본 논문은 RF 호로 모듈을 구현하기 위한 방법으로서 BGA(Ball Grid Array) 패키지 구조를 제시하고 그 전기적 변수를 추출하였다. RF 소자의 동작 주파수가 높아지면서 RF 회로를 구성하는 패키지의 전지적 기생 성분들은 무시할 수 없을 정도로 동작회로에 영향을 끼친다. 또한 소형화 이동성을 요구하는 무선 통신 시스템은 그 전기적 특성을 만족시킬 수 있도록 새로운 RF 회로 모듈 구조를 요구한다. RF 회로 모듈 BGA 패키지 구조는 회로 동작의 고속화, 소형화, 짧은 회로 배선 길이, 아날로그와 디지탈 혼성 회로에서 흔히 발생하는 전기적 기생 성분에 의한 잡음 개선등 기존의 구조에 비해 많은 장점을 제공한다. 부품 실장 공정 과정에서도 BGA 패키지 구조는 드릴링을 이용한 구멍 관통 홀 제작이 아닌 순수한 표면 실장 공정만으로 제작될 수 있는 장점을 제시한다. 본 실험은 224MHz에서 동작하는 ITS(Intelligent Transportation System) RF 모튤을 BGA 패키지 구조로 설계 제작하였으며, HP5475A TDR(Time Domain Reflectometry) 장비를 이용하여 3${ imes}$3 입${cdot}$출력단자 구조을 갖는 RF 모튤 BGA 패키지의 전기적 파라메타의 기생성분을 측정하였다. 그 결과 BGA 공납의 자체 캐패시턴스는 68.6fF, 자체 인덕턴스는 1.53nH로써 QFP 패키지 구조의 자체 캐패시턴스 200fF와 자체 인덕턴스 3.24nH와 비교할 때 각각 34%, 47%의 값에 지나지 않음을 볼 수 있었다. HP4396B Network Analyzer의 S11 파라메타 측정에서도 1.55GHz 근방에서 0.26dB의 손실을 보여주어 계산치와 일치함을 보여 주었다. BGA 패키지를 위한 배선 길이도 0.78mm로 짧아져서 RF 회로 모튤을 소형화시킬 수 있었으며, 이는 RF 회로 모듈 구성에서 BGA 패키지 구조를 사용하면 전기적 특성을 개선시킬 수 있음을 보여준 것이다.
We presented a BGA(Ball Grid Array) package for RF circuit modules and extracted its electrical parameters. As the frequency of RF system devices increases, the effect of its electrical parasitics in the wireless communication system requires new structure of RF circuit modules because of its needs to be considered of electrical performance for minimization and module mobility. RF circuit modules with BGA packages can provide some advantages such as minimization, shorter circuit routing, and noise improvement by reducing electrical noise affected to analog and digital mixed circuits, etc. We constructed a BGA package of ITS(Intelligent Transportation System) RF module and measured electrical parameters with a TDR(Time Domain Reflectometry) equipment and compared its electrical parasitic parameters with PCB RF circuits. With a BGA substrate of 3${ imes}$3 input and output terminals, we have found that self capacitance of BGA solder ball is 68.6fF, and self inductance 146pH, whose values were reduced to 34% and 47% of the value of QFP package structure. S11 parameter measurement with a HP4396B Network Analyzer showed the resonance frequency of 1.55GHz and the loss of 0.26dB. Routing length of the substrate was reduced to 39.8mm. Thus, we may improve electrical performance when we use BGA package structures in the design of RF circuit modules.
