KR100714275B1 - Embedded capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내장형 캐패시터에 관한 것으로, 양극산화에 의하여 나노 기공 어레이가 형성된 인쇄배선기판용 내장형 캐패시터를 제공한다. 본 발명에 따르면, 공정 온도를 200℃ 이하로 낮추고, 캐패시턴스 밀도를 300 nF/cm2 이상으로 높일 수 있는 새로운 개념의 임배디드 캐패시터를 제조할 수 있다. 본 발명을 통해 구현한 실리콘 기판 위에 형성된 알루미늄/알루미나 나노 기공 캐패시터는, 150 μm 직경 상부 패드, 10 MHz 측정으로 86 nF/cm2 의 캐패시턴스 밀도를 관찰하였다.The present invention relates to an embedded capacitor, and provides an embedded capacitor for a printed wiring board on which nanopore arrays are formed by anodization. According to the invention, the process temperature is lowered below 200 ° C. and the capacitance density is 300 nF / cm 2. A new concept of embedded capacitors can be manufactured. The aluminum / alumina nanopore capacitor formed on the silicon substrate embodied by the present invention observed a capacitance density of 86 nF / cm 2 by a 150 μm diameter upper pad, 10 MHz measurement.
내장형 캐패시터(embedded capacitor), 양극산화(anodic oxidation), 알루미늄, 타이타늄, 인쇄배선기판(PWB) Embedded Capacitors, Anodic Oxidation, Aluminum, Titanium, Printed Wiring Boards (PWB)
Description
도 1은 유전재료의 유전상수 및 절연파괴 전압의 상관 관계를 보인 그래프.1 is a graph showing the correlation between dielectric constant and dielectric breakdown voltage of a dielectric material.
도 2는 본 발명에 따른 양극산화법으로 형성된 알루미나 나노 기공의 모식도.Figure 2 is a schematic diagram of alumina nano pores formed by the anodization method according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따라 비표면적 및 산화물 박막의 두께가 제어된, 금속 산화물 박막 나노 기공 내장형 캐패시터의 모식도.Figure 3 is a schematic diagram of a metal oxide thin film nano-pore embedded capacitor, the specific surface area and the thickness of the oxide thin film is controlled in accordance with the present invention.
도 4a 및 4b는 나노 스템핑에 의한 산화물 나노 기공 피치 제어 과정을 보인 모식도 및 실제 사진.4A and 4B are schematic diagrams and actual pictures showing a process of controlling oxide nano pore pitch by nano stamping.
도 5a 내지 5c는 다양한 형태의 알루미나 나노 기공 및 잔류 알루미늄 형태를 제어한 모습을 보인 모식도.Figures 5a to 5c is a schematic diagram showing the appearance of controlling the various types of alumina nano-pores and residual aluminum form.
도 6a 내지 6e는 본 발명의 일실시예에 따른 2 단계 양극산화 공정을 보인 공정도.6a to 6e is a process chart showing a two-step anodization process according to an embodiment of the present invention.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일실시예에 따라 기공 형상이 제어된 미세구조를 보인 모식도 및 사진.Figures 7a to 7c is a schematic diagram and photograph showing a microstructure controlled pore shape in accordance with an embodiment of the present invention.
도 8a 및 8b는 종횡비가 제어된 알루미나 나노 기공의 표면 및 계면 미세구조를 보인 사진.8A and 8B are photographs showing the surface and interfacial microstructure of alumina nanopores with controlled aspect ratios.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
10: 기판 11: 하부 전극10: substrate 11: lower electrode
12a: 금속 시드층 12b: 금속 기둥12a:
13: 금속 산화물 박막 14: 상부 전극13: metal oxide thin film 14: upper electrode
본 발명은 내장형 캐패시터에 관한 것으로, 양극산화에 의하여 나노 기공 어레이를 형성시킨 인쇄배선기판용 박막형 내장형 캐패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a built-in capacitor, and to a thin film type built-in capacitor for a printed wiring board formed nanopore array by anodization.
컴퓨터의 속도가 빨라짐에 따라, 신호 전달속도 (Signal transmission speed)는 점점 빨라지고, 오동작(malfunction)은 줄어들어야 한다. 중앙 연산장치, 집적회로 칩을 실장한 인쇄 배선기판 (Printed wiring board, PWB)의 신호 전달 속도의 증진이 요구되고 있다. As computers get faster, signal transmission speeds get faster and malfunctions get smaller. Increasing the signal transmission speed of a printed wiring board (PWB) equipped with a central computing device and an integrated circuit chip is required.
현재까지 대부분의 인쇄배선기판 표면에는 일반적인 개별 칩 저항(discrete chip resistor) 또는 개별 칩 캐패시터를 실장하고 있으나, 최근 저항 또는 캐패시터 등의 수동 소자를 내장한 인쇄배선기판이 개발되고 있다.Until now, most printed wiring board surfaces have a general discrete chip resistor or individual chip capacitor. However, recently, printed wiring boards incorporating passive elements such as resistors or capacitors have been developed.
이러한 수동 소자 내장형 인쇄배선기판 기술은 새로운 물질과 새로운 공정을 이용하여 기판의 외부 혹은 내층에 저항 또는 캐패시터 등의 수동 소자를 삽입하여 기존의 칩 저항 및 칩 캐패시터의 역할을 대체하는 기술이다. 수동 소자 내장형 인쇄배선기판은 기판 자체의 내층 혹은 외부에 수동 소자, 예를 들어 캐패시터가 묻혀 있는 형태로서 기판 자체의 크기에 관계없이 수동 소자인 캐패시터가 인쇄배선 기판의 일부분으로 통합되어 있다면 내장형 캐패시터(embedded capacitor)라고 할 수 있다. 이러한 내장형 인쇄배선기판의 가장 중요한 특징은 캐패시터가 인쇄배선기판의 일부분으로 본래 갖추어져있기 때문에 별도의 캐패시터 실장이 필요없다는 점이다.This passive element embedded printed wiring board technology replaces the role of the existing chip resistors and chip capacitors by inserting passive elements such as resistors or capacitors into the outer or inner layers of the substrate using new materials and new processes. The passive printed circuit board includes a passive element, for example, a capacitor, buried inside or outside of the substrate itself. If the passive capacitor is integrated as part of the printed wiring board regardless of the size of the substrate itself, the embedded capacitor ( embedded capacitor). The most important feature of the embedded printed wiring board is that since the capacitor is inherently provided as part of the printed wiring board, no additional capacitor mounting is necessary.
소자에 안정적인 작동 파워를 공급하게 하는 내장형 캐패시터의 경우, 캐패시터 물질 양면에 구리를 클래딩(double-sided copper clad laminate)한 적층 구조를 사용하고 있다. 이러한 캐패시터는 에폭시 레진에 유리섬유를 삽입한(glass cloth impregnated with epoxy resin ) FR-4 부도체 소재 위에 형성 시킨다.Embedded capacitors, which provide stable operating power to the device, use a stacked structure with double-sided copper clad laminates on both sides of the capacitor material. These capacitors are formed on FR-4 insulator material with glass cloth impregnated with epoxy resin.
기존에, 구리 박판(Foil) 상하부 층 사이에 유전재료를 형성하여 구현된 내장형 캐패시터는 구리 박판에 유전 재료를 600℃ 이상의 고온에서 형성시킨 후 캐피시터/구리 층을 FR-4 기판에 클래딩하고, 패터닝하여 최종적인 인쇄배선기판을 제조한다. 이제까지는 600℃ 이상의 고온에 견디는 구리 박판을 개발 하거나, 기존 구리 박판에 견딜 수 있는 600℃ 이하의 저온 공정으로 구현 가능한 PbZrTiO3(유전율 2000), BaTiO3 등의 고유전율 유전재료 개발 연구에 주력하였다. Conventionally, embedded capacitors formed by forming a dielectric material between upper and lower copper foil layers form a dielectric material at a high temperature of 600 ° C. or higher on a copper foil, and then clad the capacitor / copper layer on the FR-4 substrate, and patterning. To produce a final printed wiring board. Until now, we have focused on the development of high-k dielectric materials such as PbZrTiO 3 (dielectric constant 2000) and BaTiO 3 , which can be developed in copper foils that withstand high temperatures above 600 ° C, or in low temperature processes below 600 ° C that can withstand conventional copper foils. .
현재까지의 공정 기술로 고유전율 분말과 고분자 복합체를 이용하여 형성하는 기술, 스크린 인쇄(Screen printing), 잉크젯 기술(Ink-jet technology) 등이 사용되고 있으나, 이 기술들은 공정 온도가 높거나, 캐피시턴스 밀도(Capacitance density) 값이 낮은 단점을 가지고 있다.As a process technology to date, a technique of forming by using a high dielectric constant powder and a polymer composite, screen printing, ink-jet technology, etc. has been used, but these technologies have a high process temperature or a capacity The disadvantage is that the capacitance density value is low.
따라서, 본 발명의 목적은 공정 온도를 200℃ 이하로 낮추고, 캐패시턴스 밀도를 더욱 증진시킬 수 있는 새로운 개념의 임배디드 캐패시터 소재 및 제조 공정을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new concept of embedded capacitor materials and manufacturing processes that can lower the process temperature to 200 ° C. or less and further enhance capacitance density.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상의 제1전극층과, 상기 제1전극 상에 형성되며 기둥 형태의 나노 기공 어레이를 포함하는 금속층과, 상기 금속층 및 나노 기공 어레이 표면에 형성되는 금속 산화물층, 및 상기 금속 산화물층에 형성된 제2전극층을 포함하는 내장형 캐패시터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is formed on a substrate, a first electrode layer on the substrate, a metal layer formed on the first electrode and including a columnar nano-pore array, and formed on the surface of the metal layer and nano-pore array Provided is a built-in capacitor comprising a metal oxide layer, and a second electrode layer formed on the metal oxide layer.
상기 금속층은 Al, Ti, Ta, Zr 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 구성되며, 상기 금속 산화물층은 상기 금속층을 양극산화시켜 얻어지며 Al2O3, TiO2, Ta2O5, ZrO2 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 구성된다.The metal layer is composed of any one material selected from Al, Ti, Ta, Zr, and the metal oxide layer is obtained by anodizing the metal layer and in Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 It is composed of any one material selected.
본 발명은 또한, 기판 위에 제1전극층을 형성하고, 상기 제1전극 상에 Al, Ti, Ta, Zr 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 양극산화시켜 기둥 형태의 나노 기공 어레이를 형성시킴과 동시에 상기 금속층 및 나노 기공 어레이 표면에 금속 산화물층을 형성하고, 그리고 상기 금속 산화물층에 제2전극층을 형성하는 단계를 포함하는 내장형 캐패시터 제조방법을 제공한다. The present invention also forms a first electrode layer on a substrate, a metal layer formed of any one selected from Al, Ti, Ta, and Zr on the first electrode, and anodized the metal layer to form pillar-shaped nanoparticles. Forming a pore array and at the same time to form a metal oxide layer on the surface of the metal layer and nano-pore array, and forming a second electrode layer on the metal oxide layer provides an embedded capacitor manufacturing method.
상기 금속층 표면에 나노 어레이 탐침으로 양극산화 시작점을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an anodization starting point with a nano array probe on the surface of the metal layer.
상기 양극산화 단계는 1차로 양극산화를 수행하여 나노 기공 어레이를 형성하고, 상기 나노 기공 어레이를 제거하고, 2차로 양극산화를 수행하는 2 단계 과정으로 진행할 수 있다.The anodization step may be performed in a two-step process of first performing anodization to form nanopore arrays, removing the nanopore arrays, and performing anodization secondly.
양극산화(anodic oxidation)는 처리 대상에 양극을 가하고 용액에 음극을 가해서 표면처리를 하는 기술이다. 양극산화는 보통 알루미늄합금에 표면처리 기술로 많이 사용하며, 산화 처리 후 사용한 용액의 종류에 따라서 내식성/내구성/접착성을 향상시킨다. 대부분의 양극산화 처리를 하게 되면 표면이 울퉁불퉁한 다공성 상태가 되는데, 이런 양극산화 처리에 의한 다공성 표면은 표면적을 증가시켜 후속 막과의 접착성을 좋게 하거나 다공성 표면에 각종 염색약을 주입시킴으로써 색상을 부여할 수도 있다. 또한 양극산화 피막처리시 사용하는 각종 용액의 종류에 따라서 기지 금속의 특성이 달라지기도 하는데, 대표적인 크롬산의 경우는 내식성이 뛰어나고 인산의 경우는 접착성이 뛰어나다.Anodic oxidation is a technique of surface treatment by adding an anode to a treatment object and a cathode to a solution. Anodization is commonly used as a surface treatment technique for aluminum alloys, and it improves corrosion resistance, durability, and adhesion depending on the type of solution used after oxidation treatment. Most of the anodizing treatment results in an uneven surface of the porous surface. The porous surface by this anodizing treatment increases the surface area to improve adhesion to subsequent membranes or to impart color by injecting various dyes into the porous surface. You may. In addition, the characteristics of the known metal may vary depending on the type of various solutions used in the anodizing coating. In the case of representative chromic acid, the corrosion resistance is excellent and in the case of phosphoric acid, the adhesion is excellent.
본 발명에서는 이와 같은 양극산화를 적절히 이용하여 내장형 캐패시터의 구조를 개선함으로써 유전층의 면적을 증가시키고 그 두께를 균일하게 한다. 그 결과 캐패시턴스 밀도가 높고 절연파괴 전위가 높으며, 특히 공정 온도가 낮아 구리 전극과의 매칭이 용이한 우수한 성능의 내장형 캐패시터를 구현할 수 있다. 또한, 상온 공정도 가능하여 사용되는 기판에 제한없이 다양한 기판 물질을 이용할 수 있다.In the present invention, such anodization is appropriately used to improve the structure of the embedded capacitor, thereby increasing the area of the dielectric layer and making the thickness uniform. The result is a high-capacity embedded capacitor with high capacitance density, high dielectric breakdown potential, and particularly low process temperatures for easy matching with copper electrodes. In addition, a room temperature process is also possible, and various substrate materials may be used without limitation to the substrate used.
본 발명은 도 1에 나타난 다양한 소재 중에서 양극산화 공정이 가능한 물질로서 표 1에 제시된 소재를 사용한다. 도 1에는 인쇄배선기판에 사용 가능한 유전 재료의 유전 상수 와 절연파괴 전위(Breakdown field)의 상관 관계를 도시하였으며, 유전상수와 절연 파괴 전위의 값이 εr·EBR 2 = 400 을 만족하는 적절선(Best can do) 소재의 선택이 중요하다. The present invention uses the materials shown in Table 1 as a material capable of anodizing among the various materials shown in FIG. Fig. 1 shows the correlation between dielectric constant and breakdown field of dielectric materials usable for printed wiring boards, and the values of dielectric constant and dielectric breakdown potential satisfy ε r · E BR 2 = 400. The choice of the best can do material is important.
캐패시턴스 값은 유전상수와 전극 넓이에 비례하고, 유전체 두께에 반비례하는데, 표 1에 제시된 소재는 형성된 산화층의 비 표면적이 넓어서, 높은 캐패시턴스 값을 구현할 수 있다. The capacitance value is proportional to the dielectric constant and the electrode width, and is inversely proportional to the dielectric thickness. The material shown in Table 1 has a large specific surface area of the formed oxide layer, thereby achieving a high capacitance value.
[표 1] 양극산화 법으로 제조 가능한 금속 산화물 유전체의 특성[Table 1] Characteristics of Metal Oxide Dielectrics Producible by Anodization
본 발명에 따른 높은 캐패시턴스 밀도의 내장형 캐패시터의 구조를 도 2에 도시하였다. 금속층(본 실시예에서는 Al) 위에 양극산화에 의하여 유전체 층으로서 금속산화물(Al2O3)을 형성한다. 이 금속산화물 층은 다공성 박막 형태로서, 비표면적이 넓으나 공정을 적절히 제어하지 않을 경우 금속산화물 층 하부에 금속이 잔류하기 어려운 경우가 있다.The structure of the high capacitance density embedded capacitor according to the present invention is shown in FIG. 2. A metal oxide (Al 2 O 3 ) is formed as a dielectric layer on the metal layer (Al in this embodiment) by anodization. This metal oxide layer is in the form of a porous thin film, but the specific surface area is large, but if the process is not properly controlled, the metal may be difficult to remain under the metal oxide layer.
본 발명에서는 양극산화로 형성된 금속산화물 층 하부에 금속 층이 남아서 하부 전극 역할을 겸하면서 캐패시턴스 밀도가 향상될 수 있도록 한다. 도 3을 참 조하면, 기판(10) 위에 하부 전극(11) 박막이 형성되어 있고, 상기 하부 전극(11) 위에 금속 시드층(12a)이 형성되어 있다. 이 금속 시드층(12a)은 양극 산화에 의하여 부분적으로 산화되어 상부에 금속 산화물 박막(13)이 형성되는 한편, 이 금속 산화물 박막 하부에는 금속 시드층이 잔류하여 금속 기둥(12b)을 형성하고 있다. 이 금속 기둥(12b)과 금속 산화물 박막(13)은 나노 크기의 기둥 형태의 기공 어레이를 형성하며, 이에 따라 전체적인 금속 산화물 박막(13)의 면적이 증가하게 된다. 뿐만 아니라, 금속 산화물 박막(13)의 두께가 매우 균일하여 높은 캐패시턴스 밀도를 얻을 수 있다. 금속 산화물 박막(13) 상부에는 상부 전극(14)이 형성된다.In the present invention, the metal layer remains under the metal oxide layer formed by anodization so that the capacitance density can be improved while serving as a lower electrode. Referring to FIG. 3, a thin film of the
상기 기판(10)으로는 여러 가지 물질이 사용될 수 있는데, 본 발명의 공정 온도가 낮으며, 상온에서도 공정이 가능하기 때문에 다양한 고분자 물질이 이용될 수 있다. 각각의 층들은 여러 가지 박막 제조 방법으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 특별한 제한을 두지 않는다. 상기 하부 전극(11) 및 상부 전극(14)은 전도성이 우수한 금속이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 구리를 사용하였다. 또한, 상기 금속 시드층(12a)은 앞서 표 1에 열거된 소재와 관련된 금속, 즉 Al, Ti, Ta, Zr 중에서 선택되는 어느 하나를 이용할 수 있다.Various materials may be used as the
도 3에 도시된 바와 같이, 금속 산화물 박막(13) 하부에 기둥 형태의 금속이 잔류하여, 나노 기공 어레이 형성이 용이하도록 본 발명에서는 별도의 추가 공정을 제안한다. 도 4a 및 4b를 참조하면, 나노 사이즈의 탐침이 형성된 외부 도구(도 4a 참조)를 사용하여, 금속 시드층(12a) 표면에 양극 산화 초기점(도 4b 참조)을 형성 시킨 후 양극 산화 공정을 수행하면 도 3의 금속 기둥(12b)와 같은 구조를 얻는 것 이 매우 용이함을 확인하였다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 금속 산화물 박막(13)의 하부 금속 층의 형태를 제어하고 넓은 면적의 캐패시터를 구현하기 위해 금속 산화물 박막의 나노 기공의 간격을 제어할 수 있다. As shown in FIG. 3, the additional metal is proposed in the present invention so that the pillar-shaped metal remains under the metal oxide
한편, 양극산화에 사용되는 전해액의 종류, pH, 사용량 등을 제어하여, 금속 산화물의 나노 기공 형태 및 하부 금속 잔류를 제어할 수 있다. 도 5a 내지 5c를 참조하면, 약산 내지 중성의 용액을 사용하면 기공이 없는 매우 치밀한 산화물층을 금속층 위에 형성시킬 수 있으며(도 5a) 산화물의 두께는 인가된 전압에 따라 달라진다. 반면, 보다 강한 산성의 용액을 이용하면 일정한 크기의 기공 구조를 갖는 산화물층이 형성된다(도 5b). 더 나아가 매우 강한 산성 용액을 이용하는 경우 기공이 처리 시간에 비례하여 커지며 산화물층이 형성되기 보다는 금속층이 식각되는 경우가 발생한다(도 5c). On the other hand, by controlling the type, pH, amount of use, etc. of the electrolyte used for anodization, it is possible to control the nano-pore form and the metal residue of the metal oxide. 5a to 5c, a weak acid to neutral solution can form a very dense oxide layer without pores on the metal layer (FIG. 5a) and the thickness of the oxide depends on the applied voltage. On the other hand, the use of a stronger acidic solution results in the formation of an oxide layer having a pore structure of constant size (FIG. 5b). Furthermore, in the case of using a very strong acid solution, the pores become large in proportion to the treatment time, and the metal layer is etched rather than the oxide layer is formed (FIG. 5C).
알루미늄을 대상으로 하여 본 발명의 실시예에서 사용된 양극산화 용액의 종류, 농도, 인가 전압 및 그에 따른 대표적인 기공 직경을 표 2에 나타내었다. Table 2 shows the types, concentrations, applied voltages, and representative pore diameters of the anodization solutions used in the examples of the present invention.
[표 2] 양극산화 용액 조성 및 공정 조건Table 2 Anodizing Solution Composition and Process Conditions
본 발명의 일실시예에 따라 알루미늄 금속을 양극산화 처리하여 기공 형태를 제어한 공정을 도 6a 내지 6e에 도시하였다. 본 실시예에서는 2 단계 양극산화에 의해 균일한 다공성 산화알루미늄(알루미나) 박막을 형성시키는데, 이와 같은 2 단계 양극산화는 정렬 상태가 매우 우수한 기둥 모양의 수십 나노 미터 직경의 나노 기공 어레이를 구현할 수 있다.6A to 6E illustrate a process of controlling the pore shape by anodizing aluminum metal according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a uniform porous aluminum oxide (alumina) thin film is formed by two-stage anodization. Such two-stage anodization can implement an array of tens of nanometers diameter pores having a very excellent alignment. .
먼저, 도 6a에서와 같이 기판(본 실시예에서는 실리콘 사용) 위에 알루미늄 박막을 형성한다. 양극산화를 위한 전계 인가를 위해, 기판에 많은 도핑을 하거나, 하부 전극을 별도로 형성할 수 있다. 양질의 알루미나 나노 기공 형성을 위하여 추가적으로 표면 처리를 할 수도 있다(도 6b). 그 다음, 도 6c에서와 같이 알루미늄을 양극산화하여 1차적으로 알루미나 나노 기공층을 형성하고, 1차로 형성된 알루미나 기공층을 제거한다(도 6d). 이와 같이 1차로 형성된 알루미나 기공층을 제거하면 잘 정렬된 양극산화 시작점을 얻을 수 있다. 이어서 도 6e에서와 같이 2차로 양극산화를 수행하면 정렬 상태가 우수한 양질의 알루미나 나노 기공을 형성할 수 있다. First, an aluminum thin film is formed on a substrate (using silicon in this embodiment) as shown in FIG. 6A. In order to apply an electric field for anodization, a large amount of doping may be performed on the substrate or a lower electrode may be formed separately. Further surface treatment may be performed to form high quality alumina nanopores (FIG. 6B). Next, as shown in FIG. 6C, aluminum is anodized to form an alumina nanoporous layer primarily, and the alumina pore layer formed primarily is removed (FIG. 6D). By removing the alumina pore layer formed in this way, a well-aligned anodization starting point can be obtained. Subsequently, secondary anodic oxidation as shown in FIG. 6E may form high-quality alumina nanopores having excellent alignment.
이와 같은 2 단계 양극산화는 1차로 형성된 양극산화 나노 기공층의 구조가 불규칙적이므로, 1차 나노 기공층을 제거한 후 새롭게 양극 산화 공정으로 기공 형태를 균일하게 정렬되도록 제어하기 위한 것이다. 이러한 나노 기공 형태 제어를 도 7a 내지 7c를 통하여 다시 살펴보면, 1차로 형성된 알루미나 나노 기공의 형상은 도 7a에서와 같이 불규칙적이지만, 이 알루미나 나노 기공층을 도 7b에서와 같이 제거하여 양극산화 시작 점을 형성한 후, 2차 양극산화를 수행하면, 도 7c에서와 같이 잘 정렬된 알루미나 나노 기공층을 얻을 수 있게 된다. Such two-stage anodization is because the structure of the anodized nanopore layer formed primarily is irregular, so that the pore shape is uniformly aligned by anodic oxidation process after removing the first nanoporous layer. 7A through 7C, the shape of the alumina nanopores formed primarily is irregular as shown in FIG. 7A. However, the alumina nanoporous layer is removed as shown in FIG. After the formation, the secondary anodization is performed to obtain a well-aligned alumina nanoporous layer as shown in FIG. 7C.
사용하는 모재 및 다단계 공정을 거쳐서 금속층 위에 양극산화 공정으로 얻어지는 금속 산화물층의 나노 기공의 종횡비(aspect ratio) 및 기공 형상을 효과적으로 제어할 수 있다. The aspect ratio and pore shape of the nano pores of the metal oxide layer obtained by the anodization process on the metal layer can be effectively controlled through the base material and the multi-step process to be used.
최종적으로 형성된 알루미나 나노 기공의 표면 및 단면을 도 8a 및 8b에 도시하였다. 양극산화 용액으로 0.4mol% 인산을 사용하였고, 인가 전압을 달리한 결과 30V의 전압을 가한 경우(8a) 기공 크기는 52 - 75nm 범위 였으며, 60V의 전압을 가한 경우(8b) 기공 크기는 120 - 150nm 범위 였다.The surface and cross section of the finally formed alumina nanopores are shown in FIGS. 8A and 8B. 0.4 mol% phosphoric acid was used as the anodizing solution, and when the applied voltage was different, the pore size was in the range of 52-75 nm when the voltage of 30 V was applied (8a), and the pore size was 120- 150 nm range.
이와 같이 본 발명에 따라 양극 산화법으로 형성된 다공성 알루미나 상부에 직경 150 μm 의 Au 상부 전극을 형성한 후, 10 MHz 에서 캐패시턴스 밀도를 측정한 결과 86 nF/cm2 의 캐패시턴스 밀도를 얻었으며, 이러한 결과는 나노 기공의 크기 및 형태를 제어함으로써 더욱 향상된 값을 얻을 수 있다. As described above, after forming an Au upper electrode having a diameter of 150 μm on the porous alumina formed by the anodic oxidation method and measuring the capacitance density at 10 MHz, a capacitance density of 86 nF / cm 2 was obtained. Further improved values can be obtained by controlling the size and shape of the nanopores.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 200℃ 이하의 저온 공정 및 다양한 종류의 기판 소재를 사용하여, 높은 캐패시턴스 밀도의 내장형 캐패시터를 제조할 수 있다. 이러한 내장형 캐패시터를 활용하여, 고기능의 인쇄배선기판 개발이 가능할 것이다.As described above, the present invention can manufacture a built-in capacitor having a high capacitance density using a low temperature process of 200 ° C. or less and various kinds of substrate materials. By utilizing these built-in capacitors, it will be possible to develop high-performance printed wiring boards.
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