KR19990066108A - 박막 인덕터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

고주파스위칭 전원용 박막 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 양면에 금속시드층을 형성한 후, 금속시드층상에 포토레지스트를 형성하고 패터닝하여 소정영역의 금속시드층을 노출시킨 다음, 노출된 금속시드층상에 전기 도금으로 박막 코일을 형성한다. 그리고, 남아 있는 포토레지스트 및 그 하부의 금속시드층을 제거하여 기판을 노출시키고, 기판 양면에 형성된 박막 코일들이 전기적으로 연결되도록 기판내에 전도성 비어홀을 형성하는 형성한 다음, 박막 코일들이 형성된 기판 상/하부에 자성체를 접합함으로써, 제조공정을 단순화하고, 소형화, 고성능화, 양산화할 수 있다.

Description

박막 인덕터 및 그 제조방법

본 발명은 인덕터에 관한 것으로, 특히 고주파스위칭 전원용 박막 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전원용으로 사용되는 인덕터는 벌크페라이트에 코일을 감아서 만드는데, 최근에는 고주파에서 인덕터 소자의 고성능화를 위해 기판상에 박막 코일과 자성체를 형성하여 인덕터 소자를 개발하는 것이 특허나 연구 저널에 많이 보고되고 있다.

박막 인덕터를 제조할 때, 거의 대부분 공정이 기판상에 자성막을 형성하고 그 위에 코일을 1층 또는 2층으로 형성한 후, 다시 그 위에 자성막을 형성하여 인덕터를 완성한다.

이와 같은 제조공정은 정밀한 평탄화 기술과 도금 공정의 미세 제어에 어려움이 있으며 인덕터에 큰 영향을 미치는 자성막 특성을 조절하는 데도 큰 어려움을 지니고 있다.

또 경우에 따라서는 패턴 형성시 두꺼운 코일부를 드라이 에칭 등의 고가 기술을 이용하여 패턴해야 하며 소자 제작시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다.

도 1a 내지 1e는 종래 기술에 따른 박막 인덕터의 제조공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(1)상에 제 1, 제 2 금속시드층(2,3)을 차례로 형성하고, 제 2 금속시드층(3)상에 제 1 포토레지스트 패턴(4)을 형성한다.

이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 도금 공정을 수행하여 제 2 금속시드층(3)상에 코일 패턴(5)을 형성하고, 제 1 포토레지스트 패턴(4)을 제거한다.

그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 코일 패턴(5)을 포함한 전면에 제 2 포토레지스트(6)를 형성하고 패터닝하여 제 2 금속시드층(3)의 일부를 노출시킨다.

이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 식각 공정으로 노출된 제 2 금속시드층(3) 및 그 하부에 있는 제 1 금속시드층(2)을 제거한 후, 도 1e에 도시된 바와 같이, 남아 있는 제 2 포토레지스트(6)을 제거함으로써 인덕터를 제조한다.

종래 기술에 따른 박막 인덕터 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래와 같은 방식으로 인덕터를 제조하면, 단층 코일을 지닌 소자가 되어 인덕터에서의 인덕턴스 및 성능 계수(Q)가 낮게 될 뿐만 아니라 공정상 높은 인덕턴스와 성능 계수를 지니는 2층 코일의 인덕터를 제조하는데 어려움이 있다.

또한, 단층이므로 적절한 인덕턴스를 얻으려면 인덕터 소자의 단면적이 필요 이상으로 크게 되는 단점을 지닐 뿐만 아니라 자성막이 코일 패턴상을 지나는 경우 코일 패턴의 불균일성이 야기되고 단일 기판상에서 건식 코팅 과정과 습식 코팅 과정이 반복되어 소자 제조에도 어려움이 있어 양산시 큰 문제가 된다.

그리고, 2층 이상으로 도금 코일을 제조하는 경우, 2층 이상으로부터 코일부의 미세 전류 밀도가 커져 균일한 도금막을 얻기 힘들고 하부 코일을 채우는 물질을 평탄화하는데 문제가 있어 양산에 어려움이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로 제조공정을 단순화하고, 소형화, 고성능화, 양산화할 수 있는 박막 인덕터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 1e는 종래 기술에 따른 박막 인덕터의 제조공정을 보여주는 공정단면도

도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 박막 인덕터의 제조공정을 보여주는 공정단면도

도 3은 본 발명에 따른 박막 인덕터의 상/하부 코일을 보여주는 도면

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 박막 인덕터의 자성체를 보여주는 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 기판 12 : 금속시드층

13 : 포토레지스트 14 : 박막 코일

15 : 자성체

본 발명에 따른 박막 인덕터의 특징은 비어홀을 갖는 기판과, 기판의 비어홀을 통해 전기적으로 연결되도록 기판 양면에 형성되는 코일들과, 코일들이 형성된 기판 상/하부에 접합되는 자성체들로 구성되는데 있다.

본 발명에 따른 박막 인덕터 제조방법의 특징은 기판 양면에 금속시드층을 형성하는 스텝과, 금속시드층상에 포토레지스트를 형성하고 패터닝하여 소정영역의 금속시드층을 노출시키는 스텝과, 노출된 금속시드층상에 전기 도금으로 박막 코일을 형성하는 스텝과, 남아 있는 포토레지스트 및 그 하부의 금속시드층을 제거하여 기판을 노출시키는 스텝과, 기판 양면에 형성된 박막 코일들이 전기적으로 연결되도록 기판내에 전도성 비어홀을 형성하는 형성하는 스텝과, 박막 코일들이 형성된 기판 상/하부에 자성체를 접합하는 스텝으로 이루어지는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 박막 인덕터 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 기판 양면에 전기 도금으로 박막 코일을 형성하고, 이들을 기판내에 형성된 비어홀을 통해 전기적으로 연결시킴으로써, 소형화, 고성능화, 양산화시키는데 있다.

도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 박막 인덕터의 제조공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 폴리이미드, 고분자, 유리 등으로 이루어진 기판(11)의 양면에 도금시 전기의 통로가 되는 금속시드층(12)을 스퍼터링, 진공증착, 무전해 도금, 기타 다른 박막제조공정으로 형성한다.

이때, 기판(11)의 두께는 약 50㎛ 이하가 적합하다.

그리고, 금속시드층(12)은 밀착력을 향상시키고, 후공정에 형성될 코일층의 산화나 질화를 방지하기 위하여 금속 질화물 또는 금속 산화물로 형성하거나, 금속에 산화물 또는 질화물을 적층하여 형성한다.

여기서, 사용되는 금속은 크롬, 탄탈륨, 니오븀, 기타 도체의 밀착력을 향상시키고 확산, 산화, 질화 등을 방지할 수 있는 금속이나 화합물 등을 사용할 수 있다.

이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속시드층(12)상에 스핀 코팅 방법으로 포토레지스트(13)를 형성하고 패터닝하여 소정영역의 금속시드층(12)을 노출시킨다.

그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이, 노출된 금속시드층(12)상에 전기 도금으로 박막 코일(14)을 형성한 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 남아 있는 포토레지스트(13) 및 그 하부의 금속시드층(12)을 제거하여 기판(11)을 노출시킨다.

이어, 도시되지는 않았지만, 기판(11) 내부에 비어홀을 기계적인 방법이나 레이저 또는 포토리소그래피 공정으로 형성하고, 그 비어홀에 도금을 하여 기판(11) 양면에 형성된 박막 코일(14)들이 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 전기적으로 연결되도록 한다.

여기서, 비어홀의 형성은 금속시드층(12)을 형성하기 전에 할 수도 있다.

즉, 기판(11)내에 기계적인 방법이나 레이저 또는 포토리소그래피 공정으로 비어홀을 먼저 형성하고, 기판(11) 양면에 바로 스퍼터링이나 진공 증착에 의해 금속시드층(12)을 형성하면, 기판(11) 표면 뿐만 아니라 비어홀 부위에도 금속이 형성된다.

그리고, 전기 도금으로 금속시드층(12)상에 박막 코일(14)을 형성하게 되면, 기판(11) 양면의 박막 코일(14)들이 비어홀을 통해 자연스럽게 전기적으로 연결된다.

이와 같이, 박막 코일(14)들이 형성된 기판(11) 전체를 코일부라 하면, 이 코일부를 형성하고 나서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 코일부 상/하부에 자성체(15)를 접합한다.

여기서, 코일부에 자성체(15) 접합시, 에폭시나 폴리이미드 등의 고분자를 이용하거나 다른 접착제를 사용하여 접합시키거나 또는 코일부를 먼저 에폭시나 폴리이미드로 평탄화한 다음, 에폭시나 폴리이미드 또는 다른 접착제를 이용하여 접합하는 것도 가능하다.

또한, 자성체(15)는 기존의 페라이트를 그대로 사용할 수 있으며, 유리나 다른 기판상에 페라이트를 형성시킨 것을 자성층으로 이용하는 것도 가능하다.

그리고, 박막제조공정으로 형성한 연자성막이나 절연막의 적층막을 이용하는 것도 가능하다.

이처럼, 자성체를 코일부 상/하부에 접합시킴으로써 인덕터가 완성되는데, 이때 절연체 및 코일부에 의해 상/하부 자성체 사이에는 도 4a에 도시된 바와 같이, 갭이 형성되므로 자기 회로 내에서의 자기 저항이 크게 되어 비교적 큰 전류를 흐르게 하는 것이 가능하다.

도 4a 보다 더 큰 인덕턴스를 지닌 소자를 제조하려면 도 4b에 도시된 바와 같이, 자성체의 한쪽을 코일부의 중심으로 돌출되도록 형성하여 코일부를 사이에 두고 접합하면 인덕턴스는 더 증가하는 효과를 볼 수 있다.

그리고, 자성체를 도 4c에 도시된 바와 같이, 완전히 폐회로로 형성하여 자성체의 투자율에 비례하는 인덕터를 형성할 수 있다.

여기서는 도 4a 및 도 4b에 비해 인덕턴스는 크게 되나 자성체가 쉽게 포화되므로 낮은 전류를 흘릴 필요가 있는 경우에 적합하다.

이 보다 더 큰 인덕턴스를 지닌 인덕터 소자를 만들기 위해서는 상/하부 자성체 사이의 갭을 조절하여 인덕턴스를 크게하는 것이 가능하다.

이때, 갭을 완전히 없애기 위해서는 페라이트페이스트 등을 이용할 수 있다.

이 경우 갭의 길이가 적을수록 자로의 자기저항이 적게되어 인덕턴스는 크게된다.

본 발명에 따른 박막 인덕터 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 기존의 전원용 인덕터에 비해 소형화 및 고성능화를 이룰 수 있으며, 인덕터의 저저항화가 가능하고, 큰 전류를 흐르게 하는 것이 가능할 뿐만 아니라 MHz 이상의 고주파 스위칭이 가능한 장점을 지니게 된다.

현재 개발되고 있는 박막 인덕터보다 공정이 훨씬 간단한 장점을 지니게 되어 저가의 우수한 소형 박막 인덕터의 양산 제조가 가능한 효과를 지니고 있다.

이를 DC-DC 컨버터 등에 이용하는 경우, 기존에 비해 훨씬 적은 부피에서 고주파 스위칭에 응용이 가능하므로 휴대용 전자기기에서 비교적 고가이고 큰 부피의 DC-DC 컨버터를 대체할 수 있어 통신기기나 전자기기의 성능 향상을 도모할 수 있는 효과도 지니게 된다.

Claims (8)

1. 비어홀을 갖는 기판;

   상기 기판의 비어홀을 통해 전기적으로 연결되도록 상기 기판 양면에 형성되는 코일들;

   상기 코일들이 형성된 기판 상/하부에 접합되는 자성체들로 구성됨을 특징으로 하는 박막 인덕터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판과 코일 사이에는 금속 질화물 또는 금속 산화물로 이루어진 금속층이 형성됨을 특징으로 하는 박막 인덕터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코일들이 형성된 기판 상/하부에 접합되는 자성체들 중 어느 하나는 자성체들 사이에 소정의 갭을 갖도록 상기 코일 중심부분으로 일부 돌출되어 형성됨을 특징으로 하는 박막 인덕터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 코일들이 형성된 기판 상/하부에 접합되는 자성체들 중 어느 하나는 자성체들 사이에 소정의 갭을 갖도록 상기 코일 중심부분 및 에지부분으로 일부 돌출되어 형성됨을 특징으로 하는 박막 인덕터.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 자성체들 사이의 갭은 페라이트페이스트로 채워져 자성체들이 서로 연결됨을 특징으로 하는 박막 인덕터.
6. 기판 양면에 금속시드층을 형성하는 스텝;

   상기 금속시드층상에 포토레지스트를 형성하고 패터닝하여 소정영역의 금속시드층을 노출시키는 스텝;

   상기 노출된 금속시드층상에 전기 도금으로 박막 코일을 형성하는 스텝;

   상기 남아 있는 포토레지스트 및 그 하부의 금속시드층을 제거하여 상기 기판을 노출시키는 스텝;

   상기 기판 양면에 형성된 박막 코일들이 전기적으로 연결되도록 기판내에 전도성 비어홀을 형성하는 형성하는 스텝;

   상기 박막 코일들이 형성된 기판 상/하부에 자성체를 접합하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 박막 인덕터 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 금속시드층은 금속 질화물 또는 금속 산화물로 이루어진 단일층이거나 또는 금속막위에 질화물 또는 산화물이 적층된 이중층임을 특징으로 하는 박막 인덕터 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 자성체는 에폭시, 폴리이미드, 접착제 중 어느 하나를 사용하여 상기 박막 코일이 형성된 기판 상/하부에 접합하거나 또는 상기 박막 코일이 형성된 기판을 에폭시 또는 폴리이미드로 평탄화한 후에 에폭시, 폴리이미드, 접착제 중 어느 하나로 박막 코일이 형성된 기판 상/하부에 접합함을 특징으로 하는 박막 인덕터 제조방법.