KR101335926B1 - 적층 인덕터 - Google Patents

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KR101335926B1
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타카유키 아라이
켄지 오타케
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다이요 유덴 가부시키가이샤
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Abstract

사이즈가 소형화되어도 높은 L값과 강도를 양립하는 적층 인덕터가 제공된다. 내부 도선 형성 영역(10, 20) 및 내부 도선 형성 영역을 상하로부터 개재하도록 형성된 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)을 포함하고, 내부 도선 형성 영역은, 연자성 합금 입자(11)가 형성되어 이루어지는 자성체부(10)와 자성체부(10) 내에 매립되도록 설치된 도체로 이루어지는 나선상의 내부 도선(30)을 포함하고, 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방(바람직하게는 양방)은, 내부 도선 형성 영역에 있어서의 자성체부(10)의 연자성 합금 입자(11)와 구성 원소의 종류가 같으며 평균 입자 지름이 보다 큰 연자성 합금 입자로 형성되어 이루어지는 적층 인덕터(1)가 제공된다.

Description

적층 인덕터{MULTILAYER INDUCTOR}
본 발명은 적층 인덕터에 관한 것이다.
종래부터, 적층 인덕터의 제조 방법의 하나로서, 페라이트 등을 함유하는 세라믹 그린시트에 내부 도체 패턴을 인쇄하고, 이들의 시트를 적층하고, 소성(燒成)하는 방법이 알려져 있다.
특허문헌 1에 의하면, 페라이트분(粉)을 이용하여 얻어진 세라믹 그린시트에 있어서의 소정의 위치에 쓰루홀(through hole)을 형성한다. 다음으로, 쓰루홀을 형성한 시트의 일방의 주면(主面)에, 적층하여 쓰루홀 접속함으로써 나선상의 코일이 구성되는 코일 도체 패턴(내부 도체 패턴)을, 도전 페이스트에 의해 인쇄한다.
다음으로, 상기 쓰루홀 및 코일 도체 패턴이 형성된 시트를 소정의 구성으로 적층하고, 그 상하에 쓰루홀 및 코일 도체 패턴이 형성되어 있지 않은 세라믹 그린시트(더미 시트)를 적층한다. 다음으로, 얻어진 적층체를 압착한 후 소성하고, 코일 말단이 도출(導出)하고 있는 단면(端面)에 외부 전극을 형성하는 것으로 적층 인덕터가 얻어진다. 여기서, 더미 시트로 투자율(透磁率)이 높은 재료를 이용하는 것에 의해, 높은 L값을 얻을 수 있다.
최근, 적층 인덕터에는 대전류화[정격 전류의 고치화(高値化)를 의미한다]가 요구되고 있어, 그 요구를 만족하기 위해서 자성체의 재질을 종전의 페라이트로부터 연자성(軟磁性) 합금으로 바꾸는 것이 검토되고 있다. 연자성 합금으로서 제안되는 Fe-Cr-Si합금이나 Fe-Al-Si합금은, 재료 자체의 포화 자속 밀도가 페라이트에 비해서 높다. 그 반면, 재료 자체의 체적 저항율이 종전의 페라이트에 비해서 각별히 낮다.
1. 일본 특허 공개 평10-241942호 공보
이러한 적층 인덕터에 있어서, 코일 등의 도체 패턴이 형성되어 있는 영역을 내부 도선 형성 영역이라고 부를 수 있고, 내부 도선 형성 영역의 상하에 적층한 더미 시트를 열처리하여 이루어지는 영역을 상부 커버 영역 및 하부 커버 영역이라고 부를 수 있다. 페라이트를 이용하는 종래 기술에 있어서, 내부 도선 형성 영역에서는 도체 재료와의 궁합[相性]과 그 외의 이유로 자성체로서 이용하는 재료가 제한될 수 있고, 디바이스 전체로서 보다 높은 L값을 얻기 위해서 비교적 재료 선택의 자유도가 높은 상부 및 하부 커버 영역의 재료로서 투자율이 높은 물질을 이용하는 것이 시도되어 있다. 그러나 페라이트를 이용하는 적층 인덕터에 있어서는, 투자율이 다른 물질을 이용한 경우, 조성의 다른 재료끼리가 접합하게 된다. 그 때문에, 서로의 재료의 성분의 확산이 일어나고 특성의 열화가 발생할 수 있었다.
연자성 합금을 이용하는 적층 인덕터에 있어서도, 상부 및 하부 커버 영역의 재료로서 내부 도선 형성 영역과는 다른 물질을 이용하는 것을 본 발명자들은 시행(試行)하였다. 연자성 합금을 이용하는 적층 인덕터에 있어서는, 페라이트를 이용하는 적층 인덕터와 같은, 성분의 상호 확산에 의한 특성 열화의 발생은 없다. 그러나, 시행 결과에 의하면, 연자성 합금을 이용하는 적층 인덕터에 있어서는, 다른 물질을 이용한 경우, 내부 도선 형성 영역과 상부 및 하부 커버 영역과의 접합이 나쁜 것이 처음으로 판명되었다. 이는, 페라이트를 이용하는 적층 인덕터에서는 현재화(顯在化)하지 않은 과제이다. 또한, 최근의 디바이스의 소형화에 따라, 적층 인덕터 내의 내부 도선은 미세해지는 경향이 있어서, 내부 도선이 쇼트하거나 단선하기 어려운 설계를 고려할 필요가 있다.
이를 고려하여, 본 발명은 연자성 합금을 자성 재료로서 이용하여, 투자율을 높이고, 높은 L값을 나타내고, 디바이스의 소형화에도 대응할 수 있는 적층 인덕터를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 내부 도선 형성 영역 및 상기 내부 도선 형성 영역을 상하로부터 개재하도록 형성된 상부 커버 영역 및 하부 커버 영역을 포함하는 적층 인덕터의 발명을 완성하였다. 본 발명에 의하면, 상기 내부 도선 형성 영역은, 연자성 합금 입자가 형성되어 이루어지는 자성체부와 상기 자성체부내에 매립되도록 설치된 내부 도선을 포함한다. 그리고, 상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 적어도 일방(一方), 바람직하게는 양방(兩方)은, 상기 내부 도선 형성 영역에 있어서의 상기 자성체부의 연자성 합금 입자와 구성 원소의 종류가 같으며 평균 입자 지름(입경, 粒經)이 보다 큰 연자성 합금 입자로 형성된다. 본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 내부 도선 형성 영역의 상기 자성체부, 상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 연자성 합금 입자가 모두 Fe-Cr-Si계 연자성 합금으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 커버 영역에는 입자 지름의 큰 연자성 합금 입자를 이용하므로, 디바이스 전체의 투자율이 향상하고, 결과로서 인덕터로서의 L값도 향상한다. 내부 도선 형성 영역의 자성체부에는 입자 지름이 작은 연자성 합금 입자를 이용하는 것에 의해, 내부 도선의 쇼트·단선이 생기기 어렵고, 결과적으로 디바이스의 소형화에 대응할 수 있다. 상부 및 하부 커버 영역을 위한 연자성 합금 입자와 내부 도선 형성 영역의 자성체부를 위한 연자성 합금 입자를 동일 조성 또는 유사한 조성의 연자성 합금으로 구성할 수 있어서, 상부 및 하부 커버 영역과 내부 도선 형성 영역과의 접합성이 향상하여, 디바이스 전체로서의 강도 향상에 기여한다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 연자성 합금으로서 Fe-Cr-Si계 합금을 이용하는 것에 의해, 고밀도로 상부 및 하부 커버 영역 및 내부 도선 형성 영역의 자성체부를 구성할 수 있고, 결과적으로 적층 인덕터 전체의 강도가 향상될 수 있다.
도 1은 적층 인덕터의 모식 단면도.
도 2는 적층 인덕터의 모식적인 분해도.
도 3은 3점 굽힘 파단 응력의 측정의 모식 설명도.
이하, 도면을 적절히 참조하면서 본 발명을 상세히 서술한다. 단, 본 발명은 도시된 형태에 한정되는 것이 아니고, 도면에 있어서는 발명의 특징적인 부분을 강조해서 표현하는 것이 있어서, 도면 각 부에 있어서 축척의 정확성은 반드시 담보된 것은 아니다.
도 1의 (A)는 적층 인덕터의 모식적인 단면도이다. 도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 부분 확대도이다. 본 발명에 의하면, 적층 인덕터(1)는 내부 도선 형성 영역(10, 20)과, 상기 영역(10, 20)을 상하로부터 개재하도록 존재하는 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 포함한다. 내부 도선 형성 영역은 자성체부(10)와 거기에 매립되도록 설치된 내부 도선(20)을 포함한다. 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)에는 내부 도선이 매립되어 있지 않고, 실질적으로는 자성체층으로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 「상하」라는 단어는, 위부터 순서대로, 일방의 커버층(30, 상부 커버층), 내부 도선 형성 영역(10, 20), 타방의 커버층(40, 하부 커버층)이 적층되는 방향을 나타낸다. 「상하」라는 단어는, 적층 인덕터(1)의 사용 형태나 제조 방법을 한정하는 것이 아니다. 2개의 커버층(30, 40)의 구성에 구별이 없으면, 어느 쪽을 위라고 인식할지는 임의이다.
본 발명의 대상인 적층 인덕터(1)는, 내부 도선(20)의 대부분이 자성 재료[자성체부(10)] 중에 매몰하고 있는 구조를 가진다. 전형적으로는, 내부 도선(20)은 나선상으로 형성된 코일이며, 이 경우는, 거의 환상(環狀) 또는 반환상(半環狀) 등의 도체 패턴을, 스크린 인쇄법 등에 의해 그린시트 상에 인쇄하고, 쓰루홀에 도체를 충전하고, 상기 시트를 적층하는 것에 의해 형성할 수 있다. 도체 패턴이 인쇄되는 그린시트는, 자성 재료를 함유하고, 소정의 위치에 쓰루홀이 설치되어 있다. 또한, 내부 도선으로서는, 도시된 나선상의 코일 이외에, 소용돌이 형상의 코일, 미앤더(사행, 蛇行) 형상의 도선, 또는 직선 형상의 도선 등을 들 수 있다.
도 1의 (B)는, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 상부 커버 영역(30)의 경계 부근의 모식적인 확대도이다. 적층 인덕터(1)에서는, 연자성 합금 입자(11)가 다수 집적하여 소정 형상의 자성체부(10)를 구성하고 있다. 마찬가지로, 연자성 합금 입자(31)가 다수 집적하여 소정 형상의 상부 커버 영역(30)을 구성하고 있다. 도 1의 (B)에는 표현되어 있지 않으나, 하부 커버 영역(40)에 대해서도 동일하다. 각각의 연자성 합금 입자(11, 31)는 그 주위의 대략 전체에 걸쳐 산화 피막이 형성되어 있고, 이 산화 피막에 의해 자성체부(10), 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)의 절연성이 확보된다. 바람직하게는 이 산화 피막은 연자성 합금 입자(11, 31) 자신의 표면과 그 근방이 산화하여 이루어지는 것이다. 도면에서는, 산화 피막의 묘사를 생략하여 있다. 인접하는 연자성 합금 입자(11, 31)끼리는, 대략, 각각의 연자성 합금 입자(11, 31)가 가지는 산화 피막끼리가 결합하는 것에 의해, 일정한 형상을 가지는 자성체부(10), 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 구성하고 있다. 부분적으로는, 인접하는 연자성 합금 입자(11, 31)의 금속 부분끼리가 결합하고 있어도 좋다. 또한, 내부 도선(20)의 근방에서는, 주로 상기 산화 피막을 개재하여 연자성 합금 입자(11)와 내부 도선(20)이 밀착하고 있다. 연자성 합금 입자(11, 31)가 Fe-M-Si계 합금(단, M은 철보다 산화하기 쉬운 금속이다)으로 이루어지는 경우, 산화 피막에는, 자성체인 Fe3O4과, 비자성체인 Fe2O3 및 MOX(x는 금속 M의 산화수에 따라서 결정되는 값이다)를 적어도 포함하는 것이 확인되고 있다.
전술의 산화 피막끼리의 결합의 존재는, 예컨대, 약 3000배로 확대한 SEM 관찰상(觀察像) 등에 있어서, 인접하는 연자성 합금 입자(11, 31)가 가지는 산화 피막이 동일상(同一相)인 것을 시인(視認)하는 것 등으로부터 명확히 판단할 수 있다. 산화 피막끼리의 결합의 존재에 의해, 적층 인덕터(1)에 있어서의 기계적 강도와 절연성의 향상이 도모된다. 적층 인덕터(1)의 전체에 걸쳐, 인접하는 연자성 합금 입자(11, 31)가 가지는 산화 피막끼리가 결합하고 있는 것이 바람직하지만, 일부라도 결합하고 있으면, 상응하는 기계적 강도와 절연성의 향상이 도모되고, 그러한 형태도 본 발명의 일 형태라고 할 수 있다.
마찬가지로, 전술의 연자성 합금 입자(11, 31)의 금속 부분끼리의 결합에 대해서도, 예컨대, 약 3000배로 확대한 SEM 관찰상 등에 있어서, 인접하는 연자성 합금 입자(11, 31)끼리가 동일상을 유지하면서 결합점을 가지는 것을 시인하는 것 등에 의해, 결합의 존재를 명확히 판단할 수 있다. 연자성 합금 입자(11, 31)끼리의 결합의 존재에 의해 투자율의 추가적인 향상이 도모된다.
또한, 인접하는 연자성 합금 입자가, 산화 피막끼리의 결합도, 금속 입자끼리의 결합도 모두 존재하지 않고 단지 물리적으로 접촉 또는 접근하는 것에 지나지 않는 형태가 부분적으로 있어도 좋다.
적층 인덕터(1)에 있어서의 내부 도선 형성 영역에서는, 자성체부(10)와, 자성체부(10) 내에 매립되도록 설치된 나선상의 코일 등의 형태를 가지는 내부 도선(20)이 존재한다. 내부 도선(20)을 구성하는 도체는 적층 인덕터에 있어서 통상사용되는 금속을 적당히 이용할 수 있고, 은이나 은합금 등을 비한정적으로 예시할 수 있다. 내부 도선(20)의 양단(兩端)은, 전형적으로는, 각각 인출 도체(도시되지 않음)를 개재하여 적층 인덕터(1)의 외표면의 서로 대향하는 단면(端面)에 인출되고, 외부 단자(도시되지 않음)에 접속된다.
본 발명에 의하면, 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)이 내부 도선 형성 영역(10, 20)을 개재하도록 존재한다. 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)은 내부 도선의 형성이 없는 층으로 이루어지는 영역이다. 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)로 이용되는 연자성 합금 입자(11)의 평균 입자 지름보다도, 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름이 크다. 바람직하게는, 상부 커버 영역(30)에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름 및 하부 커버 영역(40)에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름이 모두, 상기 자성체부(10)에 이용되는 연자성 합금 입자(11)의 평균 입자 지름보다도 크다. 또한, 상기 자성체부(10)에 이용되는 연자성 합금 입자(11)와, 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방, 바람직하게는 양방에 있어서의 연자성 합금 입자는, 동일한 조성 또는 유사한 조성이다. 바람직하게는, 연자성 합금 입자의 구성 원소의 종류가 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방과, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 동일하고, 보다 바람직하게는, 연자성 합금 입자의 구성 원소의 종류 및 존재 비율이 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방과, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 동일하다. 연자성 합금 입자의 구성 원소의 종류가 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 일방 또는 양방과, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 동일하며, 또한, 연자성 합금 입자의 구성 원소의 존재 비율이 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 일방 또는 양방과, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 달라도 좋다. 구성 원소의 종류가 동일한 것은 이하의 예시에 의해 설명된다. 예컨대, Fe와 Cr과 Si와의 3원소로 이루어지는 2종류의 연자성 합금(Fe-Cr-Si계 연자성 합금)이 존재하면, Fe와 Cr과 Si와의 존재 비율을 불문하고, 이들에 대해서는 구성 원소의 종류는 동일하다고 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상부 커버 영역(30) 및 하부 커버 영역(40)의 적어도 일방에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름은, 상기 자성체부(10)에 이용되는 연자성 합금 입자(11)의 평균 입자 지름의 1.3배 이상이며, 보다 바람직하게는 1.5∼7.0배이다. 또한 바람직하게는, 상부 커버 영역(30)에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름 및 하부 커버 영역(40)에 있어서 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름이 양방 모두, 상기 자성체부(10)에 이용되는 연자성 합금 입자(11)의 평균 입자 지름에 대하여 상기 수치 범위 내에 있다.
상기의 구성에 의해, 상부 및 하부의 적어도 일방의 커버 영역(30, 40)은 큰 연자성 합금 입자로 구성되게 되고, 결과적으로, 투자율의 향상을 도모할 수 있다. 본 발명에 의하면, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)에서는 작은 연자성 합금 입자를 이용할 수 있다. 이 때문에 디바이스가 소형화되어 내부 도선(20)의 도선이 미세해져도 단선하기 어려워진다. 결과적으로, 디바이스의 소형화와 투자율 향상을 양립하는 것이 가능해 진다. 특히, 상기 자성체부(10)와, 커버 영역(30, 40)이 동일한 조성 또는 유사한 조성으로 이루어지는 연자성 합금 입자로 구성되어 있으면, 커버 영역(30, 40)과 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)의 접합성이 양호하다. 도 1 의 (A)에서는, 상부 커버 영역(30)과 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)의 계면이 재질적으로 명료하게 구분되어 있도록 묘사하고 있지만, 실제로는, 부분 확대 도인 도 1의 (B)와 같이, 접합 계면 부근에서는, 상부 커버 영역(30)을 위한 연자성 합금 입자(31)와, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)를 위한 연자성 합금 입자(11)가 혼입되어 있어도 좋다. 하부 커버 영역(40)과 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)의 접합 계면 부근에서도 마찬가지이다.
상기 자성체부(10) 및 커버 영역(30, 40)에 이용되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름은, SEM상(像)을 취득하여 화상 해석에 제공하여 얻어지는 d50값이다. 구체적으로는, 상기 자성체부(10) 및 커버 영역(30, 40)의 단면의 SEM상(약 3000배)을 취득하고, 측정 부분에 있어서의 평균적인 크기의 입자를 300개 이상 선출하고, 그들의 SEM상에 있어서의 면적을 측정하고, 입자가 구체(球體)라고 가정하여 평균 입자 지름을 산출한다. 입자를 선출하는 방법으로서는, 예컨대 다음과 같은 방법을 들 수 있다. 상기의 SEM상 내에 존재하는 입자가 300개 미만의 경우는, 그 SEM상 내의 입자를 모두 샘플링하고, 이것을 복수 개소 수행하여 300개 이상 선출한다. 상기의 SEM상 내에 300개 이상 입자가 존재하는 경우는, 상기 SEM상 내에 소정 간격으로 직선을 긋고, 그 직선 상에 걸린 입자를 전부 샘플링하고, 300개이상 선출한다. 또는, 내부 도선 형성 영역의 입자에 대해서는, 내부 도선에 접촉하고 있는 입자를 300개 이상 샘플링하고, 커버 영역의 입자에 대해서는, 가장 외측에 있는 입자를 300개 이상 샘플링한다. 또한, 연자성 합금 입자를 이용하는 적층 인덕터에 있어서는, 원료 입자의 입자 지름과, 열처리 후의 상기 자성체부(10) 및 커버 영역(30, 40)을 구성하는 연자성 합금 입자의 입자 지름은 거의 동일한 것으로 알려져 있다. 이 때문에, 원료로서 이용하는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름을 측정해 두는 것으로, 적층 인덕터(1)에 포함되는 연자성 합금 입자의 평균 입자 지름을 상정(想定)하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 적층 인덕터(1)의 전형적인 제조 방법을 설명한다. 적층 인덕터(1)의 제조 시에는, 우선, 닥터 블레이드나 다이 코타 등의 도공(塗工) 기계를 이용하여, 미리 준비한 자성체 페이스트(슬러리)를, 수지 등으로 이루어지는 베이스 필름의 표면에 도공한다. 이것을 열풍 건조기 등의 건조기에서 건조하여 그린시트를 얻는다. 상기 자성체 페이스트는, 연자성 합금 입자와, 전형적으로는, 바인더로서의 고분자 수지와 용제를 포함한다.
연자성 합금 입자는, 주로 합금으로 이루어지는 연자성을 나타내는 입자이다. 합금의 종류로서는, Fe-M-Si계 합금(단, M은 철보다 산화하기 쉬운 금속이다)을 들 수 있다. M으로서는, Cr, Al등을 들 수 있고, 바람직하게는 Cr를 들 수 있다. 연자성 합금 입자로서는, 예컨대 아토마이즈법으로 제조되는 입자를 들 수 있다.
M이 Cr인 경우, 즉, Fe-Cr-Si계 합금에 있어서의 크롬의 함유율은, 바람직하게는 2∼8wt%이다. 크롬의 존재는, 열처리 시에 부동태(不動態)를 형성하여 과잉 산화를 억제하는 것과 함께 강도 및 절연 저항을 발현(發現)하는 점에서 바람직하며, 한편 자기(磁氣) 특성의 향상의 관점에서는 크롬이 적은 것이 바람직하므로, 이들을 감안하여 상기 바람직한 범위가 제안된다.
Fe-Cr-Si계 연자성 합금에 있어서의 Si의 함유율은, 바람직하게는 1.5∼7wt%이다. Si의 함유량이 많으면 고저항·고투자율이라는 점에서 바람직하고, Si의 함유량이 적으면 형성성이 양호하여, 이들을 감안하여 상기 바람직한 범위가 제안된다.
Fe-Cr-Si계 합금에 있어서, Si 및 Cr 이외의 잔부(殘部)는 불가피(不可避) 불순물을 제외하고, 철인 것이 바람직하다. Fe, Si 및 Cr 이외에 포함되어 있어도 좋은 금속으로서는, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 망간, 코발트, 니켈, 구리 등을 들 수 있고, 비금속으로서는 인(燐), 유황, 카본 등을 들 수 있다.
적층 인덕터(1)에 있어서의 각각의 연자성 합금 입자를 구성하는 합금에 대해서는, 예컨대, 적층 인덕터(1)의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 촬영하고, 그 후, 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의한 ZAF법으로 화학 조성을 산출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)를 위한 자성체 페이스트(슬러리)와, 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 위한 자성체 페이스트(슬러리)를 각각 별도로 제조하는 것이 바람직하다. 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)를 위한 자성체 페이스트(슬러리)의 제조에는 비교적으로 작은 연자성 합금 입자를 이용하고, 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 위한 자성체 페이스트(슬러리)의 제조에는 비교적으로 큰 연자성 합금 입자를 이용한다.
내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)를 위한 원료로서 이용하는 연자성 합금 입자의 입자 지름는, 체적 기준으로, d50이 바람직하게는 2∼20㎛이며, 보다 바람직하게는 3∼10㎛이다. 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 위한 원료로서 이용하는 연자성 합금 입자의 입자 지름은, 체적 기준으로, d50이 바람직하게는 5∼30㎛이며, 보다 바람직하게는 6∼20㎛이다. 연자성 합금 입자의 d50은, 레이저 회절 산란법을 이용한 입자 지름·입도 분포 측정 장치[예컨대, 니키소(日機裝)(주)제의 마이크로 트럭]를 이용하여 측정된다. 연자성 합금 입자를 이용하는 적층 인덕터(10)에 있어서는, 원료 입자로서의 연자성 합금 입자의 입자 사이즈는, 적층 인덕터(10)의 자성체부(12)를 구성하는 연자성 합금 입자(1, 2)의 입자 사이즈와 대략 동일한 것을 알고 있다.
전술의 자성체 페이스트에는, 바람직하게는 바인더로서의 고분자 수지가 포함된다. 고분자 수지의 종류는 특히 한정되지 않고, 예컨대, 폴리비닐부틸알(PVB) 등의 폴리비닐아세탈 수지 등을 들 수 있다. 자성체 페이스트 용제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 부틸카르비톨 등의 글리콜에테르 등을 이용할 수 있다. 자성체 페이스트에 있어서의 연자성 합금 입자, 고분자 수지, 용제 등의 배합 비율 등은 적당히 조절할 수 있고, 그것에 의하여, 자성체 페이스트의 점도 등을 설정하는 것도 가능하다.
자성체 페이스트를 도공 및 건조하여 그린시트를 얻기 위한 구체적인 방법은 종래 기술을 적당히 인용할 수 있다.
그 다음에, 펀칭 가공기나 레이저 가공기 등의 천공기를 이용하여, 그린시트에 펀칭을 하여 쓰루홀(관통공)을 소정 배열로 형성한다. 쓰루홀의 배열에 대해서는, 각 시트를 적층했을 때에, 도체를 충전한 쓰루홀과 도체 패턴에서 내부 도선(20)이 형성되도록 설정된다. 내부 도선을 형성하기 위한 쓰루홀의 배열 및 도체 패턴의 형상에 대해서는, 종래 기술을 적당히 이용할 수 있고, 또한, 후술하는 실시예에 있어서 도면을 참조하면서 구체예를 설명한다.
쓰루홀에 충전하기 위해서, 및 도체 패턴의 인쇄를 위하여, 바람직하게는 도체 페이스트가 사용된다. 도체 페이스트에는 도체 입자와, 전형적으로는 바인더로서의 고분자 수지와 용제가 포함된다.
도체 입자로서는, 은 입자 등이 이용된다. 도체 입자의 입자 지름은, 체적 기준으로, d50이 바람직하게는 1∼10㎛이다. 도체 입자인 d50은, 레이저 회절 산란법을 이용한 입자 지름·입도 분포 측정 장치[예컨대, 니키소(日機裝)(주)제의 마이크로 트럭]를 이용하여 측정된다.
도체 페이스트에는, 바람직하게는 바인더로서의 고분자 수지가 포함된다. 고분자 수지의 종류는 특별히 한정되지는 않고, 예컨대, 폴리비닐부틸알(PVB) 등의 폴리비닐아세탈 수지 등을 들 수 있다. 도체 페이스트 용제의 종류는 특별히 한정되지는 않고, 예컨대, 부틸카르비톨 등의 글리콜에테르 등을 이용할 수 있다. 도체 페이스트에 있어서의 도체 입자, 고분자 수지, 용제 등의 배합 비율 등은 적당히 조절할 수 있고, 그것에 의하여, 도체 페이스트의 점도 등을 설정하는 것도 가능하다.
다음으로, 스크린 인쇄기나 그라비아(요판) 인쇄기 등의 인쇄기를 이용하여 도체 페이스트를 그린시트의 표면에 인쇄하고, 이것을 열풍 건조기 등의 건조기에서 건조하여,내부 도선에 대응하는 도체 패턴을 형성한다. 인쇄 시에, 전술한 쓰루홀에도 도체 페이스트의 일부가 충전된다. 그 결과, 쓰루홀에 충전된 도체 페이스트와, 인쇄된 도체 패턴이 내부 도선의 형상을 구성하게 된다.
인쇄 후의 그린시트를, 흡착 반송기와 프레스기를 이용하고, 소정의 순서로 중첩하고 열압착하여 적층체를 제작한다. 계속해서, 다이싱기나 레이저 가공기 등의 절단기를 이용하여, 적층체를 부품 본체 사이즈로 절단하여, 가열 처리 전의 자성체부 및 내부 도선을 포함하는, 가열 처리전 칩을 제작한다.
소성로 등의 가열 장치를 이용하고, 대기 등의 산화성 분위기 중에서, 가열 처리전 칩을 가열 처리한다. 이 가열 처리는, 통상은, 탈(脫) 바인더 프로세스와 산화 피막 형성 프로세스를 포함하고, 탈 바인더 프로세스는, 바인더로서 이용한 고분자 수지가 소실하는 정도의 온도, 예컨대, 약 300℃, 약 1hr의 조건을 들 수 있고, 산화물 막 형성 프로세스는, 예컨대, 약 750℃, 약 2hr의 조건을 들 수 있다.
가열 처리 전 칩에 있어서는, 각각의 연자성 합금 입자끼리의 사이에, 다수의 미세 간극이 존재하고, 통상, 상기 미세 간극은 용제와 바인더와의 혼합물로 채워져 있다. 이들은 탈 바인더 프로세스에 있어서 소실하고, 탈 바인더 프로세스가 완료한 후는, 상기 미세 간극은 포어로 변한다. 또한, 가열 처리 전 칩에 있어서, 도체 입자끼리의 사이에도 다수의 미세 극간이 존재한다. 이 미세 간극은 용제와 바인더의 혼합물로 채워져 있다. 이들도 탈 바인더 프로세스에 있어서 소실한다.
탈 바인더 프로세스에 이어지는 산화 피막 형성 프로세스에서는, 연자성 합금 입자(11, 31)가 밀집하여 자성체부(10) 및 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)이 생기고, 전형적으로는, 그 때에, 연자성 합금 입자(11, 31) 각각의 표면과 그 근방이 산화되어서 상기 입자(11, 31)의 표면에 산화 피막이 형성된다. 이 때, 도체 입자가 소결하여 내부 도선(20)이 형성된다. 이에 의해 적층 인덕터(1)가 얻어진다.
통상적으로는 가열 처리의 후에 외부 단자를 형성한다. 딥 도포기나 롤러 도포기 등의 도포기를 이용하여, 미리 준비한 도체 페이스트를 적층 인덕터(1)의 길이 방향 양단에 도포하고, 이것을 소성로 등의 가열 장치를 이용하여, 예컨대, 약 600℃, 약 1hr의 조건으로 소성 처리를 수행하는 것에 의해 외부 단자가 형성된다. 외부 단자용 도체 페이스트는, 전술한 도체 패턴의 인쇄용 페이스트나, 그와 유사한 페이스트를 적당히 이용할 수 있다.
(실시예)
이하, 실시예에 의해 본 발명을 따라 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들의 실시예에 기재된 형태에 한정되는 것은 아니다.
[적층 인덕터의 구체적 구조]
본 실시예에서 제조한 적층 인덕터(1)의 구체 구조예를 설명한다. 부품으로서의 적층 인덕터(1)는 길이가 약 3.2mm이고, 폭이 약 1.6mm이고, 높이가 약 1.0mm으로, 전체가 직방체 형상을 이루고 있다.
도 2는 적층 인덕터의 모식적인 분해도이다. 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)는, 총 5층의 자성체층(ML1∼ML5)이 일체화한 구조를 가진다. 상부 커버 영역(30)은 8층의 자성체층(ML6)이 일체화한 구조를 가진다. 하부 커버 영역(40)은 7층의 자성체층(ML6)이 일체화한 구조를 가진다. 적층 인덕터(1)의 길이는 약 3.2mm, 폭은 약 1.6mm, 높이는 약 1.0mm이다. 각 자성체층(ML1∼ML6)의 길이는 약 3.2mm이고, 폭은 약 1.6mm이고, 두께는 약 30㎛이다. 각 자성체층(ML1∼ML6)은, 연자성 합금 입자인 표 1에 기재된 조성, 평균 입자 지름(d50)을 가지는 연자성 합금 입자를 주체로서 형성되어 이루어지고, 유리 성분을 포함하지 않고 있다. 또한, 연자성 합금 입자 각각의 표면에는 산화 피막(도시되지 않음)이 존재하고, 자성체부 (10) 및 상부 및 하부 커버 영역(30, 40) 내의 연자성 합금 입자는 인접하는 합금입자 각각이 가지는 산화 피막을 개재하여 상호 결합하고 있는 것을, 본 발명자들은 SEM관찰(3000배)에 의해 확인하였다.
내부 도선(20)은, 총 5개의 코일 세그먼트(CS1∼CS5)와, 상기 코일 세그먼트(CS1∼CS5)를 접속하는 총 4개의 중계 세그먼트(IS1∼IS4)가, 나선상으로 일체화한 코일의 구조를 가지고, 그 권수(卷數)는 약 3.5이다. 이 내부 도선(20)은, 주로 은 입자를 열처리하여 얻어지고, 원료로서 이용한 은 입자의 체적 기준의 d50은 5㎛이다.
4개의 코일 세그먼트(CS1∼CS4)는 ㄷ자 형상을 이루고, 1개의 코일 세그먼트(CS5)는 띠 상태를 이루고 있고, 각 코일 세그먼트(CS1∼CS5)의 두께는 약 20㎛이고, 폭은 약 0.2mm이다. 최상위의 코일 세그먼트(CS1)은, 외부 단자와의 접속에 이용되는 L자 형상의 인출 부분(LS1)을 연속해서 포함하고, 최하위의 코일 세그먼트(CS5)는, 외부 단자와의 접속에 이용되는 L자 형상의 인출 부분(LS2)을 연속해서 포함하고 있다. 각 중계 세그먼트(IS1∼IS4)는 자성체층(ML1∼ML4)을 관통한 기둥 형상을 이루고 있고, 각각의 구경(口徑)은 약 15㎛이다.
각 외부 단자(도시되지 않음)는, 적층 인덕터(1)의 길이 방향의 각 단면(端面)과 상기 단면 근방의 4측면에 달하고 있고, 그 두께는 약 20㎛이다. 일방의 외부 단자는 최상위의 코일 세그먼트(CS1)의 인출 부분(LS1)의 단연(端緣)과 접속하고, 타방의 외부 단자는 최하위의 코일 세그먼트(CS5)의 인출 부분(LS2)의 단연과 접속하고 있다. 이들 외부 단자는, 주로 체적 기준의 d50이 5㎛인 은 입자를 열처리하여 얻었다.
[적층 인덕터의 제조]
표 1에 기재된 연자성 합금 입자 85wt%, 부틸카르비톨(용제)이 13wt%, 폴리비닐부틸알(바인더) 2wt%로 이루어지는 자성체 페이스트를 조제하였다. 상기 자성체층(10)을 위한 자성체 페이스트와, 상부 및 하부 커버 영역(30, 40)을 위한 자성체 페이스트는 따로따로 조제하였다. 닥터 블레이드를 이용하여, 이 자성체 페이스트를 플라스틱제의 베이스 필름의 표면에 도공하고, 이것을 열풍 건조기로 약 80℃, 약 5min의 조건으로 건조하였다. 이와 같이 하여 베이스 필름 상에 그린시트를 얻었다. 그 후, 그린시트를 자르고, 자성체층(ML1∼ML6, 도 2를 참조)에 대응하여, 다수 개 취하기 적합한 사이즈의 제1∼ 제6 시트를 각각 얻었다.
계속해서, 천공기를 이용하여, 자성체층(ML1)에 대응하는 제1 시트에 펀칭을 수행하여, 중계 세그먼트(IS1)에 대응하는 관통공을 소정 배열로 형성하였다. 마찬가지로, 자성체층(ML2∼ML4)에 대응하는 제2∼제4 시트 각각, 중계 세그먼트(IS2∼IS4)에 대응하는 관통공을 소정 배열로 형성하였다.
계속해서, 인쇄기를 이용하여, 상기 Ag입자가 85wt%이고, 부틸카르비톨(용제)이 13wt%이고, 폴리비닐부틸알(바인더)을 2wt%로 이루어지는 도체 페이스트를 상기 제1 시트의 표면에 인쇄하고, 이것을 열풍 건조기로, 약 80℃, 약 5min의 조건으로 건조하여, 코일 세그먼트(CS1)에 대응하는 제1 인쇄층을 소정 배열로 제작했다. 마찬가지로, 상기 제2∼제5 시트 각각의 표면에, 코일 세그먼트(CS2∼CS5)에 대응하는 제2∼제5 인쇄층을 소정 배열로 제작하였다.
제1∼제4 시트 각각에 형성한 관통공은, 제1∼제4 인쇄층 각각의 단부에 겹치는 위치에 존재하기 때문에, 제1∼ 제4 인쇄층을 인쇄할 때에 도체 페이스트의 일부가 각 관통공에 충전되어, 중계 세그먼트(IS1∼IS4)에 대응하는 제1∼제4 충전부가 형성된다.
계속해서, 흡착 반송기와 프레스기를 이용하여, 인쇄층 및 충전부가 설치된 제1∼제4 시트와, 인쇄층만이 설치된 제5 시트와, 인쇄층 및 충전부가 설치되어 있지 않은 제6 시트를, 도 2에 도시한 순서로 적층하고 열압착하여 적층체를 제작하였다. 이 적층체를 절단기로 부품 본체 사이즈로 절단하여, 가열 처리전 칩을 얻었다.
계속해서, 소성로를 이용하여, 대기 중 분위기에서, 가열 처리전 칩을 다수 개 일괄적으로 가열 처리하였다. 우선, 탈 바인더 프로세스로서 약 300℃, 약 1hr의 조건으로 가열하고, 이어서 산화 피막 형성 프로세스로서 약 750℃, 약 2hr의 조건으로 가열하였다. 이 가열 처리에 의해, 연자성 합금 입자가 밀집하여 자성체부(10)가 형성되고, 또한, 은 입자가 소결하여 내부 도선(20)이 형성되고, 이에 의해 부품 본체를 얻었다.
이어서, 외부 단자를 형성하였다. 상기 은 입자를 85wt%, 부틸카르비톨(용제)을 13wt%로, 폴리비닐부틸알(바인더)을 2wt%함유하는 도체 페이스트를 도포기에 의해 부품 본체의 길이 방향 양단부에 도포하고, 이것을 소성로에서 약 800℃, 약 1hr의 조건으로 소성 처리를 수행하였다. 그 결과, 용제 및 바인더가 소실하고, 은입자가 소결하고, 외부 단자가 형성되어, 적층 인덕터(1)를 얻었다.
[적층 인덕터의 평가]
얻어진 적층 인덕터에 있어서의, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와, 상부 커버 영역(30)의 접합성을 평가하였다. 평가 방법은 이하와 같다. 광학 현미경 100배에서, 칩 측면의 관찰, 또는 칩 파단면(破斷面) 또는 연마면의 관찰에 의해 평가하였다. 그 평가에 있어서의 평가 지표는 이하와 같다.
○…박리(剝離), 깨어짐 등을 확인할 수 없다.
×…박리, 깨어짐 등을 확인할 수 있다.
얻어진 적층 인덕터에 있어서의 인덕턴스를 애질런트 테크놀러지스[Agilent Technologies] 사의 임피던스 애널라이저 4294A에서 1MHz의 값을 측정하였다. 비교 대상으로서, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 완전히 동일한 연자성 합금 입자를 이용하여 상부 커버 영역(30)과 하부 커버 영역(40)을 형성하여 이루어지는 적층 인덕터를 제작하고(이하, 「비교용 인덕터」라고 칭한다), 측정 대상의 적층 인덕터와 비교용 인덕터의 인덕턴스를 비교하였다. 그 평가에 있어서의 평가 지표는 이하와 같다.
○… 비교용 인덕터보다도 인덕턴스가 크다.
△… 비교용 인덕터의 인덕턴스와 동등하다.
×… 비교용 인덕터보다도 인덕턴스가 작다.
얻어진 적층 인덕터에 있어서의 디바이스로서의 강도에 대해서, 3점 굽힘 파단 응력을 측정하였다. 도 3은, 3점 굽힘 파단 응력의 측정의 모식적인 설명도이다. 측정 대상물에 대하여 도시한 바와 같이 하중을 가하여 측정 대상물이 파단할 때의 하중(W)을 측정하였다. 굽힘 모멘트(M) 및 단면 ２차 모멘트(I)를 고려하여, 이하의 식으로부터, 3점 굽힘 파단 응력(σb)을 산출하였다.
σb=(M/I)×(h/2)=3WL/2bh2
비교 대상으로서, 내부 도선 형성 영역의 자성체부(10)와 완전히 동일한 연자성 합금 입자를 이용하여 상부 커버 영역(30)과 하부 커버 영역(40)을 형성하여 이루어지는 적층 인덕터를 제작하고(이하, 「비교용 인덕터」라고 칭한다), 측정 대상의 적층 인덕터와 비교용 인덕터의 3점 굽힘 파단 응력을 비교하였다. 그 평가에 있어서의 평가 지표는 이하와 같다.
○… 비교용 인덕터보다도 3점 굽힘 파단 응력이 크다.
△… 비교용 인덕터의 3점 굽힙 파단 응력과 동등하다.
×… 비교용 인덕터보다도 3점 굽힘 파단 응력이 작다.
이상을 정리하여, 적층 인덕터의 종합 평가를 이하의 기준으로 수행하였다.
○… 상기 3개의 평가가 모두 ○이다.
△… ○의 평가도 아니고, ×의 평가도 아니다.
×… 상기 3개의 평가에 하나라도 ×가 있다.
각 실시예, 비교예의 제조 조건과 평가 결과를 표 1에 정리한다. 본 발명의 비교예에 해당하는 것에 대해서는 시료[試料] 번호에 「*」을 첨부하였다. 또한, 시료 번호 1, 5 및 9의 시료는, 전술한 「비교용 인덕터」에 상당하는 것이다. 표 중, 조성란의 잔부는 모두 Fe이다.
Figure 112012009870269-pat00001
1: 적층 인덕터 10: 내부 도체 형성 영역의 자성체부
11: 연자성 합금 입자 20: 내부 도선
30: 상부 커버 영역 31: 연자성 합금 입자
40: 하부 커버 영역

Claims (3)

  1. 내부 도선 형성 영역 및 상기 내부 도선 형성 영역을 상하로부터 개재되도록 형성된 상부 커버 영역 및 하부 커버 영역을 포함하는 적층 인덕터로서,
    상기 내부 도선 형성 영역은, 연자성(軟磁性) 합금 입자로 형성된 자성체부와 상기 자성체부 내에 매립되도록 설치된 내부 도선을 포함하고,
    상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 적어도 일방(一方)은, 상기 내부 도선 형성 영역에 있어서의 상기 자성체부의 연자성 합금 입자와 구성 원소의 종류가 동일하며 평균 입자 지름이 보다 큰 연자성 합금 입자로 형성되고,
    상기 내부 도선 형성 영역의 적어도 일부의 연자성 합급 입자 및 상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 적어도 일방의 적어도 일부의 연자성 합금 입자에는 산화 피막이 형성되어 있고,
    상기 내부 도선 형성 영역에서는 상기 산화 피막을 개재하여 상기 내부 도선 형성 영역의 적어도 일부의 연자성 합금 입자와 상기 내부 도선이 밀착된 적층 인덕터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 양쪽 모두, 상기 내부 도선 형성 영역에 있어서의 상기 자성체부의 연자성 합금 입자와 구성 원소의 종류가 같으며 평균 입자 지름이 보다 큰 연자성 합금 입자로 형성된 적층 인덕터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 도선 형성 영역의 상기 자성체부, 상기 상부 커버 영역 및 상기 하부 커버 영역의 연자성 합금 입자가 모두 Fe-Cr-Si계 연자성 합금으로 이루어지는 적층 인덕터.
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