KR100835886B1 - 새로운 형태의 내부코일을 적용한 일체형 ｓｍｄ 인덕터의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존과는 다른 형태의 내부코일을 사용하여 보다 효과적으로 일체형 SMD(Surface Mounted Device) 인덕터(Inductor)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 내부코일의 제조시에 코일의 양단부(양끝단)를 내부코일 높이 대비 중간에 위치하게 하여 성형공정 시에 SMD 인덕터의 상부와 하부의 밀도가 균질하게 하여 보다 우수한 특성을 지닌 SMD 인덕터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 내부코일과 단자부(프레임)의 접합부위를 SMD 인덕터 본체의 평면상에서 대각선 방향으로 위치하게 하여 SMD 인덕터 제조시 인덕터 측면에 크랙(Crack)이 발생하는 현상을 최소화하였다.
기존의 공정으로 일체형 SMD 인덕터를 제조하는 경우, 내부코일의 위치를 SMD 인덕터 본체의 중심에 위치하게 하여 우수한 특성을 얻기 위해서는 성형용 금형 및 성형시에 가압법 등을 주의해서 조절해야 하는 등의 단점이 있었다. 이에 비해 본 발명은 두께가 얇거나 소형의 일체형 SMD 인덕터를 매우 효과적으로 제조할 수 있다.
분말, 일체형, SMD, 인덕터, 내부코일, 제품수율, 성형공정.
Description
도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명에서 사용되는 내부코일 일례의 개략도.
도 2는 내부코일에 단자부가 연결된 상태를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명으로 제조된 일체형 SMD 인덕터의 개략도.
* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명
1 : 내부코일 1a : 내부코일의 본체 1b : 내부코일의 양단부(양끝단)
2 : 단자부(프레임) 3 : 일체형 SMD 인덕터
3a : 일체형 SMD 인덕터의 본체
4 : 내부코일 양단부와 단자부를 연결하는 접합부위
본 발명은 기존과는 다른 형태의 내부코일을 사용하여 보다 효과적으로 일체형 SMD(Surface Mounted Device) 인덕터(Inductor)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 구리(Cu)로 이루어진 내부코일의 제조시에 코일의 양단부(양끝단)를 내부코일 높이 대비 중간에 위치하게 하여 성형공정 시에 내부코일을 중심으로 SMD 인덕터의 상부와 하부에 같은 압력으로 가압할 수 있게 하여 상부와 하부의 밀도가 균질하게 분포할 수 있도록 일체형 SMD 인덕터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 내부코일과 단자부(프레임)의 접합부위를 인덕터 본체의 평면상에서 대각선 방향으로 위치하게 하여 성형공정 시에 분말의 충진(장입)을 보다 원활하게 할 수 있는 일체형 SMD 인덕터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 각종 전자기기 및 부품의 고성능화에 힘입어 중형, 소형 또는 고성능의 연자기 특성을 갖는 인덕터의 수요가 증가되고 있는 추세이다. 특히 노트북(Notebook), LCD TV/모니터의 VGA 카드(CARD), 컴퓨터/서버(Server) 등의 수요가 증가하면서 보다 소형의 패키지에 대한 수요가 커지고 있으며, 더 많은 기능의 부여 및 구현으로 인하여 향상된 배터리 수명을 필요로 하고 있는 실정이다. 이러한 요구를 만족하기 위해서 높은 전류(High Current)에서 구동되는 인덕터(Inductor)에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다. 이러한 시장의 수요에 부합하기 위해 대전류 특성 및 자기적 특성이 우수한 인덕터의 개발 및 적용이 폭넓게 진행되고 있 는데, 특히, 성형 후 코일을 삽입하여 조립하는 분리형 SMD 인덕터나 코일을 삽입하여 성형하는 일체형 SMD 인덕터와 같이 내부에 코일을 포함하고 있는 SMD 인덕터의 활용이 두드러지고 있다.
이 중 일체형 SMD 인덕터의 경우, 주로 직류(DC) 출력회로에서 교류(AC)전류를 정류하거나 노이즈를 제거하는데 사용되며, 평균 10㎛ 이하의 입도를 가지는 카보닐철 분말(Carbonyl Iron Powder)을 사용하여 코일을 내부에 삽입하고 단자부를 측면 중앙으로 형성하도록 성형한 후, 큐어링(curing)공정을 수행하여 제조하는 것이 일반적이다.
기존의 방법으로 일체형 SMD 인덕터를 제조하는 경우, 내부코일의 위치를 SMD 인덕터 본체의 중심에 위치하게 하고, 성형공정 시에 균질한 충진을 실현하기 위해서는 성형용 금형 및 성형시에 가압법 등을 주의해서 조절해야 하는 등의 공정상의 난점이 있다. 더불어 기존의 성형공정의 경우에는 단자부가 인덕터 본체의 측면부 중앙으로 형성되어 제품이 소형화될수록 내부코일과 단자부(프레임)의 용접부위를 중심으로 발생하는 측면부 크랙(Crack)을 방지하는 것이 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같이 기존의 일체형 SMD 인덕터의 제조에 사용되는 내부코일 및 프레임(단자부)의 형태로는 효과적으로 성형 공정을 진행하여 제품을 제조하는 것이 어려워, 최종적으로 제작된 일체형 SMD 인덕터의 특성이 열화되거나, 제품의 측면에 존재하는 미세 크랙(Crack) 관리가 어려우며, 특히 제품이 소형화됨에 따라 제품의 제조가 어려위지는 등의 문제가 발생한다.
이에 본 발명에서는 종래의 문제점을 해소하기 위해, 도 1(a) 내지 도 1(b)와 같은 형태의 코일 및 도 2와 같은 단자부를 설계 및 사용하여, 내부코일이 SMD 인덕터 본체의 높이 중심에 보다 쉽게 위치하도록 하고, 내부코일과 단자부(프레임)의 접합부위가 상기 인덕터의 본체의 평면상에서 대각선상으로 위치하게 하여 일체형 SMD 인덕터를 제조하였다.
따라서 본 발명과 같이 새로운 형태의 내부코일 및 프레임을 이용하여 제조한 경우, 성형 시 투입 분말의 양을 잘 제어할 수 있어 고품질의 제품을 균일하게 제조할 수 있으며, SMD 인덕터의 측면부에 발생할 수 있는 크랙(Crack)을 방지할 수 있는 등의 공정상의 장점으로 인해 제품, 특히 소형제품 특성의 균일화 및 공정의 간소화를 이룰 수 있다.
본 발명의 목적은 새로운 형태의 내부코일을 적용하여 내부코일이 SMD 인덕터의 높이 중심에 잘 위치할 수 있도록 하여 우수하고 균질한 특성의 일체형 SMD 인덕터를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다, 또한, 내부코일과 단자부(프레임)의 접합부위를 상기 인덕터 본체의 평면상에서 대각선으로 위치하게 하여, 성형공정 시에 분말의 장입이 원활하고 측면부의 크랙(Crack) 발생을 최소화할 수 있도록 하여 우수한 특성의 일체형 SMD 인덕터, 특히 소형의 일체형 SMD 인덕터를 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위해서 본 발명에 따른 일체형 SMD 인덕터의 제조방법은, (ⅰ) 내부코일의 양단부(1b)가 내부코일(1)의 높이 대비 중간에 위치하는 내부코일을 제조하고,
(ⅱ) 상기 내부코일의 양단부(1b)와 단자부(2)를 연결하는 접합부위(4)가 인덕터 본체(3a)의 평면상에서 대각선 방향으로 배열되도록 상기 내부코일 양단부(1b)에 단자부(2)를 접합하여 단자부가 연결된 내부코일을 제조하고,
(ⅲ) 단자부가 연결된 내부코일중 내부코일(1)과 상기 접합부위(4)는 무기 코팅제 또는 유기 코팅제로 코팅된 분말층(3a) 내에 삽입된 상태이고, 단자부(4)는 상기 분말층(3a) 내부에서 외부로 돌출, 연장되도록 배열한 후, 이들을 2~18톤/㎠의 압력으로 성형하여 성형물을 제조하고,
(ⅳ) 상기 성형물을 100~800℃에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면 등을 통하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명은 구리(Cu), 니켈(Ni) 등과 같은 전도성 금속으로 제조된 와이어를 권선하여 도 1(a) 내지 도 1(b)에 도시된 바와 같이 내부코일의 양단부(1b)가 내부코일(1)의 높이 대비 중간에 위치하는 내부코일을 제조한다.
도 1(a) 내지 도 1(b)는 본 발명에서 사용되는 내부코일(1)의 개략도이다.
상기 내부코일(1)은 내부코일의 본체(1a)와 내부코일의 양단부(양끝단, 1b)로 구성된다.
본 발명에서 사용하는 내부코일용 소재로는 구리(Cu)외에도 니켈(Ni) 및 금 속에 주석 등을 도금한 전도성 금속계는 모두 사용할 수 있으며, SMD 인덕터의 성형 후, 열처리 시에 전기전도도가 열화되지 않는다면 특별히 제한하지는 않는다. 상기에서 내부코일의 권선형태는 SMD 인덕터의 중심에 내부 코일을 위치시킬 수 있다면 권선수나 형태를 제한하지는 않는다. 이때 내부코일은 절연물이 피복된 선을 사용하는데 이는 SMD 인덕터 내부에서 전기적인 절연성을 가지기 위함이다
다음으로는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내부코일의 양단부(1b)와 단자부(2)를 연결하는 접합부위(4)가 인덕터 본체(3a)의 평면상에서 대각선 방향으로 배열되도록 상기 내부코일 양단부(1b)에 단자부(2)를 접합하여 단자부가 연결된 내부코일을 제조한다.
도 2는 본 발명에 따라 단자부가 연결된 내부코일의 개략도이다.
본 발명에서는 도 2와 같이 내부코일(1)과 단자부(2)의 접합부위(4)를 인덕터 본체의 평면상에서 대각선으로 위치하게 제조한다. 이는 성형시에 분말의 충진이 용이하게 하고, 측면부의 크랙(Crack) 발생을 최소화할 수 있도록 하여 우수한 특성의 일체형 SMD 인덕터, 특히 소형의 일체형 SMD 인덕터를 효과적으로 제조하고자 하는 것이다. 또한, 단자부가 접합부위(4)와는 반대 대각선방향으로 연장된 일체형 SMD 인덕터도 필요에 따라 제조하는 경우도 있는데, 이는 절단 및 절곡공정을 원활히 수행하기 위함이다. 상기 인덕터 내부의 접합부위 및 단자부를 최소화하고, 이를 상대적으로 공간이 여유가 있는 대각선 방향으로 배치하여 분말의 충진이 용이하여 고밀도를 얻을 수 있으며, 단자부의 상하부를 단절하는 효과를 최소화하여 보다 우수한 특성의 SMD 인덕터를 크랙(Crack)없이 제조할 수 있다. 또한 단자부 소재로는 금속판재를 사용하는데, 그 원재료는 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 금속판에 주석을 도금한 판재 등으로 열처리 후에 전기전도도를 구현할 수 있다면, 그 조성을 특별히 제한하지는 않는다. 단자부의 두께는 후공정으로 절단 및 절곡을 용이하게 하면서 전기를 도전하는데 문제가 없으면 그 두께에 제약은 없으나, 바람직하게는 주석도금 후에 0.1~0.5 mm정도의 두께로 제조하는 것이 특성의 구현에 유리하다.
다음으로는 도 3에 도시된 바와 같이 단자부가 연결된 내부코일중 내부코일(1)과 상기 접합부위(4)는 무기 코팅제 또는 유기 코팅제로 코팅된 분말층(3a) 내에 삽입된 상태이고, 단자부(4)는 상기 분말층(3a) 내부에서 외부로 돌출, 연장되도록 배열한 후, 이들을 2~18톤/㎠의 압력으로 성형하여 성형물을 제조하고, 계속해서 상기 성형물을 100~800℃에서 열처리하여 일체형 SMD 인덕터를 제조한다.
도 3은 본 발명으로 제조된 일체형 SMD 인덕터의 개략도이다.
상기 코팅(조립화)된 분말은 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및 이산화규소(SiO2)를 포함하는 무기계 코팅제 또는 에폭시(Epoxy)계 수지, 폴리에스테르(Polyester)계 수지, 폴리에테르이미드(Polyetherimide)계 수지, 폴리이미드(Polyimide)계 수지 및 페놀(Phenol)계 수지를 포함하는 유기계 코팅제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 코팅제를 유기 또는 무기 용매에 용해시키거나 분산시켜 코팅액을 제조한 다음, 유동층 또는 분무건조공정을 이용하여 제조하였으며, 상기 코팅제의 종류는 일체형 SMD 인덕터의 성형 후 열처리 시 경화되어 일체형 SMD 인덕터에 강도를 부여하고, 상온에서도 어느 정도 접합강도를 가져 상온에서 성형 하여도 압력에 따라 인덕터의 강도를 유지하면서 균열 발생을 억제할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.
상기 코팅제의 바람직한 사용량은 코팅할 분말의 총 중량에 대하여 0.2-10.0 중량%이며, 더욱 바람직하게는 0.5-5.0 중량%이다. 코팅제의 사용량이 0.2 중량% 미만이면 접합강도가 약하여 자성분말의 성형 후 강도저하나 균열의 발생이 일어날 수 있으며, 열처리 후 손실(Core Loss) 특성 또는 주파수 특성의 저하가 일어날 수 있다. 반면에 10.0 중량%를 초과하면, 코팅제의 양이 상대적으로 많아져 자성분말 입자간의 접합강도는 강해지지만, 성형물 중에 코팅재의 양이 많으면 연자기 특성이 저하된다. 또한, 상기 코팅액은 카올린, 탈크 또는 수산화마그네슘 등에서 선택되는 절연재를 코팅할 분말의 총 중량에 대하여 0.1-5중량%를 추가로 함유할 수 있다.
상기의 코팅(조립화)할 자성분말은 공지의 자성물질을 포함하는 것으로 대표적인 일례로서, 입경분포 1-10㎛ 정도의 카보닐 철(Carbonyl Iron), 입경분포 150㎛ 이하의 철(Iron) 또는 150㎛ 이하의 실리콘 철(Fe-Si) 및 각종 자성분말(Sendust, High Flux, MPP 등)중에서 선택되는 어느 하나를 사용한다.
성형 작업시 압력은 2~18톤/㎠으로 하고, 성형속도는 5~20개/분의 속도로 하는 것이 바람직하나, 동일한 특성을 구현할 수 있다면 성형속도는 빠를수록 경제적이다.
성형공정 이후 비산화성 분위기 하에서 100-800℃ 온도로 열처리한다. 이와 같은 열처리공정은 분말 제조 또는 성형 시, 야기된 내부응력을 제거하고 코팅제를 경화시켜 성형된 일체형 SMD 인덕터의 강도를 높이거나 특성을 제어할 수 있다.
상기 열처리 공정 중, 비산화성 분위기라 함은 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스를 사용하거나, 수소(H2) 가스와 같은 환원성 가스를 이용하여 환원성 가스 분위기로 유지하는 것이 바람직하다. 열처리 온도는 100-800℃에서 실시하는 것이 바람직하며, 100℃ 미만이면, 열처리된 인덕터의 코팅재가 충분히 경화되지 않아 강도가 약해지는 문제가 있고, 800℃를 초과 시에는, 더 이상의 특성개선이 없거나, 코팅재의 절연특성이 저하되므로 바람직하지 않다. 또한 바람직한 열처리 시간은 10-180분이며, 이때 열처리 시간이 10분 미만이면 응력 제거가 충분치 않고, 180분을 초과하면 생산성이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기와 같이 제조된 일체형 SMD 인덕터는 내부코일이 성형후 인덕터 본체의 중심에 위치하고 전체적으로 균질한 밀도를 얻을 수 있으며, 외부 결함(crack)등을 최소화할 수 있다. 기존방식대로 일체형 SMD 인덕터를 제조할 경우, 성형시에 단자부가 상대적으로 여유공간이 적은 측면에 위치함으로 인하여 SMD 인덕터의 상부와 하부가 분리되는 현상 및 측면 크랙(Crack)이 발생되는 현상이 발생하여 제품의 수율 및 특성을 저하시킨다. 또한 이러한 크랙(Crack)의 발생 등을 검사하기 위한 추가공정이 필요하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
코팅제로서 자성분말의 대비 3.0중량%의 에폭시(epoxy)를 1:10(레진:용매)의 비율로 아세톤(acetone)에 녹여 코팅액을 제조하였다. 평균 입경이 10㎛ 이하인 카보닐 철 분말을 분무건조공정으로 에폭시가 균일하게 코팅(조립화)된 분말을 제조하였다. 상기에서 제조된 코팅 분말을 100 메쉬(Mesh) 내지 250 메쉬(Mesh)로 분급한 뒤, 윤활제(Kenolube)를 코팅분말의 무게 대비 0.2중량%를 첨가하여 혼합 분말을 제조하였다. 다음으로, 도 1과 같이 내부코일 양단부(1b)가 내부코일(1)의 높이 대비 중간에 위치하는 내부코일(1)의 양단부에 단자부(2)를 연결하여 도 2와 같은 형태의 단자부가 연결된 내부코일을 제조하였다. 이때 내부코일의 양단부(1b)와 단자부(2)를 연결하는 접합부위(4)가 인덕터 본체(3a)의 평면상에서 대각선 방향으로 배열되도록 하였다.
다음으로, 상기와 같이 단자부가 연결된 내부코일을 인덕터 본체 형성을 위한 상기 혼합분말층 내에 삽입시켰다. 이때 단자부(4)는 상기 혼합분말층의 내부에서 외부로 돌출, 연장되게 하였다.
다음으로 내부코일이 삽입된 혼합분말층을 상온에도 5톤/㎠의 압력으로 10.0mm×10.0mm×4.0mm(가로×세로×두께)의 인덕터로 성형한 후, 150℃에서 60분 동안 열처리(Curing)하여 도 3과 같은 구조를 갖는 일체형 SMD 인덕터를 제조하였다. 사용한 내부코일의 턴(Turn) 수는 4.5턴(turn)으로 하였다.
비교
실시예
1
내부코일의 양단부가 내부코일의 높이 대비 1/5 높이에 위치하며, 상기 내부코일의 양단부와 단자부를 연결하는 접합부위(4)가 인덕터 본체(3a)의 평면상에서 수평 방향으로 배열 되도록 상기 내부코일의 양단부에 단자부를 연결시켜 제조된 단자부가 연결된 내부코일을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 일체형 SMD 인덕터를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교실시예 1에 의해 제조된 SMD 인덕터의 특성을 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 인덕턴스(Inductance) [μH, 100㎑, 0.25V] | 포화전류(Saturation Current) [A] | |
| 실시예 1 | 1.02 | 22 |
| 비교실시예1 | 1.01 | 21 |
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 일체형 SMD 인덕터의 제조에 있어, 내부코일을 일체형 SMD 인덕터의 중심에 위치할 수 있도록 내부코일의 양단부가 내부코일 높이 대비 중간높이 위치에 있는 내부코일을 사용하고, 또한 내부코일과 단자부(프레임)의 접합부위를 인덕터 본체의 평면상에서 대각선으로 위치하게 함으로써,
첫째, 기존 코일 및 성형법에 의해 제조하는 것에 비해 제품의 밀도가 전체적으로 균질함으로 인해 최종특성이 균질하고 우수하게 일체형 SMD 인덕터를 생산할 수 있으며,
둘째, 성형공정 중 결점(Defect)의 발생을 최소화함으로 이의 검사를 위한 추가공정이 필요치 않으며,
셋째, 특히 소형의 일체형 SMD 인덕터를 제조하는데 유리하다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당 발명자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (3)
- (ⅰ) 내부코일의 양단부(1b)가 내부코일(1)의 높이 대비 중간에 위치하는 내부코일을 제조하고,(ⅱ) 상기 내부코일의 양단부(1b)와 단자부(2)를 연결하는 접합부위(4)가 인덕터 본체(3a)의 평면상에서 대각선 방향으로 배열되도록 상기 내부코일 양단부(1b)에 단자부(2)를 접합하여 단자부가 연결된 내부코일을 제조하고,(ⅲ) 단자부가 연결된 내부코일중 내부코일(1)과 상기 접합부위(4)는 무기 코팅제 또는 유기 코팅제로 코팅된 분말층(3a) 내에 삽입된 상태이고, 단자부(4)는 상기 분말층(3a) 내부에서 외부로 돌출, 연장되도록 배열한 후, 이들을 2~18톤/㎠의 압력으로 성형하여 성형물을 제조하고,(ⅳ) 상기 성형물을 100~800℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 새로운 형태의 내부코일을 적용한 일체형 SMD 인덕터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 무기코팅제 또는 유기코팅제로 코팅된 분말이 자성분말인 것을 특징으로 하는 새로운 형태의 내부코일을 적용한 일체형 SMD 인덕터의 제조방법.
- 삭제
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