KR100471151B1

KR100471151B1 - 적층형 ｌｃ 필터

Info

Publication number: KR100471151B1
Application number: KR10-2002-0057147A
Authority: KR
Inventors: 박문수; 장병규; 이대형
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-03-10
Also published as: KR20040025266A

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 유전체층과 자성체층으로 이루어진 적층체를 포함하는 적층형 LC 필터에서, 상기 유전체층과 자성체층 사이에 개재된 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 적층형 LC 필터를 제공한다.

본 발명에 따르면, 동시소성시 두 이종물질로 구성된 층(유전체층과 자성체층)간에서의 응력발생으로 인한 캠버현상 또는 박리현상을 방지하면서도, 그 유전체층과 자성체층을 구성하는 물질 간의 상호확산으로 인한 특성저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명의 버퍼층을 채용한 LC필터는 동시 소성후에도 구조적으로 변형되지 않으므로, 소성된 적층체의 측면을 이용하여 층간의 패턴을 연결하는 측면패턴을 형성할 수 있어, 여러 형태의 불량을 야기하는 도전성 비아홀공정을 생략할 수도 있다.

Description

적층형 ＬＣ 필터{MULTILAYERED LC FILTER}

본 발명은 적층형 LC 필터에 관한 것으로, 특히 유전체층과 자성체층을 이용한 LC 필터에서, 동시소성공정으로 인해 발생되는 응력 및 상호확산에 의한 소자불량문제를 방지하기 위해, 유전체층과 자성체층 사이에 Bi계 글래스물질을 포함한 버퍼층을 개재한 적층형 LC 필터에 관한 것이다.

최근에는, 전자기기의 경박단소화와 고기능화 추세에 따라, 그 전자기기에 사용되는 전자부품이 고밀도 실장이 가능하도록, 각 부품은 소형화된 표면실장형 소자(SMD)로 개발되고 있다. 대표적인 예로, 적층 캐패시터와 적층 인덕터를 이용한 적층형 LC필터가 있다. 적층형 LC필터는 서로 다른 물질로 이루어진 유전체층과 자성체층 상에 도전패턴을 인쇄하여 캐패시터요소와 인덕터요소를 구현한 복합 전자부품으로서, SMD화에 의한 전자기기의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 다른 LC필터제품과 비교하여 동일한 용량에서 높은 삽입손실을 갖게 하여 노이즈 제거 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도1a는 통상적인 적층형 LC 필터의 분해사시도이다. 도1a에 도시된 적층형 LC 필터는 일반적인 인덕터-캐패시터-인덕터(L-C-L)의 3단구조를 갖는 형태이다. 상기 3단 적층형 LC필터는 2개의 자성체층(10a,10d)과 2개의 유전체층(10b,10c)을 포함하며, 상기 2개의 자성체층(10a,10d)에는 각각 인덕터 요소를 구현하는 도전패턴(11, 14)이 형성되고, 상기 2개의 유전체층(10b,10c)에는 각각 접지패턴(12)과, 캐패시터 요소를 구현하는 도전패턴(13)이 형성된다. 또한, 상기 상부 자성체층(10a)에 형성된 도전패턴(11)과 하부 자성체층(10d)에 형성된 도전패턴(14)은 비아홀(h)을 통해 각각 캐패시터를 구현한 도전패턴(13)에 연결된다.

이와 같이 구성된 적층형 LC필터는 도1b의 등가회로로 나타낼 수 있다. 최종적으로, 도1a의 각 층은 최상부에 배치되는 커버층(미도시)과 함께 적층되어 동시 소성한 후에, 외부전극을 인쇄함으로써 도1c와 같은 최종 적층형 LC필터(10)를 완성할 수 있다. 도1c를 참조하면, 상기 외부전극은 상부 자성체층(10a)의 도전패턴(11)에 연결된 입력전극(IN)과, 하부 자성체층(10d)의 도전패턴(14)에 연결된 출력전극(OUT) 및, 접지패턴(12)과 연결된 접지전극(GND)으로 구성된다.

상기한 바와 같은 적층형 LC필터에서는, 서로 다른 물질로 구성되는 유전체층과 자성체층에 소정의 패턴을 형성한 후에 적층하여 동시 소성하게 된다. 하지만, 이러한 동시소성과정에서 유전체층과 자성체층은 서로 계면간에 반응하여 각 층의 특성에 부정적인 영향을 주거나, 열팽창율 및 수축율의 차이로 인해 내부응력이 발생될 수 있으며, 이러한 응력은 적층체의 뒤틀림과 같은 캠버(camber)현상이나, 접착력이 낮은 경우에는 박리현상까지도 야기할 수 있는 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위해, 종래에는 층간에 비정질 글래스물질로 이루어진 버퍼층을 사용하기도 하였으나, 유전체층과 자성체층의 유리성분이 상기 버퍼층에 함유된 경우에는, 액상소결과정에서 유전체층과 자성체층의 유리성분이 상호확산하여, 그 중간층을 통과함으로써 다른 층의 특성을 저해하는 문제가 있다.

이와 같이, 당 기술분야에서는 이종물질로 구성된 자성체층과 유전체층의 동시 소성과정에서 발생되는 내부응력을 완화할 뿐만 아니라, 상호 확산을 방지하여 각 층의 특성을 유지할 수 있는 적층형 LC필터가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 적층형 LC필터에서, 유전체층과 자성체층 사이에 적정량의 글래스물질을 선택하여 상기 유전체층과 자성체층의 혼합물질을 첨가시킴으로써, 상기 유전체층과 자성체층을 구성하는 물질 간의 상호확산으로 인한 특성저하를 방지하면서, 유전체층과 자성체층의 내부응력을 완화할 수 있는 버퍼층을 갖는 새로운 적층형 LC필터를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은, 적어도 하나의 유전체층과 자성체층으로 이루어진 적층체를 포함하며, 그 유전체층과 자성체층 각각에는 캐패시터요소와 인덕터요소를 구성하는 소정의 도전패턴이 형성된 적층형 LC 필터에 있어서, 상기 유전체층은 Ba-Nd-Ti계 물질로 이루어지고, 상기 자성체층은 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질로 이루어지며, 상기 유전체층과 상기 자성체층 사이에는, Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 적층형 LC 필터를 제공한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 버퍼층에 포함된 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질의 중량비를 3:7∼7:3범위로, 보다 바람직하게는 두 물질의 중량을 거의 동일한 비율로 구성할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 적층형 LC필터는, 상기 버퍼층을 채용함으로써 적층구조물의 측면이 실질적으로 평탄한 면을 유지할 수 있으므로, 비어홀을 형성하지 않고, 그 적층구조물의 측면에 외부전극을 추가적으로 형성하여 서로 다른 층에 형성된 도전패턴을 연결할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 LC필터의 적층구조물을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도2를 참조하면, 상기 적층형 LC필터는 자성체층으로 이루어진 2개의 인덕터부(L1,L2)와 유전체층으로 이루어진 캐패시터부(C)를 포함하며, 상기 캐패시터부(C)는 2개의 인덕터부(L1,L2) 사이에 형성된다. 일반적으로, 상기 유전체층과 상기 자성체층은 각각 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 캐패시터부(C)와 2개의 인덕터부(L1,L2)의 사이에, 즉 유전체층과 자성체층 사이에 새로운 조성을 갖는 버퍼층(25a,25b)이 형성된다. 본 발명에 따른 버퍼층은 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질이 혼합된 세라믹물질로 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같이, 일반적으로 버퍼층에는 유전체층과 자성체층의 두 층을 구성하는 물질을 혼합하여 사용하였으나, 이러한 경우에는 접착력이 약해 내부응력의 차이에 의해 쉽게 박리되는 문제가 있었다. 또한, 접착력을 향상시키기 위해, Zn계 글래스나 Pb계 글래스 등의 통상의 글래스물질을 버퍼층에 첨가하는 경우에는, 계면에서 액상이 집결하여 유전체층과 자성체층 사이에 상호확산이 일어나서 각 층의 특성을 손상시키는 문제가 있었다.

도2에서는 버퍼층의 기능을 설명하기 위해서 2개의 버퍼층을 채용하는 3단식 L-C-L필터의 예로서 설명하였으나, 본 발명에 따른 버퍼층은 유전체층과 자성체층의 계면에 모두 채용되어야 하므로, 다른 필터의 형태에서는 그 계면의 수에 따라 도2와 달리, 1개 또는 3개이상의 버퍼층이 채용될 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 사실이다.

이에 본 발명자는 반복적인 실험을 통해서, Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질이 혼합된 버퍼층을 제공함으로써 종래 기술의 문제를 해결할 수 있었다. 즉, 상기 조성에 따른 버퍼층은 유전체층과 자성체층 사이에 내부응력을 완화하고 강한 접착강도를 가지면서도, 일반적인 글래스물질이 갖는 문제인 두 물질간의 상호확산작용을 억제하여 유전체층과 자성체층의 특성을 보장할 수 있었다.

본 발명에 따른 버퍼층은 Bi계 글래스물질을 5 내지 10wt%로 포함한다. Bi계 글래스가 5wt%미만일 경우에는, 글래스물질에 의한 접착효과가 미흡하므로 계면강도가 낮아져 박리현상이 발생되는 문제가 있으며, Bi 글래스가 10w%를 초과하면, 계면에 액상이 집결하여 두 층 물질의 상호확산작용이 발생되어, 각 층의 특성을 손상시키는 문제가 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를, 종래 기술에 따른 버퍼층을 이용한 적층형 LC필터에 대비하여 상세히 설명하기로 한다.

(실시예)

본 발명에 따른 버퍼층 물질을 얻기 위해서, 본 발명자는 유전체층으로 Ba-Nd-Ti계 물질인 ULS60(본 출원인 삼성전기주식회사의 제품명)과, 자성체층으로는 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질인 LSF50(미국 PPT사의 제품명)을 사용하여 그린시트를 제조하였다. 상기 그린시트에는 소정의 도전패턴을 형성하여, 캐패시터부와 인덕터부를 형성하였고, 이어 상기 두 물질을 1:1 비율로 혼합한 후에 아래 표1과 같이 다른 종류의 글래스물질을 양을 달리하여 첨가함으로써 상기 유전체층과 자성체층 사이에 버퍼층을 형성하였다. 이렇게 적층된 상기 결과물을 동시소성한 후에 완성된 적층형 LC필터에 대해 캠버(camber)현상과 박리현상유무를 관찰하였다. 아래 표1은 이러한 실험결과를 나타낸다.

	버퍼층에 첨가된 글래스물질		캠버현상	박리현상
	종류	첨가량(wt%)	캠버현상	박리현상
비교예1	없음		X	O
비교예2	Bi₂O₃	2	X	O
실시예1	Bi₂O₃	5	X	X
실시예2	Bi₂O₃	10	X	X
비교예3	Bi₂O₃	12	X	X
비교예4	Zn계 글래스	5	X	O
비교예5	Pb계 글래스	5	X	O

상기 표1에 나타난 바와 같이, 비교예1과 같이 어떠한 글래스물질도 첨가하지 않은 경우에는 계면의 접착강도가 약해 박리현상이 발생되었다. 또한, 비교예2,4 및 5와 같이, Bi계 글래스인 Bi₂O₃물질을 2wt%로 첨가하거나, Zn계 글래스 및 Pb계 글래스에서도 마찬가지로 박리현상이 발생되었으며, 특히 Zn계 글래스 및 Pb계 글래스에서는 계면에 거대입자가 성장하는 현상도 발생하였다.

또한, 비교예3과 같이, Bi계 글래스물질을 12wt%로 첨가한 경우에는 캠버나 박리현상은 발생되지 않았으나, 계면에 액상이 집결하여 유전체층과 자성체층에 상호 확산작용이 심하게 발생되어, 각 층의 특성을 저하시키는 문제가 있었다. 특히, 이러한 특성저하는 자성체층에서 심하게 발생되었다.

반면에, 실시예1과 2에서는, 상기 표1의 결과와 같이 캠버현상이나 박리현상이 발생되지 않고, 계면의 접착강도도 우수할 뿐만 아니라, 비교예3과 같이 층간의 상호확산이 일어나지 않아 각 층의 특성을 신뢰성있게 유지할 수 있었다.

또한, 본 발명의 버퍼층에서, 유전체층을 구성하는 Ba-Nd-Ti계 물질과 자성체층을 구성하는 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질의 중량비는 첨가되는 Bi계 글래스물질에 비해 큰 영향을 미치지 않으나, 두층간의 내부응력완화의 역할을 고려하여 바람직하게는 3:7∼7:3의 비율로, 보다 바람직하게는 약 1:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 적층형 LC필터에서는 추가적인 종래의 기술적 문제가 해결될 수 있다. 종래의 적층형 LC필터는 도1a에 도시된 바와 같이, 서로 다른 층의 도전패턴을 연결하기 위해서, 비아홀을 사용하여 왔으며, 이러한 비아홀을 형성하기 위해, 각 층에 펀칭공정으로 홀을 형성한 후에 적층하는 방식을 사용하였다. 하지만, 이러한 방식은 공정을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 정렬불량 등으로 인한 상하연결이 불량해지고, 균열이 발생하는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해서, 측면에 외부전극을 인쇄하는 과정을 이용하여 도전성 비아홀을 대체하는 추가적인 측면패턴을 형성하는 방법을 제안될 수 있으나, 상기 유전체층과 자성체층의 응력으로 인한 캠버현상이나 층간들뜸현상으로 인해 실제 적용되기 곤란하였다.

하지만, 본 발명에 따른 적층형 LC필터는 동시소성후에 두 층간의 응력에 대한 영향을 최소화할 수 있으므로, 소성된 적층체의 측면은 비교적 균일한 평면으로 형성되므로, 서로 연결해야 할, 유전체층 및/또는 자성체층 상의 도전패턴을 측면부까지 연장되도록 형성하고, 그 연장된 부분을 연결하는 측면패턴을 적층체의 측면에 외부전극 인쇄공정에서 함께 형성함으로써 앞서 언급한 문제를 야기하는 도전성 비아홀 형성공정을 생략할 수 있다.

이와 같은 측면패턴이 형성된 본 발명에 따른 적층형 LC필터는 도3a 및 3b에 도시되어 있다.

도3a는 본 발명의 일실시형태에 따른 적층형 LC 필터의 분해사시도이다. 도3a에 도시된 적층형 LC 필터는, 도1a와 같은 인덕터-캐패시터-인덕터(L-C-L)의 3단구조를 갖는 실시예이다. 상기 3단 적층형 LC필터는 2개의 자성체층(30a,30d)과 2개의 유전체층(30b,30c)을 포함하며, 각 유전체층(30b,30c)과 자성체층(30a,30d) 사이에는 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질이 혼합된 물질로 구성된 버퍼층(35a,35b)이 형성된다.

상기 2개의 자성체층(30a,30d)에는 각각 인덕터 요소를 구현하는 도전패턴(31,34)이 형성되고, 상기 2개의 유전체층(30b,30c)에는 각각 접지패턴(32)과 캐패시터 요소를 구현하는 도전패턴(33)이 형성된다. 또한, 도3a와 같이, 상기 상부 자성체층(30a)에 형성된 도전패턴(31)과 하부 자성체층(30d)에 형성된 도전패턴(34) 및, 하부 유전체층(30c)에 형성된 도전패턴(33)은 적층체의 측면에 연결되도록 모서리까지 연장되도록 설계된다. 이러한 모서리까지 연장된 패턴의 단부는 도3b와 같이 필터본체(30)의 측면패턴(P1,P2)을 통해 연결된다. 이러한 측면패턴(P1,P2)은 종래와 같은 외부전극(IN,OUT,GND)의 인쇄공정과 동시에 수행될 수 있어 기존의 공정으로 간소하게 구현될 수 있다.

도3a 및 3b와 같이, 본 발명에 따른 LC필터는 새로운 조성의 버퍼층을 채용함으로써 두 이종물질을 동시소성한 후에도 그 층간의 응력에 대한 영향을 최소화하여 소성된 적층체의 측면이 비교적 균일한 평면으로 형성할 수 있다. 따라서, 외부전극공정에서 층간의 도전패턴을 연결하는 측면패턴을 형성하더라도, 굴곡에 의해 단락되거나 손상되는 경우가 발생되지 않을 수 있다. 결국, 정렬불량과 크랙문제를 야기하는 도전성 비아홀 형성공정을 생략하여 보다 양질의 적층형 LC필터를 간소한 공정으로 제조할 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 적층형 LC 필터에 따르면, Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질을 포함하는 버퍼층을 사용함으로써, 동시소성시 유전체층과 자성체층 간의 응력발생으로 인한 캠버나 박리현상을 방지함은 물론, 그 유전체층과 자성체층을 구성하는 물질 간의 상호확산으로 인한 특성저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 버퍼층을 채용한 LC필터는 동시 소성후에도 구조적으로 변형되지 않으므로, 소성된 적층체의 측면을 이용하여 층간의 패턴을 연결하는 측면패턴을 형성할 수 있으며, 결과적으로는 여러 형태의 불량을 야기하는 도전성 비아홀공정을 생략할 수 있는 잇점이 있다.

도1a는 통상의 적층형 LC필터를 나타내는 분해사시도이다.

도1b는 도1a의 적층형 LC필터에 구현된 패턴에 의한 등가회로도이다.

도1c는 도1a의 적층형 LC필터를 나타내는 개략사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 버퍼층을 채용한 적층형 LC필터의 단면도이다.

도3a는 본 발명의 일실시형태에 따른 적층형 LC필터의 분해사시도이다.

도3b는 도3a의 적층형 LC필터를 나타내는 개략사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

30a,30d: 자성체층 30b,30c: 유전체층

35a,35b: 버퍼층 31,34: 인덕터 패턴

32: 접지패턴 33: 캐패시터 패턴

30: 필터용 적층체

Claims

적어도 하나의 유전체층과 자성체층으로 이루어진 적층체를 포함하며, 그 유전체층과 자성체층 각각에는 캐패시터요소와 인덕터요소를 구성하는 소정의 도전패턴이 형성된 적층형 LC 필터에 있어서,

상기 유전체층은 Ba-Nd-Ti계 물질로 이루어지고, 상기 자성체층은 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질로 이루어지며, 상기 유전체층과 상기 자성체층 사이에는, Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질 및, 5∼10wt%의 Bi계 글래스물질을 포함하는 버퍼층을 포함하는 적층형 LC 필터.
제1항에 있어서,

상기 버퍼층에 포함된 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질의 중량비는 3:7∼7:3범위임을 특징으로 하는 적층형 LC 필터.
제2항에 있어서,

상기 버퍼층에 포함된 Ba-Nd-Ti계 물질과 Ni-Zn-Cu-Fe계 물질의 중량은 실질적으로 동일함을 특징으로 하는 적층형 LC 필터.
제1항에 있어서,

상기 적층체는 제1 인덕터 패턴이 형성된 제1 자성체층과, 접지패턴이 형성된 제1 유전체층과, 캐패시터패턴이 형성된 제2 유전체층과 제2 인덕터 패턴이 형성된 제2 자성체층이 순차적으로 적층된 구조물로 이루어지며, 상기 버퍼층은 상기 제1 자성체층과 제1 유전체층 및 제2 자성체층과 제2 유전체층 사이에 각각 배치되는 적층형 LC 필터.
제1항 또는 제4항에 있어서,

상기 유전체층과 자성체층의 적층체 측면에 형성되어, 서로 다른 층에 형성된 도전패턴을 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 측면패턴을 더 포함함을 특징으로 하는 적층형 LC 필터.
제5항에 있어서,

상기 측면패턴은 외부전극인쇄공정과 동시에 형성됨을 특징으로 적층형 LC 필터.