KR100671952B1 - A chip inductor using amorphous powder and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 자심의 각 재료들에 대한 자속 밀도 특성를 나타내는 B-H 선도.1 is a B-H diagram showing the magnetic flux density characteristics for each material of the magnetic core.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 정면도.2 is a front view of a chip inductor using amorphous powder according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 III-III 선에 따른 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 제조 방법을 나타내는 순서도.Figure 4 is a flow chart showing a method of manufacturing a chip inductor using amorphous powder in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 자심 15 : 단자10: magnetic core 15: terminal
20 : 수지 코팅막 31 : 은 메탈층20: resin coating film 31: silver metal layer
32 : 니켈 도금층 33 : 금 도금층32: nickel plating layer 33: gold plating layer
40 : UV 코팅막 50 : 전선40: UV coating film 50: electric wire
본 발명은 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페라이트 및 샌더스트 금속 분말보다 포화 자속 밀도가 높고 발열 및 투자율 변화가 적은 아몰퍼스 분말로 자심을 구성하고, 자심의 표면 및 단자 부위에 경도와 내식성을 향상시키기 위한 코팅 처리를 함으로써 소형화에 적합하고 안정적으로 동작하는 칩인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chip inductor using amorphous powder, and a method of manufacturing the same. More particularly, the magnetic core is composed of amorphous powder having a higher saturation magnetic flux density and less heat generation and permeability change than ferrite and sand dust metal powder, and the surface of magnetic core. And a chip inductor suitable for miniaturization and stable operation by coating the terminal to improve hardness and corrosion resistance.
일반적으로 인덕터(inductor)는 자심(core)에 감긴 도선에 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 전자기의 작용을 이용하는 부품으로서, 그 감는 수가 증가함에 따라 인덕턴스(inductance) 값이 커지게 된다.In general, an inductor is a component using an electromagnetic action generated by flowing a current through a core wound around a core, and an inductance value increases as the number of turns increases.
최근에는 각종 전기 전자 및 정보 통신 기기가 소형 경량화 및 박형화되는 추세이고, 이에 따라 인덕터 역시 자심이 칩 형태로 제작되어 소형인 동시에 고밀도 표면 실장의 자동화가 가능한 칩인덕터로 급격히 전환되고 있다.In recent years, various electric, electronic and information communication devices have been miniaturized, light weighted, and thinned. Accordingly, inductors have been rapidly converted into chip inductors, which are manufactured in the form of chips, and which can be compact and have high-density surface-mounted automation.
종래의 칩인덕터는 주로 투자율이 좋은 페라이트(ferrite)나 센더스트(sendust)를 자심의 재료로 사용하여 구성되어, 특정 주파수 대역의 신호를 증폭 또는 차단시키기 위한 공진 회로나 필터(filter) 회로의 구성에 사용되거나, 특정 주파수 대역에서 임피던스가 높아지는 성질을 이용한 노이즈(noise) 제거 등 EMI 대책용 소자로 사용된다.Conventional chip inductors are mainly composed of permeable ferrite or senddust as magnetic core material, and are composed of a resonant circuit or a filter circuit for amplifying or blocking a signal of a specific frequency band. It is used as an EMI countermeasure element such as noise cancellation using the property of increasing impedance in a specific frequency band.
그러나, 이러한 종래의 칩인덕터는 고주파 영역에서 증가하는 철손(鐵損)으로 인한 발열때문에 제품의 손상이 발생할 수 있고, 포화 자속 밀도로 인해 설계 자속 밀도를 높이는 데에 제한이 있어 제품의 소형화에 한계가 있으며, 투자율이 주파수 영역과 온도에 의존하여 변하기 때문에 적용 가능 분야에 제한이 있다는 문 제점이 있다.However, such a conventional chip inductor may cause damage to the product due to heat generation due to increasing iron loss in the high frequency region, and there is a limit to increase the design magnetic flux density due to the saturation magnetic flux density, which limits the miniaturization of the product. The problem is that the permeability varies depending on the frequency range and temperature, which limits the applicable field.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 칩인덕터의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 자심을 포화 자속 밀도가 높고 발열 및 투자율 변화가 적은 아몰퍼스 분말로 구성하고, 자심의 표면 및 단자 부위에 경도와 내식성을 향상시키기 위한 코팅 처리를 함으로써, 소형화에 적합하고 다양한 환경 하에서 안정적으로 동작하는 칩인덕터 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention is to solve the problem of the chip inductor according to the prior art described above. That is, the object of the present invention is that the magnetic core is composed of amorphous powder having a high saturation magnetic flux density and low heat generation and permeability change, and is suitable for miniaturization by applying a coating treatment to improve hardness and corrosion resistance on the surface and the terminal portion of the magnetic core. The present invention provides a chip inductor that operates stably under various environments and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터는, 아몰퍼스 분말로 이루어진 사각칩 형태의 자심과; 자심의 둘레에 감겨져 전류를 인가시키는 전선;을 포함하여 구성되되,Chip inductor using the amorphous powder according to the present invention to achieve the above object, the magnetic core of the square chip form made of amorphous powder; It is configured to include; including a wire wound around the magnetic core to apply a current
상기 자심은, 표면에 에폭시 수지가 도포된 수지 코팅막이 형성되고, 양단부 각각에 은(Ag) 메탈층으로 이루어진 단자(terminal)가 형성되는 것을 특징으로 한다.The magnetic core is characterized in that a resin coating film coated with an epoxy resin is formed on a surface thereof, and a terminal made of a silver (Ag) metal layer is formed at each end.
또한, 본 발명에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 제조 방법은, 아몰퍼스 분말을 530 ℃ 이하 온도의 유리 멜트 또는 유기 절연 물질에 혼합하여 상기 아몰퍼스 분말의 각 입자를 유리 또는 유기 절연 물질로 코팅해 주는 단계와; 상기 코팅된 분말 입자들에 바인더(binder)를 첨가한 후 혼합해주는 브랜딩(blending) 단계와; 금형에 상기 브랜딩이 완료된 아몰퍼스 분말을 적재하고 프레스 성형한 후, 530 ℃ 이하의 온도 조건에서 소성(燒成, firing) 공정을 거쳐 경 화시킴으로써 자심을 성형하는 단계와; 상기 성형이 완료된 아몰퍼스 자심의 표면에 에폭시 수지를 도포하여 수지 코팅막을 형성하는 단계와; 아몰퍼스 자심의 양단부에 각각 단자를 형성해 주는 단자 형성 단계와; 상기 단자 형성 단계가 완료된 아몰퍼스 자심의 중앙부에 전선을 감아주고, 상기 전선의 양단을 상기 각 단자에 접합시키는 단계; 및 전선이 감겨진 아몰퍼스 자심의 일면에 UV 코팅막이 형성되도록 UV 코팅하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a chip inductor using amorphous powder according to the present invention, by mixing the amorphous powder with a glass melt or an organic insulating material of a temperature of 530 ℃ or less to coat each particle of the amorphous powder with a glass or organic insulating material Steps; A blending step of adding a binder to the coated powder particles and then mixing the coated powder particles; Forming a magnetic core by loading the molded amorphous powder into a mold and pressing the molded powder, and curing the same by a firing process at a temperature of 530 ° C. or lower; Forming a resin coating film by applying an epoxy resin to a surface of the amorphous magnetic core in which the molding is completed; A terminal forming step of forming terminals at both ends of the amorphous magnetic core respectively; Winding an electric wire in a central portion of an amorphous magnetic core in which the terminal forming step is completed, and bonding both ends of the electric wire to each terminal; And UV coating such that a UV coating film is formed on one surface of the amorphous magnetic core to which the wire is wound.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 자심의 각 재료들에 대한 자속 밀도 특성를 나타내는 B-H 선도이다.1 is a B-H diagram showing magnetic flux density characteristics for each material of a magnetic core.
본 발명에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터는 자심을 구성하는 자성 재료로 아몰퍼스(amorhpous)를 사용하는데, 아몰퍼스는 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 사용되는 자성 재료인 페라이트 및 센더스트에 비하여 높은 포화 자속 밀도를 가지고 있어, 동일 크기에 대해서 설계 자속 밀도를 증가시킬 수 있게 되므로 소형화에 보다 유리한 재료이다. 또한, 종래의 페라이트 및 센더스트에 비하여 철손이 적게 발생하여 발열로 인한 제품 손상의 가능성이 적고, 투자율이 주파수 영역 및 온도에 영향을 거의 받지 않기 때문에 다양한 분야에 적용이 가능하다.Chip inductor using amorphous powder according to the present invention uses an amorphous (amorhpous) as a magnetic material constituting a magnetic core, as shown in Figure 1, amorphous is a higher than the conventional magnetic materials used in ferrite and sender It has a saturation magnetic flux density, which makes it possible to increase the design magnetic flux density for the same size, which is more advantageous for miniaturization. In addition, iron loss is less than that of conventional ferrites and senders, so there is little possibility of damage to the product due to heat generation, and the permeability is almost unaffected by the frequency range and temperature, and thus it is applicable to various fields.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 정면도이고, 도 3은 도 2의 III-III 선에 따른 단면도이다.FIG. 2 is a front view of a chip inductor using amorphous powder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터는 아몰퍼스 분말로 이루어진 사각칩 형태의 자심(10)과 자심(10)의 둘레에 감겨져 전류를 인가시키는 전선(50)으로 구성된다.As shown in Figure 2 and 3, the chip inductor using the amorphous powder according to an embodiment of the present invention is wound around the
자심(10)을 구성하는 아몰퍼스 분말은 중량비 73 ~ 90%의 철(Fe)과 중량비 5 ~ 15%의 실리콘(Si)과 중량비 1 ~ 10%의 붕소(B) 및 기타 미량의 원소를 포함하여 구성된다. 여기서, 철 대신에 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)을 동일 중량비로 사용할 수도 있다. 기타 미량의 원소에는 성형의 용이성 및 성형제품의 강도를 유지하기 위해 당업자가 통상적으로 사용하고 있는 Al2O3, Na2O, Li2O, ZnO, P2O5, Cr, C 등이 포함될 수 있다.The amorphous powder constituting the
자심(10)의 표면 전체에는 에폭시 수지(20)가 코팅되어 응집력이 약한 아몰퍼스 분말로 이루어진 자심(10)의 외형을 견고하게 고정시켜 주게 되며, 자심(10)의 양단부 각각에는 은(Ag) 메탈층(31), 니켈(Ni) 도금층(32), 금(Au) 도금층(33)이 순차적으로 형성되어 단자(terminal; 15)를 이루고 있다.Epoxy
여기서, 니켈 도금층(32)은 단자(15)의 내식성 및 경도를 향상시키기 위한 것으로서 바람직하게는 약 5 내지 30 mm의 두께로 형성되는 것이 좋다. 또한, 단자(15)의 최외곽을 형성하는 금 도금층(33)은 칩인덕터를 인쇄회로기판(PCB)에 실장하는 과정에서 단자(15)와 인쇄회로기판의 랜드(land) 사이에 납땜(soldering)이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 바람직하게는 2μm 이하의 두께로 형성하는 것이 좋으며, 금 이외에도 납과의 친화력이 좋은 주석(Sn) 또는 주석(Sn)-구리(Cu)를 사용할 수도 있다.Here, the
자심(10)의 둘레에 감겨지는 전선(50)은 양단이 자심(10)의 양 단자(15)에 각각 연결되며, 바람직하게는 지름 0.1 ~ 0.14 mm의 에나멜 구리선을 사용하는 것 이 좋다.Both ends of the
한편, 본 실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 일면에는 UV 코팅막(UltraViolet coating film; 40)을 평평하게 형성하여, 칩인덕터의 몸체에 인덕턴스 값 등을 인쇄하기 좋게 하고, 외부로부터 가해지는 압박력이나 습도 및 온도에 있어서의 악조건으로부터 보호해주는 동시에, 자동 이송 장치로 운반할 때 진공 집게가 용이하게 파지할 수 있도록 해준다.On the other hand, one surface of the chip inductor using amorphous powder according to the present embodiment is formed by forming a UV coating film (UltraViolet coating film; 40) flat, so as to print the inductance value, etc. on the body of the chip inductor, the pressing force applied from the outside It also protects against adverse conditions such as humidity and temperature, while making it easy to grasp the vacuum tongs when transporting with an automatic transfer device.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터를 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a chip inductor using amorphous powder according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a chip inductor using amorphous powder according to an embodiment of the present invention.
먼저, 아몰퍼스 분말을 저온의 유리 멜트 또는 유기 절연 물질에 혼합하여 아몰퍼스 분말의 각 입자를 유리 또는 유기 절연 물질로 코팅해 주는데(S10), 아몰퍼스 분말은 530 ℃ 이상의 온도에서 아몰퍼스 고유의 특성이 사라지게 되므로, 유리 멜트 또는 유기 절연 물질의 온도는 530 ℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.First, the amorphous powder is mixed with a low-temperature glass melt or an organic insulating material to coat each particle of the amorphous powder with a glass or an organic insulating material (S10). The temperature of the glass melt or the organic insulating material is preferably kept below 530 ° C.
이후, 10 ~ 200 μm 범위의 크기를 가지는 분말 입자를 선별하고 선별된 분말 입자들에 바인더(binder)를 첨가한 후 혼합해주는 브랜딩(blending) 공정을 수행한다(S20).Thereafter, the powder particles having a size in the range of 10 to 200 μm are selected, and a blending process is performed in which a binder is added to the selected powder particles and then mixed (S20).
상기 브랜딩 단계(S20)가 완료되면 금형에 분말을 적재하고 프레스 성형하여 자심(10)을 만드는데(S30), 바람직하게는 프레스 성형한 후 약 60분간 소성(燒成, firing) 공정을 거쳐 경화시키되, 아몰퍼스 분말의 고유 특성이 사라지지 않도록 소성 온도를 530 ℃ 이하로 유지시키는 것이 좋다.When the branding step (S20) is completed, the powder is loaded in the mold and press-molded to make the magnetic core 10 (S30), preferably after press-molding for about 60 minutes to cure through a firing process (燒成, firing) It is preferable to maintain the firing temperature at 530 ° C. or lower so that the intrinsic properties of the amorphous powder do not disappear.
이후, 성형이 완료된 아몰퍼스 자심(10) 표면에 에폭시 수지를 도포하여 수지 코팅막(20)을 형성함으로써, 응집력이 약한 아몰퍼스 분말로 이루어진 자심(10)의 외형을 견고하게 고정시켜 주게 된다(S40).Thereafter, an epoxy resin is applied to the surface of the amorphous
이후, 아몰퍼스 자심(10)의 양단부에 각각 단자(15)를 형성해 주는 단자 형성 단계(S50)를 수행하는데, 단자 형성 단계(S50)는 은 디핑 공정(S51), 니켈 도금 공정(S52), 금 도금 공정(S53) 순으로 구성된다.Thereafter, a terminal forming step S50 of forming
은 디핑 공정(S51)은 아몰퍼스 자심(10)의 양단부를 금속화(metalization)시키기 위한 공정으로서, 아몰퍼스 자심(10)의 양단부를 각각 은액(silver paste)에 디핑(dipping)하고 150 ~ 200 ℃ 온도에서 건조시킨 후, 150 ~ 530 ℃ 온도로 저온 소성을 수행함으로써 은 메탈층(31)을 형성시키게 되는데, 양단부를 각각 디핑 및 건조하는 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The silver dipping process (S51) is a process for metallizing both ends of the amorphous
진동 방식으로 작동하는 부품 정렬기에 상기 수지 코팅 단계(S40)가 완료된 아몰퍼스 자심(10)을 다수 적재하고, 부품 정렬기에 의해 정위치에 정렬되는 일정 개수의 아몰퍼스 자심(10)들을 홀더에 삽입한 후, 자심(10)들이 삽입된 홀더를 이송 장치에 의해 하강시켜 홀더에 삽입된 각 아몰퍼스 자심(10)의 일단부가 일정한 깊이 만큼 은액에 담궈지도록 디핑하고 소정 시간 경과 후 꺼낸다. 이후, 일단부를 둘러싸고 있는 은액을 건조시켜 주고, 일단부에 대한 디핑 및 건조가 완료된 아몰퍼스 자심(10)들을 홀더에 반대 방향으로 삽입시킨 후 타단부에 대해서도 동일한 과정을 수행하게 된다. 여기서, 디핑 시에 아몰퍼스 자심(10)의 각 단부 중 단자(15)가 형성되는 부분까지만 정확히 은액에 담궈지도록 해야 하며, 중력에 의해 하단 방향으로 은액이 유동하여 배불룩함 또는 버(burr)가 발생하지 않도록 고형분 함량이 77 ~ 76 wt%, 점도가 37 ~ 50 Pa.s이 되도록 은액의 물성을 조절해 주는 것이 바람직하다.After loading the plurality of amorphous
이와 같이 은 디핑 공정(S51)이 완료되면, 은 메탈층(31) 위에 5 ~ 30 μm 두께로 니켈 도금을 수행하여 니켈 도금층(32)을 형성하고(S52), 니켈 도금층(32) 위에 다시 2 μm 이하의 두께로 금 도금층(33)을 형성함으로써(S53) 단자 형성 단계(S50)를 완료한다. 여기서, 전술한 바와 같이 금 도금층 대신 주석이나 주석-구리 도금층을 형성할 수도 있다.When the silver dipping process (S51) is completed as described above, nickel plating is performed on the
이후, 아몰퍼스 자심(10)의 중앙부에 전선(50)을 감아주고(S60), 전선(50)의 양단을 아몰퍼스 자심(10)의 각 단자(15)에 접합시켜 전기적으로 도통시켜 준다(S70). 여기서, 전선(50)을 용접하기 위해 통상적으로 사용되는 열압착식 용접을 사용하는 경우에는, 경도가 상대적으로 약한 아몰퍼스 자심(10)의 표면에 손상이 생길 수가 있으므로 몸체에 최소한의 힘이 가해지도록 힘과 열을 조절해서 작업을 수행해야 하는데, 바람직하게는 물리적인 힘을 가하지 않고 고전류에 의해 용접하는 스폿 용접(spot welding) 방식을 사용하는 것이 좋다.Thereafter, the
최종적으로, 아몰퍼스 자심(10)의 일면을 UV 코팅하는 공정(S80)을 수행하여 본 실시예에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터를 완성하는데, UV 코팅 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.Finally, performing a UV coating step (S80) of one surface of the amorphous
UV 코팅액을 담기 위하여 UV 코팅액과 반응하지 않는 성분으로 이루어진 코팅액 용기가 연속적으로 연결되어 있는 트레이를 준비하고, 트레이의 각 코팅액 용기에 UV 코팅액을 담은 후 다수의 아몰퍼스 자심(10)들을 트레이의 코팅액 용기 내에 안착시킴으로써 각 자심(10)의 일면이 각 코팅액 용기의 UV 코팅액에 일정한 깊이로 잠기도록 한다. 이후, 트레이를 적외선을 발생시키는 적외선 건조기에 통과시켜 UV 코팅액을 경화시키고 아몰퍼스 자심(10)을 트레이에서 분리시킨다.In order to contain the UV coating solution, a tray in which a coating liquid container consisting of components that do not react with the UV coating liquid is continuously prepared, and after containing the UV coating liquid in each coating liquid container of the tray, a plurality of amorphous
이와 같이 UV 코팅막(40)이 형성된 칩인덕터의 일면에는 실크 스크린 인쇄나 레이저 인쇄를 통하여 다양한 마킹(marking)을 할 수 있다.As such, various markings may be performed on one surface of the chip inductor on which the
한편, 전술한 은 디핑 공정(S51) 대신, 아몰퍼스 자심(10)의 양단부에 은액을 프린팅(printing)하는 공정을 수행하여 아몰퍼스 자심(10)의 양단부에 은 메탈층(31)을 형성할 수도 있다.On the other hand, instead of the above-described silver dipping process (S51), the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 아몰퍼스 분말을 이용한 칩인덕터 및 그 제조 방법은, 자심의 포화 자속 밀도를 증가시키고 발열 및 투자율 변화를 감축시켜 줌으로써, 소형화에 보다 유리하고, 고주파 영역에서 작동되거나 고온에 노출되 는 환경 하에서도 비교적 안정적으로 작동할 수 있는 칩인덕터를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the chip inductor using the amorphous powder according to the present invention and a method for manufacturing the same are more advantageous for miniaturization by increasing the saturation magnetic flux density of the magnetic core and reducing the heat generation and permeability change, and are operated in the high frequency region or operated at high temperature. It is effective to provide a chip inductor that can operate relatively stably even in an environment exposed to the environment.
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