KR20160112154A - 실장 기판 모듈, 안테나 장치 및 실장 기판 모듈 제조 방법 - Google Patents

실장 기판 모듈, 안테나 장치 및 실장 기판 모듈 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈은, 기판; 기판의 일면에 실장되는 안테나; 기판의 타면에 실장되는 RF회로부; 및 기판을 통해 RF회로부와 안테나를 전기적으로 연결시키는 피딩라인(feeding line); 을 포함함으로써, 신호 전력 손실을 줄일 수 있다.

Description

실장 기판 모듈, 안테나 장치 및 실장 기판 모듈 제조 방법{Mounting module, antenna apparatus and method for manufacturing mounting module}
본 발명은 실장 기판 모듈, 안테나 장치 및 실장 기판 모듈 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 실장 기판 모듈은 고용량화/소형화가 되어가고 있다. 이에 따라 실장 기판 모듈에 고집적화된 RF회로들이 실장되어 SiP(System In Package) 모듈이 구현될 수 있다.
RF회로에서 처리되는 RF신호는 안테나를 통해 방사되거나 수신될 수 있다. 따라서, RF회로는 안테나와 적절히 연걸될 필요가 있다.
종래의 실장 기판 모듈에 실장된 RF회로는 외부의 안테나와 연결될 수 있다. 여기서, RF회로와 안테나는 RF 케이블 또는 마이크로 스트립 라인에 의해 연결될 수 있다. 그러나 이와 같은 연결에 의하면, 신호 전력의 손실이 증가하고 반사 특성이 열화될 수 있다.
일본 공개특허공보 특개2003-032035호
본 발명의 일 실시 예는 실장 기판 모듈, 안테나 장치 및 실장 기판 모듈 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈은, 기판; 기판의 일면에 실장되는 안테나; 기판의 타면에 실장되는 RF회로부; 및 기판을 통해 RF회로부와 안테나를 전기적으로 연결시키는 피딩라인(feeding line); 을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 안테나는 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나 중 적어도 하나 및 패치 안테나를 포함하고, 상기 패치 안테나는 상기 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나 중 적어도 하나 에 비해 상기 기판의 일면의 중심에 근접하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 기판의 일면에 배치되어 RF신호를 방사하는 방사부; 및 기판의 타면을 통해 RF신호를 입력 받아 방사부에 RF신호를 전송하는 피딩부; 를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방사부는 상기 기판의 일면의 중심을 포함하는 제1영역에 배치된 제1방사부; 상기 기판의 일면의 가장자리를 포함하는 제2영역에 배치된 제2방사부; 상기 기판의 내층에 형성되는 제3방사부; 및 상기 기판의 측면에 형성되는 제4방사부; 중 적어도 둘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 제조 방법은, 기판의 일면에 복수의 안테나를 실장시키는 안테나 실장단계; 및 기판의 타면에 RF회로부를 실장시키는 회로 실장단계; 를 포함하고, 상기 안테나 실장단계는 상기 복수의 안테나의 방사 패턴 방향이 기 설정된 방향이 되도록 상기 복수의 안테나를 서로 기 설정된 간격으로 이격시켜 실장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈은, 안테나와 RF회로의 연결에 의한 신호 전력 손실을 줄이고 반사 특성의 열화를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 방사 패턴을 3차원적으로 정밀하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 제조 방법은, 방사 패턴이 3차원적으로 정밀하게 조절된 안테나 배열 및 RF회로를 실장 기판 모듈에 실장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈에 포함된 프레임을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 하면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제1안테나 및 제3안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제2안테나 및 제4안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제2안테나 및 제4안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 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, 적절하게 설명된다면, 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 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 실장 기판 모듈(100)은, 기판(110), 안테나(120), RF회로부(130) 및 피딩라인(140)을 포함할 수 있다.
기판(110)에는 실장용 전극이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 기판(110)의 양면은 서로 평행할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 세라믹 기판, 인쇄 회로 기판 및 유연성 기판 중 하나일 수 있다.
안테나(120)는, 기판(110)의 일면에 실장될 수 있다. 여기서, 기판(110)의 일면은 단면도를 기준으로 기판(110)의 상면만을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어 단면도를 기준으로, 상기 안테나(120)는 기판(110)의 상면에 실장될 수 있고, 기판(110)의 측면에 수평으로 실장될 수 있고, 기판(110)의 측면에 수직으로 실장될 수 있다. 이에 따라, 실장 기판 모듈(100)은 RF신호의 방사 패턴 방향을 3차원적으로 정밀하게 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 안테나(120)는 기판(110)의 내층에 형성되는 내층 안테나(124)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 내층 안테나(124)는 단면도를 기준으로 기판(110)의 측면에 수평으로 형성될 수 있다. 기판(110)의 측면에서 단면도를 기준으로 수평 길이가 수직 길이보다 길 수 있으므로, 상기 내층 안테나(124)는 다이폴 안테나 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 안테나(120)는 기판(110)의 측면에 형성되는 비아 안테나(125)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 비아 안테나(125)는 단면도를 기준으로 기판(110)의 측면에 수직으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 비아 안테나(125)는 주파수의 파장 및 PCB 층간 두께 등을 고려해 적어도 하나의 비아 스택(via stack)으로 구현될 수 있다.
기판(110)의 측면에서 단면도를 기준으로 수직 길이가 수평 길이보다 짧을 수 있으므로, 상기 비아 안테나(125)는 모노폴 안테나 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 비아 안테나(125)는 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 비아가 직렬로 연결된 모노폴 안테나의 형태로 구현될 수 있다.
한편 실장 기판 모듈(100)의 설계에 따라, 상기 안테나(120)는 밀리미터웨이브(mm Wave) 대역의 RF신호를 방사하거나 수신할 수도 있다. 밀리미터웨이브 대역의 RF신호의 파장은 짧으므로, 상기 안테나(120)는 소형화될 수 있다.
RF회로부(130)는, 실장용 전극에 의해 기판(110)의 타면에 실장될 수 있다. 즉, 상기 RF회로부(130)는 기판(110)의 면을 기준으로 안테나(120)가 배치되지 않은 면에 실장될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 RF회로부(130)는 기판(110)의 하면에 실장될 수 있다. 상기 RF회로부(130)의 구체적인 예는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.
피딩라인(140)은, 기판(110)을 통해 RF회로부(130)와 안테나(120)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 여기서, 상기 피딩라인(140)은 기판(110)의 내부에 형성될 수 있으며, Cu, Ni, Al, Ag, Au 등의 도전성이 좋은 금속일 수 있다.
RF회로부(130)와 안테나(120)의 사이 거리는 종래의 RF회로와 외부의 안테나 사이 거리에 비해 상대적으로 짧을 수 있다. 이에 따라, 실장 기판 모듈(100)은 안테나(120)와 RF회로부(130)의 연결에 의한 신호 전력 손실을 줄이고 반사 특성의 열화를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 상면을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 실장 기판 모듈에 포함된 안테나는 다이폴(dipole) 안테나(121), 모노폴(monopole) 안테나(122) 및 패치(patch) 안테나(123) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122)는 실장 기판 모듈의 상면을 기준으로 가장자리에 근접하여 배치될 수 있다. 상기 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122)는 실장 기판 모듈의 측면 방향으로 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다.
패치 안테나(123)는 실장 기판 모듈의 상면을 기준으로 중심에 근접하여 배치될 수 있다. 상기 패치 안테나(123)는 실장 기판 모듈의 상면 방향으로 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다. 상기 패치 안테나(123)의 형태는 다각형, 원형 등일 수 있다.
예를 들어, 안테나(120)는 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122) 중 적어도 하나 및 패치 안테나(123)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 실장 기판 모듈의 상면 방향에서 측면 방향을 향하여 기울어진 방향으로 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다.
여기서, 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122) 중 적어도 하나와 패치 안테나(123)의 사이 간격 및/또는 개수 비율에 따라 RF신호의 방사 패턴 방향이 조절될 수 있다.
예를 들어, 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122)가 패치 안테나(123)에 근접하여 배치될수록 RF신호의 방사 패턴 방향은 실장 기판 모듈의 상면 방향에 가까워질 수 있다.
예를 들어, 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122)의 총 개수가 패치 안테나(123)의 개수보다 많을 경우, RF신호의 방사 패턴 방향은 실장 기판 모듈의 측면 방향에 가까워질 수 있다.
또한, 다이폴 안테나(121) 및 모노폴 안테나(122)의 배치 위치 또는 방향에 따라 RF신호의 방사 패턴 방향은 수평 방향을 기준으로 조절될 수 있다.
즉, 실장 기판 모듈은 RF신호의 방사 패턴 방향을 3차원적으로 정밀하게 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈에 포함된 프레임을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 하면을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 실장 기판 모듈(100)은, 프레임(150)을 더 포함할 수 있다.
프레임(150)은, 기판(110)의 타면에 배치되어 RF회로부(130)를 둘러쌀 수 있다. 또한, 상기 프레임(150)이 둘러싸는 영역에는 전자기파 차폐용 레진(EMC resin)(160)이 충전될 수 있다.
예를 들어, RF회로부(130)는 MAC(multiple analog components) 또는 기저 대역(base band) 신호 처리 회로 등을 포함할 수 있다. 상기 RF회로부(130)의 물리적 손상으로부터 보호되기 위하여, 프레임(150)이 기판(110)의 타면에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 프레임(150)의 높이는 RF회로부(130)의 높이보다 높을 수 있다.
한편, 상기 프레임(150)의 하단에는 애플리케이션(모바일 단말기, 랩탑, TV 등)에 실장 기판 모듈(100)의 실장이 용이하도록 복수의 솔더볼(solder ball)이 배치될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(200)를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술한 실장 기판 모듈(100)에 관한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 안테나 장치(200)는, 방사부(210) 및 피딩부(220)를 포함할 수 있다.
방사부(210)는, 기판의 일면에 배치되어 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 방사부(210)는 제1방사부(211), 제2방사부(212), 제3방사부(213) 및 제4방사부(214) 중 적어도 둘을 포함할 수 있다. 이에 따라, 안테나 장치(200)는 RF신호의 방사 패턴 방향을 3차원적으로 정밀하게 조절할 수 있다.
제1방사부(211)는 기판의 일면의 중심을 포함하는 제1영역에 배치될 수 있다. 상기 제1방사부(211)의 특성은 실장 기판 모듈에 포함된 패치 안테나의 특성과 유사할 수 있다.
제2방사부(212)는 기판의 일면의 가장자리를 포함하는 제2영역에 배치될 수 있다. 상기 제2방사부(212)의 특성은 실장 기판 모듈에 포함된 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나의 특성과 유사할 수 있다.
제3방사부(213)는 기판의 내층에 형성될 수 있다. 상기 제3방사부(213)의 특성은 실장 기판 모듈에 포함된 내층 안테나의 특성과 유사할 수 있다.
제4방사부(214)는 기판의 측면에 형성될 수 있다. 상기 제4방사부(214)의 특성은 실장 기판 모듈에 포함된 비아 안테나의 특성과 유사할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1방사부(211), 제2방사부(212), 제3방사부(213) 및 제4방사부(214) 중 적어도 둘은 서로 기 설정된 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 방사부(210)의 방사 패턴 방향은 상기 기 설정된 간격에 기초하여 결정될 수 있다.
피딩부(220)는, 기판의 타면을 통해 RF신호를 입력 받아 방사부(210)에 상기 RF신호를 전송할 수 있다.
예를 들어, 상기 피딩부(220)는 기판의 복수의 내층 사이를 전기적으로 연결시키는 적어도 하나의 비아(via)를 포함할 수 있다.
도 6은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제1안테나 및 제3안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1안테나 및 제3안테나는 안테나 장치의 상면 방향으로 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다.
도 7은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제2안테나 및 제4안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제2안테나 및 제4안테나는 안테나 장치의 측면 방향으로 RF신호를 방사하거나 수신할 수 있다.
도 8은 도 5의 안테나 장치에 포함된 제2안테나 및 제4안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 제2안테나 및 제4안테나의 위치 또는 방향에 따라 RF신호의 방사 패턴은 phi방향으로 조절될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 삽입 손실을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 가로축은 RF신호의 주파수를 나타내고, 세로축은 피딩라인의 삽입손실을 나타낸다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 삽입손실은 1dB이하일 수 있다. 종래의 RF회로와 외부의 안테나의 연결에 의해 7dB이상의 삽입손실이 발생될 수 있다는 점을 고려하면, 상기 안테나 장치의 삽입손실이 크게 개선되었음이 확인될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈 제조 방법을 설명한다. 전술한 실장 기판 모듈(100) 또는 안테나 장치(200)에 관한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실장 기판 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10을 참조하면, 상기 실장 기판 모듈의 제조 방법은, 안테나 실장단계(S10) 및 회로 실장단계(S20)를 포함할 수 있다.
안테나 실장단계(S10)에서, 실장 기판 모듈에 포함된 기판의 일면에 복수의 안테나가 실장될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 안테나의 방사 패턴 방향이 기 설정된 방향이 되도록 상기 복수의 안테나는 서로 기 설정된 간격으로 이격되어 실장될 수 있다.
예를 들어, 상기 안테나 실장단계(S10)는, 기판의 일면의 중심을 포함하는 제1영역에 제1안테나가 실장되는 단계(S11), 기판의 일면의 가장자리를 포함하는 제2영역에 제2안테나가 실장되는 단계(S12), 기판의 내층에 제3안테나가 형성되는 단계(S13) 및 기판의 측면에 제4안테나가 형성되는 단계(S14) 중 적어도 둘을 포함할 수 있다.
회로 실장단계(S20)에서, 실장 기판 모듈에 포함된 기판의 타면에 RF회로부가 실장될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 실장 기판 모듈 110: 기판
111: 내층 112: 비아
113: 절연층 120: 안테나
121: 다이폴 안테나 122: 모노폴 안테나
123: 패치 안테나 124: 내층 안테나
125: 비아 안테나 130: RF회로부
140: 피딩라인 150: 프레임
160: 차폐용 레진 200: 안테나 장치
210: 방사부 211: 제1방사부
212: 제2방사부 213: 제3방사부
214: 제4방사부 220: 피딩부

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 실장되는 안테나;
    상기 기판의 타면에 실장되는 RF회로부; 및
    상기 기판을 통해 상기 RF회로부와 상기 안테나를 전기적으로 연결시키는 피딩라인(feeding line); 을 포함하는 실장 기판 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 다이폴(dipole) 안테나, 모노폴(monopole) 안테나 및 패치(patch) 안테나 중 적어도 하나를 포함하는 실장 기판 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나 중 적어도 하나 및 패치 안테나를 포함하고,
    상기 패치 안테나는 상기 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나 중 적어도 하나 에 비해 상기 기판의 일면의 중심에 근접하여 배치되는 실장 기판 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 내층에 형성되는 내층 안테나를 더 포함하는 실장 기판 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 측면에 형성되는 비아 안테나를 더 포함하는 실장 기판 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 타면에 배치되어 상기 RF회로부를 둘러싸는 프레임을 더 포함하고,
    상기 프레임이 둘러싸는 영역에는 전자기파 차폐용 레진(EMC resin)이 충전된 실장 기판 모듈.
  7. 기판의 일면에 배치되어 RF신호를 방사하는 방사부; 및
    상기 기판의 타면을 통해 RF신호를 입력 받아 상기 방사부에 상기 RF신호를 전송하는 피딩부; 를 포함하는 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방사부는,
    상기 기판의 일면의 중심을 포함하는 제1영역에 배치된 제1방사부;
    상기 기판의 일면의 가장자리를 포함하는 제2영역에 배치된 제2방사부;
    상기 기판의 내층에 형성되는 제3방사부; 및
    상기 기판의 측면에 형성되는 제4방사부; 중 적어도 둘을 포함하는 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1방사부, 제2방사부, 제3방사부 및 제4방사부 중 적어도 둘은 서로 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되고,
    상기 방사부의 방사 패턴 방향은 상기 기 설정된 간격에 기초하여 결정되는 안테나 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 피딩부는 상기 기판의 복수의 내층 사이를 전기적으로 연결시키는 적어도 하나의 비아를 포함하는 안테나 장치.
  11. 기판의 일면에 복수의 안테나를 실장시키는 안테나 실장단계; 및
    상기 기판의 타면에 RF회로부를 실장시키는 회로 실장단계; 를 포함하고,
    상기 안테나 실장단계는 상기 복수의 안테나의 방사 패턴 방향이 기 설정된 방향이 되도록 상기 복수의 안테나를 서로 기 설정된 간격으로 이격시켜 실장시키는 실장 기판 모듈 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 안테나 실장단계는,
    상기 기판의 일면의 중심을 포함하는 제1영역에 배치된 제1안테나를 실장시키는 단계;
    상기 기판의 일면의 가장자리를 포함하는 제2영역에 배치된 제2안테나를 실장시키는 단계;
    상기 기판의 내층에 제3안테나를 형성시키는 단계; 및
    상기 기판의 측면에 제4안테나를 형성시키는 단계; 중 적어도 둘을 포함하는 실장 기판 모듈 제조 방법.
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