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인덕터 크기에 따른 솔레노이드 형 RF 칩 인덕터 특성 변화
Variation of Characteristics of Solenoid-Type RF Chip Inductors on Inductor Size 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.55 no.7, 2006년, pp.339 - 343  

윤의중 (호서대학교 정보제어공학과) ,  김재욱 (남서울대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the variations of the important characteristics of solenoid-type RF chip inductors utilizing a low-loss A1203 core material on inductor dimensions were investigated systematically. Four dimensions of the chip inductors fabricated in this work were $1.0\times0.5\times0.5mm^3,\;1.5...

주제어

#RF   #Chip   #Inductor   #Solenoid   # $Al_2O_3$  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 7.48의 낮은 유전율 상수와 1 GHz에서 약 4.89x10-5의 낮은 loss tarmgent를 갖는 AI2O3 코아 재료를 이용한 솔레노이드 형태의 여러 크기의 RF 칩 인덕터를 비교 분석하였다.
  • 기존에 많이 사용되어진 자성페라이 트 코아 재료는 투자율이 300 MHz 이상에서 급속히 감소하는 문제점을 지니고 있다 [8]. 또한 최근 고주파 영역인 GHz 영역에서의 코아 재료로써 주목을 받고 있는 Y-hexagonal ferrite[9]가 있으나 소결과정중 이상이 생기기 쉽고 Curie 온도가 1100로 낮은 단점이 있으므로 본 논문에서는 제조공정이 간단하고 용이한 AI2O3를 코아물질로 사용하여 Y- hexagonal ferrite에 버금가는 특성울 가진인덕터 제작에 주력하였다.
  • 인덕터의 인덕턴스, 품질계수, 임피던스크기와 위상에 대한 주파수 특성과 각인덕터들의 둥가회로 파라미터는 RF Impedance/Material Analyzer (HP16193A test fixture 가 장 착된 HP4291B) 로 측정하였고, 자기공진 주파수 (SRF) 는 Network Analyzer (HP8719D)로 측정하였다. 또한 코아물 질의 loss tarmgent와 상대 투자율은 각각 HP16453A와 HP- 16454A test fixture를 HP4291B에 장착하여 측정하였다.
  • 또한, 인덕터의 크기 변화에 따른 인덕터의 주요 특성 변화를 체계적으로 발표한 논문을 찾아보기 어려워본 논문에서는 저손실 A12O3 코아물질을 이용하여 솔레노이드 형태롤 갖는 여러 가지 크기의 RF 칩 인덕터를 제작하였고 그들의 RF 성능을 체계적으로 비교 분석하였다.
  • 89x10*의 낮은 loss tangent를 가지며 9001 이하에서 소결된 AI2O3 물질을 사용하였다. 분말 형태의 유전체 물질을 유기용매, 결합제(PVB, poly-vinyl butyral), plasticizer (DOP, dioctyl phthalate), 미량의 다른 화합물 등과 혼합하여 AI2O3 paste 를 제조하였으며, 두께를 0.5~ 1.4 nun로 변화시켰다.
  • 외부 전류원은 코일의 양단을 코아 하층부의 양끝 단자에 본딩한 후 인가 하였다. 양끝 단자는 P 7.2 wt%, Ni 32.6 wt%, W 60.2 wt%로 이루어진 박막층을 seed 층으로 사용하여 그 위에도금처리 방식으로 Au 막(두께=200 ㎛)을 적층시켰다.
  • 인덕터의 인덕턴스, 품질계수, 임피던스크기와 위상에 대한 주파수 특성과 각인덕터들의 둥가회로 파라미터는 RF Impedance/Material Analyzer (HP16193A test fixture 가 장 착된 HP4291B) 로 측정하였고, 자기공진 주파수 (SRF) 는 Network Analyzer (HP8719D)로 측정하였다. 또한 코아물 질의 loss tarmgent와 상대 투자율은 각각 HP16453A와 HP- 16454A test fixture를 HP4291B에 장착하여 측정하였다.

대상 데이터

  • (1) 제안된 인덕터의 크기는 각각 L0x0.5x.05 mm2 1.5X1.0 x0.7 mm2 2.1x1.5x1.0 mm2 2.4x2.0xl.4 mm2이며, 코일로 사용된 Cu의 직경은 약 40 ㎛였다. (2) 권선수를 6회로 하였을 때 12-82 nH 범위의 인덕턴스를 갖고, 3.
  • 본 논문의 인덕터의 코아 재료는 기존의 ferrite가 아닌 1 GHz에서 7.48의 낮은 유전율 상수와 4.89x10*의 낮은 loss tangent를 가지며 9001 이하에서 소결된 AI2O3 물질을 사용하였다. 분말 형태의 유전체 물질을 유기용매, 결합제(PVB, poly-vinyl butyral), plasticizer (DOP, dioctyl phthalate), 미량의 다른 화합물 등과 혼합하여 AI2O3 paste 를 제조하였으며, 두께를 0.
  • 본 연구에서 제작된 권선수가 6인인 덕터들의 인덕턴스와 SRFfe Network Analyzer (HP8719D)로 측정하였고 표 1에 요약되어져 있다.
  • 코일은 chip 인덕터의 skin-effect의 원인이 되는 metal loss를 줄이기 위해 전도성이 우수한 약 40 ㎛의 직경인 Cu 를 사용하였다. 외부 전류원은 코일의 양단을 코아 하층부의 양끝 단자에 본딩한 후 인가 하였다.
  • 크기가 각각 1x0.5><0.5 x 1.5x1.0x07 mm2 2.1xi.5xi.o M, 2.4x2.0xl.4 mm2인 4가지 형태의 인덕터를 제작하였고 권선수(N)은 1~6이었다. 그림 1은 본 논문에서 제작된 초소형(L0x(X5x0.
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참고문헌 (15)

  1. Rob Groves, David L. Harame, Dale Jadus, 'Temperature Dependence of Q and Inductance in Spiral Inductors Fabricated in a Silicon-Gerrnanium/BiCMOS Technology,' IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 32, no. 9, pp. 1455-1459, Sep, 1997 

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  2. M. H. Jung, J. W. Kim, and E. J. Yun, 'Development of high-performance solenoid-type RF chip inductors utilizing low-loss $Al_2O_3$ core materials', Japanese J. Appl, Phys., vol. 39, no. 8, pp. 4772-4776 , Aug. 2000 

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  3. Y. Kobayashi, S. Ishibashi, K. Shirakawa, J. Toriu, H. Matsuki, K. Murakami, 'New Type Micro Cloth-Inductor and Transformer with Thin Amorphous WIres and Multi-Thin Coils,' IEEE Trans. on Magnetics, vol. 28, no. 5, pp. 3012-3014, Sep, 1992 

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  4. S. G. Kim, E. J. Yun, J. Y. Kim, J. D. Kim, and K. I. Cho, 'Microfabrication and characteristics of doublerectangular spiral type thin-film inductors with an upper NiFe magnetic core', J. Appl, Phys., vol. 90, no. 7, pp. 3533-3538, Oct. 2001 

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  5. M. H. Jung and E. J. Yun, 'Development of high-performance ultra-small size RF chip inductors for wireless communication system application', Key Engineering Materials, vol. 277-219, pp. 177-182 , Jan. 2005 

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  7. M. Yamaguchi, K. Suezawa, K. I. Arai, Y. Takahashi, S. Kikuchi, Y. Shimada, W. D. Li, S. Tanabe, and K. Ito, 'Microfabrication and characteristics of magnetic thin-film inductors in the ultrahigh frequency region,' J. Appl. Phys., vol. 85, no. 11, pp. 7919-7922, 1999 

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  8. Takanori Tsutaoka, Teruhiro Kasagi, Kenichi Hatakeyama, 'Magnetic Field Effect on the Complex Permeability for a Mn-Zn Ferrite and its Composite Materials' Journal of the European Ceramic Society, pp. 1531-1535, 1999 

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  9. Tae-Ok Kim, Uoung-Woo Oh, 'The Formation Process of the Hexagonal Ferrite During Calculating the Mixture of $Ba(OH)_2,Zn(OH)_2$ and $6Fe(OH)_3$ ,' Journal of the Korean Ceramic Society, vol. 17, no. 3, pp. 121-128, 1980 

  10. C. Patrick Yue, S. Simon Wong, 'On-Chip Spiral Inductors with Patterned Ground Shields for Si-Based RF IC's,' IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 33, no. 5, pp. 743-752, May 1998 

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  11. Jun-Bo Yoon, Chul-Hi Han, Eui-Sik Yoon and Cheong-Ki Kim, 'Monolithic Fabrication of Electroplated Solenoid Inductors Using Three-Dimension Photolithography of a Thick Photoresist,' Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 37, pp. 7081-7085, Part1, No. 12B, Dec 1998 

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  12. 윤의중，정영창，'극소형 솔레노이드 RF 칩 인덕터의 설계 및 제작에 대한 연구' 전기학회논문지，52C권 11호，pp. 501-507，11월，2003 

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  13. C. H. Durney and C. C. Johnson, 'Introduction to Modern Electromagnetics,' New York : McGRAW-Hill, Chap. 2, pp. 101, 1969 

  14. K. Shirakawa, K Yamaguchi, M. Hirata, T. Yamaoka, F. Takeda, K. Murakami, and H. Matsuki, 'Thin Film Cloth-Structured Inductor for Magnetic Integrated Circuit,' IEEE Trans. on Magnetics, pp. 2262-2264, 1990 

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  15. H. Matsuki, N. Fujii, K. Shirakawa, J. Toriu, K. Murakami, 'Magnetic-Multi-Turn Planar Coil Inductor,' IEEE Trans. on Magnetics, vol. 27, no. 6, pp. 5438-5440, Nov, 1991 

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