KR100862858B1 - 통신모듈 - Google Patents

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김동영
김종국
문정식
박동찬
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예는 통신모듈을 개시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 입력된 신호를 증폭시키는 전력증폭베어칩과, 상기 전력증폭베어칩이 실장되며 상기 전력증폭베어칩의 출력 단자 주위에 고조파의 공진모드 발생을 억제하는 적어도 하나의 제1비아홀이 형성된 기판을 포함한다.

Description

통신모듈 {Communication module}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에서 전력증폭베어칩의 연결 상태를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈의 적층 구조를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공진모드 억제용 비아홀이 형성된 통신모듈을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기를 개념적으로 나타낸 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100... 통신모듈 110... 베이스밴드부
120... 트랜시버 130... 전력증폭부
131... 제1전력증폭부 133... 제2전력증폭부
135... 제3전력증폭부 140... 듀플렉서
141... 제1듀플렉서 143... 제2듀플렉서
145... 제3듀플렉서 150... 스위칭부
160... 안테나 200... 기판
210... 전력증폭베어칩 211... 본딩패드
220... 패드라인 230... 도전부
700... 전력증폭부 형성영역 701... 출력단자
703... 로드 라인 705... 입력단자
707... 제1비아홀 709... 제2비아홀
실시 예는 통신모듈에 관한 것이다.
복수 개의 주파수 대역을 처리하는 송수신단을 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역 통신모듈을 이용한 단말기가 사용되고 있다.
이러한 다중 대역 통신모듈은 예를 들어 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA) 주파수 대역, PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역, DCN(Digital Cellular Network; CDMA-800) 주파수 대역과 같은 다중 대역 신호를 처리할 수 있다.
통신모듈에는 패키징된 반도체칩이 실장된다. 패키징된 반도체칩은 집적회로가 형성된 베어칩(bare chip), 리드프레임(lead frame), 봉합물질 등을 포함한다. 베어칩은 다이(die)라고 칭해 지기도 한다. 베어칩에 형성된 본딩패드는 리드프레임과 전기적으로 연결된다. 베어칩과 리드프레임과의 전기적인 연결은 하나의 예로서 와이어 본딩 방식으로 연결될 수 있다. 그리고 베어칩과 리드프레임 등이 봉합 물질에 의하여 몰딩되는 패키징 공정을 통하여 패키징된 반도체칩이 제조된다. 이와 같이 패키징된 반도체칩은 리드프레임을 통하여 기판에 형성된 회로와 전기적으로 연결된다.
그런데, 이와 같이 패키징된 반도체칩을 이용하여 통신모듈을 제조하는 경우에는 패키징된 반도체칩 자체의 크기 때문에 통신모듈을 소형화 함에 있어 제약이 발생된다. 또한 패키징된 반도체칩을 사용하여 통신모듈을 설계함에 있어 구성요소들의 배치 위치 설정 및 회로 구성의 자유도가 제한되는 문제가 발생된다.
한편, 다중 기판 구조의 통신모듈에 있어서, 전자부품이 실장되는 영역과 그라운드 영역은 유전체 역할을 하는 기판을 사이에 두고 일종의 캐패시터처럼 작용되어 기생성분의 신호(가령, 공진모드로 인한 하모닉 성분의 신호)가 발생된다.
이와 같은 기생성분의 신호가 발생되는 경우에는 통신모듈의 성능이 저하되는 문제가 발생된다.
본 발명의 실시 예는 회로 설계의 자유도를 확장하고 크기를 줄일 수 있으며, 기생성분의 신호를 감소시킬 수 있는 통신모듈을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 입력된 신호를 증폭시키는 전력증폭베어칩과, 상기 전력증폭베어칩이 실장되며 상기 전력증폭베어칩의 출력 단자 주위에 고조파의 공진모드 발생을 억제하는 적어도 하나의 제1비아홀이 형성된 기판을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 전력증폭칩, 필터칩을 포함하는 전자소자가 실장되고, 고조파의 공진모드 발생을 억제하는 적어도 하나의 비아홀이 형성된 기판을 포함하며, 상기 비아홀은 상기 기판에서 전파될 수 있는 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈(100)은 다중대역신호를 처리하는 모듈로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 베이스밴드부(110), 트랜시버(Transceiver)(120), 전력증폭부(130), 듀플렉서(Duplexer)(140), 스위칭부(150), 안테나(160)를 포함한다.
상기 베이스밴드부(110)는 ADC, DAC, FFT 회로, 에러교정회로 등을 포함할 수 있으며, 상기 트랜시버(120)는 상기 베이스밴드부(110)로부터 전달된 신호를 송신가능한 RF 신호로 생성한다.
상기 전력증폭부(130)는 상기 트랜시버(120)로부터 제공된 RF 신호를 증폭시키는 기능을 수행한다. 하나의 예로서 상기 전력증폭부(130)는 제1전력증폭부(131), 제2전력증폭부(133), 제3전력증폭부(135)를 포함할 수 있다. 상기 제1전력증폭부(131)는 약 2.1GHz 대역의 주파수를 사용하는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA) 신호를 처리하도록 선택될 수 있다. 상기 제2전력증폭부(133)는 약 1.9GHz 대역의 주파수를 사용하는 PCS(Personal Communication Service) 신호를 처리하도록 선택될 수 있다. 또한, 상기 제3전력증폭부(135)는 약 800MHz 대역의 주파수를 사용하는 DCN(Digital Cellular Network; CDMA-800)신호를 처리하도록 선택될 수 있다. 이와 같이 상기 전력증폭부(130)는 다중대역신호를 처리할 수 있도록 주파수 대역에 따른 다수의 전력증폭부를 포함할 수 있으며, 각 주파수 대역은 서로 독립적으로 선택될 수 있다.
상기 듀플렉서(140)는 대응되는 주파수 대역을 처리할 수 있도록 제1듀플렉서(141), 제2듀플렉서(143), 제3듀플렉서(145)를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부(150)는 상기 듀플렉서(140)로부터 수신된 신호를 상기 안테나(160)에 제공한다. 상기 안테나(160)는 제공된 신호를 송출하는 기능을 수행한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈(100)은 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터, LNA(Low Noise Amplifier) 등을 더 포함할 수 있다.
상기 베이스밴드부(110), 상기 트랜시버(120), 상기 전력증폭부(130)는 신호처리를 위한 반도체칩(베이스밴드칩, 트랜시버칩, 전력증폭칩)을 포함한다. 상기 베이스밴드부(110), 상기 트랜시버(120), 상기 전력증폭부(130)에는 패키징된 형태의 반도체칩이 제공될 수도 있고, 또한 베어칩(bare chip) 형태의 반도체칩이 제공될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈(100)은 베어칩 형태의 반도체칩이 제공된 경우를 기준으로 설명한다. 이와 같이 베어칩 형태의 반도체칩이 제공되는 경우에는 패키징된 형태의 반도체칩이 제공되는 경우에 비하여 다음과 같은 장점이 있다.
패키징된 반도체칩을 사용하는 경우에는 패키징된 반도체칩 내에 베어칩 형태의 반도체칩과 더불어 매칭 라인(matching line) 및 캐패시터 등의 소자가 몰딩되어 있다. 이에 따라 패키징된 반도체칩 내부에 매칭 라인 및 소자 값들이 고정되어 있으므로, 통신모듈 설계자들이 모듈을 레이아웃(layout) 하는데 있어서 많은 제약이 발생된다.
그러나 다이(die) 형태의 베어칩을 사용하는 경우에는 매칭 라인 및 소자 값들을 통신모듈에 맞추어 모듈 설계자가 변경할 수 있는 자유도가 발생된다. 또한, 베어칩을 사용하는 경우에는 패키징된 반도체칩을 사용하는 경우에 비하여 구성요소들의 배치 위치를 조정할 수 있는 자유도가 확대되며, 전체 통신모듈의 높이, 면적 등의 크기를 더 소형화시킬 수 있는 장점이 발생된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에서 전력증폭베어칩의 연결 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(200) 위에 다이(die) 형태의 전력증폭베어칩(210)이 실장된다. 상기 전력증폭베어칩(210)에는 신호 연결을 위한 다수의 본딩패드(211)가 형성되어 있다. 또한, 상기 기판(200)에는 다수의 패드라인(220)이 형성되어 있다. 상기 전력증폭베어칩(210)의 본딩패드(211)와 상기 패드라인(220)은 도전부(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 하나의 예로서 상기 전력증폭베어칩(210)의 본딩패드(211)와 상기 패드라인(220)은 와이어 본딩 방식으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 상기 전력증폭베어칩(210), 상기 패드 라인(220), 도전부(230)를 몰딩하는 몰딩부를 더 포함한다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 외부의 습기나 먼지 등의 주위 환경으로 보호될 수 있게 된다.
상기 패드라인(220)은 통신모듈의 레이아웃(layout)에 따라 그 위치 및 크기 등이 적절하게 변형될 수 있다. 또한, 상기 전력증폭베어칩(210)의 구동에 필요한 매칭 라인 및 캐패시터 등의 소자가 상기 기판(200)에 별도로 형성될 수 있다. 상기 매칭 라인 및 캐패시터 등의 소자는 통신모듈의 레이아웃에 따라 그 위치 및 크기 등이 적절하게 변형될 수 있다. 이에 따라, 베어칩을 사용하는 경우에는 패키징된 반도체칩을 사용하는 경우에 비하여 구성요소들의 배치 위치를 조정할 수 있는 자유도가 확대되며, 전체 통신모듈의 높이, 면적 등의 크기를 더 소형화시킬 수 있는 장점이 발생된다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 이러한 설계 상의 자유도를 활용하여 최적의 설계를 구현할 수 있으며, 통신모듈의 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 2에는 상기 기판(200)에 상기 전력증폭베어칩(210)이 실장된 경우를 개념적으로 도시하였다. 베이스밴드부(110)가 베이스밴드베어칩으로 제공되고, 트랜시버(120)가 트랜시버베어칩으로 제공되는 경우에도 유사한 방법으로 베이스밴드베어칩과 트랜시버베어칩이 상기 기판(200)에 실장될 수 있다.
이와 같이 베어칩 형태의 반도체칩이 제공되는 경우에는 각 베어칩을 밀봉하는 몰딩부가 형성될 수 있다. 이때, 상기 몰딩부는 각 베어칩 뿐만 아니라 듀플렉서 등의 다른 구성요소들을 몰딩시킬 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 베이스밴드부(110), 트랜시버(120), 전력증폭부(130), 듀플렉서(140), 스위칭부(150)는 예컨대 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board)와 같은 다층 구조의 기판 상에 구현될 수 있다. 상기 각 구성요소들은 탑층 레이어인 제1층에 실장되고 비아홀을 통하여 내층 레이어와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈의 적층 예를 나타낸 도면으로서, 제1층(310), 제2층(320), 제3층(330), 제4층(340)을 각각 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 상기 전력증폭베어칩(210)의 구동에 필요한 매칭 라인 및 캐패시터 등의 소자를 형성함에 있어, 제1층(310) 뿐만 아니라 내층인 제2층(320), 제3층(330) 및 제4층(340)을 활용할 수도 있다.
한편, 통신모듈의 기판에 고조파와 같은 기생성분의 신호가 발생되는 경우에는 통신모듈의 성능이 저하되게 된다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 이와 같은 고조파의 공진모드가 발생되는 것을 방지하기 위하여 기판에 비아홀을 형성하였다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공진모드 억제용 비아홀이 형성된 통신모듈을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 전력증폭부 형성영역(700)에 전력증폭베어칩이 실장된다. 또한, 상기 전력증폭부 형성영역(700)에는 출력단자(701), 로드 라인(703), 입력단자(705), 제1비아홀(707), 제2비아홀(709)이 구비된다.
통신모듈에 실장되는 상기 전력증폭베어칩은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 전력증폭베어칩의 처리 주파수 대역은 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA) 신호대역, PCS(Personal Communication Service) 신호대역, DCN(Digital Cellular Network; CDMA-800) 신호대역을 포함하는 주파수 대역에서 독립적으로 선택될 수 있다.
상기 제1비아홀(707)은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 전력증폭베어칩의 출력단자(701) 주위에 형성될 수 있다. 상기 출력단자(701) 주위에 형성된 상기 제1비아홀(707)은 고조파의 공진모드 발생을 억제한다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에서는 전력증폭베어칩을 이용하여 전력증폭부를 형성한다. 이에 따라 패키징된 반도체칩을 이용하여 전력증폭부를 형성하는 경우에 비하여 전력증폭베어칩 주위의 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 된다. 즉, 전력증폭부 형성영역(700) 내의 상기 출력단자(701) 주위에 상기 제1비아홀(707)을 형성할 수 있는 공간을 확보할 수 있게 된다. 또한 상기 제2비아홀(709)은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 전력증폭베어칩의 로드 라인(703) 주위에 형성될 수 있다. 상기 로드 라인(703) 주위에 형성된 상기 제2비아홀(709)은 고조파의 공진모드 발생을 억제한다. 상기 제1비아홀(707)과 상기 제2비아홀(709)은 기판의 그라운드 영역 내에 형성되도록 할 수 있다. 이때, 그라운드 영역은 내층의 그라운드 비아를 이용할 수도 있다.
한편, 통신모듈에 비아홀을 많이 형성하는 경우에는 제조 단가가 상승되므로 비아홀이 선택되는 위치를 적절하게 선택할 필요가 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에서는 상기 제1비아홀(707) 및 제2비아홀(709)을 형성함에 있어, 다음과 같은 설계기준을 적용하였다.
상기 제1비아홀(707)과 상기 제2비아홀(709)은 상기 기판에서 전파될 수 있는 상기 전력증폭베어칩의 신호처리 주파수 대역의 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성되도록 하였다.
하나의 예로서 상기 통신모듈을 이루는 기판의 크기가 14.5mm × 12.5mm 이고, 상기 전력증폭베어칩의 주파수 중심대역이 1.88GHz이고, 상기 기판의 유전율은 약 4.5 정도인 경우에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 파장으로 계산하면 통신모듈의 가로 방향으로는 2차 고조파에서 대략 4 개 정도의 주기가 발생될 수 있다. 세로 방향으로 발생될 수 있는 2차 고조파의 주기 숫자도 동일한 방법으로 산출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에서는 이러한 고조파의 최대진폭크기에 해당되는 위치에 비아홀을 집중 배치함으로써, 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 이와 같이 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 영역과 불필요한 영역을 사전에 구분함으로써, 비아홀을 효율적으로 형성할 수 있게 된다. 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈에 의하면, 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 영역에만 비아홀을 형성함으로써, 비아홀 형성에 따른 제조 단가를 절감할 수 있게 된다.
이와 같이 통신모듈의 크기를 고려하여 기판 내에 발생될 수 있는 고조파 성분 및 위치에 따른 고조파의 진폭크기를 예측할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 의하면 비아홀이 형성되는 경우에 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 위치를 정확하게 선택할 수 있게 된다. 또한 베어칩을 사용함에 따라 설계의 자유도를 확장시킬 수 있게 되며, 비아홀 형성을 위한 공간을 효과적으로 확보할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈은 단말기에 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단말기를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 단말기(800)는 이상에서 설명된 통신모듈(810), 표시모듈(820), 제어모듈(830)을 포함한다. 상기 표시모듈(820)은 문자 또는 영상 중의 적어도 하나를 표시한다. 상기 표시모듈(820)로는 액정표시소자, 유기전계발광소자 등이 제공될 수 있다. 상기 제어모듈(830)은 상기 통신모듈(810)과 상기 표시모듈(820)을 제어하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따른 단말기는 그 크기를 감소시킬 수 있게 된다. 또한 본 발명의 실시 예에 따른 단말기는 설계 상의 자유도를 활용하여 최적의 설계를 구현할 수 있으며, 그 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 통신모듈 및 이를 구비하는 단말기는 회로 설계의 자유도를 확장하고 크기를 줄일 수 있으며, 기생성분의 신호를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 입력된 신호를 증폭시키는 전력증폭베어칩;
    상기 전력증폭베어칩이 실장되며, 상기 전력증폭베어칩의 출력 단자 주위에 배치되어 고조파의 공진모드 발생을 억제하는 적어도 하나의 제1비아홀이 형성된 기판;
    을 포함하며,
    상기 제1비아홀은 상기 기판에서 전파될 수 있는 상기 전력증폭베어칩의 신호처리 주파수 대역의 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성된 통신모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1비아홀은 상기 기판의 그라운드 영역 내에 형성된 통신모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력증폭베어칩의 로드 라인 주위에 형성된 적어도 하나의 제2비아홀을 포함하는 통신모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2비아홀은 상기 기판에서 전파될 수 있는 상기 전력증폭베어칩의 신호처리 주파수 대역의 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성된 통신모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 다수의 패드라인;
    상기 패드라인과 상기 전력증폭베어칩을 연결하는 도전부;
    를 포함하는 통신모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 다수의 층으로 형성되며, 상기 전력증폭베어칩은 상기 기판의 탑층인 제1층에 실장된 통신모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전력증폭베어칩, 상기 패드라인, 상기 도전부를 몰딩하는 몰딩부를 포함하는 통신모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전력증폭베어칩으로부터 제공되는 신호를 입력 받는 듀플렉서와, 상기 듀플렉서로부터 제공되는 신호를 출력하는 안테나를 포함하는 통신모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전력증폭베어칩은 제1밴드대역 신호를 증폭시키는 제1전력증폭베어칩과 제2밴드대역 신호를 증폭시키는 제2전력증폭베어칩을 포함하는 통신모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    디지털 신호를 출력하는 베이스밴드칩과, 상기 베이스밴드칩에서 출력된 신호를 입력 받아 RF신호를 생성하여 상기 전력증폭베어칩으로 전송하는 트랜시버칩을 포함하는 통신모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 다수의 층으로 형성되며, 상기 전력증폭베어칩의 구동을 위한 매칭 라인(matching line)과 캐패시터가 상기 기판의 탑층과 내층에 형성된 통신모듈.
  13. 전력증폭칩, 필터칩을 포함하는 전자소자가 실장되고, 고조파의 공진모드 발생을 억제하는 적어도 하나의 비아홀이 형성된 기판에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 기판에서 전파될 수 있는 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성된 통신모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 기판의 세로, 가로 방향 중 적어도 하나의 방향으로 상기 고조파의 최대 진폭크기에 해당되는 위치에 형성된 통신모듈.
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