KR102418671B1 - 패키지 광활성 유리 기판들에서 ｒｆ 시스템을 위한 2ｄ 및 3ｄ 집중 소자 디바이스들 - Google Patents

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제프 에이. 벌링턴
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Abstract

본 발명은 시스템-인-패키지(SiP)에서 또는 광-한정가능 유리에서 통합 집중 소자 디바이스들과 패키지로 시스템을 생성하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은: 감광성 유리 기판상에 또는 그것에 하나 이상의 전기 구성요소들을 포함한 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계; 감광성 유리 기판을 활성화하고, 결정성 재료가 유리-결정성 기판을 형성하게 하기 위해 가열 및 냉각시키는 단계; 유리-결정성 기판을 에칭하는 단계; 및 상기 광 한정가능 유리의 표면상에서 상기 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 증착시키고, 성장시키거나, 또는 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 통합 집중 소자 디바이스들은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)에 장착된 패키지 집중 소자 디바이스로부터 적어도 25%만큼 기생 잡음 및 손실들을 감소시킨다.

Description

패키지 광활성 유리 기판들에서 ＲＦ 시스템을 위한 2Ｄ 및 3Ｄ 집중 소자 디바이스들{2D AND 3D RF LUMPED ELEMENT DEVICES FOR RF SYSTEM IN A PACKAGE PHOTOACTIVE GLASS SUBSTRATES}
본 발명은 일반적으로 패키지 광활성 유리 기판들(package photoactive glass substrates)에서 RF 시스템을 위한 RF 집중 소자 디바이스들(RF lumped element devices)의 분야에 관한 것이다.
본 발명의 범위를 제한하지 않고, 그 배경은 RF 집중 소자 디바이스들과 관련되어 설명된다.
감광성 유리 구조들은 다른 소자 시스템들 또는 서브시스템들과 함께 통합된 전자 소자들과 같은 다수의 미세 기계 가공 및 미세 제작 프로세스들을 위해 제안되어 왔다. 종래의 유리의 실리콘 미세 제작은 값비싸고 낮은 수율인 반면 사출 성형 또는 엠보싱 프로세스들은 일관되지 않은 형태들을 생성한다. 실리콘 미세 제작 프로세스들은 값비싼 자본 설비; 일반적으로 각각 백만 달러를 초과하는 비용이 들며 수백만 내지 수십억 이상의 비용이 드는 초-청정, 고-생산 실리콘 제작 설비를 요구하는 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭 또는 이온 빔 밀링 툴들에 의존한다. 사출 성형 및 엠보싱은 3차원 형태들을 생성하는 덜 비싼 방법들이지만 이송 시 결함들을 생성하거나 또는 스토캐스틱 경화 프로세스(stochastic curing process)로 인한 차이들을 갖는다. 이상적인 인덕터들은 0 저항 및 0 정전용량을 가질 것이다. 그러나, 실제 인덕터들은 "기생" 저항, 인덕터들 및 정전용량을 가진다.
이력적으로, 인덕터 정전용량은 그것이 절연된 코일 권선들 간의 전하 분리의 결과라는 가정에 기초하여 "권선-간 정전용량"으로 불리운다. 그러나, 인덕터가 전도 접지 평면 위에서 측정되면, 코일과 접지 평면 사이에서의 정전용량이 또한 측정치의 부분이다. 측정 접지 평면으로부터의 코일의 거리 및 측정 기판의 유효 유전율은 접지로의 정전용량에 영향을 준다. 이것은 시험 고정부가 어떻게 SRF 측정에 영향을 주는지를 부분적으로 설명한다. 다음의 식은 SRF가 어떻게 LC 회로에서 인덕턴스 및 정전용량에 관련되는지를 보여준다:
Figure 112022038660999-pat00001
여기에서: L은 헨리 단위의 인덕턴스이며, C는 패럿 단위의 정전용량이다.
부가적인 인덕턴스 외에, 정전용량 및 저항은: (1) PCB 상호 연결부들; (2) 긴 금속 재분배 라인 길이들; (3) 접합 패드들; (4) 솔더 볼들; (5) 기판 손실들 및 유전율/손실 탄젠트; 및/또는 (6) 일관되지 않은 어셈블리로부터의 손실들을 제거한다.
이러한 식으로부터, 일반적으로, RF 및/또는 마이크로파 필터들은 하나 이상의 결합된 공진기들로 이루어지며, 여러 개의 상이한 기술들이 공진기들/필터들을 만들기 위해 사용될 수 있다는 것이 분명하다. 다수의 공진기들/필터들은 3개의 일반적인 카테고리들 중 하나에 속한다: 집중-소자, 마이크로스트립 송신 라인들, 동축 도파관.
집중-소자 또는 인덕터 커패시터(LC) 필터들은 RF 및 마이크로파 필터들 및 다른 디바이스들에서 사용된 가장 간단한 공진기 구조이다. 집중-소자 회로는 병렬 또는 직렬 인덕터들 및 커패시터들로 이루어진다. 집중-소자 필터들/디바이스들의 이점은 그것들이 매우 소형일 수 있다는 것이지만 단점들은 그것들이 저 품질 인자, 큰 레벨의 왜곡/잡음 및 비교적 열악한 성능을 갖는다는 것이다. 이와 같이 집중-소자 디바이스들은 RF/마이크로파 애플리케이션들에서 실행 가능한 옵션으로 고려되지 않는다.
2003년 출판된 Inder Bahl에 의한 서적 RF 및 마이크로파 회로들을 위한 집중 소자들에서, "이상적인 집중 소자는 프린징 자장들로 인한 연관된 기생 리앤턴스들 때문에 더 낮은 마이크로파 주파수들에서도 실현 가능하지 않다"라고 서술하였다. RF 및 마이크로파 주파수들에서, 각각의 구성요소는 연관된 전기 및 자기장들 및 한정된 소산 손실을 갖는다. 따라서, 이러한 구성요소들은 그것들에 걸쳐 전기 및 자기 에너지들을 저장하거나 또는 방출하며 그것들의 저항은 소산된 전력을 감안한다. 이들 소자들에서 C, L, 및 R 구성요소들의 상대적인 값들은 LE의 의도된 사용에 의존한다. 그것들의 전기적 거동을 설명하기 위해, 이러한 구성요소들을 위한 등가 회로 모델들이 일반적으로 사용된다. 집중 소자 등가 회로(EC) 모델들은 첨자들로 표시된 연관된 기생들을 가진 기본 회로 소자들(L, C, 또는 R)로 이루어진다. MIC들 및 MMIC들의 정확한 컴퓨터-보조 설계는 이들 구성요소들의 완전하고 정확한 특성화를 요구한다. 이것은 접지 평면, 프린징 자장들, 근접 효과들, 기판 재료 및 두께, 도체 두께, 및 연관된 장착 기술들 및 애플리케이션들의 효과를 포함한 포괄적 모델들을 요구한다. 따라서, 그것의 기생들 및 그것들의 주파수-의존 특성들을 가진 집중 소자의 EC 표현은 정확한 소자 모델링을 위해 필수적이다. EC 모델은 만약에 있다면, 공진들을 포함한, 그것의 응답을 완전히 기술하기 위해 필요한 회로 소자들로 이루어진다. 모델들은 분석, 전자기 시뮬레이션, 및 측정 기반 방법들을 사용하여 개발될 수 있다. 집중 소자들의 초기 모델들은 분석 반경험적 식들을 사용하여 개발되었다. 1943년에, Terman은 금속화 두께의 효과를 부가한, Caulton 외에 의해 나중에 개선된 얇은 금속 직선의 인덕턴스에 대한 표현을 공개하였다. Wheeler는 보다 낮은 마이크로파 주파수들에서 적정하게 양호한 정확성을 가진 원형 나선형 인덕터의 인덕턴스에 대한 근사 공식을 보여주었다. 이러한 공식은 마이크로파 집중 회로들의 설계에서 광대하게 사용되어 왔다. 다른 것들은 여러 개의 기하학적 구조들에 대한 인덕턴스 산출들을 논의하여 왔다. MIC들을 위한 마이크로스트립 인덕터들의 이론적 모델링은 보통 두 개의 방법들에 기초하여 왔다: 집중-소자 접근법 및 결합-라인 접근법. 집중-소자 접근법은 접지 평면 효과들을 가진 자유-공간 인덕턴스에 대한 공식들을 사용한다. 이들 주파수-독립적 공식들은 단지 인덕턴스의 총 길이가 동작 파장의 작은 부분일 때 및 턴 간 정전용량이 무시될 수 있을 때에만 유용하다. 결합-라인 접근법에서, 인덕터는 다중도체 결합 마이크로스트립 라인들을 사용하여 분석된다. RF 및 마이크로파 회로 기술을 위한 이러한 10개의 집중 소자들은 나선형 인덕터의 성능이 두 개의 턴들 동안 및 약 18GHz까지 꽤 적절하다는 것을 예측한다. 지간 커패시터에 대한 초기 이론은 Alley에 의해 공개되었으며, Joshi 외는 이들 커패시터들에 대한 수정된 공식들을 제공하였다. Mondal은 결합-라인 접근법에 기초하여 MIM 커패시터의 분배 모델을 보고하였다. Pengelly 외는 Q-인자를 특히 강조하여, 인덕터들 및 지간 커패시터들을 포함한, GaAs 상에서 상이한 집중 소자들에 대한 제 1 광대한 결과들을 제공하였다. Pettenpaul 외는 기본 마이크로스트립 이론 및 네트워크 분석과 함께 수치 해법들을 사용한 집중-소자 모델들을 보고하였다. 일반적으로, 분석 모델들은 집중 소자들의 전기적 성능을 추정하는데 양호하다. 마이크로파 주파수들에서 집중 L, C, R 소자들의 실현은 구성요소 크기를 동작 파장보다 훨씬 더 작게 유지함으로써 가능하다. 그러나, 구성요소 크기가 1/10보다 커질 때, 이들 구성요소들은 저항, 정전용량, 및 인덕턴스와 같은 바람직하지 않은 연관된 기생들을 갖는다. RF 및 더 높은 주파수들에서, 기생들의 리액턴스들은 더 중요해지며, 증가하는 주파수는 보다 높은 손실 및 스퓨리어스 공진들을 야기한다. 따라서, 경험적 표현들은 LE 성능을 정확하게 예측하는데 충분히 정확하지 않다. 일단 집중 소자들이 전자기(EM) 시뮬레이션 또는 측정들에 의해 정확하게 특성화된다면, 기생 리액턴스들은 구성요소들의 일체형 부분이 되며 그것들의 효과들은 설계 시 포함될 수 있다.
워크스테이션 컴퓨팅 전력 및 사용자-친화적 소프트웨어에서의 최근의 진전들은 EM 장 시뮬레이터들을 개발하는 것을 가능하게 한다. 이들 시뮬레이터들은 송신 라인들 및 그것들의 비연속성들; 패치들; 다층 구성요소들, 즉 인덕터들, 커패시터들, 저항기들, 비아 홀들, 에어브리지들, 인덕터 변압기들, 패키지들 등과 같은 단일 및 다층 수동형 회로 소자들; 및 다양한 회로 소자들 간의 수동형 결합의 시뮬레이션 시 중요한 역할을 한다. 밀집하게 패킹된 모놀리식 마이크로파 집적 회로들(MMIC들)의 성능에 대한 구성요소들 간의 복사, 표면파들 및 상호 작용의 효과들에 대한 정확한 평가는 단지 3-차원(3-D) EM 시뮬레이터들을 사용하여 산출될 수 있다. 집중 소자들을 위한 정확한 모델들을 개발하는 가장 일반적으로 사용된 방법은 dc 저항 및 S-파라미터 데이터를 측정하는 것에 의한다. 이러한 모델링 접근법은 빠르고 정확한 결과들을 제공하지만, 결과들은 일반적으로 단지 측정된 디바이스들에만 제한된다. EC 모델 파라미터들은 컴퓨터 최적화에 의해 추출되며, 이것은 애플리케이션에 의존하여 26 또는 40GHz까지 측정된 dc 및 S-파라미터 데이터(1- 또는 2-포트 데이터)를 상관시킨다. 모델 파라미터 값들의 정확성은 최근 개발된 온-웨이퍼 교정 표준들 및 기술들을 사용함으로써 측정 정확성만큼 양호할 수 있다. 등가 회로 모델들은 대개 제 1 병렬 공진 주파수(fres)까지 유효하다. 그러나, 설계가 고조파들, 예를 들어, 출력에서 제 2 및 제 3 고조파 종단들을 가진 전력 증폭기와 연관될 때, 그것은 최고 설계 주파수까지 작동하는 EM 시뮬레션된 데이터 또는 더 높은 차수의 공진들을 고려한 더 복잡한 모델을 요구한다. 동작 주파수가 fres/3보다 낮다면, 상기 논의된 모델들은 적절하다. RF 및 마이크로파 주파수들에서, LE들의 저항은 스킨 효과로 인해 그것들의 dc 값들과 매우 상이하다. RF 신호가 LE에 걸쳐 인가될 때, 도체 재료의 한정된 전도율로 인해, EM 장들은 그것의 단면을 따라 단지 제한된 깊이로 도체를 관통한다. 장들이 표면에서 값들의 1/e(약 36.9%)로 감소하는 도체에서의 거리는 관통 깊이, 또는 스킨 깊이로 불리운다. 이러한 효과는 증가하는 주파수에 따라 감소하는 관통 깊이를 가진 주파수의 함수이다. RF 전류의 흐름은 단지 표면에 제한되어, dc 값보다 높은 RF 표면 저항을 야기한다. 이러한 효과는 구성요소에서의 저항성 손실의 정확한 모델링 동안 고려된다.
스트립라인으로 또한 알려진, 마이크로스트립 송신 라인들은 양호한 공진기들/필터들을 만들며 집중 소자 필터들보다 크기 및 성능에 대하여 양호한 절충을 제공한다. 마이크로스트립 회로들을 제조하기 위해 사용된 프로세스들은 정밀 박막 프로세스를 사용하여 인쇄 회로 보드들을 제조하기 위해 사용된 프로세스들과 매우 유사하지만, 저 전력/손실 RF 애플리케이션들을 위해 요구된 성능을 획득하기 위해 석영, 세라믹, 사파이어 기판들 및 금과 같은 낮은 저항 금속들을 사용하는 것을 요구한다.
동축 도파관(CW) 필터들은 평면 송신 라인들보다 높은 Q 인자를 제공하며, 고성능 RF 애플리케이션들에서 사용된다. 동축 공진기들은 그것들의 크기를 감소시키기 위해 고-유전율 재료들을 사용할 수 있다. CW 필터의 크기는 크기가 세라믹 기판 상에서 30GHz가 넘는 주파수들에서 2㎠ 미만에 이를 수 있는 주파수로 반대로 스케일링한다. 세라믹 기판 및 물리적 크기의 조합은 필터가 이들 필터들을 일반적으로 이와 같이 상업적인 휴대용, 소형 RF 제품들에서 사용되지 않는 다른 RF 필터들에 대하여 비싸고 크게 만드는 것을 방지한다.
가장 일반적인 RF 필터들 중 하나는 표면 탄성파(SAW) 및/또는 벌크 탄성파(BAW)이다. SAW 및 BAW 양쪽 모두는 동작의 주파수가 압전 재료에서 사운드의 속도를 초과함에 따라 감소된 신호 대 잡음 비들을 보인다. 단일 결정 BAW 디바이스들은 더 높은 성능을 갖는 것으로 도시되지만 또한 주파수들이 압전 재료의 사운드의 속도를 초과할 때 신호 대 잡음의 극적인 붕괴를 겪는다. SAW 및 BAW 필터들에서 사용된 압전 재료의 사운드의 속도는 그것들의 애플리케이션을 3GHz 미만의 주파수들로 제한한다.
이들 진전들의 모두에도 불구하고, 증가된 신호 대 잡음비를 갖고, 구축하기 용이하고 저렴하며, (1) PCB 상호 연결부들; (2) 긴 금속 재분배 라인 길이들; (3) 접합 패드들; (4) 솔더 볼들; (5) 기판 손실들 및 유전율/손실 탄젠트; 및/또는 (6) 일관되지 않은 어셈블리로부터의 손실들을 제거하는 기존의 디바이스들에 대한 개선들에 대한 요구가 남아있다.
일 실시예에서, 본 발명은 광-한정가능 유리(photo-definable glass)에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)로서 형성된 통합 집중 소자 디바이스들과 패키지로 시스템을 생성하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은: 감광성 유리 기판상에 또는 그것에 하나 이상의 전기 구성요소들을 형성하기 위해 하나 이상의 구조들을 포함한 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계; 상기 감광성 유리 기판의 적어도 일 부분을 활성화 에너지 소스에 노출시키는 단계; 적어도 10분 동안 상기 감광성 유리 기판을 그것의 유리 전이 온도를 초과하여 가열하는 단계; 유리-결정성 기판을 형성하기 위해 상기 노출된 유리의 적어도 일 부분을 결정성 재료로 변형시키기 위해 상기 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 상기 디바이스에서 하나 이상의 채널들을 형성하기 위해 에천트 용액으로 상기 유리-결정성 기판을 에칭시키는 단계로서, 상기 유리-결정성 기판은 세라믹 상으로 선택적으로 변환될 수 있는, 트렌치들에 인접하는, 상기 에칭 단계; 및 구리의 전기도금이 트렌치들을 채우고 상기 광 한정가능 유리의 표면상에 증착(deposit)할 수 있게 하기 위해 상기 에칭 단계 동안 노출된 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 증착시키고, 성장시키거나, 또는 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 통합 집중 소자 디바이스들은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)에 장착된 패키지 집중 소자 디바이스로부터 적어도 25%만큼 기생 잡음 및 손실들을 감소시킨다. 일 양상에서, 상기 방법은 SiP에 있는 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 아이솔레이터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 서큘레이터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 RF 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고, 저역 통과, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 변압기, 서큘레이터, 아이솔레이터 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 광-한정가능 유리 기판에서 또는 그것 상에서 전력 결합기, 전력 스플리터 RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 30%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실(기판에 장착 소자들을 패키징하는 것과 연관된 손실)의 적어도 35%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 50%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 하나 이상의 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들, 및/또는 다이플렉서들을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 설명된 방법에 의해 만들어진 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)에 장착된 패키지 집중 소자 디바이스를 포함한다. 일 양상에서, 상기 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 아이솔레이터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 서큘레이터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스를 가진 RF 필터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 저역 통과, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 변압기, 서큘레이터, 아이솔레이터 중 적어도 하나이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 광-한정가능 유리 기판에서 또는 그것 상에서의 전력 결합기, 전력 스플리터 RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 30%를 제거하는 SiP RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 35%를 제거하는 SiP RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 50%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 하나 이상의 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들, 및/또는 다이플렉서들이다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)로서 형성된 통합 집중 소자 디바이스들과 패키지로 시스템을 생성하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은: 감광성 유리 기판상에 또는 그것에 하나 이상의 전기 구성요소들을 형성하기 위해 하나 이상의 구조들을 포함한 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계; 유리-결정성 기판을 형성하기 위해 노출된 유리의 적어도 일 부분을 결정성 재료로 변형시키는 단계; 디바이스에 하나 이상의 채널들을 형성하기 위해 에천트 용액으로 상기 유리-결정성 기판을 에칭하는 단계로서, 상기 유리-결정성 기판은, 선택적으로 세라믹 상으로 변환될 수 있는, 트렌치들에 인접하는, 상기 에칭 단계; 및 구리의 전기도금이 트렌치들을 채우고 광 한정가능 유리의 표면상에 증착할 수 있게 하기 위해 상기 에칭 단계 동안 노출된 상기 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 증착시키고, 성장시키거나, 또는 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하며, 상기 통합 집중 소자 디바이스들은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)에 장착된 패키지 집중 소자 디바이스로부터 적어도 25%만큼 기생 잡음 및 손실들을 감소시킨다. 일 양상에서, 상기 방법은 SiP에 있는 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 아이솔레이터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 서큘레이터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스드를 갖고 RF 필터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 SiP에서 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고, 저역 통과, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 변압기, 서큘레이터, 아이솔레이터 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 광-한정가능 유리 기판에서 또는 그것 상에서 전력 결합기, 전력 스플리터 RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 30%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 35%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 등가 표면 장착 디바이스에 비교될 때 RF 기생 신호 손실의 적어도 50%를 제거하는 SiP RF 회로를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양상에서, 상기 방법은 하나 이상의 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들, 및/또는 다이플렉서들을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 설명된 방법에 의해 만들어진 광-한정가능 유리에서 또는 그것 상에서 시스템-인-패키지(SiP)에 장착된 패키지 집중 소자 디바이스를 포함한다. 일 양상에서, 상기 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 아이솔레이터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 서큘레이터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 RF 필터이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고, 저역 통과, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 변압기, 서큘레이터, 아이솔레이터 중 적어도 하나이며 SiP에 있다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 광-한정가능 유리 기판에서 또는 그것 상에서의 전력 결합기, 전력 스플리터 RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 기판으로 장착 소자들을 패키징하는 것과 연관된 RF 기생 신호의 적어도 30%를 제거하는 SiP RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 기판에 장착 소자들을 패키징하는 것과 연관된 RF 기생 신호의 적어도 35%를 제거하는 SiP RF 회로이다. 또 다른 양상에서, 디바이스는 하나 이상의 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들, 및/또는 다이플렉서들이다.
본 발명은 RF 도메인에서 집중 소자 디바이스들과 연관된 기생 손실들 및 신호들을 제거한다.
본 발명의 특징들 및 이점들의 보다 완전한 이해를 위해, 수반되는 도면들과 함께 본 발명의 상세한 설명에 대한 참조가 이제 이루어진다:
도 1a는 본 발명의 시스템 인 패키지(SiP) 대 표면 장착 기술에서 커패시터의 성능에 대한 기생 신호들/손실들 정전용량의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 1b는 본 발명의 SiP 대 SMT에서 인덕터의 성능에 대한 기생 신호들/손실들의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 PCB 상에서 표면 장착 패키지에서 30GHz Ban 통과 필터 및 RF 왜곡들의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 28GHz SiP Ban 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 2c는 본 발명의 SiP 기반 2.5GHz 전역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 2d는 본 발명의 SiP 기반 2.5GHz 저역 통과 필터의 이미지이다.
도 3a는 본 발명의 SiP 기반 19GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 SiP 기반 19GHz 대역 통과 필터의 이미지이다.
도 4a는 본 발명의 SiP 기반 24GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 SiP 기반 24GHz 대역 통과 필터의 이미지이다.
도 5a는 본 발명의 SiP 기반 33GHz 저역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 SiP 기반 33GHz 저역 통과 필터의 이미지를 보여준다.
도 6a는 본 발명의 SiP 기반 28GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 SiP 기반 28GHz 대역 통과 필터의 이미지를 보여준다.
도 7a는 본 발명의 SiP 기반 7GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 여러 개의 SiP 기반 7GHz 대역 통과 필터의 이미지를 보여준다.
도 8은 본 발명의 SiP 기반 필터들의 삽입 손실을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 집중 소자들을 포함한 도허티 증폭기 설계를 도시한다.
도 10은 전력 분배기/결합기를 도시한다.
도 11은 종단 저항기가 서큘레이터에 연결될 때 집중 소자 서큘레이터를 도시하며, 그것은 아이솔레이터가 된다.
도 12는 본 발명의 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 유리 기반 SiP을 도시한다. SiP은 대략 0.5cm×0.5cm이다.
도 13은 본 발명의 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다. SiP의 크기에 의존하여, 단일 웨이퍼 상에 다수의 SiP들이 있을 수 있다.
도 14a 내지 도 14f는 본 발명을 사용하여 디바이스들을 만드는 프로세스를 도시한다.
도 15a 내지 도 15f는 본 발명을 사용하여 디바이스를 만들기 위한 추가 프로세싱 단계들을 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예들의 제작 및 사용은 이하에서 상세하게 논의되지만, 본 발명은 매우 다양한 특정 맥락들로 구체화될 수 있는 많은 적용 가능한 발명의 개념들을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 여기에서 논의된 특정 실시예들은 발명을 만들고 사용하기 위한 특정 방식들에 대해 단지 예시적이며 발명의 범위를 구분 짓지 않는다.
본 발명의 이해를 가능하게 하기 위해, 다수의 용어들이 이하에서 정의된다. 여기에서 정의된 용어들은 본 발명에 관련된 분야들에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미들을 가진다. 단수 표현 및 "상기" 와 같은 용어들은 단지 단수형 엔티티를 나타내도록 의도되지 않으며, 특정 예의 일반적인 클래스는 예시를 위해 사용될 수 있다. 여기에서의 용어는 발명의 특정 실시예들을 설명하기 위해 사용되지만, 그것들의 사용은, 청구항들에서 개괄되는 경우를 제외하고, 발명을 제한하지 않는다.
본 발명은 RF 도메인에서 집중 소자 디바이스들과 연관된 기생 손실들 및 신호들을 제거한다. 집중 소자 디바이스들 또는 집중 소자 디바이스들의 어레이는 기생 신호들 또는 손실들을 제거하거나 또는 크게 감소시키는 마이크로파 및 라디오주파수에 대해 광 한정가능 유리 세라믹 시스템 인 패키지(SiP)에 필터들(대역-통과, 대역-정지, 고역-통과, 노치, 저역-통과 필터), 서큘레이터들, 안테나, 전력 조절, 전력 결합기, 전력 스플리터, 매칭 네트워크들, 아이솔레이터들 및/또는 도허티(Doherty) 전력 증폭기를 포함하여 다수의 전자 디바이스들 및 기능들을 구현하기 위해 커패시터들, 인덕터들, 및 저항기들로 이루어진다. 기생 신호들 또는 손실들은 패키징된 집중 소자 디바이스들을 SiP에 부착하는 패키징, 솔더 접합(볼 그리드), 전자 커넥터들(와이어), 전기 접합 패드들 및 장착 소자들로부터의 인덕턴스, 정전용량 및 저항과 조합된 안테나 효과들로부터 발생된다. 왜곡된 신호들 또는 손실들은 인쇄 회로 보드 또는 기판상에서의 다른 RF 디바이스들로 송신된다. 실제 의도된 성능으로부터 큰 성능 변화들을 생성하기 위해 집중 소자들의 종래의 패키징 및 장착에 충분한 변화가 있다. 이들 변화들은 원하는 동작 엔벨로프를 충족시키는 최종 RF 회로를 생성하기 위해 RF 제품들이 다수의 설계 반복들 및/또는 수동 트리밍/정정을 겪게 하는 패키징에서의 미묘한 차이들로 인해 무작위인 것처럼 보인다. RF 패키징 및 장착 소자들과 연관된 왜곡을 제거하는 것은 RF 필터 디바이스가 설계/시뮬레이션된 대로 미리 형성하도록 허용한다. 집중 소자 디바이스들을 광 한정가능 유리 세라믹 SiP으로 통합하는 것은 회로가 전체 RF 스펙트럼을 통해 설계되고 시뮬레이션된 대로 미리 형성할 수 있게 한다. 이들 집중 소자 디바이스 구조들은 디바이스 패리티, 보다 낮은 손실, 낮은 신호 왜곡, 감소된 기생 용량, 감소된 비용, 및 더 작은 물리적 크기에 대한 설계를 갖고 2 또는 3-차원 집중 소자 디바이스들을 형성하기 위해 개별적으로 또는 동시에 수직뿐만 아니라 수평 평면들 양쪽 모두로 이루어진다.
배경에서 설명된 바와 같이, 감광성 유리 구조들은 다른 소자 시스템들 또는 서브시스템들과 함께 통합 전자 소자들과 같은 다수의 미세 기계 가공 및 미세 제작 프로세스들을 위해 제안되어 왔다. 본 발명은 값비싸고 낮은 수율인 종래의 유리의 실리콘 미세 제작에 비해 이점들을 갖지만 사출 성형 또는 엠보싱 프로세스들은 일관되지 않은 형태들을 생성한다. 본 발명은, 값비싼 자본 장비; 일반적으로 각각 백만 달러를 초과하는 비용이 들며 수백만 내지 수십억 이상이 드는 초-청정, 고-생산 실리콘 제작 설비를 요구하는 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭 또는 이온 빔 밀링 툴들에 의존하는 실리콘 미세 제작 프로세스들에 비해 추가 이점들을 가진다. 본 발명은 또한 이송 시 가진 결함들을 생성하거나 또는 스토캐스틱 경화 프로세스로 인한 차이들을 갖는 사출 성형 및 엠보싱이 가진 문제들을 극복한다. 이상적인 인덕터들은 0 저항 및 0 정전용량을 가질 것이다. 그러나, 실제 인덕터들은 "기생" 저항, 인덕터들 및 정전용량을 가진다. 인덕터의 제 1 자기-공진 주파수는 인덕터가 그것의 자기-정전용량을 갖고 공진하는 최저 주파수이다. 제 1 공진은 인덕턴스 및 정전용량의 병렬 조합에 의해 모델링될 수 있다. 저항기("R1")는 인덕터의 자기-공진 주파수(SRF)에서의 공진 주파수에 가깝게 임피던스를 제한하며, 다음의 조건들 중 모두가 충족된다: (1) 입력 임피던스는 그것의 피크에 있다; (2) 입력 임피던스의 위상 각도는 0이어서, 양(유도성)에서 음(용량성)으로 가로지른다; (3) 위상 각이 0이므로, Q는 0이다; (4) 음의 용량성 리액턴스(Xc=1/jωC)가 단지 양의 유도성 리액턴스(XL=jωL)를 소거하므로, 유효 인덕턴스는 0이다; (5) 2-포트 삽입 손실(예컨대, S21 dB)이 최대이며, 이것은 주파수 대 S21 dB의 플롯에서 최소치에 대응한다; 및 (6) 2-포트 위상(예컨대, S21) 각도는 0이어서, 하위 주파수들에서의 음에서 상위 주파수들에서의 양으로 가로지른다.
이들 요구들을 다루기 위해, 본 발명자들은 반도체들, RF 전자 장치들, 마이크로파 전자 장치들, 및 광학 이미징을 위한 신규 패키징 및 기판 재료로서 유리 세라믹(APEX® 유리 세라믹)을 개발하였다. APEX® 유리 세라믹은 단순한 3단계 프로세스에서 1세대 반도체 장비를 사용하여 프로세싱되며 최종 재료는 유리, 세라믹으로 만들어지거나, 또는 유리 및 세라믹 양쪽 모두의 영역들을 포함한다. APEX® 유리 세라믹은 다음 중 하나 또는 일부를 포함하는 SiP의 생성을 가능하게 한다: 쉽게 제작된 고 밀도 비아들, 인덕터들, 커패시터들, 저항기들, 송신 라인들, 동축 라인들, 안테나, 마이크로프로세서, 메모리, 증폭기, 트랜지스터들, 매칭 네트워크들, RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 임피던스 정합 소자들, 50 옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 멀티플렉서들, 및/또는 다이플렉서들을 포함한 전자 디바이스들.
도 1a는 동일한 3pF 및 5pF 커패시터들에 대한 테스트 결과들을 도시한다. 일 세트의 커패시터들이 유리 SiP 상에서 통합되고 테스트되었다. 다른 세트의 커패시터들은 표면 장착 기술(SMT)로 패키징되고 테스트되었다. 결과 데이터는 SiP 통합 커패시터가 동일한 커패시터 패키징 SMT에 비교하여 150% 내지 135% 사이에서의 더 높은 SRF를 갖는다는 것을 보여주며, 따라서 종래 기술보다 상당히 낫다. 성능에서의 개선은 SMT 패키징과 연관된 접합 패드들, 볼 접합, 내장 리드들, 기판 및 다른 기생 효과들로부터의 손실들의 제거 때문이다. 도 1b는 SMT 또는 통합 SiP에서 측정된 두 개의 인덕터들 간의 성능(56nH 및 95nH)을 도시한다. SiP 기반 인덕터들은 SMT 패키징의 패드들에 의해 생성된 정전용량과 연관된 기생 손실들 또는 신호들의 제거로 인해 SMT 부분들보다 50% 더 높은 SRF를 갖는다. 평균적으로 통합 SIP 구성요소들은 SMT와 정확히 동일한 부분에 비교하여 50% 더 높은 SRF를 갖는다. SMT 디바이스들에 대한 통합 SIP 디바이스들 간의 성능 차이들이 dB로 측정됨에 따라, 그것은 패키지로 시스템을 만들기 위해 사용된 다른 RF/마이크로파 구성요소들 외에 필터들, 도허티 증폭기들, 서큘레이터들, 아이솔레이터들, 안테나, 전력 스플리터들, 전력 결합기들에서 실현된 조합 인덕터들 및 커패시터들의 사용과 연관된 기생 손실들 또는 신호들을 부가할 수 있다. 손실들의 조합은 도 2a 내지 도 2d에서 보여질 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 SiP으로 통합된 집중 소자 필터의 성능과 표면 장착 디바이스(SMD) 패키지로 패키징된 다른 것 사이에서의 차이를 도시한다. 도 1a는 인쇄 회로 보드 기반 SiP 상에 장착된 SMD 패키지에서 집중 소자 대역통과 필터에 대한 신호를 도시한다. 도 1b는 유리 기반 SiP로 직접 통합된 동일한 집중 소자 대역통과 필터에 대한 신호를 도시한다. 도 1a 및 도 1b의 성능 곡선들 하에서 영역들 간의 정규화된 차이는 대략 200%이다. 이것은 SiP 기판으로 직접 통합된 RF 집중 소자 디바이스의 사용이 200%까지 기생 잡음 및 손실들을 감소시키거나 또는 제거한다는 것을 보여준다. 손실들, 왜곡/잡음, 기생 신호들 및 열악한 성능 품질 인자를 제거한다. SiP 기반 집중 소자 디바이스들은 120보다 훨씬 더 큰 품질 인자들을 가진 인덕터들과 함께 80보다 훨씬 더 큰 품질 인자들을 가진 커패시터들을 가질 수 있다. SiP으로 직접 통합되는 집중 소자 디바이스들의 강화된 성능은 이제 작은 피처 크기와 결합될 수 있는 RF/마이크로파 디바이스에서 극적으로 개선된 기능을 입증하여 왔다. SiP으로 또는 그것 상으로 직접 통합된 집중 소자 기반 디바이스들은 이에 제한되지 않지만 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들, 및/또는 다이플렉서들을 포함한다. SiP 상에서 이들 직접 통합된 집중 소자 디바이스들은 통합 회로 디바이스들과 연결된다. 이들 통합 회로들은, 이에 제한되지 않지만: 마이크로프로세서들, 멀티플렉서들, 스위치들, 증폭기들, 및 메모리들을 포함한다. 도 3a는 본 발명의 SiP 기반 19GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 도 3b는 본 발명의 SiP 기반 19GHz 대역 통과 필터의 이미지이다.
도 4a는 본 발명의 SiP 기반 24GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 본 발명은 정전용량 대 주파수를 측정할 때 본 발명의 SiP 대 SMT에 대해 150% 및 135%만큼 신호를 개선하였다. 도 4b는 SiP 기반 24GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 본 발명은 인덕턴스 대 주파수를 측정할 때 SMT에 비교될 때 본 발명의 SiP을 사용하여 50%만큼 신호를 개선하였다.
도 5a는 본 발명의 SiP 기반 33GHz 저역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 도 5b는 본 발명의 SiP 기반 33GHz 저역 통과 필터의 이미지를 도시힌다.
도 6a는 본 발명의 SiP 기반 28GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 도 6b는 본 발명의 SiP 28GHz 대역 통과 필터의 이미지를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 SiP 기반 7GHz 대역 통과 필터의 성능을 보여주는 그래프이다. 도 7b는 본 발명의 여러 개의 SiP 기반 7GHz 대역 통과 필터의 이미지를 도시한다.
도 8은 본 발명의 SiP 기반 필터들의 삽입 손실을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 집중 소자들을 포함한 도허티 증폭기 설계를 도시한다. 도 10은 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 전력 분배기/조합기를 도시한다. 도 11은 종단 저항기가 서큘레이터에 연결될 때 집중 소자 서큘레이터를 도시하며, 그것은 아이솔레이터가 되며 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있다. 도 12는 본 발명의 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 유리 기반 SiP을 도시한다. SiP은 대략 0.5cm×0.5cm이다. 도 13은 본 발명의 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다. SiP의 크기에 의존하여, 단일 웨이퍼 상에 다수의 SiP들이 있을 수 있다.
특히 통합 집중 소자 RF 디바이스를 가진 SiP는 종래의 반도체 프로세싱 장비를 사용하여 APEX® Glass에서 디바이스 패리티에 대한 설계를 갖고 생성되어 왔다. APEX® Glass SiP에서 통합 집중 소자 RF 필터는 도 12에서 보여질 수 있다. 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 APEX® Glass SiP. SiP의 중심에서 개방 영역은 SiP을 완성하기 위해 통합 회로들의 배치를 위한 것이다. 도 13은 본 발명의 통합 집중 소자 디바이스들을 가진 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다. SiP의 크기에 의존하여, 단일 웨이퍼 상에 다수의 SiP들이 있을 수 있다. APEX® Glass 웨이퍼는 통합 집중 소자 디바이스들을 갖고 500 SiP 위에 실장된다.
완전 통합 집중 소자 디바이스를 가진 SiP은 광-한정가능 유리들에서 생성되고, 높은 온도 안정성, 양호한 기계적 및 전기적 속성들을 가지며, 플라스틱들 및 많은 금속들보다 양호한 화학적 저항을 가질 수 있다. 우리가 아는 한, 유일한 상업적 광-한정가능 유리는 Schott Corporation에 의해 만들어진, FOTURAN™이다. FOTURAN™은 은 이온들의 트레이스들을 포함한 리튬-알루미늄-실리케이트 유리를 포함한다. 세륨 산화물의 흡수 대역 내에서 UV-광에 노출될 때, 세륨 산화물은 감광물질들로서 동작하여, 광자를 흡수하고 은 원자들을 형성하기 위해 이웃한 은 산화물을 환원하는 전자를 놓아준다, 예로서,
Ce3+ ＋ Ag+ = Ce4+ ＋ Ag0
은 원자들은 베이킹 프로세스 동안 은 나노클러스터들로 합쳐지며 주변 유리의 결정화를 위해 핵형성 사이트들을 유도한다. 마스크를 통해 UV 광에 노출되면, 단지 유리의 노출 영역들만이 뒤이은 열 처리 동안 결정화할 것이다.
이러한 열 처리는 유리 변형 온도(예컨대, FOTURAN™에 대해 공기 중에서 465℃보다 큰)에 가까운 온도로 수행되어야 한다. 결정질 상은 노출되지 않은 유리같은, 비정질 영역들보다, 불화 수소산(HF)과 같은, 에천트들에서 더 용해 가능하다. 특히, FOTURAN™의 결정질 영역들은 10% HF에서의 비정질 영역들보다 약 20배 더 빠르게 에칭되어, 노출된 영역들이 제거될 때 약 20:1의 벽 기울기 비율들을 가진 미세구조들을 가능하게 한다. 여기에 참조로서 통합되는, 미세전자 엔지니어링 30, 497(1996), T. R. Dietrich 외의, "포토 에칭 가능 유리를 이용한 마이크로시스템들을 위한 제작 기술들"을 참조하자.
바람직하게는, 성형된 유리 구조는 적어도 하나 이상의, 2 또는 3-차원 유도성 디바이스를 포함한다. 유도성 디바이스는 독립된 인덕터를 형성하기 위해 일련의 연결된 루프들을 만듦으로써 형성된다. 루프들은 유도를 생성하는 패턴을 생성하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙털 또는 다른 형태들일 수 있다. APEX® 유리의 패터닝된 영역들은 도금 또는 기체 상 증착을 포함한 다수의 방법들에 의해, 금속, 합금들, 합성물들, 유리 또는 다른 자기 매체로 채워질 수 있다. 디바이스에서 구조들(루프들, 턴들 또는 다른 유도성 소자)의 치수들 및 수와 조합된 매체의 자기 자기 유전율은 디바이스들의 인덕턴스를 제공한다.
FOTURAN™은 중량으로 75 내지 85%의 실리콘 산화물(SiO2), 중량으로 7 내지 11%의 리튬 산화물(Li2O), 중량으로 3 내지 6%의 알루미늄 산화물(Al2O3), 중량으로 1 내지 2%의 나트륨 산화물(Na2O), 중량으로 0.2 내지 0.5%의 안티모늄 삼산화물(Sb2O3) 또는 비소 산화물(As2O3), 중량으로 0.05 내지 0.15%의 은 산화물(Ag2O), 및 중량으로 0.01 내지 0.04%의 세륨 산화물(CeO2)로 구성된 Invenios에 의해 공급된 정보(FOTURAN™에 대한 U.S. 공급자)에서 설명된다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어들("APEX® Glass 세라믹", "APEX 유리" 또는 간단히 "APEX")은 본 발명의 유리 세라믹 조성물의 일 실시예를 나타내기 위해 사용된다.
본 발명은 렌즈들을 위해 사용되는 성형된 APEX 유리 구조들에 의해 이미징 애플리케이션들에서의 사용을 위한 광-한정가능 APEX 유리를 갖는 광학 미세구조들의 제작을 위한 단일 재료 접근법을 제공하며 스루-층 또는 층-내 설계들을 포함한다.
일반적으로, 유리 세라믹 재료들은 성능, 균일성, 다른 것들에 의한 사용 가능성 및 이용 가능성 이슈들로 괴로워하는 미세구조 형성에서 성공을 제한하여 왔다. 과거 유리-세라믹 재료들은 APEX® 유리가 50:1보다 큰 평균 에칭 종횡비를 갖는 것과 대조적으로 대략 15:1의 에칭 종횡-비를 산출하여 왔다. 이것은 사용자들이 더 작고 더 깊은 특징들을 생성하도록 허용한다. 부가적으로, 우리의 제조 프로세스는 90%보다 큰 제품 수율들을 가능하게 한다(레거시 유리 수율들은 50%에 더 가깝다). 마지막으로, 레거시 유리 세라믹들에서, 유리의 대략 30%만이 세라믹 상태로 변환되는 반면, APEX® Glass 세라믹을 갖고, 이러한 변환은 70%에 더 가깝다.
APEX® Glass 조성물은 그것의 강화된 성능을 위해 3개의 주요 메커니즘들을 제공한다: (1) 더 높은 양의 은은 결정립계들에서 더 빠르게 에칭되는 더 작은 세라믹 결정들의 형성을 이끈다, (2) 실리카 함량(HF 산에 의해 에칭된 주요 성분)에서의 감소는 노출되지 않은 재료의 바람직하지 않은 에칭을 감소시킨다, 및 (3) 알칼리 금속들 및 붕소 산화물의 더 높은 총 중량 퍼센트는 제조 동안 훨씬 더 동질의 유리를 생성한다.
본 발명은 전자기 송신, 변압기들 및 필터링 애플리케이션들에서 사용된 유도성 구조들을 형성할 때 사용을 위한 유리 세라믹 구조를 제작하기 위한 방법을 포함한다. 본 발명은 유리-세라믹 기판의 다수의 평면들에서 생성된 유도성 구조들을 포함하며, 이러한 프로세싱은 (a) 기판의 또는 에너지 소스의 배향을 변경함으로써 다양한 각도들에서 노출이 발생하도록 하는 여기 에너지로의 노출, (b) 베이크 단계 및 (c) 에칭 단계를 이용한다. 각도 크기들은 예각 또는 둔각일 수 있다. 곡선 및 디지털 구조들은, 대부분의 유리, 세라믹 또는 실리콘 기판들에서 생성하는 것이 실행 불가능하지 않다면, 어렵다. 본 발명은 유리-세라믹 기판들에 대해 수직뿐만 아니라 수평 평면 양쪽 모두에 이러한 구조들을 생성하기 위한 능력을 생성하여 왔다. 본 발명은 유리 세라믹 상에 또는 그것에 유도성 구조의 제작을 위한 방법을 포함한다.
유리의 도재화(ceramicization)는 전체 유리 기판을 대략 20J/㎠의 310nm 광에 노출시킴으로써 성취된다. 세라믹 내에서 유리 공간들을 생성하려고 할 때, 사용자들은, 유리가 계속 유리인 경우를 제외하고, 재료의 모두를 노출시킨다. 일 실시예에서, 본 발명은 상이한 직경들을 가진 다양한 동심원들을 포함한 석영/크롬 마스크를 제공한다.
본 발명은 전기 마이크로파 및 라디오 주파수 애플리케이션들에서 유리 세라믹 구조에 또는 그것 상에 유도성 디바이스를 제작하기 위한 방법을 포함한다. 유리 세라믹 구조는 이에 제한되지 않지만: 60 내지 76 중량 % 실리카; 6 중량 % 내지 16 중량 %의 K2O 및 Na2O의 조합을 가진 적어도 3 중량 % K2O; Ag20 및 Au2O로 이루어진 그룹으로부터 선택된 0.003 내지 1 중량 %의 적어도 하나의 산화물; 0.003 내지 2 중량 % Cu2O; 0.75 중량 % 내지 7 중량 % B2O3, 및 6 내지 7 중량 % Al2O3로 B2O3와 Al2O3의 조합은 13 중량 %를 넘지 않고; 8 내지 15 중량 % Li2O; 및 0.001 내지 0.1 중량 % CeO2를 포함한 다수의 조성 변화들을 가진 감광성 유리 기판일 수 있다. 이것 및 다른 변경된 조성은 일반적으로 APEX® 유리로서 불리운다.
노출된 부분은 유리 변형 온도에 가까운 온도로 유리 기판을 가열함으로써 결정성 재료로 변형될 수 있다. 불화 수소산과 같은 에천트에 유리 기판을 에칭시킬 때, 노출된 부분 대 노출되지 않은 부분의 이방성-에칭 비는, 유리가 적어도 30:1의 종횡 비를 갖는 성형된 유리 구조를 제공하기 위해, 및 유도성 구조를 생성하기 위해 넓은 스펙트럼 중간-자외선(약 308 내지 312nm)에 노출될 때 적어도 30:1이다. 노출을 위한 마스크는 유도성 구조/디바이스를 생성하기 위한 곡선 구조를 형성하기 위해 연속적인 그레이스케일을 노출에 제공하는 하프톤 마스크일 수 있다. 하프톤 마스크 또는 그레이스케일은 노출 강도를 제어함으로써 디바이스 구조의 제어를 가능하게 한다. 디지털 마스크의 언더컷은 또한 유도성 구조/디바이스의 생성을 위해 생성하기 위해 사용될 수 있는 전면 노출(flood exposure)과 함께 사용될 수 있다. 노출된 유리는 그 후 통상적으로 2-단계 프로세스에서 베이킹된다. 온도 범위는 은 이온들의 은 나노입자들로의 합침을 위해, 10분 내지 2시간 사이 동안 420℃ 내지 520℃ 사이에서 가열되며 온도 범위는 10분 내지 2시간 사이 동안 520℃ 내지 620℃ 사이에서 가열되어, 리튬 산화물이 은 나노입자들 주위에 형성하도록 허용한다. 유리 판은 그 후 에칭된다. 유리 기판은 통상적으로 5% 내지 10% 볼륨으로, HF 용액의, 에천트에서 에칭되며, 여기에서 노출된 부분의 에치 비 대 노출되지 않은 부분의 것은, 이방성-에칭을 성형된 유리 구조에 제공하기 위해, 광 스펙트럼 중간-자외선 투광 조명으로 노출될 때 적어도 30:1이며, 레이저로 노출될 때 30:1보다 크다.
유리 기판은 그 후 통상적으로 5% 내지 10% 볼륨으로 HF 용액의, 에천트에서 에칭된다. 완전히 통합된 집중 소자 디바이스(들) 구조는 다음에 의한 생성으로 생성된다:
본 발명 및 그것의 이점들은 상세하게 설명되었지만, 다양한 변화들, 대체들 및 변경들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 원하는 회로 성능 또는 재료 호환 가능성인 몇몇 경우들에서, SiP은 광-한정가능 유리 기반 디바이스들 중 하나 대신에, 저항기, 커패시터, 또는 인덕터의 SMD 버전을 사용하려고 택할 수 있다. 소자들 중 하나 이상의 SMD 버전을 사용하는 것은 조립 및 패키징시 추가 주의를 요구하는 SiP의 기생 생성 잡음에 기여할 것이다. 게다가, 본 출원의 범위는 명세서에 설명된 프로세스, 기계, 제조물, 물질 조성, 수단, 방법들 및 단계들이 특정한 실시예들에 제한되도록 의도되지 않는다. 이 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 개시로부터 쉽게 이해할 바와 같이, 현재 존재하거나 또는 나중에 개발될, 대체로 동일한 기능을 수행하거나 또는 여기에서 설명된 대응하는 실시예들과 대체로 동일한 결과를 달성하는, 프로세스들, 기계들, 제조물, 물질 조성, 수단들, 방법들, 또는 단계들은 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 그것들의 범위 내에서 이러한 프로세스들, 기계들, 제조물, 물질 조성들, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 포함하도록 의도된다.
도 14a 내지 도 14f는 본 발명을 사용하여 디바이스를 만드는 프로세스를 도시한다. 도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 일 예를 도시한다. 도 14a는 웨이퍼일 수 있으며 바람직하게는, 예컨대 50nm 이하의 표면 거칠기를 가진 1mm 두께 및 RMS 거칠기 < 200Å를 가진 10% 이하의 평행한 표면 대 표면의 APEX® Glass일 수 있는, 광 한정가능 유리(10)인 시 재료를 도시한다. 도 14a 내지 도 14d의 각각에서, 상부 등각도는 점선(A-A')을 따라 도시된 단면 측면도와 함게 도시된다. 이 예에서, SiP의 저항기 섹션 및 그것의 제조가 도시된다. 단계 1로부터의 광 한정가능 유리 웨이퍼의 표면상에서, 포토마스크가 트렌치/직사각형의 패턴이 형성되는 광 한정가능 유리(10) 상에 증착되며, 광 한정가능 유리(10)는 강도 ~ 20J/cm2를 갖고 310nm에서의 방사선에 노출되며 상기 설명된 바와 같이 노출을 생성하기 위해 베이킹된다. 노출의 길이 및 깊이는 저항기 값을 결정하는, 저항기 매체의 저항률과 조합된다. 단면 측면도의 상면도 양쪽 모두는 저항기에 대한 비아 패턴이 도시되는 것을 포함하여 도시된다. 마스크에 의해 커버되지 않은 광 한정가능 유리(10)의 노출은 광 한정가능 유리(10)에서 세라믹(12)을 생성한다.
도 14b에서, 이전 단계에서 형성된 세라믹(12)이 추가로 프로세싱된다. 세라믹(12)으로 변환된 광 한정가능 유리(10) 영역들은 트렌치(14)를 형성하기 위해 상기 설명된 바와 같이 HF 산의 습식 에칭에서 에칭된다.
도 14c에서, 광 한정가능 유리(10)의 에칭 영역들은 알루미나, AlN, Be 또는 다른 고 주파수 저항기 재료의 RF 저항 페이스트 또는 매체(16)로 채워진다. 트렌치(14)는 파일링된 저항 페이스트이거나 또는 매체(16)는 실크 스크리닝 프로세스를 통해 증착된다. 과도한 페이스트는 경량 DI 물 또는 IPA 헹굼 및 나일론 와이프에 의해 제거된다.
저항 페이스트(16)를 가진 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼는 그 후 아르곤 또는 진공과 같은 비활성 환경을 갖고 어닐링 오븐으로 위치된다. 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼는 저항성 재료를 소결시키기 위해 증가된다. 표면상에서의 임의의 과도한 저항기 미디어는 2㎛ 실리카 연마 매체 및 물을 갖고 5분 CMP 프로세스에 의해 제거될 수 있다.
저항기를 연결하기 위해, 광 한정가능 유리(10)는 다시 표준 포토레지스트로 코팅된다. 패턴은 저항기 층이 증착될 수 있는 포토레지스트들을 통해 패턴을 생성하기 위해 표준 프로세스에 이어 노출되고 발생된다. 웨이퍼는 패턴에 임의의 잔여 유리 재료를 제거하기 위해 광 O2 플라즈마에 노출된다. 통상적으로 이것은 1분 동안 200W 순방향 전력을 갖고 0.1mTorr에서 성취된다. 다음으로, 금속화 층(18), 예컨대 탄탈, 티타늄, TiN, TiW, NiCr 또는 다른 유사한 미디어의 박막이 증착된다. 통상적으로, 증착은 진공 증착에 의해 성취된다. 시드 층의 진공 증착은 40Å/분의 레이트로 유리 기판으로 리프트오프 패턴을 통한 탄탈의 DC 스퍼터링에 의해 성취될 수 있다.
또 다른 방법에서, 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼는 표준 포토레지스트로 코팅된다. 패턴은 금속 시드 층이 증착될 수 있는 포토레지스트들을 통해 패턴을 생성하기 위해 표준 프로세스에 이어 노출되고 발생된다. 웨이퍼는 패턴에서 임의의 잔여 유기 재료를 제거하기 위해 광 02 플라즈마에 노출된다. 통상적으로 이것은 1분 동안 200W 순방향 전력을 갖고 0.1mTorr에서 성취된다. 400Å의 탄탈의 박막 시드 층이 진공 증착에 의해 증착된다. 시드 층의 진공 증착은 40Å/분의 레이트로 유리 기판으로의 리프트오프 패턴을 통한 탄탈의 DC 스퍼터링에 의해 성취될 수 있다.
도 14e에 도시된, 또 다른 실시예에서, SiP의 커패시터 섹션은 마스크들을 사용하여 형성된다. 단계 1로부터의 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼의 표면상에서, 포토마스크는 상기 설명된 바와 같이 광 한정가능 유리에서 사다리형 노출을 생성하기 위해 ~20 J/cm2의 강도로 310nm 광에서 커패시터를 이미징하기 위해 사용된다. 사다리에서의 런들 간의 간격은 범위가 5% 내지 95% 사이에 있다. 이러한 구조는 지간 전극 기반 커패시터를 형성한다.
도 14f에 도시된, 또 다른 실시예에서, SiP의 인덕터 섹션은 마스크들을 사용하여 형성된다. 상기 설명된 바와 같이 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼 상에서의 커패시터 또는 저항기에 인접한 표면상에서, 스루-홀 비아들의 패턴을 가진 포토마스크는 비아의 로우들 중 하나가 다른 로우에 대해 30%만큼 오프셋되는 경우 만들어진다. 비아 패턴은 상기 설명된 바와 같이 노출을 생성하기 위해 ~20 J/cm2의 강도로 310nm 방사선에서 노출된다. 이 도면들은 인덕터에 대한 비아 패턴의 상면도를 도시한다.
세라믹으로 변환된 유리 영역들은 상기 설명된 바와 같이 HF 산의 습식 에칭에서 에칭된다. 광 한정가능 유리(10) 웨이퍼는 우선적으로 에칭된 세라믹 구조를 도금하고 상기 설명된 바와 같이 비아 및 지간 라인 구조를 완전히 채우는 구리 도금 조에 위치된다.
도 15a 내지 도 15f는 본 발명을 사용하여 디바이스를 만들기 위한 추가 프로세싱 단계들을 도시한다.
도 15a는 본 발명을 사용하여 디바이스를 만들기 위한 추가 프로세싱 단계들을 도시한다. 도 15a는 유리 구조들(비아 및 지간 라인들)을 통해 채워진 구리를 도시하며 APEX 유리 기판은 인덕터들에 대한 비아를 연결하고 커패시터에 대한 지간 패턴을 마감하기 위한 패턴들을 가진 제 2 포토 마스크를 사용하여 노출된다. 도 15b는 인덕터의 단면도를 도시한다. 310nm 광의 강도는 0.1 J/cm2이고, 웨이퍼는 상기 설명된 바와 같이 30분 동안 아르곤에서 600℃로 베이킹된다. 도 15a 및 도 15b는 이것이 제 1의 수 마이크론들의 노출된 유리를 세라믹으로 변환한다는 것을 도시한다. 웨이퍼는 금속 은을 노출시키는 희석된 HF 조로 위치된다. 웨이퍼는 노출된 은/에칭된 영역들을 선택적으로 금속화하는 구리 도금 용액으로 위치된다. 도 15C는 부가적인 포토 노출 및 에칭이 커패시터의 품질 인자 또는 Q를 개선하기 위해 커패시터의 지간 전극들 사이에서 유리/세라믹 재료를 제거하기 위해 성취될 수 있는 다음 단계를 도시한다. 도 15d는 부가적인 포토 노출 및 에칭이 지간 전극들 사이에서 유리/세라믹 재료를 제거하기 위해 성취되고 커패시터의 품질 인자를 개선하기 위해 정전용량을 극적으로 증가시키도록 하이 k 미디어로 채워질 수 있는 다음 단계를 도시한다. 도 15e는 부가적인 포토 노출 및 에칭이 인덕터의 품질 인자 또는 Q를 개선하기 위해 코일들로 하여금 독립적일 수 있게 하기 위해 인덕터의 직사각형 윤곽 내에서 재료로 식별된 유리/세라믹 재료를 제거하기 위해 성취될 수 있는 다음 단계를 도시한다. 도 15f는 부가 포토 노출 및 에칭이 인덕터의 직사각형 윤곽 내에서 또는 직사각형 윤곽의 밖에서 재료로서 식별된 유리/세라믹 재료를 제거하기 위해 성취될 수 있는 다음 단계를 도시한다. 이 영역은 자기 코어 인덕터를 생성하기 위해 비활성 가스 하에 소결될 수 있는 자기 입자들로 채워질 수 있다. 이것은 훨씬 더 높은 레벨들의 인덕턴스를 가진 통합 인덕터를 가능하게 한다.
본 명세서에서 논의된 임의의 실시예는 본 발명의 임의의 방법, 키트, 시약, 또는 조성에 대하여 구현될 수 있으며, 그 역 또한 마찬가지임이 고려된다. 뿐만 아니라, 본 발명의 조성들은 본 발명의 방법들을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
여기에서 설명된 특정한 실시예들은 본 발명의 제한들로서가 아닌 예시로서 도시된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 주요 특징들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 실시예들에서 이용될 수 있다. 이 기술분야의 숙련자들은 여기에서 설명된 특정 절차들에 대한 단지 일상적인 실험, 다수의 등가물들만을 사용하여 인식하거나, 또는 알아낼 수 있을 것이다. 이러한 등가물들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되며 청구항들에 의해 커버된다.
명세서에서 언급된 모든 공보들 및 특허 출원들은 본 발명이 관련되는 이 기술분야의 숙련자들의 기술 레벨을 나타낸다. 모든 공보들 및 특허 출원들은 각각의 개개의 공보 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 참조로서 통합되는 것으로 나타내는 것과 동일한 정도로 참조로서 통합된다.
청구항들 및/또는 명세서에서 용어("포함하는")와 함께 사용될 때 단수 표현의 사용은 "하나"를 의미할 수 있지만, 그것은 "하나 이상", "적어도 하나", 및 "하나 또는 하나 이상"의 의미와 일치한다. 청구항들에서 용어("또는")의 사용은 대안들만을 나타내는 것으로 명시적으로 표시되지 않는다면 "및/또는"을 의미하기 위해 사용되거나 또는 대안들은 상호 배타적이지만, 개시는 단지 대안들 및 "및/또는"을 나타내는 정의를 지원한다. 본 출원 전체에 걸쳐, 용어("약")는 값이 디바이스에 대해 오류의 고유 변화, 값을 결정하기 위해 이용되는 방법, 또는 연구 과제들 중에 존재하는 변화를 포함한다는 것을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, 단어들("포함하는"(및 "포함하다"와 같은, 임의의 형태의 포함하는), "갖는"("갖다" 및 "가지다"와 같은, 임의의 형태의 갖는), "포함시키는"(및 "포함시키다"와 같은, 임의의 형태의 포함시키는) 또는 "함유하는(및 "함유하다"와 같은, 임의의 형태의 함유하는))은 포괄적이거나 또는 제한을 두지 않으며 부가적인, 나열되지 않은 요소들 또는 방법 단계들을 제외하지 않는다. 여기에서 제공된 조성들 및 방법들 중 임의의 것의 실시예들에서, "포함하는"은 "본질적으로 ~로 이루어진" 또는 "~로 이루어진"으로 대체될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 구절("본질적으로 ~로 이루어진")은 특정된 정수(들) 또는 단계들뿐만 아니라 실질적으로 청구된 발명의 특성 또는 기능에 영향을 주지 않는 것들을 요구한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어("이루어진")는 나열된 정수(예컨대, 특징, 소자, 특성, 속성, 방법/프로세스 단계 또는 제한) 또는 정수들(예컨대, 특징(들), 소자(들), 특성(들), 속성(들), 방법/프로세스 단계들 또는 제한(들))의 존재만을 나타내기 위해 사용된다.
여기에서 사용된 바와 같이 용어("또는 그 조합들")는 용어에 앞서 나열된 아이템들의 모든 순열들 및 조합들을 나타낸다. 예를 들어, "A, B, C, 또는 그 조합들"은: A, B, C, AB, AC, BC, 또는 ABC, 및 순서가 특정한 맥락에서 중요하다면, 또한 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC, 또는 CAB 중 적어도 하나를 포함하도록 의도된다. 이 예를 계속하면, BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같은 하나 이상의 아이템 또는 용어의 반복들을 포함하는 조합들이 명확하게 포함된다. 숙련공은 통상적으로 그 외 맥락으로부터 분명하지 않다면, 임의의 조합으로 아이템들 또는 용어들의 수에 대한 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
여기에서 사용된 바와 같이, 제한 없이, "약", "상당한" 또는 "대체로"와 같은 근사의 단어들은 그렇게 수정될 때 반드시 절대적이거나 또는 완전한 것이 아닌 것으로 이해되는 조건을 나타내지만 존재하는 것으로서 조건을 지정하는 것을 보장하기 위해 이 기술분야의 통상의 기술자에게 충분히 가까운 것으로 고려될 것이다. 설명이 달라질 수 있는 정도는 얼마나 많은 변화가 도입될 수 있는지에 의존할 것이며 이 기술분야의 통상의 기술자는 수정된 특징을 수정되지 않은 특징의 요구된 특성들 및 능력들을 여전히 갖는 것으로 여전히 인식할 것이다. 일반적으로, 그러나 이전 논의를 조건으로, "약"과 같은 근사의 단어에 의해 수정되는 여기에서의 수치 값은 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%만큼 서술된 값으로부터 달라질 수 있다.
여기에서 개시되고 주장된 조성들 및/또는 방법들의 모두는 본 개시를 고려하여 과도한 실험 없이 이루어지고 실행될 수 있다. 본 발명의 조성들 및 방법들은 바람직한 실시예들에 대하여 설명되었지만, 변화들이 본 발명의 개념, 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 설명된 방법의 단계들에서 또는 일련의 단계들에서 조성들 및/또는 방법들에 적용될 수 있다는 것이 이 기술분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 이 기술분야의 숙련자들에게 명백한 모든 이러한 유사한 대체물들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 발명의 사상, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.
10: 광 한정가능 유리 12: 세라믹
14: 트렌치 16: 저항 페이스트

Claims (21)

  1. 감광성 유리(photosensitive glass) 위에 또는 그 안에 시스템-인-패키지(system-in-a-package)의 적어도 일부를 형성하는 통합 집중 소자 디바이스들을 포함하는 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    실리카, 리튬 산화물, 알루미늄, 및 세륨 산화물을 포함하는 감광성 유리 기판을 제공하는 단계;
    하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스를 형성하기 위해 하나 이상의 구조를 포함하는 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계로서, 각각의 집중 소자 디바이스는 상기 감광성 유리 기판 위에 또는 그 안에 하나 이상의 저항기, 하나 이상의 커패시터, 및 하나 이상의 인덕터로 구성되는, 상기 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계;
    상기 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 활성화 에너지 소스에 노출시키는 단계;
    적어도 10분 동안 상기 감광성 유리 기판을 그것의 유리 전이 온도를 넘어 가열하는 단계;
    유리-결정성 기판을 형성하기 위해 상기 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 부분을 결정성 재료로 변형시키기 위해 상기 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계;
    상기 디바이스에서 하나 이상의 트렌치들 및 하나 이상의 비아들을 형성하기 위해 에천트 용액으로 상기 유리-결정성 기판을 에칭하는 단계;
    저항 재료로 상기 하나 이상의 저항기를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들을 저항 재료로 충전하는 단계;
    구리의 전기도금이 상기 하나 이상의 트렌치들을 채우고 상기 감광성 유리 기판의 표면상에 상기 구리를 증착(deposit)할 수 있게 하기 위해 상기 에칭 단계 동안 노출된 상기 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 생성하도록 증착, 성장, 또는 선택적으로 에칭하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 하나 이상의 인덕터를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들 및 상기 하나 이상의 비아들 내에 구리를 전기 도금하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터의 전극 사이에 하나 이상의 커패시터 공간을 형성하고 하이 k 미디어(high-k media)로 상기 하나 이상의 커패시터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜 상기 하나 이상의 커패시터의 품질 인자를 개선하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 인덕터 사이 또는 주위에 하나 이상의 인덕터 공간을 형성하고 자기 입자를 포함하는 졸-겔 재료로 상기 하나 이상의 인덕터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 인덕터의 인덕턴스를 증가시키는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 유리 기판은 60 내지 76 중량 % 실리카; 6 중량 % 내지 16 중량 %의 K2O 및 Na2O의 조합을 가진 적어도 3 중량 % K2O; Ag20 및 Au2O로 이루어진 그룹으로부터 선택된 0.003 내지 1 중량 %의 적어도 하나의 산화물; 0.003 내지 2 중량 % Cu2O; 0.75 중량 % 내지 7 중량 % B2O3, 및 6 내지 7 중량 % Al2O3로 B2O3와 Al2O3의 조합은 13 중량 %를 넘지 않고; 8 내지 15 중량 % Li2O; 및 0.001 내지 0.1 중량 % CeO2의 조성을 가진, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광성 유리 기판의 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 이방성-에칭 비는 적어도 30:1인, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 트렌치 또는 상기 하나 이상의 비아에 인접한 상기 유리-결정성 기판을 세라믹 상(ceramic phase)으로 변환하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들은 감광성 유리 위에 또는 그 안에 있지 않은 등가 표면 장착 디바이스와 비교하여 기생 잡음 및 손실을 적어도 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50%만큼 감소시키는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들로, 하나 이상의 RF 필터들, 서큘레이터들, 아이솔레이터들, 안테나들, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 전력 결합기들, 전력 변환기들, 스위치들, 또는 다이플렉서들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 필터들은, 대역 통과 필터, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 또는 노치 필터를 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  8. 감광성 유리 위에 또는 그 안에 시스템-인-패키지의 적어도 일부로서 형성된 통합 집중 소자 디바이스들을 포함하는 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    실리카, 리튬 산화물, 알루미늄, 및 세륨 산화물을 포함하는 감광성 유리 기판을 제공하는 단계;
    하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스를 형성하기 위해 하나 이상의 구조를 포함하는 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계로서, 각각의 집중 소자 디바이스는 상기 감광성 유리 기판 위에 또는 그 안에 하나 이상의 저항기, 하나 이상의 커패시터, 및 하나 이상의 인덕터로 구성되는, 상기 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계;
    유리-결정성 기판을 형성하기 위해 상기 감광성 유리 기판의 적어도 부분을 변형시키는 단계;
    상기 디바이스에서 하나 이상의 트렌치들 및 하나 이상의 비아들을 형성하기 위해 에천트 용액으로 상기 유리-결정성 기판을 에칭하는 단계;
    상기 하나 이상의 저항기를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들을 저항 재료로 충전하는 단계;
    구리의 전기도금이 상기 하나 이상의 트렌치들을 채우고 상기 감광성 유리 기판의 표면상에 상기 구리를 증착(deposit)할 수 있게 하기 위해 상기 에칭 단계 동안 노출된 상기 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 증착, 성장, 또는 선택적으로 에칭하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 하나 이상의 인덕터를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들 및 상기 하나 이상의 비아들 내에 구리를 전기 도금하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터의 전극 사이에 하나 이상의 커패시터 공간을 형성하고 하이 k 미디어로 상기 하나 이상의 커패시터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜 상기 하나 이상의 커패시터의 품질 인자를 개선하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 인덕터 사이 또는 주위에 하나 이상의 인덕터 공간을 형성하고 자기 입자를 포함하는 졸-겔 재료로 상기 하나 이상의 인덕터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 인덕터의 인덕턴스를 증가시키는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 감광성 유리 기판은 60 내지 76 중량 % 실리카; 6 중량 % 내지 16 중량 %의 K2O 및 Na2O의 조합을 가진 적어도 3 중량 % K2O; Ag20 및 Au2O로 이루어진 그룹으로부터 선택된 0.003 내지 1 중량 %의 적어도 하나의 산화물; 0.003 내지 2 중량 % Cu2O; 0.75 중량 % 내지 7 중량 % B2O3, 및 6 내지 7 중량 % Al2O3로 B2O3와 Al2O3의 조합은 13 중량 %를 넘지 않고; 8 내지 15 중량 % Li2O; 및 0.001 내지 0.1 중량 % CeO2의 조성을 가진, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 트렌치 또는 상기 하나 이상의 비아에 인접한 상기 유리-결정성 기판을 세라믹 상(ceramic phase)으로 변환하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들은 감광성 유리 위에 또는 그 안에 있지 않은 등가 표면 장착 디바이스와 비교하여 기생 잡음 및 손실을 적어도 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50%만큼 감소시키는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들로, 하나 이상의 RF 필터들, 서큘레이터들, 아이솔레이터들, 안테나들, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 전력 결합기들, 전력 변환기들, 스위치들, 또는 다이플렉서들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 필터들은, 대역 통과 필터, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 또는 노치 필터를 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  14. 통합 집중 소자 디바이스들을 포함하는 시스템-인-패키지에 있어서, 상기 시스템-인-패키지는:
    실리카, 리튬 산화물, 알루미늄, 및 세륨 산화물을 포함하는 감광성 유리 기판을 제공하는 단계;
    하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스를 형성하기 위해 하나 이상의 구조를 포함하는 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계로서, 각각의 집중 소자 디바이스는 상기 감광성 유리 기판 위에 또는 그 안에 하나 이상의 저항기, 하나 이상의 커패시터, 및 하나 이상의 인덕터로 구성되는, 상기 설계 레이아웃을 마스킹하는 단계;
    유리-결정성 기판을 형성하기 위해 상기 감광성 유리 기판의 적어도 부분을 변형시키는 단계;
    상기 디바이스에서 하나 이상의 트렌치들 및 하나 이상의 비아들을 형성하기 위해 에천트 용액으로 상기 유리-결정성 기판을 에칭하는 단계;
    상기 하나 이상의 저항기를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들을 저항 재료로 충전하는 단계;
    구리의 전기도금이 상기 하나 이상의 트렌치들을 채우고 상기 감광성 유리 기판의 표면상에 상기 구리를 증착(deposit)할 수 있게 하기 위해 상기 에칭 단계 동안 노출된 상기 유리-결정성 기판의 표면상에 시드 층을 증착, 성장, 또는 선택적으로 에칭하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 하나 이상의 인덕터를 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치들 및 상기 하나 이상의 비아들 내에 구리를 전기 도금하는 단계;
    상기 하나 이상의 커패시터의 전극 사이에 하나 이상의 커패시터 공간을 형성하고 하이 k 미디어로 상기 하나 이상의 커패시터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜 상기 하나 이상의 커패시터의 품질 인자를 개선하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 인덕터 사이 또는 주위에 하나 이상의 인덕터 공간을 형성하고 자기 입자를 포함하는 졸-겔 재료로 상기 하나 이상의 인덕터 공간을 충전하여 상기 하나 이상의 인덕터의 인덕턴스를 증가시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 생성된, 시스템-인-패키지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지를 생성하는 상기 방법에 있어서, 상기 변형시키는 단계는:
    상기 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 활성화 에너지 소스에 노출시키는 단계;
    적어도 10분 동안 상기 감광성 유리 기판을 그것의 유리 전이 온도를 넘어 가열하는 단계; 및
    유리-결정성 기판을 형성하기 위해 상기 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 부분을 결정성 재료로 변형시키기 위해 상기 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계를 포함하는, 시스템-인-패키지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 감광성 유리 기판은 60 내지 76 중량 % 실리카; 6 중량 % 내지 16 중량 %의 K2O 및 Na2O의 조합을 가진 적어도 3 중량 % K2O; Ag20 및 Au2O로 이루어진 그룹으로부터 선택된 0.003 내지 1 중량 %의 적어도 하나의 산화물; 0.003 내지 2 중량 % Cu2O; 0.75 중량 % 내지 7 중량 % B2O3, 및 6 내지 7 중량 % Al2O3로 B2O3와 Al2O3의 조합은 13 중량 %를 넘지 않고; 8 내지 15 중량 % Li2O; 및 0.001 내지 0.1 중량 % CeO2의 조성을 가진, 시스템-인-패키지.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 감광성 유리 기판의 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 이방성-에칭 비는 적어도 30:1인, 시스템-인-패키지.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 시스템-인-패키지를 생성하는 상기 방법은,
    상기 하나 이상의 트렌치 또는 상기 하나 이상의 비아에 인접한 상기 유리-결정성 기판을 세라믹 상(ceramic phase)으로 변환하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들은 감광성 유리 위에 또는 그 안에 있지 않은 등가 표면 장착 디바이스와 비교하여 기생 잡음 및 손실을 적어도 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50%만큼 감소시키는, 시스템-인-패키지.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 통합 집중 소자 디바이스들로, 하나 이상의 RF 필터들, 서큘레이터들, 아이솔레이터들, 안테나들, 임피던스 정합 소자들, 50옴 종단 소자들, 통합 접지 평면들, RF 차폐 소자들, EMI 차폐 소자들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 전력 결합기들, 전력 변환기들, 스위치들, 또는 다이플렉서들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 시스템-인-패키지를 생성하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 필터들은, 대역 통과 필터, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 또는 노치 필터를 포함하는, 시스템-인-패키지.

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