[논문]24 GHz 대역을 위한 LTCC 기판 적용된 수동소자 구현

이지연; 유종인; 최세환; 이재영

doi:10.6117/kmeps.2021.28.2.081

24 GHz 대역을 위한 LTCC 기판 적용된 수동소자 구현
Implementation of Passive Elements Applied LTCC Substrate for 24-GHz Frequency Band 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.28 no.2, 2021년, pp.81 - 88

이지연 (한국전자기술연구원 ICT.디바이스패키징연구센터) , 유종인 (한국전자기술연구원 ICT.디바이스패키징연구센터) , 최세환 (한국전자기술연구원 ICT.디바이스패키징연구센터) , 이재영 (한국전자기술연구원 ICT.디바이스패키징연구센터)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판을 적용하여 24 GHz 대역 회로에서 활용될 수 있는 수동소자 라이브러리를 구현하였다. 회로에서 사용 목적에 따라 큰 용량 값의 수동소자가 필요하며, 기본 구조인 전극 커패시터와 Spiral 구조 인덕터로 설계할 수 있지만, SRF(Self-Resonant Frequency)가 사용 주파수인 24 GHz 보다 낮아 고주파 영역에서는 활용이 불가능하다. 이러한 주파수 한계를 해결하기 위해, DC와 고주파 영역 사용 수동소자를 분류하여 제안하였다. 기본 구조는 DC와 같은 1~2 GHz 미만의 낮은 주파수 사용에 적합하다. 24 GHz 대역인 고주파용으로는 마이크로스트립 λ/8 길이 stub 구조를 제안하였고, open 및 short stub 구조는 각각 커패시터 및 인덕터로 동작하고, stub 고유의 임피던스 값을 가진다. 여기서 임피던스 계산식을 통해 수동소자 용량 값을 얻을 수 있다. 본 논문에서 고안한 수동소자는 유전율 7.5인 LTCC 기판으로 제작하고 측정하여, DC 사용 기본 구조 커패시터와 인덕터는 각각 2.35~30.44 pF, 0.75~5.45 nH 용량의 라이브러리를 구성하였다. 고주파 영역에서 사용 가능한 stub 구조의 커패시터와 인덕터는 각각 0.44~2.89 pF, 0.71~1.56 nH 으로 라이브러리를 구축하였다. 측정을 통해 용량 값을 다양화하는 방법을 검증하였으므로 더욱 세분화된 라이브러리를 구현할 수 있으며, 사용 주파수 24 GHz 대역의 레이더 모듈에서 다층 기판동작 회로와 집적화할 수 있는 수동소자의 대안이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, by applying LTCC substrate, the library of the passive elements is implemented. And it can be used in 24 GHz circuits. Depending on how to use it to the circuit, it is required large value by designing the basic structures such as electrode capacitor and spiral inductor. However they are not available in high-frequency domain, because their SRF(Self-Resonant Frequency) is lower than the frequency of 24-GHz. By solving the limit, this paper devised passive elements classified for the DC and the high-frequency domain. The basic structure is suitable for low frequency under 1~2 GHz like DC. The microstrip λ/8 length stub structure is proposed to use for high-frequency like 24-GHz. The open and short stub structure operate as a capacitor and inductor respectively, also they have their impedances. Through their impedances, we can extract the value with the impedance-related equation. In this paper, the proposed passive elements are produced with the permittivity 7.5 LTCC substrate, the basic structure which are available in the DC constituted a library of capacitance of 2.35 to 30.44 pF and inductance of 0.75 to 5.45 nH, measured respectively. The stub structure available in the high-frequency domain were built libraries of capacitance of 0.44 to 2.89 pF and inductance of 0.71 to 1.56 nH, calculated respectively. The measurements have proven how to diversify value, so libraries can be built more variously. It will be an alternative to the passive elements that it is possible to integrate with the operation circuit of radar module for the frequency 24-GHz.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1. Layer configurations of LTCC substrate. The height of substrate is (a) 100 μm. (b) 200 μm. (c) 400 μm. (d) 800 μm.
표 Table 1. Characteristics of materials.
그림 Fig. 2. Basic capacitor structures. (a) A capacitor with 2 electrodes. (b) A capacitor with 4 electrodes.
그림 Fig. 3. Top view of basic capacitor structure.
그림 Fig. 4. Capacitance result simulated according to frequency under designed 1 pF and 3 pF.
그림 Fig. 5. λ/8-length open stub structure. (a) Full view of λ/8-length open stub. (b) Top view of λ/8-length open stub.
그림 Fig. 7. Basic inductor structures. (a) 2-layer spiral structure design. (b) 3-layer spiral structure design. (c) Top view of 2-layer design. (d) Top view of 3-layer design.
그림 Fig. 6. Smith chart results simulated of 50Ω microstrip and λ/8- length open stub.
그림 Fig. 8. Inductance result simulated according to frequency under designed 5 nH and 10 nH.
그림 Fig. 9. λ/8-length short stub structure. (a) Full view of λ/8-length short stub. (b) Top view of λ/8-length short stub.
그림 Fig. 10. Smith chart results simulated of 50Ω microstrip and λ/8- line short stub.
그림 Fig. 11. Experimental setup. (a) Equipment configuration diagram. (b) A vector network analyzer connected with probe tips through coaxial cables.
그림 Fig. 12. A sample of basic capacitor structure applied LTCC substrate. (a) 2D CAD of capacitor with 4 electrodes. (b) A LTCC sample of capacitor with 4 electrodes.
그림 Fig. 14. Measurement data plotted of capacitors. (a) A basic capacitor structure of 2.35 pF (@100 MHz). (b) λ/8-line open stub structure of 0.64 pF (@24 GHz) from − j0.209Ω normalized.
그림 Fig. 13. A sample of λ/8-line open stub structure applied LCP substrate. (a) 2D CAD of λ/8-line open stub. (b) A LCP sample of λ/8-line open stub.
표 Table 2. Capacitor library measured from basic structures (with 4 electrodes) for DC domain use.
그림 Fig. 15. A samples of basic inductor structures applied LTCC substrate. (a) 2D CAD of 1-layer design. (b) A LTCC sample of 1-layer design. (c) 2D CAD of 2-layer design. (d) A LTCC sample of 2-layer design. (e) 2D CAD of 3-layer design. (f) A LTCC sample of 3-layer design.
그림 Fig. 16. A sample of λ/8-line short stub structure applied LTCC substrate. (a) 2D CAD of λ/8-line short stub. (b) A LTCC sample of λ/8-line short stub.
표 Table 3. Capacitor library measured from λ/8-length open stub for high frequency domain use.
표 Table 4. Inductor library measured from basic structures (spiral) for DC domain use.
표 Table 5. Inductor library measured from λ/8-length short stub for high frequency domain use.
그림 Fig. 17. Measurement data plotted of inductors. (a) A basic inductor structure of 4.23 nH (@100 MHz). (b) λ/8-line short stub structure of 1.45 nH (@24 GHz) from j4.370Ω normalized.

참고문헌 (4)

Y. Lee, J. Ryu, D. Kim, J. Kim, J. Park and N. Kang, "Implementation of Front End Module for 2.4GHz WLAN Band(in Korean)", J. Microelectron. Packag. Soc., 15(1), 19(2008).
A. Sutono, D. Heo, Y. E. Chen and J. Laskar, "High-Q LTCCbased passive library for wireless system-on-package (SOP) module development", the IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 49(10), 1715(2001).

상세보기
J. Lee, J. Ryu, S. Choi and J. Lee, "Implementation of Capacitor and Inductor Applied LCP Substrate for 35-GHz frequency band(in Korean)", J. Microelectron. Packag. Soc., 27(4), 27(2020).
E. Hammerstad and O. Jensen, "Accurate Models for Microstrip Computer-Aided Design", IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 407(1980).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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