KR101952870B1 - 안테나 통합형 rf 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 순차적으로 배치된 기판과, 기판의 면 중에서 제3 층에 가까운 면 상에 배치되어 복수의 RF 신호를 생성하는 IC를 포함하고, 기판은, 제2 층 및 제3 층을 관통하도록 배치되어 복수의 RF 신호를 전달받는 복수의 신호 비아와, 제1 층에 배치되어 복수의 신호 비아로부터 복수의 RF 신호를 전달받고 방사하는 복수의 패치 안테나와, 제1 층에 배치되어 복수의 패치 안테나의 각각을 둘러싸는 복수의 제1 관통 영역을 가지는 제1 접지 부재와, 제2 층에 배치되어 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제2 관통 영역을 가지는 제2 접지 부재와, 제3 층에 배치되어 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제3 관통 영역을 가지는 제3 접지 부재를 포함하고, 복수의 제1 관통 영역 및 복수의 제2 관통 영역의 각각은 복수의 패치 안테나 각각보다 크고, 복수의 제3 관통 영역의 각각은 복수의 패치 안테나 각각보다 작을 수 있다.

Description

안테나 통합형 RF 모듈{Antenna-integrated radio frequency module}
본 발명은 안테나 통합형 RF 모듈에 관한 것이다.
최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 RF 모듈의 상용화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
RF 모듈의 소형화는 RF 모듈의 상용화를 위해 필요하나, 안테나의 방사특성과 신호 전달 효율의 열화를 유발할 수 있다. 이러한 현상은 5G 통신 또는 밀리미터웨이브 통신과 같은 높은 주파수의 RF 신호를 사용하는 RF 모듈에서 두드러지게 나타날 수 있다.
일본 공개특허공보 WO2014/073355
본 발명의 일 실시 예는, IC부터 안테나까지의 동작 환경을 통합하여 전체 사이즈를 감소시키면서도 사이즈 감소에 따른 안테나의 방사특성(예: 이득, 손실, 지향성)과 신호 전달 효율의 열화를 방지할 수 있는 구조를 가지는 안테나 통합형 RF 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 순차적으로 배치된 기판; 및 상기 기판의 면 중에서 상기 제3 층에 가까운 면 상에 배치되어 복수의 RF 신호를 생성하는 IC; 를 포함하고, 상기 기판은, 상기 제2 층 및 제3 층을 관통하도록 배치되어 상기 복수의 RF 신호를 전달받는 복수의 신호 비아; 상기 제1 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아로부터 상기 복수의 RF 신호를 전달받고 방사하는 복수의 패치 안테나; 상기 제1 층에 배치되어 상기 복수의 패치 안테나의 각각을 둘러싸는 복수의 제1 관통 영역을 가지는 제1 접지 부재; 상기 제2 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제2 관통 영역을 가지는 제2 접지 부재; 및 상기 제3 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제3 관통 영역을 가지는 제3 접지 부재; 를 포함하고, 상기 복수의 제1 관통 영역 및 상기 복수의 제2 관통 영역의 각각은 상기 복수의 패치 안테나 각각보다 크고, 상기 복수의 제3 관통 영역의 각각은 상기 복수의 패치 안테나 각각보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 패치 안테나는 4 by 4 형태로 배치되고 서로 동일한 형태를 가지는 16개의 패치 안테나로 구성되고, 상기 복수의 신호 비아는 2개의 제2 신호 비아가 상기 복수의 패치 안테나의 1개의 패치 안테나에 연결되도록 32개의 신호 비아로 구성될 수 있으며, 상기 복수의 패치 안테나는 각각 서로 대응되는 소정의 4개 연결후보 위치를 가지고, 상기 복수의 신호 비아 각각은 상기 복수의 패치 안테나 중 대응되는 패치 안테나의 소정의 4개 연결후보 위치 중 2개에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은, IC부터 안테나까지의 동작 환경을 통합하여 전체 사이즈를 감소시키면서도 사이즈 감소에 따른 안테나의 방사특성과 신호 전달 효율의 열화를 방지할 수 있으며, 수십 내지 수백 GHz 주파수의 신호가 IC와 안테나의 사이에서 전달될 때의 손실 및 간섭을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 기판의 제1 층을 예시한 도면이다.
도 3은 기판의 제1 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 4는 기판의 제2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 5는 기판의 제2 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 6은 기판의 제2-2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 7은 기판의 제3 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 8은 기판의 제4 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 9는 기판의 제4 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 10은 기판의 제4-2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 11은 기판의 제5 층을 예시한 도면이다.
도 12는 기판의 제6 층을 예시한 도면이다.
도 13은 기판의 제7 층을 예시한 도면이다.
도 14는 기판에서 IC가 배치되는 면을 예시한 도면이다.
도 15는 서브 기판의 배치를 예시한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은 기판(100) 및 IC(200)를 포함할 수 있으며, 상기 기판(100)은 복수의 패치 안테나(110a, 110b), 제1 접지 부재(115a, 115b, 115c), 복수의 제1 신호 비아(120a, 120b), 제2 접지 부재(125a, 125b, 125c), 복수의 RF 라인(130a, 130b), 제3 접지 부재(135a, 135b, 135c) 및 복수의 제2 신호 비아(140a, 140b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
복수의 패치 안테나(110a, 110b)는 IC(200)에서 생성된 RF 신호를 방사할 수 있으며, 외부의 RF 신호를 수신할 수 있다.
제1 접지 부재(115a, 115b, 115c)는 복수의 패치 안테나(110a, 110b)의 각각을 둘러싸는 복수의 제1 관통 영역을 가질 수 있다.
복수의 제1 신호 비아(120a, 120b)는 복수의 패치 안테나(110a, 110b)로 RF 신호를 전달하거나 복수의 패치 안테나(110a, 110b)로부터 RF 신호를 전달받을 수 있다.
제2 접지 부재(125a, 125b, 125c)는 복수의 제1 신호 비아(120a, 120b)의 각각을 둘러싸는 복수의 제2 관통 영역을 가질 수 있다.
복수의 RF 라인(130a, 130b)은 복수의 제1 신호 비아(120a, 120b)로 RF 신호를 전달하거나 복수의 제1 신호 비아(120a, 120b)로부터 RF 신호를 전달받을 수 있다.
제3 접지 부재(135a, 135b, 135c)는 복수의 제1 신호 비아(120a, 120b)의 각각을 둘러싸는 복수의 제3 관통 영역을 가질 수 있다.
복수의 제2 신호 비아(140a, 140b)는 복수의 RF 라인(130a, 130b)과 IC(200)의 사이를 전기적으로 연결하여 RF 신호를 전달할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 제1 관통 영역 및 상기 복수의 제2 관통 영역의 각각은 복수의 패치 안테나(110a, 110b) 각각보다 크고, 상기 복수의 제3 관통 영역의 각각은 복수의 패치 안테나(110a, 110b) 각각보다 작을 수 있다.
이에 따라, 복수의 공간(cavity1, cavity2)이 복수의 패치 안테나(110a, 110b)와 제3 접지 부재(135a, 135b, 135c)의 사이에 위치할 수 있다. 상기 복수의 공간(cavity1, cavity2)은 복수의 패치 안테나(110a, 110b)의 방사특성(예: 이득, 손실, 지향성)을 개선시킬 수 있으며, 복수의 RF 라인(130a, 130b)과 복수의 제2 신호 비아(140a, 140b)의 손실 및 간섭을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은 IC(200)부터 복수의 패치 안테나(110a, 110b)까지의 동작 환경을 통합하여 전체 사이즈를 감소시키면서도 사이즈 감소에 따른 안테나의 방사특성과 신호 전달 효율의 열화를 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 패치 안테나(110a, 110b)와 제3 접지 부재(135a, 135b, 135c)의 사이의 거리는 0.15mm이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 0.15mm는 RF 신호의 주파수가 28GHz이고, 패치 안테나의 지름이 3mm 내지 4mm일 경우에 실험적으로 얻을 수 있는 수치일 뿐이며, RF 신호의 주파수나 패치 안테나의 크기나 추가 구성의 포함 여부에 따라 달라질 수 있다.
한편, 상기 기판(100)은 후술하는 제1 층, 제2 층, 제2-2 층, 제3 층, 제4 층, 제4-2 층, 제5 층, 제6 층 및 제7 층 중 일부가 순차적으로 배치된 구조를 가질 수 있다.
도 2는 기판의 제1 층을 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판의 제1 층은, 제1 패치 안테나(1101), 제2 패치 안테나(1102), 제3 패치 안테나(1103), 제4 패치 안테나(1104), 제5 패치 안테나(1105), 제6 패치 안테나(1106), 제7 패치 안테나(1107), 제8 패치 안테나(1108), 제9 패치 안테나(1109), 제10 패치 안테나(1110), 제11 패치 안테나(1111), 제12 패치 안테나(1112), 제13 패치 안테나(1113), 제14 패치 안테나(1114), 제15 패치 안테나(1115), 제16 패치 안테나(1116), 제1 신호 비아(1101a, 1101b), 제2 신호 비아(1102a, 1102b), 제3 신호 비아(1103a, 1103b), 제4 신호 비아(1104a, 1104b), 제5 신호 비아(1105a, 1105b), 제6 신호 비아(1106a, 1106b), 제7 신호 비아(1107a, 1107b), 제8 신호 비아(1108a, 1108b), 제9 신호 비아(1109a, 1109b), 제10 신호 비아(1110a, 1110b), 제11 신호 비아(1111a, 1111b), 제12 신호 비아(1112a, 1112b), 제13 신호 비아(1113a, 1113b), 제14 신호 비아(1114a, 1114b), 제15 신호 비아(1115a, 1115b), 제16 신호 비아(1116a, 1116b), 제1 접지 부재(1120)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116)는 4X4 형태로 배열될 수 있으며, 각각 원 형태를 가질 수 있다. 상기 원 형태의 지름은 3mm 내지 4mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 내지 제16 신호 비아(1101a~1116b)는 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 중 하나에 연결될 수 있으며, 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다. 즉, 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 각각은 2개의 신호 비아에 연결될 수 있다.
제1 내지 제16 신호 비아(1101a~1116b)의 위치는 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 각각에서의 가장자리에 가까울 수 있다. 하나의 패치 안테나의 중심에서 신호 비아에 대한 2개의 방향이 이루는 각도는 수직일 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 각각에서의 송신과 수신간의 간섭은 감소될 수 있다.
또한, 제6 신호 비아(1106a, 1106b)와 제7 신호 비아(1107a, 1107b)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 제10 신호 비아(1110a, 1110b)와 제11 신호 비아(1111a, 1111b)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 이에 따라, IC에서 패치 안테나까지의 RF 신호의 이동 경로가 짧아질 수 있다.
제1 신호 비아(1101a, 1101b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제2 신호 비아(1102a, 1102b)는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제3 신호 비아(1103a, 1103b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제4 신호 비아(1104a, 1104b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제5 신호 비아(1105a, 1105b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제8 신호 비아(1108a, 1108b)는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제9 신호 비아(1109a, 1109b)는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제12 신호 비아(1112a, 1112b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제13 신호 비아(1113a, 1113b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제14 신호 비아(1114a, 1114b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제15 신호 비아(1115a, 1115b)는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제16 신호 비아(1116a, 1116b) 중 하나는 제1 층의 중심에 가까운 위치에 배치될 수 있다.
즉, 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 중 모서리에 인접한 8개의 패치 안테나 중 일부의 신호 비아 중 하나는 중심에 가깝고 다른 하나는 중심에서 멀고, 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 중 모서리에 인접한 8개의 패치 안테나 중 나머지의 신호 비아는 모두 중심에 가깝고, 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116) 중 꼭지점에 인접한 4개의 패치 안테나는 모두 중심에 가까운 신호 비아를 포함할 수 있다. 이에 따라, IC에서 패치 안테나까지의 RF 신호의 이동 경로가 짧아질 수 있으며, RF 신호의 간섭을 줄이기 위한 여유 공간이 확보될 수 있다.
제1 접지 부재(1120)는 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116)로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116)의 배치공간에 대응되는 16개의 관통 영역을 가질 수 있다.
설계에 따라, 상기 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116)의 일부는 생략될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제16 패치 안테나(1101~1116)는 4개의 패치 안테나로 구성될 수 있다.
도 3은 기판의 제1 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 접지 비아 그룹(1130)은 제1 접지 부재(1120)에 연결되고 16개의 관통 영역을 포위할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나의 방사 특성은 향상될 수 있으며, 제1 내지 제16 패치 안테나와 제3 접지 부재간의 공간은 더욱 입체적인 형태를 가질 수 있다.
한편, 16개의 관통 영역은 비전도성 물질로 채워질 수도 있다.
도 4는 기판의 제2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판의 제2 층은, 제1 신호 비아, 제2 신호 비아, 제3 신호 비아, 제4 신호 비아, 제5 신호 비아, 제6 신호 비아(1206a, 1206b), 제7 신호 비아(1207a, 1207b), 제8 신호 비아, 제9 신호 비아, 제10 신호 비아(1210a, 1210b), 제11 신호 비아(1211a, 1211b), 제12 신호 비아, 제13 신호 비아, 제14 신호 비아, 제15 신호 비아, 제16 신호 비아, 제2 접지 부재(1220)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 신호 비아는 기판의 제1 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결되고 16개의 관통 영역에 배치되어 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다.
제2 접지 부재(1220)는 제1 내지 제16 신호 비아 각각을 둘러쌀 수 있다.
도 5는 기판의 제2 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2 접지 비아 그룹(1230)은 제2 접지 부재(1220)에 연결되고 16개의 관통 영역을 포위할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나의 방사 특성은 향상될 수 있으며, 제1 내지 제16 패치 안테나와 제3 접지 부재간의 공간은 더욱 입체적인 형태를 가질 수 있다.
도 6은 기판의 제2-2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판의 제2-2 층은, 제1 신호 비아, 제2 신호 비아, 제3 신호 비아, 제4 신호 비아, 제5 신호 비아, 제6 신호 비아(1306a, 1306b), 제7 신호 비아(1307a, 1307b), 제8 신호 비아, 제9 신호 비아, 제10 신호 비아(1310a, 1310b), 제11 신호 비아(1311a, 1311b), 제12 신호 비아, 제13 신호 비아, 제14 신호 비아, 제15 신호 비아, 제16 신호 비아, 제2-2 접지 부재(1320)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 신호 비아는 기판의 제2 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결되고 16개의 관통 영역에 배치되어 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다.
제2-2 접지 부재(1320)는 제1 내지 제16 신호 비아 각각을 둘러싸는 복수의 관통 영역을 가질 수 있으며, 상기 복수의 관통 영역 각각을 포위하는 제2-2 접지 비아 그룹을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나의 방사 특성은 향상될 수 있으며, 제1 내지 제16 패치 안테나와 제3 접지 부재간의 공간은 더욱 입체적인 형태를 가질 수 있다.
또한, 제2-2 접지 부재(1320)는 제1 내지 제16 패치 안테나와 제3 접지 부재간의 이격 거리를 연장할 수 있으므로, 제1 내지 제16 패치 안테나의 방사특성을 개선할 수 있다.
도 7은 기판의 제3 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판의 제3 층은, 제1 신호 비아, 제2 신호 비아, 제3 신호 비아, 제4 신호 비아, 제5 신호 비아, 제6 신호 비아(1406a, 1406b), 제7 신호 비아(1407a, 1407b), 제8 신호 비아, 제9 신호 비아, 제10 신호 비아(1410a, 1410b), 제11 신호 비아(1411a, 1411b), 제12 신호 비아, 제13 신호 비아, 제14 신호 비아, 제15 신호 비아, 제16 신호 비아, 제3 접지 부재(1420)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 신호 비아는 기판의 제2-2 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결될 수 있으며, 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다.
제3 접지 부재(1420)는 기판의 제3 층에서 제1 내지 제16 신호 비아의 위치를 제외한 거의 대부분의 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제3 접지 부재(1420)는 제1 내지 제16 패치 안테나의 위치에 대응되는 영역에도 배치될 수 있다.
상기 제3 접지 부재(1420)는 제1 내지 제16 패치 안테나가 방사 과정에서 기판의 제4 내지 제7층에 주는 전자기적인 영향을 줄일 수 있으며, 상기 제3 접지 부재(1420)와 제1 내지 제16 패치 안테나 간의 거리를 제공할 수도 있다.
또한, 상기 제3 접지 부재(1420)는 제1 내지 제16 신호 비아 각각을 둘러싸는 복수의 관통 영역을 가질 수 있으며, 상기 복수의 관통 영역 각각을 포위하는 제3 접지 비아 그룹을 포함할 수 있다.
상기 제3 접지 비아 그룹은 제1 내지 제16 패치 안테나의 위치에 대응되는 영역을 포위할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나의 방사 특성은 향상될 수 있으며, 제1 내지 제16 패치 안테나와 제3 접지 부재간의 공간은 더욱 입체적인 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 제3 접지 비아 그룹은 기판의 제4 층에 배치된 RF 라인에 대응되는 영역을 포위할 수도 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나가 방사 과정에서 상기 RF 라인에 주는 간섭은 감소할 수 있다.
도 8은 기판의 제4 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 기판의 제5 층은, 제1 RF 라인, 제2 RF 라인, 제3 RF 라인, 제4 RF 라인, 제5 RF 라인, 제6 RF 라인(1506a, 1506b), 제7 RF 라인(1507a, 1507b), 제8 RF 라인, 제9 RF 라인, 제10 RF 라인(1510a, 1510b), 제11 RF 라인(1511a, 1511b), 제12 RF 라인, 제13 RF 라인, 제14 RF 라인, 제15 RF 라인, 제16 RF 라인, 제4 접지 부재(1520)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 RF 라인은 기판의 제3 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결될 수 있으며, 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다.
상기 제1 내지 제16 RF 라인은 제1 내지 제16 패치 안테나의 위치에 대응되는 영역에서 중심 영역으로 RF 신호를 집중시키거나 중심 영역에서 제1 내지 제16 패치 안테나의 위치에 대응되는 영역으로 RF 신호를 분산시킬 수 있다.
도 9는 기판의 제4 층의 접지 비아 그룹을 예시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 RF 라인(1501a)은 기판의 제3 층에 배치된 제1 신호 비아와 기판의 제5층에 배치된 제1 신호 비아간의 전기적인 거리를 줄여서 RF 신호의 손실을 줄이면서도 제4 접지 비아 그룹(1530)의 배치 공간을 확보하여 RF 신호가 받는 간섭을 줄일 수 있도록 설계될 수 있다. 기판의 제1 내지 제3 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아의 위치는 상기 제1 내지 제16 RF 라인의 길이 최소화 및 제4 접지 비아 그룹(1530)의 배치 공간 확보 관점에서 결정될 수 있다.
또한, 제4 접지 비아 그룹(1530)은 제1 내지 제16 RF 라인 각각을 포위할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 패치 안테나가 방사 과정에서 상기 RF 라인에 주는 간섭은 감소할 수 있다.
도 10은 기판의 제4-2 층의 중심 영역을 예시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 기판의 제4-2 층은, 제1 신호 비아, 제2 신호 비아, 제3 신호 비아, 제4 신호 비아, 제5 신호 비아, 제6 신호 비아(1606a, 1606b), 제7 신호 비아(1607a, 1607b), 제8 신호 비아, 제9 신호 비아, 제10 신호 비아(1610a, 1610b), 제11 신호 비아(1611a, 1611b), 제12 신호 비아, 제13 신호 비아, 제14 신호 비아, 제15 신호 비아, 제16 신호 비아, 제4-2 접지 부재(1620)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제16 신호 비아는 기판의 제4 층에 배치된 제1 내지 제16 RF 라인에 연결될 수 있으며, 송신 신호 및 수신 신호 중 하나를 통과시킬 수 있다.
제4-2 접지 부재(1620)는 제1 내지 제16 신호 비아 각각을 둘러싸는 복수의 관통 영역을 가질 수 있으며, 기판의 제4 층에 배치된 RF 라인에 대응되는 영역을 포위할 수 있다. 이에 따라, 상기 RF 라인이 받는 간섭은 줄어들 수 있다.
도 11은 기판의 제5 층을 예시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 기판의 제5 층은, 신호 비아 영역(1710), 제5 접지 부재(1720), 제1 전원 부재(1741), 제2 전원 부재(1742), 제3 전원 부재(1743), 제4 전원 부재(1744), 제1 아날로그 접지 부재(1750) 및 제5 전원 접지 부재(1760)를 포함할 수 있다.
신호 비아 영역(1710)은 기판의 제4-2 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결된 다수의 신호 비아를 포함할 수 있다. 상기 신호 비아 영역(1710)은 IC의 배치 영역에 대응될 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 전원 부재(1741, 1742, 1743, 1744)는 전원을 제공할 수 있으며, 기판에서 IC가 배치되는 면의 수동 소자가 배치된 영역에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전원 부재(1741, 1742, 1743, 1744)는 안정적인 전원을 IC에 제공할 수 있다.
제1 아날로그 접지 부재(1750)는 제5 접지 부재(1720)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, 기판의 제6층의 아날로그 라인이 전원 및 RF 신호에 주는 전자기적인 영향을 줄일 수 있다.
제5 전원 접지 부재(1760)는 제5 접지 부재(1720)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, 제1, 제2, 제3 및 제4 전원 부재(1741, 1742, 1743, 1744)에 연결된 라인의 일부를 RF 신호로부터 보호할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은 서로 전기적으로 단절된 복수의 접지 영역이 하나의 층에 함께 배치된 구조를 가짐으로써, RF 신호와 전원과 아날로그 신호간의 간섭들을 줄일 수 있다.
도 12는 기판의 제6 층을 예시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 기판의 제6 층은, 신호 비아 영역(1810), 제6 접지 부재(1820), 아날로그 라인(1850), 제6 전원 접지 부재(1860)를 포함할 수 있다.
신호 비아 영역(1810)은 기판의 제5 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결된 다수의 신호 비아를 포함할 수 있다. 상기 신호 비아 영역(1810)은 IC의 배치 영역에 대응될 수 있다.
아날로그 라인(1850)은 제6 접지 부재(1820)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, 제1 및 제2 아날로그 접지 부재의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 아날로그 라인(1850)이 전원 및 RF 신호에 주는 전자기적인 영향은 감소할 수 있다. 상기 아날로그 라인(1850)은 아날로그 비아를 통해 IC에 전기적으로 연결될 수 있으며, 아날로그 신호를 통과시킬 수 있다.
제6 전원 접지 부재(1860)는 제6 접지 부재(1820)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, DC-DC 컨버터의 반도체 스위치의 온-오프 동작에 따른 스위칭 노이즈가 전원 및 RF 신호에 주는 영향을 줄일 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터는 IC에 내장되거나 기판의 외부에 배치될 수 있다.
도 13은 기판의 제7 층을 예시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 기판의 제7 층은, 신호 비아 영역(1910), 제7 접지 부재(1920), 제2 아날로그 접지 부재(1950), 제7 전원 접지 부재(1960)을 포함할 수 있다.
신호 비아 영역(1910)은 기판의 제6 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결된 다수의 신호 비아를 포함할 수 있다. 상기 신호 비아 영역(1910)은 IC의 배치 영역에 대응될 수 있다.
제2 아날로그 접지 부재(1950)는 제7 접지 부재(1920)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, 기판의 제6층의 아날로그 라인이 전원 및 RF 신호에 주는 전자기적인 영향을 줄일 수 있다.
제7 전원 접지 부재(1960)는 제7 접지 부재(1920)로부터 전기적으로 단절될 수 있으며, DC-DC 컨버터의 반도체 스위치의 온-오프 동작에 따른 스위칭 노이즈가 전원 및 RF 신호에 주는 영향을 줄일 수 있다.
도 14는 기판에서 IC가 배치되는 면을 예시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 기판에서 IC가 배치되는 면은, 신호 비아 영역(2010), 제8 접지 부재(2020), 제1 트렌치(2100), 제2 트렌치(2200) 및 수동 소자(2300a, 2300b)를 포함할 수 있다.
신호 비아 영역(2010)은 기판의 제7 층에 배치된 제1 내지 제16 신호 비아에 연결된 다수의 신호 비아를 포함할 수 있으며, IC의 배치 공간을 제공할 수 있다.
제1 트렌치(first trench, 2100)는 신호 비아 영역(2010)을 포위하도록 배치될 수 있다. 상기 제1 트렌치(2100)는 IC가 기판에 접착되는 과정에서 사용되는 접착 용액이 수동소자(2300)에 주는 부정적인 영향을 줄일 수 있다.
제2 트렌치(second trench, 2200)는 수동소자(2300)를 포위하도록 배치될 수 있다. 상기 제2 트렌치(2200)는 서브 기판이 기판에 접착되는 과정에서 사용되는 접착 용액이 수동소자(2300)에 주는 부정적인 영향을 줄일 수 있다.
수동소자(2300)는 기판의 전원 및 접지에 캐패시턴스를 제공할 수 있으며, 적층 세라믹 캐패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함할 수 있다.
한편, 기판에서 IC가 배치되는 면은, 서브 기판에 전기적으로 연결되는 다수의 외부단자를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 다수의 외부단자는 기판의 외부로부터 소정의 전압, 전원 또는 신호를 제공받을 수 있다. 다수의 외부단자는 IC에 전기적으로 연결될 수 있으며, 아날로그 라인, 전원 부재 및/또는 전원 접지 부재에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 15는 서브 기판의 배치를 예시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 통합형 RF 모듈은, 기판(1000), IC(2000) 및 서브 기판(3000)을 포함할 수 있다.
기판(1000)의 가로와 세로는 21.4mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
IC(2000)는 수십 내지 수백 GHz 주파수의 RF 신호를 생성 및 처리할 수 있다.
서브 기판(3000)은 IC(2000)의 높이 이상의 높이를 가져서 IC(2000)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있으며, 솔더볼(solder ball, 3100)을 통해 기판(1000)에 전기적으로 연결되어 외부로부터 전원 또는 신호를 공급받고 공급받은 전원 또는 신호를 기판(1000) 및 IC(2000)로 공급할 수 있다.
또한, 상기 서브 기판(3000)의 사이는 IC(2000)의 보호를 위해 몰딩될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
100: 기판
110a, 110b: 복수의 패치 안테나
115a, 115b, 115c: 제1 접지 부재
120a, 120b: 복수의 제1 신호 비아
125a, 125b, 125c: 제2 접지 부재
130a, 130b: 복수의 RF 라인
135a, 135b, 135c: 제3 접지 부재
140a, 140b: 복수의 제2 신호 비아
200: IC
1000: 기판
1101~1116: 제1 내지 제16 패치 안테나
1101a~1116b: 제1 내지 제16 신호 비아
2000: IC
2100: 제1 트렌치
2200: 제2 트렌치
2300a, 2300b: 수동 소자
3000: 서브 기판
3100: 솔더볼

Claims (13)

  1. 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 순차적으로 배치된 기판; 및
    상기 기판의 면 중에서 상기 제3 층에 가까운 면 상에 배치되어 복수의 RF 신호를 생성하는 IC; 를 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 제2 층 및 제3 층을 관통하도록 배치되어 상기 복수의 RF 신호를 전달받는 복수의 신호 비아;
    상기 제1 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아로부터 상기 복수의 RF 신호를 전달받고 방사하는 복수의 패치 안테나;
    상기 제1 층에 배치되어 상기 복수의 패치 안테나의 각각을 둘러싸는 복수의 제1 관통 영역을 가지는 제1 접지 부재;
    상기 제2 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제2 관통 영역을 가지는 제2 접지 부재; 및
    상기 제3 층에 배치되어 상기 복수의 신호 비아의 각각을 둘러싸는 복수의 제3 관통 영역을 가지는 제3 접지 부재; 를 포함하고,
    상기 복수의 제1 관통 영역 및 상기 복수의 제2 관통 영역의 각각은 상기 복수의 패치 안테나 각각보다 크고,
    상기 복수의 제3 관통 영역의 각각은 상기 복수의 패치 안테나 각각보다 작은 안테나 통합형 RF 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접지 부재는 상기 복수의 제1 관통 영역의 각각을 포위하도록 배치된 제1 접지 비아 그룹을 포함하고,
    상기 제2 접지 부재는 상기 복수의 제2 관통 영역의 각각을 포위하도록 배치된 제2 접지 비아 그룹을 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 접지 부재는 상기 제2 접지 비아 그룹의 위치에 대응되는 위치에 배치된 제3 접지 비아 그룹을 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은,
    상기 제2 접지 부재와 상기 제1 접지 부재의 사이에 배치되어 상기 제2 접지 부재와 동일한 형태를 가지는 제2-2 접지 부재를 더 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은,
    상기 제3 층과 상기 IC의 사이에 배치된 제4 층 및 제5 층을 더 가지고,
    상기 제5 층을 관통하도록 배치되어 상기 IC로부터 상기 복수의 RF 신호를 전달받는 복수의 제2 신호 비아; 및
    상기 제4 층에 배치되어 상기 복수의 제2 신호 비아로부터 상기 복수의 RF 신호를 전달받는 복수의 RF 라인; 을 더 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판은,
    상기 제4 층에 배치되어 상기 복수의 RF 라인의 각각을 둘러싸는 복수의 제4 관통 영역을 가지는 제4 접지 부재를 더 포함하고,
    상기 제4 접지 부재는 상기 복수의 제4 관통 영역의 각각을 포위하도록 배치된 제4 접지 비아 그룹을 포함하고,
    상기 제3 접지 부재는 상기 제4 접지 비아 그룹에 대응되는 위치에 배치된 제3 접지 비아 그룹을 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기판은,
    상기 제5 층에 배치되어 상기 복수의 제2 신호 비아의 각각을 둘러싸는 제5 접지 부재;
    상기 제5 층에 배치되어 상기 제5 접지 부재에 의해 둘러싸이는 전원 접지 부재; 및
    상기 전원 접지 부재와 상기 IC를 전기적으로 연결하는 전원 비아; 를 더 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  8. 제5항에 있어서, 상기 기판은,
    상기 제5 층과 상기 IC의 사이에 배치된 제6 층 및 제7 층을 더 가지고,
    상기 제6 층에 배치된 아날로그 라인;
    상기 제5 층에 배치되어 상기 아날로그 라인의 위치에 대응되는 위치에 배치된 제1 아날로그 접지 부재;
    상기 제6 층에 배치되어 상기 아날로그 라인을 둘러싸는 제6 접지 부재;
    상기 제7 층에 배치되어 상기 아날로그 라인의 위치에 대응되는 위치에 배치된 제2 아날로그 접지 부재; 및
    상기 아날로그 라인과 상기 IC를 전기적으로 연결하는 아날로그 비아; 를 더 포함하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패치 안테나는 4 by 4 형태로 배치되고 서로 동일한 형태를 가지는 16개의 패치 안테나로 구성되고,
    상기 복수의 신호 비아는 2개의 제2 신호 비아가 상기 복수의 패치 안테나의 1개의 패치 안테나에 연결되도록 32개의 신호 비아로 구성되는 안테나 통합형 RF 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 패치 안테나는 각각 서로 대응되는 소정의 4개 연결후보 위치를 가지고,
    상기 복수의 신호 비아 각각은 상기 복수의 패치 안테나 중 대응되는 패치 안테나의 소정의 4개 연결후보 위치 중 2개에 연결되는 안테나 통합형 RF 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 IC를 포위하도록 상기 기판의 일면 상에 배치된 서브 기판을 더 포함하고,
    상기 서브 기판은 상기 기판을 마주보는 면에 대향하는 면 상에 배치된 복수의 솔더볼을 포함하고,
    상기 서브 기판은 상기 복수의 솔더볼과 상기 IC를 전기적으로 연결하는 안테나 통합형 RF 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 일면 상에서 상기 서브 기판에 의해 포위되는 영역에 배치되고 상기 IC에 전기적으로 연결된 수동 소자를 더 포함하고,
    상기 기판의 일면은, 상기 IC를 둘러싸도록 배치된 제1 트렌치와, 상기 수동 소자와 상기 제1 트렌치를 둘러싸도록 배치되고 상기 서브 기판에 의해 포위된 제2 트렌치를 가지는 안테나 통합형 RF 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 IC는 상기 복수의 솔더볼을 통해 전달받은 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 상기 복수의 RF 신호로 변환하는 안테나 통합형 RF 모듈.
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