KR20050065861A - Wireless transceiver module for ultra wide-band - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 통신 장비, 의료 장비 또는 군용 장비 등에 적용될 수 있는 무선 송수신 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송수신 모듈을 최소화시킨 광대역(Ultra Wide-Band, UWB) 무선 송수신 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless transmit / receive module that can be applied to electronic communication equipment, medical equipment, military equipment, and the like, and more particularly, to a wideband (Ultra Wide-Band, UWB) wireless transmit / receive module minimized.
본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은, 전파를 방사하거나 흡수하는 광대역 안테나, 송수신 전환을 위한 송수신 스위치, 일정 주파수대를 통과시키는 여파기, 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저 대역 처리를 위한 집적회로로 구성되는 UWB(Ultra Wide-Band) 무선 송수신 모듈에 있어서, 이종 재료층으로 구성되며, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기판에 광대역 안테나, 수동 부품을 일체화시키고 집적회로를 탑재함으로써 이루어진다.The UWB wireless transmission / reception module according to the present invention includes a wideband antenna that radiates or absorbs radio waves, a transmission / reception switch for transmitting / receiving switching, a filter passing through a predetermined frequency band, an integrated circuit for high frequency communication, and an integrated circuit for digital baseband processing. (Ultra Wide-Band) A wireless transmit / receive module, comprising a dissimilar material layer, made by integrating a broadband antenna and passive components on a low temperature co-fired ceramic substrate and mounting an integrated circuit.
Description
본 발명은 전자 통신 장비, 의료 장비 또는 군용 장비 등에 적용될 수 있는 무선 송수신 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송수신 모듈을 최소화시킨 광대역(Ultra Wide-Band, UWB) 무선 송수신 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless transmit / receive module that can be applied to electronic communication equipment, medical equipment, military equipment, and the like, and more particularly, to a wideband (Ultra Wide-Band, UWB) wireless transmit / receive module minimized.
현재, 기존의 무선 시스템과 주파수 스펙트럼을 공유함으로써, 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 UWB 무선 시스템이 등장하였다.At present, UWB wireless systems have been introduced, which share frequency spectrum with existing wireless systems, thereby making more efficient use of frequency resources.
상기 UWB 무선 시스템은 RF(Radio Frequency) 반송파 대신 1㎱(Nano-second) 이하로 폭이 좁은 모노 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술이다. 이러한 UWB 무선 시스템은, 펄스의 성질에 의해 광대역에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼이 존재하기 때문에 현재 사용되고 있는 다른 무선 시스템에 간섭을 주지 않으며, 초광대역의 대역폭을 사용함으로써 일반적인 무선 시스템에 비하여 신호의 전송속도가 증가된다. 또한, UWB 무선 시스템은 기저대역 신호를 상향 변조 없이 안테나를 통해 직접 송신하고, 상기와 같이 송신된 신호를 직접 복조하기 때문에 송신장치 및 수신장치를 간소하게 구현할 수 있다.The UWB wireless system is a technology for transmitting information using mono pulses narrower than 1-second (Nano-second) instead of a radio frequency (RF) carrier. This UWB wireless system does not interfere with other wireless systems currently in use because of its low power spectrum, such as baseband noise, due to the nature of pulses. The transmission speed of the signal is increased. In addition, since the UWB wireless system directly transmits a baseband signal through an antenna without upmodulation and directly demodulates the transmitted signal as described above, the UWB wireless system can simplify the transmitter and the receiver.
따라서, UWB 무선 송수신은 근거리 무선 홈 네트워킹, GPR(Ground Penetrating Radar), 의료분야 등에 널리 활용된다.Therefore, UWB wireless transmission and reception are widely used in near field wireless home networking, GPR (Ground Penetrating Radar), and medical field.
도 1은 일반적인 UWB 무선 송수신 모듈을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a general UWB wireless transmission / reception module.
도시된 바와 같이, UWB 무선 송수신 모듈은 고주파 신호를 송수신하는 광대역 안테나(110), 송수신 회로를 구성하기 위한 송수신 스위치(120), 해당 주파수 대역을 통과시키기 위한 여파기(130), 고주파 통신용 집적회로(140) 및 디지털 베이스밴드 처리용 집적회로(150)로 구성된다.As shown, the UWB wireless transmission / reception module includes a broadband antenna 110 for transmitting and receiving high frequency signals, a transmission and reception switch 120 for configuring a transmission and reception circuit, a filter 130 for passing a corresponding frequency band, and an integrated circuit for high frequency communication ( 140 and an integrated circuit 150 for digital baseband processing.
상기와 같은 UWB 무선 송수신기는 다른 무선 송수신기에 비하여 송수신기의 구조가 간단하여 낮은 비용으로 송수신기 제작이 가능하다는 장점이 있지만, 여전히 송수신기 모듈의 크기와 부피를 최소화하는 것이 무선 송수신 시스템이 안고 있는 과제이다. The UWB radio transceiver as described above has the advantage that the structure of the transceiver is simpler than other radio transceivers, so that the transceiver can be manufactured at a low cost. However, minimizing the size and volume of the transceiver module is a problem faced by the radio transceiver system.
다시말하면, UWB 무선 송수신기 모듈은 개별적인 부품 단위로 구성되어 있어 그 크기를 소형화하는 데 한계를 갖고 있다.In other words, the UWB radio transceiver module is composed of individual component units, which limits its size.
즉, UWB 무선 송수신 모듈의 광대역 안테나는 세라믹 또는 FR-4 재질로 구성된 판상형 타입으로 이루어져 있으며 스위치 및 여파기는 개별 부품 단위로 구성되어 있고, 고주파 송수신 집적회로 칩 및 베이스-밴드 집적회로 칩은 BGA(Ball Grid Array) 패키지 타입으로 구성되어 있다. 이러한 개별 부품의 연결을 위하여 PCB 상에 부품을 배치하여 모듈을 구성하기 때문에 소형화에 한계가 있으며, 또한 이러한 모듈을 경박 단소화된 전자제품에 채용하기에는 제약이 따르게 된다.That is, the broadband antenna of the UWB wireless transmit / receive module consists of a plate-type type made of ceramic or FR-4 material, the switch and the filter are composed of individual component units, and the high frequency transmit / receive integrated circuit chip and the base-band integrated circuit chip are BGA ( Ball Grid Array) package type. Since the modules are arranged on the PCB for the connection of these individual components, there is a limit in miniaturization, and there are limitations in employing such modules in light and short electronic products.
본 발명의 목적은, 광대역 안테나, 수동 부품등을 일체화시키고 통신용 집적 회로를 탑재함으로써, 그 크기와 부피를 초소형화 시키는데 있다.An object of the present invention is to miniaturize the size and volume by integrating a broadband antenna, passive components, and the like, and mounting an integrated communication circuit.
본 발명의 다른 목적은, UWB 송수신기 모듈을 초소형화 함으로써, 경박 단소화된 전자제품에 활용할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to miniaturize the UWB transceiver module, so that it can be utilized in thin and light electronic products.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은,전파를 방사하거나 흡수하는 광대역 안테나, 송수신 전환을 위한 송수신 스위치, 일정 주파수대를 통과시키는 여파기, 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저 대역 처리를 위한 집적회로로 구성되는 UWB(Ultra Wide-Band) 무선 송수신 모듈에 있어서, 이종 재료 층으로 구성되며, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기판에 광대역 안테나, 수동 부품을 일체화시키고 집적회로를 탑재하는 것을 특징으로 한다.UWB wireless transmission and reception module according to the present invention for achieving the above object, a wideband antenna for radiating or absorbing radio waves, transmission and reception switch for transmission and reception switching, filter passing through a predetermined frequency band, integrated circuit for high frequency communication and digital baseband processing Ultra Wide-Band (UWB) wireless transmit / receive module, which is composed of integrated circuits, is composed of different material layers and integrates and integrates broadband antennas and passive components on low temperature co-fired ceramic substrates. It is characterized by mounting a circuit.
본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈을 소형화 하기 위하여 이종 재료의 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic, LTCC) 기판을 사용하여 반도체 단일 패키지에 해당하는 크기에 상술한 안테나, 여파기 및 송수신용 스위치를 통신용 집적회로와 함께 탑재할 수 있도록 한다.In order to miniaturize the UWB wireless transmission / reception module according to the present invention, a low temperature co-fired ceramic (LTCC) substrate of different materials is used, and the antenna, filter and switch for transmitting and receiving are described above in a size corresponding to a semiconductor single package. To be mounted together with the communication integrated circuit.
저온 동시 소성 세라믹 기술은 적층 세라믹 공정기술로서 저가이면서 우수한 특성을 갖는 RF/마이크로파 소자 및 패키지 제작시 사용되는 기술이며, 전자부품의 소형화 추세에 대응하여 개발되어온 기술로서 2차원 평면상에 제작되어온 소자를 다층의 세라믹 층을 적층하여 3차원으로 제작함으로서 부품의 소형화와 고기능화를 이룰 수 있는 기술이다.Low-temperature co-fired ceramic technology is a multilayer ceramic process technology used for manufacturing RF / Microwave devices and packages with low cost and excellent characteristics, and has been developed in response to the trend of miniaturization of electronic components. It is a technology that can achieve miniaturization and high functionality of parts by stacking a multilayer ceramic layer in three dimensions.
일반적으로, 저온 동시 소성 세라믹의 제조 공정은 그린 테이프 제조 공정, 펀칭(Punching) 공정, 비아홀 필링(Filling) 및 인쇄(Printing) 공정, 압착 및 일체화 적층(Stacking & Lamination) 공정 및 소성(Sintering) 공정으로 이루어진다.In general, low temperature co-fired ceramic manufacturing processes include green tape manufacturing processes, punching processes, via hole filling and printing processes, pressing and integral lamination and sintering processes. Is done.
이하, 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a UWB wireless transmission / reception module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈의 단일 패키지 형태를 도시한 것이다.2 illustrates a single package form of a UWB wireless transmit / receive module according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은 저온 동시 소성 세라믹 기판위에 광대역 안테나 적층부(210), 내부실장(Embedded)하기 위한 수동 부품 적층부(인덕터, 캐패시터, 필터, 220) 및 통신용 집적회로(240)가 탑재되는 집적회로부(230)로 구성되며, 각각의 층은 유전체로 구분되고 전극(260)으로 연결된다.As shown, the UWB wireless transmit / receive module according to the present invention is a broadband antenna laminate 210, a passive component laminate (inductor, capacitor, filter, 220) for communication on a low temperature co-fired ceramic substrate, and for communication The integrated circuit 240 includes an integrated circuit unit 230 on which each layer is divided into a dielectric and connected to the electrode 260.
상기 광대역 안테나 적층부(210), 수동 부품 적층부(220) 및 집적 회로부(230)는 유전율이 상이한 이종 재료로 구분되어 구성된다.The broadband antenna stacker 210, the passive component stacker 220, and the integrated circuit 230 may be divided into different materials having different dielectric constants.
상기의 이종 재료의 유전율은 상대유전율 값이 20 이상인 것을 특징으로 하는 고율전율 재료층과 상대유전율 값이 8 이하인 것을 특징으로 하는 저유전율 재료 층으로 구성되는 것이 바람직하다.The dielectric constant of the heterogeneous material is preferably composed of a high dielectric constant material layer characterized by having a relative dielectric constant value of 20 or more and a low dielectric constant material layer characterized by a relative dielectric constant value of 8 or less.
또한, 상술한 유전율이 다른 이종 재료층은 저유전율층/ 고유전율층/저유전율층의 3층 구조로 이루어지는 것이 더욱 바람직하며 그 이유는 다음과 같다. In addition, it is more preferable that the heterogeneous material layer having different dielectric constants has a three-layer structure of a low dielectric constant layer, a high dielectric constant layer, and a low dielectric constant layer, and the reason thereof is as follows.
최상층부를 구성하는 저율전율은 주로 광대역 다층구조 판상형의 광대역 안테나를 구현하는데 사용되며, 이는 유전율이 낮은 경우 외부로의 전계 방출이 유전율이 높은 경우보다 용이하기 때문이다.The low permittivity constituting the uppermost layer is mainly used to implement a wideband multilayer plate-shaped wide band antenna because the field emission to the outside is easier than when the permittivity is high when the permittivity is low.
그리고, 고유전율 층은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판의 가운데층 부분을 구성하며, 이러한 이유는 도 1에 도시된 여파기(130) 및 송수신부를 내장 (Embedded)시키기 위함이다. 상대 유전 상수가 클 경우, 수동소자를 이루는 여파기, 인덕터, 캐패시터 등의 크기를 작게하여 내층화 집적도를 향상시킬 수 있기 때문이다.As shown in FIG. 2, the high dielectric constant layer constitutes a middle layer of the substrate, and the reason for this is to embed the filter 130 and the transceiver of FIG. 1. This is because when the relative dielectric constant is large, the layered integration can be improved by reducing the size of the filter, the inductor, and the capacitor constituting the passive element.
또한, 기판의 하층부는 주로 통신용 반도체 칩(고주파 통신용 집적회로 및 기저대역용 집적회로)을 탑재하고 이들의 배선 및 입출력 배선 패턴의 연결을 위하여 저유전율 재료층으로 구성된다. 이는 배선부의 기판 재질이 저유전 상수일 경우 배선 손실이 적어지고 고속데이터 처리 속도가 빨라지기 때문이다. In addition, the lower layer of the substrate mainly includes a communication semiconductor chip (a high frequency communication integrated circuit and a baseband integrated circuit) and is composed of a low dielectric constant material layer for connecting these wirings and input / output wiring patterns. This is because the wiring loss is reduced and the high speed data processing speed is increased when the substrate material of the wiring part is a low dielectric constant.
또한, 반도체용 집적회로 칩의 기판에 탑재시 많은 입출력 단자를 형성하기 위하여 모듈의 하단부에 BGA(Ball Grid Array) 형태의 전극 구조를 갖게하는 것이 바람직하다. In addition, it is desirable to have an electrode structure of a ball grid array (BGA) in the lower end of the module in order to form a large number of input and output terminals when mounted on the substrate of the semiconductor integrated circuit chip.
반도체 칩의 두께에 의하여 BGA 연결에 방해를 받을 수 있게 되기 때문에, 반도체 칩이 탑재되는 부분을 캐비티(Cavity) 형태로 형성하여 와이어 본딩(Wire Bonding) 및 플립 클립(Flip Chip) 형태로 연결할 수 있다. 외부환경으로부터 칩을 보호하기 위하여 봉지재(270)로 포팅(Potting) 또는 인캡슐레이션(Encapsulation) 하게된다. 이렇게 하면 전체 모듈의 두께를 증가시키지 않고 일반적인 반도체 패키지 형태로 초소형 UWB 무선 송수신 모률을 BGA 패키지 형태로 제조할 수 있게 된다.Since the thickness of the semiconductor chip may interfere with the BGA connection, the portion in which the semiconductor chip is mounted may be formed in a cavity shape to be connected in the form of wire bonding and flip chip. . Potting or encapsulation is performed with the encapsulant 270 in order to protect the chip from the external environment. This makes it possible to manufacture ultra-small UWB transmit / receive module rates in a BGA package without increasing the overall module thickness.
도 3은 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신기 모듈의 블럭도(300a)와 모식도(300b)를 대응시켜 도시한 것이다.3 is a block diagram 300a and a schematic diagram 300b of the UWB wireless transceiver module according to the present invention.
도시된 바와 같이, 광대역 안테나(310)은 평판형 안테나로 이루어지며 기판의 상층에 위치되어 진다. 송수신부(320)는 기판의 가운데층을 이루며 인덕터(미도시), 캐패시터(미도시), 여파기(320a) 및 송수신 스위치(320b)인 수동부품은 내부 실장된다. 집적회로부(330)는 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저대역 처리용 집적회로(330a)로 구성되며 기판의 하층에 내장된다. As shown, the broadband antenna 310 consists of a flat antenna and is positioned on the upper layer of the substrate. The transceiver 320 forms a middle layer of the substrate, and passive components, which are an inductor (not shown), a capacitor (not shown), a filter 320a, and a transmit / receive switch 320b, are internally mounted. The integrated circuit unit 330 includes an integrated circuit for high frequency communication and an integrated circuit 330a for digital baseband processing and is embedded in a lower layer of the substrate.
각각의 층은 저율전율층, 고유전율층 및 저율전율층 순으로 구분되어 있으며, 은(Ag) 또는 구리(Cu)등의 금속재로 이루어진 전극(340)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.Each layer is divided into a low dielectric constant layer, a high dielectric constant layer, and a low dielectric constant layer, and are electrically connected by an electrode 340 made of a metal material such as silver (Ag) or copper (Cu).
본 발명에 따르면, 광대역 안테나, 수동 부품등을 일체화시키고 통신용 집적 회로를 탑재함으로써, 그 크기와 부피를 초소형화 시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to miniaturize the size and volume by integrating a broadband antenna, passive components, and the like, and mounting a communication integrated circuit.
또한, UWB 무선 송수신 모듈을 초소형화 함으로써, 경박 단소화된 전자제품에 활용할 수 있다.In addition, by miniaturizing the UWB wireless transmission and reception module, it can be utilized in light and short electronic products.
도 1은 일반적인 UWB 무선 송수신 모듈을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a general UWB wireless transmission / reception module.
도 2는 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈의 단일 패키지 형태를 도시한 것이다.2 illustrates a single package form of a UWB wireless transmit / receive module according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신기 모듈의 블럭도(300a)와 모식도(300b)를 대응시켜 도시한 것이다.3 is a block diagram 300a and a schematic diagram 300b of the UWB wireless transceiver module according to the present invention.
<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 ; 광대역 안테나 120 ; 송수신 스위치110; Broadband antenna 120; Transmit / receive switch
130 ; 여파기 140, 150 ; 집적회로130; Filter 140, 150; Integrated circuit
210, 310 ; 광대역 안테나 적층부 220, 320 ; 수동부품 적층부210, 310; Broadband antenna stacks 220 and 320; Passive component stack
230, 330 ; 집적회로부230, 330; Integrated circuit
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |