KR20240051801A - 안테나 기판 및 이를 포함하는 안테나 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 안테나 기판은 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 하부의 제 2 절연층; 상기 제 2 절연층 하부의 제 3 절연층; 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층 상에 배치되는 금속 패턴; 상기 제 1 절연층, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층을 각각 관통하여 형성되는 비아를 포함하고, 상기 비아는 비아 홀 및 상기 비아 홀의 내부에 배치되는 비아 전극을 포함하고, 상기 금속 패턴과 상기 비아 전극은 접합층에 의해 접합되고, 상기 접합층은 상기 비아 전극의 측면 상에 배치되는 제 1 접합층; 및 상기 비아 전극의 하부면 상에 배치되는 제 2 접합층을 포함한다.
Description
실시예는 안테나 기판 및 이를 포함하는 안테나 패키지에 관한 것이다.
최근 들어 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하고 있다.
높은 데이터 전송률을 위해 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(6GHz, 28GHz, 38GHz 또는 그 이상 주파수)을 사용한다. 이러한 높은 주파수 대역은 파장의 길이로 인하여 mmWave로 불린다.
초고주파 대역에서의 전파의 경로손실의 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 어레이 안테나(array antenna) 등의 집척화 기술들이 개발되고 있다.
이러한 주파수 대역들에서 파장의 수백 개의 활성 안테나로 이루어질 수 있는 점을 고려하면, 안테나 시스템이 상대적으로 커질 수 있다
이것은 활성 안테나 시스템을 이루는 여러 개의 기판들 즉, 안테나 기판, 안테나 급전 기판, 송수신기(transceiver) 기판, 그리고 기저대역(baseband) 기판이 하나의 소형장치(one compactunit)로 집적되어야 한다는 것을 의미한다.
안테나의 성능은 여러가지 척도가 있지만, 고주파로 올라갈수록 도체 손실과, 절연 수지 기재에 기인하는 유전체 손실에 따라 정해질 수 있다.
따라서, 상기와 같이 고주파 신호 전송시 신호 손실을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 안테나 기판 및 이를 포함하는 안테나 패키지가 요구된다.
실시예는 향상된 구동 특성을 가지는 안테나 기판을 제공한다.
실시예에 따른 안테나 기판은 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 하부의 제 2 절연층; 상기 제 2 절연층 하부의 제 3 절연층; 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층 상에 배치되는 금속 패턴; 상기 제 1 절연층, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층을 각각 관통하여 형성되는 비아를 포함하고, 상기 비아는 비아 홀 및 상기 비아 홀의 내부에 배치되는 비아 전극을 포함하고, 상기 금속 패턴과 상기 비아 전극은 접합층에 의해 접합되고, 상기 접합층은 상기 비아 전극의 측면 상에 배치되는 제 1 접합층; 및 상기 비아 전극의 하부면 상에 배치되는 제 2 접합층을 포함한다.
실시예에 따른 안테나 기판은 접합층을 포함한다. 상기 접합층은 상기 비아 전극 및 상기 제 2 금속 패턴과 반응하여 구리-주석 합금을 형성한다. 특히, 상기 접합층은 상기 비아 전극의 내측면 상에 배치된다.
상기 비아 전극을 상기 비아 홀에 배치할 때, 상기 비아 전극의 측면과 상기 비아 홀의 내측면이 이격되는 영역이 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 비아는 갭을 포함할 수 있다. 상기 갭은 상기 비아에 공극을 형성한다. 이에 의해, 상기 비아의 내구성이 감소되고, 상기 비아의 저항이 증가한다. 따라서, 상기 안테나 기판의 신뢰성 및 전기적 특성이 감소한다.
상기 접합층은 상기 갭의 내부에 배치된다. 따라서, 상기 비아의 공극이 감소한다. 이에 의해, 상기 비아의 내구성이 증가되고, 상기 비아의 저항이 감소한다. 따라서, 상기 안테나 기판의 신뢰성 및 전기적 특성이 향상된다.
도 1은 실시예에 따른 안테나 기판의 상면도를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A' 영역을 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B 영역을 확대한 확대도이다.
도 4는 도 1의 C 영역을 확대한 확대도이다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 안테나 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 실시예에 따른 안테나 기판의 SEM 사진을 도시한 도면들이다.
도 10은 실시예에 따른 안테나 기판의 원소 분석 사진을 도시한 도면들이다.
도 11은 도 1의 A-A' 영역을 절단한 다른 단면도이다.
도 12는 도 11의 D 영역을 확대한 확대도이다.
도 13 및 도 14는 실시예에 따른 안테나 기판의 실험예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 실시예에 따른 안테나 기판을 포함하는 안테나 패키지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 영역을 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B 영역을 확대한 확대도이다.
도 4는 도 1의 C 영역을 확대한 확대도이다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 안테나 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 실시예에 따른 안테나 기판의 SEM 사진을 도시한 도면들이다.
도 10은 실시예에 따른 안테나 기판의 원소 분석 사진을 도시한 도면들이다.
도 11은 도 1의 A-A' 영역을 절단한 다른 단면도이다.
도 12는 도 11의 D 영역을 확대한 확대도이다.
도 13 및 도 14는 실시예에 따른 안테나 기판의 실험예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 실시예에 따른 안테나 기판을 포함하는 안테나 패키지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한개이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다.
또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 실시예에 따른 안테나 기판을 설명한다.
실시예에 따른 안테나 기판(1000)은 밀리미터 파장(㎜Wave) 대역의 신호를 전송한다. 자세하게, 상기 안테나 기판(1000)은 고주파 대역의 신호를 전송한다. 예를 들어, 상기 안테나 기판(1000)은 20 ㎓ 이상, 20 ㎓ 내지 45 ㎓ 또는 24 ㎓ 내지 41 ㎓의 고주파 신호를 전송할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 안테나 기판(1000)은 복수의 절연층(100), 제 1 금속 패턴(200), 제 2 금속 패턴(300), 복수의 비아(V) 및 복수의 접합층(400)을 포함한다.
상기 절연층(100)은 복수의 절연층을 포함한다. 예를 들어, 상기 절연층(100)은 제 1 절연층(110), 제 2 절연층(120) 및 제 3 절연층(130)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 절연층(110)은 최상부 절연층으로 정의된다. 상기 제 3 절연층(130)은 최하부 절연층으로 정의된다 상기 제 2 절연층(120)은 상기 제 1 절연층(110) 및 상기 제 3 절연층(130) 사이에 배치된다.
도 2에서는 상기 제 1 절연층(110) 및 상기 제 3 절연층(130) 사이에 하나의 제 2 절연층이 배치되는 것을 도시하였다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 1 절연층(110) 및 상기 제 3 절연층(130) 사이에는 복수의 제 2 절연층이 배치될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 기판(1000)은 복수의 절연층을 포함하는 다층 안테나 기판으로 형성된다.
상기 절연층(100)은 수지 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 수지 물질은 온도에 따라서 물리적 특성이 변할 수 있다. 자세하게, 상기 절연층(100)은 열가소성 수지를 포함한다. 이에 따라, 상기 제 1 절연층(110), 상기 제 2 절연층(120) 및 상기 제 3 절연층(130)은 설정된 범위의 온도를 가지는 열에 의해 접착된다.
일례로, 상기 절연층(100)은 액정고분자물질(liquid crystal polymer)을 포함한다.
상기 액정고분자물질은 액체 상태 및 고체 상태의 특성을 모두 가지는 물질이다. 즉, 액정고분자물질은 액체 상태에서도 고체 상태와 같이 규칙적인 결정 배향을 가진다.
상기 절연층(100)이 액정고분자물질(liquid crystal polymer)을 포함하므로, 상기 안테나 기판(1000)의 내열성이 향상된다. 또한, 상기 절연층(100)을 미세 크기로 가공할 때 유리하다.
상기 절연층(100)은 설정된 범위의 두께를 가진다. 자세하게, 상기 절연층(100)의 두께는 100㎛ 이하이다. 더 자세하게, 상기 절연층(100)의 두께는 25㎛ 내지 100㎛이다.
상기 절연층(100)의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 상기 절연층(100)에 형성되는 비아(V)의 폭이 증가한다. 이에 의해, 상기 비아(V)를 통과하는 고주파 신호의 임피던스가 비매칭되어 불연속 임피던스가 발생한다. 이에 따라, 설정된 범위의 주파수를 가지는 신호를 전송할 때 전송 손실이 증가한다.
상기 절연층(100)은 설정된 범위의 유전율(Dk)을 가진다. 자세하게, 상기 절연층(100)은 3.2 이하의 유전율을 가진다. 따라서, 상기 안테나 기판을 통해 전송되는 고주파 신호의 전송 손실이 감소된다.
상기 제 1 금속 패턴(200)은 최상부 절연층 상에 배치된다. 자세하게, 상기 제 1 금속 패턴(200)은 상기 제 1 절연층(110)의 일면 상에 배치된다. 상기 제 1 금속 패턴(200)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 금속 패턴(200)은 구리(Cu)를 포함한다.
상기 제 1 금속 패턴(200)은 안테나 기판(1000)의 수신부이다. 즉, 상기 안테나 기판(1000)은 상기 제 1 금속 패턴(200)에 의해 설정된 주파수 대역 범위의 신호를 수신한다.
상기 제 1 금속 패턴(200)은 다양한 형상으로 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 금속 패턴(200)은 사각형, 삼각형, 원형 또는 팔각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 제 2 절연층(120)의 일면 및 상기 제 3 절연층(130)의 일면 상에 배치된다. 상기 제 2 금속 패턴(300)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 제 1 금속 패턴(200)과 동일한 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 금속 패턴(300)은 구리(Cu)를 포함한다.
상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 제 1 금속 패턴(200)으로부터 수신된 신호를 전송한다. 상기 제 2 금속 패턴(300)은 신호를 전송하는 배선 패턴이다. 즉, 상기 제 2 금속 패턴(300)은 안테나 기판(1000)에서 신호를 전송하는 전송 선로이다.
상기 비아(V)는 비아 홀(VH) 및 비아 전극(VE)을 포함한다.
상기 비아 홀(VH)은 상기 절연층(100)을 관통하여 형성된다. 각각의 절연층(110, 120, 130)에는 적어도 하나의 비아 홀(VH)이 형성된다.
상기 비아 전극(VE)은 상기 비아 홀(VH)의 내부에 배치된다. 상기 비아 전극(VE)은 상기 제 1 금속 패턴(200) 및 상기 제 2 금속 패턴(300)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 비아 전극(VE)은 구리를 포함한다.
상기 비아(V)에 의해 상기 제 1 금속 패턴(200) 및 상기 제 2 금속 패턴(300)은 전기적으로 연결된다. 자세하게, 상기 제 1 금속 패턴(200)에서 수신된 신호는 상기 비아(V)에 의해 상기 제 2 금속 패턴(300)으로 전달된다. 또한, 상기 신호는 상기 제 2 금속 패턴(300)을 통해 이동하고, 최하부 절연층인 제 3 절연층(130) 상에 배치되는 패드부(500)로 전달된다. 이에 따라, 상기 신호는 상기 패드부(500)에 의해 상기 안테나 기판과 연결되는 외부의 부품으로 전달된다.
상기 접합층(400)은 제 1 접합층(410) 및 제 2 접합층(420)을 포함한다.
상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 홀(VH)의 내부에 배치된다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 복수의 비아 홀(VH) 중 적어도 하나의 비아 홀(VH)의 내부에 배치된다. 예를 들어, 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 상기 제 1 절연층(110)에 형성되는 비아 홀(VH)의 내부 및 상기 제 2 절연층(120)에 형성되는 비아 홀(VH)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 최하부 절연층에 형성되는 비아 홀을 제외한 비아 홀의 내부에는 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)이 배치된다.
상기 제 1 접합층(410)과 상기 제 2 접합층(420)은 연결된다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)과 상기 제 2 접합층(420)은 일체로 형성된다.
상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 주석을 포함한다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 상기 주석과 상기 비아 전극(VE)의 금속 또는 상기 제 2 금속 패턴(300)의 금속이 반응하여 형성되는 합금을 포함한다. 상기 비아 전극(VE) 및 상기 제 2 금속 패턴(300)이 구리를 포함하는 경우, 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 구리-주석 합금을 포함한다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)은 Cu3Sn 합금을 포함한다.
상기 제 1 접합층(410)은 상기 비아 전극(VE)의 측면 상에 배치된다. 상기 제 1 접합층(410)은 상기 비아 전극(VE)의 측면과 접촉한다. 상기 제 1 접합층(410)은 상기 비아 홀(VH)과 상기 비아 전극(VE) 사이의 갭을 따라서 연장한다. 상기 비아 전극(VE)이 상기 비아 홀(VH) 내부에 배치될 때, 상기 비아 전극(VE)의 측면과 상기 비아 홀 (VH) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 상기 주석은 상기 갭을 따라 연장하면서 상기 비아 전극(VE)의 측면의 구리 금속과 반응한다. 이에 의해, 상기 비아 홀(VH)과 상기 비아 전극(VE) 사이에는 구리-주석 합금이 형성된다.
상기 제 1 접합층(410)이 상기 비아 홀(VH)과 상기 비아 전극(VE) 사이의 갭에도 배치되므로, 상기 비아(V) 내부의 공극이 감소된다. 따라서, 상기 비아(V)의 내구성이 향상된다. 또한, 상기 비아(V)의 저항이 감소된다. 또한, 상기 제 1 접합층(410)이 상기 비아 전극(VE)을 고정하므로, 상기 비아 전극(VE)의 탈막 및 크랙이 방지된다. 또한, 상기 제 1 접합층(410)에 의해 상기 비아 전극(VE)의 고정되므로, 접합 후 상기 비아의 틀어짐이 방지된다. 이에 따라, 복수의 비아들의 얼라인이 향상된다.
상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 전극(VE)의 하부면 상에 배치된다. 상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 전극(VE)의 하부면과 접촉한다. 상기 제 2 접합층(420)은 상기 주석과 상기 제 2 금속 패턴(300)이 반응하여 형성된다. 자세하게, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 제 2 금속 패턴(300)의 일 영역이 합금화 되어 형성된다. 따라서, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 전극(V2)과 상기 제 2 금속 패턴(300) 사이에 배치된다. 즉, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 전극(V2)과 상기 제 2 금속 패턴(300)이 중첩되는 영역에 배치된다.
또한, 상기 제 2 접합층(420)의 하부에는 제 2 금속 패턴(300)이 배치된다. 상기 주석과 상기 제 2 금속 패턴(300)이 반응하여 제 2 접합층(420)을 형성하므로, 상기 비아 전극(V2)과 중첩되는 상기 제 2 금속 패턴(300) 영역의 두께는 상기 비아 전극(V2)과 중첩되지 않는 상기 제 2 금속 패턴(300) 영역의 두께보다 작아진다. 예를 들어, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 제 2 금속 패턴(300)의 두께의 10% 내지 30%의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 2 접합층(420)의 두께가 상기 제 2 금속 패턴(300)의 두께의 10% 미만이면, 상기 비아 전극(VE)의 접합력이 감소된다. 또한, 상기 제 2 접합층(420)의 두께가 상기 제 2 금속 패턴(300)의 두께의 30% 초과이면, 합금화 시간이 증가되고, 이에 의해, 공정 시간이 증가될 수 있다.
도 4는 상기 제 1 접합층(410)의 다양한 배치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4를 참조하면 상기 제 1 접합층(410)은 다양한 크기로 배치된다.
도 4의 (a)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)와 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)는 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)보다 작다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)의 50% 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)의 5% 내지 50%, 10% 내지 40% 또는 20% 내지 30%일 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2) 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이 (T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)의 50% 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이 (T2)의 50% 내지 100%, 60% 내지 90% 또는 70% 내지 80%일 수 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 폭(W)은 상기 비아(V)의 하부면에서 상부면 방향으로 연장하면서 달라질 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 폭은 상기 비아(V)의 하부면에서 상부면 방향으로 연장하면서 작아진다.
실시예에 따른 안테나 기판은 접합층을 포함한다. 상기 접합층은 상기 비아 전극 및 상기 제 2 금속 패턴과 반응하여 구리-주석 합금을 형성한다. 특히, 상기 접합층은 상기 비아 전극의 내측면 상에 배치된다.
상기 비아 전극을 상기 비아 홀에 배치할 때, 상기 비아 전극의 측면과 상기 비아 홀의 내측면이 이격되는 영역이 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 비아는 갭을 포함할 수 있다. 상기 갭은 상기 비아에 공극을 형성한다. 이에 의해, 상기 비아의 내구성이 감소되고, 상기 비아의 저항이 증가한다. 따라서, 상기 안테나 기판의 신뢰성 및 전기적 특성이 감소한다.
상기 접합층은 상기 갭의 내부에 배치된다. 따라서, 상기 비아의 공극이 감소한다. 이에 의해, 상기 비아의 내구성이 증가되고, 상기 비아의 저항이 감소한다. 따라서, 상기 안테나 기판의 신뢰성 및 전기적 특성이 향상된다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 안테나 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5를 참조하면 제 1 절연층(110), 제 2 절연층(120) 및 제 3 절연층(130)이 준비된다. 상기 제 1 절연층(110)에는 제 1 비아(V1)가 형성된다. 또한, 상기 제 1 절연층(110)의 상부면에는 제 2 금속 패턴(300)이 배치된다.
상기 제 2 절연층(120)에는 제 2 비아(V2)가 형성된다. 또한, 상기 제 2 절연층(120)의 상부면에는 제 2 금속 패턴(300)이 배치된다.
상기 제 3 절연층(130)에는 제 3 비아(V3)가 형성된다. 또한, 상기 제 3 절연층(130)의 상부면에는 제 1 금속 패턴(200)이 배치된다. 또한, 상기 제 3 절연층(130)의 하부면에는 패드부(500)가 배치된다.
상기 비아(V1, V2, V3)는 각각 비아 홀(VH) 및 비아 전극(VE)을 포함한다. 상기 비아 전극(VE)은 상기 비아 홀(VH)의 내부에 배치된다. 상기 비아 전극(VE)은 상기 비아 홀(VH)과 이격하는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비아 전극(VE)은 상기 비아 홀(VE)의 내측면과 이격하는 영역을 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 비아 전극(VE)과 상기 비아 홀(VH)의 내측면 사이에는 갭(G)이 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 제 2 절연층(110) 및 상기 제 3 절연층(120)의 하부면 상에 접합 물질(450)을 배치한다. 상기 접합 물질(450)은 각각의 절연층에 배치되는 상기 비아(V1, V2, V3)와 상기 제 2 금속 패턴(300)을 연결하기 위해 배치된다.
상기 접합 물질(450)은 주석을 포함한다. 상기 접합 물질(450)의 두께는 설정 범위를 가진다. 상기 접합 물질(450)의 두께는 상기 비아(V)와 제 2 금속 패턴(300)의 접합 면적에 따라 달라진다. 자세하게, 상기 접합 물질(450)의 두께(T)는 상기 접합 면적의 10% 내지 30%, 15% 내지 25% 또는 18% 내지 23%일 수 있다. 예를 들어, 상기 비아(V)와 제 2 금속 패턴(300)의 접합 면적이 50㎛2일 때, 상기 접합 물질(450)의 두께(T)는 10㎛일 수 있다.
이어서, 상기 제 1 비아(V1), 상기 제 2 비아(V2) 및 상기 제 3 비아(V3)를 얼라인한다. 이어서, 상기 제 1 절연층(110), 상기 제 2 절연층(120) 및 상기 제 3 절연층(130)을 열 압착한다.
자세하게, 상기 제 1 절연층(110), 상기 제 2 절연층(120) 및 상기 제 3 절연층(130)은 진공 열 압착 장비를 이용하여 접착된다. 예를 들어, 150도의 온도에서 1시간 가열 후 280도의 온도에서 30분 가열하여 상기 절연층들을 접착할 수 있다. 자세하게, 10분 가열하여 150도의 온도로 도달하면 1시간 유지하고, 다시 10분 가열하여 280도의 온도에 도달하면 30분 유지한 후, 10분 냉각 진행의 공정으로 상기 절연층들을 접착할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제 1 절연층(110), 상기 제 2 절연층(120) 및 상기 제 3 절연층(130)은 접착된다. 또한, 상기 비아(V)와 상기 제 2 금속 패턴(300)은 접착된다.
자세하게, 상기 열에 의해 상기 접착 물질(450)은 용용된다. 용용된 접착 물질(450)은 상기 제 2 금속 패턴(300) 및 상기 비아 전극(VE)과 반응하면서 접합층(400)을 형성한다. 이에 의해, 상기 비아(V)와 상기 제 2 금속 패턴(300)은 접착된다.
예를 들어, 주석은 용융되면서 상기 비아 전극(VE)과 반응하여 제 1 접합층(410)을 형성한다. 용융된 주석은 상기 갭(G)을 따라 연장한다. 따라서, 상기 비아 전극(VE)의 측면과 반응하여 구리-주석 합금층을 형성한다. 이에 따라, 상기 비아 전극(VE)의 측면 및 하면에는 제 1 접합층(410)이 형성된다. 따라서, 상기 비아 전극(VE)은 상기 제 1 접합층(410)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 즉, 상기 비아 전극(VE)은 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)에 둘러싸인다.
상기 제 1 접합층(410)이 상기 갭(G)에 배치되므로, 상기 비아(V)의 공극이 감소한다. 이에 따라, 상기 비아(V)의 내구성이 향상된다. 또한, 상기 제 1 접합층(610)이 상기 비아 전극(VE)을 고정하므로, 상기 비아 전극(VE)의 탈막을 방지할 수 있다 또한, 상기 제 1 접합층(610)이 상기 비아 전극(VE)을 고정하므로, 상기 비아들의 얼라인이 향상될 수 있다.
또한, 주석은 용융되면서, 상기 제 2 금속 패턴(300)과 반응하여 제 2 접합층(420)을 형성한다, 이에 따라, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 비아 전극(VE)과 상기 제 2 금속 패턴(300) 사이에 배치된다. 자세하게, 상기 제 2 금속 패턴(300)의 일 영역은 상기 제 2 접합층(420)이 된다. 자세하게, 상기 주석이 상기 제 2 금속 패턴(300)의 내부로 이동하면서, 상기 제 2 금속 패턴(300)의 일 영역에는 구리-주석 합금층이 형성된다. 자세하게, 상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 비아 전극(VE)과 중첩되는 영역을 포함하고, 상기 제 2 금속 패턴(300)의 중첩 영역의 일 영역은 상기 제 2 접합층(420)이 된다.
도 8은 실시예에 따른 안테나 기판의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한 도면이다. 도 9는 도 8의 일 영역을 확대한 확대도이다. 도 10은 도 9의 영역의 원소 분석 사진이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 비아 전극(VE)과 상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 접합층에 의해 접합된다. 상기 접합층은 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)을 포함한다.
상기 제 1 접합층(410)은 상기 비아 전극(VE)의 하부면에서 측면을 따라서 연장한다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)은 상기 제 2 접합층(420)에서부터 상기 비아 전극(VE)의 측면을 따라서 연장한다. 상기 제 1 접합층(410)은 상기 접합 물질(450)이 상기 비아 전극(VE)의 하부면 및 측면과 반응하면서 형성되는 구리-주석 합금층에 의해 형성된다.
또한, 상기 제 2 접합층(420)은 상기 제 2 금속 패턴(300)과 상기 비아 전극(VE) 사이에 배치된다. 상기 제 2 접합층(420)은 상기 접합 물질(450)이 상기 제 2 금속 패턴(300)과 반응하면서 형성되는 구리-주석 합금층에 의해 형성된다. 자세하게, 상기 접합 물질(450)은 상기 제 2 금속 패턴(300)의 내부로 이동하고, 상기 접합 물질(450)과 상기 제 2 금속 패턴(300)은 반응하여 구리-주석 합금층이 형성된다, 이에 의해, 상기 제 2 금속 패턴(300)의 일 영역이 구리-주석 합금층이 되면서 상기 제 2 접합층(420)이 형성된다.
도 10을 참조하면, 상기 접합층(400)이 포함하는 원소가 확인된다. 상기 접합층(400)은 구리(Cu) 원소를 포함한다. 또한, 상기 접합층(400)은 주석(Sn) 원소를 포함한다. 즉, 상기 접합 물질(450)이 비아 전극(VE)의 구리 금속 및 상기 제 2 금속 패턴(300)의 구리 금속과 반응하여 구리-주석 합금층을 형성하는 것이 확인된다.
또한, 상기 접합층(400)은 상기 비아 전극(VE)의 하부면에서 측면 방향으로 연장된다. 따라서, 상기 접합층(400)에 의해 상기 비아의 공극이 감소하는 것이 확인된다.
이하. 도 11 및 도 12를 참조하여 다른 실시예에 따른 안테나 기판을 설명한다. 다른 실시예에 따른 안테나 기판에 대한 설명에서는 앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 기판과 동일 또는 유사한 설명에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 기판과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 다른 실시예에 따른 안테나 기판은 비아(V)를 포함한다. 상기 비아(V)는 비아 전극(VE) 및 비아 홀(VH)을 포함한다. 상기 비아 홀(VH) 및 상기 비아 전극(VE)은 모래 시계 형상으로 형성된다. 자세하게, 상기 안테나 기판은 복수의 비아(V)를 포함하고, 적어도 하나의 비아는 모래 시계 형상의 상기 비아 홀(VH) 및 상기 비아 전극(VE)을 포함한다.
이에 따라, 상기 비아 전극(VE)은 하부에서 상부 방향으로 연장하면서 폭이 감소하는 제 1 영역(1A) 및 하부에서 상부 방향으로 연장하면서 폭이 증가하는 제 2 영역(2A)을 포함한다.
상기 비아 홀(VH)의 형상은 상기 절연층(100)의 두께에 따라서 달라질 수 있다. 자세하게, 상기 절연층(100)의 두께가 두꺼운 경우, 상기 절연층(100)의 양면에 레이저를 조사하여 상기 비아 홀(VH)을 형성한다. 상기 절연층(100)의 두께가 두꺼운 경우, 상기 절연층(100)의 일면에서만 레이저를 조사하여 상기 비아 홀(VH)을 형성하면 상기 비아 홀(VH)이 최대 폭과 최소 폭의 차이가 증가한다. 이에 의해, 상기 비아 전극(VE)을 배치하기 어렵고, 복수의 비아의 형상 균일성이 감소된다. 이에 의해, 상기 비아 홀(VH)은 모래 시계 형상으로 형성되고, 상기 비아 홀(VH) 내부에 배치되는 상기 비아 전극(VE)도 모래 시계 형상으로 형성된다.
상기 비아 전극(VE)과 상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 접합층(400)에 의해 접합된다. 자세하게, 상기 비아 전극(VE)과 상기 제 2 금속 패턴(300)은 상기 제 1 접합층(410) 및 상기 제 2 접합층(420)에 의해 접합된다.
도 12는 상기 제 1 접합층(410)의 다양한 배치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 12를 참조하면 상기 제 1 접합층(410)은 다양한 크기로 배치된다.
도 12의 (a)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)와 상기 비아 전극(VE)의 높이는 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이 (T1)는 상기 제 1 영역의 높이 (T2-1)보다 작다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이 (T1)는 상기 제 1 영역의 높이 (T2-1)의 5% 내지 90%, 20% 내지 80% 또는 40% 내지 60%일 수 있다.
도 12의 (b)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 높이 (T1)와 상기 비아 전극(VE)의 높이는 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이 (T1)는 상기 제 1 영역의 높이(T2-1) 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 제 1 영역의 높이(T2-1)의 90% 내지 100%, 92% 내지 97% 또는 94% 내지 95%일 수 있다.
도 12의 (c)를 참조하면, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 제 1 영역(1A)의 높이(T2-1)보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 접합층(410)의 높이(T1)는 상기 비아 전극(VE)의 높이(T2)의 50% 초과 내지 100%, 60% 내지 90% 또는 70% 내지 80%일 수 있다.
도 13 및 도 14는 초고주파 대역에서 실시예에 따른 안테나 기판의 구동 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 8개의 절연층을 포함하는 다층 안테나 기판 모듈의 도면이다. 도 13은 16개의 안테나 기판을 포함하는 안테나 기판 모듈이다. 도 13의 (a)는 상기 안테나 기판 모듈의 상부면이고, (b)는 상기 안테나 기판 모듈의 하부면이다. 상기 안테나 기판은 도 5 내지 도 7의 제조 방법에 의해 제조하였다.
도 14는 저주파 대역(약 28 ㎓) 및 고주파 대역(약 38 ㎓)에서의 구동 특성을 도시한 그래프이다. 도 14는 3D 고주파 시뮬레이션 소프트웨어(ANSYS HFSS)를 통해 시뮬레이션한 측정값과 실제 안테나 기판 모듈의 결과값을 도시한 그래프이다.
도 14를 참조하면, 시뮬레이션 측정값과 실제 안테나 기판 모듈의 결과값은 거의 유사한 것을 알 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여 실시예에 따른 안테나 기판을 포함하는 안테나 패키지(Antenna In Package}를 설명한다.
도 15를 참조하면, 상기 안테나 패키지(3000)는 안테나 기판(1000) 및 칩 패키지(2000)를 포함한다.
상기 칩 패키지(2000)는 회로 기판(2100) 및 상기 회로 기판(2100) 상에 배치되는 칩(C)을 포함한다. 예를 들어, 상기 회로 기판(2100)은 리지드한 인쇄회로기판(PCB) 또는 플렉서블한 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 칩(C)은 RF칩을 포함한다.
상기 안테나 기판(1000)은 상기 칩 패키지(2000) 상에 배치된다. 상기 안테나 기판(1000)은 상기 칩 패키지(2000)와 연결된다. 자세하게, 상기 안테나 기판(1000)의 패드부(500)와 상기 칩 패키지(2000)의 패드부(2200) 사이에 솔더 범프(SB)를 배치하고, 열을 인가한다. 이에 의해, 상기 안테나 기판(1000)과 상기 칩 패키지(2000)는 전기적으로 연결된다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (11)
- 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 하부의 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 하부의 제 3 절연층;
상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층 상에 배치되는 금속 패턴;
상기 제 1 절연층, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층을 각각 관통하여 형성되는 비아를 포함하고,
상기 비아는 비아 홀 및 상기 비아 홀의 내부에 배치되는 비아 전극을 포함하고,
상기 금속 패턴과 상기 비아 전극은 접합층에 의해 접합되고,
상기 접합층은 상기 비아 전극의 측면 상에 배치되는 제 1 접합층; 및 상기 비아 전극의 하부면 상에 배치되는 제 2 접합층을 포함하는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 접합층 및 상기 제 2 접합층 중 적어도 하나의 접합층은 구리-주석 합금을 포함하는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 접합층 및 상기 제 2 접합층은 일체로 형성되는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 접합층은 상기 비아 전극의 측면 및 상기 비아 홀의 내측면 사이에 배치되는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 접합층의 높이는 상기 비아 전극의 높이와 다른 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 비아 전극의 측면에 배치되는 상기 제 1 접합층의 폭은 하부에서 상부로 연장하면서 감소하는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 2 접합층은 상기 금속층과 일체로 형성되는 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 비아 전극은 모래 시계 형상으로 형성되고,
상기 비아 전극은 하부에서 상부 방향으로 연장하면서 폭이 감소하는 제 1 영역 및 하부에서 상부 방향으로 연장하면서 폭이 증가하는 제 2 영역을 포함하는 안테나 기판. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 접합층의 높이는 상기 제 1 영역의 높이 이상인 안테나 기판. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 절연층, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층은 액정고분자물질(liquid crystal polymer)을 포함하는 안테나 기판. - 제 1항 또는 제 10항에 따른 안테나 기판; 및
상기 안테나 기판과 연결되는 칩 패키지를 포함하는 안테나 패키지.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220131800 | 2022-10-13 | ||
| KR20220131800 | 2022-10-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240051801A true KR20240051801A (ko) | 2024-04-22 |
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ID=90881615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230055780A KR20240051801A (ko) | 2022-10-13 | 2023-04-27 | 안테나 기판 및 이를 포함하는 안테나 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240051801A (ko) |
-
2023
- 2023-04-27 KR KR1020230055780A patent/KR20240051801A/ko unknown
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