KR20170054958A - 고주파 전력 증폭기 - Google Patents

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임영광
김현태
구황섭
김현제
정희석
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주식회사 기가레인
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Abstract

본 발명은 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 고주파 전력 증폭기에 있어서, 제1 기판과, 상기 제1 기판상에 형성되며, 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)된 증폭부와, 상기 제1 기판 하부에 배치되며, 상기 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 인터포저(interposer) 및 상기 인터포저상에 배치되며, 상기 증폭부에 전력을 공급하는 바이어스부를 포함하며, 상기 바이어스부가 배치된 상기 인터포저상에는 상기 증폭부가 형성된 상기 제1 기판이 하나 이상 배치되고, 상기 바이어스부와 상기 증폭부가 연결되어 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성하는 고주파 전력 증폭기를 제공한다.

Description

고주파 전력 증폭기{HIGH FREQUENCY POWER AMPLIFIER}
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파 입력신호를 증폭하기 위한 증폭부가 모듈화(규격화)되어 형성되는 기판에 크랙(crack) 발생을 방지할 수 있는 고주파 전력 증폭기에 관한 것이다.
오늘날, 고주파 신호의 송수신을 위하여 고주파 전력 증폭기가 사용되고 있다. 이러한 고주파 전력 증폭기는 고주파증폭용 트랜지스터가 고주파 전력 증폭기 기판에 형성되어 정보가 실린 고주파 입력신호를 전력 증폭한 고전력의 신호를 출력하는 장치로서, 이동 통신 단말기의 고주파 신호를 증폭하여 기지국까지 송출하는 이동 통신 단말기의 핵심 부품 중 하나로, RF(radio frequency) 회로의 주요 구성 부품이다.
이동 통신 단말기는 상대방의 전달 내용을 수신하기 위한 수신부와 자신의 정보를 전달하기 위한 송신부로 구성되어 있다. 즉, 고주파 신호를 기저대역 신호로, 혹은 그 반대로 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환해 주는 기능을 갖는다. 이중 송신부에는 상대방에게 수신감도 이상의 출력을 전달하기 위한 고주파 전력 증폭기가 반드시 필요하다.
도 1은 종래의 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 소자로서, 세라믹기판인 제1 기판(11)과, 제1 기판(11)상에 형성되며 상기 고주파 입력신호를 증폭하는 증폭부(13)를 포함한다. 여기서, 종래의 증폭부(13)가 형성된 제1 기판(11)이 제2 기판(15)상에 배치되며, 증폭부(13)는 고주파 입력신호를 증폭한다. 제2 기판(15)은 인쇄회로기판(PCB : printed circuit board)일 수 있으며, 제1 기판(11)보다 열팽창계수(CTE : coefficient of expansion)가 크다.
그러나 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 제1 기판(11)과 제2 기판(15)의 본딩공정이 약 200℃ 이상의 온도에서 이루어지기 때문에, 제1 기판(11)과 제2 기판(15)의 열팽창계수의 급격한 차이로 즉 제2 기판(15)이 약 200℃ 이상의 온도에 의해 제1 기판(11)보다 급격하게 휘어짐으로써 제1 기판(11)에 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 증폭부(13)에 포함된 고주파증폭용 트랜지스터로부터 증폭을 위한 작동시 발생된 열(약 80℃ 이상 방출)에 의해서도 제1 기판(11)과 제2 기판(15)의 열팽창계수의 급격한 차이로 제1 기판(11)에 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 증폭부(13)가 형성되는 제1 기판(11)으로 세라믹기판을 사용함으로써, 세라믹기판의 유전율이 낮아 그 크기가 커져야 하기 때문에, 제1 기판(11)의 크기가 커지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 증폭부(13)에 포함된 입력정합회로, 고주파증폭용 트랜지스터 및 출력정합회로 모두가 제1 기판(11)에 형성되는 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)로 증폭부(13)가 제작됨으로써, 고주파증폭용 트랜지스터가 증폭부(13)마다 소량 형성되기 때문에, 고주파증폭용 트랜지스터의 생산성이 낮고 또한, 가격 경쟁력이 낮다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고주파 전력 증폭기(10)는 증폭부(13)를 MMIC로 제작함으로써, 증폭부(13)내 고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로, 출력정합회로 및 바이어스부를 연결하는 선로가 반도체공정으로 일괄 제작되기 때문에, 선로의 면적을 크게 형성하는데 제약이 있어 고출력에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 고주파 입력신호를 증폭하기 위한 증폭부가 모듈화(규격화)되어 형성되는 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 제2 기판이 제1 기판 하측에 배치되는 경우, 열에 의해 제1 기판과 제2 기판 사이에서 열팽창계수가 단계적으로 차이가 나도록 하여 제1 기판에 크랙 발생을 방지할 수 있는 고주파 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견해에 따른 고주파 전력 증폭기는 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 고주파 전력 증폭기에 있어서, 제1 기판과, 상기 제1 기판상에 형성되며, 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)된 증폭부와, 상기 제1 기판 하부에 배치되며, 상기 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 인터포저 및 상기 인터포저상에 배치되며, 상기 증폭부에 전력을 공급하는 바이어스부를 포함하며, 상기 바이어스부가 배치된 상기 인터포저상에는 상기 증폭부가 형성된 상기 제1 기판이 하나 이상 배치되고, 상기 바이어스부와 상기 증폭부가 연결되어 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성한다.
또한, 상기 제1 기판은 고저항 실리콘(HRS)일 수 있다.
또한, 상기 증폭부는 고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로 및 출력정합회로를 포함하며, 상기 고주파증폭용 트랜지스터는 GaN 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 증폭부는 HMIC로 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 견해에 따른 고주파 전력 증폭기는 상기 인터포저 하부에 배치되며, 상기 인터포저보다 열팽창계수가 큰 제2 기판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인터포저상에 배치된 상기 증폭부가 형성된 제1기판들은 서로 전력분배기 및 전력결합기에 의해서 연결될 수 있다.
또한, 상기 인터포저상에서, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 전단에는 전력분배기가 공통으로 연결되고, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 후단에는 전력결합기가 공통으로 연결될 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 견해에 따른 고주파 전력 증폭기는 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 고주파 전력 증폭기에 있어서, 제1 기판과, 상기 제1 기판상에 형성되며, 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)된 증폭부 및 상기 제1 기판 하부에 배치되며, 상기 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 인터포저를 포함하며, 상기 인터포저상에는 상기 증폭부가 형성된 상기 제1 기판이 하나 이상 배치되어 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성한다.
본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부가 형성되는 제1 기판의 열팽창계수와 제1 기판 하부에 배치되는 제2 기판의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 가지는 인터포저가 제1 기판과 제2 기판에 개재됨으로써, 열에 의해 제1 기판과 제2 기판 사이에서 열팽창계수가 급격한 차이가 나는 것이 아니라, 인터포저에 의해 제1 기판과 제2 기판 사이에서 열팽창계수가 단계적으로 차이가 나도록 함에 따라 제1 기판에 크랙 발생을 방지할 수 있어 소자의 수율을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 제1 기판이 유전율이 높은 기판으로 이루어짐으로써, 제1 기판이 세라믹기판일 경우보다 유전율이 높기 때문에, 세라믹기판보다 크기를 작게 할 수 있어 제1 기판의 소형화가 향상되는 효과를 가진다. 또한, 복수 개의 세라믹기판으로 절단되는 세라믹 원판의 크기보다 유전율이 높은 기판으로 절단되는 고유전율 원판의 크기가 크다. 따라서, 고유전율 원판으로부터 절단되는 기판의 수가 세라믹 원판으로부터 절단되는 기판의 수보다 많아 생산성이 높으므로, 제1 기판 생산성이 향상되는 효과를 가지며 이러한 효과는 제1 기판이 고저항 실리콘(HRS: High Resistivity Silicon)으로 이루어질 경우에 소형화와 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부가 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)됨으로써, 소정의 출력전압의 크기에 대응하도록 하나 이상의 모듈화(규격화)된 증폭부를 인터포저상에 배치하기 때문에, 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하여 경제적 효과가 증가되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 인터포저상에 증폭부가 형성된 제1 기판이 배치되기 때문에, 인터포저로 증폭부의 크기를 조정함으로써, 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하여 경제적 효과가 증가되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부가 HMIC로 제작됨으로써, MMIC로 증폭부가 제작되는 종래보다 고주파증폭용 트랜지스터의 생산성을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부가 HMIC로 제작됨으로써, 증폭부내 고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로, 출력정합회로 및 바이어스부를 연결하는 선로가 표면실장이나 와이어본딩 등으로 개별 제작되기 때문에, 선로의 면적을 크게 형성할 수 있어 증폭부의 출력전력을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부에 포함된 고주파증폭용 트랜지스터가 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터로 이루어질 경우, 다른 트랜지스터보다 가격이 상대적으로 비싼 GaN 트랜지스터를 HMIC로 대량 형성함으로써, 트랜지스터를 증폭부(13)마다 소량 형성하는 MMIC의 종래보다 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 증폭부에 포함된 고주파증폭용 트랜지스터가 GaN 트랜지스터로 이루어짐으로써, 고주파 입력신호의 전력효율과 증폭부의 출력전력을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 따르면, 바이어스부를 인터포저상에 배치함으로써, 제1 기판의 크기를 감소시키는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 제1 기판상에 형성된 모듈화(규격화)된 증폭부를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 증폭부가 형성된 제1 기판이 배치된 인터포저를 나타낸 회로도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기의 작동을 나타낸 회로도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 제1 기판상에 형성된 모듈화(규격화)된 증폭부를 나타낸 회로도이다.
도 8은 도 7의 증폭부가 형성된 제1 기판이 배치된 인터포저를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
제1 실시예
도 2는 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 소자로서, 제1 기판(31)과, 제1 기판(31) 하부에 배치되는 인터포저(interposer)(33)와, 제1 기판(31)상에 형성되는 증폭부(35) 및 인터포저(33)상에 제1 기판(31)과 이격되어 배치되는 바이어스부(37)를 포함한다. 여기서, 증폭부(35)가 형성된 제1 기판(31) 하부에 배치되는 인터포저(33)가 제2 기판(39)상에 배치되며, 증폭부(35)는 고주파 입력신호를 증폭한다. 제2 기판(39)은 인터포저(33)보다 열팽창계수가 크다. 도시하지 않았지만, 인터포저(33) 상측에 설치되며, 증폭부(35)를 보호하는 커버를 더 포함할 수 있다.
제1 기판(31)은 실리콘(silicon)기판, 탄화규소(SiC)기판, 사파이어(Sapphire)기판 등 세라믹기판보다 유전율이 높은 기판일 수 있다.
제1 기판(31)은 유전율이 높은 기판으로 이루어짐으로써, 제1 기판(31)이 세라믹기판일 경우보다 유전율이 높기 때문에, 세라믹기판보다 크기를 작게 할 수 있어 소형화될 수 있다. 또한, 제1 기판(31)의 소형화에 따라, 제1 기판(31)상에 형성되는 증폭부(35)도 소형화될 수 있다. 또한, 복수 개의 세라믹기판으로 절단되는 세라믹 원판의 크기보다 유전율이 높은 기판으로 절단되는 고유전율 원판의 크기가 크다. 따라서, 고유전율 원판으로부터 절단되는 기판의 수가 세라믹 원판으로부터 절단되는 기판의 수보다 많아 생산성이 높으므로, 제1 기판 생산성이 향상되는 효과를 가지며 이러한 효과는 제1 기판이 고저항 실리콘(HRS: High Resistivity Silicon)으로 이루어질 경우에 소형화와 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
인터포저(33)는 제1 기판(31)보다 열팽창계수가 크고, 제2 기판(39)보다 열팽창계수가 작다. 이에 따라, 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 제1 기판(31)의 열팽창계수와 제2 기판(39)의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 가지는 인터포저(33)가 제1 기판(31)과 제2 기판(39)에 개재됨에 따라, 열에 의해 종래와 같이 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 사이에서 열팽창계수가 급격한 차이가 나는 것이 아니라, 인터포저(33)에 의해 제1 기판(31)과 제2 기판(39) 사이에서 열팽창계수가 단계적으로 차이가 나도록 함으로써 제1 기판(31)에 크랙 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 도 2의 제1 기판상에 형성된 모듈화(규격화)된 증폭부를 나타낸 회로도이고, 도 4는 도 3의 증폭부가 형성된 제1 기판이 배치된 인터포저를 나타낸 회로도이다.
증폭부(35)는 입력정합회로(351), 고주파증폭용 트랜지스터(353) 및 출력정합회로(355)를 포함하여 제1 기판(31)상에 형성된다.
또한, 증폭부(35)는 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)된다. 이에 따라, 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 대량생산이 용이하여 경제적 효과가 증가할 수 있다.
즉, 종래의 증폭부(13)는 모듈화(규격화)되지 않고, 소정의 출력전압의 크기에 대응하도록 그때그때 마다 제1 기판(11)상에 증폭부(13)를 형성하기 때문에, 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하지 않아 가격증가 요인이 된다.
이에 반해 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 증폭부(35)가 도 3에 도시된 바와 같이, 출력전압이 각각 6W용 증폭부(35a), 8W용 증폭부(35b), 15W용 증폭부(35c), 30W용 증폭부(35d), 60W용 증폭부(35e), 120W용 증폭부(35f) 등으로 모듈화(규격화)됨으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 원하는 출력전압의 크기에 대응하도록 3개의 모듈화(규격화)된 증폭부(35a,35b,35c)를 인터포저(33)상에 배치하기 때문에, 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하여 경제적 효과가 증가할 수 있다. 물론, 도 3에 도시된 출력전압 이외의 출력전압으로도 구성 가능하다.
또한, 종래의 증폭부(13)는 모듈화(규격화)되지 않고, 소정의 출력전압의 크기에 따라 그때그때 제1 기판(11)상에 증폭부(13)를 형성한다. 이에 따라, 고주파 전력 증폭기의 제조사, 종류 등에 따라 증폭부(13)의 크기가 각각 달라짐으로써, 종래에는 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하지 않아 가격증가 요인이 된다.
이에 반해 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 증폭부(35)가 입력정합회로(351), 고주파증폭용 트랜지스터(353), 출력정합회로(355) 및 제1 기판(31)을 블록으로 구성하여 공용으로 사용하고 인터포저(33)로 증폭부(35)의 크기를 조정함으로써, 고주파 전력 증폭기의 대량생산이 용이하여 경제적 효과가 증가할 수 있다.
또한, 증폭부(35)는 입력정합회로(351)와 출력정합회로(355)가 제1 기판(31)에 형성되고, 별도로 형성된 고주파증폭용 트랜지스터(353)가 제1 기판(31)에 배치되는 HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuit)로 제작될 수 있다. 이에 따라, 입력정합회로(351), 고주파증폭용 트랜지스터(353) 및 출력정합회로(355)와 연결선로들 모두가 제1 기판(31)에 한번에 형성되는 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)로 증폭부(13)가 제작되는 종래보다 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 고주파증폭용 트랜지스터(353)의 생산성이 높고 또한, 증폭부(35)내 고주파증폭용 트랜지스터(353), 입력정합회로(351) 및 출력정합회로(355)를 연결하는 선로가 표면실장이나 와이어본딩 등으로 개별 제작되기 때문에 선로의 면적을 크게 형성할 수 있어 증폭부의 출력전력이 향상된다. 그리고 고주파증폭용 트랜지스터(353)가 후술되는 바와 같이 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터로 이루어질 경우, 다른 트랜지스터보다 가격이 상대적으로 비싼 GaN 트랜지스터를 HMIC로 대량 형성함으로써, 트랜지스터를 증폭부(13)마다 소량 형성하는 MMIC의 종래보다 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
당업자라면 이해하겠지만, MMIC는 동일한 하나의 기판상에서 증폭부 내의 모든 회로들, 즉 고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로, 출력정합회로 및 이들을 연결하는 선로 등을 한꺼번에 형성하는 방식이고, 이에 반하여 HMIC는 고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로, 출력정합회로 및 이들을 연결하는 선로등을 각각 별도의 기판상에서 형성한 후, 하나의 기판(본 발명에서는 제1기판(31))으로 옮겨 본딩 등의 방식에 의해서 형성하는 것이다. 따라서 각 회로소자의 생산성이 더 높다.
증폭부(35)는 고주파증폭용 트랜지스터(353)의 증폭 효율을 향상시키기 위해서 고주파증폭용 트랜지스터(353)의 입력단과 출력단에 각각 입력정합회로(351)와 출력정합회로(355)가 배치 및 연결된다.
입력정합회로(351)는 고주파 신호가 인가되는 입력단과 고주파증폭용 트랜지스터(353)의 임피던스를 매칭시켜 상기 고주파 신호의 전송손실 없이 전달되도록 한다. 여기서, 입력정합회로(351)는 저항(R), 인덕터(L), 캐패시터(C) 중 하나 이상을 포함하는 회로로 구현되어 임피던스 매칭이 되어야 상기 고주파 신호의 반사에 의한 손실을 줄일 수 있다. 또한, 상기 임피던스는 기판의 유전율, 두께 그리고 선로 폭에 의해 결정된다.
고주파증폭용 트랜지스터(353)는 바이어스부(37)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 입력정합회로(351)를 통해 인가되는 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 출력정합회로(355)로 출력한다. 여기서, 고주파증폭용 트랜지스터(353)는 고주파 입력신호의 전력효율과 증폭부(35)의 출력전력을 향상시키기 위해서, 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
출력정합회로(355)는 고주파증폭용 트랜지스터(353)와 고주파증폭용 트랜지스터(353)를 통해 증폭된 고주파 신호가 출력되는 출력단의 임피던스를 매칭시켜 증폭된 고주파 신호의 전송손실 없이 전달되도록 한다. 여기서, 출력정합회로(355)는 저항(R), 인덕터(L), 캐패시터(C) 중 하나 이상을 포함하는 회로로 구현되어 임피던스 매칭이 되어야 상기 증폭된 고주파 신호의 반사에 의한 손실을 줄일 수 있다.
바이어스부(37)는 트랜지스터(323)의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트(biss point)를 변경 즉, 대기 전류(idle current)를 낮추거나 높여 동작시키도록 증폭부(35)에 전력을 공급한다.
또한, 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 바이어스부(37)를 인터포저(33)상에 배치함으로써, 제1 기판(31)의 크기를 약 70%로 감소할 수 있다.
도 5는 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기의 작동을 나타낸 회로도이다. 이하 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기의 작동을 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 모듈화(규격화)된 증폭부(35a,35b,35c)가 각각 형성된 제1 기판(31)들이 배치되고, 제1 기판(31)들과 이격되어 바이어스부(37)가 배치된 인터포저(33)가 제2 기판(39)상에 배치된다.
그리고 바이어스부(37)와 모듈화(규격화)된 증폭부(35a,35b,35c)가 각각 형성된 제1 기판(31)들이 각각 연결되고, 병렬로 연결되는 증폭부(35b,35c)가 각각 형성된 상기 제1기판들의 전단에는 전력분배기(power splitter)(100)가 공통으로 연결되고, 병렬로 연결되는 증폭부(35b,35c)가 각각 형성된 상기 제1기판들의 후단에는 전력결합기(power combiner)(200)가 공통으로 연결됨으로써, 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성한다.
제2 실시예
도 6은 제2 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6의 제1 기판상에 형성된 모듈화(규격화)된 증폭부를 나타낸 회로도이며, 도 8은 도 7의 증폭부가 형성된 제1 기판이 배치된 인터포저를 나타낸 회로도이다.
다음은 도 6 내지 도 8을 참조하여, 제2 실시예를 따른 고주파 전력 증폭기를 설명한다.
제2 실시예를 설명함에 있어, 제1 실시예와 동일한 구성의 설명은 생략하기로 한다.
제2 실시예를 따른 고주파 전력 증폭기는 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 소자로써, 제1 기판(41)과, 제1 기판(41) 하부에 배치되는 인터포저(33) 및 제1 기판(41)상에 형성되는 증폭부(45)를 포함한다.
여기서, 제2 실시예의 제1 기판(41) 및 인터포저(33)의 구성은 제1 실시예의 제1 기판(31) 및 인터포저(33)의 구성과 실질적으로 동일하다.
다만, 후술될 바이어스부(457)를 포함한 증폭부(45)가 바이어스부(37)가 인터포저(33)상에 배치되는 제 1실시예의 구성과 상이할 수 있다.
즉, 증폭부(45)는 입력정합회로(451), 고주파증폭용 트랜지스터(453), 출력정합회로(455) 및 바이어스부(457)를 포함하여 제1 기판(41)상에 형성된다. 또한, 증폭부(45)는 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화(규격화)된다. 또한, 증폭부(45)는 HMIC로 제작될 수 있다. 또한, 고주파증폭용 트랜지스터(453)는 고주파 입력신호의 전력효율과 증폭부(45)의 출력전력을 향상시키기 위해서, 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 제2 실시예에서의 인터포저(33)가 제1 기판(41)과 제2 기판(39)에 개재되는 경우의 효과 및 이점과, 증폭부(45)가 모듈화(규격화)되는 경우의 효과 및 이점과, 증폭부(45)가 HMIC로 제작되는 경우의 효과 및 이점, 및 고주파증폭용 트랜지스터(453)가 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터로 이루어진 경우의 효과 및 이점은 제1 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
31, 41 : 제1 기판 33 : 인터포저
35, 45 : 증폭부 37, 457 : 바이어스부
39 : 제2 기판 100 : 전력분배기
200 : 전력결합기 351, 451 : 입력정합회로
353, 453 : 고주파증폭용 트랜지스터 355, 455 : 출력정합회로

Claims (14)

  1. 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 고주파 전력 증폭기에 있어서,
    제1 기판;
    상기 제1 기판상에 형성되며, 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화된 증폭부;
    상기 제1 기판 하부에 배치되며, 상기 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 인터포저(interposer); 및
    상기 인터포저상에 배치되며, 상기 증폭부에 전력을 공급하는 바이어스부; 를 포함하며,
    상기 바이어스부가 배치된 상기 인터포저상에는 상기 증폭부가 형성된 상기 제1 기판이 하나 이상 배치되고, 상기 바이어스부와 상기 증폭부가 연결되어 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성하는 고주파 전력 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 기판은,
    고저항 실리콘(HRS: High Resistivity Silicon)인 고주파 전력 증폭기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 증폭부는,
    고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로 및 출력정합회로를 포함하며,
    상기 고주파증폭용 트랜지스터는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터인 고주파 전력 증폭기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 증폭부는,
    HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuit)로 제작하는 고주파 전력 증폭기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인터포저 하부에 배치되며, 상기 인터포저보다 열팽창계수가 큰 제2 기판을 더 포함하는 고주파 전력 증폭기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 인터포저상에 배치된 상기 증폭부가 형성된 제1기판들은 서로 전력분배기(power splitter) 및 전력결합기(power combiner)에 의해서 연결되는 고주파 전력 증폭기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인터포저상에서, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 전단에는 전력분배기가 공통으로 연결되고, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 후단에는 전력결합기가 공통으로 연결되는 고주파 전력 증폭기.
  8. 고주파 입력신호를 증폭하여 출력하는 고주파 전력 증폭기에 있어서,
    제1 기판;
    상기 제1 기판상에 형성되며, 상기 고주파 입력신호를 증폭하여 소정의 전압으로 출력하도록 모듈화된 증폭부; 및
    상기 제1 기판 하부에 배치되며, 상기 제1 기판보다 열팽창계수가 큰 인터포저(interposer); 를 포함하며,
    상기 인터포저상에는 상기 증폭부가 형성된 상기 제1 기판이 하나 이상 배치되어 상기 고주파 입력신호를 증폭한 출력전압을 생성하는 고주파 전력 증폭기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제1 기판은,
    고저항 실리콘(HRS: High Resistivity Silicon)인 고주파 전력 증폭기.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 증폭부는,
    고주파증폭용 트랜지스터, 입력정합회로, 출력정합회로 및 바이어스부를 포함하며,
    상기 고주파증폭용 트랜지스터는 갈륨나이트라이드(GaN) 트랜지스터인 고주파 전력 증폭기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 증폭부는,
    HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuit)로 제작하는 고주파 전력 증폭기.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 인터포저 하부에 배치되며, 상기 인터포저보다 열팽창계수가 큰 제2 기판을 더 포함하는 고주파 전력 증폭기.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 인터포저상에 배치된 상기 증폭부가 형성된 제1기판들은 서로 전력분배기(power splitter) 및 전력결합기(power combiner)에 의해서 연결되는 고주파 전력 증폭기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 인터포저상에서, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 전단에는 전력분배기가 공통으로 연결되고, 병렬로 연결되는 상기 제1기판들의 후단에는 전력결합기가 공통으로 연결되는 고주파 전력 증폭기.
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