KR20190089692A

KR20190089692A - 안테나 장치 및 안테나 모듈

Info

Publication number: KR20190089692A
Application number: KR1020180054152A
Authority: KR
Inventors: 김남기; 류정기
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2038-05-11
Also published as: KR102314699B1; KR20190120133A; KR102035824B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 그라운드층과, 그라운드층의 상측 또는 하측으로 이격 배치되는 배선층과, 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 복수의 피드 라인과, RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 다이폴 안테나 패턴과, 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 복수의 피드 라인을 각각 전기적으로 연결시키도록 배치된 복수의 피드 비아와, 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 그라운드층을 전기적으로 연결하도록 배치되는 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 안테나 모듈{Antenna apparatus and antenna module}

본 발명은 안테나 장치 및 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 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.

전통적으로 밀리미터웨이브 통신환경을 제공하는 안테나 모듈은 높은 주파수에 따른 높은 수준의 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 직진성(directivity) 등)을 만족시키기 위해 IC와 안테나를 기판상에 배치시켜서 동축케이블로 연결하는 구조를 사용하여왔다. 그러나, 이러한 구조는 안테나 배치공간 부족, 안테나 형태 자유도 제한, 안테나와 IC간의 간섭 증가, 안테나 모듈의 사이즈/비용 증가를 유발할 수 있다.

등록특허공보 10-1195047

본 발명은 안테나 성능을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있는 안테나 장치 및 안테나 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 그라운드층; 상기 그라운드층의 상측 또는 하측으로 이격 배치되는 배선층; 상기 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 복수의 피드 라인; RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 다이폴 안테나 패턴; 상기 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 상기 복수의 피드 라인을 각각 전기적으로 연결시키도록 배치된 복수의 피드 비아; 및 상기 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 상기 그라운드층을 전기적으로 연결하도록 배치되는 그라운드 패턴; 을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 배선층과 그라운드층을 포함하는 연결 부재; 상기 연결 부재의 하측에 배치되고 상기 연결 부재에 전기적으로 연결되는 IC; 상기 연결 부재의 상측에 배치되는 복수의 패치 안테나 패턴; 상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 대응되는 패치 안테나 패턴과 상기 연결 부재를 전기적으로 연결하는 복수의 패치 안테나 피드비아; 및 상기 연결 부재의 측면에 배치되고 각각 상기 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달받거나 전달하는 복수의 다이폴 안테나 패턴; 을 포함하고, 상기 그라운드층은 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴 각각의 각 폴의 사이를 서로 연결시켜서 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴을 서로 전기적으로 연결시키는 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 인접한 타 안테나 장치에 주는 영향을 줄일 수 있는 구조를 가지므로, 인접한 타 안테나 장치에 대한 이격거리를 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 안테나 장치의 단위 개수 대비 사이즈를 줄이거나, 단위 사이즈 대비 안테나 장치의 개수를 증가시킬 수 있으므로, 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 대역폭, 직진성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 장치의 설계시에 타 안테나 장치의 영향에 따른 설계제한을 줄일 수 있으므로 개선된 설계 자유도를 가질 수 있으며, 개선된 설계 자유도를 활용하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 그라운드 패턴에 따른 복수의 안테나 장치 사이의 격리도를 향상시키면서도 그라운드 패턴의 다이폴 안테나 패턴에 대한 부정적 커플링을 줄일 수 있으므로, 안테나 성능을 더욱 개선시키거나 안테나 모듈의 사이즈를 더욱 줄일 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 하면을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 상면을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 각 층별 배치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 그라운드 패턴의 변형된 형태를 나타낸 평면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 그라운드 패턴의 연결유무에 따른 격리도를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 연결 부재의 하측 구조를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 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 안테나 장치를 나타낸 사시도이며, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다. 도 1a 내지 도 2b에서 z방향은 상면방향을 나타낸다.

도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 연결 부재(1200a)는 IC 그라운드층(221a, 221b), 그라운드층(222a, 222b), 제2 그라운드층(223a, 223b), 배선층(224a, 224b) 및 제3 그라운드층(225a, 225b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 복수의 층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.

IC 그라운드층(221a, 221b)과 그라운드층(222a, 222b)은 IC의 회로 및/또는 수동부품에서 사용되는 그라운드를 IC 및/또는 수동부품으로 제공할 수 있다. 따라서, IC 그라운드층(221a, 221b)과 그라운드층(222a, 222b)은 IC 및/또는 수동부품에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, IC 그라운드층(221a, 221b)은 IC 및/또는 수동부품의 그라운드 수요에 따라 생략될 수 있다.

배선층(224a, 224b)은 그라운드층(222a, 222b)의 상측 또는 하측으로 이격 배치될 수 있으며, RF(Radio Frequency) 신호가 흐르는 배선과 상기 배선을 둘러싸는 배선 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 배선은 배선비아를 통해 IC에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선 그라운드 패턴의 경계는 상하방향으로 볼 때 IC 그라운드층(221a, 221b), 그라운드층(222a, 222b) 및 제2 그라운드층(223a, 223b)의 경계에 겹쳐질 수 있다.

배선층(224a, 224b)은 제2 그라운드층(223a, 223b)과 제3 그라운드층(225a, 225b)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 그라운드층(223a, 223b)은 배선층(224a, 224b)의 배선과 IC 사이의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있으며, IC 및/또는 수동부품으로 그라운드를 제공할 수 있다. 제3 그라운드층(225a, 225b)은 배선층(224a, 224b)의 배선과 패치 안테나 패턴 사이의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있으며, 상기 패치 안테나 패턴의 관점에서 경계조건을 제공하고 상기 패치 안테나 패턴에 의해 송수신되는 RF 신호를 반사하여 상기 패치 안테나 패턴의 송수신 방향을 더욱 집중시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드 라인(110a), 피드 비아(111a), 다이폴 안테나 패턴(120a), 그라운드 패턴(130a), 그라운드층(222a, 222b) 및 배선층(224a, 224b)을 포함할 수 있다.

피드 라인(110a)은 배선층(224a, 224b)의 대응되는 배선에 전기적으로 연결될 수 있으므로, RF 신호의 전달경로로 작용할 수 있다. 피드 라인(110a)은 관점에 따라 배선층(224a, 224b)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 다이폴 안테나 패턴(120a)가 연결 부재(1200a)의 측면에 인접하여 배치될 수 있으므로, 피드 라인(110a)은 배선층(224a, 224b)의 대응되는 배선으로부터 연결 부재(1200a)의 측면을 향하여 연장된 구조를 가질 수 있다.

상기 피드 라인(110a)은 제1 및 제2 피드 라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피드 라인은 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 RF 신호를 전달하고, 상기 제2 피드 라인은 다이폴 안테나 패턴(120a)으로부터 RF 신호를 전달받도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 피드 라인은 다이폴 안테나 패턴(120a)으로부터 RF 신호를 전달받거나 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 RF 신호를 전달하도록 구성될 수 있으며, 상기 제2 피드 라인은 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 임피던스를 제공하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 피드 라인은 각각 RF 신호를 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 전달하고 RF 신호를 다이폴 안테나 패턴(120a)으로부터 전달받되, 서로 위상차(예: 180도, 90도)를 가지도록 차동피딩(differential feeding) 방식으로 구성될 수 있다. 상기 위상차는 IC의 위상변환기(phase shifter)나 제1 및 제2 피드 라인의 전기적 길이(electrical length) 차이를 통해 구현될 수 있다.

한편 설계에 따라, 상기 피드 라인(110a)은 1/4파장 변환기나 발룬(balun)을 포함하여 RF 신호 전송 효율을 향상시킬 수 있으나, 1/4파장 변환기나 발룬은 생략될 수 있다.

피드 비아(111a)는 다이폴 안테나 패턴(120a)과 피드 라인(110a)을 전기적으로 연결시키도록 배치될 수 있다. 피드 비아(111a)는 다이폴 안테나 패턴(120a)과 피드 라인(110a)에 대해 수직으로 배치될 수 있다.

피드 비아(111a)로 인해, 다이폴 안테나 패턴(120a)은 피드 라인(110a)보다 높거나 낮은 위치에 배치될 수 있다. 다이폴 안테나 패턴(120a)의 구체적 위치는 피드 비아(111a)의 길이에 따라 달라질 수 있으므로, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 방사패턴 방향은 피드 비아(111a)의 길이 설계에 따라 상하방향으로 약간 기울어질 수 있다.

한편, 설계에 따라 피드 비아(111a)는 절연층에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 상기 절연층은 피드 라인(110a), 다이폴 안테나 패턴(120a), 디렉터 패턴(125a) 및 그라운드 패턴(130a)의 적어도 일부의 상측 및/또는 하측에 배치될 수 있다.

다이폴 안테나 패턴(120a)은 피드 라인(110a)에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 일단은 피드 라인(110a)의 제1 및 제2 라인에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 다이폴 안테나 패턴(120a)은 폴 길이, 폴 두께, 폴 사이 간격, 폴과 연결 부재 측면 사이 간격, 절연층의 유전율 중 적어도 하나에 따른 주파수 대역(예: 28GHz, 60GHz)을 가질 수 있다.

다이폴 안테나 패턴(120a)과 그라운드 패턴(130a)은 관점에 따라 그라운드층(222a, 222b)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 예를 들어, 그라운드층(222a, 222b)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 사이를 서로 연결시켜서 인접 안테나 장치의 다이폴 안테나 패턴에 대해 전기적으로 연결시키는 형태를 가질 수 있다.

그라운드 패턴(130a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴과 그라운드층(222a, 222b)을 전기적으로 연결하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 다이폴 안테나 패턴(120a)은 그라운드층(222a, 222b)에 전기적으로 연결된 인접 안테나 장치와 그라운드를 공유할 수 있으므로, 상기 인접 안테나 장치에 대한 전자기적 격리도는 향상될 수 있다. 이에 대해 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 후술한다.

또한, 그라운드 패턴(130a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 사이에서 그라운드층(222a, 222b)까지 연장된 구조를 가질 수 있다. 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 사이는 피드 라인(110a) 및 피드 비아(111a)를 흐르는 RF 신호의 투과방향이 꺾이는 지점에 인접하다. 상기 지점은 디렉터 패턴(125a)이나 인접 안테나 장치에 대한 전자기 커플링 소스(source)로 작용할 수 있다. 따라서, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 인접 안테나 장치에 대한 격리도는 상기 지점이 그라운드 패턴(130a)에 인접할수록 더욱 크게 향상될 수 있다. 따라서, 그라운드 패턴(130a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 인접 안테나 장치에 대한 격리도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.

다이폴 안테나 패턴(120a)의 인접 안테나 장치에 대한 격리도가 감소할 경우, 다이폴 안테나 패턴(120a)과 인접 안테나 장치 사이의 기준 이격 거리(예: RF 신호 파장의 0.5배)는 더욱 짧아질 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 타 안테나 장치의 영향에 따른 설계제한을 줄일 수 있으므로 개선된 설계 자유도를 가질 수 있으며, 개선된 설계 자유도를 활용하여 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 직진성(directivity) 등)을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 안테나 모듈에 더욱 효율적으로 배치될 수 있으므로, 안테나 장치 및/또는 안테나 모듈의 사이즈를 감소시킬 수 있다.

또한, 그라운드 패턴(130a)은 상하방향으로 볼 때 피드 라인(110a)의 사이에 위치하도록 다이폴 안테나 패턴(120a)의 각 폴의 사이에서 그라운드층(222a, 222b)까지 연장된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 그라운드 패턴(130a)은 피드 라인(110a)을 기준으로 좌우 대칭적일 수 있다.

피드 라인(110a) 및 피드 비아(111a)를 흐르는 RF 신호가 다이폴 안테나 패턴(120a)에서 좌우로 대칭적으로 분기되므로, 그라운드 패턴(130a)은 좌우 대칭도가 클수록 다이폴 안테나 패턴(120a)에 줄 수 있는 부정적 영향을 크게 줄일 수 있다. 따라서, 그라운드 패턴(130a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능에 대한 영향을 최소화하면서 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 그라운드를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 실질적인 안테나 성능을 열화시키지 않고도 인접 안테나 장치에 대한 격리도를 향상시켜서 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 1a 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 다이폴 안테나 패턴(120a)과 동일한 높이에 위치하여 다이폴 안테나 패턴(120a)으로부터 측면으로 이격 배치되는 디렉터 패턴(125a)을 더 포함할 수 있다.

상기 디렉터 패턴(125a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)에 전자기적으로 커플링되어 다이폴 안테나 패턴(120a)의 이득이나 대역폭을 향상시킬 수 있다. 상기 디렉터 패턴(125a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)의 다이폴 총 길이보다 짧은 길이를 가지며, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 전자기적 커플링의 집중도를 향상시킬 수 있으므로, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 이득 또는 직진성(directivity)은 더욱 향상될 수 있다.

한편, 도 1a 및 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 피드 라인(110a)에서부터 하측 및 상측으로 이격 배치된 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a)을 더 포함할 수 있다.

제2 및 제3 그라운드 패턴(135a) 중 제2 그라운드 패턴은 제2 그라운드층(223a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 관점에 따라 제2 그라운드층(223a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 즉, 제2 그라운드층(223a)은 상하방향으로 볼 때 다이폴 안테나 패턴(120a)을 향하여 돌출된 돌출영역을 가질 수 있으며, 상기 돌출영역은 상기 제2 그라운드 패턴에 대응될 수 있다.

제2 및 제3 그라운드 패턴(135a) 중 제3 그라운드 패턴은 제3 그라운드층(225a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 관점에 따라 제3 그라운드층(225a)에 포함되는 구성요소로 보여질 수 있다. 즉, 제3 그라운드층(225a)은 상하방향으로 볼 때 다이폴 안테나 패턴(120a)을 향하여 돌출된 제2 돌출영역을 가질 수 있으며, 상기 제2 돌출영역은 상기 제3 그라운드 패턴에 대응될 수 있다.

제2 및 제3 그라운드 패턴(135a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)에 전자기적으로 커플링될 수 있는데, 상기 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a)의 형태(예: 폭, 길이, 두께, 피드 라인에 대한 이격거리, 안테나 부재에 대한 전기적 격리도 등)에 종속적으로 다이폴 안테나 패턴(120a)의 주파수 특성에 영향을 줄 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 확장 주파수 대역(예: 38GHz)을 제공할 수 있으며, 상기 확장 주파수 대역이 내재적 주파수 대역과 유사할 경우 다이폴 안테나 패턴(120a)의 내재적 주파수 대역의 대역폭이나 이득을 개선시킬 수도 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능을 향상시키거나, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 듀얼밴드(dual-band) 송수신을 가능케 할 수 있다.

상기 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a) 중 제2 그라운드 패턴은 피드 라인(110a)과 그라운드 패턴(130a)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 그라운드 패턴은 그라운드 패턴(130a)의 피드 라인(110a)이나 다이폴 안테나 패턴(120a)에 대한 부정적 커플링을 더욱 줄일 수 있다.

또한, 상기 제2 그라운드 패턴은 그라운드 패턴(130a)보다 넓은 면적을 가져서 상하방향으로 볼 때 그라운드 패턴(130a)의 적어도 일부와 피드 라인(110a)의 적어도 일부를 함께 오버랩할 수 있다. 이에 따라, 그라운드 패턴(130a)의 피드 라인(110a)이나 다이폴 안테나 패턴(120a)에 대한 부정적 커플링은 더욱 감소할 수 있다.

한편, 도 1a를 참조하면, IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a)은 다이폴 안테나 패턴(120a)에 대해 대향하는 방향으로 함몰될 수 있다. 즉, 상기 경계는 연결 부재(1200a)의 내부중심에 더욱 가까워질 수 있다.

IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a)에서 다이폴 안테나 패턴(120a)을 향하는 경계는 다이폴 안테나 패턴(120a)의 관점에서 리플렉터(reflector)로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 경계에서부터 다이폴 안테나 패턴(120a)까지의 거리는 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능에 영향을 줄 수 있다. 설계에 따라 요구되는 안테나 성능을 만족시키기 위해, 다이폴 안테나 패턴(120a)은 상기 거리가 적어도 소정의 거리보다 길도록 IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a)으로부터 이격될 수 있다.

IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a)의 경계가 연결 부재(1200a)의 내부중심에 더욱 가까워짐에 따라, 다이폴 안테나 패턴(120a)은 안테나 성능의 실질적인 희생 없이도 연결 부재(1200a)의 내부중심에 더욱 가까이 배치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 안테나 모듈에 더욱 효율적으로 배치될 수 있으므로, 안테나 모듈의 사이즈를 축소시킬 수 있다.

도 1a를 참조하면, 제3 그라운드층(225a)은 상하방향으로 볼 때 IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a)의 함몰영역을 커버할 수 있다. 이에 따라, 상기 함몰영역은 캐비티(cavity)를 이룰 수 있다. 캐비티(cavity)는 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능 확보에 유리한 경계조건을 제공할 수 있다. 또한, 제3 그라운드층(225a)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 패치 안테나 패턴의 사이를 가로막을 수 있으므로, 안테나 장치의 패치 안테나 패턴에 대한 격리도를 향상시킬 수 있다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은, IC 그라운드층(221a), 그라운드층(222a), 제2 그라운드층(223a) 및 배선층(224a) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고, 상하방향으로 볼 때 상기 함몰영역 또는 상기 캐비티의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열되는 복수의 차폐비아(245a)를 더 포함할 수 있다. 복수의 차폐비아(245a)는 층 간 갭의 적어도 일부를 가로막도록 배치되므로, RF 신호가 층 간 갭으로 세는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 복수의 차폐비아(245a)는 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능을 향상시키고, 다이폴 안테나 패턴(120a)과 배선층(224a)의 배선 간의 격리도를 향상시킬 수 있다.

한편, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 디렉터 패턴(125a), 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a), 복수의 차폐비아(245a) 및 상기 함몰영역은 설계에 따라 생략될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 하면을 나타낸 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 상면을 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 및 제3 그라운드 패턴(135a)은 제3 그라운드층(225a)보다 다이폴 안테나 패턴(120a)을 향하여 더 돌출될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 패턴(130a)의 다이폴 안테나 패턴(120a)에 대한 부정적 영향은 더욱 줄어들 수 있다.

또한, 그라운드 패턴(130a)는 상하방향으로 볼 때 피드 라인(110a)을 벗어나지 않도록 배치되고, 다이폴 안테나 패턴(120a)에 대해 수직으로 배치될 수 있다. 그라운드 패턴(130a)은 좌우 대칭도가 클수록 다이폴 안테나 패턴(120a)에 줄 수 있는 부정적 영향을 크게 줄일 수 있으며, 다이폴 안테나 패턴(120a)의 안테나 성능에 대한 영향을 최소화하면서 다이폴 안테나 패턴(120a)으로 그라운드를 제공할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 각 층별 배치를 나타낸 평면도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 도 1a 내지 도 3b에 도시된 안테나 장치에 대응되는 복수의 안테나 장치를 포함할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 배선층(224b)은 각각 RF 신호가 흐르는 복수의 배선(224c)과 상기 복수의 배선(226b)을 각각 둘러싸는 배선 그라운드 패턴(227b)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 배선(226b)은 복수의 피드 라인(110a)의 일단과 배선비아(230b)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 복수의 피드 비아(111a)는 각각 복수의 피드 라인(110a)의 타단에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 제2 그라운드층(223b)은 배선층(224b)의 하측에 배치될 수 있으며, 제2 그라운드층(223b)의 경계에 인접하여 배열된 복수의 차폐비아(245b)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 그라운드 패턴(135b)은 제2 그라운드층(223b)에 연결될 수 있으며, 복수의 피드 라인의 하측에 배치될 수 있다.

도 4c를 참조하면, 그라운드층(222b)은 제2 그라운드층(223b)의 하측에 배치될 수 있다. 복수의 다이폴 안테나 패턴(120a)은 각각 복수의 피드 비아(111a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 그라운드 패턴(130a)은 각각 복수의 다이폴 안테나 패턴(120a)의 다이폴 중심에서부터 그라운드층(222b)까지 연장된 형태를 가질 수 있다.

이에 따라, 복수의 다이폴 안테나 패턴(120a)은 그라운드를 공유할 수 있으므로, 서로에 대한 전자기적 커플링을 줄일 수 있다. 즉, 복수의 안테나 장치는 실질적인 안테나 성능의 열화 없이도 복수의 그라운드 패턴(130a)이 생략된 경우의 기준 이격 거리(예: RF 신호 파장의 0.5배)보다 짧은 이격 거리로 서로에 대해 이격될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 단위 사이즈 대비 복수의 안테나 장치의 배치 가능 개수를 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 그라운드 패턴의 변형된 형태를 나타낸 평면도이다.

도 5를 참조하면, 그라운드층(222c)은 복수의 다이폴 안테나 패턴(120b) 각각의 각 폴의 사이를 서로 연결시켜서 복수의 다이폴 안테나 패턴(120b)을 서로 전기적으로 연결시키는 형태를 가질 수 있다.

또한, 복수의 다이폴 안테나 패턴(120b)은 각각 접힌 다이폴(folded dipole)의 구조를 가질 수 있다.

또한, 복수의 피드 라인(110b)은 도 4a에 도시된 배선층의 복수의 배선과 복수의 피드 라인이 일체화된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 복수의 피드 라인(110b)의 일단은 배선비아(230b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선비아(230b)는 IC에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 그라운드 패턴의 연결유무에 따른 격리도를 나타낸 도면이다.

도 6a를 참조하면, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 거리가 d1일 경우, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 전자기적 커플링(Coupling)은 공진주파수에서 약 -5dB일 수 있으며, 효율(EFF.)은 공진주파수에서 약 40%일 수 있다. 상기 커플링(Coupling)은 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 S파라미터로 정의될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 거리가 d1보다 짧은 d2일 경우, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 전자기적 커플링(Coupling)은 공진주파수에서 약 0dB일 수 있으며, 효율(EFF.)은 공진주파수에서 약 37%일 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 거리가 d2일 경우, 제1 안테나 장치(Ant1)와 제2 안테나 장치(Ant2) 사이의 전자기적 커플링(Coupling)은 공진주파수에서 -20dB일 수 있으며, 효율(EFF.)은 공진주파수에서 약 60%일 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 그라운드 패턴은 대역 소거 필터(band stop filter)와 유사한 효과를 가질 수 있다.

한편, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 커플링 파라미터와 효율(EFF.) 파라미터의 구체적 수치는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 설계규격에 따라 달라질 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 연결 부재의 하측 구조를 예시한 도면이다.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 연결 부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 서브기판(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

연결 부재(200)는 도 1a 내지 도 2b에 도시된 연결 부재와 유사한 구조를 가질 수 있다.

IC(310)는 전술한 IC와 동일하며, 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결 부재(200)의 배선층에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드층에 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 연결 부재(200)를 서로 접착시킬 수 있다.

전기연결구조체(330)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선층과 그라운드층의 사이를 전기적으로 연결하도록 배치될 수 있으며, 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)과 같은 구조를 가질 수 있다. 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선층과 그라운드층보다 낮은 용융점을 가져서 상기 낮은 용융점을 이용한 소정의 공정을 통해 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

봉합재(340)는 IC(310)의 적어도 일부를 봉합할 수 있으며, IC(310)의 방열성능과 충격 보호성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.

수동부품(350)은 연결 부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결 부재(200)의 배선층 및/또는 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다.

서브기판(410)은 연결 부재(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 연결 부재(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, 서브기판(410)은 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다. 연결 부재(200)의 제2 그라운드층이 IC 그라운드층과 배선층의 사이에 배치되므로, 안테나 모듈 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.

도 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

차폐 부재(360)는 연결 부재(200)의 하측에 배치되어 연결 부재(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, 연결 부재(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, 연결 부재(200)의 그라운드층에 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, 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 서브기판과 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 안테나(430)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결 부재(200)의 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 측면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 패치 안테나(10a)와 다이폴 안테나(15a)와 IC(20a)가 통합된 구조를 가질 수 있으며, 패치 안테나(10a), 다이폴 안테나(15a), 칩 안테나(16a), IC(20a), 수동부품(40a), 기판(50a) 및 서브기판(60a) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

패치 안테나(10a)는 기판(50a)의 상면에 인접하여 배치될 수 있으며, 기판(50a)의 상면의 법선방향으로 RF 신호를 송수신할 수 있다. 패치 안테나(10a)는 패치 안테나 패턴과 패치 안테나 피드 비아가 결합된 구조를 가질 수 있다.

다이폴 안테나(15a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 대응될 수 있으며, 측면 방향으로 RF 신호를 송수신하도록 기판(50a)의 측면에 인접하여 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 패치 안테나(10a)와 다이폴 안테나(15a)가 통합된 구조를 가지므로, 전방향으로(omni-directionally) 방사패턴을 형성할 수 있다.

칩 안테나(16a)는 도 7b에 도시된 칩 안테나에 대응될 수 있으며, 기판(50a)의 상면 또는 하면에 인접하여 배치될 수 있다.

IC(20a)는 도 7a 및 도 7b에 도시된 IC에 대응될 수 있으며, 패치 안테나(10a), 다이폴 안테나(15a) 및/또는 칩 안테나(16a)로부터 전달받은 RF 신호를 IF 신호 또는 기저대역 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 IF 신호 또는 기저대역 신호를 안테나 모듈의 외부에 배치된 IF IC, 기저대역 IC 또는 통신모뎀으로 전달할 수 있다. 또한, IC(20a)는 안테나 모듈의 외부에 배치된 IF IC, 기저대역 IC 또는 통신모뎀으로부터 전달받은 IF 신호 또는 기저대역 신호를 RF 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 RF 신호를 안테나(10a), 다이폴 안테나(15a) 및/또는 칩 안테나(16a)로 전달할 수 있다. 한편 설계에 따라, 안테나 모듈은 기판(50a)의 하면 상에 배치된 IF IC 또는 기저대역 IC를 더 포함할 수 있다.

수동부품(40a)은 기판(50a)의 하면에 인접하여 배치될 수 있으며, 도 7a 및 도 7b에 도시된 수동부품에 대응될 수 있다.

기판(50a)은 적어도 하나의 도전층(51a)과 적어도 하나의 절연층(52a)을 포함할 수 있으며, 복수의 도전층을 전기적으로 연결하도록 절연층을 관통하는 적어도 하나의 비아를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도전층(51a)은 도 1a 내지 도 2b에 도시된 배선층 및 그라운드층에 대응될 수 있으며, 패치 안테나 패턴에도 대응될 수 있다.

예를 들어, 기판(50a)은 인쇄회로기판으로 구현될 수 있으며, 상단의 안테나 패키지와 하단의 연결 부재가 결합된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 안테나 패키지는 RF 신호의 송수신 효율 관점에서 설계될 수 있으며, 연결 부재는 배선 효율 관점에서 설계될 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 도전층(51a) 중 상대적으로 기판(50a)의 상면에 가까운 도전층은 패치 안테나(10a)의 그라운드층으로 사용될 수 있으며, 적어도 하나의 도전층(51a) 중 상대적으로 기판(50a)의 하면에 가까운 도전층은 RF 신호, IF 신호 또는 기저대역 신호가 통과하는 배선층과, 상기 배선층의 전자기적 격리를 위한 그라운드층과, IC(20a)에 그라운드를 제공하는 IC 그라운드층으로 사용될 수 있다.

서브기판(60a)은 기판(50a)의 하면 상에 배치될 수 있으며, IF 신호 또는 기저대역 신호의 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 서브기판(60a)은 안테나 모듈의 외부에 안착되어 안테나 모듈을 지지하도록 지지 부재로 구현될 수 있다.

설계에 따라, 상기 서브기판(60a)은 동축케이블이 연결되는 커넥터로 대체되거나, 외부의 세트 기판과 IC(20a)를 전기적으로 연결시키는 신호 전송라인이 배치되는 연성(flexible) 절연층으로 대체될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈의 다양한 구조를 나타낸 측면도이다.

도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 안테나 패키지와 연결 부재가 결합된 구조를 가질 수 있다.

연결 부재는 적어도 하나의 배선층(1210b)과, 적어도 하나의 절연층(1220b)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 배선층(1210b)에 연결된 배선 비아(1230b)와, 배선 비아(1230b)에 연결된 접속패드(1240b)를 포함할 수 있으며, 구리 재배선 층(Redistribution Layer, RDL)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 상기 연결 부재의 상면에는 안테나 패키지가 배치될 수 있다.

안테나 패키지는 복수의 상부 커플링 부재(1110b), 복수의 패치 안테나 패턴(1115b), 복수의 패치 안테나 피드 비아(1120b), 메타 부재(1130b), 유전층(1140b) 및 마감 부재(1150b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, 도 8에 도시된 패치 안테나에 대응될 수 있다.

복수의 패치 안테나 피드 비아(1120b)의 일단은 각각 복수의 패치 안테나 패턴(1115b)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 피드 비아(1120b)의 타단은 각각 연결 부재의 적어도 하나의 배선층(1210b)의 대응되는 배선에 전기적으로 연결될 수 있다.

유전층(1140b)은 복수의 피드 비아(1120b) 각각의 측면을 포위하도록 배치될 수 있다. 상기 유전층(1140b)은 연결 부재의 적어도 하나의 절연층(1220b)의 높이보다 긴 높이를 가질 수 있다. 안테나 패키지는 상기 유전층(1140b)의 높이 및/또는 너비가 클수록 안테나 성능 확보 관점에서 유리할 수 있으며, 복수의 안테나 패턴(1115b)의 RF 신호 송수신 동작에 유리한 경계조건(예: 작은 제조공차, 짧은 전기적 길이, 매끄러운 표면, 유전층의 큰 크기, 유전상수 조절 등)을 제공할 수 있다.

마감(encapsulation) 부재(1150b)는 유전층(1140b) 상에 배치될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(1115b) 및/또는 복수의 상부 커플링 부재(1110b)의 충격이나 산화에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 마감 부재(1150b)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF(Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

IC(1301b), PMIC(1302b) 및 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 연결 부재의 하면 상에 배치될 수 있다. IC(1301b)는 도 8에 도시된 IC에 대응될 수 있다.

PMIC(1302b)는 전원을 생성하고, 생성한 전원을 연결 부재의 적어도 하나의 배선층(1210b)을 통해 IC(1301b)로 전달할 수 있다.

상기 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 IC(1301b) 및/또는 PMIC(1302b)로 임피던스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 수동부품(1351b, 1352b, 1353b)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

도 9b를 참조하면, IC 패키지는 IC(1300a)와, IC(1300a)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(1305a)와, 제1 측면이 IC(1300a)를 마주보도록 배치되는 지지 부재(1355a)와, IC(1300a)와 지지 부재(1355a)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 배선층(1310a)과 절연층(1280a)을 포함하는 연결 부재를 포함할 수 있으며, 연결 부재 또는 안테나 패키지에 결합될 수 있다.

연결 부재는 적어도 하나의 배선층(1210a)과, 적어도 하나의 절연층(1220a)과, 배선 비아(1230a)와, 접속패드(1240a)와, 패시베이션층(1250a)를 포함할 수 있다. 안테나 패키지는 복수의 상부 커플링 부재(1110a, 1110b, 1110c, 1110d), 복수의 안테나 패턴(1115a, 1115b, 1115c, 1115d), 복수의 피드 비아(1120a, 1120b, 1120c, 1120d), 복수의 메타 부재(1130a, 1130b, 1130c, 1130d), 유전층(1140a) 및 마감 부재(1150a)를 포함할 수 있다.

상기 IC 패키지는 전술한 연결 부재에 결합될 수 있다. IC 패키지에 포함된 IC(1300a)에서 생성된 RF 신호는 적어도 하나의 배선층(1310a)을 통해 안테나 패키지로 전달되어 안테나 모듈의 상면 방향으로 송신될 수 있으며, 안테나 패키지에서 수신된 RF 신호는 적어도 하나의 배선층(1310a)을 통해 IC(1300a)로 전달될 수 있다.

상기 IC 패키지는 IC(1300a)의 상면 및/또는 하면에 배치된 접속패드(1330a)를 더 포함할 수 있다. IC(1300a)의 상면에 배치된 접속패드는 적어도 하나의 배선층(1310a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, IC(1300a)의 하면에 배치된 접속패드는 하단 배선층(1320a)을 통해 지지 부재(1355a) 또는 코어 도금 부재(1365a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 코어 도금 부재(1365a)는 IC(1300a)에 접지영역을 제공할 수 있다.

상기 지지 부재(1355a)는 상기 연결 부재에 접하는 코어 유전층(1356a)과, 코어 유전층(1356a)의 상면 및/또는 하면에 배치된 코어 배선층(1359a)과, 코어 유전층(1356a)을 관통하며 코어 배선층(1359a)을 전기적으로 연결하고 접속패드(1330a)에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 코어 비아(1360a)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 코어 비아(1360a)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land)와 같은 전기연결구조체(1340a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 지지 부재(1355a)는 하면으로부터 베이스 신호 또는 전원을 공급받아서 상기 연결 부재의 적어도 하나의 배선층(1310a)을 통해 상기 베이스 신호 및/또는 전원을 IC(1300a)로 전달할 수 있다.

상기 IC(1300a)는 상기 베이스 신호 및/또는 전원을 사용하여 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 IC(1300a)는 저주파수의 베이스 신호를 전달받고 상기 베이스 신호의 주파수 변환, 증폭, 필터링 위상제어 및 전원생성을 수행할 수 있으며, 고주파 특성을 고려하여 화합물 반도체(예: GaAs)로 구현되거나 실리콘 반도체로 구현될 수도 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 적어도 하나의 배선층(1310a)의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 수동부품(1350a)을 더 포함할 수 있다. 상기 수동부품(1350a)은 지지 부재(1355a)가 제공하는 수용공간(1306a)에 배치될 수 있으며, IC(1300a) 및/또는 적어도 하나의 다이폴 안테나 패턴(1370a)으로 임피던스를 제공할 수 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 지지 부재(1355a)의 측면에 배치된 코어 도금 부재(1365a, 1370a)를 포함할 수 있다. 상기 코어 도금 부재(1365a, 1370a)는 IC(1300a)에 접지영역을 제공할 수 있으며, IC(1300a)의 열을 외부로 발산시키거나 IC(1300a)에 대한 잡음을 제거할 수 있다.

한편, IC 패키지와 연결 부재는 각각 독립적으로 제조되어 결합될 수 있으나, 설계에 따라 함께 제조될 수도 있다. 즉, 복수의 패키지간 별도의 결합과정은 생략될 수 있다.

한편, 상기 IC 패키지는 전기연결구조체(1290a)와 패시베이션층(1285a)을 통해 상기 연결 부재에 결합될 수 있으나, 설계에 따라 상기 전기연결구조체(1290a)와 패시베이션층(1285a)은 생략될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

도 10a를 참조하면, 안테나 장치(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 유전층(1140g)를 포함하는 안테나 모듈은 전자기기(400g)의 세트 기판(300g) 상에서 전자기기(400g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.

전자기기(400g)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(300g) 상에는 통신모듈(310g) 및 기저대역 회로(320g)가 더 배치될 수 있다. 통신모듈(310g)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(320g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(320g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 모듈로 전달될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선층을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.

도 10b를 참조하면, 안테나 장치(100h), 패치 안테나 패턴(1110h) 및 유전층(1140h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 모듈은 전자기기(400h)의 세트 기판(300h) 상에서 전자기기(400h)의 일측면 경계와 타측면 경계에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(300h) 상에는 통신모듈(310h) 및 기저대역 회로(320h)가 더 배치될 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 도전층, 배선층, 그라운드층, 피드 라인, 피드 비아, 다이폴 안테나 패턴, 패치 안테나 패턴, 그라운드 패턴, 차폐비아, 디렉터 패턴, 전기연결구조체는, 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 유전층 및/또는 절연층은 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 수도 있다. 상기 절연층은 본 명세서에 개진된 안테나 장치 및 안테나 모듈에서 도전층, 배선층, 그라운드층, 피드 라인, 피드 비아, 다이폴 안테나 패턴, 패치 안테나 패턴, 그라운드 패턴, 차폐비아, 디렉터 패턴, 전기연결구조체가 배치되지 않은 위치의 적어도 일부에 채워질 수 있다.

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.

110: 피드 라인(feeding line)
111: 피드 비아(feeding via)
120: 다이폴(dipole) 안테나 패턴
125: 디렉터(director) 패턴
130: 그라운드(ground) 패턴
135: 제2 및 제3 그라운드 패턴
200, 1200: 연결 부재
221: IC 그라운드층
222: 그라운드층(ground layer)
223: 제2 그라운드층
224: 배선층
225: 제3 그라운드층
230: 배선비아
245: 차폐비아(shielding via)
310: IC(Integrated Circuit)
320: 접착 부재
330: 전기연결구조체
340: 봉합재(encapsulant)
350: 수동부품(passive component)
360: 차폐(shielding) 부재
410: 서브기판
420: 커넥터(connector)
1115: 패치 안테나 패턴
1120: 패치 안테나 피드비아

Claims

그라운드층;
상기 그라운드층의 상측 또는 하측으로 이격 배치되는 배선층;
상기 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되는 복수의 피드 라인;
RF 신호를 송신 또는 수신하도록 구성된 다이폴 안테나 패턴;
상기 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 상기 복수의 피드 라인을 각각 전기적으로 연결시키도록 배치된 복수의 피드 비아; 및
상기 다이폴 안테나 패턴의 각 폴과 상기 그라운드층을 전기적으로 연결하도록 배치되는 그라운드 패턴; 을 포함하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상하방향으로 볼 때 상기 복수의 피드 라인의 사이에 위치하도록 상기 다이폴 안테나 패턴의 각 폴의 사이에서부터 상기 그라운드층까지 연장된 안테나 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 피드 비아는 상하방향으로 연장되고,
상기 다이폴 안테나 패턴은 상하방향에 수직인 제1 방향으로 연장되고,
상기 복수의 피드 라인과 상기 그라운드 패턴은 상하방향과 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장되는 안테나 장치.
제3항에 있어서,
상기 다이폴 안테나 패턴과 동일한 높이에 위치하고 상기 다이폴 안테나 패턴이 상기 제2 방향으로 이격되어 위치하도록 배치되는 디렉터 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 그라운드층과 상기 배선층의 사이에 배치되는 제2 그라운드층; 및
상기 제2 그라운드층에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 피드 라인과 상기 그라운드 패턴의 사이에 배치되는 제2 그라운드 패턴; 을 더 포함하는 안테나 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 그라운드 패턴은 상기 그라운드 패턴보다 넓은 면적을 가지고, 상하방향으로 볼 때 상기 그라운드 패턴의 적어도 일부와 상기 복수의 피드 라인 각각의 적어도 일부를 함께 오버랩하는 안테나 장치.
제5항에 있어서,
제3 그라운드층; 및
상기 제3 그라운드층에 전기적으로 연결되는 제3 그라운드 패턴; 을 더 포함하고,
상기 배선층은 상기 제2 그라운드층과 상기 제3 그라운드층의 사이에 배치되고,
상기 복수의 피드 라인은 상기 제2 그라운드 패턴과 상기 제3 그라운드 패턴의 사이에 배치되는 안테나 장치.
제7항에 있어서,
상기 배선층, 그라운드층 및 제2 그라운드층은 상기 다이폴 안테나 패턴에 대해 대향하는 방향으로 함몰되고,
상기 제3 그라운드층은 상하방향으로 볼 때 상기 배선층, 그라운드층 및 제2 그라운드층의 함몰영역을 커버하도록 배치되는 안테나 장치.
제8항에 있어서,
상기 그라운드층 및 제2 그라운드층 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고, 상하방향으로 볼 때 상기 배선층, 그라운드층 및 제2 그라운드층의 함몰영역의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열되는 복수의 차폐비아를 더 포함하는 안테나 장치.
배선층과 그라운드층을 포함하는 연결 부재;
상기 연결 부재의 하측에 배치되고 상기 연결 부재에 전기적으로 연결되는 IC;
상기 연결 부재의 상측에 배치되는 복수의 패치 안테나 패턴;
상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 대응되는 패치 안테나 패턴과 상기 연결 부재를 전기적으로 연결하는 복수의 패치 안테나 피드비아; 및
상기 연결 부재의 측면에 배치되고 각각 상기 배선층의 대응되는 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달받거나 전달하는 복수의 다이폴 안테나 패턴; 을 포함하고,
상기 그라운드층은 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴 각각의 각 폴의 사이를 서로 연결시켜서 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴을 서로 전기적으로 연결시키는 형태를 가지는 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 배선층은 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴 및 상기 복수의 패치 안테나 패턴으로 RF 신호를 전달하거나 전달받도록 상기 IC에 전기적으로 연결되고,
상기 그라운드층은 상기 IC로 그라운드를 제공하도록 상기 IC에 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 연결 부재의 하측에 배치되고 상기 연결 부재에 전기적으로 연결되는 수동부품을 더 포함하고,
상기 그라운드층은 상기 수동부품에 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 연결 부재의 하측에 배치되어 상기 연결 부재와 함께 상기 IC를 가두도록 배치되는 차폐 부재를 더 포함하고,
상기 그라운드층은 상기 차폐 부재에 전기적으로 연결되는 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 연결 부재의 하측에 배치되고 외부로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 상기 IC로 전달하거나 상기 IC로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 상기 연결 부재에 전기적으로 연결되는 서브기판을 더 포함하는 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 연결 부재는 상기 그라운드층과 상기 배선층의 사이에 배치되는 제2 그라운드층을 더 포함하고,
상기 제2 그라운드층은 상하방향으로 볼 때 각각 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴 중 대응되는 다이폴 안테나 패턴을 향하여 돌출된 복수의 돌출영역을 가지는 안테나 모듈.
제15항에 있어서,
상기 연결 부재는 제3 그라운드층을 더 포함하고,
상기 배선층은 상기 제2 그라운드층과 상기 제3 그라운드층의 사이에 배치되고,
상기 제3 그라운드층은 상하방향으로 볼 때 각각 상기 복수의 다이폴 안테나 패턴 중 대응되는 다이폴 안테나 패턴을 향하여 돌출된 복수의 제2 돌출영역을 가지는 안테나 모듈.