KR100477768B1 - 스위치 모듈 - Google Patents

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KR100477768B1
KR100477768B1 KR10-2002-0013568A KR20020013568A KR100477768B1 KR 100477768 B1 KR100477768 B1 KR 100477768B1 KR 20020013568 A KR20020013568 A KR 20020013568A KR 100477768 B1 KR100477768 B1 KR 100477768B1
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Abstract

저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 스위치 모듈이 개시된다. 상기 스위치 모듈은 절연 기판 상에 형성되어 제1 및 제2 주파수 대역의 신호를 처리하는 제1 필터, 제1 필터와 전기적으로 연결되는 복수 개의 다이오드들이 집적된 다이오드 회로부, 기판 상에 형성되어 다이오드 회로부의 일부의 다이오드들과 전기적으로 연결되는 임피던스 매칭 수단들, 기판 상에 형성되어 상기 다이오드 회로부의 나머지 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제2 및 제3 필터, 그리고 임피던스 매칭 수단들과 각기 전기적으로 연결되는 제4 및 제5 필터를 포함한다. 다이오드들이 집적된 다이오드 회로부를 구현하거나 임피던스 매칭 수단들이 함께 집적된 통합 스위치 회로부를 구성함으로써 제1 및 제2 주파수 대역의 신호를 동시에 처리할 수 있는 스위치 모듈의 사이즈를 크게 줄일 수 있다. 또한, 개별 소자들을 부분적으로 하나의 칩 형태로 구현하여 제조 공정을 간략화 할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

스위치 모듈{Switch Module}
본 발명은 스위치 모듈(Switch Module)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EGSM 및 DCS 주파수 대역의 신호를 동시에 처리하기 위하여 개별 소자들을 부분적으로 하나의 칩 형태로 구현하여 작은 사이즈를 갖는 동시에 용이하게 제조할 수 있는 스위치 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 듀플렉서(duplexer)란 이동 통신 기기의 여러 전파 신호들 가운데 송신 주파수와 수신 주파수를 분리하여 전달하는 부품을 말하며, 다이플렉서(diplexer)란 두 종류의 전파 신호들 중에서 필요한 주파수만을 선택하여 전달하는 기능을 수행하는 부품을 말한다. 이러한 듀플렉서와 다이플렉서를 포함하는 듀얼 밴드 안테나 스위치 모듈은 특히 이동 통신 단말기에서 두 개의 사용 주파수 대역의 송신 신호와 수신 신호를 자동 분리해 스위칭(switching)할 수 있는 부품을 일컫는다. 스위치 모듈은 차세대 정보통신 기기에 적용 가능한 EGSM(Extended Global System for Mobile communication) 방식과 DCS(Digital Cordless System)을 동시에 송수신할 수 있는 TDD(Time Division Duplexing) 방식의 이동 통신기기에 적용되고 있다. 특히, 근래 들어 휴대용 이동 통신 단말기에 사용되는 스위치 모듈은 소형화, 경량화, 박형화 및 다기능 집적화가 중요하게 요구되고 있다. 이동 통신 단말기에 적용되어 전술한 기능을 수행하는 스위치 모듈은 Koji Tnanka 등에게 허여된 미합중국 특허 제 6,090,960호(발명의 명칭: Duplexer comprising a saw filter disposed on a multi-layer substrate) 및 대한민국 공개특허 2001-56861호(발명의 명칭: 듀얼 밴드용 고주파 스위치) 등에 보다 구체적으로 제시되어 있다.
도 1은 종래의 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 스위치 모듈(10)은 일반적으로 EGSM 밴드 신호 처리부(15), DCS 밴드 신호 처리부(20), 그리고 다이플렉서부(40)로 이루어지며, 다이플렉서부(40)는 제1 저역 통과 필터(low pass filter)(25)와 고역 통과(high pass) 필터 또는 대역 통과 필터(band pass filter)(30) 등으로 구성된다.
상기 EGSM 밴드 신호 처리부(15)는 제1 스위칭 회로부(45), 제2 저역 통과 필터(50) 및 제1 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터(55)를 포함하며, DCS 밴드 신호 처리부(20)도 제2 스위칭 회로부(60), 제3 저역 통과 필터(65) 및 제2 SAW 필터(70)로 구성된다.
이동통신 장치의 안테나(35)로부터 수신된 신호는 다이플렉서부(40)에서 주파수에 따라 EGSM 밴드 신호 처리부(15) 및 DCS 밴드 신호 처리부(20)로 선택적으로 전송된다. 또한, 이동통신 장치로부터 송신되는 신호도 주파수 대역에 따라 EGSM 밴드 신호 처리부(15) 또는 DCS 밴드 신호 처리부(20)를 거쳐 다이플렉서부(40)를 통하여 안테나(35)로 전송된다. EGSM 밴드 신호 처리부(15)의 제1 스위칭 회로부(45)에는 신호의 송신을 위한 제2 저역 통과 필터(50)와 신호의 수신을 위한 제1 SAW 필터(55)가 서로 전기적으로 연결되며, DCS 밴드 신호 처리부(20)의 제2 스위칭 회로부(60)에도 마찬가지로 송신을 위한 제3 저역 통과 필터(65)와 수신을 위한 제2 SAW 필터(70)가 서로 전기적으로 연결된다.
일반적으로 EGSM 신호는 약 900㎒ 정도의 주파수 대역을 가지고 DCS 신호는 약 1800㎒ 정도의 주파수 대역을 가지며, 상기 다이플렉서부(40)에서 신호의 주파수에 따라 신호를 통과시키게 된다.
상기 제1 및 제2 스위칭 회로부(45, 60)는 각기 다이오드와 임피던스 매칭 수단(Impedance Matching Means: IMM)으로 이루어져 있으며, 송신 또는 수신 모드에 따라 다이플렉서부(40)와 전기적으로 연결될 송신부 내지 수신부를 선택하게 된다. 즉, 현재 이동통신 장치에 사용되는 EGSM 방식은 약 900㎒ 대역의 주파수를 사용하고, DCS 방식은 약 1800㎒ 대역의 주파수를 사용하여 송·수신 통신 서비스를 제공하고 있으며, 이 두 신호를 모두 받아들인 다음, EGSM 밴드 신호 처리부(15) 또는 DCS 밴드 신호 처리부(20)에 선택적으로 신호를 전송하거나 각 모듈로부터 신호를 받아 안테나(35)로 전송하게 된다.
전술한 종래의 스위치 모듈은 대체로 EGSM 및 DCS 대역의 주파수의 송수신을 위한 제1 및 2 스위칭 회로부가 각기 두 개씩의 PIN(P/Intrinsic/N) 다이오드와 λ/4 전송선인 임피던스 매칭 수단들을 구비한다. 그러나, EGSM 및 DCS 대역과 같이 수백∼수천㎒ 대역의 주파수에서는 λ/4 전송선의 길이가 적어도 수십㎜ 이상이 되어야 하며, 이러한 이유로 수신된 신호의 위상을 λ/4만큼 조절하는 기능을 갖는 임피던스 매칭 수단이 매우 큰 전용 면적을 요구하게 되어, 스위칭 회로부들의 크기가 증가할 수밖에 없게 되는 문제점이 있다.
또한. 현재 다이오드, 임피던스 매칭 수단 등과 같이 스위치 모듈을 구성하는 소자들이 모두 개별적으로 형성되므로 이와 같은 소자를 포함하는 스위치 모듈의 전체적인 사이즈가 필요 이상으로 커지게 된다. 더욱이, 각기 개별적으로 형성된 소자들을 포함하는 스위치 모듈을 제조하는 공정도 복잡해질 뿐만 아니라 공정의 생산성이 낮아져 제품의 원가 상승의 요인이 되고 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 스위치 모듈을 구성하는 개별 소자들을 부분적으로 하나의 칩 형태로 구현함으로써, 전체적인 사이즈를 줄이는 동시에 제조 공정을 단순화하여 용이하게 제조할 수 있는 스위치 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다이오드들을 포함하는 다이오드 회로부 또는 임피던스 매칭 수단이 함께 집적된 통합 회로부를 구현함으로써, 회로 구성을 간략하게 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 스위치 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및 대역 통과 필터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 다이플렉서부, 복수 개의 다이오드들과 임피던스 매칭 수단들이 하나의 칩 형태로 구현된 통합 스위치 회로부, 제1 및 제2 SAW 필터, 그리고 제1 및 제2 저역 통과 필터를 구비하는 스위치 모듈이 제공된다.
상기 통합 스위치 회로부는 화합물 반도체 기판 상에 형성된 다이오드 회로부와 전면에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막이 형성된 실리콘 기판 상에 형성된 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단을 포함한다. 이 경우, 상기 다이오드 회로부는 EGSM 및 DCS 대역의 주파수의 송수신을 위한 제1 내지 제4 다이오드로 구성되며, 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단들은 각기 상기 다이오드 회로부에 인접하여 배치된다. 임피던스 매칭 수단들은 각기 다이오드 회로부의 일부의 다이오드들과 전기적으로 연결되며, 제1 및 제2 저역 통과 필터는 상기 다이오드 회로부의 나머지 다이오드들과 전기적으로 연결된다. 또한, 제1 및 제2 SAW 필터는 인덕터 및 캐패시터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상으로 구성되는 상기 임피던스 매칭 수단들과 전기적으로 연결된다. 바람직하게는, 상기 통합 스위치 회로부는 와이어 본딩 방법 또는 플립 칩 본딩 방법을 통하여 기판 상의 입출력 패드와 전기적으로 연결된다.
또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및 대역 통과 필터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 다이플렉서부, 복수 개의 다이오드들을 포함하는 다이오드 회로부, 상기 다이오드 회로부의 일부의 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단, 상기 다이오드 회로부의 나머지 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 저역 통과 필터, 그리고 상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 SAW 필터를 구비하는 스위치 모듈이 제공된다. 이 때, 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단은 각기 상기 다이오드 회로부의 일측과 타측에 배치되고, 제1 및 제2 SAW 필터는 각기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단에 인접하여 배치되며, 제1 및 제2 저역 통과 필터는 상기 다이오드 회로부에 인접하여 형성된다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 다이오드들이 집적된 다이오드 회로부를 구현하거나 여기에 임피던스 매칭 수단들이 함께 집적된 통합 회로부를 구성함으로써 EGSM 및 DCS 신호를 동시에 처리할 수 있는 스위치 모듈의 사이즈를 크게 줄일 수 있다. 또한, 스위치 모듈을 구성하는 다이오드, 임피던스 매칭 수단 등의 소자들을 부분적으로 하나의 칩 형태로 기판 상에 집적하여 스위치 듀플렉서의 제조 공정을 간략화할 수 있으며, 이에 따라 스위치 모듈의 제조 원가를 크게 절감할 수 있다. 더욱이. 2쌍의 다이오드들을 포함하는 다이오드 회로부 또는 여기에 임피던스 매칭 수단이 함께 집적된 통합 스위치 회로부 구현함으로써 기판 상에 장착되는 당 PIN 다이오드의 집적도를 높일 수 있으며, 이와 같은 다이오드 회로부 내지 통합 스위치 회로부를 구성함으로써 회로 구성을 더욱 간략하게 하여 스위치 모듈의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 스위치 모듈을 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(100)은 안테나(105)에 접속되는 다이플렉서부(110), 다이오드들과 임피던스 매칭 수단들이 하나의 칩 형태로 구현된 통합(integrated) 스위치 회로부(115), 제1 SAW 필터(120), 제2 SAW 필터(125), 제1 저역 통과 필터(130), 그리고 제2 저역 통과 필터(135)를 구비한다.
상기 다이플렉서부(110)를 통하여 EGSM 내지 DCS 대역의 주파수를 갖는 신호를 전송할 경우에는 통합 스위치 회로부(115)의 다이오드들에 바이어스를 주어 다이오드들을 모두 온(ON)시킨다. 다이오드들이 모두 온 상태가 되면 송신을 위한 제1 또는 제2 저역 통과 필터(130, 135)로부터 송신되어 오는 신호는 다이플렉서부(110)로 송신되며, 이 경우 수신을 위한 제1 내지 제2 SAW 필터(120, 125)는 다이오드들을 통하여 접지되기 때문에 통합 스위치 회로부(115)의 임피던스 매칭 수단들의 임피던스가 매우 커져서 오픈(open)된 것과 같은 효과를 갖게 된다.
상기 다이플렉서부(110)를 통하여 신호가 수신될 경우에는 다이오드들에 바이어스를 주어 모두 오프(OFF)시킨다. 다이오드들이 오프 상태가 되면 신호는 임피던스가 매칭(matching)된 상태에서 수신을 위한 제1 내지 제2 SAW 필터(120, 125)로 전달된다.
도 3은 도 2의 통합 스위치 회로부를 상세하게 설명하기 위한 평면도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(100)의 통합 스위치 회로부(115)는 다이오드 회로부(170)와 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(160, 165)을 포함한다.
상기 다이오드 회로부(170)는 제2 기판(175) 상에 형성된 제1 다이오드(140), 제2 다이오드(145), 제3 다이오드(150) 및 제4 다이오드(155)를 구비하며, 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단들(160, 165)은 각기 제1 기판(180) 상에서 다이오드 회로부(170)의 일측과 타측에 인접하여 배치된다. 제1 기판(180) 상에는 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막이 형성되며 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단들(160, 165)이 배치되고, 제1 내지 제4 다이오드(140, 145, 150, 155)를 포함하는 다이오드 회로부(170)는 제2 기판(175) 상에 배치되어 제1 기판(180) 상에 올려진다.
제1 다이오드(140), 제3 다이오드(150) 및 제1 임피던스 매칭 수단(160)은 EGSM 대역의 주파수의 송수신을 위하여 제공되며, DCS 대역의 주파수의 송수신을 위해서는 제2 다이오드(145), 제4 다이오드(155) 및 제2 임피던스 매칭 수단(165)이 제공된다. 즉, 제1 임피던스 매칭 수단(160)은 제1 다이오드(140)와 전기적으로 연결되며, 제2 임피던스 매칭 수단(165)은 제2 다이오드(145)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(160, 165)은 각기 제1 및 제2 SAW 필터(120, 125)와 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 제1 저역 통과 필터(130)는 제3 다이오드(150)와 전기적으로 연결되며, 제2 저역 통과 필터(135)는 제4 다이오드(155)와 전기적으로 연결된다.
제1 내지 제4 다이오드(140, 145, 150, 155)는 각기 갈륨-비소(Ga-As), 알루미늄-갈륨-비소(Al-Ga-As), 인듐-인(In-P), 또는 인듐-갈륨-인(In-Ga-P) 등과 같은 화합물 반도체로 이루어진 제2 기판(175) 상에 서로 인접하여 배치된다. 제1 임피던스 매칭 수단(160)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(180) 상에서 제1 및 제3 다이오드(140, 150)에 인접하게 형성되며, 제2 임피던스 매칭 수단(165)도 제1 기판(180) 상에서 제2 및 제4 다이오드(145, 155)에 인접하여 형성된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 수단들의 등가 회로도들을 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면 λ/4 전송선 대신에 캐패시터(C) 또는 인덕터(L) 등을 포함하는 임피던스 매칭 수단들을 Ｔ자의 형태 또는 Π자의 형태로 구성할 수 있다. 즉, 도 4a에서는 하나의 임피던스 매칭 수단(185c)을 중심으로 두 개의 임피던스 매칭 수단들(185a, 185b)이 각기 중심이 되는 임피던스 매칭 수단(185c)의 양측에 수직하게 배치되어 임피던스 매칭 수단들(185a, 185b, 185c)이 전체적으로 Ｔ자의 형태로 형성된다. 이동 통신 장치에 있어서, 일반적으로 전송 라인이 임피던스 특성과 잘 맞았을 때 회로의 손실이 최소화되며, 전송 라인의 단부가 잘못 맞을 경우에는 회로의 손실이 증가된다. 전송 라인의 손실을 감소시키는 방법은 그 라인을 안테나에 맞추는 것이며, 비록 전송 라인 길이가 변해도 손실은 줄어들지 않게 된다. 이와 같은 손실은 그 라인의 임피던스와 안테나의 임피던스에 의해서 결정되기 때문에 스위치 듀플렉서에 있어서 임피던스 매칭은 매우 중요한 요소가 된다.
한편, 도 4b에서는 두 개의 임피던스 매칭 수단들(190a, 190c)이 나란히 형성되고, 다른 하나의 임피던스 매칭 수단(190b)이 두 개의 임피던스 매칭 수단들(190a, 190c) 사이에 수직하게 연결되어 임피던스 매칭 수단들(190a, 190b, 190c)이 전체적으로 Π자의 형태로 배치된다.
도 4a 및 도 4b에 있어서, 임피던스 매칭 수단들(185a, 185b, 185c, 190a, 190b, 190c)은 각기 인덕터 및 캐패시터 가운데 어느 하나에 해당될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서는 임피던스 매칭 수단들의 등가 회로도가 Ｔ자 및 Π자의 형태로 구성되었으나, 이와 같은 임피던스 매칭 수단의 등가 회로도는 기타 여러 가지 형태로 구성될 수도 있을 것이다.
종래에는 EGSM 및 DCS 대역의 주파수의 송수신을 위한 회로부들이 각기 별도로 형성된 4개의 다이오드들과 2개의 임피던스 매칭 수단들을 구비하기 때문에 EGSM 신호 처리 회로부와 DCS 신호 처리 회로부의 사이즈가 증가할 수밖에 없으며, 또한 각 회로부들 자체가 서로 분리되어 형성되기 때문에 이러한 회로부들을 포함하는 스위치 모듈의 사이즈를 감소시키기에는 한계가 있게 된다.
그러나, 전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 EGSM 및 DCS 신호 처리를 위한 4개의 다이오드들(140, 145, 150, 155)과 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(160, 165)들을 하나의 칩 형태로 구현할 수 있으므로, 다이오드들 및 임피던스 매칭 수단들을 포함하는 통합 스위치 회로부(115)의 사이즈를 현저하게 줄일 수 있다. 특히, 각 다이오드를 4개의 최소 단위로 제조할 때에는 하나씩 제조하는 경우에 비하여 각 다이오드 별로 절단(sawing)하기 위한 다이오드들 사이의 간격을 줄일 수 있기 때문에 다이오드들 사이의 간격을 훨씬 더 좁힐 수 있으므로 동일 면적 내에서 더 많은 다이오드를 배치할 수 있다. 또한, 임피던스 매칭 수단을 λ/4 전송선을 이용하지 않고 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같은 인덕터 또는 캐패시터 등을 포함하는 회로로 구현함으로써 통합 스위치 회로부(115)가 차지하는 면적을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 평면도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(200)은 안테나(205)에 접속되는 다이플렉서부(210), 2쌍의 다이오드들이 형성된 다이오드 회로부(270), 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(260, 265), 제1 SAW 필터(220), 제2 SAW 필터(225), 제1 저역 통과 필터(230), 그리고 제2 저역 통과 필터(235)를 포함한다.
제1 임피던스 매칭 수단(260)은 다이오드 회로부(270)의 일측에 배치되고, 제2 임피던스 매칭 수단(265)은 다이오드 회로부(270)의 타측에 배치된다. 제1 및 제2 SAW 필터(220, 225)는 각기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(260, 265)에 인접하여 배치되며, 제1 및 제2 저역 통과 필터(230, 235)는 다이오드 회로부(270)에 인접하여 형성된다.
본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 SAW 필터(220, 225)를 제외한 모든 소자들은 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)이 형성된 실리콘 기판(280) 상에 배치된다. 따라서, 제1 및 제2 SAW 필터(220, 225)를 제외한 다이플렉서부(210), 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(220, 225), 다이오드들이 형성된 다이오드 회로부(270), 그리고 제1 및 제2 저역 통과 필터(230, 235) 등과 같은 모든 소자들이 하나의 칩 형태로 구현된다. 특히, 저역 통과 필터, 대역 통과 필터, 또는 고역 통과 필터 등을 포함하는 다이플렉서부(210), 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(260, 265), 그리고 제1 및 제2 저역 통과 필터(230, 235)는 모두 인덕터 또는 캐패시터 등으로만 이루어진 회로이므로 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)이 형성된 기판(280) 상에 하나의 칩 형태로 설계 및 제조할 수 있다. 이 경우, 다이오드 회로부(270)는 화합물 반도체 기판과 같은 별도의 기판 상에 형성한 다음 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)이 형성된 실리콘 기판(280) 상에 장착된다.
현재 고주파용 반도체 소자는 실리콘 기판은 에너지 갭이 작아서 고주파 대역에서는 반전도성에 의한 손실이 크기 때문에 고주파 영역에서는 사용하기 어려우므로 상대적으로 비싼 가격의 화합물 반도체 기판을 사용하여 제작하고 있다. 실리콘 기판을 고주파용 반도체 소자의 제조에 사용하려면 실리콘과 고주파 신호선 사이에 안정적인 절연성이 확보되어야 한다. 대체로 우수한 절연성을 갖는 산화 실리콘 막을 사용할 경우에는 약 1㎓ 이상의 고주파 영역에서는 산화 실리콘 막이 최소한 20㎛ 이상의 두께를 가져야 반도체 소자의 성능을 안정적으로 보장할 수 있다. 그러나, 일반적인 산화 실리콘 막을 형성하는 방법으로는 산소 이온이 실리콘의 표면을 통하여 침투하는 데 한계가 있기 때문에 약 10㎛ 이상의 두께를 갖는 산화 실리콘 막을 얻기조차 매우 어렵다. 본 발명에서는 양극화 반응 및 산화 반응을 이용하여 실리콘 기판(280) 상에 적어도 약 20㎛ 이상의 두께, 바람직하게는 약 20㎛ 정도의 두께를 갖는 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)을 형성하여 제1 및 제2 SAW 필터(220, 225)를 제외한 스위치 모듈(200)을 하나의 칩 형태로 구현할 수 있다.
상기 다이오드 회로부(270)는 도 3에 도시한 바와 동일하게 제1 다이오드, 제2 다이오드, 제3 다이오드 및 제4 다이오드를 구비하며, 제1 내지 제4 다이오드들을 포함하는 다이오드 회로부(270)는 별도의 기판 상에 형성된 다음, 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)이 형성된 실리콘 기판(280) 상에 배치된다. 이 때, 제1 및 제3 다이오드들과 및 제1 임피던스 매칭 수단(260)은 EGSM 대역의 주파수의 송수신을 위하여 제공되며, DCS 대역의 주파수의 송수신을 위해서는 제2 및 제4 다이오드들과 제2 임피던스 매칭 수단(265)이 제공된다. 또는, 상기 실리콘 기판(280)은 PCB(Printed Circuit Board) 또는 FPC(Flexible Printed Circuitry) 등의 회로 기판일 수 있으며, 이 경우, 상기 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(290)이 형성된 영역만 실리콘 기판(280)이 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 단면도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(300)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(380), 제1 기판(380) 상에 순차적으로 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(390) 및 실리콘 질화물로 구성된 절연막(395), 절연막(395) 상에 형성된 다이오드 회로부(370), 다이오드 회로부(370)의 일측에 배치된 다이플렉서부(310), 다이오드 회로부(370)의 타측에 형성된 한 쌍의 임피던스 매칭 수단들(360, 365), 그리고 임피던스 매칭 수단들(360, 365)에 인접하여 형성된 한 쌍의 저역 통과 필터들(330, 335)을 구비한다.
상기 다이플렉서부(310)는 전술한 바와 마찬가지로 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 또는 대역 통과 필터를 포함한다. 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(390)은 양극화 반응(anodization) 및 산화 반응(oxidation)을 통해 실리콘으로 구성된 제1 기판(380)의 전면에 형성된다.
상기 절연막(395)은 실리콘 질화물 이외에도 벤조싸이클로부텐(BCB), 폴리이미드(polyimide), TEOS(Si(OCH2CH3)4)-실리콘 산화물(silicon oxide), SOG(Silicon On Glass), USG(Undoped Silicate Glass), BSG(Boro Silicate Glass) 또는 BPSG(Boro-Phosphor Silicate Glass) 등으로 구성될 수도 있다. 이 경우, EGSM 및 DSC 신호와 같이 고주파 대역의 신호에서는 반전도성이 무시되기 위해서는 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(390)의 두께와 절연막(395)의 두께를 합한 두께가 적어도 약 20㎛ 이상이 되어야 한다. 바람직하게는, 실리콘 막(390)과 절연막(395)이 전체적으로 약 35㎛ 정도의 두께를 가질 경우에는 스위치 모듈(300)이 안정적으로 동작할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시한 다이오드 회로부를 확대한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 다이오드 회로부(370)는 화합물 반도체로 이루어진 제2 기판(375)과 제2 기판(375) 상에 형성된 2쌍의 다이오드들(340, 345, 350, 355)을 포함한다. 2쌍의 다이오드들(340, 345, 350, 355)은 PIN 다이오드들로서 각기 P+ 영역(341, 351), 중성(intrinsic) 영역(342, 352), 그리고 N+ 영역(343, 353)을 포함한다. 이러한 PIN 다이오드들(340, 345, 350, 355)은 특히 EGSM 또는 DCS 신호와 같은 고주파 영역에서 우수한 특성을 가진다. 본 발명에 있어서, 다이오드들(340, 345, 350, 355)은 갈륨-비소, 알루미늄-갈륨-비소, 인듐-인, 또는 인듐-갈륨-인 등으로 이루어진 화합물 반도체 기판(375) 상에 형성되어 서로 전기적으로 절연되기 때문에 하나의 기판(375) 상에 다수 개의 다이오드들(340, 345, 350, 355)을 형성할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(300)은 종래의 경우에는 별도로 설계 및 제조되었던 다이오드, 저역 통과 필터, 임피던스 매칭 수단 등의 각 소자들이 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(390)이 형성된 실리콘 기판(380) 상에 집적된 구성을 갖는다. 도 6에서는 모든 저역 통과 필터들(330, 335), 다이오드들(340, 345, 350, 355), 임피던스 매칭 수단들(360, 365)을 하나의 실리콘 기판(380) 상에 집적한 형태를 도시하였으나 최소한으로 다이오드들(340, 345, 350, 355)만을 별도로 제조하여 화합물 반도체 기판(375) 상이 먼저 형성하여 다이오드 회로부(370)를 마련한 후, 이를 실리콘 기판(380) 상에 장착하여 스위치 모듈(300)을 구현할 수도 있다. 이 경우, 스위치 모듈(300)의 SAW 필터들은 별도로 제조되어 장착되므로 도시하지 않았다. 또한, 도 6에서는 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(390) 상에 절연막(395)이 형성되지만 이와 같은 절연막(395)은 생략 가능하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(400)은 실리콘으로 이루어진 기판(480), 실리콘 기판(480) 상에 순차적으로 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(490) 및 절연막(495), 절연막(495) 상에 형성된 2쌍의 다이오드들(440, 445, 450, 455), 다이오드들(440, 445, 450, 455)의 일측에 배치된 다이플렉서부(410), 다이오드들(440, 445, 450, 455)의 타측에 배치된 한 쌍의 임피던스 매칭 수단들(460, 465), 그리고 임피던스 매칭 수단들(460, 465)에 인접하여 형성된 한 쌍의 저역 통과 필터들(430, 435)을 구비한다.
본 실시예에 따른 스위치 모듈(400)은 2쌍의 다이오드들(440, 445, 450, 455)이 직접 절연막(495)과 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(490)이 형성된 실리콘 기판(480) 상에 형성되는 점을 제외하면 도 6에 도시한 스위치 모듈(300)과 동일한 구성을 가진다. 본 실시예에 있어서도 별도도 제작 및 장착되는 SAW 필터들은 도시하지 않았다.
상기 절연막(495)은 실리콘 질화물, 벤조싸이클로부텐, 폴리이미드, TEOS-실리콘 산화물, SOG, USG, BSG 또는 BPSG 등으로 구성되며, EGSM 및 DSC 신호와 같이 고주파 대역의 신호처리를 위하여 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(490) 및 절연막(495)이 전체적으로 약 35㎛ 정도의 두께를 가진다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(500)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(580), 제1 기판(580) 상에 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(590) 및 절연막(595), 절연막(595) 상에 형성된 다이오드 회로부(570), 다이오드 회로부(570)의 일측에 배치된 다이플렉서부(510), 다이오드 회로부(570)의 타측에 형성된 한 쌍의 임피던스 매칭 수단들(560, 565), 그리고 임피던스 매칭 수단들(560, 565)에 인접하여 형성된 저역 통과 필터들(530, 535)을 구비한다. 상기 다이오드 회로부(570)는 화합물 반도체로 이루어진 제2 기판(575) 상에 배치된 2쌍의 다이오드들(540, 545, 550, 555)을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 스위치 듀플렉서(500)를 구성하는 각 소자들은 와이어 본딩(wire bonding)(597, 598)을 통하여 서로 전기적으로 연결된다. 각 소자들을 전기적으로 연결하기 위한 신호 전달선은 도시하지 않았다. 대체로 와이어 본딩 방법에서는 반도체 소자를 약 20∼50㎛ 정도의 직경을 갖는 와이어를 사용하여 열 압착, 초음파, 또는 열 압착과 초음파를 병용하는 방식으로 전기적으로 연결시킨다. 이 경우, 본딩 와이어로는 주로 화학적, 물리적, 기계적, 전기적으로 안정된 특성을 갖는 금(Au)으로 구성된 와이어를 사용함으로써 스위치 모듈(500)의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 9에서는 도시 및 설명의 편의를 위하여 각 소자들 간의 신호 전송 라인은 생략하였으며, 별도로 제조되어 기판(580) 상에 장착되는 SAW 필터들은 도시하지 않았지만, 이러한 SAW 필터들 또한 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결된다. 전술한 와이어 본딩(597, 598)을 통하여 다이오드 회로부(570)의 EGSM 주파수 대역의 신호 처리를 위한 일부의 다이오드들(540, 550)은 하나의 임피던스 매칭 수단(560) 및 하나의 저역 통과 필터(530)와 전기적으로 연결되며 DCS 주파수 대역의 신호 처리를 위한 다이오드 회로부(570)의 나머지 다이오드들(545, 555)은 다른 하나의 임피던스 매칭 수단(565) 및 다른 하나의 저역 통과 필터(535)와 전기적으로 연결된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(600)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(680), 제1 기판(680) 상에 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(690) 및 절연막(695), 절연막(695) 상에 형성된 다이오드 회로부(670), 다이오드 회로부(670)의 일측에 배치된 다이플렉서부(610), 다이오드 회로부(670)의 타측에 형성된 한 쌍의 임피던스 매칭 수단들(660, 665), 임피던스 매칭 수단들(660, 665)에 인접하여 형성된 저역 통과 필터들(630, 635), 그리고 임피던스 매칭 수단들(660, 665)의 상부에 장착된 한 쌍의 SAW 필터들(620, 625)을 포함한다.
본 실시예에 따른 스위치 모듈(600)의 각 소자들은 와이어 본딩(697, 698) 및 플립 칩 본딩(699) 방법을 병용하여 제1 기판(680)의 패드와 전기적으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 다이오드 회로부(670)는 절연막(695) 상에 형성된 제2 기판(675)과 제2 기판(675) 상에 배치된 2쌍의 PIN 다이오드들(640, 645, 650, 655)로 이루어진다.
도 10에 도시한 바와 같이, EGSM 주파수 대역의 신호 처리를 위해서는 다이오드 회로부(670)의 일부의 다이오드들(640, 650)은 하나의 임피던스 매칭 수단(660) 및 하나의 저역 통과 필터(630)와 와이어 본딩(697, 698)을 통하여 전기적으로 연결된다. 또한, DCS 주파수 대역의 신호 처리를 위하여 다이오드 회로부(670)의 나머지 다이오드들(645, 655)은 다른 하나의 임피던스 매칭 수단(665) 및 다른 하나의 저역 통과 필터(35)와 외이어 본딩(697, 698)을 통하여 전기적으로 연결된다. 이 때, SAW 필터들(620, 625)은 각기 플립 칩 본딩(699) 방법을 통하여 임피던스 매칭 수단들(660, 665)과 전기적으로 연결된다.
임피던스 매칭 수단들(660, 665)의 상부에 배치되는 SAW 필터들(620, 625)은 각기 솔더 볼, 범퍼 등을 이용하여 소자의 활성 영역을 아래로 하여 바로 기판에 장착하는 방식인 플립 칩(flip chip)(699) 방법을 통해 제1 기판(680) 상에 장착된다. 본 실시예에 따른 스위치 모듈(600)과 같이 SAW 필터들(620, 625)이 플립 칩 본딩(699) 방식으로 제1 기판(680) 상에 장착될 경우에는 소자의 집적도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위치 모듈(600)의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 스위치 모듈(700)은 실리콘으로 이루어진 제1 기판(780), 제1 기판(780) 상에 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(790) 및 절연막(795), 절연막(795) 상에 형성된 다이오드 회로부(770), 다이오드 회로부(770)의 일측에 배치된 다이플렉서부(710), 다이오드 회로부(770)의 타측에 배치된 한 쌍의 SAW 필터들(720, 725), SAW 필터들(720, 725)에 인접하여 형성된 임피던스 매칭 수단들(760, 765), 그리고 임피던스 매칭 수단들(760, 765)에 인접하여 형성된 저역 통과 필터들(730, 735)을 포함한다.
본 실시예에 따른 스위치 모듈(700)에 있어서, 각 소자들은 범퍼 또는 솔더 볼 등을 사용하는 플립 칩 본딩(779, 799) 방법을 이용하여 제1 기판(780)의 입출력 패드와 전기적으로 연결된다. 다이오드 회로부(770)는 제2 기판(775)과 제2 기판(775) 상에 배치된 2쌍의 PIN 다이오드들(740, 745, 750, 755)을 구비하며, 이러한 다이오드 회로부(770)는 범퍼 또는 솔더볼 등을 사용하는 플립 칩 본딩(779) 방법을 통하여 제1 기판(780) 상의 다이플렉서부(710), 임피던스 매칭 수단들(760, 765) 및 저역 통과 필터들(730, 735)과 전기적으로 연결된다. 또한, SAW 필터들(720, 725)은 다이오드 회로부(770)와 임피던스 매칭 수단들(760, 765) 사이에 플립 칩 본딩(799) 방법을 통하여 임피던스 매칭 수단들(760, 765)에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 다이오드들이 집적된 다이오드 회로부를 구현하거나 여기에 임피던스 매칭 수단들이 함께 집적된 통합 회로부를 구성함으로써 EGSM 및 DCS 신호를 동시에 처리할 수 있는 스위치 모듈의 사이즈를 크게 줄일 수 있다.
또한, 스위치 모듈을 구성하는 다이오드, 임피던스 매칭 수단 등의 소자들을 부분적으로 하나의 칩 형태로 기판 상에 집적하여 스위치 모듈의 제조 공정을 간략화할 수 있으며, 이에 따라 스위치 모듈의 제조 원가를 크게 절감할 수 있다.
더욱이, 2쌍의 다이오드들을 포함하는 다이오드 회로부 또는 여기에 임피던스 매칭 수단이 함께 집적된 통합 스위치 회로부를 구현함으로써 기판 상에 장착되는 당 PIN 다이오드의 집적도를 높일 수 있으며, 이와 같은 다이오드 회로부 내지 통합 스위치 회로부를 구성함으로써 회로 구성을 더욱 간략하게 하여 스위치 모듈의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 통합 스위치 회로부를 상세하게 설명하기 위한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 수단들의 등가 회로도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 다이오드 회로부를 확대한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위치 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700：스위치 모듈
105, 205：안테나
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710：다이플렉서부
115：통합 회로부
120, 220：제1 SAW 필터
125, 225：제2 SAW 필터
130, 230, 330：제1 저역 통과 필터
135, 235, 335：제2 저역 통과 필터
140：제1 다이오드 145：제2 다이오드
150：제3 다이오드 155：제4 다이오드
160, 260：제1 임피던스 매칭 수단
165, 265：제2 임피던스 매칭 수단
170, 270, 370, 570, 670, 770：다이오드 회로부
180, 380, 580, 680, 780：제1 기판
175, 375, 575, 675, 775：제2 기판
280, 480：실리콘 기판
290, 390, 490, 590, 690, 790：두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막
330, 335, 430, 435, 530, 535, 630, 635, 730, 735：저역 통과 필터
340, 345, 350, 355, 440, 445, 450, 455, 540, 545, 550, 555, 640, 645,
650, 655, 740, 745, 750, 755：다이오드
360, 365, 460, 465, 560, 565, 660, 665, 760, 765：임피던스 매칭 수단
395, 495, 595, 695, 795：절연막 597, 598, 697, 698：와이어 본딩
620, 625, 720, 725：SAW 필터 699, 779, 799：플립 칩 본딩

Claims (17)

  1. (정정)
    스위치 모듈에 있어서,
    전면에 산화된 다공성 실리콘 막이 형성된 실리콘기판;
    상기 기판 상에 형성되어 제1 및 제2 주파수 대역의 신호를 처리하는 제1 필터;
    상기 제1 필터와 전기적으로 연결되는 복수 개의 다이오드들이 집적된 다이오드 회로부;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 다이오드 회로부의 일부의 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 다이오드 회로부의 나머지 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제2 및 제3 필터; 그리고
    상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단과 각기 전기적으로 연결되는 제4 및 제5 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주파수 대역은 각기 EGSM 및 DCS 주파수 대역인 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 처리 필터는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및 대역 통과 필터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 다이오드는 PIN 다이오드인 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 다이오드 회로부는 제2 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 기판은 화합물 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  7. (삭제)
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단은 인덕터 및 캐패시터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 필터는 저역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 및 제5 필터는 SAW 필터인 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제4 및 제5 필터는 플립 칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 다이오드 회로부는 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 다이오드 회로부는 플립 칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  14. (정정)
    스위치 모듈에 있어서,
    전면에 산화된 다공성 실리콘 막이 형성된 실리콘 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 제1 및 제2 주파수 대역의 신호를 처리하는 제1 필터;
    상기 기판상에 상기 제1 필터와 전기적으로 연결되는 복수 개의 다이오드들 및 일부의 다이오드들과 전기적으로 연결되는 임피던스 매칭 수단들을 포함하는 통합 회로부;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 통합 회로부의 나머지 다이오드들과 전기적으로 연결되는 제2 및 제3 필터; 그리고
    상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단과 각기 전기적으로 연결되는 제4 및 제5 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  15. (삭제)
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 통합 회로부는 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 통합 회로부는 플립 칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 스위치 모듈.
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