Journal of the Microelectronics and Packaging Society

본 논문에서는 Bare-die Chip 형태의 Drive amplifier를 Ajinomoto Build-up Film (ABF)와 FR-4로 구성된 PCB 에 내장함으로써 28 GHz 대역 모듈에서 적용될 수 있는 내장형 능동소자 모듈을 구현하였다. 내장형 모듈에 사용된 유 전체 ABF는 유전율 3.2, 유전손실 0.016의 특성을 가지고 있으며, Cavity가 형성되어 Drive amplifier가 내장되는 FR4는 유전율 3.5, 유전손실 0.02의 특성을 가진다. 제안된 내장형 Drive amplifier는 총 2가지 구조로 공정하였으며 측정을 통 해 각각의 S-Parameter특성을 확인하였다. 공정을 진행한 2가지 구조는 Bare-die Chip의 패드가 위를 향하는 Face-up 내 장 구조와 Bare-die Chip의 패드가 아래를 향하는 Face-down내장 구조이다. 구현한 내장형 모듈은 Taconic 사의 TLY-5A (유전율 2.17, 유전손실 0.0002)를 이용한 테스트 보드에 실장 하여 측정을 진행하였다. Face-down 구조로 내장한 모듈은 Face-up 구조에 비해 Bare-die chip의 RF signal패드에서부터 형성된 패턴까지의 배선 길이가 짧아 이득 성능이 좋을 것 이라 예상하였지만, Bare-die chip에 위치한 Ground가 Through via를 통해 접지되는 만큼 Drive amplifier에 Ground가 확 보되지 않아 발진이 발생한다는 것을 확인하였다. 반면 Bare-die chip의 G round가 부착되는 PCB의 패턴에 직접적으로 접지되는 Face-up 구조는 25 GHz에서부터 30 GHz까지 약 10 dB 이상의 안정적인 이득 특성을 냈으며 목표주파수 대역 인 28 GHz에서의 이득은 12.32 dB이다. Face-up 구조로 내장한 모듈의 출력 특성은 신호 발생기와 신호분석기를 사용하 여 측정하였다. 신호 발생기의 입력전력(Pin)을 -10 dBm에서 20 dBm까지 인가하여 측정하였을 때, 구현한 내장형 모듈 의 이득압축점(P1dB)는 20.38 dB으로 특성을 확인할 수 있었다. 측정을 통해 본 논문에서 사용한 Drive amplifier와 같은 Bare-die chip을 PCB에 내장할 때 Ground 접지 방식에 따라 발진이 개선된다는 것을 검증하였으며, 이를 통해 Chip Faceup 구조로 Drive amplifier를 내장한 모듈은 밀리미터파 대역의 통신 모듈에 충분히 적용될 수 있을 것이라고 판단된다.
In this paper, by embedding a bare-die chip-type drive amplifier into the PCB composed of ABF and FR- 4, it implements an embedded active device that can be applied in 28 GHz band modules. The ABF has a dielectric constant of 3.2 and a dielectric loss of 0.016. The FR-4 where the drive amplifier is embedded has a dielectric constant of 3.5 and a dielectric loss of 0.02. The proposed embedded module is processed into two structures, and S-parameter properties are confirmed with measurements. The two process structures are an embedding structure of face-up and an embedding structure of face-down. The fabricated module is measured on a designed test board using Taconic’s TLY- 5A(dielectric constant : 2.17, dielectric loss : 0.0002). The PCB which embedded into the face-down expected better gain performance due to shorter interconnection-line from the RF pad of the Bear-die chip to the pattern of formed layer. But it is verified that the ground at the bottom of the bear-die chip is grounded Through via, resulting in an oscillation. On the other hand, the face-up structure has a stable gain characteristic of more than 10 dB from 25 GHz to 30 GHz, with a gain of 12.32 dB at the center frequency of 28 GHz. The output characteristics of module embedded into the face-up structure are measured using signal generator and spectrum analyzer. When the input power (Pin) of the signal generator was applied from -10 dBm to 20 dBm, the gain compression point (P1dB) of the embedded module was 20.38 dB. Ultimately, the bare-die chip used in this paper was verified through measurement that the oscillation is improved according to the grounding methods when embedding in a PCB. Thus, the module embedded into the face-up structure will be able to be properly used for communication modules in millimeter wave bands.

Keywords Embedding, Face-up, Face-down, Active device, 28 GHz