KR20220166616A - 음향 공진기 패키지 - Google Patents

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한상헌
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엄재군
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지는, 기판의 일면에 음향파 발생부가 마련된 음향 공진기, 상기 기판의 일면과 마주보도록 배치되는 커버, 및 상기 기판과 상기 커버 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 커버를 상호 접합하는 접합 부재를 포함하며, 상기 접합 부재는 유리 프리트(glass frit)를 포함하고, 상기 접합 부재와 접합되는 상기 음향 공진기의 접합면은 유전체로 형성될 수 있다.

Description

음향 공진기 패키지{ACOUSTIC WAVE RESONATOR PACKAGE}
본 발명은 음향 공진기 패키지에 관한 것이다.
무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave resonator) 형태의 필터를 들 수 있다.
체적 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
최근 5G 통신에 기술 관심도가 증가하고 있으며, 후보 대역대에서의 구현 가능한 음향 공진기 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 체적 음향 공진기는 습기에 취약하기 때문에 공진을 유발시키는 음향파 발생부가 밀봉된 공간 내에 배치되도록 패키징되고 있다. 이에 음향파 발생부가 배치되는 공간의 기밀을 유지하기 위한 다양한 방법들이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은 음향파 발생부를 용이하게 밀폐시킬 수 있는 음향 공진기 패키지 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지는, 기판의 일면에 음향파 발생부가 마련된 음향 공진기, 상기 기판의 일면과 마주보도록 배치되는 커버, 및 상기 기판과 상기 커버 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 커버를 상호 접합하는 접합 부재를 포함하며, 상기 접합 부재는 유리 프리트(glass frit)를 포함하고, 상기 접합 부재와 접합되는 상기 음향 공진기의 접합면은 유전체로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지는, 기판의 일면에 음향파 발생부가 마련된 음향 공진기, 상기 기판의 일면과 마주보도록 배치되는 유리 재질의 커버, 및 상기 기판과 상기 커버 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 커버를 상호 접합하는 접합 부재를 포함하며, 상기 접합 부재는 유리 프리트(glass frit)를 포함하고, 상기 커버는 상기 음향파 발생부와 대면하는 영역에 홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 음향 공진기 패키지는 유리 기판과 유리 프리트(glass frit)를 이용하여 음향파 발생부가 배치되는 밀폐 공간을 형성하므로 제조가 용이하다. 또한 공융 본딩(eutectic bonding)이나 금속 접합으로 커버를 기판에 접합하는 경우에 비해 제조 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도.
도 4는 도 1의 III-III′에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 음향 공진기 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 커버와 접합 부재의 저면 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 II-II′에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 III-III′에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave Resonator) 일 수 있으며, 기판(110), 절연층(115), 공진부(120), 및 커버(60)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(115)이 마련되어 기판(110)과 공진부(120)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 또한 절연층(115)은 음향 공진기 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(115)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다.
지지층(140)은 절연층(115) 상에 형성되며, 지지층(140)의 내부에는 캐비티(C)와 식각 방지부(145)를 둘러싸는 형태로 캐비티(C)와 식각 방지부(145)의 주변에 배치될 수 있다.
캐비티(C)는 빈 공간으로 형성될 수 있다. 캐비티(C)는 지지층(140)을 마련하는 과정에서 형성한 희생층의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있으며, 지지층(140)은 희생층의 남겨진 부분으로 형성될 수 있다.
지지층(140)은 식각에 용이한 폴리실리콘(Poly-silicon) 또는 폴리머 등의 재질이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
식각 방지부(145)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각 방지부(145)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.
멤브레인층(150)은 지지층(140) 상에 형성되며 캐비티(C)의 상부면을 형성할 수 있다. 따라서 멤브레인층(150)도 캐비티(C)를 형성하는 과정에서 쉽게 제거되지 않는 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 지지층(140)의 일부(예컨대, 캐비티 영역)을 제거하기 위해 불소(F), 염소(Cl) 등의 할라이드계 에칭가스를 이용하는 경우, 멤브레인층(150)은 상기한 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 멤브레인층(150)은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 멤브레인층(150)은 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)으로 이루어지거나, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 하프늄(Hf) 중 적어도 하나의 재질을 함유하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)을 포함한다. 공진부(120)는 아래에서부터 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 순서대로 적층된다. 따라서 공진부(120)에서 압전층(123)은 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 배치된다.
공진부(120)는 멤브레인층(150) 상에 형성되므로, 결국 기판(110)의 상부에는 멤브레인층(150), 제1 전극(121), 압전층(123) 및 제2 전극(125)이 순차적으로 적층되어 공진부(120)를 형성한다.
공진부(120)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125)에 인가되는 신호에 따라 압전층(123)을 공진시켜 공진 주파수 및 반공진 주파수를 발생시킬 수 있다.
공진부(120)는 제1 전극(121), 압전층(123), 및 제2 전극(125)이 대략 편평하게 적층된 중앙부(S), 그리고 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 삽입층(170)이 개재되는 확장부(E)로 구분될 수 있다.
중앙부(S)는 공진부(120)의 중심에 배치되는 영역이고 확장부(E)는 중앙부(S)의 둘레를 따라 배치되는 영역이다. 따라서 확장부(E)는 중앙부(S)에서 외측으로 연장되는 영역으로, 중앙부(S)의 둘레를 따라 연속적인 고리 형상으로 형성되는 영역을 의미할 수 있다. 그러나 필요에 따라 일부 영역이 단절된 불연속적인 고리 형상으로 구성될 수도 있다.
이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 중앙부(S)의 양단에는 각각 확장부(E)가 배치될 수 있다. 그리고, 중앙부(S)의 양단에 배치되는 확장부(E) 양쪽에 모두 삽입층(170)이 배치될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 경사면(L)을 구비할 수 있다.
확장부(E)에서 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170) 상에 배치돌 수 있다. 따라서 확장부(E)에 위치한 압전층(123)과 제2 전극(125)은 삽입층(170)의 형상을 따라 경사면을 구비할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 확장부(E)가 공진부(120)에 포함되는 것으로 정의하고 있으며, 이에 따라 확장부(E)에서도 공진이 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 확장부(E)의 구조에 따라 확장부(E)에서는 공진이 이루어지지 않고 중앙부(S)에서만 공진이 이루어질 수도 있다.
제1 전극(121) 및 제2 전극(125)은 도전체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금, 몰리브덴, 루테늄, 이리듐, 알루미늄, 백금, 티타늄, 텅스텐, 팔라듐, 탄탈륨, 크롬, 니켈 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121) 상에는 제1 전극(121)의 외곽을 따라 제1 금속층(180)이 배치될 수 있다. 따라서 제1 금속층(180)은 제2 전극(125)과 일정 거리 이격 배치되며, 공진부(120)를 둘러 싸는 형태로 배치될 수 있다.
제1 전극(121)은 멤브레인층(150) 상에 배치되므로 전체적으로 편평하게 형성된다. 반면에 제2 전극(125)은 압전층(123) 상에 배치되므로, 압전층(123)의 형상에 대응하여 굴곡지게 형성될 수 있다.
제1 전극(121)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
제2 전극(125)은 중앙부(S) 내에 전체적으로 배치되며, 확장부(E)에 부분적으로 배치될 수 있다. 이에, 제2 전극(125)은 후술되는 압전층(123)의 압전부(123a) 상에 배치되는 부분과, 압전층(123)의 굴곡부(123b) 상에 배치되는 부분으로 구분될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서 제2 전극(125)은 압전부(123a) 전체와, 압전층(123)의 경사부(1231) 중 일부분을 덮는 형태로 배치된다. 따라서 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(도 4의 125a)은, 경사부(1231)의 경사면보다 작은 면적으로 형성되며, 공진부(120) 내에서 제2 전극(125)은 압전층(123)보다 작은 면적으로 형성된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(S)를 가로지르도록 공진부(120)를 절단한 단면에서, 제2 전극(125)의 끝단은 확장부(E) 내에 배치될 수 있다. 또한, 확장부(E) 내에 배치되는 제2 전극(125)의 끝단은 적어도 일부가 삽입층(170)과 겹치도록 배치될 수 있다. 여기서 겹친다는 의미는 삽입층(170)이 배치된 평면에 제2 전극(125)을 투영했을 때, 상기 평면에 투영된 제2 전극(125)의 형상이 삽입층(170)과 겹치는 것을 의미한다.
제2 전극(125)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(121)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(121)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(125)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(125)의 끝단이 후술되는 압전층(123)의 경사부(1231) 상에 위치할 경우 공진부(120)의 음향 임피던스(acoustic impedance)은 국부적인 구조가 중앙부(S)로부터 소/밀/소/밀 구조로 형성되므로 수평파를 공진부(120) 안쪽으로 반사시키는 반사 계면이 증가된다. 따라서 대부분의 수평파(lateral wave)가 공진부(120)의 외부로 빠져나가지 못하고 공진부(120) 내부로 반사되어 들어오므로, 음향 공진기의 성능이 향상될 수 있다.
압전층(123)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로, 제1 전극(121)과 후술되는 삽입층(170) 상에 형성된다.
압전층(123)의 재료로는 산화 아연(ZnO), 질화 알루미늄(AlN), 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride), 지르콘 티탄산 납(Lead Zirconate Titanate), 쿼츠(Quartz) 등이 선택적으로 이용될 수 있다. 도핑 알루미늄 질화물(Doped Aluminum Nitride) 경우 희토류 금속(Rare earth metal), 전이 금속, 또는 알칼리 토금속(alkaline earth metal)을 더 포함할 수 있다. 상기 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이 금속은 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈륨(Ta), 및 니오븀(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압전층(123)은 중앙부(S)에 배치되는 압전부(123a), 그리고 확장부(E)에 배치되는 굴곡부(123b)를 포함한다.
압전부(123a)는 제1 전극(121)의 상부면에 직접 적층되는 부분이다. 따라서 압전부(123a)는 제1 전극(121)과 제2 전극(125) 사이에 개재되어 제1 전극(121), 제2 전극(125)과 함께 편평한 형태로 형성된다.
굴곡부(123b)는 압전부(123a)에서 외측으로 연장되어 확장부(E) 내에 위치하는 영역으로 정의될 수 있다.
굴곡부(123b)는 후술되는 삽입층(170) 상에 배치되며, 삽입층(170)의 형상을 따라 상부면이 융기되는 형태로 형성된다. 이에 압전층(123)은 압전부(123a)와 굴곡부(123b)의 경계에서 굴곡되며, 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 두께와 형상에 대응하여 융기된다.
굴곡부(123b)는 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
경사부(1231)는 후술되는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 경사지게 형성되는 부분을 의미한다. 그리고 연장부(1232)는 경사부(1231)에서 외측으로 연장되는 부분을 의미한다.
경사부(1231)는 삽입층(170) 경사면(L)과 평행하게 형성되며, 경사부(1231)의 경사각은 삽입층(170) 경사면(L)의 경사각과 동일하게 형성될 수 있다.
삽입층(170)은 멤브레인층(150)과 제1 전극(121), 그리고 식각 방지부(145)에 의해 형성되는 표면을 따라 배치될 수 있다. 삽입층(170)은 공진부(120) 내에 부분적으로 배치되며, 제1 전극(121)과 압전층(123) 사이에 배치될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)의 주변에 배치되어 압전층(123)의 굴곡부(123b)를 지지한다. 따라서 압전층(123)의 굴곡부(123b)는 삽입층(170)의 형상을 따라 경사부(1231)와 연장부(1232)로 구분될 수 있다.
본 실시예에서 삽입층(170)은 중앙부(S)를 제외한 영역에 배치된다. 예를 들어 삽입층(170)은 기판(110) 상에서 중앙부(S)를 제외한 영역 전체에 배치되거나, 일부 영역(예컨대 확장부 내)에만 배치될 수 있다.
삽입층(170)은 중앙부(S)에서 멀어질수록 두께가 두꺼워지는 형태로 형성될 수 있다. 이로 인해 삽입층(170)은 중앙부(S)와 인접하게 배치되는 측면이 일정한 경사각(θ)을 갖는 경사면(L)으로 형성될 수 있다.
삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 5°보다 작게 형성되면, 이를 제조하기 위해서는 삽입층(170)의 두께를 매우 얇게 형성하거나 경사면(L)의 면적을 과도하게 크게 형성해야 하므로, 실질적으로 구현이 어렵다.
또한 삽입층(170) 측면의 경사각(θ)이 70°보다 크게 형성되면, 삽입층(170) 상에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)의 경사각도 70°보다 크게 형성된다. 이 경우 경사면(L)에 적층되는 압전층(123)이나 제2 전극(125)이 과도하게 굴곡되므로, 굴곡 부분에서 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 경사면(L)의 경사각(θ)은 5°이상, 70°이하의 범위로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 압전층(123)의 경사부(1231)는 삽입층(170)의 경사면(L)을 따라 형성되며 이에 삽입층(170)의 경사면(L)과 동일한 경사각으로 형성된다. 따라서 경사부(1231)의 경사각도 삽입층(170)의 경사면(L)과 마찬가지로 5°이상, 70°이하의 범위로 형성된다. 이러한 구성은 삽입층(170)의 경사면(L)에 적층되는 제2 전극(125)에도 동일하게 적용됨은 물론이다.
삽입층(170)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 유전체로 형성될 수 있으며, 압전층(123)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한 삽입층(170)은 금속 재료로 구현 가능하다. 본 실시예의 음향 공진기가 5G 통신에 이용되는 경우, 공진부에서 열이 많이 발생하므로 공진부(120)에서 발생되는 열이 원활하게 방출할 필요가 있다. 이를 위해 본 실시예의 삽입층(170)은 스칸듐(Sc)을 함유하는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다.
공진부(120)는 빈 공간으로 형성되는 캐비티(C)를 통해 기판(110)과 이격 배치된다.
캐비티(C)는 음향 공진기 제조 과정에서 에칭 가스(또는 에칭 용액)을 유입 홀(도 1의 H)로 공급하여 지지층(140)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다.
이에 캐비티(C)는 멤브레인층(150)에 의해 상부면(천정면)과 측면(벽면)이 구성되고, 기판(110) 또는 절연층(115)에 의해 바닥면이 형성되는 공간으로 구성될 수 있다. 한편, 제조 방법에 따라 멤브레인층(150)은 캐비티(C)의 상부면(천정면)에만 형성될 수도 있다.
보호층(160)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 배치되어 음향 공진기(100)를 외부로부터 보호할 수 있다. 보호층(160)은 제2 전극(125), 압전층(123)의 굴곡부(123b)가 형성하는 표면을 따라 배치될 수 있다.
보호층(160)은 제조 공정 중 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 부분적으로 제거될 수 있다. 예컨대, 보호층(160)은 제조 과정에서 주파수 트리밍(trimming)을 통해 두께가 조절될 수 있다.
이를 위해 보호층(160)은 주파수 트리밍에 적합한 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화마그네슘(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 비정질 실리콘(a-Si, Amorphous silicon), 다결정 실리콘 (p-Si, Poly-silicon) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 효과를 높이기 위해 다이아몬드 박막으로 보호층(160)을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(121)과 제2 전극(125)은 공진부(120)의 외측으로 연장될 수 있다. 그리고 연장 형성된 부분의 상부면에는 각각 제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)이 배치될 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금, 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금 또는 알루미늄-스칸듐(Al-Sc) 합금일 수 있다.
제1 금속층(180)과 제2 금속층(190)은 기판(110) 상에서 본 실시예에 따른 음향 공진기의 전극(121, 125)과, 인접하게 배치된 다른 음향 공진기의 전극을 전기적으로 연결하는 연결 배선으로 기능할 수 있다.
제1 금속층(180)은 적어도 일부가 보호층(160)과 접촉하며 제1 전극(121)에 접합될 수 있다.
또한 공진부(120)에서 제1 전극(121)은 제2 전극(125)보다 넓은 면적으로 형성되며, 제1 전극(121)의 둘레 부분에는 제1 금속층(180)이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 금속층(180)은 공진부(120)의 둘레를 따라 배치되며, 이에 제2 전극(125)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 음향 공진기 패키지는 전술한 음향 공진기(100)의 공진부(120)를 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 커버(60)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따른 커버(60)는 유리 재질로 형성될 수 있으며, 접합 부재(80)를 통해 기판(110)에 접합될 수 있다.
접합 부재(80)는 음향파 발생부를 연속적으로 둘러 싸도록 배치될 수 있다. 이에 접합 부재(80)와 커버(60)에 의해 규정되는 내부 공간(P)은 밀폐된 공간으로 형성될 수 있다.
여기서, 음향파 발생부는 실질적으로 음향파를 발생시키는 부분으로, 공진부(120)와 제1 금속층(180), 제2 금속층(190)을 포함하는 범위로 규정될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
커버(60)의 접합 방법으로서는, 유리 프리트(glass frit)을 사용한 유리 프리트 접합이 이용될 수 있다. 유리 프리트는 유리 원료를 고온으로 용해하고 급랭한 유리 조각으로, 본 실시예의 접합 부재(80)는 유리 프리트를 함유하는 페이스트가 이용될 수 있다.
도 6a 내지 및 도 7은 도 5에 도시된 음향 공진기 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 여기서 도 7은 도 5에 도시된 커버와 접합 부재의 저면 사시도이다.
먼저 도 6a를 참조하면, 본 실시예의 음향 공진기 패키지 제조 방법은, 먼저 접합 부재(80)를 커버(60)에 도포하는 단계가 진행될 수 있다.
전술한 바와 같이 접합 부재(80)로는 유리 프리트를 함유하는 페이스트가 이용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 접합 부재(80)는 커버(60)의 가장자리를 따라 배치되며, 음향파 발생부의 주변을 연속적으로 둘러싸도록 도포될 수 있다. 또한 음향 공진기(100)의 접합면과 대응하는 위치에 도포될 수 있다.
한편 본 실시예에서는 접합 부재(80)를 커버(60)에 도포하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 음향 공진기(100)에 접합 부재(80)를 도포하는 것도 가능하다.
이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 커버(60)와 음향 공진기(100)를 결합하는 단계가 진행될 수 있다. 이때 커버(60)와 음향 공진기(100)는 상호 접촉하지 않고 접합 부재(80)에 의해 일정 거리 이격 배치될 수 있다.
이어서, 레이저 조사 장치(90)를 통해 접합 부재(80)에 레이저를 조사하여 커버(60)와 기판(110)을 융착시키는 단계가 진행될 수 있다. 본 단계에서 레이저는 유리 재질인 커버(60)를 투과하여 접합 부재(80)에 조사될 수 있다. 이에 접합 부재(80)는 경화되어 커버(60)와 음향 공진기(100)를 견고하게 상호 접합할 수 있다.
따라서 본 실시예에서 접합 부재(80)는 레이저 흡수를 통해 경화되는 유리 프리트(frit)를 포함할 수 있으며, 예컨대 V2O3, TaO2, B2O3, ZnO, B2O3, Bi2O3 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기한 접합 부재(80)의 경우, 유리 재질인 커버(60)에 대해서는 높은 접합력을 제공하지만, 음향 공진기(100)의 접합면 재질에 따라 음향 공진기(100)와의 접합력이 저하될 수 있다.
따라서 접합 부재(80)와 음향 공진기(100)와의 접합 신뢰성을 확보하기 위해서는 접합 부재(80)와 높은 접합력을 갖는 재질로 음향 공진기(100)의 접합면을 형성할 필요가 있다.
이에 본 실시예의 음향 공진기(100)는, 접합 부재(80)와 접합되는 접합면이 유전체(Dielectric material)로 형성될 수 있다.
상기 유전체로는 SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, a-Si(Amorphous silicon), 및 Poly Si(Poly-silicon) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 보호층(160)은 상기한 유전체 재질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이에 본 실시예에서 접합 부재(80)는 보호층(160)에 접합될 수 있다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이, 삽입층(170), 멤브레인층(150), 지지층(140), 및 절연층(115)도 모두 상기한 유전체 재질로 형성될 수 있으므로, 본 발명의 접합 부재(80)는 삽입층(170), 멤브레인층(150), 지지층(140), 및 절연층(115)중 어느 하나에 접합될 수 있다.
예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 접합 부재(80)는 지지층(140)에 접합될 수 있다. 이 경우, 접합 부재(80)는 지지층(140) 상에 적층된 멤브레인층(150), 보호층(160) 등을 관통하며 지지층(140)에 접합될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 음향 공진기 패키지 제조 방법은, 웨이퍼의 일면에 다수의 음향 공진기(100)를 제조하고, 웨이퍼의 일면 전체를 덮는 커버(60)를 상기 웨이퍼에 접합하여 다수의 음향 공진기 패키지(10)를 일괄적으로 제조할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 음향 공진기 패키지는, 유리 기판과 유리 프리트를 이용하여 공진부가 배치되는 밀폐 공간을 형성하므로, 제조가 용이하다. 또한 공융 본딩(eutectic bonding)이나 금속 접합으로 커버를 음향 공진기에 접합하는 경우에 비해 제조 비용을 최소화할 수 있다.
본 발명의 구성은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 음향 공진기 패키지(10)는, 지지부(40)를 포함할 수 있다.
지지부(40)는 기판과 커버(60) 사이에 배치되어 커버(60)와 기판 사이의 이격 거리를 확보할 수 있다.
커버(60)와 공진부(120)와의 이격 거리가 협소한 경우, 음향 공진기(100)가 동작하는 과정에서 음향파 발생부가 커버(60)와 접촉하여 파손될 수 있다. 따라서 커버(60)와 공진부(120) 사이는 상기한 접촉을 방지할 수 있는 이격 거리가 확보되어야 한다.
접합 부재(80)의 경우 페이스트 형태로 도포되므로, 경화과정에서 수축하는 경우 상기 이격 거리 이하로 축소될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 상기 이격 거리를 확보하기 위해 지지부(40)를 구비할 수 있다.
지지부(40)는 접합 부재(80)와 대면하도록 음향 공진기(100) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 지지부(40)는 전술한 음향 공진기 패키지(10)에서 접합 부재(80)와 음향 공진기(100)가 접합되는 접촉면을 따라 배치될 수 있다.
또한 본 실시예의 접합 부재(80)는 지지부(40)의 상면에 접합될 수 있다. 이에 본 실시예에서는 지지부(40)의 상부면이 전술한 접합면을 형성할 수 있다.
지지부(40)는 상기한 이격 거리를 확보하기 위해 구비되므로, 도 8를 기준으로, 지지부(40)의 상단은 음향파 발생부의 상단보다 커버(60)에 가깝게 배치될 수 있다.
접합 부재(80)와의 접합 신뢰성을 확보하기 위해 지지부(40)는 유전체로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 지지부(40)를 금속 재질로 형성하고, 지지부(40)의 상면에만 유전체 층을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 음향 공진 패키지(10)는 편평한 커버(60)를 이용하더라도 지지부(40)를 이용하여 음향파 발생부가 배치되는 내부 공간을 안정적으로 확보할 수 있으므로, 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 음향 공진기 패키지는, 커버(60)의 내부면에 홈(65)이 형성될 수 있다.
홈(65)은 음향파 발생부가 배치되는 내부 공간을 확장하는 형태로 형성될 수 있다. 따라서 상기 홈(65)은 커버(60)의 두께를 축소하는 형태로 형성될 수 있으며, 음향파 발생부와 대면하는 영역에 형성될 수 있다.
홈(65)은 커버(60)와 음향파 발생부와의 접촉을 방지할 수 있는 깊이로 형성될 수 있다. 따라서 접합 부재(80)의 두께가 두꺼운 경우, 홈(65)의 깊이는 얕을 수 있으며, 접합 부재(80)의 두께가 얇은 경우, 홈(65)의 깊이는 상대적으로 깊게 형성될 수 있다.
홈(65)은 식각 등의 방법을 통해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 커버(60)에서 접합 부재(80)가 접합되는 영역에는 홈(65)이 형성되지 않는다. 따라서 본 실시예의 커버(60)는 음향파 발생부가 수용되는 내부 공간을 구비하는 캡(cap)의 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 커버(60)는 측벽(61)과, 측벽(61)의 상부를 연결하는 상면부(62)를 포함할 수 있으며, 측벽(61)이 음향파 발생부의 주변을 둘러싸는 형태로 음향 공진기(100)에 접합될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 음향 공진 패키지는 별도의 지지부를 구비하지 않더라도 음향파 발생부가 배치되는 내부 공간을 확보할 수 있으므로, 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 음향 공진기 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 음향 공진기 패키지는, 도 5에 도시된 음향 공진기 패키지와 유사하게 구성되며 소수성층(130)을 더 포함할 수 있다.
소수성층(130)은 음향 공진기(100)의 표면을 따라 형성될 수 있다. 예컨대, 소수성층(130)은 음향 공진기(100)가 공기와 접촉할 수 있는 표면 전체에 형성될 수 있다.
이에 따라 본 실시예의 음향 공진기 패키지(10)는 음향파 발생부의 표면을 따라 소수성층(130)이 배치될 수 있으며, 이에 더하여 캐비티(C)의 내벽에도 소수성층이 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부분적으로 소수성층(130)을 형성하는 것도 가능하다.
소수성층(130)을 구비하는 경우, 접합 부재(80)를 경화시키는 과정에서 발생되는 미스트(mist), 흄(fume) 등의 미립자가 음향 공진기(100) 표면에 흡착되는 것을 억제할 수 있다.
이러한 미립자들은 공진부(120)의 질량을 변경시켜 공진 주파수의 변동량과 산포를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다. 그러나, 본 실시예와 같이 소수성층(130)을 구비되는 경우, 음향 공진기(100)의 표면 에너지가 낮고 안정적이기 때문에 물 및 히드록실기(hydroxy group, OH group)이 쉽게 표면에 흡착되지 않는다. 따라서 주파수 변동을 최소화 할 수 있으며, 이에 음향 공진기(100) 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
소수성층(130)은 폴리머(polymer)가 아닌 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM) 형성 물질로 형성될 수 있다. 소수성층(130)이 폴리머로 형성되면 폴리머에 의한 질량이 공진부(120)에 영향을 미칠 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 음향 공진기(100)는 소수성층(130)이 자기 조립 단분자층으로 형성되기 때문에 음향 공진기(100)의 공진 주파수가 변동하는 것을 최소화 할 수 있다.
소수성층(130)은 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질(precursor)을 기상 증착하여 형성할 수 있다. 이때 소수성층(130)은 100 Å 이하(예컨대, 수 Å ~ 수십 Å) 두께의 모노 레이어(monolayer)로 증착될 수 있다. 소수성(hydrophobicity)을 가질 수 있는 전구 물질로는 증착 후 물과의 접촉각(contact angle)이 90˚ 이상이 되는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소수성층(130)은 플루오린(fluorine, F) 성분을 함유할 수 있으며, 플루오린(fluorine, F) 및 실리콘(silicon, Si)을 포함할 수 있다. 구체적으로 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 플루오르카본(fluorocarbon)이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 소수성층(130)을 구성하는 자기 조립 단분자층(self-assembled monolayer)과 보호층(160)과의 접착력을 향상시키기 위하여, 소수성층(130)을 형성하기에 앞서 접합층(미도시)을 먼저 보호층(160)의 표면에 형성할 수 있다.
접합층은 소수성(hydrophobicity) 작용기를 갖는 전구 물질(precursor)을 보호층(160)의 표면에 기상 증착하여 형성할 수 있다.
접합층의 증착에 사용되는 전구 물질은 실리콘 헤드(head)를 가지는 하이드로 카본(hydrocarbon)이나, 실리콘(Silicon) 헤드를 가지는 실리옥세인(Siloxane)이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예의 기판(110)은 두께 방향으로 기판을 관통하는 비아 홀(112)을 구비할 수 있다. 그리고 각 비아 홀(112)의 내부에는 접속 도체(117)가 배치될 수 있다.
접속 도체(117)는 비아 홀(112)의 내부면에 코팅되는 형태로 내부면 전체에 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 내부면의 일부에만 형성하는 것도 가능하다. 또한 비이 홀(112) 내부 전체를 메우는 형태로 형성될 수도 있다.
접속 도체(117)는 일단이 기판(110)의 하부면에 형성된 접속 패드(118)와 연결되고 타단은 제1 전극(121) 또는 제2 전극(125)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 접속 도체(117)는 기판(110)을 관통하도록 배치되어 음향파 발생부와 접속 단자(119) 전기적으로 연결할 수 있다.
한편 본 실시예에서는 2개의 비아 홀(112)과, 2개의 접속 도체(117)만을 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 더 많은 수의 비아 홀(112)과 접속 도체(117)를 구비할 수 있다.
접속 도체(117)는 적어도 일부가 기판(110)의 하부면으로 연장될 수 있다.
기판(110)의 하부면에는 복수의 접속 패드들(118)이 배치된다. 그리고 각 접속 패드(118)에는 접속 단자들(119)이 접합된다.
접속 패드(118)는 도전성 재질로 형성될 수 있으며, 기판(110)의 하부면에 배치된 접속 도체(117) 상에 적층 배치될 수 있다.
기판(110)의 하부면에는 하부 보호층(114)이 형성될 수 있다. 하부 보호층(114)은 솔더 레지스트와 같은 절연막으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
접속 패드(118)는 적어도 일부가 하부 보호층(114)의 외부로 노출될 수 있으며, 노출된 영역에는 접속 단자(119)가 부착될 수 있다.
접속 단자(119)는 기판(110)의 하부면에는 배치되어 음향 공진기 패키지를 메인 기판에 실장할 때 음향 공진기 패키지와 메인 기판을 상호 접합하는 요소로 이용될 수 있다.
따라서 접속 단자(119)는 도전성 재질로 형성될 수 있으며 솔더 볼이나 솔더 범프의 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 메인 기판과 음향 공진기(100)를 전기적, 물리적으로 연결할 수만 있다면 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
예를 들어, 전술한 실시예들은 체적 음향 공진기를 예로 들어 설명하였으나 표면 탄성파 공진기(SAWR)에 적용하는 것도 가능하다.
10: 음향 공진기 패키지
40: 지지부
60: 커버
80: 접합 부재
100: 음향 공진기
110: 기판
120: 공진부
121: 제1 전극
123: 압전층
125: 제2 전극
140: 지지층
130: 소수성층
150: 멤브레인층
160: 보호층
170: 삽입층

Claims (16)

  1. 기판의 일면에 음향파 발생부가 마련된 음향 공진기;
    상기 기판의 일면과 마주보도록 배치되는 커버; 및
    상기 기판과 상기 커버 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 커버를 상호 접합하는 접합 부재;
    를 포함하며,
    상기 접합 부재는 유리 프리트(glass frit)를 포함하고,
    상기 접합 부재와 접합되는 상기 음향 공진기의 접합면은 유전체로 형성되는 음향 공진기 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커버는,
    유리(glass) 재질로 형성되는 음향 공진기 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접합 부재는,
    상기 커버의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 음향파 발생부의 주변을 연속적으로 둘러싸도록 배치되는 음향 공진기 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접합 부재는,
    V2O3, TaO2, B2O3, ZnO, B2O3, 및 Bi2O3 중 어느 하나를 포함하는 음향 공진기 패키지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 음향 공진기의 접합면은,
    SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, a-Si(Amorphous silicon), 및 Poly Si(Poly-silicon) 중 어느 하나의 재질로 형성되는 음향 공진기 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 음향파 발생부는,
    상기 기판 상에 제1 전극, 압전층, 제2 전극이 순차적으로 적층되어 형성되는 공진부를 포함하는 음향 공진기 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 음향 공진기는 상기 음향파 발생부의 표면을 따라 배치되는 보호층을 더 포함하며,
    상기 접합 부재는, 상기 보호층에 접합되는 음향 공진기 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호층은 SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, a-Si(Amorphous silicon), 및 Poly Si(Poly-silicon) 중 어느 하나의 재질로 중 어느 하나의 재질로 형성되는 음향 공진기 패키지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 음향 공진기는 상기 공진부와 상기 기판 사이에 배치되어 상기 공진부와 상기 기판을 일정 거리 이격시키는 지지층을 더 포함하며,
    상기 접합 부재는, 상기 지지층에 접합되는 음향 공진기 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지층은 Poly Si(Poly-silicon) 재질로 형성되는 음향 공진기 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 접합 부재와 대면하도록 상기 음향 공진기 상에 배치되는 지지부를 더 포함하며,
    상기 지지부의 상면은 상기 음향 공진기의 접합면을 형성하는 음향 공진기 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지부의 상단은 상기 음향파 발생부의 상단보다 상기 커버에 가깝게 배치되는 음향 공진기 패키지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 커버는,
    상기 음향파 발생부와 대면하는 영역에 홈이 형성되는 음향 공진기 패키지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 음향 공진기는,
    상기 음향파 발생부의 표면을 따라 배치되는 소수성층을 더 포함하는 음향 공진기 패키지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 하부면에 배치되는 접속 단자; 및
    상기 기판을 관통하며 배치되어 상기 음향파 발생부와 상기 접속 단자를 전기적으로 연결하는 접속 도체;
    를 더 포함하는 음향 공진기 패키지.
  16. 기판의 일면에 음향파 발생부가 마련된 음향 공진기;
    상기 기판의 일면과 마주보도록 배치되는 유리 재질의 커버; 및
    상기 기판과 상기 커버 사이에 배치되어 상기 기판과 상기 커버를 상호 접합하는 접합 부재;
    를 포함하며,
    상기 접합 부재는 유리 프리트(glass frit)를 포함하고,
    상기 커버는 상기 음향파 발생부와 대면하는 영역에 홈이 형성되는 음향 공진기 패키지.
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