감광성 유리 기판을 이용한 RF 소자 제작에 관한 연구
저자
발행사항
서울 : 中央大學校 大學院, 2022
학위논문사항
학위논문(석사)-- 중앙대학교 대학원 : 전자전기공학과 전자전기공학전공 2022. 8
발행연도
2022
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
(A) study on the fabrication of RF device using photosensitive glass substrate
형태사항
v, 69장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
지도교수: 백창욱
참고문헌수록
UCI식별코드
I804:11052-000000237393
DOI식별코드
소장기관
In this paper, a SIW (Substrate Integrated Waveguide) operating in the Ka–band is fabricated using a photosensitive glass substrate and measured. There is a disadvantage in the existing TGSV (Through Glass Silicon Via) technology that the process is relatively complicated, and thus the manufacturing process cost could be increased. To compensate for this, the advantage of selective etching property that the photosensitive glass has was utilized for SIW production. In order to compare the transparent or translucent properties of the photosensitive glass substrate of the SIW, the dimensions of the SIW were designed based on those two properties. The L1 values, which are transition lengths optimized for transparent/translucent glass substrate characteristics, are 0.8 mm and 1 mm, respectively, and SIW was prepared to confirm both values. A via hole of the designed size was etched on the photosensitive glass substrate, and aluminum was deposited on the top/bottom metal layer and the sidewall of the via hole. There was a problem that aluminum was not well conformally deposited on the sidewall of the via hole, but it was solved by depositing copper with higher conductivity than aluminum using the sputtering technique. For the fabricated SIW with L1=0.8 mm, the measured 3-dB cut-off frequency is 20.5 GHz, insertion loss is 2.59 dB at 23.9 GHz, and 4.85 dB at 40 GHz, respectively. For the SIW with L1=1 mm, the measured 3-dB cut-off frequency is 20 GHz, insertion loss is 2.17 dB at 24.7 GHz and 5.28 dB at 40 GHz, respectively. Although the measurement results showed some similarities to the simulation results, it was confirmed that the overall insertion loss and return loss were worse than the simulation results. Since the simulation was performed using the substrate characteristics known at a low frequency of 1 MHz, it is believed that the losses became worse in the high frequency band due to the difference in dielectric constant and loss tangent. Therefore, it is expected that the loss can be improved by accurately measuring the dielectric constant and loss tangent in the high frequency band, optimizing the design of the SIW, and then depositing a thicker conductive metal.
더보기본 논문에서는 감광성 유리 기판을 이용하여 Ka 대역에서 동작하는 SIW(Substrate Integrated Waveguide)를 제작, 측정하였다. 기존에 알려진 TGSV(Through Glass Silicon Via) 기술의 제작 공정이 상대적으로 복잡하여 제조 공정 단가가 증가하는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 선택적으로 식각이 가능한 감광성 유리를 SIW 제작에 활용하였다. SIW의 감광성 유리 기판의 투명 또는 반투명 특성을 비교하기 위하여 2개의 특성을 각각 사용하여 SIW의 치수를 설계하였다. 투명/반투명 유리 기판 특성에 최적화된 transition 길이인 L1 값은 각각 0.8 mm, 1 mm이며 두 값을 모두 확인할 수 있도록 SIW를 제작하였다. 감광성 유리 기판에 설계한 크기의 hole을 식각하고 top/bottom metal layer와 hole벽면에 알루미늄을 증착하였다. 알루미늄이 hole 벽면에 잘 증착되지 않는 문제가 발생하였지만 알루미늄보다 전도성이 높은 구리를 스퍼터링 방식을 통해 증착하여 해결하였다. SIW의 S-parameter를 측정한 결과 L1=0.8 mm 샘플은 3-dB cut-off frequency는 20.5 GHz, 삽입 손실은 23.9 GHz에서 2.59 dB, 40 GHz에 서 4.85 dB, L1=1 mm 샘플은 3-dB cut-off frequency는 20 GHz, 삽입 손실은 24.7 GHz에서 2.17 dB, 40 GHz에서 5.28 dB가 측정되었다. 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 어느 정도 유사한 모습을 보여주었지만 전체적인 삽입 손실과 반사 손실이 시뮬레이션보다는 좋지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이는 1 MHz의 낮은 주파수에서 알려진 기판 특성을 사용하여 시뮬레이션을 진행했지만, 실제로는 고주파수 대역에서 유전율과 손실 탄젠트가 달라지므로 시뮬레이션에 비해 손실 특성이 저하된 것으로 추정된다. 따라서 고주파수 대역에서 감광성 유리의 유전율과 손실 탄젠트를 정확히 측정한 뒤 SIW의 설계를 최적화하고 전도성 금속을 더 두껍게 증착한다면 손실을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
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