KR100499788B1

KR100499788B1 - 집적회로 칩

Info

Publication number: KR100499788B1
Application number: KR10-2002-0074206A
Authority: KR
Inventors: 김본기
Original assignee: 인티그런트 테크놀로지즈(주)
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2005-07-07
Also published as: KR20040046305A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 아이솔레이션(Isolation)된 블록(block)을 하나의 칩 내에서 공통의 단자를 사용할 수 있도록 하여 전체 칩의 핀수를 줄인 IC 칩에 관한 것으로서, 제1 블록(block)과 상기 제1 블록(block)과 아이솔레이션(Isolation)된 제2 블록을 포함하는 IC가 패키지에 의해 포위되는 IC 칩에 있어서, 적어도 하나 이상의 제1 블록(block)의 단자 및 제2 블록(block)의 단자가 IC 내에서는 분리되고 패키지 밖에서 하나의 핀에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명은 부호분할접속(CDMA) 셀룰러 수신장치 전단(front-end)의 저잡음 증폭기(LNA)와 믹서(Mixer)를 하나의 칩 내에서 공통의 전원단과 접지단을 사용할 수 있도록 핀수를 줄인 IC 칩에 관한 것으로서, 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)를 포함하는 셀룰러 수신기의 front-end IC에 있어서, 상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)등의 소자가 패키지 형태로 결합된 IC, 상기 IC의 외부에 형성된 외부 패키지 및 상기 외부의 패키지에 형성된 다수의 핀을 포함하되, 상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)의 전원단 및 접지단에서 각각 따로 분출된 본딩 와이어를 패키지상에서 종단이 하나로 합쳐져 공통의 전원핀 및 접지핀을 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 수신기의 front-end IC 칩에 관한 것이다.

Description

집적회로 칩{Integrated Circuit Chip}

본 발명은 하나 이상의 아이솔레이션(Isolation)된 블록(block)을 하나의 칩 내에서 공통의 단자를 사용할 수 있도록 하여 전체 칩의 핀수를 줄인 IC 칩에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부호분할접속(CDMA) 셀룰러 수신장치 전단(front-end)의 저잡음 증폭기(LNA)와 믹서(Mixer)를 하나의 칩 내에서 공통의 전원단과 접지단을 사용할 수 있도록 핀수를 줄인 IC 칩에 관한 것이다.

최근 초소형 휴대전화기의 보급에 따라 이동통신 시장이 급속히 성장하고 있으며, 휴대용 통신 기기에 있어서 휴대를 더욱 용이하게 하기 위하여 소형화, 경량화 및 박형화가 도모되어 오고있다. 따라서, 휴대용 통신 기기의 소형화, 경량화 및 박형화를 실현하기 위해 기기 내부 구성요소의 칩 사이즈의 소형화 및 집적화가 중요 과제가 되고 있다.

도1은 종래의 CDMA 셀룰러 수신기의 front-end IC 개략도이다.

CDMA 셀룰러 수신기의 front-end 부는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)(101)와 믹서(Mixer)(103)로 구성되어 있다.

상기 저잡음 증폭기(LNA)(101)는 수신기 전체의 잡음지수(Noise Figure:NF)를 낮출 목적으로 만들어진 고주파 증폭기이다. RF 수신단에서 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖고 있다. 그렇기 때문에 수신단에서는 반드시 증폭이 필요한데, 수신된 신호는 외부에서 이미 많은 잡음을 포함해서 날아온 신호이므로 무엇보다도 잡음을 최소화하는 증폭기능이 필요하다. 저잡음 증폭기(LNA)는 NF(잡음지수)가 낮도록 동작점과 매칭 포인트를 잡아서 설계된 증폭기로서, 통상 1.5~2.5 사이의 NF(잡음지수)값이 요구된다. 상기 저잡음 증폭기(LNA)는 RF 증폭기중 가장 기본적인 증폭기로서, 저잡음 특성을 만들려면 낮은 잡음지수를 가지는 트랜지스터를 사용하며, 저항 등의 열잡음 소자를 최소한도로 사용하면서 전류 역시 작은 값을 사용해야 한다. 이와 함께 conjugate matching을 통해 최대한의 이득(gain)을 확보하여야 한다.

상기 도1에서 믹서(Mixer)(103)는 두 주파수의 혼 변조된 신호를 추출하는 소자이다. 즉, 두개의 주파수 F1과 F2를 섞으면, F1+F2 와 F1-F2 등의 2차 혼변조 성분들이 발생하는데, RF 시스템에서는 주로 두 주파수의 차를 출력해낸다. 이를 Down Converter라고 한다. 믹서에서는 반송파와 특정주파수를 혼합하게 되면 그 신호의 특성은 그대로 유지한 채 두 주파수의 차이에 해당하는 주파수로 변환된다.

다운 컨버터(DOWN CONVERTER)는 출력 주파수가 입력 주파수보다 낮은 주파수 변환기이다. 마이크로파 회선용 중계기 또는 수신기의 수신 주파수 변환기는 입력이 마이크로파대 주파수이지만, 출력이 중간 주파수(예를 들면 140MHz 등)이기 때문에 다운 컨버터(Down Converter)의 일종이다.

통상적으로 저잡음 증폭기(LNA)와 믹서(Mixer)를 원칩화 할 경우 각 소자의 특성상 저잡음 증폭기(LNA)와 믹서(Mixer)의 전원과 접지단은 각각 따로 연결하는 것이 일반적이다. 이럴 경우 하나의 칩내에서 전원단과 접지단이 각각 따로 분출되어 전체 칩의 핀수가 불필요하게 증가하게 된다. 이는 칩사이즈의 크기가 커지는 결과를 낳으며, 따라서 셀룰러폰 등의 휴대용 통신기기의 소형화 및 집적화를 저해하는 요소가 된다.

칩 사이즈를 더욱 소형 집적화 하기위해서는 패키지(107)의 사이즈를 줄이는 방법이 무엇보다 요구된다. 반도체 제조공정상 패키징과정은 IC(105)와 외부단자 간에 본딩 와이어(Bonding Wire)를 연결하여 IC 단자와 핀을 상호 연결하는 과정이 수행되며, 도1에 도시된 바와 같이 패키지(107)상의 핀(109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 133)을 통해서 IC(105)는 외부로 연결되어진다.

일반적으로 PCB(printed circuit board) 제조공정상 가장 이웃한 핀과 핀 사이의 간격은 현재 기술로서 대략 0.5mm의 간격을 갖는 선에서 이루어지며 이보다 더 작은 간격을 갖도록 하는 것은 기술적으로 어려움이 있다. 전체 칩의 면적을 줄이기 위하여 패키지를 작게 만드는 방법은 무엇보다 핀간격을 줄이는 방법을 생각해 볼 수 있지만, 이는 PCB 제조 공정상 어느정도 한계가 있다. 따라서 현재 기술수준의 핀 간격을 유지하면서 패키지 면적을 작게 만드는 가장 획기적인 방법은 전체 칩의 핀수를 줄이는 방법이 가장 바람직한 방법이라고 할 수 있다.

도2는 각 소자의 전원단과 접지단을 하나로 구성한 종래의 CDMA 셀룰러 수신기의 front-end IC 블록도이다.

상기의 문제점인 패키지 면적을 줄이기 위한 핀수를 줄이기 위하여 도2에 도시된 것처럼 저잡음 증폭기(LNA)(101)와 믹서(Mixer)(103)의 전원단과 접지단을 공통으로 연결하여 하나의 전원단과 접지단자로 칩을 구성하고자 하는 시도가 있었다. 즉, 칩의 전원핀과 접지핀을 저잡음 증폭기와 믹서가 공통으로 사용하도록 하여 핀수를 줄이고자 하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

그러나 고주파 시스템에서 칩의 와이어(Wire)는 본딩 와이어(Bonding Wire)의 길이 성분으로 인해 일종의 임피던스 성분이 발생한다.

일반적으로 상기 IC 칩의 경우 약 3mm이내의 크기와 1mm 이내의 두께를 갖는 상당히 미세한 구조를 갖는다. 더욱이 칩 내부의 소자들은 아주 미세한 점유공간을 형성하며, 이로 인해 작은 신호에 의해서도 각 소자는 정상적인 동작을 할 수 없는 경우가 발생하며, 각 단의 출력에 심각한 노이즈가 발생할 수도 있다.

도2의 경우 저잡음 증폭기(LNA)(101)와 믹서(Mixer)(103)는 패키징 과정 이전에 IC(105)내에서 공통의 전원단과 접지단을 갖도록 이미 하나의 노드로 합쳐진 구조로 구성되어 있다. 이와 같은 경우, 패키지(107)내부의 본딩 와이어(Bonding Wire)에는 주파수 특성상 일종의 임피던스 성분이 발생하게 되며, 이와같은 임피던스 성분으로 인해서 전원이나 접지로 흘러야 할 전류가 오히려 믹서(Mixer)(103)나 저잡음 증폭기(LNA)(101)로 유입되어 각 소자의 동작을 방해하거나 노이즈를 발생시킨다.

이럴 경우 상기 원치 않는 노이즈 성분이 본래 신호와 비슷한 주파수 성분을 갖는다면 이는 본 신호를 복원하는데 큰 장애가 될 수 있다. 접지라인의 경우도 상기 전원라인에서와 마찬가지로 저잡음 증폭기(LNA)(101)를 통해서 유입된 다른 주파수 성분이 믹서(Mixer)(103)에서 원치않는 신호를 발생시킨다. 또한, 믹서(Mixer)(103)에서 전원 또는 접지로 연결된 선을 통해 비교적 큰 신호가 역으로 저잡음 증폭기(LNA)(101)로 유입되어 포화(saturation)상태가 발생할 수도 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 하나 이상의 아이솔레이션(Isolation)이 요구되는 블록(block)을 동일한 IC 칩 내에서 공통핀으로 구성하여 전체 IC 칩의 핀(Pin)수를 줄인 IC 칩에 관한 것이다. 특히, 셀룰러 수신장치의 front-end IC 칩에 있어서 더욱 소형 집적화 된 IC 칩을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 하며, 더 자세하게는 패키지 내부 본딩와이어(Bonding Wire)의 인덕턴스(L) 발생으로 인한 노이즈 성분 및 포화(Saturation)상태를 억제하며 와이어본딩(Wire Bonding)을 하는 방법과 이와 같은 방법을 통하여 전체 핀(Pin)수가 줄어든 셀룰러 수신장치의 front-end IC 칩에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 실현하기 위한 IC 칩은

제1 블록(block)과 상기 제1 블록(block)과 아이솔레이션된 제2 블록(block)을 포함하는 IC가 패키지에 의해 포위되는 IC 칩에 있어서,

적어도 하나 이상의 상기 제1 블록(block)의 단자 및 상기 제2 블록(block)의 단자가 상기 IC 내에서는 분리되고 상기 패키지 밖에서 하나의 핀에 공통으로 접속되는 것을 특징으로 한다.

이하의 설명에서는, IC 칩 중에서도 특히 셀룰러 수신기의 FRONT-END IC에 관하여 주로 설명하지만, 본 발명의 정신은 이에 국한되지 않고, 서로 아이솔레이션(Isolation)된 블록(block)을 하나 이상 포함하는 IC 칩에 일반적으로 적용될 수 있다.

상기의 목적을 이루기 위한 CDMA 셀룰러 수신기에 있어서 본 발명은,

상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)등의 소자가 패키지 형태로 결합된 IC,

상기 IC의 외부에 형성된 외부 패키지 및

상기 외부의 패키지에 형성된 다수의 핀을 포함하되, 상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)의 전원단 및 접지단에서 각각 따로 분출된 본딩 와이어를 패키지상에서 종단이 하나로 합쳐져 공통의 전원핀 및 접지핀을 갖도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참고로 자세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 IC 칩의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다.

본 발명의 IC 칩은 하나 이상의 아이솔레이션(Isolation)이 요구되는 블록(block)이 동일한 칩 내에서 구현되는 IC 칩에 있어서, 적어도 하나 이상의 각 블록의 단자가 동일 칩 상에서 공통 핀으로 접속되는 것을 특징으로 한다. 상기에서 아이솔레이션(Isolation)이 요구되는 블록은 본 발명의 일실시예인 저잡음 증폭기(LNA)와 믹서(Mixer)가 될 수 있으며 이외에도 원칩 모듈에 따라서 상기에 한정되지 않고 아이솔레이션(Isolation)이 요구되는 원칩화 되는 블록은 모두 포함한다.

도3에서는 두개의 블록(301, 303)이 하나의 칩 내에서 패키지(107)가 되어 8개의 핀(305, 307, 309, 311, 313, 317, 319)으로 전체 IC 칩이 형성된 것을 일실시예로 도시하고 있다.

상기 두개의 블록(301, 303)은 특히 같은 성질의 단자에 해당하는 본딩 와이어(321, 323, 325, 327)들이 패키지 상에서 공통 노드로 연결이 된다. 예를 들면, 제1 블록(301)의 전원단과 제2 블록(303)의 전원단, 또는 제1 블록(301)의 접지단과 제2 블록(303)의 접지단 끼리 하나로 묶을 수 있을 것이다. 이와 같이 제1블록(301)에서 나온 본딩 와이어(321, 325)와 제2 블록(303)에서 나온 본딩 와이어(323, 327)가 패키지(107)상에서 하나의 노드로 합쳐지며, 결국 하나의 공통핀(309, 315)에 접속이 된다.

상기 공통 단자는 본 발명의 일실시예인 CDMA 셀룰러 수신기의 front-end IC 에 있어서 전원단 및 접지단에 해당되며, 도3은 이에 한정되지 않고 다른 블록의 소자에서도 이와 같은 방법으로 핀수를 줄이는 칩을 구성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예인 CDMA 셀룰러 수신기를 통해서 더욱 구체적으로 핀수가 줄어든 IC 칩과 이의 동작 특성을 설명한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰러 수신기의 front-end IC를 개략적으로 도시한 개략도이다.

본발명의 셀룰러 수신기의 front-end IC는, 저잡음증폭기(101), 상기 저잡음증폭기(101)에서 증폭된 신호와 국부발진기에서 발진된 신호를 혼변조하여 두 주파수의 차를 출력하는 믹서(103), 상기 저잡음증폭기(101)와 믹서(103)등의 소자가 결합된 IC(105), 상기 IC(105)의 외부에 형성된 패키지(107), 상기 IC(105)의 입출력을 패키지상으로 뽑아내기위한 본딩와이어 및 상기 패키지(107)외부에 고정된 형태로 구성되어 상기 패키지(107)내의 본딩와이어와 연결된 다수의 핀(109, 111, 117, 119, 125, 133, 201, 203)을 포함하되, 상기 IC(105)내에서 상기 저잡음증폭기(101)와 상기 믹서(103)에서 각각 따로 분출된 전원 및 접지라인은 상기 패키지(107)내에서 와이어본딩시 본딩 와이어가 하나의 노드로 합쳐져 공통의 전원핀(201) 및 공통의 접지핀(203)을 갖는 것을 특징으로 한다.

저잡음 증폭기(101)는 안테나에서 수신된 미약한 신호를 증폭하는 소신호 증폭기이다. 보통의 경우 단말기의 입력으로 들어오는 신호는 공중을 통해 수많은 감쇄 등을 거치면서 본래 신호가 가지고 있던 특성을 모두 상실한 채 아주 미약한 신호가 들어오게 된다. 이 신호가 가지고 있는 정보를 다시 얻기 위해서는 해석 가능한 세기를 갖는 신호로 만들어야 하며 이를 위한 증폭기능을 하는 RF device가 소신호 증폭기이다.

상기 저잡음 증폭기(101)를 통해 증폭된 신호는 국부발진기(LO)에서 발진된 신호와 믹서(103)에서 혼합이 되어 혼 변조가 되며, 혼 변조된 신호중 두 주파수의 차에 해당하는 주파수 신호가 출력된다.

저잡음 증폭기(101)와 믹서(103) 등의 소자는 실리콘이나 기타 결정 재료로 만든 단일의 기판 위나 기판 내에 회로 소자를 분리할 수 없는 형태로 결합하여 제조하며, 이런 미소 회로 또는 초소 회로의 패키지를 IC(Integrated Circuit)(105)라고 약칭하며 칩이라고도 한다. IC(105)는 배선이 없기 때문에 신뢰도가 높고 소자의 동작 속도가 빠른 특징이 있다. 또한, 1개의 반도체 칩에 구성되어 있는 소자 수가 많을수록 집적도가 높다고 하며, IC는 작은 실리콘 등의 기판 위에 반도체 기술을 이용하여 다이오드, 저항, 트랜지스터와 같은 다기능의 디지털 소자가 집적되어 구성된다. 하나의 칩에 이러한 논리 소자가 몇 개나 구성되어 있는지를 나타내는 정도를 집적도라고 하며, 집적도가 높은 IC에서 회로 소자 하나의 크기는 몇 개의 원자의 크기에 불과하며, 집적도가 높을수록 기억 용량이 커지고 처리 속도가 고속화 된다.

반도체 공정으로 만들어진 IC(105)의 다이(Die) 혹은 Barechip은 크기가 너무 작아서 다른 회로들에 그대로 붙여 쓸 수가 없다. 따라서, 패키징 과정을 통해 네모난 프라스틱에 담고 회로에 올라갈 수 있는 외부단자(Lead Frame)로 IC의 입출력을 연결선을 연결하여 뽑아내는데, 이러한 패키지(107) 내부에서 IC 다이(Die)의 패드(PAD)와 외부단자(Lead Frame)와는 얇은 선으로 연결하게 된다.

이와 같이 반도체 패드(PAD)에서 외부 단자(Lead Frame)로 연결하기 위해 심는 얇은 선들을 붙이는 것을 와이어 본딩(Wire Bonding)이라고 한다. 또한 와이어본딩(Wire Bonding)에 쓰이는 상기의 얇은 선을 금줄 또는 본딩와이어(Bonding Wire)라고 한다.

본딩와이어(Bonding Wire)는 보통 전도도가 높은 금(Au)으로 된 와이어(Wire)를 사용하며, 그 굵기는 통상 20~50μm 정도이다.

본 발명에서는 패키지(107)내의 와이어본딩(Wire Bonding)시에 도4에서 도시된 바와 같이 IC(105)상에서는 각각 따로 형성된 저잡음증폭기(101)의 전원단 와이어(Wire)와 믹서(103)의 전원단 와이어(Wire)는 패키지(107)내에서 두개의 본딩와이어(Bonding Wire)(401, 403)가 하나의 노드로 합쳐져 하나의 공통 전원핀(201)이 형성된다.

공통 접지핀(203) 역시 상기 공통 전원핀(201)을 형성하는 것과 마찬가지로 도4에 도시된 바와 같이 IC(105)상에서는 각각 따로 형성된 저잡음증폭기(101)의 접지단 와이어(Wire)와 믹서(103)의 접지단 와이어(Wire)는 패키지(107)내에서 두개의 본딩와이어(Bonding Wire)(405, 407)가 하나의 노드로 합쳐져 하나의 공통 접지핀(203)이 형성된다.

도5는 IC에 와이어 본딩(Wire Bonding) 과정을 수행한 칩을 도시한 도면이다.

도5에서 칩 내부의 IC(105)와 외곽의 외부단자(Lead Frame)(501)를 이어주는 얇은 선(503)들이 와이어본딩(Wire Bonding)된 본딩와이어(Bonding Wire)(503)이다.

상기 도5와 같이 본딩와이어(Bonding Wire)(503)를 IC(105)와 외부단자(Lead Frame)(501) 간에 붙이게 되면 와이어(Wire)의 길이 성분에 의해서 인덕턴스(Inductance, L)성분이 발생하게 된다. 또한 0.x~1dB에 달하는 손실(Loss)이 발생한다. 그러므로 실제 제조과정 상에서는 미리 인덕턴스(L) 성분과 손실(Loss)을 예측하여 설계한다.

여기서 인덕턴스(Inductance, L)란 회로를 흐르고 있는 전류의 변화에 의해 전자기 유도로 생기는 역(逆)기전력의 비율을 나타내는 양을 말한다. 단위는 헨리(H)이며, 이러한 인덕턴스 값을 간단히 L이라 지칭한다. 인덕턴스(L)값이 높을수록 고주파 신호는 통과하기 힘들지만, 주파수가 없는 DC에서는 신호가 자유자재로 흐를 수 있다.

RFIC(radio frequency integrated circuit) 또는 MMIC(microwave monolithic integrated circuit)에서는 와이어(Wire)의 길이 성분으로 인해 나타나는 인덕턴스(L) 성분으로 인해 입출력 매칭(Matching)이 어긋나는 경우가 발생한다. 이와 같은 인덕턴스(L) 성분은 저주파와 달리 고주파에서는 단순한 기생효과 수준이 아니라서 회로의 특성을 변형 시킬수 있는 큰 장애요소가 된다. 이를 극복하기 위해서는 회로 설계시에 0.1~0.2nH 가량의 인덕턴스(L) 값을 미리 예측하여 입출력 매칭(Matching)을 완벽하게 고려하여야 한다. 이 때문에 와이어본딩(Wire Bonding)시에 와이어(Wire)의 본딩(Bonding)거리는 최대한 짧게 구성하는 것이 요구된다.

그러나 RF 시스템에서는 높은 주파수의 신호가 사용되기 때문에 짧은 와이어(Wire)상에서도 인덕턴스(L)의 발생을 무시할 수는 없다.

상기 수학식 1은 임피던스(Z)를 나타내고 있다.

임피던스(Z)란 교류신호의 전압과 전류의 비 또는 E field와 H field의 비를 말한다. 저주파에서는 저항이라는 개념으로 주로 부하(load)가 설명되지만, 고주파에서는 L과 C와 같은 저장성 소자의 역할이 커지기 때문에 임피던스(Z)를 통해 부하(load)를 걸게 된다. 이와 같이 임피던스(Z)는 주파수와 무관한 저항 R에, 주파수 개념이 포함된 저항 소자인 L과 C에 대한 개념이 포함된 보다 큰 AC 개념의 저항이다.

본 발명과 같은 고주파 신호를 다루는 경우, 와이어(Wire)상에는 앞서 밝힌 바와 같이 인덕턴스(L) 성분이 문제가 되며, 주파수 ω(=2πf)가 높아질수록 와이어 상의 임피던스(Z)값은 커지게 된다. 따라서 고주파에서는 와이어(Wire)상의 높은 임피던스(Z)의 영향으로 신호가 통과하기 어렵게 된다.

본 발명에서 해결하고자 하는 소형 집적화된 칩을 만들고자 할 때 앞서 살펴본 도2와 같이 IC전원 및 IC접지라인을 IC(105)내에서 공통으로 연결한 후 패키지(107)상에서 하나의 본딩와이어(Bonding Wire)(205, 207)로 구성하였을 경우는 상기 본딩와이어(Bonding Wire)(205, 207)내의 임피던스(Z) 값의 영향으로 인해 IC 내부에서 전원 라인이나 접지 라인으로 신호가 유입되게 된다. 이는 도6을 통해서 더욱 자세히 설명한다.

도6은 도2의 IC 에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 구조도이다.

도6에서 IC(105)외부의 굵은 선을 화살표로 표시한 것은 본딩와이어(Bonding Wire)가 각각 패키지 외부의 핀(Pin)과 연결되는 것을 의미한다. 여기서는 본발명과 관련된 전원단과 접지단 본딩와이어(Bonding Wire)만을 살펴본다. 앞서 언급한 바와 같이 와이어(Wire)의 길이에 의한 인덕턴스(L) 성분(601, 607)이 발생하며 도6에서는 이를 상징적으로 도시(601, 607)하였다.

IC(105)내부의 저잡음증폭기(101)의 전원라인(603)과 믹서(103)의 전원라인(605)은 IC(105)상에서 하나의 노드로 합쳐져서 구성되며, IC(105)외부의 패키지 내에서는 이미 하나의 본딩와이어(Bonding Wire)로 형성된다. 이경우 저잡음증폭기(101)의 전원라인(603)으로 흐르는 전류성분은 IC(105)외부의 본딩와이어(Bonding Wire)와 IC(105)내부의 믹서(103)의 전원라인중 임피던스(Z)가 작은 경로를 택하게 된다. 상기 IC(105)외부의 본딩와이어(Bonding Wire)에는 임피던스(Z)(601)성분이 발생되며 주파수가 높을수록 임피던스(Z)는 커지게 된다. 이는 상기의 수학식 1을 보면 임피던스(Z)가 주파수 ω에 비례하기 때문이다. 따라서 저잡음증폭기(101)에서 전원라인(603)을 따라 흐르던 신호는 전원단 본딩와이어(Bonding Wire)(501)로 흐르지 않고 상대적으로 임피던스(Z) 값이 적은 믹서(103)의 전원라인(605)의 경로를 택하게 된다. 이는 결국 IC(105)내의 믹서(103)로 신호가 유입되는 결과를 낳는다. 믹서로 유입된 신호는 다른 주파수 성분과 혼 변조되어 제2, 제3의 주파수 성분을 갖는 신호로 출력될 수 있으며, 이와 같은 제2, 제3의 주파수 성분을 갖는 신호는 노이즈가 된다.

반대로 믹서(103)에서 전원라인(605)을 따라 흐르는 신호는 전원단 본딩와이어(Bonding Wire)의 임피던스(Z)(601) 성분으로 인해 상대적으로 임피던스(Z)값이 적은 IC(105)내의 저잡음증폭기(101) 전원라인(603) 경로를 택하게 되며, 상기 저잡음 증폭기(101)로 비교적 큰 크기의 신호가 유입되는 결과를 낳게 된다. 이는 소신호 증폭기능을 하는 저잡음 증폭기(101)에 비교적 큰 신호가 유입되어 포화(Saturation)상태를 발생시킨다. 이럴경우 저잡음 증폭기(101)는 소신호 증폭기능의 동작을 상실하게 된다.

접지의 경우도 도6에서의 신호 흐름은 상기 전원단의 경우와 동일하다 이하 접지의 경우 믹서(103)에서 노이즈 신호가 출력되거나 저잡음증폭기(101)에서 포화(Saturation) 상태가 발생하는 과정에 대한 설명은 생략한다.

도7은 본발명의 바람직한 일실시예인 도3의 IC에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 구조도이다.

도7에서 IC(105)외부의 화살표는 도6에서와 마찬가지로 본딩와이어(Bonding Wire)가 각각 패키지 외부의 핀(Pin)과 연결되는 것을 의미한다. 여기서는 도6에서와 같이 본발명과 관련된 전원단과 접지단 본딩 와이어(Bonding Wire)만을 살펴본다. 앞서 언급한 바와 같이 와이어의 길이에 의한 인덕턴스 성분(601, 603)이 발생하며 도7에서도 역시 이를 상징적으로 도시(719, 721, 723, 725)하였다.

IC(105)내부의 저잡음 증폭기(101)의 전원라인(701)과 믹서(103)의 전원라인(705)은 IC(105)상에서 도6과 달리 각각 따로 분출되어 구성되며, IC(105)외부의 패키지 상에서는 도7에 도시된 바와 같이 각각 따로 분출된 본딩 와이어(703, 707)가 하나의 노드로 형성되어 하나의 전원핀(201)에 연결된다. 이경우 저잡음증폭기(101)의 전원라인(701)으로 흐르는 전류성분은 도6에서와 달리 IC(105)외부의 본딩와이어(703)상으로 흘러들어가게 되고 IC(105)내부로 유입되는 일은 발생하지 않는다. 즉 도6에서와 같이 와이어(Wire)의 임피던스(Z) 성분에 의한 전류성분의 IC(105) 내부로 역류현상이 도7에서는 발생하지 않음을 알수 있다. 따라서 도4와 같이 와이어본딩(Wire Bonding)을 하게 되면, 믹서(103)의 출력에서 도6에서와 같은 노이즈 성분이 발생하지 않는다.

믹서(103)에서도 상기와 마찬가지로 전원단(705)으로 흐르는 전류가 IC(105)내의 저잡음증폭기(101)로 유입되는 일이 발생하지 않으며, 따라서 도6에서와 같이 소신호 증폭기능을 하는 저잡음증폭기(101)에 비교적 큰 신호가 유입되어 포화(Saturation)상태가 발생되는 일은 도7의 IC 칩에서는 일어나지 않는다.

접지의 경우도 도7에서의 신호 흐름은 상기 전원단의 경우와 동일하다. 이하 접지단으로 흐르는 신호의 흐름에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상 도7에서 살펴본 바에 따르면, 본발명의 바람직한 일실시예인 도4와 같이 패키지(107) 내에서 와이어본딩(Wire Bonding)을 한다면 믹서(103)에서 발생하는 노이즈 성분 및 저잡음증폭기(101)에서의 포화(Saturation) 상태의 발생을 억제하면서 상기 IC(105)상의 저잡음 증폭기(101) 및 믹서(103)가 공통 전원, 접지핀(Pin)(201, 203)을 갖도록 구성할 수 있고, 따라서 전체 칩의 핀(Pin)수를 감소시킴으로서, 칩 패키지(107)의 점유면적을 최소화 하여 전체 칩의 점유면적을 최소화 하고 소형화 하면서 각 소자의 특성을 그대로 유지할 수 있다.

기존의 IC인 도1 및 또다른 IC를 구성하는 방법인 도2와 본발명의 일실시예인 도4를 물리적인 크기와 핀(Pin)수 및 각 소자의 특성을 비교해보면 본 발명의 장점 및 특징이 더욱 명확해 진다.

본 발명의 바람직한 일실시예인 상기 도4와 같이 구성된 IC는 기존의 IC의 개략적인 구조를 나타낸 도1과 비교해 보면, 핀수가 줄어들고 이를 통해 패키지 과정에서 더욱 점유 면적을 작게 제조할 수 있는 특징이 있다. 실제로 IC칩의 크기가 3mm이내의 길이와 1mm이내의 두께를 갖는 것을 고려했을 때 핀수가 줄어듦음 칩의 소형화에 엄청난 효과를 가져오게 된다.

도4의 IC 칩은 도1의 종래 IC 칩에 비하여 전원 및 접지 핀을 저잡음 증폭기와 믹서가 공통으로 사용하기 때문에 핀수가 2개가 줄어들었으며, 소자를 더욱 집적화 하고 패키지를 더욱 작게 제조할 수 있다. 실제로 IC 칩 내부에는 다수의 블록으로 구성이 되며, 이경우 공통핀을 사용하는 단자는 더욱 증가하게 된다. 또한 도4의 IC 칩은 도1의 종래 IC 칩과 동등한 특성을 유지할 수 있으며 노이즈에 의한 문제점 또한 발생하지 않는다.

도4의 IC칩은 도2의 IC칩과 비교해서 비슷한 점유면적을 차지하지만 도2에서 발생하는 신호의 간섭 등의 노이즈 발생 및 소신호 증폭기에서의 포화(Saturation) 상태 발생의 문제점이 해결되었다.

즉 본 발명의 바람직한 일실시예인 도4는 기존의 칩을 더욱 소형화 하면서 이에 따라 발생할 수 있는 각종 문제점을 해결하여 적어도 기존의 칩과 동등한 소자의 특성을 유지할 수 있다.

본 명세서 상에서는 셀룰러 수신기의 front-end IC를 대상으로 핀수를 줄이는 칩의 소형화 방법을 기술하고 있지만, 와이어의 인덕턴스 성분을 억제하며 핀을 공통으로 사용할 수 있는 방법은 이에 한정되지 않고 본 기술적 사상과 균등한 범위에서는 모두 사용될 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면 종래의 칩에 비하여 핀(Pin)수를 줄이고 칩 사이즈를 최소화하는 소형 집적화된 셀룰러 수신장치의 front-end IC 칩이 제공될 수 있으며, IC의 패키징 과정에서 와이어본딩(Wire Bonding)시 각 소자의 전원과 접지 와이어(Wire)를 패키지 내부에서 공통 접점을 갖도록 구성함으로서 전원핀 및 접지핀 수를 줄이는 동시에 각 소자의 특성을 그대로 유지할 수 있는 IC 칩이 제공되는 효과가 발생한다.

나아가 본 소형 집적화 된 칩을 사용할 경우 통신용 수신기의 크기를 더욱 소형화 할 수 있으며 핀의 연결이 보다 간소화 되므로 제조 공정이 더욱 간단해 지는 효과가 발생한다.

도1은 종래의 셀룰러 수신기의 front-end IC 개략도.

도2는 각 소자의 전원단과 접지단을 하나로 구성한 셀룰러 수신기의 front-end IC 개략도.

도3은 본 발명에 따른 아이솔레이션(Isolation)된 두개의 블록(block)을 하나의 칩으로 구현한 IC 칩의 블록도.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰러 수신기의 front-end IC 개략도.

도5는 IC에 와이어 본딩 과정을 수행한 칩을 도시한 개략도.

도6은 도2의 IC에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 구조도.

도7은 본 발명의 일실시예인 도4의 IC 칩에서 신호의 흐름을 설명하기 위한 구조도.

Claims

제1 블록(block)과 상기 제1 블록(block)과 아이솔레이션(Isolation)된 제2 블록을 포함하는 IC가 패키지에 의해 포위되는 IC 칩에 있어서,

상기 제1 블록 및 제2 블록의 적어도 하나 이상의 같은 성질의 단자들은, 하나의 IC칩 내에서는 아이솔레이션되고, 상기 하나의 IC칩을 포위하는 패키지 외부에서는 하나의 핀에 공통으로 접속되어, 상기 하나의 외부 핀 공유로 인한 제1 블록과 제2 블록간에 간섭을 억제하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
제1항에 있어서,

상기 제1 블록(block) 및 상기 제2 블록(block)은 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)이며,

상기 저잡음 증폭기(LNA)의 전원단과 상기 믹서(Mixer)의 전원단을 패키지의 공통 전원핀과 접속되도록 하고, 상기 저잡음 증폭기(LNA)의 접지단과 상기 믹서(Mixer)의 접지단을 패키지의 공통 접지핀과 접속되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 IC 칩.
제2항에 있어서,

상기 IC 칩은 CDMA 셀룰러 수신기의 Front-end IC인 것을 특징으로 하는 IC 칩.
저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)를 포함하는 셀룰러 수신기의 front-end IC에 있어서,

상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)등의 소자가 패키지 형태로 결합된 IC,

상기 IC의 외부에 형성된 외부 패키지 및

상기 외부의 패키지에 형성된 다수의 핀

을 포함하되, 상기 저잡음 증폭기(LNA) 및 믹서(Mixer)의 전원단 및 접지단에서 각각 따로 분출된 본딩 와이어를 패키지상에서 종단이 하나로 합쳐져 공통의 전원핀 및 접지핀을 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 수신기의 front-end IC 칩.