KR101397748B1 - 집적 어퍼쳐- 결합 패치 안테나를 갖는 라디오-주파수 집적회로 칩 패키지 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 집적 어퍼쳐-결합 패치 안테나를 갖는 라디오-주파수 집적회로 칩 패키지는 적어도 하나의 보통 평면 패치 및 상기 보통 평면 패치로부터 안쪽으로 이격되고 상기 패치에 대하여 실질적으로 평행인 적어도 하나의 보통 평면 접지 플레인을 포함한다. 상기 접지 플레인은 그 내부에 적어도 하나의 결합 어퍼쳐 슬롯이 형성된다. 상기 슬롯은 상기 패치에 대하여 실질적으로 반대 편에 위치한다. 또한 상기 접지 플레인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지 플레인에 대하여 실질적으로 평행인 적어도 하나의 피드 라인, 상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격되어 상기 피드 라인 및 상기 접지 플레인에 결합된 적어도 하나의 라디오 주파수 칩, 및 상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격된 제 1 기판 층을 포함한다. 상기 제 1 기판 층은 그 내부에 칩-수용 캐비티가 형성된다. 상기 칩은 상기 칩-수용 캐비티 내에 위치한다.

Description

집적 어퍼쳐- 결합 패치 안테나를 갖는 라디오-주파수 집적회로 칩 패키지{RADIO FREQUENCY(RF) INTEGATED CIRCUIT(IC) PACKAGES WITH INTEGRATED APERTURE-COUPLED PATCH ANTENNA(S)}
본 발명은 일반적으로 통신회로와 관련되며, 좀더 구체적으로, 라디오 주파수(RF) 집적회로(IC)패키지에 관한 것이다.
무선 네트워크에서, 장치들 사이에서 접속성과 통신은, 원하는 신호들을 네트워크의 다른 장치들(요소들)에 발신하거나 혹은 네트워크의 다른 장치들로부터 수신하기 위해서, 수신기들 또는 송신기들에 부착된 안테나들을 통해서 달성된다. 밀리미터 파(mmWave) 라디오들과 같은, 라디오 통신 시스템들에서, 개별 부품들(discrete components)은 보통 낮은 집적 수준으로 조립된다. 이들 시스템들은 반도체들과 필요한 발신기 - 혹은 수신기 - 안테나들을 접속하기 위해 종종 비싸고 부피가 큰(bulky) 도파관들(waveguides) 및 패키지-레벨 혹은 보드-레벨(package-level or board-level)의 마이크로스트립 구조체들을 사용하여 조립된다. 반도체 기술과 패키징 엔지니어링에서의 최근의 발전과 함께, 이들 라디오 통신 시스템들의 크기는 점점 더 작아지고 있다. 무선 유니버설 시리얼 버스(USB)와 같은 어플리케이션들을 위한, 동작 거리(operating distance)는 약 1 미터이고; 필요한 안테나 이득을 제공하려면 60GHz에서 약 7dBi의 단일 안테나가 필요하다. 10미터(예를 들어 무선 비디오) 혹은 그 이상의 거리(예를 들어 레이더)를 위한 포인트-투-포인터(point-to-point) 어플리케이션에서는, 어플리케이션에 따라, 30dBi 정도의 높은 안테나 이득(gain)이 필요하다. 그러나, 무선 비디오 어플리케이션을 위한 높은 이득을 갖는 안테나들의 빔 폭(beam widths)은 매우 좁아서, 안테나를 조준하는 것(pointing the antenna)이 소비자들에게 아주 어렵다. 따라서, 방사 패턴이 조정 가능한 어레이(a radiation pattern steerable array)(페이즈된 어레이(phased array))가 필요하다. 페이즈된 어레이들은 또한 군용 레이더에서 널리 사용된다. 하지만, RF 칩들을 집적된 안테나들 혹은 페이즈된 어레이들에 패키징하는 것은 비싼 부품들과 비싼 노동력을 필요로 하기 때문에 매우 어렵고 비용이 아주 많이 든다.
본 발명은 집적된 어퍼처 결합 패치 안테나들(integrated aperture-coupled patch antenna)을 갖는 RF IC 패키지들을 구현하기 위한 기술들을 제공하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시 예에서, 적어도 하나의 집적된 어퍼쳐 결합 패치 안테나를 갖는 라디오-주파수 집적회로 칩 패키지는 적어도 하나의 보통 평면 패치(at least one generally planar patch) 및 상기 보통 평면 패치로부터 안쪽으로(inwardly) 이격되고(spaced) 상기 패치에 실질적으로 평행인(parallel thereto) 적어도 하나의 보통 평면 접지 플레인(at least one generally planar ground plane)을 포함한다. 상기 접지 플레인 내부에는 적어도 하나의 결합 어퍼쳐 슬롯(coupling aperture slot)이 형성된다. 상기 슬롯은 실질적으로 상기 패치의 맞은편에 위치한다. 상기 접지 플레인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지 플레인에 대하여 실질적으로 평행인 적어도 하나의 피드 라인(feed line)과, 상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 피드 라인 및 상기 접지 플레인과 결합된 적어도 하나의 라디오 주파수 칩과, 그리고 상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격된 제 1 기판 층이 또한 포함된다. 상기 제 1 기판 층은 그 내부에 칩 수용 캐비티(chip-receiving cavity)가 형성된다. 상기 칩은 칩 수용 캐비티 내에 위치한다.
본 발명의 하나 혹은 그 이상 실시 예들은 자동 프로세스(automatic process)에 적합하며, 이 실시 예들에서 안테나를 패키징하는데 소요되는 이전 실시 예에서의 부품들의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 이러한 목적들 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 본 발명의 실시 예들에 대한 아래의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른, 패키지의 한 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른, 패키지의 다른 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른, 패키지의 또 다른 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 4는 반사체(reflector)가 없거나 혹은 반사체가 임베드된 패키지의 한 실시 예의 바닥 면(bottom view)을 도시한다.
도 5는 반사체를 보이도록 한 패키지의 한 실시 예의 바닥 면(bottom view)을 도시한다.
도 6은 평면의 페이즈된 어레이 실시 예의 바닥 면(bottom view)을 도시한다.
본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들은 밀리미터 파(mmWave) 범위에서 동작하는 집적 안테나들 및 페이즈된 어레이들을 갖는 저 비용 패키지를 위한 장치들 및 방법들을 제공한다. 집적 안테나를 갖는 본 발명의 패키지 실시 예는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)에 기초를 두고 있다. 본 발명의 패키지는 고성능 안테나(들) 혹은 안테나 어레이들을 구현하고 밀리미터 파 라디오 주파수(RF) 집적회로 칩들을 수용하기 위해서 다수의 캐비티들을 포함한다.
본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들은 또한 내부에 캐비티들을 만드는데 있어서 어려움을 극복하고 밀리미터 파 주파수에서 와이어 본드(wire bond) 기술을 사용할 필요를 피할 수 있는 기술을 또한 제공한다. 본 발명의 패키징 기술들의 실시 예들은 PCB 제조 프로세스와도 양립하므로(consistent) 집적 안테나 혹은 안테나 어레이를 갖는 패키지들을 위해 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예들은 집적된 안테나 혹은 평면의 페이즈된 어레이들에 저 비용의 패키징을 제공할 수 있으며 ; 특히, 밀리미터 파 주파수들 및 그 이상의 주파수들을 위한 집적된 안테나들 혹은 평면의 페이즈된 어레이 설계들에 칩 패키징을 제공할 수 있다.
집적된 안테나들을 갖는 통상적인 칩 패키지들의 주요 구성은 아래의 3 부분들로 구성된다 :(i) RF 칩,(ii) 하나 혹은 그 이상의 안테나들, 그리고(iii) 패키지 캐리어(그리고 일부 실시 예들에서는, 패키지를 보호하기 위한 패키지 덮개 혹은 커버, 혹은 인캡슐런트(encapsulant)를 포함). 본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들은 고성능 안테나, RF 칩을 플립 칩핑하기(flip-chipping)위한 인터페이스 및 패키지를 인쇄 회로 마더 보드에 플립 칩핑하기 위한 인터페이스를 갖는 패키지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른, 패키지(100)의 단면도를 보여준다. 섹션 라이닝(section lining)은 명확성을 위해 생략되었다. 상기 패키지는 기판 및 바운딩(bounding) 층들을 포함하는 총 7층으로 구성되어 있다. 밀리미터 파 어플리케이션을, 특히 60GHz 이상의 주파수들을 위해서, 바운딩 필름 그리고/또는 층의 두께가 설계 프로세스에서 고려되어야 한다. 여기서 설명한 내용을 참고한다면, 안테나 및 패키징 기술 분야들에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 실시 예들을 만들기 위해서 두께를 어느 정도로 해야 하는지, 그리고 고 정밀 PCB 제조 기술들을 어떻게 사용해야 하는지를 알 수 있을 것이다. 패키지(100)은 또한 많은 금속 층들 가진다. 특히. 상기 패키지는 가장 바깥 기판(102)를 갖고 있다. 기판(102)의 바로 안쪽으로는 금속 층(104)가 위치한다. 이 금속 층은 패치 안테나(들)의 패치(들)을 위해 사용된다. 기판(102) 및 패치 안테나(104)(도 1에는 단일 안테나만이 도시되어 있지만 아래에서 설명하는 바와 같이 그 이상의 안테나도 가능하다)의 안쪽에는 바운드 필름 층(106), 다른 기판 층(108), 그리고 다른 바운드 필름 층(109)가 위치한다. 바운드 필름 층(109)의 안쪽에는, 다른 금속 층이 위치하는데, 이는 패치 안테나의 접지 플레인(110)을 위해 사용된다. 상기 접지 플레인 상의 슬롯(들)(113)은 어퍼쳐 결합(aperture-coupled) 패치 안테나들의 어퍼쳐들을 위해 사용된다. 접지 플레인(110)은, 아래에서 설명하는 바와 같이, 또한 방사 부품들(radiating elements)(패치들)(104)을 피드 라인(들)과 RF 칩(들)로부터 분리한다.
접지 플레인(110)의 안쪽으로는 다른 기판(112)가 위치한다. 기판(112)의 안쪽으로는 다른 금속 층이 위치하는데, 이는 안테나 피드 라인(들)(114), 패드들(116, 118, 120), 및 상호접속(들)(interconnection(s))(122)를 구현하기 위해 사용된다. 여기서, 상기 패드들(116, 118, 120)은 RF 칩 접속들(바람직하기는 플립-칩/C4(“controlled collapse chip connection”) 타입의 접속)을 위한 것이고, 상기 상호접속(들)(122)는 피드 라인(114)를 형성하는 상기 금속 층의 안쪽에 위치하는 또 하나의 바운드 필름 층(126) 내에 있는 하나 혹은 그 이상의 비아들, 예를 들어 비아(124)에 적절하게 접속된다. 또 다른 금속 층이 마더 보더 PCB(설명을 명료하게 하기 위해 도면에서 생략함)에 대하여 신호, 제어, 전력 공급, 및 접지 접속을 위해 모든 패드들을 제공할 수 있는데, 이러한 패드들에는, 상호 접속(122)에 접속되고 비아(124)를 통해서 앤티패드(antipad)(142)에 접속된 패드(132)에 의해서 예시된 하나 혹은 그 이상의 신호, 전력, 및 제어 패드들뿐만 아니라, 접지 비아(140)을 통해서 접지 플레인(110)에 서로 접속된 접지 패드(130)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 비아들은 구멍들(holes)을 통해서 만들어질 수 있다(plated). 패키지 패드들(134)도 또한 제공될 수 있다. 패치 안테나 설계에 따라서, 반사체(144)가 패드들(130, 132, 134)과 동일 금속 층 상에 선택적으로 구현될 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 일부 실시 예들에서, 반사체(144)는 임베드될 수 있다.
상기 플립-칩 방법(the flip-chip approach)을 구현하기 위해서, 칩(162)는 칩 접속 패드들(116,118, 120)에 직접 접속되는 다수의 솔더 도트들(a plurality of solder dots)을 갖는 것이 바람직하다.
패치 안테나의 밴드 폭을 향상시키기 위해서, 패치들은 공기로 지지되거나(air suspended) 혹은 저 주파수 어플리케이션들에서의 것과 유사한 유전 상수를 갖는 거품 재료(foam material)에 의해서 지지될 수 있다. 그러나, 밀리미터 파 주파수들에서, 특히 패키지 어플리케이션들을 위해서는, 공기로 지지되거나 혹은 거품으로 지지되는 패치는 현실적이지 못하다. 따라서, 본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들에서, 공기 캐비티(150)이 상기 패키지들에 구현될 수 있다. PCB 제조 프로세스 동안에 발생할 수 있는 뜨거운 개스들 문제를 피하기 위해서, 환기 구멍(들)(vent hole(s))(152)를 도입할 수 있다. 이들 구멍들은 상기 안테나 성능에는 거의 영향을 미치지 않도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 구멍(152)는 캐비티(150)의 가운데 부근 혹은 캐비티(150)의 가장자리 부근에 위치시킬 수 있으며, 환기를 적절히 하는데 지장이 없는 범위에서 작게 만들 수 있다. 상기 환기 구멍들은, 사용되는 제조 프로세스에 따라서, 도 1에서 도시한 바와 같이 캐비티(150)의 상부(제일 바깥 부분)에 위치하거나 혹은 아래에서 설명하는 바와 같이 상기 캐비티의 측면에 위치할 수 있다.
접지 플레인(110)은 또한 비아들(예를 들어, 비아 140)을 통해서 접지 접속들 만들고, 비아들 및 앤티패드들(예를 들어, 앤티패드 142를 갖는 비아 124, 도시된 앤티패드를 갖는 비아는 신호, 전력, 혹은 제어 기능을 위해 사용될 수 있음)을 통해서 신호, 전력, 및 제어 접속들을 만들기 위해 사용된다. 앤티패드들의 사용이 없는 부분 비아들(partial vias)(즉, 구조를 완전히 관통하지 못하는 비아 124와 같은 비아들)에서 신뢰성을 달성하는 것이 어렵기 때문에, 앤티패드들은 제조 관점에서 유익하며, 신뢰성을 높일 수 있다.
오픈 칩 수용 캐비티(open chip-receiving cavity) 혹은 소켓(160)이 기판(128) 및 바운드 필름(126)에 구현된다. 이 소켓은 RF 칩(162)를 수용(hold)하기 위해 사용된다. 상기 칩은 플립-칩 본딩을 통해서 상기 패키지에 부착된다.
여기서 주목할 것은 밀리미터 파 부품들(안테나들, 전력 증폭기들, 저 잡음 증폭기들 및 기타)이 모두 패키지(100)에 다 있다는 것이다. 비아들(124, 140)은 직류(DC) 혹은 상당히 낮은 주파수 신호들(much lower frequency signals)을 통과 시키기 위해서 사용된다.
패키지(100)은 볼 그리드 어레이(BGA)를 통해서 마더 보더(도시되지 않음)에 부착하는데 유리하다.
도 2는 도 1과 실질적으로 유사한 실시 예를 보여 주는데, 다만 다른 점은 반사체(144)가 추가의 바운드 층(170) 및 추가의 기판(172)에 의해서 덮여져 있다(encapsulated)는 것이다. 여기서 바운드 층(170)은 반사체(144)의 안쪽에 위치하고, 기판(172)는 바운드 층(172)의 안쪽에 위치한다. 유사한 구성요소들은 동일 참조 번호를 사용하며 다시 설명하지 않는다. 이 실시 예에서, 소켓(160)을 수용하는 칩은 또한 기판(172) 및 바운드 층(170)에 형성된다.
도 3은 실시 예(200)(도 2)와 실질적으로 유사한 실시 예를 보여 주는데, 다만 다른 점은 캐비티(150)을 환기시키기 위해서 환기 구멍(352)가 층(108)을 통해서 측면(sideways)에 만들어져 있다는 점이다. 유사한 구성요소들은 동일 참조 번호를 사용하며 다시 설명하지 않는다.
도 4는 칩(162)가 덮개(encapsulant)(402)로 덮인 패키지(400)의 바닥 면(bottom view)을 보여주고 있다. 상기 칩은, 예를 들어, 방습(resisting humidity)을 목적으로 부분적으로 혹은 완전히 덮여질 수 있다. 다수의 바깥쪽 패드들(404)는, 예를 들어, 패드(130)과 같은 부착(attachment), 열 전도(heat conduction), 혹은 접지 패드들에 대응될 수 있다. 한편, 다수의 내부의 패드들(406)은, 예를 들어, 패드(132)와 같은 신호, 제어, 혹은 전력 패드들에 대응될 수 있다. 도 4에는, 반사체가 없거나 혹은 상기 반사체는 임베드된다. 도 5는 도 4의 패키지(400)과 유사한 패키지(500)을 보여주는데, 다만 다른 점은 도 1에서와 같은 반사체(144)를 갖는 패키지를 보여준다는 것이다. 유사한 구성요소들은 동일 참조 번호를 사용하며 다시 설명하지 않는다.
도 6은 2x2 평면의 페이즈된 어레이 레이아웃(2x2 planar phased array layout)을 갖는 패키지(600)의 실시 예를 보여준다. 각 행(each row)상에 두 개 이상의 안테나를 갖도록 하는 것도 가능하다. 이 기본 2x2 어레이는 더 큰 어레이들을 형성하기 위해서 사용될 수 있다. 제 1 피드 라인(114)를 갖는 제 1 안테나 패치(104)에 추가하여, 제 2, 제 3, 및 제 4 피드 라인들(608, 610, 612)를 갖는 제 2, 제 3, 및 제 4 안테나 패치들(602, 604, 606)이 또한 포함될 수 있다. 각각의 피드 라인(each feed line)은 전술한 바와 같이 칩(162)에 접속된다. 보여주기에 편리하도록, 상기 피드 라인들은 도 6의 패치들에서 끝나는 것으로 도시되어 있지만, 상부 평면도 혹은 바닥 평면도(top or bottom plan views)로 보았을 때 이들은 동일 라인에 겹쳐질 수 있고, 도 1-3에서 도시한 바와 같은 단면도로 보았을 때 대응 패치 및 결합 어퍼쳐로부터 이격되어 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 RF 칩, 및 평면의 안테나를 위한 소켓을 갖는 패키지를 포함할 수 있다. 하나 혹은 그 이상의 실시 예들에서, 상기 RF 칩은 상기 패키지에 플립-칩 부착(flip-chip attached)된다. 내부 캐비티들은 상기 패치의 밴드 폭을 개선하기 위해 사용된다. PCB 제조 프로세스 동안 발생하는 뜨거운 개스들을 제거하기 위해 환기 구멍들(venting holes)이 사용될 수 있다. 상기 패키지는 BGA를 통해서 마더보드 PCB에 부착될 수 있다. 상기 패키지는 평면의 페이즈된 어레이(planar phased array)를 구현할 수 있다.
도 1-6을 살펴보면, 본 발명의 한 실시 예에 따른, 어퍼쳐 결합 패치 안테나 패키지는, 일반적으로(in general terms), 패치(104)와 같은 적어도 하나의 보통 평면 패치(generally planar patch)를 포함할 수 있다. 또한 플레인(110)과 같은, 적어도 하나의 보통 평면의 접지 플레인(generally planar ground plane)이 포함된다. 여기서, 플레인(110)은 보통 평면의 패치(104)로부터 안쪽으로 이격되어 있고 상기 패치에 대하여 실질적으로 평행하다. 상기 접지 플레인에는 그 내부에 슬롯(113)과 같은 적어도 하나의 결합 어퍼쳐 슬롯(coupling aperture slot)이 형성된다. 슬롯(113)은 패치(104)에 대하여 실질적으로 반대편에 위치한다. 라인(114)와 같은, 적어도 하나의 피드 라인은 접지 플레인(110)으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지 플레인에 대하여 실질적으로 평행하다. 칩(162)와 같은, 적어도 하나의 라디오 주파수 칩이, 피드 라인(114)로부터 안쪽으로 이격되고, 피드 라인(114) 및 접지 플레인(110)에 결합된다. 또한, 피드 라인(114)로부터 안쪽으로 이격된, 바운드 필름(126) 및 기판(128)에 의해서 형성된 것과 같은, 제 1 기판 층이 포함된다. 상기 제 1 기판 층에는, 캐비티(160)과 같은, 칩-수용 캐비티(a chip-receiving cavity)가 형성된다. 칩(162)는 칩-수용 캐비티(160) 내에 위치한다.
여기서 설명된 대로 따라 하면, PCB 및 안테나 기술 분야의 당업자들은 본 발명의 실시 예들을 실시할 수 있다. 사용될 수 있는 재료들의 무수한 예들에는 금속 층들을 위한 구리, 패드들 혹은 기타 노출된 영역들 상에 입혀진 금과 같은 금속 뿐만 아니라, 미국 코네티컷, 로저의 로저 코오포레이션(Rogers Corporation of Rogers, Connecticut USA)으로부터 구입 가능한 로저 RO4000시리즈의 재료들(및 기타 호환 가능한 재료들)과 같은 쓰모세트 플라스틱/세라믹/우번 글래스 혹은 유사한 라미네이트들(thermoset plastic/ceramic/woven glass or similar laminates)도 포함될 수 있다.
패키지(100, 200, 300)과 같은 본 발명의 실시 예들은 상기 칩 및 기타 패키징으로부터 분리된 단순한 패치 안테나가 아니라 완성된 패키지로 제공되는 것이 유리하다.
비아들(124, 140)과 같은 비아들이, 예를 들어, 플레이트된 관통 구멍들(plated through holes)을 사용하여, 형성될 수 있음을 주목해야 한다.
본 발명의 실시 예들은 또한 기판(108) 및 바운드 필름들(106, 109)에 의해서 형성된 것과 같은, 제 2 기판 층을 포함할 수 있으며, 이는 접지 플레인(110)과 패치(104)에 의해서 정의된 플레인 사이의 영역에 끼어있다(interposed). 패치(104)는 제 1 금속 층에 형성되는 것이 유리하며 접지 플레인(110)은 제 2 금속 층에 형성되는 것이 유리하다.
하나 혹은 그 이상의 실시 예들에서, 기판(112)에 의해서 형성된 것과 같은, 제 3 기판이 접지 플레인(110) 과 피드 라인(114) 사이의 영역에 끼어 있다. 피드 라인(114)는 제 3 금속 층에 형성되는 것이 유리할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 하나 혹은 그 이상의 패키지들은, 제 3 기판 층(112)에 형성되고 접지 플레인(110)에 결합된, 비아(190)과 같은, 적어도 하나의 비아를 포함할 수 있다. 패드들(116, 118, 120)과 같은, 다수의 칩 접속 패드들이 상기 제 3 금속 층에 형성될 수 있다. 상기 칩 접속 패드들 중 적어도 하나, 예를 들어, 패드(118)이 상기 제 3 기판 층 내의 적어도 하나의 비아(190)에 결합될 수 있다. 상기 칩 접속 패드들은 상기 칩을 피드 라인(114)(패드 120), 비아(190)(패드 118), 및 비아(124)(패드 116)에 결합시킨다.
본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들은 하나 혹은 그 이상의 신호 패드들, 하나 혹은 그 이상의 제어 패드들, 및 하나 혹은 그 이상의 전력 공급 패드들을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 하나 혹은 그 이상의 접지 패드들, 예를 들어, 패드(130)뿐만 아니라 패드(132)에 의해서 예시되었다. 상기 신호, 제어, 전력 공급 및 접지 패드들은 제 4 금속 층에 형성하는 것이 유리하다. 보는 바와 같이, 패키지 패드들(134)는 선택적으로 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들에서, 접지 플레인(110) 및 접지 패드(130)과 결합하는, 비아(140)과 같은, 적어도 하나의 접지 비아가 포함된다. 적어도 하나의 접지 비아(140)은, 피드 라인(114)와 교차하지 않는(not intersecting) 영역에서, 제 1 및 제 3 기판 층들(예를 들어, 기판 112, 바운드 필름 126, 및 기판 128)을 관통한다. 본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들은 전력, 신호, 및 제어 앤티 패드들(antipads) 각각 중 적어도 하나, 예를 들어, 접지 플레인(110)과 실질적으로 동일 평면(coplanar)에 형성된, 앤티패드(142)를 포함한다. 적어도 하나의 신호 비아(signal via)가 상기 신호 앤티패드 및 상기 신호 패드를 결합시키고, 상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통한다. 유사하게, 적어도 하나의 전력 비아(power via)가 상기 전력 앤티패드 및 상기 전력 패드를 결합시키고, 상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통한다. 더 나아가서, 적어도 하나의 제어 비아(control via)가 상기 제어 앤티패드 및 상기 제어 패드를 결합시키고, 상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통한다. 여기서, 패드(132), 비아(124), 및 앤티패드(142)는 전력, 신호, 및 제어 기능을 위해 제공될 수 있는 패드, 비아, 및 앤티패드 구성요소들을 도시한다는 것에 주목해야 한다.
또한, 일부 실시 예들에서, 구성요소(144)와 같은 반사체가 상기 제 3 기판 층으로부터 안쪽으로 이격되어서 일반적으로 결합 어퍼쳐 슬롯(113)에 대하여 반대편에 위치한다는 것을 주목해야 한다. 상기 반사체는 상기 제 1 기판 층의 내부 표면 상에 위치할 수 있다(예를 들어, 기판 128의 가장 안쪽 표면에). 상기 반사체는 도 1에서처럼 노출될 수도 있고, 혹은 도 2 및 3에서처럼 임베드될 수 있다. 이 경우에 상기 패키지는, 반사체(144)로부터 안쪽으로 이격된, 바운드 필름(170) 및 기판(172)에 의해서 형성된 것과 같은, 제 4 기판 층을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 반사체는 제 1 및 제 4 기판 층들 사이에 임베드될 수 있다.
필름들(106, 109) 및 기판(108)에 의해서 형성된 것과 같은, 제 2 기판 층은, 그 내부에, 캐비티(150)과 같은 공기 캐비티를 형성하는 것이 유리하다. 공기 캐비티(150)은 패치(104)와 접지 플레인(110)의 결합 어퍼쳐 슬롯(113) 사이에 위치한다. 상기 공기 캐비티는 환기구(152 혹은 352)와 같은 환기구(a vent)와 교통하여서(in communication with) 형성된다. 도 3과 같은 후자의 경우, 환기구(352)는 제 1 기판 층 ; 특히 기판(108)에 형성된다. 전자의 경우, 환기구(152)는, 패치(104)로부터 안쪽으로 이격된, 기판(102)에 의해 형성된 것과 같은, 추가 기판 층에 형성된다. 상기 패치는 추가 기판 층(102)에 형성되고, 상기 환기구는 추가 기판 층(102)에 형성된다.
도 6에서 살펴보았듯이, 본 발명의 하나 혹은 그 이상의 실시 예들에서, 하나 혹은 그 이상의 평면의 페이즈된 어레이들이 구현될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 전술한 패치(104)는 제 1패치로 지정될 수 있고, 전술한 피드 라인(114)는 제 1 피드 라인으로 지정될 수 있다. 상기 접지 플레인은, 슬롯(113)과 같은, 하나 혹은 그 이상의 추가 결합 어퍼쳐 슬롯들로 형성될 수 있다. 상기 패키지는 하나 혹은 그 이상의 추가의 보통 평면 패치들, 예를 들어, 상기 접지 플레인으로부터 바깥으로 이격된, 패치들(602, 604, 606)을 포함할 수 있다. 상기 추가 슬롯들은 상기 추가 패치들에 대하여 실질적으로 반대편에 위치할 수 있다. 상기 패키지들은 또한 하나 혹은 그 이상의 피드 라인들, 예를 들어, 상기 접지 플레인으로부터 안쪽으로 이격되어 상기 접지 플레인에 대하여 실질적으로 평행인, 라인들(608, 610, 614)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 라디오 주파수 칩(162)는 상기 추가의 피드 라인(들)에 결합되고 상기 제 1 패치 및 추가의 패치(들)은 평면의 페이즈된 어레이를 형성하도록 준비된다. 페이즈된 어레이 실시 예들에는 다수의 슬롯들을 갖는 단일의 큰 접지 플레인이 사용될 수 있다. 페이즈된 어레이는 두개 혹은 그 이상의 패치들도 포함할 수 있지만 ; 2의 거듭제곱(powers)으로 된 수, 예를 들어, 2, 4, 8, 16, 32, 등으로 하는 것이 유리하다.
전술한 봄 발명의 대표적 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명에 관하여 지금까지의 설명을 참고하면, 이 분야의 당업자는 본 발명의 다른 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다.
본 발명의 대표적 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 지금까지 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신의 범위를 벗어남이 없이 당업자에 의해서 다양한 변경과 수정들이 만들어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 집적 어퍼쳐-결합 패치 안테나(at least one integrated aperture-coupled patch antenna)를 갖는 라디오-주파수 집적회로 칩 패키지에서,
    적어도 하나의 평면 패치(generally planar patch) ;
    상기 평면 패치로부터 안쪽으로 이격되고(inwardly spaced) 상기 패치에 대하여 평행인 적어도 하나의 평면 접지 플레인(generally ground plane) - 상기 접지 플레인은 그 내부에 적어도 하나의 결합 어퍼쳐 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 상기 패치에 대하여 반대편에 위치함 - ;
    상기 접지 플레인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지 플레인에 대하여 평행인 적어도 하나의 피드 라인(feed line) ;
    상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 피드 라인 및 상기 접지 플레인에 결합된 적어도 하나의 라디오 주파수 칩 ;
    상기 피드 라인으로부터 안쪽으로 이격된 제 1 기판 층 - 상기 제 1 기판 층에는 칩-수용 캐비티(a chip-receiving cavity)가 형성되고, 상기 칩은 상기 칩-수용 캐비티 내에 위치함 - ;
    상기 접지 플레인과 상기 패치에 의해 한정된 플레인 사이의 영역에 끼어있는(interposed) 제2 기판 층 ;
    상기 접지 플레인과 상기 피드 라인 사이의 영역에 끼어있는 제3 기판 층 ;
    상기 제2 기판으로부터 바깥쪽으로 위치하는 덮개 기판 층(covering substrate layer) - 상기 덮개 기판 층은 내부 표면을 가짐 -; 및
    상기 제3 기판 층으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 결합 어퍼쳐 슬롯에 대하여 반대편에 위치하는 반사체;를 포함하고,
    상기 패치는 상기 덮개 기판 층의 상기 내부 표면상의 제1 금속 층에 형성되고, 상기 접지 플레인은 제2 금속 층에 형성되고, 상기 피드 라인은 제3 금속 층에 형성되고, 상기 제2 기판 층과 상기 덮개 기판 층은 안테나 캐비티를 한정(define)하고, 상기 적어도 하나의 평면 패치는 상기 안테나 캐비티에 위치하는,
    칩 패키지.
  2. 제 1항에서, 상기 안테나 캐비티는,
    공기 캐비티(air cavity)를 포함하는,
    칩 패키지.
  3. 삭제
  4. 제 1항에서,
    상기 제 3 기판 층에 형성되어 상기 접지 플레인에 결합된 적어도 하나의 비아 ; 및
    상기 제 3 금속 층에 형성된 다수의 칩 접속 패드들;을 더 포함하되,
    상기 칩 접속 패드들 중 적어도 하나는 상기 제 3 기판 층 내의 상기 적어도 하나의 비아에 결합되고, 상기 칩 접속 패드들은 상기 칩을 상기 피드 라인 및 상기 제 3 기판 층 내의 상기 적어도 하나의 비아에 결합시키는,
    칩 패키지.
  5. 제 4항에서,
    적어도 하나의 신호 패드 ;
    적어도 하나의 제어 패드 ;
    적어도 하나의 전력 공급 패드 ; 및
    적어도 하나의 접지 패드를 더 포함하되, 상기 신호, 제어, 전력 공급 및 접지 패드들은 제 4 금속 층에 형성되는,
    칩 패키지.
  6. 제 5항에서,
    상기 피드 라인과 교차하지 않는(not intersecting) 영역에서, 상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통하여(passing through), 상기 접지 플레인과 상기 접지 패드를 결합시키는 적어도 하나의 접지 비아 ;
    상기 접지 플레인과 동일 평면(coplanar)에 형성되는 적어도 전력, 신호, 및 제어 앤티패드들(antipads) ;
    상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통하여(passing through), 상기 신호 앤티패드와 상기 신호 패드를 결합시키는 적어도 하나의 신호 비아 ;
    상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통하여(passing through), 상기 전력 앤티패드와 상기 전력 패드를 결합시키는 적어도 하나의 전력 비아 ; 및
    상기 제 1 및 제 3 기판 층들을 관통하여(passing through), 상기 제어 앤티패드와 상기 제어 패드를 결합시키는 적어도 하나의 제어 비아를 더 포함하는
    칩 패키지.
  7. 삭제
  8. 제 1항에서, 상기 반사체는 상기 제 1 기판 층의 내부 표면상에 위치하는
    칩 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 8항에서,
    상기 반사체로부터 안쪽으로 이격된 제4 기판 층;을 더 포함하고,
    상기 반사체는 상기 제1 기판 층과 상기 제4 기판 층 사이에 위치하는(embedded),
    칩 패키지.
  15. 제 1항에서,
    상기 적어도 하나의 패치는 제 1 패치이고 ;
    상기 적어도 하나의 피드 라인은 제 1 피드라인이며 ; 그리고
    상기 접지 플레인은 그 내부에 적어도 제 2 결합 어퍼쳐 슬롯이 형성되며 ;
    상기 패키지는,
    상기 접지 플레인으로부터 바깥쪽으로 이격된 적어도 제 2 평면 패치 - 상기 제 2 슬롯은 상기 제 2 패치에 대하여 반대편에 위치함 - ; 및
    상기 접지 플레인으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지 플레인에 대하여 평행인 적어도 제 2 피드 라인을 더 포함하되,
    상기 적어도 하나의 라디오 주파수 칩은 상기 제 2 피드 라인에 결합되고, 상기 제 1 및 제 2 패치들은 평면 페이즈된 어레이를 형성하도록 준비된
    칩 패키지.
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