KR20100058078A - 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈(Front End Module)에 관한 것으로, 그 프론트 앤드 모듈은 복수 층들이 적층된 구조의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판으로 구성되며, LTCC 기판 상에 형성된 안테나 패턴; 및 LTCC 기판의 제1 층에 형성된 캐비티(cavity) 내부에 칩 형태로 실장된 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈을 안테나가 실장된 LTCC 기판을 이용하여 구성하고 LTCC 기판에 형성된 캐비티(cavity) 내부에 칩 형태의 저역 통과 필터를 실장함으로써, 안테나 성능 구현에 적합한 고유전율의 LTCC 기판의 사용을 가능케하며, 프론트 앤드 모듈을 소형화할 수 있다.
프론트 앤드 모듈(FEM), 안테나, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기판

Description

이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈{Front End Module of mobile terminal}
본 발명은 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈(Front End Module)에 관한 것이다.
최근 이동통신 시스템의 발전에 따라, 휴대전화, 휴대형 정보 단말기 등의 이동 통신 단말기가 급속히 보급되고, 이동 통신 시스템에 사용되는 주파수도 800MHz ~ 1GHz, 1.5GHz ~ 2.0GHz 대역으로 신호를 송수신하기 위한 시스템들이 제공되고 있다.
이동통신 단말기가 고성능화, 소형화 추세로 발전하게 됨에 따라 단말기에 내장되는 부품들도 집적화, 초소형화, 경량화 등으로 개발되고 있다.
또한 이동통신 단말기를 이용하여 다른 방식으로도 통신할 수 있는 방식이 개발되고 있다. 즉, 하나의 안테나를 이용하여 다중 대역을 커버할 수 있게 하거나 다수개의 주파수 대역의 신호를 송/수신할 수 있는 구성 요소를 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역(multi band)의 프론트 앤드 모듈(FEM : Front End Module)이 개발되고 있다.
본 발명은 안테나 성능에 적합하며 소형화가 가능한 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 다층 기판 구조의 프론트 앤드 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈은, 복수 층들이 적층된 구조의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판으로 구성되며, 상기 LTCC 기판 상에 형성된 안테나 패턴; 및 상기 LTCC 기판의 제1 층에 형성된 캐비티(cavity) 내부에 칩 형태로 실장된 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈을 안테나가 실장된 LTCC 기판을 이용하여 구성하고 LTCC 기판에 형성된 캐비티(cavity) 내부에 칩 형태의 저역 통과 필터를 실장함으로써, 안테나 성능 구현에 적합한 고유전율의 LTCC 기판의 사용을 가능케하며, 프론트 앤드 모듈을 소형화할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈의 개략적인 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 프론트 앤드 모듈(20)은 안테나(10)에 연결되며, ESD(electro static discharge) 보호부(21), RF 스위치부(22), 다중 대역의 신호 수신을 위한 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter)(23, 24), 다중 대역의 신호 송신을 위한 쏘우(SAW: Surface Acoustic Wave)필터(25, 26)를 포함한다.
ESD 보호부(21)는 안테나(10) 입력단으로부터 입력되는 정전기 방전 현상으로부터 RF 스위치부(22)를 보호하게 된다.
RF 스위치부(22)는 DCS(Digital Cellular System), PCS(Personal Communication service)와 같은 주파수 대역 중 특정한 하나의 경로만을 선택하고 선택된 경로를 통해 송/수신되는 RF 신호를 안테나(10) 또는 송수신단(Tx/Rx)으로 스위칭하게 된다.
상기 다중 대역의 신호 송신을 위해 제1 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter)(23)는 PCS 송신단(PCS Tx)에 연결되며, 제2 저역 통과 필터(24)는 DCS 송신단(DCS Tx)에 연결된다.
상기 다중 대역의 신호 수신을 위해 제1 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터(25)는 DCS 수신단(DCS Rx)에 연결되며, 제2 SAW 필터(26)는 PCS 수신단(PCS Rx)에 연결된다.
도 2는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 프론트 앤드 모듈(100)은 두 개 이상의 주파수 대역의 신호를 송/수신하기 위한 모듈로서, 듀얼 밴드, 쓰리 밴드, 쿼드 밴드 및 그 이상으로 구현될 수 있다. 즉, 고주파 대역을 사용하는 DCS(Digital Cellular System) 방식 및 PCS(Personal Communication service) 방식과, 저주파 대역을 사용하는 GSM(Global Systems for Mobile communication) 방식 및 EGSM(Extend Global Systems for Mobile communication) 방식 중에서 두 개 이상의 주파수 대역의 신호를 송/수신할 수 있게 구현된다.
이러한 프론트 앤드 모듈(100)는 안테나(110), 매칭부(120), ESD 보호부(130), RF 스위치부(140), 디코더부(145), 송신 필터(150) 및 수신 필터(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
안테나(110)로부터 수신되는 신호는 매칭부(120)에 의해 임피던스가 매칭되어 출력된다. 매칭부(120)는 인덕터 또는/및 캐패시터 등의 소자로 구현된다.
ESD 보호부(130)는 안테나 입력단으로부터 입력되는 신호에 의해 모듈 내부의 회로, 소자 등이 파손되는 것을 보호하게 된다.
RF 스위치부(140)는 다중 대역 신호의 송/수신 경로를 선택하기 위해 스위칭 동작하며, GaAs 스위치로 구현될 수 있다. RF 스위치부(140)는 하나의 RF 스위치(SP4T, SP6T)로 구성되거나, 다수개의 RF 스위치(SP2T, SP4T 등의 조합)로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 RF 스위치부(140)는 제1 내지 제3 RF 스위치(141, 142, 143)를 포함하며, 제1 RF 스위치(141)는 안테나(110)로부터 입력되는 수신 신호를 제3 RF 스위치(143)로 스위칭 출력하고, 제2 스위치(142,143)로 입력되는 송신 신호를 안테나로 스위칭 출력하게 된다.
제2 RF 스위치(142)는 다중 대역의 특정 송신단(Tx)으로부터 입력되는 송신 신호의 경로 선택을 위해 스위칭 동작되며, 경로 선택된 신호는 제1 RF 스위 치(141)를 통해 송신된다.
또한, 제3 RF 스위치(143)는 제1 RF 스위치(141)로부터 입력되는 신호를 스위칭 동작하여 다중 대역의 특정 수신 경로(Rx)로 출력하게 된다.
본 발명에 따른 일실시예로서, RF 스위치부(140)에서 제 1RF 스위치(141)를 이용하여 어느 하나의 송신 또는 수신 경로로 스위칭하며, 제 2RF 스위치(142)를 이용하여 송신 신호의 경로를 스위칭하며, 제 3RF 스위치(143)를 이용하여 수신 신호의 경로를 스위칭할 수 있다.
RF 스위치부(140)의 제1 내지 제3 스위치(141~143)의 스위칭 동작은 디코더부(145)에 의해 제어된다. 디코더부(145)는 스위치 구동 전압(Vcc) 및 제어신호(V1,V2,V3)를 이용하여 다중 대역의 송수신 경로의 스위칭 동작을 제어하게 된다.
RF 스위치부(140)의 후단에는 송신 및 수신 필터(150, 160)가 결합된다. 송신 필터(150)는 제2 RF 스위치(142)의 후단에 결합되며, 수신 필터(160)는 제3 RF 스위치(143)의 후단에 결합된다.
송신 필터(150)는 제1 LPF(151) 및 제2 LPF(152)를 포함하며, 특정 송신단(Tx)으로부터 입력되는 신호로부터 고주파 잡음을 제거하게 된다. 제1 LPF(151)는 GSM/EGSM 송신단(Tx)의 신호를 필터링하며, 제2 LPF(152)는 DCS/PCS 송신단(Tx)의 신호를 필터링할 수 있다.
수신 필터(160)는 제1 내지 제4 쏘우 필터(161, 162, 163, 164)를 포함하며, 제3 RF 스위치(143)로부터 수신되는 신호에 대해 필요한 대역만을 통과한다. 제1 쏘우 필터(161)는 GSM 수신단(Rx)의 수신 신호를 필터링하며, 제2 쏘우 필터(162)는 EGSM 수신단(Rx)의 수신 신호를 필터링하고, 제3 쏘우 필터(163)는 DCS 수신단(Rx)의 수신 신호를 필터링하며, 제4 쏘우 필터(164)는 PCS 수신단의 수신 신호를 필터링할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈(100)은 기판 상에 구현된다. 도 3은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판에 형성된 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 제1 실시예를 단면도로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈은 복수의 층들(200, 210, 220)이 적층된 구조의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판 상에 구현될 수 있다. 상기 LTCC 기판은 금 혹은 은과 같은 전도성이 우수하고 산화 분위기에서도 소성이 가능한 전도성 금속을 사용할 수 있으며, 저항, 캐패시터, 인덕터 등의 다양한 수동 소자를 구현할 수 있다.
LTCC 기판의 제1 층(200)에 존재하는 유전체 영역 상에 전도성 재질의 안테나 패턴(230)이 형성되는데, 안테나 패턴(230)은 LTCC 기판의 제1 층(200) 표면에 고유전율을 갖는 재질(예를 들어, 세라믹)을 이용하여 소정 형상의 패턴으로 형성된다. 예를 들어, 안테나 패턴(230)은 다수개가 소정 간격으로 이격되며 한 번 이상 절곡되며 모두 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
안테나 패턴(230)은 상호 간의 커플링으로 인해 신호의 간섭 또는 직접적으로 유입되는 현상을 통해 송수신하게 된다. 또한 안테나 패턴(230) 간의 커플링에 의해 중심 주파수를 결정할 수가 있으며, 안테나 패턴의 높이(또는 두께)에 의해 다중 대역의 신호를 커버하기 위한 특성을 잡을 수도 있다.
또한, LTCC 기판의 제1 층(200)에는 소정의 칩(chip)이 내부에 실장될 수 있는 캐비티(cavity, 240)가 형성되어 있을 수 있으며, 캐비티(240)는 예를 들어 멀티 펑션 공정에 의해 에칭되어 제1 층(200)에 형성될 수 있다.
제1 층(200)에 형성된 캐비티(240) 내부에는 저역 통과 필터(Low Pass Filter, LPF)(250, 255)가 실장되어 있으며, 저역 통과 필터(250, 255)는 칩으로 구현되어 캐비티(240) 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, LTCC 기판 상에 안테나 패턴(230)이 형성되는 경우, 상기 안테나의 성능 구현에 적합하도록 LTCC 기판이 고유전율, 예를 들어 50 이상의 유전율을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 저역 통과 필터의 임피던스(impedance)는 저유전율에서 구현할 수 있으므로, 고유전율의 LTCC 기판을 사용하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 LTCC 기판의 제1 층(200)에 형성된 캐비티 내부에 칩 형태로 저역 통과 필터를 실장하는 것이 바람직하다.
그에 따라, 고유전율의 LTCC 기판을 이용하여 고성능 안테나 구현이 가능한 안테나가 내장된 프론트 앤드 모듈을 구현할 수 있으며, 칩 형태의 저역 통과 필터를 실장하여 프론트 앤드 모듈의 소형화를 가능하게 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 층(200)은 LTCC 기판의 최상위 층일 수 있으나, 저역 통과 필터들(250, 255)의 개수는 도 3에 도시된 개수에 한정되지 아니한다.
LTCC 기판의 제2 층(210)에는 매칭부(260)와 ESC 보호부(270)가 형성될 수 있다.
또한, LTCC 기판의 제3 층(220)에 형성된 캐비티(280) 내부에는 쏘우 필터들(290, 292)과 스위치(295)가 실장된다. 도 3에 도시된 쏘우 필터들의 개수는 2 개에 한정되지 아니하며, 수신하고자 하는 서로 다른 대역 신호들의 개수에 따라 정해질 수 있다.
여기서, LTCC 기판의 표면이나 내부 영역에 구성되는 상기의 요소들은 전기적으로 연결되며, 전기적인 신호 특성을 고려하여 배치를 다르게 할 수도 있다. 또한, 상기 LTCC 기판은 각 층마다 프론트 앤드 모듈의 구성 요소를 전기적으로 연결하기 위한 회로 패턴(미도시), 다른 층과의 전기적인 연결을 위해 비아 홀(미도시) 등이 형성될 수 있다.
도 4는 LTCC 기판에 형성된 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 제2 실시예를 단면도로 도시한 것으로, 도 3에 도시된 프론트 앤드 모듈의 구성과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, LTCC 기판의 제1 층(300) 상에 안테나 패턴(320)과 함께 제1 층(300)의 캐비티 내부에 실장된 저역 통과 필터(340, 345)를 외부로부터 보호하고 전자파를 차폐하기 위한 쉴드(shiel) 층인 LPF 보호부(325)가 형성될 수 있다. 또한, LPF 보호부(325)는 금속(metal) 층으로 구현될 수 있다.
도 5는 LTCC 기판 상에 형성된 안테나 패턴 및 LPF 보호부의 형태에 대한 실시예를 도시한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 LTCC 기판의 상면(400)에 형성된 안테나 패턴(410)이 LPF 보호부(420)를 둘러싸는 형태로 구현될 수 있다.
또한, LTCC 기판의 제2 층(305)에는 매칭부(350)와 ESD 보호부(355)가 형성될 수 있으며, 제3 층(310)에는 디코더부(360)가 형성될 수 있다. 그리고, LTCC 기판의 제4 층(315)에 형성된 캐비티 내부에는 전극 리드(390)에 본딩(예를 들어, 와이어 본딩)된 쏘우 필터들(380, 382)과 스위치(385)이 실장될 수 있다.
상기한 바와 같이, 도 4에 도시된 LTCC 기판의 표면이나 내부 영역에 구성되는 상기의 요소들은 전기적으로 연결되며, 전기적인 신호 특성을 고려하여 배치 또는 각 요소들의 개수를 다르게 할 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 이동통신 단말기의 프론트 앤드 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판에 형성된 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 제1 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 LTCC 기판에 형성된 프론트 앤드 모듈의 구성에 대한 제2 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 LTCC 기판의 상면에 형성된 안테나 패턴 및 LPF 보호부의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.

Claims (9)

  1. 복수 층들이 적층된 구조의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판으로 구성되는 이동 통신 단말기의 프론트 앤드 모듈에 있어서,
    상기 LTCC 기판 상에 형성된 안테나 패턴; 및
    상기 LTCC 기판의 제1 층에 형성된 캐비티(cavity) 내부에 칩 형태로 실장된 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 프론트 앤드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LTCC 기판의 상기 제1 층 상에 상기 안테나 패턴이 형성되는 프론트 앤드 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 LTCC 기판의 복수의 층들 중 최상위 층인 프론트 앤드 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LTCC 기판의 상기 제1 층 상에 형성되어 전자파 또는 외부 충격으로부터 상기 저역 통과 필터를 보호하는 LPF 보호부를 더 포함하는 프론트 앤드 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 패턴은 상기 LPF 보호부를 둘러싸는 형태로 형성되는 프론트 앤드 통신 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LTCC 기판의 제2 층에 형성된 캐비티 내부에 실장된 다중 대역별 쏘우(SAW, Surface Acoustic Wave) 필터를 더 포함하는 프론트 앤드 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 층의 캐비티 내부에 실장되어 다중 대역 신호의 송수신 경로를 구분하기 위한 스위치를 더 포함하는 프론트 앤드 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 LTCC 기판의 복수의 층들 중 최하위 층인 프론트 앤드 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LTCC 기판의 유전율은 50 이상인 프론트 앤드 모듈.
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