KR101310360B1 - Winding-type chip inductor for power and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 권선형 파워 칩인덕터에 관한 것으로, 특히 페라이트와 아몰퍼스 합금으로 복합 자심을 구성한 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to wirewound power chip inductors, and more particularly, to a method of manufacturing a wirewound power chip inductor composed of a ferrite and an amorphous alloy.
최근 정보통신산업이 발전하면서 각종 전기전자통신기기가 소형화, 경량화, 및 박형화됨과 아울러서 사용 주파수대역이 점차 고주파 영역으로 확대되고 있다. 그러나 수백 MHz 내지 수십 GHz의 고주파 영역으로 확대됨에 따라 발생하는 전자기파 잡음(noise)은 통신장애를 초래하게 된다. 이러한 고주파 잡음을 제거하기 위해 사용되는 필터가 일반적으로 인덕터이다. With the recent development of the information and communication industry, various electric and electronic communication devices have become smaller, lighter, and thinner, and the frequency bands used are gradually being extended to the high frequency range. However, the electromagnetic noise generated as it is extended to a high frequency region of several hundred MHz to several tens of GHz causes communication failure. The filter used to remove this high frequency noise is typically an inductor.
이와 같은 인덕터(Inductor)는 적층형 인덕터와 권선형 인덕터로 구분되고, 개인용컴퓨터나 스마트폰과 같은 전자제품을 만들 때 필수적으로 사용되는 핵심 전자부품의 하나로서 저항(R) 및 콘덴서(C)와 함께 전자회로 구성의 필수요소인 유도코일(Induction Coil)을 말하며, 특정 주파수 대역의 신호를 증폭시키는 공진회로 또는 차단시키는 필터회로의 구성에 사용되거나, 특정 주파수 대역에서 임피던스가 높아지는 성질을 이용한 전기적 잡음(Noise) 제거 등 누설 자속으로 인해 발생되는 EMI 대책용 소자로 사용된다. These inductors are divided into stacked inductors and wound inductors, and are one of the essential electronic components that are essential when making electronic products such as personal computers or smartphones, together with resistors (R) and capacitors (C). Induction coil, which is an essential element of the electronic circuit, is used in the construction of a resonant circuit for amplifying a signal of a specific frequency band or a filter circuit for blocking, or electrical noise using a property of increasing impedance in a specific frequency band. It is used for EMI countermeasures caused by leakage magnetic flux.
적층형 인덕터는 인쇄회로기판에 표면 실장되어 회로에서 잡음제거용 등으로 적용되는 칩부품으로서, 대량생산에 적합하다는 장점이 있고, 내부 전극이 은(Ag)으로 구성되기 때문에 고주파 특성이 우수하다. 반면에 전극의 적층수가 한정되므로 얻을 수 있는 인덕턴스에 한계가 있고, 특히 내부 전극의 폭이 제한되어 충분한 허용전류를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 파워용으로는 사용하기 어렵고 주로 저전압, 저전류 회로부분으로 한정되어 사용된다. A multilayer inductor is a chip component that is surface-mounted on a printed circuit board and is applied for noise reduction in a circuit. The multilayer inductor has an advantage of being suitable for mass production, and has excellent high frequency characteristics because the internal electrode is made of silver (Ag). On the other hand, since the number of stacked electrodes is limited, there is a limit to the inductance that can be obtained, and in particular, the width of the internal electrode is limited so that a sufficient allowable current cannot be obtained. Therefore, it is difficult to use for power and is mainly limited to the low voltage, low current circuit portion.
권선형 인덕터는 페라이트와 센더스트 같은 자성재료로 이루어진 자심에 도선이 권선되고, 이 도선에 전류가 흘러 전자기 작용을 하게 되는데, 도선 간에 정전용량이 발생하므로 고용량의 높은 인덕턴스를 얻기 위해 권선수를 증가시키면 고주파 특성이 열화되고 부피가 커진다는 단점이 있다. Wire-wound inductors have conductors wound on magnetic cores made of magnetic materials such as ferrite and sender, and current flows through the conductors for electromagnetic action. Since the capacitance is generated between the conductors, the number of turns is increased to obtain high inductance with high capacitance. There is a disadvantage in that the high frequency characteristics are deteriorated and bulky.
한편, 전자통신기기가 소형화, 경량화, 및 박형화됨에 따라 이에 사용되는 전자부품이 경박단소화되고, 전자부품들이 제조공정의 자동화를 위하여 인쇄기판상에 표면 실장됨에 따라 인덕터도 칩 형태로 제작되고 있고, 이렇게 표면실장된 권선형 칩인덕터는 무선통신 단말기 등의 각종 디지털 기기에서 나오는 복사 노이즈를 제거하기 위한 고주파 필터로 널리 사용되고 있다. On the other hand, as electronic communication devices become smaller, lighter, and thinner, electronic components used therein become thin and short, and inductors are manufactured in chip form as electronic components are surface-mounted on printed boards for automation of manufacturing processes. The wound chip inductor surface-mounted as such is widely used as a high frequency filter for removing radiation noise from various digital devices such as wireless communication terminals.
그리고 파워용으로 사용되는 권선형 파워 칩인덕터는 직류전류를 가했을 때 일반 인덕터보다 용량(inductance) 변화가 적은 효율성 높은 인덕터를 말한다. 통상의 파워 인덕터는 도선에 전류를 증가시키면 자기력도 증가하는데, 더 이상 자속밀도가 증가하지 않는 자기포화 상태가 되면 자기력이 더 이상 증가하지 않게 된다. 자기포화가 되면 자기장의 세기(H)를 높여도 자속밀도(B)의 증가가 거의 없으므로 투자율(B/H)이 떨어지게 되어 인덕턴스 값도 급격히 떨어지게 된다. 이렇게 자기포화가 되면 인덕턴스 값이 급격히 떨어질 뿐만 아니라 열이 심하게 발생하게 된다. In addition, the winding type power chip inductor used for power refers to a highly efficient inductor having a smaller change in inductance than a general inductor when a DC current is applied. A typical power inductor increases its magnetic force by increasing the current in the wire, but when the magnetic saturation state no longer increases, the magnetic force no longer increases. When the magnetic saturation occurs, even if the magnetic field strength (H) is increased, the magnetic flux density (B) hardly increases, so the permeability (B / H) decreases and the inductance value also drops sharply. This self saturation not only drops the inductance value rapidly, but also generates heat.
이러한 권선형 파워 칩인덕터는 자심으로 투자율과 전기저항이 높은 페라이트를 사용하는데, 특히 Ni-Zn 페이라트계가 많이 사용되고, 이 페라이트 자심에 도선을 감으며, 페라이트 케이스로 페라이트 자심을 보호한다. 도선에 전기가 가해지면 자속이 발생하게 되는데, 페라이트는 높은 직류전류하에서의 포화자속밀도가 낮기 때문에 이를 차단하지 않으면 자기포화에 의한 인덕턴스의 저하가 크게 되어 직류중첩특성이 나빠지게 된다. This winding type power chip inductor uses ferrite with high magnetic permeability and high electrical resistance. In particular, Ni-Zn payrat type is widely used, and the ferrite core is wound around the ferrite case to protect the ferrite core. When electricity is applied to the conductor, magnetic flux is generated. Ferrite has a low saturation magnetic flux density under high DC current, and if it is not blocked, the inductance due to magnetic saturation becomes large, resulting in poor DC overlapping characteristics.
직류중첩특성이란 직류전류와 인덕턴스값의 변화의 관계를 말한다. 인덕터에 흐르는 직류전류가 증가하면, 도선에서 발생하는 자속이 증가하고 자심을 지나가는 자속이 증가한다. 그러나 자속밀도에는 한계가 있으므로 어떤 전류값을 초과하면 포화되어 그 이상 전류가 증가해도 자속밀도가 증가하지 않게 된다. 그 결과, 인덕턴스값이 저하하기 시작한다. The DC superposition characteristic refers to the relationship between the DC current and the change in inductance value. As the DC current flowing through the inductor increases, the magnetic flux generated in the lead wire increases and the magnetic flux passing through the magnetic core increases. However, there is a limit to the magnetic flux density, so if any current value is exceeded, the magnetic flux density does not increase even if the current increases further. As a result, the inductance value begins to decrease.
따라서 인덕턴스의 저하를 방지하기 위해서 권선형 파워 칩인덕터는 페라이트 자심과 페라이트 케이스 사이에 자속을 차단하여주는 비자성체 역할을 하는 공극(air gap)을 형성하여 자기포화를 억제시켜 전류의 증가에 따른 인덕턴스 저하를 방지함으로써 높은 직류전류하에서도 높은 인덕턴스를 유지하도록 하고 있다. 하지만 공극으로 인해 소형화는 어렵게 된다. Therefore, in order to prevent the deterioration of inductance, the winding type power chip inductor forms an air gap that acts as a nonmagnetic material that blocks magnetic flux between the ferrite magnetic core and the ferrite case, thereby suppressing magnetic saturation, thereby increasing the inductance according to the increase of the current. By preventing degradation, high inductance is maintained even under high DC current. However, the air gap makes it difficult to miniaturize.
그러나 최근에는 휴대폰이나 모바일 기기의 급속한 증가와 더불어 전기전자통신기기들의 경박단소화하고 있고, 한층 많아진 소프트웨어 프로그램들을 구동시키기 위해서 전자회로는 더욱 고집적, 고밀도, 고주파화 되면서 때문에 배터리의 소모가 많아지고 있고, 또한 발열 및 전자기파의 방출 등의 문제가 발생하면서 이러한 문제들을 해결하는 것이 더욱더 중요해지고 있다.However, in recent years, with the rapid increase in mobile phones and mobile devices, the electronics and telecommunications devices are becoming smaller and lighter, and in order to drive more and more software programs, electronic circuits become more integrated, higher density, and high frequency, which consumes more battery. In addition, as problems such as heat generation and electromagnetic wave emission occur, it is becoming more important to solve these problems.
그런데 종래의 페라이트 자심을 이용한 권선형 파워 칩인덕터는 페라이트 자심이 투자율과 전기저항이 높은 반면에, 포화자속밀도가 0.3T로 낮기 때문에 자기포화에 의한 인덕턴스의 저하가 크게 되어 직류중첩특성이 나빠지게 되고 열이 심하게 발생하게 된다. 일반적으로 페라이트 자심의 경우는 높은 인덕턴스를 얻기 위해서는 공극 형성 또는 권선수 증가를 필요로 하는데, 공극을 형성하게 되면 칩인덕터의 소형화에 한계가 있고, 또한 공극을 형성하지 않고 대신에 권선수를 증가시키면 고주파 특성이 열화되고 부피가 커지므로 칩인덕터의 소형화에 한계가 있다. 그리고 고주파의 사용과 낮은 인덕턴스로 인한 발열로 발생하는 제품 수명단축 및 파손 등의 여러 가지 문제가 있다. However, in the conventional wire type power chip inductor using a ferrite magnetic core, the ferrite magnetic core has high permeability and electrical resistance, while the low saturation magnetic flux density is 0.3T, which leads to a decrease in inductance due to self saturation. And heat is generated badly. In general, in the case of ferrite magnetic cores, it is necessary to form voids or increase the number of turns in order to obtain a high inductance. When forming voids, there is a limit to the miniaturization of the chip inductor. Due to the deterioration of high frequency characteristics and bulkiness, there is a limit to miniaturization of chip inductors. In addition, there are various problems such as shortening of product life and damage caused by heat generation due to the use of high frequency and low inductance.
그래서 본 발명자가 선출원하여 등록받은 특허문헌 1은 페라이트 자심의 이런 문제를 해결하기 위해서 아몰퍼스 합금 분말을 각형으로 성형한 아몰퍼스 합금 자심을 사용하였다. 아몰퍼스 합금 자심은 포화자속밀도가 1T로 페라이트 자심의 0.3T보다 높기 때문에 권선형 파워 칩인덕터의 소형화가 가능하고, 인덕턴스 손실(철손)이 적어 발열을 최소화할 수 있다. Therefore, in order to solve this problem of a ferrite magnetic core, the patent document 1 which the inventors applied for and registered used the amorphous alloy magnetic core which shape | molded amorphous alloy powder in square shape. Since the amorphous alloy magnetic core has a saturation magnetic flux density of 1T, which is higher than 0.3T of the ferrite magnetic core, the winding type power chip inductor can be miniaturized and the inductance loss (iron loss) can be minimized to minimize heat generation.
하지만 아몰퍼스 자심은 상기처럼 포화자속밀도가 페라이트보다 높은 반면에 투자율이 60 H/m로 페라이트의 99 H/m보다 적어 인덕턴스 손실(철손)이 커지고 이에 따라 인덕턴스의 저하를 가져와 직류중첩특성이 나빠지게 된다. However, amorphous magnetic core has higher saturation magnetic flux density than ferrite as above, but its permeability is 60 H / m, which is less than 99 H / m of ferrite, resulting in higher inductance loss (iron loss), resulting in lower inductance and deteriorating DC overlapping characteristics. do.
이상 기술한 바처럼, 아몰퍼스 자심을 사용할 경우에도 투자율로 인한 인덕턴스 저하를 가져오지만, 페라이트 자심 대비 일정 수준의 인덕턴스 유지가 가능하기 때문에 페라이트 자심을 사용하는 것보다는 소형화, 발열, 고주파 특성에서 유리하다. As described above, the use of amorphous magnetic core leads to a decrease in inductance due to permeability, but it is advantageous in miniaturization, heat generation, and high frequency characteristics rather than using ferrite magnetic core because it can maintain a certain level of inductance compared to ferrite magnetic core.
그러나 아몰퍼스 자심을 사용한다 하더라도 투자율이 낮고, 최근의 다종다양의 소프트웨어 프로그램을 구동시키기 위해서 더욱 고집적,고밀도, 고주파화 되는 전자회로에 대응하여 배터리 사용시간, 발열, 전자기파의 방출 등의 문제를 해결하는데에는 한계가 있다. However, even though amorphous magnetic core is used, the permeability is low, and in order to solve the problems such as battery usage time, heat generation and emission of electromagnetic waves in response to more integrated, higher density and high frequency electronic circuits in order to run various kinds of software programs. There is a limit.
본 발명은 상술한 종래기술보다 뛰어난 성능을 가진 인덕터를 개발하고자 한 것으로, 고전류 및 고주파 환경에서도 높은 인덕턴스를 일정하게 유지하여 배터리 사용시간을 늘리고, 발열을 최소화하며, 전자기파의 방출을 줄일 수 있는 권선형 파워 칩인덕터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention is to develop an inductor having superior performance than the prior art described above, it is possible to maintain a high inductance constant even in high current and high frequency environment to increase the battery usage time, minimize heat generation, and reduce the emission of electromagnetic waves It is an object of the present invention to provide a linear power chip inductor and a method of manufacturing the same.
상술한 본 발명의 목적은, 자심과; 자심의 둘레에 감겨져 전류를 인가시키는 도선; 및 자심의 양단에 설치되어 양단이 도선의 양단에 연결되는 단자로 이루어진 권선형 파워 칩인덕터에 있어서, 상기 자심을 각형 페라이트와 아몰퍼스 함금으로 이루어진 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심으로 구성하되, 인서트 프레스 성형과 소성 경화에 의해 각형 페라이트의 사방 표면에 아몰퍼스 합금분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 구성한 권선형 파워 칩인덕터에 의해 달성된다. The object of the present invention described above, the core; A conductive wire wound around the magnetic core to apply a current; And a wire-type power chip inductor formed at both ends of the magnetic core and having terminals connected to both ends of the conductive wire, wherein the magnetic core is composed of a ferrite amorphous alloy composite magnetic core made of a square ferrite and an amorphous alloy, which is formed by insert press molding and firing. It is achieved by the winding type power chip inductor which formed the ferrite amorphous alloy composite magnetic core by crimping | bonding amorphous alloy powder to the four surfaces of square ferrite by hardening.
본 발명의 권선형 파워 칩인덕터에 있어서, 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 인서트 프레스 성형과 소성 경화에 의해 구성하는 대신에, 아몰퍼스 합금분말을 소성 경화에 의해 삽입홈을 가지는 2개 또는 2개 이상의 케이스로 성형하고, 삽입홈에 각형 페라이트를 삽입하여 일체화시켜 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 구성한 것을 특징으로 한다. In the winding type power chip inductor of the present invention, instead of forming the ferrite amorphous alloy composite magnetic core by insert press molding and plastic curing, the amorphous alloy powder is formed into two or two or more cases having insertion grooves by plastic curing. It is characterized by forming a ferrite amorphous alloy composite magnetic core by molding and integrating a rectangular ferrite into an insertion groove.
또한, 상술한 본 발명의 목적은 아몰퍼스 합금분말을 저온 유리 멜트에 혼합하여 상기 아몰퍼스 합금분말의 각 입자를 유리코팅해 주는 제1단계와; 상기 유리 코팅된 아몰퍼스 합금분말 입자들에 바인더(binder)를 첨가한 후 혼합하여 아몰퍼스 합금분말을 준비하는 제2단계를 포함하는 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법에 있어서, 인서트 금형에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 적재한 다음에 인서트 금형에 적재된 아몰퍼스 합금분말 위에 각형 페라이트를 설치한 후에 인서트 금형에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 투입하여 각형 페라이트의 표면이 아몰퍼스 합금분말로 둘러싸이게 하고, 프레스 성형과 소성 경화공정에 의해 각형 페라이트의 사방 표면에 아몰퍼스 합금분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 성형하는 제3단계와; 상기 성형이 완료된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심의 양단부에 각각 단자를 형성해 주는 제4단계와; 상기 단자가 형성된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심의 중앙 바깥둘레에 도선을 감아주고, 상기 도선의 양단을 상기 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심의 양단부의 단자에 열압착 또는 스폿용접에 의해 접합시키는 제5단계; 및 도선이 감겨진 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심의 일면에 UV 코팅 또는 에폭시 코팅하여 UV 또는 에폭시 코팅막을 형성하는 제6단계를 더 포함하는 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법에 의해 달성된다. In addition, the object of the present invention described above is a first step of glass coating each particle of the amorphous alloy powder by mixing the amorphous alloy powder in a low-temperature glass melt; In the manufacturing method of the winding-type power chip inductor comprising a second step of preparing an amorphous alloy powder by adding a binder (binder) to the glass-coated amorphous alloy powder particles, the amorphous alloy powder prepared in the insert mold After loading the metal mold, the ferrite is placed on the amorphous alloy powder loaded in the insert mold, and then the amorphous alloy powder is put into the insert mold so that the surface of the rectangular ferrite is surrounded by the amorphous alloy powder. A third step of forming a ferrite amorphous alloy composite magnetic core by pressing and attaching the amorphous alloy powder on all four surfaces of the rectangular ferrite; A fourth step of forming terminals at both ends of the molded ferrite amorphous alloy composite magnetic core respectively; A fifth step of winding conducting wires around a center outer periphery of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core having the terminal formed thereon, and bonding both ends of the conducting wire to terminals of both ends of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core by thermocompression bonding or spot welding; And a sixth step of forming a UV or epoxy coating film by UV coating or epoxy coating one surface of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core on which the conductor is wound.
본 발명의 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법에 있어서, 제3단계 대신에, 아몰퍼스 합금분말을 각형 페라이트가 삽입되는 삽입홈을 가지도록 2개 또는 2개 이상의 케이스로 소성 경화시켜 성형한 후에 삽입홈에 각형 페라이트를 삽입한 다음에 각 케이스의 접촉면을 접합시켜 일체화하여 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 성형하는 것을 특징으로 한다. In the manufacturing method of the winding-type power chip inductor of the present invention, instead of the third step, the amorphous alloy powder is plastically hardened into two or two or more cases so as to have an insertion groove into which the square ferrite is inserted, and then the insertion groove. The ferrite amorphous alloy composite magnetic core is formed by inserting a rectangular ferrite into the joint and then joining and integrating the contact surfaces of the respective cases.
본 발명의 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법에 있어서, 제6단계의 UV 또는 에폭시 코팅막에 인덕턴스 값을 인쇄하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing the wound power chip inductor of the present invention, the method may further include a seventh step of printing an inductance value on the UV or epoxy coating film of the sixth step.
상술한 본 발명의 기술구성에 의해 고주파 및 고전류 환경에서도 높은 인덕턴스 값을 일정하게 유지함에 따라 고주파 및 고전류에서 사용가능함과 아울러 직류전류의 증가에 상관없이 고 임덕턴스 값을 유지하므로 배터리 사용시간이 연장되고, 발열량이 줄어들며, 전자기파의 방출이 최소화된다. According to the technical configuration of the present invention described above, the high inductance value is maintained even in a high frequency and high current environment, so that the battery can be used at a high frequency and a high current and maintain a high inductance value regardless of the increase of the DC current. Heat generation, and the emission of electromagnetic waves is minimized.
도 1은 본 발명의 기술구성도.
도 2는 본 발명의 제조방법을 도시한 순서도.1 is a technical configuration of the present invention.
2 is a flow chart showing a manufacturing method of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 기술하면 다음과 같다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 권선형 파워 칩인덕터는 자심과; 자심의 둘레에 감겨져 전류를 인가시키는 도선; 및 자심의 양단에 설치되어 양단이 도선의 양단에 연결되는 단자로 구성된다. Wire-wound power chip inductor of the present invention is magnetic core; A conductive wire wound around the magnetic core to apply a current; And terminals provided at both ends of the magnetic core and both ends connected to both ends of the conductor.
이와 같은 본 발명에 있어서, 자심을 종래의 페라이트 자심이나 아몰퍼스 합금 자심으로 구성하지 않고, 페라이트와 아몰퍼스 합금을 복합한 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심으로 구성한 것이다. 즉, 종래의 페라이트 자심과 아몰퍼스 합금 자심으로 된 권선형 파워 칩인덕터의 단점을 보완하여 페라이트 자심보다 높은 포화자속밀도를 갖도록 함으로써 직류중첩특성을 좋게 하고, 아몰퍼스 합금 자심보다 높은 투자율을 갖도록 함으로써 인덕턴스 손실을 최소화하여 고주파 및 고전류 환경에서도 높은 인덕턴스 값을 일정하게 유지하는 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심으로 이루어진 권선형 파워 칩인덕터를 개발하고자 한 것이다. In the present invention as described above, the magnetic core is not composed of a conventional ferrite magnetic core or amorphous alloy magnetic core, but is composed of a ferrite amorphous alloy composite magnetic core in which ferrite and amorphous alloy are composited. In other words, by complementing the shortcomings of the winding type power chip inductor composed of the ferrite core and the amorphous alloy core, the saturation magnetic flux density is higher than that of the ferrite core, so that the DC overlapping characteristics are improved and the permeability is higher than the amorphous alloy core. This study aims to develop a wire-type power chip inductor made of a ferrite amorphous alloy composite magnetic core that maintains a high inductance value even in high frequency and high current environments.
본 발명의 권선형 파워 칩인덕터는 자심을 각형 페라이트(11)와 아몰퍼스 함금(12)으로 이루어진 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)으로 구성하되, 인서트 프레스 성형과 소성 경화에 의해 각형 페라이트(11)의 사방 표면에 아몰퍼스 합금 분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 구성한 것이다. The winding type power chip inductor of the present invention is composed of a ferrite amorphous alloy composite
이와 같은 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 가진 권선형 파워 칩인덕터(60)는 도 2에 도시한 바와 같이 총 6단계에 의해 제작된다. The winding type
제1단계(S1)는 아몰퍼스 합금 분말을 약 100-500℃ 정도의 저온 유리 멜트에 혼합하여 상기 아몰퍼스 합금분말의 각 입자를 1-100μm 두께로 유리코팅해 준다. In the first step (S1), the amorphous alloy powder is mixed with a low temperature glass melt of about 100-500 ° C., and each particle of the amorphous alloy powder is glass coated to a thickness of 1-100 μm.
여기서, 아몰퍼스 합금 분말은 중량비 70~90wt%의 철(Fe)과, 5~10wt%의 실리콘(Si) 및 1~10wt%의 붕소(B)와 기타 미량의 원소를 포함하여 구성되며, 철(Fe) 대신에 30~90wt% 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)을 동일 중량비로 사용할 수 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.Here, the amorphous alloy powder is composed of a weight ratio of 70 ~ 90wt% iron (Fe), 5 ~ 10wt% silicon (Si) and 1 ~ 10wt% boron (B) and other trace elements, iron ( Instead of Fe) 30 ~ 90wt% cobalt (Co) or nickel (Ni) can be used in the same weight ratio. Other trace elements include Al 2 O 3 , Na 2 O, Li 2 O, ZnO, P 2 O 5 , Cr, C, etc. which are commonly used by those skilled in the art to maintain the ease of molding and the strength of the molded product. Can be.
제2단계(S2)는 상기 유리 코팅된 10-200μm 크기를 가지는 아몰퍼스 합금분말 입자들을 10~100μm 입자군과 100~200μm 입자군으로 선별하여 선별된 입자군의 각 중량비를 8:2 정도 되도록 하여 적절하게 혼합하고, 에폭시수지, PVC, 또는 아크릴 수지 등의 바인더(binder)를 첨가한 후 혼합하여 아몰퍼스 합금분말을 준비한다. 상기 입자군을 적절하게 혼합해줌으로써 입자결합밀도가 향상된다. In the second step (S2), the amorphous alloy powder particles having the glass-coated 10-200μm size are selected into 10 ~ 100μm particle group and 100 ~ 200μm particle group so that each weight ratio of the selected particle group is about 8: 2. The mixture is suitably mixed, and binders such as epoxy resin, PVC, or acrylic resin are added, followed by mixing to prepare amorphous alloy powder. By appropriately mixing the particle group, the particle bonding density is improved.
제3단계(S3)는 인서트 금형(20)에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 적재한 다음에 인서트 금형(20)에 적재된 아몰퍼스 합금분말 위에 각형 페라이트(11)를 설치한 후에 인서트 금형(20)에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 투입하여 각형 페라이트(11)의 표면이 아몰퍼스 합금분말로 둘러싸이게 하고, 5-20 ton/㎠의 압력으로 프레스 성형과 500℃ 미만의 온도에서 약 60분간 소성 공정을 거친 후에 일정시간 동안 경화하여 각형 페라이트(11)의 사방 표면에 아몰퍼스 합금분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 성형한다. In the third step S3, after the amorphous alloy powder prepared in the insert mold 20 is loaded, the
제4단계(S4)는 성형이 완료된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 양단부에 각각 단자(30)를 형성한다. 여기서 각 단자(30)는 150-500℃의 저온 소성에 적합한 은액(Silver Paste)을 선정하여 은액에 디핑(Dipping) 및 150-200℃ 온도에서 건조한 후에 약 500℃ 미만의 온도로 저온 소성을 하여 1차로 은도금 층을 형성시킨다. 이후, 전해도금 방식으로서 1차 은도금 층 위에 5~30μm 두께로 2차 니켈도금 층을 형성하고, 같은 방식으로 니켈도금 층 위에 2μm 두께로 3차 금도금 층 또는 주석도금 층 또는 주석-구리도금 층을 형성하여 단자 성형을 완료한다.In the fourth step S4,
제5단계(S5)는 단자(30)가 형성된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 중앙 바깥둘레에 Φ0.10 ~Φ0.12의 도선(40)을 일정수로 권선하고, 상기 도선(40)의 양단을 상기 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 양단부의 단자(30)에 열압착 또는 스폿용접에 의해 전기적으로 도통되게 접합시킨다. In a fifth step S5, the
제6단계(S6)는 도선(40)이 권선된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 일면에 일정두께로 UV 코팅 또는 에폭시 코팅하여 UV 또는 에폭시 코팅막(50)을 형성하여 경화한다. The sixth step (S6) is cured by forming a UV or
그리고 추가적으로 UV 또는 에폭시 코팅막(50)에 실크 스크린 또는 레이저 인쇄에 의해 인덕턴스 값을 인쇄하는 제7단계(S7)를 더 포함할 수 있다. In addition, the UV or
한편, 제3단계의 각형 페라이트의 사방 표면에 소성 경화공정을 거쳐 아몰퍼스 합금분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 성형하는 단계 대신에 다음과 같은 방법에 의해서도 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 성형할 수 있다. Meanwhile, instead of forming the ferrite amorphous alloy composite
먼저, 제3-1단계로 아몰퍼스 합금분말을 각형 페라이트가 삽입되는 삽입홈을 내측 중앙에 가지도록 2개 또는 2개 이상의 케이스로 소성 경화시켜 성형한 다음에 제3-2단계로 상기 삽입홈에 각형 페라이트를 삽입한 다음에 각 케이스의 접촉면을 접합시켜 일체화 성형하는 것이다. First, in step 3-1, the amorphous alloy powder is hardened and molded into two or two or more cases so as to have the insertion groove into which the square ferrite is inserted at the inner center thereof, and then into the insertion groove in step 3-2. After inserting the rectangular ferrite, the contact surfaces of the respective cases are joined to form an integral shape.
상술한 바와 같이 성형제조된 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 종래의 페라이트 자심과 아몰퍼스 합금 자심과 포화자속밀도와 투자율 측면에서 비교해 보면 아래 [표 1]과 같다. When comparing the ferrite amorphous alloy composite magnetic core of the present invention molded as described above in terms of the conventional ferrite magnetic core, amorphous alloy magnetic core, saturation magnetic flux density and permeability are as follows [Table 1].
구분
division
페라이트 자심
Ferrite magnetic core
아몰퍼스 합금 자심
Amorphous alloy magnetic core
페라이트 아몰퍼스 합금
복합 자심
Ferrite amorphous alloy
Compound magnetic core
포화자속밀도(Bmax)
Saturated magnetic flux density (Bmax)
0.3T
0.3T
1T
1T
0.7T
0.7T
투자율(μmax)
Permeability (μmax)
99 H/m
99 H / m
60 H/m
60 H / m
88 H/m
88 H / m
상기 [표 1]에서 포화자속밀도를 보면, 페라이트 자심은 0.3T, 아몰퍼스 합금 자심은 1T, 페라이트 아몰퍼스 합금 복합자심은 0.7T이고, 인덕터스 값에 가장 핵심인 투자율을 보면, 페라이트 자심은 99 H/m, 아몰퍼스 합금 자심은 60 H/m, 페라이트 아몰퍼스 합금 복합자심은 88 H/m임을 알 수 있다. In Table 1, the saturation magnetic flux density shows that the ferrite magnetic core is 0.3T, the amorphous alloy magnetic core is 1T, the ferrite amorphous alloy composite magnetic core is 0.7T, and the permeability that is the key to the inductance value is 99 H. It can be seen that / m, amorphous alloy magnetic core is 60 H / m, ferrite amorphous alloy composite core is 88 H / m.
상기 [표 1]에서 알 수 있듯이, 페라이트 자심은 투자율이 아몰퍼스 합금 자심과 페라이트 아몰퍼스 합금 복합자심보다 높은 99 H/m이지만, 포화자속밀도가 아몰퍼스 합금 자심과 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심보다 낮은 0.3T이기 때문에 자기포화에 의한 인덕턴스의 저하가 커져 직류중첩특성이 나빠지게 되고 열이 심하게 발생하게 된다. As can be seen in Table 1, the ferrite magnetic core has a magnetic permeability of 99 H / m higher than that of the amorphous alloy core and the ferrite amorphous alloy core, but the saturation magnetic flux density is 0.3T lower than that of the amorphous alloy core and the ferrite amorphous alloy core. As a result, the reduction in inductance due to magnetic saturation is increased, resulting in deterioration of DC overlapping characteristics and severe heat generation.
그리고 페라이트 자심을 가진 권선형 파워 칩인덕터는 에어갭으로 인해 소형화에 한계가 있는 한편, 사용 한계치는 인덕턴스 값이 10μH 이상이지만, 직류전류 값은 0.7A로서 저전류 용도, 사용 주파수는 1M㎐ 미만으로 저주파 용도로 밖에 사용할 수 없는 단점이 있다. In addition, the winding type power chip inductor with ferrite magnetic core has a limitation in miniaturization due to the air gap, while the use limit value is 10μH or more in inductance value, but the DC current value is 0.7A. There is a disadvantage that can be used only for low frequency applications.
아몰퍼스 합금 자심은 포화자속밀도가 페라이트 자심과 페라이트 아몰퍼스 합금 복합자심보다 높은 1T이지만, 투자율이 페라이트 자심과 페라이트 아몰퍼스 합금 복합자심보다 낮은 60 H/m이기 때문에 인덕턴스의 저하를 가져와 직류중첩특성이 나빠지지만, 페라이트 자심과 대비하여 일정 수준의 인덕턴스 유지가 가능하기 때문에 페라이트 자심을 사용하는 것보다는 소형화, 발열, 고주파 특성에서 유리하다. The amorphous alloy magnetic core has a saturation magnetic flux density of 1T higher than that of the ferrite magnetic core and the ferrite amorphous alloy core, but the permeability is 60 H / m lower than that of the ferrite magnetic core and the ferrite amorphous alloy composite core. Because of this, it is possible to maintain a certain level of inductance in contrast to ferrite magnetic core, which is advantageous in miniaturization, heat generation, and high frequency characteristics rather than using ferrite magnetic core.
하지만, 아몰퍼스 합금 자심을 가진 권선형 파워 칩인덕터는 사용 한계치가 직류전류 값은 1.5A로서 고전류 용도, 사용 주파수는 1M㎐으로 고주파 용도로 가능하지만, 인덕턴스 값이 4.7μH 미만이기 때문에 배터리 사용시간, 발열, 전자기파의 방출 등의 문제를 해결하는데에는 한계가 있다. 파워용으로 사용되는 권선형 칩인덕터에서 사용 주파수가 1M㎐ 이상이면 고주파 용도이다. However, the winding type power chip inductor with amorphous alloy core has a limit of 1.5A of DC current, which is possible for high current and 1M 주파수 frequency, but the inductance is less than 4.7μH. There are limitations in solving problems such as heat generation and emission of electromagnetic waves. In the wound chip inductor used for power, if the frequency is over 1M㎐, it is high frequency.
이상 기술한 페라이트 자심과 아몰퍼스 합금 자심과는 달리 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)은 첫째, 페라이트 자심보다 높은 포화자속밀도 0.7T를 나타내므로 페라이트 자심과 대비하여 고 인덕턴스 값을 가지기 때문에 배터리 사용시간이 연장되고, 발열량이 줄어들고, 전자기파의 방출이 최소화되고, 둘째, 아몰퍼스 합금 자심보다 높은 투자율 88 H/m을 나타내므로 아몰퍼스 합금 자심과 대비하여 인덕턴스 손실이 줄어들어 동일체적, 동일 권선수에서 2배나 높은 인덕턴스 값을 가지기 때문에 배터리 사용시간이 연장되고, 발열량이 줄어들고, 전자기파의 방출이 최소화된다.Unlike the above-described ferrite magnetic core and amorphous alloy magnetic core, the ferrite amorphous alloy composite
일반적으로 도선의 권선수를 늘리면 인덕턴스 값은 증가하지만 고주파 특성이 열화되는 단점이 있다. 하지만, 본 발명은 고 인덕턴스 값을 가지므로 권선수를 줄일 수 있으므로 배터리 사용시간을 늘리고, 발열량을 낮추고, 전자기파의 방출을 줄일 수 있게 되는 것이다. In general, increasing the number of windings of the conductor increases the inductance value, but has a disadvantage in that the high frequency characteristics deteriorate. However, since the present invention has a high inductance value, the number of turns can be reduced, thereby increasing the battery usage time, lowering the amount of heat, and reducing the emission of electromagnetic waves.
또한, 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)은 고 인덕턴스 값을 가지므로 임피던스 매칭이 용이하기 때문에 전원회로를 단순화할 수 있어 크기를 최소화할 수 있으므로 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심을 이용한 권선형 파워 칩인덕터를 소형화할 수 있다. In addition, since the ferrite amorphous alloy composite
그리고 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 가진 권선형 파워 칩인덕터(60)는 사용 한계치가 아래 [표 2]에서 알 수 있듯이, 인덕턴스 값이 거의 10μH에 근접하고, 직류전류 값은 2.0A로서 고전류용으로도 사용이 가능하고, 사용 주파수는 1M㎐ 이상으로 고주파용으로 사용가능하므로 페라이트 자심의 직류전류 값 0.7A와 사용 주파수 1M㎐ 미만과 대비하여 고주파, 고전류 특성이 우수하다. And the wire-type
구 분
division
파워 칩인덕터의 크기(mm)
Size of Power Chip Inductor (mm)
4.8×3.5×2.8
4.8 × 3.5 × 2.8
4.8×3.5×2.36
4.8 × 3.5 × 2.36
권선수(Turn), 선경:φ0.11mm
Number of turns, wire diameter: φ0.11mm
27 Turn
27 turn
27 Turn
27 turn
자 심
Sleeping heart
직류전류 값(A)
DC current value (A)
인덕턴스 값
Inductance value
인덕턴스 값
Inductance value
페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심
Ferrite Amorphous Alloy Composite Core
0.0
0.0
9.9μH
9.9 μH
9.3μH
9.3 μH
0.5
0.5
9.9μH
9.9 μH
9.3μH
9.3 μH
1.0
1.0
9.9μH
9.9 μH
9.3μH
9.3 μH
2.0
2.0
9.8μH
9.8 μH
9.2μH
9.2 μH
그리고 직류전류와 인덕턴스값의 변화의 관계를 나타내는 직류중첩특성을 살펴보면, 페라이트 자심은 직류전류 값이 증가하여 일정 값을 넘어서면 인덕턴스 값이 급격하게 줄어드는 반면에 상기 [표 2]에 나타나 있듯이, 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)은 거의 10μH에 근접하여 고 인덕턴스 값을 유지하면서 변동이 없다. In addition, when looking at the DC overlapping characteristics showing the relationship between the change of the DC current and the inductance value, the ferrite magnetic core rapidly decreases the inductance value when the DC current value increases and exceeds the predetermined value, as shown in [Table 2]. The ferrite amorphous alloy composite
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 가진 권선형 파워 칩인덕터(60)는 종래의 페라이트 자심과 아몰퍼스 합금 자심의 단점을 보완하여 최근 사용 주파수대역이 점차 고주파 영역으로 확대되어 가는 경향에 대응가능하도록 고주파 및 고전류에서 사용가능함과 아울러서 직류전류의 증가에 상관없이 고 임덕턴스 값을 유지하므로 배터리 사용시간이 연장되고, 발열량이 줄어들며, 전자기파의 방출이 최소화되는 장점을 가지고 있다. As described above, the winding type
10 : 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심
11 : 각형 페라이트 12 : 아몰퍼스 합금
20 : 인서트 금형 30 : 단자
40 : 도선 50 : UV 또는 에폭시 코팅막
60 : 권선형 파워 칩인덕터10: ferrite amorphous alloy composite core
11: square ferrite 12: amorphous alloy
20: insert mold 30: terminal
40: conductor 50: UV or epoxy coating film
60: Wire-wound Power Chip Inductor
Claims (5)
인서트 금형(20)에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 적재한 다음에 인서트 금형(20)에 적재된 아몰퍼스 합금분말 위에 각형 페라이트(11)를 설치한 후에 인서트 금형(20)에 준비된 아몰퍼스 합금분말을 투입하여 각형 페라이트(11)의 표면이 아몰퍼스 합금분말로 둘러싸이게 하고, 프레스 성형과 소성 경화공정에 의해 각형 페라이트(11)의 사방 표면에 아몰퍼스 합금분말을 압착부착시켜서 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 성형하는 제3단계(S3)와;
상기 성형이 완료된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 양단부에 각각 단자(30)를 형성해 주는 제4단계(S4)와;
상기 단자(30)가 형성된 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 중앙 바깥둘레에 도선(40)을 감아주고, 상기 도선(40)의 양단을 상기 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 양단부의 단자(30)에 열압착 또는 스폿용접에 의해 접합시키는 제5단계(S5);
및 도선(40)이 감겨진 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)의 일면에 UV 코팅 또는 에폭시 코팅하여 UV 또는 에폭시 코팅막(50)을 형성하는 제6단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법. A first step (S1) of glass coating each particle of the amorphous alloy powder by mixing the amorphous alloy powder with a low temperature glass melt; In the manufacturing method of the winding-type power chip inductor comprising a second step (S2) of preparing an amorphous alloy powder by adding a binder (binder) to the glass-coated amorphous alloy powder particles, and
The amorphous alloy powder prepared in the insert mold 20 is loaded, and then the square ferrite 11 is installed on the amorphous alloy powder loaded in the insert mold 20. The surface of the ferrite 11 is surrounded by amorphous alloy powder, and the amorphous alloy powder is pressed on all four sides of the square ferrite 11 by press molding and plastic curing to form the ferrite amorphous alloy composite magnetic core 10. A third step S3;
A fourth step S4 of forming terminals 30 at both ends of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core 10 in which the molding is completed;
The conductive wire 40 is wound around the center outer periphery of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core 10 in which the terminal 30 is formed, and both ends of the conductive wire 40 are connected to terminals of both ends of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core 10. A fifth step (S5) of joining 30) by hot pressing or spot welding;
And a sixth step S6 of forming a UV or epoxy coating film 50 by UV coating or epoxy coating one surface of the ferrite amorphous alloy composite magnetic core 10 on which the conductive wire 40 is wound. Method of manufacturing a linear power chip inductor.
제3단계 대신에, 아몰퍼스 합금분말을 각형 페라이트가 삽입되는 삽입홈을 가지도록 2개 또는 2개 이상의 케이스로 소성 경화시켜 성형한 후에 삽입홈에 각형 페라이트를 삽입한 다음에 각 케이스의 접촉면을 접합시켜 일체화하여 페라이트 아몰퍼스 합금 복합 자심(10)을 성형하는 것을 특징으로 하는 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법. The method according to claim 3,
Instead of the third step, the amorphous alloy powder is plastically hardened into two or two or more cases so as to have an insertion groove into which the rectangular ferrite is inserted, and then the rectangular ferrite is inserted into the insertion groove, and then the contact surfaces of the respective cases are joined. And integrally to form a ferrite amorphous alloy composite magnetic core (10).
UV 또는 에폭시 코팅막(50)에 인덕턴스 값을 인쇄하는 제7단계(S7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 권선형 파워 칩인덕터의 제조방법. The method according to claim 3 or 4,
The method of manufacturing a wire-type power chip inductor further comprises a seventh step (S7) of printing an inductance value on the UV or epoxy coating film (50).
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Cited By (3)
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