KR20120023285A - 체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법 - Google Patents

체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법을 제공한다. 체적 음향 공진기는 하면의 소정 영역에 비아홀(via)이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판의 상부에 제1 공기 공동이 형성되고, 상기 제1 공기 공동 상부에 하부전극, 압전층, 상부전극의 순서로 적층된 제1 적층 공진부, 상기 제1 기판의 상부에 제2 공기 공동이 형성되고, 상기 제2 공기 공동 상부에 상기 하부전극, 상기 압전층, 상기 상부전극의 순서로 적층된 제2 적층 공진부 및 상기 제1 적층 공진부와 상기 제2 적층 공진부가 상기 하부전극 또는 상기 상부전극을 통하여 연결되고, 상기 제1 적층 공진부와 상기 제2 적층 공진부 사이에서 상기 연결된 하부전극 또는 상부전극의 하면에 제3 공기 공동이 형성된 제1 전극부를 포함한다.

Description

체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법{BULK ACOUSTIC WAVE RESONATOR STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
기술분야는 체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법에 관한 것이다.
체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave Resonator, BAWR)는 압전층의 상하에 위치한 전극을 통해 동작된다. 체적 음향 공진기는 상하 전극에 고주파 전위가 인가되면 압전층이 진동하면서 필터로서 동작한다. 체적 음향 공진기는 음향파(Acoustic Wave) 반사 특성을 향상시키기 위해 공기 공동(Air Cavity)을 통해 기판으로부터 공중 부양된다. 주파수 대역 통과 특성을 가지는 체적 음향 공진기는 주파수 대역 범위에서 반사특성 또는 전송특성을 향상시키기 위해 다수의 공진기가 평면상에 배열되고 공통의 전극으로 공진기가 연결된다. 이때 공진기들 사이에 연결된 전극은 기판(Substrate)에 부착된 구조를 가진다. 기판에 부착된 전극에서는 전력 손실이 발생하고, 설계된 주파수 대역에서 공진기의 특성을 정확하게 구현하기 위해서는 전극에서의 전력 손실을 감소시킬 필요가 있다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 하면의 소정 영역에 비아홀(via)이 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판의 상부에 형성된 제1 공기 공동 및 상기 제1 공기 공동의 상부에 적층된 제1 하부전극-압전층-상부전극을 포함하는 제1 적층 공진부, 상기 제1 기판의 상부에 형성된 제2 공기 공동 및 상기 제2 공기 공동의 상부에 적층된 제2 하부전극-압전층-상부전극을 포함하는 제2 적층 공진부; 및 하부전극 또는 상부전극을 통하여 상기 제1 적층 공진부와 상기 제2 적층 공진부를 연결하도록 형성되고, 상기 하부전극 또는 상기 상부전극의 하부에 형성된 제3 공기 공동을 포함하는 제1 전극부를 포함한다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 하면에 소정 영역의 공기 공동이 형성되고, 상기 제1 기판과 접합되는 제2 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 공기 공동은 상기 하부전극 또는 상기 상부전극과 상기 제1 기판 사이에 형성될 수 있다.
상기 제3 공기 공동은 상기 하부전극 또는 상기 상부전극의 하부에 형성되는 비아홀(via hole)에 의하여 생성되고, 상기 비아홀은 상기 제1 기판을 관통할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 상기 제1 적층 공진부 및 상기 제2 적층 공진부는 상기 상부전극 또는 상기 하부전극을 통하여 상기 제1 기판의 비아홀에 적층된 전극과 연결되고, 상기 비아홀에 적층된 전극과 연결된 상기 상부전극 또는 상기 하부전극의 하면에 제4 공기 공동이 형성된 제2 전극부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 상기 제1 기판의 하부 및 상기 비아홀에 외부 소자와 연결되는 전극이 적층되고, 상기 제1 기판의 하부에 적층된 상기 전극에 부착된 솔더 볼을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 상기 제1 기판의 비아홀은 도전성 물질로 충진되고, 상기 도전성 물질로 충진된 면 하부에 부착된 솔더 볼을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 구조는 상기 제1 기판의 하부 및 상기 비아홀에 외부 소자와 연결되는 전극이 적층되고, 상기 비아홀 내부 및 상기 제1 기판 하부의 소정 영역에 적층된 전극 하부에 형성된 솔더 범프를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 공기 공동은 고 유전 상수 물질로 충진 될 수 있다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기를 이용한 듀플렉서는 송신단자로 입력되는 신호를 안테나를 통해 송신하기 위한 제1 필터, 상기 안테나를 통해 수신되는 신호가 수신단자로 입력되도록 하는 제2 필터 및 상기 안테나와 상기 제2 필터 사이에 형성되고 송수신되는 신호의 위상을 변화시켜 상기 제1 필터와 상기 제2 필터에서 신호의 간섭을 방지하는 위상변화부를 포함하되, 상기 제1 및 제2 필터는 서로 다른 소정의 공진 주파수에서 동작되고, 공기 공동을 가지는 복수개의 적층 공진부로 구현되며, 전극을 통하여 상기 복수개의 적층 공진부를 연결하도록 형성되고, 상기 전극의 하부에 형성된 공기 공동을 포함하는 전극부를 포함한다.
일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 제1 기판의 상부에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 희생층을 순서대로 적층하는 단계, 제1 체적 음향 공진기, 제2 체적 음향 공진기 및 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 전극의 하부에 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 상기 희생층을 패터닝하는 단계, 상기 패터닝 된 희생층 상부에 실리콘산화막, 신리콘질화막, 제1 도전층을 순서대로 적층하는 단계, 상기 제1 도전층에 하부 전극을 패터닝하는 단계, 상기 하부 전극 상부에 압전층 및 제2 도전층을 순서대로 적층하는 단계, 상기 제2 도전층에 상부 전극을 패터닝하는 단계, 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부에 패터닝 된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성하는 단계 및 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 외부 소자와 연결되도록, 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 상기 제1 기판의 내부에 비아홀을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 제2 기판의 하면에 소정 영역의 공기 공동을 형성하고, 상기 제1 기판과 금속으로 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 공동은 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부와 대응하는 위치에 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 비아홀을 생성함으로써 형성될 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 생성된 비아홀 하부에 절연층 및 도전층을 증착하는 단계 및 상기 도전층을 패터닝하여 전극 패드를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 상기 전극 패드 하부에 플럭스(Flux)를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 상기 전극 패드 하부에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 측면에 있어서, 체적 음향 공진기 제조 방법은 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 생성된 비아홀 내부를 도전성 물질로 충진하는 단계, 상기 도전성 물질로 충진된 면 하부에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 물질로 충진하는 단계는 전해도금, 무전해도금, 솔더 페이스트 충진 중 어느 하나를 이용하여 충진할 수 있다.
상기 희생층을 패터닝 하는 단계는 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 비아홀을 연결하는 전극의 하부에 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 희생층을 패터닝하고, 상기 공기 공동을 생성하는 단계는 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 비아홀을 연결하는 전극의 하부에 패터닝된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성할 수 있다.
상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부에 패터닝 된 상기 희생층을 제거하여 생성된 공기 공동은 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부와 대응하는 위치에 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 비아홀을 생성함으로써 형성될 수 있다.
공진기를 연결하는 전극 하부에 공기 공동이 형성된 체적 음향 공진기 구조를 이용함으로써 전극을 통하여 손실되는 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 공진기를 연결하는 전극 하부에 공기 공동이 형성된 체적 음향 공진기 구조를 이용함으로써 전력 손실 감소를 위해 사용되는 고가의 고저항 웨이퍼를 일반 웨이퍼로 대체할수 있고, 따라서 RF 필터 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 공진기를 연결하는 전극 하면에 공기 공동이 형성된 체적 음향 공진기 구조를 이용함으로써 전극을 통해 유실되는 전력을 감소시킬 수 있어서 공진기의 구동 전력을 낮출 수 있다.
또한, 기판 하면에 형성된 비아홀 및 상기 비아홀에 직접 형성된 솔더 볼을 이용함으로써 공진기의 구동 전력 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 공정 단계의 추가 없이 현재 공진기의 제작과 동일한 과정 및 비용으로 전극 하부에 공기 공동을 형성할 수 있다.
또한, 공진 주파수, 대역폭 및 성능 계수와 같은 기존의 공진기 특성을 변형시키지 않으면서 공기 공동을 추가할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 또 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 또 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 솔더 볼이 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 솔더 볼이 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 솔더 범프가 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기(Bulk Acoustic Wave Resonator, BAWR)는 무선통신기기에 사용되는 필터, 송신기, 수신기 또는 듀플렉서로써 무선데이터의 입출력에 이용될 수 있다. 무선 통신기기의 종류와 용도가 다양해지고 있으며, 유선기기의 무선화도 빠른 속도로 진행되고 있으므로 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 이용분야가 확대되고 있다.
체적 음향 공진기는 공진 현상을 이용하여 특정 주파수의 파(Wave) 또는 진동을 끌어내기 위한 장치로써, 필터 및 발진기(Oscillator)와 같은 RF 장치의 부품으로 이용된다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 설명하는 과정에서 제1 적층 공진부는 제1 체적 음향 공진기를 포함할 수 있고, 제2 적층 공진부는 제2 체적 음향 공진기를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조는 제1 기판(110), 제1 적층 공진부(120), 제2 적층 공진부(130), 제1 전극부(140)를 포함한다.
제1 기판(110)은 하면의 소정 영역에 형성된 비아홀(via)(113)을 포함한다. 비아홀(113)은 제1 기판(110)을 관통하는 구조로 형성되며, 제1 기판(110) 상부에 적층된 전극(123 또는 127)을 외부와 연결한다. 보다 구체적으로, 전극(123 또는 127)은 비아홀(1130)에 생성된 전극 패드(117)를 통하여 외부와 연결된다. 제1 기판(110)은 실리콘 기판(111)일 수 있다. 비아홀(113)에는 전극 패드(117)의 소정 영역만을 노출시키기 위해 절연물질로 절연층(115)이 형성될 수 있다.
제1 적층 공진부(120)는 제1 기판(110)의 상부에 형성된 제1 공기 공동(121) 및 제1 공기 공동(121) 상부에 적층된 제1 하부전극-압전층-상부전극을 포함한다. 여기서, “하부전극-압전층-상부전극”은 제1 공기 공동(121)의 상부에, 하부전극(123), 압전층(125), 상부전극(127)의 순서로 적층된 구조를 의미한다. 제1 적층 공진부(120)는 제1 공기 공동(121)이 형성될 희생층, 제1 공기 공동(121)을 지지할 수 있는 멤브레인 지지층(122), 하부전극(123), 압전층(125), 상부전극(127) 및 전극을 절연물질로 보호하는 보호층(129)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 적층 공진부(120)는 비아홀(113)을 통하여 외부와 연결될 수 있다. 이때, 제1 적층 공진부(120)는 하부전극(123) 또는 상부전극(127)이 비아홀(113)의 전극 패드(117)와 연결됨으로써, 외부와 연결될 수 있다. 또한, 제1 적층 공진부(120)는 제2 적층 공진부(130)와 제1 전극부(140)를 통하여 연결된다.
제2 적층 공진부(130)는 제1 기판(110)의 상부에 형성된 제2 공기 공동(131) 및 제2 공기 공동(131) 상부에 적층된 제2 하부전극-압전층-상부전극을 포함한다. 제2 적층 공진부(130)는 제1 적층 공진부(120)와 마찬가지로 제2 공기 공동(131)이 형성될 희생층, 제2 공기 공동(131)을 지지할 수 있는 멤브레인 지지층, 하부전극, 압전층, 상부전극 및 전극을 절연물질로 보호하는 보호층을 포함할 수 있다. 제1 적층 공진부(120)에 포함되는 제1 하부전극-압전층-상부전극과 제2 적층 공진부(130)에 포함되는 제2 하부전극-압전층-상부전극은 동일한 공정과정에서 생성되지만, 패터닝 및 식각 정도에 따라 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제1 하부전극-압전층-상부전극과 제2 하부전극-압전층-상부전극은 동일한 공정과정에서 생성되지만 서로 다른 기능을 수행할 수 있다. 형상에는 길이, 두께 등이 포함될 수 있다.
제1 전극부(140)는 하부전극(123) 또는 상부전극(127)을 통하여 제1 적층 공진부(120)와 제2 적층 공진부(130)를 연결하도록 형성되고, 제1 전극부(140)는 하부전극(123) 또는 상부전극(127)의 하부에 형성된 제3 공기 공동(141)을 포함한다. 제1 전극부(140)는 제3 공기 공동(141)이 형성될 희생층, 제3 공기 공동(141)을 지지할 수 있는 멤브레인 지지층(122), 하부전극(123) 또는 상부전극(127), 압전층(125) 및 보호층(129)을 포함할 수 있다. 제3 공기 공동(141)은 제1 적층 공진부(120)와 제2 적층 공진부(130)가 서로 격리될 수 있을 만큼의 영역만큼 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극부(140)와 제1 기판(110)의 접촉 면적을 최소화하되, 제1 적층 공진부(120) 및 제2 적층 공진부(130)와 격리될 만큼의 접촉 면적은 요구된다. 제3 공기 공동(141)을 통하여 제1 전극부(140)와 제1 기판(110)의 접촉 면적을 최소화함으로써, 전극을 통해 유실되는 전력을 줄일 수 있고, 공진기의 구동 전력을 낮출 수 있다. 또한, 제1 적층 공진부(120), 제2 적층 공진부(130) 및 제1 전극부(140)에서 형성되는 공기 공동(121,131,141)은 동일한 공정 순서에서 희생층을 제거하여 생성할 수 있으므로, 공정 단계의 추가 없이 기존 공진기 제작과 동일한 과정과 비용으로 제3 공기 공동(141)을 형성할 수 있다.
제1 전극부(140)는 하부전극(123) 또는 상부전극(127)과 제1 기판(110) 사이에 형성되는 제3 공기 공동(141)을 포함할 수 있다. 제3 공기 공동(141)은 고 유전 상수 물질로 충진될 수 있다. 고 유전 상수 물질에는 공기, 불활성 가스, 실리콘(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 폴리실리콘, 폴리머 등이 포함될 수 있다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조는 제2 기판(150)을 더 포함할 수 있다. 제2 기판(150)은 하면에 소정 영역의 공기 공동(151)이 형성되고, 제1 기판(110)과 접합된다. 제2 기판(150)은 접합 금속(153)을 이용하여 제1 기판(110)과 접합될 수 있다. 또한, 제2 기판(150)은 접합 물질(153)로 폴리머를 이용하여 제1 기판(110)과 접합될 수 있다. 또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(150)은 제1 기판(110)과 제2 기판(150) 사이에 전압을 인가하여 애노딕 (Anodic) 본딩 방법을 통하여 접합될 수 있다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기 제조 방법은 제1 기판(110)의 상부에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 희생층을 순서대로 적층한다. 실리콘산화막과 실리콘질화막은 에칭으로부터 기판을 보호하는 용도로 사용된다. 따라서, 반도체 또는 소자를 적층하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 제조 공정과 기술에 따라 충분히 유추 가능한 경우에 대해서 에칭으로부터 기판을 보호하는 다른 물질로 대체하거나 생략이 가능하다. 희생층에 사용되는 희생물질은 폴리실리콘 및 폴리머를 포함할 수 있다. 제1 체적 음향 공진기(120), 제2 체적 음향 공진기(130) 및 제1 체적 음향 공진기(120)와 제2 체적 음향 공진기(130)를 연결하는 전극(140)의 하부에 생성될 공기 공동(121,131,141)의 형상에 맞게 상기 희생층을 패터닝한다. 공기 공동(121,131)의 형상은 체적 음향 공진기의 특성에 맞게 설정되고, 공기 공동(141)의 형상은 제1 체적 음향 공진기와 제2 체적 음향 공진기를 격리(isolation)시키는데 필요한 형상으로 설정될 수 있다. 상기 패터닝 된 희생층 상부에 실리콘산화막, 신리콘질화막, 제1 도전층을 순서대로 적층한다. 상기 제1 도전층에 하부 전극(123)을 패터닝한다. 하부 전극(123) 상부에 압전층(125) 및 제2 도전층을 순서대로 적층한다. 상기 제2 도전층에 상부 전극(127)을 패터닝한다. 제1 체적 음향 공진기(120)와 제2 체적 음향 공진기(130)를 연결하는 전극(140)의 하부에 패터닝 된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동(141)을 생성한다. 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층에 사용되는 도전물질은 금, 몰리데늄, 루테늄, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 크롬, 니켈 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전층(125)에 사용되는 압전물질은 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 쿼츠(Quartz) 등을 포함할 수 있다. 하부 전극(123) 또는 상부 전극(127)의 하부에 외부 소자와 연결되도록, 제1 기판(110)의 하면을 식각하여 제1 기판(110)의 내부에 비아홀(113)을 생성한다. 비아홀(113)은 제1 기판(110)이 실리콘 재질인 경우에, 실리콘의 결정방향을 이용한 습식 에칭으로 생성될 수 있다. 이때, 에칭면은 실리콘 결정방향에 의해 경사를 가진다. 또한, 비아홀(113)은 결정방향이 습식 에칭과 부합되지 않거나 기판 재질이 실리콘 이외인 경우에는 건식 에칭으로 생성될 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기 제조 방법은 제2 기판(150)의 하면에 소정 영역의 공기 공동(151)을 형성하고, 제1 기판(110)과 금속(153)으로 접합할 수 있다. 제2 기판(150)의 하면에 형성된 공기 공동(151)은 제1 기판(110)에 형성된 체적 음향 공진기(120,130)를 수용할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기 제조 방법은 하부 전극(123) 또는 상부 전극(127)의 하부에 생성된 비아홀(113) 하부에 절연층(115) 및 도전층을 증착한다. 상기 도전층을 패터닝하여 전극 패드(117)를 생성한다.
또한, 일실시예에 따른 체적 음향 공진기 제조 방법은 전극 패드(117) 하부에 플럭스(Flux)를 도포할 수 있다. 플럭스는 솔더 볼을 전극 패드(117)에 부착하는 전처리 과정에서 사용될 수 있다.
도 2는 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 예는, 도 1의 체적 음향 공진기 적층 구조에 제2 전극부(210,220)가 추가된 구조이다.
제2 전극부(210)는 제1 적층 공진부(120)와 비아홀(113)을 연결하는 전극을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제1 적층 공진부(120)의 하부전극(123) 또는 상부전극(127)은 비아홀(113)의 전극 패드(117)와 연결된다. 제1 전극부(140)와 마찬가지로 제2 전극부(210)와 제1 기판(110)의 접촉 면적이 커지면, 전력 손실량이 커진다. 따라서, 제2 전극부(210)는 제4 공기 공동을 포함함으로써, 상기 전력 손실량을 줄일 수 있다. 제2 전극부(210)에 제4 공기 공동을 형성하는 방법은 제1, 2, 3 공기 공동(121,131,141)의 형성 방법과 동일하며, 동일한 공정 단계에서 형성될 수 있으므로 추가 비용이 들지 않는다. 제2 전극부(210)는 제2 전극부(210)와 제1 기판(110)의 접촉 면적이 필수적으로 요구되는 접촉 면적보다 큰 경우에 제4 공기 공동을 포함할 수 있다. 필수적으로 요구되는 접촉 면적보다 작은 경우에는 전극으로써의 기능을 수행할 수 없기 때문이다.
제2 전극부(220)는 제2 적층 공진부(130)와 비아홀을 연결하는 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극부(220)는 제2 전극부(210)의 경우와 마찬가지로, 제1 기판(110)과의 접촉 면적을 최소화하기 위해 공기 공동을 포함할 수 있다.
제2 전극부(210)에 공기 공동을 형성하는 방법은 제1 체적 음향 공진기(120)와 비아홀(113)을 연결하는 전극의 하부에, 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 희생층을 패터닝한다. 제1 체적 음향 공진기(120)와 비아홀(113)을 연결하는 전극의 하부에 패터닝된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성할 수 있다. 제2 전극부(220)에 공기 공동을 형성하는 방법은 제2 체적 음향 공진기(130)와 비아홀을 연결하는 전극의 하부에, 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 희생층을 패터닝한다. 제2 체적 음향 공진기(130)와 비아홀을 연결하는 전극의 하부에 패터닝된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성할 수 있다.
도 3은 또 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 체적 음향 공진기의 적층 구조는 도 1의 체적 음향 공진기 적층 구조에서 제3 공기 공동(141)이 비아홀(310)로 대체된 경우이다.
제1 전극부(140)는 제1 기판(110)과의 접촉 면적을 최소화 하기 위해 제3 공기 공동(141)을 포함한다. 이때, 제3 공기 공동(141)은 제1 적층 공진부(120)와 제2 적층 공진부(130)를 연결하는, 하부전극(123) 또는 상부전극(127)과 제1 기판(110) 사이에 희생층을 제거하여 형성될 수 있다. 또한, 제3 공기 공동은 희생층을 사용하지 않고, 제1 적층 공진부(120)와 제2 적층 공진부(130)를 연결하는, 하부전극(123) 또는 상부전극(127)의 하부에 위치한 제1 기판(110)에 비아홀(310)을 형성함으로써, 생성될 수 있다. 제1 전극부(140) 하부에 비아홀(310)이 형성됨으로써, 전극과 실리콘 기판의 접촉 면적이 작아지므로 제3 공기 공동이 형성되는 것과 동일한 효과를 가져온다. 비아홀(310)은 제1 기판(110)의 반대면으로부터 식각하여 제1 기판(110)을 관통하여 형성될 수 있다. 또한, 비아홀(310) 및 비아홀(113)은 동일한 공정 과정을 통해 형성될 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 4는 또 다른 일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 예는, 도 3의 체적 음향 공진기 적층 구조에 제2 전극부(410,420)가 추가된 경우이다.
제2 전극부(410)는 제1 적층 공진부(120)와 비아홀(113)을 연결하는 전극을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제1 적층 공진부(120)의 하부전극(123) 또는 상부전극(127)은 비아홀(113)의 전극 패드(117)와 연결된다. 제2 전극부(210)와 제1 기판(110)의 접촉 면적이 커지면, 전력 손실량이 커진다. 따라서, 제2 전극부(410)에 공기 공동을 형성함으로써, 상기 전력 손실량을 줄일 수 있다. 제2 전극부(410)에 공기 공동을 형성하는 방법은 제1, 2, 3 공기 공동(121,131,141)의 형성 방법과 동일하며, 동일한 공정 단계에서 형성될 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다. 제2 전극부(410)는 제2 전극부(410)와 제1 기판(110)의 접촉 면적이 필수적으로 요구되는 접촉 면적보다 큰 경우에 공기 공동을 포함할 수 있다.
제2 전극부(420)는 제2 적층 공진부(130)와 비아홀을 연결하는 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극부(420)는 제2 전극부(410)와 마찬가지로, 제1 기판(110)과의 접촉 면적을 최소화하기 위해 공기 공동을 포함할 수 있다.
제1 전극부(140)의 공기 공동은 제1 체적 음향 공진기(120)와 제2 체적 음향 공진기(130)를 연결하는, 하부전극(123) 또는 상부전극(127)의 하부와 대응하는 위치에 제1 기판(110)의 하면을 식각하여 비아홀(430)을 생성함으로써, 형성될 수 있다. 비아홀(430) 및 비아홀(113)은 동일한 공정 과정을 통해 형성될 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 솔더 볼이 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 예는, 도 1의 체적 음향 공진기 적층 구조에 솔더 볼(510,520)이 추가된 경우이다. 솔더 볼은 체적 음향 공진기의 전극을 외부와 연결한다. 보다 구체적으로, 제1 체적 음향 공진기(120)의 하부전극(123)은 비아홀(113)의 전극 패드(117)와 연결된다. 전극 패드(117)에 솔더 볼(510)을 형성하여 외부 소자와 접합됨으로써 하부전극(123)은 외부와 연결된다.
제1 기판(110) 하부 및 비아홀(113)에 도전층 및 절연층이 적층되고, 패터닝된 후, 소정 영역의 도전층만 노출된다. 상기 노출된 도전층을 전극 또는 전극 패드라고 할 수 있다. 솔더 볼(510,520) 또는 솔더 범프는 상기 전극 하부에 부착될 수 있다.
또한, 제1 기판(110) 하부에 적층된 복수개의 전극을 제1 기판(110)의 중심 방향에 위치시킬 수 있다. 상기 복수개의 전극 위치를 제1 기판(110)의 중심 방향에서 서로 접촉되지 않도록 재배열함으로써 복수개의 솔더 볼을 부착 할 수 있다. 복수개의 전극 위치를 재배열함으로써, 제1 기판(110)의 크기를 증가시키지 않고 복수개의 솔더 볼을 부착할 수 있다.
도 6은 다른 일실시예에 따른 솔더 볼이 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 예는, 도 1의 체적 음향 공진기 적층 구조에서 비아홀 내부를 도전성 물질(610,630)로 충진하고, 솔더 볼(620,640)이 부착된 경우이다.
일실시예에 따른 솔더 볼이 포함된 체적 음향 공진기 제조 방법은 제1 기판의 비아홀 내부를 도전성 물질(610,630)로 충진하고, 표면을 평탄화 한 후, 절연층으로 패터닝 한다. 도전성 물질(610,630)로 충진된 면에서 절연층으로 패터닝 되어 노출된 부분에 솔더 볼(620,640) 또는 솔더 범프를 부착한다. 솔더 볼(620,640)은 도전성 물질(610,630)로 충진된 면 하부에 생성된다. 도전성 물질로 충진하는 과정은 전해도금, 무전해도금, 솔더 페이스트 충진 중 어느 하나를 이용하여 충진할 수 있다.
비아홀 내부에 도전성 물질(610,630)을 충진함으로써 체적 음향 공진기의 전극과 외부 전극 사이의 길이를 최소화할 수 있다. 또한, 도전성 물질(610,630)을 이용함으로써 전기적 저항이 낮아지는 효과가 발생한다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 솔더 범프가 포함된 체적 음향 공진기의 적층 구조를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 예는, 도 1의 체적 음향 공진기 적층 구조에서 비아홀 내부 및 제1 기판 하부의 소정 영역이 솔더 범프로 적층된 경우이다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기의 제조 방법은 제1 기판의 하부 및 비아홀에 외부 소자와 연결되는 전극을 적층한다. 적층된 전극 하부에 절연층이 아닌 솔더 볼을 부착한다. 부착된 솔더 볼을 가열함으로써 솔더 볼이 리플로우(reflow)되어 비아홀 내부 및 제1 기판 하부의 소정 영역에 적층된다. 제1 기판 하부의 소정 영역은 솔더 볼을 리플로우 시키는 과정에서 가열 조건을 변화시켜 결정될 수 있다. 솔더 볼이 가열되어 리플로우 된 것을 솔더 범프라고 할 수 있다. 전극 하부에 솔더 범프가 바로 부착됨으로써 체적 음향 공진기의 전극과 외부 전극 사이의 길이를 최소화할 수 있다. 또한, 도전성 물질을 충진할 필요없이 솔더 범프를 이용함으로써 공정이 단순해진다.
일실시예에 따른 체적 음향 공진기를 이용한 듀플렉서는 제1 필터, 제2 필터 및 위상변화부를 포함한다. 제1 필터는 송신단자로 입력되는 신호를 안테나를 통해 송신한다. 이때, 제1 필터는 공기 공동, 하부전극, 압전층 및 상부전극으로 구성된 적층 공진부로 구현될 수 있다. 제2 필터는 안테나를 통해 수신되는 신호를 특정 주파수에서 필터링하여 수신단자로 입력되도록 한다. 제2 필터도 공기 공동, 하부전극, 압전층 및 상부전극으로 구성된 적층 공진부로 구현될 수 있다. 압전층의 두께를 다르게 하여 제1 필터 및 제2 필터의 공진 주파수를 서로 다르게 할 수 있다. 또한, 전극부는 전극을 통하여 제1 필터 및 제2 필터를 연결하도록 형성되고, 상기 전극의 하부에 형성된 공기 공동을 포함할 수 있다. 제1 필터 및 제2 필터는 적층 공진부로 구현될 수 있으므로 전극부는 전극을 통하여 복수개의 적층 공진부를 연결하도록 형성될 수 있다. 전극의 하부에 공기 공동이 형성됨으로써 전극과 디바이스 기판의 접촉 면적이 감소한다. 접촉 면적이 감소함에따라 전력 손실량이 감소한다. 위상변화부는 안테나와 제2 필터 사이에 형성되고 송수신되는 신호의 위상을 변화시켜 제1 필터와 제2 필터에서 신호의 간섭을 방지한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 하면의 소정 영역에 비아홀(via)이 형성된 제1 기판;
    상기 제1 기판의 상부에 형성된 제1 공기 공동 및 상기 제1 공기 공동의 상부에 적층된 제1 하부전극-압전층-상부전극을 포함하는 제1 적층 공진부;
    상기 제1 기판의 상부에 형성된 제2 공기 공동 및 상기 제2 공기 공동의 상부에 적층된 제2 하부전극-압전층-상부전극을 포함하는 제2 적층 공진부; 및
    하부전극 또는 상부전극을 통하여 상기 제1 적층 공진부와 상기 제2 적층 공진부를 연결하도록 형성되고, 상기 하부전극 또는 상기 상부전극의 하부에 형성된 제3 공기 공동을 포함하는 제1 전극부
    를 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    하면에 소정 영역의 공기 공동이 형성되고, 상기 제1 기판과 접합되는 제2 기판
    을 더 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공기 공동은
    상기 하부전극 또는 상기 상부전극과 상기 제1 기판 사이에 형성되는
    체적 음향 공진기 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공기 공동은
    상기 하부전극 또는 상기 상부전극의 하부에 형성되는 비아홀(via hole)에 의하여 생성되고, 상기 비아홀은 상기 제1 기판을 관통하는
    체적 음향 공진기 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 공진부 및 상기 제2 적층 공진부는 상기 상부전극 또는 상기 하부전극을 통하여 상기 제1 기판의 비아홀에 적층된 전극과 연결되고,
    상기 비아홀에 적층된 전극과 연결된 상기 상부전극 또는 상기 하부전극의 하면에 제4 공기 공동이 형성된 제2 전극부
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 하부 및 상기 비아홀에 외부 소자와 연결되는 전극이 적층되고,
    상기 제1 기판의 하부에 적층된 상기 전극에 부착된 솔더 볼
    을 더 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 비아홀은 도전성 물질로 충진되고,
    상기 도전성 물질로 충진된 면 하부에 부착된 솔더 볼
    을 더 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판의 하부 및 상기 비아홀에 외부 소자와 연결되는 전극이 적층되고,
    상기 비아홀 내부 및 상기 제1 기판 하부의 소정 영역에 적층된 전극 하부에 형성된 솔더 범프
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공기 공동은
    고 유전 상수 물질로 충진 되는 것을 특징으로 하는 체적 음향 공진기 구조.
  10. 송신단자로 입력되는 신호를 안테나를 통해 송신하기 위한 제1 필터;
    상기 안테나를 통해 수신되는 신호가 수신단자로 입력되도록 하는 제2 필터; 및
    상기 안테나와 상기 제2 필터 사이에 형성되고 송수신되는 신호의 위상을 변화시켜 상기 제1 필터와 상기 제2 필터에서 신호의 간섭을 방지하는 위상변화부; 를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 필터는 서로 다른 소정의 공진 주파수에서 동작되고, 공기 공동을 가지는 복수개의 적층 공진부로 구현되며, 전극을 통하여 상기 복수개의 적층 공진부를 연결하도록 형성되고, 상기 전극의 하부에 형성된 공기 공동을 포함하는 전극부
    를 포함하는 체적 음향 공진기를 이용한 듀플렉서.
  11. 제1 기판의 상부에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 희생층을 순서대로 적층하는 단계;
    제1 체적 음향 공진기, 제2 체적 음향 공진기 및 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 전극의 하부에 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 상기 희생층을 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝 된 희생층 상부에 실리콘산화막, 신리콘질화막, 제1 도전층을 순서대로 적층하는 단계;
    상기 제1 도전층에 하부 전극을 패터닝하는 단계;
    상기 하부 전극 상부에 압전층 및 제2 도전층을 순서대로 적층하는 단계;
    상기 제2 도전층에 상부 전극을 패터닝하는 단계;
    상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부에 패터닝 된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성하는 단계; 및
    상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 외부 소자와 연결되도록, 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 상기 제1 기판의 내부에 비아홀을 생성하는 단계
    를 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제2 기판의 하면에 소정 영역의 공기 공동을 형성하고, 상기 제1 기판과 금속으로 접합하는 단계
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 공기 공동은
    상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부와 대응하는 위치에 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 비아홀을 생성함으로써 형성되는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 생성된 비아홀 하부에 절연층 및 도전층을 증착하는 단계; 및
    상기 도전층을 패터닝하여 전극 패드를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전극 패드 하부에 플럭스(Flux)를 도포하는 단계
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전극 패드 하부에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극의 하부에 생성된 비아홀 내부를 도전성 물질로 충진하는 단계;
    상기 도전성 물질로 충진된 면 하부에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 도전성 물질로 충진하는 단계는
    전해도금, 무전해도금, 솔더 페이스트 충진 중 어느 하나를 이용하여 충진하는 것을 특징으로 하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 희생층을 패터닝 하는 단계는 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 비아홀을 연결하는 전극의 하부에 생성될 공기 공동의 형상에 맞게 희생층을 패터닝하고,
    상기 공기 공동을 생성하는 단계는 상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 비아홀을 연결하는 전극의 하부에 패터닝된 상기 희생층을 제거하여 공기 공동을 생성하는 체적 음향 공진기 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부에 패터닝 된 상기 희생층을 제거하여 생성된 공기 공동은
    상기 제1 체적 음향 공진기와 상기 제2 체적 음향 공진기를 연결하는 상기 전극의 하부와 대응하는 위치에 상기 제1 기판의 하면을 식각하여 비아홀을 생성함으로써 형성되는 체적 음향 공진기 제조 방법.
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