KR20100018963A

KR20100018963A - A slot-coupled patch antenna based on rf-mems packaging and fabrication method thereof

Info

Publication number: KR20100018963A
Application number: KR1020080077738A
Authority: KR
Inventors: 백창욱; 임성준
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: KR101012175B1

Abstract

RF-MEMS 패키징 플랫폼을 기반으로 안테나를 효율적으로 집적화할 수 있는 구조의 안테나를 개시한다. 상기 안테나는 상면에 패치 모양의 방사체를 구비하고, 저면에 테두리부를 구비하며 상기 테두리부를 제외한 저면에 슬롯을 구비한 금속 박막 형태의 접지면을 가지는 유전체 기판;및 상기 유전체 기판의 하부에 이격되어 형성되고, 상면에 신호선을 구비하여 상기 유전체 기판과는 상기 테두리부를 통해 접합되며, 상기 유전체 기판과 함께 내부공간을 형성하는 RF-MEMS 소자용 유전체 기판을 포함한다. 단일 공정으로 RF-MEMS 패키징과 안테나를 함께 제작할 수 있어 안테나의 집적도를 높일 수 있다.An antenna having a structure capable of efficiently integrating an antenna based on an RF-MEMS packaging platform is disclosed. The antenna may include a dielectric substrate having a patch-like radiator on an upper surface, an edge portion on a bottom surface thereof, and a ground plane in the form of a metal thin film having a slot on a bottom surface thereof except for the edge portion; And a dielectric substrate having a signal line on an upper surface thereof, the dielectric substrate being bonded to the dielectric substrate through the edge portion, and forming an internal space together with the dielectric substrate. RF-MEMS packaging and antennas can be fabricated together in a single process, increasing antenna integration.

Description

A slot-coupled patch antenna based on RF-MEMS packaging and fabrication method

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 RF-MEMS 패키징과 안테나를 효율적으로 집적화할 수 있는 구조의 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna, and more particularly, to an antenna having a structure capable of efficiently integrating an RF-MEMS packaging and an antenna.

최근 쾌적한 유비쿼터스 사회를 실현하기 위해 무선기술은 현저하게 진화되고 있다. 향후, 통신속도의 고속화와 접속의 쾌적성을 추구하면, 휴대단말기를 비롯한 무선기기 내부의 부품, 특히 수동 부품수의 증대가 큰 문제로 되고 있다. 이에 대해, 부품의 대폭적인 소형화를 가능하게 하는 RF-MEMS(Radio Frequency-Micro Electro Mechanical System)기술이 주목 받고 있다Recently, wireless technology has evolved significantly to realize a pleasant ubiquitous society. In the future, when the communication speed is increased and the comfort of the connection is pursued, an increase in the number of components inside the wireless device including the mobile terminal, especially the passive components, has become a big problem. In this regard, RF-MEMS (Radio Frequency-Micro Electro Mechanical System) technology, which enables the miniaturization of components, has attracted attention.

MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술은 기계적인 미소 구조를 주로 반도체 기판상에 만들어 붙여 극소의 액추에이터나 센서, 공진기 등의 장치를 제작하는 기술을 말한다. 기계 구조를 도입함으로써 반도체 장치에서는 얻을 수 없는 높은 성능과 사이즈의 소형화를 동시에 실현할 수 있다. 이 기술을 무선시스템 내 RF 프론트 엔드에 적용한 것이 RF-MEMS이다. MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology refers to a technology that manufactures devices such as micro actuators, sensors, and resonators by making a mechanical microstructure mainly on a semiconductor substrate. By introducing a mechanical structure, high performance and size reduction that are not possible with semiconductor devices can be realized simultaneously. RF-MEMS applies this technology to the RF front end in wireless systems.

일반적으로 RF-MEMS 소자로는 저손실 마이크로스위치(low loss microswitch), 튜너블 MEMS 커패시터(tunable MEMS capacitors), 저손실 필터(low loss filter), high-Q 인덕터(high-Q inductor) 및 MEMS 안테나(MEMS antenna) 등이 있다. RF-MEMS는 낮은 손실과 적은 전력 소모, 높은 선형도 등과 같은 뛰어난 RF 성능으로 인해 차세대 가변 소자로서 많은 관심을 받고 있다. 특히, 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서 RF-MEMS 는 위상 배열 안테나(phased-array antenna), 재구성 가능한(Reconfigurable) 안테나, 스마트 안테나 및 다중 입출력 시스템 등에 활용될 수 있다. 한편, 이러한 응용 분야들을 제품화하기 위해서는 RF-MEMS의 신뢰성 있는 동작과 적절한 사용 수명들이 보장되어야하기 때문에 패키징이 고려되어야 한다. RF-MEMS를 가변 소자화하여 집적화한 안테나의 경우, 저손실 및 저전력 특성으로 인해, 안테나의 고효율 및 저전력 동작을 가능케 한다. 전술한 바와 같이 신뢰성 있는 동작을 위해서는 최종적으로 패키징까지 고려된 RF-MEMS와 안테나의 집적화가 이루어져야 한다. 하지만, 현재까지 RF-MEMS 패키징과 안테나를 효율적으로 집적화한 구조의 안테나는 아직 없는 실정이다.RF-MEMS devices typically include low loss microswitches, tunable MEMS capacitors, low loss filters, high-Q inductors, and MEMS antennas (MEMS). antenna). RF-MEMS has attracted much attention as a next-generation variable device due to its excellent RF performance such as low loss, low power consumption and high linearity. In particular, in the microwave and millimeter wave bands, RF-MEMS can be used for a phased-array antenna, a reconfigurable antenna, a smart antenna, and a multiple input / output system. On the other hand, packaging must be considered in order to commercialize these applications because the reliable operation and proper service life of RF-MEMS must be guaranteed. In the case of an antenna integrated with a variable element of RF-MEMS, the antenna has high efficiency and low power operation due to low loss and low power characteristics. As described above, for reliable operation, RF-MEMS and antennas must be integrated in consideration of packaging. However, up to now, there is no antenna having a structure in which RF-MEMS packaging and antennas are efficiently integrated.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 RF-MEMS 소자와 안테나를 MEMS 패키징 기술을 기반으로 효율적으로 집적화할 수 있는 구조의 안테나 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an antenna having a structure capable of efficiently integrating an RF-MEMS device and an antenna based on MEMS packaging technology, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 양태에 따르면 상면에 패치 모양의 방사체를 구비하고, 저면에 테두리부를 구비하며 상기 테두리부를 제외한 저면에 슬롯을 구비한 금속 박막 형태의 접지면을 가지는 유전체 기판, 및 상기 유전체 기판의 하부에 이격되어 형성되고, 상면에 신호선을 구비하여 상기 유전체 기판과는 상기 테두리부를 통해 접합되며, 상기 유전체 기판과 함께 내부공간을 형성하는 RF-MEMS 소자용 유전체 기판을 포함하는 안테나를 제공한다. 상기 RF-MEMS 소자용 유전체 기판 상의 신호선에 RF-MEMS 스위치 혹은 RF-MEMS 튜너블 커패시터 등의 RF-MEMS 소자가 탑재될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a dielectric substrate having a ground plane in the form of a metal thin film having a patch-shaped radiator on an upper surface, an edge portion on a bottom surface, and a slot on a bottom surface except the edge portion, and a lower portion of the dielectric substrate. Provided is an antenna comprising a dielectric substrate for RF-MEMS device is formed spaced apart from each other, and having a signal line on the upper surface is bonded to the dielectric substrate through the edge portion, and forms an internal space with the dielectric substrate. An RF-MEMS device such as an RF-MEMS switch or an RF-MEMS tunable capacitor may be mounted on the signal line on the dielectric substrate for the RF-MEMS device.

본 발명의 다른 양태에 따르면 유전체 기판의 상면에 패치 모양의 방사체를 형성하는 단계, 상기 유전체 기판의 저면에 테두리부를 형성하는 단계, 상기 유전체 기판의 저면 중 상기 테두리부를 제외한 부분에 슬롯을 구비한 금속 박막 형태의 접지면을 형성하는 단계, RF-MEMS 소자용 유전체 기판의 상면에 신호선을 형성하는 단계, 및 상기 유전체 기판과 상기 RF-MEMS 소자용 유전체 기판을 상기 테두리부를 통해 접합하는 단계를 포함하는 안테나의 제조방법을 제공한다. 상기 방사 체 또는 상기 접지면은 금속 박막의 리프트-오프 공정, 금속 증착 및 식각 공정, 및 금속 도금 공정 중 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있다.According to another aspect of the invention, forming a patch-shaped radiator on the upper surface of the dielectric substrate, forming an edge portion on the bottom surface of the dielectric substrate, a metal having a slot in the portion of the bottom surface of the dielectric substrate, except for the edge portion Forming a thin film-type ground plane, forming a signal line on an upper surface of the RF-MEMS device dielectric substrate, and bonding the dielectric substrate and the RF-MEMS device dielectric substrate through the edge portion; It provides a method of manufacturing an antenna. The radiator or the ground plane may be formed using at least one of a lift-off process of a metal thin film, a metal deposition and etching process, and a metal plating process.

RF-MEMS 패키징 물질을 안테나의 유전 물질로 활용함으로써, RF-MEMS 패키징 공정만으로 RF-MEMS가 탑재된 안테나까지 제작할 수 있다. 단일 공정으로 RF-MEMS 패키징과 안테나를 함께 제작할 수 있어 안테나의 집적도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 공정 단계를 줄임으로써 생산 단가도 줄일 수 있는 장점을 가진다. 재구성 가능한(Reconfigurable) 안테나, RF 필터 및 RF-MEMS 패키징 분야에 응용될 수 있다.By using the RF-MEMS packaging material as the dielectric material of the antenna, it is possible to manufacture an antenna equipped with the RF-MEMS using only the RF-MEMS packaging process. The RF-MEMS packaging and the antenna can be manufactured together in a single process, which not only increases the integration of the antenna but also reduces the production cost by reducing the process steps. Applications include reconfigurable antennas, RF filters and RF-MEMS packaging.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are provided to aid the understanding of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 평면도, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.Figure 1a is a plan view of an antenna according to an embodiment of the present invention, Figure 1b is a view showing the structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 패치 모양의 방사체(130)와 슬롯(150) 결합형의 급전(feeding) 구조로 이루어진다. 특히, RF-MEMS의 패키징 물질을 안테나의 유전 물질로 이용하기 위해서 본 발명의 실시예 에 따른 안테나는 슬롯(150) 결합 방식으로 급전된다. 패치 모양의 방사체(130)는 원형인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1A, an antenna according to an exemplary embodiment of the present invention has a feeding structure having a patch-shaped radiator 130 and a slot 150. In particular, in order to use the packaging material of the RF-MEMS as the dielectric material of the antenna, the antenna according to the embodiment of the present invention is fed in a slot 150 coupling manner. The patch-shaped radiator 130 is preferably circular.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 위로부터 상면에 패치 모양의 방사체(130)를 구비한 유전체 기판(110)이 배치되고, 유전체 기판(110)의 저면에 테두리부(120)가 형성된다. 유전체 기판(110)의 저면에 테두리부(120)를 제외한 부분에는 슬롯(150)을 구비한 금속 박막 형태의 접지면(140)이 형성된다. 테두리부(120) 아래에는 테두리부(120)와 같은 형태의 접합 접착층(160)이 형성된다. 접합 접착층(160) 아래에는 상면에 신호선(220)을 구비한 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)이 배치되어 유전체 기판(110)과 소자용 유전체 기판(210)은 테두리부(120) 및 접합 접착층(160)을 매개로 하여 접착된다. Referring to FIG. 1B, in the antenna according to the embodiment of the present invention, a dielectric substrate 110 having a patch-shaped radiator 130 is disposed on the top surface from above, and the edge portion 120 is disposed on the bottom surface of the dielectric substrate 110. ) Is formed. A ground plane 140 having a metal thin film form having a slot 150 is formed at a portion of the bottom surface of the dielectric substrate 110 except for the edge portion 120. Under the edge portion 120, a bonding adhesive layer 160 having the same shape as the edge portion 120 is formed. An RF-MEMS device dielectric substrate 210 having a signal line 220 is disposed under the bonding adhesive layer 160 so that the dielectric substrate 110 and the device dielectric substrate 210 are connected to the edge portion 120 and the junction. The adhesive layer 160 is bonded through the adhesive layer 160.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 측면도이다.2 is a side view of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상면에 패치 모양의 방사체(130)를 구비하고, 저면에 테두리부(120)를 구비하며 상기 테두리부(120)를 제외한 저면에 슬롯(150)을 구비한 금속 박막 형태의 접지면(140)을 가지는 유전체 기판(110)이 안테나 상판의 역할을 한다. 상면에 신호선(220)을 구비하고 상기 테두리부(120) 아래의 접합 접착층(160)를 통해 상기 유전체 기판(110)과 접합되는 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)은 안테나 급전을 위한 안테나 하판의 역할을 한다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 상기 유전체 기판(110) 저면의 접지면(140), 상기 테두리부(120) 및 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)으로 둘러싸인 내부공간(400)을 포함한다. RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210) 상의 신호선(220)에는 도시된 바와 같이 RF-MEMS 소자(300)가 탑재될 수 있다. 테두리부(120)와 접합 접착층(160)이 안테나 상판과 안테나 하판의 접합부로 이용된다. 유전체 기판(110)과 상기 유전체 기판(110) 저면의 접지면(140), 상기 테두리부(120) 및 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)로 둘러싸인 내부공간(400)이 안테나의 유전 물질 중 하나의 역할을 한다. 테두리부(120)와 접합 접착층(160)은 안테나의 RF성능에 크게 영향을 미치지 않는다.Referring to FIG. 2, a patch-shaped radiator 130 is provided on an upper surface, an edge portion 120 is provided on a bottom surface, and a metal thin film form having a slot 150 on a lower surface except for the edge portion 120. The dielectric substrate 110 having the ground plane 140 serves as an antenna top plate. The dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device having the signal line 220 on the upper surface and bonded to the dielectric substrate 110 through the bonding adhesive layer 160 under the edge portion 120 is an antenna lower plate for antenna feeding. Plays a role. An antenna according to an embodiment of the present invention includes an inner space 400 surrounded by a ground plane 140 on the bottom surface of the dielectric substrate 110, the edge portion 120, and a dielectric substrate 210 for an RF-MEMS device. . As illustrated, the RF-MEMS device 300 may be mounted on the signal line 220 on the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device. The edge portion 120 and the bonding adhesive layer 160 are used as the bonding portion between the antenna upper plate and the antenna lower plate. The internal space 400 surrounded by the dielectric substrate 110 and the ground plane 140 on the bottom surface of the dielectric substrate 110, the edge portion 120, and the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device is one of the dielectric materials of the antenna. It plays a role. The edge portion 120 and the bonding adhesive layer 160 do not significantly affect the RF performance of the antenna.

본 발명의 실시예에 따른 안테나는 전술한 형태의 안테나 상판과 안테나 하판으로 나누어 제조할 수 있으며, 일체화를 위한 패키징을 위해 접합 접착 공정을 이용할 수 있다. Antenna according to an embodiment of the present invention can be manufactured by dividing the antenna top plate and the antenna bottom plate of the above-described type, it may be used for bonding bonding process for packaging for integration.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.3A to 3G are views for explaining a method of manufacturing an antenna according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 유전체 기판(110)과 비전도성 접착층(120a)을 접합한다. 여기서, 비전도성 접착층(120a)은 레진, 에폭시, 실리콘 등으로 형성될 수 있다. 예컨대 비전도성 접착층(120a)으로는 실리콘을, 유전체 기판(110)으로는 RF 손실이 적은 수정 기판을 이용한다. 구체적으로는 약 500 μm 두께의 4인치 실리콘 웨이퍼와 비정질 수정(fused quartz)웨이퍼를 접합한다. 접합은 두 웨이퍼를 RCA-1 세정한 후 산소 플라즈마 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching: RIE)을 이용하여 표면처리하고 접촉시켜 약 300 ℃ 내외로 저온 열처리하여 수행할 수 있다. 이러한 접합 후의 전단 강도는 약 10 MPa 정도로 후속 공정에 문제없는 충분한 강도를 나타냈다. 접합 후 유전체 기판(110)과 비전도성 접착층(120a)을 랩핑(lapping) 및 CMP(chemical mechanical polishing) 처리하여 바람직한 두께를 대략 각각 300 및 90 μm로 조절한다. 이는 안테나 하판의 급전 구조와 안테나 상판의 패치 안테나의 슬롯 결합 특성을 최적화시킨 두께이다.First, as illustrated in FIG. 3A, the dielectric substrate 110 and the nonconductive adhesive layer 120a are bonded to each other. Here, the nonconductive adhesive layer 120a may be formed of resin, epoxy, silicon, or the like. For example, silicon is used as the non-conductive adhesive layer 120a and a quartz substrate having low RF loss is used as the dielectric substrate 110. Specifically, a 500 inch thick 4 inch silicon wafer is bonded to a fused quartz wafer. Bonding may be performed by RCA-1 cleaning of the two wafers, followed by surface treatment and contact using oxygen plasma reactive ion etching (RIE), followed by low temperature heat treatment at about 300 ° C. The shear strength after this bonding was about 10 MPa, indicating sufficient strength without problems for the subsequent process. After bonding, the dielectric substrate 110 and the nonconductive adhesive layer 120a are subjected to lapping and chemical mechanical polishing (CMP) to adjust the desired thicknesses to approximately 300 and 90 μm, respectively. This is the thickness that optimized the slot coupling characteristics of the feeding structure of the antenna lower plate and the patch antenna of the antenna upper plate.

다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이 유전체 기판(110)의 상면에 패치 모양의 방사체(130)를 형성한다. 예컨대 수정 기판 상에 약 0.5 μm 두께의 금(Au) 박막을 패터닝하여 패치 모양의 방사체(130)를 형성한다. 방사체(130) 형성에는 예컨대 리프트-오프(Lift-Off) 공정을 이용하여 상기 금 박막을 패터닝할 수 있다. 패치 모양의 방사체(130)는 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 3B, a patch-shaped radiator 130 is formed on the top surface of the dielectric substrate 110. For example, a thin film of gold (Au) having a thickness of about 0.5 μm is patterned on the quartz substrate to form a patch-shaped radiator 130. For forming the radiator 130, the gold thin film may be patterned using, for example, a lift-off process. Patch-shaped radiator 130 is preferably formed in a circular shape.

그런 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이 유전체 기판(110)에 접착된 비전도성 접착층(120a)을 식각하여 테두리부(120)를 형성한다. 예컨대 수정 기판에 접착된 실리콘 부분을 심도 반응성 이온 식각(Deep Reactive Ion Etching:DRIE)공정을 이용하여 실리콘 테두리부(120)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, the edge portion 120 is formed by etching the nonconductive adhesive layer 120a adhered to the dielectric substrate 110. For example, the silicon edge portion 120 is formed on the silicon portion bonded to the quartz substrate by using a deep reactive ion etching (DRIE) process.

다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이 유전체 기판(110)의 저면 중 테두리부(120)를 제외한 부분에 슬롯(150)을 구비한 금속 박막 형태의 접지면(140)을 형성한다. 심도 반응성 이온 식각 후 드러난 수정 기판 저면의 테두리부(120)를 제외한 부분에 0.5 μm 두께의 금(Au) 박막을 패터닝하여 접지면(140)과 슬롯(150)을 형성할 수 있다. 예컨대 리프트-오프(Lift-Off) 공정, 을 이용하여 상기 금 박막을 패터닝할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3D, a ground plane 140 having a metal thin film form having a slot 150 is formed at a portion of the bottom surface of the dielectric substrate 110 except for the edge portion 120. The ground plane 140 and the slot 150 may be formed by patterning a 0.5 μm thick Au thin film on a portion except the edge 120 of the bottom surface of the quartz substrate exposed after the depth reactive ion etching. For example, the gold thin film may be patterned by using a lift-off process.

다음으로는, 도 3e에 도시된 바와 같이 테두리부(120) 위에 패키징을 위한 접합 접착층(160)을 형성한다. 접합 접착층(160)은 벤조시클로부 텐(Benzocyclobutene:BCB)과 같은 폴리머 박막으로 이루어질 수 있다. 예컨대 실리콘 테두리부(120) 위에 벤조시클로부텐을 코팅한 후 노광하여 약 18 μm 두께 내외의 벤조시클로부텐 접합 접착층(160)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3E, a bonding adhesive layer 160 for packaging is formed on the edge portion 120. The junction adhesive layer 160 may be formed of a polymer thin film such as benzocyclobutene (BCB). For example, benzocyclobutene may be coated on the silicon rim 120 and exposed to form a benzocyclobutene bonding adhesive layer 160 having a thickness of about 18 μm.

그런 다음, 도 3f에 도시된 바와 같이 상면에 신호선(220)을 구비한 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)을 형성한다. RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)으로서 유리 기판을 이용하면, 추후 단결정 기반의 RF-MEMS(300) 스위치를 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210) 상의 신호선(220)에 용이하게 탑재할 수 있다. 그러나 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)은 유리 기판으로 한정된 것은 아니며 RF-MEMS(300) 소자가 탑재될 수 있는 임의의 유전체 기판이 사용될 수 있다. RF-MEMS(300) 스위치는 안테나의 편파 변조를 행하기 위한 튜닝 소자로 이용될 수 있다. 예컨대 약 500 μm 두께 내외의 4인치 유리 기판(pyrex 7740) 위에 20/100 nm 두께로 Cr/Au 도금 기반층을 증착하고 AZ4330을 이용하여 약 3.4 μm 두께 내외의 도금틀을 형성한다. 여기에 대략 3 μm 두께로 금(Au) 도금을 수행하여 신호선(220)을 형성한 후 잔여 도금 기반층을 에칭해 낸다. RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210) 상면의 신호선(220)은 도금 공정을 이용하여 두께를 증가시킴으로서 RF 손실을 최소화할 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 3F, a dielectric substrate 210 for an RF-MEMS device having a signal line 220 is formed on an upper surface thereof. If a glass substrate is used as the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device, a single crystal-based RF-MEMS 300 switch can be easily mounted on the signal line 220 on the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device. have. However, the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device is not limited to a glass substrate, and any dielectric substrate on which the RF-MEMS 300 device may be mounted may be used. The RF-MEMS 300 switch may be used as a tuning element for performing polarization modulation of an antenna. For example, a 20/100 nm thick Cr / Au plating base layer is deposited on a 4 inch glass substrate (pyrex 7740) that is about 500 μm thick and forms a plating frame about 3.4 μm thick using AZ4330. Gold (Au) plating is performed thereon to form a signal line 220, and the remaining plating base layer is etched. The signal line 220 on the upper surface of the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device may minimize the RF loss by increasing the thickness using a plating process.

다음으로, 도 3g에 도시된 바와 같이 상기 유전체 기판(110)과 신호선(220)을 구비한 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)를 접합한다. 유전체 기판(110)과 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)를 다이싱 한 후 유전체 기판(110)에 접착된 테두리부(120) 위에 패키징을 위한 접합 접착층(160)을 매개로 접합할 수 있다. 바람직하게는 벤조시클로부텐 접합 접착층(160)을 매개로 플립칩(flip-chip) 접합할 수 있다. 예컨대 접합시에는 상면에 패치 모양의 방사체(130) 및 저면에 슬롯(150)을 구비한 유전체 기판(110)으로 형성되는 안테나 상판과 신호선(220)을 구비하는 RF-MEMS 소자용 유전체 기판(210)으로 형성되는 안테나 하판에 30 N의 힘을 인가하면서 약 120℃에서 10 분, 약 210℃에서 20 분간 연속적으로 열처리를 한다. 접합 중 벤조시클로부텐 접합 접착층(160)이 경화되면서 두께가 줄어들게 되면, 최종적인 벤조시클로부텐 접합 접착층(160) 두께는 약 15 μm가 된다.Next, as shown in FIG. 3G, the dielectric substrate 110 having the dielectric substrate 110 and the signal line 220 is bonded to each other. After dicing the dielectric substrate 110 and the dielectric substrate 210 for the RF-MEMS device, the bonding adhesive layer 160 for packaging may be bonded onto the edge portion 120 bonded to the dielectric substrate 110. . Preferably, flip-chip bonding may be performed through the benzocyclobutene bonding adhesive layer 160. For example, at the time of bonding, a dielectric substrate 210 for an RF-MEMS device having an antenna top plate and a signal line 220 formed of a dielectric substrate 110 having a patch-shaped radiator 130 on a top surface and a slot 150 on a bottom surface thereof. The heat treatment is performed continuously at about 120 ° C. for 10 minutes and at about 210 ° C. for 20 minutes while applying a force of 30 N to the bottom plate of the antenna. When the thickness of the benzocyclobutene bonding adhesive layer 160 is reduced while curing, the final thickness of the benzocyclobutene bonding adhesive layer 160 becomes about 15 μm.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 안테나를 나타낸 사진이다.4 is a photograph showing an antenna manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 유리 기판으로 이뤄진 RF-MEMS 소자용 유전체 기판층 위에 수정 기판이 보이며, 수정 기판 상에 패치 모양의 방사체가 구비되어 있다. RF 측정을 위해 본 발명의 실시예에 따라 제조된 안테나를 CPW(Co-Planar Waveguide) 형태의 SMA 커넥터(connector)에 전도성 에폭시로 전기적으로 연결하였다. 전환된 CPW모드를 상대적으로 큰 크기의 SMA 커넥터에 연결하기 위해 도시된 바와 같이 넓은 선폭의 CPW구조가 필요하다. Referring to FIG. 4, a quartz substrate is visible on a dielectric substrate layer for an RF-MEMS device made of a glass substrate, and a patch-shaped radiator is provided on the quartz substrate. An antenna manufactured according to an embodiment of the present invention for RF measurement was electrically connected to a SMA connector in the form of Co-Planar Waveguide (CPW) with a conductive epoxy. In order to connect the switched CPW mode to a relatively large size SMA connector, a wide line width CPW structure is required as shown.

다음으로 본 발명의 실험예 및 이에 따른 효과에 대하여 설명한다.Next, experimental examples of the present invention and the effects thereof will be described.

안테나의 방사 효율을 결정짓는 임피던스 정합을 확인하기 위하여 반사손실을 측정하였다. The return loss was measured to confirm the impedance matching that determines the radiation efficiency of the antenna.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 안테나의 반사 손실을 실측치와 시뮬레이션 예상치를 비교하여 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the reflection loss of the antenna manufactured according to an embodiment of the present invention compared with the actual measurement and the simulation prediction.

실측치는 18.88-GHz에서 20.8 dB의 반사 손실값을 나타내며, 540 MHz, 즉 3.8 % 의 주파수 대역을 가진다. 실측치와 시뮬레이션 예상치의 차이는 유전 물질 의 전기적 특성에서 생기는 오차 및 제조 과정 중에서 각 기판 간의 배열에서 생기는 오차로부터 기인할 것이다.The measured value shows a return loss value of 20.8 dB at 18.88-GHz and has a frequency band of 540 MHz, or 3.8%. The difference between the measured and simulated estimates may be due to errors in the electrical properties of the dielectric material and errors in the array between each substrate during the manufacturing process.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified and changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. I can understand. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention will include all embodiments within the scope of the following claims.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110: 유전체 기판110: dielectric substrate

120: 테두리부120: border

130: 방사체130: radiator

140: 접지면140: ground plane

150: 슬롯150: slot

160: 접합 접착층160: bonding adhesive layer

210: RF-MEMS 소자용 유전체 기판210: dielectric substrate for RF-MEMS devices

220: 신호선220: signal line

300: RF-MEMS300: RF-MEMS

400: 내부공간400: interior space

Claims

A dielectric substrate having a patch-like radiator on an upper surface thereof, an edge portion provided on a bottom surface thereof, and a ground plane in the form of a metal thin film having a slot on a lower surface thereof except for the edge portion; and

An antenna including a dielectric substrate for the RF-MEMS element formed spaced apart from the lower portion of the dielectric substrate, having a signal line on the upper surface thereof, bonded to the dielectric substrate through the edge portion, and forming an internal space together with the dielectric substrate; .

The method of claim 1,

And an RF-MEMS element such as an RF-MEMS switch or an RF-MEMS tunable capacitor is mounted on the signal line on the dielectric substrate for the RF-MEMS element.

The method of claim 1,

And the dielectric substrate is a quartz substrate.

The method of claim 1,

And at least one of the patch-shaped radiator, the ground plane, and the signal line is formed of a thin gold film.

The method of claim 1,

The edge portion is characterized in that the antenna is made of silicon.

The method of claim 1,

And the dielectric substrate for the RF-MEMS device is a glass substrate.

The method of claim 1,

The edge portion and the dielectric substrate for the RF-MEMS device is characterized in that the antenna is bonded using benzocyclobutene (Benzocyclobutene).

The method of claim 1,

The patch-shaped radiator is characterized in that the circular.

Forming a patch-shaped radiator on an upper surface of the dielectric substrate;

Forming an edge portion on a bottom surface of the dielectric substrate;

Forming a ground plane in the form of a metal thin film having a slot on a portion of the bottom surface of the dielectric substrate except for the edge portion;

Forming a signal line on an upper surface of the dielectric substrate for the RF-MEMS device; And

And bonding the dielectric substrate and the dielectric substrate for the RF-MEMS device through the edge portion.

The method of claim 9,

The radiator or the ground plane is a method of manufacturing an antenna, characterized in that formed using at least one of the lift-off process of metal thin film, metal deposition and etching process, and metal plating process.

The method of claim 9,

The edge portion manufacturing method of the antenna, characterized in that formed by using a reactive ion etching process or silicon wet etching process.