KR20080051797A - 필터 소자 및 필터 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 필터 소자는 탄성파를 이용한 필터 소자에 관한 것으로서, 반도체 적층구조로 구현된 필터회로부; 상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐(Dam)부; 상기 댐부와 결합되고 상면에 금속층이 형성된 리드(Lid)부를 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 필터 소자의 제조 방법은 필터회로부가 반도체 적층구조로 형성되고, 상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐부가 형성되는 단계; 및 상면에 금속층이 형성된 리드부가 상기 댐부와 결합되는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 종래의 단순 몰드 구조 혹은 쉴드캔 구조에 비하여 모듈 제품의 사이즈를 최소화하면서도 우수한 전자파 차폐 기능을 구현할 수 있으며, 통신모듈의 두께를 보다 얇게 제작할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼 상태의 박막 기판을 이용하여 차폐 구조를 형성할 수 있으므로 쉴드막(EMI shield plate) 형성 공정을 단순화할 수 있고 생산 비용을 절감하여 대량으로 통신모듈을 제조할 수 있는 효과가 있다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자가 이용된 멀티플렉서의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자가 기판 상에 실장되는 형태를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 도시한 흐름도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
120: 필터 소자 121: 접착부재
122: 필터회로부 123: 댐부
124: 리드부 125: 금속층
126: 제1본딩 와이어 127: 제2본딩 와이어
130: 수동소자 150: 다층 구조 기판
151: 그라운드 패턴 152: 선로 패턴
160: 몰딩부
본 발명은 전자파 차폐 구조를 가지는 필터 소자에 관한 것이다.
현재 널리 사용되는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰과 같은 이동통신단말기, 통신장비, 각종 미디어 플레이어 등에는 각종 전자소자가 내장되어 기능되고, 이들 전자소자는 다층 구조의 PCB(Printed Circuit Board)상에서 집적모듈을 이루어 구성되는 것이 일반적이다.
특히, 다중밴드 신호를 처리하는 멀티플렉서와 같은 통신모듈은 심한 전파 간섭에 노출되고 이러한 전파 간섭은 상기 집적모듈을 이루는 전자소자에 이상 기능을 초래하게 된다.
일반적으로, 이러한 전자파 간섭은 EMI(Electromanetic Emission/Interface)라고 불리는데, 전자소자로부터 불필요하게 방사(RE; Radiated Emission)되거나 전도(CE; Conducted Emission)되는 전자파 신호는 인접된 전자소자의 기능에 장애를 주게되어 회로기능을 악화시키고, 기기의 오동작을 일으키는 요인으로 작용한다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 보통 금속(metal)재질의 쉴드캔이 사용되는데, 쉴드캔은 PCB에 실장된 전자소자를 그룹지어 덮어씌움으로써(보통, 몰딩부 위로 덮어씌워짐) 전자소자간 영향을 미치는 전파 간섭을 차단시키고 외부의 충격으로부터 전자소자를 보호하는 역할을 한다.
그러나, 전자소자는 점차 소형화되는 추세이고, 통신모듈에 집적되는 경우에도 과밀하게 배열되므로, 그 구조상 디스펜서를 이용한 쉴드캔의 결합 공정은 정밀히 진행되어야 하고, 솔더 페이스트가 기판 상에서 인근 전자소자의 통전 부위를 침범하게 되는 등의 문제점이 있다.
이렇게 쉴드캔의 일부가 기판 상의 통전 부위를 침범하면 통전로로 기능되거나 전류의 흐름에 영향을 주게 되며, 또한, 쉴드캔이 가지는 높이로 인하여 통신모듈의 전체 부피가 증가하는 단점이 있다.
특히, 멀티플렉서와 같은 통신모듈의 경우 탄성파를 이용한 필터소자, 가령 쏘우(SAW) 또는 보우(BAW) 듀플렉서 등이 포함되며, 이들 소자는 전파 간섭 현상에 매우 민감한 소자이나, 종래의 쉴드캔 구조는 내부 소자 사이의 전파 간섭을 차단하지 못하므로(외부의 전파 간섭은 차단할 수 있는 반면) 소자의 동작에 이상을 초래할 수 있다.
본 발명은 종래의 쉴드캔 구조를 탈피하여 모듈의 사이즈를 최소화하고, 외부로부터 전달되는 전파 간섭의 영향을 최소화할 수 있도록 차폐 구조가 개선된 필터 소자를 제공한다.
본 발명은 몰딩 후 쉴드캔을 형성하는 종래 방법에 비하여, 공정이 단순화되고 짧은 시간에 보다 많은 차폐용 부품을 생산할 수 있으며, 전파 간섭 차폐 효과가 우수한 필터 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 필터 소자는 탄성파를 이용한 필터 소자에 관한 것으로서, 반도체 적층구조로 구현된 필터회로부; 상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐(Dam)부; 상기 댐부와 결합되고 상면에 금속층이 형성된 리드(Lid)부를 포함한 다.
본 발명에 의한 필터 소자의 제조 방법은 탄성파를 이용한 필터 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 필터회로부가 반도체 적층구조로 형성되고, 상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐부가 형성되는 단계; 및 상면에 금속층이 형성된 리드부가 상기 댐부와 결합되는 단계를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 필터 소자 및 필터 소자의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 필터 소자는 탄성파를 이용한 필터 소자로서, 종래의 쉴드캔 구조와는 달리 자체적으로 전자파 차폐 구조를 형성한 것으로서, 따라서 본 발명에 의한 필터 소자가 통신모듈에 이용되는 경우 소자간 전파 간섭을 최소화하고 종래의 쉴드캔을 필요로 하지 않게 되므로 통신모듈의 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자가 이용된 멀티플렉서(10)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티플렉서(10)는 다중 신호분리부(11), DCN신호분리부(12), GPS신호분리부(13) 및 PCS신호분리부(14)를 포함하여 이루어지는데, 각 구성부들은 각각 다른 주파수 대역의 신호를 처리한다.
본 발명의 실시예에서 필터소자는 듀플렉서로 구비될 수 있으며, 듀플렉서는 보우(BAW) 또는 쏘우(SAW)를 이용할 수 있다. 따라서 상기 DCN신호분리부(12) 또는 PCS신호분리부(14)는 본 발명에 의한 필터소자를 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 다중 신호분리부(11)는 DCN신호, GPS신호 및 PCS신호를 분리하여 DCN신 호분리부(12), GPS신호분리부(13) 및 PCS신호분리부(14)로 전달한다. 상기 다중 신호분리부(11)는 일종의 매칭 네트워크(Matching Network) 회로로서, 가령 SP3T(Single Pole three Throw)와 같은 스위칭 소자, 수동 부품의 조합회로, IPD 소자 등으로 구현가능하다.
상기 DCN신호분리부(12)는 DCN 송수신 신호(송신신호: 824 ~ 849㎒, 수신신호: 869 ~ 896㎒)로 분리하여 분리된 신호를 DCN Tx 경로단과 DCN Rx 경로단 사이에서 양방향으로 전달하고, 상기 PCS신호분리부(14)는 PCS 송수신 신호(송신신호: 1.85 ~ 1.91㎓, 수신신호: 1.93 ~ 1.99㎓)를 분리하여 분리된 신호를 PCS Tx 경로단과 PCS Rx 경로단 사이에서 양방향으로 전달한다.
상기 GPS 신호분리부(13)는 쏘우 필터로 구비될 수 있으며, 다중 신호분리부(11)로부터 전달된 GPS 수신신호를 필터링하여 GPS Rx 경로단으로 전달한다.
이와 같은 멀티플렉서가 종래의 방식으로 제작되는 경우, 상기 DCN신호분리부(12)와 PCS신호분리부(14)는 각각의 차폐구조를 가지지 못한 채 함께 몰딩되어 하나의 쉴드캔 밑에 존재하게 되므로 전파 간섭의 영향에 노출되는 문제점이 있다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 필터 소자(120)가 기판(150) 상에 구현된 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자(120)가 기판(150) 상에 실장되는 형태를 개략적으로 도시한 측단면도이며, 필터 소자(120)의 옆에 다른 부품이 실장된 것을 볼 수 있는데, 도 2에 의하면, 다중신호분리부(11)에 포함되는 수동소자(130)가 실장된 것으로 예시되어 있다.
상기 필터소자(120)는 필터회로부(122), 댐(Dam)부, 리드부(124), 금속층(125)을 포함하여 이루어지며,
전술한 대로, 본 발명에 의한 필터소자(120)는 벌크 어코우스틱 웨이브(Bulk Acoustic Wave), 즉 탄성체의 기판(소자가 구현된 기판) 전체에 전파되는 음향 벌크 탄성파를 이용한 것으로서, 상기 필터회로부(122)는 실리콘 기판(도면부호 "150"에 해당되는 기판과는 다른 기판으로서 상기 필터회로부(122)에 포함되는 기판임) 위에 수직방향으로 공명 진동을 일으키는 압전 박막 필름(A1-N)을 약 2 마이크로 미터 높이의 이중 격자 구조로 연결시켜서 형성되며, 이중 격자 구조는 반도체 증착 공정을 통하여 이루어진다.
상기 필터회로부(122)의 반도체층은 탄성파를 생성/전달해야 하므로 그 위로 에어갭(A) 영역이 확보되어야 하며, 상기 필터회로부(122)의 상면 둘레측으로 댐부(123)가 형성(반도체층을 감싸는 벽구조임)됨으로써 에어갭(A)이 확보될 수 있다.
상기 기판(150)은 다층 구조 기판으로서, PCB(Printed Circuit Board) 또는 LTCC(Low temperature co-fired ceramic) 기판 등이 사용될 수 있으며, 상기 필터회로부(122)는 기판(150) 상에 접착부재(121)를 통하여 결합된다.
상기 댐부(123)는 듀플렉서 소자(122)의 칩끝단부와 접착되어 에어갭(A)을 형성하고 그 위로 리드(Lid)부(124)를 결합시키는데, 실리카 또는 수지 재질(가령, 폴리이미드 계열의 재질)로 형성될 수 있으며, 소정의 구조물로 사전 제작되어 접착되거나 입자 형태로 도포되는 공정을 통하여 형성될 수 있는데, 반도체 적층 공 정과 함께 진행되는 것이 효율적이다.
상기 리드부(124)는 박막 기판(124)으로 이루어지고, 상면에 금속층(125)이 형성된다. 상기 박막 기판(124)은 실리콘 또는 글래스(Glass) 재질이 이용될 수 있고, 상기 금속층(125)은 도전 성질을 갖으며 와이어 본딩 기술이 적용가능한 재질, 가령 알루미늄, 티타늄 납, 은 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 박막 기판(124)은 웨이퍼 상태에서 금속층(125)이 표면에 증착되고 필터회로부(122)의 크기(보다 자세히는, 에어갭(A) 크기)에 맞추어 스크라이빙/분리된 후 댐부(123) 위에 고정되는데, 상기 금속층(125)이 전자계 차페 기능을 수행하게 된다.
상기 필터회로부(122)는 제1본딩 와이어(126)를 통하여 기판(150) 상에 형성된 선로 패턴(152)과 전기적으로 연결되고, 상기 금속층(125)은 제2본딩 와이어(127)를 통하여 그라운드 패턴(151)과 전기적으로 연결된다.
상기 금속층(125)는 차페된 전자계 신호를 그라운드 패턴(151)을 통하여 외부로 방출시킬 수 있다.
또한, 상기 금속층(125)의 두께는 표면 깊이(Skin depth)를 고려하여 결정되는 것이 좋은데, 표면 깊이란 고주파 신호가 도체의 표면 상에 흐르는 깊이를 나타낸 지표로서, 도체의 종류 및 주파수 대역에 따라서 표면 깊이가 상이하게 계산된다.
즉, 상기 금속층(125)은 방사된 고주파 신호에 의하여 EMI현상을 초래하지 않도록 하기 위하여 자신의 표면 깊이보다 두껍게 형성(가령, 자신의 표면 깊이의 약 1.5배 이상의 두께로 형성)되어야 RF 차폐 효과가 우수해지며, 가령, 금은 1GHz에서 2.49 μm의 표면 깊이를 가지고, 구리는 1GHz에서 3.12 μm의 표면 깊이를 가지며, 니켈은 1GHz에서 4.11 μm의 표면 깊이를 가진다.
예를 들어, 상기 금속층(125)은 활성 가스가 주입된 상태에서 금속이 스퍼터링(Sputtering)되는 방식 혹은 전극을 통하여 고전류가 공급됨으로써 금속 박막이 증착(Evaporating)되는 방식으로 형성가능하다.
따라서, 본 발명에 의한 통신모듈(100)의 전자계 차폐 구조에 따르면, 사이즈(두께)가 획기적으로 감소(쉴드막의 역할로서 금속층(125)은 미세한 두께로 정교하게 형성될 수 있음)될 수 있는 반면, 물리적인 결합력은 종래의 솔더링 결합 방식보다 강해지고, EMI 현상을 방지하는 기능도 향상될 수 있다.
한편, 상기 수동소자(130)는 필터 소자(120)와는 분산(Discrete) 실장된 것으로, 상호 전파 간섭의 영향이 거의 없으며 종래와 같이 솔더 부재(132)을 통하여 기판(150) 상에 실장된다.
상기 몰딩부(160)는 필터 소자(120), 수동소자(130) 등의 소자 위로 형성되어 전자 소자들을 외부의 충격으로부터 보호하고, 본딩 부위가 단락되지 않도록 고정시키는 역할을 하는데, 예를 들어 에폭시, 실리콘과 같은 합성수지 재질을 이용하여 형성될 수 있다.
이어서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자(120)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 필터 소자(100)의 제조 방법을 도시한 흐름 도이다.
처음으로, 다층 구조를 이루며 그라운드 패턴(151), 선로 패턴(152), 비아홀 등이 형성된 기판(150)이 제작되면, 다중신호분리부(11), GPS 신호분리부(13)와 같은 소자가 표면실장(SMT; Surface Mounting Technology)되고(S100), 기판(150)은 세정 과정을 거친다(S105).
이후, 필터회로부(122), 댐부(123)가 형성된 필터 소자(120)가 접착 부재(121)를 통하여 다이 영역에 결합되고(S110), 필터회로부(122)의 연결핀은 기판(150) 상의 선로 패턴(152)과 와이어 본딩된다(S115).
이어서, 금속층(125)이 형성된 리드부(124)가 상기 댐부(122) 위로 결함되는데(S125), 이때, 상기 리드부(124) 및 금속층(125)는 별도의 반도체 공정을 통하여 제작되는 것으로서, 우선, 웨이퍼 상태인 박막 기판상에 스퍼터링(Sputtering) 공정 혹은 진공 증착(Evaporating) 공정을 통하여 금속층(125)이 형성된다.
상기 금속층(125)이 형성되면, 박막 기판(124)은 필터회로부(122)의 크기에 맞추어 스크라이빙 되고, 분리 공정을 통하여 다수개로 분리된다.
이와 같이 하여 형성된 리드부(124)가 댐부(123) 위에 결합되면, 리드부(124)의 금속층(125)은 기판(150) 상의 그라운드 패턴(151)과 와이어 본딩되고(S130), 몰딩부(160)가 형성된다(S135).
상기 듀플렉서 소자(122), 리드부(124, 125), 수동소자(130) 등과 같은 각 구성부는 기판(150) 상에서 에폭시 수지와 같은 재질로 전체몰딩되어 경화 공정이 처리됨으로써 몰딩부(160)가 형성된다.
상기 몰딩부(160)는, 가령 격벽 구조를 형성하고 점도를 가지는 열경화성수지를 내부로 흘려보내 경화시킨 후 격벽 구조를 제거하는 댐＆필(Dam＆Fill) 몰딩 방식을 이용할 수 있거나 또는, 또는 열경화성 수지의 성형 방법인 트랜스퍼(Transfer) 몰딩 방식을 이용할 수 있다.
종래의 수동형/기계적 방식이 공정상 불량발생 확률이 많으며, 솔더볼 제거 공정, 클리닝 공정, 통전 실험 등의 부가적인 공정을 필요로 하는 반면, 본 발명에 의한 필터 소자(120)는 반도체 공정을 도입하여 생산 공정을 단축시키고 각 공정을 효율적으로 처리할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 필터 소자에 의하면, 종래의 단순 몰드 구조 혹은 쉴드캔 구조에 비하여 통신모듈 제품의 사이즈를 최소화하면서도 우수한 전자파 차폐 기능을 구현할 수 있으며, 통신모듈의 두께를 보다 얇게 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 필터 소자의 제조 방법에 의하면, 웨이퍼 상태의 박막 기판을 이용하여 차폐 구조를 형성할 수 있으므로 쉴드막(EMI shield plate) 형성 공정을 제거하고 생산 비용을 절감하여 대량으로 통신모듈을 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (12)
- 탄성파를 이용한 필터 소자에 있어서,반도체 적층구조로 구현된 필터회로부;상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐(Dam)부;상기 댐부와 결합되고 상면에 금속층이 형성된 리드(Lid)부를 포함하는 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 탄성파를 이용한 필터 소자는다중 밴드 신호를 처리하는 듀플렉서를 포함하는 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 필터회로부는접착부재를 통하여 기판에 실장되고 상기 기판과 와이어 본딩되는 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 리드부는상면에 금속층이 형성된 박막 기판으로 이루어지는 필터 소자.
- 제4항에 있어서, 상기 리드부는웨이퍼 상태의 박막 기판 위에 상기 금속층이 증착되고, 상기 필터회로부의 크기에 대응되게 분리된 후 상기 댐부와 결합되는 필터 소자.
- 제3항에 있어서, 상기 리드부는상기 기판의 그라운드 패턴과 와이어 본딩되는 필터 소자.
- 제3항에 있어서, 상기 필터회로부, 댐부 및 리드부는상기 기판 상에서 몰딩되는 필터 소자.
- 제4항에 있어서, 상기 박막 기판은실리콘 또는 글래스(Glass) 재질로 이루어지는 필터 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 댐부는폴리이미드 계열의 재질을 포함하여 이루어지는 필터 소자.
- 탄성파를 이용한 필터 소자의 제조 방법에 있어서,필터회로부가 반도체 적층구조로 형성되고, 상기 필터회로부 위로 갭영역을 제공하는 댐부가 형성되는 단계; 및상면에 금속층이 형성된 리드부가 상기 댐부와 결합되는 단계를 포함하는 필터 소자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 댐부가 형성되는 단계는, 상기 필터회로부 및 상기 댐부를 포함하는 필터소자가 기판 위에 실장되는 단계; 및 상기 필터회로부가 상기 기판의 선로패턴과 와이어 본딩되는 단계를 포함하고,상기 리드부가 댐부와 결합되는 단계는, 상기 리드부가 댐부와 결합된 후 상기 기판의 그라운드 패턴과 와이어 본딩되는 단계를 포함하는 필터 소자의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 리드부가 와이어 본딩되는 단계는상기 리드부가 와이어 본딩된 후 몰딩되는 단계를 포함하는 필터 소자의 제조 방법.
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