KR100579481B1

KR100579481B1 - 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 다층 대역 통과 필터

Info

Publication number: KR100579481B1
Application number: KR1020040009851A
Authority: KR
Inventors: 이성수; 박진수; 김용준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-02-14
Filing date: 2004-02-14
Publication date: 2006-05-15
Also published as: US7336144B2; KR20050081546A; US20050200436A1

Abstract

인터디지털 커패시터를 이용한 소형 다층 대역 통과 필터가 개시된다. 본 발명에 따른 대역 통과 필터는, 입력단을 통해 인가되는 신호로부터 소정 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 출력단으로 출력하는, 다층 구조의 인터디지털(interdigital) 커패시터를 이용하며, 최상위층에 구비되는 입력단과 출력단 사이에 각각 형성되며, 인덕터 성분을 발생시키는 적어도 한 쌍의 트랜스미션라인, 복수의 층으로 이루어지는 인터디지털 커패시터로 구성되어 트랜스미션라인의 한쪽 끝단에 소정의 커패스턴스를 부하하는 용량 보상부 및 용량 보상부의 소정 층 및 트랜스미션라인의 다른 한쪽 끝단과 각각 연결되며 최하위층에 형성되는 접지층을 포함한다. 용량 보상부로는, 상기 트랜스미션라인의 길이가 상기 출력신호의 중심주파수에 대해 전기적으로 반파장 길이가 되도록 소정 정전용량을 제공한다. 본 발명에 의하면 비교적 낮은 주파수 대역에서도 소형으로 집적이 가능한 대역 통과 필터가 구현될 수 있다.

대역통과필터, 트랜스미션라인, 인터디지털 커패시터

Description

인터디지털 커패시터를 이용한 소형 다층 대역 통과 필터 {Compact multi-layer band pass filter using interdigital type capacitor}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터의 구성을 나타내는 평면도,

도 2는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 사시도,

도 3은 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 단면도, 그리고

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터의 특성을 도시한 그래프이다.

* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21a, 21b : 인터디지털 커패시터 23a, 23b, 123a, 123b : 마이크로

스트립라인 25a, 125a : 입력단

25b, 125b : 출력단 27a, 27b, 28a, 28b, 29a, 29b : 비아홀

110, 210, 310, 410 : 유전체 기판 121a, 221a, 321a : 금속막

421 : 접지층

본 발명은 트랜스미션라인을 이용한 대역 통과 필터에 관한 것으로, 특히 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 커패시터 보상회로로 이용하여 구현되는 완전히 집적 가능한 소형의 대역 통과 필터에 관한 것이다.

무선 이동 통신이 보편화됨에 따라, 기존에 사용하던 주파수 자원이 포화상태에 다다르게 됨에 따라 점점 더 높은 대역의 주파수를 사용하게 되고, 이에 따라 고주파 대역에서 사용할 수 있는 대역 통과 필터의 수요도 증가하고 있다. 통상적으로 휴대폰이나 무선랜 (Wireless LAN)과 같은 무선 통신용 제품에 있어서 그 크기와 제품 생산 비용은 매우 중요한 요소중의 하나이며 이를 만족시키기 위한 다양한 기술 개발이 이루어 지고 있는 실정이다.

그래서, 제품의 크기를 줄이기 위해, 많은 공간을 차지하는 램프트 수동소자 대신 적은 공간에서도 구현이 가능한 트랜스미션라인을 이용한 구성을 사용하고 있다. 그 대표적인 예가 원하는 주파수 대역의 신호만을 추출하고, 그 외의 잡음 신호는 차단하는 목적으로 사용되는 트랜스미션라인으로 구현한 대역 통과 필터라 할 것이다. 이러한 대역 통과 필터는 무선 통신 시스템을 포함한 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 상기 무선 통신시스템에서는 송신기와 수신기에서 원하는 신호만을 수신하거나 송신하기 위한 구성으로 사용되고 있다.

트랜스미션라인 중의 하나인 스트립라인을 이용해 구현된 필터의 예로서 미합중국에서 '1990년 10월 16일'자로 'Motorola'에 의해 출원된 'US4963843'이 있다. 상기 'US4963843'에서 개시하고 있는 바를 참조하여 종래 제안되었던 콤라인 스트립라인 필터에 대해 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

종래 콤라인 스트립라인 필터는 도전 스트립을 포함하고 있는데 상기 도전 스트립의 한 쪽 끝은 접지에 연결되고, 다른 한 쪽 끝은 용량성을 가지도록 접지에 로드된다. 즉, 콤라인 스트립라인 필터를 구헝하는 최상위면과 최하위면을 가지는 기판에 있어 최상위면과 최하위면은 접지면이다. 한편, 최상위면과 최하위면 사이에는 내부 회로 계층이 형성된다. 또한 접지 영역은 소정 개수의 기판 표면이 교차함으로서 이루어지는 각이진 모서리를 가지며, 접지면에 결합된다. 또한, 내부 회로계층을 구성하는 콤라인 공진기의 한 쪽 끝은 접지면과 결합되고, 다른 한 쪽 끝은 접지 영역에 용량성을 가지도록 결합된다. 따라서 구조가 복잡하고, 사이즈가 크며, 비아 홀을 통한 입출력 포트를 얻어야 하는 단점이 있다.

상술한 트랜스미션라인과 콤라인 구조를 이용한 또 다른 예로는 한국에서 '2000년 4월 16일'자로 '삼성전자주식회사'에 의해 출원된 '10-2000-0018036'이 있다. 여기에서는, 비아 홀을 통해 다층의 구조를 가지는 각층들을 연결하는 커패시터 보상회로를 갖는 콤라인 구조의 무선필터를 제안하고 있다. 이 경우, 램프트 소자의 커패시터를 용량 보상부로 구비하는 커패시터 보상회로를 갖는 콤라인 구조의 무선필터를 제공한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 경우 램프트 소자와 트랜스미션라인의 연결부분에서 발생하는 기생효과가 사용하는 주파수 대역이 올라갈수록 증가하게 되어 사용하기가 힘든 경향이 있다. 뿐만 아니라 서피스 마운팅 방식으로 램프트 소자를 부착해야 하므로 추가적인 패키징 비용이 들 뿐만 아니라 제작방식이 복잡해진다는 문제점이 있다.

또한, 트랜스미션 라인을 이용하여 구현된 필터는 좋은 집적성으로 인해 많은 무선 이동 통신 모듈에 사용되고 있지만, 주파수대역에 따라 그 크기가 좌우된다는 단점이 있다. 특히 블루투스(Bluetooth)나 무선랜(Wireless LAN)의 사용주파수 대역인 C-band 대역에서는 비교적 그 사이즈가 크기 때문에 그 사이즈를 줄일 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비아 홀을 통해 연결되어 다층의 구조를 가지는 인터디지털 커패시터를 사용함으로서, 비교적 낮은 주파수 대역에서도 소형으로 집적이 가능한 대역 통과 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대역 통과 필터는, 입력단을 통해 인가되는 신호로부터 소정 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 출력단으로 출력하는, 다층 구조의 인터디지털(interdigital) 커패시터를 이용하며, 최상위층에 구비되는 입력단과 출력단 사이에 각각 형성되며, 인덕터 성분을 발생시키는 적어도 한 쌍의 트랜스미션라인, 복수의 층으로 이루어지는 인터디지털 커패시터로 구성되어 상기 트랜스미션라인의 한쪽 끝단에 소정의 커패스턴스를 부하하는 용량 보상부 및 상기 용량 보상부의 소정 층 및 상기 트랜스미션라인의 다른 한쪽 끝단과 각각 연결되며 최하위층에 형성되는 접지층을 포함한다.

상기 용량 보상부로는, 상기 트랜스미션라인의 길이가 상기 출력신호의 중심주파수에 대해 전기적으로 반파장 길이가 되도록 소정 정전용량을 제공하는 콤라인 구조의 인터디지털 커패시터가 이용되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 대역 통과 필터는, 상기 트랜스미션라인과 상기 인터디지털 커패시터를 구성하는 적어도 하나의 소정 전극판을 상기 접지층에 연결하는 복수개의 비아홀을 더 포함한다. 한편, 상기 인터디지털 커패시터를 구성하며 상기접지층에 연결되지 않은 적어도 두개의 소정 전극판을 상호 연결하는 비아홀이 존재할 수 있다.

또한, 상기 트랜스미션라인은 스트립라인 및 마이크로스트립라인 중 어느 하나일 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 트랜스미션라인을 이용해 구현된 대역 통과 필터에 관한 것이다. 트랜스미션라인은 크게 스트립라인과 마이크로스트립라인으로 나눌 수 있는데, 본 발명에 의한 대역 통과 필터는, 이러한 스트립라인과 마이크로스트립라인을 이용하여 구현할 수 있다. 이하에서는 마이크로스트립라인을 이용한 대역 통과 필터에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터의 구성을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 사시도, 도 3은 도 1에 도시된 대역 통과 필터에서 선AA'에 대한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터는, 입력단(25a)과 출력단(25b)에 각각 연결되며 인덕터 성분을 발생시키는 한 쌍의 마이크로스트립라인(23a, 23b)과 마이크로스트립라인(23a, 23b)에 소정의 정전용량을 부하하는 다층 구조를 가지는 인터디지털 커패시터(21a, 21b)로 구성되며, 각층은 비아홀(27a, 27b, 29a, 29b)을 통해 연결된다.

상기 인터디지털 커패시터(21a, 21b)의 용량은 필터링하고자 하는 주파수 대역 및 구현하고자 하는 필터의 크기에 의해 결정된다. 그리고, 마이크로스트립라인(23a, 23b)은 필터링 하고자 하는 주파수 대역에서 전기적으로 반파장의 길이를 가져야 한다. 이 때, 각 마이크로스트립라인(23a, 23b)의 끝단에 커패스턴스를 부하함으로써, 물리적인 길이는 줄이고 반면 전기적 길이는 늘려 비교적 작은 크기의 대역통과 필터를 구현할 수 있는 것이다. 마이크로스트립라인(23a, 23b)에 부하되는 커패스턴스의 값이 커질수록 마이크로스트립라인(23a, 23b)의 전기적 길이가 늘어나기 때문에 더 작은 크기의 대역 통과 필터를 구현할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 의한 대역 통과 필터는, 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic)으로 구성된 유전체막((110, 210, 310, 410)과 그 위에 형성된 소정 패턴의 금속막으로 이루어진 4개의 층(100, 200, 300, 400)으로 구성된다.

최상층(100)의 유전체막(110) 위에는 소정의 금속막으로 형성되는 입력단(125a)과 출력단(125b), 입출력단(125a, 125b)에 각각 연결된 한 쌍의 마이크로스트립라인(123a, 123b), 마이크로스트립라인(123a, 123b)의 일단에 연결되어 인터디지털 커패시터(21a, 21b)를 구성하는 제1 전극판(121a, 121b)이 반도체 공정 에 의해 형성되어 진다.

그리고, 두번째 층(200) 및 세번째 층(300)에는 제1 전극판(121a, 121b)에 대응되는 패턴의 제2 전극판(221a, 221b)과 제3 전극판(321a, 321b)이 형성되며, 최하층(400)에는 접지전극(421)이 형성된다.

여기에서, 최상층(100)의 마이크로스트립라인(123a, 123b)은 비아홀(27a, 27b)을 통해 최하층(400)의 접지전극(421)에 연결된다. 그리고, 제2 전극판(221a, 221b)은 비아홀(28a, 28b)을 통해 접지전극(421)에 연결되며, 제3 전극판(321a, 321b)은 비아홀(29a, 29b)을 통해 제1 전극판(121a, 121b)에 연결됨으로서 다층 구조를 가지는 인터디지털 커패시터(21a, 21b)가 구현된다. 인터디지털 커패시터(21a, 21b)의 층수를 증가시킴으로서 같은 면적에서 더 큰 용량의 커패스턴스를 얻을 수 있다.

상술한 바에 의해 저온 동시소성 세라믹 기판 위에 4층 구조의 인터디지털 타입의 커패시터를 사용함으로써 아주 작은 크기의 대역 통과 필터를 구현할 수 있었다. 구현된 필터의 크기는 가로, 세로, 높이 각각 2.7mm, 2.03mm, 0.4mm이다.

도 4는 본 실시예에 따라 구현된 대역 통과 필터의 성능을 Wiltron 360B network analyzer와 microtech사의 500μm 피치를 가지는 G-S-G(그라운드-시그널-그라운드) 타입의 air coplanar 프로브 팁을 이용해 측정한 결과를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 5.09GHz의 중심주파수에서 1.8dB의 삽입손실과 37.6dB의 반사손실, 그리고 280MHz의 대역폭의 특성을 얻을 수 있었다. 도 4에서 S₁₁은 입력단(25a, 125a)에 입력된 신호에 대한 입력단(25a, 125a)에서 반사된 신호의 세기 비율, 즉 반사손실을 나타내고, S₁₂는 출력단(25a, 125a)에 입력된 신호에 대한 입력단(25a, 125a)을 통과한 신호의 세기 비율, 즉 삽입손실을 나타낸다.

이상에서 상술한 바와 같이, 다층 구조의 인터디지털 커패시터(101a, 101b)를 이용함으로써, 비교적 작은 크기로 큰 용량의 커패스턴스를 구현할 수 있고, 이러한 커패시터를 이용하여 소형의 대역 통과 필터를 구현할 수 있다.

본 발명에 의한 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 대역 통과 필터는 일반적인 다층 구조를 가지는 기판에 쉽게 완전히 집적된 형태로 구현이 가능하다. 즉, 본 발명의 적용시 일반적인 다층인쇄회로 기판 뿐만 아니라 저온 동시 소성 세라믹과 같은 기판 위에 저렴한 가격으로 쉽게 구현할 수 있다. 본 발명에 의한 대역 통과 필터는 작은 크기를 가짐과 동시에 단순한 구조를 가지고 기판에 완전히 집적할 수 있기 때문에 여러 무선 통신 모듈에 응용될 수 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.

Claims

입력단을 통해 인가되는 신호로부터 소정 주파수 대역의 신호만을 필터링하여 출력단으로 출력하는, 다층 구조의 인터디지털(interdigital) 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터에 있어서,

최상위층에 구비되는 입력단과 출력단 사이에 각각 형성되며, 인덕터 성분을 발생시키는 적어도 한 쌍의 트랜스미션라인;

복수의 층으로 이루어지는 인터디지털 커패시터로 구성되어 상기 트랜스미션라인의 한쪽 끝단에 소정의 커패스턴스를 부하하는 용량 보상부; 및

상기 용량 보상부의 소정 층 및 상기 트랜스미션라인의 다른 한쪽 끝단과 각각 연결되며 최하위층에 형성되는 접지층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터.
제 1항에 있어서,

상기 용량 보상부는,

상기 트랜스미션라인의 길이가 상기 출력신호의 중심주파수에 대해 전기적으로 반파장 길이가 되도록 소정 정전용량을 제공하는 콤라인 구조의 인터디지털 커패시터인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터.
제 1항에 있어서,

상기 트랜스미션라인과 상기 인터디지털 커패시터를 구성하는 적어도 하나의 소정 전극판을 상기 접지층에 연결하는 복수개의 비아홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터.
제 3항에 있어서,

상기 비아홀은, 상기 인터디지털 커패시터를 구성하며 상기접지층에 연결되지 않은 적어도 두개의 소정 전극판을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터.
제 1항에 있어서,

상기 트랜스미션라인은 스트립라인 및 마이크로스트립라인 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 인터디지털 커패시터를 이용한 소형 대역 통과 필터.