KR102019951B1

KR102019951B1 - 안테나 모듈

Info

Publication number: KR102019951B1
Application number: KR1020170148912A
Authority: KR
Inventors: 김두일; 백용호; 박진선; 허영식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-09-11
Also published as: KR20190017607A; KR102117458B1; KR20190101352A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 적어도 하나의 배선층과 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지와, 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC와, RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 안테나 부재, 일단이 복수의 안테나 부재에 각각 전기적으로 연결되고 타단이 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 각각 전기적으로 연결된 복수의 관통 비아, 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 유전층을 포함하고 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치된 안테나 패키지와, 안테나 패키지의 제2 면 상에서 각각 복수의 안테나 부재에 대응되는 위치에 배치된 복수의 유전 부재를 포함할 수 있다.

Description

안테나 모듈{Antenna module}

본 발명은 안테나 모듈에 관한 것이다.

최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 모듈의 상용화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.

전통적으로 밀리미터웨이브 통신환경을 제공하는 안테나 모듈은 높은 주파수에 따른 높은 수준의 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 직진성(directivity) 등)을 만족시키기 위해 IC와 안테나를 기판상에 배치시켜서 동축케이블로 연결하는 구조를 사용하여왔다.

그러나, 이러한 구조는 안테나 배치공간 부족, 안테나 형태 자유도 제한, 안테나와 IC간의 간섭 증가, 안테나 모듈의 사이즈/비용 증가를 유발할 수 있다.

공개특허공보 제10-2014-0005339호

본 발명은 복수의 안테나 부재 상에 각각 유전 부재를 배치시키거나 복수의 안테나 부재 상에 배치되는 유전 부재의 높이를 다양화하여 높은 수준의 안테나 성능을 가지면서 소형화에 용이한 구조를 가지는 안테나 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지; 상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC; RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 안테나 부재와, 일단이 상기 복수의 안테나 부재에 각각 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 각각 전기적으로 연결된 복수의 관통 비아와, 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 유전층을 포함하고, 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치된 안테나 패키지; 및 상기 안테나 패키지의 제2 면 상에서 각각 상기 복수의 안테나 부재에 대응되는 위치에 배치된 복수의 유전 부재; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지; 상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC; RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 안테나 부재와, 일단이 상기 안테나 부재에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 관통 비아와, 상기 관통 비아의 측면을 둘러싸도록 배치된 도금 부재를 각각 포함하고 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 각각 배치되는 복수의 캐비티; 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치되고 상기 복수의 캐비티의 측면을 각각 둘러싸고 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 절연 부재; 및 상기 절연 부재의 제2 면과 상기 복수의 캐비티의 제2 면 상에 배치되고, 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각의 높이가 상기 절연 부재에 대응되는 영역의 높이보다 높거나, 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각의 높이가 상기 절연 부재에 대응되는 영역의 높이보다 낮도록 구성된 유전 부재; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 안테나 부재 상에 각각 유전 부재를 배치시키거나 복수의 안테나 부재 상에 배치되는 유전 부재의 높이를 다양화하여 높은 수준의 안테나 성능을 가지면서 소형화에 용이한 구조를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 안테나 모듈에서 접착 부재를 이용한 유전 부재 배치를 나타낸 도면이다.
도 3a은 기계적 가공법을 이용한 유전 부재의 가공을 나타낸 도면이다.
도 3b은 금형 가공법을 이용한 유전 부재의 가공을 나타낸 도면이다.
도 3c은 렌즈 절삭 가공법을 이용한 유전 부재의 가공을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 마감(encapsulation) 부재로 구현된 유전 부재를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 안테나 모듈의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 다른 일례와 제2 방향 안테나 부재를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 다른 일례와 팬-아웃 반도체 패키지를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.
도 10a는 유전 부재가 배치되지 않은 안테나 모듈의 사각(oblique angle) 송수신 면적을 나타낸 도면이다.
도 10b는 유전 부재가 배치된 안테나 모듈의 사각(oblique angle) 송수신 면적을 나타낸 도면이다.
도 11a는 안테나 부재의 방사패턴을 예시한 도면이다.
도 11b는 제2 방향 안테나 부재의 방사패턴을 예시한 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 일례를 확대한 사시도이다.
도 12b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 다른 일례를 확대한 사시도이다.
도 12c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 다른 일례를 확대한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전층과 유전 부재가 일체화된 구조를 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 디렉터가 유전 부재에 배치된 형태를 구조를 예시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전 부재의 일례를 예시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전 부재의 다른 일례를 예시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 제2 방향 안테나 부재와 제2 방향 유전 부재를 예시한 도면이다.
도 18은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도다.
도 19는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 20은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 21은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 22는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 23은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 24는 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도 25는 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.

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 모듈을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 안테나 패키지(100)와 배선 패키지(200)가 결합된 이종(heterogeneous) 구조를 가질 수 있다. 즉, 안테나 모듈은 안테나 패키지의 안테나 성능 향상에 용이한 특성과 팬-아웃 패키지의 회로 패턴이나 IC 배치에 용이한 특성을 모두 활용함으로써, 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 직진성(directivity) 등)을 향상시키면서도 소형화할 수 있다.

도 1을 참조하면, 안테나 패키지(100)는 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d), 복수의 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d), 복수의 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d), 복수의 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d), 복수의 유전층(130a, 130b, 130c, 130d), 절연 부재(140), 마감 부재(150), 복수의 접착 부재(154a, 154b, 154c, 154d) 및 도금 부재(160) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 배선 패키지(200)는 적어도 하나의 배선층과 적어도 하나의 절연층을 포함할 수 있다.

디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)는 안테나 모듈의 일면(도 1의 상면)에 인접하여 배치될 수 있으며, 대응되는 안테나 부재와 함께 RF 신호를 수신하거나 IC(300)에서 생성된 RF 신호를 송신할 수 있다.

안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)는 대응되는 디렉터 부재에 전자기적으로 결합되고 대응되는 디렉터 부재와 함께 RF 신호를 수신하거나 IC(300)에서 생성된 RF 신호를 송신할 수 있다.

예를 들어, 상기 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)는 대응되는 디렉터 부재의 형태와 유사한 형태(예: 패치 안테나 등)를 가질 수 있으며, 대응되는 디렉터 부재에 인접하여 대응되는 디렉터 부재의 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 직진성(directivity) 등)을 향상시킬 수 있다.

설계에 따라, 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)는 생략될 수 있으며, 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d) 상에 적어도 하나의 디렉터 부재가 더 배치될 수도 있다.

관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)는 대응되는 안테나 부재에 전기적으로 연결되어 RF 신호의 경로를 제공할 수 있다. 상기 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)는 배선 패키지(200)의 절연층의 두께보다 긴 길이만큼 이어질 수 있다. 이에 따라, RF 신호의 전송 효율은 향상될 수 있다.

유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 대응되는 관통 비아에 의해 관통된 형태를 가질 수 있으며, 대응되는 관통 비아를 둘러쌀 수 있다. 상기 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 배선 패키지(200)의 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가질 수 있다.

관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)의 길이와 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)의 두께로 인해, 대응되는 안테나 부재의 RF 신호 송수신 동작을 위한 경계조건은 자유롭게 설계될 수 있다. 이에 따라, 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)와 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 대응되는 안테나 부재의 RF 신호 송수신 동작에 유리한 경계조건(예: 작은 제조공차, 짧은 전기적 길이, 매끄러운 표면, 유전층의 큰 크기, 유전상수 조절 등)을 제공할 수 있으므로, 대응되는 안테나 부재의 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 절연층 또는 절연 부재(140)의 유전상수(Dielectric Constant, Dk)보다 높은 유전상수를 가지는 재료(예: 글래스나 세라믹, 실리콘, 석영, 테플론 등)로 구현될 수 있다. 이에 따라, 대응되는 안테나 부재의 안테나 성능은 더욱 향상될 수 있다.

절연 부재(140)는 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)와 유사한 두께를 가질 수 있으며, 배선 패키지(200)의 적어도 하나의 절연층의 재료와 동일한 재료로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 부재(140)는 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL)이나 프리프레그(prepreg)로 구현될 수 있다.

도금 부재(160)는 절연 부재(140)에 도금되고, 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)과 절연 부재(140)의 사이와 절연 부재(140)의 상면에 배치될 수 있다.

상기 도금 부재(160)는 대응되는 안테나 부재의 각각의 RF 신호 송수신 동작에 유리한 경계조건을 제공할 수 있으므로, 대응되는 안테나 부재의 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

마감 부재(150)는 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)와 도금 부재(160) 상에 배치될 수 있으며, 제조 과정에서 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)과 절연 부재(140) 사이의 틈에 일부 삽입될 수 있다. 상기 마감 부재(150)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 마감 부재(150)는 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d) 또는 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)와 도금 부재(160)의 산화를 방지하여 안테나 패키지(100)의 안정성을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 배선 패키지(200)는 인쇄회로기판(PCB)의 구리 재배선 층(Redistribution Layer, RDL)과 유사한 구조를 가질 수 있다.

상기 배선층은 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)에 전기적으로 연결되어 RF 신호의 경로를 제공할 수 있으며, IC(300)를 지원하는 접지영역 및/또는 전원영역을 제공할 수 있으며, 코어 부재(400a, 400b)과 IC(300) 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다. 한편, 상기 배선층의 구체적 형태는 도 1에 도시된 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 배선층은 서로 전기적으로 분리되고 각각 대응되는 관통 비아와 IC(300)를 전기적으로 연결하는 복수의 배선 비아를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 안테나 모듈의 타면(도 1의 하면)에는 IC(300), 전기연결구조체(310), 수동부품(350) 및 코어 부재(400) 중 적어도 일부가 배치될 수 있다.

IC(300)는 RF 신호를 생성할 수 있으며, 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)를 통해 수신된 RF 신호를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(300)는 코어 부재(400)를 통해 베이스 신호를 전달받고 상기 베이스 신호의 주파수 변환, 증폭, 필터링 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 밀리미터웨이브(mmWave) 대역(예: 28GHz, 60GHz)의 RF 신호를 생성할 수 있다.

전기연결구조체(310)는 IC(300)와 배선층 사이를 전기적으로 연결하고, 코어 부재(400)와 배선층 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 상기 전기연결구조체(310)는 IC(300)의 안테나 모듈의 타면(도 1의 하면)에 대한 배치 안정성을 향상시키기 위한 봉합재 의해 봉합될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기연결구조체(310)는 전극, 핀(pin), 솔더볼(solder ball), 랜드(land) 등으로 구현될 수 있다.

수동부품(350)은 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 일부를 IC(300)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 수동부품(350)은 적층 세라믹 캐패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함할 수 있다.

코어 부재(400)는 베이스 신호 및/또는 전원을 입력 받고 상기 저주파수 신호 및/또는 전원을 IC(300)로 전달할 수 있으며, 전기연결구조체(310)에 의해 배선층에 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 코어 부재(400)는 코어 배선층과 코어 절연층과 접속패드를 포함할 수 있다. 설계에 따라, 상기 코어 부재(400)는 베이스 신호를 전달받는 컨넥터 또는 수용구(receptacle)로 대체될 수 있다.

한편, 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d), 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d), 도금 부재(160) 및 전기연결구조체(310)는 CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering), 서브트랙티브(Subtractive), 애디티브(Additive), SAP(Semi-Additive Process), MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 도금 방법에 따라 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 2는 도 1의 안테나 모듈에서 접착 부재를 이용한 유전 부재 배치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d) 각각은 접착 부재(154a, 154b, 154c, 154d)를 통해 대응되는 디렉터 부재 및/또는 안테나 부재 상에 배치될 수 있다.

상기 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d)는 반구(hemisphere) 형태, 반타원(semi-elliptical) 형태 또는 렌즈 형태를 가질 수 있다. 상기 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d)의 구체적 형태는 RF 신호의 굴절/회절/반사 특성의 최적화와 높이 규격, 구조적인 접착 안정성 등에 따라 달라질 수 있다.

상기 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d)는 대응되는 안테나 부재의 송수신 면적을 확대할 수 있으며, RF 신호의 굴절/회절/반사를 유도하여 안테나 부재의 송수신율 또는 이득을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 굴절/회절/반사되어 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)으로 유입된 RF 신호는 도금 부재(160)에 의해 적어도 1번 반사되어 안테나 부재와 만날 수 있다.

복수의 안테나 부재 상에 단일 유전 부재가 배치되는 구조와 비교하여, 상기 복수의 유전 부재(105a, 105b, 105c, 105d)는 대응되는 안테나 부재의 송수신 면적을 확대하면서도 안테나 모듈 전체의 높이를 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 높은 수준의 안테나 성능을 가지면서 소형화에도 용이한 구조를 가질 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 유전 부재의 가공을 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 유전 부재(105e)는 유전체 블록(104e)으로부터 조각되어 가공될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 유전 부재(105f)는 금형(104f)에 주입된 유전체 파우더로부터 경화 공정을 통해 가공될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 유전 부재(105g)는 유전체 렌즈(104g)로부터 중간 절삭을 통해 가공될 수 있다.

한편, 전술한 유전 부재는 ABF, EMC, PPG, 글래스(glass), 세라믹(ceramic), 실리콘, CCL, 석영(quartz), 테플론(teflon)과 같은 유전상수(Dielectric Constant, Dk)가 높은 재료로 구현될 수 있다. 또한, 상기 유전 부재의 상면은 RF 신호의 굴절/회절/반사 특성의 최적화를 위한 추가적으로 표면처리될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈에서 마감(encapsulation) 부재로 구현된 유전 부재를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)는 마감 부재(150)와 동일한 재료(예: ABF, EMC, PPG 등)로 구현될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지(200)와, 배선 패키지(200)의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC와, RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)와, 일단이 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)와, 관통 비아(120a, 120b, 120c, 120d)의 측면을 둘러싸도록 배치된 도금 부재(160)와, 제1 면이 배선 패키지(200)의 제2 면을 향하도록 배치되고 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)를 각각 둘러싸고 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 절연 부재(140)와, 절연 부재(140) 상에 배치되고 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 대응되는 영역 각각의 높이가 절연 부재(140)에 대응되는 영역의 높이보다 높도록 구성된 단일 유전 부재를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 단일 유전 부재는 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)와 마감 부재(150)가 결합된 구조를 가질 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 도 4의 안테나 모듈의 제조 과정을 나타낸 도면이다.

도 5a를 참조하면, 금형(175)은 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)와 도금 부재(160) 상에 배치될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 금형(175)에서 복수의 유전 부재에 대응되는 영역에는 경화전 마감 부재(150e)가 주입될 수 있다.

도 5c를 참조하면, 경화전 마감 부재(150e)는 경화됨에 따라 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)로 가공될 수 있다. 이때, 마감 부재(150)도 함께 형성될 수 있다. 이후, 금형(175)은 분리될 수 있다.

설계에 따라, 경화전 마감 부재(150e)는 금형(175)과 함께 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)와 도금 부재(160) 상에 압착될 수 있다. 여기서, 합지 공법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 다른 일례와 제2 방향 안테나 부재를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 복수의 유전 부재(105e, 105f), 복수의 안테나 부재(110e, 110f), 복수의 관통 비아(120e, 120f), 복수의 유전층(130e, 130f), 적어도 하나의 배선층(210)과 적어도 하나의 절연층(220), 제2 방향 안테나 부재(230), 코어 절연층(240), 코어 부재(250a), 차폐층(260), IC(300a), 봉합재(330a) 및 수동부품(350a) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

각각 안테나 부재(110e, 110f), 관통 비아(120e, 120f) 및 유전층(130e, 130f)이 배치된 복수의 캐비티(cavity)는 배선층(210)의 적절한 설계(예: 관통 영역 배치)를 통해 구현될 수 있다.

제2 방향 안테나 부재(230)는 안테나 모듈의 측면에 인접하여 배치될 수 있으며, 제2 RF 신호를 측면 방향으로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 방향 안테나 부재(230)는 다이폴(dipole) 형태 또는 모노폴(monopole) 형태를 가질 수 있다.

차폐층(260)은 IC(300a)를 전자기적으로 보호하도록 안테나 모듈의 하면에 형성될 수 있다.

IC(300a)는 RF 신호를 생성하는 RFIC와 전원을 생성하는 PMIC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. PMIC와 수동부품(350a)간의 전기적 거리를 줄이기 위해, 수동부품(350a)도 IC(300a)에 인접하도록 배치될 수 있다.

봉합재(330a)는 IC(300)를 외부환경으로부터 보호하도록 IC(300)의 적어도 일부를 봉합할 수 있다. 예를 들어, 상기 봉합재(330a)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF(Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 코어 절연층(240) 및 코어 부재(250a)는 도 18 내지 도 25를 참조하여 후술되는 팬-아웃 반도체 패키지에 따라 구현될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 다른 일례와 팬-아웃 반도체 패키지를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 유전 부재(105g, 105h, 105i, 105j), 복수의 안테나 부재(110g, 110h, 110i, 110j), 복수의 관통 비아(120g, 120h, 120i, 120j), 코어 부재(250b, 400b), 코어 비아(270b), IC(300b), 봉합재(330b) 및 수동부품(350b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

설계에 따라, 복수의 유전 부재(105g, 105h, 105i, 105j) 중 적어도 일부는 인접 유전 부재와 결합된 형태를 가질 수 있다. 즉, 복수의 유전 부재(105g, 105h, 105i, 105j)의 수평방향 넓이는 특별히 한정되지 않는다.

코어 부재(250b)는 배선 패키지(200f)의 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 코어 비아(270b)와, 코어 비아(270b)의 측면을 둘러싸는 코어 절연층(280b)과, 코어 절연층(280b)의 제1 면 또는 제2 면에 배치되고 코어 비아(270b)에 전기적으로 연결된 코어 배선층(265b)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 코어 비아(270b)는 하단으로부터 베이스 신호 또는 전원을 전달받고 상기 베이스 신호를 코어 배선층(265b) 및/또는 배선 패키지(200f)를 통해 IC(300b)로 전달할 수 있다. 이후, 상기 IC(300b)는 전달받은 베이스 신호 또는 전원에 기초하여 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호를 생성할 수 있다.

또한, 코어 부재(250b)는 배선 패키지(200f)의 제1 면 또는 제2 면 상에 배치되고 수용공간(305b)을 제공할 수 있다. 수동부품(350b)은 수용공간(305b) 내에 배치되고 코어 배선층(265b)에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 배선 패키지(200f)의 상면 상에는 안테나 패키지(100f)가 배치될 수 있으며, 배선 패키지(200f)의 하면 상에는 팬-아웃 반도체 패키지(500f)가 배치될 수 있다. 즉, 팬-아웃 반도체 패키지(500f)는 봉합재(330b)와, 코어 부재(250b, 400b)를 포함할 수 있으며, 도 18 내지 도 25를 참조하여 후술되는 팬-아웃 반도체 패키지에 따라

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 복수의 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g, 110h, 110i, 110j, 110k, 110l, 110m, 110n, 110o, 110p) 각각은 패치(patch) 안테나의 형태를 가질 수 있으며, 복수의 도금 부재 중 대응되는 도금 부재(160a, 160b, 160c, 160d, 160e, 160f, 160g, 160h, 160i, 160j, 160k, 160l, 160m, 160n, 160o, 160p)에 의해 둘러싸일 수 있다. 만약 안테나 모듈이 복수의 디렉터 부재를 포함하지 않을 경우, 상기 복수의 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g, 110h, 110i, 110j, 110k, 110l, 110m, 110n, 110o, 110p)는 복수의 안테나 부재로 대체될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 복수의 디렉터 부재(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5, 110-6, 110-7, 110-8, 110-9) 각각은 대응되는 도금 부재(160-1, 160-2, 160-3, 160-4, 160-5, 160-6, 160-7, 160-8, 160-9)와 복수의 차폐 비아(190-1, 190-2, 190-3, 190-4, 190-5, 190-6, 190-7, 190-8, 190-9) 중 적어도 하나에 의해 둘러싸일 수 있다. 만약 안테나 모듈이 복수의 디렉터 부재를 포함하지 않을 경우, 상기 복수의 디렉터 부재(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 110-5, 110-6, 110-7, 110-8, 110-9)는 복수의 안테나 부재로 대체될 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9에 도시된 복수의 디렉터 부재의 개수와 배치와 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 8에 도시된 복수의 제1 방향 안테나 부재의 형태는 원일 수 있으며, 도 9에 도시된 복수의 제1 방향 안테나 부재의 개수는 4개일 수 있다.

도 10a는 유전 부재가 배치되지 않은 안테나 모듈의 사각(oblique angle) 송수신 면적을 나타낸 도면이다.

도 10b는 유전 부재가 배치된 안테나 모듈의 사각(oblique angle) 송수신 면적을 나타낸 도면이다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 유전 부재(155)는 안테나 모듈의 사각(oblique angle) 송수신 면적을 확대할 수 있다. 또한, 유전 부재(155)로 입사되는 RF 신호는 유전 부재(155)의 유전상수에 따라 유전 부재(155)의 경계에서 굴절될 수 있다. 따라서, 안테나 모듈의 송수신율 또는 이득은 향상될 수 있다.

도 11a는 안테나 부재의 방사패턴을 예시한 도면이다.

도 11b는 제2 방향 안테나 부재의 방사패턴을 예시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 안테나 모듈은 전술한 안테나 부재에 대응되는 패치 안테나와, 전술한 제2 방향 안테나 부재에 대응되는 다이폴 안테나를 포함할 수 있다.

상기 패치 안테나는 전자기기의 상면(Theta=180)으로 방사패턴을 형성할 수 있으며, 상기 다이폴 안테나는 전자기기의 측면(Theta=90)으로 방사패턴을 형성할 수 있다.

패치 안테나와 다이폴 안테나가 모두 배치된 전자기기는 패치 안테나의 방사패턴과 다이폴 안테나의 방사패턴을 모두 가질 수 있다. 패치 안테나의 이득이 다이폴 안테나의 이득보다 클 수 있으므로, 전자기기의 측면 송수신 성능은 상면 송수신 성능에 비해 낮을 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 상기 패치 안테나의 측면 방사패턴을 확대할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈이 배치된 전자기기의 방사방향은 더 안정적일 수 있으며, 상기 전자기기는 RF 신호 송수신 방향을 전방향(omni-directional)으로 효율적으로 확대할 수 있다.

도 12a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 일례를 확대한 사시도이다.

도 12a를 참조하면, 캐비티(cavity)는 디렉터 부재(110e), 안테나 부재(115e), 관통 비아, 전기연결구조체, 유전층(130e) 및 도금 부재(160e) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 여기서, 도금 부재(160e)는 캐비티의 측면을 포위하도록 배치될 수 있다. 즉, 캐비티의 하면은 배선 패키지의 상면에 배치된 그라운드 패턴에 의해 커버될 수 있다.

또한, 유전 부재(155e)는 상기 캐비티 상에 배치될 수 있는데, 다각뿔 형태를 가질 수 있다.

도 12b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 다른 일례를 확대한 사시도이다.

도 12b를 참조하면, 캐비티(cavity)는 디렉터 부재(110f), 안테나 부재(115f), 관통 비아(120f), 전기연결구조체(125f), 유전층(130f) 및 도금 부재(160f) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 여기서, 도금 부재(160f)는 캐비티의 하면의 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 즉, 캐비티의 측면은 배선 패키지 상의 절연 부재의 측면에 배치된 도금 부재에 의해 포위될 수 있다.

또한, 유전 부재(155f)는 상기 캐비티 상에 배치될 수 있는데, 반-볼록렌즈의 형태를 가질 수 있다.

도 12c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 캐비티와 유전 부재의 다른 일례를 확대한 사시도이다.

도 12c를 참조하면, 캐비티(cavity)는 안테나 부재(110g), 관통 비아(120g), 전기연결구조체(125g) 및 유전층(130g) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 즉, 캐비티의 측면은 배선 패키지 상의 절연 부재의 측면에 배치된 도금 부재에 의해 포위될 수 있으며, 캐비티의 하면은 배선 패키지의 상면에 배치된 그라운드 패턴에 의해 커버될 수 있다.

또한, 유전 부재(155g)는 상기 캐비티 상에 배치될 수 있는데, 비대칭적인 다각형의 형태를 가질 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전층과 유전 부재가 일체화된 구조를 예시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지(100b)와 배선 패키지(200b)를 포함할 수 있는데, 상기 안테나 패키지(100b)에 포함된 복수의 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 전술한 유전 부재와 일체화될 수 있다.

즉, 상기 복수의 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 절연 부재(140)의 높이보다 긴 높이를 가질 수 있으며, 설계에 따라 마감 부재를 내부에 포함하지 않을 수 있다. 상기 복수의 유전층(130a, 130b, 130c, 130d)은 배선 패키지(200b)의 절연층이나 절연 부재(140)의 유전상수보다 큰 유전상수를 가질 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 디렉터가 유전 부재에 배치된 형태를 구조를 예시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지(100c)와 배선 패키지(200c)를 포함할 수 있는데, 안테나 패키지(100c) 상에 배치된 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)는 각각 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)를 포함할 수 있다.

즉, 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)는 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 대해 독립적으로 제조되거나 더욱 쉽게 안테나 모듈에 배치될 수 있으므로, 디렉터 부재(110a, 110b, 110c, 110d)의 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 대한 위치관계(예: 이격거리, 좌우정렬, 크기차이, 두께차이 등)는 제조 과정에서 더욱 정확하게 맞춰질 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈의 성능은 더욱 향상될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전 부재의 일례를 예시한 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지(100d)와 배선 패키지(200d)를 포함할 수 있는데, 안테나 패키지(100c) 상에 배치된 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)는 블록 형태를 가질 수 있다.

즉, 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)는 도 3a에 도시된 기계적 가공법이나 도 3b에 도시된 금형 가공법이나 도 3c에 도시된 렌즈 절삭 가공법에 따라 가공되지 않고도 안테나 패키지(100c) 상에 배치될 수 있으므로, 복수의 유전 부재(155a, 155b, 155c, 155d)의 구체적 형태는 특별히 한정되지 않는다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 유전 부재의 다른 일례를 예시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지(100e)와 배선 패키지(200e)를 포함할 수 있는데, 안테나 패키지(100c) 상에 배치된 유전 부재(156)는 복수의 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 대응되는 영역 각각에서 반구 형태 또는 반-볼록렌즈 형태로 오목한 면(도 16의 하면)을 가질 수 있다.

즉, 상기 유전 부재(156)는 복수의 안테나 부재(115a, 115b, 115c, 115d)에 대응되는 영역 각각의 높이가 상기 절연 부재에 대응되는 영역의 높이보다 낮도록 구성될 수 있다. 상기 유전 부재(156)를 통과하는 RF 신호는 상기 오목한 면에서 굴절될 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 제2 방향 안테나 부재와 제2 방향 유전 부재를 예시한 도면이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 안테나 패키지는 배선 패키지의 배선층에 전기적으로 연결되고 상기 안테나 패키지의 제3 면(도 17의 측면)을 향하여 제2 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제2 방향 안테나 부재(230a)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 안테나 모듈은 상기 안테나 패키지의 제3 면 상에 배치된 제2 방향 유전 부재(157)를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 제2 방향 유전 부재(157)를 통해 안테나 모듈의 하면에서 비스듬히 입사되는 RF 신호를 추가로 송수신할 수 있다. 이에 따라, 상기 안테나 모듈이 배치된 전자기기의 방사방향은 더 안정적일 수 있으며, 상기 전자기기는 RF 신호 송수신 방향을 전방향(omni-directional)으로 효율적으로 확대할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 개진된 배선 패키지의 하단(IC, 봉합재, 수동부품 및 코어 비아에 대응됨)은 팬-아웃 반도체 패키지에 따라 구현될 수 있다. 도 18 내지 도 25를 참조하여 상기 팬-아웃 반도체 패키지의 이해를 돕고자 부연 설명한다.

도 18은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도다.

도 18을 참조하면, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)를 수용한다. 메인보드(1010)에는 칩 관련부품(1020), 네트워크 관련부품(1030), 및 기타부품(1040) 등이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 이들은 후술하는 다른 전자부품과도 결합되어 다양한 신호라인(1090)을 형성한다.

칩 관련부품(1020)으로는 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 형태의 칩 관련 전자부품이 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 이들 전자부품(1020)이 서로 조합될 수 있음은 물론이다.

네트워크 관련부품(1030)으로는, Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다수의 무선 또는 유선 표준들이나 프로토콜들 중의 임의의 것이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크 관련부품(1030)이 칩 관련 전자부품(1020)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.

기타부품(1040)으로는, 고주파 인덕터, 페라이트 인덕터, 파워 인덕터, 페라이트 비즈, LTCC(low Temperature Co-Firing Ceramics), EMI(Electro Magnetic Interference) filter, MLCC(Multi-Layer Ceramic Condenser) 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다양한 용도를 위하여 사용되는 수동부품 등이 포함될 수 있다. 또한, 기타부품(1040)이 칩 관련 전자부품(1020) 및/또는 네트워크 관련 전자부품(1030)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.

전자기기(1000)의 종류에 따라, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 전자부품을 포함할 수 있다. 다른 전자부품의 예를 들면, 카메라(1050), 안테나(1060), 디스플레이(1070), 배터리(1080), 오디오 코덱(미도시), 비디오 코덱(미도시), 전력 증폭기(미도시), 나침반(미도시), 가속도계(미도시), 자이로스코프(미도시), 스피커(미도시), 대량 저장 장치(예컨대, 하드디스크 드라이브)(미도시), CD(compact disk)(미도시), 및 DVD(digital versatile disk)(미도시) 등이 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 전자기기(1000)의 종류에 따라 다양한 용도를 위하여 사용되는 기타 전자부품 등이 포함될 수 있음은 물론이다.

전자기기(1000)는, 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 외에도 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자기기일 수 있음은 물론이다.

도 19는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.

도 19를 참조하면, 전자기기는 예를 들면 스마트 폰(1100)일 수 있다. 스마트 폰(1100)에는 무선 주파수 집적회로(RF IC: Radio Frequency Integrated Circuit)가 반도체 패키지 형태로 적용될 수 있으며, 또한 안테나(Antenna)가 기판 또는 모듈 형태로 적용될 수 있다. 스마튼 폰(1100) 내에서 무선 주파수 집적회로와 안테나가 전기적으로 연결됨으로써, 다양한 방향으로 안테나 신호의 방사(R)가 가능하다. 무선 주파수 집적회로를 포함하는 반도체 패키지와 안테나를 포함하는 기판 또는 모듈은 다양한 형태로 스마트 폰 등의 전자기기에 적용될 수 있다.

일반적으로 반도체칩은 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재한다. 그래서 반도체칩 자체를 그대로 사용하지 않고 반도체칩을 패키징하여 패키지 상태로 전자기기 등에 사용하고 있다.

반도체 패키징이 필요한 이유는, 전기적인 연결이라는 관점에서 볼 때, 반도체칩과 전자기기의 메인보드의 회로 폭에 차이가 있기 때문이다. 구체적으로, 반도체칩의 경우, 접속패드의 크기와 접속패드간의 간격이 매우 미세한 반면 전자기기에 사용되는 메인보드의 경우, 전자부품 실장 패드의 크기 및 전자부품 실장 패드의 간격이 반도체칩의 스케일보다 훨씬 크다. 따라서, 반도체칩을 이러한 메인보드 상에 바로 장착하기 어려우며 상호간의 회로 폭 차이를 완충시켜 줄 수 있는 패키징 기술이 요구되는 것이다.

이러한 패키징 기술에 의하여 제조되는 반도체 패키지는 구조 및 용도에 따라서 팬-인 반도체 패키지(Fan-in semiconductor package)와 팬-아웃 반도체 패키지(Fan-out semiconductor package)로 구분될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 팬-인 반도체 패키지와 팬-아웃 반도체 패키지에 대하여 보다 자세히 알아보도록 한다.

도 20은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.

도 21은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 반도체칩(2220)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등을 포함하는 바디(2221), 바디(2221)의 일면 상에 형성된 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함하는 접속패드(2222), 및 바디(2221)의 일면 상에 형성되며 접속패드(2222)의 적어도 일부를 덮는 산화막 또는 질화막 등의 패시베이션막(2223)을 포함하는, 예를 들면, 베어(Bare) 상태의 집적회로(IC)일 수 있다. 이때, 접속패드(2222)는 매우 작기 때문에, 집적회로(IC)는 전자기기의 메인보드 등은 물론, 중간 레벨의 인쇄회로기판(PCB)에도 실장 되기 어렵다.

이에, 접속패드(2222)를 재배선하기 위하여 반도체칩(2220) 상에 반도체칩(2220)의 사이즈에 맞춰 연결부재(2240)를 형성한다. 연결부재(2240)는 반도체칩(2220) 상에 감광성 절연 수지(PID)와 같은 절연물질로 절연층(2241)을 형성하고, 접속패드(2222)를 오픈시키는 비아홀(2243h)을 형성한 후, 배선패턴 (2242) 및 비아(2243)를 형성하여 형성할 수 있다. 그 후, 연결부재(2240)를 보호하는 패시베이션층(2250)을 형성하고, 개구부(2251)를 형성한 후, 언더범프금속층(2260) 등을 형성한다. 즉, 일련의 과정을 통하여, 예를 들면, 반도체칩(2220), 연결부재(2240), 패시베이션층(2250), 및 언더범프금속층(2260)을 포함하는 팬-인 반도체 패키지(2200)가 제조된다.

이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체칩의 접속패드, 예컨대 I/O(Input/Output) 단자를 모두 소자 안쪽에 배치시킨 패키지형태이며, 팬-인 반도체 패키지는 전기적 특성이 좋으며 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서, 스마트폰에 들어가는 많은 소자들이 팬-인 반도체 패키지 형태로 제작되고 있으며, 구체적으로는 소형이면서도 빠른 신호 전달을 구현하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.

다만, 팬-인 반도체 패키지는 I/O 단자를 모두 반도체칩 안쪽에 배치해야 하는바 공간적인 제약이 많다. 따라서, 이러한 구조는 많은 수의 I/O 단자를 갖는 반도체칩이나 크기가 작은 반도체칩에 적용하는데 어려운 점이 있다. 또한, 이러한 취약점으로 인하여 전자기기의 메인보드에 팬-인 반도체 패키지가 직접 실장 되어 사용될 수 없다. 반도체칩의 I/O 단자를 재배선 공정으로 그 크기와 간격을 확대하였다 하더라도, 전자기기 메인보드에 직접 실장 될 수 있을 정도의 크기와 간격을 가지는 것은 아니기 때문이다.

도 22는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.

도 23은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.

도 22 및 도 23을 참조하면, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 인터포저 기판(2301)을 통하여 다시 한 번 재배선되며, 최종적으로는 인터포저 기판(2301) 상에 팬-인 반도체 패키지(2200)가 실장된 상태로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 이때, 전기연결구조체(2270) 등은 언더필 수지(2280) 등으로 고정될 수 있으며, 외측은 몰딩재(2290) 등으로 커버될 수 있다. 또는, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 별도의 인터포저 기판(2302) 내에 내장(Embedded) 될 수 도 있으며, 내장된 상태로 인터포저 기판(2302)에 의하여 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 다시 한 번 재배선되고, 최종적으로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다.

이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 전자기기의 메인보드에 직접 실장 되어 사용되기 어렵기 때문에, 별도의 인터포저 기판 상에 실장된 후 다시 패키징 공정을 거쳐 전자기기 메인보드에 실장되거나, 또는 인터포저 기판 내에 내장된 채로 전자기기 메인보드에 실장되어 사용되고 있다.

도 24는 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.

도 24를 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는, 예를 들면, 반도체칩(2120)의 외측이 봉합재(2130)로 보호되며, 반도체칩(2120)의 접속패드(2122)가 연결부재(2140)에 의하여 반도체칩(2120)의 바깥쪽까지 재배선된다. 이때, 연결부재(2140) 상에는 패시베이션층(2150)이 더 형성될 수 있으며, 패시베이션층(2150)의 개구부에는 언더범프금속층(2160)이 더 형성될 수 있다. 언더범프금속층(2160) 상에는 전기연결구조체(2170)가 더 형성될 수 있다. 반도체칩(2120)은 바디(2121), 접속패드(2122), 패시베이션막(미도시) 등을 포함하는 집적회로(IC)일 수 있다. 연결부재(2140)는 절연층(2141), 절연층(2241) 상에 형성된 재배선층(2142), 접속패드(2122)와 재배선층(2142) 등을 전기적으로 연결하는 비아(2143)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 반도체칩 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태이다. 상술한 바와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체칩의 I/O 단자를 모두 반도체칩 안쪽에 배치시켜야 하고 이에 소자 사이즈가 작아지면 볼 크기와 피치를 줄여야 하므로 표준화된 볼 레이아웃을 사용할 수 없다. 반면, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체칩 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태인바 반도체칩의 크기가 작아지더라도 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있는바, 후술하는 바와 같이 전자기기의 메인보드에 별도의 인터포저 기판 없이도 실장될 수 있다.

도 25는 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.

도 25를 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 전기연결구조체(2170) 등을 통하여 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 반도체칩(2120) 상에 반도체칩(2120)의 사이즈를 벗어나는 팬-아웃 영역까지 접속패드(2122)를 재배선할 수 있는 연결부재(2140)를 형성하기 때문에, 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있으며, 그 결과 별도의 인터포저 기판 등 없이도 전자기기의 메인보드(2500)에 실장 될 수 있다.

이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 별도의 인터포저 기판 없이도 전자기기의 메인보드에 실장 될 수 있기 때문에, 인터포저 기판을 이용하는 팬-인 반도체 패키지 대비 두께를 얇게 구현할 수 있는바 소형화 및 박형화가 가능하다. 또한, 열 특성과 전기적 특성이 우수하여 모바일 제품에 특히 적합하다. 또한, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하는 일반적인 POP(Package on Package) 타입 보다 더 컴팩트하게 구현할 수 있고, 휨 현상 발생으로 인한 문제를 해결할 수 있다.

한편, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체칩을 전자기기의 메인보드 등에 실장하기 위하여, 그리고 외부의 충격으로부터 반도체칩을 보호하기 위한 패키지 기술을 의미하는 것으로, 이와는 스케일, 용도 등이 상이하며, 팬-인 반도체 패키지가 내장되는 인터포저 기판 등의 인쇄회로기판(PCB)과는 다른 개념이다.

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: 안테나 패키지
105, 155, 156: 유전 부재
110: 디렉터(director) 부재
115: 안테나 부재
120: 관통 비아(through via)
130: 유전층
140: 절연 부재
150: 마감(encapsulation) 부재
154: 접착 부재(adhesive)
160: 도금(plating) 부재
190: 차폐(shield) 비아
200: 배선 패키지
210: 배선층
220: 절연층
230: 제2 방향 안테나 부재
240, 280: 코어 절연층
245: 패시베이션층
250, 400: 코어 부재
260: 차폐층
270: 코어 비아
300: IC
305: 수용 공간
310: 전기연결구조체
330: 봉합재
350: 수동부품
500: 팬-아웃 반도체 패키지

Claims

적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지;
상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC;
RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 패치 안테나와, 일단이 상기 복수의 패치 안테나에 각각 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 각각 전기적으로 연결된 복수의 관통 비아와, 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 유전층을 포함하고, 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치된 안테나 패키지;
상기 안테나 패키지의 제2 면 상에서 각각 상기 복수의 패치 안테나에 대응되는 위치에 배치된 복수의 유전 부재; 및
상기 안테나 패키지의 제2 면과 상기 복수의 유전 부재의 사이에 배치된 마감(encapsulation) 부재; 를 포함하고,
상기 마감 부재는 상기 복수의 유전 부재에 의해 커버되지 않는 부분을 포함하는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 유전 부재는 각각 반구 형태 또는 반-볼록렌즈 형태를 가지는 안테나 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 복수의 유전 부재는 각각 상기 마감 부재의 유전상수와 동일한 유전상수를 가지는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 유전 부재는 각각 상기 적어도 하나의 절연층의 유전상수와 다른 유전상수를 가지고,
상기 유전층은 상기 적어도 하나의 절연층의 유전상수와 다른 유전상수를 가지는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 유전 부재는 각각 상기 복수의 패치 안테나 중 대응되는 패치 안테나와 함께 상기 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 디렉터(director) 부재를 포함하는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 안테나 패키지는 상기 복수의 관통 비아 각각의 측면을 포위하도록 배치되고 상기 안테나 패키지의 제1 면의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 도금 부재를 더 포함하는 안테나 모듈.
적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지;
상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC;
RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 안테나 부재와, 일단이 상기 복수의 안테나 부재에 각각 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 각각 전기적으로 연결된 복수의 관통 비아와, 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 유전층을 포함하고, 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치된 안테나 패키지; 및
상기 안테나 패키지의 제2 면 상에서 각각 상기 복수의 안테나 부재에 대응되는 위치에 배치된 복수의 유전 부재; 를 포함하고,
상기 안테나 패키지는 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되고 상기 안테나 패키지의 제3 면을 향하여 제2 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 적어도 하나의 제2 방향 안테나 부재를 더 포함하고,
상기 안테나 모듈은 상기 안테나 패키지의 제3 면 상에 배치된 제2 방향 유전 부재를 더 포함하는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배선 패키지의 제1 면 또는 제2 면 상에 배치되고 수용공간을 제공하는 코어 부재; 및
상기 수용공간 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 수동부품; 을 더 포함하는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되고 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 코어 비아를 더 포함하고,
상기 IC는 상기 코어 비아로부터 베이스 신호를 전달받고 상기 베이스 신호에 기초하여 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 상기 RF 신호를 생성하는 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 IC의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재와, 코어 부재를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지를 더 포함하고,
상기 코어 부재는, 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 코어 비아와, 상기 코어 비아의 측면을 둘러싸는 코어 절연층과, 상기 코어 절연층의 제1 면 또는 제2 면에 배치되고 상기 코어 비아에 전기적으로 연결된 코어 배선층을 포함하는 안테나 모듈.
적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지;
상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC;
RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 안테나 부재와, 일단이 상기 안테나 부재에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결된 관통 비아와, 상기 관통 비아의 측면을 둘러싸도록 배치된 도금 부재를 각각 포함하고 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 각각 배치되는 복수의 캐비티;
제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치되고 상기 복수의 캐비티의 측면을 각각 둘러싸고 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 절연 부재; 및
상기 절연 부재의 제2 면과 상기 복수의 캐비티의 제2 면 상에 배치되고, 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각의 높이가 상기 절연 부재에 대응되는 영역의 높이보다 높거나, 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각의 높이가 상기 절연 부재에 대응되는 영역의 높이보다 낮도록 구성된 유전 부재; 를 포함하는 안테나 모듈.
제12항에 있어서,
상기 유전 부재의 일면은 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각에서 반구 형태 또는 반-볼록렌즈 형태로 돌출되도록 구성된 안테나 모듈.
제12항에 있어서,
상기 유전 부재는 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역 각각에서 반구 형태 또는 반-볼록렌즈 형태로 오목한 면을 가지는 안테나 모듈.
제12항에 있어서,
상기 복수의 캐비티는 각각 상기 관통 비아와 상기 도금 부재의 사이에서 상기 관통 비아를 둘러싸도록 배치되고 상기 적어도 하나의 절연층의 유전상수와 다른 유전상수를 가지는 유전층을 더 포함하고,
상기 유전층의 높이는 상기 절연 부재의 높이보다 높은 안테나 모듈.
제12항에 있어서,
상기 유전 부재는 상기 복수의 캐비티에 대응되는 영역에 각각 배치되어 상기 복수의 안테나 부재 중 대응되는 안테나 부재와 함께 상기 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 디렉터(director) 부재를 포함하는 안테나 모듈.
적어도 하나의 배선층과, 적어도 하나의 절연층을 포함하는 배선 패키지;
상기 배선 패키지의 제1 면 상에 배치되어 상기 적어도 하나의 배선층에 전기적으로 연결된 IC;
RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 복수의 패치 안테나와, 일단이 상기 복수의 패치 안테나에 각각 전기적으로 연결되고 타단이 상기 적어도 하나의 배선층의 대응되는 배선에 각각 전기적으로 연결된 복수의 관통 비아와, 상기 적어도 하나의 절연층의 높이보다 긴 높이를 가지는 유전층을 포함하고, 제1 면이 상기 배선 패키지의 제2 면을 향하도록 배치된 안테나 패키지; 및
상기 안테나 패키지의 제2 면 상에서 각각 상기 복수의 패치 안테나에 대응되는 위치에 배치된 복수의 유전 부재; 를 포함하고,
상기 복수의 유전 부재는 각각 상기 복수의 패치 안테나 중 대응되는 패치 안테나와 함께 상기 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 디렉터(director) 부재를 포함하고,
상기 디렉터 부재는 상기 복수의 유전 부재 중 적어도 하나에 배치되는 안테나 모듈.