KR102128112B1 - 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈 - Google Patents

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김상훈
유정근
박성춘
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알에프에이치아이씨 주식회사
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Abstract

본 발명은 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력의 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 송신부 위에 터미널 링 보드 및 수신부가 순차적으로 적층되어 형성된 기지국 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈로서, 송신부는 송신 회로가 형성된 송신기판을 포함하고, 터미널 링 보드는 링 형태로서 송신부 및 수신부의 사이에 개재되어 송신부 및 수신부와 함께 내부에 빈 공간인 캐비티를 형성하고, 수신부는 수신 회로가 형성된 수신기판을 포함하고, 캐비티 내의 서로 마주보는 송신부 면 및 수신부 면에 각각 송신용 반도체 소자 및 수신용 반도체 소자가 서로 마주보고 실장될 수 있다.

Description

기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈{A FRONT END MODULE FOR NETWORK EQUIPMENT OF BASE STATION WITH AN ULTRA SMALL SIZE AND LARGE OUTPUT}
본 발명은 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력의 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 관한 것이다.
5세대(5G) 이동통신은 4세대(4G) 이후의 차세대 통신기술 규격이다. 5G는 초저지연, 고신뢰성에 4세대보다 100배 많은 초당 데이터 전송량을 가지며 다중연결 기술을 바탕으로 사람 간 또는 기기 간 통신, 고밀집 사용자 지원, 무인자동차와 같은 높은 고속 이동성, 향상된 고용량 멀티미디어 서비스 등을 제공할 수 있게 된다.
이러한 5G 이동통신은 다량의 안테나를 사용하여 빔의 지향성과 이득을 높인 빔포밍 기술로 무선데이터 속도를 높이고 링크의 안정성 및 효율성을 보장하는 다중입출력 시스템(Massive MIMO)이 5G로 상용화 될 예정이다.
기존 4G 이동통신의 기지국 장비는 넓은 영역을 커버하기 위해 초고출력의 단일 송수신 회로와 단일 안테나로 구성되었으나, 다중입출력(Massive MIMO) 기술을 적용한 5G 이동통신 기지국 장비는 고출력 송수신부과 안테나가 최대 64세트까지 배열되는 구조를 가지기 때문에 기지국과 네트워크 장비에 송수신부를 배열할 공간이 매우 부족해졌다.
기존의 3세대(3G), 4세대(4G) 이동통신 기지국의 경우 100W 이상의 출력을 가진 1개의 송신부와 수신부로 이루어진 반면, 새로운 5세대(5G) 이동통신의 경우 2~16W 사이의 출력을 가진 송수신부를 16개에서 128개까지 배열하여 개별안테나(Array Antenna)를 연결하여 대용량의 트래픽 전송과 저지연 무선통신이 가능한 다중입출력 통신기술(Massive MIMO)을 구현하고 시스템의 통합출력을 200~300W를 갖도록 설계가 진행되고 있다. 이에 많은 면적을 차지하던 송신부와 수신부를 결합하고 단말기 부품수준의 작은 프런트 엔드 모듈이 반드시 필요하게 되었다.
이러한 공간 부족의 문제를 해결하기 위한 연구를 거듭한 끝에 송수신부가 하나로 통합된 기지국용 및 네트워크 장비용 초소형 고출력 프런트 엔드 모듈에 대한 본 발명을 완성하였다.
1. 공개특허공보 제10-2012-0121239호(2012.11.05.) 2. 공개특허공보 제10-2011-0048958호(2011.05.12.) 3. 공개특허공보 제10-2008-0028815호(2008.04.01.) 4. 공개특허공보 제10-2009-0115454호(2009.11.05.)
본 발명은 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 송신부 위에 터미널 링 보드 및 수신부가 순차적으로 적층되어 형성된 기지국 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈로서, 송신부는 송신 회로가 형성된 송신기판을 포함하고, 터미널 링 보드는 링 형태로서 송신부 및 수신부의 사이에 개재되어 송신부 및 수신부와 함께 내부에 빈 공간인 캐비티를 형성하고, 수신부는 수신 회로가 형성된 수신기판을 포함하고, 캐비티 내의 서로 마주보는 송신부 면 및 수신부 면에 각각 송신용 반도체 소자 및 수신용 반도체 소자가 서로 마주보고 실장된 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈일 수 있다.
송신용 반도체 소자는 반도체 전력증폭기를 포함할 수 있다.
반도체 전력증폭기는 드라이버 증폭기(Driver Amplifier) 및 메인 증폭기(Main Amplifier)을 포함할 수 있다.
드라이버 증폭기 및 상기 메인 증폭기는 질화갈륨 반도체 소자를 포함할 수 있다.
메인 증폭기는 AB급 증폭기, C급 증폭기 및 임피던스 반전회로를 조합한 도허티 증폭기(Doherty Amplifier)를 포함할 수 있다.
송신부는 송신용 반도체 소자와 연결되어 송신용 반도체 소자에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 방열부재를 포함할 수 있다.
방열부재는 메탈슬러그(metal slug)를 포함할 수 있다.
수신부의 하면에는 QFN(quad Flat Non-leaded) 구조가 형성될 수 있다.
터미널 링 보드에는 송신부와 수신부를 전기적으로 연결하는 비아(via)가 관통되어 형성될 수 있다.
터미널 링 보드의 캐비티 쪽 내측 면에는 홈부가 수직으로 형성되고 홈부에는 패턴이 매립되어 있어 송신부와 수신부를 전기적으로 연결할 수 있다.
수신부는 2단의 저잡음 증폭기(LNA)를 포함할 수 있다.
송신부, 터미널 링 보드 및 수신부는 복수 개의 층이 적층되어 형성될 수 있다.
송신부는 GaN 기반의 반도체 증폭기 2단을 포함한 송신부 회로가 형성되고, 가장자리에 터미널 보드와 솔더링이 가능하도록 패턴이 형성된 제1 송신기판, 주파수 정합회로가 형성된 송신 중간층 및 기지국 및 네트워크 장비에 부착될 수 있도록 QFN 구조의 패턴이 형성된 제2 송신기판을 포함할 수 있다.
수신부는, 회사로고나 제품 정보가 표시되는 제1 수신기판, 접지가 형성되는 수신중간층 및 수신부 회로인 RF스위치나 2단의 LNA가 형성된 제2 수신기판을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈의 측면 구조를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈에 대한 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 조립도이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 수신부의 적층 구조를 설명하기 위한 분해 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 터미털 링 보드의 적층 구조를 설명하기 위한 분해 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 송신부의 적층 구조를 설명하기 위한 분해 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 터미털 링 보드의 변형예를 도시한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 발명에서, 제1 또는 제2 라는 표현은 순서, 중요도를 의미하는 것이 아니라 단순히 구성요소를 구분하기 위한 것이다.
본 발명은 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력의 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 관한 것이다. 기존의 프런트 엔드 모듈의 경우 이동통신용 단말기에 사용하는 출력이 낮은 송수신부를 가진 것에 비해, 본 발명은 고출력을 요구하는 기지국 및 네트워크 장비에 사용할 수 있는 고출력 프런트 엔드 모듈에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈에 대한 블록도를 도시하였다. 도 2에는 본 발명의 일 측면에 따른 송수신부가 하나로 통합된 초소형 고출력 기지국 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈의 측면 구조를 개략적으로 도시하였다. 도 3에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈에 대한 분해도를 도시하였다. 도 4에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 조립도를 도시하였다. 도 5에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 수신부의 적층 구조를 설명하기 위하여 각 층별로 분해하여 도시하였다. 도 6에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 터미털 링 보드의 적층 구조를 설명하기 위하여 각 층별로 분해하여 도시하였다. 도 7에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 송신부의 적층 구조를 설명하기 위하여 각 층별로 분해하여 도시하였다. 도 8에는 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 터미털 링 보드의 변형예를 도시하였다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈은 송신부(TX Part)와 수신부(RX Part)를 포함할 수 있다. 송신부는 신호를 외부로 내보내고 수신부는 외부로부터 신호를 받아들이는 역할을 할 수 있다. 수신부에서는 안테나로부터 입력된 외부 신호가 RF 스위치의 방향성으로 인해 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)로 입력되고, 2단의 증폭기(First LNA 및 Final LNA)를 지나 RX_OUT 핀으로 출력될 수 있다.
도 2를 참조하면, 수신부(10)는 제1 수신기판(12)와 제2 수신기판(14)이 위에서부터 아래로 순차적으로 형성될 수 있다.
제1 수신기판(12)의 하면에는 접지 역할을 하는 그라운드(Ground) 패턴(13)을 넓게 형성할 수 있다. 이를 통하여 교류신호인 RF신호의 이동을 촉진시키고, 외부 노이즈를 차폐할 수 있다. 또한, 그라운드 패턴(13)을 사이에 두고 제1 수신기판(12)과 제2 수신기판(14)은 격리된 구조를 형성하는데, 이러한 격리 구조로 인하여 5세대 이동통신용 안테나를 수신부(10)의 윗면에 형성할 수도 있다.
제2 수신기판(14)에는 수신 회로가 아래 방향을 바라보며 형성될 수 있다. 즉 제2 수신기판(14)의 하면에 수신 회로가 형성될 수 있다. 수신 회로는 2단의 저잡음 증폭기(LNA)(first LNA, final LNA)와 RF Switch를 포함할 수 있다.
수신용 전자부품(11)은 제2 수신기판(14)의 하면에 실장될 수 있다. 제1 송신기판(31)의 상면에는 송신용 전자부품(36)을 실장함으로써 수신용 전자부품(11)과 송신용 전자부품(36)을 서로 마주보도록 대향 구조로 실장할 수 있다. 이를 통하여 수신부(10)와 송신부(30)를 적층 구조로 배치할 수 있어 프론트 엔드 모듈의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다. 본 실시 예에서는 상대적으로 열이 적게 발생하는 수신부를 프론트 엔드 모듈 내부 천장에 배치하였으나, 반대로 송신부가 프론트 엔드 모듈 내부 천장에 배치될 수 있다.
수신부(10)와 송신부(30)는 도 1과 같이 SPDT(Single Pole Double Throw) RF스위치를 통해 분리되며 60dB의 Isolation 특성을 갖는다. 수신부(10)의 회로 가장자리에는 터미널 링 보드(20)와 솔더링될 수 있도록 패턴(16)이 형성될 수 있다.
터미널 링 보드(20)는 링 형태를 가질 수 있다. 링 형태는 중심부 쪽 내부가 비어 있고 일정한 높이와 벽 두께를 가질 수 있다. 링은 사각 링일 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고 모듈의 특성 및 구조에 따라 다른 형태를 가질 수도 있다. 터미널 링 보드는(20) 내부에 빈 공간이 형성되어 있으며, 빈 공간의 크기는 터미널 링 보드(20)의 높이 및 벽 두께에 의하여 결정될 수 있다. 외부 크기가 일정하다면, 터미널 링 보드(20)의 높이가 높을수록 또한 벽의 두께가 얇을수록 내부 빈 공간은 더 커질 수 있다. 터미널 링 보드(20)는 내부에 에어 캐비티(Air cavity) 공간을 가질 수 있다.
터미널 링 보드(20)의 상면에는 수신부(10)가 결합되고, 터미널 링 보드(20)의 하면에는 송신부(30)가 결합되어 밀폐 공간이 형성될 수 있다. 수신부(10)의 하면에 수신용 전자부품을 실장하고, 송신부(30)의 상면에 송신용 전자부품을 실장 할 수 있다. 이처럼 수신용 전자부품과 송신용 전자부품을 서로 마주보도록 적층 구조로 실장 함으로써, 밀폐 공간 내에 수신용 전자부품과 송신용 전자부품을 동시에 수용할 수 있다. 이로써 모듈의 크기를 현저하게 줄일 수 있다.
또한, 수신부(10)와 송신부(30) 사이에 실장되는 전자부품의 높이를 최소화하고, 터미널 링 보드(20)의 높이를 줄여 수신부(10)와 송신부(30) 사이의 이격거리를 최소화하면 모듈 크기를 더 줄일 수 있다. 송수신 회로를 수직으로 배열하여 송신 회로 및 수신 회로가 차지하는 공간을 줄이는 방식이다.
터미널 링 보드(20) 내부 공간의 아래에는 송신부 회로와 부품이 배치하고, 수신부 부품은 내부 공간의 천장에 배치함으로써 모듈의 크기를 줄일 수 있다. 터미널 링 보드(20)의 높이를 조절하여 송신부 회로 및 부품과 수신부 회로 및 부품간에 서로 접촉이 발생하지 않도록 할 수 있다.
터미널 링 보드(20)에는 수직으로 비아(via)(22)가 관통하여 형성될 수 있다. 수직 비아(22)를 통하여 송신부(30)와 수신부(10)가 전기적으로 연결될 수 있다.
하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 터미널 링 보드(20)는 수신부(10) 및 송신부(30)의 패턴과 전기적으로 연결하는 패턴을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 터미널 링 보드(20)는 캐비티 쪽 내측 면이 링 보드 안쪽으로 함몰되고, 그 내부에 패턴을 포함하는 각홀(Plate castellation)(40)을 형성하여 송신부(30)와 수신부(10)를 전기적으로 연결할 수도 있다(도 8 참조). 즉 터미널 링 보드의 캐비티 쪽 내측 면에 수직으로 홈부(요(凹)홈)가 형성되고, 홈부에는 도금 등을 통하여 패턴이 매립되어 형성될 수 있다.
각홀(40)을 포함하는 터미널 링 보드는 제작 과정에서 일정량의 납이 측면에 도포되어 비아를 포함하는 터미널 링 보드보다 충격에 강한 장점이 있다. 또한, 각홀(40)을 포함하는 터미널 링 보드는 조립된 상태를 육안으로 확인 가능하며, 조립성을 개선할 수 있다. 또한, 교류신호가 이동하는 RF회로의 경우 접지가 매우 중요한데, 각홀(40)을 포함하는 터미널 링 보드(20)는 비아를 포함하는 터미널 링 보드(20) 대비 2배 이상의 패턴 디자인이 가능하고, 그로 인해 송신회로의 접지 또한 개선할 수 있다.
솔더링을 통하여 터미널 링 보드의 비아(22) 내지 각홀(40)을 수신부(10) 및 송신부(30)의 패턴과 전기적으로 연결하여 전원, 신호, 접지 등을 연결할 수 있다.
도 2를 참조하면, 송신부(30)는 위로부터 차례로 형성된 제1 송신기판(31)과 제2 송신기판(32)를 포함할 수 있다.
제1 송신기판(31)에는 송신 회로패턴이 위 방향을 바라보며 형성될 수 있다. 즉 제1 송신기판(31)의 윗면에 송신 회로패턴이 형성될 수 있다. 또한 제1 송신기판(31)의 상하 양면에 송신 회로패턴이 형성될 수 있다. 어느 한 면에만 송신 회로패턴을 형성하지 않고 상하 양면에 송신 회로패턴을 형성함으로써 모듈의 크기를 줄일 수 있다. 제1 송신기판(31)의 상하 양면에 형성된 송신 회로패턴은 비아(37)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
송신부(30)는 드라이버 증폭기(driver amplifier) 및 메인 증폭기(main amplifier)를 포함할 수 있다. GaN on SiC 기술기반의 고효율 드라이버 증폭기와 메인 증폭기를 제1 송신기판(31)에 실장하고, 주파수 정합 매칭회로를 내부층(34)에 형성할 수 있다. 메인 증폭기는 도허티 증폭기(Doherty amplifier) 구조를 가질 수 있다. 제1 송신기판(31)의 가장 윗면에 GaN 트랜지스터를 이용하여 높은 효율을 가지는 도허티(Doherty) 파워 증폭기가 형성될 수 있다.
메인 증폭기(Main amplifier)의 소비전력이 가장 큰데, 이러한 메인 증폭기를 AB급 증폭기, C급 증폭기 및 임피던스 반전 회로를 조합한 도허티 증폭기 구조를 가지도록 설계함으로써 일반 증폭기와 비교하여 15% 이상 효율이 향상시킬 수 있다. 메인 증폭기를 통과한 신호는 RF 스위치를 거쳐 송신부 출력인 안테나(ANT_OUT 핀)으로 출력될 수 있다. 도허티 증폭기는 최대 출력이 30W 이상이고, 정격출력은 4W 이상인 고효율 증폭기일 수 있다.
송신부에서 가장 큰 면적을 차지하는 것은 증폭기의 정합 회로(matching circuit)인데, 정합 회로를 다층(multi-layer) 구조를 가지는 PCB(printed circuit board)의 내부층(inner layer)(34)에 형성할 수 있다. 회로를 적층 구조에 내장함으로써 모듈의 크기를 줄일 수 있다. 종래에는 시스템 보드에 부품과 회로를 각각 따로 사용하여 송신부회로와 수신회로를 구현하였는데, 이 경우 증폭기 각각이 패키지(Package)된 하나의 부품 형태로 실장됨으로 인하여 넓은 공간이 필요하였는데, 이러한 문제점을 해결하였다.
또한, PCB로는 9~10의 고유전율을 갖는 PCB를 사용할 수 있다. 일반적으로는 3~4의 유전율을 갖는 PCB를 사용하는데, 고유전율의 PCB를 사용함으로써 정합 회로 패턴의 길이를 감소시킬 수 있어 모듈의 크기를 줄일 수 있다. 종래에는 입출력 매칭 회로와 주파수 정합 회로들이 일반 유전율 3.5~4.5 PCB 보드에 형성되었기 때문에 송신부 증폭기 회로만 270mm x 380mm 정도의 거대한 공간을 차지하고 있었는데, 이를 18mmx15mm로 70% 이상 크기를 줄일 수 있었다.
메인 증폭기인 고효율의 도허티 증폭기에서는 많은 열이 발생할 수 있다. 단말기와 달리 기지국, 네트워크 장비는 출력이 높기 때문에 증폭 과정에서 많은 열이 발생할 수 있다. 이러한 열을 외부로 방출하기 위한 방열부재(35)로서 송신부(30) 전체를 관통하는 메탈슬러그(Metal slug)를 GaN 반도체(36) 밑에 삽입하여 증폭기에서 발생한 열이 아래로 방출되도록 할 수 있다. 즉 메탈슬러그는 제1 송신기판(31)과 제2 송신기판(32)을 관통하여 형성될 수 있다. 메탈슬러그로는 열전도성이 우수한 소재를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나, 은이나 구리를 사용할 수 있다.
제2 송신기판(32)의 하면에는 QFN(quad Flat Non-leaded) 패키지 디자인을 적용함으로써 시스템 보드에 용이하게 조립되도록 하였다. QFN 디자인의 경우 실장밀도가 높고, 실장높이가 낮아 고집적화 전자부품에 많이 사용되는 디자인이다
송신부(30)에는 기존 LDMOS 증폭기보다 전력밀도(Power density)가 높으며, 높은 효율 특성을 갖는 GaN on SiC 소자를 사용할 수 있다. 질화갈륨 반도체 소자를 사용하는 경우 기존 실리콘 기반의 LDMOS 증폭기 대비 효율이 10% 이상 높고, 방열성능(Thermal conductivity)도 5배 이상 높다. 드라이버 증폭기(Driver amplifier) 및 메인 증폭기(Main Amplifier) 2단을 모두 질화갈륨 반도체 소자를 사용하는 경우 전력사용량을 30% 이상 감소시킬 수 있고, 반도체 소자의 크기도 50% 이상 감소시킬 수 있다.
종래 실리콘반도체가 적용된 증폭기의 경우에는 16개만 배열하더라도 네트워크 장비의 운용 가능한 소비전력을 초과하는 문제가 있었다. 5G 이동통신에서는 다중입출력 통신기술을 사용하는데, 이 경우 최대 128개의 배열된 증폭기가 사용될 수 있으며 증폭기의 소비전력도 이와 더불어 증가하게 될 수 있다. 따라서 증폭기의 소비전력을 낮추어야 할 필요가 있는데, 고효율의 질화갈륨 반도체 소자를 사용함으로써 이러한 문제점을 해결하였다.
고효율의 GaN on SiC 소자를 사용하여 운용 효율을 극대화하였으며, 과거 소비전력이 높아 기지국 장비나 네트워크 장비에 1~2개 밖에 넣지 못했던 증폭기의 개수를 32개에서 128개까지 증가시킬 수 있다.
송신부(30)의 송신 회로 가장자리에는 패턴(38)이 형성되어 터미널 링 보드(20)와 솔더링(Soldering)되어 연결될 수 있다.
본 발명은 송신부(30)를 고유전율 소재를 사용하여 적층 구조로 구현하고, 송신부(30) 위에 터미널 링 보드(20)를 배치하고, 다시 터미널 링 보드(20) 위에 수신부(10)를 배치함으로써 모듈의 크기를 줄인 것을 하나의 특징으로 한다.
또한, 송신부(30), 수신부(10) 및 터미널 링 보드(20)가 적층 구조를 가진다는 점을 하나의 특징으로 한다.
또한, 터미널 역할을 하는 저손실의 터미널 링 보드(20)를 매개로 수신부(10)와 송신부(30)를 하나의 패키지로 결합함으로써 프런트 엔드 모듈의 크기를 휴대폰 부품수준으로 줄이 수 있고, 기존 증폭기 대비 크기를 70% 이상 줄일 수 있다는 점을 하나의 특징으로 한다.
도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 측면에 따른 프런트 엔드 모듈의 적층 구조를 자세하게 설명한다.
도 5에는 수신부(10)의 평면도를 도시하였다. 수신부(10)는 적층 구조를 가질 수 있다. 도 5에서 (a)는 수신부 상층, (b)는 수신부 중층, (c)는 수신부 하층일 수 있다. 수신부 상층면은 회사로고나 제품 정보가 표시되는 부분이며, 수신부 중층에는 접지가 형성되고, 수신부 하층면에는 수신부 회로인 RF스위치나 2단의 LNA가 형성될 수 있다.
도 6에는 터미널 링 보드(20)의 평면도를 도시하였다. 터미널 링 보드(20)는 적층 구조를 가질 수 있다. 도 6에서 (a)는 터미널 링 상층, (b)는 터미널 링 중층, (c)는 터미널 링 하층일 수 있다. 터미널 링 보드의 상면과 하면을 연결하기 위해 터미널 링 보드(20)의 중층에는 비아와 패턴이 형성될 수 있다. 도 6에서는 비아와 패턴만을 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 각홀(Plate castellation) 디자인을 위해 요(凹)홈과 패턴 도금을 형성할 수도 있다(도 8 참조). 터미널 링 보드(20)를 통해 전원과 접지, RF신호 등이 송신부에서 수신부로 전달될 수 있다.
도 7은 송신부(30)의 평면도를 도시하였다. 송신부(30)는 적층 구조를 가질 수 있다. 도 7에서 (a)는 송신부 상층, (b)는 송신부 중층, (c)는 송신부 하층일 수 있다. 고유전율 보드를 사용하고, 반도체 소자의 방열을 위해 메탈슬러그(metal slug)(35)를 내장할 수 있다. 송신부 상층에는 GaN HEMT(High-electron-mobility transistor)기반의 반도체 증폭기 2단을 포함한 송신부 회로가 실장될 수 있다. 송신부 중층에는 주파수에 맞게 임피던스 정합회로가 내장될 수 있다. 송신부 하층에는 기지국 및 네트워크 장비에 부착될 수 있도록 QFN 구조의 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
10: 수신부 11: 수신용 전자부품
12: 제1 수신기판 13: 그라운드(ground) 패턴
14: 제2 수신기판 15: 비아(via)
16: 수신용 회로패턴 20: 터미널 링(ring) 보드
21: 패턴 22: 비아(via)
30: 송신부 31: 제1 송신기판
32: 제2 송신기판 33: QFN 패턴
34: 송신용 회로패턴 35: 메탈 슬러그(metal slug)
36: GaN 반도체 소자 37: 비아(via)
38: 송신용 회로패턴 39: 솔더링 패드
40: 각홀

Claims (14)

  1. 송신부 위에 터미널 링 보드 및 수신부가 순차적으로 적층되어 형성된 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈로서,
    상기 송신부는 송신 회로가 형성된 송신기판을 포함하고,
    상기 터미널 링 보드는 링 형태로서 상기 송신부 및 상기 수신부의 사이에 개재되어 상기 송신부 및 상기 수신부와 함께 내부에 빈 공간인 캐비티를 형성하고,
    상기 수신부는 수신 회로가 형성된 수신기판을 포함하고,
    상기 캐비티 내의 서로 마주보는 상기 송신부 면 및 상기 수신부 면에 각각 송신용 반도체 소자 및 수신용 반도체 소자가 서로 마주보고 실장되고,
    상기 송신부는,
    GaN 기반의 반도체 증폭기 2단을 포함한 송신부 회로가 형성되고, 가장자리에 터미널 보드와 솔더링이 가능하도록 패턴이 형성된 제1 송신기판;
    주파수 정합회로가 형성된 송신 중간층; 및
    기지국 및 네트워크 장비에 부착될 수 있도록 QFN 구조의 패턴이 형성된 제2 송신기판;
    을 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신용 반도체 소자는 반도체 전력증폭기를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 전력증폭기는 드라이버 증폭기(Driver Amplifier) 및 메인 증폭기(Main Amplifier)을 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 드라이버 증폭기 및 상기 메인 증폭기는 질화갈륨 반도체 소자를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메인 증폭기는 AB급 증폭기, C급 증폭기 및 임피던스 반전회로를 조합한 도허티 증폭기(Doherty Amplifier)를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는 상기 송신용 반도체 소자와 연결되어 상기 송신용 반도체 소자에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 방열부재를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방열부재는 메탈슬러그(metal slug)를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 송신부의 하면에는 QFN(quad Flat Non-leaded) 구조가 형성된, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 링 보드에는 상기 송신부와 상기 수신부를 전기적으로 연결하는 비아(via)가 관통되어 형성된, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 링 보드의 캐비티 쪽 내측 면에는 홈부가 수직으로 형성되고, 상기 홈부에는 패턴이 매립되어 있어, 상기 송신부와 상기 수신부를 전기적으로 연결하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 2단의 저잡음 증폭기(LNA)를 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 송신부, 상기 터미널 링 보드 및 상기 수신부는 복수 개의 층이 적층되어 형성된, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는,
    회사로고나 제품 정보가 표시되는 제1 수신기판;
    접지가 형성되는 수신 중간층; 및
    수신부 회로인 RF스위치나 2단의 LNA가 형성된 제2 수신기판;
    을 포함하는, 기지국용 및 네트워크 장비용 프런트 엔드 모듈.
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