KR0161557B1 - 인덕턴스소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초크코일 등의 인덕턴스 소자의 소형화를 실현시키기 위하여 자기합금의 얇은 스트립으로 감아서 중심선을 따라 속이 빈 부분을 갖도록 만든 자기코어와, 상기 자기코어의 속이 빈 부분을 관통하도록 배치된 리드선으로 구성된 인덕턴스 소자를 제공하는 것이다. 비투자율 μ는 100~10,000의 범위이다.

Description

인덕턴스 소자

제1도는 본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 단면도.

제3도는 본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 정면도.

제4도는 본 발명의 복수의 인덕턴스 소자를 병렬로 배열하여 형성한 집합형 소자의 사시도.

제5도는 비교예에 의한 환상초크코일의 사시도.

제6도는 비교예에 의한 환상초크코일의 단면도.

제7도는 본 발명에 의한 인덕턴스 소자에서 리드선 상에 얇은 스트립을 직접 감은 상태의 사시도.

제8도는 케이스가 핀의 형태로 만들어진 본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 사시도.

제9도는 리드선의 변형예를 나타낸 인덕턴스 소자의 사시도.

제10도는 비교예와 본 발명의 실시예에 의해 얻은 인덕턴스의 전류 중첩 특성을 나타낸 그래프.

제11도는 본 발명의 제2실시예에 의한 집합형 소자의 외관 사시도.

제12도는 본 발명 제2실시예의 변형예에 의한 집합형 소자의 외관 사시도.

예컨대 고주파 범위에서의 과다한 전류의 제어용 스위치 전원회로에 있어서는 종래부터 초크코일을 사용하여 AC 전류를 DC 전류로 변환시키거나 저주파의 DC 전류 또는 AC 전류에서 고주파 성분을 차단시켰다.

한편 전자장치의 몸체가 계속 작아지고 얇아지는 경향에 따라 스위칭 전원을 적용할 수 있는 영역이 넓어지고 있다. 이러한 요구에 부응하고 스위칭 전원 자체를 얇게 만들기 위해서는, 스위칭 전원의 구성요소인 초크코일 등을 작고 얇게 만들어야 한다.

예컨대 물품의 높이를 1/2인치 줄이기 위해서는, 분명히 그 물품을 구성하는 부품이나 구성요소가 10mm 이하의 높이(또는 길이)를 가져야 한다. 즉 변압기 등과 같은 자기부품, 초크코일 등은 아직 만족스러울 만큼 작은 높이로 만들어지지 않았으며, 특히 10W 이상의 전력을 사용하는 곳에서는 이러한 소형의 구성요소가 없는 실정이다.

더욱이 회로의 열방사 효율을 향상시키기 위해서는 회로의 전체의 크기를 얇게 할 필요가 있다.

이러한 상황하에서 페라이트 자력은 임의의 형상으로 만들거나 형성시킬 수 있다는 특징을 이용함으로써 초크코일 등의 자기구성 요소를 얇은 형태로 실현시킬 수 있게 되었다.

그러나, 페라이트 자기소재는 금속 자기소재와 비교하면 포화자속밀도가 작기 때문에, 같은 성능을 갖는 다른 금속소재로 만든 초크코일과 비교하면 페라이트 자기소재에 의해서 반드시 만족할만한 소형화를 얻을 수 있는 것은 아니다.

이러한 점 등을 고려하여 페라이트 자기소재의 포화자속밀도보다 더 큰 포화자속밀도를 갖는 결정질 자기합금 또는 비결정질 자기합금으로 만든 얇은 스트립(strip)을 사용하는 소형 초크코일을 얻고자 하는 기술에 세인의 관심이 모아졌다.

이러한 소자를 제조하기 위해서는 소정의 스트립 폭을 갖는 자기합금의 얇은 스트립을 감아서, 소정의 내경과 속이 빈 중심부를 갖는 환상 자기코어(toroidal shaped magnetic core)를 얻은 후, 적절한 열처리를 행한다. 그리고 상기 코어를 수지 케이스(resin case)에 넣거나 수지코팅(coating)을 행한다. 그리고 얇은 스트립을 감은 부분에 소정의 회수로 감기를 행한다.

상술한 바와 같이 비결정질 자기합금 및 결정질 자기합금은 종래의 페라이트 보다 더 높은 포화자속밀도를 가지므로, 상기 페라이트와 비교하면 이러한 소재로서 소형의 초크코일을 얻는 것이 가능하다는 사실을 알 수 있다.

코일의 자기코어를 상술한 자기합금의 얇은 스트립을 감아서 만들기 때문에, 리드선이 환상 자기코어를 가로지르도록 코일을 만드는 경우에는 상기 얇은 스트립의 폭을 줄여서 자기코어의 높이를 줄이는 것이 필요하다.

그러나 자기합금의 얇은 스트립의 폭을 줄이면 상기 스트립을 감는 작업이 매우 어렵게 된다. 즉 상기 얇은 스트립의 폭을 줄이면, 상기 얇은 스트립의 내인장력(tension resistance)이 감소된다. 상기 얇은 스트립을 소정의 인장력으로 축 중심 주위를 감으면, 상기 얇은 스트립이 늘어나 끊어질 위험성이 높다.

또한 본 발명의 발명자들은 감는 두께를 고려하여 코팅수지 또는 케이스의 두께를 줄이고, 또는 상기 얇은 스트립의 두께를 줄이더라도 전체 초크코일을 얇게 하는데는 효과가 없다는 점을 발견하였다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 이러한 형태의 초크코일 등의 인덕턴스 소자의 소형화를 실현시키는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명은 인덕턴스 소자에 관한 것이며, 특히 스위칭 전원회로 내의 전류를 평활시키고 고주파 성분을 차단하는데 사용하는 초크코일 등에 적합한 인덕턴스 소자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 인덕턴스 소자는 자기합금의 얇은 스트립 리본을 감아서 중심선을 따라 속이 빈 부분을 갖도록 만든 자기코어와, 자기코어의 중심부를 관통하도록 배치된 리드선으로 구성되어 있다. 또한 본 명세서에서 자기합금의 얇은 스트립(리본)은 하나의 자기합금의 얇은 스트립(리본), 여러 개의 자기합금의 얇은 스트립들(리본들) 또는 적층된 자기합금의 얇은 스트립들을 뜻한다. 이 소자의 비투자율 μ은 100~10,000 범위이다.

자기합금의 박막스트립의 포화자속밀도 B_S는 0.6T(Tesla) 이상인 것이 좋다.

포화자속밀도 B_S,(T) 비투자율 μ, 자기코어의 내경 φ_i(m) 및 외경 φ_o(m)간의 관계는 다음 식에 일치하도록 선정하는 것이 좋다.

0B_Sφ_o/μφ² _i≤10

또한 비결정질 철합금 또는 결정질 철합금의 얇은 스트립을 자기합금의 얇은 스트립으로 사용하는 것이 좋다.

속이 빈 부분은 자기합금의 얇은 스트립 또는 적층된 자기합금의 얇은 스트립들을 감아서 중심축 부분에 형성된 공간부를 의미하고, 또한 수지 등이 공간부에 채워지고 리드선이 수지를 관통하여 지나가도록 하는 경우를 의미한다. 더욱이 세라믹으로 만든 간격부재(spacer)를 공간부에 삽입하여도 좋고, 리드선을 간격부재에 삽입하여도 좋다.

또한 자기합금의 얇은 스트립을 리드선 주위에 직접 감아서 자기코어를 형성하여도 좋다. 요약한다면 리드선을 최종 물품에 감은 자기합금의 얇은 스트립으로 리드선을 삽입하면 충분하다.

더욱이 자기합금의 얇은 스트립을 리드선에 비례하여 감을 때, 자기합금의 얇은 스트립을 감기 시작하는 위치에 가 테이프(dummy tape)를 구비하여도 좋다.

또한 리스선의 저항은 바람직하기로는 20μΩcm 이하, 더 바람직하기로는 2μΩcm 이하인 것이 좋다.

본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 제조에 있어서 상기 얇은 스트립으로 사용하는 비결정질 자기합금의 예는 다음과 같다.

M_100-aM'_a

여기서 M은 Fe 및 Co로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, M'은 B, Si, C 및 Cr로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, a는 원자 백분율로서 4 이상 40 이하이거나 또는 비결정질 철 자기합금이다.

이들 합금 중에서, 비결정질 철 자기합금을 사용하는 것이 좋다. 특히 하기 식으로 표시한 비결정질 철 자기합금이 좋다.

Fe_xSi_yB_zM_w

여기서 M은 Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Zr Cu, Cr, Mn, Al, P, C 등으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, x, y, z 및 w는 원자백분율로서, 각각 0≤x≤85, 5≤y≤15, 5≤z≤25, 0≤w≤10의 관계를 만족하는 값이다.

이러한 합금으로 만든 비결정질의 얇은 스트립은 원하는 조성으로 조정할 수도 있으며, 또한 소위 융용물 급속 냉각법(melting quick cooling method)의 방법으로 원하는 얇은 스트립 형상으로 조정할 수 있다. 또한 통상적으로 큐리온도 이상 및 결정온도(crystalline temperature) 이하의 온도에서 적절한 열처리를 함으로써 각종 특성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의한 인덕턴스 소자의 제조에서 사용한 상기 얇은 스트립을 구성하는 나노 결정질(미세결정질) 자기합금을 하기 식으로 예시할 수 있다.

(Fe_1-aM_a)_100-x-yM'_xM_y

여기서 M은 Co 및 Ni로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, M'는 Si, Ga, Nb, Mo, Ta, W, Ti, Zr, Cr, Mn 및 Hf로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, M는 Cu와 Al로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, a, x 및 y는 각각 0≤a≤0.5, 0≤x≤50 및 0≤y≤10의 관계를 만족하는 값이다(여기서 x 및 y는 원자백분율이다).

상술한 합금에서 하기 일반식으로 표시된 미세결정질 합금이 특히 좋다.

(Fe_i-aM_a)_{100-x-y-z-α-β}Si_xB_yM'_xAl_αCu_β

M은 Co, Ni로 구성되는 군에서 선택된 적어도 하나이고, M'는 Ga, Nb, Mo, Ta, W, Ti, Zr, Cr, Mn, Hf로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나이고, a, x, y, z, α 및 β는 다음 관계를 만족시키는 값이다.

미세결정질 합금의 결정입자직경은 바람직하기로는 500Å 이하, 더 바람직하기로는 200Å 이하가 좋다.

또한 결정질 합금의 결정부분은 30% 이하, 바람직하기로는 50% 이하가 좋다.

상술한 미세결정질 합금의 얇은 스트립은, 비결정질 합금 스트립을 통상 결정화 온도 이상의 온도에서 적절한 열처리를 행함으로써 얻을 수 있다. 또한 열처리 조건을 변화시켜 각종 자기 특성(예, 투자율, 철손 또는 전류중첩)을 향상시킬 수도 있다. 또한 감겨있는 상기 얇은 스트립의 적층면(laminated surfaces)을 서로간에 절연시키기 위해, 상기 얇은 스트립의 1면 또는 양면 상에 MgO, SiO₂및 Sb₂O₅등의 유전력(dielectric power)을 축적하여 각종 자기특성(예, 고주파수에서 투자율 또한 철손)을 향상시킬 수도 있다.

본 발명의 인덕턴스 소자의 자기코어는 이렇게 얻은 얇은 스트립을 감아서 만든다. 먼저 소정의 폭과 소정의 두께를 갖는 스트립을 소정의 형상을 갖는 코어부재 주위에 감는다. 코어부재의 단면은 원형이나 직사각형 등의 다각형일 수 있다.

상기 얇은 스트립을 감은 부분의 두께가 소정의 수준에 이를 때, 상기 얇은 스트립을 감는 작업을 마친다. 그리고 풀림(wind-back)을 방지하기 위해 폴리이미도(상표; 듀폰사제 캡톤 테이프(Capton tape) 등 열저항(heat resis-tance)을 갖는 고점성수지 테이프(highly viscous resin tape)를 사용하거나, 점용접(spot-welding)을 함으로써 자기코어에 감겨진 얇은 스트립의 단부를 고정하는 작업을 행한다.

그리고 코어부재를 제거한 자기코어 속으로 리드선을 삽입한다. 이 경우 리드선을 코어부재로서 사용함으로써 자기코어와 리드선으로 구성된 조립품(integral assembly)을 쉽게 얻을 수 있다. 더욱이 분리된 코어부재를 제거하는 작업이 필요 없게 된다. 이것은 제품가격과 구성요소의 수를 줄이는 것을 가능하게 한다. 본 발명에서는 접착제로 또는 수지로 함침하여 서로 접착함으로써 토로이달 자기합금 시트를 적층해서 속이 빈 부분을 갖는 자기코어를 얻는 것이 가능하다. 이 타입의 자기코어는 또한 리드선이 관통하여 배치될 수 있도록 중심부근에 속이 빈 부분을 갖고 있다.

산화방지를 위해 알미늄, 알미늄합금, 구리, 구리합금, 철합금 또는 그들의 표면을 도금하여 사용할 수 있으며, 구체적인 것을 예로 들면 납도금 구리선, 42합금선, CP선, Sn 도금 구리선 또는 소성 Sn 도금 구리선 등이 있다. 이러한 부재중에서 저 저항률을 갖는 Sn 도금 구리선을 사용하는 것이 좋다.

더욱이 리드선으로는, 자기코어의 중심선을 따라서 각각 동일한 또는 상이한 단면을 갖는 복수의 도전성 와이어 묶음을 배치시키는 것이 가능하다. 복수의 도전성 와이어를 서로간에 절연시키는 경우(즉, 리드선을 코팅이나 세라믹관에 의해 절연시킨 경우)에는, 자기코어의 측벽 상에 세로 방향으로 도전성 와이어를 감아도 좋다.

이렇게 얻은 리드선을 장착한 자기코어를(예, 비투자율의 자기특성을 제어하기 위해) 열처리한다. 또한 열처리 후에 리드선을 장착하는 것도 가능하다.

열처리의 조건하에서, 상기 얇은 스트립을 비결정질 상태로 유지시키기 위해서는 온도를 큐리온도 이상 및 결정화온도 이하로 하는 것이 좋고, 상기 얇은 스트립을 미세결정질 상태로 유지시키기 위해서는 온도를 결정화온도 이상으로 하는 것이 좋다.

열처리 시간은 30분~24시간의 범위이다. 또한 이 경우에 질소(N₂) 또는 아르곤(Ar) 등의 산화가스, 환원가스 또는 불활성가스의 분위기(ambient atmosphere)에서 상기 얇은 스트립의 폭 방향으로 0~60kA/m(예컨대 5kA/m)의 자기장을 인가하면서 또는 일정한 방향으로 자기코어에 힘을 인가하면서 열처리를 행함으로써 원하는 물품에 각종 특성을 조절하는 것이 가능하다.

그후, 자기코어를 케이스에 넣거나 또는 수지(예, 에폭시수지, 폴리에스터수지, 또는 실리콘수지) 코팅으로 절연시켜 본 발명에 의한 인덕턴스 소자를 얻는다.

본 발명의 소자에서 100kHz에서의 자화곡선상의 초기점에서 자기코어의 비투자율 μ은 하기 식을 만족하여야 한다.

100≤μ≤10,000

본 발명의 인덕턴스 소자는 평활 초크코일, 교류전류선용 초크코일, 능동필터용 초크코일, 스위칭콘버터 또는 잡음제거소자용 초크코일 등으로서 사용된다. 평활 초크코일, 교류전류선용 초크코일, 능동필터용 초크코일, 스위칭콘버터 초크코일의 경우에 양호한 중첩 특성을 얻기 위해 자기코어의 비투자율 μ은 하기 식을 만족하는 것이 좋다.

100≤μ≤2,000

더 바람직하기로는, 비투자율 μ가 500≤μ≤2,000의 관계를 만족하도록 열처리 조건을 조절함으로써 전류중첩 특성이 더 우수하게 된다.

한편 잡음감소 소자의 경우에 만족할만한 잡음감소를 행하기 위해서는 자기코어의 비투자율 μ가 5,000≤μ≤10,000의 관계를 만족하도록 하는 것이 좋다.

비투자율 μ는 투자율 μ_i를 진공에서의 투자율 μ_o로 나눈 값을 뜻한다.

한편 자기 구성요소의 소형화를 대개 포화자속밀도에 의존한다. 즉 포화자속밀도 B_s까지 비투자율 μ이 일정하다고 가정하면, 자기 구성요소의 전기용량 E와 자기코어의 체적 V의 관계는 하기 식으로 주어진다.

E∝(B_s)V/(μ)

페라이트 자기 소재보다 큰 용량을 가지며 널리 일반적으로 사용하는 소형 자기 구성요소를 얻기 위해서는, 자기합금으로 된 얇은 스트립의 포화자속밀도는 0.6T 이상인 것이 좋다.

본 발명에서는 자기코어의 내경 φ_i(m) 및 외경 φ_o(m)를 설계할 시에 포화자속밀도 B_s(T; tesla), φ_o, φ_i, 비투자율 μ, 진공투자율 μ_o(4π×10^-7H/m) 및 리드선의 최대 전류밀도를 σ가 하기의 관계식으로 표시되는 것이 좋다.

B_sφ₀/μμ_o≤σφ_i ²/4

대용량 소자성 부품은 상기 관계식을 만족하는 소자를 설계함으로써 얻어진다. 상기 관계식은 다음과 같이 변환될 수 있다.

B_sφ_o/μφ_i ²≤μ_oσ/4

또한 자기코어를 구현하기 위한 조건, 즉 φ_o, φ_i0을 고려하면, 하기의 조건이 주어진다.

0B_sφ_o/μφ_i ²≤μ_oσ/4

본 발명의 발명자들은 소자 내에 발생된 열량을 억제하기 위해서는, 전류밀도 σ가 σ=100/π×10⁶A/m²(약 32×10⁶A/m²) 이하인 것이 좋다는 것을 발견하였다. 따라서 σ=100/π×10⁶A/m²의 대입에 의해 자기코어의 포화자속 B_s, 비투자율 μ, 자기코어의 내경 φ_i(m) 및 외경 φ_o(m) 간의 하기 관계식을 얻는다.

0B_sφ_o/μφ_i ²≤10

본 발명에 따른 상기 소자는 바람직하기로는 0B_sφ_o/μφ_i ²≤10, 더 바람직하기로는 0.1B_sφ_o/μφ_i ²≤10의 관계를 만족하는 것이 좋고, 여기서 B_s(T)는 자기코어의 포화자속밀도이고, μ는 비투자율이고, φ_o(m)는 자기코어의 외경이고, φ_i(m)는 자기코어의 내경이다. 따라서 실제소자를 소형으로 만들지라도 온도상승이 작은 소자를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에서 사용할 리드선의 저항은 바람직하기로는 20μΩcm 이하, 더 바람직하기로는 2μΩcm 이하인 것이 좋다. 즉 리드선의 저항이 20μΩcm 이하이면 온도상승이 억제되는 이점이 있다. 더욱이 리드선의 저항이 2μΩcm 이하이면 온도상승이 더 억제되는 이점이 있다.

인덕턴스 소자를 합성수지나 알루미늄 등의 비자기 소재로 만든 케이스에 넣거나 또는 에폭시(epoxy)수지 등으로 봉인하여도 좋다. 패키지(package)의 외관이 핀의 형태이거나 패키지가 합성수지로 된 경우에 있어서, 알루미늄 등의 비자기 소재로 된 핀을 패키지 즉 케이스의 외부에 부착하여 열방사 특성을 향상시킬 수 있다.

상기 케이스 재료로서 사용될 수 있는 플라스틱으로서 폴리아미드(나일론), 변성폴리아미드(상표; 미쓰이세끼유사제 ARLEN), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PPS(폴리페닐렌 설파이드) 및 PP(폴리프로필렌) 등이 있다.

더욱이 이렇게 얻은 복수의 인덕턴스 소자를 서로 병렬로 또는 직렬로 접속하여 상이한 정전용량을 갖는 소자를 얻을 수 있다. 이 경우 예컨대 개개의 인덕턴스 소자를 병렬로 배열한 후에 에폭시수지 등으로 상기 소자를 봉인하여 단일 집합형 소자유닛으로 패키지를 형성함으로써 소자의 높이를 변경시키지 않고도 일정한 외관을 갖는 각종 소자를 얻을 수 있다.

또한 인덕턴스 소자를 합성수지로 된 케이스에 넣어 단일 집합형 소자를 형성할 수 있다. 이러한 집합형 소자에 있어서는 열발생량도 또한 증가함으로 열방사 특성이 뛰어난 인덕턴스 집합형 유닛을 얻기 위해서는 케이스의 외관을 핀의 형태로 만들거나 또는 알루미늄 등의 비자기 소재를 패키지의 외부에 입혀야 한다.

복수의 소자를 접속하는 방법으로는 미리 접속된 소자를 케이스에 넣는 방법과, 상기 소자를 에폭시수지로 봉인하는 방법과, 실제 설비기판상에 인쇄회로 배선 등을 이용하여 소자를 접속하는 방법이 가능하다.

본 발명에 의한 소자를 콘덴서, 저항기 등의 각종 소자에 대해 같은 방법으로 조작하거나 사용할 수 있다. 감긴 것은 소자자체에 영향을 주지 않으므로, 본 발명에 의한 소자는 다루기 쉽고 소형이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면 제1도에 나타낸 바와 같이 인덕턴스 소자(1)용 자기코어(2)는 상술한 바와 같이 얻은 얇은 스트립(3)을 감아서 제조한다. 우선 소정의 폭과 소정의 두께를 갖는 상기 얇은 스트립을 미리 선택한 형상을 갖는 코어부재(도시하지 않음) 주위에 감는다. 코어부재의 단면은 원형에 한정되지 않으며 직사각형 또는 다각형이어도 좋다.

상기 얇은 스트립을 감은 부분의 두께가 소정의 수준에 이르면, 상기 얇은 스트립(3)의 감기 작업을 마친다. 풀림을 방지하기 위해 폴리이미도(상표; 캡톤) 테이프 등 열저항을 갖는 고점성 수지테이프를 사용하거나 점용접을 함으로써 자기코어(2)에 감겨진 얇은 스트립(3)의 단부를 고정하는 작업을 행한다.

코어부재를 제거한 자기코어(2) 속으로 리드선(4)을 삽입한다. 이 경우 제7도에 나타낸 바와 같이 리드선(4)을 코어부재로 직접 사용함으로써, 자기코어(2)와 리드선(4)으로 구성된 조립품을 쉽게 얻을 수 있다. 더욱이 분리된 코어부재를 제거하는 작업이 필요 없게 된다. 이것은 제품가격과 구성요소의 수를 줄이는 것을 가능하게 한다.

산화방지제를 위해 알미늄, 알미늄합금, 구리, 구리합금, 철합금 또는 그의 표면을 도금한다. 구체적으로 예를 들면 납도금된 구리선, 42합금선, CP선, Sn 도금 구리선 또는 소성된 Sn 도금 구리선 등의 도전성 부재를 리드선으로 사용하여도 좋다. 이러한 부재중에서 저 저항을 갖는 Sn 도금 구리를 사용하는 것이 좋다.

더욱이 리드선(4)으로는 자기코어(2)의 중심선을 따라서 각각 동일한 단면 또는 상이한 단면을 갖는 복수의 도전성 와이어(4a) 묶음을 배치시키는 것이 가능하다. 복수의 도전성 와이어를 서로 간에 절연시키는 경우(즉 리드선을 코팅이나 세라믹관에 의해 절연시킨 경우)에는, 제9도에 나타낸 바와 같이 자기코어의 측벽 상에 세로 방향으로 도전성 와이어를 감아도 좋다.

따라서 이렇게 얻은 리드선(4)을 장착한 자기코어(2)를 열처리한다. 또한 열처리 후에 리드선을 장착하는 것도 가능하다. 열처리의 조건하에서, 상기 얇은 스트립을 비결정질 상태로 유지시키기 위해서는 온도를 큐리온도 이상 및 결정화온도 이하로 하는 것이 좋고, 상기 얇은 스트립을 결정질 상태로 유지시키기 위해서는 온도를 결정화온도 이상으로 하는 것이 좋다. 열처리 시간은 30분~24시간의 범위이다. 또한 이 경우에 산화가스, 환원가스 또는 불활성가스의 분위기에서 상기 얇은 스트립의 폭 방향으로 0~60kA/m(예컨대 5kA/m)의 자기장을 인가하면서 또는 일정한 방향으로 자기코어에 힘을 인가하면서 열처리를 행함으로써 원하는 물품에 각종 특성을 조절하는 것이 가능하다.

인덕턴스 소자(1)를 합성수지나 알루미늄 등의 비자기 소재로 만든 케이스에 넣거나 또는 에폭시수지 등으로 봉인하여도 좋다. 제8도에 나타낸 바와 같이 패키지의 외관이 핀의 형태이거나 패키지가 합성수지로 된 경우에 있어서는 알루미늄 등의 비자기 소재로 된 핀을 패키지 즉 케이스(18)의 외부에 부착하여 열방사 특성을 향상시킬 수 있다.

더욱이 이렇게 얻은 복수의 인덕턴스 소자(1)를 서로 병렬로 또는 직렬로 접속하여 상이한 정전용량을 갖는 소자를 얻을 수 있다. 이 경우, 예컨대 개개의 인덕턴스 소자(1)를 제4도에 나타낸 바와 같이 병렬로 배열한 후에 에폭시수지 등으로 봉인하여 단일 집합형 소자유닛(6)으로 패키지(5)를 형성함으로써, 소자의 높이를 변경시키지 않고도 일정한 외관을 갖는 각종 소자를 얻을 수 있다.

또한 제4도에서는 비록 복수의 인덕턴스 소자(1)를 수지에 의해 봉인했지만, 이들 인덕턴스 소자(1)를 합성수지로 된 케이스에 넣어 단일 집합형 소자를 형성하여도 좋다. 이러한 집합형 소자에 있어서는 열발생량도 또한 증가함으로, 열방사 특성이 뛰어난 인덕턴스 집합형 유닛을 얻기 위해서는 케이스의 외관을 제8도에 나타낸 것과 유사한 핀의 형태로 만들거나 또는 알루미늄 등의 비자기 소재를 패키지 외부에 입혀야 한다.

복수의 소자(1)를 접속하는 방법으로는 미리 접속된 소자를 케이스에 넣는 방법과, 상기 소자를 에폭시수지로 봉인하는 방법과, 실재 설비기판상에 인쇄회로기판 등을 이용하여 소자를 접속하는 방법이 가능하다.

이하에서는 본 발명의 실시예와 비교예를 설명한다.

[실시예 1]

제7도에 나타낸 바와 같이 미국 알라이드-시그널사(Allide-Signal company)에서 만든 비결정질 철자기합금의 얇은 스트립(3)(상표; 2605S-2, 조성; Fe₇₈Si₉B₁₃(원자%), 두께; 20μm, 폭; 15mm)의 표면(일측면)을 Sb₂O₅의 미세분말로 입히고, 그 후 상기 스트립을 1.6mm의 직경을 갖는 Sn 도금 구리선(저항율; 0.97μΩcm)을 소성한 리드선(4) 주위로 감아서 1.6mm의 내경, 5mm의 외경 및 15mm의 길이를 갖는 소자(1)를 형성하였다.

감긴 단부는 폴리이미도 테이프(캡톤 테이프)로 고정하였다. 이것을 N₂분위기에 노출시키고 큐리온도 이상 및 결정화온도 이하의 온도에서 가열하였다. 구체적으로, 열처리 조건은 430℃에서 2시간 동안이었다.

상술한 바와 같이 제조한 5개의 소자 각각을 병렬로 배치하고 에폭시수지(5)로 봉인하여 패키지 몸체를 형성하였고, 단자(terminals)(리드선(4))를 패키지 몸체의 일측면으로부터 돌출시켜 인쇄회로판상에 장착 가능하게 함으로써 집합형소자(6)를 제조하였다. 그의 외양은 제4도에 나타낸다.

상기 5개 소자(1)를 패키지 몸체 내에 병렬로 접속시키기 위해 단자를 전기적으로 단락시켰고, 인덕턴스의 전류중첩 특성은 100kHz 주파수에서 측정하였다.

[실시예 2]

제7도에 나타낸 바와 같이 미국 올라이드-시그널사에서 만든 비결정질 철자성 합금의 얇은 스트립(상표; Metglas 2650S02 조성; Fe₇₈Si₉B₁₃(원자%), 두께; 20μm, 폭; 15mm)을 1.6mm의 직경을 갖는 코어 주위에 감고, 감기작업을 마친 후, 단부를 점용접에 의해 고정시켰다. 그 후 상기 코어를 제거하여 1.6mm의 내경, 5mm의 외경 및 15mm의 길이를 갖는 자기코어를 얻었다. 이것을 N₂분위기에 노출시키고 큐리온도 이상 및 결정화온도 이하의 온도에서 가열하였다. 구체적으로 430℃에서 2시간 동안 가열하였다.

미리 U자형으로 형성한 소성된 Sn 도금 구리선(저항율; 0.89μΩcm)을 물품 내에 삽입하고, 프레스기에 의해 리드선(14)으로 재형성하였다.

상기 제조한 물품을 미쓰이(Mitsui) 세끼유 가가꾸사의 변형 폴리아미드(상표; ARLEN)로 만든 케이스(15)에 넣고, 땜질에 의해 발생하는 열에 의해 케이스가 열리는 것을 막기 위하여 케이스(15)와 뚜껑은 에폭시계 접착제로 서로 고정하였다. 외관은 제11도 및 제12도에 나타내었다.

[비교예]

한편 제5도 및 제6도에서는 비교를 위해 동일한 정격 정전용량을 갖는 환상 초크코일(11)(TM코일 6μH-10A)을 나타내었다.

실시예 1에서와 같은 방법으로, 미국 알라이드-시그널사에서 만든 비결정질 철 자기합금의 얇은 스트립(상표; Metglas 2650S02 조성; Fe₇₈Si₉B₁₃, 두께; 20μm, 폭; 5mm)의 표면(일측면)을 21.5mm의 외경 및 12.0mm의 내경을 갖는 자기코어(12)에 감았다. 감긴 것을 열처리하고, 수지케이스(15)에 넣었다. 그 후 1.1mm의 직경을 갖는 2개의 리드선(16) 각각을 병렬로 수지로 만든 케이스(15)의 외주방향으로 8회 감았다. 그 결과, 27mm의 외경(ℓ)과 12mm의 높이(h)를 갖는 환상초크(11)를 얻었다.

환상 초크코일에 대하여 100kHz의 주파수에서 인덕턴스의 전류중첩 특성을 측정하였다(비교예). 제10도는 실시예와 비교예간의 중첩전류에 관한 인덕턴스 변화를 나타낸다. 하기의 표는 실시예와 비교예간의 패키지 크기의 비교를 나타낸다.

따라서 실시예에 따르면 바닥면적(foot print)은 종래의 물품보다 작고, 실제 높이는 종래의 물품의 약 반 정도이다.

Claims (6)

1. 자기합금의 얇은 스트립을 감아서 중심축 근처에 속이 빈 부분을 갖도록 만든 자기코어(2)와, 상기 자기코어의 속이 빈 부분을 관통하도록 배치된 리드선(1)으로 구성되는 인덕턴스 소자에 있어서, 상기 자기코어는 미세결정질 칠합금으로 제조되며, 상기 자기코어의 비투자율 μ은 100~2,000의 범위 내이며, 다음 식을 만족시키며

   0B_sφ_o/μφ_i ²≤10, B_s≥0.6T

   상기 식에서 B_s(T)는 포화자속밀도이고, μ는 비투자율이고, φ_o(m)는 자기코어의 외경이고, φ_i(m)는 자기코어의 내경임. 자기코어를 평활초크, 교류전류선용 초크코일, 능동필터용 초크코일 및/또는 스위칭 변환장치용 초크코일로 사용하는 것이 특징인 인덕턴스 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 자기코어는 자기합금의 얇은 스트립을 감아서 형성된 것이 특징인 인덕턴스 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 자기코어는 자기합금 시트를 적층하여 형성된 것이 특징인 인덕턴스 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 리드선은 코어부재로서 사용하고, 상기 자기합금의 얇은 스트립은 상기 코어부재 주위에 직접 감은 것이 특징인 인덕턴스 소자.
5. 제1항의 인덕턴스 소자를 복수개 병렬로 배열하고, 각각의 자기코어부는 수지로 봉인하여 패키지를 형성하고, 각각의 인덕턴스 소자의 리드선은 상기 패키지의 측벽으로부터 돌출한 것이 특징인 집합형 유닛.
6. 제5항에 있어서, 수지봉인 대신에 비자기 소재로 만든 케이스를 패키지용으로 사용한 것이 특징인 집합형 유닛.