KR102099578B1 - 무선 주파수 장치 패키지 및 이의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 장치 패키지는 무선 주파수 신호를 처리하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로, 제1 안테나, 안테나 기판 및 제1 도전성 배리어를 포함한다. 제1 안테나는 제1 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된다. 안테나 기판은 제1 안테나를 포함한다. 안테나 기판은 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 제1 안테나 사이에서 제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된다. 제1 도전성 배리어는 제1 안테나를 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된다.

Description

무선 주파수 장치 패키지 및 이의 형성 방법{RADIO FREQUENCY DEVICE PACKAGES AND METHODS OF FORMATION THEREOF}
본 발명은 일반적으로 무선 주파수 전자 장치에 관한 것으로, 특히 무선 주파수 전자 장치 패키지 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
태블릿, 스마트폰 및 스마트 와치와 같은 휴대용 장치는 최근 저비용 반도체 기술의 급속한 발전으로 인해 인기를 얻고 있다. 사용자 모션을 검출할 수 있는 레이더 센서(제스처 센서로 알려져 있음)와 같은 다중 안테나 소자를 이용하는 무선 주파수 장치는 휴대용 장치에서 장치의 기능을 제어하기 위한 인터페이스로서 구성될 수 있다. 많은 휴대용 장치는 필연적으로 소형이기 때문에 폼 팩터가 줄어든 임베디드 레이더 시스템이 바람직하다. 무선 주파수(RF) 레이더 시스템의 칩 패키지에 내장된 안테나 소자는 전체 패키지 크기의 큰 부분을 차지한다. 그에 따라, 통합형 RF 다중 안테나 시스템의 패키지 설계 중에 안테나 위치가 우선순위가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 장치 패키지는 무선 주파수 신호를 처리하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로, 제1 안테나, 안테나 기판, 및 제1 도전성 배리어(first conductive barrier)를 포함한다. 제1 안테나는 제1 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된다. 안테나 기판은 제1 안테나를 포함한다. 안테나 기판은 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 제1 안테나 사이에서 제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된다. 제1 도전성 배리어는 제1 안테나를 전자기적 및 정전기적으로 격리하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 반도체 장치 패키지는 집적 회로 칩을 포함한다. 집적 회로 칩은 무선 주파수 신호를 송/수신하기 위한 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함한다. 반도체 장치 패키지는 집적 회로 칩의 제1 표면 위에 배치된 안테나 기판을 더 포함한다. 안테나 기판은 제1 안테나 및 제1 도전성 배리어를 포함한다. 제1 도전성 배리어는 안테나 기판의 제1 표면에 수직인 방향으로 연장되는 측면들을 갖는다. 제1 도전성 배리어는 제1 안테나의 주변부(periphery)를 따라 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법은 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩을 형성하는 단계와, 안테나 기판을 제공하는 단계와, 안테나 기판에 제1 안테나를 형성하는 단계와, 안테나 기판에 제1 도전성 배리어를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 도전성 배리어는 제1 안테나의 주변부를 따라 형성된다. 방법은 집적 회로 칩을 안테나 기판의 제1 표면에 부착하는 단계를 더 포함한다. 이 부착하는 단계는 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 제1 안테나를 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명 및 그 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부된 도면과 연계하여 후속하는 설명을 참조한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지를 도시하되,
도 1a는 무선 주파수 장치 패키지의 평면도를 도시하고,
도 1b는 무선 주파수 장치 패키지의 저면도를 나타내고,
도 1c는 무선 주파수 장치 패키지의 일 영역의 단면도를 보여주고,
도 1d는 무선 주파수 장치 패키지의 또 다른 영역의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 3차원 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하되,
도 3a는 단일 종단 패치 안테나(single-ended patch antennas)를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고,
도 3b는 차동 패치 안테나(differential patch antennas)를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 저면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하되,
도 5a는 하나의 송신기와 2개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하고,
도 5b는 하나의 송신기와 4개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고,
도 5c는 2개의 송신기와 4개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 나타내고,
도 5d는 하나의 송신기와 7개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 보여주고,
도 5e는 4×4 어레이의 단일 종단 패치 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고,
도 5f는 4×4 어레이의 차동 패치 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 나타내고,
도 5g는 8×8 어레이의 안테나 소자를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 추가 실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시하되,
도 6a는 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 도시하고,
도 6b는 정사각형 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 나타내고,
도 6c는 정사각형 관통 비아 및 도전성 벽을 포함하는 안테나의 평면도를 보여주고,
도 6d는 정사각형 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 프론트 엔드 회로 및 하나 이상의 안테나를 포함하는 반도체 장치 패키지의 기능 블록도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 패키지 장치를 형성하는 방법을 도시한다.
상이한 도면에서 대응하는 참조번호 및 도면부호는 다른 언급이 없다면 일반적으로 대응하는 부분을 나타낸다. 도면들은 실시예들의 관련 양상들을 명확하게 예시하도록 도시되어 있고 반드시 비율대로 그려질 필요는 없다. 도면에서 그려진 특징의 가장자리는 반드시 그 특징의 범위의 종료를 나타내는 것은 아니다.
다양한 실시예의 구성 및 사용이 이하에서 상세히 논의된다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시예는 다양한 특정 상황에 적용가능하다는 것을 알아야한다. 논의된 특정 실시예는 다양한 실시예를 구성하고 사용하기 위한 특정 방식을 설명하기 위한 것에 불과하며, 한정된 범위로 해석되어서는 안된다.
자동차 레이더, 산업용 레이더, 제스처 센서, 모션 검출기와 같은 다수의 애플리케이션에서 다중 안테나 소자가 사용된다. 감지 애플리케이션은 저장 탱크의 레벨 모니터링, 스마트 조명 제어, 보안 시스템, 지능형 도어 오프너, 및 차량 충돌 방지 등을 포함한다. 물체의 각도 위치의 감지가 중요한 경우 단일 채널 시스템 대신 주로 다중 채널 레이더 시스템이 사용된다. 원격 통신 애플리케이션, 예를 들어, 28GHz의 5세대(5G) 모바일 기술과 같은 고주파수를 사용하는 애플리케이션에서, 빔 형성을 필요로 하는 포인트 투 포인트 통신을 위해 다중 채널 트랜시버가 사용될 수 있다.
다중 안테나 소자를 구비한 제스처 센서 시스템과 같은 다중 채널 구현예에서, 안테나 소자들의 크기 및 그 이격은 원하는 동작 주파수에 기초한다. 예를 들어, 60GHz에서, 두 안테나 소자 사이의 거리는 3mm 내지 3.5mm일 수 있다. 팬 아웃(fan-out) 패키징이 사용되어 안테나 소자를 무선 주파수 장치 패키징에 통합시킬 수 있다. 즉, 팬 아웃 패키징은 집적 안테나 소자, 무선 주파수 신호를 수신, 처리 및 송신하도록 설계된 회로들을 포함하는 집적 회로 칩, 및 컴포넌트들을 함께 결합하기 위한 다양한 전송 라인 및 상호연결부를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지에 사용될 수 있다. 그러나, 최종 장치 패키지의 큰 크기는 일부 애플리케이션에서는 허용되지 않을 수 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(PCB)에 특정 접지면 정의가 요구될 수 있는데, 이는 설계 고려사항을 더욱 제한할 수 있다.
즉, 이러한 패키지 설계는 PCB 설계를 제한할 수 있는데 그 이유는 안테나 소자, 집적 회로 칩 및 전송 라인과 같은 컴포넌트들은 원하는 동작에 기초한 크기 요구사항을 갖기 때문이다. 다중 안테나 소자가 서로 밀접하게 이격되어 있는 경우, 이들 다중 안테나 소자는 서로 간섭할 수 있고 또한 무선 주파수 장치 패키지 내의 다른 전자 컴포넌트와 간섭할 수 있다. 일부 경우, 이것은 무선 주파수 장치 패키지의 전체 크기를 제한할 수 있다. 다음의 실시예는 비아를 이용하여 무선 주파수 장치 패키지 내의 안테나 소자들을 격리함으로써 종래의 무선 주파수 장치 패키지에 비해 다양한 이점을 제공한다.
아래에 제시된 본 발명의 실시예는 종래의 무선 주파수 장치 패키지에 비해 장점을 가지는 무선 주파수 장치 패키지의 다양한 구조 및 무선 주파수 장치 패키지를 제조하는 다양한 방법, 특히 비아를 사용하여 다른 장치 소자로부터 격리된 다중 안테나 소자를 갖는 라미네이트 패키지를 설명한다. 다음의 설명은 다양한 실시예를 설명한다. 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지가 도 1 내지 도 3을 사용하여 설명될 것이다. 무선 주파수 장치 패키지 내의 안테나 소자의 실시예는 도 4를 사용하여 설명될 것이다. 무선 주파수 장치 패키지의 몇몇 대안적인 실시예의 개략적인 레이아웃이 도 5를 사용하여 설명될 것이다. 다양한 대안적인 실시예의 안테나 소자가 도 6을 사용하여 설명될 것이다. 무선 주파수 프론트 엔드 회로 및 하나 이상의 안테나를 포함하는 반도체 패키지의 실시예의 기능 블록도가 도 7을 사용하여 설명될 것이다. 무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법의 실시예는 도 8을 사용하여 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지를 도시하되, 도 1a는 무선 주파수 장치 패키지의 평면도를 나타내고, 도 1b는 무선 주파수 장치 패키지의 저면도를 나타내며, 도 1c 및 도 1d는 무선 주파수 장치 패키지의 상이한 영역의 단면도를 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 무선 주파수 장치의 다중 안테나(40)가 무선 주파수 장치 패키지의 상단 표면에 배치된다. 각각의 안테나(40)는 무선 신호를 수신 및/또는 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이 안테나(40) 중 일부는 수신 안테나(41)일 수 있고, 안테나(40) 중 일부는 송신 안테나(42)일 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나(40) 중 하나 이상은 무선 신호의 수신 및 송신 모두를 할 수 있도록 구성된 트랜시버일 수 있다. 안테나(40)는 다양한 실시예에서 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 안테나(40)는 구리(Cu)를 포함한다. 일부 실시예에서 다른 도전성 물질로 제조된 안테나가 동일한 무선 주파수 장치 패키지에 존재할 수 있다.
안테나(40)의 치수는 특정 파장 또는 파장들의 그룹(예를 들어, 주파수 대역)에 대한 원하는 응답에 의해 결정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 밀리미터 파장의 방사선에 민감한 안테나는 1mm 내지 2.5mm의 길이와 폭을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 안테나의 길이는 약 1.5mm이고 안테나의 폭은 약 850㎛이다. 다른 실시예에서, 안테나의 길이는 약 1.3mm이고 안테나의 폭은 약 1.2mm이다.
여전히 도 1a를 참조하면, 안테나(40)는 접지면에서 개구(50)를 통해 전송 라인(51)에 전자기적으로 결합될 수 있다. 전송 라인(51)은 집적 회로 칩(10) 상의 장치를 안테나(40)에 연결하는 역할을 할 수 있다. 전송 라인(51)은 3차원 패키지 구조의 무선 주파수 장치 패키지의 내부에 위치할 수 있다. 전송 라인(51)은 마이크로스트립, 스트립라인, 동일평면 도파관, 또는 다른 적절한 구성을 가질 수 있다. 전송 라인(51)은 안테나(40)와 집적 회로 칩(10) 사이에서 전자기 신호를 전파하는 역할을 할 수 있다. 전송 라인(51)은 도 1a에 도시된 실시예에서 스트립 라인으로서 동작하도록 구성된다.
안테나(40)는 개구(50)와 수직으로 정렬될 수 있다. 개구는 전자기 신호를 안테나(40) 또는 전송 라인(51)과 같은 정의된 영역으로 제한할 수 있다. 접지면에 입사하는 전자기 신호는 접지 연결에 의해 소산될 수 있다. 더 많거나 더 적은 개구가 접지면에 포함될 수 있고 안테나(40)의 수에 의존할 수 있다. 개구(50)의 크기는 접지면과 안테나(40) 사이의 수직 거리에 의존할 수 있으며, 또한 안테나(40)의 크기에도 의존할 수 있다.
개구(50) 및 전송 라인(51)은 무선 주파수 장치 내의 상이한 층들에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 개구(50)는 전송 라인(51)의 부분들과 수직으로 정렬된다. 안테나(40)는 개구(50)를 통해 전송 라인(51)에 전자기적으로 결합될 수 있다. 이와 달리, 안테나(40)는 비아를 사용하여 전송 라인(51)에 전기적으로 연결될 수도 있다.
전기적 연결의 경우, 직접적인 전기 전도에 의해 무선 신호가 안테나와 전송 라인 사이에서 전송될 수 있다. 전기적 연결은 직접 연결이라고도 할 수 있다. 전자기 연결의 경우, 무선 신호는 전자기 방사를 통해 안테나와 전송 라인 사이에서 전송될 수 있다. 전자기 연결은 간접 연결이라고도 할 수 있다. 안테나 소자와 전송 라인 사이의 전자기 연결의 특정 예는 접지면에서의 개구를 사용하여 전송 라인과 안테나 소자 사이에 방사 에너지를 안내한다. 개구는 애퍼처(aperture)로 지칭될 수 있고 이러한 유형의 전자기 연결은 애퍼처 연결(aperture coupling)로 지칭될 수 있다. 전자기적으로 연결된 안테나와 전송 라인은 통상적으로 전기적으로 연결되지 않는다.
안테나는 둘 이상의 전송 라인에 연결될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 송신 안테나(42)는 각각의 송신 안테나가 2개의 전송 라인에 결합되는 차동 안테나 구성으로 구성된다. 이 구성에서, 송신 안테나는 6 dBi의 이득을 가질 수 있으며 원하는 대역폭(예를 들어, 57-64GHz)에 걸쳐 완벽한 정합을 가질 수 있다. 다중 안테나를 이용하는 안테나 구성은 다중 입력, 다중 출력(MIMO) 이미징과 같은 레이더 애플리케이션 및 가상 안테나 채널의 생성을 위해 사용될 수 있다. 다중 안테나 구성의 다른 애플리케이션은 빔 형성을 포함하는 통신 애플리케이션을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 안테나(40) 각각은 도전성 배리어(12)에 의해 둘러싸이거나 또는 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 도전성 배리어(12)는 안테나(40) 주위에 인클로저(enclosure) 또는 부분적 인클로저를 형성하는 다중 관통 비아(36)를 포함할 수 있다. 관통 비아(36)는 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이 안테나 기판(11)을 관통하며 연장될 수 있다. 다양한 실시예에서, 도전성 배리어(12)는 바람직하게 안테나(40)를 서로 전자기적 및/또는 정전기적으로 격리시킬 수 있다. 예를 들어, 각 안테나의 주변부의 주위에 정렬된 관통 비아(36)는 다른 전송 라인 및 안테나 소자에서 생성된 가성 모드(spurious modes), 평행 판 모드(parallel plate mode) 및/또는 고차 모드(higher order mode)의 영향을 억제 또는 제거하기 위한 차폐 벽의 역할을 함으로써 안테나(40)를 서로 격리시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 도전성 배리어(12)의 크기 및 형상은 다양할 수 있다. 또한, 관통 비아(36)를 포함하는 도전성 배리어(12)의 경우, 관통 비아(36)의 수 및 관통 비아(36)의 이격은 안테나마다 상이할 수 있고, 라우팅 요구사항 및 기타 설계 고려사항에 따라 하나의 안테나에 대해서도 다를 수 있다. 예를 들어, 인접한 관통 비아(36)의 동일하지 않은 이격은 소자(70)에서 관찰될 수 있다. 안테나의 주변부의 주위에 정렬된 관통 비아(36)의 인클로저의 형상의 변화에 관한 예는 소자(71)에서 관찰될 수 있는데 예를 들어 관통 비아(36)의 하나의 인접 서브세트는 제1 라인 상에 배치되고 관통 비아(36)의 제2 인접 서브세트는 제2 라인 상에 배치되며, 제1 라인은 제2 라인으로부터 간격을 둔다. 안테나(40)의 주변부의 주위에 정렬된 관통 비아(36)의 인클로저의 결과적인 형상은 불규칙하다.
이 문맥에서, 불규칙은 정다각형이 아닌 인클로저의 형상을 나타낼 수 있다. 그러나, 불규칙은 또한 인클로저의 범위에 대한 임의의 파라미터의 변화를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 상이한 직경을 갖는 비아를 구비한 인클로저는 불규칙한 인클로저로서 간주될 수 있다. 유사하게, 인접한 관통 비아의 이격이 변화되고 그리고/또는 안테나로부터의 관통 비아의 이격이 변화되는 인클로저는 불규칙한 인클로저로서 간주될 수 있다. 라우팅 요구사항 및/또는 하부 층에서의 전송 라인 회피의 결과로서, 다양한 불규칙한 인클로저가 요구될 수 있다.
도전성 배리어(12)는 무선 주파수 장치 패키지의 다른 영역들로부터 전자기적 및/또는 정전기적으로 격리된 영역을 나타낼 수 있다. 이러한 도전성 배리어(12)는 차폐 벽으로 간주될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d 및 도 2에 도시된 무선 주파수 장치 패키지의 레이아웃은 차폐 벽 패치 안테나 설계로 지칭될 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나 소자 주위의 인클로저 및 부분적 인클로저는 정사각형 비아, 직사각형 비아, 금속 라인, 금속 충진 트렌치 및 도전성 벽과 같은 다른 구조를 사용하여 차폐 벽/도전성 배리어를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에서, 각각의 안테나(40) 주위의 도전성 배리어(12)는 인클로저들 사이의 연결이 일어나지 않도록 충분히 이격된다. 인클로저들의 이격은 안테나(40)의 방사 전력, 안테나 기판(11)의 재료, 및 관통 비아(36)의 이격 등에 따라 달라질 수 있다.
안테나 소자들은 애플리케이션의 원하는 주파수 응답에 기초하여 서로 이격될 수 있다. 그러나, 무선 주파수 장치 패키지는 가능한 한 작을 필요가 있는데, 이는 안테나 소자가 패키지의 가장자리 근처에 위치하는 것을 초래할 수 있다. 이와 같이 작은 기판 상에 다중 안테나 소자를 집적시키는 것은 기판의 가장자리에 의해 야기되는 프린징 필드(fringing fields)를 초래할 수 있다. 프린징 필드는 주어진 안테나에 대한 이득을 바람직하지 않게 감소시킬 수 있다. 관통 비아 또는 다른 도전성 구조를 사용하는 차폐 벽 패치 안테나 설계의 가능한 이점은 무선 주파수 장치 패키지의 가장자리에서 프린징 필드가 형성되는 것을 방지하는 것이다. 안테나 소자의 주변부를 따라 있는 관통 비아는 그 안테나 소자를 무선 주파수 장치 패키지의 가장자리 및 다른 안테나 소자로부터 전자기적 및 정전기적으로 차폐시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 관통 비아는 예를 들어 인접한 안테나 소자들 사이의 결합이 문제가 되지 않는 경우에만 무선 주파수 장치 패키지의 가장자리를 따라 위치할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 집적 회로 칩(10)은 무선 주파수 장치 패키지의 바닥 표면상에 배치된다. 집적 회로 칩(10)은 도전성 필러(conductive pillars)(35)를 사용하여 제1 도전성 층(31)(도 1c 및 1d에 도시됨)에 부착될 수 있다. 집적 회로 칩(10)은 도전성 필러(35)가 제1 도전성 층(31)의 노출된 영역과 전기적으로 접촉하도록 배향될 수 있다. 다양한 실시예에서, 도전성 필러(35)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 포함한다. 집적 회로 칩(10)은 표면 실장 기술(SMT)과 함께 사용되는 공지된 공정을 사용하여 제1 도전성 층(31)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 집적 회로 칩(10)은 리플로우 솔더링 공정(a reflow soldering process)을 사용하여 부착될 수 있으며, 그 공정 동안 무선 주파수 장치 패키지는 제어된 열(heat)에 놓일 수 있다.
다양한 실시예에서, 집적 회로 칩(10)은 반도체 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 반도체 기판은 실리콘을 포함한다. 다른 실시예에서, 반도체 기판은 실리콘 게르마늄(SiGe)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 반도체 기판은 갈륨 아세나이드(GaAs)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 집적 회로 칩(10)은 2.5 mm 내지 10 mm의 길이 및 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 집적 회로 칩(10)의 길이 및 폭은 동일하고 약 4.5 mm이다.
집적 회로 칩(10)은 당업계에 공지된 능동 및 수동 장치, 금속 층, 유전체 층, 도핑된 및 진성 반도체 영역 및 재분배 층, 및 그 밖의 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 집적 회로 칩(10)은 무선 주파수 장치 패키지에 부착되기 전에 이미 BEOL(back end of line) 처리를 거쳤다.
집적 회로 칩(10)은 무선 주파수 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 무선 주파수 회로는 초고주파(SHF) 또는 극고주파(EHF) 체제에서 동작하도록 설계된다. 예를 들어, 집적 회로 칩(10)은 57GHz 내지 64GHz의 비인가 대역에서 동작하도록 설계된 밀리미터 파(MMW) 회로를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 집적 회로 칩(10)은 (예를 들어, 5G 애플리케이션에서) 28GHz 체제에서 동작하도록 설계된 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로 칩(10)은 수신 안테나에 연결된 수신 인터페이스 및/또는 송신 안테나에 연결된 송신 인터페이스를 가질 수 있다. 일부 구성에서, 수신 인터페이스 및 송신 인터페이스는 단일 인터페이스로 결합될 수 있다. 집적 회로 칩(10)은 또한 제1 도전성 층(31)에 연결될 수 있게 하는 연결들을 재분배하기 위한 하나 이상의 재분배 층(RDL)을 포함할 수 있다.
전송 라인(51)의 추가적인 라우팅은 도 1b에서 볼 수 있다. 전송 라인(51)은 블라인드 비아(37)를 사용하여 집적 회로 칩(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전송 라인(51)은 안테나(40)에 전자기적으로 또는 전기적으로 결합될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 안테나 기판(11)은 다수의 라미네이트 층 및 도전성 층을 포함한다. 도전성 층은 접지면, 재분배 라인, 전송 라인 등을 형성하도록 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 층은 라미네이트 층으로 적층된(laminated) 금속 호일, 금속 층 또는 금속화로부터 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도전성 층은 구리(Cu)를 포함한다. 일부 실시예에서, 도전성 층은 은(Ag) 및 알루미늄(Al)과 같은 다른 도전성 물질을 포함한다. 일부 실시예에서, 도전성 층은 상이한 도전성 물질을 포함할 수 있다.
라미네이트 층은 도전성 층들을 분리하고 안테나 기판을 구조적으로 지탱할 수 있다. 다양한 실시예에서, 라미네이트 층은 유리 섬유 직물 강화된 탄화수소 세라믹(woven glass reinforced hydrocarbon ceramic) 및/또는 폴리테트라플루오르 에틸렌(PTFE)과 같은 저손실 고주파수 물질을 포함한다. 일부 실시예에서, 라미네이트 층은 예비 함침 복합 재료(pre-impregnated composite material: PPG)를 포함한다. 하나 이상의 라미네이트 층은 단면 또는 양면에 구리 클래딩으로 제조된 상용 라미네이트 재료일 수 있다.
상술한 바와 같은 또한 이하에서 설명되는 도전성 층 및 라미네이트 층을 형성하는데 사용될 수 있는 일 유형의 라미네이트 재료는 구리 클래드 라미네이트이다. 구리 클래드 라미네이트 재료의 시트는 단면 또는 양면의 구리 클래드 시트로서 제조될 수 있다. 제조 프로세스 동안, 구리 시트는 라미네이트 재료의 단면 또는 양면에 배치될 수 있다. 열 및 압력의 일부 조합은 라미네이트 재료에 대한 구리 시트의 부착을 용이하게 하기 위해 적용될 수 있다. 일부 경우에는 단일 도전성 층만이 필요한 경우에도 이전 및 후속 실시예에서 논의된 라미네이트 층을 형성하기 위해 양면 구리 클래드 라미네이트 재료를 사용하는 것이 유리할 수 있음을 알아야 한다. 양면 구리 클래드 라미네이트 상의 불필요한 도전성 표면은 기판에 적층되기 전에 에칭 제거된다. 적층 이전에 라미네이트 재료로부터 도전성 층을 에칭하는 것의 가능한 이점은 기판에 대한 접착력을 향상시키는 것일 수 있다.
라미네이트 층의 표면상의 도전성 층은 예를 들어 전착(electrodeposited: ED) 호일 또는 압착 호일(rolled foil)일 수 있다. 압착 호일 시트는 롤러를 통해 호일 시트를 반복적으로 공급하여 호일 시트의 두께를 균일하게 감소시킴으로써 생산될 수 있다. ED 호일은 보다 견고할 수 있고 다른 입자 구조를 가질 수 있다. 이와 대조적으로, 압착 호일은 부드럽고 유연할 수 있다. 일부 경우, 압착 호일은 감소된 표면 거칠기로 인해 무선 주파수(RF) 응용분야에서 유리할 수 있다.
도 1c를 계속 참조하면, 집적 회로 칩(10)은 도전성 필러(35)를 통해 안테나 기판(11)에 부착된다. 도전성 필러(35)는 제1 라미네이트 층(21)의 바닥 표면 상에 배치된 제1 도전성 층(31)에 직접 부착될 수 있다. 집적 회로 칩(10)의 부착은 다른 공지된 표면 실장 기법을 사용하여 달성될 수도 있다. 예를 들어, 도전성 필러(35)는 솔더 볼로 대체될 수 있고, 집적 회로 칩(10)은 리플로우 공정을 사용하여 부착될 수 있다.
언더필 층(underfill layer)(25)은 제1 도전성 층(31)과 집적 회로 칩(10) 사이에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 언더필 층은 절연 물질이다. 언더필 층(25)은 충진된 에폭시와 같은 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 언더필 층(25)은 주로 집적 회로 칩(10) 아래에 위치하며, 안테나 기판(11)의 바닥 표면 전체에 걸쳐 연장되지는 않는다.
언더필 층(25)은 도전성 필러(35)를 둘러싸고 이를 보호할 수 있다. 언더필 층(25)은 집적 회로 칩(10)을 제1 도전성 층(31) 및 제1 라미네이트 층(21)의 노출된 표면에 결합시킴으로써 납땜 이음매(solder joint) 상의 압박을 감소시킬 수 있다. 납땜 이음매 상의 압박은 집적 회로 칩(10)의 크기 또는 집적 회로 칩(10)과 제1 라미네이트 층(21) 사이의 열 팽창 계수의 증가된 불일치와 같은 다양한 요인에 기인할 수 있다. 일부 경우, 언더필 층(25)은 생략될 수 있다.
언더필 층(25)은 또한 바람직하게 제1 도전성 층(31)으로부터 집적 회로 칩(10)을 분리할 수 있다. 충분히 두꺼운 언더필 층이 없는 경우, 집적 회로 칩(10) 상에 위치한 전송 라인은 제1 도전성 층(31)에 의해 영향을 받을 수 있다. 다양한 실시예에서, 언더필 층(25)의 두께는 25㎛ 내지 75㎛이다. 일 실시예에서, 언더필 층(25)의 두께는 약 45㎛이다.
제1 도전성 층(31)은 일부 실시예에서 집적 회로 칩(10)과 제1 도전성 층(31) 위에 배치된 후속 층 사이의 전자기 결합을 감소시키거나 방지하기 위해 접지면을 포함할 수 있다. 제1 도전성 층(31)의 접지면 내에 다양한 개구가 포함되어 접지면으로부터 전기적으로 절연된 제1 도전성 층(31) 내의 재분배 라인을 허용할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 도전성 층(31)은 접지면뿐만 아니라 재분배 층(RDL)으로서 기능할 수 있다. 대안으로, 제1 도전성 층(31)은 재분배 라인을 포함할 수 있고 접지면은 생략될 수 있다.
제1 도전성 층(31)과 전기적으로 접촉하는 솔더 볼(30)은 언더필 층 상에 배치될 수 있다. 솔더 볼(30)은 예를 들어, 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB) 패키징을 위한 볼 그리드 어레이(BGA)의 일부일 수 있다. 솔더 볼은 집적 회로 칩(10) 상의 회로와 접지면과 같은 안테나 기판(11) 사이의 전기적 결합을 허용할 수 있다.
제1 라미네이트 층(21)은 일부 실시예에서 라미네이트 재료를 포함하고 또한 섬유가 열가소성 또는 열경화성 수지로 예비 함침된 프리프레그 재료(prepreg material)이다. 일 실시예에서, 제1 라미네이트 층(21)은 프리프레그 재료인 GHPL-970LF이다. 대안적인 실시예에서, 제1 라미네이트 층(21)은 인쇄 회로 보드 제조를 위해 사용되는 라미네이트 재료를 포함할 수 있다. 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께는 다양한 실시예에서 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께는 약 200㎛이다. 다른 실시예에서, 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께는 50㎛ 내지 150㎛이다. 하나의 다른 실시예에서, 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께는 약 60㎛이다. 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께는 무선 주파수 장치 패키지에서 전송 라인 특성을 최적화하도록 선택될 수 있다.
다시 도 1c를 참조하면, 제2 라미네이트 층(22)이 제1 라미네이트 층(21) 위에 배치된다. 제2 라미네이트 층(22)은 일부 실시예에서 라미네이트 재료를 포함하고 또한 다양한 실시예에서 프리프레그 재료이다. 일 실시예에서, 제2 라미네이트 층(22)은 프리프레그 재료인 GHPL-970LF이다. 제2 라미네이트 층(22)의 수직 두께는 제1 라미네이트 층(21)의 수직 두께와 유사할 수 있다. 제2 라미네이트 층(22)은 제2 라미네이트 층(22)의 바닥 영역에 배치된 제2 도전성 층(32)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제2 라미네이트 층(22)은 (도 1a 및 도 1b에 도시된) 전송 라인(51)을 포함하도록 패터닝될 수 있다.
제3 도전성 층(33)이 제2 라미네이트 층(22) 위에 배치된다. 제3 도전성 층(33)은 제2 도전성 층(32) 내의 전송 라인(51)을 안테나 기판(11)의 상단 표면에 배치된 안테나에 전자기적으로 결합시키기 위한 (도 1a 및 도 1b에 도시된) 개구(50)를 갖는 접지면을 포함할 수 있다. 이와 달리, 제3 도전성 층(33)은 생략될 수 있으며, 안테나들은 제2 도전성 층(32) 내의 전송 라인(51)을 안테나 기판의 상단 표면에 위치한 안테나에 직접 연결하는 블라인드 비아를 사용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 라미네이트 층(23) 및 제4 라미네이트 층(24)이 제3 도전성 층(33) 위에 배치된다. 다양한 실시예에서, 제3 라미네이트 층(23)은 라미네이트 재료를 포함하고 또한 다양한 실시예에서 프리프레그 재료이다. 일 실시예에서, 제3 라미네이트 층(23)은 프리프레그 재료인 GHPL-970LF이다. 제4 라미네이트 층(24)은 또한 프리프레그 재료 또는 코어 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 제4 라미네이트 층(24)은 코어 재료인 HL972LF이다. 일부 실시예에서, 제3 라미네이트 층(23) 및 제4 라미네이트 층(24)은 전체적으로 실질적으로 동일한 재료 조성을 갖는 단일 층이다.
제3 라미네이트 층(23) 및 제4 라미네이트 층(24)의 결합된 수직 두께는 다양한 실시예에서 200㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 제3 라미네이트 층(23) 및 제4 라미네이트 층(24)의 결합된 수직 두께는 약 400㎛이다. 제3 라미네이트 층(23) 및 제4 라미네이트 층(24)의 개별 수직 두께 및 결합된 수직 두께는 후속하여 형성되는 안테나의 원하는 대역폭이 얻어지도록 선택될 수 있다.
제4 도전성 층(34)이 제4 라미네이트 층(24) 위에 배치된다. 제4 도전성 층(34)은 (도 1a에 도시된) 하나 이상의 안테나(40)를 포함할 수 있다. 관통 비아(36)는 안테나 기판(11)을 통과한다. 관통 비아(36)는 다양한 실시예에서 도전성 재료를 포함하고, 일 실시예에서 구리(Cu)이다. 관통 비아(36)는 접지에 연결될 수 있고, 도전성 층들 중 하나 이상에 위치한 접지면에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 경우, 관통 비아(36)는 바람직하게 (블라인드 비아와 같은) 다른 유형의 비아에 비해 상대적으로 저렴할 수 있다. 무선 주파수 장치 패키지의 비용은 안테나 기판(11) 내에서의 블라인드 비아의 사용을 제한함으로써 낮아질 수 있다. 관통 비아(36)는 제1 도전성 층(31) 및 제4 도전성 층(34)을 포함하여 전체 안테나 기판(11)을 통과할 수 있다.
이제 도 1d를 참조하면, 무선 주파수 장치 패키지의 다른 영역에 대한 단면도는 앞서 설명한 집적 회로 칩(10), 언더필 층(25), 도전성 필러(35), 도전성 층, 라미네이트 층, 및 관통 비아(36)를 포함한다. 또한, 블라인드 비아(37)는 제1 도전성 층(31) 및 제2 도전성 층(32)과 같은 2개의 도전성 층 사이에 배치된다. 블라인드 비아(37)는 일부 실시예에서 도전성 재료를 포함할 수 있고, 일 실시예에서 구리(Cu)일 수 있다.
블라인드 비아(37)는 집적 회로 칩(10)의 도전성 필러(35)를 제2 도전성 층(32)에 위치한 전송 라인(51)(도 1a 및 도 1b에 도시됨)에 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다. 이것은 집적 회로 칩(10)으로부터 전송 라인(51)으로 전기 신호가 전달되게 하면서도 제1 도전성 층(31) 내의 접지면이 전송 라인(51)으로부터 집적 회로 칩(10)을 차폐할 수 있게 해준다.
도 1a 내지 도 1d 에서 알 수 있는 바와 같이, 제4 도전성 층(34) 내의 안테나(40), 제1 도전성 층(31), 제3 도전성 층(33) 및 4 도전성 층(34) 내의 접지면은 무선 주파수 장치 패키지 내에서 집적 회로 칩(10)과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 안테나 및 접지면의 일부 또는 전부는 일부 실시예에서 집적 회로 칩(10) 바로 위에 위치할 수 있다. 이와 같이 집적 회로 칩(10)의 패키징 내에 안테나 소자들을 완전히 통합하는 것의 가능한 이점은 패키지의 전체 크기를 감소시키는 것이다. 예를 들어, 다중 안테나 소자를 구비한 완전한 기능의 무선 주파수 장치가 매우 작은 패키지 내에 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 무선 주파수 장치 패키지는 예를 들어 9mm×9mm이다. 다른 실시예에서, 무선 주파수 장치 패키지는 주파수 응답 및 안테나 소자의 개수와 같은 설계 고려사항에 따라 더 작거나 더 크게 만들어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1d의 특징들을 비교할 때 주목할 것은 도 1a 및 도 1b에는 명료성을 위해 라미네이트 층이 도시되어 있지 않다는 것이다. 또한, 전송 라인(51)의 가시성을 허용하기 위해, 제1 도전성 층(31)은 도시되지 않고 단지 제3 도전성 층(33) 내의 개구(50)만이 도 1a 및 도 1b에 도시된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 3차원 도면을 도시한다.
도 2를 참조하면, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 무선 주파수 장치 패키지를 3 차원으로 도시하여 무선 주파수 장치 패키지 내의 특징들의 상대적인 위치를 더 설명한다. 예를 들어, 안테나 기판(11)의 상단 표면은 가시적이며, 제1, 제2, 제3, 제4 라미네이트 층(21,22,23,24) 및 안테나(40)뿐만 아니라 개별 안테나를 에워싸는 관통 비아(36) 및 제4 도전성 층(34)을 포함한다. 전송 라인 및 접지면은 명료함을 위해 도 2에는 도시되지 않는다.
안테나 기판(11)은 설명되지 않은 추가의 도전성, 유전성 또는 패키징 소자를 포함할 수 있다. 또한, 무선 주파수 장치 패키지는 도 1a, 도 1b, 및 도 2에 도시되어 있는 2개의 송신 안테나 및 4개의 수신 안테나에 국한되지 않는다. 필요에 따라 임의의 개수의 송신 및 수신 안테나가 무선 주파수 장치 패키지에 포함될 수 있다. 또한, 무선 주파수 장치 패키지에서 임의의 개별 안테나가 송신기와 수신기 모두(트랜시버)로서 사용될 수 있다. 다른 실시예의 무선 주파수 설계 패키지에서는, 특정 애플리케이션에서의 필요에 따라 그리고 원하는 기능을 생성하기 위해 당업계에 잘 알려져 있는 다른 특징뿐만 아니라 다른 안테나 유형, 안테나 급전, 전송 라인, 추가의 안테나 층, 및 캐비티와 같은 다른 최적화 및 설계 특징이 제공될 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 주파수 장치 패키지는 집적 회로 칩과 안테나 기판 주위에 추가의 패키징 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱, 에폭시, 수지, 또는 다른 적절한 물질이 무선 주파수 장치 패키지의 바닥 상의 집적 회로 칩을 캡슐화하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 집적 회로 칩은 모든 측면에서 에워싸여질 수 있다. 이와 달리, 집적 회로 칩의 표면(예를 들면, 도전성 필러 맞은편의 표면)이 노출된 채로 남아있을 수 있다. 집적 회로 칩의 노출된 표면은 추가의 외부 연결부를 포함할 수 있다.
무선 주파수 장치 패키지의 바닥에서의 안테나 기판 및 집적 회로 칩의 노출된 영역은 인쇄 회로 보드(PCB)와 같은 외부 지지부에의 후속 부착을 위해 예를 들어 볼 그리그 어레이(BGA)의 솔더 볼을 포함할 수 있다. 솔더 볼은 집적 회로 칩을 에워싸는 추가의 패키징 물질 내에 포함될 수 있고 또는 노출될 수도 있다.
BGA 내의 솔더 볼은 예를 들어 PCB 상에 위치한 회로에 제1 도전성 층 및/또는 집적 회로 칩을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 집적 회로 칩의 모든 연결부는 도전성 필러를 포함하는 칩의 표면 상에 위치한다. 이 경우에, 칩의 모든 연결부는 제1 도전성 층 내의 재분배 라인에 직접 결합되고, 이 재분배 라인은 솔더 볼 및 PCB에 직접 결합된다. 다른 실시예에서, 집적 회로 칩의 연결부는 칩의 양쪽 주 면(both major surfaces)에 위치하고 일부 솔더 볼은 칩 상의 연결부에 직접 결합되는 한편 그 밖의 다른 솔더 볼은 제1 도전성 층 내의 재분배 라인에 결합된다. 레이저로 천공된 비아와 같은 다른 소자도 무선 주파수 장치 패키지를 PCB 상의 회로에 연결하는데 사용될 수도 있다.
BGA는 또한 PCB 또는 다른 외부 지지부와 집적 회로 칩 사이에 수직 격리를 제공함으로써 집적 회로 칩(10)은 보호된다. 이러한 방식으로, 집적 회로 칩(10)과 PCB 또는 다른 기판 간의 접촉이 방지될 수 있다. 이와 달리, 집적 회로 칩은 추가의 패키징에 의해 보호될 수 있거나 또는 솔더 볼을 사용하여 PCB 또는 다른 기판에 직접 연결될 수 있다.
이전 및 후속 실시예에서 설명되는 이러한 무선 주파수 장치 패키지는 종래의 eWLB(embedded wafer level ball grid array) 패키지 및 ATSLP(advanced thin small leadless packages)에 비해, 전체 패키지 크기가 감소되고 제조 공정이 간소화되는 것과 같은 이점을 가질 수 있다. 또한, 무선 주파수 장치는 각 안테나 주위의 관통 비아의 인클로저에 의해 가능해진 전자기적 및 정전기적 격리로 인해 개선된 성능을 가질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하되, 도 3a는 단일 종단 패치 안테나(single-ended patch antennas)를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고, 도 3b는 차동 패치 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 나타낸다.
도 3a는 6개의 안테나 모두가 단일 종단 안테나라는 것을 제외하면, 도 1a 내지 도 1d 및 도 2에 도시된 무선 주파수 장치 패키지와 유사한 예시적인 안테나 레이아웃의 평면도이다. 단일 종단 안테나는 안테나에 대해 수직으로 정렬된 단일 개구를 사용하여 하나의 전송 라인에만 결합된다.
도 3a를 참조하면, 안테나 기판(11)은 6개의 안테나(40)와 6개의 개구(50)를 포함한다. 관통 비아(36)를 포함하는 도전성 배리어(12)가 안테나(40) 사이에 격리를 제공하기 위해 개구 및 각 안테나의 주변부의 주위에 정렬된다. 이 실시예에서, 2개의 안테나(40)는 송신 안테나(42)이고 4개의 안테나(40)는 수신 안테나(41)이다. 다른 실시예는 상이한 개수의 안테나를 포함할 수 있고 각 안테나는 무선 주파수 장치의 특정기능 요구사항에 따라 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
도 3b는 6개의 안테나 모두가 차동 안테나라는 것을 제외하면, 도 1a 내지 도 1d 및 도 2에 도시된 무선 주파수 장치 패키지와 유사한 예시적인 안테나 레이아웃의 평면도이다. 차동 안테나는 안테나 아래에 위치하나 반드시 그 안테나와 수직으로 정렬될 필요는 없는 다수의 개구를 사용하여 둘 이상의 전송 라인에 결합된다.
도 3b를 참조하면, 안테나 기판은 6개의 안테나(40)와 12개의 개구(50)를 포함한다. 관통 비아(36)를 포함하는 도전성 배리어(12)는 각 안테나 및 대응하는 개구 쌍을 둘러싸 안테나(40) 사이의 격리를 제공한다. 도 3a를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 안테나의 개수 및 수신기, 송신기 또는 트랜시버로서의 안테나의 지정은 무선 주파수 장치의 특정기능 요구사항에 따라 정해진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 저면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 안테나(40)는 개구(50) 및 전송 라인(51) 위에 배치된다. 전송 라인(51)은 블라인드 비아(37)를 사용하여 다른 층에 결합될 수 있다. 안테나(40) 및 개구(50)는 관통 비아(36)의 패턴에 의해 에워싸여진다. 다양한 실시예에서, 관통 비아(36)의 일부 또는 전부는 무선 주파수 패키지 장치 내의 접지 연결부 및/또는 접지면에 전기적으로 결합될 수 있다.
이 실시예에서, 안테나(40)는 단일 종단 전자기 결합 패치 안테나(singled-ended electromagnetically coupled patch antenna)이지만, 다른 형상 및 유형의 안테나도 가능하다. 안테나(40)는 패치 폭(90) 및 패치 길이(91)를 갖는다. 다양한 실시예에서, 패치 폭(90)은 500㎛ 내지 1500㎛이다. 일 실시예에서, 패치 폭(90)은 약 850㎛이다. 다양한 실시예에서, 패치 길이(91)는 1000㎛ 내지 2000㎛이다. 일 실시예에서, 패치 길이(91)는 약 1500㎛이다.
개구(50)는 개구 폭(92) 및 개구 길이(93)를 갖는다. 다양한 실시예에서, 개구 폭(92)은 100㎛ 내지 200㎛이다. 일 실시예에서, 개구 폭(92)은 150㎛이다. 다양한 실시예에서, 개구 길이(93)는 1000㎛ 내지 1500㎛이다. 일 실시예에서, 개구 길이(93)는 약 1200㎛이다.
전송 라인(51)은 전송 라인 폭(94)을 갖는다. 다양한 실시예에서, 전송 라인 폭(94)은 50㎛ 내지 150㎛이다. 일 실시예에서, 전송 라인 폭(94)은 약 90㎛이다.
이 실시예에서, 관통 비아(36)의 구성은 안테나(40)와 동일한 형상을 가지지만, (도 1a 및 도 1b에 도시된) 불규칙한 형상을 비롯한 다른 형상도 가능하다. 관통 비아(36)는 제1 관통 비아 버퍼(95) 및 제2 관통 비아 버퍼(96)에 의해 안테나(40)의 가장자리로부터 이격된다. 이 실시예에서, 안테나(40)의 가장자리와 관통 비아(36) 사이의 버퍼들은 안테나(40)의 맞은편 측면들 상에서 동일하지만, 이들은 상이할 수도 있다. 또한, 제1 관통 비아 버퍼(95) 및 제2 관통 비아 버퍼(96)는 동일하거나 상이할 수 있다. 다양한 실시예에서, 관통 비아 버퍼는 100㎛ 내지 500㎛이다. 일 실시예에서, 관통 비아 버퍼는 약 250㎛이다.
관통 비아(36)는 관통 비아 이격(97)에 의해 인접 관통 비아(36)로부터 이격된다. 이 실시예에서, 관통 비아 이격(97)은 관통 비아의 패턴에 걸쳐 균일하지만, 관통 비아의 불균일한 이격도 가능하다. 다양한 실시예에서, 관통 비아 이격(97)은 8로 나누어진 송신/수신 신호의 파장(λ/8) 미만이다. 다른 실시예에서, 관통 비아 이격(97)은 λ/10 미만으로 유지된다. 예를 들어, 60GHz에서, 파장(λ)은 50mm이고 따라서 λ/8 = 625㎛이고 λ/10 = 500㎛이다.
관통 비아(36)에 의해 형성되는 인클로저 또는 부분적 인클로저의 격리 속성의 효율성은 관통 비아 이격(97)을 감소시킴으로써 개선될 수 있다. 그 결과, 다수의 실시예에서 관통 비아 이격은 가능하다면 λ/10보다 훨씬 작다. 다양한 실시예에서, 관통 비아 이격(97)은 50㎛ 내지 500㎛이다. 일 실시예에서, 관통 비아 이격(97)은 약 200㎛이다. 유사한 것으로는 패러데이 상자 내의 도전성 표면의 이격이 있을 수 있다. 그러나, 일반적으로 방사선이 모든 방향에서 패러데이 상자로 들어가거나 나오는 것을 차단하는 패러데이 상자와 대조적으로, 관통 비아에 의해 형성된 인클로저 또는 부분적 인클로저는 적어도 무선 주파수 장치 패키지의 상단 표면에 수직인 방향으로 방사선이 전파되는 것을 허용할 수 있다.
다양한 실시예에서, 관통 비아(36)의 직경은 100㎛ 내지 250㎛이다. 일 실시예에서, 관통 비아(36)의 직경은 약 150㎛이다. 또 다른 실시예에서, 관통 비아(36)의 직경은 약 100㎛이다. 관통 비아 직경은 인클로저마다 다를 수 있고 또한 일부 경우 단일 인클로저 내에서도 달라질 수 있다. 관통 비아(36)의 직경은 안테나 기판 스택의 구성뿐 아니라 제조 고려사항 및 성능에 의해 영향을 받을 수 있다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하되, 도 5a는 하나의 송신기와 2개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 도시하고, 도 5b는 하나의 송신기와 4개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고, 도 5c는 2개의 송신기와 4개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 나타내고, 도 5d는 하나의 송신기와 7개의 수신기를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 보여주고, 도 5e는 4×4 어레이의 단일 종단 패치 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시하고, 도 5f는 4×4 어레이의 차동 패치 안테나를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃의 평면도를 나타내며, 도 5g는 8×8 어레이의 안테나 소자를 포함하는 무선 주파수 장치 패키지의 개략적 레이아웃의 평면도를 도시한다.
도 5a를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 차동 구성의 하나의 송신 안테나(42) 및 관통 비아(36)를 포함하는 도전성 배리어(12)를 사용하여 서로 격리되는 단일 종단 구성의 2개의 수신 안테나(41)를 포함하는 안테나 기판(11)을 포함한다. 대응하는 개구(50)가 또한 안테나 기판(11) 내에 포함된다.
도 5b를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 차동 안테나로서 구성된 하나의 송신 안테나(42) 및 단일 종단 안테나로서 구성된 4개의 수신 안테나(41)를 포함한다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5c를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 차동 안테나로서 구성된 2개의 송신 안테나(42) 및 단일 종단 안테나로서 구성된 4개의 수신 안테나(41)를 포함한다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5d를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 차동 안테나로서 구성된 하나의 송신 안테나(42) 및 단일 종단 안테나로서 구성된 7개의 수신 안테나(41)를 포함한다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5e, 5f 및 5g는 예를 들면, 5G 애플리케이션과 같은 큰 어레이의 안테나 소자를 필요로 하는 애플리케이션을 위한 무선 주파수 장치 패키지의 개략적인 레이아웃을 도시한다.
도 5e를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 4×4 그리드로 정렬된 단일 종단 구성의 16개의 수신 안테나(41)를 포함한다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다.
도 5f를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 4×4 그리드로 정렬된 차동 안테나로서 구성된 16개의 송신 안테나(42)를 포함한다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다. 도 5e 및 도 5f는 동일한 안테나 소자들의 어레이를 도시하고 있지만, 일부 애플리케이션은 상이한 안테나 크기 및 유형이 동일한 어레이 내에 및/또는 동일한 무선 주파수 장치 패키지에 통합될 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 16개의 안테나의 어레이는 28 GHz에서의 5G 통신에서와 같은 빔 형성 애플리케이션에 대해 일반적이다.
도 5g를 참조하면, 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 64개의 안테나(40)를 포함한다. 일 실시예에서, 모든 안테나(40)는 단일 종단 안테나로 구성된다. 다른 실시예에서, 안테나의 전부 또는 일부는 차동 안테나로서 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 가능한 구성으로서 구성될 수 있다. 빔 형성 애플리케이션에서, 안테나의 수가 증가하면 다른 이점 중에서 방향 제어가 증가될 수 있다. 추가의 소자들은 앞서 설명한 바와 같다.
단일 종단 안테나 및 차동 안테나는 도 5e 내지 도 5g 및 본 명세서에서 제시된 모든 다른 실시예에서 설명한 바와 같은 큰 어레이의 안테나 레이아웃에서 무선 신호를 송신, 수신, 또는 송수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5e에 도시된 단일 종단 안테나 어레이도 애플리케이션에 따라 송신 안테나 어레이로서 또는 송신 및 수신 안테나(트랜시버) 어레이로서 구성될 수 있다. 유사하게, 도 5f에 도시된 차동 안테나 어레이도 수신 안테나 어레이 또는 트랜시버 어레이로서 구성될 수 있다. 안테나는 시분할 다중화(TDD) 모드, 주파수 분할 다중화(FDD) 모드 또는 이 두 모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예와 마찬가지로, 레이아웃 내의 개별 안테나 소자는 다른 안테나 소자와 상대적으로 다른 유형, 크기, 형상 또는 구성을 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 추가 실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시하되, 도 6a는 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 도시하고, 도 6b는 정사각형 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 나타내고, 도 6c는 정사각형 관통 비아 및 도전성 벽을 포함하는 안테나의 평면도를 보여주며, 도 6d는 정사각형 관통 비아 및 직사각형 관통 비아를 포함하는 안테나의 평면도를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 안테나(40)는 관통 비아(36) 및 직사각형 관통 비아(39)로 둘러싸여 있는 것으로 도시되어 있다. 직사각형 관통 비아(39)는 이 직사각형 관통 비아(39)가 직사각형 단면을 가질 수 있다는 것을 제외하면 관통 비아(36)와 유사할 수 있다. 관통 비아(36) 및 직사각형 관통 비아(39)는 앞서 설명한 바와 같이 안테나 기판의 가장자리 및 안테나 기판의 다른 소자로부터 안테나(40)를 격리하는 도전성 배리어를 형성할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 안테나(40)는 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)로 둘러싸여 있는 것으로 도시되어 있다. 정사각형 관통 비아(38)는 이 정사각형 관통 비아(38)가 정사각형 단면을 가질 수 있다는 것을 제외하면 관통 비아(36)와 유사할 수 있다. 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)는 앞서 설명한 바와 같은 도전성 배리어를 형성할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 안테나(40)는 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)로 둘러싸여 있는 것으로 도시되어 있다. 다양한 실시예에서, 직사각형 관통 비아(39)는 안테나(40)의 주 치수(major dimension)보다 큰 주 치수를 가질 수 있다. 일부 경우, 직사각형 관통 비아(39)는 도전성 벽으로 지칭될 수 있다. 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)는 앞서 설명한 바와 같은 도전성 배리어를 형성할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 안테나(40)는 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)로 둘러싸여 있는 것으로 도시되어 있다. 다양한 실시예에서, 다수의 직사각형 관통 비아(39)가 안테나(40)의 단일 측면 상에 위치한다. 정사각형 관통 비아(38) 및 직사각형 관통 비아(39)는 앞서 설명한 바와 같은 도전성 배리어를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에서, 앞서 설명한 관통 비아, 정사각형 관통 비아 및 직사각형 관통 비아의 일부 또는 전부는 블라인드 비아 또는 매립형 비아로 구현될 수 있다. 관통 비아, 정사각형 관통 비아, 직사각형 관통 비아 및 도전성 벽의 임의의 조합이 통합되어 일 실시예의 무선 주파수 장치 패키지의 주어진 안테나 주위에 부분적 또는 완전한 도전성 배리어를 형성할 수 있다. 예를 들어, 라우팅 요구사항은 안테나의 제1 측면 상에 불규칙하게 이격된 관통 비아를 요구할 수 있는 반면 안테나의 제2 측면 상에는 도전성 벽이 사용될 수 있을 것을 요구할 수 있다. 유사하게, 도전성 배리어 내의 컴포넌트들의 크기는 다양할 수 있다. 도전성 배리어에 의해 형성되는 인클로저의 형상도 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 경우, 원형 또는 타원형이 사용될 수 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 앞서 설명한 바와 같은 불규칙한 형상이 사용될 수도 있다.
도 7은 무선 주파수 프론트 엔드 회로 및 하나 이상의 안테나를 포함하는 반도체 장치 패키지의 기능 블록도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 반도체 장치 패키지(100)는 무선 주파수 신호를 처리하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로(101)를 포함한다. 반도체 장치 패키지(100)는 제1 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 제1 안테나(103)를 포함한다. 반도체 장치 패키지(100)는 제1 안테나(103)를 포함하는 안테나 기판(102)을 포함한다. 안테나 기판(102)은 무선 주파수 프론트 엔드 회로(101)와 제1 안테나(103) 사이에서 제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된다. 안테나 기판(102)은 제1 안테나(103)를 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된 제1 도전성 배리어(104)를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 무선 신호는 55GHz 내지 65GHz의 주파수를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 안테나의 이득은 약 6 dBi이다.
다양한 실시예에서, 반도체 장치 패키지(100)는 또한 제2 안테나(105) 및 제2 도전성 배리어(106)를 포함할 수 있다. 제2 안테나(105)는 제2 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성될 수 있다. 제2 도전성 배리어(106)는 제2 안테나(105)를 전자기적 및 정전기적으로 격리하도록 구성될 수 있다. 안테나 기판(102)은 제2 안테나(105)를 포함할 수 있다. 제2 안테나(105)는 무선 주파수 프론트 엔드 회로(101)와 제2 안테나(105) 사이에서 제2 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 안테나(103)는 수신기 안테나이며, 제2 안테나(105)는 송신기 안테나이다.
다양한 실시예에서, 반도체 장치 패키지(100)는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 및/또는 모뎀과 같은 추가 회로(107)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 모든 특징들은 이전 실시예에서 설명한 바와 같이 구현될 수 있다. 또한, 반도체 장치 패키지는 도 7에 도시된 특징만을 포함하는 것으로 한정되지 않는다. 안테나, 회로, 기판 및 패키지 소자와 같은 임의의 수의 추가 소자가 통합될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선 주파수 패키지 장치를 형성하는 방법을 도시한다.
도 8을 참조하면, 단계(201)에서 집적 회로 칩이 형성된다. 집적 회로 칩은 전술한 바와 같이 무선 신호를 송신/수신하는 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로 칩은 또한 애플리케이션에 따라 추가 회로를 포함할 수도 있다. 단계(202)에서 안테나 기판이 제공된다. 안테나 기판은 전술한 실시예에서 설명된 특징을 포함할 수 있다. 단계(203) 및 단계(204) 각각에서 하나 이상의 안테나 및 하나 이상의 도전성 배리어가 형성된다. 안테나 및 도전성 배리어는 이전 실시예에서 설명한 바와 같을 수 있다. 단계(205)에서 집적 회로 칩은 안테나 기판에 부착되어 무선 주파수 장치 패키지를 형성한다.
전술한 단계들은 무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 하나의 가능한 방법을 대표하지만, 다른 변형예도 존재할 수 있다. 예를 들면, 안테나 및 도전성 배리어는 집적 회로 칩을 형성하기 전에 안테나 기판 상에 형성될 수 있다. 집적 회로 칩은 또한 형성 프로세스 중 언제든지 부착될 수 있다. 추가의 단계가 추가되어 이전 실시예에서 설명한 다른 구성요소를 형성할 수 있다. 추가의 단계는 외부 지지부에 대한 무선 주파수 장치 패키지의 추가의 패키징 및/또는 부착을 포함할 수있다. 다른 변형예도 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명의 특징을 참조할 때의 "상단" 및 "바닥"이란 표현은 묘사를 편리하게 하기 위함일 뿐 반드시 모든 실시예에서 특징들의 방향을 반영할 필요는 없다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술한 실시예의 무선 주파수 장치 패키지는 상단 표면이 외부 지지부와 대면하도록 장착될 수 있는 경우를 생각해볼 수 있다. 그러므로, 일부 경우 상단 표면은 보다 정확하게는 장치 패키지의 바닥 표면으로 기술될 수 있다. 마찬가지로, 무선 주파수 장치 패키지는 외부 지지부 또는 케이싱에 비스듬히 부착될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음과 같이 요약된다. 본 명세서 및 청구항 전체로부터 다른 실시예도 이해할 수 있다.
실시예 1. 반도체 장치 패키지로서, 무선 주파수 신호를 처리하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로와, 제1 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 제1 안테나와, 제1 안테나를 포함하며 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 제1 안테나 사이에서 제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된 안테나 기판과, 제1 안테나를 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된 제1 도전성 배리어를 포함한다.
실시예 2. 실시예 1의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 제2 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 제2 안테나와, 제2 안테나를 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된 제2 도전성 배리어를 더 포함하되, 안테나 기판은 무선 주파수 프론트 엔드 회로와 제2 안테나 사이에서 제2 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된다.
실시예 3. 실시예 2의 반도체 장치 패키지로서, 제1 안테나는 제1 무선 주파수 신호를 수신만하도록 구성되고, 제2 안테나는 제2 무선 주파수 신호를 송신만하도록 구성된다.
실시예 4. 실시예 1의 반도체 장치 패키지로서, 무선 주파수 신호는 55GHz 내지 65GHz의 주파수를 포함하고, 제1 안테나의 이득은 약 6 dBi이다.
실시예 5. 반도체 장치 패키지로서, 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩과, 집적 회로 칩의 제1 표면 위에 배치된 안테나 기판을 포함하되, 안테나 기판은 제1 안테나와, 안테나 기판의 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 측면들을 갖는 제1 도전성 배리어를 포함하고, 제1 도전성 배리어는 제1 안테나의 주변부를 따라 배치된다.
실시예 6. 실시예 5의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 집적 회로 칩의 제1 표면 상에 배치된 제1 도전성 층- 제1 도전성 층은 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 전기적으로 결합된 제1 전송 라인을 포함함 -과, 제1 도전성 층 위에 배치된 제1 라미네이트 층을 포함하되, 제1 라미네이트 층은 절연 재료를 포함하고, 제1 안테나는 제1 라미네이트 층 위에 배치되며 제1 전송 라인 및 집적 회로 칩과 중첩되며, 제1 안테나는 제1 전송 라인에 결합된다.
실시예 7. 실시예 6의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 제1 전송 라인 및 제1 안테나에 전기적으로 연결된 비아를 더 포함한다.
실시예 8. 실시예 6 및 7 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 제1 라미네이트 층 위에 배치된 제2 도전성 층을 더 포함하되, 제2 도전성 층은 접지면이고, 제2 도전성 층은 제1 전송 라인과 중첩되는 개구를 포함하고, 제1 도전성 배리어는 개구의 주변부를 따라 배치된다.
실시예 9. 실시예 8의 반도체 장치 패키지로서, 제1 전송 라인은 개구를 통해 제1 안테나에 전자기적으로 연결된다.
실시예 10. 실시예 5 내지 9 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 안테나 기판의 제1 표면에 직교하는 방향으로 안테나 기판의 제1 표면으로부터 안테나 기판의 제2 표면으로 연장한다.
실시예 11. 실시예 5 내지 9 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 제1 안테나의 적어도 2개의 인접 측면을 따라 위치한다.
실시예 12. 실시예 5 내지 9 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 제1 안테나의 모든 측면을 둘러싼다.
실시예 13. 실시예 12의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 직사각형의 형상을 갖는 영역의 측면들 상에 배치된다.
실시예 14. 실시예 5 내지 9 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 안테나 기판의 가장자리를 따라서만 배치된다.
실시예 15. 실시예 5 내지 9 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 금속 라인 세그먼트를 포함한다.
실시예 16. 실시예 5 내지 14 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 안테나 기판의 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 제1 복수의 비아를 포함하되, 제1 복수의 비아는 제1 안테나 주위에 배치된다.
실시예 17. 실시예 5 내지 14 및 16 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 복수의 비아는 제1 안테나의 제1 측면을 따라 배치되고, 제1 측면을 따라, 제1 복수의 비아의 제1 서브세트가 제1 행을 따라 배치되고, 제1 측면을 따라, 제1 복수의 비아의 제2 서브세트가 제1 행과는 다른 제2 행을 따라 배치된다.
실시예 18. 실시예 5 내지 14 및 16 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 복수의 비아의 인접 비아들 사이의 이격은 거의 일정하다.
실시예 19. 실시예 5 내지 14 및 16 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 복수의 비아는 관통 비아를 포함한다.
실시예 20. 실시예 5 내지 14 및 16 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제1 복수의 비아는 직사각형 및/또는 정사각형 비아를 포함한다.
실시예 21. 실시예 5 내지 20 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 제2 안테나와, 안테나 기판의 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 측면들을 갖는 제2 도전성 배리어를 더 포함하되, 제2 도전성 배리어는 제2 안테나의 주변부를 따라 배치된다.
실시예 22. 실시예 5 내지 21 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 제2 도전성 배리어는 제2 안테나의 적어도 2개의 인접 측면을 따라 배치된다.
실시예 23. 실시예 22의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 배리어는 제1 복수의 비아를 포함하고, 제1 복수의 비아는 제1 최소 거리로 이격되고, 제2 도전성 배리어는 제2 복수의 비아를 포함하고, 제2 복수의 비아는 제2 최소 거리로 이격되며, 제1 최소 거리 및 제2 최소 거리는 상이하다.
실시예 24. 실시예 21 내지 23 중 하나의 반도체 장치 패키지로서, 안테나 기판은 제3 안테나, 제4 안테나, 제5 안테나, 및 제6 안테나를 더 포함하되, 반도체 장치 패키지의 주 표면의 면적은 10mm×10mm 미만이다.
실시예 25. 실시예 24의 반도체 장치 패키지로서, 제1 안테나 및 제3 안테나는 무선 신호를 송신하도록 구성되며, 제2 안테나, 제4 안테나, 제5 안테나 및 제6 안테나는 무선 신호를 수신하도록 구성된다.
실시예 26. 무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법으로서, 이 방법은 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩을 형성하는 단계와, 안테나 기판을 제공하는 단계와, 안테나 기판에 제1 안테나를 형성하는 단계와, 안테나 기판에 그리고 제1 안테나의 주변부를 따라 제1 도전성 배리어를 형성하는 단계와, 안테나 기판의 제1 표면에 집적 회로 칩을 부착하는 단계를 포함하되, 이 부착하는 단계는 제1 안테나를 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 결합하는 단계를 포함한다.
실시예 27. 실시예 26의 방법으로서, 안테나 기판에 제2 안테나를 형성하는 단계와, 안테나 기판에 그리고 제2 안테나의 주변부를 따라 제2 도전성 배리어를 형성하는 단계를 더 포함하되, 부착하는 단계는 제2 안테나를 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 결합하는 단계를 더 포함한다.
실시예 28. 실시예 26 및 27 중 하나의 방법으로서, 제1 도전성 배리어를 형성하는 단계는 안테나 기판에 복수의 비아를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예 29. 실시예 28의 방법으로서, 복수의 비아는 안테나 기판의 제1 표면으로부터 안테나 기판의 제2 표면으로 연장되고, 제2 표면은 제1 표면의 맞은편에 위치한다.
실시예 30. 실시예 26 내지 28 중 하나의 방법으로서, 제1 안테나를 형성하는 단계는 안테나 기판의 제2 표면 상에 패치 안테나를 형성하는 단계를 포함하고, 제2 표면은 제1 표면의 맞은편에 위치한다.
실시예 31. 반도체 장치 패키지로서, 무선 주파수 신호를 송신/수신하는 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩과, 집적 회로 칩의 제1 표면 위에 배치된 안테나 기판을 포함하되, 안테나 기판은 집적 회로 칩의 제1 표면 상에 배치된 제1 도전성 층- 제1 도전성 층은 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 전기적으로 결합된 제1 전송 라인을 포함함 -과, 제1 도전성 층 상에 배치된 제1 라미네이트 층- 제1 라미네이트 층은 절연 재료를 포함함 -과, 제1 라미네이트 층 위에 배치되며 제1 전송 라인 및 집적 회로 칩과 중첩되는 제1 안테나를 포함하고, 제1 안테나는 제1 전송 라인에 연결되고, 제1 안테나의 제1 측면은, 제1 안테나의 주 치수보다 작은 제1 거리만큼 안테나 기판의 제1 가장자리로부터 이격된다.
실시예 32. 실시예 31의 반도체 장치 패키지로서, 제1 도전성 층은 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 전기적으로 연결된 제2 전송 라인을 더 포함하고, 안테나 기판은 제1 라미네이트 층 위에 배치되며 제2 전송 라인과 중첩되는 제2 안테나를 더 포함하되, 제2 안테나는 제2 전송 라인에 결합되고, 제2 안테나는 제1 안테나의 주 치수의 두 배보다 작은 제2 거리만큼 제1 안테나로부터 이격된다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되려는 것을 의도하지 않는다. 예시적인 실시예의 다양한 수정과 조합, 및 본 발명의 다른 실시예가 본 상세한 설명을 참조하면 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부한 청구항이 임의의 이러한 수정 또는 실시예를 포함하려 한다.

Claims (24)

  1. 반도체 장치 패키지로서,
    무선 주파수 신호를 처리하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로와,
    제1 도전성 층, 상기 제1 도전성 층 위에 배치되는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 위에 배치되는 제2 도전성 층, 상기 제2 도전성 층 위에 배치되는 제2 절연층, 상기 제2 절연층 위에 배치되는 제3 도전성 층, 상기 제3 도전성 층 위에 배치되는 제3 절연층 및 상기 제3 절연층 위에 배치되는 제4 도전성 층을 포함하는 안테나 기판과,
    상기 안테나 기판내에 배치되고, 제1 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 제1 안테나 - 상기 제1 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제1 주변 접지면 영역(a first peripheral ground plane section), 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제1 안테나 급전 라인 부분, 상기 제1 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제1 내부 접지면(a first interior ground plane) 및 상기 제4 도전성 층 내의 제1 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 제1 안테나를 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된 제1 도전성 배리어(first conductive barrier) - 상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장됨 - 와,
    상기 안테나 기판 내에 배치되고, 제2 무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 제2 안테나 - 상기 제2 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제2 주변 접지면 영역, 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제2 안테나 급전 라인 부분, 상기 제2 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제2 내부 접지면 및 상기 제4 도전성 층 내의 제2 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 제2 안테나를 상기 제1 안테나로부터 전자기적 및 정전기적으로 격리시키도록 구성된 제2 도전성 배리어 - 상기 제2 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장되고, 상기 제2 도전성 배리어는 상기 제2 안테나의 주변부(periphery)를 따라 배치되고, 상기 제2 안테나에 가장 가까운 상기 제1 도전성 배리어의 가장자리는 상기 제1 안테나에 가장 가까운 상기 제2 도전성 배리어의 가장자리로부터 이격됨 - 를 포함하는
    반도체 장치 패키지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 상기 제1 무선 주파수 신호를 수신만하도록 구성되고, 상기 제2 안테나는 상기 제2 무선 주파수 신호를 송신만하도록 구성된
    반도체 장치 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 주파수 신호는 55GHz 내지 65GHz의 주파수를 포함하고, 상기 제1 안테나의 이득은 6 dBi인
    반도체 장치 패키지.
  5. 반도체 장치 패키지로서,
    무선 주파수 신호를 송신/수신하도록 구성된 무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩과,
    상기 집적 회로 칩의 제1 표면 위에 배치된 안테나 기판을 포함하되,
    상기 안테나 기판은
    제1 도전성 층과,
    상기 제1 도전성 층 위에 배치되는 제1 절연층과,
    상기 제1 절연층 위에 배치되는 제2 도전성층과,
    상기 제2 도전성 층 위에 배치되는 제2 절연층과,
    상기 제2 절연층 위에 배치되는 제3 도전성 층과,
    상기 제3 도전성 층 위에 배치되는 제3 절연층과,
    상기 제3 절연층 위에 배치되는 제4 도전성 층과,
    상기 안테나 기판 내에 배치되는 제1 안테나 - 상기 제1 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제1 주변 접지면 영역, 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제1 안테나 급전 라인 영역, 상기 제1 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제1 내부 접지면 및 상기 제4 도전성 층 내의 제1 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 안테나 기판의 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 측면들을 갖는 제1 도전성 배리어 - 상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 안테나의 주변부(periphery)를 따라 배치되고, 상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장됨 - 와,
    상기 안테나 기판 내에 배치되는 제2 안테나 - 상기 제2 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제2 주변 접지면 영역, 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제2 안테나 급전 라인 부분, 상기 제2 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제2 내부 접지면 및 상기 제4 도전성 층 내의 제2 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 안테나 기판의 상기 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 측면들을 갖는 제2 도전성 배리어 - 상기 제2 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장되고, 상기 제2 도전성 배리어는 상기 제2 안테나의 주변부를 따라 배치되며, 상기 제2 안테나에 가장 가까운 상기 제1 도전성 배리어의 가장자리는 상기 제1 안테나에 가장 가까운 상기 제2 도전성 배리어의 가장자리로부터 이격됨 - 를 포함하는
    반도체 장치 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어는 상기 안테나 기판의 상기 제1 표면에 직교하는 방향으로 상기 안테나 기판의 상기 제1 표면으로부터 상기 안테나 기판의 제2 표면으로 연장된
    반도체 장치 패키지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 안테나의 적어도 2개의 인접 측면을 따라 위치한
    반도체 장치 패키지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 안테나의 모든 측면을 둘러싼
    반도체 장치 패키지.
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어는 금속 라인 세그먼트를 포함하는
    반도체 장치 패키지.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어는 상기 안테나 기판의 상기 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 제1 복수의 비아를 포함하되, 상기 제1 복수의 비아는 상기 제1 안테나 주위에 배치된
    반도체 장치 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 복수의 비아는 상기 제1 안테나의 제1 측면을 따라 배치되고,
    상기 제1 측면을 따라, 상기 제1 복수의 비아의 제1 서브세트가 제1 행을 따라 배치되고,
    상기 제1 측면을 따라, 상기 제1 복수의 비아의 제2 서브세트가 상기 제1 행과는 다른 제2 행을 따라 배치된
    반도체 장치 패키지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 복수의 비아의 인접 비아들 사이의 이격은 일정한
    반도체 장치 패키지.
  14. 삭제
  15. 제5항에 있어서,
    상기 제2 도전성 배리어는 상기 제2 안테나의 적어도 2개의 인접 측면을 따라 배치된
    반도체 장치 패키지.
  16. 무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법으로서,
    무선 주파수 프론트 엔드 회로를 포함하는 집적 회로 칩을 형성하는 단계와,
    제1 도전성 층, 상기 제1 도전성 층 위에 배치되는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 위에 배치되는 제2 도전성 층, 상기 제2 도전성 층 위에 배치되는 제2 절연층, 상기 제2 절연층 위에 배치되는 제3 도전성 층, 상기 제3 도전성 층 위에 배치되는 제3 절연층 및 상기 제3 절연층 위에 배치되는 제4 도전성 층을 포함하는 안테나 기판을 제공하는 단계와,
    상기 안테나 기판에 제1 안테나를 형성하는 단계 - 상기 제1 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제1 주변 접지면 영역, 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제1 안테나 급전 라인 영역, 상기 제1 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제1 내부 접지면 및 상기 제4 도전성 층 내의 제1 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 안테나 기판에 그리고 상기 제1 안테나의 주변부를 따라 제1 도전성 배리어를 형성하는 단계 - 상기 제1 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장됨 - 와,
    상기 안테나 기판에 제2 안테나를 형성하는 단계 - 상기 제2 안테나는 상기 제1 도전성 층 내의 제2 주변 접지면 영역, 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 동작가능하게 결합되는, 상기 제2 도전성 층 내의 제2 안테나 급전 라인 부분, 상기 제2 안테나 급전 라인 부분 위에 배치되는 개구를 포함하는, 상기 제3 도전성 층 내의 제2 내부 접지면 및 상기 제4 도전성 층 내의 제2 패치 안테나 부분을 포함함 - 와,
    상기 안테나 기판에 그리고 상기 제2 안테나의 주변부를 따라 제2 도전성 배리어를 형성하는 단계 - 상기 제2 도전성 배리어는 상기 제1 도전성 층으로부터 상기 제4 도전성 층까지 연장되고, 상기 제2 안테나에 가장 가까운 상기 제1 도전성 배리어의 가장자리는 상기 제1 안테나에 가장 가까운 상기 제2 도전성 배리어의 가장자리로부터 이격됨 - 와,
    상기 안테나 기판의 제1 표면에 상기 집적 회로 칩을 부착하는 단계를 포함하되,
    상기 부착하는 단계는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 상기 무선 주파수 프론트 엔드 회로에 결합하는 단계를 포함하는
    무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배리어를 형성하는 단계는 상기 안테나 기판에 제1 복수의 비아를 형성하는 단계를 포함하는
    무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 복수의 비아는 상기 안테나 기판의 상기 제1 표면으로부터 상기 안테나 기판의 제2 표면으로 연장되고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 맞은편에 위치한
    무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 안테나를 형성하는 단계는 상기 안테나 기판의 제2 표면 상에 패치 안테나를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 맞은편에 위치한
    무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제2 도전성 배리어를 형성하는 단계는 상기 안테나 기판에 제2 복수의 비아를 형성하는 단계를 포함하는
    무선 주파수 장치 패키지를 형성하는 방법.
  22. 제5항에 있어서,
    상기 제2 도전성 배리어는 상기 제2 안테나의 모든 측면을 둘러싼
    반도체 장치 패키지.
  23. 제11항에 있어서,
    상기 제2 도전성 배리어는 상기 안테나 기판의 상기 제1 표면에 직교하는 방향으로 연장되는 제2 복수의 비아를 포함하되, 상기 제2 복수의 비아는 상기 제2 안테나 주위에 배치된
    반도체 장치 패키지.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 제2 도전성 배리어는 상기 제2 안테나의 모든 측면을 둘러싼
    반도체 장치 패키지.
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