KR100999819B1 - 프론트 앤드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이아웃 과정에서 발생하는 금속 패턴의 길이 불량으로 발생하는 특성 저하를 이중 금속 패턴 구조를 갖도록 함으로써, 송신 단자에서 발생하는 열화 현상을 방지할 수 있는 프론트 앤드 모듈을 개시한다. 개시된 본 발명은 복수 개의 주파수 대역 신호를 하나의 라인을 통하여 송수신할 수 있도록 필터링 하는 다이플렉서와 복수개의 스위치, 복수개의 전원 단자, 복수개의 위상 시프트들을 포함하는 프론트 앤드 모듈에 있어서, 상기 송수신단을 선택하는 상기 복수개의 스위치나 상기 스위치에 전원을 인가하는 복수개의 전원단자 사이에 송수신 단에 발생하는 열화 현상을 방지하기 위한 병렬 인덕터를 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전원 단자와 스위치 사이에 배치되어 있는 다이오드, 저항기 및 커패시터들 중에서 선택적으로 상기 병렬 인덕터를 직렬로 배치되어 있는 것을 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

송수신, 모듈, 패키지, 병렬, 인덕터

Description

프론트 앤드 모듈{FRONT END MODULE}

도 1은 일반적인 프론트 앤드 모듈 구조를 도시한 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 프론트 앤드 모듈의 전원단 회로를 도시한 도면.

도 3a는 상기 도 2의 A 영역에서의 금속 패턴을 도시한 도면.

도 3b는 상기 도 3a의 금속 패턴에 대한 등가 회로를 도시한 도면.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈의 전원단의 회로를 도시한 도면.

도 5a는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈 전원단 영역의 금속 패턴을 도시한 도면.

도 5b는 상기 도 5a의 금속 패턴에 대한 등가 회로를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따라 송신단의 특성이 개선된 모습을 도시한 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 듀플렉서 송수신 모듈 101: 안테나

103: 다이플렉서 105a: 제 1 스위치

105b: 제 2 스위치 107a: 제 1 위상 시프트

107b: 제 2 위상 시프트 110a: 제 1 송신 필터

110b: 제 1 수신 필터 120a: 제 2 송신 필터

120b: 제 2 수신 필터

본 발명은 프론트 앤드 모듈(FRONT END MODULE: FEM)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모듈을 패키지로 레이 아웃(lay out)을 할 때, 전원 단자에 병렬 인덕터가 배치되도록 하여 금속 패턴의 길이 불량으로 인한 송신 단자에서의 열화 현상을 방지할 수 있는 프론트 앤드 모듈에 관한 것이다.

최근, 이동 통신 시스템의 발전에 따라, 휴대 전화, 휴대형의 정보 단말기 등의 이동 통신 기기가 급속히 보급되어, 이들 기기의 소형화 및 고성능화의 요구로부터 이들에 사용되는 부품의 소형화 및 고성능화가 요구되고 있다. 또한, 휴대 전화에 있어서는 아날로그 방식과 디지털 방식의 2개의 종류의 무선 통신 시스템이 이용되고 있고, 무선 통신에 사용하는 주파수도 800MHz∼1GHz대와, 1.5GHz∼2.0GHz 대로 다방면에 걸쳐 있다.

특히, 통신 장치 및 다른 전자 장치에서, 대역 통과 필터로서 SAW 필터가 널리 사용되고 있다. SAW 필터로는 압전 기판 상에 소정 거리로 배열된 두 개의 인터디지털 트랜스듀서(IDT)를 가지는 횡형 SAW 필터와, 압전 기판 상에 공진자를 구성하는 SAW 공진자 필터가 있다.

SAW 공진자 필터로서, 러브파, BGS(Bluestein-Gulyaev-Shimuzu)파 및 다른 유사한 파와 같은 SH(Shear Horizontal) 표면 탄성파를 이용하는 단면 반사형 SAW 공진자 필터가 알려져 있다.

최근에는 통신 기기에서 신호를 송수신할 때 신호의 일정대역 주파수만 필터링하여 송신하거나, 수신할 때 일정한 주파수 대역의 신호만을 수신할 수 있도록 듀플렉서를 칩으로 제조하여 사용하고 있다.

아울러, 이동통신부품인 필름형최적탄성공진기(FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator)가 개발되었는데, 상기 FBAR필터는 1∼15㎓의 고주파를 수신하는 과정에 특정 주파수만을 추출, 잡음을 제거하고 음질을 높이는 기능을 하는 핵심부품으로 반도체의 스퍼터링 공정을 이용, 박막화함으로써 기존 표면탄성파(SAW)필터 및 세라믹필터에 비해 크기가 10분의 1∼100분의 1 이상으로 작고 가벼운 차세대 필터다. 이는 상보성금속산화막반도체(CMOS) 공정으로 무선통신 RF단의 단일칩 고주파집적회로(MMIC)가 가능한 기술로 평가받고 있다.

상기에서 설명한 쏘우-듀플렉서는 텔레비젼에서 화상의 중간주파수 필터용, 및 신호의 시간지연용 등으로 사용되는데, 그 구성은 수정 또는 LiTaO3, LiNbO3 등과 같은 압전체 상에 전기적인 입력신호를 기계적인 진동을 변환시키는 입력변환기와 이와 대립 형성되어 있으며 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하여 부하로 출력시키는 출력변환기가 형성되어 있고, 상기 입력변환기와 출력변환기에는 빗살형태의 알루미늄전극이 서로 소정거리 이격 형성되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프론트 앤드 모듈을 구조를 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 최근 통신기기는 듀얼 밴드 주파수 신호를 송수신하는 프론트 앤드 모듈의 구조는 먼저, 700MHz 이상의 주파수 대역을 사용하여 데 이터 신호를 송수신하는 DCS와 1000MHz 이하의 주파수 대역을 사용하여 데이터 신호를 송수신하는 GSM이 배치된 구조이다.

상기 프론트 앤드 모듈은 서로 다른 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 안테나(101)와, 상기 안테나(101)로부터 송수신하는 서로 다른 주파수 대역의 신호를 필터링 하는 다이플렉서(103)와, 상기 다이플렉서(103)로부터 분리되는 1800MHz 대역 주파수 신호를 사용하는 DCS 송수신 단자와 상기 다이플렉서(103)로부터 분리되어 900MHz 대역 주파수 신호를 사용하는 GSM 송수신 단자가 배치되어 있다.

상기 DCS 송신 단자(Tx)에는 제 2 송신 필터(120a)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 보통 쏘우 필터 또는 FBAR 필터를 사용하고, DCS 수신 단자(Rx)에는 제 2 수신 필터(120b)와 제 2 위상 시프트(107b)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 마찬가지로 쏘우 필터 또는 FBAR 필터를 사용하고 있다.

상기 GSM 송신 단자(Tx)에는 제 1 송신 필터(110a)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 보통 쏘우 필터 또는 FBAR 필터를 사용하고, GSM 수신 단자(Rx)에는 제 1 수신 필터(110b)와 제 1 위상 시프트(107a)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 마찬가지로 쏘우 필터 또는 FBAR 필터를 사용하고 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 프론트 앤드 모듈은 상기 GSM 송신 단자(Tx)를 통하여 시스템 내부에서 발생된 900MHz 대역 주파수 신호가 인가되면, 상기 제 1 송신 필터(110a)를 통하여 밴드 폭을 중심으로 필터링 된 후에 상기 다이플렉서(103)의 로우 패스 필터 영역을 통과하면서 상기 안테나(101)를 통하여 외부로 신호를 전송하게 된다.

동일한 경로를 통하여 외부에서 900MHz 대역의 주파수 신호를 상기 안테나(101)로부터 인가 받은 다음, 상기 다이플렉서(103)를 통하여 GSM 수신 단자(Rx)에 인가되며, 상기 제 1 위상 시프트(107a)와 제 1 수신 필터(110b)를 통하여 시스템 내부로 신호를 수신하게 된다.

또한, 상기 DCS 송신 단자(Tx)를 통하여 시스템 내부에서 발생된 1800MHz 대역의 주파수 신호가 인가되면, 상기 제 2 송신 필터(120a)를 통하여 밴드 폭을 중심으로 필터링 된 후에 상기 다이플렉서(103)의 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 영역을 통과하면서 상기 안테나(101)를 통하여 외부로 신호를 전송하게 된다.

동일한 경로를 통하여 외부에서 1800MHz 대역의 주파수 신호를 상기 안테나(101)로부터인가 받은 다음, 상기 다이플렉서(103)를 통하여 DCS 수신 단자(Rx)에 인가되며, 상기 제 2 위상 시프트(107b)와 제 2 수신 필터(120b)를 통하여 시스템 내부로 신호를 수신하게 된다.

상기와 같은, 두가지 대역의 주파수 신호를 송수신하기 위한 프론트 앤드 모듈은 LTCC 제조 공정에 따라 두 개의 칩으로 분리되어 제조된다. 즉, 900MHz 대역 주파수 대역을 갖는 GSM 송수신 단자에 연결된 제 1 송신 필터(110a), 제 1 수신 필터(110b) 및 제 1 위상 시프트(107a)를 LTCC 공정에 따라 하나의 칩 패키지로 제조한다.

그리고, 1800MHz 주파수 대역을 갖는 DCS 송수신 단자에 연결된 제 2 송신 필터(120a), 제 2 수신 필터(120b) 및 제 2 위상 시프트(107b)를 LTCC 공정에 따라 하나의 칩 패키지로 제조한다.

상기 두 개의 칩 패키지를 전기적으로 콘택하고, 상기 다이플렉서(103)와 연결하여 송수신용 프론트 앤드 모듈을 제조한다.

도면에서는 도시하였지만 설명하지 않은 105a, 105b는 제 1 스위치와 제 2 스위치로서 고주파 대역과 저주파 대역 신호를 송수신할 때, 송수신단을 선택하는데 사용된다.

그리고 Vc1, Vc2는 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치를 작동시키기 위한 전원을 인가하는 전원단자이다.

도 2는 종래 기술에 따른 프론트 앤드 모듈의 전원단 회로를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수신 단자(DCS Rx1, DCS Rx2)의 필터와 전원 단자(Vc2) 사이에는 저항기, 다이오드 및 커패시터가 연결되어 있다. 상기 저항기와 다이오드는 직렬로 연결되어 있고, 상기 저항기와 다이오드 사이에 병렬 형태로 커패시터가 연결되어 있다.

이 때, 상기 커패시터가 병렬로 연결되는 마디(node) 부분을 중심으로 상기 저항기와 연결된 신호 라인, 상기 다이오드와 연결되어 있는 신호 라인 및 커패시터와 연결되어 있는 신호 라인들이 LTCC 공정에 의하여 제조될 때, 길어져 인덕턴스 성분이 증가하게 된다.

도 3a는 상기 도 2의 A 영역에서의 금속 패턴을 도시한 도면으로서, LTCC 공정에 따라 적층되는 세라믹 기판 상에 전원단 부분의 금속 배턴의 모습이다.

이와 같은 금속 패턴은 스트립 라인 형태로 유전체 기판 상에 얇은 두께로 패턴닝되고, 식각하여 형성되는데, 고주파 송수신 모듈에서는 이와 같은 금속 패턴은 신호 입장에서는 저항, 인덕턴스의 성분의 소자들 처리된다.

기존의 길이 이외의 제조 과정중에서 증가하는 길이는 저항 성분에는 큰 영향이 없으므로, 도 3b에 도시된 등가회로처럼 인덕터 소자로 처리된다.

도 3b는 상기 도 3a의 금속 패턴에 대한 등가 회로를 도시한 도면으로서, LTCC 공정에 따라 적층되는 세라믹 기판 상에 스트립 라인 형태로 형성되는 금속 패턴의 길이가 약간 길어지는 경우, 고주파 송수신 모듈에서는 인덕터 성분이 증가된 것으로 판단되게 된다.

그러나, 상기와 같은 회로 구조를 갖는 프론트 앤드 모듈은 다이플렉서에서 송수신 되는 고주파 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 인가하도록 파워(power) 신호를 인가하는 전원선이 LTCC 공정에 따라 제조될 때 금속 패턴의 길이 불량으로 라인들의 인덕턴스 값이 증가하는 문제가 있다.

이와 같이 전원 단자와 연결되는 신호 라인의 길이 증가로 인덕턴스 값이 증가될 경우에는 프론트 앤드 모듈의 GSM 단자와 DCS 단자의 송신단에 열화 현상이 발생하고, 이로 인하여 프론트 앤드 모듈의 특성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은, 프론트 앤드 모듈을 세라믹 기판 상에 금속 패턴으로 레이아웃을 하여 패키지로 제작할 때, 금속 패턴의 길이 이중 구조로 하여 전원 단에 병렬 인덕터가 배치되도록 함으로써, 길이 불량으로 인한 송신단에서의 열화 현상을 방지 할 수 있는 프론트 앤드 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈은,

복수 개의 주파수 대역 신호를 하나의 라인을 통하여 송수신할 수 있도록 필터링 하는 다이플렉서와 복수개의 스위치, 복수개의 전원 단자, 복수개의 위상 시프트들을 포함하는 프론트 앤드 모듈에 있어서,

상기 송수신단을 선택하는 상기 복수개의 스위치나 상기 스위치에 전원을 인가하는 복수개의 전원단자 사이에 송수신 단에 발생하는 열화 현상을 방지하기 위한 병렬 인덕터를 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전원 단자와 스위치 사이에 배치되어 있는 다이오드, 저항기 및 커패시터들 중에서 선택적으로 상기 병렬 인덕터를 직렬로 배치되어 있는 것을 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 프론트 앤드 모듈을 패키지 형태로 레이아웃을 할 때, 전원단 영역의 금속 패턴 길이의 불량이 송신단의 열화 현상을 유발하는 점을 방지하기 위하여, 전원단 배선에 병렬 인덕터 회로가 배치될 수 있도록 하였다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈의 전원단의 회로를 도시한 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 수신 단자(DCS Rx1, DCS Rx2)의 필터와 전원 단 자(Vc2) 사이에는 저항기, 다이오드가 직렬로 연결되어 있고, 상기 저항기와 다이오드가 연결되어 있는 노드에 병렬로 커패시터가 연결되어 있다.

그리고, 커패시터와 직렬로 인덕터의 병렬회로가 연결되어 상기 커패시터 방향으로 형성되는 금속 패턴 길이 불량을 보정할 수 있도록 하였다. 이와 같이 커패시터 방향으로 연결되는 금속 배턴의 길이가 길어지는 불량에 의하여 송신단자의 열화 현상을 방지하기 위하여, 세라믹 기판 상에 금속 패턴을 이중구조로 형성한다.

이중 구조로 형성된 상기 금속 패턴으로 인하여 프론트 앤드 모듈의 회로도는 전원 단자와 병렬로 연결되어 있는 커패시터에 직렬 방향으로 병렬 인덕터 회로가 배치되어 있다.

도 4b에서는 전원단자에 저항기와 다이오드가 직렬 방향으로 연결되어 있고, 상기 저항기와 다이오드의 노드점에 커패시터가 병렬로 연결되어 있다. 그리고 상기 다이오드와 직렬 방향으로 병렬 인덕터가 연결되어 있는 구조를 하고 있다.

이와 같은 경우에는 LTCC 공정에 따라 세라믹 기판 상에 금속 패턴을 다이오드 방향으로, 이중 금속 패턴 구조를 갖도록 함으로써 병렬 인덕터 성분이 형성되도록 한다.

즉, 상기와 같이 금속 패턴의 길이 불량이 다이오드 방향을 따라 형성된 경우이므로 병렬 인덕터에 의하여 길이 불량에 따른 인덕터 증가 성분을 감소시킬 수 있다.

같은 방법으로 도 4c에 도시된 바와 같이, 전원단자와 직렬로 연결되어 있는 저항기와 다이오드 그리고 상기 저항기와 다이오드가 연결되어 있는 노드점으로부터 병렬로 연결되어 있는 커패시터의 회로도에서 상기 저항기와 직렬로 병렬 인덕터 회로가 배치되도록 한다.

이것은 도 4a와 도 4b에서 설명한 바와 같이, 금속 패턴을 저항기 형성 영역에서 이중 구조를 갖도록 함으로써 구현할 수 있다.

상기 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 바와 같이 세라믹 기판 상에 형성되는 금속 패턴의 길이가 길어지는 불량이 프론트 앤드 모듈 형성 후에 송신 단자의 열화 현상으로 나타나는 문제점을 제거하기 위하여 병렬 인덕터가 전원 단자 영역에 배치될 수 있도록 하였다.

또한, 도면에서는 두 개의 인덕터 성분이 병렬로 연결되는 것을 도시하였지만 길이 불량이 큰 경우에는 인덕터의 성분을 3개 이상이 병렬로 연결되어 있는 회로를 구성할 수 있다.

도 5a는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈 전원단 영역의 금속 패턴을 도시한 도면이다.

도 5a는 도 4a에 대응되는 도면으로써, 커패시터 방향으로 병렬 인덕터가 형성될 수 있도록 LTCC 공정에 따라 제조되는 세라믹 기판 상에 이중 금속 패턴 구조가 배치될 수 있도록 하였다.

상기 세라믹 기판 상에 금속 막을 증착하고 스트립 라인 형태로 금속 패턴을 형성할 때, 이중 금속 패턴 구조를 갖고, 하단에서는 두 개의 금속 패턴이 연결되도록 함으로써 한쪽 방향의 인덕터 성분과 한쪽 방향의 인덕터 성분이 병렬 회로를 형성할 수 있도록 하였다.

도 5b는 상기 도 5a의 이중 금속 패턴에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.

고주파 신호를 송수신하는 프론트 앤드 모듈에서 스트립 라인 형태의 금속 패턴은 인덕터 성분이 크게 좌우함으로, 다른 성분은 무시할 수 있다.

그러므로 LTCC 공정에 따라 적층되는 세라믹 기판 상에 이중 금속 패턴에 의하여 스트립 라인이 형성될 때, 길이 불량이 인덕터으로 등가화되고, 이와 같은 인덕터 성분은 금속 패턴의 길이가 약간 길어지는 경우, 프론트 앤드 모듈에서는 인덕터 성분이 증가된 것으로 판단되게 된다.

도 6은 본 발명에 따라 송신단의 특성이 개선된 모습을 도시한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서는 전원단자 영역에서의 금속 패턴의 길이 불량으로 인하여 송신단에 열화 현상이 발생한 것과 달리, 본 발명에 의한 프론트 앤드 모듈에서는 송신단에서의 열화 현상이 감소됨을 알 수 있다.

즉, 전원 단자에서 금속 패턴을 형성할 때 길이가 길어지는 불량에 대처하기 위하여 병렬 인덕터 회로를 삽입함으로써, 증가된 길이에도 불구하고, 두 개의 인덕터가 생성되어 병렬 결합되므로 인덕턴스 값을 줄이기 된다.

따라서, 본 발명에서는 프론트 앤드 모듈을 설계하고 이에 따른 LTCC 제조 공정에 의하여 패키지화 할 때, 세라믹 기판 상에 형성되는 금속 패턴의 길이 불량에 의하여 전원단에서 인덕턴스 값이 증가하는 것을 추가 리페어 공정이나 설비 없이 인덕터를 병렬 결합되도록 하여 송신단의 열화 현상을 방지하였다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 프론트 앤드 모듈을 패키지 형태로 레이아웃을 할 때, 전원 단자에 형성되는 금속 패턴을 이중 구조로 함으로써 송신단의 열화 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 복수 개의 주파수 대역 신호를 하나의 라인을 통하여 송수신할 수 있도록 필터링 하는 다이플렉서와 복수개의 스위치, 복수개의 전원 단자, 복수개의 위상 시프트들을 포함하는 프론트 앤드 모듈에 있어서,

   송수신단을 선택하는 상기 복수개의 스위치 또는 상기 스위치에 전원을 인가하는 복수개의 상기 전원 단자 사이에 상기 송수신 단에서 발생하는 열화 현상을 방지하기 위한 병렬 인덕터를 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원 단자와 상기 스위치 사이에 배치되어 있는 다이오드, 저항기 및 커패시터들 중에서 선택적으로 상기 병렬 인덕터를 직렬로 배치되어 있는 것을 적어도 한개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.

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