KR102107023B1 - 안테나 장치 및 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 층에 배치된 그라운드 플레인과, 제1 층과 다른 층에 배치된 패치 안테나 패턴과, 패치 안테나 패턴이 배치된 층과 제1 층 사이의 복수의 층에 배치된 다수의 AMC 패턴을 포함하고, 다수의 AMC 패턴 중에서 복수의 층 중 제1 층으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴은 패치 안테나 패턴과 그라운드 플레인 사이 소정의 영역을 둘러싸도록 배치되고, 다수의 AMC 패턴 중에서 복수의 제1 AMC 패턴보다 제1 층에 더 가까이 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴은 복수의 제1 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나 모듈{Antenna apparatus and antenna module}

본 발명은 안테나 장치 및 안테나 모듈에 관한 것이다.

이동통신의 데이터 트래픽(Data Traffic)은 매년 비약적으로 증가하는 추세이다. 이러한 비약적인 데이터를 무선망에서 실시간으로 지원해 주고자 활발한 기술 개발이 진행 중에 있다. 예를 들어, IoT(Internet of Thing) 기반 데이터의 컨텐츠화, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), SNS와 결합한 라이브 VR/AR, 자율 주행, 싱크뷰 (Sync View, 초소형 카메라 이용해 사용자 시점 실시간 영상 전송) 등의 애플리케이션(Application)들은 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있게 지원하는 통신(예: 5G 통신, mmWave 통신 등)을 필요로 한다.

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

높은 주파수 대역(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등)의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 흡수되고 손실로 이어지므로, 통신의 품질은 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서, 높은 주파수 대역의 통신을 위한 안테나는 기존 안테나 기술과는 다른 기술적 접근법이 필요하게 되며, 안테나 이득(Gain) 확보, 안테나와 RFIC의 일체화, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 확보 등을 위한 별도의 전력 증폭기 등 특수한 기술 개발을 요구할 수 있다.

미국 특허출원공개공보 US2007/0285336

본 발명은 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 대역폭, 직진성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있는 안테나 장치 및 안테나 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 층에 배치된 그라운드 플레인; 상기 제1 층과 다른 층에 배치된 패치 안테나 패턴; 및 상기 패치 안테나 패턴이 배치된 층과 상기 제1 층 사이의 복수의 층에 배치된 다수의 AMC 패턴; 을 포함하고, 상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 층 중 상기 제1 층으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴은 상기 패치 안테나 패턴과 상기 그라운드 플레인 사이 소정의 영역을 둘러싸도록 배치되고, 상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 상기 제1 층에 더 가까이 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴은 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가진다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지; IC를 포함하는 IC 패키지; 및 상기 안테나 패키지와 상기 IC 패키지의 사이를 전기적으로 연결시키는 적층 구조를 가지는 연결 부재; 를 포함하고, 상기 안테나 패키지는, 제1 층에 배치된 그라운드 플레인; 상기 제1 층과 다른 층에 배치된 복수의 패치 안테나 패턴; 상기 복수의 패치 안테나 패턴이 배치된 층과 상기 제1 층 사이의 복수의 층에 배치된 다수의 AMC 패턴; 및 각각 상기 다수의 AMC 패턴 사이를 관통하고 상기 그라운드 플레인을 관통하도록 배치되고 상기 복수의 패치 안테나 패턴 각각에 전기적으로 연결되는 복수의 피드비아; 를 포함하고, 상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 층 중 상기 제1 층으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴은 적층 방향으로 볼 때 상기 복수의 패치 안테나 패턴 각각을 둘러싸도록 배치되고, 상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 상기 제1 층에 더 가까이 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴은 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 각각 둘러싸는 구조를 가진다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 패치 안테나 패턴과 그라운드 플레인 사이의 이격거리를 줄이면서도 개선된 이득을 확보할 수 있으므로, 안테나 장치 및 안테나 모듈의 높이 및/또는 사이즈를 줄일 수 있으며, AMC 패턴의 작용 주파수 대역을 넓혀서 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 3a는 그라운드 플레인에서 반사된 RF 신호의 위상 스펙트럼을 AMC 패턴의 각 고리 별로 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 스펙트럼과 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 3c는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 3d는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 이득을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치의 z방향으로 볼 때의 표면 전류 분포를 나타내고, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 z방향으로 볼 때의 표면 전류 분포를 나타낸다.
도 4c는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5b 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 안테나 장치의 하측의 각 층을 나타낸 평면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 하측 구조를 예시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 구조를 예시한 측면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

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 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2a는 도 1에 도시된 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드비아(Feeding probe), 패치 안테나 패턴(Patch antenna), 피드라인(Feedline), 그라운드 플레인(Ground Plane) 및 AMC 패턴(Stacked AMC structure) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

피드비아(Feeding probe)는 RF(Radio Frequency) 신호가 통과하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 피드비아(Feeding probe)는 IC와 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, 적층 방향(예: z방향)으로 연장된 구조를 가질 수 있다.

도 1 및 도 2a에는 1개의 피드비아(Feeding probe)만 도시되나, 복수의 피드비아(Feeding probe)는 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에 연결될 수 있으며, 각각 RF(Radio Frequency) 신호의 송신 및 수신에 사용되거나, 서로 다른 위상(예: 90도, 180도)의 H-폴(Horizontal pole) RF 신호와 V-폴(Vertical pole) RF 신호가 각각 통과하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 피드비아(Feeding probe)는 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 중심에서 x방향 및/또는 y방향으로 치우쳐진 지점에 연결될 수 있다. 이에 따라, 피드비아(Feeding probe)와 패치 안테나 패턴(Patch antenna)이 이루는 임피던스는 더욱 최적화될 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 변 길이는 2.05mm이고, 피드비아(Feeding probe)는 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 중심에서 0.92mm만큼 치우쳐져서 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

만약 피드비아(Feeding probe)의 개수가 2개 이상일 경우, 복수의 피드비아(Feeding probe)는 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 중심에서 서로 다른 방향으로 치우쳐진 지점에 연결될 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서의 표면전류는 더욱 효율적으로 분산될 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 이득(gain) 및 송수신율은 더욱 향상될 수 있다.

패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 피드비아(Feeding probe)의 일단에 전기적으로 연결될 수 있다. 패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 피드비아(Feeding probe)로부터 RF 신호를 전달받아 z방향으로 송신할 수 있으며, z방향으로 수신된 RF 신호를 피드비아(Feeding probe)로 전달할 수 있다.

패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 투과되는 RF 신호 중 일부는 하측에 배치된 그라운드 플레인(Ground Plane)을 향할 수 있다. 그라운드 플레인(Ground Plane)을 향하는 RF 신호는 그라운드 플레인(Ground Plane)에서 반사되어 z방향으로 향할 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 투과되는 RF 신호는 더욱 z방향으로 집중될 수 있다.

예를 들어, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 원형 또는 다각형의 양면을 가지는 패치 안테나의 구조를 가질 수 있다. 상기 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 양면은 RF 신호가 전도체와 비전도체 사이를 투과하는 경계로 작용할 수 있다. 상기 패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 내재적 요소(예: 형태, 크기, 높이, 절연층의 유전율 등)에 따른 내재적 주파수 대역(예: 28GHz)을 가질 수 있다.

피드라인(Feedline)은 피드비아(Feeding probe)의 타단에 전기적으로 연결될 수 있으며, 피드비아(Feeding probe)와 IC 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, x방향 및/또는 y방향으로 연장된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 피드라인(Feedline)의 폭은 0.12mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

만약 피드비아(Feeding probe)의 개수가 2개 이상일 경우, 복수의 피드라인(Feedline)은 각각 복수의 피드비아(Feeding probe) 중 대응되는 피드비아에 연결될 수 있다.

도 1 및 도 2a는 피드라인(Feedline)이 그라운드 플레인(Ground Plane)의 상측에 배치된 것을 도시하나, 피드라인(Feedline)은 그라운드 플레인(Ground Plane)의 하측에 배치될 수도 있다. 여기서, 그라운드 플레인(Ground Plane)은 피드비아(Feeding probe)가 관통하는 관통홀을 가질 수 있다.

피드라인(Feedline)이 그라운드 플레인(Ground Plane)보다 상측에 배치될 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 적층 방향(예: z방향) 높이는 짧아질 수 있으며, 그라운드 플레인(Ground Plane)은 관통홀을 가지지 않아서 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 RF 신호를 더욱 효율적으로 반사할 수 있다.

피드라인(Feedline)이 그라운드 플레인(Ground Plane)보다 하측에 배치될 경우, 피드라인(Feedline)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna) 사이의 전자기적 격리도는 더욱 향상될 수 있으므로, RF 신호의 전자기적 노이즈는 더욱 감소할 수 있다.

그라운드 플레인(Ground Plane)은 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 하측에 배치될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 투과되는 RF 신호 중 하측으로 향하는 RF 신호를 반사할 수 있다. 예를 들어, 그라운드 플레인(Ground Plane)의 변 길이는 8.5mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

RF 신호의 위상은 RF 신호가 그라운드 플레인(Ground Plane)에서 반사될 때 반전될 수 있다. 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 상측으로 투과되는 RF 신호와 그라운드 플레인(Ground Plane)에서 반사되는 RF 신호는 서로 보상간섭 또는 상쇄간섭을 유발할 수 있다.

만약 그라운드 플레인(Ground Plane)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 사이에 AMC 패턴(Stacked AMC structure)이 배치되지 않고 그라운드 플레인(Ground Plane)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna) 사이의 이격 거리가 1/4배 미만일 경우, 상기 보상간섭의 효율은 저하될 수 있다. 따라서, 만약 그라운드 플레인(Ground Plane)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 사이에 AMC 패턴(Stacked AMC structure)이 배치되지 않을 경우, 그라운드 플레인(Ground Plane)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna) 사이의 이격 거리는 1/4배 이상일 필요가 있다.

또한, 그라운드 플레인(Ground Plane)은 RF 신호의 반사방향을 z방향으로 집중시키기 위해 패치 안테나 패턴(Patch antenna)으로부터 RF 신호의 파장의 1/4배 이상 이격될 필요가 있다.

AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 그라운드 플레인(Ground Plane)과 패치 안테나 패턴(Patch antenna)의 사이에 배치될 수 있다. AMC는 인공자기도체(Artificial Magnetic Conductor)를 의미하는데, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 특정 주파수에 대해 고투자율의 표면을 만들 수 있으므로, 마치 투과하는 RF 신호가 인공적으로 추가 형성된 자기장을 통과하는 것과 같이 작용하도록 할 수 있다.

즉, 복수의 AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 반복적으로 배치될 수 있는데, 복수의 AMC 패턴(Stacked AMC structure)의 크기(w1, w2, w3, w4), 형태, 개수, 배열범위, 배열규칙성 및 복수의 AMC 패턴(Stacked AMC structure) 간의 간격(g1, g2, g3, g4) 등에 의해 결정된 특정 주파수 대역에 대해 공진, 전반사, 표면투과, 보상간섭 및 상쇄간섭 등의 복합적 작용을 함으로써, 특정 주파수 대역에 대해 음의 굴절률을 가지는 것처럼 작용할 수 있으며, 그라운드 플레인(Ground Plane)에 의해 반사된 RF 신호의 위상을 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 상측으로 투과되는 RF 신호의 위상과 동일하게 만들 수 있다.

따라서, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 그라운드 플레인(Ground Plane)으로부터 RF 신호의 파장의 1/4배 미만의 거리만큼 이격되더라도 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 상측으로 투과되는 RF 신호와 그라운드 플레인(Ground Plane)에서 반사되는 RF 신호 간의 보상간섭 효율을 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)과 그라운드 플레인(Ground Plane) 사이의 이격거리를 줄이면서도 이득(gain)을 확보할 수 있다.

또한, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 피라미드 구조로 배치될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)을 향해 열린(opening) 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 3층(M3), 4층(M4), 5층(M5) 및 6층(M6)에 각각 배열된 제1, 제2, 제3 및 제4 고리를 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 고리는 각각 제1, 제2, 제3, 제4 주파수 대역에 대해 효율적으로 작용할 수 있다.

제2 고리는 적층 방향(예: z방향) 기준으로 제1 고리보다 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에 h만큼 더 가까이 배열되며, 제1 고리보다 더 긴 변 또는 지름을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 주파수 대역은 상기 제1 주파수 대역과 달라질 수 있다.

제3 고리는 적층 방향(예: z방향) 기준으로 제2 고리보다 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에 h만큼 더 가까이 배열되며, 제2 고리보다 더 긴 변 또는 지름을 가질 수 있다. 상기 제3 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역과 달라질 수 있다.

제4 고리는 적층 방향(예: z방향) 기준으로 제3 고리보다 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에 h만큼 더 가까이 배열되며, 제3 고리보다 더 긴 변 또는 지름을 가질 수 있다. 상기 제4 주파수 대역은 상기 제3 주파수 대역과 달라질 수 있다.

즉, 제1, 제2, 제3, 제4 주파수 대역은 서로 다를 수 있으므로, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 넓은 주파수 대역에 대해 음의 굴절률을 가지는 것처럼 작용할 수 있으며, 그라운드 플레인(Ground Plane)에 의해 반사된 RF 신호의 위상을 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 상측으로 투과되는 RF 신호의 위상과 동일하게 만들 수 있다.

따라서, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)은 그라운드 플레인(Ground Plane)으로부터 RF 신호의 파장의 1/4배 미만의 거리만큼 이격되더라도 패치 안테나 패턴(Patch antenna)에서 상측으로 투과되는 RF 신호와 그라운드 플레인(Ground Plane)에서 반사되는 RF 신호 간의 보상간섭 효율을 넓은 주파수 대역에 대해 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)과 그라운드 플레인(Ground Plane) 사이의 이격거리를 줄이면서도 이득(gain) 및 대역폭을 확보할 수 있다.

또한, AMC 패턴(Stacked AMC structure)의 특성 안정성은 제1 고리와 제2 고리 사이의 이격 거리가 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 제1 고리와 제2 고리 각각의 간격(g1, g2)에 가까울수록 향상되고, 제2 고리와 제3 고리 사이의 이격 거리가 적층 방향으로 볼 때 제2 고리와 제3 고리 각각의 간격(g2, g3)에 가까울수록 향상되고, 제3 고리와 제4 고리 사이의 이격 거리가 적층 방향으로 볼 때 제3 고리와 제4 고리 각각의 간격(g3, g4)에 가까울수록 향상될 수 있다.

또한, AMC 패턴(Stacked AMC structure) 중 피드비아(Feeding probe)에 인접한 AMC 패턴은 일부분이 잘린 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 피드비아(Feeding probe)는 AMC 패턴(Stacked AMC structure)으로부터 이격될 수 있다.

또한, AMC 패턴(Stacked AMC structure)에서 제1 고리의 크기(w1)는 제2 고리의 크기(w2)보다 클 수 있으며, 제3 고리의 크기(w3)는 제4 고리의 크기(w4)보다 클 수 있다. 이에 따라, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 제1, 제2, 제3 및 제4 고리의 서로 다른 변 또는 지름에도 불구하고 배열 균형을 확보할 수 있으므로, 제1, 제2, 제3, 제4 주파수 대역에 대해 더욱 효율적으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 고리의 크기(w1, w2, w3, w4)는 각각 0.85mm, 0.8mm, 0.8mm, 0.78mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, AMC 패턴(Stacked AMC structure)에서 제4 고리의 간격(g4)은 제1, 제2 및 제3 고리의 간격(g1, g2, g3)보다 작을 수 있다. 이에 따라, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 제1, 제2, 제3 및 제4 고리의 서로 다른 변 또는 지름에도 불구하고 배열 균형을 확보할 수 있으므로, 제1, 제2, 제3, 제4 주파수 대역에 대해 더욱 효율적으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 고리의 간격(g1, g2, g3, g4)는 각각 0.12mm, 0.12mm, 0.14mm, 0.08mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, AMC 패턴(Stacked AMC structure)의 특정 배열 층과 그에 인접한 배열 층 간의 적층 방향(예: z방향) 기준 이격거리는 h보다 크거나 작을 수 있다.

한편, AMC 패턴(Stacked AMC structure)의 배열 층은 도 1 및 도 2에 도시된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 2층(M2), 7층(M7), 8층(M8) 중 적어도 하나에 추가로 배열될 수 있으며, 3층(M3), 4층(M4), 5층(M5) 및 6층(M6) 중 적어도 하나에는 배열되지 않을 수도 있다.

한편, 복수의 AMC 패턴(Stacked AMC structure)의 형태는 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 AMC 패턴(Stacked AMC structure) 중 배열범위의 코너에 인접한 AMC 패턴은 다른 AMC 패턴보다 더 클 수 있다.

한편, 패치 안테나 패턴(Patch antenna)과 그라운드 플레인(Ground Plane)의 사이에는 유전층이 채워질 수 있다.

도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 층(M1)에 배치된 그라운드 플레인(201a)과, 제1 층(M1)과 다른 층(예: 제8 층(M8))에 배치된 패치 안테나 패턴(110a)과, 패치 안테나 패턴(110a)이 배치된 층과 제1 층(M1) 사이의 복수의 층(예: M3, M4, M5, M6)에 배치된 다수의 AMC 패턴을 포함한다.

여기서, 다수의 AMC 패턴은, 다수의 AMC 패턴 중에서 복수의 층 중 제1 층(M1)으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴(131a)과, 복수의 제1 AMC 패턴(131a)보다 제1 층(M1)에 더 가까이(예: M3, M4, M5) 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴(132a)을 포함한다.

도 1 및 도 2b를 참조하면, 복수의 제1 AMC 패턴(131a)은 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a) 사이 소정의 영역을 둘러싸도록 배치되고, 복수의 제2 AMC 패턴(132a)은 복수의 제1 AMC 패턴(131a)보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가진다.

이에 따라, 패치 안테나 패턴과 그라운드 플레인 사이의 이격거리를 줄이면서도 개선된 이득을 확보할 수 있으므로, 안테나 장치 및 안테나 모듈의 높이 및/또는 사이즈를 줄일 수 있으며, AMC 패턴의 작용 주파수 대역을 넓혀서 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

다수의 AMC 패턴 각각은 패치 안테나 패턴(110a)으로부터 전기적으로 분리되고, 그라운드 플레인(201a)으로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)의 다수의 AMC 패턴에 대한 전자기적으로 커플링 스펙트럼은 더욱 넓어질 수 있다. 따라서, 패치 안테나 패턴(110a)의 대역폭은 더욱 넓어질 수 있다.

복수의 제1 AMC 패턴(131a)은 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 패치 안테나 패턴(110a)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)과 인접 안테나(예: 패치 안테나, 엔드-파이어 안테나 등) 사이의 전자기적 격리도는 향상될 수 있다.

다수의 AMC 패턴은, 다수의 AMC 패턴 중에서 복수의 제2 AMC 패턴(132a)보다 제1 층(M1)에 더 가까이 배치된 복수의 제3 AMC 패턴(133a)을 더 포함할 수 있다. 복수의 제3 AMC 패턴(133a)은 복수의 제2 AMC 패턴(132a)보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.

여기서, 복수의 제3 AMC 패턴(133a) 각각의 적어도 일부분은 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 패치 안테나 패턴(110a)에 겹쳐지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 다수의 AMC 패턴의 유효 인공자기 성능이 더욱 향상될 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a)은 서로 더욱 가까이(예: RF 신호의 파장의 1/4배 미만) 배치되거나, 패치 안테나 패턴(110a)의 이득은 더욱 향상될 수 있다.

설계에 따라, 복수의 제3 AMC 패턴(133a)은 전술한 복수의 제2 AMC 패턴(132a)에 속하는 구성요소로 정의될 수 있다. 따라서, 복수의 제2 AMC 패턴(132a) 각각의 적어도 일부분은 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 패치 안테나 패턴(110a)에 겹쳐지도록 배치될 수도 있다.

다수의 AMC 패턴은 복수의 제4 AMC 패턴(134a)을 더 포함할 수 있다. 설계에 따라, 복수의 제4 AMC 패턴(134a)은 전술한 복수의 제2 AMC 패턴(132a)이나 복수의 제3 AMC 패턴(133a)에 속하는 구성요소로 정의될 수 있다.

복수의 제1 AMC 패턴(131a)과 복수의 제2 AMC 패턴(132a)과 복수의 제3 AMC 패턴(133a)은 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 다수의 AMC 패턴은 적층 방향(예: z방향)으로 볼 때 더욱 엄격한 규칙성에 따라 배열된 것으로 보여지므로, 다수의 AMC 패턴의 유효 인공자기 성능이 더욱 향상될 수 있다.

따라서, 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a)은 서로 더욱 가까이(예: RF 신호의 파장의 1/4배 미만) 배치되거나, 패치 안테나 패턴(110a)의 이득은 더욱 향상될 수 있다.

복수의 제1 AMC 패턴(131a) 각각의 면적의 평균은 복수의 제2 AMC 패턴(132a) 각각의 면적의 평균보다 작을 수 있다. 즉, 도 1을 참조하여 전술한 제4 고리의 크기는 도 1을 참조하여 전술한 제1, 제2 또는 제3 고리의 크기보다 작을 수 있다.

복수의 제1 AMC 패턴(131a) 사이의 간격의 평균은 복수의 제2 AMC 패턴(132a) 사이의 간격의 평균보다 작을 수 있다. 즉, 도 1을 참조하여 전술한 제4 고리의 간격은 도 1을 참조하여 전술한 제1, 제2 또는 제3 고리의 간격보다 작을 수 있다.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴(110a)에 전기적으로 연결되고 다수의 AMC 패턴 사이를 관통하도록 배치된 피드비아(120a)를 더 포함할 수 있다.

즉, 다수의 AMC 패턴은 피드비아(120a)를 3차원적으로 둘러싸도록 배열될 수 있으므로, 피드비아(120a)의 타 구성요소에 대한 전기적 격리도는 향상될 수 있다.

도 1 및 도 2b를 참조하면, 복수의 제4 AMC 패턴(134a) 중 적어도 일부는 피드비아(120a)에 대응하여 함몰된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 다수의 AMC 패턴은 배열 규칙성의 엄격함을 실질적으로 희생하지 않고도 피드비아(120a)로부터 안정적으로 이격될 수 있으므로, 유효 인공자기 성능을 더욱 안정적으로 확보할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 안테나 패키지(100)와, IC(310)를 포함하는 IC 패키지와, 안테나 패키지(100)와 IC 패키지의 사이를 전기적으로 연결시키는 적층 구조를 가지는 연결 부재(200)를 포함한다.

도 2b 및 도 5a를 참조하면, 안테나 패키지(100)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 장치를 포함할 수 있다.

즉, 패치 안테나 패턴(110a)의 개수와 피드비아(120a)의 개수는 각각 복수일 수 있으며, 다수의 AMC 패턴은 복수의 피드비아(120a) 각각을 둘러싸도록 배열될 수 있으며, 복수의 제1 AMC 패턴(131a)은 적층 방향(z방향)으로 볼 때 복수의 패치 안테나 패턴(110a)을 각각 둘러싸도록 배열될 수 있다.

도 2b를 참조하면, 연결 부재(200)는 각각 IC(310)에 전기적으로 연결된 복수의 배선비아(231a)와, 복수의 피드비아(120a)와 복수의 배선비아(231a)의 사이를 각각 전기적으로 연결시키는 복수의 피드라인(221a)과, 복수의 피드라인(221a)과 IC(310)의 사이에 배치된 제2 그라운드 플레인(203a)과, 그라운드 플레인(201a)과 제2 그라운드 플레인(203a) 사이의 적어도 일부분에 배치된 절연층을 포함할 수 있다.

이에 따라, IC(310)부터 복수의 패치 안테나 패턴(110a) 사이의 전기적 연결경로는 전반적으로 간소화될 수 있으며, 상기 전기적 연결경로의 타 구성요소에 대한 전기적 격리도는 향상될 수 있으므로, IC(310)부터 복수의 패치 안테나 패턴(110a) 사이를 흐르는 RF 신호의 전송손실은 줄어들 수 있다.

설계에 따라, 연결 부재(200)는 제2 그라운드 플레인(203a)과 IC(310) 사이에 배치된 IC 그라운드 플레인(204a)을 더 포함할 수 있다.

한편, 안테나 패키지(100)는 복수의 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a) 사이의 적어도 일부분에 배치된 유전층을 더 포함할 수 있다.

여기서, 유전층의 유전상수(Dk)는 연결 부재(200)의 절연층의 유전상수보다 더 클 수 있다. 안테나 패키지(100)의 유전층을 통해 전파되는 RF 신호의 관점에서 복수의 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a) 사이의 이격 거리는 유전층의 유전상수(Dk)가 클수록 상대적으로 더 긴 거리로 작용할 수 있다.

복수의 패치 안테나 패턴(110a)과 그라운드 플레인(201a) 사이의 이격 거리가 RF 신호의 파장의 1/4배보다 짧을 수 있으므로, 안테나 패키지(100)는 큰 유전상수를 가지는 유전층을 포함함으로써, 사이즈 대비 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 송수신율, directivity 등)을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 유전층과 절연층의 유전상수 이종 구조는 FOPLP(Fan-Out Panel Level Package) 공법을 통해 구현될 수 있다.

한편, 안테나 패키지(100)의 층간 이격 거리(예: 복수의 제1 AMC 패턴과 복수의 제2 AMC 패턴 사이의 z방향 이격 거리)는 연결 부재(200)의 층간 이격 거리(예: 피드라인과 그라운드 플레인 사이의 z방향 이격 거리)보다 짧을 수 있다.

이에 따라, 안테나 패키지(100)는 다수의 AMC 패턴의 3차원 구조를 사용하면서도 작은 사이즈를 가질 수 있다.

예를 들어, 안테나 패키지(100)와 연결 부재(200)의 층각 이격 거리 이종 구조는 FOPLP 공법을 통해 구현될 수 있다.

도 3a는 그라운드 플레인에서 반사된 RF 신호의 위상 스펙트럼을 AMC 패턴의 각 고리 별로 나타낸 그래프이다.

도 3a를 참조하면, 제1 고리(AMC on M3)는 약 33GHz의 주파수에서 RF 신호의 반사에 따른 위상 변경(Reflection phase)을 방지할 수 있으며, 제2 고리(AMC on M4)는 약 30GHz의 주파수에서 RF 신호의 반사에 따른 위상 변경(Reflection phase)을 방지할 수 있으며, 제3 고리(AMC on M5)는 약 27GHz의 주파수에서 RF 신호의 반사에 따른 위상 변경(Reflection phase)을 방지할 수 있으며, 제4 고리(AMC on M6)는 약 24GHz의 주파수에서 RF 신호의 반사에 따른 위상 변경(Reflection phase)을 방지할 수 있다.

따라서, AMC 패턴(Stacked AMC structure)은 약 22GHz 내지 35GHz 범위의 약 13GHz의 대역폭에서 RF 신호의 반사에 따른 실질적 위상 변경을 방지(90도 이하의 위상 변경)할 수 있다.

도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 스펙트럼과 임피던스를 나타낸 그래프이다.

도 3b를 참조하면, 25GHz 내지 31GHz의 범위에서, 레지스턴스(Resistance)는 25옴 내지 50옴일 수 있으며, 리액턴스(Reactance)는 0옴에 가까울 수 있다.

도 3b를 참조하면, 25GHz 내지 31GHz의 범위에서, 패치 안테나 패턴의 S-파라미터(S11)는 -10dB 이하일 수 있다. 패치 안테나 패턴은 전반적으로 낮은 S-파라미터(S11)를 가질수록 큰 이득을 가지고 넓은 주파수 범위에서 낮은 S-파라미터(S11)를 가질수록 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

도 3c는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 스펙트럼을 나타낸 그래프이며, 도 3d는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 이득을 나타낸 그래프이다.

도 3c를 참조하면, AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치(Ant-A, Ant-B)는 약 2GHz의 대역폭을 가지나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(Proposed antenna)는 5GHz 내지 6GHz의 대역폭을 가질 수 있다.

도 3d를 참조하면, AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치(Ant-A, Ant-B)는 4dBi 내지 5dBi의 이득을 가지나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(Proposed antenna)는 7dBi 내지 8dBi의 이득을 가질 수 있다.

도 4a는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치의 z방향으로 볼 때의 표면 전류 분포를 나타내고, 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 z방향으로 볼 때의 표면 전류 분포를 나타낸다.

도 4a를 참조하면, AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치의 표면 전류는 패치 안테나 패턴의 중심에 집중될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 표면 전류는 더욱 분산될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 표면 전류를 더욱 분산시켜서 RF 신호의 보상간섭 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 더욱 개선된 이득 및 대역폭을 가질 수 있다.

도 4c는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치와 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 방사패턴을 나타낸 도면이다.

도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(Proposed antanna)는 AMC 패턴이 배열되지 않은 안테나 장치(Ant-B)에 비해 더욱 고른 방사패턴을 가질 수 있으며, 더 좁은 빔을 가져서 방사패턴을 집중시킬 수 있다.

한편, 도 3a 내지 도 4c에서 사용된 안테나 장치의 유전층의 유전상수(Dk) 5.9이고, 유전정접(Df)는 0.002이고, 층간 높이는 0.094mm일 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 복수의 안테나 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 안테나 장치에 각각 포함된 복수의 AMC 패턴의 배열은 서로 이어질 수 있다. 즉, 복수의 안테나 장치 중 하나의 AMC 패턴과 인접 안테나 장치의 AMC 패턴 간의 이격 거리는 AMC 패턴의 간격과 동일할 수 있다.

한편, 도 5a에는 도시되지 않지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 x방향 및/또는 y방향 측면에 배치된 복수의 엔드-파이어(end-fire) 안테나를 포함할 수 있다. 복수의 엔드-파이어 안테나는 RF 신호를 x방향 및/또는 y방향으로 송수신할 수 있으며, 다이폴 안테나, 모노폴 안테나 또는 칩 안테나일 수 있다.

도 5b 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 안테나 장치의 하측의 각 층을 나타낸 평면도이다.

도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 복수의 엔드-파이어 안테나는 각각 엔드-파이어 안테나 패턴(210a), 디렉터 패턴(215a), 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a) 및 커플링 그라운드 패턴(235a) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 제2 방향(예: y방향)으로 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 제2 방향(예: y방향)으로 방사패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 RF 신호 송수신 방향을 전방향(omni-directional)으로 확대할 수 있다.

예를 들어, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 다이폴(dipole) 형태 또는 접힌 다이폴(folded dipole) 형태를 가질 수 있다. 여기서, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 각각의 폴의 일단은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 주파수 대역은 패치 안테나 패턴(110a)의 주파수 대역과 실질적으로 동일하게 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

디렉터 패턴(215a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전자기적으로 커플링되어 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 이득이나 대역폭을 향상시킬 수 있다.

엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)로부터 수신된 RF 신호를 IC로 전달할 수 있으며, IC로부터 전달받은 RF 신호를 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)은 제2 피드비아(211a)를 통해 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

커플링 그라운드 패턴(235a)은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)의 상측에 배치되거나 하측에 배치될 수 있다. 상기 커플링 그라운드 패턴(235a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전자기적으로 커플링될 수 있다. 따라서, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 더욱 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

도 5b 내지 도 5e를 참조하면, 연결부재는 그라운드 플레인(201a)과 그라운드 플레인(201a)의 하측에 배치된 배선 그라운드 플레인(202a)과, 배선 그라운드 플레인(202a)의 하측에 배치된 제2 그라운드 플레인(203a)과, 제2 그라운드 플레인(203a)의 하측에 배치된 IC 그라운드 플레인(204a)을 포함할 수 있다. IC는 IC 그라운드 플레인(204a)의 하측에 배치될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 그라운드 플레인(201a)은 피드비아(120a)가 통과하는 관통홀을 가질 수 있으며, 그라운드 플레인(201a)의 가장가리에 인접하여 배열된 복수의 차폐비아(185a)를 포함할 수 있다. 그라운드 플레인(201a)은 패치 안테나 패턴(110a)과 피드라인 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다.

도 5c를 참조하면, 배선 그라운드 플레인(202a)은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)의 적어도 일부분과 피드라인(221a)을 각각 둘러쌀 수 있다. 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)은 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 피드라인(221a)은 제1 배선비아(231a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 배선 그라운드 플레인(202a)은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)과 피드라인(221a) 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다. 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)의 일단은 제2 피드비아(211a)에 연결될 수 있다.

도 5d를 참조하면, 제2 그라운드 플레인(203a)은 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있으며, 커플링 그라운드 패턴(235a)을 가질 수 있다. 제2 그라운드 플레인(203a)은 피드라인과 IC 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다.

도 5e를 참조하면, IC 그라운드 플레인(204a)은 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있다. IC(310a)는 IC 그라운드 플레인(204a)의 하측에 배치될 수 있으며, 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)과 디렉터 패턴(215a)은 IC 그라운드 플레인(225)과 실질적으로 동일한 높이에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

IC 그라운드 플레인(204a)은 IC(310a)의 회로 및/또는 수동부품에서 사용되는 그라운드를 IC(310a) 및/또는 수동부품으로 제공할 수 있다. 설계에 따라, IC 그라운드 플레인(204a)은 IC(310a) 및/또는 수동부품에서 사용되는 전원 및 신호의 전달경로를 제공할 수 있다. 따라서, IC 그라운드 플레인(204a)은 IC 및/또는 수동부품에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 배선 그라운드 플레인(202a), 제2 그라운드 플레인(203a) 및 IC 그라운드 플레인(204a)은 캐비티(cavity)를 제공하도록 함몰된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 더욱 IC 그라운드 플레인(204a)에 가까이 배치될 수 있다.

한편, 배선 그라운드 플레인(202a), 제2 그라운드 플레인(203a) 및 IC 그라운드 플레인(204a)의 상하관계와 형태는 설계에 따라 달라질 수 있다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 하측 구조를 예시한 측면도이다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 연결 부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 서브기판(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

연결 부재(200)는 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 전술한 연결 부재와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 전술한 그라운드 플레인을 포함할 수 있다.

IC(310)는 전술한 IC와 동일하며, 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결되어 그라운드를 제공받을 수 있다. 예를 들어, IC(310)는 주파수 변환, 증폭, 필터링, 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 변환된 신호를 생성할 수 있다.

접착 부재(320)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 서로 접착시킬 수 있다.

전기연결구조체(330)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(330)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)과 같은 구조를 가질 수 있다. 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선과 그라운드 플레인보다 낮은 용융점을 가져서 상기 낮은 용융점을 이용한 소정의 공정을 통해 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

봉합재(340)는 IC(310)의 적어도 일부를 봉합할 수 있으며, IC(310)의 방열성능과 충격 보호성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.

수동부품(350)은 연결 부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결 부재(200)의 배선 및/또는 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 수동부품(350)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

서브기판(410)은 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있으며, 외부로부터 IF(intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(base band) 신호를 전달받아 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 연결 부재(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, RF 신호의 주파수(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz)는 IF 신호(예: 2GHz, 5GHz, 10GHz 등)의 주파수보다 크다.

예를 들어, 서브기판(410)은 연결 부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다. 연결 부재(200)의 제1 그라운드 플레인이 IC 그라운드 플레인과 배선의 사이에 배치되므로, 안테나 모듈 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

차폐 부재(360)는 연결 부재(200)의 하측에 배치되어 연결 부재(200)와 함께 IC(310)를 가두도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)을 함께 커버(예: conformal shield)하거나 각각 커버(예: compartment shield)하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 일면이 개방된 육면체의 형태를 가지고, 연결 부재(200)와의 결합을 통해 육면체의 수용공간을 가질 수 있다. 차폐 부재(360)는 구리와 같이 높은 전도도의 물질로 구현되어 짧은 스킨뎁스(skin depth)를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)이 받을 수 있는 전자기적 노이즈를 줄일 수 있다.

커넥터(420)는 케이블(예: 동축케이블, 연성PCB)의 접속구조를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 서브기판과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 커넥터(420)는 케이블로부터 IF 신호, 기저대역 신호 및/또는 전원을 제공받거나 IF 신호 및/또는 기저대역 신호를 케이블로 제공할 수 있다.

칩 안테나(430)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 구조를 예시한 측면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 엔드-파이어 안테나(100f)와 패치 안테나 패턴(1110f)과 IC(310f)와 수동부품(350f)이 연결 부재(500f)에 통합된 구조를 가질 수 있다.

엔드-파이어 안테나(100f) 및 패치 안테나 패턴(1110f)은 각각 전술한 안테나 장치 및 전술한 패치 안테나 패턴과 동일하게 설계될 수 있으며, IC(310f)로부터 RF 신호를 전달받아 송신하거나, 수신된 RF 신호를 IC(310f)로 전달할 수 있다.

연결 부재(500f)는 적어도 하나의 도전층(510f)과 적어도 하나의 절연층(520f)이 적층된 구조(예: 인쇄회로기판의 구조)를 가질 수 있다. 상기 도전층(510f)은 전술한 그라운드 플레인과 피드라인을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 연성 연결 부재(550f)를 더 포함할 수 있다. 연성 연결 부재(550f)는 상하방향으로 볼 때 연결 부재(500f)에 오버랩되는 제1 연성 영역(570f)과 연결 부재(500f)에 오버랩되지 않는 제2 연성 영역(580f)을 포함할 수 있다.

제2 연성 영역(580f)은 상하방향으로 유연하게 휘어질 수 있다. 이에 따라, 제2 연성 영역(580f)은 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 모듈에 유연하게 연결될 수 있다.

연성 연결 부재(550f)는 신호선(560f)을 포함할 수 있다. IF(Intermediate frequency) 신호 및/또는 기저대역 신호는 신호선(560f)을 통해 IC(310f)로 전달되거나 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 모듈에 전달될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

도 8a를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 절연층(1140g)을 포함하는 안테나 모듈은 전자기기(700g)의 세트 기판(600g) 상에서 전자기기(700g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.

전자기기(700g)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 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 세트 기판(600g) 상에는 통신모듈(610g) 및 기저대역 회로(620g)가 더 배치될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다.

통신모듈(610g)은 디지털 신호처리를 수행하도록 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 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

기저대역 회로(620g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(620g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 모듈로 전달될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.

도 8b를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100h), 패치 안테나 패턴(1110h) 및 절연층(1140h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 모듈은 전자기기(700h)의 세트 기판(600h) 상에서 전자기기(700h)의 일측면 경계와 타측면 경계에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600h) 상에는 통신모듈(610h) 및 기저대역 회로(620h)가 더 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나 모듈은 동축케이블(630h)을 통해 통신모듈(610h) 및/또는 기저대역 회로(620h)에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 패치 안테나 패턴, AMC 패턴, 그라운드 플레인, 피드비아, 차폐비아, 피드라인, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 패턴, 커플링 그라운드 패턴, 전기연결구조체는, 금속 재료(예: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질)를 포함할 수 있으며, 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.

한편, 본 명세서에 개진된 유전층 및 절연층은, FR4, LCP(Liquid Crystal Polymer), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지, 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) 또는 글래스나 세라믹 (ceramic) 계열의 절연재 등으로 구현될 수 있으며, 패치 안테나 패턴, AMC 패턴, 그라운드 플레인, 피드비아, 차폐비아, 피드라인, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 패턴, 커플링 그라운드 패턴, 전기연결구조체가 배치되지 않은 위치의 적어도 일부분에도 채워질 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 RF 신호는 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 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

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.

Patch antenna, 110: 패치 안테나 패턴
Feeding probe, 120: 피드비아
Stacked AMC structure: 다수의 AMC 패턴
131: 복수의 제1 AMC 패턴
132: 복수의 제2 AMC 패턴
133: 복수의 제3 AMC 패턴
134: 복수의 제4 AMC 패턴
185: 차폐비아
200: 연결 부재
Ground Plane, 201: 그라운드 플레인
202: 배선 그라운드 플레인
203: 제2 그라운드 플레인
204: IC 그라운드 플레인
210: 엔드-파이어 안테나 패턴
215: 디렉터 패턴
220: 엔드-파이어 안테나 피드라인(feed line)
221: 피드라인(feed line)
231, 232: 제1 및 제2 배선비아
235: 커플링 그라운드 패턴
310: IC(Integrated circuit)
330: 전기연결구조체
M1: 제1 층

Claims (15)

1. 제1 층에 배치된 그라운드 플레인;
   상기 제1 층과 다른 층에 배치된 패치 안테나 패턴; 및
   상기 패치 안테나 패턴이 배치된 층과 상기 제1 층 사이의 복수의 층에 배치된 다수의 AMC 패턴; 을 포함하고,
   상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 층 중 상기 제1 층으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴은 상기 패치 안테나 패턴과 상기 그라운드 플레인 사이 소정의 영역을 둘러싸도록 배치되고,
   상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 상기 제1 층에 더 가까이 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴은 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가지는 안테나 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 AMC 패턴 각각은 상기 패치 안테나 패턴으로부터 전기적으로 분리되고, 상기 그라운드 플레인으로부터 전기적으로 분리된 안테나 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 AMC 패턴은 적층 방향으로 볼 때 상기 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배치되는 안테나 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 제2 AMC 패턴 각각의 적어도 일부분은 적층 방향으로 볼 때 상기 패치 안테나 패턴에 겹쳐지도록 배치되는 안테나 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 제2 AMC 패턴보다 상기 제1 층에 더 가까이 배치된 복수의 제3 AMC 패턴은 상기 복수의 제2 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 둘러싸는 구조를 가지고,
   상기 복수의 제3 AMC 패턴 각각의 적어도 일부분은 적층 방향으로 볼 때 상기 패치 안테나 패턴에 겹쳐지도록 배치되는 안테나 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 제1 AMC 패턴과 상기 복수의 제2 AMC 패턴과 상기 복수의 제3 AMC 패턴은 적층 방향으로 볼 때 서로 겹치지 않도록 배치되는 안테나 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 AMC 패턴 각각의 면적의 평균은 상기 복수의 제2 AMC 패턴 각각의 면적의 평균보다 작은 안테나 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 제1 AMC 패턴 사이의 간격의 평균은 상기 복수의 제2 AMC 패턴 사이의 간격의 평균보다 작은 안테나 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결되고 상기 다수의 AMC 패턴 사이를 관통하도록 배치된 피드비아를 더 포함하는 안테나 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 제2 AMC 패턴 중 적어도 일부는 상기 피드비아에 대응하여 함몰된 형태를 가지는 안테나 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나 패턴과 상기 그라운드 플레인 사이 이격 거리는 상기 패치 안테나 패턴에서 송신 또는 수신되는 RF 신호의 파장의 1/4배보다 짧은 안테나 장치.
    
12. 안테나 패키지;
    IC를 포함하는 IC 패키지; 및
    상기 안테나 패키지와 상기 IC 패키지의 사이를 전기적으로 연결시키는 적층 구조를 가지는 연결 부재; 를 포함하고,
    상기 안테나 패키지는,
    제1 층에 배치된 그라운드 플레인;
    상기 제1 층과 다른 층에 배치된 복수의 패치 안테나 패턴;
    상기 복수의 패치 안테나 패턴이 배치된 층과 상기 제1 층 사이의 복수의 층에 배치된 다수의 AMC 패턴; 및
    각각 상기 다수의 AMC 패턴 사이를 관통하고 상기 그라운드 플레인을 관통하도록 배치되고 상기 복수의 패치 안테나 패턴 각각에 전기적으로 연결되는 복수의 피드비아; 를 포함하고,
    상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 층 중 상기 제1 층으로부터 가장 멀리 이격 배치된 복수의 제1 AMC 패턴은 적층 방향으로 볼 때 상기 복수의 패치 안테나 패턴 각각을 둘러싸도록 배치되고,
    상기 다수의 AMC 패턴 중에서 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 상기 제1 층에 더 가까이 이격 배치된 복수의 제2 AMC 패턴은 상기 복수의 제1 AMC 패턴보다 더 작은 면적으로 각각 둘러싸는 구조를 가지는 안테나 모듈.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 연결 부재는,
    각각 상기 IC에 전기적으로 연결된 복수의 배선비아;
    상기 복수의 피드비아와 상기 복수의 배선비아의 사이를 각각 전기적으로 연결시키는 복수의 피드라인;
    상기 복수의 피드라인과 상기 IC의 사이에 배치된 제2 그라운드 플레인; 및
    상기 그라운드 플레인과 상기 제2 그라운드 플레인 사이의 적어도 일부분에 배치된 절연층; 을 포함하는 안테나 모듈.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 패키지는 상기 복수의 패치 안테나 패턴과 상기 그라운드 플레인 사이의 적어도 일부분에 배치된 유전층을 더 포함하고,
    상기 유전층의 유전상수(D_k)는 상기 절연층의 유전상수보다 더 큰 안테나 모듈.
    
15. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 패키지의 층간 이격 거리는 상기 연결 부재의 층간 이격 거리보다 짧은 안테나 모듈.

Images