KR100467200B1 - 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법 - Google Patents

Abstract

설계된 패턴에 의한 마스크를 이용하여 AlN(질화 알루미늄) 기판의 전·후면에 실버 페이스트(Silver Paste)를 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 인쇄하여 전극을 형성하는 제1과정과; 상기 전극이 AlN기판에 완전히 접착된 상태에서 저항 패턴 마스크를 사용하여 상기 전극 인쇄방식과 동일한 저항체를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제2과정과; 저항체 패턴 마스크를 사용하여 상기 저항체 위에 유전체(Glass)를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제3과정과; 설계 저항값에 일치하도록 인쇄된 저항체를 레이저 빔(LASER beam)으로 깍아내는(trimming) 제4과정과; 제작된 패턴 위에 폴리머(Polymer epoxy)를 인쇄하여 보호막을 형성하는 제5과정과; 기판 후면(rear)에 인쇄된 전극과 기판 전면(front)에 인쇄된 전극을 연결시키는 기판 측면 전극을 폴리머 타입의 실버(silver)를 이용한 디핑(dipping)으로 형성하는 제6과정과; 외부치구와 소자를 전기적으로 연결하기 위한 전극을 니켈/주석(Ni/Sn) 도금법으로 형성하는 제7과정을 포함하여 이루어지는 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법.

Description

이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법 {A method of manufacturing for a ceramic microwave power divider used in a telecommunication device}

본 발명은 이동통신용 고주파 전력분배기의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질화 알루미늄 세라믹 기판(AlN)을 사용한 고주파 전력분배기의 제조방법에 관한 것이다.

이동통신용 전력분배기는 고주파 송수신 신호의 분배를 위해 이동통신용 교환기, 기지국, 중계기 등에서 사용되고 있다. 이때 전력분배기의 분배비에 의해 다양한 형태의 전력분배기로 나뉜다. 사용 주파수 대역에 따라 CDMA용, PCS용, IMT-2000용, 25GHz 이상의 위성통신용으로 나누어진다.

전력분배기의 구성은 기판과 고주파 신호를 전달하는 전극패턴과 고주파 신호를 분배하는 저항체를 포함하여 이루어지며, 도금처리된 전극부를 통해 외부와 연결된다.

이러한 구성의 전력분배기를 제조하는 과정은 PTFE 또는 FR-4 등의 저유전율 수지형 기판에 동박판을 접착한 후 전력분배기의 종류에 따라 각기 달리 설계된 전극 회로를 에칭공정을 통하여 구현한 뒤에, 다른 공정에서 미리 제작되어 있는 칩저항을 패턴상의 저항체 위치에 납땜으로 연결하여 완성한다.

이와 같은 종래 기술에 따른 전력분배기는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 먼저, 수지형 저유전율 기판의 단점으로써, 내열온도가 최대 260 ℃를 넘지 못하므로 고온에서는 사용할 수 없다. 또한, 열팽창 계수가 커서 온도에 따른 주파수 특성이 나빠지며, 열전도성이 좋지 않아 기판이 가열되는 고출력의 용도로서는 적합치가 않다. 그리고, 저유전율이므로 구현하고자 하는 회로패턴이 커지게 되어 소형화된 소자의 제작에 한계를 가지게 된다.

또한, 종래 방법에 따른 전력분배기 제조 공정의 단점은 기판에 동박판을 접착하는 과정과 에칭으로 패턴을 구현하는 과정 및 칩저항을 납땜하는 과정 등으로 이루어져 그 제조 공정이 복잡하고 공정중 발생하는 환경오염문제와 폐기물의 처리 등의 문제로 인하여 기피되고 있는 실정이다.

본 발명은 세라믹 기판 중 하나인 AlN 기판을 선택하므로써 소자의 소형화가 가능하며 열전도성이 작을 뿐만 아니라 열팽창 계수가 작고 고출력에 대응할 수 있는 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 이동통신용 세라믹 고주파전력분배기 제조방법의 다른 목적은 단순한 공정과 환경오염을 최소로 할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법은 설계된 패턴에 의한 마스크를 이용하여 AlN(질화 알루미늄) 기판의 전·후면에 실버 페이스트(Silver Paste)를 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 인쇄하여 전극을 형성하는 제1과정과; 상기 전극이 AlN기판에 완전히 접착된 상태에서 저항 패턴 마스크를 사용하여 상기 전극 인쇄방식과 동일한 저항체를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제2과정과; 저항체 패턴 마스크를 사용하여 상기 저항체 위에 유전체(Glass)를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제3과정과; 설계 저항값에 일치하도록 인쇄된 저항체를 레이저 빔(LASER beam)으로 깍아내는(trimming) 제4과정과; 제작된 패턴 위에 폴리머(Polymer epoxy)를 인쇄하여 보호막을 형성하는 제5과정과; 기판 후면(rear)에 인쇄된 전극과 기판 전면(front)에 인쇄된 전극을 연결시키는 기판 측면 전극을 폴리머 타입의 실버(silver)를 이용한 디핑(dipping)으로 형성하는 제6과정과; 외부치구와 소자를 전기적으로 연결하기 위한 전극을 니켈/주석(Ni/Sn) 도금법으로 형성하는 제7과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이동통신용 고주파 세라믹 전력분배기 제조방법의 세부적 특징은 상기 전극 형성과정이, AlN 기판의 일면에 전극을 인쇄한 후 150℃에서 10분동안 건조하는 제1단계와; 전극이 인쇄된 기판의 배면에 전극을 인쇄한 후 동일한 온도조건에서 건조하는 제2단계와; 노(爐)(furnace) 내에서 850℃에서 10분간 소성시켜 전극을 AlN 기판에 완전히 접착시키는 제3단계로 이루어지는 점이다.

도 1은 본 발명에 따른 전력분배기의 구성을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 고주파 전력분배기 제조과정을 나타낸 흐름도,

도 3 내지 도 10b는 각 제조과정에서의 고주파 전력분배기를 나타낸 예시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명에 따른 전력분배기의 구성과 그 전력분배기를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력분배기의 구성을 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 질화 알루미늄(AlN) 기판(1)에 고주파 신호를 전달하는 전극패턴(3)과 측면고주파 신호를 분배하는 저항체(4)와 유전체(4')를 인쇄하여 건조한 후, 폴리머 막(5)을 인쇄하여 보호막을 형성하고 도금 처리된 전극(2)을 통해 외부 치구와 소자가 전기적으로 연결된다.

먼저, 수지형 저유전율 기판을 사용함으로써 발생하는 종래 전력분배기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 전력분배기에는 세라믹 기판중 하나인 질화 알루미늄(AlN)을 사용한다. 그 이유는 AlN 기판이 상대적으로 수지형 기판보다 유전율이 4 ~ 5배 정도 커서 소자의 소형화가 가능하며, 또한 뛰어난 열전도성으로 기판의 가열 가능성이 작을뿐더러 열팽창 계수가 작아서 고출력에 대응할 수 있는 파워칩의 제작이 가능하기 때문이다. 즉 소자의 소형화 및 대출력이 가능한 것이다.

또한, 현재까지 AlN 기판에 적용할 수 있는 페이스트용(paste) 유리 프릿(Glass frit)으로써 상용화되어 공급되는 것은 없으므로 열전도성이 좋은 AlN기판에 적용할 수 있는 프릿을 개발하였다. 이러한 프릿으로서의 조건은 기판과 전극으로 사용되는 도체, 기판과 저항체와의 접착성이 좋을뿐더러 열팽창 계수가 AlN기판과 유사한 값을 가져야 한다. 또한 저항체 및 전극의 소성시 산화되지 않는 조성비를 가져야 한다. 이와 같은 조건을 갖추고 개발된 프릿은 ZnO, SiO₂를 첨가한 B₂O₃, PbO 등 4성분계의 프릿이 가장 적합하다.

도 2는 본 발명에 따른 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3내지 도 10은 흐름도에 나타난 각 공정 예시도이다.

고주파 회로의 설계는 기판 및 사용재료의 종류에 크게 의존한다. 본 발명에서도 이를 고려하여 고주파 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 고주파전력분배기의 패턴을 설계하였다. 전력분배기의 내부설계는 그 적용 예에 따라, CDMA용 전력분배기와 PCS용 전력분배기로 구분될 수 있다. 설계된 패턴에 의한 마스크를 이용하여 도 3에서와 같이, AlN(질화 알루미늄) 기판의 전·후면에 실버 페이스트(Silver Paste)(Ag 100%)를 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 인쇄하여 전극을 인쇄한다(S1-1 단계). 그리고 인쇄된 전극은 150℃에서 10분간 건조시킨다. 이 건조과정은 전극형성 공정을 포함한 모든 인쇄공정 뒤에 반드시 시행하는 것으로 동일한 환경(150℃에서 10분)에서 이루어진다(S1-2 단계). 건조가 끝난 전극은 소성로(燒成爐)(furnace)내에서 850℃에서 10분간 소성시켜(S1-3 단계) 전극을 AlN 기판에 완전히 접착된 상태로 형성한다. 도 4는 후면전극(3')의 형성예를 나타내고 있다(S1 과정).

도 5에서와 같이 저항체(4)를 전극 형성과 동일한 방법으로 AlN 기판에 인쇄한 뒤 건조와 소성과정을 통해 형성한다. 이때 건조 및 소성과정은 상기 전극형성과정에서와 동일하다(S2 과정).

상기 저항체 형성과정에 사용된 패턴 마스크(pattern mask)를 사용하여 도 6에서와 같이 저항체 위에 유전체(Glass)(4')를 인쇄한다. 그 이유는 유전체로서 인쇄된 저항체 내부구조를 서로 접착시켜 다음 공정의 레이저 트리밍이나 다른 외부충격시 저항체가 깨어지거나 손상을 입지 않게 하는 역할을 한다. 유전체(Glass) 인쇄 후 건조(150에서 10분)와 소성(600℃에서 10분) 과정을 거친다. 건조과정은 전극 및 저항체 형성과정에서의 조건과 동일하나 소성과정에서 소성온도는 다르다.(S3 과정)

이후, 도 7에서 나타난 바와 같이, 미리 설계된 저항체의 저항값과 인쇄된 저항체의 저항값을 동일하게 맞추기 위해 레이저 트리밍(LASER trimming)을 실시한다. 이는 레이저 트리머 기기에서 레이저 빔으로 저항체를 조금씩 깍아내며 저항값을 조절하는 것이다. 이 공정이 끝나면 저항체의 저항값을 0.1% 이내로 일치시킬 수 있다(S4 과정).

그리고 도 8과 같이 패턴(pattern) 위에 폴리머 에폭시(polymer epoxy)를 인쇄하여 보호막을 형성한다. 이는 제작된 소자가 외부 환경에 노출시 전극이나 저항체가 산화 또는 습기에 의한 변화가능성을 없애기 위한 것이다. 인쇄된 폴리머 보호막은 180℃에서 10분간 건조과정을 거친다.(S5 과정)

다음으로 도 9에서와 같이 기판 후면에 인쇄된 전극과 기판 전면에 인쇄된 전극을 서로 연결시켜주는 기판 측면 전극(3˝)을 폴리머(polymer) 타입의 은(銀)(Silver)을 이용한 디핑(dipping)으로 형성한다(S6 과정). 다음 공정으로 외부 치구와 소자를 전기적으로 연결하기 위한 전극을 니켈/주석(Ni/Sn) 도금법으로 만든다. 도 10a는 도금된 전극 부분(6)이 보일 수 있도록 앞에서 전면에서 본 모습이고, 도 10b는 배면에서 보았을 때의 도금된 전극부분(6)이 나타나는 것을 도시하고 있다(S7 과정).

이상의 과정으로 고주파 전력분배기의 제작은 끝난다. 이렇게 만들어진 소자의 특성을 측정하기 위해서 외부치구와 소자의 도금전극을 서로 전기적으로 연결하여 고정시킨다. 그리고 치구를 고주파 분석기기인 네트워크 분석기(network Analyzer)에 연결하여 고주파 특성을 측정·분석하므로써 모든 제작과정은 끝난다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파전력분배기 제조방법을 따르면 저유전율 기판을 사용함으로 인해 발생하던 종래의 문제점을 AlN 기판을 사용함으로써 해결하였으며, 제조공정이 복잡하고 환경 오염 발생의 우려가 있던 종래의 제조방법이 가진 문제점을 해결하여 공정의 단순화 및 환경의 청정화를 실현할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 설계된 패턴에 의한 마스크를 이용하여 AlN(질화 알루미늄) 기판의 전·후면에 실버 페이스트(Silver Paste)를 스크린 프린팅(screen printing) 방식으로 인쇄하여 전극을 형성하는 제1과정과;

   상기 전극이 AlN기판에 완전히 접착된 상태에서 저항 패턴 마스크를 사용하여 상기 전극 인쇄방식과 동일한 저항체를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제2과정과;

   저항체 패턴 마스크를 사용하여 상기 저항체 위에 유전체(Glass)를 인쇄한 후 건조 및 소성하는 제3과정과;

   설계 저항값에 일치하도록 인쇄된 저항체를 레이저 빔(LASER beam)으로 깍아내는(trimming) 제4과정과;

   제작된 패턴 위에 폴리머(Polymer epoxy)를 인쇄하여 보호막을 형성하는 제5과정과;

   기판 후면(rear)에 인쇄된 전극과 기판 전면(front)에 인쇄된 전극을 연결시키는 기판 측면 전극을 폴리머 타입의 실버(silver)를 이용한 디핑(dipping)으로 형성하는 제6과정과;

   외부치구와 소자를 전기적으로 연결하기 위한 전극을 니켈/주석(Ni/Sn) 도금법으로 형성하는 제7과정을 포함하여 이루어지는 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극을 형성하는 제1과정이,

   AlN 기판의 일면에 전극을 인쇄한 후 150℃에서 10분동안 건조하는 제1단계와;

   전극이 인쇄된 기판의 배면에 전극을 인쇄한 후 동일한 온도조건에서 건조하는 제2단계와;

   노(爐)(furnace) 내에서 850℃에서 10분간 소성시켜 전극을 AlN 기판에 완전히 접착시키는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, ZnO, SiO₂를 첨가한 B₂O₃, PbO 등의 4성분이 포함된 페이스트(paste)용 프릿(frit)을 사용하여 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 이동통신용 세라믹 고주파 전력분배기 제조방법.