KR102565122B1 - 칩 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 칩 안테나 모듈은, 급전 신호를 제공하는 급전 배선층과 연결되는 급전 비아 및 상기 급전 배선층과 분리되는 더미 비아를 포함하는 기판; 및 유전체로 형성되는 몸체부, 상기 몸체부의 서로 다른 면에 각각 배치되고, 일 방향으로 연장되는 방사부, 및 접지부를 포함하고, 상기 몸체부, 상기 방사부, 및 접지부 각각이 상기 기판의 일면에 대향하도록 실장되는 칩 안테나; 를 포함하고, 상기 칩 안테나의 방사부는 상기 급전 비아 및 상기 더미 비아와 연결될 수 있다.

Description

칩 안테나 모듈{CHIP ANTENNA MODULE}

본 발명은 칩 안테나 모듈 에 관한 것이다.

5G 통신 시스템은 보다 높은 데이터 전송율을 달성하기 위해 보다 높은 주파수(mmWave) 대역들, 가령 10Ghz 내지 100GHz 대역들에서 구현된다. 무선파의 전파 손실을 줄이고 전송 거리를 늘리기 위해, 빔포밍, 대규모 MIMO(multiple-input multiple-output), 전차원(full dimensional) MIMO(FD-MIMO), 어레이 안테나, 아날로그 빔포밍, 대규모 스케일의 안테나 기법들이 5G 통신 시스템에서 논의되고 있다.

한편, 무선 통신을 지원하는 핸드폰, PDA, 네비게이션, 노트북 등 이동통신 단말기는 CDMA, 무선랜, DMB, NFC(Near Field Communication) 등의 기능이 부가되는 추세로 발전하고 있으며, 이러한 기능들을 가능하게 하는 중요한 부품 중 하나가 안테나이다.

다만, 5G 통신 시스템이 적용되는 GHz 대역에서는 파장이 수 mm 정도로 작아지기 때문에 종래의 안테나를 이용하기 어렵다. 따라서, 이동통신 단말기에 탑재할 수 있는 초소형의 크기이면서 GHz 대역에 적합한 칩 안테나 모듈이 요구되고 있다.

일본공개특허 제2000-232315호 (2000.08.22 공개)

본 발명의 목적은 GHz 대역에서 이용할 수 있는 칩 안테나 모듈을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 칩 안테나 모듈은, 급전 신호를 제공하는 급전 배선층과 연결되는 급전 비아 및 상기 급전 배선층과 분리되는 더미 비아를 포함하는 기판; 및 유전체로 형성되는 몸체부, 상기 몸체부의 서로 다른 면에 각각 배치되고, 일 방향으로 연장되는 방사부, 및 접지부를 포함하고, 상기 몸체부, 상기 방사부, 및 접지부 각각이 상기 기판의 일면에 대향하도록 실장되는 칩 안테나; 를 포함하고, 상기 칩 안테나의 방사부는 상기 급전 비아 및 상기 더미 비아와 연결될 수 있다.

본 발명의 칩 안테나 모듈은 배선 형태의 다이폴 안테나가 아닌, 칩 안테나를 사용하므로 모듈 크기를 최소화할 수 있다. 또한, 송/수신 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 칩 안테나 모듈의 저면도이다.
도 4는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 칩 안테나를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ′에 따른 단면도이다.
도 7은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ′를 따라 절개한 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도이다.
도 8은 칩 안테나와 병렬로 배치되는 두 개의 비아의 등가 회로도이다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ′를 따라 절개한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도이다.
도 11는 본 실시예의 안테나 모듈이 탑재된 휴대 단말기를 개락적으로 도시한 사시도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

본 명세서에 기재된 칩 안테나 모듈은 고주파 영역에서 동작하며, 일 예로 3GHz 이상 30GHz 이하의 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 칩 안테나 모듈은 무선신호를 수신 또는 송수신하도록 구성된 전자기기에 탑재될 수 있다. 일 예로, 칩 안테나는 휴대용 전화기, 휴대용 노트북, 드론 등에 탑재될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 칩 안테나 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 칩 안테나 모듈의 저면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 칩 안테나 모듈(1)은 기판(10)과 전자 소자(50), 및 칩 안테나(100)를 포함한다.

기판(10)은 무선 안테나에 필요한 회로 또는 전자부품이 탑재되는 회로 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(10)은 하나 이상의 전자부품을 내부에 수용하거나, 하나 이상의 전자부품이 표면에 탑재된 인쇄회로기판(PCB: Printed Cirtuit Board)일 수 있다. 따라서, 기판(10)에는 전자부품들을 전기적으로 연결하는 회로 배선이 구비될 수 있다.

기판(10)은 다수의 절연층(17)과 다수의 배선층(16)이 반복적으로 적층되어 형성된 다층 기판일 수 있다. 다만, 실시예에 따라 하나의 절연층(17) 양면에 배선층(16)이 형성될 수 있다.

절연층(17)의 재료는 특별히 한정되는 않는다. 일 예로 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, 예를 들면, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine)와 같은 절연 물질이 사용될 수 있다. 필요에 따라, 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지를 사용할 수도 있다.

배선층(16)은 후술되는 전자 소자(50)와 안테나들(90, 100)을 전기적으로 연결한다. 또한, 전자 소자(50)나 안테나들(90, 100)을 외부와 전기적으로 연결한다.

배선층(16)의 재료로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질이 사용될 수 있다.

절연층(17)의 내부에는 적층 배치되는 배선층들(16)을 상호 연결하기 위한 층간 접속 도체들(18)이 배치된다.

기판(10)의 표면에는 절연 보호층(19)이 배치될 수 있다. 절연 보호층(19)은 절연층(17)의 상부 면과 하부 면에서 절연층(17)과 배선층(16)을 모두 덮는 형태로 배치되어, 절연층(17)의 상부 면이나 하부 면에 배치되는 배선층(16)을 보호한다.

절연 보호층(19)은 배선층(16)의 적어도 일부를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다. 절연 보호층(19)은 절연수지 및 무기필러를 포함할 수 있다. 다만, 절연 보호층(19)은 유리섬유는 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 절연 보호층(19)은 솔더 레지스트(solder resist)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 기판(10)으로는 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 종류의 기판(일 예로, 인쇄 회로 기판, 연성 기판, 세라믹 기판, 유리 기판 등)이 이용될 수 있다.

기판(10)의 상부 면인 제1 면은 소자 실장부(11a)와 접지 영역(11b), 급전 영역(11c)으로 구분될 수 있다.

소자 실장부(11a)는 전자 소자(50)가 실장되는 영역으로 후술되는 접지 영역(11b)의 내부에 배치된다. 소자 실장부(11a)에는 전자 소자(50)가 전기적으로 연결되는 다수의 접속 패드(12a)가 배치된다.

접지 영역(11b)은 접지 배선층(16b)이 배치되는 영역으로, 소자 실장부(11a)를 둘러싸는 형태로 배치된다. 따라서, 소자 실장부(11a)는 접지 영역(11b)의 내부에 배치된다.

여기서, 접지 배선층(16b)은 기판(10)의 배선층(16) 중 하나가 이용될 수 있다. 따라서, 접지 배선층(16b)은 절연층(17)의 상부 면이나 적층되는 두 절연층(17) 사이에 배치될 수 있다.

본 실시예에서 소자 실장부(11a)는 사각 형상으로 형성된다. 따라서, 접지 영역(11b)은 사각의 링(ring) 형상으로 소자 실장부(11a)를 둘러싸도록 배치된다. 다만, 실시예에 따라, 소장 실장부(11a)의 형상은 변경될 수 있다.

소자 실장부(11a)의 둘레를 따라 접지 영역(11b)이 배치됨에 따라, 소자 실장부(11a)의 접속 패드(12a)는 기판(10)의 절연층(17)을 관통하는 층간 접속 도체(18)를 통해 외부나 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결된다.

접지 영역(11b)에는 다수의 접지 패드(12b)가 형성된다. 접지 배선층(16b)이 절연층(17)의 상부 면에 배치되는 경우, 접지 패드(12b)는 접지 배선층(16b)을 덮는 절연 보호층(19)을 부분적으로 개방함으로써 형성할 수 있다. 따라서, 이 경우 접지 패드(12b)는 접지 배선층(16b)의 일부로 구성된다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 접지 배선층(16b)이 두 절연층(17) 사이에 배치되는 경우, 접지 패드(12b)는 절연층(17)의 상부 면에 배치되며, 접지 패드(12b)와 접지 배선층(16b)은 층간 접속 도체를 통해 연결될 수 있다.

접지 패드(12b)는 후술되는 급전 패드(12c)와 쌍을 이루도록 배치된다. 따라서, 급전 패드(12c)와 인접한 위치에 배치된다.

급전 영역(11c)은 접지 영역(11b)의 외측에 배치된다. 본 실시예에서, 접지 영역(11b)이 형성하는 2개의 변 외측에 급전 영역(11c)이 형성된다. 따라서, 급전 영역(11c)은 기판의 테두리를 따라 배치된다. 그러나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

급전 영역(11c)에는 다수의 급전 패드(12c)가 배치된다. 급전 패드(12c)는 절연층(17)의 상부 면에 배치되며, 칩 안테나(100)의 방사부(130a)와 접합된다.

급전 패드(12c)는 기판(10)의 절연층(17)을 관통하는 급전 비아(18a)와 급전 배선층(16a)을 통해 전자 소자(50)나 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결된다. 급전 패드(12c)는 급전 비아(18a)와 급전 배선층(16a)을 통해 급전 신호를 제공받는다.

소자 실장부(11a)와 접지 영역(11b), 급전 영역(11c)은 상부에 접지 배선층(16b)의 형상이나 위치에 따라 각 영역들이 구분된다. 또한, 접속 패드(12a)나 접지 패드(12b), 급전 패드(12c)들은 절연 보호층(19)이 제거된 개구부를 통해 패드 형태로 외부에 노출된다.

급전 패드(12c)는 방사부(130a)의 하부면의 길이 또는 면적 보다 작게 형성될 수 있다. 급전 패드(12c)의 길이 또는 면적은 칩 안테나(100)의 방사부(130a)의 하부면 길이 또는 면적의 절반 이하로 형성될 수 있다.

더미 패드(12d)는 급전 패드(12c)와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 더미 패드(12d)는 방사부(130a)의 하부면의 길이 또는 면적 보다 작게 형성될 수 있고, 더미 패드(12d)의 길이 또는 면적은 칩 안테나(100)의 방사부(130a)의 하부면 길이 또는 면적의 절반 이하로 형성될 수 있다.

급전 패드(12c) 및 더미 패드(12d)는 방사부(130a)의 하부면의 길이 방향을 따라 소정의 거리 이격되어 배치되고, 방사부(130a)의 하부면은 급전 패드(12c) 및 더미 패드(12d) 각각과 접합될 수 있다.

기판(10)의 하부 면에 해당하는 제2 면에는 패치 안테나(90)가 배치된다. 패치 안테나(90)는 기판(10)에 구비되는 배선층(16)에 의해 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 패치 안테나(90)는 급전 패치(92)와 방사 패치(94)로 구성되는 급전부(91), 및 접지부(95)를 포함한다.

본 실시예에서 패치 안테나(90)는 다수의 급전부(91)가 기판(10)의 제2 면에 분산 배치된다. 본 실시예에서는 4개의 급전부(91)가 구비되나, 이에 한정되는 것은 아니다.

급전 패치(92)는 일정한 면적을 갖는 편평한 편 형태의 금속층으로 형성되며, 하나의 도체판으로 구성된다. 급전 패치(92)는 다각형 구조를 가질 수 있으며 본 실시예에서는 사각 형상으로 형성된다. 그러나 원 형상으로 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

급전 패치(92)는 층간 접속 도체(18)를 통해 전자 소자(50)와 연결될 수 있다. 이때, 층간 접속 도체(18)는 후술되는 제2 접지 배선층(97b)을 관통하여 전자 소자(50)와 연결될 수 있다.

방사 패치(94)는 급전 패치(92)와 일정 거리 이격되어 배치되며, 하나의 일정한 면적을 갖는 편평한 도체판으로 구성된다. 방사 패치(94)는 급전 패치(92)와 동일하거나 유사한 면적을 갖는다. 예컨대, 방사 패치(94)는 급전 패치(92)보다 넓은 면적으로 형성되어 급전 패치(92) 전체와 대면하도록 배치될 수 있다.

방사 패치(94)는 급전 패치(92)의 외측에 배치된다. 따라서, 방사 패치(94)는 기판(10)의 최하부에 배치되는 배선층(16)에 배치될 수 있으며, 이 경우 방사 패치(94)는 절연층(17)의 하부 면 배치되는 절연 보호층(19)에 의해 보호된다.

접지부(95)는 급전부(91)를 감싸는 형태로 배치된다. 이를 위해, 접지부(95)는 제1 접지 배선층(97a), 제2 접지 배선층(97b), 및 접지 비아(18b)를 포함한다.

제1 접지 배선층(97a)은 방사 패치(94)와 동일한 레이어 상에 배치되며, 방사 패치(94)를 감싸는 형태로 방사 패치(94)의 주위에 배치된다. 이때, 제1 접지 배선층(97a)은 방사 패치(94)와 일정 거리 이격 배치된다.

제2 접지 배선층(97b)은 제1 접지 배선층(97a)과 다른 배선층(16)에 배치된다. 일 예로, 제2 접지 배선층(97b)은 급전 패치(92)와 기판(10)의 제1 면 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 급전 패치(92)는 방사 패치(94)와 제2 접지 배선층(97b) 사이에 배치된다.

제2 접지 배선층(97b)은 해당 배선층(16)에 전체적으로 배치될 수 있으며, 급전 패치(92)와 연결되는 층간 접속 도체(18)가 배치되는 부분만 부분적으로 제거될 수 있다.

접지 비아(18b)는 제1 접지 배선층(97a)과 제2 접지 배선층(97b)을 전기적으로 연결하는 층간 접속 도체로, 급전 패치(92)와 방사 패치(94)를 둘러싸는 형태로 다수 개가 배치된다. 본 실시예에서는 하나의 열로 접지 비아들(18b)이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 다수의 열로 접지 비아(18b)를 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다. 이와 같은 구성에 따라 급전부(91)는 제1 접지 배선층(97a)과 제2 접지 배선층(97b), 그리고 접지 비아(18b)에 의해 형성되는 용기 형태의 접지부(95) 내에 배치된다.

따라서, 패치 안테나(90)의 급전부(91)는 기판(10)의 두께 방향(예컨대 하부 방향)으로 무선 신호를 방사한다.

본 실시예에서 제1 접지 배선층(97a)과 제2 접지 배선층(97b)은 기판(10)의 제1 면에서 규정되는 급전 영역(도 2의 11c)과 마주보는 영역에는 배치되지 않는다. 이는 후술되는 칩 안테나에서 방사되는 무선 신호와 접지부(95) 간의 간섭을 최소화하기 위한 구성이나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시예에서는 패치 안테나(90)가 급전 패치(92)와 방사 패치(94)를 포함하여 구성되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 급전 패치(92)만 구비하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

전자 소자(50)는 기판(10)의 소자 실장부(11a)에 실장된다. 전자 소자(50)는 도전성 접착제를 매개로 소자 실장부(11a)의 접속 패드(12a)에 접합될 수 있다.

본 실시예에서는 소자 실장부(11a)에 하나의 전자 소자(50)가 실장되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 다수의 전자 소자들이 실장될 수도 있다.

전자 소자(50)는 적어도 하나의 능동 소자를 포함하며, 일 예로 안테나의 방사부(130a)에 급전 신호를 인가하는 신호 처리 소자를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 수동 소자를 포함할 수도 있다.

칩 안테나(100)는 기가 헤르츠의 주파수 대역의 무선 통신에 이용되며, 기판(10)에 실장되어 전자 소자(50)로부터 급전 신호를 전달받아 외부로 방사한다.

칩 안테나(100)는 전체적으로 육면체 형상으로 형성되며, 솔더와 같은 도전성 접착제를 통해 양단이 기판(10)의 급전 패드(12c)와 접지 패드(12b)에 각각 접합되며 기판(10)에 실장된다.

도 5는 도 1에 도시된 칩 안테나를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ′에 따른 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 칩 안테나(100)는 몸체부(120), 방사부(130a), 및 접지부(130b)를 포함한다.

몸체부(120)는 육면체 형상을 가지며, 유전체(dielectric substance)로 형성된다. 예컨대, 몸체부(120)는 유전율을 가지는 폴리머나 세라믹 소결체로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 칩 안테나는 3GHz~30GHz 대역에서 사용되는 칩 안테나이다.

3GHz~30GHz의 무선 주파수 신호의 파장(λ)은 100mm에서 0.75mm로 안테나의 길이는 이론적으로 λ, λ/2, λ/4가 가능하다. 따라서, 안테나의 방사부 안테나의 길이는 25~50mm의 크기로 구성되어야 한다. 그러나 본 실시예와 같이 유전율이 공기 보다 높은 물질로 몸체부(120)를 구성하면, 그 길이를 현저하게 축소할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 칩 안테나는 유전율이 3.5~25 인 재료로 몸체부(120)를 구성한다. 이 경우, 칩 안테나의 최대 길이를 0.5~2mm 범위 내에서 제조할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 칩 안테나는 파장의 길이와 실장 크기에 고려하여, 가장 긴 변의 길이를 2mm 이하로 형성한다. 예컨대, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 상기 주파수 대역에서 공진 주파수를 조절하기 위해, 가장 긴 변의 길이가 0.5~2mm로 형성될 수 있다.

몸체부(120)의 유전율이 3.5 미만인 경우, 칩 안테나(100)가 정상적으로 동작하기 위해서는 방사부(130a)와 접지부(130b) 사이의 거리가 증가되어야 한다.

테스트 결과, 몸체부(120)의 유전율이 3.5 미만인 경우, 3GHz~30GHz 대역에서 칩 안테나(100)는 최대 폭(W)이 2mm 이상으로 형성되어야 정상적으로 기능하는 것으로 측정되었다. 그러나 이 경우, 칩 안테나의 전체 크기가 증가되므로 박형의 휴대 기기에 탑재되기 어렵다.

또한, 몸체부(120)의 유전율이 25를 초과하는 경우, 칩 안테나의 사이즈가 0.3mm 이하로 작아져야 하며, 이 경우 안테나의 성능이 오히려 저하되는 것으로 측정되었다. 따라서, 본 실시예에 따른 칩 안테나의 몸체부(120)는 유전율이 3.5 이상, 25 이하인 유전체로 구성된다.

방사부(130a)는 몸체부(120)의 제1 면에 결합된다. 그리고 접지부(130b)는 몸체부(120)의 제2 면에 결합된다. 여기서 제1 면과 제2 면은 육면체로 형성되는 몸체부(120)에서 반대 방향을 향하는 두 면을 의미한다.

본 실시예에서 몸체부(120)의 폭(W1)은 제1 면과 제2 면 사이의 거리로 정의된다. 따라서, 몸체부(120)의 제1 면에서 제2 면을 향하는 방향(또는 몸체부(120)의 제2 면에서 제1 면을 향하는 방향)은 몸체부(120) 또는 칩 안테나(100)의 폭 방향으로 정의된다.

이에 방사부(130a)와 접지부(130b)의 폭(W2, W3)은 상기 칩 안테나의 폭 방향의 거리로 정의된다. 따라서, 방사부(130a)의 폭(W2)은 몸체부(120)의 제1 면에 접합되는 방사부(130a)의 접합면에서 상기 접합면의 반대면까지의 최단 거리를 의미하고, 접지부(130b)의 폭(W3)은 몸체부(120)의 제2 면에 접합되는 접지부(130b)의 접합면에서 상기 접합면의 반대면까지의 최단 거리를 의미한다.

방사부(130a)는 몸체부(120)의 6면 중 한 면에만 접촉하며 몸체부(120)에 결합된다. 마찬가지로, 접지부(130b)도 몸체부(120)의 6면 중 한 면에만 접촉하며 몸체부(120)에 결합된다. 방사부(130a)와 접지부(130b)는 몸체부(120)의 제1 면과 제2 면 외의 다른 면에는 배치되지 않으며, 몸체부(120)를 사이에 두고 서로 평행하게 배치된다.

저주파 대역에 이용되는 종래의 칩 안테나는 몸체부의 하부 면에 방사부와 접지부가 박막 형태로 배치된다. 이 경우, 방사부와 접지부 사이의 거리가 가까우므로 인덕턴스에 의한 손실이 발생하게 된다. 또한, 제조 과정에서 방사부(130a)와 접지부(130b) 사이의 거리를 정밀하게 제어하기 어려우므로, 정확한 커패시턴스를 예측할 수 없으며, 공진점의 조절이 곤란하여, 임피던스의 튜닝이 어려운 문제가 있다.

그러나, 본 발명에 따른 칩 안테나는 방사부(130a)와 접지부(130b)가 블록 형태로 형성되어 몸체부(120)의 제1 면과 제2 면에 각각 결합된다. 본 실시예에서 방사부(130a)와 접지부(130b)는 각각 육면체 형태로 형성되며, 육면체의 일면이 몸체부(120)의 제1 면과 제2 면에 각각 접합된다.

방사부(130a)와 접지부(130b)가 몸체부(120)의 제1 면과 제2 면에만 결합되는 경우, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 이격 거리는 몸체부(120)의 크기에 의해서만 규정되므로 상기 문제들을 모두 해소할 수 있다.

또한, 본 발명의 칩 안테나는 방사부(130a)와 접지부(130b) 사이의 유전체(예컨대, 몸체부)로 인하여 커패시턴스를 가지므로, 이를 이용하여 커플링 안테나를 설계하거나, 공진 주파수를 튜닝할 수 있다.

방사부(130a)와 접지부(130b)는 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 동일한 형상 및 동일한 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 방사부(130a)와 접지부(130b)는 기판(10)에 실장될 때 접합되는 패드의 종류에 따라 구분될 수 있다.

예컨대, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 기판(10)의 급전 패드(12c)에 접합되는 부분이 방사부(130a)로 기능하고, 기판(10)의 접지 패드(12b)에 접합되는 부분은 접지부(130b)로 기능할 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

방사부(130a)와 접지부(130b)는 제1 도체(131)와 제2 도체(132)를 포함한다. 제1 도체(131)는 몸체부(120)에 직접 접합되는 도체이며 블록 형태로 형성된다. 그리고 제2 도체(132)는 제1 도체(131)의 표면을 따라 막(layer)의 형태로 형성된다.

제1 도체(131)는 인쇄공정 또는 도금 공정을 통해 몸체부(120) 일면에 형성되며, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Ti, Mo, Ni, W 중에서 선택된 1종이거나 혹은 2종 이상의 합금으로 구성될 수 있다. 또한, 금속에 폴리머(polymer), 글라스(glass) 등의 유기물이 함유된 전도성 페이스트나 전도성 에폭시로 구성하는 것도 가능하다.

제2 도체(132)는 도금 공정을 통해 제1 도체(131)의 표면에 형성될 수 있다. 제2 도체(132)는 니켈(Ni) 층과 주석(Sn) 층을 차례로 적층하거나, 아연(Zn) 층과 주석(Sn) 층을 차례로 적층하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 두께(t2)는 몸체부(120)의 두께(t1)보다 두껍게 형성된다. 또한, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 길이(d2)도 몸체부(120)의 길이(d1)보다 크게 형성된다. 그러나, 제1 도체(131)는 몸체부(120)의 두께(t1) 및 길이(d1)와 동일한 두께 및 동일한 길이로 형성된다.

따라서, 방사부(130a)와 접지부(130b)는 제1 도체(131)의 표면에 형성된 제2 도체(132)에 의해 몸체부(120)의 두께보다 두껍고 몸체부(120)보다 길게 형성된다. 한편, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 몸체부(120)의 폭(W1)을 1mm로 구성하였을 때, 방사부의 폭(W2)이 100㎛ 미만이면 방사효율이 급격하게 저하되는 것으로 측정되었다.

따라서, 본 실시예에 따른 칩 안테나는 몸체부(120)의 폭(W1)과 방사부(130a)의 폭(W2)과 관련하여 다음의 식 1을 만족한다.

(식 1) W2/W1 ≥ 1/10

또한, 한편, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 폭(W2, W3)이 몸체부(120)의 폭(W1)보다 크게 형성되는 경우, 외부 충격이나 기판 실장 시 방사부(130a)나 접지부(130b)가 몸체부(120)로부터 박리될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 방사부(130a)나 접지부(130b)의 최대 폭(W2, W3)은 몸체부(120) 폭(W1)의 50% 이하로 규정된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 칩 안테나의 최대 길이는 2mm이므로, 방사부(130a)와 접지부(130b)를 동일한 폭으로 구성하는 경우 방사부(130a)나 접지부(130b)의 최대 폭은 500㎛으로 규정될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 방사부(130a)와 접지부(130b)의 폭이 서로 다른 경우, 상기 최대 폭은 변경될 수 있다.

본 실시예에 따른 칩 안테나는 3GHz 이상 30GHz 이하의 고주파 대역에서 사용할 수 있으며, 긴 변이 2mm 이하의 크기로 형성되어 박형의 휴대 기기에 용이하게 탑재될 수 있다.

또한, 방사부(130a)와 접지부(130b)가 각각 몸체부(120)의 한 면에만 접촉하므로 공진 주파수의 튜닝이 용이하며, 안테나 체적 조절을 통해 안테나 방사 효율 극대화할 수 있다. 일 예로, 몸체부(120)의 길이(d1) 및 방사부(130a)와 접지부(130b)의 길이(d2)를 변경하여, 칩 안테나(100)의 공진 주파수를 용이하게 조절할 수 있다.

다만, 하나의 공진 주파수를 가지는 칩 안테나(100)의 경우, 통과 대역이 극히 좁아, 설계된 무선 주파수 신호를 출력하지 못하는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 칩 안테나(100)의 방사부(130a)를 급전 비아 외에, 더미 비아와 연결함으로써, 칩 안테나(100) 자체에 의해 형성되는 공진 주파수 외에, 추가적인 공진 주파수를 형성하여, 통과 대역을 확대할 수 있다.

도 7은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ′를 따라 절개한 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도이다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 더미 패드(12d)는 급전 패드(12c)와 인접하게 배치되어, 칩 안테나(100)의 방사부(130a)와 접합될 수 있다. 따라서, 방사부(130a)의 하부면은 급전 패드(12c) 및 더미 패드(12d)와 범프를 통해 접합될 수 있다.

더미 패드(12d)는 방사부(130a)의 하부면의 길이 또는 면적 보다 작게 형성될 수 있다. 더미 패드(12d)의 길이 또는 면적은 칩 안테나(100)의 방사부(130a)의 하부면 길이 또는 면적의 절반 이하로 형성될 수 있다. 일 예로, 더미 패드(12d)는 급전 패드(12c)와 동일한 길이 및 면적을 가질 수 있다.

더미 패드(12d)는 기판(10)의 두께 방향을 따라 연장되는 더미 비아(18c)와 연결될 수 있다. 일 예로, 더미 비아(18c)는 기판(10)의 제1 면에서 제2 면까지 연장될 수 있고, 더미 비아(18c)는 제2 면에서 더미 배선층(16c)과 접속될 수 있다.

더미 비아(18c)는 급전 패드(12c)와 연결되는 급전 비아(18a)와 병렬로 배치될 수 있다. 급전 비아(18a)는 급전 배선층(16a)과 연결되어, 급전 신호를 급전 패드(12c)로 제공하는 반면, 더미 비아(18c)는 급전 배선층(16a)과 분리될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 더미 패드(12d)를 통하여, 방사부(130a)의 하부면과 더미 비아(18c)를 연결함으로써, 칩 안테나(100) 자체에 의해 형성되는 공진 주파수 외에, 추가적인 공진 주파수를 형성하여, 통과 대역을 확대할 수 있다.

구체적으로, 칩 안테나(100)는, 칩 안테나(100) 자체 경로에 의한 제1 공진 주파수 외에도, 급전 배선층 - 급전 비아 - 방사부 - 더미 비아를 통해 형성되는 경로에 의한 제2 공진 주파수를 형성할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ′를 따라 절개한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도이다.

도 8 내지 도 10의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도는 도 7의 실시예에 따른 칩 안테나 모듈의 단면도와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 비아(18a)는 급전 배선층(16a)을 관통하여, 기판(10)의 제2 면 방향으로 연장될 수 있다. 급전 비아(18a)의 연장 길이에 따라 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 급전 배선층(16a)을 관통하여, 기판(10)의 제2 면측으로 급전 비아(18a)를 더 연장함으로써, 공진 주파수를 용이하게 변경할 수 있다.

한편, 도 7 및 도 8에서, 더미 비아(18c)의 연장 길이가 고정되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 급전 비아(18a)의 연장 길이가 고정되고, 더미 비아(18c)의 연장 길이가 가변될 수 있고, 이와 달리, 급전 비아(18a) 및 더미 비아(18c)의 연장 길이가 모두 가변될 수 있다.

도 7 및 도 9을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 더미 패드(12d) 및 더미 비아(18c)는 방사부(130a)의 길이(d2) 내에서, 위치가 변경될 수 있다. 일 예로, 도 7을 참조하면, 더미 패드(12d) 및 더미 비아(18c)는 방사부(130a)의 길이 방향의 중심에 배치될 수 있고, 도 9을 참조하면, 더미 패드(12d) 및 더미 비아(18c)는 방사부(130a)의 길이 방향의 일 단부에 배치될 수 있다.

한편, 도 7 및 도 9에서, 급전 패드(12c) 및 급전 비아(18a)가 방사부(130a)의 길이 방향의 타 단부에 고정되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 더미 패드(12d) 및 더미 비아(18c)의 위치가 고정되고, 급전 패드(12c) 및 급전 비아(18a)의 위치가 변경될 수 있고, 이와 달리, 급전 패드(12c) 및 급전 비아(18a)의 위치와 더미 패드(12d) 및 더미 비아(18c)의 위치가 모두 변경될 수 있다.

급전 비아(18a)와 더미 비아(18c)의 이격 거리에 따라, 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 급전 비아(18a)와 더미 비아(18c)의 이격 거리를 조절함으로써, 공진 주파수를 용이하게 변경할 수 있다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 더미 비아(18c)와 접속되는 더미 배선층(16c)의 길이는 변경될 수 있다. 일 예로, 도 7을 참조하면, 더미 배선층(16c)의 길이는 더미 패드(12d)와 동일할 수 있고, 도 10을 참조하면, 더미 배선층(16c)의 길이는 방사부(130a)의 길이와 동일할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 더미 배선층(16c)의 길이는 더미 패드(12d)의 길이 보다 길고, 방사부(130a)의 길이 보다 짧을 수 있고, 이와 달리, 더미 배선층(16c)의 길이는 더미 패드(12d)의 길이 보다 짧거나, 방사부(130a)의 길이 보다 길도록 형성될 수 있다.

더미 배선층(16c)의 연장 길이에 따라, 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 더미 배선층(16c)의 연장 길이를 조절함으로써, 공진 주파수를 용이하게 변경할 수 있다.

도 11는 본 실시예의 안테나 모듈이 탑재된 휴대 단말기를 개락적으로 도시한 사시도이다.

도 11를 참조하면, 본 실시예의 안테나 모듈(1)은 휴대 단말기(200)의 모서리 부분에 배치된다. 이때, 안테나 모듈(1)은 칩 안테나(100)가 휴대 단말기(200)의 모서리와 인접하도록 배치된다.

본 실시예에서는 휴대 단말기의 네 모서리에 모두 안테나 모듈이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 휴대 단말기의 내부 공간이 부족한 경우, 휴대 단말기의 대각 방향으로 두 개의 안테나 모듈만 배치하는 등 안테나 모듈의 배치 구조는 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 급전 영역이 휴대 단말기의 테두리와 인접하게 배치되도록 휴대 단말기에 결합된다. 이에 안테나 모듈의 칩 안테나를 통해 방사되는 전파는 휴대 단말기의 외부를 향해 휴대 단말의 면 방향으로 방사된다. 그리고 안테나 모듈의 패치 안테나를 통해 방사되는 전파는 휴대 단말기의 두께 방향으로 방사된다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.

1: 칩 안테나 모듈
10: 기판
50: 전자 소자
90: 패치 안테나
100: 칩 안테나
120: 몸체부
130a: 방사부
130b: 접지부

Claims (16)

1. 급전 신호를 제공하는 급전 배선층과 연결되는 급전 비아 및 상기 급전 배선층과 분리되는 더미 비아를 포함하는 기판; 및
   유전체로 형성되는 몸체부, 상기 몸체부의 서로 다른 면에 각각 배치되고, 일 방향으로 연장되는 방사부, 및 접지부를 포함하고, 상기 몸체부, 상기 방사부, 및 접지부 각각이 상기 기판의 일면에 대향하도록 실장되는 칩 안테나; 를 포함하고,
   상기 칩 안테나의 방사부는 상기 급전 비아 및 상기 더미 비아와 연결되는 칩 안테나 모듈.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방사부는 상기 급전 비아 및 상기 더미 비아와 연결되어, 상기 칩 안테나는 두 개의 공진 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력하는 칩 안테나 모듈.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 급전 비아는 상기 급전 배선층을 관통하여, 상기 기판의 타면 방향으로 연장되는 칩 안테나 모듈.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 급전 비아의 연장 길이에 따라, 상기 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정되는 칩 안테나 모듈.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 급전 비아 및 상기 더미 비아는 상기 방사부의 연장 방향을 따라 이격되어 배치되어, 상기 방사부와 병렬로 접합되는 칩 안테나 모듈.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 급전 비아와 상기 더미 비아의 이격 거리에 따라, 상기 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정되는 칩 안테나 모듈.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 더미 비아는 상기 기판의 타면에 배치되고, 상기 타면을 따라 연장되는 더미 배선층과 접합되는 칩 안테나 모듈.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 더미 배선층의 연장 길이에 따라, 상기 칩 안테나에서 출력되는 무선 주파수 신호의 두 개의 공진 주파수가 결정되는 칩 안테나 모듈.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 급전 비아 및 상기 더미 비아는 상기 기판의 일면에 마련되어, 상기 방사부와 접합되는 급전 패드 및 더미 패드 각각을 통하여, 상기 방사부와 연결되는 칩 안테나 모듈.
   
10. 기판; 및
    유전체로 형성되는 몸체부, 상기 몸체부의 서로 다른 면에 각각 배치되고, 일 방향으로 연장되는 방사부, 및 접지부를 포함하고, 상기 몸체부, 상기 방사부, 및 접지부 각각이 상기 기판의 일면에 대향하도록 실장되는 칩 안테나; 를 포함하고,
    상기 칩 안테나는 상기 기판에 실장되고, 상기 칩 안테나의 상기 방사부는 상기 기판에 포함된 급전 비아 및 더미 비아에 연결되고,
    상기 칩 안테나는 두 개의 공진 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력하는 칩 안테나 모듈.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 급전 신호를 제공하는 급전 배선층을 더 포함하고,
    상기 급전 비아는 상기 급전 배선층과 연결되고, 상기 더미 비아는 상기 급전 배선층과 분리되는 칩 안테나 모듈.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 급전 비아 및 상기 더미 비아는 상기 방사부와 연결되어, 상기 칩 안테나에서 출력되는 상기 무선 주파수 신호의 상기 두 개의 공진 주파수를 형성하는 칩 안테나 모듈.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 급전 비아는 상기 급전 배선층을 관통하여, 상기 기판의 타면 방향으로 연장되는 칩 안테나 모듈.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 급전 비아 및 상기 더미 비아는 상기 방사부의 연장 방향을 따라 이격되어 배치되어, 상기 방사부와 병렬로 접합되는 칩 안테나 모듈.
    
15. 제11항에 있어서,
    상기 더미 비아는 상기 기판의 타면에 마련되고, 상기 타면을 따라 연장되는 더미 배선층과 접합되는 칩 안테나 모듈.
    
16. 제11항에 있어서,
    상기 급전 비아 및 상기 더미 비아는 상기 기판의 일면에 마련되어, 상기 방사부와 접합되는 급전 패드 및 더미 패드 각각을 통하여, 상기 방사부와 연결되는 칩 안테나 모듈.

Images