KR102305663B1 - 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 안테나가 구비되고, 상기 안테나에 신호를 전송하거나 안테나로부터 수신한 신호를 전송하는 제1신호전달부가 구비되며, 하부단에 음각패턴의 트렌치 구조가 구비되는 제1세트기판과, 상부단에 RFIC가 실장되고, 상기 RFIC와 연결되어 상기 제1신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제2신호전달부 및 상기 RFIC와 연결되는 제3신호전달부가 구비되며, 상기 RFIC는 상기 트렌치 구조와 대응되는 위치에 삽입되는 제2세트기판과, IC가 실장되고, 상기 IC와 연결되어 상기 제3신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제4신호전달부가 구비되는 제3세트기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법{Antenna package using trench structure and inspection method thereof}

본 발명은 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음각패턴의 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 용 집적회로 패키지의 경우, 대용량의 데이터를 초고속으로 송수신하기 위해, 사용 주파수 대역이 높아지고 있다. 예를 들어, 사용하는 주파수의 파장이 밀리미터 영역인 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 초고주파 신호를 사용하는 기술이 중요해 지고 있다.

이러한, 초고주파의 무선 통신을 위한 안테나를 포함한 패키지의 경우 무선신호의 송수신 빔을 형성하고 세기 및 방향 등을 조절하기 위해 많은 안테나 개체를 포함하여 배열 형태의 안테나 어레이로 개발하며, 또한 이를 제어하기 위한 반도체 집적회로 및 상호 접속부들을 포함하는 방향으로 개발되고 있다.

이러한, 집적회로 패키지는 집적회로 소자인 IC의 개수가 많아지고 집적의 레벨이 증가되며 다양한 기능을 수행한다. 특히, 밀리미터 파의 신호 제공, 신호의 세기 및 위상의 조절, 로컬 오실레이터(LO), 중간 주파수(IF)의 제공 및 분배, 수동회로 들의 집적, 제어 및 전원 신호 인가 등을 포함한다.

이러한 집적회로 패키지는 무선 회로의 최종단인 안테나에 IC의 개별적인 무선통신 용 초고주파(RF)의 입출력 포트에 의해 적절한 신호를 인가하거나 조절하는 라우팅 기능을 수행해야 한다. 그러나 이러한 집적회로 패키지는 주파수가 높아지고 필요한 안테나의 개수가 많아지고, 이를 조절하기 위한 IC의 성능이 높아짐에 따라 종래의 집적회로 패키지 방법을 그대로 사용할 경우 여러 가지 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 안테나 개수의 증가함에 따라 초고주파 신호를 공급 전달하는 전송라인을 효과적으로 구성하기가 매우 어려워진다. 이러한 초고주파의 전송라인을 짧고 간결하게 다른 신호의 간섭이 없도록 구성하지 못하면 신호의 손실이 증가되는 문제점이 발생한다.

따라서, RF 신호를 저손실로 전송하고, IC에서 발생되는 열을 적절히 제거하며, 효과적으로 신호 공급부를 구성하기 위해 새로운 패키지 구조 및 기술이 요구되고 있는 실정이다.

이와 더불어, 도 1에 도시된 종래의 안테나 패키지를 살펴보면, 제1기판(1)의 상부면에 금속 패턴 형태의 안테나(3)가 형성된다. 상기 제1기판(1) 하부에는 다양한 DC 및 저주파의 아날로그신호 등을 전송하기 위한 다수의 IC(8) 및 집적회로가 집적화된 제2기판(2)이 구비된다.

상기 제1기판(1)의 하부에는 상기 안테나(3)에 신호를 공급하고 제어하기 위한 무선통신 용 초고주파 집적회로 칩인 RFIC(4)가 페이스 업(face-up) 형태로 집적화 된다. 특히 밀리미터파 대역의 신호를 송수신하기 위한 RF 집적회로 패키지의 경우에는, 이 RFIC는 무선 신호의 송수신 또는 빔포밍 등의 기능을 수행하게 된다.

안테나 어레이의 각각의 엘리먼트(하나의 개체)는 RFIC(4)의 각 RF 출력포트에 대응되게 되며, 각 RF 출력포트와 안테나 간에 RF 신호를 전송하기 위해 전송라인들이 구성된다. 이러한 RF 신호 전송라인은 신호의 손실 및 다른 층의 회로라인에 의한 왜곡을 방지하기 위해 접지(그라운드) 라인들을 이용해서 차폐시켜 다른 전자기파 신호로부터 보호해야 한다. 또한, 이러한 전송라인의 구성을 짧고 간소화해서 신호의 손실을 방지하며 효과적으로 전송할 수 있다.

상기 RFIC(4)가 밀리미터파 대역의 안테나 어레이의 신호를 송수신하고 제어하도록 할 경우, 상기 안테나(3)에 전달되는 RF 신호의 크기 및 위상을 제어하기 위한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 상기 안테나(3)에 전달되는 RF 신호의 크기 및 위상 제어를 통해 안테나에서 방사되는 빔의 방향 및 세기를 조절하는 것은 빔포밍(beamforming)이라 하며, 이러한 기능은 밀리미터파 대역의 안테나 어레이의 중요한 기능으로 요구되고 있다.

이 때, RFIC는 고출력의 파워 앰프(power amp) 및 위상제어 회로 등의 고집적된 집적회로소자이며, 송신 및 수신 기능을 선택하여 동작한다. 따라서, 매우 고출력의 특성이 요구되며 발열 현상이 심해 패키지에 우수한 방열 특성이 요구되며, RFIC(4)의 패키지 기판의 경우 높은 열전달 특성 및 낮은 열팽창계수 특성이 요구된다. 이러한 이유로 인해 세라믹 기판 등이 사용될 수 있다.

이러한 안테나 패키지에서 안테나의 개수가 늘어나면, 이에 대응되어 RF 신호를 공급하거나 제어하는 RFIC의 개수도 늘어나게 되고, 이러한 RFIC에 대응되는 아날로그 신호 라인들도 역시 늘어나게 되어 신호라인의 구성이 매우 복잡해질 수 있다. 즉, RFIC로부터 연결되는 라인의 개수는 크게 증가하고 동일한 면적 내에서 많은 신호라인이 구성되어야 한다.

따라서, RFIC와 연결되는 신호 라인들이 RFIC의 아래 영역에서 다층으로 구성될 수 있다. 이러한 아날로그 라인들로 인해 RFIC의 RF 포트와 각각 안테나 사이에 신호를 전송하는 RF 신호라인이 근접해지거나 영향을 받는 영역이 커져 RF 신호가 왜곡되는 문제점이 발생되었다.

즉, RF 신호를 효과적으로 안테나로 전달하거나, 안테나로 RF 신호를 효과적으로 RFIC로 전달하는 전송라인 구조를 설계 및 제작하기 어려워지며, RF 신호를 저손실로 전달하는 구조를 설계 및 제작하기 어려워지고, 이 때문에 적절하게 안테나 어레이를 배치하는 것도 어려워진다.

결과적으로, 안테나 개수가 증가함에 따라 초고주파 RF 신호의 손실이 매우 커지며, 복잡한 신호 전달 구조로 인해 안테나 어레이를 효과적으로 배치하기 어려워질 수 있다.

무선통신 주파수가 높아질수록, 해당 주파수의 신호를 송수신하는 안테나의 물리적인 크기는 줄어드며, 안테나 어레이 사이의 간격도 역시 줄어들게 된다. 즉 밀리미터파 대역의 안테나 어레이 구성 시 설계 배치를 위한 공간이 줄어드는 데 반해, 안테나의 개수가 늘어나면 그 신호라인의 복잡도 증가로 인해 효과적인 저손실 및 신호 구성을 위한 안테나 집적 패키지를 구성하기가 매우 어려워짐이 자명하다.

도 2를 참조하여 설명하면, 제1기판(1)의 아랫면에 배면으로 집적화된 RFIC(4)의 상부면에 열방출 블록(5)을 붙이고 이를 제2기판(2)에 접착한다. 하부면에는 이에 대응되는 영역에 방열을 위한 방열패스라인(6)을 형성한다. 하부면의 반대면에는 상기 방열패스라인(6)과 연결되어 히트 싱크를 연결하여 방열의 구성할 수 있다. 이렇게 RFIC(4) 상부면으로부터만 열 방출 구성을 할 경우 절연체인 RFIC 패키지 상부 커버로부터 열 방출 패스를 구성하게 되므로 충분히 효과적이지 않다. 따라서, RFIC(4) 하부의 접지면으로부터 전기적으로 연결된 플립칩 본딩부로부터 방열패스라인(6)을 연결하여 상부기판과 하부기판 사이에 추가적인 레진 몰드(7)를 제작하고 상기 레진 몰드(7)에 수직으로 관통하여 방열패스라인(6)을 제작 연결하여 추가적으로 방열패스라인(6)을 구성한다. 이와 같은 방법으로 RFIC(4) 하부 접지면으로부터 다수의 금속 배선의 방열패스라인(6)을 추가적으로 제작하여 방열하게 되는데 이는 추가적인 제작 구조가 복잡하고 방열효율이 충분하지 못한 단점이 발생되었다.

또한 이러한 방열 라인 구성을 위한 추가적인 레진몰드 형성 및 레진몰드를 관통하는 방열 라인 등의 구성은 공정 스텝을 증가시켜 패키지 제작 시 비용을 상승시키는 요인이 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1581225호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 안테나 패키지에 집적화되는 각 IC 및 집적회로(빔포밍/제어/전원/IF 등)를 안테나 패키지 공간에 구애받지 않고 효율적인 설계를 위한 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안테나와 송수신 회로를 구성하는데 있어서, RF 신호전달 라인에 대한 RFIC에 송수신되는 신호라인의 간섭을 최소화할 수 있으며, 상호 연동되는 제1방열패스라인과 제2방열패스라인을 통해 RFIC의 방열 효율을 증진시키기 위한 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 안테나(또는 안테나 어레이)의 특성과 RFIC(또는 RFIC와 함께 구성되는 송수신회로 패키지)의 동작 특성을 각각 분리하여 개별적으로 검사할 수 있어 제품의 양산 시 제품의 수율을 향상시키기 위한 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은, 안테나가 구비되고, 상기 안테나에 신호를 전송하거나 상기 안테나로 부터 수신한 신호를 전송하는 제1신호전달부가 구비되며, 하부단에 음각패턴의 트렌치 구조가 구비되는 제1세트기판;

상부단에 RFIC이 실장되고, 상기 RFIC과 연결되어 상기 제1신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제2신호전달부 및 상기 RFIC과 연결되는 제3신호전달부가 구비되며, 상기 RFIC은 상기 트렌치 구조와 대응되는 위치에 삽입되는 제2세트기판;

IC가 실장되고, 상기 IC와 연결되어 상기 제3신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제4신호전달부가 구비되는 제3세트기판;

을 포함하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2신호전달부는, 상기 RFIC의 하부와 연결되어 상기 제1신호전달부 사이에 신호를 전송하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3신호전달부는, 상기 RFIC의 하부와 연결되어 상기 제4신호전달부 사이에 신호를 전송하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2세트기판에 제1방열패스라인이 설치되고,

상기 제3세트기판에 제2방열패스라인이 설치되되,

상기 제1방열패스라인과 상기 제2방열패스라인은 상호 연통되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1방열패스라인 및 상기 제2방열패스라인은 상기 제2세트기판과 상기 제3세트기판을 관통하여 형성되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2세트기판과 상기 제3세트기판 사이에 방열패드가 더 설치되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3세트기판 일측면에 방열을 위한 방열플레이트가 더 설치되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1세트기판은, 세라믹 기판이 적용되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2세트기판은, 세라믹 기판이 적용되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은, 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법에 관한 것으로서, 제1측정장비를 이용하여, 상기 안테나에 송수신되는 RF 신호의 특성을 측정하여 안테나의 특성을 측정하는 단계;

제2측정장비를 이용하여, 상기 제2세트기판 및 상기 제3세트기판에 형성되는 RFIC 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동 특성을 측정하는 단계;

상기 안테나 특성의 측정결과로 부터 안테나의 적합 여부를 평가하는 검사단계;

상기 제2세트기판 및 상기 제3세트기판에 형성되는 RFIC 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동특성 측정결과로부터 RFIC를 적용한 송수신 회로의 적합여부를 평가하는 검사단계;

를 포함하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법에 따르면, 안테나 패키지에 집적화되는 각 IC 및 집적회로(빔포밍/제어/전원/IF 등)를 안테나 패키지 공간에 구애받지 않고 효율적인 설계가 가능한 효과가 있다.

또한, 안테나와 송수신 회로를 구성하는데 있어서, RF 신호전달 라인에 대한 RFIC에 송수신되는 신호라인의 간섭을 최소화할 수 있으며, 상호 연동되는 제1방열패스라인과 제2방열패스라인을 통해 RFIC의 방열 효율을 증진시키는 효과가 있다.

또한, 안테나(또는 안테나 어레이)의 특성과 RFIC(또는 RFIC와 함께 구성되는 송수신회로 패키지)의 동작 특성을 각각 분리하여 개별적으로 검사할 수 있어 제품의 양산 시 제품의 수율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1 내지 2는 종래의 안테나 패키지를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 분해 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법을 도시한 블록도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 분해 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법을 도시한 블록도이다.

먼저, 본 발명인 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지(10)는 크게, 제1세트기판(100)과, 제2세트기판(200) 및 제3세트기판(300)을 포함하는 구성이다.

상기 제1세트기판(100)은, 상부에 적어도 하나 이상의 안테나(110)가 구비되고, 상기 안테나(110)에 신호를 전달하거나 상기 안테나(110)에서 수신한 신호를 전달하는 제1신호전달부(120)가 구비되며, 하부단에 음각패턴의 트렌치 구조(130)를 포함하는 구성이다.

이러한, 상기 제1세트기판(100)은 다수의 절연층과 다수의 배선층이 적층된 다층 기판일 수 있으며, 하나의 절연층의 양면에 배선층이 형성된 양면 기판을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 제1세트기판(100)은 인쇄회로기판, 플렉서블 기판, 세라믹 기판, 유리 기판, 이들 재료가 복합된 복합 기판 등의 다양한 종류의 기판을 사용할 수도 있으며, 배선층은 안테나, IC, 접지 등을 전기적으로 연결하기 위한 도전층으로 Cu, Ag, Au, Ni, Al, 및 그 합금과 같이 도전성을 갖는 금속이 사용될 수 있다.

아울러, 상기 제1세트기판(100)은 방열특성을 고려하고 높은 열전달 특성 및 낮은 열팽창계수 특성을 고려한 세라믹 기판 등이 사용될 수 있으며, 초고주파의 RF 신호가 전달되므로 유전 손실이 적은 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안테나(110)는 상기 제1세트기판(100)의 최상면이나, 측면, 내부 중 어느 하나의 위치에 설치될 수 있으며, 상기 안테나(110)는 기본적으로 전자기파, 즉 RF 신호를 송신하거나 수신하는 방사체를 의미하며, 상기 안테나(110)의 RF 신호를 전달 및 배분하는 배선층을 포함하는 개념으로도 사용할 수 있다.

한편, 상기 제1신호전달부(120)는 이하 설명될 제2세트기판(200)과 연결되어 상기 안테나(110)와 RFIC(210)의 RF 출력포트 간에 신호를 전송하게 되는데, 초고주파 신호가 전송되므로 주위에 접지들로 차폐되며 간결하게 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1신호전달부(120)는 상기 제1세트기판(100)의 하부면에 구비되는 제1전극 또는 전극패드(140)를 포함하고, 상기 제2신호전달부(220)는 상기 제2세트기판(200)의 상부면에 구비되어 상기 제1전극 또는 전극패드(140)와 연동되는 제2전극 또는 전극패드(260)를 포함할 수 있다.

상기 트렌치 구조(130)는, 상기 제1세트기판(100)의 하부단에 음각패턴 즉, "

" 형상이 연속적으로 배열되어 이하 설명될 복수의 RFIC(210)의 상부와 측면을 감싸는 형태로 수용될 수 있다.

여기서, 상기 트렌치 구조(130)는 3차원의 구조로 구성될 수 있는데, 상기 트렌치 구조(130)는 이하 설명될 제2세트기판(200) 즉, RFIC(210)과 결합 시 상기 제2세트기판(200) 상부에 실장된 RFIC(210)가 수용될 수 있게 미리 위치가 서로 대응되어 제작되므로 상기 제1세트기판(100)과 상기 제2세트기판(200)을 자기정렬(self-align)되는 효과가 있다.

또한, 상기 트렌치 구조(130)는 상기 RFIC(210)을 수용하기 위한 길이와 높이를 고려하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 제1세트기판(100)과 상기 제2세트기판(200)을 원활히 접합하여 연결하기 위하여 상기 트렌치 구조(130)와 상기 RFIC(210)의 상부면과 일정간격 이격공간(L)이 형성될 수 있다.

상기 제2세트기판(200)은, 상기 제1세트기판(100)의 하부에 구비되어 물리적이며 전기적으로 연결되며, 상기 제2세트기판(200)의 상부단에 적어도 하나 이상의 RFIC(210)이 실장되고, 상기 RFIC(210)과 연결되어 상기 제1신호전달부(120) 간에 신호를 전송하는 제2신호전달부(220) 및 상기 RFIC(210)과 연결되는 제3신호전달부(230)가 구비되며, 상기 RFIC(210)은 상기 트렌치 구조(130)와 대응되는 위치에 삽입되는 것이다.

이러한, 상기 제2세트기판(200)은 다수의 절연층과 다수의 배선층이 적층된 다층 기판일 수 있으며, 하나의 절연층의 양면에 배선층이 형성된 양면 기판을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 제2세트기판(200)은 인쇄회로기판, 플렉서블 기판, 세라믹 기판, 유리 기판, 이들 재료가 복합된 복합 기판 등의 다양한 종류의 기판을 사용할 수도 있으며, 배선층은 안테나, IC, 접지 등을 전기적으로 연결하기 위한 도전층으로 Cu, Ag, Au, Ni, Al, 및 그 합금과 같이 도전성을 갖는 금속이 사용될 수 있다.

아울러, 상기 제2세트기판(200)은 방열특성을 고려하고 높은 열전달 특성 및 낮은 열팽창계수 특성을 고려한 세라믹 기판 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 RFIC(210)은 RFIC(210)을 구동시키기 위한 DC전원, 송수신 제어, 위상 제어, 클락 등의 저주파 아날로그 신호라인 및 RF, IF 등의 고주파 신호라인, RFIC로부터 연결된 방열패스라인 등이 포함된다. 상기 제2세트기판(200) 역시 RF 신호 전달부가 포함되므로 유전손실이 적은 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한, 상기 RFIC(210)은 밀리미터파 대역의 상기 안테나(110)의 신호를 송수신하고 제어하도록 할 경우, 상기 안테나(110)에 전달되는 RF 신호의 크기 및 위상을 제어할 수 있다.

이때, 상기 RFIC(210)는 무선신호의 송수신 또는 빔포밍(beamforming)의 기능을 수행할 수 있는데 상기 빔포밍(beamforming)의 기술 구현을 통해 상기 안테나(110)에 전달되는 RF 신호의 크기 및 위상 제어를 통해 안테나 어레이로부터 방사되는 빔의 방향 및 세기를 조절할 수 있다.

통상적으로 밀리미터파 대역의 초고주파 영역에서는 전파(전자기파)의 공간 내 전송 손실이 크므로 이를 극복하기 위하여 상기 안테나(110) 어레이를 이용하여 빔을 특정 방향으로 송수신하고 이득을 조절하는 기능을 수행하는 것이 필요하다.

따라서, 상기 RFIC(210)은 송수신 신호를 증폭시킬 수 있는 파워 앰프(power amp), 또는 저잡음 앰프(LNA), 안테나의 RF 신호를 위상제어하기 위한 회로, 스위치, 필터 등의 집적회로로 구성될 수 있다. 앞서 기술한 데로, 이러한 RFIC는 고출력을 요구하므로 발열 문제로 인한 기판의 휘어짐, 본딩이 부서짐, IC등의 성능의 열화 등의 문제가 발생될 수 있다.

이를 극복하기 위해, 고출력의 상기 RFIC(210)이 집적화된 상기 제2세트기판(200)은 세라믹 기판 또는 저열팽창계수 특성 및 기계적 특성이 우수한 재료로 사용될 수 있고, 이하 설명될 제1, 2방열패스라인(240, 330)을 통해 방열특성을 향상시키는 것이 바람직하다.

이러한, 상기 제1, 2방열패스라인(240, 330)은 열전도도가 높은 금속 배선 형태로 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 RFIC(210)은 상기 안테나(110)에 RF 신호를 전달하고 제어하기 위하여 LO, IF, 또는 RF 신호라인들과 더불어 다수의 DC 전원 및 제어라인들이 연결될 수 있다.

아울러, 상기 RFIC(210)와 상기 안테나(110) 사이에 신호를 전달 및 분배하는 상기 제1신호전달부(120) 및 이하 설명될 제2신호전달부(220)는 가능한 한 접지선들로 보호하며 차폐를 유지하며 간결하고 짧게 구성되어 효과적으로 신호의 손실을 방지하며 전달 및 분배하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제2신호전달부(220)는, 상기 RFIC(210)의 하부와 연결되는 것이 바람직하다.

상기 제2신호전달부(220)는 상기 제1신호전달부(120)와 연결되어 신호를 전송하게 되는데, 보다 바람직하게는 상기 제2신호전달부(220)는 상기 제2세트기판(200)의 상부층에서 간결하게 상기 RFIC(210)의 RF 포트와 상기 제1신호전달부(120)와 연결을 위해 구성된다.

이때, 상기 제1신호전달부(120)와 상기 제2신호전달부(220)를 쉽고 효과적으로 연결하기 위하여 제1전극 또는 전극패드(140)와 제2전극 또는 전극패드(260)를 본딩 등의 방법으로 연결할 수 있다.

또한, 상기 제3신호전달부(230)는 상기 RFIC(210)의 전원, 제어, 클럭 포트 등과 연결되는 데, 제2신호전달부(220)의 구성라인에 근접하지 않게 하도록 구성하는 게 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 제3신호전달부(230)는 상기 제2세트기판(200) 내부에서 다층으로 배선층을 형성하며 제작되어, 일측은 상기 RFIC(210)의 입출력 포트로 연결되고, 타측은 이하 설명될 제4신호전달부(320)과 연결되어 상기 제4신호전달부(320)로부터 신호를 송수신하게 된다.

상기 제3세트기판(300)은, 상기 제2세트기판(200)의 하부에 구비되어 물리적이며 전기적으로 연결되며, 적어도 하나 이상의 IC(310)가 실장되고, 상기 IC(310)와 연결되어 상기 제3신호전달부(230) 사이에 신호를 전달하는 제4신호전달부(320)가 구비된다.

이러한, 상기 제3세트기판(300)은 다수의 절연층과 다수의 배선층이 적층된 다층 기판일 수 있으며, 하나의 절연층의 양면에 배선층이 형성된 양면 기판이 사용될 수 있다.

또한, 상기 제3세트기판(300)은 인쇄회로기판, 플렉서블 기판, 세라믹 기판, 유리 기판, 이들 재료가 복합된 복합 기판 등의 다양한 종류의 기판을 사용할 수도 있으며, 배선층은 안테나, IC, 접지 등을 전기적으로 연결하기 위한 도전층으로 Cu, Ag, Au, Ni, Al, 및 그 합금과 같이 도전성을 갖는 금속이 사용될 수 있다.

아울러, 상기 제3세트기판(300)은 방열특성을 고려하고 높은 열전달 특성 및 낮은 열팽창계수 특성을 고려한 세라믹 기판 등이 사용될 수 있다.

아울러, 상기 IC(310)는, 적어도 하나 이상으로 구성되어 상기 제3세트기판(300)의 양면 중 어느 한 면에 실장될 수 있다.

한편, 상기 제4신호전달부(320)는 일측은 상기 제3신호전달부(230)와 타측은 IC(310)와 배선층으로 연결되어 신호를 전송하게 되는데, 이러한 신호전달부는 한 개의 신호라인을 지칭하는 게 아니라 다수의 신호라인이 연결됨을 의미한다.

전술한, 각 신호전달부 중에 초고주파인 RF 신호의 신호전달부, 특히 제1신호전달부(120) 및 제2신호전달부(220), 또는 제3신호전달부(320) 중 일부는 초고주파 신호를 전송하므로 신호의 손실 및 타 신호라인에 의한 간섭 왜곡 영향을 방지하기 위해 주변에 접지(G)를 구성하여 차폐를 제공한다. 이는 단일 TEM 모드 형식으로 신호를 전달하기 위함이며 상기 각 신호전달부 주변에 펜싱(fencing) 형태로 구성된 접지를 갖는 스트립 라인 또는 비아들이 사용될 수 있다. 여기서 상술된 펜싱이란, RF 신호 라우팅 시 RF 신호라인 측면 상의 특정 거리에 접지 라인 또는 비아(via) 등을 배치하는 설계 방식을 의미하며, 특히 접지(G) 및 신호라인의 간격, 배치 등의 구성이 설계의 주요 변수로 작용할 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명의 일 실시예로, 상기 제2세트기판(200)에 제1방열패스라인(240)이 설치되고, 상기 제3세트기판(300)에 제2방열패스라인(330)이 설치되어 상기 각 기판(100, 200, 300)의 방열을 수행할 수 있다.

이때, 상기 제1방열패스라인(240)과 상기 제2방열패스라인(330)은 상호 연통되는 것이 바람직하며, 상기 제1방열패스라인(240)과 상기 제2방열패스라인(330)은 상기 제2세트기판(200) 및 제3세트기판(300)의 단면을 기준으로 수직방향으로 관통되게 형성하여 상기 RFIC(210)에서 발생하는 발열을 하부 측으로 신속히 배출하여 발열에 의한 각 기판(100, 200, 300)의 손상을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 제3세트기판(300)의 하부면은 별도로 설치되어 히트싱크 역할을 하는 방열플레이트(340)와 연결되어 신속한 방열을 수행할 수 있다.

상기 방열플레이트(340)은 열전달 특성이 좋고 금속 개체일 수 있으며, 열전달 특성이 좋은 접착물질 등을 사용하여 제3세트 기판의 하부면에 부착되거나 제3세트기판 하부면에 별도의 전극 또는 패드를 형성하여 그 표면에 부착시킬 수도 있다.

이를 통해, 다른 RF 신호나 아날로그 신호와의 간섭 없이 구현할 수 있으며, 상기 RFIC(210)의 하부면에 형성된 접지(G)로 부터 많은 연결을 도모할 수 있어 우수한 방열 특성을 구현할 수 있다.

또한, 상기 제2세트기판(200)과 상기 제3세트기판(300) 사이에 방열 패스라인의 원활한 연결을 위하여, 금속층 형태의 방열패드(250)을 제3세트기판 표면에 형성하여 제2세트 기판의 방열패스라인과 플립칩 본딩 등을 통해 물리적 전기적으로 연결하여 방열을 수행할 수 있다. 상기한 방열패드(250)은 원활한 연결을 위해 제2세트기판(200) 하부 표면에 제작할 수도 있으며, 상기한 양 표면 모두에 제작할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법에 대해 설명하기로 한다.

제1측정장비(미도시)를 이용하여 상기 안테나(110)에 송수신되는 RF 신호를 검출하는 단계(S10)가 수행된다.

이러한 안테나로부터 송수신되는 RF신호를 검출하는 단계(S10)는 안테나 신호전달부의 제1전극 또는 전극 패드(140)에 측정장비를 통해 RF 신호를 공급하여 안테나의 방사 특성을 측정하거나, 안테나로 특정 패턴을 수신하게 하여 제1전극 또는 전극 패드(140)에서 검출되는 RF신호를 분석하여 안테나의 특성을 측정 및 테스트할 수 있다.

제2측정장비를 이용하여, 상기 RFIC(210) 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동 특성을 측정하는 단계(S20)가 수행된다.

이러한, RFIC(210) 및 RFIC를 적용한 송수신회로의 구동 특성은 상기 제2, 3세트기판(200,300)의 결합 만으로, 측정 및 테스트할 수 있다.

종래의 안테나 패키지에서는 안테나 및 RFIC, 그 구동 및 송수신 회로가 모두 구현되어 집적화되어야만 테스트될 수 있는데, 이는 안테나 패키지의 중요 소자인 안테나 및 그 외 RFIC 등의 소자 특성을 개별적으로 측정 및 테스트 후 불량을 알아내거나 불량 부분을 교체하는 게 불가능하게 된다.

즉, 안테나가 송수신하는 RF신호를 측정하여 안테나의 특성을 분석하거나, RFIC 및 그 송수신회로에서 출력되는 신호 특성을 분석하여 불량을 분석할 수 없다. 오직, 전체 모듈을 구동시키고 안테나로부터 방사되는 빔의 특성을 측정하거나, 안테나로 수신되어 RFIC를 통해 출력되어 나오는 최종 신호를 측정할 수 밖에 없다. 결과적으로 안테나 및 RFIC를 연결한 송수신 회로의 전체 특성만 측정할 수 있다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 패키지(10)는 중요소자의 출력 특성에 대해 개별적인 테스트가 가능하여 각각의 불량 확인 및 불량 부분 교체가 가능한 장점이 있으며, 이로 인해 상기 안테나 패키지(10)의 양산 시 수율 증가 및 제조 단가를 감소시키는 효과가 있다.

이후, 상기 안테나(10)의 특성의 측정결과로 부터 상기 안테나(10)의 적합여부를 평가하는 검사단계(S30)가 수행된다.

그리고, 상기 제2세트기판(200) 및 상기 제3세트기판(300)에 형성되는 상기 RFIC(210) 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동 특성을 평가하여 적합여부를 평가하는 검사단계(S40)가 수행된다.

따라서, 본 발명에 따른 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지 및 이의 검사방법에 따르면, 안테나 패키지에 집적화되는 각 IC 및 집적회로 등(빔포밍/제어/전원/IF 등)을 패키지 공간에 구애받지 않고 효율적인 설계가 가능한 효과가 있고, 안테나 어레이와 송수신 회로를 구성하는 데 있어서 RF신호전달 라인에 대한 RFIC에서 송수신되는 신호의 간섭을 최소화할 수 있으며, 상호 연동되는 제1방열패스라인과 제2방열패스라인을 통해 RFIC의 방열 효율을 증진시키는 효과가 있으며, 안테나 및 RFIC의 동작 특성을 개별적으로 검사할 수 있어 제품의 양산 시 제품의 수율을 향상시키는 효과가 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1: 제1기판 2 : 제2기판
3 : 안테나 4 : RFIC
5 : 열방출블록 6 : 방열패스라인
7 : 레진몰드 8 : IC
10 : 안테나 패키지 100 : 제1세트기판
110 : 안테나 120 : 제1신호전달부
130 : 트렌치 구조 140 : 제1전극 또는 전극패드
200 : 제2세트기판 210 : RFIC
220 : 제2신호전달부 230 : 제3신호전달부
240 : 제1방열패스라인 250 : 방열패드
260 : 제2전극 또는 전극패드 300 : 제3세트기판
310 : IC 320 : 제4신호전달부
330 : 제2방열패스라인 340 : 방열플레이트
C : 이격공간 G : 접지

Claims (10)

1. 안테나가 구비되고, 상기 안테나에 신호를 전송하거나 상기 안테나로 부터 수신한 신호를 전송하는 제1신호전달부가 구비되며, 하부단에 음각패턴의 트렌치 구조가 구비되는 제1세트기판;
   상부단에 RFIC이 실장되고, 상기 RFIC과 연결되어 상기 제1신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제2신호전달부 및 상기 RFIC과 연결되는 제3신호전달부가 구비되며, 상기 RFIC은 상기 트렌치 구조와 대응되는 위치에 삽입되는 제2세트기판;
   IC가 실장되고, 상기 IC와 연결되어 상기 제3신호전달부 사이에 신호를 전송하는 제4신호전달부가 구비되는 제3세트기판;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2신호전달부는, 상기 RFIC의 하부와 연결되어 상기 제1신호전달부 사이에 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3신호전달부는, 상기 RFIC의 하부와 연결되어 상기 제4신호전달부 사이에 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2세트기판에 제1방열패스라인이 설치되고,
   상기 제3세트기판에 제2방열패스라인이 설치되되,
   상기 제1방열패스라인과 상기 제2방열패스라인은 상호 연통되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1방열패스라인 및 상기 제2방열패스라인은 상기 제2세트기판과 상기 제3세트기판을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2세트기판과 상기 제3세트기판 사이에 방열패드가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3세트기판 일측면에 방열을 위한 방열플레이트가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1세트기판은, 세라믹 기판이 적용되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2세트기판은, 세라믹 기판이 적용되는 것을 특징으로 하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지.
   
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항으로 구성되는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법에 있어서,
    제1측정장비를 이용하여, 상기 안테나에 송수신되는 RF 신호의 특성을 측정하여 안테나의 특성을 측정하는 단계;
    제2측정장비를 이용하여, 상기 제2세트기판 및 상기 제3세트기판에 형성되는 RFIC 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동 특성을 측정하는 단계;
    상기 안테나 특성의 측정결과로 부터 안테나의 적합 여부를 평가하는 검사단계;
    상기 제2세트기판 및 상기 제3세트기판에 형성되는 RFIC 및 RFIC를 적용한 송수신 회로의 구동특성 측정결과로부터 RFIC를 적용한 송수신 회로의 적합여부를 평가하는 검사단계;
    를 포함하는 트렌치 구조를 이용한 안테나 패키지의 검사방법.

Images