KR101730335B1 - 필름 벌크 음향 공진기 필터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
상부 면 및 하부 면 위에 상부 금속 전극 및 하부 금속 전극을 가진 압전 재료의 실질적으로 수평인 멤브레인을 포함하는 음향 공진기로서, 상기 막은 자신의 주변부에서 부착 폴리머에 의해 장방형 인터커넥트 프레임의 내부 측벽으로 부착되고, 패키지 프레임의 측벽들은 상기 막에 실질적으로 수직이고 유전체 매트릭스 내에 도전성 비아를 구비하고, 상기 도전성 비아는 상기 측벽들 내에서 실질적으로 수직으로 지나가고, 상기 음향 공진기를 자신의 주변으로부터 밀봉하기 위해 상기 금속 전극은 상기 멤브레인과 상기 인터커넥트 프레임의 상부 및 하부 단부에 결합된 상부 및 하부 덮개의 상부 표면 위로 피처층에 의해 상기 금속 비아에 통전가능하게 결합되는 음향 공진기.
Description
본 발명은 Hurwitz 및 Huang의 2015년 1월 6일에 출원되고 “필름 벌크 음향 공진기 필터"라는 제하의 미국특허출원 제14/590,621의 우선권을 주장한다.
본 발명은 휴대 전화 등에 사용하는 RF 필터에 관한 것이다.
휴대 전화는 점점 스마트해지고 있다. 소위 3세대 스마트폰에서 4세대 및 5세대 스마트폰으로의 전환에서, 무선 주파수 및 대역의 폭발적인 성장이 있었다. 정상적으로 작동할 수 있게 하기 위해서는, 인접 대역들로부터의 신호들을 필터링하는 것이 필요하다.
RF 및 마이크로웨이브 애플리케이션은 조정가능한 장치 및 회로의 사용으로 크게 효익을 얻을 수 있다. 광 대역에 걸쳐 조정될 수 있는 컴포넌트를 가지고, 필터는 다수의 동작 주파수 대역에 걸쳐 튜닝될 수 있고, 임피던스 매칭 네트워크가 증폭기 파워 레벨 또는 안테나 임피던스에 대해 조정될 수 있다.
더욱 정교한 스마트 폰, 및 자동차 등에서의 RF 장치의 수요를 충족시키기 위해서, 정상적인 작동을 간섭하지 않는 주파수 내에서 공존하도록 상이한 통신 채널들에 대해, 그리고 스마트폰과 같은 상이한 RF 주파수 장치에 대해 상이한 주파수 대역을 사용하는 것이 필요하다. 이를 위한 한 가지 방법은 필터로서 FBAR 기술을 사용하는 것이다.
FBAR(필름 벌크 음향 공진기) 필터는 탄성표면파 필터에 비해 더 가파른 차단 곡선(rejection curve)을 가진 더 우수한 성능을 가진 벌크 탄성파 필터의 형태이다. 이는 낮은 신호 손실을 가지고, 결과적으로 이동 통신 기술에서 더 긴 배터리 수명과 더 많은 통화 시간을 가능하게 한다.
대부분의 애플리케이션이 3세대(3G)일 때, 단지 4개 또는 5개의 상이한 대역이 FBAR(필름 벌크 음향 공진기) 필터링을 이용하여 효익을 얻었다. 지금은, 전세계 통신업체들은 4세대(4G)로 이동하고 있으며, 필터 사양은 훨씬 더 엄격하다.
바륨 스트론튬 티탄산(BST: Barium Strontium Titanate)은 실온에서 페로브스카이트형 구조를 갖는 중심 대칭성의 압전 재료로서 존재하는 혼합 티탄산염이다. BST는 높은 유전율, 낮은 유전 손실 및 낮은 누설 전류 밀도를 가지며, 커패시터의 유전체로서 이용되어왔다.
BST는 일반적으로 대용량 커패시턴스가 상대적으로 작은 면적으로 실현될 수 있도록 높은 유전율을 가진다. 또한, BST는 인가 전기장에 따른 유전율을 가진다. 결과적으로, 그 정전용량이 커패시터를 가로지르는 바이어스 전압의 변화에 의해 튜닝될 수 있는 매우 단순한 전압 가변 커패시터를 허용하면서, 박막 BST는 인가된 DC-필드에 의해 유전율이 눈에 띄게 변화될 수 있는 현저한 속성을 갖는다. 또한, 필름 유전율이 일반적으로 제로(0) 바이어스에 대해 대칭이기 때문에, 바이어스 전압은 일반적으로 BST 커패시터를 가로지르는 어느 하나의 방향으로 인가될 수 있다. 즉, BST는 일반적으로 전기장에 대해 바람직한 방향을 나타내지 않는다. 이러한 특성은 BST가 교류 회로 내에서 유전체를 사용할 수 있도록 하는데, 크기에 따른 특성 전압에서, 유전체 재료가 공진하고, 그에 따라 전기 에너지를 흡수하여 음향 에너지로 변환함으로써 필터로서의 기능을 할 수 있도록 한다.
Armstrong 및 Humirang의 US 7,675,388 B2는 BST 재료를 이용한 스위칭 조정가능한 음향 공진기를 설명한다. 음향 공진기는 그 사이에 개재된 바륨 스트론튬 티탄산(BST) 유전체 층을 가진 한 쌍의 전극을 포함한다. DC(직류) 바이어스 전압이 BST 유전체층을 가로질러서 인가되는 경우, 상기 장치는 공진 주파수를 가진 공진기로서 스위칭된다. 또한, DC 바이어스 전압이 BST 유전체층을 가로질러서 인가되지 않을 경우, 상기 음향 공진기는 스위칭 오프 된다. 추가로, 상기 음향 공진기의 공진 주파수는 DC 바이어스 전압의 레벨에 기초하여 조정될 수 있고, DC 바이어스 전압의 레벨이 증가함에 따라 공진 주파수가 증가한다.
상술한 하나의 설계에서, US 7,675,388 B2는 사파이어 기판에 형성된 상기한 음향 공진기를 기술한다. 본 명세서에 기술된 또 다른 설계에서, 이러한 음향 공진기는 제2 전극과 기판 사이에 배치된 공기 갭 위에 형성된다. 또한 음향 공진기가 제2 전극과 기판 사이에 배치된 음향 반사기 위에 형성되는 것으로 기술되고, 여기서, 음향 반사기는 기판에 의한 음향 공진기의 공명의 댐핑을 감소시키는 이산화규소(SiO2)와 백금(Pt)의 복수의 교차 층으로 구성된다.
BST계 음향 공진기 기능은 DC 바이어스 전압을 인가시킴으로써 스위칭 온 오프될 수 있고, 그의 공진 주파수는 DC 바이어스 전압을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 따라서 BST계 음향 공진기는 안테나를 통해 무선 주파수 신호를 송수신하는 스위칭가능하고, 조정가능한 필터 및 듀플렉서와 같은 전자 회로에서 다수의 사용처를 가진다.
본 발명에 따르면, 적절한 전압과 주파수를 갖는 교류전류가 인가될 때 공진하는 압전막을 가지는 음향 공진기를 제공할 수 있다. 이는 전기 신호를 역학적 에너지로 변환하도록 할 수 있고, 휴대폰 등과 같은 RF 장치에서 노이즈를 일으키는 RF 주파수를 필터링한다.
본 발명의 제1 양태는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법으로서;
(a) 전극층 사이에서 성장한 압전 재료를 가진 희생 기판을 포함하는 다이를 획득하는 단계;
(b) 각 캐비티가 프레임 워크에 의해 둘러싸이도록 캐비티 어레이를 형성하는 프레임워크의 유전체 그리드로서, 상기 프레임워크를 통과하여 지나는 도전성 비아를 더 포함하는 상기 프레임워크의 유전체 그리드를 획득하는 단계;
(c) 분리가능한 점착성 테이프를 상기 프레임워크 유전체 그리드의 하부면에 부착하는 단계;
(d) 다이를 상기 분리가능한 테이프의 점착성에 의해 상기 다이를 적절한 위치에 유지하는 각 캐비티 내에 위치시키는 단계;
(e) 상기 희생 기판을 제거하고, 멤브레인의 위와 주위에 부착 폴리머를 적층하고, 및 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계;
(f) 상기 부착 폴리머를 관통하여 각각의 멤브레인 주위의 적어도 제1 및 제2 비아로, 그리고 상기 압전 재료를 관통하여 그 아래의 상기 전극 층으로 천공하는 단계;
(g) 상기 제1 비아의 상부 단부와 상기 압전층 위의 전극 사이의 제1 접속부, 및 상기 제2 비아의 상부 단부와 상기 압전층 아래의 전극층 사이의 제2 접속부, 및 상기 제1 비아의 상부 단부, 상기 제2 비아의 상부 단부, 및 상기 제1 접속부와 제2 접속부를 둘러싸는 상부 연결 링을 상면에 제조하는 단계;
(h) 상기 제1 비아와 상기 제2 비아의 하부 단부 상의 하부 패드, 및 상기 제1 비아와 상기 제2 비아의 하부 단부를 둘러싸는 하부 연결 링을 하면에 제조하는 단계;
(i) 상기 하부 연결 링 아래에 하부 패드로부터 뻗어있는 표면 실장(surface mounting)을 위한 레그를 제조하는 단계;
(j) 상기 하부 전극 아래의 부착 폴리머를 제거하는 단계;
(k) 상기 상부 링에 상부 덮개를 부착하고 상기 하부 링에 하부 덮개를 부착하는 단계; 및
(l) 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계;
를 포함하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 희생 기판은 c- 평면 사파이어의 단일 결정인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 압전 재료는 혼합된 바륨 스트론튬 티탄산(BST: Barium Strontium Titanate)(BxS(1-x)TiO3)인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 압전 재료는 분자 빔 에픽택시(epitaxy), 펄싱 레이저 증착, RF 스퍼터링 및 원자층 증착으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
바람직하기로, 상기 압전 재료는 에피택셜 성장(epitaxially grown)되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 압전 재료는 단일 결정인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 전극 층은 백금 또는 탄탈룸을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 인터페이스 층이 상기 희생 기판과 상기 제1 전극 층 사이에 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 단계(e)는 상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층을 중심으로 하여 방사상으로 퍼져나가는 단계(radiating)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN 또는 InN을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 단계(a)는:
희생 기판의 웨이퍼를 획득하는 단계;
상기 희생 기판의 표면 상에 인터페이스 층을 제조하는 단계;
상기 인터페이스 층 상에 하부 전극을 제조하는 단계;
상기 하부 전극 상에 압전 재료의 에피택셜 층을 제조하는 단계;
상기 압전 층 상에 상부 전극을 제조하는 단계; 및
상기 전극을 다이스로 싱귤레이팅하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
선택적으로, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 금속 비아를 가진 동시소성된(cofired) 세라믹 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 폴리머 매트릭스 및 구리 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 폴리머 매트릭스는 유리 섬유 및 세라믹 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 구리 비아는 패터닝된 포토레지스트 내에서 직립 필러(upstanding pillar)로서 전기도금하고, 상기 포토레지스트를 벗겨내고, 상기 폴리머 매트릭스를 그 위에 적층시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 폴리머 매트릭스는 액정 폴리머인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 다이를 각 캐비티 내에 배치하는 단계(d)는 상기 희생 기판을 가진 상기 다이를 상기 분리가능한 테이프 및 상방을 면하는 상기 압전층 및 전극들과 접촉하도록 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 희생 기판을 제거하고, 상기 멤브레인의 위와 주위에 부착 폴리머를 적층하고, 및 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계(e)는:
ⅰ. 폴리머 코팅을 상기 다이 및 프레임워크 위로 적층하는 단계;
ⅱ. 캐리어를 상기 부착 폴리머 위로 도포하는 단계;
ⅲ. 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계;
ⅳ. 부착 폴리머를 통과하여 캐리어로 플라즈마 에칭하거나 레이저 스카이빙하면서, 하드 마스크로 상기 프레임워크의 그리드는 보호하는 단계;
ⅴ. 상기 인터페이스 층을 융해시키기 위해 상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계(irradiating);
ⅵ. 상기 희생 기판을 제거하는 단계;
ⅶ. 부착 폴리머를 도포하는 단계; 및
ⅷ. 상기 캐리어를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
선택적으로, 상기 캐리어는 금속 캐리어이고 상기 캐리어를 제거하는 단계는 상기 캐리어를 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 희생 기판은 사파이어를 포함하고, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN, 또는 InN을 포함하고,
상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계는 금속으로 질화물을 환원시키고 상기 금속을 융해시키기 위해 불화 아르곤(ArF) 레이저, 또는 불화 크립톤(KrF) 레이저를 가지고 조사하는 단계, 상기 희생 기판을 상기 전극 압전 층으로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 다이를 각각의 캐비티에 배치시키는 단계(d)는 외부 전극을 가진 각각의 다이를 상기 분리가능한 테이프와 상기 희생 기판과 접촉하도록 상방으로 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 단계(e)는:
ⅸ. 상기 인터페이스를 융해시키기 위해 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계;
ⅹ. 상기 희생 기판을 제거하는 단계;
ⅹⅰ. 부착 폴리머를 도포하는 단계; 및
ⅹⅱ. 상기 분리 테이프를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
선택적으로, 상기 희생 기판은 사파이어를 포함하고, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN, 또는 InN을 포함하고,
상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계는 금속으로 질화물을 환원시키고 상기 금속을 융해시키기 위해 불화 아르곤(ArF) 레이저, 또는 불화 크립톤(KrF) 레이저를 가지고 조사하는 단계, 상기 희생 기판을 상기 전극 압전 층으로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 부착 폴리머를 도포하는 단계는 상기 멤브레인과 프레임 아래와 주위에 액정 폴리머 필름을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 부착 폴리머를 관통하여 각각의 멤브레인 주위의 적어도 제1 및 제2 비아로, 그리고 상기 압전 재료를 관통하여 그 아래의 상기 전극으로 천공하는 단계(f)는 레이저 천공 및 플라즈마 에칭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 단계(g)는 상기 외부 표면과 상기 구멍 위로 시드층을 증착시키는 단계; 포토레지스트를 상기 상면 위에 위치시키는 단계; 상기 포토레지스트를 제1 및 제2 접속부와 상부 연결 링을 가지고 패터닝하는 단계; 구리를 패턴으로 전기 도금하는 단계; 상기 포토레지스트를 벗겨내는 단계; 및 상기 시드층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 포토레지스트와 시드층을 벗겨내기 전에 Ni, Au, 또는 Ni/Au 접점을 상기 상부 연결 링에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 단계(h)는:
상기 하부 표면과 상기 구멍 위로 시드층을 증착시키는 단계;
포토레지스트를 상기 하부 표면 위에 위치시키는 단계;
상기 포토레지스트를 하부 패드와 하부 연결 링을 가지고 패터닝하는 단계;
구리를 패턴으로 전기 도금하는 단계;
상기 포토레지스트를 벗겨내는 단계; 및
상기 시드층을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
선택적으로, 상기 시드층은 상부 표면과 하부 표면에 동시에 도포되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 제1 및 제2 접속부, 상기 상부 및 하부 밀봉 링, 및 하부 패드가 동시에 전기도금되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 단계(i)는 적절한 두께의 포토레지스트 층을 상기 하부 표면에 도포하는 단계, 표면 실장을 위한 레그를 가지고 상기 포토레지스트를 상기 하부 패드로 패터닝하는 단계, 상기 레그를 상기 패턴으로 전기도금하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 상기 하부 연결 링 아래로 제거하는 단계 및 상기 시드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 포토레지스트와 시드층을 벗겨내기 전에 Ni, Au, 또는 Ni/Au 접점을 상기 하부 연결 링 및 레그에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 하부 전극 아래의 상기 부착 폴리머의 중심 영역을 제거하는 단계(j)는 상기 부착 폴리머를 플라즈마 에칭 제거하는 반면, 하드 마스크를 가지고 상기 프레임워크와 상기 부착 폴리머의 주변 영역을 보호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 중심 영역의 제거에 의해 노출된 상기 인터페이스의 잔유물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 상부 전극 위로부터 임의의 부착 폴리머를 박층화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 접속부로부터 상기 하부 전극까지의 상기 상부 전극의 절연을 보장하기 위해 상기 상부 전극의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 상부 덥개와 상기 하부 덮개는 세라믹, 금속 및 폴리머를 구비하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 상부 링에 상부 덮개를 부착하고 상기 하부 링에 하부 덮개를 부착하는 단계(k)는 접점 금속을 리플로우하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 상부 링에 상부 덮개를 부착하고 상기 하부 링에 하부 덮개를 부착하는 단계(l)는 접점 금속을 리플로우하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계(n)는 절단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선택적으로, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 상기 유전체 재료 내에 내장된 구리 분할 그리드를 더 포함하고, 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계(n)는 상기 구리 분할 그리드를 선택적으로 용해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발명을 더 잘 이해하고 본 발명이 어떻게 수행될 수 있는지를 보여주기 위해, 단지 예시에 의해, 첨부 도면을 참조한다.
이제, 특정한 도면에 대해 상세하게 참고하면, 도시된 특정한 부분은 예시이고, 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적 설명을 목적으로 하며, 본 발명의 원리 및 개념적 측면의 설명이 가장 유용하고 용이하게 이해될 수 있다고 간주되는 것을 제시하기 위해 강조된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적 이해를 위해 필요한 것 이상으로 보다 상세하게 본 발명의 구조적 상세를 도시하려는 시도는 이루어지지 않았으며; 도면과 함께 취해진 설명은 본 발명의 다수 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지를 당해 기술 분야의 당업자에 명료하게 한다.
도 1은 전극층 사이에서 성장한 상유전성 재료를 가지고 희생 기판을 제조하는 제조 방법의 단계들을 도시하는 플로우차트이다;
도 1a 내지 1ei, 및 1eb는 사파이어 기판 상에 증착된 전극 압전 층의 구축(build up)의 개략적인 단면도이다;
도 1fa 내지 1fb은 제1 실시 예에 따른, FBAR 코어로 사용하기 위해 희생 기판 상에서 각각 전극 압전필름으로 구성된 복수의 개별 다이스의 개략적인 단면도이다;
도 2는 하나의 실시예의 음향 공진기를 제조할 수 있는 방법을 도시하는 플로우차트이다;
도 3은 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치된 상기 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 4는 세라믹 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치된 상기 세라믹 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 5는 도 3의 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치되고, 후속적으로 부착 폴리머 필름으로 적층되는 상기 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 6은 캐리어가 부착된 도 5의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 7은 희생 기판이 제거된 도 6의 인터커넥트 프레임워크의 개략적인 단면도이다;
도 8은 다이 주변의 폴리머 필름이 구멍을 통해 캐리어로 제거된 구멍을 가진 도 7의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 9는 희생 기판이 분리된 도 8의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 10은 폴리머를 부착하고, 멤브레인 주변의 공간 및 상기 희생 기판의 제거에 의해 남은 캐비티를 충전하고, 및 추가적으로 50 미크론 정도 만큼 프레임을 커버하는 것에 의해 적층된 도 9의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 11은 캐리어가 제거된 도 10의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 12는 비아로 천공된 구멍, 부착 폴리머를 관통하여 상부 전극까지 천공되고 상기 부착 폴리머와 멤브레인을 관통하여 하부 전극까지 천공된 구멍이 있는 도 11의 구조의 개략도이다;
도 13은 드릴 구멍의 표면을 포함하여, 표면을 덮는 시드 층을 가진 도 12의 구조의 개략도이다;
도 14는 충전된 드릴 구멍을 비아와 전극, 상기 비아의 하부 단부에 연결된 하부 패드를 연결하고, 상하부 밀봉 링을 형성하는 접촉 패드 및 충전된 천공 구멍을 가진 도 13의 구조의 개략도이다.
도 15는 LGA(Land Grid Array)에 대한 결합과 같은, 표면 실장을 위한 하부 패드로부터 상기 하부 밀봉링 아래의 우물(well)로 성장한 비아 포스트를 가지는 도 14의 구조의 개략도이다;
도 16은 니켈, 금 또는 니켈 금 종단부로 코팅된 접촉 패드와 링 시일을 가지는 도 15의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 17은 시드 층이 에칭되어 제거된 도 16의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 18은 실질적으로 박층화된 멤브레인과 제거된 인터페이스 층의 양 측면 하부에 부착 폴리머를 가진 도 17의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 19는 상기 멤브레인 위 아래에 도포된 덮개로서, 링 시일에 의해 인터커넥팅 프레임에 밀봉되고, 용접 밀봉(hermetic sealing)을 제공하는 덮개를 가진 도 18의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 20은 상기 프레임워크의 그리드로부터의 싱귤레이션 후의 도 18의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 21은 상부로부터의 도 20의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 22는 하부로부터의 도 21의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 23은 변형된 구조의 제조 루트를 도시하는 플로우차트이다;
도 24는 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 그리드의 일부인 단일 캐비티 및 주변 프레임으로서, 도 1fb의 다이가 상기 캐비티에 배치되고 하방을 향해 면하도록 유지하고, 분리가능한 테이프 상에서 상기 희생 기판은 상방을 향해 면하고 있는 상기 단일 캐비티 및 주변 프레임의 개략적인 단면도이다;
도 25는 희생 기판이 들어 올려져 제거되는 것을 보여주는, 상기 단일 캐비티, 주변 프레임 및 하방을 향해 면하고 있는 도 1fb의 다이의 개략적인 단면도이다;
도 26은 멤브레인과 프레임 사이의 공간을 충전하고, 인터페이스 층에 잔존하는 모든 재료를 덮고, 약 50 미크론을 초과하여 충전하면서 상기 프레임을 충전하는 부착 폴리머로 적층된 도 25의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 27은 분리가능한 테이프가 제거되어, 프레임워크와 비아의 단부를 노출하는 도 26의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 28은 비아의 반대측 단부로 폴리머 필름을 아래로 관통하는 구멍, 및 내부 전극으로 외부 전극과 압전 멤브레인을 관통하여 천공된 구멍을 가지는 도 27의 구조의 개략적인 단면도이다(도시된 바와 같이, 구멍들은 폴리머를 관통하여 비아의 상부 단부로, 그리고 하부 전극과 멤브레인을 관통하여 상부 전극으로 향해 있지만, 이 구조는 역이 될 수 있다);
도 29는 어레이의 상부 및 하부 양 표면을 덮고, 천공 구멍의 벽을 코팅하는 금속 시드층을 가진 도 28의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 30은 각각의 측면 위에 제조된 충전된 천공 구멍, 접촉 패드, 및 링 시일을 가지는 도 29의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 31은 LGA(Land Grid Array)에 대한 결합과 같이, 표면 실장을 위해 밀봉 링을 넘어서서 멤브레인에 대한 상기 구조의 반대 측면의 패드로부터 우물까지 성장된 비아 포스트를 가지는 도 30의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 32는 접촉 패드와, 니켈, 금 또는 니켈 금으로 코팅된 링 시일을 가지는 도 31의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 33은 시드층이 에칭되어 제거된 도 32의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 34는 180 ㅀ로 회전되고, 노출된(현재) 상부 전극은 에칭되어 제거된 도 33의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 35는 부착 폴리머가 실질적으로 제거되고, 인터페이스 층의 잔존물이 노출된 곳으로부터 제거된 도 34의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 36은 상부 및 하부 링 시일에 부착된 상부 및 하부 덮개를 가지는 도 35의 구조의 개략적인 단면도이다; 및
도 37은 그리드로부터 패키징된 음향 공진기를 싱귤레이팅하는 프레임워크의 그리드를 통해 분할한(sectioning) 후의 도 36의 구조의 개략적인 단면도이다.
이제, 특정한 도면에 대해 상세하게 참고하면, 도시된 특정한 부분은 예시이고, 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적 설명을 목적으로 하며, 본 발명의 원리 및 개념적 측면의 설명이 가장 유용하고 용이하게 이해될 수 있다고 간주되는 것을 제시하기 위해 강조된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적 이해를 위해 필요한 것 이상으로 보다 상세하게 본 발명의 구조적 상세를 도시하려는 시도는 이루어지지 않았으며; 도면과 함께 취해진 설명은 본 발명의 다수 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지를 당해 기술 분야의 당업자에 명료하게 한다.
도 1은 전극층 사이에서 성장한 상유전성 재료를 가지고 희생 기판을 제조하는 제조 방법의 단계들을 도시하는 플로우차트이다;
도 1a 내지 1ei, 및 1eb는 사파이어 기판 상에 증착된 전극 압전 층의 구축(build up)의 개략적인 단면도이다;
도 1fa 내지 1fb은 제1 실시 예에 따른, FBAR 코어로 사용하기 위해 희생 기판 상에서 각각 전극 압전필름으로 구성된 복수의 개별 다이스의 개략적인 단면도이다;
도 2는 하나의 실시예의 음향 공진기를 제조할 수 있는 방법을 도시하는 플로우차트이다;
도 3은 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치된 상기 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 4는 세라믹 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치된 상기 세라믹 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 5는 도 3의 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티로서, 도 1fa의 다이스가 상기 캐비티 내에 위치되고, 후속적으로 부착 폴리머 필름으로 적층되는 상기 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 개략적인 단면도이다;
도 6은 캐리어가 부착된 도 5의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 7은 희생 기판이 제거된 도 6의 인터커넥트 프레임워크의 개략적인 단면도이다;
도 8은 다이 주변의 폴리머 필름이 구멍을 통해 캐리어로 제거된 구멍을 가진 도 7의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 9는 희생 기판이 분리된 도 8의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 10은 폴리머를 부착하고, 멤브레인 주변의 공간 및 상기 희생 기판의 제거에 의해 남은 캐비티를 충전하고, 및 추가적으로 50 미크론 정도 만큼 프레임을 커버하는 것에 의해 적층된 도 9의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 11은 캐리어가 제거된 도 10의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 12는 비아로 천공된 구멍, 부착 폴리머를 관통하여 상부 전극까지 천공되고 상기 부착 폴리머와 멤브레인을 관통하여 하부 전극까지 천공된 구멍이 있는 도 11의 구조의 개략도이다;
도 13은 드릴 구멍의 표면을 포함하여, 표면을 덮는 시드 층을 가진 도 12의 구조의 개략도이다;
도 14는 충전된 드릴 구멍을 비아와 전극, 상기 비아의 하부 단부에 연결된 하부 패드를 연결하고, 상하부 밀봉 링을 형성하는 접촉 패드 및 충전된 천공 구멍을 가진 도 13의 구조의 개략도이다.
도 15는 LGA(Land Grid Array)에 대한 결합과 같은, 표면 실장을 위한 하부 패드로부터 상기 하부 밀봉링 아래의 우물(well)로 성장한 비아 포스트를 가지는 도 14의 구조의 개략도이다;
도 16은 니켈, 금 또는 니켈 금 종단부로 코팅된 접촉 패드와 링 시일을 가지는 도 15의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 17은 시드 층이 에칭되어 제거된 도 16의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 18은 실질적으로 박층화된 멤브레인과 제거된 인터페이스 층의 양 측면 하부에 부착 폴리머를 가진 도 17의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 19는 상기 멤브레인 위 아래에 도포된 덮개로서, 링 시일에 의해 인터커넥팅 프레임에 밀봉되고, 용접 밀봉(hermetic sealing)을 제공하는 덮개를 가진 도 18의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 20은 상기 프레임워크의 그리드로부터의 싱귤레이션 후의 도 18의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 21은 상부로부터의 도 20의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 22는 하부로부터의 도 21의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 23은 변형된 구조의 제조 루트를 도시하는 플로우차트이다;
도 24는 섬유 강화 폴리머 인터커넥트 프레임워크의 캐비티의 그리드의 일부인 단일 캐비티 및 주변 프레임으로서, 도 1fb의 다이가 상기 캐비티에 배치되고 하방을 향해 면하도록 유지하고, 분리가능한 테이프 상에서 상기 희생 기판은 상방을 향해 면하고 있는 상기 단일 캐비티 및 주변 프레임의 개략적인 단면도이다;
도 25는 희생 기판이 들어 올려져 제거되는 것을 보여주는, 상기 단일 캐비티, 주변 프레임 및 하방을 향해 면하고 있는 도 1fb의 다이의 개략적인 단면도이다;
도 26은 멤브레인과 프레임 사이의 공간을 충전하고, 인터페이스 층에 잔존하는 모든 재료를 덮고, 약 50 미크론을 초과하여 충전하면서 상기 프레임을 충전하는 부착 폴리머로 적층된 도 25의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 27은 분리가능한 테이프가 제거되어, 프레임워크와 비아의 단부를 노출하는 도 26의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 28은 비아의 반대측 단부로 폴리머 필름을 아래로 관통하는 구멍, 및 내부 전극으로 외부 전극과 압전 멤브레인을 관통하여 천공된 구멍을 가지는 도 27의 구조의 개략적인 단면도이다(도시된 바와 같이, 구멍들은 폴리머를 관통하여 비아의 상부 단부로, 그리고 하부 전극과 멤브레인을 관통하여 상부 전극으로 향해 있지만, 이 구조는 역이 될 수 있다);
도 29는 어레이의 상부 및 하부 양 표면을 덮고, 천공 구멍의 벽을 코팅하는 금속 시드층을 가진 도 28의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 30은 각각의 측면 위에 제조된 충전된 천공 구멍, 접촉 패드, 및 링 시일을 가지는 도 29의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 31은 LGA(Land Grid Array)에 대한 결합과 같이, 표면 실장을 위해 밀봉 링을 넘어서서 멤브레인에 대한 상기 구조의 반대 측면의 패드로부터 우물까지 성장된 비아 포스트를 가지는 도 30의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 32는 접촉 패드와, 니켈, 금 또는 니켈 금으로 코팅된 링 시일을 가지는 도 31의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 33은 시드층이 에칭되어 제거된 도 32의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 34는 180 ㅀ로 회전되고, 노출된(현재) 상부 전극은 에칭되어 제거된 도 33의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 35는 부착 폴리머가 실질적으로 제거되고, 인터페이스 층의 잔존물이 노출된 곳으로부터 제거된 도 34의 구조의 개략적인 단면도이다;
도 36은 상부 및 하부 링 시일에 부착된 상부 및 하부 덮개를 가지는 도 35의 구조의 개략적인 단면도이다; 및
도 37은 그리드로부터 패키징된 음향 공진기를 싱귤레이팅하는 프레임워크의 그리드를 통해 분할한(sectioning) 후의 도 36의 구조의 개략적인 단면도이다.
본 발명은 적절한 전압과 주파수를 갖는 교류전류가 인가될 때 공진하는 압전 멤브레인을 가지는 음향 공진기에 관한 것이다. 이는 전기 신호를 역학적 에너지로 변환하도록 할 수 있고, 휴대폰 등과 같은 RF 장치에서 노이즈를 일으키는 RF 주파수를 필터링한다. 컴포넌트는 따라서 스위칭 조정 가능한 음향 공진기 필터이다.
하나의 고성능 압전 재료는 혼합 바륨-스트론튬 티탄산(BxS(1-X)TiO3)이다.
약 0.8 MV/cm의 신호(두께 2400A의 멤브레인 BST에 대해 19.2V)가 BST 멤브레인에 인가되면, 공진한다. 이러한 방식으로 전기 에너지를 역학적 에너지로 변환하여, BST 필름은 무선 주파수 전자 신호를 흡수하는 필터로서 사용될 수 있다. 양호한 Q값(> 1000)을 가진 이러한 박막 벌크 음향 공진기의 FBAR 필터는 공지되어 있다.
고 효율 및 신뢰도를 달성하기 위해, 바람직하게는 압전 재료는 에피택셜 성장되고, 단일 결정 또는 다결정질일 수 있다.
BST는 적절한 격자 간격으로 기판 상에서 에피택셜 성장될 수 있다. 하나의 이러한 기판은 C-평면 <0001> 사파이어 웨이퍼이다. 현재 2", 4", 6", 및 8"의 직경, 그리고 75미크론 내지 500미크론의 두께의 것들이 상용가능하다.
멤브레인은 각 측면에 불활성 전극을 필요로 하며, 보호를 위해 패키징된다. 대기로부터 그리고 특히 습기로부터 보호하기 위해, 바람직하게는 밀봉되거나 적어도 반 밀봉된다.
본 발명의 실시예들은 패키징된 상유전(paraelectic) 멤브레인과 이러한 패키징된 압전 멤브레인의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 패키징은 프레임과 상단과 하단의 덮개로 구성된 박스이다. 표면 실장을 위한 접점이 프레임의 바닥면에 제공된다. 상기 프레임은 프레임을 통과하여 지나는 비아를 가진다. 하부 덮개는 프레임의 바닥면의 내부 주변부에 부착되어 멤브레인을 보호한다. 비아는 프레임을 넘어서 뻗어있는 하부 접점과 결합되어, 패키징된 컴포넌트가 표면 실장하도록 한다.
제1 비아의 상부 단부는 연결 패드에 의해 하부 전극에 결합되고, 제2 비아의 상부 단부는 제 2 연결 패드에 의해 상부 전극에 결합된다. 상단 덮개는 멤브레인, 연결 패드 및 제 1 비아와 제 2 비아의 상부 단부 위로 뻗어있다. 이러한 방식으로, 어떤 연결 패드도 어느 쪽 덮개의 에지 아래로부터 뻗어있을 필요가 없다. 결과적으로 덮개는 확실하고 단단하게 고품질 시일을 제공하는 프레임에 부착될 수 있다.
덮개 자체는 세라믹, 실리콘, 유리 또는 금속일 수 있다. 이러한 덮개는 상업적으로 사용할 수 있다. 컴포넌트가 그 자체가 밀봉되는 장치에 사용되는 경우와 같이, 상기 컴포넌트의 용접 밀봉이 필요하지 않은 경우, 덮개는 폴리머와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 바람직하게는 이러한 폴리머는 흡습성이 매우 낮은 것이 특징이다. 액정폴리머(LCP)는 적절한 후보이다.
본 발명의 실시예들의 특징은 멤브레인의 에지를 둘러싸고, 하부면의 외주를 지지하는 폴리머에 의해 주변 프레임에 BST 멤브레인이 부착되는 것이다. 선택적으로, 폴리머는 또한 상면의 외주를 지지한다. 덮개와 같이, 습기로부터의 보호를 강화하기 위해, 바람직하게는 폴리머는 액정 폴리머(LCP)이다.
높은 음향 공명을 얻기위해, 바람직하게는 BST와 같은 압전 멤브레인은 에피택셜 성장된다. BST 멤브레인을 성장시키기 위한 양질의 희생 기판은 단결정 사파이어 웨이퍼의 C 평면이다.
약간의 다른 구조를 가져오는 다수의 상이한 제조 공정이 있다.
하기에 기술된 2개의 제조 루트에 대한 공통점으로는, AlN, TiN, GaN, 또는 InN일 수 있는 인터페이스 층이 희생 기판상에 우선 증착된다는 것이다. 상기 인터페이스 층은 1 또는 2 미크론(1000~2000 옹스트롬)의 두께를 가진다. 적어도 폴리머에 의해 보호되는 주변부 주위에서, 하부 전극 아래의 인터페이스 층의 잔존물은 상기 구조가 하기에 기술되어 있는 제조 루트에 의해 가공처리되었다는 좋은 표시이다.
일반적으로 백금이지만 탄탈룸일 수 있는 하부 전극은 인터페이스 층 위에 증착된다. 압전 재료(BST와 같은)가 그 위에 증착되고, 제 2 전극은 압전 재료 위에 증착된다. 제 2 전극은 단지 압전 재료의 표면의 일부를 덮고 그 위에 도금된 패턴 또는 패널로 증착되고, 부분적으로 벗겨진다. 그런 다음, 사파이어 웨이퍼는 개별 다이스로 싱귤레이팅된다. 전극과 압전 멤브레인을 가진 각각의 다이는, 캐비티의 바닥을 형성하는 점착성 필름인 분리가능한 테이프 위로 프레임을 수직으로 통과하여 지나는 비아를 가지고 캐비티를 형성하는 프레임워크의 유전체 그리드의 캐비티 내에 위치된다. 하기에 기술한 하나의 변형 공정에서는, 다이가 상방으로 압전 재료 및 전극을 가지고 캐비티로 배치되고, 또다른 기술된 변형 공정에서는, 다이가 하방으로 압전 재료 및 전극을 가지고 캐비티로 배치된다. 상기 두 변형 방법은 하기에 상술되는 약간 다른 구조를 가져온다.
구조 및 공정 모두에 공통적으로, 희생 기판이 제거된다. 이는 인터페이스 층을 용융시키기 위해 희생 기판을 통해 조사함으로써 달성된다. 적절한 레이저가 질화물 인터페이스 층을 금속화하고 그런다음 상기 질화물 인터페이스 층을 용융하기 위해 사파이어 희생 기판을 조사하는데 사용될 수 있다. 적절한 레이저는 200- 400 mJ/㎠의 파워를 가질 수 있고, 예를 들면, 193nm의 파장을 가진 불화 아르곤(ArF) 엑시머 레이저, 또는 248nm의 파장을 가진 불화 크립톤(KrF) 엑시머 레이저일 수 있다. 사파이어는 이 레이저 광선에 투명하지만, AlN, TiN, GaN 또는 InN의 인터페이스 층은 에너지를 흡수하고 가열하여, 금속으로 변환되어 용융되어, 사파이어 기판을 해제한다.
최종 구조에서, 멤브레인은 일반적으로 액정 폴리머인 부착 폴리머에 의해 프레임에 물리적으로 부착된다. 상부 및 하부 전극은 구리 패드에 의해 프레임의 상부 단부에서의 비아의 상부 단부에 결합되고, 상부 덮개는 멤브레인과 비아의 상부 단부를 덮는다. 하부 덮개는 멤브레인 아래 캐비티를 덮고 바닥 프레임의 하부 표면에 부착된다. 멤브레인 위 및 아래의 캐비티는 그것이 진동하도록 하지만, 선택적으로, 기계적 지지를 제공하고, 상부 표면은 약 5미크론까지의 두께인 얇은 폴리머층으로 코팅된다.
하부 덮개는 멤브레인 아래의 하부 어퍼처를 덮고, 자신의 내부 둘레 주변의 시일에 의해 프레임에 고정되어, 표면 실장용 하부 접점이 하부 덮개 주위에서 그리고 하부 덮개를 벗어나서 비아의 하부 단부에 부착된다.
도 1과 대응하는 도 1a 내지 1f에서 개략적으로 도시된 빌드업을 참고하면, 희생 기판 상에서의 압전 멤브레인 제조 방법이 상술된다.
먼저, 희생 기판을 획득한다- 단계 1(a). 이는 예를 들면, c-절단 사파이어(Al2O3) 웨이퍼가 될 수 있다. 웨이퍼(10)는 일반적으로 100 내지 250미크론의 범위의 두께를 가진다. 사파이어 웨이퍼는 약 2" 내지 8"의 직경의 범위가 상용가능하다. 인터페이스 층(12)은 희생 기판(10)의 표면에서 성장된다-단계(1b). 인터페이스 층(12)은 예를 들면, AlN, TiN, GaN 또는 InN 같은 질화물일 수 있다. 인터페이스 층(12)은 일반적으로 1 또는 2 미크론의 두께를 가지지만, 500 내지 4000 옹스트롬의 두께를 가질 수도 있다.
하부 전극(14)은 인터페이스 층(12) 상에 증착된다-(단계 1c).
일반적으로 하부 전극(14)은 백금 또는 탄탈룸과 같은 불활성 금속을 포함한다. 하부 전극(14)의 두께는 일반적으로 약 1 내지 2.5미크론 사이이고, 그 위에 BST의 에피택셜 성장을 허용하는 구조를 갖는다. 인터페이스층(12) 및 하부 전극(14)은 분자 빔 에피택시(MBE: Molecular Beam Epitaxy)에 의해 성장된다.
일반적으로 바륨-스트론튬-티탄산(BST: barium-strontium-titanate)의 에피택셜(epitaxial)층인 압전 재료 층(16)은, 상기 하부 전극 상에 성장된다(단계 1d). 하나의 실시예에서, 압전 재료(16)는 분자 빔 에피 택시(MBE: Molecular Beam Epitaxy)에 의해 성장된다. MBE는 고진공 또는 초고진공(10-8 Pa)에서 일어난다. 일반적으로 3000nm/h 미만의 MBE의 낮은 증착 속도는, 적절한 격자 간격을 가지고 기판상에 필름이 에피택셜 성장하도록 한다. 이러한 증착 속도는 다른 증착 기술과 동일한 불순물 준위를 달성하도록 비례해서 더 양질의 진공을 필요로 한다. 캐리어 가스의 유무뿐만 아니라 초고진공 환경은 성장 필름의 순도를 최상으로 달성할 수 있게 해 준다.
그러나 대안으로, 펄스 레이저 증착법, RF 스퍼터링 또는 원자층 증착법과 같은 다른 기술이 예를 들면 인터페이스 층(12)(예를 들면, AlN, TiN, GaN 또는 InN)의 박막, 하부 전극(14)(예를 들면, 백금 또는 탄탈룸), 및 BST와 같은 압전 재료(16)를 제조하는데 사용된다.
BST(16)의 에피택셜 성장은 양질의 재현성 및 최적 성능을 위해 필요하다. 압전 재료(16)의 박막은 단결정 또는 다결정질이다. 예를 들면, 압전 재료(16)의 두께는 일반적으로 약 1 내지 5미크론의 범위이고, 약 2500옹스트롬일 수 있다.
BST 박막에서 스트론튬 대 바륨의 비율은 정확하게 제어될 수 있다. 상이한 애플리케이션에 대해, 선택된 B/S 범위는 약 25/75 내지 75/25까지 변화될 수 있지만, 바람직하게는 약 30/70 내지 70/30의 범위에 있다. 적절한 비율은 필름 두께와 최대 공명 필드(V/um)에 의해 제어되고, 혼합 구조에서 이온의 상대적인 비율은 Q 팩터(Q factor)를 최적화하는데 이용될 수 있다.
상부 전극이 이제 압전 재료(16) 위에 제조된다(단계 1e). 하나의 변형에서(도 1ea에서 도시된 바와 같이), 불연속한 상부 전극(18i)의 어레이가 압전층(16) 위에 제조된다. 불연속한 상부 전극(18i)은 스퍼터링되고, 그런 다음 포토레지스트 마스크를 이용하여 선택적으로 에칭되거나, 또는 선택적으로 포토레지스트 마스크로 스퍼터링된다.
대안으로, 도 1eb에 도시된 변형에서, 연속한 상부 전극(18ii)이 압전층(16) 위에 제조된다.
상부 전극(18i, 18ii)은 일반적으로 약 1 미크론의 두께를 가진다.
일반적으로, 상부 전극(18i, 18ii)은 BST와 접촉하는 알루미늄, 백금, 탄탈룸의 제 1층과 그 위로 증착된 구리의 제2 층을 가지는 이중층을 포함한다. 도 1a 내지 1ea, 1eb에 의해 도시된 바와 같이, 이들 단계들은 일반적으로 사파이어 웨이퍼상의 컴포넌트의 대형 어레이에서 수행된다.
이 스테이지에서, 희생 기판(10)(예를 들면, 사파이어 웨이퍼)은 개별 컴포넌트 또는 다이스(20i(20ii))로 다이싱된다. 이러한 개별 다이스가 도 1fa 및 1fb에 도시된다.
상기 다이스(20i(20ii))는 희생 기판 상에 인터커넥트 프레임의 그리드에 의해 정의된 캐비티 내에 위치된다. 두 가지 메인 처리 루트가 있다. 도 2와 개략도 3 내지 22를 참조하여 기술된 제1 공정 루트에서, 다이스(20i)는 압전층(16)과 전극(14, 18i)을 가지고 최상층에 위치되거나, 또는, 도 23과 개략적인 도 24 내지 36을 참조하여 기술된 제2 공정 루트에서, 다이스(20ii)가 압전층(16)과 전극(14, 18ii)을 가지고 최상층에 위치한다.
도 2의 플로우 차트를 참조하면, 양호한 Q 값으로 패키지 박막 벌크 음향 공진기(FBAR) 필터를 제조하기 위한 제1 공정 루트가 제시된다.
도 1에서 도시된 공정을 통해 얻어진 도 1fa의 개별 다이스(20i)는 픽업 및 배치를 위한 준비를 갖추고, 링 테이프상의 최상층에 압전층(16)과 전극(14, 18ii)을 배치한다.
이 제 1 공정 루트에서, 개별 다이스(20i)는 인터커넥트 프레임의 그리드에 의해 정의된 캐비티(25) 내에서 희생 기판(10) 하방으로(즉, 전극(18i) 상방으로) 분리가능한 테이프(26)상에 배치된다-단계(2b).
인터커넥트 프레임의 그리드는 도 3에 도시된 바와 같이, 구리 비아(24)가 내장되어 있는 인터커넥트 프레임(22)의 폴리머 그리드이거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 구리 비아(24)가 내장되어 있는 인터커넥트 프레임(28)의 세라믹 그리드이다. 분리가능한 테이프(26)는, 예를 들어 점착성 고분자막일 수 있다. 일반적으로, 수직으로 통과하여 지나는 도전성 비아(24)를 가진 인터커넥트 프레임(28)의 세라믹 그리드는 LTCC 또는 HTCC에 의해 제조된다. 이러한 세라믹 그리드는 상용 가능하다. 세라믹 인터커넥트 프레임은 보다 양질의 용접 밀봉을 가진다. 그러나 폴리머 프레임은, 일부 애플리케이션에 대해 적절한 밀봉을 제공할 수 있고, 일반적으로 제조 및 공정 비용이 더 저렴하다.
도 3을 참조하면, 인터커넥트 프레임(22)의 폴리머 매트릭스 그리드가 사용되는 경우, 280℃ 초과, 바람직하게는 300℃를 초과하는 유리 전이 온도를 가진 고 Tg 폴리머를 사용해야한다. 폴리머(22)는 낮은 물 흡수율을 가지는 것이 필수적이다. 액정 폴리머가 이상적이다. 인터커넥트 프레임의 그리드가 폴리머 매트릭스를 가지는 경우, 압전 멤브레인을 부착하기 위해 사용되는 매트릭스 및/또는 폴리머는 액정 폴리머(LCP)인 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 인터커넥트 프레임(28)의 그리드가 세라믹일 경우, 그것은 예를 들면, 금, 구리 또는 텅스텐의 내장된 도전성 비아(24)와 동시 소성된 세라믹 모놀리식 지지체 구조이다. 동시 소성 세라믹 기술은 군사 전자장치, MEMS, 마이크로프로세서 및 RF 애플리케이션과 같은 전자 산업을 위한 다층 패키징으로 구축된다. 이러한 제조업체로는 Murata가 있다. 고온 및 저온에서 동시 소성되는 세라믹, HTCC와 LTCC가 공지되어 있다. 이러한 구조는 8"ㅧ8"까지의 어레이에서 사용할 수 있지만, Zhuhai Access가 개발한 인터커넥트 프레임 기술의 폴리머 그리드와 동일한 처리량을 허용하지 않는데, 그럼에도 불구하고, 실제 용접 밀봉을 허용하는 대안이다.
어떤 유형의 프레임(22, 28)의 그리드가 이용되더라도, 인터커넥트 프레임의 그리드의 깊이는 다이스(20)의 깊이보다 약 50미크론 더 두껍고, 일반적으로 150-300 미크론의 범위에 있다. 프레임(22(28))의 추가적인 두께로 인해, 압전체 멤브레인(16) 상의 기계적 압력이 방지된다. 이는 BST와 같은 압전 구조체가 기계적 응력을 그 전체에서 전압차이로 변환시키고, 그 전체에서 전기 신호를 기계적 변형으로 변환시키기 때문에 중요하다.
인터커넥트 프레임(22(28))의 그리드는 예를 들면, 점착성 멤브레인일 수 있는 분리가능한 테이프(26)상에 위치된다. 픽업 및 배치 로봇이 희생 기판(10)을 가진 다이스(20i) 면을 아래로 향하게, 그리고 압전층(16)과 상부 전극(18i)은 인터커넥트 프레임(22(28))의 그리드의 각 소켓 내에서 면을 위를 향하게 배치하기 위해 사용된다-단계(2b).
후속 공정은 인터커넥트 프레임의 세라믹 및 폴리머 그리드 모두에 대해 동일하기 때문에, 상기 공정은 이제 폴리머 인터커넥트 프레임들의 그리드를 도시하는 도면을 이용하여 설명한다. 이 특허 기술은 Zhuhai-Access에 의해 개발되었고 현재 프레임 워크 패널상에 최대 21"ㅧ 25"까지인 초 대형 어레이 제작을 가능하게 한다. 그러나 상술한 바와 같이 최대 약 200mm X 200mm의 인터커넥트 프레임의 세라믹 그리드가 상용가능하고, 대신 사용될 수 있다.
다이스(20i) 및 프레임워크(22(28))는 부착 폴리머(30)에 적층된다-단계(2c). 부착 폴리머(30)와 함께 폴리머 인터커넥트 프레임워크(22)의 캐비티(25)내의 다이스(20i)의 개략도가 도 5에 도시되어 있다. 부착 폴리머(30)에 대한 상용가능한 다수의 후보가 있다. 비제한적인 예시로서, Ajinomoto ABF-T31, Taiyo Zaristo-125, Sumitomo LAZ-7751 및 Sekisui NX04H가 있다.
그러나, 바람직하게는 부착 폴리머(30)는 액정 폴리머이다. 액정 폴리머 필름은 240℃ 내지 315℃ 범위의 온도에서 처리될 수 있다. 이러한 재료는 매우 낮은 물 투과성을 가지고 있으며 압전 멤브레인을 보호하고 밀봉한다.
부착 폴리머(30)의 두께는 일반적으로 프레임(22)의 깊이보다 약 50미크론 더 두껍다.
캐리어(27)는 부착 폴리머(30) 위에 도포된다(단계 2d). 캐리어는 예를 들면, 구리 캐리어와 같은 금속 캐리어이다. 결과적인 구조는 도 6에 개략적으로 도시된다.
분리가능한 테이프(26)는 비아(24)를 포함하는, 희생 기판(10) 및 프레임(22)의 하단부를 노출하면서 제거된다(단계 2e). 결과적인 구조는 도 7에 개략적으로 도시된다.
하나의 컴포넌트에 초점을 맞추지만, 공정이 일반적으로 어레이에서 발생하는 것을 기술하는 확대된 개략도인 도 8을 참조하면, 다이(20i) 주위의 부착 폴리머(30)는 캐리어(27)로 하방으로 제거된다(단계 2f). 플라즈마 에칭 또는 레이저 스카이브-제거(skive-away)가 사용된다. 스테인리스강 마스크와 같은 하드 마스크(29)가 프레임(22(28))을 보호하는 데에 이용된다.
그런 다음 희생 기판(10)이 제거된다(단계 2g). 이것을 달성하는 하나의 방법은 희생 기판(10)을 통한 레이저 조사에 의해 인터페이스(12)를 가열 및 융용하는 것이다. 인터페이스가 질화물층일 경우, 이는 금속으로 환원된 다음 용융된다. 레이저 조사는 200-400mJ/㎠의 파워로 패턴화된 레이저를 사용한다. 193nm의 파장을 가진 불화 아르곤(ArF) 엑시머 레이저(레이저) 또는 248nm의 파장을 가진 불화 크립톤(KrF) 엑시머 레이저를 사용한다. 사파이어 기판이 이들 레이저에 대해 투명하지만, 질화물층은 이들 레이저를 흡수하여 가열되고, 금속으로 변환되고 그런다음 용융되어, 걷어내어지는 사파이어 기판을 방출하여 도 9의 구조를 남긴다.
도 10를 참조하면, 질화물(12), 전극(14, 18i), 및 압전 멤브레인(16) 둘레 주변의 공간을 채우고, 그것들을 프레임(22, 28)에 부착하고, 희생 기판(10)이 제거됨으로서 남겨진 캐비티를 채우는 부착 폴리머(30)가 도포된다(단계 2h). 또한 부착 폴리머(30)는 프레임(22, 28) 아래로 50 내지 150미크론 더 확장된다. 하나의 실시예에서, 캐리어(27)가 제거된다. 캐리어가 예를 들면 구리와 같은 금속일 경우, 도 11에 개략적으로 도시된 구조를 남기고 에칭되어 제거된다(단계 2i).
도 12를 참조하면, 부착 폴리머(30)를 관통하는 도전성 비아(32)를 가진 인터커넥트 프레임(22)의 폴리머 그리드의 캐비티 내에서의 부착 폴리머(30)에 캡슐화되는 하나의 멤브레인막(16)을 도시하고, 상부 전극(18i)은 부착 폴리머(30)를 관통하는 구멍(32)을 천공함으로써 액세스되고, 하부 전극(12)은 하부 전극층(14)에 도달되면 중단되는 부착 폴리머(30)와 압전 멤브레인(16)을 관통하는 제2 구멍(34)을 천공함으로써 액세스될 수 있다. 또한 구멍(36)은 양 측면으로부터 구리 비아(24)까지 관통하여 천공된다(단계 2j). 하나의 실시예에서, 레이저 천공이 사용된다. 다른 실시예에서, 스테인레스강(예를 들어, 304 SS, 316 SS와 같은) 하드 마스크(도 9의 29를 참조)와 같은 적절한 마스크를 가지는 주변 부착 폴리머(30)를 보호하면서, 플라즈마 에칭이 사용된다. 선택적으로, 레이저 천공과 플라즈마 에칭의 조합이 사용될 수 있다.
천공 구멍들(32, 34, 36)은 이제 구리로 충전되고, 인터커넥트 프레임워크(22)를 통해 비아(24)에 결합된다(단계 2k). 동시에, 밀봉 링이 제조된다.
도 13을 참조하면, 이 단계는 먼저 티타늄(Ti), 티타늄 및 탄탈륨의 혼합물(Ti/Ta) 또는 티타늄 및 텅스텐의 혼합물(Ti/W)과 같은 시드층을 천공 구멍들(32, 34, 36)과 폴리머(30)의 표면 위로 스퍼터링하고 그런 다음 그 위로 구리층(38)을 스퍼터링함으로써 달성될 수 있다.
그런 다음 구리는 천공 구멍으로 패턴도금되고, 충전된 천공 구멍들은 상부 패드(40)에 의해 비아에 결합되고, 표면 실장을 허용하고, 비아(24)로의 액세스를 제공하는 하부 패드(42)가 생성된다. 프레임워크의 양측면 상에 밀봉 상부 및 하부 밀봉 링(44, 46)이 제조되어 도 14에 도시된 구조를 제공한다. 이는 포토레지스트를 도포, 패터닝, 전기도금하고, 그리고 상기 포토레지스트를 제거함으로써 달성된다. 패드(42)는 프레임 내의 비아에 전극을 연결한다. 상부 및 하부 밀봉 링(44, 46)은 증착된다. 도 14에 결과적인 구조가 도시되어있다.
도 15를 참조하면, 하부의 구리 필러(48)가 포토레지스트를 도포, 패터닝, 전기도금하고, 그리고 상기 포토레지스트 제거함으로써 증착된다. 하부 구리 필러(48)는 랜드 그리드 어레이(LGA) 또는 볼 그리드 어레이(BGA) 패드를 형성하고, 두께는 적어도 100미크론이어야 한다. 하부 밀봉 링(46)은 하부 구리 필러(50)를 배제한다. 상부 밀봉 링(44)은 패드 위와 주위에 덮개를 용접 밀봉할 수 있도록 멤브레인(16)과 패드(40)를 둘러싼다. 일반적으로, 이것은 인터커넥트 프레임워크가 개별 컴포넌트로 분할되면 인터커넥트 프레임의 상면의 외주가 될 부분 위에 제조된다.
도 16을 참조하면, 부착을 용이하게하기 위해, 밀봉 링(44, 46) 및 필러(48)는 Ni, Au 또는 Ni/Au(50)로 코팅된다(단계 2m).
도 17을 참조하면, 그런다음 시드층(32)은 제거된다(단계 2n).
이어서, 압전 멤브레인(14)을 덮는 부착 폴리머(30)가 전극들 사이를 침식하기 위해 제어 플라즈마를 이용하여 각각의 측면으로부터 아래로 박층화되어 도 18의 구조를 산출한다(단계 2o). 부착 폴리머의 필름의 박층화의 목적은 압전 멤브레인(16)이 공진하도록 하는 것이다. 선택적으로, 폴리머의 박층(5 미크론까지)은 그럼에도 불구하고 기계적 지지를 제공하기 위해 압전 멤브레인(16) 위에 유지된다. 상단부 전극(18i) 위의 부착 폴리머 필름(30)의 두께는 BST FBAR의 원하는 Q에 따라 원하는 두께로 맞추어질 수있다.
선택적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 부착 폴리머 필름(30)은 압전 멤브레인(16)으로 우측 하방으로 제거된다.
도 20을 참조하면, 상부 및 하부 덮개(52, 54)는 인터커넥트 프레임워크 상에 Ni/Au 밀봉 링에 결합한 압전 멤브레인(16)의 위 아래에 위치된다(단계 2p). 패키지의 프레임 상에 Ni, Au 또는 Ni/Au로 코팅된(50) 밀봉 링(44, 46)에 대응하는 덮개(52, 54) 위에서 As/Sn 밀봉링 접점을 사용하면 약 320℃-340℃의 온도에서 발생하는 As/Sn 공융 혼합물에서 리플로우 할 수 있고, 패키지 프레임의 상부 및 하부의 위치에서 덮개(52, 54)를 밀봉하여 압전 멤브레인(16)을 밀봉하여 실장하도록 한다.
임의의 상용가능한 덮개(52, 54)가 사용될 수 있다. 덮개(52, 54)는 LCP, 세라믹, 실리콘, 유리 또는 금속일 수 있다. 이러한 패키징 솔루션은 MEMS 패키지로 사용된다. 니켈과 금으로 도금되고 밀봉을 위해 금 주석 공융 혼합 프레임이 제공되는 덮개가 상용가능하고 군사 표준에 따른다. 또한 유리 밀봉재를 가진 세라믹 덮개가 상용 가능하다.
덮개(52, 54)는 예를 들면 산소와 습기로부터 BST 막을 보호하는 질소 환경과 같은 불활성 가스 환경 내의 프레임의 밀봉 링(44, 46) 상으로 적잘한 위치에 배치 및 접착된다.
바람직하게는, 상부 덮개(52)는 프레임 내의 비아와 멤브레인을 연결하는 패드(40)를 덮는 반면, 하부 덮개(54)는 패키지(60)를 기판에 접착시킨 표면의 하부 구리 필러(48)로 확장되지 않는다. 결과적으로, 밀봉 성능을 열화시킬 수 있는 덮개 아래로 도전체를 지나가게할 필요가 없어진다.
컴포넌트의 표면 실장을 위한 하부 구리 필러(44)가 하부 덮개(54) 아래로 뻗어있다.
이 스테이지에서, 인터커넥트 프레임의 그리드는 상단 및 하단 덮개(52, 54)와 주변 인터커넥트 프레임(22) 사이에서 각각 둘러싸인 개별 컴포넌트(60)들로 싱귤레이팅된다(단계 2q). 도 20을 참조하라. 대안으로, 이러한 싱귤레이션은 미리 발생했거나 또는 추가 단계 이후에 발생할 수 있다.
도 21과 22에 상단과 하단 뷰가 도시되어 있다.
일반적으로 하부 전극(14)과 지지 폴리머(30) 사이의 하부 전극(14) 아래로 인터페이스 층(12)의 트레이스가 있다는 것이 이해될 것이다. 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN 또는 InN이거나, 또는 Al, Ti, Ga 또는 In이다. 이 인터페이스 층은 상기 구조가 본 명세서에 기술된, 하나 또는 여러가지의 제조 루트로 처리되었다는 것을 잘 나타낸다.
도 23을 참조하면, 변형된 공정이 도시되어 있다. 본질적으로 도 2에 도시된 제1 제조 루트와 도 23에 도시된 제2 제조 루트 사이의 주요한 차이점은 도 23에 도시된 공정에서 다이(20ii)가 캐비티들의 프레임워크의 캐비티(25)에서 하방으로 면하도록 위치해 있다는 것이다. 다시 반복하며, 프레임워크는 폴리머 프레임워크(22) 또는 세라믹 프레임워크(28)이고, 프레임워크는 그것을 관통하는 금속 비아(24)를 포함한다. 먼저, 압전 멤브레인을 가지는 다이가 획득된다-단계 23(i). 도 1에 도시된 공정이 사용된다.
상기 다이스는 전극 아래쪽으로 그리고 희생 기판 상방으로, 분리가능한 테이프 상의 캐비티의 프레임워크의 캐비티 내에 배치된다-단계 23(ii).
분리가능한 테이프(26) 상에서 전극(18ii) 하방으로(희생 기판(10) 상방으로) 배치된 다이(20ii)를 가진 프레임워크(22)가 도 24에 개략적으로 도시된다.
이 변형된 공정에서, 인터페이스 층(12)은 이제 인터페이스 층을 용융시키기 위해 레이저를 이용하여 희생 기판을 통해 조사되고, 희생 기판은 제거되어(단계 23(ⅲ)), 도 25에서 도시된 구조를 제공한다.
분리가능한 테이프(26) 상에서, 관통하는 금속 비아(24)를 가지고, 프레임워크의 캐비티(25) 내에 전극 압전 박막(70)을 가지는 폴리머 프레임워크(22) 또는 세라믹 프레임워크(28)는 그러다음 전극 압전 박막(70)을 프레임워크(22(28))에 부착시키고 프레임워크(22, 28)를 벗어나서 50-150 미크론을 뻗어있는 부착 폴리머(30)로 코팅되어(단계 23(iv)), 도 26에 도시된 구조를 제공한다. 부착 폴리머(30)는 예를 들면 필름으로서 도포된다. 바람직하게는, 액정 폴리머는 수분 흡수를 최소화하도록 사용된다.
분리가능한 테이프(26)가 제거되어(단계 23(v)), 도 27에 도시된 구조를 제공한다.
구멍(134)은 폴리머를 통해 아래로 프레임 내의 비아(24)로 천공되고, 추가적인 구멍(136)이 통과하여 내부 전극(14)에 액세스하도록 압전층(16)을 통해 천공되어 도 28에 도시된 구조를 제공한다-단계 23(vi). 구멍(136, 138)은 레이저 천공 및/또는 마스크를 통과하는 선택적 플라즈마 에칭에 의해 제조된다.
시드층(138)이 양 측면으로 도포되어, 천공 구멍(136, 138)의 표면을 코팅하고, 도 29에 도시된 구조를 제공한다-단계 23(ⅶ).
접속 패드(140, 142) 및 밀봉 링(144, 146)이 이제 제조된다-단계 23(ⅷ). 하나의 제조 루트는 두 표면에 포토레지스트층을 도포하고 패터닝을 하고, 각 측면 상의 패턴으로 구리를 전기도금하여 구멍(136, 138)을 충전하여, 도 30에 도시된 구조를 제공하는 것이다.
도 31을 참조하면, 비아 포스트(148)는, 랜드 그리드 어레이(LGA)로의 결합하는 것과 같은 표면 실장을 위해서, 하부 패드(140- 본 명세서 도면의 상단에 도시된)로부터 하부 밀봉 링(144)을 넘어서 우물(well)까지 성장된다-단계 23(ix).
밀봉 링(144, 146) 및 비아 포스트(148)는 이제 니켈과 금 또는 니켈/금 접속부(50)로 전기도금되어(단계 23(x)), 도 32에 도시된 구조를 제공한다. 포토레지스트는 벗겨져 제거된다.
시드 층(138)은 에칭 제거되어(단계(23xi)), 또한 180ㅀ회전되는 도 33에 도시된 구조를 제공한다.
상부 전극(18ii)은 적절한 습윤 또는 건식 에칭을 이용하여 부분적으로 에칭되고 도 34에 도시된 구조를 제공한다-단계 23(xii).
압전 막(16) 아래의 폴리머(30)는 주변 폴리머 및 종단부를 보호하기 위한 스테인리스강 마스크와 같은 하드 마스크(29)(도 9에 도시된 바와 같이)를 이용하여 에칭된다-단계 23(xiii). 결과인 구조의 개략적인 대표도가 도 35에 도시된다.
제1 실시예를 참조하여 상술된 바와 같이, 대응하는 금-주석 접촉 링을 가진 덮개(152, 154)가 도포되고(단계 23(xiv)), Au/Sn 공융 혼합물의 리플로를 야기하도록 가열함으로써 상기 구조의 밀봉 링으로 결합된다. 그 결과인 구조가 도 36에 도시된다.
때때로 Combo Lids™라고 마케팅되는, 땜납 시일 덮개는 반도체 산업에서 높은 신뢰성있는 포장에 사용되는 표준 컴포넌트이다. 이들 덮개는 또한 내식성과 방습성, 및 신뢰할 수 있는 포장을 제공한다. 이들 덮개는 또한 군용 규격 MIL-M-38510을 따른다.
대안의 패키지에서, 세라믹 덮개는 유리 밀봉재를 가지고 사용될 수 있고, 또는 전체 장치가 후속하여 기밀 밀봉되는 경우와 같이, 컴포넌트의 용접 밀봉이 필요하지 않은 경우에는, 다른 밀봉재 에폭시가 사용될 수 있다. 용접 밀봉이 필요하지 않은 경우와 같이 적절한 경우, 액정 폴리머 덮개와 같은 플라스틱 덮개가 패키지 상에서 저온 LCP의 밀봉 링과 함께 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제조는 일반적으로 어레이로 발생한다. 프레임의 그리드는 이제 개별 컴포넌트로 싱귤레이팅될 수 있다-단계 23(xv). 하지만 대안적으로 싱귤레이션은 플라즈마 박층화에 선행하여 발생하고, 개별 컴포넌트들을 개별적으로 조정가능하게할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그 결과인 구조는 도 37에 도시된다. 이전의 예에서 싱귤레이션이 발생할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
도시된 공정의 루트 및 구조가 큰 변형에는 적합하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이중 덮개 프레임은 압전 멤브레인(16)에 부가하여 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 예를 들면, 상이한 두께를 가짐으로써 상이한 주파수로 튜닝되는 2개 이상의 이러한 막을 포함할 수 있다.
따라서 당업자들은 본 발명은 상기 특정하여 도시되고 상술된 내용에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정의되고, 및 상기 설명을 읽으면 해당업자에게 일어날 그의 변형 및 수정뿐만이 아니라 상술한 특징들의 조합 및 하위 조합 모두를 포함한다.
청구 범위에서, 단어 "포함하다" 및 "구비하다", "구비하는" 등과 같은 이들의 변형은 나열된 컴포넌트들이 포함되지만, 일반적으로 다른 구성 요소의 배제 되지 않는 것을 나타낸다.
Claims (41)
- 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법으로서;
(a) 전극층 사이에서 성장한 압전 재료를 가진 희생 기판을 포함하는 다이를 획득하는 단계;
(b) 각 캐비티가 프레임 워크에 의해 둘러싸이도록 캐비티 어레이를 형성하는 프레임워크의 유전체 그리드로서, 상기 프레임워크를 통과하여 지나는 도전성 비아를 더 포함하는 상기 프레임워크의 유전체 그리드를 획득하는 단계;
(c) 분리가능한 점착성 테이프를 상기 프레임워크의 유전체 그리드의 하부면에 부착하는 단계;
(d) 상기 분리가능한 테이프의 점착성에 의해 다이를 유지하는 각 캐비티 내에, 상기 다이를 위치시키는 단계;
(e) 상기 희생 기판을 제거하고, 멤브레인의 위와 주위에 부착 폴리머를 적층하고, 및 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계;
(f) 상기 부착 폴리머를 관통하여 각각의 멤브레인 주위의 적어도 제1 및 제2 비아로, 그리고 상기 압전 재료를 관통하여 그 아래의 상기 전극 층으로 천공하는 단계;
(g) 상기 제1 비아의 상단부와 상기 압전 재료 위의 상부 전극 사이의 제1 접속부, 및 제2 비아의 상단부와 상기 압전 재료 아래의 하부 전극 사이의 제2 접속부, 및 상기 제1 비아의 상단부, 상기 제2 비아의 상단부, 및 상기 제1 접속부와 제2 접속부를 둘러싸는 상부 연결 링을 상부 표면에 제조하는 단계;
(h) 상기 제1 비아와 상기 제2 비아의 하단부 상의 하부 패드, 및 상기 제1 비아와 상기 제2 비아의 하단부를 둘러싸는 하부 연결 링을 하부 표면에 제조하는 단계;
(i) 하부 패드로부터 상기 하부 연결 링 아래로 뻗어있는 표면 실장(surface mounting)을 위한 레그를 제조하는 단계;
(j) 상기 하부 전극 아래의 상기 부착 폴리머를 제거하는 단계;
(k) 상기 상부 연결 링에 상부 덮개를 부착하고 상기 하부 연결 링에 하부 덮개를 부착하는 단계; 및
(l) 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 희생 기판은 c- 평면 사파이어의 단일 결정인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 압전 재료는 혼합된 바륨 스트론튬 티탄산(BST: Barium Strontium Titanate)(BxS(1-x)TiO3)인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 압전 재료는 분자 빔 에픽택시, 펄싱 레이저 증착, RF 스퍼터링 및 원자층 증착으로 구성된 그룹으로부터 선택된 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 압전 재료는 에피택셜 성장되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 압전 재료는 단일 결정인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 전극 층은 백금 또는 탄탈룸을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 인터페이스 층이 상기 희생 기판과 상기 하부전극 사이에 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제8 항에 있어서, 단계(e)는 상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층을 중심으로 하여 방사상으로 퍼져나가는 단계(radiating)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제8 항에 있어서, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN 또는 InN을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 단계(a)는:
희생 기판의 웨이퍼를 획득하는 단계;
상기 희생 기판의 표면 상에 인터페이스 층을 제조하는 단계;
상기 인터페이스 층 상에 하부 전극을 제조하는 단계;
상기 하부 전극 상에 압전 재료의 에피택셜 층을 제조하는 단계;
상기 압전재료 상에 상부 전극을 제조하는 단계; 및
상기 전극을 다이스로 싱귤레이팅하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 금속 비아를 가진 동시소성된(cofired) 세라믹 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 폴리머 매트릭스 및 구리 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제13 항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 유리 섬유 및 세라믹 섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제13 항에 있어서, 상기 구리 비아는 패터닝된 포토레지스트 내에서 직립 필러(upstanding pillar)로서 전기도금하고, 상기 포토레지스트를 벗겨내고, 상기 폴리머 매트릭스를 그 위에 적층시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제13 항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 액정 폴리머인 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 다이를 각 캐비티 내에 배치하는 단계(d)는 상기 희생 기판을 가진 상기 다이를 상기 분리가능한 테이프 및 상방을 면하는 상기 압전재료 및 전극들과 접촉하도록 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제8 항에 있어서, 상기 희생 기판을 제거하고, 상기 멤브레인의 위와 주위에 부착 폴리머를 적층하고, 및 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계(e)는:
ⅰ. 폴리머 코팅을 상기 다이 및 프레임워크 위로 적층하는 단계;
ⅱ. 캐리어를 상기 부착 폴리머 위로 도포하는 단계;
ⅲ. 상기 분리가능한 테이프를 제거하는 단계;
ⅳ. 부착 폴리머를 통과하여 캐리어로 플라즈마 에칭하거나 레이저 스카이빙하면서, 하드 마스크로 상기 프레임워크의 그리드는 보호하는 단계;
ⅴ. 상기 인터페이스 층을 융해시키기 위해 상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계(irradiating);
ⅵ. 상기 희생 기판을 제거하는 단계;
ⅶ. 부착 폴리머를 도포하는 단계; 및
ⅷ. 상기 캐리어를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제18 항에 있어서, 상기 캐리어는 금속 캐리어이고 상기 캐리어를 제거하는 단계는 상기 캐리어를 에칭하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제18 항에 있어서, 상기 희생 기판은 사파이어를 포함하고, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN, 또는 InN을 포함하고,
상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계는 금속으로 질화물을 환원시키고 상기 금속을 융해시키기 위해 불화 아르곤(ArF) 레이저, 또는 불화 크립톤(KrF) 레이저를 가지고 조사하는 단계, 상기 희생 기판을 상기 압전 재료로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제1 항에 있어서, 다이를 각각의 캐비티에 배치시키는 단계(d)는 외부 전극을 가진 각각의 다이를 상기 분리가능한 테이프와 상기 희생 기판과 접촉하도록 상방으로 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제20 항에 있어서, 단계(e)는:
ⅸ. 상기 인터페이스를 융해시키기 위해 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계;
ⅹ. 상기 희생 기판을 제거하는 단계;
ⅹⅰ. 부착 폴리머를 도포하는 단계; 및
ⅹⅱ. 상기 분리 가능한 테이프를 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제22 항에 있어서, 상기 희생 기판은 사파이어를 포함하고, 상기 인터페이스 층은 AlN, TiN, GaN, 또는 InN을 포함하고,
상기 희생 기판을 통과하여 상기 인터페이스 층에 조사하는 단계는 금속으로 질화물을 환원시키고 상기 금속을 융해시키기 위해 불화 아르곤(ArF) 레이저, 또는 불화 크립톤(KrF) 레이저를 가지고 조사하는 단계, 상기 희생 기판을 상기 압전 재로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제22 항에 있어서, 부착 폴리머를 도포하는 단계는 상기 멤브레인과 프레임 아래와 주위에 액정 폴리머 필름을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 부착 폴리머를 관통하여 각각의 멤브레인 주위의 적어도 제1 및 제2 비아로, 그리고 상기 압전 재료를 관통하여 그 아래의 상기 전극으로 천공하는 단계(f)는 레이저 천공 및 플라즈마 에칭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 단계(g)는 상기 부착 폴리머의 표면과 상기 천공에 의해 생성된 구멍 위로 시드층을 증착시키는 단계; 포토레지스트를 상기 상부 표면 위에 위치시키는 단계; 상기 포토레지스트를 제1 및 제2 접속부와 상부 연결 링을 가지고 패터닝하는 단계; 구리를 패턴으로 전기 도금하는 단계; 상기 포토레지스트를 벗겨내는 단계; 및 상기 시드층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제26 항에 있어서, 상기 포토레지스트와 시드층을 벗겨내기 전에 Ni, Au, 또는 Ni/Au 접점을 상기 상부 연결 링에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제24 항에 있어서, 단계(h)는:
상기 하부 표면과 상기 천공에 의해 생성된 구멍 위로 시드층을 증착시키는 단계;
포토레지스트를 상기 하부 표면 위에 위치시키는 단계;
상기 포토레지스트를 하부 패드와 하부 연결 링을 가지고 패터닝하는 단계;
구리를 패턴으로 전기 도금하는 단계;
상기 포토레지스트를 벗겨내는 단계; 및
상기 시드층을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법. - 제28 항에 있어서, 상기 시드층은 상기 상부 표면과 하부 표면에 동시에 도포되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접속부, 상기 상부 및 하부 밀봉 링, 및 하부 패드가 동시에 전기도금되는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제28 항에 있어서, 단계(i)는 포토레지스트 층을 상기 하부 표면에 도포하는 단계, 표면 실장을 위한 레그를 가지고 상기 포토레지스트를 상기 하부 패드로 패터닝하는 단계, 상기 레그를 상기 패턴으로 전기도금하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 상기 하부 연결 링 아래로 제거하는 단계 및 상기 시드층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제29 항에 있어서, 상기 포토레지스트와 시드층을 벗겨내기 전에 Ni, Au, 또는 Ni/Au 접점을 상기 하부 연결 링 및 레그에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제29 항에 있어서, 상기 하부 전극 아래의 상기 부착 폴리머의 중심 영역을 제거하는 단계(j)는 상기 부착 폴리머를 플라즈마 에칭 제거하는 반면, 하드 마스크를 가지고 상기 프레임워크와 상기 부착 폴리머의 주변 영역을 보호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제33 항에 있어서, 상기 중심 영역의 제거에 의해 노출된 상기 인터페이스층의 잔유물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제31 항에 있어서, 상기 상부 전극 위로부터 임의의 부착 폴리머를 박층화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제31 항에 있어서, 접속부로부터 상기 하부 전극까지의 상기 상부 전극의 절연을 보장하기 위해 상기 상부 전극의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 상부 덮개와 상기 하부 덮개는 세라믹, 금속 및 폴리머를 구비하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 상부 연결 링에 상부 덮개를 부착하고 상기 하부 연결 링에 하부 덮개를 부착하는 단계(k)는 접점 금속을 리플로우하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계(n)는 절단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 프레임워크의 유전체 그리드는 상기 프레임워크 내에 내장된 구리 분할 그리드를 더 포함하고, 상기 그리드로부터 개별 패키징된 박막 벌크 공진기 필터를 싱귤레이팅하는 단계(n)는 상기 구리 분할 그리드를 선택적으로 용해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 벌크 공진기 필터를 제조하는 방법.
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