KR20080017655A - 안테나 모듈, 기판 및 안테나 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 안테나 모듈은 패키지 하우징 저면으로 삽입돌기 및 단턱부가 형성된 안테나 소자; 및 상기 안테나 소자의 삽입 돌기가 삽입되고 상기 단턱부에 의하여 지지되는 홈부가 형성된 기판을 포함하며, 상기 안테나 소자는 솔더 패드를 구비하고, 상기 삽입 돌기 및 상기 단턱부 중 하나 이상의 구조물이 상기 솔더 패드에 형성된다. 또한, 상기 안테나 소자는 상기 삽입 돌기가 상기 기판을 관통하여 저면으로 노출됨으로써 기판 저면측으로 전파를 방사한다.

본 발명에 의하면, 칩안테나 소자의 일부가 기판의 홈부 내부에 위치됨으로써 기판의 두께만큼 전체 실장 높이를 감소시킬 수 있으며, 따라서 이동통신단말기 제품을 보다 슬림화할 수 있고 하우징 디자인을 보다 자유스럽게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 칩안테나 소자의 두께는 그대로 유지되므로 방사 특성이 저해되지 않으며, 방사 패턴이 기판의 상하측으로 형성되므로 송수신 기능이 향상되는 효과가 있다.

Description

안테나 모듈, 기판 및 안테나 소자{Antenna module, printed circuit board and andtenna device}

도 1은 종래의 칩형태의 안테나 소자가 기판에 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 2는 종래의 칩형태의 안테나 소자가 기판에 실장되는 형태를 확대하여 도시한 측단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈이 결합되기 전의 형태를 예시적으로 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈이 결합된 후의 형태를 예시적으로 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈이 결합된 후의 형태를 예시적으로 도시한 측단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈이 실장된 기판의 제작 공정을 도시한 흐름도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 안테나 모듈 110: 칩안테나 소자

112: 안테나 본체 114: 솔더 패드

116: 삽입 돌기 118: 솔더 부재

120: 단턱부 130: 홈부

140: 기판

본 발명은 기판 및 안테나 소자가 결합된 안테나 모듈에 관한 것이다.

최근 모바일 기기의 크기와 두께가 점점 슬림화됨에 따라 모바일 기기 속에 실장 되는 부품 역시 작은 사이즈와 얇은 두께가 요구되고, 친환경 정책에 따라 납 사용이 규제됨으로써, 여러 부품 업체에서는 모듈(Module)에 사용되는 소자뿐 아니라 상기 소자를 만드는 기본이 되는 PCB 기판의 두께를 최소화하고, Pb Free 공법 등과 같은 기술을 이용하여 모듈을 제작하고 있다.

도 1은 종래의 칩형태의 안테나 소자(10)가 기판(50)에 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도이고, 도 2는 종래의 칩형태의 안테나 소자(10)가 기판(50)에 실장되는 형태를 확대하여 도시한 측단면도이다.

도 1에 도시된 기판(50)은 핸드폰과 같은 이동통신단말기에 탑재된 프론트앤드모듈로서, 좌측 끝단에 안테나 소자(10)가 실장되고, 안테나 소자(10)와 연결되는 송수신분리칩(20), Rx처리칩(30) 및 Tx처리칩(40)이 차례대로 실장된다.

상기 안테나 소자(10)는 칩형태의 안테나 소자(이하, "칩안테나 소자"라 한다)이며, 이동통신단말기 제품의 소형화 및 슬림화 추세에 따라 칩안테나 소자 역 시 두께가 최소화되고 있다.

그러나, 상기 칩안테나 소자(10)는 적정 수준 이상의 방사 특성을 유지하기 위하여 그 두께를 줄이는데 한계를 가지며, 도 2에 도시된 것처럼, 기판(50) 위에 장착된 후 솔더 패드(11) 부위가 솔더링 본딩(12)됨으로써 다른 칩들과 전기적으로 연결되는데, 칩안테나 소자(10)는 다른 칩에 비하여 상대적으로 두꺼우며 보통 기판(50)의 끝단에 위치되므로 이동통신단말기의 하우징 모서리측에 위치되는 경우가 대부분이다.

따라서, 칩안테나 소자(10)의 두께로 인하여 이동통신단말기의 슬림화에 제약이 생길 뿐만 아니라 하우징 디자인의 자유도가 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 도 2에 도시된 것처럼, 칩안테나 소자(10)의 아래쪽으로는 기판(50)에 의하여 전파가 방사되지 못하고 차단되므로 방사 패턴이 한쪽으로 일그러진 형태로 측정되며 송수신 감도가 저하되는 결과를 초래한다.

본 발명은 원래의 두께를 유지하여 방사 특성을 저해하지 않으면서도 칩안테나 소자의 구조 및 기판의 구조를 개선함으로써 전체 실장 높이를 감소시킬 수 있는 안테나 모듈을 제공한다.

본 발명에 의한 안테나 모듈은 패키지 하우징 저면으로 삽입돌기 및 단턱부가 형성된 안테나 소자; 및 상기 안테나 소자의 삽입 돌기가 삽입되고 상기 단턱부에 의하여 지지되는 홈부가 형성된 기판을 포함한다.

본 발명에 의한 기판은 안테나 소자가 실장되는 영역에 홈부가 형성되고, RF단 및 베이스밴드단 중 하나 이상의 신호처리단을 구성하는 회로 소자가 실장되어 프론트앤드모듈을 구성한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈, 기판 및 안테나 소자에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명의 실시예에 따른 기판 및 안테나 소자는 상호 결합되어 안테나 모듈을 이루는 것으로서, 안테나 모듈을 예로 들어 함께 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)이 결합되기 전의 형태를 예시적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)이 결합된 후의 형태를 예시적으로 도시한 사시도이다.

또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)이 결합된 후의 형태를 예시적으로 도시한 측단면도이다.

도 3을 참조하면, 기판(140)에 칩안테나 소자(110)가 실장되는 형태가 도시되어 있는데, 일반적으로 칩안테나 소자(110)는 고도전율의 리드프레임 구리 재료를 이용한 안테나 방사회로가 집적되어 있고, 상기 방사회로의 방사 도체는 유전체 수지로 몰딩되는 구조를 가진다.

상기 안테나 방사회로는 가령 프레스 펀칭 방식으로 가공된 미세한 방사도체로 이루어지고, 리드프레임을 성형 금형에 인서트한 후 사출 성형에 의하여 유전체 열가소성 수지에 의하여 피복된다.

그리고, 기판(140)과 솔더부재(118)를 통하여 본딩되기 위하여 양단에 솔더 패드(114)가 형성된다.

도 3 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 상기 칩안테나 소자(110)는 솔더 패드(114)의 일부가 식각되어 단턱부(120)가 형성되고, 식각되지 않은 나머지 솔더패드(114) 부위 및 본체부(112)는 삽입돌기(116)의 역할을 하게 된다.

본 발명의 실시예에서는, 칩안테나 소자(110)의 상호 대향하는 면이 일자형으로 식각된 것으로 하였으나, 방사 특성을 저해하지 한도에서 다른 둘레면, 가령 다른 수지면이 일부 절삭되어 단턱부(120) 및 삽입돌기(116)가 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 기판(140)은 에폭시 수지, 테프론 수지, BT레인지, 페놀 수지, 콤포지트 부재, 세라믹, 금속 등 다양한 재질을 통하여 이루어질 수 있는데, 이하 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 다층 구조의 LTCC(Low temperature co-fired ceramic; 저온 소성 세라믹) 기판층이 사용되는 것으로 한다.

상기 기판(140)은, 칩안테나 소자(110)가 실장되는 영역이 제거되어 홈부(130)가 형성되며, 상기 홈부(130)에 칩안테나 소자(110)의 삽입돌기(116)가 관통되는데, 이때 단턱부(120)가 기판(140)면에 걸쳐져 고정되며 솔더 부재(118)를 통하여 상면측으로 솔더링 본딩된다.

즉, 상기 기판(140)의 홈부(130)는 삽입돌기(116)의 영역만큼 제거되는 것이 바람직하며, 밀링 가공, 프레스 가공, 레이저 가공, 펀칭 가공과 같은 절삭 공정을 통하여 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 기판(140)의 홈부(130)에 관통된 칩안테나 소자(110)의 삽 입돌기(116)의 높이, 즉 절삭된 단턱부(120)의 높이는 기판(140)의 두께와 동일하여, 삽입돌기(116)가 홈부(130)에 관통된 경우 삽입돌기(116)가 홈부(130)의 저면측으로 돌출되지 않고 편평한 면을 이루게 된다.

따라서, 칩안테나 소자(110)가 기판(140)에 실장되더라도 기판(140) 두께 만큼 전체 실장 높이가 감소되는데, 일반적으로 칩안테나 소자(110)는 약 2mm 정도의 두께이고, 기판(140)은 약 0.8mm 정도의 두께이므로, 종래의 약 2.8mm의 전체 실장 높이는 본 발명에 의하면, 약 2mm의 높이로 감소될 수 있다.

또한, 상기 칩안테나 소자(110)의 저면측이 기판(140)의 홈부를 관통하여 아래쪽으로 노출되므로 종래와는 달리 상하 방향 모두로 방사 패턴이 형성될 수 있으며, 송수신 감도가 향상되는 효과가 생긴다.

이하에서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)이 실장된 기판(140)의 제작 공정에 대하여 설명한다.

도 6에 의하면, 처음으로, 다층 구조의 기판(140)을 형성하고, 기판(140)의 각층에 다양한 능동소자 및 분포소자를 형성하는데, LTCC 기판은 800∼1000℃ 정도의 온도에서 세라믹과 금속의 동시 소성 방법을 이용하여 제작된다.

이때, 녹는점이 낮은 글라스와 세라믹이 혼합되어 적당한 유전율을 갖는 그린 쉬트(Green sheet)를 형성시키고 그 위에 은이나 동을 주원료로 한 도전성 페이스트를 인쇄하여 적층한 후 기판(140)을 형성하게 된다.

상기 기판(140)은 커패시터(Capacitor), 저항(Resistor), 인덕터(Inductor) 등의 수동소자들이 기판(140) 내부에 형성됨으로써 고집적화, 경박단소화가 가능하 다.

상기 그린 쉬트가 건조되면(S100), 펀칭 및 에칭 가공을 통하여 비아홀이 형성되며, 비아홀 내부면과의 결착력을 좋게 하고 그린 쉬트에 형성된 패턴과의 전기적 연결을 위하여 비아홀에 도체 인쇄가 수행된다(S105).

이후, 각 그린 쉬트 상에 그라운드 패턴, 본딩 패턴, 선로 패턴 등의 패턴 등이 형성되고, 각 그린 쉬트들이 적층되어 다층구조 기판(140)이 완성된다(S110).

이때, 기판(140)의 저면으로 소정 영역의 그라운드 패턴이 형성되는데, 그라운드 패턴은 표면에 실장될 칩소자의 다이 영역에 대응되도록 형성된다.

이와 같이 하여, 기판이 제작되면, 기판(140)은 지그 상에 장착되고(S115), 기판(140)의 안테나 실장 영역에 홈부(130)가 가공된다.

또한, 이와 동일한 공정 상에서 칩안테나 소자(110)의 솔더 패드(114) 영역이 절삭 가공되어 단턱부(120) 및 삽입 돌기(116)가 형성된다.

상기 기판(140)의 홈부(130) 및 칩안테나 소자(110)의 삽입돌기(116)가 형성되면, 칩안테나 소자(110)가 위치될 홈부(130)의 주위로 솔더부재(크림 솔더 혹은 솔더 페이스트라고도 불림)(118)가 인쇄되는데, 솔더 부재(118)의 인쇄 공정은, 기판(140) 위로 메탈 마스크(납땜 영역에 대응하여 홈이 형성됨)를 위치시키고 메탈 마스트 상에 도포된 솔더부재(118)를 스퀴징함으로써 이루어진다(S120).

상기 인쇄 공정에서, 솔더부재(118)의 스퀴징량에 따라 인쇄 품질이 영향받는데, 인쇄 공정에서 사용되는 솔더부재(118)는 페이스트 형태로서 납분말(Solder Powder)과 플럭스(Flux)를 반죽하여 인쇄가 잘 되도록 점도가 조절된 부재이다.

여기서, Pb Free 공법이 사용되는 경우, 납 대신 주석(Sn), 주석-구리(Sn-Cu) 합금, 주석-은(Sn-Ag) 합금, 주석-은-구리(Sn-Ag-Cu) 합금 등의 부재가 이용될 수 있다.

솔더부재(118)가 인쇄되면 부품장착기를 이용하여 칩안테나 소자(110)가 홈부(130) 상에 삽입되고, 리플로우 공정을 진행한다(S125).

리플로우 공정은 인쇄된 솔더부재(118)에 열을 가하여 솔더부재(118)가 녹으면서 칩안테나 소자(110)의 솔더 패드(114) 부위가 본딩 영역에 고정되도록 하는 공정이다.

이어서, 클리닝 공정을 시행하여 솔더볼과 같은 칩안테나 소자(110) 주변의 납땜 찌거기들을 제거하고, 와이어 본딩 공정을 처리한다(S130).

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 안테나 모듈에 의하면, 칩안테나 소자의 일부가 기판의 홈부 내부에 위치됨으로써 기판의 두께만큼 전체 실장 높이를 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 따라서 이동통신단말기 제품을 보다 슬림화할 수 있고 하우징 디자인을 보다 자유스럽게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전체 실장 두께를 감소시킴에 있어서, 칩안테나 소자의 두께는 그대로 유지되므로 방사 특성이 저해되지 않으며, 칩안테나 소자의 방사 패턴이 기판의 상하측으로 형성되므로 송수신 기능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 패키지 하우징 저면으로 삽입돌기 및 단턱부가 형성된 안테나 소자; 및

   상기 안테나 소자의 삽입 돌기가 삽입되고 상기 단턱부에 의하여 지지되는 홈부가 형성된 기판을 포함하는 안테나 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 소자는

   솔더 패드를 구비하고,

   상기 삽입 돌기 및 상기 단턱부 중 하나 이상의 구조물이 상기 솔더 패드에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 소자는

   상기 삽입 돌기가 상기 기판을 관통하여 저면으로 노출됨으로써 기판 저면측으로 전파를 방사하는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 소자는

   둘레면이 식각되어 상기 삽입 돌기 및 상기 단턱부가 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
5. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 소자는

   상기 기판의 홈부에 관통된 경우 상기 기판의 저면과 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
6. 안테나 소자가 실장되는 영역에 홈부가 형성되고, RF단 및 베이스밴드단 중 하나 이상의 신호처리단을 구성하는 회로 소자가 실장되어 프론트앤드모듈을 구성하는 기판.

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