KR100416264B1 - 저손실 인덕터소자 - Google Patents

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Abstract

개시된 인덕터소자는, 반도체 기판상에 나선상으로 형성된 인덕터, 및 인덕터에 의해 발생된 자속을 유도하는 자속유도필름을 구비한다. 자속유도필름은, 기판과 인덕터 사이에 배치된 제1자속유도필름, 및 인덕터 상부에 배치된 제2자속유도필름으로 구성되어 있다. 자속유도필름은 자속이 흐르는 방향을 따라 패턴되어 있다. 자속유도필름은 니켈 또는 코발트로 제조된다. 인덕터의 상방 및 하방으로 향하는 자속이 자속유도필름들에 의해 유도되므로, 자속에 의한 외부 회로에의 영향이 방지되고 인덕터의 효율이 증대된다.

Description

저손실 인덕터소자 {Inductor element having high quality factor}
본 발명은 인덕터소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자속의 누설 및 누설자속에 의한 외부 기기에의 영향을 최소화할 수 있는 고효율 인덕터소자에 관한 것이다.
MEMS(Micro electro mechanical system)는 기계적, 전기적 부품들을 반도체공정을 이용하여 구현하는 기술이다. MEMS기술을 이용하여 제조되는 소자의 일 예가 인덕터소자이다.
인덕터소자는 자속이 필요한 다른 소자, 예컨데 LC공진회로에서의 커패시터 등과 같은 소자에 자속을 공급하기 위해 제조된다. 따라서, 자속이 필요한 소자에는 인덕터에서 발생된 자속이 전부 공급되도록 하고 다른 소자에는 인덕터에서 발생된 자속이 공급되지 않도록 설계하는 것은 인덕터의 제조에서 매우 중요한 고려사항이다.
MEMS 기술이나 MCM 기술을 이용한 인덕터소자의 예들이 미국특허 US5539241호와 미국특허 US5747870호에 개시되어 있다. 그런데, 상기한 미국특허 US5539241호에 개시된 인덕터소자는 개별 소자마다의 패키징(packaging)공정을 수행해야 하는 단점이 있으며, 상기한 미국특허 US5747870호에 개시된 인덕터소자는 인덕터에서 발생한 자속이 인덕터의 상부 및 하부로 전파되어 타 회로에 자속에 의한 영향을 미칠 수 있다는 단점이 있다. 따라서, 이와 같은 종래의 인덕터소자는, 인덕터소자가 타 회로에 악영향을 주게 되어 회로의 동작이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 인덕터에서 발생되는 자속이 다른 부분으로 누설됨에 따라 인덕터의 성능이 저하되어 Q값(Quality factor)이 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 인덕터에서 발생하는 자속이 기판이나 다른 회로부분으로 유입되는 것을방지할 수 있고, 또한 높은 Q값(Quality factor)을 갖는 인덕터소자를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인덕터소자의 제1실시예를 도시한 측단면도,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 인덕터소자의 제2실시예를 도시한 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 인덕터소자의 제3실시예를 도시한 측단면도, 그리고
도 5은 본 발명에 따른 인덕터소자의 제4실시예를 도시한 측단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 기판 120, 190 : 자속유도필름
130, 140, 180 : 유전층 150 : 인덕터
160 : 전원단자 195 : 자속가이드
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인덕터소자는, 기판; 상기 기판상에 나선상으로 형성되어 전류가 인가됨에 따라 자속을 발생시키는 인덕터; 및 상기 인덕터의 양 측면 중 적어도 한 측면에 배치되고, 자속유도물질로 제조되며, 상기 인덕터에 의해 발생된 상기 자속을 유도하는 적어도 하나의 자속유도필름;을 포함한다. 자속유도필름은 니켈 또는 코발트와 같은 재질로 제조된다.
상기 자속유도필름은, 상기 인덕터의 양 측면에 각각 배치된 제1자속유도필름 및 제2자속유도필름으로 구성되며, 상기 제1자속유도필름과 상기 제2자속유도필름은 자속유도물질의 자속가이드에 의해 상호 연결되어 있다. 따라서, 인덕터에 의해 발생된 자속은 자속유도필름과 자속가이드에 의해 형성된 폐루프를 따라 유도된다.
또한, 상기 자속유도필름은, 상기 인덕터에 의해 발생된 상기 자속이 흐르는 방향을 따라 패턴되어 있으며, 바람직하게는 상기 자속유도필름은 인덕터에 의해 발생되는 자속의 흐름에 대응되도록 방사상으로 패턴된다. 이에 따라 자속유도 효과가 더욱 증진된다.
바람직하게는, 상기 기판과 상기 인덕터 사이에는 상기 기판으로의 전계의 전파를 차단하는 전계차폐층이 설치된다. 상기 전계차폐층은 상기 기판과 상기 제1자속유도필름 사이에 배치될 수도 있고, 상기 제1자속유도필름과 상기 인덕터사이에 배치될 수도 있다. 상기 전계차폐층은, 금, 알루미늄, 및 구리로 이루어진 군 중에서 선택된 재질로 제조된다. 이러한 전계차폐층에 의해, 전계에 의한 영향도 방지된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 인덕터소자의 제1실시예를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 인덕터소자는, 기판(110), 기판상에 나선상으로 형성된 인덕터(150), 기판(110)과 인덕터(150)의 사이에 배치되는 제1자속유도필름(Magnetic material film)(120), 및 인덕터(150)의 상측면에 배치되는 제2자속유도필름(190)을 가지고 있다.
기판(110)은 반도체나 유전체로 제조된다. 인덕터(150)는 일반적으로 금속재질로 제조되며, 제1자속유도필름(120)과 제2자속유도필름(190)은 자속을 유도하는 물질, 예컨데, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 물질로 제조된다.
기판(110)과 인덕터(150) 사이에는 유전물질(Dielectric material)로 제조된 제1유전층(130)이 개재되어 있다. 또한, 인덕터(150)가 형성된 층도 제2유전층(140)으로 충진되어 있다. 제1유전층(130)과 제2유전층(140)은 동일한 재질로 제조되며, 바람직하게는, 낮은 유전률을 갖는 BCB(BenzoCycloButene)나 폴리이미드(Polyimid) 등과 같은 재질로 제조된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1자속유도필름(120)은 기판(110)과 제1유전층(130)의 사이에, 그리고 제2자속유도필름(190)은 제2유전층(140)의 상부에 배치된다.
제2자속유도필름(190)의 상부에는 제3유전층(180)이 형성되어 있고, 제3유전층(180)의 상부에는 인덕터(150)와 연결되는 전원단자(160)가 형성되어 있다. 제3유전층(180), 제2자속유도필름(190), 및 제2유전층(140)에는 두 개의 관통공(165)이 형성되어 있고, 전원단자(160)는 이들 관통공(165)을 통해 나선상의 인덕터(150)의 양 단부에 각각 연결된다. 이 전원단자(160)를 통해 인가되는 전류는 인덕터(150)에 공급되며, 이에 따라 인덕터(150)에서는 자속이 발생된다. 전원단자(160)는 인덕터(150)와 동일 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
인덕터(150)에서 발생된 자속은 나선상의 인덕터(150)의 중심부를 관통하는 폐곡선을 이룬다. 이때, 인덕터(150)의 하부와 상부를 통과하는 자속은 각각 제1자속유도필름(120)과 제2자속유도필름(190)에 의해 그 내부로 유도된다. 따라서, 자속이 제1자속유도필름(120) 하부의 기판(110) 내부로 또는 제2자속유도필름(190) 상부의 다른 부분으로 누설되는 것이 방지되어, 누설 자속에 의한 다른 회로에의 영향이 최소화되고 또한 인덕터의 Q값이 높아져 효율이 증가된다.
도 1에 도시된 실시예에는 인덕터(150)의 상부 및 하부에 각각 제1자속유도필름(120)과 제2자속유도필름(190)이 배치된 예가 도시되어 있으나, 필요에 따라서 이들 중 어느 하나만을 배치할 수도 있다. 예컨데, 기판(110)의 하부에 다른 회로가 존재하지 않는 경우와 같이 기판(110) 내부로의 자속 유입을 방지할 필요성이 없는 경우에는 제2자속유도필름(190)만을 형성할 수도 있다.
또한, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 제1자속유도필름(120)과 인덕터(150)의 사이에는 인덕터(150)에서 발생된 자속을 필요로 하는 다른 부품과 연결되는 층이 있어야 할 것이다. 예컨데, LC공진회로를 이용하여 주파수를 발진시키는 전압제어발진기(VCO : Voltage controlled oscillator) 등과 같은 RF소자를 제조하기 위해 상기와 같이 제조된 인덕터소자를 사용하고자 하는 경우에는, 상기 VCO 내의 커패시터(capacitor)와 상기 인덕터(150)를 전기적으로 연결하는 도전층(도시되지 않음)이 제1자속유도필름(120)과 인덕터(150) 사이에 개재되어야 한다. 이때, 이러한 도전층의 양 면에는 절연층이 형성되도록 하여 제1자속유도필름(120)과 인덕터(150)에 대해 도전층이 절연되도록 하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 도전층은 상기한 절연층과 유전층(130)을 관통하도록 형성된 별도의 관통공을 통해 인덕터(150)와 전기적으로 연결이 되어야 할 것이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1자속유도필름(120)은 방사상으로 패턴되어(patterned) 있다. 인덕터(150)는 기판(110)상에 나선상으로 형성되어 있으므로, 인덕터(150)에 의해 발생된 자속은 기판(110)의 중심부로부터 외측으로 방사상으로 유출되거나 기판(110)의 외측으로부터 중심부로 방사상으로 유입된다. 따라서, 제1자속유도필름(120)을 자속이 흐르는 방향에 대응되도록 방사상으로 패턴함으로써, 제1자속유도필름(120)이 자속을 유도하는 효과가 더욱 커지게 된다. 제2자속유도필름(190)도 제1자속유도필름(120)과 마찬가지로 방사상으로 패턴닝할 수 있을 것이다. 도 2에는 도시의 편의상 패터닝이 조밀하지 않게 형성된 예를 도시하고 있으나, 실제로는 자속유도필름(120)은 자속 유도의 효과를 높이기 위해 도 2에 도시된 것보다 더욱 조밀하게 패터닝이 된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면이다. 도 2에서 도 1과 동일한부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다.
도 3에 도시된 인덕터소자(100a)에서, 기판(110), 제1 및 제2자속유도필름(120, 190), 제1 내지 제3유전층(130, 140, 180), 인덕터(150), 및 전원단자(160)의 구성은 전술한 도 1과 동일하다. 본 실시예에 따른 인덕터소자(100a)는 제1자속유도필름(120)과 제2자속유도필름(190)을 연결하는 한 쌍의 자속가이드(195)를 갖는다.
자속가이드(195)는 제1 및 제2자속유도필름(120, 190)과 동일하게 자속유도물질로 제조된다. 자속가이드(195)는 인덕터(150)의 외측면에 형성되며, 제1 및 제2자속유도필름(120, 190)과 함께 폐루프를 이룬다. 이에 따라, 인덕터(150)에서 발생되는 자속은 제1자속유도필름(120), 자속가이드(195), 및 제2자속유도필름(190)에 의해 안내되며, 이때, 자속가이드(195)에 의해 자속 유도 효과가 더욱 증진된다. 따라서, 인덕터(150)의 손실이 더욱 줄어들게 된다.
도 4는 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면이다. 도 4에서 도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다.
도 4에 도시된 인덕터소자(100b)에서, 기판(110), 제1 및 제2자속유도필름(120, 190), 제1 내지 제3유전층(130, 140, 180), 인덕터(150), 및 전원단자(160)의 구성은 전술한 도 1과 동일하다. 본 실시예에 따른 인덕터소자(100b)는 기판(110)과 제1자속유도필름(120) 사이에 형성된 전계차폐층(125)을 추가로 구비하고 있다.
전계차폐층(125)은 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속 재질로 제조된다. 전계차폐층(125)은 인덕터(150)로부터 발생하는 전계가 외부로 전파되는 것을 차단하며, 또한 외부의 전계가 인덕터(150)에 가해지는 것을 차단하는 기능을 한다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 자속은 물론 전계에 의한 타 부분에의 영향을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같은 인덕터소자(100b)와 실질적으로 동일한 구조를 가진다. 도 4와의 차이점은, 본 실시예에 따른 인덕터소자(100c)에서는 전계차폐층(125b)이 제1자속유도필름(120)과 제1유전층(130) 사이에 배치되어 있다는 점이다. 이와 같이, 전계차폐층(125b)의 배치 위치와 제1자속유도필름(120)의 배치 위치는 전환될 수 있으며, 이에 의해서도 전계와 자계의 차폐 효과를 동일하게 얻을 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5의 실시예에서는 도시되어 있지 않으나, 전계차폐층은 필요에 따라 인덕터(150)의 상부에도 추가로 배치될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 인덕터에서 발생되는 자속에 의한 외부의 영향을 줄일 수 있고 인덕터의 효율이 높아진다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판상에 나선상으로 형성되어 전류가 인가됨에 따라 자속을 발생시키는 인덕터; 및
    상기 인덕터의 양 측면 중 적어도 한 측면에 배치되고, 자속유도물질로 제조되며, 상기 인덕터에 의해 발생된 상기 자속을 유도하는 적어도 하나의 자속유도필름;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자속유도필름은 상기 인덕터와 상기 기판의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자속유도필름은, 상기 기판상에 적층된 상기 인덕터의 상하면에 각각 배치된 제1자속유도필름 및 제2자속유도필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1자속유도필름과 상기 제2자속유도필름을 연결하는 자속유도물질의자속가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자속유도물질은 니켈 및 코발트로 이루어진 군 중에서 선택된 재질인 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자속유도필름은, 상기 인덕터에 의해 발생된 상기 자속이 흐르는 방향을 따라 패턴되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자속유도필름의 패턴된 형상은 방사상인 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 인덕터 사이에 배치되어, 상기 기판으로의 전계의 전파를 차단하는 전계차폐층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전계차폐층은 상기 기판과 상기 제1자속유도필름 사이에 배치되는 것을특징으로 하는 인덕터소자.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 전계차폐층은 상기 제1자속유도필름과 상기 인덕터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계차폐층은, 금, 알루미늄, 및 구리로 이루어진 군 중에서 선택된 재질로 제조되는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
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