KR100631893B1 - 평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents

평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

우수한 고주파 특성과 높은 인덕턴스를 구현할 수 있고 소자의 불량율을 저감시킬 수 있는 평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 평면형 자성 인덕터는, 기판 상에 형성된 도전체 코일과; 상기 도전체 코일 상에 직접 형성되어 상기 도전체 코일을 완전히 매립하는 상부 절연성 산화물 자성층과; 상기 상부 절연성 산화물 자성층에 대향하여 상기 기판 아래에 형성된 하부 절연성 산화물 자성층을 포함한다.
인덕터, 페라이트, 산화물 자성체

Description

평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법{PLANAR MAGNETIC INDUCTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 종래의 평면형 자성 인덕터를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 평면형 자성 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15는 본 발명에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 공정에서 이용될 수 있는 스핀 스프레이 페라이트 도금 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 기판 102: 도전체 코일
104, 108: 절연성 산화물 자성층 106: 상부 커버층
110: 하부 커버층 112: 도금 시드층
112a: 도금 시드층 패턴 114: 포토레지스트층
114a: 포토레지스트층 몰드
본 발명은 평면형 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 작은 두께를 가지면서도 우수한 고주파 특성과 향상된 인덕턴스를 구현할 수 있는 평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인덕터는 저잡음 증폭기, 믹서, 전압 조절 발진기, 매칭 코일(matching coil) 등 다양한 시스템에 사용되어 왔다. 특히, 평면형 인덕터는, 기판 상에 형성된 박막의 도전체 코일에 의해 구현된 인덕터 소자이다. 이러한 평면형 인덕터는, 예를 들어 DC-DC 컨버터(DC-DC Converter) 또는 잡음 필터(Noise Filter) 등에 사용될 수 있다.
최근에는 평면형 인덕터 소자의 성능을 향상시키기 위해, 기판 상에 박막의 도전체 코일과 함께 자성체을 형성하는 기술이 개발되고 있다. 이러한 평면형 자성 인덕터의 성능은, 그 인덕터에 사용되는 연자성 페라이트(soft ferrite)등의 자성체 특성에 의해 크게 지배된다. 평면형 자성 인덕터에 사용되는 자성체에 요구되는 특성으로서, 상기 자성체는 고주파 응용시 고주파 영역에서 충분한 투자율을 가져야 하고, 인덕터의 제조 공정 중 열적 및 기계적으로 열화되지 않아야 하며, 도전 체 코일과는 절연되어 있어야 한다. 한국 특허공개공보 제 2003-0020603호에는, 구리 코일과 연자성층 사이에 절연층을 형성하여 박막 인덕터를 제조하는 기술을 개시하고 있다.
도 1은 종래의 평면형 자성 인덕터(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 상에 하부 연자성층(12), 하부 절연층(14), 코일 형상의 시드층 패턴(16a) 및 도전체 코일(18)이 형성되어 있다. 도전체 코일(18) 위에는 상부 연자성층(24)이 형성되어 있다. 상기 연자성층(12, 24)은 Fe 또는 Co계의 금속성 연자성 박막으로 되어 있어, 연자성층(12, 24)의 비저항이 낮다. 따라서, 도전체 코일(18)의 인접한 라인 상호간에 전기적 단락을 방지하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 도전체 코일(18) 간의 틈에 에폭시나 산화물(또는 질화물)로 된 절연층(22)을 형성한다.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 평면형 자성 인덕터의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 도 2a를 참조하면, 절연 기판(11) 상에 Fe 또는 Co계의 금속성의 하부 연자성층(12) 및 하부 절연층(14)을 적층한다. 다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 하부 절연층(14) 상에는 Ni 등으로 된 도금 시드층(16)을 형성한다. 그 후, 도 2c를 참조하면, 도금 시드층(16) 상에 코일 형상의 포토레지스트층(미도시) 몰드를 형성하고 전기도금하여 상기 도금 시드층(16) 상에 도전체 코일(18)을 형성한다. 그 다음에, 포토레지스트층 몰드와 이 몰드 바로 아래의 시드층(16) 부위를 제거하여 상기 도전체 코일(18)과 동일한 패턴 형상을 갖는 시드층 패턴(16a)이 남도록 한다. 다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이 상기 도전체 코일 (18) 상에 산화물 또는 질화물로 된 절연층(22)을 두껍게 형성하고 평탄화한 후, 금속성의 상부 연자성층(24)을 형성하여 샌드위치 타입의 평면형 자성 인덕터를 완성한다.
상기 종래의 제조 방법에서는, Fe 또는 Co계의 연자성층(12, 24)의 비저항이 낮기 때문에, 도전체 코일(18) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위하여 산화물 또는 질화물 등으로 된 절연층(22)을 반드시 사용하여야 한다. 이와 같이 도전체 코일(18) 사이에 절연층(22)을 형성하면, 절연층(22) 형성시 발생하는 열에 기판이 노출되며, 이로 인해 하부 연자성층(12)의 자성 특성이 열화된다. 또한, 절연층(22) 형성후 냉각 시, 절연층(22)과 도전체 코일(18) 간의 열팽창 계수의 차이로 인하여 잔류 응력이 발생한다. 이에 따라 절연층(22)과 도전체 코일(18) 간의 접착 강도가 낮아져 박리되는 문제가 발생한다. 또한, 충분한 전기 절연을 위해 상기 절연층(22)을 일정 두께 이상으로 형성하기 때문에, 도전체 코일(18)과 연자성층(12, 24)은 상당한 거리로 이격되어 인덕턴스 값이 저하될 수 있다. 결국, 박막들 사이의 접착 강도 약화로 인해 인덕터 소자의 신뢰성이 약화되고, 낮은 인덕턴스로 인해 평면형 인덕터의 품질 특성이 저하된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 도전체 코일을 둘러싸는 절연층을 제거함으로써, 보다 작은 두께를 가지면서도 우수한 고주파 특성과 향상된 인덕턴스를 구현할 수 있는 평면형 자성 인덕턴스를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보다 간단한 공정으로, 고주파 특성과 인덕턴스 값을 향상시킬 수 있는 평면형 자성 인덕턴스의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평면형 자성 인덕터는, 기판 상에 형성된 도전체 코일과; 상기 도전체 코일 상에 직접 형성되어 상기 도전체 코일을 완전히 매립하는 상부 절연성 산화물 자성층과; 상기 상부 절연성 산화물 자성층에 대향하여 상기 기판 아래에 형성된 하부 절연성 산화물 자성층을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 상부 및 하부 절연성 산화물 자성층은, Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 이루어진 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, Ni-Zn 페라이트를 사용하여 상기 절연성 산화물 자성층을 형성할 수 있다. 이러한 원소를 포함하는 절연성 산화물 자성층은 높은 비저항을 가짐으로써 충분한 절연성을 나타냄과 동시에 높은 투자율을 가진다.
바람직하게는, 상기 상부 및 하부 절연성 산화물 자성층은 페라이트 도금법(ferrite plating)에 의해 형성된다. 이러한 페라이트 도금법을 사용하여 상기 절연성 산화물 자성층을 형성하면, 공정 온도가 약 100℃ 이하로 낮기 때문에, 기판 또는 도전체 코일은 열적 손상을 거의 받지 않으며, 기판 재료에 대한 선택의 폭도 넓어진다. 또한, 페라이트 도금법을 사용할 경우 상기 절연성 산화물 자성층의 두께 제어가 용이하기 때문에, 정확하고 균일한 두께의 절연성 산화물 자성층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 평면형 자성 인덕터는, 상기 상부 산화물 자성층 상과 하부 산화물 자성층 아래에 각각 커버층을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 커버층은, 상기 산화물 자성층이 외부의 충격이나 외부 물질로부터 손상받지 않도록 상기 산화물 자성층을 보호하는 역할을 한다. 상기 커버층은 고분자 재료, 세라믹 재료, 유리, 실리콘 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 복합 재료로 이루어질 수 있다. 상기 커버층은 특히, 폴리이미드 등의 내화학성이 높은 고분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 도전체 코일은 구리로 된 나선형 코일(spiral coil)이다. 예컨대, 상기 도전체 코일은 정사각형으로 감겨진 나선형 구리 코일일 수 있다. 다른 형태로서, 상기 도전체 코일은 직사각형으로 감겨진 나선형 구리 코일이거나 원형으로 감겨진 나선형 구리 코일일 수도 있다. 상기 도전체 코일은 전기도금에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 도전체 코일 아래에는 상기 도전체 코일과 동일한 패턴 형상을 갖는 도금 시드층 패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 방법은, 기판 상에 도전체 코일을 형성하는 단계와; 상기 도전체 코일을 완전히 매립하도록 상기 도전체 코일 상에 직접 상부 절연성 산화물 자성층을 형성하는 단계와; 상기 상부 절연성 산화물 자성층에 대향하여 상기 기판 아래에 하부 절연성 산화물 자성층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 상부 및 하부 절연성 산화물 자성층은 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 이루어진 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 기판에 대향하여 상기 상부 절연성 산화물 자성층 상에 상부 커버층을 형성하고, 상기 기판에 대향하여 상기 하부 절연성 산화물 자성층 아래에 하부 커버층을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 상부 커버층을 형성하는 단계는, 상기 상부 절연성 산화물 자성층 형성 단계와 상기 하부 절연성 산화물 자성층 형성 단계 사이에 실행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 금속 박막을 압착하여 부착하는 단계와, 코일 패턴이 형성되도록 상기 금속 박막을 선택적으로 습식식각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 스크린 인쇄법을 사용하여 실행될 수 있다. 즉, 상기 기판 상에 코일 패턴용 스크 린을 형성한 후 상기 스크린을 인쇄 마스크로 하여 도전성 페이스트를 인쇄함으로써, 상기 기판 상에 도전체 코일을 형성할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 전기도금에 의해 실행될 수 있다. 이 경우, 상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 도금 시드층을 형성하는 단계와, 상기 도금 시드층 상에 코일 형상의 포토레지스트층 몰드를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층 몰드를 이용하여 전기도금을 실행함으로써 도전체 코일을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층 몰드 및 그 아래의 도금 시드층 부분을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 평면형 자성 인덕터의 고주파 특성과 인덕턴스를 향상시키고, 인덕터 두께를 더욱 얇게 하는 방안을 제공한다. 이를 위하여, 도전체 코일의 라인들 간에 산화물 또는 질화물 유전체로 된 절연층을 형성하는 대신에, 절연성 산화물 자성체를 사용하여 도전체 코일을 매립한다. 이와 같이 절연층 형성 공정을 제거함으로써, 절연층 형성시 발생하는 열로 인한 자성 특성의 열화, 잔류 응력의 발생, 및 박막들 간의 접착 강도의 약화 등의 문제점을 개선할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터(200)를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 기판(101) 상에 도전체 코일(102)이 형성되어 있다. 이 도전체 코일(102)은 후술하는 바와 같이 전기도금법, 스크린 인쇄법 등 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 기판(101)으로는, 예를 들어, FR4 기판 또는 폴리이미드 기판을 사용할 수 있으며, 그 외에도 다른 폴리머계 기판을 사용할 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 100℃ 이하의 낮은 공정 온도를 사용하기 때문에, 기판 물질에 대한 선택의 폭이 넓다. 낮은 비저항과 충분한 인덕턴스를 확보하기 위해, 상기 도전체 코일(102)은 구리로 된 나선형 코일인 것이 바람직하다.
도전체 코일(102) 상에는 직접 상부 절연성 산화물 자성층(104)이 형성되어 있다. 상부 절연성 산화물 자성층(104)은 Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ba, Sr 중에서 선택된 2 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 산화물 자성층(104)은 종래의 금속성 연자성층과는 달리 비저항이 높기 때문에, 전기절연성을 나타낸다. 따라서, 산화물 자성층(104)은 도전체 코일(102)에 직접 접촉하여 도전체 코일(102)의 인접한 라인 사이에 충분한 전기 절연성을 제공할 수 있다. 또한, 기판(101) 아래에 하부 절연성 산화물 자성층(108)이 형성되어 있다. 이 하부 절연성 산화물 자성층(108)도 상부 절연성 산화물 자성층과 같은 재료를 사용하 여 형성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 절연성 산화물 자성층(104, 108)은, 높은 비저항과 함께 높은 투자율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 자성층(104, 108)이 도전체 코일(102)과 직접 접촉하거나 도전체 코일(102)과 매우 가까운 거리에 있다. 따라서, 평면형 자성 인덕터(200)는 우수한 품질 특성과 높은 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, 보다 얇은 두께를 가진다.
도 3에는 도시되어 있지 않지만, 상부 절연성 산화물 자성층(104) 상과 하부 절연성 산화물 자성층(108) 아래에는 각각 커버층을 형성할 수도 있다. 이러한 커버층은, 외부의 충격이나 외부 물질로부터 상기 산화물 자성층을 보호하는 역할을 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 폴리이미드 또는 FR4 등으로 된 기판(101) 상에 나선형의 도전체 코일(102)을 형성한다. 이 도전체 코일은, 예를 들어 구리 박막을 기판(101) 상에 가압 부착한(cladding) 후, 구리 박막을 선택적으로 습식 식각하여 형성할 수 있다. 상기 선택적 식각은 본 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 사진 식각공정을 이용하여 실행될 수 있다. 즉, 기판(101)에 부착된 구리 박막 상에 나선형 코일 패턴을 갖는 포토레지스트층(미도시)을 형성한 후, 이 포토레지스트층을 식각 마스크로 하여 FeCl3 등의 구리 식각액으로 구리 박막을 식각한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 나선형의 구리 코일(102)이 형성된다.
다른 방안으로서, 도전체 코일(102)은 스크린 인쇄법을 사용하여 형성될 수도 있다. 즉, 기판(101) 상에 도전체 코일 패턴과 반대되는 패턴을 갖는 (코일 패턴용) 스크린을 형성한 후에 상기 스크린을 인쇄 마스크로 하여 도전성 페이스트를 인쇄하고 이를 건조함으로써 도전체 코일(102)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 도전체 코일(102) 상에 상부 절연성 산화물 자성층(104)을 형성하여 상기 도전체 코일(102)을 완전히 매립한다. 이에 따라, 상부 절연성 산화물 자성층(104)은 도전체 코일(102)과 직접 접촉하게 된다. 이 때, 절연성 산화물 자성층(104)은 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 이루어진 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, Ni-Zn 페라이트를 사용하여 상기 절연성 산화물 자성층(104)을 형성할 수 있다. 이러한 산화물 자성층(104)은 충분한 전기 절연성을 나타낸다. 따라서, 도전체 코일(102)과 직접 접촉하고 있더라도, 산화물 자성층(104)은 도전체 코일(102)의 라인들을 서로 절연시킬 수 있다.
상기 산화물 자성층(104)은 페라이트 도금법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 스핀 스프레이 방식의 페라이트 도금 장치가 도 15에 개략적으로 도시되어 있다. 도 15를 참조하면, 회전 테이블(70) 상에는 기판(S)이 탑재되어 있고, 회전 테이블(70) 내부에는 기판(S)을 가열하기 위한 히터(80)가 장착되어 있다. 기판 위에는 지지대(60)의 일정 위치에 산화용액(oxidizing solution)의 액적을 분무하는 분무기(51)와 반응용액(reaction solution)의 액적을 분무하는 분무기(52)가 설치 되어 있다. 테이블(70)과 함께 회전하는 기판(S) 상으로 상기 분무기로부터 산화용액 및 반응용액의 액적이 공급되어, 기판(S) 상에는 자성체가 형성된다.
이러한 스핀 스프레이 페라이트 도금법을 이용하여 산화물 자성층(104)을 형성하면, 자성층(104)의 두께를 정밀하게 제어할 수 있고 두께의 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 스핀 스프레이 페라이트 도금은 100℃ 이하의 낮은 공정 온도에서 수행되기 때문에, 자성층 형성(104)시 기판(101) 또는 도전체 코일(102)은 열적 손상을 거의 받지 않으며, 기판(101) 재료에 대한 선택의 폭도 넓어진다. 스핀 스프레이 방식 이외의 페라이트 도금법을 사용할 수도 있으며, 이 경우에도 낮은 공정 온도에서 자성층을 형성할 수 있다.
그 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 절연성 산화물 자성층(104) 상에 상부 커버층(106)을 형성한다. 이 커버층(106)은 자성층(104)을 외부 충격이나 외부 물질로부터 보호하는 역할을 한다. 또한, 자성층(104) 외면에 커버층(106)을 형성함으로써 적층물(101, 102, 104)을 용이하고 안전하게 다룰 수 있게 된다. 상부 커버층(106)은 내화학성이 높은 고분자를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상부 커버층(106)은 폴리이미드 또는 에폭시로 이루어질 수 있다. 그 외에도, 상부 커버층(106)은 고분자 재료, 세라믹 재료, 유리, 실리콘 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 복합 재료로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이 기판(101) 아래에 하부 절연성 산화물 자성층(108)을 형성한다. 하부 절연성 산화물 자성층(108)은 상부 절연성 산화물 자성층(104)과 같은 재료로 페라이트 도금법을 사용하여 형성될 수 있다. 스핀 스 프레이 페라이트 도금법을 사용하여 하부 절연성 산화물 자성층(108)을 형성할 경우, 하부 절연성 산화물 자성층이 형성될 기판 면을 위로 하여 도 6에 도시된 적층물을 회전 테이블(도 15의 참조번호 70) 상에 탑재한다. 이 과정에서 상부 절연성 산화물 자성층(104)이 외부 물질이나 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 전술한 바와 같이 상부 절연성 산화물 자성층(104) 상에 미리 상부 커버층(106)을 형성하는 것이 바람직하다.
그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 하부 절연성 산화물 자성층(108) 아래에 하부 절연성 산화물 자성층(108)을 외부 물질이나 충격으로부터 보호하기 위한 하부 커버층(110)을 형성한다. 하부 커버층(110)도 상부 커버층(110)과 마찬가지로, 내화학성이 높은 고분자를 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 고분자 재료, 세라믹 재료, 유리, 실리콘 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 복합 재료로 형성될 수 있다.
상기 실시형태에 따르면, 도전체 코일(104)의 라인들 사이에 산화물 또는 질화물 등으로 된 절연층을 별도로 형성하지 않는다. 대신에, 상부 절연성 산화물 자성층(104)을 형성하여 도전체 코일(104)을 매립한다. 이러한 산화물 자성층(104)은 높은 비저항과 투자율을 나타낸다. 따라서, 도전체 코일(102)의 라인들이 서로 충분히 절연되어, 내부 도체간의 누설 전류를 방지할 수 있으며 와전류도 억제할 수 있다. 결국, 인덕턴스(L)와 품질계수(Q)가 향상되며, 우수한 고주파 특성이 구현된다. 또한, 절연층을 별도로 형성하지 않기 때문에, 절연층 형성시의 고온으로 인한 문제점들(예컨대, 자성층 특성의 열화 현상, 냉각시 열팽창 계수의 차이에 의한 박 막들 간의 접착 강도 약화 및 박리 현상 등)이 억제되어 불량율이 감소되고 소자의 신뢰성을 높일 수 있다. 그 밖에도, 두꺼운 절연층(도 1의 참조번호 22)을 형성하지 않기 때문에, 소자의 두께를 더욱 작게할 수 있다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 평면형 자성 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 이 실시형태에서는, 전기도금법을 이용하여 도전체 코일을 형성한다.
먼저, 도 9를 참조하면, 기판(101) 상에 도금 시드층(112)을 형성한다. 이 시드층(112)은 나중에 전기도금시 도금막이 형성되도록 하는 시드(seed) 역할을 한다. 전기도금에 의해 구리층을 형성할 경우, 상기 도금 시드층(112)으로는 니켈(Ni)을 사용할 수 있으며, 그 밖에도 Cu/Cr의 이중층을 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이 도금 시드층(112) 상에 포토레지스트층(114)을 형성한다. 그 후, 도 11에 도시된 바와 같이 포토레지스트층(114)을 패터닝하여 나선형 코일 형상의 포토레지스트층 몰드(114a)를 형성한다. 포토레지스트층(114)의 패터닝은, 본 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 노광 및 현상 공정을 통해 이루어질 수 있다.
그 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트층 몰드(114a)를 사용하여 전기도금을 실행함으로써, 상기 몰드(114a)에 의해 노출되는 도금 시드층(112) 부분 상에 금속이 도금되도록 한다. 이에 따라, 상기 도금된 금속으로 이루어진 도전체 코일(102)이 형성된다. 이 때, 도전체 코일(102)은, 예컨대 황산구리 (CuSO4)를 포함하는 도금액으로 전기도금하여 약 50㎛의 두께로 형성할 수 있다.
다음으로, 포토레지스트층 몰드(114a)를 스트리퍼(stripper)로 제거하고, 이 몰드(114a) 바로 아래에 있는 도금 시드층(112) 부분(도금이 되지 않은 영역의 시드층(112) 부분)도 식각액으로 제거하여, 도 13에 도시된 바와 같은 시드층 패턴(112a)을 얻는다. 그 후, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 상부 절연성 산화물 자성층(104), 상부 커버층(106), 하부 절연성 산화물 자성층(104) 및 하부 커버층(110)을 순차적으로 형성하여 도 14에 도시된 바와 같은 평면형 자성 인덕터를 완성한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명에 따른 평면형 자성 인덕터의 특징을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
(실시예)
본 실시예에서는, 구리의 전기도금법을 이용하여 도전체 코일을 형성하였다(도 9 내지 도14 참조). 구리의 전기도금을 위해, 폴리이미드 기판(101)에 니켈 시드층(112)을 형성하였다. 니켈 시드층(112) 상에 포토레지스트층 몰드(114a)를 형성한 후, 황산구리 도금액을 사용하여 전기도금함으로써 상기 몰드에 의해 노출된 니켈 시드층(112) 부분 상에 구리로 된 도전체 코일(102)을 형성하였다. 포토레지 스트 몰드(114a)와 그 아래의 니켈 시드층(112) 부분을 제거한 후, 도전체 코일(102) 상에 Ni-Zn 페라이트로 된 상부 절연성 산화물 자성층(104)을 스핀 스프레이 페라이트 도금법으로 형성하였다. 상부 절연성 산화물 자성층(104) 상에는 폴리이미드로 된 상부 커버층(106)을 형성하였다.
폴리이미드 기판(101) 아래에는, 상부 절연성 산화물 자성층(104)과 동일한 재료로 된 하부 절연성 산화물 자성층(108)을 스핀 스프레이 페라이트 도금법으로 형성하였다. 그 후, 하부 절연성 산화물 자성층(108) 아래에 폴리이미드로 된 하부 커버층(110)을 형성하여 본 실시예에 따른 평면형 자성 인덕터를 완성하였다. 이 평면형 자성 인덕터의 사이즈는 5.0 mm ×5.0 mm 이다.
(비교예)
한편, 상기 실시예와 인덕터 특성을 비교하기 위해 비교예로서 종래의 평면형 자성 인덕터를 제조하였다(도 2a 내지 도 2d 참조). 먼저, FR4 절연 기판(11) 상에 FeTaN/Ti의 2중막 구조로 된 하부 연자성층(12)을 형성한 후, SiO2 로 된 하부 절연층(14)을 형성하였다. 하부 절연층(14) 상에는 니켈로 된 도금 시드층(12)을 형성하고 상기 실시예에서와 마찬가지로 전기도금법을 이용하여 구리로 된 도전체 코일(18)을 형성하였다. 이 도전체 코일(18) 상에는 SiO2로 된 상부 절연층(22)을 형성하여 도전체 코일(18)을 완전히 매립하였다. 그 후, 하부 연자성층(12)과 동일한 재료로 된 상부 연자성층(24)을 형성하여 비교예의 평면형 자성 인덕터를 완성 하였다. 비교예의 인덕터 사이즈는 5.3 mm × 6.3 mm 이다.
상기 실시예와 비교예의 인덕터 특성을 비교해보기 위해, 각각의 인덕턴스와 품질계수를 측정하였다. 품질계수는 1 MHz의 동작 주파수에서 측정되었다. 측정 결과는 아래의 표 1에 기재되었다.
특성 실시예 비교예
인덕턴스(μH) 1.659 0.990
품질계수 25 3.5
사이즈(mm×mm) 5.0 ×5.0 5.3 ×6.5
표 1에 기재된 바와 같이, 상기 실시예에 따른 평면형 자성 인덕터는 비교예의 인덕터보다 높은 인턱턴스값과 품질계수를 나타내고 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 평면형 자성 인덕터는 전원용 인덕터로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 RF 응용분야에서도 우수한 고주파 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 도전체 코일의 라인들 사이에 절연층을 형성하지 않고 절연성 산화물 자성체를 도전체 코일 상에 직접 형성함으로써, 우수한 고주파 특성과 높은 인덕턴스를 구현할 수 있다. 또한, 절연층을 사용하지 않기 때문에, 절연층 형성시의 고온에 의한 자성 특성의 열화, 박막의 접착 강도의 약화 및 박리 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 불량율을 저감시키고 소자의 신뢰성을 높일 수 있게 된다. 또한, 절연층 형성 공정을 생략함으로써 전체 공정수가 감소되어 제조 공정 비용 및 시간이 절약되고, 인덕터 소자의 두께를 더욱 작게 할 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판 상에 형성된 도전체 코일;
    상기 도전체 코일 상에 직접 형성되어 상기 도전체 코일을 완전히 매립하는 상부 절연성 산화물 자성층; 및
    상기 상부 절연성 산화물 자성층에 대향하여 상기 기판 아래에 형성된 하부 절연성 산화물 자성층을 포함하고,
    상기 상부 절연성 산화물 자성층은 상기 도전체 코일과 접촉하면서 상기 콘일의 라인 사이를 채우는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연성 산화물 자성층 및 하부 절연성 산화물 자성층은, Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 이루어진 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 절연성 산화물 자성층 및 하부 절연성 산화물 자성층은 Ni-Zn 페라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 절연성 산화물 자성층은 페라이트 도금법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 산화물 자성층 상과 하부 산화물 자성층 아래에 각각 커버층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커버층은 고분자 재료, 세라믹 재료, 유리, 실리콘 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 복합 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버층은 폴리이미드로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전체 코일은 구리로 된 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도전체 코일은 전기도금에 의해 형성된 것이고,
    상기 도전체 코일 아래에 형성되어 상기 도전체 코일과 동일한 패턴 형상을 갖는 도금 시드층 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터.
  10. 기판 상에 도전체 코일을 형성하는 단계;
    상기 도전체 코일을 완전히 매립하도록 상기 도전체 코일 상에 직접 상부 절연성 산화물 자성층을 형성하는 단계; 및
    상기 상부 절연성 산화물 자성층에 대향하여 상기 기판 아래에 하부 절연성 산화물 자성층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 상부 절연성 산화물 자성층을 형성하는 단계에서, 상기 상부 절연성 산화물 자성층은 상기 도전체 코일과 접촉하면서 상기 도전체 코일의 라인 사이를 채우는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부 절연성 산화물 자성층 및 하부 절연성 산화물 자성층은 Fe, Ni, Zn, Mn, Mg, Co, Ba 및 Sr로 이루어진 그룹에서 선택된 2개 이상의 원소를 포함하는 산화물 자성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판에 대향하여 상기 상부 절연성 산화물 자성층 상에 상부 커버층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 대향하여 상기 하부 절연성 산화물 자성층 아래에 하부 커버층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부 커버층을 형성하는 단계는, 상기 상부 절연성 산화물 자성층 형성 단계와 상기 하부 절연성 산화물 자성층 형성 단계 사이에 실행되는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 금속 박막을 압착하여 부착하는 단계와, 코일 패턴이 형성되도록 상기 금속 박막을 선택적으로 습식식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 스크린 인쇄법을 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 도전체 코일을 형성하는 단계는, 전기도금을 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도전체 코일을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 도금 시드층을 형성하는 단계;
    상기 도금 시드층 상에 코일 형상의 포토레지스트층 몰드를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 몰드를 이용하여 전기도금을 실행함으로써 도전체 코일을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트층 몰드 및 그 아래의 도금 시드층 부분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 자성 인덕터의 제조 방법.
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