KR102400535B1 - 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, RF신호를 생성하는 IC와, 적어도 하나의 안테나가 일면 상에 배치되는 제1 영역과 IC에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제2 영역을 가지고 IC의 적어도 하나의 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판과, IC 또는 제2 영역에 전기적으로 연결되는 세트 기판과, 세트 기판 상에서 세트 기판과 제1 영역의 사이에 배치되는 세트 모듈을 포함할 수 있다.

Description

플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈{Antenna module using flexible substrate}
본 발명은 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈에 관한 것이다.
최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 RF 모듈의 상용화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
밀리미터웨이브 통신은 높은 주파수를 이용하므로, 높은 수준의 안테나 성능이 요구된다. 이러한 안테나 성능 요구를 만족시키는 안테나는 큰 사이즈를 가지므로, 안테나 모듈의 소형화에 장애가 된다.
공개특허공보 제10-2013-0122688호
본 발명은 소형화에 용이한 구조를 가지는 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, RF신호를 생성하는 IC; 적어도 하나의 안테나가 일면 상에 배치되는 제1 영역과 상기 IC에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제2 영역을 가지고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판; 상기 IC 또는 상기 제2 영역에 전기적으로 연결되는 세트 기판; 및 상기 세트 기판 상에서 상기 세트 기판과 상기 제1 영역의 사이에 배치되는 세트 모듈; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, RF신호를 생성하는 IC가 접속되도록 구성된 컨넥터; 적어도 하나의 안테나가 일면 상에 배치되는 제1 영역과 상기 컨넥터에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제2 영역을 가지고 상기 컨넥터의 상기 적어도 하나의 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판; 상기 컨넥터 또는 상기 제2 영역에 전기적으로 연결되는 세트 기판; 및 상기 세트 기판 상에서 상기 세트 기판과 상기 제1 영역의 사이에 배치되는 세트 모듈; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 소형화에 용이한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 안테나의 송수신 방향을 넓힐 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 더 구체화한 측면도이다.
도 3은 IC가 플렉서블 기판 상에 배치된 형태를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 IC 배치의 제1 형태를 예시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 IC 배치의 제2 형태를 예시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈이 전자기기에 적용된 형태를 예시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈이 전자기기에 적용된 형태를 예시한 측면도이다.
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 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 기판의 제1 영역(100), 기판의 제2 영역(200) 및 IC(300)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판은 플렉서블(flexible) 기판 또는 리지드-플렉서블(rigid-flexible) 기판일 수 있다.
기판의 제1 영역(100)의 일면 상에는 RF신호를 수신하고 IC(300)에 의해 생성된 RF신호를 송신하는 안테나가 배치될 수 있다. 상기 기판의 제1 영역(100)은 IC(300)와 안테나 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
기판의 제2 영역(200)은 IC(300)에 전기적으로 연결되어 휘어질 수 있으며, IC(300)와 안테나 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
만약 상기 기판이 리지드-플렉서블 기판일 경우, 기판의 제1 영역(100)은 리지드 특성을 가지고 기판의 제2 영역(200)은 플렉서블 특성을 가질 수 있다.
상기 기판의 제2 영역(200)의 휘어진 형태에 따라, 상기 기판의 제1 영역(100)의 타면 상의 공간은 확보될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은 소형화될 수 있다.
예를 들어, 상기 공간에는 솔더볼(410)을 통해 세트 기판(500) 상에 배치된 세트 모듈(600)이나 전자소자가 배치될 수 있다.
IC(300)는 RF신호를 생성할 수 있으며, 안테나를 통해 수신된 RF신호를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(300)는 세트 모듈(600)을 통해 저주파수 신호를 전달받고 상기 저주파수 신호의 주파수 변환, 증폭, 필터링 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 IC(300)는 솔더볼을 통해 세트 기판(500)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 수지(resin)를 통해 세트 기판(500)에 안정적으로 배치될 수 있다.
상기 세트 기판(500) 상에는 세트 모듈(600)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 세트 기판(500)은 세트 모듈(600)과 IC(300) 사이의 전기적 경로를 제공할 수 있다.
세트 모듈(600)은 IC(300)에 제공되는 저주파수 신호 및/또는 전원을 생성하거나 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 일부를 IC(300)로 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 세트 모듈(600)은 기저대역 신호 또는 IF(intermediate frequency) 신호에 대한 증폭, 필터링, 주파수 변환, 아날로그-디지털 변환을 위한 회로를 포함할 수 있으며, 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, IC(300)는 세트 모듈(600)에 의해 증폭, 필터링 및/또는 변환된 신호를 세트 기판(500)을 통해 전달받을 수 있으며, 전달받은 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF신호로 변환할 수 있다.
도 2는 도 1의 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈을 더 구체화한 측면도이다.
도 2를 참조하면, 기판의 제1 영역(100)은 복수의 피딩라인(420)과 캐비티(C1, C2, C3, C4)를 포함할 수 있으며, 기판의 제1 영역(100) 상에는 안테나(111, 112, 113, 114)가 배치될 수 있다.
복수의 피딩라인(420)은 각각 대응되는 안테나를 IC(300)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
캐비티(C1, C2, C3, C4)는 대응되는 안테나의 RF신호 송수신 동작을 위한 경계조건을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)의 경계는 접지층, 도금층 또는 비아에 의해 둘러싸일 수 있으며, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)의 내부에는 접지층이 실질적으로 배치되지 않을 수 있다.
한편, 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)는 대응되는 안테나의 유형에 따라 생략될 수도 있다. 예를 들어, 기판의 제1 영역(100)에서 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나가 배치된 영역에는 상기 캐비티(C1, C2, C3, C4)가 형성되지 않을 수 있다.
도 2를 참조하면, IC(300)는 기판의 제2 영역(200)이 측면에 연결된 리지드 기판(400) 상에 배치될 수 있다.
상기 리지드 기판(400)은 복수의 피딩라인(420)을 포함할 수 있으며, 솔더볼(410)을 통해 세트 기판(500) 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 리지드 기판(400)은 인쇄회로기판(PCB)과 동일한 구조를 가질 수 있으며, IC(300)를 지원하는 접지영역 및/또는 전원영역을 제공하는 회로패턴 영역을 가질 수 있다.
한편, 기판의 제1 및 제2 영역(100, 200)은 상기 리지드 기판(400)과 함께 리지드-플렉서블(rigid-flexible) 기판의 구조를 이룰 수 있다.
도 3은 IC가 플렉서블 기판 상에 배치된 형태를 나타낸 측면도이다.
도 3을 참조하면, IC(300)는 기판의 제2 영역(200) 상에 배치될 수 있다.
상기 기판의 제2 영역(200)은 세트 기판(500) 상에 배치된 컨넥터(450)에 연결될 수 있다. 상기 컨넥터(450)는 외부, 타 모듈 또는 타 기판에 유선 방식으로 결합되도록 컨넥터 형태를 가지거나, 외부, 타 모듈 또는 타 기판에 전자기적으로 결합되도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 IC 배치의 제1 형태를 예시한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제1 안테나(111a, 111b, 111c, 111d, 111e, 111f, 111g, 111h, 111i)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고 기판의 제1 영역(100) 상에 배치되고, 제2 안테나(112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h)는 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지고 기판의 제1 영역(100) 상에 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 리지드 기판(400) 상에는 IC(300) 및 전자소자(430)가 배치될 수 있다.
전자소자(430)는 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 일부를 IC(300)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자소자(430)는 적층 세라믹 캐패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함할 수 있다.
한편, 기판의 제1 영역(100)에서 패치 안테나가 배치된 영역과 다이폴 안테나가 배치된 영역의 사이는 접힐 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈의 IC 배치의 제2 형태를 예시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 안테나(113a, 113b, 113c, 113d, 113e, 113f, 113g, 113h, 113i, 113j, 113k, 113l, 113m, 113n, 113o, 113p)는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고, 기판의 제1 영역(100) 상에 배치될 수 있다. 패치 안테나의 형태는 원 형태 또는 다각형 형태일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다.
도 5를 참조하면, 기판의 제2 영역(200)의 일면 또는 타면 상에는 IC(300), 전자소자(430) 및 인터페이스 패드(440)가 배치될 수 있다.
상기 인터페이스 패드(440)는 도 3에 도시된 컨넥터에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈이 전자기기에 적용된 형태를 예시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 전자기기(1000)는 제1 기판의 제1 영역(100a, 100b)과, 제1 기판의 제2 영역(200a, 200b)과, 제2 기판의 제3 영역(100c, 100d)과, 제2 기판의 제4 영역(200c, 200d)과 IC(300a, 300b)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈이 전자기기에 적용된 형태를 예시한 측면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 제1 기판의 제1 영역(100e)과, 제1 기판의 제2 영역(200e)과, 제2 기판의 제3 영역(100f)과, 제2 기판의 제4 영역(200f)과 IC(300e)를 포함할 수 있다.
IC(300e)는 리지드 기판(400e)과 세트 기판(500)의 사이에 배치될 수 있다.
리지드 기판(400e)에는 전자소자(430e, 430f)와 컨넥터(450e, 450f)가 배치될 수 있다.
상기 컨넥터(450e, 450f)와 IC(300e)는 솔더볼(410)을 통해 세트 기판(500)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 컨넥터(450e, 450f)와 IC(300e)와 전자소자(430e, 430f)는 외부환경으로부터 보호되도록 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC)에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 에폭시몰딩컴파운드는 안테나 모듈의 주위 환경 등의 이유로 생략될 수 있다.
세트 기판(500) 상에는 세트 모듈(600e, 600f)가 배치될 수 있다. 상기 세트 모듈(600e, 600f) 상의 공간에는 제1 기판의 제1 영역(100e)과 제2 기판의 제3 영역(100f)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제3 영역(100e, 100f)은 안테나의 배치공간을 제공하면서도 상기 세트 모듈(600e, 600f)의 배치공간도 확보할 수 있다.
상기 세트 모듈(600e, 600f)의 배치공간이 클 경우, IC(300e)에서 수행되는 동작의 일부는 상기 세트 모듈(600e, 600f)에 의해 대신 수행될 수 있으며, 상기 세트 모듈(600e, 600f)의 동작에 따라 발생하는 열/잡음 등이 IC(300e)나 안테나에 주는 영향도 감소할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 기판을 이용한 안테나 모듈은, 소형화에 용이한 구조를 가질 뿐만 아니라, 안테나의 성능을 향상시킬 수도 있다.
만약 제1 및 제3 영역(100e, 100f)이 제공하는 공간 중 적어도 일부에 상기 세트 모듈(600e, 600f)이 배치되지 않을 경우, 제1 및 제3 영역(100e, 100f)의 일면은 전자기기(1000)의 측면 방향을 향할 수 있다. 이에 따라, 안테나의 송수신 방향은 확대될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
100: 기판의 제1 영역
111, 112, 113, 114: 안테나
200: 기판의 제2 영역
300: IC
400: 리지드(rigid) 기판
410: 솔더볼(solder ball)
420: 피딩라인(feeding line)
430: 전자소자
440: 인터페이스 패드(interface pad)
450: 컨넥터(connector)
500: 세트 기판
600: 세트 모듈
1000: 전자기기
C1, C2, C3, C4: 캐비티(cavity)

Claims (13)

  1. RF신호를 생성하는 IC;
    적어도 하나의 안테나가 일면 상에 배치되는 제1 영역과 상기 IC에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제2 영역을 가지고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판;
    상기 IC 또는 상기 제2 영역에 전기적으로 연결되는 세트 기판; 및
    상기 세트 기판 상에서 상기 세트 기판과 상기 제1 영역의 사이에 배치되는 세트 모듈; 을 포함하고,
    상기 IC는 상기 IC와 상기 세트 모듈 사이에 배치되어 있는 상기 기판에 의하여 상기 세트 모듈로부터 분리되어 있는 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역에 연결되고 상기 세트 기판 상에 배치되는 리지드(rigid) 기판을 더 포함하고,
    상기 IC는 상기 리지드 기판의 일면 상에 배치되는 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역의 일면 또는 타면 상에 배치되는 전자소자를 더 포함하고,
    상기 IC는 상기 제2 영역의 일면 또는 타면 상에 배치되고 상기 전자소자에 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세트 모듈은 신호를 생성하고,
    상기 세트 기판은 상기 신호를 상기 IC로 전달하고,
    상기 IC는 상기 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 상기 RF신호로 변환하는 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세트 모듈은 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    상기 세트 기판은 상기 전원을 상기 IC로 전달하는 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고,
    상기 제1 영역의 넓이는 상기 제2 영역의 넓이보다 넓은 안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 n by n 형태(n은 2 이상의 자연수)로 배치되는 안테나 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역의 일면은 다이폴(dipole) 안테나 또는 모노폴(monopole) 안테나의 구조를 가지는 적어도 하나의 제2 안테나의 배치 공간을 제공하는 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 안테나가 일면 상에 배치되는 제3 영역과 상기 IC에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제4 영역을 가지고 상기 IC의 상기 적어도 하나의 제2 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 제2 기판을 더 포함하는 안테나 모듈.
  10. RF신호를 생성하는 IC가 접속되도록 구성된 컨넥터;
    적어도 하나의 안테나가 일면 상에 배치되는 제1 영역과 상기 컨넥터에 전기적으로 연결되고 휘어지는 제2 영역을 가지고 상기 컨넥터의 상기 적어도 하나의 안테나에 대한 전기적 연결 경로를 제공하는 기판;
    상기 컨넥터 또는 상기 제2 영역에 전기적으로 연결되는 세트 기판; 및
    상기 세트 기판 상에서 상기 세트 기판과 상기 제1 영역의 사이에 배치되는 세트 모듈; 을 포함하는 안테나 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 RF신호는 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 주파수를 가지고,
    상기 세트 모듈은 상기 RF신호의 주파수보다 낮은 주파수의 신호를 생성하고,
    상기 세트 기판은 상기 세트 모듈에 의해 생성된 신호를 상기 컨넥터로 전달하는 안테나 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 세트 모듈은 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함하고,
    상기 세트 기판은 상기 전원을 상기 컨넥터로 전달하는 안테나 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 n by n 형태(n은 2 이상의 자연수)로 배치되는 복수의 패치(patch) 안테나의 구조를 가지고,
    상기 제1 영역의 넓이는 상기 제2 영역의 넓이보다 넓은 안테나 모듈.
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