JP2017034228A - 磁性粉末及びそれを含むコイル電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、磁性粉末及びそれを含むコイル電子部品に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態は、磁性金属粒子と、上記磁性金属粒子の表面に配置され、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、上記第１絶縁層上に配置され、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含む磁性粉末を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一実施形態は、磁性金属粒子と、上記磁性金属粒子の表面に配置され、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、上記第１絶縁層上に配置され、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含む磁性粉末を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、磁性粉末及びそれを含むコイル電子部品に関する。
受動素子のうちのコイル電子部品は、コイル部と、上記コイル部を取り囲む本体と、を含むことができ、上記本体は磁性体を含むように形成することができる。
このとき、本体に含まれる磁性体は磁性粉末の形態で含まれることができ、高周波帯域における渦電流損失を減少させるためには本体に含まれた磁性粉末間の絶縁性が確保される必要がある。
また、上記磁性粉末が金属系粉末である場合、飽和磁化値が大きいという長所があるが、可用周波数が高くなると渦電流損失によるコア損失が増加して効率が劣化するという問題があるため絶縁特性の向上はさらに重要である。
本発明の一実施形態の目的は、磁性粉末及びそれを含むコイル電子部品を提供することにある。
磁性粉末に含まれた粒子間の絶縁性を向上するために、本発明の一実施形態による磁性粉末は、磁性金属粒子と、上記磁性金属粒子上に配置される絶縁層と、を含み、上記絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含んで少なくとも２層で構成される。
本発明の一実施形態によると、上記第２ガラスの軟化点は上記第１ガラスの軟化点より低くてよい。
また、本発明の他の実施形態によると、上記磁性粉末の製造方法及び上記磁性粉末を含むコイル電子部品を提供することができる。
本発明の一実施形態によると、絶縁特性が改善された磁性粉末及びその製造方法を提供することができる。
また、上記磁性粉末を適用することにより、高周波帯域で動作可能で、渦電流損失を減少させたコイル電子部品を提供することができる。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
磁性粉末及びその製造方法
図１は本発明の一実施形態による磁性粉末の一粒子を示す一部の切断斜視図である。
図１は本発明の一実施形態による磁性粉末の一粒子を示す一部の切断斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による磁性粉末１０は、金属粒子１と、上記金属粒子１上に配置された絶縁層２、３と、を含み、上記絶縁層は、第１絶縁層２及び第２絶縁層３を含んで少なくとも２層で構成される。
本発明の一実施形態によると、上記磁性粉末１０は、コイル電子部品に用いられることができ、これに制限されないが、例えば、インダクタ、ビーズ、フィルターなどに用いられることができる。
上記金属粒子１は、磁性特性を有する粒子であれば特に制限されない。
金属粒子で磁性粉末を形成する場合、飽和磁束密度が高く、高電流でもＬ値が低下するのを防止することができる。
例えば、上記金属粒子１は、鉄（Ｆｅ）系合金からなる群より選択された一つ以上の材料を含むことができる。金属粒子１が鉄（Ｆｅ）系合金で形成される場合、高い飽和磁化密度を有することができる。上記鉄（Ｆｅ）系合金は非晶質合金またはナノ結晶合金であることができる。
鉄（Ｆｅ）系合金は、鉄（Ｆｅ）に鉄（Ｆｅ）と異なる合金元素を一つ以上添加して得られたもので、金属の性質を有するものである。上記合金元素は、電気抵抗を高めるものであれば特に制限されない。また、上記合金元素は、透磁率を改善し、高周波数で用いることができるように比抵抗を向上させることができる元素であれば特に制限されず、例えば、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）のうちのいずれか一つ以上を含むことができる。
上記鉄（Ｆｅ）系合金は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質またはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系ナノ結晶合金であることができるが、これに制限されない。
上記鉄（Ｆｅ）系合金が非晶質またはナノ結晶合金で形成される場合、金属粒子の比抵抗が増加して電子部品への適用時に高周波帯域における使用が容易である。
上記金属粒子１の粒径は、１μｍ〜１００μｍであってよいが、これに制限されない。絶縁層については後述するが、本発明の一実施形態によると、磁性粉末が２層以上の絶縁層を含んで金属粒子１が１μｍ〜１００μｍ水準の小さい粒径を有しても絶縁特性を実現することができる。
本発明の一実施形態によると、上記金属粒子１の表面には第１絶縁層２が配置され、上記第１絶縁層上には第２絶縁層３が配置される。本発明の一実施形態によると、金属粒子１は第１絶縁層２によって完全に取り囲まれ、上記第１絶縁層２は第２絶縁層３によって完全に取り囲まれることができる。
上記第１絶縁層２はシリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含み、上記第２絶縁層３はリン（Ｐ）を含む。本発明の一実施形態によると、第１絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含むため金属粒子との結合力が高い。また、第２絶縁層はリン（Ｐ）を含むことにより、上記第１絶縁層に含まれたシリコン（Ｓｉ）とリン（Ｐ）の組み合わせによって絶縁性をさらに確保することができる。
また、本発明の一実施形態によると、第１及び第２絶縁層に含まれたシリコン（Ｓｉ）とリン（Ｐ）の組み合わせによって絶縁層の厚さを厚くしなくても絶縁性を確保することができる。
例えば、本発明の一実施形態によると、第１絶縁層２及び第２絶縁層３のそれぞれの厚さは３０ｎｍ以下で形成されることができ、この場合、磁性粉末の絶縁抵抗は１０１１Ω以上であることができる。
本発明の一実施形態によると、上記第１絶縁層２及び第２絶縁層３はガラスで形成されることができる。例えば、上記第１絶縁層２は第１ガラスを含み、上記第２絶縁層３は第２ガラスを含み、上記第１ガラスと第２ガラスは互いに区分される物質で形成されることができる。上記第１及び第２絶縁層がガラスで形成される場合、上記第１ガラスはシリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含み、上記第２ガラスはシリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）に加えてリン（Ｐ）を含むことができる。
一方、本発明の一実施形態によると、上記第１絶縁層２及び上記第２絶縁層３は互いに異なる比抵抗値を有することができる。
上述の通り、第１絶縁層２及び第２絶縁層３が互いに異なる比抵抗値を有する物質で形成される場合、磁性粉末の比抵抗を容易に調節することができるという長所がある。
図２は本発明の一実施形態による磁性粉末の製造方法を示す順序図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態による磁性粉末の製造方法は、金属粒子を設ける段階Ｓ１と、上記金属粒子の表面に第１絶縁層を形成する段階Ｓ２と、上記第１絶縁層上に第２絶縁層を形成する段階Ｓ３と、を含む。
上記第１及び第２絶縁層の形成は、スプレー工法やディッピング工法などを用いることができるが、これに制限されない。
また、上記第１及び第２絶縁層がガラス（ｇｌａｓｓ）で形成される場合、上記第１及び第２絶縁層は乾式コーティング装置を用いて行われることができるが、これに制限されない。
例えば、乾式コーティング装置は、チャンバーと、チャンバー内に配置され、シャフトを軸に高速回転する摩擦部及びブレードと、を含み、チャンバー内に金属粒子粉末とガラス粉末が投入される場合、高速回転による粉末間の摩擦熱によってガラス粉末が軟化し、金属粒子の表面に吸着して絶縁層を形成することができる。
例えば、上記第１絶縁層を形成する段階は、第１ガラスで構成される第１ガラス粉末を機械的摩擦によって発生する熱で軟化した後、軟化した第１ガラスが金属粒子の表面にコーティングされるようにして行われることができる。
また、例えば、上記第２絶縁層を形成する段階は、第２ガラスで構成される第２ガラス粉末を機械的摩擦によって発生する熱で軟化した後、軟化した第２ガラスが金属粒子の第１絶縁層上にコーティングされるようにして行われることができる。
その他、磁性粉末の製造方法に関する説明のうち上述の本発明の一実施形態による磁性粉末の特徴と同一の部分に対しては説明の重複を避けるためにここでは省略する。
コイル電子部品及びその製造方法
図３は本発明の一実施形態のコイル電子部品において内部に配置されたコイル部が現れるように示す概略斜視図であり、図４は図３に示されたＡ−Ａ'線に沿った断面図である。
図３は本発明の一実施形態のコイル電子部品において内部に配置されたコイル部が現れるように示す概略斜視図であり、図４は図３に示されたＡ−Ａ'線に沿った断面図である。
図３及び図４を参照すると、コイル電子部品の一例として、電源供給回路の電源ラインに用いられるインダクタが開示されるが、本発明の一実施形態によるコイル電子部品は、インダクタの他にも、ビーズ（ｂｅａｄｓ）やフィルター（ｆｉｌｔｅｒ）などとして適切に応用されることができる。
また、インダクタの一例として、薄膜型インダクタを例に挙げて説明するが、これに制限されず、本発明の一実施形態によるコイル電子部品は、積層型インダクタ、巻線型インダクタに適切に適用されることができる。
上記コイル電子部品１００は本体５０及び外部電極８０を含み、上記本体５０はコイル部４０を含む。
上記本体５０はほぼ六面体形状であってよく、図３に示されたＬ、Ｗ及びＴはそれぞれ長さ方向、幅方向、厚さ方向を示す。
上記本体５０は、厚さ方向に対向する第１面及び第２面、長さ方向に対向する第３面及び第４面、及び幅方向に対向する第５面及び第６面を含むことができるが、これに制限されない。また、上記本体５０は、長さ方向の長さが幅方向の長さより長い長方体形状を有することができるが、これに制限されない。
本体５０は、コイル電子部品１００の外観を成し、上述の本発明の一実施形態による磁性粉末を含む。
上記磁性粉末は、金属粒子と、上記金属粒子の表面に配置され、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、上記第１絶縁層上に配置され、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含む。
その他、本体に含まれる磁性粉末に関する説明のうち上述の本発明の一実施形態による磁性粉末の特徴と同一の部分に対しては説明の重複を避けるためにここでは省略する。
上記磁性粉末は、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂またはポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの高分子上に分散されて上記本体５０に含まれることができる。
図３及び図４に示されているように、上記本体５０の内部にはコイル部４０が配置されることができる。上記コイル部４０は、基材層２０と、上記基材層２０の少なくとも一面に配置されるコイルパターン４１、４２と、を含むことができる。
上記基材層２０は、例えば、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、フェライトまたは金属系軟磁性材料などを含むことができる。
上記基材層２０の中央部には貫通孔が形成されることができ、上記貫通孔は本体５０に含まれた磁性粉末で充填されてコア部５５を形成することができる。上記貫通孔に磁性粉末を充填してコア部５５を形成することにより、インダクタのインダクタンス（Ｌ）を向上させることができる。
上記基材層２０の一面にはコイル形状を有する第１コイルパターン４１が形成されることができ、上記基材層２０の一面と対向する上記基材層２０の他面にはコイル形状の第２コイルパターン４２が形成されることができる。
上記コイルパターン４１、４２はスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）状に形成されることができ、上記基材層２０の一面と他面にそれぞれ形成される第１及び第２コイルパターン４１、４２は上記基材層２０に形成されるビア電極（図示せず）を通じて電気的に接続されることができる。
また、これに制限されるものではないが、上記基材層２０の一面に配置される第１コイルパターン４１の一端部は本体５０の長さ方向の一面に露出することができ、基材層２０の他面に配置される第２コイルパターン４２の一端部は本体５０の長さ方向の他面に露出することができる。
上記本体５０の外部面には上記コイルパターン４１、４２の露出した端部と接続されるように外部電極８０が形成されることができる。上記コイルパターン４１、４２の露出した端部が本体５０の長さ方向の両面に露出する場合、上記外部電極は上記本体の長さ方向の両面に配置されることができる。
上記コイルパターン４１、４２、ビア電極（図示せず）、及び外部電極８０は、電気伝導性に優れた金属で形成されることができ、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの合金などで形成されることができる。上記コイルパターン４１、４２、ビア電極（図示せず）、及び外部電極８０は、互いに同一であるか、または異なる材料で形成されることができる。
本発明の一実施形態によると、上記コイルパターン４１、４２は絶縁層３０でカバーされることができる。絶縁層３０は、スクリーン印刷法、フォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）の露光、現像を通じた工程、スプレー（ｓｐｒａｙ）塗布工程などの公知の方法で形成することができる。コイルパターン４１、４２は、絶縁層３０でカバーされるため本体５０に含まれた磁性材料と直接接触しなくてよい。
図５は本発明の一実施形態によるコイル電子部品の製造方法を示す流れ図である。
図５を参照すると、本発明の一実施形態によるコイル電子部品の製造方法は、基材層の少なくとも一面にコイルパターンを形成してコイル部を設ける段階Ｓ４と、上記コイル部の上側及び下側に磁性体を積層し圧着して本体を形成する段階Ｓ５と、を含む。
一方、本発明の一実施形態によるコイル電子部品の製造方法は、本体を形成する段階の後、上記本体の外面に外部電極を形成する段階Ｓ６をさらに含むことができる。
上記コイル部を形成する段階Ｓ４は、基材層２０上にコイルパターン形成用開口部を有するめっきレジストを形成する段階を含むことができる。上記めっきレジストは、通常の感光性レジストフィルムとしてドライフィルムレジストなどを用いることができるが、特にこれに限定されない。
コイルパターン形成用開口部に電気めっきなどの工程を適用して電気伝導性金属を充填することにより、コイルパターン４１、４２を形成することができる。
上記コイルパターン４１、４２は、電気伝導性に優れた金属で形成することができ、例えば、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）またはこれらの合金などで形成することができる。
コイルパターン４１、４２の形成後に化学エッチングなどの工程を適用してめっきレジストを除去すると、基材層２０上にコイルパターン４１、４２が形成されたコイル部４０を形成することができる。
上記基材層２０の一部には孔を形成し、伝導性物質を充填してビア電極（図示せず）を形成することができ、上記ビア電極を通じて基材層２０の一面と他面に形成されるコイルパターン４１、４２を電気的に接続させることができる。
上記基材層２０の中央部には、ドリル、レーザー、サンドブラスト、パンチング加工などを行って基材層を貫通する孔を形成することができる。
選択的に、コイルパターン４１、４２を形成した後、上記コイルパターン４１、４２をカバーする絶縁層３０を形成することができる。上記絶縁層３０は、スクリーン印刷法、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏ ｒｅｓｉｓｔ、ＰＲ）の露光、現像を通じた工程、スプレー（ｓｐｒａｙ）塗布工程などの公知の方法で形成することができるが、これに制限されない。
続いて、コイルパターン４１、４２が形成された基材層２０の上側及び下側に磁性体を配置して本体５０を形成する。
上記磁性体は、磁性体層の形態で上記基材層の上側及び下側に配置されることができる。上記磁性体層は、複数の層で基材層の上側及び下側に配置されることができ、または基材層の上側及び下側にそれぞれ単一の層で配置されることができる。
磁性体層をコイルパターン４１、４２が形成された基材層２０の両面に積層し、ラミネート法または静水圧プレス法を通じて圧着して本体５０を形成することができる。このとき、上記孔が磁性体で充填されるようにすることによりコア部５５を形成することができる。
このとき、上記磁性体層はコイル電子部品用磁性体ペースト組成物を含んで形成されることができ、上記コイル電子部品用磁性体ペースト組成物は上述の本発明の一実施形態による磁性粉末を含む。
本発明の一実施形態のコイル電子部品の製造方法に関する説明のうち上述のコイル電子部品に含まれる磁性粉末に関する説明は同一に適用されることができるため、説明の重複を避けるために詳細な説明は以下省略する。
次いで、上記本体５０の少なくとも一面に露出するコイルパターン４１、４２の端部と接続されるように外部電極８０を形成することができる。
上記外部電極８０は、電気伝導性に優れた金属を含むペーストを用いて形成することができ、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）または銀（Ａｇ）などの単独、またはこれらの合金などを含む伝導性ペーストであってよい。外部電極８０を形成する方法は、外部電極８０の形状によってプリンティング法だけでなく、ディッピング（ｄｉｐｐｉｎｇ）法などを行って形成することができる。
その他、上述の本発明の一実施形態によるコイル電子部品の特徴と同一の部分に対しては説明の重複を避けるためにここでは省略する。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
１ 金属粒子
２ 第１絶縁層
３ 第２絶縁層
１０ 磁性粉末
１００ コイル電子部品
２０ 基材層
４０ コイル部
４１、４２ 第１及び第２コイルパターン
５０ 本体
５５ コア部
８０ 外部電極
２ 第１絶縁層
３ 第２絶縁層
１０ 磁性粉末
１００ コイル電子部品
２０ 基材層
４０ コイル部
４１、４２ 第１及び第２コイルパターン
５０ 本体
５５ コア部
８０ 外部電極
Claims (18)
- 磁性金属粒子と、
前記磁性金属粒子の表面に配置され、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に配置され、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含む、磁性粉末。 - 前記磁性金属粒子は鉄（Ｆｅ）または鉄（Ｆｅ）系合金である、請求項１に記載の磁性粉末。
- 前記磁性金属粒子と前記第１絶縁層との界面にはＦｅ−Ｓｉ−Ｏの結合が存在する、請求項２に記載の磁性粉末。
- 前記第１絶縁層の厚さは３０ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 前記第２絶縁層の厚さは３０ｎｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 前記磁性金属粒子の粒径は１μｍ〜１００μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 前記第１絶縁層及び第２絶縁層は互いに異なる比抵抗値を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 前記磁性金属粒子は、前記第１絶縁層によって完全に取り囲まれ、前記第１絶縁層は前記第２絶縁層によって完全に取り囲まれる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 前記第２絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁性粉末。
- 内部にコイル部が配置され、磁性粉末を含む本体と、
前記コイル部と連結される外部電極と、を含み、
前記本体は磁性粉末を含み、
前記磁性粉末は、磁性金属粒子と、前記磁性金属粒子の表面に配置され、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に配置され、リン（Ｐ）を含む第２絶縁層と、を含む、コイル電子部品。 - 前記磁性金属粒子は鉄（Ｆｅ）または鉄（Ｆｅ）系合金である、請求項１０に記載のコイル電子部品。
- 前記磁性金属粒子と前記第１絶縁層との界面にはＦｅ−Ｓｉ−Ｏの結合が存在する、請求項１１に記載のコイル電子部品。
- 前記第１絶縁層の厚さは３０ｎｍ以下である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記第２絶縁層の厚さは３０ｎｍ以下である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記磁性金属粒子の粒径は１μｍ〜１００μｍである、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記第１絶縁層及び第２絶縁層は互いに異なる比抵抗値を有する、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記磁性金属粒子は、前記第１絶縁層によって完全に取り囲まれ、前記第１絶縁層は前記第２絶縁層によって完全に取り囲まれる、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
- 前記第２絶縁層は、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）をさらに含む、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載のコイル電子部品。
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