KR100531782B1 - 밸룬 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸룬 제조방법에 관한 것으로, 종래 밸룬은 전송선로간의 연결을 위해 와이어 본딩이나 에어 브리지를 형성해야 함으로써 공정이 증가하고, 수율이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판의 상부 일부에 위치하는 절곡된 주전송선로와, 상기 주전송선로의 절곡부에 의해 형성된 두 면의 외측으로 소정거리 이격된 위치에 각각 위치하며, 출력단이 기판의 주변부로 절곡된 두 λ/4 유니폼 전송선로와, 상기 λ/4 유니폼 전송선로의 출력단에 연결되며, λ/4 유니폼 전송선로 각각에 대하여 평행한 두 전송선로로 밸룬을 구성하되, 저면에 접지전극이 형성된 기판의 상부에 시드금속층을 형성하는 단계와; 그 시드금속층의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 자외선 또는 엑스레이에 선택적으로 노광시킨 후, 그 포토레지스트를 현상하여 소정 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 사이에 노출된 시드금속층의 상부에 그 포토레지스트 패턴의 두께에 따른 두께의 금속층을 성장시켜, 절곡된 주전송선로, 그 주전송선로에 대향되는 λ/4 유니폼 전송선로 및 그 λ/4 유니폼 전송선로와는 출력단이 직접 연결되는 전송선로를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴과 그 하부의 시드 금속층을 제거하는 단계로 제조하여 각 전송선로를 단일 공정으로 모두 형성하며, 그 연결 또한 이루게 되어 연결수단을 형성하는 공정이 필요없어, 공정의 신뢰성을 향상시키고, 수율을 높이며, 제조비용 또한 절감하는 효과가 있다.

Description

밸룬 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF BALUN}

본 발명은 밸룬(BALUN) 제조방법에 관한 것으로, 특히 고종횡비(aspect ratio)를 이용하여 에어갭 커패시티브 구조에 의한 손실을 줄임과 아울러 에어 브리지, 와이어등의 연결 수단을 사용하지 않음으로써 공정을 용이하게 하는데 적당하도록 한 밸룬 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 밸룬(BALUN, Balanced to unbalanced 또는 Unbalanced to balanced)은 대지에 대하여 평형한 회로를 한쪽 끝이 접지돼 있는 증폭 회로와 결합할 때, 평형 회로의 대지 평형이 무너지는 것을 방지하기 위해서, 또는 초단파대 전송 회로에서 접지에 대하여 평형하고 있는 회로와 동축 케이블과 같은 불평형 회로를 접속할 때 사용하는 정합용 트랜스를 칭한다.

상기 밸룬은 이동 및 무선 송수신 시스템의 고주파 송수신단을 구성하는 주요 핵심부품인 더블 밸런스드 믹서(double-balanced mixer), 푸시 풀 증폭기(push pull amplifier) 및 멀티플라이어(multiplier)의 구성요소가 된다.

상기의 실시예에서 하나의 라인이 접지를 기준으로 전압성분을 가지는 불평형 상태에서 180°의 위상차를 가지는 두 신호 라인이 공통 접지를 가지는 평형상태 또는 그 역으로 전환하는 수동회로의 역할을 한다.

특히, 높은 송신 출력을 얻기 위하여 바이폴라 트랜지스터나 갈륨비소 전계효과 트랜지스터를 여러개 연결할 경우 어느 한계점에 도달하면 비선형 특성을 가지게 되는데 이러한 비선형 특성은 하모닉스(harmonics)나 인터모듈레이션(intermodulation)의 원인이 된다. 이를 방지하기 위해 상기 밸룬을 사용하여 트랜지스터를 병렬로 연결하여 높은 송수신 출력을 얻을 수 있다.

상기 밸룬은 트랜스포머(transformer), 병렬 라인 밸룬(parallel line balun), marchand blalun, ring hybrid, 능동 소자를 이용한 것이 있다. 상기 트랜스포머를 사용하는 경우는 손실이 큰 문제점을 가지고 있으며, 능동소자를 이용한 것은 단가가 비싸고 잡음이나 왜곡특성이 저하되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 감안하여 통신에 사용하는 밸룬은 하이브리드 형태로 구현하며, 그 일예인 marchand balun은 광대역 특성과 고유 증폭 및 위상 균형(inherent amplitude and phase balance) 특성을 나타내어 널리 사용되고 있다.

이와 같은 종래 marchand balun의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 marchand balun의 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(1) 상에 특정방향으로 긴형태로 위치하며, 일측이 입력단(IN)으로 이용되는 주전송선로(2)와; 상기 주전송선로(2)와는 일정한 이격거리(d) 만큼 이격되는 위치에서 상호 소정거리 이격되도록 그 주전송선로(2)와는 평행하게 위치하며, 일측단이 접지되고, 타측단이 출력단(OUT)으로 이용되는 두 유니폼 전송선로(3,4)로 구성된다.

상기 두 유니폼 전송선로(3, 4)는 λ/4의 길이를 가진다.

상기 두 유니폼 전송전로(3,4)는 주전송선로(2)와 커플링되며, 그 커플링양은 선로의 짝수모드 및 홀수모드 임피던스에 의해 표현될 수 있다.

상기 짝수모드 및 홀수모드의 임피던스는 선로의 폭(w), 기판(1)의 두께(t), 접지와의 거리에 의한 특성 임피던스와 상기 주전송선로(2)와 유니폼 전송선로(3,4)의 이격거리(d)에 의해 결정된다.

이와 같이 두개의 전송선로가 결합된 하이브리드 커플드 라인(hybrid coupled line)의 경우 3dB를 구현하기에는 그 결합량이 작은 문제점을 가지고 있다.

상기 종래 머천드 밸룬(marchand balun)의 기본구조가 가지는 결합량이 작은 문제점을 해결하기 위하여 더 많은 전송선로를 사용하여 결합량을 증가시키는 방법을 사용하였다.

도2는 종래 머천드 밸룬의 개선된 구조의 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 도1의 구성에서, 주전송선로(2)를 기준으로 상기 두 유니폼 전송선로(3,4)와 대칭되는 두 유니폼 전송선로(5,6)를 포함하여 구성된다.

상기 유니폼 전송선로(5, 6)는 평면상에서 주전송선로(2)의 상부측에 위치하며, 그 유니폼 전송선로(5,6) 각각의 출력단과 유니폼 전송선로(3,4)의 출력단을 연결하기 위해서 와이어 연결선 또는 에어 브리지(7)를 사용한다.

이와 같은 구조는 광대역에서 상대적으로 적은 신호 손실 특성을 얻기위한 풀리 플래너 3커플링(fully planar 3-coupling)의 구조를 가진다.

도3은 상기 도2에 도시한 밸룬의 전기적 특성 그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 1dB 밴드폭은 18~43GHz이고, 32GHz에서 3.5dB의 손실을 가지느 것을 알 수 있다.

또한, 18~41GHz의 대역에서는 0.18dB와 0.86°의 전류와 위상의 오류를 나타내는 것을 알 수 있다.

그러나, 상기 도2에 예시한 구조는 유니폼 전송선로(5,6)의 출력단을 유니폼 전송선로(3,4)의 출력단에 연결하기 위해서, 와이어 본딩 또는 에어 브리지(7)를 사용하게 된다.

상기 에어 브리지(7)는 희생층을 사용하여 주전송선로(2)에는 연결되지 않는 배선구조를 형성하고, 희생층을 제거하는 공정으로 제작되며, 이는 공정이 매우 어렵다.

특히 와이어 본딩이나 에어 브리지(7)는 주전송선로(2) 및 각 유니폼 전송선로(3~6)의 폭과, 사이의 간격이 작을 때는 그 연결이 매우 어려워, 각 유니폼 전송선로(3~6)가 주전송선로(2)와 쇼트되거나, 그 유니폼 전송선로(3~6)간에 연결이 이루어지지 않는 등의 문제점이 있었다.

또한 공정의 단계가 증가하여, 제조비용이 증가하며 이는 제품의 가격을 상승시키는 요인이 된다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 별도의 연결수단을 사용하지 않으며, 에어 갭 커패시티브 구조에 의한 손실을 최소화하며, 광대역을 확보할 수 있는 밸룬 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판의 상부 일부에 위치하는 절곡된 주전송선로와, 상기 주전송선로의 절곡부에 의해 형성된 두 면의 외측으로 소정거리 이격된 위치에 각각 위치하며, 출력단이 기판의 주변부로 절곡된 두 λ/4 유니폼 전송선로와, 상기 λ/4 유니폼 전송선로의 출력단에 연결되며, λ/4 유니폼 전송선로 각각에 대하여 평행한 두 전송선로로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기의 구성은 저면에 접지전극이 형성된 기판의 상부에 시드금속층을 형성하는 단계와; 그 시드금속층의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 자외선 또는 엑스레이에 선택적으로 노광시킨 후, 그 포토레지스트를 현상하여 소정 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 사이에 노출된 시드금속층의 상부에 그 포토레지스트 패턴의 두께에 따른 두께의 금속층을 성장시켜, 절곡된 주전송선로, 그 주전송선로에 대향되는 λ/4 유니폼 전송선로 및 그 λ/4 유니폼 전송선로와는 출력단이 직접 연결되는 전송선로를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴과 그 하부의 시드 금속층을 제거하는 단계로 제조됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명 밸룬의 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이 본 발명에서 사용하는 주전송선로(43)와, 각 유니폼 전송선로(44,45)는 일정한 높이를 가지며, 그 높이에 의한 고종횡비(aspect ratio)를 가진다.

또한, 상기 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44,45)는 마주하는 면의 크기가 동일하도록, 90°의 각도로 절곡되며, 그 마주하는 면의 길이는 유니폼 전송선로(44, 45)의 길이인 λ/4의 길이이다.

또한, 상기 유니폼 전송선로(44, 45)에서 주전송선로(43)와 마주하는 부분과 평행하게 유니폼 전송선로(46, 47)가 각각 위치한다.

상기 유니폼 전송선로(46, 47) 각각의 출력단은 상기 유니폼 전송선로(44, 45)의 주전송선로(43)와 마주하지 않는 부분에 접하도록 구성된다.

미설명부호 41은 기판, 42는 접지전극이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 구조 및 동작과 그에 따른 개선된 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 주전송선로(43)는 상하측으로 긴 부분의 끝단 측이 입력단(IN)이고, 그 타측은 90°의 각도로 굽은 형상을 나타낸다.

또한, 주전송선로(43)의 두께는 LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 공정으로 정의할 수 있는 최대 두께(t)로 제작하여 폭과의 비율인 고종횡비를 가지도록 제작한다.

그리고, 상기 유니폼 전송선로(44,45)는 상기 주전송선로(43)의 두께(t)와 동일 두께를 가지며, 그 주전송선로(43)의 절곡된 부분에 대향하는 면과, 그 대향 면의 일측을 기판(41)의 가장자리로 유도하는 절곡된 출력단(OUT)을 가진다.

이와 같이 유니폼 전송선로(44,45)와 주전송선로(43)가 고종횡비를 가지도록 구성하면, 결합량을 3dB로 증가시킬 수 있게 된다.

이는 각 선로간의 에어 갭 커패시티브 커플링을 최대로 만들어, 그 결합량을 증가시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 유니폼 전송선로(44,45)의 출력단(OUT)에는 유니폼 전송선로(44,45) 각각에 평행한 유니폼 전송선로(46,47)가 연결된다.

이 유니폼 전송선로(46,47)는 광대역을 확보하기 위한 것으로, 직접 유니폼 전송선로(44, 45)와 출력단(OUT)이 연결됨으로써, 종래와 같이 와이어 본딩이나 에어 브리지를 형성할 필요가 없다.

도5는 본 발명 밸룬의 전기적 특성그래프로서, 이에 도시한 바와 같이 20~40GHz의 1dB 대역은 13.5dB이상의 반사손실을 가지며, 전압과 위상에러는 각각 20~40GHz에서 0.10dB, 20~38GHz에서 0.8°이다.

상기의 유니폼 전송선로(44~47) 및 주전송선로(43)는 단일한 공정으로 형성되어, 종래와 같이 와이어 본딩 또는 에어 브리지를 형성할 필요가 없으며, 이와 같은 본 발명 밸룬 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도6a 내지 도6f는 본 발명 밸룬 제조공정 수순단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 저면부에 접지전극(42)이 형성된 기판(41)의 상부에 시드금속층(48)을 형성하는 단계(도6a)와; 상기 시드금속층(48)의 상부에 포토레지스트(PR)를 도포하는 단계(도6b)와; 네가티브 마스크(49)를 사용하여 자외선 또는 엑스레이를 상기 포토레지스트(PR)에 선택적으로 노광시키는 단계(도6c)와; 상기 노광된 포토레지스트(PR)를 현상하여 포토레지스트(PR) 패턴을 형성하는 단계(도6d)와; 상기 시드금속층(48)의 노출된 부분 상부에 금속(50)을 성장시키는 단계(도6e)와; 상기 잔존하는 포토레지스트(PR) 패턴과 그 하부의 시드 금속층(48)을 제거하는 단계(도6f)로 구성된다.

이하, 상기와 같은 본 발명 밸룬 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도6a에 도시한 바와 같이 저면에 접지전극(42)이 형성된 기판(41)을 준비한다.

상기 기판(41)은 고저항 실리콘 기판 또는 반절연 기판을 사용한다.

상기 기판(41)의 상부에 금속을 순차적으로 증착하여 시드 금속층(48)을 형성한다.

상기 시드 금속층(48)은 티타늄, 구리, 티타늄이 순차 적층된 것이며, 그 시드 금속층(48)은 이후에 상기 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44~47)를 형성하기 위한 금속 성장의 매개로 작용한다.

그 다음, 도6b에 도시한 바와 같이 상기 형성한 시드 금속층(48)의 상부에 포토레지스트(PR)를 도포한다.

이때 도포하는 포토레지스트(PR)의 두께는 상기 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44~47)가 특정한 고종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있도록 설정된 값이다.

즉, 상기 포토레지스트(PR)의 두께는 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44~47)의 두께와 같다.

그 다음, 도6c에 도시한 바와 같이 마스크(49)를 사용하여 상기 포토레지스트(PR)의 일부에 자외선 또는 엑스레이를 조사한다.

그 다음, 도6d에 도시한 바와 같이 상기 노광된 포토레지스트(PR)를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.

이때 포토레지스트(PR) 패턴의 형상은 상기 도4의 사시도에서 상부면에서 보았을때 기판(41)이 노출되어 있는 전영역에 위치한다.

그 다음, 도6e에 도시한 바와 같이 상기 포토레지스트(PR) 패턴의 사이에 노출되어 있는 시드 금속층(48)의 상부에 금속(50)을 성장시킨다.

이때 성장되는 금속(50)의 두께는 상기 잔존하는 포토레지스트(PR) 패턴과 그 두께가 동일하게 될때까지 성장시킨다.

상기 금속(50)은 언급한 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44~47)가 되는 것이며, 이처럼 단일한 공정을 통해 주전송선로(43)와 유니폼 전송선로(44~47)를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 그 유니폼 전송선로(44~47)의 출력단을 연결할 수 있어, 이후에 부가적인 연결수단을 제조하는 공정이 불필요하게 된다.

그 다음, 상기 잔존하는 포토레지스트(PR) 패턴을 제거하고, 그 포토레지스트(PR) 패턴의 하부에 위치하는 시드 금속층(48)을 제거하여 밸룬의 제작을 완료한다.

상기한 바와 같이 본 발명 밸룬 제조방법은 밸룬을 구성하는 전송선로 각각이 고종횡비를 가지도록 구성하여 결합량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 유니폼 전송선로의 출력단과 출력단이 연결되는 별도의 유니폼 전송선로를 구성하여 광대역을 이룰 수 있는 효과가 있다.

그리고, 각 전송선로를 단일 공정으로 모두 형성하며, 그 연결 또한 이루게 되어 연결수단을 형성하는 공정이 필요없어, 공정의 신뢰성을 향상시키고, 수율을 높이며, 제조비용 또한 절감하는 효과가 있다.

도1은 종래 밸룬의 일실시 사시도.

도2는 종래 밸룬의 다른 실시 사시도.

도3은 도2에 도시한 밸룬의 전기적 특성 그래프.

도4는 본 발명 밸룬의 일실시 사시도.

도5는 도4의 전기적 특성 그래프.

도6a 내지 도6f는 본 발명 밸룬의 제조공정 수순단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

41:기판 42:접지전극

43:주전송선로 44~47:유니폼 전송선로

48:시드 금속층 49:마스크

50:금속층

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 저면에 접지전극이 형성된 기판의 상부에 시드금속층을 형성하는 단계와; 그 시드금속층의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 자외선 또는 엑스레이에 선택적으로 노광시킨 후, 그 포토레지스트를 현상하여 소정 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 사이에 노출된 시드금속층의 상부에 그 포토레지스트 패턴의 두께에 따른 두께의 금속층을 성장시켜, 절곡된 주전송선로, 그 주전송선로에 대향되는 λ/4 유니폼 전송선로 및 그 λ/4 유니폼 전송선로와는 출력단이 직접 연결되는 전송선로를 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴과 그 하부의 시드 금속층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 밸룬 제조방법.