KR100716156B1 - 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용대역통과필터 - Google Patents

저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용대역통과필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터에 관한 것으로서 최상층 및 최하층이 접지된 필터 시트층과, 상기 필터 시트층 중 적어도 하나 이상의 층에 구현되어 상하 수직 결합되는 적어도 하나 이상의 공진기를 포함하고, 상기 필터 시트층은 필터링 주파수의 선택도를 증가시키는 노치 커플링 패드를 포함하여 구성되어, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)기술을 이용하여 기존의 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서는 구현이 어려운 초광대역통신용 대역통과필터를 구현함으로써, 많은 수의 공진기를 기판 내부에 집적화한 모듈을 제작하여 소형화가 가능한 초광대역통신용 대역통과필터를 제공하는 효과가 있다.
초광대역통신, 대역통과필터, LTCC, 공진기

Description

저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터 { Ultra-Wideband Band pass filter using Low temperature co-fired ceramic }
도 1은 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터 회로가 도시된 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터의 적층구조가 도시된 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터의 3차원 구조가 도시된 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 공진기 11 : 제 1 공진기
12 : 제 2 공진기 13 : 제 3 공진기
14a : 제 4 공진기a 14b : 제 4 공진기b
15 : 제 5 공진기 16 : 제 6 공진기
20 : 접지 비아 21 : 접지 비아
22 : 비아 30 : 입력 단자
40 : 출력 단자 50 : 노치 커플링 패드
본 발명은 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터에 관한 것으로서, 특히 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)기술을 이용하여 다 수의 공진기를 기판 내부에 집적화한 초광대역통신용 대역통과필터에 관한 것이다.
일반적으로 고주파회로에서는 마이크로스트립(microstrip)패턴이 구현된 기판이 사용된다.
고주파회로에서는 선로의 길이 자체가 회로소자 값 그 자체인 경우가 많으며, 신호선과 접지(ground) 사이에 다른 선로가 지나간다면 그 영향은 상당히 크기 때문에, 접지(ground)의 위치가 상당한 중요성을 가진다.
또한, 고주파가 될수록 선로의 내부가 아닌 외부 표면에만 전류가 흐르려는 경향이 발생하고(skin effect), 안테나처럼 방사하려는 경향이 강해지기 때문에 선로금속자체로 신호를 보내기 힘들다.
이러한 고주파의 모든 조건들을 만족시키기 위해 고안된 고주파용 회로기판이 바로 마이크로스트립(microstrip)패턴이 구현된 기판이다. 전형적인 트랜스미션 라인(transmission line)구조인 마이크로스트립(Microstrip)기판은 밑면 전체를 하나의 금속판을 이용해 접지(ground)로 처리하고, 그 바로 위에 일정두께의 유전체 기판을 올린 후 유전체 위에 선로 형상을 구현한 회로구조이다.
그러나, 종래의 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서 선로간 동일 면상에서 결합도를 크게 하기 위한 수평결합 구조는 공진기의 간격을 좁게 해야 하기 때문에 구현 될 수 있는 결합도가 한계가 있다.
초광대역(UWB)용 대역통과 필터를 구현하기 위해서는 공진기 서로간의 결합도를 높게 해야하는데, 종래의 마이크로스트립(Microstrip) 기판의 경우에는 많은 수의 공진기를 기판 내부에 집적화가 불가능하여 소형화가 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서는 초광대역(UWB)필터를 구현하는데 있어서, 근접 주파수에서 높은 감쇠(attenuation)를 구현하기 위한 노치(Notch)의 구현도 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)기술을 이용하여 기존의 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서는 구현이 어려운 초광대역통신용 대역통과필터를 구현함으로써, 다수의 공진기를 기판 내부에 집적화한 모듈을 제작하여 소형화가 가능한 초광대역통신용 대역통과필터를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터는 최상층 및 최하층이 접지된 필터 시트층과, 상기 필터 시트층 중 적어도 하나 이상의 층에 구현되어 상하 수직 결합되는 적어도 하나 이상의 공진기를 포함하고, 상기 필터 시트층은 필터링 주파수의 선택도를 증가시키는 노치 커플링 패드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터 회로가 도시된 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터의 적층구조가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터의 3차원 구조가 도시된 구성도이다.
저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터는 입력 단자(30)와, 특정 주파수를 선택하기 위한 공진기(10)와, 접지(ground)와 연결되어 있는 접지 비아(grounding via : 20, 21)와, 출력 단자(40)와, 선택도의 향상을 위한 노치 커플링 패드(Notch Coupling Pad : 50)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 공진기(10)는 제 1 공진기(11), 제 2 공진기(12), 제 3 공진기 (13), 제 4 공진기a(14a) 및 제 4 공진기b(14b), 제 5 공진기(15), 제 6 공진기(16)로 구성된다.
저온 동시소성 세라믹 다층기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터는 저온 동시소성 세라믹(LTCC : Low Temperature Co-fired Ceramic) 다층기판 제조 기술을 이용하여 제작된다.
저온 동시소성 세라믹 다층기판(LTCC) 제조 기술은 주로 글라스 세라믹(Glass-Ceramic)재료를 기반으로 이루어진 다수의 그린 시트(Green Sheet)층에 주어진 회로를 구현하기 위한 소자를 전기전도도가 우수한 금속을 사용하는 스크린 프린팅 공정으로 구현하고, 각층을 적층 한 후 세라믹과 금속 도체를 동시 소성하여 MCM(Multi-Chip Module) 및 다중 칩 패키지(Multi-Chip Package)를 제조하는 것을 말한다.
저온 소성 세라믹 다층기판 기술은 세라믹과 금속의 동시 소성이 가능한 공정 특징에 따라 모듈내부에 저항, 인덕터, 캐패시터 등의 수동소자를 구현할 수 있는 장점을 가지고 있으므로 부품들간의 고집적화와 경박단소화를 가능하게 한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터는 a, b, c, d, e, f의 총 6 시트로 구성된다.
최하층 시트(a)와 최상층 시트(f)는 접지(ground)로서 형성되며, 상기 최하층 시트(a)와 최상층 시트(f)는 접지 비아(20, 21)를 통하여 상기 공진기(10)와 연 결된다.
3층 시트(c)와 4층 시트(d)에는 회로 패턴에 의해 상기 공진기(10)가 삽입된다. 이때, 상기 공진기(10)는 lambda/4 구조로 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같은 구조로 형성되는 공진기(10)는, 3층 시트(c)에는 제 1 공진기(11), 제 3 공진기(13), 제 4 공진기a(14a), 제 6 공진기(16)가 형성되며, 4층 시트(d)에는 제 2 공진기(12), 제 4 공진기b(14b), 제 5 공진기(15)가 형성된다.
제 1 공진기(11)와 제 2 공진기(12), 제 3 공진기(13)와 제 4 공진기a(14a)및 제 4 공진기b(14b), 그리고 제 5 공진기(15)와 제 6 공진기(16)는 각각 결합도를 높이기 위하여 공진기의 끝을 단락시켜 수직 결합시킨다.
또한, 제 4 공진기a(14a)와 제 4 공진기b(14b)는 비아(via : 22)에 의해 수직결합되어 있다.
상기 공진기 간의 수직결합 구조는 제 1 공진기(11)와 제 2 공진기(12)는 접지 비아(via : 20)에 의해 연결된 혼합(Electric & Magnetic field) 결합구조, 제 2 공진기(12)와 제 3 공진기(13)는 전계(Electric field) 결합구조, 제 3 공진기(13)와 제 4 공진기a(14a) 및 제 4 공진기b(14b)는 비아(via : 21)에 의해 연결된 혼합(Electric & Magnetic field) 결합구조, 제 4 공진기a(14a)및 제 4 공진기b(14b)와 제 5 공진기(15)는 단락된 전계(Electric field) 결합구조, 제 5 공진기(15)와 제 6 공진기(16)는 접지 비아(via : 20)에 의해 연결된 혼합(Electric & Magnetic field) 결합구조로 형성된다.
도 1과 도 3을 참조하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 공진기(11)와 제 2 공진기(12)는 접지 비아(via : 20)에 의해 전계적으로 수직 결합(60)되며 동시에 자계 결합이 이루어져 혼합 결합구조가 형성되며, 제 2 공진기(12)와 제 3 공진기(13)는 수직 결합 부분(63)이 형성되어 전계 결합구조가 형성되며, 제 3 공진기(13)와 제 4 공진기a(14a) 및 제 4 공진기b(14b)는 접지 비아(via : 21)에 의해 전계적으로 수직 결합(62)되며 동시에 자계 결합이 이루어져 혼합 결합구조가 형성되며, 제 4 공진기a(14a) 및 제 4 공진기b(14b)와 제 5 공진기(15)는 수직 결합 부분(64)이 형성되어 전계 결합구조가 형성되며, 제 5 공진기(15)와 제 6 공진기(16)는 접지 비아(via : 20)에 의해 전계적으로 수직 결합(61)되며 동시에 자계 결합이 이루어져 혼합 결합구조가 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공진기 간에 수직 결합 부분(63, 64)이 형성되며, 상기 수직 결합 부분(60, 61, 62)은 상기 접지 비아(20, 21)에 의해 최하층 시트(a)와 최상층 시트(f)인 접지(ground)까지 단락 된다.
또한, 노치 커플링 패드(Notch coupling pad : 50)가 제 2 공진기(12)와 제 5 공진기(15) 사이에 설치되는데, 이는 필터링 주파수의 선택도를 증가시키기 위해서이다.
상기와 같이, 기존의 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서는 구현이 어려운 초광대역통신용 대역통과필터를, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)기술을 이용하여 구 현하여, 많은 수의 공진기를 기판 내부에 집적화한 모듈을 제작하므로 소형화가 가능하다.
또한, 초광대역 초고속 무선 인터페이스를 이용하여, 홈네트워킹 시스템이나 유비쿼터스 환경을 구현하기 위한 무선통신기술 등의 여러 응용 분야에서 필요로 하는 초광대역통신용 대역통과필터를 제공 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의한 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터 을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터는 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)기술을 이용하여 기존의 마이크로스트립(Microstrip) 기판에서는 구현이 어려운 초광대역통신용 대역통과필터를 구현함으로써, 많은 수의 공진기를 기판 내부에 집적화한 모듈을 제작하여 소형화가 가능한 초광대역통신용 대역통과필터를 제공하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 최상층 및 최하층이 접지된 필터 시트층과;
    상기 필터 시트층 중 적어도 하나 이상의 층에 구현되어 상하 수직 결합되는 적어도 하나 이상의 공진기를 포함하고,
    상기 필터 시트층은 필터링 주파수의 선택도를 증가시키는 노치 커플링 패드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기 간의 복합결합 구조는 제 1 공진기와 제 2 공진기가 전자계 혼합(Electric & Magnetic field) 결합구조, 제 2 공진기와 제 3 공진기가 전계(Electric field) 결합구조, 제 3 공진기와 제 4 공진기a 및 제 4 공진기b가 전자계 혼합 결합구조, 제 4 공진기a 및 제 4 공진기b와 제 5 공진기가 전계 결합구조, 제 5 공진기와 제 6 공진기가 전자계 혼합 결합구조이며,
    상기 전자계 혼합 결합구조는 동시에 수직 및 수평 결합 된 구조이고, 상기 전계 결합구조는 수직 결합 된 구조인 것을 특징으로 하는 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 단락된 lambda/4 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기의 단락된 수직 결합 부분은 비아(via)에 의해 접지인 최하층 시트와 최상층 시트까지 단락 되는 것을 특징으로 하는 저온 동시 소성 세라믹 다층 기판을 이용한 초광대역통신용 대역통과필터.
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