KR100379440B1 - 마이크로웨이브 공진기 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Q-factor가 높고 사이즈가 작으며 집적화된 마이크로웨이브 공진기를 제공하기 위한 것으로서, 기판에 캐비티(cavity)를 형성하고 절연시킨 후 제 1 금속막을 형성하는 단계, 캐비티 상단에 기판과 같은 높이로 제 2 금속으로 실딩(shielding)하여 두 개의 홀(hole)을 형성하는 단계, 제 2 금속 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입력선과 출력선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이와 같이 형성된 마이크로웨이브 공진기는 작은 사이즈와 높은 Q-factor를 갖는 집적화된 유전체 공진기를 구현할 수 있다.

Description

마이크로웨이브 공진기 제조방법{method for fabricating of microwave resonator}

본 발명은 마이크로웨이브 공진기에 관한 것으로, 특히 고유전체 물질들을 이용한 집적화된 마이크로웨이브 공진기 제조방법에 관한 것이다.

마이크로웨이브 공진기는 필터, 멀티플렉서(multiplexer), 오실레이터(oscillators) 등과 같은 다양한 마이크로웨이브 소자나 모듈을 구성하는 하나의 빌딩 블록(building)이다. 마이크로웨이브 공진기는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 마이크로스트립(microstrip), 스트립 선로(strip lines), 혹은 코플래너(coplanar)로 구성된 공진기가 있는데 이들은 낮은 Q-factor를 갖는 단점이 있는 반면에 작은 사이즈를 갖는 장점이 있다. 둘째는 금속의 에어캐비티(metallic air cavities)로 구성된 공진기가 있고 이들은 높은 Q-factor를 갖는 장점이 있는 반면에 수 백 MHz 이상에서 수 십 GHz 주파수 대역 아래에서 사용되기 위해서는 그 사이즈가 크다는 단점이 있다.

여기서, Q-factor는 공진 첨예도로서 공진 곡선의 폭의 좁기를 나타낸 것이다. 따라서 마이크로웨이브 공진기는 높은 Q-factor를 갖는 것이 좋으며 작은 사이즈를 갖는 것이 바람직하다.

종래 기술에 따른 유전체 공진기는 개별적 타입(discrete type)이 주종을 이룬다. 즉, 말하자면 직사각형 모양이나 원통형 모양의 벌크 유전체(bulk dielectric materials)에 전극을 만들어 유전체 공진기를 만들었다. 따라서 이러한 개별적 타입의 유전체 공진기를 이용하여 소형의 마이크로웨이브 소자나 모듈을 만드는 것에는 한계가 있고 개별적 타입의 이러한 소자나 모듈은 가격 또한 고가이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, Q-factor가 높고 사이즈가 작으며 집적화된 마이크로웨이브 공진기 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명에 따른 실리콘 기판을 사용한 마이크로웨이브 공진기의 단면도

도 2a는 도 1a의 평면도

도 2b는 본 발명에 따른 공진기의 금속 플래트(plate)의 평면도

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 감광성 글래스 기판을 사용한 마이크로웨이브 공진기의 단면도

도 4a 내지 도 4c는 캐비티를 실리콘 기판 백 사이드(back side) 에칭을 통해 형성하는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기의 단면도

도 5는 본 발명에 따른 EMI 실딩(shielding) 패키지된 본 발명에 따른 마이크로 웨이브 공진기의 단면도

도 6a 내지 도 6d는 도 1a의 공정과정을 나타낸 공정단면도

도 7a 내지 도 7f는 도 1b의 공정과정을 나타낸 공정단면도

도 8a 내지 도 8f는 도 4b의 공정과정을 나타낸 공정단면도

도 9a 내지 도 9g는 도 4c의 공정과정을 나타낸 공정단면도

도 10a 내지 도 10f 도 4a의 공정과정을 나타낸 공정단면도

도 11 내지 도 12는 형성된 공진기를 EMI 실딩된(shielding) 패키징(packaging) 하기 위한 뚜껑을 나타낸 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11a, 11b : 기판 12 : 캐비티(cavity)

13 : 제 1 금속 14 : 고유전체

15 : 제 2 금속 16 : 절연체

17 : 입출력선 18 : 접지면(ground plane)

19 : 희생층 20 : EMI 차폐 패키지

21 : 제 3 금속

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기는 기판에 캐비티(cavity)를 형성하고 절연시킨 후 제 1 금속 라인을 입힌다. 그리고, 캐비티 상단에 기판과 같은 높이로 제 2 금속으로 실딩(shielding)하여 두 개의홀(hole)을 가지도록 한다. 마지막으로 제 2 금속의 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입력선과 출력선을 형성한다.

여기서, 캐비티(cavity)는 실리콘 기판 백 사이드(back side) 에칭(etching)을 하여 형성할 수 있으며, 캐비티에 고유전체 물질들을 기판 높이로 채울 수 있다. 캐비티에 고유전체 물질들을 채울 때 유전체 복합 물질과 기판과의 높이를 일치하게 하기 위해서 기계적인 팔리싱(polishing) 혹은 CMP(chemical mechanical polishing)를 할 수 있다. 그리고, 홀과 제 2 금속을 포함한 전면에 절연체를 형성 할 수 있으며, 공진기에 EMI(electromagnetic interference) 차폐 패키지를 할 수 있다. 이와 같이 형성된 마이크로웨이브 공진기는 작은 사이즈와 높은 Q-factor를 갖는 집적화된 유전체 공진기를 구현할 수 있다.상기된 공진기의 제조 방법은 기판에 캐비티(cavity)를 형성하고 절연시킨 후 제 1 금속막을 형성한 후 상기 캐비티에 고유전체 물질들을 기판 높이로 채우는 단계와, 상기 캐비티 상단에 상기 기판과 같은 높이로 제 2 금속으로 실딩(shielding)하여 복수개의 홀(hole)을 형성하는 단계와, 상기 제 2 금속 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입출력선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.상기된 공진기의 또 다른 제조 방법은 기판의 일면에 절연체를 입히고 두 개의 홀(hole)이 형성되도록 일정 간격으로 제 1 금속선을 전기 도금으로 형성한 후 다시 비아를 형성하고 전기 도금으로 채우는 단계와, 상기 제 1 금속선 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입출력선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계와, 상기 기판의 다른 면에 기판 백 사이드 에칭을 하여 캐비티를 형성하는 단계와, 상기 캐비티를 제 2 금속선으로 실딩한 후 고유전체 물질들을 상기 캐비티의 상단면과 같은 높이로 채우는 단계와, 상기 캐비티 하단에 제 3 금속선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 마이크로웨이브 공진기를 설명하면 다음과 같다,

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기의 여러 형태의 구조를 나타낸 것이다.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명에 따른 실리콘 기판을 사용한 마이크로웨이브 공진기의 단면도이다.

도 1a는 금속의 에어 캐비티(12) 안에 고유전체(14)를 스핀 캐스팅(spin casting)이나 스크린-프린팅(screen printing)을 이용하여 채우고 입력선과 출력선(17)이 절연체(16) 위에 있는 구조이다. 이 절연체(16)는 제 2 금속 커플 슬롯(metal coupling slots)(15)위에 있는 것이고 도 1b는 절연체가 없이 전기도금을이용하여 공중에 띄운 입력선과 출력선(17)으로 구성되어 있다.

도 2a는 도 1a의 평면도이고, 도 2b는 공진기의 금속 플래트(plate)의 평면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 감광성 글래스 기판을 사용한 마이크로웨이브 공진기의 단면도이다.

도 3a는 감광성 글래스 기판 자체를 유전체 물질들로 이용한 유전체 공진기이고, 도 3b는 감광성 글래스 기판(11a)에 에어 캐비티(12)를 형성한 공진기이며, 도 3c는 감광성 글래스 기판(11a)에 캐비티(12)를 형성하고 그 캐비티(12)안에 고유전체 물질들(14)을 채운 유전체 공진기이다.

도 4a 내지 도 4c는 캐비티(12)를 실리콘 기판 백 사이드(back side) 에칭을 통해 형성하는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기의 단면도이다.

도 4a는 실리콘 기판에 큰 에어 캐비티(12)를 형성한 공진기이고, 도 4b와 4c는 실리콘 기판(11a)에 캐비티(12)를 형성하고 그 캐비티(12)안에 고유전체 물질들(14)을 채운 공진기이다.

도 5는 본 발명에 따른 EMI(electromagnetic interference) 실딩(shielding) 패키지(20)된 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기의 단면도이다.

EMI 실딩 패키지를 함으로써 신호의 효율을 높일 수 있다.

앞에서 언급한 모든 공진기는 도 2의 공진기 평면도에 도시한 바와 같이 접지면과 캐비티를 실딩(shielding)하는 제 1 금속과 전기적으로 연결되어 있다.

도 6 내지 10은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기의 실시 예에 따른 여러 형태의 공정과정을 나타낸 것이다.

도 6a 내지 도 6d는 도 1a의 공정과정을 나타낸 공정단면도이다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11a)에 캐비티(12)를 형성하고 절연시킨 후 제 1 금속 라인(13)을 입힌다.

도 6b에 도시한 바와 같이, 캐비티(12)에 고유전체 복합 물질들(14)로 채우고 큐어링(curing)을 하여 용매(solvents)를 제거한다. 채워진 유전체 물질(14)이 캐비티 상단면과 높이가 일치하게 하기 위해서 필요에 따라서 기계적인 팔리싱(polishing)이나 CMP(chemical mechanical polishing)공정을 한다.

도 6c에 도시한 바와 같이, 고유전체(14)를 채운 면이 평면화가 되면 커플 슬롯(couple slots)을 위해 몇 개의 홀만 남기고 제 2 금속(15)으로 실딩(shielding)을 한다.

도 6d에 도시한 바와 같이, 홀과 제 2 금속(15)으로 실딩한 부분 전면에 절연체(16)를 입히고 큐어링하여 비어(via)를 형성하고 전기도금으로 채운다. 이 때 비어는 캐비티(12) 안의 실딩 제 1 금속 라인(13)을 전기적으로 연결시키기 위함이다.

그리고, 절연체(16)위에 접지면(ground plane)(18)과 입출력선(17)을 포토리소그래피(photolithography)와 전기도금을 이용하여 형성한다.

도 7a 내지 도 7f는 도 1b의 공정과정을 나타낸 공정단면도이다.

도 7a 내지 7c의 과정은 앞의 6a 내지 6c의 공정과정과 동일하다.

도 7d에 도시한 바와 같이, 홀과 제 2 금속(15) 실링된 부분 전면에 포토레지스트(photoresist)나 폴리이미드(polyimide)와 같은 희생층(19)을 입히고 비어를 형성하고 전기도금으로 채운다. 이 때 비어는 캐비티(12)안의 실링 제 1 금속 라인(13)과 접지면(18)을 전기적으로 연결시키기 위함이다.

도 7e에 도시한 바와 같이, 희생층(19)위에 접지면(18)과 입출력선(17)을 포토리소그래피와 전기도금을 이용하여 형성한다.

도 7f에 도시한 바와 같이, 희생층(19)을 제거한다.

도 8a 내지 도 8f는 도 4b의 공정과정을 나타낸 공정단면도이다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11a) 위에 절연체를 입히고 RF 신호 커플을 위한 제 2 금속 라인(15)을 전기도금으로 형성한다.

도 8b에 도시한 바와 같이, 제 2 금속 라인(15) 전면에 절연체(16)를 입히고 비어를 형성하고 전기도금으로 채운다. 이 때 비어는 캐비티(12) 안의 실딩 제 1 금속 라인(13)과 접지면(18)을 전기적으로 연결시키기 위함이다.

도 8c에 도시한 바와 같이, 절연체(16) 상에 접지면(18)과 입출력선(17)을 포토리소그래피와 전기도금을 이용하여 형성한다.

도 8d에 도시한 바와 같이, 형성된 구조물들은 패시베이션(passvation)을 하고 난 후 실리콘 백 사이드 에칭(silicon back side etching)을 하여 캐비티(12)를 형성한다.

도 8e에 도시한 바와 같이, 형성된 캐비티(12)를 제 1 금속 라인(13)으로 실딩을 한다.

도 8f에 도시한 바와 같이, 제 1 금속 라인(13)으로 실딩한 후 캐비티(12)에 고유전체 복합물(14)로 채우고 큐어링하여 용매들을 제거한다.

도 8g에 도시한 바와 같이, 캐비티(12) 상단면과 같은 높이로 채워진 면위에 제 3 금속(21)을 포토리소그래피와 전기도금을 이용하여 형성한다.

도 9a 내지 도 9g는 도 4c의 공정과정을 나타낸 공정단면도이다.

공정과정은 도 8에서 설명된 공정 순서와 거의 흡사하고 사용한 절연체가 구조물을 형성 후 제거될 수 있도록 폴리이미드와 같은 유기 물질로 하는 것이 좋다. 도 8에서 보여준 공정이 끝나면 희생층(19)과 절연층(16)을 제거하게 되면 유전체 공진기가 형성되게 된다.

도 8 내지 도 9와 같은 백 사이드 에칭을 사용하여 캐비티를 형성하는 공정과정은 도 6 내지 도 7의 공정과정과 달리 캐비티에 유전체를 채운 후 팔리싱(polishing)하는 공정단계를 생략할 수 있는 장점이 있는 반면 도 6 내지 도 7에 비해 사이즈가 커질 수 있는 단점이 있다.

도 10a 내지 도 10f 도 4a의 공정과정을 나타낸 공정단면도이다.

공정과정은 도 9에서 설명된 공정순서와 거의 흡사하고 고유전체 복합물질 대신에 에어 캐비티(12)를 이용한 공진기이다.

도 10e에 도시한 바와 같이, 에어 캐비티(12)가 형성되면 또 다른 기판(11b) 위에 제 3 금속 라인(21)을 형성하고 그 기판이 형성된 금속 에어 캐비티(12) 위에 결합(bonding)을 하게 되면 캐비티는 실딩되게 된다.

도 11과 도 12는 형성된 공진기를 EMI 실딩된 패키징을 하기위한 뚜껑이다. 실리콘이나 글래스 기판에 캐비티를 형성하고 형성된 캐비티에 금속 라인을 입히면된다. 이 형성된 구조물은 앞에서 언급한 공진기가 형성된 후 결합 기술(bonding technique)을 이용하여 접착시키면 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 공진기 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 집적화되기 때문에 종래의 개별적 타입으로 인한 초소형의 마이크로웨이브 소자나 모듈을 만드는 한계를 극복할 수 있어 더 작은 사이즈의 마이크로웨이브 공진기를 만들 수 있다.

둘째, 일괄 제작(batch fabrication)이 가능하여 대량 생산을 할 수 있어서 저가의 마이크로웨이브 시스템을 구현 할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (16)

1. 기판에 캐비티(cavity)를 형성하고 절연시킨 후 제 1 금속막을 형성한 후 상기 캐비티에 고유전체 물질들을 기판 높이로 채우는 단계;

   상기 캐비티 상단에 상기 기판과 같은 높이로 제 2 금속으로 실딩(shielding)하여 복수개의 홀(hole)을 형성하는 단계; 그리고

   상기 제 2 금속 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입출력선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 홀과 상기 제 2 금속을 포함한 전면에 희생층을 입히고 비아를 형성하고 전기 도금으로 채우는 단계와,

   상기 접지면과 입출력선이 형성된 후에 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 홀과 상기 제 2 금속을 포함한 전면에 절연체를 입히고 큐어링을 한 후 비아를 형성하고 전기도금으로 채우는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티(cavity)는 기판 백 사이드(back side) 에칭(etching)을 하여 형성할 수 있음을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면과 입출력선을 형성하는 단계 이후EMI(electromagnetic interference) 차폐 패키지하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티에 채워진 유전체 복합 물질과 상기 기판의 높이를 일치하게 하는 기계적인 팔리싱(polishing) 혹은 CMP(chemical mechanical polishing)공정 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1항에 있어서, 기판은 실리콘이나 감광성 글래스(glass)를 사용함을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 기판이 실리콘인 경우 에칭을 이용하여 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 기판이 감광성 글래스인 경우 포토리소그라피를 이용하여 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조 방법.
14. 기판의 일면에 절연체를 입히고 두 개의 홀(hole)이 형성되도록 일정 간격으로 제 1 금속선을 전기 도금으로 형성한 후 다시 비아를 형성하고 전기 도금으로 채우는 단계;

    상기 제 1 금속선 상단에 소정 높이를 가지는 접지면과 입출력선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계;

    상기 기판의 다른 면에 기판 백 사이드 에칭을 하여 캐비티를 형성하는 단계;

    상기 캐비티를 제 2 금속선으로 실딩한 후 고유전체 물질들을 상기 캐비티의 상단면과 같은 높이로 채우는 단계; 그리고

    상기 캐비티 하단에 제 3 금속선을 포토리소그라피와 전기 도금을 이용하여 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 접지면과 입출력선을 포함한 전면에 희생층을 형성하는 단계와,

    상기 캐비티가 형성된 후에 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 캐비티에 채워진 유전체 복합 물질과 상기 기판의 높이를 일치하게 하는 기계적인 팔리싱(polishing) 혹은 CMP(chemical mechanical polishing)공정 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 마이크로웨이브 공진기 제조방법.