KR20200016632A - 고주파 저손실 전극 - Google Patents

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강승구
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Abstract

고주파 저손실 전극은 기판 및 상기 기판의 제1 면에 배치되고, 제1 전도체층 및 제1 강자성체 층이 번갈아 적층된 제1 배선을 포함한다.

Description

고주파 저손실 전극 {HIGH FREQUENCY LOW LOSS ELECTRODE}
본 발명은 고주파 저손실 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 저항, 낮은 열 손실, 낮은 위상지연 및 낮은 삽입 손실의 장점이 있는 고주파 저손실 전극에 관한 것이다.
고주파에서 작동되는 마이크로파 IC와 모놀리식(monolithic) 마이크로파 IC에서는, 제조가 용이하고 소형으로 경량화가 가능한 스트립형 (strip-type) 전송선로와 마이크로스트립형 전송선로가 일반적으로 사용되고 있다. 또한, 이런 용도의 공진기로서는, 상기 선로를 1/4 파장 또는 1/2 파장과 동일한 길이로 설정한 공진기, 또는 원형의 도체를 가지고 있는 원형 공진기가 사용되고 있다. 이러한 선로의 전송 손실과 공진기의 무부하 Q는 주로 도체 손실에 의해 결정된다. 따라서, 마이크로파 IC와 모놀리식 마이크로파 IC의 성능의 양부는 도체 손실을 얼마나 감소시킬 수 있느냐에 따라 결정된다.
이들 선로와 공진기는 구리, 금 등의 도전율이 높은 도체로 구성된다. 그러나, 금속의 도전율은 재료의 고유한 특성이다. 도전율이 높은 금속을 선택하고 이 금속으로 전극을 형성하여 손실을 줄이는 방법에도 한계가 있다. 따라서, 마이크로파대 또는 밀리미터파대의 고주파에서 표피 효과(skin effect)에 의해 전극 표면에 전류가 집중되고, 손실의 대부분은 도체의 표면의 근방(단부)에서 발생하게 된다.
한국등록특허공보 제10-0548388호(2006.01.24)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 저항, 낮은 열 손실, 낮은 위상지연 및 낮은 삽입 손실의 장점이 있는 고주파 저손실 전극을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판 및 상기 기판의 제1 면에 배치되고, 제1 전도체층 및 제1 강자성체 층이 번갈아 적층된 제1 배선을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전도체층은 구리를 포함하고, 상기 제1 강자성체 층은 코발트 또는 니켈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전도체층 및 상기 제1 강자성체층은 상기 제1 면과 평행한 방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전도체층 및 상기 제1 강자성체층은 상기 제1 면과 수직인 방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전도체층의 두께는 상기 제1 강자성체층의 두께와 동일하거나 더 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고주파 저손실 전극은 상기 기판의 제1 면의 반대 면인 제2 면에 배치되고, 제2 전도체층 및 제2 강자성체 층이 번갈아 적층된 제2 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전도체층은 구리를 포함하고, 상기 제2 강자성체 층은 코발트 또는 니켈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전도체층 및 상기 제2 강자성체층은 상기 제2 면과 평행한 방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전도체층 및 상기 제2 강자성체층은 상기 제2 면과 수직인 방향으로 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배선의 길이는 사용 주파수의 1/100 파장 이상의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배선의 제1 전도층의 두께는 사용 주파수에 있어서의 스킨 뎁스보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 강자성체층의 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)는 사용 주파수보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 강자성체층의 투자율은 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)이상에서 1 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고주파 저손실전극의 유효 투자율은 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)이상에서 1 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, 고주파 저손실 전극은 전도체층과 강자성체층이 번갈아 적층된 구조로 형성되는 배선을 포함한다. 배선은 전도체층과 강자성체층이 적층된 복수의 층으로 구성된다. 이에 따라, 강자성체는 자기적 물성과 형성으로 특정 주파수 대역에서 음의 투자율을 갖게 된다. 음의 투자율은 표피 효과를 발생시키는 자기장을 상쇄시키므로 표피 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 고주파 저손실 전극은 낮은 저항, 낮은 열 손실, 낮은 위상지연 및 낮은 삽입 손실을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(110) 및 제1 배선(200)을 포함한다.
상기 기판(110)은 폴리머, 유리, 세라믹 등의 유전체일 수 있다.
상기 제1 배선(200)은 제1 전도체층(210) 및 제1 강자성체층(220)을 포함할 수 있다. 상기 제1 배선(200)은 상기 기판(110)의 제1 면에 배치될 수 있다. 상기 제1 배선은 상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220)이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 전도체층(210)은 구리, 금 또는 은 등의 금속을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 전도체층(210)은 구리로 형성될 수 있다.
상기 제1 강자성체층(220)은 코발트 또는 니켈의 강자성체를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 제1 강자성체층(220)은 코발트 또는 니켈로 형성될 수 있다.
상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220)은 상기 기판(110)의 제1 면과 평행하게 적층될 수 있다. 상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220) 한쌍이 하나의 적층 단위를 이루며, 상기 제1 배선(200)은 상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220)이 이루는 하나의 적층 단위가 복수 개 적층된 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 전도체층(210)의 두께는 상기 제1 강자성체층(220)의 두께와 동일하거나 더 두꺼울 수 있다.
상기 제1 배선(200)의 길이를 고정할 때, 상기 제1 배선(200)의 물리적 길이를 전기적 길이로 환산했을 때, 1/100 파장이 되는 주파수 및 그 이상의 주파수 대역에서 저손실 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 제1 배선(200)의 길이는 사용 주파수의 1/100 파장 이상의 값을 가질 때, 저손실 효과를 얻을 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 배선(200)의 길이를 파장으로 나눈 값은 사용 주파수의 1/100 파장 이상의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 배선(200)의 사용 주파수를 고정할 때, 상기 제1 배선(200)의 사용 주파수의 1/100 파장이 되는 전기적 길이를 물리적 길이로 환산했을 때 해당 길이 이상의 길이에서 저손실 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 제1 배선(200)의 두께는 사용 주파수에 있어서의 스킨 뎁스보다 작을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(1110) 및 제1 배선(1200)을 포함한다.
본 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 제1 배선(1200)을 제외하고 도 1의 고주파 저손실 전극과 실질적으로 동일하다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 제1 배선(1200)은 제1 전도체층(1210) 및 제1 강자성체층(1220)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220)은 상기 기판(110)의 제1 면과 평행하게 적층될 수 있다. 상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220) 한쌍이 하나의 적층 단위를 이루며, 상기 제1 배선(200)은 상기 제1 전도체층(210) 및 상기 제1 강자성체층(220)이 이루는 하나의 적층 단위가 복수 개 적층된 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 전도체층(210)의 두께는 상기 제1 강자성체층(220)의 두께와 동일하거나 더 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 28 GHz에서 사용하는 경우, 전도체로 구리를 사용하고, 자성체로 코발트를 사용할 수 있다. 이때, 구리의 두께는 구리의 28 GHz에서의 스킨뎁스인 0.39㎛보다 작을 수 있으며, 코발트의 두께는 구리 두께보다 작을 수 있다. 상기 고주파 저손실 전극은 전도체와 자성체를 번갈아 적층 또는 코팅하여 제작할 수 있다. 배선의 길이는 28GHz의 파장인 10.7mm의 1/100인 0.107mm이상일 수 있다. 자성체의 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)는 28GHz보다 작을 수 있다. 또한, 28GHz 이상에서 자성체의 투자율과 고주파 저손실 전극의 유효 투자율은 1 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 39 GHz에서 사용하는 경우, 전도체로 구리를 사용하고, 자성체로 코발트를 사용할 수 있다. 이때, 구리의 두께는 구리의 39 GHz에서의 스킨뎁스인 0.33㎛보다 작을 수 있으며, 코발트의 두께는 구리 두께보다 작을 수 있다. 상기 고주파 저손실 전극은 전도체와 자성체를 번갈아 적층 또는 코팅하여 제작할 수 있다. 배선의 길이는 39GHz의 파장인 7.7mm의 1/100인 0.077mm이상일 수 있다. 자성체의 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)는 39GHz보다 작을 수 있다. 또한, 39GHz 이상에서 자성체의 투자율과 고주파 저손실 전극의 유효 투자율은 1 이하일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(2110), 제1 배선(2200) 및 제2 배선(2300)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 제2 배선(2300)을 제외하고 도 1의 고주파 저손실 전극과 실질적으로 동일하다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 제2 배선(2300)은 기판(2100)의 제1 면의 반대 면인 제2 면에 배치될 수 있다. 상기 제2 배선(2300)은 제2 전도체층(2310) 및 제2 강자성체층(2320)이 번갈아 적층된 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2 전도체층(2310) 및 상기 제2 강자성체층(2320)은 상기 제2 면과 평행한 방향으로 적층될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(3110), 제1 배선(3200) 및 제2 배선(3300)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 제2 배선(3300)을 제외하고 도 2의 고주파 저손실 전극과 실질적으로 동일하다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 제2 배선(3300)은 기판(3100)의 제1 면의 반대 면인 제2 면에 배치될 수 있다. 상기 제2 배선(3300)은 제2 전도체층(3310) 및 제2 강자성체층(3320)이 번갈아 적층된 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2 전도체층(3310) 및 상기 제2 강자성체층(3320)은 상기 제2 면과 수직인 방향으로 적층될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(4110), 제1 배선(4200) 및 제2 배선(4300)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 제2 배선(4300)을 제외하고 도 3의 고주파 저손실 전극과 실질적으로 동일하다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 제1 전도체층(4210) 및 상기 제1 강자성체층(4220)은 상기 기판(4110)의 제1 면과 평행하게 적층될 수 있다. 상기 제2 전도체층(4310) 및 상기 제2 강자성체층(4320)은 상기 제2 면과 수직인 방향으로 적층될 수 있다. 따라서, 제1 배선(4200)은 상기 제1 면과 평행한 방향으로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2 배선(4300)은 상기 제2 면과 수직인 방향으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 기판(5110), 제1 배선(5200) 및 제2 배선(5300)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 고주파 저손실 전극은 제2 배선(5300)을 제외하고 도 4의 고주파 저손실 전극과 실질적으로 동일하다. 따라서, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 제1 전도체층(5210) 및 상기 제1 강자성체층(5220)은 상기 기판(5110)의 제1 면과 수직한 방향으로 적층될 수 있다. 상기 제2 전도체층(5310) 및 상기 제2 강자성체층(5320)은 상기 제2 면과 평행인 방향으로 적층될 수 있다. 따라서, 제1 배선(5200)은 상기 제1 면과 수직인 방향으로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2 배선(5300)은 상기 제2 면과 평행인 방향으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 고주파 저손실 전극은 전도체층과 강자성체층이 번갈아 적층된 구조로 형성되는 배선을 포함한다. 배선은 전도체층과 강자성체층이 적층된 복수의 층으로 구성된다. 이에 따라, 강자성체는 자기적 물성과 형성으로 특정 주파수 대역에서 음의 투자율을 갖게 된다. 음의 투자율은 표피 효과를 발생시키는 자기장을 상쇄시키므로 표피 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 고주파 저손실 전극은 낮은 저항, 낮은 열 손실, 낮은 위상지연 및 낮은 삽입 손실을 가질 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 기판
200: 제1 배선
210: 제1 전도체층
220: 제1 강자성체층
300: 제2 배선
310: 제2 전도체층
320: 제2 강자성체층

Claims (14)

  1. 기판; 및
    상기 기판의 제1 면에 배치되고, 제1 전도체층 및 제1 강자성체 층이 번갈아 적층된 제1 배선을 포함하는 고주파 저손실 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전도체층은 구리를 포함하고, 상기 제1 강자성체 층은 코발트 또는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전도체층 및 상기 제1 강자성체층은 상기 제1 면과 평행한 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전도체층 및 상기 제1 강자성체층은 상기 제1 면과 수직인 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전도체층의 두께는 상기 제1 강자성체층의 두께와 동일하거나 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면의 반대 면인 제2 면에 배치되고, 제2 전도체층 및 제2 강자성체 층이 번갈아 적층된 제2 배선을 더 포함하는 고주파 저손실 전극
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 전도체층은 구리를 포함하고, 상기 제2 강자성체 층은 코발트 또는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 전도체층 및 상기 제2 강자성체층은 상기 제2 면과 평행한 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제2 전도체층 및 상기 제2 강자성체층은 상기 제2 면과 수직인 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 배선의 길이는 사용 주파수의 1/100 파장 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 배선의 제1 전도체층의 두께는 사용 주파수에 있어서의 스킨 뎁스보다 작은 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 강자성체층의 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)는 사용 주파수보다 작은 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 강자성체층의 투자율은 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)이상에서 1 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.
  14. 제1항에 있어서, 상기 고주파 저손실 전극의 유효 투자율은 강자성공명주파수(FMR; Ferromagnatic Resonance)이상에서 1 이하인 것을 특징으로 하는 고주파 저손실 전극.


















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