JP2021528027A - グランドプレーンを備えた高効率のコンパクトなスロット付きアンテナ - Google Patents
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49016—Antenna or wave energy "plumbing" making
Abstract
Description
本PCT国際特許出願は、2018年9月17日に出願された米国特許仮出願第62/732,472号に対する優先権を主張するものであり、その内容を、参照によりその全体を本明細書に組み込む。
Ce3++Ag+=Ce4++Ag0
Claims (26)
- 整合グランドプレーンを備えたスロット付き導波路アンテナ構造を作製する方法であって、
前記スロット付きアンテナのための放射キャビティ領域及び1又は2以上のビアに接続されている電力分配器に接続された同軸−共平面導波路(CPW)セクションを感光性ガラス基板に形成するステップと、
前記感光性ガラス基板の第1の表面に金属グランドプレーンを堆積させるステップと、
前記放射キャビティの上方にスロットアンテナを形成するスロットのパターンで前記感光性ガラス基板上に銅層を堆積させるステップと、
前記スロットアンテナの下で前記放射キャビティに1又は2以上の銅ピラーを形成するステップと、
前記1又は2以上の銅ピラーを保持しながら、前記放射キャビティにおける前記感光性ガラスをエッチング除去するステップと、
前記同軸−共平面導波路(CPW)セクション、及び前記グランドプレーンに接続する前記ビアの1又は2以上のはんだバンプにマイクロ同軸コネクタを接続して、スロット付きアンテナを形成するステップと、
を含む、前記方法。 - 感光性ガラス基板が、60〜76重量%のシリカ;K2OとNa2Oの組み合わせの6重量%〜16重量%を有する少なくとも3重量%のK2O;0.003〜1重量%の、Ag2O及びAu2Oからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物;0.003〜2重量%のCu2O;0.75重量%〜7重量%のB2O3及び6〜7重量%のAl2O3であってB2O3及びAl2O3の組み合わせが13重量%を超えない;8〜15重量%のLi2O;及び0.001〜0.1重量%のCeO2;の組成を含むガラス基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、35〜76重量%のシリカ、3〜16重量%のK2O、0.003〜1重量%のAg2O、8〜15重量%のLi2O、及び0.001〜0.1重量%のCeO2の組成を含むガラス基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、少なくとも0.1重量%のSb2O3又はAs2O3を含む感光性ガラス基板、0.003〜1重量%のAu2Oを含む感光性ガラス基板、CaO、ZnO、PbO、MgO、SrO及びBaOからなる群から選択される酸化物を1〜18重量%を含む感光性ガラス基板、の少なくとも1つであり、任意選択で、露出部分の前記非露出部分に対する異方性エッチング比は、10〜20:1、21〜29:1、30〜45:1、20〜40:1、41〜45:1、及び30〜50:1の少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも1つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナの1又は2以上を、前記感光性ガラス基板から個々のスロット付きアンテナにダイシングするステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナが、キャビティの上方に1又は2以上のスロット開口を含み、前記アンテナのスロット付き部分が、前記キャビティにおける1又は2以上のガラス又は銅のピラーで支持されている、請求項1に記載の方法。
- スロット付きアンテナを作製する2ウエハ方法であって、
キャビティにおける1又は2以上の銅支持ピラー、前記キャビティの1又は2以上の外壁、及びマイクロアキシャルコネクタを接続するための銅ビアを、第1の感光性ガラス基板ウエハの第1の表面上に形成し、かつ1又は2以上のアンテナスロットを含む銅層を第1の感光性ガラス基板ウエハの第2の表面上に形成するステップと、
マイクロアキシャルコネクタ及び電力分配器セクション、共振器キャビティ、側壁、及び前記共振器キャビティにおける1又は2以上の支持構造を、第2の感光性ガラス基板ウエハの第1の表面上に形成するステップと、
放射キャビティスロット付きアンテナセクションの金属表面、前記キャビティにおける前記支持構造、電力分配器セクション、及び前記第1又は第2の感光性ガラス基板ウエハの少なくとも1つの同軸−共平面導波路(CPW)に沿ってはんだボールを配置するステップと、
前記スロット付きアンテナの前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハを位置合わせするステップと、
前記はんだボールを流して前記キャビティにおける前記支持構造、電力分配器セクション、及び前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハの同軸−共平面導波路を接続するのに十分な温度で、前記第1又は第2の感光性ガラス基板ウエハを圧縮するステップと、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハにおける前記キャビティの反対側の前記第2の感光性ガラス基板ウエハの表面上にスロット付きアンテナを形成するステップと、
を含む、前記方法。 - 前記感光性ガラス基板が、60〜76重量%のシリカ;K2OとNa2Oの組み合わせの6重量%〜16重量%を有する少なくとも3重量%のK2O;0.003〜1重量%の、Ag2O及びAu2Oからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物;0.003〜2重量%のCu2O;0.75重量%〜7重量%のB2O3及び6〜7重量%のAl2O3であって、B2O3及びAl2O3の組み合わせが13重量%を超えない;8〜15重量%のLi2O;及び0.001〜0.1重量%のCeO2;の組成を含むガラス基板である、請求項8に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、35〜76重量%のシリカ、3〜16重量%のK2O、0.003〜1重量%のAg2O、8〜15重量%のLi2O、及び0.001〜0.1重量%のCeO2の組成を含むガラス基板である、請求項8に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、少なくとも0.1重量%のSb2O3又はAs2O3を含む感光性ガラス基板、0.003〜1重量%のAu2Oを含む感光性ガラス基板、CaO、ZnO、PbO、MgO、SrO及びBaOからなる群から選択される酸化物を1〜18重量%を含む感光性ガラス基板、の少なくとも1つであり、任意選択で、露出部分の前記非露出部分に対する異方性エッチング比が、10〜20:1、21〜29:1、30〜45:1、20〜40:1、41〜45:1、及び30〜50:1の少なくとも1つである、請求項8に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも1つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、請求項8に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナの1又は2以上を、前記感光性ガラス基板から個々のスロット付きアンテナにダイシングするステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナが、キャビティの上方に1又は2以上のスロット開口を含み、前記アンテナのスロット付き部分は、前記キャビティにおける1又は2以上のガラス又は銅のピラーで支持されている、請求項8に記載の方法。
- 整合グランドプレーンを備えたスロット付き導波路アンテナ構造を作製する方法であって、
(1)1又は2以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングして感光性ガラス基板上に1又は2以上の導電経路を形成するステップと、
(2)前記感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に曝露してアンテナ構造の1又は2以上の側壁及び1又は2以上の支持要素を露光するステップと、
(3)前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超える加熱相へ処理して、前記活性化エネルギー源に曝露された前記感光性ガラス基板の一部をセラミックに変換するステップであって、セラミックに形成された前記感光性ガラスの部分が、前記アンテナ構造の外壁、内壁、及び少なくとも1つのビアを含む、ステップと、
(4)前記感光性ガラス基板の第1の側にタンタルの層及び銅の層を堆積させるステップと、
(5)前記感光性ガラス基板をフォトレジストでコーティングして、前記スロット付きアンテナのための放射キャビティに接続されている電力分配器に接続された同軸−共平面導波路(CPW)の内部を形成するステップと、
(6)前記基板における1又は2以上の側壁及び1又は2以上の支持ビアをエッチングするステップと、
(7)前記同軸−共平面導波路(CPW)及び前記電力分配器を保護するフォトレジストを堆積させるステップと、
(8)前記感光性ガラス基板を活性化エネルギー源に曝露して、前記ウエハを横切ることなく前記キャビティを形成するのに十分な時間、前記放射キャビティを露光するステップと、
(9)前記フォトレジストを除去し、前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超える加熱相へ処理して、前記活性化エネルギー源に曝露された前記感光性ガラス基板をセラミックに変換するステップと、
(10)スロットアンテナを形成するスロットのパターンで前記感光性ガラス基板の第2の側でフォトレジストをコーティング及び露光するステップと、
(11)前記感光性ガラス基板の前記第2の側にタンタルの層及び銅の層を堆積させるステップと、
(12)前記フォトレジストを除去し、前記感光性ガラス基板を銅で電気めっきするステップと、
(13)前記放射キャビティの一部を除いて前記感光性ガラス基板をフォトレジストでコーティングし、前記電力分配器及び同軸−CPWセクションを露光するステップと、
(14)前記感光性ガラス基板を横断することなく、前記放射キャビティを形成するのに十分な時間、セラミックに形成された前記感光性ガラス基板の一部をエッチングするステップと、
(15)水又は溶媒で前記ウエハをリンスするステップと、
(16)投影アライナーを用いて前記放射キャビティに1又は2以上のガラスピラー又はガラスピラー領域を形成するパターンで領域を露光するステップと、
(17)前記感光性ガラス基板に硝酸銀をコーティングし、前記電力分配器及び同軸−CPWセクション上の赤外線源で前記感光性ガラス基板上の前記硝酸銀を金属銀に還元するステップと、
(18)前記金属銀上に銅を無電解めっきするステップと、
(19)前記感光性ガラス基板をアルゴン中で少なくとも250℃に加熱して前記銅を前記銀に接着させるステップと、
(20)スピンオンガラスのSiO2でプラズマエッチングプロセスでエッチングして前記電力分配器及び同軸−CPWセクションの周囲で前記銅の側壁を露出するステップと、
(21)1又は2以上の銅の側壁までプラズマエッチングするステップと、
(22)前記感光性ガラス基板をフォトレジストでコーティングし、前記電力分配器及び同軸−CPWセクションのための接触タブ上の前記スピンオンガラス上の領域を開いて銅タブまでプラズマエッチングするステップと、
(23)標準的なストリッパを用いて前記フォトレジストを除去して水でリンスするステップと、
(24)前記感光性ガラス基板をフォトレジストでコーティングして前記電力分配器上のパターンを取り除くステップと、
(25)前記感光性ガラス基板をタンタル及び次いで銅でスパッタリングコーティングするステップと、
(26)前記スパッタ銅上に銅を無電解めっきするステップと、
(27)前記フォトレジストを除去し、前記感光性ガラス基板を水でリンスするステップと、
(28)インクジェットプリンタではんだバンプを堆積させて、前記同軸−CPW要素のマイクロ同軸コネクタの中心電極との電気的接触を形成するステップと、
(29)前記感光性ガラス基板を加熱して前記はんだバンプを流し、前記同軸−CPW要素の前記電気的接触から強固な電気的及び機械的接続を作製するステップと、
(30)10%のHF中で前記ウエハをリンスし、残っているセラミック材料及びスピンオンガラスのすべてを前記アンテナキャビティから除去するステップと、
(31)水及びアルコールで前記ウエハをリンスするステップと、
(32)グランドプレーンと接触させ、前記マイクロ同軸コネクタを前記感光性ガラス基板に取り付けるために、前記スロット付きアンテナの周囲で、そして前記同軸−CPW要素への前記マイクロ同軸コネクタの前記中心電極で、インクジェット堆積プロセスではんだバンプボンドを堆積させるステップと、
(33)表面実装マイクロ同軸コネクタを前記はんだバンプに取り付けて、前記スロット付きアンテナに同軸コネクタを提供するステップと、
を含む、前記方法。 - 前記活性化エネルギー源がUV光である、請求項15に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、60〜76重量%のシリカ;K2OとNa2Oの組み合わせの6重量%〜16重量%を有する少なくとも3重量%のK2O;0.003〜1重量%の、Ag2O及びAu2Oからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物;0.003〜2重量%のCu2O;0.75重量%〜7重量%のB2O3、及び6〜7重量%のAl2O3であって、B2O3及びAl2O3の組み合わせが13重量%を超えない;8〜15重量%のLi2O;及び0.001〜0.1重量%のCeO2;の組成を含むガラス基板である、請求項15に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、35〜76重量%のシリカ、3〜16重量%のK2O、0.003〜1重量%のAg2O、8〜15重量%のLi2O、及び0.001〜0.1重量%のCeO2の組成を含むガラス基板である、請求項15に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板が、少なくとも0.1重量%のSb2O3又はAs2O3を含む感光性ガラス基板、0.003〜1重量%のAu2Oを含む感光性ガラス基板、CaO、ZnO、PbO、MgO、SrO及びBaOからなる群から選択される酸化物を1〜18重量%を含む感光性ガラス基板、の少なくとも1つであり、任意選択で、露出部分の前記非露出部分に対する異方性エッチング比が、10〜20:1、21〜29:1、30〜45:1、20〜40:1、41〜45:1、及び30〜50:1の少なくとも1つである、請求項15に記載の方法。
- 前記感光性ガラス基板ウエハが、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも1つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、請求項15に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナの1又は2以上を、前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハから個々のスロット付きアンテナにダイシングするステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記スロット付きアンテナが、キャビティの上方に1又は2以上のスロット開口を含み、前記アンテナの前記スロット付き部分が、前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハ間に形成された前記キャビティにおける1又は2以上のガラス又は銅のピラーで支持されている、請求項15に記載の方法。
- スロット付きアンテナを作製する2ウエハ方法であって、
(1)第1の感光性ガラス基板ウエハを、
第1の感光性ガラス基板ウエハの第1の表面上にフォトレジスト又はワックスを堆積させること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハ上にパターンを露光して、放射キャビティの1又は2以上の側面、1又は2以上のビア、及びアンテナ構造の1又は2以上の支持構造を露光すること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハを熱循環させて、前記露光材料をセラミックに変換すること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の側でフォトレジストをRF放射用のスロットにコーティング、露光及び現像すること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面上にスパッタリングすることによって前記フォトレジスト上にタンタル及び銅を堆積させること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハ上に銅を電気めっきすること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面をワックス、フォトレジスト又は他の保護コーティングでコーティングすること、
前記1又は2以上のビア及び前記1又は2以上の支持構造をエッチングすること、
前記アンテナの前記1又は2以上のビア及び前記1又は2以上の支持構造及び前記1又は2以上の側壁を電気めっきすること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面の反対側の前記第1の感光性ガラス基板ウエハの第2の表面の化学機械研磨を実行すること、
前記放射キャビティを活性化エネルギーに曝露して前記放射キャビティ、電力分配器及び同軸−共平面導波路(CPW)セクションを露光すること、
前記第1の感光性ガラス基板ウエハを熱循環させて、前記露光材料をセラミック相に変換すること、
によって処理するステップと、
(2)第2の感光性ガラス基板ウエハを、
マイクロ同軸コネクタ及び電力分配器セクションをフォトマスクで前記第2の感光性ガラス基板ウエハの第1の表面上に形成すること、
放射キャビティの1又は2以上の側壁、及び1又は2以上の支持構造を露光すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハを熱循環させて、前記露光材料をセラミック相に変換すること、
外部銅スロット付きアンテナ用のパターンで前記第2の感光性ガラス基板ウエハ基板の第2の表面上にフォトレジストをコーティング、露光及び現像すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面上にスパッタリングすることによって前記フォトレジスト上にタンタル及び銅を堆積させること、
標準的なストリッパを用いて前記フォトレジストを除去し、前記第2の感光性ガラス基板ウエハに銅を電気めっきすること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの第2の表面をワックス、フォトレジスト又は他の保護コーティングでコーティングすること、
前記1又は2以上の側壁及び1又は2以上の支持ピラーをエッチングすること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面上の前記銅から前記1又は2以上のピラー及び1又は2以上の側壁を電気めっきすること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハを水でリンスし、乾燥させること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの第2の表面を化学機械研磨によって平坦化すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面上にフォトレジストをコーティング、露光及び現像して、前記マイクロ同軸コネクタ電力分配器セクションを遮蔽すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハを活性化エネルギーに曝露すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハを熱循環させて、前記露光材料をセラミック相に変換すること、
前記第2の感光性ガラス基板ウエハの前記第1の表面上にスパッタリングすることによって前記フォトレジスト上にタンタル及び銅を堆積させること、
標準的なストリッパを用いて前記フォトレジストを除去し、前記第2の感光性ガラス基板ウエハ上に銅を電気めっきして前記開口を露出すること、
によって処理するステップと、
(3)前記第1の感光性ガラス基板ウエハの前面の前記銅要素上にはんだボールを配置すること、
アライメントフィデューシャル及びエッチングされたキー構造を用いて前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハをアライメントすること、
前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハを圧縮して前記アライメントを維持すること、
前記アライメントされた第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハを加熱して前記はんだを流し、前記同軸−CPW要素で強固に電気的及び機械的に接続させること、
前記接合された第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハをフォトレジストでコーティングして前記スロットパターンを露光すること、
前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハの第2の側をワックス、フォトレジスト又は他の材料でコーティングして、前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハを保護すること、
前記接合された第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハをエッチングして、前記共振器、電力分配器及び同軸−CPWセクションから前記セラミック相を除去すること、
前記フォトレジストを除去すること、
前記接合された第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハ上の前記1又は2以上のスロットパターンを露光すること、及び
前記接合された第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハをエッチングして前記1又は2以上のスロットパターンを開くこと、
によって前記第1及び第2の感光性ガラス基板ウエハを接続するステップと、
を含む、前記方法。 - 前記第1及び第2の感光性ガラスエハの少なくとも1つが、60〜76重量%のシリカ;K2OとNa2Oの組み合わせの6重量%〜16重量%を有する少なくとも3重量%のK2O;0.003〜1重量%の、Ag2O及びAu2Oからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物;0.003〜2重量%のCu2O;0.75重量%〜7重量%のB2O3、及び6〜7重量%のAl2O3であって、B2O3及びAl2O3の組み合わせが13重量%を超えない;8〜15重量%のLi2O;及び0.001〜0.1重量%のCeO2;の組成を含むガラス基板である、請求項23に記載の方法。
- 前記第1及び第2の感光性ガラスエハの少なくとも1つが、35〜76重量%のシリカ、3〜16重量%のK2O、0.003〜1重量%のAg2O、8〜15重量%のLi2O、及び0.001〜0.1重量%のCeO2の組成を含むガラス基板である、請求項23に記載の方法。
- 前記第1及び第2の感光性ガラスエハの少なくとも1つが、少なくとも0.1重量%のSb2O3又はAs2O3を含む感光性ガラス基板、0.003〜1重量%のAu2Oを含む感光性ガラス基板、CaO、ZnO、PbO、MgO、SrO及びBaOからなる群から選択される酸化物を1〜18重量%を含む感光性ガラス基板、の少なくとも1つであり、任意選択で、露出部分の前記非露出部分に対する異方性エッチング比が、10〜20:1、21〜29:1、30〜45:1、20〜40:1、41〜45:1、及び30〜50:1の少なくとも1つである、請求項23に記載の方法。
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