KR100580162B1 - 박막형 대역 통과 필터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
기판, 기판 상에 형성되고 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 제1캐패시터, 제1캐패시터 사이의 분기단에 전기적으로 연결된 제2캐패시터, 제2캐패시터와 병렬로 전기적으로 연결된 인덕터, 및 인덕터를 기판 및/또는 제2캐패시터에 대해 그 상방으로 소정 간격 이격되게 지지하는 복수의 서포트;를 포함하며, 제1 및 제2캐패시터는 각각 기판 상에 순차로 형성된 박막 형태의 제1금속층, 유전체층 및 제2금속층을 구비하고, 인덕터는, 복수의 서포트에 의해 지지된 소정 패턴의 박막 형태의 금속층으로 이루어지고 그 양단이 제2캐패시터의 제1 및 제2금속층에 각각 전기적으로 연결되도록 마련되어, 기판 및/또는 제2캐패시터에 대해 부양된 구조로 된 박막형 대역 통과 필터가 개시되어 있다.
이러한 박막형 대역 통과 필터는 인덕터가 기판 및/또는 캐패시터에 대해 부양된 구조를 가지므로, 기생 캐패시턴스를 최소화할 수 있어서 Q값이 향상되고 이에 따라 필터의 삽입 손실을 극소화할 수 있다. 또한, 인덕터의 적어도 일부를 캐패시터 위에 형성하면 필터의 전체적인 크기를 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
Description
도 1은 종래의 박막형 대역 통과 필터의 일 예를 개략적으로 보인 도면,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 대역 통과 필터를 개략적으로 보인 평면도,
도 5는 도 4의 주요부분의 사시도,
도 6은 도 4의 등가회로
도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도,
도 8 내지 도 18은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터의 제조과정을 개략적으로 보인 도면으로, 도 11 내지 도 18은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 대응하는 단면도,
도 19는 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터에서 인덕터부의 회전수에 따른 주파수와 Q값의 관계를 보인 그래프,
도 20은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터에서 인덕터부의 회전수와 공진주파수와의 관계를 보인 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50...기판 55...절연층
60,70...제1 및 제2캐패시터 61,71...제1금속층
63,73...유전체층 65,75...제2금속층
80...인덕터 81...나선형 인덕터부
83,85...제1 및 제2연결부
본 발명은 입력되는 전기신호를 필터링하여 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 대역 통과 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나선형 인덕터와 캐패시터가 박막 형태로 형성된 박막형 대역 통과 필터(Thin-film band pass filter) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 대역 통과 필터는 인덕터와 캐패시터의 조합이 주파수가 변함에 따라 임피던스가 변하는 원리를 이용한다. 즉, 인덕터(L)와 캐패시터(C)가 직렬로 연결될 때 공진주파수 f0는 f0 = 1/2π√(LC)가 되므로, 이러한 인덕터(L)와 캐패시터(C)의 배열을 중첩하면 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터를 구성할 수 있다.
500MHz 이상의 마이크로파 주파수 범위에서 작동하는 필터로 종래에 도 1에 도시된 바와 같은 박막형 마이크로파 대역 통과 필터가 제안된 바 있다. 이 박막형 필터는 평면 기판(12) 상에 금속층과 절연층을 적절히 적층 및 배치하여 형성된 복수의 캐패시터(32), 복수의 나선형 인덕터(10) 및 전기적인 접속으로 구성된다. 이때, 상기 나선형 인덕터(10) 및 캐패시터(32)는 리드 패턴에 의해 서로 교대로 전기적으로 직렬 연결되고, 양측에는 나선형 인덕터(10)가 배치되어 있다.
각 캐패시터(32)는 도 2에 도시된 바와 같이, 평면 기판(12) 상에 소정 간격(G)으로 분리되어 형성된 한쌍의 제1금속층(34,36), 상기 제1금속층(34,36)의 적어도 일부분 상면에 형성된 절연층(40), 상기 절연층(40) 상면에서 상기 제1금속패드층(34,36)에 중첩 형성된 제2금속층(42)으로 이루어진다.
상기 나선형 인덕터(10)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 평면 기판(12)상에 형성된 제1금속층(16,18)으로 이루어진 제1 및 제2트레이스(traces;22,24), 상기 제1금속층(16,18)보다 상측에 위치되며 상기 제1 및 제2트레이스(22,24) 사이를 연결하는 제2금속층(18)으로 이루어진 연결 브리지(28), 및 상기 그 교차 부위를 절연시키기 위한 절연층(20)에 의해 나선형상으로 형성된다.
상기 제1트레이스(22)는 코일 형태의 고리형으로 형성되고, 상기 제2트레이스(24)는 상기 제1트레이스(22)의 주변에 평행하게 형성된다. 상기 연결 브리지(28)는 상기 제1트레이스(22)의 내측단부(26)에 컨택되며, 상기 제1트레이스(22)의 중간부분(30)을 가로질러 제2트레이스(24)에 연결된다. 이때, 절연층(20)이 코일 트레이스의 중간부분(30)으로부터 브리지(28)를 절연시킨다.
여기서, 참조부호 1,5는 컨택 패드를 나타낸다.
상기와 같은 박막형 대역 통과 필터는 컨택 패드(1,5) 사이에서 나선형 인덕터(10) 및 캐패시터(32) 교대로 직렬 연결된 구조이다. 그런데, 이러한 종래의 박막형 필터는 인덕터(10)가 기판(12)에 붙어있는 2차원 평면 형태이므로 인덕터(10)와 기판(12) 사이에 기생 캐패시턴스가 크게 발생되고 이로 인해 인덕터(10)의 Q값(Q-factor)가 작아진다.
이에 따라, 인덕터(10) 자체의 공진주파수가 작아져 인덕터(10)의 사용범위가 낮아지며, Q값이 작아지므로 대역 통과 필터의 삽입 손실이 커지게 되어 필터를 통과한 신호를 증폭하는 과정이 필요한 단점이 있다.
더욱이, 상기와 같은 종래의 박막형 대역 통과 필터는 인덕터와 캐패시터가 평면 기판(12) 펼쳐진 채로 직렬 연결되므로 대역 통과 필터 전체의 크기가 큰 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 인덕터의 Q값을 최대화할 수 있으며 필터의 크기를 최소화할 수 있도록 된 구조를 가지는 박막형 대역 통과 필터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는, 기판; 상기 기판 상에 형성되고 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 제1캐패시터; 상기 제1캐패시터 사이의 분기단에 전기적으로 연결된 제2캐패시터; 상기 제2캐패시터와 병렬로 전기적으로 연결된 인덕터; 및 상기 인덕터를 상기 기판 및/또는 제2 캐패시터에 대해 그 상방으로 소정 간격 이격되게 지지하는 복수의 서포트;를 포함하며, 상기 제1 및 제2캐패시터는 각각 기판 상에 순차로 형성된 박막 형태의 제1금속층, 유전체층 및 제2금속층을 구비하고, 상기 인덕터는, 상기 복수의 서포트에 의해 지지된 소정 패턴의 박막 형태의 금속층으로 이루어지고 그 양단이 상기 제2캐패시터의 제1 및 제2금속층에 각각 전기적으로 연결되도록 마련되어, 상기 기판 및/또는 제2캐패시터에 대해 부양된 구조로 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 인덕터는, 상기 서포트 상방에 플랫한 나선형으로 형성되어 상기 서포트에 의해 지지되는 적어도 일 회전수로 된 나선형 인덕터부; 상기 나선형 인덕터부의 내측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분 및 상기 수직부분 일측으로부터 연장 형성되고 상기 나선형 인덕터부와 이격된 수평 부분을 포함하여, 상기 나선형 인덕터부 내측단부와 상기 제2캐패시터의 일 금속층을 전기적으로 연결시키도록 마련된 제1연결부; 및 상기 나선형 인덕터부의 외측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분을 포함하여, 상기 외측단부를 상기 제2캐패시터의 다른 금속층과 전기적으로 연결시키도록 마련된 제2연결부;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 서포트의 적어도 일부가 상기 제2캐패시터 상에 형성되고, 상기 인덕터의 나선형 인덕터부는 그 적어도 일부가 상기 제2캐패시터의 상방에 위치된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상의 소정 위치에 순차로 제1금속층, 유전체층 및 제2금속층을 형성시켜 서로 독립된 복수의 제1캐패시터와 적어도 하나의 제2캐패시터를 형성하는 단계; 상기 기판 상에 복수의 컨택 패드 및 리드 패턴을 형성시켜, 상기 리드 패턴에 의해 상기 제1캐패시터는 서로 직렬로 연결되고 상기 제2캐패시터는 상기 제1캐패시터 사이의 분기단에 연결되도록 제1 및 제2캐패시터 사이의 전기적인 연결 구조를 형성시키는 단계; 상기 기판 및/또는 제2캐패시터 상에 소정 높이의 복수의 서포트를 형성하는 단계; 상기 제2캐패시터의 제1 및 제2금속층에 각각 전기적으로 연결된 연결부 및 상기 서포트 상방에 소정 패턴의 금속층으로 형성되어 상기 서포트에 의해 지지되는 인덕터부로 이루어지며, 상기 인덕터부의 양단부가 상기 연결부에 의해 상기 제2캐패시터에 병렬로 연결되는 인덕터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 서포트의 적어도 일부가 상기 제2캐패시터 상에 형성되고, 상기 인덕터부는 그 적어도 일부가 상기 제2캐패시터의 상방에 위치되는 것이 바람직하며, 상기 제2캐패시터 상의 상기 인덕터와 상기 제1 및 제2금속층을 전기적으로 연결시키기 위한 부분을 제외한 영역에 절연층을 형성시키는 단계;를 더 구비한다.
한편, 상기 연결부는, 상기 인덕터부의 외측단부로부터 그 하방으로 연장 형성되어 상기 제2캐패시터의 일 금속층과 전기적으로 연결되는 제1수직부분; 상기 인덕터부의 내측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 제2수직부분; 및 상기 제2수직부분 일측으로 연장 형성되고 상기 인덕터부에 대해 이격된 상기 제2캐패시터의 다른 금속층과 전기적으로 연결되는 수평부분;을 포함하여 구성되며, 상기 인덕터 형성 단계는, 포토레지스트로 연결부의 제1수직부분 및 수평부분의 위치 패턴을 형성하고 상기 제1수직부분 및 수평부분 위치에 하부금속층을 형성하는 단계; 포토레 지스트로 연결부의 제1 및 제2수직부분 위치 패턴을 형성하고, 상기 제1 및 제2수직부분 위치에 상부금속층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 및 상부금속층 상에 소정 패턴으로 금속층을 형성시켜 인덕터부를 형성하는 단계; 및 포토레지스트층을 제거하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 서포트는, 상기 연결부의 수직부분과 같은 재질의 금속물질로 이루어지며, 상기 연결부의 수직부분 형성단계와 같은 공정에서 서포트 위치 패턴을 형성하고 그 서포트 위치에 하부금속층 및 상부금속층을 형성하여 된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기판은 세라믹, 플라스틱 및 PCB 기판 중 어느 하나로 된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 대역 통과 필터의 구조를 개략적으로 보인 평면도이고, 도 5는 도 4의 주요부분의 사시도, 도 6은 도 4의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는, 기판(50), 상기 기판(50) 상에 형성되고 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 제1캐패시터(60), 상기 제1캐패시터(60) 사이에서 분기된 분기단에 전기적으로 연결된 제2캐패시터(70), 상기 제2캐패시터(70)에 병렬로 전기적으로 연결된 인덕터(80) 및 상기 인덕터(80)를 상기 기판(50) 및/또는 제2캐패시터(70)에 대해 그 상방으로 소정 높이 이격되게 지지하는 복수의 서포트(90)를 포함하여 구성된다. 도 4는 박막형 대역 통과 필터가 5개의 제1캐패시터(60)와 4개의 제2캐패시터(70) 및 인덕터(80)로 이루어진 예를 도시하였으나, 필터링 조건에 따라 설계조건이 달라질 수 있다.
상기 기판(50) 상에는 상기 제1캐패시터(60)들을 서로 직렬로 연결하는 리드, 상기 제1캐패시터(60) 사이의 분기단에서 분기되고 상기 제2캐패시터(70) 및 인덕터(80)를 서로 병렬로 연결시키는 리드 및, 이러한 필터에 필터링 대상인 전기신호를 입력하고 필터링된 신호를 출력하기 위해 상기 제1캐패시터(60)의 양측에 리드에 의해 연결된 한쌍의 컨택 패드(51)(53)가 형성되어 있다. 또한 각 부재 즉,캐패시터(60)(70) 및/또는 인덕터(80)의 양단에는 각 부재를 점검할 수 있도록 복수의 컨택패드(54)가 더 형성되어 있다. 여기서, 상기 제2캐패시터(70) 및 인덕터(80)의 일단은 접지된다.
상기 기판(50)은 세라믹, 플라스틱, PCB 기판 중 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하며, 이러한 기판(50)은 전기적으로 절연체이다.
상기 제1 및 제2캐패시터(60)(70)는 각각 기판(50) 상에 순차로 형성된 박막 형태의 제1금속층(61)(71), 유전체층(63)(73) 및 제2금속층(65)(75)으로 이루어진다. 상기 제2캐패시터(70)는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 그 적어도 일측에서 상기 유전체층(73) 및 제2금속층(75)의 일부가 기판(50)에 대면되도록 형성된 것이 바람직하며, 제1캐패시터(60)에 대해서도 마찬가지이다. 이러한 구조의 경우, 제조시에 상기 제2금속층(65)(75)이 리드 패턴에 전기적으로 직접 연결되도록 형성 시킬 수 있다.
상기 인덕터(80)는 상기 복수의 서포트(90)에 의해 지지된 소정 패턴의 박막형태의 금속층으로 이루어지고 그 양단이 상기 제2캐패시터(70)의 제1 및 제2금속층(71)(75)과 전기적으로 연결되어 있다.
구체적으로, 상기 인덕터(80)는 상기 서포트(90) 상방에 플랫한 나선형으로 형성되어 이 서포트(90)에 의해 지지되는 소정 회전수로 된 나선형 인덕터부(81), 상기 나선형 인덕터부(81)의 내측단부(81a)와 상기 제2캐패시터(70)의 제1금속층(71)을 전기적으로 연결시키는 제1연결부(83), 상기 나선형 인덕터부(81)의 외측단부(81b)를 상기 제2캐패시터(70)의 제2금속층(75)과 전기적으로 연결시키는 제2연결부(85)(85)를 포함하여 구성된다. 도 4는 나선형 인덕터부(81)가 3회전수로 된 예를 도시하였다.
상기 나선형 인덕터부(81)는 상기 기판(50) 및/또는 제2캐패시터(70)에 대해 그 상방으로 이격되어 있다. 상기 제1연결부(83)는 상기 내측단부(81a)로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분(83a) 및 상기 수직부분(83a) 일측으로부터 연장 형성되고 상기 나선형 인덕터부(81)와 이격된 수평부분(83b)을 포함한다. 상기 제2연결부(85)는 상기 외측단부(81b)로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분(85a)을 포함한다. 상기 제1연결부(83)의 수평부분(83b) 및 상기 제2연결부(85)의 수직부분(85a)이 상기 제2캐패시터(70)의 제1 및 제2금속층(71)(75)과 전기적으로 연결된다.
상기와 같은 인덕터(80)는 상기 서포트(90)를 상기 제2캐패시터(70) 상에 형 성하고, 그 서포트(90) 상에 상기 인덕터(80)의 나선형 인덕터(80)를 형성하여, 상기 제2캐패시터(70) 상에 부양된(suspended) 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우, 전체적인 필터의 크기를 종래의 구조에 비해 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
이때, 상기 제2캐패시터(70)의 제2금속층(75)과 절연되게 상기 제1연결부(83)의 수평부분(83b)을 형성할 수 있도록 상기 제2캐패시터(70) 상에는 상기 인덕터(80)와 상기 제1 및 제2금속층(71)(75)을 전기적으로 연결시키기 위한 부분을 제외한 영역에 절연층(55)이 더 구비된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 절연층(55) 하부에 위치된 제2캐패시터(70)의 구조를 보이기 위해, 도 4 및 도 5에서는 절연층(55)을 가상선으로 도시하였다.
한편, 상기와 같이 제2캐패시터(70)의 일부가 기판(50)에 대면되는 구조를 가지는 경우, 상기 제1연결부(83)의 수평부분(83b) 및/또는 제2연결부(85)의 수직부분(85a) 일단은 그 하방으로 연장 형성된 베이스부분(84)(85)에 의해 각각 상기 제1 및 제2금속층(71)(75)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 상기 베이스부분(84)(85)은 제1 및 제2금속층(71)(75)의 상기 제1 및 제2연결부(83)(85)와의 전기적인 접속 영역의 형상을 적절히 설계함으로써 배제될 수 있다.
이상에서는 인덕터(80)가 제2캐패시터(70)의 상방에 위치되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 상기 인덕터(80)의 일부만이 상기 제2캐패시터(70) 위에 위치되도록 형성할 수도 있다. 또한 상기 인덕터(80)를 상기 제2캐패시터(70) 일측에서 상기 기판(50)에 대해 그 상방으로 소정 높이 이격되게 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 기판(50)이 절연체로서 기능을 하므로 상기와 같은 절연층(55)은 없어도 무방하며, 상기 제1연결부(83)의 수평부분(83b)과 제1금속층(71), 제2연결부(85)의 수직부분(85a)과 상기 제2금속층(75)은 각각 리드(미도시)에 의해 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 인덕터(80)의 나선형 인덕터부(81)를 제2캐패시터(70)(또는 기판(50))에 대해 이격되도록 지지하는 복수의 서포트(90)는 상기 제1 및 제2연결부(83)(85)와 동일한 금속물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 수직부분(83a)(85a)과 서포트(90)를 동시에 형성할 수 있기 때문에 제조 공정을 크게 단순화시킬 수 있다.
이와 같이 금속물질로 서포트(90)를 형성하는 경우 상기 제1 및 제2연결부(83)(85)의 수직부분(83a)(85a)은 실질적으로 상기 인덕터(80) 내측단부(81a)와 외측단부(81b)를 지지하는 서포트가 된다.
여기서, 상기 서포트(90)는 전기가 통하지 않는 물질 예컨대, 절연물질로 형성될 수도 있다.
이하, 도 8 내지 도 18을 참조로 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 인덕터(80)가 제2캐패시터(70)에 대해 부양된 구조를 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 대역 통과 필터의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 기판(50)을 준비하고, 그 위에 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 제1캐패시터(60) 및 적어도 하나의 제2캐패시터(70)의 제1금속층(61)(71), 한쌍의 컨택 패드(51)(53) 및 리드를 형성한다. 또한, 각 부재를 점검할 수 있도록 복수의 컨택 패드(54)를 더 형성한다.
상기 기판(50)으로는 그 자체로 절연체로서 기능을 하도록 예컨대, 세라믹, 플라스틱, PCB 기판 중 어느 하나를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 리드는 상기 제1캐패시터(60)를 서로 직렬로 연결하도록 형성되며, 제2캐패시터(70) 각각을 상기 제1캐패시터(60) 사이의 서로 다른 분기단에 연결하도록 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2캐패시터(60)(70)의 제1금속층(61)(71)의 일측에서는 상기 리드가 전기적으로 연결되어 있으며, 제1금속층(61)(71)의 다른측에서는 리드가 소정 간격 이격되어 있다. 이 이격된 리드 일단은 후속 공정에서와 같은 제1 및 제2캐패시터(60)(70)의 제2금속층(65)(75)의 제조시에 이 제2금속층(65)(75)과 전기적으로 연결된다.
상기 한쌍의 컨택 패드(51)(53)는 직렬로 배치된 복수의 제1캐패시터(60) 양측에 형성되며, 그 바깥쪽의 제1캐패시터(60)의 제1 또는 제2금속층(61)(65)과 리드에 의해 각각 전기적으로 연결된다. 도 8은 상기 컨택 패드(51)(53)가 후속 공정하에서 제조되는 제2금속층(65)과 전기적으로 연결되도록 리드가 형성된 예를 보여준다. 이러한 일 컨택 패드(51)를 통해 필터링 대상의 전기신호가 입력되고 다른 컨택 패드(53)를 통해 필터링된 전기신호가 출력된다.
다음 단계로, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 및 제2캐패시터(60)(70)의 제1금속층(61)(71) 상에 유전체층(63)(73)을 형성시킨다. 이때, 후속 공정의 제2금속층(65))(75) 형성시 이 제2금속층(65)(75)가 직접적으로 리드에 연결될 수 있도록, 상기 유전체층(63)(73)은 상기 제1금속층(61)(71)의 일측을 감싸면서 그 일부가 상기 기판(50)과 대면되게 형성된다.
이때, 제2캐패시터(70)의 유전체층(73)은 그 제1금속층(71)의 다른측 상면 일부가 노출되도록 형성된 것이 바람직하다. 이 제1금속층(71)의 노출부분은 후속 공정에 의해 형성되는 인덕터(80)의 일 연결부(83)와 전기적으로 컨택되는 영역이다. 도 8은 유전체층(63)(73)이 상기 제1 및 제2캐패시터(60)(70)를 이루는 모든 제1금속층(61)(71)의 상면 일부가 노출되도록 형성되는 예를 보여주며, 이 경우, 필요에 따라 상기 제1금속층(61)(71)과 리드 사이의 와이어 본딩이 가능하다. 여기서, 상기 인덕터(80)의 일 연결부(83)는 리드에 전기적으로 컨택될수도 있다.
다음 단계로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 유전체층(63)(73) 상에 제2금속층(65)(75)을 형성시킨다. 이 제2금속층(65)(75)은 기판(50)상에 형성된 유전체층(63)(73) 부분을 감싸면서 그 일부가 기판(50)에 대면되도록 형성되어 상기 리드에 직접적으로 연결된다. 상기 제2금속층(75)의 기판(50)상에 형성된 부분은 후속 공정에 의해 형성되는 인덕터(80)의 다른 연결부(85)가 제1금속층(71)과 동일한 수직 위치에서 제2금속층(75)에 전기적으로 컨택되도록 도 11에 도시된 바와 같이, 유전체층(73) 일측으로부터 연장 형성된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제2금속층과 리드는 필요에 따라 와이어 본딩될 수도 있다.
상기와 같은 공정을 통하여 기판(50) 상에 복수의 제1캐패시터(60)가 직렬로 연결 배치되고, 그 제1캐패시터(60)의 서로 다른 분기단에 제2캐패시터(70)가 병렬로 연결되는 배치 구조 및 캐패시터(60)(70)의 제조공정이 완료된다.
이후 공정은 상기 제2캐패시터(70)상에 인덕터(80)를 형성하는 공정이다.
먼저, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제2캐패시터(70) 상에 인덕터(80)와 전기적으로 컨택되는 제1 및 제2금속층(71)(75) 일부 상면을 제외한 영역 상에 SiO2와 같은 물질로 절연층(55)을 형성시킨다.
이 절연층(55)은, 상기한 제2캐패시터(70) 상부 뿐만 아니라, 와이어 본딩을 위한 영역을 제외한 필터 전영역에 걸쳐 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 인덕터(80)가 제2캐패시터(70) 상방 대신에 기판(50) 상방에 형성되는 경우에는 이 절연층(55) 형성단계는 생략될 수도 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2캐패시터(70) 위의 절연층(55)과 제1 및 제2금속층(71)(75)의 노출면(71a)(75a)상에 걸쳐 제1시드층(87)을 형성시킨다. 이 제1시드층은 예컨대, Ti층을 대략 200Å 두께로 스퍼터링하여 형성하고 그 위에 Cu층을 대략 1000Å 두께로 스퍼터링하여 형성함으로써 제조된다.
다음 단계로, 상기 제1시드층(87) 상에 제1 및 제2연결부(83)(85)와 서포트(90)를 형성한다. 이러한 연결부(83)(85) 및 서포트(90)는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 최소한 2회에 걸친 패턴 공정을 통해 형성된다.
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제1시드층(87) 상에 포토레지스트로 예컨대, 8μm 두께의 제1 및 제2연결부(83)(85)를 제2캐패시터(70)의 제1 및 제2금속층(71)(75)에 각각 접속시키는 베이스부분(84)(86), 제1연결부(83)의 수평부분(83b) 및 서포트(90) 위치 패턴(91)을 형성한다. 그런다음, 상기 베이스부분(84)(86) 위치의 제1 및 제2금속층(71)(75)(또는 상기 제2캐패시터(70) 양단에 전기적으로 연결된 각 리드)상에 직접적으로 금속층을 형성하여 한쌍의 베이스부분(84)(86)을 형성한다. 그리고 나서, 상기 베이스부분(84)(86) 상면과 제1연결부(83)의 수평부분(83b) 및 서포트(90) 위치에 예컨대, 8μm 두께의 하부금속층을 형성한다. 이때, 상기 하금속층은 예컨대, Cu로 이루어지며 전기도금에 의해 형성된다. 여기서, 인덕터(80)의 적어도 일부가 기판(50) 상에 형성되는 경우에는 상기 베이스부분이 없는 구조로 형성될 수도 있다.
다시, 도 15에 도시된 바와 같이, 포토레지스트로 예컨대, 8μm 두께의 연결부(83)(85) 수직부분(83a)(85a) 및 서포트(90) 위치 패턴(93)을 형성하고, 이 연결부(83)(85) 수직부분(83a)(85b) 및 서포트(90) 위치에 예컨대, 8μm 두께의 상부금속층을 형성시킨다. 이때, 마찬가지로 상기 상부금속층은 Cu로 이루어지며 전기도금에 의해 형성된다.
상기와 같이 2회에 걸쳐 패턴 공정을 통해 제1 및 제2연결부(83)(85)와 서포트(90)가 형성된다.
다음 단계로, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2연결부(83)(85), 서포트(90) 및 포토레지스트층(93) 상에 제2시드층(97)을 형성시킨다. 이 제2시드층(97)은 상기 제1시드층(87)과 마찬가지로 예컨대, 대략 200Å 두께의 Ti층과 그 위에 형성된 대략 1000Å 두께의 Cu층으로 이루어지고 동일한 제조방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
다음 단계로, 그 외측단부(도 4의 81b) 및 내측단부(도 4의 81a)가 각각 상기 연결부(83)(85) 수직부분(83a)(85a) 상방에 위치되도록 상기 제2시드층(97) 상에 도 17에 도시된 바와 같이, 포토레지스트로 예컨대, 8μm 두께의 소정 회전수로 된 나선형 인덕터부(81) 위치 패턴(98)을 형성하고, 이 나선형 인덕터부(81) 위치에 예컨대, 8μm 두께의 금속층을 형성시킨다. 이 나선형 인덕터부(81)를 이루는 금속층은 상기 연결부(83)(85) 및 서포트(90)와 마찬가지로 예컨대, Cu로 이루어지며 전기도금에 의해 형성된다.
마지막으로, 도 18에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(91)(93)(98) 및 시드층(87)(97)을 제거하면 복수의 서포트(90) 및/또는 연결부(83)(85)는 서로 절연되고, 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 박막형 대역 통과필터의 제조가 완료된다. 이때, 상기 포토레지스트층(91)(93)(98)은 아세톤으로 제거하고 시드층(87)(97)은 Cu 에칭액에 의해 에칭하여 제거할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2연결부(83)(85), 서포트(90)와 나선형 인덕터부(81)를 전기 도금방식에 의해 형성하지 않거나, 그 재료가 바뀌는 경우, 상기 제1 및 제2시드층(87)(97)은 그 형성단계가 생략되거나 그 구성이 달라질 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는 기판(50) 상에 캐패시터(60)(70)와 인덕터(80)를 일괄공정을 통해 적층 형태로 제작하여 이루어지며, 인덕터(80)가 기판(50) 및/또는 제2캐패시터(70)에 대해 부양된 구조를 가진다.
따라서, 박막형 인덕터(80)의 부양 구조에 의해 기생 캐패시턴스를 최소화할 수 있어서, Q값을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 상대적으로 큰 Q값을 가질 수 있으므로, 나선형 인덕터부(81)의 회전수를 적절히 설계함으로써 인덕터(80)의 공진주파수를 수 GHz 대역 이상으로 증가시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터에서의 주파수에 따른 Q값을 보인 도 19를 참조하면, 나선형 인덕터부(81)의 회전수가 3인 경우, 주파수의 증가에 따라 대략 비례적으로 Q값이 증가하여 주파수가 대략 3.5GHz인 경우 Q값이 대략 20이 된다. 나선형 인덕터부(81)의 회전수가 보다 증가함에 따라 주파수에 따른 Q값은 그 폭이 점점 작아지는 2차원 곡선을 나타내며, Q값의 최대치는 상대적으로 증가한다. 예를 들어, 나선형 인덕터부(81)의 회전수가 5인 경우, 주파수가 대략 2 ~ 3GHz일 때, 대략 20에 가까운 Q값을 가진다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는 상대적으로 큰 Q값을 가지므로 필터의 삽입손실이 작다.
또한, 이러한 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터에서 나선형 인덕터부(81)의 회전수에 따른 이 나선형 인덕터부(81)의 공진주파수는 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 회전수가 증가함에 따라 감소하기는 하지만, 회전수가 3인 경우 대략 12GHz, 회전수가 5인 경우 대략 6GHz로 상대적으로 공진주파수 대략이 수 GHz 이상으로 큼을 알 수 있다.
즉, 인덕터(80) 자체의 공진주파수가 크므로 인덕터(80)의 사용범위가 넓어진다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는 일괄공정을 통해 적층형태로 제작되어 인덕터가 기판 및 캐패시터에 대해 부양된 구조를 가지므로, 기생 캐패시턴스를 최소화할 수 있어서 Q값이 향상되고 이에 따라 필터의 삽입 손 실을 극소화할 수 있다.
더욱이, 상기와 같이 Q값이 향상되면 인덕터의 공진주파수가 수 GHz 대역 이상으로 증가되므로 인덕터의 사용범위가 넓어진다.
또한, 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는 인덕터가 부양된 구조를 가지므로, 상기 인덕터의 적어도 일부를 캐패시터 위에 형성하면 필터의 전체적인 크기를 현저히 줄일 수 있으며, 일괄공정을 통해 적층형태로 제작되므로 제조단가를 최소화할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 박막형 대역 통과 필터는 중간주파수(intermediate frequency)의 대역 통과 필터로 사용할 수 있는 등 다양하게 응용될 수 있으며, 나선형 인덕터부의 회전수에 따라 수백 MHz에서 수십 GHz 주파수 대역의 신호를 필터링 할 수 있기 때문에, 대략 2.4GHz의 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역을 사용하는 블루투스(Bluetooth) 모듈에 큰 적용성을 가진다.
Claims (17)
- 기판; 상기 기판 상에 형성되고 서로 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 제1캐패시터; 상기 제1캐패시터 사이의 분기단에 전기적으로 연결된 제2캐패시터; 상기 제2캐패시터와 병렬로 전기적으로 연결된 인덕터; 및 상기 인덕터를 상기 기판 및/또는 제2캐패시터에 대해 그 상방으로 소정 간격 이격되게 지지하는 복수의 서포트;를 포함하며,상기 제1 및 제2캐패시터는 각각 기판 상에 순차로 형성된 박막 형태의 제1금속층, 유전체층 및 제2금속층을 구비하고,상기 인덕터는,상기 복수의 서포트에 의해 지지된 소정 패턴의 박막 형태의 금속층으로 이루어지고 그 양단이 상기 제2캐패시터의 제1 및 제2금속층에 각각 전기적으로 연결되도록 마련되어, 상기 기판 및/또는 제2캐패시터에 대해 부양된 구조로 된 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 인덕터는,상기 서포트 상방에 플랫한 나선형으로 형성되어 상기 서포트에 의해 지지되는 적어도 일 회전수로 된 나선형 인덕터부;상기 나선형 인덕터부의 내측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분 및 상기 수직부분 일측으로부터 연장 형성되고 상기 나선형 인덕터부와 이격된 수평 부분을 포함하여, 상기 나선형 인덕터부 내측단부와 상기 제2캐패시터의 일 금속층을 전기적으로 연결시키도록 마련된 제1연결부; 및상기 나선형 인덕터부의 외측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 수직부분을 포함하여, 상기 외측단부를 상기 제2캐패시터의 다른 금속층과 전기적으로 연결시키도록 마련된 제2연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서포트의 적어도 일부가 상기 제2캐패시터 상에 형성되고, 상기 인덕터의 나선형 인덕터부는 그 적어도 일부가 상기 제2캐패시터의 상방에 위치되는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터.
- 제3항에 있어서, 상기 제2캐패시터 상의 상기 나선형 인덕터부의 양단부와 상기 제1 및 제2금속층을 전기적으로 연결시키기 위한 부분을 제외한 영역에 절연층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2연결부의 수직부분은 상기 나선형 인덕터부의 양단부를 지지하는 금속재질로 된 서포트인 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터.
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상의 소정 위치에 순차로 제1금속층, 유전체층 및 제2금속층을 형성시켜 서로 독립된 복수의 제1캐패시터와 적어도 하나의 제2캐패시터를 형성하는 단계;상기 기판 상에 복수의 컨택 패드 및 리드 패턴을 형성시켜, 상기 리드 패턴에 의해 상기 제1캐패시터는 서로 직렬로 연결되고 상기 제2캐패시터는 상기 제1캐패시터 사이의 분기단에 연결되도록 제1 및 제2캐패시터 사이의 전기적인 연결 구조를 형성시키는 단계;상기 기판 및/또는 제2캐패시터 상에 소정 높이의 복수의 서포트를 형성하는 단계;상기 제2캐패시터의 제1 및 제2금속층에 각각 전기적으로 연결된 연결부 및 상기 서포트 상방에 소정 패턴의 금속층으로 형성되어 상기 서포트에 의해 지지되는 인덕터부로 이루어지며, 상기 인덕터부의 양단부가 상기 연결부에 의해 상기 제2캐패시터에 병렬로 연결되는 인덕터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 인덕터부는 금속층이 적어도 일 회전수로 된 플랫한 나선형 패턴으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 서포트의 적어도 일부가 상기 제2캐패시터 상에 형성되고, 상기 인덕터부는 그 적어도 일부가 상기 제2캐패시터의 상방에 위치되는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제2캐패시터 상의 상기 인덕터와 상기 제1 및 제2금속층을 전기적으로 연결시키기 위한 부분을 제외한 영역에 절연층을 형성시키는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결부는,상기 인덕터부의 외측단부로부터 그 하방으로 연장 형성되어 상기 제2캐패시터의 일 금속층과 전기적으로 연결되는 제1수직부분;상기 인덕터부의 내측단부로부터 그 하방으로 연장 형성된 제2수직부분; 및상기 제2수직부분 일측으로 연장 형성되고 상기 인덕터부에 대해 이격된 상기 제2캐패시터의 다른 금속층과 전기적으로 연결되는 수평부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 인덕터 형성 단계는,포토레지스트로 연결부의 제1수직부분 및 수평부분의 위치 패턴을 형성하고 상기 제1수직부분 및 수평부분 위치에 하부금속층을 형성하는 단계;포토레지스트로 연결부의 제1 및 제2수직부분 위치 패턴을 형성하고, 상기 제1 및 제2수직부분 위치에 상부금속층을 형성하는 단계;상기 포토레지스트층 및 상부금속층 상에 소정 패턴으로 금속층을 형성시켜 인덕터부를 형성하는 단계; 및포토레지스트층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 인덕터 형성단계는,상기 하부금속층을 형성하는 단계 이전에 제1시드층을 형성하는 단계;상기 상부금속층을 형성하는 단계와 인덕터부를 형성하는 단계 사이에 제2시드층을 형성하는 단계; 및상기 인덕터부를 형성하는 단계 이후에 상기 제1 및 제2시드층을 제거하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제12항에 있어서, 상기 시드층은 순차로 Ti 및 Cu를 스퍼터링하여 형성되고,상기 하부 및 상부금속층과 인덕터부는 Cu를 전기 도금하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 서포트는,상기 연결부의 수직부분과 같은 재질의 금속물질로 이루어지며,상기 연결부의 수직부분 형성단계와 같은 공정에서 서포트 위치 패턴을 형성하고 그 서포트 위치에 하부금속층 및 상부금속층을 형성하여 된 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2캐패시터의 적어도 일측에서 상기 유전체층 및 제2금속층의 일부가 상기 기판에 대면되도록 형성하여, 상기 제2금속층이 기판 상에 형성된 리드 패턴에 전기적으로 연결되도록 된 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항 또는 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2캐패시터의 제1금속층, 컨택 패드 및 리드 패턴은 동일 공정 상에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 기판은 세라믹, 플라스틱 및 PCB 기판 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 박막형 대역 통과 필터 제조방법.
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