KR20000016987A - 전극의 절제 방법 - Google Patents

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Abstract

유전체 위에 형성된 전극(conductive portion)을 레이저를 이용하여 절제하는 제 1 공정과, 이 레이저에 의해 절제된 부위에 발생하는 변질층(affected layer)을 짧은 펄스(short pulse) 레이저를 이용하여 절제하는 제 2 공정의 단계로 이루어진 전극 절제 방법을 제공한다.
상기 방법에 의하면, 제조 공정 수가 줄어들고, 많은 수의 제조 설비를 이용하지 않고도 전극이 절제되며, 또한 "Q0"의 저하가 발생하지 않는다.

Description

전극의 절제 방법 {Method for removing conductive portions}
본 발명은, 발진기(oscillator), 필터, 듀플렉서 등에 이용되는 유전체 공진기의 표면, 및 유전체 기판의 표면에 형성된 전극의 절제 방법에 관한 것이다.
도 4는 발진기나 필터에 이용되는 유전체 공진기를 나타낸다. 유전체 공진기 10은 관통공(through-hole) 12를 갖는 직사각 프리즘 모양의 유전체 11, 관통공 12가 형성된 일단(one end)을 제외한 유전체의 바깥 표면에 형성된 외부 도체 13, 관통공 12의 내주면(inner peripheral surface)에 형성된 내부 도체 14, 전극이 형성되어 있지 않은 개방단(open end) 부근에 형성된 입출력 전극 15, 및 입출력 전극 15와 내부 도체 14를 접속하는 접속 도체 16으로 구성되어 있다. 상기 구조을 갖는 유전체 공진기 10을 형성하는 방법으로서, 예를 들어 관통공을 갖는 직사각 프리즘 모양의 유전체 표면 전체에 구리 도금 등으로 전극을 형성한 뒤에 전극의 미리 정해진 부분을 절제하는 방법이 있다.
또한, 유전체 공진기의 전극을 절제하는 구체적인 방법으로서는, 유전체 공진기와 접촉하지 않는 편향 거울(polarizing mirror) 을 이용하여 임의의 형상으로 정밀하게 절제할 수 있기 때문에, 레이저를 이용한 절제 방법이 효과적이다. 레이저로 전극의 일부를 절제함으로써 주파수 조정 등의 특성 조정도 가능하다.
도 5의 공정도를 참조하여, 종래의 전극 절제 방법이 아래에서 설명된다.
제 1 공정으로서, YAG 레이저를 이용하여 전극의 미리 정해진 부분을 절제한다. YAG 레이저 등의 레이저를 이용하여 전극을 제거하면, 레이저의 고열로 인해 용융된 유전체 및 전극이 응고하고 전기 저항이 낮아져 변질층이 생기며, 이 유전체가 고온에서부터 급냉되어 산소결함에 의한 환원으로 인해 반도성(semi-conductive) 변질층이 생긴다. 이러한 변질층이 생기면, 유전체 공진기의 무부하(no-load) "Q" (Q0라 한다) 가 저하된다. 그러므로, 제 2 공정에서, 낮아진 "Q0"의 향상을 위해 묽은 황산을 이용하여 전기 저항이 낮아진 변질층을 에칭한다.
제 3 공정으로서, 환원 반응에 기인한 반도성 변질층은 대기 중에서의 열처리로 인해 재산화된다. 본래 산화되지 말아야 할 전극이 제 3 공정에서 산화되어 버리므로, 제 4 공정에서 묽은 황산을 이용하여 산화된 전극을 에칭한다. 이들 공정을 거쳐서, 도 4에 나타낸 유전체 공진기 10을 얻을 수 있다.
종래의 전극 절제 방법에서는, 제 1 공정에서부터 제 4 공정까지를 이용해야 하므로 제작 공정의 수가 늘어난다. 제 1 공정에서 레이저에 의한 전극 절제, 제 2 공정 및 제 4 공정에서의 묽은 황산에 의한 에칭, 그리고 제 3 공정에서 환원반응에 기인한 반도성 변질층을 재산화하기 위한 열처리를 각각 다른 설비로 실시하므로 생산성이 낮아지게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 제시된 실시예는 유전체 공진기 등의 "Q0"를 열화시키지 않고 많은 수의 설비를 이용하지 않는 전극의 절제 방법을 제공한다.
도 1A는 제 1 공정에서 전극 절제 방법을 나타내는 사시도이고, 도 1B는 제 2 공정에서 변질층 제거 방법을 나타내는 사시도이다.
도 2는 개방단면(open-end surface)인 표면의 제거 방법을 나타내는 사시도이다.
도 3은 특성 조정을 위한 절제 방법을 나타내는 사시도이다.
도 4는 유전체 공진기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 종래의 전극 절제 방법을 나타내는 공정도이다.
본 발명에 제시된 하나의 실시예는, 유전체 상에 형성된 전극을 레이저를 이용하여 절제하는 제 1 공정과 상기 레이저로 절제한 부위에 발생하는 변질층을 짧은 펄스 레이저를 이용하여 절제하는 제 2 공정으로 이루어진 전극 절제 방법을 제공한다.
짧은 펄스 레이저는 매우 짧은 펄스 폭을 갖고 있는데, 이로 인해 열적인 부하(load)를 가하지 않고 변질층을 절제할 수 있다. 즉, 많은 수의 설비를 이용하지 않으면서 변질층을 절제할 수 있고, "Q0"의 저하가 없는 유전체 공진기 등을 쉽게 제조할 수 있다.
상기 방법에서, 제 1 공정에 이용되는 레이저는 고조파 YAG 레이저를 사용할 수 있다.
주파수가 2배이고 파장이 2분의 1인 제 2 고조파 YAG 레이저와, 주파수가 4배이고 파장이 4분의 1인 제 4 고조파 YAG 레이저 등의 고조파 YAG 레이저를 이용하면, 파장이 짧아졌기 때문에 정밀도가 향상되고 열적인 부하도 줄어든다.
상기 방법에서, 제 1 공정에 이용된 상기 레이저는 제 2 고조파 YAG 레이저를 사용할 수 있다.
고조파 YAG 레이저 중에서 제 2 고조파 YAG 레이저가 이용되는 경우, 충분한 정밀도를 유지한 채로 알맞은 출력을 얻을 수 있다.
상기 방법에서, 제 2 공정에 이용된 짧은 펄스 레이저가 YAG 짧은 펄스 레이저일 수 있다.
짧은 펄스 레이저 중에서, YAG 짧은 펄스 레이저는 고체 결정을 이용하기 때문에 높은 증폭 이득(amplification gain)이 얻어지므로, 큰 발진 출력(oscillating output-power)과 안정한 성능을 갖는 등의 특징이 있고 생산성이 높아지게 된다.
상기 방법에서, 산소를 포함하는 기체가 제 1 공정에서 절제된 전극 부위에 공급될 수 있다.
이로 인해, 산소 결함에 의해 환원된 반도성 유전체를 줄일 수 있고, 짧은 펄스 레이저에 의해 절제된 부분이 줄어들며, 생산성이 더욱 높아지게 된다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명에서 명확해질 것이다.
[실시예들]
도 1A, 1B, 2 및 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전극의 절제 방법을 도 4에 나타낸 유전체 공진기를 예로 들어 설명한다.
도 1A 에 나타낸 것처럼, 표면 전체를 구리 도금한 유전체 공진기 10을 회전축 21에 의해 회전 가능한 홀더(holder) 20으로 고정하고, 입출력 전극이 형성된 유전체 공진기의 면에 레이저가 조사되도록 홀더 20의 방향을 조절하여 배치한다. 레이저 설비로서는, 제 2 고조파 YAG 레이저 발진기와 짧은 펄스 레이저 발진기를 동일한 설비 안에 배치하고, 거울 및 편향 거울 등으로 각도를 변화시켜 선택적으로 상기 레이저 중의 하나를 이용할 수 있도록 한다.
제 1 공정으로서는, 입출력 전극을 형성하기 위하여, 제 2 고조파 YAG 레이저를 이용해 절연 부분을 형성한다. 제 2 고조파 YAG 레이저로서는, 펄스 폭 50 ~ 100 nm 이고 펄스 주파수 1 ~ 3 kHz 인 레이저가 이용된다. 이 공정에서, 레이저가 조사된 부분에는, 레이저의 고열로 인해 용융된 유전체 및 전극이 응고하여 저항이 낮아진 변질층과, 유전체가 고온에서부터 급냉되어 산소 결함에 의해 환원된 반도성 변질층이 생긴다. 상기 변질층들이 생기면 "Q0" 가 저하되어 유전체 공진기의 특성이 열화된다. 또한, 이 때, 산소를 포함하는 기체를 공급하면서 제 2 고조파 YAG 레이저를 이용하면, 산소 결함에 의해 환원되어 생겨난 반도성 변질층의 양을 감소시킬 수 있다.
도 1B에 나타낸 것처럼, 제 2 공정으로서, 변질층이 생긴 부분에 YAG 짧은 펄스 레이저를 조사한다. YAG 짧은 펄스 레이저로서는, 펄스 폭 10 nm 이하이고 펄스 주파수가 20 kHz 이하인 것이 이용된다. 짧은 펄스 레이저는 제 1 공정에서 이용된 레이저와 비교해서 펄스 폭이 훨씬 짧고 펄스 주파수가 낮기 때문에, 유전체 공진기 10에 열적인 손상을 입히지 가하지 않으면서 변질층을 절제하는 것이 가능하다. 그러므로, 많은 수의 설비를 이용하지 않고 "Q0"의 열화가 적은 유전체 공진기 10을 제조할 수 있다.
절제를 하기 위해 짧은 펄스 레이저와 레이저를 병용함으로써 "Q0"의 저하가 방지되는 것에 대해, 실험 결과에 기초하여 설명한다. 미리 개방단(open end)으로서 관통공이 형성된 한 단부(one end)만을 제외하고, 다른 전체 표면에 전극이 형성된 유전체 공진기를 두 개 준비하였다. 각각의 유전체 공진기에서, 개방단으로부터 0.5 mm 의 폭을 갖는 네 개의 면에 있는 외부 도체의 일부분을 절제하였다. 제 1 유전체 공진기에서 제 2 고조파 YAG 레이저만을 이용하여 상기 부분을 절제하였고, 제 2 유전체 공진기에서는 제 2 고조파 YAG 레이저로 상기 부분을 절제한 후 짧은 펄스 레이저로 변질층을 절제하였다. 이들 유전체 공진기의 "Q0" 를 측정한 결과, 전극을 절제하기 전과 비교해서 제 1 유전체 공진기의 "Q0" 는 40.8% 저하하였으나, 제 2 유전체 공진기의 "Q0" 는 단지 7.3% 저하하였다. 즉, 본 발명에 의하면, 제 1 공정에서 생겨난 변질층을 짧은 펄스 레이저를 이용하여 절제하면, "Q0" 의 저하가 감소함을 이 실험 결과에서 확인할 수 있다.
다음은, 도 2에 나타낸 것처럼, 개방단(open end)이 되는 면의 전극을, 앞에서 설명한 식으로, 제 1 공정 및 제 2 공정을 통하여 홀더 20을 회전시키면서 절제하였다. 또한, 도 3에 나타낸 것처럼, 공진 주파수 등의 특성을 조정하기 위하여 제 1 공정 및 제 2 공정을 통하여 홀더 20을 회전시키면서 전극을 절제한다. 이 때, 도 3에 나타낸 것처럼, 공진 주파수 측정용 프로브(probe)를 유전체 공진기 10쪽으로 움직여, 유전체 공진기 10의 공진 주파수를 측정하면서 유전체 공진기 10의 특성을 조정한다.
본 실시예에서, 유전체 공진기의 전극을 절제하였지만, 하나의 유전체 블록에 여러 개의 관통공을 설치하여 상기 유전체 블록에 입출력 전극을 형성한 일체형(integral-type) 유전체 필터의 전극의 절제와, 유전체 기판 상에 형성된 전극의 절제에도 본 발명을 적용할 수 있다. 제 1 공정에서 이용하는 레이저로 엑시머 레이저와 CO2레이저 등을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에는 검은 변질층을 절제함으로써 외관을 좋게 하는 효과도 있다.
본 발명에 의하면, 상기 설명한 것처럼, 하나의 설비 안에 배치될 수 있는 레이저와 짧은 펄스 레이저를 이용하여, 제 1 공정에서 상기 레이저로 전극을 절제하고, 제 1 공정에서 생긴 변질층을 짧은 펄스 레이저로 절제한다. 따라서, 많은 수의 제조 설비를 이용하지 않고 전극을 제거할 수 있으므로 생산성이 향상된다. 이와 동시에, 본 발명은 유전체 공진기의 "Q0" 의 저하가 감소되는 등의 특성적 이점을 갖고 있다.
본 발명에 대하여, 제시한 실시예들을 참조하면서 상세히 나타내고 설명하였지만, 본 기술 분야의 당업자들은 본 발명의 취지에서 벗어나지 않으면서 형식과 세부사항의 또 다른 변경이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 레이저를 이용하여 유전체 위에 형성된 전극을 절제하는 제 1 공정; 및
    상기 레이저로 절제한 부분에 생긴 변질층을 짧은 펄스 레이저를 이용하여 절제하는 제 2 공정,
    으로 이루어진 전극 절제 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 이용된 레이저는 고조파 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 이용된 레이저는 제 2 고조파 YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 공정에서 이용된 짧은 펄스 레이저가 YAG 짧은 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 공정에서 이용된 짧은 펄스 레이저가 YAG 짧은 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 공정에서 이용된 짧은 펄스 레이저가 YAG 짧은 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서 상기 절제되는 전극 부위에, 산소를 포함하는 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
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