KR20080037808A - Catv hybrid amplifier module using gallium nitride transistor - Google Patents

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Abstract

A cable television hybrid amplifier module using a GaN transistor is provided to improve characteristics and reliability and solve heat radiation by using one stage GaN transistor, and improve productivity and performance of the module. In both sides of an upper part of a base(100), a trench(101) is formed. In the center, a protrusion surface is formed. An amplification device(200) is configured by packaging a GaN(Gallium Nitride) transistor, and is formed in an upper part of the protrusion surface of the base. In a PCB(Printed Circuit Board)(400), a circuit device including a power circuit and input/output matching circuits of the amplification device are mounted. In the PCB, a hole is formed in an amplification device mount unit so as to directly contact and electrically fix/connect the mounted amplification device with the protrusion surface of the base. A lid(500) configures a terminal(401) by inserting plural pins for input/output and power supply, and modulates a hybrid amplifier module by covering the whole PCB between the trenches of both sides.

Description

갈륨나이트라이드(ＧａＮ) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈{CATV Hybrid Amplifier module using Gallium Nitride transistor}CATV Hybrid Amplifier module using Gallium Nitride transistor

도1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 CATV 혼성증폭기 모듈의 실시예를 나타낸 개략도로서, 도 1은 CATV 혼성증폭기 모듈의 분해도이고, 도 2는 CATV 혼성증폭기 모듈이 결합된 상태에서의 평면도.1 and 2 is a schematic view showing an embodiment of a CATV hybrid amplifier module according to the prior art, Figure 1 is an exploded view of the CATV hybrid amplifier module, Figure 2 is a plan view in a state coupled to the CATV hybrid amplifier module.

도 3은 본 발명 GaN 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성 증폭기 모듈의 구조를 보이기 위한 분해도.3 is an exploded view for showing the structure of a cable television hybrid amplifier module using the GaN transistor of the present invention;

도 4는 도 2에 있어서, 베이스의 구조를 보이기 위한 평면도.4 is a plan view for showing the structure of the base in FIG.

도 5는 본 발명에 따른 GaN 트랜지스터 패키지 구조를 개략적으로 나타낸 도면. 5 schematically illustrates a GaN transistor package structure according to the present invention.

도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명에 따른 GaN트랜지스터 패키지의 제작공정을 나타낸 도면으로, 도 6a는 GaN 트랜지스터, 도 6b는 뚜껑을 결합하는 상태, 도 6c는 결합완료된 상태를 나타낸 도면이다.6A, 6B, and 6C are diagrams illustrating a manufacturing process of the GaN transistor package according to the present invention. FIG. 6A is a GaN transistor, FIG. 6B is a state in which a lid is coupled, and FIG. 6C is a state in which a coupling is completed.

도 7은 본 발명에 따른 CATV 혼성증폭기 모듈의 회로도.7 is a circuit diagram of a CATV hybrid amplifier module according to the present invention.

본 발명은 갈륨나이트라이드 트랜지스터(GaN Transistor)을 이용한 케이블 텔레비전(CATV) 혼성증폭기(Hybrid Amplifier) 모듈 및 구조에 관한 것으로, 특히 케이블 텔레비전에 신호를 공급하는 동축케이블(Coaxial Cable)의 손실을 보상하는 트렁크 증폭기에 사용되는 GaN 트랜지스터를 사용한 광대역 CATV 혼성증폭기 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a cable television (CATV) hybrid amplifier module and structure using a gallium nitride transistor (GaN Transistor), in particular to compensate for the loss of the coaxial cable (feeder) for supplying signals to the cable television A wideband CATV hybrid amplifier module using a GaN transistor used in a trunk amplifier.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 케이블 텔레비전에 신호를 공급하는 동축 케이블의 손실을 보상하는 CATV 혼성증폭기 모듈의 일 실시 예를 나타낸 개략도이다.1 and 2 are schematic diagrams showing an embodiment of a CATV hybrid amplifier module for compensating for the loss of a coaxial cable for supplying a signal to a cable television according to the prior art.

도 1은 CATV 혼성증폭기 모듈의 분해도이고, 도 2는 CATV 혼성증폭기 모듈이 결합된 상태에서의 평면도이다.1 is an exploded view of a CATV hybrid amplifier module, Figure 2 is a plan view in a state in which the CATV hybrid amplifier module is coupled.

상면의 양측에 트렌치(Trench)(1a)가 형성된 알루미늄 베이스(Aluminum Base)(1)에 땜납층을 도금으로 만든 후 고순도 세라믹 알루미나 기판(Alumina Substrate)(2)에 박막 또는 후막(Thin Film or Thick Film)으로 패턴을 만들고 저항을 그 위에 프린트하여, 캐패시터등 부품을 실장하도록 세라믹 기판을 구성한 후, 그 기판(2)에 부품을 실장하고 나서 알루미늄 베이스(1)에 기판을 땜한다. A solder layer is plated on an aluminum base (1) having trenches (1a) formed on both sides of the upper surface, and a thin film or thick film is placed on a high-purity ceramic alumina substrate (2). Film), a resistor is printed thereon, the ceramic substrate is configured to mount components such as capacitors, and then the components are mounted on the substrate 2, and then the substrate is soldered to the aluminum base 1.

알루미늄 베이스(1)에는 고정을 위한 홀(1b)이 있다.The aluminum base 1 has a hole 1b for fixing.

기판(2)상에 개별의 증폭용 화합물 반도체 고속 전계 효과 트랜지스터(GaAs P-HEMT)(3)를 4개 이상 실장하고, 열을 방출시키기 위해 전계 효과 트랜지스터(3) 의 밑면에 금속이나 열점도가 높은 질화알루미늄(AlN)을 붙인다. Four or more individual compound semiconductor high-speed field effect transistors (GaAs P-HEMT) 3 for amplification are mounted on the substrate 2, and a metal or a thermal viscosity is provided on the underside of the field effect transistor 3 to dissipate heat. Attach high aluminum nitride (AlN).

전계 효과 트랜지스터(3) 주변에 자동 실장 부품을 실장한다. Automatic mounting components are mounted around the field effect transistor 3.

링 코어(Ring Core)에 코일을 2가닥 이상 감아 만든 고주파 트랜스포머(4)를 땜하여 부착한다.A high frequency transformer (4) formed by winding two or more coils around a ring core is soldered and attached.

이 특성의 균형을 맞추기 위해 알루미나 기판(2)의 패턴을 와이어 본딩으로 연결, 레이져 장비로 패턴을 절단, 저항값을 조정 등 다양한 방법으로 CATV 혼성증폭기를 고주파 측정 장비 및 전원에 연결 후 특성에 맞도록 튜닝하도록 한다. To balance this characteristic, the CATV hybrid amplifier is connected to high frequency measurement equipment and power supply by various methods such as connecting the pattern of alumina substrate 2 by wire bonding, cutting the pattern with laser equipment, and adjusting the resistance value. Tune it up.

최종적으로 프라스틱 뚜껑(5)을 사용해서 전체를 덮어 도 2에서와 같이 모듈화한다.Finally, the plastic cover 5 is used to cover the whole and to be modular as shown in FIG. 2.

이와 같은 종래 케이블 텔레비전 동축 케이블의 손실을 보상하는 CATV 혼성증폭기 모듈은 사용 전압에 못 미치는 Breakdown Voltage가 낮은 전계효과 트랜지스터(GaAs P-HEMT)(3)를 여러 개 사용하기 때문에, 과입력, 써지, 과전압, 정전기 등 외부 환경에 특성과 신뢰성이 매우 낮아 파손되는 문제점이 있다.The CATV hybrid amplifier module, which compensates for the loss of the conventional cable television coaxial cable, uses a plurality of field effect transistors (GaAs P-HEMT) 3 having a low breakdown voltage that is less than the voltage used. There is a problem in that damage to the external environment such as overvoltage, static electricity is very low and very reliable.

또한 값비싼 알루미나 기판(2) 이용과 열의 발생을 열전도가 매우 낮은 알루미나 기판(2)을 통해서 열처리를 함으로써 열적으로 안전하지가 못하다. In addition, the use of expensive alumina substrate 2 and the generation of heat are not thermally safe by heat treatment through the alumina substrate 2 having a very low thermal conductivity.

여러 개의 트랜지스터(3)를 부착 후 와이어본딩(Wire Bonding)을 여러번 해야 하고, 푸쉬풀(Push-pull) 방식을 사용하기 위해 트랜스포머(4)의 여러 단자를 개별적으로 손수 땜을 해야 하는 일련의 과정과 광대역의 특성을 맞추기 위해 레이져 튜닝 장비와 테스트 장비에 연결하는 일련의 튜닝 과정을 거쳐야 하기 때문에, CATV 혼성증폭기 모듈의 생산이 어렵고 원가가 상승하며 신뢰성이 매우 낮아 불량 률을 상승시키는 결점이 있다.After attaching several transistors (3), wire bonding must be done several times, and a series of processes must be performed by individually soldering several terminals of the transformer 4 to use a push-pull method. As a result of a series of tuning processes connected to the laser tuning equipment and the test equipment in order to meet the characteristics of the broadband and broadband characteristics, there is a drawback that the CATV hybrid amplifier module is difficult to produce, the cost is high, and the reliability is very low, thereby increasing the defect rate.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 케이블 텔레비전에 고주파 신호를 공급하는 동축 케이블의 손실을 보상하는 증폭기에 사용되는 광대역 CATV 혼성증폭기 모듈의 증폭 소자를 신뢰성이 높은 GaN 소자를 이용하고자 한 것이다. The present invention has been made to solve such drawbacks of the prior art, and the GaN device with high reliability can be used as the amplification device of the broadband CATV hybrid amplifier module used in the amplifier for compensating for the loss of the coaxial cable supplying the high frequency signal to the cable television. It is intended to use.

본 발명은 GaN 트랜지스터를 패키지(package) 하고 이를 에폭시 기판에 패턴 처리를 한 후 패키지의 크기만큼의 홀을 내고, 히트싱크(Heatsink)에 열전도도가 높은 구리에 변색을 막기 위해 금도금 처리한 금속을 돌출시켜 패케이지 및 에폭시 기판이 땜이 되도록 하여 발열 문제를 해결하는 GaN 트랜지스터를 이용한 CATV 혼성증폭기 모듈을 제공하고자 한 것이다. According to the present invention, a GaN transistor is packaged and patterned on an epoxy substrate to make holes as large as a package size, and a gold plated metal is used to prevent discoloration of copper having high thermal conductivity in a heat sink. To provide a CATV hybrid amplifier module using a GaN transistor that protrudes to solve the heat generation problem by soldering the package and the epoxy substrate.

본 발명 GaN 트랜지스터를 이용한 CATV 혼성증폭기 모듈은CATV hybrid amplifier module using GaN transistor of the present invention

상부의 양측에 트렌치가 형성되고 중앙에 돌출면을 구비하는 베이스와, A base having trenches on both sides of the upper portion and having a protruding surface in the center thereof;

GaN 트랜지스터를 패키지화하고 상기 베이스의 돌출면 상부에 형성되는 증폭소자와, An amplifying element packaged with a GaN transistor and formed on the protruding surface of the base;

상기 베이스의 돌출면 및 트렌치 사이 표면에 형성되어 상기 증폭 소자의 입력 매칭 회로, 출력 매칭 회로 및 게이트의 부전원과 드레인의 정전원 바이어스 회로 소자가 실장되는 에폭시 인쇄 회로 기판(Printed circuit board : PCB)과, An epoxy printed circuit board (PCB) formed on a surface between the protruding surface and the trench of the base to mount an input matching circuit, an output matching circuit of the amplifying element, and a capacitive bias circuit element of a negative power supply and a drain of the gate; and,

입출력 및 전원 공급을 위해 여러 핀을 박아 단자를 구성하고 상기 양측의 트렌치 사이를 전체 PCB 기판을 덮어 모듈화하는 뚜껑을 포함하는 것을 특징으로 한다.Comprising a plurality of pins to form a terminal for input and output and power supply, characterized in that it comprises a lid for modularizing the entire PCB substrate between the trenches on both sides.

이하, 본 발명 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈을 도면 도 3 내지 도 7에 도시된 일 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a cable television hybrid amplifier module using the gallium nitride (GaN) transistor of the present invention will be described in detail with reference to the exemplary embodiments shown in FIGS. 3 to 7.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 CATV 혼성증폭기 모듈의 구조를 실시예로 나타낸 도면으로, 도 3은 분해도, 도 4는 베이스의 평면도이다. 3 and 4 are views showing the structure of the CATV hybrid amplifier module according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an exploded view, Figure 4 is a plan view of the base.

도 4에 도시된 바와 같이, 상부의 양측에 트렌치(101)가 형성되고 중앙에 돌출면(102)을 구비하는 베이스(100)와, GaN 트랜지스터(300)를 패키지화하여 구성하고 상기 베이스(100)의 돌출면(102) 상부에 형성되는 GaN 트랜지스터 패키지(200)와, 상기 베이스(100)의 돌출면(102) 및 트렌치(101) 사이 표면에 부착되며 상기 GaN 트랜지스터(300)의 입력 매칭 회로, 출력 매칭 회로 및 게이트의 부전원과 드레인의 정전원 바이어스 회로 소자가 실장되는 에폭시 인쇄 회로 기판(400)과, 입출력 및 전원 공급을 위해 여러 핀을 박아 단자(401)를 구성하고 상기 양측의 트렌치(101) 사이를 전체 인쇄회로기판(400)을 덮어 모듈화하는 뚜껑(500)으로 구성된다. As shown in FIG. 4, a trench 100 is formed at both sides of the upper portion, and a base 100 having a protruding surface 102 at the center and a GaN transistor 300 are packaged, and the base 100 is formed. An input matching circuit of the GaN transistor package 200 formed on the protruding surface 102 of the base and attached to a surface between the protruding surface 102 and the trench 101 of the base 100, An output matching circuit and an epoxy printed circuit board 400 on which the negative power supply bias circuit elements of the gate and the drain are mounted, and a plurality of pins are pinned for input / output and power supply, and the trenches on both sides are formed. 101 is composed of a lid 500 for covering the entire printed circuit board 400 and modularized therebetween.

이와 같은 본 발명은, Such a present invention,

열전달이 빠른 동이나 알루미늄에 도금 처리를 한 후 열처리 금속으로 사용해서 베이스(100)의 돌출면(102)을 더욱 돌출시켜 주변의 인쇄회로기판(400)보다 같거나 높게 돌출되도록 한다. After heat-treating copper or aluminum, the plating is used as a heat-treated metal to further protrude the protruding surface 102 of the base 100 to protrude the same or higher than the surrounding printed circuit board 400.

베이스(100)의 트렌치(101)와 돌출면(102) 사이의 표면 접착층에 일반 솔더로 땜하여 인쇄회로기판(400)을 전기적 및 기계적으로 고정시킨다. The printed circuit board 400 is electrically and mechanically fixed by soldering the surface adhesive layer between the trench 101 and the protruding surface 102 of the base 100 with a general solder.

돌출면(102)상에 고온 솔더를 230℃ 이상 높여 굳게 하여 접착층을 형성해서 패키지(200)의 밑면 메탈(202)과 돌출면(102)을 전기적 및 기계적으로 고정시킨다. The high temperature solder is raised to 230 ° C. or higher on the protruding surface 102 to form an adhesive layer to electrically and mechanically fix the bottom metal 202 and the protruding surface 102 of the package 200.

따라서 인쇄회로기판(400)과 GaN 트랜지스터 패키지(200) 밑면이 모두 베이스(100)의 표면에 땜이 되므로 GaN 트랜지스터(300)에서 발생하는 열이 베이스(100)로 신속하게 전달된다.Therefore, since both the printed circuit board 400 and the bottom surface of the GaN transistor package 200 are soldered to the surface of the base 100, heat generated in the GaN transistor 300 is quickly transferred to the base 100.

에폭시 인쇄회로기판(400)에 앞면에 7개정도의 작은 구멍을 만들어 그곳에 핀을 끼워 넣어 땜을 해서 각각의 단자(401)를 구성한다.Each of the terminals 401 is formed by making seven small holes in the front surface of the epoxy printed circuit board 400 by inserting pins therein and soldering the pins therein.

상기 뚜껑(500)은 프라스틱 뚜껑(500)의 안쪽에 돌출부(501)를 두어 에폭시 기판(400)이 돌출부(501)를 잡고 있도록 하여 일정 이상의 힘을 가하지 않는 한 뚜껑(500)이 벗겨지지 않도록 한다. The lid 500 has a protrusion 501 inside the plastic lid 500 to allow the epoxy substrate 400 to hold the protrusion 501 so that the lid 500 does not come off unless a certain force is applied. .

이와 같은 본 발명에 따른 GaN 트랜지스터를 이용한 CATV 혼성증폭기 모듈의 제작공정을 포함하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다. If described in more detail including the manufacturing process of the CATV hybrid amplifier module using a GaN transistor according to the present invention as follows.

상부의 양측으로 트랜치(101)를 형성하고, 트랜치(101)의 중앙부에 돌출면을 구성한 메탈 베이스(100)를 형성하는 공정과,Forming trenches 101 at both sides of the upper portion, and forming a metal base 100 having a protruding surface at the center of the trench 101;

베이스(100)의 돌출면(102) 및 돌출면(102)과 트랜치(101)사이의 표면에 접착층을 형성시키는 과정과,Forming an adhesive layer on the protruding surface 102 and the surface between the protruding surface 102 and the trench 101 of the base 100,

GaN트랜지스터(300) 2개를 패키지(200)안에 넣어 실버에폭시로 부착하고, 와이어본딩으로 패키지단자를 연결하고 뚜껑(204)을 덮고 에어실링하는 공정과, Putting two GaN transistors 300 in the package 200 and attaching them with silver epoxy, connecting the package terminals by wire bonding, covering the lid 204 and air sealing;

증폭기의 입출력정합 및 전원공급회로를 포함하는 회로소자가 실장되는 인쇄회로기판(400)상에서 패키지(200)가 실장될 부분에 베이스(100)의 돌출면(102)과 대응하는 크기의 구멍을 형성하는 공정과,A hole having a size corresponding to the protruding surface 102 of the base 100 is formed in a portion where the package 200 is to be mounted on a printed circuit board 400 on which a circuit device including an input / output matching and a power supply circuit of an amplifier is mounted. Process to do,

패키지(200) 및 회로소자를 인쇄회로기판(400)에 실장하고, 베이스(100)의 돌출면(102)과 인쇄회로기판(400)에 실장된 패키지(200)의 하부가 접촉되도록 베이스(100)의 상부에 인쇄회로기판(400)을 부착시키는 공정과, 실제 전원을 인쇄회로기판(400)에 공급하여 RF 테스트를 1차 거친 후 소정의 정해진 환경 온도상에서 일정하게 정해진 시간동안 동작시키고 2차 RF 테스트를 수행하는 공정과,The package 200 and the circuit elements are mounted on the printed circuit board 400, and the base 100 is brought into contact with the protruding surface 102 of the base 100 and the lower part of the package 200 mounted on the printed circuit board 400. The process of attaching the printed circuit board 400 to the top of the), and supplying the actual power to the printed circuit board 400 after the first RF test to operate for a predetermined time at a predetermined environmental temperature and the secondary Performing a RF test,

뚜껑(500)을 덮어 모듈을 완성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The lid 500 is characterized by consisting of a process of completing the module.

이와 같은 특징을 갖는 제작공정은, The manufacturing process having such a characteristic,

먼저 상부의 양측에 트렌치(101)와 중앙 부분에 돌출면(102)을 구비하는 메탈베이스(100)를 형성한다. First, the metal base 100 having the trench 101 on both sides of the upper portion and the protruding surface 102 on the center portion is formed.

베이스(100)의 중앙 양측에 파선으로 나타낸 두개의 원은 나사홀(103)이고 두개의 기둥은 고정홀(104)이다. Two circles indicated by dashed lines on both sides of the center of the base 100 are screw holes 103 and two pillars are fixing holes 104.

이와 같은 베이스(100)는 일체형으로서 규격화되어 있다. Such a base 100 is standardized as an integrated type.

유전율 4.6에 가로 27mm, 세로 13.1mm, 두께 0.7mm인 에폭시 인쇄회로기판(400)을 선택적으로 에칭하여, GaN트랜지스터(300)의 입력정합회로, 출력정합회로, DC/DC 바이어스전원회로를 패턴화하고, 그 위에 부품을 실장할 수 있도록 도금이나 오지를 덮어 부식을 방지한다. By selectively etching the epoxy printed circuit board 400 having a dielectric constant of 4.6 with a width of 27 mm, a length of 13.1 mm, and a thickness of 0.7 mm, the input matching circuit, the output matching circuit, and the DC / DC bias power supply circuit of the GaN transistor 300 are patterned. To prevent corrosion, cover the plate or plate so that the components can be mounted on it.

GaN 트랜지스터(300) 2mm 2개를 패키지(200)안에 고순도 실버에폭시로 부착 후, 와이어 본딩으로 단자를 만든 다음, 패키지(200)의 밑면 금속이 있는 부분 5x5mm의 사각 형태를 에폭시 기판(400)에 구멍을 낸 후 표면 실장 장비로 부품과 발룬등을 표면 실장 후 땜을 한다. After attaching two GaN transistors 300 mm 2mm into the package 200 with high purity silver epoxy, the terminals were made by wire bonding, and then a square shape of 5x5 mm with the bottom metal of the package 200 was formed on the epoxy substrate 400. After making holes, surface mount the parts and the balun with surface mount equipment and solder them.

이때 먼저 핀(Pin)을 자동삽입기로 단자 구멍 사이로 밀어 넣는다. 이 부품이 모두 실장된 인쇄회로기판(400)을 메탈 베이스(100)에 일정양의 저온솔더를 도포한 후 올려놓아 다시 오븐속을 통과하게 하여, 인쇄회로기판(400)과 GaN 트랜지스터(300)의 패키지(200)가 메탈 베이스(100)에 완전히 기계적, 전기적으로 부착시킨다. At this time, push the pin into the terminal hole with the automatic inserter. The printed circuit board 400 having all these parts mounted thereon is coated with a predetermined amount of low temperature solder on the metal base 100 and placed thereon to pass through the oven again. The printed circuit board 400 and the GaN transistor 300 The package 200 is completely mechanically and electrically attached to the metal base 100.

부착된 모듈은 RF Test를 1차 거친 후, 100℃의 온도에서 전원을 공급해 4시간동안 동작시킨 후, 다시 RF Test를 거쳐 뚜껑(500)을 덮은 후 제품을 완료한다.After the first module is subjected to RF test, the power is supplied at a temperature of 100 ° C. for 4 hours, and then the RF test is completed to cover the lid 500 and then complete the product.

GaN 트랜지스터(300)를 사용하므로 높은 출력을 낼 수 있고, 1단 증폭으로 높은 이득을 확보할 수 있고, 신뢰성이 매우 높아 기계적, 물리적, 전기적 충격에 매우 강할 뿐만 아니라, GaN 트랜지스터 패키지(200)를 돌출면(102)에 직접 땜을 하여 고정하기 때문에 발생되는 열이 베이스(100)로 신속히 전달됨으로써, 증폭기 모듈의 특성이 향상되고 신뢰성이 높아지게 된다.Since the GaN transistor 300 is used, a high output can be obtained, a high gain can be obtained by single-stage amplification, and the reliability is very high. Therefore, the GaN transistor package 200 is very resistant to mechanical, physical and electrical shocks. Since heat generated by soldering directly to the protruding surface 102 is transferred to the base 100 quickly, the characteristics of the amplifier module are improved and reliability is increased.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 GaN 트랜지스터 패키지 구조의 실시예를 나타낸 개략도이다.5 and 6 are schematic diagrams showing an embodiment of a GaN transistor package structure according to the present invention.

실리콘 웨이퍼위에 GaN을 얇게 프로세싱하여, 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소오스(Source)를 구성한 0.5um 게이트길이(Gate Length)에 게이트 둘레(Gate Periphery) 2mm 칩의 형태를 갖는 도 6a에서와 같은 GaN 트랜지스터(300)를 구성한다.In Fig. 6a, the GaN is thinly processed on a silicon wafer to form a gate periphery 2mm chip at a gate length of 0.5 um which constitutes a gate, a drain, and a source. The same GaN transistor 300 is constituted.

도 5에서와 같이, 이 푸쉬풀 구성을 위해 2개의 2mm 실리콘 웨이퍼로 구성되는 상기에서와 같은 GaN트랜지스터(300)를 패키지(200) 구조에 넣어, 고전도성 실버에폭시로 칩을 패키지(200) 밑면에 구성된 히트싱크(heat sink)(201)상의 메탈(202)에 부착한 후, 200℃에서 30분간 큐어링하여 실버 에폭시와 칩이 메탈(202)에 완전하게 부착하게 한다. As shown in Fig. 5, the GaN transistor 300 as described above, which is composed of two 2mm silicon wafers, is placed in the package 200 structure for the push-pull configuration, and the chip 200 is packaged with a highly conductive silver epoxy. After attaching to the metal 202 on the heat sink (201) configured in, and cured at 200 ℃ 30 minutes to allow the silver epoxy and the chip to completely adhere to the metal (202).

이후 와이어 본딩(Wire bonding)으로 패키지 단자(203)에 연결시킨다. Then, the wire is connected to the package terminal 203 by wire bonding.

도 6b,도 6c에서와 같이, 프라스틱 뚜껑(204)을 에폭시 본드로 접착 후 큐어링한 후 에어홀(Air Hole)을 다시 높은 온도에서 액상의 에폭시를 이용하여 실링하여 온도에 따른 프라스틱 뚜껑(204)의 팽창을 방지한다.6b and 6c, the plastic lid 204 is bonded with an epoxy bond and then cured, and then the air hole is sealed again using a liquid epoxy at a high temperature to cover the plastic lid 204 according to the temperature. ) To prevent expansion.

도 7은 본 발명에 따른 CATV 혼성증폭기 모듈의 일 실시예 회로도이다.7 is a circuit diagram of an embodiment of a CATV hybrid amplifier module according to the present invention.

기판에 실장되는 패키지(200)내의 2개의 GaN 트랜지스터(300)와, 광대역 주파수의 입력에 대한 매칭을 위한 입력매칭회로(410)와, GaN트랜지스터(300)의 게이트(G) 전원을 공급하기 위한 게이트전원공급회로(460)와, GaN트랜지스터(300)의 드레인(D) 전원을 공급하기 위한 드레인전원공급회로(470)와, GaN 트랜지스터(300)의 게이트 단자(P1,P3)와 드레인 단자(P7,P9)에 연결하여, 광대역 주파수가 일정한 이득을 갖고 증폭되도록 하는 궤환회로(420)(430)와, 입력 매칭이 조정된 위상을 원래의 상태로 조정하여 출력신호 매칭을 수행하는 출력매칭회로(440)와, 게이트 드레인 동작전원이 안정적으로 공급될 수 있도록 게이트 전원이 드레인 전원보다 먼저 공급될 수 있도록 하여 GaN 트랜지스터(300)가 원활하게 동작될 수 있도록 하기 위한 DC/DC 변환회로(450)로 구성된다. Two GaN transistors 300 in a package 200 mounted on a substrate, an input matching circuit 410 for matching a wide frequency input, and a gate G power supply for the GaN transistor 300. The gate power supply circuit 460, the drain power supply circuit 470 for supplying the drain D power of the GaN transistor 300, the gate terminals P1 and P3 and the drain terminal of the GaN transistor 300 ( Feedback circuits 420 and 430 connected to P7 and P9 so that wideband frequencies are amplified with a constant gain, and output matching circuits for output signal matching by adjusting an input-adjusted phase to its original state. 440 and a DC / DC conversion circuit 450 for allowing the GaN transistor 300 to operate smoothly by allowing the gate power to be supplied before the drain power so that the gate drain operation power can be stably supplied. It consists of.

상기 입력매칭 및 전원공급회로(410)는 입력되는 광대역 고주파에 대한 입력 매칭을 위한 커패시터(C34), 인덕터(L1)로 구성되는 저역통과필터와, 저역통과필터를 통과하는 신호에서 짝수 고조파를 상쇄시키기 위해 180°위상을 갖는 트랜스포머(T1)와, 트랜스포머(T1)의 출력에 대하여 직류적인 바이어스 전원을 차단하고 고조파신호만을 통과시키기 위한 블록킹 캐패시터(C31,C35)와, 입력 매칭을 위한 인덕터(L12,L13)와, 위상조정용 커패시터(C33, C34)를 포함하여 구성된다. The input matching and power supply circuit 410 cancels even harmonics from a low pass filter composed of a capacitor C34 and an inductor L1 for input matching with respect to a wideband high frequency input signal and a signal passing through the low pass filter. Transformer T1 having a 180 ° phase, blocking capacitors DC1 to the output of the transformer T1, and blocking capacitors C31 and C35 for passing only harmonic signals, and inductors L12 for input matching. And L13 and phase adjusting capacitors C33 and C34.

상기 게이트전원공급회로(460)는 게이트 단자(P1,P3)에 입력 바이어스 전원공급을 위한 인덕터(L10,L14)와, 전원 공급 시 발생하는 전원리플 제거용 콘덴서(C25)(C41)를 포함하여 구성된다. The gate power supply circuit 460 includes inductors L10 and L14 for supplying input bias power to the gate terminals P1 and P3, and capacitors C25 and C41 for removing power ripple generated during power supply. It is composed.

상기 드레인 전원공급회로(470)는 드레인 단자(P7,P9)에 드레인 전원을 공급 하기 위한 쵸크코일(L11,L15)와 전원 공급 시 발생하는 전원리플 제거용 커패시터(C27, C42)를 포함하여 구성된다. The drain power supply circuit 470 includes choke coils L11 and L15 for supplying drain power to the drain terminals P7 and P9 and capacitors C27 and C42 for removing power ripple generated during power supply. do.

출력매칭회로(440)는 드레인 전원을 차단하고 고주파를 통과시키기 위한 커패시터(C32,C36)와, 상기 트랜스포머(T1)와 반대의 위상을 갖고, 트랜스포머(T1)에 의해 조정된 위상을 반대로 복귀시키는 트랜스포머(T2)와, 트랜스포머(T2)의 출력신호에 대한 블록킹 캐패시터(C10)와, 출력매칭을 위한 인덕터(L17, L18) 및 커패시터(C34)를 포함하여 구성된다.The output matching circuit 440 has capacitors C32 and C36 for blocking drain power and allowing high frequency to pass, and has a phase opposite to that of the transformer T1, and reverses the phase adjusted by the transformer T1. And a transformer T2, a blocking capacitor C10 for the output signal of the transformer T2, inductors L17 and L18 and a capacitor C34 for output matching.

상기 DC/DC 변환회로(450)는 소오스단자와 드레인단자에 연결되어 DC/DC IC(451)의 제어에 스위칭하여 드레인 전원보다 게이트 전원이 먼저 공급될 수 있도록 하는 전계효과트랜지스터(FET)와, 전원(+24V VCC)에 대한 전원 리플 제거용 커패시터(C50, C49, C48)(C46, C45, C44)와, DC/DC IC(451)동작 전압을 공급하기 위한 제너다이오드(D1) 및 저항(R22)과, 게이트 전원이 드레인전원보다 먼저 공급되도록 전계효과트랜지스터(FET)를 제어하여 GaN 트랜지스터(300)의 동작이 원활하게 이루어지도록 하는 DC/DC IC(451)를 포함하여 구성된다.The DC / DC conversion circuit 450 is connected to a source terminal and a drain terminal to switch to control of the DC / DC IC 451 so that the gate power can be supplied before the drain power, and a field effect transistor (FET); Power supply ripple cancellation capacitors (C50, C49, C48) (C46, C45, C44) for the power supply (+ 24V VCC), Zener diode (D1) and resistors for supplying the operating voltage of the DC / DC IC 451. R22) and a DC / DC IC 451 for controlling the field effect transistor (FET) so that the gate power is supplied before the drain power so as to smoothly operate the GaN transistor 300.

이와 같은 도 7의 회로도에 따르면, 광대역 고주파가 입력되면 입력 매칭을 위해 커패시터(C34), 인덕터(L1)으로 구성되는 저역통과필터(Low-pass-filter)를 두고, 광대역이므로 짝수 고조파를 상쇄시키기 위해 180°위상을 갖는 코어에 2가닥의 코일을 감아 한쪽은 접지하고 위상이 0°와 180°를 갖는 2개의 출력을 블록킹 캐패시터(C31,C35)와 인덕터(L12,L13)를 직렬로 하고, 병렬로 커패시 터(C33),(C34)를 구성한 후 패키지(200)의 단자핀(P1)과 단자핀(P3)에 연결하여 패키지(200) 내부의 와이어를 통해 GaN 트랜지스터 게이트(G)에 공급되는 구성을 갖는다. According to the circuit diagram of FIG. 7, when a wideband high frequency is input, a low-pass filter composed of a capacitor C34 and an inductor L1 is provided for input matching. To do this, wind two coils around the core with 180 ° phase, ground one side, and put the two output capacitors with phases 0 ° and 180 ° in series with the blocking capacitors C31 and C35, and the inductors L12 and L13. After the capacitors C33 and C34 are configured in parallel, they are connected to the terminal pins P1 and the terminal pins P3 of the package 200 and connected to the GaN transistor gate G through the wires inside the package 200. Has a configuration to be supplied.

게이트 전원을 공급하기 위해 쵸크코일(L10)(L14)과 전원단 바이패스 커패시터(Bypass Capacitor)(C25),(C41)를 통해 게이트(G)에 부전원(-VGG1), (-VGG2)을 공급하도록 구성하고, 또한 게이트(G)에 광대역을 위해 커패시터(C29, C39), 저항(R11, R13), 인덕터(L9, L16), 저항(R12, R14), 커패시터(C28, C40)을 직렬로 연결하여 궤환회로(305)(306)를 구성해 패키지(200)의 단자(P1,P3) 게이트에서 패키지(200)의 단자(P7,P9) 드레인(D)으로 연결되게 한다.To supply the gate power, the negative power (-VGG1) and (-VGG2) are applied to the gate G through the choke coils L10 and L14 and the bypass stage capacitors C25 and C41. And supply capacitors C29 and C39, resistors R11 and R13, inductors L9 and L16, resistors R12 and R14 and capacitors C28 and C40 for broadband to the gate G. The feedback circuits 305 and 306 are configured to be connected to the drains D of the terminals P7 and P9 of the package 200 from the gates of the terminals P1 and P3 of the package 200.

패키지(200) 내부 GaN트랜지스터(300)의 드레인(D)을 와이어로 단자(P7,P9)에 연결 후 이를 블록킹 커패시터(Blocking Capacitor)(C32, C36)를 통해 180ㅀ 위상을 갖는 광대역 트랜스포머(T2)에 연결되고 입력과 반대로 접지하고, 출력 단자를 선택 후 출력 매칭을 위해 인덕터(L17, L18) 및 커패시터(C34)를 포함하여 출력매칭회로(440)를 구성하고, 이를 이용하여 매칭 후 출력(RF OUT)한다. Broadband transformer T2 having a 180 ㅀ phase through a blocking capacitor C32 and C36 after connecting the drain D of the GaN transistor 300 inside the package 200 to the terminals P7 and P9 with a wire. ) And grounded opposite to the input, and after selecting the output terminal to configure the output matching circuit 440 including the inductors (L17, L18) and the capacitor (C34) for output matching, using the output after matching ( RF OUT).

부전원을 공급하기 위해 DC/DC IC(451)와 게이트 전원이 드레인보다 먼저 공급되기 위한 전계효과트랜지스터(FET)를 걸쳐 게이트에 부의 전원이 공급되게 DC/DC변환회로(450)를 구성한다. In order to supply the negative power, the DC / DC IC 451 and the DC / DC conversion circuit 450 are configured to supply negative power to the gate over the field effect transistor (FET) for supplying the gate power before the drain.

24V를 5V로 낮추는 것은 제너 다이오드(D1)를 이용하고 전원 회로에서 발생되는 전원 리플이나 노이즈를 용량이 높은 캐패시터를 통해 바이패스(Bypass) 되도록 구성한다. Lowering 24V to 5V uses a Zener diode (D1) and configures the power ripple or noise generated in the power supply circuit to bypass the high-capacitance capacitor.

위의 모든 회로들은 유전율 4.6, 가로 27mm, 세로 13.1mm, 두께 0.7mm인 에폭시 양면 인쇄 회로 기판(400)을 선택적으로 에칭,패턴 처리하고 도금하거나, 오지를 덮어 부식을 방지한 에폭시 기판(400)에 패턴 처리를 하여 부품이 실장되게 하고, 서로 연결되도록 구성한 뒤 GaN 트랜지스터(300)의 패키지(200)에서 열의 발생을 빨리 빼내기 위해 에폭시 기판에 GaN 트랜지스터 패키지(200)의 밑면 부분에 해당되는 크기의 구멍을 만들어 열처리 금속에 땜을 통해 직접 접착할 수 있도록 구성된다.All of the above circuits are epoxy substrate 400 selectively etching, patterning and plating the epoxy double-sided printed circuit board 400 having a dielectric constant of 4.6, 27mm in width, 13.1mm in length, 0.7mm in thickness, or by covering the backing to prevent corrosion. After the components are mounted and connected to each other by patterning, the size corresponding to the bottom portion of the GaN transistor package 200 is placed on an epoxy substrate to quickly remove heat from the package 200 of the GaN transistor 300. It is configured to make a hole and directly attach it to the heat-treated metal through soldering.

이와 같이 본 발명은 증폭회로로 GaN 트랜지스터(300)를 패키지화 하여 사용하기 때문에, 푸쉬풀 1단 증폭으로 22dB(160배) 증폭이 가능하고, 브레이크다운(Breakdown) 전압이 130V로 높아 써지나 정전기 및 외부 충격, 환경, 열등에 강해 신뢰성을 높이고, 성능의 균일성을 확보된다. Thus, in the present invention, since the GaN transistor 300 is packaged and used as an amplifier circuit, 22dB (160 times) amplification is possible by the push-pull single stage amplification, and the breakdown voltage is as high as 130V. Resistant to external shock, environment, heat, etc., improves reliability and ensures uniform performance.

또한 인쇄회로기판(400)과 GaN 트랜지스터(300)의 패키지(200) 밑면이 모두 돌출면(102)에 땜이 되므로 GaN 트랜지스터(300)에서 발생하는 열이 베이스(100)로 신속하게 전달됨으로써 증폭기의 특성이 향상되고 신뢰성이 높아지게 된다.In addition, since both the printed circuit board 400 and the bottom surface of the package 200 of the GaN transistor 300 are soldered to the protruding surface 102, the heat generated from the GaN transistor 300 is rapidly transferred to the base 100, thereby providing an amplifier. The characteristics of the is improved and the reliability is increased.

상기와 같이 구성된 회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the circuit configured as described above in detail as follows.

입력핀(P1)을 통해 48MHz에서 1000MHz 광대역 텔레비전 또는 케이블 텔레비전 주파수 신호가 입력되면 75ohm 마이크로스트립라인을 통해 전달되어 인덕터(L1), 커패시터(C34)를 포함하는 저역통과필터를 통해 입력의 리턴 로스(Return Loss)를 낮춘다.When a 48 MHz to 1000 MHz wideband television or cable television frequency signal is input through the input pin (P1), it is passed through a 75 ohm microstripline to return the return loss of the input through a lowpass filter containing an inductor (L1) and a capacitor (C34). Lower Return Loss.

2개의 구멍이 있는 고주파 페라이트 코어에 2개의 코일을 넣어 2~4회 감아 구성된 트랜스포머(T1)의 단자3번은 입력 저역통과필터에 연결하고 단자1번은 접지되어 있어, 코일과 페라이트코어를 통해 고주파 신호가 유도되어 180°위상 차를 갖는, 즉, 각각 0°와 180°의 위상을 가지며, 48MHz~1000MHz의 주파수를 가지며, 신호 크기가 1/2로 축소된 2개의 고주파 신호가 트랜스 포머(T1) 단자 2,4번에 나타난다. Terminal 3 of the transformer (T1), which is wound 2-4 times by inserting two coils into a high-frequency ferrite core with two holes, is connected to the input low-pass filter, and terminal 1 is grounded. Are induced two high frequency signals having a phase difference of 180 °, that is, having a phase of 0 ° and 180 °, respectively, having a frequency of 48 MHz to 1000 MHz, and whose signal size is reduced to 1/2 by a transformer T1. Appears on terminals 2 and 4.

블록킹 커패시터(C31, C35)를 통해 고주파는 통과시키고, 직류적인 바이어스 전원을 차단하며, 입력 바이어스 전원 공급을 위한 인덕터(L10, L14)를 통해 전원을 공급하고 RF는 차단한다. The high frequency passes through the blocking capacitors C31 and C35, cuts off the DC bias power, supplies power through the inductors L10 and L14 for input bias power supply, and blocks RF.

직렬로 구성된 인덕터(L12, L13)에 의해 입력 매칭되고, 커패시터(C33, C34)에 따라 위상이 조정되어, 증폭으로 인한 2,4,6,....차 짝수 고조파가 상쇄된다. Input matched by series inductors L12, L13 and phase adjusted in accordance with capacitors C33, C34 to cancel 2,4,6, ... order even harmonics due to amplification.

게이트 전원과 입력 신호는 GaN 트랜지스터(300)의 게이트에 패키지 단자(P1,P3)를 통해 공급된다. The gate power and the input signal are supplied to the gate of the GaN transistor 300 through the package terminals P1 and P3.

광대역을 위해 구성된 궤환회로(420)(430)를 게이트 단자(P1,P3)와 드레인 단자(P7,P9)에 연결하여, 48MHz에서 1000MHz의 광대역 주파수가 일정한 이득을 갖고 증폭되도록 한 것으로, 이에 따라 낮은 주파수는 21.5dB로 증폭하고 1000MHz는 22.5dB로 증폭된다. The feedback circuits 420 and 430 configured for broadband are connected to the gate terminals P1 and P3 and the drain terminals P7 and P9 so that the broadband frequencies of 48 MHz to 1000 MHz are amplified with a constant gain. Low frequencies are amplified by 21.5dB and 1000MHz are amplified by 22.5dB.

즉, 주파수가 높을수록 증폭도가 상승하도록 한 것이다. In other words, the higher the frequency, the higher the degree of amplification.

쵸크코일(L11,L15)를 통해 드레인 단자(P7,P9)에 드레인 전원 24V(VDD+24V) 를 공급하고, 전원 공급시 발생하는 전원리플은 커패시터(C27, C42)에 의해 바이패스된다. The drain power supply 24V (VDD + 24V) is supplied to the drain terminals P7 and P9 through the choke coils L11 and L15, and the power supply ripple generated during power supply is bypassed by the capacitors C27 and C42.

블로킹 커패시터(C32,C36)를 통해 드레인 전원을 차단하고 고주파를 통과시키고, 이를 앞의 트랜스포머(T1)와 유사하게 만든 2,4를 입력으로 하고 3은 접지, 1번은 출력으로 하는 트랜스포머(T2)를 통해 앞선 트랜스포머(T1)의 180°위상차를 반대로 다시 원래의 위상으로 돌아오게 된다. Transformer (T2) which cuts drain power and passes high frequency through blocking capacitors (C32, C36) and inputs 2,4 made similar to the previous transformer (T1), 3 is ground, and 1 is output. Through this, the 180 ° phase difference of the previous transformer T1 is reversed and returned to its original phase.

이를 블록킹 캐패시터 커패시터(C10)를 통과시키고, 출력매칭을 위해 인덕터(L17, L18) 및 커패시터(C34)를 통해 출력매칭을 실행시켜 출력 리턴로스를 -20dB ~ -16dB 이하로 전대역을 조절하게 된다. This is passed through the blocking capacitor capacitor (C10), the output matching is performed through the inductors (L17, L18) and capacitor (C34) for the output matching to adjust the output bandwidth to -20dB ~ -16dB or less.

상기 GaN 트랜지스터(300)는 매우 높은 파워를 갖고 있기 때문에 열 발생이 매우 크다. Since the GaN transistor 300 has a very high power, heat generation is very large.

이를 직접 열처리 금속 베이스(100)에 직접 땜을 하여 열을 분산하게 하여 발산시키고 이 열처리 금속만으로 열의 흡수가 불가능 하므로 커다란 기구에 나사로 완전하게 조여 열의 발산을 하게 한다. It is directly soldered to the heat-treated metal base 100 to dissipate heat to dissipate, and since heat absorption is not possible with only this heat-treated metal, it is completely tightened with a screw in a large appliance to dissipate heat.

24V가 공급되어 420mA의 전류가 흐르므로 총 10W의 소비 전력을 갖게 된다.24V is supplied and 420mA of current flows, resulting in a total power consumption of 10W.

이중에서 신호를 증폭하는데 사용되는 출력은 2~4W 이므로 6~8W를 열로 소비하게 된다.Among them, the output used to amplify the signal is 2 ~ 4W, which consumes 6 ~ 8W as heat.

상기 DC/DC 변환회로(450)는 24V VCC가 입력되면 전계효과트랜지스터(FET) 소오스 1번과 저항(R20)을 통해 드레인 3번에 연결되고 저항(R18)을 통해 DC/DC IC(451)의 7번에 연결되어 VDD 전원 24V가 전계효과트랜지스터(FET) 게이트 2번에서 나타난다. When the 24V VCC is input, the DC / DC conversion circuit 450 is connected to the field effect transistor (FET) source 1 and the drain 3 through the resistor R20, and the DC / DC IC 451 through the resistor R18. Connected to # 7, VDD power supply 24V appears at field effect transistor (FET) gate # 2.

이 VDD전원은 GaN 트랜지스터(300)의 게이트 전원 VGG1,2가 먼저 공급되도록 하는 역할을 하게 된다. The VDD power source serves to supply the gate power sources VGG1 and 2 of the GaN transistor 300 first.

+24V VCC가 커패시터(C50, C49, C48)를 통해 전원 리플을 제거하고 제너다이오드(D1)와 저항(R22)을 통해 DC/DC IC(451)의 동작 전압으로 낮추어 1번에 공급하고 DC/DC IC(451)의 단자2,3번은 커패시터(C47)로 연결, 4번은 접지시킨다. + 24V VCC eliminates power ripple through capacitors (C50, C49, C48), lowers to the operating voltage of DC / DC IC (451) through zener diode (D1) and resistor (R22) and supplies it to DC1 Terminals 2 and 3 of the DC IC 451 are connected to a capacitor C47, and ground 4 is grounded.

단자 5번은 저항(R15)을 통해 접지되고, 단자 6번으로 부전원을 발생시킨다. Terminal 5 is grounded through resistor R15 and generates a negative power supply to terminal 6.

커패시터(C46, C45, C44)를 통해 전원 리플을 제거하고 저항(R16, R17)을 통해 GaN 트랜지스터(300) 게이트에 알맞은 전원을 만들어 공급하게 된다. The power supply ripple is removed through the capacitors C46, C45, and C44, and suitable power is supplied to the gate of the GaN transistor 300 through the resistors R16 and R17.

이때, 게이트 전원이 드레인 전원보다 먼저 공급된 후 드레인 +VDD 24V가 공급하도록 하여, GaN 트랜지스터(300)의 동작을 원활하게 한다.At this time, the gate power is supplied before the drain power, and then the drain + VDD 24V is supplied to smoothly operate the GaN transistor 300.

이와 같이 GaN 트랜지스터(300) 2개를 패키지(200)에 넣어 푸쉬 풀(Push-pull)로 구성하여 에폭시 기판을 사용할 수 있는 광대역 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 특성을 보면,As described above, the characteristics of a broadband cable television hybrid amplifier module in which two GaN transistors 300 are put into a package 200 and configured as a push-pull to use an epoxy substrate,

사용주파수대역 48 ~ 1000MHz, 출력이득 21~22.5dB, 이득평탄도 +1.5dB, 입출력 리턴로스 -16 ~ -20dB, CTB와 CSO는 -70dBc@+47dBmV/10dB Tilt, CCNR -62dBc, X-MOD -65dBc, 잡음지수 3dB, 직류전압 전류 420mA/24V에 P1dB 4W를 출력할 수 있 다.Frequency band 48 ~ 1000MHz, output gain 21 ~ 22.5dB, gain flatness + 1.5dB, input / output return loss -16 ~ -20dB, CTB and CSO are -70dBc @ + 47dBmV / 10dB Tilt, CCNR -62dBc, X-MOD It can output P1dB 4W at -65dBc, noise figure 3dB, DC voltage current 420mA / 24V.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 CATV신호를 공급하는 케이블의 손실을, 찌그러짐이 적게 보상하는 트렁크 증폭기에 사용되는 광대역 혼성증폭기 모듈로, 증폭회로의 소자를 GaN 트랜지스터를 사용해 패키지화 하고 이 패키지를 금속베이스에 직접 부착하여 발열문제를 해결하고, 1단 사용을 통한 성능의 향상과 GaN 트랜지스터의 고유함수인 높은 브레이크다운(Breakdown) 전압 에 의해 기계적, 전기적, 열적 충격에 강하게 하여, 이러한 충격에 매우 취약 하였던 종래의 문제를 해결하였다.As described above, the present invention is a broadband hybrid amplifier module used for a trunk amplifier that compensates for the loss of a cable supplying a CATV signal with less distortion. The device of the amplifier circuit is packaged using a GaN transistor and the package is made of metal. It is very vulnerable to these shocks by solving the heat problem by attaching directly to the base, and improving the performance through one-stage use and strong against mechanical, electrical and thermal shocks by the high breakdown voltage, which is a unique function of GaN transistors. The conventional problem was solved.

따라서 CATV 혼성증폭기 모듈의 디지털 성능도 향상되고, 불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the digital performance of the CATV hybrid amplifier module is also improved, and the defect rate can be reduced.

Claims (11)

상부의 양측에 트렌치가 형성되고 중앙에 돌출면을 구비하는 베이스와, A base having trenches on both sides of the upper portion and having a protruding surface in the center thereof; GaN 트랜지스터를 패키지화하여 구성되고, 상기 베이스의 돌출면 상부에 형성되는 증폭소자와, An amplification element formed by packaging a GaN transistor and formed on an upper surface of the protruding surface of the base; 상기 증폭 소자의 입출력 매칭 및 전원회로를 포함하는 회로소자가 실장되며, 실장된 증폭소자와 상기 베이스의 돌출면이 직접 접촉 전기적으로 고정연결될 수 있도록 증폭소자 실장부에 구멍이 형성된 인쇄 회로 기판과, A printed circuit board having a circuit element including an input / output matching and a power supply circuit of the amplification element mounted thereon, and having a hole formed in the amplification element mounting portion such that the mounted amplification element and the protruding surface of the base can be directly and electrically fixed; 입출력 및 전원 공급을 위해 여러 핀을 박아 단자를 구성하고 상기 양측의 트렌치 사이를 전체 인쇄회로기판을 덮어 모듈화하는 뚜껑을 포함하는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈.Cable television hybrid amplifier module using a gallium nitride (GaN) transistor, comprising a lid for forming a terminal by pinning several pins for input and output and power supply and covering the entire printed circuit board between the trenches on both sides . 제 1항에 있어서, 상기 돌출면은 열전달이 빠른 금속소재로 주변의 인쇄회로기판보다 최소한 같거나 높게 돌출되도록 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈.The cable television hybrid amplifier module of claim 1, wherein the protruding surface is formed of a metal material having rapid heat transfer so as to protrude at least equal to or higher than the surrounding printed circuit board. 제 1항에 있어서, 상기 증폭소자는 2개의 GaN 트랜지스터(300)를 패키지(200)내에 넣어 패키지화한 것으로, GaN 트랜지스터(300)는 패키지(200)의 밑면 히트싱크(201)상에 구성된 메탈(202)에 고전도성 실버 에폭시로 부착되고 패키지단 자(203)에 와이어본딩으로 연결되고, 그 상부로 뚜껑(204)이 접착수단에 의해 접착 고정되고, 에어 실링된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈.The method of claim 1, wherein the amplifying device is packaged by putting two GaN transistors 300 in the package 200, the GaN transistor 300 is formed of a metal formed on the bottom heatsink 201 of the package 200 ( Gallium, characterized in that it is attached with a highly conductive silver epoxy to the 202 and wire-bonded to the package terminal 203, and the lid 204 is adhered and fixed by an adhesive means thereon, and has an air-sealed structure. Cable television hybrid amplifier module using nitride (GaN) transistors. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 GaN 트랜지스터(300)는 0.5um 게이트길이(Gate Length)에 게이트 둘레(Gate Periphery) 2mm 칩의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈. The GaN transistor according to claim 1 or 3, wherein the GaN transistor 300 has a gate periphery 2 mm chip at a gate length of 0.5 um. Cable television hybrid amplifier module. 상부의 양측으로 트랜치(101)를 형성하고, 트랜치(101)의 중앙부에 돌출면을 구성한 메탈 베이스(100)를 형성하는 공정과,Forming trenches 101 at both sides of the upper portion, and forming a metal base 100 having a protruding surface at the center of the trench 101; 베이스(100)의 돌출면(102) 및 돌출면(102)과 트랜치(101)사이의 표면에 접착층을 형성시키는 과정과,Forming an adhesive layer on the protruding surface 102 and the surface between the protruding surface 102 and the trench 101 of the base 100, GaN트랜지스터(300) 2개를 패키지(200)안에 넣어 고전도성 실버에폭시로 부착하고, 와이어본딩으로 패키지단자를 연결하고 뚜껑(204)을 덮고 에어 실링하는 공정과, Putting two GaN transistors 300 into the package 200 and attaching them with high conductivity silver epoxy, connecting the package terminals with wire bonding, covering the lid 204, and air sealing; 증폭기의 입출력정합 및 전원공급회로를 포함하는 회로소자가 실장되는 인쇄회로기판(400)상에서 패키지(200)가 실장될 부분에 베이스(100)의 돌출면(102)과 대응하는 크기의 구멍을 형성하는 공정과,A hole having a size corresponding to the protruding surface 102 of the base 100 is formed in a portion where the package 200 is to be mounted on a printed circuit board 400 on which a circuit device including an input / output matching and a power supply circuit of an amplifier is mounted. Process to do, 패키지(200) 및 회로소자를 인쇄회로기판(400)에 실장하고, 베이스(100)의 돌출면(102)과 인쇄회로기판(400)에 실장된 패키지(200)의 하부가 접촉되도록 베이스(100)의 상부에 인쇄회로기판(400)을 부착시키는 공정과, 실제 전원을 인쇄회로기판(400)에 공급하여 소정의 정해진 시간동안 일정한 환경 온도상에서 테스트를 수행하는 공정과,The package 200 and the circuit elements are mounted on the printed circuit board 400, and the base 100 is brought into contact with the protruding surface 102 of the base 100 and the lower part of the package 200 mounted on the printed circuit board 400. Attaching the printed circuit board 400 to the upper portion of the c), supplying actual power to the printed circuit board 400, and performing a test at a predetermined environmental temperature for a predetermined time; 뚜껑(500)을 덮어 모듈을 완성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 제조방법 Method for manufacturing a cable television hybrid amplifier module using a gallium nitride (GaN) transistor, characterized in that the cover is completed to cover the module 500 제 5항에 있어서, 테스트를 수행하는 공정은, 실제 전원을 인쇄회로기판(400)에 공급하여 1차 RF테스트를 1차진행하고, 100℃의 온도에서 전원을 공급하여 소정의 정해진 시간동안 동작시험을 수행하고, 2차 RF테스트를 수행하도록 한 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 제조방법. The process of claim 5, wherein the test is performed by first supplying actual power to the printed circuit board 400 to perform a first RF test, and supplying power at a temperature of 100 ° C. for a predetermined time. A method of manufacturing a cable television hybrid amplifier module using a gallium nitride (GaN) transistor, characterized in that to perform a test and to perform a secondary RF test. 제 5항에 있어서, 패키지(200)를 구성하는 공정에 있어서,The method of claim 5, wherein in the step of constructing the package 200, 실리콘 웨이퍼위에 GaN을 얇게 프로세싱하여, 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소오스(Source)를 구성한 소정의 길이와 둘레를 갖는 칩의 형태를 갖는 GaN트랜지스터(300)를 구성하는 과정과, Processing GaN on a silicon wafer thinly to form a GaN transistor 300 having a chip shape having a predetermined length and circumference comprising a gate, a drain, and a source; GaN트랜지스터(300)를 패키지(200)에 넣어 고전도성 실버에폭시로 칩을 패키지(200) 밑면에 구성된 히트싱크(heat sink)(201)상의 메탈(202)에 부착한 후, 소 정의 온도에서 일정한 시간동안 큐어링하여 고전도성 실버 에폭시와 칩이 메탈(202)에 완전하게 부착하도록 하는 과정과, The GaN transistor 300 was placed in the package 200, and the chip was attached to the metal 202 on the heat sink 201 formed at the bottom of the package 200 by using a highly conductive silver epoxy, and then fixed at a predetermined temperature. Curing during time to ensure that the highly conductive silver epoxy and the chip are completely attached to the metal 202, 와이어 본딩(Wire bonding)으로 패키지 단자(203)에 연결시키는 과정과, Connecting to the package terminal 203 by wire bonding; 뚜껑(204)을 에폭시 본드로 접착하고 큐어링한 후 에어홀(Air Hole)을 다시 높은 온도에서 액상의 에폭시를 이용하여 실링하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 제조방법. After the lid 204 is bonded with an epoxy bond and cured, a cable using a gallium nitride (GaN) transistor, characterized in that the air hole is sealed again using a liquid epoxy at a high temperature. Method of manufacturing a television hybrid amplifier module. 제 7항에 있어서, 상기 GaN 트랜지스터(300)는 0.5um 게이트길이(Gate Length)에 게이트 둘레(Gate Periphery) 2mm 칩의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 제조방법.8. The cable television hybrid of claim 7, wherein the GaN transistor 300 has a gate periphery 2mm chip at a gate length of 0.5 um. Method for manufacturing an amplifier module. 제 7항에 있어서, GaN트랜지스터(300)를 메탈(202)에 부착시키는 과정에 있어서, 200℃에서 30분간 큐어링하여 고전도성 실버 에폭시와 칩을 메탈(202)을 부착시키도록 한 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈의 제조방법.The method of claim 7, wherein in the process of attaching the GaN transistor 300 to the metal 202, curing is performed at 200 ° C. for 30 minutes to attach the high conductive silver epoxy and the chip to the metal 202. A method of manufacturing a cable television hybrid amplifier module using a gallium nitride (GaN) transistor. 광대역 주파수의 입력에 대한 매칭을 위한 입력매칭회로(410)와, GaN트랜지스터(300)의 게이트(G) 전원을 공급하기 위한 게이트전원공급회로(460)와, GaN트랜 지스터(300)의 드레인(D) 전원을 공급하기 위한 드레인전원공급회로(470)와, GaN 트랜지스터(300)의 게이트 단자(P1,P3)와 드레인 단자(P7,P9)에 연결하여, 광대역 주파수가 일정한 이득을 갖고, 특히 고주파로 갈수록 이득이 증가하는 특성을 갖도록 하는 궤환회로(420)(430)와, 입력 매칭이 조정된 위상을 원래의 상태로 조정하여 출력신호 매칭을 수행하는 출력매칭회로(440)와, 게이트 드레인 동작전원이 안정적으로 공급될 수 있도록 게이트 전원이 드레인 전원보다 먼저 공급될 수 있도록 하여 GaN 트랜지스터(300)가 원활하게 동작될 수 있도록 하기 위한 DC/DC 변환회로(450)로 구성되는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈. An input matching circuit 410 for matching a wideband frequency input, a gate power supply circuit 460 for supplying gate G power of the GaN transistor 300, and a drain of the GaN transistor 300. D) connected to the drain power supply circuit 470 for supplying power and the gate terminals P1 and P3 and the drain terminals P7 and P9 of the GaN transistor 300, so that the broadband frequency has a constant gain, in particular Feedback circuits 420 and 430 for increasing gain at higher frequencies, output matching circuits 440 for output signal matching by adjusting an input-adjusted phase to an original state, and a gate drain Characterized in that it is composed of a DC / DC conversion circuit 450 for allowing the GaN transistor 300 to operate smoothly so that the gate power can be supplied before the drain power so that the operating power can be stably supplied gallium This triad (GaN) hybrid cable television amplifier module using a transistor. 제 10항에 있어서, 상기 입력매칭 및 전원공급회로(410)는 입력되는 광대역 고주파에 대한 입력 매칭을 위한 커패시터(C34), 인덕터(L1)로 구성되는 저역통과필터와, 저역통과필터를 통과하는 신호에서 짝수 고조파를 상쇄시키기 위해 180°위상을 갖는 트랜스포머(T1)와, 트랜스포머(T1)의 출력에 대하여 직류적인 바이어스 전원을 차단하고 고조파신호만을 통과시키기 위한 블록킹 캐패시터(C31,C35)와, 입력 매칭을 위한 인덕터(L12,L13)와, 위상조정용 커패시터(C33, C34)를 포함하여 구성되며, 11. The method of claim 10, wherein the input matching and the power supply circuit 410 is passed through a low pass filter consisting of a capacitor (C34), an inductor (L1) for input matching for a wideband high frequency input, and a low pass filter Transformer T1 having a 180 ° phase to cancel even harmonics from the signal, Blocking capacitors C31 and C35 to cut off direct current bias power to the output of transformer T1 and to pass only harmonic signals, and Inductor (L12, L13) for matching, and the capacitor for phase adjustment (C33, C34) is configured, 상기 게이트전원공급회로(460)는 게이트 단자(P1,P3)에 입력 바이어스 전원공급을 위한 인덕터(L10,L14)와, 전원공급시 발생하는 전원리플 제거용 콘덴서(C25)(C41)를 포함하여 구성되며, The gate power supply circuit 460 includes inductors L10 and L14 for supplying input bias power to the gate terminals P1 and P3, and capacitors C25 and C41 for removing power ripple generated during power supply. Is composed, 상기 드레인전원공급회로(470)는 드레인 단자(P7,P9)에 드레인 전원을 공급하기 위한 쵸크코일(L11,L15)와 전원 공급시 발생하는 전원리플 제거용 커패시터(C27, C42)를 포함하고, The drain power supply circuit 470 includes choke coils L11 and L15 for supplying drain power to the drain terminals P7 and P9, and capacitors C27 and C42 for removing power ripple generated during power supply. 출력매칭회로(440)는 드레인 전원을 차단하고 고주파를 통과시키기 위한 커패시터(C32,C36)와, 상기 트랜스포머(T1)와 반대의 위상을 갖고, 트랜스포머(T1)에 의해 조정된 위상을 반대로 복귀시키는 트랜스포머(T2)와, 트랜스포머(T2)의 출력신호에 대한 블록킹 캐패시터 커패시터(C10)와, 출력매칭을 위한 인덕터(L17, L18) 및 커패시터(C34)를 포함하여 구성되고,The output matching circuit 440 has capacitors C32 and C36 for blocking drain power and allowing high frequency to pass, and has a phase opposite to that of the transformer T1, and reverses the phase adjusted by the transformer T1. And a transformer T2, a blocking capacitor capacitor C10 for the output signal of the transformer T2, inductors L17 and L18 and a capacitor C34 for output matching, 상기 DC/DC 변환회로(450)는 소오스단자와 드레인단자에 연결되어 DC/DC IC(451)의 제어에 스위칭하여 드레인 전원보다 게이트 전원이 먼저 공급될 수 있도록 하는 전계효과트랜지스터(FET)와, 전원(+24V VCC)에 대한 전원 리플 제거용 커패시터(C50, C49, C48)(C46, C45, C44)와, DC/DC IC(451)동작 전압을 공급하기 위한 제너다이오드(D1) 및 저항(R22)과, 게이트 전원이 드레인전원보다 먼저 공급되도록 전계효과트랜지스터(FET)를 제어하여 GaN 트랜지스터(300)의 동작이 원활하게 이루어지도록 하는 DC/DC IC(451)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터를 이용한 케이블 텔레비전 혼성증폭기 모듈.The DC / DC conversion circuit 450 is connected to a source terminal and a drain terminal to switch to control of the DC / DC IC 451 so that the gate power can be supplied before the drain power, and a field effect transistor (FET); Power supply ripple cancellation capacitors (C50, C49, C48) (C46, C45, C44) for the power supply (+ 24V VCC), Zener diode (D1) and resistors for supplying the operating voltage of the DC / DC IC 451. R22) and a DC / DC IC 451 for controlling the field effect transistor (FET) so that the gate power is supplied before the drain power so as to smoothly operate the GaN transistor 300. Cable television hybrid amplifier module using gallium nitride (GaN) transistor.
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