KR102443643B1 - 안테나 소자를 구비한 전자 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

안테나 소자를 구비한 전자 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

안테나 소자를 구비한 전자 장치가 개시된다. 전자 장치는, 다수의 부품이 장착된 인쇄회로기판; 인쇄회로기판에 장착된 적어도 하나의 안테나 소자; 적어도 하나의 안테나 소자를 둘러싸도록 인쇄회로기판 위에 형성된 절연 댐; 및 절연 댐의 내측에 충전되어 적어도 하나의 안테나 소자를 지지하는 유전체부(dielectric part);를 포함한다.

Description

안테나 소자를 구비한 전자 장치 및 그 제조방법 {ELECTRONIC DEVICE HAVING ANTENNA ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 개시는 컴팩트한 안테나 소자를 구비한 전자 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에는, 기존의 4G 통신 시스템보다 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
이러한 5G 통신 시스템은 밀리미터(mm)-파 주파수 대역(예를 들어, 60기가(GHz) 내지 70기가(GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있으며, 5G 통신이 적용된 모바일 네트워크나 무선 로컬 영역 모바일 네트워크(예: wireless LAN)를 지원하는 전자 장치는 사용자의 이동 등에 따라 그 위치가 가변되므로, 안정된 통신 채널을 제공함에 있어, 폭넓은 빔 스캐닝 범위 등이 요구될 수 있다.
5G 통신 시스템 적용을 위한 밀리미터-파 안테나를 전자 장치에 탑재함에 있어, 제작 비용, 전력 효율, 소형화의 용이성, 안정된 접속 등을 고려할 수 있다.
예를 들어, 통신 주파수 대역이 높아질수록, 무선주파수 집적회로(radio frequency integrated circuit; RFIC)에서의 고 레벨 잡음 요소나 전파 손실이 증가하므로, 안정된 접속을 확보하기 위해서는 안테나 이득을 강제로 높일 수 있으며, 이는 전력 효율을 저하시킬 수 있다. 다른 예에서는, 안정된 접속을 확보하기 위해서, 폭넓은 빔 포밍(beam forming) 및 빔 스캐닝(beam scanning) 범위가 요구될 수 있지만, 통신 주파수 대역이 높아질수록 지향성이 커지므로, 빔 포밍 및 빔 스캐닝 범위가 협소해질 수 있다.
또한, 밀리미터-파 주파수 대역에서 운용되는 안테나의 경우, 초소형화가 용이하므로 이동 통신 단말기(스마트 폰)와 같은 소형화된 무선 통신 장치 및/또는 전자 장치 내부에서 차지하는 공간을 줄일 수 있는바, 전체적인 전자 장치의 크기를 줄일 수 있다. 다만, 이러한 초소형 안테나를 전자 장치에 적용함에 있어, 안테나의 작은 크기로 인해 안테나의 조립이나 제조 공정상에서 높은 정밀도가 요구되며, 이로 인해 밀리미터-파 주파수 대역의 안테나를 구비한 전자 장치의 전체 제조 공정이나 제조 비용이 증가하게 된다.
본 개시의 목적은, 안정된 안테나 성능을 제공하고 탑재가 용이하며 구조적 안정성이 확보된 안테나 소자를 구비한 전자 장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시는, 다수의 부품이 장착된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 장착된 적어도 하나의 안테나 소자; 상기 적어도 하나의 안테나 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판 위에 형성된 절연 댐; 및 상기 절연 댐의 내측에 충전되어 상기 적어도 하나의 안테나 소자를 지지하는 유전체부(dielectric part);를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 인쇄회로기판은 상기 적어도 하나의 안테나 소자가 각각 연결되는 급전 패드 및 상기 적어도 하나의 소자가 각각 연결되는 그라운드 패드를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 안테나 소자는 각각, 상기 그라운드 패드와 마주하는 방사부; 상기 방사부로부터 절곡되어 상기 급전 패드와 연결되는 급전부; 및 상기 방사부와 상기 그라운드 패드를 연결하는 그라운드부;를 포함할 수 있다.
상기 유전체부는 상기 급전부와 상기 그라운드부를 감싸고, 상기 방사부는 상기 유전체부 위에 배치될 수 있다.
상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 메탈 시트의 프레스 가공을 통해 일체로 형성될 수 있다.
상기 안테나 소자는 다수로 구성되어 배열 안테나를 구성할 수 있다.
상기 다수의 부품과 상기 적어도 하나의 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판에 일괄적으로 장착될 수 있다.
상기 절연 댐은 상기 적어도 하나의 안테나 소자를 둘러싸는 폐루프(closed loop) 형상으로 구성될 수 있다.
상기 유전체부는, 상기 유전체부의 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 급전 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 급전 홀; 상기 유전체부의 상기 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 그라운드 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 그라운드 홀; 및 상기 유전체부의 상기 일면에 형성되어 상기 적어도 하나의 급전 홀과 상기 적어도 하나의 그라운드 홀을 각각 연결하는 적어도 하나의 방사 홈;을 포함하고, 상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 상기 방사 홈, 상기 급전 홀 및 상기 그라운드 홀에 채워진 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 본 개시는, 다수의 부품과 다수의 안테나 소자를 일괄적으로 인쇄회로기판에 장착하는 단계; 상기 인쇄회로기판에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질을 토출하여 상기 다수의 안테나 소자를 둘러싸는 절연 댐을 형성하는 단계; 및 상기 절연 댐의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질(dielectric material)을 토출하여 상기 다수의 안테나 소자를 지지하는 유전체부를 형성하는 단계;를 포함하는 전자 장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 다수의 안테나 소자가 각각 연결되는 급전 패드 및 상기 다수의 안테나 소자가 각각 연결되는 그라운드 패드를 포함하고, 상기 다수의 안테나 소자는 각각, 상기 그라운드 패드와 마주하는 방사부, 상기 방사부로부터 절곡되어 상기 급전 패드와 연결되는 급전부 및 상기 방사부와 상기 그라운드 패드를 연결하는 그라운드부를 포함할 수 있다.
상기 유전체부를 형성하는 단계는 상기 급전부의 높이 또는 상기 그라운드부의 높이와 대응되는 높이만큼 상기 유전성 물질을 토출할 수 있다.
상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 메탈 시트의 프레스 가공을 통해 일체로 형성될 수 있다.
상기 다수의 안테나 소자를 인쇄회로기판에 장착하는 단계는, 상기 다수의 안테나 소자, 상기 다수의 안테나 소자와 연결된 다수의 연결부 및 상기 다수의 연결부와 연결된 더미부를 포함하는 더미 플레이트를 상기 다수의 부품과 일괄적으로 인쇄회로기판에 장착하는 단계; 및 상기 다수의 연결부를 커팅하여 상기 다수의 안테나 소자를 상기 더미부로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 개시는, 인쇄회로기판에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질을 토출하여 상기 인쇄회로기판의 급전 패드 및 그라운드 패드를 둘러싸는 절연 댐을 형성하는 단계; 상기 절연 댐의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질을 토출하여 유전체부를 형성하는 단계; 상기 유전체부의 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 인쇄회로기판의 급전 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 급전 홀 및 상기 유전체부의 상기 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 인쇄회로기판의 그라운드 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 그라운드 홀을 형성하는 단계; 상기 적어도 하나의 급전 홀과 상기 적어도 하나의 그라운드 홀을 각각 연결하는 적어도 하나의 방사 홈을 상기 유전체부의 상기 일면에 형성하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 급전 홀, 상기 적어도 하나의 그라운드 홀 및 상기 적어도 하나의 방사 홈에 도전성 물질을 토출하여 적어도 하나의 안테나 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 전자 장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 안테나부가 배치된 인쇄회로기판의 일부분을 확대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 Ⅰ-Ⅰ 선을 따라 자른 안테나부가 배치된 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 안테나 소자의 제작에 사용되는 메탈 시트 및 안테나 소자를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3에 도시된 안테나부의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부 및 더미부가 배치된 인쇄회로기판의 일부분을 확대한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 안테나부 및 더미부가 배치된 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 다수의 안테나 소자 및 더미부를 포함하는 더미 플레이트의 사시도이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 7에 도시된 안테나부의 제조과정을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부가 배치된 인쇄회로기판의 일부분을 확대한 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 안테나부가 배치된 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 도 11에 도시된 안테나부의 제조과정을 나타내는 단면도이다.
본 개시의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은` 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 상에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "～사이에"와 "직접 ～사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)의 분해 사시도이다.
본 개시의 전자 장치(1)는 무선 통신 장치, 단말, 휴대 단말, 이동 단말, 통신 단말, 휴대용 통신 단말, 휴대용 이동 단말, 디스플레이 장치 등으로 칭할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(1)는 스마트 폰, 휴대폰, 내비게이션 장치, 게임기, TV, 차량용 헤드 유닛, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) 컴퓨터, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등 일수 있다. 전자 장치(1)는 무선 통신 기능을 갖는 포켓 사이즈의 휴대용 통신 단말로서 구현될 수도 있다. 또한, 전자 장치(1)는 플렉서블 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치일 수 있다.
전자 장치(1)는 안테나부(1000)를 통해 서버 등의 외부 전자 장치와 통신하거나, 외부 전자 장치와의 네트워크를 통해 작업을 수행할 수 있다. 이러한 네트워크는, 이에 한정되지 않지만, 예를 들어, 이동 또는 셀룰러 통신망, 근거리 통신망(Local Area Network: LAN), 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN), 광역 통신망(Wide Area Network: WAN), 인터넷, 소지역 통신망(Small Area Network: SAN) 등일 수 있다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(1)는 전면 커버(11), 후면 커버(12) 및 전면 커버(11)와 후면 커버(12)를 연결하는 프레임(13)과, 프레임(13)의 내측에 배치되는 인쇄회로기판(10)을 포함할 수 있다.
전면 커버(11)는 대략적인 사각형의 형상으로서 전자 장치(1)의 전면부를 구성하며, 전방을 향해 영상을 표시할 수 있는 디스플레이부(11D)를 포함할 수 있다.
후면 커버(12)는 전자 장치(1)의 후면부를 구성한다.
프레임(13)은 폐루프(closed loop)의 형상으로 구성되며, 전면 커버(11)와 후면 커버(12)를 연결하여 전자 장치(1)의 측면부를 구성한다.
후면 커버(12)와 프레임(13)은 일체로 구성될 수 있으며, 또는, 전면 커버(11)와 프레임(13)이 일체로 구성될 수 있다.
전면 커버(11), 후면 커버(12) 및 프레임(13)은 전자 장치(1)의 외관을 구성할 수 있다.
전면 커버(11), 후면 커버(12) 및 프레임(13)의 내측에는 인쇄회로기판(10)이 배치된다.
인쇄회로기판(10)에는 안테나부(1000)와 다양한 부품(400)이 장착된다.
여기서, 다양한 부품(400)은 전자 장치(1)를 구동하기 위한 이종(異種)의 회로 소자들로 구성될 수 있으며, IC 칩(Integrated Circuit), 수동 소자 및 이형 부품일 수 있다. 예를 들어, IC 칩은 AP(Application Processor), 메모리, RF(Radio Frequency) 칩 등 일 수 있고, 수동 소자는 저항, 콘덴서, 코일 등을 일 수 있고, 상기 이형 부품은 커넥터, 카드 소켓, 전자파 차폐 부품 등 일 수 있다.
도 1에서는 안테나부(1000)에 근접하게 배치된 3개의 부품(400)을 일 예로서 도시하였으나, 인쇄회로기판(10)에는 다양한 수와 종류의 부품이 다양한 위치에 실장될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나부(1000)는 인쇄회로기판(10)의 상단부에 실장되어 외부로부터 전기적 신호를 송수신할 수 있다. 다만, 안테나부(1000)가 인쇄회로기판(10) 상에 실장된 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
안테나부(1000)는 적어도 하나의 안테나 소자(100, 도 2 참조), 절연 댐(200, 도 2 참조) 및 유전체부(300, 도 2 참조)를 포함한다.
안테나부(1000)의 구체적인 구조에 대해서는 후술한다.
도 1에서는 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)의 일 예로서 스마트 폰을 도시하였으나, 전술한 바와 같이 전자 장치(1)는 다양한 기기로 구현될 수 있으며, 전자 장치(1)의 일반적인 구조는 종래와 동일하거나 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 2는 도 1에 도시된 안테나부(1000)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 일부분을 확대한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 Ⅰ-Ⅰ 선을 따라 자른 안테나부(1000)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 단면도이다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 전자 장치(1)의 안테나부(1000)를 구성하는 적어도 하나의 안테나 소자(100), 절연 댐(200) 및 유전체부(300, dielectric part)의 구조에 대해 설명한다.
다수의 부품(400)이 장착된 인쇄회로기판(10)에는 적어도 하나의 안테나 소자(100)가 장착된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(10)에는 다수의 안테나 소자(100)가 장착될 수 있으며, 4개의 안테나 소자(100)가 장착될 수 있다.
따라서, 안테나부(1000)는 다수의 안테나 소자(100)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 안테나 소자(100)는 각각 전기적 신호를 송수신할 수 있으며, 다수의 안테나 소자(100)가 기설정된 형상으로 배열됨으로써 어레이 안테나(array antenna)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 안테나 소자(100)가 일렬로 배열됨으로써 어레이 안테나를 구성할 수 있으며, 다수의 안테나 소자(100)는 서로에 대하여 독립된 위상차 급전을 각각 제공받음으로써, 위상 어레이 안테나를 형성할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 안테나 소자(100)가 다수로 구성된 것을 일 예로서 설명하겠다. 다만, 안테나 소자(100)는 단일로도 구성될 수 있으며, 어레이 안테나를 구성하는 다수의 안테나 소자(100)의 수량 및 배열은 다양하게 변경될 수 있다.
인쇄회로기판(10)은 적어도 하나의 안테나 소자(100)가 각각 연결되는 급전 패드(101) 및 적어도 하나의 소자(100)가 각각 연결되는 그라운드 패드(102)를 포함한다.
아울러, 인쇄회로기판(10)은 다수의 부품(400)이 각각 연결되는 다수의 접속 패드(103)를 더 포함할 수 있다.
급전 패드(101)와 그라운드 패드(102)는 안테나 소자(100)가 실장되는 인쇄회로기판(10)의 일면(상면)에 형성되며, 급전 패드(101)와 그라운드 패드(102)는 서로 인접하게 배치된다.
안테나 소자(100)는 인쇄회로기판(10)의 급전 패드(101)와 연결됨으로써, 급전 패드(101)로부터 급전(feeding)될 수 있으며, 이를 통해 안테나 소자(100)는 전기적 신호를 방사할 수 있다.
아울러, 안테나 소자(100)는 그라운드 패드(102)에 연결됨으로써 접지될 수 있다. 이를 통해, 안테나 소자(100)는 모노폴 안테나로 동작할 수 있다.
보다 구체적으로, 적어도 하나의 안테나 소자(100)는 각각, 그라운드 패드(102)와 마주하는 방사부(110), 방사부(110)로부터 절곡되어 급전 패드(101)와 연결되는 급전부(120) 및 방사부(110)와 그라운드 패드(102)를 연결하는 그라운드부(130)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 방사부(110)는 대략적인 사각형의 형상으로 구성될 수 있으며, 그라운드 패드(102)와 마주하게 배치된다. 또한, 급전부(120)는 방사부(110)로부터 수직방향으로 절곡되어 급전부(120)의 일단이 급전 패드(102)와 연결된다. 아울러, 그라운드부(130)는 일단이 방사부(110)의 하면과 연결되고 타단이 그라운드 패드(102)와 연결됨으로써 방사부(110)를 접지시킬 수 있다.
방사부(110)는 급전부(120)를 통해 급전됨으로써 전기적 신호를 방사할 수 있으며, 급전부(120) 또한 급전 패드(101)로부터 급전됨으로써 전기적 신호를 방사할 수 있다.
안테나 소자(100)는 방사부(110)를 통해 인쇄회로기판(10)과 수직한 방향(도 3의 상측 방향)으로 전기적 신호를 방사할 수 있으며, 또한, 방사부(110)와 수직하게 배치된 급전부(120)를 통해 인쇄회로기판(10)의 수평방향(도 3의 수평방향)으로도 전기적 신호를 방사할 수 있다. 즉, 방사부(110)를 통해 방사되는 전기적 신호의 방향과 급전부(120)를 통해 방사되는 전기적 신호의 방향을 서로 수직할 수 있으며, 이를 통해, 안테나 소자(100)의 폭넓은 빔 포밍 및 빔 스캐닝 범위를 확보할 수 있다.
급전 패드(101)는 그 상면이 인쇄회로기판(10) 상에서 노출되며, 다수의 안테나 소자(100)의 각 급전부(120)와 연결될 수 있도록 분기된 형상일 수 있다. 아울러, 급전 패드는 다수로 구성되어 다수의 급전 패드가 각각 다수의 안테나 소자(100)와 연결됨으로써 다수의 안테나 소자(100)를 독립적으로 급전할 수 있다.
그라운드 패드(102) 역시 그 상면이 인쇄회로기판(10) 상에서 노출되며, 급전 패드(101)와 인접하게 배치된다. 그라운드 패드(102)는 인쇄회로기판(10) 내부에 형성된 접지층(미도시)에 일체로 형성될 수 있다.
그라운드 패드(102)는 다수의 안테나 소자(100)의 각 방사부(110)와 마주할 수 있으며, 다수의 방사부(110)의 배열과 대응되는 플레이트의 형상으로 구성될 수 있다.
급전부(120)는 접속부(120S)를 통해 급전 패드(101)와 연결될 수 있으며, 급전부(120)의 하단부에 결합된 접속부(120S)를 통해 급전 패드(101)에 연결됨으로써 급전 패드(101)와 전기적으로 연결될 수 있다.
아울러, 그라운드부(130) 역시 접속부(130S)를 통해 그라운드 패드(102)와 연결될 수 있으며, 그라운드부(130)의 하단부에 결합된 접속부(130S)를 통해 그라운드 패드(102)에 연결됨으로써 그라운드 패드(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 다수의 부품(400) 역시 별도의 접속부(400S)를 통해 다수의 접속 패드(103)와 연결될 수 있으며, 다수의 부품(400)의 각 하단부에 결합된 다수의 접속부(400S)를 통해 다수의 접속 패드(103)에 연결됨으로써 다수의 접속 패드(103)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 접속부(120S, 130S, 400S)는 솔더 볼 또는 솔더 크림으로 이루어질 수 있으며, 급전부(120), 그라운드부(130) 및 다수의 부품(400)은 각각, 접속부(120S, 130S, 400S)를 통해 솔더링 됨으로써 급전 패드(101), 그라운드 패드(102) 및 접속 패드(103)와 전기적으로 연결될 수 있다.
급전 패드(101), 그라운드 패드(102) 및 접속 패드(103)는 인쇄회로기판(10)의 상면에 패터닝을 통해 형성될 수 있으며, 동박(copper foil)과 같은 금속재로 이루어질 수 있다.
아울러, 접속부(120S, 130S, 400S)는 예를 들어 BGA(ball grid array) 방식으로 형성될 수 있다. 하지만 이러한 접속부(120S, 130S, 400S)는 BGA 방식에 제한되지 않고, 급전부(120), 그라운드부(130) 및 부품(400)의 리드 형태에 따라 다양한 방식 예를 들면, QFN(Quad Flat No Lead), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), QFP(Quad Flat Package), SOP (Small Out Line Package), TSOP/SSOP/TSSOP(Thin/Shrink/Thin Shrink SOP) 등의 다양한 방식으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
이처럼, 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)은 접속부(120S, 130S, 400S)를 통해 인쇄회로기판(10)에 실장될 수 있으며, 다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)은 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)에 일괄적으로 장착하는 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
전술한, 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)로 구성된 안테나 소자(100)는 평판 역F 안테나(PIFA; Planar Inverted F Antenna)로 구성될 수 있다.
또한, 안테나 소자(100)는 역 F형 안테나(IFA; Inverted F Antenna) 또는 혼 안테나(Horn Antenna)로도 구성될 수 있다. 이외에도 안테나 소자(100)는 다양한 종류의 안테나로 구성될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 안테나 소자(100)의 제작에 사용되는 메탈 시트(100a) 및 안테나 소자(100)를 나타내는 도면이다.
방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)로 구성된 안테나 소자(100)는 메탈 시트(100a)의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 일체로 형성될 수 있다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(100)는 도전성 금속으로 이루어진 사각형의 메탈 시트(100a)의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 제작될 수 있다.
구체적으로, 사각형의 메탈 시트(100a)를 방사부(110)를 구성하는 방사 부분(110a)과 급전부(120)를 구성하는 급전 부분(120a)으로 구획하고, 급전 부분(120a)을 방사 부분(110a)으로부터 구부림으로써 안테나 소자(100)의 방사부(110)와 급전부(120)를 형성할 수 있다.
아울러, 방사 부분(110a)의 일부분(130a)을 그라운드부(130)의 형상과 대응하여 커팅한 후 구부림으로써 그라운드부(130)를 형성할 수 있다. 따라서, 방사부(110)의 중앙부에는 그라운드부(130)의 절곡으로 인한 개구(130H)가 형성된다.
안테나 소자(100)는 밀리미터-파 주파수 대역의 전기적 신호를 송수신할 수 있으며, 따라서, 그 크기가 밀리미터 단위의 초소형으로 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, 방사부(110)의 폭(110w)은 2mm로 구성될 수 있으며, 방사부(110)의 길이(110l)는 2.5mm로 구성될 수 있고, 급전부(120)의 높이(120h)는 1mm로 구성될 수 있다. 아울러, 안테나 소자(100)를 구성하는 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)의 각 두께는 수십 마이크로 미터(㎛) 내지 수백 마이크로 미터의 박형으로 구성될 수 있다.
이처럼, 안테나 소자(100)를 제조함에 있어, 단일의 메탈 시트(100a)의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)가 일체로 형성된 초소형의 안테나 소자(100)를 간단한 공정만으로 용이하게 제조할 수 있다.
아울러, 전술한 안테나 소자(100)의 제조방법과 유사한 방법으로, 도 4의 (a)에 도시된 메탈 시트(100a)보다 큰 크기의 단일 메탈 시트를 프레스 가공함으로써 다수의 안테나 소자(100)를 일괄적으로 제조할 수 있다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 안테나부(1000)는 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 위에 형성된 절연 댐(200) 및 절연 댐(200)의 내측에 충전되어 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 지지하는 유전체부(300)를 포함한다.
절연 댐(200)은 인쇄회로기판(10) 상에 미리 설정된 영역을 따라 형성될 수 있으며, 인쇄회로기판(10)에 장착된 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
따라서, 절연 댐(200)은 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸는 폐루프의 형상일 수 있으며, 절연 댐(200)의 높이는 안테나 소자(100)의 높이와 대응될 수 있다. 예를 들어, 절연 댐(200)의 높이는 급전부(120) 및 그라운드부(130)의 높이와 동일할 수 있다.
절연 댐(200)은 소정의 점도를 갖는 절연성 물질이 인쇄회로기판(10) 상에 토출됨으로써 조형될 수 있으며, 소정의 점도를 갖는 절연성 물질이 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸도록 토출됨으로써 형성될 수 있다. 절연성 물질은 전기 절연성(electric insulation)을 갖는 물질일 수 있다.
또한, 절연 댐(200)은 인쇄회로기판(10) 상에 일정한 높이로 구성되어야 하므로, 절연 댐(200)을 구성하는 절연성 물질은 인쇄회로기판(10) 상에 토출되는 동안 흘러내리지 않고 일정한 높이를 이룰 수 있는 점도를 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 절연 댐(200)을 이루는 절연성 물질은 토출된 절연성 물질이 토출 후 소정의 댐 형상을 유지할 수 있도록 20,000cps~5,000,000cps의 점도를 가지는 것이 바람직하다.
절연 댐(200)을 이루는 절연성 물질은 유동성을 갖는 요변성(Thixotropy) 소재 또는 상변화(열가소성, 열경화성) 소재일 수 있으며, 합성수지로 이루어질 수 있다. 또한, 절연 댐(200)을 이루는 절연성 물질은 인쇄회로기판(10)에 소정의 댐 형상으로 토출된 후에 상온 경화될 수 있으며, 일정한 온도로 가열됨으로써 열 경화될 수도 있다. 절연 댐(200)을 이루는 절연성 물질은 토출 후 짧은 시간 내에 경화되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
유전체부(300)는 절연 댐(200)의 내측으로 토출된 유전성 물질(dielectric material)로 이루어질 수 있다. 유전체부(300)를 구성하는 유전성 물질은 전기 절연성을 가지면서 소정의 점도를 가질 수 있다.
유전체부(300)를 이루는 유전 소재는 전술한 절연 댐(200)을 이루는 절연 소재와 동일한 종류의 물질일 수 있으며, 유동성을 갖는 요변성 소재 또는 상변화(열가소성, 열경화성) 소재일 수 있다. 예를 들어, 유전체부(300)를 구성하는 유전성 물질은 유전율이 큰 폴리스티롤(Poly Sterol), 페라이트(Ferrite) 또는 에폭시(Epoxy) 수지 등의 다양한 유전성 물질을 포함할 수 있다.
다만, 유전체부(300)는 절연 댐(200)에 의해 둘러싸인 공간에 유전성 물질이 채워짐으로써 형성되므로, 유전체부(300)를 이루는 유전성 물질은 절연 댐(200)을 이루는 절연성 물질보다 유동성이 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 유전체부(300)를 이루는 유전성 물질의 점도는 100cps~30,000cps인 것이 바람직하다.
유전체부(300) 역시 절연 댐(200)의 내측으로 토출된 유전성 물질이 경화됨으로써 형성될 수 있다.
절연 댐(200)은 절연체부(300)의 조형 과정에서, 절연 댐(200)의 내측으로 토출되는 유전성 물질이 절연 댐(200)의 외측으로 넘치는 것을 방지할 수 있다.
절연 댐(200)의 내측에 충전된 유전성 물질로 이루어진 유전체부(300)는 안테나 소자(100)의 급전부(120)와 그라운드부(130)를 감쌈으로써, 안테나 소자(100)를 지지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방사부(110)는 유전체부(300) 위에 배치됨으로써, 전기적 신호를 상측으로 방사할 수 있다.
유전체부(300)는 안테나 소자(100)의 급전부(120)와 그라운드부(130)를 감쌈으로써 안테나 소자(100)를 안정적으로 고정 및 지지할 수 있다.
또한, 유전체부(300)가 안테나 소자(100)의 일부분(급전부(120))을 감쌈으로써, 안테나 소자(100)의 크기를 줄일 수 있다. 구체적으로, 유전체부(300)를 통과하는 전기적 신호(전파)의 파장은 유전체부(300)의 유전율의 제곱근에 반비례하여 경감되므로, 이를 통해, 전기적 신호의 기 설정된 파장(주파수) 범위 내에서 유전체부(300)에 의해 감싸지는 안테나 소자(100)의 전체적인 크기를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3에 도시된 안테나부(1000)의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
이하에서는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나부(1000)를 인쇄회로기판(10) 상에 제조하는 과정을 설명한다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 다수의 부품(400)과 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착한다.
적어도 하나의 안테나 소자(100)는 다수로 구성될 수 있는바, 다수의 안테나 소자(100)를 다수의 부품(400)과 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
예를 들어, 다수의 안테나 소자(100)는 인쇄회로기판(10)에 다수의 부품(400)들이 조립되는 과정에서 함께 픽 & 플레이스(pick & place)됨으로써 인쇄회로기판(10)에 다수의 부품(400)과 함께 실장될 수 있다.
전술한 바와 같이, 안테나 소자(100)는 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)가 메탈 시트(100a)의 프레스 가공을 일체로 형성된 구조일 수 있으며, 급전부(120) 및 그라운드부(130)는 접속부(120S, 130S)를 통해 급전 패드(101) 및 그라운드 패드(102)에 솔더링 됨으로써 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
아울러, 다수의 부품(400) 역시 다수의 접속부(400S)를 통해 다수의 접속 패드(103)에 솔더링 됨으로써 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
따라서, 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)에 일괄적으로 솔더링 함으로써, 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 동시에 인쇄회로기판(10)에 장착할 수 있다.
예를 들어, 다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)의 기설정된 위치에 배치한 상태에서, 접속부(120S, 130S, 400S)의 일괄적인 리플로우(reflow)를 통해 다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)에 일괄적으로 실장할 수 있다.
구체적으로, 다수의 안테나 소자(100)의 각 급전부(120)를 대응하는 접속부(120S)를 통해 급전 패드(101) 상에 배치하고, 다수의 안테나 소자(100)의 각 그라운드부(130)를 대응하는 접속부(130S)를 통해 그라운드 패드(102) 상에 배치하며, 아울러, 다수의 부품(400)을 대응하는 접속부(400S)를 통해 다수의 접속 패드(103) 상에 배치한 상태에서, 리플로우 공정을 통해 접속부(120S, 130S, 400S)를 일괄적으로 용융시킴으로써 다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착할 수 있다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 노즐(N1)을 통해, 적어도 하나의 안테나 소자(100) 및 다수의 부품(400)이 실장된 인쇄회로기판(10)에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질(201)을 토출하여 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 둘러싸는 절연 댐(200)을 형성한다.
구체적으로, 움직이는 제1 노즐(N1)을 통해 소정의 점도를 갖는 절연성 물질(201)이 인쇄회로기판(10) 상에 토출됨으로써 절연 댐(200)이 조형될 수 있다.
이 경우 절연성 물질은 20,000cps~5,000,000cps의 고점도를 가지므로 제1 노즐(N1)로부터 토출된 절연성 물질(201)은 소정의 댐 형상을 유지할 수 있다. 또한, 절연 댐(200)은 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸는 벽의 형상으로 형성될 수 있다.
제1 노즐(N1)은 인쇄회로기판(10) 상에 절연성 물질(201)을 토출하며 이동함으로써 폐루프 형상의 절연 댐(200)을 형성할 수 있다.
아울러, 절연성 물질(201)을 토출하는 제1 노즐(N1)의 단부는 절연 댐(200)의 형상과 대응할 수 있으며, 구체적으로, 제1 노즐(N1)의 단부는 안테나 소자(100)를 향하는 일부분이 개방되고, 안테나 소자(100)를 향하는 일부분과 반대되는 부분이 폐쇄된 형상으로 구성될 수 있다.
제1 노즐(N1)은 절연 댐(200)의 형상과 대응하는 기설정된 루트를 따라 이동하며 절연성 물질(201)을 토출하며, 이동하는 과정에서 제1 노즐(N1)의 단부의 개방된 일부분이 안테나 소자(100)와 마주하는 상태를 유지하도록 회전할 수 있다.
절연 댐(200)은 제1 노즐(N1)을 구비한 3D 프린터(미도시)를 통해 형성될 수 있다.
제1 노즐(N1)을 통해 토출된 절연성 물질(201)은 상온에서 경화됨으로써 절연 댐(200)의 형상을 유지할 수 있으며, 아울러, 일정 온도로 가열됨으로써 경화될 수도 있다.
이후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2 노즐(N2)을 통해 절연 댐(200)의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질(301)을 토출하여 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 지지하는 유전체부(300)를 형성한다.
전술한 바와 같이, 절연체부(300)를 구성하는 유전성 물질(301)의 점도는 절연 댐(200)을 구성하는 절연성 물질(201)의 점도보다 낮게 구성되는 것이 바람직하다.
절연 댐(200)의 내측으로 토출되는 유전성 물질(301)은 유동성을 가지므로 절연 댐(200)의 내측 공간을 채울 수 있으며, 이를 통해, 절연 댐(200)의 내측에 배치된 안테나 소자(100)의 급전부(120) 및 그라운드부(130)를 유전체부(300)를 통해 감쌀 수 있다. 따라서, 안테나 소자(100)는 유전체부(300)를 통해 안정적으로 그 구조가 지지 및 고정될 수 있다.
아울러, 방사부(110)가 유전체부(300)의 상측에 배치되도록, 유전체부(300)를 구성하는 유전성 물질(301)은 급전부(120)의 높이 또는 그라운드부(130)의 높이와 대응하는 높이만큼 토출되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 방사부(110)의 상면은 유전체부(300)에 커버되지 않고 외부로 노출될 수 있다.
유전체부(300) 역시 제2 노즐(N2)을 구비한 3D 프린터를 통해 형성될 수 있다. 아울러, 3D 프린터는 제1 및 제2 노즐(N1, N2)을 구비함으로써, 제1 및 제2 노즐(N1, N2)을 통해 순차적으로 절연 댐(200)과 유전체부(300)를 형성할 수 있다.
제2 노즐(N2)을 통해 토출된 유전성 물질(301)은 상온에서 경화됨으로써 절연 댐(200)의 형상을 유지할 수 있으며, 아울러, 일정 온도로 가열됨으로써 경화될 수도 있다.
이처럼, 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치(1)는 메탈 시트(100a)의 프레스 가공을 통해 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)가 일체로 형성된 초소형의 안테나 소자(100)를 제작한 뒤, 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착(실장)함으로써 안테나 소자(100)의 조립 공정을 간소화할 수 있다.
아울러, 절연 댐(200) 및 유전체부(300)를 통해 초소형의 안테나 소자(100)를 안정적으로 고정 및 지지할 수 있으며, 유전체부(300)를 통해 안테나 소자(100)의 일부를 감쌈으로써 안테나 소자(100)의 크기를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부(1000) 및 더미부(1110)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 일부분을 확대한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 안테나부(1000) 및 더미부(1110)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 단면도이다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부(1000)는 도 2 및 도 3에 도시된 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나부(1000)와 구성이 동일하나 다수의 안테나 소자(100)의 결합 과정에서 더미부(1110)를 포함하는 더미 플레이트(1100, 도 8 참조)가 사용된다는 점에서 차이점이 존재한다.
이하에서는 도 2 및 도 3에 도시된 안테나부(1000)와의 차이점을 중심으로 본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부(1000) 및 더미부(1110)의 구조에 대해 설명한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(10)에는 다수의 안테나 소자(100) 및 다수의 부품(400)이 장착될 수 있으며, 4개의 안테나 소자(100)가 장착될 수 있다.
다수의 안테나 소자(100)는 각각, 인쇄회로기판(10)의 그라운드 패드(102)와 마주하는 방사부(110), 방사부(110)로부터 절곡되어 인쇄회로기판(10)의 급전 패드(101)와 연결되는 급전부(120) 및 방사부(110)와 그라운드 패드(102)를 연결하는 그라운드부(130)를 포함한다.
방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)로 구성된 안테나 소자(100)는 메탈 시트(100a)의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 일체로 형성될 수 있다.
또한, 안테나부(1000)는 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 위에 형성된 절연 댐(200) 및 절연 댐(200)의 내측에 충전되어 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 지지하는 유전체부(300)를 포함한다.
도 6 및 도 7에 도시된 인쇄회로기판(10), 다수의 안테나 소자(100), 절연 댐(200), 유전체부(300) 및 다수의 부품(400)은 도 2 및 도 3에 도시된 인쇄회로기판(10), 다수의 안테나 소자(100), 절연 댐(200), 유전체부(300) 및 다수의 부품(400)과 그 구조가 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
유전체부(300)는 다수의 안테나 소자(100)의 각 급전부(120) 및 그라운드부(130)를 감싸며, 이를 통해 유전체부(300)는 다수의 안테나 소자(100)를 안정적으로 고정 및 지지할 수 있다.
아울러, 절연 댐(200)의 내측에는 더미부(1110)가 다수의 안테나 소자(100)와 인접하게 배치된다.
더미부(1110)는 다수의 지지부(1111)를 통해 인쇄회로기판(10) 상에 지지될 수 있으며, 다수의 지지부(1111)는 솔더 볼 또는 솔더 크림으로 이루어진 접속부(1111S)를 통해 인쇄회로기판(10) 상에 솔더링 됨으로써 결합될 수 있다.
더미부(1110)는 다수의 지지부(1111)를 통해 인쇄회로기판(10)에 지지된 상태에서, 다수의 지지부(1111)가 유전체부(300)에 의해 감싸짐으로써 안정적으로 고정 및 지지될 수 있다.
더미부(1110)의 상면은 유전체부(300)에 의해 커버되지 않고 외부로 노출될 수 있다.
도 8은 도 6에 도시된 다수의 안테나 소자(100) 및 더미부(1110)를 포함하는 더미 플레이트(1100)의 사시도이고, 도 9a 내지 도 9d는 도 7에 도시된 안테나부(1000)의 제조과정을 나타내는 단면도이다.
이하에서는 도 8 내지 도 9d를 참조하여, 본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부(1000)의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 8 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 더미 플레이트(1100)를 다수의 부품(400)과 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착한다.
도 8을 참조하면, 더미 플레이트(1100)는 다수의 안테나 소자(100), 다수의 안테나 소자(100)와 연결된 다수의 연결부(1120) 및 다수의 연결부(1120)와 연결된 더미부(1110)를 포함한다.
구체적으로, 더미 플레이트(1100)는 다수의 안테나 소자(100), 다수의 연결부(1120) 및 더미부(1110)가 일체로 형성된 메탈 플레이트일 수 있으며, 도전성 금속으로 이루어진 메탈 플레이트를 미리 설정된 형상으로 성형함으로써 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 안테나 소자(100)는 각각 메탈 시트(100a)의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 제작될 수 있는바, 다수의 안테나 소자(100), 다수의 연결부(1120) 및 더미부(1110)를 포함하는 더미 플레이트(1100) 역시 단일의 메탈 시트의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 제작될 수 있다.
다수의 연결부(1120)는 다수의 안테나 소자(100)의 각 방사부(110)와 더미부(1110)를 연결하며, 후술하는 커팅 과정을 통해 용이하게 제거될 수 있도록 그 폭과 길이가 방사부(110)의 폭과 길이보다 작게 구성되는 것이 바람직하다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 더미 플레이트(1100)와 다수의 부품(400)은 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
더미 플레이트(1100)의 다수의 안테나 소자(100)는 각각 방사부(110), 급전부(120) 및 그라운드부(130)가 일체로 형성된 구조일 수 있으며, 급전부(120) 및 그라운드부(130)는 접속부(120S, 130S)를 통해 급전 패드(101) 및 그라운드 패드(102)에 솔더링 됨으로써 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
아울러, 더미부(1110) 역시 다수의 지지부(1111)가 다수의 접속부(1111S)를 통해 인쇄회로기판(10) 상에 솔더링 됨으로써 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
또한, 다수의 부품(400) 역시 다수의 접속 패드(103)에 다수의 접속부(400S)를 통해 솔더링 됨으로써 인쇄회로기판(10)에 장착될 수 있다.
구체적으로, 더미 플레이트(1100)와 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)의 기설정된 위치에 배치한 상태에서, 접속부(120S, 130S, 400S, 1111S)의 일괄적인 리플로우(reflow)를 통해 더미 플레이트(1100)의 다수의 안테나 소자(100), 더미부(1110) 및 다수의 부품(400)을 인쇄회로기판(10)에 일괄적으로 실장할 수 있다. 다만, 더미부(1110)는 접속부(1111S)를 통한 별도의 솔더링 없이 인쇄회로기판(10) 상에 놓여질 수 있으며, 후술하는 연결부(1120)의 커팅을 통해 제거될 수 있다.
이처럼, 단일의 더미 플레이트(1100)를 인쇄회로기판(10)에 실장함으로써, 다수의 안테나 소자(100)를 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착할 수 있으며, 아울러, 더미 플레이트(1100)와 다수의 부품(400)을 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착함으로써, 다수의 안테나 소자(100)와 다수의 부품(400)을 단일의 공정만으로 인쇄회로기판(10)에 일괄적으로 장착할 수 있다.
이후, 도 9b에 도시된 바와 같이, 더미 플레이트(1100)의 다수의 연결부(1120)를 커팅하여 다수의 안테나 소자(100)를 더미부(1110)로부터 분리한다.
다수의 연결부(1120)는 레이저 커팅 등을 통해 제거될 수 있으며, 이를 통해, 다수의 안테나 소자(100)는 더미부(1110)로부터 분리됨으로써 서로 분리될 수 있다.
이후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 제1 노즐(N1)을 통해, 다수의 안테나 소자(100) 및 다수의 부품(400)이 실장된 인쇄회로기판(10)에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질(201)을 토출하여 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸는 절연 댐(200)을 형성한다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 절연 댐(200)은 더미부(1110)를 둘러싸는 형상으로 조형될 수 있으며, 아울러, 더미부(1110)를 둘러싸지 않고 다수의 안테나 소자(100)만을 둘러싸는 형상으로 조형될 수 있다.
이후, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제2 노즐(N2)을 통해 절연 댐(200)의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질(301)을 토출하여 적어도 하나의 안테나 소자(100)를 지지하는 유전체부(300)를 형성한다.
유전체부(300)는 절연 댐(200)의 내측에 배치된 안테나 소자(100)의 급전부(120) 및 그라운드부(130)를 감쌀 수 있다. 아울러, 유전체부(300)는 더미부(1110)의 다수의 지지부(1111)를 감쌀 수 있다.
이를 통해, 유전체부(300)는 다수의 안테나 소자(100) 및 더미부(1110)를 안정적으로 고정 및 지지할 수 있다.
다만, 전술한 다수의 연결부(1120)를 커팅하는 단계는 유전체부(300)의 형성 이후에 진행될 수도 있다.
이처럼, 본 개시의 다른 실시예에 따른 안테나부(1000)는 더미 플레이트(1100)를 통해 다수의 안테나 소자(100)를 일괄적으로 인쇄회로기판(10)에 장착함으로써, 다수의 안테나 소자(100)를 인쇄회로기판(10)에 결합하는 공정을 단순화할 수 있으며, 이를 통해 다수의 안테나 소자(100)가 적용된 전자 장치(1)의 제조 공정, 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
아울러, 더미 플레이트(1100)는 단일의 메탈 시트의 프레스 가공 또는 금형 가공을 통해 원하는 형상으로 용이하게 제작될 수 있는바, 다수의 안테나 소자(100)를 간단한 공정을 통해 제작할 수 있다.
도 10은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부(5000)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 일부분을 확대한 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 안테나부(5000)가 배치된 인쇄회로기판(10)의 단면도이다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부(5000)는 도 2 및 도 3에 도시된 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나부(1000)와 그 구조가 유사하나, 안테나 소자(500)가 유전체부(300)에 토출된 도전성 물질로 이루어진다는 점에서 차이점이 존재한다.
이하에서는 도 2 및 도 3에 도시된 안테나부(1000)와의 차이점을 중심으로 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부(5000)의 구조에 대해 설명한다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(10)에는 다수의 부품(400) 및 안테나부(5000)가 배치된다.
안테나부(5000)는 적어도 하나의 안테나 소자(500), 절연 댐(200) 및 유전체부(300)를 포함한다.
절연 댐(200)은 다수의 안테나 소자(100)를 둘러싸는 폐루프의 형상일 수 있으며, 소정의 댐 형상으로 형성된다.
절연 댐(200)의 내측에는 유전성 물질로 이루어진 유전체부(300)가 형성된다.
유전체부(300)의 내측에는 다수의 안테나 소자(500)가 배치된다.
다수의 안테나 소자(500)는 각각, 그라운드 패드(102)와 마주하는 방사부(510), 방사부(510)로부터 절곡되어 급전 패드(101)와 연결되는 급전부(520) 및 방사부(510)와 그라운드 패드(102)를 연결하는 그라운드부(530)를 포함한다.
방사부(510)는 급전부(520)를 통해 급전됨으로써 전기적 신호를 방사할 수 있으며, 급전부(520) 또한 급전 패드(101)로부터 급전됨으로써 전기적 신호를 방사할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(500)는 평판 역F 안테나(PIFA)로 구성될 수 있다.
안테나 소자(500)는 도 2 및 도 3에 도시된 안테나 소자(100)와 그 구조가 유사하나, 안테나 소자(500)는 메탈 시트(100a)를 통해 미리 성형된 안테나 소자(100)와 달리 유전체부(300)의 방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)에 채워진 도전성 물질로 이루어진다.
도 12a 내지 도 12d는 도 11에 도시된 안테나부(5000)의 제조과정을 나타내는 단면도이다.
이하에서는 도 12a 내지 도 12d를 참조하여, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부(5000)의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 노즐(N1)을 통해, 인쇄회로기판(10)에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질(201)을 토출하여 인쇄회로기판(10)의 급전 패드(101) 및 그라운드 패드(102)를 둘러싸는 절연 댐(200)을 형성한다.
구체적으로, 움직이는 제1 노즐(N1)을 통해 소정의 점도를 갖는 절연성 물질(201)이 인쇄회로기판(10) 상에 토출됨으로써 폐루프를 구성하는 댐 형상의 절연 댐(200)이 조형될 수 있다.
절연 댐(200)의 내측에는 급전 패드(101)의 일부분 및 그라운드 패드(102)가 배치될 수 있다.
이후, 도 12b에 도시된 바와 같이, 제2 노즐(N2)을 통해 절연 댐(200)의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질(301)을 토출하여 유전체부(300)를 형성한다.
절연 댐(200)의 내측으로 토출되는 유전성 물질(301)은 유동성을 가지므로 절연 댐(200)의 내측 공간을 채울 수 있다.
이후, 도 12c에 도시된 바와 같이, 유전체부(300)의 일면(상면)으로부터 유전체부(300)를 관통하여 인쇄회로기판(10)의 급전 패드(101)와 각각 연결되는 적어도 하나의 급전 홀(520H) 및 유전체부(300)의 일면으로부터 유전체부(300)를 관통하여 인쇄회로기판(10)의 그라운드 패드(102)와 각각 연결되는 적어도 하나의 그라운드 홀(530H)을 형성한다.
아울러, 적어도 하나의 급전 홀(520H)과 적어도 하나의 그라운드 홀(530H)을 각각 연결하는 적어도 하나의 방사 홈(510H)을 유전체부(300)의 일면에 형성한다.
방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)은 미리 설정된 안테나 소자(100)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되며, 방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)은 미리 설정된 방사부(510), 급전부(520) 및 그라운드부(530)의 형상과 대응되는 형상으로 형성된다.
방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)은 레이저 커팅을 통해 형성될 수 있으며, 다수의 방사 홈(510H), 다수의 급전 홀(520H) 및 다수의 그라운드 홀(530H)이 일괄적으로 형성될 수 있다.
이후, 도 12d에 도시된 바와 같이, 제3 노즐(N3)을 통해 급전 홀(520H), 그라운드 홀(530H) 및 방사체 홈(510H)에 도전성 물질(501)을 토출하여 안테나 소자(500)를 형성한다.
도전성 물질(501)은 예를 들어, 전기 전도성 필러 또는 전기 전도성 잉크로 구성될 수 있다.
제3 노즐(N3)을 통해 토출되는 도전성 물질(301)이 급전 홀(520H), 그라운드 홀(530H) 및 방사체 홈(510H)에 채워짐으로써 방사부(510), 급전부(520) 및 그라운드부(530)가 일체로 형성된 안테나 소자(500)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 급전부(520)는 급전 패드(101)와 연결되며, 그라운드부(530)는 그라운드 패드(102)와 연결되고, 방사부(510)는 급전부(520) 및 그라운드부(530)와 연결될 수 있다.
밀리미터-파 주파수 대역의 전기적 신호를 송수신하는 안테나 소자(500)는 그 두께가 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 박형으로 구성될 수 있는바, 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)의 직경과 방사체 홈(510H)의 높이는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터로 구성되는 것이 바람직하다.
안테나 소자(301)를 구성하는 도전성 물질(301)은 제3 노즐(N3)을 통해 젯팅(jetting)될 수 있다.
아울러, 3D 프린터는 제1 내지 제3 노즐(N1, N2, N3)을 구비함으로써, 제1 내지 제3 노즐(N1, N2, N3)을 통해 순차적으로 절연성 물질(201), 유전성 물질(301) 및 도전성 물질(501)을 토출함으로써, 절연 댐(200), 유전체부(300) 및 안테나 소자(500)를 형성할 수 있다.
이처럼, 전술한 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 안테나부(5000)는 절연 댐(200) 및 유전체부(300)를 인쇄회로기판(10) 상에 형성한 후에, 유전체부(300)를 커팅하여 방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)을 형성하고, 방사 홈(510H), 급전 홀(520H) 및 그라운드 홀(530H)에 도전성 물질을 채움으로써 안테나 소자의 별도 조립 공정 없이 안테나 소자(500)를 형성할 수 있으며, 이를 통해 다수의 안테나 소자(500)가 적용된 전자 장치(1)의 제조 공정, 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
이상에서는 본 개시의 다양한 실시예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위상에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1; 전자 장치
10; 인쇄회로기판
101; 급전 패드
102; 그라운드 패드
103; 접속 패드
100, 500; 안테나 소자
110; 방사부
120; 급전부
130; 그라운드부
200; 절연 댐
300; 유전체부
400; 부품
1000, 5000; 안테나부
1100; 더미 플레이트
1110; 더미부
1120; 연결부

Claims (20)

  1. 다수의 부품이 장착된 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 장착된 다수의 안테나 소자;
    상기 인쇄회로기판의 상면에 형성되며, 상기 다수의 안테나 소자에 연결되는 급전 패드;
    상기 인쇄회로기판의 상면에 상기 급전 패드에 인접하게 형성되며, 상기 다수의 안테나 소자에 연결되는 그라운드 패드;
    상기 다수의 안테나 소자를 둘러싸도록 상기 인쇄회로기판 위에 형성된 절연 댐; 및
    상기 절연 댐의 내측에 충전되어 상기 다수의 안테나 소자를 지지하는 유전체부(dielectric part);를 포함하며,
    상기 그라운드 패드는 상기 절연 댐의 내측에 상기 다수의 안테나 소자의 아래에 위치하는 전자 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자는,
    상기 그라운드 패드와 마주하는 방사부;
    상기 방사부로부터 절곡되어 상기 급전 패드와 연결되는 급전부; 및
    상기 방사부와 상기 그라운드 패드를 연결하는 그라운드부;를 포함하는 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체부는 상기 급전부와 상기 그라운드부를 감싸고,
    상기 방사부는 상기 유전체부 위에 배치되는 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 메탈 시트의 프레스 가공을 통해 일체로 형성되는 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자는 배열 안테나를 구성하는 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 부품과 상기 다수의 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판에 일괄적으로 장착되는 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연 댐은 상기 다수의 안테나 소자를 둘러싸는 폐루프(closed loop) 형상으로 구성되는 전자 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 유전체부는,
    상기 유전체부의 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 급전 패드와 연결되는 다수의 급전 홀;
    상기 유전체부의 상기 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 그라운드 패드와 연결되는 다수의 그라운드 홀; 및
    상기 유전체부의 상기 일면에 형성되어 상기 다수의 급전 홀과 상기 다수의 그라운드 홀을 연결하는 다수의 방사 홈;을 포함하고,
    상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 상기 방사 홈, 상기 급전 홀 및 상기 그라운드 홀에 채워진 도전성 물질로 이루어지는 전자 장치.
  10. 다수의 부품과 다수의 안테나 소자를 일괄적으로 인쇄회로기판에 장착하는 단계;
    상기 인쇄회로기판에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질을 토출하여 상기 다수의 안테나 소자를 둘러싸는 절연 댐을 형성하는 단계; 및
    상기 절연 댐의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질(dielectric material)을 토출하여 상기 다수의 안테나 소자를 지지하는 유전체부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 인쇄회로기판은,
    상기 다수의 안테나 소자가 연결되는 급전 패드; 및
    상기 급전 패드에 인접하게 형성되며, 상기 절연 댐의 내측으로 상기 다수의 안테나 소자의 아래에 위치하여 상기 다수의 안테나 소자가 연결되는 그라운드 패드;를 포함하는 전자 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자는 각각, 상기 그라운드 패드와 마주하는 방사부, 상기 방사부로부터 절곡되어 상기 급전 패드와 연결되는 급전부 및 상기 방사부와 상기 그라운드 패드를 연결하는 그라운드부를 포함하는 전자 장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유전체부를 형성하는 단계는 상기 급전부의 높이 또는 상기 그라운드부의 높이와 대응되는 높이만큼 상기 유전성 물질을 토출하는 전자 장치의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 방사부, 상기 급전부 및 상기 그라운드부는 메탈 시트의 프레스 가공을 통해 일체로 형성되는 전자 장치의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자를 인쇄회로기판에 장착하는 단계는,
    상기 다수의 안테나 소자, 상기 다수의 안테나 소자와 연결된 다수의 연결부 및 상기 다수의 연결부와 연결된 더미부를 포함하는 더미 플레이트를 상기 다수의 부품과 일괄적으로 인쇄회로기판에 장착하는 단계; 및
    상기 다수의 연결부를 커팅하여 상기 다수의 안테나 소자를 상기 더미부로부터 분리하는 단계;를 포함하는 전자 장치의 제조방법.
  15. 인쇄회로기판에 소정의 점도를 갖는 절연성 물질을 토출하여 상기 인쇄회로기판의 급전 패드 및 그라운드 패드를 둘러싸는 절연 댐을 형성하는 단계;
    상기 절연 댐의 내측으로 소정의 점도를 갖는 유전성 물질을 토출하여 유전체부를 형성하는 단계;
    상기 유전체부의 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 인쇄회로기판의 급전 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 급전 홀 및 상기 유전체부의 상기 일면으로부터 상기 유전체부를 관통하여 상기 인쇄회로기판의 그라운드 패드와 각각 연결되는 적어도 하나의 그라운드 홀을 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 급전 홀과 상기 적어도 하나의 그라운드 홀을 각각 연결하는 적어도 하나의 방사 홈을 상기 유전체부의 상기 일면에 형성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 급전 홀, 상기 적어도 하나의 그라운드 홀 및 상기 적어도 하나의 방사 홈에 도전성 물질을 토출하여 적어도 하나의 안테나 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 전자 장치의 제조방법.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 방사부는 상기 인쇄회로기판에 대해 수직방향으로 전자신호를 방사하도록 형성되고,
    상기 급전부는 상기 인쇄회로기판에 대해 수평방향으로 전자신호를 방사하도록 형성되는 전자 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 방사부는 상기 인쇄회로기판에 대해 수직방향으로 전자신호를 방사하도록 형성되고,
    상기 급전부는 상기 인쇄회로기판에 대해 수평방향으로 전자신호를 방사하도록 형성되는 전자 장치의 제조방법.
  18. 청구항 10항의 전자 장치의 제조방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로세스를 실행하기 위한 적어도 한 개의 프로세서를 명령하기 위해 상기 적어도 한 개의 프로세서가 읽을 수 있도록 형성된 명령어로 구성된 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 적어도 한 개의 컴퓨터로 읽을 수 있는 비일시적 저장매체.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 절연 댐의 높이는 상기 다수의 안테나 소자의 높이에 대응하는 전자 장치.
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