KR101150249B1 - 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

집적 회로 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된 위상 배열 안테나를 위한 방법 및 시스템의 측면들이 제공된다. 이 점에 있어서, 다층 집적 회로(IC) 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나는 신호를 송신하거나 수신하는 데에 이용될 수 있다. 신호들을 송신 내지 수신하도록 구현된 IC가 이 다층 IC 패키지에 본딩될 수 있다. 하나 또는 다수의 위상 천이기들(예를 들어 평면형 전송선의 형태로 제조됨)이 다층 IC 패키지 내에 임베딩될 수 있고 다층 IC 패키지에 본딩된 IC를 통해 제어될 수 있다. 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 이들은 각각 연계된 송신기 내지 수신기에 신호 전달 가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조, 피더 라인, 1/4 파장 변환기 및 방사부(예를 들어 폴디드 다이폴(folded dipole) 구조)를 포함할 수 있다.

Description

집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR A PHASED ARRAY ANTENNA EMBEDDED IN AN INTEGRATED CIRCUIT PACKAGE}
본 발명의 일부 실시예들은 신호 처리에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명의 일부 실시예들은 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나(phased array antenna)를 위한 방법 및 시스템에 관련된 것이다.
이동 통신 기술들은 사람들이 통신을 하는 방법을 변화시켜 왔으며, 휴대 전화기들은 하나의 사치품에서 일상 생활의 필수적인 부분으로 변모해 왔다. 휴대 전화기들을 사용하는 것은 요즈음에는 위치나 기술에 의해 방해된다기보다는, 사회적인 상황에 의해 강요되는 것이다. 음성 연결이 통신에 대한 기본적인 요구를 충족시키고 또한 모바일 음성 연결이 일상 생활의 씨줄과 날줄 사이로 점점더 침투해 가는 동안, 모바일 인터넷은 이동 통신 혁명의 다음 단계가 되고 있다. 모바일 인터넷은 일상에 필요한 정보의 공통되는 소스로써 자리 잡고 있고, 이러한 데이터에 대한 간편하고 유연한 모바일 접속은 당연한 것으로 여겨질 것이다.
유선 내지 모바일 통신이 가능한 전자 장치들의 수가 계속해서 증가함에 따 라, 그러한 장치들이 좀더 전력 효율적으로 만드는 것에 관하여 대단히 노력하고 있다. 예를 들어, 통신 장치들의 상당량이 모바일 무선 장치들이고, 따라서 대개 배터리 전력으로 동작한다. 또한, 그러한 모바일 무선 장치들 내에 포함된 송신 내지 수신 회로들은 그러한 장치들 내에서 소비되는 전력의 상당 부분을 차지하게 된다. 더구나, 일부 종래의 통신 시스템들에서, 송신기들이나 수신기들은 종종 그러한 휴대용 통신 장치들의 나머지 블록들에 비해 전력 면에서 비효율적이다. 따라서, 이러한 송신기들 내지 수신기들은 그러한 모바일 무선 장치들의 배터리 수명에 큰 영향을 미친다.
기존의 전통적인 접근법에 따른 다른 한계점들 및 단점들은 당해 기술 분야의 숙련된 자에게, 본 출원의 나머지 부분들에서 도면들을 참조하여 설명되는 본 발명의 몇몇 측면들과 종래의 시스템들의 비교를 통해 명백해질 것이다.
청구범위에서 더욱 완전하게 설명될, 도면 중의 적어도 하나와 함께 나타내지거나 또는 설명되는 바와 본질적으로 같은, 집적 회로 패키지 내의 위상 배열 안테나를 위한 방법 및 시스템이 제공된다.
일 측면에 따르면, 신호 처리를 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은,
다층 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 통해 신호들을 송신 내지 수신하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 송신 내지 수신 단계를 수행하도록 구현되는 집적 회로가 하나 또는 다수의 솔더 볼들을 통해 상기 다층 집적 회로 패키지와 본딩된다.
바람직하게는, 하나 또는 다수의 위상 천이기들이 상기 다층 패키지 내에 임베딩된다.
삭제
바람직하게는, 상기 방법은 상기 다층 집적 회로 패키지에 본딩된 집적 회로로부터 제공되는 하나 또는 다수의 제어 신호들을 통해 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들을 제어하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들은 평면형 전송선들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함하며, 각 안테나 요소는 연계된 송신기 내지 수신기와 신호 전달 가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조(interconnection), 피더 라인(feeder line), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer) 및 방사부(radiating potion)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방사부는 폴디드 다이폴(folded dipole)의 구조이다.
바람직하게는, 상기 위상 배열 안테나는 평면형 전송선들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 다층 집적 회로 패키지는 강자성체 내지 페리자성체 물질로 된 하나 또는 다수의 층들을 포함한다.
일 측면에 따르면, 신호 처리를 할 수 있는 시스템이 제공되며, 상기 시스템은,
다층 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 포함하며, 상기 위상 배열 안테나는 신호의 송신 내지 수신을 가능하게 한다.
바람직하게는, 집적 회로가 하나 또는 다수의 솔더 볼들을 통해 상기 다층 집적 회로 패키지와 본딩된다.
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바람직하게는, 하나 또는 다수의 위상 천이기들이 상기 다층 패키지 내에 임베딩된다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들의 위상 천이는 상기 다층 집적 회로 패키지에 본딩된 집적 회로로부터 제공되는 하나 또는 다수의 제어 신호들을 통해 제어된다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들은 평면형 전송선들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함하며, 각 안테나 요소는 연계된 송신기 내지 수신기와 신호 전달 가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조(interconnection), 피더 라인(feeder line), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer) 및 방사부(radiating potion)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방사부는 폴디드 다이폴(folded dipole)의 구조이다.
바람직하게는, 상기 위상 배열 안테나는 평면형 전송선들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 다층 집적 회로 패키지는 강자성체 내지 페리자성체 물질로 된 하나 또는 다수의 층들을 포함한다.
본 발명에 관한 이러한 장점들 그리고 그 밖의 장점들, 측면들 및 신규한 특징들은 이와 관련하여 예시된 실시예들의 세부사항들과 더불어, 다음의 상세한 설명 및 도면들로부터 더 완벽하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들은 다층(multi-layer) 집적 회로(IC) 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 신호의 송신 내지 수신에 이용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 집적 회로 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된(embedded) 위상 배열 안테나(phased array antenna)에 관한 방법 및 시스템에서 찾아 볼 수 있다. 이 점에 있어서, 다층(multi-layer) 집적 회로(IC) 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나는 신호를 송신하거나 수신하는 데에 이용될 수 있다. 상기 다층 패키지는 하나 또는 다수의 메탈 층들, 절연 물질(insulating material), 강자성체(ferromagnetic) 내지 페리자성체 물질(ferrimagnetic materials)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 상기 안테나는 하나 또는 다수의 평면형(planar) 전송선들(transmission lines)을 포함할 수 있다. 상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 하나의 결부된 송신기 내지 수신기에 통신가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조(interconnection), 피더 라인(feeder line), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer) 및 방사부(radiation potion, 예를 들어 폴디드 다이폴(folded dipole) 구조)를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서는, 신호를 송신 내지 수신하도록 구현된 IC는 하나 또는 다수의 솔더 볼들(solder balls)을 통해 상기 다층 IC 패키지에 본딩(bonded)될 수 있다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 하나 또는 다수의 위상 천이기들(예를 들어 평면형 전송선 내에 제조되는)은 상기 다층 IC 패키지 내에 임베딩될 수 있고, 상기 다층 IC 패키지에 본딩된 IC 내의 논리 회로, 전자 회로 내지 코드를 통해 제어될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 회로 패키지 내의 위상 배열 안테나를 예시한 블록도이다. 도 1a을 참조하면, 다층 집적 회로(IC) 패키지(102), 결합된 IC("칩")(106), 위상 배열 안테나(102) 및 솔더 볼들(108)이 나타나 있다.
상기 IC(106)는 RF 신호들을 송신하거나 수신하는 것과 관련된 하나 또는 다수의 기능들을 수행할 수 있는 적절한 논리 알고리즘(logic), 회로 조직(circuitry), 명령어 코드(code) 등을 포함할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 IC(106)는 도 4에 관하여 설명되는 시스템(420)의 모든 부분 또는 일부분을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 IC(106)는 RF 신호들을 송신하거나 수신하는 데에 상기 패키지(104) 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 IC(106)는 복수의 위상 천이된 신호들(phase shifted signals)로 상기 안테나(102) 를 구동할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(106)는 송신기 내지 수신기를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 IC(106)는 위상 천이 회로부를 포함할 수 있고, 또한 분리된 송신기 내지 수신기와 결합되어 있을 수 있다(PCB 상의 하나 또는 다수의 트레이스들(traces)을 통해). 또 다른 실시예에서는, 위상 천이 요소들이 상기 패키지(104) 내에 제조될 수 있고, 상기 패키지(104)는 다양한 종류의 송신기들 내지 수신기들과 통신 가능하도록 결합될 수 있는 "독립(stand alone)" 또는 "표준화" 안테나로써 이용될 수 있다.
상기 IC(106)는 상기 솔더 볼들(108)을 이용하여 상기 다층 IC 패키지(104)에 범프 본딩(bump-bonded) 또는 플립칩 본딩(flip-chip bonded) 될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 IC(106)를 상기 다층 IC 패키지(104)에 연결시키는 와이어 본드들(wire bonds)은 제거될 수 있으며, 와이어 본드들로 인한 통제 불가능한 포류 인덕턴스(stray inductance)를 줄이거나 또는 제거할 수 있다. 추가적으로, IC(106)에서 발산되는 열 전도도 상기 솔더 볼들(108) 및 열 에폭시(thermal epoxy)(도 2의 206)를 이용하면 대단히 개선될 수 있다. 이러한 열 에폭시(206)는 전기적으로는 절연이지만 열적으로는 전도성이어서, 열 에너지가 IC(106)로부터 흘러나와 훨씬 큰 열 용량을 가지는 상기 다층 패키지(104)로 전도될 수 있도록 한다.
상기 솔더 볼들(108)은 IC(106)와 다층 IC 패키지(104) 사이에 전기적, 열적 및 물리적 접촉을 제공할 수 있는 메탈 소재의 구형(spherical) 볼들을 포함한다. 솔더 볼들(108)을 이용하여 이러한 접촉을 만드는 과정 중에, 상기 IC는 상기 메탈 구들이 다소간에 압착되기에 충분한 힘으로 압력이 가해질 수 있으며, 적절한 전기 저항 및 물리적인 결합력을 제공할 수 있는 상승된 온도에서 동작될 수 있다. 솔더 볼들(108)은 또한 상기 다층 IC 패키지(104)와, 도 4에 관련하여 설명되는 무선 시스템(420)의 다른 부분들을 포함하는 인쇄 회로 기판 사이의 전기적, 열적 및 물리적 접촉을 제공하는 데에 이용될 수 있다.
상기 다층 IC 패키지(104)는 하나 또는 다수의 메탈 층 내지 절연 물질로 된 층들을 포함할 수 있다(다양한 실시예들이 강자성체 또는 강자성 영역들 내지 층들을 더 포함할 수 있다). 이 점에 있어서, 상기 층들은 예를 들어 저항들, 인덕터들, 커패시터들, 전송선들, 스위치들, 안테나들 등등과 같은 회로 소자들을 구현하는 데에 이용될 수 있다. 이 경우에, 위상 배열 안테나(102)를 구성하는 여러 요소들은 패키지(104) 내에 또는 그 위에 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 안테나 요소들의 각각은 다른 송신 내지 수신 신호들에 관하여 위상 천이된 신호들을 송신 내지 수신할 수 있다.
상기 위상 배열 안테나(102)는 복수의 안테나 요소들을 포함할 수 있으며, 이들은 각자 RF 에너지를 예를 들어 도 4에 관하여 설명되는 송수신기(423)에 대해 결합시킬 수 있는 금속성 또는 도전성 구조일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 각 요소는 직사각형, 원형 내지 그 밖의 형상일 수 있다. 상기 요소들 중 하나 또는 다수는 (하나 또는 다수의 비아(via)들 또는 하나 또는 다수의 메탈 층들을 이용하는 방법을 통해) 상기 솔더 볼들(108)의 하나 또는 다수와 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 신호들은 상기 패키지(104)로 또는 그로부터 전달될 수 있 다. 도면에 묘사된 예시적인 실시예에서는, 네 개의 위상에 상응하는 네 개의 요소들이 이용된다. 그에 따라, 기준 신호에 대한 네 개의 위상 천이된 신호 표현들이 상기 안테나(102)를 통해 송신 내지 수신될 수 있다. 네 개의 단위 위상 천이 안테나의 상세한 내용은 도 1b에 관하여 아래에서 설명된다.
동작에 있어서, 상기 IC(106) 내 또는 그 밖에 상기 패키지(104)에 결합된 다른 장치(예를 들어, PCB 상에 위치하고 상기 솔더 볼들(108) 중 하나 또는 다수의 솔더 볼을 통해 결합된)의 논리 회로, 전자 회로 및 명령어 코드는 상기 위상 배열 안테나(102)를 통해 신호를 송신하거나 수신할 수 있다. 상기 안테나 요소들에 결합된 신호들의 위상 조절은 바람직한 방사 패턴을 달성할 수 있도록 제어될 수 있다. 이러한 방법을 통해, 원하는 방향으로의 민감성 내지 출력이 다른 방향의 민감성 내지 출력 이상으로 증가될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 IC 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된 위상 배열 안테나를 예시한 블록도이다. 도 1b를 참조하면, 상기 위상 배열 안테나는 네 개의 안테나 요소들(1501, ..., 1504, 여기서 집합적으로 150으로 참조함) 각 요소(150)는 폴디드 다이폴 방사 요소(folded dipole radiating element)(1521, ..., 1524, 여기서 집합적으로 152로 참조함), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer)(1541, ..., 1544, 여기서 집합적으로 154로 참조함), 피더 라인(feeder line)(1561, ..., 1564, 여기서 집합적으로 156으로 참조함) 그리고 상호 연결 구조(interconnection)(1581, ..., 1584, 여기서 집합적으로 158로 참조함)를 포함할 수 있다.
상기 폴디드 다이폴 방사 요소들(152)은 각각이 무선 채널/매체를 통해 RF 에너지를 수신하거나 송신할 수 있는 금속성 내지 도전성 부재일 수 있다. 이 경우에, 상기 다이폴 방사 요소들(1521 내지 1524)은 예를 들어, 평면형 전송선(예를 들어, 마이크로스트립(microstrip) 내지 스트립라인(stripline))으로 제조될 수 있다. 상기 다이폴의 물리적인 크기는 어떤 주파수 대역(들)이 가장 잘 송신 내지 수신될 수 있는지에 대해 영향을 줄 수 있다. 각각의 다이폴 방사 요소(152)는 나머지 다이폴 방사 요소들(152)에 의해 송신되는 신호에 대해 상대적으로 위상 천이되어 있을 수 있는 신호를 송신할 수 있다.
1/4 파장 변환기들(154)은 각자가, 소정 길이의 예를 들어 평면형 전송선(예를 들어 마이크로스트립 또는 스트립라인)일 수 있다. 상기 파장 변환기의 길이 내지 폭은 송신 내지 수신의 주파수에 따라, 그리고 상기 다이폴 방사 요소들(152) 및 상기 피더 라인들(156)의 임피던스에 따라 결정될 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 1/4 파장 변환기들(154)은 피더 라인들을 상기 폴디드 다이폴 방사 요소들(152)에 임피던스 정합시킨다고 볼 수 있다.
상기 피더 라인들(156)은 각자가 소정 길이의, 예를 들어 평면형(planar) 또는 동일 평면형(coplanar)의 전송선으로써 상기 폴디드 다이폴 방사 요소들(152)에 RF 신호들을 결합시키는 데에 이용된다.
상기 상호연결 구조들(158)은 각자가 상기 패키지(104) 내의 비아(via) 또는 하나 또는 다수의 메탈 층들일 수 있으며, 이들은 상기 피더 라인들(156)을, 상기 패키지(104)를 상기 IC(106)에 결합시키는, 하나 또는 다수의 솔더 볼들(108)에 결합시킨다.
예시적인 실시예에서, 상기 위상 배열 안테나(102)는 60 GHz에서 또는 그 부근에서 신호들을 송신 내지 수신하도록 설계될 수 있다. 이 점에 있어서, 예시적인 실시예는 대략 5 mm x 5 mm 크기의 다층 집적 회로 패키지 상에 구현될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 임베딩된 위상 배열 안테나를 가지는 다층 IC 패키지의 단면도를 예시한 블록도이다. 도 2a를 참조하면, IC(106) 및 다층 IC 패키지(104)를 포함하는 시스템(200)이 나타나 있다. 상기 다층 IC 패키지(104)는 절연 물질(203)과 메탈 층들(202 및 210)을 포함할 수 있다. 비록 단 두 개의 메탈 층들만 나타나 있지만, 본 발명의 다양한 실시예들은 여하한 개수의 메탈 층들도 포함할 수 있다. 상기 위상 배열 안테나(102)는 상기 메탈 층(2020 내에 제조될 수 있으며, 저항, 커패시터, 인덕터, 전송선, 위상 천이기 등과 같은 하나 또는 다수의 소자들이 상기 메탈 층(210) 내에 제조될 수 있다. 솔더 볼들(108)을 통해, 상기 IC(106)는 상기 패키지(104)와 통신이 가능하도록 결합될 수 있으며, 상기 패키지(104)는 PCB(도시되지 않음)와 결합될 수 있다. 하나 또는 다수의 표면 실장(surface mounted) 소자들(208)이 상기 패키지(104)에 장착될 수 있다. 열 에폭시(또는 이와 유사한 소재)(206)가 상기 IC(106)와 상기 패키지(104) 사이에 압출될 수 있다.
상기 IC(106)는 도 1에 관하여 설명된 바와 같을 수 있다.
솔더 볼들(108)은 도 1에 관하여 설명된 바와 같을 수 있다.
상기 표면 실장 장치(208)는 예를 들어 저항, 커패시터, 인덕터, 또는 다이오드와 같은 개별 회로 소자를 포함할 수 있다. 상기 표면 실장 장치(208)는 전기적 접촉을 제공할 수 있도록 상기 다층 IC 패키지(104)에 납땜될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 추가적인 표면 실장 소자들이 패키지(104)에 결합될 수 있으며, 또는 아무 표면 실장 소자도 결합되지 않을 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 상기 메탈 층(202)은 도 1a 및 1b에 관하여 설명된 위상 배열 안테나(102)를 그려 내는 데에 이용되는 적층 메탈 층을 포함할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 메탈 층(202)은 예를 들어, 폴디드 다이폴 방사 요소들(152), 1/4 파장 변환기들(154) 및 피더 라인들(156)을 구현할 수 있는 형상 및 크기를 가지는 예를 들어 평면형 전송선(예를 들어 마이크로스트립)으로 적층될 수 있다.
상기 상호 접속 구조들(158)은 상기 위상 배열 안테나(102)를 하나 또는 다수의 솔더 볼들(108)에 통신 가능하도록 결합시킬 수 있는 하나 또는 다수의 비아들의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 있어서, 상기 메탈 층(210)은 개별 소자들, 도파관들(waveguides), 전송선들, 상호 접속 구조들 등을 구현하는 데에 이용될 수 있는 적층 메탈 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소자(204a)는 메탈 층(210) 내에 제조된 인덕터일 수 있다. 나아가, 상기 전송선(204b)은 상기 개별 소자(208)를 솔더 볼(108)에 결합시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 신호들이 상기 상기 메탈 층(202) 내에 있는 안테나 요소들(102)에 대해 또는 그로부터 이송될 수 있다.
동작에 있어서, 상기 IC(106) 및 이와 연계된 패키지(104)는 RF 신호들을 송신하거나 수신하는 데에 이용될 수 있다. 상기 IC(106)는 상기 다층 IC 패키지(104) 위에, 또는 그 안에 임베딩된 위상 배열 안테나에 통신 가능하도록 결합되어 있을 수 있다. 상기 위상 배열 안테나의 방향성(directivity)은 상기 위상 배열 안테나로 보내지는 또는 그로부터 수신되는 신호들의 위상들을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 송신될 신호는 하나의 RF 반송파(carrier)에 실려 변조될 수 있고, 이 RF 반송파에 관하여 네 개의 위상 천이된 버전들이 생성될 수 있다. 이에 따라, 각 신호들은, 하나 또는 다수의 솔더 볼들(108)을 통해, 상기 안테나(102)에 결합될 수 있다. 이 점에 있어서, 각 신호는 상호 접속 구조(158), 피더 라인(156) 및 1/4 파장 변환기(154)를 통해 상응하는 폴디드 다이폴 방사 요소(152)에 결합될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임베딩된 위상 배열 안테나 및 위상 천이기(phase shifter)를 가지는 다층 IC 패키지의 단면도를 예시한 블록도이다. 도 2b를 참조하면, 도 2a에서와 유사한 집적된 위상 배열 안테나를 가지는 다층 IC 패키지(104)가 나타나 있다. 그러나, 도 2b는 도 2a에 비해, 도 2b에 있는 패키지(104)는 위상 천이기(254)를 포함한다는 점에서 다르다. 이 점에 있어서, 상호 접속 구조(1581)로부터 IC(106)로 결합되는 RF 신호는 제1 위상 지연을 겪을 수 있 는 반면에, 상호 접속 구조(1582)로부터 IC(106)로 결합되는 RF 신호는 제2 위상 지연을 겪을 수 있다. 비록 도면에 나타내어 지지는 않았으나, 다른 상호 접속 구조들(158)로 향하는 신호들은 각자 서로 다른 위상 천이를 겪을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, IC 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용하여 신호를 송신하기 위한 예시적인 단계들을 설명하는 순서도이다. 도 3을 참조하면, 예시적인 단계들은 기저대역 신호가 송신을 위해 준비되는 단계(302)로써 시작할 수 있다. 단계(302)에 이어서, 상기 예시적인 단계들은 단계(304)로 진행할 수 있다.
단계(304)에서는, 기저대역 신호는 반송파 신호에 실려 변조될 수 있다. 예를 들어, 상기 기저대역 신호는 동위상(in-phase) 및 직교(quadrature) 위상 신호들로 분리될 수 있으며, 한 쌍의 위상 직교 반송파 신호들 상에 실어 변조될 수 있다. 이 점에 있어서, 본 발명의 다양한 실시예들은 60 GHz의 또는 그 부근의 반송파들을 이용할 수 있다. 변조된 신호들은 이어서 하나의 RF 신호를 생성할 수 있게 결합(combined)될 수 있다. 단계(304)에 이어서, 상기 예시적인 단계들은 단계(306)로 진행할 수 있다.
단계(306)에서는, 단계(304)에서 생성된 RF 신호는 복수의 위상들을 가진 신호들로 쪼개질 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 1b에 묘사된 실시예에서, 상기 신호는 네 개의 위상 성분들로 나누어질 수 있다. 이 점에 있어서, 이 신호들의 위상 조절 동작은 상기 위상 배열 안테나의 방향성을 제어하는 데에 이용될 수 있다. 단계(306)에 이어서, 상기 예시적인 단계들은 단계(308)로 진행할 수 있다.
단계(308)에서는, 이 RF 신호들은 증폭될 수 있다. 이 점에 있어서, 전력 증폭기가 상기 신호들을 증폭하여 상기 위상 배열 안테나를 통해 충분한 신호 세기로 방사될 수 있도록 할 수 있다. 단계(308)에 이어서, 상기 예시적인 단계들은 단계(310)로 진행할 수 있다.
단계(310)에서, 증폭된 신호들은 송신을 위해 위상 배열 안테나로 전송될 수 있다. 이 점에 있어서, 다수의 위상 성분을 가지는 신호들이 그 상응하는 개수의 방사 요소들로 전송될 수 있다.
도 3에 관하여 설명된 단계들과 유사한 단계들이 또한 IC 패키지 내에 집적된 위상 배열 안테나를 통하여 신호들을 수신하는 동작에도 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 무선 장치를 설명하는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 무선 장치(420)가 나타나 있고, 이는 RF 수신기(423a), RF 송신기(423b), 디지털 기저대역 프로세서(429), 프로세서(425) 및 메모리(427) 를 포함할 수 있다. 수신 안테나(421a)는 RF 수신기(423a)에 통신 가능하도록 결합될 수 있다. 송신 안테나(421b)는 RF 송신기(423b)에 통신 가능하도록 결합될 수 있다. 상기 무선 장치(420)는 예를 들어 셀룰러 네트워크 내지는 디지털 비디오 방속 네트워크와 같은 시스템 내에서 운용될 수 있다.
상기 안테나들(421a 및 421b)은 도 1a에 관하여 설명된 안테나(102)와 유사하거나 동일한 위상 배열 안테나들일 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 안테나들의 방향성은, 상기 안테나에 결합되는 신호들의 위상(들)을 제어함으로써, 제어될 수 있다.
상기 RF 수신기(423a)는 수신된 RF 신호들의 처리를 할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 상기 RF 수신기(423a)는 여러 주파수 대역에서 RF 신호들을 수신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, RF 수신기(423a)는 극도로 높은 주파수(예를 들어 60 GHz) 대역들에서 신호들을 수신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 상기 수신기(423a)는 수신, 필터링, 증폭, 하향변환, 내지 아날로그 디지털 변환을 수행하도록 구현될 수 있다. RF 수신기(423a)는 수신된 RF 신호를 하향변환(down-convert)할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 RF 수신기(423a)는 수신된 RF 신호를 기저대역으로 직접 하향변환(direct down conversion)할 수도 있고, 또는 수신된 RF 신호를 중간 주파수(IF)로 변환할 수도 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 수신기(423a)는 직교 하향 변환(quadrature down-conversion)을 수행할 수 있는데, 이는 동위상(in-phase) 성분들과 직교 위상(quadrature phase) 성분들이 병렬로 처리될 수 있는 방식이다. 수신기(423a)는 상기 안테나(421a)를 통해 신호들을 수신하도록 구현될 수 있는데, 이러한 안테나(421a)는 도 1a, 1b, 2a 및 2b와 관련하여 집적 회로 패키지 내에 또는 그 안에 임베딩된 위상 배열 안테나일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 상기 무선 장치(420)는 복수의 수신기들(423a)을 포함할 수 있으며, 따라서, 다수의 주파수 대역을 지원할 수 있으며 또는 동일한 주파수 대역 내에서 여러 신호들의 동시 수신을 지원할 수 있다.
디지털 기저대역 프로세서(429)는 기저대역 신호들을 처리하거나 취급할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 이 점 에 있어서, 상기 디지털 기저대역 프로세서(429)는 RF 수신기(423a)로부터 수신된 신호들 내지는, 만약 RF 송신기(423b)가 네트워크에 대한 송신을 위해 존재하는 경우에 RF 송신기(423b)로 전송될 신호들을, 처리하거나 취급할 수 있다. 상기 디지털 기저대역 프로세서(429)는 또한 처리된 신호들로부터 얻은 정보에 기초하여, 상기 RF 수신기(423a) 및 RF 송신기(423b)에 대해 제어 정보 내지 피드백 정보를 제공할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 기저대역 프로세서(429)는 수신된 내지 송신되는 RF 신호들의 위상 천이 동작을 설정하기 위한 하나 또는 다수의 제어 신호들을 제공할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 RF 신호들에 대해 적용되는 위상 천이는 상기 위상 배열 안테나의 방향성을 제어할 수 있다. 상기 디지털 기저대역 프로세서(429)는 상기 처리된 신호들로부터 얻은 정보 내지 데이터를 상기 프로세서(425) 내지는 상기 메모리(427)로 전달할 수 있다. 나아가, 상기 디지털 기저대역 프로세서(429)는 상기 프로세서(425) 내지는 상기 메모리(427)로부터 정보를 수신할 수 있는데, 이는 적절하게 처리되어 상기 네트워크로의 전송을 위해 상기 RF 송신기(423b)로 전송될 수 있다.
상기 RF 송신기(423b)는 송신을 위하여 RF 신호들의 처리를 할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 상기 송신기(423b)는 상기 안테나(421b)를 통해 신호들을 송신할 수 있도록 구현될 수 있는데, 이 안테나는 도 1a, 1b, 2a 및 2b에 관하여 설명된 바와 같은 집적 회로 패키지 내에 제조되는 위상 배열 안테나일 수 있다. 상기 RF 송신기(423b)는 다양한 주파수 대역에서 RF 신호들의 송신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, RF 송신 기(423b)는 극히 높은 주파수(예를 들어 60 GHz) 대역들에서 신호들을 송신하는 것을 할 수 있다. RF 송신기(423b)에 의해 지원되는 각각의 주파수 대역은 예를 들어 증폭과 상향 변환 동작들을 다룰 수 있는 상응하는 프론트엔드(front-end) 회로를 가질 수 있다. 이 점에 있어서, RF 송신기(423b)는 한 주파수 대역 이상을 지원할 경우에 다중 대역 송신기라고 불릴 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 무선 장치(420)는 하나 이상의 RF 송신기(423b)를 포함할 수 있는데, Rf 송신기(423b)의 각각은 단일 대역 송신기일 수도 있고 다중 대역 송신기일 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, RF 송신기(423b)는 기저대역 신호의 RF 신호로의 직접 상향 변환을 수행할 수 있다. 몇몇 경우에, RF 송신기(423b)는 상향 변환을 하기 전에, 상기 디지털 기저대역 프로세서(429)로부터 수신된 기저대역 신호 성분들의 디지털 아날로그 변환을 실행할 수도 있다. 다른 경우들에서는, RF 송신기들(423b)은 아날로그 형태의 기저대역 신호 성분들을 수신할 수 있다.
상기 프로세서(425)는 무선 장치(420)를 위한 제어 내지 데이터 처리 동작들을 할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 상기 프로세서(425)는 RF 수신기(423a), RF 송신기(423b), 디지털 기저대역 프로세서(429) 내지 메모리(427) 중 적어도 일부를 제어하는 데에 이용될 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 프로세서(425)는 무선 장치(420) 내의 동작들을 제어할 수 있는 적어도 하나의 신호를 생성할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 기저대역 프로세서(429)는 또한 위상 배열 안테나들(421a 및 421b)을 통해 송신되거나 수신되는 신호들의 위상을 제어할 수 있는 하나 또는 다수의 제어 신호들을 제공할 수 있다. 상기 프로세서(425)는 또한 상기 무선 장치(420)에 의해 이용될 수 있는 어플리케이션들의 실행을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(425)는 셀룰러 전송 신호들을 통해 무선 장치(420)에서 수신된 컨텐츠를 디스플레이하거나 또는 그러한 컨텐츠에 상호 작용할 수 있는 어플리케이션들을 실행할 수 있다.
상기 메모리(427)는 무선 장치(420)에 의해 이용될 수 있는 데이터 내지 그 밖의 정보의 저장을 수행할 수 있는 적절한 논리 알고리즘, 회로 조직, 명령어 코드 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리(427)는 디지털 기저대역 프로세서(429) 내지는 상기 프로세서(425)에 의해 생성된 처리 데이터를 저장하는 데에 이용될 수 있다. 상기 메모리(427)는 또한 상기 무선 장치(420) 내의 적어도 하나의 블록의 동작을 제어하는 데에 이용될 수 있는 설정 정보와 같은 정보를 저장하는 데에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리(427)는 상기 안테나(들)(421a 및 421b)을 통해 송신되거나 또는 수신된 신호들의 위상을 제어하는 데에 필수적인 정보를 가질 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 메모리는 하나 또는 다수의 위상 천이기들을 설정할 수 있는 제어 내지 설정 정보를 저장할 수 있다.
집적 회로 패키지 내의 설정 가능한 안테나를 위한 여러 측면들의 방법 및 시스템이 제공된다. 이 점에 있어서, 다층 집적 회로(IC) 패키지(예를 들어 104) 내에 임베딩된 위상 배열 안테나(예를 들어, 102)는 신호들을 송신하는 데에 내지는 수신하는 데에 이용될 수 있다. 다층 패키지는 하나 또는 다수의 메탈 층들(예를 들어 202 및 210), 절연 물질(예를 들어 203), 강자성체 내지 페리자성체 소재를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 상기 안테나는 하나 또는 다수의 평면형 전송선들을 포함할 수 있다. 상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들(예를 들어 150)을 포함할 수 있고, 각 안테나 요소는 연결된 송신기 내지 수신기와, 피더 라인(예를 들어 156), 1/4 파장 변환기(예를 들어 154) 및 방사부(예를 들어 폴디드 다이폴, 152)를 통신 가능하도록 결합하는 상호 접속 구조(예를 들어 158)을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에서, 신호들을 송신하거나 수신하도록 구현된 IC(예를 들어 106)는 하나 또는 다수의 솔더 볼들(예를 들어 211)을 통해 다층 IC 패키지에 본딩될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 하나 또는 다수의 위상 천이기들(예를 들어 252, 예를 들어 평면형 전송선의 형태로 제조됨)이 상기 다층 IC 패키지 내에 임베딩될 수 있고, 또한 그러한 다층 IC 패키지에 본딩된 IC 내의 논리 회로, 전자 회로 내지 명령어 코드를 통해 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 기계적 판독가능한 스토리지(machine-readable storage)를 포함할 수 있으며, 여기에는 기계 장치에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 코드부(code section)를 갖는 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있어서, 그 기계 장치로 하여금 집적 회로 패키지 내의 위상 배열 안테나에 관하여 본 명세서에서 상술한 바와 같은 단계들을 수행하도록 한다.
각각의 경우에 따라서, 본 발명은 하드웨어나 소프트웨어 또는 이들을 조합한 형태로 실현될 수 있다. 본 발명은 적어도 하나의 컴퓨터 시스템 안에 중앙 집중된 방식으로 구현될 수도 있고, 서로 다른 요소들이 여러 개의 상호 연결된 컴퓨 터 시스템들에 걸쳐 퍼져있는 분산된 방식으로 구현될 수도 있다. 여기에 설명된 방법들을 수행할 수 있도록 설계된 어떠한 형태의 컴퓨터 시스템 또는 기타 장치도 적합하다. 통상적인 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 컴퓨터 프로그램이 탑재된 범용 컴퓨터 시스템이 될 수 있으며, 이때 상기 컴퓨터 프로그램은 로딩되어 실행될 경우에 상기 컴퓨터 시스템을 제어하여, 이 컴퓨터 시스템이 여기에서 설명한 방법들을 수행할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 내장될 수 있다. 이때, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 여기서 설명한 방법들의 구현을 가능하게 하는 모든 특징들을 모두 포함하며, 컴퓨터 시스템에 탑재될 경우에는 그러한 방법들을 수행할 수 있다. 본 발명의 맥락에서 컴퓨터 프로그램이란, 어떠한 종류의 언어, 코드 또는 표기법으로 나타낸, 일단의 명령에 관한 어떠한 종류의 표현을 뜻한다. 이때, 상기 일단의 명령들이란, 정보 처리 능력을 가진 시스템이 어떤 특정한 기능을 직접적으로, 또는 다음의 (a) 다른 프로그램 언어, 코드나 표기법으로 컨버젼(conversion)되거나, (b) 상이한 물질적인 형태로 재생산을 각각 거치거나 또는 두 가지 모두를 거친 후에, 수행하도록 의도된 것들을 말한다.
본 발명이 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상에서 벗어남이 없이, 다양한 변경이 이뤄질 수 있고 또한 균등물들이 치환될 수 있다는 점은 당해 기술 분야에 숙련된 자들에게 이해될 것이다. 추가적으로, 본 발명의 사상에서 벗어남이 없이, 특정한 상황이나 물적 요건을 본 발명의 지침에 맞게 조절할 수 있도록 다양한 개조가 이뤄질 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정한 실 시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 사상 내에 들어오는 모든 실시예들을 포함한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 회로 패키지 내의 위상 배열 안테나를 예시한 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 IC 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된 위상 배열 안테나를 예시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 임베딩된 위상 배열 안테나를 가지는 다층 IC 패키지의 단면도를 예시한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임베딩된 위상 배열 안테나 및 위상 천이기(phase shifter)를 가지는 다층 IC 패키지의 단면도를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, IC 패키지 내에 또는 그 위에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용하여 신호를 송신하기 위한 예시적인 단계들을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 무선 장치를 설명하는 블록도이다.

Claims (10)

  1. 다층 집적 회로 패키지의 하부에 위치하는 집적 회로가, 상기 다층 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용하는 집적 회로의 신호 처리 방법으로서,
    상기 다층 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 상기 위상 배열 안테나를 통해 신호들을 송신 내지 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 다층 집적 패키지내에는 하나 또는 다수의 위상 천이기들이 임베딩되어 있으며;
    상기 집적 회로는 상기 다층 집적 회로 패키지의 하부에 위치하며,
    상기 집적 회로와 상기 다층 집적 회로 패키지간에 와이어 본드가 개재되지 않도록 하나 또는 다수의 솔더 볼들을 통해 플립칩 본딩되어 있으며;
    상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함하며, 각 안테나 요소는 연계된 송신기 내지 수신기와 신호 전달 가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조(interconnection), 피더 라인(feeder line), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer) 및 방사부(radiating potion)를 포함하며;
    상기 다층 집적 회로 패키지에 본딩된 집적 회로로부터 제공되는 하나 또는 다수의 제어 신호들을 통해 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들을 제어하는 단계를 더 포함하며;
    상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들은 평면형 전송선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용한 집적 회로의 신호 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 위상 배열 안테나가 임베딩된 다층 집적 회로 패키지; 및
    다층 집적 회로 패키지의 하부에 위치하며, 상기 다층 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 상기 위상 배열 안테나를 통해 신호들을 송신 내지 수신하는 집적 회로(IC)를 포함하되,
    상기 다층 집적 패키지내에는 하나 또는 다수의 위상 천이기들이 임베딩되어 있으며;
    상기 집적 회로와 상기 다층 집적 회로 패키지간에 와이어 본드가 개재되지 않도록 하나 또는 다수의 솔더 볼들을 통해 플립칩 본딩되어 있으며;
    상기 위상 배열 안테나는 복수의 안테나 요소들을 포함하며, 각 안테나 요소는 연계된 송신기 내지 수신기와 신호 전달 가능하도록 결합하기 위한 상호 접속 구조(interconnection), 피더 라인(feeder line), 1/4 파장 변환기(quarter wavelength transformer) 및 방사부(radiating potion)를 포함하며;
    상기 다층 집적 회로 패키지에 본딩된 집적 회로로부터 제공되는 하나 또는 다수의 제어 신호들을 통해 상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들이 제어되며,
    상기 하나 또는 다수의 위상 천이기들은 평면형 전송선들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로 패키지 내에 임베딩된 위상 배열 안테나를 이용하는 무선 신호 처리를 위한 집적 회로 구조.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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