KR100433188B1 - 표면실장형 파워 인덕터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형, 경량이고 구조가 간단하며, 코일의 형성이 용이하고 절연성이 우수하면서도 대전류를 흘릴 수 있는 표면실장형 파워인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 표면실장형 파워 인덕터를 제조하는 방법의 일 실시예에 있어서는, 알루미나 등의 세라믹으로 된 중공 원통형 압출 성형체를 절삭 가공하여 나선형으로 홈을 형성한 후 도전성 재료를 충진하고 연마함으로써, 상기 중공 원통형 압출 성형체의 나선형 홈을 따라 코일이 형성된 중공 원통형 코일 소체가 형성되는 단계와, 상기 중공 원통형 코일 소체를 일정 크기로 절단한 다음, 각 중공 원통형 코일 소체에 상기 나선형 코일과 같은 재료로 된 외부 단자가 형성되고, 외부단자 중 외부 인출부를 제외한 부분에 절연을 위해 코팅처리를 하는 단계 및 별도로 제작된 자성체 코어에 상기 절연코팅 처리된 코일이 삽입된 다음 결합되어 파워 인덕터가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면실장형 파워 인덕터 및 그 제조방법{A SURFACE MOUNTED POWER INDUCTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOF}

일반적으로 파워 인덕터는 범용 생활 가전제품은 물론이고 전기전자기기, 산업기기, 영상기기, 통신·정보관련기기 등에 다량 사용되고 있다. 최근의 각종 전기전자기기가 소형화되고 경량화됨에 따라 전원회로에서 사용되는 파워 인덕터도 소형화, 경량화하는 것이 요구되고 있고, 동시에 전원전압의 저전압화에 따라 저전압으로 대전류를 흐르도록 하는 것이 요구되고 있다.

이와 같은 파워 인덕터를 제조하는 종래 방법으로서, 드럼코어에 직접 권선을 하고, 권선단부를 드럼코어에 마련된 전극에 납땜하거나, 권선이 된 보빈을 E형 페라이트 코아에 장착하여 형성하는 방법이 있는데, 이는 드럼코어와 보빈 자체의크기 및 형상의 제한으로 인해 권선 두께가 제한된다는 단점이 있다. 즉, 대전류를 흘리기 위해 선재의 굵기를 크게하면 권선수가 감소하여 소정의 인덕턴스를 얻을 수 없게되고, 또한 선재의 굵기를 작게하면 그에 따라 인덕터의 직류저항이 크게 되어 전력 손실이 증가하는 단점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서는 도 7에 도시되어 있는 것처럼 평각동선(flat straight wire)을 동심원 형상으로 감는 에지와이즈(edgewise)공법으로 인덕터 코일(510)을 형성하여 한 쌍의 E형 페라이트 자성체 코어(500)에 삽입하여 제조되는 파워인덕터가 있다. 이러한 에지와이즈(edgewise)공법은 평각동선을 종방향으로 권선하는 방법으로, 통전 단면적이 넓어지므로 대전류를 흘리는데 유리하고, 파워인덕터의 두께를 낮춰 소형화를 가능하게한다. 그러나 평각동선의 단면 중 길이가 짧은 쪽을 축으로 구부리기 때문에 비교적 권선이 어렵고, 코일의 안쪽과 바깥쪽의 밀도차가 발생하여 전류밀도가 불균일해지고, 이로 인한 발열현상이 생길 수가 있다. 또한 권선 과정에서 절연피막에 큰 신축(伸縮)스트레스가 가해져 층간 절연성이 떨어지는 등 전기적 특성이 나빠지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술된 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형, 경량이고 구조가 간단하며, 코일의 형성이 용이하고 절연성이 우수하면서도 대전류를 흘릴 수 있는 표면실장형 파워인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여, 본 발명의 표면실장형 파워 인덕터 제조 방법에 의하면, 알루미나 등의 세라믹으로 된 원통형 압출 성형체를 절삭 가공하여 나선형으로 홈을 형성한 후 도전성 재료를 충진하고 연마함으로써, 상기 원통형 압출 성형체의 나선형 홈을 따라 중공 나선형 코일이 형성된 원통형 중공 코일 소체가 형성되는 단계,

상기 원통형 중공 코일 소체를 일정 크기로 절단한 다음, 각 원통형 중공 코일 소체에 상기 나선형코일과 같은 재료로 된 외부 단자가 형성되고, 외부단자 중 외부 인출부를 제외한 부분에 절연을 위해 코팅처리를 하는 단계 및 별도 제작된 자성체 코어에 상기 코팅 처리된 코일이 삽입된 다음 결합되어 파워 인덕터가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중공 원통형 코일 소체에 외부 단자가 형성되는 것은, 자성체 코어의 형상에 따라 두 외부 단자의 인출이 서로 대향하는 방향으로 형성되거나 또는 한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 도전성 재료의 특성에 따라 상기 외부단자 및 나선형코일에 쓰이는 도전성 재료는 서로 다른 종류의 재료가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도전성 재료는 Ag, Pd, Al, Au, Pt, Ni, Cu, Sn 또는 이들 원소중 1종의 원소가 함유된 합금인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나선형 홈은 다이아몬드 휠(Diamond Wheel) 또는 기타 기계적 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 표면실장형 파워 인덕터는, 알루미나 등의 세라믹으로 된 중공 원통형 압출 성형체의 나선형 홈에 따라 형성되고 도전성 재료로 구성된 중공 나선형 코일, 상기 중공 원통형 압출 성형체의 중공 나선형 코일의 시작 및 끝 부분에 연결되어 있고 상기 중공 나선형 코일과 같은 도전성 재료로 형성된 두 개의 외부 단자, 및 상기 중공 원통형 성형체의 중공 나선형 코일과 두 개의 외부 단자의 결합체가 삽입되는 한쌍의 E형 자성체 코어 또는 EI형 자성체 코어를 포함하는데, 상기 중공 나선형 코일과 외부 단자의 결합체에는 두개의 외부단자 인출부를 제외하고는 절연을 위해 코팅처리가 되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1(a) 내지 도 1(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터를 제조하는 데 사용되는 중공 원통형 소체에 나선형 코일이 형성되는 과정을 도시한 도면

도 2는 중공 원통형 소체에 형성된 나선형 코일의 단면도

도 3(a) 내지 도 3(c)는 제 1 실시예에 따라 상기 도 1의 나선형 코일이 형성된 중공 원통형 소체가 여러 개의 중공 원통형 코일 소체로 분리되고 각 소체에 외부단자가 형성되고 외부단자의 인출부를 제외한 부분에 절연 코팅이 되는 과정을 도시한 도면

도 4(a) 내지 도 4(c)는 도 3(c)의 절연 코팅 처리 된 소체가 한 쌍의 E형 자성체 코어에 삽입되고 결합되어 본 발명의 제1실시예에 따른 파워 인덕터가 형성되는 과정을 도시한 도면

도 5(a) 내지 도 5(c)는 제 2 실시예에 따라 상기 도 1의 나선형코일이 형성된 중공 원통형 소체가 여러 개의 중공 원통형 코일 소체로 절단되고 각 소체에 외부단자가 형성되고 외부단자의 인출부를 제외한 부분에 절연 코팅이 되는 과정을 도시한 도면

도 6(a) 내지 도 6(d)는 도 5(c)의 절연 코팅 처리 된 소체가 EI형 자성체코어에 삽입되고 결합되어 본 발명의 제2실시예에 따른 파워인덕터가 형성되는 과정을 도시한 도면

도 7은 종래기술에 의한 파워 인덕터의 구조를 나타낸 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 중공 원통형 소체 110 : 나선형 홈

120 : 도전성 재료 130 : 세라믹 층

200 : 외부단자 210 : 외부단자 인출부

300 : E형 자성체 코어 400 : I형 자성체 코어

500 : 자성체 코어 510 : 인덕터 코일

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 표면실장형 파워 인덕터 및 그 제조방법에 대해서 설명한다.

도 1(a) 내지 도 1(d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 인덕터를 제조하는 데 사용되는 중공 원통형 압출 성형체에 나선형 코일이 형성되는 과정을 도시한 도면이다. 도 1(a)의 본 발명의 파워 인덕터를 제조하는 데 사용되는 중공 원통형 압출 성형체(100)는 알루미나 등의 세라믹 분말에 유기 바인더가 혼합되어 중공 원통형으로 압출 성형하여 소결된 것이다.

상기 소결과정은 필요에 따라 후술되는 절삭가공 후에 실시하여도 무방하다.

도 1(b)는 도 1(a)의 중공 원통형 압출 성형체(100)의 표면에 다이아몬드 휠(Diamond Wheel) 또는 기타 기계적 가공에 의하여 절삭되어 소정의 권선수를 갖는 나선형 홈(110)이 형성된 것을 도시한 것이다. 이와 같은 나선형 홈은 상기 성형체를 일정 속도로 회전시킴과 동시에 전후 왕복시키는 절삭 가공에 의해 완성된다.

도 1(c)는 상기 나선형 홈(110)이 형성된 중공 원통형 성형체에 무전해, 전해 도금 방법으로 도금처리를 하는 것을 도시한 것이다. 도금에 쓰이는 도전성재료(120)로서 본 발명의 바람직한 실시예에서는 구리(Cu)를 사용하였으나, 비저항이 낮고 도금이 용이하다면 구리(Cu)이외의 금속을 사용하여도 무방하다.

또한 본 실시예에서는 상기 나선형 홈이 형성된 중공 원통형 성형체에 도금을 하여 나선형 코일을 형성하였으나, 구리(Cu), 은(Ag)등의 도전성 페이스트를 충진하여 나선형 코일을 형성할 수도 있다.

도 1(d)는 도 1(c)의 도금 처리된 성형체의 외주면을 나선형 홈을 따라 충진된 부분을 제외하고는 연마하여 상기 성형체에 나선형 코일이 형성된 것을 도시한 것이다.

도 2는 상기 도금 처리된 성형체의 외주면을 연마하여 형성된 나선형 코일의 A-A'단면을 도시한 것이다. 도면에서 보듯이, 상기 나선형 코일의 각 코일 선간에 는 절연층 역할을 하는 세라믹층(130)이 형성되어 있다.

도 3(a)는 상기 나선형 코일이 형성된 중공 원통형 코일 소체를 일정한 크기로 절단하여 여러 개의 중공 원통형 코일 소체가 형성된 것을 도시한 것이다. 상기 나선형 홈에 따라 형성된 코일의 두께 및 권선수는 코일의 인덕턴스와 전류에 따라 적절히 조절할 수 있다.

도 3(b)는 도 3(a)의 중공 원통형의 나선형 코일 소체에 외부 단자(200)가 형성되는 것을 도시한 것이다. 이 때 외부 단자는 나선형 코일에 쓰인 도전성 재료로 사용하는 것이 일반적이나, 도전성 재료에 따라서는 다른 종류의 재질로 사용해도 된다. 본 실시예에서는 나선형 코일의 재료와 같은 구리를 사용하여 스폿 웰딩(spot welding)기법으로 외부단자를 형성한다. 또한, 두 개의 외부단자가 형성되는 방향은 도 3에서는 서로 대향하는 방향으로 형성된 것을 도시하였으나 같은 방향으로 형성될 수도 있다(도 5 참조).

도 3(c)는 도 3(b)의 외부단자가 형성된 나선형 코일 소체에 외부단자의 인출부를 제외한 부분(210)에 절연을 위해 코팅처리를 한 것을 도시한 것이다. 본 실시예에서는 에폭시로 절연코팅 처리하였으나, 당업자는 기타 다른 재료, 다른 방법으로 절연처리를 할 수 있는 것을 이해 할 것이다.

도 4(a)는 상기 절연 코팅 처리된 나선형 코일 소체가 삽입되는 E형 자성체 코어(300)를 도시한 것이다. 이 자성체 코어는 사전에 금형 틀에 의해 프레스 성형되는데, 이런 자성체 코어의 재료로서는 페라이트 또는 센더스트등의 자성재료가 이용될 수 있다

도 4(b)는 자성체 코어에 절연코팅 처리된 나선형 코일 소체가 삽입되는 것을 도시한 것이며, 도 4(c)는 나선형 코일 소체가 삽입된 한 쌍의 E형 자성체 코어(300)가 결합되어 본 발명의 파워 인덕터가 완성된 것을 도시한 것이다.

한편, 도 5는 나선형 코일이 형성된 중공 원통형 코일 소체에 외부단자의 형성 및 인출 방향이 같은 방향으로 된 것을 도시한 것으로, 중공 원통형 나선형 코일 소체가 형성되는 방법은 도 1에서의 경우와 같다. 두 외부단자는 같은 방향으로 형성되고(도 5b 참조), 역시 인출부를 제외하고는 코팅처리된다(도 5c 참조).

도 6은 도 5의 외부단자가 같은 방향으로 형성된 나선형 코일 소체에 쓰이는하부 E형 자성체 코어를 도시한 것으로서, 상기 E형 자성체 코어의 한 쪽 방향으로 형성되어 있는 두 개의 홈에 두 개의 외부단자 인출부가 삽입된 다음, 단자 끝 부분을 굽히고 상부 I형 자성체 코어(400)를 결합시켜 본 발명의 파워 인덕터가 완성된다.

상술된 본 발명의 방법을 따르면, 나선형 홈을 갖는 중공 원통형 소체에 도전성재료를 충진하여 형성된 중공 원통형 코일 소체가 한 쌍의 자성체 코어에 삽입되어 파워 인덕터를 제조함으로써, 상술된 종래 파워 인덕터 제조 방법에서 초래되는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 종래 방법인 드럼 타입의 코어 또는 보빈에 직접 권선하여 코일을 제조하는 경우, 드럼 코어 및 보빈 자체의 크기, 형상의 제한으로 인해 선재의 두께가 제한되어 원하는 인덕턴스를 얻을 수 없거나, 전력 손실이 크게되는 단점을 해결할 수 있다.

또한, 상술된 본 발명에 따라, 상기 선재의 두께가 제한되는 문제를 해결하기 위해 평각동선을 종방향으로 감는 에지와이즈(edgewise)공법으로 파워인덕터의 코일을 형성하는 종래의 기술의 문제점인, 권선이 어렵고 전류밀도가 불균일하며, 층간 절연성이 떨어지는 등의 문제점을 해결할 수 있다.

그리하여 본 발명에 따라, 통전 단면적이 넓어 대전류를 흘리는데 유리하면서도 코일 선간에 세라믹층이 있어서, 절연성이 우수하여 종래의 에지와이즈(edgewise)공법으로 제조된 코일의 단점들을 해결할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 소형, 경량이고 구조가 간단하며, 코일의 형성이용이하여 대량생산에 적합한 표면실장형 파워인덕터를 제조할 수 있다.

Claims (11)

1. 표면실장형 파워 인덕터 제조 방법에 있어서,

   알루미나 등의 세라믹으로 된 중공 원통형 압출 성형체를 절삭 가공하여 나선형으로 홈을 형성한 후 도전성 재료를 충진하고 연마함으로써, 상기 중공 원통형 압출 성형체의 나선형 홈을 따라 나선형 코일이 형성된 중공 원통형 코일 소체가 형성되는 단계,

   상기 중공 원통형 코일 소체를 일정 크기로 절단한 다음, 각 중공 원통형 코일 소체에 상기 나선형 코일과 같은 재료로 된 외부 단자가 형성되고, 외부단자 중 외부 인출부를 제외하고 절연을 위해 코팅처리를 하는 단계, 및

   별도 제작된 자성체 코어에 상기 코팅 처리된 코일이 삽입된 다음 결합되어 파워 인덕터가 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 파워 인덕터 제조 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 중공 원통형 코일 소체에 외부 단자가 형성되는 것은, 두 단자의 인출이 서로 대향하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면실장형 파워 인덕터 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 중공 원통형 코일 소체에 외부 단자가 형성되는 것은, 두 단자의 인출이 같은 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면실장형 파워 인덕터 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 외부단자 및 나선형코일에 쓰이는 도전성 재료는 서로 다른 종류의 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 표면실장형 파워 인덕터 제조방법.
6. 삭제
7. 표면실장형 파워 인덕터에 있어서,

   알루미나 등의 세라믹으로 된 중공 원통형 압출 성형체에 절삭 가공처리하여 형성된 나선형 홈에 도전성 재료를 충진하고 연마 가공하여 형성된 중공 나선형 코일,

   상기 중공 원통형 압출 성형체의 중공 나선형 코일의 시작 및 끝 부분에 연결되어 있고 상기 중공 나선형 코일과 같은 도전성 재료로 형성된 두 개의 외부 단자, 및

   상기 중공 원통형 성형체의 중공 나선형 코일 및 두 개의 외부 단자의 결합체가 삽입되는 한쌍의 E형 자성체 코어 또는 EI형 자성체 코어를 포함하는 데,

   상기 중공 나선형 코일 및 외부 단자의 결합체에는 두개의 외부단자 인출부를 제외하고는 절연을 위해 코팅처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 표면실장형 파워 인덕터.
8. 삭제
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