KR100484848B1 - 대역 통과 여파기 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대역 통과 여파기 제조 방법에 관한 것으로서, 적은 공정 비용으로 높은 해상도와 정밀한 미세 패턴을 얻을 수 있도록 한다.

이를 위해 본 발명은, 기판 상부에 여파기 패턴 제작을 위한 감광성 은(Ag) 페이스트를 도포하여 감광성 전도체층을 형성하는 단계; 단계에 따라 형성한 감광성 전도체층의 일부를 여파기 패턴이 형성된 마스크와 자외선을 이용하여 노광시키는 단계; 단계에 따라 일부 노광시킨 감광성 전도체층을 현상하여 노광되지 않은 나머지 부분을 제거함으로써 여파기 패턴을 형성하는 단계; 단계에 따라 형성된 여파기 패턴을 소성시키는, 단계를 통해, 대역 통과 여파기를 제조하도록 한다.

Description

대역 통과 여파기 제조 방법{Method for manufacturing Band pass filter}

본 발명은, 종래의 대역 통과 여파기 제조 방법보다 적은 공정 비용으로 높은 해상도와 정밀한 미세 패턴을 얻을 수 있도록 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대역 통과 여파기는 특정 주파수 대역의 신호를 통과시키는 회로로서, 인덕턴스(L) 및 용량(C)의 조합으로 된다. 일반적으로 대역 통과 여파기는 공진기의 결합을 통해 구현되며, 공진기를 통과하는 신호 중에서 공진이 발생하는 주파수 대역의 신호를 저지 또는 통과하여 특정 주파수 대역의 신호를 통과시킨다.

집중소자로 구성된 일반적인 형태의 대역 통과 여파기 회로는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, T형과 π형 구조로 나타낼 수 있다.

도 1a 및 도 1b의 대역 통과 여파기 회로는 프로토타입 저역 통과 여파기 회로의 직렬 인덕터와 병렬 커패시터를 각각 직렬 공진기와 병렬 공진기로 변환한 것이다.

도 1a 및 도 1b와 같은 형태의 대역 통과 여파기는 프로토타입으로부터 주파수 변환함수를 이용하여 각 소자를 공진기 형태로 변환하였을 경우 집중 소자의 값이 유일하게 결정되며 소자 값의 미세한 변화에 의해 여파기의 특성이 급격히 변화하고 여파기 구조상 직렬 공진기와 병렬 공진기의 동시 구현이 어렵기 때문에 구현상에 있어서 많은 어려움을 갖는다. 따라서, 실제적인 대역 통과 여파기의 구현 시에는 이미턴스 변환특성을 갖는 인버터를 사용하여 한 종류의 공진기 구조만으로 대역 통과 여파기를 구현한다.

도 2a 및 도 2b는 집중 소자로 구성된 대역 통과 여파기를 구현한 예로서, j-인버터(어드미턴스 인버터)와 k-인버터(임피던스 인버터)를 사용하여 구현한 대역 통과 여파기 회로도이다.

실제적인 구현에 있어서는 전송선로와 같은 분포정수회로를 사용하여 대역 통과 여파기의 공진기 및 인버터를 구현해야한다. 전송 선로를 이용한 공진기의 형태는 종단이 단락된 λ/2 전송선로를 이용하여 직렬공진 회로를, 종단이 단락된 λ/4 전송선로와 종단이 개방된 λ/2 길이의 전송선로를 이용하여 병렬 공진회로를 구현할 수 있다.

한편, 마이크로스트립 라인을 이용한 종래 기술에 따른 대역 통과 여파기의 경우 분포소자(Distriuted Element)의 특성상 기본 주파수(Fundamental Frequency)의 통과 대역 외에 고조파(Harmonic Frequency) 통과 대역이 발생하게 되고, 특히 2차 및 3차 고조파의 경우 시스템의 스퓨리어스(Spurious) 특성을 저하시키며, 광대역의 시스템을 설계하기 어렵다. 이와 같은 고조파 통과 대역을 억제하기 위해서 대역 통과 여파기와 저역 통과 여파기를 연속으로 연결하여 사용하기도 하지만, 이 경우 소자의 수가 많아지고, 시스템의 전체 크기도 커지게 된다.

이를 해결하고자, 본 출원인은, 대한민국 특허출원 제2002-83274호를 통해, 마이크로스트립 공진기를 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)구조로 변형시켜서 품질계수(quality factor)를 증가시킨 새로운 형태의 공진기를 제안한 바 있다.

도 3은, 본 출원인이 상기 특허출원에서 제안했던 형태의 공진기 구조의 일예를 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 출원인이 제안한 대역 통과 여파기는 절연 기판(10)과, 그 상부 위의 마이크로스트립 라인(20)으로 이루어지는데, 구체적으로, 절연 기판(10)은 하부의 접지 판(11)과 그 상부의 유전층(12)으로 이루어지며, 마이크로스트립 라인(20)의 형태는 커플링 구조를 이루는 단위셀이 연속하여 연결되어 있다.

특히, 단위셀은, 소정의 간격을 두고 마주보고 있는 형태로 커플링을 이루고 있으며, 사각형의 패턴에 삼각형 형태의 개구부를 형성시켜 놓은 것으로 삼각형의 한쪽 꼭지점 부분은 개방되어 있는 구조를 가지고 있다.

이러한, 패턴을 가진, 즉 유각(有角)형상의 개구부가 형성된 미세 패턴을 가진 대역통과여파기를 제조하기 위해서는, 종래 일반적인 방법으로 그 구현이 어려울 뿐만 아니라, 설령 구현할 수 있을 지라도 제조 비용이 상당히 많이 필요한데, 이에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

종래, 일반적인 대역통과여파기 제조방식에는, FR-4 등의 인쇄회로기판(PCB)을 이용하는 방법, 표면 연마된 알루미나 기판 등을 이용하여 박막기술을 적용하는 방법, 스크린 인쇄 기술을 이용한 방법 등이 있는데, 이러한 종래의 제조 방식에 대한 문제점은 다음과 같다.

1) 인쇄회로기판을 이용한 대역통과여파기 제조방법은 패턴의 제작이 용이하고, 재료비용이 저렴하나 유전 손실이 커서 10GHz 이상의 주파수 대역에서는 사용이 안되며, 환경적 요인에 의해 제약을 받는 등 신뢰성이 떨어진다.

2)박막기술을 이용하는 방법은 패턴의 정밀도가 우수하나, 고도의 기판 표면 연마가 필요하며 재료비, 공정비가 많이 드는 단점이 있다.

3)스크린 인쇄 방식은, 형성되는 패턴이 스크린 마스크의 종류와 에멀전 두께 등에 따라 그 형성되는 패턴의 정밀도와 해상도가 결정되는데, 일반적으로 패턴의 에지는 스크린 마스크를 구성하고 있는 와이어의 영향과 인쇄후 페이스트의 유동에 의해 형상의 정밀도가 떨어지고, 선폭이 작아질수록 선폭의 오차가 커져 이를 제어하기가 쉽지 않다. 그리고, 구현할 수 있는 도선의 해상도에 한계가 있어 100㎛이하의 도선을 인쇄할 경우 패턴의 정밀성이 떨어지고, 75㎛이하의 도선은 해당 패턴을 거의 구현하기 힘들어 본 출원인이 상기 특허출원에서 제시했던 것과 같은, 그러한 정밀 미세패턴을 구현하는 것이 어렵다. 또한 스크린 인쇄시의 얼라이먼트 정도와 패턴의 정밀도에 따라 기판내, 또는 기판간 특성편차가 존재하게 되며, 따라서 별도의 트리밍 공정이 추가되며, 이는 수율과 제조단가에 불리한 요인을 제공한다.

이와 같이, 종래의 대역통과여파기 제조방법은, 미세 패턴 특히, 본 출원인이 상기 특허출원에서 제안한 바 있는 유각(有角)형상의 개구부를 가진 미세 패턴을 가진 대역통과여파기를 제조하기가 어렵고, 또한 설령 제조할 수 있을지라도 상당한 제조 비용이 필요하다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 종래보다 상대적으로 적은 공정 비용으로 더 높은 해상도와 정밀한 미세 패턴을 얻을 수 있도록 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 기판 상부에 여파기 패턴 제작을 위한 감광성 은(Ag) 페이스트를 도포하여 감광성 전도체층을 형성하는 제 1단계;

상기 단계에 따라 형성한 감광성 전도체층의 일부를 여파기 패턴이 형성된 마스크와 자외선을 이용하여 노광시키는 제 2단계;

상기 단계에 따라 일부 노광시킨 감광성 전도체층을 현상하여 노광되지 않은 나머지 부분을 제거함으로써 여파기 패턴을 형성하는 제 3단계;

상기 제 3 단계에 따라 형성된 여파기 패턴을 소성시키는 제 4단계를 통해, 대역 통과 여파기를 제조한다.

그리고, 상기 여파기 패턴은 유각(有角) 형상, 특히 쐐기 형상의 개구부를 가진 단위셀이 적어도 하나 이상 형성된 패턴인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

덧붙여서, 상기 기판 하면에 접지층을 형성하여 소성시키는 단계를 추가로 포함시키거나, 또는 상기 제 3 단계와 제 4 단계 사이에 상기 기판 하면에 접지층을 형성하는 단계를 추가로 포함하거나, 상기 기판 하면에 그 기판과 동일한 재질의 기판을 복수개 합체시키는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대역 통과 여파기 제조 방법에 대하여 설명한다.

<제 1 실시예>

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 그린 시트(20) 상부 전면에 감광성의 전도성 Ag페이스트를 인쇄하고, 두께 균일성을 향상시키기 위해 Ag페이스트의 평탄화 시간 동안 상온을 유지시킨 다음, 약 80℃의 오븐에서 5분 ~ 15분 정도 건조시켜 여파기층(21)을 형성한다.

다음, 건조 후, 상기 그린 시트(20) 상부 전면에 여파기층(21)이 형성되면, 노광기를 이용하여 패터닝을 하게 되는데, 이를 위해, 먼저 유각(有角) 형상의, 예컨대 쐐기 형상의 개구부를 가진 단위셀이 적어도 하나 이상 패터닝되어 있는 유리 마스크 또는 필름을 노광기에 세팅한다. 그런 후, 상면에 여파기층(21)이 형성된 그린시트(20)를 노광기의 베이스 위에 얹고, 전술한 소정의 형상이 패터닝되어 있는 유리 마스크를 상기 그린시트(20)의 여파기층(21)상부에 정렬시킨 후, 자외선을 조사하여 노광을 실시한다(도 4b).

이 때, 상기 감광성 페이스트는 노광된 부분이 경화되는 방식을 취하기 때문에 상기 유리 마스크 또는 필름은 원하는 패턴의 역상으로 제조하여 그 원하는 영역외 부분은 자외선이 조사되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 노광을 실시하고 난 다음에는, 상기 상부의 노광된 Ag페이스트를 포함하는 그린시트를 현상기를 통과시켜, 노광되지 않은 나머지 Ag페이스트 부분을 제거하고, 증류수를 이용하여 현상액을 세척하고, 물기를 제거하기 위해 오븐에서 충분히 건조시키게 되면, 여파기 패턴이 형성되는데(도 4c), 상기 여파기 패턴은, 유각(有角) 형상의, 예컨대 쐐기 형상의 개구부를 가진 단위셀이 적어도 하나 이상 패터닝되어 있으며, 본 발명은 이와 같이, 스크린 인쇄 방식으로는 구현하기 어려운 유각(有角) 형상의 미세 패턴을 형성하는데 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 여파기 패턴이 완성되면, 그 여파기 패턴이 형성된 여파기층과, 그 하부의 그린 시트의 전체 두께가 얇기 때문에, 상기 그린 시트의 하면에 복수의 그린 시트를 적층하고 합체시켜 원하는 두께로 조절한다(도 4d).

마지막으로, 적층된 그린 시트 중에서 가장 하부에 위치하는 그린 시트에 소정의 접지층을 인쇄하고, 여파기 단위 소자 크기로 절단한 다음, 800℃ ~900℃의 온도에서 소성하여(도 4e) 본 발명에 따른 마이크로파 대역통과 여파기 제조 방법을 완료한다.

이를 통해, 스크린 인쇄 방식으로 구현할 수 없는 수준의 정밀한 쐐기 모양의 패턴을 가진 대역통과여파기를 저비용으로 그리고, 용이하게 제조할 수 있게 된다.

다음으로는, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대역통과여파기의 제조 방법에 대해 설명하는데, 본 발명의 제 2 실시예는, 제 1 실시예와 달리, 이미 소성된 세라믹 기판을 이용하여 여파기를 제작하는 방법이다.

<제 2 실시예>

먼저, 알루미나 기판과 같은 소성 기판(30)의 하면에 전면 인쇄용 스크린(blank screen)을 정렬시킨 다음, 그 블랭크 스크린을 통해 상기 소성 기판의 하면에, 일반 전도성 페이스트를 도포하고, 이를 건조 및 소성시켜 접지층(31)을 형성하는데(도 5a), 상기 접지층(31)을 먼저 소성시키는 것은 그 접지층(31)에 사용된 일반 전도성 페이스트가 후속 공정의 현상 공정에서 사용되는 현상액에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 먼저 여파기층을 패터닝한 후 접지면을 인쇄하여 함께 소성할 수도 있겠지만, 이 경우 접지면 인쇄시 여파기 패턴이 손상될 가능성이 있으므로, 접지면을 먼저 소성시키는 것이 바람직하다.

다음, 소성 기판의 하면에 접지층(31)이 형성되면, 전면 인쇄용 스크린을 이용하여 상기 소성 기판(30) 상면에 감광성의 전도성 Ag페이스트를 인쇄하고, 두께 균일성을 향상시키기 위해 Ag페이스트의 평탄화 시간 동안 상온을 유지시킨 다음, 약 80℃의 오븐에서 5분 ~ 15분 정도 건조시켜 여파기층(32)을 형성한다.

다음, 여파기층(32)이 형성되면, 유각(有角) 형상의, 예컨대 쐐기 형상의 개구부를 가진 단위셀이 적어도 하나 이상 패터닝되어 있는 유리 마스크 또는 필름을 노광기에 세팅한 후, 상면에 여파기층(32)이 형성된 소성기판(30)을 노광기의 베이스 위에 위치하고, 전술한 소정의 형상이 패터닝되어 있는 유리 마스크를 상기 소성 기판(30)의 여파기층(32)상부에 정렬시킨 후, 자외선을 조사하여 노광을 실시한다(도 5b).

이 때, 상기 감광성 페이스트는 노광된 부분이 경화되는 방식을 취하기 때문에 상기 유리 마스크 또는 필름은 원하는 패턴의 역상으로 제조하여 그 원하는 영역외 부분은 자외선이 조사되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 노광을 실시하고 난 다음에는, 상기 소성 기판 상부에 노광된 Ag페이스트를 현상하여, 노광되지 않은 나머지 Ag페이스트 부분을 제거한 다음, 증류수를 이용하여 현상액을 세척하고, 물기를 제거하기 위해 오븐에서 충분히 건조시키게 되면, 여파기 패턴이 형성된다(도 5c).

마지막으로, 여파기 패턴이 형성되면, 800℃ ~900℃의 온도에서 소성한 다음여파기 단위 소자 크기로 절단하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로파 대역통과 여파기 제조 방법을 완료한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대역 통과 여파기 제조 방법은, 종래보다 상대적으로 적은 공정 비용이 들며, 아울러 종래의 스크린 인쇄법보다 더 높은 해상도와 정밀한 미세 패턴을 얻을 수 있도록 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1a는 T형 대역 통과 여파기의 회로도,

도 1b는 π형 대역 통과 여파기의 회로도,

도 2a는 j-인버터로 구성된 대역 통과 여파기의 회로도,

도 2b는 k-인버터로 구성된 대역 통과 여파기의 회로도,

도 3은 종래 미세 패턴이 구현된 대역 통과 여파기의 사시도,

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대역 통과 여파기 제조 과정을 도시한 도면,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대역 통과 여파기 제조 과정을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 그린 시트 30 : 소성기판 21, 32 : 여파기층

22, 33 : 마스크 23, 31 : 접지층

Claims (9)

1. 기판 상부에 여파기층을 형성하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계에 따라 형성한 여파기층의 일부를 노광시키는 제 2 단계;

   상기 제 2 단계에 따라 노광시킨 여파기층을 현상하고, 노광되지 않은 나머지 부분은 제거하여 여파기 패턴을 형성하는 제 3 단계;

   상기 제 3 단계에 따라 여파기 패턴이 형성된 여파기층을 소성시키는 제 4 단계로 이루어지고,

   상기 여파기 패턴은, 유각(有角) 형상의 개구부를 가진 단위셀이 적어도 하나 이상 형성된 패턴인 것을 특징으로 하는 대역 통과 여파기 제조 방법.
2. (삭제)
3. 제 1 항에 있어서, 상기 유각 형상은;

   쐐기 형상인 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계 전에;

   상기 기판 하면에 접지층을 형성하여 소성시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계와 제 4 단계 사이에;

   상기 기판 하면에 접지층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계와 제 4 단계 사이에;

   상기 기판 하면에 그 기판과 동일한 재질의 기판을 복수개 합체시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
7. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은;

   저온동시소성 세라믹 그린 시트, 또는 알루미나, AlN, BeO, 중에서 적어도 선택된 어느 하나가 사용된 소성 기판인 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여파기층은 감광성 전도성 페이스트로 이루어진 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.
9. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 접지층은 전도성 페이스트로 이루어진 것을 특징으로 하는, 대역 통과 여파기 제조 방법.