In this thesis, 2.4GHz power amplifier was designed and fabricated using selective anodized aluminum substrate and IPD technology. 2.4 GHz power amplifier is the most important element of Wireless LAN(WLAN) Front End Module(FEM). 2.4 GHz power amplifier is used end of stage for transmit maximum power to outside.
This 2.4 GHz power amplifier was designed 2-stage hybrid-type. In this power amplifier passive element was using IPD and active element using GaAs pHEMT. In/output matching network was T-type matching network. This amplifier has negative feedback.
2.4GHz power amplifier has drive stage and power stage. Drive stage has much gain, but has low power output. Power stage has high power output, but low gain. Active device’s load and source optimum impedances for maximum output power were knew through source-pull and load-pull simulation. And matching network passive elements values were decided using smith chart. DC bias circuit was designed to eliminate noise and does not occur oscillation. And stability was judge from stability factor K. Stability factor K was larger than 1 from 0.1GHz to 10GHz.
Anodized aluminum was used for substrate of 2.4GHz power amplifier. For thin-film process, lapping and polishing processes were done. Thin-film process for making MIM capacitors and inductors was done on alumina surface. Crack problem during thermal process was solved by changing anodization conditions. Die-attach process was used Electrical thermal conductive epoxy. And wire bonding
The designed and fabricated 2.4GHz power amplifier was measured and analyzed. Center frequency was shifted from 2.4GHz. Small-signal gain was measured as 23dB, and S11 and S22 are -23 and -12.6 respectively.
In this thesis, selective anodized aluminum was successfully applied to design and fabricate 2.4GHz power amplifier which is one of 2 stage Hybrid-type power amplifier using facilities of semiconductor building at KAIST.
이 논문에서는 선택적 양극 산화 알루미늄 기판과 IPD 기술을 이용하여 2.4GHz 전력증폭기의 설계와 제작하였다. 2.4 GHz 전력증폭기는 무선랜의 FEM에서 가장 중요한 요소이다. 2.4GHz 전력증폭기는 최종단에 위치하여 최대전력을 밖으로 송출한다.
이 2.4GHz 전력증폭기는 hybrid-type 2단으로 설계되었다. 이 전력증폭기의 수동소자는 IPD 기술을 사용하였고 능동소자는 GaAs pHEMT를 사용하였다. 입출력 정합회로는 T-type으로 하였다. 이 증폭기는 부귀환 회로도 가진다.
2.4GHz 전력증폭기는 drive단과 power단을 가진다. Drive 단은 높은 이득을 가지지만, 낮은 출력을 가진다. Power단은 높은 출력을 가지지만, 낮은 이득을 가진다. 최대 전력을 위한 능동소자의 최적화된 입출력 임피던스는 source-pull과 load-pull 시뮬레이션을 통해 알아내었다. 그리고 정합회로의 수동소자 값은 스미스차트를 이용해 결정하였다. DC bias 회로는 노이즈를 제거하고 발진이 발생하지 않도록 설계되었다. 그리고 stability는 stability factor k를 통해 판단하였다. Stability factor K는 0.1GHz부터 10GHz 까지 1보다 크게 나왔다.
2.4GHz 전력증폭기를 위해 anodized 알루미늄 기판이 사용되었다. 박막공정을 위해 lapping과 polishing 공정을 하였다. MIM 커패시터와 인덕터를 위한 박막공정을 알루미나 표면에 하였다. 열 공정 중 크랙문제를 anodization 조건을 바꾸어 해결하였다. Die-attach 공정은 전도성 에폭시를 사용하였다. 그리고 와이어 본딩 하였다.
설계하고 제작한 2.4GHz 전력증폭기를 측정하고 분석하였다. 중심주파수가 2.4GHz에서 이동하였다. 소신호 이득이 23dB이고, S11과 S22가 각각 -23 dB -12.6dB가 나왔다.
이 논문에서는 2.4GHz 전력증폭기를 설계하고 제작하는데 선택적 양극산화가 완벽하게 적용 되었다. 이것은 Hybrid-type의 2단 전력증폭기로 KAIST의 반동체동 시설을 이용하였다.
