WO2018203640A1 - 안테나 모듈 - Google Patents

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WO2018203640A1
WO2018203640A1 PCT/KR2018/005014 KR2018005014W WO2018203640A1 WO 2018203640 A1 WO2018203640 A1 WO 2018203640A1 KR 2018005014 W KR2018005014 W KR 2018005014W WO 2018203640 A1 WO2018203640 A1 WO 2018203640A1
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WO
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base substrate
substrate
adhesive
antenna module
antenna
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PCT/KR2018/005014
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English (en)
French (fr)
Inventor
이세호
백형일
박현주
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주식회사 아모텍
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Priority to EP18794886.4A priority patent/EP3621153B1/en
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/25—Ultra-wideband [UWB] systems, e.g. multiple resonance systems; Pulse systems
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the present invention relates to an antenna module, and more particularly, to an antenna module that operates as an antenna by resonating in a few tens of Hz band.
  • 5G communication systems are being studied to implement communication systems using an ultra-high frequency (mm-Wave) band of approximately 28 GHz or more.
  • mm-Wave ultra-high frequency
  • the antenna and the chipset are separated and installed.
  • the antenna and chipset are connected via a cable.
  • the 5G communication system uses an ultra-high frequency band, when the conventional antenna module is applied as it is, the loss is increased and antenna performance is degraded.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an antenna module that minimizes the occurrence of a failure in manufacturing by adhering base substrates of different materials using an adhesive substrate.
  • an antenna module includes a first base substrate, a plurality of first radiation patterns formed on an upper surface of the first base substrate, and a second base substrate disposed below the first base substrate.
  • a plurality of second radiation patterns formed on an upper surface of the second base substrate, a plurality of chipsets disposed on the lower surface of the second base substrate, and a first adhesive substrate interposed between the first base substrate and the second base substrate,
  • the first adhesive substrate has a void hole formed therein, and the void hole forms a gap between the plurality of first radiation patterns and the plurality of second radiation patterns.
  • the antenna module by stacking the first antenna unit and the second antenna unit formed of different materials, the antenna module has an effect of preventing the breakdown of the first antenna unit and the second antenna unit when the antenna module is manufactured. .
  • the antenna module bonds the first antenna unit and the second antenna unit by using the first adhesive unit having the cavity formed therein, thereby preventing the failure of the first antenna unit and the second antenna unit during the manufacture of the antenna module,
  • An air gap may be formed between the plurality of first radiation patterns formed on the plurality of second radiation patterns formed on the second antenna unit.
  • the antenna module forms a gap between the first radiation pattern and the second radiation pattern, thereby receiving frequency band signals such as 5G (5th generation mobile communications) and WiGig (WiGig), which are high frequency bands. There is an effect that can operate as an antenna.
  • 5G 5th generation mobile communications
  • WiGig WiGig
  • the antenna module forms a gap between the first antenna portion and the second antenna portion formed of different materials, thereby increasing the transmission distance of the radio wave while minimizing the occurrence of a failure in manufacturing and minimizing the path loss of the radio wave, thereby increasing the data rate.
  • FIG 1 and 2 are perspective views of an antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are an exploded perspective view of the antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view of the first antenna substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a top view of the first antenna substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a top view of the first adhesive part shown in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a top view of the second antenna unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a top view of the second antenna unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a bottom view of the second antenna unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a bottom view of the second antenna unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a top view of the second bonding part shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a top view of the second bonding part shown in FIG. 1.
  • an antenna module according to an embodiment of the present invention is an antenna mounted in a base station or a portable terminal of a 5G communication system.
  • the antenna module includes a first antenna part 100, a first adhesive part 200, a second antenna part 300, and a second adhesive part 400.
  • the first antenna unit 100 is disposed on the top of the antenna module.
  • the first adhesive part 200, the second antenna part 300, and the second adhesive part 400 are sequentially stacked below the first antenna part 100.
  • the antenna module is formed of an antenna in package (AiP) having a plurality of radiation patterns disposed at an uppermost portion and a plurality of chipsets 360 disposed at a lower portion thereof.
  • AuP antenna in package
  • the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300 is composed of a base substrate of different materials. Radiation patterns are formed on an upper surface of the first antenna unit 100 and an upper surface of the second antenna unit 300, respectively. A plurality of chipsets 360 are formed on the bottom surface of the second antenna unit 300.
  • the first adhesive part 200 is interposed between the first antenna part 100 and the second antenna part 300.
  • the first adhesive part 200 bonds the first antenna part 100 and the second antenna part 300 to each other.
  • the first adhesive part 200 is formed with a hole for receiving a radiation pattern of the second antenna unit 300.
  • the hole formed in the second antenna unit 300 forms an air cavity between the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300.
  • the hole formed in the second antenna unit 300 forms a gap between the radiation pattern of the second antenna unit 300 and the radiation pattern of the second antenna unit 300.
  • the second adhesive part 400 is adhered to the bottom surface of the second antenna part 300.
  • the second adhesive part 400 is formed with a hole accommodating a plurality of chipsets 360 formed on the bottom surface of the second antenna part 300.
  • a plurality of external terminal patterns 480 and input terminals 460 are formed on the bottom surface of the second adhesive part 400.
  • the external terminal pattern 480 is a terminal for connecting the antenna module with an external circuit.
  • the input terminal 460 is a terminal that receives a signal from an external circuit.
  • the first antenna module includes a first base substrate 120.
  • the first base substrate 120 is composed of a plate-shaped substrate.
  • the first base substrate 120 is a substrate such as Rogers substrate, Flame Retardant Type 4 (FR-4), Teflon, Polyimide, polyethylene, etc., which are generally used for a circuit board. Can be configured.
  • the first antenna module further includes a plurality of first radiation patterns 140.
  • the plurality of first radiation patterns 140 correspond to radiation patterns disposed at the top of the antenna module.
  • the plurality of first radiation patterns 140 may be formed of a metal material such as copper (Cu) or silver (Ag).
  • the plurality of first radiation patterns 140 are formed on the upper surface of the first base substrate 120 through a printing process.
  • the plurality of first radiation patterns 140 may be arranged in a matrix on an upper surface of the first base substrate 120.
  • the plurality of first radiation patterns 140 may be configured in 64 and arranged in eight rows and eight columns on the upper surface of the first base substrate 120.
  • the number and matrix structure of the first radiation pattern 140 may be formed differently according to the characteristics and the size of the antenna.
  • the first adhesive part 200 is interposed between the first antenna part 100 and the second antenna part 300 to bond the first antenna part 100 and the second antenna part 300 to each other.
  • the upper surface of the first adhesive part 200 is adhered to the lower surface of the first base substrate 120.
  • the lower surface of the first adhesive part 200 is adhered to the upper surface of the second base substrate 320.
  • the first adhesive part 200 includes a first adhesive substrate 220.
  • the first adhesive substrate 220 is composed of a plate-like dielectric.
  • the first adhesive base material 220 is a plate-shaped FR-4 base material.
  • the first adhesive part 200 forms an air cavity between the first antenna part 100 and the second antenna part 300.
  • the first adhesive part 200 further includes a void hole 240 formed through the first adhesive substrate 220.
  • the gap hole 240 is disposed between the first antenna part 100 and the second antenna part 300 as the first adhesive part 200 is interposed between the first antenna part 100 and the second antenna part 300. To form voids.
  • the void hole 240 is disposed between the lower surface of the first base substrate 120 and the upper surface of the second base substrate 320.
  • the void hole 240 forms a gap between the plurality of first radiation patterns 140 and the plurality of second radiation patterns 340.
  • the void hole 240 accommodates the plurality of second radiation patterns 340 formed on the upper surface of the second base substrate 320.
  • the first adhesive part 200 is formed in a frame (or donut) shape as the void hole 240 is formed in the first adhesive substrate 220.
  • the upper surface of the first adhesive part 200 is adhered to the lower surface of the first base substrate 120.
  • the upper surface of the first adhesive part 200 is adhered along the outer circumference of the lower surface of the first base substrate 120.
  • the lower surface of the first adhesive part 200 is adhered to the upper surface of the second base substrate 320.
  • the lower surface of the first adhesive part 200 is adhered along the outer circumference of the upper surface of the second base substrate 320.
  • the first adhesive part 200 may include a plurality of void holes 240.
  • the first adhesive part 200 may have a lattice structure in which a plurality of void holes 240 are formed in a multi-column array.
  • one or more second radiation patterns 340 may be accommodated in one gap hole 240.
  • the antenna module stacks the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300 formed of different materials, so that the failure of the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300 when the antenna module is manufactured ( It is effective to prevent break down.
  • the antenna module is bonded to the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300 by using the first bonding portion 200 having the cavity hole 240, the first antenna unit ( The plurality of first radiation patterns 140 formed on the first antenna unit 100 and the plurality of second radiation patterns formed on the second antenna unit 300 while preventing the failure of the 100 and the second antenna unit 300. There is an effect that can form a gap between the (340).
  • the antenna module forms a gap between the first radiation pattern 140 and the second radiation pattern 340, such as 5G (5th generation mobile communications), WiGig (WiGig, Wireless Gigabit Alliance) There is an effect that can operate as an antenna for receiving a frequency band signal.
  • 5G 5th generation mobile communications
  • WiGig WiGig, Wireless Gigabit Alliance
  • the antenna module forms a gap between the first antenna unit 100 and the second antenna unit 300 formed of a different material, thereby minimizing the occurrence of failure during manufacturing, while minimizing the path loss of the radio wave, while reducing the transmission distance of the radio wave. Increasingly, high data rates can be achieved.
  • the second antenna unit 300 includes a second base substrate 320 adhered to the bottom surface of the first adhesive unit 200.
  • the second base substrate 320 is formed of a plate-shaped ceramic material.
  • the second base substrate 320 may be a low temperature co-fired ceramic (LTCC).
  • the second base substrate 320 may be formed of a ceramic material including at least one of alumina (Al 2 O 3), zirconium oxide (ZrO 2), aluminum nitride (AlN), and silicon nitride (Si 3 N 4).
  • the second antenna unit 300 further includes a plurality of second radiation patterns 340 formed on an upper surface of the second base substrate 320.
  • the plurality of second radiation patterns 340 are formed of a metal material such as copper (Cu) and silver (Ag).
  • the plurality of second radiation patterns 340 are formed on the upper surface of the second base substrate 320 through a printing process.
  • the plurality of second radiation patterns 340 may be arranged in a matrix on an upper surface of the second base substrate 320.
  • the plurality of second radiation patterns 340 may be configured as 64 and arranged in eight rows and eight columns on the upper surface of the second base substrate 320.
  • the number and matrix structure of the second radiation pattern 340 may be formed differently according to the characteristics and the size of the antenna.
  • the number and matrix structure of the second radiation pattern 340 is preferably formed to be the same as the first radiation pattern 140.
  • the number and matrix structure of the first radiation pattern 140 and the second radiation pattern 340 may be formed differently according to the antenna characteristics.
  • the second radiation pattern 340 overlaps one of the plurality of first radiation patterns 140 with the gap hole 240 interposed therebetween.
  • the overlapping may be understood as the second radiation pattern 340 overlapping the entire surface of one of the plurality of first radiation patterns 140.
  • the overlap may be understood as the second radiation pattern 340 overlapping a portion of one of the plurality of first radiation patterns 140.
  • the coupling means a state in which electromagnetic coupling is performed in spaced apart state, not directly in an electrically connected state.
  • the second antenna unit 300 further includes a plurality of connection patterns 380 formed in the second base substrate 320.
  • the plurality of connection patterns 380 are formed of a metal material such as copper (Cu) and silver (Ag).
  • the plurality of connection patterns 380 connect the second radiation pattern 340 and the chipset 360 formed on the top and bottom surfaces of the second base substrate 320, respectively.
  • the plurality of connection patterns 380 processes signal transmission between the chipset 360 and the second radiation pattern 340.
  • the plurality of connection patterns 380 transmit signals received through the first radiation pattern 140 and the second radiation pattern 340 to the chipset 360.
  • the plurality of connection patterns 380 may transmit signals input to the chipset 360 to the first radiation pattern 140 and the second radiation pattern 340.
  • the plurality of connection patterns 380 may be configured as via holes penetrating through the second base substrate 320.
  • the plurality of connection patterns 380 may be formed by plating a metal material such as copper or silver on the inner wall surface of the via hole.
  • the plurality of connection patterns 380 may be formed by filling metal materials in the via holes.
  • connection patterns 380 vertically penetrate the second base substrate 320 to easily describe the antenna module according to an exemplary embodiment of the present invention, and the second radiation pattern 340 and the chipset ( Although shown as connecting 360, it is not limited thereto and may be formed in various forms.
  • the second base substrate 320 may be formed in a multilayer structure to form a plurality of connection patterns 380.
  • the second base substrate 320 may form a metal pattern on at least one surface of each layer, and form a plurality of connection patterns 380 by connecting metal patterns through via holes formed in each layer.
  • the second antenna unit 300 further includes a plurality of chipsets 360 formed on the bottom surface of the second base substrate 320.
  • the plurality of chipsets 360 may be arranged on a bottom surface of the second base substrate 320.
  • a plurality of second radiation patterns 340 are connected to one chipset 360 through a connection pattern 380.
  • the plurality of chipsets 360 may include 16 chips.
  • the second base substrate 320 may be arranged in four rows and four columns.
  • the number and matrix structure of the chipset 360 may be formed differently according to the number and processing capacity of the second radiation pattern 340 to be connected.
  • the second adhesive part 400 is disposed at the bottom of the antenna module.
  • the second adhesive part 400 accommodates a chipset 360 formed under the second antenna part 300.
  • An external terminal pattern 480 for connecting to an external circuit board is formed under the second adhesive part 400.
  • An input terminal 460 may be formed below the second adhesive part 400 to receive a signal from an external circuit board.
  • the second adhesive part 400 is adhered to the bottom surface of the second antenna part 300.
  • the upper surface of the second adhesive part 400 is adhered to the lower surface of the second antenna part 300.
  • the second adhesive part 400 includes a second adhesive substrate 420.
  • the second adhesive substrate 420 is composed of a plate dielectric.
  • the second adhesive base material 420 is a plate-shaped FR-4 base material.
  • the second adhesive part 400 further includes a receiving hole 440 formed through the second adhesive substrate 420.
  • the accommodation hole 440 accommodates a plurality of chipsets 360 formed on the bottom surface of the second antenna unit 300 as the second adhesive unit 400 is bonded to the bottom surface of the second antenna unit 300.
  • the thickness of the accommodation hole 440 may be thicker than the thickness of the chipset 360.
  • the second adhesive part 400 is formed in a frame (or donut) shape as the accommodation hole 440 is formed in the second adhesive substrate 420.
  • the upper surface of the second adhesive part 400 is adhered to the lower surface of the second base substrate 320.
  • the upper surface of the second adhesive part 400 is adhered along the outer circumference of the lower surface of the second base substrate 320.
  • the lower surface of the second adhesive part 400 is bonded to the upper surface of the circuit board on which the antenna module is mounted.
  • the second adhesive part 400 further includes a plurality of external terminal patterns 480 for connecting the antenna module to the circuit board.
  • the plurality of external terminal patterns 480 may be formed of a metal material such as copper or silver.
  • the plurality of external terminal patterns 480 are formed on the bottom surface of the second adhesive substrate 420 through a printing process.
  • the plurality of external terminal patterns 480 may be spaced apart from each other on the bottom surface of the second adhesive substrate 420.
  • the plurality of external terminal patterns 480 may be connected to the chipset 360 through patterns formed on the second adhesive substrate 420 and the second base substrate 320.
  • the plurality of external terminal patterns 480 are electrically connected directly to the terminals of the circuit board as the antenna module is mounted on the circuit board.
  • the plurality of external terminal patterns 480 may be connected to the circuit board through a cable, a connection circuit board.
  • the second adhesive part 400 may further include an input terminal 460 for receiving an external signal.
  • the input terminal 460 receives an external signal and transmits it to the chipset 360.
  • the input terminal 460 may be connected to the chipset 360 through a pattern formed on the second adhesive substrate 420 and the second base substrate 320.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

접착 기재를 이용하여 이종 재질의 베이스 기재들을 접착하여 제조시 고장 발생을 최소화하도록 한 안테나 모듈을 제시한다. 제시된 안테나 모듈은 제1 베이스 기재의 상면에 복수의 제1 방사 패턴이 형성되고, 제1 베이스 기재의 하부에 배치된 제2 베이스 기재의 상면 및 하면에 복수의 제2 방사 패턴 및 복수의 칩셋이 형성되고, 제1 베이스 기재 및 제2 베이스 기재 사이에 제1 접착 기재가 개재되고, 제1 접착 기재는 공극 홀이 형성되어 복수의 제1 방사 패턴 및 복수의 제2 방사 패턴 사이에 공극을 형성한다.

Description

안테나 모듈
본 발명은 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수십 ㎓ 대역에 공진하여 안테나로 동작하는 안테나 모듈에 관한 것이다.
4G 통신 시스템이 상용화된 이후 무선 데이터 트래픽 수요가 증가함에 따라, 증가하는 트래픽 수요를 충족시키기 위한 5G 통신 시스템의 개발이 진행되고 있다.
증가하는 트래픽 수요를 충족시키기 위해서는 높은 데이터 전송률이 요구되기 때문에, 5G 통신 시스템은 대략 28GHz 이상의 초고주파(mm-Wave) 대역을 이용한 통신 시스템의 구현이 연구되고 있다.
5G 통신 시스템은 초고주파 대역에서 전파의 경로손실을 최소화하면서 전파의 전달 거리를 증가시켜야 하기 때문에 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beamforming) 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 연구되고 있다.
일반적으로, 통신 시스템에 적용되는 종래의 안테나 모듈은 안테나와 칩셋(Chip set)이 분리되어 각각 설치된다. 안테나와 칩셋은 케이블을 통해 연결된다.
하지만, 5G 통신 시스템은 초고주파 대역을 이용하기 때문에 종래의 안테나 모듈을 그대로 적용하는 경우 손실이 커져 안테나 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 접착 기재를 이용하여 이종 재질의 베이스 기재들을 접착하여 제조시 고장 발생을 최소화하도록 한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 접착 기재의 공극 홀을 통해 베이스 기재들에 형성된 방사 패턴들 사이에 공극을 형성하여 손실을 최소화하면서 높은 데이터 전송률을 갖도록 한 안테나 모듈을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈은 제1 베이스 기재, 제1 베이스 기재의 상면에 형성된 복수의 제1 방사 패턴, 제1 베이스 기재의 하부에 배치된 제2 베이스 기재, 제2 베이스 기재의 상면에 형성된 복수의 제2 방사 패턴, 제2 베이스 기재의 하면에 배치된 복수의 칩셋 및 제1 베이스 기재 및 제2 베이스 기재 사이에 개재된 제1 접착 기재를 포함하고, 제1 접착 기재는 공극 홀이 형성되고, 공극 홀은 복수의 제1 방사 패턴 및 복수의 제2 방사 패턴 사이에 공극을 형성한다.
본 발명에 의하면, 안테나 모듈은 이종 재질로 형성된 제1 안테나부 및 제2 안테나부를 적층함으로써, 안테나 모듈 제조시 제1 안테나부 및 제2 안테나부의 고장(Break down)을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 공극 홀이 형성된 제1 접착부를 이용하여 제1 안테나부 및 제2 안테나부를 접착함으로써, 안테나 모듈의 제조시 제1 안테나부 및 제2 안테나부의 고장을 방지하면서, 제1 안테나부에 형성된 복수의 제1 방사 패턴과 제2 안테나부에 형성된 복수의 제2 방사 패턴 사이에 공극을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 제1 방사 패턴 및 제2 방사 패턴 사이에 공극을 형성함으로써, 고주파수 대역인 5G(5th generation mobile communications), 와이기그(WiGig; Wireless Gigabit Alliance) 등의 주파수 대역 신호를 수신하는 안테나로 동작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 이종 재질로 형성된 제1 안테나부 및 제2 안테나부 사이에 공극을 형성함으로써, 제조시 고장 발생을 최소화하면서 전파의 경로손실을 최소화하면서 전파의 전달 거리를 증가시켜 높은 데이터 전송률을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈의 분해 사시도.
도 6은 도 1에 도시된 제1 안테나 기재의 상면도.
도 7은 도 1에 도시된 제1 접착부의 상면도.
도 8은 도 1에 도시된 제2 안테나부의 상면도.
도 9는 도 1에 도시된 제2 안테나부의 저면도.
도 10은 도 1에 도시된 제2 접착부의 상면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈은 5G 통신 시스템의 기지국 또는 휴대 단말에 실장되는 안테나이다.
안테나 모듈은 제1 안테나부(100), 제1 접착부(200), 제2 안테나부(300) 및 제2 접착부(400)를 포함하여 구성된다. 안테나 모듈의 최상부에는 제1 안테나부(100)가 배치된다. 제1 안테나부(100)의 하부에는 제1 접착부(200), 제2 안테나부(300) 및 제2 접착부(400)가 순차적으로 적층된다. 이를 통해, 안테나 모듈은 최상부에 복수의 방사 패턴이 배치되고, 최하부에 복수의 칩셋(360)이 배치된 AiP(Antenna in Package)로 형성된다.
제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)는 이종 재질의 베이스 기재로 구성된다. 제1 안테나부(100)의 상면 및 제2 안테나부(300)의 상면에는 각각 방사 패턴이 형성된다. 제2 안테나부(300)의 하면에는 복수의 칩셋(360)이 형성된다.
제1 접착부(200)는 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 개재된다. 제1 접착부(200)는 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)를 접착한다. 제1 접착부(200)는 제2 안테나부(300)의 방사 패턴을 수용하는 홀이 형성된다. 이때, 제2 안테나부(300)에 형성된 홀은 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에서 공극(Air Cavity)을 형성한다. 제2 안테나부(300)의 형성된 홀은 제2 안테나부(300)의 방사 패턴과 및 제2 안테나부(300)의 방사 패턴 사이에서 공극을 형성한다.
제2 접착부(400)는 제2 안테나부(300)의 하면에 접착된다. 제2 접착부(400)는 제2 안테나부(300)의 하면에 형성된 복수의 칩셋(360)을 수용하는 홀이 형성된다. 제2 접착부(400)의 하면에는 복수의 외부 단자 패턴(480) 및 입력 단자(460)가 형성된다. 외부 단자 패턴(480)은 안테나 모듈을 외부 회로와 연결하기 위한 단자이다. 입력 단자(460)는 외부 회로로부터 신호를 입력받는 단자이다.
제1 안테나 모듈은 제1 베이스 기재(120)를 포함한다. 제1 베이스 기재(120)는 판상 기재로 구성된다. 제1 베이스 기재(120)는 회로 기판에 일반적으로 사용되는 로저스(Rogers) 기판, FR-4(Flame Retardant Type 4), 테프론(Teflon), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌(polyethylene) 등의 기재로 구성될 수 있다.
제1 안테나 모듈은 복수의 제1 방사 패턴(140)을 더 포함한다. 이때, 복수의 제1 방사 패턴(140)은 안테나 모듈의 최상부에서 배치된 방사 패턴에 대응된다.
복수의 제1 방사 패턴(140)은 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속 재질로 형성된다. 복수의 제1 방사 패턴(140)은 인쇄 공정을 통해 제1 베이스 기재(120)의 상면에 형성된다. 복수의 제1 방사 패턴(140)은 제1 베이스 기재(120)의 상면에 행렬 배치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 복수의 제1 방사 패턴(140)은 64개로 구성되어, 제1 베이스 기재(120)의 상면에 8행 8열로 배치된 것을 일례로 한다. 여기서, 제1 방사 패턴(140)의 개수 및 행렬 구조는 안테나의 특성 및 크기에 따라 다르게 형성될 수 있다.
제1 접착부(200)는 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 개재되어, 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)를 접착한다. 제1 접착부(200)의 상면은 제1 베이스 기재(120)의 하면 접착된다. 제1 접착부(200)의 하면은 제2 베이스 기재(320)의 상면에 접착된다.
이를 위해, 제1 접착부(200)는 제1 접착 기재(220)를 포함한다. 제1 접착 기재(220)는 판상 유전체로 구성된다. 제1 접착 기재(220)는 판상의 FR-4 기재인 것을 일례로 한다.
제1 접착부(200)는 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 공극(Air Cavity)을 형성한다.
이를 위해, 제1 접착부(200)는 제1 접착 기재(220)를 관통하여 형성된 공극 홀(240)을 더 포함한다. 공극 홀(240)은 제1 접착부(200)가 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 개재됨에 따라, 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 공극을 형성한다.
공극 홀(240)은 제1 베이스 기재(120)의 하면, 제2 베이스 기재(320)의 상면 사이에 배치된다. 공극 홀(240)은 복수의 제1 방사 패턴(140)과 복수의 제2 방사 패턴(340) 사이에 공극을 형성한다. 이때, 공극 홀(240)은 제2 베이스 기재(320)의 상면에 형성된 복수의 제2 방사 패턴(340)을 수용한다.
도 7을 참조하면, 제1 접착부(200)는 제1 접착 기재(220)에 공극 홀(240)이 형성됨에 따라 프레임(또는 도넛) 형상으로 형성된다. 제1 접착부(200)의 상면은 제1 베이스 기재(120)의 하면에 접착된다. 제1 접착부(200)의 상면은 제1 베이스 기재(120) 하면의 외주를 따라 접착된다. 제1 접착부(200)의 하면은 제2 베이스 기재(320)의 상면에 접착된다. 제1 접착부(200)의 하면은 제2 베이스 기재(320)의 상면 외주를 따라 접착된다.
한편, 제1 접착부(200)는 복수의 공극 홀(240)을 포함할 수 있다. 제1 접착부(200)는 복수의 공극 홀(240)이 다행 다열로 형성된 격자 구조로 형성될 수 있다. 이때, 하나의 공극 홀(240)에는 하나 이상의 제2 방사 패턴(340)이 수용될 수 있다.
이처럼, 안테나 모듈은 이종 재질로 형성된 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)를 적층함으로써, 안테나 모듈 제조시 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)의 고장(Break down)을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 공극 홀(240)이 형성된 제1 접착부(200)를 이용하여 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)를 접착함으로써, 안테나 모듈의 제조시 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300)의 고장을 방지하면서, 제1 안테나부(100)에 형성된 복수의 제1 방사 패턴(140)과 제2 안테나부(300)에 형성된 복수의 제2 방사 패턴(340) 사이에 공극을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 제1 방사 패턴(140) 및 제2 방사 패턴(340) 사이에 공극을 형성함으로써, 고주파수 대역인 5G(5th generation mobile communications), 와이기그(WiGig; Wireless Gigabit Alliance) 등의 주파수 대역 신호를 수신하는 안테나로 동작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 안테나 모듈은 이종 재질로 형성된 제1 안테나부(100) 및 제2 안테나부(300) 사이에 공극을 형성함으로써, 제조시 고장 발생을 최소화하면서 전파의 경로손실을 최소화하면서 전파의 전달 거리를 증가시켜 높은 데이터 전송률을 구현할 수 있는 효과가 있다.
제2 안테나부(300)는 제1 접착부(200)의 하면에 접착된 제2 베이스 기재(320)를 포함한다. 제2 베이스 기재(320)는 판상 세라믹 소재로 형성된다. 제2 베이스 기재(320)는 저온 동시 소성 세라믹(LTCC; Low Temperature Co-fired Ceramic)인 것을 일례로 한다. 제2 베이스 기재(320)는 알루미나(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나가 포함된 세라믹 소재로 형성될 수도 있다.
제2 안테나부(300)는 제2 베이스 기재(320)의 상면에 형성된 복수의 제2 방사 패턴(340)을 더 포함한다. 복수의 제2 방사 패턴(340)은 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속 재질로 형성된다. 복수의 제2 방사 패턴(340)은 인쇄 공정을 통해 제2 베이스 기재(320)의 상면에 형성된다. 복수의 제2 방사 패턴(340)은 제2 베이스 기재(320)의 상면에 행렬 배치될 수 있다.
도 8을 참조하면, 복수의 제2 방사 패턴(340)은 64개로 구성되어, 제2 베이스 기재(320)의 상면에 8행 8열로 배치된 것을 일례로 한다. 여기서, 제2 방사 패턴(340)의 개수 및 행렬 구조는 안테나의 특성 및 크기에 따라 다르게 형성될 수 있다.
제2 방사 패턴(340)의 개수 및 행렬 구조는 제1 방사 패턴(140)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 안테나 특성에 따라 제1 방사 패턴(140) 및 제2 방사 패턴(340)의 개수 및 행렬 구조가 다르게 형성될 수도 있다.
제2 방사 패턴(340)은 공극 홀(240)을 사이에 두고 복수의 제1 방사 패턴(140) 중 하나와 중첩 배치된다. 여기서, 중첩은 제2 방사 패턴(340)이 복수의 제1 방사 패턴(140) 중 하나의 전체 면과 중첩되는 것으로 이해할 수 있다. 중첩은 제2 방사 패턴(340)이 복수의 제1 방사 패턴(140) 중 하나의 일부와 중첩되는 것으로 이해할 수도 있다.
복수의 제2 방사 패턴(340)은 공극 홀(240)을 사이에 두고 복수의 제1 방사 패턴(140)과 중첩됨에 따라, 제2 방사 패턴(340)과 제1 방사 패턴(140)은 커플링된다. 여기서, 커플링은 전기적으로 직접 연결된 상태가 아닌, 상호 이격된 상태에서 전자기적으로 연결된 상태를 의미한다.
제2 안테나부(300)는 제2 베이스 기재(320)의 내부에 형성된 복수의 연결 패턴(380)을 더 포함한다.
복수의 연결 패턴(380)은 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속 재질로 형성된다. 복수의 연결 패턴(380)은 제2 베이스 기재(320)의 상면 및 하면에 각각에 형성된 제2 방사 패턴(340)과 칩셋(360)을 연결한다.
복수의 연결 패턴(380)은 칩셋(360)과 제2 방사 패턴(340) 간에 신호 전송을 처리한다. 복수의 연결 패턴(380)은 제1 방사 패턴(140) 및 제2 방사 패턴(340)을 통해 수신한 신호를 칩셋(360)으로 전송한다. 복수의 연결 패턴(380)은 칩셋(360)으로 입력된 신호를 제1 방사 패턴(140) 및 제2 방사 패턴(340)으로 전송할 수도 있다.
복수의 연결 패턴(380)은 제2 베이스 기재(320)를 관통하는 비아 홀로 구성될 수 있다. 복수의 연결 패턴(380)은 비아 홀의 내벽면에 구리, 은 등의 금속 재질을 도금하여 형성될 수 있다. 복수의 연결 패턴(380)은 비아 홀에 금속 재질을 충진하여 형성될 수 있다.
여기서, 도 3에서는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 모듈을 용이하게 설명하기 위해서 복수의 연결 패턴(380)이 제2 베이스 기재(320)를 수직으로 관통하여 제2 방사 패턴(340)과 칩셋(360)을 연결하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 베이스 기재(320)는 복수의 연결 패턴(380) 형성을 위해 다층 구조로 형성될 수 있다. 이때, 제2 베이스 기재(320)는 각층의 적어도 일면에 금속 패턴을 형성하고, 각층에 형성된 비아 홀을 통해 금속 패턴들을 연결하여 복수의 연결 패턴(380)을 형성할 수 있다.
제2 안테나부(300)는 제2 베이스 기재(320)의 하면에 형성된 복수의 칩셋(360)을 더 포함한다. 복수의 칩셋(360)은 제2 베이스 기재(320)의 하면에 행렬 배치될 수 있다. 하나의 칩셋(360)에는 연결 패턴(380)을 통해 복수개의 제2 방사 패턴(340)이 연결된다.
도 9를 참조하면, 제2 방사 패턴(340)이 64개이고, 하나의 칩셋(360)에 4개의 제2 방사 패턴(340)이 연결되는 경우, 복수의 칩셋(360)은 16개로 구성되어, 제2 베이스 기재(320)의 하면에 4행 4열로 배치될 수 있다. 여기서, 칩셋(360)의 개수 및 행렬 구조는 연결되는 제2 방사 패턴(340)의 개수 및 처리 용량에 따라 다르게 형성될 수 있다.
제2 접착부(400)는 안테나 모듈의 최하부에 배치된다. 제2 접착부(400)는 제2 안테나부(300)의 하부에 형성된 칩셋(360; Chip set)을 수용한다. 제2 접착부(400)의 하부에는 외부 회로 기판과의 연결을 위한 외부 단자 패턴(480)이 형성된다. 제2 접착부(400)의 하부에는 외부 회로 기판으로부터 신호를 입력받기 위한 입력 단자(460)가 형성될 수 있다.
제2 접착부(400)는 제2 안테나부(300)의 하면에 접착된다. 제2 접착부(400)의 상면은 제2 안테나부(300)의 하면에 접착된다. 이를 위해, 제2 접착부(400)는 제2 접착 기재(420)를 포함한다. 제2 접착 기재(420)는 판상 유전체로 구성된다. 제2 접착 기재(420)는 판상의 FR-4 기재인 것을 일례로 한다.
제2 접착부(400)는 제2 접착 기재(420)를 관통하여 형성된 수용 홀(440)을 더 포함한다. 수용 홀(440)은 제2 접착부(400)가 제2 안테나부(300)의 하면에 접착됨에 따라 제2 안테나부(300)의 하면에 형성된 복수의 칩셋(360)을 수용한다. 이때, 수용 홀(440)의 두께는 칩셋(360)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제2 접착부(400)는 제2 접착 기재(420)에 수용 홀(440)이 형성됨에 따라 프레임(또는 도넛) 형상으로 형성된다. 제2 접착부(400)의 상면은 제2 베이스 기재(320)의 하면에 접착된다. 제2 접착부(400)의 상면은 제2 베이스 기재(320) 하면의 외주를 따라 접착된다. 제2 접착부(400)의 하면은 안테나 모듈이 실장되는 회로기판의 상면에 접착된다.
이때 제2 접착부(400)는 안테나 모듈을 회로기판과 연결하는 복수의 외부 단자 패턴(480)을 더 포함한다.
복수의 외부 단자 패턴(480)은 구리, 은 등의 금속 재질로 형성된다. 복수의 외부 단자 패턴(480)은 인쇄 공정을 통해 제2 접착 기재(420)의 하면에 형성된다. 복수의 외부 단자 패턴(480)은 제2 접착 기재(420)의 하면에서 상호 이격되어 배치된다. 복수의 외부 단자 패턴(480)은 제2 접착 기재(420) 및 제2 베이스 기재(320)에 형성된 패턴을 통해 칩셋(360)과 연결될 수 있다.
복수의 외부 단자 패턴(480)은 안테나 모듈이 회로기판에 실장됨에 따라 회로기판의 단자와 전기적으로 직접 연결된다. 복수의 외부 단자 패턴(480)은 케이블, 연결용 회로기판을 통해 회로기판에 연결될 수도 있다.
제2 접착부(400)는 외부 신호를 입력받는 입력 단자(460)를 더 포함할 수 있다. 입력 단자(460)는 외부 신호를 입력받아 칩셋(360)으로 전송한다. 이를 위해, 입력 단자(460)는 제2 접착 기재(420) 및 제2 베이스 기재(320)에 형성된 패턴을 통해 칩셋(360)과 연결될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 제1 베이스 기재;
    상기 제1 베이스 기재의 상면에 형성된 복수의 제1 방사 패턴;
    상기 제1 베이스 기재의 하부에 배치된 제2 베이스 기재;
    상기 제2 베이스 기재의 상면에 형성된 복수의 제2 방사 패턴;
    상기 제2 베이스 기재의 하면에 배치된 복수의 칩셋; 및
    상기 제1 베이스 기재 및 제2 베이스 기재 사이에 개재된 제1 접착 기재를 포함하고,
    상기 제1 접착 기재는 상기 복수의 제2 방사 패턴이 수용되는 공
    극 홀이 형성되고,
    상기 공극 홀은 상기 복수의 제1 방사 패턴 및 상기 복수의 제2 방사 패턴 사이에 공극을 형성하는 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접착 기재는 프레임 형상으로 형성되고,
    상기 제1 접착 기재의 상면은 상기 제1 베이스 기재의 하면 외주를 따라 배치되고, 상기 제1 접착 기재의 하면은 상기 제2 베이스 기재의 상면 외주를 따라 배치된 안테나 모듈
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 방사 패턴은 각각 상기 공극 홀을 사이에 두고 하나의 제1 방사 패턴과 중첩된 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공극 홀에는 상기 복수의 제2 방사 패턴이 수용된 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접착 기재는 복수의 공극 홀이 행렬 배치된 격자 구조로 형성된 안테나 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 공극 홀은 각각 하나 이상의 제2 방사 패턴이 수용된 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공극 홀은 상기 제1 베이스 기재의 하면 및 상기 제2 베이스 기재의 상면 사이에 공극을 형성한 안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 방사 패턴은 상기 제1 베이스 기재의 상면에 행렬 배치되고, 상기 복수의 제2 방사 패턴은 상기 제2 베이스 기재의 상면에 행렬 배치된 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 칩셋은 상기 제2 베이스 기재의 하면에 행렬 배치된 안테나 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 칩셋 중 적어도 하나는 2개 이상의 제2 방사 패턴과 연결된 안테나 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 기재에 형성된 복수의 연결 패턴을 더 포함하고,
    상기 복수의 연결 패턴은 상기 복수의 제2 방사 패턴과 상기 복수의 칩셋을 연결하는 안테나 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 기재의 하면에 배치된 제2 접착 기재를 더 포함하는 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접착 기재는 상기 복수의 칩셋을 수용하는 수용 홀이 형성된 안테나 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접착 기재는 복수의 수용 홀이 형성되고,
    상기 복수의 수용 홀에는 각각 하나 이상의 칩셋이 수용된 안테나 모듈.
  15. 제12항에 있어,
    상기 제2 접착 기재의 두께는 상기 복수의 칩셋의 두께보다 두껍게 형성된 안테나 모듈.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접착 기재는 프레임 형상으로 형성되어 상기 제2 베이스 기재의 하면에 배치되고, 상기 제2 베이스 기재의 하면 외주를 따라 배치된 안테나 모듈.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접착 기재의 하면에 형성된 외부 단자 패턴을 더 포함하는 안테나 모듈.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제2 접착 기재의 하면에 형성된 입력 단자를 더 포함하는 안테나 모듈.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 기재는 판상의 저온 동시 소성 세라믹 기재인 안테나 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 베이스 기재는 상기 제2 베이스 기재와 다른 재질로 형성된 안테나 모듈.
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