KR20030067901A - Ｓａｗ 듀플렉서 - Google Patents

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KR20030067901A
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이종수
정인호
김동욱
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텔레포스 주식회사
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Abstract

저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 SAW 듀플렉서가 개시된다. 상기 SAW 듀플렉서는 실리콘 기판의 상부에 형성된 SAW 필터부와 상기 기판의 상부에 SAW 필터부 인접하게 배치되어 SAW 필터부와 전기적으로 연결된 임피던스 매칭 수단을 포함한다. SAW 필터부와 별도의 분리된 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 필터의 사이즈를 크게 줄일 수 있고, 그 상부에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막이 적층된 실리콘 기판 상에 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 듀플렉서를 용이하게 제조할 수 있는 동시에 그 비용을 현저하게 절감할 수 있다.

Description

ＳＡＷ 듀플렉서{SURFACE ACOUSTIC WAVE DUPLEXER}
본 발명은 SAW(Surface Acoustic Wave) 듀플렉서(duplexer)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임피던스 매칭 수단을 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막이 형성된 기판 상에 SAW 필터와 분리된 별도의 등가 회로로 구현하여 제조 공정을 용이하게 할 수 있는 동시에 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 SAW 듀플렉서에 관한 것이다.
일반적으로 듀플렉서(duplexer)란 이동 통신 기기의 여러 전파 신호들 가운데 송신 주파수와 수신 주파수를 분리하여 전달하며, 잡음이 섞여있는 많은 전파 신호들 중에서 필요한 주파수만을 선택하는 기능을 수행하는 부품을 말한다. 듀플렉서는 대체로 안테나 하단에 연결되어 송신 및 수신 주파수를 분리하며, 송수신시 필요한 신호만 통과시키고, 불필요한 신호를 제거하는 기능을 수행하는 부품으로 현재 유전체 필터로 모노 블록 형태(mono block type)가 일반화되어 있으나 향후의이동 통신 기기의 소형화, 경량화 및 박형화 추세에 따라 점차 SAW 듀플렉서로 대체되고 있는 상황이다.
상기 SAW 듀플렉서는 종래의 유전체 듀플렉서 대신에 SAW 디바이스를 이용하여 고성능을 가지면서도 초소형 및 초경량화를 구현한 장치이다. 근래 들어 이동 통신 기기의 고성능화 및 소형화가 대세를 이루면서 듀얼 밴드나 트리플 밴드 내지 어떠한 방식도 커버할 수 있는 멀티모드화가 급속히 진행되고 있는 추세이다.
현재 널리 이용되고 있는 CDMA(Code Division Multiple Access) 단말기는 하나의 안테나로부터 송수신 신호를 분리해 주는 듀플렉서를 필수적으로 구비하게 되는 바, 이러한 CDMA 단말기와 같이 FDD(Frequency Division Duplexer) 방식의 이동 통신 기기에서 사용되고 있는 듀플렉서는 고가의 세라믹 패키지(ceramic package)를 사용하여 패킹한 SAW 밴드 패스(band pass) 필터를 구비하게 되는 데, 이 경우 칩의 사이즈가 커질 뿐만 아니라 패키지용 세라믹이 고가이기 때문에 SAW 듀플렉서의 제조 비용이 크게 상승된다. 특히, 세라믹 패키지로 패킹할 필요가 없는 IMN(Impedance Matching Network)까지 SAW 필터와 함께 패키징하기 때문에 제조가 SAW 듀플렉서의 제조 공정이 어려워지고 제조 비용이 크게 상승되는 문제가 있다.
전술한 SAW 듀플렉서는 Andreas Bergmann 등에게 허여된 미합중국 특허 제 6,313,715호에 제시되어 있다.
도 1은 상기 미국특허에 개시된 이동통신 기기에 사용되는 SAW 듀플렉서(duplexer)의 개략적인 블록도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 SAW 듀플렉서(10)는 송신 SAW 필터(15), 수신 SAW 필터(20), 전송 커패시턴스(25) 및 인덕턴스(35)를 포함한다. 커패시턴스(25)는 송신 SAW 필터(15)에 직렬로 연결되어 있으나, 수신 SAW 필터(20)에 연결될 수도 있으며, 인덕턴스(35)는 안테나(30)로부터 분기되는 신호 라인에 병렬로 연결된다.
전술한 구성을 갖는 SAW 듀플렉서(10)는 수신된 신호의 주파수에 따라 시스템으로부터 전송되어온 신호를 송신 SAW 필터(15)를 통해 안테나(30)로 전달하거나, 안테나(30)로부터 수신된 신호를 수신 SAW 필터(20)를 통해 시스템으로 전송하는 기능을 수행한다. 상기 SAW 필터(15, 20)는 Ryouichi Takayama 등에게 허여된 미국특허 제 6,297,580에 개시된 바와 같이 압전 기판 상에 하나 또는 다수의 전극이 형성된 구조를 가지며, 이러한 SAW 필터(15, 20)는 종래의 유전체 필터에 비하여 크기가 작고 무게가 가볍기 때문에 근래 들어 널리 사용되고 있다.
도 2 및 도 3은 종래의 SAW 듀플렉서에 있어서 임피던스 모델의 개략적인 블록도들을 도시한 것이다. 도 2는 수신 SAW 필터가 패스 밴드 상태에 있는 것을 나타내며, 도 3은 송신 SAW 필터가 패스 밴드 상태에 있는 것을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 SAW 듀플렉서는 대체로 수신 SAW 필터(55)의 전단에 임피던스 매칭 수단(Impedance Matching Means; IMM)(45)을 구비한다. 일반적으로 패스 밴드(pass band)에서 각 노드들의 임피던스는 약 50π정도로 매칭시키게 되는 바, 이 경우 송신 SAW 필터(50) 및 수신 SAW 필터(55)는 각기 패스 밴드에서 약 50π의 임피던스를 유지하고, 아웃 밴드(out band)에서는 더 높은 임피던스를 유지해야 한다. 수신 SAW 필터(55)가 패스 상태일 경우에는 송신 SAW 필터(50)의 전단은 높은 임피던스를 유지하게 되므로 원활하게 동작한다. 이에 비하여, 송신 SAW 필터(50)가 패스 상태일 경우에는 수신 SAW 필터(55)단은 쇼트가 되어 낮은 임피던스를 갖기 때문에 수신 SAW 필터(55)의 전단에 별도의 임피던스 매칭 수단(45)이 필요하게 된다. 이와 같은 임피던스 매칭 수단(45)은 주로 네트워크(network)의 형태로 구현되며, 송신 주파수 영역에서 오픈 상태를 유지하여 수신 SAW 필터(55)가 높은 임피던스를 가질 수 있게 한다. 그러나, 이러한 송신 및 수신 SAW 필터(50, 55)는 각기 서로 반대로 동작할 수도 있다.
도 4는 종래의 SAW 듀플렉서에 있어서 수신 SAW 필터의 전단에 배치된 임피던스 매칭 네트위크를 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, SAW 듀플렉서는 대체로 수신 SAW 필터(65)와 안테나(70) 사이에 배치되는 임피던스 매칭 네트워크(IMN)로서 약 π/4의 전송선(60)을 구비한다. 전송선(60)은 그 길이가 수십㎜에 이르는 금속으로 이루어진 도전선을 지그재그 형태나 꼬인 형상으로 배열하여 형성된다. 수신 SAW 필터(65)의 전단에 형성되는 임피던스 매칭 네트워크(IMN)는 통상적으로 마이크로웨이브가 π/4 정도의 위상차를 갖도록 설계되므로 약 800㎒ 정도의 주파수 대역에서는 수십㎜까지의 길이를 갖는 임피던스 매칭 네트워크(IMN)가 필요하게 된다.
도 5는 종래의 SAW 듀플렉서의 SAW 필터를 패키징한 상태를 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 종래의 SAW 필터(75)에서는 다층 구조를 가지는 임피던스 매칭 수단(80)으로 π/4의 전송선을 형성한다. 대체로 SAW 필터(75)는 표면을 통하여 마이크로웨이브가 통과할 수 있도록 진공이나 공기 중에 그 표면이 노출되어야하기 때문에 플라스틱 패키지를 이용하기 어려우며, 따라서 차폐력이 우수한 세라믹 패키지(85)를 사용하여 SAW 필터(75)를 밀봉함으로써 패키징을 수행하게 된다. 그리고, SAW 필터(75)의 하부에 전송선을 형성하기 위하여 여러 층의 금속-세라믹 층들을 적층하여 임피던스 매칭 수단(80)을 구성하며, 각 금속-세라믹 층에는 도 4에 도시한 바와 같은 π/4의 전송선이 배치된다. 이와 같은 SAW 듀플렉서의 패키지(85)의 전체적인 크기는 약 5×5㎜ 정도이지만, 그 사이즈의 대부분을 π/4의 전송선이 형성되는 다층 구조의 임피던스 매칭 수단(85)이 차지하기 때문에 상대적으로 SAW 필터(75)가 차지하는 면적은 매우 작다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 SAW 필터 패키지 내에 구현되던 임피던스 매칭 수단을 SAW 필터와 분리된 별도의 등가 회로로 구현함으로써 SAW 듀플렉서의 제조 비용을 크게 절감할 수 있는 SAW 듀플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 임피던스 매칭 수단을 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막이 형성된 기판 상에 구현함으로써 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 SAW 듀플렉서를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 SAW 듀플렉서의 개략적인 블록도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 SAW 듀플렉서에 있어서 임피던스 모델의 개략적인 블록도들이다.
도 4는 종래의 SAW 듀플렉서에 있어서 수신 SAW 필터의 전단에 배치된 임피던스 매칭 네트워크를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 종래의 SAW 듀플렉서의 SAW 필터를 패키징한 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 실리콘 기판 상에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명에 따라 실리콘 기판에 두꺼운 다공성 실리콘 막을 형성하기 위한 양극화 반응 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 SAW 듀플렉서를 통해 송수신되는 신호를 주파수 도메인에서 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 임피던스 매칭 수단의 등가 회로도들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800：SAW 듀플렉서
110, 210, 310, 410, 510, 610：송신 SAW 필터
115, 215, 315, 415, 515, 615：수신 SAW 필터
120, 195：제1 임피던스 매칭 수단
125, 196：제2 임피던스 매칭 수단
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830：절연 기판
135, 235, 335, 435, 535, 635：세라믹 패키지
150, 350, 450, 550, 650, 750, 850：실리콘 기판
165, 365, 465, 565, 665, 765, 865：산화된 다공성 실리콘 막
197：제3 임피던스 매칭 수단
220, 320, 420, 520, 620, 720, 820：임피던스 매칭 수단
735, 835：패키지
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 기판의 상부에 형성되어 송신 및 수신 필터를 포함하는 SAW 필터부와 상기기판의 상부에 SAW 필터부와 인접하게 형성되어 SAW 필터부와 전기적으로 연결되는 임피던스 매칭 수단을 구비하는 SAW 듀플렉서가 제공된다. 이 경우, 송신 및 수신 SAW 필터에 인접하여 각기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단이 형성될 수도 있으며, 송신 및 수신 SAW 필터 중 어느 하나만에 인접하게 임피던스 매칭 수단이 형성될 수 있고, 하나의 패키지로 밀봉될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 절연 기판의 일측 상부에 장착된 SAW 필터부와 절연 기판의 타측 상부에 형성되어 상기 SAW 필터부와 서로 전기적으로 연결된 임피던스 매칭 수단을 포함하는 SAW 듀플렉서가 제공된다. 이 때, 임피던스 매칭 수단은 절연 기판 상에 차례로 형성된 실리콘 기판 및 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막의 상부에 형성된다. 또한, 임피던스 매칭 수단과 산화된 실리콘 막 사이에는 절연막이 개재될 수 있다. 상기 본 발명의 실시예들에 따른 SAW 필터부와 임피던스 매칭 수단, 그리고 기판은 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩 방법으로 서로 전기적으로 연결된다.
또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 절연 기판의 상부에 장착된 SAW 필터부와 절연 기판과 SAW 필터부 사이에 배치되어 SAW 필터부와 서로 전기적으로 연결된 임피던스 매칭 수단을 포함하는 SAW 듀플렉서가 제공된다.
또한 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 절연 기판의 상부에 장착된 SAW 필터부와 SAW 필터부에 인접하게 배치되어 전기적으로 연결된 임피던스 매칭 수단이 하나의 플라스틱 패키지로 패키징된 SAW 듀플렉서가 제공된다. 이 때에도, 임피던스 매칭 수단은 절연 기판 상에 차례로 형성된 실리콘 기판 및 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막의 상부에 형성되며, 임피던스 매칭 수단과 산화된 실리콘 막 사이에 절연막이 개재될 수 있다.
본 발명에 따르면, SAW 필터와는 별도로 분리된 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 필터의 크기를 종래의 경우에 비하여 크게 줄일 수 있으며, 실리콘 기판 상에 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 듀플렉서를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 SAW 듀플렉서의 제조에 소요되는 비용을 현저하게 절감할 수 있다. 또한, 실리콘 기판 상에 SAW 필터와 임피던스 매칭 수단을 구비하는 SAW 듀플렉서를 하나의 패키지를 통하여 하나의 칩 형태로 구현할 수 있으므로 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 동시에 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 SAW 듀플렉서 및 그 제조 방법을 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(100)는 송신 SAW 필터(110), 수신 SAW 필터(115), 제1 임피던스 매칭 수단(120) 및 제2 임피던스 매칭 수단(125)을 구비한다.
상기 송신 및 수신 필터(110, 115)는 함께 세라믹 패키지(135)를 사용하여 패키징되며, 이러한 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)를 포함하는 SAW 듀플렉서(100)는 절연체 기판(130) 상에 형성된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(120, 125)은 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)로부터 분리되어 기판(130) 상에 독립적으로 형성된다. 즉, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(100)는 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)가 도 5에 도시한 종래의 SAW 듀플렉서처럼 다층 구조의 임피던스 매칭 수단과 함께 패키징되지 않고 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)로부터 분리되는 별도의 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(110, 115)을 구비한다.
일반적으로 전송 라인의 임피던스가 안테나(140) 등과 같은 부하의 임피던스 특성과 잘 매칭될 경우에는 회로의 손실이 최소화되며, 전송 라인의 임피던스가 부하의 임피던스 특성과 매칭되지 않을 경우에는 회로의 신호 손실이 증가된다. 이러한 전송 라인의 신호 손실을 감소시키는 방법은 그 라인의 임피던스를 안테나(140)등의 부하의 임피던스에 매칭되도록 전송 라인의 길이를 설계한다. 즉, 신호 손실은 그 전송 라인의 임피던스와 안테나의 임피던스에 의해서 결정되기 때문에 SAW 듀플렉서에 있어서 임피던스 매칭은 매우 중요하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)에 인접하여 각기 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단(120, 125)을 독립적으로 형성한다.
상기 기판(130)은 절연체로 이루어지며, 바람직하게는 그 상부에 형성된 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(thick oxidized porous silicon layer)을 포함하는실리콘 기판으로 구성된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 실리콘 기판 상에 산화된 다공성 실리콘 막을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도들을 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 양극화 반응(anodization)을 통해 다공성 실리콘 막을 형성하기 위하여, 먼저 실리콘 기판(150)의 후면에 알루미늄(Al)을 약 1000π 정도의 두께로 증착하여 전극(155)을 형성한다.
이어서, 양극화 장치를 이용한 양극화 반응을 통해 후면에 전극이 형성된 상기 실리콘 기판(150)의 전면에 두꺼운 다공성 실리콘 막(160)을 형성한다.
도 8은 본 발명에 따라 실리콘 기판에 두꺼운 다공성 실리콘 막을 형성하기 위한 양극화 반응 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 양극화 반응 장치(170)는 대체로 불산(HF)과 에탄올이 혼합된 반응 전해액(180)이 저장되는 수조(175), 실리콘 기판(150)이 장착되는 장착 기판(185) 및 실리콘 기판(150)의 장착 안정성을 향상시키는 다수의 O-링(190)을 구비한다. 실리콘 기판(150)을 장착 기판(185) 상에 고정시키고, 반응 전해액(180) 내에 함침시킨 다음, 실리콘 기판(150)의 후면에 형성된 전극(155)을 통하여 바이어스 전압을 걸어 주면 양극화 반응이 진행되어 실리콘 기판(150)의 전면에 다공성 실리콘 막(160)이 형성된다. 이 때, 기판(150)에 다공성 실리콘 막(160)이 형성되는 속도는 분당 약 1㎛ 정도이므로, 양극화 반응의 진행 시간에 따라 수십㎛ 이상의 두께를 갖는 다공성 실리콘 막(160)을 실리콘 기판(150)의 전면에 형성할 수 있다. 본 발명에서는 실리콘 기판(150)의 전면에 적어도 약 20㎛이상의 두께를 갖도록 두꺼운 다공성 실리콘 막(160)을 형성한다.
도 7b를 참조하면, 전술한 바에 따라 전면에 다공성 실리콘 막(160)이 형성된 실리콘 기판(150)의 후면으로부터 불산(HF) 및 탈이온수를 사용하여 전극(155)을 제거한다.
이어서, 실리콘 기판(150) 전면의 두꺼운 다공성 실리콘 막(160)을 산화시켜 산화된 다공성 실리콘 막(oxidized porous silicon layer)(165)을 형성한다. 이 경우, 저온에서 약 700∼800π 정도의 두께까지 1차로 산화시킨 다음, 고온에서 약 20㎛ 이상까지 2차로 산화시켜 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(165)을 형성하게 된다.
현재 고주파용 반도체 소자는 실리콘은 에너지 갭이 작아 고주파 대역에서는 반전도성에 의한 손실이 크기 때문에 저가의 실리콘 기판은 고주파 영역에서는 사용하기 어려우므로 상대적으로 비싼 가격의 갈륨-비소(Ga-As), 알루미늄-갈륨-비소(Al-Ga-As), 인듐-인(In-P), 인듐-갈륨-인(In-Ga-P)등과 같은 화합물 반도체 기판을 사용하여 제작하고 있다. 이러한 실리콘 기판을 고주파용 반도체 소자의 제조에 사용하려면 실리콘과 고주파 신호선 사이에 안정적인 절연성이 확보되어야 한다. 대체로 우수한 절연성을 갖는 산화 실리콘 막을 사용할 경우에는 약 1㎓ 이상의 고주파 영역에서는 산화 실리콘 막이 최소한 20㎛ 이상의 두께를 가져야 반도체 소자의 성능을 안정적으로 보장할 수 있다. 그러나, 일반적인 산화 실리콘 막을 형성하는 방법으로는 산소 이온이 실리콘의 표면을 통하여 침투하는 데 한계가 있기 때문에 10㎛ 이상의 두께를 갖는 산화 실리콘 막을 얻기조차 매우 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 두꺼운 산화된 실리콘 막을 얻기 위하여 상술한 바와 같이 양극화 반응 및 산화 반응을 적용하여 실리콘 기판(150)의 전면에 적어도 약 20㎛ 이상의 두께를 갖는 두꺼운 산화된 실리콘 막(165)을 형성하므로, SAW 듀플렉서(100)의 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(100)의 SAW 필터(110, 115)는 가로 및 세로가 각기 약 2×2㎜ 정도 또는 각기 약 2×3㎜ 정도의 사이즈를 가짐으로써, 종래의 SAW 듀플렉서의 SAW 필터가 약 5×5㎜ 정도의 큰 사이즈를 갖는 것에 비하여 약 3×3㎜을 넘지 않는 매우 작은 사이즈를 갖는다. 이러한 이유는 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)가 다층 구조의 임피던스 매칭 수단을 함께 가지고 있지 않으므로 그 크기가 작아지기 때문이며, 이에 따라 고가의 세라믹 패키지(135)를 적게 소모하게 되어 SAW 듀플렉서(100)의 제조 비용이 크게 절감된다. 즉, 모듈의 전체 크기가 커지거나 하지 않으며 별도의 임피던스 매칭 수단을 구비하는 데 소요되는 제조 원가를 차감할 수 있다. 상기 송신 및 수신 SAW 필터(110, 115)는 도 6에 도시한 바와 같이 하나의 세라믹 패키지(135)로 패키징될 수도 있지만 각기 별도로 장착될 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 SAW 듀플렉서를 통해 송수신되는 신호를 주파수 도메인에서 나타낸 그래프이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 SAW 듀플렉서의 송신 SAW 필터의 송신 주파수 대역은 약 824∼849㎒ 정도이며, 수신 SAW 필터의 수신 주파수 대역은 약 869∼894㎒ 정도이다. 본 발명에 따른 SAW 듀플렉서는 이러한 주파수에 따라 약824∼849㎒ 정도의 대역 범위의 주파수일 경우에는 송신 SAW 필터가 패싱 모듈(passing module)로 동작하고, 주파수 대역이 약 869∼894㎒ 범위일 때에는 수신 SAW 필터가 패싱 모듈로서 동작한다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 임피던스 매칭 수단의 등가 회로도들을 도시한 것이다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 인덕터 및 커패시터 등을 π자의 형태 또는 Ｔ자의 형태로 구성할 수 있다. 즉, 도 10에서는 제1 임피던스 매칭 수단(195)을 중심으로 제2 및 제3 임피던스 매칭 수단(196, 197)이 각기 제1 임피던스 매칭 수단(195)의 양측에 직각으로 배열되어 제1 내지 제3 임피던스 매칭 수단들(195, 196, 197)이 전체적으로 π자의 형태로 배치된다. 또한, 도 11에서는 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단들(195, 196)이 나란히 형성되고, 제3 임피던스 수단(197)이 제1 및 제2 임피던스 매칭 수단들9195, 196) 사이에 직각으로 배열되어 제1 내지 제3 임피던스 매칭 수단들(195, 196, 917)이 전체적으로 Ｔ자의 형태로 배치된다. 여기에서, 제1 내지 제3 임피던스 매칭 수단들(195, 196, 197)은 각기 인덕터 및 커패시터 가운데 어느 하나에 해당된다. 바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 임피던스 매칭 수단들(195, 196, 197)은 L-C-L 또는 C-L-C의 형태로 구성된다. 이 경우, 각 단위 소자의 인덕턴스 또는 커패시턴스는 소자가 사용되는 전압, 전류, 신호 대역 등과 같은 주변 환경에 따라 달라진다. 도 10 및 도 11에서는 임피던스 매칭 수단들의 등가 회로도가 π자 및 Ｔ자의 형태로 구성되었으나, 이와 같은 임피던스 매칭 수단의 등가 회로도는 기타 여러 가지 형태로 구성될 수도 있을것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(200)는 세라믹 패키지(235)로 패키징된 송신 SAW 필터(210) 및 수신 SAW 필터(215), 그리고 수신 SAW 필터(215)의 전단에 형성된 임피던스 매칭 수단(220)을 포함한다.
임피던스 매칭 수단(220)과 송신 및 수신 SAW 필터(210, 215)를 포함하는 SAW 듀플렉서(200)는 절연체 기판(230) 상에 설치된다. 상술한 바 같이, 임피던스 매칭 수단(220)은 수신 SAW 필터(215)의 전단에 수신 SAW 필터(215)로부터 분리되어 절연 기판(130) 상에 독립적으로 형성된다.
본 실시예에 있어서, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 송신 SAW 필터(210)의 경우에는 특별히 임피던스 매칭 수단을 필요로 하지 않기 때문에 수신 SAW 필터(215)의 전단에만 임피던스 매칭 수단(220)을 형성한다. 만일, 송신 SAW 필터(210)에만 임피던스 매칭 수단이 필요할 경우에는 역으로 임피던스 매칭 수단을 송신 SAW 필터(210)의 전단에만 형성할 수도 있다. 마찬가지로 송신 및 수신 필터(210, 215)의 전단에 각기 임피던스 매칭 수단을 형성할 수도 있을 것이다. 도 10에 있어서, 상기 송신 SAW 필터(210)와 수신 SAW 필터(215)는 하나의 세라믹 패키지(235)로 패키징되었지만, 각기 다른 세라믹 패키지를 사용하여 별도로 패키징할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도를 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(300)는 유기 절연 기판(330) 상에 송신 및 수신 SAW 필터(310, 315)와 임피던스 매칭 수단(320)이 나란하게 별도로 형성된 구조를 갖는다.
유기 절연 기판(330)은 유리포에 에폭시 수지를 함침시킨 구성의 FR-4, BT 레진, 또는 GETEK 등으로 이루어지며, 유기 절연 기판(330)의 일측 상부에는 세라믹 패키지(335)로 패키징된 송신 및 수신 SAW 필터(310, 315)가 설치되며, 유기 절연 기판(330)의 타측 상부에는 임피던스 매칭 수단(320)이 형성된다.
임피던스 매칭 수단(320)은 유기 절연 기판(330)의 타측 상부에 순차적으로 형성된 실리콘 기판(350) 및 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(365)상에 배치된다. 상기 실리콘 기판(350) 상에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(365)을 형성하는 공정은 전술한 바와 같다.
송신 및 수신 SAW 필터(310, 315)와 임피던스 매칭 수단(320)은 연결 부재(370)를 통하여 서로 전기적으로 연결된다. 이 경우, 연결 부재(370)로는 본딩 와이어(bonding wire)를 사용할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 SAW 듀플렉서(300)는 회로 기판상의 도전선 또는 다른 소자부(도시되지 않음)에 본딩 와이어를 사용하여 전기적으로 연결되거나 범퍼 등을 사용한 플립 칩 본딩 방법 내지 솔더링 등의 납땜 방법으로 연결된다.
대체로 주파수 대역이 약 800㎒ 이상의 고주파 영역에서는 인덕터 또는 커패시터와 같은 수동 소자는 절연성이 우수한 기판 상에 형성되어야 하기 때문에 본실시예에서는 실리콘 기판(350) 상에 먼저 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(365)을 형성한 다음, 산화된 다공성 실리콘 막(365)의 상부에 레지스터, 인덕터 또는 커패시터의 기능을 수행하는 임피던스 매칭 수단(320)을 형성한다. 즉, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(300)는 임피던스 매칭 수단(320)을 그 상부에 산화된 다공성 실리콘 막(360)이 형성된 별도의 실리콘 기판(350) 상에 구현함으로써, 송신 및 수신 SAW 필터(310, 315)와 임피던스 매칭 수단(320)을 구비하는 SAW 듀플렉서(300)를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 절연성이 우수한 저가의 실리콘 기판(350)을 사용하여 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도를 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(400)는 유기 절연 기판(430) 상에 임피던스 매칭 수단(420)과 송신 및 수신 필터(410, 415)가 수직하게 별도로 배치된 구조를 갖는다.
유기 절연 기판(430) 상에는 먼저 실리콘 기판(450)이 형성되고, 실리콘 기판(450)의 상부에는 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(465)을 형성한 다음, 그 상부에 임피던스 매칭 수단(420)을 형성한다. 그리고, 세라믹 패키지(435)로 패키징된 송 신 및 수신 SAW 필터(410, 415)를 플립칩 본딩용 범퍼(480)를 개재하여 임피던스 매칭 수단(420)과 전기적으로 연결된다. 송신 및 수신 필터(410, 415)와 임피던스 매칭 수단(420)은 전술한 바와 마찬가지로 와이어 본딩(470) 방법으로 기판(430)과 전기적으로 연결되지만. 범퍼 또는 솔더 볼 등의 연결 부재를 통하여반도체 칩을 기판에 직접 부착하는 플립 칩(flip-chip) 본딩 방법으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 상부에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(465)이 형성된 실리콘 기판(450) 상에 송신 및 수신 SAW 필터(410, 415)와는 별도로 임피던스 매칭 수단(420)을 형성하기 때문에, 송신 및 수신 SAW 필터(410, 415)와 임피던스 매칭 수단(420)을 포함하는 SAW 듀플렉서(400)를 용이하게 제조할 수 있는 동시에 저가의 실리콘 기판(450)을 사용하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도를 도시한 것이다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(500)는 임피던스 매칭 수단(520)과 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(565) 사이에 절연막(590)이 개재되는 점을 제외하면, 도 13에 도시한 SAW 듀플렉서(300)와 동일한 구성을 가진다.
본 실시예에 있어서도 세라믹 패키지(535)로 패키징된 송신 및 수신 SAW 필터(510, 515)와 임피던스 매칭 수단(520)은 유기 절연 기판(530) 상에 나란하게 분리되어 배치된다. 이러한 유기 절연 기판(530)의 일측 상부에 배치된 송신 및 수신 SAW 필터(510, 515)와 유기 절연 기판(530)의 타측 상부에 형성된 임피던스 매칭 수단(520)은 와이어, 범퍼, 또는 솔더 볼 등의 연결 부재(570)를 통하여 서로 전기적으로 연결된다.
상기 임피던스 매칭 수단(520)은 유기 절연 기판(530)의 타측 상부에 순차적으로 형성된 실리콘 기판(550), 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(565) 및 절연막(590) 상에 형성된다. 절연막(590)은 질화 실리콘, 폴리이미드(polyimide), TEOS(Si(OCH2CH3)4)-실리콘 산화물, SOG(Silicon On Glass), USG(Undoped Silicate galss), BSG(Boro Silicate Glass), 또는 BPSG(Boro-Phosphor Silicate Glass) 등의 절연물을 사용하여 약 0.2∼5㎛ 정도의 두께로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 산화된 다공성 실리콘 막(565)은 그 표면이 균일하지 못하기 때문에 후속하여 그 상부에 임피던스 매칭 수단(420)을 형성하는 공정을 원활하게 수행하기 어렵다. 따라서, 산화된 다공성 실리콘 막(565)의 상부에 균일한 표면을 갖는 물질을 사용하여 절연막(590)을 형성함으로써, 임피던스 매칭 수단(520)을 용이하게 형성할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 단면도를 도시한 것이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(600)는 절연막(690)이 임피던스 매칭 수단(620)의 하부에 형성되는 점을 제외하면, 도 14에 도시한 SAW 필터(400)와 같이 송신 및 수신 SAW 필터(610, 615)와 임피던스 매칭 수단(620)이 수직하게 배치되는 동일한 구성을 가진다. 또한, 절연막(690)을 구성하는 물질 및 절연막(690)이 형성되는 이유도 전술한 바와 같다.
본 실시예에 따르면, 유기 절연 기판(630)의 상부에 순차적으로 실리콘 기판(650), 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(665) 및 절연막(690)이 형성되며, 다시 그 상부에 임피던스 매칭 수단(620)이 형성된다. 세라믹 패키지(635)로 패키징된 송신 및 수신 필터(610, 610)는 플립칩 본딩용 범퍼(680)를 개재하여 임피던스 매칭 수단(620)과 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 와이어(670) 본딩 방법으로 기판(630)과 전기적으로 연결되나 범퍼 또는 솔더 볼 등의 연결 부재를 통하여 반도체 칩을 기판에 직접 부착하는 플립 칩 본딩되어 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(700)는 SAW 필터(710)와 임피던스 매칭 수단(720)이 하나의 플라스틱으로 이루어진 패키지(735) 또는 세라믹 등의 에어 캐비티(air cavity)를 갖는 밀봉형으로 패키징된 구조를 갖는다. 즉, 실리콘 기판(750) 상에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(765)을 형성한 다음, 산화된 다공성 실리콘 막(765)의 상부에 SAW 필터(710)와 임피던스 매칭 수단(720)을 서로 인접되게 형성하고 유기 절연 기판(730) 또는 세라믹 기판 상에 집적 패키징한다. 이 경우, 일측 상부에 임피던스 매칭 수단(720)이 먼저 형성된 산화된 실리콘 막(765)의 타측 상부에 SAW 필터(710)를 장착하거나 함께 제작하여 SAW 필터(710)와 임피던스 매칭 수단(720)을 서로 전기적으로 연결한 다음, 에폭시 레진 등의 플라스틱 또는 세라믹 패키지(735)로 몰딩하여 SAW 듀플렉서(700)를 내부에 에어 캐비티(air cavity)가 형성된 하나의 칩 형태로 제작한다.
본 실시예에 따르면, SAW 듀플렉서(700)의 SAW 필터(710)와 임피던스 매칭수단(720)이 하나의 칩 위에 형성되기 때문에, SAW 듀플렉서(700)의 제조에 소요되는 비용을 현저하게 절감할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SAW 듀플렉서의 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 18에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(800)는 SAW 필터(810)와 임피던스 매칭 수단(820)의 하부에 절연막(890)이 형성되는 점을 제외하면, 전술한 도 17의 SAW 듀플렉서(700)와 동일하게 SAW 필터(810)와 임피던스 매칭 수단(820)이 하나의 칩으로 구현된 구성을 가진다.
본 실시예에 따른 SAW 듀플렉서(800)에 있어서, 실리콘 기판(850) 상에 두꺼운 산화된 다공성 실리콘 막(865) 및 절연막(890)이 순차적으로 적층된 다음, 절연막(890)의 일측 상부에 SAW 필터(810)가 장착되며, 절연막(890)의 타측 상부에 임피던스 매칭 수단(820)을 형성한 후 유기 절연 기판(830)상에 집적 패키징한다. SAW 필터(810)와 임피던스 매칭 수단(820)은 전술한 바와 같이 와이어 본딩되거나 플립 칩 본딩됨으로써 서로 전기적으로 연결된 다음, 플라스틱 또는 세라믹 패키지(835)로 몰딩된다.
본 발명에 따르면, SAW 필터와는 별도로 분리된 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 듀플렉서의 크기를 종래의 경우에 비하여 크게 줄일 수 있으며, 실리콘 기판 상에 임피던스 매칭 수단을 형성하기 때문에 SAW 듀플렉서를 용이하게제조할 수 있을 뿐만 아니라 SAW 듀플렉서의 제조에 소요되는 비용을 현저하게 절감할 수 있다.
또한, 실리콘 기판 상에 SAW 필터와 임피던스 매칭 수단을 구비하는 SAW 듀플렉서를 하나의 패키지를 통하여 하나의 칩 형태로 구현할 수 있으므로 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 동시에 제조 비용을 크게 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. SAW 듀플렉서에 있어서,
    기판;
    상기 기판의 상부에 형성된 SAW 필터부; 및
    상기 기판의 상부에 형성되어 상기 SAW 필터부와 전기적으로 연결된 임피던스 매칭 수단을 포함하는 SAW 듀플렉서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 SAW 필터부는 송신 SAW 필터 및 수신 SAW 필터를 포함하며, 패키지로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 임피던스 매칭 수단은 인덕터 또는 커패시터로 이루어진 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 SAW 필터부는 상기 기판의 일측 상부에 형성되고 상기 임피던스 매칭 수단은 상기 기판의 타측 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 SAW 필터부와 상기 임피던스 매칭 수단은 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 임피던스 매칭 수단은 상기 기판과 상기 SAW 필터부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 SAW 필터부와 상기 임피던스 매칭 수단은 플립칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 SAW 필터부는 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 SAW 필터부는 플립칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 임피던스 매칭 수단은 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 임피던스 매칭 수단은 플립칩 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 SAW 필터부와 상기 임피던스 매칭 수단은 하나의 패키지로 패키징되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 FR-4, BT 레진 또는 GETEK으로 이루어진 유기 절연 기판으로 상부에 형성된 도전선을 포함하는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 임피던스 매칭 수단 사이에는 산화된실리콘 막이 형성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 기판과 상기 SAW 필터 사이에는 산화된 실리콘 막이 형성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 상부에 산화된 실리콘 막이 형성된 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  17. 제 14 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 산화된 실리콘 막은 20㎛ 이상의 두께를 갖는 산화된 다공성 실리콘 막인 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 산화된 다공성 실리콘 막 상에는 절연막이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 절연막은 질화 실리콘, 폴리이미드, SOG, USG,BSG, TEOS-실리콘 산화물 및 BPSG로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 SAW 듀플렉서.
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