28 GHz 대역 LTCC기반의 다층기판 기술을 활용하여 5G 이동통신에서 사용가능한 초소형 대역통과필터를 설계함
- LTCC는 수동소자의 내장이 가능하여 모듈의 소형화와 저가격화가 가능하여 마이크로파 대역의 부품과 패키징에 사용되고 있으나 밀리미터파 대역에서는 국내의 업체의 밀리미터파 대역 설계기술이 부족하여 응용에 제한을 받고 있음.
- 특히 LTCC 기술은 다층기판을 활용하기 때문에 대역통과필터와 같은 수동소자의 제작에 활용하는 경우 소자의 크기를 획기적으로 줄여줄 수 있음.
- 5G 무선통신 기술은 Sub-6 GHz 대역 및 밀리미터파 대역을 사용하는 무선통신기술로 기존에 비해 20배 이상 빠른 초고속성, 지연이 10배 짧아진 저지연성, 연결기기가 10배 많은 ‘초연결성’등의 장점이 있어 2020년부터 이미 Sub-6 GHz 대역은 상용화 되어 시장에서 사용되고 있으며, 28 GHz 이상의 밀리미터파를 사용한 무선기기의 상용화를 위한 연구 또한 활발히 진행 중임.
- 5G 무선통신 부품의 핵심 부품 기술로 5G 통신소자용 PCB, RF 필터, 안테나등이 있으며, 사물인터넷, 이동통신, 자율주행 자동차등의 높은 수요에 맞물려 그 시장이 급속도로 성장하고 있고, RF 필터등은 2023년 기준 200억 달러 이상 시장규모로 성장세를 이룰 것으로 예측됨.
- LTCC 기술을 28GHz 대역의 대역통과필터 제조에 적용하면 세라믹 기판의 우수한 전기적 특성과 다층기판 기술의 장점을 활용하여 초소형 저손실 필터의 제작이 가능
- ETRI에서 개발한 밀리미터파 대역통과필터 기술을 산업체에 적용하여 국내 LTCC 산업의 밀리미터파 대역 모듈 및 패키징 제품의 생산기반을 확립하고 이를 기반으로 밀리미터파 대역 제품의 상용화하여 국내수요를 대체하고 해외시장에 진출하고자 함.
- 국내의 LTCC 산업 활성화를 통해서 밀리미터파 대역 부품 산업 기반을 조성함
- LTCC 기술은 밀리미터파 대역에서 기존의 FR4기반의 소재보다 우수한 유전 특성을 가지는 세라믹 다층 기판을 활용하여 밀리미터파 대역에서 저손실 특성을 가지며, 저항, 커패시터, 인덕터 등의 수동 부품을 기판 내부에 실장이 가능한 SiP(System in Package) 형태로 모듈의 소형화를 추진하여야 제품이 경쟁력이 있음
- LTCC 기술은 세라믹 기반의 기판을 이용하는 것으로 기존의 폴리머 기판에 비해서 유전율이 높기 때문에 필터를 구성하는 공진기의 크기를 줄일 수 있으며 다층기판을 사용하므로 공진기를 여러층에 적층이 가능하여 소자의 소형화에 유리.
- 주파수가 밀리미터파 대역으로 증가하면서 소자의 소형화가 가능해지고 또한 필터를 패키지를 집적하는 System-in-package 형태의 모듈제작이 가능해져서 전체 모듈의 소형화 및 저가격화가 가능
-IDT (interdigital transduver) 형태의 공진기를 활용하여 사분의 일 파장길이의 공진기를 활용하므로 필터의 크기를 줄일 수 있음.
- IDT 공진기 내부에 대역차단용 전송선로 공진기를 위치시켜서 통과대역 주변의 주파수 차단 특성을 향상 시킬수 있음.
- IDT 공진기를 평면이 아니라 3차원으로 배열하여 필터의 크기를 소형화 할 수 있음
28 GHz 대역 LTCC기반 대역통과필터 설계 기술
- 설계용 기판 물성: 유전율:5.8, tan?: 0.002 (기술이전 업체보유 기판)
- 설계된 대역통과필터 크기 < 2.5x2.0x1.0 mm3
- VSWR @26.5 ~ 29.5GHz : < 2
- Insertion Loss @26.5 ~ 29.5GHz : < 2dB
28 GHz 대역 LTCC기반 대역통과필터 설계 기술
- 28 GHz 대역 LTCC기반 초소형 대역통과필터 설계 기술 (마스크 도면)
- 28 GHz 대역 LTCC기반 초소형 대역통과필터 구조 특허
- 28 GHz 대역 LTCC기반 대역통과필터 시험결과서
- 관련 기술문서 (TM/TDP)
- LTCC기반 28GHz대역 5G용 대역통과필터의 상용화를 통해 본격적인 국내 밀리미터파 대역 5G 서비스 활성화에 기여하고 적용 주파수 대역을 확대하여 해외 시장에 수출이 가능
- 28GHz 대역뿐만 아니라 24GHz, 38GHz 등의 통신 대역과 기타 밀리미터파 대역으로 제품을 확장하여 상용화 가능