KR20200089134A - 인덕터 및 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 인덕터 및 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기가 공개된다. 본 발명의 실시예에 따른 인덕터는 기판, 및 상기 기판의 일면에 스파이럴 형상으로 형성되며, 폭은 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 제1 코일 패턴을 포함한다.

Description

인덕터 및 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기{Inductor and manufacturing method thereof}
본 출원은 인덕터 및 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.
인덕터는 전기/전자 회로를 구성하는 기본 소자로서, 매우 다양하게 활용되고 있다. 인덕터의 특성을 나타내는 다양한 인자들이 있으며, 이러한 인자들 중 큐 팩터(Quality factor)는 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier), 혼합기(Mixer), 전압조절 발진기(VCO : Voltage controller Oscillator) 등의 성능에 많은 영향을 미치는 인자이다. 예를 들어, 저잡음 증폭기의 잡음 지수(NF : Noise Figure)를 향상시키기 위해서는 입력 매칭에 사용되는 인덕터의 큐 팩터가 높아야 한다.
미국 등록특허 제 9177709호
본 발명의 실시예에 따르면, 저잡음 증폭기의 입력 매칭용 및 기타 다양한 용도로 활용될 수 있는 인덕터가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 인덕터는 기판, 및 상기 기판의 일면에 스파이럴 형상으로 형성되며, 폭은 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 제1 코일 패턴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 일단이 입력 단자와 연결되며, 폭이 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 스파이럴 형상의 코일 패턴을 포함하는 매칭용 인덕터, 및 상기 매칭용 인덕터의 타단으로부터 출력되는 입력 신호를 증폭하여 출력 단자로 출력하는 증폭부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터 및 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기에 따르면, 인덕터의 큐 팩터를 향상시킬 수 있다. 따라서, 인덕터가 적용되는 다양한 전자/전기 소자 및/또는 전자/전기 장치의 특성 및 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 저잡음 증폭기의 잡음 지수를 향상시킬 수 있으며, 사이즈 및 단가를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3 각각은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 단면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 제2 코일의 실시예의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6 각각은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 비교예의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터와 비교예들의 큐 팩터를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터와 비교예들의 자기 공진 주파수를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기의 실시예를 간략하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터는 스파이럴 형상으로 권취된 코일 패턴(10)을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 코일 패턴의 폭(W)은 중심으로 갈수록 작아지며, 인접한 코일 패턴들 사이의 코일 패턴 중심간 간격(P1, P2, P3)은 중심으로 갈수록 커진다. (즉, P1<P2<P3의 관계가 성립한다.)
도 1에서는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터(10)의 형태가 다각형인 경우를 나타내었으나, 인덕터(10)의 형태는 원형 또는 사각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 단면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터는 기판(20) 및 기판의 일면에 형성된 코일 패턴(10)을 포함하는 박막 인덕터일 수 있다. 즉, 코일 패턴(10)은 기판(20) 상에 배치되는 박막 도체층에 형성될 수 있다.
코일 패턴(10)은 기판(20)의 일면에 형성될 수 있으며, 코일 패턴(10)의 외측 일단은 기판(20)의 일면에 형성된 제1 연결 패턴(도 1의 10-1)을 통해 제1 외부 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
인덕터는 기판(20)의 타면에 형성되고, 비아를 통해 코일 패턴(10)의 내측 일단과 전기적으로 연결된 제2 연결 패턴(10-2)을 추가적으로 포함할 수 있다. 코일 패턴(10)의 내측 일단은 제2 연결 패턴(10-2)을 통해 제2 외부 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 인덕터의 단면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터는 기판(21), 기판(11)의 일면에 형성된 제1 코일 패턴(11), 및 기판의 타면에 형성된 제2 코일 패턴(12)을 포함할 수 있다.
제1 코일 패턴(11) 및 제2 코일 패턴(12) 각각은 도 1에 나타낸 것과 유사하게 스파이럴 형상을 가지고, 코일 패턴의 폭은 중심으로 갈수록 작아지며, 인접한 코일 패턴들 사이의 코일 패턴 중심간 간격은 중심으로 갈수록 커진다.
제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)은 서로 직렬로 연결될 수도 있고, 서로 병렬로 연결될 수도 있다. 제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)이 서로 직렬로 연결될 경우, 인덕턴스를 증가시킬 수 있으며, 제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)이 서로 병렬로 연결될 경우, 와전류(eddy current)를 감소시킬 수 있다.
제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)이 서로 직렬로 연결될 경우, 제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)는 모두 도 1에 도시된 것과 동일한 형태를 가질 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 코일 패턴(11)의 내측 일단과 제2 코일 패턴(12)의 내측 일단은 기판(21)을 관통하는 비아를 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 코일 패턴(11)의 외측 일단은 기판(21)의 일면에 형성된 연결 패턴을 통해 제1 외부 단자와 연결될 수 있고, 제2 코일 패턴(12)의 외측 일단은 기판(21)의 타면에 형성된 연결 패턴을 통해 제2 외부 단자와 연결될 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 제2 코일의 실시예의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 코일 패턴(11)과 제2 코일 패턴(12)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 코일 패턴(11)은 도 1에 나타낸 것과 동일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 인덕터는 도 4에 나타낸 것과 같이 제2 코일 패턴(12)의 내측 일단에서 기판의 외곽부로 연장되며, 기판(21)의 타면에 형성된 제2 연결 패턴(12-1)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 4에 나타낸 것과 같이, 제2 코일 패턴(12)은 제2 연결 패턴(12-1)이 형성된 부분에서 단절된 형상을 가질 수 있다. 제1 코일 패턴(11)의 내측 일단과 제2 코일 패턴(12)의 내측 일단은 기판(21)을 관통하도록 형성된 제1 비아를 통해 서로 전기적으로 연결되고, 제1 코일 패턴(11)의 외측 일단과 제2 코일 패턴(12)의 외측 일단은 기판(21)을 관통하도록 형성된 제2 비아를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 코일 패턴(11)의 외측 일단은 연결 패턴을 통해 제1 외부 단자와 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 코일 패턴(12)의 내측 일단은 기판(21)의 타면에 형성된 제2 연결 패턴(12-1)을 통해 제2 외부 단자와 연결될 수 있다. 제1 코일 패턴(11)의 외측 일단과 제1 외부 단자를 전기적으로 연결하기 위한 연결 패턴은 기판(21)의 일면 또는 타면에 형성될 수 있다. 또한, 제2 코일 패턴(12)은 단절된 부분에서 비아를 통해 제1 코일 패턴(11)과 연결될 수 있다. 즉, 제2 코일 패턴(12)의 단절된 부분은 비아와 제1 코일 패턴(11)을 통해 서로 연결될 수 있다.
도 5 및 도 6 각각은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 비교예의 평면도를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5에 나타낸 제1 비교예는, 코일 패턴이 중심으로 갈수록 작아지며, 인접한 코일 패턴들 사이의 코일 패턴 중심간 간격은 동일한 인덕터이고, 도 6에 나타낸 제2 비교예는, 코일 패턴이 중심으로 갈수록 작아지며, 인접한 코일 패턴들 사이의 코일 패턴 중심간 간격은 중심으로 갈수록 작아지는 인덕터이다. (즉, 제1 비교예의 경우, 도 5에서 P1=P2=P3의 관계가 성립하고, 제2 비교예의 경우, 도 6에서 P1>P2>P3의 관계가 성립한다.)
도 5에 나타낸 제1 비교예는, 코일 패턴이 중심으로 갈수록 작아지도록, 코일 패턴의 안쪽과 바깥쪽을 제거함으로써 형성될 수 있으며, 도 6에 나타낸 제2 비교예는, 코일 패턴이 중심으로 갈수록 작아지도록, 코일 패턴의 안쪽을 제거함으로써 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터와 비교예들의 큐 팩터를 나타낸 도면으로서, 5GHz에서의 큐 팩터를 나타낸 것이다. 도 7의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 큐 팩터를, 도 7의 (b)는 도 5에 나타낸 제1 비교예의 인덕터의 큐 팩터를, 도 7의 (c)는 도 6에 나타낸 제2 비교예의 인덕터의 큐 팩터를 각각 나타낸다. 도 7에서, x축은 코일 패턴의 폭의 감소 정도(즉, 테이퍼링 양)를 나타낸다.
도 7을 참고하면, 테이퍼링 양에 무관하게 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 큐 팩터의 향상 정도가 비교예들의 큐 팩터의 향상 정도보다 더 나은 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터와 비교예들의 자기 공진 주파수(SRF : Self Resonance frequency)를 나타낸 도면으로서, 도 8의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 자기 공진 주파수를, 도 8의 (b)는 도 5에 나타낸 제1 비교예의 인덕터의 자기 공진 주파수를, 도 8의 (c)는 도 6에 나타낸 제2 비교예의 인덕터의 자기 공진 주파수를 각각 나타낸다. 도 8에서, x축은 코일 패턴의 폭의 감소 정도(즉, 테이퍼링 양)를 나타낸다.
도 8을 참고하면, 테이퍼링 양에 무관하게 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터의 자기 공진 주파수의 향상(증가) 정도가 비교예들의 자기 공진 주파수의 향상(증가) 정도보다 더 나은 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 인덕터를 포함하는 저잡음 증폭기의 실시예를 간략하게 나타낸 도면으로서, 저잡음 증폭기는 매칭용 인덕터(1) 및 증폭부(2)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 저잡음 증폭기는 하나의 집적 회로(IC : Integrated Circuit)로 구현될 수 있으며, 모바일 단말기의 수신단을 구성할 수 있다.
매칭용 인덕터(1)는 도 1 내지 도 4 등에 나타낸 본 발명의 일실시예와 동일한 구성을 가질 수 있으며, 신호가 입력되는 입력 단자(IN)와 증폭부(2) 사이에 연결된다.
증폭부(2)는 매칭용 인덕터(1)와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 가변 저항(RA), 일단이 제1 노드(N1)와 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 커패시터(C1)의 타단과 제1 바이어스 단자(B1) 사이에 연결되는 제1 저항(R1), 일단이 접지와 연결된 제1 인덕터(L1), 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 바이패스 스위치(SB), 전원 전압 단자(VDD)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제2 저항(R2), 전원 전압 단자(VDD)와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제2 인덕터(L2), 제2 노드(N2)와 제1 인덕터(L1)의 타단 사이에 직렬로 연결된 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 및 제3 트랜지스터(M3), 제2 트랜지스터(M2)의 게이트와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터(C2), 제3 트랜지스터(M3)의 게이트와 접지 사이에 연결된 제3 커패시터(C3), 제2 노드(N2)와 출력 단자(OUT) 사이에 연결된 제4 커패시터(C4), 및 출력 단자(OUT)와 접지 사이에 연결된 제5 커패시터(C5)를 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(M2)의 게이트는 제2 바이어스 단자(B2)와 연결되고, 제3 트랜지스터(M3)의 게이트는 제3 바이어스 단자(B3)와 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 및 제3 트랜지스터(M3)는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트로 인가되는 신호를 증폭하는 다단 증폭기를 구성한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 실리콘 집적 회로 내부에서 높은 큐 팩터를 가지는 인덕터를 구현할 수 있다. 또한, 이와 같이 구현된 인덕터를 저잡음 증폭기의 입력 매칭 소자로 이용함으로써, 외장용 인덕터 없이도 저잡음 증폭기의 잡음 지수를 향상시킬 수 있고, 결과적으로 모듈의 사이즈 및 단가를 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 매칭용 인덕터 2 : 증폭부
10, 11 : 제1 코일 패턴 12 : 제2 코일 패턴
20, 21 : 기판 100, 110 : 인덕터

Claims (13)

  1. 기판; 및
    상기 기판의 일면에 스파이럴 형상으로 형성되며, 폭은 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 제1 코일 패턴을 포함하는 인덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인덕터는
    집적 회로 내부에서 입력 매칭용으로 사용되는 박막 인덕터인 인덕터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인덕터는
    상기 제1 코일 패턴의 외측 일단을 제1 외부 단자와 전기적으로 연결하는 제1 연결 패턴; 및
    상기 제1 코일 패턴의 내측 일단을 제2 외부 단자와 전기적으로 연결하는 제2 연결 패턴을 더 포함하는 인덕터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인덕터는
    상기 기판의 타면에 형성된 제2 코일 패턴을 더 포함하는 인덕터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 코일 패턴은
    스파이럴 형상으로 형성되며, 폭은 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 인덕터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 서로 직렬로 연결되는 인덕터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴과 상기 제2 코일 패턴은 서로 병렬로 연결되는 인덕터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴의 외측 일단과 상기 제2 코일 패턴의 외측 일단은 상기 기판을 관통하는 비아를 통해 서로 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 코일 패턴의 내측 일단과 상기 제2 코일 패턴의 내측 일단은 상기 기판을 관통하는 비아를 통해 서로 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 코일 패턴의 외측 일단은 제1 연결 패턴을 통해 제1 외부 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 코일 패턴의 내측 일단은 제2 연결 패턴을 통해 제2 외부 단자와 전기적으로 연결되는 인덕터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 코일 패턴은 상기 제2 연결 패턴이 형성된 부분에서 단절되며, 단절된 부분은 상기 제1 코일 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결되는 인덕터.
  10. 일단이 입력 단자와 연결되며, 폭이 내부로 갈수록 작아지고, 중심간 간격은 내부로 갈수록 커지는 스파이럴 형상의 코일 패턴을 포함하는 매칭용 인덕터; 및
    상기 매칭용 인덕터의 타단으로부터 출력되는 입력 신호를 증폭하여 출력 단자로 출력하는 증폭부를 포함하는 저잡음 증폭기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 저잡음 증폭기는
    하나의 집적 회로로 구현되는 저잡음 증폭기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 매칭용 인덕터와 제1 노드 사이에 연결된 가변 저항;
    일단이 상기 제1 노드와 연결된 제1 커패시터;
    상기 제1 커패시터의 타단과 제1 바이어스 단자 사이에 연결된 제1 저항;
    상기 제1 커패시터의 타단의 신호를 증폭하여 제2 노드로 출력하는 증폭기;
    상기 증폭기와 접지 사이에 연결된 제1 인덕터;
    전원 전압 단자와 상기 제2 노드 사이에 연결된 제2 인덕터;
    상기 제2 노드와 출력 단자 사이에 연결된 제2 커패시터; 및
    상기 출력 단자와 접지 사이에 연결된 제3 커패시터를 포함하는 저잡음 증폭기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 바이패스 스위치를 더 포함하는 저잡음 증폭기.
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