KR101938227B1

KR101938227B1 - Waveguide package

Info

Publication number: KR101938227B1
Application number: KR1020170092202A
Authority: KR
Inventors: 정진호; 김정식; 최원석
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-14

Abstract

The present invention relates to a single chip and multichip waveguide package not using wire bonding. According to the present invention, the waveguide package comprises: a first substrate including a waveguide converting device and a first loop capable of wireless power transmission; and a second substrate including an external circuit and a second loop capable of wireless power transmission. The first and second loops are opposed to each other so that signals are mutually transmitted by magnetic coupling.

Description

Waveguide package {WAVEGUIDE PACKAGE}

본 발명은 와이어 본딩을 사용하지 않는 단일 및 다중칩 도파관 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to single and multi-chip waveguide packages that do not use wire bonding.

집적회로를 도파관(waveguide)에 장착하여 패키징하는 경우, 평면형 집적회로와 도파관의 전송 모드가 달라 두 모드를 변환 시켜주는 도파관 변환 장치가 필요하게 된다. In the case of mounting an integrated circuit on a waveguide and packaging it, a waveguide conversion device that converts two modes is required, which is different from a transmission mode of a planar integrated circuit and a waveguide.

도파관 변환 장치는 두 전송 선로 사이의 커플링은 최대화 시키고 반사는 최소화 시키기 위하여, 전송선로 간의 임피던스 정합이 되도록 설계되어야 한다. 또한, 두 전송 선로 사이의 모드 전이가 손실 없이 이루어지도록 해야 한다. 따라서, 대역폭과 변환 손실이 중요한 성능 지표이다.The waveguide transformer should be designed to match the impedance between the transmission lines in order to maximize the coupling between the two transmission lines and to minimize reflection. Also, the mode transition between the two transmission lines should be done without loss. Therefore, bandwidth and conversion loss are important performance indicators.

도파관 변환 장치가 우수한 성능을 가지기 위해서는, 두께가 얇고 유전율이 작은 기판 위에 제작되어야 한다. 하지만, 도파관 변환 장치의 성능에 적합한 기판을 사용할 경우, Si, InP, GaAs 등 다양한 반도체 기판 위에 제작된 외부 회로와 도파관 변환 장치를 결합하기 위해서, 본딩 와이어(bonding wire)와 같은 추가적인 연결 부분이 필요하다. For a waveguide transformer to have excellent performance, it should be fabricated on a substrate having a small thickness and a small dielectric constant. However, when a substrate suitable for the performance of a waveguide transformer is used, an additional connection portion such as a bonding wire is required to couple the waveguide transformer with an external circuit formed on various semiconductor substrates such as Si, InP, and GaAs Do.

이러한 연결 부분은 기생 인덕턴스, 저항과 같은 기생성분을 만들게 되고, 도파관 변환 장치의 성능을 떨어트릴 수 있다. 동작 주파수가 낮은 경우, 연결 부분의 길이가 파장에 비해 짧기 때문에, 변환 특성에 큰 영향을 미치지 않는다. 하지만, 동작 주파수가 증가할수록 연결 부분의 길이가 파장에 비해 길어지게 되고, 기생성분이 커져 변환 장치의 성능을 크게 떨어트린다.These connections create parasitic components, such as parasitic inductance and resistance, and can degrade the performance of the waveguide transformer. When the operating frequency is low, since the length of the connecting portion is shorter than the wavelength, the conversion characteristic is not greatly affected. However, as the operating frequency increases, the length of the connection part becomes longer than the wavelength, and the parasitic component becomes larger, thereby deteriorating the performance of the converter.

일반적으로 외부회로를 도파관에 장착하기 위한 도파관 패키지는, 변환 장치와 외부 회로의 전기적 연결을 위해 와이어 본딩(wire bonding)을 사용한다. Generally, a waveguide package for mounting an external circuit to a waveguide uses wire bonding for electrical connection between the conversion device and an external circuit.

도 1a는 종래 기술에 따른 도파관 변환 장치와 외부 회로의 연결을 설명하기 위한 평면도이다. FIG. 1A is a plan view for explaining a connection between a waveguide conversion device and an external circuit according to the related art.

도 1a를 참조하면, 도파관 변환 장치와 외부 회로가 본딩 와이어에 의해 전기적으로 연결되어 있는 것을 보여준다. 여기서 본딩 와이어의 길이(약 100 μm)는 되도록 짧게 되어 있다. Referring to FIG. 1A, a waveguide conversion device and an external circuit are electrically connected by a bonding wire. Here, the length of the bonding wire (about 100 μm) is as short as possible.

도 1b는 종래 기술에 따른 도파관 변환 장치와 외부 회로의 연결을 설명하기 위한 사시도이다. 1B is a perspective view for explaining a connection between a waveguide conversion device and an external circuit according to the related art.

도 1b를 참조하면, H-대역(220-325 GHz)의 WR-03 표준 도파관(도파관 폭 = 430 μm) 안에 변환 장치와 외부 회로가 본딩 와이어로 연결되어 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1B, it can be seen that the conversion device and the external circuit are connected by a bonding wire in the WR-03 standard waveguide (waveguide width = 430 μm) of the H-band (220-325 GHz).

이러한 회로 간의 본딩 와이어 연결은 패키지 및 시스템의 성능을 하락 시킬 수 있다. 이는 본딩 와이어가 가지는 기생 인덕턴스 및 저항 성분 때문이며, 주파수가 높아질수록 이러한 기생 효과는 점점 커져서 칩 및 시스템의 성능을 심각하게 저하시킨다. Bonding wire connections between these circuits can degrade package and system performance. This is due to the parasitic inductance and resistance component of the bonding wire. As the frequency increases, this parasitic effect becomes larger and seriously degrades the performance of the chip and the system.

도 2는 본딩 와이어가 연결된 패키지와 본딩 와이어가 연결되지 않은 패키지의 삽입 손실 및 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 2 is a graph showing simulation results of insertion loss and reflection loss of a package to which a bonding wire is connected and a package to which a bonding wire is not connected.

도 2를 참조하면, 도 1a 및 도 1b와 같은 본딩 와이어가 연결된 패키지와, 본딩 와이어가 연결되지 않은 패키지의 삽입 손실 및 반사 손실의 시뮬레이션 결과 그래프가 개시되어 있다. Referring to FIG. 2, there is shown a simulation result of insertion loss and reflection loss of a package to which a bonding wire is connected as shown in FIGS. 1A and 1B and a package to which a bonding wire is not connected.

여기서, 본딩 와이어가 연결되지 않은 패키지는 외부 회로 대신 동일한 기판 위의 두 변환 장치를 양쪽으로 바로 연결한 구조이다. 본딩 와이어가 연결된 패키지는 그렇지 않은 패키지와 비교하여, 높은 주파수에서 손실이 증가하고 동작 대역폭이 급격히 감소한 것을 볼 수 있다. 이러한 대역폭 감소는 본딩 와이어의 기생성분에 의해 변환 장치의 임피던스 정합이 바뀌기 때문이다. Here, a package in which a bonding wire is not connected has a structure in which two conversion devices on the same substrate are directly connected to both sides instead of an external circuit. It can be seen that the package with the bonding wire connected increases the loss at high frequencies and the operating bandwidth sharply decreases compared to the package without the bonding wire. This reduction in bandwidth is due to the impedance matching of the transducer being changed by the parasitic component of the bonding wire.

도 3은 정합 회로가 추가된 변환 장치 및 패키지를 설명하기 위한 개념도이다. 3 is a conceptual diagram for explaining a conversion device and a package to which a matching circuit is added.

도 3을 참조하면, 이러한 문제를 해결하기 위해, 본딩 와이어의 효과를 감쇄하기 위한 임피던스 정합 회로를 추가하는 기법들이 제안되어 왔다. 이는 대략적인 본딩 와이어 길이에 따른 기생성분을 예측해, 이를 보상하는 정합 회로를 구성하는 방법이다. Referring to FIG. 3, techniques for adding an impedance matching circuit for attenuating the effects of the bonding wires have been proposed to solve this problem. This is a method for constructing a matching circuit that predicts parasitic components according to the approximate bonding wire length and compensates for the parasitic components.

하지만, 본딩 와이어의 길이, 높이, 접촉 위치 등을 정확히 예측하기 어렵기 때문에, 추가된 정합 회로가 예측한대로 동작하기 어렵다는 문제점이 있다.However, since it is difficult to precisely predict the length, height, and contact position of the bonding wire, there is a problem that the added matching circuit is difficult to operate as expected.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems.

또 다른 목적은, 무선전력 전송 기술을 이용해, 종래의 도파관 패키지에서 본딩 와이어와 같은 물리적인 연결을 제거한 도파관 패키지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object is to provide a waveguide package using a wireless power transmission technique, in which a physical connection such as a bonding wire is removed from a conventional waveguide package.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 제1루프를 포함하는 제1기판; 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 제2루프를 포함하는 제2기판;을 포함하며, 상기 제1루프 및 상기 제2루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a waveguide device comprising: a first substrate including a waveguide conversion device and a first loop capable of wireless power transmission; And a second substrate including an external circuit and a second loop capable of wireless power transmission, wherein the first loop and the second loop are arranged facing each other and are arranged such that mutual signals are transmitted by magnetic coupling Waveguide package.

실시 예에 있어서, 상기 제2루프는, 한쪽 끝 부분에 발룬(balun)을 포함하고, 나머지 끝 부분에 마이크로스트립 선로를 포함할 수 있다. In an embodiment, the second loop may include a balun at one end and a microstrip line at the other end.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제2루프는, 양쪽 끝 부분에 마이크로스트립 선로를 각각 포함할 수 있다. In another embodiment, the second loop may include microstrip lines at both ends.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 간격을 조절하기 위한 도파관 지그(jig)를 포함할 수 있다. In yet another embodiment, a waveguide jig for adjusting the spacing between the first substrate and the second substrate may be included.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제1기판 및 상기 제2기판은, 상단 및 하단에 각각 배치될 수 있다. In yet another embodiment, the first substrate and the second substrate may be disposed at the top and bottom, respectively.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제1루프의 크기는, 설정하고자 하는 결합 계수에 따라 조절될 수 있다. In another embodiment, the size of the first loop may be adjusted according to a coupling coefficient to be set.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 상단루프를 포함하는 상단기판; 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 복수의 하단루프를 포함하는 하단기판;을 포함하며, 상기 상단루프 및 상기 복수의 하단루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a waveguide device comprising: a top substrate including a waveguide conversion device and a top loop capable of wireless power transmission; And a lower substrate including an outer circuit and a plurality of lower loops capable of wireless power transmission, wherein the upper loop and the plurality of lower loops are arranged facing each other and are arranged such that mutual signals are transmitted by magnetic coupling Waveguide package.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 하단루프 각각은, 한쪽 끝 부분에 발룬(balun)을 포함하고, 나머지 끝 부분에 마이크로스트립 선로를 포함할 수 있다. In an embodiment, each of the plurality of lower loops may include a balun at one end and a microstrip line at the other end.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 복수의 하단루프 각각은, 양쪽 끝 부분에 마이크로스트립 선로를 각각 포함할 수 있다. In another embodiment, each of the plurality of lower loops may include a microstrip line at both ends thereof.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 상단루프를 포함하는 상단기판; 무선전력 전송이 가능한 중단루프를 포함하는 중단기판; 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 하단루프를 포함하는 하단기판;을 포함하며, 상기 상단루프, 상기 중단루프 및 상기 하단루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a waveguide device comprising: a top substrate including a waveguide conversion device and a top loop capable of wireless power transmission; An interrupted substrate including an interrupted loop capable of wireless power transmission; And a lower substrate including an outer circuit and a lower loop capable of wireless power transmission, wherein the upper loop, the interrupted loop, and the lower loop are arranged facing each other and are arranged such that mutual signals are transmitted by magnetic coupling Waveguide package.

본 발명에 따른 도파관 패키지의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the waveguide package according to the present invention is as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 다른 회로와 결합 시에 필요한 물리적 연결을 제거하여 넓은 동작 대역폭 및 저손실 특성을 보여준다. 또한, 크기가 큰 집적회로를 패키징하는데 용이하고 다중 루프를 이용한 전력 결합 기능이 가능하다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the physical connection necessary for coupling with other circuits is eliminated, thereby exhibiting a wide operating bandwidth and a low loss characteristic. Also, it is easy to package a large-sized integrated circuit, and a power combining function using multiple loops is possible.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본딩 와이어의 기생성분이 증가하는 밀리미터파, 그리고, 테라헤르츠 대역에서 전자 회로 및 시스템을 구현하는데 효과적으로 활용될 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, the parasitic component of the bonding wire can be effectively utilized for realizing electronic circuits and systems in the millimeter wave and the terahertz band.

그리고, 평면형으로 회로를 설계할 수 있는 기판에 다양하게 적용 가능하다.In addition, it can be applied variously to a substrate on which a circuit can be designed in a planar form.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본딩 와이어와 같은 추가 공정을 사용하지 않는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage of not using an additional process such as a bonding wire.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 도파관 폭보다 폭이 넓은 집적회로를 패키징하는데 용이하게 사용할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, an integrated circuit having a width wider than the waveguide width can be easily used for packaging.

또한, 하단 기판의 여러 개의 작은 루프로 전력을 전송하여 전력 결합 기능을 가질 수 있다.In addition, power can be transferred by several small loops of the lower substrate to have a power coupling function.

따라서, 본 발명은 저비용, 고성능 전자회로 모듈 및 시스템 구현에 효과적으로 활용될 수 있다.Therefore, the present invention can be effectively utilized in low cost, high performance electronic circuit module and system implementation.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.

도 1a는 종래 기술에 따른 도파관 변환 장치와 외부 회로의 연결을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 도파관 변환 장치와 외부 회로의 연결을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본딩 와이어가 연결된 패키지와 본딩 와이어가 연결되지 않은 패키지의 삽입 손실 및 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 정합 회로가 추가된 변환 장치 및 패키지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 무선전력전송을 이용한 변환 장치 및 패키지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선전력전송을 이용한 패키지와 본딩 와이어가 연결된 패키지의 삽입 손실 및 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 상단 및 하단 기판 사이의 간격에 따른 삽입손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 두 기판 사이의 간격을 조절할 수 있는 도파관 지그를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8a는 크기가 증가된 루프와 다중 루프를 이용하여, 증가된 결합 계수 및 전력 분배 기능을 가지는 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8b는 하단 기판 위의 다중 루프를 이용해 4 방향 마이크로스트립 전력 분배 기능을 가지는 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 상단 루프 및 하단 루프 사이의 커플링을 극대화 하기 위해, 상단 기판 및 하단 기판 사이에 중단 루프가 포함된 중단 기판을 삽입한 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 1A is a plan view for explaining a connection between a waveguide conversion device and an external circuit according to the related art.
1B is a perspective view for explaining a connection between a waveguide conversion device and an external circuit according to the related art.
2 is a graph showing simulation results of insertion loss and reflection loss of a package to which a bonding wire is connected and a package to which a bonding wire is not connected.
3 is a conceptual diagram for explaining a conversion device and a package to which a matching circuit is added.
4A and 4B are conceptual diagrams for explaining a conversion apparatus and a package using wireless power transmission according to the present invention.
5 is a graph showing simulation results of insertion loss and return loss of a package using a wireless power transmission according to the present invention and a package to which a bonding wire is connected.
6 is a graph showing a simulation result of insertion loss according to the gap between the upper and lower substrates.
7 is a conceptual diagram for explaining a waveguide jig capable of adjusting a gap between two substrates according to the present invention.
8A is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention having an increased coupling coefficient and a power distribution function using an increased loop and multiple loops.
8B is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention having a four-way microstrip power distribution function using multiple loops on a lower substrate.
9 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention in which a stop substrate inserted between an upper substrate and a lower substrate is inserted in order to maximize the coupling between the upper loop and the lower loop.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , &Lt; / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요건들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, all embodiments of the present invention are not disclosed. The invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided to satisfy legal requirements for application. Like reference numerals are used throughout the same components.

본 발명은 도파관 패키지 장치에 무선전력전송 기법을 적용시켜 다른 회로와 결합 시 본딩 와이어와 같은 물리적 연결을 제거해, 손실을 감소시키고 대역폭 특성을 유지하기 위한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to techniques for applying a wireless power transmission technique to a waveguide package device to eliminate physical connections such as bonding wires in combination with other circuits to reduce losses and maintain bandwidth characteristics.

변환 장치에 물리적 연결을 제거하여 기생성분이 최소화되고 손실을 최소화하며, 대역폭 특성을 유지할 수 있다. By eliminating the physical connection to the conversion device, parasitic components can be minimized, losses can be minimized, and bandwidth characteristics can be maintained.

그리고, 기존 회로의 패턴과 도파관만 수정하는 간편한 방법을 사용하므로 시간, 비용 측면에서 이점이 있다. 또한, 도파관의 폭보다 크기가 큰 집적회로를 패키징 하는데 용이하고 다수의 칩을 전력 결합할 수 있다.And it uses time and cost advantages because it uses simple pattern that modify existing circuit pattern and waveguide only. Further, it is easy to package an integrated circuit having a size larger than the width of the waveguide, and a plurality of chips can be power-coupled.

앞서 설명한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 추가 공정이 필요 없는 무선전력전송 루프를 제안하고, 이를 활용한 새로운 형태의 도파관 패키지를 제시한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention proposes a wireless power transmission loop which does not require an additional process, and proposes a new type of waveguide package utilizing the same.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 제1루프를 포함하는 제1기판 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 제2루프를 포함하는 제2기판을 포함하며, 상기 제1루프 및 상기 제2루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a waveguide conversion apparatus comprising: a first substrate including a waveguide conversion device and a first loop capable of wireless power transmission; 2 substrate, wherein the first loop and the second loop are arranged facing each other and the mutual signal is transmitted by magnetic coupling.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 상단루프를 포함하는 상단기판 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 복수의 하단루프를 포함하는 하단기판을 포함하며, 상기 상단루프 및 상기 복수의 하단루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a waveguide device including a waveguide conversion device and a lower substrate including a top substrate and an outer circuit including a top loop capable of radio power transmission and a plurality of bottom loops capable of radio power transmission, Loop and the plurality of lower loops are arranged facing each other and a mutual signal is transmitted by magnetic coupling.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 도파관 변환장치 및 무선전력 전송이 가능한 상단루프를 포함하는 상단기판, 무선전력 전송이 가능한 중단루프를 포함하는 중단기판 및 외부회로 및 무선전력 전송이 가능한 하단루프를 포함하는 하단기판을 포함하며, 상기 상단루프, 상기 중단루프 및 상기 하단루프는, 마주보게 배치되어 자기적 결합에 의해 상호 간 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 도파관 패키지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a waveguide conversion device comprising: a top substrate including a waveguide conversion device and a top loop capable of wireless power transmission; a middle substrate and an outer circuit including an interrupted loop capable of wireless power transmission; Wherein the upper loop, the intermediate loop and the lower loop are disposed opposite to each other and are transmitted to each other by magnetic coupling.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 무선전력전송을 이용한 변환 장치 및 패키지를 설명하기 위한 개념도이다.4A and 4B are conceptual diagrams for explaining a conversion apparatus and a package using wireless power transmission according to the present invention.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관 패키지를 보여준다. 4A and 4B show a waveguide package according to the present invention.

종래 기술이 변환 장치와 외부 회로가 나란히 옆으로 놓여 본딩 와이어로 연결되는 것과는 다르게, 변환 장치와 외부 회로가 위 아래로 놓여 무선전력전송으로 신호가 전달된다. Unlike the prior art, in which the conversion device and the external circuit are placed side by side and connected with the bonding wire, the conversion device and the external circuit are placed up and down to transmit the signal to the wireless power transmission.

구체적으로, 상단 기판 아랫면에 일반적인 변환 장치와 사각형 모양의 무선전력전송 루프가 위치해 있다. 현재 편의상 한 바퀴 권선수를 가지는 사각형 모양의 루프를 나타내지만, 루프의 모양은 직사각형, 원형, 팔각형, 다중 권선수 등 다양한 모양을 가질 수 있다. Specifically, a general conversion device and a rectangular wireless power transmission loop are located on the lower surface of the upper substrate. Currently, for the sake of convenience, a rectangular loop having one turn of a wheel is shown, but the shape of the loop can have various shapes such as a rectangle, a circle, an octagon, and a multi-turn.

도 4a와 같이 하단 기판 윗면에는 무선전력전송 루프와 발룬, 그리고 마이크로스트립 선로가 위치해 있다. 구체적으로, 하단 루프의 차동 출력을 스터브(stub)를 이용한 발룬(balun) 또는 비아를 이용한 마이크로스트립 선로 출력으로 변환할 수 있다. As shown in FIG. 4A, a wireless power transmission loop, a balun, and a microstrip line are located on the upper surface of the lower substrate. Specifically, the differential output of the lower loop can be converted to a microstrip line output using a balun or via using a stub.

여기서, 발룬을 제거하면 도 4b와 같이 두 개의 마이크로스트립 선로(마이크로파 전송선로) 또는 하나의 마이크로스트립 동일면 선로를 얻어 전력 분배 기능도 가능하다. Here, if the balun is removed, two microstrip lines (microwave transmission line) or one microstrip coplanar line can be obtained as shown in FIG.

하단 기판의 경우 다양한 평면형 회로를 올릴 수 있고 회로의 크기가 커 도파관 벽면에 틈이 만들어 져도, 상단 기판의 크기를 표준 도파관 폭 보다 작게 만들 수 있다. 이에 따라, 원하지 않는 전자기파 모드 발생을 막을 수 있다. In the case of the lower substrate, various planar circuits can be mounted, and the size of the upper substrate can be made smaller than the standard waveguide width even if the circuit size is large and a gap is created in the waveguide wall. Thus, it is possible to prevent the occurrence of undesired electromagnetic wave modes.

상단 기판과 하단 기판의 루프는 서로 마주 보게 배치하여, 트랜스포머의 동작 원리와 같이 두 루프 간의 자기적 결합에 의해 신호가 전달된다. 여기서, 상단 기판은 상단 지지대에 하단 기판은 하단 지지대에 전도성 접착제를 이용해 고정시킨다. The loops of the upper substrate and the lower substrate are arranged facing each other, and the signal is transmitted by the magnetic coupling between the two loops as the operating principle of the transformer. Here, the upper substrate is fixed to the upper support and the lower substrate is fixed to the lower support using a conductive adhesive.

도 5는 본 발명에 따른 무선전력전송을 이용한 패키지와 본딩 와이어가 연결된 패키지의 삽입 손실 및 반사 손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 5 is a graph showing simulation results of insertion loss and return loss of a package using a wireless power transmission according to the present invention and a package to which a bonding wire is connected.

도 5를 참조하면, 무선전력전송 루프를 이용해 물리적 연결을 제거한 결과, 본딩 와이어가 연결된 변환 장치와 비교해 급격하게 대역폭이 향상됨을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 5, as a result of removing a physical connection using a wireless power transmission loop, it can be confirmed that the bandwidth is drastically improved as compared with a conversion device to which a bonding wire is connected.

도 6은 상단 및 하단 기판 사이의 간격에 따른 삽입손실의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing a simulation result of insertion loss according to the gap between the upper and lower substrates.

도 6을 참조하면, 현재 최적화 되어 있는 간격 50 μm 에서 ±10 μm 로 바뀔 경우 삽입 손실이 크게 바뀌지 않지만, ±20 μm 이상 바뀔 경우 삽입 손실 대역폭이 감소하기 시작한다. Referring to FIG. 6, when the current optimized interval is changed from 50 μm to ± 10 μm, the insertion loss does not largely change. However, when the variation exceeds ± 20 μm, the insertion loss bandwidth begins to decrease.

실제 도파관 지그 제작 시 두 기판 사이의 간격은 지지대의 제작 가공 오차에 따라 변할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 도 7과 같이 두 기판 사이의 간격을 조절할 수 있는 도파관 지그(jig)를 제시한다. In actual fabrication of the waveguide jig, the gap between the two substrates may vary according to the fabrication error of the support. Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 7, a waveguide jig capable of adjusting a gap between two substrates is presented.

도 7은 본 발명에 따른 두 기판 사이의 간격을 조절할 수 있는 도파관 지그를 설명하기 위한 개념도이다. 7 is a conceptual diagram for explaining a waveguide jig capable of adjusting a gap between two substrates according to the present invention.

도 7을 참조하면, 하단 기판은 지지대에 장착되며 피니언과 래크의 조합으로 기판의 높이를 바꿔, 결과적으로 상단 기판과 하단 기판 사이의 간격을 조절할 수 있게 된다. 마찬가지로, 상단 기판에도 피니언과 래크를 장착할 수 있다.Referring to FIG. 7, the lower substrate is mounted on a support, and the height of the substrate is changed by a combination of the pinion and the rack, and as a result, the gap between the upper substrate and the lower substrate can be adjusted. Similarly, a pinion and a rack may be mounted on the upper substrate.

본 발명에 따른 도파관 변환 장치 및 패키지에서 상단 기판의 모양은 꼭 직사각형일 필요는 없다. In the waveguide conversion apparatus and the package according to the present invention, the shape of the upper substrate need not necessarily be rectangular.

도 8a 및 도 8b와 같이, 상단 기판의 변환 장치 크기는 표준 도파관 안에 들어갈 크기로 두고, 뒷단의 루프의 크기를 키워 결합 계수를 증가시키는 구조와 모양으로 변경 가능하다. As shown in FIGS. 8A and 8B, the size of the transducer of the upper substrate may be changed to a structure and a shape that increase the coupling coefficient by increasing the size of the loop at the rear end while keeping the size of the transducer in the standard waveguide.

도 8a는 크기가 증가된 루프와 다중 루프를 이용하여, 증가된 결합 계수 및 전력 분배 기능을 가지는 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 8A is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention having an increased coupling coefficient and a power distribution function using an increased loop and multiple loops. FIG.

도 8b는 하단 기판 위의 다중 루프를 이용해 4 방향 마이크로스트립 전력 분배 기능을 가지는 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 8B is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention having a four-way microstrip power distribution function using multiple loops on a lower substrate.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 추가로 상단 기판의 큰 루프에서 하단 기판의 여러 개의 작은 루프로 전력을 송수신할 수 있는 전력 분배와 결합 기능도 가능하다. 8A and 8B, a power distribution and coupling function capable of transmitting and receiving power from a large loop of the upper substrate to a plurality of smaller loops of the lower substrate is also possible.

또한, 도 8b와 같이, 하단 루프 뒷단의 발룬을 제거해 4개의 마이크로스트립 선로를 가지게 하여, 더 많은 전력 분배 및 결합 기능을 얻을 수 있다. Further, as shown in FIG. 8B, the balun at the rear end of the lower loop is removed to have four microstrip lines, so that more power distribution and coupling functions can be obtained.

도 9는 상단 루프 및 하단 루프 사이의 커플링을 극대화 하기 위해, 상단 기판 및 하단 기판 사이에 중단 루프가 포함된 중단 기판을 삽입한 본 발명에 따른 도파관 패키지의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 9 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a waveguide package according to the present invention in which a stop substrate inserted between an upper substrate and a lower substrate is inserted in order to maximize the coupling between the upper loop and the lower loop.

도 9를 참조하면, 칩 면적이 제한을 받아 루프의 크기를 키울 수 없는 경우, 칩 크기는 그대로 두고 중간에 중계 루프가 포함된 중단 기판을 삽입해 커플링을 증가 시키는 방법이 개시되어 있다. Referring to FIG. 9, when the size of a loop can not be increased due to a limited chip area, a method of increasing coupling by inserting an intermediate substrate including a relay loop in the middle of a chip size.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims

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An upper substrate including a waveguide conversion device and a top loop capable of wireless power transmission; And
A lower substrate including a plurality of lower loops capable of external circuitry and wireless power transmission,
Wherein the upper loop and the plurality of lower loops are opposed to each other and are transmitted to each other by magnetic coupling.

8. The method of claim 7,
Wherein each of the plurality of lower loops comprises:
Wherein the waveguide package includes a balun at one end and a microstrip line at the other end.

8. The method of claim 7,
Wherein each of the plurality of lower loops comprises:
And a microstrip line at both ends of the waveguide package.

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