In this thesis, fabrication and analysis of spiral inductor using selective etching of anodized aluminum was introduced. Here, aluminum substrate plays a role excellent heat sink because of it’s high thermal conductivity(205mW/K). Therefore, the package integrated passive elements in anodized aluminum substrate has small size and good thermal conductivity, and is useful and cost-effective for high power applications.
Main process of this inductor is as follows. First of all, $Al_2O_3$ layer made by aluminum anodization is etched selectively. And signal lines of spiral inductor are formed by Cu plating of $Al_2O_3$ area etched. Connection between signal line and pad is accomplished using air-bridge process. Finally, using selective etching of aluminum substrate under spiral inductor, reduced the decline of Q-factor and inductance of inductor due to substrate loss.
This inductor has high signal line thickness(50㎛) because we can make a thick $Al_2O_3$ layer using aluminum anodization, and has a good merit in high-integrated package because signal line of this inductor is formed in anodized aluminum substrate not on anodize aluminum substrate. Also, selective etching of aluminum substrate under spiral inductor induces a good performance in high-frequency range.
Parasitic capacitance between line and line of this inductor has important influence in the inductor performance because space between line and line of inductor is filled with $Al_2O_3$ having high dielectric constant(8~9). Actually, as space between line and line of inductor(S) is longer, Q-factor of inductor is higher because of the decrease of the parasitic capacitance between line and line of inductor. And Q-factor of inductor is higher, as line width(W) is longer, as turn number(N) is smaller. These results show the general characteristic for performance parameter of inductor. As a matter of fact, these relations are conformed by simulation and measurement data.
이 논문은 양극 산화된 알루미늄을 에칭하는 공정을 이용한 나선형 인덕터의 제작 및 분석을 소개하였다. 여기서 알루미늄 기판은 열전도성(205mW/K)이 높아 열방출 하는데 탁월한 역할을 한다. 그러므로 양극 산화된 알루미늄 기판에 수동소자를 집적하는 패키지는 작은 크기뿐 아니라 높은 열전도성을 가지며, 가격 또한 저렴하여 고전력 패키지에 유용할 것이다. 인덕터 제작을 위한 주요 공정은 다음과 같다. 우선 알루미늄을 양극 산화하여 생성된 알루미나층을 선택적으로 에칭 한 후, 에칭된 부분을 구리 도금 공정을 이용하여 나선형 인덕터의 라인 부분을 형성한다. 그리고, 인덕터 라인과 바깥쪽 패드의 연결은 Air-bridge공정을 이용하여 수행한다, 마지막으로 인덕터 밑에 있는 알루미늄 기판 부분을 에칭하여 인덕터의 Q값과 인덕턴스를 저하시키는 기판손실을 줄이고자 하였다.
본 인덕터 구조의 장점으로는 먼저 알루미늄 기판에 양극 산화공정을 이용하여 알루미나층을 두껍게 형성할 수 있기 때문에 높은 두께(50㎛)를 가지는 인덕터 라인을 구현할 수 있다는 점이있다. 그리고 여기서의 인덕터의 제작 방법은 기판 위에 인덕터를 형성하는 것이 아니라 기판을 에칭해서 기판 안에 인덕터를 형성하는 것이기 때문에 패키지의 소형화 측면에서도 매우 유리하다. 또 무엇보다 인덕터의 바로 밑에 있는 알루미늄 기판을 선택적으로 에칭하였기 때문에 고주파 대역에서 좋은 인덕터 특성을 기대할 수 있다.
본 논문에서 제작된 인덕터는 높은 유전상수(8~9)를 가지는 알루미나로 라인들 사이가 채워져 있기 때문에 인덕터 라인간에 존재하는 기생 커패시턴스가 인덕터의 성능에 큰 영향을 미친다. 실제로 인덕터 라인 사이의 길이(S)를 크게 할수록 라인 사이에 존재하는 기생 커패시턴스가 작아지기 때문에 인덕터의 Q값은 증가한다. 그리고, 라인폭(W)이 넓을수록, 감은 수(N)가 작을수록 Q값은 증가한다. 이것은 인덕터의 성능 파라미터에 대한 일반적인 특성을 보여주는 것이고, 실제 시뮬레이션과 측정 결과로부터 이러한 관계는 증명 되었다.
