KR20050065861A - 광대역 무선 송수신 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 통신 장비, 의료 장비 또는 군용 장비 등에 적용될 수 있는 무선 송수신 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송수신 모듈을 최소화시킨 광대역(Ultra Wide-Band, UWB) 무선 송수신 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은, 전파를 방사하거나 흡수하는 광대역 안테나, 송수신 전환을 위한 송수신 스위치, 일정 주파수대를 통과시키는 여파기, 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저 대역 처리를 위한 집적회로로 구성되는 UWB(Ultra Wide-Band) 무선 송수신 모듈에 있어서, 이종 재료층으로 구성되며, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기판에 광대역 안테나, 수동 부품을 일체화시키고 집적회로를 탑재함으로써 이루어진다.
Description
본 발명은 전자 통신 장비, 의료 장비 또는 군용 장비 등에 적용될 수 있는 무선 송수신 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송수신 모듈을 최소화시킨 광대역(Ultra Wide-Band, UWB) 무선 송수신 모듈에 관한 것이다.
현재, 기존의 무선 시스템과 주파수 스펙트럼을 공유함으로써, 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 UWB 무선 시스템이 등장하였다.
상기 UWB 무선 시스템은 RF(Radio Frequency) 반송파 대신 1㎱(Nano-second) 이하로 폭이 좁은 모노 펄스를 이용하여 정보를 전송하는 기술이다. 이러한 UWB 무선 시스템은, 펄스의 성질에 의해 광대역에 걸쳐 기저대역 잡음과 같이 낮은 전력 스펙트럼이 존재하기 때문에 현재 사용되고 있는 다른 무선 시스템에 간섭을 주지 않으며, 초광대역의 대역폭을 사용함으로써 일반적인 무선 시스템에 비하여 신호의 전송속도가 증가된다. 또한, UWB 무선 시스템은 기저대역 신호를 상향 변조 없이 안테나를 통해 직접 송신하고, 상기와 같이 송신된 신호를 직접 복조하기 때문에 송신장치 및 수신장치를 간소하게 구현할 수 있다.
따라서, UWB 무선 송수신은 근거리 무선 홈 네트워킹, GPR(Ground Penetrating Radar), 의료분야 등에 널리 활용된다.
도 1은 일반적인 UWB 무선 송수신 모듈을 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, UWB 무선 송수신 모듈은 고주파 신호를 송수신하는 광대역 안테나(110), 송수신 회로를 구성하기 위한 송수신 스위치(120), 해당 주파수 대역을 통과시키기 위한 여파기(130), 고주파 통신용 집적회로(140) 및 디지털 베이스밴드 처리용 집적회로(150)로 구성된다.
상기와 같은 UWB 무선 송수신기는 다른 무선 송수신기에 비하여 송수신기의 구조가 간단하여 낮은 비용으로 송수신기 제작이 가능하다는 장점이 있지만, 여전히 송수신기 모듈의 크기와 부피를 최소화하는 것이 무선 송수신 시스템이 안고 있는 과제이다.
다시말하면, UWB 무선 송수신기 모듈은 개별적인 부품 단위로 구성되어 있어 그 크기를 소형화하는 데 한계를 갖고 있다.
즉, UWB 무선 송수신 모듈의 광대역 안테나는 세라믹 또는 FR-4 재질로 구성된 판상형 타입으로 이루어져 있으며 스위치 및 여파기는 개별 부품 단위로 구성되어 있고, 고주파 송수신 집적회로 칩 및 베이스-밴드 집적회로 칩은 BGA(Ball Grid Array) 패키지 타입으로 구성되어 있다. 이러한 개별 부품의 연결을 위하여 PCB 상에 부품을 배치하여 모듈을 구성하기 때문에 소형화에 한계가 있으며, 또한 이러한 모듈을 경박 단소화된 전자제품에 채용하기에는 제약이 따르게 된다.
본 발명의 목적은, 광대역 안테나, 수동 부품등을 일체화시키고 통신용 집적 회로를 탑재함으로써, 그 크기와 부피를 초소형화 시키는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, UWB 송수신기 모듈을 초소형화 함으로써, 경박 단소화된 전자제품에 활용할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은,전파를 방사하거나 흡수하는 광대역 안테나, 송수신 전환을 위한 송수신 스위치, 일정 주파수대를 통과시키는 여파기, 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저 대역 처리를 위한 집적회로로 구성되는 UWB(Ultra Wide-Band) 무선 송수신 모듈에 있어서, 이종 재료 층으로 구성되며, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기판에 광대역 안테나, 수동 부품을 일체화시키고 집적회로를 탑재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈을 소형화 하기 위하여 이종 재료의 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic, LTCC) 기판을 사용하여 반도체 단일 패키지에 해당하는 크기에 상술한 안테나, 여파기 및 송수신용 스위치를 통신용 집적회로와 함께 탑재할 수 있도록 한다.
저온 동시 소성 세라믹 기술은 적층 세라믹 공정기술로서 저가이면서 우수한 특성을 갖는 RF/마이크로파 소자 및 패키지 제작시 사용되는 기술이며, 전자부품의 소형화 추세에 대응하여 개발되어온 기술로서 2차원 평면상에 제작되어온 소자를 다층의 세라믹 층을 적층하여 3차원으로 제작함으로서 부품의 소형화와 고기능화를 이룰 수 있는 기술이다.
일반적으로, 저온 동시 소성 세라믹의 제조 공정은 그린 테이프 제조 공정, 펀칭(Punching) 공정, 비아홀 필링(Filling) 및 인쇄(Printing) 공정, 압착 및 일체화 적층(Stacking & Lamination) 공정 및 소성(Sintering) 공정으로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈의 단일 패키지 형태를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈은 저온 동시 소성 세라믹 기판위에 광대역 안테나 적층부(210), 내부실장(Embedded)하기 위한 수동 부품 적층부(인덕터, 캐패시터, 필터, 220) 및 통신용 집적회로(240)가 탑재되는 집적회로부(230)로 구성되며, 각각의 층은 유전체로 구분되고 전극(260)으로 연결된다.
상기 광대역 안테나 적층부(210), 수동 부품 적층부(220) 및 집적 회로부(230)는 유전율이 상이한 이종 재료로 구분되어 구성된다.
상기의 이종 재료의 유전율은 상대유전율 값이 20 이상인 것을 특징으로 하는 고율전율 재료층과 상대유전율 값이 8 이하인 것을 특징으로 하는 저유전율 재료 층으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 유전율이 다른 이종 재료층은 저유전율층/ 고유전율층/저유전율층의 3층 구조로 이루어지는 것이 더욱 바람직하며 그 이유는 다음과 같다.
최상층부를 구성하는 저율전율은 주로 광대역 다층구조 판상형의 광대역 안테나를 구현하는데 사용되며, 이는 유전율이 낮은 경우 외부로의 전계 방출이 유전율이 높은 경우보다 용이하기 때문이다.
그리고, 고유전율 층은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판의 가운데층 부분을 구성하며, 이러한 이유는 도 1에 도시된 여파기(130) 및 송수신부를 내장 (Embedded)시키기 위함이다. 상대 유전 상수가 클 경우, 수동소자를 이루는 여파기, 인덕터, 캐패시터 등의 크기를 작게하여 내층화 집적도를 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 기판의 하층부는 주로 통신용 반도체 칩(고주파 통신용 집적회로 및 기저대역용 집적회로)을 탑재하고 이들의 배선 및 입출력 배선 패턴의 연결을 위하여 저유전율 재료층으로 구성된다. 이는 배선부의 기판 재질이 저유전 상수일 경우 배선 손실이 적어지고 고속데이터 처리 속도가 빨라지기 때문이다.
또한, 반도체용 집적회로 칩의 기판에 탑재시 많은 입출력 단자를 형성하기 위하여 모듈의 하단부에 BGA(Ball Grid Array) 형태의 전극 구조를 갖게하는 것이 바람직하다.
반도체 칩의 두께에 의하여 BGA 연결에 방해를 받을 수 있게 되기 때문에, 반도체 칩이 탑재되는 부분을 캐비티(Cavity) 형태로 형성하여 와이어 본딩(Wire Bonding) 및 플립 클립(Flip Chip) 형태로 연결할 수 있다. 외부환경으로부터 칩을 보호하기 위하여 봉지재(270)로 포팅(Potting) 또는 인캡슐레이션(Encapsulation) 하게된다. 이렇게 하면 전체 모듈의 두께를 증가시키지 않고 일반적인 반도체 패키지 형태로 초소형 UWB 무선 송수신 모률을 BGA 패키지 형태로 제조할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신기 모듈의 블럭도(300a)와 모식도(300b)를 대응시켜 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 광대역 안테나(310)은 평판형 안테나로 이루어지며 기판의 상층에 위치되어 진다. 송수신부(320)는 기판의 가운데층을 이루며 인덕터(미도시), 캐패시터(미도시), 여파기(320a) 및 송수신 스위치(320b)인 수동부품은 내부 실장된다. 집적회로부(330)는 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저대역 처리용 집적회로(330a)로 구성되며 기판의 하층에 내장된다.
각각의 층은 저율전율층, 고유전율층 및 저율전율층 순으로 구분되어 있으며, 은(Ag) 또는 구리(Cu)등의 금속재로 이루어진 전극(340)에 의해 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명에 따르면, 광대역 안테나, 수동 부품등을 일체화시키고 통신용 집적 회로를 탑재함으로써, 그 크기와 부피를 초소형화 시킬 수 있다.
또한, UWB 무선 송수신 모듈을 초소형화 함으로써, 경박 단소화된 전자제품에 활용할 수 있다.
도 1은 일반적인 UWB 무선 송수신 모듈을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신 모듈의 단일 패키지 형태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 UWB 무선 송수신기 모듈의 블럭도(300a)와 모식도(300b)를 대응시켜 도시한 것이다.
<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명>
110 ; 광대역 안테나 120 ; 송수신 스위치
130 ; 여파기 140, 150 ; 집적회로
210, 310 ; 광대역 안테나 적층부 220, 320 ; 수동부품 적층부
230, 330 ; 집적회로부
Claims (4)
- 전파를 방사하거나 흡수하는 광대역 안테나, 송수신 전환을 위한 송수신 스위치, 일정 주파수대를 통과시키는 여파기, 고주파 통신용 집적회로 및 디지털 기저 대역 처리를 위한 집적회로로 구성되는 UWB(Ultra Wide-Band) 무선 송수신 모듈에 있어서,이종 재료 층으로 구성되며, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 기판에 광대역 안테나, 수동 부품을 일체화시키고 집적회로를 탑재한 UWB 무선 송수신 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 이종 재료 층은 서로 다른 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 UWB 무선 송수신 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 이종 재료 층은 저유전율층, 고유전율층 및 저유전율층의 3층 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB 무선 송수신 모듈.
- 제3항에 있어서,상기 이종 재료 층의 고유전율 층은 상대유전율 값이 20 이상이고, 저유전율 층은 상대유전율 값이 8 이하인 것을 특징으로 하는 UWB 무선 송수신 모듈.
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