KR20240019226A - 광활성 유리 기판들의 rf 시스템용 세라믹상 커패시터들 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹상 커패시터 디바이스 및 그 제조 방법을 포함하며, 세라믹상 커패시터는 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성되며, 세라믹상 커패시터 디바이스는 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제1 커패시터 전극; 제1 커패시터 전극에 인접한 감광성 유리 기판으로부터 제자리에 형성된 유리 결정 유전체; 및 유리 결정 유전체에 인접하고 상기 제1 전극 반대편에서 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제2 커패시터 전극을 포함한다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 6월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 63/197,066에 대한 우선권을 주장하는 PCT 국제 출원이고, 그 전체 내용들은 본 명세서에 포함된다.
연방 지원 연구 성명서
해당되지 않음.
발명의 기술 분야
본 발명은 일반적으로 패키지 광활성 유리의 RF 시스템들을 위한 RF 집중 소자 디바이스들(RF lumped element devices)의 분야에 관한 것이다.
본 발명의 범위를 제한하지 않고, 그 배경은 RF 집중 소자 디바이스들과 관련하여 설명된다.
감광성 유리 구조들(Photosensitive glass structures)은 다른 요소들, 시스템들 또는 서브시스템들과 결합된 통합 전자 요소들과 같은 다수의 미세 가공 및 미세 제조 프로세스들에 대해 제안되었다. 기존 유리의 실리콘 미세 제조는 비용이 많이 들고 수율이 낮으며, 사출 모델링이나 엠보싱 프로세스들에서는 일관성 없는 모양들이 생성된다. 실리콘 미세 제조 프로세스들은 일반적으로 개당 100만 달러가 넘는 포토리소그래피와 반응성 이온 에칭들 또는 이온 빔 밀링 툴들과 같은 고가의 자본 장비에 의존하며, 수백만에서 수십억 달러 이상의 비용이 드는 초정밀 고생산 실리콘 제조 시설이 필요하다. 사출 성형과 엠보싱은 3차원 형상들을 제작하는 저렴한 방법들이지만 확률론적 경화 프로세스로 인해 전사 과정에서 결함들이 발생하거나 차이들이 발생한다. 이상적인 인덕터들은 저항이 0이고 커패시턴스가 0이다. 그러나, 실제 인덕터들에는 "기생" 레지스턴스, 인덕터들 및 커패시턴스가 있다.
역사적으로, 인덕터 커패시턴스는 절연 코일 권선들 사이의 전하 분리의 결과라는 가정에 기초하여 "권선간 커패시턴스(inter-winding capacitance)"라고 불린다. 그러나, 인덕터가 전도성 접지면에서 측정되는 경우 코일과 접지면 사이의 커패시턴스도 측정의 일부이다. 측정 접지면으로부터 코일까지의 거리와 측정 기판의 유효 유전 상수는 접지에 대한 커패시턴스에 영향을 미친다. 이는 테스트 픽스처(test fixture)가 SRF 측정에 어떻게 영향을 미치는지 부분적으로 설명한다. 다음 식은 SRF가 LC 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스와 어떻게 관련되어 있는지 보여준다:
여기서 L은 헨리 단위의 인덕턴스이고 C는 패럿 단위의 커패시턴스이다.
추가 인덕턴스 외에도 커패시턴스 및 레지스턴스는 다음과 같은 손실들을 제거한다: (1) PCB 상호연결들; (2) 긴 금속 재분배 라인 길이들; (3) 본드 패드들; (4) 솔더 볼들; (5) 기판 손실들 및 유전 상수/손실 탄젠트; 및/또는 (6) 일관성 없는 조립.
이 식으로부터, 일반적으로 RF 및/또는 마이크로파 필터들은 하나 이상의 결합 공진기들로 구성되며 공진기들/필터들을 만드는 데 여러 가지 다른 기술들을 사용할 수 있다는 것이 명백하다. 대부분의 공진기들/필터들은 집중 소자(Lumped-Element), 마이크로스트립 전송 라인들 및 동축 도파관의 세 가지 일반 카테고리들 중 하나에 속한다.
집중 RF 소자들은 인덕터들과 세라믹상 커패시터들(LC)의 조합이고 필터들은 RF 및 마이크로파 필터들과 기타 디바이스들에 사용되는 가장 간단한 공진기 구조이다. 병렬 또는 직렬 인덕터들과 세라믹상들로 구성된 집중 소자 회로. 집중 소자 필터들/디바이스들의 장점은 이들이 매우 컴팩트할 수 있다는 점이지만, 이들은 품질 팩터가 낮고 왜곡/잡음 레벨이 크며 성능이 상대적으로 좋지 않다는 단점들이 있다. 따라서 집중 소자 디바이스들은 RF/마이크로파 애플리케이션들에서 실행 가능한 옵션으로 간주되지 않는다.
2003년에 출판된 Inder Bahl의 RF 및 마이크로파 회로들용 집중 소자들(Lumped Elements for RF and Microwave Circuits) 책에서는 "프린징 필드들(fringing fields)로 인한 관련 기생 리액턴스들 때문에 더 낮은 마이크로파 주파수들에서도 이상적인 집중 소자를 실현할 수 없다"라고 명시되어 있다. RF 및 마이크로파 주파수들에서 각 구성 요소는 전기장 및 자기장과 유한 소산 손실을 갖는다. 따라서 이러한 구성 요소들은 이들을 통해 전기 및 자기 에너지들을 저장하거나 방출하며 이들의 레지스턴스는 소비되는 전력을 설명한다. 이러한 소자들의 C, L 및 R 구성 요소들의 상대적 값들은 LE의 의도된 용도에 따라 달라진다. 이들의 전기적 동작을 설명하기 위해, 그러한 구성 요소들에 대한 등가 회로 모델들이 일반적으로 사용된다. 집중 소자 등가 회로(EC) 모델들은 기본 회로 요소들(L, C 또는 R)과 아래 첨자들로 표시된 관련 기생 성분들로 구성된다. MIC들 및 MMIC들의 정확한 컴퓨터 지원 설계에는 이러한 구성 요소들의 완전하고 정확한 특성화가 필요하다. 이를 위해서는 접지면 효과, 프린징 필드들, 근접 효과들, 기판 재료 및 두께, 도체 두께, 관련 실장 기술들 및 애플리케이션들을 포함한 포괄적인 모델이 필요하다. 따라서 기생 성분들과 주파수 종속 특성들을 갖는 집중 소자의 EC 표현은 정확한 소자 모델링에 필수적이다. EC 모델은, 있다면, 공진을 포함하여 해당 응답을 완전히 설명하는 데 필요한 회로 요소들로 구성된다. 분석, 전자기 시뮬레이션 및 측정 기반 방법들을 사용하여 모델들을 개발할 수 있다. 집중 소자들의 초기 모델들은 분석적 반경험적 식들을 사용하여 개발되었다. 1943년에 Terman은 얇은 금속 직선의 인덕턴스에 대한 표현을 발표했으며 이것은 나중에 금속화 두께의 효과를 추가한 Caulton 등에 의해 개선되었다. Wheeler는 낮은 마이크로파 주파수들에서 상당히 좋은 정확도를 갖는 원형 나선형 인덕터의 인덕턴스에 대한 대략적인 공식을 제시했다. 이 공식은 마이크로파 집중 회로들의 설계에 광범위하게 사용되었다. 다른 사람들은 여러 기하학적 구조들에 대한 인덕턴스 계산들을 논의했다. MIC들용 마이크로스트립 인덕터들의 이론적 모델링은 일반적으로 집중 소자 접근법과 결합선 접근법이라는 두 가지 방법을 기반으로 했다. 집중 소자 접근 방식은 접지면 효과들이 있는 자유 공간 인덕턴스에 대한 공식들을 사용한다. 이러한 주파수 독립적 공식들은 인덕터의 전체 길이가 작동 파장의 작은 부분이고 턴간 커패시턴스를 무시할 수 있는 경우에만 유용하다. 결합 라인 접근 방식에서는 다중 컨덕터 결합 마이크로스트립 라인들을 사용하여 인덕터를 분석한다. RF 및 마이크로파 회로들을 위한 이러한 10개의 집중 소자들 기술들은 두 번의 턴과 최대 약 18GHz에 대해 나선형 인덕터의 성능을 합리적으로 잘 예측한다.
인터디지털 커패시터에 대한 초기 이론은 Alley와 Joshi 등에 의해 발표되었고, 이것은 이 커패시터들에 대한 수정된 공식들을 제시했다. Mondal은 결합선 접근 방식을 기반으로 한 MIM 커패시터의 분산 모델을 보고했다. Pengellyet 등은 Q 팩터에 특별히 중점을 두고 인덕터들 및 인터디지털 커패시터들을 포함하여 GaAs의 상이한 집중 소자들에 대한 최초의 광범위한 결과들를 제시했다.
Pettenpaul 등은 기본 마이크로스트립 이론 및 네트워크 분석과 함께 수치 솔루션들을 사용하여 집중 소자 모델을 보고했다. 일반적으로 분석 모델들은 집중 소자들의 전기적 성능을 추정하는 데 적합하다. 작동 파장보다 부품 크기를 훨씬 작게 유지하면 마이크로파 주파수들에서 집중 L, C, R 소자들의 실현이 가능하다.
그러나, 부품 크기가 1/10보다 커지면 이러한 부품들은 레지스턴스, 커패시턴스, 및 인덕턴스와 같은 바람직하지 않은 관련 기생 성분들을 갖는다. RF 및 더 높은 주파수들에서는 기생 성분들의 리액턴스들이 더 중요해지고, 주파수가 증가하면 더 높은 손실과 스퓨리어스 공진들이 발생한다. 따라서 경험적 표현들은 LE 성능을 정확하게 예측할만큼 정확하지 않는다. 집중 소자들이 전자기(EM) 시뮬레이션이나 측정들을 통해 정확하게 특성화되면 기생 리액턴스들은 구성 요소의 필수적인 부분이 되며 그 효과들이 설계에 포함될 수 있다.
최근 워크스테이션 컴퓨팅 성능과 사용자 친화적인 소프트웨어의 발전으로 EM 필드 시뮬레이터 개발이 가능해졌다. 이러한 시뮬레이터들은 전송 라인들 및 불연속성들, 패치들; 다층 구성요소들, 즉 인덕터들, 커패시터들, 저항기, 비아홀들, 에어브리지들, 인덕터 변압기들, 패키지들 등과 같은 단일 및 다층 수동 회로 요소들, 및 다양한 회로 요소들 사이의 수동 결합의 시뮬레이션에서 중요한 역할을 한다. 조밀하게 패킹된 모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)의 성능에 대한 방사선, 표면파들 및 구성요소들간 상호 작용의 영향들에 대한 정확한 평가는 3차원(3D) EM 시뮬레이터들을 통해서만 계산할 수 있다. 집중 소자들에 대한 정확한 모델들을 개발하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법은 dc 레지스턴스 및 S-파라미터 데이터를 측정하는 것이다. 결과가 일반적으로 측정된 디바이스들에만 국한되지만, 이 모델링 접근 방식은 빠르고 정확한 결과를 제공한다. EC 모델 파라미터들은 응용 분야에 따라 최대 26GHz 또는 40GHz에서 측정된 dc 및 S 파라미터 데이터(1 또는 2포트 데이터)를 상호 연관시키는 컴퓨터 최적화를 통해 추출된다. 최근 개발된 온웨이퍼 교정 표준들 및 기술들을 사용하면 모델 파라미터 값들의 정확도가 측정 정확도만큼 높아질 수 있다. 등가 회로 모델들은 대부분 제1 병렬 공진 주파수(fres)까지 유효하다. 그러나 출력에 2차 및 3차 고조파 종단이 있는 전력 증폭기와 같이 설계에 고조파들이 포함된 경우, 가장 높은 설계 주파수까지 작동하는 EM 시뮬레이션 데이터 또는 고차 공진들을 고려한 더 복잡한 모델이 필요하다. 작동 주파수가 fres/3보다 낮으면, 위에서 설명한 모델들이 적합하다. RF 및 마이크로파 주파수들에서, LE들의 레지스턴스는 표피 효과로 인해 dc 값과 상당히 다르다. RF 신호가 LE를 통해 적용되면 도체 재료의 유한 전도성으로 인해 EM 필드들은 단면을 따라 제한된 깊이로만 도체를 관통한다. 필드들이 표면 값들의 1/e(약 36.9%)로 감소하는 도체의 거리를 침투 깊이 또는 표피 깊이라고 한다. 이 효과는 주파수가 증가함에 따라 침투 깊이가 감소하는 주파수의 함수이다. RF 전류의 흐름은 표면으로만 제한되므로 dc 값보다 RF 표면 레지스턴스가 더 높아진다. 이 효과는 구성요소의 저항 손실을 정확하게 모델링하는 동안 고려된다.
스트립라인이라고도 알려진 마이크로스트립 전송 라인은 우수한 공진기들/필터들을 만들 수 있으며 크기 및 성능 측면에서 집중 소자 필터들보다 더 나은 절충안을 제공한다. 마이크로스트립 회로들을 제조하는 데 사용되는 프로세스들은 정밀 박막 프로세스를 사용하여 인쇄 회로 보드들을 제조하는 데 사용되는 프로세스들과 매우 유사하지만 저전력/손실 RF 애플리케이션에 필요한 성능을 얻으려면 석영, 세라믹, 사파이어 기판들 및 금과 같은 저 레지스턴스 금속들을 사용할 필요가 있다.
CW(Coaxial Waveguide) 필터들은 평면 전송 라인들보다 높은 Q 팩터를 제공하며 고성능 RF 애플리케이션들에 사용된다. 동축 공진기들은 크기를 줄이기 위해 고유전 상수 재료들을 사용할 수 있다. CW 필터 크기는 주파수와 반비례하여 세라믹 기판의 30GHz 이상의 주파수들에서 크기가 2cm2 미만에 도달할 수 있다. 세라믹 기판과 물리적 크기의 결합으로 인해 필터가 다른 RF 필터들에 비해 비싸고 커지는 것을 방지하므로 일반적으로 상업용 휴대용 소형 RF 제품들에는 사용되지 않는다.
가장 일반적인 RF 필터들 중 하나는 표면탄성파(SAW) 및/또는 벌크탄성파(BAW)이다. SAW와 BAW 모두 작동 주파수가 압전 재료의 음속을 초과함에 따라 감소된 신호 대 잡음비들을 나타낸다. 단결정 BAW 디바이스들은 더 높은 성능을 갖는 것으로 나타났지만 주파수가 압전 재료의 음속을 초과할 때 신호 대 잡음이 급격히 붕괴되는 문제도 발생한다. SAW 및 BAW 필터에 사용되는 압전 재료의 음속은 3GHz 미만의 주파수들로 이들의 적용이 제한된다. BAW 및 SAW 디바이스들 자체에는 5G 성능에 필요한 주파수 선택성이 부족하여 종종 여러 채널들/주파수들/신호들이 중복될 수 있다. 이는 원하는 통신 신호에 대한 노이즈 플로어(noise floor)를 증가시켜 오류율과 데이터 손실을 실질적으로 증가시킨다.
이러한 모든 발전들에도 불구하고, 신호 대 잡음비가 증가하고 구축이 쉽고 저렴하며 (1) PCB 상호연결들; (2) 긴 금속 재분배 라인 길이; (3) 본드 패드들; (4) 솔더 볼들; (5) 기판 손실들 및 유전 상수/손실 탄젠트; 및/또는 (6) 일관성 없는 조립으로 인한 손실들을 제거하는 기존 디바이스들에 대한 개선들이 여전히 필요하다.
일반적으로 RF 럼프 소자 디바이스(커패시터 또는 인덕터)는 포토디파이너블 유리에 세라믹상을 생성하고 노출된 재료를 화학적으로 에칭하여 물리적 커패시터 또는 인덕터 구조를 생성함으로써 만들어진다. 그 이유는 화학적 에칭액에 대한 세라믹상의 선택성 특성 때문이었다. 포토디파이너블 유리의 세라믹상은 포토디파이너블 유리의 유리상보다 수십 배 빠르게 에칭된다. 그러나, 연구 결과에 따르면 세라믹상의 손실 탄젠트는 포토디파이너블 유리의 유리상의 손실 탄젠트보다 훨씬 낮으며, 세라믹상 요소들을 사용하여 만든 RF 필터들은 유리상 상대들보다 Qs가 훨씬 더 높다는 사실이 밝혀졌다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 감광성 유리 기판 위 또는 내에 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계로서, 감광성 유리 기판의 일부는 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계; 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계; 적어도 10분 동안 감광성 유리 기판을 그것의 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하는 포토디파이너블 유리 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법을 포함한다. 일 양상에 있어서, 발명은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판의 대향 표면들 위에 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 유리 결정 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 유리 결정 유전체는 세라믹상에 있다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP(system-in-a-package)에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제1 커패시터 전극; 제1 커패시터 전극에 인접한 감광성 유리 기판으로부터 제자리에 형성된 유리 결정 유전체; 및 유리-결정질 유전체에 인접하고 제1 전극 반대편에서 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제2 커패시터 전극을 포함하는 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 세라믹상 커패시터 디바이스를 포함한다. 일 양상에 있어서, 제1 및 제2 커패시터 전극들은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 제1 및 제2 커패시터 전극들은 감광성 유리 기판의 대향 표면들 위에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 유리 결정 유전체는 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 디바이스는 제1 커패시터 전극에 연결된 제1 금속 커넥터 및 제2 커패시터 전극에 연결된 제2 금속 커넥터를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결되고 SiP(system-in-a-package) 내에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결되고 SiP 내에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결되고 SiP 내에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기에 연결되고 SiP에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결된다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 또는 다이플렉서들에 연결된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 감광성 유리 기판 위 또는 내에 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계로서, 감광성 유리 기판의 일부는 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계; 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계; 적어도 10분 동안 감광성 유리 기판을 그것의 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하는 포토디파이너블 유리 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법을 포함한다. 일 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판의 대향 표면들에 2개 이상의 커패시터들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 유리 결정 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 유리 결정 유전체는 세라믹상에 있다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP(system-in-a-package)에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 특징들과 이점들을 보다 완벽하게 이해하기 위해, 이제 첨부 도면들과 함께 본 발명의 상세한 설명을 참조한다:
도 1은 포토디파이너블 유리의 볼륨에 있는 세라믹상 커패시터의 평면도를 보여준다.
도 2는 포토디파이너블 유리의 볼륨에 있는 세라믹상 커패시터의 측면도를 보여준다.
도 3은 포토디파이너블 유리의 평면 세라믹상 커패시터의 평면도를 보여준다.
도 4는 포토디파이너블 유리의 평면 세라믹상 커패시터의 단면도/측면도를 보여준다.
도 5는 포토디파이너블 유리의 세라믹상 커패시터의 손실 탄젠트를 보여준다.
도 6은 포토디파이너블 유리의 세라믹상 커패시터의 유전상수를 보여준다.
도 7은 세라믹상 커패시터와 포토디파이너블 유리로 만든 유리상 커패시터의 손실 탄젠트를 보여준다.
도 8은 포토디파이너블 유리로 만든 세라믹상 커패시터와 유리상 커패시터의 유전 상수를 보여준다.
도 9는 포토디파이너블 유리의 LC 탱크 회로 레이아웃을 보여준다.
도 10a 및 10b는 포토디파이너블 유리로 만들어진 인덕터에 대한 개략도를 보여준다.
도 11은 포토디파이너블 유리로 모두 만들어진 세라믹 및 유리상 커패시터에 대한 5GHz LC 탱크 회로의 시뮬레이션을 보여준다.
도 12는 세라믹상 커패시터를 갖는 30GHz 대역 통과 필터를 보여준다.
도 13은 본 발명의 19GHz 대역 통과 필터를 도시한다
도 14는 본 발명의 28GHz 대역 통과 필터를 도시한다
도 15는 본 발명의 33GHz 저역 통과 필터를 도시한다
도 16은 본 발명의 20GHz 대역 통과 필터를 도시한다.
도 17은 본 발명의 7GHz 대역 통과 필터를 도시한다.
도 18은 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 집중 소자들을 포함하는 도허티 증폭기 설계(Doherty Amplifier design)의 레이아웃을 도시한다.
도 19는 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 전력 디바이더/결합기의 레이아웃을 도시한다.
도 20은 서큘레이터에 종단 저항기가 연결되면 아이솔레이터가 되며, 본 발명을 이용하여 만들 수 있는 집적 소자 서큘레이터의 레이아웃을 도시한다.
도 21은 본 발명의 통합된 집중 소자 디바이스들을 갖는 유리 기반 SiP(system-in-a-package)를 도시한다. SiP는 약 0.5cm x 0.5cm이다.
도 22는 본 발명의 통합된 집중 소자 디바이스들을 갖는 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다.
도 1은 포토디파이너블 유리의 볼륨에 있는 세라믹상 커패시터의 평면도를 보여준다.
도 2는 포토디파이너블 유리의 볼륨에 있는 세라믹상 커패시터의 측면도를 보여준다.
도 3은 포토디파이너블 유리의 평면 세라믹상 커패시터의 평면도를 보여준다.
도 4는 포토디파이너블 유리의 평면 세라믹상 커패시터의 단면도/측면도를 보여준다.
도 5는 포토디파이너블 유리의 세라믹상 커패시터의 손실 탄젠트를 보여준다.
도 6은 포토디파이너블 유리의 세라믹상 커패시터의 유전상수를 보여준다.
도 7은 세라믹상 커패시터와 포토디파이너블 유리로 만든 유리상 커패시터의 손실 탄젠트를 보여준다.
도 8은 포토디파이너블 유리로 만든 세라믹상 커패시터와 유리상 커패시터의 유전 상수를 보여준다.
도 9는 포토디파이너블 유리의 LC 탱크 회로 레이아웃을 보여준다.
도 10a 및 10b는 포토디파이너블 유리로 만들어진 인덕터에 대한 개략도를 보여준다.
도 11은 포토디파이너블 유리로 모두 만들어진 세라믹 및 유리상 커패시터에 대한 5GHz LC 탱크 회로의 시뮬레이션을 보여준다.
도 12는 세라믹상 커패시터를 갖는 30GHz 대역 통과 필터를 보여준다.
도 13은 본 발명의 19GHz 대역 통과 필터를 도시한다
도 14는 본 발명의 28GHz 대역 통과 필터를 도시한다
도 15는 본 발명의 33GHz 저역 통과 필터를 도시한다
도 16은 본 발명의 20GHz 대역 통과 필터를 도시한다.
도 17은 본 발명의 7GHz 대역 통과 필터를 도시한다.
도 18은 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 집중 소자들을 포함하는 도허티 증폭기 설계(Doherty Amplifier design)의 레이아웃을 도시한다.
도 19는 본 발명을 사용하여 만들어질 수 있는 전력 디바이더/결합기의 레이아웃을 도시한다.
도 20은 서큘레이터에 종단 저항기가 연결되면 아이솔레이터가 되며, 본 발명을 이용하여 만들 수 있는 집적 소자 서큘레이터의 레이아웃을 도시한다.
도 21은 본 발명의 통합된 집중 소자 디바이스들을 갖는 유리 기반 SiP(system-in-a-package)를 도시한다. SiP는 약 0.5cm x 0.5cm이다.
도 22는 본 발명의 통합된 집중 소자 디바이스들을 갖는 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예들의 제조 및 사용이 아래에서 상세히 논의되지만, 본 발명은 매우 다양한 특정 상황들에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념들을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 논의된 특정 실시예들은 단지 본 발명을 제조하고 사용하는 특정 방식들을 예시한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 다수의 용어들이 하기에 정의된다. 본 명세서에서 정의된 용어는 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미를 갖는다. 부정관사("a", "an") 및 정관사("the")와 같은 용어들은 단지 단일 엔티티만을 지칭하는 것이 아니라 예시를 위해 특정 예가 사용될 수 있는 일반적인 클래스를 포함한다. 본 명세서의 용어는 본 발명의 특정 실시예들을 설명하기 위해 사용되지만, 그 사용은 청구항들에 개괄된 것을 제외하고는 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명은 RF 도메인의 집중 소자 디바이스들과 관련된 기생 손실들 및 신호들을 제거한다. 집중 소자 디바이스들 또는 집중 소자 디바이스의 어레이는 커패시터들, 인덕터, 저항기로 구성되어 기생 신호들 또는 손실들을 제거하거나 크게 줄이는 마이크로파 및 무선 주파수용 포토디파이너블 유리 세라믹 SiP(system-in-a-package)에서 필터들(대역 통과, 대역 저지, 고역 통과, 노치, 저역 통과 필터), 서큘레이터들, 안테나, 전력 조절, 전력 결합기, 전력 스플리터, 매칭 네트워크들, 아이솔레이터들 및/또는 도허티 전력 증폭기를 포함한 다양한 전자 디바이스들 및 기능들을 구현한다. 기생 신호들 또는 손실들은 패키징, 솔더 본딩(볼 그리드), 전자 커넥터들(와이어), 전기 본드 패드들 및 패키징된 집중 소자 디바이스들을 SiP에 부착하는 장착 요소들의 인덕턴스, 커패시턴스 및 레지스턴스와 결합된 안테나 효과들에서 생성된다. 왜곡된 신호들이나 손실들은 인쇄 회로 보드나 기판의 다른 RF 디바이스들로 전송된다. 실제 의도된 성능에서 큰 성능 변화를 만들어내기 위해 기존의 집중 소자들의 패키지 및 장착에는 충분한 변형이 있다. 이러한 변형들은 RF 제품이 원하는 작동 범위를 충족하는 최종 RF 회로를 생성하기 위해 수많은 설계 반복들 및/또는 수동 트리밍/수정을 견뎌야 하는 패키징의 미묘한 차이들로 인해 무작위로 나타난다. RF 패키징 및 장착 요소들과 관련된 왜곡을 제거하면 RF 필터 디바이스가 설계/시뮬레이션된 대로 작동할 수 있다. 집중 소자 디바이스들을 포토디파이너블 유리 세라믹 SiP에 통합하면 회로가 전체 RF 스펙트럼을 통해 설계 및 시뮬레이션된 대로 작동할 수 있다. 이러한 집중 소자 디바이스 구조들은 개별적으로 또는 동시에 수직 평면과 수평 평면으로 구성되어 디바이스 패리티 설계, 손실 감소, 신호 왜곡 감소, 기생 커패시턴스 감소, 비용 및 물리적 크기가 더 작은 2차원 또는 3차원 집중 소자 디바이스를 형성한다.
배경에서 설명된 바와 같이, 감광성 유리 구조들은 다른 요소 시스템들 또는 서브시스템들과 결합된 통합 전자 요소들과 같은 다수의 미세 가공 및 미세 제조 프로세스들에 대해 제안되었다. 본 발명은 사출 모델링 또는 엠보싱 프로세스들은 일관되지 않은 모양들과 향상된 RF Q를 생성하지만 비용이 많이 들고 수율이 낮은 기존 유리의 실리콘 미세 제조에 비해 장점들이 있다. 본 발명은 고가의 자본 장비; 일반적으로 각각 100만 달러가 넘는 비용이 들고 수백만 달러에서 수십억 달러가 넘는 초청정 고생산 실리콘 제조 시설이 필요한 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭 또는 이온 빔 밀링 툴들에 의존하는 실리콘 미세 제조 프로세스들에 비해 추가적인 장점들을 갖고 있다. 본 발명은 또한 전사 내에서 결함들이 발생하거나 확률론적 경화 프로세스로 인해 차이가 발생하는 사출 성형 및 엠보싱의 문제점들을 극복한다. 이상적인 인덕터들은 레지스턴스가 0이고 커패시턴스가 0이다. 그러나, 실제 인덕터들에는 "기생" 레지스턴스, 인덕터들 및 커패시턴스가 있다. 인덕터의 제1 자기 공진 주파수는 인덕터가 자체 커패시턴스와 공진하는 최저 주파수이다. 제1 공진은 인덕턴스와 커패시턴스의 조합으로 모델링할 수 있으며, 포토디파이너블 유리로 만든 세라믹상 커패시터를 사용하면 회로의 Q를 향상시켜 RF 회로/SiP의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이는 도 1에서 알 수 있다. 저항기 "R1"은 인덕터의 자체 공진 주파수(SRF)에서 공진 주파수 근처의 임피던스를 제한하며 다음 조건이 모두 충족된다. (1) 입력 임피던스가 피크에 있고; (2) 입력 임피던스의 위상각은 0이며 양(유도성)에서 음(용량성)으로 교차하고; (3) 위상각이 0이므로 Q는 0이고; (4) 음의 용량성 리액턴스(Xc = 1 / jωC)가 양의 유도성 리액턴스(XL = jωL)를 상쇄하므로 유효 인덕턴스는 0이고; (5) 2-포트 삽입 손실(예컨대 S21 dB)은 최대값이며, 이는 주파수 대 S21 dB 플롯의 최소값에 해당하고; (6) 2-포트 위상(예컨대 S21) 각도는 0이며, 낮은 주파수들의 음에서 높은 주파수들의 양으로 교차한다.
이러한 요구들을 해결하기 위해, 본 발명자들은 반도체들, RF 전자 장치들, 마이크로파 전자 장치들 및 광학 이미징을 위한 새로운 패키징 및 기판 재료로서 유리 세라믹(APEX® Glass ceramic)을 개발했다. APEX® 유리 세라믹은 1세대 반도체 장비를 사용하여 간단한 3단계 프로세스로 가공되며 최종 재료는 유리, 세라믹 또는 유리와 세라믹의 영역을 모두 포함하는 형태로 만들어질 수 있다. APEX® 유리 세라믹을 사용하면 다음과 같은 것들: 쉽게 제조되는 고밀도 비아들, 인덕터들, 세라믹상 커패시터들, 저항기들, 전송 라인들, 동축선들, 안테나, 마이크로프로세서, 메모리, 증폭기, 트랜지스터들, 매칭 네트워크들, RF 필터들(탱크 회로들, 노치 필터들, 대역 통과 필터들, 저역 통과 필터들, 고역 통과 필터들 등), RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 임피던스 매칭 요소들, 50Ω 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, EMI 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 멀티플렉서들 및/또는 다이플렉서들을 포함하는 전자 디바이스들 중 하나 또는 일부를 포함하는 SiP를 생성할 수 있다.
손실들, 왜곡/잡음들, 기생 신호들 및 열악한 성능 품질 요소를 제거한다. SiP에 직접 통합된 세라믹상 커패시터를 갖는 집중 소자 디바이스의 향상된 성능은 이제 작은 피처 크기와 결합할 수 있는 RF/마이크로파 디바이스의 기능이 극적으로 향상되었음을 입증했다. SiP에 직접 통합된 집중 소자 기반 디바이스들에는 RF 필터들, RF 서큘레이터들, RF 아이솔레이터들, 안테나, 임피던스 매칭 요소들, 50Ω 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, EMI 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 및/또는 다이플렉서들이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. SiP에 직접 통합된 이러한 집중 소자 디바이스들은 집적 회로들 디바이스들과 연결된다. 이러한 집적 회로들 디바이스들에는 마이크로프로세서들, 멀티플렉서들, 스위치들, 증폭기들 및 메모리들이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
특히 통합된 집중 소자 RF 디바이스가 있는 SiP는 기존 반도체 프로세싱 장비를 사용하여 APEX® Glass의 디바이스 패리티 설계로 생산되었다. APEX® Glass SiP의 통합된 집중 소자 RF 필터는 도 12에서 볼 수 있다. SiP 중앙의 열린 공간은 SiP를 완성하기 위한 집적 회로들의 배치를 위한 것이다. 도 13은 본 발명의 통합된 집중 소자 디바이스들을 갖는 유리 기반 SiP의 샘플링을 도시한다. SiP의 크기에 따라 단일 웨이퍼에 많은 수의 SiP들이 있을 수 있다. APEX® 유리 웨이퍼는 통합된 럼프 소자 디바이스들와 함께 500개 이상의 SiP로 채워진다.
완전히 통합된 집중 소자 디바이스를 갖는 SiP는 높은 온도 안정성, 우수한 기계적 및 전기적 특성들을 갖고 플라스틱들 및 많은 금속들보다 우수한 내화학성을 갖는 포토디파이너블 유리들로 생산될 수 있다. 발명가가 아는 한, 상업용 포토디파이너블 유리는 Schott Corporation에서 만든 FOTURAN™이 유일하다. FOTURANTM은 미량의 은 이온들을 함유하는 리튬-알루미늄-실리케이트 유리를 포함한다. 산화세륨의 흡수 대역 내에서 UV 광에 노출되면 산화세륨은 증감제들로 작용하여 광자를 흡수하고 전자를 잃으며 전자는 예컨대 인접한 산화은을 환원시켜 은 원자들을 형성한다,
Ce3+ + Ag+ = Ce4+ + Ag0
은 원자들은 베이킹 프로세스에서 은 나노 클러스터들로 합쳐지고 주변 유리의 결정화를 위한 핵 생성 사이트들을 유도한다. 마스크를 통해 UV 광선에 노출되면, 후속 열처리 중에 유리의 노출된 영역만 결정화할 것이다.
이 열처리는 유리 변태 온도에 가까운 온도(예컨대, FOTURAN®의 경우 공기 중에서 465℃ 이상)에서 수행되어야 한다. 결정상은 노출되지 않은 유리질의 비정질 영역들보다 불화수소산(HF)과 같은 에칭제들에 더 잘 용해된다. 특히, FOTURAN®의 결정질 영역은 10% HF에서 비정질 영역보다 약 20배 빠르게 에칭되어 노출된 영역들이 제거될 때 약 20:1의 벽 기울기 비율들을 갖는 미세 구조들이 가능하다. 본원에 참조로 포함되는, T. R. Dietrich 등의 "포토에처블 또는 포토디파이너블 유리를 활용한 마이크로시스템을 위한 제조 기술들", Microelectronic Engineering 30, 497(1996)을 참조하라.
바람직하게는, 성형된 유리 구조물은 적어도 하나 이상, 2차원 또는 3차원 유도 디바이스들을 포함한다. 유도 디바이스는 독립형 인덕터를 형성하기 위해 일련의 연결된 루프들을 만들어 형성된다. 루프들은 직사각형, 원형 타원형, 프랙탈 또는 유도를 생성하고 패터닝하는 기타 형상들일 수 있다. APEX® 유리의 패터닝된 영역은 도금이나 기상 증착을 포함한 다양한 방법들을 통해 금속, 합금들, 복합재들, 유리 또는 기타 자성 매체로 채워질 수 있다. 디바이스의 구조들(루프들, 턴들 또는 기타 유도 요소)의 크기 및 수와 결합된 매체의 자기 유전율은 디바이스들의 인덕턴스를 제공한다.
FOTURAN®은 Invenios(FOTURAN®의 미국 공급업체)가 제공한 정보에 설명되어 있으며 산화규소(SiO2) 75~85중량%, 산화리튬(Li2O) 7~11중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 3~6중량%, 산화나트륨(Na2O) 1~2중량%, 삼산화안티몬(Sb2O3) 또는 산화비소(As2O3) 0.2~0.5중량%, 산화은(Ag2O) 0.05~0.15 중량%, 및 산화세륨(CeO2) 0.01-0.04중량%로 구성된다. 본 명세서에 사용된 "APEX® 유리 세라믹", "APEX® 유리" 또는 간단히 "APEX®"라는 용어들은 본 발명의 유리 세라믹 조성물의 일 실시예를 나타내는 데 사용된다. 본 발명은 패키지의 다양한 필터들 및 시스템들에 사용되는 세라믹상 커패시터들의 제조를 위한 단일 재료 접근법을 제공한다.
일반적으로, 유리 세라믹 재료들은 성능, 균일성, 타인들에 의한 유용성 및 가용성 문제들로 인해 미세 구조 형성에 제한적인 성공을 거두었다. 과거의 유리-세라믹 재료들의 에칭 종횡비는 약 15:1인 반면, APEX® 유리의 평균 에칭 종횡비는 50:1 이상이다. 이를 통해 사용자들은 더 작고 깊은 피처들을 만들 수 있다. 또한 당사의 제조 프로세스를 통해 90% 이상의 제품 수율이 가능하다(기존 유리 수율은 50%에 가깝다). 마지막으로, 레거시 유리 세라믹들에서는 유리의 약 30%만이 세라믹상태로 변환되는 반면, APEX® Glass 세라믹에서는 이 변환이 70%에 가깝다.
APEX® 유리 조성물은 향상된 성능을 위한 세 가지 주요 메커니즘들을 제공한다: (1) 은 함량이 높을수록 입자 경계들에서 더 빨리 에칭되는 더 작은 세라믹 결정이 형성되고, (2) 실리카 함량이 감소하고(HF산에 의해 에칭되는 주요 구성 성분)은 노출되지 않은 재료의 원하지 않는 에칭을 감소시키며, (3) 알칼리 금속들과 산화붕소의 총 중량%가 높을수록 제조 중에서 훨씬 더 균질한 유리가 생성된다.
본 발명은 전자기 전송, 변압기들 및 필터링 응용들에 사용되는 유도성 구조들을 형성하는 데 사용하기 위한 유리 세라믹 구조를 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명은 유리-세라믹 기판의 다중 평면들에 생성된 유도성 소자 디바이스 구조들을 포함하며, 이러한 공정은 (a) 기판의 배향을 변경하거나 에너지원의 방향을 변경함으로써 노출이 다양한 각도들에서 발생하도록 여기 에너지에 대한 노출, (b) 베이킹 단계 및 (c) 에칭 단계를 사용한다. 각도 크기들은 예각이거나 둔각일 수 있다. 곡선 및 디지털 구조들은 대부분의 유리, 세라믹 또는 실리콘 기판들에서 생성하는 것이 불가능하지는 않더라도 어렵다. 본 발명은 유리-세라믹 기판에 대해 수직 및 수평 평면 모두에서 이러한 구조들을 생성할 수 있는 능력을 창출했다. 본 발명은 유리 세라믹 위에 또는 내에 인덕터 구조를 제조하는 방법을 포함한다.
유리의 세라믹화는 전체 유리 기판을 약 20J/cm2의 310nm 빛에 노출시킴으로써 이루어진다. 세라믹 내에 유리 공간들을 만들려고 할 때, 사용자들은 유리가 유리로 남아 있는 부분을 제외한 모든 재료를 노출시킨다. 일 실시예에서, 본 발명은 직경들이 다른 다양한 동심원들을 포함하는 석영/크롬 마스크를 제공한다.
본 발명은 DC 전기, 마이크로파, 무선 주파수 및 밀리미터파 응용들을 위한 포토디파이너블 유리 세라믹 구조 내에 또는 위에 유도 디바이스 및 세라믹상 커패시터들을 제조하는 방법을 포함한다. 유리 세라믹 기판은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 조성 변형들을 갖는 감광성 유리 기판일 수 있다: 60 - 76 중량 %의 실리카; 6 중량 % - 16 중량 %의 K2O 및 Na2O의 조합을 갖는 적어도 3 중량 %의 K2O; 0.003-1 중량 %의 Ag2O 및 Au2O로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 산화물; 0.003-2 중량 % Cu2O; 0.75 중량 % - 7 중량 % B2O3, 및 6 - 7 중량 % Al2O3; B2O3의 조합으로, 및 13 중량 %를 초과하지 않는 Al2O3; 8 - 15 중량 % Li2O; 및 0.001 - 0.1 중량 % CeO2. 이들 및 기타 다양한 조성물을 일반적으로 APEX® 또는 포토디파이너블 유리라고 한다.
노출된 부분은 유리 기판을 유리 변태 온도 근처의 온도로 가열함으로써 결정질 재료로 변태될 수 있다. 불화수소산과 같은 에칭액으로 유리 기판을 에칭할 때, 유리가 넓은 스펙트럼 중자외선(약 308-312nm) 투광 램프에 노출되면 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 이방성 에칭 비율은 30:1 이상이 되어 종횡비가 30:1 이상인 성형된 유리 구조물을 제공하고 유도성 구조를 생성한다. 노출을 위한 마스크는 유도성 구조/디바이스 생성을 위한 곡선 구조를 형성하기 위해 노출에 연속 그레이 스케일을 제공하는 하프톤 마스크일 수 있다. 하프톤 마스크 또는 그레이 스케일을 사용하면 디지털 마스크의 언더컷 노출 강도를 제어하여 디바이스 구조를 제어할 수 있고 유도성 구조/디바이스를 생성하기 위해 플러드 노출과 함께 사용할 수도 있다. 그런 다움 노출된 유리는 일반적으로 2단계 프로세스로 베이킹된다. 은 이온들을 은나노입자들로 합체시키는 데는 10분에서 2시간 동안 420℃~520℃의 온도 범위가 사용되며 산화리튬이 은 나노입자들 주위에 형성하는 데는 10분에서 2시간 동안 520℃~620℃의 온도 범위가 사용된다. 몇 시간 동안 리튬 산화물이 은 나노입자들 주위에 형성될 수 있다. 그런 다음 유리판이 에칭된다. 유리 기판은 일반적으로 부피 기준 5% ~ 10%의 HF 용액의 에칭액에서 에칭되고, 여기서 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 에칭 비율은 넓은 스펙트럼 중자외 투광광에 노출될 경우 적어도 30:1, 레이저로 노출될 경우 30:1보다 커야 성형된 유리 구조에 이방성 에치를 제공할 수 있다.
직사각형 바인드 비아 또는 기타 구조가 바람직한 세라믹상 커패시터 구조이다. 직사각형 바인드 비아 구조는 스루홀 비아를 생성하는 데 필요한 시간의 80% 동안 영역을 20J/cm2의 충분한 에너지로 노출시킨 다음 620℃에서 최소 10분 동안 베이킹하여 생성된다. 그런 다음 변환된 세라믹 영역을 10% HF 용액을 사용하여 에칭하여 포토디파이너블 유리의 얇아진 영역을 남긴다. 동일한 마스크를 사용하여 100% 시간 동안 20J/cm2의 직사각형 블라인드 비아를 정의한다. 이는 포토디파이너블 유리의 얇아진 세라믹 영역을 생성한다. 동일한 직사각형 마스크를 사용하여 포토디파이너블 유리의 얇은 세라믹 영역을 노출하는 포토레지스트 패턴을 만든다. 노출된 직사각형 패턴은 스퍼터링 시스템의 니켈의 플래시 코팅(<0.5μm)으로 금속화된다. 그런 다음 웨이퍼를 포토레지스트 스트리퍼에 넣어 포토레지스트를 제거한다. 그런 다음 웨이퍼를 DI 물로 헹구고 건조시킨다. 그런 다음 웨이퍼를 무전해 구리 전기도금조에 넣는다.
세라믹 커패시터는 세라믹 유전체 층이 기판에 수직인(직각인) 위치에서도 만들어질 수 있다. 두 개의 직사각형 패턴들은 스루홀 비아를 생성하는 데 필요한 시간을 100% 사용하여 20J/cm2로 노출된다. 본 발명의 한 구조는 도 1 및 도 2에서 볼 수 있다. 도 1은 본 발명의 커패시터(10)의 일 실시예의 평면도이며, 여기서 커패시터(10)는 커패시터 전극(14a, 14b)이 도시되어 있는 포토디파이너블 유리 기판(12) 상에 도시되어 있으며, 이 경우에는 서로 맞물린 것으로 도시되어 있다. 각 커패시터 전극(14a, 14b)을 개별 전기 회로들(도시되지 않음)에 연결하는 금속 연결부들(16a, 16b)가 도시되어 있다. 커패시터 전극(14a, 14b) 사이에 포토디파이너블 유리 기판의 세라믹상(18)이 도시된다.
도 2는 본 발명의 커패시터(10)의 측면도를 도시하며, 여기서 커패시터(10)는 포토디파이너블 유리 기판(12) 상에 도시된 커패시터 전극들(14a, 14b)을 포함하며, 이 경우에는 서로 맞물린 것으로 도시된다. 각 커패시터 전극들(14a, 14b)을 별도의 전기 회로(도시되지 않음)에 연결하는 금속 연결부들(16a, 16b)이 도시되어 있다. 커패시터 전극들(14a, 14b) 사이에 포토디파이너블 유리 기판의 세라믹상(18)이 도시된다.
도 3은 본 발명의 커패시터(10)의 또 다른 실시예의 평면도를 도시하며, 여기서 커패시터(20)는 상부 커패시터 전극(24a)이 도시되어 있는 포토디파이너블 유리 기판(22) 상에 도시되어 있다. 개별 전기 회로들에 연결되는 상부 커패시터 전극(24a 및 24b)(도 4 참조) 각각에 연결되는 금속 연결부들(26a, 26b)이 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 커패시터(20)의 측면/단면도이며, 여기서 커패시터(20)는 상부 커패시터 전극(24a) 및 하부 커패시터 전극(24b)이 도시되어 있는 포토디파이너블 유리 기판(22) 상에 도시되어 있다. 각 커패시터 전극(24a, 24b)을 개별 전기 회로들(도시되지 않음)에 연결하는 금속 연결부들(26a, 26b)이 도시되어 있다. 커패시터 전극들(24a, 24b) 사이에 포토디파이너블 유리 기판의 세라믹상(28)이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 커패시터는 두 개의 직사각형 패턴들을 노출하여 달성될 수 있다. 두 패턴들은 폭이 20μm이고 길이가 20μm이며 최소 15μm만큼 분리되어 있다. 그런 다음 표준 포토레지스트 스트리퍼를 사용하여 포토레지스트를 제거한다. 그런 다음 웨이퍼를 넣고 620℃에서 최소 10분 동안 베이킹한다. 직사각형 패턴은 포토디파이너블 유리의 세라믹상으로 변환되었다. 그런 다음 두 개의 평행한 직사각형 패턴들은 10% HF로 에칭된다. 두 개의 직사각형 스루홀 비아들을 분리하는 포토디파이너블 유리의 나머지 유리상은 스루홀 비아를 생성하는 데 필요한 시간의 100%로 20J/cm2로 노출된다. 그런 다음 포토디파이너블 웨이퍼를 620℃에서 최소 10분 동안 베이킹하여 스페이서 영역을 포토디파이너블 유리의 세라믹상으로 변환한다. 그런 다음 표준 전기 도금 프로세스를 사용하여 스루홀 비아를 채운다.
두 커패시터 구조 또는 이러한 커패시터 구조는 스퍼터링 금속화 시스템 또는 기타 박막 증착 시스템을 사용하여 200Å 두께의 티타늄 시드층을 사용하여 표준 구리 금속화를 통해 회로의 나머지 부분이나 본딩 패드들에 연결된다. 다음으로 구리 금속은 무전해 증착으로 증착된다. 구리 및 시드층은 표준 포토레지스트 및 구리 에칭 프로세스를 사용하여 패터닝되고 에칭된다.
포토디파이너블 유리의 세라믹상으로 만들어진 이러한 커패시터 구조와 다른 커패시터 구조는 모두 유리상 커패시터에 비해 훨씬 더 나은 성능을 갖는다. 유리상 커패시터에 비해 세라믹상의 유전 상수가 약간 감소한다. 도 8 참조하라. 이는 세라믹상 커패시터 구조의 면적이나 두께를 조금만 변경하여 보완할 수 있다. 즉, 세라믹상 커패시터의 낮은 탄젠트 손실 및 온도 안정성은 RF 전자 장치에서 상당한 성능 이점을 갖는다. 온도 안정성은 도 5 및 도 6에서 볼 수 있다. 손실 탄젠트가 낮을수록 배터리 수명, 신호 대 잡음, 전송 전력 및 기타 중요한 시스템 속성들에서 더 나은 성능을 제공한다. 이러한 향상된 성능 속성들은 손실 탄젠트와 같은 재료 특성들의 조합일 뿐만 아니라 생산 프로세스의 정밀도로 인한 것이기도 하다. 정밀 생산 프로세스를 통해 +/- 5% 이상의 허용오차를 갖는 RF 커패시터들 및 인덕터들이 생산된다.
통합 인덕터.
그런 다음 유리 기판은 일반적으로 부피 기준 5% ~ 10%의 HF 용액 에칭액에서 에칭된다. 완전히 통합된 인덕터 집중 소자 디바이스(들) 구조는 다음을 통해 생성된다:
본 발명을 이용한 유도 소자의 제조 프로세스는 시작 재료가 포토디파이너블 유리인 것을 나타내며, 이는 웨이퍼일 수 있고, 예를 들어, 표면 거칠기가 50nm 이하이고 표면 대 표면 평행도가 10% 이하이며 RMS 거칠기가 < 200Å인 1mm 두께의 APEX® 유리인 것이 바람직할 수 있다. 이 예에서는 SiP의 저항기 섹션과 그 제조를 보여준다. 직경 20μm이고 중앙에서 중앙까지 75μm 간격으로 배치된 스루홀 비아들의 패턴을 노출한다. 트로프 홀 비아들의 구체적인 배치에 대한 도 10을 참조하라. 다음으로, 구리를 전기도금하여 비아들을 채운다. 과잉 구리는 CMP 프로세스를 이용하여 제거하여 표면을 평탄화할 수 있다.
유리 구조를 통해 채워진 구리와 APEX® 유리 기판은 인덕터들용 비아를 연결하는 패턴이 있는 두 번째 포토 마스크를 사용하여 노출된다. 세라믹 비아들은 10% HF 용액을 사용하여 유리보다 우선적으로 에칭된다. 그런 다음 웨이퍼를 DI 물로 세척하고 회전 건조시킨다. 비아들은 비아들에 구리를 우선적으로 무전해 도금하여 채워진다. 그런 다음 기판과 과잉 구리 도금은 전통적인 CMP 프로세스를 사용하여 제거된다. 도 10을 참조하라.
다음으로, 포토마스크를 사용하여 포토디파이너블 유리 웨이퍼를 노출시켜 포토디파이너블 유리에 트렌치/직사각형 패턴을 생성한다. 포토디파이너블 유리는 310nm의 강도 ~ 20J/cm2의 방사선에 노출되고 노출된 패턴을 세라믹상으로 변환하기 위해 아르곤에서 600℃에서 10분간 베이킹된다.
구리로 채워진 스루홀 비아들 사이에 금속 연결부가 있는 포토디파이너블 유리 웨이퍼. 레지스터층이 증착될 수 있는 포토레지스트들을 통해 패턴을 생성하는 표준 프로세스에 따라 패턴을 노광하고 현상한다. 웨이퍼는 광 O2 플라즈마에 노출되어 패턴에 남아 있는 유기 재료를 제거한다. 다음으로, DC 스퍼터링 금속화 프로세스를 이용하여 니켈 박막(300Å)을 증착한다. 그런 다음 표준 포토레지스트 스트리퍼를 사용하여 포토레지스트를 제거한다. 패터닝된 니켈 위에 10μm의 구리가 도금된 무전해 구리 도금조에 니켈 패턴 박막을 넣는다. 인덕터를 완성하는 프로세스는 기판을 10% HF 용액에 넣어 직사각형의 패터닝된 세라믹상을 제거함으로써 달성된다. 인덕터는 본 발명의 커패시터에 연결될 수 있다.
코일들이 자립할 수 있도록 하여 인덕터의 품질 팩터 또는 Q를 향상시키기 위해 인덕터의 직사각형 윤곽선 내의 재료로 식별된 유리/세라믹 재료를 제거하라.
통합 저항기.
저항기가 있는 포토디파이너블 유리 웨이퍼는 먼저 표준 리프트오프 프로세스를 사용하여 원하는 치수 저항기를 생성하여 생성된다. 레지스터층이 증착될 수 있는 포토레지스트들을 통해 패턴을 생성하는 표준 프로세스에 따라 패턴을 노광하고 현상한다. 웨이퍼는 광 O2 플라즈마에 노출되어 패턴에 남아 있는 유기 재료를 제거한다. 일반적으로 이는 1분 동안 200W 순방향 전력으로 0.1mTorr에서 달성된다. 다음으로, 금속화 층(18), 예를 들어 탄탈륨, 티타늄, TiN, TiW, NiCr 또는 기타 유사한 매체의 박막이 증착된다. 일반적으로 증착은 진공 증착에 의해 수행된다. 시드층의 진공 증착은 40Å/min의 속도로 유리 기판에 리프트오프 패턴을 통해 탄탈륨을 DC 스퍼터링하여 수행될 수 있다. 통합된 저항기는 본 발명의 커패시터에 연결될 수 있다.
통합 세라믹상 IPD 성능.
이러한 제조 정밀도, 더 나은 재료 특성 및 온도 안정성은 더 높은 성능과 더 낮은 손실의 RF 회로를 가능하게 한다. 다양한 유형의 필터들의 이미지들을 도 12 내지 도 17에서 볼 수 있다. 이미지들은 세라믹상 커패시터들로 만들어진 대역 통과 및 저역 통과 필터를 보여준다. 도 18 내지 도 20은 본 발명을 사용하여 만들 수 있는 집중 소자들을 사용하는 도허티 증폭기, 전력 디바이더/결합기 및 서큘레이터의 레이아웃/설계들을 보여준다. 유리상 커패시터가 있는 필터와 비교하여 세라믹상 커패시터 필터의 결합된 성능은 도 11의 필터에서 볼 수 있다. 스케일로 인해 작아 보일 수 있지만 개선된 기능은 RF 회로/필터의 Q를 3dB(27dB에서 24dB로) 또는 50% 향상시킨다.
본 발명과 그 장점들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들, 대체들 및 변경들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 원하는 회로 성능이나 재료 호환성이 필요한 경우에 SiP는 포토디파이너블 유리 기반 디바이스들 중 하나 대신 저항기, 커패시터 또는 인덕터의 SMD 버전을 사용하도록 선택할 수 있다. 하나 이상의 요소들에 대해 SMD 버전을 사용하면, 조립 및 패키징 시 특별한 주의가 필요한 SiP의 기생 생성 잡음이 발생할 것이다. 또한, 본 특허 출원의 범위는 명세서에 설명된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법들 및 단계들의 특정 실시예들로 제한되도록 의도되지 않는다. 당업자가 본 발명의 개시를 통해 쉽게 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 본 명세서에 기재된 대응하는 실시예들와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 프로세스, 기계들, 제조, 물질의 조성들, 수단, 방법들 또는 단계들이 현재 존재하거나 향후 개발될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 그러한 프로세스, 기계들, 제조, 물질의 조성들, 수단, 방법들 또는 단계들을 그 범위 내에 포함하도록 의도된다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 감광성 유리 기판 위에 또는 내에 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계로서, 감광성 유리 기판의 일부는 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 커패시터 전극들을 형성하는 단계; 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계; 적어도 10분 동안 감광성 유리 기판을 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하거나, 상기 단계들로 본질적으로 구성되거나, 상기 단계들로 구성되는, 포토디파이너블 유리 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법을 포함한다. 일 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판의 대향 표면들에 2개 이상의 커패시터들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 유리 결정 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 유리 결정 유전체는 세라믹상에 있다. 다른 양상에 있어서, 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP(system-in-a-package)에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스를 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제1 커패시터 전극; 제1 커패시터 전극에 인접한 감광성 유리 기판으로부터 제자리에 형성된 유리 결정 유전체; 및 유리-결정질 유전체에 인접하고 제1 전극 반대편에서 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제2 커패시터 전극을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성되는, 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 세라믹상 커패시터 디바이스를 포함한다. 일 양상에 있어서, 제1 및 제2 커패시터 전극들은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 제1 및 제2 커패시터 전극들은 감광성 유리 기판의 대향 표면들에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 유리 결정 유전체는 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 형성된다. 다른 양상에 있어서, 디바이스는 제1 커패시터 전극에 연결된 제1 금속 커넥터 및 제2 커패시터 전극에 연결된 제2 금속 커넥터를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결되고 SiP에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결되고 SiP 내에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결되고 SiP 내에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기 중 하나에 연결되고 SiP에 있다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결된다. 다른 양상에 있어서, 세라믹상 커패시터는 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기, 또는 다이플레서에 연결된다.
감광성 유리 기판 위에 또는 내에 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계, 감광성 유리 기판의 일부는 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계; 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계; 적어도 10분 동안 감광성 유리 기판을 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하거나, 상기 단계들로 본질적으로 구성되거나, 상기 단계로 구성되는, 포토디파이너블 유리 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법을 포함한다. 일 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판 내의 비아들에 2개 이상의 커패시터 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판의 대향 표면들에 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 감광성 유리 기판에 평행한 표면 상에 유리 결정 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하며, 유리 결정 유전체는 세라믹상에 있다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 분할기에 연결하는 단계를 더 포함한다. 다른 양상에 있어서, 방법은 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에서 논의된 임의의 실시예는 본 발명의 임의의 방법, 키트, 시약 또는 조성물에 대해 구현될 수 있고, 그 반대도 가능하다는 것이 고려된다. 또한, 본 발명의 조성물들은 본 발명의 방법들을 달성하는데 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 특정 실시예는 예시로서 나타낸 것이며 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 주요 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 실시예들에 채용될 수 있다. 당업자는 단지 일상적인 실험을 사용하여 여기에 설명된 특정 절차들에 대한 수많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 그러한 균등물들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되며 청구항들에 의해 보호된다.
명세서에 언급된 모든 간행물들 및 특허 출원들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련된 기술 수준을 나타낸다. 모든 간행물들 및 특허 출원들은 각각의 개별 간행물 또는 특허 출원이 참조로 포함되도록 구체적이고 개별적으로 표시된 것과 동일한 정도로 참조로 여기에 포함된다.
청구항들 및/또는 명세서에서 "포함하는"이라는 용어와 함께 사용될 때 단어 부정관사("a" 또는 "an")의 사용은 "하나"를 의미할 수 있지만, "하나 이상의", '적어도 하나', '하나 또는 하나보다 많은'의 의미와도 일치한다. 청구항들에서 "또는"이라는 용어의 사용은 본 개시에서는 대안과 "및/또는"만을 지칭하는 정의를 뒷받침하지만, 대안들만을 언급하거나 대안이 상호 배타적이라고 명시적으로 나타내지 않는 한 "및/또는"을 의미하는 데 사용된다. 본 출원 전반에 걸쳐, "약"이라는 용어는 값이 디바이스에 대한 고유한 오류 변동, 값을 결정하기 위해 사용되는 방법, 또는 연구 대상들 사이에 존재하는 변동을 포함함을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서 및 청구항(들)에 사용된 바와 같이, 단어들 "포함하는"(및 "포함한다(comprise)" 및 "포함한다(comprises)"와 같은 포함하는의 임의의 형태), "갖는"(및 "가지는(have)" 및 "가지는(has)"과 같은 가지는의 임의의 형태)", “구비하는”(및 “구비한다(includes)” 및 “구비한다(include)”와 같은 구비하는의 임의의 형태) 또는 “함유하는”(및 “함유한다(contains)” 및 “함유한다(contain)”와 같은 함유하는의 임의의 형태)은 포괄적이거나 개방적이며 추가적인, 기재되지 않은 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 본 명세서에 제공된 임의의 조성물들 및 방법들 중 어느 하나의 실시예들에서, "포함하는"은 "필수적으로 구성되는" 또는 "구성되는"으로 대체될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "필수적으로 구성되는"이라는 문구는 청구된 발명의 특성 또는 기능에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들뿐만 아니라 특정된 정수(들) 또는 단계들을 요구한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "구성된"이라는 용어는 기재된 정수(예를 들어, 특징, 요소, 특성, 속성, 방법/프로세스 단계 또는 제한) 또는 정수들의 그룹(예를 들어, 특징(들), 요소(들), 특성(들), 속성(들), 방법/프로세스(들) 단계들 또는 제한(들))의 존재만을 나타내는 데 사용된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "또는 이들의 조합"은 용어 앞에 나열된 항목들의 모든 순열들 및 조합들을 가리킨다. 예를 들어, "A, B, C 또는 이들의 조합"은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하도록 의도되고, 특정 상황에서 순서가 중요한 경우, 또한 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB를 포함하도록 의도된다. 이 예를 계속하면, BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같이 하나 이상의 항목 또는 용어의 반복들을 포함하는 조합들이 명시적으로 포함된다. 당업자는 문맥상 달리 명백하지 않는 한 일반적으로 임의의 조합에서 항목들 또는 용어들의 수에 제한이 없다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 제한 없이 "약", "실질적인" 또는 "실질적으로"와 같은 근사 표현은 그렇게 수정될 때 반드시 절대적이거나 완벽하지는 않지만 당업자에게 충분히 근접하여 해당 조건이 존재하는 것으로 지정할 수 있는 것으로 간주될 수 있는 조건을 가리킨다. 설명이 달라질 수 있는 정도는 변경이 얼마나 크게 이루어질 수 있는지 그리고 여전히 당업자가 수정된 특징을 수정되지 않은 특징의 요구되는 특징들 및 능력들을 갖는 것으로 인식할 수 있는지에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 그러나 이전 논의에 따라, "약"과 같은 근사 단어에 의해 수정된 본 명세서의 수치는 기재된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%만큼 달라질 수 있다.
본 명세서에 개시되고 청구된 모든 디바이스들 및/또는 방법들은 본 개시 내용에 비추어 과도한 실험 없이 만들어지고 실행될 수 있다. 본 발명의 조성물들 및 방법들이 특정 실시예들의 관점에서 기술되었지만, 본 발명의 개념, 정신 및 범위를 벗어나지 않고 변형들이 조성물들 및/또는 방법들에 그리고 단계들 또는 본 명세서에 기재된 방법의 단계들의 순서에 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 그러한 모든 유사한 대체들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 정신, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.
Claims (28)
- 포토디파이너블 유리(photo-definable glass) 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터(ceramic phase capacitor)를 생성하는 방법에 있어서,
감광성 유리 기판 위에 또는 내에 상기 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계로서, 상기 감광성 유리 기판의 일부는 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계;
상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 상기 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계;
적어도 10분 동안 상기 감광성 유리 기판을 상기 감광성 유리 기판의 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계;
상기 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 상기 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및
상기 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법. - 제1 항에 있어서, 상기 감광성 유리 기판 내의 비아들에 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 감광성 유리 기판의 대향 표면들 위에 상기 2개 이상의 커패시터들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 상기 유리 결정 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 유리 결정 유전체는 세라믹상에 있는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP(system-in-a-package)에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 상기 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제1 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 세라믹상 커패시터 디바이스에 있어서,
상기 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제1 커패시터 전극;
상기 제1 커패시터 전극에 인접한 상기 감광성 유리 기판으로부터 제자리에 형성된 유리 결정 유전체; 및
상기 유리 결정질 유전체에 인접하고 상기 제1 전극 반대편에서 상기 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 형성된 제2 커패시터 전극을 포함하는, 세라믹상 커패시터 디바이스. - 제11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커패시터 전극들은 상기 감광성 유리 기판 내의 비아들에 형성되는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커패시터 전극들은 상기 감광성 유리 기판의 대향 표면들 위에 형성되는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 유리 결정 유전체는 상기 감광성 유리 기판에 평행한 표면 위에 형성되는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 제1 커패시터 전극에 연결된 제1 금속 커넥터 및 상기 제2 커패시터 전극에 연결된 제2 금속 커넥터를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결되고 SiP 내에 있는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 서큘레이터에 연결되고 SiP 내에 있는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결되고 SiP 내에 있는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결되고 SiP에 있는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 상기 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결되는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 제11 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터는 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 또는 다이플렉서들에 연결되는, 세라믹상 커패시터 디바이스.
- 포토디파이너블 유리 내에 또는 위에 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법에 있어서,
감광성 유리 기판 위에 또는 내에 상기 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계로서, 상기 감광성 유리 기판의 일부는 상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는, 상기 세라믹상 커패시터의 2개 이상의 커패시터 전극들을 형성하는 단계;
상기 2개 이상의 커패시터 전극들을 분리하는 상기 감광성 유리 기판의 일부를 활성화 에너지원에 노출시키는 단계;
적어도 10분 동안 상기 감광성 유리 기판을 유리 전이 온도 이상으로 가열하는 단계;
상기 감광성 유리 기판의 노출된 부분을 유리 결정 유전체로 변환하기 위해 상기 감광성 유리 기판을 냉각시키는 단계; 및
상기 2개 이상의 커패시터 전극들에 전기 연결부들을 형성하는 단계를 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법. - 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 아이솔레이터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스를 갖는 서큘레이터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 RF 필터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 SiP에 통합된 럼프 소자 디바이스들을 갖는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 노치 필터, 대역 통과 필터, 또는 변압기 중 적어도 하나에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 감광성 유리 기판 내에 또는 위에 있는 전력 결합기 또는 전력 스플리터에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
- 제22 항에 있어서, 상기 세라믹상 커패시터를 하나 이상의 안테나들, 임피던스 매칭 요소들, 50옴 종단 요소들, 통합 접지면들, RF 차폐 요소들, 전자기 간섭 차폐 요소들, RF 결합기들, RF 스플리터들, 변압기들, 스위치들, 전력 스플리터들, 전력 결합기들 또는 다이플렉서들에 연결하는 단계를 더 포함하는, 세라믹상 커패시터를 생성하는 방법.
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