KR100836537B1 - 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 에스아이피 및 그설계 방법 - Google Patents

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Abstract

접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP 및 그 설계 방법이 개시된다. 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP는 제 1 및 제 3 레이어, 상기 제 1 및 제 3 레이어 사이에 배치되는 제 2 레이어 및 상기 제 1 및 제 3 레이어에 접지면이 형성되며 상기 제 2 레이어에 패치가 형성되는 접는 방식의 단락 패치 안테나로 구성된다. 따라서, SiP 내에 접는 방식의 단락 패치 안테나가 삽입되도록 함으로써, SiP에서 안테나의 소형화 및 성능 개선을 이룰 수 있다.
SiP, 패치 안테나, 단락 패치 안테나, 접는 방식의 단락 패치 안테나, 마이크로스트

Description

접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 에스아이피 및 그 설계 방법{SiP(System-in-Package) Embedding Folded Type SP(Shorted-Patch) Antenna and Method for Designing SiP thereof}
도 1은 종래의 일반적인 사각 패치 안테나의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 일반적인 접는 방식의 단락 패치 안테나의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 3c는 각각 종래의 패치 안테나, 단락 패치 안테나 및 접는 방식의 단락 패치 안테나의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명은 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(System-in-Package) 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접는 방식의 단락 패치 안테나를 SiP에 적용하여 안테나의 가용 주파수 범위를 확장함과 동시에 소형화할 수 있는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP 및 그 설계 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 사각 패치 안테나의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 사각 패치 안테나(100)는 사각형 패치(Rectangular Patch)(102), 접지면(Ground Plane)(104) 및 급전선(Feeding Probe)(106)으로 구성된다. 안테나의 급전은 접지면(104)을 통하여 패치에 연결되어 있는 급전선(106)을 통해 이루어진다.
사각 패치 안테나(100)는 그 구조가 간단하고 제작이 용이하여 다양한 분야에 적용 가능성이 높다. 하지만 일반적인 구조의 사각형 패치 안테나는 안테나 길이가 일반적으로 파장의 1/2 길이이기 때문에, 현재 사용되고 있는 6GHz 이하의 무선 주파수 범위의 안테나로 사용될 경우 그 크기가 커서 소형화가 필수적인 모바일(Mobile) 장치에 적합하지 않다.
위와 같은 소형화의 필요성에 의해 1/4 파장 길이인 단락 패치(Shorted-Patch : SP) 안테나, 1/8 파장 길이인 접는 방식의 단락-패치 안테나 등의 기술이 개발되었다. 이들은 적층 구조로 쌓아야 하는 안테나 모양으로 급전 프로브를 따로 두고 있으며 칩과 별개로 개발되어왔다. 그러나, 이들은 패치로의 급전에 있어 동축선 급전 방식을 사용하기 때문에 평면 회로화 되어가는 무선 기기에 역시 적합하지 않다.
도 2는 종래의 일반적인 접는 방식의 단락 패치 안테나의 구조를 나타내는 도면이며, 도 3a 내지 3c는 각각 종래의 패치 안테나, 단락 패치 안테나 및 접는 방식의 단락 패치 안테나의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 접는 방식의 단락 패치 안테나(200)는 사각형 패치(202), 접지면(204) 및 급전선(206)으로 구성된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 접지면(204)은 사각형 패치(202)를 둘러싸도록 "ㄷ" 자 형태로 접혀있다. 사각형 패치(202)는 1/8 파장 길이를 가지며 접지면(204)과 단락되어 있다. 급전선(206)은 동축선 급전 방식으로 구성된다.
한편, 최근에 휴대폰 단말기, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 모바일 장치에는 소형화를 위해서 여러 시스템과 수동 소자들을 하나의 패키지(Package)에 구현하고, 패키지 안에 데이터 송수신을 위한 안테나까지 집적하게 되는 SiP(System-in-Package) 기술이 다양하게 사용되고 있다.
따라서, 소형화가 필수적인 SiP에 있어서 안테나의 소형화 및 성능 개선 역시 필수적인데, 종래의 SiP에서는 안테나의 소형화 및 성능 개선에 대한 적절한 대안이 제시되지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 SiP 내에 접는 방식의 단락 패치 안테나가 삽입되도록 함으로써 SiP에서 안테나의 소형화 및 성능 개선을 이룰 수 있고, 안테나에 대한 급전부로서 종래의 동축 케이블이 아닌 마이크로스트립 라인을 사용함으로써 소형화는 물론 제작 경비를 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP 및 그 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 제 1 및 제 3 레이 어(Layer); 상기 제 1 및 제 3 레이어 사이에 배치되는 제 2 레이어; 및 상기 제 1 및 제 3 레이어에 접지면이 형성되며 상기 제 2 레이어에 패치(Patch)가 형성되는 접는 방식의 단락 패치 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(System-in-Package)가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, (a) 제 1 및 제 3 레이어에 접지면을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 제 1 및 제 3 레이어 사이에 배치되는 제 2 레이어에 패치를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 접지면과 상기 패치 간의 단락을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(400)는 제 1, 제 2 및 제 3 레이어(Layer)(402, 404 및 406)와 접는 방식의 단락 패치 안테나(408)를 포함하며, 접는 방식의 단락 패치 안테나(408)는 접 지면(410), 패치(412) 및 급전부(414)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(400)는 그 밖에도 여러 시스템들과 각종 수동 소자 등을 포함하는데, 여러 칩과 수동 소자가 실장 되는 탑 레이어(Top Layer), 테스트 보드(Board)에 패키지를 실장하기 위한 볼(Ball) 또는 리드 프레임(Lead Frame)이 연결된 바텀 레이어(Bottom Layer), 패키지 내의 칩과 소자에 전압을 공급하기 위한 파워 레이어(Power Layer) 및 접지를 위한 그라운드 레이어(Ground Layer) 등과 같은 다수의 레이어들을 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(400)는 적어도 3개의 레이어가 필요하다. 즉, 제 1 레이어(402) 및 제 3 레이어(406) 사이에 제 2 레이어(404)가 배치되어, 제 1 레이어(402) 및 제 3 레이어(406)는 접는 방식의 단락 패치 안테나에서의 접지면으로 사용되며 제 2 레이어(404)는 패치로 사용된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나(408)는 그 접지면(410)이 제 1 레이어(402) 및 제 3 레이어(406) 상에 형성되고, 패치(412)는 제 2 레이어(404) 상에 형성된다. 즉, 접지면(410)은 "ㄷ" 형으로 접혀 제 1 레이어(402) 및 제 3 레이어(406) 상에 걸쳐 형성되어 제 2 레이어(404) 상에 형성된 패치(412)의 위아래에 위치하게 된다. 또한, "ㄷ"형으로 접을 때에 단락부(422)를 통해 제1레이어(402)와 제 3 레이어(406)가 단락되게 된다.
패치(412)의 일부분은 단락부(420)를 통해 접지면(410)과 단락되게 되는데, 제 1 레이어(402) 또는 제 3 레이어(406) 상의 접지면 중 하나와 단락된다. 즉, 단락부(420)는 안테나의 패치(412)와 접지면(410)의 단락을 위한 것이다. 단락부 (420 및 422)는 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board)에서 사용하는 스루홀 비아(Through-hall Via)를 연속적으로 배열하여 형성될 수 있으며, 비아 월(Via Wall) 등을 사용하여 형성될 수도 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(400)의 구조는 일반적인 접는 방식의 단락 패치 안테나의 구조를 기본으로 하여 SiP의 각 레이어들을 접지면 및 패치의 형성에 이용한 형태라 할 수 있다.
이와 같이 접는 방식의 단락 패치 안테나가 적용된 경우에는 1/8 파장으로 안테나 길이가 짧아지는 이점이 있다. 즉, 단순 패치 안테나의 경우 파장의 1/2에 해당되는 길이를 가지게 되어 예를 들어, 6GHz 이상의 주파수에서 사용할 수 있는 안테나를 구성할 수는 있으나 6GHz 이하의 무선 주파수 범위에서 동작 가능한 안테나를 구현할 때는 그 크기가 커서 집적화가 힘든 반면, 1/8 파장으로 짧아지면 6GHz 이하에서 동작 가능한 안테나의 소형 제작이 가능한 것이다.
한편, 안테나의 패치(412)는 급전부(414)를 통해 공급되는 전류를 유기하게 되는데, 패키지 내에 포함된 시스템 출력단의 전류가 급전부(414)를 통해 패치(412)에 급전된다.
여기서, 급전부(414)는 마이크로스트립 라인(Micro-Strip Line)의 형태가 될 수 있다. 이 경우, 급전부(414)는 레이어의 구별 없이 어떤 레이어를 통해서도 형성될 수 있는데 패키지 특성을 고려하여 급전부(414)가 형성되는 레이어 및 급전 위치를 정할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 급전부(414)는 마이크로스트립 라인의 형태로서 제 1 레이어(402) 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 1 레이어(402) 상에 있는 접지면(410)에 마이크로스트립 라인을 유도하기 위한 슬릿(Slit)을 내고, 다시 비아(Via) 등을 이용하여 아래에 있는 패치(412)와 연결함으로써 패치(412)에 급전할 수 있게 된다.
물론, 급전부(414)는 제 1 레이어(402) 뿐만 아니라, 제 2 레이어(404) 또는 제 3 레이어(406) 상에 형성될 수 있음은 당연하다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 슬릿 또는 비아를 이용하여 접지면(410)을 거쳐서 급전하지 않고, 곧바로 패치(412)에 급전할 수 있도록 제 2 레이어(404) 상에 마이크로스트립 라인이 형성될 수도 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기와 같은 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP 및 그 설계 방법에 따르면, SiP 내에 접는 방식의 단락 패치 안테나가 삽입되도록 함으로써, SiP에서 안테나의 소형화 및 성능 개선을 이룰 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 접는 방식의 단락 패치 안테나에 대한 급전부로서 종래의 동축 케이블이 아닌 마이크로스트립 라인을 사용함으로써, 소형화는 물론 제작 경비를 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 및 제 3 레이어(Layer);
    상기 제 1 및 제 3 레이어 사이에 배치되는 제 2 레이어; 및
    상기 제 1 및 제 3 레이어에 접지면이 형성되며 상기 제 2 레이어에 패치(Patch)가 형성되는 접는 방식의 단락 패치 안테나
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP(System-in-Package).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지면과 상기 패치 간의 단락은 스루홀 비아(Through-hall Via) 또는 비아 월(Via Wall)을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 SiP는 상기 패치에 급전을 하기 위한 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 급전부는 마이크로스트립 라인(Micro-Strip Line)을 포함하는 것을 특 징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 라인은 상기 제 1 또는 상기 제 3 레이어 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 레이어의 접지면 또는 상기 제 3 레이어의 접지면에는 슬릿(Slit)이 형성되고, 상기 형성된 슬릿 안으로 상기 마이크로스트립 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 라인은 비아(Via)를 통해 상기 패치와 연결되어 급전하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP.
  8. (a) 제 1 및 제 3 레이어에 접지면을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 제 1 및 제 3 레이어 사이에 배치되는 제 2 레이어에 패치를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 접지면과 상기 패치 간의 단락을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,
    상기 접지면과 상기 패치 간의 단락은 스루홀 비아 또는 비아 월을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    (d) 상기 패치에 급전을 하기 위한 급전부를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 급전부는 마이크로스트립 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서,
    상기 마이크로스트립 라인을 상기 제 1 또는 상기 제 3 레이어 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 레이어의 접지면 또는 상기 제 3 레이어의 접지면에는 슬릿을 형성하고, 상기 형성한 슬릿 안으로 상기 마이크로스트립 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    (e) 상기 마이크로스트립 라인을 비아를 통해 상기 패치와 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접는 방식의 단락 패치 안테나가 탑재된 SiP를 설계하는 방법.
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