KR20090000380A - 프론트 앤드 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 프론트 앤드 모듈(FEM : Front End Module) 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 프론트 앤드 모듈은 기판 상부 면과 기판 내부 영역에 걸쳐 형성된 공진 회로를 포함하며 해당 대역 신호를 필터링하는 필터 및 상기 필터와 연결되며 상기 기판 상부 면에 실장된 스위칭부를 포함한다. 이로써, 프론트 앤드 모듈의 구성 부품의 개수 및 사이즈를 최소화함으로써 다층 구조의 기판 상에서 저역 통과 필터의 설계 자유도 및 부품 배치의 자유도를 확보할 수 있으며, 해당 대역의 신호를 필터링하는 필터의 삽입 손실 및 감쇠 특성을 향상시킬 수 있다.
프론트 앤드 모듈, LTCC
Description
도 1은 실시예에 따른 통신 단말기를 설명하는 블럭도이다.
도 2는 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제 1 저역통과필터부의 회로도이다.
도 3은 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈을 실장한 기판을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 제 1 저역통과필터부의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제 1 저역통과필터부의 회로도이다.
실시예는 프론트 앤드 모듈(FEM : Front End Module) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이동통신 단말기가 고성능화, 소형화 추세로 발전하게 됨에 따라 단말기에 내장되는 부품들도 집적화, 초소형화, 경량화 등으로 개발되고 있다.
또한, 단말기에서 하나의 안테나를 이용하여 다른 대역들을 커버할 수 있게 하거나 다수개의 주파수 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 구성 요소를 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역(multi band)의 프론트 앤드 모듈이 개발되고 있다.
실시예는 프론트 앤드 모듈을 제공한다.
실시예는 프론트 앤드 모듈의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 프론트 앤드 모듈은 기판 상부 면과 기판 내부 영역에 걸쳐 형성된 공진 회로를 포함하며 해당 대역 신호를 필터링하는 필터 및 상기 필터와 연결되며 상기 기판 상부 면에 실장된 스위칭부를 포함한다.
실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제조 방법은 적어도 하나의 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터가 내부에 실장되어 저온소성한 세라믹 기판을 준비하는 단계, 상기 세라믹 기판에 상기 인덕터 및 상기 캐패시터 중 적어도 하나의 일부를 노출하는 비아 홀 및 상기 비아 홀 내부에 금속 패턴을 형성하는 단계, 상기 금속 패턴과 연결되며 상기 세라믹 기판 상부 면에 추가 인덕터를 실장하는 단계 및 상 기 세라믹 기판 상부 면에 상기 필터와 연결되는 스위치 칩을 실장하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 실시예를 들어 프론트 앤드 모듈에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 통신 단말기를 설명하는 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 프론트 앤드 모듈(100)은 2대역 이상의 주파수 대역의 RF 신호를 송수신하기 위한 모듈로서, 스위칭부(103), 디코더부(105), 제 1 내지 제 4 매칭부들(111, 112, 113, 114), 제 1 내지 제 4 필터부들(131, 132, 133, 134), 그리고 제 1 및 제 2 저역통과필터부들(121, 122)을 포함한다.
상기 프론트 앤드 모듈(100)은 안테나(101)로부터 수신되는 RF 신호를 해당 수신 경로에 연결된 수신단(Rx)으로 전달하고, 송신단(Tx)에서 입력된 RF 신호는 상기 안테나(111)로 출력한다.
상기 스위칭부(103)는 다중 대역의 송수신 경로 중 원하는 경로만을 선택적으로 도통시켜 주기 위해 스위칭 동작하게 되며, 하나 이상이 SPnT(Single Pole n Throw, n은 자연수)의 구조를 갖는 반도체 칩으로 구현될 수 있다.
상기 스위칭부(103)는 저주파수 송신경로(b) 및 고주파수 송신 경로(c)와, 저 주파수 수신경로(a) 및 고주파수 수신경로(d) 중 하나의 경로를 선택하게 된다.
여기서, 저주파수 수신 경로(a)는 저 주파수 대역인 GSM Rx 및 EGSM Rx의 수신단을 공통으로 연결한 선로이고, 고주파수 수신 경로(d)는 고 주파수 대역인 DCS Rx 및 PCS Rx의 수신단을 공통으로 연결한 선로이다.
예를 들면, 상기 스위칭부(103)가 쿼드 밴드(Quad band)일 경우 6개의 송수신 경로를 4개의 경로로 구현할 수 있다.
상기 디코더(105)는 예를 들어, 쿼드 밴드일 경우 전압 공급부(107)로부터 2개의 제어전압(Vctrl 1, Vctrl 2) 및 전원(Vcc)을 공급받아 상기 스위칭부(103)의 송수신 경로를 제어할 수 있다.
상기 스위칭부(103)의 후단에는 수신 필터로서 제 1 내지 제 4 매칭부들(111, 112, 113, 114), 제 1 내지 제 4 필터부들(131, 132, 133, 134)이 구성되고, 송신 필터로서 제 1 및 제 2 저역통과필터부들(121, 122)이 구성된다.
상기 제 1 저역통과필터부(121)는 상기 GSM/EGSM 송신단에 연결되며, GSM/EGSM 대역에서 송신 신호의 고주파 잡음을 제거하여 상기 스위칭부(103)로 출력한다.
상기 제 2 저역통과필터부(122)는 상기 DCS/PCS 송신단에 연결되며, DCS/PCS 대역에서 송신 신호의 고주파 잡음을 제거하여 상기 스위칭부(103)로 출력한다.
상기 제 1 내지 제 4 필터부들(131, 132, 133, 134)은 각각 하나 이상의 쏘우(SAW) 필터를 포함할 수 있다.
상기 제 1 필터부(131)는 상기 스위칭부(103)로부터 상기 저주파수 수신 경로(a)로 수신되는 RF 신호에서 GSM 대역을 필터링하여 출력한다.
상기 제 2 필터부(132)는 상기 스위칭부(103)로부터 상기 저주파수 수신 경로(a)로 수신되는 RF 신호에서 EGSM 대역을 필터링하여 출력한다.
상기 스위칭부(103)의 하나의 경로로 결선된 상기 저주파수 수신 경로(a)는 분기되어 상기 제 1 필터부(131) 및 제 2 필터부(132)의 입력단으로 각각 연결된다.
상기 제 3 필터부(133)는 상기 스위칭부(103)로부터 상기 고주파수 수신 경로(d)로 수신되는 RF 신호에서 DCS 대역을 필터링하여 출력한다.
상기 제 4 필터부(134)는 상기 스위칭부(103)로부터 상기 고주파수 수신 경로(d)로 수신되는 RF 신호에서 PCS 대역을 필터링하여 출력한다.
상기 스위칭부(103)의 하나의 경로로 결선된 상기 고주파수 수신 경로(d)는 분기되어 상기 제 3 필터부(133) 및 제 4 필터부(134)의 입력단으로 각각 연결된다.
상기 제 1 필터부(131)의 입력단에는 제 1 매칭부(111)가 직렬 연결되어 있으며, 상기 제 1 매칭부(111)는 수신되는 RF 신호를 임피던스 매칭하여 상기 제 1 필터부(131)로 출력한다.
상기 제 2 필터부(132)의 입력단에는 제 2 매칭부(112)가 직렬 연결되어 있으며, 상기 제 2 매칭부(112)로 수신되는 RF 신호를 임피던스 매칭하여 상기 제 2 필터부(132)로 출력한다.
상기 제 3 필터부(133)의 입력단에는 제 3 매칭부(113)가 직렬 연결되어 있으며, 상기 제 3 매칭부(113)로 수신되는 RF 신호를 임피던스 매칭하여 상기 제 3 필터부(133)로 출력한다.
상기 제 4 필터부(134)의 입력단에는 제 4 매칭부(114)가 직렬 연결되어 있으며, 상기 제 4 매칭부(114)로 수신되는 RF 신호를 임피던스 매칭하여 상기 제 4 필터부(134)로 출력한다.
상기 제 1 내지 제 4 매칭부들(111, 112, 113, 114)은 적어도 하나 이상의 인덕터 또는/및 적어도 하나 이상의 캐패시터 소자들의 조합으로 구현된다.
예를 들어, 상기 제 1 내지 제 4 매칭부들(111, 112, 113, 114)은 직렬 캐피시터 및 병렬 인덕터의 조합으로 구성하거나 병렬 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 매칭부들(111, 112, 113, 114)은 각각의 필터부로 입력되는 인접 주파수 대역은 차단하고 원하는 주파수 대역과 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제 1 저역통과필터부의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 제 1 저역통과필터부(121)는 제 1 인덕터(151), 제 2 인덕터(152), 제 3 인덕터(153), 제 1 캐패시터(154), 제 2 캐패시터(155) 및 제 3 캐패시터(156)의 조합으로 구성된다.
상기 제 1 인덕터(151) 및 상기 제 1 캐패시터(154)는 서로 병렬 연결되어 병렬 공진 회로를 형성하고, 상기 제 1 저역통과필터부(121)의 입력단 및 출력단과 연결된다.
상기 출력단은 상기 스위칭부(103)와 연결되고 상기 입력단은 송신단(GSM/EGSM Tx)과 연결된다.
상기 제 2 인덕터(152) 및 상기 제 2 캐패시터(155)는 직렬 공진 회로를 구 성하여 상기 병렬 공진 회로의 일단에서 병렬 연결된다.
상기 제 3 인덕터(153) 및 상기 제 3 캐패시터(156)는 직렬 공진 회로를 구성하여 상기 병렬 공진 회로의 타단에서 병렬 연결된다.
상기와 같이 이루어지는 상기 제 1 저역통과필터부(121)를 갖는 상기 프론트 앤드 모듈은 기판 상에 형성된다.
예를 들어, 상기 기판은 저온 소성 세라믹(LTCC) 적층 공정을 사용하여 제조한 다층 기판일 수 있다. 상기 기판은 금 혹은 은과 같은 전도성이 우수하고 산화 분위기에서도 소성이 가능한 전도성 금속을 사용할 수 있으며, 상기 기판 내부 영역에 저항, 캐패시터, 인덕터 등의 다양한 수동 소자를 구현할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 인덕터들(151, 152, 153), 상기 제 1 내지 제 3 캐패시터들(154, 155, 156) 중 적어도 하나는 상기 기판의 상부 면에 실장될 수 있다.
또한, 상기 기판의 상부에 실장되는 소자 예를 들어, 제 3 인덕터(153)를 제외한 나머지 소자들 예를 들어, 제 1 및 제 2 인덕터들(151, 152), 제 1 내지 제 3 캐패시터들(154, 155, 156)은 상기 기판 내에 형성될 수 있다.
상기 기판 상부에 실장되는 소자와 상기 기판 내부 영역에 형성되는 소자들은 비아 홀 및 상기 비아 홀에 채워진 비아 금속에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 저역통과필터부(121)에서 "A" 부분은 제 3 인덕터(153)로서 상기 기판 상부 면에 실장된다. 다시 말해, 상기 제 1 저역통과필터부(121)는 기판 상부 면과 기판 내부 영역에 걸쳐 형성된다.
상기 기판 상부에 실장되는 상기 제 3 인덕터(153)는 설계에 따라 인덕턴스(inductance)를 가변할 수 있다.
상기 기판 내에 기 형성된 인덕터 및 캐패시터의 인덕턴스 및 캐패시턴스(capacitance)는 상기 기판 제조시에 일정 값으로 고정되어 있다.
실시예는 상기 기판 내부 영역에 형성된 제 1 및 제 2 인덕터들(151, 152) 및 제 1 내지 제 3 캐패시터들(154, 155, 156)은 고정된 값을 가지고 있더라도 상기 제 3 인덕터(153)의 인덕턴스를 조절함으로써 원하는 저역 통과 필터의 삽입 손실과 감쇠 특성을 얻을 수 있다. 또한, 상기 제 3 인덕터(153)를 상기 기판 상부 면에 실장함으로써 상기 기판 설계시에 소자 형성을 위한 충분한 면적을 확보할 수 있어 상기 기판 내부 영역에 내경이 큰 인덕터를 설계할 수 있는 충분한 면적을 확보할 수 있어 고품질(High Q)을 가진 인덕터를 구현하기가 용이하여 더 좋은 삽입 손실을 갖는 저역 통과 필터를 구현할 수 있다.
상기 제 1 저역통과필터부(121)를 구성하는 소자들 중에서 상기 기판 상부 면에 실장되는 소자는 캐패시터일 수도 있고 인덕터일 수도 있다. 상기 기판 상부 면에 실장되는 소자는 캐패시터와 인덕터가 직렬 또는 병렬 연결된 소자일 수도 있다. 이와 같은 소자들의 배치 구조는 저역통과필터의 특성을 고려하여 여러 가지 실시예들이 가능하다.
예를 들어, 상기 제 3 인덕터(153)는 상기 기판 상부 면에 실장되며, 일측이 접지와 연결될 수 있다.
또한, 실시예는 2단의 저역통과필터와 동등한 또는 이상의 성능을 가지도록 도시한 바와 같은 1단의 저역통과필터로 설계할 수 있으며 상기 저역통과필터의 인덕터 또는/및 캐패시터를 상기 기판 상부 면에 실장함으로써 삽입 손실 및 감쇠 특성을 개선할 수 있으며 설계와 튜닝(Tuning)이 자유로운 장점이 있다.
실시예는 상기 제 1 저역통과필터부(121)로 설명하였으나, 상기 제 2 저역통과필터부(122)도 상기와 같은 실시예의 구조를 가질 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈을 실장한 기판을 보여주는 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 제 1 저역통과필터부의 일부를 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 기판(140) 상부 면에는 스위칭부(103), 제 1 매칭부(111), 제 2 매칭부(112), 제 1 필터부(131), 제 2 필터부(132) 및 제 1 저역통과필터부(121)의 제 3 인덕터(153)가 실장된다.
상기 기판(140)은 LTCC로 이루어진 다층 기판일 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 기판(140) 상부 면에는 제 3 매칭부, 제 4 매칭부, 제 3 필터부, 제 4 필터부가 더 실장될 수 있다.
상기 기판(140) 상부 면에 제 2 저역통과필터부의 적어도 하나의 인덕터 또는/및 캐패시터가 실장될 수 있다.
상기 기판(140)의 내부 영역에는 상기 제 1 저역통과필터부(121)의 소자들, 제 2 저역통과필터부(122)의 소자들이 실장된다. 예를 들어, 상기 제 1 저역통과필터부(121)의 소자들은 제 1 인덕터(151) 및 제 2 인덕터(152), 제 1 내지 제 3 캐패시터들(154, 155, 156)을 포함할 수 있다.
상기 기판(140) 표면이나 내부 영역에 구성되는 상기의 요소들은 전기적으로 연결되며, 전기적인 신호 특성을 고려하여 배치를 다르게 할 수도 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제 1 저역통과필터부(121)는 상기 기판(140)의 상부 면에 형성된 제 3 인덕터(153)와 상기 기판(140)의 내부에 형성된 제 3 캐패시터(156)가 비아 홀에 형성된 금속 패턴(171)에 의해 기판(140) 면에 대하여 수직 방향으로 연결된다.
실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제조 방법을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
적어도 하나의 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터가 내부에 실장되어 저온소성한 세라믹 기판을 준비한다. 상기 세라믹 기판에 상기 인덕터 및 상기 캐패시터 중 적어도 하나의 일부를 노출하는 비아 홀 및 상기 비아 홀 내부에 금속 패턴을 형성한다. 상기 금속 패턴과 연결되며 상기 세라믹 기판 상부 면에 추가 인덕터를 실장한다. 상기 세라믹 기판 상부 면에 상기 필터와 연결되는 스위치 칩을 실장한다.
이로써 상기 적어도 하나의 인덕터, 상기 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 추가 인덕터는 공진 회로들을 형성한다. 상기 공진 회로들은 저역통과필터를 구현할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 프론트 앤드 모듈의 제 1 저역통과필터부의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 저역통과필터부(221)는 제 1 인덕터(251), 제 2 인덕 터(252), 제 1 내지 제 5 캐패시터들(253, 254, 255, 256, 257)의 조합으로 구성된다.
상기 제 1 인덕터(251) 및 상기 제 1 캐패시터(253)는 서로 병렬 연결되어 공진 회로를 형성하고, 상기 제 2 인덕터(252) 및 상기 제 2 캐패시터(254)는 서로 병렬 연결되어 다른 공진 회로를 형성한다.
상기 공진 회로들은 서로 직렬 연결되어 2단 구조의 필터를 형성한다.
상기 제 1 저역통과필터부(221)의 출력단은 상기 스위칭부(103)와 연결되고 입력단은 송신단(GSM/EGSM Tx)과 연결된다.
상기 제 3 캐패시터(255)는 상기 공진 회로들과 상기 출력단 사이에서 병렬 연결되고 상기 제 3 캐패시터(255)는 접지된다.
상기 제 4 캐패시터(256)는 상기 공진 회로들 사이에서 병렬 연결되고 상기 제 4 캐패시터(256)는 접지된다.
상기 제 5 캐패시터(257)는 상기 공진 회로들과 상기 입력단 사이에서 병렬 연결되고 상기 제 5 캐패시터(257)는 접지된다.
상기와 같이 이루어지는 상기 제 1 저역통과필터부(221)를 갖는 상기 프론트 앤드 모듈은 기판에 형성된다.
상기 기판은 LTCC로 이루어진 다층 기판일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 인덕터들(251, 252), 상기 제 1 내지 제 5 캐패시터들(253, 254, 255, 256) 중 적어도 하나의 소자는 상기 기판의 상부 면에 실장될 수 있다. 상기 기판의 상부 면에 실장된 소자는 상기 기판의 내부 영역에 형성된 소자들과 비아홀을 통하여 전기적으로 연결되어 상기 제 1 저역통과필터부를 구현할 수 있다.
도 5의 "B"를 보면, 상기 제 3 캐패시터(255)는 상기 기판의 상부 면에 실장되며, 상기 제 3 캐패시터(255)는 상기 스위칭부(103)와 동일 면 상에 실장된다.
실시예에 따르면, 상기 제 3 캐패시터(255)의 캐패시턴스는 설계와 소자들의 배치 구조에 따라 가변하여 설정할 수 있으므로 저역통과필터의 설계 및 튜닝이 자유로운 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 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 실시 예에 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.
실시예는 프론트 앤드 모듈의 구성 부품의 개수 및 사이즈를 최소화함으로써 다층 구조의 기판 상에서 저역 통과 필터의 설계 자유도 및 부품 배치의 자유도를 확보할 수 있다.
실시예는 다층 구조의 기판에 고품질의 인덕터를 구현할 수 있어 저역통과 필터의 특성을 향상시켜 줄 수 있으며, 저역통과필터에서의 삽입 손실 및 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
실시예에 따른 프론트 앤드 모듈이 적용된 단말기에서의 제품 신뢰성을 향상시켜 줄 수 있다.
Claims (7)
- 기판 상부 면과 기판 내부 영역에 걸쳐 형성된 공진 회로를 포함하며 신호를 필터링하는 필터; 및상기 필터와 연결되며 상기 기판 상부 면에 실장된 스위칭부를 포함하는 프론트 앤드 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 공진 회로는 적어도 하나의 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터가 연결되며, 상기 인덕터와 상기 캐패시터 중 어느 하나는 상기 기판 상부 면에 실장된 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 기판은 저온 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic)으로 이루어진 다층 기판인 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 공진 회로는 상기 기판 내부 영역과 상기 기판 상부 면을 연결하기 위한 비아 홀 및 상기 비아 홀 내에 채워진 금속 패턴을 포함하는 프론트 앤드 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 공진 회로는 병렬 공진 회로와 적어도 하나의 직렬 공진 회로가 병렬 연결되거나 적어도 두 개의 병렬 공진 회로가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 필터는 적어도 하나의 저역통과필터(Low Pass Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트 앤드 모듈.
- 적어도 하나의 인덕터와 적어도 하나의 캐패시터가 내부에 실장되어 저온소성한 세라믹 기판을 준비하는 단계;상기 세라믹 기판에 상기 인덕터 및 상기 캐패시터 중 적어도 하나의 일부를 노출하는 비아 홀 및 상기 비아 홀 내부에 금속 패턴을 형성하는 단계;상기 금속 패턴과 연결되며 상기 세라믹 기판 상부 면에 인덕터 및 캐패시터 중 적어도 하나를 실장하는 단계; 및상기 세라믹 기판 상부 면에 상기 필터와 연결되는 스위치 칩을 실장하는 단계를 포함하는 프론트 앤드 모듈의 제조 방법.
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2007
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