손실층 Sub-mount를 갖는 CPW MMIC용 실리콘 MEMS 패키지 = Si-MEMS package Having a Lossy Sub-mount for CPW MMICs

국문 초록 (Abstract)

초고주파 및 밀리미터파 통신 시스템의 집적회로 및 실장 기술로서 CPW기반의 전송선로를 갖는 MMIC 개발이 크게 증가하고 있으나, 실장시 패키지에서 발생되는 기생공진 현상으로 인해 그 성능이 크게 저하될 수 있다. 이런 기생 공진 현상을 억제시키기 위하여 도핑된 lossy 실리콘 웨이퍼를 칩 캐리어로 사용하고, HRS wafer를 사용하여 표면 및 벌크 MEMS 공정이 가능한 실리콘 MEMS 패키지가 해석적으로 제안되었다. 제안된 구조를 제작하여 세 가지의 칩 캐리어(conductor-back metal, 15 Ω$.$cm lossy Si, 15 ㏀$.$cm HRS)위에서 측정하여 실리콘 MEMS 패키지의 특성을 확인하였다. 제안된 실리콘 MEMS 패키지는 15 Ω$.$cm lossy 실리콘 칩 캐리어를 사용하여, 기생 공진 현상을 효과적으로 억제시킬 수 있었다. 전체 패키지에서 중앙의 GaAs CPW 패턴을 de-embedding하여 순수한 CPW MMIC 용의 실리콘 MEMS 패키지는 40 ㎓에서 삽입 손실은 - 2.0 ㏈이며, 전력 손실은 - 7.5 ㏈의 결과를 얻었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A Si(Silicon) MEMS(Micro Electro Mechanical System) package using a doped lossy Si carrier for CPW(Coplanar Waveguide) MMICs(Microwave and Millimeter-wave Integrated Circuits) is proposed in order to reduce parasitic problems of leakage, coupling and resonance. The proposed chip-carrier scheme is verified by fabricating and measuring a GaAs CPW on the two types of carriers(conductor-back metal, doped lossy Si) in the frequency from 0.5 to 40 ㎓. The proposed MEMS package using the lightly doped lossy(15 Ω$.$cm) Si chip-carrier and the HRS(High Resistivity Silicon, 15 ㏀$.$cm) shows the optimized loss and parasitic problems-free since the doped lossy Si-carrier effectively absorbs and suppresses the resonant leakage. The Si MEMS package for CPW MMICs has an insertion loss of only - 2.0 ㏈ and a power loss of - 7.5 ㏈ at 40 ㎓.

참고문헌 (Reference)

1 "Transmission Characteristics of Finite-width Conductor-backed Coplanar Waveguide" 41 : 1616-1624, sep.1993.

2 "Suppression of Resonant Modes in Microwave Packages" 1263-1265, 1989.

3 "Suppression of Leakage Resonance in Coplanar MMIC Packages using a Si Sub-Mount Layer" 48 : 2664-2669, dec.2000.

4 "Silicon-based Micromachined Packages for High- frequency Applications" 47 (47): 1563-1569, aug.1999.

5 "Silicon As A Microwave Substrate" 1759-1762, 1994.

6 "SiO2 Interface Layer Effects on Microwave Loss of High-Resistivity CPW Line" 9 (9): 10-12, jan.1999.

7 "Microstrip Silicon-MEMS Package for Wafer- Level Chip-Scale Microwave Packaging" 42 (42): 5531-5535, sep.2003.

8 "Coplanar pHEMT MMIC Frequency Multipliers for 76 GHz Automotive Radar" 9 (9): 242-244, jun.1999.

9 "Coplanar Waveguides and Microwave Inductors on Silicon Substrates" 43 (43): 2016-2022, sep.1995.

10 "Contact Effects on HF Loss of CPW High Resistivity Silicon Lines" 299-302, 1996.

11 "CPW MMIC 칩 실장을 위한 실리콘 MEMS 패키지 설계" 39tc (39tc): 506-512, 2002년11월.

12 "A High Performance Quartz Package For Millimeter-wave Applications" 1063-1066, 1991.

13 "A Flip-chip MMIC Design with Coplanar Waveguide and Transmission Line in the W-band" MTT-46 : 2276-2281, dec.1998.