KR100715687B1

KR100715687B1 - 이엠아이 필터 소자

Info

Publication number: KR100715687B1
Application number: KR1020060134742A
Authority: KR
Inventors: 이진효; 이규홍; 윤헌일; 문현자; 박태수
Original assignee: (주) 알에프세미
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-05-07

Abstract

본 발명은 이엠아이(Electro Magnetic Interference; EMI) 필터 소자에 관한 것으로서, P형 실리콘 기판에 형성된 입력 및 출력 단자와, 상기 입력 및 출력 단자 사이에 저항(R₁₁, R₁₂ ···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과, 상기 N형 불순물 영역과 근접면인 양측면의 P형 실리콘 기판 상부에 형성된 접점(Contact)들을 연결시킨 메탈층을 포함하고, 상기 N형 불순물 영역은 입력 및 출력 단자 사이에 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.

이엠아이 필터, 저항, 커패시터, 주파수

Description

이엠아이 필터 소자{EMI filter device}

도 1a는 종래의 이엠아이 필터의 개략적인 등가 회로도.

도 1b는 도 1a의 X-X' 방향에서의 평면도.

도 1c는 종래의 이엠아이 필터의 단면도.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터의 등가 회로도.

도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터 소자의 평면도.

도 2c는 도 2b의 X-X' 방향에서의 단면도.

도 2d는 도 2b의 Y-Y' 방향에서의 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터 소자의 평면 배치도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예2에 따른 이엠아이 필터 소자의 단면도.

본 발명은 이엠아이(Electro Magnetic Interference; EMI) 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잔존 저항을 최소화하며 주파수 특성을 향상시키기 위한 이엠아이(EMI) 필터 소자에 관한 것이다.

이엠아이(EMI) 필터는 일반적으로 영상기기, 음악기기, 전자, 전기 및 통신 기기, OA기기 내부에 삽설되어 전자파를 흡수하게 된다.

이동통신 단말기의 송신부에서는 대략 수 밀리와트(mW) 내지 수 와트(W)에 이르는 큰 순간전력의 고주파 신호를 안테나를 통해서 방사하는데, 이 고주파 신호는 마이크로폰과 외부 음압 신호처리회로 사이의 선로에 유기되어 마이크로폰 내부 또는 외부에 있는 전계효과트랜지스터(Junction Field Effect Transistor; JFET)에 인가된다. 이때 전계효과트랜지스터에 인가되는 고주파 신호의 크기가 일정 레벨 이상이 되면, 전계효과트랜지스터가 비선형적으로 동작하게 되어 고조파(Harmonics wave)와 더불어 피이크 인벨로프(Peak envelop)에 해당하는 잡음 성분을 발생시키게 되며, 이 피이크 인벨로프의 주파수 대역은 대체로 음압 가청 주파수와 겹쳐 있기 때문에, 이 신호가 음압신호와 함께 증폭되어 음압신호 처리회로로 들어가 마이크로폰의 가장 큰 잡음이 된다.

따라서, 이러한 잡음을 제거하기 위해 이동통신 단말기의 마이크로폰에 사용되는 종래의 이엠아이(Electro Magnetic Interference; EMI) 필터는 도 1a에 도시 된 바와 같이, 2개의 커패시터(C1, C2)를 접지(GND)단자와 입력(Input) 단자 및 출력(Output) 단자에 각각 연결하고, 두 입출력 단자 사이는 1개의 저항(R1)으로 연결된다. 이러한, 이엠아이 필터에서는 개별 소자를 사용할 경우, PCB 상의 배치 상태에 따라 필터 특성이 떨어지며, 특히 소형 마이크로폰을 제작할 경우 좁은 영역에 2개의 캐패시터(C1, C2)와 1개의 저항(R1)으로 EM 노이즈 필터링 및 ESD 차단부(11)를 구성하는 소자를 최소 3개 이상 부착해야 하는 문제점이 있다.

또한, 도 1b 및 도 1c 에 도시된 바와 같이, 입력(Input) 및 출력(Output) 단자의 영역에서 P형 실리콘 기판에 N형 접합을 형성하며, 접지와 입력 및 출력 단자 각각에 역 방향 전압을 가해진 상태에서 PN 캐패시터 C1 및 C2가 이루어진다. 저항(R1)은 P형 실리콘 기판에 N형을 형성하여 이루어지고, 그 양단은 입력 및 출력 단자에 연결되어 이루어진다. 이때, 상기 입력 및 출력 단자가 실리콘 기판 상부에 형성되고 있는 반면에 접지 단자는 실리콘 하부에 형성된다. 아울러, PN 캐패시터 C1 및 C2 접지간에 실리콘 기판에 의한 커다란 잔존 저항 RP가 형성되어 제거하고자 하는 높은 주파수 성분이 충분히 제거되지 못하므로 좋은 필터 특성을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다. 잔존 저항 RP는 실리콘 기판의 두께에 따라서 커지게 되는데, 실리콘의 두께는 100∼600μm 정도이어서 개략적으로 RP는 20∼120옴 정도가 된다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 반도체 소자의 등가 회로에서 잔존 저항 성분을 제거하여 실리콘 기판에 원칩화하고, 잔존 저항을 최소화함과 주파수 특성을 향상시키기 위한 이엠아이(EMI) 필터 소자를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 이엠아이 필터 소자는,

P형 실리콘 기판에 형성된 입력 및 출력 단자와;

상기 입력 및 출력 단자 사이에 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과;

상기 N형 불순물 영역과 근접면인 양측면의 상기 P형 실리콘 기판 상부에 형성된 접점(Contact)들을 연결시킨 메탈층;을 포함하고,

상기 N형 불순물 영역은 입력 및 출력 단자 사이에 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과 P형 실리콘 기판 사이에 PN 접합 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)가 형성되고, 상기 PN 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)의 일단은 상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)과 연결되고 타단을 동일선으로 접지(GND)되며, 상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)과 상기 PN 접합 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)는 2~20개가 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 접점(Contact)들은 2~20개로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 PN 커패시터는 P형 실리콘 기판의 잔존저항(RP)과 연결되고, 접점을 통해 접지(GND)에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 메탈층은 접지(GND)인 것을 특징으로 한다.

상기 P형 실리콘 기판 하부에 접지(GND)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 이엠아이 필터 소자는,

N형 실리콘 기판에 형성된 P형 불순물 웰(well) 영역과:

상기 P형 불순물 웰(well) 영역에 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과;

상기 N형 불순물 영역과 근접면인 양측면의 상기 P형 불순물 웰(well) 영역 상부에 형성된 접점(Contact)들을 연결시킨 메탈층과;

상기 N형 실리콘 기판과 상기 P형 불순물 웰(well) 영역에 형성된 N+형 불순물 영역;을 포함하고,

상기 N형 실리콘 기판에 입력(Input) 단자가 형성되고, N+형 불순물 영역에 출력 단자가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터의 등가 회로도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 등가회로적으로 다수개의 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)을 입 력(Input)에서 출력(Output)으로 직렬 연결하고, 상기 저항을 따라서 등가 회로적으로 분산되어 형성된 다수개의 PN 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)의 일단을 저항과 연결하고 타단을 동일선으로 접지(GND) 처리하여 저항행(51)을 이룬다. 상기 저항행(51)을 병렬로 다수개 연결하여 저항군(500)을 이루며, PN 커패시터의 일단을 각 저항행(51)의 저항과 연결하고 타단을 동일선으로 접지(GND) 처리한다. 여기서, 상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)과 PN 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)는 병렬로 2~20개가 연결된 것이 바람직하다.

도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터 소자의 평면도이고, 도 2c는 도 2b의 X-X' 방향에서의 단면도이고, 도 2d는 도 2b의 Y-Y' 방향에서의 단면도이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, P형 실리콘 기판(60)에 형성한 N형 불순물 영역(62)은 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)이 직렬로 연결된 저항행(R₁₁~R_1m)을 이루고, 각 저항과 근접면인 양측면의 P형 실리콘 기판(60)에 각 접점(contact)으로 이루어진 접점행(61)을 형성하여 접지(GND)인 메탈층과 연결한다. 여기서, 상기 N형 불순물 영역(62)인 저항행은 입력 및 출력 단자에 병렬로 연결하여 원칩으로 형성한다. 이때, 상기 접점행(61)은 2~20개의 접점(contact)으로 이루어진 것이 바람직하다.

도 2c는 도 2b의 X-X' 단면도로서, P형 실리콘 기판(60)에 저항(R2)인 N⁺형 불순물 영역을 이루며, N⁺형 불순물 영역의 양측에 입력 및 출력 단자와 P형 실리콘 기판(60) 하부에 접지(GND)를 원칩으로 형성한다.

도 2d는 도 2b의 Y-Y' 단면도로서, 저항행의 R₁₁의 경우를 살펴보면, PN 접합에 의해서 형성되는 C₁₁의 커패시터를 갖게 되며, 상기 커패시터는 P형 실리콘 기판(60)의 잔존저항 RP에 의해서 접점을 통해서 접지(GND)에 연결된다. R₂₁의 경우를 살펴보면, PN 접합에 의해서 형성되는 C₂₁의 커패시터를 갖게 되며, 상기 커패시터는 P형 실리콘 기판의 잔존저항 RP 에 의해서 접점을 통해서 접지(GND)에 연결된다. R_n1의 경우를 살펴보면, PN 접합에 의해서 형성되는 C_n1의 커패시터를 갖게 되며, 상기 커패시터는 P형 실리콘 기판의 잔존저항 RP 에 연결되고, 접점을 통해 접지(GND)에 연결된다. 이때, 상기 RP는 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)의 근접지역인 저항 양측면의 실리콘 기판 상부의 접점(contact)에 메탈(Metal)로 연결되게 된다. 이때, RP는 PN 커패시터와 접점사이의 거리가 2~20μm 정도로써 종래 도 1c의 RP에 비해서 대략 1/30 이하로 잔존 저항이 최소화된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예1에 따른 이엠아이 필터 소자의 평면 배치도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이엠아이 필터 소자는 P형 실리콘 기판(300)에 입력 단자(32) 및 출력 단자(33)와 접지(GND, 31)로 이루어진다. 여기서, 상기 입력 단자(32) 및 출력 단자(33)는 N형 불순물 영역에 형성되고, 접지(31)는 메탈층으로서 저항행인 N형 불순물 영역(62) 양측면의 P형 실리콘 기 판(300) 상부에 접점행(61)을 이루는 접점(contact)들과 연결되어 형성된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예2에 따른 이엠아이 필터 소자의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, N형 실리콘 기판(70)에 P형 불순물 웰(well) 영역(71)을 형성하고, P형 불순물 웰(well) 영역(71)내에 도 2b의 도시된 저항, 커패시터 및 접지(GND)를 형성한 구조이다. 여기서, 입력(Input) 단자는 N형 실리콘 기판(70)을 사용하며 이는 상부의 저항 N+형 불순물 영역과 N형 실리콘 기판(70)이 연결되어 있다. 여기서, 상기 N+형 불순물 영역(72) 상부에는 출력(Output) 단자가 형성되며, P형 불순물 웰(well) 영역(71)과 N형 실리콘 기판(70)에 N+형 불순물 영역(72)이 형성된 이엠아이(EMI) 필터이다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상기한 바와 같은 이엠아이 필터는 원칩으로 형성되어 소자크기 및 사용 부품의 수량을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 원칩은 저항과 커패시터로된 등가회로를 형성하여 잔존 저항성을 최소화하며 주파수 특성을 향상하는 이점이 있다.

Claims

이엠아이(EMI) 필터 소자에 있어서,

P형 실리콘 기판에 형성된 입력 및 출력 단자와;

상기 입력 및 출력 단자 사이에 저항(R₁₁, R_12···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과;

상기 N형 불순물 영역과 근접면인 양측면의 상기 P형 실리콘 기판 상부에 형성된 접점(Contact)들을 연결시킨 메탈층;을 포함하고,

상기 N형 불순물 영역은 입력 및 출력 단자 사이에 병렬로 연결되고, 상기 저항(R₁₁, R_12···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과 상기 P형 실리콘 기판 사이에 PN 접합 커패시터(C₁₁,C_12···C_1m)가 형성된 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
삭제
제2항에 있어서,

상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)과 상기 PN 접합 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)는 2~20개가 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
제2항에 있어서,

상기 PN 커패시터(C₁₁,C₁₂ _···C_1m)의 일단은 상기 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)과 연결되고 타단을 동일선으로 접지(GND)된 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
제1항에 있어서,

상기 접점(Contact)들은 2~20개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
제2항에 있어서,

상기 PN 커패시터는 P형 실리콘 기판의 잔존저항(RP)과 연결되고, 접점을 통해 접지(GND)에 연결된 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
제1항에 있어서,

상기 메탈층은 접지(GND)인 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
제1항에 있어서,

상기 P형 실리콘 기판 하부에 접지(GND)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.
N형 실리콘 기판에 형성된 P형 불순물 웰(well) 영역과:

상기 P형 불순물 웰(well) 영역에 저항(R₁₁, R₁₂ _···R_1m)으로 이루어진 N형 불순물 영역과;

상기 N형 불순물 영역과 근접면인 양측면의 상기 P형 불순물 웰(well) 영역 상부에 형성된 접점(Contact)들을 연결시킨 메탈층과;

상기 N형 실리콘 기판과 상기 P형 불순물 웰(well) 영역에 형성된 N+형 불순물 영역;을 포함하고,

상기 N형 실리콘 기판에 입력(Input) 단자가 형성되고, N+형 불순물 영역에 출력 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 이엠아이 필터 소자.