KR101499948B1 - 집적 통신 모듈 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 집적 통신 모듈은 제1 인덕터가 형성된 제1절연층; 제2 인덕터가 형성된 제2절연층; 및 제1 커패시터 및 제2 커패시터가 형성된 제4절연층을 포함하고, 상기 제1 인덕터 및 제1 커패시터는 필터를 구성하고, 상기 제2 인덕터 및 제2 커패시터는 신호분리회로를 구성한다.
실시예에 의하면, 통신 모듈의 크기를 최소화할 수 있고, 부품의 배치를 효율적으로 설계할 수 있는 효과가 있다. 또한, 통신 모듈의 제조 공정을 단순화하고, 소요 비용을 절감할 수 있다.
집적 통신 모듈, 대역통과필터, 벌룬회로, 인덕터, 커패시터
Description
실시예는 집적 통신 모듈에 관하여 개시한다.
이동통신단말기 제품의 소형화 추세에 따라 FEM(Front End Module)과 같은 집적 통신 모듈이 개발되고 있다.
집적 통신 모듈은 RF 회로, 베이스밴드 회로, 디지털 회로를 구성하는 전자 부품이 하나의 기판에 실장되는 구조를 가지며, 통신 모듈은 다양한 능동 소자 및 수동 소자를 포함한다.
특히, 필터와 신호분리회로는 통신 모듈에 필수적으로 구비되는 회로인데, 수동부품 가령, 커패시터, 인덕터, 저항 등을 이용하여 구현될 수 있다.
통신모듈은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), MLCC(Multi-Layer Ceramic Chip) 등과 같은 기판 적층 공정을 이용하여 다층 구조로 설계되며, 상기 필터와 신호분리회로는 동일 기판층에 형성되거나 각각 패키지되어 기판에 실장된다.
그러나, 이와 같은 실장 구조에 의하면, 각 부품과 기판층을 개별적으로 제작하고 기판 위에 다시 표면실장 공정과 조립 공정을 진행해야 하므로, 생산 공정 이 복잡해지고, 대량 생산이 어려워지는 문제점이 있다.
또한, 통신 모듈의 사이즈가 커지고 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
실시예는 부품의 실장 영역을 최소화하고 집적도를 향상시킬 수 있는 집적 통신 모듈을 제공한다.
실시예는 제1 인덕터가 형성된 제1절연층; 제2 인덕터가 형성된 제2절연층; 및 제1 커패시터 및 제2 커패시터가 형성된 제4절연층을 포함하고, 상기 제1 인덕터 및 제1 커패시터는 필터를 구성하고, 상기 제2 인덕터 및 제2 커패시터는 신호분리회로를 구성하는 집적 통신 모듈을 제공한다.
실시예에 의하면, 통신 모듈의 크기를 최소화할 수 있고, 부품의 배치를 효율적으로 설계할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면, 통신 모듈의 제조 공정을 단순화하고, 소요 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 집적 통신 모듈에 대하여 상세히 설명하는데, 실시예에 따른 집적 통신 모듈은 2.4 GHz 대역의 W-LAN(Wireless Local Area Network) 신호를 처리하는 것으로 한다.
도 1은 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)이 반도체 공정을 통하 여 다층 구조로 형성된 형태를 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은 안테나(101), 스위치부(103), 제1대역통과필터(BPF; Band Pass Filter)(105), 저대역필터(LPF; Low Pass Filter)(140), 저잡음증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(110), 전력증폭기(PA; Power Amplifier)(135), 제1벌룬(balun; Balance-Unbalance)회로(115), 제2대역통과필터(130), 제2벌룬회로(125) 및 RF(Radio Frequency)칩(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 스위치부(103)는 안테나(101)를 제1대역통과필터(105) 및 저대역필터(140)와 연결시키고, 스위칭 동작에 의하여 송수신 신호의 경로를 분기시킨다.
상기 제1대역통과필터(105)는 약 2.4GHz 대역의 수신신호를 필터링하여 저잡음증폭기(110)로 전달한다. 상기 저잡음증폭기(110)는 수신신호의 잡음 성분을 최대한 억제하여 증폭시키고, 증폭된 수신신호는 제1벌룬회로(115)로 전달된다.
벌룬회로는 단일 입력 신호를 I신호 및 Q신호의 차동 신호로 변환하거나 또는 그 역의 변환 동작을 수행하는 회로이다.
상기 RF칩(120)은 복조기, 변조기 등을 포함하며, 차동신호로 변환된 RF 수신신호를 베이스밴드신호로 처리하거나 베이스밴드신호인 송신신호를 RF 송신신호로 처리한다.
상기 제2벌룬회로(125)는 RF 송신신호를 차동 신호 상태에서 단일 신호로 변환하고, 제2대역통과필터(130)는 제2벌룬회로(125)에서 발생된 잡음성분을 제거한 다.
상기 전력증폭기(135)는 RF 송신신호를 출력가능한 전력 수치로 증폭시키고, 저대역필터(140)는 증폭 과정에서 발생된 RF 송신신호의 잡음성분을 제거한다.
잡음성분이 제거된 RF 송신신호는 스위치부(103), 안테나(101)를 통하여 송신된다.
도 2에 도시된 것처럼, 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은 반도체 공정을 통한 다층 구조로 형성된다.
실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은 기판(a) 위에 순서대로 형성된 제4절연층(b), 제3절연층(c), 제2절연층(d), 제1절연층(e)을 포함한다.
상기 제1대역통과필터(105), 제2대역통과필터(130), 제1벌룬회로(115), 제2벌룬회로(125)는 직병렬 다단 구조를 형성한 다수의 인덕터(152, 160), 커패시터(162, 164)를 포함하여 이루어지며, 상기 인덕터(152, 160), 커패시터(162, 164)는 네 개의 절연층(b, c, d, e)에 배치 설계된다.
상기 RF칩(120), 저잡음증폭기(110), 전력증폭기(135), 스위치부(103)는 다층을 이루는 절연층(b, c, d, e) 모두에 실장될 수 있으나, 단일칩 상태인 경우, 탑층인 제1절연층(e)에 실장되는 것이 좋다.
또한, 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은 상기 대역통과필터(105, 130), 벌룬회로(115, 125)가 실장되는 네 개의 절연층(d, c, d, e) 이외에 다른 절연층을 더 포함할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 대역통과필터(105, 130), 벌룬회로(115, 125)가 제1 절연층(e) 내지 제4절연층(b) 상에 형성되는 구조에 대하여 설명한다.
실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정 또는 HEMT(High Electron Mobility Transistor) 공정과 같은 반도체 공정을 통하여 형성될 수 있으며, 가령, 포토 리소그래피 공정, 질화막, 산화막 등의 적층 공정, 식각 공정, 금속 배선 공정, 평탄화 공정 등을 통하여 구현될 수 있다.
사파이어, Si(실리콘), SiC(실리콘 카바이트), GaAs(갈륨 비소), ZnO(산화 아연) 또는 MgO(산화 마그네슘) 등의 재질 혹은 이들의 화합물로 이루어지는 기판(a) 위에 제4절연층(b)이 형성되고, 그 위로 제3절연층(c), 제2절연층(d), 제1절연층(e)이 순서대로 적층된다.
상기 제1절연층(e)에는 제1 인덕터(152) 및 회로 접속을 위한 금속 패드(154)가 형성되고, 제2절연층(d)에는 제2 인덕터(160)가 형성된다.
또한, 상기 제3절연층(c)에는 비아(via)(150)가 형성되고, 제4절연층(b)에는 제1 커패시터(162) 및 제2 커패시터(164)가 형성된다.
상기 제1 인덕터(152)와 제1 커패시터(162)는 대역통과필터(105, 130)를 구성하기 위한 소자이고, 제2 인덕터(160)와 제2 커패시터(164)는 벌룬회로(115, 125)를 구성하기 위한 소자이다.
상기 인덕터(152, 160)와 커패시터(162, 164)는 금속 패턴 형태로 구현되는데, 인덕터(152, 160)의 경우 수회 꺽인 구조의 스트립 라인 형태로 구현되므로 실장 부피가 커지며, 간섭 현상이 심하다.
이러한 이유로, 대역통과필터(105, 130)를 위한 제1 인덕터(152)는 제1절연층(e)에 형성되고, 벌룬회로(115, 125)를 위한 제2 인덕터(160)는 제2절연층(d)에 형성된다.
반면, 대역통과필터(105, 130)를 위한 제1 커패시터(162)와 벌룬회로(115, 125)를 위한 제2 커패시터(164)는 부피가 작고 간섭 현상이 심하게 발생되지 않으므로 동일층, 즉 제4절연층(b)에 함께 형성될 수 있다.
금속 패턴은 구리, 니켈, 금 중 하나 이상의 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.
제3절연층(c)의 비아(150)는 제1절연층(e)과 제2절연층(d)의 인덕터(152, 160)를 제4절연층(b)의 커패시터(162, 164)와 통전시키는 역할을 한다.
또한, 상기 제1절연층(e)과 제2절연층(d)에는 금속 패드(154)와 비아(150), 비아(150)와 인덕터(152, 160)를 연결하기 위한 금속 배선(156a, 156b, 158)이 포함될 수 있다.
실시예에 따른 집적 통신 모듈(100)은, 실장 구조에 따라 제1절연층(e)으로부터 제4절연층(b)까지 수직하게 대응되는 영역들로 구분될 수 있는데, 이는 소자들의 층간 연결 구조를 효율적으로 설계하고 집적도를 높이기 위함이다.
구분 영역에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첫째, 제1절연층(e)의 금속 패드(154), 제1절연층(e), 제2절연층(d)의 금속배선(156a, 156b, 158), 제3절연층(c)의 비아(150)를 포함하는 제1영역(f)과 제5영역(j)이 있다.
상기 제1영역(f)과 제5영역(j)은 패드 영역으로서, 제4절연층(b)의 커패시터(162, 164)를 제1절연층(e)의 금속 패드(154)까지 통전시키는 구조를 가진다.
둘째, 제1절연층(e)의 제1 인덕터(152), 제2절연층(d)의 제2 인덕터(160)를 포함하는 제3영역(h)이 있다.
즉, 제3영역(h)은 인덕터가 형성되는 영역이다.
셋째, 제4절연층(b)의 커패시터(162, 164), 제3절연층(c)의 비아(150), 제2절연층(d)의 금속배선(156b, 158)을 포함하고, 인덕터(152, 160)를 커패시터(162, 164)와 전기적으로 연결시키는 제2영역(g)과 제4영역(i)이 있다.
즉, 상기 제2영역(g)과 제4영역(i)은 제4절연층(b)의 커패시터(162, 164)를 윗층의 인덕터(152, 160)와 연결시키기 위한 영역이다.
이와 같이, 수평 구조 및 수직 구조에 따라 소자가 구분되어 실장됨으로써 실시예에 의하면 소자의 배치 설계가 용이해지고, 집적도를 향상시킬 수 있다.
특히, 모듈의 전체 층의 높이를 획기적으로 감소시킬 수 있게 된다.
도 3은 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100) 중 대역통과필터(105, 130)의 특성을 측정한 그래프이다.
상기 그래프의 X축은 주파수 대역(GHz)을 의미하고, Y축은 대역통과필터(105, 130)의 입력 포트와 출력 포트 사이의 전력 차이(dB(S1,2))를 의미한다.
도 3을 참조하면 2.4 GHz 대역(m1)에서는 약 -1.826 dB의 삽입 손실이 발생 되었고, 2.5 GHz 대역(m2)에서는 약 -1.630 dB의 삽입 손실이 측정되었는데, 실시예에 따른 대역통과필터(105, 130)가 약 2 GHz 대역에서 우수한 필터링 특성을 가짐을 알 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100) 중 벌룬 회로(115, 125)의 위상 분리 특성을 측정한 그래프이다.
상기 그래프의 X축은 주파수 대역(GHz)을 의미하고, Y축은 벌룬회로(115, 125)에 의하여 분리된 신호 사이의 위상(phase(S(1,2))-phase(S(1,3))) 차이를 의미한다. 즉, Y축은 벌룬회로(115, 125)의 일측 출력포트와 타측 출력포트 사이의 위상 차이를 측정한 것이다.
도 4를 참조하면, 약 2.4 GHz 대역(m3)에서 약 -181.459 도의 위상 차이가 측정되었고, 약 2.5 GHz 대역(m4)에서 약 -181.473 도의 위상 차이가 측정되었다. 따라서, 두 개의 대역 모두에서 180도의 위상 차이를 두어 신호가 분리되었음을 알 수 있다. 이는 다층 구조로 구현된 벌룬회로(115, 125)가 신호 분리 기능을 정확히 수행하고 있음을 의미한다.
도 5는 실시예에 따른 집적 통신 모듈(100) 중 벌룬 회로(115, 125)의 신호 분기 특성을 측정한 그래프이다.
상기 그래프의 X축은 주파수 대역(GHz)을 의미하고, Y축은 벌룬회로(115, 125)에 의하여 분리된 신호 사이의 전력 차이(mag(S(1,2)-mag(S(1,3)))를 의미한다. 즉, Y축은 벌룬회로(115, 125)의 일측 출력 포트와 타측 출력포트 사이의 전력 차이를 측정한 것이다.
도 5를 참조하면, 약 2.4 GHz 대역(m5)에서 분리된 신호 사이의 전력 차이는 약 -0.020 dB, 약 2.5 GHz 대역(m6)에서 분리된 신호 사이의 전력 차이는 약 -0.016으로 측정되었다.
따라서, 두 개의 대역 모두에서 신호가 거의 1/2의 전력으로 균등하게 분리되고 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 집적 통신 모듈의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 실시예에 따른 집적 통신 모듈이 반도체 공정을 통하여 다층 구조로 형성된 형태를 도시한 측단면도.
도 3은 실시예에 따른 집적 통신 모듈 중 대역통과필터의 특성을 측정한 그래프.
도 4는 실시예에 따른 집적 통신 모듈 중 벌룬 회로의 위상 분리 특성을 측정한 그래프.
도 5는 실시예에 따른 집적 통신 모듈 중 벌룬 회로의 신호 분기 특성을 측정한 그래프.
Claims (10)
- 서로 다른 절연층에 형성된 제1 및 제2 인덕터;동일한 절연층에 형성된 제1 및 제2 커패시터; 및상기 제1 및 제2 인덕터와 상기 제1 및 제2 커패시터가 형성된 기판;을 포함하고,상기 제1 및 제2 커패시터는 상기 기판상에 형성된 제4절연층에 형성되고,상기 제2 인덕터는 상기 제4절연층 상부에 형성된 제2절연층에 형성되고,상기 제1 인덕터는 상기 제2절연층에 형성된 제1 절연층에 형성되며,상기 제1 인덕터 및 제1 커패시터는 필터를 구성하고, 상기 제2 인덕터 및 제2 커패시터는 벌룬(balun)회로를 구성하는 집적 통신 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 필터는대역통과필터인 집적 통신 모듈.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제1 인덕터, 제2 인덕터, 제1 커패시터, 제2 커패시터는 금속 패턴으로 이루어지는 집적 통신 모듈.
- 제1항에 있어서,비아(via)가 형성되고 상기 제2절연층과 상기 제4절연층 사이에 형성된 제3절연층을 포함하는 집적 통신 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1절연층은회로 연결을 위한 금속 패드를 포함하는 집적 통신 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1절연층, 제2절연층, 제4절연층 중 하나 이상은전력 증폭 회로를 포함하는 집적 통신 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1절연층, 제2절연층, 제4절연층 중 하나 이상은전력증폭회로, 저잡음 증폭 회로, 스위치 회로 중 적어도 하나의 회로를 포함하는 집적 통신 모듈.
- 제4항에 있어서, 상기 금속 패턴은구리, 니켈, 금 중 하나 이상의 재질을 포함하여 이루어지는 집적 통신 모듈.
- 삭제
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| KR1020070073287A KR101499948B1 (ko) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | 집적 통신 모듈 |
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-
2007
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