KR20110005250A - 링 및/또는 오프셋 캐비티들에 집적 개구-결합 패치 안테나(들)을 갖는 무선 주파수 집적회로 패키지들 - Google Patents

링 및/또는 오프셋 캐비티들에 집적 개구-결합 패치 안테나(들)을 갖는 무선 주파수 집적회로 패키지들 Download PDF

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Abstract

무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들을 가지며, N 개의 대체로 평평한 패치들(generally planar patches), 및 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(generally planar ground plane)을 포함한다. 상기 접지면은 상기 접지면에 적어도 N 개의 결합 개구 슬롯들(coupling aperture slots)로 형성된다. N 개의 급전 라인들(feed lines)은 상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행하다. 그리고 적어도 하나의 무선 주파수 칩은 상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 급전 라인들 및 상기 접지면에 결합된다. 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(chip-receiving cavity)에 위치하는 칩으로 형성된다. 제2 기판층은 상기 패치에 의해 정의되는 면과 상기 접지면 사이에 개재된다. 상기 패치는 제1 금속층에 형성되고, 상기 접지면은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티를 정의하며, 이 안테나 캐비티에 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들이 위치한다.

Description

링 및/또는 오프셋 캐비티들에 집적 개구-결합 패치 안테나(들)을 갖는 무선 주파수 집적회로 패키지들{RADIO FREQUENCY(RF) INTEGRATED CIRCUIT(IC) PACKAGES WITH INTEGRATED APERTURE-COUPLED PATCH ANTENNA(S) IN RING AND/OR OFFSET CAVITIES}
본 발명은 일반적으로 통신 회로와 관련되고, 더 상세하게는 무선 주파수 집적회로(radio frequency(RF) integrated circuit(IC)) 패키지들과 관련된다.
무선 네트워크에서, 그 네트워크의 다른 엘리먼트들로 또는 그 네트워크의 다른 엘리먼트들로부터 원하는 신호들을 내보내기 위해, 디바이스들 간의 연결 및 통신은 수신기들 또는 송신기들에 부착된 안테나들을 통해 달성된다. 무선 통신 시스템들(예를 들어, 밀리미터파 무선통신장치들(millimeter-wave radios))에서, 개별 컴포넌트들은 통상 낮은 집적도(integration) 수준들로 조립된다. 반도체들 및 요구되는 송신 안테나 또는 수신 안테나를 배선(interconnect)하기 위해, 이들 시스템들은 흔히 값비싸고 부피가 큰(bulky) 도파관들(waveguides) 및 패키지-수준 또는 기판-수준의 마이크로스트립(microstrip) 구조들을 사용하여 조립된다. 반도체 기술 및 패키징 공학기술에 있어서의 최근의 발전에 따라, 이들 무선 통신 시스템들의 차원들(dimensions)은 더 작아지게 되었다. 무선 범용 직렬 버스(wireless universal serial bus, USB)와 같은 어플리케이션들에서, 동작 거리는 대체로 미터로 한정되고, 60GHz에서 약 7dBi를 갖는 하나의 안테나는 필요한 안테나 이득을 제공할 것이다. 10미터 정도의 거리(예를 들어, 무선 비디오) 또는 그 이상의 거리(예를 들어, 레이다)에 있어서, 점대점(point-to-point) 어플리케이션들에서는, 그 어플리케이션에 의존하여 30dBi 정도로 높은 안테나 이득들이 요구된다. 그러나, 무선 비디오 어플리케이션들을 위한 높은 이득의 안테나들(high gain antennas)은 매우 좁은 빔 폭들(beam widths)을 가지며, 그래서 안테나의 방향을 설정하는 것(pointing)은 소비자들에게는 매우 어렵다. 그러므로, 방사 패턴 조정가능 어레이(radiation pattern steerable array)(예를 들어, 위상 어레이(phased array))가 필요하다. 위상 어레이들은 또한 군사용 레이다들에 널리 사용된다. 그러나, 집적 안테나들 또는 위상 어레이들과 함께 RF 칩들을 패키징하는 것은, 값비싼 컴포넌트들 및 수반되는 매우 많은 노력으로 인해, 매우 비싸고 극도로 어렵다.
본 발명의 원리들은 예를 들어, 링 및/또는 오프셋 캐비티들(offset cavities)에 집적 개구-결합 패치 안테나들(aperture-coupled patch antennas)을 갖는 RF IC 패키지들을 구현하기 위한 기술들을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명의 측면에 따라, N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들을 갖는 무선 주파수 집적 회로 칩 패키지는 N 개의 대체로 평평한 패치들(generally planar patches), 및 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(generally planar ground plane) - 상기 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면은 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들로부터 안쪽으로 이격되고(inwardly spaced) 상기 대체로 평평한 패치들에 대해 실질적으로 평행함(substantially parallel) - 을 포함한다. 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 N 개의 결합 개구 슬롯들(coupling aperture slots)로 형성되고, 상기 슬롯들은 상기 패치들에 대해 실질적으로 맞은편(substantially opposed)에 위치한다. 또한 상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행한 N 개의 급전 라인들(feed lines), 상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격되고 상기 급전 라인들 및 상기 접지에 결합되는 적어도 하나의 무선 주파수 칩, 및 상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격된 제1 기판층이 포함된다. 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(chip-receiving cavity)로 형성되며, 상기 칩은 상기 칩-수용 캐비티 내에 위치한다. 추가의 엘리먼트는 상기 패치에 의해 정의(define)되는 면과 상기 접지면 사이의 영역에 개재(interpose)되는 제2 기판층을 포함한다. 상기 패치는 제1 금속층에 형성되고, 상기 접지면은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티(antenna cavity)를 정의한다. 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들은 상기 안테나 캐비티 내에 위치한다.
선택적으로는, 상기 캐비티 내에서, 상기 제2 기판층에 아일랜드(island)가 형성되어, 상기 캐비티의 링 형상을 정의하고, 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들은 상기 링 형상에 위치한다. 상기 아일랜드는 상기 칩-수용 캐비티에 대해 실질적으로 맞은편에 위치한다.
또 다른 선택적 접근법에서, 상기 안테나 캐비티는 평면도 상에서(when viewed in plan) 상기 칩-수용 캐비티로부터 이격(spaced away)(오프셋(offset))된다. 그리하여, 상기 칩-수용 캐비티 내로의 상기 칩의 삽입 동안 초래되는 부하들(loads)이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록 한다.
또 다른 측면에서, N 개(N은 적어도 2임)의 집적 개구-결합 패치 안테나들을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지를 제조하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은, 위에서 기술된 선택적 아일랜드를 갖는, 위에서 기술된 종류의 패키지(상기 칩보다 낮은 수준임)를 제공하는 단계, 및 상기 아일랜드가 상기 캐비티 내로의 상기 칩의 삽입에 의해 유발되는 부하들을 지지하도록, 상기 캐비티 내에 적어도 하나의 무선 주파수 칩을 삽입하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, N 개(N은 적어도 2임)의 집적 개구-결합 패치 안테나들을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지를 제조하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은 위에서 기술된 상기 선택적 오프셋 캐비티 구성을 갖는, 상기 기술된 종류의 패키지(상기 칩보다 낮은 수준임)를 제공하는 단계, 및 상기 칩-수용 캐비티 내로의 상기 칩의 삽입 동안 초래되는 부하들이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록, 상기 캐비티 내에 적어도 하나의 무선 주파수 칩을 삽입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 자동 프로세스들에 적합하고 또한 앞서 패키징 안테나들과 결부된 컴포넌트들의 수를 감소시킨다.
본 발명의 여러 가지 목적들, 특징들 및 이점들은 예시적인 실시예들에 관한 이하의 상세한 설명이 첨부되는 도면들과 함께 읽혀짐으로써 분명해질 것이다.
도 1은 발명의 일 측면에 따라, 단면으로, 패키지의 예시적인 실시예를 보여준다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 따라, 단면으로, 다른 패키지의 예시적인 실시예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 또 다른 측면에 따라, 단면으로, 또 다른 패키지의 예시적인 실시예를 보여준다.
도 4는 반사기(reflector)가 없거나 매립된 반사기(embedded reflector)를 갖는 예시적인 패키지의 저면도(bottom view)이다.
도 5는 가시 반사기(visible reflector)를 갖는 예시적인 패키지의 저면도이다.
도 6은 예시적인 평면 위상 어레이(planar phased array) 실시예의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 따른, 직각 링 캐비티 패키지의 평면도이다(평면도 및 배치도(plan view)라는 용어들은 여기서는 서로 바꿔가며 사용됨을 주목하자).
도 8은 도 7에서 선 VIII-VIII를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 7의 패키지의 확대도이다.
도 10은 도 9에서 선 X-X를 따라 취한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 측면에 원형 링 캐비티 패키지의 평면도이다.
도 12는 도 11에서 선 XII-XII를 따라 취한 단면도이다.
도 13은 도 11의 패키지의 축소도이다.
도 14는 도 13에서 선 XIV-XIV를 따라 취한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 측면에 따라 오프셋(사이드-바이-사이드) 캐비티 패키지의 평면도이다.
도 16은 도 15에서 선 XVI-XVI를 따라 취한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 예시적인 16 개의 안테나 위상-어레이 구성의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 추가 측면에 따른 또 다른 예시적인 16 개의 안테나 위상-어레이 구성의 평면도이다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 밀리미터 파(mmWave) 범위에서 동작하는 집적 안테나들 및 위상 어레이들을 갖는 저비용 패키지들을 위한 장치 및 방법을 제공한다. 집적 안테나들을 갖는 본 발명의 예시적인 패키지는 다층의 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)에 기초한다. 예를 들어, 상기 패키지는 고성능 안테나(들) 또는 안테나 어레이들을 구현하기 위한 직각 또는 링 캐비티, 및 mmWave 무선 주파수 집적회로 칩들을 수용하는 또 다른 캐비티를 포함한다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 또한 내부 캐비티들을 만듦에 있어서의 어려움들을 극복하기 위한 기술들 및 mmWave 주파수들에서 와이어 본드(wire bond) 기술을 채용하지 않아도 되도록 하는 기술들을 제공한다. 본 발명의 패키징 기술에 관한 실시예들은 PCB 제조 프로세스와 조화를 이루고 집적 안테나 또는 안테나 어레이를 갖는 패키지들을 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 예들은 집적 안테나 또는 평면 위상 어레이들을 갖는 저비용 패키징, 특히, mmWave 주파수들을 위한 집적 안테나들 또는 평면 위상 어레이 설계들 및 그 이상을 갖는 칩 패키징을 제공한다.
집적 안테나들을 갖는 전형적인 칩 패키지들은 세 개의 주요 파트들, 즉 (i) RF 칩, (ii) 하나 또는 그 이상의 안테나들, 및 (iii) 패키지 캐리어(package carrier)(그리고 어떤 경우에는, 패키지 리드(lid) 또는 커버, 또는 패키지를 보호하기 위한 봉지재(encapsulant))를 갖는다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 고성능 안테나들, RF 칩을 플립-칩핑(flip-chipping)하기 위한 인터페이스, 및 인쇄 회로 마더 보드에 대해 그 패키지를 플립-칩핑(flip-chipping)하기 위한 인터페이스를 갖는 패키지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 패키지(100)의 단면도를 보여준다. 설명을 명확하게 하기 위해, 도면 전체에서 각 구성요소들의 구별선(section lining)은 생략되었다. 상기 패키지는 기판 및 경계층들(bounding layers)을 포함하여, 총 7 개의 층들을 갖는다. mmWave 어플리케이션들, 특히 60GHz 이상의 주파수들에 있어서, 경계막(bounding film) 및/또는 층의 두께는 설계 프로세스에서 고려되어야만 한다. 여기에서 주어지는 가르침들을 통해, 안테나 및 패키징 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 실시예들을 만들기 위해 어떻게 상기 두께를 고려해야 하는지 그리고 어떻게 고정밀(high precision) PCB 제조 기술들을 채용해야 하는지를 알 것이다. 패키지(100)는 또한 복수의 금속층들(metal layers)을 갖는다. 특히, 가장 바깥쪽의 기판(102)이 있다. 이 기판(102)으로부터 바로 안쪽으로 패치 안테나(들)의 패치(들)(104)을 위해 사용되는 금속층이 있다. 기판(102) 및 패치 안테나(104)의 안쪽으로는(도 1에서는 단지 하나의 안테나만이 도시되어 있지만, 이하에서 논의되는 바와 같이 그보다 더 많은 안테나들이 제공될 수 있음) 경계막층(bound film layer)(106), 또 다른 기판층(108), 및 또 다른 경계막층(109)이 있다. 경계막(109)의 안쪽에 있는 또 다른 금속층은 상기 패치 안테나의 접지면(110)을 위해 사용된다. 상기 접지면 상의 슬롯(들)(113)은 상기 개구-결합 패치 안테나들의 개구들을 위해 사용된다. 또한 접지면(110)은 이하에서 논의되는 바와 같이, 상기 급전 라인(들) 및 상기 RF 칩(들)로부터 방사 엘리먼트들(패치들)(104)을 분리시킨다.
접지면(110)으로부터 안쪽으로 또 다른 기판(112)이 있다. 기판(112)으로부터 안쪽으로 또 다른 금속층이 있는데, 이 또 다른 금속층은 안테나 급전 라인(들), RF 칩 연결들(바람직하게는, 플립-칩/C4("붕괴 제어형 칩 연결(controlled collapse chip connection)") 유형의 연결)을 위한 패드들(116, 118, 120), 및 급전 라인(114)을 형성하는 금속층의 안쪽으로의 추가 경계막층(126)과, 경계막(126)의 안쪽으로의 추가 기판(128)에서의 비아(124)와 같은 하나 또는 그 이상의 비아들에 대한 배선(들)(interconnection(s))(122)(적절하게는)을 구현하기 위해 사용된다. 또 다른 추가 금속층은 신호, 제어, 전력 공급, 및 마더 PCB(상기 마더 PCB는 설명을 명확하기 위해 도면에서 생략되어 있음)에 대한 접지 연결들을 위한 모든 패드들을 제공한다. 패드들은 접지 비아(140)를 통해 접지면(110)과 배선되는 접지 패드(130) 뿐만 아니라 신호, 전력, 제어 패드들(이것들은 비아(124)에 의해 배선(122) 및 안티패드(antipad)(142)에 연결된 패드(132)로 예시됨) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비아들은 도금된 관통공들(plated through holes)일 수 있다. 또한 패키지 패드들(134)이 제공될 수 있다. 상기 패치 안테나 설계에 의존하여, 선택적인 반사기(reflector)(144)는 또한 패드들(130, 132, 134)과 동일한 금속층 상에 구현될 수 있다. 어떤 경우에는, 아래에서 논의되는 바와 같이, 반사기(144)는 매립(embedded)된다.
상기 플립-칩 접근법을 구현하기 위해, 칩(162)은 바람직하게는 칩 연결 패드들(116, 118, 120)에 직접 연결되는 복수의 솔더 도트들(solder dots)을 갖는다.
상기 패치 안테나 대역폭을 향상시키기 위해, 패치들은 낮은 주파수 어플리케이션들에서의 어떤 것에 가까운 유전체 상수(dielectric constant)를 갖는 발포재(foam material)로 지지(support)되거나 공중에 매달려(air suspended) 있을 수 있다. 그러나, mmWave 주파수들에서, 특히 패키지 어플리케이션들에 있어서, 공중에 매달려 있거나 발포재에 의해 지지되는(foam supported) 패치는 현실적이지 않다. 따라서, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에서는, 상기 패키지들에 공기 캐비티(air cavity)(150)가 구현될 수 있다. 상기 PCB 제조 프로세스 동안의 뜨거운 기체들로부터의 이슈들을 피하기 위해, 통기공(vent hole)(들)(152)이 채용될 수 있다. 이들 통기공들은 상기 안테나 성능에 거의 영향을 미치지 않도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 통기공(152)은 캐비티(150)의 중간 가까이에 위치할 수도 있고, 또는 캐비티(150)의 에지 가까이에 위치할 수도 있으며, 적절한 통기를 가능하게 하면서, 비교적 작게 만들어질 수도 있다. 상기 통기공들은, 사용되는 제조 프로세스에 의존하여, 도 1에 도시된 바와 같이 캐비티(150)의 상부(가장 바깥쪽 부분) 상에 있을 수도 있고, 또는 이하에서 논의되는 바와 같이 상기 캐비티의 측면 상에 위치할 수도 있다.
또한, 상기 접지면(110)은, 비아들(예, 비아 140)을 통하여 접지 연결들을 이루고 또한 비아들 및 안티패드들(예를 들어, 신호, 전력, 또는 제어 기능용으로 사용될 수 있는 안티패드를 갖는 비아의 예시인, 안티패드(142)를 갖는 비아(124))을 통하여 신호, 전력, 및 제어 연결들을 이루기 위해 사용된다. 안티패드들은 제조 관점에서 이득이 되고, 또한 결국 신뢰성 증가를 가져온다. 왜냐하면 안티패드들의 사용이 없이 부분적인 비아들(즉, 하나의 구조를 완전히 통과하여 연장되지 않는 비아(124)와 같은 비아들)에서 신뢰성을 달성하는 것은 어렵기 때문이다.
오픈 칩-수용 캐비티 또는 소켓(160)이 기판(128) 및 경계막(126)에 만들어진다. 이 소켓은 RF 칩(162)을 수용하기 위해 사용된다. 상기 칩은 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)을 통해 상기 패키지에 부착된다.
모든 mmWave 컴포넌트들(안테나들, 전력 증폭기들(power amplifiers), 저잡음 증폭기들(low noise amplifiers) 등)이 패키지(100)에 있다는 것을 주목하자. 비아들(124, 240)은 DC 또는 훨씬 더 낮은 주파수의 신호들을 통과시키기 위해 사용된다.
패키지(100)는 바람직하게는 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)를 통해 상기 마더 보드(미도시)에 부착될 수 있다.
도 2는 반사기(144)가 반사기(144)의 안쪽으로의 추가 경계층(170) 및 추가 경계층(170)의 안쪽으로의 추가 기판(172)에 의해 밀봉(encapsulate)되어 있다는 점을 제외하고는 도 1의 실시예(100)와 실질적으로 유사한 실시예(200)를 보여준다. 유사한 항목들은 도 1과 동일한 참조 부호로 그대로 받았으며, 재차 설명되지 아니할 것이다. 이 실시예에서 기판(172) 및 경계층(170)에 칩 수용 소켓(160)이 또한 형성된다.
도 3은 캐비티(150)를 통기시키기 위해 통기공(352)이 층(108)을 통하여 옆으로 나 있다(run sideways through)는 점을 제외하고는 도 2의 실시예(200)와 실질적으로 유사한 실시예(300)를 보여준다. 유사한 항목들은 도 2와 동일한 참조 부호를 그대로 받았으며, 재차 설명되지 아니할 것이다.
도 4는 칩(162)이 봉지재(encapsulant)(402)로 밀봉된 저면도(400)를 제시한다. 상기 칩은, 예를 들어, 방습(resisting humidity)의 목적으로, 부분적으로 또는 전체적으로 밀봉될 수 있다. 복수의 외측 패드들(outer pads)(404)은, 예를 들어, 부착(attachment), 열전도(heat conduction), 또는 접지 패드들(예를 들어, 패드(130))에 대응할 수 있는 반면, 복수의 내측 패드들(inner pads)(406)은, 예를 들어, 신호, 제어, 또는 전력 패드들(예를 들어, 패드(132))에 대응할 수 있다. 도 4에서는, 반사기가 없거나 반사기가 매립된다. 도 5는 도 1에 도시된 것과 같은 반사기(144)를 갖는 패키지인 것을 제외하고는 도 4의 400과 유사한 도면(500)을 보여준다. 유사한 항목들은 앞에서와 동일한 참조 부호를 그대로 받았고, 재차 설명되지 아니할 것이다.
도 6은 2x2 평면 위상 어레이 레이아웃을 갖는 예시적인 패키지(600)를 보여준다. 각각의 행(row)에 두 개 이상의 안테나들을 갖는 것이 가능하다. 이러한 기본 2x2 어레이는 훨씬 더 큰 어레이들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 제1 급전 라인(114)을 갖는 제1 안테나 패치(104)에 추가로, 제2, 제3 및 제4 안테나 패치들(602, 604, 606)이 포함되며, 이것들은 제2, 제3 및 제4 급전 라인들(608, 610, 612)에 각각 대응한다. 각각의 급전 라인은 위에서 기술된 바와 같이 칩(162)에 연결된다. 비록, 예시의 편의를 위해, 상기 급전 라인들은 도 6에서 상기 패치들에서 끝나는 것으로 보여지지만, 상기 급전 라인들은 평면도 또는 저면도 상에서는 대응하는 패치들과 겹칠(overlap) 수도 있다는 것을 이해해야 할 것이고, 또한 상기 급전 라인들은 도 1-3에서 보여지는 바와 같이 단면도 상에서는 대응하는 패치 및 결합 개구(coupling aperture)로부터 이격된다는 것을 이해해야 할 것이다(예를 들어, 상기 급전 라인의 일단(one end)은 대응하는 패치의 중앙을 지나가거나(이 예는 도 17에 도시되어 있음), 대응하는 패치의 중앙에 머무른다(이 예는 도 18에 도시되어 있음). 상기 급전 라인의 타단(the other end)은 상기 RF 칩의 에지를 단지 지나서 갈 뿐이다.
따라서 본 발명의 측면들은 평면 안테나, 및 RF 칩을 위한 소켓을 갖는 패키지를 포함한다는 것을 이해해야 할 것이다. 하나 또는 그 이상의 예들에서, 상기 RF 칩은 상기 패키지에 부착되는 플립-칩이다. 상기 패치의 대역폭을 개선하기 위해 내부 캐비티들(internal cavities)이 사용될 수 있다. 상기 PCB 제조 공정 동안의 뜨거운 기체들을 제거하기 위해 통기공들이 사용될 수 있다. 상기 패키지는 BGA를 통해 상기 마더 PCB에 부착될 수 있다. 상기 패키지는 평면 위상 어레이를 구현할 수 있다.
도 1-6에 관한 논의를 고려할 때, 일반적인 용어로, 본 발명의 일 측면에 따른 개구-결합 패치 안테나 패키지는 적어도 하나의 대체로 평평한 패치(generally planar patch)(예를 들어, 패치(104))를 포함할 수 있다. 또한 대체로 평평한 패치(104)로부터 안쪽으로 이격되고 대체로 평평한 패치(104)에 대해 실질적으로 평행한 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(예를 들어, 면(110))이 포함된다. 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 하나의 결합 개구 슬롯(coupling aperture slot)(예를 들어, 슬롯(113))로 형성된다. 적어도 하나의 급전 라인(예를 들어, 라인(114))은 접지면(110)으로부터 안쪽으로 이격되고 접지면(110)에 대해 실질적으로 평행하다. 적어도 하나의 무선 주파수 칩(예를 들어, 칩(162))은 급전 라인(114)으로부터 안쪽으로 이격되고 급전 라인(114) 및 접지면(110)에 결합된다. 또한 제1 기판층이 포함되는데, 예를 들어, 이 제1 기판층은 급전 라인(114)으로부터 안쪽으로 이격된, 경계막(126) 및 기판(128)에 의해 형성된다. 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(예를 들어, 캐비티(160))로 형성된다. 칩(162)은 칩-수용 캐비티(160)에 위치한다.
여기에 주어진 설명을 통해서, PCB 및 안테나 기술 분야에서 숙련된 자는 본 발명의 실시예들을 만들 수 있을 것이다. 사용될 수 있는 재료들의 예들에는 열경화성수지(thermoset plastic)/세라믹/직조유리(woven glass) 또는 유사 라미네이트들(예를 들어, Rogers, Connecticut USA의 Rogers사로부터 이용할 수 있는 재료들의 Rogers RO4000® 계열들(및 기타 호환가능한 재료들)) 및 금속층들을 위한 구리들, 가능하게는 패드들 또는 기타 노출된 영역들 상의 금도금(gold-plated) 등이 포함될 수 있다. 그러나, 이러한 예들로 한정되는 것은 아니다. 유사한 기술들은 도 1-18을 포함하여, 설명되는 모든 실시예들을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예들(예를 들어, 100, 200, 및 300)은 단지 상기 칩 및 기타 패키징으로부터 분리된 패치 안테나가 아니라 완전한 패키지를 제공한다는 것을 이해해야 할 것이다.
124, 140과 같은 비아들은, 예를 들어, 도금된 관통공들을 사용하여 형성될 수 있다.
발명의 실시예들은 또한 패치(104)에 의해 정의되는 면과 접지면(110) 사이의 영역에 개재되는 제2 기판층을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 이 제2 기판층은 기판(108) 및 경계막들(106, 109)에 의해 형성된다. 패치(104)는 바람직하게는 제1 금속층에 형성될 수 있고 접지면(110)은 바람직하게는 제2 금속층에 형성될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 접지면(110)과 급전 라인(114) 사이에 제3 기판층이 개재되는데, 예를 들어, 이 제3 기판층은 기판(112)에 의해 형성된다. 급전 라인(114)은 바람직하게는 제3 금속층에 형성될 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들에 따른 하나 또는 그 이상의 패키지들은 적어도 하나의 비아(예를 들어 비아(190))를 포함할 수 있는데, 이 비아는 제3 기판층(112)에 형성되고 접지면(110)에 결합된다. 복수의 칩 연결 패드들(예를 들어, 패드들(116, 118, 120))은 상기 제3 금속층에 형성될 수 있다. 상기 칩 연결 패드들 중 적어도 하나(예를 들어, 118)는 상기 제3 기판층에서 적어도 하나의 비아(190)에 결합될 수 있다. 상기 칩 연결 패드들은 상기 칩을 급전 라인(114)에 결합시키고(패드 120), 비아(190)에 결합시키며(패드 118), 비아(124)에 결합시킨다(패드 116).
발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 신호 패드들, 하나 또는 그 이상의 제어 패드들, 및 하나 또는 그 이상의 전력 공급 패드들을 포함할 수 있는데, 이들 패드들 모두는 130과 같은 하나 또는 그 이상의 접지 패드들 뿐만 아니라 패드(132)에 의해 예시되어 있다. 상기 신호, 제어, 전력 공급 및 접지 패드들은 바람직하게는 제4 금속층에 형성된다. 언급한 바와 같이, 선택적으로는 패키지 패드들(134)이 제공될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에는 또한 적어도 하나의 접지 비아(예를 들어, 140) - 이 접지 비아(140)는 접지면(110)과 접지 패드(130)를 결합시킴)가 포함된다. 적어도 하나의 접지 비아(140)는 급전 라인(114)을 횡단하지 않는 영역에서 상기 제1 기판층과 제3 기판층(예를 들어, 기판(112), 경계막(126), 및 기판(128))을 통과한다. 하나 또는 그 이상의 실시예들은 접지면(110)과 실질적으로 동일평면으로 형성된, 적어도 하나의, 전력, 신호, 및 제어 안티패드들(예를 들어, 안티패드(142)) 각각을 포함한다. 적어도 하나의 신호 비아는 상기 신호 안티패드와 상기 신호 패드를 결합시키고, 상기 제1 및 제3 기판층들을 통과한다. 이와 유사하게, 적어도 하나의 전력 비아는 상기 전력 안티패드와 상기 전력 패드를 결합시키고, 상기 제1 및 제3 기판층들을 통과한다. 더 나아가, 적어도 하나의 제어 비아는 상기 제어 안티패드와 상기 제어 패드를 결합시키고, 상기 제1 및 제3 기판층들을 통과한다. 언급한 바와 같이, 패드(132), 비아(124), 및 안티패드(142)는 전력, 신호, 및 제어 기능을 위해 제공될 수 있는 패드, 비아 및 안티패드 엘리먼트들의 예시이다.
또한 언급한 바와 같이, 일부 예들에서, 반사기(예를 들어, 144)는 상기 제3 기판층으로부터 안쪽으로 이격되고 커플링 개구 슬롯(113)에 대해 대체로 맞은편(generally opposed)에 위치한다. 상기 반사기는 상기 제1 기판층의 내측 표면(inner surface)(예를 들어, 기판(128)의 가장 안쪽(inmost) 표면) 상에 위치할 수 있다. 상기 반사기는 도 1에서와 같이 노출될 수도 있고, 도 2 및 3에서와 같이 매립될 수도 있는데, 도 2 및 3에서와 같이 매립되는 경우 상기 패키지는 제4 기판층을 포함할 수 있는데, 이 제4 기판층은 반사기(144)로부터 안쪽으로 이격된, 경계막(170) 및 기판(172)에 의해 형성된다. 따라서, 상기 반사기는 상기 제1 기판층과 제4 기판층 사이에 매립될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 기판층(예를 들어, 막들(106, 109) 및 기판(108)에 의해 형성되는 층)은 그 기판층 내에 공기 캐비티(예를 들어, 캐비티(150))로 형성된다. 공기 캐비티(150)는 접지면(110)에서의 커플링 개구 슬롯(113)과 패치(104) 사이에 위치한다. 바람직하게는, 상기 공기 캐비티는 통기홀(예를 들어, 통기홀(152 및 352))과 왕래하도록 형성된다. 후자의 경우(즉, 도 3에서와 같은 통기홀(352)의 경우), 통기홀(352)은 상기 제2 기판층, 구체적으로는 기판(108)에 형성된다. 전자의 경우(즉, 도 1에서와 같은 통기홀(152)의 경우), 통기홀(152)은 패치(104)로부터 바깥쪽으로 이격된 추가의 기판층(예를 들어, 기판(102)에 의해 형성되는 층)에 형성된다. 상기 패치는 추가의 기판층(102) 상에 형성되고, 상기 통기공은 추가의 기판층(102)에 형성된다.
도 6을 참조하여 언급된 바와 같이, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에서 둘 또는 그 이상의 패치들은 평면 위상 어레이를 형성하도록 구현된다. 따라서, 일반적인 용어들로는, 상기 패치(104)는 제1 패치로 지칭되고, 상기 급전 라인(114)은 제1 급전 라인이다. 상기 접지 평면은 슬롯 113과 같은 하나 또는 그 이상의 추가의 결합 개구 슬롯들로 형성될 수 있다. 상기 패킷은 상기 접지 평면으로부터 바깥쪽으로 이격된 하나 또는 그 이상의 추가의 대체로 평평한 패치들(예를 들어, 패치들(602, 604, 606))을 포함할 수 있다. 상기 추가의 슬롯들은 상기 추가의 패치들에 대해 실질적으로 맞은편에 위치할 수 있다. 상기 패키지는 또한 상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행한 하나 또는 그 이상의 추가의 급전 라인들(예를 들어, 라인들(608, 610, 614))을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 무선 주파수 칩(162)은 상기 추가의 급전 라인(들)에 결합되고 상기 제1 패치 및 추가의 패치(들)은 평면 위상 어레이를 형성하도록 배열된다. 위상 어레이 실시예들에서 다수의 슬롯들을 갖는 하나의 큰 접지면이 채용될 수 있다. 위상 어레이는 둘 또는 그보다 더 큰 수의 패치들을 포함할 수 있지만, 2의 거듭제곱(예를 들어, 2, 4, 8, 16, 32, 기타 등등)이 바람직하다.
어레이 어플리케이션들에 있어서, 상기 안테나 엘리먼트들 간의 간격은 자유 공간 파장(free space wavelength)의 약 1/2(예를 들어, 60GHz에서 약 2.5mm)이다. 따라서, 안테나들을 위해 다수의 캐비티들을 구현하는 것은 도전해야 할 과제이다. 왜냐하면, 캐비티 벽(cavity wall)이 너무 얇기 때문이다. 이러한 이슈를 해결하는 본 발명의 실시예들은 도 7-18을 참조하여 논의될 것이다. 이러한 실시예들 중 하나 또는 그 이상은 바람직하게는 어레이들의 경우 제조의 용이함을 제공한다.
도 7 및 8은, 각각 집적 안테나들을 갖는 예시적인 패키지 실시예의 평면도 및 단면도를 보여준다. 앞서의 도면들에 도시된 것들과 유사한 엘리먼트들은 동일한 참조부호를 그대로 받았다. 도 8에 보여지는 바와 같이, 상기 패키지는 도 3에서의 기존 패키지와 동일한 "스택업(stackup)"을 갖는다(설명을 명확하게 하기 위해 패드들 및 비아들은 생략됨). 그러나, 안테나가 넓은 대역폭 및 고효율을 갖도록 돕기 위해 모든 안테나들을 위한 직각의 링 캐비티(750)가 있다. 또한 패키지 커브(102)를 지지하기 위한 중앙의 아일랜드(702)가 있어, 상기 커버가 처지지 않을 것이다. 아일랜드(702)는 또한 상기 패키지가 칩(162)의 부착동안 변형(deform)되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로, 하나 이상의 안테나 링이 가능하고(도 9 및 11에 보여지는 것과 같이), 안테나 급전 라인들(114)은 매우 짧아질 수 있다. 아일랜드(702)는 층들(106, 108, 109)을 포함할 수 있고, 예를 들어, 그들 층들 내에 캐비티(750)를 밀링(milling)함에 의해 형성될 수 있다. 도 9 및 10은 도 7 및 8과 유사하지만, 더 많은 안테나들을 수용하는 더 큰 캐비티(750)를 갖는다.
도 11 및 12는 각각 집적 안테나들을 갖는 또 다른 예시적인 패키지 실시예의 평면도 및 단면도를 보여준다. 여기서는, 원형 링 캐비티(750)가 채용된다. 원형 링 캐비티(750)는, 적어도 일부 예들에서는, 도 7-10에 보여진 직각 링 캐비티보다 제조하기에 더 쉽다(왜냐하면, 원형상은 밀링(mill)하기에 더 쉬운 경향이 있기 때문이다). 또한 이 실시예에서는 아일랜드(702)도 원형이다. 도 13 및 14는 도 11 및 12와 유사하지만, 도 13 및 14에서의 실시예는 더 적은 안테나들을 보유하는 더 작은 캐비티(750)를 갖는다. 시뮬레이션들은 적어도 일부 예들에서 원형 어레이들이 직각 어레이들보다 약간 더 나은 방사 패턴들(radiation patterns)을 갖는다는 것을 나타낸다.
더 작은 어레이들에 있어서는, 도 15 및 16에 보여지는 바와 같이 오프셋 또는 사이드-바이-사이드 구성이 가능하다. RF 칩(162)은 전형적으로 상기 안테나 어레이들보다 훨씬 더 작다. 따라서, 이 구성은 패키지 크기를 많이 증가시키지는 않을 것이다. 그러나, 급전 라인들(114)은 도 7-14에 보여진 구성들보다는 더 크게 될 것이다. 따라서, 도 15 및 16의 접근법은 작은 어레이 어플리케이션들에서는 바람직하다. 캐비티(160)에서 칩(162)을 안테나 캐비티(750)로부터 오프셋하는 것은 칩(162)이 캐비티(160)에 실장될 경우 원치 않는 편차(deflection) 및 스트레스를 방지한다. 왜냐하면 캐비티(160) 위의 층들(102, 106, 108, 109, 110, 112)이 지지(support)를 제공하고, 따라서, 어떤 아일랜드도 캐비티(750)에는 필요치 않기 때문이다. 상기 안테나 방사 패턴들은 또한 상기 링 캐비티의 경우에서의 패턴들보다 상기 오프셋 경우에 있어서 약간 더 낫다. 왜냐하면, 상기 어레이가 완전히 줄지어져(file) 있기 때문이다. 그러나, 적어도 일부 예들에서는, 상기 어레이 급전 라인들은 상기 오프셋 경우, 특히 더 큰 어레이들에 있어서 더 많은 도전 과제들이 있다.
도 17-18은 제1(수신기) 및 제2(송신기)의 16개의 안테나 엘리먼트 위상 구성들(antenna element phased configurations)을 보여준다. 도 17 및 18에서는, 다른 예시적인 아일랜드 실시예들에서와 같이, 층들(106, 108, 109)에 캐비티(750)가 정의되며, 아일랜드(1702) 및 외측 부분(1704)을 갖는다. 도 17 및 18의 구성들에서, 패키지 크기는 단지 28mm x 28mm이며, 46mil 높이(지면 안으로)를 갖는다(46mil = 0.046인치 = 1.17mm임). 도 17에서, RF 칩(162)은 동평면 도파관(coplanar waveguide, CPW) 급전 안테나들을 필요로 하며, 그래서 CPW 트랜지션들(1902)로의 16개의 마이크로스트립(microstrip)이 있다. 칩(162)은 칩 캐비티(160)에 위치한다. 또한 급전 라인들(114), 반사기들(144), 및 접지면 슬롯들(113)을 주목하자. 도 17의 구성은 패치 당 하나의 접지면 슬롯을 채용하는 반면, 도 18에서의 구성은 패치(104) 당 두 개의 접지면 슬롯들(113)을 채용한다. 또한 도 17 및 18은 예시의 편의를 위해 점선들(숨은 선들)이 사용되지 않는 평면도들인데, 캐비티(160)에서 칩(162)은 도 7-14에서와 같이 아일랜드(1702) 아래에 위치한다.
따라서 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 RF 칩(162)을 위한 소켓을 갖는 패키지를 제공하며, 평면 안테나 어레이들을 위한 내부 캐비티(750)를 제공한다. 안테나 캐비티(750)는, 예를 들어, 원형 또는 직각 링, 또는 사이드-바이-사이드 구성들을 위한 큰 캐비티일 수 있다(후자의 일 예는 도 15 및 16에 도시됨). 상기 패키지의 실시예들은 바람직하게는 RF 공급을 위한 비아들을 필요로 하지 않고서 평면 위상 어레이를 구현할 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 실질적으로 동일하고, 비교적 짧은, 급전 라인 길이를 갖는 평면 위상 어레이를 구현할 수 있다. 만약 비교적 더 큰 위상 어레이가 요구된다면, 도 9-12에 도시된 바와 같이, 캐비티 크기를 확장함으로써 더 많은 안테나 엘리먼트들이 사용될 수 있다.
도 7-18에 관한 설명을 고려하면, 일반적인 용어들로는, N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 N 개의 대체로 평평한 패치들(104), 및 N 개의 대체로 평평한 패치들로부터 안쪽으로 이격되고 N 개의 대체로 평평한 패치들에 대해 실질적으로 평행한, 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(110)을 포함한다. 상기 접지면은 상기 접지면 내에 N 개의 결합 개구 슬롯들(113)로 형성되며, 상기 슬롯들은 패치들(104)에 대해 실질적으로 맞은편에 위치한다(도 18에서와 같은 일부 예들에서는, N 개보다 더 많은 슬롯들, 예를 들어 2N 개의 슬롯들, 즉, 각각의 패치에 대해 두 개의 슬롯들이 있을 수 있음). N 개의 급전 라인들(114)은 접지면(110)으로부터 안쪽으로 이격되고, 접지면(110)에 대해 실질적으로 평행하다. 적어도 하나의 무선 주파수 칩(162)은 급전 라인들(114)로부터 안쪽으로 이격되고 급전 라인들(114) 및 접지면(110)에 결합된다. 도 1-6을 참조하여 기술된 비아들, 패드들, 및 안티패드들은 또한 도 7-18의 실시예들에서 사용될 수 있다. N 개의 패치들(104)은 평면 위상 어레이를 형성하도록 배열된다.
경계막(126) 및 기판(128)에 의해 형성되는 제1 기판층은 급전 라인들(114)로부터 안쪽으로 이격되고 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(160)로 형성된다. 칩(162)은 상기 칩-수용 캐비티 내에 위치한다. 막들(106, 109) 및 기판(108)에 의해 형성되는 제2 기판층은 패치들(104)에 의해 정의되는 면과 접지면(110) 사이의 영역에 개재된다. 패치들(104)은 제1 금속층에 형성되고, 접지면(110)은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티(750)를 정의한다. 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들(104)은 안테나 캐비티(750)에 위치한다.
일부 예들에서, 아일랜드(702, 1702)는 상기 제2 기판층에서 캐비티(750) 내에 형성되어, 상기 캐비티의 링 형상을 정의하며, 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들(104)은 상기 링 형상에 위치한다. 아일랜드(702, 1702)는 칩-수용 캐비티(160)에 대해 실질적으로 맞은편에 위치한다. "실질적으로 맞은편(substantially opposed)"이라는 용어가 사용되고 있는데, 이 용어는 평면도 상에서 캐비티(160) 내로의 칩(162)의 삽입으로부터의 삽입 부하들(insertion loads)을 지지하도록 돕기 위해 상기 아일랜드가 상기 칩-수용 캐비티에 적어도 부분적으로 중첩하는 구성을 기술하려는 의도이다. 예에서는, 평면도 상에서, 둘 다 실질적으로 직각(정사각형 모양을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아님)인 반면, 다른 예에서는, 평면도 상에서, 둘 다 실질적으로 원형이다. 그러나 이러한 것으로 예들로 한정되는 것은 아니다.
일부 예들에서, 기판(112)에 의해 형성되는 제3 기판층은 접지면(110)과 급전 라인들(114) 사이의 영역에 개재되고, 급전 라인들(114)은 제3 금속층에 형성된다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, N 개의 반사기들(144)은 상기 제3 기판층으로부터 안쪽으로 이격되고 결합 개구 슬롯들(113)에 대해 대체로 맞은편에 위치한다. 반사기들(144)은, 예를 들어, 상기 제1 기판층의 내측 표면(inner surface) 상에 위치할 수 있다. 더 나아가, 일부 예들에서, 경계막(170) 및 기판(172)에 의해 형성되는 제4 기판층은 반사기들(144)로부터 안쪽으로 이격되고, 여기서 반사기들(144)은 상기 제1 기판층과 제4 기판층 사이에 매립된다.
도 15 및 16에 도시된 것과 같은 다른 예들에서, 칩-수용 캐비티(160) 내로의 칩(162)의 삽입 동안 초래되는 부하들이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록 하기 위해(예를 들어, 칩(162) 바로 위의 층들(102, 108, 106, 109, 110, 112)에서 압축력(compression)에 의해), 안테나 캐비티(750)는 평면도 상에서 칩-수용 캐비티(160)로부터 이격된다.
일부 예들에서, 층(102)과 같은 커버는 안테나 캐비티(750) 위에 위치하여 안테나 캐비티(750)를 보호하고, 아일랜드(702)에 의해 적어도 부분적으로 지지된다.
또 다른 측면에서, 위에서 기술된 종류의 무선 주파수 집적회로 칩 패키지를 제조하는 방법은, 삽입되는 칩(162)이 없이, 그리고 위에서 기술된 것과 같은 아일랜드(702)를 갖도록 제공하는 단계, 뿐만 아니라 캐비티(160) 내에 적어도 무선 주파수 칩(162)을 삽입하는 단계를 제공한다. 여기서 아일랜드(702)는 상기 캐비티 내로의 상기 칩의 삽입에 의해 유발되는 부하들을 지지한다.
또 다른 측면에서, 위에서 기술된 종류의 무선 주파수 집적회로 칩 패키지를 제조하는 방법은 삽입되는 칩(162)이 없이, 그리고 평면도 상에서(예를 들어, 도 15 및 16에 도시된 바와 같이) 상기 칩-수용 캐비티로부터 이격된 상기 안테나 캐비티를 갖도록 제공하는 단계, 뿐만 아니라 캐비티(160) 내에 적어도 하나의 무선 주파수 칩(162)을 삽입하는 단계를 제공한다. 그리하여, 칩-수용 캐비티(160) 내로의 칩(162)의 삽입 동안 초래되는 부하들이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록 한다(예를 들어, 칩(162) 바로 위의 층들(102, 108, 106, 109, 110, 112)에서의 압축력에 의해).
위에서 기술된 본 발명의 예시적인 실시예들은 복수의 다른 방식들로 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이고 이해해야 한다. 여기서 제공되는 본 발명의 가르침이 주어지는 경우, 관련 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 다른 구현들을 생각해 낼 수 있을 것이다.
비록 본 발명의 예시적인 실시예들은 여기서는 첨부된 도면들을 참조하여 기술되었으나, 본 발명은 정확히 그러한 실시예들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상의 범위를 벗어나지 않고서 당해 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 여러 가지 다른 변경들 및 변형들이 이뤄질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들(integrated aperture-coupled patch antennas)을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지(radio-frequency integrated circuit chip package)에 있어서,
    N 개의 대체로 평평한 패치들(generally planar patches);
    상기 N 개의 대체로 평평한 패치들로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들에 대해 실질적으로 평행한, 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(generally planar ground plane) - 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 N 개의 결합 개구 슬롯들(coupling aperture slots)로 형성되고, 상기 슬롯들은 상기 패치들에 대해 실질적으로 맞은편에 위치함(substantially oppossed) -;
    상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행한, N 개의 급전 라인들(feed lines);
    상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 급전 라인들 및 상기 접지면에 결합되는, 적어도 하나의 무선 주파수 칩(radio frequency chip);
    상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격된 제1 기판층 - 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(chip-receiving cavity)로 형성되고, 상기 칩은 상기 칩-수용 캐비티 내에 위치함 -; 및
    상기 패치에 의해 정의되는 면과 상기 접지면 사이의 영역에 개재(interpose)되는 제2 기판층을 포함하되,
    상기 패치는 제1 금속층에 형성되고, 상기 접지면은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티를 정의하며, 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들은 상기 안테나 캐비티 내에 위치하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 상기 안테나 캐비티 내에서, 상기 제2 기판층에 형성되는 아일랜드(island)를 더 포함하여, 상기 캐비티의 링 형상을 정의하되, 상기 아일랜드는 상기 칩-수용 캐비티에 대해 실질적으로 맞은편에 위치하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 아일랜드 및 상기 안테나 캐비티는 평면도 상에서 실질적으로 직각인
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 아일랜드 및 상기 안테나 캐비티는 평면도 상에서 실질적으로 원형인
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 상기 접지면과 상기 급전 라인들 사이의 영역에 개재되는 제3 기판층을 더 포함하되, 상기 급전 라인들은 제3 금속층에 형성되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 상기 제3 기판층으로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 결합 개구 슬롯들에 대해 대체로 맞은편에 위치하는, N 개의 반사기들(reflectors)을 더 포함하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 반사기들은 상기 제1 기판층의 내측 표면 상에 위치하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 상기 반사기들로부터 안쪽으로 이격된 제4 기판층을 더 포함하되, 상기 반사기들은 상기 제1 기판층과 상기 제4 기판층 사이에 매립(embedded)되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  9. 청구항 2에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지는 커버(cover)를 더 포함하되, 상기 아일랜드는 상기 커버를 지지하도록 구성되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 N 개의 패치들은 평면 위상 어레이(planar phased array)를 형성하도록 배열되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 칩-수용 캐비티 내로의 상기 칩의 삽입 동안 유발되는 부하들이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록 하기 위해, 상기 안테나 캐비티는 평면도 상에서 상기 칩-수용 캐비티로부터 이격되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 2N 개의 상기 결합 개구 슬롯들로 형성되되, 상기 결합 개구 슬롯들 중 두 개는 상기 패치들 각각을 위한 것인
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지.
  13. N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들(integrated aperture-coupled patch antennas)을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지(radio-frequency integraged circuit chip package)를 제조하는 방법에 있어서,
    패키지를 제공하는 단계 - 상기 패키지는,
    N 개의 대체로 평평한 패치들(generally planar patches),
    상기 N 개의 대체로 평평한 패치들로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들에 대해 실질적으로 평행한, 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(generally planar ground plane) - 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 N 개의 결합 개구 슬롯들(coupling aperture slots)로 형성되고, 상기 슬롯들은 상기 패치들에 대해 실질적으로 맞은편에 위치함(substantially opposed) -,
    상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행한, N 개의 급전 라인들(feed lines),
    상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격된 제1 기판층 - 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(chip-receiving cavity)로 형성됨 -,
    상기 패치에 의해 정의되는 면과 상기 접지면 사이의 영역에 개재(interpose)되는 제2 기판층 - 여기서, 상기 패치는 제1 금속층에 형성되고, 상기 접지면은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티(antenna cavity)를 정의하며, 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들은 상기 안테나 캐비티 내에 위치함 -,
    상기 안테나 캐비티 내에서, 상기 제2 기판층에 형성되는 아일랜드(island)를 포함하여, 상기 캐비티의 링 형상을 정의하되, 상기 아일랜드는 상기 칩-수용 캐비티에 대해 실질적으로 맞은편에 위치함 - 를 포함함; 및
    적어도 하나의 무선 주파수 칩을 상기 칩-수용 캐비티 내에 삽입하는 단계 - 상기 아일랜드는 상기 칩-수용 캐비티 내로의 상기 칩의 상기 삽입에 의해 유발되는되는 부하들(loads)을 지지함 - 를 포함하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 무선 주파수 집적회로 칩 패키지 제조 방법은 상기 안테나 캐비티 위에 커버를 배치하여 상기 안테나 캐비티를 보호하는 추가 단계를 더 포함하되, 상기 커버는 상기 아일랜드에 의해 적어도 일부가 지지되는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지 제조 방법.
  15. N(N은 적어도 2임) 개의 집적 개구-결합 패치 안테나들(integrated aperture-coupled patch antennas)을 갖는 무선 주파수 집적회로 칩 패키지(radio-frequuency integrated circuit chip package)를 제조하는 방법에 있어서,
    패키지를 제공하는 단계 - 상기 패키지는,
    N 개의 대체로 평평한 패치들(generally planar patches),
    상기 N 개의 대체로 평평한 패치들로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들에 대해 실질적으로 평행한, 적어도 하나의 대체로 평평한 접지면(generally planar ground plane) - 상기 접지면은 상기 접지면 내에 적어도 N 개의 결합 개구 슬롯들(coupling aperture slots)로 형성되고, 상기 슬롯들은 상기 패치들에 대해 실질적으로 맞은편에 위치함(substantially opposed) -,
    상기 접지면으로부터 안쪽으로 이격되고 또한 상기 접지면에 대해 실질적으로 평행한, N 개의 급전 라인들(feed lines),
    상기 급전 라인들로부터 안쪽으로 이격된 제1 기판층 - 상기 제1 기판층은 칩-수용 캐비티(chip-receiving cavity)로 형성됨 -,
    상기 패치에 의해 정의되는 면과 상기 접지면 사이의 영역에 개재(interpose)되는 제2 기판층 - 여기서, 상기 패치는 제1 금속층에 형성되고, 상기 접지면은 제2 금속층에 형성되며, 상기 제2 기판층은 안테나 캐비티(antenna cavity)를 정의하며, 상기 N 개의 대체로 평평한 패치들은 상기 안테나 캐비티 내에 위치하고, 상기 안테나 캐비티는 평면도 상에서 상기 칩-수용 캐비티로부터 이격됨 - 을 포함함 -; 및
    상기 칩-수용 캐비티 내로의 적어도 하나의 무선 주파수 칩의 삽입동안 유발되는 부하들(loads)이 상기 안테나 캐비티로부터 실질적으로 떨어져서 지지되도록, 상기 적어도 하나의 무선 주파수 칩을 상기 칩-수용 캐비티 내에 삽입하는 단계를 포함하는
    무선 주파수 집적회로 칩 패키지 제조 방법.
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