KR102209123B1

KR102209123B1 - 안테나와 rf 소자를 포함하는 모듈 및 이를 포함하는 기지국

Info

Publication number: KR102209123B1
Application number: KR1020170175064A
Authority: KR
Inventors: 백광현; 고승태; 김기준; 손주호; 이상호; 이영주; 이정엽; 천용훈; 하도혁
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2021-01-28
Also published as: EP3694050A4; US10797405B1; WO2019124984A1; CN116666936A; US20210075123A1; US20210075124A1; US11063370B2; PL3694050T3; ES2929535T3; CN111557063B; CN116632492A; US11063371B2; US20210344120A1; CN113381190A; CN111557063A; US20210126379A1; US20200321711A1; AU2018388526B2; DE202018006496U1; US11682845B2

Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 안테나 모듈은 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제1 기판층, 상기 제1 기판층의 상단면에 결합되는 안테나, 상단면이 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되며, 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제2 기판층 및 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 RF(Radio Frequency) 소자를 포함할 수 있다.

Description

안테나와 RF 소자를 포함하는 모듈 및 이를 포함하는 기지국{A MODULE INCLUDING AN ANTENNA AND A RADIO FREQUENCY DEVICE AND BASE STATION INCLUDING THE MODULE}

본 발명은 안테나와 RF 소자를 포함하여 기지국 및 모바일 디바이스에 탑재될 수 있는 모듈의 구조에 관한 것이다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 28기가(28GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

상기와 같은 5G 통신 시스템에 적용되는 기지국에는 복수개의 안테나 및 RF 소자가 탑재된다. 상기 안테나 및 RF 소자는 기판에 결합될 수 있으며, 상기 기판의 내부에는 안테나, RF 소자 및 그 밖의 회로부품들과 연결되기 위한 회로 배선이 형성될 수 있다.

즉, 안테나, RF 소자 및 기판을 어떠한 방식으로 결합하여 구성하느냐에 따라 필요한 기판의 개수가 달라지며, 이에 기반하여 안테나 모듈의 회로 안정성이 결정될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 안테나 모듈의 회로 안정성을 향상시키면서 기판의 사용은 최소화하여 안테나 모듈을 소형화시킬 수 있는 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 안테나 모듈은 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제1 기판층 , 상기 제1 기판층의 상단면에 결합되는 안테나, 상단면이 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되며, 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제2 기판층 및 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 RF(Radio Frequency) 소자를 포함할 수 있다.

상기 안테나는 패치(patch) 안테나일 수 있다.

상기 안테나 모듈은 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.

상기 안테나 모듈은 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되어 상기 제2 기판층과 상기 RF 소자를 감싸는 제1 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 커버는 쉴드캔(shield can)으로 구성되며, 상기 제1 커버와 상기 제1 기판층은 쉴드캔 클립(shield can clip)을 통해 결합될 수 있다.

상기 RF 소자와 상기 제1 커버는 열전달물질(TIM, Thermal Interface Material)을 통해 결합될 수 있다.

상기 안테나 모듈은 상기 제1 기판층의 하단면 및 상기 제1 커버의 하단면에 결합되어 상기 제1 기판층 및 상기 제1 커버로부터 방출되는 열을 흡수하는 방열체를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 기판층의 하단면에 그리드 어레이(grid array)가 형성되며, 상기 제1 기판층과 상기 제2 기판층은 상기 그리드 어레이를 통해 도통될 수 있다.

상기 안테나 모듈은 상기 제1 기판층의 상단면에 상기 안테나를 감싸는 제2 커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 패키지형 모듈을 포함하는 기지국에 있어서, 상기 패키지형 모듈은 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제1 기판층, 상기 제1 기판층의 상단면에 결합되는 안테나, 상단면이 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되며, 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제2 기판층 및 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 RF(Radio Frequency) 소자를 포함할 수 있다.

상기 안테나는 패치(patch) 안테나일 수 있다.

상기 기지국은 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되어 상기 제2 기판층과 상기 RF 소자를 감싸는 제1 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 기판층의 하단면 및 상기 제1 커버의 하단면에 결합되어 상기 제1 기판층 및 상기 제1 커버로부터 방출되는 열을 흡수하는 방열체를 더 포함할 수 있다.

상기 기지국은 상기 제1 기판층의 상단면에 상기 안테나를 감싸는 제2 커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 개시하고 있는 일실예에 따를 경우, 안테나 모듈을 구성하는 기판의 개수가 감소될 수 있어, 안테나 모듈의 소형화 및 가격경쟁력 측면에서 이점이 발생할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 안테나 모듈 구조는 종래의 안테나 모듈 구조에 비해 한 쪽 방향으로만 전달되는 힘에 의한 진행성 불량 확률이 감소되므로 양산성 및 신뢰성 측면에서 더 유리할 수 있다.

뿐만 아니라, 안테나 모듈을 구성하고 있는 소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 외부로 배출할 수 있게 됨으로써 안테나 모듈의 내구성도 향상시킬 수 있다.

도 1은 기지국에 탑재되는 패키지형 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나 모듈 기판층의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들'~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

도 1은 기지국에 탑재되는 패키지형 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 기지국은 도 1에서 도시하고 있는 패키지형 모듈(100)을 탑재할 수 있다.

구체적으로 본 발명에 따른 기지국은 복수개의 안테나 모듈(110)을 포함할 수 있다. 일례로써 도 1은 안테나 모듈(110)이 64개 포함된 패키지형 모듈(100)을 개시하고 있다.

뿐만 아니라, 상기 안테나 모듈(110)은 상기 안테나 모듈(110)에 전원을 제공하는 connector와 전원의 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 패키지형 모듈(100)은 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.

상기 FPGA는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍 가능한 내부선이 포함된 반도체 소자이다. 상기 가능 논리 소자는 AND, OR, XOR, NOT 등의 논리 게이트 및 더 복잡한 디코더 기능을 복제하여 프로그래밍 할 수 있다. 또한 상기 FPGA는 플립플롭(flip-flop)이나 메모리를 더 포함할 수 있다.

상기 안테나 모듈(110)은 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 복수개의 LDO(Low DropOut) 레귤레이터를 포함할 수 있다. 상기 LDO 레귤레이터는 입력 전압보다 출력 전압이 낮으며, 입력 전압과 출력 전압 사이에 전압차이가 작을 때 효율이 높은 레귤레이터로써, 입력 전원의 노이즈를 제거할 수도 있다. 또한, 상기 LDO 레귤레이터는 출력 임피던스가 낮아 회로 내에 주극점(dominant pole)을 위치시켜, 회로를 안정화 시키는 기능도 할 수 있다.

도 1에서는 본 발명에 따른 일실시예로써 64개의 안테나 모듈(110)이 하나의 패키지형 모듈(100)에 탑재되어 있는 형태만을 개시하고 있으나, 하나의 패키지형 모듈(100)에 탑재되는 안테나 모듈의 개수는 변경이 가능하다. 따라서 본 발명의 권리범위가 도 1에서 개시하고 있는 안테나 모듈의 개수에 기반하여 결정되어서는 안 될 것이다.

뿐만 아니라, 안테나 모듈(110)외에 패키지형 모듈(100)을 구성하는 DC/DC FPGA, LDO 등도 필요에 따라 추가 또는 삭제가 가능하므로, 상기 구성들에 의하여 본 발명의 권리범위가 국한 되어서는 안 될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 안테나 모듈은 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제1 기판층(200), 상기 제1 기판층의 상단면에 결합되는 안테나(220), 상단면이 상기 제1 기판층(200)의 하단면에 결합되며, 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제2 기판층(240) 및 상기 제2 기판층(240)의 하단면에 결합되는 RF(Radio Frequency) 소자(260)를 포함할 수 있다.

상기 제1 기판층(200) 및 상기 제2 기판층(240)은 회로가 형성되어 있는 기판을 의미하는 것으로 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board) 기판 및 PWB(Printed Wiring Board)가 이에 포함될 수 있다. 상기 제1 기판층(200) 및 상기 제2 기판층(240)은 설계된 회로에 기반하여 각 회로부품을 접속하기 위한 회로를 기판의 표면 또는 내부에 형성할 수 있다.

안테나(220)가 결합되는 제1 기판층(200)이 본 발명에 따른 안테나 모듈의 메인보드가 될 수 있다. 상기 제1 기판층(200)에 형성되는 배선을 통해서 도 1에 도시된 바와 같이 안테나(220)와 다른 회로부품(앞선 예를 들자면, LDO, DC/DC 등이 이에 포함될 수 있다.)이 전기적으로 도통될 수 있다.

상기 제1 기판층(200)은 적어도 하나의 기판이 적층되어 구성될 수 있는데, 본 발명에 따른 제1 기판층(200)은 안테나와 각 회로부품을 접속하기 위한 회로 배선만을 구성할 수 있고, 제2 기판층(240)은 RF 소자와 각 회로부품을 접속하기 위한 회로배선만을 구성할 수 있다.

따라서 본 발명에 따를 경우 제1 기판층(200)을 구성하는 기판의 개수가 종래보다 감소될 수 있어, 제1 기판층의 두께 및 재료비를 절감할 수 있으며, 제1 기판층 내부의 회로 배선이 더욱 간명해져 기판 내부 저항에 의한 손실을 절감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제1 기판층(200)에는 복수개의 안테나(220)가 배치될 수 있다.예를 들어 도 1에서 도시한 바와 같이 4개의 안테나(220)가 일정한 간격으로 이격되어 제1 기판층(200)의 상단면에 배치될 수 있다.

본 발명에 따를 경우 패치(patch) 안테나로 상기 안테나(220)를 구성할 수 있다. 패치 안테나는 회로 기판위에 특정한 금속 형상을 형성시는 방법을 통해 형성될 수 있는바, 본 발명에 따를 경우, 제1 기판층(200)의 상단면에 금속 형상을 형성하여 안테나(220)를 구성할 수 있다.

제2 기판층(240)은 앞서 개시한 바와 같이 RF 소자(260)와 다른 회로부품간의 회로 배선을 위한 기판층이다. 제2 기판층(240)도 제1 기판층(200)과 같이 복수개의 기판이 적층되어 구성될 수 있다. 다만, 제2 기판층(240)은 메인보드에 해당하지 않으므로 제2 기판층(240)에 적층되는 기판의 개수는 제1 기판층(200)에 적층되는 기판의 개수보다 적을 수 있다.

상기 제2 기판층(240)의 상단면은 상기 제1 기판층(200) 하단면에 다양한 방법으로 결합될 수 있는데, 도 1에서는 밀봉 링(245, Sealing ring)을 제2 기판층(240)의 양 측면 끝에 배치하여 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)을 결합하는 방법을 개시하고 있다.

한편, 안테나(220) 또는 다른 회로 부품들과 RF 소자(260)가 전기적으로 연결되기 위해서는 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)은 전기적으로 도통되어야 한다. 따라서 본 발명에서는 제1 기판층(200)의 하단면에 그리드 어레이(grid array)를 형성시켜 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)이 상기 그리드 어레이를 통해 도통될 수 있도록 한다.

상기 그리드 어레이는 대표적으로 LGA(Land Grid Array)와 BGA(Ball Grid Array)가 포함될 수 있다. LGA는 기판의 하단면에 칩 전극을 어레이 형태로 배치한 방식으로 리드의 인덕턴스가 작기 때문에 고속의 처리속도를 요구하는 모듈에 적합한 방식이다. 반면 BGA는 기판의 하단면에 납땜을 어레이 형태로 배치하는 방식으로 다수의 핀이 요구되는 모듈에 적합한 방식이다.

상기 그리드 어레이는 제1 기판층(200) 하단면의 일부분에만 치우쳐서 형성되어서는 안 될 것이다. 상기 안테나 모듈에 열이 발생하는 경우 상기 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)에는 서로 상대방향을 통해 힘이 가해질 수 있다.

이 경우, 상기 그리드 어레이가 균일하게 분포하지 않는 경우, 상기 힘에 의하여 그리드 어레이가 파손될 수 있으며, 이로 인해 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)의 전기적 연결관계가 깨질 수 있다.

따라서 이와 같은 손실을 미연에 방지하고자 그리드 어레이를 제1 기판층(200) 하단면에 균일하게 형성할 수 있으며, 도 2에서는 일례로써 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)이 접촉하는 면 양 끝단데 그리드 어레이가 균일하게 형성된 경우를 도시하고 있다.

상기 제2 기판층(240)의 하단면에는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 복수개의 커패시터(250)를 포함할 수 있다. 상기 커패시터(250)를 통해 제2 기판층의 내부회로에서 발생하는 노이즈를 제거하고 회로의 안정성을 확보할 수 있다.

상기 커패시터(250)도 앞서 설명한 안테나(220)와 같이 기판층에 배치되므로 상기 커패시터(250)는 SMD(Surface Mount Device) 타입의 커패시터로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 경우 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 상기 제1 기판층(200)의 하단면에 결합되어 상기 제2 기판층(240)과 상기 RF 소자(260)를 감싸는 제1 커버(280)가 더 포함될 수 있다.

상기 제1 커버(280)는 쉴드캔(shield can)으로 구성될 수 있다. 즉, 제1 커버 내부에 존재하는 제2 기판층(240) 및 RF 소자(260)로부터 발생되는 전자파를 차폐시킬 수 있으며, 제2 기판층(240)의 연성회로기판에서 발생되는 노이즈를 제거하여 주변 부품들이 전자파로부터 받는 영향을 최소화할 수 있다.

상기 제1 커버(280)는 상기 제1 커버(280)와 동일한 전자파 차폐 성질을 가지는 쉴드캔 클립(285, shield can clip)을 통해 제1 기판층(200)의 하단면과 결합될 수 있으며, 상기 쉴드캔 클립은 상기 제1 커버와(280)와 상기 제1 기판층(200)이 결합되는 양 끝단에 배치될 수 있다.

상기 제2 기판층(240)의 하단면에 결합되는 RF 소자(260)는 무선통신용 고주파 칩을 의미하는 것으로 능동 소자와 수동 소자를 사용해 하나의 반도체 칩 위에 RF 회로가 구현된 RFIC 칩을 포함할 수 있다. 따라서 상기 RF 소자는 증폭기, 트랜스미터(transmitter), 리시버(receiver), 신디사이저(synthesizer) 등을 포함할 수 있다.

RF 소자(260)는 앞서 개시한 바와 같이 복수개의 전기적 소자를 포함하고 있으므로, 상기 소자의 동작으로 인하여 열이 발생할 수 있으며, 상기 발열에 의하여 소자가 파손될 수 있을 뿐만 아니라 앞서 개시한 바와 같이 제2 기판층(240)에 압력을 가할 수 있다.

따라서 상기 RF 소자(260)에서 발생하는 열을 외부로 방출해야 할 필요가 있는바, 본 발명에서는 열전달물질(270, TIM, Thermal Interface Material)을 상기 RF 소자와 상기 제1 커버 사이에 배치하여 상기 RF 소자로부터 발생하는 열을 안테나 모듈 외부로 방출하는 방법을 개시하고자 한다.

즉, 상기 열전달물질을 통해 RF 소자(260)에서 발생되는 열이 제1 커버(280)로 전달될 수 있으며, 상기 제1 커버(280)로 전달된 열은 상기 제1 기판층(200)의 하단면과 상기 제1 커버(280)의 하단면에 겹합되어 있는 방열체(290, heat sink)로 전달되어 안테나 모듈 외부로 방출될 수 있다.

상기 제1 기판층(200)의 상단면에는 상기 안테나(220)를 감쌀 수 있도록 형성된 제2 커버(210)가 배치될 수 있다. 상기 제2 커버는 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 안테나(220)가 빔을 방사하는 방향에 배치될 수 있다.

따라서 제1 커버와는 달리(제1 커버는 전자파 차폐가 주목적이므로 일반적으로 금속으로 제1 커버를 형성하는 것이 바람직할 것이다.) 플라스틱과 같이 안테나(220)를 통해 방사되는 빔에 영향을 미치지 않는 물질로 제2 커버(210)를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

한편, 도 2에서는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 일실시예만을 개시하고 있을 뿐 본 발명의 권리범위가 도 2에서 도시하고 있는 형태 및 구성에 한정되어서는 안 될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 안테나 모듈 기판층의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

앞서 개시한 바와 같이 RF 소자(260)와 안테나(220)는 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)을 통해 전기적으로 연결 될 수 있다. 도 3에서는 일례로 제1 기판층(200)의 상단면에 안테나(220)가 4개 배치되고, 제1 기판층(200)과 제2 기판층(240)은 BGA 방식으로 결합되는 경우를 나타내고 있다.

이 경우 제1 기판층(200) 및 제2 기판층(240) 내부에 패턴형상으로 형성된 배선으로 안테나(220)를 통해 송신 되는 신호가 RF 소자(260)에 전달 될 수 있으며, RF 소자(260)를 통해 생성되는 신호가 안테나(220)를 통해 외부로 방사될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 패키지형 모듈을 포함하는 기지국은 상기 패키지형 모듈은 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제1 기판층, 상기 제1 기판층의 상단면에 결합되는 안테나, 상단면이 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되며, 적어도 하나의 기판이 적층되어 있는 제2 기판층 및 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 RF(Radio Frequency) 소자를 포함할 수 있다.

상기 안테나는 패치(patch) 안테나일 수 있으며, 상기 기지국은 상기 제2 기판층의 하단면에 결합되는 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기지국은 상기 제1 기판층의 하단면에 결합되어 상기 제2 기판층과 상기 RF 소자를 감싸는 제1 커버를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 커버는 쉴드캔(shield can)으로 구성되며, 상기 제1 커버와 상기 제1 기판층은 쉴드캔 클립(shield can clip)을 통해 결합될 수 있다.

상기 RF 소자와 상기 제1 커버는 열전달물질(TIM, Thermal Interface Material)을 통해 결합될 수 있으며, 상기 기지국은 상기 제1 기판층의 하단면 및 상기 제1 커버의 하단면에 결합되어 상기 제1 기판층 및 상기 제1 커버로부터 방출되는 열을 흡수하는 방열체를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 기판층의 하단면에 그리드 어레이(grid array)가 형성되며, 상기 제1 기판층과 상기 제2 기판층은 상기 그리드 어레이를 통해 도통될 수 있으며, 상기 기지국은 상기 제1 기판층의 상단면에 상기 안테나를 감싸는 제2 커버를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예 1와 실시예 2, 그리고 실시예3의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다. 또한 상기 실시예들은 LTE 시스템을 기준으로 제시되었지만, 5G 혹은 NR 시스템 등 다른 시스템에도 상기 실시예의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이실시 가능할 것이다.

Claims

단말과 통신하기 위해 무선 통신 장치에서 사용되는 모듈에 있어서,
하나의 제1 PCB(printed circuit board)의 제1 면에 대응하는 영역에 형성된 복수의 안테나들;
복수의 RFIC(radio frequency integrated circuit) 칩들; 및
복수의 제2 PCB들을 포함하고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 복수의 RFIC 칩들 중 대응하는 RFIC 칩을 상기 하나의 제1 PCB에 전기적으로 연결하도록 구성되고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 하나의 제1 PCB보다 작은 표면적을 가지며,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 그리드 어레이를 통해서 상기 하나의 제1 PCB의 상기 제1 면에 반대되는 상기 하나의 제1 PCB의 제2 면에 결합되고,
상기 모듈은 MIMO(multiple input multiple output) 안테나 방식으로 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 PCB들 중 일부는 그룹을 형성하며, 상기 그룹에 포함된 제2 PCB들 각각은 인접한 제2 PCB로부터 기설정된 간격만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
각각의 제2 PCB를 위한 각각의 그리드 어레이는 인접한 그리드 어레이로부터 실질적으로 균일한 간격으로 상기 하나의 제1 PCB의 상기 제2 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 그리드 어레이 각각은 상기 하나의 제1 PCB의 일 면의 모서리를 따라 위치하고, 상기 하나의 제1 PCB의 상기 각각의 일 면의 모서리로부터 실질적으로 균일한 거리만큼 떨어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 그리드 어레이는 LGA(land grid array) 또는 BGA(ball grid array)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 안테나들은 복수의 패치 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 RFIC 칩들 중 어느 하나의 RFIC 칩에 의해 생성된 신호는 상기 복수의 제2 PCB들 중에서 상기 하나의 RFIC 칩에 대응하는 하나의 제2 PCB 내에 형성된 전도성 라인(conductive line) 및 상기 그리드 어레이를 통해 상기 하나의 제1 PCB로 전달되고,
상기 신호는 상기 하나의 제1 PCB 내에 형성된 전도성 라인을 통해서 상기 하나의 제1 PCB로부터 적어도 하나의 안테나로 전달되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
복수의 제1 커버들; 및
상기 복수의 RFIC 칩들 각각과 상기 복수의 제1 커버들 각각의 사이에 배치되는 열 전달 물질(thermal interface material)을 더 포함하며,
상기 복수의 제1 커버들 각각은 상기 복수의 RFIC 칩들 각각을 둘러싸고 상기 복수의 RFIC 칩들 각각으로부터의 열을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모듈.
제8항에 있어서,
상기 복수의 제1 커버들은 상기 복수의 RFIC 칩들 및 상기 복수의 제2 PCB들에 의해 생성된 전자기파를 차폐하기 위한 복수의 실드 캔(shield can)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 RFIC 칩들 각각은 상기 복수의 제2 PCB들 각각의 제1 면에 장착되고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 복수의 제2 PCB들 각각의 제1 면에 장착되어 각각의 RFIC 칩에 의해 생성된 노이즈를 제거하기 위한 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
제1항에 있어서,
적어도 상기 복수의 안테나가 형성된 상기 영역을 둘러싸는 제2 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
단말과 통신하기 위한 무선 통신 장치에 있어서,
전원;
전력의 전압을 변환하기 위한 DC/DC 컨버터;
프로그램 가능한 논리 회로를 갖는 FPGA(field programmable gate array); 및
모듈을 포함하고,
상기 모듈은,
하나의 제1 PCB(printed circuit board)의 제1 면에 대응하는 영역 상에 형성된 복수의 안테나들;
복수의 RFIC(radio frequency integrated circuit) 칩들; 및
복수의 제2 PCB들을 포함하고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 복수의 RFIC 칩들 중 대응하는 RFIC 칩을 상기 하나의 제1 PCB에 전기적으로 연결하도록 구성되고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 하나의 제1 PCB보다 작은 표면적을 가지며,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 그리드 어레이를 통해서 상기 하나의 제1 PCB의 상기 제1 면에 반대되는 상기 하나의 제1 PCB의 제2 면에 그리드 어레이를 통해서 결합되고,
상기 무선 통신 장치는 MIMO(multiple input multiple output) 안테나 방식으로 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 제2 PCB들 중 일부는 그룹을 형성하며, 상기 그룹에 포함된 제2 PCB들 각각은 인접한 제2 PCB로부터 기설정된 간격만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
각각의 제2 PCB를 위한 각각의 그리드 어레이는, 인접한 그리드 어레이로부터 실질적으로 균일한 간격으로 상기 하나의 제1 PCB의 상기 제2 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 그리드 어레이 각각은 상기 하나의 제1 PCB의 일 면의 모서리를 따라 위치하고, 상기 하나의 제1 PCB의 상기 각각의 일 면의 모서리로부터 실질적으로 균일한 거리만큼 떨어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 그리드 어레이는 LGA(land grid array) 또는 BGA(ball grid array)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 RFIC 칩들 중 어느 하나의 RFIC 칩에 의해 생성된 신호는 상기 복수의 제2 PCB들 중에서 상기 하나의 RFIC 칩에 대응하는 하나의 제2 PCB 내에 형성된 전도성 라인(conductive line) 및 상기 그리드 어레이를 통해 상기 하나의 제1 PCB로 전달되고,
상기 신호는 상기 하나의 제1 PCB 내에 형성된 전도성 라인을 통해서 상기 하나의 제1 PCB로부터 적어도 하나의 안테나로 전달되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 안테나들은 복수의 패치 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
복수의 제1 커버들; 및
상기 복수의 RFIC 칩들 각각과 상기 복수의 제1 커버들 각각의 사이에 배치되는 열 전달 물질(thermal interface material)을 더 포함하며,
상기 복수의 제1 커버들 각각은 상기 복수의 RFIC 칩들 각각을 둘러싸고 상기 복수의 RFIC 칩들 각각으로부터의 열을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제19항에 있어서,
상기 복수의 제1 커버들은 상기 복수의 RFIC 칩들 및 상기 복수의 제2 PCB들에 의해 생성된 전자기파를 차폐하기 위한 복수의 실드 캔(shield can)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수의 RFIC 칩들 각각은 상기 복수의 제2 PCB들 각각의 제1 면에 장착되고,
상기 복수의 제2 PCB들 각각은 상기 복수의 제2 PCB들 각각의 제1 면에 장착되어 각각의 RFIC 칩에 의해 생성된 노이즈를 제거하기 위한 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
적어도 상기 복수의 안테나가 형성된 상기 영역을 둘러싸는 제2 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 무선 통신 장치는 LDO(low dropout regulator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제12항에 있어서,
상기 무선 통신 장치는 상기 모듈에 전력을 공급하기 위한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.