KR20200121465A - 액체 금속을 이용한 유연성 센서 디바이스 - Google Patents

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Abstract

액체 금속을 이용한 유연성 센서 디바이스가 제공된다. 상기 유연성 센서 디바이스는 유연성을 갖는 패턴 기판의 채널 내에 충진된 액체 금속을 포함한다.

Description

액체 금속을 이용한 유연성 센서 디바이스{FLEXIBLE SENSOR DEVICE USING LIQUID METAL}
본 발명은 액체 금속을 이용한 유연성 필터 소자 및 유연성 필터 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인덕터 소자와 커패시터 소자 간의 전기적 접속이 향상된 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.)
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 필터 소자를 제공하는 것이다. 동시에, 수동 소자 간의 전기적 접속이 향상되어 안정적인 구조를 형성할 수 있는 필터 소자를 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 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 필터 소자는 일면에 형성된 제1 채널 및 타면에 형성된 제2 채널을 갖는 패턴 기판으로서, 서로 상이한 액체 투과도를 갖는 제1 베이스 및 제2 베이스를 포함하는 패턴 기판; 상기 제1 채널 내에 배치된 제1 액체 금속 패턴; 상기 제2 채널 내에 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 제1 액체 금속 패턴과 중첩하는 제2 액체 금속 패턴; 및 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 침습하여, 상기 제1 액체 금속 패턴과 상기 제2 액체 금속 패턴을 도통시키는 컨택부를 포함한다.
상기 컨택부가 필터 소자의 출력 단자와 전기적으로 등가이고, 상기 컨택부는 상기 제1 액체 금속 패턴에서 상기 제2 액체 금속 패턴 방향으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다.
여기서, 상기 필터 소자는 저역 필터 소자이고, 상기 제1 액체 금속 패턴은 인덕터 소자를 형성하고, 상기 제2 액체 금속 패턴은 커패시터 소자를 형성할 수 있다.
또는, 상기 필터 소자는 고역 필터 소자이고, 상기 제1 액체 금속 패턴은 커패시터 소자를 형성하고, 상기 제2 액체 금속 패턴은 인덕터 소자를 형성할 수 있다.
또, 상기 제1 베이스는 상기 제1 액체 금속 패턴과 맞닿고, 상기 제2 베이스는 상기 제2 액체 금속 패턴과 맞닿을 수 있다.
상기 컨택부는, 상기 제1 베이스 내에 침습된 제1 컨택부, 및 상기 제2 베이스 내에 침습되고, 상기 제1 컨택부와 물리적 경계를 갖는 제2 컨택부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 컨택부의 폭 변화율은, 상기 제2 컨택부의 폭 변화율 보다 클 수 있다.
또, 상기 제1 액체 금속 패턴 및 상기 제2 액체 금속 패턴은 각각 내부에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 제1 컨택부 및 상기 제2 컨택부는, 상기 제1 액체 금속 패턴 및 상기 제2 액체 금속 패턴과 상이한 조성을 가질 수 있다.
상기 제1 액체 금속 패턴은, 제1 접점 패드부, 및 상기 제1 접점 패드부와 연결되는 제1 회로 패턴부를 포함하고, 상기 제2 액체 금속 패턴은, 상기 제1 접점 패드부 및 컨택부와 중첩하는 제2 접점 패드부, 및 상기 제2 접점 패드부와 연결되며 적어도 부분적으로 상기 제1 회로 패턴부와 중첩하는 제2 회로 패턴부를 포함할 수 있다.
평면 시점에서, 상기 제1 회로 패턴부 및 상기 제2 회로 패턴부는 각각 라운드진 형상을 가질 수 있다.
또, 상기 패턴 기판은, 상기 제1 베이스의 상기 일면 상에 배치된 제1 패턴층, 상기 제2 베이스의 상기 타면 상에 배치된 제2 패턴층, 및 상기 제1 패턴층의 측면 상에 배치된 보강층을 더 포함할 수 있다.
상기 패턴 기판은, 상기 제1 베이스의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 제1 액체 금속 패턴과 맞닿는 투과 차단층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 투과 차단층은 상기 제1 회로 패턴부와 중첩하고, 상기 제1 접점 패드부와 비중첩할 수 있다.
상기 필터 소자는 상기 패턴 기판의 상기 일면 상에 배치되고, 상기 제1 접점 패드부와 중첩하는 홀을 갖는 밀봉층; 및 상기 밀봉층의 상기 홀 상에 배치되어 상기 홀을 커버하고, 상기 제1 액체 금속 패턴과 맞닿는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 복수의 홀 중 적어도 일부는 상기 투과 차단층과 비중첩하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 커버 부재 중 적어도 일부는 상기 투과 차단층과 비중첩하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 접점 패드부 및 상기 제1 회로 패턴부의 측면은 90도 미만의 경사각을 가질 수 있다.
또, 상기 제1 접점 패드부의 최대폭은 상기 제1 회로 패턴부의 최대폭 보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 회로 패턴부의 경사각은 상기 제1 접점 패드부의 경사각 보다 클 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 소자는 제1 베이스; 상기 제1 베이스의 일면 상에 배치된 제1 수동 소자; 상기 제1 베이스의 타면 상에 배치되고, 상기 제1 베이스 보다 큰 액체 투과도를 갖는 제2 베이스; 상기 제2 베이스 상에 배치된 제2 수동 소자; 액체 금속이 상기 제1 베이스에 침습하여 형성되고, 상기 제1 수동 소자와 도통되는 제1 컨택부; 및 액체 금속이 상기 제2 베이스에 침습하여 형성되고, 상기 제1 컨택부 및 상기 제2 수동 소자와 도통되는 제2 컨택부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 컨택부의 평균 폭은 상기 제2 컨택부의 평균 폭 보다 클 수 있다.
상기 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; 상기 제1 채널 내에 제1 액체 금속 패턴을 형성하는 단계; 타면에 형성된 제2 채널을 갖는 제2 패턴 기판을 준비하는 단계로서, 제2 베이스를 포함하는 제2 패턴 기판을 준비하는 단계; 상기 제2 채널 내에 제2 액체 금속 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 패턴 기판의 타면과 상기 제2 패턴 기판의 일면을 대면하도록 배치하는 단계; 및 상기 제1 액체 금속 패턴 중 일부 영역을 가압하여, 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 침습된 컨택부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 가압은 상기 제1 패턴 기판에서 상기 제2 패턴 기판 방향으로 수행될 수 있다.
또, 상기 제2 베이스의 액체 투과도는 상기 제1 베이스의 액체 투과도 보다 클 수 있다.
또한, 상기 필터 소자의 제조 방법은, 상기 제1 패턴 기판을 준비하는 단계와 상기 제1 액체 금속 패턴을 형성하는 단계 사이에, 상기 제1 패턴 기판의 상기 일면 상에 밀봉층을 배치하는 단계, 및 상기 밀봉층에 홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 제1 패턴 기판을 준비하는 단계는, 상기 제1 베이스를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스의 상기 일면 상에 상기 제1 채널을 형성하는 제1 패턴층을 형성하는 단계, 상기 제1 패턴층의 측면 상에 보강층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 패턴층에 의해 커버되지 않고 노출된 상기 제1 베이스의 일면 상에 투과 차단층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또, 상기 제1 액체 금속 패턴을 형성하는 단계는, 상기 밀봉층의 홀을 통해 액체 금속을 주입하는 단계를 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 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 11은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 필터 소자의 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 분해사시도이다.
도 13은 도 12의 필터 소자의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 12의 Ba-Ba' 선 및 Bb-Bb' 선을 따라 절개한 비교단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자의 단면도이다.
도 16 내지 도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다.
도 30은 제조예 1-1에 따른 인덕터 소자의 특성 측정을 나타낸 도면이다.
도 31은 제조예 1-2에 따른 커패시터 소자의 특성 측정을 나타낸 도면이다.
도 32는 제조예 2-1에 따른 저역 필터 소자의 특성 측정을 나타낸 도면이다.
도 33은 제조예 2-2에 따른 고역 필터 소자의 특성 측정을 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 필터일 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 액체 금속 패턴(201)을 통해 구현될 수 있다. 제1 액체 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.
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 후술할 바와 같이 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 액체 금속 패턴(301)을 통해 구현될 수 있다. 제2 액체 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.
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 액체 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 액체 금속 패턴(201), 패턴 기판(101)의 타면(도 5 기준 하면) 상에 배치된 제2 액체 금속 패턴(301) 및 제1 액체 금속 패턴(201)과 제2 액체 금속 패턴(301)을 도통시키는 컨택부(401)를 포함하고, 제1 밀봉층(751) 및 제2 밀봉층(761)을 더 포함할 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 패턴층(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. 다른 실시예에서, 제1 베이스(511)는 글라스 소재 등일 수도 있다.
제1 패턴층(531)은 제1 액체 금속 패턴(201)이 충진되기 위한 제1 채널을 형성할 수 있다. 즉, 평면 시점에서, 제1 패턴층(531)은 제1 액체 금속 패턴(201)의 역상의 패턴을 가질 수 있다. 제1 패턴층(531)에 커버되지 않는 제1 베이스(511)의 상면은 노출될 수 있다. 제1 패턴층(531)은 절연성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴층(531)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 고분자 재료를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 제1 패턴층(531)은 제1 베이스(511)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 인덕터 소자(11a)는 제1 액체 금속 패턴(201)에 의해 구현될 수 있다. 또, 제1 액체 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 액체 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 액체 금속 패턴(201)은 제1 베이스(511)와 맞닿을 수 있다.
제1 액체 금속 패턴(201) 상에는 제1 밀봉층(751)이 배치될 수 있다. 제1 밀봉층(751)은 절연성을 가지고, 제1 액체 금속 패턴(201)을 밀봉할 수 있다. 제1 밀봉층(751)은 제1 패턴층(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 패턴층(631)을 포함할 수 있다. 제2 베이스(611)는 유연성 및/또는 신축성을 갖는 가요성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 베이스(611)는 종이를 포함하여 이루어지거나, 폴리디메틸실록산 또는 폴리이미드 등의 고분자 수지를 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 제2 베이스(611)는 내부에 미세 공극을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 베이스(611)는 제1 베이스(511)와 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 상세한 예를 들어, 제2 베이스(611)는 제1 베이스(511) 보다 더 큰 액체 투과도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 제1 베이스(511)와 제2 베이스(611)를 기준으로, 상측에 위치하는 제1 액체 금속 패턴(201)이 인덕터 소자(11a)를 형성하고, 하측에 위치하는 제2 액체 금속 패턴(301)이 커패시터 소자(11b)를 형성할 경우, 제2 베이스(611)의 액체 투과도를 더 크게 구성함으로써 컨택부(401)와 제2 액체 금속 패턴(301) 간의 접촉 면적을 증가시켜 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 필터 소자의 제조 방법과 함께 상세하게 후술한다.
제2 패턴층(631)은 제2 액체 금속 패턴(301)이 충진되기 위한 제2 채널을 형성할 수 있다. 즉, 평면 시점에서, 제2 패턴층(631)은 제2 액체 금속 패턴(301)의 역상의 패턴을 가질 수 있다. 제2 패턴층(631)에 의해 커버되지 않는 제2 베이스(611)의 하면은 노출될 수 있다. 제2 패턴층(631)은 제1 패턴층(531)과 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 또, 제2 패턴층(631)은 제2 베이스(611)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 커패시터 소자(11b)는 제2 액체 금속 패턴(301)에 의해 구현될 수 있다. 또, 제2 액체 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 액체 금속 패턴(301)은 제1 액체 금속 패턴(201)과 동일하거나 상이한 액상의 액체 금속을 포함할 수 있다. 상기 액체 금속은 갈륨 및 인듐을 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 액체 금속 패턴(301)은 제2 베이스(611)와 맞닿을 수 있다.
제2 액체 금속 패턴(301) 상에는 제2 밀봉층(761)이 배치될 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 절연성을 가지고, 제2 액체 금속 패턴(301)을 밀봉할 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 제2 패턴층(631)과 동일하거나 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 제2 밀봉층(761)은 제2 베이스(611)에 비해 더 큰 소수성을 가질 수 있다.
컨택부(401)는 제1 액체 금속 패턴(201)과 제2 액체 금속 패턴(301), 구체적으로 제1 인덕터 접점 패드부(221a)와 제1 커패시터 접점 패드부(321a)를 전기적으로 도통시킬 수 있다. 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 액체 금속 패턴(201) 및 제2 액체 금속 패턴(301)과 동일한 액체 금속이 적어도 부분적으로 패턴 기판(101)에 침습된 부분일 수 있다. 즉, 컨택부(401)는 제1 베이스(511) 및 제2 베이스(611)에 액상의 액체 금속(liquid metal)이 침습된 부분을 의미하며, 액체 금속이 침습되지 않은 제1 베이스(511) 및 제2 베이스(611)의 다른 부분과 구별된다. 컨택부(401)의 평면상 형상은 대략 원형 내지는 다각형일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예에서, 컨택부(401)는 제1 베이스(511)에 침습된 제1 컨택부(411) 및 제2 베이스(611)에 침습된 제2 컨택부(431)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 컨택부(411)는 액체 금속이 제1 베이스(511)에 침습되어 형성되고, 제2 컨택부(431)는 액체 금속이 제2 베이스(611)에 침습되어 형성될 수 있다. 제1 컨택부(411)는 제1 액체 금속 패턴(201)과 도통되고, 제2 컨택부(431)는 제1 컨택부(411) 및 제2 액체 금속 패턴(301)과 도통될 수 있다.
이에 따라 컨택부(401)가 형성된 상태에도 불구하고, 제1 베이스(511)와 제2 베이스(611) 사이에는 물리적 경계가 존재할 수 있다. 따라서, 제1 컨택부(411)와 제2 컨택부(431) 사이에도 물리적 경계가 존재할 수 있다. 나아가, 제1 컨택부(411)와 제1 액체 금속 패턴(201)의 사이, 및 제2 컨택부(431)와 제2 액체 금속 패턴(301)의 사이에도 물리적 경계가 존재할 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 컨택부(401)를 포함하되, 전기적 연결을 위한 비아홀(via hole)을 형성하지 않고 액체 투과성을 갖는 제1 베이스(511)와 제2 베이스(611)에 침습된 컨택부(401)를 포함함으로써 제조 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있다.
특히, 예를 들어 컨택부(401)를 형성하는 과정에서 제1 베이스(511)에서 제2 베이스(611) 측으로 압력을 가하는 경우, 상대적으로 액체의 침투 거리가 먼 제2 베이스(611)의 액체 투과도를 제1 베이스(511)의 액체 투과도 보다 크게 구성함으로써 제1 컨택부(411)와 제2 컨택부(431)에서의 액체 금속의 침습도를 대략 균일하게 유지할 수 있고, 상부의 인덕터 소자(11a)와 하부의 커패시터 소자(11b) 간의 전기적 접속을 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.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(12)는 패턴 기판(102), 패턴 기판(102)의 일면과 타면 상에 각각 배치된 제1 액체 금속 패턴(201) 및 제2 액체 금속 패턴(301)을 포함하되, 제1 패턴 기판(502)의 일면(도 6 기준 상면)이 패턴화된 구조를 가지고 제1 채널을 형성하고, 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. 제1 패턴 기판(502) 및 제2 패턴 기판(602)은 각각 종이를 포함하여 이루어지거나, 또는 폴리디메틸실록산 또는 폴리이미드 등의 고분자 수지를 포함하여 이루어질 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.
이에 따라 제1 액체 금속 패턴(201) 및 제2 액체 금속 패턴(301)을 형성하는 액체 금속은 상기 돌출 패턴의 측면에 부분적으로 침투할 수도 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(12)는 베이스 상에 별도의 패턴층을 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.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(13)의 컨택부(403)는 폭이 변화하는 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
컨택부(403)는 제1 액체 금속 패턴(201) 측에서 제2 액체 금속 패턴(301) 방향으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다. 컨택부(403)가 제1 액체 금속 패턴(201)과 맞닿는 부분과 컨택부(403)가 제2 액체 금속 패턴(301)과 맞닿는 부분의 형상이 대략 유사할 경우, 컨택부(403)와 제1 액체 금속 패턴(201) 간의 접촉 면적은 컨택부(403)와 제2 액체 금속 패턴(301) 간의 접촉 면적 보다 클 수 있다. 또, 제1 컨택부(413)의 평균 폭은 제2 컨택부(433)의 평균 폭 보다 클 수 있다.
예시적인 실시예에서, 필터 소자(13)가 저역 필터 소자이고, 컨택부(403)가 제1 액체 금속 패턴(201)과 맞닿는 부분이 저역 필터 소자의 출력 단자(예컨대, 제1 출력 단자)와 전기적으로 등가이며, 제1 액체 금속 패턴(201)이 인덕터 소자를 구성하고 제2 액체 금속 패턴(301)이 커패시터 소자를 구성하는 경우, 컨택부(403)는 제1 액체 금속 패턴(201) 측에서 제2 액체 금속 패턴(301) 방향으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다.
또, 제1 컨택부(413)와 제2 컨택부(433) 간의 접촉 면적은, 제2 컨택부(433)와 제2 액체 금속 패턴(301) 간의 접촉 면적 보다 크고, 제1 컨택부(413)와 제1 액체 금속 패턴(201) 간의 접촉 면적 보다 클 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 컨택부(413)에서 폭이 감소하는 변화율은 제2 컨택부(433)에서 폭이 감소하는 변화율과 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 필터 소자(13)의 어느 출력 단자에 고부하가 걸리는 경우, 특히 인덕터 소자와 커패시터 소자가 공유하는 노드에 고부하가 걸리는 경우, 본 실시예와 같이 제1 액체 금속 패턴(201)과 컨택부(403) 간의 접촉 면적을 극대화함으로써 부하 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(14)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(14)는 제1 컨택부(414)의 폭 변화율과 제2 컨택부(434)의 폭 변화율이 상이한 점이 도 7의 실시예에 따른 필터 소자(13)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 필터 소자(14)가 저역 필터 소자이고, 컨택부(404)가 제1 액체 금속 패턴(201)과 맞닿는 부분이 저역 필터 소자의 출력 단자(예컨대, 제1 출력 단자)와 전기적으로 등가이며, 제1 액체 금속 패턴(201)이 인덕터 소자를 구성하고 제2 액체 금속 패턴(301)이 커패시터 소자를 구성하는 경우, 제1 컨택부(414)는 제1 액체 금속 패턴(201) 측에서 제2 액체 금속 패턴(301) 방향으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다. 또, 제2 컨택부(434)는 제1 액체 금속 패턴(201) 측에서 제2 액체 금속 패턴(301) 방향으로 갈수록 폭이 감소하거나, 폭이 변화하지 않을 수 있다.
즉, 제1 컨택부(414)의 폭이 감소하는 변화율은 제2 컨택부(434)의 폭이 감소하는 변화율 보다 클 수 있다. 본 명세서에서, '폭 변화율'은 높이 방향(즉, 제3 방향(Z)) 길이에 따른 폭 방향(즉, 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y))의 비율을 의미한다.
이에 따라, 제1 컨택부(414)를 둘러싸는 제1 베이스(511)가 형성하는 제1 경사각(θ1)은 제2 컨택부(434)를 둘러싸는 제2 베이스(611)가 형성하는 제2 경사각(θ2) 보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 컨택부(434)의 폭 변화율은 실질적으로 0일 수도 있다. 제1 컨택부(414)와 제2 컨택부(434)의 폭 감소율의 차이는 제1 베이스(511)와 제2 베이스(611)의 액체 투과도 차이에 기인한 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 필터 소자(14)의 컨택부(404)는 상측에서 하측으로 갈수록 전체적으로 폭이 감소하되, 제2 액체 금속 패턴(301)과 맞닿는 제2 컨택부(434)의 폭 감소를 최소화함으로써 제2 액체 금속 패턴(301)과 제2 컨택부(434)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 접촉 저항의 상승을 방지할 수 있고, 상부의 인덕터 소자와 하부의 커패시터 소자 간의 전기적 접속을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(15)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(15)의 액체 금속 패턴은 부분적으로 테이퍼 형상을 갖는 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 제1 액체 금속 패턴(205)의 제1 인덕터 접점 패드부(225a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(225b)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 반면, 제1 액체 금속 패턴(205)의 인덕터 회로 패턴부(215)의 측면은 실질적으로 경사를 가지지 않을 수 있다. 즉, 제3 경사각(θ3)은 실질적으로 90도이고, 제3 경사각(θ3)은 제4 경사각(θ4) 보다 클 수 있다.
마찬가지로, 제2 액체 금속 패턴(305)의 제1 커패시터 접점 패드부(325a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(325b)의 측면은 경사를 가질 수 있다. 반면, 단면도로 표현되지 않았으나, 제2 액체 금속 패턴(305)의 커패시터 회로 패턴부(315)(제1 커패시터 회로 패턴부 및 제2 커패시터 회로 패턴부 포함)의 측면은 실질적으로 경사를 가지지 않을 수 있다.
한편, 제1 베이스(511) 상에 배치된 제1 패턴층(535) 및 제2 베이스(611) 상에 배치된 제2 패턴층(635)의 채널의 내측벽은 부분적으로 역경사를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(15)의 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 형성하는 액체 금속 선로는 부분적으로 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 안정적으로 트랩(trap) 시킬 수 있다. 특히, 선로 부분에 비해 상대적으로 넓은 면적을 차지하는 접점 패드부들(225a, 225b, 325a, 325b)의 경우, 인덕터 소자와 커패시터 소자 간, 또는 외부의 다른 소자와 전기적 연결이 이루어지는 부분일 수 있으며 접점 패드부들에서의 전기적 접속 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 컨택부(414)와 제2 컨택부(434)가 상이한 폭 감소율을 가짐은 도 8과 함께 설명한 바와 같다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(16)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(16)는 제1 액체 금속 패턴(206)의 인덕터 회로 패턴부(216)의 측면이 90도 미만의 경사를 형성하고, 제2 액체 금속 패턴(306)의 커패시터 회로 패턴부(316)의 측면이 90도 미만의 경사를 형성하는 점이 도 9의 실시예에 따른 필터 소자(15)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 제1 액체 금속 패턴(206)의 인덕터 회로 패턴부(216), 제1 인덕터 접점 패드부(226a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(226b)의 측면은 모두 경사를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2 액체 금속 패턴(306)의 커패시터 회로 패턴부(316), 제1 커패시터 접점 패드부(326a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(326b)의 측면은 모두 경사를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인덕터 회로 패턴부(216)의 측면의 제5 경사각(θ5)은 제1 인덕터 접점 패드부(226a)의 측면의 제6 경사각(θ6) 보다 클 수 있다.
한편, 제1 베이스(511) 상에 배치된 제1 패턴층(536) 및 제2 베이스(611) 상에 배치된 제2 패턴층(636)의 채널의 내측벽은 역경사를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 필터 소자(16)의 액체 금속 선로는 테이퍼 형상을 가지고, 액체 금속을 안정적으로 트랩 시킬 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 액체 금속 선로의 경사가 지나치게 커질 경우, 선로의 상부와 하부에서의 면저항이 국부적으로 상이해질 수 있다.
따라서 전류의 흐름에 기여하는 정도가 큰 인덕터 회로 패턴부(216) 및 커패시터 회로 패턴부(316)의 경우, 면저항의 불균일을 야기하지 않는 범위에서 경사를 가져 액체 금속을 안정적으로 트랩시킬 수 있다. 또, 전류의 흐름 보다 전기적 접속에 기여하는 인덕터 접점 패드부(226a, 226b) 및 커패시터 접점 패드부(326a, 326b)의 경우, 충분한 경사를 형성하여 전기적 접속을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 제5 경사각(θ5)은 약 80도 내지 85도이고, 제6 경사각(θ6)은 약 60도 내지 84도의 범위를 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(17)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(17)의 제1 패턴 기판(507)은 제1 보강층(557) 및/또는 제1 투과 차단층(577)을 더 포함하고, 제2 패턴 기판(607)은 제2 보강층(657) 및/또는 제2 투과 차단층(677)을 더 포함하는 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
제1 보강층(557)은 제1 패턴층(537)이 형성하는 채널의 내측벽의 측면 상에 배치될 수 있다. 제1 보강층(557)은 제1 액체 금속 패턴(207)을 형성하는 액체 금속의 흐름을 보강하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 제1 보강층(557)은 제1 패턴층(537)에 비해 소수성이 더 큰 재료를 포함할 수 있다. 제1 보강층(557)은 제1 패턴층(537) 상에 증착 공정 등을 통해 부재를 배치하거나, 또는 플라즈마 공정 등을 통해 제1 패턴층(537)의 표면을 개질하여 형성할 수 있다. 제1 보강층(557)은 제1 패턴층(537)의 측면 뿐만 아니라 상면 상에 배치될 수도 있다.
마찬가지로, 제2 보강층(657)은 제2 패턴층(637)이 형성하는 채널의 내측벽의 측면 상에 배치될 수 있다. 제2 보강층(657)은 제2 액체 금속 패턴(307)을 형성하는 액체 금속의 흐름을 보강하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 제2 보강층(657)은 제2 패턴층(637)에 비해 소수성이 더 큰 재료를 포함할 수 있다. 제2 보강층(657)은 제1 보강층(557)과 동일하거나 상이한 공정을 통해 형성될 수 있다.
또, 제1 베이스(517) 상에는 제1 투과 차단층(577)이 배치될 수 있다. 제1 투과 차단층(577)은 액상의 액체 금속이 원치 않게 제1 베이스(517) 측으로 침습 내지는 침투하는 것을 방지하기 위한 부재일 수 있다. 예를 들어, 제1 투과 차단층(577)은 제1 베이스(517)에 비해 소수성이 더 크고, 액체 투과성이 더 작은 재료를 포함할 수 있다. 제1 투과 차단층(577)은 제1 액체 금속 패턴(207)과 맞닿을 수 있다.
마찬가지로, 제2 베이스(617) 상에는 제2 투과 차단층(677)이 배치될 수 있다. 제2 투과 차단층(677)은 제2 베이스(617)에 비해 소수성이 더 크고, 액체 투과성이 더 작은 재료를 포함할 수 있다. 제2 투과 차단층(677)은 제2 액체 금속 패턴(307)과 맞닿을 수 있다.
제1 투과 차단층(577)은 인덕터 회로 패턴부(217) 및 제2 인덕터 접점 패드부(227b)와 중첩하되, 제1 인덕터 접점 패드부(227a)와 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 제1 인덕터 접점 패드부(227a)는 제1 커패시터 접점 패드부(327a)와 컨택부(404)를 통해 도통될 수 있다. 따라서, 컨택부(404)가 형성되는 부위에는 제1 투과 차단층(577)을 배치하지 않을 수 있다. 또, 제2 투과 차단층(677)은 커패시터 회로 패턴부(317) 및 제2 커패시터 접점 패드부(327b)와 중첩하되, 제1 커패시터 접점 패드부(327a)와 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 투과 차단층(577) 및 제2 투과 차단층(677)은 컨택부(404)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 한편, 제1 컨택부(414)와 제2 컨택부(434)가 상이한 폭 감소율을 가짐은 도 8과 함께 설명한 바와 같다.
몇몇 실시예에서, 제1 액체 금속 패턴(207) 및/또는 제2 액체 금속 패턴(307)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, 컨택부(404)는 제1 베이스(517) 및 제2 베이스(617)에 침습된 액체 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 컨택부(414) 및 제2 컨택부(434)의 액체 금속의 조성은, 제1 액체 금속 패턴(207) 및 제2 액체 금속 패턴(307)의 액체 금속의 조성과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 금속 패턴(207) 및 제2 액체 금속 패턴(307)은 도전성 입자(P)를 포함하는 반면, 제1 컨택부(414) 및 제2 컨택부(434)는 도전성 입자(P)를 불포함할 수 있다.
또, 제1 밀봉층(758)은 복수의 제1 홀(758h)을 가지고, 제2 밀봉층(768)은 복수의 제2 홀(768h)을 가질 수 있다. 제1 홀(758h)은 제1 인덕터 접점 패드부(227a) 및/또는 제2 인덕터 접점 패드부(227b)와 중첩하고, 제2 홀(768h)은 제1 커패시터 접점 패드부(327a) 및/또는 제2 커패시터 접점 패드부(327b)와 중첩할 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 홀(758h) 및/또는 제2 홀(768h)을 통해 액체 금속이 주입될 수 있다.
제1 홀(758h) 상에는 제1 커버 부재(770)가 배치되고, 제2 홀(768h) 상에는 제2 커버 부재(780)가 배치될 수 있다. 제1 커버 부재(770) 및 제2 커버 부재(780)는 각각 제1 홀(758h) 및 제2 홀(768h)을 커버하여, 내부의 제1 액체 금속 패턴(207) 및 제2 액체 금속 패턴(307)이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(21)의 분해사시도이다. 도 13은 도 12의 필터 소자(21)의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 14는 도 12의 Ba-Ba' 선 및 Bb-Bb' 선을 따라 절개한 비교단면도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(21)는 상호 전기적으로 연결된 커패시터 소자(21a) 및 인덕터 소자(21b)를 포함하되, 커패시터 소자(21a)에 제1 입력 단자(IN1) 및 제1 출력 단자(OUT1)가 연결되고, 인덕터 소자(21b)에 제2 입력 단자(IN2) 및 제2 출력 단자(OUT2)가 연결되는 고역 필터인 점이 도 5 등의 실시예에 따른 필터 소자(11)와 상이한 점이다.
커패시터 소자(21a) 및 인덕터 소자(21b)의 평면상 형상 및 기능에 대해서는 전술한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
예시적인 실시예에서, 커패시터 소자(21a)는 제1 액체 금속 패턴(801)을 통해 구현될 수 있다. 제1 액체 금속 패턴(801)은 제1 커패시터 접점 패드부(821a), 제2 커패시터 접점 패드부(821b) 및 커패시터 회로 패턴부를 포함할 수 있다. 또, 인덕터 소자(21b)는 제2 액체 금속 패턴(901)을 통해 구현될 수 있다. 제2 액체 금속 패턴(901)은 제1 인덕터 접점 패드부(921a), 제2 인덕터 접점 패드부(921b) 및 인덕터 회로 패턴부(911)를 포함할 수 있다.
제1 커패시터 접점 패드부(821a)는 제1 인덕터 접점 패드부(921a)와 전기적으로 연결되어 단락되는 노드를 형성할 수 있다. 또, 제1 커패시터 접점 패드부(821a)는 필터 소자(21)의 제1 출력 단자(OUT1)와 전기적으로 등가이고, 제2 커패시터 접점 패드부(821b)는 필터 소자(21)의 제1 입력 단자(IN1)와 전기적으로 등가일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 제1 인덕터 접점 패드부(921a)는 제1 커패시터 접점 패드부(821a)와 전기적으로 연결되어 단락되는 노드를 형성할 수 있다. 제2 인덕터 접점 패드부(921b)는 필터 소자(21)의 제2 입력 단자(IN2) 및 제2 출력 단자(OUT2)와 전기적으로 등가일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예에서, 필터 소자(21)가 고역 필터 소자이고, 컨택부(404)가 제1 액체 금속 패턴(801)과 맞닿는 부분이 고역 필터 소자의 출력 단자(예컨대, 제1 출력 단자)와 전기적으로 등가이며, 제1 액체 금속 패턴(801)이 커패시터 소자를 구성하고 제2 액체 금속 패턴(901)이 인덕터 소자를 구성하는 경우, 컨택부(404)는 제1 액체 금속 패턴(801) 측에서 제2 액체 금속 패턴(901) 방향으로 갈수록 폭이 감소할 수 있다. 한편, 제1 컨택부(414)와 제2 컨택부(434)가 상이한 폭 감소율을 가짐은 도 8과 함께 설명한 바와 같다.
앞서 설명한 도 8의 실시예에 따른 필터 소자(14)는 상부에 인덕터 소자가 배치되고 하부에 커패시터 소자가 배치되는 반면, 본 실시예에 따른 필터 소자(21)는 상부에 커패시터 소자(21a)가 배치되고 하부에 인덕터 소자(21b)가 배치되는 점이 상이하다.
그러나 본 실시예에 따른 필터 소자(21)는 도 8의 실시예에 따른 필터 소자(14)와 마찬가지로 컨택부(404)의 폭이 상부에서 하부로 갈수록 감소하고, 하부의 제2 베이스(621)의 액체 투과도가 상부의 제1 베이스(521)의 액체 투과도 보다 큰 점이 동일하다.
다시 말해서, 상/하부에 배치되는 수동 소자의 종류가 아닌 필터 소자(21)의 입력 단자와 출력 단자의 위치를 기준으로 제1 베이스(521) 및 제2 베이스(621)의 재료를 결정하고 컨택부(404)의 형상을 설계함으로써, 앞서 설명한 것과 같은 전기적 접속의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 소자(22)의 단면도로서, 도 5와 대응되는 위치를 나타낸 비교단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 필터 소자(22)는 제1 액체 금속 패턴(802) 및 제2 액체 금속 패턴(902)의 측면이 경사를 형성하는 점이 도 14 등의 실시예에 따른 필터 소자(21)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 제1 액체 금속 패턴(802)의 커패시터 회로 패턴부(미도시), 제1 커패시터 접점 패드부(822a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(822b)의 측면은 모두 경사를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2 액체 금속 패턴(902)의 인덕터 회로 패턴부(912), 제1 인덕터 접점 패드부(922a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(922b)의 측면은 모두 경사를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인덕터 회로 패턴부(912)의 측면의 제7 경사각(θ7)은 제1 인덕터 접점 패드부(922a)의 측면의 제8 경사각(θ8) 보다 클 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자(22)는 전류의 흐름에 기여하는 정도가 큰 커패시터 회로 패턴부(미도시) 및 인덕터 회로 패턴부(912)의 경우, 면저항의 불균일을 야기하지 않는 범위에서 경사를 가져 액체 금속을 안정적으로 트랩시킬 수 있다. 또, 전류의 흐름 보다 전기적 접속에 기여하는 커패시터 접점 패드부(822a, 822b) 및 인덕터 접점 패드부(922a, 922b)의 경우, 충분한 경사를 형성하여 전기적 접속을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 16 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도들이다. 이하에서, 도 16 내지 도 31을 참조하여 도 11의 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 16을 참조하면, 제1 베이스(517) 상에 제1 패턴층(537)을 형성한다. 제1 베이스(517)는 제1 채널 내지는 제1 트렌치를 형성할 수 있다. 제1 패턴층(537)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 포토레지스트 공정, 식각 공정, 증착 공정을 이용하거나, 또는 제1 패턴층(537)을 직접 배치할 수도 있다. 제1 패턴층(537)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 17을 더 참조하면, 제1 패턴층(537) 상에 제1 보강층(557)을 형성한다. 제1 보강층(557)은 제1 패턴층(537)의 측면 및 상면 상에 배치될 수 있다. 제1 보강층(557)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 18을 더 참조하면, 제1 베이스(517)의 노출된 표면 상에 제1 투과 차단층(577)을 형성하여 제1 패턴 기판(507)을 준비한다. 제1 투과 차단층(577)은 제1 패턴층(537)이 형성하는 채널 중 일부에만 형성되고, 나머지 일부에는 형성되지 않을 수 있다. 제1 투과 차단층(577)의 형상 및 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다. 상술한 과정을 통해 일면(도 18 기준 상면)에 형성된 제1 채널을 갖는 제1 패턴 기판(507)을 준비할 수 있다.
이어서 도 19를 더 참조하면, 제1 패턴 기판(507) 상에 제1 밀봉층(751)을 배치한다. 제1 밀봉층(751)은 제1 패턴 기판(507)과 접합될 수 있다. 제1 밀봉층(751)과 제1 베이스(517) 사이에는 공기 채널(AC)이 형성될 수 있다. 본 단계에서 제1 밀봉층(751)은 별도의 홀이 형성되지 않은 상태일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서 도 20을 더 참조하면, 제1 밀봉층(758)에 제1 홀(758h)을 형성한다. 예시적인 실시예에서, 복수의 제1 홀(758h) 중 일부는 제1 투과 차단층(577)과 중첩하고, 제1 홀(758h) 중 적어도 일부는 제1 투과 차단층(577)과 중첩하지 않도록 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 투과 차단층(577)이 형성되지 않은 영역은 추후 컨택부가 형성될 수 있다.
이어서 도 21을 더 참조하면, 제1 홀(758h)에 액체 금속 주입 노즐(NZ)을 삽입하고, 공기 채널(AC) 내에 제1 액체 금속 패턴(207)을 형성한다. 제1 액체 금속 패턴(207)은 도전성 입자(P)들을 포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 평면 시점에서, 제1 액체 금속 패턴(207)은 인덕터 회로 패턴부(217), 제1 인덕터 접점 패드부(227a) 및 제2 인덕터 접점 패드부(227b)를 포함할 수 있다.
이어서 도 22를 더 참조하면, 제1 홀(758h) 상에 제1 커버 부재(770)를 배치하여 제1 액체 금속 패턴(207)을 밀봉한다. 제1 홀(758h)과 중첩하도록 제1 커버 부재(770)를 배치하여 상온에서 액체 상태인 제1 액체 금속 패턴(207)이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 23을 더 참조하면, 제2 베이스(617) 상에 제2 패턴층(637), 제2 보강층(657) 및 제2 투과 차단층(677)을 형성하여 제2 패턴 기판(607)을 준비한다. 제2 패턴층(637)은 제2 채널 내지는 제2 트렌치를 형성할 수 있다. 제2 투과 차단층(677)은 제2 패턴층(637)이 형성하는 채널 중 일부에만 형성되고, 나머지 일부에는 형성되지 않을 수 있다. 제2 베이스(617), 제2 패턴층(637), 제2 보강층(657) 및 제2 투과 차단층(677)의 형상과 기능 등에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다. 본 단계를 통해 타면(도 23 기준 상면)에 형성된 제2 채널을 갖는 제2 패턴 기판(607)을 준비할 수 있다.
이어서 도 24를 더 참조하면, 제2 패턴 기판(607) 상에 제2 밀봉층(761)을 배치한다. 제2 밀봉층(761)은 제2 패턴 기판(607)과 접합될 수 있다. 제2 밀봉층(761)과 제2 베이스(617) 사이에는 공기 채널(AC)이 형성될 수 있다. 본 단계에서, 제2 밀봉층(761)은 별도의 홀이 형성되지 않은 상태일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서 도 25를 더 참조하면, 제2 밀봉층(768)에 제2 홀(768h)을 형성한다. 예시적인 실시예에서, 복수의 제2 홀(768h) 중 일부는 제2 투과 차단층(677)과 중첩하고, 제2 홀(768h) 중 적어도 일부는 제2 투과 차단층(677)과 중첩하지 않도록 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 투과 차단층(677)이 형성되지 않은 영역은 추후 컨택부가 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 홀(768h)은 제1 홀(758h)과 중첩하는 위치에 형성될 수 있다.
이어서 도 26을 더 참조하면, 제2 홀(768h)에 액체 금속 주입 노즐(NZ)을 삽입하고, 공기 채널(AC) 내에 제2 액체 금속 패턴(307)을 형성한다. 제2 액체 금속 패턴(307)은 도전성 입자(P)들을 포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 평면 시점에서, 제2 액체 금속 패턴(307)은 커패시터 회로 패턴부(미도시), 제1 커패시터 접점 패드부(327a) 및 제2 커패시터 접점 패드부(327b)를 포함할 수 있다.
이어서 도 27을 더 참조하면, 제2 홀(768h) 상에 제2 커버 부재(780)를 배치하여 제2 액체 금속 패턴(307)을 밀봉한다. 제2 홀(768h)과 중첩하도록 제2 커버 부재(780)를 배치하여 상온에서 액체 상태인 제2 액체 금속 패턴(307)이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
이어서 도 28을 더 참조하면, 제1 패턴 기판(507)의 타면(도 28 기준 하면)과 제2 패턴 기판(607)의 일면(도 28 기준 상면)을 대면하도록 배치한다. 제1 패턴 기판(507)의 제1 베이스(517)와 제2 패턴 기판(607)의 제2 베이스(617)는 서로 맞닿을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 패턴 기판(507) 상의 제1 액체 금속 패턴(207)과 제2 패턴 기판(607) 상의 제2 액체 금속 패턴(307)은 특정 위치 관계에 있도록 배치 및 고정될 수 있다. 예를 들어, 제1 인덕터 접점 패드부(227a)는 제1 커패시터 접점 패드부(327a)와 중첩하도록 배치될 수 있다. 상세한 예를 들어, 제2 인덕터 접점 패드부(227b)는 제2 커패시터 접점 패드부(327b)와 중첩하도록 배치될 수 있다. 더욱 상세한 예를 들어, 제1 인덕터 회로 패턴부(217)는 적어도 부분적으로 커패시터 회로 패턴부(미도시)와 중첩하도록 배치될 수 있다. 더더욱 상세한 예를 들어, 제1 투과 차단층(577)이 미배치된 영역은 적어도 부분적으로 제2 투과 차단층(677)이 미배치된 영역과 중첩하도록 배치될 수 있다.
이어서 도 29를 더 참조하면, 가압 부재(PR)를 이용하여 패턴 기판(107)에 국부적인 압력을 가하여, 컨택부(404)를 형성한다. 컨택부(404)는 제1 베이스(517) 및 제2 베이스(617)에 적어도 부분적으로 침습되어 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 가압은 제1 패턴 기판(507)에서 제2 패턴 기판(607) 방향으로 수행될 수 있다.
비제한적인 일례로, 필터 소자가 저역 필터 소자이고, 인덕터 소자가 상부에 배치되고 커패시터 소자가 하부에 배치되는 경우, 상기 가압은 인덕터 소자를 형성하는 제1 액체 금속 패턴(207) 측으로부터 이루어질 수 있다. 다시 말해서 상측에서 하측 방향으로 가압이 이루어질 수 있다.
다른 비제한적인 일례로, 필터 소자가 고역 필터 소자이고, 커패시터 소자가 상부에 배치되고 인덕터 소자가 하부에 배치되는 경우, 상기 가압은 커패시터 소자를 형성하는 액체 금속 패턴 측으로부터 이루어질 수 있다. 다시 말해서 상측에서 하측 방향으로 가압이 이루어질 수 있다.
도 29와 같이, 제1 액체 금속 패턴(207)이 인덕터 소자를 형성하고 제2 액체 금속 패턴(307)이 커패시터 소자를 형성하는 저역 필터 소자를 제조하는 경우, 제1 컨택부(414)가 제1 액체 금속 패턴(207)과 맞닿는 부분은 출력 단자(예컨대, 제1 출력 단자)와 전기적으로 등가일 수 있다.
이 때, 상기 가압을 제1 액체 금속 패턴(207) 측으로부터 제2 액체 금속 패턴(307) 방향으로 수행하여 컨택부(404)가 제1 액체 금속 패턴(207)에서 제2 액체 금속 패턴(307) 방향으로 갈수록 폭이 감소하도록 형성할 수 있다. 이를 통해 필터 소자의 전기적 접속을 향상시키고, 출력 단자에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
또한, 제1 베이스(517)와 제2 베이스(617)가 서로 상이한 액체 투과도를 갖는 경우, 구체적으로 제2 베이스(617)가 제1 베이스(517) 보다 더 큰 액체 투과도를 갖는 경우, 제1 컨택부(414)의 폭이 감소하는 변화율이 제2 컨택부(434)의 폭이 감소하는 변화율 보다 크도록 구성할 수 있다. 이를 통해 제2 컨택부(434)와 제2 액체 금속 패턴(307) 사이의 접촉 저항을 낮출 수 있고, 제1 액체 금속 패턴(207)과 제2 액체 금속 패턴(307) 간의 원활한 도통을 유도할 수 있다.
본 실시예에 따른 필터 소자의 제조 방법은 기판, 즉 제1 베이스(517) 및 제2 베이스(617)에 상/하부 간의 전기적 도통을 위한 별도의 비아홀 등을 형성하지 않고도, 제1 액체 금속 패턴(207)과 제2 액체 금속 패턴(307) 간의 전기적 연결 경로를 형성할 수 있다. 따라서 제조 비용을 절감하고 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 베이스(517)와 제2 베이스(617)의 액체 투과도를 이용하여 컨택부(404)의 형상을 제어할 수 있다. 또한 이를 통해 컨택부(404)와 제1 액체 금속 패턴(207)이 맞닿는 부분의 형상과 폭, 및 컨택부(404)와 제2 액체 금속 패턴(307)이 맞닿는 부분의 형상과 폭을 제어할 수 있으며, 인덕터 소자와 커패시터 소자 간의 전기적 접속이 향상된 필터 소자를 제조할 수 있다.
이하, 제조예 및 비교예를 더 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
<제조예 1-1: 인덕터 소자의 제조>
하기 표 1에 도시된 것과 같은 형상의 인덕터 소자를 제조하였다. 액체 금속으로는 갈륨과 인듐의 혼합 조성을 이용하였다. 인덕터 소자의 단면 형상은 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 예측될 수 있을 것이다. 제1 베이스는 소정의 투과도를 갖는 종이 재질을 이용하였다.
그리고 인덕터 소자의 특성을 측정하여 도 30에 나타내었다. 도 30을 참조하면, 제조예 1-1에 따른 인덕터 소자는 1.63μH의 인덕턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<제조예 1-2: 커패시터 소자의 제조>
하기 표 1에 도시된 것과 같은 형상의 커패시터 소자를 제조하였다. 액체 금속으로는 갈륨과 인듐의 혼합 조성을 이용하였다. 커패시터 소자의 단면 형상은 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 예측될 수 있을 것이다. 제2 베이스는 소정의 투과도를 갖는 종이 재질을 이용하였다.
그리고 커패시터 소자의 특성을 측정하여 도 31에 나타내었다. 도 31을 참조하면, 제조예 1-2에 따른 커패시터 소자는 13.6pF의 커패시턴스를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
제조예 1-1 (인덕터 소자) 제조예 1-2 (커패시터 소자)
Figure pat00001
Figure pat00002
<비교예 1: 비교 인덕터 소자의 제조>
인덕터 소자의 형상을 하기 표 2와 같이 변형한 것을 제외하고는, 제조예 1-1과 동일한 방법으로 인덕터 소자를 제조하였다.
비교예 1의 경우, 액체 금속의 주입 공정에 있어서 각진 패턴 부분에 액체 금속이 완전히 충진되지 못하였음에도 불구하고 채널 내 압력의 과다한 상승으로 인해 패턴이 파괴되고, 액체 금속의 누수가 발생하는 문제가 발생함을 확인하였다.
<비교예 2: 비교 커패시터 소자의 제조>
커패시터 소자의 형상을 하기 표 2와 같이 변형한 것을 제외하고는, 제조예 1-2와 동일한 방법으로 인덕터 소자를 제조하였다.
비교예 2의 경우, 비교예 1과 마찬가지로 액체 금속 주입 공정에 있어 문제가 발생함을 확인하였다.
비교예 1 (인덕터 소자) 비교예 2 (커패시터 소자)
Figure pat00003
Figure pat00004
<제조예 2-1: 저역 필터 소자(low pass filter element)의 제조>
제조예 1-1 및 제조예 1-2에 따른 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 이용하여 도 1 및 도 2와 같은 저역 필터 소자를 구현하였다. 구체적으로, 인덕터 소자의 어느 접점 패드부와 커패시터 소자의 어느 접점 패드부를 중첩하도록 배치하고, 10kgf의 압력으로 약 10초 간 가압하여 인덕터 소자와 커패시터 소자를 상호 도통시켰다.
그리고 저역 필터 소자의 특성을 측정하여 도 32에 나타내었다. 필터 소자 특성 측정 조건은 다음과 같았다.
- sweep 모드: Log
- sweep 시간: 1s
- 시작주파수: 100Hz
- 종료주파수: 50MHz
도 32를 참조하면, 제조예 2-1에 따른 저역 필터 소자는 저역 통과 필터 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
<제조예 2-2: 고역 필터 소자(high pass filter element)의 제조>
제조예 1-1 및 제조예 1-2에 따른 인덕터 소자 및 커패시터 소자를 이용하여 도 12 및 도 13과 같은 고역 필터 소자를 구현하였다. 구체적으로, 인덕터 소자의 어느 접점 패드부와 커패시터 소자의 어느 접점 패드부를 중첩하도록 배치하고, 10kgf의 압력으로 약 10초 간 가압하여 인덕터 소자와 커패시터 소자를 상호 도통시켰다.
그리고 고역 필터 소자의 특성을 측정하여 도 33에 나타내었다. 필터 소자 특성 측정 조건은 제조예 2-1과 동일하였다. 도 33을 참조하면, 제조예 2-2에 따른 고역 필터 소자는 고역 통과 필터 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
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 액체 금속 패턴
301: 제2 액체 금속 패턴
401: 컨택부
501: 제1 패턴 기판
511: 제1 베이스
531: 제1 패턴층
601: 제2 패턴 기판
611: 제2 베이스
631: 제2 패턴층
751: 제1 밀봉층
761: 제2 밀봉층

Claims (1)

  1. 유연성을 갖는 패턴 기판의 채널 내에 충진된 액체 금속을 포함하는 유연성 센서 디바이스.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200121984A (ko) 2019-04-17 2020-10-27 한국생산기술연구원 액체 금속이 충진된 컨택홀을 갖는 유연성 센서 디바이스
KR20200136581A (ko) 2019-05-28 2020-12-08 한국생산기술연구원 핀을 이용한 도전성 패턴의 제조 방법
KR20200138938A (ko) 2019-06-03 2020-12-11 한국생산기술연구원 스탬프를 이용한 액체 금속의 패터닝 방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100771781B1 (ko) * 2006-11-27 2007-10-30 삼성전기주식회사 저항 내장형 ｅｍｉ 필터
US8826747B2 (en) 2012-01-19 2014-09-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible tactile sensor apparatus
CN105938021A (zh) * 2016-06-30 2016-09-14 东南大学 一种多层电感无源无线lc温度传感器
US9945739B2 (en) 2015-05-29 2018-04-17 Korea University Research And Business Foundation Flexible pressure sensor using amorphous metal and flexible bimodal sensor for simultaneously sensing pressure and temperature
US20180192911A1 (en) 2017-01-10 2018-07-12 Korea Electronics Technologies Institute Sensors for measuring skin conductivity and methods for manufacturing the same
US20190003818A1 (en) 2015-12-25 2019-01-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Deformation sensor
US10184779B2 (en) 2013-11-28 2019-01-22 Bando Chemical Industries, Ltd. Stretchable electrode, sensor sheet and capacitive sensor
KR20190012485A (ko) * 2017-07-27 2019-02-11 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 그 제조 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100771781B1 (ko) * 2006-11-27 2007-10-30 삼성전기주식회사 저항 내장형 ｅｍｉ 필터
US8826747B2 (en) 2012-01-19 2014-09-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible tactile sensor apparatus
US10184779B2 (en) 2013-11-28 2019-01-22 Bando Chemical Industries, Ltd. Stretchable electrode, sensor sheet and capacitive sensor
US9945739B2 (en) 2015-05-29 2018-04-17 Korea University Research And Business Foundation Flexible pressure sensor using amorphous metal and flexible bimodal sensor for simultaneously sensing pressure and temperature
US20190003818A1 (en) 2015-12-25 2019-01-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Deformation sensor
CN105938021A (zh) * 2016-06-30 2016-09-14 东南大学 一种多层电感无源无线lc温度传感器
US20180192911A1 (en) 2017-01-10 2018-07-12 Korea Electronics Technologies Institute Sensors for measuring skin conductivity and methods for manufacturing the same
KR20190012485A (ko) * 2017-07-27 2019-02-11 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 그 제조 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200121984A (ko) 2019-04-17 2020-10-27 한국생산기술연구원 액체 금속이 충진된 컨택홀을 갖는 유연성 센서 디바이스
KR20200136581A (ko) 2019-05-28 2020-12-08 한국생산기술연구원 핀을 이용한 도전성 패턴의 제조 방법
KR20200138938A (ko) 2019-06-03 2020-12-11 한국생산기술연구원 스탬프를 이용한 액체 금속의 패터닝 방법

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