KR20080018758A

KR20080018758A - 윈칩형 ｒｆ집적모듈

Info

Publication number: KR20080018758A
Application number: KR1020060081362A
Authority: KR
Inventors: 손경주
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-02-28

Abstract

본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈은 다중 밴드 대역의 송수신신호를 분리하여 필터링하는 프론트앤드모듈; 송신신호를 증폭하여 상기 프론트앤드모듈로 전달하는 전력증폭모듈; 베이스밴드신호 및 RF신호를 상호 변환하여 처리하는 트랜시버모듈; 및 상기 트랜시버모듈 및 상기 프론트앤드모듈 사이의 임피던스를 정합시키는 매칭회로모듈을 포함하여 단일 모듈화한 제1기판층; 그라운드 패턴이 형성되고, 분포소자가 실장된 제2기판층; 상기 트랜시버모듈에 대응되는 그라운드 패턴 및 상기 트랜시버모듈의 신호입출력 단자에 대응되는 그라운드 패턴이 연결된 제3기판층; 및 그라운드 패턴이 형성된 제4기판층을 포함한다.

본 발명에 의하면, 기판 상의 실장 영역을 최소화하고, 다른 기능을 위하여 구비되는 모듈들의 배치 설계에 자유도가 확보되며, 소자의 실장 공정이 감소되어 불량 감소 및 생산력이 증대되는 효과가 있다. 또한, 그라운드 패턴, 각종 신호출력 단자, 비아홀 등을 효율적으로 배치설계함으로써 신호 왜곡 현상을 방지하고 전송로를 효율적으로 구성할 수 있는 효과가 있다.

Description

윈칩형 ＲＦ집적모듈{Radio Frequency accumulated module of one chip type}

도 1은 일반적인 GSM 복합모듈이 기판 상에서 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 윈칩형 RF집적모듈의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈의 구성부가 제1기판층 상에서 단일 패키지를 이루는 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈의 제2기판층에 형성된 비아홀이 일반적인 방식으로 형성된 경우를 예시한 부분 상면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 구성하는 제2기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈의 제3기판층에 형성된 비아홀 및 그라운드 패턴이 일반적인 방식으로 형성된 경우를 예시한 부분 상면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 구성하는 제3기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈을 구성하는 제4기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 원칩형 RF집적모듈 110: 프론트앤드모듈

120: 매칭회로모듈 130: 전력증폭모듈

140: 트랜시버모듈 L1: 제1기판층

A: 트랜시버모듈 전원핀 및 송신신호핀

l: 트랜시버모듈 전송로 패턴 L2: 제2기판층

b2: 제2기판층 비아홀 L3: 제3기판층

g4: 제3기판층 그라운드 패턴 L4: 제4기판층

g5: 제4기판층의 소자 그라운드 패턴 g6: 제4기판층의 핀 그라운드 패턴

본 발명은 윈칩형 RF집적모듈에 관한 것이다.

현재, 다수개의 주파수 대역을 처리하는 송수신단을 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역 프론트앤드 복합모듈을 이용한 이동통신단말기가 널리 사용되고 있다.

이러한 프론트앤드 복합모듈은 가령, GSM(Global Systems for Mobile communication) 주파수 대역, DCS(Digital Cellular System) 주파수 대역, PCS(Personal Communication service) 주파수 대역과 같이 멀티 밴드 신호를 처리할 수 있는데, 이들 주파수 대역에 대하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 GSM은 유럽을 포함한 기타 지역에서 광범위하게 사용되고 있으며, 시분할 다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 이용한 디지털 이동통신 시스템을 의미한다.

또한, 상기 DCS는 CDMA(Code Division Multiple Access; 코드 분할 다중접속방식)방식 또는 TDMA(Time Division Multiple Access; 시 분할 다중접속방식)방식을 통하여 콜센터와 접속하고 통신 서비스를 제공하는 기술이고, 상기 PCS는 1750∼1910 MHz의 주파수 신호(한국형 PCS(K-PCS) 밴드는 1750MHz∼1780MHz의 송신대역과 1840MHz∼1870MHz의 수신대역을 포함하고, 미국형 PCS(US-PCS) 밴드는 1850MHz∼1910MHz의 송신대역과 1930MHz∼1990MHz의 수신대역을 포함함)를 처리하는 통신 기술이다.

도 1은 일반적인 GSM 복합모듈이 기판 상에서 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 1에 도시된 것처럼, 일반적인 GSM 이동통신단말기의 RF 부분은 전력증폭단(PAM; Power Amplifier Module)(30), FEM(Front End Module)(10), 매칭회로단(Mathching Bank)(20), 트랜시버(Transceiver; Transmitter & Receiver)단(40)의 4개 블록으로 이루어지며 4개의 블록들은 개별 소자 형태로서 이동통신단말기 내부 기판에 각각 실장되는 구조(Discrete type)를 가진다.

상기 FEM(10)은 안테나와 연결되어 다중 대역의 주파수신호를 송수신하고 각 대역별로 송신 신호 및 수신 신호를 분리하여 전달하는 기능을 수행한다.

상기 전력증폭단(30)은 트랜시버단(40)에서 처리된 송신 신호를 증폭시켜 FEM(10)으로 전달하고, 매칭회로단(20)은 트랜시버단(40)과 FEM(10), 그리고 전력증폭단(30)과 FEM(10) 사이의 임피던스를 정합시키는 기능을 수행한다.

상기 트랜시버단(40)은 믹서, 위상동기회로, 발진회로, 변/복조회로 등을 구비하여 RF신호를 베이스밴드신호 또는 베이스밴드신호를 RF신호로 변환/처리하는데, 외부에 구비되는 베이스밴드칩과 연결되어 신호를 주고받는다.

이와 같이 종래 RF부분을 이루는 4개의 블록(10, 20, 30, 40)은 각각 하나의 칩으로 제품화되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 각각 실장되는 구조를 가지므로 배치 면적이 넓어지게 된다.

가령, 상기 4개의 블록들(10, 20, 30, 40)은 기판 상에 실장되는 경우 십수 mm²이상이 되는 영역을 차지하므로 이는 이동통신단말기 제품을 소형화하는데 큰 제약으로 인식되고 있다.

또한, 최근의 이동통신단말기 제품은 카메라 모듈, 블루투스와 같은 근거리 통신모듈, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 통신모듈 등 다른 모듈들도 구비하여 다기능화되는 추세이므로, 전술한 4개의 블록 구조는 자체의 배치 설계뿐만 아니라 다른 모듈들의 실장 구조에도 영향을 준다.

따라서, 다기능/소형화되는 이동통신단말기 제품을 개발하기 위해서는 RF 복합모듈의 구조적 개선이 필수적이라 할 수 있다.

본 발명은 이동통신단말기의 실장 면적을 최소화하고, 각 구성부의 배치 구조 및 패턴 구조를 고려하여 전기적 간섭 현상이 최대한 억제되도록 한 원칩형 RF 집적모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 다층 구조의 각 기판 레이어에 형성되는 비아홀, 그라운드 패턴, 신호 입출력핀 등의 설계 구조를 개선하여 신호 왜곡 현상을 방지하고 전송로를 효율적으로 구성할 수 있는 원칩형 RF집적모듈을 제공한다.

또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈의 상기 제2기판층은 상기 트랜시버모듈의 신호입출력 단자에 대응되는 영역에 그라운드 패턴이 형성되지 않고 비아홀만이 형성된다.

또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈의 상기 제3기판층은 상기 신호입출력 단자에 해당하는 비아홀을 내부 영역에 포함하도록 그라운드 패턴 영역이 확장된다.

또한, 본 발명에 의한 원칩형 RF집적모듈의 상기 제3기판층은 상기 신호입출 력 단자에 대응되는 그라운드 패턴 상에 형성된 비아홀과 상기 트랜시버모듈에 대응되는 그라운드 패턴 상에 형성된 비아홀이 상호 연결된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 윈칩형 RF집적모듈(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로블록도이다.

도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)은 크게 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130) 및 트랜시버모듈(140)을 포함하여 이루어지는데, 상기 프론트앤드모듈(110)은 듀플렉서(DPX; DuPleXer)(112), ASM(Antenna Switching Module)(114) 및 필터단(116)을 포함하고, 매칭회로모듈(120)은 제1매칭회로모듈(122) 및 제2매칭회로모듈(124)을 포함한다.

또한, 상기 트랜시버모듈(140)은 IF(Intermediate Frequency)증폭단(141), 제1믹서(142), 복조부(143), 제1PLL(Phase Locked Loop)(144), 제2PLL(146), VCO(Voltage Controlled Oscillator)(145), 제2믹서(147), 변조부(148) 및 전력검출회로(149)를 포함하여 이루어진다.

상기 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130) 및 트랜시버모듈(140)은 가령 MCPCB((Metal Core Printed Circuit Board)와 같은 다층구조의 기판 상에 구현되며, 탑층 레이어에 실장되고 비아홀을 통하여 내층 레이어와 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명에 의한 RF집적모듈(100)은 4개의 기판층(이하, "제1기판층", "제2기 판층", "제3기판층", "제4기판층"으로 지칭함)으로 이루어지는데, 각 기판층에 대해서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

가령, 다층구조 기판의 내층 레이어에는, RF집적모듈 회로에 존재하는 기생성분으로 인하여 정전기 방전 현상이 발생되는 것을 억제하는 ESD(Electro-Static Discharge)소자, TCXO(Temperature Compensated X-tal Oscillator)회로, 마이크로스트립 라인과 같은 분포 소자 등이 위치될 수 있으며, 탑층 레이어의 상기 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130) 및 트랜시버모듈(140)은 층간 전기적 신호를 전달시키는 비아홀을 통하여 내층의 다른 전자소자들(이동통신단말기에는 다수의 전자소자들이 구비될 수 있으며 본 발명의 기술적 사상과 연관이 없는 전자소자에 대해서는 도시하지 않음)과 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 RF집적모듈(100)은 전술한 바와 같이 다층구조의 기판 상에 실장되어 원칩형으로 패키지 실장되며, GSM(Global Systems for Mobile communication) 송수신 복합 모듈로서, PCS(Personal Communications Service; 1900 MHz 대역), GSM(Global Position system; 800 MHz 대역), DCS(Digital Cellular System; 1800 MHz 대역)의 트리플 밴드 주파수 대역 신호를 처리하는 것으로 한다.

따라서, 상기 프론트앤드모듈(110), 전력증폭모듈(130), 매칭회로모듈(120) 및 트랜시버모듈(140)은 PCS, GSM, DCS 주파수 대역 신호를 각각 처리하는 회로들로 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈의 구성부가 제1기판층 상에서 단일 패키지를 이루는 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)에 구비되는 구성부에 대하여 설명함에 있어서, 도 3을 참조하여 탑층 레이어(L1; 제1기판층)에 실장되는 형태를 함께 설명하기로 한다.

우선, 상기 듀플렉서(112)는 안테나(200)와 연결되어 각 주파수 대역의 송수신 신호를 분리시키는 기능을 수행하는데, 상기 듀플렉서(112)는 고성능수동소자(IPD)로 구성된 고대역필터(HPF: High Pass Filter)와 저대역필터(LPF: Low Pass Filter)로 이루어질 수 있고, 주파수 분할 다중화 방식을 적용하여 (여러 주파수 신호가 동시에 혼재된)전체 신호를 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 개의 주파수 대역으로 분리한다.

상기 ASM(114)은 듀플렉서(112) 및 필터단(116)과 연결되고 스위칭 동작을 수행하여 PCS, GSM, DCS의 주파수 대역 신호를 분리하는데, 디코더 회로, 스위칭 회로 및 다수개의 제어전압단을 포함한다.

가령, 제어전압단을 통하여 제어 전압이 인가되면, 상기 디코더 회로는 인가된 제어 전압의 조합(논리 연산)을 통하여 신호 경로를 해석하고, 해석 결과를 스위칭 회로로 전달한다.

상기 스위칭 회로는 디코더 회로의 제어에 따라 다수개의 신호 경로를 개폐시킴으로써 듀플렉서(112)와 필터단(116)을 주파수 대역에 따라 선택적으로 스위칭시킨다.

상기 필터단(116)은 쏘우 필터와 같은 다수개의 필터들로 이루어지며, 인접 대역 신호와 잡음 성분의 신호를 차단하고 해당 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 매칭회로모듈(120)로 전달한다.

쏘우 필터는 입력단의 압전 물체에 전기적 신호가 인가되면 이를 기계적 신호로 변환한 후 출력단에서 기계적 신호를 다시 전기적 신호로 변환 출력함으로써 설계시 설정된 특정 주파수 대역은 통과시키고 그외의 주파수 대역은 저지시키는 필터이다.

상기 전력증폭모듈(130)은 도 3에 도시된 것처럼, 탑층 레이어의 좌측 끝단에 실장되고, 듀플렉서(112), ASM(114), 필터단(116)을 포함하여 이루어지는 프론트앤드모듈(110)은 전력증폭모듈(130)의 우측 영역에 실장된다.

그리고, 프론트앤드모듈(110)의 우측 영역에는 매칭회로모듈(120)이 위치되고, 매칭회로모듈(120)의 우측 영역, 즉 탑층 레이어의 우측 끝단에는 트랜시버모듈(140)이 실장된다.

상기 전력증폭모듈(130)은 GSM 신호를 포함하여 다중 밴드 신호를 처리하는 저주파/고주파 증폭소자들로 이루어지는데, 제2매칭회로모듈(124)을 통하여 프론트앤드모듈(110)과 연결되고 트랜시버모듈(140)과 연결된다.

상기 전력증폭모듈(130)은 트랜시버모듈(140)로부터 입력되는 송신신호를 증폭하고 증폭된 신호를 프론트앤드모듈(110)로 전달한다.

예를 들어, 상기 증폭소자는 구동증폭소자, 전력증폭소자 등으로 구비될 수 있는데, 구동증폭소자는 트랜시버모듈(140)로부터 신호를 전달받아 이득(gain)을 조정시킴으로써 출력신호가 허용 수준을 넘지 않도록 하여 증폭시킨다.

따라서, 구동증폭소자를 통하여 증폭 신호가 왜곡되고 여러 주파수가 집중된 채널신호의 대역폭에서 인터모듈레이션이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전력증폭소자는 상기 구동증폭소자에서 이득조정된 신호의 전력을 증폭시키며, 각 주파수 대역별로 설정된 송출 레벨에 맞추어 신호를 증폭시킨다. 따라서 전력증폭소자는 대용량의 트랜지스터 혹은 병렬로 구성되는 다수의 트랜지스터를 포함하며 RF신호의 출력을 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)과 같은 통신 규격에 부합되는 범위에서 최대한으로 증폭시킨다.

상기 제1매칭회로모듈(122)은 저주파/고주파 위상 변환소자를 구비하여 필터단(116)과 트랜시버모듈(140) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.

상기 제2매칭회로모듈(124)은 프론트앤드모듈(110) 및 전력증폭모듈(130) 사이에 연결되고 임피던스 손실을 보상하여 전력증폭모듈(130)의 출력신호가 왜곡되는 것을 억제하고, 안정적인 신호를 생성하여 프론트앤드모듈(110)로 전달한다.

상기 제1매칭회로모듈(122)과 제2매칭회로모듈(124)은 프론트앤드모듈(110)과 트랜시버모듈(140) 사이에 위치되어 하나의 매칭회로모듈(120)을 이루도록 설계된다.

마지막으로, 트랜시버모듈(140)을 이루는 구성부에 대하여 설명한다.

상기 전력증폭모듈(130)과 트랜시버모듈(140)이 각각 탑층 레이어 양끝단에 위치되는 것은 두 모듈간의 전파 간섭 현상을 최대한 억제하기 위한 것이다.

상기 제1믹서(142)는 다중 밴드 대역의 RF수신신호를 중간주파신호로 믹싱하고, 상기 제2믹서(147)는 다중 밴드 대역의 중간주파신호를 RF송신신호로 믹싱한 다.

상기 VCO(145)는 제1믹서(142)와 제2믹서(147)로 기준주파수신호를 제공하며, 상기 기준주파수신호는 중간주파신호와 RF송신신호의 합성에 이용된다.

그러나, 가령 온도와 같은 외부 환경의 변화 요인에 의하여 기준주파수신호가 미세하게 유동되어 불안정한 상태가 될 수 있으며, 이러한 경우 합성된 신호에 왜곡이 발생될 수 있다.

이러한 이유로 VCO(145)의 기준주파수신호의 안정화를 위하여, TCXO(TCXO는 탑레이어에 실장되는 RF집적모듈에 포함되지 않음)와 PLL(144, 146)이 구비되는데, PLL(144, 146)은 VCO(145)로부터 제공되는 기준주파수신호를 검출하여 TCXO에서 제공되는 발진주파수신호와 비교하고 주파수 차이에 대응되는 제어신호를 생성하여 VCO(145)로 출력한다.

상기 제1PLL(144)은 제1믹서(142)를 위하여 위상동기 동작을 수행하고, 제2PLL(146)은 제2믹서(147)를 위하여 위상동기 동작을 수행한다.

따라서, 상기 기준주파수신호가 유동되는 경우 제1PLL(144) 및 제2PLL(146)이 이를 검출하여 제어신호를 생성/전달하므로 VCO(145)는 제어신호에 따라 안정적인 기준주파수의 출력을 유지할 수 있다.

상기 복조부(Demodulator)(143)는 중간주파신호를 복조하여 베이스밴드부(베이스밴드부 역시 RF집적모듈 외부에 위치되어 트랜시버모듈(140)과 연결됨)에서 처리가능한 디지털신호로 변환하고, 상기 변조부(148)는 베이스밴드부에서 처리된 디지털신호를 중간주파신호로 변조한다.

상기 복조부(143) 및 변조부(148)는 아날로그/디지털 신호 변환기, FFT(Fast Fourier Transform)회로, 저대역통과필터(LPF: Low Pass Filter), 에러 교정 회로 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 전력검출회로(149)는 HDET(Hyper DETector)와 같은 소자로 구비될 수 있으며, 송신 신호의 전력량(제2믹서 상의 전력량)을 주기적으로 검출하여 변조부(148)로 전달한다.

따라서, 변조부(148)는 송신 전력량의 변화를 연산할 수 있으며, 기설정된 전력 레벨 정보를 기준으로 하여 송신 전력 레벨의 조정 여부를 판단한다.

상기 변조부(148)은 판단결관에 따라 제어신호를 생성하고, 이를 전력검출회로(149)를 통하여 전력증폭모듈(130)로 전달한다. 상기 전력증폭모듈(130)은 제어신호에 따라 송신신호를 소정 수치로 증폭시킨다.

이와 같이, 상기 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130) 및 트랜시버모듈(140)은 종래와 같이 개별소자칩 상태에서 기판에 실장되는 구조와는 달리 일련의 회로를 이루어 하나의 모듈을 이루고 몰딩됨으로써 단일 패키지칩으로 구현될 수 있다.

도 3을 참조하면, 전술한 대로, 전력증폭모듈(130)과 트랜시버모듈(140)은 상대적으로 상호 전파 간섭의 영향이 크므로 제1기판층(L1)의 양 끝단에 실장되며 각각의 신호 입출력핀은 기판의 상호 대향하는 측단면에 형성된다.

상기 전력증폭모듈(130)은 850/900 MHz 대역의 신호 입출력핀, V1(제어전압신호)핀, V_Mod_EN(변조부로부터 전달되는 인에이블신호)핀, V_Ramp(전압레벨을 표 시하는 신호)핀, V_Batt(이동통신단말기의 배터리 신호)핀, V_Tx(송신패쓰로 제공되는 전압 신호)핀, V_BS1,2핀, Vcc2핀, 1800/1900 MHz 대역의 신호 입출력핀 등을 구비하는데, 특히 전력증폭모듈(130)이 실장되는 영역 내에서 다중 밴드 대역의 신호 입출력핀 사이에 전파 영향이 발생되므로 상기 850/900 MHz 대역의 신호 입출력핀과 상기 1800/1900 MHz 대역의 신호 입출력핀은 상단과 하단으로 가장 멀게 배치된 형태를 볼 수 있다.

그리고, 상기 트랜시버모듈(140)은 EN(외부의 베이스밴드모듈 또는 제어모듈로부터 인가되는 인에이블 신호)핀, DA(Driver Amp의 구동신호)핀, CLK(클럭신호)핀, 다수개의 VDD(트랜시버모듈(140) 내부 회로소자로 공급되는 전원)핀, 다수개의 FSYS(외부의 베이스밴드모듈 또는 제어모듈과 송수신하는 신호)핀, XOX핀, XO핀, BX핀, B핀, AX핀, A핀, TX1_850/950(상기 전력증폭모듈(130)의 850/900 MHz 대역의 신호 입출력핀과 대응되는)핀, TX2_1800/1900(상기 전력증폭모듈(130)의 1800/1900 MHz 대역의 신호 입출력핀과 대응되는)핀 등을 구비하는데, 이중 전기적 특성과 관련이 깊은 핀은 다수개의 FSYS핀, TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀으로서 기판 끝단부의 세 면에 분산되어 배치된다.

특히, 상기 트랜시버모듈(140)의 하단 측에 형성된 핀영역, 즉 VDD4핀, VDD5핀, VDD6핀, TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀 영역(이하, "A영역" 이라 한다)은 전원 인가시 발생된 노이즈 성분이 RF신호에 영향을 주는 등 신호 왜곡 현상이 많이 발생되는 영역이며, 이하 상기 A영역에 관련된 각 기판층 구조에 대하여 설명하기로 한다.

상기 트랜시버모듈(140)의 접속패드와 상기 A영역의 핀(VDD4핀, VDD5핀, VDD6핀, TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀)을 연결하는 전송로 패턴(l)은 145μm 내지 155μm의 선폭을 가지며, 본 발명의 실시예에서는 150μm의 선폭을 가진다.

이는 종래와 비교하여 상당히 확장된 선폭으로서, 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 이하에서 설명될 제2기판층(L2), 제3기판층(L3) 및 제4기판층(L4)의 강화된 신호 격리 구조에 의하여 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)의 제2기판층(L2)에 형성된 비아홀(b1)이 일반적인 방식으로 형성된 경우를 예시한 부분 상면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제2기판층(L2)의 A영역에, 일반적인 방식을 통하여 형성된 비아홀(b1)의 형태를 볼수 있는데, 상기 비아홀(b1)은 제1기판층(L1)의 VDD4핀, VDD5핀, VDD6핀, TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀을 제3기판층(L3)으로 연결시키고, 상기 비아홀(b1)과 이격되어 나머지 영역에 그라운드 패턴(g1)이 형성된 것을 볼 수 있다.

일반적으로, 제1기판층(L1)과 제2기판층(L2) 사이의 프리프레그(Prepreg; 기판 사이를 접착하고 절연시키는 본딩 부재의 일종임)의 두께는 약 60μm 내지 70μm이며, 도 4에 도시된 것처럼, 비아홀이 형성되지 않은 A영역에 그라운드 패턴(g1)이 형성되는 경우, 제1기판층(L1)과 제2기판층(L2) 사이에 기생 커패시턴스(parasitic capacitance) 성분이 존재하게 된다.

상기 기생 커패시턴스는 제1기판층(L1)의 신호 입출력핀에 영향을 주어 RF신호에 왜곡을 초래할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 구성하는 제2기판층(L2)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 5에 의하면, 상기 제2기판층(L2)은, 제1기판층(L1)에 실장되는 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130), 트랜시버모듈(140)에 대응되게 그라운드 패턴이 형성되고, 초크 코일과 같은 수동 부품을 형성하기 위하여 마이크로스트립 라인이 형성된 것을 볼 수 있다.

그리고, 제3기판층(L3)과 제1기판층(L1)을 전기적으로 연결시키기 위하여 비아홀(b2)이 형성되는데, 가령 트랜시버모듈(140)의 TX1_850/950핀 및 TX2_1800/1900핀은 전력증폭모듈(130)의 850/900 MHz 신호 입출력핀 및 1800/1900 MHz 신호 입출력핀과 비아홀(b2)을 통하여 연결된다.

특히, 도 5에 도시된 본 발명에 의한 제2기판층(L2)은 전술한 기생 커패시턴스 성분의 영향을 최소화하기 위하여 비아홀이 형성되지 않은 A영역의 그라운드 패턴을 제거하였다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)의 제3기판층(L3)에 형성된 비아홀 및 그라운드 패턴(g2)이 일반적인 방식으로 형성된 경우를 예시한 부분 상면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제3기판층(L3)의 A영역에, 일반적인 방식을 통하여 형성된 비아홀의 형태를 볼수 있는데, 제1기판층의 VDD4핀, VDD5핀, VDD6핀, TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀을 제2기판층(L2) 및 제4기판층(L4)으로 연결시키는 비아홀이 형성되고, 상기 비아홀과 이격되어 나머지 영역에 그라운드 패턴(g2) 이 형성된 것을 볼 수 있으며, 상기 그라운드 패턴(g2)은 트랜시버모듈(140)에 대응되는 그라운드 패턴(g3)과 이격된다.

그러나, 도 5에 도시된 제2기판층(L2)은 그라운드 패턴이 제거되었으므로 제3기판층(L3)의 격리 구조가 강화될 필요성이 있는데, 도 6에 도시된 일반적 구조의 제3기판층의 그라운드 패턴(g2)은 상기 조건을 충족시키기 어렵다고 볼 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 구성하는 제3기판층(L3)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 7에 의하면, 상기 제3기판층(L3)은, 제1기판층(L1)에 실장되는 프론트앤드모듈(110), 매칭회로모듈(120), 전력증폭모듈(130), 트랜시버모듈(140)에 대응되게 그라운드 패턴이 형성되고, 각 구성부간 전파 간섭을 억제하기 위하여 격리벽이 형성된 것을 볼 수 있다.

그리고, 전술한 대로 제2기판층(L2)의 격리 구조를 보완하기 위하여, 트랜시버모듈(140)의 다이 어태치 영역의 제3기판층 그라운드 패턴이, 도 6과는 달리, A영역의 그라운드 패턴과 단일 패턴(g4)을 형성한다.

이렇게 제3기판층(L3)의 A영역 그라운드 패턴 및 트랜시버모듈(140)에 대응되는 그라운드 패턴이 단일 패턴(g4)을 형성함으로써 격리 구조가 강화되며, A영역의 그라운드 패턴에 형성된 비아홀(b3)이 트랜시버모듈(140)의 다이 어태치 그라운드 패턴 까지 확장될 수 있으므로 비아홀(b3)을 보다 자유롭게 이용할 수 있다.

가령, 기판 끝단부는 전기적, 열적 스트레스에 의하여 파손 가능성이 크며, 이러한 파손이 발생되면 이곳에 형성된 비아홀은 전기적 통로 기능을 잃게 된다.

그러나, 본 발명에 의하면, A영역의 비아홀(b3) 영역이 확장되므로, 외부 영역(제3기판층(L3) 끝단부)을 최대한 배제하여 전송로를 내부 영역에 배치할 수 있게 된다.

또한, VDD4핀, VDD5핀, VDD6핀에 TX1_850/950핀, TX2_1800/1900핀이 인접되어 있으며 이로 인한 전원신호와 RF신호 사이의 영향을 최소화하기 위하여, 상기 단일화된 그라운드 패턴(g4)이 VDD핀까지 확장된다.

즉, 도 7에 도시된 것처럼 "l2" 길이 만큼 측면으로 그라운드 패턴 영역(g4)을 최대한 확장함으로써 제3기판층(L3)은 더욱 보강된 신호 격리 구조를 가진다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 RF집적모듈(100)을 구성하는 제4기판층(L4)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 8을 참조하면, 제1기판층(L1), 제2기판층(L2) 및 제3기판층(L3)의 구획화된 그라운드 패턴 영역을 포괄하여 제4기판층(L4)의 전 영역에 단일 그라운드 패턴(g5)이 형성되고, 제4기판층(L4)의 둘레면을 따라 각 신호 입출력핀에 대응되게 단위 블록의 그라운드 패턴(g6)이 형성된다.

특히, 제4기판층(L4)의 A영역을 보면, 제3기판층(L3)의 강화된 그라운드 패턴 구조에 맞추어 제4기판(L4)의 해당 그라운드 패턴이 설계되어 있음을 확인할 수 있다.

이렇게 단일 그라운드 패턴, 신호 연결핀 및 비아홀의 설계 구조는 트랜시버모듈(140)과 전력증폭모듈(130) 간의 전기적 간섭, 그리고 핀 사이의 전기적 간섭을 억제하는데 최적의 구조라 볼 수 있다.

이상과 같은 구조를 가지는 본 발명에 의한 RF집적모듈(100)은, 가로 길이가 10.5mm 이하, 세로 길이가 최소 5.5mm 이하의 크기로 구현가능하며, 총 58개의 입출력(I/O)핀이 분산 배치된다.

또한, 상기 트랜시버모듈(140)의 실장 영역 및 그라운드 패턴 영역 중 하나 이상의 영역에 그라운드 연결핀이 2개 이상 더 구비될 수 있으며(예를 들어, XOS핀의 상단 ) 이러한 경우 상기 RF집적모듈(100)은, 가로 길이가 10.5mm 이하, 세로 길이가 최소 6.0mm 이하의 크기로 구현가능하다. 가령, 그라운드 연결핀이 2개 더 구비되는 경우 총 60개의 입출력핀이 분산 배치된다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 RF집적모듈에 의하면, RF단을 구성하는 각 회로 소자를 하나의 패키지 소자로 구현함으로써 기판 상의 실장 영역을 최소화하고, 다른 기능을 위하여 구비되는 모듈들의 배치 설계에 자유도가 확보되며, 소자의 실장 공정이 감소되어 불량 감소 및 생산력이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 RF집적모듈에 의하면, 그라운드 패턴, 각종 신호출력 단자(Pin map), 비아홀 등을 효율적으로 배치설계함으로써 신호 왜곡 현상을 방지하고 전송로를 효율적으로 구성할 수 있으며, 따라서 소형화에 따라 전기적 특성이 저하되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

다중 밴드 대역의 송수신신호를 분리하여 필터링하는 프론트앤드모듈; 송신신호를 증폭하여 상기 프론트앤드모듈로 전달하는 전력증폭모듈; 베이스밴드신호 및 RF신호를 상호 변환하여 처리하는 트랜시버모듈; 및 상기 트랜시버모듈 및 상기 프론트앤드모듈 사이의 임피던스를 정합시키는 매칭회로모듈을 포함하여 단일 모듈화한 제1기판층;

그라운드 패턴이 형성되고, 분포소자가 실장된 제2기판층;

상기 트랜시버모듈에 대응되는 그라운드 패턴 및 상기 트랜시버모듈의 신호입출력 단자에 대응되는 그라운드 패턴이 연결된 제3기판층; 및

그라운드 패턴이 형성된 제4기판층을 포함하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 제2기판층은

상기 트랜시버모듈의 신호입출력 단자에 대응되는 영역에 그라운드 패턴이 형성되지 않은 채 비아홀만이 형성된 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 제3기판층은

상기 신호입출력 단자에 해당하는 비아홀을 내부 영역에 포함하도록 그라운드 패턴 영역이 확장된 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 제3기판층은

상기 신호입출력 단자에 대응되는 그라운드 패턴 상에 형성된 비아홀과 상기 트랜시버모듈에 대응되는 그라운드 패턴 상에 형성된 비아홀이 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 트랜시버모듈은

145μm 내지 155μm의 선폭을 가지는 전송로를 통하여 상기 신호 입출력 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 신호 입출력 단자는

상기 다중 밴드 대역의 송수신신호 단자 및 전원 단자 중 하나 이상의 단자인 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 6항에 있어서,

상기 다중 밴드 대역의 송수신신호 단자 또는 상기 전원 단자는 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서,

상기 전력증폭모듈은 상기 기판의 일측 끝단부에 실장되고,

상기 트랜시버모듈은 상기 기판의 타측 끝단부에 실장되며,

상기 프론트앤드모듈은 상기 전력증폭모듈 및 상기 트랜시버모듈 사이의 실장 영역 중 상기 전력증폭모듈 측에 실장되고,

상기 매칭회로모듈은 상기 실장 영역 중 상기 트랜시버모듈 측에 실장되는 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.
제 1항에 있어서, 상기 다중 밴드 대역 신호는

PCS(Personal Communications Service), GSM(Global Systems for Mobile communication), DCS(Digital Cellular System) 주파수 대역의 신호 중 하나 이상의 신호인 것을 특징으로 하는 원칩형 RF집적모듈.