KR20180051195A

KR20180051195A - 전자파 신호 송수신 안테나 및 em-터널이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 그 제작 방법

Info

Publication number: KR20180051195A
Application number: KR1020160148206A
Authority: KR
Inventors: 박효훈; 배현민; 송하일; 이대성; 이하린
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-05-16
Also published as: KR101963936B1; US20180131084A1; CN108064115A; EP3319167A1

Abstract

일실시예에 따르면, 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB)은, 인쇄회로기판; 유전체 코어 및 상기 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되고, 상기 인쇄회로기판에 내장되어 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널; 및 상기 인쇄회로기판에 내장되는 송수신 안테나를 포함하고, 상기 송수신 안테나는 상기 인쇄회로기판에 내장되는 상기 EM-터널의 출입구에 정렬되어, 전자파 신호를 상기 EM-터널 내로 송수신한다.

Description

전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 그 제작 방법{PRINTED-CIRCUIT BOARD HAVING ANTENNAS AND ELECTROMAGNETIC-TUNNEL-EMBEDDED ARHCHITECTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

아래의 실시예들은 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB) 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인쇄회로기판에 전자파 신호를 송수신하는 송수신 안테나와 전자파 신호를 전송하는 EM-터널을 내장시켜 전자파 신호를 전송하는 인쇄회로기판에 대한 기술이다.

고성능컴퓨터나 통신 시스템에는 대용량 초고속의 데이터 처리에 적합한 기판이 요구되고 있다. 대용량 초고속의 데이터 처리를 위한 기판 기술로서, 금속배선의 밀도가 높은 다층회로를 이용하는 고집적 인쇄회로기판(이하, PCB로 표기함) 기술이 개발되고 있으나, 데이터 전송속도가 클수록 금속배선의 마이크로스트립(microstrip) 신호선에서 신호 손실이 커지고 인접한 신호선 간에 전자파 간섭이 커지는 문제가 발생되고 있다. 특히, 고밀도 다층 배선에서 대부분의 신호 손실은 고 주파수에서의 임피던스 부정합에 의한 임피던스 손실로부터 발생하고 있는 바, 이러한 임피던스 문제를 근본적으로 해소할 수 있는 새로운 방안이 요구된다.

임피던스 문제를 해소할 수 있는 새로운 방안으로, 칩-칩 사이 또는 보드-보드 사이에, PCB를 통해서가 아닌, 자유공간(free space)을 통한 고속 데이터 전송을 위하여 전자파 튜브(이하, E-튜브로 표기함)를 이용하는 전자파 신호 전송기술이 국내특허 출원번호 제10-2015-0029742호, 해외특허 출원번호 US140184351 또는 논문 Nature Scientific Reports(vol.5, p.16062, 2015) 등에서 제안되었다. 이와 같은 E-튜브는 유전체 웨이브 가이드(dielectric waveguide) 소재에 금속 박막을 입혀 튜브형으로 형성한 전자파 신호 전송선으로, 유연성이 있는 유전체와 금속 박막을 사용함으로써, 쉽게 구부릴 수 있어, 송신부와 수신부 사이를 자유공간을 통해 휘어서 연결할 수 있다.

한편, 전자파 전송을, 자유공간이 아닌, PCB 내로 전송하기 위한 구조로는 전자파 전송 터널(이하, EM-터널로 표기함)이 내장된 인쇄회로기판의 구조가 국내특허 출원번호 제10-2016-0006066호, 해외특허 출원번호US15043288 또는 CN 2016100854078 등에서 제안되었다. EM-터널이 내장된 종래의 인쇄회로기판은 전자파 송수신 안테나 기능이 포함된 마이크로스트립-투-웨이브가이드트랜지션(Microstrip-to-Waveguide Transition; 이하 MWT로 표기함)이 기판 표면에 설치되고, PCB에 내장된 수평 방향의 EM-터널과 연결하기 위하여 수직 방향의 EM-터널을 포함하는 구조를 갖는다.

예를 들어, EM-터널이 내장된 종래의 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도인 도 1을 살펴보면, 인쇄회로기판(100)에는 유전체 코어(101) 및 유전체 코어(101)를 둘러싼 금속 클래드(102)로 구성되는 EM-터널(103, 104)이 내장되는데, EM-터널(103, 104)의 출입구(105)는 인쇄회로기판(100)의 상부 표면으로 노출되도록 형성된다. 이에, 인쇄회로기판(100)의 표면에는 송수신 칩(107)과 그 하부에 형성된 MWT(106)가 EM-터널(103, 104)의 출입구(105)와 맞닿도록 위치한다.

이 때, EM-터널(103, 104)은 수평 부분(103) 및 수직 부분(104)을 포함하도록 구성되기 때문에, MWT(106)에서 EM-터널(103, 104)의 출입구(105)를 통해 송수신하는 전자파 신호는 수평 부분(103)과 수직 부분(104)이 접속되는 부분에서 송수신 방향이 급격하게 변하게 된다. 따라서, 수평 부분(103)과 수직 부분(104)이 접속되는 부분에서는 산란에 의한 도파 손실이 커지고, 반사에 의한 신호 교란이 커지는 문제가 발생된다.

따라서, 이와 같은 종래 인쇄회로기판에서의 EM-터널이 갖는 문제점을 해결하기 위한 기술이 요구된다.

이에, 아래의 실시예들은 수평 부분만을 포함하는 EM-터널을 내장하고, 송수신 안테나를 내장함으로써, 상술한 문제점을 해결하는 인쇄회로기판에 대한 기술을 제안한다.

일실시예들은 전자파 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 내장하여, EM-터널을 수평 방향으로만 형성함으로써, EM-터널의 구조를 단순화시켜 EM-터널 내에서 전자파 신호의 산란 손실과 신호 왜곡 문제를 해결 또는 최소화할 수 있는 인쇄회로기판에 대한 기술을 제공한다.

이 때, 일실시예들은 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 내장하는 위치를 결정하는 기술을 제공한다.

또한, 일실시예들은 송수신 안테나를 복수 개의 세트로 구비함으로써, 복수 세트의 송수신 안테나들이 하나의 EM-터널 내로 다채널의 전자파 신호들을 송수신할 수 있는 인쇄회로기판에 대한 기술을 제공한다.

일실시예에 따르면, 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB)은 인쇄회로기판; 유전체 코어 및 상기 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되고, 상기 인쇄회로기판에 내장되어 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널; 및 상기 인쇄회로기판에 내장되는 송수신 안테나를 포함하고, 상기 송수신 안테나는 상기 인쇄회로기판에 내장되는 상기 EM-터널의 출입구에 정렬되어, 전자파 신호를 상기 EM-터널 내로 송수신한다.

상기 송수신 안테나는 평면형으로 구성되어, 상기 송수신 안테나의 표면에 대한 상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 상기 인쇄회로기판에 내장되는 위치 및 상기 EM-터널의 출입구에 정렬되는 위치가 결정될 수 있다.

상기 송수신 안테나는 상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 수평 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 배치될 수 있다.

상기 송수신 안테나는 상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 수직 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수직 방향으로 배치될 수 있다.

상기 송수신 안테나는 상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 일정 각도로 기울어진 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 상기 EM-터널의 출입구 상부 또는 하부 중 임의의 위치에 겹치게 배치될 수 있다.

상기 송수신 안테나는 복수 개의 세트로 구비되고, 상기 복수 세트의 송수신 안테나들은 다채널의 전자파 신호들을 상기 EM-터널 내로 송수신할 수 있다.

상기 복수 세트의 송수신 안테나들은 상기 인쇄회로기판에 내장되며 상기 EM-터널의 출입구에 다층 구조로 정렬될 수 있다.

상기 EM-터널의 출입구 중 어느 하나는 상기 인쇄회로기판의 표면에 노출되어, 상기 EM- 터널을 상기 인쇄회로기판의 외부에 구비되는 E-튜브(electronic tube)와 연결하는 커넥터와 결합될 수 있다.

상기 송수신 안테나는 상기 인쇄회로기판의 표면에 실장되거나 상기 인쇄회로기판에 내장되는 MWT(Microstrip-to-Waveguide Transition)와 연결될 수 있다.

일실시예에 따르면, 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB)을 제작하는 방법은 유전체 코어 및 상기 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되는 EM-터널을 인쇄회로기판에 내장하며, 상기 인쇄회로기판에 대해 수평방향으로 형성하는 단계; 및 상기 인쇄회로기판에 송수신 안테나를 내장하는 단계를 포함하고, 상기 인쇄회로기판에 송수신 안테나를 내장하는 단계는 전자파 신호를 상기 EM-터널 내로 송수신하도록 상기 송수신 안테나를 상기 EM-터널의 출입구에 정렬하는 단계를 포함한다.

일실시예들은 전자파 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 내장된 EM-터널의 출입구 가까이에 내장함으로써, EM-터널의 굴절된 부분을 배제 또는 최소화하여, EM-터널의 굴절된 부분에서 발생될 수 있는 산란 손실과 신호 왜곡 문제를 해결 또는 최소화할 수 있는 인쇄회로기판에 대한 기술을 제공할 수 있다.

이 때, 일실시예들은 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 내장하는 위치를 결정하는 기술을 제공할 수 있다.

또한, 일실시예들은 송수신 안테나를 복수 개의 세트로 구비함으로써, 복수 세트의 송수신 안테나들이 하나의 EM-터널 내로 다채널의 전자파 신호들을 송수신할 수 있는 인쇄회로기판에 대한 기술을 제공할 수 있다.

도 1은 EM-터널이 내장된 종래의 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 2b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3b는 일실시예에 따른 복수 세트의 송수신 안테나들을 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 수평 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 수직 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 일정 각도로 기울어진 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 7b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판이 외부에 구비되는 E-튜브와 연결되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판을 제작하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2a 내지 2b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 2a는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 2a 내지 2b를 참조하면, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(200)에는 유전체 코어(201) 및 유전체 코어(201)를 둘러싼 금속 클래드(202)로 구성되어, 인쇄회로기판(200)에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널(203)이 내장된다. 이에, EM-터널(203)의 출입구 역시 인쇄회로기판(200)에 내장되게 된다. 이하, 공기 역시 넓은 의미의 유전체 물질에 포함되므로, 유전체 코어(201)는 빈 공간의 코어를 포함하는 것으로 설명한다. 즉, EM-터널(203)의 횡단면 상 사각 테두리 부분이 금속 클래드(202)에 해당되고, 그 내부가 유전체 코어(201)에 해당될 수 있다.

여기서, EM-터널(203)은 금속 클래드(202)에 의한 흡수가 적정 수준 이하로 적은 주파수 대역의 전자파 신호를 진행시킬 수 있다. 또한, EM-터널(203)은 인쇄회로기판(200)에 내장되어야 하기 때문에, EM-터널(203)의 두께는 인쇄회로기판(200)의 두께에 기초하여 조절될 수 있다. 또한, EM-터널(203)의 횡단면 형상은 삼각, 사각, 다각 또는 원 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.

인쇄회로기판(200)에는 전자파 신호를 송수신하는 송수신 안테나(204, 205)가 내장된다. 여기서, 송수신 안테나(204, 205)는 EM-터널(203)의 출입구에 정렬되어, 전자파 신호를 EM-터널(203) 내로 송수신한다.

예를 들어, 송신 안테나(204)는 EM-터널(203)의 입구에 일부가 삽입되도록 인쇄회로기판(200)에 내장되어 전자파 신호를 EM-터널(203) 내로 송신할 수 있고, 수신 안테나(205) 역시 EM-터널(203)의 출구에 일부가 삽입되도록 인쇄회로기판(200)에 내장되어 전자파 신호를 EM-터널(203) 내를 통하여 수신할 수 있다. 그러나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 송신 안테나(204)는 전자파 신호를 EM-터널(203) 내로 송신할 수 있는, EM-터널(203)의 입구에 근접한 위치에 정렬될 수 있고, 수신 안테나(205)는 전자파 신호를 EM-터널(203) 내를 통하여 수신할 수 있는, EM-터널(203)의 출구에 근접한 위치에 정렬될 수 있다.

이와 같은 송수신 안테나(204, 205)는 각각 금속 배선 또는 마이크로 스트립 라인(206)을 통하여 송수신 칩(207, 208)과 연결될 수 있다. 따라서, 송신 안테나(204)는 송신 칩(207)에 실장된 송신 MWT(209)에서 전기 신호를 변환하여 송신하는 전자파 신호를 금속 배선 또는 마이크로 스트립 라인(206)을 통하여 수신한 뒤, 전자파 신호를 EM-터널(203) 내로 전송할 수 있고, 수신 안테나(205)는 EM-터널(203) 내를 통해 수신되는 전자파 신호를 금속 배선 또는 마이크로 스트립 라인(206)을 경유하여 수신 칩(208)에 실장된 수신 MWT(210)로 전달함으로써, 수신 MWT(210)에서 전자파 신호를 전기 신호로 변환하도록 할 수 있다.

도면에는, 송수신 칩(207, 208) 및 MWT(209, 210)이 인쇄회로기판(200)의 표면에 실장되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 인쇄회로기판(200)에 내장될 수도 있다.

이와 같은 송수신 안테나(204, 205)는 인쇄회로기판(200)에 내장되도록 평면형으로 구성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 송수신 안테나(204, 205)는 인쇄회로기판(200)에 내장될 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 송수신 안테나(204, 205)의 형태는 인쇄회로기판(200)의 두께에 기초하여 결정될 수 있다.

평면형으로 구성되는 송수신 안테나(204, 205)는 송수신 안테나(204, 205)의 표면에 대해 다양한 전자파 신호 송수신 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 송수신 안테나(204, 205)는 송수신 안테나(204, 205)의 표면에 대해 수평 방향, 수직 방향 또는 일정 각도로 기울어진 방향을 갖는 전자파 신호 송수신 방향을 가질 수 있다.

특히, 송수신 안테나(204, 205)는 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 인쇄회로기판(200)에 내장되는 위치 및 EM-터널(203)의 출입구에 정렬되는 위치가 결정될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 6을 참조하여 기재하기로 한다.

또한, 송수신 안테나(204, 205)는 복수 개의 세트로 구비될 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 3b를 참조하여 기재하기로 한다.

도 3a 내지 3b는 일실시예에 따른 복수 세트의 송수신 안테나들을 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 3a는 일실시예에 따른 복수 세트의 송수신 안테나들을 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 일실시예에 따른 복수 세트의 송수신 안테나들을 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 평면도이다.

도 3a 내지 3b를 참조하면, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(300)에는, 도 2a 내지 2b를 참조하여 설명한 인쇄회로기판과 마찬가지로, 유전체 코어(301) 및 유전체 코어(301)를 둘러싼 금속 클래드(302)로 구성되어, 인쇄회로기판(300)에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널(303)이 내장된다.

다만, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(300)에는 도 2a 내지 2b를 참조하여 설명한 인쇄회로기판과 달리, 복수 세트의 송수신 안테나들(304, 305)이 내장된다. 여기서, 복수 세트의 송수신 안테나들(304, 305)은 하나의 EM-터널(303)의 출입구에 정렬되어, 다채널의 전자파 신호들을 EM-터널(303) 내로 송수신할 수 있다.

여기서, 복수 세트의 송수신 안테나들(304, 305)이 송수신하는 다채널의 전자파 신호들은 서로 다른 주파수 대역의 전자파 신호들일 수 있다. 예를 들어, 제1 세트의 송수신 안테나들은 EM-터널(303)의 출입구에 서로 대응되도록 정렬되어, 제1 채널의 전자파 신호를 EM-터널(303) 내로 송수신할 수 있고, 제2 세트의 송수신 안테나들은 EM-터널(303)의 출입구에 서로 대응되도록 정렬되어, 제2 채널의 전자파 신호를 EM-터널(303) 내로 송수신할 수 있다.

이 때, 복수 세트의 송수신 안테나들(304, 305)은 EM-터널(303)의 출입구에 다층 구조로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 복수의 송신 안테나들(304)은 인쇄회로기판(300) 내부에 다층 구조로 적층되는 듯한 형상으로 EM-터널(303)의 입구에 정렬될 수 있고, 복수의 수신 안테나들(305)은 인쇄회로기판(300) 내부에 다층 구조로 적층되는 듯한 형상으로 EM-터널(303)의 출구에 정렬될 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 수평 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다. 이하, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(400)은 전자파 신호 송수신 방향(401, 402)에 따라 송수신 안테나(403, 404)가 내장되는 위치를 설명하기 위해, EM-터널(405) 및 송수신 안테나(403, 404)만을 포함하는 간략한 구조로 도시한다. 또한, 전자파 신호의 송수신 방향은 안테나에서 특정한 각도를 갖고 넓게 방사 또는 입사되는 전자파 신호 분포에서 전자파 신호 세기가 가장 큰 방향을 의미하여, 이하, 이 방향을 송수신 방향으로 기재한다.

도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 송수신 안테나(403, 404)는 전자파 신호 송수신 방향(401, 402)에 기초하여, 인쇄회로기판(400)에 내장되는 위치 및 EM-터널(405)의 출입구에 정렬되는 위치가 결정될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 송수신 안테나(403, 404)의 전자파 신호 송수신 방향(401, 402)이 송수신 안테나(403, 404)의 표면에 대해 수평 방향인 경우(전자파 신호 송수신 방향(401, 402)이 송수신 안테나(403, 404)가 형성되는 방향에 대해 수평 방향인 경우), 송수신 안테나(403, 404)는 전자파 신호가 EM-터널(405) 내로 송수신될 수 있도록 인쇄회로기판(400)에 대해 수평 방향으로 배치될 수 있다.

이 때, 송수신 안테나(403, 404)는 전자파 신호가 EM-터널(405) 내로 송수신될 수 있도록 그 끝이 EM-터널(405)의 출입구에 대응하며 근접하도록 정렬될 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 수직 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다. 이하, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(500)은 전자파 신호 송수신 방향(501, 502)에 따라 송수신 안테나(503, 504)가 내장되는 위치를 설명하기 위해, EM-터널(505) 및 송수신 안테나(503, 504)만을 포함하는 간략한 구조로 도시한다.

도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 송수신 안테나(503, 504)는 전자파 신호 송수신 방향(501, 502)에 기초하여, 인쇄회로기판(500)에 내장되는 위치 및 EM-터널(505)의 출입구에 정렬되는 위치가 결정될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 송수신 안테나(503, 504)의 전자파 신호 송수신 방향(501, 502)이 송수신 안테나(503, 504)의 표면에 대해 수직 방향인 경우(전자파 신호 송수신 방향(501, 502)이 송수신 안테나(503, 504)가 형성되는 방향에 대해 수직 방향인 경우), 송수신 안테나(503, 504)는 전자파 신호가 EM-터널(505) 내로 송수신될 수 있도록 인쇄회로기판(500)에 대해 수직 방향으로 배치될 수 있다.

이 때, 송수신 안테나(503, 504)는 전자파 신호가 EM-터널(505) 내로 송수신될 수 있도록 안테나 면이 EM-터널(505)의 출입구에 대응하며 근접하도록 정렬될 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 방향이 일정 각도로 기울어진 방향인 송수신 안테나를 포함하는 인쇄회로기판의 구조를 나타낸 단면도이다. 이하, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(600)은 전자파 신호 송수신 방향(601, 602)에 따라 송수신 안테나(603, 604)가 내장되는 위치를 설명하기 위해, EM-터널(605) 및 송수신 안테나(603, 604)만을 포함하는 간략한 구조로 도시한다.

도 6을 참조하면, 일실시예에 따른 송수신 안테나(603, 604)는 전자파 신호 송수신 방향(601, 602)에 기초하여, 인쇄회로기판(600)에 내장되는 위치 및 EM-터널(605)의 출입구에 정렬되는 위치가 결정될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 송수신 안테나(603, 604)의 전자파 신호 송수신 방향(601, 602)이 송수신 안테나(603, 604)의 표면에 대해 일정 각도로 기울어진 방향인 경우(전자파 신호 송수신 방향(601, 602)이 송수신 안테나(603, 604)가 형성되는 방향에 대해 일정 각도로 기울어진 방향인 경우), 송수신 안테나(603, 604)는 전자파 신호가 EM-터널(605) 내로 송수신될 수 있도록 인쇄회로기판(600)에 대해 수평 방향으로 EM-터널(605)의 출입구 상부 또는 하부 중 임의의 위치에 겹치게 배치될 수 있다.

이 때, EM-터널(605)의 출입구 역시 EM-터널(605)의 상면 또는 하면에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도면과 같이, EM-터널(605)의 출입구가 EM-터널(605)의 상면에 형성되는 경우, 송수신 안테나(603, 604)는 전자파 신호가 EM-터널(605) 내로 송수신될 수 있도록 인쇄회로기판(600)에 대해 수평 방향으로 EM-터널(605)의 출입구 상부에 겹치게 배치될 수 있다. 반면에, EM-터널(605)의 출입구가 EM-터널(605)의 하면에 형성되는 경우, 송수신 안테나(603, 604)는 전자파 신호가 EM-터널(605) 내로 송수신될 수 있도록 인쇄회로기판(600)에 대해 수평 방향으로 EM-터널(605)의 출입구 하부에 겹치게 배치될 수 있다.

EM-터널(605)의 출입구가 EM-터널(605)의 상면 또는 하면에 형성되는 경우, EM-터널(605)의 양 끝단에는 수직의 금속 클래드가 형성되어, EM-터널(605) 내에 송수신되는 전자파 신호를 밀폐할 수 있다. 이러한 경우, EM-터널(605)의 양 끝단에 형성되는 금속 클래드는 수직 부분에서 전자파 신호의 손실이 최소화되도록 수직 형상이 아닌, 기울어지거나 곡면을 갖는 형상으로 형성될 수 있다.

이상, 도 4 내지 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 일실시예에 따른 송수신 안테나는 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 인쇄회로기판에 내장되는 위치 및 EM-터널의 출입구에 정렬되는 위치가 결정됨으로써, 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판은 효과적인 전자파 신호 송수신 기능을 달성할 수 있다.

또한, 상술한 방식과 같이 송수신 안테나는 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 인쇄회로기판에 내장되는 위치 및 EM-터널의 출입구에 정렬되는 위치가 결정되는 것은, 송수신 안테나가 복수 개 세트로 구비되는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 7a 내지 7b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판이 외부에 구비되는 E-튜브와 연결되는 구조를 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 7a는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판이 외부에 구비되는 E-튜브와 연결되는 구조를 나타낸 단면도이고, 도 7b는 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판이 외부에 구비되는 E-튜브와 연결되는 구조를 나타낸 평면도이다.

도 7a 내지 7b를 참조하면, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(700)에는 도 2a 내지 2b를 참조하여 설명한 인쇄회로기판과 마찬가지로, 유전체 코어(701) 및 유전체 코어(701)를 둘러싼 금속 클래드(702)로 구성되어, 인쇄회로기판(700)에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널(703)이 내장된다.

또한, 인쇄회로기판(700)에는 송신 안테나(또는 수신 안테나)(704)가 내장된다. 다만, 일실시예에 따른 인쇄회로기판(700)에서는 도 2a 내지 2b를 참조하여 설명한 인쇄회로기판과 달리, EM-터널(703)의 출입구 중 어느 하나가 인쇄회로기판(700)의 표면(특히, 측면)에 노출되어, EM- 터널(703)을 인쇄회로기판(700)의 외부에 구비되는 E-튜브(electronic tube)(705)와 연결하는 커넥터(706)와 결합된다.

예를 들어, 인쇄회로기판(700)에 내장된 송신 안테나(704)는 송신 칩(707)에 실장된 송신 MWT(708)에서 전기 신호를 변환하여 송신하는 전자파 신호를 금속 배선 또는 마이크로 스트립 라인(709)을 통하여 수신한 뒤, 전자파 신호를 EM-터널(703)를 통하여 E-튜브(705)로 전송할 수 있다.

다른 예를 들면, 인쇄회로기판(700)에 내장된 수신 안테나(704)는 E-튜브(705) 및 EM-터널(703)을 통하여 수신되는 전자파 신호를 금속 배선 또는 마이크로 스트립 라인(709)을 경유하여 수신 칩(707)에 실장된 수신 MWT(708)로 전달함으로써, 수신 MWT(708)에서 전자파 신호를 전기 신호로 변환하도록 할 수 있다.

여기서, 커넥터(706)는 횡단면이 서로 다른 형상을 갖는 EM-터널(703) 및 E-튜브(705)를 연결하기 위한 결합부품으로서, EM-터널(703)의 횡단면이 갖는 형상과 동일한 형상으로 한쪽 연결부가 형성되고, E-튜브(705)의 횡단면이 갖는 형상과 동일한 형상으로 나머지 한쪽 연결부가 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, EM-터널(703)의 횡단면의 형상 및 E-튜브(705)의 횡단면의 형상이 다양한 형상으로 동일하게 형성됨에 따라, 커넥터(705)의 양쪽 연결부의 형상 역시 다양한 형상으로 동일하게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 송수신 안테나가 도 6과 같이 일정 각도로 기울어지고, EM-터널(703)의 출입구가 인쇄회로기판(700)의 상부 또는 하부 표면으로 향할 경우, E-튜브(705)와의 연결을 위한 커넥터(705)는 인쇄회로기판(700)의 상부 또는 하부 표면을 통해 연결하기에 적합한 형상으로 형성될 수 있다.

도면에는, 복수 개의 송신 안테나들(또는 복수 개의 수신 안테나들)(704)가 내장되는 경우로 도시되었으나, 하나의 송신 안테나(또는 하나의 수신 안테나)가 내장될 수도 있다.

도면과 같이 복수 개의 송신 안테나들(704)가 내장되는 경우,다채널의 전자파 신호들은 하나의 E-튜브를 통하여 전송(또는 수신)될 수 있으므로 다채널 전자파 신호의 송수신 시스템을 단순화시키는데 유리하다.

도 8은 일실시예에 따른 일실시예에 따른 전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널이 내장된 인쇄회로기판을 제작하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 8을 참조하면, 일실시예에 따른 인쇄회로기판을 제작하는 시스템(이하, 시스템으로 기재함)은 유전체 코어 및 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되는 EM-터널을 인쇄회로기판에 내장하며, 인쇄회로기판에 대해 수평방향으로 형성한다(810).

이 때, 810 단계에서, 시스템은 EM-터널의 출입구 역시 인쇄회로기판에 내장되도록 EM-터널을 형성할 수 있다.

그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 810 단계에서, 시스템은 EM-터널의 출입구 중 어느 하나가 인쇄회로기판의 외부에 구비되는 E-튜브(electronic tube)와 연결하는 커넥터와 결합되도록 인쇄회로기판의 표면에 노출시켜 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 후술되는 820 단계에서, 시스템은 송신 안테나(또는 수신 안테나) 하나만을 인쇄회로기판에 내장할 수 있다.

그 후, 시스템은 인쇄회로기판에 송수신 안테나를 내장한다(820). 구체적으로 시스템은 전자파 신호를 EM-터널 내로 송수신하도록 송수신 안테나를 EM-터널의 출입구에 정렬할 수 있다.

이 때, 시스템은 송수신 안테나를 평면형으로 구성하며, 송수신 안테나의 표면에 대한 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 송수신 안테나가 인쇄회로기판에 내장되는 위치 및 EM-터널의 출입구에 정렬되는 위치를 결정할 수 있다.

예를 들어, 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 송수신 안테나의 표면에 대해 수평 방향인 경우, 시스템은 전자파 신호가 EM-터널 내로 송수신되도록 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 배치할 수 있다.

다른 예를 들면, 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 송수신 안테나의 표면에 대해 수직 방향인 경우, 시스템은 전자파 신호가 EM-터널 내로 송수신되도록 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 대해 수직 방향으로 배치할 수 있다.

또 다른 예를 들면, 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 송수신 안테나의 표면에 대해 일정 각도로 기울어진 방향인 경우, 시스템은 전자파 신호가 EM-터널 내로 송수신되도록 송수신 안테나를 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 EM-터널의 출입구 상부 또는 하부 중 임의의 위치에 겹치게 배치할 수 있다.

또한, 820 단계에서, 시스템은 복수 세트의 송수신 안테나들을 인쇄회로기판에 내장할 수도 있다. 이러한 경우, 시스템은 복수 세트의 송수신 안테나들을 EM-터널의 출입구에 다층 구조로 정렬할 수 있다.

도 8에 기술한 EM-터널 내장 단계(810)과 안테나 내장 단계(820)는 본 발명의 인쇄회로기판의 제작 과정을 크게 이분화하여 기술한 것뿐이며, 세부적인 제작 과정에서는 각 단계가 혼합 또는 뒤바뀔 수도 있다. 즉, 일반적인 인쇄회로기판 제작 과정처럼, 다층의 인쇄회로 박막을 적층하여 제작할 경우에 각 박막에 해당되는 회로 패턴이 서로 혼합될 수 있으며, 이러한 박막들이 순차적으로 적층되는 세부 과정에서 상기 두 단계의 공정들이 혼합 또는 뒤바뀔 수 있다.

또한, 도 2 내지 도 8에서는 전자파 송수신 안테나가 인쇄회로기판에 매몰된 형태를 예시하였으나, EM-터널의 출입구 가까이에 홈을 형성하여 전자파 송수신 안테나를 홈 속으로 삽입하는 형태도 가능하며, 이러한 삽입 형태도 본 발명에서 표현한 내장의 형태에 속한다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB)에 있어서,
인쇄회로기판;
유전체 코어 및 상기 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되고, 상기 인쇄회로기판에 내장되어 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 형성되는 EM-터널; 및
상기 인쇄회로기판에 내장되는 송수신 안테나
를 포함하고,
상기 송수신 안테나는
상기 인쇄회로기판에 내장되는 상기 EM-터널의 출입구에 정렬되어, 전자파 신호를 상기 EM-터널 내로 송수신하는, 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
평면형으로 구성되어, 상기 송수신 안테나의 표면에 대한 상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향에 기초하여, 상기 인쇄회로기판에 내장되는 위치 및 상기 EM-터널의 출입구에 정렬되는 위치가 결정되는, 인쇄회로기판.
제2항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 수평 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 배치되는, 인쇄회로기판.
제2항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 수직 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수직 방향으로 배치되는, 인쇄회로기판.
제2항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
상기 송수신 안테나의 전자파 신호 송수신 방향이 상기 송수신 안테나의 표면에 대해 일정 각도로 기울어진 방향인 경우, 상기 전자파 신호가 상기 EM-터널 내로 송수신되도록 상기 인쇄회로기판에 대해 수평 방향으로 상기 EM-터널의 출입구 상부 또는 하부 중 임의의 위치에 겹치게 배치되는, 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
복수 개의 세트로 구비되고,
상기 복수 세트의 송수신 안테나들은
다채널의 전자파 신호들을 상기 EM-터널 내로 송수신하는, 인쇄회로기판.
제6항에 있어서,
상기 복수 세트의 송수신 안테나들은
상기 인쇄회로기판에 내장되며 상기 EM-터널의 출입구에 다층 구조로 정렬되는, 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 EM-터널의 출입구 중 어느 하나는
상기 인쇄회로기판의 표면에 노출되어, 상기 EM- 터널을 상기 인쇄회로기판의 외부에 구비되는 E-튜브(electronic tube)와 연결하는 커넥터와 결합되는, 인쇄회로기판.
제1항에 있어서,
상기 송수신 안테나는
상기 인쇄회로기판의 표면에 실장되거나 상기 인쇄회로기판에 내장되는 MWT(Microstrip-to-Waveguide Transition)와 연결되는, 인쇄회로기판.
전자파 신호 송수신 안테나 및 EM-터널(electromagnetic-tunnel)이 내장된 구조를 갖는 인쇄회로기판(printed-circuit board; PCB)을 제작하는 방법에 있어서,
유전체 코어 및 상기 유전체 코어를 둘러싼 금속 클래드로 구성되는 EM-터널을 인쇄회로기판에 내장하며, 상기 인쇄회로기판에 대해 수평방향으로 형성하는 단계; 및
상기 인쇄회로기판에 송수신 안테나를 내장하는 단계
를 포함하고,
상기 인쇄회로기판에 송수신 안테나를 내장하는 단계는
전자파 신호를 상기 EM-터널 내로 송수신하도록 상기 송수신 안테나를 상기 EM-터널의 출입구에 정렬하는 단계
를 포함하는 인쇄회로기판을 제작하는 방법.