KR20210071879A - 칩 안테나 모듈 집합체 및 칩 안테나 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체는, 서로 이격되어 상하방향으로 연장된 복수의 배선비아와, 복수의 배선비아 중 대응되는 배선비아에 전기적으로 연결되고 수평방향으로 연장된 적어도 하나의 연결부재 피드라인을 포함하는 연결부재; 및 서로 이격되어 연결부재의 상면 상에 실장되는 복수의 칩 안테나 모듈; 을 포함하고, 복수의 칩 안테나 모듈 각각은, 제1 안테나 유전층; 제1 안테나 유전층을 통한 급전경로를 제공하도록 배치되는 피드비아; 및 제1 안테나 유전층의 상면 상에 배치되고 피드비아로부터 급전되도록 구성된 패치 안테나 패턴; 을 포함하고, 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나는, 제1 안테나 유전층의 하면 상에 배치된 그라운드 패턴; 서로 연결된 제1, 제2 및 제3 파트를 포함하고, 상기 제2 파트가 그라운드 패턴의 하면 상에 위치하도록 배치되고 적어도 하나의 연결부재 피드라인과 피드비아의 사이를 전기적으로 연결시키는 칩안테나 피드라인; 칩안테나 피드라인의 제2 파트의 하면 상에 배치된 제1 피드라인 유전층; 및 제1 피드라인 유전층의 하면 상에 배치되고 상기 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나의 상기 연결부재에 대한 실장을 지원하도록 구성된 솔더층; 을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 칩 안테나 모듈 집합체 및 칩 안테나 모듈에 관한 것이다.
이동통신의 데이터 트래픽(Data Traffic)은 매년 비약적으로 증가하는 추세이다. 이러한 비약적인 데이터를 무선망에서 실시간으로 지원해 주고자 활발한 기술 개발이 진행 중에 있다. 예를 들어, IoT(Internet of Thing) 기반 데이터의 컨텐츠화, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), SNS와 결합한 라이브 VR/AR, 자율 주행, 싱크뷰 (Sync View, 초소형 카메라 이용해 사용자 시점 실시간 영상 전송) 등의 애플리케이션(Application)들은 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있게 지원하는 통신(예: 5G 통신, mmWave 통신 등)을 필요로 한다.
따라서, 최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 칩 안테나 모듈의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
높은 주파수 대역(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등)의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 흡수되고 손실로 이어지므로, 통신의 품질은 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서, 높은 주파수 대역의 통신을 위한 안테나는 기존 안테나 기술과는 다른 기술적 접근법이 필요하게 되며, 안테나 이득(Gain) 확보, 안테나와 RFIC의 일체화, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 확보 등을 위한 별도의 전력 증폭기 등 특수한 기술 개발을 요구할 수 있다.
본 발명은 칩 안테나 모듈 집합체 및 칩 안테나 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체는, 서로 이격되어 상하방향으로 연장된 복수의 배선비아와, 상기 복수의 배선비아 중 대응되는 배선비아에 전기적으로 연결되고 수평방향으로 연장된 적어도 하나의 연결부재 피드라인을 포함하는 연결부재; 및 서로 이격되어 상기 연결부재의 상면 상에 실장되는 복수의 칩 안테나 모듈; 을 포함하고, 상기 복수의 칩 안테나 모듈 각각은, 제1 안테나 유전층; 상기 제1 안테나 유전층을 통한 급전경로를 제공하도록 배치되는 피드비아; 및 상기 제1 안테나 유전층의 상면 상에 배치되고 상기 피드비아로부터 급전되도록 구성된 패치 안테나 패턴; 을 포함하고, 상기 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나는, 상기 제1 안테나 유전층의 하면 상에 배치된 그라운드 패턴; 서로 연결된 제1, 제2 및 제3 파트를 포함하고, 상기 제2 파트가 상기 그라운드 패턴의 하면 상에 위치하도록 배치되고 상기 적어도 하나의 연결부재 피드라인과 상기 피드비아의 사이를 전기적으로 연결시키는 칩안테나 피드라인; 및 상기 칩안테나 피드라인의 하면 상에 배치된 제1 피드라인 유전층; 및 상기 제1 피드라인 유전층의 하면 상에 배치되고 상기 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나의 상기 연결부재에 대한 실장을 지원하도록 구성된 솔더층; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈은, 제1 안테나 유전층; 상기 제1 안테나 유전층을 통한 급전경로를 제공하도록 배치되는 피드비아; 및 상기 제1 안테나 유전층의 상면 상에 배치되고 상기 피드비아로부터 급전되도록 구성된 패치 안테나 패턴; 상기 제1 안테나 유전층의 하면 상에 배치된 그라운드 패턴; 서로 연결된 제1, 제2 및 제3 파트를 포함하고, 상기 제2 파트가 상기 그라운드 패턴의 하면 상에 위치하도록 배치되고 상기 피드비아에 전기적으로 연결된 칩안테나 피드라인; 및 상기 칩안테나 피드라인의 제2 파트의 하면 상에 배치된 제1 피드라인 유전층; 상기 그라운드 패턴과 상기 제1 피드라인 유전층의 사이에 배치되고 상기 칩안테나 피드라인으로부터 이격되어 배치된 사이드 피드라인; 및 상기 사이드 피드라인보다 상기 제1 안테나 유전층의 측면에 더 가까이 배치되고 상기 사이드 피드라인에 전기적으로 연결된 사이드 방사 패턴; 상기 제1 피드라인 유전층의 하면 상에 배치된 솔더층; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체는, 복수의 칩 안테나 모듈의 복수의 피드라인의 집적에 따른 피드라인 복잡도를 완화시킬 수 있으므로, 복수의 칩 안테나 모듈의 전반적인 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 직진성 등)을 확보하면서도 복수의 칩 안테나 모듈이 실장되는 연결부재의 크기를 줄이거나 연결부재의 전기연결 방식 자유도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 및 칩 안테나 모듈은, 전반적인 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 직진성 등)을 확보하면서도 피드라인의 전송손실을 효율적으로 감소시키거나 사이드 방사패턴 형성 효율을 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에 사이드 피드라인 및/또는 사이드 방사 패턴이 추가로 배치된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 1e 및 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈이 연결부재의 상면 상에 실장된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체를 나타낸 사시도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에서 칩안테나 피드라인 주변의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 하측의 구조를 예시한 측면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체를 포함하는 전자기기를 예시한 평면도이다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에 사이드 피드라인 및/또는 사이드 방사 패턴이 추가로 배치된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 1e 및 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈이 연결부재의 상면 상에 실장된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체를 나타낸 사시도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에서 칩안테나 피드라인 주변의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 하측의 구조를 예시한 측면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체를 포함하는 전자기기를 예시한 평면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 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, 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 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 측면도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100a)은, 제1 안테나 유전층(151a), 피드비아(120a), 제1 패치 안테나 패턴(111a), 제2 패치 안테나 패턴(112a), 그라운드 패턴(125a), 칩안테나 피드라인(170a), 제1 피드라인 유전층(161a) 및 솔더층(140a)을 포함할 수 있다.
제1 안테나 유전층(151a)의 상면은 제1 패치 안테나 패턴(111a)의 배치공간으로 사용될 수 있으며, 제1 안테나 유전층(151a)의 하면은 그라운드 패턴(125a)의 배치공간으로 사용될 수 있다.
제1 안테나 유전층(151a)은 제1 패치 안테나 패턴(111a)의 하면을 통해 방사되는 RF(Radio Frequency) 신호의 통과 경로로 작용될 수 있다. 상기 RF 신호는 제1 안테나 유전층(151a)내에서 제1 안테나 유전층(151a)의 유전율에 대응되는 파장을 가질 수 있다.
제1 패치 안테나 패턴(111a)과 그라운드 패턴(125a) 사이의 이격 거리는 상기 RF 신호의 파장에 기반하여 최적화될 수 있으며, 상기 파장이 짧을수록 더욱 쉽게 짧아질 수 있다. 따라서, 제1 안테나 유전층(151a)의 상하방향(예: z방향) 두께는 제1 안테나 유전층(151a)의 유전율이 높을수록 더욱 쉽게 얇아질 수 있다.
제1 패치 안테나 패턴(111a)과 그라운드 패턴(125a) 각각의 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향) 크기는 상기 RF 신호의 파장에 기반하여 최적화될 수 있으며, 상기 파장이 짧을수록 더욱 쉽게 작아질 수 있다. 따라서, 제1 안테나 유전층(151a)의 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향) 크기는 제1 안테나 유전층(151a)의 유전율이 높을수록 더욱 쉽게 작아질 수 있다.
따라서, 칩 안테나 모듈(100a)의 전반적인 크기는 제1 안테나 유전층(151a)의 유전율이 높을수록 더욱 쉽게 작아질 수 있다.
일반적으로, 패치 안테나는 인쇄회로기판(PCB)과 같은 기판의 일부분으로 구현될 수 있으나, 패치 안테나의 소형화는 인쇄회로기판(PCB)의 일반적인 절연층의 상대적으로 낮은 유전율로 인해 한계에 부딪힐 수 있다.
칩 안테나 모듈(100a)은 인쇄회로기판(PCB)과 같은 기판에 대해 별도로 제조될 수 있으므로, 인쇄회로기판(PCB)의 일반적인 절연층보다 더 높은 유전율을 가지는 제1 안테나 유전층(151a)을 보다 쉽게 사용할 수 있다.
예를 들어, 제1 안테나 유전층(151a)은 인쇄회로기판(PCB)의 일반적인 절연층의 유전율보다 더 높은 유전율을 가지도록 구성된 세라믹(ceramic) 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 안테나 유전층(151a)은 저온 동시 소성 세라믹(Low temperature co-fired ceramic, LTCC)과 같은 세라믹 계열의 물질이나 글래스(glass) 계열의 물질과 같이 상대적으로 높은 유전율을 가지는 물질로 구성될 수 있으며, 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 더 함유함으로써 더 높은 유전율이나 더 강한 내구성을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 유전층(151a)은 Mg2Si04, MgAlO4, CaTiO3를 포함할 수 있다.
피드비아(120a)는 제1 안테나 유전층(151a)을 관통하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 피드비아(120a)는 제1 안테나 유전층(151a)에서 레이저에 의해 형성된 관통홀에 도전성 재료(예: 구리, 니켈, 주석, 은, 금, 팔라듐 등)가 채워지는 과정을 통해 형성될 수 있다.
제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)은 피드비아(120a)로부터 급전될 수 있다. 제1 및 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a) 중 하나는 설계에 따라 생략될 수 있으며, 제1 및 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)은 서로 다른 공진주파수를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)은 도전성 페이스트가 안테나 유전층 상에 도포 및/또는 충진된 상태에서 건조됨에 따라 형성될 수 있다.
제1 패치 안테나 패턴(111a)은 피드비아(120a)로부터 간접적으로 급전될 수 있으며, 제2 패치 안테나 패턴(112a)은 피드비아(120a)로부터 직접적으로 급전될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 패치 안테나 패턴(111a)은 피드비아(120a)에 접촉되도록 구성되고, 제2 패치 안테나 패턴(112a)은 별도의 피드비아로부터 급전되도록 구성될 수 있으며, 설계에 따라 제2 패치 안테나 패턴(112a)은 무급전 패치로 구성될 수도 있다.
제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)에서 방사되는 RF 신호의 파장은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향) 크기에 대응될 수 있다. 이에 따라, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)은 공진을 일으키면서 상하방향(예: z방향)으로 방사패턴을 형성하도록 구성될 수 있다.
그라운드 패턴(125a)은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)에 대해 용량성 커플링(capacitive coupling)을 할 수 있으며, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 하면을 통해 방사되는 RF 신호를 반사할 수 있다. 그라운드 패턴(125a)에서 반사되는 RF 신호는 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 상면을 통해 방사되는 RF 신호에 중첩될 수 있다. 이에 따라, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 방사패턴은 더욱 상하방향(예: z방향)으로 집중될 수 있으므로, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 이득은 더욱 향상될 수 있다.
칩안테나 피드라인(170a)의 적어도 일부분은 그라운드 패턴(125a)의 하면 상에 수평적으로 배치될 수 있다. 칩안테나 피드라인(170a)은 피드비아(120a)와 연결부재 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
예를 들어, 칩안테나 피드라인(170a)은 제1, 제2 및 제3 파트(171a, 172a, 173a)를 포함할 수 있다.
칩안테나 피드라인의 제3 파트(173a)는 피드비아(120a)에 접촉하도록 상하방향(예: z방향)으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)는 제3 파트(173a)에 연결될 수 있으며, 제1 피드라인 유전층(161a)의 상면 상에 수평적으로 배치될 수 있다.
칩안테나 피드라인의 제1 파트(171a)는 제2 파트(172a)에 연결될 수 있으며, 제1 피드라인 유전층(161a)을 관통하도록 배치될 수 있으며, 연결부재의 연결될 수 있다.
제1 피드라인 유전층(161a)의 상면은 칩안테나 피드라인(170a)의 적어도 일부분의 배치공간으로 사용될 수 있다.
따라서, 제1 피드라인 유전층(161a)의 유전손실은 칩안테나 피드라인(170a)을 통해 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)으로 전달되는 RF 신호의 전송손실에 영향을 줄 수 있다.
칩 안테나 모듈(100a)은 인쇄회로기판(PCB)과 같은 기판에 대해 별도로 제조될 수 있으므로, 기판의 절연층보다 더 낮은 유전손실을 가지는 제1 피드라인 유전층(161a)을 보다 쉽게 사용할 수 있다. 따라서, 칩 안테나 모듈(100a)의 이득은 더욱 향상될 수 있다.
예를 들어, 제1 피드라인 유전층(161a)은 인쇄회로기판(PCB)의 일반적인 절연층의 유전율(예: 0.004)보다 더 높은 유전율(예: 0.0008)을 가지도록 구성된 세라믹(ceramic) 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 피드라인 유전층(161a)은 제1 안테나 유전층(151a)의 재료과 동일한 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 피드라인 유전층(161a)은 제1 안테나 유전층(151a)의 유전율보다 더 낮은 유전율을 가질 수 있다. 즉, 제1 안테나 유전층(151a)은 칩 안테나 모듈(100a)의 전반적인 사이즈에 상대적으로 더 많은 기여를 하므로, 칩 안테나 모듈(100a)의 전반적인 사이즈의 축소를 위해 상대적으로 더 높은 유전율을 가질 수 있으며, 제1 피드라인 유전층(161a)은 칩 안테나 모듈(100a)의 전반적인 사이즈에 상대적으로 더 적게 기여를 하므로, 칩 안테나 모듈(100a)의 전반적인 사이즈보다 칩안테나 피드라인(170a)의 전송손실 저하에 더욱 집중하여 설계될 수 있다.
솔더층(140a)은 제1 피드라인 유전층(161a)의 하면 상에 배치될 수 있다.
솔더층(140a)은 칩 안테나 모듈(100a)의 연결부재에 대한 실장을 지원하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 솔더층(140a)은 제1 피드라인 유전층(161a)의 가장자리를 따라 배치됨에 따라 연결부재에 보다 쉽게 결합될 수 있다. 예를 들어, 솔더층(140a)은 용융점이 상대적으로 낮은 주석(sn) 기반의 솔더에 대한 결합에 유리하도록 구성될 수 있으며, 주석 도금층 및/또는 니켈 도금층을 포함함으로써 상기 솔더에 대한 결합이 용이하도록 구성될 수 있다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 칩 안테나 모듈(100a)은, 제2 안테나 유전층(152a), 제3 안테나 유전층(153a), 제4 안테나 유전층(154a), 제5 안테나 유전층(155a), 제2 피드라인 유전층(162a) 및 제3 피드라인 유전층(163a) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제3 및 제5 안테나 유전층(153a, 155a)는 제1 안테나 유전층(151a)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있으며, 제3 피드라인 유전층(163a)은 제1 피드라인 유전층(161a)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있으며, 제2 피드라인 유전층(162a), 제2 및 제4 안테나 유전층(152a, 154a)은 서로 동일한 재료로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제2 피드라인 유전층(162a), 제2 및 제4 안테나 유전층(152a, 154a)은 제1, 제3 및 제5 안테나 유전층(151a, 153a, 155a)의 재료와 다른 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 피드라인 유전층(162a), 제2 및 제4 안테나 유전층(152a, 154a)은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a) 간의 결합력을 높이거나 제1, 제3 및 제5 안테나 유전층(151a, 153a, 155a) 간의 결합력을 높이도록 접착성을 가지는 폴리머(polymer)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 피드라인 유전층(162a), 제2 및 제4 안테나 유전층(152a, 154a)은 제1, 제3 및 제5 안테나 유전층(151a, 153a, 155a) 사이의 유전매질 경계면을 형성하도록 제1, 제3 및 제5 안테나 유전층(151a, 153a, 155a)의 유전율보다 낮은 유전율을 가지는 세라믹(ceramic) 재료를 포함하거나, LCP(Liquid Crystal Polymer)나 폴리이미드와 같이 높은 유연성을 가지는 재료를 포함하거나, 강한 내구성, 높은 접착성을 가지도록 에폭시(epoxy) 수지나 테플론(Teflon) 같은 재료를 포함할 수도 있다.
제3 피드라인 유전층(163a)은 그라운드 패턴(125a)과 제1 피드라인 유전층(161a)의 사이에 배치될 수 있다.
제2 피드라인 유전층(162a)은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a)의 사이에 배치되고 칩안테나 피드라인(170a)의 적어도 일부분에 접촉하도록 배치될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 피드라인 유전층(161a, 162a, 163a)의 적층 구조로 인해, 칩안테나 피드라인(170a)은 제1, 제2 및 제3 파트(171a, 172a, 173a)로 분할되어 설계될 수 있으며, 칩안테나 피드라인(170a)의 전기적 길이는 더욱 정밀하게 설계될 수 있으므로, 칩 안테나 모듈(100a)에서 방사되는 RF 신호의 위상은 더욱 정밀하게 조절될 수 있으며, 복수의 칩 안테나 모듈(100a)의 방사패턴은 더욱 효율적으로 중첩될 수 있다.
제2 피드라인 유전층(162a)의 유전율은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a)의 유전율보다 낮을 수 있으므로, 제2 피드라인 유전층(162a)은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a) 사이의 결합력을 높이는데 더욱 집중하여 설계될 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 및 제3 피드라인 유전층(161a, 162a, 163a)의 적층 구조는 더욱 안정적일 수 있으며, 칩안테나 피드라인(170a)의 단락, 누설전류 발생 가능성은 더욱 줄어들 수 있다.
제2 안테나 유전층(152a)은 제1 및 제3 안테나 유전층(151a, 153a)의 사이에 배치될 수 있으며, 제1 및 제3 안테나 유전층(151a, 153a) 사이의 결합력을 높이도록 구성되거나, 제1 및 제3 안테나 유전층(151a, 153a) 유전매질 경계면을 형성하도록 제1 및 제3 안테나 유전층(151a, 153a)의 유전율보다 낮은 유전율을 가질 수 있다. 상기 유전매질 경계면은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)에서 방사되는 RF 신호의 전파방향을 굴절시킬 수 있으므로, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 이득을 더욱 향상시킬 수 있다.
제3 안테나 유전층(153a)은 제1 패치 안테나 패턴(111a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 제3 안테나 유전층(153a)의 상면은 제2 패치 안테나 패턴(112a)의 배치공간으로 사용될 수 있다.
제4 안테나 유전층(154a)은 제3 안테나 유전층(153a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 제5 안테나 유전층(155a)은 제4 안테나 유전층(154a)의 상면 상에 배치될 수 있다. 제3 및 제5 안테나 유전층(153a, 155a) 사이의 유전매질 경게면은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)에서 방사되는 RF 신호의 전파방향을 굴절시킬 수 있으므로, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 이득을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 칩 안테나 모듈(100a)은, 제3 패치 안테나 패턴(115a) 및 피드라인 포위 패턴(145a) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제3 패치 안테나 패턴(115a)은 제5 안테나 유전층(155a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)에 대해 전자기적으로 커플링될 수 있으므로, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 대역폭을 더욱 넓힐 수 있다.
피드라인 포위 패턴(145a)은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a)의 사이에 배치될 수 있으며, 칩안테나 피드라인(170a)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 칩안테나 피드라인(170a)은 외부의 전자기적 잡음으로부터 보호될 수 있으므로, 칩안테나 피드라인(170a)을 통해 전달되는 RF 신호의 노이즈는 더욱 감소할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100b)의 제3 패치 안테나 패턴(115b)은 중심부의 슬랏(slot)을 가질 수 있다. 이에 따라, 제3 패치 안테나 패턴(115a)을 흐르는 표면전류는 슬랏(slot)의 주위를 회전하는 방향으로 흐를 수 있으므로, 제3 패치 안테나 패턴(115a)의 RF 신호 파장에 대한 최적화에 따른 크기는 더욱 작아질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 칩 안테나 모듈(100b)의 제1 안테나 유전층(151b)은 제1-1 안테나 유전층(151b-1), 제1-2 안테나 유전층(151b-2) 및 제1-3 안테나 유전층(151b-3)을 포함할 수 있다.
제1-2 안테나 유전층(151b-2)은 제2 및 제4 안테나 유전층(152a, 154a)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있으며, 제1-1 안테나 유전층(151b-1) 및 제1-3 안테나 유전층(151b-3)의 유전율보다 더 낮은 유전율을 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 안테나 유전층(151b)은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)과 그라운드 패턴(125a) 사이의 유전매질 경계면을 형성할 수 있으므로, 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 방사패턴 형성방향을 더욱 상하방향(예: z방향)으로 집중시킬 수 있다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에 사이드 피드라인 및/또는 사이드 방사 패턴이 추가로 배치된 구조를 나타낸 측면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100c)은, 사이드 피드라인(180a) 및 사이드 방사 패턴(190a)을 더 포함할 수 있다.
사이드 피드라인(180a)은 그라운드 패턴(125a)과 제1 피드라인 유전층(161a)의 사이에 배치되고 제1 피드라인 유전층(161a)을 통해 -z방향으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 사이드 피드라인(180a)은 제1 사이드 파트(181a)와 제2 사이드 파트(182a)를 포함할 수 있다.
사이드 피드라인(180a)은 제1 및 제3 피드라인 유전층(161a, 163a)의 사이에 배치되고, 칩안테나 피드라인(170a)으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
사이드 방사 패턴(190a)은 사이드 피드라인(180a)보다 제1 안테나 유전층(161a)의 수평방향 측면에 더 가까이 배치되고 사이드 피드라인(180a)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 사이드 방사 패턴(190a)은 다이폴 안테나, 모노폴 안테나와 같이 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향)으로 방사패턴을 형성하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 칩 안테나 모듈(100c)은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)을 통한 상하방향(예: z방향) 방사패턴뿐만 아니라 사이드 방사 패턴(190a)을 통한 수평방향 방사패턴도 함께 형성할 수 있다.
예를 들어, 사이드 방사 패턴(190a)은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 제1 공진주파수(예: 28GHz, 39GHz, 60GHz)보다 더 낮은 제2 공진주파수(예: 2GHz, 3.5GHz, 5GHz, 6GHz)를 가지도록 구성될 수 있다.
사이드 방사 패턴(190a)의 구조와 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 구조가 상이하므로, 사이드 방사 패턴(190a)은 설계에 따라 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)보다 크게 낮은 제2 공진주파수를 가질 수도 있다. 따라서, 칩 안테나 모듈(100c)은 상기 제1 및 제2 공진주파수에 각각 대응되는 제1 및 제2 주파수 대역 간의 주파수 차이가 상대적으로 큰 경우에도 상기 제1 및 제2 주파수 대역에 대한 방사패턴을 효율적으로 형성할 수 있다.
도 1d 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100d)의 사이드 방사 패턴(190b)의 적어도 일부분은 제1 안테나 유전층(151a)의 측면 상 또는 제1 및/또는 제3 피드라인 유전층(161a, 163a)의 측면 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 칩 안테나 모듈(100d)은 칩 안테나 모듈(100d)의 내부에서 사이드 방사 패턴(190b)의 배치공간을 제공하지 않을 수 있으므로, 칩 안테나 모듈(100d)의 사이즈를 더욱 줄일 수 있다.
또한, 칩 안테나 모듈(100d)은 사이드 방사 패턴(190b)의 측면 배치에 따라 방사패턴 형성방향이 상하방향(예: z방향)인 사이드 방사 패턴(190b)을 사용할 수 있다.
칩 안테나 모듈(100d)의 측면에 배치된 사이드 방사 패턴(190b)은 제1 및/또는 제2 패치 안테나 패턴(111a, 112a)의 공진주파수보다 더 낮은 공진주파수를 보다 효율적으로 가질 수 있다.
예를 들어, 사이드 방사 패턴(190b)은 LDS(Laser Direct Structuring) 방식으로 구현될 수 있으며, LMA(Laser Manufacturing Antenna)로 구성될 수 있다.
사이드 피드라인(180b)의 제1 사이드 파트(181b)와 제2 사이드 파트(182b)는 사이드 방사 패턴(190b)의 측면 배치에 최적화하여 설계될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 사이드 방사 패턴(190b)은 방사 파트(191b), 급전 파트(192b) 및 접지 파트(193b)를 포함할 수 있다.
사이드 방사 패턴(190b)은 접지 파트(193b)를 통해 솔더층(140a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 솔더층(140a)은 전기적으로 그라운드 상태일 수 있다.
이에 따라, 사이드 방사 패턴(190b)은 그라운드에 대한 접속 구조를 보다 효율적으로 구비할 수 있다.
도 1e 및 도 1f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈이 연결부재의 상면 상에 실장된 구조를 나타낸 측면도이다.
도 1e 및 도 1f를 참조하면, 연결부재(200)의 상면은 칩 안테나 모듈(100a, 100d)의 실장공간을 제공할 수 있으며, 연결부재(200)의 하면은 제1 IC(310a)의 실장공간을 제공할 수 있으며, 설계에 따라 제2 IC(311a)의 실장공간을 제공할 수 있다.
연결부재(200)는 칩 안테나 모듈(100a, 100d)과 제1 및/또는 제2 IC(310a, 311a) 사이의 전기적 연결 경로를 제공하도록 연결부재 피드라인을 포함할 수 있다.
예를 들어, 연결부재(200)는 복수의 절연층과 복수의 도전성 층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있으며, 상기 연결부재 피드라인은 상기 복수의 도전성 층에 배치될 수 있다.
연결부재(200)의 크기 및/또는 전기연결 방식(예: ball grid array 방식, high density interface 방식)은 연결부재(200) 내의 연결부재 피드라인의 복잡도에 기초하여 결정될 수 있다.
연결부재(200)의 상면 상에 실장되는 칩 안테나 모듈의 개수가 많을수록 RF 신호 송수신의 전반적인 이득 및/또는 직진성은 향상될 수 있으며, 연결부재(200)의 크기는 더욱 커질 수 있으며, 연결부재(200)의 전기연결 방식 자유도는 낮아질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100a, 100d)이 칩안테나 피드라인(170a)을 포함하므로, 연결부재(200) 내의 연결부재 피드라인의 복잡도는 낮아질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈(100d)이 사이드 피드라인(180b) 및 사이드 방사 패턴(190b)을 포함하므로, 연결부재(200)는 사이드 안테나를 구비하지 않을 수 있으므로, 연결부재(200) 내의 연결부재 피드라인의 복잡도는 낮아질 수 있다.
이에 따라, 연결부재(200)의 크기는 더욱 작아질 수 있으며, 연결부재(200)의 전기연결 방식 자유도는 더욱 높아질 수 있다.
도 1e 및 도 1f를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체는, 전기연결구조체(271a, 272a, 274a), IC 전기연결구조체(330a), 봉합재(340a) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전기연결구조체(271a, 272a, 274a)는 연결부재(200)와 칩 안테나 모듈(100a, 100d)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, 실장을 위해 칩안테나 피드라인(170a)의 용융점보다 낮은 용융점을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(271a, 272a, 274a)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)로 구성될 수 있다.
IC 전기연결구조체(330a)는 연결부재(200)와 제1 및/또는 제2 IC(310a, 311a) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, 전기연결구조체(271a, 272a, 274a)와 유사한 형태, 구조 및/또는 재료를 가질 수 있다.
봉합재(340a)는 제1 및/또는 제2 IC(310a, 311a) 각각의 적어도 일부분을 봉합할 수 있으며, 제1 및/또는 제2 IC(310a, 311a)를 물리적으로 보호할 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340a)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체를 나타낸 사시도이다.
도 3a를 참조하면, 사이드 방사 패턴을 포함하지 않는 복수의 칩 안테나 모듈(101a, 102a, 103a, 104a)은 연결부재(200)의 상면 상에서 x방향으로 나란히 배열될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 사이드 방사 패턴을 포함하는 복수의 칩 안테나 모듈(101d, 102d, 103d, 104d)은 연결부재(200)의 상면 상에서 x방향으로 나란히 배열될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 제3 패치 안테나 패턴(115b)은 제5 안테나 유전층(155a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 슬랏(slot)을 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제2 패치 안테나 패턴(112a)은 제3 안테나 유전층(153a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 피드비아(120a)의 접속점을 가질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제1 패치 안테나 패턴(111a)은 제1 안테나 유전층(151a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 피드비아(120a)가 관통하는 관통홀을 가질 수 있다.
도 4d를 참조하면, 그라운드 패턴(125a)은 제3 피드라인 유전층(163a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 칩안테나 피드라인의 제3 파트(173a)에 상하방향(예: z방향)으로 오버랩되는 관통홀을 가질 수 있다.
도 4e를 참조하면, 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)는 제1 피드라인 유전층(161a)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 피드라인 포위 패턴(145a)은 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)을 둘러싸도록 구성될 수 있다.
도 4f를 참조하면, 솔더층(140a)은 칩 안테나 모듈의 측면을 따라 배치된 고리 형태를 가질 수 있으며, 칩안테나 피드라인의 제3 파트(173a)은 솔더층(140a)에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체 중 적어도 하나의 칩 안테나 모듈에서 칩안테나 피드라인 주변의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 칩 안테나 모듈은, 각각 피드라인 포위 패턴(145a)과 그라운드 패턴의 사이를 전기적으로 연결시키고, 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)를 둘러싸도록 배열된 복수의 피드라인 포위 비아(146a)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)를 통해 전달되는 RF 신호에 대한 외부의 전자기적 노이즈 영향은 더욱 감소할 수 있다.
한편, 복수의 피드라인 포위 비아(147a)는 피드라인 포위 패턴(145a)의 외곽을 따라 배열됨으로써, 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)를 둘러싸도록 배열될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)과 사이드 피드라인(180a)은 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 피드라인 포위 패턴(145a)은 칩안테나 피드라인의 제2 파트(172a)과 사이드 피드라인(180a)을 각각 둘러쌀 수 있다.
피드라인 포위 패턴(145a)은 사이드 방사 패턴(190a)과 사이드 피드라인(180a)을 함께 둘러쌀 수 있다.
도 5c를 참조하면, 사이드 피드라인(180b)은 칩 안테나 모듈의 측면 상에 배치된 사이드 방사 패턴에 연결되도록 칩 안테나 모듈의 측면을 통해 노출될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 z방향 위치 별 평면도를 -z방향으로 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 연결부재(200)는 제1 그라운드 플레인(201a)을 포함할 수 있다. 제1 그라운드 플레인(201a)은 복수의 칩안테나 피드라인의 제1 파트(171a-1, 171a-2, 171a-3, 171a-4)의 IC에 대한 접속경로를 제공하기 위한 복수의 관통홀을 가질 수 있다.
복수의 칩안테나 피드라인의 제1 파트(171a-1, 171a-2, 171a-3, 171a-4)는 복수의 피드비아(120-1, 120-2, 120-3, 120-4)에 각각 전기적으로 연결될 수 있으며, 상하방향(예: z방향)으로 볼 때 복수의 칩 안테나 모듈(101a, 102a, 103a, 104a)의 배치공간 내에 위치할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 연결부재(200)는 제2 그라운드 플레인(202a)을 포함할 수 있다. 제2 그라운드 플레인(202a)은 복수의 연결부재 피드라인(220-1, 220-2, 220-3, 220-4)을 각각 둘러쌀 수 있다.
복수의 연결부재 피드라인(220-1, 220-2, 220-3, 220-4)은 복수의 칩안테나 피드라인과 복수의 배선비아(230a-1, 230a-2, 230a-3, 230a-4)의 사이를 각각 전기적으로 연결시키도록 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향)으로 연장될 수 있다.
복수의 배선비아(230a-1, 230a-2, 230a-3, 230a-4)는 상하방향(예: z방향)으로 연장되어 IC에 전기적으로 연결될 수 있다.
설계에 따라, 복수의 칩 안테나 모듈(101a, 102a, 103a, 104a) 중 연결부재(200)의 중심에 가까운 칩 안테나 모듈의 피드비아는 연결부재 피드라인 접속 없이 복수의 배선비아(230a-1, 230a-2, 230a-3, 230a-4)에 접속될 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 연결부재의 하측의 구조를 예시한 측면도이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈은, 연결부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 코어 부재(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
IC(310)는 도 1e, 도 1f를 참조하여 전술한 제1 및/또는 제2 IC와 동일하며, 연결부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결부재 피드라인에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결되어 그라운드를 제공받을 수 있다. 예를 들어, IC(310)는 주파수 변환, 증폭, 필터링, 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 변환된 신호를 생성할 수 있다.
접착 부재(320)는 IC(310)와 연결부재(200)를 서로 접착시키도록 접착성 재료를 포함할 수 있다.
전기연결구조체(330)는 도 1e, 도 1f를 참조하여 전술한 IC 전기연결구조체와 동일하며, 봉합재(340)는 도 1e, 도 1f를 참조하여 전술한 봉합재와 동일하다.
수동부품(350)은 연결부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결부재(200)의 배선 및/또는 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 수동부품(350)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
코어 부재(410)는 연결부재(200)의 하측에 배치될 수 있으며, 외부로부터 IF(intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(base band) 신호를 전달받아 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 연결부재(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, RF 신호의 주파수(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz)는 IF 신호(예: 2GHz, 5GHz, 10GHz 등)의 주파수보다 크다.
예를 들어, 코어 부재(410)는 연결부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈은, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
차폐 부재(360)는 연결부재(200)의 하측에 배치되어 연결부재(200)와 함께 IC(310)를 가두도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)을 함께 커버(예: conformal shield)하거나 각각 커버(예: compartment shield)하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 일면이 개방된 육면체의 형태를 가지고, 연결부재(200)와의 결합을 통해 육면체의 수용공간을 가질 수 있다. 차폐 부재(360)는 구리와 같이 높은 전도도의 물질로 구현되어 짧은 스킨뎁스(skin depth)를 가질 수 있으며, 연결부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)이 받을 수 있는 전자기적 노이즈를 줄일 수 있다.
커넥터(420)는 케이블(예: 동축케이블, 연성PCB)의 접속구조를 가질 수 있으며, 연결부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 코어 부재(410)과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 커넥터(420)는 케이블로부터 IF 신호, 기저대역 신호 및/또는 전원을 제공받거나 IF 신호 및/또는 기저대역 신호를 케이블로 제공할 수 있다.
칩 엔드파이어 안테나(430)는 칩 안테나 모듈에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 엔드파이어 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결부재(200)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈을 포함하는 전자기기를 예시한 평면도이다.
도 8a를 참조하면, 칩 안테나 모듈(100g)을 포함하는 칩 안테나 모듈 집합체는 전자기기(700g)의 세트 기판(600g) 상에서 전자기기(700g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.
전자기기(700g)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 세트 기판(600g) 상에는 통신모듈(610g) 및 기저대역 회로(620g)가 더 배치될 수 있다. 상기 칩 안테나 모듈 집합체는 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다.
통신모듈(610g)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
기저대역 회로(620g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(620g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 칩 안테나 모듈로 전달될 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 칩 안테나 모듈(100i)을 각각 포함하는 복수의 칩 안테나 모듈 집합체는 전자기기(700i)의 세트 기판(600i) 상에서 다각형의 전자기기(700i)의 변의 중심에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600i) 상에는 통신모듈(610i) 및 기저대역 회로(620i)가 더 배치될 수 있다. 상기 복수의 칩 안테나 모듈 집합체는 동축케이블(630i)을 통해 통신모듈(610i) 및/또는 기저대역 회로(620i)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 유전층(1140g)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칩 안테나 모듈 집합체에 포함된 복수의 칩 안테나 모듈의 사이 공간의 적어도 일부분에 채워질 수 있다.
한편, 본 명세서에 개진된 유전층은 FR4, LCP(Liquid Crystal Polymer), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), 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, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지, 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) 또는 글래스나 세라믹 (ceramic) 계열의 절연재 등으로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에 개진된 패턴, 비아, 플레인은, 금속 재료(예: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질)를 포함할 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering), 서브트랙티브(Subtractive), 애디티브(Additive), SAP(Semi-Additive Process), MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 도금 방법에 따라 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 명세서에 개진된 RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
100a, 100b, 100c, 100d: 칩 안테나 모듈
101a, 102a, 103a, 104a: 복수의 칩 안테나 모듈
111a: 제1 패치 안테나 패턴(patch antenna pattern)
112a: 제2 패치 안테나 패턴
115a: 제3 패치 안테나 패턴
120a: 피드비아(feed via)
125a: 그라운드 패턴(ground pattern)
140a: 솔더층(solder layer)
145a: 피드라인 포위 패턴
151a: 제1 안테나 유전층(antenna dielectric layer)
152a: 제2 안테나 유전층
153a: 제3 안테나 유전층
154a: 제4 안테나 유전층
155a: 제5 안테나 유전층
161a: 제1 피드라인 유전층(feed line dielectric layer)
162a: 제2 피드라인 유전층
163a: 제3 피드라인 유전층
170a: 칩안테나 피드라인(chip antenna feed line)
180a: 사이드 피드라인(side feed line)
190a: 사이드 방사 패턴(side radiation pattern)
200: 연결부재(connection member)
220-1, 220-2, 220-3, 220-4: 연결부재 피드라인
271a, 272a, 274a: 전기연결구조체(electrical connection structure)
310: IC(Integrated Circuit)
310a: 제1 IC
311a: 제2 IC
101a, 102a, 103a, 104a: 복수의 칩 안테나 모듈
111a: 제1 패치 안테나 패턴(patch antenna pattern)
112a: 제2 패치 안테나 패턴
115a: 제3 패치 안테나 패턴
120a: 피드비아(feed via)
125a: 그라운드 패턴(ground pattern)
140a: 솔더층(solder layer)
145a: 피드라인 포위 패턴
151a: 제1 안테나 유전층(antenna dielectric layer)
152a: 제2 안테나 유전층
153a: 제3 안테나 유전층
154a: 제4 안테나 유전층
155a: 제5 안테나 유전층
161a: 제1 피드라인 유전층(feed line dielectric layer)
162a: 제2 피드라인 유전층
163a: 제3 피드라인 유전층
170a: 칩안테나 피드라인(chip antenna feed line)
180a: 사이드 피드라인(side feed line)
190a: 사이드 방사 패턴(side radiation pattern)
200: 연결부재(connection member)
220-1, 220-2, 220-3, 220-4: 연결부재 피드라인
271a, 272a, 274a: 전기연결구조체(electrical connection structure)
310: IC(Integrated Circuit)
310a: 제1 IC
311a: 제2 IC
Claims (1)
- 서로 이격되어 상하방향으로 연장된 복수의 배선비아와, 상기 복수의 배선비아 중 대응되는 배선비아에 전기적으로 연결되고 수평방향으로 연장된 적어도 하나의 연결부재 피드라인을 포함하는 연결부재; 및
서로 이격되어 상기 연결부재의 상면 상에 실장되는 복수의 칩 안테나 모듈; 을 포함하고,
상기 복수의 칩 안테나 모듈 각각은,
제1 안테나 유전층;
상기 제1 안테나 유전층을 통한 급전경로를 제공하도록 배치되는 피드비아; 및
상기 제1 안테나 유전층의 상면 상에 배치되고 상기 피드비아로부터 급전되도록 구성된 패치 안테나 패턴; 을 포함하고,
상기 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나는,
상기 제1 안테나 유전층의 하면 상에 배치된 그라운드 패턴;
서로 연결된 제1, 제2 및 제3 파트를 포함하고, 상기 제2 파트가 상기 그라운드 패턴의 하면 상에 위치하도록 배치되고 상기 적어도 하나의 연결부재 피드라인과 상기 피드비아의 사이를 전기적으로 연결시키는 칩안테나 피드라인;
상기 칩안테나 피드라인의 제2 파트의 하면 상에 배치된 제1 피드라인 유전층; 및
상기 제1 피드라인 유전층의 하면 상에 배치되고 상기 복수의 칩 안테나 모듈 중 적어도 하나의 상기 연결부재에 대한 실장을 지원하도록 구성된 솔더층; 을 포함하는 칩 안테나 모듈 집합체.
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