KR20050031230A - 방열기능을 개선한 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치 - Google Patents

방열기능을 개선한 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력증폭기(Power Amplifier Module)와 SAW 듀플렉서(SAW Duplexer Module)가 하나의 모듈로 제작되는 복합장치에서, 전력증폭기에 연결된 접지전극과 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 연결된 접지전극을 서로 분리시켜 상호 열전달을 차단시키는 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수개의 유전체층이 적층되어 최상부의 실장면과 최하부의 바닥면을 포함하는 기판(PCB); 상기 기판(PCB)의 바닥면에 서로 분리 형성된 2개의 제1 및 제2 접지전극(GA,GB); 상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제1 비아홀(VH11)을 통해 상기 제1 접지전극(GA)에 연결되며, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭부(51); 상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제2 비아홀(VH12)을 통해 상기 제2 접지전극(GB)에 연결되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 듀플렉서(54); 및 상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 및 송신(TX) 필터간의 임피던스 매칭을 위해서, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부 사이에 연결된 임피던스 매칭 소자(55)를 구비함을 특징으로 한다.

Description

방열기능을 개선한 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치{POWER AMPLIFIER AND DUPLEXER COMPOSITE APPARATUS WITH IMPROVED HEAT SINK FUNCTION}
본 발명은 이동통신 단말기에 적용되는 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치에 관한 것으로, 특히 전력증폭기(Power Amplifier Module)와 SAW 듀플렉서(SAW Duplexer Module)가 하나의 모듈로 제작되는 복합장치에서, 전력증폭기에 연결된 접지전극과 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 연결된 접지전극을 서로 분리시켜 상호 열전달을 차단시킴으로써, 전력증폭기의 고열을 방출할 수 있음과 동시에, 전력증폭기에서 발생되는 고열이 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 전달되는 것을 차단하여 열에 의한 주파수 이동현상을 방지할 수 있는 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 셀룰러(Cellular) 또는 PCS 휴대폰 단말기 또는 기타 무선 통신 단말기는, 안테나(ANT)에 접속하여 대략 824-894MHz의 셀룰러 밴드 또는 대략 1750-1910MHz의 PCS 밴드를 구분하여 통과시키는 다이플렉서와, 상기 셀룰러 밴드를 대략 824-849MHz의 송신(TX)대역 및 대략 869-894MHz의 수신(RX)대역으로 구분하는 듀플렉서 또는 상기 PCS 밴드를 송신(TX)대역 및 수신(TX)대역으로 구분하는 듀플렉서를 포함한다.
최근, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기에 있어서, 기능적인 측면에서는 여러 가지 기능을 복합화한 다기능화와, 사이즈 측면에서는 전체 크기 또는 높이 등의 사이즈를 줄이는 소형화에 대한 요구에 만족하여야 하는데, 이중에서 소형화의 요구에 대응하여 송신신호의 전력을 증폭하는 전력증폭모듈과 듀플렉서를 하나의 모듈내에 형성한 복합 장치에 대한 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
특히, 휴대폰의 라이프 싸이클(Life Cycle)은 점점 짧아지고 있고, 그 기능은 점점 더 높은 수준을 요구하고 있는데, 이에 따라 휴대폰에 실장되는 부품도 소형화, 복합화를 요구하고 있으며, 이러한 소형화 및 복잡화를 달성하기 위해서 해결해야 하는 과제중의 하나가 전력증폭기에서 발생되는 고열을 방출하는 것이고, 이러한 방열이 SAW 듀플렉서와 같은 주변의 다른 회로에 악영향을 미치지 않도록 하여야 한다.
도 1은 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치는 송신신호의 전력을 증폭하는 전력증폭부(11)와, 상기 전력증폭부(11)의 임피던스 매칭 및 전원 노이즈 제거를 위한 수동소자를 포함하는 수동회로부(12)(12A,12B)와, 상기 전력증폭부(11)의 출력신호를 검출하기 위한 커플링부(13)와, 소정의 주파수에 대응되는 송신 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 듀플렉서(14)와, 상기 듀플렉서(14)의 송신 및 수신단간에 연결된 임피던스 매칭부(15)를 포함한다. 상기 수동회로부(12)는 상기 전력증폭부(11)의 임피던스 매칭회로부(12A)와 전원 노이즈의 제거를 위한 회로부(12B)를 포함한다.
도 2의 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 평면 구조도이고, 도 3은 도 2의 복합 장치의 A1-A2선 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치는 복수개의 유전체층이 적층된 기판(PCB)과, 상기 기판(PCB) 상에, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭부(11)와, 상기 전력증폭부(41)의 임피던스 매칭 및 전원 노이즈 제거를 위해서 상기 전력증폭부(11)에 연결된 수동회로부(12)와, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 SAW 듀플렉서(14)가 실장되어 있다.
또한, 상기 기판(PCB)의 내부에는, 상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 전력증폭부(11)로부터의 송신 전력을 감지하기 위해, 상기 전력증폭부(11)와 상기 듀플렉서(14) 사이에 연결된 커플링부(13)와, 상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 듀플렉서(14)의 수신(RX) 및 송신(TX) 필터간의 임피던스 매칭을 위해서, 상기 듀플렉서(14)의 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부 사이에 연결된 임피던스 매칭 소자(15)가 내장되어 있다.
이와 같은 복잡장치에서, 상기 전력증폭부(11)는 송신신호를 높은 출력으로 증폭하는 액티브 회로부로서, 이러한 동작과정에서 높을 열을 발생하게 되는데, 상기 전력증폭부(41)에서 발생된 열은 기판(PCB)의 상부 실장면에서 상기 기판(PCB)의 바닥면까지 관통하여 형성한 제1 비아홀(VH1)을 통해서 기판(PCB)의 바닥면에 형성된 접지전극(G)으로 방출된다.
그런데, 종래의 복잡장치에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이 기판(PCB)의 바닥면에 형성된 접지전극(G)이 전력증폭기 및 SAW 듀플렉서 등의 기타 회로부와 공통으로 연결되어 있기 때문에, 상기 전력증폭기에서 발생하는 열이 SAW 듀플렉서로 전달되어 SAW 듀플렉서의 특성에 악영향을 주게 되며, 이에 따라 SAW 듀플렉서에서 주파수의 이동현상이 발생되고, 이에 따라 제품의 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 전력증폭기(Power Amplifier Module)와 SAW 듀플렉서(SAW Duplexer Module)가 하나의 모듈로 제작되는 복합장치에서, 전력증폭기에 연결된 접지전극과 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 연결된 접지전극을 서로 분리시켜 상호 열전달을 차단시킴으로써, 전력증폭기의 고열을 방출할 수 있음과 동시에, 전력증폭기에서 발생되는 고열이 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 전달되는 것을 차단하여 열에 의한 주파수 이동현상을 방지할 수 있는 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치는
복수개의 유전체층이 적층되어 최상부의 실장면과 최하부의 바닥면을 포함하는 기판;
상기 기판의 바닥면에 서로 분리 형성된 2개의 제1 및 제2 접지전극;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 기판의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제1 비아홀을 통해 상기 제1 접지전극에 연결되며, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭부;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 기판의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제2 비아홀을 통해 상기 제2 접지전극에 연결되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 수신 필터부 및 송신 필터부를 포함하는 듀플렉서; 및
상기 기판의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 듀플렉서의 수신 및 송신 필터간의 임피던스 매칭을 위해서, 상기 듀플렉서의 수신 필터부 및 송신 필터부 사이에 연결된 임피던스 매칭 소자
를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 상기 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치는 상기 기판 상에 실장되고, 상기 전력증폭부의 임피던스 매칭 및 전원 노이즈 제거를 위해서 상기 전력증폭부에 연결되는 수동회로부와, 상기 기판의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 전력증폭부로부터의 송신 전력을 감지하기 위해, 상기 전력증폭부와 상기 듀플렉서 사이에 연결된 커플링부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 바닥면 접지전극 패턴도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치는 복수개의 유전체층이 적층되어 최상부의 실장면과 최하부의 바닥면을 포함하는 기판(PCB)과, 상기 기판(PCB)의 바닥면에 서로 분리 형성된 2개의 제1 및 제2 접지전극(GA,GB)과, 상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제1 비아홀(VH11)을 통해 상기 제1 접지전극(GA)에 연결되며, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭부(51)와, 상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제2 비아홀(VH12)을 통해 상기 제2 접지전극(GB)에 연결되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 듀플렉서(54)와, 상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 및 송신(TX) 필터간의 임피던스 매칭을 위해서, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부 사이에 연결된 임피던스 매칭 소자(55)를 포함한다.
또한, 상기 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치는 상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 전력증폭부(51)의 임피던스 매칭 및 전원 노이즈 제거를 위해서 상기 전력증폭부(51)에 연결되는 수동회로부(52)와, 상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 전력증폭부(51)로부터의 송신 전력을 감지하기 위해, 상기 전력증폭부(51)와 상기 듀플렉서(54) 사이에 연결된 커플링부(53)를 더 포함한다.
그리고, 상기 듀플렉서(54)는 상기 기판(PCB) 상에 실장되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 SAW 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 SAW 듀플렉서이다.
한편, 본 발명의 복합 장치에서는, 상기 임피던스 매칭 소자(45)가 상기 기판(PCB)의 내부층에 형성함으로서, 상기 듀플렉서(44)에 포함되는 패키지를 저가이면서도 기계적인 강도가 우수한 고온 동시소성 세라믹(HTCC)으로 형성할 수 있어 듀플렉서(44)의 자체 높이를 낮출 수 있다.
특히, 본 발명의 복합장치에서, 상기한 바와 같이, 기판(PCB)의 바닥면에 형성되는 접지전극을 두 개의 제1,제2 접지전극(GA,GB)으로 서로 분리시켜 형성함으로써, 상기 제1 접지전극(GA)에 연결된 전력증폭기(51)에서 발생되는 열이 SAW 듀플렉서를 비롯한 그 주변의 다른 회로로 전달되지 않게 된다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 전력증폭기(51)의 실장면에서 바닥면으로 대략 지름 0.2mm 정도의 비아홀을 12개 배치시켜 상기 전력증폭기에서 발생하는 열이 제1 접지전극(GA)을 통해 가능한 보드(BOARD)로 원활하게 빠져 나가게 하는 한편, 상기 전력증폭기(51)에서 발생된 열이, 상기와 같이 서로 분리된 접지전극에 의해서 상기 전력증폭기(51)에서 발생된 열이 제2 접지전극(GB)으로 전달되지 않게 되므로, 결국 SAW 듀플렉서로는 전달되지 않도록 하였다.
상기 기판(PCB)의 상부에는 상기 기판(PCB)의 상부에는 상기 기판(PCB)에 실장되는 회로부 및 소자들을 보호하기 위한 보호층(56)이 장착된다.
도 7a,7b는 본 발명에 따른 복합 장치의 실장면 및 바닥면의 열해석 시뮬레이션 도면이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 동작중에 전력증폭기(51)에서는 고열이 발생되는데, 이 고열은 도 7b에 도시한 바와 같이 기판(PCB)의 바닥면의 제1 접지전극(GA)으로 방출된다. 그런데, 본 발명에서는 상기 전력증폭기가 연결된 제1 접지전극(GA)과 SAW 듀플렉서(54)등의 다른 회로가 연결된 제2 접지전극(GB)을 서로 분리시킴으로써, 상기 전력증폭기(51)에서 발생된 열이 제1 접지전극(GA)으로 발생되지만, 제2 접지전극(GB)으로 전달되지 않게 되는 것을 알 수 있다.
도 7a,7b에서 제시한 시뮬레이션은 전력증폭기에서 약 1W 정도의 파워가 발생한다고 가정하였을 때 복합 모듈의 열 해석을 한 것으로, 접지전극을 서로 분리시키고, 전력증폭기의 비아홀을 배치함으로써 열에 의한 영향이 줄어드는 것을 나타낸 것이다.
전술한 바와 같이, 전력증폭기에서 발생하는 열은 SAW 듀플렉서의 주파수 이동을 일으킬 수 있고, 그 결과로 SAW 듀플렉서의 수명(life time)을 짧아지게 한다. 이에 따라 복합 장치 자체의 수명도 짧아질 수 있다. 이러한 이유로 인하여, 본 발명에서는 전력증폭기가 연결되는 접지전극과 다른 회로들이 연결되는 접지전극을 서로 분리시킴으로써, 이와 같은 종래의 문제점등을 미연에 방지하도록 하였다.
전술한 본 발명은 휴대폰이나 PDA 뿐만 아니라, 무선 신호를 송신 및 수신하는 장치에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전력증폭기(Power Amplifier Module)와 SAW 듀플렉서(SAW Duplexer Module)가 하나의 모듈로 제작되는 복합장치에서, 전력증폭기에 연결된 접지전극과 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 연결된 접지전극을 서로 분리시켜 상호 열전달을 차단시킴으로써, 전력증폭기의 고열을 방출할 수 있음과 동시에, 전력증폭기에서 발생되는 고열이 SAW 듀플렉서 등의 다른 회로에 전달되는 것을 차단하여 열에 의한 주파수 이동현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
즉, 열에 의한 SAW 듀플렉서의 주파수 이동을 줄일 수 있고, 전력증폭기의 고전력 모드에서의 효율을 높일 수 있으며, 비아홀을 배치함으로써 방열이 잘 되게 할 수 있다. 또한, 접지전극을 분리시킴으로써 전력증폭기에서 넘어가는 노이즈 신호를 SAW 듀플렉서에 넘어가지 않도록 신호를 분리시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하므로, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
도 1은 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 회로도이다.
도 2의 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 평면 구조도이다.
도 3은 도 2의 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 A1-A2선 단면도이다.
도 4는 종래 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 바닥면 접지전극 패턴도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합 장치의 바닥면 접지전극 패턴도이다.
도 7a,7b는 본 발명에 따른 복합 장치의 실장면 및 바닥면의 열해석 시뮬레이션 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
50 : 복합장치 51 : 전력증폭부
52 : 수동회로부 53 : 커플링부
54 : SAW 듀플렉서 55 : 임피던스 매칭소자
56 : 케이스 PCB : 기판
VH11,VH12,VH13 : 관통홀 G,GA,GB : 접지전극

Claims (5)

  1. 복수개의 유전체층이 적층되어 최상부의 실장면과 최하부의 바닥면을 포함하는 기판(PCB);
    상기 기판(PCB)의 바닥면에 서로 분리 형성된 2개의 제1 및 제2 접지전극(GA,GB);
    상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제1 비아홀(VH11)을 통해 상기 제1 접지전극(GA)에 연결되며, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭부(51);
    상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통된 제2 비아홀(VH12)을 통해 상기 제2 접지전극(GB)에 연결되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 듀플렉서(54); 및
    상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 및 송신(TX) 필터간의 임피던스 매칭을 위해서, 상기 듀플렉서(54)의 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부 사이에 연결된 임피던스 매칭 소자(55)
    를 구비함을 특징으로 하는 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치는
    상기 기판(PCB) 상에 실장되고, 상기 전력증폭부(51)의 임피던스 매칭 및 전원 노이즈 제거를 위해서 상기 전력증폭부(51)에 연결되는 수동회로부(52); 및
    상기 기판(PCB)의 복수개의 유전체층의 일부에 도전성 패턴으로 형성되고, 상기 전력증폭부(51)로부터의 송신 전력을 감지하기 위해, 상기 전력증폭부(51)와 상기 듀플렉서(54) 사이에 연결된 커플링부(53)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판(PCB)은
    상기 수동회로부(52)에서 발생되는 열을 외부로 전달하기 위해, 상기 수동회로부(52)가 실장된 기판(PCB)의 실장면에서 바닥면까지 관통되게 형성되어 상기 수동회로부(52)와 제2 접지전극(GB)을 연결하는 제3 비아홀(VH13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판(PCB)의 상부에는
    상기 기판(PCB)의 상부에는 상기 기판(PCB)에 실장되는 회로부 및 소자들을 보호하기 위한 보호층(56)이 장착된 것을 특징으로 하는 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 듀플렉서(54)는
    상기 기판(PCB) 상에 실장되며, 소정의 주파수 대역에 해당하는 송신신호 및 수신신호를 각각 분리하여 통과시키는 SAW 수신(RX) 필터부 및 송신(TX) 필터부를 포함하는 SAW 듀플렉서인 것을 특징으로 하는 전력증폭 및 듀플렉서 복합 장치.
KR1020030067460A 2003-09-29 2003-09-29 방열기능을 개선한 전력증폭 및 듀플렉스 복합 장치 KR20050031230A (ko)

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