In this paper, a high-quality low-temperature co-fired ceramic (LTCC) solenoid inductor using a solder ball and an air cavity on a silicon wafer for three-dimensional (3-D) system-in-package (SiP) is proposed. The LTCC multi-layer solenoid inductor is attached using Ag paste and solder ball on a silicon wafer with the air cavity structure. The air cavity is formed on a silicon wafer through an anisotropic wet-etching technology and is able to isolate the LTCC dielectric loss which is equivalent to a low k material effect. The electrical coupling between the metal layer and the LTCC dielectric layer is decreased by adopting the air cavity. The LTCC solenoid inductor using the solder ball and the air cavity on silicon wafer has an improved Q factor and self-resonant frequency (SRF) by reducing the LTCC dielectric resistance and parasitic capacitance. Also, 3-D device stacking technologies provide an effective path to the miniaturization of electronic systems.
무선 통신에 사용되는 기판에서 passive device는 대부분 기판 위에 개별적으로 표면 실장 되고 있으며 전체 기판면적에 80% 정도를 차지하고 있다. 따라서 기판의 소형화, 경량화를 위하여 많은 면적을 차지하는 수동소자들을 다층인쇄회로기판(multi-layer circuit board)에 내장하는 내장형 수동소자(embedded passive device) 기술이 연구되고 있다. 본 연구원에서 개발한 복합재료는 무기물 충전제 $SrTiO_3$를 사용하였으며, 열가소성 수지로는 cyclo-olefin-polymer계열의 수지를 바탕으로 제작 하였고, 유전율7~7.5이고 유전손실은 0.0045이다. 또한 $SrTiO_3$/유기물 복합재료는 공정온도가 낮고 경제적인 유기물에 높은 유전상수를 갖는 무기물이 분산되어 있는 형태이며, 우수한 유전 특성, 화학적 안정성, 저온 제조공정, 제조단가의 감소, 패키징 크기의 감소 등의 장점을 갖는다. 개발된 재료를 기반으로 Multi-layer 구조를 이용한 다양한 용량대의 capacitor를 구현 하였으며, spiral inductor 와 내장형 spiral inductor를 구현하여 다양한 용량대의 inductor를 구현 하였다. 그리고 각각의 구조에 따른 inductance와 Q factor를 분석 하였으며, Q factor가 100이상인 high Q inductor도 구현하였다. 이렇게 구현된 내장형 수동소자는 기판의 크기의 감소와 제조 단가의 절감, 최소 크기의 기판을 구현하는데 응용이 가능 할 것으로 예상 된다.
Line width under $100\;{\mu}m$ with good resolution is difficult to achieve using conventional thick-film process utilizing screen printing method. However combined with lithography technology finer line and space for miniaturization and highly integrated package is achievable. In this study, photosensitive Ag paste of optimum formulation used for thick film lithography technology was fabricated by various Ag powder, glass powder and additives. As the result, line width of $30\;{\mu}m$ with good definition and reduced mismatch during co-firing with LTCC substrate was acquired. Formulated Ag paste was used to pattern embedded fine line inductor with over 90% yield.
Embedded Laminate Embedded RF Functional Blocks.Base Library of Laminate Embedded Filters and Baluns developed for 2.4GHz Applications -S-Parameters are provided at connection points -Utilizes a low cost 2 core construction.Statistical Variation Study in Report Phase.Measurements over variants show solid performance.Filters and Baluns are available for customer use.Laminate Embedded RF Functions - Various Filters, BALUNs, couplers, etc. for Bluetooth, 802.11, and Cellular.LTCC Embedded RF Functions - Various Filters, BALLNs, Diplexers, Antenna Switches, couplers, etc. for Bluetooth, 802.11, and Cellular.Eulbedded Passives - Various Inductor topologies Performance different than ideal or discrete inductor Must look at inductor performance in overall RF function - Working on embedded ceramic capacitors in laminate . Embedded Shields - Program in place to identify and define key design rules
In this paper, a high power RF amplifier module using AlN substrate of high thermal conductivity has been proposed. This RF amplifier module has the advantage of compact size and effective heat dissipation for the packaging of high power chip. To fabricate the thru-hole and scribing line on AlN substrate, the key parameters of $CO_2$ laser were experimented. And then, microstrip lines and spiral planar inductors were fabricated on an AlN substrate using the thin-film process. The fabricated microstrip lines on the AlN substrate has an attenuation value of 0.1 dB/mm up to 10 GHz. The fabricated spiral planar inductor has a high quality factor, a maximum of about 62 at 1 GHz for a 5.65 nH inductor. Packaging of a RF power amplifier was implemented on an AlN substrate with thru-hole. From the measured results, the gain is 24 dB from 13 to 15 GHz and the output power is 33.65 dBm(2.3 W).
동시 소성으로 LCR network을 구성하기 위한90$0^{\circ}C$ 소성용 Ru계 저항체를 제조하 였다. 동시 소성에 요구되는 최종온도에 이르기 위해서는 90$0^{\circ}C$에서 용융되는 유리상을 제 조하는 것이 필수적이다. 이 90$0^{\circ}C$소결용 저항 페이스트는 가장 낮은 용융온도를 갖는 PbO 의 양을 감소시키고 알루미나와 실리카의 양을 증가시켜 제조하였다. 본 연구에서는 ferrite 로 이루어진 inductor 그린쉬트 위에 ruthenate 저항체를 인쇄하여 동시소성한후 그 복합체 의 저항 특서에대하여 고찰하였다. PbO의 양이 감소될수록 복합 기판의 면적저항은 증가 되었고 inductor 기판 위에 잔류되는 저항페이스트의 양도 함께 증가하였다.
As the performance and density of IC devices increase, especially the clock frequency increases, power grid network integrity problems become more challenging. To resolve these power integrity problems, the use of passive devices such as resistor, inductor, and capacitor is very important. To manage the power integrity with little noise or ripple, decoupling capacitors are essential in electronic packaging. The decoupling capacitors are classified into voltage regulator capacitor, board capacitor, package capacitor, and on-chip capacitor. For next generation packaging technologies such as 3D packaging or wafer level packaging on-chip MIM decoupling capacitor is the key element for power distribution and delivery management. This paper reviews the use and necessity of on-chip decoupling capacitor.
본 논문에서는 LCP(Liquid Crystal Polymer) 기판을 적용하여 35 GHz 대역 회로에서 사용될 수 있는 커패시터 및 인덕터를 다양한 용량으로 구현하였다. 회로에 적용하는 데에 따라 높은 용량을 갖는 수동소자가 필요하고, 이는 기본 구조인 전극형 커패시터와 Spiral 구조 인덕터로 설계할 수 있으나, 이 구조는 SRF(Self-Resonant Frequency)가 사용 주파수인 35 GHz 보다 낮아 고주파 영역에서는 사용 불가능하다. 이러한 주파수 한계를 발견하여, 본 논문에서는 DC와 고주파 영역 사용 수동소자를 분류하여 고안하였다. 기본 구조는 DC와 같은 낮은 주파수 사용에 적합하며, 35 GHz 대역인 고주파용으로는 마이크로스트립 λ/8 길이 stub 구조로 설계하였으며, open 및 short stub 구조는 각각 커패시터 및 인덕터로 동작하고, stub의 임피던스로부터 계산식을 통해 용량 값을 추출할 수 있다. 유전율 2.9인 LCP 기판으로 제작하고 측정하여, DC 사용 기본 구조 커패시터와 인덕터는 각각 1.12 ~ 13.9 pF, 0.96 ~ 4.69 nH 용량의 라이브러리를 구성하였다. 고주파 영역에서 사용 가능한 stub 구조의 커패시터와 인덕터는 각각 0.07 ~ 2.88 pF, 0.34 ~ 1.27 nH 으로 라이브러리를 구축하였다. 측정을 통해 용량 값을 다양화하는 방법을 검증하였으므로 더욱 세분화된 라이브러리를 구축할 수 있으며, 이들은 사용 주파수 35 GHz 대역의 TRM(Transmit-Receive Module)에서 동작 회로와 집적화가 가능하고, 회로에 적절히 활용될 수 있는 수동소자의 대안이 될 것이다.
In this paper, fully embedded 2.4GHz WLAN band pass filter (BPF) was investigated into a multi-layered organic packaging substrate using high Q spiral stacked inductors and high Dk MIM capacitors for low cost RF System on Package (SOP) applications. The proposed 2.4GHz WLAN BPF was designed by modifying chebyshev second order filter circuit topology. It was comprised of two parallel LC resonators for obtaining two transmission zeros. It was designed by using 2D circuit and 3D EM simulators for finding out optimal geometries and verifying their applicability. It exhibited an insertion loss of max -1.7dB and return loss of min -l7dB. The two transmission zeros were observed at 1.85 and 6.7GHz, respectively. In the low frequency band of $1.8GHz{\sim}1.9GHz$, the stop band suppression of min -23dB was achieved. In the high frequency band of $4.1GHz{\sim}5.4GHz$, the stop band suppression of min -l8dB was obtained. It was the first embedded and the smallest one of the filters formed into the organic packaging substrate. It has a size of $2.2{\times}1.8{\times}0.77mm^3$.
본 연구에서는 습식법으로 합성된 초미세분말을 원료로 사용하여 제조된 (NiCuZn)-ferrite와 시약급원료를 사용하여 제조된 (NiCuZn)-ferrite의 저온소결 특성 및 전자기적 특성을 고찰하고, 상호 비교 분석하였다. 조성은$(Ni_{0.4-x}Cu_xZn_{0.6})_{1+w}(Fe_2O_4)_{1-w}$에서 x의 값을 0.2, w의 값은 0.03으로 고정하였고, 소결은 습식법으로 합성된 분말의 경우, 초기열처리과정을 거쳐 최종적으로 $900^{\circ}C$에서, 건식법의 경우 $1150^{\circ}C$의 온도에서 진행하였다. 그 결과, 습식법으로 제조된 (NiCuZn)-ferrite는 건식법으로 제조된 (NiCuZn)-ferrite보다 $200^{\circ}C$이상 낮은 소결온도에서 높은 소결밀도 값을 가졌으며, 품질계수 등 칩인덕터에서 중요한 요소인 전자기적 특성이 우수하게 나타났다. 또한, 습식법으로 합성된 페라이트는 분말의 초기열처리온도에 따라 최종소결 특성이 크게 변하였다. 그 밖에 습식법과 건식법으로 합성한(NiCuZn)-ferrite의 결정성, 미세구조들을 XRD, SEM, TEM을 이용하여 비교 고찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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