KR20040052286A - 고주파 복합 부품 - Google Patents

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KR20040052286A
KR20040052286A KR1020020080127A KR20020080127A KR20040052286A KR 20040052286 A KR20040052286 A KR 20040052286A KR 1020020080127 A KR1020020080127 A KR 1020020080127A KR 20020080127 A KR20020080127 A KR 20020080127A KR 20040052286 A KR20040052286 A KR 20040052286A
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gps
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acoustic wave
surface acoustic
signal
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KR1020020080127A
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이창용
김형호
신유선
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 고주파 복합 부품에 관한 것으로, 이동통신 장치의 고주파 회로에서 송수신부와 안테나 사이에서 고주파 신호를 처리하는 부분인 프론트 엔드(front end) 부에 사용하는 다이플렉서(diplexer)와 표면탄성파(Surface Acoustic Wave) 듀플렉서(duplexer) 및 위치추적 시스템(Global Positioning System, GPS) 필터와 같은 부품을 적층 세라믹 다층기판을 통하여 하나의 모듈화하여 특성향상 및 제품의 소형화를 구현할 수 있는 고주파 복합 부품에 관한 것이다.
본 발명은 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서, 상기 안테나로부터 수신된 신호를 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호로 분리하여 상기 통신시스템과 위치추적시스템(GPS)에 제공하며, 또한 상기 통신시스템으로부터의 신호를 상기 안테나에 전달하는 다이플렉서; 상기 다이플렉서와 상기 통신시스템에 각각 연결되며, 제1 주파수 대역 대에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 분리하는 표면탄성파 듀플렉서; 및 상기 다이플렉서와 상기 위치추적 시스템에 각각 연결되며, 제2 주파수 대역의 신호에서 위치추적시스템(GPS) 신호만을 분리하여 이를 위치추적시스템(GPS)에 전달하는 표면탄성파 GPS 필터;를 포함하는 고주파 복합부품을 제공한다.

Description

고주파 복합 부품{HIGH FREQUENCY COMPOSITE COMPONENT}
본 발명은 고주파 복합 부품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신 장치의 고주파 회로에서 송수신부와 안테나 사이에서 고주파 신호를 처리하는 부분인 프론트 엔드(front end) 부에 사용하는 다이플렉서(diplexer)와 표면탄성파(Surface Acoustic Wave) 듀플렉서(duplexer) 및 위치추적 시스템(Global Positioning System, GPS) 필터와 같은 부품을 적층 세라믹 다층기판을 통하여 하나로 모듈화하여 특성향상 및 제품의 소형화를 구현할 수 있는 고주파 복합 부품에 관한 것이다.
최근 사용되는 이동통신 단말기는 소형화 및 다기능화의 추세에 따라서 위치추적 시스템(GPS)을 추가하여 복합 제품화 되는 경향이 있다. 위치추적시스템(GPS)은 이러한 추세에 따라서 단말기에 필수적으로 장착되어 가고있으며, 현재 여러 부품을 조합해서 구현 가능하나, 이동통신 단말기의 소형화 및 고기능화를 위하여 이를 복합 모듈화한 새로운 통신 부품의 필요성이 높아지고 있는 추세이다.
이동통신 단말기에 위치추적시스템(GPS)을 추가하여 하나의 제품으로 구현하기 위해서는 통상적으로 다이플렉서(diplexer), 표면탄성파 듀플렉서(SAW duplexer), GPS 표면탄성파 필터(SAW filter) 등의 부품이 필요하게 된다. 이와 같은 부품들의 배열관계를 도 1에서 간략히 도시하고 있다.
도 1은 위치추적시스템(GPS)을 부가한 종래의 이동통신 단말기의 프론트 엔드(front end)부의 블록도이다. 상기 도 1에서 다이플렉서(11)는 안테나(10)를 통해 수신된 신호를 저주파 영역과 고주파 영역으로 나누어 듀얼 밴드(dual band)로 사용할 수 있도록 하는 부품이다. 여기서 통상적으로 안테나를 통해 수신된 신호는 CDMA 시스템 또는 PCS 시스템으로 분배된다. 또한 다이플렉서는 CDMA 시스템이나 PCS 시스템으로부터 전송된 신호를 안테나로 보내는 기능도 포함하게 된다. 또한, 상기 듀얼 밴드의 기능은 CDMA 시스템과 본 발명에서와 같은 위치추적시스템(GPS)간의 듀얼 밴드로 사용할 수 있다.
표면탄성파 듀플렉서(12)는 안테나에서 들어온 수신신호와 CDMA 시스템과 같은 통신시스템에서 송출되는 송신 신호를 구분하여 전달하여주는 필터이다. 상기 듀플렉서(12)는 통신 시스템의 수신부(RX)와 송신부(TX)를 나누어 다이플렉서(11)로부터 수신된 신호를 전달해주는 부품이다. 즉, 다이플렉서(11)로부터 수신된 신호를 CDMA 시스템과 같은 통신시스템의 수신부(RX)로 보내고, 통신시스템의송신부(TX)로부터 받은 신호를 다이플렉서(11)로 보내는 역할을 한다. 이와 같은 듀플렉서는 기존에는 주로 유전체 듀플렉서가 사용되어 왔으나, 크기가 크고 무거워서 최근에는 작고 가벼운 다른 제품으로 대체되어 가고 있다. 따라서 통상적으로 CDMA 주파수 대역에서 사용하는 듀플렉서로는 표면 탄성파 듀플렉서가 많이 사용되고 있다.
GPS 필터(13)는 여러 신호중 GPS 신호만을 선별하는 필터로서, GPS 신호는 수신신호만 존재하는 것이 통상적이기 때문에 송수신 분리의 필요없이 수신단만으로 구성된다. 상기와 같은 다이플렉서, 듀플렉서, GPS 필터 등과 같은 부품들은 각각 단품으로 사용되며, 그들 사이의 조정회로(matching circuit, 15, 16)는 단말기마다 그 특성을 조율하는 것으로, 단말기의 종류에 따라 차이가 생길 수 있으며, 주로 인덕터나 캐패시터를 사용하여 그 특성을 조정한다.
상기와 같은 여러 부품을 하나의 복합 모듈로 구현하기 위한 종래의 기술로, 대한민국 특허출원 제2002-29238호를 들 수 있다. 도 2에는 상기 특허출원 제2002-29238호의 블록도가 도시되어 있고, 도 3에는 고주파 복합부품의 적층구조물들을 구성하는 유전체층의 구조가 도시되어 있다.
상기 출원은 각각의 다이플렉서와 듀플렉서가 따로 구성되어 이동통신 단말기에 탑재될 경우 많은 부품을 필요로 하게 되고, 그들 사이에 매칭회로가 필요하게 되어 삽입손실이 증가하는 것을 방지하고자 하는 것으로, 표면탄성파 듀플렉서(22)와 다이플렉서(21)를 포함하는 고주파 복합 부품을 제공하고 있다. 또한 도 3에는 이러한 고주파 복합부품을 구현하기 위한 적층구조물의 유전체층들이상세하게 도시되어 있다.
도 2에서 상기 다이플렉서(21)의 제1 포트(P11)는 안테나(ANT)와 연결되고, 다이플렉서의 제2 포트(P12)는 상기 듀플렉서(22)의 제1 포트(P21)와 연결되며, 상기 다이플렉서의 제3 포트(P13)는 고주파 대역을 처리하는 제2 통신시스템의 일단(HF)과 연결된다. 또한 상기 듀플렉서(22)의 제2 포트(P22)는 제1 통신시스템의 수신부(RX)에 연결되며, 듀플렉서의 제3 포트(P23)는 제1 통신시스템의 송신단(TX)에 연결된다. 여기서 상기 제2 통신시스템은 위치추적시스템(GPS)이 될 수 있다.
상기와 같은 기능을 하는 다이플렉서 및 듀플렉서가 하나의 패키지 내에 부품화 한 복합 부품에 위치추적시스템(GPS)을 구현하기 위해서는 GPS 필터를 이동통신 단말기의 기판 위에 따로 설치해야 하기 때문에, 안테나를 통해 입력되는 신호를 GPS 필터로 전달하는 전달거리가 증가하여 신호 손실이 발생하게 된다. 이러한 문제를 상기 도 3의 제7 유전체층(S7)에서 스트립라인(20)을 형성하는 것에 의해 해결하였다. 또한, 상기 복합 모듈의 경우 다이플렉서를 LTCC 등과 같은 다층기판 내에 구현하여야 하는데, 종래의 여러 개의 부품들 각각에서 각 부품의 높이에 비해 복합 모듈의 경우 상하 접지판(S2,S9) 사이의 간격이 작게되어 이들 접지판과 상하 패턴과의 간섭을 방지하는 패턴 설계기술이 요구된다. 이러한 간섭의 문제를 해결하기 위하여 상기 도 3에서 보는 바와 같이, 접지판(S2,S9)에 도전성 패턴이 형성되지 않은 오픈 영역(21,22,23)을 형성하였다.
상기 도 3의 제7 유전체층(S7)에서 일측의 패턴은 안테나 쪽에 연결되는 캐패시터(C3)를 형성하게 되고, 다른 측의 패턴은 GPS에 연결되는 캐패시터(C5)가 된다. 도3의 경우는 안테나와 GPS의 포트가 서로 대향하는 면에 위치하는 종래의 경우로서, 캐패시터 C3와 C5가 제7유전체층(S7) 상에서 서로 떨어져 있을 수 밖에 없고 두 캐패시터 단자를 단순히 도전성 패턴으로 연결할 경우 제9 유전체층(S9)의 접지층과의 간섭이 심한 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 제9 유전체층(S9)의 접지층 위에 오픈영역을 형성할 수도 있지만 그럴 경우 접지층의 오픈영역이 지나치게 커지게 되어 접지특성이 열화 될 수 있다. 그래서 다른 해결 방안으로서 두 단자 사이를 임피던스 50ohm으로 설정한 스트립라인으로 연결하면 접지층과의 간섭 및 loss를 최소화할 수 있게 되는 것이다. 하지만 이러한 스트립라인의 필요성 때문에 L3와 L4와 같은 매칭회로가 추가로 필요하게 되며, 이로 인해 회로가 복잡해지는 문제가 발생한다. 더구나 L3때문에 제2 유전체층(S2)에 오픈영역(22)를 형성하여야 하고 이로 인해 접지 특성도 열화되는 문제점이 생긴다.
즉, 상기와 같은 종래의 듀플렉서 및 다이플렉서 복합 모듈에 위치추적시스템(GPS)을 연결하여 사용하는 경우, 신호 손실의 문제를 해결하기 위하여 스트립 라인을 형성하고, 또한 다층기판에 캐패시터를 구현하면서 접지판과의 간섭 문제를 해결하기 위해 오픈 영역을 형성하는 등의 여러 설계 제약이 있게 되며, 이러한 설계상의 제약은 기판 상에 구현하는 소자가 많아지고 패턴의 길이가 길어지게 되는 등의 여러 특성 저하 요인으로 나타나게 된다. 또한 GPS 필터가 별도의 부품으로 이동통신 단말기에 실장됨으로써 프론트 엔드부의 부품의 개수가 많아지고, 이에 따라 이동통신 단말기의 크기를 소형화하기가 어렵게 되는 문제점도 존재하게된다.
따라서, 종래의 듀플렉서 및 다이플렉서 복합 모듈에 GPS 필터를 포함하여 모듈화하고, 또한 복합 모듈에 상기 기능들을 모두 구현하고 신호의 손실을 없애기 위한 구조가 당 기술분야에서 연구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동통신 단말기의 프론트 엔드부에 포함되는 다이플렉서 및 듀플렉서와 GPS 필터를 단일 모듈로 구현하여 이동통신 단말기의 크기를 소형화하고, 부품의 개수를 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 GPS 필터를 포함한 단일 모듈을 제공하여 종래에 다이플렉서 및 듀플렉서의 복합 모듈을 GPS 필터와 따로 연결함으로 인해 발생되는 신호의 손실을 줄일 수 있게 되고, 접지판의 형상 및 다른 유전체층의 형상을 좀더 단순화하여 패턴 설계를 용이하게 하도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 위치추적시스템(GPS)을 부가한 종래의 이동통신 단말기의 프론트 엔드(front end)부의 블록도이다.
도 2는 종래의 고주파 복합부품의 구조의 개요를 나타내는 블록도이다.
도 3은 종래의 고주파 복합부품의 적층구조물들을 구성하는 유전체층의 구조이다.
도 4는 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 회로 구성도을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 평면도(a) 및 측단면도(b)이다.
도 6은 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 적층구조물을 구성하는 유전체층의 구조이다.
도 7은 본 발명에 의한 고주파 복합부품을 사용한 듀플렉서의 특성값을 도시한 그래프도이다.
도 8은 본 발명에 의한 고주파 복합부품을 사용한 GPS 필터의 특성값을 도시한 그래프도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110: 다이플렉서
120, 220: SAW 듀플렉서
130, 230: GPS 필터
210: 유전체 적층 구조물
240: 캐비티
250: 보호층
310: 오픈 영역
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서, 상기 안테나로부터 수신된 신호를 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호로 분리하여 상기 통신시스템과 위치추적시스템(GPS)에 제공하며, 또한 상기 통신시스템으로부터의 신호를 상기 안테나에 전달하는 다이플렉서; 상기 다이플렉서와 상기 통신시스템에 각각 연결되며, 제1 주파수 대역 대에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 분리하는 표면탄성파 듀플렉서; 및 상기 다이플렉서와 상기 위치추적 시스템에 각각 연결되며, 제2 주파수 대역의 신호에서 위치추적시스템(GPS) 신호만을 분리하여 이를 위치추적시스템(GPS)에 전달하는 표면탄성파 GPS 필터;를 포함하는 고주파 복합부품을 제공한다.
바람직하게는 상기 다이플렉서는 복수개의 유전체층이 적층되어 형성되는 적층구조물의 적어도 일부의 유전체층 상에 도전성 패턴으로 구현될 수 있고, 또한 상기 적층구조물에는 상부 중앙에 상기 듀플렉서 및 GPS 필터가 실장될 수 있는 캐비티가 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 통신시스템은 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 사용하는 CDMA 시스템일 수 있다.
또한 본 발명은 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서, 저역 통과 필터층, 일부에 오픈 영역이 형성되는 한쌍의 접지층, 및 상기 한쌍의 접지층 사이에 적층 형성되며 상기 오픈 영역에 대응하는 위치에 도전성 패턴을 통해 구현되는 다수개의 캐패시턴스 요소를 포함하는 고역 통과 필터층을 포함하여 다이플렉서를 구현하고, 상부 중앙에 캐비티가 형성되는 유전체 적층구조물; 상기 캐비티에 실장되는 표면탄성파 듀플렉서 및 표면탄성파 GPS 필터; 및 상기 적층구조물 상부면에 배치되어 상기 캐비티를 밀봉하는 보호층;을 포함하는 고주파 복합부품을 제공한다.
바람직하게는 상기 저역 통과 필터층은 CDMA 시스템에 의해 처리되는 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 통과시키는 것이 가능하며, 또한 바람직하게는상기 고역 통과 필터층은 위치추적시스템(GPS)에 의해 처리되는 고주파 대역을 통과시키는 것이 가능하다.
바람직하게는 상기 유전체 적층구조물은 4개의 측면을 갖고 있으며, 각각의 측면에는 상기 안테나, 상기 통신시스템의 수신부, 상기 통신시스템의 송신부, 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트를 포함할 수 있으며, 또한 상기 안테나 및 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트는 서로 반대면에 형성되는 것이 바람직하게 된다.
또한 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 와이어 본딩을 통해 실장되거나, 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통해 실장될 수 있다.
바람직하게는 상기 표면탄성파 듀플렉서는 송신용 표면탄성파 필터, 수신용 표면탄성파 필터, 및 상기 송신용 및 상기 수신용 표면탄성파 필터 사이에 연결된 위상변환소자를 포함할 수 있으며, 상기 위상변환소자는 상기 유전체 적층구조물 중 어느 한 유전체층 상에 도전성 패턴을 통해 형성되는 λ/4 스트립 라인이 되는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서, 저역 통과 필터층, 한쌍의 접지층, 및 고역 통과 필터층을 포함하여 다이플렉서를 구현하고, 상부 중앙에 캐비티가 형성되는 유전체 적층구조물; 상기 캐비티에 실장되는 표면탄성파 듀플렉서 및 표면탄성파 GPS 필터; 및 상기 적층구조물 상부면에 배치되어 상기 캐비티를 밀봉하는 보호층;을 포함하고, 상기 한쌍의 접지층에는 일부에 오픈 영역이 형성되어 있고, 상기 유전체 적층구조물의 고역 통과 필터층은 상기 한쌍의 접지층 사이에 적층형성되는 복수개의 유전체층으로 형성되며 상기 오픈 영역에 대응하는 위치에 도전성 패턴을 통해 형성되는 적어도 3개의 캐패시턴스 요소 및 적어도 1개의 인덕턴스 요소를 포함하며, 상기 유전체 적층구조물의 저역 통과 필터층은 상기 고역 통과 필터층 상부에 상기 접지층을 통해 상기 고역 통과 필터층과 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품을 제공한다.
바람직하게는 상기 저역 통과 필터층은 CDMA 시스템에 의해 처리되는 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 통과시키는 것이 가능하며, 또한 바람직하게는 상기 고역 통과 필터층은 위치추적시스템(GPS)에 의해 처리되는 고주파 대역을 통과시키는 것이 가능하다.
바람직하게는 상기 유전체 적층구조물은 4개의 측면을 갖고 있으며, 각각의 측면에는 상기 안테나, 상기 통신시스템의 수신부, 상기 통신시스템의 송신부, 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트를 포함할 수 있으며, 또한 상기 안테나 및 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트는 서로 반대면에 형성되는 것이 바람직하게 된다.
또한 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 와이어 본딩을 통해 실장되거나, 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통해 실장될 수 있다.
바람직하게는 상기 표면탄성파 듀플렉서는 송신용 표면탄성파 필터, 수신용표면탄성파 필터, 및 상기 송신용 및 상기 수신용 표면탄성파 필터 사이에 연결된 위상변환소자를 포함할 수 있으며, 상기 위상변환소자는 상기 유전체 적층구조물 중 어느 한 유전체층 상에 도전성 패턴을 통해 형성되는 λ/4 스트립 라인이 되는 것이 가능하다.
이하 본 발명에 대한 일실시예를 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 회로 구성도을 나타내는 블록도이다. 본 발명에 따른 고주파 복합부품(100)은 다이플렉서(110) 및 SAW 듀플렉서(120), GPS 필터(130)를 포함하게 된다.
상기 다이플렉서(110)는 안테나(ANT)로부터 수신된 신호를 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호로 분리한다. 다이플렉서(110)는 상기 안테나(ANT)와 연결되어 있으며, 통상적으로 두종류의 서로 다른 주파수 대역을 갖는 통신 시스템에 신호를 분배하는 경우 사용하게 된다. 본 발명에서는 하나의 통신 시스템과 다른 하나의 위치추적시스템(GPS)에 각각의 신호를 분배하게 되며, 또한 상기 통신시스템으로부터의 신호를 안테나에 전달하는 기능을 하기도 한다. 상기 위치추적시스템(GPS)은 통상적으로 수신신호만을 사용하게 되며, 이에 따라 송수신 분리는 필요없게 된다.
표면탄성파(SAW) 듀플렉서(120)는 상기 다이플렉서(110)와 상기 통신시스템에 각각 연결되어 있으며, 제1 주파수 대역대에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 분리한다. 듀플렉서(120)는 통신시스템의 수신단(RX) 및 송신단(TX)을 나누어, 상기 다이플렉서(110)로부터 수신된 신호를 수신단(RX)에 보내고, 송신단(TX)으로부터 나오는 신호를 다이플렉서(110)로 보내는 기능을 하게 된다. 상기 SAW 듀플렉서는 통상적으로 2개의 SAW 필터와 위상변환 소자를 포함하는데, 상기 SAW 필터는 1GHz 이상의 고주파를 처리하는데는 부적절하므로, 상기 SAW 듀플렉서가 사용되는 제1 통신시스템은 824 내지 894MHz 주파대의 신호를 처리하는 CDMA 시스템임이 바람직하다.
GPS 필터(130)는 상기 다이플렉서(110)의 고주파 신호단에 연결되며, 또한 위치추적시스템(GPS)에 각각 연결된다. 상기 위치추적시스템(GPS)은 위치 추적 시스템으로서, 안테나를 통하여 고주파 신호를 받아 이를 통하여 지리 정보 등 여러 정보를 받는 기능을 하게 된다. 상기 GPS 필터는 상기 고주파 신호, 즉 제2 주파수 대역의 신호에서 위치추적시스템(GPS) 신호만을 분리하여 이를 위치추적시스템(GPS)에 전달하게 된다. 상기 GPS 필터 역시 표면탄성파 필터를 사용하게 된다.
상기와 같은 부품들은 종래에는 각각 별도로 조립되어 사용되었거나, 또는 다이플렉서와 듀플렉서 만이 하나의 부품으로 조립되어 사용되어 왔다. 그러나, GPS 필터를 제외하고 하나의 부품으로 사용하는 경우, GPS 필터가 이동통신 단말기에 따로 탑재되기 때문에 GPS 필터에 신호를 전달하는 경로가 길어지게 되어 신호의 손실을 가져오는 문제가 있었다. 본 발명은 상기 GPS 필터를 포함한 복합부품을 제공하는 것에 의해 상기와 같은 신호 손실, 특히 삽입 손실을 크게 줄일 수 있게 되는 효과가 있게 된다. 또한, 본 발명에 의한 복합부품은 이동통신 단말기의 소형화에 크게 기여하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 통신시스템은 CDMA 시스템으로서, 약 824 내지 894MHz의 주파수를 사용하게 된다. 상기 위치추적시스템(GPS)은 통상적으로 약 1570 내지 1580MHz의 고주파를 사용하게 된다.
또한, 상기 다이플렉서는 도 5a 및 도 5b에서와 같은 복수개의 유전체층이 적층되어 형성되는 적층구조물(210)의 적어도 일부의 유전체층 상에 도전성 패턴으로 구현되는 것이 바람직하게 된다. 상기 다이플렉서(110)는 LC 공진특성을 사용하여 저온 소성 세라믹 다층기판(LTCC) 기법을 통하여 유전체 다층기판에 패턴을 형성하여 구현된다. 또한, 상기 적층구조물(210)에는 상부 중앙에 듀플렉서(120) 및 GPS 필터(130) 칩들이 실장될 수 있는 캐비티(240)가 형성되어 있게 된다. 이에 관한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
본 발명에 의한 고주파 복합부품은 유전체 적층 구조물을 통해 구현된다. 도 5는 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 평면도(a) 및 측단면도(b)이고, 도 6은 본 발명에 의한 고주파 복합부품의 적층구조물을 구성하는 유전체층의 구조이다.
유전체 적층 구조물(210)은 다수개의 유전체층을 적층하여 형성되며, 상부 중앙에는 캐비티(240)가 형성되어 SAW 듀플렉서(220) 및 SAW GPS 필터(230)가 실장된다. 유전체 적층 구조물(210)에는 저역 통과 필터층, 접지층, 및 고역 통과 필터층을 포함하는 다이플렉서가 구현된다.
저역 통과 필터층은 도 4의 다이플렉서 부분(110)의 상측에 도시되어 있는 캐퍼시터 및 인덕터(C1, C2, L1) 공진회로부분이 되며, CDMA 시스템에 의해 처리되는 약 824MHz 내지 894MHz의 주파수 대역을 통과시키게 된다. 이는 도 5b에 도시된유전체층 중 제3 유전체층(S3) 및 제4 유전체층(S4)에 형성된 패턴에 의해 구현된다.
또한 고역 통과 필터층은 다수개의 유전체층을 적층하여 형성되며, 도 4의 다이플렉서 부분(110)의 하측에 도시되는 캐퍼시터 및 인덕터(C3, C4, C5, L3) 부분이 된다. 상기 고역 통과 필터층은 통상 3개의 캐퍼시턴스 요소를 포함하게 된다. 본 발명에 의한 GPS 필터를 포함한 복합부품의 구조에서는 상기 3개의 캐퍼시턴스 요소가 모두 한쪽에 모여있게 된다. 상기 캐퍼시턴스 요소는 유전체층 상에 도전성 패턴을 통해 형성되며, 위치추적시스템(GPS)에 의해 처리되는 고주파 대역을 통과시키게 된다. 이는 도 6의 제6 유전체층(S6) 내지 제10 유전체층(S10)에 도시되어 있다.
접지층은 상기 고역 통과 필터층의 상부 및 하부에 배열되며, 일부에 오픈 영역이 형성되는 것이 특징이다. 접지층은 도 6의 제5 유전체층(S5) 및 제11 유전체층(S11)으로서, 각각 같은 위치에 오픈 영역(310)이 형성되어 있다. 상기 오픈 영역(310)은 상기 고역 통과 필터층의 캐퍼시턴스 등 상하 유전체층에 형성된 패턴과의 간섭을 방지하기 위한 것으로, 따라서 상기 접지층 사이의 유전체 기판에는 상기 오픈 영역 형성영역과 같은 영역에 캐퍼시턴스 및 인턱턴스 구현 요소들이 형성된다. 또한, 상기 접지층 중 중간에 위치한 접지층(S5)은 고역 통과 필터층과 저역 통과 필터층 사이에 위치하여 두 층을 구분하여 주는 기능을 하기도 한다.
도 6을 보다 상세히 설명하도록 한다. 상기 적층구조물은 제1 내지 제12 유전체층으로 구성되며, 상기 제1 및 제2 유전체층의 가운데에는 SAW 듀플렉서 및GPS 필터의 실장을 위한 캐비티(240)가 형성되어 있다. 상기 제2 유전체층(S2)에는 상기 듀플렉서 및 GPS 필터 칩과의 접속을 위한 도전성 패턴이 형성되어 있다.
상기 다이플렉서를 구현하기 위하여, 제3 유전체층(S3)에는 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)가 형성된다. 제 4 유전체층(S4)에는 상기 제1 인덕터(L1)가 연결되어 형성되며, 또한 제2 커패시터(C2)가 형성된다. 제5 유전체층(S5)은 접지층으로서 오픈 영역(310)이 형성되어 있어 커패시터 요소와의 간섭을 방지하게 된다. 상기 제3 유전체층(S3) 및 제4 유전체층(S4)은 다이플렉서의 저역 통과 필터를 구현하게 된다.
제6 유전체층(S6)에는 상기 제5 유전체층의 오픈 영역(310)에 대응하는 위치에 커패시터 요소(C3,C4)가 형성된다. 상기 커패시터 요소(C3,C4)는 제7 유전체층(S7)과 함께 커패시터를 구현하게 되며, 또한 제7 유전체층은 제8 유전체층(S8)과 함께 또한 다른 커패시터(C5)를 구현하게 된다. 상기 커패시터 요소(C3,C4,C5)들은 모두 접지층 역할을 하게 되는 제5 유전체층(S5) 및 제11 유전체층(S11)에 형성되는 오픈 영역(310) 위치에 대응하는 각 유전체층의 위치에만 형성되어 있게 된다. 제9 및 제10 유전체층에는 제2 인턱턴스 요소(L2)가 형성되며, 이러한 인덕턴스 요소(L2) 역시 접지층의 오픈 영역(310) 형성 영역에 대응하는 위치에 형성된다. 제12 유전체층(S12)에는 고주파 복합부품이 실제 이동통신 단말기 내의 기판상에 장착하기 위한 단자들이 형성되어 있다.
상기와 같은 유전층의 배열에서, 도 6의 제7유전층(S7)은 종래의 도 3의 제7 유전체층(S7)과 비교하면, 도 3의 S7에 있던 GPS쪽 캐패시터(C5)를 형성하는단자가 필요없게 되어 스트립라인을 형성할 필요가 없게 된다. 이로 인해 종래와 같이 매칭(matching)을 위한 인덕터 요소인 L3와 L4를 형성하지 않아도 되기 때문에 소자수 및 패턴층이 감소하는 효과가 있으며, 접지층에 오픈 영역을 최소화하여 접지 특성도 개선하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 이와 같은 구성에 의하여, 접지층 간의 간격이 종래와 같은 단일부품의 경우보다 좁아질 경우, 그 사이에 구현하게 되는 회로 요소들과의 간섭이 일어나게 되는 문제를 해결할 수 있게 되며, 또한, 도 2에서와 같은 경우, 상기 오픈 영역이 접지층에 두개 형성되어 있게 되는데, 본 발명에서는 GPS 필터를 복합부품에 포함시켜 하나의 복합부품으로 하였기 때문에 종래 GPS 필터를 패키지 외부에 실장할 경우 필요했던 매칭회로가 필요 없게 되어 상기와 같은 오픈 영역 형성 면적을 종래에 비하여 크게 줄일 수 있어, 접지 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 도 2 및 도 3에서와 같은 경우보다 GPS 필터로 연결되는 경로가 하나의 복합부품 내에서 행해지기 때문에, 종래에 비하여 보다 짧은 경로를 갖는 것이 가능하게 된다. 이에 의해 GPS 필터를 기존의 이동통신 단말기의 PCB 위에 구현하는 경우보다 삽입손실이 크게 적어져서 그 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
더구나, 상기와 같이 이동통신용 단말기의 프론트 엔드부에 포함되는 다이플렉서, 듀플렉서, GPS 필터를 하나의 복합모듈화하면, 하나의 부품만 신호처리 조건을 설정하게 되면 여러 부품의 특성을 손실없이 바로 구현할 수 있게 되는 장점이 있게 된다. 종래에는 기존의 제품의 각각 단품으로 사용되어 단말기의 신호처리 조건에 따라서 부품의 배열 및 특성 구현이 어려운 문제가 있었다. 본 발명에 의하면 이러한 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 5b에서 상기 SAW 듀플렉서(220) 및 GPS 필터(230)는 제3 유전체층(S3) 상에 실장되며, 제2 유전체층(S2)상에 구현된 도전성 패턴에 와이어 본딩을 통해 연결된다. 바람직하게는 상기와 같이 와이어(260)를 통한 본딩 방식을 취하게 되나, 또한 와이어를 사용하지 않고 바닥면에서 바로 유전체 적층 구조물의 패턴과 연결시키는 타입의 플립칩(flip chip) 타입을 사용하기도 한다.
상기 듀플렉서는 위상 변환 소자인 λ/4 스트립라인을 포함하게 되며, 상기 위상 변환 소자는 송신단에서 송신되는 신호가 수신단으로 유출되는 것을 방지하는 것으로서, 여러가지의 형태를 사용할 수 있으나 상기 λ/4 스트립라인이 구조가 간단하며, 유전체층에 도전성 패턴으로 구현되기 용이하므로 λ/4 스트립라인을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 적층구조물(210)의 캐비티(240)에 실장되는 듀플렉서 및 GPS 필터를 밀봉 상태로 보호하기 위하여 캐비티 상부면에는 보호층(250)이 장착된다. 상기 보호층(250)은 금속 재질을 사용함이 바람직하다. 금속 재질은 캐비티 내에 실장된 SAW 필터 및 GPS 필터와 와어어본딩 구조를 보호하며 적층체 모듈을 용이하게 취급할 수 있는 동시에 SAW 필터의 특성을 안정화 시키는 특징을 가진다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 유전체 적층 구조물은 4개의 측면을 갖는 사각형 박스 형태로 형성되며, 각각의 측면에는 안테나(ANT), 통신시스템의 수신부(RX), 통신시스템의 송신부(TX), 위치추적시스템(GPS)과 각각 연결되는 신호포트가 형성된다. 특히, 상기 안테나(ANT)와 GPS 신호포트는 이동통신 단말기에서 요구하는 설계 구조상 서로 반대면에 형성되는 것이 바람직하게 된다.
와이어 본딩을 사용하여 듀플렉서 및 GPS 필터 칩을 유전체 적층 구조물과 연결하는 경우, 상기 적층구조물(210)의 내부 캐비티(240)는 3단으로 형성될 수 있고, 1단 중앙에는 SAW 듀플렉서, 및 SAW GPS 필터와 같은 칩을 실장할 수 있다. 또한 2단에는 상기 칩의 상부면과 와이어를 통해 연결할 수 있도록 턱이 형성되어 있으며, 3단에는 상기와 같은 복합부품 패키지의 실링 및 보호를 위한 보호층(250)을 덮을 수 있는 다른 턱이 형성되어 있게 된다.
도 7은 본 발명에 의한 고주파 복합부품을 사용한 듀플렉서의 특성값을 도시한 그래프도이고, 도 8은 본 발명에 의한 고주파 복합부품을 사용한 GPS 필터의 특성값을 도시한 그래프도이다.
상기 도 7 및 도 8은 본 발명의 복합부품의 모의 해석 특성을 나타낸 것으로, 주파수 대역에 따른 삽입손실 값을 나타내고 있다. 도 7에서 그래프는 800MHz 대역의 CDMA 영역으로 다이플렉서를 지난 신호가 송신 및 수신 신호로 분리되고 있음을 보여주고 있다. 또한 도 8에서는 다이플렉서를 지난 신호가 약 1.6GHz 대역의 GPS 신호만을 분리하는 것을 보여주고 있다.
따라서, 상기 그래프에서와 같이, 다이플렉서, 듀플렉서, 및 GPS 필터를 하나의 복합부품으로 한 경우라도, 본 발명에 의하면 각각의 신호특성을 제대로 구현하고 있음을 알 수 있으며, 이에 따라 이동통신 단말기의 프론트 엔드부에 적절하게 사용할 수 있게 됨을 보여주는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 이동통신용 단말기에 사용되는 다이플렉서, 듀플렉서, 및 GPS 필터가 복합된 하나의 부품으로 제작함으로써 별개의 부품으로 각각 사용될 경우에 비하여 그 장착 크기를 줄여서 이동통신 단말기의 크기를 소형화하고, 부품의 개수를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 GPS 필터를 포함한 단일 모듈을 제공하여 종래에 GPS 필터가 이동통신 단말기에 따로 탑재되기 때문에 위치추적시스템(GPS)으로의 경로가 길어짐으로 인하여 발생되는 신호의 손실을 줄일 수 있게 되고, 접지판의 형상 및 다른 유전체층의 형상을 좀더 단순화하여 패턴 설계를 용이하게 할 수 있다. 즉, 적층 세라믹 다층기판을 사용하여 각각의 필터 특성을 내부에 적층타입으로 구현하게 되므로, 종래에 비해 소형화가 가능하며, 적층 세라믹 내부에 각각의 소자를 구현하게 되므로 종래에 비하여 소자간 연결 경로가 짧아지고, 소자수가 작아지게 되며, 삽입손실이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (22)

  1. 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서,
    상기 안테나로부터 수신된 신호를 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호로 분리하여 상기 통신시스템과 위치추적시스템(GPS)에 제공하며, 또한 상기 통신시스템으로부터의 신호를 상기 안테나에 전달하는 다이플렉서;
    상기 다이플렉서와 상기 통신시스템에 각각 연결되며, 제1 주파수 대역 대에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 분리하는 표면탄성파 듀플렉서; 및
    상기 다이플렉서와 상기 위치추적시스템(GPS)에 각각 연결되며, 제2 주파수 대역의 신호에서 위치추적시스템(GPS) 신호만을 분리하여 이를 위치추적시스템(GPS)에 전달하는 표면탄성파 GPS 필터;를 포함하는 고주파 복합부품.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다이플렉서는 복수개의 유전체층이 적층되어 형성되는 적층구조물의 적어도 일부의 유전체층 상에 도전성 패턴으로 구현되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 적층구조물에는 상부 중앙에 상기 듀플렉서 및 GPS 필터가 실장될 수 있는 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 통신시스템은 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 사용하는 CDMA 시스템인 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  5. 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서,
    저역 통과 필터층, 일부에 오픈 영역이 형성되는 한쌍의 접지층, 및 상기 한쌍의 접지층 사이에 적층 형성되며 상기 오픈 영역에 대응하는 위치에 도전성 패턴을 통해 구현되는 다수개의 캐패시턴스 요소를 포함하는 고역 통과 필터층을 포함하여 다이플렉서를 구현하고, 상부 중앙에 캐비티가 형성되는 유전체 적층구조물;
    상기 캐비티에 실장되는 표면탄성파 듀플렉서 및 표면탄성파 GPS 필터; 및
    상기 적층구조물 상부면에 배치되어 상기 캐비티를 밀봉하는 보호층;을 포함하는 고주파 복합부품.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 저역 통과 필터층은 CDMA 시스템에 의해 처리되는 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 고역 통과 필터층은 위치추적시스템(GPS)에 의해 처리되는 고주파 대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 유전체 적층구조물은 4개의 측면을 갖고 있으며, 각각의 측면에는 상기 안테나, 상기 통신시스템의 수신부, 상기 통신시스템의 송신부, 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 안테나 및 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트는 서로 반대면에 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 와이어 본딩을 통해 실장되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통해 실장되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  12. 제 5항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서는 송신용 표면탄성파 필터, 수신용 표면탄성파 필터, 및 상기 송신용 및 상기 수신용 표면탄성파 필터 사이에 연결된 위상변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 위상변환소자는 상기 유전체 적층구조물 중 어느 한 유전체층 상에 도전성 패턴을 통해 형성되는 λ/4 스트립 라인인 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  14. 안테나를 통하여 통신시스템 및 위치추적시스템(GPS)과 신호를 교환하는 고주파 복합부품에 있어서,
    저역 통과 필터층, 한쌍의 접지층, 및 고역 통과 필터층을 포함하여 다이플렉서를 구현하고, 상부 중앙에 캐비티가 형성되는 유전체 적층구조물;
    상기 캐비티에 실장되는 표면탄성파 듀플렉서 및 표면탄성파 GPS 필터; 및
    상기 적층구조물 상부면에 배치되어 상기 캐비티를 밀봉하는 보호층;을 포함하고,
    상기 한쌍의 접지층에는 일부에 오픈 영역이 형성되어 있고,
    상기 유전체 적층구조물의 고역 통과 필터층은 상기 한쌍의 접지층 사이에 적층형성되는 복수개의 유전체층으로 형성되며 상기 오픈 영역에 대응하는 위치에 도전성 패턴을 통해 형성되는 적어도 3개의 캐패시턴스 요소 및 적어도 1개의 인덕턴스 요소를 포함하며,
    상기 유전체 적층구조물의 저역 통과 필터층은 상기 고역 통과 필터층 상부에 상기 접지층을 통해 상기 고역 통과 필터층과 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 저역 통과 필터층은 CDMA 시스템에 의해 처리되는 약 824 내지 894 MHz의 주파수 대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 고역 통과 필터층은 위치추적시스템(GPS)에 의해 처리되는 고주파 대역을 통과시키는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 유전체 적층구조물은 4개의 측면을 갖고 있으며, 각각의 측면에는 상기 안테나, 상기 통신시스템의 수신부, 상기 통신시스템의 송신부, 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 안테나 및 상기 위치추적시스템(GPS)과 연결되는 신호포트는 서로 반대면에 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 와이어 본딩을 통해 실장되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서 및 상기 표면탄성파 GPS 필터는 상기 유전체 적층구조물의 캐비티에 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통해 실장되는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 표면탄성파 듀플렉서는 송신용 표면탄성파 필터, 수신용 표면탄성파 필터, 및 상기 송신용 및 상기 수신용 표면탄성파 필터 사이에 연결된 위상변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 위상변환소자는 상기 유전체 적층구조물 중 어느 한 유전체층 상에 도전성 패턴을 통해 형성되는 λ/4 스트립 라인인 것을 특징으로 하는 고주파 복합부품.
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