[논문]사각 나선형 평면 인덕터의 주파수 특성에 관한 연구

김재욱

doi:10.5762/kais.2014.15.4.2330

사각 나선형 평면 인덕터의 주파수 특성에 관한 연구
Study on Frequency Characteristics of Rectangle Spiral Planar Inductor 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.4, 2014년, pp.2330 - 2334

김재욱 (남서울대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 무선 신호전송을 위한 비접촉 방식의 AC커플링(Coupling)기반 평면 나선형 인덕터의 주파수 특성을 분석하였다. 기판의 유전상수의 변화는 소자의 인덕턴스에 직접적인 영향을 주지 않고 소자의 전기용량에 영향을 주어 공진주파수를 변화시키는 것을 알 수 있다. 기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 공진주파수는 감소하였으며, 이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다. 인덕터의 도체 선 폭이 증가하여도 전체 인덕터 크기와 턴 수 및 선 간격이 일정함으로 내부 사각 코일의 도선 면적이 작아지게 되어 각각의 자기 인덕턴스가 감소하게 되고 공진주파수는 증가되게 된다. 또한, 도체의 선 간격이 증가하면 내부 사각 코일의 도선 면적이 작아지게 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we confirmed the frequency characteristics of planar spiral inductor based on non-contact method AC coupling for wireless signal transmission. The dielectric constant variation of the substrate does not directly effect the inductance of device but effect the electrostatic capacity of device. Therefore, its change self-resonance frequency. The thickness increment of the substrate increase inductance but decrease self-resonance frequency. Because, the thickness decrement of the substrate make the inside electrostatic capacity increment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 무선신호전송 또는 무선전력전송의 기반이 되는 비접촉 방식 AC커플링을 위한 평면 나선형 박막 인덕터의 주파수 특성을 분석하고자 한다.
본 논문에서는 접촉 방식 AC커플링(Coupling)을 위한 평면 나선형 인덕터의 주파수 특성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

기판의 두께를 변화하여 인덕터스와 SRF의 주파수 특성을 확인 하였다.기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 공진주파수는 감소하였으며,이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다.
기판의 종류를 변화하여 인덕터스와 SRF의 주파수 특성을 확인 하였다.기판의 유전상수의 변화는 소자의 인덕턴스에 직접적인 영향을 주지 않고 소자의 전기용량에 영향을 주어 공진주파수를 변화시키는 것을 알 수 있다.
설계된 인덕터 전체 크기를 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 선 간격 10㎛로 고정하고 턴 수를 1.5턴에서 8.5턴으로 변화시켜 그에 대한 인덕터의 인덕턴스와 공진주파수의 특성을 분석하였다.
시뮬레이션에 사용한 기판은 Si,Sapphire,유리, GaAs이며 도체는 Cu이다. 설계된 인덕터를 이용하여 선 폭, 선 간격 ,턴 수의 변화에 따른 특성을 분석하였으며 주파수에 따른 품질계수의 성능을 분석하였다.
설계된 인덕터의 전체 크기를 300㎛×300㎛, 도체의 선 간격을 10㎛, 턴 수를 5.5턴으로 고정하고 선 폭을 2.5㎛∼20㎛까지의 범위에서 변화시켜 그에 대한 인덕터의 인덕턴스와 공진주파수의 특성을 분석하였다.
설계된 인덕터의 전체 크기를 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 턴 수를 5.5턴으로 고정하고 도체의 선 간격을 2.5∼20㎛까지의 범위에서 변화시켜 그에 대한 인덕터의 인덕턴스와 공진주파수의 특성을 분석하였다.
인덕터 전체 크기를 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 선 간격 10㎛, 턴 수를 5.5턴으로 고정하고 Si기판의 두께를 변화시켜 그에 대한 고주파 특성을 분석하였다.
인덕터 전체 크기를 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 선 간격 10㎛, 턴 수를 5.5턴으로 고정하고 사용된 기판의 종류에 따라 고주파 특성을 분석하였다.
인덕터의 전체 크기는 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 선 간격 10㎛의 사각 나선형을 기본으로 턴 수, 선 폭과 선 간격을 변화시켜 설계하였다.
인덕터의 전체 크기는 300㎛×300㎛, 선 폭 10㎛, 선 간격 10㎛의 사각 나선형을 기본으로 턴 수, 선 폭과 선 간격을 변화시켜 설계하였다. 인덕터의 턴 수는 입력단과 출력단의 위치가 서로 상반되도록 하기 위하여 n및 n.5턴이 되도록 설계하였다. 인덕터 내부 도선과의 연결은 underpass를 갖는 via형태를 사용하였다.

대상 데이터

사용한 기판의 종류는 두께 700㎛의 Si, Sapphire,유리, GaAs이며 이들의 유전상수는 11.8, 9.4, 5.8, 13.1이다. Fig.
설계된 인덕터의 시뮬레이션을 위하여 Ansoft사의 HFSS(High Frequency StructureSimulator)를 이용하여 그 특성을 분석하였다. 시뮬레이션에 사용한 기판은 Si,Sapphire,유리, GaAs이며 도체는 Cu이다. 설계된 인덕터를 이용하여 선 폭, 선 간격 ,턴 수의 변화에 따른 특성을 분석하였으며 주파수에 따른 품질계수의 성능을 분석하였다.

데이터처리

인덕터 내부 도선과의 연결은 underpass를 갖는 via형태를 사용하였다. 설계된 인덕터의 시뮬레이션을 위하여 Ansoft사의 HFSS(High Frequency StructureSimulator)를 이용하여 그 특성을 분석하였다. 시뮬레이션에 사용한 기판은 Si,Sapphire,유리, GaAs이며 도체는 Cu이다.

성능/효과

5턴으로 고정하고 Si기판의 두께를 변화시켜 그에 대한 고주파 특성을 분석하였다. 그림의 결과로부터 기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 400㎛ 이상의 두께에서는 거의 일정한 인덕턴스를 가지나 400㎛ 이하의 두께에서는 두께가 감소할수록 인덕턴스가 작아지는 것을 알 수 있다. 공진주파수의 경우 기판의 두께가 감소하면 공진주파수는 감소하였으며, 이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다.
공진주파수의 경우 기판의 두께가 감소하면 공진주파수는 감소하였으며, 이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다. 또한 기판의 유전상수가 크면 공진주파는 작아지며, 공진 주파수의 차이는 두께가 변하여도 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
설계된 인덕터는 턴 수에 따라 3∼5GHz의 주파수 대역에서 일정한 인덕턴스를 가짐을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AC커플링(Coupling)기반 평면 나선형 인덕터의 기판의 유전상수의 변화는 무엇을 야기하는가?	본 논문에서는 무선 신호전송을 위한 비접촉 방식의 AC커플링(Coupling)기반 평면 나선형 인덕터의 주파수 특성을 분석하였다. 기판의 유전상수의 변화는 소자의 인덕턴스에 직접적인 영향을 주지 않고 소자의 전기용량에 영향을 주어 공진주파수를 변화시키는 것을 알 수 있다. 기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 공진주파수는 감소하였으며, 이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다.
	박막형 칩인덕터가 소형화에 유리한 이유는 무엇인가?	이러한 표면 실장형 칩인덕터는 이동통신기기,디스크드라이브 등 각종 전자기기의 핵심소자로 사용되고 있으며 칩 간 무선신호 전송,무선 전력전송 등 다양한 분야에 활용될 수 있다[4].표면 실장형 칩인덕터는 박막형,권선형,적층형이 있는데 이 중 박막형 칩인덕터는 적층형 인덕터의 기본 구조로서 품질계수 Q값과 사용주파수 대역이 다른 구조에 비해 높으며 박막공정기술을 이용하기 때문에 소형화에 유리한 장점이 있다.이러한 특성으로 인해 고주파 영역에서 고정밀 용도로 주로 이용되고 있으며 고주파무선 신호 전송을 위한 AC커플링(Coupling)에도 활용할 수 있다[5,6].
	AC커플링(Coupling)기반 평면 나선형 인덕터의 기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 공진주파수는 감소하는 이유는 무엇인가?	기판의 유전상수의 변화는 소자의 인덕턴스에 직접적인 영향을 주지 않고 소자의 전기용량에 영향을 주어 공진주파수를 변화시키는 것을 알 수 있다. 기판의 두께가 증가할수록 인덕턴스는 증가하지만 공진주파수는 감소하였으며, 이것은 기판 두께의 감소로 인해 내부 전기용량이 증가하였기 때문이다. 인덕터의 도체 선 폭이 증가하여도 전체 인덕터 크기와 턴 수 및 선 간격이 일정함으로 내부 사각 코일의 도선 면적이 작아지게 되어 각각의 자기 인덕턴스가 감소하게 되고 공진주파수는 증가되게 된다.

참고문헌 (6)

Kazutaka Kasuga, Mitsuko Saito, Tsutomu Takeya, Noriyuki Miura, Hiroki Ishikuro and Tadahiro Kuroda, "A Wafer Test Method of Inductive-Coupling Link" IEEE Asian Solid- State Circuits Conference, pp.301-304, Nov. 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ASSCC.2009.5357251
Shin Jae-Young, Song Byung-Moo, "Fabrication and Characteristic of Multi-Layer Chip Inductor", The Korean Ceramic Society, Ceramist, vol.2, no.4, pp.11-17, 1999.
Lei Luo, John M. Wilson, Stephen E. Mick, JianXu, Liang Zhang, and Paul D. Franzon, "3 Gb/s AC Coupled Chip-to-Chip Communication Using a Low Swing Pulse Receiver", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.41, no.1, pp.287-296, Jan. 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2005.859881

상세보기
Noriyuki Miura, Daisuke Mizoguchi, Mari Inoue, Kiichi Niitsu, Yoshihiro Nakagawa, Masamoto Tago, Muneo Fukaishi, "A 1 Tb/s 3 W Inductive-Coupling Transceiver for 3D-Stacked Inter-Chip Clock and Data Link", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.42, no.1, pp.111-121, Jan. 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2006.886554

상세보기
Sanjay K. Thakur, Rubin A. Parekhji, A. N. Chandorkar, "On-chip Test and Repair of Memories for Static and Dynamic Faults", IEEE International test conference, 2006.
John Wilson, Member, Stephen Mick, Jian Xu, Member, Lei Luo, Salvatore Bonafede, Alan Huffman, "Fully Integrated AC Coupled Interconnect, Using Buried Bumps", IEEE Trans. Actionson Advanced Packing, vol.30, no.2, pp.191-199, May 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TADVP.2007.896920

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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