KR100714129B1 - Low temperature co-fired ceramic multilayer type microwave tunable device and method of fabricating the same device - Google Patents
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Abstract
강유전체의 특성을 가지면서도 크기가 대폭 줄어든 저온동시소성 적층형 초고주파 가변소자 및 그 제조방법을 제공한다. 그 가변소자는 각각에 도전패턴이 형성된 다수의 그린시트(green sheet)가 적층되고 각각의 도전패턴은 연결 컨택을 통해 연결되며, 그린시트들 중 적어도 하나는 강유전체 그린시트로 형성된다. 본 발명의 저온동시소성(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC, ) 적층형 초고주파 가변소자는 인가되는 직류 전압에 대해 상이한 축전용량 특성을 보이는 강유전체층을 적층, 저온동시소성하여 기판에 수직한 방향으로 전압 가변 축전기를 구현함으로써, 설계의 다양성을 확보함과 동시에 소자 제작 공정의 단순화와 소자의 크기를 대폭 줄일 수 있다. 그에 따라, 저가격화, 소형화뿐만 아니라 주파수/위상 가변 특성을 가진 초고주파 가변소자를 용이하게 실현할 수 있다.Provided are a low temperature co-fired stacked ultra-high frequency variable element having a ferroelectric characteristic and greatly reduced in size, and a method of manufacturing the same. The variable element has a plurality of green sheets each having a conductive pattern formed thereon and each conductive pattern is connected through a connection contact, and at least one of the green sheets is formed of a ferroelectric green sheet. Low temperature co-fired ceramic (LTCC) stacked type ultra-high frequency variable device of the present invention is laminated on the ferroelectric layer showing different capacitance characteristics with respect to the applied DC voltage, the low-temperature co-fired voltage in the direction perpendicular to the substrate By implementing variable capacitors, design diversification can be achieved while simplifying the device fabrication process and significantly reducing device size. As a result, it is possible to easily realize an ultra-high frequency variable element having a frequency / phase variable characteristic as well as cost reduction and miniaturization.
초고주파 가변 소자, 강유전체, 저온동시소성, 주파수/위상 가변 Ultra-high frequency variable element, ferroelectric, low temperature simultaneous firing, frequency / phase variable
Description
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 통과 필터를 집중정수 소자(Lumped Element)로 구현한 설계 회로를 보여주는 회로도이다.FIG. 1A is a circuit diagram illustrating a design circuit in which a band pass filter according to an embodiment of the present invention is implemented as a Lumped Element.
도 1b는 도 1a로 회로에 대하여 초고주파 시뮬레이션을 통해 얻는 주파수에 따른 반사와 투과손실 특성을 보여주는 그래프이다. FIG. 1B is a graph showing reflection and transmission loss characteristics according to frequencies obtained through ultra-high frequency simulation of the circuit of FIG. 1A.
도 2a 및 2b는 도 1a의 밴드 통과 필터에 이용되는 강유전체 그린시트를 포함한 적층형 축전기에 대한 제조도 및 단면도이다.2A and 2B are a manufacturing diagram and a cross-sectional view of a multilayer capacitor including a ferroelectric green sheet used in the band pass filter of FIG. 1A.
도 3a는 도 1a의 밴드 통과 필터를 세라믹 그린시트를 저온동시소성 적층화하여 3차원적으로 구현한 사시도이다.3A is a perspective view illustrating a three-dimensional implementation of the band pass filter of FIG. 1A by simultaneously stacking ceramic green sheets at low temperature.
도 3b는 도 3a의 밴드 통과 필터를 도 1a의 회로에 대응시킨 도면이다.FIG. 3B is a view in which the band pass filter of FIG. 3A corresponds to the circuit of FIG. 1A.
도 4는 강유전체 그린시트를 이용하여 형성된 전압 가변 축전기의 축전용량 변화에 따른 도 3a의 밴드 통과 필터의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing frequency characteristics of the band pass filter of FIG. 3A according to a change in capacitance of a voltage variable capacitor formed using a ferroelectric green sheet.
<도면에 주요부분에 대한 설명><Description of main parts in the drawing>
100,140:세라믹 그린시트................120:강유전체 그린시트100, 140: Ceramic Green Sheet ... 120: Ferroelectric Green Sheet
220,240:도전 패턴......................310,320:연결 컨택220,240: Conducting pattern ......... 310,320: Connection contact
본 발명은 초고주파 소자에 관한 것으로, 특히 저온동시소성(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC) 공정을 통해 형성된 적층형 초고주파 가변소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to ultra-high frequency devices, and more particularly, to a stacked ultra-high frequency variable device formed through a low temperature co-fired ceramic (LTCC) process and a manufacturing method thereof.
강유전체는 그 물질 자체가 가지는 여러 특성으로 인해 다양한 응용 분야를 가지고 있는데, 그 중에서도 초고주파 가변소자에의 응용은 강유전체에 전기장이 가해질 때 그 물질의 미세 구조의 변화에 따른 유전율의 차이가 나는 현상을 이용한다. Ferroelectrics have various fields of application due to the characteristics of the material itself. Among them, applications to ultra-high frequency variable devices utilize a phenomenon in which the dielectric constant of the ferroelectric material is changed due to the change in the microstructure of the material. .
이러한 특성은 아주 넓은 주파수 대역에서 안정적으로 나타나는데 이를 이용하여 기계적으로 안테나의 방향을 조절하지 않고 전기적으로 조절할 수 있는 능동안테나 시스템을 효과적으로 개선시킬 수 있다. 예컨대, 능동안테나 시스템의 핵심 부품인 위상변위기, 주파수 가변 필터나 전압 조절 축전기(capacitor), 그리고 전압 조절 공진기, 발진기, 전압 조절 분배기 또는 임피던스 매칭 블록 등 다양한 곳에 강유전체를 적용함으로써 그 특성을 개선할 수 있다. This characteristic is stable in a very wide frequency band, which can be used to effectively improve the active antenna system which can be electrically controlled without mechanically adjusting the direction of the antenna. For example, it is possible to improve the characteristics by applying ferroelectrics to various parts of the active antenna system, such as phase shifters, frequency variable filters or voltage regulating capacitors, and voltage regulating resonators, oscillators, voltage regulating dividers, or impedance matching blocks. Can be.
또한, 강유전체는 큰 유전상수로 인해 소자의 크기를 작게 하고 무게를 가볍게 할 수 있고, 응답특성과 적은 누설전류로 인해 전기적 파워 소비량이 적고 전송 초고주파 파워의 변화에 대한 안정성이 크며, 소자 제조 공정이 간단하여 생산 단가를 낮출 수 있어서 기존의 강자성체나 반도체로 만들어진 경쟁 소자에 비해 많은 장점을 가지고 있다.In addition, ferroelectrics can reduce device size and light weight due to large dielectric constants, and have low electrical power consumption due to response characteristics and low leakage current, high stability against changes in transmission microwave power, and device manufacturing process. It is simple and can lower the production cost, and thus has many advantages over the conventional ferromagnetic or competitive devices made of semiconductors.
한편, 이러한 초고주파 가변소자를 구현하기 위해 오래전부터 세라믹 기판이나 또는 박막 증착 기술의 발전에 힘입어 단결정 기판 위의 박막을 이용한 2차원 구조의 평면형 소자에 대한 연구가 많이 진행되어 왔었다. 이러한 구조에서 통신 소자의 주요 구성 요소인 축전기와 인덕터(inductor)를 구현하는 방법은 평면상에서 작동 주파수에 해당하는 파장의 1/4 수준의 길이의 선로들을 배열하여 그 특성들을 구현하게 된다. On the other hand, in order to realize such ultra-high frequency variable devices, many researches have been conducted on planar devices having a two-dimensional structure using a thin film on a single crystal substrate due to the development of a ceramic substrate or a thin film deposition technology. In such a structure, a method of implementing a capacitor and an inductor, which are main components of a communication device, implements characteristics by arranging lines having a length of about 1/4 of a wavelength corresponding to an operating frequency on a plane.
그러나 이러한 평면형 초고주파 가변 소자는 공정이 상대적으로 간단하지만 작동 주파수가 낮아짐에 따라 파장이 커지고 그에 따라 소자의 크기가 커지기 때문에 다른 소자와의 집적 공정을 통해 하나의 기판에 집적하는 경우 전체적으로 소자의 사이즈가 커지게 되는 단점을 가진다.However, the planar ultra-high frequency variable device has a relatively simple process, but as the operating frequency decreases, the wavelength increases and the size of the device increases, so that the overall size of the device is increased when integrated on one substrate through an integration process with other devices. It has the disadvantage of becoming larger.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 강유전체의 특성을 가지면서도 소자 사이즈의 측면에서 그 크기가 대폭 줄어든 저온동시소성 적층형 초고주파 가변소자 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a low temperature co-fired stacked ultra-high frequency variable device having a ferroelectric characteristic and greatly reduced in size in terms of device size, and a method of manufacturing the same.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 각각에 도전패턴이 형성되어 적층된 다수의 그린시트(green sheet); 및 상기 각각의 도전패턴을 연결하는 연결 컨택;을 포함하고, 상기 그린시트들 중 적어도 하나는 강유전체 그린시트로 형성된 저온동시소성(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC) 적층형 초고주파 가변 소자를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a plurality of green sheets (green sheet) laminated with a conductive pattern formed on each; And a connection contact connecting the respective conductive patterns, wherein at least one of the green sheets provides a low temperature co-fired ceramic (LTCC) stacked ultra high frequency variable element formed of a ferroelectric green sheet.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 강유전체 그린시트는 전압 가변 축전기(capacitor)의 유전체 역할을 하며, 상기 전압 가변 축전기는 인가되는 전압이 증가함에 따라, 축전용량(capacitance) 줄어드는 것을 특성을 갖는다.According to an embodiment of the present invention, the ferroelectric green sheet serves as a dielectric of a voltage variable capacitor, and the voltage variable capacitor has a characteristic of decreasing capacitance as an applied voltage increases.
본 발명의 일 실시예에서 상기 가변 소자는 다수의 적층형 축전기 및 인덕터(inductor) 포함하여 밴드 통과 필터(band pass filter)의 기능을 하며, 유전체 그린시트에 의한 전압 가변 축전기를 포함하여, 상기 가변 축전기의 축전용량의 변화에 따라 통과 주파수 밴드가 이동되는 것을 특성을 갖는다.In one embodiment of the present invention, the variable element includes a plurality of stacked capacitors and an inductor to function as a band pass filter, and includes a variable capacitor by a dielectric green sheet. The pass frequency band is moved in accordance with the change in the capacitance of the.
또한, 상기 가변 소자의 통과 주파수 밴드 특성을 향상시키기 위하여, 상기 축전기 및 인덕터가 주기적으로 반복되는 구조로 형성되며, 전체 가변 소자는 한 변의 길이가 2.5 mm 이하인 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.In addition, in order to improve the pass frequency band characteristics of the variable element, the capacitor and the inductor are formed in a structure that is repeated periodically, the entire variable element may be formed in a rectangular parallelepiped shape of one side is 2.5 mm or less in length.
본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 적어도 하나는 강유전체 그린시트(green sheet)인 다수의 그린시트를 형성하는 단계; 상기 그린시트에 컨택 홀을 형성하는 단계; 상기 그린시트에 도전 패턴을 형성하고 상기 컨택 홀을 도전물질로 채우는 단계; 및 상기 그린시트를 적층 및 소결하는 단계;를 포함하는 저온동시소성(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC) 적층형 초고주파 가변소자 제조방법을 제공한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a plurality of green sheets, the at least one being a ferroelectric green sheet. Forming a contact hole in the green sheet; Forming a conductive pattern on the green sheet and filling the contact hole with a conductive material; And stacking and sintering the green sheet. Provides a method for manufacturing a low temperature co-fired ceramic (LTCC) stacked type ultra-high frequency variable device.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 그린시트의 적층 및 소결은 저온동시소성 공정을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 적층된 그린시트의 도전 패턴 및 홀이 다수의 적층형 축전기 및 인덕터(inductor)를 형성하며, 상기 강유전체 그린시트가 상기 적층형 축전기 중 전압 가변 축전기의 유전체 역할을 하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the lamination and sintering of the green sheet is preferably performed through a low temperature simultaneous firing process. Meanwhile, conductive patterns and holes of the stacked green sheets form a plurality of stacked capacitors and inductors, and the ferroelectric green sheet serves as a dielectric of a voltage variable capacitor among the stacked capacitors.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 과장되었고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention; In the following description, when a component is described as being on top of another component, it may be directly on top of another component, and a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness or size of each component is omitted or exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same element. On the other hand, the terms used are used only for the purpose of illustrating the present invention and are not used to limit the scope of the invention described in the meaning or claims.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 통과 필터를 집중정수 소자(Lumped Element)로 구현한 설계 회로를 보여주는 회로도로서, 전압 가변 축전기를 이용한 주파수 가변 밴드 통과 필터에 대한 회로이다.1A is a circuit diagram illustrating a design circuit in which a band pass filter according to an embodiment of the present invention is implemented as a lumped element, and is a circuit for a frequency variable band pass filter using a voltage variable capacitor.
도 1a를 참조하면, 밴드 통과 필터는 저항(R) 및 구조적으로 반복되는 축전기 및 인덕터를 포함한다. 여기서, Vs은 신호 전원을 가리키고, 각각의 축전기의 축전용량은 C0:0.2623pF , C1:4.5531pF 및 C2:3.725pF 이고, 각각의 인덕터의 인덕턴스(inductance)는 L0:5.55248nH , L1:1nH 및 L2:1nH 이다. 이러한, 축전용량 및 인덕턴스 값을 가지고 밴드 통과 필터는 중심 주파수, 밴드 폭(band width), 삽입손실(insertion loss), 리플(ripple) 및 반사손실(return loss)은 각각 2440 MHz, 45 MHz, 2.5 dB 이하, 1.5 dB 이하 및 20 dB 이상인 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 1A, the band pass filter includes a resistor R and a capacitor and inductor that are structurally repeated. Where Vs denotes the signal power supply, and the capacitance of each capacitor is C 0 : 0.2623pF, C 1 : 4.5531pF and C 2 : 3.725pF, and the inductance of each inductor is L 0 : 5.55248nH, L 1 : 1nH and L 2 : 1nH. With these capacitance and inductance values, the band pass filter has a center frequency, band width, insertion loss, ripple, and return loss of 2440 MHz, 45 MHz, and 2.5, respectively. It exhibits the characteristics below dB, below 1.5 dB, and above 20 dB.
보통의 필터는 축전기와 인덕터로 구성되어 있고 밴드 통과 필터의 경우 통과 특성을 우수하게 하기 위하여 주기적인 반복 배열을 갖는 구조로 형성되며 통과 주파수 밴드는 각각의 축전용량과 인덕턴스량 그리고 각각의 블록간의 커플링으로 결정된다. 그러나 본 발명에 따른 전압 가변 축전기를 이용한 주파수 가변 밴드 통과 필터는 인가전압에 따라 축전기의 축전용량 값이 달라짐에 따라 통과 주파수 밴드가 이동하게 된다. 그에 대한 좀더 상세한 설명은 이하의 도 4에 대한 설명에서 기술한다. In general, the filter consists of a capacitor and an inductor, and in the case of the band pass filter, it has a structure having a periodic repeating arrangement in order to improve the pass characteristics. The pass frequency band has a capacitance between each capacitance, an inductance, and a coupling between blocks Determined by the ring. However, in the frequency variable band pass filter using the voltage variable capacitor according to the present invention, the pass frequency band is shifted as the capacitance value of the capacitor changes according to the applied voltage. A more detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 4.
도 1b는 도 1a로 회로에 대하여 초고주파 시뮬레이션을 통해 얻는 주파수에 따른 반사와 투과손실 특성을 보여주는 그래프로서, 축전용량의 변화가 없을 때, 즉 도 1a에서 설정된 축전용량을 가졌을 때의 그래프이다. FIG. 1B is a graph showing reflection and transmission loss characteristics according to frequencies obtained through ultra-high frequency simulation of the circuit of FIG. 1A, and is a graph when there is no change in capacitance, that is, when the capacitance is set in FIG. 1A.
도 1b를 참조하면, 앞서에서 기술한 특성들 즉, 중심 주파수, 밴드폭, 삽입손실, 리플 및 반사손실의 특성을 그래프로 확인할 수 있다. 다만, 리플 부분은 정확히 나타나지 않지만, 투과손실 그래프의 통과 주파수 밴드 부분, 즉 주파수 2.4 ~ 2.5 GHz 사이의 투과손실 그래프 부분에 1.5 dB 이하로 나타나게 된다. Referring to FIG. 1B, the above-described characteristics, that is, the center frequency, the bandwidth, the insertion loss, the ripple, and the reflection loss, may be confirmed in a graph. However, the ripple portion does not appear exactly, but appears in the transmission frequency band portion of the transmission loss graph, that is, less than 1.5 dB in the transmission loss graph portion between the frequency 2.4 ~ 2.5 GHz.
도 2a는 도 1a의 밴드 통과 필터에 이용되는 강유전체 그린시트를 포함한 적층형 축전기에 대한 제조도이다.FIG. 2A is a manufacturing diagram of a stacked capacitor including a ferroelectric green sheet used in the band pass filter of FIG. 1A.
도 2a를 참조하면, 적층형 축전기는 다수의 그린시트(100,120,140)들이 저온동시소성(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC)을 통해 적층되어 형성된다. 본 실시예의 적층형 축전기에는 전압 가변 축전기를 형성하기 위해 강유전체 그린시트(120)가 삽입된다. 최상부의 그린시트(100)는 커버의 역할을 하며, 그 외의 그린시 트(140)는 일반적인 세라믹 그린시트들이나, 그 특성들은 각각 다를 수 있다. 따라서, 저온동시소성을 통한 제조 공정 중 적층공정은 서로 다른 재질의 세라믹 그린시트를 적층함에 따라 계면 반응성 제어와 동시 소결 수축율 제어 등의 기술을 필요로 한다. Referring to FIG. 2A, a multilayer capacitor is formed by stacking a plurality of
여기서 저온동시소성 및 적층 공정을 간단히 설명하자면, 먼저 각 그린시트를 형성할 재료를 슬러리(slurry) 형태로 믹싱하고 시트 또는 테이프 형상으로 뽑아낸다. 다음, 각 시트의 필요한 부분에 홀을 형성한다. 이러한 홀은 차후에 형성되는 도전 패턴들의 컨택을 위한 것이다. 각 시트에 도전 패턴을 형성하고 상기 홀을 도전물질로 채운다. 이후 각 시트의 적층 공정을 실시하고, 불필요한 부분은 커팅하여 제거한다. 다음 열과 압력을 가해 소결하여 원하는 소자를 완성한다. 이렇게 형성된 소자는 다른 관련 전자 부품으로 패키징 공정을 통해 결합된다. 이때 소결 공정은 저온, 즉 1000℃ 내외나 그 이하에서 행해지게 되며 그에 따라 그린시트의 유전율의 저하나 품질계수의 저하를 최소화할 수 있다. 한편, 각 공정 사이 사이에 테스트를 하여 전 공정으로 피드-백 하는 식으로 공정을 진행함으로써, 좀더 향상된 품질의 소자를 제작할 수 있다. Here, the low temperature simultaneous firing and lamination process will be briefly described. First, the materials for forming each green sheet are mixed in a slurry form and drawn out in a sheet or tape shape. Next, holes are formed in required portions of each sheet. This hole is for the contact of the conductive patterns formed later. A conductive pattern is formed in each sheet and the hole is filled with a conductive material. Then, the lamination process of each sheet is performed, and unnecessary portions are cut and removed. Next, heat and pressure are applied to sinter to complete the desired device. The device thus formed is combined via a packaging process into other related electronic components. At this time, the sintering process is performed at a low temperature, that is, about 1000 ° C. or less, thereby minimizing the decrease in the dielectric constant and the quality factor of the green sheet. On the other hand, by performing a process in such a way that the test between each process and feed-back to the entire process, it is possible to manufacture a device of more improved quality.
한편, 본 실시예에서는 도시한 바와 같이 각각의 그린시트에 'ㄹ' 형상의 도전 패턴(220,240)이 좌우 끝단으로 치우쳐 번갈아 가며 형성되는데, 이러한 도전 패턴은 축전기의 전극 역할을 한다. 본 실시예의 이러한 도전 패턴은 한 예시에 불과하며, 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.On the other hand, in the present embodiment, as shown in the green sheet 'l'-shaped conductive patterns 220,240 are alternately formed to the left and right ends alternately, such a conductive pattern serves as an electrode of the capacitor. This conductive pattern of the present embodiment is only one example, of course, can be variously formed.
도 2b는 도 2a 적층형 축전기가 완성된 후 I-I 부분을 절단하여 보여주고 있 는 단면도이며 좌우측으로 연결 컨택까지 형성된 상태를 보여준다.FIG. 2B is a cross-sectional view of the I-I part after the stacked capacitor of FIG. 2A is completed, and shows a state in which the connection contact is formed at the left and right sides.
도 2b를 참조하면, 좌우측으로 형성된 연결 컨택(310,320)을 통해 그린시트에 형성된 도전 패턴에 전압이 인가된다. 그에 따라 각 도전 패턴 사이의 유전체로 전하가 충전된다. 한편, 강유전체 그린시트(120)가 형성된 부분은 전압 가변 축전기를 형성하며, 인가되는 전압의 크기에 따라 축전용량이 변하는 특성을 갖는다.Referring to FIG. 2B, a voltage is applied to the conductive pattern formed on the green sheet through the
본 실시예에서는 한 장의 강유전체 그린시트가 사용되었지만, 필요에 따라 그 이상으로 형성될 수 있고 또한, 위치도 소자의 특성에 맞춰 적절한 곳을 선택하여 형성될 수 있다. 한편, 도면으로 도시하지는 않았지만, 인덕터 역시 적층형으로 형성되게 되는데, 다만 인덕터와 축전기에 사용되는 그린 시트는 그 특성이 다르다. 이는 축전기와 인덕터에 저장되는 에너지의 형태가 다르기 때문이다. 또한, 다수의 적층형 축전기와 인덕터는 저온동시소성 및 적층 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다.In this embodiment, one sheet of ferroelectric green sheet is used, but may be formed more than necessary, and the position may be formed by selecting a suitable place according to the characteristics of the device. On the other hand, although not shown in the drawings, the inductor is also formed in a stacked type, but the characteristics of the green sheet used for the inductor and the capacitor are different. This is because of the different forms of energy stored in capacitors and inductors. In addition, a plurality of stacked capacitors and inductors may be formed simultaneously through low temperature simultaneous firing and lamination processes.
본 실시예와 같은 강유전체 그린시트를 포함한 적층형 축전기 및 적층형 인덕터가 주기적으로 반복되어 3차원 주파수 가변 밴드 통과 필터가 형성될 수 있다.The stacked capacitor and the stacked inductor including the ferroelectric green sheet as in the present embodiment may be periodically repeated to form a three-dimensional frequency variable band pass filter.
도 3a는 도 1a의 밴드 통과 필터를 세라믹 그린시트를 저온동시소성 적층화하여 3차원적으로 구현한 사시도로서, 도 2a의 강유전체 그린시트를 구비한 전압 가변 축전기를 포함한 밴드 통과 필터이다. FIG. 3A is a perspective view illustrating a three-dimensional implementation of the band pass filter of FIG. 1A by stacking ceramic green sheets at a low temperature at the same time, and is a band pass filter including a voltage variable capacitor having the ferroelectric green sheet of FIG. 2A.
도 3a를 참조하면, 도전 패턴이 상부로 감겨 올라가는 인덕터(L) 부분 및 도 2a와 같은 축전기(C)가 형성된 부분을 확인할 수 있다. 여기서 도시된 소자의 크기는 한 변의 길이가 2.5 mm 정도인 정육면체 크기로 일반적인 박막이나 세라믹으로 만들어진 초고주파 가변 소자의 크기보다 훨씬 작다.Referring to FIG. 3A, it can be seen that an inductor L portion in which the conductive pattern is wound upward and a portion in which the capacitor C as shown in FIG. 2A is formed. The size of the device shown here is a cube size of about 2.5 mm in length on one side, which is much smaller than the size of a microwave variable device made of a general thin film or ceramic.
또한, 소자는 도시된 바와 복잡하지만 기본적으로 적층형 축전기와 인덕터로 구성되어 있고 이러한 적층형 축전기와 인덕터로 이루어진 블록의 반복으로 이루어져 있다. In addition, the device is complex as shown, but basically consists of a stacked capacitor and an inductor, and consists of a repetition of a block of the stacked capacitor and the inductor.
본 실시예에서는 저온동시소성되는 세라믹 그린시트들 사이에 강유전체 그린시트가 내장되어 전압 가변 축전기를 구현하고 이를 이용하여 초고주파 가변 소자, 예컨대, 초고주파에서 가변 축전기에 인가되는 전압의 변화에 따라 통과 주파수 밴드가 이동되는 3차원 주파수 가변 밴드 통과 필터를 실현할 수 있다. 이와 같이 3차원적으로 초고주파 가변소자를 형성함에 따라 소자 설계 용이성과 다양성 확보와 제작 공정 단순화 그리고 소자 크기 소형화 등 여러 가지 장점을 가질 수 있다.In this embodiment, the ferroelectric green sheet is embedded between the ceramic green sheets which are simultaneously fired at low temperature, thereby implementing a voltage variable capacitor, and using the same, a frequency band according to a change in the voltage applied to the variable capacitor in the ultra high frequency variable element, for example, the ultra high frequency. It is possible to realize a three-dimensional frequency variable band pass filter to be moved. As the ultra-high frequency variable device is formed in three dimensions as described above, the device can have various advantages such as ease of device design, diversity, simplified manufacturing process, and small device size.
도 3b는 도 3a의 밴드 통과 필터를 도 1a의 회로에 대응시킨 도면으로서, 도 3a에 도시된 인덕터(L)와 축전기(C)가 2 차원 형상으로 도시되고 있다.FIG. 3B is a view in which the band pass filter of FIG. 3A corresponds to the circuit of FIG. 1A, and the inductor L and the capacitor C shown in FIG. 3A are shown in a two-dimensional shape.
도 4는 강유전체 그린시트를 이용하여 형성된 전압 가변 축전기의 축전용량 변화에 따른 도 3a의 밴드 통과 필터의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing frequency characteristics of the band pass filter of FIG. 3A according to a change in capacitance of a voltage variable capacitor formed using a ferroelectric green sheet.
도 4를 참조하면, 전압 가변 축전기에서 전압에 의한 축전용량의 변화를 변수로 하여 반사와 투과손실 특성을 초고주파 시뮬레이션을 통해 나타내고 있는데, 축전용량의 변화에 따라 통과 주파수 밴드 또는 중심 주파수가 이동됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, reflection and transmission loss characteristics are shown through ultra-high frequency simulation using a change in capacitance due to voltage as a variable in a voltage variable capacitor, and it is understood that a pass frequency band or a center frequency is shifted according to the change in capacitance. Can be.
좀더 상세히 설명하면, 축전용량의 변화가 없을 때(가는 실선), 중심 주파수가 2.45 GHz 정도인데, 10 % 축전 용량의 변화(굵은 실선)에 의해 중심 주파수가 2.57 GHz로 이동하고, 다시 20 %의 축전 용량의 변화(점선)에 의해 중심 주파수가 2.72 GHz로 이동함을 확인할 수 있다. 즉, 20% 축전 용량의 변화에 대해 중심 주파수를 기준으로 약 10 % 이상의 주파수 가변 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 축전 용량의 변화는 감소되는 량을 나타내며, 그러한 축전 용량의 감소는 전압 가변 축전기에 가해지는 전압의 증가에 따른 결과이다.In more detail, when there is no change in the capacitance (thin solid line), the center frequency is about 2.45 GHz, and the center frequency is shifted to 2.57 GHz by 10% change in the capacitance (thick solid line). It can be seen that the center frequency moves to 2.72 GHz due to the change in the capacitance (dotted line). That is, it can be seen that the frequency variable characteristic of about 10% or more with respect to the change in the 20% power storage capacity based on the center frequency. Here, the change in power storage capacity represents the amount to be reduced, and such a decrease in power storage capacity is a result of the increase in the voltage applied to the voltage variable capacitor.
본 발명에 따른 강유전체 그린시트를 이용한 저온동시소성 적층형 초고주파 가변소자는 밴드 통과 필터뿐만 아니라 전압 가변 축전기, 전압 가변 공진기, 위상변위기, 분배기, 발진기, 임피던스 매칭 블록 등의 다양한 초고주파 가변소자에 적용할 수 있다.The low temperature co-fired stacked ultrahigh frequency variable element using the ferroelectric green sheet according to the present invention can be applied to various ultra high frequency variable elements such as a variable voltage capacitor, a voltage variable resonator, a phase shifter, a divider, an oscillator, an impedance matching block, as well as a band pass filter. Can be.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
지금까지 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 적층형 초고주파 가변소자는 세라믹 그린 시트를 적층시킬 때 전압 가변 강유전체 층을 같이 저온동시소성하여 기판에 수직한 방향으로 전압 가변 축전기를 구현하여 설계의 다양성을 확보함과 동시에 소자 제작 공정의 단순화와 소자의 크기를 대폭 줄이는 효과를 가진다.As described in detail above, the multilayered microwave variable device of the present invention secures a variety of designs by realizing a voltage variable capacitor in a direction perpendicular to the substrate by simultaneously firing a voltage variable ferroelectric layer when stacking ceramic green sheets. At the same time, it has the effect of simplifying the device fabrication process and greatly reducing the size of the device.
그에 따라, 관련 소자로의 실장을 통해 초소형 저전력 및 저가격의 통신 모 듈의 구현이 가능하다.Accordingly, it is possible to implement a very small low power and low cost communication module by mounting to the relevant device.
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