KR20180090710A - 필터 및 이를 포함하는 프론트 엔드 모듈 - Google Patents

필터 및 이를 포함하는 프론트 엔드 모듈 Download PDF

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KR20180090710A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 기판, 상기 기판 상에 순차적으로 적층되는 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극에 의해 형성되는 적어도 하나의 시리즈 공진기 및 적어도 하나의 션트 공진기를 포함하는 복수의 체적 음향 공진기, 상기 복수의 체적 음향 공진기를 수용하는 캡, 및 상기 캡에 마련되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.

Description

필터 및 이를 포함하는 프론트 엔드 모듈{FILTER AND FRONT-END MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 필터 모듈에 관한 것이다.
이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 체적 음향 공진기(FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator)가 알려져 있다. 박막 체적 음향 공진기는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 마이크로주파수 대역에서도 사용이 가능하며, 특히 PCS(Personal Communication System)와 DCS(Digital Cordless System) 대역까지도 구현할 수 있다는 장점이 있다.
최근, 무선 단말기가 다수의 대역을 지원함에 따라, 다수의 대역을 담당하기 위한 다수의 필터가 무선 단말기에 채용되고 있다. 다만, 대역의 수가 늘어남에 따라 이를 담당하는 필터의 수가 증가하는 경우, 신호 처리 과정이 복잡해지고, 필터 모듈의 제조 비용 및 사이즈가 커지는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 보다 많은 수의 대역을 지원하는 필터, 필터 모듈 및 프론트 엔드 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 기판, 상기 기판 상에 순차적으로 적층되는 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극에 의해 형성되는 적어도 하나의 시리즈 공진기 및 적어도 하나의 션트 공진기를 포함하는 복수의 체적 음향 공진기, 상기 복수의 체적 음향 공진기를 수용하는 캡, 및 상기 캡에 마련되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈은 복수의 필터를 포함할 수 있고, 중첩되는 대역폭을 가지는 대역들을 적어도 하나의 필터에서 담당하여, 필터 모듈의 사이즈 및 제조 비용을 감소할 수 있다.
도 1a는 일 예에 따른 통신 대역의 송신 대역 및 수신 대역의 주파수를 설명하기 위하여 제공되는 표이다.
도 1b은 일 예에 따른 필터 모듈 및 필터 모듈이 지원하는 통신 대역을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈이 지원하는 통신 대역을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈의 모드에 대해 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 8은 도 3의 일 실시예에 따른 상한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 9은 도 3의 다른 실시예에 따른 상한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 10은 도 3의 일 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 11은 도 3의 다른 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 12은 도 3의 또 다른 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 13은 일 예에 따른 필터 모듈과 스위치의 연결 방식을 설명하기 위하여 제공되는 개략도이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
본 실시예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시예의 특징이 서로 조합될 수 있다. 일 실시예에서 설명된 사항이 다른 실시예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시예에서 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시예의 설명으로 결합될 수 있다.
첨부된 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일하거나 유사한 요소로 이해될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 첨부된 도면의 방향을 기준으로 표현되고 있으며, 실제로, 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1a는 일 예에 따른 통신 대역의 송신 대역 및 수신 대역의 주파수를 설명하기 위하여 제공되는 표이다. 도 1b은 일 예에 따른 필터 모듈 및 필터 모듈이 지원하는 통신 대역을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 1a에 나타난 통신 대역은 LTE(Long Term Evolution)의 통신 대역일 수 있고, 통신 대역 B1-B25, B65, B66는 업-링크(up-link) 대역으로 지칭되는 송신 대역(Tx) 및 다운-링크(down-link) 대역으로 지칭되는 수신 대역(Rx)을 포함할 수 있다.
도 1b을 참조하면, 필터 모듈은 복수의 필터를 포함할 수 있고, 복수의 필터는 필터 모듈이 지원하는 통신 대역의 송신 대역 및 수신 대역을 담당할 수 있다.
필터 모듈이 통신 대역 B1, B2, B3, B4, B25을 지원하는 것으로 가정하면, 복수의 필터는 무선 주파수 신호의 송신 및 수신을 위하여, 통신 대역 B1_Tx, B1_Rx, B2_Tx, B2_Rx, B3_Tx, B3_Rx, B4_Tx, B4_Rx, B25_Tx, B25_Rx을 담당하게 된다.
복수의 필터가 필요로 되는 송신 대역 및 수신 대역의 수 10개 보다 적은 수에 해당하는 6개의 필터(F1-F6)로 구성되는 것으로 가정하면, 6개의 필터(F1-F6) 중 일부 필터는 대역폭의 일부가 중첩되는 두 개의 대역을 담당하게 된다.
도 1b을 참조하면, 필터 F1은 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx을 담당할 수 있고, 필터 F2는 통신 대역 B3_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F3는 통신 대역 B1_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F4는 통신 대역 B1_Rx, B4_Rx를 담당할 수 있다. 또한, 필터 F5는 통신 대역 B2_Tx, B25_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F6는 통신 대역 B2_Rx, B25_Rx를 담당할 수 있다. 일 예로, 필터 F1, F2, F3, F4는 쿼드플렉서(Quadplexer)를 구성할 수 있고, 필터 F5, F6는 듀플렉서(Duplexer)를 구성할 수 있다.
도 1b의 필터 모듈은 구비되는 복수의 필터 보다 많은 수의 통신 대역을 지원하고 있으나, 최근 고집적화 및 고슬림화 되어가는 무선 단말기에서 필터 모듈이 차지하는 사이즈를 줄이기 위하여, 더 많은 통신 대역을 하나의 필터 모듈에서 담당할 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈이 지원하는 통신 대역을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 2를 참조하면, 필터 모듈이 통신 대역 B1, B2, B3, B4, B25, B66을 지원하는 것으로 가정하면, 필터 모듈에 채용되는 복수의 필터는 통신 대역 B1_Tx, B1_Rx, B2_Tx, B2_Rx, B3_Tx, B3_Rx, B4_Tx, B4_Rx, B25_Tx, B25_Rx, B66_Tx B66_Rx을 담당하게 된다.
도 1a 및 도 2를 참조하면, 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx, 및 B66_Tx는 대역폭의 일부가 중첩될 수 있고, 통신 대역 B3_Rx, B25_Tx, B2_Tx는 대역폭의 일부가 중첩될 수 있고, 통신 대역 B1_Tx, B25_Rx, B2_Rx는 대역폭의 일부가 중첩될 수 있고, 통신 대역 B1_Rx, B4_Rx, B66_Rx는 대역폭의 일부가 중첩될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈은 복수의 필터를 포함할 수 있고, 중첩되는 대역폭을 가지는 대역들을 적어도 하나의 필터에서 담당하여, 필터 모듈의 사이즈 및 제조 비용을 감소할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터 모듈에 채용되는 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는 대역폭의 일부가 중첩되는 적어도 두 개의 통신 대역을 담당할 수 있다.
도 1a 및 도 3을 참조하면, 필터 모듈은 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)를 포함할 수 있다. 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)는 쿼드플렉서(Quadplexer) 및 듀플렉서(Duplexer) 중 하나를 구성할 수 있다.
필터 모듈이 4개의 필터(F1, F2, F3, F4)를 포함하는 것으로 가정하면, 필터 F1은 대역폭의 일부가 중첩되는 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx, B66_Tx을 담당할 수 있고, 필터 F2는 대역폭의 일부가 중첩되는 통신 대역 B3_Rx, B25_Tx, B2_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3는 대역폭의 일부가 중첩되는 통신 대역 B1_Tx, B25_Rx, B2_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F4는 대역폭의 일부가 중첩되는 B1_Rx, B4_Rx, B66_Rx를 담당할 수 있다. 도 3과 같이, 4개의 필터(F1-F4)가 중첩되는 대역폭을 가지는 대역들을 담당하는 경우, 대역들을 담당하는 필터의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터 모듈 중 적어도 하나의 필터가 담당하는 적어도 두 개의 통신 대역은 서로 다른 상한 주파수 및 하한 주파수를 가질 수 있다. 일 예로, 필터 F2는 1805[MHz]의 하한 주파수 및 1880[MHz]의 상한 주파수를 가지는 통신 대역 B3_Rx, 1850[MHz]의 하한 주파수 및 1910[MHz]의 상한 주파수를 가지는 B2_Tx, 1850[MHz]의 하한 주파수 및 1915[MHz]의 상한 주파수를 가지는 통신 대역 B25_Tx를 담당할 수 있다. 또한, 필터 F3는 1920[MHz]의 하한 주파수 및 1980[MHz]의 상한 주파수를 가지는 통신 대역 B1_Tx, 1930[MHz]의 하한 주파수 및 1990[MHz]의 상한 주파수를 가지는 통신 대역 B2_Rx, 및 1930[MHz]의 하한 주파수 및 1995[MHz]의 상한 주파수를 가지는 통신 대역 B25_Rx를 담당할 수 있다.
도 1a, 도 2 및 도 3을 참조하면, 필터 F2가 지원하는 주파수 대역 1805[MHz]~1915[MHz]과 필터 F3가 지원하는 주파수 대역 192[MHz]~1995[MHz] 간의 간격이 대략 5[MHz]로 협소하여, 필터 F2 및 필터 F3가 할당된 주파수 대역을 그대로 이용하는 경우, 필터 F2 및 필터 F3에서 송수신되는 무선 주파수 신호가 혼신될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈은 인접하는 주파수 대역을 지원하는 서로 다른 필터의 주파수 대역이 1[MHz]~10[MHz] 차이가 나는 경우, 모드에 따라 서로 다른 필터의 주파수 대역을 가변하여 필터에서 송수신되는 무선 주파수 신호가 혼신되는 것을 방지할 수 있다.
일 예로, 필터 F2는 상한 주파수를 1880[MHz] 내지 1915[MHz]의 범위에서 조절하여 할당된 주파수 대역을 가변할 수 있고, 필터 F3는 하한 주파수를 1920[MHz] 내지 1930[MHz]의 범위에서 조절하여 할당된 주파수 대역을 가변할 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈의 모드에 대해 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 4을 참조하면, 필터 모듈은 제1 모드 및 제2 모드로 동작할 수 있다. 모드에 구분없이, 필터 F1 및 필터 F4에 할당되는 고정될 수 있고, 필터 F2 및 필터 F3는 주파수 신호의 혼신을 회피하기 위하여, 할당되는 대역폭이 조절될 수 있다. 일 예로, 필터 F2는 상한 주파수가 변경되어 대역폭이 조절될 수 있고, 필터 F3는 하한 주파수가 변경되어 대역폭이 조절될 수 있다. 이 때, 필터 F2의 상한 주파수가 증가하여, 대역폭이 확대되는 경우, 필터 F3의 하한 주파수는 증가하여, 대역폭이 줄어들 수 있다. 또한, 필터 F2의 상한 주파수가 감소하여, 대역폭이 줄어드는 경우, 필터 F3의 하한 주파수는 감소하여, 대역폭이 확대될 수 있다.
구체적으로, 필터 F2는 제1 모드(Mode 1)에서 통신 대역 B3_Rx, B_25Tx, 및B2_Tx를 담당하도록 상한 주파수가 증가하여, 대역폭이 확대될 수 있고, 제2 모드(Mode 1)에서 통신 대역 B3_Rx을 담당하도록 상한 주파수가 감소되어 대역폭이 줄어들 수 있다.
또한, 필터 F3는 제1 모드(Mode 1)에서 통신 대역 B_25Rx, 및 B2_Rx를 담당하도록 하한 주파수가 증가되어 대역폭이 줄어들 수 있고, 제2 모드(Mode 2)에서 통신 대역 B1_Tx, B_25Rx, 및 B2_Rx을 담당하도록 하한 주파수가 감소되어 대역폭이 줄어들 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다. 도 5의 필터 모듈은 도 3의 필터 모듈과 유사하므로, 동일하거나 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 5을 참조하면, 필터 모듈은 복수의 필터(F1, F2`, F2``, F3, F4)를 포함할 수 있다. 복수의 필터(F1, F2`, F2``, F3, F4)는 쿼드플렉서(Quadplexer) 및 듀플렉서(Duplexer) 중 하나를 구성할 수 있다. 필터 모듈이 5개의 필터(F1, F2`, F2``, F3, F4)를 포함하는 것으로 가정하면, 필터 F1은 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx, 및 B66_Tx을 담당할 수 있고, 필터 F2`는 통신 대역 B3_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F2``는 B25_Tx, 및 B2_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3는 통신 대역 B1_Tx, B25_Rx, 및 B2_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F4는 B1_Rx, B4_Rx, 및 B66_Rx를 담당할 수 있다.
도 3과 도 5를 비교하면, 도 5의 필터 모듈은, 통신 대역 B3_Rx, B25_Tx, 및B2_Tx를 담당하는 필터를 두 개로 분리하여, 필터 F2`, F2``를 용이하게 제조할 수 있다. 이 때, 필터 F2`, F2``는 서로 다른 모드에서 동작하여, 필터 F2`, F2``는 지원하는 주파수 대역 간의 혼신을 회피할 수 있다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다. 도 6의 필터 모듈은 도 3의 필터 모듈과 유사하므로, 동일하거나 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 필터 모듈은 복수의 필터(F1, F2, F3`, F3``, F4)를 포함할 수 있다. 복수의 필터(F1, F2, F3`, F3``, F4)는 쿼드플렉서(Quadplexer) 및 듀플렉서(Duplexer) 중 하나를 구성할 수 있다. 필터 모듈이 5개의 필터(F1, F2, F3`, F3``, F4)를 포함하는 것으로 가정하면, 필터 F1은 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx, 및 B66_Tx을 담당할 수 있고, 필터 F2는 통신 대역 B3_Rx, B25_Tx, 및 B2_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3`는 통신 대역 B1_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3``는 B25_Rx, 및 B2_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F4는 B1_Rx, B4_Rx, 및 B66_Rx를 담당할 수 있다.
도 3과 도 6를 비교하면, 도 6의 필터 모듈은, 통신 대역 B1_Tx, B25_Rx, 및B2_Rx를 담당하는 필터를 두 개로 분리하여, 필터 F3`, F3``를 용이하게 제조할 수 있다. 이 때, 필터 F3`, F3``는 서로 다른 모드에서 동작하여, 필터 F3`, F3``는 지원하는 대역 간의 혼신을 회피할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈을 설명하기 위하여 제공되는 도이다. 도 7의 필터 모듈은 도 3의 필터 모듈과 유사하므로, 동일하거나 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 필터 모듈은 복수의 필터(F1, F2`, F2``, F3`, F3``, F4)를 포함할 수 있다. 복수의 필터(F1, F2`, F2``, F3`, F3``, F4)는 쿼드플렉서(Quadplexer) 및 듀플렉서(Duplexer) 중 하나를 구성할 수 있다. 필터 모듈이 6개의 필터(F1, F2`, F2``, F3`, F3``, F4)를 포함하는 것으로 가정하면, 필터 F1은 통신 대역 B3_Tx, B4_Tx, 및 B66_Tx을 담당할 수 있고, 필터 F2`는 통신 대역 B3_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F2``는 B25_Tx, 및 B2_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3`는 통신 대역 B1_Tx를 담당할 수 있고, 필터 F3``는 B25_Rx, 및 B2_Rx를 담당할 수 있고, 필터 F4는 B1_Rx, B4_Rx, 및 B66_Rx를 담당할 수 있다.
도 3과 도 7를 비교하면, 도 7의 필터 모듈은, 통신 대역 B3_Rx, B25_Tx, 및B2_Tx를 담당하는 필터를 두 개로 분리하여, 필터 F2`, F2``를 용이하게 제조할 수 있고, 통신 대역 B1_Tx, B25_Rx, 및 B2_Rx를 담당하는 필터를 두 개로 분리하여, 필터 F3`, F3``를 용이하게 제조할 수 있다.
필터 F2`, F2``는 서로 다른 모드에서 동작하여, 필터 F2`, F2``는 지원하는 대역 간의 혼신을 회피할 수 있고, 필터 F3`, F3``는 서로 다른 모드에서 동작하여, 필터 F3`, F3``는 지원하는 대역 간의 혼신을 회피할 수 있다.
도 8은 도 3의 일 실시예에 따른 상한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다. 도 8(a)는 도 3의 필터 F2를 나타내는 회로도이고, 도 8(b)는 필터 F2의 주파수 대역의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8(a)을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F2는 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 공진기 각각은 체적 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR)를 포함할 수 있다.
필터 F2는 적어도 하나의 시리즈부(10) 및 적어도 하나의 시리즈부(10)와 접지 사이에 배치되는 적어도 하나의 션트부(20)를 포함할 수 있다. 필터 F2는 도 8에 도시된 바와 같이, 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있고, 이와 달리, 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 시리즈부(10)는 입력 신호가 입력되는 신호 입력단(RFin)과 출력 신호가 출력되는 신호 출력단(RFout) 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 션트부(20)는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 출력단(RFout)의 연결 노드와 접지 사이 또는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 입력단(RFin)의 연결 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다.
도 8(a)에서 필터 F2가 하나의 시리즈부(10)와 하나의 션트부(20)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 시리즈부(10) 및 션트부(20)는 복수 개 구비될 수 있고, 시리즈부(10) 및 션트부(20)가 복수 개 구비되는 경우, 복수의 시리즈부(10)가 서로 직렬 연결되고, 션트부(20)가 직렬 연결된 시리즈부(10)의 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다. 션트부(20)는 적어도 하나의 션트 공진기(Sh)를 포함할 수 있고, 추가적으로 션트 공진기(Sh)와 접지 사이에 배치되는 트리밍 인덕터(L)를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 시리즈부(10)는 제1 시리즈 공진기(S1) 및 제2 시리즈 공진기(S2)를 포함할 수 있다. 제1 시리즈 공진기(S1) 및 제2 시리즈 공진기(S2)는 선택적으로 동작할 수 있다. 제1 시리즈 공진기(S1) 및 제2 시리즈 공진기(S2)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 통하여, 서로 병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 시리즈 공진기(S1) 및 제1 스위치(SW1)는 서로 직렬로 연결될 수 있고, 제2 시리즈 공진기(S2) 및 제2 스위치(SW2)는 서로 직렬로 연결될 수 있고, 서로 직렬로 연결되는 제1 시리즈 공진기(S1) 및 제1 스위치(SW1)와 서로 직렬로 연결되는 제2 시리즈 공진기(S2) 및 제2 스위치(SW2)는 병렬로 연결될 수 있다. 제1 시리즈 공진기(S1), 제2 시리즈 공진기(S2), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2)는 원-칩(One-Chip)으로 제조될 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 서로 다른 모드에서 스위칭 동작할 수 있다. 일 예로, 제1 모드(Mode 1)에서, 제1 스위치(SW1)는 턴 온 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 동작할 수 있고, 제2 모드(Mode 2)에서, 제1 스위치(SW1)는 턴 오프 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 턴 온 동작할 수 있다.
제1 시리즈 공진기(S1)와 제2 시리즈 공진기(S2)는 서로 다른 공진 주파수 및 반공진 주파수를 가질 수 있고, 일 예로, 제1 모드(Mode 1)에서 동작하는 제1 시리즈 공진기(S1)의 공진 주파수는 제2 시리즈 공진기(S2)의 공진 주파수 보다 높을 수 있다. 따라서, 도 8(b)를 참조하면, 제1 모드(Mode 1)에서, 제1 시리즈 공진기(S1)에 의해 상한 주파수가 증가하여, 대역폭이 확대될 수 있고, 제2 모드(Mode 2)에서, 제2 시리즈 공진기(S2)에 의해 도 8(b)의 제2 모드(Mode 2)와 같이, 상한 주파수가 감소하여, 대역폭이 줄어들 수 있다.
도 9은 도 3의 다른 실시예에 따른 상한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 엔드 모듈을 나타내는 회로도이고, 도 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F2의 주파수 대역의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9(a) 및 도 9(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 엔드 모듈(1000)은 안테나(1100), 필터 모듈(1200), 노치 필터(Notch Filter)(1300), 스위치(1400) 및 RF 집적 회로(IC)(1500)를 포함할 수 있다. 필터 모듈(1200)의 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)는 도 3의 필터 모듈에 대응될 수 있다. 필터 모듈(1200)의 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)와 노치 필터(1300)는 체적 음향 공진기(FBAR)로 제조될 수 있으며, 이 경우, 필터 모듈(1200), 노치 필터(1300), 스위치(1400)는 원-칩(One-Chip)으로 제조될 수 있다.
안테나(1100)는 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있고, 필터 모듈(1200)은 안테나(1100)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호 또는 RF 집적 회로(1500)를 통해 송수신되는 무선 주파수 신호에서 특정 주파수 대역의 성분을 통과 또는 제거하는 하는 필터링 동작을 수행할 수 있다. 필터 모듈(1200)은 도 3의 필터 모듈에 대응할 수 있고, 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)를 포함할 수 있다.
필터 모듈(1200)의 필터 F2는 모드에 따라 노치 필터(1300)와 선택적으로 연결될 수 있다. 따라서, 노치 필터(1300)는 선택적으로 동작할 수 있다. 노치 필터(1300)는 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500) 사이에 배치되거나, 필터 모듈(1200)과 안테나(1100) 사이에 배치되어, 모드에 따라 필터 F2와 선택적으로 연결될 수 있다.
도 9(a)를 참조하면, 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500) 사이에는 서로직렬로 연결되는 노치 필터(1300) 및 스위치(1400)가 배치될 수 있다. 스위치(1400)는 제1 단자가 필터 모듈(1200)과 연결되고, 제2 단자가 RF 집적 회로(1500)와 연결되고, 제3 단자가 노치 필터(1300)와 연결되는 3단자 스위치로 구성될 수 있다. 스위치(1400)의 제1 단자는 제2 단자 및 제3 단자 중 하나와 연결되어, 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500)를 연결하거나, 필터 모듈(1200)과 노치 필터(1300)를 연결할 수 있다.
제1 모드에서, 스위치(1400)는 필터 모듈(1200)의 필터 F2와 RF 집적 회로(1500)를 직접적으로 연결하고, 제2 모드에서, 스위치(1400)는 필터 모듈(1200)의 필터 F2와 RF 집적 회로(1500)를 노치 필터(1300)를 통하여 연결할 수 있다.
도 9(b)를 참조하면, 필터 모듈(1200)과 안테나(1100) 사이에는 서로 병렬로 연결되는 노치 필터(1300) 및 스위치(1400)가 배치될 수 있다. 제1 모드에서, 스위치(1400)는 턴 온 동작하여, 필터 모듈(1200)의 필터 F2과 안테나(1100)를 직접적으로 연결하고, 제2 모드에서, 스위치(1400)는 턴 오프 동작하여, 필터 모듈(1200)의 필터 F2는 RF 집적 회로(1500)를 노치 필터(1300)를 통하여 안테나(1100)와 연결될 수 있다.
도 9(c)를 참조하면, 제1 모드(Mode 1)에서의 스위치(1400)의 스위칭 동작에 따라 노치 필터(1300)를 통한 무선 주파수 신호의 경로가 형성되지 않는 경우, 필터 F2의 고유의 상한 주파수 및 하한 주파수에 따라 주파수 대역이 형성된다. 다만, 제2 모드(Mode 2)에서의 스위치(1400)의 스위칭 동작에 따라 노치 필터(1300)를 통한 무선 주파수 신호의 경로가 형성되는 경우, 노치 필터(1300)의 주파수 특성에 의해, 필터 F2의 상한 주파수가 감소하여, 대역폭이 감소할 수 있다.
도 10은 도 3의 일 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다. 도 10(a)는 도 3의 필터 F3를 나타내는 회로도이고, 도 10(b)는 필터 F3의 주파수 대역의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10(a)을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F3는 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 공진기 각각은 체적 음향 공진기(FBAR)를 포함할 수 있다.
필터 F3는 적어도 하나의 시리즈부(10) 및 적어도 하나의 시리즈부(10)와 접지 사이에 배치되는 적어도 하나의 션트부(20)를 포함할 수 있다. 필터 F3는 도 10에 도시된 바와 같이, 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있고, 이와 달리, 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 시리즈부(10)는 입력 신호가 입력되는 신호 입력단(RFin)과 출력 신호가 출력되는 신호 출력단(RFout) 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 션트부(20)는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 출력단(RFout)의 연결 노드와 접지 사이 또는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 입력단(RFin)의 연결 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다.
도 10(a)에서 필터 F3가 하나의 시리즈부(10)와 하나의 션트부(20)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 시리즈부(10) 및 션트부(20)는 복수 개 구비될 수 있고, 시리즈부(10) 및 션트부(20)가 복수 개 구비되는 경우, 복수의 시리즈부(10)가 서로 직렬 연결되고, 션트부(20)가 직렬 연결된 시리즈부(10)의 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다. 시리즈부(10)는 적어도 하나의 시리즈 공진기(S)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 션트부(20)는 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제2 션트 공진기(Sh2)를 포함할 수 있다. 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제2 션트 공진기(Sh2)는 선택적으로 동작할 수 있다.
제1 션트 공진기(Sh1) 및 제2 션트 공진기(Sh2)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 통하여, 서로 병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제1 스위치(SW1)는 서로 직렬로 연결될 수 있고, 제2 션트 공진기(Sh2) 및 제2 스위치(SW2)는 서로 직렬로 연결될 수 있고, 서로 직렬로 연결되는 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제1 스위치(SW1)와 서로 직렬로 연결되는 제2 션트 공진기(Sh2) 및 제2 스위치(SW2)는 병렬로 연결될 수 있다. 병렬로 연결되는 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제2 션트 공진기(Sh2)는 트리밍 인덕터(L)를 통하여 접지와 연결될 수 있다. 도 10(a)에서 하나의 트리밍 인덕터(L)를 통하여 접지와 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 제1 션트 공진기(Sh1) 및 제2 션트 공진기(Sh2)는 별개의 트리밍 인덕터(L)를 통하여 접지와 연결될 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 서로 다른 모드에서 스위칭 동작할 수 있다. 일 예로, 제1 모드(Mode 1)에서, 제1 스위치(SW1)는 턴 온 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 동작하여, 제2 모드(Mode 2)에서, 제1 스위치(SW1)는 턴 오프 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 턴 온 동작할 수 있다.
제1 션트 공진기(Sh1)와 제2 션트 공진기(Sh2)는 서로 다른 공진 주파수 및 반공진 주파수를 가질 수 있고, 일 예로, 제1 모드(Mode 1)에서 동작하는 제1 션트 공진기(Sh1)의 반공진 주파수는 제2 션트 공진기(Sh2)의 반공진 주파수 보다 높을 수 있다.
따라서, 도 10(b)를 참조하면, 제1 모드(Mode 1)에서, 제1 션트 공진기(Sh1)에 의해 하한 주파수가 증가하여, 대역폭이 줄어들 수 있고, 제2 모드(Mode 2)에서, 제2 시리즈 공진기(S2)에 의해 도 8(b)의 제2 모드(Mode 2)와 같이, 하한 주파수가 감소하여, 대역폭이 확대될 수 있다.
도 11은 도 3의 다른 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 11(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F3를 나타내는 회로도이고, 도 11(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F3의 주파수 대역의 변화를 설명하기 위하여 제공되는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터 F3는 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 공진기 각각은 체적 음향 공진기(FBAR)를 포함할 수 있다.
필터 F3는 적어도 하나의 시리즈부(10) 및 적어도 하나의 시리즈부(10)와 접지 사이에 배치되는 적어도 하나의 션트부(20)를 포함할 수 있다. 필터 F2는 11(a)에 도시된 바와 같이, 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있고, 이와 달리, 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 시리즈부(10)는 입력 신호가 입력되는 신호 입력단(RFin)과 출력 신호가 출력되는 신호 출력단(RFout) 사이에 배치될 수 있고, 적어도 하나의 션트부(20)는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 출력단(RFout)의 연결 노드와 접지 사이 또는 적어도 하나의 시리즈부(10)와 신호 입력단(RFin)의 연결 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다.
도 10(a)에서 필터 F3가 하나의 시리즈부(10)와 하나의 션트부(20)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 시리즈부(10) 및 션트부(20)는 복수 개 구비될 수 있고, 시리즈부(10) 및 션트부(20)가 복수 개 구비되는 경우, 복수의 시리즈부(10)가 서로 직렬 연결되고, 션트부(20)가 직렬 연결된 시리즈부(10)의 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다. 시리즈부(10)는 적어도 하나의 시리즈 공진기(S)를 포함할 수 있다.
션트부(20)는 션트 공진기(Sh) 및 션트 공진기(Sh)와 접지 사이에 배치되는 트랜지스터(Tr)를 포함할 수 있고, 추가적으로, 션트 공진기(Sh)와 트랜지스터(Tr) 사이에는 배치되는 트리밍 인덕터(L)를 더 포함할 수 있다.
트랜지스터(Tr)는 N 채널 전계 효과 트랜지스터 및 P 채널 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다. 트랜지스터(Tr)는 게이트로 인가되는 게이트 전압(Vg)에 의해 턴 온 및 턴 오프 동작할 수 있다. 구체적으로, 트랜지스터(Tr)는 제1 모드(Mode 1)에서 턴 오프 동작할 수 있고, 제2 모드(Mode 2)에서 턴 온 동작할 수 있다. 트랜지스터(Tr)는 턴 온 상태에서 저항으로 등가될 수 있고, 턴 오프 상태에서 커패시터로 등가될 수 있다.
트랜지스터(Tr)의 턴 온 및 턴 오프 동작에 따라 션트부(20)의 반공진 주파수는 변경될 수 있다. 도 11(b)를 참조하면, 제1 모드(Mode 1)에서 트랜지스터(Tr)가 턴 오프되는 경우, 트랜지스터(Tr)의 커패시턴스에 따라 션트부(20)의 전체 커패시턴스가 낮아지게 되어, 션트부(20)의 반공진 주파수가 증가하게 된다. 또한, 제2 모드(Mode 2)에서 트랜지스터(Tr)가 턴 온되는 경우, 션트부(20)의 전체 커패시턴스가 높아지게 되어, 션트부(20)의 반공진 주파수가 감소하게 된다.
따라서, 제1 모드(Mode)에서 트랜지스터(Tr)가 턴 오프된 경우, 필터 F3의 하한 주파수가 증가하여, 대역폭이 줄어들 수 있고, 제2 모드(Mode)에서 트랜지스터(Tr)가 턴 온된 경우, 필터 F3의 하한 주파수가 감소하여, 대역폭이 확대될 수 있다.
도 12은 도 3의 또 다른 실시예에 따른 하한 주파수의 변경 방식에 대하여 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 12(a) 및 도 12(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 엔드 모듈을 나타내는 회로도이다.
도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프론트 엔드 모듈(1000)은 안테나(1100), 필터 모듈(1200), 노치 필터(Notch Filter)(1300), 스위치(1400) 및 RF 집적 회로(IC)(1500)를 포함할 수 있다. 필터 모듈(1200)의 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)는 도 3의 필터 모듈에 대응될 수 있다. 필터 모듈(1200)의 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)와 노치 필터(1300)는 체적 음향 공진기(FBAR)로 제조될 수 있으며, 이 경우, 노치 필터(1300)는 필터 모듈(1200)과 노치 필터(1300) 사이에 배치되는 스위치(1400)와 원-칩(One-Chip)화될 수 있다.
안테나(1100)는 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있고, 필터 모듈(1200)은 안테나(1100)를 통해 수신되는 무선 주파수 신호 또는 RF 집적 회로(1500)를 통해 송수신되는 무선 주파수 신호에서 특정 주파수 대역의 성분을 통과 및 제거하는 하는 필터링 동작을 수행할 수 있다. 필터 모듈(1200)은 도 3의 필터 모듈에 대응할 수 있고, 복수의 필터(F1, F2, F3, F4)를 포함할 수 있다.
필터 모듈(1200)의 필터 F3는 모드에 따라 노치 필터(1300)와 선택적으로 연결될 수 있다. 노치 필터(1300)는 필터 F3의 신호 경로와 접지 사이에 연결되어 선택적으로 동작할 수 있다. 노치 필터(1300)는 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500) 사이에 배치되거나, 필터 모듈(1200)과 안테나(1100) 사이에 배치되어, 모드에 따라 필터 F3와 선택적으로 연결될 수 있다.
도 12(a)를 참조하면, 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500) 사이에는 노치 필터(1300) 및 스위치(1400)가 배치될 수 있다. 여기서, 노치 필터(1300)는 접지와 연결되어 노치 필터(1300)에는 접지 전위가 제공될 수 있다. 스위치(1400)는 제1 단자가 필터 모듈(1200)과 연결되고, 제2 단자가 RF 집적 회로(1500)와 연결되고, 제3 단자가 노치 필터(1300)와 연결되는 3단자 스위치로 구성될 수 있다. 스위치(1400)의 제1 단자는 제2 단자 및 제3 단자 중 하나와 연결되어, 필터 모듈(1200)과 RF 집적 회로(1500)를 연결하거나, 필터 모듈(1200)과 노치 필터(1300)를 연결할 수 있다.
제1 모드에서, 스위치(1400)는 필터 모듈(1200)의 필터 F3와 RF 집적 회로(1500)를 노치 필터(1300)를 통하여 연결할 수 있고, 제2 모드에서, 스위치(1400)는 필터 모듈(1200)의 필터 F3와 RF 집적 회로(1500)를 직접적으로 연결할 수 있다.
도 12(b)를 참조하면, 필터 모듈(1200)과 안테나(1100) 사이에는 노치 필터(1300) 및 스위치(1400)가 배치될 수 있다. 필터 모듈(1200)의 필터 F3와 안테나(1100)의 연결 노드에는 스위치(1400)가 연결되고, 노치 필터(1300)는 스위치(1400)와 접지 사이에 배치될 수 있다.
제1 모드에서, 스위치(1400)는 턴 온 동작하여, 필터 모듈(1200)의 필터 F3와 안테나(1100)의 연결 노드를 노치 필터(1400)와 연결하고, 제2 모드에서, 스위치(1400)는 턴 오프 동작하여, 안테나(1100)와 필터 모듈(1200)의 필터 F3는 직접적으로 연결될 수 있다.
도 12(a) 및 도 12(b)를 참조하면, 제2 모드에서의 스위치(1400)의 스위칭 동작에 따라 노치 필터(1300)를 통한 무선 주파수 신호의 경로가 형성되지 않는 경우, 필터 F3의 상한 주파수 및 하한 주파수에 따라 주파수 대역이 형성된다. 다만, 제1 모드에서의 스위치(1400)의 스위칭 동작에 따라 노치 필터(1300)를 통한 무선 주파수 신호의 경로가 형성되는 경우, 노치 필터(1300)의 주파수 특성에 의해, 필터 F3의 하한 주파수가 증가하여, 대역폭이 감소할 수 있다.
도 13은 일 예에 따른 필터 모듈과 스위치의 연결 방식을 설명하기 위하여 제공되는 개략도이다.
상술한 바와 같이, 필터 모듈 및 프론트 엔드 모듈에는 적어도 하나의 스위치 및 트랜지스터가 구비된다. 다만, 도 13에 도시된 바와 같이, 필터 모듈(Filter Module)과 스위치(Switch)가 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장되어, 인쇄 회로 기판(PCB)에 마련되는 배선 라인(Wiring line)을 통해 상호 연결되는 경우, 배선 라인(Wiring Line)에서 생성되는 기생 성분에 의해 신호 손실이 유발되고, 인쇄 회로 기판(PCB)에서 스위치(Switch)가 차지하는 면적에 의해 소형화가 제약되기 쉽다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터 모듈 및 프론트 엔드 모듈은 필터 모듈(Filter Module)과 스위치(Switch)를 집적화하여, 필터 모듈(Filter Module)과 스위치(Switch) 간의 배선 라인(Wiring line)을 최소화할 수 있다. 이로써, 배선 라인(Wiring line)에 의한 기생 성분에 의해 유발되는 신호 손실을 저감할 수 있고, 외부 기판에서 스위치가 차지하는 면적을 제거하여 모듈 소형화를 도모할 수 있다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터를 나타낸 단면도이다.
도 14을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 복수의 체적 음향 공진기(100) 및 캡(200)을 포함할 수 있다. 체적 음향 공진기(100)는 박막 체적 음향 공진기(FBAR)일 수 있다.
체적 음향 공진기(100)는 복수의 막으로 구성되는 적층 구조체에 의해 구현될 수 있다. 도 14에서, 적층 구조체에 의해 두 개의 체적 음향 공진기(100)가 구현되는 것으로 도시되어 있으나, 설계에 따라 적층 구조체에 의해 세 개 이상의 체적 음향 공진기(100)가 구현될 수 있다. 인접하는 체적 음향 공진기(100)는 배선 전극에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 배선 전극은 인접하는 체적 음향 공진기(100)의 제1 전극(140)을 서로 연결할 수 있고, 인접하는 체적 음향 공진기(100)의 제2 전극(160)을 서로 연결할 수 있다.
체적 음향 공진기(100)는 기판(110), 절연층(120), 에어 캐비티(112), 및 공진부(135)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판으로 구성될 수 있고, 기판(110)의 상면에는 기판(110)에 대해 공진부(135)를 전기적으로 격리시키는 절연층(120)이 마련될 수 있다. 절연층(120)은 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O2) 중 하나를 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 또는 에바포레이션(Evaporation)하여 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
절연층(120) 상에는 에어 캐비티(112)가 배치될 수 있다. 에어 캐비티(112)는 공진부(135)가 소정 방향으로 진동할 수 있도록 공진부(135)의 하부에 위치할 수 있다. 에어 캐비티(112)는 절연층(120) 상에 희생층 패턴을 형성한 다음, 희생층 패턴 상에 멤브레인(130)을 형성한 후 희생층 패턴을 에칭하여 제거하는 공정에 의해 형성된다. 멤브레인(130)은 산화 보호막으로 기능하거나, 기판(110)을 보호하는 보호층으로 기능할 수 있다.
절연층(120)과 에어 캐비티(112) 사이에는 식각 저지층(125)이 추가적으로 형성될 수 있다. 식각 저지층(125)은 식각 공정으로부터 기판(110) 및 절연층(120)을 보호하는 역할을 하고, 식각 저지층(125) 상에 다른 여러 층이 증착되는데 필요한 기단 역할을 할 수 있다.
공진부(135)는 멤브레인(130) 상에 차례로 적층된 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)을 포함할 수 있다. 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)의 수직 방향으로 중첩된 공통 영역은 에어 캐비티(112)의 상부에 위치할 수 있다. 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)은 금(Au), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 이리듐(Ir) 및 니켈(Ni) 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
압전층(150)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 또한, 압전층(150)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전극(140) 하부에는 압전층(150)의 결정 배향성을 향상시키기 위한 시드(Seed)층이 추가적으로 배치될 수 있다. 시드층은 압전층(150)과 동일한 결정성을 갖는 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다.
공진부(135)는 활성 영역과 비활성 영역으로 구획될 수 있다. 공진부(135)의 활성 영역은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 무선 주파수 신호와 같은 전기 에너지가 인가되는 경우 압전층(150)에서 발생하는 압전 현상에 의해 소정 방향으로 진동하여 공진하는 영역으로, 에어 캐비티(112) 상부에서 제1 전극(140), 압전층(150) 및 제2 전극(160)이 수직 방향으로 중첩된 영역에 해당한다. 공진부(135)의 비활성 영역은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)에 전기 에너지가 인가되더라도 압전 현상에 의해 공진하지 않는 영역으로, 활성 영역 외측의 영역에 해당한다.
공진부(135)는 압전 현상을 이용하여 특정 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력한다. 구체적으로, 공진부(135)는 압전층(150)의 압전 현상에 따른 진동에 대응하는 공진 주파수를 가지는 무선 주파수 신호를 출력할 수 있다.
보호층(170)은 공진부(135)의 제2 전극(160) 상에 배치되어, 제2 전극(160)이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(170)은 실리콘 옥사이드 계열, 실리콘 나이트라이드 계열 및 알루미늄 나이트라이드 계열 중의 하나의 절연 물질로 형성될 수 있다.
기판(110)의 하부면에는 기판(110)을 두께 방향으로 관통하는 비아 홀(113)이 적어도 하나 형성될 수 있다. 비아 홀(113)은 기판(110) 외에도, 절연층(120), 식각 저지층(125), 및 멤브레인(130) 중 일부를 두께 방향으로 관통할 수 있다. 비아 홀(113)의 내부에는 접속 패턴(114)이 형성될 수 있고, 접속 패턴(114)은 비아 홀(113)의 내부면, 즉 내벽 전체에 형성될 수 있다.
접속 패턴(114)은 비아 홀(113)의 내부면에 도전층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 일 예로, 접속 패턴(114)은 비아 홀(113)의 내벽을 따라 금(Au), 구리(Cu), 티타늄(Ti)-구리(Cu) 합금 중 적어도 하나의 도전성 금속을 증착하거나 도포, 또는 충전하여 형성할 수 있다.
접속 패턴(114)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 일 예로, 접속 패턴(114)은 기판(110), 멤브레인(130), 제1 전극(140) 및 압전층(150) 중 적어도 일부를 관통하여 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 비아 홀(113)의 내부면에 형성된 접속 패턴(114)은 기판(110)의 하부 면 측으로 연장되어, 기판(110)의 하부 면에 마련되는 접속 패드(115)와 연결될 수 있다. 이로써, 접속 패턴(114)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)을 접속 패드(115)와 전기적으로 연결할 수 있다. 일 예로, 접속 패드(115)는 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
접속 패드(115)는 범프를 통하여 필터의 하부에 배치될 수 있는 메인 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 접속 패드(115)를 통해 메인 기판으로부터 제1, 2 전극(110, 120)에 인가되는 신호에 의해 체적 음향 공진기(100)는 무선 주파수 신호의 필터링 동작을 수행할 수 있다. 메인 기판과 연결되는 필터는 필터 모듈을 형성할 수 있다.
캡(200)은 복수의 체적 음향 공진기(100)를 형성하는 적층 구조체와 접합되어, 복수의 체적 음향 공진기(100)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 캡(200)은 적층 구조체와 웨이퍼 레벨에서 패키지화 될 수 있다.
캡(200)은 복수의 체적 음향 공진기(100)가 수용되는 내부 공간을 구비하는 커버 형태로 형성될 수 있다. 캡(200)은 하면이 개방된 육면체 형상으로 형성될 수 있고, 따라서, 상면 및 복수의 측면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 캡(200)은 복수의 체적 음향 공진기(100)의 공진부(135)를 수용할 수 있도록 중앙에 수용부가 형성될 수 있으며, 적층 구조체의 접합 영역과 접합될 수 있도록 테두리가 수용부에 비해 단차지게 형성될 수 있다. 적층 구조체의 접합 영역은 적층 구조체의 가장자리에 해당할 수 있다.
도 14을 참조하면, 캡(200)은 기판(110) 상에 적층되는 보호층(170)과 접합되는 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리, 보호층(170) 외에도 멤브레인(130), 식각 저지층(125), 절연층(120), 및 기판(110) 중 적어도 하나와 접합될 수 있다.
캡(200)은 공융 접합(eutectic bonding)에 의해 적층 구조체와 접합될 수 있다. 공융 접합이 가능한 접합제(250)를 적층 구조체 상에 증착한 후, 적층 구조체와 캡(200)을 가압 및 가열하여 접합할 수 있다.
접합제(250)는 적어도 하나의 접합층으로 구성되어, 적층 구조체와 캡(200)을 공융 접합(eutectic bonding) 할 수 있다. 접합제(250)는 적층 구조체와 캡(200)의 접합 영역에 마련될 수 있다.
접합제(250)는 적층 구조체와 캡(200) 사이에 순차적으로 적층되는 적어도 세 개의 접합층을 포함할 수 있다. 일예로, 접합제(250)는 제1 접합층(251), 제2 접합층(252), 및 제3 접합층(253)을 포함할 수 있다. 제1 접합층(251)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 및 팔라듐(Pd) 중 하나를 포함할 수 있고, 제2 접합층(252)은 주석(Sn)을 포함할 수 있고, 제3 접합층(253)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 및 팔라듐(Pd) 중 하나를 포함할 수 있다. 제1 접합층(251) 및 제3 접합층(253)은 동일한 물질로 형성되어 제2 접합층(252)과 함께 공융 접합을 가능하게 할 수 있다.
캡(200)의 외측 상면에는 적어도 하나의 스위치(300)가 마련될 수 있다. 도 14의 스위치(300)는 도 8(a), 도 9(a)(b), 도 10(a), 도 12(a)(b)에 도시된 스위치 및 도 11(a)에 도시된 트랜지스터에 대응될 수 있다. 스위치(300)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통해 캡(200)의 상면에 형성될 수 있다. 스위치(300)는 캡(200)과 적층 구조체의 접합 전 또는 후에 캡(200)에 형성될 수 있다.
캡(200)에는 스위치(300)의 전기적 연결 통로를 제공하기 위한 접속 전극(210) 및 캡용 접속 패드(220)가 형성될 수 있다. 캡(200)은 적어도 하나의 접속 전극(210)을 구비하고, 적어도 하나의 접속 전극(210)은 캡(200)의 상부를 두께 방향으로 관통하여 대략 수직하게 형성될 수 있다.
캡용 접속 패드(220)는 캡(200)의 상면을 따라 마련되어, 캡(200)의 상부로 노출되는 스위치(300)와 접속할 수 있고, 적어도 하나의 접속 전극(210)은 캡(200)의 상부 외측면을 따라 연장되는 캡용 접속 패드(220)를 통해 스위치(300)와 접속할 수 있다.
적어도 하나의 접속 전극(210)은 캡(200)의 상부로부터 연장되어 제1 전극(140) 및 제2 전극(160) 적어도 하나와 접속될 수 있다. 도 14에서 접속 전극(210)이 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)과 접속된 것으로 도시되어 있으나, 접속 전극(210)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)을 관통하여, 제1 전극(140) 및 제2 전극(160)과 전기적으로 연결되는 접속 패턴(114)과 직접적으로 접속할 수 있다.
스위치(300)는 접속 패턴(114) 및 기판용 접속 패드(115)를 통하여 필터 모듈의 하부의 메인 기판으로부터 인가되는 신호에 의해 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 스위치(300)는 필터와 인접한 상태에서 하부에 배치되는 메인 기판으로부터 동작할 수 있으므로, 종래 스위치와 필터 모듈의 접속을 위해 메인 기판에 길게 마련되는 복잡한 회로 패턴의 형성을 회피하여, 기생 성분에 의해 유발되는 신호 손실을 저감하고, 부품 대비 기판 면적 효율을 증대할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 시리즈부
20: 션트부
100: 체적 음향 공진기
113: 비아 홀
114: 접속 패턴
115: 접속 패드
135: 공진부
140: 제1 전극
150: 압전층
160: 제2 전극
210: 접속 전극
220: 캡용 접속 패드
300: 스위치
1000: 프론트 엔드 모듈
1100: 안테나
1200: 필터 모듈
1300: 노치 필터
1400: 스위치
1500: RF 집적 회로

Claims (14)

  1. 기판, 상기 기판 상에 순차적으로 적층되는 제1 전극, 압전층, 및 제2 전극에 의해 형성되는 적어도 하나의 시리즈 공진기 및 적어도 하나의 션트 공진기를 포함하는 복수의 체적 음향 공진기;
    상기 복수의 체적 음향 공진기를 수용하는 캡; 및
    상기 캡에 마련되는 적어도 하나의 스위치; 를 포함하는 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시리즈 공진기 및 상기 적어도 하나의 션트 공진기 중 하나의 공진기는 상기 스위치와 연결되는 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치와 연결되는 공진기는 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 선택적으로 동작하는 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치와 연결되는 공진기는 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 지원하는 주파수 대역이 가변되는 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치와 연결되는 적어도 하나의 시리즈 공진기의 선택적 동작에 따라 상기 주파수 대역의 상한 주파수가 가변되는 필터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스위치와 연결되는 적어도 하나의 션트 공진기의 선택적 동작에 따라 상기 주파수 하한 주파수가 가변되는 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 공정을 통해 상기 캡의 상면에 마련되는 필터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 캡은,
    상기 캡의 상면을 따라 연장되어, 상기 스위치와 접속하는 캡용 접속 패드; 및
    상기 캡의 상부를 두께 방향으로 관통하여, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 캡용 접속 패드를 연결하는 캡용 접속 패드; 를 더 포함하는 필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 캡용 접속 패드를 통해 인가되는 신호에 따라 스위칭 동작이 제어되는 필터.
  10. 무선 주파수 신호를 송수신하는 안테나;
    상기 안테나를 통해 송수신되는 무선 주파수 신호의 특정 주파수 대역의 성분을 필터링하는 복수의 필터를 포함하는 필터 모듈;
    상기 복수의 필터 중 하나의 필터와 연결되는 노치 필터; 및
    상기 하나의 필터와 상기 노치 필터 사이에 배치되는 스위치; 를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 하나의 필터의 캡에 마련되는 프론트 엔드 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노치 필터는 상기 스위치에 의해 선택적으로 동작하는 프론트 엔드 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 노치 필터의 선택적 동작에 따라 상기 하나의 필터의 주파수 대역이 가변되는 프론트 엔드 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 노치 필터는 상기 하나의 필터와 직렬로 연결되고, 상기 스위치는 상기 노치 필터와 상기 하나의 필터 사이에 배치되고,
    상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 하나의 필터 모듈의 상한 주파수가 가변되는 프론트 엔드 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 노치 필터는 상기 하나의 필터의 신호 경로와 접지 사이에 연결되고, 상기 스위치는 상기 노치 필터와 상기 신호 경로 사이에 배치되고, 상기 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 하나의 필터 모듈의 하한 주파수가 가변되는 프론트 엔드 모듈.
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