Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Three Dimensional Implementation of Intelligent Transportation System Radio Frequency Module Packages with Pad Area Array

PAA(Pad Area Array)을 이용한 ITS RF 모듈의 3차원적 패키지 구현

  • Jee, Yong (Department of Electronic Engineering, College of Engineering, Sogang University) ;
  • Park, Sung-Joo (Department of Electronic Engineering, College of Engineering, Sogang University) ;
  • Kim, Dong-Yong (Department of Electronic Engineering, College of Engineering, Sogang University)
  • 지용 (서강대학교 전자공학과) ;
  • 박성주 (서강대학교 전자공학과) ;
  • 김동영 (서강대학교 전자공학과)
  • Published : 2001.01.01
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Abstract

This paper presents three dimensional structure of RF packages and the improvement effect of its electrical characteristics when implementing RF transceivers. We divided RF modules into several subunits following each subunit function based on the partitioning algorithm which suggests a method of three dimension stacking interconnection, PAA(pad area array) interconnection and stacking of three dimensional RF package structures. 224MHz ITS(Intelligent Transportation System) RF module subdivided into subunits of functional blocks of a receiver(RX), a transmitter(TX), a phase locked loop(PLL) and power(PWR) unit, simultaneously meeting the requirements of impedance characteristic and system stability. Each sub­functional unit has its own frequency region of 224MHz, 21.4MHz, and 450KHz~DC. The signal gain of receiver and transmitter unit showed 18.9㏈, 23.9㏈. PLL and PWR modules also provided stable phase locking, constant voltages which agree with design specifications and maximize their characteristics. The RF module of three dimension stacking structure showed $48cm^3$, 76.9％ reduction in volume and 4.8cm, 28.4％ in net length, 41.8$^{\circ}C$, 37% in maximum operating temperature, respectively. We have found that three dimensional PAA package structure is able to produce high speed, high density, low power characteristics and to improve its functional characteristics by subdividing RF modules according to the subunit function and the operating frequency, and the features of physical volume, electrical characteristics, and thermal conditions compared to two dimensional RF circuit modules.

본 논문에서는 RF 회로의 3차원 적층 구조를 설계하고 RF 회로의 특성개선 효과를 살펴보았다. 3차원적 RF 회로를 구현하기 위하여 분할 설계 기준을 제안하였으며 이에 따라 RF 회로를 기능별, 동작 주파수별로 분할하여 구현하였다. 분할된 하위 모듈을 3차원으로 적층 연결할 수 있도록 PAA 입출력 단자구조를 이용하여 3차원 형태의 ITS RF 시스템을 제작하였다. 이에 따라 아날로그 신호와 디지털 신호, DC 전원이 혼재되어 있는 ITS(지능형 교통관제 시스템) 224MHz RF 모듈을 구성되는 회로를 특성 임피던스 정합과 시스템의 동작 안정도를 고려하여, 기능별로는 송신부, 수신부, PLL(Phase Locked Loop)부, 전원부로 분할하였고 주파수별로는 224MHz, 21.4MHz, 및 450kHz~DC의 주파수 대역으로 분할하여 설계하였다. RF 회로 모듈을 구현하는 과정에서 224MHz 대역에서 동작하는 송신부와 수신부 증폭회로는 설계치와 일치하는 18.9㏈, 23.9㏈의 이득, PLL부와 전원부는 위상 고정, 정전원 입력의 동작특성을 최대화시킬 수 있었다. 3차원 구조의 RF 모듈은 2차원의 평면구조의 단일 기판 구성방법과 비교하여 부피 및 배선길이에서 각각 76.9％, 28.4％를 감소시킨 $48cm^3$, 1.8cm를 나타내었고, 열적 성분인 최고 동작 온도특성은 37% 감소한 $41.8^{\circ}C$를 나타났다. PAA형 3차원 적층 구조는 고속 고밀도 저전력의 특성을 가지며, 저비용으로 구현할 수 있으며 RF 주파수 영역에서 각 모듈을 기능별, 주파수별로 모듈화해 제품의 기능을 가변적으로 변화시켜줄 수 있음을 알 수 있었고, RAA 형태의 입출력 단자로 연결함으로써 단일 양면 기판으로 구현되던 2차원적 RF 회로 모듈의 부피와 전기적 동작 특성과 열적 특성을 개선시킬 수 있었다.

Keywords

References

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