KR100222755B1 - Monolithic inductor and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자기기에 사용되는 표면실장(surface mounted device)용 인덕터(inductor) 및 그 제조방법에 관한 것이며 ; 그 목적은 권선과 자성체/유전체가 일체화된 새로운 인덕터(inductor)를 제공함에 있다.The present invention relates to an inductor for a surface mounted device for use in an electronic device and a method of manufacturing the same; The aim is to provide a new inductor in which the winding and the magnetic material / dielectric are integrated.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 모재의 표면에 나선형의 흠이 형성되는 한편 상기 흠이 형성되지 않은 부위에는 Cu도금층과 그 위에 Ag도금층이 마련되고, 상기 모재의 양측부에는 외부전극이 형성되며, 또한 상기 도금층상에는 전면도포된 수지층이 형성되어 구성되는 일체형 인덕터 및 이러한 인덕터의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is provided with a helical flaw formed on the surface of the base material while the Cu plating layer and the Ag plated layer is provided thereon, the outer electrode is formed on both sides of the base material, In addition, the technical gist of the integrated inductor and the manufacturing method of such an inductor is formed on the plated layer is formed by the front coating resin layer.
Description
본 발명은 전자기기에 사용되는 표면실장(surface mounted device)용 인덕터(inductor) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선과 자성체/유전체가 일체화된 새로운 인덕터(inductor) 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inductor for a surface mounted device used in an electronic device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a new inductor integrated with a winding and a magnetic material / dielectric. It is about.
최근 전자기기의 소형화 및 고주파 변화에 따라 표면에 장착되는 부품도 경박단소화(輕薄短小化)되는 추세에 있다. 그런 반면에 디지탈통신의 발전으로 인해 사용주파수가 점차 고주파 영역으로 확대되고 있기 때문에 전자기파 환경의 열화도 더욱 심화되고 있는 실정이다. 특히, 수백∼ 수십정도의 고주파 영역에서의 전자파 잡음은 통신의 혼란 및 장애를 초래하여 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 대표적인 예로서 인덕터를 들 수 있다.Recently, due to the miniaturization of electronic devices and changes in high frequency, components mounted on surfaces have also become light and thin. On the other hand, due to the development of digital communication, the frequency of use is gradually extended to the high frequency region, and the deterioration of the electromagnetic environment is also intensifying. In particular, hundreds Dozens Electromagnetic noise in the high frequency range of the degree of confusion and disturbance of the communication has been actively studied, the representative example is an inductor.
일반적으로 인덕터는 크게 권선형과 적층형의 두가지로 분류되며, 각각의 부품의 적용범위 뿐만 아니라 그 제조방법 또한 상이하다.In general, inductors are classified into two types, a winding type and a laminated type, and the application range of each component as well as the manufacturing method thereof are different.
제1도는 일반적인 권선형 인덕터를 나타내는데, 권선형 인덕터는 제1도에서 보는 바와 같이, 자성재료 등의 목재(12)에 코일(14)이 권선된 형태로서 인가전류가 크기 때문에 코일 또한 수∼ 0.1까지 사용되며, 주로 전원부의 노이즈제거(noise filter) 또는 고주파 RF 코일 등에 적용되고, 적용 주파수 대역도 수에서 수백이다.FIG. 1 shows a typical winding type inductor. As shown in FIG. 1, the winding type inductor has a coil 14 wound around a wood 12 such as a magnetic material. To 0.1 Mainly applied to noise filter or high frequency RF coil of power supply, and applied frequency band From hundreds to be.
상기 권선형 인덕터의 경우 코일간의 부유용량(도선간의 정전용량) 및 권선방법에 따라 코일 인덕턴스값 및 저항값이 변화되는데, 고용량의 인덕턴스를 구현하기 위해서는 (모재의 투자율 변화가 없다는 가정하에) 권선수의 증가가 필요하기 때문에 이에 따라 고주파 특성이 열화되는 단점이 있다.In the case of the wound inductor, the coil inductance value and the resistance value are changed according to the stray capacitance between the coils (capacitance between the conductors) and the winding method. Since there is a need to increase the high frequency characteristics are deteriorated accordingly.
한편, 제2도는 적층형 인덕터를 나타내는데, 적층형 인덕터의 경우 모재(22)는 권선형과 동일하나 코일 대신 내부전극(24)이 그린시트(green sheet)로 적층, 가압, 소결된 모재(22)내에 나선형태를 이루도록 인쇄되고 모재(22)의 양측부에는 외부전극(26)이 도포되어 있다. 적층헝 인덕터는 표면실장되어 회로부분에서 노이즈제거용으로 적용되는 칩부품으로 Ag로 이루어지는 내부전극의 경우 고주파 특성 때문에 수~수백정도로 인쇄된다. 보통 적층형 인덕터는 대량생산에 매우 적합하다는 장점이 있고, 또한 내부전극이 Ag로 구성되기 때문에 고주파 특성이 매우 우수한 반면 전극의 적층수의 한계로 구현되는 인덕턴스의 한계가 있으며 특히 내부 전극의 폭의 한계로 인해 허용전압이 낮아 전원용으로 적용하기 어렵다고 주로 저전압, 저전류 회로부분에 한정지어지는 단점이 있다. 뿐만 아니라 제조공정 자체가 까다롭고 설비비가 많이 소요되는 등의 단점도 있다.On the other hand, FIG. 2 shows a multilayer inductor. In the case of the multilayer inductor, the base material 22 is the same as the winding type, but instead of the coil, the internal electrode 24 is laminated in a green sheet, pressed, and sintered in the base material 22. It is printed to form a spiral shape, and external electrodes 26 are coated on both sides of the base material 22. The multilayered inductor is a chip component that is surface-mounted and applied for noise removal in the circuit part. ~ Hundreds Is printed to a degree. In general, the multilayer inductor has the advantage that it is very suitable for mass production, and because the internal electrode is composed of Ag, the high frequency characteristic is very good, but there is a limit of inductance that is realized by the limit of the number of stacked electrodes, in particular the limit of the width of the internal electrode. Due to the low allowable voltage is difficult to apply for the power source has a disadvantage that is mainly limited to the low voltage, low current circuit portion. In addition, the manufacturing process itself is difficult, and also requires a lot of equipment costs.
따라서, 본 발명은 종래의 인덕터와는 달리 권선과 자성체/유전체가 일체화된 새로운 인덕터(inductor)를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new inductor in which a winding and a magnetic material / dielectric are integrated, unlike a conventional inductor.
또한, 본 발명은 그러한 일체형 인덕터를 제조하는 방빕을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a room for manufacturing such an integrated inductor.
제1도는 종래의 권선형 인덕터의 구성도.1 is a block diagram of a conventional wire wound inductor.
제2도는 종래의 칩인덕터의 구성도.2 is a block diagram of a conventional chip inductor.
제3도 내지 제9도는 본 발명에 의한 일체형 인덕터의 제조과정을 나타내는 일례도.3 to 9 are exemplary views showing the manufacturing process of the integrated inductor according to the present invention.
제10도는 본 발명에 의한 일체형 인덕터의 구성도.10 is a block diagram of an integrated inductor according to the present invention.
제11도는 본 발명에 의한 일체형 인덕터가 기판에 적용된 모습을 나타내는 모식도.11 is a schematic diagram showing a state in which the integrated inductor according to the present invention is applied to a substrate.
제12도는 본 발명에 의한 일체형 인덕터의 제조과정을 나타내는 순서도.12 is a flow chart showing the manufacturing process of the integrated inductor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
30 : 일체형 인덕터 32 : 모재30: integral inductor 32: base material
33 : Cu도금층 34 : Ag도금층33: Cu plated layer 34: Ag plated layer
35 : 레이저 36 : 외부전극35 laser 36 external electrode
37 : 절단기 38 : 수지37: cutting machine 38: resin
40 : PCB 42 : 기판40: PCB 42: substrate
44 : 접합층 46 : 패턴44 bonding layer 46 pattern
48 : 솔더볼(solder ball)48: solder ball
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 모재의 표면에 나선형의 홈이 형성되는 한편 상기 홈이 형성되지 않은 부위에는 Cu도금층과 그 위에 Ag도금층이 마련되고, 상기 모재의 양측부에는 외부전극이 형성되며, 또한 상기 도금층상에는 전면도포된 수지층이 형성되어 구성되는 일체형 인덕터에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object is provided with a spiral groove is formed on the surface of the base material while the groove is not formed in the Cu plating layer and Ag plating layer is provided thereon, the external electrode is formed on both sides of the base material, The present invention also relates to an integrated inductor in which a resin layer coated on the front surface is formed.
또한, 본 발명은 모재의 표면에 Cu도금하는 단계; Cu도금된 모재를 회전시키면서 그 표면에 나선형의 홈이 형성되도록 표면가공하는 단계; 표면가공된 모재의 나선형홈이 형성되지 않은 부위에 Ag도금하는 단계; Ag도금된 모재를 일정 길이로 절단하는 단계; 일정 크기를 갖는 모재의 양측부에 외부전극층을 형성하고, 이를 열처리하는 단계; 및 상기와 같이 전극이 형성된 모재의 둘레에 수지로 표면절연처리하는 단계;를 포함하여 구성되는 일체형 인덕터의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention comprises the steps of plating the surface of the base metal Cu; Surface processing to rotate the Cu-plated base material so that a spiral groove is formed on the surface thereof; Ag-plating at a portion where the spiral groove of the surface-treated base material is not formed; Cutting the Ag-plated base material into a predetermined length; Forming external electrode layers on both sides of the base material having a predetermined size, and heat-treating them; And surface insulating treatment with a resin around the base material on which the electrode is formed as described above.
또한, 본 발명은 일반 다층인쇄회로기판상에 솔더볼(solder ball)에 의해 상기 일체형 인덕터의 외부전극이 연결되어 구성되는 일체형 인덕터의 표면실장구조에 관한 것이다.The present invention also relates to a surface mount structure of an integrated inductor in which an external electrode of the integrated inductor is connected by solder balls on a general multilayer printed circuit board.
이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
우선, 본 발명에 따른 인덕터에 적용되는 모재로는 자성체 또는 유전체를 사용함이 바람직하다. 이들은 보통 소결에 의해 용이하게 원하는 형태로 제조될 수 있다. 자성체로는 Ni-Zn계, Ni-Cu-Zn계 및 Mg-Zn계 페라이트 중애서 선택된 1종을 사용함이 바람직하지만, Mn이 함유된 페라이트는 저항이 작기 때문에 부적합하다. 그리고, 상기 유전체로는 알루미나 또는 티탄산바륨 등을 들 수 있다.First, it is preferable to use a magnetic material or a dielectric material as the base material applied to the inductor according to the present invention. They can usually be produced in the desired form easily by sintering. It is preferable to use one selected from among Ni-Zn-based, Ni-Cu-Zn-based and Mg-Zn-based ferrites, but ferrite containing Mn is not suitable because of its low resistance. Examples of the dielectric material include alumina, barium titanate, and the like.
본 발명에 적합한 모재의 형상은 제3도와 같이, 봉상형태를 갖도록 성형된 것이 바람직하다.It is preferable that the shape of the base material suitable for this invention was shape | molded so that it might have a rod form like FIG.
먼저, 본 발명에 따른 인덕터는 제4도와 같이, 모재(32)의 표면에 Cu도금층(33)이 형성되도록 Cu도금을 실시한다. 이때, Cu도금층(33)은 무전해도금에 의해 형성하며, 그 도금층의 두께는 약 30-250의 범위로 형성함이 바람직하다. 이렇게 Cu도금층을 마련하는 이유는 후속되는 Ag도금층을 형성시키기 위해서이다.First, the inductor according to the present invention is subjected to Cu plating so that the Cu plating layer 33 is formed on the surface of the base material 32 as shown in FIG. At this time, the Cu plating layer 33 is formed by electroless plating, the thickness of the plating layer is about 30-250 It is preferable to form in the range of. The reason for providing the Cu plating layer in this way is to form a subsequent Ag plating layer.
그 다음, 상기와 같이 Cu도금층이 형성된 모재는 제5(a)도와 같이, 레이저(35)를 주사하면서 나선형의 홈(31)을 가공한다. 나선형의 홈(31) 형성을 위해서는 상기 모재(32)를 일정 속도로 회진시키면서 전후왕복하면 가능하다. 이때, 상기 홈(31)의 깊이는 150-1000의 범위로, 그리고 그 폭은 5-5의 범위로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 홈(31)을 도금층의 아래까지 오도록 깊게 형성하는 것이다.Then, as described above, the base material on which the Cu plating layer is formed processes the spiral groove 31 while scanning the laser 35 as shown in FIG. 5 (a). In order to form the helical groove 31, the base material 32 may be reciprocated back and forth while rotating at a constant speed. At this time, the depth of the groove 31 is 150-1000 To the extent of, and its width is 5 -5 It is preferable to set it as the range of. Preferably, the groove 31 is deeply formed to come under the plating layer.
상기 홈의 깊이는 레이저의 주사전력과 주사시간에 의하여 결정할 수 있다. 또한, 홈의 폭, 즉 Ag 도선의 폭은 제5(b)도와 같이 레이저(35)의 촛점거리를 조정하면 가능하다. 본 발명에서 적합한 레이저로는 YAG 레이저가 바람직하다. 또한, 홈 사이의 간격의 경우는 모재의 왕복속도에 의해 결정할 수 있는 것이다.The depth of the groove may be determined by the scanning power and the scanning time of the laser. In addition, the width of the groove, that is, the width of the Ag lead can be adjusted by adjusting the focal length of the laser 35 as shown in FIG. 5 (b). As a suitable laser in the present invention, a YAG laser is preferable. In addition, the space | interval between groove | channels can be determined by the reciprocating speed of a base material.
홈이 형성된 모재는 이후 상기 홈이 형성된 부위를 제외하고 모재의 둘레를 따라 Ag도금층(34)을 형성시킨다. 이 같이 하층의 Cu도금층(33)에만 Ag도금층(34)을 마련하기 위해서는 Ag도금은 전기도금으로 행함이 적당하다. 이때, 상기 Ag도금층(34)은 100-200의 두께 범위로 함이 바람직한데, 이를 위해 전기도금시 인가되는 전류밀도는 0.1-5A/dm2의 범위로 행함이 좋다. 이렇게 모재에 각 도금층이 형성된 모습이 제6도에 나타나 있다.The grooved base material then forms the Ag plating layer 34 along the circumference of the base material except for the portion where the groove is formed. Thus, in order to provide the Ag plating layer 34 only in the lower Cu plating layer 33, Ag plating is suitable by electroplating. At this time, the Ag plating layer 34 is 100-200 It is preferable to set the thickness range of. For this purpose, the current density applied during electroplating may be performed in the range of 0.1-5 A / dm 2 . Thus, the state in which each plating layer was formed on the base material is shown in FIG.
그 다음, Ag도금된 모재는 절단기(37) 등과 같은 적절한 방법으로 제7도와 같이, 일정 길이로 절단하여 단일 인덕터의 크기로 하며, 상기 일정 크기를 갖는 인덕터는 제8도와 같이, 그 양측부에 외부전극층(36)을 마련한다. 이때, 상기 외부전극층의 형성은 롤에 의한 도포방식 또는 함침 등의 방식으로 인쇄될 수 있다. 인쇄 또는 함침된 외부전극은 약 400-800℃의 범위에서 소부 열처리하여 경화시킨다. 바람직하게는 열처리온도를 약 450-650℃의 범위로 하는 것이다.Subsequently, the Ag-plated base material is cut into a predetermined length as shown in FIG. 7 by a suitable method such as a cutter 37, and the size of a single inductor. The external electrode layer 36 is prepared. In this case, the formation of the external electrode layer may be printed by a coating method or an impregnation method by a roll. The printed or impregnated external electrode is cured by baking under heat in the range of about 400-800 ° C. Preferably, the heat treatment temperature is in the range of about 450-650 ° C.
그 다음, 상기와 같이 전극이 형성된 모재는, 제9도와 같이 자속이 계속 순환될 수 있도록 일부 외부전극만을 남기고 모재의 중앙부 둘레를 따라 수지층(38)을 마련한다. 이후 인덕터를 다시 Ni욕과 Sn-Pb와 같은 땜납욕에 함침하면 상기 수지층이 마련된 중앙부를 제외하고 외부전극층이 마련된다.Then, as described above, the base material on which the electrode is formed provides the resin layer 38 along the center portion of the base material, leaving only some external electrodes so that the magnetic flux can be continuously circulated as shown in FIG. Subsequently, when the inductor is again impregnated in a solder bath such as Ni bath and Sn-Pb, an external electrode layer is provided except for the center portion where the resin layer is provided.
제12도는 이러한 본 발명의 제조과정을 나타내는 순서도이다.12 is a flow chart showing the manufacturing process of this invention.
이와 같이, 형성된 일체형 인덕터는 종래의 권선형 또는 적층형 인덕터와는 달리, 도체와 모재가 일체화되며, 제10도와 같이 외부전극에 인가된 전류에 의해 자속이 발생되는데, 특히 도체간 선폭의 크기가 균일하고 정밀하게 제어가 가능하다.As described above, the formed inductor, unlike the conventional wound or stacked inductor, integrates the conductor and the base material, and magnetic flux is generated by the current applied to the external electrode as shown in FIG. 10, in particular, the size of the line width between the conductors is uniform. And precise control is possible.
또한, 상기 인덕터는 일반 다층인쇄회로기판에 외부단자없이도 용이하게 표면실장 될 수 있다. 제11도는 그 일실시예로서, 일반 다층인쇄회로기판(42)상에 일체형 인덕터(30)는 결합층(44)을 통해 고정되고, 인덕터(30)의 외부전극이 솔더볼(solder ball)(48)에 의해 상기 기판(42)의 패턴(46)과 간단히 연결되어 실장될 수 있다.In addition, the inductor may be easily surface mounted on a general multilayer printed circuit board without an external terminal. FIG. 11 is an embodiment, in which the integrated inductor 30 is fixed on the general multilayer printed circuit board 42 through the coupling layer 44, and the external electrode of the inductor 30 is a solder ball 48. As shown in FIG. ) May be simply connected to and mounted with the pattern 46 of the substrate 42.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 종래의 인덕터와는 달리, 일괄 공정상 생산이 가능하여 대량생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 크기에 따른 공정의 변화가 거의 없는 안정된 제조방법이 제공되며, 제공되는 인덕터는 균일한 도선의 폭 조정이 가능하여 저주파대역에서 부터 고주파대역까지 설계가 용이하며, 특히 다양한 제품 크기에도 불구하고 고주파에서의 특성의 허용편차가 최대한 억제되어 전자기적 특성이 안정되며 그 표면실장도 우수한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, unlike the conventional inductor, it is possible to produce in a batch process, which is advantageous for mass production, and provides a stable manufacturing method with little change in process according to product size. It is easy to design from low frequency band to high frequency band by adjusting the width of uniform wires.In particular, despite the various product sizes, the allowable deviation of the characteristics at high frequency is suppressed to the maximum, so that the electromagnetic characteristics are stable and the surface mounting is excellent. It works.
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