KR20200015471A - 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
마이크로파 유전체 컴포넌트(100)는 마이크로파 유전체 기판(101) 및 금속 층을 포함하고, 금속 층은 마이크로파 유전체 기판(101)의 표면에 결합된다. 금속 층은 전도성 시드 층 및 금속 농집 층(105)을 포함한다. 전도성 시드 층은 마이크로파 유전체 기판(101)의 표면에 주입된 이온 주입 층(103) 및 이온 주입 층(103) 상에 부착된 플라즈마 증착 층(104)을 포함한다. 금속 농집 층(105)은 플라즈마 증착 층(104) 상에 접착된다. 마이크로파 유전체 컴포넌트(100)의 제조 방법이 추가로 개시된다.
Description
본 발명은 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 금속화된 표면 및 금속화된 홀을 갖는 판 형상 또는 비 판 형상(non-plate-shaped) 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로파 장치는 일반적으로 마이크로파 대역(300-300,000 MHz의 주파수)에서 작동하는 장치를 지칭한다.
석영 크리스털 공진기(quartz crystal)는 마이크로파 유전체 컴포넌트로서의 석영 웨이퍼가 석영 크리스털 공진기의 본체인 마이크로파 장치이다. 석영 크리스털 공진기의 제조에서, 석영 웨이퍼의 표면의 일부를 금속 층(예를 들어, 은 층)으로 도금하여 석영 웨이퍼의 전극(즉, 은 도금 전극이라고 함)을 형성하는 것이 필요하다.
한 가지 유형의 마이크로파 유전체 컴포넌트는 중국 특허 출원 제201210532266.1에 개시된 석영 웨이퍼를 지칭할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 석영 웨이퍼(1)의 표면의 중간 영역은 은 도금 전극(2)이고, 은 도금 전극(2)의 일측에는 천이 지역(3) 및 전극 인출 단자(4)가 제공된다. 전극 인출 단자(4)는 전도성 접착제 또는 전도성 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 전극이 석영 웨이퍼(1)의 양면에 제공되는 경우, 석영 웨이퍼(1)에는 금속화된 홀이 추가로 제공되어 금속화된 홀이 전극을 전기적으로 연결할 수 있다.
일반적으로, 마이크로파 장치는 후속 단계 동안 마이크로파 장치의 표면이 솔더링 가능해야 하는 것을 요구한다. 솔더링 공정은 솔더링 중에 사용될 수 있으며, 솔더링 온도는 200도 이상이므로, 마이크로파 장치가 고온에 견딜 수 있어야 한다. 종래 기술에 의해 제조된 마이크로파 장치의 솔더링 와이어에 연결된 인터페이스, 코너 및 사이트는 종종 불균일한 금속 층 두께, 버(burr), 함몰, 크랙 등을 갖는다. 이러한 현상은 마이크로파 신호의 전송에 심각한 영향을 미쳐 신호 간섭, 비 선형 상호 변조 등을 유발할 것이다.
마이크로파 장치의 전도성은 마이크로파 전송에 상당한 영향을 미치며, 높은 전도성은 마이크로파 신호 전송에 기여한다. 또한, 마이크로파 장치의 마이크로파 유전체 컴포넌트는 장기간 작동으로 인한 신뢰성에 대한 요구사항을 갖는다. 즉, 금속 층이 높은 박리 강도를 가질 것을 요구한다.
종래 기술은 일반적으로 마이크로파 장치의 표면 및/또는 홀 벽의 금속화를 위해 다음의 방법을 사용한다.
방법 1 : 가압 방법.
가압 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다.
단계 1 : 캘린더링 또는 전기분해에 의해 구리 포일(foil)을 제조하는 단계;
단계 2 : 구리 클래드 라미네이트(copper clad laminate)를 형성하기 위해 고온 라미네이션 방법에 의해 구리 포일을 마이크로파 유전체 컴포넌트에 결합시키는 단계;
단계 3 : 구리 클래드 라미네이트를 천공하고 천공 파편을 제거하는 단계;
단계 4 : 무전해 구리(electroless copper, PTH) 또는 블랙홀(블랙홀의 원리는 미세한 흑연 및 카본 블랙 분말을 홀벽에 침지하여 전도성 층을 형성한 다음 직접 전기 도금을 수행하는 것임) 또는 블랙 섀도우(블랙 섀도우의 원리는 주로 흑연을 전도성 물질로 사용하여 홀벽 상에 전도성 층을 형성한 다음 직접 전기 도금을 수행하는 것임)과 같은 공정에 의해 홀벽 상에 전도성 시드 층을 형성하는 단계;
단계 5 : 전기 도금 농집(electroplating thickening), 금속화된 홀을 갖는 구리 클래드 라미네이트를 획득하기 위해 홀벽 상에 금속 도체 층을 형성하는 단계; 및
단계 6 : PCB 산업에서 일반적인 그래픽 전송 프로세스를 사용하여 회로 패턴을 만드는 단계.
상기한 단계 1과 관련하여, 구리 포일의 현재 최소 거칠기는 약 0.4 마이크로미터(μm)이다. 구리 포일과 마이크로파 유전체 컴포넌트의 결합 표면의 거칠기가 클수록, 피부 효과가 보다 명백해지며, 이는 마이크로파 신호 전송에 유리하지 않다. 또한, 구리 포일의 표면의 거칠기가 높기 때문에, 표면이 솔더링되는 경우, 금속 대 금속 접촉 표면의 거칠기가 높고, 전계 비 선형성을 용이하게 생성하므로 수동적 상호 변조(Passive Inter-Modulation, PIM)를 초래하며, 이는 마이크로파 신호 수신에 영향을 미친다.
상기한 단계 2와 관련하여, 가압 방법에서 사용된 마이크로파 유전체 컴포넌트는 판 재료이고, 대부분의 마이크로파 장치는 비 판 형상(non-plate-shaped)이며, 이 방법은 비 판 형상의 마이크로파 장치의 표면을 금속화할 수 없다. 또한, 가압 방법은 구리 포일 및 반경화(semi-cured) 마이크로파 유전체 컴포넌트를 고온에서 가압하고 경화시키는 것이다. 따라서, 이러한 기술은 경화된 유전체 컴포넌트를 금속화하는 데 적용할 수 없다.
상기한 단계 6과 관련하여, PCB 산업에서의 일반적인 그래픽 전송 공정은 포토 레지스트 필름 형성, 노광, 현상 및 에칭 처리를 포함할 수 있다.
마이크로파 유전체 컴포넌트는 일반적으로 PTFE, PPE 및 LCP와 같은 고 소수성 재료이며, 무전해 구리, 블랙홀 및 블랙 섀도우와 같은 공정이 이러한 재료의 홀벽 상에 우수한 결합 강도를 갖는 전도성 시드 층을 형성하는 것이 어려우므로, 형성된 홀 금속화된 층(hole-metallized layer)은 신뢰성이 떨어지고 적층 및 크랙이 발생하기 쉽다.
방법 2 : 진공 스퍼터링 방법.
진공 스퍼터링 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
단계 1 : 유전체 성분을 절단하고 금속화될 필요가 있는 홀을 형성하는 단계;
단계 2 : 전도성 시드 층 구조를 형성하기 위해 유전체 컴포넌트의 표면 및 홀 내부에서 금속화를 달성하도록 진공 스퍼터링 방법을 사용하는 단계;'
단계 3 : 리소그래피 공정을 사용하여 도체 패턴을 형성하는 단계; 및
단계 4 : 도금에 의해 도체 패턴을 두껍게 하는 단계.
상기한 단계 2와 관련하여, 진공 스퍼터링의 원리는, 진공 환경에서, 금속 타깃 재료가 음극으로서 작용하고, 아르곤 가스는 진공으로 도입된다. 전계 및 자계의 작용 하에서, 아르곤 이온화는 Ar+ 및 e-를 생성하고, Ar+는 나선형 운동을 통해 타깃 재료에 충격을 가하여 유전체 표면 및 홀벽 상에 증착된 타깃 원자(원자 에너지 < 10eV)를 여기시켜서 전도성 시드 층을 형성한다. 전도성 시드 층과 유전 컴포넌트 사이의 결합력은 약하다(< 0.5N/mm).
상기한 단계 4와 관련하여, 진공 스퍼터링에 의해 형성된 전도성 시드 층은 유전체 컴포넌트와의 결합력이 낮기 때문에, 전기 도금 동안 도금 용액의 충격하에 금속 층이 쉽게 박리되고 도금 용액에 용해된다. 용해되지 않은 전기 도금된 두꺼운 도체의 결합력도 또한 낮으며, 이는 마이크로파 장치의 금속 층의 신뢰성을 감소시킨다.
방법 3 : 스크린 인쇄 방법.
스크린 인쇄 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
단계 1 : 유전체 컴포넌트를 절단하고 금속화될 필요가 있는 홀을 형성하는 단계;
단계 2 : 스크린 인쇄에 의해 유전체 표면 상에 패턴을 형성하고, 홀에서 금속화하는 단계; 및
단계 3 : 건조 또는 고온 소결에 의해 금속 코팅을 경화시키고 이를 유전체 컴포넌트에 결합시켜 금속화된 마이크로파 장치를 형성하는 단계.
상기한 단계 2와 관련하여, 스크린 인쇄에 사용되는 금속 슬러리는 개질된 슬러리이다. 일례로 은 전도성 슬러리를 사용하면, 은 전도성 슬러리는 두 가지 범주: 폴리머은 전도성 슬러리(결합 상으로서 유기 폴리머를 사용하여 건조 또는 필름으로 경화됨), 소결된 은 전도성 슬러리(결합 상으로서 유리 분말 또는 산화물을 사용하여 소결 온도> 500 ℃인 필름으로 소결됨)로 나뉜다. 이러한 슬러리는 전도성이 열악하고 고주파 신호의 전송에 유리하지 않다.
상기한 단계 3과 관련하여, 슬러리가 저온을 견딜 수 있는 유전체 컴포넌트(플라스틱 등)에 적용되는 경우, 폴리머 금속 전도성 슬러리가 사용되어야 하고, 슬러리는 약 100 ℃의 건조 온도로 건조되어 유전체 컴포넌트에 결합된다. 금속 층은 결합 상으로서 유기 폴리머를 사용하여 유전체 컴포넌트에 결합되므로 결합력이 낮다. 또한, 유기 재료는 내열성이 떨어지므로, 솔더링 온도(> 200 ℃)를 견딜 수 없다.
마이크로파 장치를 금속화하기 위한 종래 기술에서의 가압 방법, 진공 스퍼터링 방법 및 스크린 인쇄 방법의 단점은 다음과 같다.
먼저, 가압 방법에 사용된 캘린더링 또는 전해 구리 포일은 높은 표면 거칠기를 가지며, 이는 피부 효과를 생성하기 쉽고, 마이크로파 신호의 전송에 좋지 않으며, 솔더링의 경우, 금속 대 금속 접촉 표면의 거칠기가 높고, 전계 비 선형성을 쉽게 생성하며, PIM(Passive Inter-Modulation) 제품을 생성하여 마이크로파 신호의 수신에 영향을 준다.
둘째, 가압 방법은 무전해 구리, 블랙홀 및 블랙 섀도우의 공정을 사용하여 홀벽의 금속화를 실현하여 홀 구리와 홀벽 사이의 결합력이 열악해지고 신뢰성이 낮아진다. 가압에 사용되는 유전체 컴포넌트는 판 재료일 수만 있으며, 불규칙한 형상의 유전체 컴포넌트의 금속화를 실현할 수 없다.
셋째, 진공 스퍼터링 방법의 가장 큰 단점은 금속 층과 유전체 컴포넌트 사이의 결합력이 약하여 마이크로파 장치의 신뢰성에 영향을 미친다는 것이다. 진공 스퍼터링 방법에 의해 유전체 컴포넌트를 제조하는 경우, 부재의 코너 및 조인트에서의 금속 층은 버(burr), 불균일한 두께, 홀, 금속 층의 손상 등이 발생하기 쉬워 마이크로파 전송 동안 전계 비 선형성을 야기하고 마이크로파 신호의 수신에 영향을 미치는 PIM 생성물을 생성하게 된다.
넷째, 스크린 인쇄 방법에서 사용되는 금속 층은 개질된 슬러리를 경화시켜 형성되며, 이로 인해 전도성이 좋지 않고 마이크로파 신호 전송에 영향을 미친다. 폴리머 금속 슬러리가 경화된 후, 금속 층과 유전체 컴포넌트 사이의 결합력이 약하여, 마이크로파 장치의 신뢰성에 영향을 미친다. 또한, 금속 층에 포함된 폴리머는 솔더링 온도를 견딜 수 없어서 마이크로파 장치를 솔더링할 수 없다. 스크린 인쇄 방법은 또한 불규칙한 형상의 마이크로파 유전체 컴포넌트를 금속화하지 못한다.
따라서, 종래의 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법의 결함을 해결하기 위해 새로운 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법이 필요하다.
종래 기술의 마이크로파 유전체 컴포넌트의 결함을 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법을 제공한다.
기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 의해 채택된 기술적 해결수단 1은,
마이크로파 유전체 기판; 및
상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 결합된 금속 층
을 포함하며,
상기 금속 층은 전도성 시드 층 및 금속 농집 층(metal thickening layer)을 포함하고, 상기 전도성 시드 층은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함하며, 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되는, 마이크로파 유전체 컴포넌트이다.
기술적 해결수단 2. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 기판에 홀이 추가로 형성되고, 상기 홀은 블라인드 홀 또는 관통 홀을 포함하며, 상기 전도성 시드 층 및 금속 농집 층은 상기 홀의 홀벽에 결합되고, 상기 전도성 시드 층은 상기 홀벽에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함하며, 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 3. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 금속 층이 상기 마이크로파 유전체 기판을 완전히 커버하거나, 또는 상기 금속 층이 금속 회로 패턴을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 부분적으로 커버하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 4. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 기판이 판 형상을 갖거나, 또는 상기 마이크로파 유전체 기판이 트럼펫 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판형(non-plate) 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 5. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 기판이 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판이고, 상기 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판을 구성하는 재료가 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE 또는 합성 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 6. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 기판이, 섬유유리 피복 충전재 보강 재료, 세라믹 충전재 보강 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 포함하며, 상기 섬유유리 피복 충전재 보강 재료 및 상기 세라믹 충전재 보강 재료이 유기 폴리머 재료를 기재로 하고, 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상(reinforcing phase)으로 하는 재료인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 7. 기술적 해결수단 6에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 유기 폴리머 재료가 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE 또는 BT를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 8. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 기판은 석영 크리스털 재료 또는 압전 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 9. 기술적 해결수단 1에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트가 석영 크리스털 공진기 부재, 세라믹 공진기 부재, 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트, 또는 마이크로파 커넥터 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 10. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 이온 주입 층이 상기 표면 또는 상기 홀벽 아래 1-50 nm의 깊이에 위치하고, 상기 이온 주입 층이 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 11. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 플라즈마 증착 층이 1-500 nm의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 증착 층은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 12. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 금속 농집 층이 0.1-50 미크론의 두께를 가지며, 상기 금속 농집 층이 Cu, Ag, Al 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 13. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 금속 층의 내부 및 외부 표면은 각각 0.1 미크론 미만의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 14. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 금속 농집 층이 10 미크론을 초과하는 직경을 갖는 핀홀 또는 돌출 버(protruding burr)를 갖지 않고, 1 마이크로미터 이상과 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 핀홀의 개수가 제곱 미터당 500개 이하이며, 1 마이크로미터 이상과 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 버의 개수가 제곱 미터당 100개 이하인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 15. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 금속 층과 상기 마이크로파 유전체 기판 사이의 결합력이 0.5 N/mm 이상인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 16. 기술적 해결수단 1-9 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트는, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 손실 계수는 10 GHz에서 0.005 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 해결수단 17은,
단계 S1 : 마이크로파 유전체 기판을 제공하는 단계;
단계 S2 : 전도성 시드 층을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계 ― 상기 전도성 시드 층은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함함 ―;
단계 S3 : 금속 농집 층을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 금속 도금에 의해 상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 두껍게 하는 단계 ― 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되고 상기 전도성 시드 층을 갖는 금속 층을 구성함 ―; 및
단계 S4 : 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계
를 포함하는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법이다.
기술적 해결수단 18. 기술적 해결수단 17에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S1이,
천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계; 및/또는
원하는 형상을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 절단하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 19. 기술적 해결수단 18에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
상기 천공된 마이크로파 유전체 기판이 형성되는 경우, 상기 단계 S2가,
전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 상기 홀의 홀벽 상에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 20. 기술적 해결수단 19에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S3이,
금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 금속 도금에 의해 상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 두껍게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 21. 기술적 해결수단 17-20 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S3 이후에, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
금속화된 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 PCB 산업에서 일반적인 그래픽 전달 공정(graphic transfer process)에 의해 상기 금속 농집 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 22. 기술적 해결수단 21에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
상기 PCB 산업에서 일반적인 그래픽 전달 공정이 포토레지스트 필름 형성, 노출, 현상 및 에칭 처리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 23. 기술적 해결수단 17-20 중 임의의 항에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S4가,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 상기 금속 농집 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 24. 기술적 해결수단 23에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트가 판 형상을 갖거나, 또는 상기 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트가 트럼펫 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판(non-plate) 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 25. 기술적 해결수단 18에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S1과 상기 단계 S2 사이에, 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하는 경우, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법이,
상기 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 26. 기술적 해결수단 25에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S2가,
상기 홀의 홀벽, 포토레지스트 층이 형성된 표면 및 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 상에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 27. 기술적 해결수단 26에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S3이,
이온 주입 및 플라즈마 증착 처리된 후의 상기 홀벽 뿐만 아니라 상기 포토레지스트 층이 형성된 표면 및 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 상에 금속 농집 층을 도금하는 단계; 및
표면 금속 패턴을 획득하기 위해 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층 및 상기 포토 레지스트 층 위의 비 회로 영역에 대응하는 금속 층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 28. 기술적 해결수단 19에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S2 이후에, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법이,
상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 29. 기술적 해결수단 28에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 단계 S3이,
상기 포토레지스트 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 표면, 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 상기 홀벽 상에 금속 농집 층을 도금하는 단계; 및
회로 네거티브 이미지를 갖는 포토 레지스트 층을 제거하고, 표면 금속 패턴을 획득하기 위해 상기 포토레지스트 층에 의해 덮인 상기 전도성 시드 층을 에칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 30. 기술적 해결수단 18에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 기판에 천공된 상기 홀이 블라인드 홀 또는 관통 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 31. 기술적 해결수단 17에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 기판이 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판이고, 상기 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판을 구성하는 재료가 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE 또는 합성 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 32. 기술적 해결수단 17에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 기판이, 섬유유리 피복 충전재 보강 재료, 세라믹 충전재 보강 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 포함하며, 상기 섬유유리 피복 충전재 보강 재료 및 상기 세라믹 충전재 보강 재료가 유기 폴리머 재료를 기재로 하고, 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상(reinforcing phase)으로 하는 재료인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 33. 기술적 해결수단 32에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 유기 폴리머 재료가 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE 또는 BT를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 34. 기술적 해결수단 17에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 기판이 석영 크리스털 재료 또는 압전 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 35. 기술적 해결수단 17에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트가 석영 크리스털 공진기 부재, 세라믹 공진기 부재, 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트, 또는 마이크로파 커넥터 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 36. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 이온 주입 층이 상기 표면 또는 상기 홀벽 아래 1-50 nm의 깊이에 위치하고, 상기 이온 주입 층이 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 37. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 플라즈마 증착 층이 1-500 nm의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 증착 층이 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 38. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 금속 농집 층이 0.1-50 미크론의 두께를 가지며, 상기 금속 농집 층이 Cu, Ag, Al 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 39. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 금속 층의 내부 및 외부 표면이 각각 0.1 미크론 미만의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 40. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 금속 층과 상기 마이크로파 유전체 기판 사이의 결합력이 0.5 N/mm 이상인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 41. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 금속 농집 층이 10 미크론을 초과하는 직경을 갖는 핀홀 또는 돌출 버(protruding burr)를 갖지 않고, 1 마이크로미터 이상 및 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 핀홀의 개수가 제곱 미터당 500개 이하이며, 1 마이크로미터 이상 및 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 버의 개수가 제곱 미터당 100개 이하인 것을 특징으로 한다.
기술적 해결수단 42. 기술적 해결수단 17-20에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 손실 계수가 10 GHz에서 0.005 미만인 것을 특징으로 한다.
종래 기술과 비교하면, 본 발명의 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법은 다음의 유리한 효과를 갖는다. 본 발명의 방법은 마이크로파 유전체 기판의 홀 및/또는 표면의 동시 금속화를 가능하게 하므로, 그 공정이 크게 감소된다. 금속 층의 두께는 양호한 두께 균일성, 높은 박리 강도 및 낮은 표면 거칠기(RZ < 0.1 μm)로 100 nm 내지 70 μm까지 제어될 수 있다. 금속 층은 순도가 높은 구리 포일일 수 있으므로, 전도성이 우수하다. 이온 주입 및 플라즈마 증착 공정 동안, 주입되고 증착된 입자는 큰 에너지 및 균일한 입자 분포를 가지며, 주입되고 증착된 금속 입자는 나노미터 수준이라는 점에 유의하는 것이 중요하다. 따라서, 생성된 금속 층은 균일한 두께, 매끄러운 표면을 갖지만 홀, 핀홀, 크랙, 버(burr) 등이 없는 불규칙한 형상의 코너 및 조인트에 구리 층을 갖는다. 종래 기술의 마그네트론 스퍼터링 방법이 마이크로파 장치를 제조하는 데 사용되는 경우, 홀, 크랙, 버 등이 발생하기 쉬우며, 금속 층 표면 상에서 핀홀 현상을 피하기 어렵다. 따라서, 본 발명에 의해 생성된 마이크로파 장치는 마이크로파 전송 동안 전계 비 선형성을 생성하지 않을 것이며, PIM 생성물을 갖지 않아 마이크로파 신호 전송에 매우 유리하다.
도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽은 후, 당업자는 본 발명의 이들 및 다른 특징, 측면 및 장점을 쉽게 이해할 것이다. 명확성을 위해, 도면은 반드시 축척대로 그려지는 것은 아니지만, 일부 도면은 특정 세부 사항을 도시하기 위해 확대될 수 있다. 도면 전체에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다
도 1은 종래 기술의 마이크로파 유전체 컴포넌트의 개략적인 구조도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 이온 주입 기술의 작동 원리의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 종래 기술의 마이크로파 유전체 컴포넌트의 개략적인 구조도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 이온 주입 기술의 작동 원리의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
이하, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 당업자는 본 설명이 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하고 본 발명의 보호 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 도면 또는 실시예에서 설명된 엘리먼트 또는 특징은 하나 이상의 다른 도면 또는 실시예들에서 설명된 다른 엘리먼트 또는 특징과 결합될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 마이크로파 유전체 컴포넌트(100)는 주로 마이크로파 유전체 기판(101), 홀(102) 및 금속 층을 포함한다. 마이크로파 유전체 기판(101)은 제1 표면(예를 들어, 노출된 표면)을 가질 수 있고, 금속 층은 마이크로파 유전체 기판(101)의 제1 표면에 결합된다. 금속 층은 금속 농집 층(metal thickening layer)(105) 및 전도성 시드 층을 포함할 수 있다. 전도성 시드 층은 마이크로파 유전체 기판(101)의 제1 표면에 주입된 이온 주입 층(103) 및 이온 주입 층(103)에 부착된 플라즈마 증착 층(104)을 포함하고, 금속 농집 층(105)은 플라즈마 증착 층(104)에 부착된다.
홀(102)은 관통 홀(물론 블라인드 홀일 수도 있음)을 포함할 수 있고, 홀(102) 내의 금속 층은 제1 표면 상의 금속 층과 유사할 수 있다. 구체적으로, 홀(102)의 홀벽은 또한 금속 농집 층(105) 및 전도성 시드 층과 결합된다. 전도성 시드 층은 홀벽에 주입된 이온 주입 층(103) 및 이온 주입 층(103)에 부착된 플라즈마 증착 층(104)을 포함하고, 금속 농집 층(105)은 플라즈마 증착 층(104)에 부착된다.
제1 표면 상의 금속 층은 연속하는 금속 층 또는 패터닝된 금속 층일 수 있다. 금속 농집 층(105)은 금속 산화 방지 층을 더 가질 수 있다. 마이크로파 유전체 기판(101)은 예를 들어 균일하거나 불균일한 두께를 갖는 플레이트의 형상의 플레이트 재료일 수 있거나, 또는 마이크로파 유전체 기판(101)은 트럼펫 형상, 원통형 형상, 원뿔대(truncated cone) 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판(non-plate) 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 마이크로파 유전체 컴포넌트(100)는 비 금속화 홀(즉, 금속이 완전히 없는 홀) 또는 불완전하게 금속화된 홀(예를 들어, 금속 층으로 형성된 마이크로파 유전체 컴포넌트를 천공하여 직접 획득된 홀이고, 이들 홀은 금속 층에 금속만을 포함하고 마이크로파 유전체 기판에는 금속을 포함하지 않음)을 추가로 포함할 수 있고, 이들 홀은 천공 공정을 통해 획득될 수 있다.
마이크로파 유전체 기판(101)은 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판일 수 있고, 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판을 구성하는 재료는 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE 또는 합성 고무를 포함한다. 마이크로파 유전체 기판(101)은 섬유유리 피복 충전재 보강 재료, 세라믹 충전재 보강 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 더 포함할 수 있으며, 여기서 섬유유리 피복 충전재 보강 재료 및 세라믹 충전재 보강 재료는 유기 폴리머 재료를 기재로 하고, 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상(reinforcing phase)으로 하는 재료이다. 유기 폴리머 재료는 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE 또는 BT를 포함한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트(101)는 석영 크리스털 재료 또는 압전 세라믹 재료를 포함한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트(100)는 석영 크리스털 공진기 부재, 세라믹 공진기 부재, 트럼펫 형상의 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트 또는 마이크로파 커넥터 조인트일 수 있다.
전도성 시드 층의 시트 저항은 200 Ω/□ 미만일 수 있다. 플라즈마 증착 층(104)의 시트 저항은 60 Ω/□ 미만, 바람직하게는 50 Ω/□ 미만일 수 있다. 이온 주입 층(103)은 제1 표면 또는 홀벽 아래 1-50 나노미터(nm)의 깊이(예를 들어, 1, 10, 50 nm)에 위치될 수 있다. 또한, 이온 주입 층(103)은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함한다. 플라즈마 증착 층(104)은 1-500 nm의 두께(예를 들어, 1, 5, 20, 100, 500 nm)를 갖는다. 또한, 플라즈마 증착 층(104)은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함한다. 금속 농집 층(105)은 0.1-50 미크론의 두께(예를 들어, 0.1, 5, 10, 50 미크론)를 갖는다. 또한, 금속 농집 층(105)은 Cu, Ag, Al 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함한다. 금속 층의 내부 및 외부 표면은 각각 0.1 μm 미만의 표면 거칠기를 갖는다. 금속 층과 마이크로파 유전체 기판 사이의 결합력은 0.5 N/nm 이상이다.
금속 농집 층(105)은 직경이 10 미크론을 초과하는 핀홀(pinhole) 또는 돌출 버(protruding burr)를 갖지 않고, 직경이 1 마이크로미터 이상 10 마이크로 미터 이하인 핀홀의 개수는 제곱 미터당 500개 이하이며, 직경이 1 마이크로미터 이상 10 마이크로미터 이하인 버의 개수는 제곱 미터당 100개 이하이다. 마이크로파 유전체 컴포넌트의 손실 계수(loss factor, Df)는 10 GHz에서 0.005 미만이다.
마이크로파 유전체 기판(101)은 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 추가로 갖고, 제2 표면은 제1 표면과 동일한 구성을 가질 수 있다. 제2 표면 상의 구성의 각각의 층의 두께는 제1 표면 상의 구성의 각각의 층의 두께와 동일하거나 다를 수 있다. 금속 층은 마이크로파 유전체 기판(101)을 완전히 커버할 수 있거나, 또는 금속 층이 금속 회로 패턴을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판(101)을 부분적으로 커버할 수 있다.
상기한 이온 주입 층(103)의 형성은 이온 주입 기술을 포함한다. 도 3은 이온 주입 기술의 작동 원리도를 개략적으로 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온 주입을 수행하는 장치는 주로 플라즈마 형성 영역(트리거 시스템) 및 이온 빔 형성 영역(인출 시스템(lead-out system))으로 구성된다. 플라즈마 형성 영역은 음극, 양극 및 트리거 전극을 포함하고, 이온 빔 형성 영역은 일반적으로 한 세트의 다공성 3개의 전극으로 구성된다. 트리거 전압의 작용 하에서, 고밀도 플라즈마는 음극과 양극 사이에 형성되고 인출 영역으로 확산된다. 인출 전계의 가속 하에서, 플라즈마 내의 하전된 이온이 인출되고 가속되어 이온 빔을 형성하고, 이의 유형 및 순도는 음극 타깃 재료에 의해 결정된다. 전형적으로, 음극 트리거 전극 및 양극은 동축 구조이다. 음극은 원통형이고 원하는 이온의 전도성 재료로 만들어진다. 양극은 원통형이고 음극에 걸쳐 슬리브되어 있으며, 중심 홀은 플라즈마 채널이다. 펄스 고전압 트리거링 방법이 채택되는데, 예를 들어, 트리거 전극은 음극에 걸쳐 슬리브되며, 그 사이에 절연을 위한 질화 붕소가 있고, 트리거 전압은 약 10 kV이며 트리거 펄스 폭은 약 10 ms이다. 트리거 전압이 음극 및 트리거 전극에 인가되는 경우, 스파크 방전에 의해 생성된 플라즈마는 음극 및 양극 회로를 켜서 진공 아크 방전을 형성하고, 마이크론 크기를 갖지만 최대 106 A/cm2의 전류 밀도를 갖는 음극 스폿이 음극 표면에 형성되어, 음극 타깃 재료가 증발하여 플라즈마로 고도로 이온화된다. 플라즈마는 약 104 m/s의 속도로 방출되며, 그 일부가 양극의 중앙 구멍을 통해 인출 전극으로 확산된다. 그 후, 플라즈마는 인출 필드의 작용 하에 고속 이온 빔을 형성하기 위해 인출된다. 음극과 양극 사이에 인가된 아크 전압이 높을수록 아크 전류가 커지고 플라즈마 밀도가 높아지며, 이로 인해 더 큰 빔을 인출할 수 있다. 인출 빔의 크기는 또한 이온 소스의 작동 파라미터, 인출 전압, 인출 구조, 음극 재료 등과 관련이 있다. 예를 들어, 이온 빔 형성 영역(인출 시스템)의 인출 전압이 높을수록 하전 입자의 이온 빔이 더 빨리 가속되어, 기판의 내부에 더 깊이 주입될 수 있다. 또한, 진공 아크 방전은 플라즈마를 생성하면서 0.1 내지 10 미크론의 크기를 갖는 다수의 하전되지 않은 입자를 생성한다. 이들 입자의 존재는 증착된 필름의 특성에 큰 영향을 미쳐서, 거친 필름 표면, 불량한 압축성, 및 기판에 대한 광택 및 결합력 등을 감소시킨다. 음극 진공 아크에 의해 생성된 큰 입자를 제거하거나 감소시키기 위해, 자기 필터가 사용될 수 있다. 즉, 곡선 자계가 구축되고, 그것은 하전되지 않은 큰 입자를 여과하기 위해, 곡선 자계를 따라 원하는 하전된 플라스마를 기판 표면으로 안내하기만 하면 된다.
상기한 플라즈마 증착 층(104)의 형성은 플라즈마 증착 기술을 포함한다. 플라즈마 증착은 작동 중에 더 낮은 가속 전압이 인가되는 것을 제외하고는 이온 주입과 유사한 방식으로 수행된다. 즉, 마찬가지로, 전도성 재료가 타깃으로서 사용된다. 진공 환경에서, 타깃 재료의 전도성 재료는 이온을 생성하기 위해 아크에 의해 이온화된 다음, 특정 에너지를 획득하기 위해 전계의 작용 하에 이온이 가속되도록 가동되고, 플라즈마 증착 층을 형성하기 위해 기판의 표면 및 회로에 증착된다. 플라즈마 증착 동안, 전계의 가속 전압을 조정함으로써, 전도성 재료의 이온은 1-1,000 eV의 에너지(1, 5, 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1,000 eV 등과 같음)를 획득할 수 있고, 이온 증착 시간, 통과 전류 등을 제어함으로써, 1-10,000 nm의 두께(1, 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1,000, 5,000, 10,000 nm 등과 같음)를 갖는 플라즈마 증착 층이 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 일부 실시예들이 아래에서 설명된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S11 : 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계;
단계 S12 : 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 천공된 마이크로파 유전체 기판의 표면과 홀의 홀벽에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계;
단계 S13 : 금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 구리 클래드 라미네이트를 형성하기 위해 구리를 전기 도금하여 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 두껍게하는 단계;
단계 S14 : 금속화된 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 구리 클래드 라미네이트 상에 드라이 필름을 부착하고, 노출하며, 현상하고, 에칭하며, 금속 산화 방지층을 무전해 도금하는 처리를 수행하는 단계; 및
단계 S15 : 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 기계 가공하는 단계.
단계 S11에서의 천공은 선택적이며, 단계 S15에서, 기계 가공은 절단 및/또는 추가 천공을 포함할 수 있고, 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트는 플레이트의 형상일 수 있거나, 또는 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트는 트럼펫 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 갖는다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S21 : 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판을 절단하는 단계;
단계 S22 : 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판의 표면과 홀벽에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착 처리를 수행하는 단계;
단계 S23 : 금속화된 홀을 갖는 구리 클래드 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 구리를 전기 도금하여 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 두껍게 하는 단계;
단계 S24 : 금속 전도성 패턴을 형성하기 위해 금속화된 홀을 갖는 구리 클래드 마이크로파 유전체 기판 상에 드라이 필름을 부착하고, 노출하며, 현상하고, 에칭하며, 금속 산화 방지층을 도금하는 처리를 수행하는 단계; 및
단계 S25 : 비 금속화된 홀을 형성하고, 궁극적으로 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 금속화된 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계.
단계 S21에서, 마이크로파 유전체 기판은 판 형상 마이크로파 유전체 기판 또는 불규칙한 형상의 마이크로파 유전체 기판을 포함할 수 있으며, 단계 S23에서, 금속 농집 층은 전기 도금 또는 무전해 도금될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S31 : 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계;
단계 S32 : 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계;
단계 S33 : 금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 구리 클래드 라미네이트를 형성하기 위해 구리를 전기 도금하고 금속 산화 방지층을 전기 도금함으로써 전도성 시드 층을 갖는 천공된 마이크로파 유전체 기판을 두껍게하는 단계; 및
단계 S34 : 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 구리 클래드 라미네이트를 기계 가공하는 단계.
제3 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 제조 방법에 의해 형성된 마이크로파 유전체 컴포넌트의 전기 도금된 구리 농집은 연속적인 구리 층일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S41 : 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계;
단계 S42 : 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계;
단계 S43 : 포토레지스트 층으로 형성된 표면, 포토레지스트 층으로 덮이지 않은 마이크로파 유전체 기판의 표면, 및 홀벽 상에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착 처리를 수행하는 단계;
단계 S44 : 이온 주입 및 플라즈마 증착 처리를 거친 포토레지스트 층의 표면, 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 마이크로파 유전체 기판의 표면, 및 홀벽을 후 처리하고 금속 농집 층을 도금하는 단계;
단계 S45 : 표면 금속 패턴을 획득하기 위해 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층 및 포토레지스트 층 위의 비 회로 영역에 대응하는 금속 층을 제거하는 단계; 및
단계 S46 : 금속 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 표면 금속 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 기계 가공하는 단계.
단계 S42에서, 일반적으로, 회로 네거티브 이미지 포토레지스트 층은 노광 기계를 사용하여 포토레지스트 층 상에 형성되고, 현상에 의해 노출된 기판 영역은 회로 패턴을 형성하기 위해 금속화될 영역으로, 보다 구체적으로, 포토레지스트 층에 대한 네거티브 이미지를 그리는 포지티브 필름 또는 LDI는 리소그래피 기계에서 직접 노출된 다음, 회로 패턴 영역의 재료를 세정하기 위해 Na2CO3 용액으로 현상됨으로써, 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 획득할 수 있다. 또한, 단계 S45는 구체적으로, 적절한 박리 용액을 선택하는 단계, 패터닝된 포토레지스트 층 및 금속 층과 결합된 절연 기판을 박리 용액 내에 배치하는 단계 ― 박리 용액은, 철저한 세정을 위해 세정제를 사용하여, 포토레지스트 층이 완전히 용해될 때까지 패터닝된 포토레지스트 층의 용해를 가속화하기 위해 교반되거나 충격이 가해짐 ―, 그 후 표면 회로를 획득하기 위해 건조시키는 단계를 포함한다. 박리 용액은 포토레지스트 층을 용해시킬 수 있는 유기 용매 또는 알칼리 용액이다. 포토레지스트 층의 용해 동안, 포토레지스트 층 위의 비 회로 영역에 대응하는 금속 층이 또한 줄어들 것이다. 그러나, 회로 영역 내의 금속이 남아 최종 패턴을 형성한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다. 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.
단계 S51 : 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계;
단계 S52 : 천공된 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 홀벽 상에서 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계;
단계 S53 : 부재 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계;
단계 S54 : 포토레지스트 층을 갖는 마이크로파 유전체 기판의 표면, 포토레지스트 층으로 덮이지 않은 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 홀벽을 후 처리하고, 금속 농집 층을 도금하는 단계;
단계 S55 : 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 제거하고 표면 금속 패턴을 획득하기 위해 포토레지스트 층에 의해 덮여 있는 전도성 시드 층을 제거하기 위해 빠르게 에칭하는 단계; 및
단계 S56 : 금속 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 표면 금속 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 기계 가공하는 단계.
상기한 방법에서, 이온 주입에 의해 형성된 제1 전도성 재료는 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 플라즈마 증착에 의해 형성된 제2 전도성 재료는 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 및 이들의 하나 이상의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 증착된 전도성 시드 층의 두께는 제한되지 않지만, 후속 공정 요구사항에 따라 설정될 필요가 있다. 예를 들어, 후속 도금 공정을 용이하게 하기 위해 시트 저항은 200 Ω/□ 미만이어야 한다.
상기한 이온 주입 동안, 제1 전도성 재료의 입자는 1-1,000 keV의 에너지를 획득하고 마이크로파 유전체의 기판의 표면 아래에서 1-50 nm의 깊이(1, 10, 50 nm와 같음)로 주입되며, 상기한 플라즈마 증착 동안, 제2 전도성 재료의 입자는 1-1,000 eV의 에너지를 획득하고, 형성된 플라즈마 증착 층의 두께는 1-500 nm(1, 5, 20, 100, 500 nm와 같음)이며, 전도성 시드 층 상에 형성된 금속 농집 층은 0.1 내지 50 μm의 두께(0.1, 5, 10, 50 μm와 같음)를 갖는다. 금속 농집 층 및 전도성 시드 층은 금속 층을 구성한다. 금속 층의 내부 및 외부 표면은 각각 0.1 μm 미만의 표면 거칠기를 갖는다. 금속 층과 마이크로파 유전체 기판의 결합력은 0.5 N/mm 이상이다.
마이크로파 유전체 컴포넌트는 판 재료 및/또는 불규칙 형상의 기판일 수 있고, 유기 폴리머 마이크로파 유전체 컴포넌트를 포함하고, 유기 폴리머 마이크로파 유전체 컴포넌트를 구성하는 재료는 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE, 합성 고무를 포함한다. 마이크로파 유전체 기판은 섬유유리 피복 충전제 보강 재료, 세라믹 충전제 강화 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 더 포함하고, 유리섬유 피복 충전재 보강 재료 및 세라믹 충전재 보강 재료는 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE, BT 등과 같은 유기 폴리머 재료를 기재로 하는 재료 및 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상으로 갖는 재료이다.
천공을 통해, 주입되고 증착된 금속 입자가 모두 나노미터 수준이므로, 균일한 표면을 갖는 전도성 시드 층이 홀벽 내에 형성된다. 따라서, 홀벽 금속 층이 불균일하고 공극 또는 균열 등의 문제가 후속 전기 도금에서 발생하지 않을 것이다. 홀벽의 구리 두께 대 기판 표면의 구리 두께의 비는 기본적으로 1 : 1이고, 홀벽의 금속 층은 기판과의 결합력이 높으며, 쉽게 박리되지 않는다. 결과적인 마이크로파 유전체 컴포넌트는 10 GHz에서 0.005 미만의 손실 인자를 갖는다.
본 발명에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 조성 및 구조, 및 본 발명에 따른 마이크로파 유전체 컴포넌트의 제조 방법은 일반적으로 위에서 설명되었다. 이하에서, 본 발명의 이해를 향상시키기 위해 본 발명을 수행하기 위한 몇몇 실시예가 예시될 것이다.
실시예 1 : 석영 크리스털 공진기 또는 세라믹 공진기 부재
본 실시예에서, 석영 크리스털 공진기 또는 세라믹 공진기 유전체 컴포넌트는 기판으로서 석영 크리스털 또는 압전 세라믹 재료를 사용하여 이온 주입에 의해 제조된다.
먼저, 석영 기판에 필요한 금속화된 홀이 기계적 천공에 의해 형성되고, 세라믹 기판에 필요한 홀이 레이저 천공에 의해 형성된다. 중성 탈지제, 무수 에탄올 및 초음파는 기판에 부착된 먼지를 청소하는 데 사용된다. 기판은 수분을 제거하기 위해 건조된다. 그 후, 선택적으로, 기판은 필요에 따라 절단될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시예로서, 큰 석영 크리스털은 공진기의 요구사항에 따라 적절한 크기 및 두께의 복수의 석영 크리스털로 절단될 수 있다.
다음, 주입된 Ni 이온이 에너지 60 Kev를 가지고, Ni 이온이 기판의 상부 표면 아래에 주입될 수 있도록, 건조된 기판은 공급 메커니즘에 의해 이온 주입 장치 내에 배치되고, 이온 주입 장치는 2x10-3Pa로 진공화되며, Ni는 타깃 재료로서 사용되고, 적절한 주입 전압 및 주입 전류가 선택된다. 이어서, Cu는 타깃 재료로 사용되고, 플라즈마 증착은 증착된 입자의 에너지를 120 eV로 조정하기 위해 기판의 상부 표면에서 수행되어, 플라즈마 증착 층의 측정된 시트 저항이 60 Ω/□ 미만이다.
이어서, 전기 도금 구리 생산 라인에서 기판의 상부 표면 상의 구리 필름은 9 ㎛로 두껍게 된다.
마지막으로, 구리 클래드 마이크로파 유전체 컴포넌트는 마이크로 에칭, 건조 필름 가압, 필름 부착, 노출, 현상, 금속 패턴 에칭, 및 무전해 니켈 도금 및 무전해 금 도금을 통해 표면 패시베이션 막을 제거함으로써, 금속 산화 방지층을 형성하여 금속화된 패턴을 갖는 공진기 유전체 컴포넌트를 형성한다.
이 공정은 최대 99.9%의 표면 금속 순도로 이온 주입, 플라즈마 증착, 전기 도금 및 무전해 도금에 의해 석영 크리스털 또는 압전 세라믹 재료의 표면 금속화를 실현하며, 금속은 주로 Cu이고, 저항률(resistivity)은 약 1.678×10-8 Ω·m이며, 이는 스크린 인쇄 공정에서 사용되는 은 슬러리의 저항률(약 5×10-2 Ω·m)보다 훨씬 낮다. 개선된 전도성으로 인해, 공진기 유전체 컴포넌트는 마이크로파 신호를 수신하는 강력한 능력을 가지며, 측정된 손실 계수(Df)는 10 GHz에서 0.0008에 도달하는 것으로 테스트되었다. 구리 클래드 마이크로파 유전체 컴포넌트의 구리 클래드 층은 직경이 10 미크론을 초과하는 직경을 갖는 핀홀 또는 돌출 버를 갖지 않고, 직경이 1 마이크로미터 이상이고 10 마이크로미터 미만인 핀홀의 개수는 제곱 미터당 500개 이하이고(0, 1, 10, 50, 200, 300, 500과 같음), 직경이 1 마이크로미터 이상이고 10 마이크로미터 이하인 버의 개수는 제곱 미터당 100개 이하(0, 1, 10, 50, 100과 같음)이다.
실시예 2 : 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트
본 실시예에서, 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트는 PTFE 기판 또는 사출 성형 PPE 기판과 같은 트럼펫 형상 기판을 사용하는 이온 주입 방법에 의해 제조된다.
먼저, PPE 기판에 필요한 금속화된 홀이 기계적 천공에 의해 형성되고, 세라믹 기판에 필요한 홀이 레이저 천공에 의해 형성된다. 중성 탈지제, 무수 에탄올 및 초음파는 기판에 부착된 먼지를 청소하는 데 사용된다. 기판은 수분을 제거하기 위해 건조된다.
다음, 건조된 기판은 공급 메커니즘에 의해 이온 주입 장치에 배치되고, 이온 주입 장치는 2x10-3Pa로 진공화되며, Ni는 타깃 재료로 사용되고, 주입된 Ni 이온이 30Kev의 에너지를 갖고, Ni 이온이 기판의 상부 표면(예를 들어, 외부 표면) 아래에 주입될 수 있도록 적절한 주입 전압 및 주입 전류가 선택된다. 그 후, Cu는 타깃 재료로 사용되고, 플라즈마 증착은 증착된 입자의 에너지를 80 eV로 조정하기 위해 기판의 상부 표면에서 수행되어, 플라즈마 증착 층의 측정된 시트 저항이 50 Ω/□ 미만이 된다.
이어서, 기판의 상부 표면 상의 구리 필름은 전기 도금 구리 생산 라인 상에서 9 ㎛로 두껍게 된다. 전기 도금 액체의 구성 컴포넌트는 황산구리 100 g/L, 황산 50 g/L, 염소 이온 농도 30 mg/L 및 소량의 첨가제이고, 전기 도금의 전류 밀도는 1 A/dm2로 설정되며, 온도는 25 ℃로 설정된다. 전기 도금된 구리의 표면은 공기 중의 구리의 산화 변색을 방지하기 위해 부동태화(passivate)된다. 구체적인 공정은, 약 1분 동안 패시베이션 용액에 전기 도금된 구리를 갖는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 담그고, 꺼내어 건조시키며, 여기서 패시베이션 용액은 1H-벤조트리아 졸의 수용액 및 2 g/L 농도의 유도체이다.
마지막으로, 구리 클래드 마이크로파 유전체 컴포넌트는 마이크로 에칭, 건조 필름 가압, 필름 부착, 노출, 현상, 금속 패턴 에칭 및 무전해 니켈 도금 및 무전해 금 도금을 통해 표면 패시베이션 필름을 제거하여, 금속 산화 방지층을 형성하여 금속화된 패턴을 갖는 트럼펫 형상 공진기 유전체 안테나를 형성한다.
최종적으로 준비된 마이크로파 안테나의 트럼펫 형상 표면 상의 금속 층은 매우 매끄럽고(RZ는 약 0.08 미크론), 트럼펫 형상 표면과 베이스 사이의 조인트에서의 구리 두께는 트럼펫 형상 표면에서의 구리 두께와 거의 동일하며, 버 및 홀과 같은 결함이 없다.
따라서, 본 발명에 의해 획득된 마이크로파 안테나는 전송 손실이 적고, 고정밀 레이더 레벨 게이지, 처리용 밀리미터파 혼 안테나 전송기 등과 같이, 마이크로파 전송의 정확도가 매우 높은 분야에서 사용될 수 있다.
PPE의 열악한 온도 저항성(<180 ℃)으로 인해, 일반적으로 스크린 인쇄 은 슬러리 또는 마그네트론 스퍼터링 구리 금속화가 사용된다. 은 슬러리는 열 저항이 낮고, 결합력이 낮으며 전도성이 좋지 않은 저온 폴리머 은 슬러리로, 이것은 마이크로파 유전체 컴포넌트의 후속 용접(용접 온도 > 200 ℃) 및 신호 전송 및 수신에 도움이 되지 않는다. 게다가, 낮은 결합력으로 인해, 마그네트론 스퍼터링 Cu 금속화는 트럼펫 입(trumpet mouth)에서의 코너 금속화 문제를 해결할 수 없다. 본 실시예에서, 이온 주입, 플라즈마 증착 및 도금 공정에 의해 획득된 금속 층은 우수한 표면 거칠기(RZ는 약 0.05 μm)를 가질 뿐만 아니라 금속 층과 기판 사이의 높은 결합력을 또한 갖는다. 특히, 코너에서의 결합력이 높고, 전기 전도성이 높으며, 온도 저항성이 우수하여, 트럼펫 형상 안테나 부재의 신뢰성이 향상되고, 수되고 전송되는 신호의 품질이 증가된다. 마이크로파 전송 중에 전계 비 선형성이 발생하지 않으며, PIM 생성물이 매우 드물기 때문에, 마이크로파 신호 전송에 매우 유리하다. 측정된 손실 계수(Df)는 10 GHz에서 0.0005에 도달하도록 테스트되었다.
예제 3 : 마이크로파 커넥터 조인트
본 실시예는 다음 재료, 즉 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리프로필렌(PPE) 중 하나를 사용할 수 있으며, 기판은 관형, 나사식 관형 등과 같은 마이크로파 커넥터 조인트에 필요한 다양한 형상으로 형성되며, 마이크로파 커넥터 조인트 부재는 이온 주입에 의해 제조된다.
먼저, 기판에 필요한 금속화된 홀이 기계적 천공에 의해 관형 또는 나사식 관형 기판 상에 형성된다. 중성 탈지제, 무수 에탄올 및 초음파는 기판에 부착된 먼지를 청소하는 데 사용된다. 기판은 수분을 제거하기 위해 건조된다.
다음, 건조된 기판은 공급 메커니즘에 의해 이온 주입 장치에 배치되고, 이온 주입 장치는 2x10-3Pa로 진공화되며, Ni는 타깃 재료로 사용되고, 주입된 Ni 이온이 50Kev의 에너지를 가지며, Ni 이온이 기판의 상부 표면(예를 들어, 외부 표면) 아래에 주입될 수 있도록 적절한 주입 전압 및 주입 전류가 선택된다. 이어서, Cu는 타깃 재료로 사용되고, 플라즈마 증착은 증착된 입자의 에너지를 100 eV로 조정하기 위해 기판의 상부 표면에서 수행되어, 플라즈마 증착 층의 측정된 시트 저항이 50 Ω/□ 미만이 된다.
이어서, 기판의 상부 표면 상의 구리 필름은 전기 도금 구리 생산 라인에서 15 ㎛로 두껍게하여 마이크로파 커넥터를 형성한다.
최종적으로 준비된 마이크로파 커넥터 조인트 표면의 금속 층은 매우 매끄럽고(RZ는 약 0.05 미크론), 표면과 베이스 또는 스레드의 오목한 조인트 사이의 조인트에서의 구리 두께는 버, 홀 등과 같은 결함없이 균일하다.
전통적인 공정에 의해 준비된 마이크로파 커넥터 조인트의 금속 층의 표면 거칠기는 크며(RZ ≥ 0.4 μm), 이는 이상적인 완전 접촉은 아니지만 금속 대 금속 연결로 이어지지만, 미세 돌출부의 작은 부분은 실제 접촉을 형성한다. 또한, 전류는 서로 접촉하는 미세 돌출부를 통해 하나의 금속 도체에서 다른 금속 도체로만 흐를 수 있으며, 접촉 비 선형성을 생성하고, PIM 생성물을 증가시키며, 마이크로파 신호의 수신에 영향을 미친다. PIM 생성물을 줄이기 위해, 금속과 금속이 가능한 한 완전히 접촉해야 하므로, 금속 층의 표면 거칠기가 낮춰져야 한다. 본 발명의 공정에 의해 준비된 금속 층의 표면 거칠기는 약 0.05 마이크로미터이며, 이는 금속이 금속과 접촉할 때 생성되는 PIM 생성물을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 측정된 손실 계수(Df)는 10 GHz에서 0.0006에 도달하도록 테스트되었다.
일반적으로, 종래 기술과 비교하면, 본 발명의 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법은 다음의 유리한 효과를 가질 수 있다. 상기한 방법은 마이크로파 유전체 기판 또는 불규칙한 형상의 마이크로파 유전체 컴포넌트의 홀 및/또는 표면의 동시 금속화를 가능하게 하며, 그 공정은 종래 기술에 비해 크게 감소되거나 단축된다. 금속 층의 두께는 두께의 양호한 균일성, 높은 박리 강도 및 낮은 표면 거칠기(RZ <0.1 μm)로 100 nm에서 70 μm까지 제어될 수 있다. 금속 층은 순도가 높은 구리 포일일 수 있으므로, 전도성이 우수하다. 이온 주입 및 플라즈마 증착 공정 동안, 주입되고 증착된 입자는 큰 에너지 및 균일 한 입자 분포를 가지며, 주입되고 증착된 금속 입자는 나노미터 수준이라는 점에 주목하는 것이 중요하다. 따라서, 최종적으로 획득된 금속 층은 균일한 두께, 매끄러운 표면을 가지며 홀, 핀홀, 크랙, 버 등이 없는 불규칙한 형상의 코너 및 조인트에 구리 층을 갖는다. 따라서, 이로 인해 마이크로파 전송 동안 전계 비 선형성이 발생하지 않으며, PIM 생성물을 갖지 않으므로, 마이크로파 신호 전송에 매우 유리하다.
상기한 개시는 단지 본 발명의 바람직한 실시예를 언급한다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 본 발명의 주관적인 범위를 벗어나지 않으면서, 특정 상황에 적응시키기 위해 이들 실시예에 대해 다양한 명백한 수정, 조정 및 대체가 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 용이하게 발생한다. 실제로, 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 실시예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 실시예는 그들이 청구 범위의 문자 언어와 다르지 않은 구조적 엘리먼트를 갖거나 또는 청구 범위의 문자 언어와 실질적인 차이를 갖지 않는 동등한 구조적 엘리먼트를 포함하는 경우 청구 범위의 범위 내에 있도록 의도된다.
Claims (42)
- 마이크로파 유전체 컴포넌트로서,
마이크로파 유전체 기판; 및
상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 결합된 금속 층
을 포함하며,
상기 금속 층은 전도성 시드 층 및 금속 농집 층(metal thickening layer)을 포함하고, 상기 전도성 시드 층은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함하며, 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 홀이 추가로 형성되고, 상기 홀은 블라인드 홀 또는 관통 홀을 포함하며,
상기 전도성 시드 층 및 금속 농집 층은 상기 홀의 홀벽에 접합되고, 상기 전도성 시드 층은 상기 홀벽에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함하며, 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 금속 층은 상기 마이크로파 유전체 기판을 완전히 커버하거나, 또는 상기 금속 층은 금속 회로 패턴을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 부분적으로 커버하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 판 형상을 갖거나, 또는 상기 마이크로파 유전체 기판은 트럼펫 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판형(non-plate) 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 갖는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판이고, 상기 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판을 구성하는 재료는 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE 또는 합성 고무를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은, 섬유유리 피복 충전재 보강 재료, 세라믹 충전재 보강 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 포함하며,
상기 섬유유리 피복 충전재 보강 재료 및 상기 세라믹 충전재 보강 재료는 유기 폴리머 재료를 기재로 하고, 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상(reinforcing phase)으로 하는 재료인,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제6항에 있어서,
상기 유기 폴리머 재료는 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE 또는 BT를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 석영 크리스털 재료 또는 압전 세라믹 재료를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트는 석영 크리스털 공진기 부재, 세라믹 공진기 부재, 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트, 또는 마이크로파 커넥터 조인트를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 주입 층은 상기 표면 또는 상기 홀벽 아래 1-50 nm의 깊이에 위치하고, 상기 이온 주입 층은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 증착 층은 1-500 nm의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 증착 층은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 농집 층은 0.1-50 미크론의 두께를 가지며, 상기 금속 농집 층은 Cu, Ag, Al 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 층의 내부 및 외부 표면은 각각 0.1 미크론 미만의 표면 거칠기를 갖는,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 농집 층은 10 미크론을 초과하는 직경을 갖는 핀홀 또는 돌출 버(protruding burr)를 갖지 않고, 1 마이크로미터 이상과 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 핀홀의 개수는 제곱 미터당 500개 이하이며, 1 마이크로미터 이상과 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 버의 개수는 제곱 미터당 100개 이하인,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 층과 상기 마이크로파 유전체 기판 사이의 결합력은 0.5 N/mm 이상인,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 손실 계수는 10 GHz에서 0.005 미만인,
마이크로파 유전체 컴포넌트. - 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법으로서,
단계 S1 : 마이크로파 유전체 기판을 제공하는 단계;
단계 S2 : 전도성 시드 층을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계 ― 상기 전도성 시드 층은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면에 주입된 이온 주입 층 및 상기 이온 주입 층에 부착된 플라즈마 증착 층을 포함함 ―;
단계 S3 : 금속 농집 층을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 금속 도금에 의해 상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 두껍게 하는 단계 ― 상기 금속 농집 층은 상기 플라즈마 증착 층에 부착되고 상기 전도성 시드 층을 갖는 금속 층을 구성함 ―; 및
단계 S4 : 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계
를 포함하는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 단계 S1은,
천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 천공하는 단계; 및/또는
원하는 형상을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 마이크로파 유전체 기판을 절단하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 천공된 마이크로파 유전체 기판이 형성되는 경우, 상기 단계 S2는,
전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 상기 홀의 홀벽 상에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착을 수행하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 단계 S3은,
금속화된 홀을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 금속 도금에 의해 상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 두껍게 하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 S3 이후에, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
금속화된 패턴을 갖는 마이크로파 유전체 기판을 형성하기 위해 PCB 산업에서 일반적인 그래픽 전달 공정(graphic transfer process)에 의해 상기 금속 농집 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 처리하는 단계
를 더 포함하는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 PCB 산업에서 일반적인 그래픽 전달 공정은 포토레지스트 필름 형성, 노출, 현상 및 에칭 처리를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 S4는,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 형성하기 위해 상기 금속 농집 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 기판을 기계 가공하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제23항에 있어서,
상기 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트는 판 형상을 갖거나, 또는 상기 기계 가공된 마이크로파 유전체 컴포넌트는 트럼펫 형상, 원통 형상, 원뿔대 형상, 그루브 형상, 구형 또는 다른 비 판(non-plate) 기하학적 형상을 포함하는 다른 기하학적 형상을 갖는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 단계 S1과 상기 단계 S2 사이에, 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판을 형성하는 경우, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
상기 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계
를 더 포함하는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제25항에 있어서,
상기 단계 S2는,
상기 홀의 홀벽, 포토레지스트 층이 형성된 표면 및 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 상에 동시에 이온 주입 및 플라즈마 증착 처리를 수행하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제26항에 있어서,
상기 단계 S3은,
이온 주입 및 플라즈마 증착 처리된 후의 상기 홀벽 뿐만 아니라 상기 포토레지스트 층이 형성된 표면 및 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 상에 금속 농집 층을 도금하는 단계; 및
표면 금속 패턴을 획득하기 위해 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층 및 상기 포토 레지스트 층 위의 비 회로 영역에 대응하는 금속 층을 제거하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 단계 S2 이후에, 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법은,
상기 전도성 시드 층을 갖는 상기 천공된 마이크로파 유전체 기판 상에 회로 네거티브 이미지를 갖는 포토레지스트 층을 형성하는 단계
를 더 포함하는 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제28항에 있어서,
상기 단계 S3은,
상기 포토레지스트 층을 갖는 상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 표면, 상기 포토레지스트 층에 의해 덮이지 않은 상기 마이크로파 유전체 기판의 표면 및 상기 홀벽 상에 금속 농집 층을 도금하는 단계; 및
회로 네거티브 이미지를 갖는 포토 레지스트 층을 제거하고, 표면 금속 패턴을 획득하기 위해 상기 포토레지스트 층에 의해 덮인 상기 전도성 시드 층을 에칭하는 단계
를 더 포함하는, 마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판에 천공된 상기 홀은 블라인드 홀 또는 관통 홀을 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판이고, 상기 유기 폴리머 마이크로파 유전체 기판을 구성하는 재료는 LCP, PTFE, CTFE, FEP, PPE, PEEK, PE 또는 합성 고무를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은, 섬유유리 피복 충전재 보강 재료, 세라믹 충전재 보강 재료, 세라믹 재료 또는 유리 재료를 포함하며,
상기 섬유유리 피복 충전재 보강 재료 및 상기 세라믹 충전재 보강 재료는 유기 폴리머 재료를 기재로 하고, 섬유유리 피복 충전재 및 세라믹 충전재를 보강 상(reinforcing phase)으로 하는 재료인,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제32항에 있어서,
상기 유기 폴리머 재료는 에폭시 수지, 개질된 에폭시 수지, PTFE, PPO, CE 또는 BT를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 기판은 석영 크리스털 재료 또는 압전 세라믹 재료를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트는 석영 크리스털 공진기 부재, 세라믹 공진기 부재, 트럼펫 형상 안테나 마이크로파 유전체 컴포넌트, 또는 마이크로파 커넥터 조인트를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 주입 층은 상기 표면 또는 상기 홀벽 아래 1-50 nm의 깊이에 위치하고, 상기 이온 주입 층은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 증착 층은 1-500 nm의 두께를 가지며, 상기 플라즈마 증착 층은 Ti, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, V, Zr, Mo, Nb 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 농집 층은 0.1-50 미크론의 두께를 가지며, 상기 금속 농집 층은 Cu, Ag, Al 또는 이들의 하나 이상의 합금 중 하나를 포함하는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 층의 내부 및 외부 표면은 각각 0.1 미크론 미만의 표면 거칠기를 갖는,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 층과 상기 마이크로파 유전체 기판 사이의 결합력은 0.5 N/mm 이상인,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 농집 층은 10 미크론을 초과하는 직경을 갖는 핀홀 또는 돌출 버(protruding burr)를 갖지 않고, 1 마이크로미터 이상 및 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 핀홀의 개수는 제곱 미터당 500개 이하이며, 1 마이크로미터 이상 및 10 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 버의 개수는 제곱 미터당 100개 이하인,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법. - 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 유전체 컴포넌트의 손실 계수는 10 GHz에서 0.005 미만인,
마이크로파 유전체 컴포넌트를 제조하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020237008859A KR20230041836A (ko) | 2017-04-05 | 2018-03-15 | 마이크로파 유전체 컴포넌트 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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