KR100228117B1 - 고전류 소형 인덕터 및 인덕터 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고전류 소형 인덕터(10,88)은 내부 코일 단부(26,92) 및 외부 코일 단부(28,94)을 가지는 와이어 코일(24,90)을 포함한다. 자기 재료가 인덕터 몸체(14,88)을 형성하기 위하여 와이어 코일을 완전히 둘러 싼다. 내부 코일 단부(26,92) 및 외부 코일 단부(28,94)에 접속된 제1(16,98) 및 제2(18,100) 리드는 자기 재료를 통하여 인덕터 몸체의 외부로 연장된다. 작동 방법은 와이어 코일 주위에 자기 재료를 압축 몰딩하는 것을 포함한다.

Description

고전류 소형 인덕터 및 인덕터 제조 방법
제1도는 본 발명에 따라서 제조되고 회로 보드에 부착된 인덕터를 나타내는 도면.
제2도는 몰딩 처리 전에 인덕터 코일 및 코일에 부착된 리드 프레임을 나타내는 도면.
제3도는 몰딩 처리가 완성된 후, 그러나 리드 프레임이 리드로부터 절단되기 전에 본 발명의 인덕터를 나타내는 도면.
제4도는 본 발명의 인덕터를 제조하기 위한 방법을 나타내는 흐름도.
제5(a)도는 프레스에 장착된 리드 프레임과 코일의 단면도.
제5(b)도는 제5(a)도의 평면도.
제5(c)도는 제5(a)도와 유사하나, 압축되기 전에 리드 프레임과 코일을 둘러싸는 분말을 나타내는 도면.
제5(d)도는 제5(a)도와 유사하나, 코일, 리드 프레임 및 분말에 인가된 압력을 나타내는 도면.
제5(e)도는 제5(a)도와 유사하나, 몰드로부터 리드 프레임 및 몰드된 인덕터의 돌출을 나타내는 도면.
제6도는 둥근 단면 부분을 가지는 코일 와이어를 이용하는 본 발명의 변형된 사시도.
제7도는 조립하기 전의 제6도의 장치의 리드 프레임 및 코일의 분해도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
16,18 : 리드 20,22 : 제1패드 및 제2패드
24 : 코일 32 : 리드 프레임
본 발명은 고전류 소형 인덕터 및 그러한 인덕터 제조 방법에 관한 것이다.
이런 형태의 인덕터는 "높은 전류, 소형 인덕터"의 약자인 IHLP로 표시된다.
대부분의 종래 기술의 유도성 구성요소는 C-형태, E-형태, 환상 형태 또는 다른 형태 및 구성을 갖는 자기 코어로 구성되어 있다. 다음에 전도성 와이어 코일은 인덕터를 만들기 위하여 자기 코어 소자 주위에 감긴다. 이러한 형태의 종래 기술의 인덕터는 다수의 개별 부품을 요구하고, 상기 개별 부품은 코어, 권선 및 상기 부품들을 함께 고정하기 위한 몇몇 종류의 구조체를 포함한다. 또한, 이러한 유도 코일은 종종 코일을 둘러싸는 외관을 가진다. 그 결과, 인덕터에는 많은 공기 공간(air space)이 발생하고, 그것은 인덕터 동작에 영향을 끼치고 공간의 최적화를 방해한다.
그러므로, 본 발명의 주목적은 개선된 고전류, 소형 인덕터 및 그러한 인덕터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인덕터에 공기 공간이 없고, 코일 주위를 완전하게 감싸는 자기 재료를 포함하는 고전류, 소형 인덕터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자체 차폐를 제공하는 밀폐된 자기 시스템을 포함하는 개선된 고전류, 소형 인덕터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인덕터가 최소 크기가 될 수 있도록 주어진 인덕턴스 성능에 필요한 공간의 이용을 극대화하는 개선된 고전류, 소형 인덕터를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 인덕터 코일보다 더 적고, 제조하기에 값싸고, 포화되지 않고 더 많은 전류를 수용할 수 있는 개선된 인덕터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보다 적은 코일 와이어 턴수로 보다 큰 종래 기술의 인덕터로 달성되는 것과 동일한 인덕턴스를 얻을 수 있고 인덕터의 직렬 저항을 감소시키는 고전류, 소형 인덕터를 제공하는 것이다.
전술한 목적은 내부 코일 단부 및 외부 코일 단부를 가지는 와이어 코일을 포함하는 고전류, 소형 인덕터에 의해 달성될 수 있다. 자기 재료는 인덕터 몸체를 형성하기 위하여 와이어 코일을 완전히 둘러싼다. 제1리드는 코일의 내부 코일 단부에 연결되고, 자기 재료를 통하여 인덕터 몸체 외부에 노출된 제1리드 단부로 연장된다. 제2리드는 외부 코일에 연결되고, 자기 재료를 통하여 인덕터 몸체 외부에 노출된 제2리드 단부로 연장된다.
인덕터를 만드는 방법은 내부 코일 단부 및 외부 코일 단부를 갖는 와이어 코일을 형성하는 단계를 포함한다. 제1리드는 코일의 내부 코일 단부에 부착된다. 그 다음에 상기 코일은 나선형으로 감긴다. 그 다음에 제2리드는 외부 코일 단부에 부착된다. 제1 및 제2리드는 각각 제1 및 제2 자유 단부를 가진다. 그 다음에 분말 자기 재료가 인덕터 몸체를 형성하기 위하여 코일 주위에 완전히 압축되어 몰딩된다. 제1 및 제2리드의 자유 단부는 인덕터 몸체의 외부로 연장된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.
도면에서 부호(10)은 일반적으로 본 발명의 고전류, 소형 인덕터(IHLP)를 나타낸다. 제1도에 도시된 IHLP(10)은 회로 보드(12)에 장착된다. IHLP(10)은 인덕터 몸체 외부로 연장되는 제1리드(16) 및 제2리드(18)를 갖는 인덕터 몸체(14)를 포함한다. 상기 리드(16,18)는 인덕터 몸체(14)의 바닥 아래에서 굽어지고 접혀지며 제1패드(20) 및 제2패드(22)에 각각 납땜된다.
제2도에서 인덕터(10)는 직사각형 도면을 가지는 평면 와이어로부터 와이어 코일(24)을 형성함으로서 제조된다. 코일(24)에 대한 바람직한 와이어의 예는 32135 플로리다 팜 코스트 피.오. 박스 350 440 코머스 블러바드 1에 있는 H.P. 레이드 회사에 의해 제조된 에나멜 구리 평면 와이어이고, 상기 와이어는 순도 99.95의 OFHC 구리 102로 만들어진다. 폴리마이드 에나멜, 등급(220)은 절연을 위해 와이어를 코팅한다. 부착제 에폭시 코팅 범위 "E"는 절연체상에 코팅된다. 상기 와이어는 나선형 코일로 형성되고, 에폭시 접착제는 코일상에 아세톤을 떨어뜨려 부착된다. 에폭시 작용은 코일을 가열함으로써 이루어질 수 있다. 접착제 작용은 상기 코일이 느슨함이나 풀림이 없이 나선형 구조로 남아 있게 한다.
코일(24)은 다수의 턴(30)(turn)을 포함하고, 또한 내부 단부(26) 및 외부 단부(28)를 포함한다.
리드 프레임(32)은 1/2 정도 경화된 인 청동(510) 합금으로 구성되고, 코일(24)의 내부 단부(26)에 용접되는 하나의 단부(34)를 갖는 제1리드(16)를 가진다. 리드 프레임(32)은 코일(24)의 외부 단부(28)에 납땜되는 하나의 단부(38)를 갖는 제2리드(18)를 포함한다. 상기 리드(16,18)는 제2도의 리드 프레임(32)에 부착되는 자유 단부(36,40)를 포함한다. 코일(24)의 내부 단부(26) 및 외부 단부(28)에 단부(34,38)의 용접은 바람직하게 저항 용접에 의해 수행되나 다른 형태의 납땜 또는 용접이 사용될 수 있다.
제5(a)도 및 제5(b)도에서, 압축 몰딩 장치(68)는 직사각형 다이(72)와 상호 접속되는 T-형 리드 프레임 홀더(70)를 갖는 플래튼(platten)(71)을 포함한다. 플래튼(71)은 미끄럼 부분(74)상에서 수직 미끄럼 운동을 위하여 미끄러질 수 있게 설치되고 스프링(76)에 의하여 미끄럼 부분(74)에 탄력적으로 지지된다. 베이스(78)는 제5(a)도에 도시된 바와 같이 직사각형 다이(72)쪽인 위방향으로 돌출되는 고정된 펀치(80)(punch)를 포함한다.
제2도에 도시된 리드 프레임 및 코일 어셈블리는 제5(a)도 및 제5(b)도에 도시된 T-형 리드 프레임 홀더(70)에 배치된다. 이 위치에서 상기 코일 부분은 고정 펀치(80)의 상부 단부상에서 약간 간격진다.
제5(c)도에서 분말 몰딩 재료는 코일(24)을 완전히 감싸는 방법으로 다이(72)에 주입된다. 상기 리드(16,18)는 리드 프레임(32)에 접속되는 경우 분말 재료(82)로부터 외부로 연장한다.
자기 몰딩 재료는 제1분말 철, 제2분말 철, 충전재, 합성 수지 및 윤활유로 구성된다. 제1 및 제2분말 철은 효율을 최대로 하고 장치가 높은 인덕턴스 그러나 낮은 코어 손실을 갖도록 다른 전기적인 특징을 갖는다. 이 혼합물에 사용되는 바람직한 분말 철은 아래와 같다. 분말 철은 상표명 안코스틸 1000C로 뉴저지, 리버톤, 리브 로드 및 테이러 랜에 있는 호이겐스 회사에 의해 제조된다. 이러한 1000C 재료는 75H3PO4을 갖는 0.48질량 분률로 절연된다. 제2분말 재료는 상표명 카르보닐 철 등급 SQ로 뉴저어지, 파시파니, 체리힐 로드 100에 있는 바스프 회사에 의해 제조된다. 이러한 SQ 재료는 75H3PO4을 갖는 0.875질량 분률로 절연된다.
분말 자기 재료는 충전재를 포함하고, 바람직한 충전재는 상표면 스노우플레이크 PE로 80155 캘리포니아 인젤우드, 박스 3299 사이플러스 산업 광물 회사에 의해 제조된다. 이것은 칼슘 탄산염 분말이다.
폴리에스터 합성 수지는 혼합물에 부가되고, 이러한 목적을 위한 바람직한 합성 수지는 상표면 코벨 플레트 블랙, 제21-7001호로 펜실베니아, 리딩, 포스트 오피스 박스 15240에 있는 모톤 인터내셔널에 의해 제조된다.
부가적으로 윤활유는 상기 혼합물에 부가된다. 윤활유는 상표명 류브라진크 W로 텍사스 휴스턴 박스 45296에 있는 위트코 회사에 의해 제조된 아연 스테아르산염이다.
상기 성분들의 다양한 배합이 전부 이루어질 수 있으나, 바람직한 혼합은 아래와 같다.
1000그램의 제1분말 철.
1000그램의 제2분말 철.
36그램의 충전재.
74그램의 합성 수지.
0.3중량 퍼센트의 윤활유.
상기 재료들은 (윤활유가 아닌) 함께 혼합되고 그리고나서 아세톤이 부가되어 진흙과 유사한 경도를 유지하도록 상기 재료를 적신다. 그리고나서 상기 재료가 건조 되고 -50메쉬(mesh) 입자 크기로 걸러진다. 그리고나서 상기 윤활유가 재료(82)를 완성하기 위하여 부가된다. 상기 재료(82)는 제5(c)도에 도시된 다이(72)에 부가된다.
공정의 다음 단계는 이동 가능한 램(87)이 제거 가능한 펀치(84)쪽인 아래 방향으로 힘을 가하여 펀치(84)가 다이(72)쪽으로 힘을 가하는 단계를 포함한다. 제거 가능한 펀치(84)에 의해 가해지는 힘은 평방 인치당 15톤에서 평방 인치당 20톤이어야 한다. 이것은 분말 재료(82)가 제1도 및 제5(e)도에 도시된 인덕터 몸체(14)를 형성하도록 코일 주변이 압축되게 하고 단단히 몰드되게 한다.
제5(e)도에서, 돌출 램(86)은 플래튼(71)이 스프링(76)의 바이어스에 대향하여 아래로 힘이 가해지도록 플래튼(71)쪽으로 힘을 가한다. 이것은 고정 램(80)이 다이(72)로부터 몰드된 조립체를 돌출하게 한다. 몰드된 조립체 제조의 이러한 단계는 제3도에 도시된다. 몰드된 어셈블리는 폴리에스터 합성 수지를 형성하기 위하여 1시간 45분동안 325℉로 베이킹된다.
제조 공정의 다음 단계는 절단선(42,44)을 따라서 리드(16,18)로부터 리드 프레임(32)을 절단하게 것이다. 리드(16,18)는 인덕터 몸체(14)의 바닥 표면에 대해서 접혀지도록 아래 및 안쪽으로 굽혀진다.
인덕터를 형성하는 다양한 단계는 제4도의 블록도에 도시된다. 처음에 와이어 단부(26,28)중 하나는 블록(45) 단계에서 리드(16,18)에 상응하는 단부(34,36)에 납땜된다. 다음에 상기 코일은 블록도(46)에 도시되어 있듯이 나선형으로 감긴다. 블록(50)은 다른 단부(26,28)를 그것의 대응 리드(16,18)에 용접하는 단계를 나타낸다. 상기 코일 와이어는 상기 기술된 결합 재료의 에폭시 코팅을 포함한다. 결합 단계(49)는 아세톤(48) 또는 열을 인가함으로서 결합 재료가 코일(24)의 다수의 턴(30)을 서로 부착하거나 결합하도록 하여 달성된다.
다음에, 단계(52)에서 분말 자기 재료는 부가되는 혼합물(54,56,58,60 및 62)과 함께 혼합된다.
압축 몰딩 단계(64)는 제5(a)도에서 제5(e)도에 도시된 압축 단계를 포함한다. 박스(65)단계는 합성 수지를 경화하도록 가열하는 단계이다.
최종적으로 경화가 완료된 후에, 굽힘과 절단 단계는 리드 프레임(24)을 절단하고 인덕터 몸체(14)의 바닥 표면쪽으로 리드(16,18)를 접는 단계를 포함한다.
다른 인덕터 소자와 비교했을 때, 본 발명의 IHLP 인덕터 소자는 몇몇 유일한 특징을 가지고 있다. 전도성 권선, 리드 프레임, 자기 코어 재료, 및 보호 밀봉체가 표면 지지에 적합한 단부 리드를 갖는 단일 일체형 소형 결합 몸체로서 몰딩된다. 이 구조는 자기 성능에 이용 가능한 공간을 최대로 이용하게 하고 자기적으로 자체 차폐된다.
단일 구조는 종래 기술의 E 코어 또는 다른 코어 형태의 경우와 같이 2개의 코어 이분체의 필요성을 제거하고, 또한 관련된 조립 작업 단계를 제거한다.
본 발명의 특별한 전도체 권선은 고전류로 작동하게 하고 인덕터의 풋프린트(footprint)내의 자기 파라미터를 최적화한다.
본 발명의 제조 과정은 비싸고, 정밀한 코어 재료 및 특별한 권선 기술에 좌우되지 않고 낮은 가격, 높은 성능의 패키지를 제공한다.
자기 코어 재료는 높은 저항성(3메가 오움을 초과하여)을 갖고 있고, 상기 높은 저항성은 이미 제조된 인덕터가 표면 지지 리드 사이에 전도성 통로 없이 수행하게 한다. 자기 재료는 1 MHz까지 효과적으로 동작한다. 인덕터 패캐지 성능은 마이크로 헨리 당 2밀리오움의 인덕턴스 비율로 낮은 DC 저항을 형성한다. 5 또는 그 이하의 비율은 매우 우수한 것으로 고려된다.
제6도 및 제7도에서, 본 발명의 변형된 형태는 번호(88)로 표시된다. 인덕터(88)는 둥근 단면을 가지는 와이어의 코일(90)로부터 형성된다. 코일(90)은 제1코일 단부(92) 및 제2코일 단부(94)를 포함한다. 리드 프레임(96)은 제1 및 제2리드 단부(102,104)를 갖는 제1리드(98) 및 제2리드(100)를 포함한다.
장치(90)의 조립 방법은 제1도 내지 제5도에 도시된 장치(10)와 다르다. 상기 코일은 장치(90)로서 먼저 감기고, 그리고 감기는 동안에 열로서 결합된다. 그리고나서 코일 단부(92,94)는 각각 리드 단부(102,104)에 용접된다. 혼합된 분말 재료가 주입되고 압축 몰딩 과정이 상기 기술된 방법으로 완성된다. 최종적으로 리드(98,100)는 절단되고 장치(10)의 바닥 아래쪽으로 굽혀진다.
상기 리드(98,100)의 위치는 본 발명르오부터 벗어나지 않고 변형될 수 있다. 또한, 몰드된 부분내에 하나 이상의 코일을 배치하는 것이 가능하다. 예를 들면, 몰드된 몸체(10)내에 2개 또는 그 이상 코일(24)을 배치하거나 또는 몰드된 몸체(88)내에 2개 또는 그 이상 코일(90)을 배치하는 것이 가능하다.
도면과 명세서에서 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었고, 비록 특정 측면이 사용될지라도 제한의 목적이 아니라 일반적이고 설명의 의미로만 사용되었다. 당업자는 본 발명의 권리 범위에 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구 범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (2)

  1. 고전류 소형 인덕터(10,88)(IHLP)에 있어서, 내부 코일 단부(26), 외부 코일 단부(28), 다수의 와이어 코일(24,90) 및 중공 코어를 가지는 전도성 코일; 상기 내부 코일 단부에 접속된 제1전도성 리드(34); 상기 외부 코일 단부에 접속된 제2전도성 리드(38); 및 페라이트 재료가 없고, 제1분말 철 입자(54) 및 제2분말 철 입자(56)를 포함하는 인덕터 몸체(14,88)를 포함하고, 상기 제1분말 철 입자 및 상기 제2분말 철 입자는 서로 다른 전기적 특성을 가지며, 상기 인덕터 몸체는 상기 전도성 코일 및 상기 제1 및 제2전도성 리드 부분 모두를 완전하게 둘러싸서 접촉하고, 상기 중공 코어를 완전하게 충전하며, 상기 인덕터 몸체는 상기 전도성 코일 및 상기 제1 및 제2리드 부분 주위에 상기 균일한 혼합물을 압축 처리함으로써 형성되어 상기 인덕터 몸체의 상기 제1및 제2분말 철 입자는 내부에 공간을 가지지 않으며 상기 코일 또는 리드를 단락시키지 않고 상기 전도성 코일 및 상기 제1 및 제2리드 부분 주위에 접촉하여 조밀하게 압축되는 것을 특징하는 고 전류 소형 인덕터.
  2. 고전류 소형 인덕터(IHLP)를 제조하는 방법에 있어서, 내부 코일 단부(26,92) 및 외부 코일 단부(28,94)를 가지는 와이어 코일(24,90)을 형성하는 단계; 각각 제1자유 단부(26,98) 및 제2자유 단부(28,100)를 가지는 제1 및 제2리드(16,18)를 각각 상기 내부 및 외부 코일 단부에 부착하는 단계; 전기적으로 다른 특성을 가지는 제1분말 철 및 제2분말 철을 균일한 혼합물로 혼합하여 분말 자기 재료를 형성하는 단계; 및 인덕터 몸체를 만들기 위하여 상기 분말 자기 재료의 균일한 혼합물을 상기 코일 주위에 압축 몰딩하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2리드의 자유 단부는 상기 인덕터 몸체의 외부로 연장하는 것을 특징으로 하는 인덕터 제조 방법.
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