KR102322963B1 - 액체 금속이 침습된 베이스를 포함하는 도전성 패턴 기판 - Google Patents

액체 금속이 침습된 베이스를 포함하는 도전성 패턴 기판 Download PDF

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    • G01L19/0023—Fluidic connecting means for flowthrough systems having a flexible pressure transmitting element

Abstract

액체 금속이 충진된 컨택홀을 갖는 유연성 센서 디바이스가 제공된다. 상기 유연성 센서 디바이스는 유연성을 가지고, 컨택홀이 형성된 패턴 기판; 상기 패턴 기판의 일면과 타면 상에 배치된 금속 패턴; 및 상기 컨택홀에 충진된 액체 금속을 포함한다.

Description

액체 금속이 침습된 베이스를 포함하는 도전성 패턴 기판{CONDUCTIVE PATTERN SUBSTRATE INCLUDING BASE WITH INVADED LIQUID METAL}
본 발명은 액체 금속을 포함하는 기판 적층체, 이를 이용한 유연성 필터 소자 및 유연성 필터 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕터 소자와 커패시터 소자 간의 전기적 접속을 개선하기 위한 유연성 기판 적층체, 이를 이용한 유연성 필터 소자 및 유연성 필터 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 IoT 기술 발전에 힘입어 다양한 센서 디바이스가 개발되고 있다. 예를 들어, 인간 등의 동물에 부착되는 생체 모니터링 디바이스는 체표면에 부착되어 체액 성분을 측정하거나, 체온 정보, 심박 정보, 위치 정보 및 기타 다양한 정보들을 수집하고 수집된 정보를 바탕으로 신체 활동을 관리할 수 있다. 다른 예를 들어, 식품에 부착되는 식품 안전 모니터링 디바이스는 식품의 유통 이력과 품질 등에 대한 정보를 수집하여 식품 안정성을 확보하고, 국민 건강 증진에 기여할 수 있다.
이러한 센서 디바이스는 구비되는 표면에 따라 다양한 특성을 만족하여야 한다. 전술한 생체 모니터링 또는 식품 모니터링 디바이스의 경우, 센서 디바이스가 부착되는 대상 표면이 곡면이고, 나아가 대상 표면이 유동적이어서 대상 표면과 센서 디바이스 간의 밀착성이 불량할 경우 센싱 감도가 현저하게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 완전한 유연성(flexibility)을 갖는 센서 디바이스의 구현을 위한 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
특허문헌 1(US 9,945,739 B2)은 비정질 금속을 이용한 압력 및 온도 센서를 개시한다. 구체적으로, 특허문헌 1은 전자 피부용도로 사용할 수 있도록 스트레처블(stretchable)한 특성을 갖는 센서 디바이스를 개시한다. 특허문헌 1은 유연한 센서를 구현하기 위해 비정질 금속 및 이의 합금을 이용하여 디바이스의 배선을 형성하고 있으나, 특허문헌 1의 센서 디바이스 또한 유연성이 개선된 금속층을 이용하는 정도에 그치고 있으며, 디바이스가 구부러지는 정도가 크거나, 완전히 폴딩될 경우 배선이 파손되는 문제를 여전히 가지고 있다.
또, 특허문헌 2(US 10,184,779 B2)는 인공 근육이나 인공 피부 등 메디컬 재료 분야 등 신축성을 갖는 센서에 사용되는 신축성 전극 및 센서 시트 등을 개시한다. 특허문헌 2는 다층 카본나노튜브를 이용한 섬유를 이용하여 전극 본체를 형성함을 교시한다. 그러나 특허문헌 2의 카본나노튜브는 국부적인 전극 형성이 가능하다 하더라도 배선 등을 형성하기 극히 어려운 한계가 있다.
그 외에도 특허문헌 3(US 8,826,747 B2), 특허문헌 4(US 2019-0003818 A1) 및 특허문헌 5(US 2018-0192911 A1) 등과 같이 유연성 센서 디바이스를 구현하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
미국등록특허 US 9,945,739 B2 (2018.04.17.) 미국등록특허 US 10,184,779 B2 (2019.01.22.) 미국등록특허 US 8,826,747 B2 (2014.09.09.) 미국공개특허 US 2019-0003818 A1 (2019.01.03.) 미국공개특허 US 2018-0192911 A1 (2018.07.12.) 미국공개특허 US 2018-0305563 A1 (2018.10.25.) 미국공개특허 US 2017-0312849 A1 (2017.11.02.) 대한민국등록특허 KR 10-2013796 B1 (2019.08.19) 대한민국등록특허 KR 10-2035581 B1 (2019.10.17) 대한민국등록특허 KR 10-2063802 B1 (2020.01.02) 대한민국등록특허 KR 10-2078215 B1 (2020.02.11) 대한민국공개특허 KR 10-2020-0121465 A (2020.10.26) 대한민국공개특허 KR 10-2020-0136581 A (2020.12.08) 대한민국공개특허 KR 10-2020-0138938 A (2020.12.11)
한편, 센서 등의 전자 디바이스는 다양한 능동 소자 및 수동 소자를 이용하여 구성된 전자 회로로 구성되어 있다. 예를 들어, 전자 디바이스는 고역 필터(high-pass filter, HPF) 및/또는 저역 필터(low-pass filter, LPF) 등과 같은 필터 소자를 포함할 수 있다. 특히 특정 주파수 대역만을 투과시키거나, 투과를 저지하기 위한 필터 소자의 경우 필터를 구성하는 배선의 안정성이 매우 중요한 요소가 될 수 있다. 예를 들어, 필터 소자의 배선이 부분적으로 파손되거나, 변형될 경우 필터 소자가 안정적인 특성을 나타내지 못하고, 나아가 센서 디바이스 등의 전자 디바이스 전체의 현저한 성능 저하가 발생할 수 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유연성을 나타낼 수 있는 기판 적층체를 제공하는 것이다. 동시에, 상부의 금속 패턴과 하부의 금속 패턴 간의 전기적 접속이 향상되어 안정적인 구조를 형성할 수 있는 기판 적층체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 우수한 유연성을 가지고, 상/하부의 수동 소자들 간의 전기적 접속이 향상되어 안정적인 구조를 형성할 수 있는 필터 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 유연성을 나타냄과 동시에 전기적 접속이 향상된 필터 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또, 제조 비용을 절감하고 단순화된 공정을 갖는 필터 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 적층체는, 제1 컨택홀이 형성된 제1 베이스; 상기 제1 베이스의 타면 상에 배치되고, 상기 제1 컨택홀과 연결된 제2 컨택홀을 가지며, 상기 제1 베이스와 상이한 액체 투과도를 갖는 제2 베이스; 상기 제1 베이스의 일면 상에 배치된 제1 금속 패턴; 상기 제2 베이스의 타면 상에 배치되는 제2 금속 패턴; 및 상기 제1 컨택홀 및 상기 제2 컨택홀에 삽입 배치되어 상기 제1 금속 패턴과 상기 제2 금속 패턴을 전기적으로 연결하는 컨택부를 포함한다.
상기 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴은 각각 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 형성할 수 있다.
또, 상기 제1 컨택홀 또는 상기 제2 컨택홀은 각각 상기 제2 금속 패턴 측에서 상기 제1 금속 패턴 측으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다.
또한, 상기 제2 베이스는 상기 제1 베이스 보다 작은 액체 투과도를 가질 수 있다. 나아가, 상기 제2 베이스는 상기 제1 베이스 보다 큰 강도를 가질 수 있다.
상기 제1 베이스는, 상기 제1 컨택홀의 내측벽 표면에 위치하고, 액체 금속이 충진되어 형성되며, 상기 컨택부와 맞닿는 제1 침습 도통부를 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 패턴은, 서로 이격된 제1 인덕터 접점 패드부 및 제2 인덕터 접점 패드부, 및 상기 제1 인덕터 접점 패드부와 상기 제2 인덕터 접점 패드부를 전기적으로 연결된 인덕터 회로 패턴부를 포함할 수 있다.
또, 상기 제1 베이스는, 상기 제1 베이스의 상기 일면의 표면에 위치하고, 액체 금속이 충진되어 형성된 제2 침습 도통부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 침습 도통부는 상기 제1 인덕터 접점 패드부와 맞닿아 중첩하되, 상기 제2 인덕터 접점 패드부 및 상기 인덕터 회로 패턴부와 중첩하지 않을 수 있다.
또, 상기 제2 침습 도통부는 상기 제2 인덕터 접점 패드부와 맞닿아 중첩하되, 상기 제1 인덕터 접점 패드부 및 상기 인덕터 회로 패턴부와 중첩하지 않을 수 있다.
상기 제1 침습 도통부의 최대 두께는 상기 제1 베이스의 최대 두께의 50% 이하일 수 있다.
상기 제1 침습 도통부 및 상기 제2 침습 도통부는 상기 인덕터 회로 패턴부와 맞닿지 않을 수 있다.
또, 상기 인덕터 회로 패턴부는 평면 시점에서 라운드진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 베이스는 액체 금속이 충진된 부분을 불포함할 수 있다.
상기 컨택부 및 상기 제1 침습 도통부는 함께 상기 제1 금속 패턴과 상기 제2 금속 패턴 사이의 전기적 도통 영역을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 컨택홀과 상기 제1 침습 도통부가 형성하는 도통 영역의 최소폭은, 상기 제2 컨택홀의 최소폭 보다 클 수 있다.
상기 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴은 각각 내부에 도전성 입자가 분산된 액체 금속을 포함하되, 상기 제1 침습 도통부 및 상기 제2 침습 도통부는 상기 도전성 입자를 불포함할 수 있다.
나아가, 상기 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴은 각각 경사진 측면을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 제1 금속 패턴이 형성하는 경사각은 상기 제2 금속 패턴이 형성하는 경사각 보다 클 수 있다.
또, 상기 제1 금속 패턴의 최소 두께는 상기 제2 금속 패턴의 최소 두께 보다 작을 수 있다.
기판 적층체는 상기 제1 베이스의 일면 상에 배치되어 상기 제1 금속 패턴이 배치되는 채널을 형성하는 격벽 패턴; 상기 격벽 패턴의 측면 상에 배치된 보강층; 상기 제1 베이스의 일면 상에 배치되고, 상기 채널 내에 배치되며, 상기 제1 베이스 및 상기 제1 금속 패턴과 맞닿는 투과 차단층으로서, 상기 제1 컨택홀 및 상기 제2 컨택홀과 중첩하지 않도록 배치된 투과 차단층; 상기 격벽 패턴 상에 배치되고, 상기 제1 컨택홀 및 상기 제2 컨택홀과 중첩하는 홀을 갖는 밀봉층; 및 상기 밀봉층의 홀 상에 배치되어 상기 홀을 커버하고, 상기 제1 금속 패턴과 맞닿으며, 상기 투과 차단층과 중첩하지 않도록 배치된 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자는 액체 투과성을 갖는 제1 베이스로서, 제1 컨택홀을 가지고, 적어도 부분적으로 액체 금속을 함유하는 제1 베이스; 액체 불투과성을 갖는 제2 베이스로서, 상기 제1 베이스의 타면 상에 배치되고, 제2 컨택홀을 갖는 제2 베이스; 상기 제1 베이스 상에 배치된 제1 수동 소자 패턴; 및 상기 제2 베이스 상에 배치된 제2 수동 소자 패턴으로서, 상기 제1 컨택홀 및 상기 제2 컨택홀을 통해 상기 제1 수동 소자 패턴과 전기적으로 연결된 제2 수동 소자 패턴을 포함한다.
상기 제1 컨택홀과 제2 컨택홀에 충진된 액체 금속, 및 상기 제1 베이스에 함유된 액체 금속은 함께 상기 제1 수동 소자 패턴과 상기 제2 수동 소자 패턴 사이의 전기적 통로를 형성할 수 있다.
또, 상기 전기적 통로의 수평 방향으로의 폭에 있어서, 수직 방향의 양단부에서의 폭이, 수직 방향 중앙부에서의 폭 보다 클 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법은, 일면에 형성된 제1 채널을 갖는 제1 패턴 기판을 준비하는 단계로서, 제1 베이스를 포함하는 제1 패턴 기판을 준비하는 단계; 타면에 형성된 제2 채널을 갖는 제2 패턴 기판을 준비하는 단계로서, 상기 제1 베이스 보다 작은 액체 투과도 및 상기 제1 베이스 보다 큰 강도를 갖는 제2 베이스를 포함하는 제2 패턴 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 패턴 기판의 타면 상에 상기 제2 패턴 기판을 배치하는 단계; 및 상기 제2 패턴 기판에서 상기 제1 패턴 기판 방향으로 컨택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 필터 소자의 제조 방법은 상기 컨택홀을 형성하는 단계 후에, 상기 제1 패턴 기판 상에 제1 밀봉층을 배치하는 단계; 상기 제2 패턴 기판 상에 제2 밀봉층을 배치하는 단계; 상기 제1 밀봉층에 상기 컨택홀과 중첩하도록 홀을 형성하는 단계; 및 상기 제1 밀봉층의 홀을 통해 상기 제1 채널, 상기 컨택홀 및 상기 제2 채널에 액체 금속을 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 필터 소자의 제조 방법은 상기 액체 금속을 충진하는 단계 후에, 상기 제1 베이스에 부분적으로 액체 금속을 침투시키는 단계로서, 상기 제1 컨택홀의 내측벽 표면을 통해 액체 금속을 침투시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 우수한 유연성을 가짐과 동시에 안정적인 구조를 통해 수동 소자 간의 전기적 접속이 향상된 기판 적층체, 필터 소자 및 필터 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 필터 소자의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 인덕터 소자의 평면도이다.
도 4는 도 1의 커패시터 소자의 평면도이다.
도 5는 도 1의 Aa-Aa' 선 및 Ab-Ab' 선을 따라 절개한 비교단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 필터 소자의 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 분해사시도이다.
도 12는 도 11의 필터 소자의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 분해사시도이다.
도 14는 도 13의 필터 소자의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13의 커패시터 소자의 평면도이다.
도 16은 도 13의 인덕터 소자의 평면도이다.
도 17은 도 13의 Ba-Ba' 선 및 Bb-Bb' 선을 따라 절개한 비교단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 단면도이다.
도 19 내지 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다.
도 29는 제조예 1에 따른 인덕터 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
도 30은 제조예 1의 인덕터 소자의 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 제조예 2에 따른 커패시터 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
도 32는 제조예 2의 커패시터 소자의 특성을 나타낸 도면이다.
도 33은 비교예 1에 따른 인덕터 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
도 34는 비교예 2에 따른 커패시터 소자의 형상을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', '상(on)', '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자(11)의 분해사시도이다. 도 2는 도 1의 필터 소자(11)의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1의 인덕터 소자(11a)의 평면도이다. 도 4는 도 1의 커패시터 소자(11b)의 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(11)는 상호 전기적으로 연결된 인덕터 소자(11a) 및 커패시터 소자(11b)를 포함한다. 필터 소자(11)는 인덕터 소자(11a)에 제1 입력 단자(IN1)가 연결되고, 커패시터 소자(11b)에 제2 입력 단자(IN2), 제1 출력 단자(OUT1) 및 제2 출력 단자(OUT2)가 연결되는 저역 필터 소자일 수 있다.
인덕터 소자(11a)(inductor element)는 전류가 흐를 경우 유도기전력(induced electromotive force)이 발생하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 인덕터 소자(11a)는 제1 금속 패턴(201)을 통해 구현될 수 있다. 제1 금속 패턴(201)은 인덕터 회로 패턴부(211) 및 인덕터 회로 패턴부(211)와 연결된 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(221b)를 포함할 수 있다. 또, 제1 금속 패턴(201)은 액체 금속을 포함할 수 있다. 즉, 제1 금속 패턴(201)은 액체 금속을 이용하여 형성된 액체 금속 패턴일 수 있다.
평면 시점에서, 인덕터 회로 패턴부(211)는 나선(spiral) 형상일 수 있다. 구체적으로, 인덕터 회로 패턴부(211)는 나선 중심으로부터의 거리가 점점 커지는 나사 모양을 가질 수 있다. 인덕터 회로 패턴부(211)는 액체 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 인덕터 회로 패턴부(211)에 전류가 흐를 경우, 나선 형상 내지는 고리 형상의 선로에서 유도기전력이 생성될 수 있고, 이를 통해 인덕터(inductor) 기능을 수행할 수 있다.
또, 인덕터 회로 패턴부(211)가 평면 시점에서, 각진 형상을 가지지 않고 라운드진 선로를 형성함으로써 액체 금속을 이용한 인덕터 회로 패턴부(211)의 형성이 용이할 수 있다. 후술할 바와 같이 액체 금속을 채널 내에 주입하여 인덕터 회로 패턴부(211)를 형성할 수 있으며, 예를 들어, 인덕터 회로 패턴부가 각진 형상을 갖는 경우에 비해 본 실시예와 같이 라운드진 형상을 가질 경우, 액체 금속의 주입이 용이하며 채널 내부 압력의 증가를 억제할 수 있어 보다 많은 양의 액체 금속의 주입이 가능해진다. 뿐만 아니라, 인덕터 회로 패턴부가 평면상 각진 형상을 가질 경우, 채널 내부의 압력이 증가하여 모서리 부근에 미충진 영역이 발생하거나, 또는 선로 중간에 미충진 영역이 발생하여 선로 저항의 상승을 야기하거나, 선로가 개방(open) 되는 불량이 발생할 수도 있다.
선로를 형성하는 인덕터 회로 패턴부(211)의 일측 단부에는 제1 인덕터 접점 패드부(221a)가 위치하고, 타측 단부에는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)가 위치할 수 있다. 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 각각 인덕터 회로 패턴부(211)의 선폭에 비해 확장되어 전기적 접속이 유리한 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(221b)의 최대폭은 인덕터 회로 패턴부(211)의 최대폭 보다 클 수 있다. 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및/또는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 필터 소자(11)의 다른 구성요소, 필터 소자(11) 외부의 다른 소자 또는 전기적 라인과 연결될 수 있다.
제1 인덕터 접점 패드부(221a)는 나선 모양의 인덕터 회로 패턴부(211)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 제1 인덕터 접점 패드부(221a)는 후술할 커패시터 소자(11b)와 전기적으로 연결되어 단락(short) 되는 노드를 형성할 수 있다. 또, 제1 인덕터 접점 패드부(221a)는 필터 소자(11)의 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 나선 모양의 인덕터 회로 패턴부(211)의 외측에 위치할 수 있다. 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 필터 소자(11)의 제1 입력 단자(IN1)와 전기적으로 등가일 수 있다. 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 하나 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 커패시터 소자(11b)(capacitor element)는 정전기 유도 현상을 이용하여 대전된 전하를 축적하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 커패시터 소자(11b)는 제2 금속 패턴(301)을 통해 구현될 수 있다. 제2 금속 패턴(301)은 커패시터 회로 패턴부(311) 및 커패시터 회로 패턴부(311)와 연결된 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(321b)를 포함할 수 있다. 또, 제2 금속 패턴(301)은 액체 금속을 포함할 수 있다. 즉, 제2 금속 패턴(301)은 액체 금속을 이용하여 형성된 액체 금속 패턴일 수 있다. 제2 금속 패턴(301)을 형성하는 액체 금속의 조성은 제1 금속 패턴(201)을 형성하는 액체 금속의 조성과 실질적으로 동일할 수 있다.
평면 시점에서, 커패시터 회로 패턴부(311)는 서로 이격된 두 개의 선로 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터 회로 패턴부(311)는 서로 이격된 제1 커패시터 회로 패턴부(311a) 및 제2 커패시터 회로 패턴부(311b)를 포함할 수 있다. 제1 커패시터 회로 패턴부(311a) 및 제2 커패시터 회로 패턴부(311b)는 각각 커패시터 소자(11b)의 일측과 타측 단자를 형성할 수 있다.
제1 커패시터 회로 패턴부(311a) 및 제2 커패시터 회로 패턴부(311b)는 각각 대략 'S'자 형상을 가지며, 일정한 간격을 가지고 이격된 상태일 수 있다. 이를 통해 제1 커패시터 회로 패턴부(311a)와 제2 커패시터 회로 패턴부(311b) 사이의 대면 면적을 증가시킬 수 있고, 커패시터 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 커패시터 회로 패턴부(311)가 평면 시점에서, 각진 형상을 가지지 않고 대략 'S'자의 라운드진 선로를 형성함으로써 액체 금속을 이용한 커패시터 회로 패턴부(311)의 형성이 용이할 수 있다. 후술할 바와 같이 액체 금속을 채널 내로 주입하여 커패시터 회로 패턴부(311)를 형성할 수 있으며, 예를 들어 커패시터 회로 패턴부가 각진 형상을 갖는 경우에 비해 본 실시예와 같이 라운드진 형상을 가질 경우, 액체 금속의 주입이 용이하며 채널 내부 압력의 증가를 억제할 수 있어 보다 많은 양의 액체 금속의 주입이 가능해진다. 뿐만 아니라, 커패시터 회로 패턴부가 평면상 각진 형상을 가질 경우, 채널 내부의 압력이 증가하여 모서리 부근에 미충진 영역이 발생하거나, 또는 선로 중간에 미충진 영역이 발생하여 선로 저항의 상승을 야기하거나, 선로가 개방(open) 되는 불량이 발생할 수도 있다.
각각 선로를 형성하는 제1 커패시터 회로 패턴부(311a)의 일측 단부에는 제1 커패시터 접점 패드부(321a)가 위치하고, 제2 커패시터 회로 패턴부(311b)의 일측 단부에는 제2 커패시터 접점 패드부(321b)가 위치할 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 각각 커패시터 회로 패턴부(311)의 선폭에 비해 확장되어 전기적 접속이 유리한 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(321b)의 최대폭은 커패시터 회로 패턴부(311)의 최대폭 보다 클 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및/또는 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 필터 소자(11)의 다른 구성요소, 필터 소자(11) 외부의 다른 소자 또는 전기적 라인과 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 금속 패턴(301)은 제3 커패시터 접점 패드부(321c) 및 제4 커패시터 접점 패드부(321d)를 더 포함할 수 있다. 제3 커패시터 접점 패드부(321c)는 제1 커패시터 접점 패드부(321a)와 전기적으로 등가이고, 제4 커패시터 접점 패드부(321d)는 제2 커패시터 접점 패드부(321b)와 전기적으로 등가일 수 있다.
제1 커패시터 접점 패드부(321a)는 상술한 인덕터 소자(11a)와 전기적으로 연결되어 단락 노드를 형성할 수 있다. 또, 제1 커패시터 접점 패드부(321a)는 제3 커패시터 접점 패드부(321c)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 제3 커패시터 접점 패드부(321c)는 필터 소자(11)의 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 필터 소자(11)의 제2 입력 단자(IN2)와 전기적으로 등가일 수 있다. 또, 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 제4 커패시터 접점 패드부(321d)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 커패시터 접점 패드부(321d)는 제2 출력 단자(OUT2)와 전기적으로 등가일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 도 4는 제1 커패시터 접점 패드부(321a)와 제3 커패시터 접점 패드부(321c)가 제1 방향(X)으로 이격되고, 제2 커패시터 접점 패드부(321b)와 제4 커패시터 접점 패드부(321d)가 제2 방향(Y)으로 이격된 경우를 도시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이하, 도 5를 더 참조하여 본 실시예에 따른 필터 소자(11)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 도 1의 Aa-Aa' 선 및 Ab-Ab' 선을 따라 절개한 비교단면도이다. 구체적으로, 도 5의 좌측은 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 제2 커패시터 접점 패드부(321b) 부근을 나타낸 단면도이다. 또, 도 5의 우측은 제1 인덕터 접점 패드부(221a)와 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 부근을 나타낸 단면도이다.
도 5를 더 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(11)는 패턴 기판(101), 패턴 기판(101)의 일면(도 5 기준 상면) 상에 배치된 제1 금속 패턴(201), 패턴 기판(101)의 타면(도 5 기준 하면) 상에 배치된 제2 금속 패턴(301) 및 제1 금속 패턴(201)과 제2 금속 패턴(301)을 도통시키는 컨택부(401)를 포함하고, 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(11)는 도 5에 도시된 것과 같은 기판 적층체(layered-substrate) 구조를 가질 수 있다.
패턴 기판(101)은 일면과 타면이 패턴화된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 패턴 기판(101)의 일면은 제1 채널 내지는 제1 트렌치를 가지고, 패턴 기판(101)의 타면은 제2 채널 내지는 제2 트렌치를 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 패턴 기판(101)은 제1 패턴 기판(501) 및 제2 패턴 기판(601)을 포함할 수 있다. 제1 패턴 기판(501)의 타면(하면)과 제2 패턴 기판(601)의 일면(상면)은 서로 대면하여 배치되거나, 또는 접합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 패턴 기판(501)과 제2 패턴 기판(601) 사이에는 접합층(미도시)이 배치될 수도 있다.
제1 패턴 기판(501)은 제1 베이스(511) 및 제1 베이스(511) 상에 배치된 제1 격벽 패턴(531)을 포함할 수 있다. 제1 베이스(511)는 유연성(flexibility) 및/또는 신축성(stretchability)을 갖는 가요성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스(511)는 종이를 포함하여 이루어지거나, 폴리디메틸실록산 또는 폴리이미드 등의 고분자 수지를 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 제1 베이스(511)는 내부에 미세 공극을 가질 수 있다.
제1 격벽 패턴(531)은 제1 금속 패턴(201)이 충진되기 위한 제1 채널을 형성할 수 있다. 즉, 평면 시점에서, 제1 격벽 패턴(531)은 제1 금속 패턴(201)의 대략 역상의 형상을 갖는 패턴일 수 있다. 제1 격벽 패턴(531)에 의해 커버되지 않는 제1 베이스(511)의 상면은 노출될 수 있다. 제1 격벽 패턴(531)은 절연성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 격벽 패턴(531)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 고분자 재료를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 제1 격벽 패턴(531)은 제1 베이스(511)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 인덕터 소자(11a)는 제1 금속 패턴(201)에 의해 구현될 수 있다. 또, 제1 금속 패턴(201)은 제1 패턴 기판(501)의 제1 채널 내에 충진된 인덕터 회로 패턴부(211), 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(221b)를 포함할 수 있다. 제1 금속 패턴(201)은 상온에서 액상을 유지하는 액체 금속을 포함할 수 있다. 상기 액체 금속은 갈륨 및 인듐을 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 금속 패턴(201)은 제1 베이스(511)와 맞닿을 수 있다.
제1 금속 패턴(201) 상에는 제1 밀봉층(751)이 배치될 수 있다. 제1 밀봉층(751)은 절연성을 가지고, 제1 금속 패턴(201)을 밀봉할 수 있다. 제1 밀봉층(751)은 제1 격벽 패턴(531)과 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 제1 밀봉층(751)은 제1 베이스(511)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
마찬가지로, 제2 패턴 기판(601)은 제2 베이스(611) 및 제2 베이스(611) 상에 배치된 제2 격벽 패턴(631)을 포함할 수 있다. 제2 베이스(611)는 유연성 및/또는 신축성을 갖는 가요성 소재로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 베이스(611)는 제1 베이스(511) 보다 작은 액체 투과도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스(511)는 액체 투과성을 갖는 반면, 제2 베이스(611)는 액체 불투과성을 가질 수 있다. 또, 제2 베이스(611)는 제1 베이스(511) 보다 큰 강도를 가질 수 있다. 상세한 예를 들어, 제2 베이스(611)는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트 또는 폴리아크릴레이트 등의 고분자 수지를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 베이스(511)와 제2 베이스(611)를 기준으로, 상측에 위치하는 제1 금속 패턴(201)이 인덕터 소자(11a)를 형성하고, 하측에 위치하는 제2 금속 패턴(301)이 커패시터 소자(11b)를 형성할 경우, 제1 베이스(511)와 제2 베이스(611)의 액체 투과도 및/또는 강도는 제1 금속 패턴(201)과 제2 금속 패턴(301) 간의 전기적 접속 안정성에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명자들은 액체 금속을 이용하여 필터 소자(11)를 형성함에 있어서, 나아가 인덕터 소자(11a)와 커패시터 소자(11b)를 액체 금속을 이용하여 상호 도통시키는 경우에, 커패시터 소자(11b)가 인덕터 소자(11a)에 비해 컨택부(401)에 의해 큰 영향을 받는 것을 발견하고 이에 착안하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. 또한 인덕터 회로 패턴부(211)에 비해 복잡한 구조를 갖는 커패시터 회로 패턴부(311)를 지지하는 제2 베이스(611)를 제1 베이스(511)에 비해 상대적으로 강도가 우수한 재료로 형성함으로써 컨택홀(H)의 형성을 안정적으로 할 수 있고, 커패시터 소자(11b), 나아가 필터 소자(11)의 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술한다.
제2 격벽 패턴(631)은 제2 금속 패턴(301)이 충진되기 위한 제2 채널을 형성할 수 있다. 즉, 평면 시점에서, 제2 격벽 패턴(631)은 제2 금속 패턴(301)의 대략 역상의 형상을 갖는 패턴일 수 있다. 제2 격벽 패턴(631)에 의해 커버되지 않는 제2 베이스(611)의 하면은 노출될 수 있다. 제2 격벽 패턴(631)은 제1 격벽 패턴(531)과 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 또, 제2 격벽 패턴(631)은 제2 베이스(611)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 커패시터 소자(11b)는 제2 금속 패턴(301)에 의해 구현될 수 있다. 또, 제2 금속 패턴(301)은 제2 패턴 기판(601)의 제2 채널 내에 충진된 커패시터 회로 패턴부(단면도 상 미도시), 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(321b)를 포함하고, 제3 커패시터 접점 패드부(단면도 상 미도시) 및 제4 커패시터 접점 패드부(단면도 상 미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(321a)는 제1 인덕터 접점 패드부(221a)와 제3 방향(Z)으로 중첩하고, 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 또, 커패시터 회로 패턴부(311)는 적어도 부분적으로 인덕터 회로 패턴부(211)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 제2 금속 패턴(301)은 제1 금속 패턴(201)과 실질적으로 동일한 액상의 액체 금속을 포함할 수 있다. 제2 금속 패턴(301)은 제2 베이스(611)와 맞닿을 수 있다.
제2 금속 패턴(301) 상에는 제2 밀봉층(761)이 배치될 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 절연성을 가지고, 제2 금속 패턴(301)을 밀봉할 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 제2 격벽 패턴(631)과 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 제2 베이스(611)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 제1 베이스(511) 및 제2 베이스(611)는 이들을 관통하는 컨택홀(H)을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 베이스(511)는 제1 컨택홀을 가지고 제2 베이스(611)는 제2 컨택홀을 가질 수 있다. 즉, 제1 컨택홀과 제2 컨택홀은 서로 연결되어 컨택홀(H)을 형성할 수 있다. 상기 제1 컨택홀과 상기 제2 컨택홀의 폭은 대략 동일하거나 상이할 수 있다. 컨택홀(H)의 평면상 형상은 대략 원형 내지는 다각형일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
컨택부(401)는 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀 내에 삽입 배치될 수 있다. 컨택부(401)는 제1 금속 패턴(201)과 제2 금속 패턴(301), 구체적으로 제1 인덕터 접점 패드부(221a)와 제1 커패시터 접점 패드부(321a)를 전기적으로 도통시킬 수 있다. 또, 제1 인덕터 접점 패드부(221a), 컨택부(401) 및 제1 커패시터 접점 패드부(321a)는 서로 물리적 경계를 갖지 않는 상태일 수 있다. 이하, 본 명세서에서 사용되는 용어 컨택부(401)는 컨택홀(H) 내에 삽입 배치된 부분을 의미한다. 컨택부(401), 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(321b)는 필터 소자(11)의 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가를 형성할 수 있다. 컨택부(401)는 제1 금속 패턴(201) 및 제2 금속 패턴(301)과 실질적으로 동일한 조성을 갖는 액체 금속을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자(11)는 필터를 구성하는 수동 소자, 예컨대 인덕터 소자(11a) 및 커패시터 소자(11b)의 선로를 상온에서 액체를 유지하는 액체 금속을 이용하여 형성함으로써 우수한 유연성과 신축성을 가질 수 있다. 나아가 필터 소자(11)가 완전히 폴딩되는 경우에도 선로가 파손되거나, 크랙이 발생하는 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또, 필터 소자(11)가 서로 상이한 액체 투과도, 강도 등을 갖는 제1 베이스(511) 및 제2 베이스(611)를 포함하되, 상대적으로 높은 강도와 낮은 액체 투과도를 갖는 제2 베이스(611) 상에 커패시터 소자(11b)를 배치하여 필터 소자(11)의 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터 소자에 대하여 설명한다. 다만, 앞서 설명한 일 실시예에 따른 필터 소자(11)와 실질적으로 동일하거나, 유사한 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 소자(12)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(12)는 도 6에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(12)는 패턴 기판(102), 패턴 기판(102)의 일면과 타면 상에 각각 배치된 제1 금속 패턴(201) 및 제2 금속 패턴(301)을 포함하되, 제1 패턴 기판(502)의 일면(도 6 기준 상면)이 패턴화된 구조를 가지고 제1 채널을 형성하며, 제2 패턴 기판(602)의 타면(도 6 기준 하면)이 패턴화된 구조를 가지고 제2 채널을 형성하는 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
제1 패턴 기판(502)은 그 자체로 베이스를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 패턴 기판(602)은 그 자체로 베이스를 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 패턴 기판(502)은 제2 패턴 기판(602)에 비해 높은 액체 투과도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴 기판(502)은 액체 투과성을 가지고 제2 패턴 기판(602)은 액체 불투과성을 가질 수 있다. 또, 제2 패턴 기판(602)은 제1 패턴 기판(502)에 비해 높은 강도를 가질 수 있다. 또, 제1 채널을 형성하는 제1 패턴 기판(502)의 돌출 패턴 및 제2 채널을 형성하는 제2 패턴 기판(602)의 돌출 패턴은 각각 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761) 보다 소수성이 작을 수 있다.
제1 패턴 기판(502)과 제2 패턴 기판(602)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 임프린트 공정 등을 이용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 금속 패턴(201)을 이루는 액체 금속은 부분적으로 제1 패턴 기판(502)의 돌출 패턴에 침투할 수도 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(12)는 베이스 상에 별도의 격벽 패턴을 형성하는 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(13)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(13)는 도 7에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(13)는 컨택홀(H)의 폭이 변화하는 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 컨택홀(H)은 하부의 제2 금속 패턴(301) 측에서 상부의 제1 금속 패턴(201) 측으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다. 즉, 커패시터 소자 측에서 인덕터 소자 측으로 갈수록 폭이 감소하도록 컨택홀(H)이 형성될 수 있다.
도 7은 제1 베이스(513)에 형성된 제1 컨택홀과 제2 베이스(613)에 형성된 제2 컨택홀의 내측벽이 정렬되고, 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀의 폭이 일정한 변화율로 감소되는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀 중 어느 하나는 폭이 감소하지 않을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 컨택홀 및 제2 컨택홀은 모두 폭이 변화하되, 제1 컨택홀의 폭 감소율과 제2 컨택홀의 폭 감소율은 상이할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 컨택홀(H)과 접하여 제1 베이스(513)가 형성하는 경사각(θ1)은 약 75도 내지 88도, 또는 약 78도 내지 85도의 범위에 있을 수 있다. 경사각(θ1)이 75도 미만의 수준으로 너무 작으면, 컨택홀(H) 내에 삽입 배치된 컨택부(403)의 상단과 하단에서의 폭 차이가 지나치게 너무 커지고, 상부에서 하부 또는 하부에서 상부로 흐르는 전류에 대한 컨택부(403)의 면저항 차이로 인해 필터 소자(13)로서의 기능을 수행하지 못할 수 있다. 반면, 경사각(θ1)이 지나치게 크면, 즉 컨택홀(H)의 내측벽이 충분한 경사를 갖지 않으면 후술할 바와 같은 효과를 달성하지 못할 수 있다.
본 발명자들은 액체 금속을 이용하여 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 형성하고 필터 소자(13)를 구현함에 있어서, 제2 금속 패턴(301)(커패시터 소자)이 제1 금속 패턴(201)(인덕터 소자)에 비해 컨택부(403)에 의해 큰 영향을 받는 것을 발견하고 이에 착안하였다. 이는, 커패시터 소자가 근본적으로 정전기 유도 현상을 기초로 하여 충분한 전하를 축적하도록 구성되어야 하기 때문일 수 있으나, 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니다.
즉, 제1 금속 패턴(201)과 제2 금속 패턴(301)을 상호 전기적으로 연결하는 컨택부(403)를 상부에서 하부로 갈수록 폭이 증가하도록 구성하여 컨택부(403)와 제2 금속 패턴(301) 간의 전기적 접속을 향상시킬 수 있다. 다시 말해서, 컨택부(403)와 제1 금속 패턴(201)이 맞닿는 면적에 비해 컨택부(403)와 제2 금속 패턴(301)이 맞닿는 면적을 더 크게 형성하여 필터 소자(13)의 컷오프 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 컨택부(403)와 제1 금속 패턴(201)이 맞닿는 면적이 지나치게 클 경우, 제1 금속 패턴(201)의 선폭에 따른 면저항과, 컨택부(403)가 형성하는 면저항의 변화로 인해 점진적인 유도기전력의 형성이 방해받을 수 있고, 인덕터 소자로서의 특성을 제대로 갖지 못할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 필터 소자(13)는 컨택부(403)가 인덕터 소자를 형성하는 제1 금속 패턴(201)과 맞닿는 면적은 일정 수준을 유지하되, 컨택부(403)가 커패시터 소자를 형성하는 제2 금속 패턴(301)과 맞닿는 면적을 증가시킴으로써 필터 소자(13)의 전기적 접속 및 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 컨택홀(H)의 형성을 드릴링 공정을 이용하여 수행할 경우 제2 베이스(613)를 제1 베이스(513)에 비해 더 큰 강도를 갖도록 하고, 제2 베이스(613) 측으로부터 컨택홀(H)을 형성함으로써 컨택홀(H)을 안정적으로 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(14)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(14)는 도 8에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(14)의 제1 베이스(514)는 부분적으로 액체 금속을 함유하는 제1 침습 도통부(451) 및/또는 제2 침습 도통부(453)를 포함하는 점이 도 7의 실시예에 따른 필터 소자(13)와 상이한 점이다.
제1 침습 도통부(451)는 컨택홀(H), 구체적으로 제1 베이스(514)가 갖는 제1 컨택홀의 내측벽 표면에 위치할 수 있다. 제1 침습 도통부(451)는 액체 금속이 제1 베이스(514)에 부분적으로 침습 내지는 침투되어 형성된 부분일 수 있다. 즉, 제1 침습 도통부(451)는 제1 베이스(514)에 액체 금속이 침투한 부분을 의미하며, 액체 금속이 침투하지 않은 제1 베이스(514)의 다른 부분과 구별된다. 제1 침습 도통부(451)는 제1 베이스(514)의 기공 등을 통해 침투한 액체 금속으로 인해 전기적 전도성을 가질 수 있다.
제1 침습 도통부(451)는 제1 인덕터 접점 패드부(221a)과 맞닿아 중첩하고, 제1 커패시터 접점 패드부(321a)와 중첩할 수 있다. 반면, 제1 침습 도통부(451)는 제2 인덕터 접점 패드부(221b), 인덕터 회로 패턴부(211), 제2 커패시터 접점 패드부(321b) 및 커패시터 회로 패턴부(단면도 상 미도시)와 중첩하지 않도록 형성될 수 있다. 또한 제1 침습 도통부(451)는 제2 인덕터 접점 패드부(221b) 및 인덕터 회로 패턴부(211)와 맞닿지 않을 수 있다.
제1 침습 도통부(451)는 컨택부(403)와 맞닿을 수 있다. 제1 침습 도통부(451)는 컨택부(403)와 함께 전기적 경로를 형성할 수 있다. 즉, 제1 침습 도통부(451)는 컨택부(403)와 함께 제1 금속 패턴(201)과 제2 금속 패턴(301) 사이의 전기적 도통 영역을 형성할 수 있다. 다시 말해서, 제1 침습 도통부(451)는 보조 도통부로서 기능할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 컨택홀과 제1 침습 도통부(451)가 형성하는 도통 영역의 최소폭(W1)은 제2 컨택홀의 최소폭(W2) 보다 클 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 컨택홀(H)이 제1 베이스(514)에서 제2 베이스(613) 방향으로 갈수록 폭이 증가하도록 형성되되, 제1 베이스(514)에만 제1 침습 도통부(451)가 형성될 경우, 전기적 도통 영역의 수평 방향(가로 방향)으로의 폭은, 수직 방향(세로 방향)의 양단부에서의 폭이 수직 방향 중앙부에서 폭 보다 클 수 있다. 즉, 수직 방향을 기준으로 할 때, 전기적 도통 영역의 폭이 감소하다가 다시 증가하는 경향을 갖도록 할 수 있다. 이를 통해 컨택홀(H)의 상부에서의 폭 증가 없이도 제1 금속 패턴(201)과 전기적 도통 영역(즉, 컨택부(403)와 제1 침습 도통부(451)) 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고, 안정적인 전기적 접속을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자(14)는 제1 베이스(514)는 액체 투과성을 갖는 반면, 제2 베이스(613)는 액체 불투과성을 갖도록 구성하여 제1 베이스(514)에만 제1 침습 도통부(451)를 형성할 수 있다. 즉, 비제한적인 예시로서, 제2 베이스(613)는 액체 금속 내지는 액체 금속이 침투한 부분을 불포함할 수 있다. 이를 통해 수직 방향을 기준으로 전기적 도통 영역의 폭이 증감하는 구조를 쉽게 형성할 수 있는 효과가 있다.
한편, 제1 베이스(514)는 제2 침습 도통부(453)를 더 포함할 수 있다. 제2 침습 도통부(453)는 제1 베이스(514)의 일면(도 8 기준 상면), 구체적으로 제1 베이스(514)의 상면 표면에 위치할 수 있다. 제2 침습 도통부(453)는 제1 침습 도통부(451)와 마찬가지로 액체 금속이 제1 베이스(514)에 부분적으로 침습 내지는 침투되어 형성된 부분일 수 있다. 즉, 제2 침습 도통부(453)는 제1 베이스(514)에 액체 금속이 침투한 부분을 의미하며, 액체 금속이 침투하지 않은 제1 베이스(514)의 다른 부분과 구별된다. 제2 침습 도통부(453)는 제1 베이스(514)의 기공 등을 통해 침투한 액체 금속으로 인해 전기적 전도성을 가질 수 있다.
제2 침습 도통부(453)는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 맞닿아 중첩하고, 제2 커패시터 접점 패드부(321b)와 중첩할 수 있다. 반면, 제2 침습 도통부(453)는 제1 인덕터 접점 패드부(221a), 인덕터 회로 패턴부(211), 제1 커패시터 접점 패드부(321a) 및 커패시터 회로 패턴부(미도시)와 중첩하지 않도록 형성될 수 있다. 또한 제2 침습 도통부(453)는 제1 인덕터 접점 패드부(221a) 및 인덕터 회로 패턴부(211)와 맞닿지 않을 수 있다.
제2 침습 도통부(453)는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 함께 전기적 경로 내지는 전기적 도통 영역을 형성할 수 있다. 다시 말해서, 제2 침습 도통부(453)는 제2 인덕터 접점 패드부와 같이 기능할 수 있다. 이를 통해 전류의 흐름 방향에 대한 전기적 도통 영역의 폭을 증가시킬 수 있다. 특히, 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 인덕터 회로 패턴부(211) 등에 비해 상대적으로 넓은 면적을 가지고 외부의 다른 소자와 전기적 접속이 이루어질 수 있다. 따라서 제2 인덕터 접점 패드부(221b) 기능을 하는 도통 영역을 확장함으로써 필터 소자(14)의 내부 구성요소 간 또는 외부의 다른 구성요소와의 연결성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 침습 도통부(453)의 폭은 제2 인덕터 접점 패드부(221b)의 폭 보다 클 수 있다. 또, 제2 침습 도통부(453)의 최대 두께(T453)는 제1 베이스(514)의 최대 두께(T514)의 약 50% 이하, 또는 약 40% 이하, 또는 약 30% 이하, 또는 약 20% 이하일 수 있다. 제2 침습 도통부(453)의 두께(T453)가 제1 베이스(514) 두께(T514)의 50%를 초과할 경우, 제2 침습 도통부(453)를 통해 흐르는 전류에 의해 제2 금속 패턴(301)이 전기적 영향을 받을 수 있다.
한편, 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 중첩하는 영역에 제2 침습 도통부(453)가 형성되는 것과 달리 인덕터 회로 패턴부(211)와 중첩하는 영역에는 액체 금속이 제1 베이스(514) 내로 침투하여 형성된 침습 도통부가 형성되지 않을 수 있다. 이는 제2 인덕터 접점 패드부(221b)와 인덕터 회로 패턴부(211)의 폭을 이용하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 제2 인덕터 접점 패드부(221b)는 액체 금속이 제1 베이스(514)에 침투될 수 있을 정도로 충분한 폭을 가지고, 인덕터 회로 패턴부(211)는 액체 금속이 제1 베이스(514)에 침투되지 않을 정도의 작은 폭을 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(15)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(15)는 도 9에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(15)의 제1 금속 패턴(205) 및/또는 제2 금속 패턴(305)의 측면은 경사각을 갖는 점이 도 8의 실시예에 따른 필터 소자(14)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 제1 금속 패턴(205)의 제1 인덕터 접점 패드부(225a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(225b)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 또, 인덕터 회로 패턴부(215)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 제1 인덕터 접점 패드부(225a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(225b)가 형성하는 제2 경사각(θ2)은 인덕터 회로 패턴부(215)가 형성하는 경사각과 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 제1 베이스(514) 상에 배치된 제1 격벽 패턴(535)의 채널의 내측벽은 부분적으로 역경사를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(15)의 인덕터 소자를 형성하는 제1 금속 패턴(205)의 액체 금속 선로는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 안정적으로 트랩시킬 수 있다. 특히, 인덕터 소자와 커패시터 소자 간, 또는 필터 소자(15) 외부의 다른 구성요소와 전기적 연결이 이루어지는 제1 인덕터 접점 패드부(225a) 및/또는 제2 인덕터 접점 패드부(225b)는 수평 방향으로의 폭이 상대적으로 크고, 따라서 이들을 형성하는 액체 금속을 안정적으로 트랩시키는 것은 필터 소자(15)의 특성 구현에 있어서 매우 중요한 요소이다.
한편, 제2 금속 패턴(305)의 제1 커패시터 접점 패드부(325a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(325b)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 또, 단면도 상으로 표현되지 않았으나 커패시터 회로 패턴부의 측면은 경사를 가질 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(325a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(325b)가 형성하는 제3 경사각(θ3)은 커패시터 회로 패턴부가 형성하는 경사각과 동일하거나 상이할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 금속 패턴(305)이 형성하는 제3 경사각(θ3)은 제1 금속 패턴(205)이 형성하는 제2 경사각(θ2) 보다 작을 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 금속 패턴(305)은 패턴 형상에 의해 대전된 전하를 축적하도록 구성될 수 있다. 이 경우 커패시터 소자의 커패시턴스는 단자들(예컨대, 인접한 선로들)의 대면 면적에 비례할 수 있다. 즉, 제2 금속 패턴(305)을 따라 흐르는 전류의 전기적 안정성을 해하지 않는 범위에서, 제2 금속 패턴(305)의 측면 경사각(θ3)을 상대적으로 크게 형성하여 인접한 패턴 간의 대면 면적을 증가시키는 효과가 있다. 예를 들어, 제2 경사각(θ2)은 약 80도 내지 85도이고, 제3 경사각(θ3)은 약 60도 내지 84도일 수 있다. 제1 금속 패턴(205) 및/또는 제2 금속 패턴(305)의 측면 경사각이 60도 미만인 경우, 선로의 상부와 하부에서의 면저항이 국부적으로 상이해질 수 있고, 액체 금속을 이용한 필터 소자(15)로서의 기능을 온전하게 구현할 수 없다.
한편, 제2 베이스(613) 상에 배치된 제2 격벽 패턴(635)의 채널의 내측벽은 제1 격벽 패턴(535)과 마찬가지로 부분적으로 역경사를 가질 수 있다. 이를 통해 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 안정적으로 트랩시킬 수 있고, 제1 커패시터 접점 패드부(325a) 및/또는 제2 커패시터 접점 패드부(325b)와 다른 구성요소 간의 전기적 연결 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(16)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(16)는 도 10에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(16)의 제1 패턴 기판(506)은 제1 보강층(556) 및/또는 투과 차단층(576)을 더 포함하고, 제2 패턴 기판(606)은 제2 보강층(656)을 더 포함하는 점이 도 9의 실시예에 따른 필터 소자(15)와 상이한 점이다.
제1 보강층(556)은 제1 격벽 패턴(536)이 형성하는 채널의 내측벽의 측면 상에 배치될 수 있다. 제1 보강층(556)은 제1 금속 패턴(206)을 형성하는 액체 금속의 흐름을 보강하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 제1 보강층(556)은 제1 격벽 패턴(536)에 비해 소수성이 더 큰 재료를 포함할 수 있다. 제1 보강층(556)은 제1 격벽 패턴(536) 상에 증착 공정 등을 통해 배치되거나, 또는 플라즈마 공정 등을 통해 제1 격벽 패턴(536)의 표면을 개질하여 형성될 수 있다. 제1 보강층(556)은 제1 격벽 패턴(536)의 측면 뿐만 아니라 상면 상에 배치될 수도 있다.
마찬가지로, 제2 보강층(656)은 제2 격벽 패턴(636)이 형성하는 채널의 내측벽의 측면 상에 배치될 수 있다. 제2 보강층(656)은 제2 금속 패턴(306)을 형성하는 액체 금속의 흐름을 보강하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 제2 보강층(656)은 제2 격벽 패턴(636)에 비해 소수성이 더 큰 재료를 포함할 수 있다. 제2 보강층(656)은 제1 보강층(556)과 동일하거나 상이한 공정을 통해 형성될 수 있다.
또, 제1 베이스(516) 상에는 투과 차단층(576)이 배치될 수 있다. 투과 차단층(576)은 액상의 액체 금속이 원치 않게 제1 베이스(516) 측으로 침습 내지는 침투하는 것을 방지하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 투과 차단층(576)은 제1 베이스(516)에 비해 소수성이 더 크고, 액체 투과도가 작은 재료를 포함할 수 있다. 투과 차단층(576)은 제1 베이스(516) 및 제1 금속 패턴(206)과 맞닿을 수 있다. 비제한적인 일례로서, 제2 패턴 기판(606)은 투과 차단층을 불포함할 수 있다. 이 경우, 제2 금속 패턴(306)은 제2 베이스(616)와 맞닿을 수 있다.
투과 차단층(576)은 인덕터 회로 패턴부(216) 및 제2 인덕터 접점 패드부(226b)와 중첩하되, 제1 인덕터 접점 패드부(226a)와 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 제1 인덕터 접점 패드부(226a)는 제1 커패시터 접점 패드부(326a)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 컨택홀(H) 부근에는 제1 침습 도통부(451)가 형성될 수 있다. 따라서, 제1 인덕터 접점 패드부(226a) 및 컨택홀(H)과 중첩하는 영역에는 투과 차단층(576)이 배치되지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 금속 패턴(206) 및 제2 금속 패턴(306)은 내부에 분산된 도전성 입자(P)들을 더 포함할 수 있다. 도전성 입자(P)는 상온에서 액체 상태인 액체 금속 내에 대략 균일하게 분산된 상태일 수 있다. 도전성 입자(P)는 액체 금속의 도전성을 더욱 개선시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 침습 도통부(451)는 제1 베이스(516)에 침습된 액체 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 침습 도통부(451)에 포함된 액체 금속의 조성은 제1 금속 패턴(206) 및/또는 제2 금속 패턴(306)의 액체 금속의 조성과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패턴(206) 및 제2 금속 패턴(306)은 도전성 입자(P)를 포함하는 반면, 제1 침습 도통부(451)는 도전성 입자(P)를 불포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 다른 실시예에서 도 8과 같이 제2 침습 도통부(도 8의 도면 부호 453)를 더 포함할 경우, 제2 침습 도통부에 포함된 액체 금속의 조성은 제1 금속 패턴(206) 및/또는 제2 금속 패턴(306)의 액체 금속의 조성과 상이할 수도 있다.
또, 제1 밀봉층(756)은 복수의 주입홀(757h)을 가질 수 있다. 주입홀(757h)은 제1 인덕터 접점 패드부(226a) 및/또는 제2 인덕터 접점 패드부(226b)와 중첩할 수 있다. 특히, 복수의 주입홀(757h) 중 적어도 일부는 컨택홀(H)과 중첩할 수 있다. 또한 복수의 주입홀(757h) 중 적어도 일부는 투과 차단층(576)과 중첩할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 주입홀(757h)을 통해 액체 금속이 주입될 수 있다. 비제한적인 일례로서, 제2 밀봉층(761)은 홀이 형성되지 않은 상태일 수 있다.
주입홀(757h) 상에는 커버 부재(770)가 배치될 수 있다. 커버 부재(770)는 주입홀(757h)을 커버하여 내부의 제1 금속 패턴(206) 및 제2 금속 패턴(306)을 이루는 액체 금속이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 커버 부재(770)는 제1 금속 패턴(206)과 맞닿을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 금속 패턴(206)의 최소 두께(T206)는 제2 금속 패턴(306)의 최소 두께(T306) 보다 작을 수 있다. 비제한적인 예시로서, 제1 베이스(516) 상에 투과 차단층(576)이 배치된 경우, 제1 금속 패턴(206)의 최소 두께(T206)는 투과 차단층(576)과 중첩하는 영역에서의 제1 금속 패턴(206)의 두께를 의미할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
앞서 설명한 것과 같이 제1 금속 패턴(206)은 인덕터 소자를 형성하고 제2 금속 패턴(306)은 커패시터 소자를 형성할 수 있다. 이 경우 제1 금속 패턴(206)의 두께는 불필요한 두께 증가를 방지하도록 상대적으로 작게 형성하고, 제2 금속 패턴(306)은 인접한 패턴 간에 충분한 대면 면적을 가지도록 상대적으로 크게 형성하여 커패시터 소자로서의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(21)의 분해사시도이다. 도 12는 도 11의 필터 소자(21)의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(21)는 상호 전기적으로 연결된 인덕터 소자(21a) 및 커패시터 소자(21b)를 포함하되, 고역 필터 소자인 점이 도 1 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 필터 소자(21)는 인덕터 소자(21a)에 제2 입력 단자(IN2) 및 제2 출력 단자(OUT2)가 연결되고, 커패시터 소자(21b)에 제1 입력 단자(IN1) 및 제1 출력 단자(OUT1)가 연결될 수 있다. 제2 입력 단자(IN2)와 제2 출력 단자(OUT2)는 전기적으로 등가일 수 있다. 또, 인덕터 소자(21a)와 커패시터 소자(21b) 간의 단락 노드는 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가일 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자(21)는 도 1 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 동일하게 상부에 위치하는 인덕터 소자(21a) 및 하부에 위치하는 커패시터 소자(21b)를 포함하되, 입력 단자와 출력 단자의 위치를 변경하는 것 만으로 고역 필터 소자로서의 기능을 구현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(31)의 분해사시도이다. 도 14는 도 13의 필터 소자(31)의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 15는 도 13의 커패시터 소자(31a)의 평면도이다. 도 16은 도 13의 인덕터 소자(31b)의 평면도이다. 도 17은 도 13의 Ba-Ba' 선 및 Bb-Bb' 선을 따라 절개한 비교단면도이다. 구체적으로, 도 17의 좌측은 제2 커패시터 접점 패드부(361b)와 제2 인덕터 접점 패드부(261b) 부근을 나타낸 단면도이다. 또, 도 17의 우측은 제1 커패시터 접점 패드부(361a)와 제1 인덕터 접점 패드부(261a) 부근을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(31)는 도 17에 도시된 것과 같은 기판 적층체(layered-substrate) 구조를 가질 수 있다.
도 13 내지 도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(31)는 상호 전기적으로 연결된 커패시터 소자(31a) 및 인덕터 소자(31b)를 포함하되, 커패시터 소자(31a)에 제1 입력 단자(IN1) 및 제1 출력 단자(OUT1)가 연결되고, 인덕터 소자(31b)에 제2 입력 단자(IN2) 및 제2 출력 단자(OUT2)가 연결되는 고역 필터 소자인 점이 도 1 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
커패시터 소자(31a)는 제2 금속 패턴(331)을 통해 구현될 수 있다. 제2 금속 패턴(331)은 커패시터 회로 패턴부(351) 및 커패시터 회로 패턴부(351)와 연결된 제1 커패시터 접점 패드부(361a), 제2 커패시터 접점 패드부(361b) 및 제3 커패시터 접점 패드부(361c)를 포함할 수 있다. 제2 금속 패턴(331)은 액체 금속을 포함할 수 있다. 커패시터 회로 패턴부(351)는 서로 이격된 제1 커패시터 회로 패턴부(351a) 및 제2 커패시터 회로 패턴부(351b)를 포함할 수 있다. 제1 커패시터 접점 패드부(361a)는 후술할 인덕터 소자(31b)와 전기적으로 연결되어 단락 노드를 형성하고, 제2 커패시터 접점 패드부(361b)는 제1 입력 단자(IN1)와 전기적으로 등가일 수 있다. 또, 제3 커패시터 접점 패드부(361c)는 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가일 수 있다. 그 외 커패시터 소자(31a)에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
또, 인덕터 소자(31b)는 제1 금속 패턴(231)을 통해 구현될 수 있다. 제1 금속 패턴(231)은 인덕터 회로 패턴부(251) 및 인덕터 회로 패턴부(251)와 연결된 제1 인덕터 접점 패드부(261a), 제2 인덕터 접점 패드부(261b) 및 제3 인덕터 접점 패드부(261c)를 포함할 수 있다. 제1 금속 패턴(231)은 액체 금속을 포함할 수 있다. 제1 인덕터 접점 패드부(261a)는 전술한 커패시터 소자(31a)와 전기적으로 연결되어 단락 노드를 형성하고, 제2 인덕터 접점 패드부(261b)는 제2 입력 단자(IN2)와 전기적으로 등가일 수 있다. 또, 제3 인덕터 접점 패드부(261c)는 제2 출력 단자(OUT2)와 전기적으로 등가일 수 있다.
한편 단면도 상에서, 필터 소자(31)는 패턴 기판(107), 패턴 기판(107)의 일면(도 17 기준 상면) 상에 배치된 제2 금속 패턴(331), 패턴 기판(107)의 타면(도 17 기준 하면) 상에 배치된 제1 금속 패턴(231) 및 제1 금속 패턴(231)과 제2 금속 패턴(331)을 도통시키는 컨택부(407)를 포함할 수 있다. 또, 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761)을 더 포함할 수 있다.
패턴 기판(107)은 상부에 배치된 제2 패턴 기판(607) 및 하부에 배치된 제1 패턴 기판(507)을 포함할 수 있다. 제2 패턴 기판(607)은 제2 베이스(617) 및 제2 베이스(617) 상에 배치된 제2 격벽 패턴(637)을 포함하고, 제1 패턴 기판(507)은 제1 베이스(517) 및 제1 베이스(517) 상에 배치된 제1 격벽 패턴(537)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 베이스(517)는 부분적으로 액체 금속을 함유하는 제1 침습 도통부(461) 및 제2 침습 도통부(463)를 포함할 수 있다. 제1 침습 도통부(461)는 컨택부(407)와 함께 전기적 도통 영역을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 컨택홀 내지는 컨택부(407)는 상부의 제2 금속 패턴(331) 측에서 하부의 제1 금속 패턴(231) 측으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다. 즉, 커패시터 소자(31a) 측에서 인덕터 소자(31b) 측으로 갈수록 폭이 감소하도록 컨택홀 및 컨택부(407)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자(31)는 도 8의 실시예에 따른 필터 소자(14)의 상부와 하부를 변경하고 입력 단자 및/또는 출력 단자의 변경을 통해 필터 소자(31)의 기능을 다변화할 수 있는 효과가 있다. 필터 소자(31)의 구체적인 설명에 대해서는 도 8과 함께 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(32)의 단면도로서, 도 17과 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다. 본 실시예에 따른 필터 소자(32)는 도 18에 도시된 것과 같은 기판 적층체 구조를 가질 수 있다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(32)의 제1 금속 패턴(232) 및/또는 제2 금속 패턴(332)의 측면은 경사각을 갖는 점이 도 17 등의 실시예에 따른 필터 소자(31)와 상이한 점이다.
제1 금속 패턴(232)의 제1 인덕터 접점 패드부(262a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(262b)의 측면은 제4 경사각(θ4)을 형성할 수 있다. 또, 인덕터 회로 패턴부(252)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 한편, 제1 베이스(517) 상에 배치된 제1 격벽 패턴(538)의 채널의 내측벽은 부분적으로 역경사를 가질 수 있다.
또, 제2 금속 패턴(332)의 제1 커패시터 접점 패드부(362a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(362b)의 측면은 제5 경사각(θ5)을 형성할 수 있다. 단면도 상으로 표현되지 않았으나 커패시터 회로 패턴부의 측면은 경사를 가질 수 있다. 한편, 제2 베이스(617) 상에 배치된 제2 격벽 패턴(638)의 채널의 내측벽은 부분적으로 역경사를 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 금속 패턴(332)이 형성하는 제5 경사각(θ5)은 제1 금속 패턴(232)이 형성하는 제4 경사각(θ4) 보다 작을 수 있다. 커패시터 소자를 형성하는 제2 금속 패턴(332)의 측면 경사각(θ5)을 상대적으로 크게 형성하여 커패시터 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제4 경사각(θ4)은 약 80도 내지 85도이고, 제5 경사각(θ5)은 약 60도 내지 84도일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 19 내지 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다. 이하에서, 도 19 내지 도 28을 참조하여 도 10의 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 예로 하여 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자는 다른 실시예들에 따른 필터 소자의 제조 방법에 대해서도 명확히 이해할 수 있을 것이다.
우선 도 19를 참조하면, 제1 베이스(516) 상에 투과 차단층(576)을 형성한다. 투과 차단층(576)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 포토레지스트 공정, 식각 공정, 증착 공정 등을 이용할 수 있다. 투과 차단층(576)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 20을 더 참조하면, 제1 베이스(516) 상에 제1 격벽 패턴(536)을 형성한다. 투과 차단층(576)은 제1 격벽 패턴(536)이 형성하는 채널 중 일부 영역에만 위치하고, 다른 영역에는 위치하지 않을 수 있다. 제1 격벽 패턴(536)은 채널 내지는 트렌치를 형성할 수 있다. 제1 격벽 패턴(536)은 포토레지스트 공정, 식각 공정, 증착 공정 등을 이용할 수 있다. 제1 격벽 패턴(536)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나 본 실시예와 같이 제1 격벽 패턴(536)이 역경사를 갖는 경우, 투과 차단층(576)을 먼저 형성함으로써 제1 격벽 패턴(536)의 형성을 용이하게 할 수 있다.
이어서 도 21을 더 참조하면, 제1 격벽 패턴(536) 상에 제1 보강층(556)을 형성하여 제1 패턴 기판(506)을 준비한다. 제1 보강층(556)은 제1 격벽 패턴(536)의 측면 및 상면 상에 배치될 수 있다. 제1 보강층(556)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 22를 더 참조하면, 제2 베이스(616) 상에 제2 격벽 패턴(636) 및 제2 보강층(656)이 배치된 제2 패턴 기판(606)을 준비한다. 제2 베이스(616)는 제1 베이스(516)에 비해 액체 투과도가 낮고, 강도가 높은 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스(516)는 액체 투과성을 가지고 제2 베이스(616)는 액체 불투과성을 가질 수 있다. 그 외 제2 베이스(616), 제2 격벽 패턴(636) 및 제2 보강층(656)에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 23을 더 참조하면, 제1 패턴 기판(506)의 타면(도 23 기준 하면)과 제2 패턴 기판(606)의 일면(도 23 기준 상면)을 대면하도록 배치한다. 제1 패턴 기판(506)의 제1 베이스(516)와 제2 패턴 기판(606)의 제2 베이스(616)는 서로 맞닿을 수 있다.
이어서 도 24를 더 참조하면, 타공 부재(S)를 이용하여 컨택홀(H)을 형성한다. 컨택홀(H)은 제1 격벽 패턴(536) 및 제2 격벽 패턴(636)과 중첩하지 않는 위치에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 타공 부재(S)를 이용한 컨택홀(H)의 형성은 제2 패턴 기판(606) 측으로부터 제1 패턴 기판(506) 방향으로 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 베이스(616)는 제1 베이스(516)는 높은 강도를 가질 수 있다. 이에 따라 제2 베이스(616) 측으로부터 제1 베이스(516) 방향으로 타공 공정을 수행함으로써 안정적인 구조의 컨택홀(H)을 형성할 수 있다. 또, 제2 베이스(616)의 제2 컨택홀의 폭이 제1 베이스(516)의 제1 컨택홀 폭에 비해 큰 구조를 용이하게 형성할 수 있다.
도 24는 드릴링 공정 등을 통해 컨택홀(H)을 형성하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 레이저 등을 이용할 수도 있다.
이어서 도 25를 더 참조하면, 제1 패턴 기판(506) 상에 제1 밀봉층(751)을 배치하고, 제2 패턴 기판(606) 상에 제2 밀봉층(761)을 배치한다. 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761)은 각각 제1 패턴 기판(506) 및 제2 패턴 기판(606)과 접합될 수 있다. 이에 따라 제1 밀봉층(751)과 제2 밀봉층(761) 사이에는 에어갭(AG)이 형성될 수 있다. 제1 패턴 기판(506)이 갖는 채널과 제2 패턴 기판(606)이 갖는 채널, 및 컨택홀은 공기로 충진된 상태일 수 있다. 즉, 본 단계에서 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761)에 의해 내부는 외부로부터 차단될 수 있다.
이어서 도 26을 더 참조하면, 제1 밀봉층(756)에 주입홀(757h)을 형성하고, 주입홀(757h)을 통해 제1 패턴 기판(506)의 제1 채널, 컨택홀(H) 및 제2 패턴 기판(606)의 제2 채널에 액체 금속을 주입한다. 제1 채널에 충진된 액체 금속은 제1 금속 패턴(206)을 형성하고, 제2 채널에 충진된 액체 금속은 제2 금속 패턴(306)을 형성할 수 있다. 또, 컨택홀(H)에 충진된 액체 금속은 컨택부(406)를 형성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 금속 패턴(206), 컨택부(406) 및 제2 금속 패턴(306)을 이루는 액체 금속은 내부에 분산된 도전성 입자(P)를 더 포함할 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법에 따르면, 액체 금속을 제1 밀봉층(756)의 주입홀(757h)을 통해 주입함으로써 제1 채널, 컨택홀(H) 및 제2 채널 등이 액체 금속에 의해 완전히 충진되지 않는 문제를 억제할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 본 실시예와 같이 컨택홀이 제2 베이스(616)에서 제1 베이스(516) 측으로 갈수록 폭이 감소하는 경우에, 제2 밀봉층(761) 측으로부터 액체 금속을 주입할 경우 높은 점도를 갖는 액체 금속이 컨택홀(H)을 원활하게 통과하지 않는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상대적으로 좁은 폭을 갖는 제1 컨택홀이 위치한 상부로부터 액체 금속을 충진함으로써 액체 금속의 충진을 원활하게 할 수 있다.
이어서 도 27을 더 참조하면, 주입홀(757h) 상에 커버 부재(770)를 배치하여 액체 금속을 밀봉한다. 주입홀(757h)과 중첩하도록 커버 부재(770)를 배치하여 상온에서 액체 상태인 제1 금속 패턴(206), 컨택부(406) 및 제2 금속 패턴(306)을 유지보존할 수 있다.
이어서 도 28을 더 참조하면, 제1 침습 도통부(451)를 형성한다. 앞서 설명한 것과 같이 제1 침습 도통부(451)는 제1 인덕터 접점 패드부(226a) 내지는 컨택부(406) 부근의 액체 금속이 제1 베이스(516) 측으로 침투하여 형성된 것일 수 있다. 제1 침습 도통부(451)의 형성은 도 27에 따라 준비된 기판 적층체를 신장시키거나, 또는 압축시켜 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법에 따르면 컨택홀(H)을 인덕터 소자 측에서 커패시터 소자 측으로 갈수록 폭이 증가하도록 구성하여 커패시터 소자의 전기적 특성을 향상시키고, 나아가 필터 소자의 컷오프 특성을 개선할 수 있다. 뿐만 아니라 컨택홀(H)의 내측 표면에 위치한 제1 침습 도통부(451)를 형성하여 컨택홀(H)의 폭 증가 없이도 제1 금속 패턴(206)과 제2 금속 패턴(306) 간의 전기적 접속을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 제조예 및 비교예를 더 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
<제조예 1: 인덕터 소자의 제조>
도 29에 도시된 것과 같은 형상의 인덕터 소자를 제조하였다. 액체 금속으로는 갈륨과 인듐의 혼합 조성을 이용하였다. 인덕터의 단면 형상은 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. 제1 베이스는 소정의 투과도를 갖는 종이 재질을 이용하였다.
그리고 인덕터 소자의 특성을 측정하여 도 30에 나타내었다. 도 30을 참조하면, 제조예 1에 따른 인덕터 소자는 1.63μH의 인덕턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<제조예 2: 커패시터 소자의 제조>
도 31에 도시된 것과 같은 형상의 커패시터 소자를 제조하였다. 액체 금속으로는 갈륨과 인듐의 혼합 조성을 이용하였다. 커패시터의 단면 형상은 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다. 제2 베이스는 소정의 투과도를 갖는 종이 재질을 이용하였다.
그리고 커패시터 소자의 특성을 측정하여 도 32에 나타내었다. 도 32를 참조하면, 제조예 2에 따른 커패시터 소자는 13.6pF의 커패시턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<비교예 1: 비교 인덕터 소자의 제조>
인덕터 소자의 형상을 도 33과 같이 변형한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 인덕터 소자를 제조하였다. 그러나 액체 금속 주입 공정에 있어서 각진 패턴 부분에 액체 금속이 완전히 충진되지 않는 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라, 내부에 미충진 영역이 존재함에도 불구하고 채널 내 압력의 과다한 상승으로 패턴이 파괴되고, 액체 금속의 누수가 발생하는 문제가 발생함을 확인하였다.
<비교예 2: 비교 커패시터 소자의 제조>
커패시터 소자의 형상을 도 34와 같이 변형한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 커패시터 소자를 제조하였다. 그러나 액체 금속 주입 공정에 있어서 각진 패턴 부분에 액체 금속이 완전히 충진되지 않는 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라, 내부에 미충진 영역이 존재함에도 불구하고 채널 내 압력의 과다한 상승으로 패턴이 파괴되고, 액체 금속의 누수가 발생하는 문제가 발생함을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 필터 소자
11a: 인덕터 소자
11b: 커패시터 소자
101: 패턴 기판
201: 제1 금속 패턴
301: 제2 금속 패턴
501: 제1 패턴 기판
511: 제1 베이스
531: 제1 격벽 패턴
601: 제2 패턴 기판
611: 제2 베이스
631: 제2 격벽 패턴
751: 제1 밀봉층
761: 제2 밀봉층
H: 컨택홀

Claims (9)

  1. 상호 적층된 제1 베이스와 제2 베이스로서, 상기 제1 베이스는 제2 베이스 보다 큰 액체 투과도를 갖는 제1 베이스 및 제2 베이스;
    상기 제1 베이스 상에 배치된 제1 도전성 패턴; 및
    상기 제1 베이스를 관통하여 상기 제1 도전성 패턴과 도통된 제1 컨택부를 포함하되,
    상기 제1 컨택부는, 상기 제2 베이스 측에서 제1 베이스 측으로 갈수록 폭이 감소하는 도전성 패턴 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 상에 배치된 제2 도전성 패턴; 및
    상기 제2 베이스를 관통하여 상기 제2 도전성 패턴 및 제1 컨택부와 도통된 제2 컨택부를 더 포함하는 도전성 패턴 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴은 인덕터 소자 패턴을 형성하고, 제2 도전성 패턴은 커패시터 소자 패턴을 형성하며,
    상기 제2 컨택부는, 상기 제2 도전성 패턴 측에서 제1 도전성 패턴 측으로 갈수록 폭이 감소하는 도전성 패턴 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 베이스는 상기 제1 컨택부가 삽입되는 제1 컨택홀을 가지고,
    상기 제1 베이스는 상기 제1 컨택홀의 내측벽에 위치하여 제1 컨택부와 맞닿고, 액체 금속이 충진되어 형성된 제1 침습 도통부를 포함하는 도전성 패턴 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 베이스는, 상기 제1 베이스의 일면에 위치하여 상기 제1 도전성 패턴과 맞닿고, 액체 금속이 충진되어 형성된 제2 침습 도통부를 더 포함하는 도전성 패턴 기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 컨택부와 제1 침습 도통부는 함께 상기 제1 도전성 패턴과 제2 도전성 패턴의 도통 영역을 형성하고,
    상기 제1 컨택부와 제1 침습 도통부가 형성하는 도통 영역의 최대폭은, 상기 제2 컨택부의 최소폭 보다 큰 도전성 패턴 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 상에 배치된 제2 도전성 패턴을 더 포함하고,
    상기 제1 도전성 패턴의 측면 경사각은, 제2 도전성 패턴의 측면 경사각 보다 큰 도전성 패턴 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 베이스 상에 배치되어 제1 도전성 패턴이 배치되는 채널을 형성하는 격벽 패턴; 및
    상기 격벽 패턴의 측면 상에 배치된 보강층으로서, 상기 격벽 패턴 보다 소수성이 더 큰 보강층을 더 포함하는 도전성 패턴 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 베이스 상에 배치되어 제1 도전성 패턴이 배치되는 채널을 형성하는 격벽 패턴; 및
    상기 제1 베이스 상에서 상기 채널 내에 배치되고, 상기 제1 컨택부와 적어도 부분적으로 비중첩하게 배치된 액체 투과 차단층을 더 포함하는 도전성 패턴 기판.
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