This thesis reports design and fabrication of a compact Ka-band LTCC(low temperature co-fired ceramic) power amplifier module integrating 0.25$\mum$ PHEMT MMIC power amplifier. The LTCC module was designed for surface mounting structure (SMT), and composed of five layers of LTCC circuit. Gold paste was printed on top layer in order to make gold wire bonding and the via holes on top layer were filled with Ag/Pd paste for preventing void space. Matching networks composed of microstrip open stubs are implemented on each layer of the 5-layer LTCC module to compensate parasitic inductances caused by bond wires and via transitions. RF input and output feed throughs were designed using transition from microstrip through embedded CPW to embedded microstrip. Embedded meshed grounds on layer 4 and layer 1 were used for thermal spreading and reduction of warpage. Angled double wire bonding was used for low loss connection at the microwave frequency. Total size of LTCC power amplifier module is as small as 5.5mm $\times8$ 5mm $\times8$ 0.7mm, that includes a height of bonding wire. The power amplifier module reveals 22 dBm output power and 8 dB power gain between 28 GHz and 31 GHz, and which is equivalent to 1 dB loss compared to the MMIC performance. 1dB loss includes outside loss of LTCC such as TEFLON board and conductive epoxy. Especially, the power amplifier module shows maximum output power up to 24 dBm and power gain up to 9 dB at 30GHz range. The value of 1dB includes loss originated from TEFLON evaluation board and conductive epoxy for LTCC block mounting.
무선 멀티미디어 단말기용 22dBm Ka-band 전력증폭기 모듈을 PHEMT MMIC와 다층 LTCC회로를 사용하여 5.5 $\times8$ 5 $\times8$ 0.7 ㎣ 의 소형 크기와 표면실장구조를 가지며, 입력정합이 내부에 완성된 구조로 구현 하였다.30GHz대역 부근의 밀리미터파 대역 전력증폭기 모듈을 구현하기 위해선 반드시 RF 입력단과 출력단의 기생성분으로 인한 감쇄를 보정해 주며 전체적인 크기 또한 작게 하는 것이 가장 큰 이슈가 된다. 밀리미터파 대역 패키지 구성을 위한 LTCC 3차원 집적기술은 저손실 재료특성과 집적화에 따른 부피의 감소를 가능하게 하지만 그에 수반하는 via 및 본딩 wire의 기생 인덕턴스 성분으로 인해 RF성능이 감소하게 된다. 본 논문에서는 마이크로스트립 오픈 스터브를 이용하여 top layer의 wire bonding으로 인한 인덕턴스 성분을 보상했으며, LTCC 내부에서는 via pad를 하나의 embedded 마이크로스트립 오픈 스터브로서 설계 적용하여 via로 인한 기생 인덕턴스 성분까지도 보상할 수 있었다. 또한 vertical transition구축에 기인하여 SMT구조를 형성함으로써 LTCC 모듈과 메인보드(PCB)사이의 접착 및 조립을 용이하게 할 수 있었다. LTCC 모듈의 최상층은 골드 wire와의 접착성 및 내구력 향상을 위해 골드 paste를 써서 프린팅 되었으며, 이종물질간의 접촉으로 인한 void형상을 피하기 위해 Ag/Pd를 이용하여 via를 형성하였다. LTCC모듈 내부의 전송선 및 via는 전송특성이 가장 우수한 Ag를 이용하여 구현하였다. 물리적인 신뢰성구축의 기준이 되는 5층의 layer를 적층 시켰으며, bypass용 capacitor또한 LTCC모듈 위에 구축하였다.
제작된 LTCC전력증폭기 모듈은 RF 입력단과 출력단의 손실이 1dB정도로 적은 감쇄만 보였으며, 이는 측정을 위한 Teflon PCB 및 본딩용 에폭시의 손실까지 포함된 결과이다. 28GHz에서 31GHz까지 22dBm이상의 output power를 가지고, 8dB 이상의 이득을 가진 모듈 구현이 가능했으며, 특히 30GHz 영역에서는 24dBm의 output power와 9dB이상의 이득을 보여 주었다.
