KR20150108147A - 밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리 - Google Patents

밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리 Download PDF

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KR20150108147A
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Abstract

본 발명은 안테나와 송수신 칩 및 디지털 신호처리 칩을 하나의 패키지로 소형화, 집적화, 경량화하기 위해 단일 기판 위에 안테나와 레이더 온 칩으로 패키징하는 밀리미터파용 레이더 온 패키지에 관한 것으로, 밀리미터파용 레이더 온 패키지는, 다층 기판; 상기 다층 기판의 일면에 배치되는 RFIC 송신 모듈과 RFIC 수신 모듈로 구성되는 RFIC 칩; 및 상기 다층 기판의 타면에 형성되어 안테나 송신부와 안테나 수신부를 구성하며, 유전체 공진기 안테나의 노출 영역인 다수의 멀티 어레이 안테나를 포함한다.

Description

밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리{Radar on a package for millimeter wave and radar assembly using the same}
본 발명은 밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리에 관한 것으로, 상세하게는 안테나와 송수신 칩 및 디지털 신호처리 칩을 하나의 패키지로 소형화, 집적화, 경량화하기 위해 단일 기판 위에 안테나와 레이더 온 칩으로 패키징하는 밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리에 관한 것이다.
밀리미터파 대역의 주파수는 마이크로파 대역의 주파수에 비해서 직진성이 우수하고 광대역 특성이 있기 때문에 레이더나 통신 서비스에 응용되어 주목받고 있다. 특히 밀리미터파 대역은 파장이 작기 때문에 안테나 크기의 소형화가 용이하므로 시스템의 크기를 지속적으로 획기적으로 줄일 수 있다.
이러한 밀리미터파 대역을 이용한 서비스로 60GHz 대역을 이용한 광대역 통신과 77GHz 대역의 자동차용 레이더는 이미 상용화가 상당이 진행되어 제품의 출시가 이루어지고 있다.
최근 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기술이 밀리미터 대역에까지 동작이 가능해짐에 따라, 60GHz 대역의 밀리미터 대역에서 동작하는 CMOS 칩들의 출현이 시작되고 있다. 또한, 동작주파수가 더욱더 높아지며 파장이 짧아짐에 따라 안테나 크기도 점차 줄어 궁극적으로 안테나가 칩에 집적화되는 시대가 곧 도래할 것으로 예상된다.
이러한 밀리미터파 대역의 시스템을 구성하는 방법으로 제품의 소형화와 비용절감을 위하여 SiP(System in Packaging)의 형태로 시스템을 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 SiP 방법의 하나로 단일 기판 위에 밀리미터 대역의 안테나와 레이더 온 칩(Radar on a Chip)으로 패키징하는 밀리미터용 레이더 온 패키지(Radar on a Package: RoP) 방법이 있는데, 여기에는 안테나를 삽입하여 제작이 가능한 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)나 LCP(Liquid Crystal Polymer) 기술이 가장 적합한 기술 중의 하나로 고려되고 있다.
이와 같은 LTCC나 LCP 기술은 기본적으로 다층 기판을 이용하는 기술로 기판의 내부에 커패시터, 인덕터, 필터 등의 수동부품을 내장시켜 모듈의 소형화와 저가격화를 이룰 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이러한 다층기판의 장점으로는 캐비티(Cavity)를 자유롭게 형성할 수 있기 때문에 모듈구성의 자유도가 증가한다는 점을 들 수 있다.
이러한 LTCC를 이용한 RoP 시스템의 구성에서 안테나의 구현이 시스템의 성능을 좌우하는 핵심 구성요소로 생각되고 있다. 일반적으로 밀리미터파 주파수 대역, 특히 60GHz 이상의 초고주파 대역에서 동작하는 안테나를 제작하는 경우, 유전체 기판의 표면을 타고 흐르는 표면파의 형태로 신호의 누설이 발생한다. 이러한 신호의 누설은 기판의 두께가 증가할수록 커지고 또한 기판의 유전율이 높을수록 커진다. 이러한 신호의 누설은 안테나의 방사 효율을 떨어뜨려서 안테나 이득을 감소시킨다.
현재 제품화되고 있는 밀리미터파 대역의 모듈은 소형화와 비용절감을 위해서 LTCC 기술을 이용하여 SiP의 형태로 제작되고 있다. 그러나 상기에서 서술한 바와 같이 LTCC와 같은 세라믹 기판은 유기기판에 비해서 유전율이 높기 때문에 안테나로 구현하는 경우 안테나의 방사 효율과 이득이 감소하여 원하는 안테나 이득을 얻기 위해서는 보다 요구되는 어레이 개수가 급격히 증가하게 된다.
따라서, 기존의 제품은 안테나 부분만을 유전율이 작은 유기기판으로 제작하여 이를 LTCC 모듈과 결합하여 하이브리드 형태로 사용한다. 이러한 구조로 인하여 LTCC 단일 기판 위에 안테나를 포함하는 전체 RoP 모듈의 형태로 제작되는 것에 비해 모듈의 크기와 제작 비용이 증가한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 안테나와 송수신 칩 및 디지털 신호처리 칩을 하나의 패키지로 소형화, 집적화, 경량화하기 위해 단일 기판 위에 안테나와 레이더 온 칩으로 패키징하는 밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예는 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지는, 다층 기판; 상기 다층 기판의 일면에 배치되는 RFIC 송신 모듈과 RFIC 수신 모듈로 구성되는 RFIC 칩; 및 상기 다층 기판의 타면에 형성되어 안테나 송신부와 안테나 수신부를 구성하며, 유전체 공진기 안테나의 노출 영역인 다수의 멀티 어레이 안테나를 포함한다.
이때, 상기 다층 기판의 일부의 층은 상기 유전체 공진기 안테나를 포함하는 안테나 층을 형성하고, 상기 다층 기판의 나머지 일부의 층은 급전을 위한 전송선로가 위치하는 급전 회로층을 형성한다.
한편, 상기 다층 기판은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 또는 LCP(Liquid Crystal Polymer)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 다층 기판의 타면의 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 이외의 영역에는 표면 금속층이 형성되고, 상기 표면 금속층은 상기 안테나 층과 상기 급전 회로층 사이에 위치하는 내부 그라운드 면과 다수의 제2 비아를 통해 연결될 수 있다.
한편, 상기 내부 그라운드 면에는 안테나에 신호를 입력하기 위한 커플링 개구부가 마련될 수 있다.
이때, 상기 커플링 개구부는 상기 유전체 공진기 안테나의 하부 및 상기 급전 회로층의 상부에 위치하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 유전체 공진기 안테나는 상기 다수의 제2 비아에 의해 둘러싸이도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 전송선로는 상기 RFIC 칩과 제1 비아를 통해 연결되어, 상기 전송선로를 통해 입력되는 RF 신호가 상기 RFIC 칩으로 전달되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 다층 기판의 타면에는 금속 패드가 마련되고, 상기 RFIC 칩의 접속 단자가 솔더 볼에 의해 상기 금속 패드에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 구비하는 레이더 어셈블리는, 상기 다층 기판의 일면에 RFIC 송신 모듈 및 RFIC 수신 모듈로 구성되는 RFIC 칩이 배치되고, 상기 다층 기판의 타면에 안테나 송신부와 안테나 수신부를 구성하며, 유전체공진기 안테나의 노출 영역인 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 밀리미터파용 레이더 온 패키지; 및 상기 밀리미터파용 레이더 온 패키지가 내부에 결합하는 인쇄회로기판을 포함한다.
이때, 상기 인쇄회로기판에 형성되는 금속 배선 패드가 상기 다층 기판의 상기 타면에 형성되는 금속 패드와 와이어로 연결되어 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 다층 기판의 상기 타면에 형성되는 금속 패드에 솔더 볼이 형성되고, 상기 인쇄회로기판에 금속 배선 패드 및 상기 솔더 볼과 상기 금속 배선 패드를 연결하는 비아가 형성되어 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되도록 구성될 수 있다.
이에 더하여, 상기 RFIC 칩이 배치되는 상기 다층 기판의 일면과 대향하는 상기 인쇄회로기판의 일면에 방열판이 마련될 수 있다.
한편, 상기 다층 기판의 일부의 층은 상기 유전체공진기 안테나를 포함하는 안테나 층을 형성하고, 상기 다층 기판의 나머지 일부의 층은 급전을 위한 전송선로가 위치하는 급전 회로층을 형성하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전송선로는 상기 RFIC 칩과 제 1 비아를 통해 연결되어, 상기 전송선로를 통해 입력되는 RF 신호가 상기 RFIC 칩으로 전달될 수 있다.
이때, 상기 다층 기판의 타면의 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 이외의 영역에는 표면 금속층이 형성되고, 상기 표면 금속층은 상기 안테나 층과 상기 급전 회로층 사이에 위치하는 내부 그라운드 면과 다수의 제2 비아를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 내부 그라운드 면에는 안테나에 신호를 입력하기 위한 커플링 개구부가 마련될 수 있다.
한편, 상기 커플링 개구부는 상기 유전체 공진기 안테나의 하부 및 상기 급전 회로층의 상부에 위치할 수 있다.
이때, 상기 유전체 공진기 안테나는 상기 다수의 제2 비아에 의해 둘러싸이도록 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 다층구조를 가지는 세라믹 기판 위에 표면파의 진행을 억제하는 고 이득 안테나 구조와 송수신 RFIC 칩 및 디지털 신호처리 칩을 함께 레이더 온 패키지 함으로써, 소형화, 집적화, 고 신뢰성의 밀리미터파 용 레이더 온 패키지 제공이 가능하다.
특히, 안테나와 송수신 칩 사이에서 밀리미터파의 급전 길이를 짧게 할 수 있어 밀리미터 대역의 레이더 시스템에서의 가장 큰 문제인 안테나와 칩과의 연결시 발생되는 신호 감쇄를 최소화할 수 있다.
또한, 안테나와 RF IC 및 디지털 신호처리 칩의 본딩에 있어서도 범핑(Bumping 공정에 의한 플립 칩(Flip-Chip) 본딩을 적용함으로써 기생 캐패시턴스에 의한 영향이 적어 기존의 와이어 본딩에 비해 RF 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
밀리미터파용 레이더 온 패키지에서는 RF IC 및 디지털 신호처리 칩 성능을 높이기 위하여 나노 공정기술을 적용하여 제작하고, 안테나의 경우 마이크로미터 수준의 제작 기술로 다층기판에 적층할 수 있어 소형화, 집적화가 가능하므로 대량 생산시 모듈의 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 구조의 일면을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 구조의 타면을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A´선을 따라 절취한 사시도이다.
도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ″선을 따라 절취한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 밀리미터파용 레이더 온 패키지가 16×1 array의 77GHz에서의 반사특성(안테나 이득)에 대한 HFSS 모의실험 결과 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 인쇄회로기판에 결합한 다양한 실시 예를 도시한 상태도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 구조의 일면을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 구조의 타면을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A´선을 따라 절취한 사시도이고, 도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선을 따라 절취한 단면도이고, 도 5는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ″선을 따라 절취한 단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지는 다층 기판(10)에 안테나 및 송수신 모듈이 형성되는 구조로 이루어진다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 다층 기판(10)의 일면에는 다수의 멀티 어레이 안테나(20), 상기 다수의 멀티 어레이 안테나(20)와 소정의 간격으로 배열되는 유전체공진기 안테나 개구부(23) 및 상기 다수의 멀티 어레이 안테나(20)와 상기 유전체공진기 안테나 개구부(23) 이외의 영역에 형성되는 표면 금속층(39)이 배치된다.
상기 다층 기판(10)은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 또는 LCP(Liquid Crystal Polymer)로 형성될 수 있다.
이때, 상기 다수의 멀티 어레이 안테나(20) 중 일부의 멀티 어레이 안테나는 안테나 수신부(21)를 구성하고, 상기 다수의 멀티 어레이 안테나(20) 중 일부의 멀티 어레이 안테나는 안테나 송신부(22)를 구성한다.
한편, 도 1의 밀리미터파용 레이더 온 패키지는 77GHz 주파수 대역의 차량용 멀티 레이더에 사용될 수 있도록, 안테나 수신부(21)는 4ch Rx 칩(Receiver Chip)을 2개 병렬 연결하기 위한 16×1 어레이 안테나 8개로 구성되고, 안테나 송신부(22)는 Tx 칩(Transmitter Chip)을 위해 16×1 어레이 안테나 2개로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 도 1의 밀리미터파용 레이더 온 패키지는 77GHz 주파수 대역에서 장거리 레이더(LRR : Long Range Radar)와 근거리 레이더(SRR : Short Range Radar )에 동시에 적용 가능하며, 이때, 안테나의 FoV 값은 ±45°를 가지도록 설정될 수 있다.
다층 기판(10)의 타면에는 안테나 급전선로(24), RF 신호 입출력부(25), 금속 배선(26, 27), RFIC 수신 모듈(28), RFIC 송신 모듈(29)이 배치된다.
이때, 상기 금속 배선(26, 27)은 상기 RFIC 수신 모듈(28) 및 상기 RFIC 송신 모듈(29)로 구동 전원을 인가하기 위하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 안테나 부는 다층 기판(10)에 형성되는 유전체 공진기 안테나(40)를 포함하는 안테나 층(31)과 급전을 위한 전송선로(35)가 위치하는 급전 회로층(32)으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 안테나 층(31)과 상기 급전 회로층(32)은 상기 다층 기판(10)의 내부에 형성된다.
예를 들어, 상기 다층 기판(10)은 유전율이 5.8이고, tanδ가 0.0035인 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 재질일 수 있으며, 6개의 층으로 이루어지고, 상부 4개의 층이 안테나 층(31)을 구성하고, 하부 2개의 층이 급전 회로층(32)을 구성할 수 있다.
이때, 상기 다층 기판(10)의 타면에 배치된 안테나 급전선로(24)는 제 4도에서 일부 나타나 있는 제 1 비아(34)를 통해 전송선로(35)에 급전된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나는 유전체 공진기 안테나(40) , 복수의 제 1 비아(34), 내부 그라운드 면(37), 커플링 개구부(36), 전송선로(35), 복수의 제 2 비아(38) 및 하부 그라운드 면(33)을 포함한다.
상기 표면 금속층(39)은 전극을 이용하여 유전체 공진기 안테나(40) 가 형성되어 있는 영역을 제외한 다층 기판(10)의 일면에 형성된다.
상기 유전체 공진기 안테나(40) 는 4개의 층으로 이루어지고, 예를 들면, 0.5mm의 두께를 갖는다.
상기 유전체 공진기 안테나(40) 는 복수의 제 2 비아(38)로 둘러싸여 있고, 상기 복수의 제 2 비아(38)가 금속벽(Metal Wall)의 역할을 하여 신호의 누설을 방지한다. 여기서, 상기 유전체 공진기 안테나(40) 는 안테나 적용 영역인 77GHz 주파수 대역에서 공진하도록 설계되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 유전체 공진기 안테나(40) 의 외부로 노출되는 부분이 도 1의 멀티 어레이 안테나(20)로 정의되는 것이며, 유전체 공진기 안테나(40)로부터 방사 신호(41)가 방출된다.
한편, 상기 내부 그라운드 면(37)은 은 전극을 이용하여 상기 유전체 공진기 안테나(40) 의 밑면에 형성되고, 상기 내부 그라운드 면(37) 내부에 커플링 개구부(36)가 위치한다. 또한, 상기 표면 금속층(39)과 상기 내부 그라운드 면(37)은 복수의 제 2 비아(38)를 통하여 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 커플링 개구부(36)는 상기 유전체 공진기 안테나(40) 의 하부 및 상기 급전 회로층(32)의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 유전체 공진기 안테나(40) 하부의 2개 층 즉, 급전 회로층(32)에는 신호의 급전을 위한 전송선로(35)가 배치된다.
이때 상기 유전체공진기 안테나(40), 전송선로(35) 및 커플링 개구부(36)의 크기 및 간격을 조절함으로써 안테나의 대역폭을 용이하게 확장할 수 있으며 안테나의 특성을 좋게 하는 것이 바람직하다.
상기 다층 기판(10) 내부의 안테나 전송선로(35)를 통하여 전달되는 RF 신호는 다수의 제 1 비아(34)를 통하여 RFIC 수신 모듈 및 RFIC 송신 모듈(28, 29)로 전달된다.
이하에서는 상기 RFIC 수신 모듈(28) 및 상기 RFIC 송신 모듈(29)을 통칭하여 ‘RFIC 칩(45)’라 한다.
상기 다층 기판(10)의 타면에는 금속 패드(42)가 은 전극을 이용하여 형성되고, RFIC 칩에 형성되어 있는 접속 단자(44)에 범핑 공정(Bumping Process)을 사용하여 솔더 볼(Solder Ball)(43)을 형성하여, 금속 패드(42)에 RFIC 칩을 플립 칩(Flip Chip) 본딩한다.
상기 접속 단자(44)는 RFIC 수신 모듈(28) 및 RFIC 송신 모듈(29)의 I/O 패드를 최소화하고 적절하게 재배열하여 모듈들(28, 29)과 다층 기판(10)과의 접합을 용이하게 하기 위한 다층 금속 배선으로 그 위에 일정 간격으로 솔더 볼(43)을 형성한다.
상기 접속 단자(44)는 Ti/Cu/Ni 등 다층 금속층으로 제작하여 솔더 볼(43)과의 접촉 특성을 좋게 하는 것이 바람직하다.
상기 솔더 볼(43)은 범핑 공정(Bumping Process)을 이용한 플립 칩(Flip Chip) 본딩을 하기 위해 Sn/Pb 복합 물질의 금속 또는 금(Gold)으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, gold stud bump 형태로 금을 솔더 볼 형태로 형성하여 상기 솔더 볼(43)을 형성할 수 있다.
한편, 다층 기판(10)의 금속 패드(42) 위에 솔더 볼(43)을 형성하여, RFIC 칩과 패턴 정렬한 후, 대략 200 ~ 350℃ 및 소정의 압력(3~4kg의 하중) 하에 1~2분 정도 가하여 플립 칩 본딩한다.
다층 기판(10) 내에 형성되는 전속 네트워크 층(32)에는 신호의 급전을 위한 전송 선로(35)가 위치하고 있으며, 안테나 층(31)과 전송 선로(35) 사이의 내부 그라운드 면(37)에는 안테나에 신호를 입력하기 위한 커플링 개구부(36)가 존재한다.
도 6은 본 발명의 밀리미터파용 레이더 온 패키지가 16×1 array의 77GHz에서의 반사특성(안테나 이득)에 대한 HFSS(High Frequency Structural Simulator) 모의실험 결과 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 77GHz 주파수 대역에서, LRR(Long Range Radar: 장거리 레이더)와 SRR(Short Range Radar: 근거리 레이더)의 HFSS 모의실험 결과 상의 안테나 이득은 16×1 어레이 구조하에서 약 15dB이다. 이때, 커플링 개구부(36)와 전송선로(35)의 길이, 안테나 폭 및 간격(a)은 유전체공진기 안테나(40)와 커플링이 원활히 이루어질 수 있도록 설계된다.
특히, 상기 유전체 공진기 안테나(40)와 전송선로(35) 사이의 개구(Aperture)를 통한 커플 링 개구부(36)의 크기 및 간격에 의해서 안테나의 대역폭을 용이하게 확장할 수 있다.
도 6과 같은 조건에서, 안테나의 폴라리제이션(Polarization) 전도인 FoV(Field of View) 값은 약 ±45°이다.
이러한 45°폴라리제이션은 자동차용 응용에서 특히 중요한 특성으로 서로 마주보고 다가오는 자동차에서 방사된 신호는 폴라리제이션이 90° 차이가 나기 때문에 상대편 차량에서 발사된 신호의 간섭을 막아준다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 인쇄회로기판에 결합한 다양한 실시 예를 도시한 상태도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 인쇄회로기판에 결합한 제 1 실시 예의 상태도로서, 도 7(a)는 단면 구조를 도시한 것이고, 도 7(b)는 도 7(a)의 저면을 도시한 것이다.
도 7에서와 같이, 밀리미터파용 레이더 온 패키지는 인쇄회로기판(50) 내부에 결합될 수 있으며, 인쇄회로기판(50)의 금속 배선 패드(51)와 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 금속 패드(42)를 와이어(52)로 연결하여 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되도록 구성될 수 있다.
다층 기판(10) 내에 유전체 공진기 안테나(40) 의 안테나 부분인 멀티 어레이 안테나(20), 그 주변에 신호의 누설을 막아주는 금속벽과 같은 역할을 하는 복수의 제2 비아(38), 그리고 표면 금속층(39)이 외부로 노출되어 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 인쇄회로기판에 결합한 제 2 실시 예의 상태도로서, 도 8(a)는 단면 구조를 도시한 것이고, 도 8(b)는 도 8(a)의 저면을 도시한 것이다.
도 8에서와 같이, 밀리미터파용 레이더 온 패키지가 인쇄회로기판(50) 내부에 결합되고, 상기 인쇄회로기판(50)의 금속 배선 패드(51)와 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 금속 패드(42)을 연결하기 위하여, 상기 밀리미터파용 레이더 온 패키지의 금속 패드(42)에 솔더 볼(53)이 형성되고, 상기 인쇄회로기판(50)에 상기 금속 배선 패드(51)와 상기 솔더 볼(53)을 연결하는 제3 비아(54)가 형성되어, 상기 솔더 볼(53)과 상기 제3 비아(54)를 통해 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지를 인쇄회로기판에 결합한 제 3 실시 예의 상태도로서, 도 9(a)는 단면 구조를 도시한 것이고, 도 9(b)는 도 9(a)의 저면을 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 제 2 실시 예의 구조를 변형한 것으로서, 도 8의 구조에서 인쇄회로기판(50) 내부에 방열판(55)을 추가 구성한 것에 차이가 있으며, 이외 다른 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이때, 도 7 및 도 8의 인쇄회로기판은 상하면이 모두 개구되어 있으나, 도 9의 인쇄회로기판(50)은 하면만이 개구되고, RFIC 칩과 대향하는 상면에 방열판(55)이 마련된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 다층구조를 가지는 세라믹 기판 위에 표면파의 진행을 억제하는 고이득 안테나 구조와 송수신 RFIC 칩 및 디지털 신호처리 칩을 함께 레이더 온 패키지 함으로써, 소형화, 집적화, 고 신뢰성의 밀리미터파용 레이더 온 패키지 제공이 가능하다.
특히, 안테나와 송수신 칩 사이에서 밀리미터파의 급전 길이를 짧게 할 수 있어 밀리미터 대역의 레이더 시스템에서의 가장 큰 문제인 안테나와 칩과의 연결시 발생되는 신호 감쇄를 최소화할 수 있다.
한편 유전체 공진기 안테나, 전송선로 및 커플링 개구부의 크기 및 간격을 조절함으로써 안테나의 대역폭을 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 안테나와 RF IC 및 디지털 신호처리 칩의 본딩에 있어서도 범핑 공정에 의한 플립 칩(Flip-Chip) 본딩을 적용함으로써 기생 캐패시턴스에 의한 영향이 적어 기존의 와이어 본딩에 비해 RF 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
밀리미터파용 레이더 온 패키지에서는 RF IC 및 디지털 신호처리 칩 성능을 높이기 위하여 나노 공정기술을 적용하여 제작하고, 안테나의 경우 마이크로미터 수준의 제작 기술로 다층기판에 적층할 수 있어 소형화, 집적화가 가능하므로 대량 생산시 모듈의 단가를 낮출 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 밀리미터파용 레이더 온 패키지 및 이를 구비하는 레이더 어셈블리를 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 다층 기판 20 : 멀티 어레이 안테나
21 : 안테나 수신부 22 : 안테나 송신부
23 :유전체 공진기 안테나 개구부 24 : 안테나 급전선로
25 : RF 신호 입출력부 26, 27 : 금속 배선
28 : RFIC 수신 모듈 29 : RFIC 송신 모듈
31 : 안테나 층 32 : 급전 회로층
33 : 하부 그라운드 층 34 : 제1 비아
35 : 전송선로 36 : 커플링 개구부
37 : 내부 그라운드 면 38 : 제2 비아
39 : 표면 금속층 40 : 유전체 공진기 안테나
41 : 방사 신호 42 : 금속 패드
43, 53 : 솔더볼 44 : 접속 단자
45 : RFIC 칩 50 : 인쇄회로기판
51 : 금속배선 패드 52 : 와이어
54 : 제3 비아 55 : 방열판

Claims (20)

  1. 다층 기판;
    상기 다층 기판의 일면에 배치되는 RFIC 송신 모듈과 RFIC 수신 모듈로 구성되는 RFIC 칩; 및
    상기 다층 기판의 타면에 형성되어 안테나 송신부와 안테나 수신부를 구성하며, 유전체공진기 안테나의 노출 영역인 다수의 멀티 어레이 안테나;
    를 포함하는 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 일부의 층은 상기 유전체 공진기 안테나를 포함하는 안테나 층을 형성하고, 상기 다층 기판의 나머지 일부의 층은 급전을 위한 전송선로가 위치하는 급전 회로층을 형성하는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 기판은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 또는 LCP(Liquid Crystal Polymer)로 형성되는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 타면의 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 이외의 영역에는 표면 금속층이 형성되고,
    상기 표면 금속층은 상기 안테나 층과 상기 급전 회로층 사이에 위치하는 내부 그라운드 면과 다수의 제 2 비아를 통해 연결되는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 그라운드 면에는 안테나에 신호를 입력하기 위한 커플링 개구부가 마련되는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 유전체 공진기 안테나와 전송선로 및 전송선로 사이의 커플링 개구부에 의해서 안테나의 대역폭을 용이하게 확장하는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 커플링 개구부는 상기 유전체 공진기 안테나의 하부 및 상기 전송선로의 상부에 위치하는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 유전체 공진기 안테나는 상기 다수의 제 2 비아에 의해 둘러싸여 있는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송선로는 상기 RFIC 칩과 제 1 비아를 통해 연결되어, 상기 전송선로를 통해 입력되는 RF 신호가 상기 RFIC 칩으로 전달되는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 타면에는 금속 패드가 마련되고,
    상기 RFIC 칩의 접속 단자가 솔더 볼에 의해 상기 금속 패드에 연결되는 것인 밀리미터파용 레이더 온 패키지.
  11. 상기 다층 기판의 일면에 RFIC 송신 모듈 및 RFIC 수신 모듈로 구성되는 RFIC 칩이 배치되고, 상기 다층 기판의 타면에 안테나 송신부와 안테나 수신부를 구성하며, 유전체공진기 안테나의 노출 영역인 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 밀리미터파용 레이더 온 패키지; 및
    상기 밀리미터파용 레이더 온 패키지가 내부에 결합하는 인쇄회로기판;
    을 포함하는 레이더 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에 형성되는 금속 배선 패드가 상기 다층 기판의 상기 타면에 형성되는 금속 패드와 와이어로 연결되어 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되는 것인 레이더 어셈블리.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 상기 타면에 형성되는 금속 패드에 솔더 볼이 형성되고,
    상기 인쇄회로기판에 금속 배선 패드 및 상기 솔더 볼과 상기 금속 배선 패드를 연결하는 비아가 형성되어 RF 신호 및 디지털 신호가 전달되는 것인 레이더 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 RFIC 칩이 배치되는 상기 다층 기판의 일면과 대향하는 상기 인쇄회로기판의 일면에 방열판이 마련되는 것인 레이더 어셈블리.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 일부의 층은 상기 유전체 공진기 안테나를 포함하는 안테나 층을 형성하고, 상기 다층 기판의 나머지 일부의 층은 급전을 위한 전송선로가 위치하는 급전 회로층을 형성하는 것인 레이더 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전송선로는 상기 RFIC 칩과 제 1 비아를 통해 연결되어, 상기 전송선로를 통해 입력되는 RF 신호가 상기 RFIC 칩으로 전달되는 것인 레이더 어셈블리.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 타면의 다수의 멀티 어레이 안테나가 형성된 이외의 영역에는 표면 금속층이 형성되고,
    상기 표면 금속층은 상기 안테나 층과 상기 급전 회로층 사이에 위치하는 내부 그라운드 면과 다수의 제 2 비아를 통해 연결되는 것인 레이더 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 내부 그라운드 면에는 안테나에 신호를 입력하기 위한 커플링 개구부가 마련되는 것인 레이더 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 커플링 개구부는 상기 유전체 공진기 안테나의 하부 및 상기 전송선로의 상부에 위치하는 것인 레이더 어셈블리.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 유전체 공진기 안테나는 상기 다수의 제 2 비아에 의해 둘러싸여 있는 것인 레이더 어셈블리.
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