(20)는 900MHz 대역(ISO/IEC 18000-6 표준)의 고주파 신호를 송출하여 UHF RFID 태그(30)에 전력과 동시에 커맨드를 전송하고, 동시에 태그(30)로부터 송출된 고주파 무선인식 신호를 수신한다.
도 2는 본 발명에 의한 모바일 무성인식 리더기의 시스템 인 패키지의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 SIP는 기판(100), 고주파 프론트 엔드부(110), 파워 증폭기 집적회로(120), 아날로그 및 디지털 신호처리 칩(130) 및 몰드 수지(140)를 포함한다. 기판(100)의 제1면(102)에는 외부 연결 단자 패턴(104)이 형성되고 제2면(106)에는 회로배선 패턴(108)이 형성된다. 제1면(102)의 단자는 제2면(106)의 회로배선과 기판(100)에 형성된 비아(미도시)를 통해 상호 전기적으로 연결된다. 제1면(102)의 단자 패턴(104)은 매트릭스 상으로 배열되고 BGA(Ball Grid Array) 타입으로 형성된다.
기판(100)의 제2면(106) 상에는 회로배선패턴(108)이 형성되고 고주파 프론트 엔드부(110), 파워 증폭기 집적회로 칩(120), 아날로그 디지털 신호처리 칩(130) 등이 실장된다. 고주파 프론트 엔드부(110)은 UHF 대역 무선인식신호를 송수신하기 위하여 안테나 패턴, 밴드패스필터를 구성하는 개별 저항기, 커패시터 및 인덕터 등의 패시브 부품들, 서큘레이터 등을 포함한다.
파워 증폭기 집적회로 칩(120)은 고주파 프론트 엔드부(110)에 증폭된 고주파 송신신호를 제공하기 위한 것으로 상대적으로 송출 파워가 크므로 다른 파트들과 간섭을 최소화시키기 위하여 별도의 칩으로 구현되어 실장된다. 즉, UHF 무선인식 리더기에서는 송수신이 동시에 이루어지므로 송신신호에 비해 상대적으로 수신신호가 매우 작다. 그러므로, 수신신호는 송신신호와의 간섭을 최소화 시켜야 할 필요성이 있다.
아날로그 및 디지털 신호처리 칩(130)은 RF 아날로그 파트부와 무선인식 데이터를 코딩하고 디코딩하는 디지털 파트부를 원 칩 상에 구현한 것이다. RF 아날로그 파트는 RF 송신부, RF 수신부, 위상고정루프(PLL)를 포함하는 주파수 합성부 등을 포함한다. 디지털 파트부는 RF 송신부에 인코딩된 커맨드를 제공하고 수신된 베이스 밴드 신호를 디코딩하여 코드를 인식처리한다. 인식된 정보는 휴대폰 제어부를 통하여 표시창에 표시되거나 이동 통신망을 통하여 서비스 센터에 전송될 수 있다. 본 발명의 신호처리 칩은 아날로그파트와 디지털 파트를 원칩화시킴으로써 소형화가 가능하고 실장되는 부품수를 줄이고 기판의 배선 패턴의 라우팅을 용이하게 할 수 있다.
이와 같은 부품 및 칩들이 실장된 다음에 외부와 전기적으로 절연시키기고 물리적으로 보호하기 위하여 제2면을 몰드 수지(130)로 덮어서 보호층을 형성한다.
도 3은 도 2의 기판 제1면에 배치된 단자패턴의 바람직한 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 단자패턴 중 A부분을 확대한 도면이다.
본 발명에서 기판(100)의 제1면(102)에 형성된 외부 연결 단자 패턴(104)은 제1면(102)의 중앙부(102A)(10단자열 ■ 10단자열 사이즈)에 열방출을 위해 격자형 접지단자들을 집중적으로 배치시키고, 주변부(102B)에 신호단자 및 전원단자들을 배치시킨다. 본 발명의 패키지 사이즈는 12mm ■12mm 정도로 소형화 됨에 따라 열방출을 보다 효과적으로 하기 위하여 중앙부(102A)에 접지단자들을 매트릭스 상으로 집중적으로 배치시켜서 배선패턴 중 가장 넓은 면적을 차지하는 접지패턴을 통해 패키지 내부의 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 주변부(102B)에 배치된 신호단자 패턴 중 고주파 입력신호 단자들, 즉 파워 증폭기 집적회로 칩의 고주파 입력단자(P_RF_i+, P_RF_i-) 및 기준신호 입력단자 (PA 0+, PA 0-) 등의 차동 입력단자들은 주변의 다른 신호선과 간섭을 차폐시키기 위하여 그 주변부에 접지단자들이 둘러쌓도록 배치시킨다. 즉, 고주파 차동신호 입력단자는 차동신호선들 사이에만 필드가 형성되어야 하지만 주변의 다른 신호선과 필드가 형성될 경우 간섭에 의한 신호 무결성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 차동신호선들 사이로 필드가 한정되도록 주변에 접지단자들을 배치하여 필드를 차폐시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편 공통모드신호 입력단자(DIV_0, VCO_0)는 리턴 커런트 패스가 길 경우 패키지 및 보드 상의 기생성분에 의해 노이즈가 발생될 수 있다. 그러므로, 공통모드신호 입력단자 주변을 접지단자들로 둘러쌓게 되면 리턴 커런트 패스가 줄어들게 되므로 신호 무결성을 향상시킬 수 있다.
예컨대 고주파 신호 입력단자들로는 파워 증폭기 집적회로 칩의 고주파 수신신호 입력단자, 신호처리 칩의 위상고정루프 클록신호 입력단자 및 전압제어발진기 입력단자, 프론트 엔드부의 고주파 수신신호 입력단자 등이 포함될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 소형화가 가능하고, 송수신간의 간섭을 최소화시키며, 소형화에 따른 방열문제를 해결할 수 있고, 단자 배치의 효율화로 신호 간섭을 최소화 시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 제1면에는 외부 연결 단자 패턴이 형성되고 제2면에는 회로배선 패턴이 형성된 기판;
    상기 제2면 상에 실장되어 UHF 대역 무선인식신호를 송수신하기 위한 고주파 프론트 엔드부;
    상기 제2면 상에 실장되고, 상기 고주파 프론트 엔드부에 증폭된 고주파 송신신호를 제공하기 위한 파워 증폭기 집적회로 칩;
    상기 제2면 상에 실장되고, 상기 파워 증폭기 집적회로 칩에 고주파 송신신호를 제공하고 상기 고주파 프론트 엔드부를 통해 수신된 고주파 수신신호를 수신하여 무선인식코드를 코딩 및 디코딩하기 위한 아날로그 및 디지털 신호처리 칩; 및
    상기 실장된 부품 및 칩들을 외부와 전기적으로 절연시키기고 물리적으로 보호하기 위하여 상기 제2면상에 도포되는 몰드 수지를 구비한 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 제1면에 형성된 외부 연결 단자 패턴은
    상기 제1면의 중앙부에 열방출을 위해 격자형 접지단자 패턴을 배치시키고, 주변부에 신호단자 및 전원단자 패턴을 배치시킨 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
  3. 제2항에 있어서, 주변부에 배치된 신호단자 패턴 중 고주파 입력신호 단자들 각각은 주변의 다른 신호선과 간섭을 차폐시키기 위하여 그 주변부에 접지단자패턴들로 둘러 쌓이도록 배치된 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고주파 입력신호 단자들은
    적어도 고주파 차동신호 입력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고주파 입력신호 단자들은
    적어도 고주파 공통모드신호 입력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
  6. 제3항에 있어서, 상기 고주파 입력신호 단자들은
    상기 파워 증폭기 집적회로 칩의 고주파 수신신호 입력단자, 상기 신호처리 칩의 위상고정루프 클록신호 입력단자 및 상기 프론트 엔드부의 고주파 수신신호 입력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 내장형 UHF 무선인식 리더기의 시스템 온 패키지.
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