JP2019145768A - インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】磁束の流れを最適化して磁気抵抗を低減させたインダクタを提供する。【解決手段】本発明は、支持部材、上記支持部材によって支持されるコイル部、上記支持部材及びコイル部を封止する封止部を含む本体と、上記本体の外部面上に配置される外部電極を含むインダクタに関するものである。上記コイル部は複数のコイルパターンを含み、上記複数のコイルパターンのうちそれぞれのコイルパターンの最大厚さは、本体の外側部に行くほど次第に増加し、コイルパターンの下面の線幅は上面の線幅よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、インダクタに関するものであって、具体的には、高容量及び小型化に有利な薄膜型パワーインダクタに関するものである。

ＩＴ技術の発展に伴い、装置の小型化及び薄膜化が加速している。これとともに、小型薄型デバイスに対する市場のニーズも増加している。

下記特許文献１では、かかる技術トレンドに適するように、ビアホールを有する基板と、上記基板の両面に配置され、上記基板のビアホールを介して電気的に連結されるコイルと、を含むパワーインダクタを提供することにより、均一で且つ高アスペクト比を有するコイルを含むインダクタを提供する努力がなされた。

また、パワーインダクタの設計では、コイル内部のコア領域の面積が狭いことが一般的であるが、かかるコイル内部のコア領域に磁束が主に集中するため、かかる磁束集中領域に対する構造的な技術改善により、磁束の流れを最適化することが要求されるのが実情である。

韓国公開特許第１９９９−００６６１０８号公報

本発明が解決しようとするいくつかの課題のうちの一つは、磁束の流れを最適化して磁気抵抗を低減させたインダクタを提供することである。

本発明の一例によるインダクタは、貫通孔及びビアホールを含む支持部材、上記支持部材の一面及び他面にそれぞれ形成される第１及び第２コイルを含むコイル部、及び上記支持部材及び上記コイル部を封止する磁性材料を含む封止部を含む本体と、上記本体の外部面に配置され、上記第１及び第２コイルとそれぞれ連結される第１及び第２外部電極を含む外部電極と、を含み、上記コイル部は複数のコイルパターンを含み、上記複数のコイルパターンのうちそれぞれのコイルパターンの最大厚さは本体の外側部に行くほど次第に増加し、上記複数のコイルパターンはそれぞれ、上記支持部材と接する下面、及び上記下面と対向し、且つ上記コイルパターンの最大厚さを決定する上面を含み、上記下面の線幅が上記上面の線幅よりも大きい。

本発明のいくつかの効果のうちの一つは、インダクタ全体の領域にわたって磁束の流れを最適化し、インダクタンス及びＤＣ−ｂｉａｓ特性を改善させることである。

本発明の第１実施例によるインダクタの概略的な斜視図である。 図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。 本発明の第２実施例によるインダクタの断面図である。 図３に示されたインダクタの一変形例によるインダクタの断面図である。

以下では、添付の図面を参照して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拡大縮小表示（又は強調表示や簡略化表示）がされることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

なお、本発明を明確に説明すべく、図面において説明と関係ない部分は省略し、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示し、同一思想の範囲内において機能が同一である構成要素に対しては同一の参照符号を用いて説明する。

さらに、明細書全体において、ある構成要素を「含む」というのは、特に反対である記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下では、本発明の一例によるインダクタを説明するが、必ずしもこれに制限されるものではない。

第１実施例
図１は本発明の第１実施例によるインダクタ１００の概略的な斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ'線に沿って切断した断面図である。

図１及び図２を参照すると、インダクタ１００は、本体１と、上記本体の外部面上に配置される外部電極２と、を含む。

上記外部電極は、互いに離隔し、異なる極性で機能する第１及び第２外部電極２１、２２を含む。本発明では、上記外部電極の形状をアルファベット「Ｃ」字状に構成したが、これは一例であり、当業者が必要に応じてアルファベット「Ｌ」字状、本体の一面のみ第１及び第２外部電極をともに配置する下面電極構造などを適切に選択することができる。上記外部電極は、導電性材料を含まなければならないことは言うまでもなく、コイル部と外部電極との間の接触性を改善させるために、Ｃｕ先メッキ層を含んでいるなど、複数の層で構成されることができる。

上記本体１は、実質的にインダクタの外観を形成し、厚さ（Ｔ）方向において互いに対向する上面及び下面、長さ（Ｌ）方向において互いに対向する第１端面及び第２端面、幅（Ｗ）方向において互いに対向する第１側面及び第２側面を含み、実質的に六面体形状を有する。

上記本体１は、磁性材料を含む封止部１１を含むが、上記封止部内に含まれる磁性材料は、磁性特性を有する材料であれば制限なく適用されることができることは言うまでもない。上記封止部は、フェライト又は金属磁性粒子が樹脂に分散された構造であることができ、上記金属磁性粒子は、例えば、鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される１つ以上を含むことができる。

上記封止部１１により、支持部材１２及びコイル部１３がともに封止される。

上記支持部材１２は、コイル部をより容易に形成し、適切に支持するためのものである。上記支持部材は、絶縁特性を有する材料を含むことが適切である。上記支持部材の形状に制限はないが、小型化されたサイズのインダクタ内で高アスペクト比のコイル部を形成するために、薄い薄板の形状を有することが好ましい。上記支持部材は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂、ポリイミドのような熱可塑性樹脂、又はこれらにガラス繊維や無機フィラーなどの補強材が含浸された樹脂、例えば、ＡＢＦ（Ａｊｉｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ Ｆｉｌｍ）、ＦＲ−４、ＢＴ（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）樹脂、ＰＩＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｉｍａｇｅａｂｌｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）樹脂などが用いられることができる。

上記支持部材１２の中央部には、貫通孔が形成される。上記貫通孔は、磁性材料で充填されて、インダクタの透磁率を増加させる。また、上記支持部材１２は、上記貫通孔から離隔するビアホールをさらに含み、上記ビアホールは、支持部材の一面及び他面にそれぞれ形成される第１及び第２コイルを電気的に互いに連結する通路として機能するため、導電性材料で充填される。この場合、ビアホールはオープンを防止するために、複数個で構成されることができる。また、上記ビアホールを充填する導電性材料は、導電性に優れた金属材料であれば制限なく適用されることができるが、第１コイルと第２コイルとの接着性を考慮すると、第１及び第２コイルに含まれる導電性材料を含むことが好ましい。

上記支持部材によって支持されるコイル部１３は、上記支持部材の一面上に配置される第１コイル１３１と、上記一面と対向する他面上に配置される第２コイル１３２と、を含む。上記第１及び第２コイルは、全体的にスパイラル状に構成されるが、かかる形状に制限されるものではない。

上記第１コイル１３１は、上記支持部材に対して上記第２コイル１３２と実質的に対称的な構造を有するように構成される。但し、第１コイルの引き出し部と第２コイルの引き出し部は互いに異なる方向に引き出されるという点において差異がある。

上記第１及び第２コイルを含むコイル部は複数のコイルパターンを含む。説明の便宜のために、以下では、第１コイルを基準に複数のコイルパターンについて説明する。ここで、同一の内容が第２コイルにも適用できることは言うまでもない。

上記複数のコイルパターンは、貫通孔に隣接する最内側コイルパターン１３１ａと、本体の外部面に隣接する最外側コイルパターン１３１ｂと、上記最内側のコイルパターンと上記最外側コイルパターンとの間の複数の中央コイルパターン１３１ｃと、を含む。

図２に示されたインダクタの断面図を参照すると、上記複数のコイルパターン１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃのそれぞれの断面は、上面及び下面と、上記上面と下面を連結する内側面及び外側面と、を含む。ここで、下面とは、支持部材と接する面として定義され、上面とは、上記下面と対向し、且つコイルパターンの最大厚さを決定する面に対応する面として定義される。

上記複数のコイルパターンのうちそれぞれのコイルパターンの最大厚さは、本体の外側部に行くほど次第に増加する。

一般に、コイルから発生した磁束の流れを見ると、貫通孔の周り、すなわち、コイルのコア中心の周辺部で磁束ネック（ｎｅｃｋ）が発生する。これは、磁束の流れの集中に起因する問題であるが、インダクタのチップサイズが小型化し、且つチップの厚さが小さくなるロープロファイル（Ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ）の傾向に伴い、コア中心の周辺部で発生する磁束ネックの問題は悪化しつつある。

これに対し、本発明のインダクタでは、複数のコイルパターンの最大厚さを本体の外側部に行くほど次第に増加させるため、比較的コイルのコア中心の周りのコイルパターンの最大厚さは薄い。その結果、コイルのコア中心の周りの磁束の流れのための有効断面積が増加し、磁束ネックが緩和されることができる。磁束の流れを最適化することにより、インダクタのインダクタンス特性及びＤＣ−ｂｉａｓ特性も改善させることができる。

一方、一つのコイルパターンの、それに隣接し、且つ外側に配置される他のコイルパターンに対比してメッキ成長が抑制された程度、すなわち、互いに隣接するコイルパターン間の最大厚さの差は、当業者が適切に選択することができ、本体の外側部に行くほど最大厚さの差を小さくすることが好ましい。なぜなら、磁束ネックが主に発生するコイルのコア中心の付近で磁束の流れのための有効断面積を増加させることが、全体的な磁束の流れを最適化するための重要な因子であるためである。

また、それぞれのコイルパターン１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの上面の線幅Ｗ１は、下面の線幅Ｗ２よりも狭いことが好ましい。コイルパターンの最大厚さの差と同様に、コイルパターンの上面の線幅と下面の線幅との間の差（Ｗ２−Ｗ１）も本体の外側部に行くほど次第に小さくなることが好ましい。ここで、上記上面の線幅Ｗ１を、上記下面の線幅Ｗ２よりも狭くしたのは、コイルパターンの最大厚さを調節するためのものである。コイル部１３を形成する方法は、一例として、約２００μｍ程度の厚さを有する感光性樹脂材料を支持部材上にラミネートし、光エネルギーを用いて、コイルパターンに対応するパターンの開口部を形成した後、上記開口部内に導電性材料を充填することである。導電性材料を充填する方法は、例えば、メッキ成長であればよい。このとき、それぞれの開口部の下部の幅は一定にしながらも、それぞれの開口部の上部のオープン面積を異ならせることにより、メッキ成長の程度を調節することができる。これは、メッキ時のメッキ液の流入面積が異なるためメッキ速度の差が発生し、かかるメッキ速度の差は、結果的に、コイルパターンの厚さの差を発生させる。もちろん、開口部の上部のオープン面積が狭ければ狭いほどメッキ液が流入しにくくメッキ速度は遅くなり、コイルパターンの最大厚さは薄くなる。そのため、メッキ成長を完了した後でメッキ成長のガイド（ｇｕｉｄｅ）として機能した感光性樹脂材料を除去すると、上部のオープン面積を狭くしたコイルパターンの場合には、上面の線幅が下面の線幅よりも狭い形状を有するようになる。

一方、上記上面の線幅が下面の線幅よりも狭い場合、そのコイルパターンの内側面の少なくとも一部は傾斜面Ｓ１で構成される。このとき、コイルパターンの内側面の傾斜面の傾斜角又は傾斜面の断面積は、コイルパターン毎に異なればよい。上記コイルパターンの内側面において、傾斜面ではない部分は、支持部材と実質的に直交するように構成される。上記傾斜面により、コイル部から発生する磁束の流れがよりスムーズになり得ることは言うまでもない。

また、上記コイルパターンの内側面の少なくとも一部が傾斜面を含むこととは異なって、コイルパターンの外側面は実質的に支持部材と直交するように配置される。これは、コイルパターンの外側面は、内側面に比べて磁場の流れに及ぼす影響が少ないため、コイルパターンの全体断面積を増加させるために、一部を境界面で構成するよりは支持部材と直交して構成することが有利であるためである。上記コイルパターンの外側面が支持部材と直交するため、支持部材と平行なコイルパターンの上面とは実質的に直角をなす。

上記コイルパターンの表面は、絶縁層１４によって絶縁されていることが好ましい。上記絶縁層により、コイルパターンと封止部内の磁性材料との間のショートが防止されることができるため、絶縁信頼性を確保するために、絶縁層を１μｍよりは厚くコーティングすることが好ましい。絶縁層は、絶縁特性に優れた材料を含むことが好ましく、均一で薄い絶縁層を形成するためにペリレン樹脂を含む絶縁材料を化学気相蒸着によりコーティングすることができる。

上記インダクタは、小型化及びロープロファイル化が進むにつれて、コイルのコア中心の周辺部で発生する磁束ネックを防止するために、コイルパターンの最大厚さを異ならせることができる。コイルパターンの最大厚さを異ならせるために、コイルパターンの上面の線幅を下面の線幅に比べて狭くするとともに、内側面の少なくとも一部を傾斜面で構成する。これにより、インダクタの磁束ネックの発生が緩和され、インダクタンス及びＤＣ−ｂｉａｓなどの電気的特性を改善させるだけでなく、上部マージン領域、すなわち、本体の上面からコイルパターンの上面までの磁性材料が充填される空間が十分に確保されるという効果を奏するようになるため、チップ破損という信頼性の問題も改善させることができる。

第２実施例
図３は本発明の第２実施例によるインダクタ２００の断面図である。上記インダクタ２００は、第１実施例によるインダクタ１００に対比して、コイルパターンの具体的な断面形状が異なる。一方、第２実施例によるインダクタ２００は、第１実施例によるインダクタ１００と同一の解決課題及び効果を含む。コイルパターンの成長ガイドとして機能する感光性絶縁樹脂の開口部の形状を調節することにより、コイルパターンのメッキ成長速度を異ならせ、その結果、コイルパターンの最大厚さを異ならせるという点では共通する。したがって、説明の便宜のために重複している記述内容については省略し、インダクタ内のコイルパターンの断面形状を中心に説明する。

図３を参照すると、インダクタ２００は、支持部材２１２を基準に上下に第１コイル２１３１と第２コイル２１３２を含む。

上記第１コイル２１３１は、複数のコイルパターン２１３１ａ、２１３１ｂ、２１３１ｃを含む。また、上記複数のコイルパターンのうち少なくとも一つのコイルパターンの上面には少なくとも一つの突出部Ｅｂが含まれる。

上記複数のコイルパターンのうち中央部コイルパターン２１３１ｃを参照すると、コイルパターンの外側面と接触する突出部Ｅｂを含む。上記突出部の断面は実質的に長方形である。また、突出部の断面形状は、当業者が適切に選択することができ、長方形にのみ限定されるものではないことは言うまでもない。上記突出部の隣接部には磁性材料の封止部が配置される。コイルパターンを形成する過程において、上記封止部が配置される位置にメッキ成長液の流入を妨害するように感光性絶縁材料を配置させ、コイルパターンの形成を完了した後で上記感光性絶縁材料を除去し、その除去された位置に封止部を充填することが分かる。このように、上記突出部は、結果的には、コイルパターンの最大厚さを調節するために導入された構成であることが確認できる。

上記突出部の断面積は、当業者が適切に選択することができ、コイルのコア中心の周辺部のコイルパターンに比べて本体の外側部に近いコイルパターンの最終的な厚さを厚くするために、最外側コイルパターンの突出部の断面積を広くすることができる。突出部の断面積を広くすることにより、結果的には、突出部の線幅がコイルパターンの下面の線幅と同一となる場合、コイルパターンの全体的な断面形状が長方形であればよい。

上記コイルパターンにおいて互いに対向する外側面及び内側面は互いに平行である。上記外側面及び内側面の両方が支持部材に対して直交し、互いに平行であり得ることは言うまでもなく、具体的に図示してはいないが、コイルパターンの外側面及び内側面が両方とも一方向に傾いた状態であることもできる。これは、コイルパターンの成長ガイドとして機能する感光性絶縁材料の開口部をパターニングする際、又は上記開口部内にメッキ液を流入させる際に、製造工程の誤差により、一方向に偏心するという現象が発生する可能性があるためであって、その偏心程度が深刻でない場合を除き、電気的特性値に有意味な劣化を発生させない場合がほとんどである。

図４は第２実施例によるインダクタの一変形例によるインダクタ３００の断面図である。説明の便宜のために、図３を参照して説明したインダクタ２００と重複する説明は省略する。

図４を参照すると、複数のコイルパターン３１３１ａ、３１３１ｂ、３１３１ｃはそれぞれ異なる断面形状を有する。まず、最内側コイルパターン３１３１ａは、上面が支持部材と実質的に平行であり、突出部を含まない。換言すると、最内側コイルパターンの全体の断面形状は、実質的に長方形の形状を有する。もちろん、工程誤差上、上記上面が平坦ではなく、多少凸又は凹に形成されることもできる。また、中央部コイルパターン３１３１ｃは、上面の中心部から突出部Ｅｃを含む。換言すると、中央部コイルパターンの全体的な断面形状は「Ｔ」字状を有する。上記突出部Ｅｃの位置が、上記突出部の一面と上記コイルパターンの外側面とが互いに当接するように外側部に偏らなくても、突出部の線幅がコイルパターンの下面の線幅よりも狭いため、感光性絶縁材料のオープン面積を小さくしてメッキ液の流入を防止するという効果はそのまま奏することができる。一方、最外側コイルパターン３１３１ｂの突出部Ｅｂは、コイルパターンの外側面と接触する少なくとも一面を含む位置に配置される。

上記複数のコイルパターンの互いに異なる断面形状は、図４に示された実施例のみに限定されるものではなく、コイルパターンの最大厚さが本体の外側部に行くほど次第に増加し、コイルパターンの下面の線幅が上面の線幅よりも大きく形成される要件を満たす場合には、当業者が適切に突出部を形成して配置することができることは言うまでもない。

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者には明らかである。

一方、本発明で用いられた一例という表現は、互いに同一の実施例を意味せず、それぞれ互いに異なる固有の特徴を強調して説明するために提供されるものである。しかし、上記提示された一例は、他の一例の特徴と結合して実施される場合を排除しない。例えば、特定の一例で説明された事項が他の一例で説明されていなくても、他の一例でその事項と反対の説明がされているかその事項と矛盾する説明がされていない限り、他の一例に関連する説明であると解釈することもできる。

また、本発明で用いられた用語は、一例を説明するために説明されたものであるだけで、本発明を限定しようとする意図ではない。この際、単数の表現は文脈上明確に異なる意味でない限り、複数を含む。

１００ インダクタ
１ 本体
２ 外部電極
１１ 封止部
１２ 支持部材
１３ コイル

Claims (16)

1. 貫通孔及びビアホールを含む支持部材、前記支持部材の一面及び他面にそれぞれ形成される第１及び第２コイルを含むコイル部、及び前記支持部材及び前記コイル部を封止する磁性材料を含む封止部を含む本体と、
   前記本体の外部面上に配置され、前記第１及び第２コイルとそれぞれ連結される第１及び第２外部電極と、を含み、
   前記コイル部は複数のコイルパターンを含み、前記複数のコイルパターンのうちそれぞれのコイルパターンの最大厚さは前記本体の外側部に行くほど次第に増加し、前記複数のコイルパターンはそれぞれ、前記支持部材と接する下面、及び前記下面と対向し、且つ前記コイルパターンの最大厚さを決定する上面を含み、前記下面の線幅が前記上面の線幅よりも大きい、インダクタ。
2. 前記上面の少なくとも一部は前記支持部材に対して平行な形状を有する、請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記コイル部はスパイラル状を有する、請求項１または２に記載のインダクタ。
4. 前記本体は前記コイル部の表面を包む絶縁層をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のインダクタ。
5. 前記貫通孔は前記磁性材料で充填される、請求項１から４のいずれか一項に記載のインダクタ。
6. 前記ビアホールは前記コイル部内に含まれる導電性材料を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のインダクタ。
7. 前記複数のコイルパターンはそれぞれ、互いに対向する内側面及び外側面を含み、前記外側面は前記支持部材と直交する、請求項１から６のいずれか一項に記載のインダクタ。
8. 前記外側面と前記上面とがなす角度は直角である、請求項７に記載のインダクタ。
9. 前記内側面の少なくとも一部は傾斜面である、請求項７または８に記載のインダクタ。
10. 前記内側面のうち傾斜面以外の面は前記支持部材と直交する面で構成される、請求項９に記載のインダクタ。
11. 前記傾斜面の傾斜度は最内側のコイルパターンに行くほど増加する、請求項９または１０に記載のインダクタ。
12. 前記複数のコイルパターンのうち少なくとも一つのコイルパターンは、上面に少なくとも一つの突出部が配置される、請求項１に記載のインダクタ。
13. 前記突出部の断面形状は長方形である、請求項１２に記載のインダクタ。
14. 前記突出部の線幅は前記コイルパターンの下面の線幅よりも狭い、請求項１２または１３に記載のインダクタ。
15. 前記突出部を有するコイルパターンの内側面及び外側面は前記支持部材に対して直交する、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のインダクタ。
16. 前記突出部を有するコイルパターンの内側面及び外側面は互いに平行である、請求項１２から１５のいずれか一項に記載のインダクタ。