KR100548388B1 - 저손실 인덕터소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인덕터 특성인 Q(quality)값이 향상된 인덕터 소자가 개시하고 있다. 상기 인덕터소자는 설정된 간격으로 식각된 기판과, 상기 기판의 상부 및 하부에 형성된 제1인덕터 및 제2인덕터와, 및 상기 제1인덕터와 제2인덕터를 외부와 차단하는 제1보호체와 제2보호체로 구성된다. 상기 제1인덕터와 제2인덕터는 상기 기판에 대해 대칭구조로 형성되며, 상기 제1인덕터와 제2인덕터를 전기적으로 연결하는 연결부를 부가한다. 또한, 상기 제1인덕터와 제2인덕터가 공기중에 노출되도록 상기 기판, 제1인덕터, 제2인덕터 상호간에 에어 갭(air gap)을 형성하며, 상기 제1보호체는 상기 인덕터소자에 전류를 공급하기 위해 기설정된 위치에 적극층을 형성한다.
인덕터, 전극층, MEMS, 에어갭, 보호체

Description

저손실 인덕터소자 및 그의 제조방법{Inductor element having high quality factor and a fabrication mentod thereof}
도 1은 일반적인 방법으로 제작한 인덕터소자를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 인덕터소자를 도시한 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 인덕터소자를 제작하는 과정을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200, 210 : 보호체 204, 206 : 인덕터
208 : 연결부 202 : 기판
212 : 전극층
본 발명은 인덕터 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인덕터의 손실을 최소화할 수 있는 인덕터 및 그의 제작방법에 관한 것이다.
MEMS(Micro elector mechanical system)는 기계적, 전기적 부품을 반도체 공정을 이용하여 구현하는 기술이다. 상기 MEMS 기술을 이용하여 제조되는 소자의 일예가 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.
따라서, 인덕터소자에서 가장 중요한 요소는 인덕턴스(inductance)와 Q(quality factor)이다. 현재 상기 인덕턴스는 어느 정도 만족이 되고 있지만, 상기 Q의 경우에는 인덕터소자에서 생기는 기판손실과 직류저항에 의한 전류 한계로 인해 원하는 값을 얻지 못하고 있다.
예컨데, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(10)의 표면상에 집적하여 인덕터(L)를 형성하는 종래의 인덕터소자의 경우에는 인덕터(11)가 기판과 직접 접촉되어 제작됨에 따라 발생하는 기판과의 기생효과(parastitic effect)가 발생된다. 상기 인턱터는 상기 기생효과로 인해 낮은 인덕턴스를 갖게 된다. 이와 같이 낮은 인덕턴스를 갖게 되는 문제점을 해결하기 위해 고가의 저유전물질을 사용하여야 한다.
상기 기생효과로 인해 낮은 인덕턴스를 갖게 되는 문제점과 비용 측면을 고려하여 에어 갭(air gap)을 형성하고 있는 인덕터를 제작하는 방안이 제안되었다. 하지만, 상기 에어 갭을 형성하고 있는 인덕터는 높은 Q과 높은 인덕턴스를 얻을 수 있으나, 고난이도의 공정을 필요로 한다. 또한, 상기 에어 갭을 형성하고 있는 인덕터는 구조물을 공기 중에 부양하기 위한 습식식각시 점착문제가 발생된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 인덕터 소자에서 생기는 기판 손실을 최소화하여 높은 Q와 인덕턴스를 갖는 인덕터소자를 제공함에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 평탄한 이중구조를 갖는 인덕터소자를 제공함에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 수백 ㎛이상의 에어갭을 형성할 수 있는 인덕터소자의 제작방법을 제공함에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 인덕터를 외부로부터 보호할 수 있는 인덕터소자를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 인덕터소자는 설정된 간격으로 식각된 기판; 상기 기판의 상부 및 하부에 형성된 제1인덕터 및 제2인덕터; 및 상기 제2인덕터를 외부와 차단하는 제2보호체:를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1인덕터와 제2인덕터는 상기 기판에 대해 대칭구조로 형성되며, 상기 제1인덕터와 제2인덕터를 전기적으로 연결하는 연결부를 부가한다.
바람직하게, 상기 제1인덕터와 제2인덕터가 공기중에 노출되도록 상기 기판, 제1인덕터, 제2인덕터 상호간에 에어 갭(air gap)을 형성한다.
바람직하게, 상기 제1인덕터를 외부와 차단하는 제1보호체를 부가하며, 상기 제1보호체는 상기 인덕터소자에 전류를 공급하기 위해 기설정된 위치에 적극층을 형성한다.
한편, 본 발명에 따른 인덕터소자의 제작방법은 기판의 상부에 제1인덕터를 형성하고, 상기 기판의 하부에 제2인덕터를 형성하는 단계; 상기 기판을 기설정된 간격으로 식각하는 단계; 및 상기 제2인덕터를 외부로부터 차단하기 위한 제2인덕터를 밀봉실장하는 제2보호체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기판을 건식식각으로 식각한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 인덕터소자를 도시한 도면이다. 상기 인덕터소자는 기판(202), 상기 기판(202)의 상, 하부에 대칭 구조로 배치된 제1인덕터(206), 제2인덕터(204)를 가지고 있다. 또한, 상기 인덕터소자는 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)를 연결하기 위한 연결부(208)로 가지고 있다. 상술한 바와 같이 상기 인덕터소자는 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)의 이중구조를 형성하고 있으므로 높은 인덕턴스를 가진다.
상기 도 2(a)는 진공실장(hermetic sealing)되지 않은 인덕터소자이며, 상기 도 2(b)는 보호체들(200, 210)에 의해 진공실장한 인덕터소자이다.
상기 도 2(a)의 보호체(200)는 유리(glass)로 제조되며, 상기 기판(202)은 실리콘(Si)로 제조된다. 상기 제1 및 제2인덕터(204, 206)는 금속물질, 예컨데 구리(Cu)등과 같은 물질로 제조된다. 상기 인덕터 소자는 에어 갭을 형성함으로서 상기 제1인덕터(206), 제2인덕터(204)가 기판(202)으로부터 부양되어 있다. 상기 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)가 기판(202)으로부터 부양되어 있음으로 인해, 상기 제1인덕터(206), 제2인덕터(204)의 Q를 높일 수 있다.
도 2(b)는 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)가 제1보호체(210) 또는 제2보호 체(200)에 의해 진공실장되어 있음으로 인해 외부 충격으로부터 안정을 보장받을 수 있다. 또한, 전극층(212)을 형성하여 상기 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)를 실제 사용할 수 있게 된다.
이하 도 3을 이용하여 본 발명에 따른 인덕터 소자의 제작공정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3(a)는 기판(202)과 상기 기판(202)의 상단에 도포되어 있는 시드 레이어(seed layer)(300)를 도시하고 있다. 상기 시드 레이어(300)는 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 등 금속물질로 이루어진다. 상기 시드 레이어(300)를 상기 기판(202)의 상단에 도포하는 이유에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3(b)는 상기 시드 레이어(300) 상단의 설정된 영역에 감광액(PR)(302)을 도포한다. 상기 감광액(302)을 도포하는 영역에 따라 제1인덕터의 형태가 결정된다.
도 3(c)는 감광액(302)으로 도포되지 않은 영역을 금속 물질로 전기도금(electroplating)을 한다. 상기 금속 물질로 전기도금함으로서 상기 제1인덕터(206)가 형성된다. 일반적으로 금속 물질로 구리(Cu)를 이용하지만, 사용자의 설정에 따라 도전 금속 물질로 대체할 수 있다. 상기 시드 레이어(300)는 상기 금속 물질(제1인덕터)(206)과 상기 기판(202)의 접착력을 향상시키는 기능을 수행한다. 즉, 상기 시드 레이어(300)가 없으면, 상기 금속 물질(206)과 기판(202)의 접착력은 떨어지게 된다.
도 3(d)는 상기 도 3(b)에서 도포한 PR(302)과 도 3(a)에서 도포한 시드 레 이어(300)를 식각한다. 상기 PR(302)을 식각함으로서 상기 인덕터소자는 제1인덕터(206)를 형성하게 된다. 이하 상기 제1인덕터(206)를 제1보호체(210)에 의해 진공실장하는 과정에 대해 알아보기로 한다. 상기 도 3(d)는 상기 제1인덕터(206)를 진공실장할 제1보호체(210)를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 상기 제1보호체(210)는 유리로 제조하나, 사용자의 설정에 따라 다른 재질로 사용할 수 있다.
도 3(e)는 제1인덕터(206)를 제1보호체(210)로 진공실장한다. 양극접합(anodic bonding)과 상기 제1보호체(210)를 이용하여 상기 제1인덕터(206)를 진공실장한다. 상기 제1보호체(210)의 상단에 음전극을, 기판(202)의 하단에 양전극을 걸어줌으로서 상기 양극접합을 수행한다. 상기 양극접합을 수행하는 과정에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 양극접합에 의해 상기 제1인덕터(206)는 상기 제1보호체(210)에 의해 진공실장된다.
도 3(f)는 기판(202)을 일정한 두께만큼 연마(Polishing)한다. 일반적으로 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 이용하여 상기 기판(202)을 연마한다. 상기 CMP를 이용하여 상기 기판(202)을 연마함으로서 평탄도를 높일 수 있게 된다.
도 3(g)는 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)를 전기적으로 연결하는 연결부(208)를 형성하기 위해 기판(202)의 일부 영역을 식각한다. 상기 도 3(g)는 두 개의 연결부(208)를 형성하기 위해 두 개의 영역을 식각한다.
도 3(h)는 상기 도 3(g)에서 식각한 영역을 연결부(208)로 형성하기 위해 금속물질로 전기 도금을 수행한다. 상기 전기도금을 수행하는 과정은 상기 도 3(c)와 동일하다. 이하 제2인덕터(204)를 형성하는 과정에 대해 알아보기로 한다.
도 3(i)는 제2인덕터(204)를 형성한다. 상기 제2인덕터(204)를 형성하는 과정은 상기 도 3(a) 내지 도 3(d)에서 수행하는 과정과 동일하다.
도 3(j)는 제2인덕터(204)의 일부 영역에 PR(306)을 도포한다. 상기 도 3(j)는 3개의 영역(양끝단과 가운데단)에 PR(306)을 도포한 예를 도시하고 있다. 또한, 상기 제1보호체(210)의 상단에 금속물질(304)을 도포한다. 상기 금속물질(304)은 상기 도 3(a)에서 기판(202)의 상단에 도포한 금속물질(300)과 동일한 물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속물질(304)의 도포과정은 사용자의 설정에 따라 생략하거나, 이후에 수행되는 과정들 중 하나의 과정에서 수행할 수 있다.
도 3(k)는 건식세정(dry release)에 의해 PR(306)이 도포되지 않은 영역을 식각한다. 특히, 상기 PR(306)이 도포되지 않은 기판(202)을 식각한다. 물론, 상기 건식제정을 통해 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)의 일부 영역이 식각될 수 있다. 상기 건식세정 과정을 수행함으로서 상기 제1인덕터(206)와 제2인덕터(204)는 공기중에 부양하게 된다.
도 3(l)은 상기 도 3(j)에서 도포한 PR(306)을 제거한다.
도 3(m)은 제2보호체(200)를 이용하여 제2인덕터(204)를 진공실장한다. 상기 제2인덕터(204)를 진공실장하는 과정은 상기 제1인덕터(206)를 진공실장하는 과정과 동일하다.
도 3(n)은 상기 제1인덕터(206), 제2인덕터(204)로 전류를 공급하기 위한 전극을 형성한다. 상기 전극 형성 역시 전기 도금을 이용하여 금속물질(212)을 상기 제1보호체(210)의 함몰부분에 채워넣는다.
도 3(o)는 상기 도 3(j)와 같이 전극층(212)을 형성하기 위해 일부 영역을 PR(310)로 도포한다.
도 3(p)는 PR(310)이 도포되지 않은 영역의 금속물질(2128)을 식각한다. 또한, 상기 금속물질(212)이 식각되면 상기 도 3(o)에서 도포한 PR(310)을 제거한다.
상기 도 3은 상기 제1인덕터를 보호하기 위한 제1보호체를 형성하는 과정을 도시하고 있지만, 사용자의 설정에 따라 상기 도 2(a)와 같이 제1인덕터를 보호하기 위한 제1보호체를 형성하는 과정을 생략할 수 있다. 즉, 제2인덕터를 보호하기 위한 제2보호체만을 형성할 수 있다.
본원 발명에서 제안한 제작방법으로 인덕터소자를 공정함으로서, 상기 인덕터소자는 높은 인덕턴스와 Q를 가지게 된다. 또한, 상기 인덕터소자는 수백 ㎛이상의 에어갭을 형성할 수 있게 된다. 고난이도의 습식공정 대신 건식공정을 사용함으로서 평탄한 이중구조 인덕터를 용이하게 제작할 수 있다. 보호체를 형성함으로서 상기 인덕터를 외부 충격으로부터 보호할 수 있게 된다.
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 (13)

  1. 기설정된 간격으로 식각된 기판;
    상기 기판의 상부 및 하부에 형성된 제1인덕터 및 제2인덕터; 및
    상기 제2인덕터를 외부와 차단하는 제2보호체:를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1인덕터와 제2인덕터는 상기 기판에 대해 대칭구조로 형성됨을 특징으로 하는 상기 인덕터소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1인덕터와 제2인덕터를 전기적으로 연결하는 연결부를 부가함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1인덕터와 제2인덕터가 공기중에 노출되도록 상기 기판, 제1인덕터, 제2인덕터 상호간에 에어 갭(air gap)을 형성함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1인덕터를 외부와 차단하는 제1보호체를 부가함을 특징으로 상기 인덕터소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1보호체는 상기 인덕터소자에 전류를 공급하기 위 해 기설정된 위치에 적극층을 형성함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자.
  7. 기판의 상부에 제1인덕터를 형성하고, 상기 기판의 하부에 제2인덕터를 형성하는 단계;
    상기 기판을 기설정된 간격으로 식각하는 단계; 및
    상기 제2인덕터를 외부로부터 차단하기 위한 제2인덕터를 밀봉실장하는 제2보호체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인덕터소자의 제작방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제1인덕터와 상기 제2인덕터는 상기 기판에 대해 대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 인덕터소자의 제작방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 제1인덕터와 제2인덕터를 전기적으로 연결하는 단계를 부가함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자의 제작방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 제1인덕터와 제2인덕터가 공기중에 노출되도록 상기 기판, 제1인덕터, 제2인덕터 상호간에 에어 갭(air gap)을 형성함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자의 제작방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 제1인덕터를 외부로부터 차단하기 위한 제1인덕터를 밀봉실장하는 제1보호체를 형성하는 단계를 부가함을 특징으로 하는 상기 인덕터소 자의 제작방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 인덕터소자에 전류를 공급하기 위해 상기 제1보호체의 기설정된 위치에 적극층을 형성하는 단계를 더 부가함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자의 제작방법.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 기판을 건식식각으로 식각함을 특징으로 하는 상기 인덕터소자의 제작방법.
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