CSP(Chip Size Package)를 이용한 완전집적화 K/Ka 밴드 광대역 MMIC Chip Set 개발

윤영,Yun Young 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.1

본 논문에서는 CSP(Chip Size Package)를 이용하여 정합소자 및 모든 바이어스소자, ESD(Electrostatic Dis-charge) 보호소자를 MMIC상에 완전집적한 K/Ka밴드 광대역 MMIC chip set에 관하여 보고한다. CSP에 대해서는 이방성 도전필름인 ACF(Anisotropic Conductive Film)를 이용하였으며, 그 결과 MMIC 패키지 프로세스가 간략화 되었고, CSP MMIC의 저 가격화가 실현되었다. MMIC상에 집적하기 위한 DC 바이어스 용량소자로서는 고유전율의 $STO(SrTi_{3})$ 필름 커패시터가 이용되었으며, DC 피드소자와 ESD 보호소자로서는 LC 병렬회로가 사용되었다. 그리고, K/KA 밴드 광대역에 걸친 MMIC의 정합과 안정도를 위해서는 프리매칭회로와 RC 병렬회로가 이용되었으며, 제작된 CSP MMIC는 광대역(K/Ka) 밴드에서 양호한 RF 특성을 보였다. 본 논문은 K/Ka 밴드의 주파수 대역에 있어서의 완전집적화 CSP MMIC 칩셋에 관한 최초의 보고이다. In this work, we developed fully integrated broadband MMIC chip set employing CSP(Chip Size Package) for K/Ka band applications. By utilizing an ACF for the RF-CSP, the fabrication process for the packaged amplifier MMIC could be simplified and made cost effective. $STO(SrTi_{3})$ capacitors were employed to integrate the DC biasing components on the MMIC, and LC parallel circuits were employed for DC feed and ESD protection. A pre-matching technique and RC parallel circuit were used to achieve a broadband matching and good stability fer the amplifier MMIC in K/Ka band. The amplifier CSP MMIC exhibited good RF performance over a wide frequency range in K/Ka band. This work is the first report of a fully integrated CSP amplifier MMIC successfully operating in the K/Ka band.

Qualification of MMICs for the COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite) Ka Band Communications Transponder

Chang, Dong-Pil,Yom, In-Bok,Kwak, Chang-Soo,Oh, Seung-Hyeup 통신위성우주산업연구회 2006 Joint Conference on Satellite Communications Vol.2006 No.-

본 논문에서는 통신해양기상위성 Ka대역 위성통신중계기에 사용하기 위해 개발한 MMIC의 인증 시험에 대해 다루었다. 통신해양기상위성의 통신중계기에 사용될 Ka 대역 능동부품은 총 12 종의 MMIC를 이용하여 개발되었다. 12 종의 MMIC 중에는 저잡음 증폭기, 중전력 증폭기, 주파수 혼합기, 주파수 체배기, RF 스위치, 그리고 감쇄기 기능을 갖는 MMIC 들이 포함되어 있다. MMIC 의 제조 공정은 미국 NGST사의 $0.15 \mum$ GaAs pHEMT 공정을 이용하였다. 이 공정은 우주환경에서 사용하는 MMIC를 생산할수 이는 공정으로 인증되어있으며, 지난 수십년간 많은 관련 경험을 가지고 있다. 제작된 MMIC 의 우주환경 인증을 위한 검사와 시험이 수행되었다. 제작된 모든 MMIC 에 대하여 Visual Inspection을 수행하였으며, Wafer Lot Acceptance 판정을 위하여 SEM(Scanning Electron Microscope) Inspection을 수행하였다. MMIC의 동작 수명을 보증하기 위해 Test Fixture를 제작하여 $125^{\circ}C$의 온도에서 240시간 동안의 Burn-in 시험과 1000 시간 동안의 가속 수명 시험이 수행되었다. MMIC 부품의 성능 저하 또는 수명 단축의 가장 큰 요인인 pHEMT 의 채널온도 상승을 확인하기 위하여 적외선 온도 측정 시험과 유한요소법을 이용한 pHEMT의 채널 온도 해석을 수행하였다. This paper describes the MMIC product qualification of the Ka band satellite transponder for the COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite). Ka-band active equipment for the COMS communications transponder are being developed by using 12 kinds of MMICs which include low noise amplifiers, medium power amplifiers, frequency mixers, frequency multipliers, RF switch, and HEMT attenuator MMIC. Those MMICs had been fabricated at the MMIC production foundry of Northrop Grumman Space Technology (Velocium) qualified as the foundry to manufacture MMICs operating in the space environment and experienced in various space programs during past decades. For the MMIC product qualification, Visual inspection and SEM inspection had been performed, and burn-in test for 240 hours and accelerated life-test for 1000 hours had been done on test fixtures of individual MMIC products at $125^{\circ}C$. Additionally, infrared temperature scanning and finite element simulation were performed to analyze and confirm the channel temperature of semiconductor devices on several representatives of those MMIC products that is one of the most important factors in performance degradation and life reduction.

저잡음ㆍ저소비전력 특성을 가지는 위성방송 수신용 초소형 다운컨버터 MMIC

윤영(Young Yun) 한국항해항만학회 2003 한국항해항만학회지 Vol.27 No.4

본 논문에서는 0.2㎛ GaAs MODFET(modulation doped FET)를 이용하여 제작한 위성방송수신용 고성능 다운컨버터 MMIC에 관해서 보고한다. GaAs화합물 반도체 기판상에 제작된 본 논문의 고집적 다운컨버터 MMIC는 싱글 밸런스 믹서, IF증폭기, 액티브형 버룬, 그리고 국부 발진기 주파수 (LO) 신호의 누설전력 억제용 필터까지 한 칩에 내장하고 있다. 저잡음특성을 실현하기 위해서, 믹서의 소스부에 소스인덕터가 접속된 소스인덕터 피드백 회로형태의 믹서를 이용하였으며, 그 결과 잡음지수 4.8 ㏈의 초저잡음 다운컨버터 MMIC가 실현되었다. 이는 종래의 위성방송 수신용 다운컨버터 MMIC의 잡음지수보다 3㏈정도 낮은 수치이다. 그라고, 소비전력을 줄이기 위해 믹서에 대해서 저LO입력 전력 설계를 수행하였고, 그 결과 믹서의 LO신호 입력부에 위치하는 LO 증폭기가 불필요하게 되었다. 이로인해 본 논문의 다운컨버터 MMIC에 대해서 175 ㎽ (동작전압:5V, 소비전류:35㎃)의 저소비전력 특성을 얻을 수 있었으며, 이는 종래의 위성방송 수신용 다운컨버터 MMIC의 소비전력의 70%에 해당한다. 더욱이, IF신호 출력단에서의 LO신호 누설전력을 억제하기 위해서, 스파이럴 인덕터 필터가 본 논문의 MMIC에 내장되었다. 그리고, 다운컨버터 MMIC칩의 면적을 줄이기 위해, 믹서의 입력부의 X밴드 입력정합회로로서 MMIC 패키지 내부의 본딩 와이어를 이용하였다. 그 결과, 0.84×0.9 ㎟의 초소형 MMIC가 제작되었다. 본 논문의 MMIC칩 면적은 종래의 위성방송 수신용 MMIC의 50%이하이다. In this work, using 0.2 ㎜ GaAs modulation doped FET (MODFET), a high performance DBS downconverter MMIC was developed for direct broadcasting satellite (DBS) applications. Without LNA, the downconverter MMIC showed a very low noise of 4.8 ㏈, which is lower by 3 ㏈ than conventional ones. A low LO power of -10 ㏈m was required for the normal DBS operation of the downconverter MMIC, which reduced the power consumption via a removal of LO amplifier on MMIC. It required only a low power consumption of 175 ㎽, which is lower than 70 percent of conventional ones. The LO leakage power at IF output was suppressed to a lower level than 30 ㏈m, which removes a bulky LO rejection filter on a board. The fabricated chip, which include a mixer, IF amplifiers, LO rejection filter, and active balun, exhibited a small size of 0.84×0.9 ㎟.

ETRI 0.25μm GaN MMIC 공정 및 X-대역 전력증폭기 MMIC

이상흥,김성일,안호균,이종민,강동민,김동영,김해천,민병규,윤형섭,조규준,장유진,이기준,임종원,Lee, Sang-Heung,Kim, Seong-Il,Ahn, Ho-Kyun,Lee, Jong-Min,Kang, Dong-Min,Kim, Dong Yung,Kim, Haecheon,Min, Byoung-Gue,Yoon, Hyung Sup,Cho, Kyu Jun,Ja 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.1

본 논문에서는 한국전자통신연구원(ETRI)에서 구축한 $0.25{\mu}m$ GaN MMIC 공정 및 소자특성을 소개하고, 이를 이용한 X-대역 3 W GaN 전력증폭기 MMIC 설계 제작 결과를 논의한다. X-대역 동작에 적합한 GaN HEMT 소자를 선정하여 GaN 전력증폭기 MMIC를 1단으로 설계하고 제작하였으며, 이를 통하여 ETRI $0.25{\mu}m$ GaN MMIC 공정 및 특성을 평가하고 분석하였다. X-대역 GaN 전력증폭기 MMIC 제작 결과, 출력전력 3.5 W, 이득 10 dB 및 전력부가효율 35 % 특성을 얻었다. In this paper, ETRI's $0.25{\mu}m$ GaN MMIC process is introduced and the fabricated results of X-Band 3 W power amplifier MMIC are discussed. The one-stage X-Band 3 W power amplifier MMIC using the $0.25{\mu}m$ GaN MMIC devices has been designed and fabricated. From the fabricated GaN MMIC, the characteristics of the $0.25{\mu}m$ GaN MMIC process and devices are evaluated and analyzed. The X-band power amplifier MMIC shows output power of 3.5 W, gain of 10 dB, and power-added efficiency of 35 %.

새로운 형태의 CSP를 이용한 완전 집적화 Ku/K밴드 광대역 증폭기 MMIC

윤영(Young YUN) 한국항해항만학회 2003 한국항해항만학회지 Vol.27 No.2

본 논문에서는 새로운 형태의 CSP (chip size package)를 이용하여 정합소자 및 바이어스소자를 MMIC상에 완전집적한 Ku/K밴드 광대역 증폭기 MMIC에 관하여 보고한다. 새로운 형태의 CSP에 대해서는 이방성 도전필름인 ACF (anisotropic conductive film)을 이용하였으며, 그 결과 MMIC 패키지 프로세스가 간략화 되었고, CSP MMIC의 저 가격화가 실현되었다. MMIC상에 집적하기 위한 DC 바이어스 용량소자로서는 고유전율의 STO (SrTiO3) 필름 커패시터가 이용되었다. 제작된 CSP MMIC는 광대역 RF동작특성 (12-24 ㎓에서 12.5±1.5 ㏈의 이득치, -6 ㏈ 이하의 반사계수, 18.5±1.5 ㏈m의 P1㏈)을 보였다. 본 논문은 K 또는 Ku 밴드의 주파수대역에 있어서의 완전집적화 CSP MMIC에 관한 최초의 보고이다. In this work, we used a novel RF-CSP to develop a broadband amplifier MMIC, including all the matching and biasing comporents, for Ku and K band applications. By utilizing an ACF for the RF-CSP, the fabrication process for the packaged amplifier MMIC could be simplified and made cost effective. STO (SrTiO3) capacitors were employed to integrate the DC biasing components on the MMIC. A pre-matching technique was used for the gate input and drain output of the FETs to achieve a broadband design for the amplifier MMIC. The amplifier CSP MMIC exhibited good RF performance (Gain of 12.5±1.5 ㏈, return loss less than -6 ㏈, P1㏈ of 18.5±1.5 ㏈m) over a wide frequency range. This work is the first report of a fully integrated CSP amplifier MMIC successfully operating in the Ku/K band.

ETRI 0.25 ㎛ GaN MMIC 공정 및 X-대역 전력증폭기 MMIC

이상흥(Sang-Heung Lee),김성일(Seong-Il Kim),안호균(Ho-Kyun Ahn),이종민(Jong-Min Lee),강동민(Dong-Min Kang),김동영(Dong Yung Kim),김해천(Haecheon Kim),민병규(Byoung-Gue Min),윤형섭(Hyung Sup Yoon),조규준(Kyu Jun Cho),장유진(Yoo Jin Ja 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.1

본 논문에서는 한국전자통신연구원(ETRI)에서 구축한 0.25 ㎛ GaN MMIC 공정 및 소자특성을 소개하고, 이를 이용한 X-대역 3 W GaN 전력증폭기 MMIC 설계 · 제작 결과를 논의한다. X-대역 동작에 적합한 GaN HEMT 소자를 선정하여 GaN 전력증폭기 MMIC를 1단으로 설계하고 제작하였으며, 이를 통하여 ETRI 0.25 ㎛ GaN MMIC 공정 및 특성을 평가하고 분석하였다. X-대역 GaN 전력증폭기 MMIC 제작 결과, 출력전력 3.5 W, 이득 10 ㏈ 및 전력부가효율 35 % 특성을 얻었다. In this paper, ETRI"s 0.25 ㎛ GaN MMIC process is introduced and the fabricated results of X-Band 3 W power amplifier MMIC are discussed. The one-stage X-Band 3 W power amplifier MMIC using the 0.25 ㎛ GaN MMIC devices has been designed and fabricated. From the fabricated GaN MMIC, the characteristics of the 0.25 ㎛ GaN MMIC process and devices are evaluated and analyzed. The X-band power amplifier MMIC shows output power of 3.5 W, gain of 10 ㏈, and power-added efficiency of 35 %.

W-대역 전력증폭 및 저잡음증폭 MMIC의 국내개발 및 모듈 제작 결과

김완식,이주영,김영곤,유경덕,김종필,서미희,김소수,Kim, Wansik,Lee, Juyoung,Kim, Younggon,Yu, Kyungdeok,Kim, Jongpil,Seo, Mihui,Kim, Sosu 한국인터넷방송통신학회 2021 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.21 No.3

소형 레이더 센서에 적용할 목적으로 W-대역의 핵심부품인 전력증폭 MMIC 칩 및 스위치 및 저잡음 증폭 MMIC 통합 칩을 국내설계하고 각각 OMMIC사의 60nm GaN 공정과 Winsemi.사의 0.1㎛ GaAs pHEMT 공정으로 제작하고 이를 모듈화하였다. 국내개발 MMIC 중에서 W-대역 전력증폭 MMIC는 송신모듈로 제작후 출력 값 27.7 dBm로 측정되었고, 스위치와 저잡음증폭 통합 MMIC는 수신모듈로 제작후 잡음지수는 9.17 dB로 분석 결과와 근사한 측정 결과를 보였다. 또한 온도 시험을 통해서 그 결과를 분석하였는데 송신모듈은 고온에서 상온과 출력에서 1.6 dB 편차를 보였고 수신모듈은 고온과 저온 모두 포함하여 2.7 dB의 편차를 보였으나 상온과 비교하여서는 1.4 dB 상승하였다. 온도시험까지를 포함하는 결과를 확인한 바와 같이 소형 레이더 센서의 송수신기에 W-대역 국내 개발 MMIC 칩을 적용 가능할 것으로 판단된다. For the purpose of Application to the small radar sensor, the MMIC Chips, which are the core component of the W-band, was designed in Korea according to the characteristics of the transceiver and manufactured by 60nm GaN and 0.1㎛ GaAs pHEMT process. The output power of PA is 28 dBm at center frequency of W-band and Noise figure is 6.7 dB of switch and LNA MMIC. Output power and Noise figure of MMIC chips developed in domestic was applied to the transmitter and receiver module through W-band waveguide low loss transition structure design and impedance matching to verify the performance after the fabrication are 26.1~27.7 dBm and 7.85~10.57 dB including thermal testing, and which are close to the analysis result. As a result, these are judged that the PA and Switch and LNA MMICs can be applied to the small radar sensor.

MMIC 기반 Ka대역 주파수합성기 및 수신기 개발

서미희,정해창,나경일,김소수 한국인터넷방송통신학회 2023 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.23 No.1

In this paper, the frequency synthesis(FS) MMIC and the receive MMICs were developed for a Ka-band compact radar. Also a compact Ka-band frequency synthesizer and a receiver were developed based on those MMICs. The FS MMIC and the wireless-receiver(WR) MMIC to receive the baseband frequency were manufactured by a 65 nm CMOS process and the front-end(FE) MMIC to receive the Ka-band frequency was manufactured by a 150 nm GaN process. Linear frequency modulation waveform and pulse waveform for the transmit signal were measured by output signal of frequency synthesizer. The measured performance of developed receiver including the FE MMICs and the WR MMIC were ≧ 80 dB gain, ≦ 6 dB noise figure and ≧ 10 dBm at OP1dB. The measurement results of the developed frequency synthesizer and the receiver including the manufactured MMICs showed that they could be applied to Ka-band compact radar.

국내개발 MMIC칩을 적용한 W-Band 송수신모듈 개발

김완식 한국인터넷방송통신학회 2017 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.17 No.2

저잡음 증폭기, 믹서, 로컬 증폭기와 온도보상회로를 포함하는 다채널 수신 블록이 단일 MMIC 칩으로 설계 및 제작되었다. 이 국내개발 MMIC 칩을 송수신 모듈내에 장착하고 제작하여 송수신 모듈의 잡음지수와 변환이득 등 을 측정하였으며, 또한 상용 칩을 장착하여 제작한 송수신모듈의 측정 결과와 이를 비교하였다. 결과적으로 국내개발 MMIC 칩을 이용한 송수신모듈이 상용 MMIC 칩을 이용한 송수신 모듈보다 잡음지수 및 평탄도 등에서 국내 개발 칩이 더 변환이득 특성이 좋으며, 채널당 이득 차이는 각각 0.5dB과 1.5dB이고 위상 차이는 각각 1.06도와 3.93도로 비교적 국내 개발 칩이 우수한 특성을 보였다. The dual-channel receiver MMIC which is composed of LNA, Mixer, LO-amp and temperature compensation circuit is designed on a single chip. For the performance comparison, a FMCW radar transceiver module using commercial MMICs is also implemented. As a result, Multi-channel Transceiver using manufactured MMIC shows an improved performance such as noise figure and gain flatness compare to purchased MMIC.

MMIC 응용을 위한 초소형 능동형 90^∘ 전력 결합기

박영배,윤영,Park, Young-Bae,Yun, Young 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.9

This paper proposes the highly miniaturized active $90^{\circ} power combiner for application to MMIC. Conventional passive $90^{\circ} power combiners can't be integrated on MMIC because of their very larger size. Therefore, the highly miniaturized $90^{\circ} power combiners are required for a development of highly integrated MMIC. For this paper, the highly miniaturized active $90^{\circ} power combiner employing InGaP/GaAs HBT was fabricated on GaAs substrate for application to highly integrated MMIC. A size of fabricated active $90^{\circ} power combiner was $2.42{\times}1.05$ mm, which was 2.2 % of conventional passive $90^{\circ} power combiner. The fabricated active $90^{\circ} power combiner showed a gain characteristic about 10 dB and a good phase-difference coupling characteristic of $-92.6^{\circ} than conventional passive $90^{\circ} power combiner at 2.4 GHz. The highly miniaturized active $90^{\circ} power combiner exhibited good RF performances comparable to conventional passive $90^{\circ} power combiners. This work is the first report of an active $90^{\circ} power combiner. 본 논문에서는 MMIC 응용을 위한 초소형화된 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기를 제안한다. 기존의 수동형 $90^{\circ} 전력 결합기는 매우 큰 크기 때문에 MMIC 상에 집적되어질 수가 없다. 따라서 초소형화된 $90^{\circ} 전력 결합기는 고집적된 MMIC의 개발을 위해 요구되어진다. 본 논문을 위해서 InGaP/GaAs HBT를 이용한 초소형화된 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기는 고집적된 MMIC 응용을 위해 GaAs 기판 상에 제작하였다. 제작된 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기의 크기는 $2.42{\times}1.05$ mm이며, 이는 기존의 수동형 $90^{\circ} 전력 결합기의 약 2.2 % 정도의 크기였다. 제작된 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기는 2.4 GHz에서 기존의 수동형 $90^{\circ} 전력 결합기보다 약 10 dB의 이득 특성과 $-92.6^{\circ}의 양호한 위상차 결합 특성을 보였다. 초소형화된 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기는 기존의 수동형 $90^{\circ} 전력 결합기들에 비해서 좋은 RF 성능을 나타내었다. 본 논문은 능동형 $90^{\circ} 전력 결합기에 대한 최초의 보고이다.