KR20050012370A - 프런트 앤드 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

프런트 앤드 모듈 및 그 제조방법

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Abstract

본 발명은 고주파 송수신 모듈에서 사용되는 소자들을 형성할 때, 기판에 일정한 홈 또는 펀칭을 하고 금속을 채워 넣어 정확한 치수를 갖는 소자를 제작하여 소자 특성을 개선시킬 수 있는 프런트 앤드 모듈 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 형성하기 위하여 기판들 상에 소자 형태로 라인들을 펀칭하는 단계; 상기 각각의 기판들의 펀칭된 라인들 상에 금속 막을 증착하여, 상기 펀칭된 라인 내부로 금속을 채워넣어 소자 라인을 패터닝하는 단계; 및 상기 금속이 채워진 기판들을 다수개 적층하면서, 패터닝된 소자들의 입출력 단자들을 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 금속이 채워져 패터닝된 소자들을 상하 적층할 때, 쇼트를 방지하기 위하여 절연 기판을 삽입하고, 소자들의 입출력 단자에 대해서만, 비아홀을 뚫어 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.

Description

프런트 앤드 모듈 및 그 제조방법{FRONT-END MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING OF FRONT-END MODULE}
본 발명은 프런트 앤드 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고주파 송수신 모듈에서 스위칭 소자들로 패터닝되는 금속 패턴의 단면과 길이를 정확하게 패터닝함으로써 소자들의 특성을 향상시킬 수 있는 프런트 앤드 모듈 제조방법에 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 입력변환기와출력변환기에는 빗살형태의 알루미늄전극이 서로 소정거리 이격 형성되어 있다.
그리고, 상기와 같은 쏘우 필터와 FBAR 필터는 최근, 저온 동시소성 세라믹(LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramic)라고 하는 기술에 의하여 세라믹 적층 기판 상에 형성된 회로 소자들과 일체의 패키지 형태로 제조되고 있다.
LTCC는 보통 회로를 구성할 때, 기판은 기판대로 만들고 그 위에 금속을 입히는 방식으로 제작하는 것이 일반적이지만, 이러한 방식은 집적화와 소형화에 어려움이 많다.
따라서, 상기 LTCC를 사용하면, 저온에서(Low temperature) 금속과 그 세라믹 기판이 동시에 만들어지는 코파이어(Co-fire) 공정 기술이기 때문에 집적화와 소형화를 이룰 수 있다.
글라스(Glass) 계열 혹은 그것을 섞은 형태의 세라믹 계열 기판을 사용하면, 800~1,000℃ 정도에서 금속을 입힌 기판들을 압착 소성 시킬 수 있으며, 고주파 수동 소자 제작에 매우 적합하다.
도 1은 종래 기술에 따른 듀얼 밴드 듀플렉서를 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 최근 통신기기는 듀얼 밴드 주파수 신호를 송수신할 수 있도록 고주파 스위치 모듈을 구성하는데, 먼저, 1700MHz 이상의 주파수 대역을 사용하여 데이터 신호를 송수신하는 DCS와 1000MHz 이하의 주파수 대역을 사용하여 데이터 신호를 송수신하는 GSM을 FEM(Front End Module)에 형성 배치한 구조이다.
서로 다른 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 안테나(101)와, 상기 안테나(101)로부터 송수신하는 서로 다른 주파수 대역의 신호를 필터링 하는 다이플렉서(100)와, 상기 다이플렉서(100)로부터 분리되는 1800MHz 대역 주파수 신호를 사용하는 DCS 송수신 단자(DCS TX,DCS RX)와 상기 다이플렉서(100)로부터 분리되어 900MHz 대역 주파수 신호를 사용하는 GSM 송수신 단자(GSM TX, GSM RX)가 배치되어있다.
상기 DCS 송신 단자(Tx)에는 제 1 필터(103a)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 보통 LPF 또는 BPF를 사용하고, DCS 수신 단자(Rx)에는 제 1 위상 변환기(107a)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 마찬가지로 LPF 또는 BPF를 사용하고 있다.
상기 GSM 송신 단자(Tx)에는 제 2 필터(103b)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 보통 LPF 또는 BPF를 사용하고, GSM 수신 단자(Rx)에는 제 2 위상 변환기(107b)가 배치되어 있는데, 필터의 종류는 마찬가지로 LPF 또는 BPF를 사용하고 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 고주파 스위치 모듈은 상기 GSM 송신 단자(Tx)를 통하여 시스템 내부에서 발생된 900MHz 대역의 주파수 신호가 인가되면, 상기 제 2 필터(103b)를 통하여 밴드 폭을 중심으로 필터링 된 후에 상기 다이플렉서(100)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(100)를 필터링 된 후에 제 2 스위치에 의하여 수신된 신호가 GSM 수신 단자(Rx)에 인가되도록 한다. 상기 GSM 수신 단자(RX) 쪽으로 신호가 수신되면, 제 2 위상 변환기에서 신호가 변환되어 시스템 내부에서 신호를 복원하게 된다.
1800MHz 대역의 고주파 신호에 대해서 DCS 송신 단자(Tx)와 DCS 수신 단자(Rx)에서 처리되는 과정은 앞에서 설명한 GSM 단자에서의 신호 처리와 동일한 방식으로 진행된다.
도 2는 종래 기술에 따른 프런트 앤드 모듈 제조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 패키지의 구성으로 들어가는 각각의 세라믹 기판들은 각자 독립된 과정을 거쳐 제조한다. 먼저 칩 패드(도시되지 않음)와 전기적 컨택을 위하여 사용되는 와이어 본딩 대신에 세라믹 시트(124)를 제조한다.
상기 세라믹 시트(124)는 상기 칩 패드와 전기적으로 콘택될 패드부(131)가 형성되어 있고, 상기 패드부(131) 상에는 비아 홀(128)이 형성되어 내부에는 은으로 패이스트(paste) 되어 있는 패드판(124a)과, 적정한 인덕턴스들이 프린팅되어 있는 인덕턴스 프린트판(124b)이 합착된 구조로 되어 있다.
여기서, 인덕턴스의 두께는 일반적으로 20㎛ 이하로 인쇄된다.
상기 세라믹 시트(124) 하부에 적층되는 기판은 상기 칩에 인가되는 신호중 그라운드 시키기 위하여 그라운드 패턴이 형성되어 있는 제 1 그라운드 프린트판(125)이다. 상기 제 1 그라운드 프린트판(125) 하부에는 듀플렉서가 일정한 주파수 대역에서 서로 간섭 없이 신호를 송수신할 수 있도록 하는 회로 패턴이 형성된 회로 프린트판(126)이 적층된다.
계속해서, 상기 칩의 그라운드 단자와 접속할 수 있도록 하기 위한 제 2 그라운드 프린트판(127)이 적층되고, 상기 세라믹 시트(124)로부터 관통된 비아 홀을컨택 하여 외부 시스템의 신호처리 소자와 컨택할 수 있는 풋 패드판(122)이 적층된다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 고주파 송수신 프런트 앤드 모듈에서는 설계된 소자의 값과 LTCC 공정에 따라 기판 상에 금속 패턴을 형성하여 완성된 소자 값이 정확히 일치하지 않아 전체적인 시스템의 특성 저하를 유발하는 문제가 있다.
즉, 금속 패턴의 모양, 금속 패턴이 형성되는 기판의 특성에 따라 설계된 프런트 앤드 모듈의 특성이 좌우되고, 신호 처리를 위하여 중요한 Q 값 저하되는 것은 인덕턴스의 얇은 두께 및 금속 패턴 모양 변화로 인하여 인덕턴스 성분이 저하되기 때문이다.
도 3은 종래 기술에 따라 기판 상에 프런트 앤드 모듈의 소자가 패턴된 모양을 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 세라믹 기판 상에 소자를 형성하는 금속 패턴이 타원형상을 하고 있다.
특히, 상기 금속 패턴의 단면 중 가장자리 영역의 두께와 중심부의 두께가 서로 상이하여 최초 설계된 소자들의 수치와 다른 문제가 발생한다. 상기 금속 패턴의 가장자리 두께가 중심의 두께와 달라지는 것은 인덕턴스 성부에 큰 영향을 미쳐, Q 값을 떨어트리게 된다.
본 발명은, 고주파 송수신용 프런트 앤드 모듈에서 사용되는 소자들을 기판 상에 금속 막을 증착하고 패터닝하여 형성하는 것이 아니라, 기판에 일정한 홈 또는 펀칭을 하고 금속을 채워 넣어 정확한 치수를 갖는 소자를 제작하여 소자 특성을 개선시킬 수 있는 프런트 앤드 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 프런트 앤드 모듈의 구조를 도시한 블록도.
도 2는 종래 기술에 따른 프런트 앤드 모듈 제조 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 종래 기술에 따라 기판 상에 프런트 앤드 모듈의 소자가 패턴된 모양을 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라 기판 상에 프런트 앤드 모듈 소자가 패턴되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 기판 상에 패턴된 소자의 단면을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 다이플렉서 101: 안테나
103a: 제 1 필터 103b: 제 2 필터
105a: 제 1 스위치 105b: 제 2 스위치
107a: 제 1 위상 시프트 107a: 제 2 위상 시프트
200: 세라믹 기판 201: 펀칭 홈
203: 금속 패턴
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 프런트 앤드 모듈 제조방법은,
송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 형성하기 위하여 기판들 상에 소자 형태로 라인들을 펀칭하는 단계;
상기 각각의 기판들의 펀칭된 라인들 상에 금속 막을 증착하여, 상기 펀칭된 라인 내부로 금속을 채워 넣어 소자 라인을 패터닝하는 단계; 및
상기 금속이 채워진 기판들을 다수개 적층하면서, 패터닝된 소자들의 입출력 단자들을 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 금속이 채워져 패터닝된 소자들을 상하 적층할 때, 쇼트를 방지하기 위하여 절연 기판을 삽입하고, 소자들의 입출력 단자에 대해서만, 비아 홀을 뚫어 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 프런트 앤드 모듈은,
송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 형성하기 위한 라인 형태의 홈이 형성된 복수개의 기판;
상기 각각의 기판의 홈에 따라 금속막을 증착하여 형성된 소자; 및
상기소자의 입출력 단자를 연결하기 위한 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소자가 구성된 기판 사이에 쇼트를 방지하기 위해 절연 기판을 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고주파 송수신 모듈에서 소자들을 형성할 때 기판 상에 패터닝 하지 않고, 기판을 펀칭(punching)하고 내부에 금속을 채워 넣음으로써 정밀한 치수를 형성할 수 있어, 두께와 분해능을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라 기판 상에 프런트 앤드 모듈 소자가 패턴되는 과정을 설명하기 위한 도면이다
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 고주파 송수신을 위한 프런트 앤드 모듈을 패키지 형태로 제조하기 위하여 저온 동시소성 세라믹(LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramic)에 따라 세라믹 기판들을 적층한다.
상기와 같은 LTCC 공정에 의하여 프런트 앤드 모듈 패키지를 제조할 때는, 세라믹 기판(200) 상에 금속막을 증착하고 패터닝 하여 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 소자를 완성한다.
이때, 종래 기술에서와 달리 세라믹 기판 상에 소자에 대응되는 금속 패턴이 형성될 라인을 따라 기판에 펀칭 홈(201)을 형성하고, 상기 세라믹 기판(200) 상의 펀칭 홈(201) 내부 영역에 금속을 채워 넣음으로써, 소자를 형성하게 된다.
이때, 인덕턴스는 최대 200㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 펀칭 방식은 기존의 세라믹 기판(200) 상에 비아 홀(via hole)을 형성하는 방식과 유사한 방식으로 세라믹 기판(200) 상에 펀칭 홈(201)을 형성한다.
이와 같이 세라믹 기판(201)을 관통한 홈을 형성하여 금속 패턴(203)을 형성할 경우, 상부 또는 하부에 적층되는 금속 패턴(203)과 쇼트(short)가 발생할 우려가 있으므로, 적층되는 세라믹 기판(200)들 사이에 절연 기판을 삽입하고, 상하 기판의 입출력 단자만 전기적으로 접속될 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 고주파 송수신용 프런트 앤드 모듈을 LTCC 공정에 따라 제조하는 방법은, 송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 세라믹 기판(201) 상에 펀칭 홈(200)을 형성한다.
그런 다음, 적층될 각각의 세라믹 기판(200)들 상에 금속 막을 증착하고 패터닝 하여 상기 펀칭 홈(201) 영역 상에 금속 패턴(203)이 형성될 수 있도록 한다.
상기 금속이 채워져 패터닝된 소자들을 상하 적층할 때, 상하 기판 간의 전기적 쇼트를 방지하기 위하여 적층되는 세라믹 기판들 사이에 절연 기판을 삽입하여 패키지를 제조한다.
하지만, 적층된 기판 상의 금속 패턴(203)들의 입출력 단자들은 절연 기판을 관통하여 상하부 적층 기판들과 전기적으로 콘택을 시켰다.
도 5은 본 발명에 따라 기판 상에 패턴된 소자의 단면을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 세라믹 기판(200) 상에 소자를 형성하는 금속 패턴(203)은 세라믹 기판(200) 상에 펀칭되어 형성됨 홈 상에 금속이 채워져 있기 때문에, 소자를 구성하는 금속 패턴(203)들의 단면은 일정하다.
그러므로, 설계상의 소자 값과 실제 제조되는 LTCC에 의하여 제조되는 소자값이 동일한 값을 갖게 된다.
또한, 인덕턴스의 두께로 종래 기술에 비해 크게 향상 되어진다.
종래 기술에서 발생했던 상기 금속 패턴의 단면 중 가장자리 영역의 두께와 중심부의 두께가 서로 상이하여 인덕턴스 값에 큰 변화가 있었던 것과 달리, 설계상의 일정한 인덕턴스 값을 갖도록 하여 Q 값이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 주파수 신호를 송수신 하는 모듈에서 소자들을 기판 상에 패터닝 할 때, 증착 및 식각에 의하여 패터닝 하지 않고, 펀칭한 다음 내부에 금속을 채워 넣어 형성함으로써, 소자들의 특성을 향상시킬 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 (4)

  1. 송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 형성하기 위하여 기판들 상에 소자 형태로 라인들을 펀칭하는 단계;
    상기 각각의 기판들의 펀칭된 라인들 상에 금속 막을 증착하여, 상기 펀칭된 라인 내부로 금속을 채워 넣어 소자 라인을 패터닝 하는 단계; 및
    상기 금속이 채워진 기판들을 다수개 적층하면서, 패터닝된 소자들의 입출력 단자들을 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프런트 앤드 모듈 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속이 채워져 패터닝된 소자들을 상하 적층할 때, 쇼트를 방지하기 위하여 절연 기판을 삽입하고, 소자들의 입출력 단자에 대해서만, 비아 홀을 뚫어 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 프런트 앤드 모듈 제조방법.
  3. 송수신 모듈을 구성하는 위상 시프트, 스위치, 필터들에 사용되는 소자들을 형성하기 위한 라인 형태의 홈이 형성된 복수개의 기판;
    상기 각각의 기판의 홈에 따라 금속막을 증착하여 형성된 소자; 및
    상기소자의 입출력 단자를 연결하기 위한 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 프런트 앤드 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소자가 구성된 기판 사이에 쇼트를 방지하기 위해 절연 기판을 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 프런트 앤드 모듈.
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